JP3833512B2 - Magnetoresistive effect element - Google Patents
Magnetoresistive effect element Download PDFInfo
- Publication number
- JP3833512B2 JP3833512B2 JP2001322041A JP2001322041A JP3833512B2 JP 3833512 B2 JP3833512 B2 JP 3833512B2 JP 2001322041 A JP2001322041 A JP 2001322041A JP 2001322041 A JP2001322041 A JP 2001322041A JP 3833512 B2 JP3833512 B2 JP 3833512B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- magnetization
- film
- resistance
- ferromagnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
- H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
- H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F41/308—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices lift-off processes, e.g. ion milling, for trimming or patterning
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置に関し、より詳細には、薄膜面に対して垂直にセンス電流が流れるスピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子、この磁気抵抗効果素子を搭載した磁気ヘッド及び磁気再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ある種の強磁性体では、電気抵抗が外部磁界の強さに応じて変化するという現象が知られており、これは「磁気抵抗効果」と呼ばれている。この効果は外部磁場の検出に使うことができ、そのような磁場検出素子を「磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と称する）」とよぶ。
【０００３】
このようなＭＲ素子は、産業的には、ハードディスクや磁気テープ等の磁気記録再生装置において、磁気記録媒体に記憶された情報の読み出しに利用されており（IEEE MAG-7、150(1971)等参照）、そのような磁気ヘッドは「ＭＲヘッド」と呼ばれている。
【０００４】
ところで近年、これらのＭＲ素子が利用されている磁気記録再生装置、特にハードディスク装置においては、磁気記録密度の高密度化が進められており、１ビットのサイズが小さくなり、ビットからの漏れ磁束の量がますます減少している。このため、より低磁界でも大きな抵抗変化率を得ることができる高感度で高Ｓ／Ｎ比のＭＲ素子を作ることが、磁気媒体に書き込んだ情報の読み出しには必須となってきており、記録密度向上のための重要な基盤技術となっている。
【０００５】
ここで「高感度」とは、単位磁場（Ｏｅ）当たりの抵抗変化量（Ω）が大きい事を意味しており、より大きなＭＲ変化量を持ち、より軟磁気特性に優れているＭＲ素子ほど高感度になる。また、高Ｓ／Ｎ比を実現するためには、熱雑音をできるだけ低減することが重要となる。このため素子抵抗自体はあまり大きくなることは好ましくなく、ハードディスク用読み取りセンサーとして用いる場合、良好なＳ／Ｎ比を実現するためには、素子抵抗としては５Ω〜３０Ω程度の値とする事が望まれている。
【０００６】
このような背景のもと、現在ではハードディスクＭＲへッドに用いるＭＲ素子としては、大きなＭＲ変化率を得ることができるスピンバルブ（spin-valve）膜を用いることが一般化している。
【０００７】
図２５は、スピンバルブ膜の概略断面構造を例示する概念図である。スピンバルブ膜１００は、強磁性層Ｆ、非磁性層Ｓ、強磁性層Ｐ及び反強磁性層Ａをこの順に積層した構成を有する。非磁性層Ｓを挟んで、磁気的に非結合な状態にある２つの強磁性層Ｆ、Ｐのうち、一方の強磁性層Ｐは反強磁性体Ａを用いた交換バイアス等により磁化を固着しておき、もう片方の強磁性層Ｆは外部磁界（信号磁界等）により容易に磁化回転できるようにされている。そして、外部磁場によって強磁性層Ｆの磁化のみを回転させ、２つの強磁性層Ｐ、Ｆの磁化方向の相対的な角度を変化させ、大きな磁気抵抗効果を得ることができる(Phys.Rev.B.,Vol.45, 806(1992), J. Appl. Phys. Vol.69, 4774(1991) 等参照）。
【０００８】
ここで、強磁性層Ｆは、「フリー層」、「磁場感受層」あるいは「磁化自由層」などと称され、強磁性層Ｐは、「ピン層」あるいは「磁化固着層」などと称され、非磁性層Ｓは、「スペーサ層」、「非磁性中間層」あるいは「中間層」などと称される場合が多い。
【０００９】
スピンバルブ膜は、低磁場でも、フリー層すなわち強磁性層Ｆの磁化を回転させることができるため、高感度化が可能であり、ＭＲヘッド用のＭＲ素子に適している。
【００１０】
このようなスピンバルブ素子に対しては、磁界による抵抗の変化を検出するために「センス電流」を流す必要がある。
【００１１】
図２６は、一般的に用いられている電流供給方式を表す概念図である。すなわち、現在は、図示したようにスピンバルブ素子の両端に電極ＥＬ、ＥＬを設け、センス電流Ｉを膜面に対して平行に流し、膜面平行方向の抵抗を測定する方式が一般に用いられている。この方法は一般に「ＣＩＰ（current-in-plane）」方式と呼ばれている。
【００１２】
ＣＩＰ方式の場合、ＭＲ変化率としては１０〜２０％程度の値を得ることが可能となっている。また現在一般に用いられているシールドタイプのＭＲヘッドでは、スピンバルブ素子はほぼ正方形に近い形状で用いられるため、ＭＲ素子の抵抗はほぼＭＲ膜の面電気抵抗値に等しくなる。このため、ＣＩＰ方式のスピンバルブ膜では面電気抵抗値を５〜３０Ωにすることにより良好なＳ／Ｎ特性を得ることが可能となる。このことはスピンバルブ膜全体の膜厚を薄くすることにより比較的簡単に実現することができる。これらの利点から、現時点ではＣＩＰ方式のスピンバルブ膜がＭＲヘッド用のＭＲ素子として一般的に用いられている。
【００１３】
しかしながら、１００Ｇｂｉｔ／inch２を超えるような高記録密度での情報再生を実現するためにはＭＲ変化率として３０％を越える値が必要とされてくると予想される。これに対して従来のスピンバルブ膜では、ＭＲ変化率として２０％を越える値を得ることは難しい。このため、いかにこのＭＲ変化率を大きくできるかが、更なる記録密度の向上のための大きな技術課題となっている。
【００１４】
このような観点から、ＭＲ変化率を大きくする目的で、ＣＩＰ−ＳＶ膜においてピン層、フリー層中に酸化物、窒化物、フッ化物、ホウ化物のいずれかからなる「電子反射層」を挿入したスピンバルブが提案されている。
【００１５】
図２７は、このようなスピンバルブ膜の断面構成を表す概念図である。すなわち、同図の構成においては、ピン層Ｐとフリー層Ｆにそれぞれ電子反射層ＥＲが挿入されている。スピンバルブ膜では、各層の界面で電子散乱が起こると見かけ上の平均自由行程が減少し、ＭＲ変化率が減少してしまう。これに対して、電子反射層ＥＲを設けて電子を反射することにより、電子の見かけ上の平均自由行程を増加させ、大きなＭＲ変化率を得ることが可能となる。
【００１６】
また、この構成では電子を反射することによって、電子が磁性体／非磁性体の界面を通り抜ける確率も上昇するため、見かけ上、人工格子膜における場合と同様な効果を得ることが可能となり、ＭＲ変化率が増大する。
【００１７】
しかし、この構成においても、全ての電子が磁性体／非磁性体の界面を通り抜けるわけではないため、ＭＲ変化率の増大には限界がある。このため上述のような電子反射層を挿入したＣＩＰ−ＳＶ膜においても２０％を越えるような大きなＭＲ変化率と、５〜３０Ωの実用的な抵抗変化量を実現することは実質的に困難となっている。
【００１８】
一方、３０％を越えるような大きなＭＲを得る方法として、磁性体と非磁性対を積層した人工格子において膜面に垂直方向（current perpendicular to plane：ＣＰＰ）にセンス電流を流す形式の磁気抵抗効果素子（以下ＣＰＰ−人工格子）が提案されている。
【００１９】
図２８は、ＣＰＰ−人工格子形の素子の断面構造を表す概念図である。この形式の磁気抵抗効果素子では、強磁性層と非磁性層とを交互に積層した人工格子ＳＬの上下に電極ＥＬがそれぞれ設けられ、センス電流Ｉが膜面に対して垂直方向に流れる。この構成では、電流Ｉが磁性層／非磁性層界面を横切る確率が高くなるため、良好な界面効果を得ることが可能となり大きなＭＲ変化率が得られることが知られている。
【００２０】
しかしながら、このようなＣＰＰ人工格子タイプの膜では、極薄の金属膜の積層構造からなる人工格子ＳＬの膜面垂直方向の電気抵抗を測定する必要がある。しかしこの抵抗値は一般に非常に小さな値になってしまう。したがってＣＰＰ人工格子では、抵抗値をできるだけ大きくすることが重要な技術課題となっている。従来はこの値を大きくするために、人工格子ＳＬと電極ＥＬとの接合面積を可能な限り小さくして、かつ人工格子ＳＬの積層回数を増やし、総膜厚を増やすことが必須となっている。例えば、素子の形状を０．１μｍ×０．１μｍにパターニングした場合、Ｃｏ２ｎｍとＣｕ２ｎｍとを交互に１０回積層すれば、総膜厚は２０ｎｍとなり、１Ω程度の抵抗値を得ることはできる。しかし、これでもまだ十分に大きな抵抗値とは言えず、さらに多層化することが必要とされる。
【００２１】
以上のような理由から、ＣＰＰ人工格子タイプの膜で、十分なヘッド出力を得、良好なハードディスク用読み取りセンサーとして用いるためには、スピンバルブタイプではなく人工格子タイプにすることが抵抗の面からみると必須であることがわかる。
【００２２】
しかし一方で、ＭＲ素子をＭＲヘッドに用いる場合には、磁性層の磁化の制御を行い、効率よく外部磁場の計測を行えるようにしながら、同時にバルクハウゼンノイズ等が発生しないように、各磁性層を単磁区化することが必要となってくる。しかし、上述したように、ＣＰＰ−ＭＲ素子では抵抗値を稼ぐために磁性層と非磁性層を交互に何度も積層する必要があり、そのような多くの磁性層に対して、個別に磁化の制御を行うことは技術上非常に困難となっている。
【００２３】
また、ＭＲ素子をＭＲヘッドに用いる場合には、小さな信号磁界に対して高感度に磁化が回転し、大きなＭＲ変化率が得られるようにする必要がある。このためには、センシング部分での信号磁束密度を向上させ、同じ磁束密度でもより大きな磁化回転量が得られるようにする必要がある。したがって外部磁場によって磁化が回転する層のトータルのＭｓｔ（磁化×膜厚）を小さくする必要がある。しかし、ＣＰＰ−ＭＲ素子では抵抗値を稼ぐために磁性層と非磁性層とを交互に何度も積層する必要があり、これによりＭｓｔが増大してしまい、信号磁束に対する感度を向上させることが困難となっている。
【００２４】
このため、ＣＰＰ人工格子タイプの膜では、３０％を越えるＭＲ変化率は期待できるものの磁気ヘッド用のＭＲセンサーとして用いるには高感度化が困難となっており、実質上不可能となっている。
【００２５】
一方、ＦｅＭｎ／ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ、ＦｅＭｎ／ＣｏＦｅ／Ｃｕ／ＣｏＦｅ等を用いたスピンバルブ構造においてＣＰＰ方式を採用することも考えられる。
【００２６】
図２９は、ＣＰＰ−ＳＶ素子の断面構成を表す概念図である。しかし、このようなＣＰＰ−ＳＶ構成において、抵抗値を大きくするためには磁性層の厚さを２０ｎｍ程度まで厚くする必要があり、その場合でも抵抗変化率は、４．２Ｋで３０％程度にとどまり、室温においては更にその半分の１５％程度の抵抗変化率しか得られないだろうことが予測される。
【００２７】
つまり、ＣＰＰ方式のスピンバルブ膜では、１５％程度のＭＲ変化率しか得られず、しかもフリー層のＭｓｔも大きくせざるを得ないため、ヘッド用のＭＲセンサーとして用いるには高感度化が困難となっており、実質上用いることは困難となっている。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、ＣＩＰ方式のスピンバルブ膜、ＣＰＰ方式の人工格子、ＣＰＰ方式のスピンバルブ等、様々な方式が提案されている。しかしながら、現在磁気記録密度は年率６０％以上の上昇を続けており、今後更なる出力増大が求められている。しかし、現時点では１００Ｇｂｉｔ／inch２ を超えるような高記録密度で用いることができる、適当な抵抗値と、大きなＭＲ変化量をもち、かつ磁気的に高感度となるようなスピンバルブ膜は実現が困難となっている。
【００２９】
本発明は、このような課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、スピン依存散乱効果を有効的に利用しながら、適当な抵抗値を有し、高感度化が可能で、かつ制御すべき磁性体層の数の少ない、実用的な磁気抵抗効果素子、それを用いた磁気ヘッド及び磁気記録再生装置を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様による磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層とを有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とし、前記非磁性中間層の膜中あるいは、界面に形成される抵抗調整層と、を備えたことを特徴とする。
【００３１】
また、本発明の第２の態様による磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層とを有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする抵抗調整層と、
を備え、前記抵抗調整層は、前記磁化自由層の非磁性中間層が設けられた側とは反対側か、非磁性中間層の層中あるいは界面に形成され、Ｃｕを主成分とする第１の領域と、Ｂ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｇｅから選ばれる少なくともひとつを含む酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする第２の領域とを備えたことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明の第３の態様による磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層とを有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする抵抗調整層と、
を備え、前記抵抗調整層は、前記磁化自由層の非磁性中間層が設けられた側とは反対側か、非磁性中間層の層中あるいは界面に形成され、Ａｇを主成分として含んでいる第１の領域と、Ｂｅ , Ｃｏ , Ｃｒ , Ｆｅ , Ｍｏ , Ｐｂ , Ｓｉ , Ｔａ , Ｖ , Ｗ , Ｇｅ , Ｓｎ , Ａｌ , Ｒｈから選ばれる少なくともひとつを含む酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする第２の領域とを備えたことを特徴とする。
【００３３】
また、本発明の第４の態様による磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層とを有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とし、前記非磁性中間層の膜中あるいは、界面に形成される抵抗調整層とを備え、前記抵抗調整層は、２％から３０％の金属相のホールを含んでいることを特徴とする。
【００３４】
なお、前記抵抗調整層が、前記磁化自由層の内部、または前記磁化自由層に対して前記非磁性中間層が形成された側とは反対側に形成されていても良い。
【００３５】
なお、前記抵抗調整層が、前記非磁性中間層の膜中あるいは、界面に形成されていても良い。
【００３６】
なお、前記抵抗調整層が、前記磁化固着層の膜中、または前記固着層に対して前記非磁性中間層が形成された側とは反対側に形成されていても良い。
【００３７】
なお、前記抵抗調整層が、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｔｈ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｂの中から選ばれる少なくともひとつの酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分としていても良い。
【００３８】
なお、前記抵抗調整層は、前記磁化自由層の前記非磁性中間層が設けられた側とは反対側か、非磁性中間層の層中あるいは界面に形成され、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｏｓの少なくともひとつの金属を含んでいても良い。
【００３９】
なお、前記抵抗調整層は、前記磁化自由層の非磁性中間層が設けられた側とは反対側か、非磁性中間層の層中あるいは界面に形成され、Ｃｕを主成分とする第１の領域と、Ｂ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｇｅから選ばれる少なくともひとつを含む酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする第２の領域と、を備えるように構成しても良い。
【００４０】
なお、前記抵抗調整層は、前記磁化自由層の非磁性中間層が設けられた側とは反対側か、非磁性中間層の層中あるいは界面に形成され、Ａｕを主成分として含でいる第１の領域と、Ｂ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｐ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃｒから選ばれる少なくともひとつを含む酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする第２の領域とを備えるように構成しても良い。
【００４１】
なお、前記抵抗調整層は、前記磁化自由層の非磁性中間層が設けられた側とは反対側か、非磁性中間層の層中あるいは界面に形成され、Ａｇを主成分として含んでいる第１の領域と、Ｂｅ,Ｃｏ,Ｃｒ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐｂ,Ｓｉ,Ｔａ,Ｖ,Ｗ,Ｇｅ,Ｓｎ,Ａｌ,Ｒｈから選ばれる少なくともひとつを含む酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする第２の領域とを備えるように構成しても良い。
【００４２】
また、本発明の第３の態様による磁気抵抗効果素子は、磁化の方向が実質的に一方に固着された強磁性膜を有する磁化固着層と、磁化の方向が外部磁界に応じて変化する強磁性膜を有する磁化自由層と、前記磁化自由層と前記磁化固着層との間に設けられた非磁性中間層とを有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、前記磁化自由層の前記非磁性中間層が設けられた側とは反対側の面上、あるいは、非磁性中間層の膜中あるいは界面に形成され、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｃｏの中から選ばれる少なくともひとつを含む、結晶質の酸化物を主成分とする領域と、を備えたことを特徴とする。
【００４３】
なお、前記抵抗調整層の厚みが０．５以上５ｎｍ以下であっても良い。
【００４４】
なお、前記抵抗調整層は、２％から３０％の金属相のホールを含んでいても良い。
【００４５】
なお、前記金属相のホールの平均直径は、前記磁化自由層と前記非磁性中間層と前記磁化固着層との膜厚の和に対して、５％から１００％の大きさであっても良い。
【００４６】
なお、前記金属相のホールの平均間隔が１０から１００ｎｍであっても良い。
【００４７】
また、本発明の第４の態様による磁気ヘッドは、上記のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする。
【００４８】
また、本発明の第５の態様による磁気再生装置は、上記磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に格納された磁気的情報を読み取り可能としたことを特徴とする。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
【００５０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面構造を表す概念図である。すなわち、本発明の磁気抵抗効果素子１０Ａは、図示しない所定の基板の上に、反強磁性層Ａ、第１の磁性層Ｐ、非磁性中間層Ｓ、第２の磁性層Ｆの順に積層されている。そして、第１の磁性層Ｐには抵抗調整層Ｒ１が挿入され、第２の磁性層Ｆには抵抗調整層Ｒ２が挿入されている。なお、反強磁性層Ａ、第１の磁性層Ｐ、非磁性中間層Ｓ、第２の磁性層Ｆは磁気抵抗効果膜を構成する。
【００５１】
さらに、この積層構造の上下には、電極層ＥＬが設けられ、センス電流Ｉを膜面に対して垂直方向に流すことが特徴となっている。
【００５２】
本実施形態においては、第１の磁性層Ｐは、その磁化が反強磁性層Ａによる一方向異方性により固定された「ピン層」として作用する。また、第２の磁性層Ｆは、図示しない磁気記録媒体などから発生される外部磁場（例えば信号磁界など）により磁化回転される「磁場感受層」あるいは「フリー層」として作用する。
【００５３】
第１の磁性層Ｐと第２の磁性層Ｆは、それぞれ抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２が挿入され、強磁性体層ＦＭ／抵抗調整層Ｒ１または抵抗調整層Ｒ２／強磁性体層ＦＭという積層構造を有する。この構造においては、抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２を挟んだ両側の強磁性体層は強磁性磁気結合をしており、その磁化は実質的に一体として振舞う。すなわち、この強磁性体層／抵抗調整層／強磁性体層の積層構造に含まれるそれぞれの強磁性体層の磁化は、全てほぼ平行にそろった状態にあり、ピン層（第１の磁性層Ｐ）においてはほぼ同一方向に磁化固着されており、フリー層（第２の磁性層Ｆ）においては外部磁場に対してほぼ同一の磁化方向を持つ。
【００５４】
本具体例においては、電流Ｉは上部電極ＥＬから下部電極ＥＬに向かって流れるが、抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２は、電流を膜厚方向に流しつつ、かつその電流量を低減するものであり、抵抗調整層の挿入により磁気抵抗効果素子の抵抗を上げることができる。つまり、抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２は、センス電流Ｉの通過量を制限する「フィルター層」、または、センス電流Ｉを構成する伝導電子の一部を透過させる「電流狭窄層」、または、センス電流Ｉの電流量を低減させる「障壁層」、として作用する。上記抵抗調整層の一具体例の構成および作用を、図３０を参照して説明する。この具体例の抵抗調整層Ｒは、絶縁体層中にピンホールＨが形成された構成となっている。この抵抗調整層Ｒを、磁気抵抗効果膜を構成する膜２０、２１の間に挟み、これらの膜にそれぞれ電極ＥＬ１、ＥＬ２を接続し、膜面に垂直に電流を流すと、電流は図３０の破線に示すように、ピンホールＨを通って流れるため、電流量が低減され、抵抗が増大することになる。なお、抵抗調整層の構成及び作用は、後述するように、これに限られるものではない。
【００５５】
さらに、低減された電流Ｉの一部は２つの抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の間で何度か反射を繰り返しながら流れる。しかし、反射を繰り返しながら流れる電流の量はセンス電流全体からみるとさほど多くはない。しかし、これによって電子がＣＰＰスピンバルブ構造を無反射で通過する確率は多少減少するため更に電気抵抗を増大させることが可能となる。なお、これらの抵抗調整層は、ＣＩＰ型スピンバルブ素子の電子反射層とは、形態的(morphological)に異なった構成となっている。
【００５６】
ＣＰＰスピンバルブ膜においては、強磁性体層／非磁性体層の界面における電子散乱の効果、すなわち界面抵抗が、大きなスピン依存性を持ちＣＰＰ−ＭＲを増大させる役目を担っている。また、界面抵抗は、比較的大きな値を持つ傾向がある。これらの特徴は、図２８に関して前述したＣＰＰ人工格子における作用と同様である。
【００５７】
従って、抵抗調整層を設けることにより、膜面垂直方向の抵抗値を増大させることができる。その結果として、本発明によれば、より多くの界面抵抗を利用することができ、従来のＣＰＰスピンバルブ膜に比べて、高抵抗で高ＭＲ変化率のＣＰＰ−ＳＶを実現することが可能となる。
【００５８】
また、本実施形態においては、電流Ｉが膜面に対して垂直方向に流れるＣＰＰ方式をとっているため、すべての電流Ｉは強磁性体層／非磁性体層の界面を横切ることになる。その結果として、ＣＩＰ方式の場合には有効に利用できなかった界面効果を極めて有効に利用することが可能となる。このため、ＣＩＰ構成ではあまり得られなかったＭＲ変化率の増大効果を極めて顕著に得ることが可能になる。
【００５９】
以上の効果により、スピンバルブ構成でありながら、界面抵抗を良好に利用し、適度な抵抗値を持ったＣＰＰスピンバルブ素子を提供することが可能となる。
【００６０】
また、本実施形態においては、ピン層Ｐ、フリー層Ｆの磁化はそれぞれ一体として動作する為、磁化の制御はピン層Ｐの磁化固着と１つのフリー層Ｆの磁化制御のみによって可能になり、磁気ヘッド等の読み取りセンサーとして用いる場合には、バルクハウゼンノイズが抑制された磁気ヘッドを実現することが可能になる。
【００６１】
また、本実施形態においては、ピン層Ｐ、フリー層Ｆの合計の厚さを薄くしたまま、良好な抵抗値とＭＲ変化率とを得ることが可能となる。すなわち、本構成においては、従来の単純なＣＰＰスピンバルブ構成と比較すると、電子の単純透過確率を減少させ、抵抗値を増大させるとともに、界面抵抗を十分に利用することが可能となるため、ピン層Ｐ、フリー層ＦのトータルのＭｓｔが小さい構造においても、十分な抵抗値とＭＲ変化率を得ることが可能となる。
【００６２】
