(57)【要約】【課題】電位出力を高くすることが可能な磁気センサーを提供することを目的とする。【解決手段】磁気センサー１００Ａは、チャンネル層５と、チャンネル層５の第一の部分上に設けられ、外部磁界を検出する磁化自由層６と、チャンネル層５の第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられた上部内側磁化固定層１８Ａと、チャンネル層５を間に挟んで上部内側磁化固定層１８Ａと対向する下部内側磁化固定層１２と、を備え、上部内側磁化固定層１８Ａ及び下部内側磁化固定層１２の磁化の向きが互いに平行または反平行となるように固定されている。【選択図】図１
2010113752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンネル層と、
前記チャンネル層の第一の部分上に設けられ、外部磁界を検出する磁化自由層と、
前記チャンネル層の前記第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられた上部内側磁化固定層と、
前記チャンネル層を間に挟んで前記上部内側磁化固定層と対向する下部内側磁化固定層と、を備え、
前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層の磁化の向きが互いに平行または反平行に固定されている磁気センサー。
【請求項２】
前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層の磁化方向が、反強磁性層、形状異方性、及び成膜時における外部磁場のうち少なくとも一つによって固定されている請求項１に記載の磁気センサー。
【請求項３】
前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層の磁化方向が前記反強磁性層によって固定され、
前記反強磁性は上部反強磁性層と下部反強磁性とを含み、
前記上部内側磁化固定層は、
上部磁気結合層を間に挟んで上部外側磁化固定層と結合されており、
前記上部外側磁化固定層上に上部反強磁性層が接して設けられており、
前記下部内側磁化固定層は、下部磁気結合層を間に挟んで下部外側磁化固定層と結合されており、
前記下部外側磁化固定層下に下部反強磁性層が接して設けられている請求項２に記載の磁気センサー。
【請求項４】
前記チャンネル層と前記上部内側磁化固定層との間及び前記チャンネル層と前記下部内側磁化固定層との間の少なくとも一方に設けられた障壁層を更に備える請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項５】
前記チャンネル層と前記磁化自由層とが直接接触している請求項４に記載の磁気センサー。
【請求項６】
前記磁化自由層にバイアス磁界を印加する永久磁石を更に備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項７】
前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層の保磁力は、前記磁化自由層の保磁力よりも大きい請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項８】
前記磁化自由層は、前記チャンネル層の検出対象となる磁束が進入する側に配置され、
前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層は、前記チャンネル層の検出対象となる磁束が進入する側の反対側に配置されている請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項９】
前記磁化自由層の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１以上含む合金、又は、前記群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金である請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項１０】
前記上部内側磁化固定層及び前記下部内側磁化固定層の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１以上含む合金、又は、前記群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金である請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項１１】
前記チャンネル層の材料は、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕ、及びＺｎからなる群から選択される一つ以上の元素を含む材料である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項１２】
前記チャンネル層の材料は、Ｓｉ又はＺｎＯを含む半導体化合物である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項１３】
前記障壁層の材料は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、または酸化亜鉛である請求項４に記載の磁気センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜磁気記録再生ヘッド等に用いられる磁気センサーとして、磁気抵抗素子が知られている。一般的に磁気抵抗素子では、磁化固定層と磁化自由層との間に電流を流すため、高出力が得られる。しかしながら、磁気抵抗素子では、電流が与えるスピントルクによる磁壁の移動などに起因する、磁気センサーとして不必要な信号が得られてしまう。
【０００３】
