(57)【要約】【課題】ＭＲ変化率を向上できる磁性素子、圧力センサ、磁性メモリ、および磁気ヘッドアセンブリを提供する。【解決手段】実施形態に係る磁性素子は、第１層と、第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、第２層と、第３磁性層と、を含む。前記第１層は、ルテニウムを含む。前記第２磁性層は、前記第１層と前記第１磁性層との間に設けられている。前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられている。前記第２層は、前記第１層と前記第２磁性層との間に設けられている。前記第２層は、前記第１層と接している。前記第２層は、タンタルを含む。前記第１層から前記第１磁性層に向かう第１方向における前記第２層の格子面間隔は、０．２３ｎｍ以上０．２５ｎｍ以下である。前記第３磁性層は、前記第２層と前記第２磁性層との間に設けられている。前記第３磁性層は、マンガンを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ルテニウムを含む第１層と、
第１磁性層と、
前記第１層と前記第１磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第１層と前記第２磁性層との間に設けられ、前記第１層と接し、タンタルを含む第２層であって、前記第１層から前記第１磁性層に向かう第１方向における前記第２層の格子面間隔が０．２３ｎｍ以上０．２５ｎｍ以下である、前記第２層と、
前記第２層と前記第２磁性層との間に設けられ、マンガンを含む第３磁性層と、
を備えた磁性素子。
【請求項２】
ルテニウムを含む第１層と、
第１磁性層と、
前記第１層と前記第１磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第１層と前記第２磁性層との間に設けられ、前記第１層と接し、タンタルを含む第２層であって、前記第２層の少なくとも一部は、（１１０）配向した体心立方構造を有した、前記第２層と、
前記第２層と前記第２磁性層との間に設けられ、マンガンを含む第３磁性層と、
を備えた磁性素子。
【請求項３】
ルテニウムを含む第１層と、
第１磁性層と、
前記第１層と前記第１磁性層との間に設けられた第２磁性層と、
前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられた第１非磁性層と、
前記第１層と前記第２磁性層との間に設けられ、前記第１層と接し、タンタルを含む第２層であって、前記第１層から前記第１磁性層に向かう第１方向に沿う前記第２層の厚さは１原子層以上５ｎｍ未満である、前記第２層と、
前記第２層と前記第２磁性層との間に設けられ、マンガンを含む第３磁性層と、
を備えた磁性素子。
【請求項４】
電子エネルギー損失分光における前記第３磁性層に含まれるマンガンに対応するスペクトルは、第１ピーク強度を有し、
前記電子エネルギー損失分光における前記第１非磁性層に含まれるマンガンに対応するスペクトルは、第２強度を有し、
前記第１ピーク強度に対する前記第２強度の比は、０．０４以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁性素子。
【請求項５】
電子エネルギー損失分光における前記第３磁性層に含まれるマンガンに対応するスペクトルは、第１ピーク強度を有し、
前記電子エネルギー損失分光における前記第２磁性層に含まれるマンガンに対応するスペクトルは、第３強度を有し、
前記第１ピーク強度に対する前記第３強度の比は、０．１以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁性素子。
【請求項６】
前記第２磁性層と前記第３磁性層との間に設けられた第４磁性層と、
前記第２磁性層と前記第４磁性層との間に設けられた第２非磁性層と、
をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載の磁性素子。
【請求項７】
電子エネルギー損失分光における前記第３磁性層に含まれるマンガンに対応するスペクトルは、第１ピーク強度を有し、
前記電子エネルギー損失分光における前記第２非磁性層に含まれるマンガンに対応するスペクトルは、第４強度を有し、
前記第１ピーク強度に対する前記第４強度の比は、０．１以下である請求項６記載の磁性素子。
【請求項８】
前記第２層におけるタンタルの組成比は、９０％以上である請求項１〜７のいずれか１つに記載の磁性素子。
【請求項９】
前記第１層から前記第１磁性層に向かう方向に沿う前記第１層の厚さは、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満である請求項１〜８のいずれか１つに記載の磁性素子。
【請求項１０】
前記第３磁性層におけるマンガンの組成比は、７０％以上である請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁性素子。
【請求項１１】
前記第３磁性層と前記第２層との間に設けられた第３層をさらに備え、
前記第３層は、ルテニウム、クロム、およびタンタルからなる群より選択された少なくとも１つの金属を含む請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁性素子。
【請求項１２】
タンタルを含む第４層をさらに備え、
前記第４層の少なくとも一部は、アモルファスであり、
前記第１層は、前記第２層と前記第４層との間に設けられた請求項１〜１１のいずれか１つに記載の磁性素子。
【請求項１３】
前記第１磁性層の歪に応じて、前記磁性素子の電気抵抗が変化する請求項１〜１２のいずれか１つに記載の磁性素子。
【請求項１４】
支持部と、
前記支持部に支持され変形可能な膜部と、
前記膜部に設けられた請求項１〜１３のいずれか１つに記載の前記磁性素子と、
を備え、
前記磁性素子の電気抵抗は、前記膜部の変形に応じて変化する圧力センサ。
【請求項１５】
サスペンションと、
前記サスペンションの一端に設けられた請求項１〜１２のいずれか１つに記載の前記磁性素子と、
前記サスペンションの他端に接続されたアクチュエータアームと、
を備えた磁気ヘッド。
【請求項１６】
請求項１〜１２のいずれか１つに記載の前記磁性素子を備えた磁性メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、磁性素子、圧力センサ、磁気ヘッド、および磁性メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性素子の磁気抵抗変化率（ＭＲ変化率）は、高いことが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０５６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、ＭＲ変化率を向上できる磁性素子、圧力センサ、磁気ヘッド、および磁性メモリを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る磁性素子は、第１層と、第１磁性層と、第２磁性層と、第１非磁性層と、第２層と、第３磁性層と、を含む。前記第１層は、ルテニウムを含む。前記第２磁性層は、前記第１層と前記第１磁性層との間に設けられている。前記第１非磁性層は、前記第１磁性層と前記第２磁性層との間に設けられている。前記第２層は、前記第１層と前記第２磁性層との間に設けられている。前記第２層は、前記第１層と接している。前記第２層は、タンタルを含む。前記第１層から前記第１磁性層に向かう第１方向における前記第２層の格子面間隔は、０．２３ｎｍ以上０．２５ｎｍ以下である。前記第３磁性層は、前記第２層と前記第２磁性層との間に設けられている。前記第３磁性層は、マンガンを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る磁性素子を例示する斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る別の磁性素子を例示する斜視図である。
【図３】３２０℃で熱処理された試料の測定結果である。
【図４】（ａ）および（ｂ）３２０℃で熱処理された試料の測定結果である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）３８０℃で熱処理された試料の測定結果である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）４２０℃で熱処理された試料の測定結果である。
【図７】試料のＨｐｉｎの測定結果である。
【図８】（ａ）および（ｂ）試料の抵抗と外部磁場の関係の測定結果である。
【図９】４２０℃で熱処理された試料の観察結果である。
【図１０】図８の一部を拡大したものである。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）試料のＸ線回折の測定結果のスペクトルである。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）試料のＸ線回折の測定結果のスペクトルである。
【図１３】（ａ）および（ｂ）第３磁性層２０のピーク構造を抽出したスペクトルである。
【図１４】（ａ）および（ｂ）第３磁性層２０のピーク構造を抽出したスペクトルである。
【図１５】（ａ）および（ｂ）試料の観察結果である。
【図１６】図１５の写真像から得られた解析結果である。
【図１７】（ａ）試料の構成の一部を表す模式図である。（ｂ）および（ｃ）試料のＥＥＬＳ測定の結果である。
【図１８】第１実施形態に係る別の磁性素子を例示する斜視図である。
【図１９】第１実施形態に係る別の磁性素子を例示する斜視図である。
【図２０】（ａ）第２実施形態に係る圧力センサを例示する斜視図である。（ｂ）（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。
【図２１】第２実施形態に係る別の圧力センサを例示する斜視図である。
【図２２】第３実施形態に係る磁気ヘッドの一部を例示する模式的斜視図である。
【図２３】第３実施形態に係る磁気ヘッドを含む磁気記録再生装置の一部を例示する模式的斜視図である。
【図２４】磁気記録再生装置の構成を例示する模式的斜視図である。
【図２５】（ａ）および（ｂ）磁気記録再生装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。
【図２６】第４実施形態に係る磁性メモリの構成を例示する模式図である。
【図２７】第４実施形態に係る別の磁性メモリの構成を例示する模式図である。
【図２８】第４実施形態に係る磁性メモリの構成を例示する模式的断面図である。
【図２９】図２８のＡ−Ａ’線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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。
また、本願明細書と各図において、既に説明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。
「材料Ａ／材料Ｂ」の記載は、材料Ａの層の上に、材料Ｂの層が設けられている状態を示す。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る磁性素子を例示する斜視図である。
図２は、第１実施形態に係る別の磁性素子を例示する斜視図である。
【０００９】
図１に表されるように、磁性素子１００は、第１電極５１と、第４層１０と、第１層１２と、第２層１４と、第３磁性層２０と、第４磁性層２２と、第２非磁性層２４と、第２磁性層２６と、第１非磁性層３０と、第１磁性層４０と、キャップ層５０と、第２電極５２と、を含む。
【００１０】
第１層１２は、第４層１０と第２電極５２との間に設けられている。第２層１４は、第１層１２と第２電極５２との間に設けられている。第２層１４は、第１層１２と接している。第３磁性層２０は、第２層１４と第２電極５２との間に設けられている。第４磁性層２２は、第３磁性層２０と第２電極５２との間に設けられている。第２非磁性層２４は、第４磁性層２２と第２電極５２との間に設けられている。
【００１１】
第２磁性層２６は、第２非磁性層２４と第２電極５２との間に設けられている。第１非磁性層３０は、第２磁性層２６と第２電極５２との間に設けられている。第１磁性層４０は、第１非磁性層３０と第２電極５２との間に設けられている。キャップ層５０は、第１磁性層４０と第２電極５２との間に設けられている。
【００１２】
図２に表される磁性素子１００ａのように、第２層１４と第３磁性層２０との間に第３層１６が設けられていても良い。
【００１３】
第４層１０は、例えば、バッファ層として機能する。第４層１０が薄すぎると、バッファ層としての機能が弱くなる。第４層１０が厚すぎると、磁性素子１００が過度に厚くなる。このため、第４層１０の厚さは、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、第４層１０の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第４層１０は、例えば、１ｎｍの厚さのタンタル（Ｔａ）層である。
【００１４】
第１層１２は、例えば、六方最密充填（hexagonal close-packed：ｈｃｐ）構造のルテニウム（Ｒｕ）層である。あるいは、面心立方格子（face-centered cubic structure：ｆｃｃ）構造のニッケル鉄（ＮｉＦｅ）層、ｆｃｃ構造の銅（Ｃｕ）層、または、体心立方格子（body-centered cubic structure：ｂｃｃ）構造のクロム（Ｃｒ）を用いることができる。