具体的には、従来構成ではピン層Ｐ、フリー層Ｆの磁性体の厚さとしては２０ｎｍ程度必要であったが、本実施形態によれば、トータルの磁性層厚が５ｎｍ以下でも十分な特性を得ることが可能になる。これによって、フリー層ＦのＭｓｔを小さな値に保つことが可能となり、高感度なスピンバルブ素子を実現することができる。また、ピン層ＰのＭｓｔも小さくすることが可能となるため、反強磁性層Ａによる磁化固着特性を向上させることができ、デバイスとしての信頼性を向上させることが可能となる。
【００６３】
本実施形態における抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２としては、Ｂｉ（ビスマス）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｃ（炭素）等の半金属（セミメタル）や、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）等のいわゆるゼロギャップ半導体を用いることができる。これらの材料においては、絶縁体とは異なり、伝導電子は存在しているが、その密度が非常に小さいため、伝導電子が感じるポテンシャルは非常に小さくなっている。具体的にはＣｕ（銅）等の金属が７ｅＶ程度のフェルミポテンシャルを持っているのに対して、半金属におけるフェルミポテンシャルは１ｅＶ以下の小さな値となっている。
【００６４】
このため、強磁性体となる金属層中に、半金属やゼロギャップ半導体からなる抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２を挟むと、図２に例示したように大きなポテンシャルの段差が生じ、伝導電子が透過するのが制限されるようになる。なお、図２（ａ）は、ピン層Ｐとフリー層Ｆの磁化が平行の場合、図２（ｂ）は、反平行の場合について、それぞれ電子が感じるポテンシャルをアップスピンの場合とダウンスピンの場合について図示したグラフである。
【００６５】
本発明の構成においては、抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の中にも伝導電子が存在するため、トンネルによる電子の透過確率よりも、伝導電子による伝導の方が十分に大きくなっており、通常の伝導が全体の抵抗値を支配している。このため、強磁性トンネル接合の場合に比べると低抵抗化が可能であり、微少接合において良好な素子抵抗を得ることが可能となる。
【００６６】
これらの材料におけるフェルミポテンシャルの値は、１ｅＶ〜０ｅＶの範囲にあることが望ましい。より望ましくは、０．５ｅＶ〜０ｅＶの範囲が適している。その理由は、まず第１に、これらの材料においては、フェルミポテンシャルの値が小さければ小さいほど、電子の感じるポテンシャルに段差をつけることが可能になるため、電子の透過確率を小さくすることが可能になるからである。また、セミメタル中の伝導電子数自体も少なくなるため、電子の透過確率を非常に小さくすることが可能になる。０．５ｅＶの場合、伝導電子数は約３．５×１０２０個となりＣｕ等の貴金属に比べると電子数は２桁程度小さな値となるため、大きな抵抗増大を望むことができる。したがって、これらの材料におけるフェルミポテンシャルの値は０．５ｅＶ 以下とする事が望ましい。しかし、１ｅＶ以下であれば、伝導電子数は約４．６×１０２１個となりＣｕ等の貴金属に比べると電子数は１桁程度小さな値となるため十分に抵抗を増加させる効果を生じさせることができる。
【００６７】
また、本実施形態における抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の材料としては、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）もしくはそれらの合金を用いることもできる。ただし、この場合には、あまり大きなポテンシャルの段差を形成することが難しいため、大きな抵抗増大を得ることは容易ではない。
【００６８】
また、本実施形態における抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２としては、ポテンシャルバリアの高さが比較的低い絶縁体を用いることもできる。図３は、この構成に対応したポテンシャル図である。すなわち、図３（ａ）は、ピン層とフリー層の磁化が平行の場合、図３（ｂ）は、反平行の場合について、それぞれ電子が感じるポテンシャルをアップスピンの場合とダウンスピンの場合について図示したグラフである。
【００６９】
本具体例の場合は、電子の透過確率は抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２における電子のトンネル確率によって決まる。従って、バリアハイトが高くなると素子抵抗が高くなり過ぎるために、抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２のバリアハイトは、０．１ｅＶ以下である事が望ましい。
【００７０】
一方、本実施形態における抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２として、ピンホールが形成された絶縁体を用いることができる。この場合には、電子の透過確率は、ピンホールのサイズや密度などによって決定される。図４は、本具体例の断面構成を表す概念図である。同図に表したように、抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２にピンホールＨを適宜設けることができる。ここで、ピンホールＨのサイズを、電子の平均自由行程と同程度以下にすると、より大きな抵抗増大効果を得ることが可能となる。また、ピンホールＨの密度は、例えば、素子の膜面内に少なくとも１０個以上のピンホールが形成されていることが、素子特性の再現性の点からは望ましい。但し、逆に素子中にただ一つのピンホールＨが存在するようにすることもできる。また、ピンホールＨのトータル面積と素子の膜面積との比率についても適宜決定することができるが、望ましくは５０％以下であることが素子抵抗を上昇させるためには理想的である。
【００７１】
図４の具体例においては、電子の透過確率はピンホールＨを通した電気伝導によって決まる。従って、抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２を構成する材料として、バリアハイトの大きい絶縁体、例えばＡｌ（アルミニウム）酸化物やＳｉ（シリコン）酸化物などを用いることもできる。ただし、Ｃｏ（コバルト）酸化物、Ｎｉ（ニッケル）酸化物、Ｃｕ（銅）酸化物などのバリアハイトの低い材料を用いることもできる。その場合でも、電気伝導は主にピンホールＨによって支配される。
【００７２】
また、図４の具体例における抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の厚さも適宜決定することができるが、ピンホールＨの形成を確実且つ容易にするためには、０．５ｎｍ〜１０ｎｍの範囲に設定することが望ましい。
【００７３】
ピン層Ｐとフリー層Ｆのそれぞれの抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２におけるピンホールＨの位置は、特にコントロールしなくてもよい。この場合は、ランダムに形成されているピンホールＨを通した電気伝導が得られる。
【００７４】
この様なピンホールＨを持った抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の形成方法としては、例えばＡｌの極薄層をスパッタ等の方法によって形成したあと、酸素雰囲気に短時間曝し、自然酸化により形成することができる。また、その他にも、Ａｌなどの極薄層を、酸素プラズマに曝したり、酸素イオンを照射したり、酸素ラジカルを照射したりするような、エネルギーを与える方法でも形成できる。
【００７５】
また、被酸化層として、例えばＡｌ−Ｃｏのように、比較的酸化されやすい材料と酸化されにくい材料とを同時成膜することによりＡｌ−Ｃｏのグラニュラー（粒状）膜を形成しておき、それを酸素に曝すことにより、Ａｌのみを選択的に酸化することによっても形成できる。
【００７６】
また、それ以外にも、酸素雰囲気中で成膜することによりピンホールＨを持った酸化層を形成することができる。
【００７７】
また、このようなピンホールＨを持った抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の別の形成方法としては、例えば、ＡＦＭ（atomic force microscope）等を用いた微細加工、また自己組織化により規則的に配列したピンホールＨを形成することもできる。ＡＦＭ等を用いた微細加工の際には、例えばＡｌＯｘ（酸化アルミニウム）の連続膜を形成しておき、そのＡｌＯｘに穴を開けることにより形成できる。また、自己組織化により規則的に配列したピンホールを形成する場合には、例えば、ＡｌＯｘの連続膜を形成しておき、そのＡｌＯｘ上に自己組織化によりピンホールが形成されるレジストを塗布し、そのピンホール部分のＡｌＯｘをミリングやＲＩＥ等により除去して形成することができる。また、自己組織化により整列したピンホールＨを持った絶縁体を直接、形成することもできる。
【００７８】
このように制御された方法でピンホールＨを形成する場合には、２つの抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２におけるピンホールＨの位置関係が重要になる。すなわち、図５（ａ）に例示したように、上下の抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の間で、ピンホールＨの位置を同じ場所になるようにすることもできる。また、図５（ｂ）に例示したように、上下の抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の間でピンホールＨの位置がずれているように設けることもできる。図５（ｂ）に例示したように位置がずれていた方が、より効果的な電流量の低減を得ることが可能となり、より高抵抗なＣＰＰスピンバルブ素子を実現することができる。
【００７９】
また、制御された方法でピンホールＨを形成する場合には、２つの抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２におけるピンホールＨの大きさの関係も調節することができる。すなわち、ピンホールＨの大きさを、上下の抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の間で同じになるようにすることもでき、または、異なるようにすることもできる。抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２のうちで、電子が入って来る方の抵抗調整層のピンホールＨの大きさを電子が出て行く方のピンホールの大きさよりも大きくした方が、より効果的な電流量の低減を得ることができ、より高抵抗なＣＰＰスピンバルブ素子を形成することができる。
【００８０】
また、強磁性体層／電子反射層の積層構造における抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２は、必ずしも１層だけで構成されている必要はなく、図６に例示したように、２層以上の抵抗調整層Ｒ１Ａ、Ｒ１Ｂあるいは抵抗調整層Ｒ２Ａ、Ｒ２Ｂを含んでいてもよい。このように複数の抵抗調整層を挿入することにより、電子の単純透過確率をさらに減少させることが可能となり、さらに高抵抗なＣＰＰ−ＳＶを実現することができる。
【００８１】
また、フリー層Ｆの側においては、図７に例示したように、抵抗調整層Ｒ２を強磁性体層ＦＭの内部に挿入せずに、非磁性層ＮＭ１、ＮＭ２により挟持して配置することも可能である。このようにすることによって、抵抗調整層Ｒ２によってフリー層Ｆの磁気特性にあたえる影響を最小限に留めることが可能になり、軟磁気特性との両立が容易になる。
【００８２】
以上具体例を挙げた本実施形態における第１および第２の磁性体層Ｐ、Ｆに含まれている強磁性体層は、例えばＣｏ単体やＣｏ系磁性合金のようなＣｏを含む強磁性体、あるいはＮｉＦｅ合金のようなＮｉ基合金、あるいはＦｅ基合金等により構成することができる。
【００８３】
ここで、Ｆｅ基合金としては、Ｆｅ（鉄）、ＦｅＮｉ（鉄ニッケル）、ＦｅＣｏ（鉄コバルト）、ＦｅＳｉ（鉄シリコン）、ＦｅＭｏ（鉄モリブデン）、ＦｅＡｌ（鉄アルミニウム）などの軟磁気特性を得られやすい材料を用いることが望ましい。
【００８４】
また、Ｃｏ系合金としては、Ｃｏに対して、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｐｔ（白金）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｏｓ（オスミウム）、Ｈｆ（ハフニウム）のうちのいずれか１種または２種以上を添加した合金が挙げられる。これら添加元素の添加量は、５〜５０原子％とすることが好ましく、さらには８〜２０原子％の範囲とすることが望ましい。これは、添加量が少なすぎると、バルク効果が十分に増加せず、逆に添加量が多すぎると、今度は界面効果が大きく減少するおそれがあるからである。添加元素としては、大きなＭＲ変化率を得るためには、特にＦｅを用いることが望ましい。
【００８５】
また、本実施形態における第１および第２の磁性層Ｐ、Ｆに含まれている強磁性体層は、図８に例示したように、強磁性体層ＦＭと非磁性体層ＮＭとの積層構造としても良い。この強磁性体層ＦＭ／非磁性体層ＮＭの積層構造においては、非磁性体層ＮＭを挟んだ強磁性体層ＦＭ同士は強磁性磁気結合をしており、実質的に磁化はほぼ平行にそろった状態にあり、ほぼ同一の磁化方向を持っている。
【００８６】
図８に例示したような積層構造膜をピン層Ｐ、フリー層Ｆに採用すると、電子はより多数の強磁性体層／非磁性体層の界面を通過するようになる。ＣＰＰスピンバルブ膜においては、強磁性体層／非磁性体層の界面における電子散乱の効果、すなわち界面抵抗が大きなスピン依存性を持ち、ＣＰＰ−ＭＲを増大させるという作用効果を有する。本具体例においては、より多くの界面抵抗を利用することができるため、より高抵抗で、より大きな抵抗変化率を得ることが可能となる。なお、図８においてフリー層Ｆと電極ＥＬとの間には、電気伝導度が高い高導電層Ｇが設けられている。
【００８７】
抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の挿入は、特にＣＰＰスピンバブル膜の高抵抗化に効果があるが、ピン層Ｐ、フリー層Ｆを積層化することは、特にＭＲ比の増大に効果がある。このため、この２つの組み合わせることにより、特に高抵抗で、高ＭＲ変化率のＣＰＰスピンバルブ膜を得ることが可能となる。
【００８８】
本具体例における強磁性体層ＦＭ／非磁性体層ＮＭの積層構造膜としては、磁性体層ＦＭ／非磁性体層ＮＭの界面において大きなスピン依存界面抵抗を得ることが望ましい。そのような強磁性体、非磁性体の組み合わせとしては、強磁性体層ＦＭの材料としてはＦｅ基合金、Ｃｏ基合金、Ｎｉ基合金を用い、非磁性体層ＮＭの材料としてはＣｕ，Ａｇ，Ａｕもしくはそれらの合金を用いることが望ましい。
【００８９】
また、非磁性体層ＮＭの材料としては、これら以外にも、特に、Ｒｈ（ロジウム）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）、Ｒｅ（レニウム）、Ｏｓ（オスミウム）Ｉｒ（イリジウム）などの非強磁性金属を用いることも望ましい。特に、ＭｎあるいはＲｅをもちいることが望ましい。
【００９０】
これらのうちでは、界面抵抗が特に大きい組み合わせとして、Ｆｅ基合金／Ａｕ、Ｆｅ基合金／Ａｇ、もしくはＦｅ基合金／Ａｕ−Ａｇ合金界面、Ｃｏ基合金／Ｃｕ、Ｃｏ基合金／Ａｇ、Ｃｏ基合金／Ａｕ、もしくはＣｏ基合金／Ｃｕ−Ａｇ−Ａｕ合金界面などを挙げることができる。
【００９１】
強磁性体層ＦＭ／非磁性体層ＮＭの積層構造に含まれている強磁性体層ＦＭの膜厚としては、ピン層Ｐにおいては磁気的安定性を増加させ、フリー層ＦにおいてはＭｓｔを薄くして高感度化を測るためには、できるだけ薄くすることが望ましい。膜厚の上限としては、界面数を増やすためには２ｎｍ以下であることが望ましい。
【００９２】
一方、本具体例における強磁性体層ＦＭ／非磁性体層ＮＭの積層構造を形成する材料の組み合わせとしては、界面抵抗を良好に得るためには、非固溶系の組み合わせであることが望ましい。つまり、強磁性体層ＦＭと非磁性体層ＮＭを構成する材料が互いに非固溶の関係にあることが望ましい。しかし、要求されるレベルに応じて、必ずしも非固溶系の組み合わせに限定する必要はない。
【００９３】
また、本具体例における強磁性体層ＦＭ／非磁性体層ＮＭの積層構造における強磁性体層ＦＭは、必ずしも１種の材料で構成されている必要はなく、図９に例示したように、２種以上の強磁性体の積層膜で構成されていても良い。すなわち、図９に表した例においては、ピン層Ｐとフリー層Ｆは、それぞれ第１の強磁性体層ＦＭ１、第２の強磁性体層ＦＭ２、第３の強磁性体層ＦＭ３を積層した構成を有する。但し、強磁性体層の種類や層数あるいは積層の順序は、同図に限定されるものではない。
【００９４】
例えば、ピン層Ｐにおいては、界面抵抗の大きなＦｅ／Ａｕ界面を用いることが望ましいが、Ｆｅはスピンの揺らぎが大きいために、室温で用いる為にはスピンの揺らぎを抑えることが望ましい。そのためには強磁性体層として、Ｆｅ／ＣｏＦｅ／Ｆｅ、Ｆｅ／ＮｉＦｅ／Ｆｅなどのように、スピン揺らぎの小さな磁性体との積層構造とすることが望ましい。
【００９５】
一方、フリー層Ｆにおいても、界面抵抗の大きなＦｅ／Ａｕ界面を用いることが望ましいが、Ｆｅだけではフリー層として必要な軟磁気特性を得ることが難しい。そのため、強磁性体層としては、Ｆｅ／ＣｏＦｅ／Ｆｅ、Ｆｅ／ＮｉＦｅ／Ｆｅなどのように、軟磁気特性の優れている磁性材料との積層構造とする事が望ましい。
【００９６】
また、強磁性体層／抵抗調整層の積層構造における強磁性体層も、必ずしも１種の材料で構成されている必要はない。
【００９７】
図１０は、抵抗調整層を挟む強磁性体層が２種以上の強磁性体層により構成されている場合を例示する概念図である。すなわち、同図に表した具体例においては、ピン層Ｐとフリー層Ｆとが、それぞれ第１の強磁性体層ＦＭ１と第２の強磁性体層ＦＭ２とを有する。
【００９８】
例えば、フリー層Ｆにおいては、界面抵抗の大きなＦｅ／Ａｕ界面を用いることが望ましいが、Ｆｅだけではフリー層として必要な軟磁気特性を得ることが難しい。これに対して、強磁性体層として強磁性結合したＣｏＦｅ，ＮｉＦｅ等の軟磁気特性の優れている磁性材料からなる磁性体層を付加することにより、軟磁気特性を向上させることが可能になる。
【００９９】
また強磁性体層ＦＭ／非磁性体層ＮＭの積層構造における強磁性体層ＦＭに、ＦｅもしくはＦｅ基合金が含まれる場合には、結晶構造がｆｃｃ（face centered cubic）構造であることが望ましい。これはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等のｆｃｃ構造の金属を積層をした場合に、より安定にでき、また、全体として結晶性の良好な積層構造を構成することが可能になり、軟磁気特性の向上、スピン揺らぎの減少等の効果が得られるからである。但し、ｂｃｃ構造を用いることもできる。
【０１００】
特に、強磁性体層／非磁性体層の積層構造における強磁性体層として２種類の磁性体を組み合わせる場合には 図１１に例示したようにｆｃｃ構造の強磁性体層ＦＭ（ｆｃｃ）とｂｃｃ構造の強磁性体層ＦＭ（ｂｃｃ）とを組み合わせることもできる。このような組み合わせにおいては、ｆｃｃ構造の強磁性体ＦＭ（ｆｃｃ）とｂｃｃ構造の強磁性体ＦＭ（ｂｃｃ）の電子状態、フェルミ面の形状、状態密度の分布等が大きく異なるため、顕著な伝導電子のフィルター効果を得ることが可能となり、大きな抵抗とＭＲ変化率を得ることが可能となる。図示したように、第１の磁性層Ｐはｂｃｃ構造の強磁性体層、第２の磁性層Ｆはｆｃｃ構造の強磁性体層というように、ピン層Ｐとフリー層Ｆとで結晶構造が異なる構成にしても大きなフィルター効果を得ることが可能となる。
【０１０１】
また、本発明においては、ピン層Ｐ、フリー層Ｆを構成する強磁性体層／非磁性体層の積層構造において強磁性体層同士は強磁性結合をしている必要があるが、そのためには良好な積層構造を形成する必要がある。また、ピン層Ｐ、フリー層Ｆの磁気特性は、積層構造における結晶格子定数を最適な値に調整することによって向上させることができる。このため、図１２に例示したように非磁性層ＮＭも、例えば、第１の非磁性層ＮＭ１と第２の非磁性層ＮＭ２との積層構造とするとよい。例えば、非磁性層ＮＭを、Ａｕ層／Ｃｕ層／Ａｕ層のような積層構造とすると、大きな界面抵抗を実現しつつ良好な格子定数を実現し、良好な磁気特性を得ることが可能になる。
【０１０２】
また、本発明における第１および第２の磁性層Ｐ、Ｆに含まれている強磁性体層ＦＭは、図１３に例示したように、強磁性体層ＦＭ１／強磁性体層ＦＭ２の積層構造により構成することもできる。この強磁性体層ＦＭ１／強磁性体層ＦＭ２の積層構造においては、強磁性体層同士は強磁性磁気結合をしており、実質的に磁化はほぼ平行にそろった状態にあり、ほぼ同一の磁化方向を持っている。
【０１０３】
このような積層構造膜をピン層Ｐ、フリー層Ｆに採用すると、電子はより多数の強磁性体層／強磁性体層の界面を通過するようになる。ＣＰＰスピンバルブ膜においては、強磁性体層／強磁性体層の界面における電子散乱の効果、すなわち界面抵抗が大きなスピン依存性を持ち、ＣＰＰ−ＭＲを増大させるという作用効果を有する。本具体例においては、より多くの界面抵抗を利用することができるため、より高抵抗で、より大きな抵抗変化率を得ることが可能となる。
【０１０４】
抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２の挿入は、特にＣＰＰスピンバブル膜の高抵抗化に効果があるが、ピン層Ｐ、フリー層Ｆを積層化することは、特にＭＲ比の増大に効果がある。このため、この２つの組み合わせることにより、特に高抵抗で、高ＭＲ変化率のＣＰＰスピンバルブ膜を得ることが可能となる。
【０１０５】
本具体例においては、ピン層Ｐ、フリー層Ｆ中に多くの強磁性体層／強磁性体層の界面を配置することが可能となり、より多くの界面抵抗を利用することができ、高抵抗で高ＭＲ変化率のＣＰＰ−ＳＶを構成することが可能となる。
【０１０６】
また、ピン層Ｐ、フリー層Ｆの磁化は一体として動作するため、磁化の制御はピン層Ｐの磁化固着と１つのフリー層Ｆの磁化制御のみによって可能になり、ヘッド等の読み取りセンサーに用いる場合にはバルクハウゼンノイズが抑制された磁気ヘッドを実現することが可能になる。
【０１０７】
本具体例における強磁性体層／強磁性体層の積層構造を構成している各強磁性体層は、例えばＣｏ単体やＣｏ系磁性合金のようなＣｏを含む強磁性体、あるいはＮｉＦｅ合金のような強磁性体、あるいはＦｅ基合金等により構成することができる。
【０１０８】
界面抵抗が特に大きい組み合わせとしては、ＮｉＦｅ合金／ＣｏＦｅ合金、Ｆｅ基合金／ＮｉＦｅ合金、もしくはＦｅ基合金／ＣｏＦｅ合金を用いることが望ましい。
【０１０９】
また、強磁性体層／強磁性体層の積層構造に含まれる強磁性体層の膜厚は、全体のＭｓｔを増やすことなく界面数を増やすためには、できるだけ薄くすることが望ましい。磁性が保たれる組み合わせにおいては、強磁性体層は１原子層で構成することも可能である。また、膜厚の上限としては、界面数を増やすためには２ｎｍ以下であることが望ましい。
【０１１０】
一方、強磁性体層／強磁性体層の積層構造に含まれている強磁性体層の膜厚は、界面数をできるだけ多くするためには、１ｎｍ以下であることが望ましい。また、下限としては、単原子層でも界面抵抗を発生させることは可能である。
【０１１１】
強磁性体層／強磁性体層の積層構造を形成する材料の組み合わせとしては、界面抵抗を良好に得るためには、非固溶系の組み合わせであることが望ましい。しかし、必ずしも非固溶系の組み合わせに限定する必要はなく、適宜組み合わせを決定することができる。
【０１１２】
図１４は、複数の強磁性体層を有する場合の他の具体例を表す概念図である。すなわち、同図の例においては、ピン層Ｐとフリー層Ｆのそれぞれが、第１の強磁性体層ＦＭ１と第２の強磁性体層ＦＭ２との積層構造を有し、さらに電子反射層Ｒ１、Ｒ２に隣接して第３の強磁性体層ＦＭ３が設けられている。
【０１１３】
例えば、フリー層Ｆにおいては、界面抵抗の大きなＦｅ／ＣｏＦｅ界面を用いることが望ましいが、Ｆｅだけではフリー層として必要な軟磁気特性を得ることが難しい。そのために、強磁性体層ＦＭ３として強磁性結合したＮｉＦｅ等の軟磁気特性の優れている磁性材料を付加することにより軟磁気特性を向上させることが可能になる。
【０１１４】
また、強磁性体層／強磁性体層の積層構造における強磁性体層に、ＦｅもしくはＦｅ基合金が含まれる場合には、ｆｃｃ構造であることが望ましい。これは、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ等のｆｃｃ構造の金属を積層をした場合に、より安定にできること、全体として結晶性の良好な積層構造を構成することが可能になり、軟磁気特性の向上、スピン揺らぎの減少等の効果があるためである。但し、ｂｃｃ構造を用いることもできる。
【０１１５】
また、２種類の強磁性体層の組み合わせとしては、ｆｃｃ構造の強磁性体とｂｃｃ構造の強磁性体を組み合わせることもできる。図１１に関して前述したように、この様な組み合わせにおいてはｆｃｃ構造の強磁性体とｂｃｃ構造の強磁性体の電子状態、フェルミ面の形状、状態密度の分布等が大きく異なるため、顕著な伝導電子のフィルター効果を得ることが可能となり、大きな抵抗とＭＲ変化率を得ることが可能となる。
【０１１６】
ところで、ＣＰＰ−ＳＶにおいては伝導電子がピン層Ｐとフリー層Ｆを通り抜けるときに、電子散乱を受けるが、ピン層Ｐもしくはフリー層Ｆを多層化した場合には、その多層周期に基づくバンドポテンシャルの変調をうける。このため、膜面に対して垂直方向に流れることができる電子の波数ベクトルは、バンドポテンシャルの変調に対応した制限を受けることになる。この制限を受ける波数は多層構造の周期により異なる。このため、ピン層Ｐとフリー層Ｆにおける多層周期を変えることにより、両方の層を通り抜けることができる波数を大きく制限することが可能になる。このフィルター効果自体もスピン依存効果を持つため、全体の電子の透過確率を低くしながらも、スピン依存性を高く保つことが可能となる。つまり、ピン層Ｐとフリー層Ｆの積層周期を故意に異なるものとすることにより、さらに高抵抗にしつつ、高ＭＲ変化率が実現できるＣＰＰ−ＳＶを実現することが可能になる。
【０１１７】
一方、非磁性中間層Ｓの材料としては、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）のような伝導電子の平均自由行程の長い物質を用いることが望ましい。このような物質を用いることにより、電子は、第１の強磁性層Ｐと第２の強磁性層Ｆとの間をバリスティックに伝導することが可能となり、より効果的に強磁性体に起因する電子のスピン依存散乱効果を利用することができる。これにより大きなＭＲ変化率を得ることが可能となる。また、非磁性中間層Ｓを、上述の３種類の元素の合金によって構成することも可能である。この場合は、積層構造における結晶格子定数を最適な値に調整することが可能な様に組成を調整することが望ましい。
