(57)【要約】【課題】  バイアス印加膜を薄膜化してフリー層全体の透磁率が改善すること。【解決手段】  磁化が回転可能な第1の強磁性膜と、第１の強磁性膜に積層され、固定磁化を実質的に維持する第２の強磁性膜と、第1の強磁性膜をトラック幅方向から挟む一対の磁気バイアス印加膜と、第１の強磁性膜及び一対の磁気バイアス印加膜の近傍に形成され、第１の強磁性膜及び一対の磁気バイアス印加膜と電気的に導通する第１の電極と、第１の電極とともに、第１および第２の強磁性膜からなる積層体を膜面垂直方向から挟む第２の電極と、第２の電極から第１及び第２の強磁性膜からなる積層体を介して第１の電極に流入する第１の電流経路と、第１の強磁性膜において第１の電流経路から分流し、第１の強磁性膜から磁気バイアス印加膜を介して第１の電極に流入する第２の電流経路とを備える磁気抵抗効果ヘッド。【選択図】  図1
2006172647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界を受けて回転可能な磁化を備える第１の強磁性膜と、
前記第１の強磁性膜に積層され、前記外部磁界下において実質的に回転しない磁化を備える第２の強磁性膜と、
前記第１の強磁性膜をトラック幅方向から挟み、所定方向の磁化を備える一対の磁気バイアス印加膜と、
前記第１の強磁性膜及び前記一対の磁気バイアス印加膜の膜面上に形成され、前記第１の強磁性膜及び前記一対の磁気バイアス印加膜と電気的に導通する第１の電極と、
前記第２の強磁性膜の膜面下に形成され、前記第２の強磁性膜と電気的に導通する第２の電極と、
前記第１の電極、前記第１並びに第２の強磁性膜、及び前記第２の電極をつなぐ第１の電流経路と、
前記第１の強磁性膜、前記磁気バイアス印加膜、及び前記第１の電極をつなぐ第２の電流経路とを備えることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項２】
前記第１の電流経路において、前記第１の電極から前記第１及び第２の強磁性膜を介して前記第２の電極へ電子が流れるように設定され、
前記第２の電流経路において、前記第１の電極から前記磁気バイアス印加膜を介して前記第１の強磁性膜へ電子が流れるように設定されていることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項３】
前記磁気バイアス印加膜は前記第１の強磁性膜をトラック幅方向から挟むように形成され、前記第１の強磁性膜の側面と前記磁気バイアス印加膜の側面との間に非磁性導電膜を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項４】
前記磁気バイアス印加膜は前記第１の強磁性膜をトラック幅方向から挟むように形成され、その一部が前記第１の強磁性膜のトラック幅方向端部上に延在し、前記第１の強磁性膜のトラック幅方向端部と前記磁気バイアス印加膜との間に非磁性導電膜を備え、第１の強磁性膜の側面と前記磁気バイアス印加膜の側面との間に第１の絶縁膜を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項５】
前記第１の強磁性膜のうち、対向する前記トラック幅方向端部に挟まれた中央部が実質的なトラック幅を規定していることを特徴とする請求項４記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項６】
前記第２の電流経路上において、前記第１の強磁性膜と前記磁気バイアス印加膜との間に形成され、前記磁気バイアス印加膜に接して形成された前記磁気バイアス印加膜よりも高偏極電子状態を有する強磁性膜を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項７】
前記第２の電流経路を流れる電流量I2は、前記第１の電流経路を流れる電流量I１とI2の総和の２０％以下となるように設定されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項８】
前記第１及び第２の強磁性膜の間のトラック幅方向端部に形成された一対の第２の絶縁膜を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項９】
