JP2005012111A - 磁気抵抗効果素子及び薄膜磁気ヘッド - Google Patents
磁気抵抗効果素子及び薄膜磁気ヘッド Download PDFInfo
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Abstract
【課題】ピンド層の磁化固定力が高く、且つ、高い磁気抵抗変化率を実現できる磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置を提供すること。
【解決手段】薄膜磁気ヘッド１０は、反強磁性層３６と、反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されるとともに、反強磁性層に接する第１強磁性層４３、第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層４１、及び第１強磁性層と第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層４２を有するピンド層４５と、フリー層３４と、ピンド層とフリー層との間に設けられた中間層３５とを備える。ピンド層の第１強磁性層４３は、強磁性材料からなる第１層４３ｂと、該層と非磁性スペーサ層４２との間に配され強磁性材料からなる第２層４３ａとを有し、第１層４３ｂのバルク散乱係数は、第２層４３ａのバルク散乱係数よりも低くなっている。
【選択図】 図１
【解決手段】薄膜磁気ヘッド１０は、反強磁性層３６と、反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されるとともに、反強磁性層に接する第１強磁性層４３、第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層４１、及び第１強磁性層と第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層４２を有するピンド層４５と、フリー層３４と、ピンド層とフリー層との間に設けられた中間層３５とを備える。ピンド層の第１強磁性層４３は、強磁性材料からなる第１層４３ｂと、該層と非磁性スペーサ層４２との間に配され強磁性材料からなる第２層４３ａとを有し、第１層４３ｂのバルク散乱係数は、第２層４３ａのバルク散乱係数よりも低くなっている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を利用して各種の磁気情報を読取る磁気抵抗効果素子、特にハードディスク等の磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気抵抗効果素子の高感度化を実現するため、近年、様々の研究が進められている。フリー層とピンド層の２つの強磁性層の相対的な磁化方向に依存して電気抵抗が変化するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、最近の磁気抵抗効果素子の基本的構成をなすものであり、更にこれを改良したスペキュラー型のスピンバルブ等も注目を浴びている（特許文献１参照）。スペキュラー型は、極薄酸化層（ＮＯＬ；Ｎａｎｏ Ｏｘｉｄｅ Ｌａｙｅｒ）と金属層との界面における鏡面反射を利用して、高い磁気抵抗変化率を得るものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２３２０３５号公報（段落０００４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記スペキュラー型を利用すれば、それなりに高い磁気抵抗変化率を得ることができる。しかしながら、本発明者は、極薄酸化層を形成しなくても高い磁気抵抗変化率を得られる新規な磁気抵抗効果素子及びこれを備えた薄膜磁気ヘッドの開発に迫られた。
【０００５】
一方、近年、ピンド層の磁化固定作用を高めるため、いわゆるシンセティック構造が採用されている。このシンセティック構造とは、ピンド層が、反強磁性層に接する第１強磁性層と、第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層と、第１強磁性層と第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層とを備えたものである。この構造では、フリー層とピンド層の第２強磁性層との相対的な磁化方向に依存して磁気抵抗変化が得られる。ところが、ピンド層の第１強磁性層は、第２強磁性層とは逆向きに磁化が固定されているため、磁気抵抗変化を妨げる作用も存在する。
【０００６】
本発明は、このような事情の下でなされたものであり、ピンド層の磁化固定力が高く、且つ、高い磁気抵抗変化率を実現できる磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されるとともに、前記反強磁性層に接する第１強磁性層、前記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層、及び前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層を有するピンド層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層と、を備え、前記ピンド層における前記第１強磁性層は、強磁性材料からなる第１層と、当該第１層と前記非磁性スペーサ層との間に配され強磁性材料からなる第２層とを有し、前記第１層のバルク散乱係数は、前記第２層のバルク散乱係数より低いことを特徴としている。
【０００８】
本発明の磁気抵抗効果素子では、いわゆるシンセティック構造を採用しているため、ピンド層の磁化固定力が高められている。また、ピンド層の第１強磁性層に設けられたバルク散乱係数が低い方の第１層は、第１強磁性層の磁化の向きが第２強磁性層と逆であることに起因する磁気抵抗変化の低下を抑制するため、高い磁気抵抗変化率を実現することができる。しかも、バルク散乱係数が高い方の第２層が第２強磁性層側に設けられているため、ピンド層の磁化固定力を高い値にすることができる。
【０００９】
ここで、バルク散乱係数とは、強磁性体の磁化方向と同じ方向のスピンを持つ上向きスピンの電子の比抵抗をρ↑、反対方向のスピンを持つ下向きスピンの電子の比抵抗をρ↓、強磁性体が常磁性状態であるときの比抵抗をρとすると、下記式（１），（２）を満たすβに相当するものである。
【００１０】
ρ↑＝ρ（１−β） ・・・（１）
ρ↓＝ρ（１＋β） ・・・（２）
また、上記第１強磁性層における第１層は、ＦｅＣｒ，ＦｅＣｏＣｒ，ＦｅＴａ，ＦｅＭｎ，又はＦｅＶによって形成されていることが好ましい。また、上記第１強磁性層における第２層は、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ，又はＮｉＦｅによって形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の磁気抵抗効果素子において、ピンド層の第１強磁性層は、第１層における第２層とは反対側に、該第１層よりもバルク散乱係数が高く強磁性材料からなる第３層を更に備えることが好ましい。この場合、第３層により、ピンド層の第１強磁性層と反強磁性層との結合をより強固にすることができる。このように、バルク散乱係数の低い第１層をバルク散乱係数の高い２つの強磁性層で挟む構成にすることで、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の磁気抵抗効果素子において、フリー層における反強磁性層とは反対側に、中間層、ピンド層、及び反強磁性層の組が更に配され、フリー層の両側に位置する第１強磁性層の双方が、第１層及び第２層を有することが好適である。