【０１１８】
また、非磁性中間層Ｓとしては、図１５に断面構造を表したように、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等の材料を積層した非磁性層Ｓ１／非磁性層Ｓ２の積層構造で構成することも可能である。このとき、非磁性層Ｓ１／非磁性層Ｓ２の積層構造の積層周期と、ピン層Ｐ、もしくはフリー層Ｆの積層周期とを適当に設定することにより、ＣＰＰ−ＳＶ全体を膜面に対して垂直方向に流れることができる電子の波数ベクトルを制限し、より高抵抗で高ＭＲ変化率が実現できるＣＰＰ−ＳＶを実現することが可能となる。
【０１１９】
一方、反強磁性体層Ａの材料としては、磁化固着特性に優れた金属反強磁性体を用いることが望ましい。具体的には、ＰｔＭｎ，ＮｉＭｎ，ＦｅＭｎ，ＩｒＭｎ等の反強磁性体を用いることができる。これらの層の膜厚は、電気的特性からはできるだけ薄くすることが望ましい。但し、余り薄くすると磁化固着特性が劣化してしまうため、ブロッキング温度が減少しない程度の膜厚を選択する必要がある。このため膜厚は５ｎｍ以上とすることが望ましい。
【０１２０】
また、以上の構成に加えて、図１６に例示したように、いわゆるシンセティック反強磁性構造を採用することができる。これは、第１の磁性層Ｐ、第２の磁性層Ｆのいずれか一方、または両方において、反強磁性結合層ＡＣを介して互いに反強磁性結合をしている一対の強磁性体層ＦＭ１、ＦＭ２を付加したものである。このようなシンセティック構成を採用することにより、ピン層Ｐにおいては、見掛け上の磁化をゼロとすることが可能となり、ピン層Ｐの磁化固着をより安定なものとすることが可能となる。また、フリー層Ｆにおいては、見掛け上の磁化を小さくすることにより、より高感度な外部磁界応答性を得ることが可能となる。
【０１２１】
さらに、以上の構成に加えて、ピン層Ｐを２層とした、いわゆるデュアル構成を採用することも可能である。
【０１２２】
一方、以上の具体例においては、電極ＥＬとスピンバルブ膜との間には特別な層を配置しなかったが、実際の素子を形成する場合は、図１７に例示したように、下部電極ＥＬ１と反強磁性層Ａとの間には、平滑性を向上させ、また結晶性を向上させるために下地層（バッファ層）Ｂを形成することが望ましい。また、上部電極ＥＬ２とフリー層Ｆとの間には、保護層となるべき層Ｃを配置することが望ましい。これら下地層Ｂ、保護層Ｃとしては、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｃｒ（クロム）等の濡れ性の良い材料、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等の電気抵抗が小さくｆｃｃ構造が安定な材料、またはそれらの積層構造等を用いることが望ましい。
【０１２３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【０１２４】
図１８は、本発明の第２実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面構造を表す概念図である。同図については、図１乃至図１７に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１２５】
本実施形態の磁気抵抗効果素子も、所定の基板の上に、反強磁性層Ａ、第１の磁性層Ｐ、非磁性中間層Ｓ、第２の磁性層Ｆの順に積層され、センス電流Ｉは、膜面に対して垂直方向に流される。なお、反強磁性層Ａ、第１の磁性層Ｐ、非磁性中間層Ｓ、第２の磁性層Ｆは磁気抵抗効果膜を構成する。
【０１２６】
そして、本実施形態においては、非磁性中間層Ｓの中に抵抗調整層Ｒが挿入されている。
【０１２７】
本実施形態においては、電流Ｉは上部電極ＥＬ２から下部電極ＥＬ１に向かって流れるが、抵抗調整層Ｒによって電流量が低減される。これによって電子がＣＰＰスピンバルブ構造を通過してゆく確率は減少するため全体として大きく電気抵抗を増大させることが可能となる。
【０１２８】
本実施形態においては、電子の透過確率が減少するため全体として、大きく電気抵抗を増大させることが可能となるが、スピン依存散乱効果自体は損なわれないため、ＭＲ変化率は大きな値に保っておくことが可能となる。
【０１２９】
以上の効果により、スピンバルブ構成でありながら、界面抵抗を良好に利用し、適度な抵抗値を持ったＣＰＰスピンバルブ素子を提供することが可能となる。
【０１３０】
また本実施形態においても、ピン層Ｐ、フリー層Ｆの磁化は一体として動作するため、磁化の制御はピン層Ｐの磁化固着と１つのフリー層Ｆの磁化制御のみによって可能になり、ヘッド等の読み取りセンサーに用いる場合にはバルクハウゼンノイズが抑制された磁気ヘッドを実現することが可能になる。
【０１３１】
また、本実施形態においても、ピン層Ｐ、フリー層Ｆの合計の厚さは薄くしたまま、良好な抵抗値、ＭＲ変化率を得ることが可能となる。すなわち、本構成においては、従来の単純なＣＰＰスピンバルブ構成と比較すると、電子の単純透過確率を減少させ、抵抗値を増大させるとともに、界面抵抗を十分に利用することが可能となるため、ピン層Ｐ、フリー層Ｆの合計のＭｓｔが小さい領域で、十分な抵抗値とＭＲ変化率を得ることが可能となる。具体的には、従来構成ではピン層Ｐ、フリー層Ｆの磁性体の厚さとしては２０ｎｍ程度必要であったものが、本構成にすることにより、合計の磁性層厚が５ｎｍ以下でも十分な特性を得ることが可能になる。これによって、フリー層ＦのＭｓｔを小さな値に保つことが可能となり、高感度なスピンバルブ素子を構成することができる。
【０１３２】
また、ピン層ＰのＭｓｔも小さくすることが可能となるため、反強磁性層Ａによる磁化固着特性を向上させることができ、デバイスとしての信頼性を向上させることが可能となる。
【０１３３】
本実施形態における抵抗調整層Ｒの材料としても、第１実施形態に関して前述したものと同様に、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｃ等の半金属や、ＺｎＳｅ等のいわゆるゼロギャップ半導体を用いることができる。これらの材料においては、絶縁体とは異なり伝導電子は存在しているが、その密度が非常に小さいため、伝導電子が感じるポテンシャルは非常に小さくなっている。具体的には、前述したように、Ｃｕ等の金属が７ｅＶ程度のフェルミポテンシャルを持っているのに対して、半金属においては１ｅＶ以下の小さな値となっている。
【０１３４】
このため、金属層中に半金属や、ゼロギャップ半導体を挟むと、大きなポテンシャルの段差が生じ、伝導電子は反射されるようになる。本構成においては、抵抗調整層中にも伝導電子が存在するため、トンネルによる電子の透過確率よりも、伝導電子による伝導の方が十分に大きくなっており、通常の伝導が全体の抵抗値を支配している。このため、強磁性トンネル接合の場合に比べると低抵抗化が可能であり、微小接合において良好な素子抵抗を得ることが可能となる。
【０１３５】
これらの材料におけるフェルミポテンシャルの値は、１ｅＶ〜０ｅＶの範囲にはいっていることが望ましい。より望ましくは、０．５ｅＶ〜０ｅＶの範囲が適している。この理由についても、第１実施形態に関して前述した通りである。
【０１３６】
また、本実施形態における抵抗調整層Ｒの材料としては、ＡｕまたはＡｇもしくはそれらの合金を用いることもできる。ただし、この場合には、あまり大きなポテンシャルの段差を形成することが難しいため、大きな抵抗増大を得ることは難しい。
【０１３７】
また、本実施形態における抵抗調整層Ｒの材料としては、ポテンシャルバリア高さの低い絶縁体を用いることもできる。この場合は電子の透過確率はトンネル確率によって決定されるため、バリアが高くなると素子抵抗が高くなり過ぎる。この観点から、バリア高さは０．１ｅＶ以下であることが望ましい。
【０１３８】
また、本実施形態における抵抗調整層Ｒとして、図４乃至図６に関して前述したようなピンホールが形成された絶縁体を用いることができる。この場合には電子の透過確率は、ピンホールのサイズや密度などによって決定される。ここでピンホールサイズは、電子の平均自由行程と同程度以下にすることにより、より大きな抵抗増大効果を得ることが可能となる。また、ピンホール密度については、素子面積中に少なくとも１０個程度のピンホールが形成されていることが、素子特性の再現性の点からは望ましい。しかし、逆に素子中にただ一つのピンホールが存在するようにすることもできる。またピンホールのトータル面積と素子面積との比率は、望ましくは５０％以下であることが素子抵抗を上昇させるためには理想的である。
【０１３９】
この場合には、電子の透過確率はピンホールを通した電気伝導によって決定されるため、抵抗調整層Ｒを構成する絶縁体としては、バリア高さの大きいもの、例えば、Ａｌ酸化物やＳｉ酸化物などを用いることができる。ただし、Ｃｏ酸化物、Ｎｉ酸化物、Ｃｕ酸化物などのバリアハイトの低い材料を用いることもできる。そのような場合でも電気伝導はピンホールによって支配される。
【０１４０】
また、本実施形態における絶縁体層の厚さは、ピンホールを形成し易くするためには０．５ｎｍ〜１０ｎｍの範囲に設定することが望ましい。
【０１４１】
この様なピンホールを持った絶縁体層の形成方法についても、第１実施形態に関して前述した各種の方法を用いることができる。すなわち、Ａｌの極薄層を、スパッタ等の方法によって形成した後、酸素雰囲気に短時間さらし、自然酸化により形成することができる。また、その他にも、酸素プラズマにさらす、酸素イオンを照射する、酸素ラジカルを照射する、等のエネルギーを付与する方法でも形成できる。また、被酸化層として、例えばＡｌ−Ａｕのような比較的酸化し易い材料と、酸化しづらい材料とを同時成膜することによりＡｌ−Ａｕのグラニュラー膜を形成しておき、それを酸素に曝すことにより、Ａｌのみを選択的に酸化することによっても形成できる。さらに、これら以外にも、酸素雰囲気中で成膜することによりピンホールを持った酸化層を形成することもできる。
【０１４２】
また、この様なピンホールを持った絶縁体層の別の形成方法としては、例えば、ＡＦＭ等を用いた微細加工、また自己組織化により規則的に配列したピンホールを形成することもできる。これらの詳細も第１実施形態に関して前述した通りである。
【０１４３】
一方、本実施形態における抵抗調整層Ｒも、必ずしも１層だけで構成されている必要はなく、２層以上の積層構成を有していてもよい。また、抵抗調整層Ｒは、非磁性中間層Ｓの中に１層のみでなく、複数層が設けられていてもよい。このように複数の抵抗調整層Ｒを非磁性中間層Ｓに挿入することにより、より電子の単純透過確率を減少させることが可能となり、さらに高抵抗なＣＰＰ−ＳＶを構成することが可能となる。
【０１４４】
さらに、本実施形態の構成は、本発明の第１実施形態として前述した各種の構成と組み合わせることもできる。これにより、さらに高抵抗のＣＰＰスピンバルブ膜を構成することができる。
【０１４５】
第２実施形態と第１実施形態との組み合わせにおいて、ピンホールの位置を制御して形成する場合には、それぞれの抵抗調整層Ｒ、Ｒ１、Ｒ２におけるピンホールＨの位置の関係が重要になる。つまり、ピンホールＨの位置は 図１９に例示したように、それぞれの抵抗調整層の間で同じ場所になるようにすることもできる、一方、図２０に例示したようにそれぞれの抵抗調整層の間でピンホールＨの位置がずれているように設けることもできる。
【０１４６】
図２０に表したようにピンホールＨの位置がずれていた方が、電流量をより効果的に低減することができるため、さらに高抵抗なＣＰＰスピンバルブ素子を形成することができる。
【０１４７】
また、このようにピンホールＨの位置を制御して形成する場合には、それぞれの抵抗調整層Ｒ、Ｒ１、Ｒ２におけるピンホールＨの大きさの関係も重要である。この場合には、ピンホールＨの大きさを全ての抵抗調整層で同じにしても良いが、抵抗調整層毎にピンホールＨの大きさが異なるようにすることもできる。すなわち、抵抗調整層Ｒ、Ｒ１、Ｒ２のうちで、電子の流れに対して上流側に設けられるもののピンホールＨを大きめに形成すると、電流量を効果的に低減することができ、より高抵抗なＣＰＰスピンバルブ素子を形成することができる。
【０１４８】
また、本発明の第２実施形態における第１および第２の磁性層Ｐ、Ｆも、第１実施形態に関して前述したものと同様に、強磁性体層、強磁性体層／非磁性体層の積層構造、強磁性体層／強磁性体層の積層構造などの構成を有するものとすることができる。
【０１４９】
一方、本発明の第２実施形態における非磁性中間層Ｓも、本発明の第１実施形態に関して前述したものと同様の積層構成を有するものとすることができる。
【０１５０】
また、本発明の第２実施形態における反強磁性層Ａについても、第１実施形態と同様に、磁化固着特性に優れた金属反強磁性体を用いることが望ましい。具体的には、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ等の反強磁性体を用いることができる。これらの層の膜厚は電気的特性からはできるだけ薄くすることが望ましい。但し余り薄くすると磁化固着特性が劣化してしまうため、ブロッキング温度が減少しない程度の膜厚を選択する必要がある。このため膜厚は５ｎｍ以上とすることが望ましい。
【０１５１】
また、以上の構成に加えて、第１の磁性層Ｐ、第２の磁性層Ｆのいずれか一方、または両方において、いわゆるシンセティック反強磁性層構造を採用しても良い。さらに、以上の構成に加えて、ピン層Ｐを２層とした所謂デュアル構成としてもよい。これらの点についても、第１実施形態に関して図１６を参照しつつ前述した通りである。
【０１５２】
さらに、本実施形態においても、下地層（バッファ層）や保護層を設けることが望ましい。この点については、第１実施形態に関して図１７を参照しつつ詳述した通りである。
【０１５３】
次に、本発明の実施の形態について、実施例を参照しつつさらに詳細に説明する。
【０１５４】
（第１の実施例）
まず、本発明の第１の実施例について説明する。
【０１５５】
図２１は、本発明の第１の実施例にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構成を表す概念図である。この磁気抵抗効果素子の形成に際しては、まず、図示しない熱酸化シリコン（Ｓｉ）基板上にスパッタ法によってＣｕ下電極ＥＬ１を層厚５００ｎｍ積層し、フォトリソグラフィーにより幅９μｍのストライプ状に形成した。その後、その上に３μｍ角のＣＰＰ−ＳＶを成膜した。その膜構成は、以下に表す材料と膜厚の通りである。
Ｔａ５ｎｍ（バッファ層Ｂ）／ＮｉＦｅ２ｎｍ（バッファ層Ｂ）／
ＰｔＭｎ１５ｎｍ（反強磁性層Ａ）／ＣｏＦｅ１ｎｍ（ピン層Ｐ１）／
ＡｌＯｘ（抵抗調整Ｒ１）／ＣｏＦｅ５ｎｍ（ピン層Ｐ２）／
Ｃｕ３ｎｍ（非磁性中間層Ｓ）／ＣｏＦｅ５ｎｍ（フリー層Ｆ）／
Ｃｕ２ｎｍ（非磁性体層ＮＭ１）／ＡｌＯｘ（抵抗調整層Ｒ２）／
Ｃｕ２ｎｍ（非磁性体層ＮＭ２）／Ｔａ５ｎｍ（保護層Ｃ）
【０１５６】
ここで、抵抗調整層となるＡｌＯｘは、Ａｌ（アルミニウム）を成膜した後、酸素雰囲気中に曝し、Ａｌを自己酸化することにより形成した。本実施例においては、Ａｌを１ｎｍ成膜し、酸素に１ｋラングミュアーだけ曝すことにより、図示しないピンホールの開いたＡｌＯｘを形成した。すなわち、本実施例においては、ピンホールが設けられたＡｌＯｘ層が抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２として機能する。
【０１５７】
上記スピンバルブ構成の上にさらに絶縁用ＡｌＯｘ膜Ｚを形成し、０．１μｍ角の穴を形成した。その上にＣｕ（銅）を約５００ｎｍの層厚にスパッタ法によって積層して上部電極ＥＬ２を形成した。本実施例では、上記構成により絶縁用ＡｌＯｘ膜Ｚの０．１μ角の穴を通してＣＰＰ−ＳＶ特性を測定することが可能となった。
【０１５８】
室温における測定の結果、素子抵抗は７Ωであり、抵抗変化率は１０％の値を得ることができた。これにより、０．７Ωの抵抗変化量を得ることができた。また、ピン層Ｐは良好に磁化固着され、ピン層Ｐを構成する積層構造の磁化は一体として動いていることが確認できた。また、フリー層ＦのＨｃも小さく、磁化は外部磁場に対して一体として動いていることが確認できた。
【０１５９】
（比較例１）
まず、熱酸化シリコン（Ｓｉ）基板上にスパッタ法によってＣｕ下電極を５００ｎｍ積層し、フォトリソグラフィーにより幅９μｍのストライプ状に形成した。その後、その上に３μｍ角のＣＰＰ−ＳＶを成膜した。その膜構成は、以下の通りである。
【０１６０】
Ｔａ５ｎｍ（バッファ層）／ＮｉＦｅ２ｎｍ（バッファ層）／
ＰｔＭｎ１５ｎｍ（反強磁性層）／ＣｏＦｅ５ｎｍ（ピン層）／
Ｃｕ３ｎｍ（非磁性中間層）／ＣｏＦｅ５ｎｍ（フリー層）／
Ｃｕ２ｎｍ（非磁性体層）／Ｔａ５ｎｍ（保護層）
その上にさらに、図２１と同様のＡｌＯｘの絶縁膜を形成し、ＡｌＯｘには０．１μｍ角の穴を形成した。その上にＣｕを５００ｎｍの層厚にスパッタ法によって積層して上部電極を形成した。室温での測定の結果、素子抵抗は３Ωとなり、抵抗変化率は３％の値しか得られなかった。つまり、本比較例では、０．０９Ωの抵抗変化量しか得られず、第１実施例の１／８程度の変化量に留まった。
【０１６１】
（第２の実施例）
第１実施例と同様に、まず、熱酸化シリコン（Ｓｉ）基板上にスパッタ法によってＣｕ下電極を５００ｎｍ積層し、フォトリソグラフィーにより幅９μｍのストライプ状に形成した。その後、その上に３μｍ角のＣＰＰ−ＳＶを成膜した。その膜構成は、以下の如くである。
Ｔａ５ｎｍ（バッファ層Ｂ）／ＮｉＦｅ２ｎｍ（バッファ層Ｂ）／
ＰｔＭｎ１５ｎｍ（反強磁性層Ａ）／ＣｏＦｅ１ｎｍ（強磁性体層ＦＭ１）／
ＡｌＯｘ（抵抗調整層Ｒ１）／ＣｏＦｅ１ｎｍ（強磁性体層ＦＭ２）／
Ｃｕ１ｎｍ（非磁性体層ＮＭ１）／ＣｏＦｅ１ｎｍ（強磁性体層ＦＭ３）／Ｃｕ
１ｎｍ（非磁性体層ＮＭ２）／ＣｏＦｅ１ｎｍ（強磁性体層ＦＭ４）／
Ｃｕ３ｎｍ（非磁性中間層Ｓ）／ＣｏＦｅ１ｎｍ（強磁性体層ＦＭ５）／
Ｃｕ１ｎｍ（非磁性体層ＮＭ３）／ＣｏＦｅ１ｎｍ（強磁性体層ＦＭ６）／
Ｃｕ１ｎｍ（非磁性体層ＮＭ４）／ＣｏＦｅ１ｎｍ（強磁性体層ＦＭ７）／
Ｃｕ２ｎｍ（非磁性体層ＮＭ５）／ＡｌＯｘ（抵抗調整層Ｒ２）／
Ｃｕ２ｎｍ（非磁性体層ＮＭ６）／Ｔａ５ｎｍ（保護層Ｃ）
【０１６２】
上記積層構造において、強磁性体層ＦＭ１から強磁性層ＦＭ４までの積層は、ピン層Ｐを構成する。また、強磁性層ＦＭ５から強磁性層ＦＭ７あるいは非磁性層ＮＭ６までの積層は、フリー層Ｆを構成する。
【０１６３】
また、抵抗調整層Ｒ１、Ｒ２を構成するＡｌＯｘは、第１の実施例と同様の方法により、ピンホールの開いたＡｌＯｘ層として形成した。
【０１６４】
上記スピンバルブ構成の上に、図２１と同様に、絶縁用ＡｌＯｘ膜を形成し、０．１μｍ角の穴を形成した。その上にＣｕを５００ｎｍの層厚にスパッタ法によって積層して上部電極ＥＬ２を形成した。本実施例では上記構成により絶縁用ＡｌＯｘ膜の０．１μ角の穴を通してＣＰＰ−ＳＶ特性を測定することが可能となった。
【０１６５】
室温における測定の結果、素子抵抗は９Ωとなり、抵抗変化率として２０％の値を得ることができた。つまり、１．８Ωの抵抗変化量を得ることができた。また、ピン層Ｐは良好に磁化固着され、ピン積層構造の磁化は一体として動いていることが確認できた。また、フリー層ＦのＨｃも小さく、その磁化は外部磁場に対して一体として動いていることが確認できた。
【０１６６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図３１を参照して説明する。図３１は本発明の第３実施形態による磁気抵抗効果素子の構造を膜断面からみた概念図である。この実施形態の磁気抵抗効果素子は、図３１に示すように、下部電極３１、下地層３２、反強磁性層３３、磁化固着層３４、非磁性中間層３５、磁化自由層３６、非磁性金属層３７、非磁性化合物層３８、上部電極３９の順に積層された構造を有する。なお、反強磁性層３３、磁化固着層３４、非磁性中間層３５、磁化自由層３６は磁気抵抗効果膜を構成する。
【０１６７】
非磁性化合物層３８は、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｔｈ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｙ、Ｐｒ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｂの酸化物、窒化物、ホウ化物、炭化物の中から選ばれる少なくとも一つで構成されている。また、非磁性化合物層３８は結晶質であるとさらに良い。結晶質を得やすい物質としては、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｃｏの中から選ばれる少なくともひとつを含む酸化物が上げられる。本明細書においては、結晶質とは、非磁性化合物層が、単結晶あるいは多結晶からなることを意味する。アモルファスの中に微細結晶が点在するような状態を意味するのではない。これは断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy）などにより、格子像を観察することで容易に確認することができ、例えば、秩序的な配列が観察されれば、結晶質であるといえる。あるいは、電子線回折像において、スポット状のパターンが観察された場合には、電子線の照射範囲は実質的に単結晶であり、結晶質と判断することができる。また、リング状のパターンが得られた場合には電子線の照射範囲は多結晶状態であり、結晶質と判断することができる。下部層とエピタキシャルに成長している様子を、格子像を観察することで確認することができる。
【０１６８】
非磁性化合物層３８は、電子反射効果により、擬似的に膜厚を増大させた効果があり、出力を増大させることができる。また、非磁性化合物層３８は層中に金属相、半金属相、ハーフメタル相を含んでいる、あるいはピンホールが空いているような膜質であるときには、電流を絞る効果があり、実効的に電流密度を増大させた効果が生じる。したがって出力が増大する。このような効果を得るためには、このとき金属相に対して、非磁性化合物相の割合が大きすぎると抵抗が増大しすぎて素子の発熱が増大し、素子の特性を悪化させてしまう。そのため金属層部分は２％以上であることが望ましい。また、金属相部分があまりにも多いと、電流密度を増大させる効果が弱くなるため、すくなくとも３０％以下あることが望ましい。
【０１６９】
層中の金属相、あるいはピンホール部分の存在は、断面TEMの格子像を観察することによって確認することができる。すなわち、非磁性化合物層中に、上下の金属層とエピタキシャルにつながった部分が存在するとき、この部分は金属相であるといえる。また、非磁性化合物層中の組成分析を行うことによって、金属相の有無を確認することができる。すなわち、酸素濃度，あるいは窒素濃度、あるいはフッ素濃度あるいはホウ素濃度が、組成比で２０％未満であれば実質的に金属相であるといえる。
【０１７０】
また、このような金属相部分、あるいはピンホール部分の平均直径は、前記磁化自由層と、非磁性中間層と磁化固着層の膜厚の和に対して、１０％から１００％の範囲であることが望ましい。１０％以下であると、絞込みによる抵抗増大が大きすぎて、実用的でない。逆に１００％以上であると電流が広がりすぎて絞込みの効果が得られない。磁化固着層が、Ｒｕなどの非磁性金属層を介して反強磁性的に結合した構造（シンセティック反強磁性構造）の場合は、非磁性中間層に近いほうの強磁性層のみを考慮して、前期膜厚の和を計算しなければならない。
【０１７１】
また、このような金属相部分、あるいはピンホール部分の膜面内間隔は、１ｎｍから１００ｎｍの範囲であることが望ましい。１ｎｍ以下であると、いったん絞り込まれた電流が非磁性化合物層の近傍で、重なり合ってしまうため、効果が劣化してしまう。また１００ｎｍ以上であると、実際の素子における存在個数が１から３個程度のレベルになるため、確率的に特性のばらつきが多くなる。
【０１７２】
非磁性化合物層３８が、アモルファスであるとき、膜界面の電子ポテンシャルの急峻さが失われ、弾性的な散乱が抑制されるため、あまり大きな電子反射効果が得られず、出力の増大が望めない。また、アモルファスの場合には、構造が不安定で、耐熱性が悪化するため出力劣化の原因となる。結晶性の非磁性化合物層を得るためには、例えば、Ｂ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐ、Ｖ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｃｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｃｏの希土類金属の酸化物から選ばれる化合物は、結晶質を得る上で望ましい。
【０１７３】
また、非磁性化合物層３８は、０．２ｎｍ以下になると、熱拡散により容易にその形態を変えるため、０．２ｎｍ以上の厚みでなければならない。また、一方で、１０ｎｍ以上の厚みになると、素子の抵抗が大きくなって、センス電流を流したときに過剰な発熱を引き起こし出力劣化の原因となる。より好ましくは０．５ｎｍから５ｎｍの範囲であることが望ましい。しかしながら、非磁性化合物層３８が、半金属、ハーフメタル、及び金属であるところの化合物であるときには、この限りでない。
【０１７４】
非磁性金属層３７は、非磁性化合物層３８の化合物を安定させるために、反応性の低い元素を使うことが望ましい。例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｏｓの中から選ばれる少なくとも一つを含む金属層は、この観点からも有効である。Ａｌも非磁性金属層３７に使用することができるが、このとき、非磁性化合物層３８は、Ａｌより酸化しやすい材料が好ましい。また、非磁性金属層３７と非磁性化合物層３８を比べたときに、非磁性化合物層３８は非磁性金属層３７の元素とは異なる元素を主とする元素の化合物であることが望ましい。なぜなら、酸素、窒素、炭素、ホウ素との結合エネルギーが同じである場合には、酸素が拡散しやすいため、非磁性化合物層３８の熱安定性が保ちにくいためである。しかしながら、化合物を作成する方法によっては、非常に拡散に強い化合物を作ることができる。例えば、化合する元素のイオン、プラズマ、ラジカルを生成して金属層に照射することで作成した化合物は、非常に安定であり、同種金属元素の化合物相と金属相とで、あまり著しい拡散を示さない。さらに、上記のイオン、プラズマ、ラジカルを生成して金属層に照射することで作成した化合物による、化合物層と上記Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｏｓから選ばれる少なくとも一つを含む非磁性金属層との組み合わせは非常に熱安定性が良い。
【０１７５】
