(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反強磁性層と、該反強磁性層に接して前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、該固定磁性層に接する非磁性導電層と、該非磁性導電層に接する第２フリー磁性層と、該第２フリー磁性層に接する非磁性中間層と、該非磁性中間層に接するとともに前記第２フリー磁性層と反強磁性的に結合して、該第２フリー磁性層とともにフェリ磁性状態を形成する第１フリー磁性層と、該第１フリー磁性層に接して前記第１フリー磁性層よりも導電性が高いバックド層とが積層されてなる積層体を備え、
前記バックド層の、前記第１フリー磁性層と接する面の反対側に、絶縁材料からなる鏡面反射層が配置されたことを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項２】
反強磁性層と、該反強磁性層に接して前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、該固定磁性層に接する非磁性導電層と、該非磁性導電層に接する第２フリー磁性層と、該第２フリー磁性層に接する非磁性中間層と、該非磁性中間層に接するとともに前記第２フリー磁性層と反強磁性的に結合して、該第２フリー磁性層とともにフェリ磁性状態を形成する第１フリー磁性層と、該第１フリー磁性層に接して前記第１フリー磁性層よりも導電性が高いバックド層とが積層されてなる積層体を備え、
前記積層体の両側面側に、前記第２フリー磁性層の磁化方向を揃える一対のバイアス層が前記第２フリー磁性層に隣接して設けられ、該バイアス層の厚さ方向を区画する２つの面のうちの一面が、前記積層体の側面であって前記第２フリー磁性層の厚さ方向を区画する２つの面の間のいずれかの階層位置に突き合わされるとともに、前記バイアス層の厚さ方向を区画する２つの面のうちの他面が、前記積層体の側面であって少なくとも前記第２フリー磁性層よりも前記非磁性導電層側の階層位置に突き合わされていることを特徴とするスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項３】
前記バックド層の、前記第１フリー磁性層と接する面の反対側に、前記バックド層に対して非固溶な遷移金属からなる保護層が配置されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項４】
前記積層体の両側であって前記一対のバイアス層上に、前記積層体に検出電流を与える一対の導電層が積層されていることを特徴とする請求項２に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項５】
前記一対の導電層は、前記積層体の両側から前記積層体の厚さ方向を区画する２面のうちの一面の中央に向けてこの積層体の表面に延出して被着形成されていることを特徴とする請求項４に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項６】
前記固定磁性層が、非磁性層と、該非磁性層を挟む第１、第２固定磁性層とからなり、該第１、第２固定磁性層の磁化方向が反平行方向とされ、かつこの第１、第２固定磁性層がフェリ磁性状態とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッドに関するものであり、特に、磁気抵抗変化率を大きくすることが可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子及び薄膜磁気ヘッドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気抵抗効果型の磁気ヘッドには、磁気抵抗効果を示す素子を備えたＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）ヘッドと巨大磁気抵抗効果を示す素子を備えたＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）ヘッドとがある。ＭＲヘッドにおいては、磁気抵抗効果を示す素子が磁性体からなる単層構造とされている。一方、ＧＭＲヘッドにおいては、磁気抵抗効果を示す素子が複数の材料が積層されてなる多層構造とされている。巨大磁気抵抗効果を生み出す構造にはいくつかの種類があるが、比較的構造が単純で、外部磁界に対して抵抗変化率が高いものとしてスピンバルブ型薄膜磁気素子がある。
最近では、磁気記録密度の高密度化の要求が一段と高まっており、高記録密度化に対応可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子への注目が高まっている。
【０００３】
そこで、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子を図面を参照して説明する。図２５に、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図２６にはスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１をトラック幅方向から見た断面模式図を示す。
【０００４】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１の上下には、ギャップ層を介してシールド層が形成されており、スピンバルブ型薄膜磁気素子１０１、ギャップ層及びシールド層で、再生用の薄膜磁気ヘッドが構成されている。また、前記薄膜磁気ヘッドの上に、記録用のインダクティブヘッドが積層されていてもよい。
この薄膜磁気ヘッドは、インダクティブヘッドと共に浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて薄膜磁気ヘッドを構成し、ハードディスク等の磁気記録媒体の記録磁界を検出するものである。
なお、図２５及び図２６において、図示Ｚ方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ１方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子のトラック幅方向である。
【０００５】
図２５及び図２６に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１は、反強磁性層１０３、固定磁性層１０４、非磁性導電層１０５及びフリー磁性層１１１が順次積層されてなるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
図２５及び図２６において符号１００はＡｌ２Ｏ３などにより形成された絶縁層を示し、符号１０２は、絶縁層１００上に積層されたＴａ（タンタル）などからなる下地層を示している。この下地層１０２の上に反強磁性層１０３が積層され、反強磁性層１０３の上に固定磁性層１０４が積層され、固定磁性層１０４の上にＣｕなどにより形成された非磁性導電層１０５が積層され、非磁性導電層１０５の上にフリー磁性層１１１が積層され、フリー磁性層１１１の上にはＴａなどにより形成されたキャップ層１２０が積層されている。
このように、下地層１０２からキャップ層１２０までの各層が順次積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面視略台形状の積層体１２１が構成されている。
【０００６】
固定磁性層１０４は、例えばＮｉＦｅ合金等により形成されるもので、反強磁性層１０３に接して積層されている。固定磁性層１０４と反強磁性層１０３との界面では交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、固定磁性層１０４の磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
【０００７】
フリー磁性層１１１は、非磁性中間層１０９と、非磁性中間層１０９を挟む第１フリー磁性層１１０と第２フリー磁性層１０８から構成されている。第１フリー磁性層１１０は、非磁性中間層１０９より保護層１２０側に設けられ、第２フリー磁性層１０８は、非磁性中間層１０９より非磁性導電層１０５側に設けられている。
また、第１フリー磁性層１１０の厚さｔ１は、第２フリー磁性層１０８の厚さｔ２よりも薄くなっている。
【０００８】
また、第１フリー磁性層１１０は、ＮｉＦｅ合金等の強磁性材料により形成され、非磁性中間層１０９は、Ｒｕ等の非磁性材料により形成されている。
また、第２フリー磁性層１０８は、拡散防止層１０６と強磁性層１０７とから構成されている。拡散防止層１０６及び強磁性層１０７はいずれも強磁性材料からなるもので、拡散防止層１０６は例えばＣｏから形成され、強磁性層１０７はＮｉＦｅ合金から形成されている。なお第１フリー磁性層１１０と強磁性層１０７は同一の材料から構成されることが好ましい。
拡散防止層１０６は、強磁性層１０７と非磁性導電層１０５との相互拡散を防止するために設けられたものである。
【０００９】
第１フリー磁性層１１０及び第２フリー磁性層１０８は、相互に反強磁性的に結合されている。即ち、第１フリー磁性層１１０の磁化方向がバイアス層１３２、１３２により図示Ｘ１方向に揃えられた場合、第２フリー磁性層１０８の磁化方向は図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
第１、第２フリー磁性層１１０、１０８の膜厚の関係がｔ１＜ｔ２とされていることから、第１フリー磁性層１１０の磁化が残存した状態となり、フリー磁性層１１１全体の磁化方向が図示Ｘ１方向に揃えられる。
このように、第１フリー磁性層１１０と第２フリー磁性層１０８は、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、人工的なフェリ磁性状態（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｆｅｒｒｉ  ｆｒｅｅ；シンセフィックフェリフリー）とされている。これにより、フリー磁性層１１１の磁化方向と固定磁性層１０４の磁化方向とが交差する関係となる。
【００１０】
積層体１２１の両側には、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金からなるバイアス層１３２、１３２が形成されている。このバイアス層１３２、１３２は、第１フリー磁性層１１０の磁化方向を図示Ｘ１方向に揃えさせてフリー磁性層１１１を単磁区化させ、フリー磁性層１１１のバルクハウゼンノイズを抑制する。
【００１１】
なお、符号１３４、１３４はＣｕなどで形成された導電層を示している。
また、バイアス層１３２と絶縁層１００との間、及び、バイアス層１３２と積層体１２１との間には、例えば非磁性金属であるＣｒからなるバイアス下地層１３１が設けられている。
更に、バイアス層１３２と導電層１３４との間には、例えば非磁性金属であるＴａ若しくはＣｒからなる中間層１３３が設けられている。
【００１２】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１は、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向に揃えられたフリー磁性層１１１の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層１０４の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００１３】
またフリー磁性層１１１は、相互に反強磁性的に結合した第１、第２フリー磁性層１１０、１０８から構成されており、フリー磁性層１１１全体の磁化方向が、僅かな大きさの外部磁界によって変動するので、スピンバルブ型薄膜磁気素子１０１の感度が高くなる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のスピンバルブ型薄膜磁気素子１０１は、フェリ磁性状態とされた第１、第２フリー磁性層１１０、１０８からなるフリー磁性層１１１を備えており、第２フリー磁性層の厚さを３〜４ｎｍとしたときに特に高い磁気抵抗変化率を示すが、スピンバルブ型薄膜磁気素子自体の抵抗が大きくなり、再生出力が低下するという問題があった。
【００１５】
また、今後さらに磁気記録密度の向上が求められることが予想され、より大きな磁気抵抗変化率を有するスピンバルブ型薄膜磁気素子が望まれている。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、より大きな磁気抵抗変化率を示すことが可能なスピンバルブ型薄膜磁気素子を提供するとともに、このスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えて再生出力が大きい薄膜磁気ヘッドを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
【００１８】
本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層と、該反強磁性層に接して前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、該固定磁性層に接する非磁性導電層と、該非磁性導電層に接する第２フリー磁性層と、該第２フリー磁性層に接する非磁性中間層と、該非磁性中間層に接するとともに前記第２フリー磁性層と反強磁性的に結合して、該第２フリー磁性層とともにフェリ磁性状態を形成する第１フリー磁性層と、該第１フリー磁性層に接して前記第１フリー磁性層よりも導電性が高いバックド層とが積層されてなる積層体を備え、前記バックド層の、前記第１フリー磁性層と接する面の反対側に、絶縁材料からなる鏡面反射層が配置されたことを特徴とする。
【００１９】
前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ（但し、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金のいずれか一方からなることが好ましい。
【００２０】
前記バックド層は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕのうちのいずれか１種の元素からから構成されることが好ましい。
また前記バックド層の厚さは、０．３〜２．５ｎｍの範囲が好ましい。
更に、上記の鏡面反射層を構成する絶縁材料としては、α−Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ−Ｘ−Ｏ（Ｘ＝Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）、Ｔ−Ｏ（Ｔ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ）等の酸化物、Ａｌ−Ｎ、Ａｌ−Ｄ−Ｎ（Ｄ＝Ｂ、Ｓｉ、Ｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）、Ｌ−Ｎ（Ｌ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ）等の窒化物等を挙げることができる。
【００２１】
上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、相互に反強磁性的に結合した第１、第２フリー磁性層及び非磁性中間層からなるフリー磁性層を備えている。
このフリー磁性層は、いわゆるシンセフィックフェリフリー層（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｆｅｒｒｉ  ｆｒｅｅ  ｌａｙｅｒ）と呼ばれるもので、第１、第２フリー磁性層が反強磁性的に結合してフェリ磁性状態となっているので、フリー磁性層全体の磁化方向を僅かな大きさの外部磁界により変動し、またフリー磁性層自体の厚さが極端に薄くならないので、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を高く保ちつつ、磁気抵抗変化率を向上させることが可能となる。
また、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、第１フリー磁性層に接するバックド層を備えているので、磁気抵抗変化率を高くすることが可能になる。
このように、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、シンセフィックフェリフリー層とバックド層とを具備しているので、従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子よりも格段に高い磁気抵抗変化率を示すことができる。
【００２２】
ここで、上記のバックド層によって磁気抵抗変化率が高くなる理由を簡単に述べるが、それに先だって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の巨大磁気抵抗効果の原理を簡単に説明する。
スピンバルブ型薄膜磁気素子にセンス電流を印加したときには、伝導電子が主に電気抵抗の小さい非磁性導電層を移動する。この伝導電子にはアップスピンとダウンスピンの２種類の伝導電子が確率的に等量存在する。
スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率は、これらの２種類の伝導電子の平均自由行程の行程差に対して正の相関を示す。
アップスピンの伝導電子については、外部磁界によってフリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向と平行になったときに、非磁性導電層からフリー磁性層に移動する確率が高くなり、平均自由行程が長くなる。
一方、ダウンスピンの伝導電子については、非磁性導電層とフリー磁性層との界面で常に散乱され、フリー磁性層に移動する確率は低いまま維持され、その平均自由行程はアップスピンの伝導電子よりも短いままである。
このように外部磁界の作用によって、アップスピンの伝導電子の平均自由行程がダウンスピンの伝導電子の平均自由行程よりも大きくなり、行程差が大きくなってスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率が大きくなる。