【００１３】
このように所謂デュアルタイプスピンバルブヘッドにし、フリー層の両側の各第１強磁性層に上記第１層及び第２層を設けることで、更に高い磁気抵抗変化率が得られる。
【００１４】
本発明の薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置は、上記のような磁気抵抗効果素子を備えているため、ハードディスク装置の高い再生出力を実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態の薄膜磁気ヘッドを示す断面図であり、記録媒体対向面（以下、「エアベアリング面（ＡＢＳ：Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ）」と称する）側から若干入り込んだ付近を示す。薄膜磁気ヘッド１０は、巨大磁気抵抗効果を利用するＧＭＲヘッドであり、下部シールド層３１、第１ギャップ層３２、バッファ層３３、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層３４、非磁性の導電層（中間層）３５、ピンド層４５、反強磁性層３６、及びキャップ層３７がこの順に積層されている。尚、フリー層３４、導電層３５、ピンド層４５、及び反強磁性層３６によって、本実施形態の磁気抵抗効果素子が構成されている。
【００１７】
また、薄膜磁気ヘッド１０は、導電層３５の広がりの方向すなわち面方向にセンス電流が流れるいわゆるＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ）構造を採用している。センス電流は、一対の電極層５１，５２を介して、フリー層３４及び導電層３５等から構成されるＭＲ膜に供給される。本実施形態では、センス電流は電極層５１からＭＲ膜に流入し、電極層５２から流出するようになっている。また、各電極層５１，５２上には、これらを電気的に絶縁するＡｌ２Ｏ３等からなる第２ギャップ層５３が形成されている。第２ギャップ層５３上には、上部シールド層５４が積層されている。
【００１８】
バッファ層３３からキャップ層３７までの積層体の周囲には、フリー層３４を単磁区化するハードバイアス層５５が形成されており、その積層体とハードバイアス層５５との間の領域には、ハードバイアス層５５の配向を制御する下地層５７が形成されている。
【００１９】
次に、各層の構成を詳説する。第１ギャップ層３２は、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２等により形成され、厚さは例えば５ｎｍとされる。バッファ層３３は、Ｃｕ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｒｕ等により形成され、厚さは例えば５ｎｍとされる。
【００２０】
フリー層３４は、外部磁界（例えばハードディスクの漏洩磁界）の影響で磁化の向きが変化するものであり、厚さが約１ｎｍ〜約１０ｎｍで、例えばＣｏ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ，ＣｏＮｉＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ等の強磁性材料で形成することができる。また、フリー層３４は、ＣｏＴａ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＰｔ等からなる上記ハードバイアス層５５からの磁束によって、例えば図中右方向に単磁区化されている。
【００２１】
導電層３５は、ピンド層４５とフリー層３４との間に設けられ、Ｃｕ等の非磁性の導電材料で形成される。導電層３５の厚さは例えば数ｎｍとされる。
【００２２】
ピンド層４５は、反強磁性層３６と交換結合して磁化の向きが固定されている。ピンド層４５は、反強磁性層３６に接する第１強磁性層４３と、第１強磁性層４３と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層４１と、第１強磁性層４３と第２強磁性層４１との間に配された非磁性スペーサ層４２とを備え、いわゆるシンセティック構造となっている。このようにシンセティック構造を採用した場合は、ピンド層の磁化の向きの固定力が強まると共に、ピンド層４５からフリー層３４へ及ぶ不要な漏洩磁界を低減することができる。
【００２３】
第２強磁性層４１は、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ等で形成され、厚さは例えば１．０〜１０ｎｍ程度にされる。
【００２４】
非磁性スペーサ層４２は、例えばＲｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ｃｒ，Ｚｒ等の非磁性材料によって形成され、その厚さは例えば約０．２ｎｍ〜約１．２ｎｍ程度である。非磁性スペーサ層４２は、第１強磁性層４３と第２強磁性層４１との間に反強磁性的な交換結合を生じさせ、各層４３，４１の磁化の方向を反対にするものである。例えば、第１強磁性層４３の磁化は図における紙面奥側を向き、第２強磁性層４１の磁化は紙面手前向きに固定される。
【００２５】
第１強磁性層４３は、バルク散乱係数の高い強磁性層（第２層）４３ａ及び強磁性層（第３層）４３ｃで、これらよりもバルク散乱係数が低い強磁性層（第１層）４３ｂを挟んだ積層構造になっている。強磁性層４３ａ，４３ｃは、例えば、Ｃｏ（バルク散乱係数βは約０．５〜０．６），ＣｏＦｅ（βは約０．６〜０．７），ＣｏＦｅＮｉ（βは約０．５〜０．６），ＮｉＦｅ（βは約０．５）等のバルク散乱係数が０．５以上で１．０以下の強磁性体で形成され、２つの強磁性層４３ａ，４３ｃの構成材料は同一であっても異なっていてもよい。これらの材料の中では、ＣｏＦｅ又はＣｏＦｅＮｉが最適に選ばれる。強磁性層４３ａ，４３ｃのそれぞれの厚さは、例えば０．１ｎｍ〜２．０ｎｍ程度にされる。一方、第１強磁性層４３における強磁性層（第１層）４３ｂは、ＦｅＣｒ（βは約−０．２），ＦｅＣｏＣｒ（βは約−０．１），ＦｅＴａ（βは約０〜＋０．２），ＦｅＭｎ（βは約−０．１），ＦｅＶ（βは約−０．２）等のバルク散乱係数が強磁性層４３ａ，４３ｃよりも低い強磁性体で形成され、ＦｅＣｒ又はＦｅＣｏＣｒが最適に選ばれる。また、強磁性層４３ｂの厚さは、例えば０．１ｎｍ〜５．０ｎｍ程度にされる。
【００２６】
反強磁性層３６は、上記のようにピンド層４５の磁化の方向を固定するための層である。反強磁性層３６は、厚さが約５ｎｍ〜約２０ｎｍで、ＦｅＭｎ，ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等で形成することができる。反強磁性層３６を形成する材料としては、熱処理しなくても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起するタイプ、或いは、熱処理により反強磁性を示すタイプのいずれでもよい。また、反強磁性層３６上に積層されたキャップ層３７はＴａ，Ａｕ，Ｒｕ，Ｐｔ等で形成することができ、厚さは例えば約５ｎｍ程度にされる。
【００２７】
下部シールド層３１及び上部シールド層５４は、例えばＮｉＦｅ等の磁性材料で形成される。各シールド層３１，５４は、不要な外部磁界をＧＭＲ素子が感知するのを防止する。
【００２８】