また、非磁性化合物層３８は、図３２に示すように、必ずしも層状である必要は無く、非磁性金属層３７内部に島状に形成されていてもかまわない。この場合も非磁性金属層３７、非磁性化合物層３８に求められる材料は、図３１の場合と同じである。このような島状化合物の膜面内間隔は、１ｎｍから１００ｎｍの範囲であることが望ましい。１ｎｍ以下であると、いったん絞り込まれた電流が非磁性化合物層の近傍で、重なり合ってしまうため、効果が劣化してしまう。また１００ｎｍ以上であると、実際の素子における存在個数が１から３個程度のレベルになるため、確率的に特性のばらつきが多くなる。また島状部分とその間の金属部分の膜面内面積比は、２％から３０％の範囲であることが望ましい。
【０１７６】
ここまで述べてきた、非磁性化合物層に金属相部分を形成したり、ピンホールが開いた構造を形成するには、酸化エネルギーの異なる物質を組み合わせるのが良い。特に金属相部分を形成する物質としては上述の上記Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｏｓから選ばれる少なくともひとつを含む金属を主成分とすることが望ましい。このとき、非磁性化合物層を形成する原子が、金属相部分に拡散すると、金属相部分の抵抗が上昇して実用上の問題が出てくる可能性がある。このため、金属相を形成する原子と、化合物相を形成する原子とは、実質的に非固溶であることが望ましい。
【０１７７】
例えば、金属相部分の主成分がＣｕであるとき、非磁性化合物層を形成する主成分は、Ｂ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐｂ,Ｔａ,Ｃｒ,Ｖ,Ｓｉ,Ｓｂ,Ｇｅの中から選ばれる少なくともひとつを主成分としていることが望ましい。より好ましくは、結晶質になりやすいＢ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐｂ,Ｃｒ,Ｖ,Ｓｉ,Ｓｂ,Ｇｅの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。
【０１７８】
例えば、金属相部分の主成分がＡｕであるとき、非磁性化合物層を形成する主成分は、Ｂ,Ｆｅ,Ｇｅ,Ｍｏ,Ｐ,Ｒｈ,Ｓｉ,Ｗ,Ｃｒの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。より好ましくは、結晶質になりやすいＢ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐ,Ｓｉ,Ｗ,Ｃｒの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。
【０１７９】
例えば、金属相部分の主成分がＡｇであるとき、非磁性化合物層を形成する主成分は、Ｂ,Ｂｅ,Ｃｏ,Ｃｒ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐｂ,Ｓｉ,Ｔａ,Ｖ,Ｗ,Ｇｅ,Ｓｎ,Ａｌ,Ｒｈの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。より好ましくは、結晶質になりやすいＢ,Ｂｅ,Ｃｏ,Ｃｒ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐｂ,Ｓｉ,Ｖ,Ｗ,Ｇｅ,Ｓｎ,Ａｌ,Ｒｈの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。
【０１８０】
例えば、金属相部分の主成分がＰｔであるとき、非磁性化合物層を形成する主成分は、Ｗを主成分としていることが望ましい。
【０１８１】
例えば、金属相部分の主成分がＰｄであるとき、非磁性化合物層を形成する主成分は、Ｗ,Ｃｒを主成分としていることが望ましい。
【０１８２】
上記の金属相と非磁性化合物相の組み合わせを形成する手段としては、金属相を形成する物質の層中あるいは界面に非磁性化合物を形成しても良い。非磁性化合物を形成する方法としては、成膜後に反応ガスを照射して形成しても良いし、非磁性化合物をスパッタなどにより直接積層しても良い。
【０１８３】
上記の金属相と非磁性化合物相の組み合わせを形成するもう１つの手段としては、金属相を形成する物質と非磁性化合物層を形成する物質との合金層を形成した後、反応性ガスを照射することによって形成することもできる。このような合金層は、例えば合金ターゲットをスパッタなどにより積層することで形成することができる。合金ターゲットは、前記の非固溶物質の組み合わせで作るのが良い。これらは非固溶であるが、焼結であればターゲットを作成することができるし、２つの物質のモザイクでもかまわない。
【０１８４】
下部電極３１には、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｏｓ、Ｎｉなどから選ばれる物質を含む金属が用いられる。下地層３２には、ＮｉＦｅＣｒ、Ｔａ／ＮｉＦｅＣｒ、Ｔａ／Ｒｕ、Ｔａ／ＮｉＦｅ、Ｔａ／Ｃｕ、Ｔａ／Ａｕなどが用いられる。Ｔａとｆｃｃ、あるいはＨＣＰの金属層との積層構造は良好な膜成長を得る上で重要である。特に磁化自由層の良好な軟磁性を得るためにはｆｃｃ構造の(１１１)配向を得ることが重要で、上記の下地３２の構造が必要である。
【０１８５】
この実施形態も、適当な抵抗値と、大きなＭＲ変化量を有し、且つ磁気的に高感度となるようなＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【０１８６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図３３を参照して説明する。図３３は本発明の第３実施形態による磁気抵抗効果素子の構造を膜断面からみた概念図である。この実施形態の磁気抵抗効果素子は、下部電極３１、下地層３２、反強磁性層３３、磁化固着層３４、非磁性中間層３５、磁化自由層３６、非磁性金属層３７、非磁性化合物層３８、上部電極３９、の順に積層された構造を有する。なお、反強磁性層３３、磁化固着層３４、非磁性中間層３５、磁化自由層３６は磁気抵抗効果膜を構成する。
【０１８７】
非磁性中間層３５は、非磁性化合物層３８との混合状態になっている。このとき図３４に示すように、非磁性中間層３５中に非磁性化合物３８が析出した形になっていても良いし、グラニュラーになっていても良い。また非磁性化合物３８は、非磁性中間層３５を面垂直方向に貫いていても良い（図３５参照）。また、非磁性中間層３５の膜中にある必要は必ずしも無く、界面に形成されていても良い（図３６参照）。このような構造を作ることにより、実効的に素子サイズを小さくして電流密度を増大させた効果があり、出力を増大させることができる。このような電流絞込みの効果は、第３の実施の形態で述べたように、磁化自由層３６からみて、非磁性中間層３５と反対側に形成した場合も効果があるが，本実施の形態のように、磁気抵抗効果に直接関係する部分のほぼ中央に形成したほうが、絞込みの効果が強い。この非磁性化合物層３８が、非晶質であると、熱拡散が生じて、非磁性中間層３５中の平均自由行程に悪影響を与えることがある。このため好ましくは結晶質のほうが良い。このとき金属相に対して、非磁性化合物層３８の割合が大きすぎると抵抗が増大しすぎて素子の発熱が増大し、素子の特性を悪化させてしまう。そのため金属層部分は２％以上であることが望ましい。また、金属相部分があまりにも多いと、電流密度を増大させる効果が弱くなるため、すくなくとも３０％以下あることが望ましい。
【０１８８】
層中の金属相、あるいはピンホール部分の存在は、断面TEMの格子像を観察することによって確認することができる。すなわち、非磁性化合物層中に、上下の金属層とエピタキシャルにつながった部分が存在するとき、この部分は金属相であるといえる。また、非磁性化合物層中の組成分析を行うことによって、金属相の有無を確認することができる。すなわち、酸素濃度，あるいは窒素濃度、あるいはフッ素濃度あるいはホウ素濃度が、組成比で２０％未満であれば実質的に金属相であるといえる。
【０１８９】
しかしながら、良好な磁気抵抗効果を得るためには、非磁性中間層では電子が散乱されずに通過することが、重要である。このため、酸素濃度，あるいは窒素濃度、あるいはフッ素濃度あるいはホウ素濃度が、組成比で１５％未満であることが望ましい。
【０１９０】
また、このような金属相部分、あるいはピンホール部分の平均直径は、上記磁化自由層と、非磁性中間層と磁化固着層の膜厚の和に対して、１０％から１００％の範囲であることが望ましい。１０％以下であると、絞込みによる抵抗増大が大きすぎて、実用的でない。逆に１００％以上であると電流が広がりすぎて絞込みの効果が得られない。磁化固着層が、Ｒｕなどの非磁性金属層を介して反強磁性的に結合した構造（シンセティック反強磁性構造）の場合は、非磁性中間層に近いほうの強磁性層のみを考慮して、前期膜厚の和を計算しなければならない。
【０１９１】
また、このような金属相部分、あるいはピンホール部分の膜面内間隔は、１ｎｍから１００ｎｍの範囲であることが望ましい。１ｎｍ以下であると、いったん絞り込まれた電流が非磁性化合物層の近傍で、重なり合ってしまうため、効果が劣化してしまう。より好ましくは１０ｎｍ以上が良い。また１００ｎｍ以上であると、実際の素子における存在個数が１から３個程度のレベルになるため、確率的に特性のばらつきが多くなる。
【０１９２】
ここまで述べてきた、非磁性化合物層に金属相部分を形成したり、ピンホールが開いた構造を形成するには、酸化エネルギーの異なる物質を組み合わせるのが良い。特に非磁性中間層に金属相部分を形成する物質としては上述の上記Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｏｓから選ばれる少なくとも１つを含む金属を主成分とすることが望ましい。このとき、非磁性化合物層を形成する原子が、金属相部分に拡散すると、金属相部分の抵抗が上昇して実用上の問題が出てくる可能性がある。このため、金属相を形成する原子と、化合物相を形成する原子とは、実質的に非固溶であることが望ましい。
【０１９３】
例えば、金属相部分の主成分がＣｕであるとき、非磁性化合物層を形成する主成分は、Ｂ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐｂ,Ｔａ,Ｃｒ,Ｖ,Ｓｉ,Ｓｂ,Ｇｅの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。より好ましくは、結晶質になりやすいＢ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐｂ,Ｃｒ,Ｖ,Ｓｉ,Ｓｂ,Ｇｅの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。
【０１９４】
例えば、金属相部分の主成分がＡｕであるとき、非磁性化合物層を形成する主成分は、Ｂ,Ｆｅ,Ｇｅ,Ｍｏ,Ｐ,Ｒｈ,Ｓｉ,Ｗ,Ｃｒの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。より好ましくは、結晶質になりやすいＢ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐ,Ｓｉ,Ｗ,Ｃｒの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。
【０１９５】
例えば、金属相部分の主成分がＡｇであるとき、非磁性化合物層を形成する主成分は、Ｂ,Ｂｅ,Ｃｏ,Ｃｒ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐｂ,Ｓｉ,Ｔａ,Ｖ,Ｗ,Ｇｅ,Ｓｎ,Ａｌ,Ｒｈの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。より好ましくは、結晶質になりやすいＢ,Ｂｅ,Ｃｏ,Ｃｒ,Ｆｅ,Ｍｏ,Ｐｂ,Ｓｉ,Ｖ,Ｗ,Ｇｅ,Ｓｎ,Ａｌ,Ｒｈの中から選ばれる少なくとも１つを主成分としていることが望ましい。
【０１９６】
例えば、金属相部分の主成分がＰｔであるとき、非磁性化合物層を形成する主成分は、Ｗを主成分としていることが望ましい。
【０１９７】
例えば、金属相部分の主成分がＰｄであるとき、非磁性化合物層を形成する主成分は、Ｗ,Ｃｒを主成分としていることが望ましい。
【０１９８】
上記の金属相と非磁性化合物相の組み合わせを形成する手段としては、金属相を形成する物質の層中あるいは界面に非磁性化合物を形成しても良い。非磁性化合物を形成する方法としては、成膜後に反応ガスを照射して形成しても良いし、非磁性化合物をスパッタなどにより直接積層しても良い。
【０１９９】
上記の金属相と非磁性化合物相の組み合わせを形成するもう１つの手段としては、金属相を形成する物質と非磁性化合物層を形成する物質との合金層を形成した後、反応性ガスを照射することによって形成することもできる。このような合金層は、たとえば合金ターゲットをスパッタなどにより積層することで形成することができる。合金ターゲットは、前記の非固溶物質の組み合わせで作るのが良い。これらは非固溶であるが、焼結であればターゲットを作成することができるし、２つの物質のモザイクでもかまわない。
【０２００】
この実施形態も、適当な抵抗値と、大きなＭＲ変化量を有し、且つ磁気的に高感度となるようなＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【０２０１】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態として、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドについて説明する。
【０２０２】
図２２は、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの要部構成を表す斜視概念図である。すなわち、本発明の磁気ヘッドは、記録媒体２００に対向して配置された一対の磁気ヨーク１０２、１０２を有する。磁気ヨーク１０２、１０２の上には、これらと磁気的に結合された磁気抵抗効果素子１０４が設けられている。磁気抵抗効果素子１０４は、図１乃至図２１および図３１乃至図３４に関して前述したような本発明のＣＰＰタイプの素子である。また、一対の磁気ヨーク１０２、１０２を跨ぐように、その両端には、一対のバイアス層１０６、１０６が形成されている。バイアス層１０６は、反強磁性体あるいは強磁性体からなり、磁気ヨーク１０２と磁気抵抗効果素子１０４のフリー層の磁化を、記録磁界と垂直方向、すなわち同図中のｙ方向に向けるように作用する。
【０２０３】
記録媒体２００には、記録トラック２００Ｔが形成され、記録ビット２００Ｂが配列している。それぞれの記録ビット２００Ｂには、矢印で例示したような信号磁化が形成され、これらの記録ビットからの信号磁束は、磁気ヨーク１０２と磁気抵抗効果素子１０４とを結んだ磁気回路に与えられる。磁気抵抗効果素子１０４に記録ビット２００Ｂの磁場が与えられると、フリー層の磁化は、バイアス層１０６によるｙ方向から面内に回転する。すると、この磁化方向の変化が磁気抵抗の変化として検出される。
【０２０４】
磁気抵抗効果素子１０４の磁気検出領域を記録ビット２００Ｂのサイズに合わせるために、磁気抵抗効果素子１０４の電極のコンタクトは、図２２に表した記録トラックの幅Ｗに相当する領域に制限して形成されている。
【０２０５】
本発明によれば、磁気抵抗効果素子１０４として、図１乃至図２１及び図３１乃至図３４に関して前述したような本発明のＣＰＰタイプの素子を用いることにより、適切な素子抵抗と大きな磁気抵抗の変化を両立することができる。つまり、従来よりも大幅に感度が高く且つ信頼性も安定した磁気ヘッドを実現することができる。
【０２０６】
なお、本実施形態においては、長手（面内）記録方式の磁気記録媒体に適応した磁気ヘッドを例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、垂直記録媒体に適応した磁気ヘッドについても、本発明の磁気抵抗効果素子を同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【０２０７】
（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態として、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気記録再生装置について説明する。図１乃至図２１及び図３１乃至図３４に関して前述したような本発明の磁気抵抗効果素子は、図２２に例示したような磁気ヘッドに搭載され、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれて磁気記録再生装置に応用することができる。
【０２０８】
図２３は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわち、本発明の磁気記録再生装置１５０は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、長手記録用または垂直記録用磁気ディスク２００は、スピンドル１５２に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気ディスク２００に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、第１乃至第２実施形態において前述したような本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気ヘッドをその先端付近に有する。
【０２０９】
磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。
【０２１０】
サスペンション１５４は、図示しない駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【０２１１】
アクチュエータアーム１５５は、固定軸１５７の上下２箇所に設けられた図示しないボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【０２１２】
図２４は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５１を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。
【０２１３】
サスペンション１５４の先端には、本発明の磁気抵抗効果素子を用いた再生用磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。記録用ヘッドを組み合わせても良い。サスペンション１５４は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【０２１４】
ここで、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）と磁気ディスク２００の表面との間には、所定の浮上量が設定されている。
【０２１５】
磁気ヘッド１０を搭載したスライダ１５３は、磁気ディスク２００の表面から所定の距離だけ浮上した状態で動作する。本発明によれば、このような「浮上走行型」の磁気記録再生装置においても、従来よりも高分解能で低ノイズの再生を行うことができる。
【０２１６】
一方、磁気ヘッド１０と磁気ディスク２００とを積極的に接触させて、走行させる「接触走行型」の磁気記録再生装置においても、従来よりも高分解能で低ノイズの再生を行うことができることは勿論である。
【０２１７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【０２１８】
例えば、スピンバルブ素子としての構造及び各層の材料については、当業者が選択しうるすべての範囲について本発明を同様に適用して同様の効果を得ることが可能である。例えば、「デュアル型」のような構造についても本発明を同様に適用することができる。
【０２１９】
また、磁気ヘッドの構造、構成する各要素の材料や形状などに関しても、具体例として前述したものには限定されず、当業者が選択しうる範囲のすべてを同様に用いて同様の効果を奏し得る。
【０２２０】
また、磁気記録再生装置に関しても、再生のみを実施するものでも、記録・再生を実施するものであっても良く、また、媒体は、ハードディスクには限定されず、その他、フレキシブルディスクや磁気カードなどのあらゆる磁気記録媒体を用いることが可能である。さらに、磁気記録媒体を装置から取り外し可能した、いわゆる「リムーバブル」の形式の装置であっても良い。
【０２２１】
さらに、本発明による磁気抵抗効果素子は、トランジスタ／ダイオード等と組み合わせて、あるいは単独で、磁気情報を記憶する「磁気メモリセル」を構成することができる。つまり、本発明は、磁気メモリセルを集積化した「磁気メモリ装置（ＭＲＡＭ）」にも適用可能である。
【０２２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、適当な抵抗値と、大きなＭＲ変化量を有し、且つ磁気的に高感度となるようなＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【０２２３】
その結果として、従来よりも微小な記録ビットからの磁気的情報を確実に読み取ることが可能となり、記録媒体の記録密度を大幅に向上させることが可能となる。同時に、熱的にも安定するために、磁気記録再生システムの信頼性が向上し、利用範囲が拡がり、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面構造を表す概念図である。
【図２】（ａ）は、ピン層Ｐとフリー層Ｆの磁化が平行の場合、（ｂ）は、反平行の場合について、それぞれ電子が感じるポテンシャルをアップスピンの場合とダウンスピンの場合について図示したグラフである。
【図３】（ａ）は、ピン層とフリー層の磁化が平行の場合、（ｂ）は、反平行の場合について、それぞれ電子が感じるポテンシャルをアップスピンの場合とダウンスピンの場合について図示したグラフである。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の本具体例の断面構成を表す概念図である。
【図５】（ａ）は、上下の電子反射層Ｒ１、Ｒ２の間で、ピンホールＨの位置を同じにした構成、（ｂ）は、上下の電子反射層Ｒ１、Ｒ２の間でピンホールＨの位置がずれているように設けた構成を表す。
【図６】２層以上の抵抗調整層Ｒ１Ａ、Ｒ１ＢあるいはＲ２Ａ、Ｒ２Ｂを含んだ構成を表す概念図である。
【図７】抵抗調整層Ｒ２を強磁性体層ＦＭの内部に挿入せずに、非磁性層ＮＭ１、ＮＭ２により挟持して配置した構成を表す概念図である。
【図８】強磁性体層ＦＭと非磁性体層ＮＭとの積層構造を採用した構成を表す概念図である。
【図９】２種以上の強磁性体の積層膜を採用した構成を表す概念図である。
【図１０】抵抗調整層を挟む強磁性体層が２種以上の強磁性体層により構成されている場合を例示する概念図である。
【図１１】ｆｃｃ構造の強磁性体層ＦＭ（ｆｃｃ）とｂｃｃ構造の強磁性体層ＦＭ（ｂｃｃ）とを組み合わせた構成を表す概念図である。
【図１２】非磁性層ＮＭを、第１の非磁性層ＮＭ１と第２の非磁性層ＮＭ２との積層構造とした構成を表す概念図である。
【図１３】強磁性体層ＦＭ１／強磁性体層ＦＭ２の積層構造を採用した構成を表す概念図である。
【図１４】複数の強磁性体層を有する場合の他の具体例を表す概念図である。
【図１５】複数の強磁性体層を有する場合の他の具体例を表す概念図である。
【図１６】いわゆるシンセティック反強磁性構造を採用した構成を表す概念図である。
【図１７】下地層（バッファ層）Ｂや保護層Ｃを採用した構成を表す概念図である。
【図１８】本発明の第２実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面構造を表す概念図である
【図１９】それぞれの抵抗調整層の間でピンホールが同じ場所になるようにした構成を表す概念図である。
【図２０】それぞれの抵抗調整層の間でピンホールＨの位置がずれているように設けられた構成を表す概念図である。
【図２１】本発明の第１の実施例にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構成を表す概念図である。
【図２２】本発明の磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの要部構成を表す斜視概念図である。
【図２３】磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。
【図２４】アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。
【図２５】スピンバルブ膜の概略断面構造を例示する概念図である。
【図２６】一般的に用いられている電流供給方式を表す概念図である。
【図２７】スピンバルブ膜の断面構成を表す概念図である
【図２８】ＣＰＰ−人工格子形の素子の断面構造を表す概念図である。
【図２９】ＣＰＰ−ＳＶ素子の断面構成を表す概念図である。
【図３０】抵抗調整層の一具体例の構成及び作用を説明する図。
【図３１】本発明の第３実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図３２】第３実施形態の変形例の構成を示す断面図。
【図３３】本発明の第４実施形態による磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図。
【図３４】第４実施形態の変形例の構成を示す断面図。
【図３５】第４実施形態の変形例の構成を示す断面図。
【図３６】第４実施形態の変形例の構成を示す断面図。
【符号の説明】
Ａ 反強磁性層
Ｐ 磁化固着層（ピン層）
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２ 抵抗調整層
ＦＭ 強磁性体層
ＮＭ 非磁性体層
Ｓ 非磁性中間層
Ｆ 磁化自由層（フリー層）
ＥＬ 電極
Ｉ センス電流
Ｂ バッファ層
Ｃ 保護層
３１ 下部電極
３２ 下地層
３３ 反強磁性層
３４ 磁化固着層
３５ 非磁性中間層
３６ 磁化自由層
３７ 非磁性金属層
３８ 非磁性結晶層
３９ 上部電極
１５０ 磁気記録装置
１５１ 磁気ディスク
１５３ ヘッドスライダ
１５４ サスペンション
１５５ アクチュエータアーム
１５６ ボイスコイルモータ
１５７ 固定軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetoresistive effect element, a magnetic head, and a magnetic reproducing apparatus. More specifically, the present invention relates to a magnetoresistive effect element using a spin valve film in which a sense current flows perpendicularly to a thin film surface. The present invention relates to a mounted magnetic head and a magnetic reproducing apparatus.