【００２３】
ここで、フリー磁性層を構成する第１フリー磁性層にバックド層を積層すると、フリー磁性層中を移動するアップスピンの伝導電子をバックド層にまで移動させることが可能となり、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を更に延ばすことができ、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、伝導電子の平均自由行程の行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率をより向上させることができる。
また上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子によれば、絶縁材料からなる鏡面反射層が配置されており、この鏡面反射層はバックド層との界面においてポテンシャル障壁を形成し、バックド層を移動するアップスピンの伝導電子を、スピンの方向を保存させたまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子を鏡面反射するので、アップスピンの伝導電子の平均自由行程をより延ばすことが可能となり、ダウンスピンの伝導電子との平均自由行程の行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の抵抗変化率をより向上させることができる。
【００２５】
また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、反強磁性層と、該反強磁性層に接して前記反強磁性層との交換結合磁界により磁化方向が固定された固定磁性層と、該固定磁性層に接する非磁性導電層と、該非磁性導電層に接する第２フリー磁性層と、該第２フリー磁性層に接する非磁性中間層と、該非磁性中間層に接するとともに前記第２フリー磁性層と反強磁性的に結合して、該第２フリー磁性層とともにフェリ磁性状態を形成する第１フリー磁性層と、該第１フリー磁性層に接して前記第１フリー磁性層よりも導電性が高いバックド層とが積層されてなる積層体を備え、前記積層体の両側面側に、前記第２フリー磁性層の磁化方向を揃える一対のバイアス層が前記第２フリー磁性層に隣接して設けられ、該バイアス層の厚さ方向を区画する２つの面のうちの一面が、前記積層体の側面であって前記第２フリー磁性層の厚さ方向を区画する２つの面の間のいずれかの階層位置に突き合わされるとともに、前記バイアス層の厚さ方向を区画する２つの面のうちの他面が、前記積層体の側面であって少なくとも前記第２フリー磁性層よりも前記非磁性導電層側の階層位置に突き合わされていることを特徴とする。
上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子によれば、第２フリー磁性層から非磁性導電層側の階層位置にバイアス層が位置するように構成されており、バイアス層が第２フリー磁性層に隣接する一方で第１フリー磁性層に隣接しないので、第２フリー磁性層との反強磁性的な結合によって発現した第１フリー磁性層の磁化が、バイアス層のバイアス磁界より乱されることがなく、第１フリー磁性層が多磁区化されることがないので、スピンバルブ型薄膜磁気素子のバルクハウゼンノイズを低減することができる。
また、バイアス層の一面が、積層体の側面であって前記第２フリー磁性層の厚さ方向を区画する２面の間のいずれかの階層位置に突き合わされているので、バイアス層の双極子磁界が第１、第２フリー磁性層に印加されることがなく、第１、第２フリー磁性層が多磁区化されることがないので、スピンバルブ型薄膜磁気素子のバルクハウゼンノイズを低減することができる。
【００２６】
更に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であって、前記バックド層の、前記第１フリー磁性層と接する面の反対側に、前記バックド層に対して非固溶な遷移金属からなる保護層が配置されたことを特徴とする。
上記の保護層を構成する遷移金属としては、例えばＨｆ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗを挙げることができる。
【００２７】
係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれば、バックド層に対して非固溶な遷移金属からなる保護層が配置されているので、バックド層と保護層とが相互に拡散固溶することがなく、バックド層の、第１フリー磁性層と接する反対側の面が乱れることがなく、バックド層の実質的な厚さが低下することがないので、アップスピンの伝導電子の平均自由行程が短くなることがなく、上記のスピンフィルター効果をより向上させて磁気抵抗変化率を高くすることができる。
【００３２】
更に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であって、前記積層体の両側であって前記一対のバイアス層上に、前記非磁性導電層に検出電流を与える一対の導電層が積層されていることを特徴とする。
【００３３】
係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれば、一対の導電層が積層体の両側に位置してバイアス層上に積層されているので、導電層と積層体の間に絶縁体等が存在することがなく、検出電流を非磁性導電層に充分に与えることができる。
【００３４】
更に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であって、前記一対の導電層が、前記積層体の両側から前記積層体の厚さ方向を区画する２面のうちの一面の中央に向けてこの積層体の表面に延出して被着形成されていることを特徴とする。
【００３５】
係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれば、前記一対の導電層が、前記積層体の両側から前記積層体の一面の中央に向けてこの積層体の表面に延出して被着形成されているので、導電層と積層体の接触面積が大きくなって検出電流を積層体に効率よく与えることができる。
【００３６】
更に、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子であって、前記固定磁性層が、非磁性層と、該非磁性層を挟む第１、第２固定磁性層とからなり、該第１、第２固定磁性層の磁化方向が反平行方向とされ、かつこの第１、第２固定磁性層がフェリ磁性状態とされていることを特徴とする
【００３７】
係るスピンバルブ型薄膜磁気素子によれば、固定磁性層を構成する第１、第２固定磁性層がフェリ磁性状態とされているので、固定磁性層全体の自発磁化が僅かに残り、この自発磁化が反強磁性層との交換結合磁界によって更に増幅されて固定磁性層全体の磁化方向を強固に固定することが可能になる。
【００３８】
そして本発明の薄膜磁気ヘッドは、先に記載のスピンバルブ型薄膜磁気素子を具備してなることを特徴とする。
係る薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗変化率が大きく、出力が大きい上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子を備えているので、微弱な外部磁界を容易に検出することができ、磁気記録の高密度化に対応することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子１を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図２にはこのスピンバルブ型薄膜磁気素子１をトラック幅方向から見た断面模式図を示す。
また、図３及び図４にこのスピンバルブ型薄膜磁気素子１を備えた薄膜磁気ヘッドを具備してなる浮上式磁気ヘッド１５０を示す。
【００４０】
図３に示す浮上式磁気ヘッド１５０は、スライダ１５１と、スライダ１５１の端面１５１ｄに備えられた本発明に係る薄膜磁気ヘッドｈ１及びインダクティブヘッドｈ２を主体として構成されている。符号１５５は、スライダ１５１の磁気記録媒体の移動方向の上流側であるリーディング側を示し、符号１５６は、トレーリング側を示す。このスライダ１５１の媒体対向面１５２には、レール１５１ａ、１５１ａ、１５１ｂが形成され、各レール同士間は、エアーグルーブ１５１ｃ、１５１ｃとされている。
【００４１】
図３及び図４に示すように、本発明に係る薄膜磁気ヘッドｈ１は、スライダ１５１の端面１５１ｄ上に形成された絶縁層１６２と、この絶縁層１６２上に積層された下部シールド層１６３と、下部シールド層１６３に積層された下部ギャップ層１６４と、下部ギャップ層１６４上に形成されて媒体対向面１５２上に露出する本発明に係るスピンバルブ型薄膜磁気素子１と、スピンバルブ型薄膜磁気素子１を覆う上部ギャップ層１６６と、上部ギャップ層１６６を覆う上部シールド層１６７とから構成されている。
上部シールド層１６７は、後述するインダクティブヘッドｈ２の下部コア層と兼用とされている。
【００４２】
インダクティブヘッドｈ２は、下部コア層（上部シールド層）１６７と、下部コア層１６７に積層されたギャップ層１７４と、コイル１７６と、コイル１７６を覆う上部絶縁層１７７と、ギャップ層１７４に接合され、かつコイル１７６側にて下部コア層１６７に接合される上部コア層１７８とから構成されている。
コイル１７６は、平面的に螺旋状となるようにパターン化されている。また、コイル１７６のほぼ中央部分にて上部コア層１７８の基端部１７８ｂが下部コア層１６７に磁気的に接続されている。
また、上部コア層１７８には、アルミナなどからなるコア保護層１７９が積層されている。
【００４３】
なお、図１、図２及び図４において、図示Ｚ方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ１方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子１のトラック幅方向である。
【００４４】
図１及び図２に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子１は、反強磁性層３０、固定磁性層２５、非磁性導電層２９、フリー磁性層２０及びバックド層６１が順次積層されてなるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
図１及び図２において符号１６４はＡｌ２Ｏ３などにより形成された下部ギャップ層を示し、符号１７は、下部ギャップ層１６４上に積層されたＴａ（タンタル）などからなる下地層を示している。この下地層１７の上に反強磁性層３０が積層され、反強磁性層３０の上に固定磁性層２５が積層され、固定磁性層２５の上にＣｕなどにより形成された非磁性導電層２９が積層され、非磁性導電層２９の上にフリー磁性層２０が積層され、フリー磁性層２０の上にバックド層６１が積層され、バックド層６１の上にＴａなどにより形成されたキャップ層１８が積層されている。
このように、下地層１７からキャップ層１８までの各層が順次積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面視略台形状の積層体１１が構成されている。
【００４５】
なお、フリー磁性層２０は、非磁性中間層２３と、この非磁性中間層２３を挟んで反強磁性的に結合する第１、２フリー磁性層２１、２２とから構成されている。
また、固定磁性層２５は、非磁性層２８と、この非磁性層２８を挟む第１、２固定磁性層２６、２７とから構成されている。
【００４６】
積層体１１の図示Ｘ１方向両側、即ちトラック幅方向両側には、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金からなる一対のバイアス層３２、３２が形成されている。
このバイアス層３２、３２は、積層体１１の両側面１１Ａ、１１Ａに突き合わされており、特に図１に示すように、積層体１１の両側面１１Ａ、１１Ａのうち、反強磁性層３０から第２フリー磁性層２２が積層されている階層位置に当接するように突き合わされている。
即ち、バイアス層３２、３２の厚さ方向を区画する２つの面のうちの一面である上面３２Ａ、３２Ａが、積層体１１の側面１１Ａであって第２フリー磁性層２２の厚さ方向を区画する２面である上面２２Ｃから下面２２Ｄまでの間のいずれかの階層位置に突き合わされ、バイアス層３２、３２の厚さ方向を区画する２面のうちの他面である下面３２Ｃ、３２Ｃが、第２フリー磁性層２２よりも非磁性導電層２９側にある反強磁性層３０と同じ階層位置に突き合わされている。
【００４７】
このようにバイアス層３２、３２は、第２フリー磁性層２２の両側面側に少なくとも位置して第２フリー磁性層２２に隣接するとともに、第１フリー磁性層２１には隣接しないように構成されている。
従って、バイアス層３２、３２のバイアス磁界は第２フリー磁性層２２のみに印加され、第２フリー磁性層２２の磁化方向が図示Ｘ１方向に揃えられる。また第１フリー磁性層２１の磁化方向が図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
このとき、第１フリー磁性層２１にはバイアス層３２、３２が隣接していないので、第１フリー磁性層２１の磁化がバイアス層３２、３２のバイアス磁界によって乱されることがなく、第１フリー磁性層２１が多磁区化することがない。
従って、フリー磁性層２０全体を単磁区化することができ、バルクハウゼンノイズを低減できる。
【００４８】
また、符号３４、３４はＣｒ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕなどで形成された導電層を示している。導電層３４、３４はバイアス層３２、３２の上方に積層されている。即ち導電層３４、３４は、バイアス層３２、３２よりも上側に位置する積層体１１Ａの両側面１１Ａ、１１Ａに突き合わされて形成されている。
また、導電層３４、３４は、符号３４Ａを付した破線で示すように、バイアス層３２、３２より上側の積層体１１の両側面１１Ａ、１１Ａに突き合わされるとともに、積層体１１の厚さ方向を区画する一面、即ちキャップ層１８の上面１８Ａの両側から中心に延出して積層体１１を覆うように被着形成されていても良い。
【００４９】
この導電層３４、３４（３４Ａ、３４Ａ）は積層体１１にセンス電流（検出電流）を印加する。
特に符号３４Ａで示す導電層は、積層体１１の両側からキャップ層１８の上面１８Ａの中央に向けて積層体１１の表面に延出して被着形成されているので、導電層３４Ａ、３４Ａと積層体１１との接触面積が大きくなり、センス電流を積層体１１に効率よく与えることができる。
【００５０】
バイアス層３２、３２と下部ギャップ層１６４との間、及び、バイアス層３２、３２と積層体１１との間には、例えば非磁性金属であるＣｒからなるバイアス下地層３１が設けられている。
結晶構造が体心立方構造（ｂｃｃ構造）であるＣｒからなるバイアス下地層３１上にバイアス層３２を形成することにより、バイアス層３２の保磁力および角形比が大きくなり、第２フリー磁性層２２の単磁区化に必要なバイアス磁界を増大させることができる。
【００５１】
更に、バイアス層３２、３２と導電層３４、３４（３４Ａ、３４Ａ）との間には、例えば非磁性金属であるＴａ若しくはＣｒからなる中間層３３、３３が設けられている。
導電層３４、３４（３４Ａ、３４Ａ）としてＣｒを用いた場合は、Ｔａの中間層３３、３３を設けることにより、後工程のレジスト硬化などの熱プロセスに対して拡散バリアーとして機能し、バイアス層３２、３２の磁気特性の劣化を防ぐことができる。また、導電層３４、３４（３４Ａ、３４Ａ）としてＴａを用いる場合は、Ｃｒの中間層３３、３３を設けることにより、Ｃｒの上に堆積するＴａの結晶を、より低抵抗の体心立方構造としやすくする効果がある。
【００５２】
反強磁性層３０は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。
また、反強磁性層３０は、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金あるいはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。
【００５３】
前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４４〜５７原子％の範囲である。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’が３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４４〜５７原子％の範囲である。
【００５４】
反強磁性層３０として上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これを磁場中熱処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層３０を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、６．４×１０４Ａ／ｍを越える交換結合磁界を有し、交換結合磁界を失うブロッキング温度が６５３Ｋ（３８０℃）と極めて高い優れた反強磁性層３０を得ることができる。
【００５５】
固定磁性層２５は、非磁性層２８と、この非磁性層２８を挟む第１固定磁性層２６と第２固定磁性層２７から構成されている。第１固定磁性層２６は、非磁性層２８より反強磁性層３０側に設けられて反強磁性層３０に接し、第２固定磁性層２７は、非磁性層２８より非磁性導電層２９側に設けられて非磁性導電層２９に接している。
第１固定磁性層２６と反強磁性層３０の界面では交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、第１固定磁性層２６の磁化方向が図示Ｙ方向の反対方向に固定されている。
【００５６】
第１固定磁性層２６と第２固定磁性層２７の厚さは、わずかに異なる厚さとすることが好ましく、図１及び図２では、第２固定磁性層２７の厚さが第１固定磁性層２６の厚さより大とされている。
【００５７】
