(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に延びる非磁性部と、
前記非磁性部に接し、磁化の方向が可変な第１磁性部と、
前記第１磁性部と離間して前記非磁性部に接し、磁化の方向が固着された第２磁性部と、
前記第１磁性部および前記第２磁性部と離間して前記非磁性部に接し、磁化の方向が前記第２磁性部の磁化の方向と異なる方向に固着された第３磁性部と、
前記第２磁性部および前記第３磁性部と接続され、前記非磁性部を通して前記第２磁性部および前記第３磁性部との間に電流を流す電流源と、
前記第２磁性部および前記第３磁性部と接続され、前記第２磁性部と前記第３磁性部との間の電圧を検出する電圧検出部と、
を備え、
前記第１磁性部と前記非磁性部との接触面の最大長さは、前記非磁性部のスピン拡散長以下であり、
前記第１磁性部は、前記接触面と直交する方向における寸法が、前記第１磁性部のスピン拡散長の３倍以下であり、
前記第１磁性部は外部電極と接していないスピンバルブ素子。
【請求項２】
前記第１磁性部と前記非磁性部との接触面の最大長さは４００ｎｍ以下であり、
前記第１磁性部の、前記接触面と直交する方向における寸法は１００ｎｍ以下である請求項１記載のスピンバルブ素子。
【請求項３】
前記非磁性部は、前記第１方向に延びる第１面を有し、
前記第１磁性部、前記第２磁性部、および前記第３磁性部は、前記第１面の上に接して設けられた請求項１または２に記載のスピンバルブ素子。
【請求項４】
前記非磁性部は、前記第１方向に延びる第１面と、前記第１方向に延び、前記第１面と対向する第２面と、を有し、
前記第１磁性部および前記第２磁性部は、前記第１面の上に接して設けられ、
前記第３磁性部は、前記第２面の上に接して設けられた請求項１または２に記載のスピンバルブ素子。
【請求項５】
前記非磁性部は、前記第１方向に延びる第１面と、前記第１方向に延び、前記第１面と対向する第２面と、を有し、
前記第１磁性部は、前記第１面の上に接して設けられ、
前記第２磁性部および前記第３磁性部は、前記第２面の上に接して設けられた請求項１または２に記載のスピンバルブ素子。
【請求項６】
前記第２磁性部に接する第１反強磁性部と、
前記第３磁性部に接する第２反強磁性部と、
をさらに備えた請求項１〜５のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項７】
前記第２磁性部の磁化の方向は、前記第３磁性部の磁化の方向に対して反対である請求項１〜６のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項８】
前記第２磁性部および前記第３磁性部の少なくとも一方は、シンセティック構造を有する請求項１〜７のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項９】
前記非磁性部の前記第１方向の端部と、前記第１磁性部と、の間の距離は、前記端部と前記第２磁性部との間の距離および前記端部と前記第３磁性部との間の距離よりも短い請求項１〜８のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項１０】
前記第１磁性部の前記第１方向の端面は、前記非磁性部の前記第１方向の端面と同じ面上に存在する請求項１〜９のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項１１】
前記第１磁性部の前記第１方向の端面は、前記非磁性部の前記第１方向の端面に対して、前記第１方向の側に位置している請求項１〜９のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項１２】
前記第１磁性部、前記第２磁性部、および第３磁性部のうちの少なくとも１つは、ハーフメタル磁性体からなる層を含んだ請求項１〜１１のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項１３】
前記非磁性部は、前記第１磁性部と接する領域、前記第２磁性部と接する領域、および前記第１磁性部と接する領域のうち少なくとも１つの領域において、トンネルバリア層を含んだ請求項１〜１２のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項１４】
前記第１磁性部に対して前記第１方向と交差する方向に磁場を印加する一対のハードバイアス部をさらに備え、
前記第１方向と直交する方向において前記第１磁性部は前記一対のハードバイアス部の間に設けられた請求項１〜１３のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項１５】
前記第１磁性部、前記第２磁性部、および前記第３磁性部と離間して前記非磁性部に接し、磁化の方向が可変な第４磁性部をさらに備え、
前記第４磁性部は、外部電極に接続されていない請求項１〜１３のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項１６】
前記第４磁性部の少なくとも一部は、前記非磁性部を介して前記第１磁性部と対向している請求項１５記載のスピンバルブ素子。
【請求項１７】
前記第４磁性部の材料は、前記第１磁性部の材料と同じである請求項１５または１６に記載のスピンバルブ素子。
【請求項１８】
前記第１磁性部および前記第４磁性部に対して前記第１方向と交差する方向に磁場を印加する一対のハードバイアス部をさらに備え、
前記第１方向と直交する方向において前記第１磁性部および前記第４磁性部は前記一対のハードバイアス部の間に設けられた請求項１５〜１７のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１つに記載のスピンバルブ素子と、
前記第２磁性部に接続された上磁気シールドと、
前記第３磁性部に接続された下磁気シールドであって、前記上磁気シールドと前記下磁気シールドとの間に前記スピンバルブ素子が位置する前記下磁気シールドと、
を備えたハードディスクヘッド。
【請求項２０】
請求項１９に記載のハードディスクヘッドを、前記下磁気シールドから前記上磁気シールドに向かう方向に複数重ねたハードディスクヘッドアセンブリ。
【請求項２１】
請求項１９に記載のハードディスクヘッドと、
磁気記録媒体と、
を備えた磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、スピンバルブ素子、ハードディスクヘッド、ハードディスクヘッドアセンブリ、および磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブにおける記録信号の読み取りは、磁気ディスクに書き込まれた記録ビットからの漏れ磁界を、磁気センサによって検出することによって行われている。記録密度の向上に伴い、記録ビットのサイズは非常に小さくなっている。このため磁気センサの小型化と高感度化の両立が求められている。
磁気シールドの微小なギャップの中にも挟むことが可能な磁気センサとして、スピンバルブ素子が提案されている。しかしながら、このスピンバルブ素子において、より一層、小型化を可能とする構造の開発が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２０６７２号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３４６０２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Physical Review Letter 84, 2481(2000)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、小型化が可能な構造を有するスピンバルブ素子、ハードディスクヘッド、ハードディスクヘッドアセンブリ、および磁気記録再生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のスピンバルブ素子は、非磁性部と、磁化の方向が可変な第１磁性部と、磁化の方向が固着された第２磁性部と、磁化の方向が固着された第３磁性部と、電流源と、電圧検出部と、を備える。前記非磁性部は、第１方向に延びる。前記第１磁性部は、前記非磁性部に接する。前記第２磁性部は、前記第１磁性部と離間して前記非磁性部に接する。前記第３磁性部は、前記第１磁性部および前記第２磁性部と離間して前記非磁性部に接する。前記第３磁性部は、磁化の方向が前記第２磁性部の磁化の方向と異なる方向に固着されている。前記電流源は、前記第２磁性部および前記第３磁性部と接続されている。前記電流源は、前記非磁性部を通して前記第２磁性部および前記第３磁性部との間に電流を流す。前記電圧検出部は、前記第２磁性部および前記第３磁性部と接続されている。前記電圧検出部は、前記第２磁性部と前記第３磁性部との間の電圧を検出する。前記第１磁性部と前記非磁性部との接触面の最大長さは、前記非磁性部のスピン拡散長以下である。前記第１磁性部は、前記接触面と直交する方向における寸法が、前記第１磁性部のスピン拡散長の３倍以下である。前記第１磁性部は、外部電極と接していない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１実施形態に係るスピンバルブ素子の断面図。
