(57)【要約】【課題】  大きなＭＲ変化率を有する磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ、及び磁気記録再生装置を提供する。【解決手段】  磁化固着層５と、磁化自由層７と、磁化固着層５と磁化自由層７との間に設けられた非磁性層６と、磁化自由層７の非磁性層６が設けられた側とは反対の側に設けられたＡｕを含む第１の金属層４と、第１の金属層４の磁化自由層７が設けられた側とは反対の側に設けられたＣｕＮｉ合金を含む第２の金属層３と第２の金属層３の第１の金属層４が設けられた側とは反対の側に設けられた第１の電極２と、磁化固着層５の非磁性層６が設けられた側とは反対の側に設けられた第２の電極８とを備え、磁化固着層５及び磁化自由層７の一方がハーフメタルを含み、第１の電極２から第２の電極８に向かって電流が流れることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の強磁性層と、
第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられた非磁性層と、
前記第１の強磁性層の前記非磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられたＡｕを含む第１の金属層と、
前記第１の金属層の前記第１の強磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられたＣｕＮｉ合金を含む第２の金属層と、
前記第２の金属層の前記第１の金属層が設けられた側とは反対の側に設けられた第１の電極と、
前記第２の強磁性層の前記非磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられた第２の電極と、
を備え、
前記第１の強磁性層及び前記第２の強磁性層の一方の磁化が一方向に固着され、他方の磁化が外部磁場に応じて変化し、前記第１の強磁性層又は前記第２の強磁性層の少なくとも一方がハーフメタルを含み、前記第１の電極から前記第２の電極に向かって電流が流されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記第２の電極と前記第２の強磁性層との間に設けられたＣｕＮｉ合金を含む第３の金属層と、
前記第２の電極と前記第３の金属層との間に設けられたＡｕを含む第４の金属層と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
第１の強磁性層と、
第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられた非磁性層と、
前記第１の強磁性層の前記非磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられたＣｕＮｉ合金を含む第１の金属層と、
前記第１の金属層の前記第１の強磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられたＡｕを含む第２の金属層と、
前記第２の強磁性層の前記非磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられた第１の電極と、
前記第２の金属層の前記第１の金属層が設けられた側とは反対の側に設けられた第２の電極と、
を備え、
前記第１の強磁性層及び前記第２の強磁性層の一方の磁化が一方向に固着され、他方の磁化が外部磁場に応じて変化し、前記第１の強磁性層又は前記第２の強磁性層の少なくとも一方がハーフメタルを含み、前記第１の電極から前記第２の電極に向かって電流が流されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
磁化が一方向に固着された第１の強磁性層と、
磁化が外部磁場に応じて変化する第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられた非磁性層と、
前記第１の強磁性層の前記非磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられた反強磁性層と、
前記反強磁性層の前記第１の強磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられたＡｕを含む第１の金属層と、
前記第１の金属層の前記反強磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられたＣｕＮｉ合金を含む第２の金属層と、
前記第２の金属層の前記第１の金属層が設けられた側とは反対の側に設けられた第１の電極と、
前記第２の強磁性層の前記非磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられた第２の電極と、
を備え、
前記第１の強磁性層又は前記第２の強磁性層の少なくとも一方がハーフメタルを含み、前記第１の電極から前記第２の電極に向かって電流が流されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記第２の電極と前記第２の強磁性層との間に設けられたＣｕＮｉ合金を含む第３の金属層と、
前記第２の電極と前記第３の金属層との間に設けられたＡｕを含む第４の金属層と、
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
磁化が一方向に固着された第１の強磁性層と、
磁化が外部磁場に応じて変化する第２の強磁性層と、
前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられた非磁性層と、
