JP3756732B2 - Magnetoresistive element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ヘッド等に用いられる磁気抵抗効果型素子に関し、特にスピンバルブ効果を利用した磁気抵抗効果型素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
図3は、この種の従来の磁気抵抗効果型素子の従来技術を説明するためのものであり、この磁気抵抗効果型素子21は、タンタル等の非磁性材料からなる下地層22上に、順に、PtMn合金等からなる反強磁性層23、Co等からなる第1の強磁性層24、Cu等からなる非磁性導電層25、FeNi合金等からなる第2の強磁性層26が積層されて、第2の強磁性層26上には、非磁性導電層25、第1の強磁性層24、反強磁性層23、タンタル等の非磁性材料からなる保護層27が順次積層されており、これら9層の両側にはCoPt合金等からなる一対のバイアス層28が配設され、バイアス層28上にそれぞれAu等からなる電極層29が形成されている。
【0003】
そして、第1の強磁性層24は、反強磁性層23との界面にて発生する交換結合による交換異方性磁界により磁化されて、反強磁性層23と第1の強磁性層24とが磁気的に結合されており、この結合によって第1の強磁性層24の磁化方向は、図示Y方向(図3の紙面に向かう)に固定されている。
【0004】
また、図示X方向に磁化されているバイアス層28の影響を受けて、第2の強磁性層26は全体として単磁区化されており、その磁化が図示X方向に揃えられた状態となっている。
【0005】
このように構成された磁気抵抗効果素子21は、例えば磁気ヘッドに適用されて磁気ディスク装置に組み込まれ、電極層29からバイアス層28を介して第1の強磁性層24、非磁性導電層25、及び第2の強磁性層26に検出電流が与えられ、図示Z方向に回転走行する磁気ディスクからの漏れ磁界が印加磁界として図示Y方向に沿って与えられると、第2の強磁性層26の磁化が図示X方向からY方向に向けて変動する。
【0006】
このとき、第1の強磁性層24及び第2の強磁性層26から放出される電子が、第2の強磁性層26と非磁性導電層25との界面G及び第1の強磁性層24と非磁性導電層25との界面Jで散乱を起こすことによって磁気抵抗効果型素子21の電気抵抗が変化し、この抵抗変化に基づく電圧変化により磁気ディスクからの漏れ磁界が検出され磁気ディスクの記録内容を読み出すことができる。
【0007】
この磁気抵抗効果素子21の電気抵抗は、第1,第2の強磁性層24,26の磁化が平行で逆向きな反平行な状態のときに、第1の強磁性層24から第2の強磁性層26へ向かって移動しようとする電子が、矢印e8で示すように、第2の強磁性層26と非磁性導電層25との界面Gで散乱を起こすとともに、第2の強磁性層26から第1の強磁性層24へ向かって移動しようとする電子が、矢印e9で示すように、第1の強磁性層24と非磁性導電層25との界面Jで散乱を起こすことによって最大となり、これら電子が散乱する界面数が多い程磁気抵抗効果素子21の電気抵抗はより大きなものとなる。
【0008】
また、第1,第2の強磁性層24,26の磁化が平行で同一方向を向いた状態のときには、第1の強磁性層24から第2の強磁性層26へ向かって移動しようとする電子のうちアップスピン伝導電子が、矢印e10で示すように、第2の強磁性層26と非磁性導電層25との界面Gで散乱を起こさずに第2の強磁性層26内を通過して反強磁性層23に向かって更に進み、第2の強磁性層26から第1の強磁性層24へ向かって移動しようとする電子のうちアップスピン伝導電子が、矢印e9で示すように、第1の強磁性層24と非磁性導電層25との界面Jで散乱を起こすことによって磁気抵抗効果型素子21の電気抵抗が最小となり、この電気抵抗は第1の強磁性層24から第2の強磁性層26へ向かって移動する電子(矢印e10)の移動距離が長い程より小さなものとなる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
磁気ディスク装置の高密度・大容量化に伴って、上述した従来の磁気抵抗効果型素子21にあっては、その電気抵抗の最大値及び最小値をそれぞれRmax,Rminとしたときに、Rmaxを大きくしRminを小さくすることによって、(Rmax−Rmin)/Rminなる式で表される抵抗変化率を高め印加磁界検出感度を向上させることが要求されている。しかしながら、第1,第2の強磁性層24,26の磁化が反平行な状態における電子の散乱する界面数をこれ以上増やすことができず、また、第1,第2の強磁性層24,26の磁化が同一方向を向いた平行状態での、第1の強磁性層24から第2の強磁性層26へ向かって移動する電子(矢印e10)の移動距離は、最大でも2つの第1の強磁性層24、1つの第2の強磁性層26及び2つの非磁性導電層25の総合膜厚H3よりも大きく設定することができず抵抗変化率を高めるのに限界があった。
【0010】
本発明は上述した従来技術の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、従来よりも抵抗変化率を高め印加磁界検出感度を向上させることができる磁気抵抗効果型素子を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の磁気抵抗効果型素子は、対向して配置された第1の強磁性層および第2の強磁性層と、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との間に設けられた第1の非磁性導電層と、前記第1の強磁性層と磁気的に結合して、前記第1の強磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層とをそれぞれ有する第1の積層体および第2の積層体を備え、
前記第1の積層体は、下から前記反強磁性層、前記第1の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第2の強磁性層がこの順番に積層されているとともに、前記第2の積層体は、下から前記第2の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第1の強磁性層、前記反強磁性層がこの順番に積層されており、