【００１５】
第４層１０と第１層１２との間に不図示のバッファ層が設けられていても良い。このバッファ層は、第４層１０の表面の荒れを緩和し、このバッファ層の上に設けられる層の結晶性を向上させる。バッファ層は、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、およびクロム（Ｃｒ）からなる群より選択された少なくともいずれかを含む。バッファ層の材料は、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金であっても良い。
【００１６】
第２層１４は、例えば、Ｔａ層である。このＴａ層の厚さは、例えば、１原子層以上５ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、Ｔａ層の厚さは、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下である。薄い第２層１４を用いることで、実施形態に係る磁性素子の厚さを薄くすることができる。
【００１７】
第２層１４は、ＴａｘＭ１００−ｘを含んでいても良い。Ｍは、非磁性元素または金属元素を表す。Ｘは、９０原子％以上１００原子％以下であることが好ましい。すなわち、第２層１４におけるＴａの組成比は、９０％以上であることが好ましい。非磁性元素または金属元素を添加することで、第２層１４の格子定数や面間隔などを制御することができる。このような非磁性元素または金属元素として、モリブデン(Ｍｏ)を用いることができる。第２層１４がＴａｘＭ１００−ｘを含む場合の第２層１４の厚さは、１原子層以上５ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、第２層１４の厚さは、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下である。
【００１８】
第２層１４の少なくとも一部は、（１１０）配向したｂｃｃ構造を有する。第２層１４を設けることで、第２層１４の上に設けられる層の結晶性を高めることが可能になる。
【００１９】
第２層１４の第１方向における格子面間隔（以下、単に面間隔という）は０．２２ｎｍ以上０．２６ｎｍ以下が好ましい。より好ましくは、第２層１４の第１方向における面間隔は、０，２３ｎｍ以上０．２５ｎｍ以下である。第１方向は、第１層１２から第１磁性層４０に向かう方向である。第１方向は、例えば、図１に表されるＺ方向である。以下では、第１方向をＺ方向として説明する。
【００２０】
第２層１４は、例えば、Ｚ方向における面間隔が０．２３４ｎｍの、（１１０）配向したα−Ｔａを含む。第２層１４が設けられることで、第２層１４が設けられていない場合と比較して、第３磁性層２０の結晶性を高めることができる。
【００２１】
第２層１４と第３磁性層２０との間に第３層１６が設けられている場合、第３層１６は、例えば、シード層として機能する。シード層としての機能を有する第３層１６を設けることで、例えば、第３層１６より上に設けられる結晶層の配向性を高めることが可能になる。第３層１６は、例えば、２ｎｍの厚さのＲｕ層である。
【００２２】
または、第３層１６を設けることで、例えば、第３層１６の上に設けられる層の結晶配向を制御することができる。または、第３層１６を設けることで、第３層１６の上に設けられる層の結晶粒径を制御することが可能である。第３層１６として、例えば、ｆｃｃ構造、ｈｃｐ構造、またはｂｃｃ構造の金属等が用いられる。
【００２３】
第３層１６として、ｈｃｐ構造のルテニウム（Ｒｕ）層、ｆｃｃ構造のＮｉＦｅ層、ｆｃｃ構造のＣｕ層、または、ｂｃｃ構造のクロム（Ｃｒ）層が好適に用いられる。これらのいずれかの層を用いることで、例えば、第３層１６の上に設けられる層の結晶配向をｆｃｃ（１１１）配向にすることができる。第３層１６として、例えば、２ｎｍの厚さのＣｕ層、または、２ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。第３層１６の上に設けられる層の結晶配向性を高めるためには、第３層１６の厚さは、１ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第３層１６の厚さは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下がより好ましい。これにより、結晶配向を向上させるシード層としての機能が十分に発揮されうる。
【００２４】
第３磁性層２０は、例えば、７ｎｍの厚さのイリジウムマンガン（ＩｒＭｎ）層である。第４磁性層２２は、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層である。第２非磁性層２４は、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層である。
【００２５】
第２磁性層２６は、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層である。第１非磁性層３０は、例えば、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層である。第１磁性層４０は、例えば、４ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層である。
【００２６】
キャップ層５０は、例えば、Ｒｕ層と、このＲｕ層と第１磁性層４０との間に設けられたＴａ層と、を含む。このＴａ層の厚さは、例えば、１ｎｍである。このＲｕ層の厚さは、例えば、５ｎｍである。
【００２７】
第１電極５１および第２電極５２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム銅合金（Ａｌ−Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、タンタル（Ｔａ）、および金（Ａｕ）の少なくともいずれかを含む。これらの材料は、第１電極５１および第２電極５２の電気抵抗を低減するために好ましい。第１電極５１および第２電極５２には、非磁性材料が用いられる。
【００２８】
第１実施形態に係る磁性素子１００および１００ａは、第１層１２および第２層１４を含む。第１層１２はＲｕを含み、第２層１４はＴａを含む。第２層１４は、以下の３つの条件の少なくともいずれかを満たす。１つ目は、第２層１４のＺ方向における格子面間隔は、０．２３ｎｍ以上０．２５ｎｍ以下である。２つ目は、第２層１４の少なくとも一部は、（１１０）配向した体心立方構造を有する。３つ目は、第２層１４のＺ方向における厚さは、１原子層以上５ｎｍ未満である。これらの条件の少なくともいずれかを満たすことで、後述するように、磁性素子のＭＲ変化率を高めることができる。
【００２９】
第３磁性層２０は、例えば、第３磁性層２０の上に形成される第４磁性層２２に、磁場中の熱処理により、一方向異方性（unidirectional anisotropy）を付与し、第４磁性層２２の磁化方向を変化し難くする。第３磁性層２０は、ピニング層として機能する。第３磁性層２０は、例えば、マンガンなどの反強磁性体材料を含む反強磁性層である。第３磁性層２０におけるマンガンの組成比は、７０％以上であることが好ましい。第３磁性層２０は、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔ、およびＮｉ−Ｏからなる群より選択された少なくともいずれかを含む。
【００３０】
第３磁性層２０は、Ｉｒ−Ｍｎ、Ｐｔ−Ｍｎ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｍｎ、Ｒｈ−Ｍｎ、Ｒｕ−Ｒｈ−Ｍｎ、Ｆｅ−Ｍｎ、Ｎｉ−Ｍｎ、Ｃｒ−Ｍｎ−Ｐｔ、およびＮｉ−Ｏからなる群より選択された少なくともいずれかに、さらに添加元素を加えた合金を含んでいても良い。第３磁性層２０の厚さは適切に設定される。これにより、例えば、十分な強さの一方向異方性が、第４磁性層２２に付与される。
【００３１】
本実施形態に係る磁性素子の製造工程において、例えば、磁界印加中で熱処理が行われる。これにより、第３磁性層２０に隣接する磁性層の磁化の向きが変化し難くなる（着磁）。第３磁性層２０に隣接する磁性層の磁化の向きは、熱処理時に印加されている磁界の向きに揃う。熱処理温度（アニール温度）は、例えば、第３磁性層２０に用いられる反強磁性材料の磁化固着温度以上である。
【００３２】
熱処理時の温度を上昇させると、例えば第１非磁性層３０に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を使用した場合、その結晶性を向上させＭＲ変化率を増加させることができる。一方でＭｎを含む反強磁性層を用いる場合、熱処理時の温度を上昇させると、第３磁性層２０以外の層へのＭｎの拡散が増加してＭＲ変化率が低減する場合がある。そのため、熱処理温度は、過剰なＭｎの拡散が起こる温度より小さいことが望ましい。言い換えれば、Ｍｎの拡散が起こりにくい磁性素子は、高温での熱処理を行うことで、高いＭＲ変化率を得ることができる。熱処理温度は、例えば２００℃以上６００℃以下である。熱処理温度は、例えば、好ましくは、２５０℃以上５００℃以下である。
【００３３】
第３磁性層２０が、ＰｔＭｎ層またはＰｄＰｔＭｎ層である場合、第３磁性層２０の厚さは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましい。より好ましくは、第３磁性層２０の厚さは、１０ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。第３磁性層２０がＩｒＭｎ層である場合、第３磁性層２０がＰｔＭｎ層である場合よりも、第３磁性層２０に一方向異方性を付与するために必要な厚さを薄くできる。第３磁性層２０がＩｒＭｎ層である場合、第３磁性層２０の厚さは、４ｎｍ以上１８ｎｍ以下が好ましい。より好ましくは、第３磁性層２０の厚さは、５ｎｍ以上１５ｎｍ以下である。第３磁性層２０は、例えば、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層である。
【００３４】
第３磁性層２０は、ハード磁性層であっても良い。ハード磁性層の材料として、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、または、Ｆｅ−Ｐｄなどが用いられる。これらの材料は、例えば、磁気異方性および保磁力が比較的高い。これらの材料は、ハード磁性材料である。第３磁性層２０は、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、または、Ｆｅ−Ｐｄに添加元素を加えた合金層であっても良い。
【００３５】
第３磁性層２０は、Ｃｏの比率が５０原子％以上８５原子％以下のＣｏＰｔ層であっても良い。または、第３磁性層２０は、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ層であっても良い。ｘは、５０原子％以上８５原子％以下であり、ｙは、０原子％以上４０原子％以下である。または、第３磁性層２０は、Ｐｔの比率が４０原子％以上６０原子％以下のＦｅＰｔ層であっても良い。
【００３６】
第４磁性層２２は、強磁性体材料を含む。第４磁性層２２は、例えば、Ｃｏ、ＦｅおよびＮｉからなる群より選択された少なくともいずれかを含む。第４磁性層２２は、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金層（０原子％≦ｘ≦１００原子％）である。または、第４磁性層２２は、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金層（０原子％≦ｘ１００原子％）であっても良い。これらの材料には、非磁性元素が添加されても良い。
【００３７】
第４磁性層２２の材料として、Ｃｏ、ＦｅおよびＮｉからなる群より選択された少なくともいずれかを含む合金が用いられても良い。第４磁性層２２は、例えば、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金層である。ｘは、０原子％以上１００原子％以下であり、ｙは、０原子％以上３０原子％以下である。第４磁性層２２として（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金層を用いることで、素子サイズが小さい場合でも、実施形態に係る磁性素子の特性のばらつきを抑制することができる。
【００３８】
第４磁性層２２の厚さは、例えば、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。このような厚さの場合、例えば、第３磁性層２０による一方向異方性磁界の強度をより強くすることができる。一方向異方性磁界の強度を強くすることで、例えば、第４磁性層２２と第２磁性層２６との間の第２非磁性層２４を介した反強磁性結合の強度を、より強くすることができる。例えば、第４磁性層２２の磁気膜厚（飽和磁化と厚さとの積）は、第２磁性層２６の磁気膜厚と、実質的に等しいことが好ましい。
【００３９】