一方、磁化自由層及び磁化固定層を同一水平面（スピンを蓄積するためのチャンネル層）上に形成するスピン蓄積型（SA: Spin Accumulation）磁気センサーが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。例えば、薄膜磁気記録再生ヘッドにスピン蓄積型磁気センサーを用いた場合、磁気記録媒体などの外部磁場を感知する磁化自由層には、電流を流す必要がない。すなわち、スピン蓄積型磁気センサーでは、スピン電流のみを利用して、磁気状態を出力電圧として検出することが可能である。従って、磁気抵抗素子で観測されてしまう不必要な信号が、スピン蓄積型磁気センサーでは観測される恐れは少ない。
【特許文献１】特開２００７−２９９４６７号公報
【特許文献２】特許第４０２９７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、高い出力を有するスピン蓄積型磁気センサーを作る観点からは、磁化自由層及び磁化固定層間の距離をスピン拡散長よりも十分に短くする方法や、スピン流の二次元的な流れを考慮した電極配置を行う方法などが考えられる。あるいは磁化固定層からチャンネル層へスピン偏極した電子を多く注入するために、磁化自由層及び磁化固定層とチャンネル層との間に絶縁層を設ける方法などが考えられる。しかしながら、従来のスピン蓄積型磁気センサーでは、電位出力が十分ではなかった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電位出力を高くすることが可能な磁気センサーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明の磁気センサーは、チャンネル層と、チャンネル層の第一の部分上に設けられ、外部磁界を検出する磁化自由層と、チャンネル層の第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられた上部内側磁化固定層と、チャンネル層を間に挟んで上部内側磁化固定層と対向する下部内側磁化固定層と、を備え、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の磁化の向きが互いに平行または反平行に固定されていることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、本発明の磁気センサーでは、チャンネル層の上下に二つの磁化固定層が対向して設けられている。下部内側磁化固定層の磁化の向きと上部内側磁化固定層の磁化の向きとが互いに反平行であるように固定されている場合、下部内側磁化固定層からチャンネル層を介して上部内側磁化固定層へ電流を流すことにより、又は上部内側磁化固定層からチャンネル層を介して下部内側磁化固定層へ電流を流すことにより、下部内側磁化固定層及び上部内側磁化固定層の両方からチャンネル層へ、同じ方向に磁気偏極したスピンがそれぞれ注入されることとなる。一方、下部内側磁化固定層の磁化の向きと上部内側磁化固定層の磁化の向きとが互いに平行であるように固定されている場合、チャンネル層から下部内側磁化固定層へ電流を流すとともに、チャンネル層から上部内側磁化固定層へも電流を流すことにより、又は下部内側磁化固定層からチャンネル層へ電流を流すとともに、上部内側磁化固定層からチャンネル層へも電流を流すことにより、下部内側磁化固定層及び上部内側磁化固定層の両方からチャンネル層へ、同じ方向に磁気偏極したスピンがそれぞれ注入されることとなる。その結果、従来よりも多くのスピンがチャンネル層に流入するため磁気センサーにおける電位出力を高くすることが可能となる。ここで、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の各層における磁化の向きは、例えば、これらの磁化固定層自体が示す磁気抵抗（ＡＭＲやＴＭＲなど）に基づいて、確認することができる。また、平行とは、完全に平行なものだけではなく、略平行であるものを含み、平行に対して４５度以内の誤差を含むことを意味する。
【０００８】
本発明の磁気センサーにおいて、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の磁化方向が、反強磁性層、形状異方性、及び成膜時における外部磁場のうち少なくとも一つによって固定されていることが好ましい。これにより、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の磁化の向きを外部磁界に反応し難くすることが容易となる。
【０００９】
本発明の磁気センサーにおいて、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の磁化方向が反強磁性層によって固定され、反強磁性は上部反強磁性層と下部反強磁性とを含み、上部内側磁化固定層は、上部磁気結合層を間に挟んで上部外側磁化固定層と結合されており、上部外側磁化固定層上に上部反強磁性層が接して設けられており、下部内側磁化固定層は、下部磁気結合層を間に挟んで下部外側磁化固定層と結合されており、下部外側磁化固定層下に下部反強磁性層が接して設けられていることが好ましい。これにより、上部外側磁化固定層が上部反強磁性層と接触していることにより、上部外側磁化固定層の磁化方向が固定され、さらに上部内側磁化固定層が上部磁気結合層を間に挟んで上部外側磁化固定層と結合していることにより、上部内側磁化固定層の磁化方向を強固に固定することが可能となる。一方、下部外側磁化固定層が下部反強磁性層と接触していることにより、下部外側磁化固定層の磁化方向が固定され、さらに下部内側磁化固定層が下部磁気結合層を間に挟んで下部外側磁化固定層と結合していることにより、下部内側磁化固定層の磁化方向を強固に固定することが可能となる。
【００１０】
本発明の磁気センサーにおいて、チャンネル層と上部内側磁化固定層との間及びチャンネル層と下部内側磁化固定層との間の少なくとも一方に設けられた障壁層を更に備えることが好ましい。これにより、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の少なくとも一方からチャンネル層へスピン偏極した電子を多く注入することが可能となり、磁気センサーの電位出力をより一層高めることが可能となる。