[0002]
[Prior art]
In certain types of ferromagnetic materials, a phenomenon is known in which the electrical resistance changes according to the strength of the external magnetic field, which is called the “magnetoresistance effect”. This effect can be used for detection of an external magnetic field, and such a magnetic field detection element is called a “magnetoresistance effect element (hereinafter referred to as an MR element)”.
[0003]
Such MR elements are industrially used for reading information stored in magnetic recording media in magnetic recording and reproducing devices such as hard disks and magnetic tapes (IEEE MAG-7, 150 (1971), etc. Such a magnetic head is called an “MR head”.
[0004]
Incidentally, in recent years, in magnetic recording / reproducing apparatuses in which these MR elements are used, particularly hard disk apparatuses, the magnetic recording density has been increased, and the size of one bit has been reduced, and the leakage magnetic flux from the bit has been reduced. The amount is decreasing. For this reason, it is indispensable for reading information written on a magnetic medium to produce a high-sensitivity and high S / N ratio MR element that can obtain a large resistance change rate even with a lower magnetic field. It is an important basic technology for improving density.
[0005]
Here, “high sensitivity” means that the resistance change amount (Ω) per unit magnetic field (Oe) is large. An MR element having a larger MR change amount and more excellent soft magnetic characteristics. High sensitivity. In order to realize a high S / N ratio, it is important to reduce thermal noise as much as possible. For this reason, it is not preferable that the element resistance itself be too large. In order to realize a good S / N ratio when used as a reading sensor for a hard disk, it is desirable that the element resistance be a value of about 5Ω to 30Ω. It is rare.
[0006]
Under such circumstances, it is now common to use a spin-valve film capable of obtaining a large MR change rate as an MR element used in the hard disk MR head.
[0007]
FIG. 25 is a conceptual diagram illustrating a schematic cross-sectional structure of a spin valve film. The
[0008]
Here, the ferromagnetic layer F is referred to as “free layer”, “magnetic field sensitive layer” or “magnetization free layer”, and the ferromagnetic layer P is referred to as “pinned layer” or “magnetization pinned layer”. The nonmagnetic layer S is often referred to as a “spacer layer”, “nonmagnetic intermediate layer”, “intermediate layer”, or the like.
[0009]
Since the spin valve film can rotate the magnetization of the free layer, that is, the ferromagnetic layer F even in a low magnetic field, high sensitivity can be achieved, and it is suitable for an MR element for an MR head.
[0010]
For such a spin valve element, it is necessary to pass a “sense current” in order to detect a change in resistance due to a magnetic field.
[0011]
FIG. 26 is a conceptual diagram showing a generally used current supply method. That is, at present, a method is generally used in which electrodes EL and EL are provided at both ends of a spin valve element as shown in the drawing, a sense current I is passed in parallel to the film surface, and the resistance in the film surface parallel direction is measured. Yes. This method is generally called a “CIP (current-in-plane)” method.
[0012]
In the case of the CIP method, an MR change rate of about 10 to 20% can be obtained. Further, in a shield type MR head that is generally used at present, the spin valve element is used in a nearly square shape, and therefore the resistance of the MR element is substantially equal to the surface electrical resistance value of the MR film. For this reason, in the CIP type spin valve film, it is possible to obtain good S / N characteristics by setting the surface electric resistance value to 5 to 30Ω. This can be realized relatively easily by reducing the film thickness of the entire spin valve film. Because of these advantages, at present, a CIP type spin valve film is generally used as an MR element for an MR head.
[0013]
However, 100 Gbit / inch2In order to realize the information reproduction at a high recording density exceeding 1, it is expected that a value exceeding 30% will be required as the MR change rate. On the other hand, in the conventional spin valve film, it is difficult to obtain a value exceeding 20% as the MR change rate. For this reason, how to increase the MR change rate is a major technical issue for further improving the recording density.
[0014]
From this point of view, in order to increase the MR ratio, an “electron reflecting layer” made of oxide, nitride, fluoride, or boride is inserted into the pinned layer or free layer in the CIP-SV film. A spin valve has been proposed.
[0015]
FIG. 27 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of such a spin valve film. That is, in the configuration shown in the figure, the electron reflection layer ER is inserted into the pinned layer P and the free layer F, respectively. In the spin valve film, when electron scattering occurs at the interface of each layer, the apparent mean free path decreases and the MR change rate decreases. On the other hand, by providing the electron reflection layer ER to reflect electrons, the apparent mean free path of electrons can be increased and a large MR change rate can be obtained.
[0016]
Also, with this configuration, since the probability of electrons passing through the magnetic / non-magnetic interface increases by reflecting the electrons, it is possible to obtain the same effect as in the case of an artificial lattice film. The rate of change increases.
[0017]
However, even in this configuration, not all electrons pass through the magnetic / nonmagnetic interface, so there is a limit to increasing the MR ratio. For this reason, it is substantially difficult to realize a large MR change rate exceeding 20% and a practical resistance change amount of 5 to 30Ω even in the CIP-SV film having the electron reflection layer as described above. It has become.
[0018]
On the other hand, as a method for obtaining a large MR exceeding 30%, a magnetoresistive effect of flowing a sense current in a direction perpendicular to the film surface (CPP) in an artificial lattice in which a magnetic material and a nonmagnetic pair are laminated. An element (hereinafter referred to as CPP-artificial lattice) has been proposed.
[0019]
FIG. 28 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of a CPP-artificial lattice type element. In this type of magnetoresistive effect element, electrodes EL are respectively provided above and below an artificial lattice SL in which ferromagnetic layers and nonmagnetic layers are alternately stacked, and a sense current I flows in a direction perpendicular to the film surface. In this configuration, since the probability that the current I crosses the magnetic layer / nonmagnetic layer interface is high, it is known that a favorable interface effect can be obtained and a large MR change rate can be obtained.
[0020]
However, in such a CPP artificial lattice type film, it is necessary to measure the electric resistance in the direction perpendicular to the film surface of the artificial lattice SL having a laminated structure of ultrathin metal films. However, this resistance value is generally very small. Therefore, in the CPP artificial lattice, it is an important technical problem to increase the resistance value as much as possible. Conventionally, in order to increase this value, it is essential to reduce the junction area between the artificial lattice SL and the electrode EL as much as possible, increase the number of stacks of the artificial lattice SL, and increase the total film thickness. . For example, when the element shape is patterned to 0.1 μm × 0.1 μm, if Co2 nm and Cu2 nm are alternately stacked 10 times, the total film thickness becomes 20 nm, and a resistance value of about 1Ω can be obtained. However, this is still not a sufficiently large resistance value, and it is necessary to further increase the number of layers.
[0021]
For the above reasons, in order to obtain a sufficient head output with a CPP artificial lattice type film and use it as a good hard disk reading sensor, it is necessary to use an artificial lattice type instead of a spin valve type in terms of resistance. You can see that it is essential.
[0022]
However, on the other hand, when the MR element is used for an MR head, each magnetic layer is controlled so that Barkhausen noise or the like is not generated at the same time while controlling the magnetization of the magnetic layer so that an external magnetic field can be measured efficiently. It becomes necessary to make a single magnetic domain. However, as described above, in order to obtain a resistance value in the CPP-MR element, it is necessary to alternately stack a magnetic layer and a non-magnetic layer several times. It is technically very difficult to control this.
[0023]
When an MR element is used for an MR head, it is necessary to rotate the magnetization with high sensitivity to a small signal magnetic field so that a large MR change rate can be obtained. For this purpose, it is necessary to improve the signal magnetic flux density in the sensing portion so that a larger amount of magnetization rotation can be obtained even with the same magnetic flux density. Therefore, it is necessary to reduce the total Mst (magnetization × film thickness) of the layer whose magnetization is rotated by the external magnetic field. However, in the CPP-MR element, it is necessary to alternately stack the magnetic layer and the nonmagnetic layer several times in order to increase the resistance value, which increases Mst and improves the sensitivity to the signal magnetic flux. It has become difficult.
[0024]
For this reason, although an MR change rate exceeding 30% can be expected with a CPP artificial lattice type film, it is difficult to achieve high sensitivity for use as an MR sensor for a magnetic head, and is substantially impossible. .
[0025]
On the other hand, it is conceivable to adopt the CPP method in a spin valve structure using FeMn / NiFe / Cu / NiFe, FeMn / CoFe / Cu / CoFe, or the like.
[0026]
FIG. 29 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional configuration of a CPP-SV element. However, in such a CPP-SV configuration, in order to increase the resistance value, it is necessary to increase the thickness of the magnetic layer to about 20 nm. Even in this case, the resistance change rate is about 30% at 4.2K. It is predicted that only a resistance change rate of about 15%, which is half of that, will be obtained at room temperature.
[0027]
In other words, with a CPP-type spin valve film, only an MR change rate of about 15% can be obtained, and the Mst of the free layer must be increased. Therefore, it is difficult to achieve high sensitivity for use as an MR sensor for a head. Therefore, it is difficult to use it substantially.
[0028]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, various methods such as a CIP type spin valve film, a CPP type artificial lattice, and a CPP type spin valve have been proposed. However, the magnetic recording density continues to increase at an annual rate of 60% or more, and further output increase is required in the future. However, at the moment, 100 Gbit / inch2 It is difficult to realize a spin valve film that has an appropriate resistance value, a large MR change amount, and a magnetically high sensitivity that can be used at a high recording density exceeding 1.
[0029]
The present invention has been made on the basis of recognition of such a problem, and its purpose is to have an appropriate resistance value while effectively utilizing the spin-dependent scattering effect, and to achieve high sensitivity. Another object of the present invention is to provide a practical magnetoresistive element having a small number of magnetic layers to be controlled, a magnetic head using the same, and a magnetic recording / reproducing apparatus.
[0030]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a magnetoresistive effect element according to a first aspect of the present invention includes a magnetization pinned layer having a ferromagnetic film in which the magnetization direction is substantially pinned to one side, and the magnetization direction in an external magnetic field. A magnetoresistive film having a magnetization free layer having a ferromagnetic film that changes in response, a nonmagnetic intermediate layer provided between the magnetization free layer and the magnetization pinned layer, and a film of the magnetoresistive film A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive film for energization in a direction perpendicular to the surface, and an oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride as a main componentAnd formed in the film of the nonmagnetic intermediate layer or at the interface.And a resistance adjustment layer.
[0031]
The magnetoresistive effect element according to the second aspect of the present invention isA magnetization fixed layer having a ferromagnetic film whose magnetization direction is substantially fixed to one side, a magnetization free layer having a ferromagnetic film whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, the magnetization free layer, and the magnetization A magnetoresistive film having a nonmagnetic intermediate layer provided between the pinned layer and an electrical connection to the magnetoresistive film for conducting current in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film A pair of electrodes formed, and a resistance adjustment layer mainly composed of oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride,
The resistance adjustment layer is formed on the opposite side of the magnetization free layer from the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, or in the layer of the nonmagnetic intermediate layer or at the interface, and the first is mainly composed of Cu. And an oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride containing at least one selected from B, Fe, Mo, Pb, Ta, Cr, V, Si, Sb, Ge And a second region.
[0032]
In addition, the magnetoresistive effect element according to the third aspect of the present invention includes a magnetization fixed layer having a ferromagnetic film in which the magnetization direction is substantially fixed to one side, and a strong magnetization whose magnetization direction changes according to an external magnetic field. A magnetoresistive film having a magnetization free layer having a magnetic film, and a nonmagnetic intermediate layer provided between the magnetization free layer and the magnetization pinned layer, and perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive effect film for energizing in the direction, a resistance adjustment layer mainly composed of oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride,
The resistance adjustment layer is formed on the opposite side of the magnetization free layer from the side where the nonmagnetic intermediate layer is provided, in the layer of the nonmagnetic intermediate layer or at the interface, and contains Ag as a main component. The first region and Be , Co , Cr , Fe , Mo , Pb , Si , Ta , V , W , Ge , Sn , Al , And a second region mainly composed of an oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride containing at least one selected from Rh.
[0033]
The magnetoresistive effect element according to the fourth aspect of the present invention includes a magnetization fixed layer having a ferromagnetic film in which the magnetization direction is substantially fixed to one side, and a strong magnetization whose magnetization direction changes according to an external magnetic field. A magnetoresistive film having a magnetization free layer having a magnetic film, and a nonmagnetic intermediate layer provided between the magnetization free layer and the magnetization pinned layer, and perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive film for energizing in the direction, and an oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride as a main component, and the nonmagnetic intermediate layer And a resistance adjusting layer formed at the interface, wherein the resistance adjusting layer includes 2% to 30% of metal phase holes.
[0034]
The resistance adjustment layer may be formed inside the magnetization free layer or on the opposite side of the magnetization free layer from the side on which the nonmagnetic intermediate layer is formed.
[0035]
The resistance adjusting layer may be formed in the nonmagnetic intermediate layer or at the interface.
[0036]
The resistance adjustment layer may be formed in the magnetization pinned layer or on the opposite side of the pinned layer from the side on which the nonmagnetic intermediate layer is formed.
[0037]
Note that the resistance adjustment layer includes B, Si, Ge, Ta, W, Nb, Al, Mo, P, V, As, Sb, Zr, Ti, Zn, Pb, Th, Be, Cd, Sc, La, At least one oxide selected from Y, Pr, Cr, Sn, Ga, Cu, In, Rh, Pd, Mg, Li, Ba, Ca, Sr, Mn, Fe, Co, Ni, and Rb, or nitriding Or fluoride, carbide, or boride may be the main component.
[0038]
The resistance adjustment layer is formed on the opposite side of the magnetization free layer to the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, or in the layer of the nonmagnetic intermediate layer or at the interface, Cu, Au, Ag, Ru, At least one metal of Ir, Re, Rh, Pt, Pd, Al, and Os may be included.
[0039]
The resistance adjustment layer is formed on the opposite side of the magnetization free layer from the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, in the layer of the nonmagnetic intermediate layer, or on the interface, and includes a first layer mainly composed of Cu. The main component is a region and an oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride containing at least one selected from B, Fe, Mo, Pb, Ta, Cr, V, Si, Sb, and Ge. And a second region to be configured.
[0040]
The resistance adjustment layer is formed on the opposite side of the magnetization free layer from the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, in the nonmagnetic intermediate layer or at the interface, and contains Au as a main component. 1 region and an oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride containing at least one selected from B, Fe, Ge, Mo, P, Rh, Si, W, and Cr as a main component You may comprise so that the 2nd area | region to be provided may be provided.
[0041]
The resistance adjusting layer is formed on the opposite side of the magnetization free layer from the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, in the layer of the nonmagnetic intermediate layer or at the interface, and contains Ag as a main component. 1 region and an oxide, nitride, or fluoride containing at least one selected from Be, Co, Cr, Fe, Mo, Pb, Si, Ta, V, W, Ge, Sn, Al, Rh, Or you may comprise so that it may be provided with the 2nd area | region which has a carbide | carbonized_material or a boride as a main component.
[0042]
The magnetoresistive effect element according to the third aspect of the present invention includes a magnetization fixed layer having a ferromagnetic film in which the magnetization direction is substantially fixed to one side, and a strong magnetization whose magnetization direction changes according to an external magnetic field. A magnetoresistive film having a magnetization free layer having a magnetic film, and a nonmagnetic intermediate layer provided between the magnetization free layer and the magnetization pinned layer, and perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive film for energizing in the direction and a surface of the magnetization free layer opposite to the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, or nonmagnetic It is formed in the film of the intermediate layer or at the interface, and selected from B, Si, Ge, W, Nb, Mo, P, V, Sb, Zr, Ti, Zn, Pb, Cr, Sn, Ga, Fe, Co A region mainly composed of crystalline oxide containing at least one of Characterized by comprising a.
[0043]
The resistance adjustment layer may have a thickness of 0.5 to 5 nm.
[0044]
The resistance adjusting layer may contain 2% to 30% metal phase holes.
[0045]
The average diameter of the holes in the metal phase may be 5% to 100% with respect to the sum of the film thicknesses of the magnetization free layer, the nonmagnetic intermediate layer, and the magnetization pinned layer. .
[0046]
The average interval between the holes in the metal phase may be 10 to 100 nm.
[0047]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a magnetic head including any one of the magnetoresistive elements described above.
[0048]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a magnetic reproducing apparatus including the magnetic head, wherein magnetic information stored in a magnetic recording medium can be read.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0050]
(First embodiment)
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment of the present invention. In other words, the
[0051]
Further, electrode layers EL are provided above and below the laminated structure, and the sense current I flows in a direction perpendicular to the film surface.
[0052]
In the present embodiment, the first magnetic layer P functions as a “pinned layer” whose magnetization is fixed by unidirectional anisotropy by the antiferromagnetic layer A. The second magnetic layer F acts as a “magnetic field sensitive layer” or “free layer” that is magnetized and rotated by an external magnetic field (for example, a signal magnetic field) generated from a magnetic recording medium (not shown).
[0053]
The first magnetic layer P and the second magnetic layer F have resistance adjustment layers R1 and R2 inserted therein, respectively, and have a laminated structure of ferromagnetic layer FM / resistance adjustment layer R1 or resistance adjustment layer R2 / ferromagnetic layer FM. Have In this structure, the ferromagnetic layers on both sides of the resistance adjustment layers R1 and R2 are ferromagnetically coupled, and their magnetizations behave substantially as one body. That is, the magnetizations of the respective ferromagnetic layers included in the laminated structure of the ferromagnetic layer / resistance adjusting layer / ferromagnetic layer are all in a substantially parallel state, and the pinned layer (first magnetic layer In P), magnetization is fixed in substantially the same direction, and in the free layer (second magnetic layer F), it has substantially the same magnetization direction with respect to the external magnetic field.
[0054]
In this specific example, the current I flows from the upper electrode EL toward the lower electrode EL, but the resistance adjustment layers R1 and R2 reduce the amount of current while flowing the current in the film thickness direction. The resistance of the magnetoresistive effect element can be increased by inserting the resistance adjustment layer. That is, the resistance adjustment layers R1 and R2 are “filter layers” that limit the passage amount of the sense current I, “current confinement layers” that transmit a part of conduction electrons constituting the sense current I, or sense currents. It acts as a “barrier layer” that reduces the amount of I current. The configuration and operation of a specific example of the resistance adjustment layer will be described with reference to FIG. The resistance adjustment layer R of this specific example has a configuration in which a pinhole H is formed in the insulator layer. When the resistance adjusting layer R is sandwiched between
[0055]
Further, a part of the reduced current I flows between the two resistance adjustment layers R1 and R2 while being repeatedly reflected several times. However, the amount of current that flows while repeating reflection is not so large when viewed from the entire sense current. However, this reduces the probability that electrons pass through the CPP spin valve structure without reflection, so that the electrical resistance can be further increased. Note that these resistance adjustment layers have a morphologically different configuration from the electron reflection layer of the CIP type spin valve element.
[0056]
In the CPP spin valve film, the effect of electron scattering at the interface of the ferromagnetic layer / nonmagnetic layer, that is, the interface resistance, has a large spin dependence and plays a role of increasing CPP-MR. In addition, the interface resistance tends to have a relatively large value. These features are similar to the operation in the CPP artificial lattice described above with reference to FIG.
[0057]
Therefore, the resistance value in the direction perpendicular to the film surface can be increased by providing the resistance adjustment layer. As a result, according to the present invention, more interfacial resistance can be used, and it is possible to realize a CPP-SV having a high resistance and a high MR ratio compared with a conventional CPP spin valve film. Become.
[0058]
In the present embodiment, since the current I takes a CPP method in which the current I flows in a direction perpendicular to the film surface, all the current I crosses the ferromagnetic layer / nonmagnetic layer interface. As a result, the interface effect that could not be used effectively in the case of the CIP method can be used very effectively. For this reason, it is possible to obtain a remarkable effect of increasing the MR change rate, which was not obtained much with the CIP configuration.
[0059]
Due to the above effects, it is possible to provide a CPP spin valve element having an appropriate resistance value by making good use of the interface resistance while having a spin valve configuration.
[0060]
In the present embodiment, since the magnetizations of the pinned layer P and the free layer F operate integrally, the magnetization can be controlled only by the magnetization fixation of the pinned layer P and the magnetization control of one free layer F. When used as a reading sensor such as a magnetic head, a magnetic head in which Barkhausen noise is suppressed can be realized.
[0061]
Further, in the present embodiment, it is possible to obtain a good resistance value and MR change rate while keeping the total thickness of the pinned layer P and the free layer F thin. In other words, in this configuration, compared with the conventional simple CPP spin valve configuration, the simple transmission probability of electrons is reduced, the resistance value is increased, and the interface resistance can be fully utilized. Even in a structure in which the total Mst of the layer P and the free layer F is small, it is possible to obtain a sufficient resistance value and MR change rate.
[0062]
Specifically, in the conventional configuration, the thickness of the magnetic material of the pinned layer P and the free layer F required about 20 nm. However, according to this embodiment, sufficient characteristics can be obtained even if the total magnetic layer thickness is 5 nm or less. Can be obtained. As a result, it is possible to keep Mst of the free layer F at a small value, and it is possible to realize a highly sensitive spin valve element. In addition, since the Mst of the pinned layer P can be reduced, the magnetization fixed characteristic by the antiferromagnetic layer A can be improved, and the reliability as a device can be improved.
[0063]
As the resistance adjustment layers R1 and R2 in the present embodiment, a semi-metal such as Bi (bismuth), Sb (antimony), and C (carbon), or a so-called zero gap semiconductor such as ZnSe (zinc selenide) is used. be able to. In these materials, unlike the insulator, conduction electrons exist, but since the density is very small, the potential felt by the conduction electrons is very small. Specifically, a metal such as Cu (copper) has a Fermi potential of about 7 eV, whereas the Fermi potential of a semimetal has a small value of 1 eV or less.
[0064]
For this reason, when the resistance adjustment layers R1 and R2 made of a semimetal or a zero gap semiconductor are sandwiched between the metal layers that become the ferromagnetic material, a large potential step is generated as illustrated in FIG. 2, and the conduction electrons are transmitted. Will be restricted. 2A shows the case where the magnetization of the pinned layer P and the free layer F is parallel, and FIG. 2B shows the case where the potential perceived by the electrons is up-spin and down-spin, respectively. It is the graph illustrated about the case.
[0065]
In the configuration of the present invention, conduction electrons are also present in the resistance adjustment layers R1 and R2. Therefore, the conduction by the conduction electrons is sufficiently larger than the transmission probability of the electrons through the tunnel. Dominates the overall resistance. For this reason, the resistance can be reduced as compared with the case of the ferromagnetic tunnel junction, and a good element resistance can be obtained at the minute junction.
[0066]
The Fermi potential value of these materials is preferably in the range of 1 eV to 0 eV. More desirably, a range of 0.5 eV to 0 eV is suitable. The reason for this is, first of all, in these materials, the smaller the Fermi potential value, the more the potential that the electrons feel can be stepped, so the probability of electron transmission can be reduced. Because it becomes. In addition, since the number of conduction electrons in the semimetal is also reduced, the probability of electron transmission can be made very small. In the case of 0.5 eV, the number of conduction electrons is about 3.5 × 1020Since the number of electrons is about two orders of magnitude smaller than that of a noble metal such as Cu, a large increase in resistance can be desired. Therefore, it is desirable that the Fermi potential value of these materials be 0.5 eV or less. However, if it is 1 eV or less, the number of conduction electrons is about 4.6 × 10.21Compared to a noble metal such as Cu, the number of electrons is about an order of magnitude smaller, so that the effect of sufficiently increasing the resistance can be produced.
[0067]
In addition, Au (gold), Ag (silver), or an alloy thereof can be used as the material of the resistance adjustment layers R1 and R2 in the present embodiment. However, in this case, since it is difficult to form a step having a very large potential, it is not easy to obtain a large increase in resistance.
[0068]
In addition, as the resistance adjustment layers R1 and R2 in the present embodiment, an insulator having a relatively low potential barrier can be used. FIG. 3 is a potential diagram corresponding to this configuration. That is, FIG. 3A shows the case where the magnetization of the pinned layer and the free layer is parallel, and FIG. 3B shows the case where the potential felt by the electrons is up-spin and down-spin, respectively. It is an illustrated graph.
[0069]
In this specific example, the electron transmission probability is determined by the electron tunneling probability in the resistance adjustment layers R1 and R2. Therefore, since the element resistance becomes too high when the barrier height becomes high, the barrier heights of the resistance adjustment layers R1 and R2 are preferably 0.1 eV or less.