以上が本実施形態の磁気抵抗効果素子及びこれを備えた薄膜磁気ヘッドの構成である。上記のように、薄膜磁気ヘッド１０では、いわゆるシンセティック構造を採用しているため、ピンド層４５の磁化固定力が高められている。また、ピンド層４５の第１強磁性層４３に設けられたバルク散乱係数が低い方の強磁性層（第１層）４３ｂは、第１強磁性層４３の磁化の向きが第２強磁性層４１と逆であることに起因する磁気抵抗変化の低下を抑制するため、高い磁気抵抗変化率を実現することができる。しかも、バルク散乱係数が高い方の強磁性層（第２層）４３ａが第２強磁性層４１側に設けられているため、ピンド層の磁化固定力を高い値にすることができる。本発明者の実験では、ピンド層４５の磁化が存分に固定された範囲内で、磁気抵抗変化率１５．９％という高い値が得られた。これを証明する実験データについては後述の実験例で説明する。
【００２９】
次に、図２を参照して、上記の薄膜磁気ヘッド１０を備えたヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置について説明する。
【００３０】
ハードディスク装置１は、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ：Ｈｅａｄ Ｇｉｍｂａｌｓ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１５を作動させて、高速回転する記録媒体としてのハードディスク２の記録面に、薄膜磁気ヘッド１０によって磁気情報を記録及び再生するものである。ヘッドジンバルアセンブリ１５は、薄膜磁気ヘッド１０が形成されたヘッドスライダ１１を搭載したジンバル１６と、これが接続されたサスペンションアーム１７とを備え、支軸１４周りに例えばボイスコイルモータによって回転可能となっている。ヘッドジンバルアセンブリ１５を回転させると、ヘッドスライダは、ハードディスク２の半径方向、すなわちトラックラインを横切る方向に移動する。
【００３１】
このようなヘッドジンバルアセンブリ１５及びハードディスク装置１は、上記薄膜磁気ヘッド１０を備えているため高い磁気抵抗変化率を実現でき、ひいてはハードディスク装置の高い再生出力を得ることができる。
【００３２】
［第２実施形態］
次に、図３を参照して、本発明に係る磁気抵抗効果素子及びこれを備えた薄膜磁気ヘッドの第２実施形態を説明する。本実施形態の磁気抵抗効果素子及び薄膜磁気ヘッド１０は、所謂デュアルタイプスピンバルブヘッドとなっている。すなわち、フリー層３４における反強磁性層３６とは反対側に、導電層、ピンド層、及び反強磁性層の組が更に設けられている。詳しくは、バッファ層３３とフリー層３４との間に、反強磁性層７６、ピンド層７５、及び導電層６５が積層されている。フリー層３４からキャップ層３７までの構成は、第１実施形態と同じである。
【００３３】
ピンド層７５は、ピンド層４５と同じ構成になっている。すなわち、ピンド層７５は、反強磁性層７６に接する第１強磁性層７３と、第１強磁性層７３と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層７１と、第１強磁性層７３と第２強磁性層７１との間に配された非磁性スペーサ層７２とを備えたシンセティック構造となっている。また、第１強磁性層７３は、２つの強磁性層（第２層）７３ａ及び強磁性層（第３層）７３ｃで、これらよりもバルク散乱係数の低い強磁性層（第１層）７３ｂを挟んだ積層構造となっている。強磁性層７３ａ，７３ｂ，７３ｃは、それぞれ強磁性層４３ａ，４３ｂ，４３ｃと同じ材料にすることができる。
【００３４】
このように所謂デュアルタイプスピンバルブヘッドにし、フリー層３４の両側の各第１強磁性層４３，７３にバルク散乱係数の低い強磁性層（第１層）を設けることで、第１実施形態と比較して更に高い磁気抵抗変化率が得られる。
【００３５】
［第３実施形態］
次に、図４を参照して、本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を説明する。本実施形態の薄膜磁気ヘッド１０では、ピンド層４５における第１強磁性層４３は、強磁性層（第２層）４３ａとこれよりもバルク散乱係数の低い強磁性層（第１層）４３ｂとの２層構造になっている。このような構成にした場合も、バルク散乱係数が低い方の強磁性層４３ｂは、第１強磁性層４３の磁化の向きが第２強磁性層４１と逆であることに起因する磁気抵抗変化の低下を抑制するため、高い磁気抵抗変化率を実現することができる。しかも、バルク散乱係数が高い方の強磁性層４３ａが第２強磁性層４１側に設けられているため、ピンド層の磁化固定力を高い値にすることができる。また、第１実施形態と比較して、１層少ないため製造工程を簡略化できるという利点もある。
【００３６】
［第４実施形態］
次に、図５を参照して、本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を説明する。本実施形態の薄膜磁気ヘッド１０は、ＣＩＰ構造ではなく、センス電流を層厚方向に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）型のＧＭＲヘッドとなっている。
【００３７】
本実施形態の薄膜磁気ヘッド１０は、ＮｉＦｅ，ＦｅＡｌＳｉ等からなり下部シールド層を兼ねる下側電極層８０と、これと同様の材料からなり上部シールド層を兼ねる上側電極層８２とを備えている。各電極層８０，８２の間に、磁気抵抗効果素子を含んだ積層体が挟まれており、電極層８０及び電極層８２によりこの積層体にセンス電流が供給される。この積層体の構成は第１実施形態と同様であり、バッファ層３３、フリー層３４、非磁性の導電層３５、ピンド層４５、反強磁性層３６、及びキャップ層３７を含んでいる。
【００３８】
また、磁気抵抗効果素子の側方には、ハードバイアス層５５が設けられ、該層５５の内側には、センス電流のリークを防止するＡｌ２Ｏ３等からなる絶縁層８１と、ハードバイアス層５５の配向を制御する下地層５７とが設けられている。また、上側電極層８２とハードバイアス層５５との間にも、絶縁層８１が形成されている。
【００３９】
本実施形態のようなＣＰＰ構造の薄膜磁気ヘッドによっても、第１実施形態と同じ構成の磁気抵抗効果素子を備えているため、ピンド層４５の磁化固定力が高くなっており、且つ、高い磁気抵抗変化率を実現することができる。
【００４０】
【実施例】
続いて、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
【００４１】
まず、ＣＩＰ型のシンセティック構造を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、ピンド層における第１強磁性層に、強磁性材料からなる第１層と、該層と非磁性スペーサ層との間に配され強磁性材料からなる第２層とを設けて、第１層を第２層よりもバルク散乱係数が低くなるようにすることの有効性を検証する。実験では、表１に示す材料及び膜厚の積層体を用いた。また、実際の薄膜磁気ヘッドの状態ではなく、ウエハ上に各膜を積層した状態で磁気抵抗変化率を測定した。より詳しくは、Ｓｉウエハ上に表１の各層を積層した上で、ピンド層の磁化方向を固定するために、１Ｔの磁場を印加した状態を２８０℃の温度雰囲気で５時間保持した。その後、このウエハに対していわゆる４点法（電流用の電極を２つ、電圧用の電極を２つ設ける。電流は層の面方向に流す。）を利用し、磁気抵抗変化率を測定した。その結果を図６のグラフに示す。
【００４２】
図６のグラフは、横軸が印加磁界を示し、縦軸が磁気抵抗変化率を示す。また、実施例１の測定結果を実線で示し、比較例１の測定結果を破線で示す。比較例１の磁気抵抗変化率の最大値は１０．８３％であったのに対し、実施例１の値は１１．１６％であった。この結果より、ピンド層にＦｅＣｒ層を設けた実施例１では、ＦｅＣｒ層を設けない比較例１よりも高い磁気抵抗変化率が得られると同時にピンド層の磁化固定にも問題が生じないことが検証された。
【００４３】
【表１】
【００４４】