前記第１の強磁性膜のうち、前記一対の第２の絶縁膜に挟まれた中央部が実質的なトラック幅を規定していることを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗効果ヘッド。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果ヘッドを搭載したことを特徴とする磁気情報再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、HDDなどの磁気情報再生装置に搭載される磁気記録ヘッドに関わり、特に、高記録密度での高出力が期待できるCPP-GMR素子を搭載したヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスクドライブ（HDD）における記録密度の上昇とともに、再生素子のトラック幅も縮小を続けている。1Tbpsiの時代には面垂直方向の通電方法で駆動するCPPGMR(Current perpendicular to plane Giant MagnetoRresistance) 素子において20-30nm程度のトラック幅になると予想される。
【０００３】
一般に、CPPGMR素子におけるバルクハウゼンノイズの防止のためには、磁化フリー層を単磁区動作させる。磁化フリー層の多磁区化は反磁界の大きなトラック幅方向端部に発生する。そのため、磁化フリー層のトラック幅両脇には硬質磁性膜のような磁気バイアス印加膜を設置することで磁化フリー層端部の磁化を固着している。しかし、トラック幅がさらに狭くなると、このバイアス印加膜からの磁界が磁化フリー層全体の透磁率を低下させて、再生感度を劣化させる。
【０００４】
一方、高密度化に伴い、フリー層のトラック幅方向サイズが縮小しても同様にハイト方向（ヘッド奥行き方向）も縮小するためフリー層内部に発生する反磁界は減少しない。従って、必要とされるバイアス印加膜の磁化量（厚さ）は容易に減少しない。
【０００５】
最近、軟磁性体記録層にスピン偏極した電子を参照層より流入させることで、軟磁性体記録層の磁化を偏極電子のスピンにそろえる、いわゆるスピントランスファー記録なる技術が研究されている（特許文献１参照）。磁化を変化させるための電流密度として1E7 (A/cm2)が目安となっている。
【特許文献１】特開２００４−１９３５９５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、再生素子でのバルクハウゼンノイズの防止のため磁化フリー層の両脇に硬質磁性膜などの磁気バイアス印加膜を設置する。磁気バイアス印加膜からの磁界により磁化フリー層の両端から中央にかけても透磁率は低下する。トラック幅が狭くなると磁気バイアス印加膜からの磁界が磁化フリー層全体に強く働き、透磁率を低下させて、再生感度が劣化させる。
【０００７】
一方、バイアス印加膜を薄くするとフリー層が単磁区動作せずに多磁区化してバルクハウゼンノイズが発生する。磁区は磁化フリー層端部から発生する。したがって、磁化フリー層の感磁性を損なわずに磁化フリー層端部に局所的にバイアスを印加する方法が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、外部磁界を受けて磁化が回転可能な第1の強磁性膜と、第１の強磁性膜に積層され、外部磁界下において固定磁化を実質的に維持する第２の強磁性膜と、第1の強磁性膜をトラック幅方向から挟む一対のバイアス印加膜と、第１の強磁性膜及び一対のバイアス印加膜の近傍に形成され、第１の強磁性膜及び一対のバイアス印加膜と電気的に導通する第１の電極と、第１の電極とともに、第１および第２の強磁性膜からなる積層体を膜面垂直方向から挟む第２の電極と、第２の電極から第１及び第２の強磁性膜からなる積層体を介して第１の電極に流入する第１の電流経路と、第１の強磁性膜において第１の電流経路から分流し、第１の強磁性膜から磁気バイアス印加膜を介して第１の電極に流入する第２の電流経路とを備えることを特徴とする磁気抵抗効果ヘッドとこれを搭載した磁気情報再生装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スピン偏極した電子電流を磁気バイアス印加膜から磁化フリー層に流入させることで磁気バイアス印加膜の実質的な厚さを低減することがでる。また、センス電流は磁化フリー層に流入するので、フリー層全体の透磁率は改善され、センス電流の損失が低減される。そのため、磁気抵抗効果ヘッドの高効率化、高出力化につながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について詳しく説明する。尚、実施の形態や実施例を通して共通する構成には同一の符号を付すものとし、重複する説明は省略する。また、参照する各図は発明の説明とその理解を促すための模式図であり、図面表示の便宜上、形状や寸法、比等は実際の装置と異なる個所があるが、これらは以下の説明と公知の技術を参酌して適宜、設計変更することができる。