前記第1の積層体上に前記第2の積層体が導電硬磁性層を介して積層されて、前記第1の積層体における前記第2の強磁性層と前記導電硬磁性層との間に第2の非磁性導電層が設けられ、前記導電硬磁性層と前記第2の積層体における前記第2の強磁性層との間に第3の非磁性導電層が配設され、
前記導電硬磁性層の磁化方向が、それぞれの前記第1の強磁性層の磁化方向と同一方向に揃えられ、それぞれの前記第2の強磁性層は前記導電硬磁性層よりも保磁力が小さく、それぞれの前記第2の強磁性層の磁化が印加磁界に依存して自由に回転できるようにされており、
前記導電硬磁性層の比抵抗が、それぞれの前記反強磁性層の比抵抗よりも低いことを特徴とするものである。
【0012】
また本発明の磁気抵抗効果型素子は、対向して配置された第1の強磁性層および第2の強磁性層と、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との間に設けられた第1の非磁性導電層と、前記第1の強磁性層と磁気的に結合して、前記第1の強磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層とをそれぞれ有する第1の積層体および第2の積層体を備え、
前記第1の積層体は、下から前記反強磁性層、前記第1の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第2の強磁性層がこの順番に積層されているとともに、前記第2の積層体は、下から前記第2の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第1の強磁性層、前記反強磁性層がこの順番に積層されており、
前記第1の積層体上に前記第2の積層体が導電硬磁性層を介して積層されて、前記第1の積層体における前記第2の強磁性層と前記導電硬磁性層との間に第2の非磁性導電層が設けられ、前記導電硬磁性層と前記第2の積層体における前記第2の強磁性層との間に第3の非磁性導電層が配設され、
前記導電硬磁性層の磁化方向が、それぞれの前記第1の強磁性層の磁化方向と同一方向に揃えられ、それぞれの前記第2の強磁性層は前記導電硬磁性層よりも保磁力が小さく、それぞれの前記第2の強磁性層の磁化が印加磁界に依存して自由に回転できるようにされており、
それぞれの前記反強磁性層は、X−Mn合金(ここで元素XはPt,Ru,Pd,Rh,Ir,Osの何れか1種または2種以上)で形成されて、前記導電硬磁性層が、CoPt,FePtの何れか1種により形成されていることを特徴とするものである。
【0014】
また本発明の磁気抵抗効果型素子は、対向して配置された第1の強磁性層および第2の強磁性層と、前記第1の強磁性層と前記第2の強磁性層との間に設けられた第1の非磁性導電層と、前記第1の強磁性層と磁気的に結合して、前記第1の強磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層とをそれぞれ有する第1の積層体および第2の積層体を備え、
前記第1の積層体は、下から前記反強磁性層、前記第1の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第2の強磁性層がこの順番に積層されているとともに、前記第2の積層体は、下から前記第2の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第1の強磁性層、前記反強磁性層がこの順番に積層されており、
前記第1の積層体上に前記第2の積層体が導電硬磁性層を介して積層されて、前記第1の積層体における前記第2の強磁性層と前記導電硬磁性層との間に第2の非磁性導電層が設けられ、前記導電硬磁性層と前記第2の積層体における前記第2の強磁性層との間に第3の非磁性導電層が配設され、
前記導電硬磁性層の磁化方向が、それぞれの前記第1の強磁性層の磁化方向と同一方向に揃えられ、それぞれの前記第2の強磁性層は前記導電硬磁性層よりも保磁力が小さく、それぞれの前記第2の強磁性層の磁化が印加磁界に依存して自由に回転できるようにされており、
それぞれの前記反強磁性層は、X−Mn−X’合金(ここで元素XはPt,Ru,Pd,Rh,Ir,Osの何れか1種または2種以上で、元素X’はNe,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb及び希土類元素のうちの何れか1種または2種以上)で形成されて、前記導電硬磁性層が、CoPt,FePtの何れか1種により形成されていることを特徴とするものである。
【0015】
また、上記構成において、前記第1の積層体、前記第2の積層体、前記導電硬磁性層、前記第2の非磁性導電層および前記第3の非磁性導電層に加えてさらに第3の積層体が設けられ、前記第3の積層体は、前記第2の非磁性導電層と前記導電硬磁性層との間に1つ以上配置されており、
前記第3の積層体は、下から導電硬磁性層、第3の非磁性導電層、第2の強磁性層、第1の非磁性導電層がこの順番に積層されて構成されていることを特徴とすることができる。
【0016】
また、上記構成において、それぞれの前記第2の強磁性層の磁化方向を、前記第1の強磁性層および前記導電硬磁性層のそれぞれの磁化方向と交叉する方向に揃えるバイアス層を設けた構成とした。
【0018】
また、上記構成において、それぞれの前記第2の強磁性層はCo,Fe,Niの何れか1種または2種以上で形成されている構成とした。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁気抵抗効果型素子の一実施形態を図1に基づいて説明する。
【0020】
この磁気抵抗効果型素子1は、タンタル等の非磁性材料からなる下地層11上に、反強磁性層2、第1の強磁性層3、第1の非磁性導電層4、第2の強磁性層5がこの順番に積層されてなる第1の積層体13が形成され、この第1の積層体13上に、第2の強磁性層5、第1の非磁性導電層4、第1の強磁性層3、反強磁性層2がこの順番に積層されてなる第2の積層体14が、第2,第3の非磁性導電層6,7に挟まれた導電硬磁性層8を介して積層され、更に第2の積層体14の反強磁性層2上にタンタル等の非磁性材料からなる保護層12が形成されて、これら第1,第2の積層体13,14、第2,第3の非磁性導電層6,7、導電硬磁性層8、下地層11及び保護層12の両側に、電極層10が形成された一対のバイアス層9が配設された構成となっている。
【0021】