薄膜でのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０の飽和磁化は、約１．９Ｔ（テスラ）である。例えば、第２磁性層２６として、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層を用いると、第２磁性層２６の磁気膜厚は、１．９Ｔ×３ｎｍであり、５．７Ｔｎｍとなる。一方、Ｃｏ７５Ｆｅ２５の飽和磁化は、約２．１Ｔである。上述と等しい磁気膜厚が得られる第４磁性層２２の厚さは、５．７Ｔｎｍ／２．１Ｔであり、２．７ｎｍとなる。この場合、第４磁性層２２には、約２．７ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層を用いることが好ましい。第４磁性層２２として、例えば、２．５ｎｍの厚さのＣｏ７５Ｆｅ２５層が用いられる。
【００４０】
本実施形態に係る磁性素子は、例えば、シンセティックピン構造を有する。シンセティックピン構造は、第４磁性層２２、第２非磁性層２４、および第２磁性層２６を含む。シンセティックピン構造に代えて、１つの磁性層を含むシングルピン構造を用いても良い。シングルピン構造を用いる場合には、磁性層として、例えば、３ｎｍの厚さのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層が用いられる。シングルピン構造に用いられる磁性層は、例えば、上述の第４磁性層２２の材料と同じ材料を含む。
【００４１】
第２非磁性層２４は、第４磁性層２２と第２磁性層２６との間に反強磁性結合を生じさせる。第２非磁性層２４の材料として、例えば、Ｒｕが用いられる。第２非磁性層２４の厚さは、０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましい。第４磁性層２２と第２磁性層２６との間に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、第２非磁性層２４にＲｕ以外の材料を用いても良い。
【００４２】
第２非磁性層２４の厚さは、例えば、ＲＫＫＹ（Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida）結合のセカンドピーク（２ｎｄピーク）に対応する０．８ｎｍ以上１ｎｍ以下の厚さに設定される。さらに、第２非磁性層２４の厚さは、ＲＫＫＹ結合のファーストピーク（１ｓｔピーク）に対応する０．３ｎｍ以上０．６ｎｍ以下の厚さに設定しても良い。第２非磁性層２４として、例えば、０．９ｎｍの厚さのＲｕ層が用いられる。これにより、高い信頼性の結合がより安定して得られる。
【００４３】
第２磁性層２６は、強磁性体材料を含む。第２磁性層２６に含まれる強磁性体材料は、ＭＲ効果に、より直接的に寄与する。第２磁性層２６は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を含む。具体的には、第２磁性層２６として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金層を用いることができる。ｘは０原子％以上１００原子％以下であり、ｙは０原子％以上３０原子％以下である。第２磁性層２６として（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金層を用いることで、例えば、磁性素子のサイズが小さい場合においても、結晶粒に起因した素子間の特性のばらつきを抑制することができる。
【００４４】
第２磁性層２６は、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＢの少なくともいずれかを含む合金の積層構造を有していても良い。各積層構造の組成比は、互いに異なっていることが好ましい。第２磁性層２６は、例えば、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ/（ＣｏｚＦｅ１００−ｚ）１００−ｗＢｗの積層構造を含む。ｘは０原子％以上１００原子％以下であり、ｙは０原子％以上３０原子％以下である。ｚは０原子％以上１００原子％以下であり、ｗは０原子％以上３０原子％以下である。このような積層構造を用いることで、第２磁性層２６の磁気特性を大きく変化させることなく、第２磁性層２６の上下に隣接する層に対する面内方向の格子定数の整合性を高めることが可能になる。
【００４５】
面内方向の格子定数の整合性を高めることで、第２磁性層２６の上に形成される第１非磁性層３０をより平坦化することができる。第１非磁性層３０の平坦化により、第１非磁性層３０の欠陥密度を減らすことができる。これにより、より低い面積抵抗で、より大きいＭＲ変化率が得られる。例えば、第１非磁性層３０の材料としてＭｇＯを用いる場合には、第２磁性層２６として、（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙのアモルファス合金を用いることで、ＭｇＯ層の（１００）配向性を強めることができる。ＭｇＯ層の（１００）配向性をより高くすることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金は、アニール時にＭｇＯ層の（１００）面をテンプレートとして結晶化する。このため、ＭｇＯと（ＣｏｘＦｅ１００−ｘ）１００−ｙＢｙ合金との良好な結晶整合が得られる。良好な結晶整合を得ることで、より大きいＭＲ変化率が得られる。第２磁性層２６として、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金以外に、例えば、Ｆｅ−Ｃｏ合金を用いても良い。
【００４６】
第２磁性層２６がより厚いと、より大きなＭＲ変化率が得られる。第２磁性層２６が薄いと、例えば、より大きな固定磁界が得られる。ＭＲ変化率と固定磁界との間には、第２磁性層２６の厚さに応じたトレードオフの関係が存在する。第２磁性層２６としてＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金を用いる場合には、第２磁性層２６の厚さは、１．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましい。第２磁性層２６の厚さは、２．０ｎｍ以上４．０ｎｍ以下がより好ましい。
【００４７】
第２磁性層２６は、上述の材料に代えて、ｆｃｃ構造のＣｏ９０Ｆｅ１０合金、または、ｈｃｐ構造のＣｏ、または、ｈｃｐ構造のＣｏ合金を含んでいても良い。第２磁性層２６は、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、およびＮｉからなる群より選択された少なくとも１つを含む。または、第２磁性層２６の材料には、これらの材料から選択された少なくとも１つの材料を含む合金が用いられても良い。第２磁性層２６の材料に、ｂｃｃ構造のＦｅＣｏ合金材料、５０％以上のコバルト組成のＣｏ合金、または、５０％以上のＮｉ組成の材料（Ｎｉ合金）を用いることで、例えば、より大きなＭＲ変化率が得られる。
【００４８】
第２磁性層２６として、例えば、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＧａ０．５Ｇｅ０．５、またはＣｏ２ＦｅＧａ０．５Ｇｅ０．５などのホイスラー磁性合金層を用いることもできる。
【００４９】
第１非磁性層３０は、例えば、第２磁性層２６と第１磁性層４０との間の磁気的な結合を分断する。第１非磁性層３０の材料には、例えば、金属、絶縁体または半導体が用いられる。第１非磁性層３０に用いられる金属としては、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、またはＡｇ等が用いられる。第１非磁性層３０が金属を含む場合、中間層の厚さは、例えば、１ｎｍ以上７ｎｍ以下である。第１非磁性層３０に用いられる絶縁材料または半導材料としては、例えば、マグネシウム酸化物（ＭｇＯ等）、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３等）、チタン酸化物（ＴｉＯ等）、亜鉛酸化物（ＺｎＯ等）、または、ガリウム酸化物（Ｇａ−Ｏ）などが用いられる。例えば、第１非磁性層３０として、１．６ｎｍの厚さのＭｇＯ層が用いられる。
【００５０】
第１非磁性層３０が絶縁材料または半導体材料を含む場合、第１非磁性層３０の厚さは、例えば、０．６ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第１非磁性層３０として、例えば、ＣＣＰ（Current-Confined-Path）スペーサ層を用いても良い。第１非磁性層３０としてＣＣＰスペーサ層を用いる場合には、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の絶縁層中に銅（Ｃｕ）のメタルパスが形成された構造が用いられる。
【００５１】
第１磁性層４０には、強磁性体材料が用いられる。第１磁性層４０には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉを含む強磁性体材料が用いられる。第１磁性層４０の材料として、例えばＦｅＣｏ合金、ＮｉＦｅ合金等が用いられる。または、第１磁性層４０の材料として、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金、λｓ（磁歪定数）がより大きいＦｅ−Ｇａ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ合金、Ｔｂ−Ｍ−Ｆｅ合金、Ｔｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金、Ｆｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金、Ｎｉ、Ｆｅ−Ａｌ、または、フェライト等が用いられても良い。
【００５２】
これらの材料は、例えば、λｓ（磁歪定数）が大きい。上述のＴｂ−Ｍ−Ｆｅ合金において、Ｍは、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、およびＥｒからなる群より選択された少なくとも１つである。上述のＴｂ−Ｍ１−Ｆｅ−Ｍ２合金において、Ｍ１は、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、およびＥｒからなる群より選択された少なくとも１つである。Ｍ２は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、およびＴａからなる群より選択された少なくとも１つである。
【００５３】
上述のＦｅ−Ｍ３−Ｍ４−Ｂ合金において、Ｍ３は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗ、およびＴａからなる群より選択された少なくとも１つである。Ｍ４は、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｄｙ、およびＥｒからなる群より選択された少なくとも１つである。上述のフェライトとしては、Ｆｅ３Ｏ４、（ＦｅＣｏ）３Ｏ４などが挙げられる。第１磁性層４０の厚さは、例えば２ｎｍ以上である。
【００５４】
第１磁性層４０には、ホウ素を含む磁性材料が用いられても良い。第１磁性層４０には、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群より選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素（Ｂ）とを含む合金が用いられても良い。第１磁性層４０には、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｂ合金が用いられる。第１磁性層４０には、例えば、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０合金が用いられる。
【００５５】
第１磁性層４０に、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉからなる群より選択される少なくとも一つの元素と、ホウ素（Ｂ）とを含む合金を用いる場合、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｉ、または、Ｗなどを添加しても良い。これらの元素を添加することで、例えば、高磁歪が促進される。第１磁性層４０として、例えば、Ｆｅ−Ｇａ−Ｂ合金、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｇａ−Ｂ合金、または、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ合金を用いても良い。このようなホウ素を含む磁性材料を用いることで第１磁性層４０の保磁力（Ｈｃ）が低くなり、外部磁界や歪に対する磁化方向の変化が容易となる。これにより、本実施形態に係る磁性素子を磁気センサや歪センサに用いた場合高い感度が得られる。
【００５６】
第１磁性層４０におけるホウ素濃度（例えば、ホウ素の組成比）は、５原子％（原子パーセント）以上が好ましい。これにより、アモルファス構造が得られ易くなる。第１磁性層４０におけるホウ素濃度は、３５原子％以下が好ましい。ホウ素濃度が高すぎると、例えば、磁歪定数が減少する。第１磁性層４０におけるホウ素濃度は、例えば、５原子％以上３５原子％以下が好ましく、１０原子％以上３０原子％以下がさらに好ましい。
【００５７】