【００１１】
（第１の実施形態）
図1及び図２を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態に関わる磁気抵抗効果ヘッドを説明する。図１は、磁気抵抗効果ヘッドの媒体対抗面と平行な断面を示す模式図である。図１の紙面上下方向が磁気媒体のトラック長方向に対応し、紙面左右方向がトラック幅方向に対応する。
【００１２】
下部シールド膜１１上に、下電極兼下ギャップ膜として厚さ約3nmのTa膜１３を介して、磁気抵抗効果膜（MR膜）１５が形成されている。ＭＲ膜１５は、例えば、厚さ約12nmのPtMn反強磁性層１５１、厚さ約2nmのCoFe膜ピン層１５３、厚さ約2.5nmのCu中間層１５５、さらにCoFe 1nm／NiFe 1.5nm積層フリー層１５７を有する。このＭＲ膜１５上には、Ta 3nm/Ru10nmギャップ膜兼電極膜１７の上に上シールド膜１９が存在する。積層フリー層はハイト（媒体対抗面側から奥行き方向への高さ）およびトラック幅（図１の紙面左右方向の幅）が約20nmである。尚、角シールド膜と電極とは別体で形成しても良い。
【００１３】
ピン層１５３は強磁性体からなり、反強磁性層１５１との交換磁気結合により磁化が固着されている。磁化の固着方法は、反強磁性層との交換磁気結合に限らず、その他の公知の方法により行うことができる。また、ピン層１５３は、単層のほかに、強磁性結合した複数の強磁性層や、非磁性体からなる反強磁性結合層を介して積層された２つの強磁性層に置換してもよい。ピン層の磁化は、一般に、フリー層１５７の外部磁場がゼロの状態における磁化と直交することが好ましい。この場合には、ピン層１５３の磁化方向は図１の紙面表から裏（あるいは紙面裏から表）に向かう。ゼロ磁場におけるピン層１５３とフリー層１５７の相対磁化は、反平行にすることもできる。
【００１４】
フリー層１５７は、強磁性体からなり、外部磁化の影響下で磁化が回転可能な程度の保磁力を備える。フリー層１５７は磁気バイアス印加膜２３からのバイアス磁界を受けており、外部磁化がゼロの状態では磁気バイアス印加膜の持つ磁化方向（図１の紙面右から左に向かう）と同方向の磁化を有する。フリー層１５７は、強磁性体の単層のほか、他のフリー層構造に置換することができる。
【００１５】
ＭＲ膜１５のトラック幅方向の両脇には、アルミナ絶縁膜２１とこれに積層された一対のCoPtバイアス印加膜２３（約30nm厚）が形成されている。バイアス印加膜２３がフリー層１５７と同一高さとなるように、これらが積層されるアルミナ絶縁膜２１とCu中間層１５５の上面位置が整合していることが好ましい。磁気バイアス印加膜２３は、他の硬質磁性材料に置換することができる。
【００１６】
フリー層１５７とCoPtバイアス印加膜２３との間には、厚さ約2nmのバイアススピン伝達膜（例えば、Cu）２５が形成されている。CoPtバイアス印加膜２３上にはTa非磁性金属膜（厚さ約15nm）２７を挟んで、上シールド膜１９が形成されている。バイアススピン伝達膜は、Cuその他の非磁性金属膜であり、その膜厚はスピン拡散長以下かつ約30nm以下であることが望ましい。
【００１７】
図1において、矢印（磁化方向）はバイアス印加膜２３とフリー層１５７の磁化方向を示す。バイアス印加膜２３の磁化方向とフリー層１５７の磁化方向は一致しておりトラック幅方向を向いている。また、ピン層１５３の磁化はこれらと直交している。
【００１８】
下シールド膜１１から上シールド膜１９に向かう第１の電流経路が存在し、また、フリー層１５７からバイアス印加膜２３を介して上シールド膜１９に向かう第２の電流経路が存在する。破線矢印は、センス電子電流の向きを示す（センス電子電流の向きは、センス電流の向きと逆になる）。センス電子電流のうち、約９９％は上ギャップ膜１７を通り、フリー層１５７、中間層１５５、ピン層１５３を流れて下シールド膜１１に流し、残り１％を上シールド膜１９からバイアス印加膜２３を通し、フリー層１５７へ流入させる。したがって、ほとんどの電子電流は一般的フリー層１５７、中間層１５５、ピン層１５３の各界面を流れるため、磁気抵抗変化に寄与する。
