(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性導電層と、
前記非磁性導電層の第一の部分上に設けられた磁化自由層と、
前記非磁性導電層の前記第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられた磁化固定層と、
前記非磁性導電層及び前記磁化自由層を間に挟んで対向する上部第一磁気シールド層及び下部第一磁気シールド層と、
前記非磁性導電層及び前記磁化固定層を間に挟んで対向する上部第二磁気シールド層及び下部第二磁気シールド層と、
前記下部第二磁気シールド層と、前記磁化固定層及び前記非磁性導電層の積層部と、の間に設けられた電気絶縁層と、
前記非磁性導電層及び前記下部第二磁気シールド層間に、かつ、前記磁化固定層よりも前記磁化自由層から離れた位置に設けられて、前記非磁性導電層及び前記下部第二磁気シールド層を電気的に接続する第一の電極と、を備え、
前記下部第一磁気シールド層は前記非磁性導電層と接触し、
前記上部第一磁気シールド層は前記磁化自由層と接触し、
前記下部第一磁気シールド層と前記下部第二磁気シールド層とは互いに独立して設けられ、
前記上部第一磁気シールド層と前記上部第二磁気シールド層とは互いに独立して設けられている磁気センサー。
【請求項２】
前記磁化自由層にバイアス磁界を印加する永久磁石を更に備える請求項１に記載の磁気センサー。
【請求項３】
前記磁化固定層の磁化方向は、
前記磁化固定層上に設けられた反強磁性層、及び前記磁化固定層の形状異方性のうち少なくとも一つによって固定されている請求項１又は２に記載の磁気センサー。
【請求項４】
前記磁化自由層は、前記非磁性導電層の磁束が進入する側に配置され、
前記磁化固定層は、前記非磁性導電層の磁束が進入する側の反対側に配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項５】
前記磁化自由層の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１以上含む合金、又は、前記群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金である請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項６】
前記磁化固定層の材料は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１以上含む合金、又は、前記群から選択される１以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される１以上の元素を含む合金である請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項７】
前記非磁性導電層の材料は、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ及びＣｕからなる群から選択される一つ以上の元素を含む材料である請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【請求項８】
前記非磁性導電層の材料は、Ｓｉ又はＺｎＯを含む半導体化合物である請求項１〜７のいずれか１項に記載の磁気センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、薄膜磁気記録再生ヘッド等に用いられる磁気センサーとして、巨大磁気抵抗効果（GMR: Giant Magneto Resistive effect）やトンネル磁気抵抗効果（TMR: Tunnel Magneto Resistive effect）等を利用した磁気抵抗（MR:Magneto Resistive）素子が知られている。
【０００３】
一般的にＧＭＲ素子は、下部電極上に、磁化自由層、非磁性導電層、磁化固定層、及び上部電極が順次形成された積層構造を有する。また、一般的なＴＭＲ素子は、下部電極上に、磁化自由層、非磁性絶縁障壁層、磁化固定層、及び上部電極が順次形成された積層構造を有する。このような磁化自由層及び磁化固定層が垂直方向に積層される磁気抵抗素子を、以下では垂直型スピンバルブ素子と呼ぶこととする。垂直型スピンバルブ素子において、微小領域からの磁場を測定するためには、積層方向の高さを小さくすることが望まれている。