[0070]
On the other hand, as the resistance adjustment layers R1 and R2 in the present embodiment, an insulator in which pinholes are formed can be used. In this case, the electron transmission probability is determined by the pinhole size and density. FIG. 4 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of this example. As shown in the figure, pinholes H can be appropriately provided in the resistance adjustment layers R1 and R2. Here, if the size of the pinhole H is made equal to or less than the mean free path of electrons, a larger resistance increasing effect can be obtained. In addition, the density of the pinholes H is desirable from the viewpoint of the reproducibility of the element characteristics, for example, that at least 10 or more pinholes are formed in the film surface of the element. However, conversely, only one pinhole H may exist in the element. Further, the ratio between the total area of the pinholes H and the film area of the element can be determined as appropriate, but is desirably 50% or less, which is ideal for increasing the element resistance.
[0071]
In the example of FIG. 4, the probability of electron transmission is determined by electrical conduction through the pinhole H. Therefore, an insulator having a large barrier height, such as Al (aluminum) oxide or Si (silicon) oxide, can be used as the material constituting the resistance adjustment layers R1 and R2. However, a material having a low barrier height such as Co (cobalt) oxide, Ni (nickel) oxide, or Cu (copper) oxide can also be used. Even in that case, the electrical conduction is mainly governed by the pinhole H.
[0072]
Further, the thicknesses of the resistance adjustment layers R1 and R2 in the specific example of FIG. 4 can be determined as appropriate, but in order to reliably and easily form the pinhole H, the thickness is set in the range of 0.5 nm to 10 nm. It is desirable.
[0073]
The positions of the pinholes H in the resistance adjustment layers R1 and R2 of the pinned layer P and the free layer F need not be particularly controlled. In this case, electrical conduction through randomly formed pinholes H is obtained.
[0074]
As a method of forming the resistance adjustment layers R1 and R2 having such pinholes H, for example, an ultra-thin layer of Al is formed by a method such as sputtering, and then exposed to an oxygen atmosphere for a short time and formed by natural oxidation. Can do. In addition, an ultrathin layer such as Al can be formed by a method of applying energy such as exposure to oxygen plasma, irradiation with oxygen ions, or irradiation with oxygen radicals.
[0075]
Further, as a layer to be oxidized, a granular film of Al—Co is formed by simultaneously forming a material that is relatively easily oxidized and a material that is not easily oxidized, such as Al—Co. Can be formed by selectively oxidizing only Al.
[0076]
In addition, an oxide layer having pinholes H can be formed by forming a film in an oxygen atmosphere.
[0077]
As another method of forming the resistance adjustment layers R1 and R2 having such pinholes H, for example, they are regularly arranged by microfabrication using an AFM (atomic force microscope) or self-organization. A pinhole H can also be formed. At the time of microfabrication using AFM or the like, for example, a continuous film of AlOx (aluminum oxide) is formed and a hole is formed in the AlOx. In addition, when forming pinholes regularly arranged by self-organization, for example, a continuous film of AlOx is formed, and a resist that forms pinholes by self-organization is applied on the AlOx. The AlOx in the pinhole portion can be removed by milling or RIE. It is also possible to directly form an insulator having pinholes H aligned by self-organization.
[0078]
When the pinhole H is formed by such a controlled method, the positional relationship of the pinhole H in the two resistance adjustment layers R1 and R2 becomes important. That is, as illustrated in FIG. 5A, the position of the pinhole H can be the same between the upper and lower resistance adjustment layers R1 and R2. Further, as illustrated in FIG. 5B, the pinhole H may be provided so that the position of the pinhole H is shifted between the upper and lower resistance adjusting layers R1 and R2. As illustrated in FIG. 5B, when the position is shifted, it is possible to obtain a more effective reduction in the amount of current, and a CPP spin valve element with higher resistance can be realized.
[0079]
When the pinhole H is formed by a controlled method, the relationship between the size of the pinhole H in the two resistance adjustment layers R1 and R2 can be adjusted. That is, the size of the pinhole H can be the same between the upper and lower resistance adjustment layers R1 and R2, or can be different. Of the resistance adjustment layers R1 and R2, it is more effective to make the size of the pinhole H of the resistance adjustment layer into which electrons enter larger than the size of the pinhole from which electrons exit. A reduction in the amount of current can be obtained, and a higher resistance CPP spin valve element can be formed.
[0080]
Further, the resistance adjustment layers R1 and R2 in the laminated structure of the ferromagnetic layer / electron reflection layer do not necessarily need to be composed of only one layer. As illustrated in FIG. 6, two or more resistance adjustment layers are used. R1A, R1B or resistance adjustment layers R2A, R2B may be included. By inserting a plurality of resistance adjustment layers in this way, it is possible to further reduce the simple transmission probability of electrons, and to realize a CPP-SV with higher resistance.
[0081]
On the free layer F side, as illustrated in FIG. 7, the resistance adjustment layer R2 may be sandwiched between the nonmagnetic layers NM1 and NM2 without being inserted into the ferromagnetic layer FM. Is possible. By doing so, it is possible to minimize the influence of the resistance adjustment layer R2 on the magnetic characteristics of the free layer F, and it is easy to achieve compatibility with the soft magnetic characteristics.
[0082]
The ferromagnetic layers included in the first and second magnetic layers P and F in the present embodiment with specific examples as described above are ferromagnetic materials containing Co such as, for example, a single Co or a Co-based magnetic alloy. Or a Ni-based alloy such as a NiFe alloy or a Fe-based alloy.
[0083]
Here, soft magnetic properties such as Fe (iron), FeNi (iron nickel), FeCo (iron cobalt), FeSi (iron silicon), FeMo (iron molybdenum), and FeAl (iron aluminum) are obtained as Fe-based alloys. It is desirable to use a material that is easily applied.
[0084]
In addition, as Co-based alloys, Fe (iron), Ni (nickel), Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), Pd (palladium), Pt (platinum), Ir (relative to Co) Examples of the alloy include one or more of iridium), Rh (rhodium), Ru (ruthenium), Os (osmium), and Hf (hafnium). The addition amount of these additive elements is preferably 5 to 50 atomic%, and more preferably 8 to 20 atomic%. This is because if the amount added is too small, the bulk effect will not increase sufficiently, and conversely if the amount added is too large, the interface effect may be greatly reduced. As the additive element, it is particularly desirable to use Fe in order to obtain a large MR ratio.
[0085]
Further, as illustrated in FIG. 8, the ferromagnetic layers included in the first and second magnetic layers P and F in the present embodiment are laminated layers of a ferromagnetic layer FM and a nonmagnetic layer NM. It is good also as a structure. In this laminated structure of the ferromagnetic layer FM / nonmagnetic layer NM, the ferromagnetic layers FM sandwiching the nonmagnetic layer NM are ferromagnetically coupled, and the magnetizations are substantially parallel. They are in a uniform state and have almost the same magnetization direction.
[0086]
When the laminated structure film illustrated in FIG. 8 is used for the pinned layer P and the free layer F, electrons pass through a larger number of ferromagnetic layer / nonmagnetic layer interfaces. The CPP spin valve film has an effect of electron scattering at the interface of the ferromagnetic layer / nonmagnetic layer, that is, an effect that the interface resistance has a large spin dependence and increases CPP-MR. In this specific example, since more interface resistance can be used, it is possible to obtain a higher resistance change rate with higher resistance. In FIG. 8, a high conductive layer G having a high electrical conductivity is provided between the free layer F and the electrode EL.
[0087]
The insertion of the resistance adjustment layers R1 and R2 is particularly effective for increasing the resistance of the CPP spin bubble film, but the lamination of the pinned layer P and the free layer F is particularly effective for increasing the MR ratio. Therefore, by combining these two, it is possible to obtain a CPP spin valve film having a particularly high resistance and a high MR ratio.
[0088]
As the laminated structure film of the ferromagnetic layer FM / nonmagnetic layer NM in this specific example, it is desirable to obtain a large spin-dependent interface resistance at the interface of the magnetic layer FM / nonmagnetic layer NM. As a combination of such a ferromagnetic material and a non-magnetic material, Fe-based alloy, Co-based alloy, and Ni-based alloy are used as the material of the ferromagnetic layer FM, and Cu and Ag are used as the material of the non-magnetic layer NM. , Au or an alloy thereof is preferably used.
[0089]
In addition to these, the material of the nonmagnetic layer NM is particularly Rh (rhodium), Ru (ruthenium), Mn (manganese), Cr (chromium), Re (rhenium), Os (osmium) Ir ( It is also desirable to use a non-ferromagnetic metal such as iridium. In particular, it is desirable to use Mn or Re.
[0090]
Among these, combinations with particularly high interface resistance include Fe-base alloy / Au, Fe-base alloy / Ag, or Fe-base alloy / Au-Ag alloy interface, Co-base alloy / Cu, Co-base alloy / Ag, and Co-base. An alloy / Au or a Co-based alloy / Cu—Ag—Au alloy interface can be used.
[0091]
Regarding the film thickness of the ferromagnetic layer FM included in the laminated structure of the ferromagnetic layer FM / non-magnetic layer NM, the magnetic stability is increased in the pinned layer P, and Mst is set in the free layer F. It is desirable to make it as thin as possible in order to make it thinner and measure high sensitivity. The upper limit of the film thickness is desirably 2 nm or less in order to increase the number of interfaces.
[0092]
On the other hand, the combination of materials forming the laminated structure of the ferromagnetic layer FM / non-magnetic layer NM in this specific example is preferably a non-solid solution combination in order to obtain good interface resistance. That is, it is desirable that the materials constituting the ferromagnetic layer FM and the nonmagnetic layer NM have a non-solid solution relationship with each other. However, it is not always necessary to limit the combination to a non-solid solution system depending on the required level.
[0093]
Further, the ferromagnetic layer FM in the laminated structure of the ferromagnetic layer FM / nonmagnetic layer NM in this specific example does not necessarily need to be composed of one kind of material, as illustrated in FIG. You may be comprised by the laminated film of 2 or more types of ferromagnetic materials. That is, in the example shown in FIG. 9, the pinned layer P and the free layer F are formed by laminating the first ferromagnetic layer FM1, the second ferromagnetic layer FM2, and the third ferromagnetic layer FM3, respectively. It has a configuration. However, the type, the number of layers, and the order of lamination of the ferromagnetic layers are not limited to the same figure.
[0094]
For example, in the pinned layer P, it is desirable to use an Fe / Au interface having a large interface resistance. However, since Fe has a large spin fluctuation, it is desirable to suppress the spin fluctuation for use at room temperature. For this purpose, it is desirable that the ferromagnetic material layer has a laminated structure with a magnetic material having a small spin fluctuation such as Fe / CoFe / Fe, Fe / NiFe / Fe.
[0095]
On the other hand, in the free layer F, it is desirable to use an Fe / Au interface having a large interface resistance. However, it is difficult to obtain the soft magnetic characteristics necessary for the free layer with Fe alone. Therefore, it is desirable that the ferromagnetic layer has a laminated structure with a magnetic material having excellent soft magnetic properties such as Fe / CoFe / Fe and Fe / NiFe / Fe.
[0096]
Further, the ferromagnetic layer in the laminated structure of the ferromagnetic layer / resistance adjusting layer does not necessarily need to be composed of one kind of material.
[0097]
FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a case where the ferromagnetic layer sandwiching the resistance adjustment layer is composed of two or more types of ferromagnetic layers. In other words, in the specific example shown in the figure, the pinned layer P and the free layer F each have a first ferromagnetic layer FM1 and a second ferromagnetic layer FM2.
[0098]
For example, in the free layer F, it is desirable to use an Fe / Au interface having a large interface resistance. However, it is difficult to obtain the soft magnetic characteristics necessary for the free layer with Fe alone. On the other hand, by adding a magnetic layer made of a magnetic material having excellent soft magnetic properties such as CoFe and NiFe that are ferromagnetically coupled as a ferromagnetic layer, it is possible to improve the soft magnetic properties. .
[0099]
When the ferromagnetic layer FM in the laminated structure of the ferromagnetic layer FM / nonmagnetic layer NM includes Fe or an Fe-based alloy, the crystal structure is preferably an fcc (face centered cubic) structure. . This can be made more stable when laminating fcc structure metals such as Au, Ag, Cu, etc., and it becomes possible to construct a laminated structure with good crystallinity as a whole, improving soft magnetic properties. This is because effects such as reduction of spin fluctuation can be obtained. However, a bcc structure can also be used.
[0100]
In particular, when two kinds of magnetic materials are combined as the ferromagnetic material layer in the laminated structure of the ferromagnetic material layer / nonmagnetic material layer, as illustrated in FIG. 11, the ferromagnetic material layer FM (fcc) having the fcc structure and bcc It can also be combined with a ferromagnetic layer FM (bcc) having a structure. In such a combination, the fcc structure ferromagnet FM (fcc) and the bcc structure ferromagnet FM (bcc) differ greatly in electronic state, Fermi surface shape, state density distribution, etc. An electron filter effect can be obtained, and a large resistance and MR change rate can be obtained. As shown in the figure, the crystal structure of the pinned layer P and the free layer F is such that the first magnetic layer P is a ferromagnetic layer having a bcc structure and the second magnetic layer F is a ferromagnetic layer having an fcc structure. Even with different configurations, it is possible to obtain a large filter effect.
[0101]
In the present invention, in the laminated structure of the ferromagnetic layer / nonmagnetic layer constituting the pinned layer P and the free layer F, the ferromagnetic layers need to be ferromagnetically coupled to each other. It is necessary to form a good laminated structure. Further, the magnetic characteristics of the pinned layer P and the free layer F can be improved by adjusting the crystal lattice constant in the laminated structure to an optimum value. For this reason, as illustrated in FIG. 12, the nonmagnetic layer NM may have a stacked structure of, for example, the first nonmagnetic layer NM1 and the second nonmagnetic layer NM2. For example, when the non-magnetic layer NM has a laminated structure such as Au layer / Cu layer / Au layer, it is possible to realize a good lattice constant and obtain good magnetic characteristics while realizing a large interface resistance. .
[0102]
In addition, the ferromagnetic layer FM included in the first and second magnetic layers P and F in the present invention is a laminated structure of the ferromagnetic layer FM1 / the ferromagnetic layer FM2, as illustrated in FIG. Can also be configured. In the laminated structure of the ferromagnetic material layer FM1 / the ferromagnetic material layer FM2, the ferromagnetic material layers are ferromagnetically coupled to each other, and the magnetizations are substantially in parallel with each other. Has a magnetization direction.
[0103]
When such a laminated structure film is employed for the pinned layer P and the free layer F, electrons pass through a larger number of ferromagnetic layer / ferromagnetic layer interfaces. The CPP spin valve film has the effect of electron scattering at the interface of the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer, that is, the interface resistance has a large spin dependence and the effect of increasing CPP-MR. In this specific example, since more interface resistance can be used, it is possible to obtain a higher resistance change rate with higher resistance.
[0104]
The insertion of the resistance adjustment layers R1 and R2 is particularly effective for increasing the resistance of the CPP spin bubble film, but the lamination of the pinned layer P and the free layer F is particularly effective for increasing the MR ratio. Therefore, by combining these two, it is possible to obtain a CPP spin valve film having a particularly high resistance and a high MR ratio.
[0105]
In this specific example, it is possible to arrange many ferromagnetic layer / ferromagnetic layer interfaces in the pinned layer P and free layer F, and more interface resistance can be utilized, and high resistance can be obtained. Thus, a CPP-SV with a high MR change rate can be configured.
[0106]
Further, since the magnetizations of the pinned layer P and the free layer F operate as one body, the magnetization can be controlled only by the magnetization fixation of the pinned layer P and the magnetization control of one free layer F, which is used for a reading sensor such as a head. In this case, a magnetic head in which Barkhausen noise is suppressed can be realized.
[0107]
Each of the ferromagnetic layers constituting the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer laminated structure in this specific example is made of, for example, a ferromagnetic substance containing Co such as a simple substance of Co or a Co-based magnetic alloy, or a NiFe alloy. Such a ferromagnetic material or an Fe-based alloy can be used.
[0108]
As a combination having a particularly large interface resistance, it is desirable to use NiFe alloy / CoFe alloy, Fe-based alloy / NiFe alloy, or Fe-based alloy / CoFe alloy.
[0109]
Further, it is desirable that the film thickness of the ferromagnetic layer included in the laminated structure of the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer is as thin as possible in order to increase the number of interfaces without increasing the total Mst. In a combination in which magnetism is maintained, the ferromagnetic layer can be composed of one atomic layer. Further, the upper limit of the film thickness is desirably 2 nm or less in order to increase the number of interfaces.
[0110]
On the other hand, the film thickness of the ferromagnetic layer included in the laminated structure of the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer is desirably 1 nm or less in order to increase the number of interfaces as much as possible. Further, as a lower limit, it is possible to generate interface resistance even in a monoatomic layer.
[0111]
The combination of materials forming the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer laminate structure is preferably a non-solid solution combination in order to obtain good interface resistance. However, the combination is not necessarily limited to a non-solid solution type, and the combination can be determined as appropriate.
[0112]
FIG. 14 is a conceptual diagram showing another specific example in the case of having a plurality of ferromagnetic layers. That is, in the example shown in the figure, each of the pinned layer P and the free layer F has a laminated structure of the first ferromagnetic layer FM1 and the second ferromagnetic layer FM2, and further the electron reflecting layer R1. , R2 is provided with a third ferromagnetic layer FM3.
[0113]
For example, in the free layer F, it is desirable to use an Fe / CoFe interface having a large interface resistance, but it is difficult to obtain the soft magnetic characteristics necessary for the free layer only with Fe. Therefore, it is possible to improve the soft magnetic characteristics by adding a magnetic material having excellent soft magnetic characteristics such as NiFe ferromagnetically coupled as the ferromagnetic layer FM3.
[0114]
When the ferromagnetic layer in the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer laminated structure contains Fe or an Fe-based alloy, the fcc structure is desirable. This is because when fcc-structured metals such as CoFe and NiFe are laminated, it can be more stable, and it is possible to construct a laminated structure with good crystallinity as a whole, improving soft magnetic properties, and spin fluctuation. This is because there is an effect such as reduction of However, a bcc structure can also be used.
[0115]
As a combination of the two types of ferromagnetic layers, a fcc structure ferromagnetic material and a bcc structure ferromagnetic material may be combined. As described above with reference to FIG. 11, in such a combination, the fcc structure ferromagnet and the bcc structure ferromagnet have greatly different electronic states, Fermi surface shapes, state density distributions, and the like. Thus, it is possible to obtain a large filter effect and a high MR ratio.
[0116]
By the way, in CPP-SV, when a conduction electron passes through the pinned layer P and the free layer F, it receives electron scattering. However, when the pinned layer P or the free layer F is multilayered, the band potential based on the multilayer period is obtained. Undergoes modulation. For this reason, the wave vector of electrons that can flow in the direction perpendicular to the film surface is subject to restrictions corresponding to the modulation of the band potential. The wave number subject to this restriction varies depending on the period of the multilayer structure. For this reason, by changing the multilayer period in the pinned layer P and the free layer F, it is possible to greatly limit the wave number that can pass through both layers. Since this filter effect itself also has a spin-dependent effect, it is possible to keep the spin dependency high while reducing the overall electron transmission probability. That is, by deliberately changing the stacking period of the pinned layer P and the free layer F, it is possible to realize a CPP-SV that can achieve a high MR change rate while further increasing the resistance.
[0117]
On the other hand, as the material of the nonmagnetic intermediate layer S, it is desirable to use a substance having a long mean free path of conduction electrons such as Cu (copper), Au (gold), and Ag (silver). By using such a substance, electrons can be conducted ballistically between the first ferromagnetic layer P and the second ferromagnetic layer F, and are more effectively attributed to the ferromagnetic material. The spin-dependent scattering effect of electrons can be used. Thereby, a large MR change rate can be obtained. In addition, the nonmagnetic intermediate layer S can be composed of an alloy of the above three types of elements. In this case, it is desirable to adjust the composition so that the crystal lattice constant in the stacked structure can be adjusted to an optimum value.
[0118]
Further, as shown in FIG. 15, the nonmagnetic intermediate layer S may be configured by a laminated structure of a nonmagnetic layer S1 and a nonmagnetic layer S2 in which materials such as Cu, Au, and Ag are laminated. It is. At this time, by appropriately setting the stacking cycle of the stack structure of the nonmagnetic layer S1 / nonmagnetic layer S2 and the stacking cycle of the pinned layer P or the free layer F, the entire CPP-SV is made to the film surface. By limiting the wave vector of electrons that can flow in the vertical direction, it is possible to realize a CPP-SV that can realize a high MR change rate with higher resistance.
[0119]
On the other hand, as a material for the antiferromagnetic layer A, it is desirable to use a metal antiferromagnetic material having excellent magnetization pinning characteristics. Specifically, an antiferromagnetic material such as PtMn, NiMn, FeMn, and IrMn can be used. The thickness of these layers is preferably as thin as possible from the electrical characteristics. However, if the film thickness is too thin, the magnetization fixing characteristics will deteriorate, so it is necessary to select a film thickness that does not decrease the blocking temperature. For this reason, the film thickness is desirably 5 nm or more.
[0120]
In addition to the above configuration, a so-called synthetic antiferromagnetic structure can be employed as illustrated in FIG. This is because a pair of ferromagnetic layers FM1 in which one or both of the first magnetic layer P and the second magnetic layer F are antiferromagnetically coupled to each other via the antiferromagnetic coupling layer AC. , FM2 is added. By adopting such a synthetic configuration, in the pinned layer P, the apparent magnetization can be made zero, and the pinned layer P can be more stably pinned. Further, in the free layer F, it is possible to obtain a higher sensitivity external magnetic field response by reducing the apparent magnetization.
[0121]
Further, in addition to the above-described configuration, a so-called dual configuration in which the pinned layer P has two layers can be employed.
[0122]
On the other hand, in the above specific example, no special layer is disposed between the electrode EL and the spin valve film. However, when an actual element is formed, as illustrated in FIG. It is desirable to form a base layer (buffer layer) B between the antiferromagnetic layer A and the antiferromagnetic layer A in order to improve smoothness and crystallinity. Further, it is desirable to arrange a layer C to be a protective layer between the upper electrode EL2 and the free layer F. As the underlayer B and the protective layer C, materials having good wettability such as Ta (tantalum), Ti (titanium), Cr (chromium), and materials having low electric resistance, such as Cu, Au, and Ag, and having a stable fcc structure. It is desirable to use a laminated structure thereof.
[0123]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0124]
FIG. 18 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of a magnetoresistive element according to the second embodiment of the invention. In this figure, the same elements as those described above with reference to FIGS. 1 to 17 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0125]
The magnetoresistive element of this embodiment is also laminated on a predetermined substrate in the order of the antiferromagnetic layer A, the first magnetic layer P, the nonmagnetic intermediate layer S, and the second magnetic layer F, and the sense current I Is flowed in a direction perpendicular to the film surface. The antiferromagnetic layer A, the first magnetic layer P, the nonmagnetic intermediate layer S, and the second magnetic layer F constitute a magnetoresistive film.
[0126]
In the present embodiment, the resistance adjustment layer R is inserted into the nonmagnetic intermediate layer S.
[0127]
In the present embodiment, the current I flows from the upper electrode EL2 toward the lower electrode EL1, but the amount of current is reduced by the resistance adjustment layer R. As a result, the probability that electrons pass through the CPP spin valve structure is reduced, so that the electrical resistance can be greatly increased as a whole.
[0128]
In this embodiment, since the electron transmission probability is reduced, it is possible to increase the electrical resistance as a whole. However, since the spin-dependent scattering effect itself is not impaired, the MR change rate is kept at a large value. It becomes possible to leave.
[0129]
Due to the above effects, it is possible to provide a CPP spin valve element having an appropriate resistance value by making good use of the interface resistance while having a spin valve configuration.
[0130]
Also in this embodiment, since the magnetizations of the pinned layer P and the free layer F operate as one body, the magnetization can be controlled only by the magnetization fixation of the pinned layer P and the magnetization control of one free layer F. When used in a reading sensor, a magnetic head in which Barkhausen noise is suppressed can be realized.
[0131]
Also in this embodiment, it is possible to obtain a good resistance value and MR change rate while keeping the total thickness of the pinned layer P and the free layer F thin. In other words, in this configuration, compared with the conventional simple CPP spin valve configuration, the simple transmission probability of electrons is reduced, the resistance value is increased, and the interface resistance can be fully utilized. In a region where the total Mst of the layer P and the free layer F is small, a sufficient resistance value and MR change rate can be obtained. Specifically, in the conventional configuration, the thickness of the magnetic material of the pinned layer P and the free layer F was about 20 nm, but this configuration is sufficient even if the total magnetic layer thickness is 5 nm or less. It becomes possible to obtain characteristics. As a result, it is possible to keep Mst of the free layer F at a small value, and a highly sensitive spin valve element can be configured.