第１磁性層４０の磁性層の一部に、例えば、Ｆｅ１００−ｙＢｙ（０原子％＜ｙ≦３０原子％）、または（ＦｅｚＸ１００−ｚ）１００−ｙＢｙ（Ｘは、ＣｏまたはＮｉ、８０原子％≦ｚ＜１００原子％、０原子％＜ｙ≦３０原子％）が用いられる。この場合、大きい磁歪定数λと低い保磁力を両立することが容易となる。このため、本実施形態に係る磁性素子を歪センサに用いたとき高い感度を得る観点で、特に好ましい。例えば、第１磁性層４０として、Ｆｅ８０Ｂ２０（４ｎｍ）が用いられる。あるいは、第１磁性層４０として、Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ）／Ｆｅ８０Ｂ２０（４ｎｍ）が用いられる。
【００５８】
第１磁性層４０は多層構造を有しても良い。第１非磁性層３０としてＭｇＯを含むトンネル絶縁層を用いる場合、第１磁性層４０のうちの第１非磁性層３０に接する部分には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層を設けることが好ましい。これにより、高い磁気抵抗効果が得られる。この場合、第１非磁性層３０の上には、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層が設けられ、そのＣｏ−Ｆｅ−Ｂ合金の層の上には、磁歪定数の大きい他の磁性材料が設けられる。第１磁性層４０が多層構造を有する場合、第１磁性層４０には、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ（２ｎｍ）／Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ（４ｎｍ）などが用いられる。
【００５９】
第１磁性層４０は、結晶構造を有するＣｏｘＦｅ１００−ｘ（７０原子％≦ｘ≦８０原子％）を含む合金を有しても良い。また、第１磁性層４０は、結晶構造を有するＣｏｘＦｅ１００−ｘ（７０原子％≦ｘ≦８０原子％）を含む合金層を有した多層構造としても良い。また、第１磁性層４０は、結晶構造を有するＮｉｙＦｅ１００−ｙ（５０原子％≦ｘ≦７５原子％）を含む合金を有しても良い。また、第１磁性層４０は、結晶構造を有するＮｉｙＦｅ１００−ｙ（５０原子％≦ｙ≦７５原子％）を含む合金層を有した多層構造としても良い。
【００６０】
キャップ層５０は、キャップ層５０の下に設けられる層を保護する。キャップ層５０は、例えば、複数の金属層から構成される。キャップ層５０には、例えば、Ｔａ層とＲｕ層との２層構造（Ｔａ／Ｒｕ）が用いられる。このＴａ層の厚さは、例えば１ｎｍであり、このＲｕ層の厚さは、例えば５ｎｍである。キャップ層５０として、Ｔａ層やＲｕ層の代わりに他の金属層を設けても良い。キャップ層５０の構成は、任意である。例えば、キャップ層５０として、非磁性材料が用いられる。キャップ層５０の下に設けられる層を保護可能なものであれば、キャップ層５０として、他の材料を用いても良い。
【００６１】
第１磁性層４０にホウ素を含む磁性材料を用いる場合、酸化物材料や窒化物材料を含む拡散抑制層（図示しない）を第１磁性層４０とキャップ層５０との間に設けても良い。これにより、例えば、第１磁性層４０に含まれるホウ素の拡散が抑制される。ホウ素の拡散が抑制されることで、第１磁性層４０のアモルファス構造を保ち易くなる。拡散抑制層に用いられる酸化物材料および窒化物材料として、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｓｎ、Ｃｄ、またはＧａなどの元素を含む酸化物材料または窒化物材料が用いられる。
【００６２】
この拡散抑制層は、磁気抵抗効果には寄与しない層である。拡散抑制層の面積抵抗は、低いほうが好ましい。例えば、拡散抑制層の面積抵抗は、磁気抵抗効果に寄与する中間層の面積抵抗よりも低く設定されることが好ましい。拡散抑制層の面積抵抗を下げる観点では、拡散抑制層には、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｄ、Ｇａの酸化物または窒化物が好ましい。これらの材料において、バリアハイトは低い。ホウ素の拡散を抑制する機能としては、より化学結合の強い酸化物のほうが好ましい。例えば、１．５ｎｍのＭｇＯ層が用いられる。酸窒化物は、酸化物および窒化物のいずれかに含まれる。
【００６３】
拡散抑制層に酸化物または窒化物を用いる場合、拡散抑制層の厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上が好ましい。これより、ホウ素の拡散抑制機能が十分に発揮される。拡散抑制層の厚さは、５ｎｍ以下が好ましい。これにより、例えば、低い面積抵抗が得られる。拡散抑制層の厚さは、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、１ｎｍ以上３ｎｍ以下が好ましい。
【００６４】
拡散抑制層として、マグネシウム（Ｍｇ）、シリコン（Ｓｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択された少なくともいずれかを用いても良い。拡散抑制層として、これらの軽元素を含む材料が用いられる。これらの軽元素は、ホウ素と結合して化合物を生成する。拡散抑制層と第１磁性層４０との界面を含む部分に、例えば、Ｍｇ−Ｂ化合物、Ａｌ−Ｂ化合物、および、Ｓｉ−Ｂ化合物の少なくともいずれかが形成される。これらの化合物が、ホウ素の拡散を抑制する。
【００６５】
拡散抑制層と第１磁性層４０との間に他の金属層などが挿入されていても良い。拡散抑制層と第１磁性層４０との距離が離れすぎていると、その間でホウ素が拡散して第１磁性層４０中のホウ素濃度が下がってしまう。このため、拡散抑制層と第１磁性層４０との間の距離は、１０ｎｍ以下が好ましく３ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００６６】
第１電極５１および第２電極５２は、積層構造を有していても良い。第１電極５１および第２電極５２は、例えば、下地層と、キャップ層と、これらの層の間に設けられたＡｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｇ、および、Ａｕの少なくともいずれかを含む層と、を含んでいても良い。第１電極５１および第２電極５２は、例えば、Ｔａ層／Ｃｕ層／Ｔａ層である。
【００６７】
第１電極５１および第２電極５２の下地層としてＴａ層を用いることで、例えば、基板（例えば膜）と第１電極５１との間の密着性および基板と第２電極５２との間の密着性が向上する。第１電極５１および第２電極５２の下地層として、タンタルモリブデン(ＴａＭｏ)層、チタン（Ｔｉ）層、または窒化チタン（ＴｉＮ）層などを用いても良い。
【００６８】
第１電極５１および第２電極５２のキャップ層としてＴａ層を用いることで、当該キャップ層の下の銅（Ｃｕ）などの酸化が抑制される。第１電極５１および第２電極５２のキャップ層として、タンタルモリブデン(ＴａＭｏ)層、チタン（Ｔｉ）層、または、窒化チタン（ＴｉＮ）層などを用いても良い。
【００６９】
磁性素子１００は、例えば、以下の方法で作製される。Ｓｉ基板上に、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（３３ｎｍ）／Ｔａ（２０ｎｍ）の第１電極５１を形成する。第１電極５１の上に、スパッタ法を用いて、１ｎｍのＴａ層（第４層１０）、２ｎｍのＲｕ層（第１層１２）、２ｎｍのＴａ層（第２層１４）、７ｎｍのＩｒ２２Ｍｎ７８層（第３磁性層２０）、２．５ｎｍのＣｏ５０Ｆｅ５０層（第４磁性層２２）、０．９ｎｍのＲｕ層（第２非磁性層２４）、３ｎｍのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層（第２磁性層２６）、１．８ｎｍのＭｇＯ層（第１非磁性層３０）、４．０ｎｍのＣｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０層（第１磁性層４０）を、順次形成する。スパッタ法を用いて、キャップ層５０としてＭｇ−Ｏ（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（２００ｎｍ）を第１磁性層４０の上に形成し、第２電極５２をキャップ層の上に形成することで、磁性素子１００が作製される。
【００７０】
上述した磁性素子１００の作製方法において、第２層１４は、例えば、以下の条件で形成される。ベースの成膜チャンバ内真空度は、３．０×１０−９ｔｏｒｒ以下である。スパッタ成膜時には、アルゴン（Ａｒ）ガスにより、チャンバ内の真空度を５．０×１０−３ｔｏｒｒに調節し、ＤＣ電源によりターゲットに１０００Ｗの電力を供給する。これらの条件を適用することで、Ｚ方向における面間隔が０．２３４ｎｍの、（１１０）配向したα−Ｔａを含む第２層１４を形成することができる。
【００７１】
次に、以下の第１試料Ｓ０１、第２試料Ｓ０２、および第３試料Ｓ０３を作製し、実験を行った。
【００７２】
第１試料Ｓ０１は、図２に表される構造を有する。第１試料Ｓ０１の具体的な構成は以下の通りである。
第４層１０        ：Ｔａ（１ｎｍ）
第１層１２        ：Ｒｕ（２ｎｍ）
第２層１４        ：Ｔａ（２ｎｍ）
第３層１６        ：Ｒｕ（２ｎｍ）
第３磁性層２０    ：Ｉｒ２２Ｍｎ７８（７ｎｍ）
第４磁性層２２    ：Ｃｏ５０Ｆｅ５０（２．５ｎｍ）
第２非磁性層２４  ：Ｒｕ（０．９ｎｍ）
第２磁性層２６    ：Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）
第１非磁性層３０  ：Ｍｇ−Ｏ（１．８ｎｍ）
第１磁性層４０    ：Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０  （４．０ｎｍ）
キャップ層５０    ：Ｍｇ−Ｏ（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（２００ｎｍ）
【００７３】
第２試料Ｓ０２は、第１試料Ｓ０１と比べて、第３層１６を含んでいない。換言すると、第２試料Ｓ０２は、図１に表される構造を有する。
【００７４】
第３試料Ｓ０３は、第１試料Ｓ０１と比べて、第２層１４および第３層１６を含んでいない。第３試料Ｓ０３の第２層１４および第３層１６以外の構成については、第１試料Ｓ０１と同様である。
【００７５】
第２非磁性層２４の厚さは、第４磁性層２２と第２磁性層２６とが磁気的に反平行に結合するよう設定されている。第１試料Ｓ０１、第２試料Ｓ０２、および第３試料Ｓ０３は、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（３３ｎｍ）／Ｔａ（２０ｎｍ）の第１電極５１の上に作製されている。
【００７６】
第１試料Ｓ０１〜第３試料Ｓ０３のそれぞれについて、３２０℃、３８０℃、および４２０℃で１時間の磁場中熱処理を行った。熱処理中に印加される磁場の大きさは、６５００エルステッドに設定した。
【００７７】
熱処理後の第１試料Ｓ０１〜第３試料Ｓ０３の磁化特性を、試料振動型磁力計（Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ：ＶＳＭ）で測定した。ＶＳＭの測定では、外部磁場Ｈを加えて試料の磁気モーメントＭを求めた。外部磁場Ｈは、＋１００００エルステッド〜−１００００エルステッドの間を１往復させた。それぞれの試料の形状は、１０ｍｍ角にカットされた小片である。
【００７８】
図３は、３２０℃で熱処理された第１試料Ｓ０１の測定結果である。
図４（ａ）は、３２０℃で熱処理された第２試料Ｓ０２の測定結果である。図４（ｂ）は、３２０℃で熱処理された第３試料Ｓ０３の測定結果である。
図３、図４（ａ）、および図４（ｂ）において、横軸は外部磁場Ｈを表し、縦軸は磁気モーメントＭを表す。以降のＶＳＭの測定結果についても同様である。
【００７９】
図３に表されるように、測定結果には、外部磁場Ｈの変化に対して磁気モーメントＭの変化の少ないａ１、ａ２、ａ３、およびａ４の領域が存在する。各領域での第４磁性層２２の磁化の向き２２Ｍ、第２磁性層２６の磁化の向き２６Ｍ、第１磁性層４０の磁化の向き４０Ｍが、図３のグラフ下部に表されている。図３では、外部磁場Ｈの正の向きが右向きの矢印、外部磁場Ｈの負の向きが左向きの矢印で表されている。
【００８０】
領域ａ１およびａ４では、それぞれの磁性層の磁化の向きは、外部磁場Ｈと同じである。領域ａ２では、第４磁性層２２の磁化の向きのみが、外部磁場Ｈに対して反対方向を向いている。領域ａ３では、第２磁性層２６の磁化の向きのみが、外部磁場Ｈに対して反対方向を向いている。
【００８１】
第２磁性層２６の磁化の固着強度を、以下のように定義して、その大きさの評価を行った。第２磁性層２６の磁化が第４磁性層２２の磁化に対して反平行状態から平行状態に変化すると、図３のａ５で表される大きさの磁気モーメントの変化が起きる。
【００８２】
ここでは、図３の幅ａ６で表されるような、大きさａ５の半分の磁気モーメントの変化を引き起こすのに必要な外部磁化の大きさをＨｐｉｎとして定義した。Ｈｐｉｎが大きいほど、第２磁性層２６の磁化は変化しにくく、磁化固着強度が強いことを意味する。
【００８３】
図５（ａ）は、３８０℃で熱処理された第１試料Ｓ０１の測定結果を表す。図５（ｂ）は、３８０℃で熱処理された第２試料Ｓ０２の測定結果を表す。図５（ｃ）は、３８０℃で熱処理された第３試料Ｓ０３の測定結果を表す。
【００８４】
図５（ａ）〜図５（ｃ）の比較から、第３試料Ｓ０３では、第１試料Ｓ０１および第２試料Ｓ０２よりも、Ｈｐｉｎが小さく、小さな外部磁場Ｈで領域ａ４の状態になっていることがわかる。
【００８５】
図６（ａ）は、４２０℃で熱処理された第１試料Ｓ０１の測定結果を表す。図６（ｂ）は、４２０℃で熱処理された第２試料Ｓ０２の測定結果を表す。図６（ｃ）は、４２０℃で熱処理された第３試料Ｓ０３の測定結果を表す。
【００８６】