次に、本発明が、薄膜磁気ヘッドがセンス電流を層厚方向に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）構造を採用する場合でも有効であることを説明する。
【００４５】
まず、表２に示すように、比較例２として、ピンド層にＦｅＣｒ層を設けない積層体を準備した。この積層体では、ピンド層をシンセティック構造にした。一方、実施例２として、ピンド層の第１強磁性層を、ＦｅＣｒ層（第１層）の両側をこれよりもバルク散乱係数が高い強磁性層（第２層、第３層）で挟んだ構造の積層体を準備した。そして、それぞれの磁気抵抗変化率を測定したところ、比較例２で１．４５％であったのに対し、実施例２では２．５％という結果であった。これにより、本発明がＣＰＰ構造を採用した場合にも有効であることが立証された。
【００４６】
【表２】
【００４７】
次に、最大の磁気抵抗変化率を求めた実験について説明する。まず、ピンド層における第１強磁性層のＦｅＣｒ層（第１層）の厚さを０．５ｎｍ、１．０ｎｍ、１．５ｎｍ、２．０ｎｍ、２．８ｎｍの５通りで磁気抵抗変化率を測定し、最適なＦｅＣｒ層の厚さを求めた。このときの各層の材料及び膜厚を表３に示す。また、測定したＦｅＣｒ層の各膜厚と磁気抵抗変化率の関係を図７のグラフに示す。このグラフから判るように、ＦｅＣｒ層の厚さが１．０ｎｍのときに、最大の磁気抵抗変化率を示すことが判明した。
【００４８】
【表３】
【００４９】
次に、ＦｅＣｒ層を厚さ１．０ｎｍに固定する一方、第２強磁性層の膜厚を変えて、磁気抵抗変化率の最大値を求めた。但し、薄膜磁気ヘッドとして有効に機能するには、ピンド層がピン反転を起こしてはならないため、ピンド層の磁化を充分に固定できる範囲内で最大の磁気抵抗変化率を求めた。表４に、このときの各層の材料及び膜厚を示す。また、表５及び図８に、第２強磁性層の膜厚を２．０ｎｍ、２．５ｎｍ、３．０ｎｍ、３．５ｎｍの４通りで測定した磁気抵抗変化率（％）及びＨｐｉｎ（Ｏｅ）を示す。図８において、符号Ａを付したものが磁気抵抗変化率（％）を示し、符号Ｂを付したものがＨｐｉｎ（Ｏｅ）を示す。Ｈｐｉｎは、ピンド層がピン反転を起こす限界の磁場である。この実験においては、磁化方向が１８０°回転した場合（つまり完全に逆向きとなった場合）のみをピン反転とせず、一方向に固定されていた磁化が９０°よりも大きな角度回転し、その反対側に傾いた場合に、ピン反転が生じたものとした。
【００５０】
【表４】
【００５１】
【表５】
【００５２】
一般的に第２強磁性層の厚さを厚くすると、磁気抵抗変化率が増加するがピンド層の磁化固定力は低下する。ところが、本実施例の場合、第１強磁性層が、バルク散乱係数が高い２つの強磁性層でバルク散乱係数がこれらよりも低い強磁性層を挟んだ積層構造となっており、非磁性スペーサ側のバルク散乱係数が高い強磁性層と第２強磁性層が強く結合し、第２強磁性層の厚さを増すことによって生じる磁化固定力の低下を防いでいる。
【００５３】
表５及び図８に示すように、第２強磁性層の厚さを厚くすると、磁気抵抗変化率が増加する。表５中、磁気抵抗変化率の最大値は、サンプル番号４（第２強磁性層の厚さは３．５ｎｍ）である。ところが、このサンプルではＨｐｉｎが６００（Ｏｅ）程度しかなく、これではピンド層のピン反転が容易に起こってしまい、薄膜磁気ヘッドとしては実用化が困難である。この点を考慮すると、Ｈｐｉｎが実用化に耐え得る値（１４８５（Ｏｅ））となっているサンプル番号３（第２強磁性層の厚さは３．０ｎｍ）の１５．９％が、磁気抵抗変化率の有効な値となる。つまり、本発明によれば、極薄酸化層（ＮＯＬ）を設けなくても、約１６％という極めて高い磁気抵抗変化率を実現することができると共に、ピンド層の磁化固定力も高くすることができる。
【００５４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の磁気抵抗効果素子は、薄膜磁気ヘッドのほかにも、磁気メモリ、移動体センサ等の各種の磁気センサ等にも適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る磁気抵抗効果素子によれば、ピンド層の磁化固定力が高く、且つ、高い磁気抵抗変化率を実現できる。また、本発明の薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置は、このような磁気抵抗効果素子を備えているため、ハードディスク装置の高い再生出力を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係るハードディスク装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第２実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を示す図である。
【図５】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第４実施形態を示す図である。
【図６】ＦｅＣｒ層（第１層）を設けた場合（実線）と設けない場合（破線）の磁気抵抗変化率を示すグラフである。
【図７】ＦｅＣｒ層（第１層）の厚さと磁気抵抗変化率の関係を示すグラフである。
【図８】第２強磁性層の厚さと磁気抵抗変化率及びＨｐｉｎとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ハードディスク装置、２…ハードディスク、１０…薄膜磁気ヘッド、１５…ヘッドジンバルアセンブリ、３１…下部シールド層、３２…ギャップ層、３３…バッファ層、３４…フリー層、３５…導電層（中間層）、３６…反強磁性層、３７…キャップ層、４１…第２強磁性層、４２…非磁性スペーサ層、４３…第１強磁性層、４３ａ…強磁性層（第２層）、４３ｂ…強磁性層（第１層）、４３ｃ…強磁性層（第３層）、４５…ピンド層、５１，５２…電極層、５３…ギャップ層、５４…上部シールド層、５５…ハードバイアス層、５７…下地層、６５…導電層、７１…第２強磁性層、７２…非磁性スペーサ層、７３…第１強磁性層、７３ａ…強磁性層（第２層）、７３ｂ…強磁性層（第１層）、７３ｃ…強磁性層（第３層）、７５…ピンド層、７６…反強磁性層、８０…下側電極層、８１…絶縁層、８２…上側電極層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果を利用して各種の磁気情報を読取る磁気抵抗効果素子、特にハードディスク等の磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気抵抗効果素子の高感度化を実現するため、近年、様々の研究が進められている。フリー層とピンド層の２つの強磁性層の相対的な磁化方向に依存して電気抵抗が変化するスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、最近の磁気抵抗効果素子の基本的構成をなすものであり、更にこれを改良したスペキュラー型のスピンバルブ等も注目を浴びている（特許文献１参照）。スペキュラー型は、極薄酸化層（ＮＯＬ；Ｎａｎｏ Ｏｘｉｄｅ Ｌａｙｅｒ）と金属層との界面における鏡面反射を利用して、高い磁気抵抗変化率を得るものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２３２０３５号公報（段落０００４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記スペキュラー型を利用すれば、それなりに高い磁気抵抗変化率を得ることができる。しかしながら、本発明者は、極薄酸化層を形成しなくても高い磁気抵抗変化率を得られる新規な磁気抵抗効果素子及びこれを備えた薄膜磁気ヘッドの開発に迫られた。
