(57)【要約】【課題】  トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を適性に設定することにより寿命を確保することが可能なトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法を提供する。【解決手段】  ＴＭＲ素子にバイアス電流を流しながら抵抗変化を追跡することにより抵抗変化データＤを取得し、その抵抗変化データＤを参照して抵抗がブレイクダウンしたのちに緩やかに低下する抵抗変化領域Ｖを特定したのち、その抵抗変化領域Ｖの抵抗変化に基づいて臨界電圧ＥＬを算出し、その臨界電圧ＥＬ以下となるようにＴＭＲ素子の作動電圧ＥＷを設定する（ＥＷ≦ＥＬ）。ＴＭＲ素子が晒される環境が一般に実使用時において高温化し、すなわち高温環境中においてＴＭＲ素子が連続通電された場合においても、そのＴＭＲ素子のうちの寿命に寄与する主要部（トンネル絶縁層）においてピンホールが過度に増加しにくくなる。【選択図】    図６
2006054303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル磁気抵抗効果素子にバイアス電流を流しながら抵抗変化を追跡することにより、そのトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化データを取得する第１のステップと、
前記トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化データを参照して、（１）抵抗が第１の勾配で低下し、（２）引き続き前記第１の勾配よりも大きい第２の勾配で低下したのち、（３）前記第２の勾配よりも小さい第３の勾配で低下するとき、その抵抗が前記第３の勾配で低下する抵抗変化領域を特定する第２のステップと、
前記抵抗変化領域の抵抗変化に基づいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子の作動特性に寄与する臨界電圧を算出する第３のステップと
を含むことを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法。
【請求項２】
前記第１のステップにおいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子にバイアス電流を段階的に増加させながら流す
ことを特徴とする請求項１記載のトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法。
【請求項３】
前記第１のステップにおいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子の実使用温度環境中において、そのトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化を追跡する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法。
【請求項４】
前記第１のステップにおいて、互いに異なる複数の温度環境中において、前記トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化を追跡する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法。
【請求項５】
前記第１のステップにおいて、複数のトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化を追跡することにより、複数の前記抵抗変化データを取得し、
前記第２のステップにおいて、複数の前記抵抗変化データを参照して、１つの前記抵抗変化領域を特定する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法。
【請求項６】
さらに、前記トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を前記臨界電圧以下となるように設定する第４のステップを含む
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法。
【請求項７】
トンネル磁気抵抗効果素子を備えた磁気変換器であって、
前記トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧が、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載したトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法を使用して算出された臨界電圧以下となるように設定されている
ことを特徴とする磁気変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル磁気抵抗効果素子の設計方法および磁気変換器に係り、特に、トンネル磁気抵抗効果素子の作動条件を設定するためのトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法およびトンネル磁気抵抗効果素子を備えた磁気変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えばハードディスクなどの磁気記録媒体の面記録密度の向上に伴い、例えばハードディスクドライブ（ＨＤＤ；Hard Disk Drive ）などの磁気変換器に搭載される薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。この薄膜磁気ヘッドの性能を向上し、具体的には薄膜磁気ヘッドの高感度化および高出力化を実現し得る再生用の磁気抵抗効果（ＭＲ；Magneto-Resistive effect）素子として、最近では、トンネル伝導現象を利用したトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ；Tunneling Magneto-Resistive effect）素子が注目されている。
【０００３】
ＴＭＲ素子は、一般的なＨＤＤに広く搭載されている巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ；Giant Magneto-Resistive effect）素子の構造に類似した構造を含んでおり、すなわち極薄の絶縁層（トンネル絶縁層）を挟んで２つの強磁性層が積層された積層構造を含んで構成されている。トンネル絶縁層は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）などの絶縁性材料により構成されている。２つの強磁性層のうちの一方の強磁性層は反強磁性層（ピンニング層）と交換結合されており、すなわち一方の強磁性層は磁化方向が所定の方向に固定されたピンド層であり、他方の磁性層は外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化可能なフリー層である。ＴＭＲ素子の構造的特徴は、上記したように、ピンド層とフリー層との間に極薄のトンネル絶縁層が設けられている積層構造（ピンド層／トンネル絶縁層／フリー層）にあり、そのＴＭＲ素子に電圧が印加されると、ピンド層とフリー層との間において電子がトンネル絶縁層をトンネル伝導する。
【０００４】
このＴＭＲ素子では、外部磁界に応じてピンド層の磁化方向とフリー層の磁化方向との間の相対角度が変化すると、その相対角度の変化に応じて抵抗が変化するため、外部磁界に応じた抵抗変化が電圧変化として検出される。ＴＭＲ素子とＧＭＲ素子との間で抵抗変化率を比較すると、その抵抗変化率はＧＭＲ素子よりもＴＭＲ素子において大きくなるため、上記したように、ＴＭＲ素子は薄膜磁気ヘッドの高感度化および高出力化を実現し得るものとして期待されているのである。
【０００５】
ＴＭＲ素子の作動特性上の寿命に関しては、一般に、ＧＭＲ素子の作動特性上の寿命と同様に作動電圧が大きく寄与することが予想されているが、そのＴＭＲ素子の作動電圧の適性化、すなわち作動特性上の寿命を確保する上でＴＭＲ素子にどれだけ作動電圧を印加すればよいかに関しては、現在のところ実質的に明らかにされていない実状にある。ただし、ＴＭＲ素子の作動電圧の適性化に関連する技術として、そのＴＭＲ素子以外の他の分野において既にいくつかの技術が知られている。
【０００６】
具体的には、例えば、ＭＲ素子の分野では、ＧＭＲ素子の作動特性上の寿命に寄与するセンス電流の設定方法に関連して、そのセンス電流と寿命との間の相関が明らかにされている（例えば、特許文献１参照。）。このセンス電流と寿命との間の相関は、寿命＝Ａ×Ｊ-n×ｅｘｐ（Ｑ／ｋＴ）と表される。このＧＭＲ素子の寿命は、エレクトロマイグレーション（ＥＭ；Electro-Migration ）に起因する高温通電時の寿命であり、「Ａ，ｎ，ｋ」，「Ｊ」，「Ｑ」，「Ｔ」はそれぞれ定数，電流密度，活性化エネルギー，素子温度を表している。上記したセンス電流と寿命との間の相関は、ＧＭＲ素子だけでなく、異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ；Anisotropic Magneto-Resistive effect）素子にも適用可能である。上記した「エレクトロマイグレーション」とは、主に電流密度や素子温度に起因して、金属原子間の結合が意図せずに切断される不具合である。このエレクトロマイグレーションとＧＭＲ素子の寿命との間の関係について詳細に説明すれば、ＧＭＲ素子は、例えば銅（Ｃｕ）などの高導電性材料により構成された非磁性層を挟んで２つの強磁性層（ピンド層，フリー層）が積層された積層構造（ピンド層／非磁性層／フリー層）を含んでいることから、非磁性層近傍に電流が集中すると、局所的な高電流密度および高ジュール熱に起因してエレクトロマイグレーションが生じるため、ＧＭＲ素子の作動特性が劣化し、場合によってはＧＭＲ素子が故障してしまうのである。
