JP2003198004A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

磁気抵抗効果素子

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JP2003198004A JP2001396246A JP2001396246A JP2003198004A JP 2003198004 A JP2003198004 A JP 2003198004A JP 2001396246 A JP2001396246 A JP 2001396246A JP 2001396246 A JP2001396246 A JP 2001396246A JP 2003198004 A JP2003198004 A JP 2003198004A
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conductive particles
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恵一 長坂
Yoshihiko Seyama
喜彦 瀬山
Takahiko Sugawara
貴彦 菅原
Yutaka Shimizu
豊 清水
Atsushi Tanaka
厚志 田中
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 確実に素子出力を向上させて、高記録密度の
磁気記録媒体に対応できるＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子
を提供する。 【解決手段】 少なくとも下地層、フリー層、非磁性
層、ピンド層、ピニング層及び保護層を含む磁気抵抗効
果膜の膜厚方向にセンス電流を流して磁気抵抗変化を検
出する磁気抵抗効果素子であって、前記複数層の少なく
とも１つの層間ＭＡに、導電性粒子と、該導電性粒子を
分散状態にして含み導電性粒子の粒子径よりも薄い膜厚
に形成した絶縁性マトリックス材料とで形成したグラニ
ュラ構造層が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体に記
録されている磁気情報を高感度に再生するための磁気抵
抗効果素子に関する。より詳細には、センス電流を抵抗
効果素子の膜厚方向に流す構造、所謂Ｃｕｒｒｅｎｔ
Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ（以
下、ＣＰＰと称す）構造を有する磁気抵抗素子に関す
る。センス電流を膜厚方向に流すＣＰＰ型の磁気抵抗素
子は、その寸法が小さくなるにつれて素子出力が増大す
るという特徴を有している。よって、近年急速に高密度
化される磁気記録装置に適した高感度な再生用素子とし
て有望である。
【０００２】
【従来の技術】スピンバルブ膜やトンネル接合膜を用い
た磁気抵抗効果素子では、フリー層の磁化方向が磁気記
録媒体からの信号磁界により変化する。このようにフリ
ー層の磁化方向が変化すると、ピンド層の固定された磁
化方向との間の相対角に変化が生じる。磁気抵抗効果素
子ではこの相対角の変化を磁気抵抗変化として検出す
る。
【０００３】そして、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子では
膜上下面に接して配置した端子電極によりセンス電流を
膜厚方向に流し、上記の磁気抵抗変化を感知することで
磁気記録媒体からの信号磁界を高感度に再生（読取り）
する。このＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子では、センス電
流が流れる膜厚方向に対して垂直な方向（面直方向）で
の素子の面積、すなわちセンス電流が流れる面積（断面
積と称す）が小さい程、抵抗変化が大きくなり、出力が
増大する特徴を有している。
【０００４】しかしながら、従来のフォトリソグラフィ
ー技術を用いたドライエッチング法では、上記断面積の
一辺の寸法を１００ｎｍ程度にまで微細化するのが限度
となっている。
【０００５】そこで、上記微細化の限界に対処する技術
として、金属と絶縁物との混合層を磁気抵抗効果膜の外
側に被着して、混合層の金属部にセンス電流を収束させ
るようにした構成の磁気抵抗効果素子について提案があ
る。この磁気抵抗効果素子は金属部分でセンス電流路が
絞られて小さくなるので、磁気抵抗効果膜内に流れるセ
ンス電流路を物理的な素子の断面積よりも小さくして出
力を増大しようとする構造である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では磁気抵抗効果膜に流れるセンス電流路が一様に小
さくなるために、素子自体の出力は増大するが、素子の
