(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に固定された積層体であって、
鉄、コバルト及びニッケルからなる群より選択された１種以上の金属を含む第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に積層され、前記第１の磁性層の組成とは異なる第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置されたスペーサ層と、
を有する積層体と、
前記積層体に電流を流す第１の電極及び第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記積層体が配置され、
前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向に前記第１の磁性層、前記スペーサ層及び前記第２の磁性層が積層されており、
前記積層体に印加された外部歪みによって、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層がともに磁化回転し、
前記第１の磁性層および第２の磁性層の磁化回転に伴う前記電極間の抵抗変化によって、外部歪みを検出することを特徴とする歪みセンサ。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に固定された積層体であって、
鉄、コバルト及びニッケルからなる群より選択された１種以上の金属を含む第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に積層され、前記第１の磁性層の組成とは異なる第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置されたスペーサ層と、
を有する積層体と、
前記積層体に電流を流す第１の電極及び第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記積層体が配置され、
前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向に前記第１の磁性層、前記スペーサ層及び前記第２の磁性層が積層されており、
外部歪みが印加されていない状態において、前記第１の磁性層の磁化方向と前記第２の磁性層の磁化方向とは、平行または反平行であり、
前記積層体に印加された外部歪みによって、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層がともに磁化回転し、
前記第１の磁性層および第２の磁性層の磁化回転に伴う前記電極間の抵抗変化によって、外部歪みを検出することを特徴とする歪みセンサ。
【請求項３】
基板と、
前記基板上に固定された積層体であって、
鉄、コバルト及びニッケルからなる群より選択された１種以上の金属を含む第１の磁性層と、
前記第１の磁性層に積層され、前記第１の磁性層の組成とは異なる第２の磁性層と、
前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置されたスペーサ層と、
を有する積層体と、
前記積層体に電流を流す第１の電極及び第２の電極と、
を備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記積層体が配置され、
前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向に前記第１の磁性層、前記スペーサ層及び前記第２の磁性層が積層されており、
前記積層体に印加された外部歪みによって、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層がともに磁化回転し、
前記第１の磁性層の前記磁化回転の方向は、前記第２の磁性層の前記磁化回転に対して逆方向であり、
前記第１の磁性層および第２の磁性層の磁化回転に伴う前記電極間の抵抗変化によって、外部歪みを検出することを特徴とする歪みセンサ。
【請求項４】
外部歪みが印加されていない状態において、前記第１の磁性層の磁化方向と前記第２の磁性層の磁化方向とは、平行または反平行であることを特徴とする請求項３に記載の歪みセンサ。
【請求項５】
前記第１の磁性層は正の磁歪係数を有し、前記第２の磁性層は負の磁歪係数を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の歪みセンサ。
【請求項６】
前記第１の磁性層は、鉄、コバルト及びニッケルからなる群より選択された１種以上の金属を含む酸化物層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の歪みセンサ。
【請求項７】
前記第２の磁性層は、ニッケル及びサマリウム鉄（ＳｍＦｅ）からなる群より選択された１種以上の金属を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の歪みセンサ。
【請求項８】
前記スペーサ層は、アルミニウム、チタン、亜鉛、シリコン、ハフニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、ニオブ、クロム、マグネシウム及びジルコニウムからなる群より選択された１種の金属の酸化物または窒化物を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の歪センサ。
【請求項９】
前記第２の磁性層の前記第１の磁性層が積層されている面の反対面上、または、前記第１の磁性層の前記第２の磁性層が積層されている面の反対面上に、磁化方向が一方向に固着された第３の磁性層をさらに備え、
前記第２の磁性層と前記第３の磁性層との間、または、前記第１の磁性層と前記第３の磁性層との間に配置された他のスペーサ層をさらに備えたことを特徴とする、請求項１〜８いずれか１つに記載の歪みセンサ。
【請求項１０】
前記基板は、
フレキシブル性を有し、前記積層体が固定されたメンブレンと、
前記メンブレンを支持する支持部と、
を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の歪みセンサ。
【請求項１１】
第１方向に延びる複数本のワード線と、
前記第１方向に対して交差する第２方向に延びる複数本のビット線と、
をさらに備え、
前記積層体は、複数設けられており、前記複数本のワード線のそれぞれと前記複数本のビット線のそれぞれとの間に接続されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の歪みセンサ。
【請求項１２】
請求項１０記載の歪みセンサを有し、
外部圧力による前記メンブレンの歪みを検知することで、前記外部圧力を検知することを特徴とする圧力センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の歪みセンサを有し、
人間または動物の血圧値をモニターすることを特徴とする血圧センサ。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の歪みセンサを有し、
橋またはビルの構造物の歪み状態をモニタする構造物の状態観測を行うことを特徴とする構造物ヘルスモニタセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、歪みセンサ、圧力センサ、血圧センサ及び構造物ヘルスモニタセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲ効果を利用した歪センサが提案されており、ＭＲ効果を利用した歪センサは従来の歪センサよりも小さい面積でも、非常に高感度なセンサが実現できる可能性がある。
【０００３】
しかしながら、従来のピン層/スペーサ層/フリー層からなる歪センサでは、磁気的に一体となって動作するフリー層は一層のみである（積層膜でフリー層が形成されたとしても、磁気的に一体となって磁化回転する場合は、一層のフリー層となる）。
【０００４】
この場合、逆磁歪効果を用いてフリー層が歪を検知する場合、フリー層の磁歪係数は正か負かの一種類しかないため、圧縮応力か、引っ張り応力かのいずれか一方のみにしか意味のある磁化回転をしなくなり、一方の歪状態のみしか検知できない歪センサとなる。
【０００５】
このような場合、多数点の歪を検知する必要がある場合には、トータルの感度が低下してしまうのが課題である。つまり、圧縮応力、引っ張り応力のいずれの応力に対しても検知可能な歪センサが必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国公開特許ＵＳ２００５／００８８７８９Ａ１
【非特許文献１】M. Lohndorf et al., ”Highly sensitive strain sensors based on magnetic tunneling junctions”, J. Magn. Magn. Mater. 316, 223 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の実施形態は、高感度な歪みセンサ、圧力センサ、血圧センサ及び構造物ヘルスモニタセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態に係る歪みセンサは、基板と、前記基板上に固定された積層体であって、鉄、コバルト及びニッケルからなる群より選択された１種以上の金属を含む第１の磁性層と、前記第１の磁性層に積層され、前記第１の磁性層の組成とは異なる第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置されたスペーサ層と、を有する積層体と、前記積層体に電流を流す第１の電極及び第２の電極と、を備える。前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記積層体が配置される。前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向に前記第１の磁性層、前記スペーサ層及び前記第２の磁性層が積層されている。前記積層体に印加された外部歪みによって、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層がともに磁化回転し、前記第１の磁性層および第２の磁性層の磁化回転に伴う前記電極間の抵抗変化によって、外部歪みを検出する。
実施形態に係る別の歪みセンサは、基板と、前記基板上に固定された積層体であって、鉄、コバルト及びニッケルからなる群より選択された１種以上の金属を含む第１の磁性層と、前記第１の磁性層に積層され、前記第１の磁性層の組成とは異なる第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置されたスペーサ層と、を有する積層体と、前記積層体に電流を流す第１の電極及び第２の電極と、を備える。前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記積層体が配置される。前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向に前記第１の磁性層、前記スペーサ層及び前記第２の磁性層が積層されている。外部歪みが印加されていない状態において、前記第１の磁性層の磁化方向と前記第２の磁性層の磁化方向とは、平行または反平行である。前記積層体に印加された外部歪みによって、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層がともに磁化回転し、前記第１の磁性層および第２の磁性層の磁化回転に伴う前記電極間の抵抗変化によって、外部歪みを検出する。