【特許文献１】特開２００２−０１５４９８号公報
【０００７】
また、例えば、半導体の分野では、半導体素子を構成するゲート酸化膜の寿命を予測する方法として、絶縁破壊電圧に基づいてゲート酸化膜の寿命を予測する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この半導体素子の寿命は、ゲート酸化膜の絶縁破壊に起因する寿命である。
【特許文献２】特開２０００−０５８６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ＴＭＲ素子を搭載したＨＤＤの作動特性を安定化し、すなわち作動特性が確保されたＨＤＤを設計するためには、そのＴＭＲ素子の寿命を確保する上で作動電圧を適性に設定する必要がある。しかしながら、従来は、ＴＭＲ素子の作動電圧の設定手順に関して適正な指針が存在しなかったため、そのＴＭＲ素子の作動電圧を適性に設定することが困難であるという問題があった。
【０００９】
なお、ＴＭＲ素子の寿命を確保する上で作動電圧を設定するためには、例えば、上記したＧＭＲ素子に関するセンス電流と寿命との間の相関をＴＭＲ素子に適用することが考えられるが、上記したように、ＴＭＲ素子とＧＭＲ素子との間では根本的に構造が異なるため、ＧＭＲ素子に特有の相関をＴＭＲ素子にそのまま適用することは好ましくない。より具体的には、ＴＭＲ素子はピンド層とフリー層との間に絶縁性のトンネル絶縁層が設けられた積層構造を含んでいるのに対して、ＧＭＲ素子はピンド層とフリー層との間に導電性の非磁性層が設けられた積層構造を含んでおり、すなわちＴＭＲ素子ではＧＭＲ素子とは異なり、トンネル絶縁層の信頼性（膜質）が寿命に大きく寄与するため、そのＴＭＲ素子の寿命を正確に把握するためにはトンネル絶縁層の膜質を加味する必要がある。
【００１０】
また、同様にＴＭＲ素子の寿命を確保する上で作動電圧を設定するためには、例えば、上記したゲート酸化膜の寿命を予測する方法をＴＭＲ素子に適用することも考えられるが、ＴＭＲ素子のトンネル絶縁層と半導体素子のゲート絶縁膜との間では厚さが大きく異なるため、ゲート絶縁膜に特有の寿命予測方法をＴＭＲ素子にそのまま適用することはやはり好ましくない。より具体的には、ＴＭＲ素子のトンネル絶縁層の厚さは数ｎｍであるのに対して、半導体素子のゲート絶縁膜の厚さは数μｍであり、すなわちＴＭＲ素子では半導体素子とは異なり、トンネル絶縁層の膜厚が著しく小さいため、そのＴＭＲ素子の寿命を正確に把握するためにはトンネル絶縁層の膜質を厳密に考慮する必要がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を適性に設定することにより寿命を確保することが可能なトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は、トンネル磁気抵抗効果素子の寿命を確保することにより作動特性を確保することが可能な磁気変換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係るトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法は、トンネル磁気抵抗効果素子にバイアス電流を流しながら抵抗変化を追跡することにより、そのトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化データを取得する第１のステップと、トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化データを参照して、（１）抵抗が第１の勾配で低下し、（２）引き続き第１の勾配よりも大きい第２の勾配で低下したのち、（３）第２の勾配よりも小さい第３の勾配で低下するとき、その抵抗が第３の勾配で低下する抵抗変化領域を特定する第２のステップと、抵抗変化領域の抵抗変化に基づいて、トンネル磁気抵抗効果素子の作動特性に寄与する臨界電圧を算出する第３のステップとを含むようにしたものである。
【００１４】
本発明に係るトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法では、トンネル磁気抵抗効果素子にバイアス電流が流されながら抵抗変化が追跡されることにより抵抗変化データが取得され、その抵抗変化データが参照されて抵抗変化領域が特定されたのち、その抵抗変化領域の抵抗変化に基づいて臨界電圧が算出されるため、トンネル磁気抵抗効果素子の作動特性に寄与する臨界電圧が導き出される。この「抵抗変化領域」とは、抵抗変化データ中において（１）抵抗が第１の勾配で低下し、（２）引き続き第１の勾配よりも大きい第２の勾配で低下したのち、（３）第２の勾配よりも小さい第３の勾配で低下するとき、その抵抗が第３の勾配で低下する領域である。より詳細には、抵抗変化データ中の抵抗変化を測定時間の経過に沿って追跡し、その抵抗変化データを抵抗変化の低下勾配（第１の勾配，第２の勾配，第３の勾配）に基づいて３つの領域に区分した場合に、各領域の低下勾配間に第１の勾配，第３の勾配＜第２の勾配の関係があるとき、抵抗が第３の勾配で低下する領域である。また、「臨界電圧」とは、上記したように、トンネル磁気抵抗効果素子の作動特性に寄与するものであり、具体的にはトンネル磁気抵抗化素子の寿命を確保し得るように作動電圧を適性に設定するための指標（上限電圧）となるものである。この場合には、例えば、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を臨界電圧以下となるように設定すれば、トンネル磁気抵抗効果素子が晒される環境が一般に実使用時において高温化し、すなわち高温環境中においてトンネル磁気抵抗効果素子が連続通電された場合においても、そのトンネル磁気抵抗効果素子のうちの寿命に寄与する主要部（トンネル絶縁層）においてピンホールが過度に増加しにくくなる。なお、ここで言う「トンネル磁気抵抗効果素子の寿命」とは、上記したように、高温環境中においてトンネル磁気抵抗効果素子を連続通電させた場合に、トンネル絶縁層においてピンホールの数が過度に増加することに起因して作動特性が過度に劣化しないようなトンネル磁気抵抗効果素子の使用可能期間である。
【００１５】
本発明に係る磁気変換器は、トンネル磁気抵抗効果素子を備えたものであり、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧が本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法を使用して算出された臨界電圧以下となるように設定されているものである。
【００１６】
本発明に係る磁気変換器では、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧が臨界電圧以下となるように設定されているため、上記したように、高温環境中においてトンネル磁気抵抗効果素子が連続通電された場合においても、そのトンネル磁気抵抗効果素子のうちの寿命に寄与する主要部（トンネル絶縁層）においてピンホールが過度に増加しにくくなる。この「作動電圧」とは、トンネル磁気抵抗効果素子を作動させるために設定される電圧であり、すわちトンネル磁気抵抗効果素子の作動時に、そのトンネル磁気抵抗効果素子に印加される電圧である。
【００１７】
なお、本発明に係るトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法では、第１のステップにおいて、トンネル磁気抵抗効果素子にバイアス電流を段階的に増加させながら流すようにしてもよい。この場合には、第１のステップにおいて、トンネル磁気抵抗効果素子の実使用温度環境中において、そのトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化を追跡するようにしてもよいし、あるいは互いに異なる複数の温度環境中において、トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化を追跡するようにしてもよい。また、第１のステップにおいて、複数のトンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化を追跡することにより複数の抵抗変化データを取得し、第２のステップにおいて、複数の抵抗変化データを参照して１つの抵抗変化領域を特定するようにしてもよい。特に、さらに、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を臨界電圧以下となるように設定する第４のステップを含むようにするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法によれば、トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化データを取得し、その抵抗変化データを参照して抵抗変化領域を特定したのち、その抵抗変化領域の抵抗変化に基づいて臨界電圧を算出する方法的特徴に基づき、トンネル磁気抵抗効果素子の作動特性に寄与する臨界電圧が導き出される。したがって、例えば、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を臨界電圧以下となるように設定すれば、トンネル磁気抵抗効果素子が晒される環境が一般に実使用時において高温化し、すなわち高温環境中においてトンネル磁気抵抗効果素子が連続通電された場合においても、そのトンネル磁気抵抗効果素子のうちの寿命に寄与する主要部（トンネル絶縁層）においてピンホールが過度に増加しにくくなるため、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を適性に設定することにより寿命を確保することができる。