抵抗変化比（ＭＲ比）を十分に増大させることはできな
い。言い換えれば、この構造では素子抵抗も合せて増大
してしまうため素子の発熱によりセンス電流値が制限さ
れてしまい、更なる出力向上を望むことができない。
【０００７】したがって、本発明の目的は、不要な部分
での抵抗の増加を抑制し確実に素子出力を向上させて高
記録密度の磁気記録媒体に対応できるＣＰＰ型の磁気抵
抗効果素子を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は請求項１に記
載の如く、少なくとも下地層、フリー層、非磁性層、ピ
ンド層、ピニング層及び保護層を含む磁気抵抗効果膜の
膜厚方向にセンス電流を流して磁気抵抗変化を検出する
磁気抵抗効果素子であって、前記複数層の少なくとも１
つの層間に、導電性粒子と、該導電性粒子を分散状態に
して含み導電性粒子の粒子径よりも薄い膜厚に形成した
絶縁性マトリックス材料とで形成したグラニュラ構造層
を設けた磁気抵抗効果素子により達成される。
【０００９】請求項１記載の発明によれば、磁気抵抗効
果素子内の層間にセンス電流を絞り込むように制御する
電流路制御層として導電性粒子を含むグラニュラ構造層
が挿入されているので、効率的に素子出力を増大させる
ことができる。
【００１０】また、請求項２に記載の如く、請求項１に
記載の磁気抵抗効果素子において、前記グラニュラ構造
層を前記ピンド層とピニング層との間に設けた場合に
は、前記導電性粒子を磁性金属材料で形成することが好
ましい。
【００１１】請求項２に記載の発明によれば、ピンド層
とピニング層との反強磁性的な結合を維持しつつ、セン
ス電流路を絞って確実に素子出力を増大させることがで
きる構造を実現できる。
【００１２】また、上記目的は請求項３に記載の如く、
少なくとも下地層、フリー層、非磁性層、ピンド層、ピ
ニング層及び保護層を含む磁気抵抗効果膜の膜厚方向に
センス電流を流して磁気抵抗変化を検出する磁気抵抗効
果素子であって、前記フリー層、非磁性層、ピンド層及
びピニング層の少なくとも１層を分割して形成し、該分
割した層の間に、導電性粒子と、該導電性粒子を分散状
態にして含み導電性粒子の粒子径よりも薄い膜厚に形成
した絶縁性マトリックス材料とで形成したグラニュラ構
造層を設けた磁気抵抗効果素子によっても達成される。
【００１３】請求項３記載の発明によれば、磁気抵抗効
果素子内の少なくとも１つの層を分割し、その間にセン
ス電流を絞り込むように制御する電流路制御層としてグ
ラニュラ構造層が挿入されているので、効率的に素子出
力を増大させることができる。
【００１４】また、請求項４に記載の如く、請求項３に
記載の磁気抵抗効果素子において、前記グラニュラ構造
層は前記フリー層、ピンド層及びピニング層の少なくと
も１つの層内に設けられ、前記導電性粒子を磁性金属材
料で形成することが好ましい。
【００１５】また、請求項５に記載の如く、請求項３に
記載の磁気抵抗効果素子において、前記グラニュラ構造
層は前記非磁性層内に設けられ、前記導電性粒子を非磁
性金属材料で形成することが好ましい。
【００１６】請求項４及び５に記載の発明によれば、磁
気抵抗効果膜を構成する各層の本来の機能を維持しつ
つ、センス電流路を絞って確実に素子出力を増大させる
ことができる構造を実現できる。
【００１７】また、上記目的は請求項６に記載の如く、
少なくとも下地層、フリー層、非磁性層、ピンド層、ピ
ニング層及び保護層を含む磁気抵抗効果膜の膜厚方向に
センス電流を流して磁気抵抗変化を検出する磁気抵抗効
果素子であって、前記フリー層、非磁性層、ピンド層及
びピニング層の少なくとも１層を、導電性粒子と、該導
電性粒子を分散状態にして含み導電性粒子の粒子径より
も薄い膜厚に形成した絶縁性マトリックス材料とで形成
したグラニュラ構造層とした磁気抵抗効果素子によって
も達成される。
【００１８】請求項６記載の発明によれば、磁気抵抗効
果素膜を構成する少なくとも１つの層を、センス電流を
制御する機能を備えたグラニュラ構造層として形成する
ので、従来と同様の層構成で素子出力を増大させること
ができる。
【００１９】また、請求項７に記載の如く、請求項６に
記載の磁気抵抗効果素子において、前記フリー層、ピン
ド層及びピニング層を構成するグラニュラ構造層の前記
導電性粒子を磁性金属材料で形成することができる。
【００２０】また、請求項８に記載の如く、請求項６に
記載の磁気抵抗効果素子において、前記非磁性層を構成
するグラニュラ構造層の前記導電性粒子を非磁性金属材
料で形成することができる。
【００２１】請求項７及び８に記載の発明によれば、磁
気抵抗効果膜を構成する各層の本来の機能を維持しつ
つ、センス電流路を絞って確実に素子出力を増大させる
ことができる構造を実現できる。