【０００４】
一方、磁化自由層及び磁化固定層を同一水平面（スピンを蓄積するための非磁性導電層）上に形成するスピン蓄積型（SA: Spin Accumulation）磁気センサーが知られており（例えば、特許文献１、特許文献２参照）、以下では面内スピンバルブ素子と呼ぶこととする。面内スピンバルブ素子は、その構造から、垂直型スピンバルブ素子と比較して、積層方向の高さを低くすることができるという利点を有する。
【特許文献１】特開２００７−２９９４６７号公報
【特許文献２】特許第４０２９７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の面内スピンバルブ素子においては、スピンが蓄積する非磁性導電層と、非磁性導電層の下部に設けられている下部磁気シールド層と、を電気的に絶縁するための電気絶縁層が、非磁性導電層と下部磁気シールド層との間に設けられていた。従って、電気絶縁層の厚さ分だけ積層方向の高さが増えてしまい、磁気センサーの分解能向上の妨げとなっていた。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、分解能を向上することが可能な磁気センサー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】
上述の課題を解決するため、本発明の磁気センサーは、非磁性導電層と、非磁性導電層の第一の部分上に設けられた磁化自由層と、非磁性導電層の第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられた磁化固定層と、非磁性導電層及び磁化自由層を間に挟んで対向する上部第一磁気シールド層及び下部第一磁気シールド層と、非磁性導電層及び磁化固定層を間に挟んで対向する上部第二磁気シールド層及び下部第二磁気シールド層と、下部第二磁気シールド層と前記非磁性導電層との間に設けられた電気絶縁層と、を備え、下部第一磁気シールド層は下部第二磁気シールド層よりも非磁性導電層に近く配置されている。
【０００８】
本発明の磁気センサーによれば、下部第一磁気シールド層は下部第二磁気シールド層よりも非磁性導電層に近く配置されているので、磁化自由層を挟む上部及び下部第一磁気シールド層間のギャップを小さくできる。これにより、磁気センサーの分解能を向上することが可能となる。
【０００９】
本発明の磁気センサーにおいて、下部第一磁気シールド層は非磁性導電層と接触していることが好ましい。これにより、磁化自由層を挟む上部及び下部第一磁気シールド層間のギャップをより小さくでき、磁気センサーの分解能を更に向上することが可能となる。
【００１０】
本発明の磁気センサーにおいて、上部第一磁気シールド層は、上部第二磁気シールド層よりも非磁性導電層に近く配置されていることが好ましい。
【００１１】
これにより、磁化自由層を挟む上部及び下部第一磁気シールド層間のギャップをさらに小さくでき、磁気センサーの分解能を更に向上することが可能となる。特に、磁化固定層上に反強磁性層が存在する場合等の非磁性導電層と上部第二磁気シールド層との距離が大きくなる場合に効果的である。
【００１２】
本発明の磁気センサーにおいて、上部第一磁気シールド層は磁化自由層と接触していることが好ましい。
【００１３】
これにより、磁気センサーの分解能をより一層向上することが可能となる。また、電極として使用することも可能である。
【００１４】
本発明の磁気センサーにおいて、下部第一磁気シールド層と下部第二磁気シールド層とは互いに独立して設けられていることが好ましい。
【００１５】
これにより、下部第一磁気シールド層を磁化自由層と非磁性導電層との界面で生じる電圧測定用の電極として使用し、かつ、下部第二磁気シールド層を非磁性導電層へのスピン注入のための電極として使用することが可能となる。
【００１６】
本発明の磁気センサーにおいて、上部第一磁気シールド層と、上部第二磁気シールド層とは互いに独立して設けられていることが好ましい。
【００１７】
これにより、上部第一磁気シールド層を磁化自由層と非磁性導電層との界面で生じる電圧測定用の電極として使用し、かつ、上部第二磁気シールド層を非磁性導電層へのスピン注入のための電極として使用することが可能となる。
【００１８】
