(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、鉄（Ｆｅ）が主たる合金、すなわち、２元合金の場合には鉄（Ｆｅ）を５０％以上含し、３元以上の合金の場合には鉄（Ｆｅ）を２５％以上含する合金であり、且つ結晶構造が体心立方晶である合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記鉄（Ｆｅ）が主たる合金は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群より選択された少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記鉄（Ｆｅ）が主たる合金は、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択された少なくとも１種の元素を０．１原子％以上２０原子％以下含むか、あるいは、スカンジウム（Ｓｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イットリウム（Ｙ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ボロン（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）及びスズ（Ｓｎ）からなる群より選択された少なくとも１種の元素を０．１原子％以上１０原子％以下含むことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、結晶構造が体心立方晶の鉄（Ｆｅ）からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）とを主成分とする合金であって、クロム（Ｃｒ）の含有量が０原子％以上８０原子％以下であり、結晶構造が体心立方晶の合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、鉄（Ｆｅ）とバナジウム（Ｖ）とを主成分とする合金であって、バナジウム（Ｖ）の含有量が０原子％以上７０原子％以下であり、結晶構造が体心立方晶の合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、結晶構造が体心立方晶である鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金であって、その中に、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イットリウム（Ｙ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）及びスズ（Ｓｎ）からなる群より選択された少なくとも１種の元素を０．１原子％以上１０原子％以下含む合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、結晶構造が体心立方晶である鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金であって、その中に、銅（Ｃｕ）を０．１原子％以上１０原子％以下含む合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項９】
磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、結晶構造が体心立方晶である鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金であって、その中に体心立方構造として存在しうる厚さ１ｎｍ以下の、銅（Ｃｕ）からなる層が周期的に挿入された合金からなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項１０】
前記磁化自由層の前記非磁性金属中間層と接していない側の界面に隣接して銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）、さらにこれらのうち少なくとも２種からなる合金のいずれかからなる背面挿入層が設けられたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項１２】
請求項１１記載の磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする磁気再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置に関し、より詳細には、磁気抵抗効果膜の膜面に対して垂直方向にセンス電流を流す構造の磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド及び磁気再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気記録媒体に記録された情報の読み出しは、コイルを有する再生用の磁気ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させ、そのときに発生する電磁誘導でコイルに誘起される電流を検出する方法によって行われてきた。その後、磁気抵抗効果素子（Magnetoresistive effect element）が開発され、磁場センサに用いられる他、ハードディスクドライブ等の磁気再生装置に搭載される磁気ヘッド（ＭＲヘッド）として用いられてきた。
【０００３】
