JP2002208744A - Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic recording / reproducing device - Google Patents
Magnetoresistive element, magnetic head, and magnetic recording / reproducing deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 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再生装置を
提供することを目的とする。
【解決手段】 センス電流を膜面に対して垂直方向に流
す磁気抵抗効果素子において、ピン層、フリー層あるい
は非磁性中間層の少なくともいずれかに抵抗調整層を設
ける。抵抗調整層は、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、連続膜でもピンホールが設けられていても良
い。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を提供
することができる。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a practical magnetoresistive element having an appropriate resistance value, capable of increasing sensitivity, and having a small number of magnetic layers to be controlled, and a magnetic head using the same. And a magnetic reproducing apparatus. SOLUTION: In a magnetoresistive element in which a sense current flows in a direction perpendicular to a film surface, a resistance adjusting layer is provided on at least one of a pinned layer, a free layer and a non-magnetic intermediate layer. The resistance adjusting layer contains oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride as a main component, and may be a continuous film or provided with pinholes. To provide a practical magnetoresistive element having an appropriate resistance value, capable of achieving high sensitivity, and having a small number of magnetic layers to be controlled, while effectively utilizing the spin-dependent scattering effect. Can be.
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive element, a magnetic head, and a magnetic reproducing apparatus, and more particularly, to a magnetoresistive element using a spin valve film in which a sense current flows perpendicular to a thin film surface. The present invention also relates to a magnetic head and a magnetic reproducing device equipped with the magnetoresistive element.
【0002】[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。2. Description of the Related Art In a certain type of ferromagnetic material, a phenomenon in which the electric resistance changes according to the strength of an external magnetic field is known, and this phenomenon is called the "magnetoresistive effect". This effect can be used for detecting an external magnetic field, and such a magnetic field detecting element is called a “magnetoresistive element (hereinafter, referred to as an MR element)”.
【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。[0003] Such an MR element is industrially used for reading information stored in a magnetic recording medium in a magnetic recording and reproducing apparatus such as a hard disk or a magnetic tape (IEEE MAG-7, 150 ( 1971)), such a magnetic head is called an "MR head".
【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。[0004] In recent years, magnetic recording / reproducing devices using these MR elements, particularly hard disk devices, have been increasing their magnetic recording densities.
The size of one bit has been reduced, and the amount of magnetic flux leakage from the bit has been increasingly reduced. For this reason, high sensitivity and high S /
Making an N-ratio MR element has become indispensable for reading information written on a magnetic medium, and is an important basic technology for improving the recording density.
【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。Here, "high sensitivity" means a unit magnetic field (Oe).
This means that the resistance change (Ω) per hit is large,
An MR element having a larger MR change amount and having better soft magnetic characteristics has higher 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. When used as a reading sensor for a hard disk, in order to realize a good S / N ratio, it is desired that the element resistance be about 5Ω to 30Ω. It is rare.
【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M
R変化率を得ることができるスピンバルブ(spin-valv
e)膜を用いることが一般化している。[0006] Against this background, MR elements used in hard disk MR heads today have large M elements.
Spin valve (spin-valv) that can obtain R change rate
e) It is common to use membranes.
【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)。FIG. 25 is a conceptual diagram illustrating a schematic sectional structure of a spin valve film. The spin valve film 100 has a configuration in which a ferromagnetic layer F, a nonmagnetic layer S, a ferromagnetic layer P, and an antiferromagnetic layer A are stacked in this order. With the non-magnetic layer S interposed,
Of the two ferromagnetic layers F and P in a magnetically non-coupled state, one of the ferromagnetic layers P has its magnetization fixed by an exchange bias or the like using an antiferromagnetic material A, and the other has a strong magnetic strength. The magnetic layer F can be easily rotated by an external magnetic field (such as a signal magnetic field). Then, only the magnetization of the ferromagnetic layer F is rotated by an external magnetic field, and the relative angle between the magnetization directions of the two ferromagnetic layers P and F is changed, so that a large magnetoresistance effect can be obtained (Phys. Rev. B., Vol. 45, 806 (1992),
J. Appl. Phys. Vol. 69, 4774 (1991), etc.).
【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。Here, the ferromagnetic layer F is a “free layer”,
It is called "magnetic field sensitive layer" or "magnetization free layer"
The ferromagnetic layer P may be referred to as a “pinned layer” or a “magnetization pinned layer”, and the non-magnetic layer S may be referred to as a “spacer layer”, a “non-magnetic intermediate layer” or an “intermediate layer”. Many.
【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。The spin-valve film can rotate the magnetization of the free layer, that is, the ferromagnetic layer F even in a low magnetic field, so that the sensitivity can be increased and is suitable for an MR element for an MR head.
【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。For such a spin valve element,
"Sense current" to detect change in resistance due to magnetic field
Need to be shed.
【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。FIG. 26 is a conceptual diagram showing a generally used current supply system. That is, at present, as shown in the figure, a method of providing electrodes EL, EL at both ends of a spin valve element, flowing a sense current I parallel to the film surface, and measuring the resistance in the film surface parallel direction is generally used. I have. This method is generally called a “CIP (current-in-plane)” method.
【0012】CIP方式の場合、MR変化率としては1
0〜20%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。In the case of the CIP method, the MR change rate is 1
It is possible to obtain a value of about 0 to 20%. Further, in a shield type MR head generally used at present, the spin valve element is used in a substantially square shape, so that the resistance of the MR element is substantially equal to the sheet electric resistance of the MR film. For this reason, in the case of the CIP type spin valve film, it is possible to obtain good S / N characteristics by setting the sheet electric resistance to 5 to 30Ω. This can be achieved relatively easily by reducing the thickness of the entire spin valve film. Due to these advantages, at present, the spin valve film of the CIP method is used for MR head MR heads.
It is generally used as an element.
【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。However, in order to realize information reproduction at a high recording density exceeding 100 Gbit / inch 2 , it is expected that a value exceeding 30% is required as the MR change rate. On the other hand, it is difficult for the conventional spin valve film to obtain an MR change rate exceeding 20%. Therefore, how to increase the MR ratio is a major technical issue for further improving the recording density.
【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。From such a viewpoint, in order to increase the MR ratio, in the CIP-SV film, the “electron reflection layer” made of any one of oxide, nitride, fluoride and boride is contained in the pin layer and the free layer. Has been proposed.
【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E
R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。FIG. 27 is a conceptual diagram showing a sectional structure of such a spin valve film. That is, in the configuration shown in FIG.
R has been inserted. In the spin valve film, when electron scattering occurs at the interface between the layers, the apparent mean free path decreases, and the MR change rate decreases. On the other hand, by providing the electron reflection layer ER and reflecting the electrons, the apparent mean free path of the electrons can be increased, and a large MR ratio can be obtained.
【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。In this configuration, the probability of electrons passing through the magnetic / non-magnetic interface is increased by reflecting the electrons, so that the same effect as in the case of the artificial lattice film can be obtained. And the MR change rate increases.
【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。However, even in this configuration, since not all electrons pass through the magnetic / nonmagnetic interface, there is a limit to the increase in the MR ratio. For this reason, even in the CIP-SV film into which the electron reflection layer is inserted as described above, a large MR change rate exceeding 20% and 5 to 30 Ω
It is practically difficult to realize a practical resistance change amount.
【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 p
lane: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。On the other hand, as a method of obtaining a large MR exceeding 30%, an artificial lattice in which a magnetic material and a non-magnetic pair are stacked is used in a direction perpendicular to the film surface (current perpendicular to the film surface).
A magnetoresistive element of a type in which a sense current flows through a lane (CPP) (hereinafter, CPP-artificial lattice) has been proposed.
【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M
R変化率が得られることが知られている。FIG. 28 is a conceptual diagram showing a sectional structure of a CPP-artificial lattice element. In this type of magnetoresistive element, electrodes EL are 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 interface between the magnetic layer and the non-magnetic layer increases, a good interface effect can be obtained, and a large M
It is known that an R change rate can be obtained.
【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Cu2n
m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。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 extremely thin 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 necessary to reduce the bonding area between the artificial lattice SL and the electrode EL as much as possible, increase the number of times of laminating the artificial lattice SL, and increase the total film thickness. . For example, the shape of the element is 0.1 μm × 0.
When patterned to 1 μm, Co2nm and Cu2n
If m and m are alternately laminated ten times, the total film thickness becomes 20 nm, and a resistance value of about 1Ω can be obtained. However, this still cannot be said to be a sufficiently large resistance value, and it is necessary to further increase the number of layers.
【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。For the above reasons, in order to obtain a sufficient head output with a CPP artificial lattice type film and to use it as a good read sensor for a hard disk, it is necessary to use an artificial lattice type rather than a spin valve type. From the point of view, it turns out that it is essential.
【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。On the other hand, when the MR element is used in an MR head, the magnetization of the magnetic layer is controlled so that the external magnetic field can be measured efficiently, and at the same time, Barkhausen noise and the like are not generated. It is necessary to make each magnetic layer a single magnetic domain. However, as described above, in the CPP-MR element, it is necessary to alternately laminate magnetic layers and non-magnetic layers many times in order to increase the resistance value. It is technically very difficult to perform the control.
【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。When an MR element is used in an MR head, the magnetization rotates with high sensitivity to a small signal magnetic field,
It is necessary to obtain a large MR change rate. 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 laminate the magnetic layer and the non-magnetic layer many times in order to increase the resistance value, thereby increasing the Mst and improving the sensitivity to the signal magnetic flux. It has become difficult.
【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。For this reason, a CPP artificial lattice type film can be expected to have an MR change rate exceeding 30%, but it is difficult to increase the sensitivity for use as an MR sensor for a magnetic head, and it is practically impossible. Has become.
【0025】一方、FeMn/NiFe/Cu/NiF
e、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。On the other hand, FeMn / NiFe / Cu / NiF
e, It is conceivable to adopt the CPP method in a spin valve structure using FeMn / CoFe / Cu / CoFe or the like.
【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。FIG. 29 is a conceptual diagram showing a sectional configuration of the 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. At room temperature, it is expected that only about 15% of the resistance change rate will be obtained at room temperature.
【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。That is, in the CPP type spin valve film, an MR ratio of only about 15% can be obtained, and the Mst of the free layer has to be increased. Therefore, high sensitivity is required for use as an MR sensor for a head. Therefore, it is difficult to use them substantially.
【0028】[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。As described above,
CIP type spin valve film, CPP type artificial lattice,
Various systems such as a CPP type spin valve have been proposed. However, the magnetic recording density is currently increasing at an annual rate of 60% or more, and further increase in output is required in the future. However, at present, 100 Gbit / inch 2
It is difficult to realize a spin-valve film having an appropriate resistance value, a large MR change amount, and a magnetically high sensitivity, which can be used at a high recording density exceeding the above.
【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。The present invention has been made based on the recognition of such problems, and it is an object of the present invention to provide a device having an appropriate resistance value while effectively utilizing the spin-dependent scattering effect, and achieving high sensitivity. Possible and with a small number of magnetic layers to be controlled,
An object of the present invention is to provide a practical magnetoresistive element, a magnetic head using the same, and a magnetic recording / reproducing apparatus.
【0030】[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
を主成分とする抵抗調整層と、を備えたことを特徴とす
る。In order to achieve the above object, a magnetoresistive effect element according to a first aspect of the present invention has a magnetization fixed layer having a ferromagnetic film whose magnetization direction is substantially fixed to one side. A magneto-resistance effect film comprising: a magnetization free layer having a ferromagnetic film whose magnetization direction changes according to an external magnetic field; and a non-magnetic intermediate layer provided between the magnetization free layer and the magnetization fixed layer. And a pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive film to pass a current in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film, an oxide, or a nitride,
Alternatively, a resistance adjusting layer mainly containing fluoride, carbide, or boride is provided.
【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、前記磁気抵
抗効果膜を通過するセンス電流の通過量を制限する抵抗
調整層と、を備えたことを特徴とする磁気抵抗効果素
子。The magnetoresistive element according to the second aspect of the present invention has a magnetization fixed layer having a ferromagnetic film having a magnetization direction substantially fixed to one side, and a magnetization direction corresponding to an external magnetic field. A magnetoresistive film having a magnetization free layer having a variable ferromagnetic film, a non-magnetic intermediate layer provided between the magnetization free layer and the magnetization pinned layer, and a film surface of the magnetoresistive film. A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive film for applying a current in a direction perpendicular to the magnetoresistive film, and a resistance adjusting layer for limiting a passing amount of a sense current passing through the magnetoresistive film. A magnetoresistive effect element characterized in that:
【0032】なお、前記抵抗調整層が、面積比50%以
下の開口率でピンホールを有していても良い。The resistance adjusting layer may have a pinhole with an opening ratio of 50% or less in area ratio.