【００１９】
また、本発明に係る磁気変換器によれば、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧が臨界電圧以下となるように設定されている構造的特徴に基づき、高温環境中においてトンネル磁気抵抗効果素子が連続通電された場合においても、そのトンネル磁気抵抗効果素子のうちの寿命に寄与する主要部（トンネル絶縁層）においてピンホールが過度に増加しにくくなるため、トンネル磁気抵抗効果素子の寿命を確保することにより作動特性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施の形態に係る磁気変換器としてのハードディスクドライブ（ＨＤＤ；Hard Disk Drive ）の構成について説明する。図１および図２はハードディスクドライブの構成を表しており、図１は全体の斜視構成を示し、図２は主要部の斜視構成を拡大して示している。
【００２２】
このハードディスクドライブは、例えば、記録処理および再生処理の双方を実行可能なものであり、図１に示したように、筐体１００の内部に、情報が磁気的に記録される複数のハードディスク１０１と、各ハードディスク１０１に対応して配置され、先端にヘッドスライダ２００が取り付けられた複数のアーム１０２とを備えている。ハードディスク１０１は、筐体１００に固定されたスピンドルモータ１０３を中心として回転可能になっている。アーム１０２は、動力源としての駆動部１０４に接続されており、筐体１００に固定された固定軸１０５を中心として、ベアリング１０６を介して旋回可能になっている。駆動部１０４は、例えば、ボイスコイルモータなどの駆動源を含んで構成されている。このハードディスクドライブは、例えば、固定軸１０５を中心として複数のアーム１０２が一体的に旋回可能なモデルである。なお、図１では、ハードディスクドライブの内部構造を見やすくするために、筐体１００を部分的に切り欠いて示している。
【００２３】
ヘッドスライダ２００は、図２に示したように、例えばアルティック（Ａｌ2 Ｏ3 ・ＴＩＣ）などの非磁性絶縁性材料により構成された略直方体構造を有する基体２０１の一面に、記録処理および再生処理の双方を実行する薄膜磁気ヘッド２０２が取り付けられた構成を有している。この基体２０１は、例えば、アーム１０２の旋回時に生じる空気抵抗を減少させるための凹凸構造が設けられた一面（エアベアリング面２０１Ｍ）を有しており、そのエアベアリング面２０１Ｍと直交する他の面（図２中、右手前側の面）に薄膜磁気ヘッド２０２が取り付けられている。このヘッドスライダ２００は、情報の記録時または再生時においてハードディスク１０１が回転すると、そのハードディスク１０１の記録面（ヘッドスライダ２００と対向する面）とエアベアリング面２０１Ｍとの間に生じる空気流を利用して、ハードディスク１０１の記録面から浮上するようになっている。なお、図２では、ヘッドスライダ２００のうちのエアベアリング面２０１Ｍ側の構造を見やすくするために、図１に示した状態とは上下を反転させた状態を示している。
【００２４】
次に、図１〜図４を参照して、薄膜磁気ヘッド２０２の詳細な構成について説明する。図３および図４は薄膜磁気ヘッド２０２の構成を拡大して表しており、図３は分解斜視構成を示し、図４は断面構成を示している。なお、図４は、図３に示したＩＶ−ＩＶ線に沿った断面構成（ＹＺ面に平行な断面構成）を示している。
【００２５】
この薄膜磁気ヘッド２０２は、例えば、図３および図４に示したように、再生処理を実行する再生ヘッド部３０と、記録処理を実行する記録ヘッド部４０とを含み、これらの再生ヘッド部３０と記録ヘッド部４０とが一体化された複合型ヘッドである。
【００２６】
再生ヘッド部３０は、例えば、基体２０１上に配置されており、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ；Tunneling Magneto-Resistive effect）素子１０と、絶縁層２０とがこの順に積層された積層構造を有している。このＴＭＲ素子１０は、トンネル伝導現象を利用した磁気抵抗効果（トンネル磁気抵抗効果）を利用して再生処理を実行するものであり、一端面がエアベアリング面２０１Ｍに露出するように配置されている。特に、ＴＭＲ素子１０は、例えば、下部シールド層１１と、積層膜パターン１２およびバイアス層１３Ｒ，１３Ｌと、絶縁層１４と、上部シールド層１５とがこの順に積層された積層構造を有している。
【００２７】
下部シールド層１１および上部シールド層１５は、ＴＭＲ素子１０のうちの積層膜パターン１２を周囲から磁気的に遮蔽するための磁気遮蔽材として機能すると共に、そのＴＭＲ素子１０を通電させるための電極として機能するものであり、例えば、いずれもニッケル鉄合金（ＮｉＦｅ；以下、「パーマロイ（商品名）」という）などの磁性材料により構成されている。これらの下部シールド層１１および上部シールド層１５には、例えば、通電用の電極パッド１１Ｐ，１５Ｐがそれぞれ接続されている。積層膜パターン１２は、外部磁界（ここでは図１に示したハードディスク１０１の信号磁界）を検出し、そのハードディスク１０１に記録されている情報を磁気的に再生するものである。この積層膜パターン１２の詳細な構成に関しては、後述する（図５参照）。バイアス層１３Ｒ，１３Ｌは、積層膜パターン１２にバイアスを供給することにより、その積層膜パターン１２のうちの後述するフリー層１２５（図５参照）を単磁区化するものであり、例えば、コバルト白金合金（ＣｏＰｔ）などの硬磁性材料により構成されている。これらのバイアス層１３Ｒ，１３Ｌは、積層膜パターン１２を両側から挟むようにそれぞれ配置されている。絶縁層１４は、バイアス層１３Ｒ，１３Ｌと上部シールド層１５との間を電気的に分離するものであり、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ；以下、単に「アルミナ」という。）などの非磁性絶縁性材料により構成されている。なお、絶縁層２０は、再生ヘッド部３０を記録ヘッド部４０から電気的に分離するものであり、例えば、アルミナなどの非磁性絶縁性材料により構成されている。
【００２８】
記録ヘッド部４０は、例えば、再生ヘッド部３０上に配置されており、下部磁極４１と、記録ギャップ層４２と、絶縁層４４により埋設されたコイル４３と、上部磁極４５とがこの順に積層された積層構造を有している。
【００２９】
下部磁極４１および上部磁極４５は、磁束の流路（磁路）を構成するものであり、例えば、いずれもパーマロイなどの磁性材料により構成されている。記録ギャップ層４２は、下部磁極４１と上部磁極４５との間にギャップを構成するものであり、例えば、アルミナなどの非磁性絶縁性材料により構成されている。この記録ギャップ層４２には、磁気連結用の開口（バックギャップ４２Ｋ）が設けられている。コイル４３は、記録用の磁束を発生させるものであり、例えば銅（Ｃｕ）などの高導電性材料により構成されている。このコイル４３は、バックギャップ４２Ｋを中心として巻回されたスパイラル構造を有しており、その一端および他端に通電用の電極パッド４３ＰＡ，４３ＰＢがそれぞれ接続されている。絶縁層４４は、コイル４３を周囲から電気的に分離するものであり、例えば、アルミナなどの非磁性絶縁性材料により構成されている。特に、上記した上部磁極４５は、例えば、互いに分離形成された複数の構成部分が連結された構成を有しており、すなわちエアベアリング面２０１Ｍに露出された上部ポールチップ４５Ａと、バックギャップ４２Ｋにおいて下部磁極４１に連結された上部連結部４５Ｂと、エアベアリング面２０１Ｍから後退して上部ポールチップ４５Ａおよび上部連結部４５Ｂにオーバーラップし、それらの上部ポールチップ４５Ａおよび上部連結部４５Ｂに連結された上部ヨーク４５Ｃとを含んで構成されている。なお、上部磁極４５上には、さらに、記録ヘッド部４０を周囲から電気的に分離すると共に物理的に保護するためのオーバーコート層（図示せず）が設けられている。図３では、絶縁層４４の図示を省略していると共に、上部磁極４５の構成を簡略化して示している。
【００３０】
次に、図３〜図５を参照して、ＴＭＲ素子１０の詳細な構成について説明する。図５は、ＴＭＲ素子１０の断面構成を拡大して表している。なお、図５では、図４に示したＶ−Ｖ線に沿った断面構成（ＸＺ面に平行な断面構成）を示している。
【００３１】
ＴＭＲ素子１０のうちの積層膜パターン１２は、例えば、図５に示したように、下地層１２１と、ピンニング層１２２と、ピンド層１２３と、トンネル絶縁層１２４と、フリー層１２５と、保護層１２６とがこの順に積層された積層構造を含み、その積層構造および下部シールド層１１に沿って絶縁層１２７が設けられた構成を有している。