前記第１の強磁性層の前記非磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられた反強磁性層と、
前記反強磁性層の前記第１の強磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられたＡｕを含む第１の金属層と、
前記第１の金属層の前記反強磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられたＣｕＮｉ合金を含む第２の金属層と、
前記第２の金属層の前記第１の金属層が設けられた側とは反対の側に設けられた第１の電極と、
前記第２の強磁性層の前記非磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられた第２の電極と、
を備え、
前記第１の強磁性層又は前記第２の強磁性層の少なくとも一方がハーフメタルを含み、前記第１の電極から前記第２の電極に向かって電流が流されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記ハーフメタルは、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３（０＜ｘ＜１）、Ｓｒ２ＦｅＭｏＯ６、ＣｒＡｓ、（Ｇａ，Ｍｎ，Ｃｒ）Ａｓ、（Ｇａ，Ｃｒ）Ａｓ、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ、（Ｇａ，Ｍｎ）Ｎ、（Ｚｎ，Ｍｎ）Ｏ、ＣｒＯ２、Ｆｅ３Ｏ４、（Ｆｅ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｆｅ，Ｃｒ）３Ｏ４、ＮｉＭｎＳｂ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＡｌ、及びＣｏＭｎＳｉから選択されることを特徴とする請求項１、請求項３、請求項４、及び請求項６の何れか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
前記反強磁性層は、ＩｒＭｎを含むことを特徴とする請求項４又は請求項６に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の磁気抵抗効果素子を一端に搭載するサスペンションと、
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ることを特徴とする磁気ヘッドアセンブリ。
【請求項１０】
請求項９に記載の磁気ヘッドアセンブリと、前記磁気ヘッドアセンブリに搭載された前記磁気抵抗効果素子を用いて情報が記録される磁気記録媒体とを備えることを特徴とする磁気記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ、及び磁気記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
巨大磁気抵抗効果（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  Ｅｆｆｅｃｔ：ＧＭＲ）を用いることで、磁気デバイス、特に磁気ヘッドの性能が飛躍的に向上している。特に、スピンバルブ膜（Ｓｐｉｎ−Ｖａｌｖｅ：ＳＶ膜）の磁気ヘッドやＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などへの適用は、磁気デバイス分野に大きな技術的進歩をもたらした。
【０００３】
「スピンバルブ膜」は、２つの強磁性層の間に非磁性層（スペーサ層と称される）を挟んだ構造を有する積層膜であり、スピン依存散乱ユニットとも呼ばれる。この２つの強磁性層の一方（ピン層や磁化固着層などと称される）の磁化が反強磁性層などで固着され、他方（フリー層や磁化自由層などと称される）の磁化が外部磁界（磁場）に応じて回転可能である。スピンバルブ膜では、ピン層とフリー層の磁化方向の相対角度が変化することで、電気抵抗が変化する。この変化量をＭＲ（ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）変化率と呼び、これは素子の出力に相当するものである。
【０００４】
特開２００６−１０８６３１号公報には、Ｃｕからなる非磁性層をＣｏからなる磁化固着層及び磁化自由層で挟んだ積層構造をさらに、Ｃｒ又はＡｕからなる電極で挟んだ磁気抵抗効果素子が開示されている。この磁気抵抗効果素子では、Ｃｏからなる磁化自由層とＡｕからなる電極との間がペルチェ効果により冷却される。
【０００５】
ペルチェ効果は１８３４年にジャン＝シャルル・ペルティエによって発見された現象であり、冷却効果は以下の式１で表される。
ΔＱ＝Π・Ｉ・Δｔ  …  式１
ここで、ΔＱ（Ｃ）は接合部から放熱あるいは吸熱される熱量、Πは物質固有のペルチェ係数、Δｔ（ｓ）は電流を流した時間、Ｉ（Ａ）は電流である。冷却あるいは加熱の効率は、物質固有のペルチェ係数で決定されるため、効率的に冷却するための材料の組み合わせを選択することが必要である。
【０００６】
しかしながら、特開２００６−１０８６３１号公報に開示された磁気抵抗効果素子では、磁化自由層にＣｏを用いているために、Ｃｏ自体は冷却されてもＭＲ変化率が大きく変化することはない。よって、ペルチェ効果により冷却してもより大きなＭＲ変化率は見込めない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１０８６３１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】２００９年秋季  第７０回応用物理学会学術講演会予稿１０ａ−ＺＤ−１６
【非特許文献２】J. Appl. Phys. 99, 08H706 (2006).