実施形態に係る別の歪みセンサは、基板と、前記基板上に固定された積層体であって、鉄、コバルト及びニッケルからなる群より選択された１種以上の金属を含む第１の磁性層と、前記第１の磁性層に積層され、前記第１の磁性層の組成とは異なる第２の磁性層と、前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に配置されたスペーサ層と、を有する積層体と、前記積層体に電流を流す第１の電極及び第２の電極と、を備える。前記第１の電極と前記第２の電極との間に、前記積層体が配置される。前記第１の電極と前記第２の電極とを結ぶ方向に前記第１の磁性層、前記スペーサ層及び前記第２の磁性層が積層されている。前記積層体に印加された外部歪みによって、前記第１の磁性層及び前記第２の磁性層がともに磁化回転する。前記第１の磁性層の前記磁化回転の方向は、前記第２の磁性層の前記磁化回転に対して逆方向である。前記第１の磁性層および第２の磁性層の磁化回転に伴う前記電極間の抵抗変化によって、外部歪みを検出する。
【０００９】
また、実施形態に係る圧力センサは、前記歪みセンサを有し、外部圧力による前記メンブレンの歪みを検知することで、前記外部圧力を検知する。
さらに、実施形態に係る血圧センサは、前記歪みセンサを有し、人間または動物の血圧値をモニターする。
【００１０】
また、実施形態に係る構造物ヘルスモニタセンサは、前記歪みセンサを有し、橋またはビルの構造物の歪み状態をモニタする構造物の状態観測を行う。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を例示する斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子において、正と負の磁歪係数をもつ強磁性層に、歪みを付加した場合の磁化方向の変化を例示した図であり、（ａ）は引っ張り歪みを示し、（ｂ）は圧縮歪みを示し、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’面による断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は磁気抵抗効果素子の磁化方向を例示する図であり、（ａ）は外部磁場が無い場合を示し、（ｂ）は外部磁場が素子から離れる方向の場合を示し、（ｃ）は外部磁場が素子に向かう方向の場合を示す。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は磁気抵抗効果素子の磁化方向を例示する図であり、（ａ）は外部磁場が無い場合を示し、（ｂ）は外部磁場が素子から離れる方向の場合を示し、（ｃ）は外部磁場が素子に向かう方向の場合を示す。
【図６】第３の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、第４の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図であり、（ｃ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ’面による断面図である。
【図８】第５の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
【図９】第６の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
【図１０】第７の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
【図１１】第８の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
【図１２】第９の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、第１０の実施形態に係る磁気ヘッドアッセンブリを例示する斜視図である。
【図１４】第１１の実施形態に係る磁気記録再生装置を例示する斜視図である。
【図１５】第１２の実施形態に係る歪みセンサを例示する断面図である。
【図１６】第１２の実施形態に係る歪みセンサの動作を例示する断面図である。
【図１７】第１２の実施形態に係る歪みセンサの動作を例示する断面図である。
【図１８】（ａ）及び（ｂ）は、第１２の実施形態に係る歪みセンサの動作を例示する図であり、（ａ）は引っ張り歪みを付加した場合を示し、（ｂ）は圧縮歪みを付加した場合を示す。
【図１９】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、第１２の実施形態に係る歪みセンサの動作を例示する図であり、（ａ）は任意の方向から引っ張り歪みを付加した場合を示し、（ｂ）は任意の方向から圧縮歪みを付加した場合を示し、（ｃ）は歪みを付加する前の２つの強磁性層の磁化方向が反平行である時の圧縮歪みを付加した場合を示す。
【図２０】第１２の実施形態の変形例に係る歪みセンサを例示する断面図である。
【図２１】第１３の実施形態に係る歪みセンサを例示する平面図である。
【図２２】（ａ）〜（ｄ）は、第１３の実施形態に係る歪みセンサの動作を例示する図であり、（ａ）は素子Ａに圧縮歪みを付加した場合を示し、（ｂ）は素子Ａに引っ張り歪みを付加した場合を示し、（ｃ）は素子Ｂに圧縮歪みを付加した場合を示し、（ｄ）は素子Ｂに引っ張り歪みを付加した場合を示す。
【図２３】第１４の実施形態に係る歪みセンサを例示する斜視図である。
【図２４】第１４の実施形態に係る歪みセンサにおける磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。
【図２５】第１５の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を例示する斜視図である。
【図２６】（ａ）及び（ｂ）は、第１５の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の積層体を例示した図であり、（ａ）は引っ張り歪みを付加した場合を示し、（ｂ）は圧縮歪みを付加した場合を示す。
【図２７】第１６の実施形態に係る血圧センサを例示する断面図である。
【図２８】第１６の実施形態に係る血圧センサを例示する図である。
【図２９】第１７の実施形態に係る血圧測定システムを例示する図である。
【図３０】第１７の実施形態に係る血圧測定システムの動作を例示するフローチャート図である。
【図３１】第１８の実施形態に係る構造物ヘルスモニタセンサを例示する図である。
【図３２】第１８の実施形態に係る構造物ヘルスモニタセンサを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を例示する斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、磁気抵抗効果素子１０は、外部磁場によって磁化方向が回転可能な強磁性層１２と、強磁性層１２上に積層され、外部磁場によって磁化方向が回転可能な強磁性層１１を含んだ積層構造とされている。本実施形態においては、強磁性層１１と強磁性層１２との間にスペーサ層１３が設けられている。強磁性層１１及び強磁性層１２は、逆磁歪効果（Ｉｎｖｅｒｓｅ−ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ｅｆｆｅｃｔ）を示す材料からなる。しかし、強磁性層１１及び１２の逆磁歪効果の極性は、相互に反対である。例えば、強磁性層１１は正の磁歪係数を有し、強磁性層１２は負の磁歪係数を有する。
【００１４】
以下、強磁性層１１、スペーサ層１３及び強磁性層１２が積層された構造体を「積層体１９」といい、強磁性層１１、スペーサ層１３、強磁性層１２が積層された方向を「積層方向」といい、積層方向に対して直交する方向を「面内方向」という。
【００１５】
磁気抵抗効果素子の強磁性層１１及び１２の異なる磁歪極性の材料として具体的な例を以下に列挙する。
正の磁歪係数を示す磁性層は、鉄、コバルト及びニッケルからなる群より選択された１種以上の金属を含んでいる。
一方、負の磁歪係数を示す磁性層も基本的には鉄、コバルト及びニッケルからなる群より選択された１種以上の金属を含んでいる。そのなかでも、ニッケル及びサマリウム鉄（ＳｍＦｅ）からなる群より選択された１種以上の金属を含んでいる材料を用いることが適していることがある。金属スペーサ層の場合には、ＣｏＦｅ合金層も負の磁歪を示す材料として、適している。
以下に、一例として、正の磁歪係数を示す磁性層、スペーサ層及び負の磁歪係数を示す磁性層を含む積層体１９を示す。
一般的には、磁性層の磁歪は磁性層の組成により決定される。これらについては、これまで多数の文献において一般的な傾向は調べられている。しかしながら、磁性層に隣接する材料に応じて、実際には磁歪も大きく影響を受けることが、極薄膜特有の状況として発生する。
【００１６】
スペーサ層１３として酸化物材料を用いた場合（酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のようなトンネルバリア層や、後述するＣＣＰ層）に、スペーサ層１３の界面に鉄コバルト（ＣｏＦｅ）などを含有する磁性層を用いた場合には、そのスペーサ層１３の上下面の磁性層１〜２ｎｍ近傍については一般的には正の磁歪を示す。それは、ＣｏＦｅＢＯｘ、ＣｏＯｘ、ＮｉＯｘ、ＦｅＯｘなどの酸化物層は正の磁歪係数を示す材料となるためである。次に、本実施形態においては、強磁性層１１及び１２で正及び負の異なる磁歪を示すような構成にする。酸化物層の界面においては、すでに正の磁歪を示しているので、フリー層１１全体またはフリー層１２全体として、正の磁歪の磁性層を形成することは比較的容易である。そこで、他方の界面において、負の磁歪を形成するためには、上記正の磁歪を有する酸化物界面層に対して、負の大きな磁歪を有する磁性層を積層することで、フリー層１１またはフリー層１２の磁性層トータルとして、負の磁歪の磁性層を形成することができる。負の大きな磁歪は、ニッケル（Ｎｉ）リッチの合金を用いることで対応できる。
【００１７】
他には、負の磁歪で形成するためには、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、ＮｉＦｅ合金（Ｎｉが８５ａｔｏｍｉｃ％以上含有）、ＳｍＦｅなどがあげられる。磁性材料が複数層形成された場合には、磁気的に一体となって磁化方向が動く磁性層とする。その磁性層中のトータルの積層膜構成によって、その磁性層の磁歪は決定される（一方、非磁性スペーサ層を介したもう一方の磁性層に関しては、磁気的には別の磁性層として機能するため、磁歪も別の値として定義される）。
【００１８】
強磁性層１１／スペーサ層１３／強磁性層１２の積層膜構成の具体例としては、Ｃｏ９０Ｆｅ１０／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢ／Ｎｉ９５Ｆｅ５の積層膜で膜厚がそれぞれ２ｎｍ／１ｎｍ／１．５ｎｍ／１ｎｍ／２ｎｍであるものがあげられる。ここで、Ｃｏ９０Ｆｅ１０／ＣｏＦｅＢ層が一つの磁性層として機能する正の磁歪を示す磁性層であり、ＣｏＦｅＢ／Ｎｉ９５Ｆｅ５層が一つの磁性層として機能する負の磁歪を示す磁性層となる。ＭｇＯ層がスペーサ層である。
【００１９】
スペーサ層は、磁気抵抗効果の物理的メカニズムによっていくつかの種類がある。
ＣＩＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ）構造やＣＰＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｐａｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｔ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｐｌａｎｅ）構造のＧＭＲ効果を利用する場合は、非磁性金属を材料としたスペーサ層が用いられる。また、非磁性金属としては、銅、金、銀、アルミニウム及びクロムからなる群より選択された１種の金属があげられる。
【００２０】
ここで、ＣＩＰ構造とは、強磁性層１１及び強磁性層１２の積層体における面内方向の両端面に１対の電極を設け、積層体中を面内方向に電流を流す構造をいう。また、ＣＰＰ構造とは、強磁性層１１及び強磁性層１２の積層体における積層方向の両端面に１対の電極を設け、積層体中を積層方向に電流を流す構造をいう。