【００３２】
下地層１２１は、ピンニング層１２２の磁気特性を安定化させるものであり、下部シールド層１１に隣接している。この下地層１２１は、例えば、タンタル（Ｔａ）またはニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）などの非磁性材料により構成されている。
【００３３】
ピンニング層１２２は、ピンド層１２３の磁化方向１２３Ｊを固定させるものであり、例えば、白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）、イリジウムマンガン合金（ＩｒＭｎ）またはルテニウムロジウムマンガン合金（ＲｕＲｈＭｎ）などの反強磁性材料により構成されている。
【００３４】
ピンド層１２３は、外部磁界に応じて磁化方向１２３Ｊが変化不能な非磁気感受層である。このピンド層１２３はピンニング層１２２と交換結合されており、すなわちピンド層１２３の磁化方向１２３Ｊは所定の方向に固定されている。このピンド層１２３は、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料により構成された単層構造を有する場合もあるし、あるいは非磁性層を挟んで２つの強磁性材料が積層された積層構造、具体的にはコバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層／ルテニウム（Ｒｕ）層／コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）層などに代表される積層構造を有する場合もある。この積層構造を有するピンド層１２３は、一般に「シンセティックピンド層」と呼ばれている。なお、図５では、例えば、ピンド層１２３の磁化方向１２３Ｊが横方向に固定されている状態を示している。
【００３５】
トンネル絶縁層１２４は、ピンド層１２３とフリー層１２５との間をトンネリング可能に電気的に分離するものである。このトンネル絶縁層１２４は、例えば、アルミナなどの非磁性絶縁性材料により構成されており、その厚さは数ｎｍ（例えば１．０ｎｍ〜２．０ｎｍ）である。
【００３６】
フリー層１２５は、外部磁界に応じて磁化方向１２５Ｊが自由に変化可能な磁気感受層であり、例えば、コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）などの強磁性材料により構成されている。なお、図５では、例えば、フリー層１２５の磁化方向１２５Ｊが縦方向に配向している状態を示している。
【００３７】
保護層１２６は、積層膜パターン１２のうちの主要部（ピンニング層１２２，ピンド層１２３，トンネル絶縁層１２４，フリー層１２５）を物理的に保護するものであり、例えば、タンタル（Ｔａ）、ロジウム（Ｒｈ）またはニッケルクロム合金（ＮｉＣｒ）などの非磁性材料により構成されている。
【００３８】
このＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷは、後述する臨界電圧ＥＬに基づいて設定されており、具体的には臨界電圧ＥＬ以下となるように設定されている（ＥＷ≦ＥＬ）。この「作動電圧ＥＷ」とは、ＴＭＲ素子１０を作動させるために設定される電圧であり、すわちＴＭＲ素子１０の作動時に、そのＴＭＲ素子１０に印加される電圧である。また、「臨界電圧ＥＬ」とは、ＴＭＲ素子１０の作動特性に寄与するものであり、具体的にはＴＭＲ素子１０の寿命を確保し得るように作動電圧ＥＷを適性に設定するための指標（上限電圧）となるものである。なお、ここで言う「ＴＭＲ素子１０の寿命」とは、高温環境中においてＴＭＲ素子１０を連続通電させることによりハードディスクドライブを連続稼働させた場合に、トンネル絶縁層１２４においてピンホールが過度に増加することに起因して作動特性が過度に劣化しないようなＴＭＲ素子１０の使用可能期間である。
【００３９】
次に、図１〜図５を参照して、ハードディスクドライブの動作について説明する。
【００４０】
このハードディスクドライブでは、情報の記録時または再生時において、固定軸１０５を中心としてアーム１０２が旋回することによりヘッドスライダ２００がハードディスク１０１の記録面に対向すると、そのヘッドスライダ２００に取り付けられた薄膜磁気ヘッド２０２がハードディスク１０１に対して記録処理または再生処理を施す。
【００４１】
具体的には、情報の記録時には、薄膜磁気ヘッド２０２のうちの記録ヘッド部４０が記録処理を実行する。すなわち、図示しない外部回路を通じてコイル４３に電流が流れると、そのコイル４３において磁束が発生する。このとき発生した磁束が主に上部磁極４５に収容されたのちにエアベアリング面２０１Ｍから放出されると、その磁束に基づいてエアベアリング面２０１Ｍ近傍に記録用の磁界が発生するため、その記録用の磁界に基づいて記録面が磁化されることによりハードディスク１０１に情報が磁気的に記録される。
【００４２】
一方、情報の再生時には、薄膜磁気ヘッド２０２のうちの再生ヘッド部３０が再生処理を実行する。すなわち、ＴＭＲ素子１０では、情報の再生前において、ピンニング層１２２とピンド層１２３との間の交換結合に基づいて、そのピンド層１２３の磁化方向１２３Ｊが横方向に固定されていると共に、フリー層１２５の磁化方向１２５Ｊが縦方向に配向している。情報の再生時において、下部シールド層１１および上部シールド層１５を通じてＴＭＲ素子１０に検出用の電流（センス電流）が流れると、電子がトンネル絶縁層１２４をトンネル伝導することにより移動する。この際、ハードディスク１０１の信号磁界を検出することによりフリー層１２５の磁化方向１２５Ｊが回転すると、ＴＭＲ素子１０中を移動する電子がピンド層１２３の磁化方向１２３Ｊとフリー層１２５の磁化方向１２５Ｊとの間の相対角度に応じた抵抗を受けるため、このときのＴＭＲ素子１０の抵抗は信号磁界の大きさに応じて変化する（トンネル磁気抵抗効果）。このトンネル磁気抵抗効果を利用してＴＭＲ素子１０の抵抗変化が電圧変化として検出されることにより、ハードディスク１０１に記録されていた情報が磁気的に再生される。
【００４３】
次に、図５〜図７を参照して、本発明の一実施の形態に係るトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法としてのＴＭＲ素子１０の設計方法について説明する。図６および図７はＴＭＲ素子１０の設計方法を説明するためのものであり、図６は設計方法の流れを表し、図７は設計手順を説明するためのものである。なお、図７では、「横軸」が測定時間Ｔ（時間）を示し、「縦軸」が抵抗Ｒ（Ω）またはバイアス電流Ｉ（ｍＡ）を示している。
【００４４】
ＴＭＲ素子１０を設計する際には、まず、ＴＭＲ素子１０にバイアス電流を流しながら抵抗変化を追跡することにより、そのＴＭＲ素子１０の抵抗変化データＤを取得する（図６；ステップＳ１０１）。この「抵抗変化データＤ」とは、図７に示したように、例えば環境温度＝３０℃の環境中においてＴＭＲ素子１０にバイアス電流Ｉを流しながら所定の時間間隔（ここでは例えば１分）ごとに抵抗Ｒを測定することにより、その抵抗Ｒを測定時間Ｔに対してプロットしたものである。この抵抗変化データＤを取得する際には、例えば、ＴＭＲ素子１０にバイアス電流Ｉを段階的に増加させながら流す。具体的には、例えば、図７に「７Ａ」としてバイアス電流Ｉの変化パターンを示したように、測定時間Ｔ＝０時間〜１０時間の範囲においてバイアス電流Ｉを０．５時間ごとに０．０５ｍＡずつ増加させると共に測定時間Ｔ＝１０時間〜２０時間の範囲においてバイアス電流Ｉを０．５時間ごとに０．１０ｍＡずつ増加させることにより、バイアス電流Ｉの増加量を２段階に変化させる。なお、バイアス電流Ｉの増加量および増加段階数は、必要に応じて自由に設定可能である。また、抵抗変化データＤを取得する際には、例えば、複数のＴＭＲ素子１０の抵抗変化を追跡することにより、複数の抵抗変化データＤを取得する。具体的には、例えば、同一ウェハ上に形成された３つのＴＭＲ素子１０（同一ロットの３つのＴＭＲ素子１０）の抵抗変化を追跡することにより、図７に「７Ｂ」，「７Ｃ」，「７Ｄ」として示したように、３つの抵抗変化データＤを取得する。なお、ＴＭＲ素子１０の抵抗Ｒを測定する際には、例えば、ＴＭＲ素子１０にバイアス電流Ｉを流しながら１分間隔ごとに抵抗Ｒを測定すると共に、バイアス電流Ｉを増加させる際にＴＭＲ素子１０にバイアス電流Ｉに代えて一定の電流（ここでは例えば０．１ｍＡ）を流しながら抵抗Ｒを測定する。
【００４５】
ここで、図７に「７Ｂ」，「７Ｃ」，「７Ｄ」として示した３つの抵抗変化データＤの変化パターンに関して補足しておくと、これらの３つの抵抗変化データＤ間の変化パターンの差異は、各ＴＭＲ素子１０間におけるトンネル絶縁層１２４（図５参照）の膜質の差異を反映している。
【００４６】
すなわち、初期状態（測定時間Ｔ＝０時間）の抵抗Ｒが最も大きい「７Ｂ」のＴＭＲ素子１０では、例えば、初期状態においてトンネル絶縁層１２４に含まれているピンホールの数が相対的に少なく、すなわちトンネル絶縁層１２４の膜質が初期状態において相対的に良質であることを示している。この「７Ｂ」のＴＭＲ素子１０では、測定時間Ｔの経過に伴ってバイアス電流Ｉが増加すると、（１）抵抗Ｒが勾配Ｇ１（第１の勾配）で緩やかに低下し（測定時間Ｔ＝約０時間〜１７時間の範囲）、（２）引き続き勾配Ｇ１よりも大きい勾配Ｇ２（Ｇ２＞Ｇ１；第２の勾配）で著しく低下したのち（測定時間Ｔ＝約１７時間）、（３）勾配Ｇ２よりも小さい勾配Ｇ３（Ｇ３＜Ｇ２；第３の勾配）で緩やかに低下している（測定時間Ｔ＝約１７時間〜２０時間）。「７Ｂ」のＴＭＲ素子１０では、上記したように、抵抗Ｒが測定時間Ｔ＝１７時間近傍において著しく低下している。この抵抗Ｒの急激な低下現象は、一般に「ブレイクダウン」と呼ばれており、このブレイクダウンの発生時には、例えば、トンネル絶縁層１２４においてピンホールの数が急激に増加している。