【図２】第２実施形態に係るスピンバルブ素子の平面図。
【図３】第２実施形態に係るスピンバルブ素子の断面図。
【図４】第２実施形態に係るスピンバルブ素子の平面図。
【図５】第３実施形態に係るスピンバルブ素子の断面図。
【図６】第４実施形態に係るスピンバルブ素子の断面図。
【図７】第５実施形態に係るスピンバルブ素子の断面図。
【図８】第６実施形態に係るハードディスクヘッドの正面図。
【図９】第６実施形態に係るハードディスクヘッドの断面図。
【図１０】第７実施形態に係るハードディスクヘッドの正面図。
【図１１】第７実施形態に係るハードディスクヘッドの断面図。
【図１２】第８実施形態に係るハードディスクヘッドアセンブリの正面図。
【図１３】第８実施形態に係るハードディスクヘッドアセンブリの断面図。
【図１４】第９実施形態に係る磁気記録再生装置の斜視図。
【図１５】第９実施形態に係る磁気記録再生装置の一部の斜視図。
【図１６】実施例１に係るハードディスクヘッドの断面図。
【図１７】実施例２に係るハードディスクヘッドの断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図中の矢印は、磁化の方向を例示するものである。
【０００９】
（第１実施形態）
第１実施形態に係るスピンバルブ素子１について、図１を用いて説明する。
図１は、第１実施形態に係るスピンバルブ素子１の断面図である。
スピンバルブ素子１は、非磁性部１０と、磁化自由部（第１磁性部）１２と、第１磁化固定部（第２磁性部）１４と、第２磁化固定部（第３磁性部）１６と、を備えている。磁化自由部１２と、第１磁化固定部１４と、第２磁化固定部１６と、は、互いに離間して、非磁性部１０に接している。非磁性部１０は、第１方向に沿って延びている。非磁性部１０は、第１方向に平行な第１面Ｐ１を有する。磁化自由部１２、第１磁化固定部１４、および第２磁化固定部１６は、非磁性部１０の面Ｐ１上に設けられている。第１磁化固定部１４、第２磁化固定部１６、および磁化自由部１２は、第１方向において並んで設けられている。非磁性部１０の第１方向における長さは、非磁性部１０におけるスピン緩和長λｎよりも短い長さである。
第１方向は、例えば、図１に表すＤ１である。
【００１０】
第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６は、磁化の方向が固着された磁性層を含む。第２磁化固定部１６の磁化の方向は、第１磁化固定部１４の磁化の方向と異なる方向となるように固着されている。
【００１１】
第２磁化固定部１６の磁化方向は、後述する、磁化自由部１２の磁化方向の角度に応じた第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電気抵抗の変化が検出可能な程度に、第１磁化固定部１４の磁化方向と異なっていればよい。
例えば、第１磁化固定部１４は、第１方向に磁化しており、第２磁化固定部１６は、第１方向と反対の方向に磁化している。
これ以降、２つの磁性体の磁化の方向が、互いに平行であるが、その方向が反対であることを、反平行と称する。
【００１２】
磁化自由部１２は、磁化の方向が可変の磁性層を含む。磁化の方向が可変とは、外部磁場に応じて磁化の方向が変化可能であることを意味する。磁化自由部１２の磁化方向は、外部磁場が印加された際に、第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６よりも、容易に変化する。
【００１３】
第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６は、電流源と電圧検出部に接続されている。非磁性部１０には、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６を通してセンス電流が流される。これら２つの磁化固定部のうち一方の磁化固定部を通して電流が流入し、もう片方の磁化固定部を通して電流が流出する。磁化固定部における電気抵抗は、多数スピン電子と少数スピン電子で異なる。このため、非磁性部１０の、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６の間の領域以外にもスピン偏極された電流が流れることとなる。したがって、非磁性部１０中の伝導電子の電気化学ポテンシャルは、アップスピン電子とダウンスピン電子とで異なる値をとるようになる。
これ以降、アップスピン電子とダウンスピン電子との電気化学ポテンシャルの差（μ↑−μ↓）をスピン蓄積ともいう。
【００１４】
第１磁化固定部１４の磁化方向は、第２磁化固定部１６の磁化方向と反対であるため、第１磁化固定部１４と非磁性部１０との第１接触面、および第２磁化固定部１６と非磁性部１０電極との第２接触面の両方において、アップスピン電流μ↑が大きくなるようなスピン蓄積が発生する。第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の距離は、非磁性部１０におけるスピン緩和長λｎに比べて短い距離である。このため、第１接触面と第２接触面との間の非磁性部１０におけるスピン蓄積は、第１接触面と第２接触面との間の場所によらず、殆ど均一に起こる。
【００１５】
磁化自由部１２は、非磁性部１０と電気的に接触しているが、磁化自由部１２にはその他の外部電極は接触していない。そのため、磁化自由部１２と非磁性部１０の間では電流は流れず、スピン流のやり取りのみが起こる。ここで、外部電極とは、非磁性部１０以外の、磁化自由部１２に電圧を印加する、または電流を流す電極を意味している。
【００１６】
本発明者たちが鋭意検討した結果、磁化自由部１２と非磁性部１０との接触面において、スピンミキシング伝導が存在する場合には、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電気抵抗が、磁化自由部１２の磁化方向によって影響を受けることが分かった。すなわち、第１磁化固定部１４の磁化方向と、磁化自由部１２の磁化方向と、がなす角をθとした場合、θが０度または１８０度の場合に抵抗値はもっとも大きくなり、θが９０度の場合に抵抗値はもっとも小さくなる。
【００１７】
θが０度または１８０度の場合には、磁化自由部１２と非磁性部１０との接触面におけるスピンミキシングの効果が小さい。このため、磁化が互いに反平行となっている第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電気抵抗は、高い。これに対して、θが９０度となった場合には、大きなスピンミキシング効果が起こり、非磁性部１０のスピンが混ぜられることになる。このため、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電気抵抗は、θが０度または１８０度の場合に比べて低い。
【００１８】
上述のとおり、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電気抵抗は、θの関数となる。第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電気抵抗を測定することにより、θの値を知ることが出来る。例えば、電流源により第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間にセンス電流を流し、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電圧を検出することで、θの値を知ることができる。