【００２２】そして、請求項９に記載の如く、請求項１
から８のいすれかに記載の磁気抵抗効果膜内に、順積層
型スピンバルブ膜、逆積層型スピンバルブ膜、デュアル
型スピンバルブ膜、フェリピン型スピンバルブ膜、フェ
リピンデュアル型スピンバルブ膜、及びトンネル接合膜
からなる群から選択された１つを含んでいる構成として
もよい。
【００２３】さらに、請求項１０に記載の如く、請求項
１から９にいずれかに記載の磁気抵抗効果素子を磁気再
生用の磁気ヘッドとして用いる磁気記録装置も本発明の
範疇に入るものである。
【００２４】請求項１０に記載の発明によれば、高密度
記録の磁気記録媒体を搭載して高感度に磁気情報を再生
できる磁気記録装置を提供できる。
【００２５】ところで、本件出願人はＣＰＰ型の磁気抵
抗効果膜内の抵抗変化に寄与する部分に電流路制御層と
して酸化物層を挿入し、その部分でセンス電流路を小さ
くすることにより、磁気抵抗効果膜に流れるセンス電流
を小さくする技術の検討をしてきている。この方法によ
ると、素子出力の増大とともにＭＲ比も増大させる効果
を期待できる。
【００２６】上記酸化物層は、例えば酸化物をスパッタ
リング法により成膜する、また被酸化物を成膜してから
成膜室内、または大気中での酸化処理等の手法を用いて
形成できる。この酸化物層は不均一に形成されるので、
酸化物層が存在しない部分がセンス電流路となる。すな
わち、この技術は酸化物層のポーラスや膜厚が不均一に
形成されるという点を利用して、センス電流路の断面積
の絞込みを行うものである。ところが、この不均一性を
制御して所望のセンス電流路を形成させることは困難で
ある。この困難性について図１を用いて説明する。
【００２７】図１は、スピンバルブ膜のフリー層上に酸
化物膜を形成した複数のサンプルの抵抗値をまとめて示
した図である。図１の各欄は、逆積層型のスピンバルブ
膜のフリー層上にＣｕ（２ｎｍ)／Ｔａ(１ｎｍ)金属膜
を積層し、スパッタ成膜チャンバー内で酸素プラズマに
より酸化物層を形成した場合のＣＰＰ型の磁気抵抗効果
素子として膜厚方向にセンス電流を流したときの各サン
プルでの素子抵抗を示している。なお、酸化処理は３５
０Ｐａ・ｓｅｃ.の条件で行った。同様の条件で酸化処
理を行っているにもかかわらず、素子抵抗は最大で一
桁、すなわち１０倍程度も異なる値となる。これは各サ
ンプル毎に酸化物層が一様に形成できないためと予想さ
れる。実際にセンス電流路の絞り込み層として用いる場
合には、作製した酸化物層の不均一性（例えば膜面内の
欠陥部：ポーラスや酸化膜厚）を利用して行うことにな
る。しかし、上記の結果からも、実際に形成される酸化
物層の不均一性を制御することが困難であることが理解
できる。よって、この手法を用いた場合の素子特性の安
定性、つまりは適用製品の信頼性を確保することは更な
る検討を要することとなった。
【００２８】そこで、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果膜内でセ
ンス電流を絞り込み抵抗変化に寄与する電流路制御層に
ついて更なる検討を行って本発明に至ったものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】本発明のＣＰＰ型の磁気抵抗効果
素子は、磁気抵抗効果膜内に電流路制御層としてグラニ
ュラ構造層が挿入されているという基本構成を有してい
る。図２は、このグラニュラ構造層ＧＲの概要を模式的
に示した図であり、図２（Ａ）はグラニュラ構造層ＧＲ
の全体概要、図２（Ｂ）はグラニュラ構造層ＧＲが上下
の層１、２に挟まれ接している様子を一部拡大して示し
た図である。図２（Ａ）で示すように、グラニュラ構造
層ＧＲは絶縁性マトリックス材料ＭＡＴ内に導電性粒子
ＰＡＲが分散状態で含まれている。絶縁性マトリックス
材料の膜厚ｔｈ、すなわちグラニュラ構造層の膜厚は導
電性粒子の粒子径よりも小さい（薄い）という特徴を有
している。このよう構造とすることで、グラニュラ構造
層ＧＲの表面に導電性粒子が顔を出すので、図２（Ｂ）
で示すように上下の層１、２に導電性粒子が確実に接す
る状態を確保でき、膜厚方向に確実にセンス電流を流す
ことができる構成となる。よって、導電性粒子の状態を
適宜調整することで所望のセンス電流路を設計できるこ
とになる。このグラニュラ構造層ＧＲの構成については
後においてさらに詳述する。
【００３０】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説
明する。
【００３１】本実施例の磁気抵抗効果膜は、各層の層間
や特定層を分割した場合でその間にグラニュラ構造層を
挿入する場合、さらには特定層自体をグラニュラ構造層
として構成する場合の形態を採用できる。以下、図３か
ら図５を用いて各形態を説明する。なお、図３から図５