【0033】なお、前記抵抗調整層が、二種類以上の金
属元素で構成されても良い。The resistance adjusting layer may be composed of two or more metal elements.
【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。The resistance adjusting layer may be formed inside the magnetization free layer or on a side of the magnetization free layer opposite to the side on which the nonmagnetic intermediate layer is formed.
【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。The resistance adjusting layer may be formed in the non-magnetic intermediate layer or at the interface.
【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。The resistance adjusting layer may be formed in the film of the magnetization fixed layer or on the opposite side of the fixed layer from the side on which the nonmagnetic intermediate layer is formed.
【0037】なお、前記抵抗調整層が、B、Si、G
e、Ta、W、Nb、Al、Mo、P、V、As、S
b、Zr、Ti、Zn、Pb、Th、Be、Cd、S
c、La、Y、Pr、Cr、Sn、Ga、Cu、In、
Rh、Pd、Mg、Li、Ba、Ca、Sr、Mn、F
e、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。The resistance adjusting layer is made of B, Si, G
e, Ta, W, Nb, Al, Mo, P, V, As, S
b, Zr, Ti, Zn, Pb, Th, Be, Cd, S
c, La, Y, Pr, Cr, Sn, Ga, Cu, In,
Rh, Pd, Mg, Li, Ba, Ca, Sr, Mn, F
At least one oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride selected from e, Co, Ni, and Rb may be the main component.
【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、O
sの少なくともひとつの金属を含んでいても良い。The resistance adjusting layer is formed on the side of the magnetization free layer opposite to the side on which the non-magnetic intermediate layer is provided, in the layer of the non-magnetic intermediate layer, or at the interface.
Ag, Ru, Ir, Re, Rh, Pt, Pd, Al, O
At least one metal of s may be included.
【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。The resistance adjusting layer is formed on the side of the magnetization free layer opposite to the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, in the layer of the nonmagnetic intermediate layer or at the interface, and contains Cu as a main component. A first region, B, Fe, Mo, Pb, Ta, Cr,
An oxide containing at least one selected from V, Si, Sb, and Ge, or a nitride, or a fluoride, or a carbide, or a second region containing boride as a main component. good.
【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。The resistance adjusting layer is formed on the side of the magnetization free layer opposite to 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. , A first region, B, Fe, Ge, Mo, P,
It may be configured to include an oxide containing at least one selected from Rh, Si, W, and Cr, or a nitride, a fluoride, a carbide, or a second region containing boride as a main component. .
【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,M
o,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。The resistance adjusting layer is formed on the side of the magnetization free layer opposite to the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, in the nonmagnetic intermediate layer or at the interface, and contains Ag as a main component. And the first region of Be, Co, Cr, Fe, M
an oxide containing at least one selected from o, Pb, Si, Ta, V, W, Ge, Sn, Al, Rh, or a nitride, a fluoride, a carbide, or a boride as a main component. May be provided.
【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、S
b、Zr、Ti、Zn、Pb、Cr、Sn、Ga、F
e、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。Further, the magnetoresistive element according to the third aspect of the present invention has a magnetization fixed layer having a ferromagnetic film whose magnetization direction is substantially fixed to one side, and a magnetization direction corresponding to an external magnetic field. A magnetoresistive film having a magnetization free layer having a variable ferromagnetic film, a non-magnetic intermediate layer provided between the magnetization free layer and the magnetization pinned layer, and a film surface of the magnetoresistive film. A pair of electrodes electrically connected to the magnetoresistive film for applying a current in a direction perpendicular thereto, and on a surface of the magnetization free layer opposite to a side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, or B, Si, Ge, W, Nb, Mo, P, V, S
b, Zr, Ti, Zn, Pb, Cr, Sn, Ga, F
e, a region containing at least one selected from Co and mainly containing a crystalline oxide.
【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。The thickness of the resistance adjusting layer may be 0.5 to 5 nm.
【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。In addition, the resistance adjusting layer is 2% to 30%.
May be included.
【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。The average diameter of the holes in the metal phase is as follows:
The sum of the thicknesses of the magnetization free layer, the nonmagnetic intermediate layer, and the magnetization fixed layer may be 5% to 100%.
【0046】なお、前記金属相のホールの平均間隔が1
0から100nmであっても良い。The average spacing of the holes in the metal phase is 1
It may be 0 to 100 nm.
【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。Further, a magnetic head according to a fourth aspect of the present invention is provided with any one of the above-described magnetoresistive elements.
【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。A magnetic reproducing apparatus according to a fifth aspect of the present invention includes the magnetic head described above, and is capable of reading magnetic information stored on a magnetic recording medium.
【0049】[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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【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。(First Embodiment) FIG. 1 is a conceptual diagram showing a sectional structure of a magnetoresistive element according to a first embodiment of the present invention. That is, the magnetoresistance effect element 10A of the present invention
Are provided on an anti-ferromagnetic layer A, a first substrate
, A non-magnetic intermediate layer S, and a second magnetic layer F in this order. The resistance adjustment layer R1 is inserted in the first magnetic layer P, and the resistance adjustment layer R2 is inserted in the second magnetic layer F. Note that the antiferromagnetic layer A, the first magnetic layer P, the non-magnetic intermediate layer S, and the second magnetic layer F constitute a magnetoresistive film.
【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。Further, an electrode layer EL is provided above and below the laminated structure, and is characterized in that a sense current I flows in a direction perpendicular to the film surface.
【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。In the present embodiment, the first magnetic layer P
Act as a “pinned layer” whose magnetization is fixed by the unidirectional anisotropy of the antiferromagnetic layer A. Further, the second magnetic layer F acts as a “magnetic field sensing layer” or a “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) or the like.
【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F
M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。In the first magnetic layer P and the second magnetic layer F, resistance adjustment layers R1 and R2 are inserted respectively, and the ferromagnetic layer FM is inserted.
/ Resistance adjustment layer R1 or resistance adjustment layer R2 / ferromagnetic layer F
M has a laminated structure. In this structure, the ferromagnetic layers on both sides of the resistance adjusting layers R1 and R2 are in ferromagnetic coupling, and the magnetization thereof behaves substantially integrally. That is, the magnetizations of the respective ferromagnetic layers included in the ferromagnetic layer / resistance adjusting layer / ferromagnetic layer laminated structure are all substantially in parallel, and the pinned layer (first layer)
In the magnetic layer P), the magnetization is fixed in almost the same direction, and in the free layer (the second magnetic layer F), the magnetization direction is almost the same with respect to the external magnetic field.
【0054】本具体例においては、電流Iは上部電極E
Lから下部電極ELに向かって流れるが、抵抗調整層R
1、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。In this embodiment, the current I is applied to the upper electrode E
L flows toward the lower electrode EL, but the resistance adjustment layer R
1, R2 is for flowing a current in the film thickness direction and reducing the amount of the current, and the resistance of the magnetoresistive element can be increased by inserting a resistance adjusting layer. That is, the resistance adjusting layers R1 and R2 are “filter layers” that limit the amount of the sense current I passed, or “current constriction layers” that transmit a part of the conduction electrons constituting the sense current I, or
It functions as a "barrier layer" for reducing the amount of the sense current I. The configuration and operation of a specific example of the resistance adjusting 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 an insulator layer. When this resistance adjusting layer R is sandwiched between the films 20 and 21 constituting the magnetoresistive effect film, and the electrodes EL1 and EL2 are connected to these films, respectively, and a current flows perpendicularly to the film surface, the current becomes as shown in FIG. As shown by the broken line, since the current flows through the pinhole H, the amount of current is reduced, and the resistance is increased. The configuration and operation of the resistance adjusting layer are not limited to this, as described later.
【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。Further, a part of the reduced current I flows while being repeatedly reflected between the two resistance adjusting layers R1 and R2. However, the amount of current flowing while repeating reflection is not so large in the sense current as a whole. However, this reduces the probability of electrons passing through the CPP spin-valve structure without reflection, thus further increasing the electrical resistance. These resistance adjusting layers have a morphologically different configuration from the electron reflection layer of the CIP type spin valve element.
【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−M
R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。In the CPP spin-valve film, the effect of electron scattering at the interface between the ferromagnetic layer and the non-magnetic layer, that is, the interface resistance has a large spin dependency and the CPP-M
It plays the role of increasing R. The interface resistance is
They tend to have relatively large values. These features are similar to the operation in the CPP artificial lattice described above with reference to FIG.
【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。Therefore, by providing the resistance adjusting layer,
The resistance value in the direction perpendicular to the film surface can be increased. As a result, according to the present invention, more interface resistance can be used, and it is possible to realize a CPP-SV having a higher resistance and a higher MR ratio than a conventional CPP spin valve film. Become.
【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。In this embodiment, since the current I is of the CPP type in which the current I flows in the direction perpendicular to the film surface, all the current I must cross the ferromagnetic layer / non-magnetic layer interface. become. As a result, it is possible to very effectively use the interface effect that could not be effectively used in the case of the CIP method. For this reason, the effect of increasing the MR change rate, which has not been obtained much with the CIP configuration, can be obtained extremely significantly.
【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。With the above effects, it is possible to provide a CPP spin-valve element having a moderate resistance value, which makes good use of the interface resistance while having a spin-valve configuration.
【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。In the present embodiment, the pinned layers P,
Since the magnetization of the free layer F operates integrally, the magnetization can be controlled only by the pinning of the magnetization of the pinned layer P and the magnetization of one free layer F. When used as a reading sensor such as a magnetic head, It is possible to realize a magnetic head in which Barkhausen noise is suppressed.
【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。In this embodiment, the pin layers P,
It is possible to obtain a good resistance value and MR ratio while keeping the total thickness of the free layer F thin. That is, in the present configuration, as 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 sufficiently used. 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】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5n
m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。Specifically, in the conventional configuration, the thickness of the magnetic material of the pinned layer P and the free layer F is required to be about 20 nm, but according to the present embodiment, the total thickness of the magnetic layer is 5n.
Even below m, sufficient characteristics can be obtained. Thereby, Mst of the free layer F can be kept at a small value, and a highly sensitive spin valve element can be realized. Further, since Mst of the pinned layer P can be reduced, the magnetization pinning characteristics of the antiferromagnetic layer A can be improved, and the reliability as a device can be improved.
【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。The resistance adjusting layers R1 and R2 in the present embodiment
Bi (bismuth), Sb (antimony), C
A semimetal such as (carbon) or a so-called zero-gap semiconductor such as ZnSe (zinc selenide) can be used. In these materials, unlike an 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 a semimetal has a small Fermi potential of 1 eV or less.
【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、R
2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。Therefore, the resistance adjusting layers R 1, R 2 made of a semi-metal or a zero-gap semiconductor are provided in the metal layer that becomes a ferromagnetic material.
2, a large potential step occurs as illustrated in FIG. 2, and the transmission of conduction electrons is restricted. FIG. 2A shows the case where the magnetization of the pinned layer P and the free layer F are parallel, and FIG. 2B shows the case where the potential felt by the electrons is up-spin and down-spin when anti-parallel. It is the graph illustrated about the case.
【0065】本発明の構成においては、抵抗調整層R
1、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。In the structure of the present invention, the resistance adjusting layer R
1. Since conduction electrons are also present in R2, conduction by conduction electrons is sufficiently larger than the transmission probability of electrons by tunneling, and normal conduction dominate the overall resistance value. . Therefore, it is possible to reduce the resistance as compared with the case of the ferromagnetic tunnel junction, and it is possible to obtain a good element resistance in a minute junction.
【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3.5×102 0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。It is desirable that the value of the Fermi potential of these materials be in the range of 1 eV to 0 eV. More preferably, the range of 0.5 eV to 0 eV is suitable. First, in these materials, the smaller the value of the Fermi potential, the more it is possible to make a step in the potential felt by electrons, so that the electron transmission probability can be reduced. Because it becomes. Further, since the number of conduction electrons in the semimetal is also reduced, the probability of electron transmission can be extremely reduced. For 0.5 eV, electron number than the noble metal such as Cu conduction electron number becomes about 3.5 × 10 2 0 pieces since the 2 orders of magnitude smaller value may desire a large resistance increase. Therefore, it is desirable that the value of Fermi potential in 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 21 , and the number of electrons is about one digit smaller than that of a noble metal such as Cu. Can be.
【0067】また、本実施形態における抵抗調整層R
1、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。Further, the resistance adjusting layer R according to the present embodiment is
Au (gold), Ag (silver), or an alloy thereof can also be used as the material of 1, R2. However, in this case, it is difficult to form a very large potential step, so that it is not easy to obtain a large increase in resistance.