【００１９】
非磁性部１０に関しては、出来るだけスピン緩和長λｎが長いほうが、より大きなスピン蓄積が起こり、より大きな出力を得る事ができる。このため、非磁性部１０の材料として、Ｃｕ，Ａｇ、またはＡｕのような、スピン緩和長の長い材料を用いる事が望ましい。
【００２０】
磁化自由部１２、第１磁化固定部１４、および第２磁化固定部１６の材料としては、ＣｏＦｅ、あるいはＣｏＦｅＢのような、多数キャリア比抵抗ρ＋と小数キャリア比抵抗ρ−の差が大きい材料を用いる事が望ましい。より望ましくは、多数キャリアは存在するが、少数キャリアがほとんど存在しない、ハーフメタルを用いる事が望ましい。ハーフメタルとしてはホイスラー合金系のＣｏ２Ｆｅ（Ｇｅ０．５Ｇａ０．５）、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ０．５Ｇａ０．５）などを用いる事ができるが、それ以外の材料であっても、ハーフメタルで有れば用いる事が出来る。
【００２１】
非磁性部１０は、磁化自由部１２と接する領域、第１磁化固定部１４と接する領域、および第２磁化固定部１６と接する領域のうち少なくとも１つの領域において、トンネルバリア層を含んでいてもよい。トンネルバリア層としては、例えば、厚さが１ｎｍ以下の、酸化アルミニウムや酸化マグネシウムを用いることができる。
【００２２】
磁化自由部１２と非磁性部１０との接触面におけるスピンミキシング伝導度が、電気伝導度よりも大きい方が、端子間の抵抗変化を大きくすることができる。このため、磁化自由部１２の材料として、イットリウム鉄ガーネット（ＹＩＧ）のような絶縁性磁性体を用いることも出来る。
【００２３】
スピンバルブ素子１は、第１磁化固定部１４に接する反強磁性部と、第２磁化固定部１６に接する反強磁性部と、を備えていてもよい。各々の反強磁性部により、第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６に対して、一方向異方性を付与することで、第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６の磁化方向がより強固に固着される。反強磁性部の材料としてはＰｔＭｎやＩｒＭｎなどを用いる事が出来る。
第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６は、Ｒｕなどの非磁性層を含み、非磁性層を介して磁性層が反強磁性結合するように構成した、いわゆるシンセティック構造を有していてもよい。シンセティック構造を用いることで、磁化固着をより強固に行うことが可能となる。この場合、第１磁化固定部１４に含まれる、非磁性部１０に接する磁性層の磁化方向は、第２磁化固定部１６に含まれる、非磁性部１０に接する磁性層の磁化方向と反対となる。
【００２４】
非磁性部１０の第１方向の端部１０ａと、磁化自由部１２と、の間の距離は、端部１０ａと第１磁化固定部１４との間の距離および端部１０ａと第２磁化固定部１６との間の距離よりも短い。このような構成によれば、端部１０ａを対象に近接させて磁場を検出する際に、磁場の検出が容易となる。
【００２５】
図１に示す例では、端部１０ａの面と、磁化自由部１２の第１方向の端面は、同一の面上に存在する。すなわち、端部１０ａの面と、磁化自由部１２の第１方向の端面は、面一に形成されている。このような構成によれば、端部１０ａを対象に近接させて外部磁場を検出する際に、より高い感度で外部磁場を検出することが可能となる。
あるいは、磁化自由部１２の第１方向の端面は、非磁性部１０の第１方向の端面に対して、第１方向の側に位置していてもよい。
【００２６】
本実施形態の比較例として、４つの端子を有するスピンバルブ素子を挙げることができる。
４つの端子を有するスピンバルブ素子は、第１方向に延びる非磁性部と、非磁性部上に設けられた磁化固定部と、非磁性部上に設けられた磁化自由部と、を備える。非磁性部の両端に第１端子と第２端子が設けられる。第１方向において、第１端部、磁化固定部、磁化自由部、第２端部の順に並んでいる場合において、第１方向における非磁性部の第１端部と、磁化固定部と、が電流源に接続される。非磁性部の第１端部と反対側の第２端部と、磁化自由部と、が電圧計に接続される。
非磁性部は磁化固定部との間でセンス電流が流されるが、磁性体中の電気抵抗は多数スピン電子と小数スピン電子で異なる。このため、非磁性部にもスピン偏極電流が流れることになり、非磁性部中の伝導電子の電気化学ポテンシャルは、アップスピン電子とダウンスピン電子とで異なる値をとるようになる。
例えば、非磁性部を０Ｖ、磁化固定部に正電圧を印加した場合、アップスピン電流Ｉ↑とダウンスピン電流Ｉ↓とが磁化固定部から非磁性部に流れる。これによって生じた電気化学ポテンシャルの差（μ↑−μ↓）はスピン注入電極との接触面の位置で最大値をとり、そこから離れるにしたがって零に緩和する。すなわち、アップスピン電子の電気化学ポテンシャルμ↑と、ダウンスピン電子の電気化学ポテンシャルμ↓が同じ値となるように距離に対して指数関数的に緩和していく。
磁化固定部より、第２端部の側では、アップスピン電流Ｉ↑とダウンスピン電流Ｉ↓は逆方向に流れる。このため、両方を足し合わせた電流（＝Ｉ↑＋Ｉ↓）は零となっており、電流は流れていない。しかしながら、Ｉ↑−Ｉ↓で定義されるスピン流は流れている。
磁化自由部は、非磁性部に電気的に接触しており、磁性体中のスピン緩和長λｆは数ｎｍ〜１０ｎｍ程度と一般に非常に短いため、アップスピン電子とダウンスピン電子は磁性体中で短絡された状態になり急速に緩和する。すなわち、非磁性部のダウンスピン電子が磁化自由部に流れ込み、磁化自由部のアップスピン電子は非磁性部に流れ出る事になる。
磁化自由部が磁化している場合、磁化自由部の多数キャリア比抵抗ρ+と少数キャリア比抵抗ρ-は値が異なる。このため、磁化自由部で電気化学ポテンシャルが緩和した電圧は、磁化固定部と磁化自由部の磁化が互いに平行な場合と反平行な場合では異なる電圧となる。例えば、磁化自由部と非磁性部との間の電位差は、磁化自由部の磁化方向と非磁性部の磁化方向とが平行の場合と反平行の場合では、その符号が逆になる。したがって、その電圧を測定することにより、２つの磁化が平行になっているか反平行になっているかを測定することが可能になる。
非磁性部のスピン蓄積によりμ↑とμ↓が差を持つことを利用した素子では、非磁性部と磁化自由部との接触面における非磁性部のスピン蓄積が大きい方が、より大きな検出出力を得ることが可能になる。そのため、非磁性部のスピン緩和長は出来るだけ長く、また磁化固定部と磁化自由部との間の距離は出来るだけ近くすることが望ましい。
一方で、非磁性部における電気化学ポテンシャルを詳細に検討した結果、このような４端子のスピンバルブ素子においては、非磁性部の電気化学ポテンシャルは、磁化固定部と非磁性部の接触位置からスピン緩和長λｎ程度離れたところまではスピン蓄積が緩和しない。このため、非磁性部の端子の位置は、磁化固定部と非磁性部の接触位置からスピン緩和長λｎ程度離したほうが、より大きなスピン蓄積を得ることが出来る事が分かった。スピン緩和長λｎよりも短い距離に、外部リード端子との接合のような不均質構造や、スピン緩和長が短い材料があると、それによりスピン緩和が促進されてしまう。このため、スピン蓄積が小さくなり、十分な検出出力が得られない可能性がある。
また、非磁性部における電気化学ポテンシャルは、磁化固定部と非磁性部の接触位置からスピン緩和長λｎの数倍離れたところまでは、スピン蓄積が緩和せずμ↑＝μ↓とならない。このため、非磁性部の端子の位置は、磁化固定部と非磁性部の接触位置からスピン緩和長λｎの数倍離すことが望ましいことが分かった。それよりも短い距離に外部リード端子との接合のような不均質構造や、スピン緩和長が短い材料があると、それによりスピン緩和が促進され、スピン蓄積の減少や、ノイズの原因となる事が考えられる。
以上のように、４端子のスピンバルブ素子においては、非磁性部はスピン緩和長λｎよりも十分に長くする必要があり、スピンバルブ素子全体の大きさとしては数μｍの長さが必要となる事が分かった。このため、スピンバルブ素子を用いるデバイスの設計の自由度が制限されてしまう可能性がある。また、この数μｍの非磁性部のどこかに非均一性や欠陥が出来てしまうか、この数μｍ以内の場所で外部リード端子との接触を作ってしまうと、それがスピン蓄積に影響を与えてしまい、出力特性が劣化してしまう。従って、外乱を受けやすく、作製するのが困難な素子である事がわかった。