第１固定磁性層２６の磁化方向は、反強磁性層３０との交換結合磁界により図示Ｙ方向の反対方向に固定され、第２固定磁性層２７は、第１固定磁性層２６と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
第１、第２固定磁性層２６、２７の磁化方向が互いに反平行とされているので、第１、第２固定磁性層２６、２７の磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、第２固定磁性層２７の厚さが僅かに大きいために、固定磁性層２５自体の自発磁化が僅かに残る結果となり、フェリ磁性状態になる。そしてこの自発磁化が反強磁性層３０との交換結合磁界によって更に増幅され、固定磁性層２５の磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。
【００５８】
第１固定磁性層２６及び第２固定磁性層２７は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものであり、特にＣｏより形成されることが好ましい。また、第１、第２固定磁性層２６、２７は同一の材料で形成されることが好ましい。
また、非磁性層２８は、非磁性材料より形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうちの１種またはこれらの合金から形成されることが好ましく、特にＲｕにより形成されることが好ましい。
【００５９】
非磁性導電層２９は、固定磁性層２５とフリー磁性層２０との磁気的な結合を防止し、またセンス電流が主に流れる層であり、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇなどに代表される導電性を有する非磁性材料より形成されることが好ましく、特にＣｕより形成されることが好ましい。
【００６０】
また図１及び図２に示すように、フリー磁性層２０は、非磁性中間層２３と、この非磁性中間層２３を挟む第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２から構成されている。第１フリー磁性層２１は、非磁性中間層２３よりバックド層６１側に設けられてバックド層６１に接し、第２フリー磁性層２２は、非磁性中間層２３より非磁性導電層２９側に設けられて非磁性導電層２９に接している。
【００６１】
第１フリー磁性層２１は、強磁性材料より形成されるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金より形成されることが好ましい。
また、非磁性中間層２３は、非磁性材料より形成されるもので、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕのうちの１種またはこれらの合金から形成されることが好ましく、特にＲｕにより形成されることが好ましい。
【００６２】
第２フリー磁性層２２は、拡散防止層２２Ａと強磁性層２２Ｂとから形成されている。拡散防止層２２Ａは強磁性材料からなるもので、例えばＣｏから形成される。この拡散防止層２２Ａは、強磁性層２２Ｂと非磁性導電層２９の相互拡散を防止する。
また強磁性層２２Ｂは強磁性材料からなるもので、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｏ、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金等により形成されるものであり、特にＮｉＦｅ合金より形成されることが好ましい。
なお、第２フリー磁性層２２は単層で構成されていても良い。
【００６３】
また、第２フリー磁性層２２の厚さｔ２は、第１フリー磁性層２１の厚さｔ１よりも厚く形成されている。
なお、第２フリー磁性層２２の厚さｔ２は、２．５〜４．５ｎｍの範囲であることが好ましい。第２フリー磁性層２２の厚さｔ２が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型薄膜磁気素子１の磁気抵抗変化率を大きくすることができなくなるので好ましくない。
また第１フリー磁性層２１の厚さｔ１は０．５〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。
【００６４】
第１フリー磁性層２１及び第２フリー磁性層２２の飽和磁化をそれぞれＭ１、Ｍ２としたとき、第１フリー磁性層２１及び第２フリー磁性層２２の磁気的膜厚はそれぞれＭ１・ｔ１、Ｍ２・ｔ２となる。
なお、第２フリー磁性層２２が拡散防止層２２Ａ及び強磁性層２２Ｂから構成されているため、第２フリー磁性層２２の磁気的膜厚Ｍ２・ｔ２は、拡散防止層２２Ａの磁気的膜厚Ｍ２１・ｔ２１と強磁性層２２Ｂの磁気的膜厚Ｍ２２・ｔ２２との和となる。
即ち、Ｍ２・ｔ２＝Ｍ２１・ｔ２１＋Ｍ２２・ｔ２２となる。
ここで、Ｍ２１、ｔ２１は拡散防止層２２Ａの飽和磁化、膜厚をそれぞれ示し、Ｍ２２、ｔ２２は強磁性層２２Ｂの飽和磁化、膜厚をそれぞれ示している。
例えば、拡散防止層２２ＡをＣｏで形成し、強磁性層２２ＢをＮｉＦｅ合金で形成した場合、拡散防止層２２Ａの飽和磁化Ｍ２１は、強磁性層２２Ｂの飽和磁化Ｍ２２より大きくなる。
そしてフリー磁性層２０は、第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２との磁気的膜厚の関係を、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とするように構成されている。
【００６５】
また、第１フリー磁性層２１及び第２フリー磁性層２２は、相互に反強磁性的に結合されている。即ち、第２フリー磁性層２２の磁化方向がバイアス層３２、３２により図示Ｘ１方向に揃えられると、第１フリー磁性層２１の磁化方向が図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
第１、第２フリー磁性層２１、２２の磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、第２フリー磁性層２２の磁化が残存した状態となり、フリー磁性層２０全体の磁化方向が図示Ｘ１方向に揃えられる。このときのフリー磁性層２０の実効膜厚は、（Ｍ２・ｔ２−Ｍ１・ｔ１）となる。
このように、第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２は、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、人工的なフェリ磁性状態（ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  ｆｅｒｒｉ  ｆｒｅｅ；シンセフィックフェリフリー）とされている。
またこれにより、フリー磁性層２０の磁化方向と固定磁性層２５の磁化方向とが交差する関係となる。
【００６６】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子１では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向に揃えられたフリー磁性層２０の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層２５の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００６７】
また、第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２の磁気的膜厚の関係が、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされているので、フリー磁性層２０のスピンフロップ磁界を大きくすることができる。
スピンフロップ磁界とは、磁化方向が反平行である２つの磁性層に対し、外部磁界を印加したときに、２つの磁性層の磁化方向が反平行でなくなる外部磁界の大きさを指す。
【００６８】
図５には、フリー磁性層２０のＭ−Ｈ曲線の模式図を示す。このＭ−Ｈ曲線は、図１に示す構成のフリー磁性層２０に対してトラック幅方向から外部磁界を印加したときの、フリー磁性層２０の磁化Ｍの変化を示したものである。
また、図５中、Ｆ１で示す矢印は、第１フリー磁性層２１の磁化方向を表し、Ｆ２で示す矢印は、第２フリー磁性層２２の磁化方向を表す。
図５に示すように、外部磁界Ｈが小さいときは、第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２が反強磁性的に結合した状態、即ち矢印Ｆ１及び矢印Ｆ２の方向が反平行になっているが、外部磁界Ｈの大きさがある値を超えると、第１、第２フリー磁性層１０、８の反強磁性的結合が壊され、フェリ磁性状態が保てなくなる。これがスピンフロップ転移である。またこのスピンフロップ転移が起きたときの外部磁界の大きさがスピンフロップ磁界であり、図５ではＨＳｆで示している。なお、図中Ｈｃｆは、フリー磁性層１１の磁化の保磁力を示している。
【００６９】
第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２の磁気的膜厚の関係が、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされると、フリー磁性層２０のスピンフロップ磁界ＨＳｆが大きくなる。これにより、フリー磁性層２０がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなる。よって、フリー磁性層２０が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【００７０】
また、第２フリー磁性層２２に拡散防止層２２Ａが用いられた場合でも、第１フリー磁性層２１及び第２フリー磁性層２２のそれぞれの磁気的膜厚Ｍ１・ｔ１、Ｍ２・ｔ２を適宜調整することにより、フリー磁性層２０の磁気的な実効膜厚（Ｍ２・ｔ２−Ｍ１・ｔ１）を小さくできるので、僅かな大きさの外部磁界によってもフリー磁性層２０の磁化方向が容易に変動し、これによりスピンバルブ型薄膜磁気素子１の感度を高くすることができる。
【００７１】
バックド層６１は、フリー磁性層２０の非磁性導電層２９に接する面の反対側、即ち第１フリー磁性層２１に接して形成されている。
バックド層６１は、第１フリー磁性層２１より導電性が高いものであることが好ましく、具体的にはＡｕ、Ａｇ、Ｃｕのうちのいずれか１種の元素からから構成されることが好ましく、特にＣｕからなることが好ましい。また、バックド層６１の厚さは０．３〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。
バックド層６１が第１フリー磁性層２１に接して積層されることにより、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１は、いわゆるスピンフィルター効果を示し、磁気抵抗変化率が大きくなる。
【００７２】
ここで、バックド層６１によってスピンバルブ型薄膜磁気素子１の磁気抵抗変化率が高くなる理由を簡単に述べるが、それに先だって、スピンバルブ型薄膜磁気素子１の巨大磁気抵抗効果の原理を簡単に説明する。
図６には、反強磁性層３０、固定磁性層２５（第１固定磁性層２６、非磁性層２８、第２固定磁性層２７）、非磁性導電層２９、フリー磁性層２０（第２フリー磁性層２２（拡散防止層２２Ａ、強磁性層２２Ｂ）、非磁性中間層２３、第１フリー磁性層２１）を順次積層した積層体１１Ｂを示す。
なお、図６において、フリー磁性層２０は、外部磁界によりその磁化方向が図６中左方向に向けられており、固定磁性層２５は、その磁化方向が反強磁性層３０との交換結合磁界により図６中左方向に固定されている。
【００７３】
図６に示す積層体１１Ｂにセンス電流を流すと、伝導電子が主に電気抵抗の小さい非磁性導電層２９を移動する。この伝導電子にはアップスピンとダウンスピンの２種類の伝導電子が確率的にほぼ等数存在する。図６においては、アップスピンの伝導電子を符号ｅ１で示し、ダウンスピンの伝導電子を符号ｅ２で示している。
スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率は、これらの２種類の伝導電子ｅ１、ｅ２の各平均自由行程の行程差に対して正の相関を示す。
アップスピンの伝導電子ｅ１については、外部磁界により固定磁性層２５とフリー磁性層２０の磁化方向が平行になったときに、非磁性導電層２９からフリー磁性層２０に移動する確率が高くなって、その平均自由行程（λ＋）が比較的長くなる。
一方、ダウンスピンの伝導電子ｅ２については、非磁性導電層２９とフリー磁性層２０（第２フリー磁性層２２）との界面で常に散乱され、フリー磁性層２０に移動する確率が低いまま維持され、その平均自由行程（λ−）はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程（λ＋）よりも短いままである。
このように外部磁界の作用によって、アップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程（λ＋）がダウンスピンの伝導電子ｅ２の平均自由行程（λ−）より大きくなり、行程差（λ＋−λ−）が大きくなって積層体１１Ｂの磁気抵抗変化率が大きくなる。
【００７４】
次に図７に示すように、フリー磁性層２０を構成する第１フリー磁性層２１にバックド層６１を積層して積層体１１Ｃを構成し、この積層体１１Ｃにセンス電流を流すと、フリー磁性層２０中を移動するアップスピンの伝導電子ｅ１がバックド層６１にまで移動し、アップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程を更に延ばして（λｂ＋）とすることができ、いわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、このときの平均自由行程の行程差（λｂ＋−λ−）が、図６の場合の行程差（λ＋−λ−）よりも大きくなり、磁気抵抗変化率がより向上する。
これにより、図７に示す積層体１１Ｃは、図６に示すバックド層６１が無い場合に比べて、磁気抵抗変化率をより大きくすることができ、スピンバルブ型薄膜素子の再生出力を向上することができる。
【００７５】
またこのバックド層６１は非磁性であるので、フリー磁性層２０の厚さを実質的に増大させるものではないので、フリー磁性層２０の磁気的膜厚が増大することがなくフリー磁性層２０自体の電気抵抗が高くなることがないので、スピンバルブ型薄膜磁気素子１の再生出力を高くすることができる。
【００７６】
バックド層６１の厚さは前述したように、０．３〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。バックド層６１の厚さが０．３ｎｍ未満では、アップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程を十分に延ばすことができなくなり、磁気抵抗変化率を大きくすることができなくなるので好ましくなく、バックド層６１の厚さが２．５ｎｍを越えると、センス電流が非磁性導電層２９に加えてバックド層６１にも流れやすくなり、センス電流の分流が起きるので好ましくない。
【００７７】
次に、上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子１の製造方法を図８〜図１１を参照して説明する。
まず、図８に示すように、下部ギャップ層１６４上に、下地層１７、反強磁性層３０、固定磁性層２５（第１固定磁性層２６、非磁性層２８、第２固定磁性層２７）、非磁性導電層２９、フリー磁性層２０（第２フリー磁性層２２、非磁性中間層２３、第１フリー磁性層２１）、バックド層６１を順次成膜して積層膜Ｍを形成したのち、積層膜Ｍ上にリフトオフレジスト１０１を形成する。次に、リフトオフレジスト１０１に覆われていない部分を、イオンミリングにより除去して、図９に示すように側面１１Ａ、１１Ａとされる傾斜面を形成して等脚台形状の積層体１１を形成する。
【００７８】
ついで図１０に示すように、リフトオフレジスト１０１上及び積層体１１の両側に、積層体１１の側面１１Ａ、１１Ａから下部ギャップ層１６４上に延在するバイアス下地層３１、３１を形成する。
そして、このバイアス下地層３１、３１上及びリフトオフレジスト１０１上にバイアス層３２、３２を積層する。積層体１１の両側に積層されるバイアス層３２、３２は、少なくとも第２フリー磁性層２２と同じ階層位置に配置されるように形成する。
このとき、バイアス層３２、３２の上面３２Ａが、第２フリー磁性層２２の上面２２Ｃから下面２２Ｄまでの間のいずれかの階層位置に位置するように形成する。続いてハードバイアス層３２、３２の上に中間層３３、３３を積層する。
【００７９】
ハードバイアス層３２、３２の形成は、スパッタ法などによって行うことができ、ハードバイアス層３２、３２の上面３２Ａ、３２Ａが第２フリー磁性層２２に突き合わされ、かつ第２フリー磁性層２２の上面２２Ｃとほぼ平行となるように形成するために、スパッタ装置のターゲットと下部ギャップ層１６４とが平行となるように対向させるとともに、スパッタ粒子の軌跡Ｓ１の角度分布が狭く、直進性のよい方法により形成することが好ましい。
ターゲットからスパッタされたスパッタ粒子の軌跡Ｓ１の角度分布が狭く、直進性がよいと、リフトオフ用レジスト１０１の端部１０１Ａ、１０１Ａの真下よりも内側に入り込むスパッタ粒子が少ない。これにより、ハードバイアス層３２、３２の上面３２Ａ、３２Ａが、第２フリー磁性層２２より図中上側の階層位置の積層体１１上にまで積層されることがなく、バイアス層３２、３２が第２フリー磁性層２２より上側の側面１１Ａ、１１Ａを覆うことがない。
このハードバイアス層３２、３２の形成は、具体的には、例えば、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれかまたはそれらを組み合わせたスパッタ法などによって好ましく行われる。
【００８０】
続いて、図１１に示すように、中間層３３、３３上に導電層３４、３４を形成する。