【００１９】
一般に側面を介した分流は、流入する部分の断面積比および途中経路のバイアス膜やスピン伝達膜の抵抗で決まる。必要分流量はフリー層１５７のスピン偏極度とバイアス膜のスピン偏極度に依存するが、一般的に電流密度として1E7 (A/cm2)が一つの目安となる。従って、1Tbpsiでの総センス電流はスピン反転するに十分な電流密度を有すると予想される。図8に電流密度見積もりを示す。
【００２０】
例えば、MRの素子抵抗R=50Ωと仮定する（但し、面積抵抗RA=0.02Ωum2、素子面積S=400 nm2（トラック幅 ,ハイトとも20nm）、R=RA/Sである）。素子効率E=10%、素子MR=25% として素子出力Vout =1mV、センス電流Isとすると、電流密度Jsは以下のように求められる。
【００２１】
Vout=（MR x E x R x Is）、
1 (mV) =0.25 x 0.1 x 50 x Is (mA)、
Is =0.8 mA、
電流密度Js = 0.8 mA / 400 nm2 =2E8 (A/cm2) 
フリー層上面の面積（素子面積Ｓ＝400nm2）と側面面積50nm2 (ハイト20nmx厚さ2.5nm)を比較すると約8:1であり、バイアス膜と接する2面の合計では約4:1となる。従って、単純に接触面積のみで考えればセンス電流の25％は側面から流入すると考えられる。
【００２２】
しかし、磁気バイアス印加膜の抵抗、側面での接触抵抗を調整することにより、磁気バイアス印加膜には全体の1〜５％程度の電流を流すことができる。従って、0.8〜4E7(A/cm2)程度の電流密度が側面から流入する。
【００２３】
磁気バイアス印加膜へ流れる電流量を増やすには、フリー層に垂直に流れる電流経路の抵抗を大きして、側面へ迂回する電流路の付帯抵抗を見かけ上小さくすることで実現する。例えば、フリー層および磁気バイアス印加膜２３と上部シールド１９間に形成されている非磁性金属膜１７、２７の電気抵抗率を大きくする。RuとTaでは電気抵抗率は約２倍Ｔａの方が大きいので、Ｔａを使用したほうが側面からの流入を大きくすることができる。
【００２４】
また、ＧＭＲ積層膜フリー層１５７上の非磁性金属膜１７と磁気バイアス印加膜２３上の非磁性金属膜２７の組み合わせ材料を変える。例えば、フリー層１５７上をＴａ2nm（図５の１７b）、Ｒｕ4nm（図５の１７ａ）、磁気バイアス印加膜２３上を単層のＲｕ4nm（図５の１７ａ）とすることで、流入比をかえる。
【００２５】
このような電子電流を流すことで、バイアス印加膜２３からフリー層１５７へスピン偏極電子を注入することができる。そして、バイアス印加膜２３を厚膜化せずにトラック幅方向端部に磁気バイアスを付与することができる。フリー層１５７のトラック幅方向端では、バイアス印加膜２３からスピン偏極電子が流入することで、バイアス印加膜２３の磁化方向と同方向にスピン偏極した電子による磁気バイアスが発生する。この補助バイアスを図１中に矢印（spin assist）で示した。
【００２６】
図２を用いて、センス電子電流による磁気バイアスアシストを詳細に説明する。センス電子電流を面垂直通電（Current Perpendicular to Plane）により素子に流すと、そのほとんどがフリー層１５７に流れ込む（Is1）。一方、センス電子電流の一部をバイアス印加膜２３経由でフリー層１５７に流入させる（Is2,Is3）。バイアス印加膜２３からその磁化方向にスピン偏極された電子（偏極電子電流）をフリー層端に注入することで、もっとも反磁界が大きく、磁区が生じやすいフリー層１５７のトラック幅方向端にのみ強いバイアス作用を及ぼすことができる。Is1のみならずIs2,Is3もIs4としてピン層１５３に流入するためセンス電子電流の損失がないので磁気抵抗効果ヘッドの高効率化が可能である。
【００２７】
スピン偏極電子による磁気バイアスは、フリー層１５７の磁化がバイアス印加膜２３と同方向を向いているときは、実質的に発生せず、フリー層１５７のトラック幅方向端で小さな磁区が発生したり、磁化が揺らいだりするとその部分にのみ強く作用する。
【００２８】