【０００５】
一方、近年、ピンド層の磁化固定作用を高めるため、いわゆるシンセティック構造が採用されている。このシンセティック構造とは、ピンド層が、反強磁性層に接する第１強磁性層と、第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層と、第１強磁性層と第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層とを備えたものである。この構造では、フリー層とピンド層の第２強磁性層との相対的な磁化方向に依存して磁気抵抗変化が得られる。ところが、ピンド層の第１強磁性層は、第２強磁性層とは逆向きに磁化が固定されているため、磁気抵抗変化を妨げる作用も存在する。
【０００６】
本発明は、このような事情の下でなされたものであり、ピンド層の磁化固定力が高く、且つ、高い磁気抵抗変化率を実現できる磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の磁気抵抗効果素子は、反強磁性層と、前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されるとともに、前記反強磁性層に接する第１強磁性層、前記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層、及び前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層を有するピンド層と、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層と、を備え、前記ピンド層における前記第１強磁性層は、強磁性材料からなる第１層と、当該第１層と前記非磁性スペーサ層との間に配され強磁性材料からなる第２層とを有し、前記第１層のバルク散乱係数は、前記第２層のバルク散乱係数より低いことを特徴としている。
【０００８】
本発明の磁気抵抗効果素子では、いわゆるシンセティック構造を採用しているため、ピンド層の磁化固定力が高められている。また、ピンド層の第１強磁性層に設けられたバルク散乱係数が低い方の第１層は、第１強磁性層の磁化の向きが第２強磁性層と逆であることに起因する磁気抵抗変化の低下を抑制するため、高い磁気抵抗変化率を実現することができる。しかも、バルク散乱係数が高い方の第２層が第２強磁性層側に設けられているため、ピンド層の磁化固定力を高い値にすることができる。
【０００９】
ここで、バルク散乱係数とは、強磁性体の磁化方向と同じ方向のスピンを持つ上向きスピンの電子の比抵抗をρ↑、反対方向のスピンを持つ下向きスピンの電子の比抵抗をρ↓、強磁性体が常磁性状態であるときの比抵抗をρとすると、下記式（１），（２）を満たすβに相当するものである。
【００１０】
ρ↑＝ρ（１−β） ・・・（１）
ρ↓＝ρ（１＋β） ・・・（２）
また、上記第１強磁性層における第１層は、ＦｅＣｒ，ＦｅＣｏＣｒ，ＦｅＴａ，ＦｅＭｎ，又はＦｅＶによって形成されていることが好ましい。また、上記第１強磁性層における第２層は、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ，又はＮｉＦｅによって形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の磁気抵抗効果素子において、ピンド層の第１強磁性層は、第１層における第２層とは反対側に、該第１層よりもバルク散乱係数が高く強磁性材料からなる第３層を更に備えることが好ましい。この場合、第３層により、ピンド層の第１強磁性層と反強磁性層との結合をより強固にすることができる。このように、バルク散乱係数の低い第１層をバルク散乱係数の高い２つの強磁性層で挟む構成にすることで、高い磁気抵抗変化率を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の磁気抵抗効果素子において、フリー層における反強磁性層とは反対側に、中間層、ピンド層、及び反強磁性層の組が更に配され、フリー層の両側に位置する第１強磁性層の双方が、第１層及び第２層を有することが好適である。
【００１３】
このように所謂デュアルタイプスピンバルブヘッドにし、フリー層の両側の各第１強磁性層に上記第１層及び第２層を設けることで、更に高い磁気抵抗変化率が得られる。
【００１４】
本発明の薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置は、上記のような磁気抵抗効果素子を備えているため、ハードディスク装置の高い再生出力を実現できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ、及びハードディスク装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
［第１実施形態］
図１は、本実施形態の薄膜磁気ヘッドを示す断面図であり、記録媒体対向面（以下、「エアベアリング面（ＡＢＳ：Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ）」と称する）側から若干入り込んだ付近を示す。薄膜磁気ヘッド１０は、巨大磁気抵抗効果を利用するＧＭＲヘッドであり、下部シールド層３１、第１ギャップ層３２、バッファ層３３、外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層３４、非磁性の導電層（中間層）３５、ピンド層４５、反強磁性層３６、及びキャップ層３７がこの順に積層されている。尚、フリー層３４、導電層３５、ピンド層４５、及び反強磁性層３６によって、本実施形態の磁気抵抗効果素子が構成されている。
【００１７】
また、薄膜磁気ヘッド１０は、導電層３５の広がりの方向すなわち面方向にセンス電流が流れるいわゆるＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｉｎ Ｐｌａｎｅ）構造を採用している。センス電流は、一対の電極層５１，５２を介して、フリー層３４及び導電層３５等から構成されるＭＲ膜に供給される。本実施形態では、センス電流は電極層５１からＭＲ膜に流入し、電極層５２から流出するようになっている。また、各電極層５１，５２上には、これらを電気的に絶縁するＡｌ２Ｏ３等からなる第２ギャップ層５３が形成されている。第２ギャップ層５３上には、上部シールド層５４が積層されている。
【００１８】
バッファ層３３からキャップ層３７までの積層体の周囲には、フリー層３４を単磁区化するハードバイアス層５５が形成されており、その積層体とハードバイアス層５５との間の領域には、ハードバイアス層５５の配向を制御する下地層５７が形成されている。
【００１９】
次に、各層の構成を詳説する。第１ギャップ層３２は、Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２等により形成され、厚さは例えば５ｎｍとされる。バッファ層３３は、Ｃｕ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｒｕ等により形成され、厚さは例えば５ｎｍとされる。
【００２０】
フリー層３４は、外部磁界（例えばハードディスクの漏洩磁界）の影響で磁化の向きが変化するものであり、厚さが約１ｎｍ〜約１０ｎｍで、例えばＣｏ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ，ＣｏＮｉＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ等の強磁性材料で形成することができる。また、フリー層３４は、ＣｏＴａ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＰｔ等からなる上記ハードバイアス層５５からの磁束によって、例えば図中右方向に単磁区化されている。