図６（ａ）〜図６（ｃ）の比較から、第２試料Ｓ０２では、第１試料Ｓ０１よりも、領域ａ３の幅が狭いことがわかる。第３試料Ｓ０３では、領域ａ３が無くなっていることがわかる。これは、第４磁性層２２の磁化と第２磁性層２６の磁化の反平行な結合が４２０℃の熱処理によって破壊され、第４磁性層２２の磁化と第２磁性層２６の磁化が平行な状態であることを意味している。この状態では、Ｈｐｉｎの値はゼロとなる。
【００８７】
図７は、各試料のＨｐｉｎの測定結果である。具体的には、図７は、図３、図４（ａ）、図４（ｂ）、図５（ａ）〜図５（ｃ）、および図６（ａ）〜図６（ｃ）に表される測定結果からＨｐｉｎの値を測定した結果を表す。図７において、横軸は熱処理温度、縦軸はＨｐｉｎを表す。丸の点ｐ１は、第１試料Ｓ０１の測定結果を表す。三角の点ｐ２は、第２試料Ｓ０２の測定結果を表す。四角の点ｐ３は、第３試料Ｓ０３の測定結果を表す。
【００８８】
図７は、いずれの試料においても、熱処理温度の上昇に伴い、Ｈｐｉｎが減少していることを表している。第１実施形態に係る磁性素子である第１試料Ｓ０１と第２試料Ｓ０２では、第３試料Ｓ０３と比較して、Ｈｐｉｎの減少が抑えられていることがわかる。この結果は、第１実施形態に係る磁性素子である第１試料Ｓ０１および第２試料Ｓ０２の耐熱性が、第３試料Ｓ０３の耐熱性よりも高いことを意味している。
【００８９】
図８（ａ）および図８（ｂ）は、試料の抵抗と外部磁場の関係（Ｒ−Ｈループ）の測定結果である。具体的には、図８（ａ）は、４２０℃で熱処理した第１試料Ｓ０１の測定結果を表し、図８（ｂ）は３８０℃で熱処理した第３試料Ｓ０３の測定結果を表している。測定は、各試料上に第２電極５２を作成し、１辺２０μｍの正方形の素子に加工して行った。
【００９０】
図８（ａ）および図８（ｂ）の下部には、それぞれの外部磁場における、第２磁性層２６の磁化の向き２６Ｍおよび第１磁性層４０の磁化の向き４０Ｍが表されている。第２磁性層２６の磁化の向き２６Ｍは、熱処理により、外部磁場の負の向きに着磁がなされている。
【００９１】
図８（ａ）および図８（ｂ）のグラフに表されるように、印加磁場の値が−５０エルステッドよりも小さい状態では、向き２６Ｍと向き４０Ｍは平行となり、各試料の抵抗は小さくなっている。
【００９２】
図８（ａ）に表されるように、第１試料Ｓ０１は、印加磁場の値が＋２００エルステッドより大きい状態でも、抵抗がほぼ最大値を保っている。この結果は、４２０℃での熱処理後も、第１試料Ｓ０１が十分な磁化固着強度を有し、図８（ａ）の下部に表されるように、向き２６Ｍと向き４０Ｍが反平行の状態が維持されていることを表している。
【００９３】
図８（ｂ）に表されるように、第３試料Ｓ０３は、外部磁場が正の向きの状態において、外部磁場が小さいときから抵抗の減少が始まっている。この結果は、３８０℃での熱処理後に、第３試料Ｓ０３が十分な磁化固着強度を有していないため、外部磁場によって２６Ｍの向きが変化し、図８（ｂ）の下部に表されるように、低い外部磁場でも向き２６Ｍと向き４０Ｍが反平行の状態を維持できていないことを示している。低い外部磁場によって向き２６Ｍが変化し、向き２６Ｍと向き４０Ｍが反平行の状態を維持できないと、ＭＲ変化率が低下してしまう。
【００９４】
図９および図１０は、断面透過型電子顕微鏡（断面ＴＥＭ）の写真像である。図９は、第１試料Ｓ０１の第１電極５１から第１磁性層４０の積層構造の写真である。図１０は、図９の白い波線で囲まれた領域を拡大した写真である。図１０の写真では、第４層１０、第１層１２、第２層１４、および第３層１６が表されている。
【００９５】
図１０からわかるように、第１層１２のＲｕ層と第３層１６のＲｕ層は、ともに結晶部分を含んでいる。第１電極５１のＴａ層は、規則的な配列が観測されない。第４層１０のＴａ層は、第１電極５１と同じく原子の規則的な配列が観察されない。第４層１０のＴａ層はアモルファスであるのに対して、第２層１４のＴａ層は結晶部分を含んでいる。
【００９６】
この結果から、第１試料Ｓ０１および第２試料Ｓ０２において、第３磁性層２０は、結晶部分を含むＴａ層の上に設けられていることがわかる。第３試料Ｓ０３においては、第３磁性層２０は、第１層１２のＲｕ層を介して、第４層１０であるアモルファスのＴａ層の上に設けられていると考えられる。
【００９７】
図１０の写真をもとに、第２層１４のＴａ層の積層方向（Ｚ方向）の格子面間隔を測ると、０．２３２ｎｍ〜０．２３４ｎｍであった。（１１０）配向したα-Ｔａの積層方向の格子面間隔は、０．２３４ｎｍある。従って、第２層１４のＴａ層は、（１１０）配向したα-Ｔａ層であると考えられる。
【００９８】
次に、第４試料Ｓ０４、第５試料Ｓ０５、第６試料Ｓ０６、第７試料Ｓ０７、第８試料Ｓ０８、および第９試料Ｓ０９をＳｉ基板上に作製し、実験を行った。
【００９９】
第４試料Ｓ０４の構成は以下の通りである。
第４層１０        ：Ｔａ（１ｎｍ）
第１層１２        ：Ｒｕ（２ｎｍ）
第２層１４        ：Ｔａ（２ｎｍ）
第３層１６        ：Ｒｕ（２ｎｍ）
第３磁性層２０    ：Ｉｒ２２Ｍｎ７８（７ｎｍ）
キャップ層５０    ：Ｔａ（３ｎｍ）
【０１００】
第４試料Ｓ０４の第４層１０から第３磁性層２０までの構成は、第１試料Ｓ０１の第４層１０から第３磁性層２０までの構成と同様である。
【０１０１】
第５試料Ｓ０５では、７ｎｍのＩｒ２２Ｍｎ７８に代えて、２０ｎｍのＩｒ２２Ｍｎ７８が第３磁性層２０として設けられている。第５試料Ｓ０５の第３磁性層２０以外の構成については、第４試料Ｓ０４と同様である。
【０１０２】
第６試料Ｓ０６では、第３磁性層２０が設けられていない。第６試料Ｓ０６のその他の構成については、第４試料Ｓ０４と同様である。
【０１０３】
第７試料Ｓ０７の構成は以下の通りである。
第４層１０          ：Ｔａ（１ｎｍ）
第１層１２          ：Ｒｕ（２ｎｍ）
第３磁性層２０      ：Ｉｒ２２Ｍｎ７８  （７ｎｍ）
キャップ層５０  ：Ｔａ（３ｎｍ）
【０１０４】
第７試料Ｓ０７の第４層１０から第３磁性層２０までの構成は、第３試料Ｓ０３の第４層１０から第３磁性層２０までの構成と同様である。
【０１０５】
第８試料Ｓ０８では、７ｎｍのＩｒ２２Ｍｎ７８に代えて、２０ｎｍのＩｒ２２Ｍｎ７８が第３磁性層２０として設けられている。第８試料Ｓ０８の第３磁性層２０以外の構成については、第７試料Ｓ０７と同様である。
【０１０６】
第９試料Ｓ０９では、第３磁性層２０が設けられていない。第９試料Ｓ０９のその他の構成については、第７試料Ｓ０７と同様である。
【０１０７】
すなわち、第４試料Ｓ０４〜第６試料Ｓ０６では、第１層１２と第３磁性層２０との間に第２層１４および第３層１６が設けられている。第７試料Ｓ０７〜第９試料Ｓ０９では、第１層１２と第３磁性層２０との間に第２層１４および第３層１６が設けられていない。
【０１０８】
図１１（ａ）は、第４試料Ｓ０４のＸ線回折（X‐ray diffraction：ＸＲＤ）の測定結果のスペクトルである。図１１（ｂ）は、第５試料Ｓ０５のＸＲＤの測定結果のスペクトルである。図１１（ｃ）は、第６試料Ｓ０６のＸＲＤの測定結果のスペクトルである。図１２（ａ）は、第７試料Ｓ０７のＸＲＤの測定結果のスペクトルである。図１２（ｂ）は、第８試料Ｓ０８のＸＲＤの測定結果のスペクトルである。図１２（ｃ）は、第９試料Ｓ０９のＸＲＤの測定結果のスペクトルである。
【０１０９】
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）および図１２（ａ）〜図１２（ｃ）の測定結果は、熱処理を行う前の第４試料Ｓ０４〜第９試料Ｓ０９から得られたものである。
【０１１０】
図１１（ａ）〜図１１（ｃ）および図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に係る実験条件では、Ｉｒ−Ｍｎの結晶は、２θ＝４１°付近に（１１１）面のピーク構造が生じる。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）および図１２（ａ）〜図１２（ｃ）から、Ｉｒ２２Ｍｎ７８の第３磁性層２０が設けられていない第６試料Ｓ０６と第９試料Ｓ０９では、２θ＝４１°付近にはピーク構造が見られないことがわかる。
【０１１１】
図１１（ａ）に表される第４試料Ｓ０４のスペクトルから、図１１（ｃ）に表される第６試料Ｓ０６のスペクトルを差し引くことで、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層のピーク構造を抽出することができる。
【０１１２】
図１１（ｂ）に表される第５試料Ｓ０５のスペクトルから、図１１（ｃ）に表される第６試料Ｓ０６のスペクトルを差し引くことで、２０ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層のピーク構造を抽出することができる。
【０１１３】
同様に、図１２（ａ）に表される第７試料Ｓ０７のスペクトルから、図１２（ｃ）に表される第９試料Ｓ０９のスペクトルを差し引くことで、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層のピーク構造を抽出することができる。
【０１１４】
図１２（ｂ）に表される第８試料Ｓ０８のスペクトルから、図１２（ｃ）に表される第９試料Ｓ０９のスペクトルを差し引くことで、２０ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層のピーク構造を抽出することができる。
【０１１５】
図１３は、第４試料Ｓ０４および第７試料Ｓ０７の第３磁性層２０のピーク構造を抽出したスペクトルである。
具体的には、図１３（ａ）は、第４試料Ｓ０４において、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層のピーク構造を抽出したスペクトルである。図１３（ｂ）は、第７試料Ｓ０７において、７ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層のピーク構造を抽出したスペクトルである。
【０１１６】
図１３（ａ）と図１３（ｂ）の比較から、第４試料Ｓ０４のＩｒ２２Ｍｎ７８層のスペクトルの方が、第７試料Ｓ０７のＩｒ２２Ｍｎ７８層のスペクトルよりも、（１１１）面のピーク構造の強度が強いことがわかる。
【０１１７】
第４試料Ｓ０４のＩｒ２２Ｍｎ７８層（第３磁性層）の厚さは、第７試料Ｓ０７のＩｒ２２Ｍｎ７８層の厚さと等しい。従って、このスペクトルの差は、熱処理前の状態で、第４試料Ｓ０４の第３磁性層２０の方が、第７試料Ｓ０７の第３磁性層２０よりも結晶性が高いことを意味している。換言すると、第２層１４および第３層１６が設けられている第４試料０４の第３磁性層２０の方が、第２層１４および第３層１６が設けられていない第７試料０７の第３磁性層２０よりも、結晶性が高いことを意味している。
【０１１８】
図１４は、第５試料Ｓ０５および第８試料Ｓ０８の第３磁性層２０のピーク構造を抽出したスペクトルである。
具体的には、図１４（ａ）は第５試料Ｓ０５の２０ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層のピーク構造を抽出したスペクトル。図１４（ｂ）は第８試料Ｓ０８の２０ｎｍの厚さのＩｒ２２Ｍｎ７８層のピーク構造を抽出したスペクトルである。
【０１１９】
図１４（ａ）と図１４（ｂ）の比較から、第５試料Ｓ０５のＩｒ２２Ｍｎ７８層のスペクトルの方が、第８試料Ｓ０８のＩｒ２２Ｍｎ７８層のスペクトルよりも、（１１１）面のピーク構造の強度が大きいことがわかる。
【０１２０】
第５試料Ｓ０５のＩｒ２２Ｍｎ７８層（第３磁性層）の厚さは、第８試料Ｓ０８のＩｒ２２Ｍｎ７８層の厚さと等しい。従って、このスペクトルの差は、熱処理前の状態で、第５試料Ｓ０５の第３磁性層２０の方が、第８試料Ｓ０８の第３磁性層２０よりも結晶性が高いことを意味している。換言すると、第２層１４および第３層１６が設けられている第５試料Ｓ０５の第３磁性層２０の方が、第２層１４および第３層１６が設けられていない第８試料Ｓ０８の第３磁性層２０よりも、結晶性が高いことを意味している。
【０１２１】
次に、第１０試料Ｓ１０および第１１試料Ｓ１１を作製し、実験を行った。第１０試料Ｓ１０は、図２に表される構成（第１試料Ｓ０１）との比較において、第４層１０、第１層１２、および第２層１４に代えて、第４層１０ａ、第１層１２ａ、および第２層１４ａが設けられている。第４層１０ａ、第１層１２ａ、および第２層１４ａは、それぞれ、第４層１０、第１層１２、および第２層１４よりも厚い。
【０１２２】
第１０試料Ｓ１０の構成は以下の通りである。
第４層１０ａ      ：Ｔａ（２０ｎｍ）
第１層１２ａ      ：Ｒｕ（２０ｎｍ）
第２層１４ａ      ：Ｔａ（２０ｎｍ）
第３層１６ａ      ：Ｒｕ（２ｎｍ）
第３磁性層２０    ：Ｉｒ２２Ｍｎ７８（７ｎｍ）
第４磁性層２２    ：Ｃｏ５０Ｆｅ５０（２．５ｎｍ）
第２非磁性層２４  ：Ｒｕ  （０．９ｎｍ）
第２磁性層２６    ：Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）
第１非磁性層３０  ：Ｍｇ−Ｏ（１．８ｎｍ）
第１磁性層４０    ：Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ）／Ｆｅ８０Ｂ２０（８ｎｍ）
キャップ層５０    ：Ｍｇ−Ｏ（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（２００ｎｍ）
【０１２３】
第１１試料Ｓ１１の構成は以下の通りである。