は、磁気抵抗効果膜に所謂スピンバルブ膜を用いた構成
例である。
【００３２】図３は順方向に積層したスピンバルブ膜を
用いた磁気抵抗効果膜１０の層間にグラニュラ構造層を
挿入する構成例を示した図である。この磁気抵抗効果膜
１０は図示せぬ基板側から、下地層１１、フリー層１
２、非磁性層１３、ピンド層１４、ピニング層１５及び
保護層１６が積層された構造を有している。
【００３３】本実施例の磁気抵抗効果膜１０は、これら
の層間ＭＡ１〜ＭＡ５に上記グラニュラ構造層ＧＲを少
なくとも１つ挿入した構造とすることができる。センス
電流を確実に絞り込む構造とするには、挿入するグラニ
ュラ構造層ＧＲは異なる層間に２つ以上挿入することが
好ましい。例えば磁気抵抗変化の検出に関わる部分で確
実にセンス電流の絞り込みを実現させる構成例として、
下地層１１とフリー層１２との間の層間ＭＡ１と、ピン
ド層１４とピニング層１５との間の層間ＭＡ４に、それ
ぞれグラニュラ構造層ＧＲを設けた構造がある。
【００３４】上記層間ＭＡ１に挿入するグラニュラ構造
層ＧＲは、導電性の金属粒子が含有されている他、成膜
時のフリー層１２の結晶性及び配向性を向上させるよう
な絶縁性マトリックス材料ＭＡＴを用いることが推奨さ
れる。このグラニュラ構造層ＧＲは、成膜後にフリー層
１２と一体に機能するように、導電性と共にさらに磁性
を備えた金属粒子を分散させた構成とされてもよい。
【００３５】また、層間ＭＡ４に挿入するグラニュラ構
造層ＧＲは、ピンド層１４とピニング層１５との反強磁
性結合を維持できる性質を備えた層とする必要がある。
そのためには、上記金属粒子としてさらに磁性を有する
材料を選択して用いることが好ましい。このように、層
間ＭＡ４に挿入される導電性及び磁性を有するグラニュ
ラ構造層ＧＲは、実質的にピンド層１４或いはピニング
層１５と一体化して機能するような層となってもよい。
【００３６】また、フリー層１２と非磁性層１３との間
の層間ＭＡ２や、ピンド層１４と非磁性層１３との間の
層間ＭＡ３にグラニュラ構造層ＧＲを設けてもよい。層
間ＭＡ２に設けるグラニュラ構造層ＧＲはフリー層１２
と一体化するような磁性金属粒子を含むものとしてもよ
いし、非磁性層１３と一体化するような非磁性金属粒子
を含むものとしてもよい。層間ＭＡ３に設けるグラニュ
ラ構造層ＧＲも同様である。すなわち、図３に例示した
構造でグラニュラ構造層ＧＲはその上下で接する各層の
関係が、挿入前と同様に維持できるように調整される。
【００３７】上記図３に示した磁気抵抗効果膜１０は、
リソグラフィ技術を用いて従来と同様に製造することが
できる。以下に説明する磁気抵抗効果膜も同様である。
なお、図３では順方向に積層したスピンバルブ膜を例示
したが、フリー層１１が上側となる逆積層型のスピンバ
ルブ膜についても同様である。
【００３８】図４は順方向に積層したスピンバルブ膜を
用いた磁気抵抗効果膜２０のフリー層を２つに分割し、
その間にグラニュラ構造層を挿入した構成例を示した図
である。なお、図３と同じ部位には同一の符号を付して
重複する説明は省略し、特徴部分を中心に説明をする。
【００３９】この磁気抵抗効果膜２０はフリー層が分割
されて、第１フリー層２２と第２フリー層２１となって
いる、これらの間にグラニュラ構造層ＧＲが挿入されて
いる。このようにフリー層内にグラニュラ構造層を挿入
しても、センス電流の絞り込みに実効のある電流路制御
層を実現できる。確実にセンス電流を絞り込む構造とす
る観点から、さらにピンド層１４についても分割してグ
ラニュラ構造層ＧＲを挿入してもよい。
【００４０】上記のように、フリー磁性層、ピンド層を
分割して、その間にグラニュラ構造層ＧＲを挿入すると
きには、分割された上下層が本来の機能を維持できるよ
うに、図３の場合と同様に上記金属粒子として導電性及
び磁性を備えている材料を選択するればよい。また、非
磁性層１５を分割し、その間にグラニュラ構造層ＧＲを
設けてもよい。この場合には上記の場合とは逆に、上記
金属粒子として非磁性の材料を選択して用いることが好
ましい。
【００４１】なお、図４の場合も順方向に積層したスピ
ンバルブ膜を例示したが、フリー層１１が上側となる逆
積層型のスピンバルブ膜としても同様である。
【００４２】図５は、順方向に積層したスピンバルブ膜
を用いた磁気抵抗効果膜３０のフリー層自体をグラニュ
ラ構造層とした構成例を示した図である。先の図３及び
図４に示した構成は、新たにグラニュラ構造層ＧＲを挿
入するものであったが、図５ではグラニュラ構造層ＧＲ
自体をフリー層３１としたものである。よって、このグ
ラニュラ性のフリー層３１は、本来のフリー層及び電流
路制御層として機能する。同様に、ピンド層１４自体も
グラニュラ構造層ＧＲとすれば、従来と同様の層構成で
２つの電流路制御層を含む構成となるので、より確実に