【００２７】
本実施形態の他の比較例として、非特許文献１にあるような、３つの端子を有するスピンバルブ素子を挙げることができる。
非特許文献１において、この３端子構造は理論的な検討にとどまっている。３端子構造は、それぞれ電気化学ポテンシャルが外部端子によりコントロールされた、磁性体１、磁性体２、および磁性体３が非磁性ノードによって接続されている。そのうち磁性体１、磁性体２の間には電位差Ｖが印加されており、また、磁性体１、２の磁化は、お互いに反平行となっている。
これに対して磁性体３は磁化の方向を変えることが可能となっており、なおかつ外部端子により、非磁性体との間で電流が流れないように電気化学ポテンシャルのコントロールが行われている。
この時、非磁性体と磁性体３の接合面においては、スピンミキシング伝導が存在する。そのため、磁性体１と磁性体２の間の電気抵抗は、磁性体３の磁化方向と、磁性体１および２の磁化方向と、のなす角度によって影響を受けることが予測されている。すなわち、磁性体１の磁化方向と磁性体３の磁化方向とのなす角度をθ３と定義すると、θ３が０度、もしくは１８０度の場合に抵抗がもっとも大きくなり、θ３が９０度となった時に抵抗値がもっとも小さくなる事が予測されている。
この構成では４端子構造に比べると端子数が１つ減っている。しかしながら、あくまで理論検討の段階にとどまっており、具体的にスピンバルブ素子、ハードディスクヘッド等の作成を行うための構成方法については全く記述されていない。
また非特許文献１においては、３つの磁性体を接続するノードについても概念的な存在にとどまっており、これを具体的にスピンバルブ素子、ハードディスクヘッドに用いる方法については提案されていない。
またさらに、現在、ハードディスクヘッドに用いられている、巨大磁気抵抗効果素子やトンネル磁気抵抗効果素子が２端子素子である事に比べると、まだ端子数が１つ多く、そのため現状のヘッド作成技術がそのまま適用できない。このため、新たな開発項目が増え、また構造の複雑化は免れ得ぬため、歩留まりの悪化や製造コストの増加が生じうる。
【００２８】
これに対して、本実施形態に係るスピンバルブ素子１では、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６とに電流源および電圧検出部を接続して２端子とし、磁化自由部１２と非磁性部１０との接触面におけるスピンミキシング伝導を利用して、磁化自由部１２の磁化方向を検出している。このため磁化自由部１２と非磁性部１０との接触面においては、大きなスピンミキシング伝導がおこるように、トンネル接合をもちいるか、磁性体としてイットリウム・鉄・ガーネット（ＹＩＧ）のような高抵抗磁性体や酸化物磁性体を用いることが望ましい。
特に本発明においては、磁化自由部１２を外部電極に接続しない微小な磁性体としている事が大きな特徴となっている。このように磁化自由部１２を微小化することにより、非磁性体から電流が流入すると磁化自由部１２の電圧が上昇することを利用して、磁化自由部に電流が流入することを防ぐことが可能になっている。磁化自由部１２に電荷流が流れ込む事を防ぎつつ、スピン流は電荷を持たないために流れ込むことが可能となっており、これによりスピンミキシング効果がおこる。このため、磁化自由部１２に電圧制御端子を接続して電圧をコントロールする必要がなく、２端子素子として用いることが可能となっている。すなわち磁化自由部１２を微小化し、また外部からの電流の流入、流出を防止することにより、はじめて２端子素子として動作させることが可能となった。また鋭意検討した結果、その場合でもスピン流が流れる為、スピンミキシング効果を有効に利用することが出来る事が明らかになった。磁化自由部１２の大きさが小さいほど、磁場センサーとしての空間分解能も向上するため、磁化自由部１２の大きさは小さいことが望ましい。また、磁化自由部１２と非磁性部１０との接触面の最大長さは、非磁性部１０のスピン拡散長よりも十分に小さい事が望ましいため、非磁性体における一般的なスピン拡散長である４００ｎｍ以下で有ることが望ましい。磁化自由部１２のサイズは、その１／１０の４０ｎｍ以下で有ることがより望ましい。また、磁化自由部１２の厚さ、すなわち、磁化自由部１２と非磁性部１０との接触面に直交する方向における寸法、は、磁性体中でのスピン拡散長の３倍以上にすると、電荷蓄積の不均一がおこりやすく、電流が流れやすくなってしまう。このため、磁化自由部１２の厚さは、少なくとも１００ｎｍ以下で有ることが望ましく、さらにはその１／１０の１０ｎｍ以下とすることが望ましい。
また、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６、および磁化自由部１２の間の距離は非磁性部のスピン拡散長よりも十分に小さいことが望ましいため、４００ｎｍ以下で有ることが望ましく、さらにはその１／１０の４０ｎｍ以下で有ることがより望ましい。ここで磁性体間の距離とは、各磁性体間の最短距離を意味している。
スピンバルブ素子１は、上述した４端子のスピンバルブ素子のように、長大な非磁性部を用いる必要が無いため、スピンバルブ素子１が用いられるデバイスの設計の自由度を向上させることが可能である。
スピンバルブ素子１は、上述した４端子のスピンバルブ素子と異なり、２つの端子のみで動作可能であり、かつ小型であるため、作製が容易であり、歩留まりおよび生産性を改善することが可能である。
【００２９】
（第２実施形態）
第２実施形態に係るスピンバルブ素子２について図２および図３を用いて説明する。
図２は、第２実施形態に係るスピンバルブ素子２の平面図である。
図３は、第２実施形態に係るスピンバルブ素子２の断面図である。
図３は、図２のＡ−Ａ´断面図である。
スピンバルブ素子２は、ハードバイアス部１７を備える点で、スピンバルブ素子１と異なる。
【００３０】
ハードバイアス部１７は、第１磁化固定部１４の磁化方向および第２磁化固定部１６の磁化方向と交差する第２方向の磁界を、磁化自由部１２に対して印加する。ここで、第２方向を、第１方向と直交する方向とする。磁化自由部１２の磁化方向は、ハードバイアス部１７以外からの外部磁場がない場合に、第１磁化固定部１４の磁化方向および第２磁化固定部１６の磁化方向に対して、４５度の角度を有していることが好ましい。これは、第１磁化固定部１４の磁化方向および第２磁化固定部１６の磁化方向に対する磁化自由部１２の磁化方向が４５度の付近において、最も抵抗値の変化が大きいためである。従って、外部磁場が印加された際に、外部磁場の方向をより高感度に検出することが可能となる。
第２方向は、例えば、図２に示すＤ２である。
以降では、第１磁化固定部１４の磁化方向の角度を１８０度、第２磁化固定部１６の磁化方向の角度を０度とし、第１磁化固定部１４の磁化方向および第２磁化固定部１６の磁化方向に直交する方向の角度を９０度として説明する。
【００３１】
例えば、ハードバイアス部１７を用いて第２方向に磁場を印加しつつ、センス電流によるスピントルクによって磁化自由部１２の磁化方向を４５度にすることができる。センス電流は、磁化自由部１２の磁化方向が４５度の角度となるように調整される。
【００３２】
ここで、第２実施形態に係るスピンバルブ素子２の変形例について、図４を用いて説明する。
図４は、第２実施形態に係るスピンバルブ素子２の平面図である。
【００３３】
図４に表す形態では、ハードバイアス部１７を用いて磁化自由部１２に対して大きな磁場を印加し、磁化自由部１２の磁化方向を９０度にする。第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６は、４５度の方向に磁化されている。従って、第１磁化固定部１４の磁化方向および第２磁化固定部１６の磁化方向と、磁化自由部１２の磁化方向と、の相対的な角度は４５度となる。このとき、磁化自由部１２は、センス電流によるスピントルクにより、磁化方向が変化しない程度に、ハードバイアス部１７から磁場が印加される。
【００３４】
（第３実施形態）
第３実施形態に係るスピンバルブ素子３について図５を用いて説明する。
図５は、第３実施形態に係るスピンバルブ素子３の断面図である。