第４層１０ａ      ：Ｔａ（２０ｎｍ）
第１層１２ａ      ：Ｒｕ（２ｎｍ）
第３磁性層２０    ：Ｉｒ２２Ｍｎ７８（７ｎｍ）
第４磁性層２２    ：Ｃｏ５０Ｆｅ５０（２．５ｎｍ）
第２非磁性層２４  ：Ｒｕ（０．９ｎｍ）
第２磁性層２６    ：Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（３ｎｍ）
第１非磁性層３０  ：Ｍｇ−Ｏ（１．８ｎｍ）
第１磁性層４０    ：Ｃｏ４０Ｆｅ４０Ｂ２０（０．５ｎｍ）／Ｆｅ８０Ｂ２０（８ｎｍ）
キャップ層５０    ：Ｍｇ−Ｏ（１．５ｎｍ）／Ｃｕ（１ｎｍ）／Ｔａ（２ｎｍ）／Ｒｕ（２００ｎｍ）
【０１２４】
第１１試料Ｓ１１は、第３試料Ｓ０３との比較において、第４層１０および第１層１２に代えて、第４層１０ａおよび第１層１２ａが設けられている。第１１試料Ｓ１１の第４層１０ａおよび第１層１２ａ以外の構成については、第３試料Ｓ０３と同様である。
【０１２５】
第１０試料Ｓ１０および第１１試料Ｓ１１は、Ｔａ（３ｎｍ）／Ｃｕ（３３ｎｍ）／Ｔａ（２０ｎｍ）の第１電極５１の上に作製されている。それぞれの試料の形状は、１０ｍｍ角にカットした小片である。また、それぞれの試料には４２０℃での熱処理が行われている。
【０１２６】
図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、第１０試料Ｓ１０および第１１試料Ｓ１１の観察結果である。
具体的には、図１５（ａ）は、第１０試料Ｓ１０の第４層１０ａ、第１層１２ａ、および第２層１４ａを断面ＴＥＭで観察して得られた写真像である。図１５（ｂ）、第１１試料Ｓ１１の第４層１０ａを断面ＴＥＭで観察して得られた写真像である。
【０１２７】
図１５（ａ）から、第１層１２ａ（２０ｎｍのＲｕ層）と第２層１４ａ（２０ｎｍのＴａ層）は、結晶の部分を含んでいることがわかる。一方で、第４層１０ａ（２０ｎｍのＴａ層）は、結晶の部分が少ないアモルファスであることがわかる。この結果は、第１試料Ｓ０１の第４層１０および第１層１２の写真像（図１０）と一致する。
【０１２８】
図１５（ｂ）から第４層１０ａ（２０ｎｍのＴａ層）は、結晶の部分を含まないアモルファスであることがわかる。
【０１２９】
図１６は、図１５の写真像から得られた解析結果である。具体的には、図１６は、図１５の写真像に対して高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＦＦＴ）のマッピングを行い、各層の積層方向の格子面間隔を解析した結果を表している。図１６において、横軸は積層方向の格子面間隔を表し、縦軸は回折像の強度を表している。回折像の強度は、結晶性が高いほど、大きくなる。
【０１３０】
図１６に表されるように、結晶の部分を含む第１層１２ａ（２０ｎｍのＲｕ層）は、１２ａＲのピーク構造を有する。結晶の部分を含む第２層１４ａ（２０ｎｍのＴａ層）は、１４ａＴのピーク構造を有する。結晶の部分が少ないアモルファスである第４層１０ａ（２０ｎｍのＴａ層）は、１０ａＴのピーク構造を有する。解析の結果、結晶の部分を含む第２層１４ａ（２０ｎｍのＴａ層）は、第１試料Ｓ０１の第２層１４（Ｔａ層）と同様に、積層方向の格子面間隔が０．２３２ｎｍ〜０．２４４ｎｍであった。このため、第２層１４ａに含まれるＴａは、（１１０）配向したα-Ｔａであると考えられる。
【０１３１】
図には示さないが、図１５（ｂ）の写真像に対してＦＦＴのマッピング解析を行った結果、結晶の部分が少ないアモルファスである第４層１０ａ（２０ｎｍのＴａ層）は、図１６の１０ａＴと同様のピーク構造を有することがわかった。
【０１３２】
図１７（ａ）は、第１０試料Ｓ１０および第１１試料Ｓ１１の構成の一部を表す模式図である。図１７（ｂ）は、第１０試料Ｓ１０の電子エネルギー損失分光（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｌｏｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＥＬＳ）の測定から得られた結果である。図１７（ｃ）は、第１１試料Ｓ１１のＥＥＬＳから得られた結果である。グラフの縦軸は試料内部での座標を表しており、各座標に位置する層は図１７（ａ）に示す通りである。グラフの横軸は原子の濃度を示している。
【０１３３】
図１７（ｂ）および図１７（ｃ）は、各試料における、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、およびＲｕの分布の測定結果を表している。図１７（ｂ）および図１７（ｃ）では、測定結果を見やすくするために、各原子のＥＥＬＳスペクトルは濃度最大の座標の強度で規格化を行っている。
【０１３４】
図１７（ｃ）に表される第１１試料Ｓ１１のＭｎ原子のＥＥＬＳスペクトルにおいて、ピーク構造は、第３磁性層２０、第２非磁性層２４と第２磁性層２６との間の領域、および第１非磁性層３０付近に見られる。
【０１３５】
図１７（ｂ）に表される第１０試料Ｓ１０のＭｎ原子のＥＥＬＳスペクトルにおいて、ピーク構造は、第３磁性層２０の座標にしか見られない。この結果は、第１１試料Ｓ１１と比較して、第１０試料Ｓ１０では４２０℃の高温での熱処理後のＭｎの拡散が抑制されていることを示している。
【０１３６】
Ｍｎの拡散が見られる第１１試料Ｓ１１のＥＥＬＳ測定結果について、各部のＭｎのピーク強度の関係を説明する。第３磁性層２０に含まれるＭｎに対応するＥＥＬＳスペクトルのピーク強度を１としたとき、第２非磁性層２４と第２磁性層２６との間の領域に含まれるＭｎに対応するピーク強度は、０．２であった。第１非磁性層３０に含まれるＭｎに対応するスペクトルのピーク強度は、０．３２であった。
【０１３７】
Ｍｎの拡散が抑制されている第１０試料Ｓ１０のＥＥＬＳ測定結果について、各部のＭｎの強度の関係を説明する。第３磁性層２０に含まれるＭｎに対応するＥＥＬＳスペクトルのピーク強度を１としたとき、第２非磁性層２４に含まれるＭｎに対応するスペクトルの強度は、０．１以下であった。第２磁性層２６に含まれるＭｎに対応するスペクトルの強度は、０．１以下であった。第１非磁性層３０に含まれるＭｎに対応するスペクトルの強度は、０．０４以下であった。
【０１３８】
Ｍｎの拡散を抑制することで、熱処理によるＨｐｉｎの低下が抑えられるため、第１０試料Ｓ１０は、高温での熱処理により、磁性素子のＭＲ変化率を向上させることができる。
【０１３９】
第４層１０、第１層１２、および第２層１４の膜厚が異なるが、第１試料Ｓ０１は、第１０試料Ｓ１０と同様の構成を有する。また、第１試料Ｓ０１における第１層１２および第２層１４の結晶構造は、第１０試料Ｓ１０における第１層１２および第２層１４の結晶構造と同様である。従って、第１試料Ｓ０１においても、熱処理後のＭｎの拡散が抑制されることで、高いＭＲ変化率が得られていると推測される。
【０１４０】
図１８は、第１実施形態に係る別の磁性素子を表す斜視図である。  
図１８に表されるように、磁性素子１００ｂは、磁性素子１００との比較において、絶縁層５４をさらに含む。
【０１４１】
第４層１０と、第１層１２と、第２層１４と、第３磁性層２０と、第４磁性層２２と、第２非磁性層２４と、第２磁性層２６と、第１非磁性層３０と、第１磁性層４０と、キャップ層５０と、は、第１電極５１の一部と、第２電極５２の一部と、の間に設けられている。第２層１４と、第３磁性層２０と、の間に、第３層１６が設けられていても良い。絶縁層５４は、第１電極５１の別の一部と、第２電極５２の別の一部と、の間に設けられている。絶縁層５４は、Ｘ方向において、少なくとも第２磁性層２６および第１磁性層４０と重なっている。
【０１４２】
絶縁層５４には、例えば、アルミニウム酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、または、シリコン酸化物（例えば、ＳｉＯ２）などが用いられる。絶縁層５４により、磁性素子１００ｂのリーク電流が抑制される。
【０１４３】
図１９は、第１実施形態に係る別の磁性素子を表す斜視図である。
図１９に表されるように、磁性素子１００ｃは、磁性素子１００ｂとの比較において、ハードバイアス層５６をさらに含む。
【０１４４】
第４層１０と、第１層１２と、第２層１４と、第３磁性層２０と、第４磁性層２２と、第２非磁性層２４と、第２磁性層２６と、第１非磁性層３０と、第１磁性層４０と、キャップ層５０と、は、第１電極５１の一部と、第２電極５２の一部と、の間に設けられている。第２層１４と、第３磁性層２０と、の間に、第３層１６が設けられていても良い。絶縁層５４およびハードバイアス層５６は、第１電極５１の別の一部と、第２電極５２の別の一部と、の間に設けられている。
【０１４５】
絶縁層５４の一部は、Ｘ方向において、第２磁性層２６とハードバイアス層５６との間および第１磁性層４０とハードバイアス層５６との間に設けられている。絶縁層５４の別の一部は、Ｚ方向において、第１電極５１の別の一部とハードバイアス層５６との間に設けられている。ハードバイアス層５６は、例えば、Ｘ方向において複数設けられている。第２磁性層２６および第１磁性層４０は、Ｘ方向において、ハードバイアス層５６同士の間に設けられている。
【０１４６】
第２磁性層２６および第１磁性層４０には、ハードバイアス層５６によって生じる磁界が印加される。第１磁性層４０の磁化の向きは、第２磁性層２６の磁化の向きよりも変化し易い。このため、第１磁性層４０の磁化の向きは、ハードバイアス層５６によって生じる磁界の向きに沿う。磁性素子１００ｃの外部から磁場や圧力が磁性素子１００ｃに伝わっていない状態において、第１磁性層４０の磁化の向きは、ハードバイアス層５６によって生じる磁界の向きに沿う。
【０１４７】
ハードバイアス層５６には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、または、Ｆｅ−Ｐｄなどが用いられる。これらの材料においては、例えば、磁気異方性および保磁力が比較的高い。これらの材料は、例えば、ハード磁性材料である。ハードバイアス層５６には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、またはＦｅ−Ｐｄに、さらに添加元素を加えた合金を用いても良い。
【０１４８】
ハードバイアス層５６として、例えば、ＣｏＰｔ層、（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ層、または、ＦｅＰｔ層などが用いられても良い。ＣｏＰｔ層において、Ｃｏの比率は、５０原子％以上８５原子％以下である。（ＣｏｘＰｔ１００−ｘ）１００−ｙＣｒｙ層において、ｘは５０原子％以上８５原子％以下、ｙは０原子％以上４０原子％以下である。ＦｅＰｔ層において、Ｐｔの比率は、４０原子％以上６０原子％以下である。
【０１４９】
このような材料を用いる場合、ハードバイアス層５６の磁化の向きは、ハードバイアス層５６の保磁力よりも大きい外部磁界を加えることで、外部磁界を加えた方向に変化する。ハードバイアス層５６のＺ方向における厚さは、例えば５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【０１５０】
第１電極５１と第２電極５２の間に絶縁層５４を設ける場合、絶縁層５４の材料として、ＳｉＯｘまたはＡｌＯｘが用いられる。さらに、絶縁層５４とハードバイアス層５６の間に、図示しない下地層を設けても良い。ハードバイアス層５６にＣｏ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｃｏ−Ｐｄ、または、Ｆｅ−Ｐｄなどのハード磁性材料を用いる場合には、ハードバイアス層５６用の下地層の材料として、ＣｒやＦｅ−Ｃｏなどが用いられる。
【０１５１】
ハードバイアス層５６は、図示しない反強磁性層の上に設けられていても良い。この場合、ハードバイアス層５６と反強磁性層との間の交換結合により、ハードバイアス層５６の磁化の向きを設定できる。この場合、ハードバイアス層５６には、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少なくともいずれか、または、これらの少なくとも１種を含む合金の強磁性体材料が用いられる。ハードバイアス層５６には、例えば、ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金、ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金、または、これらに非磁性元素を添加した材料が用いられる。ＣｏｘＦｅ１００−ｘ合金において、ｘは０原子％以上１００原子％以下である。ＮｉｘＦｅ１００−ｘ合金において、ｘは０原子％以上１００原子％以下である。
【０１５２】
ハードバイアス層５６には、上述の第２磁性層２６と同様の材料を用いることができる。反強磁性層には、第３磁性層２０と同様の材料を用いることができる。反強磁性層を設ける場合、反強磁性層の下に、下地層を設けても良い。下地層は、積層構造を有していても良い。例えば、積層構造に含まれる層には、それぞれ、第４層１０、第１層１２、第２層１４、および第３層１６と同様の材料が用いられる。または、反強磁性層は、上部に設けられても良い。この場合のハードバイアス層５６の磁化の向きは、第３磁性層２０と同様に、磁界中熱処理により決定される。
【０１５３】
ハードバイアス層５６とその下の反強磁性層との積層構造を用いると、大きな外部磁界がハードバイアス層５６に短い時間印加された場合でも、ハードバイアス層５６の磁化の向きが保たれ易くなる。
【０１５４】