センス電流を絞り込める磁気抵抗効果膜を形成できる。
【００４３】この他に、非磁性層１３自体をグラニュラ
構造層ＧＲとしてもよい。この図５の場合にも、磁性を
有する層をグラニュラ構造層ＧＲとする場合にはその磁
性層の本来機能を果たすように磁性金属粒子を用い、非
磁性層をグラニュラ構造層ＧＲとする場合にはその機能
を果たすように非磁性の金属粒子を用いることが好まし
い。
【００４４】なお、図５で示す磁気抵抗効果膜３０の場
合も順方向に積層したスピンバルブ膜を例示したが、フ
リー層１１が上側となる逆積層型のスピンバルブ膜とし
ても同様である。
【００４５】なお、上記図３〜５に示した形態を組合せ
て用いてもよい。すなわち、例えば分割した２つのフリ
ー層間にグラニュラ構造層を挿入し、ピニング層とピン
ド層の間にグラニュラ構造層を挿入した構成としてもよ
い。
【００４６】さらに、図６から図８は本発明の磁気抵抗
効果膜に含めることができる他の積層構造例を示した図
である。
【００４７】図６はフリー層４１を中央にして上下対称
的に非磁性層４２−１、４２−２ピンド層４３−１、４
３−２及びピニング層４４−１、４４−２の構造となる
ように積層したデュアル型スピンバルブ膜を示してい
る。このようなデュアル型スピンバルブ膜についても、
図３〜５に示した形態を同様に適用できる。
【００４８】図７は、フリー層５１、非磁性層５２及び
ピニング層５５を含むと共に、第１ピンド層５３−２と
第２ピンド層５３−１の２つのピンド層を反平行結合層
５４で反平行に結合したフェリピン構造を含む、所謂フ
ェリピン型スピンバルブ膜を示している。このようなフ
ェリピン構造を含むスピンバルブ膜についても、図３〜
５に示した形態を同様に適用できる。
【００４９】さらに、図８はフリー層６１、絶縁層６
２、ピンド６３層及びピニング層６４を含む、所謂トン
ネル接合膜を示している。このようなトンネル接合膜に
ついても、図３〜５に示した形態を同様に適用できる。
【００５０】以下、さらに上記グラニュラ構造層につい
て説明する。このグラニュラ構造層は非固容系の異種材
料を混合し、導電性の微細粒金属材料が他の絶縁体マト
リックス材料内に分散された微粒子を含有した構造とな
っている。
【００５１】上記絶縁体マトリックス材料としては、例
えばＳｉＯ、ＭｇＯ、ＡｌＯ等の酸化物を用いることが
できる。このグラニュラ構造層では、絶縁体の中に導電
性の金属柱が形成され、これがセンス電流路として働く
ことになる。各材料や成膜法、熱処理法などにより、こ
の金属微粒子の直径を調整できる。本実施例で採用でき
る導電性の金属微粒子としては例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ
等を、さらに磁性も備えた金属微粒子としては例えばＣ
ｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等を用いることができる。
【００５２】例えばM.Ohnuma, K.Hono, E.Abe, H.Onode
ra, S.Mitani and H.Fujimori: J.Appl. Phys., 82(11)
5646(1997)にあるように、Ｃｏ−Ａｌ−Ｏ材料では数
ｎｍの寸法に形成できる。従来のフォトリソグラフィー
技術を用いたドライエッチング法ではセンス電流路の寸
法は前述したように一辺１００ｎｍ程度までの微細化が
限度である。しかし、このグラニュラ構造層を電流路制
御層として用いることにより、センス電流路の断面積を
４００分の１程度にまで、絞り込むことが可能である。
【００５３】さらに、例えばD.J.Kubinski and H.Hollo
way: J. appl. Phys., 77(6)2508(1９９５)では、本実
施例のグラニュラー構造膜と類似構造膜の金属微粒子径
と膜組成、熱処理温度の関係を開示している。この関係
は図９に示されている。この図９からＡｇ系材料をマト
リックス材料としたグラニュラ構造層と同様な構造にお
いては、金属微粒子材料（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）の組成比
や熱処理温度等により、金属微粒子径が系統的に変化す
ることが確認できる。この図９の結果からも本実施例で
用いる異種材料を混合したグラニュラ構造層の場合に
は、その形成法により金属微粒子径を制御できることが
明らかであり、前述した酸化物層を用いる手法よりもセ
ンス電流路の制御性が高いことが確認できる。
【００５４】以下さらに、本実施例の好ましい一具体例
として磁気抵抗効果膜内のフリー層と下地層との間、及
び２分割したピンド層の間のそれぞれにグラニュラ構造
層を電流路制御層として挿入した場合を、従来例として
磁気抵抗効果膜外側に電流路制御層を形成した場合と比
較して説明する。