近年、磁気記録媒体の小型化・大容量化が進められ、情報読み出し時の再生用磁気ヘッドと磁気記録媒体との相対速度が小さくなってきているため、小さい相対速度であっても大きな出力が取り出せるＭＲヘッドへの期待が高まっている。
【０００４】
このような期待に対して、鉄（Ｆｅ）層／クロム（Ｃｒ）層や、鉄（Ｆｅ）層／銅（Ｃｕ）層のように強磁性金属膜と非磁性金属膜とをある条件で交互に積層して、近接する強磁性金属膜間を反強磁性結合させた多層膜、いわゆる「人工格子膜」が巨大な磁気抵抗効果を示すことが報告されている（Phys. Rev. Lett. 61 2474 (1988)、Phys. Rev. Lett., vol. 64, p2304 (1990)等参照）。しかし、人工格子膜は磁化が飽和するために必要な磁場が高いため、ＭＲヘッド用の膜材料には適さない。
【０００５】
これに対し、強磁性層／非磁性層／強磁性層のサンドイッチ構造の多層膜で、強磁性層が反強磁性結合しない場合でも、大きな磁気抵抗効果を実現した例が報告されている。すなわち、非磁性層を挟んだ２層の強磁性層の一方に交換バイアス磁場を印加して磁化を固定しておき、他方の強磁性層を外部磁場（信号磁場等）により磁化反転させる。これにより、非磁性層を挟んで配置された２つの強磁性層の磁化方向の相対的な角度を変化させることによって、大きな磁気抵抗効果が得られる。このようなタイプの多層膜は「スピンバルブ（spin valve）」と呼ばれている。（Phys.Rev.B, vol. 45, p806 (1992)、J. Appl. Phys., vol. 69, p4774 (1981)等参照）。
【０００６】
スピンバルブは低磁場で磁化を飽和させることができるため、ＭＲヘッドに適しており、既に実用化されている。しかし、その磁気抵抗変化率は最大でも約２０％までであり、面記録密度１００Ｇｂｐｓｉ（ギガビット毎平方インチ）以上に対応するためには更に高い磁気抵抗変化率を有する磁気抵抗効果素子が必要となってきた。
【０００７】
磁気抵抗効果素子においては、センス電流を素子膜面に対して平行方向に流すＣＩＰ（Current-in-Plane）型の構造と、センス電流を素子膜面に対して垂直方向に流すＣＰＰ（Current Perpendicular to Plane）型の構造とがある。そして、ＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子が、ＣＩＰ型の素子の１０倍程度の磁気抵抗変化率を示すとの報告があり（J. Phys. Condens. Matter., vol.11, p5717 (1999)等）、磁気抵抗変化率１００％の達成も不可能ではない。
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これまで報告されているＣＰＰ型の素子は、主に人工格子を用いたものであり、総膜厚の厚いことと、界面数の多いことが抵抗変化量（出力絶対値）の大きい所以であった。しかし、ヘッドとしての磁気特性を満たすためには、スピンバルブ構造を有することが望ましい。
【０００８】
図２８は、スピンバルブ構造を有するＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子を模式的に表す断面図である。すなわち、磁気抵抗効果膜Ｍは、上部電極５２と下部電極５４に挟持され、センス電流Ｉは膜面に対して垂直方向に流れる。磁気抵抗効果膜Ｍの基本的な膜構造は、同図に表したように、下部電極５４の上に、下地層１２、反強磁性層１４、磁化固着層１６、非磁性中間層１８、磁化自由層２０、保護層２２が順次積層された構造を有する。
【０００９】
これらの層は、基本的にはすべて金属からなる。磁化固着層１６（「ピン層」とも称される）は、磁化が実質的に一方向に固着された磁性層である。また、磁化自由層２０（「フリー層」とも称される）は、磁化の方向が外部磁界に応じて自由に変化しうる磁性層である。
【００１０】
ところが、このようなスピンバルブ構造は、人工格子と比較すると総膜厚が薄くて界面数が少ないために、膜面に対して垂直方向に通電をすると、素子の抵抗が小さく、出力の絶対値も小さくなってしまう。
【００１１】
例えば、従来ＣＩＰ構造に用いている膜構造のスピンバルブ膜をそのままＣＰＰ構造に用いて膜面に対して垂直方向に通電すると、１μｍ２あたりの出力の絶定値はＡΔＲは、およそ１ｍΩμｍ２  ほどしか得られない。つまり、スピンバルブ膜を用いたＣＰＰ型磁気抵抗効果素子を実用化するためには、出力増大が重要であり、このためには、磁気抵抗効果素子のうちで、スピン依存伝導に関与する部分の抵抗値を上げ、抵抗変化量を大きくすることが極めてと効果的である。
【００１２】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、スピンバルブ構造の垂直通電型磁気抵抗素子において、スピン依存界面散乱とスピン依存バルク散乱の大きな材料からなる層をそれぞれ適所に設けることにより、スピン依存伝導をする部分の抵抗値を適切な値まで上げ、ひいては抵抗変化量を大きくすることことにより高い磁気抵抗変化量を実現した磁気抵抗効果素子、及びこれを用いた磁気ヘッド、磁気再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
垂直通電型の磁気抵抗効果素子の出力は、磁性層と非磁性層の界面でのスピン依存散乱（界面散乱）と、磁性層内でのスピン依存散乱（バルク散乱）によって決定される。そこで、非磁性層との界面にはスピン依存界面散乱の大きな材料、磁性層中大半を占める部分にはスピン依存バルク散乱の大きな材料を持ってくると、大きな出力増大効果が期待できる。