図２０（ａ）は、第２実施形態に係る圧力センサを例示する斜視図である。図２０（ｂ）は、図２０（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。
なお、図２０（ｂ）では、磁性素子１００の一部の構成が省略されている。
【０１５５】
圧力センサ１１０は、例えば、図１に表される磁性素子１００を含む。圧力センサ１１０は、図２に表される磁性素子１００ａを含んでいても良い。図２０（ａ）および図２０（ｂ）に表されるように、圧力センサ１１０は、膜部７０と、磁性素子１００と、を含む。
【０１５６】
膜部７０は、例えば、支持部７０ｓに支持される。支持部７０ｓは、例えば、基板である。膜部７０は、例えば、可撓性領域を有する。膜部７０は、例えば、ダイアフラムである。膜部７０は、支持部７０ｓと一体的でも良く、別体でも良い。膜部７０には、支持部７０ｓと同じ材料を用いても良く、支持部７０ｓとは異なる材料を用いても良い。支持部７０ｓとなる基板の一部を除去して、基板のうちの厚さが薄い部分が膜部７０となっても良い。
【０１５７】
膜部７０の厚さは、支持部７０ｓの厚さよりも薄い。膜部７０と支持部７０ｓとに同じ材料が用いられ、これらが一体的である場合は、厚さが薄い部分が膜部７０となり、厚い部分が支持部７０ｓとなる。
【０１５８】
支持部７０ｓが、支持部７０ｓを厚さ方向に貫通する貫通孔７０ｈを有しており、貫通孔７０ｈを覆うように膜部７０が設けられても良い。この時、例えば、膜部７０となる材料の膜が、支持部７０ｓの貫通孔７０ｈ以外の部分の上にも延在している場合がある。このとき、膜部７０となる材料の膜のうちで、貫通孔７０ｈと重なる部分が膜部７０となる。
【０１５９】
膜部７０は、外縁７０ｒを有する。膜部７０と支持部７０ｓとに同じ材料が用いられ、これらが一体的である場合は、厚さが薄い部分の外縁が、膜部７０の外縁７０ｒとなる。支持部７０ｓが、支持部７０ｓを厚さ方向に貫通する貫通孔７０ｈを有しており、貫通孔７０ｈを覆うように膜部７０が設けられている場合は、膜部７０となる材料の膜のうちで、貫通孔７０ｈと重なる部分の外縁が膜部７０の外縁７０ｒとなる。
【０１６０】
支持部７０ｓは、膜部７０の外縁７０ｒを連続的に支持しても良く、膜部７０の外縁７０ｒの一部を支持しても良い。
【０１６１】
磁性素子１００は、膜部７０の上に設けられる。例えば、磁性素子１００は、膜部７０の一部の上に設けられる。この例では、膜部７０上に、複数の磁性素子１００が設けられる。膜部上に設けられる歪検知素子の数は、１でも良い。
【０１６２】
図２０（ｂ）に表したように、磁性素子１００において、例えば、第１磁性層４０と膜部７０との間に、第１非磁性層３０が設けられる。第１非磁性層３０と膜部７０との間に、第２磁性層２６が設けられる。第２磁性層２６と膜部７０との間には、例えば、図２０（ｂ）に不図示の、第４層１０、第１層１２、第２層１４、第３層１６、第３磁性層２０、第４磁性層２２、および第２非磁性層２４が設けられる。
【０１６３】
この例では、第１配線６１及び第２配線６２が設けられている。第１配線６１は、磁性素子１００に接続される。第２配線６２は、磁性素子１００に接続される。例えば、第１配線６１と第２配線６２との間には、層間絶縁膜が設けられ、第１配線６１と第２配線６２とが電気的に絶縁される。
【０１６４】
第１配線６１と第２配線６２との間に電圧が印加され、この電圧が、第１配線６１及び第２配線６２を介して、磁性素子１００に印加される。圧力センサ１１０に圧力が加わると、膜部７０が変形する。磁性素子１００においては、膜部７０の変形に伴って第１磁性層４０が歪む。第１磁性層４０の歪に伴って、磁性素子１００の電気抵抗が変化する。電気抵抗の変化を第１配線６１及び第２配線６２を介して検知することで、圧力が検知できる。すなわち、圧力センサ１１０において、磁性素子１００は、歪検知素子として機能する。上記の抵抗の変化は、例えば、逆磁歪効果及び磁気抵抗効果に基づく。例えば、膜部７０の変形に応じて、第１磁性層４０の磁化の向きと、第２磁性層２６の磁化の向きと、の間の相対関係（例えば、角度）が変化する。この相対関係の変化は、逆磁歪効果に基づく。さらに、この相対関係の変化に基づいて、磁性素子１００の電気抵抗が変化する。この電気抵抗の変化は、磁気抵抗効果に基づく。
【０１６５】
支持部７０ｓには、例えば、板状の基板を用いることができる。基板の内部には、例えば、空洞部７１ｈ（貫通孔７０ｈ）が設けられている。
【０１６６】
支持部７０ｓには、例えば、シリコンなどの半導体材料、金属などの導電材料、または、絶縁性材料を用いることができる。支持部７０ｓは、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどを含んでも良い。空洞部７１ｈの内部は、例えば減圧状態（真空状態）である。空洞部７１ｈの内部に、空気などの気体、または、液体が充填されていても良い。空洞部７１ｈの内部は、膜部７０が撓むことができるように設計される。空洞部７１ｈの内部は外部の大気とつながっていても良い。
【０１６７】
空洞部７１ｈの上には、膜部７０が設けられている。膜部７０には、例えば、支持部７０ｓとなる基板の一部が薄く加工され部分が用いられる。膜部７０の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）は、基板の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）よりも薄い。
【０１６８】
膜部７０に圧力が印加されると、膜部７０が変形する。この圧力は、圧力センサ１１０が検知すべき圧力に対応する。印加される圧力は、音波または超音波などによる圧力も含む。音波または超音波などによる圧力を検知する場合は、圧力センサ１１０は、マイクロフォンとして機能する。
【０１６９】
膜部７０には、例えば、絶縁性材料が用いられる。膜部７０は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン及び酸窒化シリコンの少なくともいずれかを含む。膜部７０には、例えば、シリコンなどの半導体材料を用いても良い。膜部７０には、例えば、金属材料を用いても良い。
【０１７０】
膜部７０の厚さは、例えば、０．１マイクロメートル（μｍ）以上３μｍ以下である。この厚さは、０．２μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。膜部７０には、例えば、厚さが０．２μｍの酸化シリコン膜と、厚さが０．４μｍのシリコン膜と、の積層体を用いても良い。
【０１７１】
歪検知素子としての磁性素子１００を、膜部７０の上に複数設けられていても良い。複数の磁性素子１００で圧力に対して同等の電気抵抗の変化を得ることができる。後述するように、複数の磁性素子１００を直並列に接続することでＳＮ比を増大することができる。
【０１７２】
磁性素子１００のサイズは、極めて小さくても良い。磁性素子１００の面積は、圧力によって変形する膜部７０の面積よりも十分に小さくできる。例えば、磁性素子１００の面積は、膜部７０の面積の１／５以下とすることができる。
【０１７３】
例えば、膜部７０の直径が６０μｍ程度の場合に、磁性素子１００の寸法は、１２μｍ以下とすることができる。例えば、膜部７０の直径が６００μｍ程度の場合には、磁性素子１００の寸法は、１２０μｍ以下とすることができる。磁性素子１００の加工精度などを考慮すると、磁性素子１００の寸法を過度に小さくする必要はない。そのため、磁性素子１００の寸法は、例えば、０．０５μｍ以上、６０μｍ以下とすることができる。
【０１７４】
図２１は、第２実施形態に係る別の圧力センサを例示する斜視図である。
図２０に表された圧力センサ１１０において、膜部７０は円形だったのに対し、図２１に表された圧力センサ１１１において、膜部７０は四角形である。
【０１７５】
膜部７０上には、例えば、複数の磁性素子１００を含む第１センス部１０１と、別の複数の磁性素子１００を含む第２センス部１０２が設けられている。第１センス部１０１に含まれる複数の磁性素子１００は、四角形の一辺に沿って複数の磁性素子１００が並べられている。第２センス部１０２に含まれる複数の磁性素子１００は、この辺と対向する別の辺に沿って並べられている。
【０１７６】
第１センス部１０１に含まれる磁性素子１００は、例えば、配線６１と６２の間に直列に接続されている。第２センス部１０２に含まれる磁性素子１００は、例えば、配線６３と６４の間に直列に接続されている。第１センス部１０１に含まれる磁性素子１００の数は、任意である。また、第２センス部１０２に含まれる磁性素子１００の数は、任意である。
【０１７７】
図２０および図２１には、膜部７０が円形または四角形である場合を例示した。しかし、膜部７０の形状は、これらの例に限定されない。膜部７０の平面形状は、例えば、楕円（例えば、扁平円）、他の多角形、または、他の正多角形でも良い。
【０１７８】
図２２は、第３実施形態に係る磁気ヘッドの一部を例示する模式的斜視図である。
磁気ヘッド１２０は、例えば、図１に表される磁性素子１００を含む。磁気ヘッド１２０は、図２に表される磁性素子１００ａを含んでいても良い。図２２に表したように、磁気ヘッド１２０は、磁気記録媒体８０に対向して設けられる。磁気記録媒体８０は、磁気記録層８１と、裏打ち層８２と、を有する。磁気記録層８１は、磁気ヘッド１２０に対向する。
【０１７９】
磁気ヘッド１２０は、磁気記録媒体８０に対向する書き込みヘッド部９０と、書き込みヘッド部９０と併設され、磁気記録媒体８０に対向する再生ヘッド部９１とを有する。  
ただし、磁気ヘッド１２０には、再生ヘッド部９１が設けられれば良く、書き込みヘッド部９０は省略可能であり、書き込みヘッド部９０は必要に応じて設けられる。以下では、磁気ヘッド１２０が書き込みヘッド部９０を有する場合について説明する。
【０１８０】
再生ヘッド部９１は、第１磁気シールド層９２ａと、第２磁気シールド層９２ｂと、第１磁気シールド層９２ａと第２磁気シールド層９２ｂとの間に設けられた磁気再生素子９３と、を有する。磁気再生素子９３として、図１に表される磁性素子１００が用いられる。磁気再生素子９３として、図２に表される磁性素子１００ａが用いられても良い。
【０１８１】
磁気再生素子９３は、磁気記録層８１の磁化の方向を読み取り、磁気記録媒体８０に記録された記録情報を読み取る。
【０１８２】
磁気記録層８１の磁気ヘッド１２０に対向する面に対して垂直な方向をＺ軸方向とする。そして、Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。そして、Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。なお、後述するように、磁気記録媒体８０は、例えば円板状とすることができ、磁気記録媒体８０の円周に沿って、磁気記録媒体８０と磁気ヘッド１２０との相対的な位置が変化される。上記のＸ−Ｙ−Ｚ座標系は、磁気ヘッド１２０の近傍の短い距離の範囲において定義されることができる。
【０１８３】
例えば、磁気記録媒体８０は、Ｚ軸方向に対して垂直な方向に沿って、磁気ヘッド１２０に対して相対的に移動する。磁気ヘッド１２０により、磁気記録媒体８０の磁気記録層８１の各位置の磁化が制御され、磁気記録が行われる。磁気記録媒体８０の媒体移動方向は、例えばＹ軸方向とされる。なお、磁気記録媒体８０と磁気ヘッド１２０との相対的な移動は、磁気ヘッド１２０の移動によって行われても良く、磁気記録媒体８０と磁気ヘッド１２０とがＺ軸方向に対して垂直な方向に沿って相対的に移動すれば良い。
【０１８４】
磁気ヘッド１２０は、後述するヘッドスライダ１２１に設けられ、ヘッドスライダ１２１の機能により、磁気ヘッド１２０は、磁気記録媒体８０から離間して保持される。磁性素子１００の周囲に図示しない磁気シールドを設け、磁気ヘッド１２０の検出分解能を規定することができる。
【０１８５】
図２３は、第３実施形態に係る磁気ヘッドを含む磁気記録再生装置の一部を例示する模式的斜視図である。  
図２３は、磁気記録再生装置の一部であるヘッドスライダの構成を例示している。
【０１８６】
図２３に表したように、磁気ヘッド１２０は、ヘッドスライダ１２１に設けられる。ヘッドスライダ１２１は、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＣなどを含み、磁気ディスクなどの磁気記録媒体８０の上を、浮上または接触しながら相対的に運動できるように設計され、製作される。
【０１８７】
ヘッドスライダ１２１は、例えば、空気流入側１２１Ａと空気流出側１２１Ｂとを有し、磁気ヘッド１２０は、空気流出側１２１Ｂの側面などに配置される。これにより、ヘッドスライダ１２１に設けられた磁気ヘッド１２０は、磁気記録媒体８０の上を浮上または接触しながら相対的に運動する。
【０１８８】
以下、第３実施形態に係る磁気ヘッドを含む磁気記録再生装置の全体の構成の例について、磁気記録再生装置２５０を例にして説明する。  
図２４は、磁気記録再生装置の構成を例示する模式的斜視図である。  
図２５（ａ）及び図２５（ｂ）は、磁気記録再生装置の一部の構成を例示する模式的斜視図である。  
図２５（ａ）は、磁気記録再生装置２５０に含まれるヘッドスタックアセンブリ２６０を拡大して示している。  
図２５（ｂ）は、ヘッドスタックアセンブリ２６０の一部である磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ２５８）を例示している。
【０１８９】