【００１１】
本発明の磁気センサーにおいて、チャンネル層と磁化自由層とが直接接触していることが好ましい。これにより、チャンネル層のスピンが磁化自由層に吸収され易くなり、高い出力を得ることが可能となる。
【００１２】
本発明の磁気センサーにおいて、磁化自由層にバイアス磁界を印加する永久磁石を更に備えることが好ましい。これにより、磁化自由層の磁気異方性が制御されるため、磁化自由層の磁区構造が単一化されて安定化し、磁壁の移動に起因するバルクハウゼンノイズを抑制することが可能となる。
【００１３】
本発明の磁気センサーにおいて、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の保磁力は、磁化自由層の保磁力よりも大きいことが好ましい。これにより、磁気センサーにおける磁化固定層及び磁化自由層としての機能を好適に実現することが可能である。
【００１４】
本発明の磁気センサーにおいて、磁化自由層は、チャンネル層の検出対象となる磁束が進入する側に配置され、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層は、チャンネル層の検出対象となる磁束が進入する側の反対側に配置されていることが好ましい。これにより、磁化自由層側を磁気記録媒体に近接して設置することで、磁気記録媒体の磁気情報を検出して磁気情報の再生を行うことが可能となる。
【００１５】
本発明の磁気センサーにおいて、磁化自由層の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、当該群の元素を１以上含む合金、又は、当該群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金であることが好ましい。これらの材料は軟磁性材料であるため、磁気センサーにおける磁化自由層としての機能を好適に実現することが可能である。
【００１６】
本発明の磁気センサーにおいて、上部内側磁化固定層及び下部内側磁化固定層の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、当該群の元素を１以上含む合金、又は、当該群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金であることが好ましい。これらの材料はスピン分極率の大きい強磁性材料であるため、磁気センサーにおける磁化固定層としての機能を好適に実現することが可能である。
【００１７】
本発明の磁気センサーにおいて、チャンネル層の材料は、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｕ、及びＺｎからなる群から選択される一つ以上の元素を含む材料であることが好ましい。これらの材料はスピン拡散長が長く、且つ導電率が比較的小さいため、チャンネル層がスピン蓄積層として機能することを好適に実現することが可能となる。
【００１８】
本発明の磁気センサーにおいて、チャンネル層は、Ｓｉ又はＺｎＯを含む半導体化合物であることも好ましい。これらの半導体化合物はスピン拡散長が更に長いため、チャンネル層をスピン蓄積層として機能させることにより好適であり、なおかつ上記金属や上記合金を用いたチャンネル層よりも、電位出力を高くすることが可能となる。
【００１９】
本発明の磁気センサーにおいて、障壁層の材料は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、または酸化亜鉛であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電位出力を高くすることが可能な磁気センサーを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
【００２２】
以下、第１実施形態に係る磁気センサーの一例として、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａを説明する。
【００２３】
図１に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａを示す部分断面図を示す。薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａは、そのエアベアリング面（Air Bearing Surface：媒体対向面）Ｓが磁気記録媒体４０の記録面４０ａに対向配置されるような位置で磁気情報の記録及び読み取り動作を行う。磁気記録媒体４０は、記録面４０ａを有する記録層４０ｂと、記録層４０ｂに積層される軟磁性の裏打ち層４０ｃとを含んで構成されており、図中Ｙ方向で示す方向に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａに対して相対的に進行する。
【００２４】
薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａは、磁気記録媒体４０から記録を読み取る磁気センサー１００Ａ及び磁気記録媒体４０への記録を行う磁気記録部１００Ｂを備える。磁気センサー１００Ａ及び磁気記録部１００Ｂは、ＡｌＴｉＣあるいはＳｉ等の基板ＳＢ上に設けられており、アルミナ等の非磁性絶縁層により覆われている。
【００２５】
図１に示すように、磁気センサー１００Ａの上に磁気記録部１００Ｂが設けられている。磁気記録部１００Ｂにおいて、リターンヨーク３０上にコンタクト部３２及び主磁極３３が設けられており、これらが、磁束のパスを形成している。コンタクト部３２を取り囲むように薄膜コイル３１が設けられており、薄膜コイル３１に記録電流を流すと主磁極３３の先端から磁束が放出され、ハードディスク等の磁気記録媒体４０の記録層４０ｂに情報を記録することができる。
【００２６】