【００２１】
導電層３５は、ピンド層４５とフリー層３４との間に設けられ、Ｃｕ等の非磁性の導電材料で形成される。導電層３５の厚さは例えば数ｎｍとされる。
【００２２】
ピンド層４５は、反強磁性層３６と交換結合して磁化の向きが固定されている。ピンド層４５は、反強磁性層３６に接する第１強磁性層４３と、第１強磁性層４３と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層４１と、第１強磁性層４３と第２強磁性層４１との間に配された非磁性スペーサ層４２とを備え、いわゆるシンセティック構造となっている。このようにシンセティック構造を採用した場合は、ピンド層の磁化の向きの固定力が強まると共に、ピンド層４５からフリー層３４へ及ぶ不要な漏洩磁界を低減することができる。
【００２３】
第２強磁性層４１は、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ等で形成され、厚さは例えば１．０〜１０ｎｍ程度にされる。
【００２４】
非磁性スペーサ層４２は、例えばＲｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ｃｒ，Ｚｒ等の非磁性材料によって形成され、その厚さは例えば約０．２ｎｍ〜約１．２ｎｍ程度である。非磁性スペーサ層４２は、第１強磁性層４３と第２強磁性層４１との間に反強磁性的な交換結合を生じさせ、各層４３，４１の磁化の方向を反対にするものである。例えば、第１強磁性層４３の磁化は図における紙面奥側を向き、第２強磁性層４１の磁化は紙面手前向きに固定される。
【００２５】
第１強磁性層４３は、バルク散乱係数の高い強磁性層（第２層）４３ａ及び強磁性層（第３層）４３ｃで、これらよりもバルク散乱係数が低い強磁性層（第１層）４３ｂを挟んだ積層構造になっている。強磁性層４３ａ，４３ｃは、例えば、Ｃｏ（バルク散乱係数βは約０．５〜０．６），ＣｏＦｅ（βは約０．６〜０．７），ＣｏＦｅＮｉ（βは約０．５〜０．６），ＮｉＦｅ（βは約０．５）等のバルク散乱係数が０．５以上で１．０以下の強磁性体で形成され、２つの強磁性層４３ａ，４３ｃの構成材料は同一であっても異なっていてもよい。これらの材料の中では、ＣｏＦｅ又はＣｏＦｅＮｉが最適に選ばれる。強磁性層４３ａ，４３ｃのそれぞれの厚さは、例えば０．１ｎｍ〜２．０ｎｍ程度にされる。一方、第１強磁性層４３における強磁性層（第１層）４３ｂは、ＦｅＣｒ（βは約−０．２），ＦｅＣｏＣｒ（βは約−０．１），ＦｅＴａ（βは約０〜＋０．２），ＦｅＭｎ（βは約−０．１），ＦｅＶ（βは約−０．２）等のバルク散乱係数が強磁性層４３ａ，４３ｃよりも低い強磁性体で形成され、ＦｅＣｒ又はＦｅＣｏＣｒが最適に選ばれる。また、強磁性層４３ｂの厚さは、例えば０．１ｎｍ〜５．０ｎｍ程度にされる。
【００２６】
反強磁性層３６は、上記のようにピンド層４５の磁化の方向を固定するための層である。反強磁性層３６は、厚さが約５ｎｍ〜約２０ｎｍで、ＦｅＭｎ，ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等で形成することができる。反強磁性層３６を形成する材料としては、熱処理しなくても反強磁性を示し、強磁性材料との間に交換結合磁界を誘起するタイプ、或いは、熱処理により反強磁性を示すタイプのいずれでもよい。また、反強磁性層３６上に積層されたキャップ層３７はＴａ，Ａｕ，Ｒｕ，Ｐｔ等で形成することができ、厚さは例えば約５ｎｍ程度にされる。
【００２７】
下部シールド層３１及び上部シールド層５４は、例えばＮｉＦｅ等の磁性材料で形成される。各シールド層３１，５４は、不要な外部磁界をＧＭＲ素子が感知するのを防止する。
【００２８】
以上が本実施形態の磁気抵抗効果素子及びこれを備えた薄膜磁気ヘッドの構成である。上記のように、薄膜磁気ヘッド１０では、いわゆるシンセティック構造を採用しているため、ピンド層４５の磁化固定力が高められている。また、ピンド層４５の第１強磁性層４３に設けられたバルク散乱係数が低い方の強磁性層（第１層）４３ｂは、第１強磁性層４３の磁化の向きが第２強磁性層４１と逆であることに起因する磁気抵抗変化の低下を抑制するため、高い磁気抵抗変化率を実現することができる。しかも、バルク散乱係数が高い方の強磁性層（第２層）４３ａが第２強磁性層４１側に設けられているため、ピンド層の磁化固定力を高い値にすることができる。本発明者の実験では、ピンド層４５の磁化が存分に固定された範囲内で、磁気抵抗変化率１５．９％という高い値が得られた。これを証明する実験データについては後述の実験例で説明する。
【００２９】
次に、図２を参照して、上記の薄膜磁気ヘッド１０を備えたヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置について説明する。
【００３０】
ハードディスク装置１は、ヘッドジンバルアセンブリ（ＨＧＡ：Ｈｅａｄ Ｇｉｍｂａｌｓ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１５を作動させて、高速回転する記録媒体としてのハードディスク２の記録面に、薄膜磁気ヘッド１０によって磁気情報を記録及び再生するものである。ヘッドジンバルアセンブリ１５は、薄膜磁気ヘッド１０が形成されたヘッドスライダ１１を搭載したジンバル１６と、これが接続されたサスペンションアーム１７とを備え、支軸１４周りに例えばボイスコイルモータによって回転可能となっている。ヘッドジンバルアセンブリ１５を回転させると、ヘッドスライダは、ハードディスク２の半径方向、すなわちトラックラインを横切る方向に移動する。
【００３１】
このようなヘッドジンバルアセンブリ１５及びハードディスク装置１は、上記薄膜磁気ヘッド１０を備えているため高い磁気抵抗変化率を実現でき、ひいてはハードディスク装置の高い再生出力を得ることができる。
【００３２】
［第２実施形態］
次に、図３を参照して、本発明に係る磁気抵抗効果素子及びこれを備えた薄膜磁気ヘッドの第２実施形態を説明する。本実施形態の磁気抵抗効果素子及び薄膜磁気ヘッド１０は、所謂デュアルタイプスピンバルブヘッドとなっている。すなわち、フリー層３４における反強磁性層３６とは反対側に、導電層、ピンド層、及び反強磁性層の組が更に設けられている。詳しくは、バッファ層３３とフリー層３４との間に、反強磁性層７６、ピンド層７５、及び導電層６５が積層されている。フリー層３４からキャップ層３７までの構成は、第１実施形態と同じである。
【００３３】
ピンド層７５は、ピンド層４５と同じ構成になっている。すなわち、ピンド層７５は、反強磁性層７６に接する第１強磁性層７３と、第１強磁性層７３と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層７１と、第１強磁性層７３と第２強磁性層７１との間に配された非磁性スペーサ層７２とを備えたシンセティック構造となっている。また、第１強磁性層７３は、２つの強磁性層（第２層）７３ａ及び強磁性層（第３層）７３ｃで、これらよりもバルク散乱係数の低い強磁性層（第１層）７３ｂを挟んだ積層構造となっている。強磁性層７３ａ，７３ｂ，７３ｃは、それぞれ強磁性層４３ａ，４３ｂ，４３ｃと同じ材料にすることができる。
【００３４】
このように所謂デュアルタイプスピンバルブヘッドにし、フリー層３４の両側の各第１強磁性層４３，７３にバルク散乱係数の低い強磁性層（第１層）を設けることで、第１実施形態と比較して更に高い磁気抵抗変化率が得られる。
【００３５】
［第３実施形態］