【００２１】
一様な金属層だけでなく、ＣＣＰ（Ｃｕｒｒｅｎｔ−ｃｏｎｆｉｎｅｄ−ｐａｔｈ）構造のスペーサ層も使われる。ＣＣＰ構造のスペーサ層とは、膜厚がナノメーターオーダーの絶縁部層中を、その貫通孔内に、導電部材が埋め込まれたものである。ＣＣＰ構造のスペーサ層の利点は、低い抵抗を維持したまま、ＭＲ効果を高められることである。ＣＣＰ構造のスペーサ層の導電部材の材料としては、銅、金、銀、アルミニウム及びクロムからなる群より選択された１種の金属があげられる。ＣＰＰ構造のスペーサ層における絶縁部材の材料としては、アルミニウム、チタン、亜鉛、シリコン、ハフニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、ニオブ、クロム、マグネシウム及びジルコニウムからなる群より選択された１種の金属の酸化物または窒化物があげられる。
【００２２】
ＴＭＲを利用する場合、スペーサ層１３は、高い電気抵抗を得るために、酸化マグネシウムのような典型的な絶縁材料により形成される。そのような絶縁材料によるスペーサ層はトンネルバリア層として機能する。ここで、トンネルバリア層とは、トンネル効果により電流を流すことができる絶縁層をいう。トンネルバリア層の材料としては、上述した酸化マグネシウムの他、窒化マグネシウム、又は、アルミニウム、チタン、亜鉛、シリコン、ハフニウム、タンタル、モリブデン、タングステン、ニオブ、クロム及びジルコニウムからなる群より選択された１種の金属の酸化物若しくは窒化物があげられる。
【００２３】
上述の如く、磁気抵抗効果素子に含まれる２層の強磁性層は、一方が正の磁歪係数を示し、スペーサ層を介してもう一方の強磁性層が負の磁歪係数を示す。例えば、図１に示す積層体１９を形成する際の成膜の過程で、下から順に正の磁歪係数を示す層、スペーサ層、負の磁歪係数を示す層としてもよいし、逆に負の磁歪係数を示す層、スペーサ層、正の磁歪係数を示す層としてもよい。
図１では本実施形態の動作原理を説明するために、まず外部歪みが非常に小さい状態について示している。第１の強磁性層１１と第２の強磁性層１２の初期の磁化方向１４及び１５を反平行状態としている。これは、二つの磁性層間において静磁気結合された状態や、ＲＫＫＹ結合で反強磁性結合成分が大きい場合などに相当する。しかしながら、二つの強磁性層間の層間結合磁界が強い場合のように第１の強磁性層１１と第２の強磁性層１２の初期の磁化方向が平行状態となる場合もある。以降の説明においては、この最初の状態が平行磁化状態でも、反平行磁化状態でも、いずれの状態でも本質的な原理は同様に説明できる。
【００２４】
次に、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の動作について説明する。
先ず、磁歪効果について説明する。
磁歪効果とは、磁性体の磁化方向が変化することによって、磁性体に歪みが発生することをいう。磁歪効果によって発生した歪みは、磁化の大きさと方向に依存する。したがって、磁歪効果による歪みの大きさは、磁化の大きさと方向によって制御される。また、磁歪効果による歪みの大きさは、磁性体材料に固有な磁歪係数に大きく依存する。磁化が飽和した状態での歪みの変化の比の値を、磁歪係数と呼ぶ。
磁歪効果に対して、逆磁歪効果という磁歪効果の逆の現象も存在する。逆磁歪効果とは、磁性体の磁化方向が、外部から付加された歪みによって変わる現象である。逆磁歪効果における磁化方向の変化の大きさは、外部から付加された歪みの大きさと磁性体に固有な磁歪係数に依存する。磁歪効果と逆磁歪効果は互いに物理的に対称なので、磁歪係数はどちらの効果の場合においても同じ値である。
【００２５】
磁歪効果及び逆磁歪効果における磁歪係数には、磁性体によって、正の磁歪係数と負の磁歪係数がある。
逆磁歪効果においては、正の磁歪係数を示す磁性体の場合には、磁性体に引っ張り歪みが付加されると、磁性体の磁化方向は、付加された歪みの方向に一致するような方向となる。そのような方向をとることがエネルギー的に安定であるからである。また、磁性体に圧縮歪みが付加されると、磁性体の磁化方向は、付加された歪みの方向に直交するような方向となる。
一方、負の磁歪係数を有する磁性体の場合は、逆である。すなわち、磁性体に圧縮歪みが付加されると、磁性体の磁化方向は、付加された歪みの方向に一致するような方向となる。一方、引っ張り歪みが付加されると、磁性体の磁化方向は、付加された歪みの方向に直交するような方向となる。
【００２６】
このように、単一の極性の歪（つまり、圧縮か引っ張りかいずれか一方のみ）が印加された状態においても、異なる極性の磁歪係数を有する二つの強磁性層は、磁化方向が異なる方向に変化する。この現象を利用することで、二層フリー層のバイアス構造を実現することが可能となる。つまり、二つの強磁性層の磁化方向のなす角度を略９０度に設定することも可能となる。
【００２７】
図２（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子において、正と負の磁歪係数をもつ強磁性層に、歪みを付加した場合の磁化方向の変化を例示した図であり、（ａ）は引っ張り歪みを示し、（ｂ）は圧縮歪みを示し、（ｃ）は（ａ）に示すＡ−Ａ’面による断面図である。
図２（ａ）に示すように、磁気抵抗効果素子１０に引っ張り歪み１６ａが付加された場合には、正の磁歪係数を持つ強磁性層１１の磁化方向１４は、引っ張り歪み１６ａの方向とのなす角度が小さくなるように、すなわち、引っ張り歪み１６ａの方向にそろうように回転して、磁化方向１７ａとなる。反対に、負の磁歪係数を持つ強磁性層１２の磁化方向１５は、引っ張り歪み１６ａの方向とのなす角度が大きくなるように、すなわち、引っ張り歪み１６ａの方向に直交するように回転して、磁化方向１８ａとなる。
【００２８】
一方、引っ張り歪み１６ａの代わりに、圧縮歪み１６ｂを付加した場合は、逆のことが起きる。すなわち、図２（ｂ）に示すように、正の磁歪係数を持つ強磁性層１１の磁化方向１４は、圧縮歪み１６ｂの方向に直交するように回転して、磁化方向１７ｂとなる。反対に、負の磁歪係数を持つ強磁性層１２の磁化方向１５は、圧縮歪み１６ｂの方向にそろうように回転して、磁化方向１８ｂとなる。
【００２９】
このように、引っ張り歪みまたは圧縮歪みのような歪みの極性に関わらず、単一の極性の歪みの印加にも関わらず、正と負の磁歪係数を示す２つの強磁性層の磁化方向は、お互いに垂直に近づくように誘導されることである。したがって、歪みの付加が、二層フリー層の磁化方向を異なる方向にバイアスするために利用することが可能となる。
【００３０】
次に、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の効果について説明する。
前述のように二層フリー層を有する磁気抵抗効果素子は、二つの強磁性層をそれぞれ異なる方向に磁化方向を向けるというバイアス構造が極めて困難であった。
しかしながら、本実施形態のようにスペーサ層を介した二つの強磁性層に磁歪極性が異なる材料を用い、その積層膜に単一の極性の外部歪みを印加することで、二つの磁性層の磁化方向に対して適性なバイアスを実現することが可能となる。つまり、ピン層、ピニング層を有しない薄い膜厚の磁気抵抗効果素子が実現できる。これにより、狭ギャップ化に適した高密度化対応の磁気抵抗効果素子が実現できる。
【００３１】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
本実施形態は、磁気ヘッドの実施形態である。
本実施形態に係る磁気ヘッドには、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子が設けられている。
【００３２】
図３は、第２の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
図３に示すように、磁気ヘッド２０は、磁気抵抗効果素子１０を構成する積層体１９の積層方向を上下とした場合の上面上に上電極２１、下面上に下電極２２が設けられている。
図３に示すように、積層体１９の４つの側面のうち１つの側面が、ＡＢＳ面２３とされている。ＡＢＳ面２３においては、上電極２１及び下電極２２の双方が露出している。すなわち、上電極２１の端面及び下電極２２の端面がＡＢＳ面２３の一部を構成している。本実施形態では、磁気抵抗効果素子１０を外部磁界、例えば磁気メディアから磁場を検出する磁気ヘッドに応用した例について説明する。ＡＢＳ面２３は、回転する磁気メディアに面するように設置される。これにより、積層体１９の２つの磁性層の磁化方向は、磁気メディアから生じる磁束によって変化する。
【００３３】
本実施形態においては、磁気ヘッド２０の製造中に発生する応力を利用して、磁気抵抗効果素子１０に歪みを導入することも可能であるが、いろいろな手段により、アクティブに導入することもできる。
磁気ヘッドの作成過程においては、ウェハーレベルで素子を形成した後、磁気抵抗効果素子の膜断面から機械的に研磨していくラッピング工程がはいる。このラッピングの向きは一断面から印加されるため、磁気抵抗効果素子にひとつの極性の応力が印加される。この応力を外部からの歪み源として用いることができる。すなわち、積層体に印加される歪として、積層体を膜断面から研磨することで発生する歪とすることができる。
【００３４】
また、磁気抵抗効果素子１０の製造中に積層体１９の層間の格子不整合により歪みを導入することもできる。更に、熱膨張差により積層体１９の層間に内部応力を発生させて歪みを導入することもできる。最も制御された形態として、外部応力によるものも考えられる。外部応力の利用によって、磁気抵抗効果素子１０の必要な部位に応力を印加することも可能となり、制御性の観点で望ましい形態である。
本実施形態に係る磁気ヘッドの構成では、センス電流は、積層体１９の膜面垂直方向に流れるＣＰＰ（current-perpendicular-to-plane）構造を有する。しかし、積層体１９の側面、例えば、ＡＢＳ面２３及びその反対面以外の側面に電極を配置して、積層面に沿って面内方向にセンス電流を流すＣＩＰ（current-in-plane）構造としても良い。
【００３５】
次に、第２の実施形態に係る磁気ヘッドの動作について説明する。
図４（ａ）〜（ｃ）は、磁気抵抗効果素子の磁化方向を例示する図であり、（ａ）は外部磁場が無い場合を示し、（ｂ）は外部磁場が素子から離れる方向の場合を示し、（ｃ）は外部磁場が素子に向かう方向の場合を示す。
図４（ａ）に示すように、磁気ヘッド２０の磁気抵抗効果素子１０の積層体１９には、積層体１９の上面から見て、ＡＢＳ面２３から４５°の方向に、引っ張り歪み２４が付加されている。外部磁場はＡＢＳ面２３に垂直な方向から印加される。よって、引っ張り歪み２４は、外部磁場が印加される方向から見ると４５°または１３５°の方向で付加されている。上述のごとく、強磁性層１１が正の磁歪係数を示し、強磁性層１２が負の磁歪係数を示すとする。
【００３６】
先ず、外部磁束による外部磁場がない場合について説明する。強磁性層１１の磁化方向は、引っ張り歪み２４の方向に沿って、積層体１９の上面から見て、ＡＢＳ面２３から−１３５°の磁化方向２５となる。なお、ＡＢＳ面２３を基準として、反時計回りを角度が増加する回転方向とし、ＡＢＳ面２３を基準として、時計周りを角度が減少する回転方向とする。一方、強磁性層１２の磁化方向は、引っ張り歪み２４の方向に直交して、ＡＢＳ面２３から−４５°の磁化方向２６となる。この場合、２つの磁性層の磁化方向２５及び２６は互いに直交している。したがって、磁気抵抗効果素子１０の抵抗状態は、一般的なスピンバルブ膜の動作により、中間の抵抗状態となる。なお、本実施形態においては、引っ張り歪みが付加される場合を述べるが、圧縮歪みが付加されてもよい。
【００３７】
次に、外部磁場が付加された場合を説明する。