磁気センサー１００Ａは、電子のスピンを蓄積するチャンネル層５と、チャンネル層５の第一の部分上に設けられた磁化自由層６と、チャンネル層５の第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられた上部磁化固定部６０Ａと、チャンネル層５を間に挟んで上部磁化固定部６０Ａと対向する下部磁化固定部５０と、を主として備えている。すなわち、磁気センサー１００Ａは、磁化固定層として機能する部分として、上部磁化固定部６０Ａ及び下部磁化固定部５０の二つを有している。
【００２７】
チャンネル層５と下部磁化固定部５０との間には下部障壁層１３が設けられており、下部障壁層１３は、チャンネル層５下において下部磁化固定部５０側から磁化自由層６側に亘って設けられている。また、チャンネル層５と磁化自由層６との間及びチャンネル層５と上部磁化固定部６０Ａとの間には上部障壁層１９が設けられており、上部障壁層１９は、チャンネル層５上において、上部磁化固定部６０Ａ側から磁化自由層６側に亘って設けられている。
【００２８】
更に、磁気センサー１００Ａは、チャンネル層５、磁化自由層６、下部障壁層１３、及び上部障壁層１９を間に挟んで対向する下部第一磁気シールド層１及び上部第一磁気シールド層３と、チャンネル層５、下部障壁層１３、上部障壁層１９、下部磁化固定部５０、及び上部磁化固定部６０Ａを間に挟んで対向する下部第二磁気シールド層２及び上部第二磁気シールド層４と、下部第一磁気シールド層１と下部障壁層１３との間に設けられた下部絶縁層７とを備えている。
【００２９】
チャンネル層５は、スピン注入によりスピンが蓄積される層であり、下部障壁層１３により形成される平面上に設けられている。チャンネル層５の材料には、非強磁性導電材料が用いられ、スピン拡散長が長く、導電率が比較的小さい材料が選択されることが好ましい。例えば、チャンネル層５の材料として、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、及びＺｎからなる群から選択される１つ以上の元素を含む材料が挙げられる。特に、Ｃｕ、Ａｌが好ましい。また、チャンネル層５として、Ｓｉ、ＺｎＯ、又はＧａＡｓ等の半導体化合物も挙げられる。これらの半導体化合物はスピン拡散長が更に長く、導電率が比較的小さいため、これらの半導体化合物を用いたチャンネル層５はスピン蓄積層としてより好適であり、なおかつ上記金属や合金を用いたチャンネル層５よりも、電位出力を高くすることも可能である。
【００３０】
磁化自由層６は、チャンネル層５の第一の部分上に設けられ、検出対象となる外部磁界を検出し、磁気記録媒体４０などの磁化方向の変化を鋭敏に検出するための層である。磁化自由層６は、チャンネル層５の上面上においてチャンネル層５の検出対象となる磁束が進入する側すなわちエアベアリング面Ｓ側に配置されている。磁化自由層６を磁気記録媒体４０に近接して設置することにより、磁気記録媒体４０から磁気情報を好適に読み取ることが可能である。磁化自由層６として強磁性材料、特に軟磁性材料が適用され、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の金属を１種以上含む合金、又は、前記群から選択される１又は複数の金属及びＢ、Ｃ、及びＮのうち少なくとも一種を含む合金が挙げられる。具体的には、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅが挙げられる。
【００３１】
以下に、下部磁化固定部５０及び上部磁化固定部６０Ａについて説明する。下部磁化固定部５０は、下部第二磁気シールド層２側から順に設けられた下部緩衝層８、下部反強磁性層９、下部外側磁化固定層１０、下部磁気結合層１１、及び下部内側磁化固定層１２を有する。上部磁化固定部６０Ａは、チャンネル層５側から順に設けられた上部内側磁化固定層１８Ａ、上部磁気結合層１７、上部外側磁化固定層１６Ａ、上部反強磁性層１５、及び上部緩衝層１４を有する。
【００３２】
下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａは、所定のスピンを有する電子をそれぞれチャンネル層５へ注入するための層である。下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａは、チャンネル層５の検出対象となる磁束が進入する側の反対側、すなわち、エアベアリング面Ｓから離れた側に配置されている。上部内側磁化固定層１８Ａは、チャンネル層５の第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられており、下部内側磁化固定層１２は、チャンネル層５を間に挟んで上部内側磁化固定層１８Ａと対向して設けられている。
【００３３】
下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの保磁力は、磁化自由層６の保磁力よりも大きい。本実施形態では、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの磁化固定機能を高めるため、いわゆるシンセティックピンド構造を採用している。すなわち、下部磁化固定部５０が、下部磁気結合層１１を介して結合された下部外側磁化固定層１０及び下部内側磁化固定層１２と、下部外側磁化固定層１０下に接して設けられた下部反強磁性層９とを備えている。同様に、上部磁化固定部６０Ａが、上部磁気結合層１７を介して結合された上部内側磁化固定層１８Ａ及び上部外側磁化固定層１６Ａと、上部外側磁化固定層１６Ａ上に接して設けられた上部反強磁性層１５とを備えている。
【００３４】
下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２と上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きＳ１８Ａとは互いに異なる（反平行となる）ように固定されている。本実施形態では、図１に示すように、下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２が＋Ｘ方向であり、上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きＳ１８Ａが−Ｘ方向である。