[0132]
In addition, since the Mst of the pinned layer P can be reduced, the magnetization fixed characteristic by the antiferromagnetic layer A can be improved, and the reliability as a device can be improved.
[0133]
As the material of the resistance adjustment layer R in the present embodiment, a semi-metal such as Bi, Sb, or C, or a so-called zero gap semiconductor such as ZnSe can be used as described above with respect to the first embodiment. In these materials, unlike the insulator, conduction electrons exist, but since the density is very small, the potential felt by the conduction electrons is very small. Specifically, as described above, a metal such as Cu has a Fermi potential of about 7 eV, whereas a semimetal has a small value of 1 eV or less.
[0134]
For this reason, when a metalloid or a zero-gap semiconductor is sandwiched in the metal layer, a large potential difference occurs, and conduction electrons are reflected. In this configuration, conduction electrons are also present in the resistance adjustment layer. Therefore, the conduction by the conduction electrons is sufficiently larger than the transmission probability of the electrons by the tunnel. Dominated. For this reason, the resistance can be reduced as compared with the case of the ferromagnetic tunnel junction, and a good element resistance can be obtained at the micro junction.
[0135]
The Fermi potential value of these materials is preferably in the range of 1 eV to 0 eV. More desirably, a range of 0.5 eV to 0 eV is suitable. This reason is also as described above with respect to the first embodiment.
[0136]
In addition, as the material of the resistance adjustment layer R in the present embodiment, Au, Ag, or an alloy thereof can be used. However, in this case, since it is difficult to form a step having a very large potential, it is difficult to obtain a large resistance increase.
[0137]
In addition, as the material of the resistance adjustment layer R in the present embodiment, an insulator having a low potential barrier height can be used. In this case, since the electron transmission probability is determined by the tunnel probability, the device resistance becomes too high when the barrier becomes high. From this viewpoint, the barrier height is desirably 0.1 eV or less.
[0138]
In addition, as the resistance adjustment layer R in the present embodiment, an insulator in which pinholes as described above with reference to FIGS. 4 to 6 are formed can be used. In this case, the electron transmission probability is determined by the size and density of the pinhole. Here, by making the pinhole size equal to or smaller than the mean free path of electrons, it is possible to obtain a larger resistance increasing effect. As for the pinhole density, it is desirable that at least about 10 pinholes are formed in the element area from the viewpoint of the reproducibility of the element characteristics. However, conversely, only one pinhole may exist in the element. The ratio between the total area of the pinholes and the element area is desirably 50% or less, which is ideal for increasing the element resistance.
[0139]
In this case, since the electron transmission probability is determined by electric conduction through the pinhole, the insulator constituting the resistance adjustment layer R has a large barrier height, such as Al oxide or Si oxide. Things can be used. However, a material having a low barrier height such as Co oxide, Ni oxide, or Cu oxide can also be used. Even in such cases, electrical conduction is dominated by pinholes.
[0140]
In addition, the thickness of the insulator layer in this embodiment is desirably set in the range of 0.5 nm to 10 nm in order to facilitate the formation of pinholes.
[0141]
Various methods described above with respect to the first embodiment can also be used as a method for forming an insulator layer having such pinholes. That is, after forming an ultrathin layer of Al by a method such as sputtering, it can be formed by natural oxidation by exposing it to an oxygen atmosphere for a short time. In addition, it can be formed by a method of applying energy such as exposure to oxygen plasma, irradiation with oxygen ions, irradiation with oxygen radicals, and the like. In addition, as a layer to be oxidized, a granular film of Al-Au is formed by simultaneously forming a material that is relatively easy to oxidize, such as Al-Au, and a material that is difficult to oxidize. It can also be formed by selectively oxidizing only Al by exposure. In addition to these, an oxide layer having pinholes can be formed by forming a film in an oxygen atmosphere.
[0142]
As another method for forming an insulator layer having such pinholes, for example, pinholes regularly arranged by microfabrication using AFM or the like or self-organization can be formed. These details are also as described above with reference to the first embodiment.
[0143]
On the other hand, the resistance adjustment layer R in this embodiment does not necessarily need to be composed of only one layer, and may have a laminated structure of two or more layers. In addition, the resistance adjustment layer R may be provided with a plurality of layers in addition to one layer in the nonmagnetic intermediate layer S. By inserting a plurality of resistance adjusting layers R in the nonmagnetic intermediate layer S in this way, it is possible to further reduce the probability of simple transmission of electrons, and it is possible to configure a CPP-SV with higher resistance. .
[0144]
Furthermore, the configuration of the present embodiment can be combined with the various configurations described above as the first embodiment of the present invention. Thereby, a CPP spin valve film having a higher resistance can be formed.
[0145]
In the combination of the second embodiment and the first embodiment, when the position of the pinhole is controlled and formed, the relationship of the position of the pinhole H in each resistance adjustment layer R, R1, R2 becomes important. . That is, the position of the pinhole H can be the same between the resistance adjustment layers as illustrated in FIG. 19, while the resistance adjustment layer of each resistance adjustment layer as illustrated in FIG. 20. It can also be provided such that the position of the pinhole H is shifted between them.
[0146]
As shown in FIG. 20, since the amount of current can be reduced more effectively when the position of the pinhole H is shifted, a higher-resistance CPP spin valve element can be formed.
[0147]
When the pinhole H is formed by controlling the position as described above, the relationship of the size of the pinhole H in each of the resistance adjustment layers R, R1, and R2 is also important. In this case, the size of the pinhole H may be the same in all resistance adjustment layers, but the size of the pinhole H may be different for each resistance adjustment layer. That is, among the resistance adjustment layers R, R1, and R2, when the pinhole H that is provided on the upstream side with respect to the flow of electrons is formed to be large, the amount of current can be effectively reduced, and a higher resistance is achieved. A simple CPP spin valve element can be formed.
[0148]
In addition, the first and second magnetic layers P and F in the second embodiment of the present invention are also ferromagnetic layers, ferromagnetic layers / non-magnetic layers, as described above with respect to the first embodiment. It can have a configuration such as a laminated structure, a laminated structure of a ferromagnetic layer / ferromagnetic layer, and the like.
[0149]
On the other hand, the nonmagnetic intermediate layer S in the second embodiment of the present invention can also have the same laminated structure as described above with respect to the first embodiment of the present invention.
[0150]
Also, for the antiferromagnetic layer A in the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment, it is desirable to use a metal antiferromagnetic material having excellent magnetization pinning characteristics. Specifically, an antiferromagnetic material such as PtMn, NiMn, FeMn, and IrMn can be used. It is desirable that the thickness of these layers be as thin as possible from the electrical characteristics. However, if the film thickness is too small, the magnetization fixing characteristics will deteriorate, so it is necessary to select a film thickness that does not decrease the blocking temperature. For this reason, the film thickness is desirably 5 nm or more.
[0151]
In addition to the above configuration, a so-called synthetic antiferromagnetic layer structure may be employed in one or both of the first magnetic layer P and the second magnetic layer F. Further, in addition to the above-described configuration, a so-called dual configuration in which the pinned layer P has two layers may be employed. These points are also as described above with reference to FIG. 16 regarding the first embodiment.
[0152]
Furthermore, also in this embodiment, it is desirable to provide a base layer (buffer layer) and a protective layer. This point is as described in detail with reference to FIG. 17 regarding the first embodiment.
[0153]
Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0154]
(First embodiment)
First, a first embodiment of the present invention will be described.
[0155]
FIG. 21 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of a main part of the magnetoresistive effect element according to the first example of the present invention. In forming the magnetoresistive element, first, a Cu lower electrode EL1 having a thickness of 500 nm was stacked on a thermal silicon oxide (Si) substrate (not shown) by sputtering, and formed into a stripe shape having a width of 9 μm by photolithography. Thereafter, a 3 μm square CPP-SV film was formed thereon. The film structure is as shown in the following materials and film thicknesses.
Ta 5 nm (buffer layer B) / NiFe 2 nm (buffer layer B) /
PtMn 15 nm (antiferromagnetic layer A) /
AlOx (resistance adjustment R1) / CoFe5nm (pinned layer P2) /
Cu 3 nm (nonmagnetic intermediate layer S) / CoFe 5 nm (free layer F) /
Cu 2 nm (non-magnetic layer NM1) / AlOx (resistance adjustment layer R2) /
Cu 2 nm (non-magnetic layer NM2) / Ta 5 nm (protective layer C)
[0156]
Here, AlOx used as a resistance adjustment layer was formed by depositing Al (aluminum) and then exposing it to an oxygen atmosphere to self-oxidize Al. In the present embodiment, AlOx having a thickness of 1 nm was formed, and AlkOx having a pinhole (not shown) was formed by exposing only 1 k Langmuir to oxygen. That is, in this embodiment, the AlOx layer provided with pinholes functions as the resistance adjustment layers R1 and R2.
[0157]
An insulating AlOx film Z was further formed on the spin valve structure to form a 0.1 μm square hole. On top of this, Cu (copper) was laminated to a thickness of about 500 nm by a sputtering method to form the upper electrode EL2. In this example, the above configuration made it possible to measure the CPP-SV characteristics through a 0.1 μ square hole in the insulating AlOx film Z.
[0158]
As a result of measurement at room temperature, the element resistance was 7Ω, and the resistance change rate was 10%. Thereby, a resistance change amount of 0.7Ω could be obtained. In addition, it was confirmed that the pinned layer P was well magnetized and fixed, and the magnetization of the laminated structure constituting the pinned layer P moved as a unit. Moreover, Hc of the free layer F was also small, and it was confirmed that the magnetization moved integrally with the external magnetic field.
[0159]
(Comparative Example 1)
First, a Cu lower electrode having a thickness of 500 nm was stacked on a thermally oxidized silicon (Si) substrate by sputtering, and formed into a stripe shape having a width of 9 μm by photolithography. Thereafter, a 3 μm square CPP-SV film was formed thereon. The film configuration is as follows.
[0160]
Ta5nm (buffer layer) / NiFe2nm (buffer layer) /
PtMn 15 nm (antiferromagnetic layer) / CoFe 5 nm (pinned layer) /
Cu 3 nm (nonmagnetic intermediate layer) / CoFe 5 nm (free layer) /
Cu2nm (non-magnetic layer) / Ta5nm (protective layer)
Further, an AlOx insulating film similar to that shown in FIG. 21 was formed thereon, and a 0.1 μm square hole was formed in AlOx. On top of this, Cu was laminated by sputtering to a layer thickness of 500 nm to form an upper electrode. As a result of measurement at room temperature, the element resistance was 3Ω, and the resistance change rate was only 3%. That is, in this comparative example, only a resistance change amount of 0.09Ω was obtained, and the change amount was about 1/8 of the first embodiment.
[0161]
(Second embodiment)
As in the first example, first, a Cu lower electrode having a thickness of 500 nm was laminated on a thermally oxidized silicon (Si) substrate by sputtering, and formed into a stripe shape having a width of 9 μm by photolithography. Thereafter, a 3 μm square CPP-SV film was formed thereon. The film structure is as follows.
Ta 5 nm (buffer layer B) / NiFe 2 nm (buffer layer B) /
PtMn 15 nm (antiferromagnetic layer A) /
AlOx (resistance adjustment layer R1) / CoFe1 nm (ferromagnetic layer FM2) /
1 nm (non-magnetic layer NM2) /
Cu 3 nm (nonmagnetic intermediate layer S) /
Cu 2 nm (nonmagnetic layer NM5) / AlOx (resistance adjustment layer R2) /
Cu 2 nm (non-magnetic layer NM6) / Ta 5 nm (protective layer C)
[0162]
In the above laminated structure, the laminated layers from the ferromagnetic layer FM1 to the ferromagnetic layer FM4 constitute the pinned layer P. The stack from the ferromagnetic layer FM5 to the ferromagnetic layer FM7 or the nonmagnetic layer NM6 constitutes a free layer F.
[0163]
The AlOx constituting the resistance adjustment layers R1 and R2 was formed as an AlOx layer having pinholes by the same method as in the first example.
[0164]
On the spin valve configuration, an insulating AlOx film was formed in the same manner as in FIG. 21, and a 0.1 μm square hole was formed. On top of this, Cu was laminated by sputtering to a layer thickness of 500 nm to form the upper electrode EL2. In this example, the above configuration made it possible to measure the CPP-SV characteristics through a 0.1 μ square hole in the insulating AlOx film.
[0165]
As a result of measurement at room temperature, the element resistance was 9Ω, and a resistance change rate of 20% could be obtained. That is, a resistance change amount of 1.8Ω could be obtained. In addition, it was confirmed that the pinned layer P was well magnetized and fixed, and the magnetization of the pin stack structure moved as a unit. Moreover, Hc of the free layer F is also small, and it has been confirmed that the magnetization moves integrally with the external magnetic field.
[0166]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 31 is a conceptual view of the structure of the magnetoresistive effect element according to the third embodiment of the present invention as seen from the film cross section. As shown in FIG. 31, the magnetoresistive effect element according to this embodiment includes a
[0167]
The
[0168]
The
[0169]
The presence of the metal phase or pinhole portion in the layer can be confirmed by observing the lattice image of the cross-sectional TEM. That is, when a portion connected to the upper and lower metal layers epitaxially exists in the nonmagnetic compound layer, it can be said that this portion is a metal phase. Moreover, the presence or absence of a metal phase can be confirmed by performing a composition analysis in the nonmagnetic compound layer. That is, if the oxygen concentration, the nitrogen concentration, the fluorine concentration, or the boron concentration is less than 20% in terms of the composition ratio, it can be said to be substantially a metal phase.
[0170]
The average diameter of the metal phase portion or pinhole portion is in the range of 10% to 100% with respect to the sum of the thicknesses of the magnetization free layer, the nonmagnetic intermediate layer, and the magnetization pinned layer. It is desirable. If it is 10% or less, the increase in resistance due to narrowing is too large, which is not practical. On the other hand, if it is 100% or more, the current spreads too much to obtain the effect of narrowing down. In the case of a structure in which the magnetization pinned layer is antiferromagnetically coupled through a nonmagnetic metal layer such as Ru (synthetic antiferromagnetic structure), only the ferromagnetic layer closer to the nonmagnetic intermediate layer is considered. The sum of the previous film thickness must be calculated.
[0171]
Further, it is desirable that the in-film spacing of such a metal phase portion or pinhole portion is in the range of 1 nm to 100 nm. If the thickness is 1 nm or less, the current once narrowed is overlapped in the vicinity of the nonmagnetic compound layer, and the effect is deteriorated. If it is 100 nm or more, the actual number of elements in the element is about 1 to 3, and the variation in characteristics increases probabilistically.
[0172]
When the
[0173]
Further, the
[0174]
The
[0175]
Further, as shown in FIG. 32, the
[0176]
In order to form the metal phase portion in the nonmagnetic compound layer or the structure in which the pinhole is opened as described above, it is preferable to combine substances having different oxidation energies. In particular, the substance forming the metal phase portion is preferably composed mainly of a metal containing at least one selected from the above-mentioned Cu, Au, Ag, Ru, Ir, Re, Rh, Pt, Pd, Al, and Os. . At this time, if the atoms forming the nonmagnetic compound layer diffuse into the metal phase portion, the resistance of the metal phase portion increases, which may cause a practical problem. For this reason, it is desirable that the atoms forming the metal phase and the atoms forming the compound phase are substantially insoluble.
[0177]
For example, when the main component of the metal phase portion is Cu, the main component forming the nonmagnetic compound layer is at least selected from B, Fe, Mo, Pb, Ta, Cr, V, Si, Sb, and Ge. It is desirable to have one as the main component. More preferably, the main component is at least one selected from the group consisting of B, Fe, Mo, Pb, Cr, V, Si, Sb, and Ge that are likely to be crystalline.
[0178]
For example, when the main component of the metal phase portion is Au, the main component forming the nonmagnetic compound layer is at least one selected from B, Fe, Ge, Mo, P, Rh, Si, W, and Cr. It is desirable to have as a main component. More preferably, the main component is at least one selected from B, Fe, Mo, P, Si, W, and Cr that are likely to be crystalline.
[0179]
For example, when the main component of the metal phase portion is Ag, the main components forming the nonmagnetic compound layer are B, Be, Co, Cr, Fe, Mo, Pb, Si, Ta, V, W, Ge, Sn. It is desirable that the main component is at least one selected from Al, Rh. More preferably, the main component is at least one selected from the group consisting of B, Be, Co, Cr, Fe, Mo, Pb, Si, V, W, Ge, Sn, Al, and Rh that easily become crystalline. Is desirable.
[0180]
For example, when the main component of the metal phase portion is Pt, it is desirable that the main component forming the nonmagnetic compound layer has W as the main component.
[0181]
For example, when the main component of the metal phase portion is Pd, it is desirable that the main component forming the nonmagnetic compound layer is mainly composed of W and Cr.
[0182]
As a means for forming a combination of the metal phase and the nonmagnetic compound phase, a nonmagnetic compound may be formed in the layer of the substance forming the metal phase or at the interface. As a method of forming the nonmagnetic compound, it may be formed by irradiating a reactive gas after film formation, or the nonmagnetic compound may be directly laminated by sputtering or the like.
[0183]
Another means for forming the combination of the metal phase and the non-magnetic compound phase is to form an alloy layer of a substance that forms the metal phase and a substance that forms the non-magnetic compound layer, and then irradiate the reactive gas. It can also be formed. Such an alloy layer can be formed, for example, by stacking alloy targets by sputtering or the like. The alloy target is preferably made of a combination of the above non-solid substances. These are non-solid solutions, but if they are sintered, a target can be prepared, or a mosaic of two substances may be used.
[0184]
For the
[0185]
This embodiment can also provide a CPP type magnetoresistive element having an appropriate resistance value, a large MR variation, and magnetically high sensitivity.
[0186]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 33 is a conceptual view of the structure of the magnetoresistive effect element according to the third embodiment of the present invention as seen from the film cross section. The magnetoresistive effect element of this embodiment includes a
[0187]
The nonmagnetic
[0188]
The presence of the metal phase or pinhole portion in the layer can be confirmed by observing the lattice image of the cross-sectional TEM. That is, when a portion connected to the upper and lower metal layers epitaxially exists in the nonmagnetic compound layer, it can be said that this portion is a metal phase. Moreover, the presence or absence of a metal phase can be confirmed by performing a composition analysis in the nonmagnetic compound layer. That is, if the oxygen concentration, the nitrogen concentration, the fluorine concentration, or the boron concentration is less than 20% in terms of the composition ratio, it can be said to be substantially a metal phase.
[0189]
However, in order to obtain a good magnetoresistance effect, it is important that electrons pass through the nonmagnetic intermediate layer without being scattered. For this reason, it is desirable that the oxygen concentration, the nitrogen concentration, the fluorine concentration, or the boron concentration is less than 15% in terms of the composition ratio.
[0190]
The average diameter of the metal phase portion or pinhole portion is in the range of 10% to 100% with respect to the sum of the thicknesses of the magnetization free layer, the nonmagnetic intermediate layer, and the magnetization pinned layer. It is desirable. If it is 10% or less, the increase in resistance due to narrowing is too large, which is not practical. On the other hand, if it is 100% or more, the current spreads too much to obtain the effect of narrowing down. In the case of a structure in which the magnetization pinned layer is antiferromagnetically coupled through a nonmagnetic metal layer such as Ru (synthetic antiferromagnetic structure), only the ferromagnetic layer closer to the nonmagnetic intermediate layer is considered. The sum of the previous film thickness must be calculated.
[0191]
Further, it is desirable that the in-film spacing of such a metal phase portion or pinhole portion is in the range of 1 nm to 100 nm. If the thickness is 1 nm or less, the current once narrowed is overlapped in the vicinity of the nonmagnetic compound layer, and the effect is deteriorated. More preferably, it is 10 nm or more. If it is 100 nm or more, the actual number of elements in the element is about 1 to 3, and the variation in characteristics increases probabilistically.
[0192]
In order to form the metal phase portion in the nonmagnetic compound layer or the structure in which the pinhole is opened as described above, it is preferable to combine substances having different oxidation energies. In particular, the material that forms the metal phase portion in the nonmagnetic intermediate layer is mainly a metal containing at least one selected from the above-mentioned Cu, Au, Ag, Ru, Ir, Re, Rh, Pt, Pd, Al, and Os. It is desirable to make it an ingredient. At this time, if the atoms forming the nonmagnetic compound layer diffuse into the metal phase portion, the resistance of the metal phase portion increases, which may cause a practical problem. For this reason, it is desirable that the atoms forming the metal phase and the atoms forming the compound phase are substantially insoluble.
[0193]
For example, when the main component of the metal phase portion is Cu, the main component forming the nonmagnetic compound layer is at least selected from B, Fe, Mo, Pb, Ta, Cr, V, Si, Sb, and Ge. It is desirable to have one as the main component. More preferably, the main component is at least one selected from the group consisting of B, Fe, Mo, Pb, Cr, V, Si, Sb, and Ge that are likely to be crystalline.
[0194]
For example, when the main component of the metal phase portion is Au, the main component forming the nonmagnetic compound layer is at least one selected from B, Fe, Ge, Mo, P, Rh, Si, W, and Cr. It is desirable to have as a main component. More preferably, the main component is at least one selected from B, Fe, Mo, P, Si, W, and Cr that are likely to be crystalline.
[0195]
For example, when the main component of the metal phase portion is Ag, the main components forming the nonmagnetic compound layer are B, Be, Co, Cr, Fe, Mo, Pb, Si, Ta, V, W, Ge, Sn. It is desirable that the main component is at least one selected from Al, Rh. More preferably, the main component is at least one selected from the group consisting of B, Be, Co, Cr, Fe, Mo, Pb, Si, V, W, Ge, Sn, Al, and Rh that easily become crystalline. Is desirable.
[0196]
For example, when the main component of the metal phase portion is Pt, it is desirable that the main component forming the nonmagnetic compound layer has W as the main component.
[0197]
For example, when the main component of the metal phase portion is Pd, it is desirable that the main component forming the nonmagnetic compound layer is mainly composed of W and Cr.
[0198]
As a means for forming a combination of the metal phase and the nonmagnetic compound phase, a nonmagnetic compound may be formed in the layer of the substance forming the metal phase or at the interface. As a method of forming the nonmagnetic compound, it may be formed by irradiating a reactive gas after film formation, or the nonmagnetic compound may be directly laminated by sputtering or the like.
[0199]
Another means for forming the combination of the metal phase and the non-magnetic compound phase is to form an alloy layer of a substance that forms the metal phase and a substance that forms the non-magnetic compound layer, and then irradiate the reactive gas. It can also be formed. Such an alloy layer can be formed, for example, by stacking alloy targets by sputtering or the like. The alloy target is preferably made of a combination of the above non-solid substances. These are non-solid solutions, but if they are sintered, a target can be prepared, or a mosaic of two substances may be used.
[0200]
This embodiment can also provide a CPP type magnetoresistive element having an appropriate resistance value, a large MR variation, and magnetically high sensitivity.
[0201]
(Fifth embodiment)
Next, a magnetic head using the magnetoresistance effect element of the present invention will be described as a fifth embodiment of the present invention.
[0202]
FIG. 22 is a perspective conceptual view showing a main part configuration of a magnetic head using the magnetoresistive effect element of the present invention. That is, the magnetic head of the present invention has a pair of
[0203]
A
[0204]
In order to adjust the magnetic detection area of the
[0205]
According to the present invention, by using the CPP type element of the present invention as described above with reference to FIGS. 1 to 21 and 31 to 34 as the
[0206]
In the present embodiment, a magnetic head adapted to a magnetic recording medium of a longitudinal (in-plane) recording system has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a magnetic head adapted to a perpendicular recording medium. Also for the head, the same effect can be obtained by similarly applying the magnetoresistive effect element of the present invention.
[0207]
(Sixth embodiment)
Next, as a sixth embodiment of the present invention, a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetoresistive effect element of the present invention will be described. The magnetoresistive effect element of the present invention as described above with reference to FIGS. 1 to 21 and FIGS. 31 to 34 is mounted on a magnetic head as illustrated in FIG. 22, for example, incorporated in a recording / reproducing integrated magnetic head assembly. Therefore, it can be applied to a magnetic recording / reproducing apparatus.
[0208]
FIG. 23 is a main part perspective view illustrating a schematic configuration of such a magnetic recording / reproducing apparatus. That is, the magnetic recording / reproducing
[0209]
When the
[0210]
The
[0211]
The
[0212]
FIG. 24 is an enlarged perspective view of the magnetic head assembly ahead of the
[0213]
A
[0214]
Here, a predetermined flying height is set between the medium facing surface (ABS) of the
[0215]
The
[0216]
On the other hand, in a “contact traveling type” magnetic recording / reproducing apparatus in which the magnetic head 10 and the
[0217]
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
[0218]
For example, regarding the structure as a spin valve element and the material of each layer, it is possible to obtain the same effect by applying the present invention to all the ranges that can be selected by those skilled in the art. For example, the present invention can be similarly applied to a structure such as “dual type”.