【００４７】
また、「７Ｃ」のＴＭＲ素子１０では、「７Ｂ」のＴＭＲ素子１０と比較して初期状態の抵抗Ｒが相対的に小さく、かつ抵抗Ｒがブレイクダウンする測定時間Ｔが相対的に早い点を除き、その「７Ｂ」のＴＭＲ素子１０と同様の変化挙動を示している。具体的には、「７Ｃ」のＴＭＲ素子１０では、測定時間Ｔの経過に伴ってバイアス電流Ｉが増加すると、抵抗Ｒが測定時間Ｔ＝１２時間近傍においてブレイクダウンしている。
【００４８】
なお、初期状態の抵抗Ｒが最も小さい「７Ｄ」のＴＭＲ素子１０では、例えば、初期状態においてトンネル絶縁層１２４に含まれているピンホールの数が相対的に多く、すなわちトンネル絶縁層１２４の膜質が相対的に悪質であることを示している。この「７Ｄ」のＴＭＲ素子１０では、「７Ｃ」のＴＭＲ素子１０と比較して初期状態の抵抗Ｒが相対的に小さく、かつ抵抗Ｒがブレイクダウンする測定時間Ｔが相対的に早い点を除き、その「７Ｃ」のＴＭＲ素子１０と同様の変化挙動を示している。具体的には、「７Ｄ」のＴＭＲ素子１０では、測定時間Ｔの経過に伴ってバイアス電流Ｉが増加すると、抵抗Ｒが測定時間Ｔ＝１０時間近傍においてブレイクダウンしている。
【００４９】
これらのことから、「７Ｂ」〜「７Ｄ」の各ＴＭＲ素子１０間において初期状態のトンネル絶縁層１２４の膜質を比較すると、そのトンネル絶縁層１２４の膜質は初期状態の抵抗Ｒが大きい順に良質であり、すなわちトンネル絶縁層１２４の膜質は「７Ｂ」のＴＭＲ素子１０において最も良質であると共に「７Ｄ」のＴＭＲ素子１２４において最も悪質であることが判る。なお、ブレイクダウン時における抵抗Ｒの低下量が大きい順は、初期状態のトンネル絶縁層１２４の膜質の順と同様であり、すなわち抵抗Ｒの低下量は「７Ｂ」のＴＭＲ素子１０において最も大きくなっていると共に「７Ｄ」のＴＭＲ素子１２４において最も小さくなっている。
【００５０】
引き続き、ＴＭＲ素子１０の設計方法について説明する。
【００５１】
ＴＭＲ素子１０の抵抗変化データＤを取得したのち、その抵抗変化データＤを参照して、抵抗Ｒがブレイクダウンしたのちに緩やかに低下する抵抗変化領域Ｖを特定する（図６；ステップＳ１０２）。
【００５２】
この「抵抗変化領域Ｖ」とは、臨界電圧ＥＬを算出するために使用される抵抗変化パターンであり、抵抗変化データＤを構成している一連の抵抗変化パターンの中から抵抗Ｒのブレイクダウン位置に基づいて特定されるものである。具体的には、「抵抗変化領域Ｖ」とは、上記したように、抵抗変化データＤ中において（１）抵抗Ｒが勾配Ｇ１で緩やかに低下し、（２）引き続き勾配Ｇ１よりも大きい勾配Ｇ２（Ｇ２＞Ｇ１）で著しく低下したのち、（３）勾配Ｇ２よりも小さい勾配Ｇ３（Ｇ３＜Ｇ２）で緩やかに低下するとき、その抵抗Ｒが勾配Ｇ３で緩やかに低下する領域である。より詳細には、抵抗変化データＤ中の抵抗変化を測定時間Ｔの経過に沿って追跡し、その抵抗変化データＤを抵抗変化の低下勾配（勾配Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）に基づいて３つの領域に区分した場合に、各領域の低下勾配間に勾配Ｇ１，勾配Ｇ３＜勾配Ｇ２の関係があるとき、抵抗Ｒが勾配Ｇ３で低下する領域である。この抵抗変化領域Ｖを特定する際には、抵抗変化データＤを構成している一連の抵抗変化パターンのうち、抵抗Ｒがブレイクダウンしたのちの領域を抵抗変化領域Ｖとして特定し、特に、例えば、複数の抵抗変化データＤを参照して１つの抵抗変化領域Ｖを特定する。具体的には、例えば、図７に「７Ｂ」〜「７Ｄ」として示した３つの抵抗変化データＤを構成している各抵抗変化パターンのうち、抵抗Ｒがブレイクダウンしたのちに互いにほぼ同様の勾配Ｇ３で緩やかに低下する領域、すなわち測定時間Ｔ＝１７時間〜２０時間の領域を抵抗変化領域Ｖとして特定する。
【００５３】
なお、複数の抵抗変化データＤを参照して１つの抵抗変化領域Ｖを特定する際に、ブレイクダウンしたのちの抵抗Ｒの挙動（勾配Ｇ３で緩やかに低下する抵抗Ｒの挙動）が各抵抗変化データＤ間においてばらついた場合には、例えば、一連の抵抗変化データＤのうち、抵抗Ｒが最も小さい値を示した１つの抵抗変化データＤに基づいて抵抗変化領域Ｖを特定するのが好ましい。すなわち、例えば、図７に「７Ｂ」〜「７Ｄ」として示した３つの抵抗変化データＤを参照して抵抗変化領域Ｖを特定する際には、ブレイクダウン後において抵抗Ｒが最も小さい値を示している「７Ｃ」の抵抗変化データＤに基づいて抵抗変化領域Ｖを特定する。
【００５４】
参考までに、ブレイクダウンしたのちの抵抗Ｒの挙動が各抵抗変化データＤ間においてばらついた場合に、抵抗Ｒが最も小さい値を示した１つの抵抗変化データＤに基づいて抵抗変化領域Ｖを特定するのが好ましい理由は、例えば、以下の通りである。すなわち、抵抗変化領域Ｖは、上記したように、臨界電圧ＥＬを算出するために使用されるものであり、その抵抗変化領域Ｖを構成している抵抗Ｒの値が大きいほど臨界電圧ＥＬが高めに算出される。このことから、上記したように、臨界電圧ＥＬがＴＭＲ素子１０の寿命を確保し得るように作動電圧ＥＷを適性に設定するための上限電圧であることを考慮すれば、そのＴＭＲ素子１０の寿命を確保し得るように作動電圧ＥＷを適性に設定するためには、臨界電圧ＥＬが高めに算出される場合よりも低めに算出される場合の方が好ましい。したがって、ブレイクダウンしたのちの抵抗Ｒの挙動が各抵抗変化データＤ間においてばらついた場合には、抵抗Ｒが最も小さい値を示した１つの抵抗変化データＤに基づいて抵抗変化領域Ｖを特定するのが好ましいのである。
【００５５】
続いて、抵抗変化領域Ｖの抵抗変化に基づいて、ＴＭＲ素子１０の作動特性に寄与する臨界電圧ＥＬを算出する（図６；ステップＳ１０３）。この臨界電圧ＥＬを算出する際には、例えば、抵抗変化領域Ｖの抵抗変化、すなわち抵抗変化領域Ｖを構成しているバイアス電流Ｉの値および抵抗Ｒの値に基づいて、オームの法則を使用して臨界電圧ＥＬを算出する（ＥＬ＝Ｉ×Ｒ）。具体的には、図７に示した抵抗変化領域Ｖの抵抗変化に基づいて臨界電圧ＥＬを算出すると、その臨界電圧ＥＬは２５５ｍＶと算出される。なお、図７に「７Ｅ」として示した抵抗変化パターンは、抵抗変化領域Ｖを外挿することにより人為的に作成した仮想的な抵抗変化データＤを表している。これにより、ＴＭＲ素子１０の臨界電圧ＥＬが導き出される。
【００５６】
最後に、ＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷを臨界電圧ＥＬ以下となるように設定する（ＥＷ≦ＥＬ，図６；ステップＳ１０４）。これにより、ＴＭＲ素子１０が晒される環境が一般に実使用時において高温化し、すなわち高温環境中においてＴＭＲ素子１０が連続通電された場合においても、トンネル絶縁層１２４においてピンホールが過度に増えにくくなるように作動電圧ＥＷが設定されるため、ＴＭＲ素子１０の設計作業が完了する。
【００５７】
なお、上記したＴＭＲ素子１０の設計方法では、環境温度＝３０℃においてＴＭＲ素子１０の抵抗変化を追跡するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではない。具体的には、ＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷをより的確に設定するためには、例えば、ＴＭＲ素子１０の実使用温度が既知であり、すなわちＴＭＲ素子１０が晒される環境の温度が３０℃以外となることが既知である場合には、図８に示したように、環境温度をＴＭＲ素子１０の実使用温度となるように設定したのち（ステップＳ１００）、その実使用温度環境中においてＴＭＲ素子１０の抵抗変化を追跡するのが好ましい。なぜなら、ＴＭＲ素子１０の抵抗変化挙動は環境温度に依存して変動するため、その環境温度に応じて臨界電圧ＥＬが変動するからである。この「ＴＭＲ素子１０の実使用温度」とは、ＴＭＲ素子１０がハードディスクドライブに搭載されることにより使用された際に、そのハードディスクの作動時においてＴＭＲ素子１０が実際に晒される環境温度である。
【００５８】
参考までに、上記ではＴＭＲ素子１０の実使用温度が既知である場合について説明したが、例えば、その実使用温度が既知でない場合にＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷをより的確に設定するためには、例えば、互いに異なる複数の温度環境中においてＴＭＲ素子１０の抵抗変化を追跡することにより複数の抵抗変化データＤを取得し、それらの複数の抵抗変化データＤに基づいて各環境温度ごとに複数の臨界電圧ＥＬを算出しておき、ＴＭＲ素子１０の実使用温度を測定することにより、その実使用温度に対応した臨界電圧ＥＬを選択しながら作動電圧ＥＷを設定するのが好ましい。
【００５９】