【非特許文献３】Apllied Physcs Letters 75, 3680 (1999).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、大きなＭＲ変化率を有する磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ、及び磁気記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る磁気抵抗効果素子は、第１の強磁性層と、第２の強磁性層と、前記第１の強磁性層と前記第２の強磁性層との間に設けられた非磁性層と、前記第１の強磁性層の前記非磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられたＡｕを含む第１の金属層と、前記第１の金属層の前記第１の強磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられたＣｕＮｉ合金を含む第２の金属層と、前記第２の金属層の前記第１の金属層が設けられた側とは反対の側に設けられた第１の電極と、前記第２の強磁性層の前記非磁性層が設けられた側とは反対の側に設けられた第２の電極と、を備え、前記第１の強磁性層及び前記第２の強磁性層の一方の磁化が一方向に固着され、他方の磁化が外部磁場に応じて変化し、前記第１の強磁性層又は前記第２の強磁性層の少なくとも一方がハーフメタルを含み、前記第１の電極から前記第２の電極に向かって電流が流されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、大きなＭＲ変化率を有する磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ、及び磁気記録再生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図２】ペルチェ効果を説明するための図。
【図３】ハーフメタルを説明するための図。
【図４】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図５】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を示す図。
【図７】第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図８】第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の変形例を示す図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリを示す図。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置を示す図。
【図１２】第５の実施形態とは別の構成の磁気記録再生装置を示す図。
【図１３】第５の実施形態とは別の構成の磁気記録再生装置を示す図。
【図１４】図１３のＡ−Ａ’線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１を示す図である。
【００１５】
磁気抵抗効果素子１は、非磁性層６が磁化固着層５及び磁化自由層７に挟まれている。磁化自由層７上には電極８が形成されている。また、磁化固着層５の下には金属層４、金属層３、電極２が順に形成されいている。なお、磁化固着層５と磁化自由層７はともに強磁性層である。すなわち、磁化固着層５と磁化自由層７とでは、磁化固着層５の磁化は一方向に固着され、磁化自由層７は外部磁場に応じて磁化の方向が変化する点が異なる。
【００１６】
電極８及び電極２には、例えばＮｉＦｅ合金、Ｃｕ等を用いることができる。電極８及び電極２の厚さは、例えば２００ｎｍである、
【００１７】
非磁性層６には、例えばＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等を用いることができる。非磁性層６の厚さは、例えば１ｎｍである。
【００１８】
金属層４には、Ａｕを用いることができる。また、金属層３にはＣｕＮｉ合金を用いることができる。金属層３から金属層４に向かって電流を流す。このようにすると、金属層４と金属層３との界面でペルチェ効果による冷却を得ることができる。金属層４及び金属層３の厚さは例えば５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。
【００１９】
図２は、ペルチェ効果を説明するための図である。縦軸が材料が持つエネルギーを示す。また、電流は紙面左方向に向かって流れ、電子は紙面右方向に向かって流れる。図２では電子の流れを示している。ペルチェ効果は図２に示すようにＡｕを含む層から、ＣｕＮｉ合金を含む層に向かって電子が移動する際に電子が吸熱反応を起こす。また、Ａｕを含む層とＣｕＮｉ合金を含む層との界面では、大きなペルチェ係数が得られる。その界面では、２００Ｋも温度が下がることが知られている（例えば、非特許文献１を参照）。したがって、ペルチェ効果による冷却を利用するには、Ａｕを含む層からＣｕＮｉ合金を含む層に向かって電子が流れるように、ＣｕＮｉ合金を含む層からＡｕ合金を含む層に向かって電流が流れるようにすればよい。
【００２０】
なお、金属層４、金属層３は、磁気抵抗効果素子１の保護膜、下地層、又は電極として用いてもよい。
【００２１】
磁化固着層５又は磁化自由層７の少なくとも一方は、ハーフメタルを用いることができる。磁化固着層５及び磁化自由層７の厚さは、例えば４ｎｍである。
【００２２】
図３は、ハーフメタルについて説明するための図である。図３の上図がハーフメタルの電子の状態密度を示す図である。図３の下図がハーフメタルの外部磁場に対する応答を示す図である。
【００２３】
図３の上図に示すように、ハーフメタルは、フェルミレベルにアップスピンの電子だけが存在し、ダウンスピンの電子が存在しないような強磁性体をいう。伝導に寄与するのはフェルミレベルにある電子だけであるので、アップスピンの電子だけが伝導し、ダウンスピンの電子については絶縁体と見なされる。ＭＲ変化はアップスピンの電子による電気抵抗とダウンスピンの電子による電気抵抗の差によって生じる。よって、図３の下図に示すように、理想的なハーフメタルを作製できれば外部磁場に対してＭＲ変化率は無限大となり、ハーフメタルに近い電子状態となるだけでも巨大なＭＲ変化率を得ることができる。