【００３５】
すなわち、上部外側磁化固定層１６Ａが上部反強磁性層１５と接触していることにより、上部外側磁化固定層１６Ａの磁化方向が＋Ｘ方向に固定され、さらに上部内側磁化固定層１８Ａが上部磁気結合層１７を間に挟んで上部外側磁化固定層１６Ａと結合していることにより、上部内側磁化固定層１８Ａの磁化方向が−Ｘ方向に固定されている。一方、下部外側磁化固定層１０が下部反強磁性層９と接触していることにより、下部外側磁化固定層１０の磁化方向が−Ｘ方向に固定され、さらに下部内側磁化固定層１２が下部磁気結合層１１を間に挟んで下部外側磁化固定層１０と結合していることにより、下部内側磁化固定層１２の磁化方向を、上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きＳ１８Ａとは反対方向である＋Ｘ方向に固定することが可能となる。
【００３６】
下部内側磁化固定層１２、上部内側磁化固定層１８Ａ、下部外側磁化固定層１０、及び上部外側磁化固定層１６Ａの材料として、スピン分極率の大きい強磁性金属材料を使用することができ、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１種以上含む合金、又は、前記群から選択される１種以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される一種以上の元素を含む合金が挙げられる。具体的には、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢが挙げられる。また、下部磁気結合層１１及び下部磁気結合層１１の材料として、例えば、Ｒｕが挙げられる。
【００３７】
このように、下部反強磁性層９や上部反強磁性層１５等を設けると、高い保磁力を一方向に有する下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａが得られる。従って、下部反強磁性層９や上部反強磁性層１５に用いられる材料は、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａ等に用いられる材料に合わせて選択される。例えば、下部反強磁性層９や上部反強磁性層１５として、Ｍｎを用いた反強磁性を示す合金、具体的にはＭｎと、Ｐｔ、Ｉｒ、及びＦｅのうちから選ばれる少なくとも一つの元素とを含む合金が挙げられる。具体的には、例えば、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎが挙げられる。
【００３８】
以上では、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの磁化が、下部反強磁性層９や上部反強磁性層１５によって磁化が固定される場合を示した。この他の磁化固定方法として、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの形状異方性によって磁化を固定する方法や、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの成膜時における外部磁場によって磁化を固定する方法を用いても良く、これらの磁化固定方法のうち少なくともいずれか一の磁化固定方法によって固定されていることが好ましい。これにより、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きを外部磁界に反応し難くすることが可能となる。
【００３９】
下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａに形状異方性を持たせて磁化を固定する方法を採用する場合には、下部反強磁性層９や上部反強磁性層１５を省略することが可能である。たとえば、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａを、Ｙ方向から見てＺ方向が長軸となる矩形形状にすればよい。
【００４０】
下部緩衝層８は、下部第二磁気シールド層２を電極として下部磁化固定部５０に電流を流すべく、下部第二磁気シールド層２と下部反強磁性層９とを電気的に接続するための電極層として機能し、かつ、下部反強磁性層９への下地膜の結晶性を除去する機能を示す。同様に、上部緩衝層１４は、上部第二磁気シールド層４を電極として上部磁化固定部６０Ａに電流を流すべく、上部第二磁気シールド層４と上部反強磁性層１５とを電気的に接続するための電極層として機能し、かつ、上部反強磁性層１５における結晶性を除去する機能を示す。下部緩衝層８及び上部緩衝層１４の材料として、例えば、Ｒｕ、Ｔａなどの金属材料が用いられる。なお、下部反強磁性層９が存在しない場合には、下部緩衝層８は、下部内側磁化固定層１２と接触することとなり、上部反強磁性層１５が存在しない場合には、上部緩衝層１４は、上部内側磁化固定層１８Ａと接触することとなる。
【００４１】
下部第一磁気シールド層１及び下部第二磁気シールド層２は、外部、特に磁気センサー１００Ａの下部から、磁化自由層６及び下部磁化固定部５０に侵入する磁気をそれぞれ遮断するためのものである。図１に示すように、下部第一磁気シールド層１と下部第二磁気シールド層２とは、互いに独立して離間して設けられている。これにより、下部第二磁気シールド層２をチャンネル層５にスピン注入するための他方の電極として使用することが可能となる。
【００４２】
上部第一磁気シールド層３及び上部第二磁気シールド層４は、外部、特に磁気センサー１００Ａの上部から、磁化自由層６及び上部磁化固定部６０Ａに侵入する磁気をそれぞれ遮断するためのものである。図１に示すように、上部第一磁気シールド層３と上部第二磁気シールド層４とは、互いに独立して離間して設けられている。これにより、上部第一磁気シールド層３をチャンネル層５と磁化自由層６との界面に生じる電圧測定用の電極として使用し、かつ、上部第二磁気シールド層４をチャンネル層５にスピン注入するための一方の電極として使用することが可能となる。