本実施の形態に係るＴＭＲ素子１０の設計方法では、ＴＭＲ素子１０にバイアス電流を流しながら抵抗変化を追跡することにより抵抗変化データＤを取得し、その抵抗変化データＤを参照して抵抗変化領域Ｖを特定したのち、その抵抗変化領域Ｖの抵抗変化に基づいて臨界電圧ＥＬを算出するようにしたので、ＴＭＲ素子１０の作動特性に寄与する臨界電圧ＥＬが導き出される。この場合には、例えば、ＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷを臨界電圧ＥＬ以下となるように設定すれば（ＥＷ≦ＥＬ）、ＴＭＲ素子１０が晒される環境が一般に実使用時において高温化し、すなわち高温環境中においてＴＭＲ素子１０が連続通電された場合においても、そのＴＭＲ素子１０のうちの寿命に寄与する主要部（トンネル絶縁層１２４）においてピンホールが過度に増えにくくなる。したがって、ＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷを適性に設定することにより寿命を確保することができる。
【００６０】
この場合には、特に、上記した抵抗変化データＤの取得作業、抵抗変化領域Ｖの特定作業、臨界電圧ＥＬの算出作業および作動電圧ＥＷの設定作業を経ることにより、寿命を確保し得るようにＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷが設定される。この場合には、互いに異なる複数の作動電圧ＥＷを設定しながらＴＭＲ素子１０の寿命試験を実際に実施する場合と比較して、作動電圧ＥＷの設定作業が著しく簡素化かつ迅速化される。したがって、寿命を確保し得るようにＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷを設定する上で、そのＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷを極めて容易かつ迅速に設定することができる。
【００６１】
特に、本実施の形態では、ＴＭＲ素子１０の抵抗変化データＤを取得する際に、そのＴＭＲ素子１０にバイアス電流を段階的に増加させながら流すようにしたので、そのＴＭＲ素子１０の抵抗Ｒの変化挙動が加速的に追跡される。この場合には、ＴＭＲ素子１０に一定の電流を流す場合と比較して、抵抗Ｒがブレイクダウンする挙動が早期に確認される。したがって、この観点においてもＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷを容易かつ迅速に設定することができる。
【００６２】
また、本実施の形態では、複数のＴＭＲ素子１０の抵抗変化を追跡することにより複数の抵抗変化データＤを取得し、その複数の抵抗変化データＤに基づいて１つの抵抗変化領域Ｖを特定するようにしたので、複数の抵抗変化データＤ間において抵抗Ｒの変化挙動が互いにほぼ一致している領域（抵抗Ｒが勾配Ｇ３で緩やかに低下する領域）に基づいて抵抗変化領域Ｖが特定される。この場合には、１つの抵抗変化データＤに基づいて抵抗変化領域Ｖを特定する場合と比較して、その抵抗変化領域Ｔが容易かつ正確に特定される。したがって、ＴＭＲ素子１０の臨界電圧ＥＬを高精度に算出することができる。
【００６３】
また、本実施の形態では、ＴＭＲ素子１０の抵抗変化データＤを取得する際に、そのＴＭＲ素子１０の実使用温度に相当する温度環境中において抵抗変化を追跡するようにすれば、抵抗Ｒの変化挙動に寄与する温度要因を加味して臨界電圧ＥＬが算出される。この場合には、ＴＭＲ素子１０の実使用温度に相当する温度環境中において抵抗変化を追跡しない場合と比較して、温度要因を加味した分だけ臨界電圧ＥＬの算出精度が向上し、すなわち臨界電圧ＥＬがＴＭＲ素子１０の実使用状況を反映して算出される。したがって、この観点においてもＴＭＲ素子１０の臨界電圧ＥＬを高精度に算出することができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、ＴＭＲ素子１０の抵抗変化データＤを取得する際に、互いに異なる複数の温度環境中においてＴＭＲ素子１０の抵抗変化を追跡することにより複数の抵抗変化データＤを取得し、それらの複数の抵抗変化データＤに基づいて各環境温度ごとに複数の臨界電圧ＥＬを算出しておき、ＴＭＲ素子１０の実使用温度を測定することにより、その実使用温度に対応した臨界電圧ＥＬを選択しながら作動電圧ＥＷを設定するようにすれば、抵抗Ｒの変化挙動に寄与する温度要因を加味して臨界電圧ＥＬが算出される。この場合には、ＴＭＲ素子１０の実使用温度に相当する環境温度中において抵抗変化を追跡しない場合と比較して、温度要因を加味した分だけ臨界電圧ＥＬの算出精度が向上する上、特に、ＴＭＲ素子１０の周辺環境における熱発生状況の変化に起因して実使用温度が変動したとしても、その変動後の実使用温度に対応した臨界電圧ＥＬに基づいてＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷを適性かつ迅速に設定し直すことが可能となる。したがって、ＴＭＲ素子１０の臨界電圧ＥＬを高精度に算出することができると共に、必要に応じて作動電圧ＥＷを適性かつ迅速に再設定することができる。
【００６５】
また、上記した他、本実施の形態に係るハードディスクドライブでは、ＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷが臨界電圧ＥＬ以下となるように設定されているため（ＥＷ≦ＥＬ）、上記したように、高温環境中においてＴＭＲ素子１０が連続通電された場合においても、そのＴＭＲ素子１０のうちの寿命に寄与する主要部（トンネル絶縁層１２４）においてピンホールが過度に増加しにくくなる。したがって、ＴＭＲ素子１０の寿命を確保することにより作動特性を確保することができる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、臨界電圧ＥＬを算出するために、３つのＴＭＲ素子１０の抵抗変化を追跡することにより３つの抵抗変化データＤを取得するようにしたが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、抵抗変化データＤの取得数は１または２以上の範囲において自由に設定可能である。
【００６７】
参考までに、抵抗変化データＤの取得数が１つのみで足りる場合とは、例えば、単一のＴＭＲ素子１０のみを使用して１つの抵抗変化データＤを取得した際に、図７に「７Ｂ」または「７Ｃ」として示したように、ブレイクダウン時における抵抗Ｒの低下量が相対的に大きく、すなわち抵抗変化データＤ中において抵抗Ｒがほぼ垂直に低下していることに基づき、抵抗Ｒのブレイクダウン位置を特定しやすい場合である。この場合には、抵抗Ｒのブレイクダウン位置を目安として抵抗変化領域Ｖを容易かつ正確に特定しやすいため、臨界電圧ＥＬを算出する上で抵抗変化データＤが１つで足りるのである。これに対して、抵抗変化データＤの取得数が複数であるのが好ましい場合は、例えば、単一のＴＭＲ素子１０のみを使用して１つの抵抗変化データＤを取得した際に、図７に「７Ｄ」として示したように、ブレイクダウン時における抵抗Ｒの低下量が相対的に小さく、すなわち抵抗変化データＤ中において抵抗Ｒがほぼ垂直に低下していないことに基づき、抵抗Ｒのブレイクダウン位置を特定しにくい場合である。この場合には、ブレイクダウン時における抵抗Ｒの低下量が相対的に大きい場合とは異なり、抵抗Ｒのブレイクダウン位置を目安として抵抗変化領域Ｖを容易かつ正確に特定しにくいため、臨界電圧ＥＬを算出する上で抵抗変化データＤが１つでは足りないのである。すなわち、この場合には、抵抗変化データＤを参照して抵抗変化領域Ｖを容易かつ正確に特定するために、図７に「７Ｄ」として示した抵抗変化データＤを取得した上、さらに図７に「７Ｂ」または「７Ｃ」として示した抵抗変化データＤを取得する必要があるため、複数の抵抗変化データＤを取得するのが好ましいのである。
【実施例】
【００６８】
次に、本発明に関する実施例について説明する。
【００６９】
上記実施の形態において説明したＴＭＲ素子の設計方法（以下、「本発明のＴＭＲ素子の設計方法」という。）を使用して設計したＴＭＲ素子の諸特性を調べたところ、以下の一連の結果が得られた。なお、ＴＭＲ素子の諸特性を調べる際には、そのＴＭＲ素子の構成（ピンニング層／ピンド層／トンネル絶縁層／フリー層）を白金マンガン合金（ＰｔＭｎ）／コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）／アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）／コバルト鉄合金（ＣｏＦｅ）とした。
【００７０】
まず、ＴＭＲ素子の一般的な作動特性を調べたところ、図９に示した結果が得られた。図９は一般的なＴＭＲ素子の作動特性の変化を表しており、「横軸」は測定時間Ｔ（時間）を示し、「縦軸」は抵抗Ｒ（Ω）または電圧Ｅ（ｍＶ）を示している。図９に示した「●」は抵抗Ｒを表し、「■」は電圧Ｅを表している。なお、ＴＭＲ素子の作動特性を調べる際には、７０℃の温度環境中においてＴＭＲ素子に１．１ｍＡのストレス電流を継続的に流した。
【００７１】
図９に示した結果から判るように、抵抗Ｒおよび電圧Ｅは、いずれも測定時間Ｔの経過にしたがって急激に減少したのちにほぼ一定となった。このことから、ＴＭＲ素子を高温環境中において作動させると、そのＴＭＲ素子の作動特性は初期段階において急激に劣化するものの、最終的にほぼ一定になる（定常状態に至る）ことが確認された。
【００７２】