【００１３】
また、磁化固着層あるいは磁化自由層の、非磁性中間層と接しない方の界面に、非磁性背面層を入れると、磁化固着層／非磁性背面層界面あるいは磁化自由層／非磁性背面層界面でのスピン依存界面散乱を利用することができる。ここで、磁化固着層／非磁性背面層界面、あるいは磁化自由層／非磁性背面層界面に、スピン依存界面散乱の大きな材料を適用することで、出力が増大する。
【００１４】
また、磁化固着層あるいは磁化自由層の中のいずれかの位置に、異種材料を挿入することはバンド構造に変調を与えることになるので、出力増大の可能性がある。
【００１５】
本発明者は、かかる観点から独自の試作検討を進め、以下に詳述する独特の磁気抵抗効果素子を発明するに至った。
【００１７】
上記構成によれば、スピン依存散乱を増大させ、磁気抵抗変化を増加させることができる。
【００１８】
ここで、前記薄膜挿入層は、１原子層以上３ｎｍ以下の厚さを有するものとすることができる。
【００２２】
本発明の第１の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、鉄（Ｆｅ）が主たる合金、すなわち、２元合金の場合には鉄（Ｆｅ）を５０％以上含し、３元以上の合金の場合には鉄（Ｆｅ）を２５％以上含する合金であり、且つ結晶構造が体心立方晶である合金からなることを特徴とする。
【００２３】
ここで、前記鉄（Ｆｅ）が主たる合金は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、マンガン（Ｍｎ）、ロジウム（Ｒｈ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）からなる群より選択された少なくとも１種の元素を含むものとすることができる。
【００２４】
または、前記鉄（Ｆｅ）が主たる合金は、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択された少なくとも１種の元素を０．１原子％以上２０原子％以下含むか、あるいは、スカンジウム（Ｓｃ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イットリウム（Ｙ）、テクネチウム（Ｔｃ）、ボロン（Ｂ）、インジウム（Ｉｎ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）及びスズ（Ｓｎ）からなる群より選択された少なくとも１種の元素を０．１原子％以上１０原子％以下含むものとすることができる。
また、本発明の第２の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、前記薄膜挿入層は、結晶構造が体心立方晶の鉄（Ｆｅ）からなることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明の第３の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、
前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、前記薄膜挿入層は、鉄（Ｆｅ）とクロム（Ｃｒ）とを主成分とする合金であって、クロム（Ｃｒ）の含有量が０原子％以上８０原子％以下であり、結晶構造が体心立方晶の合金からなることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明の第４の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、前記薄膜挿入層は、鉄（Ｆｅ）とバナジウム（Ｖ）とを主成分とする合金であって、バナジウム（Ｖ）の含有量が０原子％以上７０原子％以下であり、結晶構造が体心立方晶の合金からなることを特徴とする。
【００３６】
また、本発明の第５の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、
を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、結晶構造が体心立方晶である鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金であって、その中に、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イットリウム（Ｙ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）及びスズ（Ｓｎ）からなる群より選択された少なくとも１種の元素を０．１原子％以上１０原子％以下含む合金からなることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明の第６の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、結晶構造が体心立方晶である鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金であって、その中に、銅（Ｃｕ）を０．１原子％以上１０原子％以下含む合金からなることを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の第７の磁気抵抗効果素子は、磁化方向が実質的に一方向に固着された磁性体膜を有する磁化固着層と、磁化方向が外部磁界に対応して変化する磁性体膜を有する磁化自由層と、前記磁化固着層と前記磁化自由層との間に設けられた非磁性金属中間層と、を有する磁気抵抗効果膜と、前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して略垂直な方向にセンス電流を通電するために前記磁気抵抗効果膜に電気的に接続された一対の電極と、を備え、