【００４３】
下部第一磁気シールド層１、下部第二磁気シールド層２、上部第一磁気シールド層３、及び上部第二磁気シールド層４の材料として、例えばＮｉ及びＦｅを含む合金、センダスト、Ｆｅ及びＣｏを含む合金、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉを含む合金等の軟磁性体材料が挙げられる。
【００４４】
下部障壁層１３及び上部障壁層１９はトンネル絶縁層であり、下部障壁層１３及び上部障壁層１９として、酸化アルミニウムや酸化マグネシウムなどの絶縁体、あるいは酸化亜鉛などの半導体が適用される。
【００４５】
下部絶縁層７は、下部障壁層１３と下部第一磁気シールド層１との間に設けられている。下部絶縁層７は、チャンネル層５に蓄積させる電子のスピンが下部第一磁気シールド層１側へ流出することを防ぐためのものである。スピン蓄積を効率良く行う観点から、下部絶縁層７は、チャンネル層５の下部面上において、下部磁化固定部５０及び上部磁化固定部６０Ａ側から磁化自由層６側に亘って設けられている。下部絶縁層７として、例えばＳｉＯ２が挙げられる。
【００４６】
次に、図２を用いて、図１に示した磁気センサー１００ＡのＺ方向に平行な断面形状を説明する。図２は、図１のII−II線に沿った断面構成を説明するための概略図である。
【００４７】
図２に示すように、上部絶縁層２０は、チャンネル層５、磁化自由層６、及び上部障壁層１９と、永久磁石２１との間に設けられており、チャンネル層５、磁化自由層６、及び上部障壁層１９と永久磁石２１とを絶縁するためのものである。上部絶縁層２０として、ＳｉＯ２などが用いられる。
【００４８】
永久磁石２１は、上部絶縁層２０を介して、磁化自由層６の両側に配置されている。永久磁石２１からの漏洩磁束を用いて、磁化自由層６にバイアス磁界を印加することにより、磁化自由層６の磁区構造を安定化（一軸化）することが可能となる。これにより、磁壁の移動に起因するバルクハウゼンノイズを抑制することが可能となる。
【００４９】
以下に、第１実施形態に係る磁気センサー１００Ａの製造方法の一例について説明する。まず、基板上に、下部第二磁気シールド層２、下部緩衝層８、下部反強磁性層９、下部外側磁化固定層１０、下部磁気結合層１１、及び下部内側磁化固定層１２をこの順にスパッタ法によって連続成膜し、下部内側磁化固定層１２の上にＴａ等の保護膜を例えば５ｎｍ成膜する。その後、下部外側磁化固定層１０の磁化方向を固定するために、外部磁界を例えば３０００[Ｏｅ]とし、加熱温度３００℃にて３時間のアニールを行う。
【００５０】
次に、フォトリゾグラフィによって余分な膜を削り取り、下部磁化固定部５０を図１に示すような形状にする。続いて、下部第一磁気シールド層１と下部絶縁層７をこの順に成膜する。この後、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって下部絶縁層７と下部内側磁化固定層１２の表面が平坦な面となるように研磨する。その後、真空チャンバー中において、当該平坦面をプラズマ処理した後に、下部障壁層１３、チャンネル層５、上部障壁層１９、上部内側磁化固定層１８Ａ、上部磁気結合層１７、上部外側磁化固定層１６Ａ、上部反強磁性層１５、及び上部緩衝層１４をスパッタ法によってこの順に連続して成膜する。上部内側磁化固定層１８Ａを成膜する際、上述のアニール時に外部磁場を印加した方向とは逆向きの外部磁場を印加した状態で行う。
【００５１】
そして、フォトリゾグラフィによって余分な膜を削り取り、上部磁化固定部６０Ａを図１に示すような形状にする。続いて、図２に示すように、当該削り取った部分に上部絶縁層２０を形成し、その上に永久磁石２１を形成する。さらに、図１のように、フォトリゾグラフィによって磁化自由層６の上の膜を除去し、上部第一磁気シールド層３を順に形成し、上部磁化固定部６０Ａの上に上部第二磁気シールド層４を形成する。以上により、図１及び図２に示す磁気センサー１００Ａが完成する。
【００５２】
以下に、第１実施形態に係る磁気センサー１００Ａの動作及び効果について、図１を用いて説明する。図１に示すように、下部磁化固定部５０及び上部磁化固定部６０Ａへ検出用電流を流すために、下部第二磁気シールド層２と、上部第二磁気シールド層４とを、電流源７０に電気的に接続する。また、上部第一磁気シールド層３及びチャンネル層５を、電圧測定器８０に電気的に接続する。
【００５３】
まず、磁気センサー１００Ａの下部磁化固定部５０及び上部磁化固定部６０Ａの両方へ検出用電流Ｉ１を流す。本実施形態では、下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２と上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きＳ１８Ａとが互いに反平行に固定されている。このため、本実施形態に係る磁気センサー１００Ａでは、下部内側磁化固定層１２からチャンネル層５を介して上部内側磁化固定層１８Ａへ検出用電流Ｉ１を流すことにより、チャンネル層５の上下に設けられた下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａからチャンネル層５へ、同じ方向に磁気偏極したスピンがそれぞれ注入されることとなる。また逆に、上部内側磁化固定層１８Ａからチャンネル層５を介して下部内側磁化固定層１２へ検出用電流（すなわちＩ１の向きとは逆方向に流れる電流）を流すことによっても、チャンネル層５の上下に設けられた下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａからチャンネル層５へ、同じ方向に磁気偏極したスピンがそれぞれ注入されることとなる。このように、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ａの磁化の向きと電流の向きを適切な状態にすることにより、磁気センサーにおける電位出力を高くすることが可能となる。