【0068】また、本実施形態における抵抗調整層R
1、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。The resistance adjusting layer R according to the present embodiment is
1, an insulator having a relatively low potential barrier height can be used as R2. FIG. 3 is a potential diagram corresponding to this configuration. That is, FIG.
FIG. 3B shows that when the magnetizations of the pinned layer and the free layer are parallel,
Is a graph illustrating potentials felt by electrons in the case of up spin and the case of down spin in antiparallel cases, respectively.
【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。In the case of this specific example, the transmission probability of electrons is determined by the tunneling probability of electrons in the resistance adjusting layers R1 and R2. Therefore, since the element resistance becomes too high when the barrier height is increased, the barrier height of the resistance adjusting layers R1 and R2 is desirably 0.1 eV or less.
【0070】一方、本実施形態における抵抗調整層R
1、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。On the other hand, the resistance adjusting layer R in the present embodiment
1, an insulator having a pinhole can be used as R2. In this case, the transmission probability of electrons is determined by the size and density of the pinhole. FIG.
Is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional configuration of the specific example. As shown in the figure, a pinhole H can be appropriately provided in the resistance adjusting layers R1 and R2. Here, when the size of the pinhole H is set to be equal to or smaller than the mean free path of electrons, a larger resistance increasing effect can be obtained. The density of the pinholes H is preferably, for example, at least 10 or more pinholes formed in the film surface of the element from the viewpoint of reproducibility of element characteristics. 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 preferably 50% or less is ideal for increasing the element resistance.
【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。In the specific example of FIG. 4, the transmission probability of the electrons is determined by the electric conduction through the pinhole H. Therefore, as a material constituting the resistance adjusting layers R1 and R2, an insulator having a large barrier height, for example, Al (aluminum)
Oxide, Si (silicon) oxide, or the like can also be used. 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 electric conduction is mainly controlled by the pinhole H.
【0072】また、図4の具体例における抵抗調整層R
1、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、0.5n
m〜10nmの範囲に設定することが望ましい。The resistance adjusting layer R in the specific example of FIG.
1, the thickness of R2 can also be determined as appropriate. However, in order to surely and easily form the pinhole H, 0.5n
It is desirable to set in the range of m to 10 nm.
【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。The position of the pinhole H in each of the resistance adjusting layers R1 and R2 of the pinned layer P and the free layer F does not need to be particularly controlled. In this case, electrical conduction through the randomly formed pinholes H is obtained.
【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。As a method for forming the resistance adjusting layers R1 and R2 having such pinholes H, for example, an ultra-thin Al layer is formed by a method such as sputtering, and then exposed to an oxygen atmosphere for a short time and then spontaneously oxidized. Can be formed. Alternatively, an extremely thin layer of Al or the like can be formed by a method of applying energy such as exposure to oxygen plasma, irradiation of oxygen ions, or irradiation of oxygen radicals.
【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。As the oxidized layer, for example, Al—Co
As described above, an Al-Co granular (granular) film is formed by simultaneously forming a material that is relatively easily oxidized and a material that is not easily oxidized, and only Al is selected by exposing it to oxygen. It can also be formed by oxidation.
【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。In addition, by forming a film in an oxygen atmosphere, an oxide layer having a pinhole H can be formed.
【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。Another method of forming the resistance adjusting layers R1 and R2 having such a pinhole H is, for example, as follows.
Fine processing using an AFM (atomic force microscope) or the like, or regularly arranged pinholes H can be formed by self-organization. In the case of fine processing using AFM or the like, for example, a continuous film of AlOx (aluminum oxide) is formed, and a hole can be formed in the AlOx. When regularly arranged pinholes are formed by self-organization, for example, a continuous film of AlOx is formed, and a resist on which pinholes are formed by self-organization is applied on the AlOx. The AlOx in the pinhole portion can be removed by milling or RIE. Also, an insulator having pinholes H aligned by self-organization can be directly formed.
【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。The pinhole H is controlled in this manner.
Is formed, the positional relationship of the pinholes H in the two resistance adjusting layers R1 and R2 becomes important. That is,
As illustrated in FIG. 5A, the upper and lower resistance adjusting layers R1,
The position of the pinhole H may be the same between R2. Further, as illustrated in FIG. 5B, the pinhole H may be provided so as to be displaced between the upper and lower resistance adjusting layers R1 and R2. FIG.
If the position is shifted as illustrated in (b), a more effective reduction in the amount of current can be obtained, and a higher-resistance CPP spin valve element can be realized.
【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R
1、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。When the pinhole H is formed by a controlled method, the relationship between the size of the pinhole H in the two resistance adjusting layers R1 and R2 can be adjusted.
That is, the size of the pinhole H may be the same between the upper and lower resistance adjustment layers R1 and R2, or may be different. Resistance adjustment layer R
1, the larger the size of the pinhole H of the resistance adjusting layer, into which electrons enter, is larger than the size of the pinhole, from which electrons exit, of the R2. Reduction can be obtained, and a higher-resistance CPP spin valve element can be formed.
【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。Further, the resistance adjusting layers R1 and R2 in the laminated structure of the ferromagnetic layer / electron reflecting layer need not necessarily be constituted by only one layer, and as shown in FIG.
One or more resistance adjustment layers R1A and R1B or resistance adjustment layers R2A and R2B may be included. By inserting a plurality of resistance adjusting layers in this way, the probability of simple transmission of electrons can be further reduced, and a CPP-SV with higher resistance can be realized.
【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。On the side of the free layer F, as shown in FIG. 7, the resistance adjusting layer R2 is not inserted into the ferromagnetic layer FM but is sandwiched between the nonmagnetic layers NM1 and NM2. It is also possible. By doing so, it is possible to minimize the influence of the resistance adjusting layer R2 on the magnetic characteristics of the free layer F, and it is easy to achieve compatibility with the soft magnetic characteristics.
【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。The ferromagnetic layers included in the first and second magnetic layers P and F in the present embodiment described above include, for example, Co alone or Co such as a Co-based magnetic alloy. It can be made of a ferromagnetic material, a Ni-based alloy such as a NiFe alloy, or an Fe-based alloy.
【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。Here, as the Fe-based alloy, Fe
It is desirable to use a material that can easily obtain soft magnetic characteristics, such as (iron), FeNi (iron nickel), FeCo (iron cobalt), FeSi (iron silicon), FeMo (iron molybdenum), and FeAl (iron aluminum).
【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。Further, as the Co-based alloy, Fe (iron), Ni (nickel), Au (gold), Ag
(Silver), Cu (copper), Pd (palladium), Pt (platinum), Ir (iridium), Rh (rhodium), Ru
(Ruthenium), Os (osmium), and Hf (hafnium) may be an alloy to which one or more of them are added. The addition amount of these additional elements is 5 to 50.
Atomic%, preferably 8 to 20 atomic%.
It is desirable to be within the range. This is because if the addition amount is too small, the bulk effect does not sufficiently increase, while if the addition amount is too large, the interface effect may be greatly reduced. As an additive element, in order to obtain a large MR ratio, it is particularly desirable to use Fe.
【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。The first and second embodiments of the present embodiment
The ferromagnetic layers included in the magnetic layers P and F may have a laminated structure of a ferromagnetic layer FM and a non-magnetic layer NM as illustrated in FIG. In the laminated structure of the ferromagnetic layer FM / nonmagnetic layer NM, the ferromagnetic layers FM sandwiching the nonmagnetic layer NM are in ferromagnetic coupling, and the magnetization is substantially parallel. They are aligned and have almost the same magnetization direction.
【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。When the layered structure film as illustrated in FIG. 8 is used for the pinned layer P and the free layer F, electrons pass through a larger number of ferromagnetic / non-magnetic layer interfaces. CPP
The spin valve film has the effect of electron scattering at the interface between the ferromagnetic layer and the nonmagnetic layer, that is, the interface resistance has a large spin dependence, and has the effect of increasing CPP-MR. In this specific example, since more interface resistance can be used,
It is possible to obtain a larger resistance change rate. In addition,
In FIG. 8, a high conductive layer G having high electric conductivity is provided between the free layer F and the electrode EL.
【0087】抵抗調整層R1、R2の挿入は、特にCP
P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。The insertion of the resistance adjusting layers R1 and R2 is particularly
Although it is effective for increasing the resistance of the P spin bubble film, laminating 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】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N
M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。As the laminated film of the ferromagnetic material layer FM / nonmagnetic material layer NM in this specific example, it is desirable to obtain a large spin-dependent interface resistance at the interface between the magnetic material layer FM / nonmagnetic material layer NM. As a combination of such a ferromagnetic material and a non-magnetic material, the material of the ferromagnetic material layer FM is Fe
Non-magnetic layer N using base alloy, Co base alloy, Ni base alloy
It is desirable to use Cu, Ag, Au or an alloy thereof as the material of M.
【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。Further, as the material of the nonmagnetic layer NM, in addition to these, Rh (rhodium), Ru (ruthenium), Mn (manganese), Cr (chromium), Re (rhenium), Os (osmium) It is also desirable to use a non-ferromagnetic metal such as Ir (iridium). In particular, it is desirable to use Mn or Re.
【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/A
g、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。Among them, combinations having particularly large interface resistance include Fe-base alloy / Au and Fe-base alloy / A
g or an interface of an Fe-based alloy / Au-Ag alloy, a Co-based alloy / Cu, an interface of a Co-based alloy / Ag, a Co-based alloy / Au, or an interface of a Co-based alloy / Cu-Ag-Au alloy.
【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。The thickness of the ferromagnetic layer FM included in the laminated structure of the ferromagnetic layer FM / non-magnetic layer NM increases the magnetic stability of the pinned layer P and increases the magnetic stability of the free layer F. In order to measure the sensitivity by reducing the Mst, it is desirable to make the thickness as thin as possible. The upper limit of the film thickness is desirably 2 nm or less in order to increase the number of interfaces.
【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。On the other hand, the ferromagnetic layer FM /
The combination of the materials forming the laminated structure of the nonmagnetic layer NM is preferably a non-solid solution combination in order to obtain good interface resistance. That is, it is desirable that the materials forming 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 according to the required level.
【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。The ferromagnetic material layer FM /
The ferromagnetic layer FM in the laminated structure of the nonmagnetic layer NM is
It is not always necessary to be composed of one kind of material.
As exemplified in the above, a laminated film of two or more kinds of ferromagnetic materials may be used. That is, in the example shown in FIG. 9, the pinned layer P and the free layer F are formed by laminating a first ferromagnetic layer FM1, a second ferromagnetic layer FM2, and a third ferromagnetic layer FM3, respectively. Having a configuration. However, the type, number of layers, and stacking order of the ferromagnetic layers are not limited to those shown in FIG.
【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/Ni
Fe/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。For example, in the pinned layer P, it is desirable to use an Fe / Au interface having a large interface resistance.
Since spin fluctuations are large, it is desirable to suppress spin fluctuations for use at room temperature. For this purpose, Fe / CoFe / Fe, Fe / Ni
It is desirable to have a laminated structure with a magnetic material having small spin fluctuation, such as Fe / Fe.
【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/CoF
e/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。On the other hand, it is desirable to use the Fe / Au interface having a large interface resistance also in the free layer F.
It is difficult to obtain the necessary soft magnetic properties as a free layer only by using the material alone. Therefore, as the ferromagnetic layer, Fe / CoF
It is desirable to have a laminated structure with a magnetic material having excellent soft magnetic properties, such as e / Fe and Fe / NiFe / Fe.
【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。Also, the ferromagnetic layer in the laminated structure of the ferromagnetic layer / resistance adjustment layer does not necessarily need to be made of one kind of material.
【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。FIG. 10 is a conceptual diagram exemplifying a case where the ferromagnetic layers sandwiching the resistance adjusting layer are composed of two or more ferromagnetic layers. That is, in the specific example shown in the figure, the pinned layer P and the free layer F have a first ferromagnetic layer FM1 and a second ferromagnetic layer FM2, respectively.
【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、F
e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。For example, in the free layer F, it is desirable to use an Fe / Au interface having a large interface resistance.
It is difficult to obtain the necessary soft magnetic properties as a free layer only with e. On the other hand, by adding a magnetic layer made of a magnetic material having excellent soft magnetic properties such as CoFe and NiFe ferromagnetically coupled as the ferromagnetic layer, the soft magnetic properties can be improved. .
【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 cen
tered cubic)構造であることが望ましい。これはA
u、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。When the ferromagnetic layer FM in the laminated structure of the ferromagnetic layer FM / nonmagnetic layer NM contains Fe or an Fe-based alloy, the crystal structure is fcc (face cen).