本発明の磁気センサーにおいて、磁化自由層にバイアス磁界を印加する永久磁石を更に備えることが好ましい。
【００１９】
これにより、磁化自由層の磁気異方性が制御されるため、磁化自由層の磁区構造が単一化されて安定化し、磁壁の移動に起因するバルクハウゼンノイズを抑制することが可能となる。
【００２０】
本発明の磁気センサーにおいて、磁化固定層の磁化方向は、磁化固定層上に設けられた反強磁性層、及び磁化固定層の形状異方性のうち少なくとも一つによって固定されることが好ましい。
【００２１】
磁化固定層の磁化の向きを、磁化固定層上に反強磁性層を設けることや、磁化固定層の形状異方性によって固定することで、磁化固定層の磁化の向きを外部磁界に反応し難くすることが容易となる。
【００２２】
本発明の磁気センサーにおいて、磁化自由層は、非磁性導電層の磁束が進入する側に配置され、磁化固定層は、非磁性導電層の磁束が進入する側の反対側に配置されていることが好ましい。
【００２３】
これにより、磁化固定層側とは反対側に配置した磁化自由層側を磁気記録媒体側に近接して設置することで、記録媒体の磁気情報を検出して磁気情報の再生を行うことが可能となる。
【００２４】
本発明の磁気センサーにおいて、磁化自由層及び磁化固定層は、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の金属を１種以上含む合金、又は、前記群から選択される１又は複数の金属及びＢ、Ｃ、及びＮのうち少なくとも一種を含む合金であるが好ましい。
【００２５】
これらの材料は軟磁性材料であるため、磁気センサーにおける磁化自由層を好適に実現することが可能である。また、これらの材料はスピン分極率の大きい強磁性材料であるため、磁気センサーにおける磁化固定層を好適に実現することが可能である。
【００２６】
本発明の磁気センサーにおいて、非磁性導電層は、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ及びＣｕからなる群から選択される一種以上の元素を含む材料であることが好ましい。
【００２７】
これらの材料はスピン拡散長が長く、且つ導電率が比較的小さいため、スピン蓄積層を好適に実現することが可能となる。
【００２８】
本発明の磁気センサーにおいて、非磁性導電層は、Ｓｉ又はＺｎＯを含む半導体化合物であることも好ましい。
【００２９】
これらの半導体化合物はスピン拡散長が更に長いため、スピン蓄積層としてより好適であり、なおかつ上記金属や上記合金を用いた非磁性導電層よりも、出力を高くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、積層方向の高さを低くして小型化を達成することにより、分解能を向上することが可能な磁気センサー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】
【００３１】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。
（第１実施形態）
【００３２】
以下、第１実施形態に係る磁気センサーの一例として、薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ａを説明する。
【００３３】
図１に、薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ａを示す部分断面図を示す。
【００３４】
薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ａは、そのエアベアリング面（Air Bearing Surface：媒体対向面）Ｓが磁気記録媒体２０の記録面２０ａに対向配置されるような位置で磁気情報の記録及び読み取り動作を行う。
【００３５】
磁気記録媒体２０は、記録面２０ａを有する記録層２０ｂと、記録層２０ｂに積層される軟磁性の裏打ち層２０ｃとを含んで構成されており、図中Ｚ方向で示す方向に、薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ａに対して相対的に進行する。
【００３６】
薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ａは、磁気記録媒体２０から記録を読み取る磁気センサー１００ａ及び磁気記録媒体２０への記録を行う磁気記録部１００ｂを備える。磁気センサー１００ａ及び磁気記録部１００ｂは、基板ＳＢ上に設けられており、アルミナ等の非磁性絶縁層により覆われている。
【００３７】
図１に示すように、磁気センサー１００ａの上に磁気記録部１００ｂが設けられている。磁気記録部１００ｂにおいて、リターンヨーク３０上にコンタクト部３２及び主磁極３３が設けられており、これらが、磁束のパスを形成している。コンタクト部３２を取り囲むように薄膜コイル３１が設けられており、薄膜コイル３１に記録電流を流すと主磁極３３の先端から磁束が放出され、ハードディスク等の磁気記録媒体２０の記録層２０ｂに情報を記録することができる。
【００３８】
磁気センサー１００ａは、電子のスピンを蓄積する非磁性導電層５と、非磁性導電層５の第一の部分上に設けられた磁化自由層６と、非磁性導電層５の第一の部分とは異なる第二の部分上に設けられた磁化固定層７と、非磁性導電層５及び磁化自由層６を間に挟んで対向する上部第一磁気シールド層１１及び下部第一磁気シールド層１と、非磁性導電層５及び磁化固定層７を間に挟んで対向する上部第二磁気シールド層１２及び下部第二磁気シールド層２と、下部第二磁気シールド層２と非磁性導電層５との間に設けられた電気絶縁層３とを主として備えている。
【００３９】
非磁性導電層５は、スピン注入によりスピンが蓄積される層であり、下部第一磁気シールド層１及び電気絶縁層３により形成される平面上に設けられている。非磁性導電層５の材料は非強磁性導電材料を用いる。非磁性導電層５の材料として、スピン拡散長が長く、導電率が比較的小さい材料が選択されることが好ましい。
【００４０】
例えば、非磁性導電層５の材料として、Ｂ、Ｃ、Ｍｇ、Ａｌ、及びＣｕからなる群から選択される１つ以上の元素を含む材料が挙げられる。具体的には、Ｃｕ、ＭｇＢ２が挙げられる。また、非磁性導電層５として、Ｓｉ、ＺｎＯ、又はＧａＡｓ等の半導体化合物も挙げられる。これらの半導体化合物はスピン拡散長が更に長く、導電率が比較的小さいため、これらの半導体化合物を用いた非磁性導電層５はスピン蓄積層としてより好適であり、なおかつ上記金属や合金を用いた非磁性導電層５よりも、出力を高くすることも可能である。
【００４１】
磁化自由層６は、外部磁界を検出し、磁気記録媒体２０などの磁化方向の変化を鋭敏に検出するための層である。磁化自由層６は、非磁性導電層５の上面上において非磁性導電層５の磁束が進入する側すなわちエアベアリング面Ｓ側に配置されている。磁化自由層６を磁気記録媒体２０に近接して設置することにより、媒体２０から磁気情報を好適に読み取ることが可能である。磁化自由層６として強磁性材料、特に軟磁性材料が適用され、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の金属を１種以上含む合金、又は、前記群から選択される１又は複数の金属及びＢ、Ｃ、及びＮのうち少なくとも一種を含む合金が挙げられる。具体的には、ＣｏＦｅＢ、ＮｉＦｅが挙げられる。
【００４２】
磁化固定層７は、所定のスピンを有する電子を非磁性導電層５へ注入するための層であり、磁化固定層７は、非磁性導電層５の上面上において非磁性導電層５の磁束が進入する側の反対側、すなわち、エアベアリング面Ｓから離れた側に配置されている。磁化固定層７の材料として、スピン分極率の大きい強磁性金属材料を使用することができ、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、前記群の元素を１種以上含む合金、又は、前記群から選択される１種以上の元素及びＢ、Ｃ、及びＮからなる群から選択される一種以上の元素を含む合金が挙げられる。具体的には、ＣｏＦｅ、ＦｅＭｎが挙げられる。
【００４３】
磁化固定層７の保磁力は、磁化自由層６の保磁力よりも大きい。磁化固定層７の磁化は、後述する反強磁性層８を用いる磁化固定方法、及び磁化固定層７の形状異方性による磁化固定方法のうち少なくともいずれか一の磁化固定方法によって固定されていることが好ましい。これにより、磁化固定層７の磁化の向きを外部磁界に反応し難くすることが可能となる。
【００４４】