次に、図４を参照して、本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を説明する。本実施形態の薄膜磁気ヘッド１０では、ピンド層４５における第１強磁性層４３は、強磁性層（第２層）４３ａとこれよりもバルク散乱係数の低い強磁性層（第１層）４３ｂとの２層構造になっている。このような構成にした場合も、バルク散乱係数が低い方の強磁性層４３ｂは、第１強磁性層４３の磁化の向きが第２強磁性層４１と逆であることに起因する磁気抵抗変化の低下を抑制するため、高い磁気抵抗変化率を実現することができる。しかも、バルク散乱係数が高い方の強磁性層４３ａが第２強磁性層４１側に設けられているため、ピンド層の磁化固定力を高い値にすることができる。また、第１実施形態と比較して、１層少ないため製造工程を簡略化できるという利点もある。
【００３６】
［第４実施形態］
次に、図５を参照して、本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を説明する。本実施形態の薄膜磁気ヘッド１０は、ＣＩＰ構造ではなく、センス電流を層厚方向に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）型のＧＭＲヘッドとなっている。
【００３７】
本実施形態の薄膜磁気ヘッド１０は、ＮｉＦｅ，ＦｅＡｌＳｉ等からなり下部シールド層を兼ねる下側電極層８０と、これと同様の材料からなり上部シールド層を兼ねる上側電極層８２とを備えている。各電極層８０，８２の間に、磁気抵抗効果素子を含んだ積層体が挟まれており、電極層８０及び電極層８２によりこの積層体にセンス電流が供給される。この積層体の構成は第１実施形態と同様であり、バッファ層３３、フリー層３４、非磁性の導電層３５、ピンド層４５、反強磁性層３６、及びキャップ層３７を含んでいる。
【００３８】
また、磁気抵抗効果素子の側方には、ハードバイアス層５５が設けられ、該層５５の内側には、センス電流のリークを防止するＡｌ２Ｏ３等からなる絶縁層８１と、ハードバイアス層５５の配向を制御する下地層５７とが設けられている。また、上側電極層８２とハードバイアス層５５との間にも、絶縁層８１が形成されている。
【００３９】
本実施形態のようなＣＰＰ構造の薄膜磁気ヘッドによっても、第１実施形態と同じ構成の磁気抵抗効果素子を備えているため、ピンド層４５の磁化固定力が高くなっており、且つ、高い磁気抵抗変化率を実現することができる。
【００４０】
【実施例】
続いて、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
【００４１】
まず、ＣＩＰ型のシンセティック構造を有する薄膜磁気ヘッドにおいて、ピンド層における第１強磁性層に、強磁性材料からなる第１層と、該層と非磁性スペーサ層との間に配され強磁性材料からなる第２層とを設けて、第１層を第２層よりもバルク散乱係数が低くなるようにすることの有効性を検証する。実験では、表１に示す材料及び膜厚の積層体を用いた。また、実際の薄膜磁気ヘッドの状態ではなく、ウエハ上に各膜を積層した状態で磁気抵抗変化率を測定した。より詳しくは、Ｓｉウエハ上に表１の各層を積層した上で、ピンド層の磁化方向を固定するために、１Ｔの磁場を印加した状態を２８０℃の温度雰囲気で５時間保持した。その後、このウエハに対していわゆる４点法（電流用の電極を２つ、電圧用の電極を２つ設ける。電流は層の面方向に流す。）を利用し、磁気抵抗変化率を測定した。その結果を図６のグラフに示す。
【００４２】
図６のグラフは、横軸が印加磁界を示し、縦軸が磁気抵抗変化率を示す。また、実施例１の測定結果を実線で示し、比較例１の測定結果を破線で示す。比較例１の磁気抵抗変化率の最大値は１０．８３％であったのに対し、実施例１の値は１１．１６％であった。この結果より、ピンド層にＦｅＣｒ層を設けた実施例１では、ＦｅＣｒ層を設けない比較例１よりも高い磁気抵抗変化率が得られると同時にピンド層の磁化固定にも問題が生じないことが検証された。
【００４３】
【表１】
次に、本発明が、薄膜磁気ヘッドがセンス電流を層厚方向に流すＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｔｏ Ｐｌａｎｅ）構造を採用する場合でも有効であることを説明する。
【００４５】
まず、表２に示すように、比較例２として、ピンド層にＦｅＣｒ層を設けない積層体を準備した。この積層体では、ピンド層をシンセティック構造にした。一方、実施例２として、ピンド層の第１強磁性層を、ＦｅＣｒ層（第１層）の両側をこれよりもバルク散乱係数が高い強磁性層（第２層、第３層）で挟んだ構造の積層体を準備した。そして、それぞれの磁気抵抗変化率を測定したところ、比較例２で１．４５％であったのに対し、実施例２では２．５％という結果であった。これにより、本発明がＣＰＰ構造を採用した場合にも有効であることが立証された。
【００４６】
【表２】
次に、最大の磁気抵抗変化率を求めた実験について説明する。まず、ピンド層における第１強磁性層のＦｅＣｒ層（第１層）の厚さを０．５ｎｍ、１．０ｎｍ、１．５ｎｍ、２．０ｎｍ、２．８ｎｍの５通りで磁気抵抗変化率を測定し、最適なＦｅＣｒ層の厚さを求めた。このときの各層の材料及び膜厚を表３に示す。また、測定したＦｅＣｒ層の各膜厚と磁気抵抗変化率の関係を図７のグラフに示す。このグラフから判るように、ＦｅＣｒ層の厚さが１．０ｎｍのときに、最大の磁気抵抗変化率を示すことが判明した。
【００４８】
【表３】
次に、ＦｅＣｒ層を厚さ１．０ｎｍに固定する一方、第２強磁性層の膜厚を変えて、磁気抵抗変化率の最大値を求めた。但し、薄膜磁気ヘッドとして有効に機能するには、ピンド層がピン反転を起こしてはならないため、ピンド層の磁化を充分に固定できる範囲内で最大の磁気抵抗変化率を求めた。表４に、このときの各層の材料及び膜厚を示す。また、表５及び図８に、第２強磁性層の膜厚を２．０ｎｍ、２．５ｎｍ、３．０ｎｍ、３．５ｎｍの４通りで測定した磁気抵抗変化率（％）及びＨｐｉｎ（Ｏｅ）を示す。図８において、符号Ａを付したものが磁気抵抗変化率（％）を示し、符号Ｂを付したものがＨｐｉｎ（Ｏｅ）を示す。Ｈｐｉｎは、ピンド層がピン反転を起こす限界の磁場である。この実験においては、磁化方向が１８０°回転した場合（つまり完全に逆向きとなった場合）のみをピン反転とせず、一方向に固定されていた磁化が９０°よりも大きな角度回転し、その反対側に傾いた場合に、ピン反転が生じたものとした。
【００５０】
【表４】
【表５】
一般的に第２強磁性層の厚さを厚くすると、磁気抵抗変化率が増加するがピンド層の磁化固定力は低下する。ところが、本実施例の場合、第１強磁性層が、バルク散乱係数が高い２つの強磁性層でバルク散乱係数がこれらよりも低い強磁性層を挟んだ積層構造となっており、非磁性スペーサ側のバルク散乱係数が高い強磁性層と第２強磁性層が強く結合し、第２強磁性層の厚さを増すことによって生じる磁化固定力の低下を防いでいる。
【００５３】
表５及び図８に示すように、第２強磁性層の厚さを厚くすると、磁気抵抗変化率が増加する。表５中、磁気抵抗変化率の最大値は、サンプル番号４（第２強磁性層の厚さは３．５ｎｍ）である。ところが、このサンプルではＨｐｉｎが６００（Ｏｅ）程度しかなく、これではピンド層のピン反転が容易に起こってしまい、薄膜磁気ヘッドとしては実用化が困難である。この点を考慮すると、Ｈｐｉｎが実用化に耐え得る値（１４８５（Ｏｅ））となっているサンプル番号３（第２強磁性層の厚さは３．０ｎｍ）の１５．９％が、磁気抵抗変化率の有効な値となる。つまり、本発明によれば、極薄酸化層（ＮＯＬ）を設けなくても、約１６％という極めて高い磁気抵抗変化率を実現することができると共に、ピンド層の磁化固定力も高くすることができる。