反強磁性層2は、第1の強磁性層3の磁化方向を固定する磁化方向固定層であって、Pt,Ru,Pd,Rh,Ir,Osの何れか1種または2種以上の元素とMnとを含む合金、または、Pt,Ru,Pd,Rh,Ir,Osの何れか1種または2種以上の元素とMnとNe,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb及び希土類元素のうちの何れか1種または2種以上の元素とを含む合金からなるものである。これらの合金からなる反強磁性層2は、耐熱性・耐食性に優れるという特徴を有している。
【0022】
第1の強磁性層3は、例えば、Co、FeNi合金、CoNiFe合金、CoFe合金、CoNi合金等で形成されてなるもので、第2の強磁性層5と対向して配置され、反強磁性層2との界面にて発生する交換結合による交換異方性磁界によって磁化され反強磁性層2と磁気的に結合しており、この結合により第1の強磁性層3の磁化方向が図示Y方向(図1の紙面に向かう)に固定されている。
【0023】
第1の非磁性導電層4は、Cu等の非磁性導電材料から形成されて、第1,第2の強磁性層3,5間に設けられている。
【0024】
第2の強磁性層5は、Co,Fe,Niの何れか一種、もしくは少なくともこれら2種以上の混合物からなる、例えば、FeNi合金、CoNiFe合金、CoFe合金、CoNi合金等で形成されてなるもので、導電硬磁性層8よりも保磁力が小さく設定され、バイアス層9から与えられるバイアス磁界の影響を受けて全体として単磁区化されており、第2の強磁性層5の磁化が第1の強磁性層3の磁化方向と交叉する図示X方向に揃えられ印加磁界に依存して自由に回転できるようにされている。
【0025】
第2,第3の非磁性導電層6,7は、何れもCu,Au,Ag等の非磁性導電材料から形成されて、第2の非磁性導電層6が第1の積層体13の第2の強磁性層5と導電硬磁性層8との間に設けられ、第3の非磁性導電層7が導電硬磁性層8と第2の積層体14の第2の強磁性層5との間に配設されている。
【0026】
導電硬磁性層8は、その磁化方向が自身の保磁力により第1の強磁性層3の磁化方向と同一方向(矢印Y方向)に揃えられており、反強磁性層2と比較して遙かに比抵抗の低いCoPt,FePtの何れか1種の合金により形成されて、後述するように、第1,第2の強磁性層3,5の磁化が平行で同一方向を向いた状態において第1の強磁性層3から第2の強磁性層5へ向かって移動しようとする電子が通過できるようにされている。
【0027】
バイアス層9は、バイアス磁界を第2の強磁性層5に与え単磁区化して第2の強磁性層5の磁化をX方向に揃えるための永久磁石層であって、CoPt合金等から形成されてなっている。
【0028】
電極層10は、第1,第2の強磁性層3,5、第1,第2,第3の非磁性導電層4,6,7及び導電硬磁性層8に検出電流を流すためのものであり、Au,W,Cr,Ta等の電気抵抗の小さい非磁性導電材料によって形成されている。
【0029】
このように構成された磁気抵抗効果素子1は、例えば磁気ヘッドに適用されて磁気ディスク装置に組み込まれ、電極層10からバイアス層9を介して第1,第2の強磁性層3,5、第1,第2,第3の非磁性導電層4,6,7、及び導電硬強磁性層8に検出電流が与えられ、図示Z方向に回転走行する磁気ディスクからの漏れ磁界が印加磁界として図示Y方向に沿って与えられると、第1,第2の積層体13,14の各第2の強磁性層5の磁化が図示X方向からY方向に向けて変動する。
【0030】
このとき、第1,第2の強磁性層3,5及び導電硬磁性層8から放出される電子が、第1の強磁性層3と第1の非磁性導電層4との界面A、第1の非磁性導電層4と第2の強磁性層5との界面B、第2の強磁性層5と第2の非磁性導電層6との界面C、第2の非磁性導電層6と導電硬磁性層8との界面D、第3の非磁性導電層7と第2の強磁性層5との界面E、及び導電硬磁性層8と第3の非磁性導電層7との界面Fの合計8つの界面で散乱を起こすことによって磁気抵抗効果型素子1の電気抵抗が変化し、この抵抗変化に基づく電圧変化により磁気ディスクからの漏れ磁界が検出され磁気ディスクの記録内容を読み出すことができる。
【0031】
この磁気抵抗効果素子1の電気抵抗は、第1,第2の強磁性層3,5の磁化が平行で逆向きな反平行な状態のときに、第1の強磁性層3から第2の強磁性層5へ向かって移動しようとする電子が、矢印e1で示すように、第2の強磁性層5と第1の非磁性導電層4との界面Bで散乱を起こすとともに、第2の強磁性層5から第1の強磁性層3へ向かって移動しようとする電子が、矢印e2,e3,e4で示すように、第1の強磁性層3と第1の非磁性導電層4との界面A、第2の非磁性導電層6と導電硬磁性層8との界面D、及び第3の非磁性導電層7と導電硬磁性層8との界面Fでそれぞれ散乱を起こし、更に、硬磁性層8から第2の強磁性層5に向かって移動しようとする電子が、矢印e5,e6で示すように、第2の強磁性層5と第2の非磁性導電層6との界面C、及び第2の強磁性層5と第3の非磁性導電層7との界面Eでそれぞれ散乱を起こすことによって最大となる。
【0032】
また、第1,第2の強磁性層3,5の磁化が平行で同一方向を向いた状態のときには、第1の強磁性層3から第2の強磁性層5へ向かって移動しようとする電子のうちアップスピン伝導電子が、矢印e7で示すように、第2の強磁性層5と第1の非磁性導電層4との界面Bで散乱を起こさずに第2の強磁性層5及び導電硬磁性層8内を通過して反強磁性層2に向かって更に進むことにより、磁気抵抗効果型素子1の電気抵抗が最小となる。
【0033】
しかして、この磁気抵抗効果型素子1にあっては、第1,第2の強磁性層3,5の磁化が反平行な状態における電子の散乱する界面数を従来技術の4つに対し8つと大幅に増加させることができ、また、第1,第2の強磁性層3,5の磁化が同一方向を向いた平行状態での、第1の強磁性層3から第2の強磁性層5へ向かって移動する電子(矢印e7)の移動距離が、最大で2つの第1の強磁性層3、2つの第2の強磁性層5、2つの第1の非磁性導電層4、第2,第3の非磁性導電層6,7及び導電硬磁性層8の総合膜厚H1となって従来技術よりも距離を延ばすことができるため、抵抗変化率を高めることができる。
【0034】
また、導電硬磁性層8の磁化方向が第1の強磁性層3の磁化方向と同一方向に揃えられていることにより、第1の強磁性層3の磁化固定を不安定にしたり第2の強磁性層5の磁化変動を阻害する等の、導電硬磁性層8の磁化が第1,第2の強磁性層3,5に及ぼす悪影響を抑制することができ、図示Y方向に印加磁界が磁気抵抗効果素子1に与えられたときに、その電気抵抗を第2の強磁性層5の磁化の変動によって確実に変化させることができるため、高感度で印加磁界(磁気ディスクからの漏れ磁界)を検出することができる。