図４（ｂ）に示すように、外部磁束による外部磁場２７が、素子から離れる方向、すなわち、積層体１９の上面から見て、ＡＢＳ面２３から−９０°の方向２７に付加されると、２つの磁性層の磁化方向は、その外部磁場の方向２７により近づこうとして、そろうように回転する。そのため、２つの磁性層の磁化方向は、磁化方向２８及び２９となる。その結果、２つの磁性層の磁化方向は、平行に近づくようになる。これにより、磁気抵抗効果素子１０の抵抗状態は低抵抗状態に近づくように変化する。
【００３８】
これに対して、図４（ｃ）に示すように、外部磁束による外部磁場３０が、素子に向かう方向３０、すなわち、積層体１９の上面から見て、ＡＢＳ面２３から９０°の方向３０に付加されると、２つの磁性層の磁化方向は、その外部磁場３０により近づこうとするように回転して、磁化方向３１及び３２となる。その結果、それらは反平行に近づくように配列する。これにより、磁気抵抗効果素子１０の抵抗状態は高抵抗状態に近づくように変化する。
【００３９】
図４においては、磁気抵抗効果素子１０の２つの磁性層の磁化方向において、ＡＢＳ面２３に対する垂直成分と水平成分の大きさは等しいものであった。
次に、磁気抵抗効果素子１０の２つの磁性層の磁化方向において、ＡＢＳ面２３に対する垂直成分と水平成分の大きさが異なっている場合を説明する。
【００４０】
図５（ａ）〜（ｃ）は、磁気抵抗効果素子の磁化方向を例示する図であり、（ａ）は外部磁場が無い場合を示し、（ｂ）は外部磁場が素子から離れる方向の場合を示し、（ｃ）は外部磁場が素子に向かう方向の場合を示す。
図５（ａ）〜（ｃ）に示す例においても、強磁性層１１が正の磁歪係数を示し、強磁性層１２が負の磁歪係数を示すものとする。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、磁気ヘッド２０の磁気抵抗効果素子１０の積層体１９には、積層体１９の上面から見て、ＡＢＳ面２３から０〜４５°の間の方向に、引っ張り歪み３３が付加されている。先ず、外部磁束による外部磁場がない場合について説明する。強磁性層１１の磁化方向は、引っ張り歪み３３の方向にそうように回転して、積層体１９の上面から見て、ＡＢＳ面２３から−１３５〜−１８０°の方向３４となる。一方、強磁性層１２の磁化方向は、引っ張り歪み３３の方向に直交するように回転して、ＡＢＳ面２３から−４５〜−９０°の方向となる。この場合、２つの強磁性層の磁化方向３４及び３５は直交している。したがって、磁気抵抗効果素子の抵抗状態は、一般的なスピンバルブ膜動作により、中間の抵抗状態となる。
【００４２】
次に、外部磁場が付加された場合を説明する。
図５（ｂ）に示すように、外部磁束による外部磁場３６が、素子１０から離れる方向、すなわち、積層体１９の上面から見て、ＡＢＳ面２３から−９０°の方向に付加されると、２つの強磁性層の磁化方向は、その外部磁場３６により近づこうとしてそろうように回転し、磁化方向３７及び３８となる。その結果、それらはより平行に近づくように配列する。これにより、抵抗状態は低抵抗状態に近づくようになる。これに対して、図５（ｃ）に示すように、外部磁束による外部磁場３９が、素子に向かう方向、すなわち、積層体１９の上面から見て、ＡＢＳ面２３から９０°の方向に付加されると、２つの強磁性層の磁化方向は、その外部磁場３９により近づこうとするように回転して、磁化方向４０及び４１となる。その結果、それらはより反平行に近づくように配列する。これにより、抵抗状態は高抵抗状態に近づくようになる。
【００４３】
以上説明したように、２つの強磁性層の磁化方向が、外部磁場の方向と直交する成分を有する限り、スピンバルブ膜による抵抗状態の変化により、外部磁場を検出することができる。また、２つの強磁性層の磁化方向のいずれかに外部磁場の方向と直交する成分を持たせるためには、２つの強磁性層の磁化方向を交差させておけばよい。そして、本実施形態の２つの強磁性層は、正と負の磁歪係数を示すものであるため、積層体の積層方向に垂直な方向の歪みが積層体に導入されていれば、２つの強磁性層の磁化方向が交差する。このようにして、外部磁場の検出が可能となる。
つまり、スペーサ層を介した二つの強磁性層の磁化のなす角度θは、略９０度に設定することが安定したデバイス動作として最も好ましい形態である。少なくとも、０度＜θ＜１８０度の範囲に設定する必要がある。
【００４４】
次に、磁気メディアの読み取りを例として、外部磁場が、素子から離れる方向の外部磁場２７と素子に近づく方向の外部磁場３０が連続して変化する場合について説明する。
先ず、図４（ａ）に示すような引っ張り歪み２４を導入し、２つの強磁性層の磁化方向を磁化方向２５及び２６のように直交させる。そして、電極２０及び２１間にセンス電流を流す。上述したように、抵抗状態は中間の抵抗状態として検出される。
そして、磁気メディアの移動と共に、抵抗が低くなった場合は、図４（ｂ）に示すように、２つの強磁性層の磁化方向は平行に近づいたものと判定される。よって、磁気ヘッドのＡＢＳ面２３下の磁気メディアには、外部磁場２７が記録されているとして、「１」が読み出される。
一方、磁気メディアの移動と共に、抵抗が高くなった場合は、図４（ｃ）に示すように、２つの強磁性層の磁化方向は反平行に近づいたものと判定される。よって、磁気ヘッドのＡＢＳ面２３下の磁気メディアには、外部磁場３０が記録されているとして、「０」が読み出される。
【００４５】
次に、第２実施形態に係る磁気ヘッドの効果について説明する。
第２の実施形態に係る磁気ヘッドにおいては、正の磁歪係数を持つ強磁性層と負の磁歪係数を持つ強磁性層がスペーサ層を介して積層され、さらに、積層体１９に歪みが付加されることにより、二つのフリー層を異なる方向にバイアスを印加することが可能となり、外部磁場を検出することができる。よって、高密度化対応の磁気ヘッドを実現することができる。
【００４６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る磁気ヘッドについて説明する。
図６は、第３の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
本実施形態は、磁気抵抗効果素子に導入する歪みをより確実に制御して印加したい場合に、素子に歪み導入部材４２を結合した例である。
【００４７】
図６に示すように、本実施形態においては、磁気抵抗効果素子１０の隣、例えば、積層体１９におけるＡＢＳ面２３の反対面上に、歪み導入部材４２が設けられている。歪み導入部材４２は、素子の電気的分離または磁気的分離をするシールドとして使用される絶縁体の囲いの一部でもよい。歪み導入部材４２の機械的な性質、例えば、歪み導入部材４２の熱膨張によって積層体１９内に内部応力が形成される。この場合、素子部分と歪み導入部材４２の熱膨張係数が異なる材料を用いることで、歪みを与えられる。歪み導入部材４２として、他には、積層体１９と周囲の物質との間の結晶学的な不整合によるものがあげられる。また、磁歪特性を有する磁性体による磁歪膨張があげられる。
導入される歪みは、圧縮歪みでも、引っ張り歪みでもよい。
【００４８】
次に、第３の実施形態に係る磁気ヘッドの効果について説明する。
本実施形態においては、磁気抵抗効果素子１０に歪み導入部材４２を導入することにより、素子１０に制御された状態で歪みを印加することが可能となり、スペーサ層１３を介した二つの強磁性層の磁化方向をバイアス制御することが可能となる。
それによって、狭ギャップ対応の薄い膜厚の磁気抵抗効果素子１０において適正な磁化バイアスを実現させることができる。つまり、高密度化対応の磁気ヘッドを実現することが可能となる。
【００４９】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係る磁気ヘッドについて説明する。
図７（ａ）及び（ｂ）は、第４の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図であり、（ｃ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ’面による断面図である。
図７（ａ）に示すように、本実施形態においては、歪み導入部材４２に圧電材料を用いている。
上記熱膨張のような受動的な歪み印加手法ではなく、より能動的に制御された歪みを印加するために、歪み導入部材４２として電圧印加により結晶が歪む圧電材料を用いることができる。
【００５０】
このような圧電特性を有する具体的な材料の例としては、以下のような材料が挙げられる。すなわち、結晶構造を有する酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＫａＣ４Ｈ４Ｏ６、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ４）、トルマリンなどである。また、これらの圧電材料をベースとして、添加元素などを加えて特性を改善したものでもかまわない。これら圧電材料の場合には、歪み導入部材４２に電圧を印加する電極１１９ａ及び１１９ｂを有しており、それらに電圧を印加することによって歪を印加することが可能となる。
例えば、歪み導入部材４２において素子１０の積層体１９と接する反対側の面に電極を設けて、電圧を印加することによって、歪みを印加することが可能となる。
これらの材料は絶縁特性を示すため、素子１０の積層体１９と接しさせることもできる。直接素子と歪導入部材が接しさせることで、より大きな歪を印加させることが可能である。
【００５１】
図７（a）においては、歪み導入部材４２に電圧を印加するために、電極１１９a、１１９bの位置に配置されているが、別の位置に電極を配置することも可能である。例えば、図２（ｃ）に示すように、磁気抵抗効果素子１０に外部磁界３０１が印加される方向に直交する直線３０２を０度としたときに、膜面上から見て、引っ張り応力または圧縮応力と直線３０２とのなす角度θが４５度または１３５度の場合に、適正なバイアスを実現することができる。そのため、歪み導入部材４２に応力を印加するための電極を、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、圧電部材の一端に設けることが好ましい。すなわち、外部磁界３０１が印加される方向に直交する直線３０２を０度としたとき、膜面上から見て４５度または１３５度の位置に電極１１９ｃを設け、磁気抵抗効果素子１０をＡＢＳ面２３からみたときに４５度または１３５度の方向に応力を印加できるようにすることができる配置である。
【００５２】
次に、第４の実施形態に係る磁気ヘッドの効果について説明する。
本実施形態においては、歪み導入部材４２として、圧電材料を用いている、よって能動的に制御された歪みを導入することができ、高密度か対応の磁気ヘッドを実現することができる。
【００５３】
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係る磁気ヘッドついて説明する。
図８は、第５の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
図８に示すように、本実施形態においては、歪み導入部材４２と積層体１９との間に絶縁材料４５が設けられている。
【００５４】
圧電材料は、絶縁特性としては、通常、素子１０の絶縁材料として用いられているアモルファス構造の酸化シリコン（ＳｉＯ２）、アモルファス構造の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などと比較すると劣る材料もあるため、それらの一般的な絶縁材料を素子周囲に設けた後、１〜３ｎｍ程度を介してその外側に歪み導入部材４２を接しさせる。歪み導入部材４２と積層体１９の間に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が接することになる。いずれにしても、歪導入部材４２が、素子１０の積層体１９の二つの強磁性層１１及び１２に対して、磁化方向を制御するための、バイアス印加構造と考えることができる。つまり、従来のハードバイアスという、磁界によるバイアスで磁性層の磁化方向を制御していたのに対し、本実施形態においては、磁界を用いずに、歪みという別の物理量を用いることで、二つの強磁性層１１及び１２をそれぞれ異なる方向に磁化を向けることが可能となる。