磁化固定層７の磁化固定方法として、反強磁性層８を用いる磁化固定方法を用いる場合、反強磁性層８は、磁化固定層７上に設けられている。反強磁性層８が磁化固定層７と交換結合することにより、磁化固定層７の磁化方向を固定（一方向異方性を付与）することが可能となる。この場合、反強磁性層８を設けない場合よりも、高い保磁力を一方向に有する磁化固定層７が得られる。従って、反強磁性層８に用いられる材料は、磁化固定層７に用いられる材料に合わせて選択される。例えば、反強磁性層８として、Ｍｎを用いた反強磁性を示す合金、具体的にはＭｎと、Ｐｔ，Ｉｒ，Ｆｅ，Ｒｕ，Ｃｒ，Ｐｄ，及びＮｉのうちから選ばれる少なくとも一つの元素とを含む合金が挙げられる。具体的には、例えば、ＩｒＭｎ、ＰｔＭｎが挙げられる。
【００４５】
一方、磁化固定層７に形状異方性を持たせて、磁化固定層７の磁化を固定する方法を採用する場合には、反強磁性層８を省略することが可能である。たとえば、磁化固定層７を、Z方向から見てＹ方向が長軸となる矩形形状にすればよい。なお、反強磁性層８及び形状異方性の両方によって磁化を固定してもよいことは言うまでもない。
【００４６】
第二の電極９は、上部第二磁気シールド層１２を電極として磁化固定層７に電流を流すべく、上部第二磁気シールド層１２と反強磁性層８とを電気的に接続するための層である。なお、反強磁性層８が存在しない場合には、第二の電極９は、磁化固定層７と接触することとなる。なお、第二の電極９は、上部第二磁気シールド層１２と反強磁性層８や磁化固定層７との間の原子の拡散等を抑制する効果もある。なお、なお、第二の電極９を有さず、上部第二磁気シールド層１２と反強磁性層８又は磁化固定層７とが接触していても実施は可能である。
【００４７】
第二の電極９の材料として、例えば、ＣｒやＡｌなどの金属材料が用いられる。
【００４８】
上部第一磁気シールド層１１及び上部第二磁気シールド層１２は、上部磁気シールド層を構成し、外部、特に磁気センサー１００ａの上部から、磁化自由層６、磁化固定層７に侵入する磁気をそれぞれ遮断する。上部第一磁気シールド層１１は、上部第二磁気シールド層１２よりも非磁性導電層５に近く配置されていることが好ましい。また、上部第一磁気シールド層１１は磁化自由層６に接触していることが好ましい。磁化固定層７については、反強磁性層８や第二の電極９等によって、非磁性導電層５と上部第二磁気シールド層１２との間隔が大きくなりやすい傾向があるが、上部第一磁気シールド層１１を、上部第二磁気シールド層１２よりも非磁性導電層５に近づけることにより、磁化自由層６において、上部第一磁気シールド層１１と下部第一磁気シールド層１との間隔を狭くしやすい。
【００４９】
図１に示すように、上部第一磁気シールド層１１は磁化自由層６上に形成されている。一方、上部第二磁気シールド層１２は、磁化固定層７、反強磁性層８、及び、第二の電極９からなる層構造の上に形成されている。そして、本実施形態では、上部第一磁気シールド層１１と上部第二磁気シールド層１２とは、互いに独立して設けられている。これにより、上部第一磁気シールド層１１を磁化自由層６用の電極として、上部第二磁気シールド層１２を磁化固定層７用の電極としてそれぞれ利用することができる。
【００５０】
下部第一磁気シールド層１及び下部第二磁気シールド層２は、下部磁気シールド層を構成し、外部、特に磁気センサー１００ａの下部から、磁化自由層６、磁化固定層７に侵入する磁気をそれぞれ遮断するためのものである。下部第一磁気シールド層１は下部第二磁気シールド層２よりも非磁性導電層５に近く配置されている。また、図１に示すように、下部第一磁気シールド層１は非磁性導電層５と接触していることが好ましい。さらに、下部第一磁気シールド層１と下部第二磁気シールド層２とは、第一の電気絶縁層３が間に設けられているため、互いに独立して設けられている。
【００５１】
下部第一磁気シールド層１、下部第二磁気シールド層２、上部第一磁気シールド層１１、及び上部第二磁気シールド層１２の材料として、例えばＮｉ及びＦｅを含む合金、センダスト、Ｆｅ及びＣｏを含む合金、Ｆｅ、Ｃｏ、及びＮｉを含む合金等の軟磁性体材料が挙げられる。
【００５２】
第一の電気絶縁層３は、非磁性導電層５及び下部第二磁気シールド層２の間に設けられている。第一の電気絶縁層３は、非磁性導電層５に蓄積させる電子のスピンが下部第二磁気シールド層２側へ流出することを防ぐものである。スピン蓄積を効率良く行う観点から、第一の電気絶縁層３は、非磁性導電層５の下部面上において、磁化固定層７側から磁化自由層６側に亘って設けられていることが好ましい。さらに、非磁性導電層５において磁化固定層７から磁化自由層６側まで効率よくスピンを拡散させる観点から、第一の電気絶縁層３が、非磁性導電層５を介して磁化自由層６に一部重なるように設けられていることが好ましい。