(tered cubic) structure is desirable. This is A
When a metal having an fcc structure such as u, Ag, Cu or the like is laminated, a laminated structure having better crystallinity can be formed as a whole, and the soft magnetic characteristics can be improved and the spin can be improved. This is because effects such as reduction of fluctuation can be obtained. However, a bcc structure can also be used.
【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(f
cc)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。In particular, when two types of magnetic materials are combined as a ferromagnetic layer in a laminated structure of a ferromagnetic layer and a nonmagnetic layer, as shown in FIG. 11, a ferromagnetic layer FM (fcc ) And a ferromagnetic layer FM having a bcc structure
(Bcc) can also be combined. In such a combination, the ferromagnetic material FM (f
cc) and the ferromagnetic material FM (bcc) having the bcc structure have significantly different electronic states, Fermi surface shapes, distributions of state densities, and the like. It is possible to obtain a change rate. As shown, 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 a different configuration, a large filter effect can be obtained.
【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N
M1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。In the present invention, the ferromagnetic layers need to be ferromagnetically coupled to each other in the laminated structure of the ferromagnetic layer / nonmagnetic layer constituting the pinned layer P and the free layer F. Therefore, it is necessary to form a good laminated structure. The magnetic properties 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 optimal value. For this reason, as illustrated in FIG. 12, the nonmagnetic layer NM is also, for example, the first nonmagnetic layer N
A stacked structure of M1 and the second nonmagnetic layer NM2 is preferable. For example, when the nonmagnetic layer NM has a laminated structure such as an Au layer / Cu layer / Au layer, a good lattice constant can be realized while realizing a large interface resistance, and good magnetic characteristics can be obtained. .
【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。Further, the ferromagnetic layer FM included in the first and second magnetic layers P and F in the present invention has a ferromagnetic layer FM1 / ferromagnetic layer FM2 as illustrated in FIG.
And a laminated structure of the above. In the stacked structure of the ferromagnetic layers FM1 and FM2, the ferromagnetic layers are in ferromagnetic coupling with each other, the magnetizations are substantially aligned in parallel, and are substantially the same. It has a magnetization direction.
【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。When such a laminated structure film is adopted 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 ferromagnetic layer / ferromagnetic layer interface, that is, the interface resistance has a large spin dependency, and has 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 and a larger resistance change rate.
【0104】抵抗調整層R1、R2の挿入は、特にCP
P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。The insertion of the resistance adjusting layers R1 and R2 is particularly effective when the CP
Although it is effective for increasing the resistance of the P spin bubble film, laminating 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】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。In this example, it is possible to arrange a large number of ferromagnetic layers / ferromagnetic layers in the pinned layer P and the free layer F, so that more interface resistance can be utilized. Thus, a CPP-SV having a high resistance and a high MR change rate can be configured.
【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。Since the magnetizations of the pinned layer P and the free layer F operate integrally, the magnetization can be controlled only by fixing the magnetization of the pinned layer P and controlling the magnetization of one free layer F. When used in a sensor, it is possible to realize a magnetic head in which Barkhausen noise is suppressed.
【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。Each ferromagnetic layer constituting the laminated structure of ferromagnetic layer / ferromagnetic layer in this specific example is made of, for example, Co.
It can be composed of a single substance, a ferromagnetic material containing Co such as a Co-based magnetic alloy, a ferromagnetic material such as a NiFe alloy, or an Fe-based alloy.
【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/NiF
e合金、もしくはFe基合金/CoFe合金を用いるこ
とが望ましい。Combinations having particularly large interface resistance include NiFe alloy / CoFe alloy and Fe-based alloy / NiF
It is desirable to use an e alloy or an Fe-based alloy / CoFe alloy.
【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。It is desirable that the thickness of the ferromagnetic layer included in the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer laminated structure be as small as possible in order to increase the number of interfaces without increasing the overall Mst. . In a combination in which the 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】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。On the other hand, the thickness of the ferromagnetic layer included in the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer laminated structure is desirably 1 nm or less in order to increase the number of interfaces as much as possible. As a lower limit, it is possible to generate an interface resistance even with a monoatomic layer.
【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。The combination of materials for forming the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer laminated structure is preferably a non-solid solution combination in order to obtain good interface resistance. However, it is not always necessary to limit the combination to the non-solid solution type, and the combination can be determined as appropriate.
【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。FIG. 14 is a conceptual diagram showing another specific example when a plurality of ferromagnetic layers are provided. That is, in the example of FIG. 3, each of the pinned layer P and the free layer F is the first layer.
And a second ferromagnetic layer FM2, and a third ferromagnetic layer FM3 is provided adjacent to the electron reflection layers R1 and R2.
【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。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 soft magnetic characteristics required for the free layer only with Fe. For this reason, it is possible to improve the soft magnetic properties by adding a magnetic material having excellent soft magnetic properties, such as NiFe, which is ferromagnetically coupled, as the ferromagnetic layer FM3.
【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。When the ferromagnetic layer in the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer laminated structure contains Fe or an Fe-based alloy, it preferably has an fcc structure. This is because when a metal having an fcc structure such as CoFe or NiFe is laminated, it is possible to further stabilize the structure, to form a laminated structure having good crystallinity as a whole, to improve soft magnetic characteristics, and to improve spin fluctuation. This is because there is an effect such as a decrease in However, a bcc structure can also be used.
【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。As a combination of two types of ferromagnetic layers, a ferromagnetic substance having an fcc structure and a ferromagnetic substance having a bcc structure can be used. As described above with reference to FIG. 11, in such a combination, the ferromagnetic material having the fcc structure and the ferromagnetic material having the bcc structure have significantly different electronic states, Fermi surface shapes, distributions of state densities, and the like. , It is possible to obtain a large resistance and a large MR change rate.
【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。By the way, in the CPP-SV, when conduction electrons pass through the pinned layer P and the free layer F, they are scattered by electrons. Modulation of the band potential. For this reason, the wave vector of the electrons that can flow in the direction perpendicular to the film surface is restricted according to the modulation of the band potential. The wave number subject to this limitation depends on the period of the multilayer structure. Therefore, 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 the filter effect itself has a spin-dependent effect, it is possible to keep the spin dependence high while lowering the overall electron transmission probability. That is, by intentionally making the lamination cycles of the pinned layer P and the free layer F different, it is possible to realize a CPP-SV that can realize a higher MR ratio while further increasing the resistance.
【0117】一方、非磁性中間層Sの材料としては、C
u(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。On the other hand, the material of the nonmagnetic intermediate layer S is C
It is desirable to use a substance having a long mean free path of conduction electrons, such as u (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 more effectively due to the ferromagnetic material. The electron-dependent spin-dependent scattering effect.
This makes it possible to obtain a large MR change rate.
Further, the non-magnetic intermediate layer S can be made of an alloy of the above three elements. In this case, it is desirable to adjust the composition so that the crystal lattice constant in the laminated structure can be adjusted to an optimum value.
【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。The non-magnetic intermediate layer S has a laminated structure of a non-magnetic layer S1 and a non-magnetic layer S2 in which materials such as Cu, Au and Ag are laminated as shown in the sectional structure of FIG. It is also possible. At this time, by appropriately setting the lamination period of the non-magnetic layer S1 / non-magnetic layer S2 and the lamination period of the pinned layer P or the free layer F,
It is possible to realize a CPP-SV that limits the wave vector of electrons that can flow through the entire CPP-SV in the direction perpendicular to the film surface, and that can realize a higher resistance and a higher MR ratio.
【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,I
rMn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。On the other hand, as the material of the antiferromagnetic layer A, it is desirable to use a metal antiferromagnetic material having excellent magnetization pinning characteristics. Specifically, PtMn, NiMn, FeMn, I
An antiferromagnetic material such as rMn can be used. It is desirable that the thickness of these layers be as small as possible in view of electrical characteristics. However, if the thickness is too small, the magnetization sticking characteristics deteriorate, so it is necessary to select a film thickness that does not decrease the blocking temperature. Therefore, it is desirable that the film thickness be 5 nm or more.
【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。Further, in addition to the above structure, a so-called synthetic antiferromagnetic structure can be employed as illustrated in FIG. This is because, in one or both of the first magnetic layer P and the second magnetic layer F, a pair of ferromagnetic layers FM1 that are antiferromagnetically coupled to each other via the antiferromagnetic coupling layer AC. , FM2.
By adopting such a synthetic configuration,
In the pinned layer P, the apparent magnetization can be reduced to zero, and the pinned magnetization of the pinned layer P can be made more stable. In the free layer F,
By reducing the apparent magnetization, a more sensitive external magnetic field response can be obtained.
【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。Further, in addition to the above configuration, it is also possible to adopt a so-called dual configuration in which two pin layers P are provided.
【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、A
g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。On the other hand, in the above specific example, the electrode EL
Although no special layer was disposed between the first electrode and the spin valve film, when an actual device was formed, as illustrated in FIG. It is desirable to form a base layer (buffer layer) B 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, Ta (tantalum), Ti (titanium),
Materials with good wettability such as Cr (chromium), Cu, Au, A
It is desirable to use a material having a small electric resistance such as g and having a stable fcc structure, or a laminated structure thereof.
【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。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described.
【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。FIG. 18 is a conceptual diagram showing a sectional structure of a magnetoresistive element according to the second embodiment of the present 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 will be omitted.
【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。The magnetoresistance effect element of this embodiment is also laminated on a predetermined substrate in the order of an antiferromagnetic layer A, a first magnetic layer P, a non-magnetic intermediate layer S, and a second magnetic layer F. Sense current I
Is flowed in a direction perpendicular to the film surface. Note that the antiferromagnetic layer A, the first magnetic layer P, the non-magnetic intermediate layer S, and the second magnetic layer F constitute a magnetoresistive film.
【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。In this embodiment, the resistance adjusting layer R is inserted in the non-magnetic intermediate layer S.
【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。In this 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 adjusting layer R. As a result, the probability of electrons passing through the CPP spin valve structure is reduced, so that the electrical resistance can be greatly increased as a whole.
【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。In this embodiment, the transmission probability of electrons is reduced, so that the electric resistance can be largely increased as a whole. However, since the spin-dependent scattering effect itself is not impaired, the MR change rate is large. Can be kept.
【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。With the above-described effects, it is possible to provide a CPP spin valve element having a moderate resistance value, which makes good use of the interface resistance while having a spin valve structure.
【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。Also in this embodiment, since the magnetizations of the pinned layer P and the free layer F operate integrally, the magnetization can be controlled only by fixing the magnetization of the pinned layer P and controlling the magnetization of one free layer F. When used in a reading sensor such as a head, it is possible to realize a magnetic head in which Barkhausen noise is suppressed.
【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Ms
t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。In this embodiment, the pinned layers P,
It is possible to obtain a good resistance value and MR ratio while keeping the total thickness of the free layer F thin. That is, in the present configuration, as 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 sufficiently used. Ms of total of layer P and free layer F
In a region where t is small, a sufficient resistance value and MR change rate can be obtained. Specifically, in the conventional configuration, the pin layer P,
Although the thickness of the magnetic material of the free layer F was required to be about 20 nm, this configuration makes it possible to obtain sufficient characteristics even when the total thickness of the magnetic layer is 5 nm or less. Thereby, Mst of the free layer F can be kept at a small value, and a highly sensitive spin valve element can be configured.
【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。Further, since the Mst of the pinned layer P can be reduced, the pinning characteristics of the antiferromagnetic layer A can be improved, and the reliability as a device can be improved.
【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。The material of the resistance adjusting layer R in this embodiment is also the same as that described in the first embodiment.
Semimetals such as Bi, Sb, and C, and so-called zero-gap semiconductors such as ZnSe can be used. 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 metalloid has a small value of 1 eV or less.
【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。For this reason, if a metalloid or a zero-gap semiconductor is sandwiched in the metal layer, a large potential step occurs, and the conduction electrons are reflected. In this configuration, since conduction electrons are also present in the resistance adjustment layer, conduction by conduction electrons is sufficiently larger than the transmission probability of electrons by tunneling, and normal conduction increases the overall resistance value. Dominates. 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 in a minute junction.
【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。It is desirable that the value of the Fermi potential of these materials be in the range of 1 eV to 0 eV. More preferably, the range of 0.5 eV to 0 eV is suitable. The reason for this is as described above with respect to the first embodiment.
【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。As the material of the resistance adjusting layer R in the present embodiment, Au, Ag, or an alloy thereof can be used. However, in this case, it is difficult to form a very large potential step,
It is difficult to obtain a large increase in resistance.