【００５５】
このように、二つの磁性層の磁化方向をそれぞれ別の方向に向けるバイアスは、磁界を用いたバイアス構造では非常に困難で複雑にならざるを得ず、実現が困難である。それに対し、本実施形態の手法では、スペーサ層を介した上下磁性層の磁歪極性を逆にし、かつ単一の極性の外部歪を印加することで、二つの強磁性層の磁化方向をそれぞれ異なる方向にバイアスすることが可能となる。
本実施形態に係る磁気ヘッドの効果は、上述のものと同様であるので省略する。
【００５６】
（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態に係る磁気ヘッドついて説明する。
図９は、第６の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
図９に示すように、本実施形態においては、歪み導入部材４２の配置される位置として、積層体１９の積層方向を上下とした場合のＡＢＳ面２３及びＡＢＳ面２３の反対面以外の両側面とされている。そして、積層体１９及び歪み導入部材４２は積層体１９の上下方向から上電極２１及び下電極２２によって挟まれる配置とされている。つまり、従来のハードバイアス膜の換わりに歪導入部材４２を配置させることになる。圧電材料を用いることも可能である。このときの圧電材料の具体例は、前述の材料と同様である。
【００５７】
必要に応じて、本実施形態の歪み印加によるバイアス方法に付加して、磁場によるハードバイアス膜も設けてより状況に応じた磁化バイアスを強磁性層１１及び１２に行うことも可能である。この場合、ハードバイアス層は磁場による場合と同じところに配置し、ＡＢＳ面２３からみてハードバイアス膜の左右の離れたところに歪み導入部材４２を設けるという、ハイブリッドのバイアス構造が考えられる。
本実施形態に係る磁気ヘッドの効果は、上述のものと同様であるので省略する。
【００５８】
（第７の実施形態）
次に、第７の実施形態に係る磁気ヘッドについて説明する。
図１０は、第７の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
図１０に示すように、本実施形態においては、歪み導入部材４２が積層体１９と下部電極２２との間に挿入されている。なお、歪み導入部材４２は、積層体１９と上部電極２１との間に挿入されてもよい。
図１０の場合には、素子１０の積層体１９に電流を通電する電極と併用しているため、絶縁材料を用いることはできない。そのため、歪み導入部材４２として圧電材料を用いることは適していない。
【００５９】
次に、第７の実施形態に係る磁気ヘッドの動作について説明する。
本実施形態においては、磁気抵抗効果素子１０に導入する歪みをより増大したい場合に、積層体１９と電極の間に歪み導入部材４２を挿入している。歪み導入部材４２によって、素子固有の歪みが発生する。また、歪み導入部材４２が外的要因として素子に歪みを引き起こす。歪み導入部材４２が積層体１９に積層されているので、面内方向の歪みをより多く導入することができる。
素子固有の歪み及び外的要因の歪みについては、第３の実施形態で述べたとおりであるので省略する。
【００６０】
（第８の実施形態）
次に、第８の実施形態に係る磁気ヘッドについて説明する。
図１１は、第８の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。第７の実施形態と第８の実施形態の違いは、第７の実施形態においては歪み導入部材４２の積層が１層であるのに対し、第８の実施形態においては、１対の電極のそれぞれと積層体１９との間に配置された２層であるということである。
【００６１】
図１１に示すように、第８の実施形態においては、歪み導入部材４２が積層体１９と上部電極２１との間及び積層体１９と下部電極２２との間に挿入されている。
図１１の場合には、素子１９に電流を通電する電極と併用しているため、絶縁材料を用いることはできない。そのため、歪導入部材４２として圧電材料を用いることは適していない。
【００６２】
次に、第８の実施形態に係る磁気ヘッドの動作について説明する。
第８の実施形態においても、磁気抵抗効果素子に導入する歪みをより増大したい場合に、積層体１９と１対の電極のそれぞれとの間に歪み導入部材４２を挿入している。歪み導入部材４２によって、素子固有の歪みが発生する。第７の実施形態と異なり、第１及び第２の両方の磁性層に歪み導入部材４２を接触させる。
素子固有の歪み及び外的要因の歪みについては、上述した通りである。
【００６３】
（第９の実施形態）
次に、第９の実施形態に係る磁気ヘッドについて説明する。
図１２は、第９の実施形態に係る磁気ヘッドを例示する斜視図である。
図１２に示すように、本実施形態においては、磁気抵抗効果素子１０が基板４３ａ上に設けられている。すなわち、基板４３ａ上に、下電極２２が設けられ、下電極２２上に積層体１９が設けられている。積層体１９上には、上電極２１が設けられている。
【００６４】
次に、第９の実施形態に係る磁気ヘッドの動作について説明する。
本実施形態においては、基板４３ａ上に、磁気抵抗効果素子１０が設けられている。基板４３ａを歪み導入部材４２としてもよい。例えば、基板４３ａ内部に歪みを導入した上で、基板４３ａ上に磁気抵抗効果素子１０を形成すれば、積層体１９に歪みが導入される。
【００６５】
次に、第９の実施形態に係る磁気ヘッドの効果について説明する。
第９の実施形態においては、基板４３ａを歪み導入部材４２とすることができるので、前述の第１〜第３の変形例のように、専用の歪み導入部材４２を設ける必要がなく、磁気ヘッドを小型化することができる。
【００６６】
（第１０の実施形態）
次に、第１０の実施形態について説明する。本実施形態は、磁気ヘッドジンバルアッセンブリについての実施形態である。
図１３（ａ）及び（ｂ）は、第１０の実施形態に係る磁気ヘッドジンバルアッセンブリを例示する斜視図である。
図１３（ａ）に示したように、ヘッドスタックアッセンブリ１６０は、軸受部１５７と、この軸受部１５７から延出した磁気ヘッドジンバルアッセンブリ１５８と、軸受部１５７から磁気ヘッドジンバルアッセンブリ１５８と反対方向に延出していると共にボイスコイルモータのコイル１６２を支持した支持フレーム１６１とを含んでいる。
【００６７】
また、図１３（ｂ）に示すように、磁気ヘッドジンバルアッセンブリ１５８は、軸受部１５７から延出したアクチュエータアーム１５５と、アクチュエータアーム１５５から延出したサスペンション１５４と、を有している。サスペンション１５４の先端には、ヘッドスライダ３が取り付けられている。そして、ヘッドスライダ３には、実施形態に係る磁気ヘッドのいずれかが搭載される。すなわち、実施形態に係る磁気ヘッドジンバルアッセンブリ１５８は、実施形態に係る磁気ヘッドと、磁気ヘッドが搭載されたヘッドスライダ３と、ヘッドスライダ３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とを含んでいる。サスペンション１５４は、信号の書き込み及び読み取り用、浮上量調整のためのヒーター用、及び、例えばスピントルク発振子用などのためのリード線（図示せず）を有する。これらのリード線と、ヘッドスライダ３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る。
【００６８】
（第１１の実施の形態）
図１４は、第１１の実施形態に係る磁気記録再生装置を例示する斜視図である。
図１４に示したように、第１１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、記録用媒体ディスク１８０は、スピンドルモータ４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、複数の記録用媒体ディスク１８０を備えても良い。記録用媒体ディスク１８０に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ３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。ここで、ヘッドスライダ３の先端付近に、例えば、既に説明した実施形態に係る磁気ヘッドのいずれかが搭載される。
【００６９】
記録用媒体ディスク１８０が回転すると、サスペンション１５４による押し付け圧力とヘッドスライダ３の媒体対向面（ＡＢＳ）で発生する圧力とがつりあい、ヘッドスライダ３の媒体対向面は、記録用媒体ディスク１８０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３が記録用媒体ディスク１８０と接触するいわゆる「接触走行型」としても良い。
【００７０】
サスペンション１５４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１５５の一端に接続されている。アクチュエータアーム１５５の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ１５６が設けられている。ボイスコイルモータ１５６は、アクチュエータアーム１５５のボビン部に巻き上げられた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ことができる。
【００７１】
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。その結果、磁気ヘッドを記録用媒体ディスク１８０の任意の位置に移動可能となる。
【００７２】
また、磁気ヘッドを用いて磁気記録媒体への信号の書き込みと読み出しを行う信号処理部１９０が設けられる。信号処理部１９０は、磁気記録再生装置１５０の図面中の背面側に設けられる。信号処理部１９０の入出力線は、ヘッドスタックアセンブリ１６０の一部を構成する磁気ヘッドジンバルアッセンブリ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。
【００７３】
本実施形態に係る磁気記録再生装置１５０は、本発明の第１〜第３の実施形態の少なくともいずれかによって製造された上述の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ッセンブリ１５８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。
【００７４】
（第１２の実施形態）
次に、第１２の実施形態について説明する。
本実施形態は、歪みセンサについての実施形態である。
図１５は、第１２の実施形態に係る歪みセンサを例示する断面図である。
【００７５】
図１５に示すように、本実施形態に係る歪みセンサにおいては、フレキシブル性基板４３（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）が設けられている。フレキシブル性基板４３上に、下地層（ｐｒｉｍｉｎｇ  ｌａｙｅｒｓ）４４が設けられている。下地層４４は、種層（ｓｅｅｄ  ｌａｙｅｒｓ）（図示せず）、ピニング層（ｐｉｎｎｉｎｇ  ｌａｙｅｒｓ）（図示せず）のような層との多層から構成されてもよい。これらのいくつかの層は、特定の薄膜構造によっては省かれる。下地層４４を設けることによって、フレキシブル性基板４３にとって必要とされない欠陥、例えば、表面荒さ（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）を抑制することができる。また、種層を設けることによって、磁性層／スペーサ層／磁性層の積層体を形成する上で重要な結晶方位を制御することができる。さらに、ピニング層を設けることによって、ピン層の磁化方向を固定することができる。下地層４４は伝導体（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）であってもよい。
【００７６】