【００５３】
第一の電気絶縁層３は、下部第一磁気シールド層１及び下部第二磁気シールド層２の間にも設けられ、下部第一磁気シールド層１及び下部第二磁気シールド層２は互いに独立して設けられている。第一の電気絶縁層３として、例えばＳｉＯ２が挙げられる。
【００５４】
第一の電極４は、磁化固定層７へ検出用電流を流すための電極である。第一の電極４は、非磁性導電層５の下面上において、エアベアリング面Ｓとは反対側に第一の電気絶縁層３と隣接して設けられている。図１では、第一の電極４を介して、非磁性導電層５は下部第二磁気シールド層２と電気的に接続している。従って、第一の電極４下に設けられている下部第二磁気シールド層２を磁化固定層７へ検出用電流を流すための電極として用いることができる。第一の電極４として、例えば、Ｃｕ、ＣｒやＡｌなどの金属材料が用いられる。なお、下部第二磁気シールド層２を電極として用いない場合には、第一の電極４は省略することが可能である。
【００５５】
第二の電気絶縁層１３は、第二の電極９の両端に形成されている。第二の電気絶縁層１３として、例えばＳｉＯ２が挙げられる。なお、第二の電気絶縁層１３は省略することが可能である。
【００５６】
次に、図２を用いて、図１に示した磁気センサー１００ａのＸ方向に平行な断面形状を説明する。図２は、図１のII−II線に沿った断面構成を説明するための概略図である。
【００５７】
図２に示すように、非磁性導電層５の内の磁化自由層６の直下に設けられる部分は、非磁性導電層５の内の磁化自由層６の直下以外に設けられる部分よりも、後述する第三の電気絶縁層１４の厚さｔの分だけ厚いことが好ましい。これは、磁化自由層６の厚さと、後述する永久磁石１５の厚さを揃えるためであり、これにより磁化自由層６の磁区構造の安定化をより均一に行うことが可能となる。
【００５８】
第三の電気絶縁層１４は、非磁性導電層５及び磁化自由層６と永久磁石１５との間に設けられ、非磁性導電層５及び磁化自由層６と永久磁石１５とを絶縁するためのものである。第三の電気絶縁層１４として、ＳｉＯ２などが用いられる。
【００５９】
永久磁石１５は、第三の電気絶縁層１４を介して、磁化自由層６の両側に配置されている。永久磁石１５からの漏洩磁束を用いて、磁化自由層である磁化自由層６にバイアス磁界を印加することにより、磁化自由層６の磁区構造を安定化（一軸化）することが可能となる。これにより、磁壁の移動に起因するバルクハウゼンノイズを抑制することが可能となる。
【００６０】
以下に、図１で示した第１実施形態に係る磁気センサー１００ａの動作について、図３を用いて説明する。
【００６１】
磁化固定層７へ検出用電流を流すために、下部第二磁気シールド層２と、上部第二磁気シールド層１２とを、電流源７０に電気的に接続する。
【００６２】
また、非磁性導電層５及び上部第一磁気シールド層１１を、電圧測定器８０に電気的に接続する。なお、上部第一磁気シールド層１１が磁化自由層６から離れて設けられていて磁化自由層６と絶縁されている場合には、非磁性導電層５及び磁化自由層６が電圧測定器８０に電気的に接続されていても良い。
【００６３】
まず、磁気センサー１００ａの磁化固定層７へ検出用電流Ｉを流す。例えば、図３に示すように、電流源７０から検出用電流Ｉを、上部第二磁気シールド層１２、第二の電極９、反強磁性層８、磁化固定層７、非磁性導電層５、第一の電極４、下部第二磁気シールド層２の順に流す。
【００６４】
そして、このように強磁性体である磁化固定層７から非磁性導電層５へ検出用電流Ｉを流すと、磁化固定層７と非磁性導電層５との界面から非磁性導電層５内に磁化固定層７の磁化の向きに対応するスピンを有する電子が流入する（スピン注入）。そして、このスピンは、非磁性導電層５内をさらに磁化固定層７側から磁化自由層６側に向かって拡散する。
【００６５】
そして、外部からの磁界によって磁化の向きが変化する磁化自由層６の磁化の向きと、磁化固定層７の磁化の向きとの相対角に応じて、磁化自由層６と非磁性導電層５との界面において互いに異なる電圧出力が発生することとなる。本実施形態では、非磁性導電層５と上部第一磁気シールド層１１との間に生じる電圧を検出している。このようにして、磁気センサー１００ａを外部磁場センサーとして応用することができる。