導電層３４、３４は、積層体１１の側面１１Ａ、１１Ａに接するように形成することが好ましく、例えば、ターゲットと下部ギャップ層１６４との角度を傾斜させた状態で対向させて、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれかまたはそれらを組み合わせたスパッタ法などによって好ましく行われる。また、従来のスパッタ法などの角度分布の広いスパッタ法などによっても好ましく形成される。
導電層３４、３４は、図１１に示すように、スパッタされたスパッタ粒子のうち、リフトオフレジスト１０１によって遮られないスパッタ粒子によって形成される。このとき、ターゲットと下部ギャップ層１６４との角度を傾斜させた状態で対向させてスパッタすると、または、スパッタされたスパッタ粒子の軌跡Ｓ２の角度分布が広いと、リフトオフレジスト１０１の端部１０１Ａ、１０１Ａの真下よりも内側に、多くのスパッタ粒子が入り込む。これにより、導電層３４、３４は、積層体１１の側面１１Ａ、１１Ａに当接するように形成される。
そして、リフトオフレジスト１０１を除去する。
【００８１】
また、図１中破線で示している、積層体１１の両側を覆う導電層３４Ａ、３４Ａを形成するには、図１２に示すようなリフトオフレジスト１０２を用いて形成する。
即ち、図１０おいてバイアス層３２、３２及び中間層３３、３３を形成した後にリフトオフレジスト１０１を除去し、図１２に示すように、リフトオフレジスト１０１より小さい別のリフトオフレジスト１０２を保護層１８の上面１８Ａ上に形成する。このリフトオフレジスト１０２は、その両端部１０２Ａ、１０２Ａが保護層１８の上面１８Ａと積層体の側面１１Ａ、１１Ａとの接合部１１Ｄ、１１Ｄ上に位置するように、かつ保護層１８の上面１８Ａの両側が露出するように形成する。
【００８２】
次に図１３に示すように、中間層３３、３３上及び保護層１８の上面１８Ａ両側に導電層３４Ａ、３４Ａを形成する。
導電層３４Ａ、３４Ａは、積層体１１の側面１１Ａ、１１Ａに接し、かつ保護層１８の上面１８Ａ両側を覆って積層体１１の上面両側から中央に向けて延在するように形成することが好ましく、例えば、ターゲットと下部ギャップ層１６４との角度を傾斜させた状態で対向させて、イオンビームスパッタ法、ロングスロースパッタ法、コリメーションスパッタ法のいずれかまたはそれらを組み合わせたスパッタ法などによって好ましく行われる。また、従来のスパッタ法などの角度分布の広いスパッタ法などによっても好ましく形成される。
【００８３】
導電層３４Ａ、３４Ａは、図１３に示すように、スパッタされたスパッタ粒子のうち、リフトオフレジスト１０２によって遮られないスパッタ粒子によって形成される。このとき、ターゲットと下部ギャップ層１６４との角度を傾斜させた状態で対向させてスパッタすると、または、スパッタされたスパッタ粒子の軌跡Ｓ３の角度分布が広いと、リフトオフレジスト１０２の端部１０２Ａ、１０２Ａの真下よりも内側に、多くのスパッタ粒子が入り込む。これにより、導電層３４Ａ、３４Ａは、積層体１１の側面１１Ａ、１１Ａに当接し、かつ保護層１８の上面１８Ａ両側を覆うように形成される。
そして、リフトオフレジスト１０２を除去する。
【００８４】
上記のようにして、積層体１１の両側面１１Ａ、１１Ａに当接する導電層３４、または積層体１１の両側面１１Ａ、１１Ａに当接しかつ積層体１１の上面両側から中央に向けて延在する導電層３４Ａ、３４Ａを具備してなるスピンバルブ型薄膜磁気素子１が製造される。
【００８５】
上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子１は、フリー磁性層２０上にバックド層６１が積層されており、アップスピンの伝導電子ｅ１がフリー磁性層２０からバックド層６１に移動できるので、アップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由工程λ＋を延ばしてλ＋ｂとすることができ、いわゆるスピンフィルター効果を示すので、磁気抵抗変化率を高くすることができる。
【００８６】
同時にこのスピンバルブ型薄膜磁気素子１は、非磁性中間層２３を挟んでフェリ磁性状態とされた第１、第２フリー磁性層２１、２２からなるフリー磁性層２０、いわゆるシンセフイックフェリフリー層を具備しているので、フリー磁性層２０全体の磁化方向を僅かな大きさの外部磁界により変動させることができ、またフリー磁性層２０自体の厚さが極端に薄くならないので、スピンバルブ型薄膜磁気素子１の感度を高くすることができる。
【００８７】
従って上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子１によれば、シンセフィックフェリフリー層による外部磁界の感度の向上と、スピンフィルター効果による磁気抵抗変化率の向上とを同時に発揮させることができる。
【００８８】
更にこのスピンバルブ型薄膜磁気素子１は、中間層２８を挟んでフェリ磁性状態とされた第１、第２固定磁性層２６、２７からなる固定磁性層２５を具備してなり、反強磁性層３０とこの固定磁性層２５と交換結合磁界により固定磁性層２５の磁化方向を一方向に強固に固定できるので、スピンバルブ型薄膜磁気素子１の熱安定性を高めることができる。
【００８９】
（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態を図面を参照して説明する。
図１４に、本発明の第２の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子２を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図１５にはスピンバルブ型薄膜磁気素子２をトラック幅方向から見た断面模式図を示す。
なお、図１４及び図１５に示す構成要素のうち、図１及び図２に示す構成要素と同一の構成要素には、図１及び図２と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
また、図１４及び図１５において、図示Ｚ方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ１方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子２のトラック幅方向である。
【００９０】
図１４及び図１５に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子２は、第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様に薄膜磁気ヘッドｈ１に備えられて浮上式磁気ヘッドを構成するものである。
そしてこのスピンバルブ型薄膜磁気素子２は、第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様に、下地層１７、反強磁性層３０、固定磁性層２５、非磁性導電層２９及びフリー磁性層２０、バックド層６１及びキャップ層１８が順次積層されてなるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子２が先に説明したスピンバルブ型薄膜磁気素子１と異なる点は、バックド層６１とキャップ層１８との間に遷移金属からなる保護層８１が形成されている点である。
このように、下地層１７からキャップ層１８までの各層が順次積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面視略台形状の積層体１２が構成されている。
【００９１】
フリー磁性層２０は、非磁性中間層２３と、この非磁性中間層２３を挟む第１、２フリー磁性層２１、２２とから構成されている。
また、固定磁性層２５は、非磁性層２８と、この非磁性層２８を挟む第１、２固定磁性層２６、２７とから構成されている。
【００９２】
積層体１２の図示Ｘ１方向両側には一対のバイアス層３２、３２が形成されている。
このバイアス層３２、３２は、積層体１２の両側面１２Ａ、１２Ａのうち、反強磁性層３０から第２フリー磁性層２２が積層されている階層位置に当接するように突き合わされている。
即ち、バイアス層３２、３２の上面３２Ａ、３２Ａが、積層体１２の側面１２Ａであって第２フリー磁性層２２の上面２２Ｃから下面２２Ｄまでの間のいずれかの階層位置に突き合わされ、バイアス層３２の下面３２Ｃが、少なくとも第２フリー磁性層２２よりも非磁性導電層２９側にある反強磁性層３０と同じ階層位置に突き合わされている。
【００９３】
このようにバイアス層３２、３２は、第２フリー磁性層２２の両側面側に少なくとも位置して第２フリー磁性層２２に隣接するとともに、第１フリー磁性層２１には隣接しないように構成されている。
従って、バイアス層３２、３２のバイアス磁界は第２フリー磁性層２２のみに印加され、第２フリー磁性層２２の磁化方向が図示Ｘ１方向に揃えられる。また第１フリー磁性層２１の磁化方向が図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
このとき、第１フリー磁性層２１にはバイアス層３２、３２が隣接していないので、第１フリー磁性層２１の磁化がバイアス層３２、３２のバイアス磁界によって乱されることがなく、第１フリー磁性層２１が多磁区化することがない。
従って、フリー磁性層２０全体を単磁区化することができ、バルクハウゼンノイズを低減できる。
【００９４】
また、符号３４、３４はＣｒ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕなどで形成された導電層を示している。導電層３４、３４はバイアス層３２、３２の上方に積層されている。
導電層３４、３４は、バイアス層３２、３２より上側の積層体１２Ａの両側面１２Ａ、１２Ａに突き合わされて形成されている。
また、導電層３４、３４は、符号３４Ａを付した破線で示すように、バイアス層３２、３２より上側の積層体１２の両側面１２Ａ、１２Ａに突き合わされるとともに、積層体１２の厚さ方向を区画する一面、即ちキャップ層１８の上面１８Ａの両側から中心に延出して積層体１２を覆うように被着形成されていても良い。
【００９５】
この導電層３４、３４（３４Ａ、３４Ａ）は積層体１２にセンス電流（検出電流）を印加する。
特に符号３４Ａで示す導電層は、積層体１２の両側からキャップ層１８の上面１８Ａの中央に向けて積層体１２の表面に延出して被着形成されているので、導電層３４Ａ、３４Ａと積層体１２との接触面積が大きくなり、センス電流を積層体１２に効率よく与えることができる。
【００９６】
また、バイアス層３２、３２と下部ギャップ層１６４との間、及び、バイアス層３２、３２と積層体１２との間には、バイアス下地層３１、３１が設けられている。また、バイアス層３２、３２と導電層３４、３４（３４Ａ、３４Ａ）との間には、中間層３３、３３が設けられている。
【００９７】
反強磁性層３０は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。
この反強磁性層３０は、第１の実施形態で説明した反強磁性層と同等の組成からなる。
【００９８】
固定磁性層２５は、非磁性層２８と、この非磁性層２８を挟む第１固定磁性層２６と第２固定磁性層２７から構成されている。第１固定磁性層２６は、非磁性層２８より反強磁性層３０側に設けられて反強磁性層３０に接し、第２固定磁性層２７は、非磁性層２８より非磁性導電層２９側に設けられて非磁性導電層２９に接している。
第１固定磁性層２６と反強磁性層３０の界面では交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、第１固定磁性層２６の磁化方向が図示Ｙ方向の反対方向に固定されている。
また、第２固定磁性層２７の厚さが第１固定磁性層２６の厚さより大とされている。
【００９９】
第１固定磁性層２６の磁化方向は、反強磁性層３０との交換結合磁界により図示Ｙ方向の反対方向に固定され、第２固定磁性層２７は、第１固定磁性層２６と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
第１、第２固定磁性層２６、２７の磁化方向が互いに反平行とされているので、第１、第２固定磁性層２６、２７の磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、第２固定磁性層２７の厚さが僅かに大きいために、固定磁性層２５自体の自発磁化が僅かに残る結果となり、フェリ磁性状態になっている。そしてこの自発磁化が反強磁性層３０との交換結合磁界によって更に増幅され、固定磁性層２５の磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。
【０１００】
第１固定磁性層２６及び第２固定磁性層２７は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、第１の実施形態で説明した第１、第２固定磁性層と同等の材料からなり、非磁性層２８は、非磁性材料からなるもので、第１の実施形態で説明した非磁性層と同等の材料からなる。
【０１０１】
非磁性導電層２９は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇなどに代表される導電性を有する非磁性材料より形成されることが好ましく、特にＣｕより形成されることが好ましい。
【０１０２】
また、図１４及び図１５に示すように、フリー磁性層２０は、非磁性中間層２３と、この非磁性中間層２３を挟む第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２から構成されている。第１フリー磁性層２１は、非磁性中間層２３よりバックド層６１側に設けられてバックド層６１に接し、第２フリー磁性層２２は、非磁性中間層２３より非磁性導電層２９側に設けられて非磁性導電層２９に接している。
【０１０３】
第１フリー磁性層２１及び非磁性中間層２３は、第１の実施形態で説明した第１フリー磁性層及び非磁性中間層と同等の材料から構成される。
また第２フリー磁性層２２は、拡散防止層２２Ａと強磁性層２２Ｂから形成され、これらの拡散防止層２２Ａ及び強磁性層２２Ｂは、第１の実施形態で説明した拡散防止層及び強磁性層と同等の材料から構成される。
【０１０４】
また、第２フリー磁性層２２の厚さｔ２は、第１フリー磁性層２１の厚さｔ１よりも厚く形成されている。
なお、第２フリー磁性層２２の厚さｔ２は、２．５〜４．５ｎｍの範囲であることが好ましい。第２フリー磁性層２２の厚さｔ２が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型薄膜磁気素子２の磁気抵抗変化率を大きくすることができなくなるので好ましくない。
また第１フリー磁性層２１の厚さｔ１は０．５〜２．５ｎｍの範囲が好ましい。
【０１０５】
また、第１フリー磁性層２１及び第２フリー磁性層２２の飽和磁化をそれぞれＭ１、Ｍ２としたとき、第１フリー磁性層２１及び第２フリー磁性層２２の磁気的膜厚はそれぞれＭ１・ｔ１、Ｍ２・ｔ２となる。
そしてフリー磁性層２０は、第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２との磁気的膜厚の関係を、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とするように構成されている。
【０１０６】
また、第１フリー磁性層２１及び第２フリー磁性層２２は、相互に反強磁性的に結合されている。即ち、第２フリー磁性層２２の磁化方向がバイアス層３２、３２により図示Ｘ１方向に揃えられると、第１フリー磁性層２１の磁化方向が図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
第１、第２フリー磁性層２１、２２の磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、第２フリー磁性層２２の磁化が残存した状態となり、フリー磁性層２０全体の磁化方向が図示Ｘ１方向に揃えられる。このときのフリー磁性層２０の実効膜厚は、（Ｍ２・ｔ２−Ｍ１・ｔ１）となる。
このように、第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２は、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、人工的なフェリ磁性状態とされている。
またこれにより、フリー磁性層２０の磁化方向と固定磁性層２５の磁化方向とが交差する関係となる。
【０１０７】
第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２の磁気的膜厚の関係が、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされているので、フリー磁性層２０のスピンフロップ磁界を大きくすることができる。これにより、フリー磁性層２０がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなる。よって、フリー磁性層２０が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【０１０８】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子２では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向に揃えられたフリー磁性層２０の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層２５の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１０９】
バックド層６１は、フリー磁性層２０の非磁性導電層２９に接する面の反対側、即ち第１フリー磁性層２１に接して形成されている。
このバックド層６１は、第１の実施形態において説明したバックド層と同等の材料からなる。
バックド層６１が第１フリー磁性層２１に接して積層されることにより、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子２は、第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様なスピンフィルター効果を示し、磁気抵抗変化率が大きくなる。
【０１１０】