下地層４４上に下部電極２２が設けられ、その上に、積層体１９構造の磁気抵抗効果素子１０が設けられている。磁気抵抗効果素子１０は、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子と同様のもので、強磁性層１１と強磁性層１２と、強磁性層１１と強磁性層１２との間に設置されたスペーサ層１３から構成される。強磁性層１１と強磁性層１２は、それぞれの磁性層の磁歪の極性が、正と負の異なる極性の磁歪係数を示す材料から構成されている。しかし、強磁性層１１と強磁性層１２は、反対の逆磁歪効果を示す。すなわち、強磁性層１１または強磁性層１２の一方は正の磁歪係数を有する強磁性層であり、他方は負の磁歪係数を有する強磁性層である。
【００７７】
積層体１９上に、上部電極２１が設けられ、電流が積層体の積層方向に流れるＣＰＰ構造とされている。すなわち、センス電流は積層体を通して垂直に流れる。
磁気抵抗効果素子１０を保護するため、及び、磁気抵抗効果素子１０を他の部材から電気的に分離するために、磁気抵抗効果素子１０は、周囲を絶縁物質４５で覆われている。
【００７８】
磁気抵抗効果素子１０の強磁性層１１及び１２の異なる磁歪極性の材料として具体的な例を以下に列挙する。
一般的には、磁性層の磁歪は磁性層の組成により決定される。これらについては、多数の文献において一般的な傾向は調べられている。しかしながら、磁性層に隣接する材料に応じて、実際には磁歪も大きく影響を受ける。
【００７９】
スペーサ層として酸化物材料を用いた場合（酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のようなトンネルバリア層や、ＣＣＰ層）に、スペーサ層の界面にＣｏＦｅなどを含有する磁性層を用いた場合には、その界面の上下の磁性層１〜２ｎｍ近傍については一般的には正の磁歪を示す。それは、ＣｏＦｅＢＯｘ、ＣｏＯｘ、ＮｉＯｘ、ＦｅＯｘなどの磁性の酸化物層は正の磁歪係数を示す材料となるためである。次に、強磁性層１１及び１２で正、負の異なる磁歪を有するようにする。正の磁歪の強磁性層を形成することは比較的容易である。そこで、負の磁歪を形成するためには、上記正の磁歪を有する酸化物層の界面層に対して、負の大きな磁歪を有する磁性層を積層することで、その磁性層トータルとして、負の磁歪の磁性層を形成することができる。負の大きな磁歪は、ニッケル（Ｎｉ）リッチの合金を用いることで対応できる。Ｎｉ、ＮｉＦｅ合金（Ｎｉが８５ａｔｏｍｉｃ％以上）、ＳｍＦｅなどがあげられる。磁性材料が複数層形成された場合には、磁気的に一体となって動く磁性層である場合には、その磁性層中のトータルの積層膜構成によって、その磁性層の磁歪は決定される（一方、非磁性スペーサ層を介したもう一方の磁性層に関しては、磁気的には別の磁性層として機能するため、磁歪も別の値として定義される）。
【００８０】
強磁性層１１／スペーサ層１３／強磁性層１２の積層膜構成の具体例としては、Ｃｏ９０Ｆｅ１０／ＣｏＦｅＢ／ＭｇＯ／ＣｏＦｅＢ／Ｎｉ９５Ｆｅ５の積層膜で膜厚がそれぞれ２ｎｍ／１ｎｍ／１．５ｎｍ／１ｎｍ／２ｎｍであるものがあげられる。ここで、Ｃｏ９０Ｆｅ１０／ＣｏＦｅＢ層が一つの強磁性層として機能する正の磁歪を示す磁性層であり、ＣｏＦｅＢ／Ｎｉ９５Ｆｅ５層が一つの磁性層として機能する負の磁歪を示す磁性層となる。ＭｇＯ層がスペーサ層である。
【００８１】
次に、第１２の実施形態に係る歪みセンサの動作について説明する。
図１６及び図１７は、第１２の実施形態に係る歪みセンサの動作を例示する断面図である。
図１６に示すように、フレキシブル性基板４３に上向きの応力４８が付加された場合には、フレキシブル性基板４３は外側へ丸く出っ張り、その結果、フレキシブル性基板４３に固定された磁気抵抗効果素子１０に対して引っ張り歪み４９が付加される。
一方、図１７に示すように、フレキシブル性基板４３に下向きの応力５１が付加された場合には、フレキシブル性基板４３は内側へ折れ曲がり、その結果、素子１０に対して、圧縮歪み５２が付加される。
【００８２】
図１８（ａ）及び（ｂ）は、第１２の実施形態に係る歪みセンサの動作を例示する図であり、（ａ）は、引っ張り歪みを付加した場合を示し、（ｂ）は圧縮歪みを付加した場合を示す。
なお、図１８（ａ）及び（ｂ）は、磁気抵抗効果素子１０の２枚の強磁性層のみを示している。
上述したように、第１２の実施形態に係る歪みセンサには、積層体１９が設置され、積層体１９には、強磁性層１１と強磁性層１２を含んでいる。
【００８３】
図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果素子１０において、２層の強磁性層のうち、上層を正の磁歪係数を示す強磁性層１１、下層を負の磁歪係数を示す強磁性層１２とする。また、歪みを付加する前は、強磁性層１１及び１２の磁化方向６５及び６６は平行であるとする。すなわち、素子１０の抵抗状態は低抵抗状態である。そして、図１８（ａ）に示すように、素子に対して、磁化方向６５及び６６と同じ方向の引っ張り歪み６３を付加すると、強磁性層１１の磁化方向６５は変化しないが、強磁性層１２の磁化方向６６は、引っ張り歪みに直交する磁化方向６７に変化する。その結果、２つの強磁性層の磁化方向は互いに直交する方向となる。そして、素子１０の抵抗状態が中間の抵抗状態に変化する。
【００８４】
また、図１８（ｂ）に示すように、素子１０に対して、磁化方向６５及び６６と同じ方向の圧縮歪み６８を付加すると、強磁性層１１の磁化方向６５は、圧縮歪みに直交する磁化方向７０に変化するが、強磁性層１２の磁化方向６６は変化しない。その結果、２つの強磁性層の磁化方向は互いに直交する方向となる。そして、素子１０の抵抗状態が中間の抵抗状態に変化する。
【００８５】
次に、上記歪みセンサによる歪みの大きさの検出方法について説明する。
まず、歪みを検出したい場所に、歪みセンサを設置する。歪みセンサに歪みが付加される前は、強磁性層１１及び強磁性層１２の磁化方向は平行であるとする。そして、電極２０及び２１間にセンス電流を流して、積層体１９の抵抗状態を判定する。前述したように、歪みセンサに歪みが付加されない限り、積層体１９の抵抗状態は、低抵抗状態となる。
次に、中間の抵抗状態になったとする。その場合は、積層体１９の強磁性層１１の磁化方向と強磁性層１２の磁化方向とが直交するように変化したものと判定することができる。すなわち、基板４３には、強磁性層１１の磁化方向と強磁性層１２の磁化方向とが直交する程度の歪みが付加されたと判定することができる。強磁性層１１の磁化方向と強磁性層１２の磁化方向とのなす角度によって抵抗状態は変化する。したがって、あらかじめ、抵抗状態と基板４３の歪み量を他の方法で対応づけておけば、センス電流の大きさを観察することによって、基板４３に付加された歪み量を検出することができる。
【００８６】
図１８においては、引っ張り歪み及び圧縮歪みを付加する方向を、強磁性層の磁化方向と同じ方向としたが、これに限られない。
付加される歪みの方向は磁気抵抗効果素子１０の機能の発揮にとって重要ではない。任意の方向の歪みにおいても抵抗状態の変化はあるからである。
【００８７】
図１９（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、第１２の実施形態に係る歪みセンサの動作を例示する図であり、（ａ）は任意の方向から引っ張り歪みを付加した場合を示し、（ｂ）は任意の方向から圧縮歪みを付加した場合を示し、（ｃ）は歪みを付加する前の２つの強磁性層の磁化方向が反平行である時の圧縮歪みを付加した場合を示す。
図１９（ａ）に示すように、素子１０に対して、強磁性層１１及び強磁性層１２の磁化方向に対して任意の角度をもつ引っ張り歪み７１を付加すると、強磁性層１１の磁化方向６５は引っ張り歪みの方向にそろうように回転して磁化方向７３に変化し、強磁性層１２の磁化方向６６は引っ張り歪みの方向に直交するように回転して磁化方向７４に変化する。その結果、２つの強磁性層の磁化方向は互いに直交する方向となる。そして、素子１０の抵抗状態が中間の抵抗状態に変化する。
【００８８】
また、図１９（ｂ）に示すように、素子１０に対して、強磁性層１１及び強磁性層１２の磁化方向に対して任意の角度をもつ圧縮歪み７５を付加すると、強磁性層１１の磁化方向６５は圧縮歪みの方向に直交するように回転し磁化方向７７に変化し、強磁性層１２の磁化方向６６は圧縮歪みにそろう方向に回転して磁化方向７８に変化する。その結果、２つの強磁性層の磁化方向はお互いに直交する方向となる。そして、素子１０の抵抗状態が中間の抵抗状態に変化する。
このように、任意の方向の歪みにおいても、素子１０の抵抗状態が変化し、歪みの大きさを検知することができる。
【００８９】
また、歪みを付加する前の２つの強磁性層の磁化方向の初期状態が反平行である時でも、基板４３の歪みを検知することができる。
図１９（ｃ）に示すように、初期の強磁性層１１及び強磁性層１２の磁化方向７９及び８０が反平行である。すなわち、素子１０の抵抗状態は高抵抗状態である。そして、任意の角度の圧縮歪み８１によって、磁化方向７９及び８０がそれぞれ圧縮歪みに直交する方向及びそろう方向に回転して磁化方向８３及び８４に変化する。その結果、２つの強磁性層の磁化方向はお互いに直交する方向となる。そして、素子１０の抵抗状態が中間の抵抗状態に変化する。このように、初期の強磁性層の磁化方向は、磁気抵抗効果素子１０の機能を発揮する上で重要ではない。
【００９０】
次に、第１２の実施形態に係る歪みセンサの効果について説明する。
本実施形態に係る歪みセンサは、引っ張り歪み及び圧縮歪みのいずれの歪みも検知することができる。また、歪みセンサの磁気抵抗効果素子１０の磁化方向に対して任意の角度の歪みでも検知することができる。また、磁気抵抗効果素子の初期の磁化方向に関係なく、歪みを検知することができ、強磁性層の材料の選択肢を拡げることができる。よって、本実施形態に係る歪みセンサは１つで上述のような歪みを検知することができるので、小型化を図ることができる。
【００９１】
（第１２の実施形態の変形例）
次に、第１２の実施形態の変形例に係る歪みセンサについて説明する。
図２０は、第１２の実施形態に係る歪みセンサの変形例を例示する断面図である。
図２０に示すように、変形例においては、電極４６、４７が積層体１９をはさむ両側面に設けられている。したがって、センス電流は積層体の面内方向に流れる。本実施形態においては、素子は、上方から絶縁材料によって覆われている。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第３の実施形態と同様である。
【００９２】
（第１３の実施形態）
次に、第１３の実施形態に係る歪みセンサについて説明する。
図２１は、第１３の実施形態に係る歪みセンサを例示する平面図である。
図２１に示すように、本実施形態に係る歪みセンサは、少なくとも２つの磁気抵抗効果素子Ａ、Ｂから構成される。２つの素子Ａ、Ｂは、円形形状をしたメンブレン（ｍｅｍｂｒａｎｅ）８５上の２箇所に形成されている。その形成位置は、円形形状の中心から２箇所の固定位置までの距離が等しく、円形形状の中心から２箇所の固定位置へ向かう方向がなす角度が９０°であるように設けられている。すなわち、図２１に示すように、一方の素子Ａが、円形状のメンブレン８５を上から見て時計の３時の位置８６に設けられ、もう一方の素子Ｂが６時の位置８７に設けられている。
【００９３】