【００２４】
ハーフメタル材料には強磁性を失う温度（キュリー点：Ｔｃ）が室温（３００Ｋ）よりも低いものが多く、低温に冷却しなければハーフメタルの電子状態を持たない。また、理想的なハーフメタルの電子状態は、絶対零度（０Ｋ）で見積もられたものである。このような理由から、ハーフメタルになると予測された材料を、可能な限り低温に冷却することは、ハーフメタル性を引き出す上で重要である。
【００２５】
従来の強磁性層を使ったＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子やＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ  ｔｏ  Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲ素子であっても低温にするとＭＲ変化率が増加する傾向にはあるが、その増加率は室温のＭＲ変化率と比較して高々５倍程度である。理想的にはＭＲ変化率が無限大まで増加することが期待されるハーフメタルと比べると、小さな変化である。
【００２６】
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１は、金属層４と金属層３との間でペルチェ効果により大きな冷却効果を得ることができる。よって、ハーフメタルを含む磁化固着層５又は磁化自由層７を冷却することができるので、大きなＭＲ変化率を得ることができる。
【００２７】
ハーフメタルとして、具体的には、ペロブスカイト系のＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３（０＜ｘ＜１）、Ｓｒ２ＦｅＭｏＯ６、磁性半導体のＣｒＡｓ、（Ｇａ，Ｍｎ，Ｃｒ）Ａｓ、（Ｇａ，Ｃｒ）Ａｓ、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ、（Ｇａ，Ｍｎ）Ｎ、（Ｚｎ，Ｍｎ）Ｏ、ＣｒＯ２、スピネル系のＦｅ３Ｏ４、（Ｆｅ，Ｃｏ）３Ｏ４、（Ｆｅ，Ｃｒ）３Ｏ４、ホイスラー合金のＮｉＭｎＳｂ、ＣｏＭｎＧｅ、ＣｏＭｎＡｌ、ＣｏＭｎＳｉを用いることができる。これらのハーフメタルは、１０Ｋ程度の低温で高いＭＲ変化率を示す。しかしながら、温度上昇に大きく依存してＭＲ変化率が低下するので、デバイス動作温度の室温（３００Ｋ）以上ではＭＲ変化率が大きく減少することが問題であった。
【００２８】
しかしながら、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１では、２００Ｋもの冷却効果を得ることができるので、理想的なハーフメタルには近づかないものの十分なＭＲ変化率を得ることができる。なお、磁化固着層５又は磁化自由層７の何れか一方にのみハーフメタルを用いた場合、他方には、例えばＦｅＣｏ合金を用いることができる。その他にも、磁化固着層５又は磁化自由層７をＦｅＣｏ合金とハーフメタルの積層構造としてもよい。もしくは、磁化固着層５又は磁化自由層７をハーフメタルとＮｉＦｅ合金の積層構造としてもよい。このような構造にすると、外部磁場に対して磁気抵抗効果素子１のＭＲ変化が線形に変化するので磁気ノイズを低減することができる。
【００２９】
次に、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の動作原理について説明する。
【００３０】
図１に示すように、電流を電極２から電極８に向かって流す。すると、ＣｕＮｉ合金を含む金属層３とＡｕを含む金属層４との間がペルチェ効果により冷却される。この冷却効果によりハーフメタルを含む磁化固着層５又は磁化自由層７が冷却される。このとき、ハーフメタルを含む磁化固着層５又は磁化自由層７は、アップスピンの電子又はダウンスピンの電子の何れかが多い状態となっている。よって、磁気抵抗効果素子１が外部磁場を受けると、磁化自由層７の磁化が回転して磁化固着層５の一方向に固着された磁化と相互作用をして大きなＭＲ変化率を得ることができる。
【００３１】
ペルチェ効果による冷却現象は、既にクーラーボックスやパソコン内部の冷却などに利用されている。しかしながら、その場合には冷却効果を最大限引き出すために大面積の接合を用いている。数十ｎｍ〜数百ｎｍというサイズの磁気抵抗効果素子では、従来の応用例に比べて接合面が小さいために冷却効果が限定される。しかしながら、素子化すると冷却効率が上がることが知られている（例えば、非特許文献２を参照）。よって、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１に対してペルチェ効果を用いることは有益である。
【００３２】
なお、磁化固着層５と磁化自由層７との位置が入れ替わっていてもよい。
（変形例１）
【００３３】
図４は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の変形例を示す図である。第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１とは、ＣｕＮｉ合金を含む金属層９が磁化自由層７と電極８との間に設けられ、Ａｕを含む金属層１０が金属層９と電極８との間に設けられている点が異なる。金属層９と金属層１０との間でもペルチェ効果により冷却効果を得ることができる。よって第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１と比較してより大きなＭＲ変化率を得ることができる。
【００３４】
なお、磁化固着層５と磁化自由層７との位置は入れ替わっていてもよい。
（変形例２）
【００３５】
図５は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１の変形例を示す図である。第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１とは、金属層４と金属層３との位置が入れ替わっている点が異なる。この場合、電流を流す向きは、電極８から電極２に向かって流す。
【００３６】
なお、磁化固着層５と磁化自由層７との位置が入れ替わってもよい。
（第２の実施形態）
【００３７】
図６は本発明の第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０を示す図である。
【００３８】