即ち、フリー磁性層２０中を移動するアップスピンの伝導電子がバックド層６１にまで移動して、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を更に延ばして（λｂ＋）とすることができ、これによりいわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、平均自由行程の行程差（λｂ＋−λ−）がより大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子２の磁気抵抗変化率がより向上し、再生出力を大きくできる。
【０１１１】
更に、バックド層６１の、第１フリー磁性層２１と接する面の反対側、即ちバックド層６１とキャップ層１８との間には、バックド層６１及びキャップ層１８に対して非固溶な遷移金属からなる保護層８１が配置されている。
この保護層８１を構成する遷移金属としては、例えばＨｆ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗを挙げることができる。これらの遷移金属は、バックド層６１を構成するＡｕ、Ａｇ、Ｃｕや、キャップ層１８を構成するＴａに対して非固溶な元素であり、このような遷移金属で保護層８１を構成すると、バックド層６１及びキャップ層１８との間で相互拡散することがなく、これによりバックド層６１とキャップ層１８との間の相互拡散を防止できる。
【０１１２】
従って、バックド層６１の、第１フリー磁性層２１と接する反対側の面が乱れることがなく、バックド層６１の実質的な厚さが薄くなることがないので、アップスピンの伝導電子の平均自由行程が短くなることがなく、上記のスピンフィルター効果をより向上させて、スピンバルブ型薄膜磁気素子２の磁気抵抗変化率を高くすることができる。
【０１１３】
なお、このスピンバルブ型薄膜磁気素子２は、下地層１７、反強磁性層３０、第１固定磁性層２６、非磁性層２８、第２固定磁性層２７、非磁性導電層２９、第２フリー磁性層２２、非磁性中間層２３、第１フリー磁性層２１、バックド層６１、保護層８１及びキャップ層１８が順次積層されて多層膜が形成されること以外は、前述したスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様にして製造される。
【０１１４】
上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子２は、第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様に、シンセフィックフェリフリー層による外部磁界の感度の向上と、スピンフィルター効果による磁気抵抗変化率の向上とを同時に発揮させる効果に加えて、以下の効果が得られる。
即ちこのスピンバルブ型薄膜磁気素子２は、バックド層６１とキャップ層１８との間に、これらの層６１、１８に対して非固溶な遷移金属からなる保護層８１が配置されているので、バックド層６１とキャップ層１８との間の相互拡散を防止し、バックド層６１の、第１フリー磁性層２１と接する反対側の界面が乱れることがなく、バックド層６１の実質的な厚さが薄くなることがないので、アップスピンの伝導電子の平均自由行程が短くなることがなく、上記のスピンフィルター効果をより向上させてスピンバルブ型薄膜磁気素子２の磁気抵抗変化率を更に高くすることができる。
【０１１５】
（第３の実施形態）
次に本発明の第３の実施形態を図面を参照して説明する。
図１６に、本発明の第３の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子３を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図１７にはスピンバルブ型薄膜磁気素子３をトラック幅方向からみた断面模式図を示す。
なお、図１６及び図１７に示す構成要素のうち、図１、図２、図１４及び図１５に示す構成要素と同一の構成要素には、図１、図２、図１４及び図１５と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
また、図１６及び図１７において、図示Ｚ方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ１方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子３のトラック幅方向である。
【０１１６】
図１６及び図１７に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子３は、第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様に薄膜磁気ヘッドｈ１に備えられて浮上式磁気ヘッドを構成するものである。
そしてこのスピンバルブ型薄膜磁気素子３は、フリー磁性層４０、非磁性導電層２９、固定磁性層４５及び反強磁性層５０が順次積層されてなるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
【０１１７】
図１６において符号１６４は下部ギャップ層を示し、符号１７は、下部ギャップ層１６４上に積層された下地層を示している。この下地層１７の上にバックド層６２が積層され、このバックド層６２の上にフリー磁性層４０が積層され、フリー磁性層４０の上に非磁性導電層２９が積層され、非磁性導電層２９の上に固定磁性層４５が積層され、固定磁性層４５の上に反強磁性層５０が積層され、反強磁性層５０の上にはキャップ層１８が積層されている。
このように、下地層１７からキャップ層１８までの各層が順次積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面視略台形状の積層体１３が構成されている。
【０１１８】
積層体１３の図示Ｘ１方向両側、即ちトラック幅方向両側には、バイアス層３６、３６が形成されている。バイアス層３６、３６は、下部ギャップ層１６４上から積層体１３の両側面１３Ａ、１３Ａに乗り上げるようにして形成されている。このバイアス層３６、３６はフリー磁性層４０の磁化方向を揃えて、フリー磁性層４０のバルクハウゼンノイズを低減する。
【０１１９】
また、符号３８、３８は導電層を示している。導電層３８、３８はバイアス層３２、３２の上方に積層されている。この導電層３８、３８は積層体１３にセンス電流を印加する。
また、バイアス層３６、３６と下部ギャップ層１６４との間、及び、バイアス層３６、３６と積層体１３の両側面１３Ａ、１３Ａとの間にはバイアス下地層３５、３５が設けられている。
更に、バイアス層３６、３６と導電層３８、３８との間には中間層３７、３７が設けられている。
これらのバイアス下地層３５、バイアス層３６、中間層３７、及び導電層３８、は、第１または第２の実施形態で説明したバイアス下地層３１、バイアス層３２、中間層３３及び導電層３４と同等の材料からなる。
【０１２０】
反強磁性層５０は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。
また、反強磁性層５０は、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金あるいはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。
【０１２１】
前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’が３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、７４〜５７原子％の範囲である。
【０１２２】
反強磁性層５０として上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これを磁場中熱処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層５０を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、６．４×１０４Ａ／ｍを越える交換結合磁界を有し、交換結合磁界を失うブロッキング温度が６５３Ｋ（３８０℃）と極めて高い優れた反強磁性層５０を得ることができる。
【０１２３】
固定磁性層４５は、非磁性層４８と、この非磁性層４８を挟む第１固定磁性層４６と第２固定磁性層４７から構成されている。第１固定磁性層４６は、非磁性層４８より反強磁性層５０側に設けられて反強磁性層５０に接し、第２固定磁性層４７は、非磁性層４８より非磁性導電層２９側に設けられて非磁性導電層２９に接している。
第１固定磁性層４６と反強磁性層５０の界面では交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、第１固定磁性層４６の磁化方向が図示Ｙ方向の反対方向に固定されている。
【０１２４】
第１固定磁性層４６と第２固定磁性層４７の厚さは、わずかに異なる厚さとすることが好ましく、図１６では、第２固定磁性層４７の厚さが第１固定磁性層４６の厚さより大とされている。
【０１２５】
第１固定磁性層４６の磁化方向は、反強磁性層５０との交換結合磁界により図示Ｙ方向の反対方向に固定され、第２固定磁性層４７は、第１固定磁性層４６と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
第１、第２固定磁性層４６、４７の磁化方向が互いに反平行とされているので、第１、第２固定磁性層４６、４７の磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、第２固定磁性層４７の厚さが僅かに大きいために、固定磁性層４５自体の自発磁化が僅かに残る結果となり、フェリ磁性状態になっている。そしてこの自発磁化が反強磁性層５０との交換結合磁界によって更に増幅され、固定磁性層４５の磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。
【０１２６】
第１固定磁性層４６及び第２固定磁性層４７は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、前述の第１または第２実施形態で説明した第１固定磁性層２６及び第２固定磁性層２７と同様の材料からなる。また、第１、第２固定磁性層４６、４７は同一の材料で形成されることが好ましい。
また、非磁性層４８は、非磁性材料より形成されるもので、前述の第１または第２実施形態で説明した非磁性層２８と同様の材料からなる。
【０１２７】
非磁性導電層２９は、第１または第２の実施形態で説明した非磁性導電層と同様の材料から形成される。
【０１２８】
図１６に示すように、フリー磁性層４０は、非磁性中間層４３と、この非磁性中間層４３を挟む第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２から構成されている。第１フリー磁性層４１は、非磁性中間層４３より下地層１７側に設けられ、第２フリー磁性層４２は、非磁性中間層４３より非磁性導電層２９側に設けられている。
【０１２９】
第１フリー磁性層４１は、第１または第２の実施形態で説明した第１フリー磁性層２１と同様の材料から形成される。
また、非磁性中間層４３は、非磁性材料より形成されるもので、第１または第２の実施形態で説明した非磁性中間層２３と同様の材料から形成される。
【０１３０】
第２フリー磁性層４２は、拡散防止層４２Ａと強磁性層４２Ｂとから形成されている。
拡散防止層４２Ａは強磁性層４２Ｂと非磁性導電層２９の相互拡散を防止するもので、第１または第２の実施形態で説明した拡散防止層２２Ａと同様の材料から形成される。
また強磁性層４２Ｂは強磁性材料からなるもので、第１または第２の実施形態で説明した強磁性層２２Ｂと同様の材料から形成される。
【０１３１】
また、第２フリー磁性層４２の厚さｔ２は、第１フリー磁性層４１の厚さｔ１よりも厚く形成されている。
なお、第２フリー磁性層４２の厚さｔ２は、２．５〜４．５ｎｍの範囲であることが好ましい。第２フリー磁性層４２の厚さｔ２が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型薄膜磁気素子３の抵抗変化率を大きくすることができなくなるので好ましくない。
また第１フリー磁性層４１の厚さｔ１は０．５〜２．５ｎｍの範囲が好ましい。
【０１３２】
第１フリー磁性層４１及び第２フリー磁性層４２の飽和磁化をそれぞれＭ１、Ｍ２としたとき、第１フリー磁性層４１及び第２フリー磁性層４２の磁気的膜厚はそれぞれＭ１・ｔ１、Ｍ２・ｔ２となる。
そしてフリー磁性層４０は、第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２との磁気的膜厚の関係を、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とするように構成されている。
【０１３３】
また、第１フリー磁性層４１及び第２フリー磁性層４２は、相互に反強磁性的に結合している。即ち、第２フリー磁性層４２の磁化方向がバイアス層３６、３６により図示Ｘ１方向に揃えられると、第１フリー磁性層４１の磁化方向が図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
このように、第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２は、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、人工的なフェリ磁性状態とされている。
またこれにより、フリー磁性層４０の磁化方向と固定磁性層４５の磁化方向とが交差する関係となる。
【０１３４】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子３では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向に揃えられたフリー磁性層４０の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層４５の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１３５】
また、第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２の磁気的膜厚の関係が、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされているので、フリー磁性層４０のスピンフロップ磁界を大きくすることができる。これにより、フリー磁性層４０がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなる。よって、フリー磁性層４０が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【０１３６】
バックド層６２は、フリー磁性層４０の非磁性導電層２９に接する面の反対側、即ち第１フリー磁性層４１に接して形成されている。
バックド層６２は、第１または第２の実施形態において説明したバックド層６１と同等の材料からなる。また、バックド層６２の厚さは、第１の実施形態で説明したバックド層６１と同様な理由から０．３〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。
バックド層６２が第１フリー磁性層４１に接して積層されることにより、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子３は、第１または第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１、２と同様なスピンフィルター効果を示し、磁気抵抗変化率が大きくなる。
【０１３７】
即ち、フリー磁性層４０中を移動するアップスピンの伝導電子がバックド層６２にまで移動して、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を更に延ばすことができ、これによりいわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、平均自由行程の行程差がより大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子３の磁気抵抗変化率が向上し、再生出力を大きくできる。
【０１３８】
なお、このスピンバルブ型薄膜磁気素子３は、下地層１７、バックド層６２、第１フリー磁性層４１、非磁性中間層４３、第２フリー磁性層４２、非磁性導電層２９、第２固定磁性層４７、非磁性層４８、第１固定磁性層４６、反強磁性層５０及びキャップ層１８が順次積層されて多層膜が形成されること以外、及びバイアス層３６及び導電層３７をスパッタ粒子の軌跡の角度分布が大きいスパッタリング法で形成すること以外は第１、第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１、２とほぼ同様にして製造される。
【０１３９】
上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子３によれば、第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１とほぼ同様な効果が得られる。
【０１４０】
（第４の実施形態）
次に本発明の第４の実施形態を図面を参照して説明する。
図１８に、本発明の第４の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子４を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図１９にはスピンバルブ型薄膜磁気素子４をトラック幅方向からみた断面模式図を示す。
なお、図１８及び図１９に示す構成要素のうち、図１、図２及び図１４〜図１７に示す構成要素と同一の構成要素には、図１、図２及び図１４〜図１７と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
また、図１８及び図１９において、図示Ｚ方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ１方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子４のトラック幅方向である。