【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。In addition, as a material of the resistance adjusting layer R in the present embodiment, an insulator having a low potential barrier height can be used. In this case, the transmission probability of electrons is determined by the tunnel probability, so that when the barrier is high, the element resistance becomes too high. From this viewpoint, the barrier height is desirably 0.1 eV or less.
【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。In addition, as the resistance adjusting layer R in the present embodiment, an insulator having a pinhole as described above with reference to FIGS. 4 to 6 can be used. In this case, the transmission probability of electrons is determined by the size and density of the pinhole. Here, by setting the pinhole size equal to or smaller than the mean free path of electrons, it is possible to obtain a greater effect of increasing the resistance. Regarding the pinhole density, it is desirable that at least about 10 pinholes are formed in the element area from the viewpoint of reproducibility of element characteristics. However, conversely, only one pinhole may exist in the device. 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】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。In this case, since the transmission probability of the electrons is determined by the electric conduction through the pinhole, the insulator constituting the resistance adjusting layer R has a large barrier height, for example, an Al oxide Or Si oxide can be used. However, a material having a low barrier height such as a Co oxide, a Ni oxide, and a Cu oxide can also be used. Even in such cases, electrical conduction is dominated by the pinhole.
【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。In addition, the thickness of the insulator layer in the present embodiment is 0.5 nm or more in order to easily form a pinhole.
It is desirable to set in the range of 10 nm.
【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。As the method for forming the insulator layer having such a pinhole, the various methods described above with reference to the first embodiment can be used. That is, after forming an extremely thin layer of Al by a method such as sputtering, the layer can be exposed to an oxygen atmosphere for a short time and formed by natural oxidation. Alternatively, it can be formed by a method of applying energy such as exposure to oxygen plasma, irradiation of oxygen ions, irradiation of oxygen radicals, or the like. Further, as a layer to be oxidized, a material which is relatively easily oxidized such as Al-Au and a material which is hardly oxidized are simultaneously formed to form an Al layer.
It can also be formed by forming a granular film of Au and exposing it to oxygen to selectively oxidize only Al. Further, in addition to these, an oxide layer having a pinhole can be formed by forming a film in an oxygen atmosphere.
【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。Further, as another method of forming the insulator layer having such pinholes, for example, fine processing using AFM or the like, or formation of regularly arranged pinholes by self-organization are known. Can also. These details are also as described above with respect to the first embodiment.
【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。On the other hand, the resistance adjusting layer R in the present embodiment
Need not necessarily be composed of only one layer,
It may have a laminated structure of more than layers. The resistance adjusting layer R may include not only one layer but also a plurality of layers in the nonmagnetic intermediate layer S. By inserting a plurality of resistance adjusting layers R into the non-magnetic intermediate layer S in this manner, the probability of simple transmission of electrons can be further reduced, and a CPP-SV with higher resistance can be configured. .
【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。Further, the configuration of the present embodiment can be combined with the various configurations described above as the first embodiment of the present invention. As a result, a CPP spin valve film having a higher resistance can be formed.
【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。In the combination of the second embodiment and the first embodiment, when forming by controlling the positions of the pinholes, the relationship between the positions of the pinholes H in the respective resistance adjusting layers R, R1, R2 is determined. Becomes important. In other words, the position of the pinhole H may be the same between the respective resistance adjustment layers as illustrated in FIG. 19, while the position of the pinhole H may be the same as illustrated in FIG. It is also possible to provide the pinholes H so that the positions thereof are shifted between them.
【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。As shown in FIG. 20, when the position of the pinhole H is shifted, the amount of current can be reduced more effectively, so that a CPP spin valve element with higher resistance can be formed. .
【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、R
1、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。In the case where the positions of the pinholes H are controlled as described above, the respective resistance adjusting layers R, R
1. The relationship between the size of the pinhole H in R2 is also important. In this case, the size of the pinhole H may be the same for all the resistance adjustment layers, but the size of the pinhole H may be different for each resistance adjustment layer. In other words, among the resistance adjusting layers R, R1, and R2, if the pinhole H is formed relatively large on the upstream side with respect to the flow of electrons, the amount of current can be effectively reduced, and the resistance can be further increased. A simple CPP spin valve element can be formed.
【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。Further, the first embodiment according to the second embodiment of the present invention.
Similarly to the first embodiment, the ferromagnetic layer, the ferromagnetic layer / non-magnetic layer laminated structure, the ferromagnetic layer / ferromagnetic layer, Having a configuration such as a laminated structure of the above.
【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。On the other hand, the non-magnetic intermediate layer S according to 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】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。Also, as for the antiferromagnetic layer A in the second embodiment of the present invention, it is desirable to use a metal antiferromagnetic material having excellent magnetization pinning characteristics, as in the first embodiment.
Specifically, PtMn, NiMn, FeMn, IrMn
And the like can be used. It is desirable that the thickness of these layers be as small as possible in view of electrical characteristics. However, if the thickness is too small, the magnetization pinning characteristics are deteriorated. Therefore, it is necessary to select a film thickness that does not decrease the blocking temperature. Therefore, it is desirable that the film thickness be 5 nm or more.
【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。Further, in addition to the above structure, 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 configuration, a so-called dual configuration in which the pinned layer P has two layers may be adopted. These points are also as described above with reference to FIG. 16 regarding the first embodiment.
【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。Further, also in the present 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】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。Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples.
【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。(First Embodiment) First, a first embodiment of the present invention will be described.
【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P
2)/ 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)FIG. 21 is a conceptual diagram showing a sectional configuration of a main part of a magnetoresistive element according to the first embodiment of the present invention.
In forming this magnetoresistive effect element, first, a Cu lower electrode EL1 was laminated to a thickness of 500 nm on a thermally oxidized silicon (Si) substrate (not shown) by a sputtering method, and formed into a 9 μm-wide stripe by photolithography. Thereafter, a 3 μm square CPP-SV film was formed thereon. The film configuration 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) / CoFe 1 nm
(Pin layer P1) / AlOx (resistance adjustment R1) / CoFe 5 nm (pin layer P
2) / Cu 3 nm (nonmagnetic intermediate layer S) / CoFe 5 nm (free layer F) / Cu2 nm (nonmagnetic layer NM1) / AlOx (resistance adjusting layer R2) / Cu2nm (nonmagnetic layer NM2) / Ta5 nm (protective layer C) )
【0156】ここで、抵抗調整層となるAlOxは、A
l(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R
1、R2として機能する。Here, AlOx serving as a resistance adjusting layer is made of A
After a film of 1 (aluminum) was formed, the film was exposed to an oxygen atmosphere to form Al by self-oxidation. In this embodiment, AlOx having a pinhole (not shown) was formed by depositing Al to a thickness of 1 nm and exposing it to oxygen by 1 k Langmuir. That is, in the present embodiment, the AlOx layer provided with the pinhole is the resistance adjusting layer R
1, function as R2.
【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。An AlOx film Z for insulation was further formed on the spin valve structure, and a hole of 0.1 μm square was formed.
An upper electrode EL2 was formed by stacking Cu (copper) thereon to a thickness of about 500 nm by a sputtering method. In the present embodiment, the configuration described above makes it possible to measure the CPP-SV characteristic through a 0.1 μ square hole of the insulating AlOx film Z.
【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。As a result of the measurement at room temperature, the element resistance was 7Ω.
And the rate of change in resistance was 10%.
As a result, a resistance change of 0.7Ω was obtained. Further, it was confirmed that the magnetization of the pinned layer P was satisfactorily fixed, and the magnetization of the laminated structure constituting the pinned layer P was moving integrally. In addition, Hc of the free layer F was also small, and it was confirmed that the magnetization moved integrally with the external magnetic field.
【0159】(比較例1)まず、熱酸化シリコン(S
i)基板上にスパッタ法によってCu下電極を500n
m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CP
P−SVを成膜した。その膜構成は、以下の通りであ
る。(Comparative Example 1) First, thermally oxidized silicon (S
i) A Cu lower electrode of 500 n is formed on the substrate by sputtering.
m, and formed into a stripe having a width of 9 μm by photolithography. After that, a 3 μm square CP
P-SV was deposited. The film configuration is as follows.
【0160】Ta5nm(バッファ層)/NiFe2n
m(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。Ta5 nm (buffer layer) / NiFe2n
m (buffer layer) / PtMn 15 nm (antiferromagnetic layer) / CoFe 5 nm (pinned layer) / Cu 3 nm (nonmagnetic intermediate layer) / CoFe 5 nm (free layer) / Cu2 nm (nonmagnetic layer) / Ta5 nm (protective layer) Further, an AlOx insulating film similar to that of FIG. 21 was formed, and a 0.1 μm square hole was formed in AlOx. An upper electrode was formed by stacking Cu thereon to a thickness of 500 nm by a sputtering method. As a result of the measurement at room temperature, the element resistance was 3Ω, and the rate of change in resistance was only 3%. That is, in the present comparative example, only the resistance change amount of 0.09Ω was obtained, and the change amount was about 8 of the first embodiment.
【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)(Second Embodiment) As in the first embodiment, first, a Cu lower electrode is laminated to a thickness of 500 nm on a thermally oxidized silicon (Si) substrate by a sputtering method, and formed into a stripe shape having a width of 9 μm by photolithography. did. afterwards,
A 3 μm square CPP-SV was formed thereon. The film configuration is as follows. Ta 5 nm (buffer layer B) / NiFe 2 nm (buffer layer B) / PtMn 15 nm (antiferromagnetic layer A) / CoFe 1 nm
(Ferromagnetic layer FM1) / AlOx (resistance adjusting layer R1) / CoFe1nm (ferromagnetic layer FM2) / Cu1nm (nonmagnetic layer NM1) / CoFe1nm (ferromagnetic layer FM3) / Cu 1nm (nonmagnetic layer NM2) / CoFe1 nm (ferromagnetic layer FM4) / Cu3 nm (nonmagnetic intermediate layer S) / CoFe1 nm (ferromagnetic layer FM5) / Cu1 nm (nonmagnetic layer NM3) / CoFe1 nm (ferromagnetic layer FM6) / Cu1 nm ( Nonmagnetic layer NM4) / CoFe1 nm (ferromagnetic layer FM7) / Cu2 nm (nonmagnetic layer NM5) / AlOx (resistance adjustment layer R2) / Cu2 nm (nonmagnetic layer NM6) / Ta5 nm (protective layer 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。In the above laminated structure, the ferromagnetic material layer FM1
To the ferromagnetic layer FM4 constitute a pinned layer P. Further, a stack of the ferromagnetic layer FM5 to the ferromagnetic layer FM7 or the nonmagnetic layer NM6 constitutes a free layer F.
【0163】また、抵抗調整層R1、R2を構成するA
lOx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。Further, A constituting the resistance adjusting layers R1 and R2.
IOx was formed as an AlOx layer having a pinhole by the same method as in the first embodiment.
【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。On the spin valve structure, an AlOx film for insulation was formed in the same manner as in FIG. 21, and a hole of 0.1 μm square was formed. An upper electrode EL2 was formed by stacking Cu thereon to a thickness of 500 nm by a sputtering method. In the present embodiment, the above configuration makes it possible to measure the CPP-SV characteristic through a 0.1 μ square hole of the insulating AlOx film.
【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。As a result of the measurement at room temperature, the element resistance was 9Ω.
And a value of 20% was obtained as the resistance change rate. That is, a resistance change of 1.8Ω was obtained. In addition, it was confirmed that the pinned layer P was satisfactorily fixed in magnetization, and the magnetization of the pinned laminated structure was moving integrally. In addition, Hc of the free layer F was small, and it was confirmed that the magnetization moved integrally with the external magnetic field.
【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3
8、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3
5、磁化自由層36は磁気抵抗効果膜を構成する。(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 31 is a conceptual diagram of the structure of the magnetoresistive element according to the third embodiment of the present invention as viewed from the cross section of the film. As shown in FIG. 31, the magnetoresistive element of this embodiment has a lower electrode 31, an underlayer 32,
An antiferromagnetic layer 33, a magnetization fixed layer 34, a nonmagnetic intermediate layer 35,
Magnetization free layer 36, nonmagnetic metal layer 37, nonmagnetic compound layer 3
8 and an upper electrode 39 in this order. The antiferromagnetic layer 33, the pinned layer 34, the nonmagnetic intermediate layer 3
5. The magnetization free layer 36 forms a magnetoresistive film.
【0167】非磁性化合物層38は、B、Si、Ge、
Ta、W、Nb、Al、Mo、P、V、As、Sb、Z
r、Ti、Zn、Pb、Th、Be、Cd、Sc、L
a、Y、Pr、Cr、Sn、Ga、Cu、In、Rh、
Pd、Mg、Li、Ba、Ca、Sr、Mn、Fe、C
o、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。The nonmagnetic compound layer 38 is made of B, Si, Ge,
Ta, W, Nb, Al, Mo, P, V, As, Sb, Z
r, Ti, Zn, Pb, Th, Be, Cd, Sc, L
a, Y, Pr, Cr, Sn, Ga, Cu, In, Rh,
Pd, Mg, Li, Ba, Ca, Sr, Mn, Fe, C
It is composed of at least one selected from oxides, nitrides, borides, and carbides of o, Ni, and Rb. Further, it is more preferable that the nonmagnetic compound layer 38 is crystalline.