【００５５】図１０は、磁気抵抗効果膜の外側に電流路
制御層を被着した従来の素子構造７０と素子特性との関
係例を示した図である。図１１は、磁気抵抗効果膜内の
フリー層と下地層との間、及び２分割したピンド層の間
の各々にそれぞれにグラニュラ構造層を電流路制御層と
して挿入した具体例の素子構造８０と素子特性との関係
例を示した図である。
【００５６】図１０及び１１は、磁気抵抗効果膜内の電
流路制御層の位置、及びセンス電流路の絞り込みによる
素子の抵抗値（Ｒ）、抵抗変化値（ΔＲ）、及び抵抗変
化比（ＭＲ比）を比較して示している。図１０及び１１
では左側に素子の層構成、右側に抵抗値（Ｒ）、抵抗変
化値（ΔＲ）、及び抵抗変化比（ＭＲ比）をまとめて示
している。
【００５７】図１０及び１１の磁気抵抗効果膜は、以下
に示す構成の標準的なスピンバルブ膜とした。下地層
（バッファ層）及び保護層（キャップ層）にはＴａ（面
内比抵抗：１８０μΩｃｍ）を５ｎｍとした。ピニング
層はＰｄＰｔＭｎ（比抵抗：２００μΩｃｍ）を１５ｎ
ｍとし、ピンド層はＣｏＦｅＢを２ｎｍとし、非磁性層
はＣｕを３ｎｍとし、フリー層はＮｉＦｅ２ｎｍ／Ｃｏ
ＦｅＢ２．５ｎｍとした。フリー層／非磁性層／ピンド
層の抵抗変化に係る部分の比抵抗は、ＣＩＰモードで測
定した膜全体の比抵抗（６０μΩｃｍ）から上記の下地
層、保護層、ピニング層を差し引き、約３０μΩｃｍと
算出した。
【００５８】以上の構成において、上記の比抵抗が膜厚
方向においても成り立つと仮定し、この膜の断面積１μ
ｍ２の抵抗値を算出すると約５１ｍΩμｍ２であった。
また、この膜構成のスピンバルブ膜を用いて作製したＣ
ＰＰ構造素子の抵抗変化値は０．５ｍΩμｍ２であっ
た。ここで、図１０及び図１１に示した電流路制御層の
配設位置による素子の抵抗値、抵抗変化値、及び抵抗変
化比を算出する。電流路制御層により素子のセンス電流
路は１０分の１になると仮定する。
【００５９】図１０に示した下地層から保護層までの磁
気抵抗効果膜の外側に電流路制御層が配置された従来構
造では、磁気抵抗効果膜内の抵抗変化値は１０倍となり
出力が向上するが、抵抗値も１０倍となっている。よっ
て、抵抗変化比（ＭＲ比）は１倍となり変化しない。
【００６０】一方、図１１に示した、磁気抵抗効果膜内
に電流路制御層を挿入する本実施例の構造例では、実際
の磁気抵抗効果に寄与するピンド層、非磁性層、フリー
層の近傍に電流路制御層が配置され、抵抗変化値は前例
とほぼ同様に増加する。また、抵抗値に関しては比較的
抵抗値の小さいピンド層、非磁性層、フリー層部のみの
抵抗が増大し、他の下地層、ピニング層、保護層部は増
加しない。
【００６１】よって、この結果から膜全体の抵抗値はセ
ンス電流路を絞らない場合の約１．５倍程度になる。す
なわち、本構造の磁気抵抗効果膜の抵抗変化比（ＭＲ
比）は増加し、従来構成と比較して約６．６倍にもな
る。また、挿入するグラニュラ構造層の金属微粒子径、
その存在割合を制御することにより、さらに素子出力の
向上が可能である。このように実際に膜の抵抗変化に寄
与する部分のセンス電流路を絞り込むことにより、膜の
抵抗変化値、及び抵抗変化比を増大させることが可能と
なる。
【００６２】なお、素子出力はセンス電流値にも依存す
るが、素子の発熱による特性劣化を考慮すると、その抵
抗値によりセンス電流値は決定される。この点からも膜
の抵抗値の増大が小さくなる本磁気抵抗効果素子の構造
の方が、従来構造と比較し更なる出力の向上が期待でき
る。
【００６３】比較に用いた上記素子構造では、標準的な
シングルタイプのスピンバルブ膜を用いて説明したが、
先に示したフェリ型のピンド層を有する構造や、デュア
ルタイプスピンバルブ膜においても同様の効果を期待で
きる。この場合には上下のピンド層内に電流路制御層を
挿入することが有効であるが、その間の非磁性層やフリ
ー層部に挿入した場合にも、その程度は若干低減するも
ののこれに順じた効果を期待できる。
【００６４】さらに、上記構造では電流路制御層を２層
挿入する場合について説明した。しかし、１層の電流路
制御層を用いた場合にも、その近傍でセンス電流路の絞
込みが生じ、その効果は２層よりも若干減少するものの
素子出力を向上させるのに十分な効果がある。この場合
も電流路制御層は、磁気抵抗変化に寄与するピンド層、
非磁性層、フリー層内、若しくはその近傍に挿入するこ
とが望ましい。
【００６５】ただし、分割したピンド層内に電流路制御
層を挿入した場合には、ピンド層の磁化を固定するピニ
ング力、いわゆる一方向異方性磁界Ｈｕａが低下するこ
とを防止することが必要である。そのためには、一方向
異方性磁界Ｈｕａとの兼ね合いでグラニュラー材料、及
び膜厚を最適化すればよい。
【００６６】また、フリー層を分割してその間に挿入す
る際も同様にフリー層の特性を劣化させないことが必要