【００６６】
以下に、第１実施形態に係る磁気センサー１００ａによる効果を説明する。
【００６７】
第１実施形態に係る磁気センサー１００ａによれば、下部第一磁気シールド層１は下部第二磁気シールド層２よりも非磁性導電層５に近く配置されている。このため、磁化自由層６と下部第一磁気シールド層１との間隔を従来の磁気センサーよりも小さくすることができ、上部第一磁気シールド層１１と下部第一磁気シールド層１との間隔を小さくできる。これにより、分解能の目安となる磁化自由層６を挟む上部第一磁気シールド層１１と下部第一磁気シールド層１との間隔を狭くすることができ、磁気センサーの分解能を向上することが可能となる。
【００６８】
特に、第１実施形態に係る磁気センサー１００ａにおいて、下部第一磁気シールド層１が非磁性導電層５と接触していることにより、磁化自由層６と下部第一磁気シールド層１との間隔を更に小さくすることができ、磁気センサーの分解能を更に向上することが可能となる。
【００６９】
また、第１実施形態に係る磁気センサー１００ａにおいて、上部第一磁気シールド層１１は、上部第二磁気シールド層１２よりも非磁性導電層５に近く配置されていることにより、磁化自由層６と上部第一磁気シールド層１１との間隔を小さくすることが可能となるため、磁気センサーの分解能を更に向上することが可能となる。
【００７０】
特に、第１実施形態に係る磁気センサー１００ａにおいて、上部第一磁気シールド層１１は磁化自由層６と接触していることにより、磁化自由層６と上部第一磁気シールド層１１との間隔を更に小さくすることが可能となるため、磁気センサーの分解能をより一層向上することが可能となる。
【００７１】
また、第１実施形態に係る磁気センサー１００ａにおいて、下部第一磁気シールド層１と下部第二磁気シールド層２とは互いに独立して設けられていることにより、下部第一磁気シールド層１を非磁性導電層５と磁化自由層６との界面に生じる電圧測定用の電極として使用し、かつ、下部第二磁気シールド層２を非磁性導電層５にスピン注入するための電極として使用することが可能となる。
【００７２】
また、第１実施形態に係る磁気センサー１００ａにおいて、上部第一磁気シールド層１１と、上部第二磁気シールド層１２とが互いに独立して設けられていることにより、上部第一磁気シールド層１１を非磁性導電層５と磁化自由層６との界面に生じる電圧測定用の電極として使用し、かつ、上部第二磁気シールド層１２を非磁性導電層５にスピン注入するための電極として使用することが可能となる。
（第２実施形態）
【００７３】
以下、第２実施形態に係る、磁気センサーの一例としての薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ｂを説明する。
【００７４】
図４に、薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ｂを示す部分断面図を示す。
【００７５】
図４に示す薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ｂが、第一実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ａと異なる点は、下部第一磁気シールド層１、下部第二磁気シールド層２及び第一の電気絶縁層３であるので、これらについてのみ説明する。
【００７６】
本実施形態では、下部第一磁気シールド層１と下部第二磁気シールド層２とが一体に形成されており互いに電気的に接続されている。また、磁化自由層６と対向する下部第一磁気シールド層１は、磁化固定層７と対向する下部第二磁気シールド層２よりも非磁性導電層５に近くに位置するように非磁性導電層５に向かって突出している。しかしながら、下部第一磁気シールド層１は、非磁性導電層５とは接触しておらず、第一の電気絶縁層３によって非磁性導電層５と電気的に絶縁されている。
【００７７】
第２実施形態に係る磁気センサー１００ｃにおいても、第１実施形態に係る磁気センサー１００ａによる効果と同様な効果が得られる。
（第３実施形態）
【００７８】
以下、第３実施形態に係る、磁気センサーの一例としての薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ｃを説明する。