（第２実施形態）
【００５４】
以下、第２実施形態に係る、磁気センサーの一例としての薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｃを説明する。図３に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｃを示す部分断面図を示す。
【００５５】
図３に示す薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｃが、第１実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａと異なる点は、磁気センサー１００Ａにおける上部磁化固定部６０Ａを構成する層の磁化の固定向きであるので、これについてのみ説明する。
【００５６】
本実施形態では、図３に示すように、下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２（＋Ｘ方向）と上部内側磁化固定層１８Ｃの磁化の向きＳ１８Ｃ（＋Ｘ方向）とが同一となる（平行となる）ように固定されている。具体的には、上部外側磁化固定層１６Ｃが上部反強磁性層１５と接触していることにより、上部外側磁化固定層１６Ｃの磁化方向Ｓ１６Ｃが−Ｘ方向に固定され、さらに上部内側磁化固定層１８Ｃが上部磁気結合層１７を間に挟んで上部外側磁化固定層１６Ｃと結合していることにより、上部内側磁化固定層１８Ｃの磁化方向Ｓ１８Ｃを下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２と同じ＋Ｘ方向に固定することが可能となる。
【００５７】
本実施形態では、図３に示すように、下部磁化固定部５０へ検出用電流Ｉ２を流すために、下部第二磁気シールド層２とチャンネル層５とを電流源７１に電気的に接続する。一方、上部磁化固定部６０Ｃへ検出用電流Ｉ３を流すために、上部第二磁気シールド層４とチャンネル層５とを電流源７２に電気的に接続する。このような構成を採用することにより、磁気センサー１００Ｃでは、チャンネル層５から下部磁化固定部５０へ検出用電流Ｉ２を流すことが可能となるとともに、チャンネル層５から上部磁化固定部６０Ｃへ検出用電流Ｉ３を流すことが可能となる。
【００５８】
本実施形態では、下部内側磁化固定層１２の磁化の向きＳ１２と上部内側磁化固定層１８Ｃの磁化の向きＳ１８Ｃとが互いに平行に固定されている。このため、本実施形態に係る磁気センサー１００Ｃでは、チャンネル層５から下部内側磁化固定層１２へ検出用電流Ｉ２を流すとともに、チャンネル層５から上部内側磁化固定層１８Ｃへも検出用電流Ｉ３を流すことにより、下部内側磁化固定層１２と上部内側磁化固定層１８Ｃの両方からチャンネル層５へ同じ方向に磁気偏極したスピンが注入される。また逆に、下部内側磁化固定層１２からチャンネル層５へ電流を流すとともに、上部内側磁化固定層１８Ｃからチャンネル層５へも電流を流すことによっても、下部内側磁化固定層１２と上部内側磁化固定層１８Ｃの両方からチャンネル層５へ同じ方向に磁気偏極したスピンが注入される。このように、下部内側磁化固定層１２及び上部内側磁化固定層１８Ｃの磁化の向きと電流の向きとを適切な状態にすることにより、第１実施形態と同様に、磁気センサーにおける電位出力を高くすることが可能となる。
【００５９】
以下に本発明の変形例について、図４〜７を用いながら説明する。図４に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｄを示す部分断面図を示す。図４に示す薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｄが、第１実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａと異なる点は、磁気センサー１００Ａにおける上部内側磁化固定層１８Ａが形状異方性によって磁化方向が固定されている点であるので、これについてのみ説明する。すなわち、図４に示す磁気センサー１００Ｄでは、上部内側磁化固定層１８Ｄの磁化方向が形状異方性によって固定されているため、第１実施形態において説明した上部反強磁性層１５、上部外側磁化固定層１６Ａ、及び上部磁気結合層１７が設けられていない。このような構成を用いる場合においても、本発明の実施は可能である。
【００６０】
また、図４では、上部内側磁化固定層１８Ａのみが形状異方性によって磁化方向が固定されている態様を示したが、さらに下部内側磁化固定層１２の磁化方向が形状異方性によって固定され、下部反強磁性層９、下部外側磁化固定層１０、及び下部磁気結合層１１を設けない態様であっても、本発明の実施は可能である。
【００６１】
図５に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｅを示す部分断面図を示す。図５に示す薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｅが、第１実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａと異なる点は、下部絶縁層７が設けられていない点、及び下部第一磁気シールド層１のＸ方向の長さが、磁化自由層６のＸ方向の長さよりも短く、かつ下部第一磁気シールド層１がエアベアリング面Ｓ側（媒体側）に寄っている点である。このような構成を用いる場合においても、本発明の実施は可能である。図５に示すように、磁気センサー１００Ｅには、下部絶縁層７が設けられていないが、下部障壁層１３が、チャンネル層５の下部面上において下部磁化固定部５０及び上部磁化固定部６０Ａ側から磁化自由層６側に亘って設けられている。このため、チャンネル層５に蓄積させる電子のスピンが下部第一磁気シールド層１側へ流出することを防止できるので、チャンネル層５におけるスピンの蓄積を妨げる恐れは少ない。