Substances that can easily obtain crystallinity include B, Si, Ge, W,
Nb, Mo, P, V, Sb, Zr, Ti, Zn, Pb,
An oxide containing at least one selected from Cr, Sn, Ga, Fe, and Co can be used. In this specification, the crystalline means that the nonmagnetic compound layer is made of a single crystal or polycrystal. It does not mean a state in which fine crystals are scattered in the amorphous. This is a cross section TEM (Transmission Electron Microscopy)
For example, it can be easily confirmed by observing a lattice image. For example, if an ordered arrangement is observed, it can be said that the substance is crystalline. Alternatively, in the electron beam diffraction image,
When a spot-like pattern is observed, the irradiation range of the electron beam is substantially a single crystal and can be determined to be crystalline. When a ring-shaped pattern is obtained, the irradiation range of the electron beam is in a polycrystalline state and can be determined to be crystalline. The state of epitaxial growth with the lower layer can be confirmed by observing the lattice image.
【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。The non-magnetic compound layer 38 has the effect of increasing the film thickness by the electron reflection effect, and can increase the output. When the non-magnetic compound layer 38 contains a metal phase, a semi-metal phase, a half-metal phase in the layer, or has a film quality in which a pinhole is vacant, the non-magnetic compound layer 38 has an effect of reducing the current and is effectively The effect of increasing the current density occurs. Therefore, the output increases. In order to obtain such an effect, if the ratio of the nonmagnetic compound phase to the metal phase is too large at this time, the resistance will increase too much and the heat generation of the element will increase, deteriorating the characteristics of the element.
Therefore, the metal layer portion is desirably 2% or more.
Also, if the metal phase portion is too large, the effect of increasing the current density is weakened, so it is desirable that the content is at least 30% or less.
【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。The existence of a metal phase or a pinhole in the layer can be confirmed by observing a lattice image of a cross-sectional TEM. That is, when there is a portion in the nonmagnetic compound layer that is epitaxially connected to the upper and lower metal layers, this portion can be said to be a metal phase. Further, by performing composition analysis in the nonmagnetic compound layer, the presence or absence of a metal phase can be confirmed. That is, if the oxygen concentration, the nitrogen concentration, or the fluorine concentration or the boron concentration is less than 20% in composition ratio, it can be said that the material is substantially a metal phase.
【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1
00%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。The average diameter of the metal phase portion or the pinhole portion is 10% to 1% with respect to the sum of the thicknesses of the magnetization free layer, the nonmagnetic intermediate layer and the magnetization fixed layer.
It is desirably in the range of 00%. If it is 10% or less, the increase in resistance due to narrowing is too large, and is not practical. Conversely, if it is 100% or more, the current spreads too much, and the narrowing effect cannot be obtained. In the case where the magnetization pinned layer is antiferromagnetically coupled via 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 film thicknesses must be calculated.
【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10
0nm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。It is desirable that the in-plane spacing of such a metal phase portion or a pinhole portion is in the range of 1 nm to 100 nm. If the thickness is less than 1 nm, the current once narrowed will overlap near the non-magnetic compound layer, and the effect will be degraded. Also 10
If it is 0 nm or more, the number of existing elements in the actual device is 1
, The characteristics are stochastically dispersed.
【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、M
o、P、V、Sb、Zr、Ti、Zn、Pb、Cr、S
n、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。When the nonmagnetic compound layer 38 is amorphous, the steepness of the electron potential at the film interface is lost,
Since elastic scattering is suppressed, a very large electron reflection effect cannot be obtained, and an increase in output cannot be expected. In the case of amorphous, the structure is unstable and the heat resistance is deteriorated, which causes output deterioration. In order to obtain a crystalline nonmagnetic compound layer, for example, B, Si, Ge, W, Nb, M
o, P, V, Sb, Zr, Ti, Zn, Pb, Cr, S
A compound selected from oxides of rare earth metals such as n, Ga, Fe, and Co is desirable for obtaining crystallinity.
【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0.5
nm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。The nonmagnetic compound layer 38 has a thickness of 0.2 nm.
Below, the thickness must be 0.2 nm or more in order to easily change its form by thermal diffusion. Also,
On the other hand, when the thickness is 10 nm or more, the resistance of the element increases, causing excessive heat generation when a sense current is applied, which causes output deterioration. More preferably 0.5
It is desirable to be in the range of 5 nm to 5 nm. However, when the nonmagnetic compound layer 38 is formed of a semi-metal, a half-metal,
And this is not the case when the compound is a metal.
【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、I
r、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。The non-magnetic metal layer 37 comprises a non-magnetic compound layer 38
In order to stabilize the compound, it is desirable to use an element having low reactivity. For example, Cu, Au, Ag, Ru, I
A metal layer containing at least one selected from r, Re, Rh, Pt, Pd, and Os is also effective from this viewpoint. Al can also be used for the nonmagnetic metal layer 37, but at this time, the nonmagnetic compound layer 38 is preferably made of a material that is more easily oxidized than Al. When comparing the nonmagnetic metal layer 37 with the nonmagnetic compound layer 38, the nonmagnetic compound layer 38 is preferably a compound of an element mainly containing an element different from the element of the nonmagnetic metal layer 37. This is because, when the binding energies of oxygen, nitrogen, carbon, and boron are the same, oxygen is easily diffused, and it is difficult to maintain the thermal stability of the nonmagnetic compound layer 38. However, compounds that are very resistant to diffusion can be made depending on the method of making the compound. For example, the ions of the elements that combine
Compounds formed by generating plasma and radicals and irradiating the metal layer are very stable, and do not show very remarkable diffusion between the compound phase of the same kind of metal element and the metal phase.
Furthermore, the compound layer and the above-mentioned Cu, Au, Ag, Ru, Ir, Re, Rh,
A combination with a nonmagnetic metal layer containing at least one selected from Pt, Pd, Al, and Os has very good thermal stability.
【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100n
m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。The non-magnetic compound layer 38 does not necessarily have to be in the form of a layer as shown in FIG. 32, and may be formed in the form of an island inside the non-magnetic metal layer 37. Also in this case, the materials required for the non-magnetic metal layer 37 and the non-magnetic compound layer 38 are the same as those in FIG. It is desirable that the in-plane spacing of such an island compound is in the range of 1 nm to 100 nm. If the thickness is less than 1 nm, the current once narrowed will overlap near the non-magnetic compound layer, and the effect will be degraded. Also 100n
If it is not less than m, the actual number of elements present in the device will be on the order of one to three, and the variation in characteristics will increase stochastically. Further, it is desirable that the in-plane area ratio of the island portion and the metal portion therebetween is in the range of 2% to 30%.
【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、P
t、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。In order to form a metal phase portion or a structure in which a pinhole is formed in the nonmagnetic compound layer described above, it is preferable to combine substances having different oxidation energies. In particular, the substances forming the metal phase portion include the above-mentioned Cu, Au, Ag, Ru, Ir, Re, Rh, P
It is desirable that a metal containing at least one selected from t, Pd, Al, and Os be a main component. At this time, when 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. Therefore, the atoms forming the metal phase,
It is desirable that the atoms forming the compound phase be substantially insoluble.
【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,M
o,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,M
o,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。For example, when the main component of the metal phase portion is Cu, the main components forming the nonmagnetic compound layer are B, Fe, M
It is preferable that at least one selected from the group consisting of o, Pb, Ta, Cr, V, Si, Sb, and Ge is the main component. More preferably, B, Fe, M which tends to be crystalline
It is preferable that at least one selected from the group consisting of o, Pb, Cr, V, Si, Sb, and Ge is the main component.
【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,G
e,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。For example, when the main component of the metal phase portion is Au, the main components forming the nonmagnetic compound layer are B, Fe, G
It is preferable that at least one selected from e, Mo, P, Rh, Si, W, and Cr is a main component. More preferably, B, Fe, Mo, P, Si, W,
It is desirable that at least one selected from Cr is a main component.
【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,C
o,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。For example, when the main component of the metal phase portion is Ag, the main components forming the nonmagnetic compound layer are B, Be, C
o, Cr, Fe, Mo, Pb, Si, Ta, V, W, Ge, Sn,
It is desirable that at least one selected from Al and Rh is a main component. More preferably, B, Be, Co, Cr, Fe, Mo, Pb, Si, V,
At least one selected from W, Ge, Sn, Al, Rh
It is desirable that one is the main component.
【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。For example, when the main component of the metal phase portion is Pt, it is preferable that the main component forming the non-magnetic compound layer is W as the main component.
【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。For example, when the main component of the metal phase portion is Pd, it is preferable that the main component forming the nonmagnetic compound layer be W and Cr.
【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。As a means for forming the above-mentioned combination of the metal phase and the non-magnetic compound phase, a non-magnetic compound may be formed in the layer of the substance forming the metal phase or at the interface. As a method for forming the non-magnetic compound, the non-magnetic compound may be formed by irradiating a reactive gas after film formation, or the non-magnetic compound may be directly laminated by sputtering or the like.
【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。As another means for forming the above-mentioned combination of the metal phase and the non-magnetic compound phase, a method of forming an alloy layer of a material forming the metal phase and a material forming the non-magnetic compound layer, It can also be formed by irradiating a gas. 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-mentioned insoluble materials. These are non-solid solutions, but a target can be created by sintering, or a mosaic of two substances may be used.
【0184】下部電極31には、Cu、Au、Ag、R
u、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。The lower electrode 31 is made of Cu, Au, Ag, R
u, Ir, Re, Rh, Pt, Pd, Al, Os, Ni
A metal containing a substance selected from the above is used. The underlayer 32 includes NiFeCr, Ta / NiFeCr, Ta /
Ru, Ta / NiFe, Ta / Cu, Ta / Au and the like are used. The laminated structure of Ta and fcc or a metal layer of HCP is important for obtaining good film growth. In particular, in order to obtain good soft magnetism of the magnetization free layer, the fcc structure
It is important to obtain the (111) orientation, and the structure of the underlayer 32 is required.
【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C
PP型の磁気抵抗効果素子を得ることができる。This embodiment also has an appropriate resistance value, a large MR change amount, and a C value which is magnetically highly sensitive.
A PP type magnetoresistive element can be obtained.
【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。(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 33 is a conceptual diagram of the structure of the magnetoresistive element according to the third embodiment of the present invention as viewed from the cross section of the film. The magnetoresistive element according to this embodiment includes a lower electrode 31, an underlayer 32, an antiferromagnetic layer 33, a pinned layer 34, a nonmagnetic intermediate layer 35, a magnetization free layer 36, a nonmagnetic metal layer 37, and a nonmagnetic compound layer. 38 and an upper electrode 39 in this order. The antiferromagnetic layer 33,
The magnetization fixed layer 34, the nonmagnetic intermediate layer 35, and the magnetization free layer 36 form a magnetoresistive film.
【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3
8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。The non-magnetic intermediate layer 35 has a non-magnetic compound layer 38.
And mixed state. At this time, as shown in FIG. 34, the nonmagnetic compound 38 may be precipitated in the nonmagnetic intermediate layer 35 or may be granular. The nonmagnetic compound 38 may penetrate the nonmagnetic intermediate layer 35 in a direction perpendicular to the plane (see FIG. 35). Further, it is not always necessary to be in the film of the nonmagnetic intermediate layer 35, and it may be formed at the interface (see FIG. 36). By forming such a structure, there is an effect that the element size is effectively reduced and the current density is increased, and the output can be increased. As described in the third embodiment, such a current narrowing effect is also effective when formed on the side opposite to the nonmagnetic intermediate layer 35 when viewed from the magnetization free layer 36, but in the present embodiment. The narrowing effect is stronger when it is formed almost at the center of the portion directly related to the magnetoresistance effect as shown in FIG. If the nonmagnetic compound layer 38 is amorphous, thermal diffusion may occur, which may adversely affect the mean free path in the nonmagnetic intermediate layer 35. For this reason, crystalline is preferred. At this time, the nonmagnetic compound layer 3
If the ratio of 8 is too large, the resistance will increase too much and the heat generation of the element will increase, thus deteriorating the characteristics of the element. Therefore, the metal layer portion is desirably 2% or more. Also, if the metal phase portion is too large, the effect of increasing the current density is weakened, so it is desirable that the content is at least 30% or less.
