(57)【要約】【課題】製造コストなどを低減させることができるとともに、歩留まり低下を抑制することができる新規な構成の、いわゆるデュアルエレメントタイプであって、差動型の磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】正の磁気抵抗効果を呈する磁気抵抗効果積層膜と、負の磁気抵抗効果を呈する磁気抵抗効果積層膜とを、各磁気抵抗効果積層膜の、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２の磁性層が実質的に磁化方向が固着された第１の磁性層に対して内方に位置するようにして、導電層を介して積層し、差動型の磁気抵抗効果素子を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的に磁化方向が固着された第１の磁性層、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２の磁性層、及び前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられたスペーサ層を有する１対の磁気抵抗効果積層膜と、
前記１対の磁気抵抗効果積層膜に対してその厚さ方向に略垂直の電流を通電する電極とを具え、
前記１対の磁気抵抗効果積層膜を構成する一方の磁気抵抗効果積層膜及び他方の磁気抵抗効果積層膜は導電層を介して積層され、
前記一方の磁気抵抗効果積層膜は正の磁気抵抗効果を呈し、前記他方の磁気抵抗効果積層膜は負の磁気抵抗効果を呈することを特徴とする、差動型の磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記一方の磁気抵抗効果積層膜及び前記他方の磁気抵抗効果積層膜の、出力が小さい方の前記第２の磁性層の厚さを減少させ、その素子利用効率を増大させて、前記一方の磁気抵抗効果積層膜及び前記他方の磁気抵抗効果積層膜の出力を略同一とすることを特徴とする、請求項１に記載の差動型の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記一方の磁気抵抗効果積層膜及び前記他方の磁気抵抗効果積層膜の、出力が小さい方の膜面垂直方向の断面積を減少させることにより、その抵抗変化を増大させて、前記一方の磁気抵抗効果積層膜及び前記他方の磁気抵抗効果積層膜の出力を略同一としたことを特徴とする、請求項１、２のいずれか一に記載の作動型の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記一方の磁気抵抗効果積層膜及び前記他方の磁気抵抗効果積層膜の、出力が小さい方の前記スペーサ層中におけるメタルパス密度を減少させ、その抵抗を増大させることによって、前記一方の磁気抵抗効果積層膜及び前記他方の磁気抵抗効果積層膜の出力を略同一としたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の作動型の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記メタルパスは磁性体から構成されることを特徴とする、請求項４に記載の作動型の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子を具えることを特徴とする、磁気ヘッド。
【請求項７】
磁気記録媒体と、請求項６に記載の磁気ヘッドとを具えることを特徴とする、磁気記録再生装置。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか一に記載の磁気抵抗効果素子を具えることを特徴とする磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜面に対して垂直方向に電流を通電する構造の磁気抵抗効果素子、ならびにこれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置、および磁気メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、CPP(垂直通電)型磁気抵抗効果素子を用いた再生ヘッドは、再生素子積層膜を高透磁率を有するシールドで挟み込んで使用するシールド型が用いられている。このような再生ヘッドでは、シールド間隔が再生ヘッドの線分解能を規定することになり、シールド間隔は挟み込まれた再生素子積層膜の厚さ以下にはできない。したがって、前記線分解能は前記再生素子積層膜の厚さで規定されてしまい、また前記再生素子積層膜の薄膜化にも制限があるので、上記再生ヘッドの線記録密度も前記再生素子積層膜の厚さで制限されてしまうという問題がある。
【０００３】
このような点に鑑みて、１対の磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果積層膜）を磁性層あるいは非磁性層からなる中間層を介して積層した、デュアルエレメントタイプの磁気抵抗効果型ヘッドが開発されている。このタイプのヘッドは、差動型として用いることにより、１対の磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果積層膜）において、各磁気抵抗効果素子を構成する自由層同士の間隔によって線分解能が決定される。したがって、一般的には、上記中間層の厚さによって線分解能が決定されることになる。この結果、上述したシールド型の磁気抵抗効果素子よりも高分解能の再生ヘッドを得ることができる。この様なスピンバルブ構造を有したデュアルエレメントタイプの例としては、例えば特開平9-274710号公報に記載されている。
【０００４】
しかしながら、上記デュアルエレメントタイプの磁気抵抗効果素子を差動型の再生ヘッドとして使用するためには、１対の磁気抵抗効果素子それぞれの磁化固定層を互いに反対方向に固着しなければならない。このためには、例えば特開平6-267029号公報に記載されているように、前記磁化固定層を、交換結合を介して磁化固定するための反強磁性層を、それぞれ反対極性の磁場中で順次に形成し、前記１対の磁気抵抗効果素子の前記磁化固定層を、前記反強磁性層からの交換結合を介してそれぞれ反対方向に固着するというような手法が採られていた。
【０００５】
しかしながら、上述したような磁化の固着法は、操作が複雑となり、目的とするデュアルエレメントタイプの磁気抵抗効果素子の製造コストを増大させるとともに、歩留まり低下の原因ともなっていた。
【特許文献１】特開平９−２７４７１０号
【特許文献２】特開平６−２６７０２９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑み、製造コストなどを低減させることができるとともに、歩留まり低下を抑制することができる新規な構成の、いわゆるデュアルエレメントタイプであって、差動型の磁気抵抗効果素子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】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明の一態様は、
実質的に磁化方向が固着された第１の磁性層、外部磁界に応じて磁化方向が変化する第２の磁性層、及び前記第１の磁性層と前記第２の磁性層との間に設けられたスペーサ層を有する１対の磁気抵抗効果積層膜と、
前記１対の磁気抵抗効果積層膜に対してその厚さ方向に略垂直の電流を通電する電極とを具え、
前記１対の磁気抵抗効果積層膜を構成する一方の磁気抵抗効果積層膜及び他方の磁気抵抗効果積層膜は導電層を介して積層され、
前記一方の磁気抵抗効果積層膜は正の磁気抵抗効果を呈し、前記他方の磁気抵抗効果積層膜は負の磁気抵抗効果を呈することを特徴とする、差動型の磁気抵抗効果素子に関する。
【０００８】
本発明によれば、デュアルエレメントタイプの差動型磁気抵抗効果素子を構成する１対の磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果積層膜）において、それぞれ正負の磁気抵抗効果（以下、「ＭＲ効果」という場合がある）を呈するように構成している。したがって、前記磁気抵抗効果素子を構成する各磁気抵抗効果積層膜において、その磁化固定層（第１の磁性層）を同一方向に磁化させて固着させた場合においても、各磁気抵抗効果積層膜はそれぞれ正のＭＲ効果及び負のＭＲ効果を呈するので、これらの磁気抵抗効果積層膜を積層させて得た磁気抵抗効果素子は結果として差動型のＭＲ出力信号を発し、前記磁気抵抗効果素子は差動型の磁気抵抗効果素子として機能するようになる。
【０００９】
なお、正のＭＲ効果とは、磁化固定層（第１の磁性層）の磁化と磁化自由層（第２の磁性層）の磁化とが同じ向きになったときに電気抵抗が低くなり、前記磁化が逆向きとなったときに電気抵抗が高くなるような場合を意味する。一方、負のＭＲ効果とは、磁化固定層（第１の磁性層）の磁化と磁化自由層（第２の磁性層）の磁化とが同じ向きになったときに電気抵抗が高くなり、前記磁化が逆向きとなったときに電気抵抗が低くなるような場合を意味する。
【発明の効果】
【００１０】
以上、本発明によれば、製造コストなどを低減させることができるとともに、歩留まり低下を抑制することができる新規な構成の、いわゆるデュアルエレメントタイプであって、差動型の磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のその他の特徴及び利点について、発明を実施するための最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
（磁気抵抗効果素子）
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明における差動型の磁気抵抗効果素子の一例を示す概略構成図である。図１に示すように、本例における磁気抵抗効果素子１０は、第１の磁気抵抗効果積層膜１１及び第２の磁気抵抗効果積層膜１２を有している。
【００１３】
第１の磁気抵抗効果積層膜１１は、下側から順に、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層（第２の磁性層）１１４、非磁性のスペーサ層１１３、実質的に磁化方向が固着された磁化固定層（第１の磁性層）１１２、及びこの磁化固定層１１２の磁化を交換結合を介して固定している反強磁性層１１１が積層されてなる。
【００１４】
一方、第２の磁気抵抗効果積層膜１２は、上側から順に、外部磁界に応じて磁化方向が変化する磁化自由層（第２の磁性層）１２４、非磁性のスペーサ層１２３、実質的に磁化方向が固着された磁化固定層（第１の磁性層）１２２、及びこの磁化固定層１２２の磁化を交換結合を介して固定している反強磁性層１２１が積層されてなる。
【００１５】
第１の磁気抵抗効果積層膜１１及び第２の磁気抵抗効果積層膜１２は、それぞれ導電層１５を介して互いの磁化自由層１１４及び１２４が対向するとともに、これら磁化自由層が導電層１５に隣接するようにして積層されている。また、第１の磁気抵抗効果積層膜１１の上面（反強磁性層１１１側）及び第２の磁気抵抗効果積層膜１２の下面（反強磁性層１２１側）には、それぞれ１対の電極１３及び１４が形成されており、第１の磁気抵抗効果積層膜１１及び第２の磁気抵抗効果積層膜１２からなる磁気抵抗効果素子１０に対して略垂直方向にセンス電流を流すように構成されている。
【００１６】
なお、本例において、第１の磁気抵抗効果積層膜１１が正のＭＲ効果を呈し、第２の磁気抵抗効果積層膜１２が負のＭＲ効果を呈する。したがって、第１の磁気抵抗効果積層膜１１の磁化固定層１１２の磁化と、第２の磁気抵抗効果積層膜１２の磁化固定層１２２の磁化とが同方向を向いている場合において、例えば、図１に示すように、矢印方向にセンス電流を流した場合においても、本例の磁気抵抗効果素子１０は差動型の、いわゆるデュアルエレメントタイプとして機能するようになる。
【００１７】
図２に、本例(図１に示す)の磁気抵抗効果素子１０の差動型の出力波形を示す。図２に示すように、第１の磁気抵抗効果積層膜１１の出力と、第２の磁気抵抗効果積層膜１２の出力とは、（磁気抵抗効果素子１１がその厚さ方向に所定の信号磁場中を移動した際に）、検知する磁場強度の変化に応じて時間的にずれて検出される。そして、磁気抵抗効果素子１１の導電層１５が前記信号磁場近傍を移動する際に、それらの出力が互いに相殺され差動で出力が検出されるようになる。したがって、磁気抵抗効果素子１０は差動型のデュアルエレメントタイプとして機能し、高い分解能を奏するようになる。
【００１８】
このように、本例の磁気抵抗効果素子１０は、１対の磁気抵抗効果積層膜から構成され、各磁気抵抗効果積層膜の磁化固定層の磁化が同方向を向いているとしても、前記１対の磁気抵抗効果積層膜は、それぞれ正負のＭＲ効果を呈するので、差動型のデュアルエレメントタイプ磁気抵抗効果素子として機能する。したがって、従来の複雑な磁化固着法などを行うことなく、簡易な操作工程で目的とする磁気抵抗効果素子を得ることができる。この結果、製造コストを低減させるとともに歩留まりを低下させた、新規なデュアルエレメントタイプの差動型磁気抵抗効果素子を得ることができる。
【００１９】
なお、上記正のＭＲ効果を呈する第１の磁気抵抗効果積層膜１１は、従来のような汎用のスピンバルブ膜などから構成することができる。一方、上記負のＭＲ効果を呈する第２の磁気抵抗効果積層膜１２は、磁化自由層（第２の磁性層）１２４及び磁化固定層（第１の磁性層）１２２をＬａＮｉＯｘなどのペロブスカイト系材料から形成することによって実現することができる（例えば、J.Phys. Condens. Matter 11(1999), P2901参照）。
【００２０】
また、アルミナ薄膜中にＦｅを散在させたような構造のいわゆるグラニュラー薄膜などから磁化自由層（第２の磁性層）１２４及び磁化固定層（第１の磁性層）１２２を形成することによって負のＭＲ効果を呈する第２の磁気抵抗効果積層膜１２を得ることができる(J.M.M.M.233(2001)P96-参照)。さらに、上述した各磁性層の磁壁を微細化することなどによっても負のＭＲ効果を呈する第２の磁気抵抗効果積層膜１２を得ることができる(Phys. Rev. Lett.80, p5639-参照)。
【００２１】
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の磁気抵抗効果素子の他の例を示す概略構成図である。なお、図２において、図１に示す構成要素と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同じ参照符号を用いて表している。また、図４は、本例の磁気抵抗効果素子の差動型の出力波形を示すグラフである。
【００２２】
一般に、第１の磁気抵抗効果積層膜１１の構成材料と第２の磁気抵抗効果積層膜１２の構成材料とを変えた場合に、たとえ上記第１の実施形態で示したようなそれぞれを正及び負のＭＲ効果を呈するように構成したとしても、その出力の絶対値が異なると得られる差動出力のベースラインがシフトしてしまう場合がある(図４参照)。したがって、このような場合においては、磁気抵抗効果素子１０から得られる再生信号が劣化してしまうという問題が生じる。
【００２３】
一方、磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果積層膜）からの最大出力電圧はIb(バイアス電流)×ｄR （抵抗変化）で表すことができる。本例の磁気抵抗効果素子では、第１の磁気抵抗効果積層膜１１と第２の磁気抵抗効果積層膜１２とは導電層１５を介して直列に接続されていることになるので、双方の場合においてIbは同一となる。したがって、各磁気抵抗効果積層膜の最大出力はdＲηに比例することになる。ここで、ηは素子利用効率である。
【００２４】
かかる観点より、図４に示すようなベースラインシフトを抑制するには、第１の磁気抵抗効果積層膜１１のdＲ１η１と第２の磁気抵抗効果積層膜１２のdＲ２η２とを略同一とする必要がある。
【００２５】
本例においては、図４に示すように第２の磁気抵抗効果積層膜１２の（最大）出力が第１の磁気抵抗効果積層膜１１の（最大）出力に比して小さくなっているため、図示のようなベースラインシフトが生じている。したがって、本例では、図３に示すように、第１の磁気抵抗効果積層膜１１の磁化自由層１１４の厚さに比し、第２の磁気抵抗効果積層膜１２の磁化自由層１２４の厚さを薄くしている。
【００２６】
一般に、磁化自由層の厚さが小さくなると、同じ外部磁場に対する磁化の変化が大きくなり、その結果、素子利用効率ηが大きくなる。本例では、上記磁化自由層１２４の厚さを磁化自由層１１４の厚さに比して小さくしているので、磁化自由層１２４を含む第２の磁気抵抗効果積層膜１２の素子利用効率η２が、磁化自由層１１４を含む第１の磁気抵抗効果積層膜１１の素子利用効率η１よりも大きくなる。したがって、双方の積層膜のdＲηがほぼ等しくなる（dＲ１η１≒dＲ２η２）ので、これら積層膜からの出力がほぼ同等となる。その結果、磁気抵抗効果素子１０としての出力は図４から図２に示すようになり、安定した再生信号を得ることができるようになる。
【００２７】
なお、本例では、磁化自由層１２４の厚さを低減させてその素子利用効率η２を増大させ、第１の磁気抵抗効果積層膜１１及び第２の磁気抵抗効果積層膜１２の出力を略同一としているが、磁化自由層１１４の厚さを増大させてその素子利用効率η１を減少させ、双方の磁気抵抗効果積層膜からの出力をほぼ同等とすることができる。すなわち、各磁気抵抗効果積層膜の磁化自由層の厚さを制御することによって、その出力をほぼ同等とすることができる。
【００２８】
＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の磁気抵抗効果素子のその他の例を示す概略構成図である。なお、図５において、図１に示す構成要素と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同じ参照符号を用いて表している。
【００２９】
上述したように、第１の磁気抵抗効果積層膜１１の構成材料と第２の磁気抵抗効果積層膜１２の構成材料とを変えた場合に、たとえ上記第１の実施形態で示したようなそれぞれを正及び負のＭＲ効果を呈するように構成したとしても、その出力の絶対値が異なると得られる差動出力のベースラインがシフトしてしまう場合がある(図４参照)。したがって、このような場合においては、磁気抵抗効果素子１０から得られる再生信号が劣化してしまうという問題が生じる。
【００３０】
一方、磁気抵抗効果素子（磁気抵抗効果積層膜）からの最大出力電圧はIb(バイアス電流)×ｄR （抵抗変化）で表すことができ、第１の磁気抵抗効果積層膜１１と第２の磁気抵抗効果積層膜１２とは導電層１５を介して直列に接続されていることになるので、各磁気抵抗効果積層膜の最大出力はdＲηに比例することになる。また、dＲ＝MR比×R（抵抗）なる関係がある。
【００３１】
したがって、本例では、第２の磁気抵抗効果積層膜１２の垂直断面積を第１の磁気抵抗効果積層膜１１の垂直断面積に比して小さくし、その抵抗Ｒを増大させるようにしている。したがって、第１の磁気抵抗効果積層膜１１のｄＲ１に比較して第２の磁気抵抗効果積層膜１２のｄＲ２が増大するようになるので、双方の積層膜のdＲηがほぼ等しくなる（dＲ１η１≒dＲ２η２）。したがって、これら積層膜からの出力がほぼ同等となり、磁気抵抗効果素子１０としての出力は図４から図２に示すようになり、安定した再生信号を得ることができるようになる。
【００３２】
なお、本例では、第２の磁気抵抗効果積層膜１２の垂直断面積を低減させてその抵抗を増大させ、第１の磁気抵抗効果積層膜１１及び第２の磁気抵抗効果積層膜１２の出力を略同一としているが、第１の磁気抵抗効果積層膜１１の垂直断面積を増大させてその抵抗を減少させ、双方の磁気抵抗効果積層膜からの出力をほぼ同等とすることができる。すなわち、各磁気抵抗効果積層膜の垂直断面積を制御することによって、その出力をほぼ同等とすることができる。
【００３３】
＜第４の実施形態＞
本例は、第３の実施形態の変形例である。上記具体例においては、各磁気抵抗効果積層膜を構成するスペーサ層を単に非磁性の材料からなる一様な層として形成しているが、前記スペーサ層は絶縁層中に複数のメタルパスが貫通するようにして形成し、上記磁気抵抗効果積層膜をいわゆる電流狭窄タイプの磁気抵抗効果積層膜として形成することができる。
【００３４】
本例において、前記メタルパスはスペーサ層中に分散して存在するようになるが、かかるメタルパスはセンス電流を流すための電流パスとなることから、前記メタルパスの密度を低減することにより、前記スペーサ層、すなわちこのスペーサ層を含む磁気抵抗効果積層膜の抵抗Ｒを増大させることになる。
【００３５】
したがって、図４に示すように、第２の磁気抵抗効果積層膜１２の（最大）出力が第１の磁気抵抗効果積層膜１１の（最大）出力に比して小さくなっているため、図示のようなベースラインシフトが生じているような場合、特に第２の磁気抵抗効果積層膜１２のスペーサ層１２２を上述した電流狭窄タイプとし、そのメタルパス密度を低減することによってその抵抗を増大させ、第１の磁気抵抗効果積層膜１１のｄＲ１に比較して第２の磁気抵抗効果積層膜１２のｄＲ２が増大するようにできる。
【００３６】
この結果、双方の積層膜のdＲηがほぼ等しくなり（dＲ１η１≒dＲ２η２）、双方の積層膜からの出力がほぼ同等となって、磁気抵抗効果素子１０としての出力は図４から図２に示すようになり、安定した再生信号を得ることができるようになる。
【００３７】
＜第５の実施形態＞
本例は、第４の実施形態の変形例である。上記具体例においては、第２の磁気抵抗効果積層膜１２におけるスペーサ層１２２中に単にメタルパスを形成したのみであるが、本例では、前記メタルパスを磁性体から構成し、第２の磁気抵抗効果積層膜１２をいわゆるＢＭＲ(バリスティックＭＲ)タイプとして構成している。
【００３８】
本例においても、第２の磁気抵抗効果積層膜１２のスペーサ層１２２中のメタルパス密度を低減することによってその抵抗を増大させ、第１の磁気抵抗効果積層膜１１のｄＲ１に比較して第２の磁気抵抗効果積層膜１２のｄＲ２が増大させ、双方の積層膜のdＲηがほぼ等しくなる（dＲ１η１≒dＲ２η２）ようにすることができる。その結果、双方の積層膜からの出力がほぼ同等となって、磁気抵抗効果素子１０としての出力は図４から図２に示すようになり、安定した再生信号を得ることができるようになる。
【００３９】
（磁気ヘッド、及び磁気記録再生装置）
上述した磁気抵抗効果素子は、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込んで、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【００４０】
図６は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。図６に示す磁気記録再生装置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。なお、図に示す磁気記録再生装置１５０では、単独の磁気ディスク２００のみを用いているが、複数の磁気ディスク２００を具えることができる。
【００４１】
磁気ディスク２００に格納する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。ヘッドスライダ１５３は、上述したいずれか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その先端付近に搭載している。
【００４２】
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。但し、このような浮上型に代えて、スライダが磁気ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。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および対向ヨークからなる磁気回路とから構成される。
【００４３】
アクチュエータアーム１５５は、スピンドル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。
【００４４】
図７は、アクチュエータアーム１５５から先の磁気ヘッドアセンブリをディスク側から眺めた拡大斜視図である。磁気ヘッドアッセンブリ１６０は、例えば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。
【００４５】
サスペンション１５４の先端には、上述したいずれか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具備するヘッドスライダ１５３が取り付けられている。サスペンション１５４は信号の書き込みおよ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。図中１６５は磁気ヘッドアッセンブリ１６０の電極パッドである。
【００４６】
図６及び７に示す磁気記録再生装置においては、上述した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具えることにより、従来よりも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。
【００４７】
（磁気メモリ）
上述した磁気抵抗効果素子は、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（magnetic random access memory、ＭＲＡＭ）などの磁気メモリを構成することができる。
【００４８】
図８は、磁気メモリのマトリクス構成の一例を示す図である。この図は、メモリセルをアレイ状に配置した場合の回路構成を示す。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が備えられており、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がオンになって一意に選択され、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１０中の磁気記録層（フリー層）に記録されたビット情報を読み出すことができる。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に書き込み電流を流して発生する磁場を印加する。
【００４９】
図９は、上記磁気メモリのマトリクス構成の他の例を示す図である。この場合、マトリクス状に配線されたビット線３２２とワード線３３４とが、それぞれデコーダ３６０、３６１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１０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１０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３２２と書き込みワード線３２３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。
【００５０】
図１０は、本発明の実施形態に係る磁気メモリの要部を示す断面図である。図１１は、図１０のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。これらの図に示した構造は、図８または図９に示した磁気メモリに含まれる１ビット分のメモリセルに対応する。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。
【００５１】
記憶素子部分３１１は、磁気抵抗効果素子１０と、これに接続された一対の配線３２２、３２４とを有する。磁気抵抗効果素子１０は、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子である。
【００５２】
一方、選択用トランジスタ部分３１２には、ビア３２６および埋め込み配線３２８を介して接続されたトランジスタ３３０が設けられている。このトランジスタ３３０は、ゲート３３２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１０と配線３３４との電流経路の開閉を制御する。
【００５３】
また、磁気抵抗効果素子１０の下方には、書き込み配線３２３が、配線３２２とほぼ直交する方向に設けられている。これら書き込み配線３２２、３２３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。
【００５４】
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１０に書き込むときは、配線３２２、３２３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。
【００５５】
また、ビット情報を読み出すときは、配線３２２と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素子１０と、下電極３２４とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値または抵抗値の変化を測定する。
【００５６】
上記磁気メモリは、上述した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。
【実施例】
【００５７】
（実施例１）
次に、本発明における差動型の磁気抵抗効果素子の駆動状態をシミュレーションにより確認した。図１２は、本実施例のシミュレーションに用いた磁気抵抗効果素子の構成図を示す側面図であり、図１３は、図１２に示す磁気抵抗効果素子の上平面図である。なお、本シミュレーションにおいては、各磁気抵抗効果素子の磁区を安定化させるべく、磁気抵抗効果積層膜１１及び１２の両側にハードバイアス層１７を設けている。この際、双方の磁気抵抗効果積層膜の中間に設けた中間層の厚さは約１５ｎｍとし、磁気抵抗効果積層膜１１及び１２で規定されるTW(トラック幅)及びSH(ストライプハイト)はともに２０ｎｍに設定した。
【００５８】
本例では、磁気抵抗効果積層膜１１のｄR１が100mΩμm2となるようにし、磁気抵抗効果積層膜１２のｄR２が150Ωμm2となるようにした。このとき、磁気抵抗効果積層膜１１のフリー層（第２の磁性層）の厚さを磁気抵抗効果積層膜１２のフリー層（第１の磁性層）の厚さの１／１．５倍、すなわち磁気抵抗効果積層膜１２のフリー層の厚さを磁気抵抗効果積層膜１１のフリー層の厚さに対して１．５倍に設定することにより、上述した理論上は磁気抵抗効果積層膜１１の素子利用効率η１が磁気抵抗効果積層膜１２の素子利用効率η２の１．５倍となるので、両者のdＲηがほぼ等しくなり（dＲ１η１≒dＲ２η２）、これら磁気抵抗効果積層膜からの出力はほぼ同等となる。この結果、ベースラインシフトが解消され、差動型の磁気抵抗効果素子として機能することが想定される。
【００５９】
しかしながら、シミュレーション結果は、第２の磁気抵抗効果積層膜１２のフリー層厚を第１の磁気抵抗効果積層膜１２のフリー層厚の約１．８倍にしなければならないことが判明した。これは、フリー層が薄い（厚い）場合は信号磁場に対する感度は落ちる（上がる）が、ハードバイアスからの安定化磁場の感度も小さく（大きく）なるためである。すなわち、前者の効果は素子利用効率ηを下げる（上げる）効果があるが、後者の効果は素子利用効率ηを反対に上げる（下げる）効果がある。
【００６０】
結果として、上記シミュレーション結果の理論上との相違は、上述したフリー層のハードバイアス依存性に起因するものである。しかしながら、このようなハードバイアス層の影響を除いて考える限り、正の磁気抵抗効果積層膜１１と負の磁気抵抗効果積層膜１２とを積層し、フリー層の厚さを制御することによってベースラインシフトを排除することができ、差動型の磁気抵抗効果素子が得られることが確認できた。
【００６１】
（実施例２）
次に、同じく図１２及び１３に示す磁気抵抗効果素子に対して別のシミュレーションに基づいてその実現可能性を確認した。本シミュレーションは、上述した第３の実施形態に基づいた方法に従って実施した。
【００６２】
上述したように、磁気抵抗効果積層膜１１のｄR１が100mΩμm2であり、磁気抵抗効果積層膜１２のｄR２が150Ωμm2であるので、上述した第３の実施形態の内容に従う限り、第２の磁気抵抗効果積層膜１２の垂直断面積を第１の磁気抵抗効果積層膜１１の垂直断面積に比して１／１．５倍、すなわち第１の磁気抵抗効果積層膜１１の垂直断面積を第２の磁気抵抗効果積層膜１２の垂直断面積に対して１．５倍とすることにより、第２の磁気抵抗効果積層膜１２の抵抗Ｒ２を第１の磁気抵抗効果積層膜１１の抵抗Ｒ１に比較して増大させるようにしている。
【００６３】
したがって、理論上は第１の磁気抵抗効果積層膜１１のｄＲ１に比較して第２の磁気抵抗効果積層膜１２のｄＲ２が増大するようになるので、双方の積層膜のdＲηがほぼ等しくなり（dＲ１η１≒dＲ２η２）、各磁気抵抗効果積層膜からの出力はほぼ同等となる。この結果、ベースラインシフトが解消され、差動型の磁気抵抗効果素子として機能することが想定される。
【００６４】
単純計算では、第２の磁気抵抗効果積層膜１２の垂直断面積を第１の磁気抵抗効果積層膜１１の垂直断面積の１／１．５倍にするためには、第２の磁気抵抗効果積層膜１２のＳＨあるいはＴＷを２０ｎｍの１／１．５倍、すなわち約１３．３ｎｍとすることで上記目的を達成することができる。しかしながら、実際のシミュレーションでは、第２の磁気抵抗効果積層膜１２のＳＨあるいはＴＷを半分程度の１０ｎｍ近傍にまで減少させなければ、第１の磁気抵抗効果積層膜１１及び第２の磁気抵抗効果積層膜１２間のベースラインシフトが解消され、差動型の磁気抵抗効果素子として機能しないことが判明した。
【００６５】
このような理論からのずれは、第２の磁気抵抗効果積層膜１２の垂直断面積を狭小化することによって、第１の磁気抵抗効果積層膜１１においても電流の流れが偏り、電流が流れるべく有効な垂直断面積もある程度減少してしまうためと考えられる。
【００６６】
しかしながら、このような第１の磁気抵抗効果積層膜１１の有効垂直断面積の減少の影響を除いて考える限り、正の磁気抵抗効果積層膜１１と負の磁気抵抗効果積層膜１２とを積層し、それらの垂直断面積を制御することによってベースラインシフトを排除することができ、差動型の磁気抵抗効果素子が得られることが確認できた。
【００６７】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００６８】
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。
【００６９】
さらに、上記磁気抵抗効果素子は、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記録再生装置についても同様に適用して同様の効果を得ることができる。
【００７０】
また、本発明の磁気記録再生装置は、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。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明における差動型の磁気抵抗効果素子の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す磁気抵抗効果素子の差動型の出力波形の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の他の例を示す概略構成図である。
【図４】図３に示す磁気抵抗効果素子の差動型の出力波形の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の磁気抵抗効果素子のその他の例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の磁気抵抗効果素子を含む磁気記録再生装置の一例を示す斜視図である。
【図７】本発明の磁気ヘッドアセンブリの一例を示す図である。
【図８】本発明の磁気抵抗効果素子を含む磁気メモリマトリクスの一例を示す図である。
【図９】本発明の磁気抵抗効果素子を含む磁気メモリマトリクスの他の例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る磁気メモリの要部を示す断面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１２】実施例のシミュレーションに用いた磁気抵抗効果素子の構成図を示す側面図である。
【図１３】図１２に示す磁気抵抗効果素子の上平面図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  磁気抵抗効果素子
１１  第１の磁気抵抗効果積層膜
１２  第２の磁気抵抗効果積層膜
１３，１４  電極
１５  導電層
１５０  磁気記録再生装置
１５２  スピンドル
１５３  ヘッドスライダ
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  スピンドル
１６０  磁気ヘッドアッセンブリ
１６４  リード線
２００  磁気記録磁気ディスク
３１１  記憶素子部分
３１２  アドレス選択用トランジスタ部分
３１２  選択用トランジスタ部分
３２１  磁気抵抗効果素子
３２２  ビット線
３２２  配線
３２３  ワード線
３２３  配線
３２４  下部電極
３２６  ビア
３２８  配線
３３０  スイッチングトランジスタ
３３２  ゲート
３３２  ワード線
３３４  ビット線
３３４  ワード線
３５０  列デコーダ
３５１  行デコーダ
３５２  センスアンプ
３６０  デコーダ
【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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