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１とは、金属層４上に下地層２１、反強磁性層２２、強磁性層２３、中間層２４が設けられている点が異なる。なお、第１の実施形態と同様な点の説明は省略する。
【００３９】
下地層２１は、反強磁性層２２の結晶配位性を高めることができる。下地層２１としては、例えばＴａ、Ｒｕを用いることができる。下地層２１の厚さは、例えば２ｎｍ以上３ｎｍ以下である。
【００４０】
反強磁性層２２は、強磁性層２３の磁化を固着することができる。反強磁性層２２としては、例えばＩｒＭｎを用いることができる。
【００４１】
強磁性層２３は、反強磁性層２２によって磁化の向きが一方向に固着されている。強磁性層２３には、例えばＦｅＣｏ合金を用いることができる。強磁性層２３の厚さは、例えば４ｎｍである。
【００４２】
中間層２４は、強磁性層２３と磁化固着層５とをシンセティックアンティフェロ結合をさせるために用いられる。中間層２４としては、例えばＲｕを用いることができる。中間層２４の厚さは、例えば１ｎｍである。
【００４３】
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０によれば、磁化固着層５の磁化をより強固に固着することができるので、より大きなＭＲ変化率を得ることができる。
【００４４】
また、反強磁性層２２によって強磁性層２３の磁化を固着する力は、温度に依存することが知られている（例えば、非特許文献３を参照）。低温にするほど、磁化固着力は増加し、磁化の安定性が増してノイズ抑制とデバイス信頼性向上が可能となる。さらに通常、反強磁性層２２の膜厚を薄くすると磁化固着力が減じるのであるが、ペルチェ効果で冷却することで磁化固着力を補うことが可能となる。これは、低温ほど磁化の規則性が増すためである。よって、磁化固着力を保持・あるいは向上しつつ反強磁性層２２を薄くすることが出来る。
【００４５】
また、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）の記録密度が高くなると、磁気抵抗効果素子の全体の大きさを小さくする必要がある。中でも最低７ｎｍは必要とされる反強磁性層２２の膜厚を３ｎｍ以上５ｎｍ以下に薄く出来る。よって、記録密度の高くなる将来の磁気抵抗効果素子には有効である。
【００４６】
なお、図６では、金属層４上に下地層２１、反強磁性層２２、強磁性層２３、中間層２４、磁化固着層５、非磁性層６、磁化自由層７の順に形成されている図を示している。しかしながら、積層順をこれとは逆にして、金属層４上に、磁化自由層７、非磁性層６、磁化固着層５、中間層２４、強磁性層２３、反強磁性層２２、下地層２１と順に積層してもよい。
（変形例３）
【００４７】
図７は、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０の変形例を示す図である。第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０とは、金属層９が磁化自由層７と電極８との間に設けられ、金属層１０が金属層９と電極８との間に設けられている点が異なる。
【００４８】
なお、図７では、金属層４上に下地層２１、反強磁性層２２、強磁性層２３、中間層２４、磁化固着層５、非磁性層６、磁化自由層７の順に形成されている図を示している。しかしながら、積層順をこれとは逆にして、金属層４上に、磁化自由層７、非磁性層６、磁化固着層５、中間層２４、強磁性層２３、反強磁性層２２、下地層２１と順に積層してもよい。
（変形例４）
【００４９】
図８は、第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０の変形例を示す図である。第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子２０とは、金属層４と金属層３との位置が入れ替わっている点が異なる。この場合、電流が流れる向きが電極８から電極２に向かって流れる。
【００５０】
なお、図８では、金属層３上に下地層２１、反強磁性層２２、強磁性層２３、中間層２４、磁化固着層５、非磁性層６、磁化自由層７の順に形成されている図を示している。しかしながら、積層順をこれとは逆にして、金属層３上に、磁化自由層７、非磁性層６、磁化固着層５、中間層２４、強磁性層２３、反強磁性層２２、下地層２１と順に積層してもよい。
（第３の実施の形態）
【００５１】
図９は、本発明の第３の実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリの構成を例示する模式的斜視図である。
【００５２】
図９に表したように、本実施形態に係る磁気ヘッドアセンブリ（ヘッドジンバルアセンブリ）１６０は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子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。ここで、磁気抵抗効果素子は、上記の磁気抵抗効果素子１、２０の少なくともいずれかである。
【００５３】
すなわち、ヘッドジンバルアセンブリ１６０は、アクチュエータアーム１５５を有し、アクチュエータアーム１５５の一端にはサスペンション１５４が接続されている。サスペンション１５４の先端には、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを有するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。
【００５４】
サスペンション１５４は信号の書き込み及び読み取り用のリード線１６４を有し、このリード線１６４とヘッドスライダ１５３に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接続されている。ヘッドジンバルアセンブリ１６０には電極パッド１６５が設けられる。
【００５５】
本実施形態に係る磁気抵抗ヘッドアセンブリは、第１及び第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを有しているので、高ＭＲ変化率の磁気ヘッドアセンブリが提供できる。
【００５６】
（第４の実施の形態）
【００５７】
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る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。