図２４に表したように、磁気記録再生装置２５０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。記録用媒体ディスク２８０は、スピンドルモータ２５１に装着され、図示しない駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印ＡＡの方向に回転する。なお、磁気記録再生装置２５０は、複数の記録用媒体ディスク２８０を有していても良い。
【０１９０】
記録用媒体ディスク２８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ１２１は、薄膜状のサスペンション２５４の先端に取り付けられている。
【０１９１】
記録用媒体ディスク２８０が回転すると、サスペンション２５４による押し付け圧力とヘッドスライダ１２１の媒体対向面で発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダ１２１の媒体対向面は、記録用媒体ディスク２８０の表面から所定の浮上量をもって保持される。なお、ヘッドスライダ１２１が記録用媒体ディスク２８０と接触するいわゆる「接触走行型」としても良い。
【０１９２】
サスペンション２５４は、図示しない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２５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム２５５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２５６が設けられている。ボイスコイルモータ２５６は、アクチュエータアーム２５５のボビン部に巻き上げられた図示しない駆動コイルと、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。
【０１９３】
アクチュエータアーム２５５は、軸受部２５７の上下２箇所に設けられた図示しない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２５６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、磁気ヘッド１２０を記録用媒体ディスク２８０の任意の位置に移動可能となる。
【０１９４】
図２５（ａ）に表したように、ヘッドスタックアセンブリ２６０は、軸受部２５７と、ヘッドジンバルアセンブリ２５８と、支持フレーム２６１と、を含む。ヘッドジンバルアセンブリ２５８は、軸受部２５７から延出する。支持フレーム２６１は、軸受部２５７から、ヘッドジンバルアセンブリ２５８とは反対方向に延出している。支持フレーム２６１は、ボイスコイルモータのコイル２６２を支持する。
【０１９５】
図２５（ｂ）に表したように、ヘッドジンバルアセンブリ２５８は、軸受部２５７から延出したアクチュエータアーム２５５と、アクチュエータアーム２５５から延出したサスペンション２５４と、を有している。サスペンション２５４の先端には、ヘッドスライダ１２１が取り付けられている。
【０１９６】
なお、本具体例では、ヘッドジンバルアセンブリ２５８が２つ設けられる例であるが、ヘッドジンバルアセンブリ２５８の数は１つでも良い。
【０１９７】
このように、磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ２５８）は、磁気ヘッド１２０と、磁気ヘッド１２０が設けられたヘッドスライダ１２１と、サスペンション２５４と、アクチュエータアーム２５５と、を含む。サスペンション２５４の一端には、ヘッドスライダ１２１が設けられている。サスペンション２５４の他端には、アクチュエータアーム２５５が接続されている。例えば、磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ２５８）は、磁性素子１００を一端に搭載するサスペンション２５４と、サスペンション２５４の他端に接続されたアクチュエータアーム２５５と、を含む。
【０１９８】
サスペンション２５４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用などのリード線（図示しない）を有し、このリード線とヘッドスライダ１２１に組み込まれた磁気ヘッド１２０の各電極とが電気的に接続される。
【０１９９】
図２４に表したように、磁気ヘッド１２０を用いて磁気記録媒体８０への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部２９０が設けられる。信号処理部２９０は、例えば、図２４に例示した磁気記録再生装置２５０の図面中の背面側に設けられる。信号処理部２９０の入出力線は、ヘッドジンバルアセンブリ２５８の電極パッドに接続され、磁気ヘッドと電気的に結合される。
【０２００】
磁気記録再生装置２５０は、例えば、磁気記録媒体８０及び磁気ヘッド１２０に加え、磁気記録媒体８０と磁気ヘッド１２０とを離間させ、または、接触させた状態で対峙させながら磁気記録媒体８０と磁気ヘッド１２０とを相対的に移動させる可動部と、磁気ヘッド１２０を磁気記録媒体８０の所定記録位置に位置合わせする位置制御部と、磁気ヘッド１２０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２９０と、をさらに含むことができる。
【０２０１】
上記の磁気記録媒体８０として、記録用媒体ディスク２８０が用いられる。上記の可動部は、ヘッドスライダ１２１を含むことができる。また、上記の位置制御部は、ヘッドジンバルアセンブリ２５８を含むことができる。
【０２０２】
図２６は、第４実施形態に係る磁性メモリの構成を例示する模式図である。  
図２６は、磁性メモリ３０１の回路構成を例示している。磁性メモリ３０１においては、アレイ状に配置された複数のメモリセルを有する。  
図２６に表したように、磁性メモリ３０１においては、アレイ中の１ビット（１つのメモリセル）を選択するために、列デコーダ３５０及び行デコーダ３５１が設けられている。列デコーダ３５０に接続されたビット線３３４と、行デコーダ３５１に接続されたワード線３３２と、により、スイッチングトランジスタ３３０がオンになり、メモリセル（磁性素子１００）が一意に選択される。磁性素子１００に流れる電流をセンスアンプ３５２で検出することにより、磁性素子１００に含まれる記憶層（第１磁性層４０）に記録されたビット情報を読み出す。
【０２０３】
各メモリセルに情報を書き込むときは、特定の書き込みワード線３２３とビット線３２２とに書き込み電流を流して発生する磁場を各メモリセルに印加する。
【０２０４】
図２７は、第４実施形態に係る別の磁性メモリの構成を例示する模式図である。  
図２７に表したように、磁性メモリ３０１ａにおいては、マトリクス状に配線されたビット線３７２とワード線３８４とが、それぞれデコーダ３６０、３６１、３６２により選択されて、アレイ中の特定のメモリセルが選択される。それぞれのメモリセルは、磁性素子１００とダイオードＤとが直列に接続された構成を有する。ダイオードＤは、選択された磁性素子１００以外のメモリセルにおいてセンス電流が迂回することを抑制する。書き込みは、特定のビット線３７２と書き込みワード線３８３とにそれぞれに書き込み電流を流して発生する磁場により行われる。
【０２０５】
図２８は、第４実施形態に係る磁性メモリの構成を例示する模式的断面図である。  
図２９は、図２８のＡ−Ａ’線断面図である。  
これらの図は、磁性メモリ３０１ａに含まれる１ビット分のメモリセルの構成を例示している。このメモリセルは、記憶素子部分３１１とアドレス選択用トランジスタ部分３１２とを有する。
【０２０６】
図２８及び図２９に表したように、記憶素子部分３１１は、磁性素子１００と、磁性素子１００と接続された一対の配線４２２及び配線４２４とを有する。
【０２０７】
アドレス選択用トランジスタ部分３１２には、ビア３２６及び埋め込み配線３２８を介して接続されたスイッチングトランジスタ３３０が設けられている。スイッチングトランジスタ３３０は、ゲート３７０に印加される電圧に応じてスイッチング動作をし、磁性素子１００と配線４３４との電流経路の開閉を制御する。
【０２０８】
磁性素子１００の下方には、書き込み用の配線４２３が、配線４２２とほぼ直交する方向に設けられている。配線４２２及び配線４２３には、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）及び、タンタル（Ｔａ）の少なくともいずれか、または、これらのいずれかを含む合金により形成することができる。  
上記の配線４２２がビット線３２２に対応し、配線４２３がワード線３２３に対応する。
【０２０９】
このような構成を有するメモリセルにおいて、ビット情報を磁性素子１００に書き込むときは、配線４２２及び４２３に書き込みパルス電流を流し、それらの電流により誘起される合成磁場を印加することにより磁性素子１００の記憶層の磁化を適宜反転させる。
【０２１０】
ビット情報を読み出すときは、配線４２２と、記憶層を含む磁性素子１００と、配線４２４と、を通してセンス電流を流し、磁性素子１００の抵抗値または抵抗値の変化を測定する。
【０２１１】
実施形態に係る磁性メモリ３０１及び３０１ａは、第１実施形態に係る磁性素子１００を用いることにより、ＭＲ変化率が大きい動作が可能であり、信頼性の高い記憶及び読み出しが可能である。
【０２１２】
以上の各実施形態によれば、ＭＲ変化率を向上できる磁性素子、圧力センサ、磁気ヘッド、および磁性メモリが提供される。
【０２１３】
なお、本願明細書において、「垂直」および「平行」は、厳密な垂直および厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直および実質的に平行であれば良い。
【０２１４】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、第１電極５１、第４層１０、第１層１２、第２層１４、第３磁性層２０、第４磁性層２２、第２非磁性層２４、第２磁性層２６、第１非磁性層３０、第１磁性層４０、キャップ層５０、第２電極５２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。
【０２１５】
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。
【０２１６】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁性素子、圧力センサ、磁気ヘッド、および磁性メモリを基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての磁性素子、圧力センサ、磁気ヘッド、および磁性メモリも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０２１７】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例およ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。
【０２１８】
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】
【０２１９】
１０、１０ａ 第４層、  １２、１２ａ 第１層、  １４、１４ａ 第２層、  １６ 第３層、  ２０ 第３磁性層、  ２４ 第２非磁性、  ２６ 第２磁性層、  ３０ 第１非磁性層、  ４０ 第１磁性層、  ５０ キャップ層、  ５１ 第１電極、  ５２ 第２電極、  ５４ 絶縁層、  ５６ ハードバイアス層、  ６１、６２、６３、６４ 配線、  ７０ 膜部、  ７０ｈ 貫通孔、  ７０ｒ 外縁、  ７０ｓ 支持部、  ７１ｈ 空洞部、  ８０ 磁気記録媒体、  ８１ 磁気記録層、  ８２ 裏打ち層、  ９０ ヘッド部、  ９１ 再生ヘッド部、  ９２ａ 第１磁気シールド層、  ９２ｂ 第２磁気シールド層、  ９３ 磁気再生素子、  １００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 磁性素子、  １０１ 第１センス部、  １０２ 第２センス部、  １１０、１１１ 圧力センサ、  １２０ 磁気ヘッド、  １２１ ヘッドスライダ、  １２１Ａ 空気流入側、  １２１Ｂ 空気流出側、  ２５０ 磁気記録再生装置、  ２５１ スピンドルモータ、  ２５４ サスペンション、  ２５５ アクチュエータアーム、  ２５６ ボイスコイルモータ、  ２５７ 軸受部、  ２５８ ヘッドジンバルアセンブリ、  ２６０ ヘッドスタックアセンブリ、  ２６１ 支持フレーム、  ２６２ コイル、  ２８０ 記録用媒体ディスク、  ２９０ 信号処理部、  ３０１、３０１ａ 磁性メモリ、  ３１１ 記憶素子部分、  ３１２ アドレス選択用トランジスタ部分、  ３２２ ビット線、  ３２３ ワード線、  ３２６ ビア、  ３２８ 配線、  ３３０ スイッチングトランジスタ、  ３３２ ワード線、  ３３４ ビット線、  ３５０ 列デコーダ、  ３５１ 行デコーダ、  ３５２ センスアンプ、  ３６０ デコーダ、  ３７０ ゲート、  ３７２ ビット線、  ３８３、３８４ ワード線、  ４２２〜４２４ 配線、  ４３４ 配線
【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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【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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