【０１４１】
図１８及び図１９に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子４は、第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様に薄膜磁気ヘッドｈ１に備えられて浮上式磁気ヘッドを構成するものである。
そしてこのスピンバルブ型薄膜磁気素子４は、フリー磁性層４０、非磁性導電層２９、固定磁性層４５及び反強磁性層５０が順次積層されてなるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
【０１４２】
図１８において符号１６４は下部ギャップ層を示し、符号１７は、下部ギャップ層１６４上に積層された下地層を示している。この下地層１７の上に遷移金属からなる保護層８２が積層され、この保護層８２上にバックド層６２が積層され、このバックド層６２の上にフリー磁性層４０が積層され、フリー磁性層４０の上に非磁性導電層２９が積層され、非磁性導電層２９の上に固定磁性層４５が積層され、固定磁性層４５の上に反強磁性層５０が積層され、反強磁性層５０の上にはキャップ層１８が積層されている。
このように、下地層１７からキャップ層１８までの各層が順次積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面視略台形状の積層体１４が構成されている。
【０１４３】
積層体１４の図示Ｘ１方向両側、即ちトラック幅方向両側には、バイアス層３６、３６が形成されている。バイアス層３６、３６は、下部ギャップ層１６４上から積層体１４の両側面１４Ａ、１４Ａに乗り上げるようにして形成されている。このバイアス層３６、３６はフリー磁性層４０の磁化方向を揃えて、フリー磁性層４０のバルクハウゼンノイズを低減する。
【０１４４】
また、符号３８、３８は導電層を示している。導電層３８、３８はバイアス層３２、３２の上方に積層されている。この導電層３８、３８は積層体１３にセンス電流を印加する。
また、バイアス層３６、３６と下部ギャップ層１６４との間、及び、バイアス層３６、３６と積層体１３の両側面１３Ａ、１３Ａとの間にはバイアス下地層３５、３５が設けられている。
更に、バイアス層３６、３６と導電層３８、３８との間には中間層３７、３７が設けられている。
これらのバイアス下地層３５、バイアス層３６、中間層３７、及び導電層３８、は、第１または第２の実施形態で説明したバイアス下地層３１、バイアス層３２、中間層３３及び導電層３４と同等の材料からなる。
【０１４５】
反強磁性層５０は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。
この反強磁性層５０は、第３の実施形態で説明した反強磁性層と同等の組成からなる。
【０１４６】
固定磁性層４５は、非磁性層４８と、この非磁性層４８を挟む第１固定磁性層４６と第２固定磁性層４７から構成されている。第１固定磁性層４６は、非磁性層４８より反強磁性層５０側に設けられて反強磁性層５０に接し、第２固定磁性層４７は、非磁性層４８より非磁性導電層２９側に設けられて非磁性導電層２９に接している。
第１固定磁性層４６と反強磁性層５０の界面では交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、第１固定磁性層４６の磁化方向が図示Ｙ方向の反対方向に固定されている。
また、第２固定磁性層４７の厚さが第１固定磁性層４６の厚さより大とされている。
【０１４７】
第１固定磁性層４６の磁化方向は、反強磁性層５０との交換結合磁界により図示Ｙ方向の反対方向に固定され、第２固定磁性層４７は、第１固定磁性層４６と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
第１、第２固定磁性層４６、４７の磁化方向が互いに反平行とされているので、第１、第２固定磁性層４６、４７の磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、第２固定磁性層４７の厚さが僅かに大きいために、固定磁性層４５自体の自発磁化が僅かに残る結果となり、フェリ磁性状態になっている。そしてこの自発磁化が反強磁性層５０との交換結合磁界によって更に増幅され、固定磁性層４５の磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。
【０１４８】
第１固定磁性層４６及び第２固定磁性層４７は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、前述の第１または第２実施形態で説明した第１固定磁性層２６及び第２固定磁性層２７と同様の材料からなる。また、第１、第２固定磁性層４６、４７は同一の材料で形成されることが好ましい。
また、非磁性層４８は、非磁性材料より形成されるもので、前述の第１または第２実施形態で説明した非磁性層２８と同様の材料からなる。
【０１４９】
非磁性導電層２９は、第１または第２の実施形態で説明した非磁性導電層と同様の材料から形成される。
【０１５０】
図１８及び図１９に示すように、フリー磁性層４０は、非磁性中間層４３と、この非磁性中間層４３を挟む第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２から構成されている。第１フリー磁性層４１は、非磁性中間層４３より下地層１７側に設けられ、第２フリー磁性層４２は、非磁性中間層４３より非磁性導電層２９側に設けられている。
【０１５１】
第１フリー磁性層４１は、第１または第２の実施形態で説明した第１フリー磁性層２１と同様の材料から形成される。
また、非磁性中間層４３は、非磁性材料より形成されるもので、第１または第２の実施形態で説明した非磁性中間層２３と同様の材料から形成される。
【０１５２】
第２フリー磁性層４２は、拡散防止層４２Ａと強磁性層４２Ｂとから形成されている。
拡散防止層４２Ａは強磁性層４２Ｂと非磁性導電層２９の相互拡散を防止するもので、第１または第２の実施形態で説明した拡散防止層２２Ａと同様の材料から形成される。
また強磁性層４２Ｂは強磁性材料からなるもので、第１または第２の実施形態で説明した強磁性層２２Ｂと同様の材料から形成される。
【０１５３】
また、第２フリー磁性層４２の厚さｔ２は、第１フリー磁性層４１の厚さｔ１よりも厚く形成されている。
なお、第２フリー磁性層４２の厚さｔ２は、２．５〜４．５ｎｍの範囲であることが好ましい。第２フリー磁性層４２の厚さｔ２が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型薄膜磁気素子４の抵抗変化率を大きくすることができなくなるので好ましくない。
また第１フリー磁性層４１の厚さｔ１は０．５〜２．５ｎｍの範囲が好ましい。
【０１５４】
第１フリー磁性層４１及び第２フリー磁性層４２の飽和磁化をそれぞれＭ１、Ｍ２としたとき、第１フリー磁性層４１及び第２フリー磁性層４２の磁気的膜厚はそれぞれＭ１・ｔ１、Ｍ２・ｔ２となる。
そしてフリー磁性層４０は、第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２との磁気的膜厚の関係を、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とするように構成されている。
【０１５５】
また、第１フリー磁性層４１及び第２フリー磁性層４２は、相互に反強磁性的に結合している。即ち、第２フリー磁性層４２の磁化方向がバイアス層３６、３６により図示Ｘ１方向に揃えられると、第１フリー磁性層４１の磁化方向が図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
このように、第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２は、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、人工的なフェリ磁性状態とされている。
またこれにより、フリー磁性層４０の磁化方向と固定磁性層４５の磁化方向とが交差する関係となる。
【０１５６】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子４では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向に揃えられたフリー磁性層４０の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層４５の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１５７】
また、第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２の磁気的膜厚の関係が、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされているので、フリー磁性層４０のスピンフロップ磁界を大きくすることができる。これにより、フリー磁性層４０がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなる。よって、フリー磁性層４０が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【０１５８】
バックド層６２は、フリー磁性層４０の非磁性導電層２９に接する面の反対側、即ち第１フリー磁性層４１に接して形成されている。
バックド層６２は、第１または第２の実施形態において説明したバックド層６１と同等の材料からなる。また、バックド層６２の厚さは、第１の実施形態で説明したバックド層６１と同様な理由から、０．３〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。
バックド層６２が第１フリー磁性層４１に接して積層されることにより、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子４は、第１または第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１、２と同様なスピンフィルター効果を示し、磁気抵抗変化率が大きくなる。
【０１５９】
即ち、フリー磁性層４０中を移動するアップスピンの伝導電子がバックド層６２にまで移動して、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を更に延ばすことができ、これによりいわゆるスピンフィルター効果を発現させることが可能となり、平均自由行程の行程差がより大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子４の磁気抵抗変化率がより向上し、再生出力を大きくできる。
【０１６０】
更に、バックド層６２の、第１フリー磁性層４１と接する面の反対側、即ちバックド層６２と下地層１７との間には、バックド層６２及び下地層１７に対して非固溶な遷移金属からなる保護層８２が配置されている。
この保護層８２を構成する遷移金属としては、例えばＨｆ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗを挙げることができる。これらの遷移金属は、バックド層６２を構成するＡｕ、Ａｇ、Ｃｕや、下地層１７を構成するＴａに対して非固溶な元素であり、このような遷移金属で保護層８２を構成すると、バックド層６２及び下地層１７との間で相互拡散することがなく、これによりバックド層６２と下地層１７との間の相互拡散を防止できる。
従って、バックド層６２の、第１フリー磁性層４１と接する反対側の面が乱れることがなく、バックド層６２の実質的な厚さが薄くなることがないので、アップスピンの伝導電子の平均自由行程が短くなることがなく、上記のスピンフィルター効果をより向上させて、スピンバルブ型薄膜磁気素子４の磁気抵抗変化率を高くすることができる。
【０１６１】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子４は、下地層１７、保護層８２、バックド層６２、第１フリー磁性層４１、非磁性中間層４３、第２フリー磁性層４２、非磁性導電層２９、第２固定磁性層４７、非磁性層４８、第１固定磁性層４６、反強磁性層５０及びキャップ層１８が順次積層されて多層膜が形成されること以外、及びバイアス層３６及び導電層３７をスパッタ粒子の軌跡の角度分布が大きいスパッタリング法で形成すること以外は第１、第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１、２とほぼ同様にして製造される。
【０１６２】
上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子４によれば、第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子２とほぼ同様な効果が得られる。
【０１６３】
（第５の実施形態）
次に本発明の第５の実施形態を図面を参照して説明する。
図２０に、本発明の第５の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子５を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図２１にはスピンバルブ型薄膜磁気素子５をトラック幅方向から見た断面模式図を示す。
なお、図２０及び図２１に示す構成要素のうち、図１、図２及び図１４〜図１９に示す構成要素と同一の構成要素には、図１、図２及び図１４〜図１９と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
また、図２０及び図２１において、図示Ｚ方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ１方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子５のトラック幅方向である。
【０１６４】
図２０及び図２１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子５は、第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様に薄膜磁気ヘッドｈ１に備えられて浮上式磁気ヘッドを構成するものである。
そしてこのスピンバルブ型薄膜磁気素子５は、第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様に、下地層１７、反強磁性層３０、固定磁性層２５、非磁性導電層２９及びフリー磁性層２０、バックド層６１及びキャップ層１８が順次積層されてなるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
このスピンバルブ型薄膜磁気素子５が先に説明したスピンバルブ型薄膜磁気素子１と異なる点は、バックド層６１とキャップ層１８との間に、絶縁材料からなる鏡面反射層７１が形成されている点である。
このように、下地層１７からキャップ層１８までの各層が順次積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面視略台形状の積層体１５が構成されている。
【０１６５】
フリー磁性層２０は、非磁性中間層２３と、この非磁性中間層２３を挟む第１、２フリー磁性層２１、２２とから構成されている。
また、固定磁性層２５は、非磁性層２８と、この非磁性層２８を挟む第１、２固定磁性層２６、２７とから構成されている。
【０１６６】
積層体１５の図示Ｘ１方向両側には一対のバイアス層３２、３２が形成されている。
このバイアス層３２、３２は、積層体１５の両側面１５Ａ、１５Ａのうち、反強磁性層３０から第２フリー磁性層２２が積層されている階層位置に当接するように突き合わされている。
即ち、バイアス層３２、３２の上面３２Ａ、３２Ａが、積層体１５の側面１５Ａであって第２フリー磁性層２２の上面２２Ｃから下面２２Ｄまでの間のいずれかの階層位置に突き合わされ、バイアス層３２の下面３２Ｃが、少なくとも第２フリー磁性層２２よりも非磁性導電層２９側にある反強磁性層３０と同じ階層位置に突き合わされている。
このようにしてバイアス層３２、３２は、第２フリー磁性層２２の両側面側に少なくとも位置して第２フリー磁性層２２に隣接するとともに、第１フリー磁性層２１には隣接しないように構成されている。
従って、バイアス層３２、３２のバイアス磁界は第２フリー磁性層２２のみに印加され、第２フリー磁性層２２の磁化方向が図示Ｘ１方向に揃えられる。また第１フリー磁性層２１の磁化方向が図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
このとき、第１フリー磁性層２１にはバイアス層３２、３２が隣接していないので、第１フリー磁性層２１の磁化がバイアス層３２、３２のバイアス磁界によって乱されることがなく、第１フリー磁性層２１が多磁区化することがない。
従って、フリー磁性層２０全体を単磁区化することができ、バルクハウゼンノイズを低減できる。
【０１６７】
また、符号３４、３４はＣｒ、Ｔａ、Ｃｕ、Ａｕなどで形成された導電層を示している。導電層３４、３４はバイアス層３２、３２の上方に積層されている。
導電層３４、３４は、バイアス層３２、３２より上側の積層体１５Ａの両側面１５Ａ、１５Ａに突き合わされて形成されている。
また、導電層３４、３４は、符号３４Ａを付した破線で示すように、バイアス層３２、３２より上側の積層体１５の両側面１５Ａ、１５Ａに突き合わされるとともに、積層体１５の厚さ方向を区画する一面、即ちキャップ層１８の上面１８Ａの両側から中心に延出して積層体１５を覆うように被着形成されていても良い。
【０１６８】
この導電層３４、３４（３４Ａ、３４Ａ）は積層体１５にセンス電流（検出電流）を印加する。
特に符号３４Ａで示す導電層は、積層体１５の両側からキャップ層１８の上面１８Ａの中央に向けて積層体１５の表面に延出して被着形成されているので、導電層３４Ａ、３４Ａと積層体１５との接触面積が大きくなり、センス電流を積層体１５に効率よく与えることができる。