【００５８】
図１０に表したように、本発明の第４の実施形態に係る磁気記録再生装置１５０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、磁気ディスク２００は、スピンドルモータ１５２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Ａの方向に回転する。本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、複数の磁気ディスク２００を備えても良い。
【００５９】
磁気記録再生装置１５０は、上記の本発明に係る磁気ヘッドアセンブリ１６０を備えている。
【００６０】
すなわち、磁気ディスク２００に格納され、情報の記録再生を行うヘッドスライダ１５３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。
【００６１】
サスペンション１５４は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、ボビン部に巻か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から構成される。
【００６２】
磁気ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は磁気ディスク２００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１５３が磁気ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」でも良い。
【００６３】
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１５６により回転摺動が自在にできるようになっている。
【００６４】
本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、本発明の第１及び第２の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを有するヘッドジンバルアセンブリ１６０を用いているので、高ＭＲ変化率により、高い記録密度で磁気ディスク２００に磁気的に記録された情報を確実に読み取ることが可能となる。
（第５の実施の形態）
【００６５】
次に、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置として、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリの例について説明する。すなわち、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いて、例えばメモリセルがマトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ（ＭＲＡＭ： magnetic random access memory）などの磁気メモリを実現できる。以下では、磁気抵抗効果素子として第１の実施形態で説明した磁気抵抗効果素子１を用いる場合として説明するが、上記の磁気抵抗効果素子２０でも用いることができる。
【００６６】
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の構成を例示する模式図である。
【００６７】
すなわち、同図は、メモリセルをアレイ状に配置した場合の回路構成を例示している。図１１に表したように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子においては、アレイ中の１ビットを選択するために、列デコーダ３５０、行デコーダ３５１が設けられており、ビット線３３４とワード線３３２によりスイッチングトランジスタ３３０がオンになり一意に選択され、センスアンプ３５２で検出することにより磁気抵抗効果素子中の磁化自由層７に記録されたビット情報を読み出すことができる。
【００６８】
一方、ビット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印加する。
【００６９】
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の別の構成を例示する模式図である。
【００７０】
図１２に表したように、この場合には、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、磁気抵抗効果素子１とダイオードＤとが直列に接続された構造を有する。ここで、ダイオードＤは、選択された磁気抵抗効果素子１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防止する役割を有する。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。
【００７１】
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る磁気記録再生装置の要部を例示する模式的断面図である。
【００７２】
図１４は、図１３のＡ−Ａ’線断面図である。
【００７３】
これらの図は、図１１に例示した磁気記録再生装置（磁気メモリ）に含まれる１ビット分のメモリセルの構造を例示している。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。
【００７４】
記憶素子部分３１１は、磁気抵抗効果素子１と、これに接続された一対の配線４２２及び配線４２４とを有する。磁気抵抗効果素子１は、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子である。
【００７５】
一方、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。この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、磁気抵抗効果素子１０１と配線４３４との電流経路の開閉を制御する。
【００７６】