本実施形態において、基板４３の材料は、例えば曲がりやすいように薄くエッチングされたシリコンである。基板４３には、フレキシブル性を有し、積層体１９が固定されるメンブレン８５と、メンブレン８５を支持する支持部とが設けられている。しかしながら、フレキシブル性を有するメンブレン８５と、支持部とを設けることができれば、後述するようなシリコン以外のフレキシブル性基板を使用することができる。そのような材料は、ＡＢＳ樹脂、シクロオレフィン系樹脂、エチレンプロピレン系ゴム（ethylene-propylene-based rubber）、ポリアミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンジミダゾル（polybenzimidazole）、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネイト、ポリエチレン、ＰＥＥＫ、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリエチレンナフタレート、ポリエステル、ポリサルフォン、ポリエチレンテレフタラート、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルペンテン、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ｍ−フェニルエーテル、ポリ（パラフェニレンスルフィド）、パラアラミド、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロアル.コキシ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、メラミン-ホルムアルデヒド、液晶ポリマー、尿素ホルムアルデヒド等があげられる。
メンブレン８５の周囲にはコントローラ８８が設けられ、コントローラ８８と素子Ａ、Ｂが電気的に接続されている。コントローラ８８によって、素子Ａ、Ｂの抵抗状態が測定される。
【００９４】
次に、第１３の実施形態に係る歪みセンサの動作について説明する。
図２２（ａ）〜（ｄ）は、第１３の実施形態に係る歪みセンサの動作を例示する図であり、（ａ）は、素子Ａに圧縮歪みを付加した場合を示し、（ｂ）は、素子Ａに引っ張り歪みを付加した場合を示し、（ｃ）は、素子Ｂに圧縮歪みを付加した場合を示し、（ｄ）は、素子Ｂに引っ張り歪みを付加した場合を示す。
【００９５】
図２１に示すような円形状のメンブレン８５の位置８６及び８７に形成される歪みは、ほぼ環状であると推定される。その結果、２つの素子Ａ、Ｂに付加される歪みの方向はお互いに直交する。
図２２（ａ）及び（ｃ）に示すように、メンブレン８５上の素子Ａ、Ｂに圧縮歪み８９、９１が付加されると、一方の素子Ｂの正の磁歪係数を示す強磁性層１１の磁化方向６５は圧縮歪みに直交する方向９３に回転する。もう一方の素子Ａの負の磁歪係数を示す強磁性層１２の磁化方向６６はそれと反対方向９４に回転する。したがって、素子Ａ及びＢの抵抗状態はともに中間の抵抗状態となる。
【００９６】
一方、引っ張り歪みがかけられる場合は逆の反応が起こる。すなわち、図２２（ｂ）及び（ｄ）に示すように、メンブレン８５上の素子Ａ、Ｂに引っ張り歪み９０、９２が付加されると、一方の素子Ａの正の磁歪係数を示す強磁性層１１の磁化方向６５は引っ張り歪みにそろう方向９６に回転する。もう一方の素子Ｂの負の磁歪係数を示す強磁性層１２の磁化方向６６はそれと反対方向９５に回転する。したがって、素子Ａ及びＢの抵抗状態はともに中間の抵抗状態となる。
【００９７】
次に第１３の実施形態に係る歪みセンサの効果について説明する。
本実施形態に係る圧力センサは、圧縮及び引っ張りの両方の歪みに反応することができる。よって、小型化を図ることができる歪みセンサを提供することができる。また、メンブレンを外部圧力を検知できるようにしておくことで、圧力センサとして機能する。
【００９８】
（第１４の実施形態）
次に、第１４の実施形態に係る歪みセンサについて説明する。
図２３は、第１４の実施形態に係る歪みセンサを例示する斜視図であり、図２４は、第１４の実施形態に係る歪みセンサにおける磁気抵抗効果素子を例示する図である。
【００９９】
図２３に示すように、第１４の実施形態に係る歪みセンサにおいては、フレキシブル性基板１０７上に、複数の磁気抵抗効果素子１０が設けられている。
ここで、フレキシブル性基板１０７は、上面から見て非対称に撓むことができるフレキシブル性の薄膜またはフレキシブル性のシートから構成されてもよい。フレキシブル性基板１０７は、周辺部において支持部で支持されてもよい。これらの基板は曲げられる材料、例えばポリマーが主成分とした材料から構成される。そのような材料は、ＡＢＳ樹脂、シクロオレフィン系樹脂、エチレンプロピレン系ゴム（ethylene-propylene-based rubber）、ポリアミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリベンジミダゾル（polybenzimidazole）、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネイト、ポリエチン、ＰＥＥＫ、ポリエーテルイミド、ポリエチレンイミン、ポリエチレンナフタレート、ポリエステル、ポリサルフォン、ポリエチレンテレフタラート、フェノールホルムアルデヒド樹脂、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルペンテン、ポリオキシメチレン、ポリプロピレン、ｍ−フェニルエーテル、ポリ（パラフェニレンスルフィド）、パラアラミド、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロアル.コキシ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ポリエチレンクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、メラミン-ホルムアルデヒド、液晶ポリマー、尿素ホルムアルデヒド等があげられる。
【０１００】
図２３に示すように、フレキシブル性基板１０７上には、ある一方向に延びた複数本のワード線１０８と、ワード線の延びた方向と直角に交差する方向に延びた複数本のビット線１０９が設けられている。
また、フレキシブル性基板１０７上には、磁気抵抗効果素子１０を構成する積層体１９が複数個固定されている。そして、積層体１９は、複数本のワード線１０８のそれぞれと複数本のビット線１０９のそれぞれとの間に接続されている。ワード線１０８及びビット線１０９はそれぞれコントローラ８８に電気的に接続されている。
【０１０１】
図２４は、第１４の実施形態に係る歪みセンサにおける磁気抵抗効果素子を例示する断面図である。
図２４に示すように、磁気抵抗効果素子１０の上電極２１には、ワード線１０８が接続され、下電極２２には、ビット線１０９が接続されている。本実施形態においては、センス電流は、積層体１９の積層方向に流れる。
【０１０２】
次に、第１４の実施形態に係る歪みセンサの動作について説明する。
第１４の実施形態に係る歪みセンサにおいては、コントローラ８８を用いて、フレキシブル性基板１０７の測定すべき位置にある素子１０に接続したワード線１０８及びビット線１０９を選択し、選択したワード線１０８及びビット線１０９を通じてセンス電流を流すことにより、素子１０の抵抗状態を測定する。それによって、素子１０が位置する場所に生じている歪みの大きさを検出する。
【０１０３】
次に、第１４の実施形態に係る歪みセンサの効果について説明する。
本実施形態に係る歪みセンサにおいては、フレキシブル性基板１０７上に複数個の磁気抵抗効果素子１０が設けられている。そして、磁気抵抗効果素子１０が設けられた箇所の局所的な歪みを検知することができる。よって、小型化可能な素子１０を設けることによって、歪みセンサを小型化することができる。
【０１０４】
このような構成は、歪が発生する場所に正確には歪センサを配置できない場合に、非常に有用である。例えば、後述する日常生活で使用する血圧センサとして使用する場合にも非常に有用である。日常生活で使用する血圧センサにおいては、毎日センサのつけはずしを行うことになるが、脈の正確な位置に小さなセンサを貼り付けることは容易ではない。しかしながら、このような絆創膏サイズぐらいのセンサアレイであれば、そのアレイを脈の上に貼り付けることは比較的容易である。この場合、アレイ上のいずれかのセンサでは脈を検知することが可能となるので、日常的に血圧を検知するような、測定が非常に困難な用途にも用いることが可能となる。
【０１０５】
（第１５の実施形態）
次に、第１５の実施形態について説明する。
本実施形態は、磁気抵抗効果素子についての実施形態である。
上述したように、第１の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０を用いた歪みセンサにおいては、引っ張り及び圧縮の両方の歪みの大きさを検出することができる。しかし、歪みが引っ張りか圧縮かを区別することが容易ではない。
第１５の実施形態においては、３番目の磁性層を加え、２つのスピンバルブ膜を含む磁気抵抗効果素子とすることによって上述した問題を解決する。
【０１０６】
図２５は、第１５の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を例示する斜視図である。
図２５に示すように、磁気抵抗効果素子１１０は第３の強磁性層９７が設けられている。すなわち、強磁性層１１と強磁性層１２との間にスペーサ層１３が設けられ、強磁性層１２と第３の強磁性層９７との間に第２のスペーサ層９８が設けられた積層体９９の構造とされている。第３の強磁性層９７は、ピン層として機能する。すなわち、ピン層は、歪みが導入されても磁化方向が回転しない層（ｐｉｎｎｅｄ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｌａｙｅｒ）として機能する。
【０１０７】
次に、第１５の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の動作について説明する。
図２６（ａ）及び（ｂ）は、第１５の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の積層体を例示する図であり、（ａ）は、引っ張り歪みを付加した場合を示し、（ｂ）は、圧縮歪みを付加した場合を示す。
図２６（ａ）及び（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果素子１１０において、３層の強磁性層のうち、上層を正の磁歪係数を示す強磁性層１１、中層を負の磁歪係数を示す強磁性層１２、下層はピン層９７とする。また、歪みを付加する前は、強磁性層１１、１２及びピン層９７の磁化方向６５、６６及び１００は互いに平行であるとする。したがって、歪みを付加する前は、素子１１０の抵抗状態は、低抵抗状態である。
【０１０８】
図２６（ａ）に示すように、素子１１０に対して、磁化方向６５、６６及び１００と同じ方向の引っ張り歪み１０１を付加すると、強磁性層１１の磁化方向６５は変化しないが、強磁性層１２の磁化方向６６は、引っ張り歪み１０１に直交する磁化方向１０３に変化する。その結果、強磁性層１１と強磁性層１２との間の抵抗状態は中間の抵抗状態となり、強磁性層１２とピン層９７との間の抵抗状態は中間の抵抗状態となり、全体として、素子１１０の抵抗状態は高抵抗状態に変化する。
【０１０９】
また、図２６（ｂ）に示すように、素子１１０に対して、磁化方向６５、６６及び１００と同じ方向の圧縮歪み１０４を付加すると、強磁性層１１の磁化方向６５は、圧縮歪みに直交する磁化方向１０６に変化するが、強磁性層１２の磁化方向６６は変化しない。その結果、強磁性層１１と強磁性層１２との間の抵抗状態は中間の抵抗状態となり、強磁性層１２と強磁性層９７との間の抵抗状態は低抵抗状態のままであり、全体として、素子１１０の抵抗状態は中間の抵抗状態に変化する。
図２６においては、引っ張り歪み及び圧縮歪みを付加する方向を、強磁性層の磁化方向と同じ方向としたが、これに限られない。重要な点は、引っ張り及び圧縮の２つのタイプの歪みのもとでは、フリー層の磁化方向は、反対方向に回転するものを有するということである。
【０１１０】
本実施形態においては、スペーサ層が２層設置されている。そのうちの１つのスペーサ層１３は、２つの強磁性層における磁化方向の相対角度に依存し、もう一つのスペーサ層９８は、強磁性層１２とピン層９７における磁化方向の相対角度に依存する。したがって、引っ張り及び圧縮の２つの歪みによる効果の間に差異が生じる。
図２６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ある方向においては、引っ張り歪みの場合に抵抗状態が高抵抗状態を示すようにすることができ、また他の方向においては、圧縮歪みの場合に抵抗状態が高抵抗状態を示すようにすることができる。