注入電流密度としては、1E7 (A/cm2)程度以上から効果があり、スピン伝達膜は膜厚30nm程度以下で効果がある。磁気バイアス印加膜２３の膜厚はフリー層１５７との磁化膜厚比で、約５と従来の約１０に比べて半減させている。
【００２９】
この構造でセンス電流１ｍＡ（ＭＲ１０％）の電流を流したところ、バルクハウゼンノイズを抑え、かつスピン電子電流を使わないバイアス磁界だけ（バイアス印加膜厚  約70nm）の従来構造の素子に比べて概略２倍の出力が得られる。
【００３０】
（第２の実施形態）
図３を参照して本発明の磁気抵抗効果ヘッドに関する第２の実施の形態を説明する。図３は媒体対抗面に平行な断面の模式図である。フリー層１５７の幅（図１の紙面左右方向の幅）がトラック幅に相当する。
【００３１】
本実施の形態の中間層１５５は、膜厚約2.5nmを有し、層の面内には導電部１５５ａと絶縁部１５５ｂが混在する。この中間層１５５は、Cu-Al中間膜を約2.5nmの厚さに堆積後、酸化することで反応速度の速い部分が絶縁部１５５ｂとなり、反応速度が相対的に遅い部分が金属柱状の導電部１５５ａとなる。導電部１５５ａは、側面を絶縁部１５５ｂに覆われ、上下面がフリー層１５７、ピン層１５３にオーミック接続している。この中間層１５５の他の構成と効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００３２】
本実施の形態によれば、フリー層１５７とピン層１５３がCCP(Current-Confined-path)構造で部分的につながることで、スピントランスファー効果はさらに強くなり、ヘッド出力を上げることができる。
【００３３】
フリー層１５７とピン層１５３界面の大半に絶縁物が介在することで、磁気バイアス印加膜２３から注入された電子はフリー層１５７のトラック幅方向端部ですぐ下層のピン層１５３に流入せずに、フリー層１５７内部に働きかける。そのため、スピントランスファー効果によるフリー層１５７内でのバイアス効果が強くなる。その結果、バイアス膜の磁化膜厚をさげることができ、素子の出力増加に寄与する。
【００３４】
この構造でセンス電流２ｍＡ（ＭＲ20％）の電流を流したところ、バルクハウゼンノイズを抑え、かつスピン電子電流を使わないバイアス磁界だけ（バイアス印加膜厚70nm）の従来構造の素子に比べて概略２倍の出力を得られることができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
図４を参照して、本発明の磁気抵抗効果ヘッドに関する第３の実施形態を説明する。図４は磁気抵抗効果ヘッドの媒体対抗面に平行な断面の模式図である。フリー層１５７の幅がこの磁気抵抗効果ヘッドのトラック幅に相当する。
【００３６】
この実施の形態では、MR膜のフリー層１５７とピン層１５３の位置を逆転している（トップ反強磁性構造）。これに伴い、バイアス印加膜２３と絶縁膜２１の上下位置を反転させている。また、バイアス印加膜２３は、バイアススピン伝達膜（Cu）２５を介してフリー層１５７と隣接している。そして、スピン偏極電子電流が、バイアス印加膜２３からフリー層１５７へ流入するように、センス電流を流す。
【００３７】
トラック幅方向端におけるフリー層１５７とピン層１５３の間には、約5nm厚のSiO2絶縁膜１５９が形成され、その略中心には穴径約2nmのコンタクトホールが形成されている。コンタクトホール内とSiO2絶縁膜１５９上には、約2nm厚のCoFeピン層１５１、約12nm厚のPtMn反強磁性膜１５１が層上に形成されている。
【００３８】
フリー層１５７とピン層１５３がコンタクトホールで部分的につながるため、第１及び第２の実施の形態に比較して、スピントランスファー効果はさらに強くなり、ヘッド出力を上げることができる。フリー層とピン層界面にはコンタクトホール部分以外は絶縁物が介在することで、バイアス層から注入された電子はコンタクトホールに向けて進み、フリー層１５７のトラック幅方向端におけるスピントランスファー効果をより効率的に利用することができる。その結果、バイアス膜の磁化膜厚をさげることができ、素子の出力増加に寄与する。
【００３９】
この構造でセンス電流0.25ｍＡ（ＭＲ100％）の電流を流したところ、バルクハウゼンノイズを抑え、かつスピン電子電流を使わないバイアス磁界だけ（バイアス印加膜厚  70nm）の従来構造の素子に比べて概略２倍の出力が得られる。
【００４０】
（第４の実施形態）