また、磁気抵抗効果素子１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。これらの配線４２２、４２３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）あるいはこれらいずれかを含む合金により形成することができる。
【００７７】
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。
【００７８】
このような構成のメモリセルにおいて、ビット情報を磁気抵抗効果素子１に書き込むときは、配線４２２、４２３に書き込みパルス電流を流し、それら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気抵抗効果素子の記録層の磁化を適宜反転させる。
【００７９】
また、ビット情報を読み出すときは、配線４２２と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素子１と、配線４２４とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子１の抵抗値または抵抗値の変化を測定する。
【００８０】
本発明の実施形態に係る磁気メモリは、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いることにより、セルサイズを微細化しても、記録層の磁区を確実に制御して確実な書き込みを確保でき、且つ、読み出しも確実に行うことができる。
【００８１】
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。磁気抵抗効果膜の具体的な構造や、その他、電極、バイアス印加膜、絶縁膜などの形状や材質に関しては、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。例えば、磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘッドに適用する際に、素子の上下に磁気シールドを付与することにより、磁気ヘッドの検出分解能を規定することができる。
【００８２】
また、本発明の実施形態は、長手磁気記録方式のみならず、垂直磁気記録方式の磁気ヘッドあるいは磁気再生装置についても適用できる。さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式のものでも良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のものでも良い。
【００８３】
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、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置を構成する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。
【００８４】
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。
【００８５】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及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磁気抵抗効果素子の製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録再生装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００８６】
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。
【００８７】
なお、本発明の各実施形態に係る磁気抵抗効果素子１、２０は、ＣＣＰ−ＧＭＲ効果膜でもＴＭＲ効果膜でもよい。
【００８８】
スピンバルブ膜を用いた磁気抵抗効果素子には、ＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ）−ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子が提案されている。これらの内、最初に実用化されたものはＣＩＰ−ＧＭＲ素子である。これはセンス電流を膜面平行に流す形式で、ヘッドのサイズが大きかった時期に実用化された。しかしＨＤＤの記録密度が上がるにつれてヘッドのサイズが小さくなってくると、発熱等が問題となり、膜面垂直にセンス電流を流す形式のＴＭＲ素子が次いで実用化された。ＴＭＲ素子は、センス電流が小さくて済み、出力が大きいことがメリットである。ところがＴＭＲ素子では絶縁バリアのトンネル電流を用いるため、概して素子の抵抗が高い。抵抗の高い欠点を打ち消すだけの高いＭＲ変化率は、まだ得られていない。この問題を解決すべく、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の提案がなされている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、金属伝導による磁気抵抗効果を利用するため、素子の抵抗が元来低い。これがＴＭＲ素子に対するメリットである。ところが、スピンバルブ膜が金属層で形成されたメタルＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、磁化による抵抗変化量が小さく、微弱磁界（例えば、高記録密度の磁気ディスクでの磁界）を電気信号に変換するのは困難である。
【００８９】
このように、更なる大きなＭＲ変化率が要求されるＴＭＲ、ＣＰＰ−ＧＭＲに対し、ペルチェ効果及びハーフメタルを用いた本発明の各実施形態に係る磁気抵抗効果素子１、２０は大きなＭＲ変化率を得ることができる。
【符号の説明】
【００９０】
１、２０  …  磁気抵抗効果素子、２、８  …  電極、３、９  …  金属層（ＣｕＮi合金を含む）、４、１０  …  金属層（Ａｕを含む）、５  …  磁化固着層、６  …  非磁性層、７  …  磁化自由層
【図１】
2011199073.tif 000003
【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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