【0035】
また、第2の強磁性層5の磁化方向を第1の強磁性層3の磁化方向と交叉する方向に揃えるバイアス層9を設けたことにより、第2の強磁性層5を単磁区化することによって第2の強磁性層5に磁壁が出現するのを抑制することができ、これに起因するバルクハウゼンノイズの発生を防止することができる。
【0036】
図2は本発明の他の応用例を示す図であって、この磁気抵抗効果型素子15が上述した磁気抵抗効果型素子1と異なる点は、第2の非磁性導電層6と導電硬磁性層8との間に、導電硬磁性層8、第3の非磁性導電層7、第2の強磁性層5及び第1の非磁性導電層4を順次積層してなる第3の積層体16を配設し、印加磁界が付与されたときに、第1,第2の積層体13,14の各第2の強磁性層5の磁化が変動するのに伴って第3の積層体16の第2の強磁性層5の磁化が図示X方向からY方向に向けて変動するようにした点が異なるのみで、他は磁気抵抗効果型素子1と同様である。
【0037】
このように構成された磁気抵抗効果型素子15にあっては、第1,第2の強磁性層3,5及び導電硬磁性層8から放出される電子が散乱する界面数をより大幅に増やすことができ、また、第1,第2の強磁性層3,5の磁化が同一方向を向いた平行状態での、第1の強磁性層3から第2の強磁性層5へ向かって移動する電子の移動距離が、最大で2つの第1の強磁性層3、3つの第2の強磁性層5、3つの第1の非磁性導電層4、第2非磁性導電層6、2つの第3の非磁性導電層7及び2つの導電硬磁性層8の総合膜厚H2となって従来技術よりも距離を更に延ばすことができるため、抵抗変化率を一層高めることができる。
【0038】
尚、この応用例では、第3の積層体16を第2の非磁性導電層6と導電硬磁性層8との間に1つだけ配設した構成で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、第2の非磁性導電層6と導電硬磁性層8との間に第3の積層体16を2つ以上配設するようにしてもよく、このようにすると抵抗変化率をより一層高めることができる。
【0039】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0040】
互いに対向して配置された第1,第2の強磁性層と、これら第1,第2の強磁性層間に設けられた第1の非磁性導電層と、前記第1の強磁性層と磁気的に結合して、前記第1の強磁性層の磁化方向を固定する反強磁性層とをそれぞれ有する第1,第2の積層体を備え、前記第1の積層体は、前記反強磁性層、第1の強磁性層、第1の非磁性導電層、第2の強磁性層がこの順番に積層されているとともに、前記第2の積層体は、前記第2の強磁性層、第1の非磁性導電層、第1の強磁性層、反強磁性層がこの順番に積層されており、前記第1の積層体上に前記第2の積層体が導電硬磁性層を介して積層されて、前記第1の積層体の第2の強磁性層と前記導電硬磁性層との間に第2の非磁性導電層が設けられ、前記導電硬磁性層と前記第2の積層体の第2の強磁性層との間に第3の非磁性導電層が配設され、前記第2の強磁性層の磁化が印加磁界に依存して自由に回転できるようにされているので、電子の散乱する界面数を大幅に増加させることができるとともに、電子の移動距離を延ばすことができるため、抵抗変化率を高めることができる。
【0041】
前記導電硬磁性層、第3の非磁性導電層、第2の強磁性層、第1の非磁性導電層が順次積層されてなる第3の積層体が、前記第2の非磁性導電層と前記導電硬磁性層との間に1つ以上配設されているので、電子の散乱する界面数をより大幅に増加させることができるとともに、電子の移動距離を更に延ばすことができるため、抵抗変化率を一層高めることができる。
【0042】
前記導電硬磁性層の磁化方向が、前記第1の強磁性層の磁化方向と同一方向に揃えられているので、前記第2の強磁性層5の磁化の確実な変動によって高感度で印加磁界を検出することができる。
【0043】
前記第2の強磁性層の磁化方向を前記第1の強磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃えるバイアス層を設けたので、前記第2の強磁性層を単磁区化することによって前記第2の強磁性層に磁壁が出現するのを抑制することができ、これに起因するバルクハウゼンノイズの発生を防止することができる。
【0044】
前記反強磁性層はX−Mn合金で形成され、ここで元素XはPt,Ru,Pd,Rh,Ir,Osの何れか1種または2種以上で形成されているので、耐熱性・耐食性に優れた磁気抵抗効果型素子を得ることができる。
【0045】
前記反強磁性層はX−Mn−X’合金で形成され、ここで元素XはPt,Ru,Pd,Rh,Ir,Osの何れか1種または2種以上で形成され、元素X’はNe,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb及び希土類元素のうちの何れか1種または2種以上で形成されているので、耐熱性・耐食性に優れた磁気抵抗効果型素子を得ることができる。
【0046】
前記導電硬磁性層は、CoPt,FePtの何れか1種により形成されているので、前記第1,第2の強磁性層の磁化が平行で同一方向を向いた状態において前記第1の強磁性層から前記第2の強磁性層へ向かって移動しようとする電子を確実に通過させることができる。
【0047】
前記第2の強磁性層はCo,Fe,Niの何れか1種または2種以上で形成され、前記導電硬磁性層よりも保磁力が小さく設定されているので、前記第2の強磁性層5の磁化が印加磁界によって確実に変動することによって高感度で印加磁界を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気抵抗効果型素子の断面図。
【図2】本発明の磁気抵抗効果型素子の応用例を説明するための断面図。
【図3】従来の磁気抵抗効果型素子の断面図。
【符号の説明】
1 磁気抵抗効果型ヘッド
2 反強磁性層
3 第1の強磁性層
4 第1の非磁性導電層
5 第2の強磁性層
6 第2の非磁性導電層
7 第3の非磁性導電層
8 導電硬磁性層
9 バイアス層
10 電極層
11 下地層
12 保護層
13 第1の積層体
14 第2の積層体
15 磁気抵抗効果型素子