となる。また、フリー層に積層させる場合にはフリー層
特性に影響があれば、フリー層と電流路制御層との間に
比較的抵抗の高い結合遮断層を挿入することでフリー層
への影響を回避することもできる。
【００６７】なお、非磁性層を分割してその間に挿入す
ることに関しては、ＣＩＰ構造膜に比べ、電流のシャン
ト効果が無いことが特徴のＣＰＰ構造素子では特に問題
はない。
【００６８】以上ではＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子の構
成を詳細に説明した。このようなＣＰＰ型の磁気抵抗効
果素子は磁気記録装置内の磁気ヘッドとして採用され、
磁気記録媒体に記載された磁気情報を高感度に再生でき
る。ここで、実施例で示した磁気抵抗効果素子を磁気ヘ
ッドとして搭載した磁気記録装置について簡単に説明す
る。図１２は磁気記録装置の要部を示す図である。磁気
記録装置１００には磁気記録媒体としてのハードディス
ク１１０が搭載され、回転駆動されるようになってい
る。このハードディスク１１０の表面に対向して所定の
浮上量で、例えば具体例で示した図１１のＣＰＰ型の磁
気抵抗効果素子８０を磁気ヘッドとして磁気再生動作が
行われる。なお、磁気ヘッド８０はアーム１２０の先端
にあるスライダ１３０の前端部に固定されている。磁気
ヘッド８０の位置決めは、通常のアクチュエータと電磁
式微動微動アクチュエータを組合せた２段式アクチュエ
ータを採用できる。
【００６９】なお、ここでは磁気ヘッド８０を再生用と
して説明したが、本の磁気ヘッド８０と従来のインダク
ティブ型の薄膜ヘッドを併設すれば記録・再生ヘッドと
することができるのは明らかである以上本発明の好まし
い実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施
形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載
された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変
更が可能である。
【００７０】
【発明の効果】以上詳述したところから明らかなよう
に、発明によれば、磁気抵抗効果素子内にセンス電流を
絞り込むように制御する電流路制御層として導電性粒子
を含むグラニュラ構造層が挿入されているので、効率的
に素子出力の向上を図ることができる。よって、本磁気
抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドにより磁気記録装置の
記録密度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スピンバルブ膜のフリー層上に酸化物膜を形成
した複数のサンプルの抵抗値をまとめて示した図であ
る。
【図２】本発明の磁気抵抗効果素子に挿入されるグラニ
ュラ構造層の概要を模式的に示した図である。
【図３】順方向に積層したスピンバルブ膜を用いた磁気
抵抗効果膜の層間にグラニュラ構造層を挿入する構造例
を示した図である。
【図４】順方向に積層したスピンバルブ膜を用いた磁気
抵抗効果膜のフリー層を２つに分割し、その間にグラニ
ュラ構造層を挿入した構造例を示した図である。
【図５】順方向に積層したスピンバルブ膜を用いた磁気
抵抗効果膜のフリー層自体をグラニュラ構造層とした構
造例を示した図である。
【図６】デュアル型スピンバルブ膜の構造例を示した図
である。
【図７】フェリピン型スピンバルブ膜の構造例を示した
図である。
【図８】トンネル接合膜の構造例を示した図である。
【図９】グラニュラー構造膜と類似構造膜の金属微粒子
径と膜組成、熱処理温度との関係を示した図である。
【図１０】磁気抵抗効果膜の外側に電流路制御層を被着
した従来の素子構造と素子特性との関係例を示した図で
ある。
【図１１】磁気抵抗効果膜内のフリー層と下地層との
間、及び２分割したピンドの間の各々に電流路制御層と
してグラニュラ構造層を挿入した具体例の素子構造と素
子特性との関係例を示した図である。
【図１２】磁気記録装置の要部を示す図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０ 磁気抵抗効果膜 １１ 下地層 １２、２１、２２、３１ フリー層 １３ 非磁性層 １４ ピンド層 １５ ピニング層 １６ 保護層 ＧＲ グラニュラ構造層 ＭＡＴ 絶縁性マトリックス材料 ＰＡＲ 導電性粒子 ＭＡ１〜ＭＡ５ 層間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅原 貴彦 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 清水 豊 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 田中 厚志 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2G017 AA10 AD55 5D034 BA03 BA04 BA05 BA08 BA15 CA08 5E049 BA06 BA12 DB12