【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。The existence of a metal phase or a pinhole in the layer can be confirmed by observing a lattice image of a cross-sectional TEM. That is, when there is a portion in the nonmagnetic compound layer that is epitaxially connected to the upper and lower metal layers, this portion can be said to be a metal phase. Further, by performing composition analysis in the nonmagnetic compound layer, the presence or absence of a metal phase can be confirmed. That is, if the oxygen concentration, the nitrogen concentration, or the fluorine concentration or the boron concentration is less than 20% in composition ratio, it can be said that the material is substantially a metal phase.
【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。However, in order to obtain a good magnetoresistance effect, it is important that electrons pass through the non-magnetic intermediate layer without being scattered. Therefore, the oxygen concentration, or nitrogen concentration, or the fluorine concentration or boron concentration,
Desirably, the composition ratio is less than 15%.
【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1
00%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。The average diameter of the metal phase portion or the pinhole portion is 10% to 1% with respect to the sum of the thicknesses of the magnetization free layer, the nonmagnetic intermediate layer and the magnetization fixed layer.
It is desirably in the range of 00%. If it is 10% or less, the increase in resistance due to narrowing is too large, and is not practical. Conversely, if it is 100% or more, the current spreads too much, and the narrowing effect cannot be obtained. In the case where the magnetization pinned layer is antiferromagnetically coupled via 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 film thicknesses must be calculated.
【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。It is desirable that the in-plane spacing of such a metal phase portion or a pinhole portion is in the range of 1 nm to 100 nm. If the thickness is less than 1 nm, the current once narrowed will overlap near the non-magnetic compound layer, and the effect will be degraded. More preferably, the thickness is 10 nm or more. If the thickness is 100 nm or more, the actual number of elements present in the device becomes about 1 to 3 levels, and the variation in characteristics increases stochastically.
【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。In order to form a metal phase portion in the non-magnetic compound layer or to form a structure in which a pinhole is formed as described above, it is preferable to combine substances having different oxidation energies. In particular, as the substance forming the metal phase portion in the non-magnetic intermediate layer, the above-mentioned Cu, Au, Ag, Ru, Ir,
It is desirable that a metal containing at least one selected from Re, Rh, Pt, Pd, Al, and Os be a main component.
At this time, when 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. Therefore, it is desirable that the atoms forming the metal phase and the atoms forming the compound phase are substantially insoluble.
【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,M
o,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,P
b,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。For example, when the main component of the metal phase portion is Cu, the main components forming the nonmagnetic compound layer are B, Fe, M
It is preferable that at least one selected from o, Pb, Ta, Cr, V, Si, Sb, and Ge is a main component.
More preferably, B, Fe, Mo, P
It is preferable that at least one selected from b, Cr, V, Si, Sb, and Ge is a main component.
【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,G
e,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。For example, when the main component of the metal phase portion is Au, the main components forming the nonmagnetic compound layer are B, Fe, G
It is preferable that at least one selected from e, Mo, P, Rh, Si, W, and Cr is a main component. More preferably, B, Fe, Mo, P, Si, W,
It is desirable that at least one selected from Cr is a main component.
【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,C
o,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。For example, when the main component of the metal phase portion is Ag, the main components forming the nonmagnetic compound layer are B, Be, C
o, Cr, Fe, Mo, Pb, Si, Ta, V, W, Ge, Sn,
It is desirable that at least one selected from Al and Rh is a main component. More preferably, B, Be, Co, Cr, Fe, Mo, Pb, Si, V,
At least one selected from W, Ge, Sn, Al, Rh
It is desirable that one is the main component.
【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。For example, when the main component of the metal phase portion is Pt, it is desirable that the main component forming the non-magnetic compound layer be W as the main component.
【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。For example, when the main component of the metal phase portion is Pd, it is preferable that the main component forming the non-magnetic compound layer be W and Cr.
【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。As a means for forming the above-mentioned combination of the metal phase and the non-magnetic compound phase, a non-magnetic compound may be formed in the layer of the substance forming the metal phase or at the interface. As a method for forming the non-magnetic compound, the non-magnetic compound may be formed by irradiating a reactive gas after film formation, or the non-magnetic compound may be directly laminated by sputtering or the like.
【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。As another means for forming the above-mentioned combination of the metal phase and the non-magnetic compound phase, a method of forming an alloy layer of a substance forming the metal phase and a non-magnetic compound layer and then forming It can also be formed by irradiating a gas. Such an alloy layer can be formed, for example, by laminating an alloy target by sputtering or the like. The alloy target is preferably made of a combination of the above-mentioned insoluble materials. These are non-solid solutions, but a target can be created by sintering, or a mosaic of two substances may be used.
【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C
PP型の磁気抵抗効果素子を得ることができる。This embodiment also has an appropriate resistance value, a large MR change amount, and a C value which is magnetically highly sensitive.
A PP type magnetoresistive element can be obtained.
【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。(Fifth Embodiment) Next, as a fifth embodiment of the present invention, a magnetic head using the magnetoresistance effect element of the present invention will be described.
【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CP
Pタイプの素子である。また、一対の磁気ヨーク10
2、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10
6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。FIG. 22 is a conceptual perspective view showing a main configuration of a magnetic head using the magnetoresistive element of the present invention. That is, the magnetic head of the present invention has a pair of magnetic yokes 102, 102 arranged facing the recording medium 200. On the magnetic yokes 102, 102, a magnetoresistive element 104 magnetically coupled thereto is provided. The magneto-resistance effect element 104 is a CP of the present invention as described above with reference to FIGS. 1 to 21 and 31 to 34.
It is a P-type element. Also, a pair of magnetic yokes 10
A pair of bias layers 106 and 106 are formed at both ends so as to straddle 2 and 102. Bias layer 10
Numeral 6 is made of an antiferromagnetic material or a ferromagnetic material, and acts so as to direct the magnetization of the magnetic yoke 102 and the free layer of the magnetoresistive element 104 in a direction perpendicular to the recording magnetic field, that is, in the y direction in FIG.
【0203】記録媒体200には、記録トラック200
T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10
4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。The recording medium 200 includes a recording track 200
T is formed, and the recording bits 200B are arranged. Signal magnetization as illustrated by the arrows is formed in each recording bit 200B, and a signal magnetic flux from these recording bits is given to a magnetic circuit connecting the magnetic yoke 102 and the magnetoresistive element 104. Magnetoresistive element 10
When the magnetic field of the recording bit 200B is applied to 4, the magnetization of the free layer rotates in the plane from the y direction by the bias layer 106. Then, the change in the magnetization direction is detected as a change in the magnetic resistance.
【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。In order to match the magnetic detection area of the magnetoresistive element 104 with the size of the recording bit 200B, the contact of the electrode of the magnetoresistive element 104 is limited to an area corresponding to the width W of the recording track shown in FIG. It is formed.
【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。According to the present invention, the magnetoresistance effect element 104
By using the CPP type element of the present invention as described above with reference to FIGS. 1 to 21 and FIGS. 31 to 34, it is possible to achieve both an appropriate element resistance and a large change in magnetoresistance. That is, it is possible to realize a magnetic head having much higher sensitivity and more stable reliability than the conventional one.
【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。In the present embodiment, the magnetic head adapted to the magnetic recording medium of the longitudinal (in-plane) recording method has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
The same effect can be obtained by applying the magnetoresistive element of the present invention similarly to a magnetic head adapted to a perpendicular recording medium.
【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3
1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。(Sixth Embodiment) Next, as a sixth embodiment of the present invention, a magnetic recording / reproducing apparatus using the magnetoresistive element of the present invention will be described. 1 to 21 and 3
The magnetoresistance effect element of the present invention as described above with reference to FIGS. 1 to 34 is mounted on a magnetic head as exemplified in FIG. 22, and is incorporated in, for example, a magnetic recording / reproducing integrated magnetic head assembly to form a magnetic recording / reproducing apparatus. Can be applied.
【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。FIG. 23 is a perspective view of an essential part illustrating a schematic configuration of such a magnetic recording / reproducing apparatus. That is, the magnetic recording / reproducing device 150 of the present invention is a device using a rotary actuator. In the figure, a longitudinal recording or perpendicular recording magnetic disk 200 is mounted on a spindle 152 and is rotated in the direction of arrow A by a motor (not shown) responding to a control signal from a drive controller (not shown). A head slider 153 for recording and reproducing information stored in the magnetic disk 200 is attached to a tip of a thin-film suspension 154. here,
The head slider 153 has, for example, a magnetic head on which the magnetoresistive element of the present invention described above in the first and second embodiments is mounted, near the tip thereof.
【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。When the magnetic disk 200 rotates, the medium facing surface (ABS) of the head slider 153 is held at a predetermined flying height from the surface of the magnetic disk 200.
【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。The suspension 154 is connected to one end of an actuator arm 155 having a bobbin for holding a drive coil (not shown). The other end of the actuator arm 155 is provided with a voice coil motor 156, which is a type of linear motor. The voice coil motor 156 includes a drive coil (not shown) wound around a bobbin portion of the actuator arm 155, and a magnetic circuit including a permanent magnet and an opposing yoke which are arranged opposite to sandwich the coil.
【0211】アクチュエータアーム155は、固定軸1
57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。[0211] The actuator arm 155 is
It is held by ball bearings (not shown) provided at two positions above and below 57, and can be freely rotated and slid by a voice coil motor 156.
【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1
60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。FIG. 24 is an enlarged perspective view of the magnetic head assembly ahead of the actuator arm 155 as viewed from the disk side. That is, the magnetic head assembly 1
Numeral 60 has an actuator arm 151 having a bobbin for holding a drive coil, for example. A suspension 154 is connected to one end of the actuator arm 155.
【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。At the tip of the suspension 154, a head slider 153 having a reproducing magnetic head using the magnetoresistive element of the present invention is attached. A recording head may be combined. The suspension 154 has lead wires 164 for writing and reading signals, and the lead wires 164 are electrically connected to the respective electrodes of the magnetic head incorporated in the head slider 153. In the figure, reference numeral 165 denotes an electrode pad of the magnetic head assembly 160.
【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。Here, between the medium facing surface (ABS) of the head slider 153 and the surface of the magnetic disk 200,
A predetermined flying height is set.
【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。Slider 153 on which magnetic head 10 is mounted
Operate in a state of flying above the surface of the magnetic disk 200 by a predetermined distance. According to the present invention, even in such a “floating traveling type” magnetic recording / reproducing apparatus, it is possible to perform reproduction with higher resolution and lower noise than before.
【0216】一方、磁気ヘッド10と磁気ディスク20
0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。On the other hand, the magnetic head 10 and the magnetic disk 20
"Contact traveling type" that positively contacts 0 and travels
It is needless to say that the magnetic recording / reproducing apparatus can reproduce with higher resolution and lower noise than before.
【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。The embodiments of the present invention have been described with reference to the examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
【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。For example, as for the structure as a spin valve element and the material of each layer, the same effect can be obtained by applying the present invention to all 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】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。Further, the structure of the magnetic head, the material and the shape of each component constituting the magnetic head, etc. are not limited to those described above as specific examples, and all the ranges that can be selected by those skilled in the art are similarly used. It can be effective.
【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。Further, the magnetic recording / reproducing apparatus may be one that performs only reproduction or one that performs recording / reproduction, and the medium is not limited to a hard disk. Any magnetic recording medium such as a magnetic card can be used.
Further, the apparatus may be a so-called "removable" type apparatus in which the magnetic recording medium is removable from the apparatus.
【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。Further, the magnetoresistance 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, or alone. That is, the present invention is also applicable to a “magnetic memory device (MRAM)” in which magnetic memory cells are integrated.
【0222】[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。As described in detail above, according to the present invention,
It is possible to provide a CPP type magnetoresistive element having an appropriate resistance value, a large MR change amount, and high magnetic sensitivity.
【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。As a result, it is possible to reliably read magnetic information from smaller recording bits than in the past, and it is possible to greatly improve the recording density of a 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 industrial advantages are great.
【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。FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional structure of a magnetoresistive element according to a first embodiment of the present invention.
【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。2 (a) shows the case where the magnetization of the pinned layer P and the free layer F are parallel, and FIG. 2 (b) shows the case where the potential felt by the electrons is up-spin and down-spin when anti-parallel. It is an illustrated graph.
【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。3A illustrates the case where the magnetization of the pinned layer and the free layer are parallel, and FIG. 3B illustrates the case where the potential felt by electrons is up spin and down spin when antiparallel. It is a graph.
【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。FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional configuration of a specific example of the magnetoresistive element of the present invention.