16 第3の積層体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetoresistive element used for a magnetic head or the like, and more particularly to a magnetoresistive element utilizing a spin valve effect.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 is a view for explaining the prior art of this type of conventional magnetoresistive element, and this
[0003]
The first
[0004]
Further, under the influence of the
[0005]
The
[0006]
At this time, electrons emitted from the first
[0007]
The electric resistance of the
[0008]
Further, when the magnetizations of the first and second
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
With the increase in the density and capacity of the magnetic disk device, in the conventional
[0010]
The present invention has been made in view of the above-described prior art, and an object of the present invention is to provide a magnetoresistive element capable of increasing the resistance change rate and improving the applied magnetic field detection sensitivity as compared with the prior art. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, a magnetoresistive effect element of the present invention includes a first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer disposed opposite said first ferromagnetic layer and the second antiferroelectric of the first non-magnetic conductive layer provided between the ferromagnetic layer, said first ferromagnetic layer and the magnetically bound to fix the magnetization direction of the first ferromagnetic layer A first laminated body and a second laminated body each having a magnetic layer;
Said first laminate from said lower antiferromagnetic layer, said first ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, the second ferromagnetic layer with are laminated in this order, the second laminate, wherein the lower second ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, the first ferromagnetic layer, the antiferromagnetic layer are laminated in this order,
The second laminated body is laminated on the first laminated body via a conductive hard magnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the conductive hard magnetic layer in the first laminated body . a second non-magnetic conductive layer provided, the third non-magnetic conductive layer disposed between said second ferromagnetic layer in the second laminate and the conductive hard magnetic layer,
The magnetization direction of the conductive hard magnetic layer, aligned with the magnetization direction in the same direction of each of the first ferromagnetic layer, each of said second ferromagnetic layer has a smaller coercive force than said conductive hard magnetic layer , The magnetization of each of the second ferromagnetic layers can be freely rotated depending on the applied magnetic field,
The specific resistance of the conductive hard magnetic layer is lower than the specific resistance of each of the antiferromagnetic layers .