前記磁化固着層と前記磁化自由層のうちの少なくともいずれかは、薄膜挿入層を有し、
前記薄膜挿入層は、結晶構造が体心立方晶である鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金であって、その中に体心立方構造として存在しうる厚さ１ｎｍ以下の、銅（Ｃｕ）からなる層が周期的に挿入された合金からなることを特徴とする。
【００４０】
ここで、前記磁化自由層の前記非磁性金属中間層と接していない側の界面に隣接して銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）および銀（Ａｇ）、さらにこれらのうち少なくとも２種からなる合金のいずれかからなる背面挿入層が設けられたものとすることができる。
【００４１】
一方、本発明の磁気ヘッドは、前述した第１乃至第７のいずれかの磁気抵抗効果素子を備えたことを特徴とし、従来よりも大幅に高い出力を得ることができる。
【００４２】
また、本発明の磁気再生装置は、この磁気ヘッドを備え、磁気記録媒体に磁気的に記録された情報の読み取りを可能としたことを特徴とする。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００４３】
図１は、本発明の実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構造を例示する模式図である。本具体例の磁気抵抗効果素子は、下部電極５４の上に、下地層１２、反強磁性層１４、磁化固着層１６、非磁性中間層１８、磁化自由層２０、保護層２２、上部電極５２がこの順に積層された構造を有する。つまり、磁気抵抗効果膜は、上部電極５２と下部電極５４に挟持され、センス電流は膜面に対して垂直方向に流れる。
【００４４】
図示した磁気抵抗効果素子の中で、磁気抵抗効果を担うのは、磁化固着層１６／非磁性中間層１８／磁化自由層２０の部分である。
【００４５】
すなわち、この部分においては、スピン分極した電子に対して、スピンに依存した抵抗が生じ、スピン依存抵抗が生ずる。そして、本発明によれば、以下に詳述するように、これら磁化固着層１６と磁化自由層２０に、独特の材料からなる薄膜挿入層３２及び３４を挿入することにより、素子の出力、すなわち磁気抵抗変化量の絶対値を増大させ、実用に耐え得る垂直通電型の磁気抵抗効果素子を実現することができる。
【００４６】
すなわち、垂直通電素子の出力は、磁性層と非磁性層との界面でのスピン依存散乱（界面散乱）と、磁性層内部でのスピン依存散乱（バルク散乱）とによって決定される。そして、磁性層と非磁性層との界面にはスピン依存界面散乱の大きな材料を配し、磁性層中の大半を占める部分にはスピン依存バルク散乱の大きな材料を配することにより、大きな出力増大効果が見込める。
【００４７】
本発明者は、独自に試作・検討を行った結果、磁化固着層１６や磁化自由層２０の一部として、独特の材料からなる薄膜挿入層を挿入すると、これらスピン依存散乱を促進し、磁気抵抗変化を大きくできることを知得した。
【００４８】
本発明において挿入する薄膜挿入層については、後に実施例を参照しつつ詳述するものとし、まず、本発明の磁気抵抗効果素子を構成するそれ以外の各要素について説明する。
【００４９】
まず、下地層１２は、その上の磁化自由層２０や磁化固着層１６の結晶性を改善する機能や、さらに界面の平滑性を高める機能などを有する材料により形成することが望ましい。このような材料としては、例えば、Ｃｒ（クロム）を約４０％含むような、Ｎｉ（ニッケル）−Ｆｅ（鉄）−Ｃｒ合金を挙げることができる。図示は省略したが、高配向させるために、下地層１２と反強磁性層１４との間に、例えばＮｉＦｅ、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｃｕ（銅）などからなる層を挿入してもよい。
【００５０】
反強磁性層１４は、磁化固着層１６の磁化を固着する役割を有する。すなわち、ＰｔＭｎ（白金マンガン）、ＩｒＭｎ（イリジウムマンガン）、ＰｄＰｔＭｎ（パラジウム白金マンガン）、ＮｉＭｎなどからなる反強磁性層１４を磁化固着層１６と隣接して設けることにより、その界面にて発生する交換結合バイアス磁界を用いて磁化固着層１６の磁化を一方向に固着することができる。
【００５１】
磁化固着層１６の磁化固着効果を上げるためには、反強磁性層１４と磁化固着層１６との間に、磁気結合中間層（図示せず）を挿入することが望ましい。磁気結合中間層の材料としては、例えば、Ｆｅ、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉなどを主成分とする強磁性合金を用いることができる。また、その層厚は、０．１〜３ｎｍ程度と極力薄いことが磁化固着層１６の磁化を抑制するために必要とされる。
【００５２】
また、磁気結合中間層としては、スピンバルブＧＭＲに採用される積層フェリ型の強磁性体層／反平行結合層／強磁性体層からなるいわゆる「シンセティック型」の積層構成も固着磁化を抑制するために好ましい。
【００５３】
非磁性中間層１８は、磁化固着層１６と磁化自由層２０との磁気結合を遮断する役割を有する。さらに、磁化固着層１６から磁化自由層２０へ流れるアップスピン電子が散乱されないように、非磁性中間層１８と磁化固着層１６（薄膜挿入層３２）との界面を良好に形成する役割を有することが望ましい。