続いて、本発明のＴＭＲ素子の設計方法を使用して、ＴＭＲ素子の臨界電圧ＥＬを調べたところ、図１０に示した結果が得られた。図１０はＴＭＲ素子の臨界電圧ＥＬの算出結果を表しており、「横軸」は測定時間Ｔ（時間）を示し、「縦軸」は抵抗Ｒ（Ω）またはバイアス電流Ｉ（ｍＡ）を示している。図１０に示した「１０Ａ」はバイアス電流Ｉの変化パターンを示し、「１０Ｂ」〜「１０Ｉ」は同一ロットの８個のＴＭＲ素子について取得された８本の抵抗変化データＤを示し、「１０Ｊ」は臨界電圧ＥＬに基づいて得られる仮想的な抵抗変化データＤを示している。なお、ＴＭＲ素子の臨界電圧ＥＬを調べる際には、環境温度を３０℃とすると共に、図１０に「１０Ａ」としてバイアス電流Ｉの変化パターンを示したように、測定時間Ｔが０時間〜１０時間の範囲においてバイアス電流Ｉを０．５時間ごとに０．０５ｍＡずつ増加させると共に測定時間Ｔが１０時間〜２４時間の範囲においてバイアス電流Ｉを０．５時間ごとに０．１０ｍＡずつ増加させた。また、ＴＭＲ素子の抵抗Ｒを測定する際には、例えば、ＴＭＲ素子にバイアス電流Ｉを流しながら１分間隔ごとに抵抗Ｒを測定すると共に、バイアス電流Ｉを増加させる際にＴＭＲ素子にバイアス電流Ｉに代えて一定の電流（０．１ｍＡ）を流しながら抵抗Ｒを測定した。
【００７３】
図１０に示した結果から判るように、８個のＴＭＲ素子について８本の抵抗変化データＤ（１０Ｂ〜１０Ｉ）を取得したところ、各抵抗変化データＤ間において、測定時間Ｔ＝０時間〜２３時間の範囲では抵抗Ｒが互いに異なる挙動を示したものの、測定時間Ｔ＝２３時間以上の範囲では大部分の抵抗Ｒが互いにほぼ一致した挙動を示した。これにより、一連の抵抗変化データＤ中の抵抗変化パターンのうちの測定時間Ｔ＝２３時間以上の範囲の領域が抵抗変化領域Ｖとして特定された。したがって、抵抗変化領域Ｖに基づき、具体的には抵抗変化領域Ｖを構成しているバイアス電流Ｉの値と抵抗Ｒの値とに基づいて臨界電圧ＥＬを算出したところ、３０℃の温度環境中におけるＴＭＲ素子の臨界電圧ＥＬは２３８ｍＶと算出された。この臨界電圧ＥＬに基づいて得られる仮想的な抵抗変化データＤは、図１０に「１０Ｊ」として示した通りである。
【００７４】
続いて、本発明のＴＭＲ素子の設計方法を使用して設計したＴＭＲ素子の臨界電圧ＥＬの変動状況を調べたことろ、図１１に示した結果が得られた。図１１はＴＭＲ素子の臨界電圧ＥＬの環境温度依存性を表しており、「横軸」は環境温度Ｍ（℃）を示し、「縦軸」は臨界電圧ＥＬ（ｍＶ）を示している。この臨界電圧ＥＬの変動状況を調べる際には、図１０を参照して説明したＴＭＲ素子の臨界電圧ＥＬの算出作業を複数の環境温度（３０℃，５５℃，８０℃，１３０，１８０℃）下において実施することにより、各環境温度ごとに算出された一連の臨界電圧ＥＬをプロットした。なお、図１１に示した臨界電圧ＥＬの環境温度依存性は、図１０に示した臨界電圧ＥＬの算出試験に使用されたＴＭＲ素子のロットと同ロットのＴＭＲ素子に関する結果を示している。
【００７５】
図１１に示した結果から判るように、臨界電圧ＥＬは、環境温度Ｍが上昇するにしたがって次第に低下した。このことから、臨界電圧ＥＬは環境温度Ｔの変化に応じて変動することが確認された。すなわち、臨界電圧ＥＬに基づいてＴＭＲ素子の作動電圧ＥＷを設定する際には、そのＴＭＲ素子の実使用温度（ＴＭＲ素子が実際に晒される環境温度）を加味することにより臨界電圧ＥＬを算出した上で作動電圧ＥＷを設定することが重要である。
【００７６】
最後に、本発明のＴＭＲ素子の設計方法を使用して設計したＴＭＲ素子の寿命の変動状況を調べたところ、図１２に示した結果が得られた。図１２はＴＭＲ素子の寿命の作動電圧依存性を表しており、「横軸」は作動電圧ＥＷ（ｍＶ）を示し、「縦軸」は寿命Ｆ（時間）を示している。この「寿命Ｆ」は、７０℃の環境温度中にＴＭＲ素子を放置した際に、そのＴＭＲ素子の抵抗が初期状態の抵抗に対して±５％に至ったときの放置時間である。この図１２に示したＴＭＲ素子の寿命Ｆの変動状況は、本発明のＴＭＲの設計方法を使用することにより臨界電圧ＥＬ＝２０２ｍＶと算出されたＴＭＲ素子に関する結果であり、図１２に示した一点鎖線は、上記した臨界電圧ＥＬ＝２０２ｍＶのラインを示している。なお、図１２に示した寿命の作動電圧依存性は、図１０に示した臨界電圧ＥＬの算出試験や図１１に示した臨界電圧ＥＬの環境温度依存性試験に使用されたＴＭＲ素子のロットとは異なるロットのＴＭＲ素子に関する結果を示している。
【００７７】
図１２に示した結果から判るように、ＴＭＲ素子の寿命Ｆは、作動電圧ＥＷが小さくなるにしたがって次第に長くなった。特に、ＴＭＲ素子の作動電圧ＥＷを臨界電圧ＥＬ以下となるように設定した場合に関して、現状では具体的にＴＭＲ素子の寿命Ｆを把握しきれていないものの、その寿命Ｆの推移を図１２に示した結果から予測すると、図１２に破線で示したように、ＴＭＲ素子の寿命Ｆは約１０年以上に達することが見込まれた。このことから、ＴＭＲ素子の作動電圧ＥＷを臨界電圧ＥＬ以下となるように設定すれば、そのＴＭＲ素子の寿命Ｆを確保可能であることが確認された。
【００７８】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。具体的には、例えば、上記実施の形態および実施例では、本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法をハードディスクドライブなどの磁気変換器に適用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、ハードディスクドライブ以外の他の磁気変換器に適用することも可能である。この「他の磁気変換器」としては、例えば、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ；Magnetic Random Access Memory ）や磁気センサなどが挙げられる。この他の磁気変換器に本発明のトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法を適用した場合においもて、上記実施の形態および実施例と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明に係るトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法は、例えば、ハードディスクに情報を磁気的に記録するハードディスクドライブなどの磁気変換器に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の一実施の形態に係るハードディスクドライブの全体の斜視構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示したハードディスクドライブの主要部の斜視構成を拡大して表す斜視図である。
【図３】薄膜磁気ヘッドの分解斜視構成を拡大して表す斜視図である。
【図４】薄膜磁気ヘッドの断面構成（ＹＺ面に沿った断面構成）を拡大して表す断面図である。
【図５】ＴＭＲ素子の断面構成（ＸＺ面に平行な断面構成）を拡大して表す断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るＴＭＲ素子の設計方法の流れを説明するための流れ図である。
【図７】ＴＭＲ素子の設計手順を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係るＴＭＲ素子の設計方法に関する他の流れを説明するための流れ図である。
【図９】一般的なＴＭＲ素子の作動特性の変化を表す図である。
【図１０】ＴＭＲ素子の臨界電圧の算出結果を表す図である。
【図１１】ＴＭＲ素子の臨界電圧の環境温度依存性を表す図である。
【図１２】ＴＭＲ素子の寿命の作動電圧依存性を表す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０…ＴＭＲ素子、１１…下部シールド層、１１Ｐ，１５Ｐ，４３ＰＡ，４３ＰＢ…電極パッド、１２…積層膜パターン、１３Ｒ，１３Ｌ…バイアス層、１４，２０，４４，１２７…絶縁層、１５…上部シールド層、３０…再生ヘッド部、４０…記録ヘッド部、４１…下部磁極、４２…記録ギャップ層、４３…コイル、４５…上部磁極、４５Ａ…上部ポールチップ、４５Ｂ…上部連結部、４５Ｃ…上部ヨーク、１００…筐体、１０１…ハードディスク、１０２…アーム、１０３…スピンドルモータ、１０４…駆動部、１０５…固定軸、１０６…ベアリング、１２１…下地層、１２２…ピンニング層、１２３…ピンド層、１２３Ｊ，１２５Ｊ…磁化方向、１２４…トンネル絶縁層、１２５…フリー層、１２６…保護層、２００…ヘッドスライダ、２０１…基体、２０１Ｍ…エアベアリング面、２０２…薄膜磁気ヘッド、Ｖ…抵抗変化領域。
【図１】
2006054303.tif 000003
【図２】
2006054303.tif 000004
【図３】
2006054303.tif 000005
【図４】
2006054303.tif 000006
【図５】
2006054303.tif 000007
【図６】
2006054303.tif 000008
【図７】
2006054303.tif 000009
【図８】
2006054303.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2006054303.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月8日(2005.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