【００５４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明の磁気抵抗効果素子は、薄膜磁気ヘッドのほかにも、磁気メモリ、移動体センサ等の各種の磁気センサ等にも適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る磁気抵抗効果素子によれば、ピンド層の磁化固定力が高く、且つ、高い磁気抵抗変化率を実現できる。また、本発明の薄膜磁気ヘッド、ヘッドジンバルアセンブリ及びハードディスク装置は、このような磁気抵抗効果素子を備えているため、ハードディスク装置の高い再生出力を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明に係るハードディスク装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第２実施形態を示す図である。
【図４】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第３実施形態を示す図である。
【図５】本発明に係る薄膜磁気ヘッドの第４実施形態を示す図である。
【図６】ＦｅＣｒ層（第１層）を設けた場合（実線）と設けない場合（破線）の磁気抵抗変化率を示すグラフである。
【図７】ＦｅＣｒ層（第１層）の厚さと磁気抵抗変化率の関係を示すグラフである。
【図８】第２強磁性層の厚さと磁気抵抗変化率及びＨｐｉｎとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…ハードディスク装置、２…ハードディスク、１０…薄膜磁気ヘッド、１５…ヘッドジンバルアセンブリ、３１…下部シールド層、３２…ギャップ層、３３…バッファ層、３４…フリー層、３５…導電層（中間層）、３６…反強磁性層、３７…キャップ層、４１…第２強磁性層、４２…非磁性スペーサ層、４３…第１強磁性層、４３ａ…強磁性層（第２層）、４３ｂ…強磁性層（第１層）、４３ｃ…強磁性層（第３層）、４５…ピンド層、５１，５２…電極層、５３…ギャップ層、５４…上部シールド層、５５…ハードバイアス層、５７…下地層、６５…導電層、７１…第２強磁性層、７２…非磁性スペーサ層、７３…第１強磁性層、７３ａ…強磁性層（第２層）、７３ｂ…強磁性層（第１層）、７３ｃ…強磁性層（第３層）、７５…ピンド層、７６…反強磁性層、８０…下側電極層、８１…絶縁層、８２…上側電極層。
Claims (8)
- 反強磁性層と、
前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されるとともに、前記反強磁性層に接する第１強磁性層、前記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層、及び前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層を有するピンド層と、
外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層と、を備え、
前記ピンド層における前記第１強磁性層は、
強磁性材料からなる第１層と、
当該第１層と前記非磁性スペーサ層との間に配され強磁性材料からなる第２層とを有し、
前記第１層のバルク散乱係数は、前記第２層のバルク散乱係数より低いことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記第１強磁性層における前記第１層は、ＦｅＣｒ，ＦｅＣｏＣｒ，ＦｅＴａ，ＦｅＭｎ，又はＦｅＶによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第１強磁性層における前記第２層は、Ｃｏ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ，又はＮｉＦｅによって形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記ピンド層の前記第１強磁性層は、前記第１層における前記第２層とは反対側に、前記第１層よりもバルク散乱係数が高く強磁性材料からなる第３層を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記フリー層における前記反強磁性層とは反対側に、前記中間層、前記ピンド層、及び前記反強磁性層の組が更に配され、
前記フリー層の両側に位置する前記第１強磁性層の双方が、前記第１層及び前記第２層を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のうち何れか一項記載の磁気抵抗効果素子。 - 反強磁性層と、
前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されるとともに、前記反強磁性層に接する第１強磁性層、前記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層、及び前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層を有するピンド層と、
外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層と、を備え、
前記ピンド層における前記第１強磁性層は、
強磁性材料からなる第１層と、
当該第１層と前記非磁性スペーサ層との間に配され強磁性材料からなる第２層とを有し、
前記第１層のバルク散乱係数は、前記第２層のバルク散乱係数より低いことを特徴とする薄膜磁気ヘッド。 - 薄膜磁気ヘッドをジンバルに搭載したヘッドジンバルアセンブリであって、
前記薄膜磁気ヘッドは、
反強磁性層と、
前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されるとともに、前記反強磁性層に接する第１強磁性層、前記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層、及び前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層を有するピンド層と、
外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層と、を備え、
前記ピンド層における前記第１強磁性層は、
強磁性材料からなる第１層と、
当該第１層と前記非磁性スペーサ層との間に配され強磁性材料からなる第２層とを有し、
前記第１層のバルク散乱係数は、前記第２層のバルク散乱係数より低いことを特徴とするヘッドジンバルアセンブリ。 - 磁気情報を書込み可能なハードディスクと、前記ハードディスクの前記磁気情報を読取る薄膜磁気ヘッドと、を備えるハードディスク装置であって、
前記薄膜磁気ヘッドは、
反強磁性層と、
前記反強磁性層と交換結合して磁化の向きが固定されるとともに、前記反強磁性層に接する第１強磁性層、前記第１強磁性層と磁化の方向が逆方向にされた第２強磁性層、及び前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に配された非磁性スペーサ層を有するピンド層と、
外部磁界に応じて磁化の向きが変化するフリー層と、
前記ピンド層と前記フリー層との間に設けられた中間層と、を備え、
前記ピンド層における前記第１強磁性層は、
強磁性材料からなる第１層と、
当該第１層と前記非磁性スペーサ層との間に配され強磁性材料からなる第２層とを有し、
前記第１層のバルク散乱係数は、前記第２層のバルク散乱係数より低いことを特徴とするハードディスク装置。
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