【０１１１】
次に、第１５の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の効果について説明する。
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子においては、３番目の強磁性層を加え、２つのスピンバルブを含む磁気抵抗効果素子１１０とすることによって、付加された歪みが引っ張り歪みか圧縮歪みかを区別することができる。これにより、小型で且つ歪みの極性を区別できる磁気抵抗効果素子を実現することができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。
【０１１２】
（第１６の実施形態）
次に、第１６の実施形態について説明する。
本実施形態は、血圧計についての実施形態である。
本実施形態においては、第１２〜第１５のいずれかの実施形態に係る歪みセンサを、血圧センサに適用する。
図２７は、第１６の実施形態に係る血圧センサを例示する断面図である。
図２７に示すように、血圧センサ２１０は、血圧測定部位に設けられ、皮膚表面２１３に接着するために絆創膏２１１のような形状の一部に設けられている。すなわち、皮膚上に接するように、血圧センサ２１０が配置されている。血圧センサ２１０は、動脈血管が存在しているような皮膚の直下に配置される。紙面に垂直方向が血流方向である。血流方向とは、血管が延在するする方向を示す。皮膚表面の近傍に動脈血管が存在しなければ、血圧測定が難しくなる。体表から脈動を検知できる部位（および体表下にある動脈）は、以下の通りである。
【０１１３】
内側上腕二頭筋溝（上腕動脈）、前腕外側下端で橈側手根屈筋腱と腕橈骨筋腱との間（橈骨動脈）、前腕内側下端で尺側手根屈筋腱と浅指屈筋腱との間（尺骨動脈）、長母指伸筋腱の尺側（第１背側中手動脈）、腋窩（腋窩動脈）、大腿三角部（大腿動脈）、下腿前面の下部で前脛骨筋腱の外側（前脛骨動脈）、内果の後下部（後脛骨動脈）、長母指伸筋腱の外側（足背動脈）、頚動脈三角（総頚動脈）、咬筋停止部の前（顔面動脈）、胸鎖乳突筋停止部の後ろで僧帽筋起始部との間（後頭動脈）、外耳孔の前（浅側頭動脈）。よって、血圧センサ２１０を配置する箇所は、上記の部位となる。すなわち、これらが血圧測定部位に相当する。血圧センサ２１０はこれらの箇所の皮膚表面に貼り付ける。
次に、第１６の実施形態に係る血圧センサの動作について説明する。
図２７に示すように、血管２１２が径方向に対して拡張すると、皮膚が押し上げられ血圧２１４として働く。このとき、血圧２１４が働く方向に対して垂直方向に皮膚は、引っ張り応力２１５を受ける。それと同時に血圧センサ２１０にも引っ張り応力２１５がある一方向に働く。
【０１１４】
図２８は、第１６の実施形態に係る血圧センサを例示する図である。
図２８に示すように、血圧センサ２１０を用いて、被測定者２３０の血圧が測定される。血圧センサ２１０は、血圧測定部位、例えば手首に貼り付けられている。
血圧センサ２１０への給電方法としては、小型の電池を用いることができる。また、無線２５０による給電を採用することもできる。
血圧センサ２１０のデータを蓄積する方法としては、無線２５０による送信、携帯電話２４０、パーソナルコンピュータ２６０及び腕時計等に蓄積することができる。
【０１１５】
次に、第１６の実施形態に係る血圧センサの効果について説明する。
本実施形態に係る血圧センサ２１０は、高密度化対応の磁気抵抗効果素子１０または１１０を組み込んでいるので小型化することができる。よって、どこにでも持ち歩けるユビキタスな健康モニター機器（ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ  ｈｅａｌｔｈ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ）とすることができる。そのようにして、人間または動物の血圧値をモニターすることができる。
【０１１６】
（第１７の実施形態）
次に、第１７の実施形態について説明する。
本実施形態は、血圧測定システムについての実施形態である。
図２９は、第１７の実施形態に係る血圧測定システムを例示する図である。
図２９に示すように、本実施形態に係る血圧測定システムには、血圧センサ２１０と電子機器５１０が設けられている。血圧センサ２１０は、被測定者の血圧測定部位に装着されている。ここでは、血圧測定部位を手首として図示している。電子機器５１０とは、例えばテレビ、携帯電話機、医療用のデータベース及びパーソナルコンピュータがあげられる。
【０１１７】
血圧センサ２１０は、内部に処理部５２０が設けられている。
処理部５２０は、血圧センサ２１０を制御する第１の制御部５３０と、第１の制御部５３０からの情報を外部に送信する送信部５４０と、外部からの情報を受信して第１の制御部５３０に送る第２の受信部５５０とが設けられている。なお、情報とは、例えば血圧値のデータ、電気抵抗変化率のデータ、電気抵抗値のデータをいう。
電子機器５１０は、受信部５６０と第２の制御部５７０と、計算部５８０と、第２の送信部５９０と、データベース（以下「ＤＢ１」という。）が設けられている。
受信部５６０は、送信部５５０から送信された情報を受信して第２の制御部５７０に送信する。
【０１１８】
第２の制御部５７０は、受信部５６０から受信した情報を計算部５８０に送信、第２の送信部５９０に送信、又はＤＢ１に情報をデータとして格納する。
計算部５８０は、第２の制御部５７０から送られてきた情報を計算する。
なお、送信部５４０と受信部５６０との間での情報のやりとり、及び第２の送信部５９０と受信部５５０との間での情報のやりとりは無線通信又は有線通信である。
【０１１９】
次に、第１７の実施形態に係る血圧測定システムの動作について説明する。
図３０は、血圧測定システムの動作を例示するフローチャート図である。
図３０に示すように、ステップＳ１０では、第１の制御部５３０が血圧センサ２１０に血圧測定部位における電気抵抗変化量を測定するように指示する。このとき、血圧センサ２１０に設けられた全ての磁気抵抗効果素子における電気抵抗変化量を測定する。
次に、ステップＳ２０では、第１の制御部５３０が、測定したい血圧測定部位における磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）を把握選択する。そして、ステップＳ３０では、選択したＭＲ素子で電気抵抗を測定する。次に、ステップＳ４０では、測定した電気抵抗値を送信部５４０が電子機器５１０の受信部に送信する。第２の制御部５７０は、受信部５６０が受信した電気抵抗値をデータベースＤＢ１に格納する。そして、ステップＳ５０では、第２の制御部は、受信部５６０が受信した電気抵抗値を計算部５８０に送信する。計算部５８０は、電気抵抗値を血圧値に変換する。
【０１２０】
次に、第１７の実施形態に係る血圧測定システムの効果について説明する。
本実施形態に係る血圧測定システムには、高密度化可能な磁気抵抗効果素子を含んでいるので、小型化することができる。よって、どこにでも持ち歩けるユビキタスな健康モニター機器（ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ  ｈｅａｌｔｈ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅｓ）とすることができる。
【０１２１】
（第１８の実施形態）
次に、第１８の実施形態について説明する。
本実施形態は、気圧計についての実施形態である。
本実施形態においては、上述した第１５の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１１０を組み込んだ歪みセンサを気圧計に適用する。第１５の実施形態に係る磁気抵抗効果素子１１０が設けられた歪みセンサは、引っ張り歪みと圧縮歪みを区別することができる。また、小型化することもできる。例えば、この歪みセンサを組み込んだ本実施形態に係る気圧計は、小型なので、飛行機の翼の表面または裏面に設けることができる。また、この気圧計は、負圧と正圧を区別することができるため、翼の表面または裏面に生じる気圧の変化を正確に計測することができ、飛行機の失速（ｓｔａｌｌ）やきりもみ（ｓｐｉｎ）の始まりを知ることができる。
【０１２２】
（第１９の実施形態）
次に第１９の実施形態について説明する。
本実施形態は、構造物ヘルスモニタセンサについての実施形態である。
図３１及び図３２は、第１９の実施形態に係る構造物ヘルスモニタセンサを例示する図である。
図３１に示すように、構造物ヘルスモニタセンサ６００は、吊り橋における橋桁６１０の一面に多数設けられている。
また、図３２に示すように、構造物ヘルスモニタセンサ６００は、ビルの外壁６２０一面に多数設けられている。本実施形態に係る構造物ヘルスモニタセンサ６００には、第１２〜１５の実施形態に係る歪みセンサが用いられている。定期的に構造物ヘルスモニタセンサ６００により、橋桁６１０及びビルの外壁６２０に初期状態とは異なる歪みが発生しているかどうかを容易にチェックすることができる。
【０１２３】
以上説明した実施形態によれば、高密度化対応の磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドアッセンブリ、歪みセンサ、圧力センサ、血圧センサ及び構造物ヘルスモニタセンサを提供することができる。
【０１２４】
以上、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及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
３：ヘッドスライダ、４：スピンドールモータ、１０：磁気抵抗効果素子、１１：第１の強磁性層、１２：第２の強磁性層、１３：スペーサ層、１４、１５、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ、２５、２６、２８、２９、３１、３２、３４、３５、３７、３８、４０、４１、６５、６６、６７、７０、７３、７４、７７、７８、７９、８０、８３、８４、１００、１０３：磁化方向、１６、２４、３３、４９、７１、１０１：引っ張り歪み、１９：積層体、２０：磁気ヘッド、２１：上電極、２２：下電極、２３：ＡＢＳ面、２７、３０、３６、３９：外部磁場、３４、９５、９６：方向、４２：歪み導入部材、４３ａ：基板、４３、１０７：フレキシブル性基板、４４：下地層、４５：絶縁物質、４６、４７：電極、４８、５１：応力、１６ａ、５２、６８、７５、９０、９２、１０４：圧縮歪み、８５：メンブレン、８６、８７：位置、８８：コントローラ、９７：第３の磁性層、９８：第２のスペーサ層、９９：積層体、１０８：ワード線、１０９：ビット線、１１０：磁化抵抗効果素子、１１９ａ、１１９ｂ、１１９ｃ：電極、１５０：磁気記録再生装置、１５４：サスペンション、１５５：アクチュエータアーム、１５６：ボイスコイルモータ、１５７：軸受部、１５８：ヘッドジンバルアッセンブリ、１６０：ヘッドスタックアッセンブリ、１６１：フレーム、１６２：コイル、１８０：磁気記録再生装置、１９０：信号処理部、２１０：血圧センサ、２１１：絆創膏、２１２：血管、２１３：皮膚、２１４：血圧、２１５：引っ張り応力、２１６：骨、２３０：被測定者、２４０：携帯電話、２５０：無線送信送電、２６０：パーソナルコンピュータ、３０１：外部磁界、３０２：直線、５１０：電子機器、５２０：処理部、５３０：第１の制御部、５４０：送信部、５５０、５６０：受信部、５７０：第２の制御部、５８０：計算部、５９０：第２の送信部、６００：構造物ヘルスモニタセンサ、６１０：橋桁、６２０：ビルの外壁、ＤＢ１：データベース
【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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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