【００６２】
図６に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｆを示す部分断面図を示す。図６に示す薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｆが、第１実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａと異なる点は、磁気センサー１００Ａにおける上部障壁層１９の長さ及びその配置である。図６に示す磁気センサー１００Ｆでは、上部障壁層１９Ｆの長さが、第１実施形態に係る上部障壁層１９の長さよりも短く、上部障壁層１９Ｆが、上部磁化固定部６０Ａとチャンネル層５との間にのみ設けられている。すなわち、チャンネル層５と磁化自由層６とが直接接触しており、上部障壁層１９Ｆはチャンネル層５と磁化自由層６との間、及びチャンネル層５上における磁化自由層６と上部内側磁化固定層１８Ａとの間の領域には設けられていない。このような構成を用いる場合、チャンネル層５に流れるスピン電流を効率的に磁化自由層６に取り込み、高い出力を得ることが可能となる。
【００６３】
図７に、薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｇを示す部分断面図を示す。図７に示す薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｇが、第１実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａと異なる点は、磁気センサー１００Ａにおける上部障壁層１９が設けられていない点である。そして、図７に示すように、磁気センサー１００Ｇでは、チャンネル層５と磁化自由層６とが直接接触している。このような構成を用いる場合、チャンネル層５に流れるスピン電流を効率的に磁化自由層６に取り込み、高い出力を得ることが可能となる。また、図示しないが、上部障壁層１９が設けられていない代わりに、下部障壁層１３が設けられていなくても良い。すなわち、チャンネル層５と上部内側磁化固定層１８Ａとの間、及びチャンネル層５と下部内側磁化固定層１２との間の少なくとも一方に障壁層が設けられていれば良い。このような構成を採用することにより、上部内側磁化固定層１８Ａ及び下部内側磁化固定層１２の少なくとも一方からチャンネル層５へスピン偏極した電子を多く注入することが可能となり、磁気センサーの電位出力をより一層高めることが可能となる。
【００６４】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、反強磁性層を用いる場合に、シンセティックピンド構造を採用する例を示したが、下部磁化固定部５０において、下部外側磁化固定層１０及び下部磁気結合層１１を備えずに、下部反強磁性層９と下部内側磁化固定層１２とが接触していても良い。同様に、上部磁化固定部において、上部外側磁化固定層及び上部磁気結合層を備えずに、上部反強磁性層と上部内側磁化固定層とが接触していても良い。
【００６５】
図４〜７を用いて説明した態様では、第１実施形態に対応する構成、すなわち上部内側磁化固定層の磁化の向きが下部内側磁化固定層の磁化の向きと逆方向（反平行）である場合を例にとって説明したが、第２実施形態に対応する構成、すなわち上部内側磁化固定層の磁化の向きが下部内側磁化固定層の磁化の向きと同一方向（平行）である場合にも適用可能である。
【００６６】
以上、各実施形態において、本発明の磁気センサーを薄膜磁気記録再生ヘッドに適用する例を用いて説明したが、本発明の磁気センサーは、薄膜磁気記録再生ヘッド以外の例えば小型ロボット、ディジタルカメラ、及びインクジェットプリンターなどで使用される磁気エンコーダー装置、磁場計測装置、磁気検知装置等の各種用途にも適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】磁気センサー１００Ａを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ａ及び動作を説明するための模式図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面構成を説明するための概略図である。
【図３】磁気センサー１００Ｃを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｃ及び動作を説明するための模式図である。
【図４】磁気センサー１００Ｄを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｄ及び動作を説明するための模式図である。
【図５】磁気センサー１００Ｅを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｅ及び動作を説明するための模式図である。
【図６】磁気センサー１００Ｆを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｆ及び動作を説明するための模式図である。
【図７】磁気センサー１００Ｇを備える薄膜磁気記録再生ヘッド２００Ｇ及び動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００６８】
５…チャンネル層、６…磁化自由層、１２…下部内側磁化固定層、１８Ａ…上部内側磁化固定層、５０…下部磁化固定部、６０Ａ…上部磁化固定部、１００Ａ…磁気センサー、１００Ｂ…磁気記録部、２００Ａ…薄膜磁気記録再生ヘッド。
【図１】
2010113752.tif 000003
【図２】
2010113752.tif 000004
【図３】
2010113752.tif 000005
【図４】
2010113752.tif 000006
【図５】
2010113752.tif 000007
【図６】
2010113752.tif 000008
【図７】
2010113752.tif 000009