スピンバルブ素子３は、第２磁化固定部１６が、面Ｐ１と対向する第２面Ｐ２上に設けられている点で、スピンバルブ素子１と異なる。
第２磁化固定部１６の少なくとも一部は、非磁性部１０を介して第１磁化固定部１４と対向していてもよい。
第２磁化固定部１６の少なくとも一部は、非磁性部１０を介して第１磁化固定部１４と対向していることで、スピンバルブ素子１に比べ、非磁性部１０の第１方向における長さを短くすることが可能となる。このため、非磁性部１０のスピン容量が小さくなり、外部磁場を検出する際の出力を向上させることが可能となる。
【００３５】
（第４実施形態）
第４実施形態に係るスピンバルブ素子４について図６を用いて説明する。
図６は、第３実施形態に係るスピンバルブ素子４の断面図である。
スピンバルブ素子４は、磁化自由部１２が面Ｐ２上に設けられている点で、スピンバルブ素子１と異なる。
このような構成によれば、スピンバルブ素子１に比べ、第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６を、磁化自由部１２に近い位置に設けることが可能となる。
【００３６】
（第５実施形態）
第５実施形態に係るスピンバルブ素子５について図７を用いて説明する。
図７は、第５実施形態に係るスピンバルブ素子５の断面図である。
スピンバルブ素子５は、面Ｐ１上に設けられた第１磁化自由部１２に加えて、面Ｐ２上に設けられた第２磁化自由部（第４磁性部）１８を備える点で、スピンバルブ素子１と異なる。
【００３７】
スピンバルブ素子５では、第１磁化固定部１４の磁化方向と第２磁化固定部１６の磁化方向とが反平行になっている。このため、第１磁化固定部１４と非磁性部１０との第１接触面と、第２磁化固定部１６と非磁性部１０電極との第２接触面と、の両方において、アップスピン電流μ↑が大きくなるようなスピン蓄積が発生する。第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の距離は、非磁性部１０におけるスピン緩和長λｎに比べて十分短い距離である。このため、第１接触面と第２接触面との間の非磁性部１０におけるスピン蓄積は、第１接触面と第２接触面との間の場所によらず殆ど均一に起こる。
【００３８】
本発明者たちが鋭意検討した結果、以下のことがわかった。
第１磁化自由部１２が非磁性部１０に電気的に接触しているが、外部電極は接続されていない場合、第１磁化自由部１２と非磁性部１０との間で電流は流れず、スピン流のやり取りのみが起こる。この場合においても、第１磁化自由部１２と非磁性部１０の接触界面においてスピンミキシング伝導が存在するならば、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電気抵抗が、第１磁化自由部１２の磁化方向によって影響を受ける。
第２磁化自由部１８が非磁性部１０に電気的に接触しているが、外部電極は接続されていない場合、第２磁化自由部１８と非磁性部１０との間で電流は流れず、スピン流のやり取りのみが起こる。この場合においても、第２磁化自由部１８と非磁性部１０の接触界面においてスピンミキシング伝導が存在するならば、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電気抵抗が、第２磁化自由部１８の磁化方向によって影響を受ける。
【００３９】
このとき、第１磁化自由部１２および第２磁化自由部１８からの効果は足し合わせとなる。具体的な説明のために、第１磁化固定部１４の磁化方向の角度を０度、第２磁化固定部１６の磁化方向の角度を１８０度とし、第１磁化自由部１２の磁化方向の角度をθＡ、第２磁化自由部１８の磁化方向の角度をθＢとする。
【００４０】
まず、外部磁場がない状態では、θＡが略４５度、θＢが略１３５度の角度になるように磁場を印加しておく。すなわち外部磁場がない状態では（θＢ−θＡ）が略９０度となるように設定しておく。
この時、角度が０度の方向に、第１磁化自由部１２と第２磁化自由部１８に対して同じ大きさの外部磁場が印加されると、両方の磁化は、θＡもθＢも同程度に０度方向に回転して小さくなり、（θＢ−θＡ）は変化しない。すなわち、第１磁化自由部１２の磁化方向は、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電気抵抗が大きくなる方向に動き、第２磁化自由部の磁化方向は、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間の電気抵抗が小さくなる方向に動く。したがって、その足し合わせた効果は打ち消しあい、電気抵抗は変化しない。
同様に、第１磁化自由部１２と第２磁化自由部１８に、角度１８０度方向に同じ大きさの外部磁場がかかった場合にも（θＢ−θＡ）は変化せず、電気抵抗は変化しない。
【００４１】
それに対して、第一磁化自由部に０度方向、第２磁化自由部に１８０度方向の逆方向の磁場がかかった場合には、（θＢ−θＡ）は大きくなり、両方とも電気抵抗を大きくする方向に動くため、全体として電気抵抗が大きくなる。
また逆に、第１磁化自由部に１８０度方向、第２磁化自由部に０度方向の磁場がかかった場合には、（θＢ−θＡ）は小さくなり、両方とも電気抵抗を小さくする方向に働くため、全体として電気抵抗は小さくなる。
【００４２】
以上のように、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６間の電気抵抗は、（θＢ−θＡ）の関数となる。この電気抵抗を測定することにより、（θＢ−θＡ）の値を知ることが出来る。
このように本構成においては、外部磁場にたいして差動動作をするため、より高い分解能を得ることが可能になる。
【００４３】
上述した動作を良好に行うためには、第１磁化自由部１２と第２磁化自由部１８の特性をそろえることが望ましい。従って、第１磁化自由部１２および第２磁化自由部１８の、材料、膜厚、第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６との位置関係、非磁性部１０との接触面積、および体積等は、互いに等しいことが望ましい。
従って、スピンバルブ素子５では、第２磁化自由部１８の少なくとも一部は、非磁性部１０を介して、第１磁化自由部１２と対向している。非磁性部１０の第１方向の端部１０ａと、第１磁化自由部１２と、の間の距離は、端部１０ａと第１磁化固定部１４との間の距離および端部１０ａと第２磁化固定部１６との間の距離よりも短い。端部１０ａと第２磁化自由部１８との間の距離は、端部１０ａと第１磁化固定部１４との間の距離および端部１０ａと第２磁化固定部１６との間の距離よりも短い。第２磁化自由部１８の材料は、第１磁化自由部１２の材料と同じである。
第２磁化自由部１８には、第１磁化自由部１２と同様の材料を用いることができる。
【００４４】
図７に表したスピンバルブ素子５は、面Ｐ１に第１磁化固定部１４が設けられ、面Ｐ２に第２磁化固定部１６が設けられている。しかし、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６の両方が、面Ｐ１か面Ｐ２のどちらか一方に設けられていてもよい。
【００４５】
本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、小型化が可能であり、かつ作製が容易なスピンバルブ素子が提供される。
本実施形態によれば、第１磁化自由部１２と第２磁化自由部１８の２つの磁化自由部を用いているため、外部磁場を検出する際の出力を、第１実施形態に比べてより大きくすることができる。
【００４６】
（第６実施形態）
第６実施形態に係るハードディスクヘッド１００について図８および図９を用いて説明する。
図８は、第６実施形態に係るハードディスクヘッド１００を表す正面図である。
図９は、第６実施形態に係るハードディスクヘッド１００を表す断面図である。
図９は、図８のＡ−Ａ´断面である。
【００４７】
ハードディスクヘッド１００は、第３実施形態に係るスピンバルブ素子を磁気センサとして用いている。ハードディスクヘッド１００は、スピンバルブ素子と、上磁気シールド２０と、下磁気シールド２２と、を備えている。第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６は、互いに非磁性部１０の異なる面上に設けられている。このような構造によれば、第１磁化固定部１４は、上磁気シールド２０に電気的に接続することが容易となり、第２磁化固定部１６は下磁気シールド２２に電気的に接続する事が容易になる。