[0012]
The magnetoresistive element of the present invention includes a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer disposed opposite to each other, and between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. A first nonmagnetic conductive layer provided on the first ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer that is magnetically coupled to the first ferromagnetic layer and fixes a magnetization direction of the first ferromagnetic layer. Comprising a laminate of 1 and a second laminate,
The first stacked body includes the antiferromagnetic layer, the first ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, and the second ferromagnetic layer stacked in this order from below. In the second stacked body, the second ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, the first ferromagnetic layer, and the antiferromagnetic layer are stacked in this order from the bottom,
The second laminated body is laminated on the first laminated body via a conductive hard magnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the conductive hard magnetic layer in the first laminated body. A second nonmagnetic conductive layer is provided, and a third nonmagnetic conductive layer is disposed between the conductive hard magnetic layer and the second ferromagnetic layer in the second laminate,
The magnetization direction of the conductive hard magnetic layer is aligned with the magnetization direction of each of the first ferromagnetic layers, and each of the second ferromagnetic layers has a smaller coercive force than the conductive hard magnetic layer. , The magnetization of each of the second ferromagnetic layers can be freely rotated depending on the applied magnetic field,
Each of the antiferromagnetic layers is formed of an X-Mn alloy (wherein the element X is one or more of Pt, Ru, Pd, Rh, Ir, and Os), and the conductive hard magnetic layer Is formed of any one of CoPt and FePt.
[0014]
The magnetoresistive element of the present invention includes a first ferromagnetic layer and a second ferromagnetic layer disposed opposite to each other, and between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. A first nonmagnetic conductive layer provided on the first ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer that is magnetically coupled to the first ferromagnetic layer and fixes a magnetization direction of the first ferromagnetic layer. Comprising a laminate of 1 and a second laminate,
The first stacked body includes the antiferromagnetic layer, the first ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, and the second ferromagnetic layer stacked in this order from below. In the second stacked body, the second ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, the first ferromagnetic layer, and the antiferromagnetic layer are stacked in this order from the bottom,
The second laminated body is laminated on the first laminated body via a conductive hard magnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the conductive hard magnetic layer in the first laminated body. A second nonmagnetic conductive layer is provided, and a third nonmagnetic conductive layer is disposed between the conductive hard magnetic layer and the second ferromagnetic layer in the second laminate,
The magnetization direction of the conductive hard magnetic layer is aligned with the magnetization direction of each of the first ferromagnetic layers, and each of the second ferromagnetic layers has a smaller coercive force than the conductive hard magnetic layer. , The magnetization of each of the second ferromagnetic layers can be freely rotated depending on the applied magnetic field,
Each of the antiferromagnetic layers is an X—Mn—X ′ alloy (wherein element X is one or more of Pt, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, and element X ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Any one or more of Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb and rare earth elements), and the conductive hard magnetic layer is any one of CoPt and FePt. It is characterized by being formed by.
[0015]
Further, in the above structure, in addition to the first stacked body, the second stacked body, the conductive hard magnetic layer, the second nonmagnetic conductive layer, and the third nonmagnetic conductive layer, a third layer is further added. A laminate is provided, and one or more third laminates are disposed between the second nonmagnetic conductive layer and the conductive hard magnetic layer;
The third laminate is composed of a conductive hard magnetic layer, a third nonmagnetic conductive layer, a second ferromagnetic layer, and a first nonmagnetic conductive layer stacked in this order from the bottom. Can be a feature.
[0016]
In the above configuration, a bias layer is provided that aligns the magnetization direction of each of the second ferromagnetic layers with the direction intersecting with the magnetization directions of the first ferromagnetic layer and the conductive hard magnetic layer. It was.
[0018]
It was also in the above-described structure, each of said second ferromagnetic layer is Co, Fe, and configuration that is formed by any one or more and Ni.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the magnetoresistive element of the present invention will be described with reference to FIG.
[0020]
The magnetoresistive element 1 includes an
[0021]
The
[0022]
The first
[0023]
The first nonmagnetic
[0024]
The second
[0025]
The second and third nonmagnetic
[0026]
The conductive hard
[0027]
The bias layer 9 is a permanent magnet layer for applying a bias magnetic field to the second
[0028]
The
[0029]
The magnetoresistive effect element 1 configured in this way is applied to, for example, a magnetic head and incorporated in a magnetic disk device, and the first and second
[0030]
At this time, electrons emitted from the first and second
[0031]
The electric resistance of the magnetoresistive effect element 1 is such that when the magnetizations of the first and second
[0032]
Further, when the magnetizations of the first and second
[0033]
Thus, in this magnetoresistive element 1, the number of interfaces in which electrons are scattered in the state where the magnetizations of the first and second
[0034]
Further, since the magnetization direction of the conductive hard
[0035]
Further, by providing a bias layer 9 that aligns the magnetization direction of the second
[0036]
FIG. 2 is a diagram showing another application example of the present invention. The
[0037]
In the
[0038]
In this application example, only one third laminated body 16 is disposed between the second nonmagnetic
[0039]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form as described above, and has the following effects.