【０１６９】
また、バイアス層３２、３２と下部ギャップ層１６４との間、及び、バイアス層３２、３２と積層体１５との間には、バイアス下地層３１、３１が設けられている。また、バイアス層３２、３２と導電層３４、３４（３４Ａ、３４Ａ）との間には、中間層３３、３３が設けられている。
【０１７０】
反強磁性層３０は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。
この反強磁性層３０は、第１の実施形態で説明した反強磁性層と同等の組成からなる。
【０１７１】
固定磁性層２５は、非磁性層２８と、この非磁性層２８を挟む第１固定磁性層２６と第２固定磁性層２７から構成されている。第１固定磁性層２６は、非磁性層２８より反強磁性層３０側に設けられて反強磁性層３０に接し、第２固定磁性層２７は、非磁性層２８より非磁性導電層２９側に設けられて非磁性導電層２９に接している。
第１固定磁性層２６と反強磁性層３０の界面では交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、第１固定磁性層２６の磁化方向が図示Ｙ方向の反対方向に固定されている。
また、第２固定磁性層２７の厚さが第１固定磁性層２６の厚さより大とされている。
【０１７２】
第１固定磁性層２６の磁化方向は、反強磁性層３０との交換結合磁界により図示Ｙ方向の反対方向に固定され、第２固定磁性層２７は、第１固定磁性層２６と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
第１、第２固定磁性層２６、２７の磁化方向が互いに反平行とされているので、第１、第２固定磁性層２６、２７の磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、第２固定磁性層２７の厚さが僅かに大きいために、固定磁性層２５自体の自発磁化が僅かに残る結果となり、フェリ磁性状態になっている。そしてこの自発磁化が反強磁性層３０との交換結合磁界によって更に増幅され、固定磁性層２５の磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。
【０１７３】
第１固定磁性層２６及び第２固定磁性層２７は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、第１の実施形態の第１、第２固定磁性層と同等の材料からなる。
また、非磁性層２８は、非磁性材料より形成されるもので、第１の実施形態の非磁性層と同等の材料からなる。
【０１７４】
非磁性導電層２９は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇなどに代表される導電性を有する非磁性材料より形成されることが好ましく、特にＣｕより形成されることが好ましい。
【０１７５】
また、図２０及び図２１に示すように、フリー磁性層２０は、非磁性中間層２３と、この非磁性中間層２３を挟む第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２から構成されている。第１フリー磁性層２１は、非磁性中間層２３よりバックド層６１側に設けられてバックド層６１に接し、第２フリー磁性層２２は、非磁性中間層２３より非磁性導電層２９側に設けられて非磁性導電層２９に接している。
【０１７６】
第１フリー磁性層２１及び非磁性中間層２３は、第１の実施形態で説明した第１フリー磁性層及び非磁性中間層と同等の材料から構成される。
また第２フリー磁性層２２は、拡散防止層２２Ａと強磁性層２２Ｂから形成され、これらの拡散防止層２２Ａ及び強磁性層２２Ｂは、第１の実施形態で説明した拡散防止層及び強磁性層と同等の材料から構成される。
【０１７７】
また、第２フリー磁性層２２の厚さｔ２は、第１フリー磁性層２１の厚さｔ１よりも厚く形成されている。
なお、第２フリー磁性層２２の厚さｔ２は、２．５〜４．５ｎｍの範囲であることが好ましい。第２フリー磁性層２２の厚さｔ２が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型薄膜磁気素子５の磁気抵抗変化率を大きくすることができなくなるので好ましくない。
また第１フリー磁性層２１の厚さｔ１は０．５〜２．５ｎｍの範囲が好ましい。
【０１７８】
また、第１フリー磁性層２１及び第２フリー磁性層２２の飽和磁化をそれぞれＭ１、Ｍ２としたとき、第１フリー磁性層２１及び第２フリー磁性層２２の磁気的膜厚はそれぞれＭ１・ｔ１、Ｍ２・ｔ２となる。
そしてフリー磁性層２０は、第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２との磁気的膜厚の関係を、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とするように構成されている。
【０１７９】
また、第１フリー磁性層２１及び第２フリー磁性層２２は、相互に反強磁性的に結合されている。即ち、第２フリー磁性層２２の磁化方向がバイアス層３２、３２により図示Ｘ１方向に揃えられると、第１フリー磁性層２１の磁化方向が図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
第１、第２フリー磁性層２１、２２の磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、第２フリー磁性層２２の磁化が残存した状態となり、フリー磁性層２０全体の磁化方向が図示Ｘ１方向に揃えられる。このときのフリー磁性層２０の実効膜厚は、（Ｍ２・ｔ２−Ｍ１・ｔ１）となる。
このように、第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２は、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、人工的なフェリ磁性状態とされている。
またこれにより、フリー磁性層２０の磁化方向と固定磁性層２５の磁化方向とが交差する関係となる。
【０１８０】
第１フリー磁性層２１と第２フリー磁性層２２の磁気的膜厚の関係が、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされているので、フリー磁性層２０のスピンフロップ磁界を大きくすることができる。これにより、フリー磁性層２０がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなる。よって、フリー磁性層２０が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【０１８１】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子５では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向に揃えられたフリー磁性層２０の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層２５の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１８２】
バックド層６１は、フリー磁性層２０の非磁性導電層２９に接する面の反対側、即ち第１フリー磁性層２１に接して形成されている。
このバックド層６１は、第１の実施形態において説明したバックド層と同等の材料からなる。また第１の実施形態の場合と同様にこのバックド層６１の厚さは０．３〜２．５ｎｍの範囲が好ましい。
【０１８３】
更に、バックド層６１の、第１フリー磁性層２１と接する面の反対側、即ちバックド層６１とキャップ層１８との間には、絶縁材料からなる鏡面反射層７１が配置されている。
この鏡面反射層７１を構成する絶縁材料としては、例えば、α−Ｆｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｏ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｏ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ−Ｘ−Ｏ（Ｘ＝Ｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）、Ｔ−Ｏ（Ｔ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ）等の酸化物、Ａｌ−Ｎ、Ａｌ−Ｄ−Ｎ（Ｄ＝Ｂ、Ｓｉ、Ｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）、Ｌ−Ｎ（Ｌ＝Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ）等の窒化物等を挙げることができる。
【０１８４】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子５においては、バックド層６１によるスピンフィルター効果と、鏡面反射層７１による鏡面反射効果との相乗効果により、磁気抵抗変化率を大幅に向上させることが出来る。
【０１８５】
バックド層６１によるスピンフィルター効果は、第１の実施形態において説明したスピンフィルター効果と同じものである。
即ち、非磁性導電層２９からフリー磁性層２０に移動するアップスピンの伝導電子を、バックド層６１まで移動させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を更に延ばすことができる。
【０１８６】
また、鏡面反射層７１は、バックド層６１と鏡面反射層７１との界面においてポテンシャル障壁を形成するので、バックド層６１を移動するアップスピンの伝導電子を、バックド層６１と鏡面反射層７１との界面においてスピンの方向を保存させたまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を更に延ばすことができ、いわゆる鏡面反射効果を示す。
以上のことを模式図を用いて表すと図２２に示す通りになる。
【０１８７】
図２２には、反強磁性層３０、固定磁性層２５（第１固定磁性層２６、非磁性層２８、第２固定磁性層２７）、非磁性導電層２９、フリー磁性層２０（第２フリー磁性層２２（拡散防止層２２Ａ、強磁性層２２Ｂ）、非磁性中間層２３、第１フリー磁性層２１）、バックド層６１及び鏡面反射層７１を順次積層した積層体１１Ｅを示す。
なお、図２２において、フリー磁性層２０は、外部磁界によりその磁化方向が図２２中左方向に向けられており、固定磁性層２５は、その磁化方向が反強磁性層３０との交換結合磁界により図２２中左方向に固定されている。
【０１８８】
図２２に示す積層体１１Ｅにセンス電流を流すと、伝導電子が主に電気抵抗の小さい非磁性導電層２９を移動する。この伝導電子にはアップスピンとダウンスピンの２種類の伝導電子が確率的にほぼ等数存在し、アップスピンの伝導電子を符号ｅ１で示し、ダウンスピンの伝導電子を符号ｅ２で示している。
【０１８９】
アップスピンの伝導電子ｅ１については、外部磁界により固定磁性層２５とフリー磁性層２０の磁化方向が平行になったときに、非磁性導電層２９からフリー磁性層２０を通過してバックド層６１まで移動する確率が高くなる。
このようにバックド層６１が積層されたことにより、アップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程が、バックド層が積層されない場合に比べて長くなる。
【０１９０】
更にこのアップスピンの伝導電子ｅ１は、バックド層６１と鏡面反射層７１の界面まで移動し、ポテンシャル障壁を形成する鏡面反射層７１によってスピンの状態を保存されたまま鏡面反射され、再びバックド層６１及びフリー磁性層２０中を移動する。
このようにして、アップスピンの伝導電子ｅ１は、フリー磁性層２０及びバックド層６１をそれぞれ２度通過することになり、平均自由行程が大幅に延びてλ＋ｓとなる。
この場合の平均自由行程（λ＋ｓ）は、図６に示すアップスピンの伝導電子の平均自由行程（λ＋）の２倍程度となる。
【０１９１】
一方、ダウンスピンの伝導電子ｅ２については、非磁性導電層２９とフリー磁性層２０（第２フリー磁性層２２）との界面で常に散乱される確率が高く、フリー磁性層２０に移動する確率が低いまま維持され、その平均自由行程（λ−）はアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程（λ＋）よりも短いままである。
このように外部磁界の作用によって、アップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程（λ＋ｓ）がダウンスピンの伝導電子ｅ２の平均自由行程（λ−）より大きくなり、行程差（λ＋ｓ−λ−）が大きくなって積層体１１Ｅの磁気抵抗変化率が大きくなる。
【０１９２】
特に、図２２の積層体１１Ｅにおけるアップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程（λ＋ｓ）が、図６の積層体１１Ｂにおける平均自由行程（λ＋）の２倍程度となるため、行程差（λ＋ｓ−λ−）がより大きくなって磁気抵抗変化率が大幅に向上する。
【０１９３】
このように、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子５は、バックド層６１と鏡面反射層７１とを具備しており、スピンフィルター効果と鏡面反射効果を同時に発現させることができ、アップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程を大幅に延ばすことができるので、ダウンスピンの伝導電子ｅ２との平均自由行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子５の磁気抵抗変化率を大幅に向上できる。
【０１９４】
なお、このスピンバルブ型薄膜磁気素子５は、下地層１７、反強磁性層３０、第１固定磁性層２６、非磁性層２８、第２固定磁性層２７、非磁性導電層２９、第２フリー磁性層２２、非磁性中間層２３、第１フリー磁性層２１、バックド層６１、鏡面反射層７１及びキャップ層１８が順次積層されて多層膜が形成されること以外は、前述したスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様にして製造される。
【０１９５】
上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子５は、第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様な効果に加えて、以下の効果が得られる。
即ちこのスピンバルブ型薄膜磁気素子５は、スピンフィルター効果と鏡面反射効果を同時に発現させることができ、アップスピンの伝導電子ｅ１の平均自由行程を大幅に延ばすことができるので、ダウンスピンの伝導電子ｅ２との平均自由行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子５の磁気抵抗変化率を大幅に向上できる。
従ってこのスピンバルブ型薄膜磁気素子５は、シンセフィックフェリフリー層（フリー磁性層２０）による外部磁界の感度の向上と、スピンフィルター効果及び鏡面反射効果による磁気抵抗変化率の向上とを同時に発揮させることができる。
【０１９６】
（第６の実施形態）
次に本発明の第６の実施形態を図面を参照して説明する。
図２３に、本発明の第６の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子６を磁気記録媒体側からみた断面模式図を示し、図２４にはスピンバルブ型薄膜磁気素子６をトラック幅方向からみた断面模式図を示す。
なお、図２３及び図２４に示す構成要素のうち、図１、図２及び図１４〜図２１に示す構成要素と同一の構成要素には、図１、図２及び図１４〜図２１と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
また、図２３及び図２４において、図示Ｚ方向は磁気記録媒体の移動方向であり、図示Ｙ方向は磁気記録媒体からの漏れ磁界の方向であり、図示Ｘ１方向はスピンバルブ型薄膜磁気素子６のトラック幅方向である。
【０１９７】
図２３及び図２４に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子６は、第１実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１と同様に薄膜磁気ヘッドｈ１に備えられて浮上式磁気ヘッドを構成するものである。
そしてこのスピンバルブ型薄膜磁気素子６は、フリー磁性層４０、非磁性導電層２９、固定磁性層４５及び反強磁性層５０が順次積層されてなるトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜磁気素子である。
【０１９８】
図２３において符号１６４は下部ギャップ層を示し、符号１７は、下部ギャップ層１６４上に積層された下地層を示している。この下地層１７の上に非磁性絶縁層からなる鏡面反射層７２が積層され、この鏡面反射層７２上にバックド層６２が積層され、このバックド層６２の上にフリー磁性層４０が積層され、フリー磁性層４０の上に非磁性導電層２９が積層され、非磁性導電層２９の上に固定磁性層４５が積層され、固定磁性層４５の上に反強磁性層５０が積層され、反強磁性層５０の上にはキャップ層１８が積層されている。
このように、下地層１７からキャップ層１８までの各層が順次積層されてトラック幅に対応する幅を有する断面視略台形状の積層体１６が構成されている。
【０１９９】
積層体１６の図示Ｘ１方向両側、即ちトラック幅方向両側には、バイアス層３６、３６が形成されている。バイアス層３６、３６は、下部ギャップ層１６４上から積層体１６の両側面１６Ａ、１６Ａに乗り上げるようにして形成されている。このバイアス層３６、３６はフリー磁性層４０の磁化方向を揃えて、フリー磁性層４０のバルクハウゼンノイズを低減する。
【０２００】
また、符号３８、３８は導電層を示している。導電層３８、３８はバイアス層３６、３６の上方に積層されている。この導電層３８、３８は積層体１６にセンス電流を印加する。