【００４８】
第１磁化固定部１４には、その磁化方向を固定するための反強磁性部２４が接している。この反強磁性部２４にリード端子が設けられ、上磁気シールド２０に接続されている。上磁気シールド２０は電気的配線として機能して、外部端子に接続される。
第２磁化固定部１６には、その磁化方向を固定するための反強磁性部２６が接している。この反強磁性部２６にリード端子が設けられ、下磁気シールド２２に接続されている。下磁気シールド２２は電気的配線として機能して、外部端子に接続される。
第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６とは、非磁性部１０を介して、対向していてもよい。
【００４９】
磁化自由部１２の周囲には絶縁体が設けられ、磁化自由部１２の周囲では、非磁性部１０と磁気シールドとが電気的に絶縁されている。磁化自由部１２の第１方向の端面１２ｂは、非磁性部１０の第１方向の端面１０ｂに対して、第１方向の側に位置している。
非磁性部１０は、磁化自由部１２との接触面において、トンネルバリア層２８を含んでいる。
【００５０】
磁化自由部１２の第１方向の端面、下磁気シールドの第１方向の端面、および上磁気シールドの第１方向の端面は、同一面上に位置し、この面がＡＢＳ（Air Bearing Surface）となる。
【００５１】
上磁気シールドと下磁気シールドに電流源と電圧計が接続される。これにより、第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６との間にセンス電流が流れ、その間の電圧が計測され、抵抗値が求められる。
スピンバルブ素子と上磁気シールド２０との間、およびスピンバルブ素子と下磁気シールド２２との間には、不必要な電気的な接触を防ぐために、絶縁体３０が設けられている。この絶縁体３０としては、例えば、酸化アルミニウムが用いられる。
【００５２】
本発明の実施形態に係るスピンバルブ素子は、磁化固定部がＡＢＳから離れた構造を有し、かつ磁化自由部には外部電極が接していない。従って、ハードディスクヘッドに用いることで、ＡＢＳにおける上磁気シールド２０と下磁気シールド２２との間隔を狭くすることが可能となり、外部磁場を検出する際の分解能を向上させることが可能となる。
【００５３】
（第７実施形態）
第７実施形態に係るハードディスクヘッド２００について図１０および図１１を用いて説明する。
図１０は、ハードディスクヘッド２００を表す正面図である。
図１１は、ハードディスクヘッド２００を表す断面図である。
図１１は、図１０のＡ−Ａ´断面である。
【００５４】
ハードディスクヘッド２００は、第５実施形態に係るのスピンバルブ素子を磁気センサとして用いている点で、ハードディスクヘッド１００と異なる。ハードディスクヘッド２００は、スピンバルブ素子と、上磁気シールド２０と、下磁気シールド２２と、を備えている。
【００５５】
第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６は、互いに非磁性部１０の異なる面上に設けられているため、第１磁化固定部１４と上磁気シールド２０との電気的接続および第２磁化固定部１６と下磁気シールド２２との電気的接続が容易となる。
【００５６】
非磁性部１０の第１方向の端面、第１磁化自由部１２の第１方向の端面、第２磁化自由部１８の第１方向の端面、上磁気シールド２０の第１方向の端面、および下磁気シールド２２の第１方向の端面は、同一面上に存在し、この面がＡＢＳとなる。
【００５７】
本実施形態によれば、外部磁場を検出する際の出力を、差動出力にすることが出来る為、第６実施形態に比べて線分解能を高くすることが出来る。
【００５８】
（第８実施形態）
第８実施形態に係るハードディスクヘッドアセンブリ３００について図１２および図１３を用いて説明する。
図１２は、ハードディスクヘッドアセンブリ３００を表す正面図である。
図１３は、ハードディスクヘッドアセンブリ３００を表す断面図である。
図１３は、図１２のＡ−Ａ´断面である。
【００５９】
ハードディスクヘッドアセンブリ３００は、下磁気シールド２２から上磁気シールド２０に向かう方向に、複数のハードディスクヘッドが重ねられた構造を有する。
各ハードディスクヘッドは、第１実施形態に係るスピンバルブ素子を磁気センサとして用いている。ハードディスクヘッドは、スピンバルブ素子と、上磁気シールド２０と、下磁気シールド２２と、を備えている。
【００６０】
第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６とは、非磁性部１０の面Ｐ１上に設けられている。第１磁化固定部１４は、反強磁性部２４を介して上磁気シールド２０と接続されている。第２磁化固定部１６は、反強磁性部２６および電極３２を介して下磁気シールド２２と接続されている。
第１磁化固定部１４と第２磁化固定部１６とが、同一の面上に設けられていることで、上磁気シールド２０と下磁気シールド２２との間隔を狭くすることが可能となる。このため、より高密度に、ハードディスクヘッドを積層させることが可能となる。
【００６１】
第１磁化自由部１２の第１方向の端面、上磁気シールド２０の第１方向の端面、および下磁気シールド２２の第１方向の端面は、同一面上に存在し、この面がＡＢＳとなる。
【００６２】
本発明の実施形態に係るスピンバルブ素子は、磁化固定部がＡＢＳから離れた構造を有し、かつ磁化自由部には外部電極が接していない。従って、この点においても、ハードディスクヘッドをより高密度に積層させる場合に有利である。
【００６３】
（第９実施形態）
第９実施形態に係る磁気記録再生装置４００について図１４および図１５を用いて説明する。
図１４は、第９実施形態に係る磁気記録再生装置４００を表す斜視図である。
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、第９実施形態に係る磁気記録再生装置４００の一部を表す斜視図である。
【００６４】
磁気記録再生装置４００は、第６実施形態または第７実施形態に係るハードディスクヘッドと、情報が記録される垂直磁気記録の磁気記録媒体１８０と、を含む。
図１４に表すように、磁気記録再生装置４００は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置である。同図において、磁気記録媒体１８０は、スピンドルモータ１４２に装着され、駆動装置制御部からの制御信号に応答するモータにより矢印Ａの方向に回転する。磁気記録再生装置４００は、複数の磁気記録媒体１８０を備えても良い。磁気記録再生装置４００は、記録媒体１８１を含んでもよい。例えば、磁気記録再生装置４００は、ハイブリッドＨＤＤ（Hard Disk Drive）である。記録媒体１８１は、例えば、ＳＳＤ（Solid State Drive）である。記録媒体１８１には、例えば、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリが用いられる。
【００６５】
磁気記録媒体１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１４０は、薄膜状のサスペンション１５４の先端に取り付けられている。ヘッドスライダ１４０の先端付近に、例えば、第６実施形態または第７実施形態に係るハードディスクヘッドが搭載される。
【００６６】
磁気記録媒体１８０が回転すると、サスペンション１５４による押し付け圧力とヘッドスライダ１４０のＡＢＳで発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダ１４０の媒体対向面は、磁気記録媒体１８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。ヘッドスライダ１４０を磁気記録媒体１８０と接触させる、いわゆる「接触走行型」の構成としても良い。
【００６７】