図５を参照して本発明の磁気抵抗効果ヘッドに関する第４の実施形態を説明する。図５は、磁気抵抗効果ヘッドの媒体対抗面と平行な断面の模式図である。フリー層１５７の幅がこの磁気抵抗効果ヘッドのトラック幅に相当する。
【００４１】
本実施の形態では、MR膜の側面にはアルミナ絶縁膜２１が隣接形成されており、フリー層１５７の隣には、アルミナ絶縁膜２１の薄膜部を介して約30nm厚のバイアス印加膜２３が形成されている。バイアス印加膜２３の漏洩磁界によりフリー層１５７に磁気バイアスが付与されている。バイアス印加膜２３上には上ギャップ膜１７ａを介して、上シールド膜１９が形成されている。
【００４２】
MR膜のフリー層１５７上には、上ギャップ膜１７ｂが形成されている。上ギャップ膜１７ｂのトラック幅方向端には、バイアス印加膜２３が各5nm幅で重なっている。バイアス印加膜２３が重なっている端部を除くフリー層１５７の残部の幅は約20nmとなりこれが実質的なトラック幅約20nmとなる。
【００４３】
破線矢印で示すとおり、センス電子電流は実質的なトラック幅を通過するものと、バイアス印加膜２３から上ギャップ１７ｂを介してフリー層１５７に流入する部分とで構成される。この構造においても、バイアス印加膜２３から流入する電子はセンス電流全体の略１％程度の分流にする。このようにすれば、スピン電子バイアスされたフリー層１５７を通るMRに寄与しない分流を抑制し、素子のMRセンスロスを低減できる。
【００４４】
この構造でセンス電流2ｍＡ（ＭＲ１０％）の電流を流したところ、バルクハウゼンノイズを抑え、かつスピン電子電流を使わないバイアス磁界だけの従来構造（バイアス印加膜厚70nm）に比べて概略２倍の出力を得ることができる。また、本実施の形態によれば、所定のトラック幅におけるフリー層１５７の体積を大きくできるため、熱的ノイズの減少がみられた。このように、バイアス印加膜２３とフリー層１５７が重なり合ってバイアスすることで重なり部分の体積が増えてその結果、熱的ノイズを低減させることができる。
【００４５】
この重なり部分にスピントルクを発生させる方式は、スピントランスファー効率のバイアス印加膜→フリー層界面[1]、フリー層→ピン層界面[2]の違いを利用できる。すなわち、参照層（固着層、ピン層）から記録層（フリー層）に電子電流が流れるとき[1]とその逆[2]のスピントランスファー効率を比較すると前者が大きい。したがって、本実施例のように、電子電流がバイアス印加膜→フリー層→ピン層（大部分はフリー層→ピン層）と流れることによりバイアスに大きな電子電流を必要とせず、またスピン反転によるフリー層ノイズ影響が小さい方向で素子を駆動することができる。この電子電流の向きによるバイアス効果の差異はこの構造に限られたものではなく、他の実施形態の構造においても同様である。
【００４６】
また、図８、図９に示したように、フリー層１５７との界面に磁気バイアス印加膜２３に比べてスピン偏極率の高い材料層３０（たとえば、Co, Ni, Fe, あるいはCo-Fe合金など磁性体同士の合金）を介在させることで、フリー層１５７から流入する電子の偏極度が上昇し、スピントランスファー効率を増加させることができる。
【００４７】
例えば、保磁力の大きいCoPt合金20nmによるハードバイアスと、その下地として使用したCo高偏極層3nmとの組み合わせで、よりスピントランスファー効率をあげることができる。その結果、磁化膜厚が下げることができ、出力を大きくすることができる。
【００４８】
また、逆方向の電子電流においても、反転磁区がフリー層１５７のトラック幅方向端部に生じて磁化方向が磁気バイアス印加膜２３の磁化方向と逆方向になってしまった場合、高偏極材料層３０の挿入によりフリー層から高偏極材料層３０に流入した電子が反転して（スピンフリップ）、フリー層１５７に反射する確率が増えるため、スピントランスファー効果によるバイアス効果が強まる。
【００４９】
従って、電子電流方向に寄らず大きなスピントランスファー効果によるバイアス効果を得ることができ、ヘッドのデザイン設計が広がりコストダウンにつながる。この効果は他の実施形態の構造においても同様である。この高偏極材料層の厚さは、もともと500 Oe以上の保磁力を有するCoの場合、1-10数nmまで、保磁力100 Oe以下のNi,Feの場合は1-10nmであることが望ましい。
【００５０】
（第５の実施形態）