【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。5A is a configuration in which the position of a pinhole H is the same between upper and lower electron reflection layers R1 and R2, and FIG.
This shows a configuration in which the position of the pinhole H is shifted between the upper and lower electron reflection layers R1 and R2.
【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。FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating a configuration including two or more resistance adjustment layers R1A and R1B or R2A and R2B.
【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。FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a configuration in which a resistance adjusting layer R2 is not inserted into a ferromagnetic layer FM but is sandwiched and arranged between nonmagnetic layers NM1 and NM2.
【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。FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating a configuration employing a stacked structure of a ferromagnetic layer FM and a non-magnetic layer NM.
【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。FIG. 9 is a conceptual diagram showing a configuration employing a laminated film of two or more ferromagnetic materials.
【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。FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a case where a ferromagnetic layer sandwiching a resistance adjustment layer is formed of two or more types of ferromagnetic layers.
【図11】fcc構造の強磁性体層FM(fcc)とb
cc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。FIG. 11 shows a ferromagnetic layer FM (fcc) having an fcc structure and b
It is a conceptual diagram showing the structure combined with the ferromagnetic material layer FM (bcc) of a cc structure.
【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。FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a configuration in which a nonmagnetic layer NM has a stacked structure of a first nonmagnetic layer NM1 and a second nonmagnetic layer NM2.
【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。FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating a configuration employing a stacked structure of a ferromagnetic material layer FM1 / ferromagnetic material layer FM2.
【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。FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating another specific example when a plurality of ferromagnetic layers are provided.
【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。FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating another specific example when a plurality of ferromagnetic layers are provided.
【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。FIG. 16 is a conceptual diagram showing a configuration employing a so-called synthetic antiferromagnetic structure.
【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。FIG. 17 is a conceptual diagram showing a configuration employing a base layer (buffer layer) B and a protective layer C.
【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FIG. 18 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional structure of a magneto-resistance effect element according to a second embodiment of the present invention.
【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。FIG. 19 is a conceptual diagram illustrating a configuration in which pinholes are located at the same location between the respective resistance adjustment layers.
【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。FIG. 20 is a conceptual diagram illustrating a configuration in which the positions of pinholes H are shifted between the respective resistance adjustment layers.
【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。FIG. 21 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional configuration of a main part of the magnetoresistance effect element according to the first example of the present invention.
【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。FIG. 22 is a conceptual perspective view illustrating a main part configuration of a magnetic head using the magnetoresistive element of the present invention.
【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。FIG. 23 is a perspective view of an essential part illustrating a schematic configuration of a magnetic recording / reproducing apparatus.
【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。FIG. 24 is an enlarged perspective view of the magnetic head assembly ahead of the actuator arm 155 as viewed from the disk side.
【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。FIG. 25 is a conceptual diagram illustrating a schematic cross-sectional structure of a spin valve film.
【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。FIG. 26 is a conceptual diagram showing a generally used current supply method.
【図27】スピンバルブ膜の断面構成を表す概念図であ
るFIG. 27 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional configuration of a spin valve film.
【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。FIG. 28 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional structure of a CPP-artificial lattice element.
【図29】CPP−SV素子の断面構成を表す概念図で
ある。FIG. 29 is a conceptual diagram illustrating a cross-sectional configuration of a CPP-SV element.
【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。FIG. 30 is a diagram illustrating the configuration and operation of a specific example of a resistance adjustment layer.
【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。FIG. 31 is a sectional view showing the configuration of a magnetoresistive element according to a third embodiment;
【図32】第3実施形態の変形例の構成を示す断面図。FIG. 32 is a sectional view showing the configuration of a modification of the third embodiment.
【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。FIG. 33 is a sectional view showing the configuration of the magnetoresistive element according to the fourth embodiment;
【図34】第4実施形態の変形例の構成を示す断面図。FIG. 34 is a sectional view showing a configuration of a modification of the fourth embodiment.
【図35】第4実施形態の変形例の構成を示す断面図。FIG. 35 is a sectional view showing a configuration of a modification of the fourth embodiment.
【図36】第4実施形態の変形例の構成を示す断面図。FIG. 36 is a sectional view showing a configuration of a modification of the fourth embodiment.
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 A antiferromagnetic layer P magnetization pinned layer (pin layer) R, R1, R2 resistance adjustment layer FM ferromagnetic layer NM nonmagnetic 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 nonmagnetic 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 axis
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01F 10/32 G01R 33/06 R (72)発明者 永 田 友 彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 與 田 博 明 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 鴻 井 克 彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 吉 川 将 寿 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 岩 崎 仁 志 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 佐 橋 政 司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 高 岸 雅 幸 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 2G017 AA10 AD55 5D034 BA03 5E049 AA01 AA04 AA09 AC00 AC05 BA12 CB02 DB12 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat II (Reference) H01F 10/32 G01R 33/06 R (72) Inventor Tomohiko Nagata 1-1-1, Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture. Inside the Toshiba Research and Development Center Co., Ltd. (72) Inventor Hiroaki Yoda No. 1, Komukai Toshiba-cho, Yuki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Research and Development Center Co., Ltd. (72) Inventor Katsuhiko Kounoi Kawasaki, Kanagawa Prefecture No. 1, Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Toshiba R & D Center, Inc. Hitoshi Iwasaki 1 Toshiba, Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba R & D Center (72) Inventor Masaji Sabashi 1-Toshiba-cho, Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Development Center (72) Inventor Masayuki Takagishi 1st plant, Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Company Toshiba Research and Development Center in the F-term (reference) 2G017 AA10 AD55 5D034 BA03 5E049 AA01 AA04 AA09 AC00 AC05 BA12 CB02 DB12
Claims (20)
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 having a magnetization direction substantially fixed to one side; a magnetization free layer having a ferromagnetic film having a magnetization direction that changes in accordance with an external magnetic field; A magnetoresistive film having a non-magnetic intermediate layer provided between the free layer and the magnetization fixed layer; and the magnetoresistive film for applying a current in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive film. A magnetoresistive effect comprising: a pair of electrodes electrically connected to each other; and a resistance adjustment layer containing oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride as a main component. element.
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、 前記磁気抵抗効果膜を通過するセンス電流の通過量を制
限する抵抗調整層と、を備えたことを特徴とする磁気抵
抗効果素子。2. 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, A magneto-resistance effect film having a non-magnetic intermediate layer provided between the free layer and the magnetization fixed layer; and the magneto-resistance effect film for applying a current in a direction perpendicular to a film surface of the magneto-resistance effect film. A magnetoresistive element, comprising: a pair of electrodes electrically connected to each other; and a resistance adjusting layer that restricts an amount of sense current passing through the magnetoresistive film.
口率でピンホールを有することを特徴とする、請求項1
記載の磁気抵抗効果素子。3. The resistance adjustment layer according to claim 1, wherein the resistance adjustment layer has a pinhole with an aperture ratio of 50% or less.
The magnetoresistive element according to any one of the preceding claims.
で構成されていることを特徴とする請求項1記載の磁気
抵抗効果素子。4. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein said resistance adjusting layer is composed of two or more metal elements.
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ることを特徴と
する請求項1記載の磁気抵抗効果素子。5. The method according to claim 1, wherein the resistance adjusting layer is formed inside the magnetization free layer or on a side of the magnetization free layer opposite to a side on which the nonmagnetic intermediate layer is formed. The magnetoresistance effect element according to claim 1.
中あるいは、界面に形成されていることを特徴とする請
求項1記載の磁気抵抗効果素子。6. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein said resistance adjusting layer is formed in a film of said nonmagnetic intermediate layer or at an interface.
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ることを特徴とする
請求項1記載の磁気抵抗効果素子。7. The resistance adjusting layer is formed in a film of the magnetization fixed layer or on a side of the fixed layer opposite to a side on which the nonmagnetic intermediate layer is formed. The magnetoresistance effect element according to claim 1.
a、W、Nb、Al、Mo、P、V、As、Sb、Z
r、Ti、Zn、Pb、Th、Be、Cd、Sc、L
a、Y、Pr、Cr、Sn、Ga、Cu、In、Rh、
Pd、Mg、Li、Ba、Ca、Sr、Mn、Fe、C
o、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することを特徴とす
る請求項6記載の磁気抵抗効果素子。8. The resistance adjusting layer is made of B, Si, Ge, T
a, W, Nb, Al, Mo, P, V, As, Sb, Z
r, Ti, Zn, Pb, Th, Be, Cd, Sc, L
a, Y, Pr, Cr, Sn, Ga, Cu, In, Rh,
Pd, Mg, Li, Ba, Ca, Sr, Mn, Fe, C
7. The magnetoresistive element according to claim 6, wherein the main component is at least one oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride selected from o, Ni, and Rb.
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ることを特徴とする請
求項1記載の磁気抵抗効果素子。9. The resistance adjusting layer is formed on the side of the magnetization free layer opposite to the side on which the non-magnetic intermediate layer is provided, in the layer of the non-magnetic intermediate layer, or at the interface. ,
2. The magnetoresistive element according to claim 1, comprising at least one metal of Ru, Ir, Re, Rh, Pt, Pd, Al and Os.
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請求項1載の磁気抵抗効
果素子。10. The resistance adjusting layer is formed on the side of the magnetization free layer opposite to the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, in the layer of the nonmagnetic intermediate layer, or at the interface, and contains Cu as a main component. A first region, B, Fe, Mo, Pb, Ta, Cr, V,
A second region mainly containing an oxide, nitride, fluoride, carbide, or boride containing at least one selected from Si, Sb, and Ge. 1 mounted magnetoresistance effect element.
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
んでいる第1の領域と、B、Fe、Ge、Mo、P、R
h、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6記載の磁気抵抗
効果素子。11. The resistance adjusting layer is formed on a side of the magnetization free layer opposite to a side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, in a layer of the nonmagnetic intermediate layer, or at an interface, and contains Au as a main component. B, Fe, Ge, Mo, P, R
an oxide containing at least one selected from the group consisting of h, Si, W, and Cr, or a nitride, or a fluoride, or a carbide, or a second region mainly containing boride. The magnetoresistance effect element according to claim 6.
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,P
b,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、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。12. The resistance adjusting layer is formed on a side of the magnetization free layer opposite to the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, in a layer of the nonmagnetic intermediate layer or at an interface, and contains Ag as a main component. And the first region, Be, Co, Cr, Fe, Mo, P
b, Si, Ta, V, W, Ge, Sn, Al, Rh, or a second region mainly containing an oxide, a nitride, a fluoride, a carbide, or a boride. 2. The magnetoresistive element according to claim 1, further comprising:
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磁気抵抗効果素子。13. 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 in accordance with an external magnetic field, A magneto-resistance effect film having a non-magnetic intermediate layer provided between the free layer and the magnetization fixed layer; and the magneto-resistance effect film for applying a current in a direction perpendicular to a film surface of the magneto-resistance effect film. A pair of electrodes electrically connected to, on the surface of the magnetization free layer opposite to the side on which the nonmagnetic intermediate layer is provided, or formed in the film or interface of the nonmagnetic intermediate layer, B, Si, Ge, W, Nb, Mo,
P, V, Sb, Zr, Ti, Zn, Pb, Cr, Sn,
And a region containing at least one selected from Ga, Fe, and Co and containing a crystalline oxide as a main component.
m以下であることを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗
効果素子。14. The resistance adjusting layer has a thickness of 0.5 to 5n.
2. The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein m is equal to or less than m.
属相のホールを含んでいることを特徴とする請求項1記
載の磁気抵抗効果素子。15. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein said resistance adjusting layer contains 2% to 30% of metal phase holes.
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%の大きさであること
を特徴とする請求項15記載の磁気抵抗効果素子。16. The average diameter of the holes in the metal phase is 5% to 100% of the sum of the thicknesses of the magnetization free layer, the nonmagnetic intermediate layer, and the magnetization pinned layer. The magnetoresistance effect element according to claim 15, wherein:
00nmであることを特徴とする請求項15記載の磁気
抵抗効果素子。17. The method according to claim 17, wherein the distance between the holes of the metal phase is 10 to 1.
The magnetoresistance effect element according to claim 15, wherein the thickness is 00 nm.
ら100nmであることを特徴とする請求項15記載の
磁気抵抗効果素子。18. The magnetoresistive element according to claim 15, wherein an average interval between holes of said metal phase is 10 to 100 nm.
気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。19. A magnetic head comprising the magnetoresistive element according to claim 1. Description:
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磁気再生装置。20. A magnetic reproducing apparatus comprising the magnetic head according to claim 19, wherein said magnetic head is capable of reading magnetic information stored in a magnetic recording medium.
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