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも下地層、フリー層、非磁性
    層、ピンド層、ピニング層及び保護層を含む磁気抵抗効
    果膜の膜厚方向にセンス電流を流して磁気抵抗変化を検
    出する磁気抵抗効果素子であって、 前記複数層の少なくとも１つの層間に、導電性粒子と、
    該導電性粒子を分散状態にして含み導電性粒子の粒子径
    よりも薄い膜厚に形成した絶縁性マトリックス材料とで
    形成したグラニュラ構造層を設けた、ことを特徴とする
    磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁気抵抗効果素子にお
    いて、 前記グラニュラ構造層は前記ピンド層とピニング層との
    間に設けられ、前記導電性粒子が磁性金属材料で形成さ
    れている、ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  3. 【請求項３】 少なくとも下地層、フリー層、非磁性
    層、ピンド層、ピニング層及び保護層を含む磁気抵抗効
    果膜の膜厚方向にセンス電流を流して磁気抵抗変化を検
    出する磁気抵抗効果素子であって、 前記フリー層、非磁性層、ピンド層及びピニング層の少
    なくとも１層を分割して形成し、該分割した層の間に、
    導電性粒子と、該導電性粒子を分散状態にして含み導電
    性粒子の粒子径よりも薄い膜厚に形成した絶縁性マトリ
    ックス材料とで形成したグラニュラ構造層を設けた、こ
    とを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の磁気抵抗効果素子にお
    いて、 前記グラニュラ構造層は前記フリー層、ピンド層及びピ
    ニング層の少なくとも１つの層内に設けられ、前記導電
    性粒子が磁性金属材料で形成されている、ことを特徴と
    する磁気抵抗効果素子。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の磁気抵抗効果素子にお
    いて、 前記グラニュラ構造層は前記非磁性層内に設けられ、前
    記導電性粒子が非磁性金属材料で形成されている、こと
    を特徴とする磁気抵抗効果素子。
  6. 【請求項６】 少なくとも下地層、フリー層、非磁性
    層、ピンド層、ピニング層及び保護層を含む磁気抵抗効
    果膜の膜厚方向にセンス電流を流して磁気抵抗変化を検
    出する磁気抵抗効果素子であって、 前記フリー層、非磁性層、ピンド層及びピニング層の少
    なくとも１層を、導電性粒子と、該導電性粒子を分散状
    態にして含み導電性粒子の粒子径よりも薄い膜厚に形成
    した絶縁性マトリックス材料とで形成したグラニュラ構
    造層とした、ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載の磁気抵抗効果素子にお
    いて、 前記フリー層、ピンド層及びピニング層を構成するグラ
    ニュラ構造層の前記導電性粒子は、磁性金属材料で形成
    されている、ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  8. 【請求項８】 請求項６に記載の磁気抵抗効果素子にお
    いて、 前記非磁性層を構成するグラニュラ構造層の前記導電性
    粒子は、非磁性金属材料で形成されている、ことを特徴
    とする磁気抵抗効果素子。
  9. 【請求項９】 請求項１から８のいすれかに記載の磁気
    抵抗効果膜内に、順積層型スピンバルブ膜、逆積層型ス
    ピンバルブ膜、デュアル型スピンバルブ膜、フェリピン
    型スピンバルブ膜、フェリピンデュアル型スピンバルブ
    膜、及びトンネル接合膜からなる群から選択された１つ
    を含む、ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  10. 【請求項１０】 請求項１から９にいずれかに記載の磁
    気抵抗効果素子を磁気再生用の磁気ヘッドとして含んで
    いる、ことを特徴とする磁気記録装置。
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