[0219]
Further, the structure of the magnetic head and the material and shape of each constituent element are not limited to those described above as specific examples, and the same effects can be obtained by using all the ranges that can be selected by those skilled in the art. obtain.
[0220]
In addition, the magnetic recording / reproducing apparatus may perform only reproduction or may perform recording / reproduction, and the medium is not limited to a hard disk, but may be a flexible disk or a magnetic card. Any magnetic recording medium can be used. Further, a so-called “removable” type device in which the magnetic recording medium is removable from the device may be used.
[0221]
Furthermore, the magnetoresistive effect element according to the present invention can constitute a “magnetic memory cell” for storing magnetic information in combination with a transistor / diode or the like alone. That is, the present invention can also be applied to a “magnetic memory device (MRAM)” in which magnetic memory cells are integrated.
[0222]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a CPP type magnetoresistive element having an appropriate resistance value, a large MR variation, and high magnetic sensitivity. .
[0223]
As a result, it is possible to reliably read magnetic information from a recording bit that is smaller than before, and to greatly improve the recording density of the recording medium. At the same time, since it is thermally stable, the reliability of the magnetic recording / reproducing system is improved, the range of use is expanded, and the industrial merit is great.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of a magnetoresistive element according to a first embodiment of the invention.
2A is a case where the magnetization of the pinned layer P and the free layer F is parallel, and FIG. 2B is a case where the potential felt by the electrons is up-spin and down-spin when anti-parallel. It is an illustrated graph.
FIGS. 3A and 3B illustrate the case where the potentials felt by electrons are up-spin and down-spin, respectively, in the case where the magnetizations of the pinned layer and the free layer are parallel, and FIG. It is a graph.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of this example of the magnetoresistive element of the present invention.
5A is a configuration in which the positions of pinholes H are the same between the upper and lower electron reflecting layers R1 and R2, and FIG. 5B is a pinhole between the upper and lower electron reflecting layers R1 and R2. The structure provided so that the position of H is shifted is shown.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a configuration including two or more resistance adjustment layers R1A, R1B or R2A, R2B.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a configuration in which a resistance adjustment layer R2 is sandwiched between nonmagnetic layers NM1 and NM2 without being inserted into a ferromagnetic layer FM.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing a configuration adopting a laminated structure of a ferromagnetic layer FM and a nonmagnetic layer NM.
FIG. 9 is a conceptual diagram showing a configuration employing a laminated film of two or more types of ferromagnetic materials.
FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a case where a ferromagnetic layer sandwiching a resistance adjustment layer is composed of two or more types of ferromagnetic layers.
FIG. 11 is a conceptual diagram showing a configuration in which a ferromagnetic layer FM (fcc) having an fcc structure and a ferromagnetic layer FM (bcc) having a bcc structure are combined.
FIG. 12 is a conceptual diagram showing a configuration in which the nonmagnetic layer NM has a stacked structure of a first nonmagnetic layer NM1 and a second nonmagnetic layer NM2.
FIG. 13 is a conceptual diagram showing a configuration employing a laminated structure of a ferromagnetic layer FM1 / a ferromagnetic layer FM2.
FIG. 14 is a conceptual diagram showing another specific example in the case of having a plurality of ferromagnetic layers.
FIG. 15 is a conceptual diagram showing another specific example in the case of having a plurality of ferromagnetic layers.
FIG. 16 is a conceptual diagram showing a configuration employing a so-called synthetic antiferromagnetic structure.
FIG. 17 is a conceptual diagram showing a configuration in which a base layer (buffer layer) B and a protective layer C are employed.
FIG. 18 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of a magnetoresistive element according to a second embodiment of the invention.
FIG. 19 is a conceptual diagram showing a configuration in which pinholes are located at the same place between the respective resistance adjustment layers.
FIG. 20 is a conceptual diagram showing a configuration in which pinholes H are displaced from each other between the resistance adjustment layers.
FIG. 21 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of a main part of the magnetoresistive effect element according to the first example of the invention.
FIG. 22 is a perspective conceptual view showing a main part configuration of a magnetic head using the magnetoresistive effect element of the invention.
FIG. 23 is a perspective view of relevant parts illustrating a schematic configuration of a magnetic recording / reproducing apparatus.
24 is an enlarged perspective view of the magnetic head assembly ahead of the
FIG. 25 is a conceptual diagram illustrating a schematic cross-sectional structure of a spin valve film.
FIG. 26 is a conceptual diagram showing a commonly used current supply method.
FIG. 27 is a conceptual diagram showing a cross-sectional configuration of a spin valve film.
FIG. 28 is a conceptual diagram showing a cross-sectional structure of a CPP-artificial lattice type element.
FIG. 29 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional configuration of a CPP-SV element.
FIG. 30 is a diagram illustrating the configuration and operation of a specific example of a resistance adjustment layer.
FIG. 31 is a cross-sectional view showing the configuration of a magnetoresistive element according to a third embodiment of the invention.
FIG. 32 is a cross-sectional view showing a configuration of a modified example of the third embodiment.
FIG. 33 is a cross-sectional view showing the configuration of a magnetoresistive element according to a fourth embodiment of the invention.
FIG. 34 is a cross-sectional view showing a configuration of a modified example of the fourth embodiment.
FIG. 35 is a cross-sectional view showing a configuration of a modified example of the fourth embodiment.
FIG. 36 is a cross-sectional view showing a configuration of a modified example of the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
A Antiferromagnetic layer
P Magnetization pinned layer (pinned layer)
R, R1, R2 Resistance adjustment layer
FM ferromagnetic layer
NM non-magnetic layer
S Nonmagnetic intermediate layer
F Magnetization free layer (free layer)
EL electrode
I sense current
B Buffer layer
C protective layer
31 Lower electrode
32 Underlayer
33 Antiferromagnetic layer
34 Magnetization pinned layer
35 Nonmagnetic intermediate layer
36 Magnetization free layer
37 Nonmagnetic metal layer
38 Non-magnetic crystal layer
39 Upper electrode
150 Magnetic recording device
151 magnetic disk
153 Head slider
154 suspension
155 Actuator arm
156 Voice coil motor
157 Fixed shaft
Claims (8)
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とし、前記非磁性中間層の膜中あるいは、界面に形成される抵抗調整層と、
を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。A magnetization fixed layer having a ferromagnetic film whose magnetization direction is substantially fixed to one side, a magnetization free layer having a ferromagnetic film whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, the magnetization free layer, and the magnetization A magnetoresistive film having a nonmagnetic intermediate layer provided between the pinned layer and
A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive film to energize in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film;
A resistance adjusting layer formed mainly in an oxide, nitride, fluoride, carbide, boride, or in the nonmagnetic intermediate layer or at the interface ;
A magnetoresistive effect element comprising:
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする抵抗調整層と、
を備え、
前記抵抗調整層は、前記磁化自由層の非磁性中間層が設けられた側とは反対側か、非磁性中間層の層中あるいは界面に形成され、Ｃｕを主成分とする第１の領域と、Ｂ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｖ、Ｓｉ、Ｓｂ、Ｇｅから選ばれる少なくともひとつを含む酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする第２の領域とを備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。A magnetization fixed layer having a ferromagnetic film whose magnetization direction is substantially fixed to one side, a magnetization free layer having a ferromagnetic film whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, the magnetization free layer, and the magnetization A magnetoresistive film having a nonmagnetic intermediate layer provided between the pinned layer and
A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive film to energize in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film;
A resistance adjusting layer mainly composed of oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride;
With
The resistance adjustment layer is formed on the opposite side of the magnetization free layer from the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, in the layer of the nonmagnetic intermediate layer or at the interface, and includes a first region mainly composed of Cu; , B, Fe, Mo, Pb, Ta, Cr, V, Si, Sb, Ge containing at least one selected from oxides, nitrides, fluorides, carbides, or borides. magnetoresistive element characterized by comprising a second region.
Ｂ、Ｆｅ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｐ、Ｒｈ、Ｓｉ、Ｗ、Ｃｒから選ばれる少なくともひとつを含む酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする第２の領域とを備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。Second region mainly composed of oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride containing at least one selected from B, Fe, Ge, Mo, P, Rh, Si, W, and Cr The magnetoresistive effect element according to claim 1, comprising:
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive film to energize in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film;
酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする抵抗調整層と、A resistance adjusting layer mainly composed of oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride;
を備え、With
前記抵抗調整層は、前記磁化自由層の非磁性中間層が設けられた側とは反対側か、非磁性中間層の層中あるいは界面に形成され、Ａｇを主成分として含んでいる第１の領域と、The resistance adjustment layer is formed on the opposite side of the magnetization free layer from the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, in the layer of the nonmagnetic intermediate layer, or at the interface, and includes Ag as a main component. Area,
ＢｅBe ,, ＣｏCo ,, ＣｒCr ,, ＦｅFe ,, ＭｏMo ,, ＰｂPb ,, ＳｉSi ,, ＴａTa ,, ＶV ,, ＷW ,, ＧｅGe ,, ＳｎSn ,, ＡｌAl ,, Ｒｈから選ばれる少なくともひとつを含む酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とする第２の領域とを備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。A magnetoresistive effect element comprising: a second region mainly composed of an oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride containing at least one selected from Rh.
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向に通電するために前記磁気抵抗効果膜に電 In order to energize the magnetoresistive film in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film, 気的に接続された一対の電極と、A pair of electrically connected electrodes;
酸化物、あるいは窒化物、あるいはフッ化物、あるいは炭化物、あるいはホウ化物を主成分とし、前記非磁性中間層の膜中あるいは、界面に形成される抵抗調整層と A resistance adjusting layer mainly composed of oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride and formed in the nonmagnetic intermediate layer or at the interface;
を備え、With
前記抵抗調整層は、２％から３０％の金属相のホールを含んでいることを特徴とする磁気抵抗効果素子。2. The magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the resistance adjusting layer includes 2% to 30% of a metal phase hole.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001322041A JP3833512B2 (en) | 2000-10-20 | 2001-10-19 | Magnetoresistive effect element |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000321171 | 2000-10-20 | ||
| JP2000-321171 | 2000-10-20 | ||
| JP2001322041A JP3833512B2 (en) | 2000-10-20 | 2001-10-19 | Magnetoresistive effect element |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006143284A Division JP4896587B2 (en) | 2000-10-20 | 2006-05-23 | Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic reproducing apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002208744A JP2002208744A (en) | 2002-07-26 |
| JP3833512B2 true JP3833512B2 (en) | 2006-10-11 |
Family
ID=26602507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001322041A Expired - Fee Related JP3833512B2 (en) | 2000-10-20 | 2001-10-19 | Magnetoresistive effect element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3833512B2 (en) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8154825B2 (en) | 2007-09-25 | 2012-04-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head and magnetic recording device |
| US8164854B2 (en) | 2007-06-07 | 2012-04-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head with spin oscillation device and magnetic recording apparatus including the magnetic recording head |
| US8238060B2 (en) | 2007-08-22 | 2012-08-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head and magnetic recording apparatus |
| US8238058B2 (en) | 2008-08-06 | 2012-08-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head, magnetic head assembly, and magnetic recording apparatus |
| US8264799B2 (en) | 2007-04-27 | 2012-09-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head |
| US8270112B2 (en) | 2007-09-25 | 2012-09-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic head with spin oscillation device(s) and magnetic recording device |
| US8295009B2 (en) | 2007-08-22 | 2012-10-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head and magnetic recording apparatus |
| US8320079B2 (en) | 2008-06-19 | 2012-11-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic head assembly and magnetic recording/reproducing apparatus |
| US8325442B2 (en) | 2008-11-06 | 2012-12-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Spin torque oscillator, magnetic recording head, magnetic head assembly and magnetic recording apparatus |
| US8654480B2 (en) | 2007-09-25 | 2014-02-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic head with spin torque oscillator and magnetic recording head |
| US8687321B2 (en) | 2008-06-19 | 2014-04-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic head assembly |
| US8767346B2 (en) | 2008-11-28 | 2014-07-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head, magnetic head assembly, magnetic recording apparatus, and magnetic recording method |
| US9196268B2 (en) | 2012-03-26 | 2015-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic head manufacturing method forming sensor side wall film by over-etching magnetic shield |
Families Citing this family (55)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002217471A (en) * | 2001-01-18 | 2002-08-02 | Fujitsu Ltd | Ferromagnetic tunnel junction element and method for manufacturing the same |
| FR2830971B1 (en) | 2001-10-12 | 2004-03-12 | Commissariat Energie Atomique | MAGNETORESISTIVE DEVICE WITH IMPROVED PERFORMANCE SPIN VALVE |
| JP2004200245A (en) * | 2002-12-16 | 2004-07-15 | Nec Corp | Magnetoresistive element and manufacturing method therefor |
| DE10258860A1 (en) * | 2002-12-17 | 2004-07-15 | Robert Bosch Gmbh | Magnetoresistive layer system and sensor element with this layer system |
| JP3836788B2 (en) | 2002-12-26 | 2006-10-25 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetoresistive head, and magnetic recording / reproducing apparatus |
| JP4966483B2 (en) * | 2003-06-25 | 2012-07-04 | パナソニック株式会社 | Magnetoresistive element, magnetic head using magnetoresistive element, recording / reproducing apparatus, memory element, memory array, and method for manufacturing magnetoresistive element |
| US7538987B2 (en) * | 2003-07-03 | 2009-05-26 | University Of Alabama | CPP spin-valve element |
| JP2005086112A (en) | 2003-09-10 | 2005-03-31 | Toshiba Corp | Magnetoresistance effect element, magnetic head, head suspension assembly, and magnetic reproducer |
| JP4244312B2 (en) | 2003-10-02 | 2009-03-25 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic reproducing apparatus |
| KR101001742B1 (en) * | 2003-10-24 | 2010-12-15 | 삼성전자주식회사 | Magnetic Random Access Memory and method of manufacturing the same |
| JP4776164B2 (en) * | 2003-12-25 | 2011-09-21 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic head, magnetic reproducing device, and magnetic memory |
| JP2006013430A (en) | 2004-05-28 | 2006-01-12 | Fujitsu Ltd | Magnetoresistance effect element, magnetic head, and magnetic storage device |
| JP4822680B2 (en) | 2004-08-10 | 2011-11-24 | 株式会社東芝 | Method for manufacturing magnetoresistive element |
| JP5095076B2 (en) * | 2004-11-09 | 2012-12-12 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive effect element |
| JP4309363B2 (en) | 2005-03-16 | 2009-08-05 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic reproducing head, and magnetic information reproducing apparatus |
| JP2007096105A (en) | 2005-09-29 | 2007-04-12 | Toshiba Corp | Magnetoresistance effect element, magnetoresistance effect head, magnetic storage device and magnetic memory |
| JP4550713B2 (en) | 2005-10-21 | 2010-09-22 | 株式会社東芝 | Method for manufacturing magnetoresistive element |
| JP4886268B2 (en) | 2005-10-28 | 2012-02-29 | 株式会社東芝 | High-frequency oscillation element, in-vehicle radar device using the same, inter-vehicle communication device, and inter-information terminal communication device |
| JP4786331B2 (en) * | 2005-12-21 | 2011-10-05 | 株式会社東芝 | Method for manufacturing magnetoresistive element |
| JP4260182B2 (en) | 2006-02-06 | 2009-04-30 | Ｔｄｋ株式会社 | Magnetoresistive element and thin film magnetic head |
| JP4514721B2 (en) | 2006-02-09 | 2010-07-28 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element manufacturing method, magnetoresistive element, magnetoresistive head, magnetic recording / reproducing apparatus, and magnetic storage apparatus |
| JP4975335B2 (en) * | 2006-02-16 | 2012-07-11 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic recording / reproducing apparatus |
| JP4768488B2 (en) | 2006-03-27 | 2011-09-07 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic disk device |
| JP2007299880A (en) | 2006-04-28 | 2007-11-15 | Toshiba Corp | Magnetoresistance effect element and its manufacturing method |
| JP2007329157A (en) | 2006-06-06 | 2007-12-20 | Tdk Corp | Magnetroresistance effect element and manufacturing method thereof, thin-film magnetic head, substrate, wafer, head gimbal assembly, and hard disk device |
| US20080016653A1 (en) | 2006-07-19 | 2008-01-24 | Amelia Baradzi | Ergonomic handle for push tools |
| JP4490950B2 (en) | 2006-07-07 | 2010-06-30 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element manufacturing method and magnetoresistive element |
| JP4550778B2 (en) | 2006-07-07 | 2010-09-22 | 株式会社東芝 | Method for manufacturing magnetoresistive element |
| JP4550777B2 (en) | 2006-07-07 | 2010-09-22 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element manufacturing method, magnetoresistive element, magnetic head, magnetic recording / reproducing apparatus, and magnetic memory |
| JP2008085220A (en) | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Toshiba Corp | Magnetoresistance effect element, magnetic head, and magnetic reproducer |
| JP2008085202A (en) | 2006-09-28 | 2008-04-10 | Toshiba Corp | Magnetoresistance effect element, magnetic memory, magnetic head, and magnetic recording and reproducing device |
| JP4492604B2 (en) * | 2006-11-10 | 2010-06-30 | Ｔｄｋ株式会社 | Magnetoresistive element, thin film magnetic head, head gimbal assembly, and hard disk drive |
| US7736753B2 (en) * | 2007-01-05 | 2010-06-15 | International Business Machines Corporation | Formation of nanostructures comprising compositionally modulated ferromagnetic layers by pulsed ECD |
| JP4492617B2 (en) * | 2007-01-17 | 2010-06-30 | Ｔｄｋ株式会社 | Magnetoresistive element and magnetic disk apparatus |
| US7672085B2 (en) | 2007-01-24 | 2010-03-02 | Tdk Corporation | CPP type magneto-resistive effect device having a semiconductor oxide spacer layer and magnetic disk system |
| US7872838B2 (en) * | 2007-02-09 | 2011-01-18 | Headway Technologies, Inc. | Uniformity in CCP magnetic read head devices |
| JP4649433B2 (en) | 2007-03-27 | 2011-03-09 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic head, magnetic storage device and magnetic memory |
| JP4388093B2 (en) | 2007-03-27 | 2009-12-24 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic head, magnetic recording / reproducing apparatus |
| JP2008252008A (en) | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Toshiba Corp | Magnetoresistance effect element and method of manufacturing the same |
| US8031441B2 (en) * | 2007-05-11 | 2011-10-04 | Headway Technologies, Inc. | CPP device with an enhanced dR/R ratio |
| WO2008143118A1 (en) * | 2007-05-22 | 2008-11-27 | Alps Electric Co., Ltd. | Tunnel type magnetic detection element |
| JP2008311373A (en) | 2007-06-13 | 2008-12-25 | Toshiba Corp | Magnetic multilayered film conducting element |
| US9040178B2 (en) * | 2008-09-22 | 2015-05-26 | Headway Technologies, Inc. | TMR device with novel free layer structure |
| JP5039006B2 (en) | 2008-09-26 | 2012-10-03 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element manufacturing method, magnetoresistive element, magnetic head assembly, and magnetic recording / reproducing apparatus |
| JP2010080839A (en) | 2008-09-29 | 2010-04-08 | Toshiba Corp | Method of manufacturing magneto-resistance effect device, the magneto-resistance effect device, magnetic head assembly, and magnetic recording and reproducing apparatus |
| JP5661995B2 (en) | 2008-12-15 | 2015-01-28 | エイチジーエスティーネザーランドビーブイ | Magnetoresistive magnetic head |
| US8274764B2 (en) | 2009-03-10 | 2012-09-25 | Tdk Corporation | Magneto-resistive effect element provided with GaN spacer layer |
| US8692343B2 (en) * | 2010-04-26 | 2014-04-08 | Headway Technologies, Inc. | MR enhancing layer (MREL) for spintronic devices |
| JP5739685B2 (en) | 2011-02-14 | 2015-06-24 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic head assembly, and magnetic recording / reproducing apparatus |
| JP5356431B2 (en) | 2011-02-17 | 2013-12-04 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic head assembly, and magnetic recording apparatus |
| JP5118766B2 (en) * | 2011-08-24 | 2013-01-16 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetoresistive head, magnetic storage device, and magnetic memory |
| JP5956793B2 (en) | 2012-03-16 | 2016-07-27 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic head assembly, magnetic recording / reproducing apparatus, and magnetic memory |
| JP5814898B2 (en) * | 2012-10-17 | 2015-11-17 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element and manufacturing method thereof |
| JP6204391B2 (en) * | 2015-02-12 | 2017-09-27 | アルプス電気株式会社 | Magnetic sensor and current sensor |
| JP6054479B2 (en) * | 2015-06-30 | 2016-12-27 | 株式会社東芝 | Magnetoresistive element, magnetic head, magnetic recording / reproducing apparatus, magnetic memory, magnetic field sensor |
-
2001
- 2001-10-19 JP JP2001322041A patent/JP3833512B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8264799B2 (en) | 2007-04-27 | 2012-09-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head |
| US8164854B2 (en) | 2007-06-07 | 2012-04-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head with spin oscillation device and magnetic recording apparatus including the magnetic recording head |
| US8400734B2 (en) | 2007-08-22 | 2013-03-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head and magnetic recording apparatus |
| US8238060B2 (en) | 2007-08-22 | 2012-08-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head and magnetic recording apparatus |
| US8295009B2 (en) | 2007-08-22 | 2012-10-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head and magnetic recording apparatus |
| US8547662B2 (en) | 2007-08-22 | 2013-10-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head and magnetic recording apparatus |
| US8154825B2 (en) | 2007-09-25 | 2012-04-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head and magnetic recording device |
| US8270112B2 (en) | 2007-09-25 | 2012-09-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic head with spin oscillation device(s) and magnetic recording device |
| US8654480B2 (en) | 2007-09-25 | 2014-02-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic head with spin torque oscillator and magnetic recording head |
| US8687321B2 (en) | 2008-06-19 | 2014-04-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic head assembly |
| US8320079B2 (en) | 2008-06-19 | 2012-11-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic head assembly and magnetic recording/reproducing apparatus |
| US8238058B2 (en) | 2008-08-06 | 2012-08-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head, magnetic head assembly, and magnetic recording apparatus |
| US8325442B2 (en) | 2008-11-06 | 2012-12-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Spin torque oscillator, magnetic recording head, magnetic head assembly and magnetic recording apparatus |
| US8767346B2 (en) | 2008-11-28 | 2014-07-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head, magnetic head assembly, magnetic recording apparatus, and magnetic recording method |
| US8995085B2 (en) | 2008-11-28 | 2015-03-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head, magnetic head assembly, magnetic recording apparatus, and magnetic recording method |
| US9129617B2 (en) | 2008-11-28 | 2015-09-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head, magnetic head assembly, magnetic recording apparatus, and magnetic recording method |
| US9378756B2 (en) | 2008-11-28 | 2016-06-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic recording head, magnetic head assembly, magnetic recording apparatus, and magnetic recording method |
| US9196268B2 (en) | 2012-03-26 | 2015-11-24 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic head manufacturing method forming sensor side wall film by over-etching magnetic shield |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002208744A (en) | 2002-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3833512B2 (en) | Magnetoresistive effect element | |
| JP4896587B2 (en) | Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic reproducing apparatus | |
| US6937446B2 (en) | Magnetoresistance effect element, magnetic head and magnetic recording and/or reproducing system | |
| JP3618654B2 (en) | Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic recording / reproducing apparatus | |
| JP3836788B2 (en) | Magnetoresistive element, magnetoresistive head, and magnetic recording / reproducing apparatus | |
| JP3565268B2 (en) | Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic reproducing device | |
| US8085511B2 (en) | Magnetoresistance effect element having resistance adjusting layer and thin-film insertion layer | |
| JP3749873B2 (en) | Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic reproducing apparatus | |
| JP3557140B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic reproducing device | |
| JP5518896B2 (en) | Magnetoresistive element and magnetic recording / reproducing apparatus | |
| JP2000156530A (en) | Laminated thin-film function device and magnetic resistance effect element | |
| JP2007220854A (en) | Magnetoresistance effect element, magnetic head, and magnetic recorder/reproducer | |
| JP2009283499A (en) | Magnetoresistance effect element, magnetoresistive head, magnetic recording and reproducing device, and magnetic memory | |
| JP4469570B2 (en) | Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic recording / reproducing apparatus | |
| US8081402B2 (en) | Magnetoresistive head having a current screen layer for confining current therein and method of manufacture thereof | |
| JP2008243327A (en) | Current-perpendicular-to-plane gmr reproduction element, and magnetic head and magnetic recording/reproducing device equipped with gmr reproduction elements | |
| JP4181095B2 (en) | Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic recording / reproducing apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040914 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051115 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060116 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060324 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060522 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20060623 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060714 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060719 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090728 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100728 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110728 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120728 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130728 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |