(57)【要約】【課題】従来構造より高出力（高ＭＲ比）なＣＰＰ−ＧＭＲ構造の磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】少なくとも、下部電極１００上に、シード層２００と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由層３００と、導電性非磁性中間層４００と、極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜５０１と、Ｆｅ３Ｏ４膜５００と、金属強磁性膜６００と、反強磁性膜７００（或いは、Ｒｕ膜／金属強磁性膜／反強磁性膜で構成しても良い。いわゆる、「積層フェリ」。）と、上部電極８００と、を順次積層してなる磁性積層膜を含み、構成されることを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ素子とする。【選択図】図３
2004087745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由層と、導電性非磁性中間層と、ＣｒＯ２膜又は極薄ＬａＳｒＭｎＯ３膜と、Ｆｅ３Ｏ４膜と、金属強磁性膜と、反強磁性膜とを順次積層した磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
少なくとも、下部電極上に、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由層と、導電性非磁性中間層と、ＣｒＯ２膜又はＬａＳｒＭｎＯ３膜と、Ｆｅ３Ｏ４膜と、金属強磁性膜と、反強磁性膜と、上部電極とを順次積層してなる磁気ヘッド。
【請求項３】
前記磁気ヘッドは、記録ヘッドを有することを特徴とする請求項２に記載の磁気ヘッド。
【請求項４】
情報を記録する磁気記録媒体と、
少なくとも、下部電極上に、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由層と、導電性非磁性中間層と、ＣｒＯ２膜又はＬａＳｒＭｎＯ３膜と、Ｆｅ３Ｏ４膜と、金属強磁性膜と、反強磁性膜と、上部電極とを順次積層してなる磁気ヘッドと、
該磁気ヘッドを前記磁気記録媒体上の所定の位置へ移動させるアクチュエーター手段と、
前記磁気ヘッドが読み取りする前記情報の送受信とアクチェーター手段の移動を制御する制御手段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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＰＰ構造の磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気ヘッド、磁気記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
以下、いわゆる「スピンバルブタイプ」のＣＰＰ−ＧＭＲ素子の概略を説明する。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、導電性非磁性中間層によって分離された強磁性膜（１）と強磁性膜（２）を含む適切なる物質上に形成された積層構造を含有する。代表的なスピンバルブタイプのＣＰＰ−ＧＭＲ素子の積層構造は、下部電極／強磁性膜（１）／非磁性中間層／強磁性膜（２）／反強磁性膜／上部電極である。ここで、最上層が上部電極、最下層が下部電極であり、以下の積層膜もこのように表記する。強磁性膜のひとつ、強磁性膜（２）の磁化方向は、外部印加磁場ゼロで、強磁性膜（１）の磁化方向と垂直に固定されている。この強磁性膜（２）の磁化方向の固定は、反強磁性膜を隣接させ、反強磁性膜と強磁性膜（２）との交換結合により、強磁性膜（２）に一方向異方性エネルギー（あるいは、交換バイアス、結合磁界、とも呼ばれている）を付与することによりなされる。そのため、強磁性膜（２）は固定層と呼ばれており、本明細書においても、固定層なる表現を用いることにする。
【０００３】
固定層の代表的な磁化の固定方向は浮上面（媒体対抗面）と垂直な方向である。一方、強磁性膜（１）の磁化方向は、外部印加磁場によって自由に回転することができるために、自由層と呼ばれている。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子では、磁性媒体から発生する磁場を印加磁場として、この磁場に応じて自由層の磁化方向が自由に回転し、結果、固定層の磁化方向と自由層の磁化方向のなす角度に変化が生ずる。ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、これら固定層と自由層の磁化方向のなす角度の変化に応じて電気抵抗が変化することを利用して磁性媒体からの磁気的信号を電気的信号に変換する磁気抵抗トランスデューサーである。
【０００４】
実用的なＣＰＰ−ＧＭＲ素子が、例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス誌、Ｖｏｌ．８９、ｐｐ．６９４３−６９４５、（２００１）号公報に開示されている。少なくとも、下部電極上に、ＰｄＰｔＭｎ反強磁性膜と、該反強磁性膜により磁化方向が固定されるＣｏＦｅＢ膜より構成される固定層と、Ｃｕ非磁性中間層と、外部磁場に応じて磁化方向が自由に変化するＣｏＦｅＢ膜より構成される自由層と、上部電極と、を含み、順次積層して構成された、いわゆる「スピンバルブタイプ」のＣＰＰ−ＧＭＲ素子が開示されている。同公報によると、そのＣＰＰ−ＧＭＲ素子の磁気抵抗変化（以下、ＭＲ比と呼ぶ。）は、約２％との記載がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
記録密度の十分に高い磁気記録再生装置を実現するためには、従来構造より高出力なＣＰＰ−ＧＭＲ素子を実現する必要がある。高出力（高ＭＲ比）なＣＰＰ−ＧＭＲ素子を得る一手段として、スピン分極率Ｐが１とされているハーフメタルを強磁性膜（固定層あるいは自由層の強磁性膜）として用いる方法がある。ＭＲ比は、スピン分極率Ｐが大きいほど大きくなる、とされているためである。なお、従来技術のＣＩＰ−ＧＭＲ素子、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、及び上記公報記載に適用されている、自由層、及び固定層の金属強磁性膜のスピン分極率Ｐは、約０．３程度と小であり、ハーフメタルのスピン分極率Ｐ＝１と比べると極めて小さい。
【０００６】
ハーフメタル強磁性膜としては、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）膜、ＣｒＯ２（クロマイト）、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３（ＬＳＭＯ、マンガナイト）などが知られている。ここで、Ｆｅ３Ｏ４膜、ＣｒＯ２膜、ＬＳＭＯ膜のキュリー温度（ＴＣ）は、それぞれ、約８５０　Ｋ、３９５　Ｋ、３６０　Ｋである。実用化のためにはＣＰＰ−ＧＭＲ素子動作温度（約１００℃）よりも十分に高いＴＣを所有している材料を選択しなけらばならず、本観点から、実用的ハーフメタル強磁性膜は、十分に高いＴＣを有するＦｅ３Ｏ４膜に限られる。
【０００７】
そして、Ｆｅ３Ｏ４膜を用いての実用的ハーフメタルＦｅ３Ｏ４膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を実現するためには、いわゆる「スピンバルブタイプ」のＣＰＰ−ＧＭＲ素子としなければならない。スピンバルブタイプのＣＰＰ−ＧＭＲ素子を実現するためには、ハーフメタルＦｅ３Ｏ４膜を適当な反強磁性膜でもって固定層化しなくてはならない。
【０００８】
Ｆｅ３Ｏ４膜を反強磁性膜でもって固定層化するためには、（１）Ｆｅ３Ｏ４膜に十分に大きな一方向異方性定数（Ｋｅ）［結合磁界（Ｈｅｘ）］を付与できる磁性積層膜構成とすること、（２）Ｆｅ３Ｏ４膜から反強磁性膜への酸素拡散を防止できる磁性積層膜構成とすること、の２つを同時に満足する必要がある。そこで、筆者らは、これらを満足できるハーフメタルＦｅ３Ｏ４膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子構造を提案し、さきに何件か特許出願した。少なくとも下部電極／自由層／導電性非磁性中間層／Ｆｅ３Ｏ４膜／金属強磁性膜／反強磁性膜／上部電極を含み構成されるハーフメタルＦｅ３Ｏ４膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子、或いは、少なくとも下部電極／反強磁性膜／金属強磁性膜／Ｆｅ３Ｏ４膜／導電性非磁性中間層／自由層／上部電極を含み構成されるハーフメタルＦｅ３Ｏ４膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子などを記載した。
【０００９】
しかしながら、上記ハーフメタルＦｅ３Ｏ４膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子においてのＦｅ３Ｏ４膜は、たとえスピン分極率Ｐが１であっても、Ｓｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙバンドに属する電子が伝導電子を担っている状態であり、そのため単位体積あたりのｄ伝導電子の数が少ないという欠点があった。曰く、せっかく固定層を「金属強磁性膜（スピン分極率Ｐ≒０．３）→ハーフメタルＦｅ３Ｏ４膜（スピン分極率Ｐ＝１）」に変えても、単位体積あたりのｄ伝導電子の数が少ないことから、ハーフメタル特性（スピン分極率Ｐ＝１）のうれしさを、ＭＲ比向上に充分に反映しきれていない、という欠点があった。〔ここで、Ｓｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙとは、以下のように定義される。
【００１０】
磁性体のバンド構造は、↑Ｓｐｉｎバンド構造（↑：上向き）と↓Ｓｐｉｎバンド構造（↓：下向き）で構成され、↑Ｓｐｉｎバンドと↓Ｓｐｉｎバンドは分極したバンド構造を有している。↑Ｓｐｉｎバンドに入っている電子数と↓Ｓｐｉｎバンドに入っている電子数は異なり、これら↑Ｓｐｉｎバンド、↓Ｓｐｉｎバンドのうち、電子数の少ない方のバンドをＳｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙと称している。これに対し、電子数の多い方のバンドをＳｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙと称している。〕
そこで、本発明の目的は、Ｓｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙバンドに属する電子が伝導電子を担っているがために単位体積あたりのｄ伝導電子の数が少なくなってしまう、という従来技術の欠点を克服するため、Ｓｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドに属する電子が伝導電子を担うことができるようにして単位体積あたりのｄ伝導電子の数を大とし、これにより、従来構造より高出力（高ＭＲ比）なＣＰＰ−ＧＭＲ素子を提供することにある。さらには、該ＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いた磁気記録再生装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明に係る磁気抵抗効果素子、これを備える磁気ヘッド、磁気記録録再生装置では、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由層と、導電性非磁性中間層と、ＣｒＯ２膜又はＬａＳｒＭｎＯ３膜と、Ｆｅ３Ｏ４膜と、金属強磁性膜と、反強磁性膜とを順次積層してなる磁気抵抗効果素子を有することを主な構成要件とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図８に示すように、ハーフメタル強磁性体として、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）、ＣｒＯ２（クロマイト）、Ｌａ０．７Ｓｒ０．３ＭｎＯ３（ＬＳＭＯ、マンガナイト）が知られている。ここで、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｒＯ２、ＬＳＭＯのキュリー温度（ＴＣ）は、それぞれ、約８５０Ｋ、３９５Ｋ、３６０Ｋである（図８参照）。実用化のためにはＣＰＰ−ＧＭＲ素子動作温度（約１００℃）よりも十分に高いＴＣを所有している材料を選択しなけらばならず、本観点から、実用的ハーフメタル強磁性膜は、十分に高いＴＣを有するＦｅ３Ｏ４膜に限られる。
【００１３】
一方、Ｆｅ３Ｏ４のｄ伝導電子はＳｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙバンドにある電子であり、ＣｒＯ２、ＬＳＭＯのｄ伝導電子はＳｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙにある電子である。よって、Ｆｅ３Ｏ４のｄ伝導電子の数は、ＣｒＯ２、ＬＳＭＯのｄ伝導電子の数に比べて少ないという欠点がある。概算すると、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｒＯ２、ＬＳＭＯの単位体積あたりのｄ伝導電子の数は、それぞれ、約１．４０×１０２１、５．６２×１０２３、１．０２×１０２２　（ヶ／ｃｍ３）〔×１０６　ヶ／ｍ３〕である（詳細は後で説明する）。Ｓｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙバンドに属する電子が伝導電子を担っているＦｅ３Ｏ４のｄ伝導電子の数は、Ｓｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドに属する電子が伝導電子を担っているＣｒＯ２、ＬＳＭＯのｄ伝導電子の数に比べ、圧倒的に少ない（１〜２桁少ない）ことがわかる。
【００１４】
以上、ハーフメタルＦｅ３Ｏ４は、実用に耐える充分に高いＴＣを有するメリットを有するが、反面、Ｓｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙバンドに属する電子が伝導電子を担っているがために単位体積あたりのｄ伝導電子の数が少なく、ハーフメタル特性（スピン分極率Ｐ＝１）をＭＲ比向上に充分に反映しきれていないというデメリットのあることを明らかにした。
【００１５】
そこで、本発明では、「高ＴＣと、単位体積あたりのｄ伝導電子の数の増大」の相克を目指した。曰く、「高ＴＣと、単位体積あたりのｄ伝導電子の数の増大」を相克できる人工ハーフメタル（積層ハーフメタル）の創製を目指した。
【００１６】
図１、及び２に、本発明に係わる積層ハーフメタルの実施例を示す。図１は、極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜５０１上にＦｅ３Ｏ４膜５００を形成した積層ハーフメタル（ここで、極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜が、導電性非磁性中間層に接する）、図２は、Ｆｅ３Ｏ４膜５００上に極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜５０１を形成した積層ハーフメタルである（ここで、極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜が、導電性非磁性中間層に接する）。Ｆｅ３Ｏ４膜５００の膜厚は５−１５ｎｍと厚く、一方のＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜５０１の膜厚は０．５−２　ｎｍと極薄である。
【００１７】
上述したように、ＣｒＯ２膜、ＬＳＭＯ膜のＴＣは、約３９５Ｋ、３６０Ｋと低く、単膜では使い物にならない。しかしながら、厚いＦｅ３Ｏ４膜に隣接し、下側、或いは上側に、極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜を設け、「極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ／Ｆｅ３Ｏ４積層構成」、「Ｆｅ３Ｏ４／極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ積層構成」とすることにより、極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜に高ＴＣ≒８５０Ｋを付与することが可能である。曰く、ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜が極薄である場合には、ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜のＴＣは、Ｆｅ３Ｏ４膜の高ＴＣ≒８５０　Ｋを引きずることが可能である。
【００１８】
一方、「極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ／Ｆｅ３Ｏ４積層構成」（図１）、「Ｆｅ３Ｏ４／極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ積層構成」（図２）とした積層ハーフメタルでは、導電性非磁性中間層に接するハーフメタルは、ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜である。ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜は、Ｓｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドに属する電子が伝導電子を担っており、Ｓｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙバンドに属する電子が伝導電子を担っているＦｅ３Ｏ４膜に比べ、単位体積あたりのｄ伝導電子の数が多い（図８）。上述したが、ＣｒＯ２膜、ＬＳＭＯ膜の単位体積あたりのｄ伝導電子の数は約５．６２×１０２３、１．０２×１０２２（ヶ／ｃｍ３）〔×１０６ヶ／ｍ３〕であり、Ｆｅ３Ｏ４膜の単位体積あたりのｄ伝導電子の数約１．４０×１０２１（ヶ／ｃｍ３）〔×１０６ヶ／ｍ３〕に比べて、１−２桁も多い。
【００１９】
以上から、「極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ／Ｆｅ３Ｏ４積層構成」（図１）、「Ｆｅ３Ｏ４／極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ積層構成」（図２）とした積層ハーフメタルとし、かつ極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜を導電性非磁性中間層に接するような構成とすることにより、「高ＴＣと、単位体積あたりのｄ伝導電子の数の増大」を相克できた。
【００２０】
次に、Ｆｅ３Ｏ４膜、ＣｒＯ２膜、ＬＳＭＯ膜の単位体積あたりのｄ伝導電子の数の概算値について説明する。
【００２１】
（ｉ）Ｆｅ３Ｏ４膜の場合
Ｆｅ３Ｏ４は、スピネル結晶ＡＢ２Ｏ４を有しており、Ｆｅ３＋（Ｆｅ２＋Ｆｅ３＋）Ｏ４と表記される〔（　）の前のＦｅ３＋：Ａサイト、（　）内のＦｅ２＋、Ｆｅ３＋：Ｂサイト〕。Ｆｅ３Ｏ４は、Ｂサイトのみが伝導に寄与しており、伝導はＢサイト中のＦｅ２＋とＦｅ３＋との間のホッピング伝導により行われる。図５に、伝導に寄与しているＢサイトのＦｅ２＋とＦｅ３＋の基底状態を示す。Ｆｅ２＋は６ヶのｄ電子を有しており、このうち５ヶがＳｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドに入り（３ヶはｄε軌道、２ヶはｄγ軌道）、１ヶがＳｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙバンド（ｄε軌道）に入る。一方、Ｆｅ３＋は５ヶのｄ電子を有しており、５ヶともＳｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドに入る（３ヶはｄε軌道、２ヶはｄγ軌道）。
【００２２】
Ｆｅ２＋、及びＦｅ３＋ともに、Ｓｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドには、ｄ電子が５ヶフルに入ってしまうことから、局在し、結果、Ｓｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドに属する５ヶのｄ電子はＩｎｓｕｌａｔｏｒとなる。一方、Ｆｅ２＋、及びＦｅ３＋ともに、Ｓｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙバンドには、ホッピング伝導により、平均０．５ヶのｄ電子が入り、Ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌｌｉｃ伝導を示す（図５では、Ｆｅ２＋に１ヶ、Ｆｅ３＋に０ヶ入るとして記述しているが、実際にはホッピング伝導により平均化され、それぞれ０．５ヶずつ入る）。よって、Ｆｅ３Ｏ４膜の単位体積あたりのｄ伝導電子の数は、
〔（Ｆｅ３Ｏ４単位格子あたりのＢサイトのＦｅ２＋の数　×０．５ヶ）＋（Ｆｅ３Ｏ４単位格子あたりのＢサイトのＦｅ３＋の数×０．５ヶ）〕／（Ｆｅ３Ｏ４単位格子の体積）≒１．４０×１０２１（ヶ／ｃｍ３）〔×１０６ヶ／ｍ３〕と概算される。
【００２３】
（ｉｉ）ＣｒＯ２膜の場合
ＣｒＯ２は、ルチル結晶を有しており、Ｃｒイオンの価数は４価である。図６に、Ｃｒ４＋の基底状態を示す。Ｃｒ４＋は２ヶのｄ電子を有しており、２ヶともＳｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドに入る（２ヶともｄε軌道）。この２ヶのｄ電子は、隣接するＣｒ４＋−Ｃｒ４＋間同志に働く強磁性的相互作用に伴う伝導により、Ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌｌｉｃ伝導を示す（ｄε軌道に３ヶフルにｄ電子が入ってしまうと局在し、Ｉｎｓｕｌａｔｏｒとなってしまうが、ｄε軌道に２ヶのｄ電子が入っている状態であり、このため隣接するＣｒ４＋−Ｃｒ４＋間同志で電子のやりとりを行うことができ、Ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌｌｉｃ伝導を示す）。よって、ＣｒＯ２膜の単位体積あたりのｄ伝導電子の数は、
（ＣｒＯ２単位格子あたりのＣｒ４＋の数　×２ヶ）／（ＣｒＯ２単位格子の体積）≒５．６２×１０２３（ヶ／ｃｍ３）〔×１０６ヶ／ｍ３〕と概算される。
【００２４】
（ｉｉｉ）ＬＳＭＯ膜の場合
ＬＳＭＯ膜は、ペロブスカイト結晶を有しており、Ｍｎイオンの価数は、３価と４価が半々である。図７に、Ｍｎ３＋とＭｎ４＋の基底状態を示す。Ｍｎ３＋は４ヶのｄ電子を有しており、４ヶともＳｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドに入る（３ヶはｄε軌道、１ヶはｄγ軌道）。一方、Ｍｎ４＋は３ヶのｄ電子を有しており、３ヶともＳｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドに入る（３ヶともｄε軌道）。
【００２５】
Ｍｎ３＋、及びＭｎ４＋ともに、ｄε軌道には、ｄ電子が３ヶフルに入ってしまうことから、局在し、結果、ｄε軌道に属する３ヶのｄ電子はＩｎｓｕｌａｔｏｒとなる。一方、Ｍｎ３＋、及びＭｎ４＋ともに、ｄγ軌道には、隣接するＭｎ３＋−Ｍｎ４＋間に働く二重交換相互作用に伴う伝導により、平均０．３ヶのｄ電子が入り、Ｈａｌｆ−ｍｅｔａｌｌｉｃ伝導を示す（図７では、Ｍｎ３＋に１ヶ、Ｍｎ４＋に０ヶ入るとして記述しているが、実際には、Ｍｎ３＋−Ｍｎ４＋間二重交換相互作用に伴う伝導などにより平均化され、それぞれ０．３ヶずつ入っている）。よって、ＬＳＭＯ膜の単位体積あたりのｄ伝導電子の数は、
〔（ＬＳＭＯ単位格子あたりのＭｎ３＋の数　×０．３ヶ）＋（ＬＳＭＯ単位格子あたりのＭｎ４＋の数×０．３ヶ）〕／（ＬＳＭＯ単位格子の体積）≒１．０２×１０２２（ヶ／ｃｍ３）〔×１０６ヶ／ｍ３〕と概算される。
【００２６】
以上、Ｓｐｉｎ　Ｍａｊｏｒｉｔｙバンドに属する電子が伝導電子を担っているＣｒＯ２、ＬＳＭＯのｄ伝導電子の数は、Ｓｐｉｎ　Ｍｉｎｏｒｉｔｙバンドに属する電子が伝導電子を担っているＦｅ３Ｏ４のｄ伝導電子の数に比べ、１−２桁多いことを明らかにした。
【００２７】
次に、上述の「高ＴＣと、単位体積あたりのｄ伝導電子の数の増大」を相克できる積層ハーフメタルを実ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に適用した。以下、代表的な実施例を示す。
【００２８】
（実施例１）
図３は、本発明の、少なくとも、下部電極１００上に、シード層２００と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由層３００と、導電性非磁性中間層４００と、極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜５０１と、Ｆｅ３Ｏ４膜５００と、金属強磁性膜６００と、反強磁性膜７００（或いは、Ｒｕ膜／金属強磁性膜／反強磁性膜で構成しても良い。いわゆる、「積層フェリ」と称されている構成。）と、上部電極８００と、を順次積層してなる磁性積層膜を含み、構成されることを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ素子の拡大断面図である（媒体対抗面と平行方向の断面）。
【００２９】
素子両端部では、バルクハウゼンノイスを抑制するための、例えば、アルミナ絶縁膜９００／ＣｏＣｒＰｔハード膜９５０／アルミナ絶縁膜９００を配置してある。実施例１のＣＰＰ−ＧＭＲ素子の代表的な材料、膜厚は、以下のとうりである。下部電極１００は、たとえばＲｕ膜より構成され、膜厚は５０　ｎｍである。シード層２００は、たとえばＡｕ膜より構成され、膜厚は１０ｎｍである。自由層３００は、たとえばＮｉＦｅ膜より構成され、膜厚は５　ｎｍである。導電性非磁性中間層４００は、たとえばＡｕ膜より構成され、膜厚は５ｎｍである。ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜５０１の膜厚は、０．５−２ｎｍである。Ｆｅ３Ｏ４膜５００の膜厚は、５−１５ｎｍである。金属強磁性膜６００は、たとえばＮｉＦｅ膜より構成され、膜厚は３　ｎｍである。反強磁性膜７００は、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＣｒＭｎＰｔ、ＣｒＭｎＲｈ、ＣｒＭｎＰｄ、ＭｎＩｒ，ＰｄＰｔＭｎ、ＭｎＲｈのいずれか一つの材料で構成され、膜厚は１０−３０ｎｍである。上部電極８００は、たとえばＲｕ膜より構成され、膜厚は５０ｎｍである。
【００３０】
実施例１では、固定層に「高ＴＣと、単位体積あたりのｄ伝導電子の数の増大」を同時に満足できる積層ハーフメタルを適用し、積層ハーフメタル適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子（積層ハーフメタル：極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜５０１／Ｆｅ３Ｏ４膜５００）としている。従来技術のハーフメタルＦｅ３Ｏ４単膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に比べ、ＴＣを低下させることなく、ｄ伝導電子の数を１−２桁向上できる。従来技術のハーフメタルＦｅ３Ｏ４単膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子のＭＲ比は数％のオーダーであるが、ｄ伝導電子の数を１−２桁向上できることから、積層ハーフメタル適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子とすることで、数十％オーダーのＭＲ比を得ることが可能となる。
【００３１】
（実施例２）
図４は、本発明の、少なくとも、下部電極１００上に、反強磁性膜７００（或いは、反強磁性膜／金属強磁性膜／Ｒｕ膜で構成しても良い。いわゆる、「積層フェリ」と称されている構成。）と、金属強磁性膜６００と、Ｆｅ３Ｏ４膜５００と、極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜５０１と、導電性非磁性中間層４００と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由層３００と、上部電極８００と、を順次積層してなる磁性積層膜を含み、構成されることを特徴とするＣＰＰ−ＧＭＲ素子の拡大断面図である（媒体対抗面と平行方向の断面）。素子両端部では、バルクハウゼンノイスを抑制するための、例えば、アルミナ絶縁膜９００／ＣｏＣｒＰｔハード膜９５０／アルミナ絶縁膜９００を配置してある。実施例２のＣＰＰ−ＧＭＲ素子の代表的な材料、膜厚は、以下のとうりである。下部電極１００は、たとえばＲｕ膜より構成され、膜厚は５０ｎｍである。
【００３２】
反強磁性膜７００は、ＰｔＭｎ、ＮｉＭｎ、ＣｒＭｎＰｔ、ＣｒＭｎＲｈ、ＣｒＭｎＰｄ、ＭｎＩｒ，ＰｄＰｔＭｎ、ＭｎＲｈのいずれか一つの材料で構成され、膜厚は１０−３０　ｎｍである。金属強磁性膜６００は、たとえばＮｉＦｅ膜より構成され、膜厚は３　ｎｍである。Ｆｅ３Ｏ４膜５００の膜厚は、５−１５ｎｍである。ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜５０１の膜厚は、０．５−２　ｎｍである。導電性非磁性中間層４００は、たとえばＡｕ膜より構成され、膜厚は５　ｎｍである。自由層３００は、たとえばＮｉＦｅ膜より構成され、膜厚は５　ｎｍである。上部電極８００は、たとえばＲｕ膜より構成され、膜厚は５０　ｎｍである。
【００３３】
実施例２では、固定層に「高ＴＣと、単位体積あたりのｄ伝導電子の数の増大」を同時に満足できる積層ハーフメタルを適用し、積層ハーフメタル適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子（積層ハーフメタル：Ｆｅ３Ｏ４膜５００／極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜５０１）としている。従来技術のハーフメタルＦｅ３Ｏ４単膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に比べ、ＴＣを低下させることなく、ｄ伝導電子の数を１−２桁向上できる。従来技術のハーフメタルＦｅ３Ｏ４単膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子のＭＲ比は数％のオーダーであるが、ｄ伝導電子の数を１−２桁向上できることから、積層ハーフメタル適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子とすることで、数十％オーダーのＭＲ比を得ることが可能となる。
【００３４】
（実施例３）
図９は、本発明によるＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いた一実施例の磁気デイスク装置を示す図である。磁気記録装置としての磁気デイスク装置に本発明によるＣＰＰ−ＧＭＲ素子を適用した概要を示すものである。しかしながら、本発明のＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、たとえば、磁気テープ装置などのような磁気記録装置、光磁気デイスク装置にも適用することが可能である。
【００３５】
図示した磁気デイスク装置は、同心円状のトラックとよばれる記録領域にデータを記録するための、デイスク状に形成された磁気記録媒体としての磁気デイスク１０と、本発明によるＣＰＰ−ＧＭＲ素子からなり、上記データの読み取り、書き込みを実施するための磁気ヘッド１８と、該磁気ヘッド１８を支え磁気デイスク１０上の所定位置へ移動させるアクチュエーター手段と、磁気ヘッド１８が読み取り、書き込みするデータの送受信及びアクチェータ手段の移動などを制御する制御手段とを含み構成される。
【００３６】
さらに、構成と動作について以下に説明する。少なくとも一枚の回転可能な磁気デイスク１０が回転軸１２によって支持され、駆動用モーター１４によって回転させられる。少なくとも一個のスライダー１６が、磁気デイスク１０上に設置され、該スライダー１６は、一個以上設けられており、読み取り、書き込みするための磁気ヘッド１８を支持している。
【００３７】
磁気デイスク１０が回転すると同時に、スライダー１６がデイスク表面を移動することによって、目的とするデータが記録されている所定位置へアクセスされる。スライダ１６は、ジンバル２０によってアーム２２にとりつけられる。ジンバル２０はわずかな弾力性を有し、スライダー１６を磁気デイスク１０に密着させる。アーム２２はアクチュエーター２４に取り付けられる。
【００３８】
アクチュエーター２４としてはボイスコイルモーター（以下、ＶＣＭと称す。）がある。ＶＣＭは固定された磁界中に置かれた移動可能なコイルからなり、コイルの移動方向および移動速度等は、制御手段２６からライン３０を介して与えられる電気信号によって制御される。したがって、本実施例によるアクチュエーター手段は、例えば、スライダ１６とジンバル２０とアーム２２とアクチュエーター２４とライン３０を含み構成されるものである。
【００３９】
磁気デイスクの動作中、磁気デイスク１０の回転によってスライダー１６とデイスク表面の間に空気流によるエアベアリングが生じ、それがスライダー１６を磁気デイスク１０の表面から浮上させる。したがって、磁気デイスク装置の動作中、本エアベアリングはジンバル２０のわずかな弾性力とバランスをとり、スライダー１６は磁気デイスク表面にふれずに、かつ磁気デイスク１０と一定間隔を保って浮上するように維持される。
【００４０】
通常、制御手段２６はロジック回路、メモリ、及びマイクロプロセッサなどから構成される。そして、制御手段２６は、各ラインを介して制御信号を送受信し、かつ磁気デイスク装置の種々の構成手段を制御する。例えば、モーター１４はライン２８を介し伝達されるモーター駆動信号によって制御される。
【００４１】
アクチュエーター２４はライン３０を介したヘッド位置制御信号及びシーク制御信号等によって、その関連する磁気デイスク１０上の目的とするデータートラックへ選択されたスライダー１６を最適に移動、位置決めするように制御される。
【００４２】
そして、制御信号２６は、磁気ヘッド１８が磁気デイスク１０のデータを読み取り変換した電気信号を、ライン３２を介して受信し解読する。また，磁気デイスク１０にデータとして書き込むための電気信号を、ライン３２を介して磁気ヘッド１８に送信する。すなわち、制御手段２６は、磁気ヘッド１８が読み取りまたは書き込みする情報の送受信を制御している。
【００４３】
なお、上記の読み取り、書き込み信号は、磁気ヘッド１８から直接伝達される手段も可能である。また、制御信号として例えばアクセス制御信号およびクロック信号などがある。さらに、磁気デイスク装置は複数の磁気デイスクやアクチュエーター等を有し、該アクチュエーターが複数の磁気ヘッドを有してもよい。
【００４４】
最後に、本発明に係わる導電性非磁性金属膜としては、上述したＡｕ膜の他、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｇ、Ｃｕ膜などの化学的に貴な元素で構成しても良く、これら２元以上の合金で構成しても良い。また、導電性非磁性金属膜として、このような化学的に貴な元素から構成される膜は、ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜と化学的に反応しにくく、「導電性非磁性金属膜−ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜界面」のＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜のハーフメタル特性を、膜内部と同じような状態に保てる、という利点がある。
【００４５】
さらに、本発明の金属強磁性膜は、上述したＮｉＦｅ膜の他、Ｃｏ、ＣｏＦｅ膜など、他の強磁性膜としても良いことはいうまでもない。
【００４６】
【発明の効果】
以上、詳述したように、「極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ／Ｆｅ３Ｏ４積層構成」（図１）、「Ｆｅ３Ｏ４／極薄ＣｒＯ２　、或いはＬＳＭＯ積層構成」（図２）とした積層ハーフメタルとし、かつ極薄ＣｒＯ２膜、或いはＬＳＭＯ膜を導電性非磁性中間層に接するような構成とすることにより、「高ＴＣと、単位体積あたりのｄ伝導電子の数の増大」の相克できる。これにより、従来技術のハーフメタルＦｅ３Ｏ４単膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子に比べ、ＴＣを低下させることなく、ｄ伝導電子の数を１−２桁向上できる。従来技術のハーフメタルＦｅ３Ｏ４単膜適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子のＭＲ比は数％のオーダーであるが、ｄ伝導電子の数を１−２桁向上できることから、積層ハーフメタル適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子とすることで、数十％オーダーのＭＲ比を得ることが可能となる。従って、従来構造よりも高出力なＣＰＰ−ＧＭＲヘッド、さらには高密度磁気記録再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ膜／Ｆｅ３Ｏ４膜とした磁性積層膜の拡大断面図。
【図２】Ｆｅ３Ｏ４膜／極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ膜とした磁性積層膜の拡大断面図。
【図３】「極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ／Ｆｅ３Ｏ４積層構成」積層ハーフメタル適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の拡大断面図。
【図４】「Ｆｅ３Ｏ４／極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ積層構成」積層ハーフメタル適用ＣＰＰ−ＧＭＲ素子の拡大断面図。
【図５】Ｆｅ３Ｏ４におけるＦｅ２＋とＦｅ３＋の基底状態。
【図６】ＣｒＯ２におけるＣｒ４＋の基底状態。
【図７】ＬＳＭＯにおけるＭｎ３＋とＭｎ４＋の基底状態。
【図８】Ｆｅ３Ｏ４、ＣｒＯ２、ＬＳＭＯのキュリー温度、伝導電子の種類、単位体積あたりのｄ伝導電子の数。
【図９】本発明によるＣＰＰ−ＧＭＲ素子を用いた実施例の磁気デイスク装置。
【符号の説明】
１０　磁気デイスク、１２　回転軸、１４　モーター、１６　スライダー、１８　磁気ヘッド、２０　ジンバル，２２　アーム、２４　アクチュエーター、２６　制御手段、２８，３０，３２　ライン、１００　下部電極、２００　シード層、３００　自由層、４００　非磁性中間層、５００　Ｆｅ３Ｏ４膜（マグネタイト膜）、５０１　極薄ＣｒＯ２、或いはＬＳＭＯ膜、６００　金属強磁性膜、７００　反強磁性膜、８００　上部電極、９００　アルミナ膜、９５０　ハード膜。
【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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