図６を参照して本発明の磁気抵抗効果ヘッドに関する第５の実施の形態を説明する。図６は、磁気抵抗効果ヘッドの媒体対抗面に平行な断面の模式図である。フリー層１５７の幅がこの磁気抵抗効果ヘッドのトラック幅に相当する。
【００５１】
第５の実施の形態では、第４の実施の形態におけるバイアス構造に第２の実施の形態において説明した中間層１５５を用いる。その際に、ピラー上の金属導電部１５５ａの密度をトラック幅方向端部で小さく、トラック幅中央部で大きくする。このようにすれば、MRを発現するトラック幅中央部の抵抗変化を出力に反映させることができ、高効率な素子駆動ができる。
【００５２】
金属導電部１５５のトラック幅方向の密度は、堆積したMR膜を形状加工した後に、酸素雰囲気にさらすことで、中間層１５の側面から端部を選択的に酸化させることができる。
【００５３】
この構造でセンス電流１ｍＡ（ＭＲ20％）の電流を流したところ、バルクハウゼンノイズを抑え、かつスピン電子電流を使わないバイアス磁界だけ（バイアス印加膜厚  70nm）の従来構造の素子に比べて概略２倍の出力を得た。さらにフリー層１５７の体積を大きくできるため熱的ノイズの減少がみられた。このようにバイアス印加膜２３とフリー層１５７が重なり合ってバイアスすることで重なり部分の体積が増えてその結果、熱的ノイズを低減させることができる。
【００５４】
（第６の実施形態）
図７を参照して本発明の磁気抵抗効果ヘッドに関する第６の実施の形態を説明する。図７は、第６の実施の形態に関わる磁気抵抗効果ヘッドの、媒体対抗面に平行な断面の模式図である。フリー層の幅がトラック幅に相当する。
【００５５】
本実施の形態では、第４の実施形態に関わるバイアス構造と、第３の実施の形態に関わるMR膜１５とを組み合わせた。MR膜は、約5nm厚のSiO2絶縁膜１５９に囲まれたナノコンタクトホールを有し、このナノコンタクトホールを介して、CoFeピン層１５３（約2nm厚）とフリー層１５７がオーミック接続している。ナノコンタクトホールの径は約2nmである。コンタクトホール中にはCoFe 1nm/NiFe 1.5nm（フリー層）積層が埋め込まれている。フリー層のハイトは約20nm、トラック幅は約30nmである。その他の構造は、既述の通りである。
【００５６】
この構造でセンス電流１ｍＡ（ＭＲ20％）の電流を流したところ、バルクハウゼンノイズを抑え、かつスピン電子電流を使わないバイアス磁界だけ（バイアス印加膜厚  70nm）の従来構造の素子に比べて概略２倍の出力を得た。さらにフリー層１５７の体積を大きくできるため熱的ノイズの減少がみられた。このようにバイアス印加膜２３とフリー層１５７が重なり合ってバイアスすることで重なり部分の体積が増えてその結果、熱的ノイズを低減させることができる。本構造によれば、MRを発現するトラック幅中央部の抵抗変化を出力に反映させることができ、高効率な素子駆動が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第１の実施形態に関わる磁気抵抗効果ヘッドを説明するための断面模式図。
【図２】第１の実施の形態の磁気抵抗効果ヘッドを説明するための模式図。
【図３】本発明の第２の実施形態に関わる磁気抵抗効果ヘッドを説明するための断面模式図。
【図４】本発明の第３の実施形態に関わる磁気抵抗効果ヘッドを説明するための断面模式図。
【図５】本発明の第４の実施形態に関わる磁気抵抗効果ヘッドを説明するための断面模式図。
【図６】本発明の第５の実施形態に関わる磁気抵抗効果ヘッドを説明するための断面模式図。
【図７】本発明の第６の実施形態に関わる磁気抵抗効果ヘッドを説明するための断面模式図。
【図８】本発明の第１の実施形態に関わる磁気抵抗効果ヘッドに、高スピン偏極材料層を用いた例を説明するための断面模式図。
【図９】本発明の第４の実施形態に関わる磁気抵抗効果ヘッドに、高スピン偏極材料層を用いた例を説明するための断面模式図。
【符号の説明】
【００５８】
１１・・・下シールド膜
１３・・・下ギャップ膜
１５・・・MR膜
１５１・・・反強磁性膜
１５３・・・ピン層
１５５・・・中間層
１５７・・・フリー層
１５９・・・絶縁層
１７・・・上ギャップ膜
１９・・・上シールド膜
２１・・・絶縁膜
２３・・・バイアス印加膜
【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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