[0040]
First and second ferromagnetic layers disposed opposite to each other, a first nonmagnetic conductive layer provided between the first and second ferromagnetic layers, the first ferromagnetic layer and the magnetic layer And first and second laminated bodies each having an antiferromagnetic layer that fixes the magnetization direction of the first ferromagnetic layer, and the first laminated body includes the antiferromagnetic layer. A layer, a first ferromagnetic layer, a first nonmagnetic conductive layer, and a second ferromagnetic layer are stacked in this order, and the second stacked body includes the second ferromagnetic layer, the second ferromagnetic layer, One nonmagnetic conductive layer, a first ferromagnetic layer, and an antiferromagnetic layer are laminated in this order, and the second laminated body is laminated on the first laminated body via a conductive hard magnetic layer. A second nonmagnetic conductive layer is provided between the second ferromagnetic layer and the conductive hard magnetic layer of the first stacked body, and the conductive hard magnetic layer and the second stacked layer are provided. Since a third nonmagnetic conductive layer is disposed between the second ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer, the magnetization of the second ferromagnetic layer can be freely rotated depending on the applied magnetic field. The number of interfaces where electrons are scattered can be greatly increased, and the moving distance of electrons can be extended, so that the rate of change in resistance can be increased.
[0041]
A third stacked body in which the conductive hard magnetic layer, the third nonmagnetic conductive layer, the second ferromagnetic layer, and the first nonmagnetic conductive layer are sequentially stacked includes the second nonmagnetic conductive layer. Since one or more conductive layers are disposed between the conductive hard magnetic layer, the number of interfaces where electrons are scattered can be greatly increased, and the distance traveled by electrons can be further extended. The rate can be further increased.
[0042]
Since the magnetization direction of the conductive hard magnetic layer is aligned with the same direction as the magnetization direction of the first ferromagnetic layer, the applied magnetic field can be applied with high sensitivity by the reliable fluctuation of the magnetization of the second
[0043]
Since the bias layer for aligning the magnetization direction of the second ferromagnetic layer with the direction intersecting with the magnetization direction of the first ferromagnetic layer is provided, the second ferromagnetic layer is converted into a single magnetic domain. It is possible to suppress the appearance of a domain wall in the second ferromagnetic layer, and to prevent the occurrence of Barkhausen noise due to this.
[0044]
The antiferromagnetic layer is formed of an X—Mn alloy, and the element X is formed of any one or more of Pt, Ru, Pd, Rh, Ir, and Os. Can be obtained.
[0045]
The antiferromagnetic layer is formed of an X—Mn—X ′ alloy, where the element X is formed of one or more of Pt, Ru, Pd, Rh, Ir, and Os, and the element X ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, A magnetoresistive element having excellent heat resistance and corrosion resistance because it is formed of any one or more of Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb and rare earth elements. Can be obtained.
[0046]
Since the conductive hard magnetic layer is formed of one of CoPt and FePt, the first and second ferromagnetic layers are parallel to each other and have the same magnetization direction. Electrons that attempt to move from the layer toward the second ferromagnetic layer can be reliably passed.
[0047]
The second ferromagnetic layer is formed of one or more of Co, Fe, and Ni and has a coercive force set smaller than that of the conductive hard magnetic layer. Thus, the applied magnetic field can be detected with high sensitivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetoresistive element of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining an application example of the magnetoresistive element of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional magnetoresistive element.
[Explanation of symbols]
1
Claims (6)
前記第1の積層体は、下から前記反強磁性層、前記第1の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第2の強磁性層がこの順番に積層されているとともに、前記第2の積層体は、下から前記第2の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第1の強磁性層、前記反強磁性層がこの順番に積層されており、
前記第1の積層体上に前記第2の積層体が導電硬磁性層を介して積層されて、前記第1の積層体における前記第2の強磁性層と前記導電硬磁性層との間に第2の非磁性導電層が設けられ、前記導電硬磁性層と前記第2の積層体における前記第2の強磁性層との間に第3の非磁性導電層が配設され、
前記導電硬磁性層の磁化方向が、それぞれの前記第1の強磁性層の磁化方向と同一方向に揃えられ、それぞれの前記第2の強磁性層は前記導電硬磁性層よりも保磁力が小さく、それぞれの前記第2の強磁性層の磁化が印加磁界に依存して自由に回転できるようにされており、
前記導電硬磁性層の比抵抗が、それぞれの前記反強磁性層の比抵抗よりも低いことを特徴とする磁気抵抗効果型素子。A first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer disposed opposite to the first non-magnetic conductive layer disposed between the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer And a first laminated body and a second laminated body each having an antiferromagnetic layer that is magnetically coupled to the first ferromagnetic layer and fixes the magnetization direction of the first ferromagnetic layer. Prepared,
Said first laminate from said lower antiferromagnetic layer, said first ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, the second ferromagnetic layer with are laminated in this order, the second laminate, wherein the lower second ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, the first ferromagnetic layer, the antiferromagnetic layer are laminated in this order,
The second laminated body is laminated on the first laminated body via a conductive hard magnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the conductive hard magnetic layer in the first laminated body . a second non-magnetic conductive layer provided, the third non-magnetic conductive layer disposed between said second ferromagnetic layer in the second laminate and the conductive hard magnetic layer,
The magnetization direction of the conductive hard magnetic layer, aligned with the magnetization direction in the same direction of each of the first ferromagnetic layer, each of said second ferromagnetic layer has a smaller coercive force than said conductive hard magnetic layer , The magnetization of each of the second ferromagnetic layers can be freely rotated depending on the applied magnetic field,
A magnetoresistive element having a specific resistance of the conductive hard magnetic layer lower than that of each of the antiferromagnetic layers .