ＴＭＲ素子の作動特性上の寿命に関しては、一般に、ＧＭＲ素子の作動特性上の寿命と同様に作動電圧が大きく寄与することが予想されているが、そのＴＭＲ素子の作動電圧の適正化、すなわち作動特性上の寿命を確保する上でＴＭＲ素子にどれだけ作動電圧を印加すればよいかに関しては、現在のところ実質的に明らかにされていない実状にある。ただし、ＴＭＲ素子の作動電圧の適正化に関連する技術として、そのＴＭＲ素子以外の他の分野において既にいくつかの技術が知られている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
ところで、ＴＭＲ素子を搭載したＨＤＤの作動特性を安定化し、すなわち作動特性が確保されたＨＤＤを設計するためには、そのＴＭＲ素子の寿命を確保する上で作動電圧を適正に設定する必要がある。しかしながら、従来は、ＴＭＲ素子の作動電圧の設定手順に関して適正な指針が存在しなかったため、そのＴＭＲ素子の作動電圧を適正に設定することが困難であるという問題があった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を適正に設定することにより寿命を確保することが可能なトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法を提供することにある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明に係るトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法では、トンネル磁気抵抗効果素子にバイアス電流が流されながら抵抗変化が追跡されることにより抵抗変化データが取得され、その抵抗変化データが参照されて抵抗変化領域が特定されたのち、その抵抗変化領域の抵抗変化に基づいて臨界電圧が算出されるため、トンネル磁気抵抗効果素子の作動特性に寄与する臨界電圧が導き出される。この「抵抗変化領域」とは、抵抗変化データ中において（１）抵抗が第１の勾配で低下し、（２）引き続き第１の勾配よりも大きい第２の勾配で低下したのち、（３）第２の勾配よりも小さい第３の勾配で低下するとき、その抵抗が第３の勾配で低下する領域である。より詳細には、抵抗変化データ中の抵抗変化を測定時間の経過に沿って追跡し、その抵抗変化データを抵抗変化の低下勾配（第１の勾配，第２の勾配，第３の勾配）に基づいて３つの領域に区分した場合に、各領域の低下勾配間に第１の勾配，第３の勾配＜第２の勾配の関係があるとき、抵抗が第３の勾配で低下する領域である。また、「臨界電圧」とは、上記したように、トンネル磁気抵抗効果素子の作動特性に寄与するものであり、具体的にはトンネル磁気抵抗化素子の寿命を確保し得るように作動電圧を適正に設定するための指標（上限電圧）となるものである。この場合には、例えば、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を臨界電圧以下となるように設定すれば、トンネル磁気抵抗効果素子が晒される環境が一般に実使用時において高温化し、すなわち高温環境中においてトンネル磁気抵抗効果素子が連続通電された場合においても、そのトンネル磁気抵抗効果素子のうちの寿命に寄与する主要部（トンネル絶縁層）においてピンホールが過度に増加しにくくなる。なお、ここで言う「トンネル磁気抵抗効果素子の寿命」とは、上記したように、高温環境中においてトンネル磁気抵抗効果素子を連続通電させた場合に、トンネル絶縁層においてピンホールの数が過度に増加することに起因して作動特性が過度に劣化しないようなトンネル磁気抵抗効果素子の使用可能期間である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明に係るトンネル磁気抵抗効果素子の設計方法によれば、トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗変化データを取得し、その抵抗変化データを参照して抵抗変化領域を特定したのち、その抵抗変化領域の抵抗変化に基づいて臨界電圧を算出する方法的特徴に基づき、トンネル磁気抵抗効果素子の作動特性に寄与する臨界電圧が導き出される。したがって、例えば、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を臨界電圧以下となるように設定すれば、トンネル磁気抵抗効果素子が晒される環境が一般に実使用時において高温化し、すなわち高温環境中においてトンネル磁気抵抗効果素子が連続通電された場合においても、そのトンネル磁気抵抗効果素子のうちの寿命に寄与する主要部（トンネル絶縁層）においてピンホールが過度に増加しにくくなるため、トンネル磁気抵抗効果素子の作動電圧を適正に設定することにより寿命を確保することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
このＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷは、後述する臨界電圧ＥＬに基づいて設定されており、具体的には臨界電圧ＥＬ以下となるように設定されている（ＥＷ≦ＥＬ）。この「作動電圧ＥＷ」とは、ＴＭＲ素子１０を作動させるために設定される電圧であり、すわちＴＭＲ素子１０の作動時に、そのＴＭＲ素子１０に印加される電圧である。また、「臨界電圧ＥＬ」とは、ＴＭＲ素子１０の作動特性に寄与するものであり、具体的にはＴＭＲ素子１０の寿命を確保し得るように作動電圧ＥＷを適正に設定するための指標（上限電圧）となるものである。なお、ここで言う「ＴＭＲ素子１０の寿命」とは、高温環境中においてＴＭＲ素子１０を連続通電させることによりハードディスクドライブを連続稼働させた場合に、トンネル絶縁層１２４においてピンホールが過度に増加することに起因して作動特性が過度に劣化しないようなＴＭＲ素子１０の使用可能期間である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
参考までに、ブレイクダウンしたのちの抵抗Ｒの挙動が各抵抗変化データＤ間においてばらついた場合に、抵抗Ｒが最も小さい値を示した１つの抵抗変化データＤに基づいて抵抗変化領域Ｖを特定するのが好ましい理由は、例えば、以下の通りである。すなわち、抵抗変化領域Ｖは、上記したように、臨界電圧ＥＬを算出するために使用されるものであり、その抵抗変化領域Ｖを構成している抵抗Ｒの値が大きいほど臨界電圧ＥＬが高めに算出される。このことから、上記したように、臨界電圧ＥＬがＴＭＲ素子１０の寿命を確保し得るように作動電圧ＥＷを適正に設定するための上限電圧であることを考慮すれば、そのＴＭＲ素子１０の寿命を確保し得るように作動電圧ＥＷを適正に設定するためには、臨界電圧ＥＬが高めに算出される場合よりも低めに算出される場合の方が好ましい。したがって、ブレイクダウンしたのちの抵抗Ｒの挙動が各抵抗変化データＤ間においてばらついた場合には、抵抗Ｒが最も小さい値を示した１つの抵抗変化データＤに基づいて抵抗変化領域Ｖを特定するのが好ましいのである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
本実施の形態に係るＴＭＲ素子１０の設計方法では、ＴＭＲ素子１０にバイアス電流を流しながら抵抗変化を追跡することにより抵抗変化データＤを取得し、その抵抗変化データＤを参照して抵抗変化領域Ｖを特定したのち、その抵抗変化領域Ｖの抵抗変化に基づいて臨界電圧ＥＬを算出するようにしたので、ＴＭＲ素子１０の作動特性に寄与する臨界電圧ＥＬが導き出される。この場合には、例えば、ＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷを臨界電圧ＥＬ以下となるように設定すれば（ＥＷ≦ＥＬ）、ＴＭＲ素子１０が晒される環境が一般に実使用時において高温化し、すなわち高温環境中においてＴＭＲ素子１０が連続通電された場合においても、そのＴＭＲ素子１０のうちの寿命に寄与する主要部（トンネル絶縁層１２４）においてピンホールが過度に増えにくくなる。したがって、ＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷを適正に設定することにより寿命を確保することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
また、本実施の形態では、ＴＭＲ素子１０の抵抗変化データＤを取得する際に、互いに異なる複数の温度環境中においてＴＭＲ素子１０の抵抗変化を追跡することにより複数の抵抗変化データＤを取得し、それらの複数の抵抗変化データＤに基づいて各環境温度ごとに複数の臨界電圧ＥＬを算出しておき、ＴＭＲ素子１０の実使用温度を測定することにより、その実使用温度に対応した臨界電圧ＥＬを選択しながら作動電圧ＥＷを設定するようにすれば、抵抗Ｒの変化挙動に寄与する温度要因を加味して臨界電圧ＥＬが算出される。この場合には、ＴＭＲ素子１０の実使用温度に相当する環境温度中において抵抗変化を追跡しない場合と比較して、温度要因を加味した分だけ臨界電圧ＥＬの算出精度が向上する上、特に、ＴＭＲ素子１０の周辺環境における熱発生状況の変化に起因して実使用温度が変動したとしても、その変動後の実使用温度に対応した臨界電圧ＥＬに基づいてＴＭＲ素子１０の作動電圧ＥＷを適正かつ迅速に設定し直すことが可能となる。したがって、ＴＭＲ素子１０の臨界電圧ＥＬを高精度に算出することができると共に、必要に応じて作動電圧ＥＷを適正かつ迅速に再設定することができる。