サスペンション１５４は、駆動コイルを保持するボビン部などを有するアクチュエータアーム１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた駆動コイルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石及び対向ヨークからなる磁気回路とを含むことができる。サスペンション１５４は、一端と他端とを有し、ハードディスクヘッドは、サスペンション１５４の一端に搭載され、アクチュエータアーム１５５は、サスペンション１５４の他端に接続されている。
【００６８】
アクチュエータアーム１５５は、軸受部１５７の上下２箇所に設けられたボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。その結果、ハードディスクヘッドを磁気記録媒体１８０の任意の位置に移動可能となる。
【００６９】
図１５（ａ）は、磁気記録再生装置４００の一部の構成を表しており、ヘッドスタックアセンブリ１６０の拡大斜視図である。
図１５（ｂ）は、ヘッドスタックアセンブリ１６０の一部となるアセンブリ１５８を表す斜視図である。
【００７０】
図１５（ａ）に表すように、ヘッドスタックアセンブリ１６０は、軸受部１５７と、この軸受部１５７から延びるアセンブリ１５８と、軸受部１５７からアセンブリ１５８と反対方向に延びると共にボイスコイルモータのコイル１６２を支持した支持フレーム１６１と、を有している。
【００７１】
図１５（ｂ）に表すように、アセンブリ１５８は、軸受部１５７から延出したアクチュエータアーム１５５と、アクチュエータアーム１５５から延出したサスペンション１５４と、を有している。
【００７２】
サスペンション１５４の先端には、ヘッドスライダ１４０が取り付けられている。ヘッドスライダ１４０には、実施形態に係るハードディスクヘッドのいずれかが搭載される。
【００７３】
アセンブリ１５８は、上記の実施形態に係るハードディスクヘッドと、ハードディスクヘッドが搭載されたヘッドスライダ１４０と、ヘッドスライダ１４０を一端に搭載するサスペンション１５４と、サスペンション１５４の他端に接続されたアクチュエータアーム１５５と、を備える。
【００７４】
サスペンション１５４は、信号の書き込み及び読み取り用、浮上量調整のためのヒーター用、及び、例えばスピントルク発振子用などのためのリード線（図示しない）を有する。これらのリード線と、ヘッドスライダ１４０に組み込まれたハードディスクヘッドの各電極と、が電気的に接続される。
【００７５】
ハードディスクヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部１９０が設けられる。信号処理部１９０は、例えば、図１４に例示した磁気記録再生装置４００の図面中の背面側に設けられる。信号処理部１９０の入出力線は、アセンブリ１５８の電極パッドに接続され、ハードディスクヘッドと電気的に結合される。
【００７６】
このように、本実施形態に係る磁気記録再生装置４００は、磁気記録媒体と、上記の実施形態に係るハードディスクヘッドと、磁気記録媒体とハードディスクヘッドとを離間させ、または、接触させた状態で相対的に移動可能とした可動部と、ハードディスクヘッドを磁気記録媒体の所定記録位置に位置合わせする位置制御部と、ハードディスクヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部と、を備える。
【００７７】
本実施形態によれば、高い記録密度に対応可能な磁気記録再生装置が提供される。
【００７８】
（実施例１）
第６実施形態に係るハードディスクヘッド１００の実施例について、図１６を用いて説明する。
図１６は、実施例１に係るハードディスクヘッド１００を表す断面図である。
【００７９】
ハードディスクヘッド１００の製造過程について説明する。
電極を兼用する下磁気シールド２２ａの上に、反強磁性部２６としての厚さが１０ｎｍのＩｒＭｎ層、厚さが３ｎｍのＣｏＦｅ層３４、厚さが１ｎｍのＲｕ層３６、厚さが１ｎｍのＣｏＦｅ層３８、厚さが４ｎｍのＣｏ２Ｆｅ（Ｇｅ０．５Ｇａ０．５）ホイスラー合金（以下ＣＦＧＧと表記）４０をこの順序で、スパッタ法を用いて成膜した。ＣｏＦｅ層３４、Ｒｕ層３６、ＣｏＦｅ層３８、およびＣＦＧＧ層４０により、第２磁化固定部１６が構成される。Ｒｕ層３６は、ＣｏＦｅ層３８およびＣＦＧＧ層４０と、ＣｏＦｅ層３４と、の間に位置しており、シンセティック構造を形成している。第２磁化固定部１６は、ＣｏＦｅ層３８およびＣＦＧＧ層４０の側の磁化が、ＣｏＦｅ層３４の磁化よりも大きい。ＡＢＳでのギャップが小さくなるように、下磁気シールド２２ａの上に、下磁気シールド２２ｂを追加で設けた。これにより、下磁気シールド２２が形成される。
【００８０】
第２磁化固定部１６と下磁気シールド２２を埋め込むように、酸化アルミニウム膜を成膜した。平坦化を行い、第２磁化固定部１６の一部を露出させる。第２磁化固定部１６とは電気的に接続されているが、シールドとは絶縁されるように、Ｃｕ層をスパッタ法で成膜した。Ｃｕは、長さが１００ｎｍ、幅が１２ｎｍ、厚さ１０ｎｍとなるように加工し、非磁性部１０ｃを形成した。
【００８１】
非磁性部１０ｃの上に、厚さが４ｎｍのＣＦＧＧ層４２、厚さが１ｎｍのＣｏＦｅ層４４、厚さが１ｎｍのＲｕ層４６、厚さが４ｎｍのＣｏＦｅ層４８、反強磁性部２４としての厚さが１０ｎｍのＩｒＭｎ層を、この順でスパッタ法を用いて成膜した。ＣＦＧＧ層４２、ＣｏＦｅ層４４、Ｒｕ層４６、およびＣｏＦｅ層４８により、第１磁化固定部１４が構成される。Ｒｕ層４６は、ＣｏＦｅ層４４およびＣＦＧＧ層４２と、ＣｏＦｅ層４８と、の間に位置しており、シンセティック構造を構成している。第１磁化固定部１４は、ＣｏＦｅ層４４およびＣＦＧＧ層４２の側の磁化が、ＣｏＦｅ層４８の磁化よりも小さい。
【００８２】
下磁気シールド２２の上であって、ＡＢＳとなる部分に、５ｎｍの酸化アルミニウムを形成した。酸化アルミニウムにより、下磁気シールド２２と、この後に形成される磁化自由部１２とが直接接触しないようにするためである。非磁性部１０の上に堆積された酸化アルミニウムを除去した後、トンネルバリア層２８として、厚さ１ｎｍのＭｇＯ層をスパッタ法を用いて成膜した。ＭｇＯ層２８と非磁性部１０ｃにより、非磁性部１０が構成される。ＭｇＯ層２８の上に、磁化自由部１２としての厚さが５ｎｍのＣＦＧＧ層をスパッタ法を用いて成膜した。ＣＦＧＧ層は、幅（ＡＢＳに並行方向）が１２ｎｍ、長さ（ＡＢＳに垂直方向）が１０ｎｍとなるように加工する。
【００８３】
磁化自由部１２の周りに、磁化自由部１２と、この後に形成される上磁気シールドと、が電気的に接触しないように、酸化アルミニウムからなるギャップ膜を成膜した。ＩｒＭｎ層２４の上面にスルーホールを残して周りをギャップ膜で覆った。ギャップ膜およびＩｒＭｎ層２４上に上磁気シールド２０を形成した。このとき、上磁気シールド２０は、第１磁化固定部１４とＩｒＭｎ層２４を介して電気的に接続されており、非磁性部１０および磁化自由部１２とは絶縁されるように形成する。
【００８４】
第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６に対して、スピンバルブ素子の長手方向（第１方向）に磁場を印加しつつアニールを行った。
ここで、第１磁化固定部１４の厚みは、第２磁化固定部１６の厚みと異なっている。第１磁化固定部１４は、非磁性部１０の側の磁性層の磁化が、反強磁性部２４の側の磁性層の磁化よりも小さい。従って、第１磁化固定部１４では、磁化の大きいＩｒＭｎ側の磁性層の磁化方向が磁場方向を向き、非磁性部１０の側の磁性層の磁化方向は、印加された磁場と反対方向を向く。第２磁化固定部１６では、非磁性部１０の側の磁化方向は、印加された磁場と同じ方向を向く。これに対して、第２磁化固定部１６は、非磁性部１０の側の磁性層の磁化が、反強磁性部２６の側の磁性層の磁化よりも大きい。従って、第２磁化固定部１６においては、磁化の大きい非磁性部１０の側の磁性層の磁化が磁場方向を向く。
【００８５】
こうして、非磁性部１０に面する磁性層の磁化方向が、互いに反対の方向である、第１磁化固定部１４と、第２磁化固定部１６と、が形成される。
第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６は、その幅を１２ｎｍ、長さを１０ｎｍとした。
【００８６】
この実施例１においては、上磁気シールド２０と下磁気シールド２２が電極の役目を果たし、電流源に接続されるとともに電圧計に接続され、抵抗の測定が行われる。