前記第1の積層体は、下から前記反強磁性層、前記第1の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第2の強磁性層がこの順番に積層されているとともに、前記第2の積層体は、下から前記第2の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第1の強磁性層、前記反強磁性層がこの順番に積層されており、The first stacked body includes the antiferromagnetic layer, the first ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, and the second ferromagnetic layer stacked in this order from below. In the second stacked body, the second ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, the first ferromagnetic layer, and the antiferromagnetic layer are stacked in this order from the bottom,
前記第1の積層体上に前記第2の積層体が導電硬磁性層を介して積層されて、前記第1の積層体における前記第2の強磁性層と前記導電硬磁性層との間に第2の非磁性導電層が設けられ、前記導電硬磁性層と前記第2の積層体における前記第2の強磁性層との間に第3の非磁性導電層が配設され、The second laminated body is laminated on the first laminated body via a conductive hard magnetic layer, and between the second ferromagnetic layer and the conductive hard magnetic layer in the first laminated body. A second nonmagnetic conductive layer is provided, and a third nonmagnetic conductive layer is disposed between the conductive hard magnetic layer and the second ferromagnetic layer in the second laminate,
前記導電硬磁性層の磁化方向が、それぞれの前記第1の強磁性層の磁化方向と同一方向に揃えられ、それぞれの前記第2の強磁性層は前記導電硬磁性層よりも保磁力が小さく、それぞれの前記第2の強磁性層の磁化が印加磁界に依存して自由に回転できるようにされており、The magnetization direction of the conductive hard magnetic layer is aligned with the magnetization direction of each of the first ferromagnetic layers, and each of the second ferromagnetic layers has a smaller coercive force than the conductive hard magnetic layer. , The magnetization of each of the second ferromagnetic layers can be freely rotated depending on the applied magnetic field,
それぞれの前記反強磁性層は、X−Mn合金(ここで元素XはPt,Ru,Pd,Rh,Ir,Osの何れか1種または2種以上)で形成されて、前記導電硬磁性層が、CoPt,FePtの何れか1種により形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果型素子。Each of the antiferromagnetic layers is formed of an X-Mn alloy (wherein the element X is one or more of Pt, Ru, Pd, Rh, Ir, and Os), and the conductive hard magnetic layer Is formed of any one of CoPt and FePt.
前記第1の積層体は、下から前記反強磁性層、前記第1の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第2の強磁性層がこの順番に積層されているとともに、前記第2の積層体は、下から前記第2の強磁性層、前記第1の非磁性導電層、前記第1の強磁性層、前記反強磁性層がこの順番に積層されており、The first stacked body includes the antiferromagnetic layer, the first ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, and the second ferromagnetic layer stacked in this order from below. In the second stacked body, the second ferromagnetic layer, the first nonmagnetic conductive layer, the first ferromagnetic layer, and the antiferromagnetic layer are stacked in this order from the bottom,
前記第1の積層体上に前記第2の積層体が導電硬磁性層を介して積層されて、前記第1The second laminate is laminated on the first laminate via a conductive hard magnetic layer, and the first laminate の積層体における前記第2の強磁性層と前記導電硬磁性層との間に第2の非磁性導電層が設けられ、前記導電硬磁性層と前記第2の積層体における前記第2の強磁性層との間に第3の非磁性導電層が配設され、A second nonmagnetic conductive layer is provided between the second ferromagnetic layer and the conductive hard magnetic layer in the stacked body, and the second strong layer in the conductive hard magnetic layer and the second stacked body. A third nonmagnetic conductive layer is disposed between the magnetic layer and
前記導電硬磁性層の磁化方向が、それぞれの前記第1の強磁性層の磁化方向と同一方向に揃えられ、それぞれの前記第2の強磁性層は前記導電硬磁性層よりも保磁力が小さく、それぞれの前記第2の強磁性層の磁化が印加磁界に依存して自由に回転できるようにされており、The magnetization direction of the conductive hard magnetic layer is aligned with the magnetization direction of each of the first ferromagnetic layers, and each of the second ferromagnetic layers has a smaller coercive force than the conductive hard magnetic layer. , The magnetization of each of the second ferromagnetic layers can be freely rotated depending on the applied magnetic field,
それぞれの前記反強磁性層は、X−Mn−X’合金(ここで元素XはPt,Ru,Pd,Rh,Ir,Osの何れか1種または2種以上で、元素X’はNe,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb及び希土類元素のうちの何れか1種または2種以上)で形成されて、前記導電硬磁性層が、CoPt,FePtの何れか1種により形成されていることを特徴とする磁気抵抗効果型素子。Each of the antiferromagnetic layers is an X—Mn—X ′ alloy (wherein element X is one or more of Pt, Ru, Pd, Rh, Ir, Os, and element X ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Any one or more of Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb and rare earth elements), and the conductive hard magnetic layer is any one of CoPt and FePt. A magnetoresistive effect element formed by:
前記第3の積層体は、下から導電硬磁性層、第3の非磁性導電層、第2の強磁性層、第1の非磁性導電層がこの順番に積層されて構成されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の磁気抵抗効果型素子。 In addition to the first laminate, the second laminate, the conductive hard magnetic layer, the second nonmagnetic conductive layer, and the third nonmagnetic conductive layer, a third laminate is further provided. One or more of the third laminated bodies are disposed between the second nonmagnetic conductive layer and the conductive hard magnetic layer,
The third laminate is composed of a conductive hard magnetic layer, a third nonmagnetic conductive layer, a second ferromagnetic layer, and a first nonmagnetic conductive layer stacked in this order from the bottom. 4. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein
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