【００７９】
図５に、薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ｃを示す部分断面図を示す。
【００８０】
図５に示す薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ｃが、第一実施形態に係る薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ａと異なる点は、下部第一磁気シールド層１、下部第二磁気シールド層２、第一の電気絶縁層３、及び第一の電極４であるので、これらについてのみ説明する。
【００８１】
本実施形態では、下部第一磁気シールド層１と下部第二磁気シールド層２とが一体に形成されており互いに電気的に接続されている。また、磁化自由層６と対向する下部第一磁気シールド層１は、磁化固定層７と対向する下部第二磁気シールド層２よりも非磁性導電層５に近くなるように非磁性導電層５に向かって突出している。そして、第一実施形態と同様に下部第一磁気シールド層１は非磁性導電層５と接触している。そして、本実施形態では、非磁性導電層５と下部第二磁気シールド層２とを電気的に接続する第一の電極４は設けられていない。そして、電流源７０は、下部第一磁気シールド層１及び下部第二磁気シールド層２を介さずに非磁性導電層５と電気的に接続されている。
【００８２】
第３実施形態に係る磁気センサー１００ｄにおいても、第１実施形態に係る磁気センサー１００ａによる効果と同様な効果が得られる。
【００８３】
特に、下部第一磁気シールド層１と下部第二磁気シールド層２とが一体に形成されているので、製造が容易である。
【００８４】
以上、各実施形態において、本発明の磁気センサーを薄膜磁気記録再生ヘッドに適用する例を用いて説明したが、本発明の磁気センサーは、薄膜磁気記録再生ヘッド以外の例えば小型ロボット、ディジタルカメラ、及びインクジェットプリンターなどで使用される磁気エンコーダー装置、磁場計測装置、磁気検知装置等の各種用途にも適用することが可能である。
【００８５】
また、上記実施形態において、磁化固定層７に対して電流注入を行い、磁化自由層６において外部磁場による電圧検出を行う例を説明したが、逆に、電流注入を磁化自由層６において行い、外部磁場による電圧検出を磁化固定層７において行っても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】磁気センサー１００ａを備える薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ａを示す模式図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面構成を説明するための概略図である。
【図３】磁気センサー１００ａにおける動作を説明するための模式図である。
【図４】磁気センサー１００ｃを備える薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ｂ及び動作を説明するための模式図である。
【図５】磁気センサー１００ｄを備える薄膜磁気記録再生ヘッド１００Ｃ及び動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００８７】
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…薄膜磁気記録再生ヘッド、１００ａ，１００ｃ，１００ｄ…磁気センサー、１００ｂ…記録部、１…下部第一磁気シールド層、２…下部第二磁気シールド層、３…第一の電気絶縁層、４…第一の電極、５…非磁性導電層、６…磁化自由層、７…磁化固定層、８…反強磁性層、９…第二の電極、１１…上部第一磁気シールド層、１２…上部第二磁気シールド層、１３…第二の電気絶縁層、１４…第三の電気絶縁層、１５…永久磁石、３０…リターンヨーク、３１…薄膜コイル、３２…コンタクト部、３３…主磁極、２０…磁気記録媒体、２０ａ…記録面、２０ｂ…記録層、２０ｃ…裏打ち層、Ｉ…検出電流方向。
【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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