また、バイアス層３６、３６と下部ギャップ層１６４との間、及び、バイアス層３６、３６と積層体１６の両側面１６Ａ、１６Ａとの間にはバイアス下地層３５、３５が設けられている。
更に、バイアス層３６、３６と導電層３８、３８との間には中間層３７、３７が設けられている。
これらのバイアス下地層３５、バイアス層３６、中間層３７、及び導電層３８、は、第１または第２の実施形態で説明したバイアス下地層３１、バイアス層３２、中間層３３及び導電層３４と同等の材料からなる。
【０２０１】
反強磁性層５０は、ＰｔＭｎ合金で形成されていることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界も大きい。
この反強磁性層５０は、第３の実施形態で説明した反強磁性層と同等の組成からなる。
【０２０２】
固定磁性層４５は、非磁性層４８と、この非磁性層４８を挟む第１固定磁性層４６と第２固定磁性層４７から構成されている。第１固定磁性層４６は、非磁性層４８より反強磁性層５０側に設けられて反強磁性層５０に接し、第２固定磁性層４７は、非磁性層４８より非磁性導電層２９側に設けられて非磁性導電層２９に接している。
第１固定磁性層４６と反強磁性層５０の界面では交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、第１固定磁性層４６の磁化方向が図示Ｙ方向の反対方向に固定されている。
また、第２固定磁性層４７の厚さが第１固定磁性層４６の厚さより大とされている。
【０２０３】
第１固定磁性層４６の磁化方向は、反強磁性層５０との交換結合磁界により図示Ｙ方向の反対方向に固定され、第２固定磁性層４７は、第１固定磁性層４６と反強磁性的に結合してその磁化方向が図示Ｙ方向に固定されている。
第１、第２固定磁性層４６、４７の磁化方向が互いに反平行とされているので、第１、第２固定磁性層４６、４７の磁気モーメントが相互に打ち消し合う関係にあるが、第２固定磁性層４７の厚さが僅かに大きいために、固定磁性層４５自体の自発磁化が僅かに残る結果となり、フェリ磁性状態になっている。そしてこの自発磁化が反強磁性層５０との交換結合磁界によって更に増幅され、固定磁性層４５の磁化方向が図示Ｙ方向に固定される。
【０２０４】
第１固定磁性層４６及び第２固定磁性層４７は、いずれも強磁性材料より形成されるもので、前述の第１または第２実施形態で説明した第１固定磁性層２６及び第２固定磁性層２７と同様の材料からなる。また、第１、第２固定磁性層４６、４７は同一の材料で形成されることが好ましい。
また、非磁性層４８は、非磁性材料より形成されるもので、前述の第１または第２実施形態で説明した非磁性層２８と同様の材料からなる。
【０２０５】
非磁性導電層２９は、第１または第２の実施形態で説明した非磁性導電層と同様の材料から形成される。
【０２０６】
図２３及び図２４に示すように、フリー磁性層４０は、非磁性中間層４３と、この非磁性中間層４３を挟む第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２から構成されている。第１フリー磁性層４１は、非磁性中間層４３より下地層１７側に設けられ、第２フリー磁性層４２は、非磁性中間層４３より非磁性導電層２９側に設けられている。
【０２０７】
第１フリー磁性層４１は、第１または第２の実施形態で説明した第１フリー磁性層２１と同様の材料から形成される。
また、非磁性中間層４３は、非磁性材料より形成されるもので、第１または第２の実施形態で説明した非磁性中間層２３と同様の材料から形成される。
【０２０８】
第２フリー磁性層４２は、拡散防止層４２Ａと強磁性層４２Ｂとから形成されている。
拡散防止層４２Ａは強磁性層４２Ｂと非磁性導電層２９の相互拡散を防止するもので、第１または第２の実施形態で説明した拡散防止層２２Ａと同様の材料から形成される。
また強磁性層４２Ｂは強磁性材料からなるもので、第１または第２の実施形態で説明した強磁性層２２Ｂと同様の材料から形成される。
【０２０９】
また、第２フリー磁性層４２の厚さｔ２は、第１フリー磁性層４１の厚さｔ１よりも厚く形成されている。
なお、第２フリー磁性層４２の厚さｔ２は、２．５〜４．５ｎｍの範囲であることが好ましい。第２フリー磁性層４２の厚さｔ２が前記の範囲を外れると、スピンバルブ型薄膜磁気素子６の抵抗変化率を大きくすることができなくなるので好ましくない。
また第１フリー磁性層４１の厚さｔ１は０．５〜２．５ｎｍの範囲が好ましい。
【０２１０】
第１フリー磁性層４１及び第２フリー磁性層４２の飽和磁化をそれぞれＭ１、Ｍ２としたとき、第１フリー磁性層４１及び第２フリー磁性層４２の磁気的膜厚はそれぞれＭ１・ｔ１、Ｍ２・ｔ２となる。
そしてフリー磁性層４０は、第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２との磁気的膜厚の関係を、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とするように構成されている。
【０２１１】
また、第１フリー磁性層４１及び第２フリー磁性層４２は、相互に反強磁性的に結合している。即ち、第２フリー磁性層４２の磁化方向がバイアス層３６、３６により図示Ｘ１方向に揃えられると、第１フリー磁性層４１の磁化方向が図示Ｘ１方向の反対方向に揃えられる。
このように、第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２は、それぞれの磁化方向が反平行方向となるように反強磁性的に結合され、かつ磁気的膜厚の関係がＭ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされていることから、人工的なフェリ磁性状態とされている。
またこれにより、フリー磁性層４０の磁化方向と固定磁性層４５の磁化方向とが交差する関係となる。
【０２１２】
このスピンバルブ型薄膜磁気素子６では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向に揃えられたフリー磁性層４０の磁化方向が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層４５の磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０２１３】
また、第１フリー磁性層４１と第２フリー磁性層４２の磁気的膜厚の関係が、Ｍ２・ｔ２＞Ｍ１・ｔ１とされているので、フリー磁性層４０のスピンフロップ磁界を大きくすることができる。これにより、フリー磁性層４０がフェリ磁性状態を保つ磁界の範囲が広くなる。よって、フリー磁性層４０が安定してフェリ磁性状態を保つことができる。
【０２１４】
バックド層６２は、フリー磁性層４０の非磁性導電層２９に接する面の反対側、即ち第１フリー磁性層４１に接して形成されている。
バックド層６２は、第１または第２の実施形態において説明したバックド層６１と同等の材料からなる。また、バックド層６２の厚さは、第１、第２の実施形態で説明したバックド層６１と同様な理由から０．３〜２．５ｎｍの範囲であることが好ましい。
【０２１５】
更に、バックド層６２の、第１フリー磁性層４１と接する面の反対側、即ちバックド層６２と下地層１７との間には、絶縁材料からなる鏡面反射層７２が配置されている。
この鏡面反射層７２は、第５の実施形態で説明した鏡面反射層７１と同等の材料からなる。
【０２１６】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子６は、第５の実施形態と同様に、バックド層６２によるスピンフィルター効果と、鏡面反射層７２による鏡面反射効果との相乗効果により、磁気抵抗変化率を大幅に向上させることが出来る。
【０２１７】
バックド層６２によるスピンフィルター効果は、第１の実施形態において説明したスピンバルブ型薄膜磁気素子１のスピンフィルター効果と同じものである。即ち、非磁性導電層２９からフリー磁性層２０に移動するアップスピンの伝導電子を、バックド層６１まで移動させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を更に延ばすことができる。
【０２１８】
更に、鏡面反射層７２は、バックド層６２と鏡面反射層７２との界面においてポテンシャル障壁を形成するので、バックド層６２を移動するアップスピンの伝導電子を、バックド層６２と鏡面反射層７２との界面においてスピンの方向を保存させたまま反射させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を更に延ばすことができ、いわゆる鏡面反射効果を示す。
【０２１９】
このように、本実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子６は、第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子５と同様に、バックド層６２と鏡面反射層７２とを具備しており、スピンフィルター効果と鏡面反射効果を同時に発現させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を大幅に延ばすことができるので、ダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子６の磁気抵抗変化率を大幅に向上できる。
【０２２０】
なお、このスピンバルブ型薄膜磁気素子６は、下地層１７、鏡面反射層７２、バックド層６２、第１フリー磁性層４１、非磁性中間層４３、第２フリー磁性層４２、非磁性導電層２９、第２固定磁性層４７、非磁性層４８、第１固定磁性層４６、反強磁性層５０及びキャップ層１８が順次積層されて多層膜が形成されること以外、及びバイアス層３６及び導電層３７をスパッタ粒子の軌跡の角度分布が大きいスパッタリング法で形成すること以外は第１、第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子１、２とほぼ同様にして製造される。
【０２２１】
上記のスピンバルブ型薄膜磁気素子６によれば、第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜磁気素子５とほぼ同様な効果が得られる。
【０２２２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、第２フリー磁性層上にバックド層が積層されており、アップスピンの伝導電子がフリー磁性層からバックド層に移動できるので、アップスピンの伝導電子の平均自由工程を延ばすことができ、いわゆるスピンフィルター効果を示すので、磁気抵抗変化率を高くすることができる。
【０２２３】
同時に本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、非磁性中間層を挟んでフェリ磁性状態とされた第１、第２フリー磁性層からなるフリー磁性層、いわゆるシンセフイックフェリフリー層を具備しているので、フリー磁性層全体の磁化方向を僅かな大きさの外部磁界により変動させることができ、またフリー磁性層自体の厚さが極端に薄くならないので、スピンバルブ型薄膜磁気素子の感度を高くすることができる。
【０２２４】
また本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、バックド層と鏡面反射層とを具備しており、スピンフィルター効果と鏡面反射効果を同時に発現させることができ、アップスピンの伝導電子の平均自由行程を大幅に延ばすことができるので、ダウンスピンの伝導電子との平均自由行程差が大きくなって、スピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気抵抗変化率を大幅に向上できる。
【０２２５】
従って本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子によれば、シンセフィックフェリフリー層による外部磁界の感度の向上と、スピンフィルター効果による磁気抵抗変化率の向上とを同時に発揮させることができる。
更に本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子は、シンセフィックフェリフリー層による外部磁界の感度の向上と、スピンフィルター効果及び鏡面反射効果による磁気抵抗変化率の向上とを同時に発揮させることもできる。
【０２２６】
また、本発明のスピンバルブ型薄膜磁気素子によれば、第２フリー磁性層から非磁性導電層側の階層位置にバイアス層が位置するように構成されており、バイアス層が第２フリー磁性層に隣接する一方で第１フリー磁性層に隣接しないので、第２フリー磁性層との反強磁性的な結合によって発現した第１フリー磁性層の磁化が、バイアス層のバイアス磁界より乱されることがなく、第１フリー磁性層が多磁区化されることがないので、スピンバルブ型薄膜磁気素子のバルクハウゼンノイズを低減することができる。
また、バイアス層の一面が、積層体の側面であって前記第２フリー磁性層の厚さ方向を区画する２面の間のいずれかの階層位置に突き合わされているので、バイアス層の双極子磁界が第１、第２フリー磁性層に印加されることがなく、第１、第２フリー磁性層が多磁区化されることないので、スピンバルブ型薄膜磁気素子のバルクハウゼンノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式図である。
【図２】図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
【図３】本発明の薄膜磁気ヘッドを備えた浮上式磁気ヘッドの斜視図である、
【図４】図３に示す浮上式磁気ヘッドの要部の断面模式図である。
【図５】図１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子のフリー磁性層のＭ−Ｈ曲線を示す図である。
【図６】スピンバルブ型薄膜磁気素子の動作を説明するための模式図である。
【図７】バックド層を具備してなるスピンバルブ型薄膜磁気素子の動作を説明するための模式図である。
【図８】本発明の第１の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための模式図である。
【図９】本発明の第１の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための模式図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための模式図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための模式図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための模式図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の製造方法の一工程を説明するための模式図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式図である。
【図１５】図１４に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式図である。
【図１７】図１６に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式図である。
【図１９】図１８に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式図である。
【図２１】図２１に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
【図２２】バックド層及び鏡面反射層を具備してなるスピンバルブ型薄膜磁気素子の動作を説明するための模式図である。
【図２３】本発明の第６の実施形態であるスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式図である。
【図２４】図２３に示すスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
【図２５】従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子の磁気記録媒体側から見た断面模式図である。
【図２６】従来のスピンバルブ型薄膜磁気素子をトラック幅方向から見た断面模式図である。
【符号の説明】
１  スピンバルブ型薄膜磁気素子
１１  積層体
１１Ａ  側面
１８  キャップ層
１８Ａ  上面（積層体の厚さ方向を区画する一面）
２０  フリー磁性層
２１  第１フリー磁性層
２２  第２フリー磁性層
２２Ｃ  上面（第２フリー磁性層の厚さ方向を区画する面）
２２Ｄ  下面（第２フリー磁性層の厚さ方向を区画する面）
２３  非磁性中間層
３２  バイアス層
３２Ａ  上面（バイアス層の厚さ方向を区画する一面）
３２Ｃ  下面（バイアス層の厚さ方向を区画する他面）
３４、３４Ａ  導電層
２５  固定磁性層
２６  第１固定磁性層
２７  第２固定磁性層
２８  非磁性層
２９  非磁性導電層
３０  反強磁性層
６１  バックド層
７１  鏡面反射層
８１  保護層
ｈ１  薄膜磁気ヘッド
【図１】
0003623417.tif 000002
【図２】
0003623417.tif 000003
【図３】
0003623417.tif 000004
【図４】
0003623417.tif 000005
【図５】
0003623417.tif 000006
【図６】
0003623417.tif 000007
【図７】
0003623417.tif 000008
【図８】
0003623417.tif 000009
【図９】
0003623417.tif 000010
【図１０】
0003623417.tif 000011
【図１１】
0003623417.tif 000012
【図１２】
0003623417.tif 000013
【図１３】
0003623417.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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