この構成により、下磁気シールドと上磁気シールドとの間のギャップ１５ｎｍを実現することができ、５０μＡのセンス電流で、２ｍＶの出力を得る事ができる。また、このハードディスクヘッド１００を、５Ｔｂｉｔ／ｉｎ２相当の磁気媒体と組み合わせた場合、２５ｄＢのＳＮ比を得る事が出来た。
【００８７】
（実施例２）
第７実施形態に係るハードディスクヘッド２００の実施例について、図１７を用いて説明する。
図１７は、実施例２に係るハードディスクヘッド２００を表す断面図である。
【００８８】
まず、ハードディスクヘッド２００の製造過程について説明する。
電極を兼用する下磁気シールド２２の上に、反強磁性部２６としての厚さが１０ｎｍのＩｒＭｎ層、厚さが３ｎｍのＣｏＦｅ層３４、厚さが１ｎｍのＲｕ層３６、厚さが１ｎｍのＣｏＦｅ層３８、厚さが４ｎｍのＣｏ２Ｆｅ（Ｇｅ０．５Ｇａ０．５）ホイスラー合金（以下ＣＦＧＧと表記）４０をこの順序で、スパッタ法を用いて成膜した。ＣｏＦｅ層３４、Ｒｕ層３６、ＣｏＦｅ層３８、およびＣＦＧＧ層４０により、第２磁化固定部１６が形成される。Ｒｕ層３６は、ＣｏＦｅ層３８およびＣＦＧＧ層４０と、ＣｏＦｅ層３４と、の間に位置しており、シンセティック構造を形成している。第２磁化固定部１６は、ＣｏＦｅ層３８およびＣＦＧＧ層４０の側の磁化が、ＣｏＦｅ層３４の磁化よりも大きい。
【００８９】
下磁気シールド２２の上であって、ＡＢＳとなる部分に、酸化アルミニウムを５ｎｍ成膜した。第２磁化自由部１８として、厚さ３ｎｍのＣＦＧＧ層を成膜した。ＣＦＧＧ層の上に、トンネルバリア層２９として、厚さ１ｎｍのＭｇＯ層を成膜した。
【００９０】
第２磁化固定部１６、第２磁化自由部１８、およびトンネルバリア層２９を埋め込むように、酸化アルミニウムを成膜した。平坦化を行うことで、第２磁化固定部１６とトンネルバリア層２９の一部を露出させた。非磁性部１０ｃとしてのＣｕ層をスパッタ法を用いて成膜した。Ｃｕ層を、長さが１００ｎｍ、幅が１２ｎｍ、厚さ５ｎｍとなるように加工した。このとき、Ｃｕ層は、第２磁化固定部１６と、トンネルバリア層２９を介して第２磁化自由部１８とは接しているが、下磁気シールド２２とは直接接していない。
【００９１】
非磁性部１０ｃの上に、厚さが４ｎｍのＣＦＧＧ層４２、厚さが１ｎｍのＣｏＦｅ層４４、厚さが１ｎｍのＲｕ層４６、厚さが４ｎｍのＣｏＦｅ層４８、反強磁性部２４として厚さが１０ｎｍのＩｒＭｎ層を、この順でスパッタ法を用いて成膜した。ＣＦＧＧ層４２、ＣｏＦｅ層４４、Ｒｕ層４６、およびＣｏＦｅ層４８により、第１磁化固定部１４が形成される。Ｒｕ層４６は、ＣｏＦｅ層４４およびＣＦＧＧ層４２と、ＣｏＦｅ層４８と、の間に位置しており、シンセティック構造を形成している。第１磁化固定部１４は、ＣｏＦｅ層４４およびＣＦＧＧ層４２の側の磁化が、ＣｏＦｅ層４８の磁化よりも小さい。
【００９２】
非磁性部１０ｃの上に、トンネルバリア層２８としての酸化マグネシウム層を、スパッタ法を用いて成膜した。非磁性部１０ｃと、トンネルバリア層２８および２９と、により、非磁性部１０が構成される。
トンネルバリア層２８の上に、第１磁化自由部１２としての厚さ３ｎｍのＣＦＧＧ層をスパッタ法を用いて成膜した。スピン検出端子のサイズは厚さが５ｎｍ、幅が１２ｎｍ、長さが１０ｎｍとした。
【００９３】
第１磁化自由部１２を覆うように、酸化アルミニウムからなるギャップ膜を成膜した。第１磁化固定部１４および反強磁性部２４の周囲を酸化アルミニウムのギャップ膜で覆い、上磁気シールド２０を形成した。このとき、上磁気シールド２０は、反強磁性部２４のみと接触し、非磁性部１０および第１磁化自由部１２とは接触していない。
【００９４】
第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６に対して、スピンバルブ素子の長手方向（第１方向）に磁場を印加しつつアニールを行った。
ここで、第１磁化固定部１４の厚みは、第２磁化固定部１６の厚みと異なっている。第１磁化固定部１４は、非磁性部１０の側の磁性層の磁化が、反強磁性部２４の側の磁性層の磁化よりも小さい。従って、第１磁化固定部１４では、磁化の大きいＩｒＭｎ側の磁性層の磁化方向が磁場方向を向き、非磁性部１０の側の磁性層の磁化方向は、印加された磁場と反対方向を向く。第２磁化固定部１６では、非磁性部１０の側の磁化方向は、印加された磁場と同じ方向を向く。これに対して、第２磁化固定部１６は、非磁性部１０の側の磁性層の磁化が、反強磁性部２６の側の磁性層の磁化よりも大きい。従って、第２磁化固定部１６においては、磁化の大きい非磁性部１０の側の磁性層の磁化が磁場方向を向く。
【００９５】
こうして、非磁性部１０に面する磁性層の磁化方向が、互いに反対の方向である、第１磁化固定部１４と、第２磁化固定部１６と、が形成される。
第１磁化固定部１４および第２磁化固定部１６は、その幅を１２ｎｍ、長さを１０ｎｍとした。
【００９６】
以上の方法により得られたハードディスクヘッド２００は、下磁気シールド２２と上磁気シールド２０との間のギャップが２７ｎｍと大きいものの、第１磁化自由部１２と第２磁化自由部１８の２つの磁化自由部を備えるヘッドを実現することができた。このハードディスクヘッド２００は、５０μＡのセンス電流で、２．２ｍＶの出力を得る事ができた。また、このハードディスクヘッド２００を、５Ｔｂｉｔ／ｉｎ２相当の磁気媒体と組み合わせた場合、２６ｄＢのＳＮ比を得る事が出来た。
【００９７】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、非磁性部、磁化自由部、第１磁化固定部、第２磁化固定部、反強磁性部、磁気シールドなどの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００９８】
その他、本発明の実施形態として上述したスピンバルブ素子、ハードディスクヘッド、ハードディスクヘッドアセンブリ、および磁気記録再生装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００９９】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１００】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０１】
１、２、３、４、５…スピンバルブ素子  １０、１０ｃ…非磁性部  １２…磁化自由部  １４…第１磁化固定部  １６…第２磁化固定部  １７…ハードバイアス部  １８…第２磁化自由部  ２０…上磁気シールド  ２２…下磁気シールド  ２４…反強磁性部  ２６…反強磁性部  ２８…トンネルバリア層  ２９…トンネルバリア層  ３０…絶縁体  ３２…電極  ３４…ＣｏＦｅ層  ３６…Ｒｕ層  ３８…ＣｏＦｅ層  ４０…ＣＦＧＧ層  ４２…ＣＦＧＧ層  ４４…ＣｏＦｅ層  ４６…Ｒｕ層  ４８…ＣｏＦｅ層  １００、２００…ハードディスクヘッド  １４０…ヘッドスライダ  １４２…スピンドルモータ  １５４…サスペンション  １５５…アクチュエータアーム  １５６…ボイスコイルモータ  １５７…軸受部  １５８…アセンブリ  １６０…ヘッドスタックアセンブリ  １６１…支持フレーム  １６２…コイル  １８０…磁気記録媒体  １８１…記録媒体  １９０…信号処理部  ３００…ハードディスクヘッドアセンブリ  ４００…磁気記録再生装置
【要約】
【課題】小型化が可能な構造を有するスピンバルブ素子、ハードディスクヘッド、ハードディスクヘッドアセンブリ、および磁気記録再生装置を提供する。
【解決手段】実施形態のスピンバルブ素子は、非磁性部、磁化の方向が可変な第１磁性部、磁化の方向が固着された第２磁性部および第３磁性部、電流源、および電圧検出部を備える。第１磁性部、第２磁性部、および第３磁性部は、非磁性部に接している。電流源は、非磁性部を通して第２磁性部および第３磁性部との間に電流を流す。電圧検出部は、第２磁性部と第３磁性部との間の電圧を検出する。第１磁性部と非磁性部との接触面の最大長さは、非磁性部のスピン拡散長以下である。第１磁性部は、接触面と直交する方向における寸法が、第１磁性部のスピン拡散長の３倍以下である。第１磁性部は、外部電極と接していない。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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