【００５４】
非磁性中間層１８の材料としては、例えば、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｉｒ（イリジウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ｐｔ（白金）などを用いることができる。またその膜厚は、磁化自由層２０と磁化固着層１６との間の磁気結合が十分に遮断できる程度に厚く、磁化固着層１６からのアップスピン電子が散乱されない程度に薄いことが必要であり、材料に異なるが概ね０．５〜５ｎｍの範囲にあることが望ましい。
【００５５】
保護層２２は、磁気抵抗効果膜の積層体をパターニング加工などの際に保護する役割を有する。
【００５６】
以上、説明した各要素を有する垂直通電型の磁気抵抗効果素子において、図１に表したように、磁化固着層１６の一部として薄膜挿入層３２を挿入し、磁化自由層２０の一部として薄膜挿入層３４を挿入すると、磁気抵抗変化量を増大できる。
【００５７】
以下、本発明における薄膜挿入層３２、３４の具体的な構成について説明する前に、本発明において採用しうる磁気抵抗効果素子の他の具体例について概説する。
【００５８】
図２乃至図５は、本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の他の具体例を表す模式図である。これらの図については、図１に表したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５９】
図２に表した磁気抵抗効果素子は、図１に表したものの積層順序を入れ替えたものである。この場合にも、磁化固着層１６の非磁性中間層１８との界面に薄膜挿入層３２を挿入し、磁化自由層２０の非磁性中間層１８との界面に薄膜挿入層３４を挿入することにより、図１に関して前述したものと同様の効果が得られる。
【００６０】
また、図３に表した磁気抵抗効果素子の場合、磁化固着層を反強磁性結合層４０で分割し、第１の磁化固着層１６Ａと第２の磁化固着層１６Ｂにおける磁化の方向を反平行に固着することによって、磁化固着層全体としての磁化を低減させ、反強磁性層１４による磁化ピニング力を増加させることが可能となる。
【００６１】
この場合にも同図に表したように、薄膜挿入層３２、３４を、磁化固着層１６と磁化自由層２０にそれぞれ挿入することにより、前述したようなスピン散乱効果が得られ効果的である。
【００６２】
また、図４に表した磁気抵抗効果素子の場合、薄膜挿入層３２、３４がそれぞれ強磁性体Ｆと非磁性体Ｎとを交互に積層した積層体からなる。
【００６３】
一方、図５に表した磁気抵抗効果素子の場合、薄膜挿入層３２、３４がそれぞれ異なる２種の強磁性体Ｆ１、Ｆ２を交互に積層した積層体からなる。
【００６４】
本発明の効果は、以下の２通りの素子で確認した。
【００６５】
その１つめは、図２６に例示したような垂直通電素子構造を有する。以下、その作製プロセスに沿ってこの素子の構造を説明する。
【００６６】
まず、Ｓｉ（シリコン）基板（図示せず）上にＡｌＯｘ を５００ｎｍ成膜し、その上にレジストを塗布、ＰＥＰ（PhotoEngraning Process）により下部電極５４となる部分のレジストを除去する。
【００６７】
次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）によりレジストのない部分のＡｌＯｘを除去し、Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（４００ｎｍ）／Ｔａ（２０ｎｍ）からなる下部電極を成膜する。ここで、括弧内の数字は、膜厚を表す（以下同様）。
【００６８】
次に、下部電極を形成しない部分ではＡｌＯｘ が表面に出るように、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）で平滑化する。その上にサイズ３×３μｍ２〜５×５μｍ２ の磁気抵抗効果膜Ｍを作製した。ここで、一部の素子では磁気抵抗効果膜の側面にＣｏＰｔからなるハード膜６０を３０ｎｍ作製した。
【００６９】
パシベーション膜７０としてＳｉＯｘ を２００ｎｍ成膜し、磁気抵抗効果膜Ｍの中央付近にコンタクトホール（０．３μｍφ〜３μｍφ）をＲＩＥとイオンミリングにより開口した。
【００７０】
その後、上部電極５２（Ｔａ（５ｎｍ）／Ｃｕ（４００ｎｍ）／Ｔａ（５ｎｍ））と電極パッド（Ａｕ（２００ｎｍ））を作製した。
【００７１】
２つめの素子は、図２７に表したような構造を有する。下部電極５４とＣＭＰまでは上記したプロセスと同様にした。その上に磁気抵抗効果膜Ｍを作成し、長手方向を２μｍから５μｍまでに規定した。
【００７２】
パシベーション膜７０となるＳｉＯｘ を厚み２００ｎｍ作成し、長手方向から９０度の方向に１．５μｍから５μｍまでにサイズを規定した。ここでは磁気抵抗効果膜Ｍの全体にセンス電流が一様に流れるように、磁気抵抗効果膜Ｍの直上に、Ａｕを１００ｎｍ成膜し、その後、１つめの素子と同様に上部電極５２と電極パッドを作成した。
【００７３】
これらの素子について、４端子法を用いて電気抵抗特性を測定し、出力については差違のないことを確認した。また、結晶構造解析はＣｕ−Ｋα線を用いて行い、モフォロジーは断面ＴＥＭ（Transmission Electron Microscopy）観察にて確認し、組成分布についてはｎ−ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray spectroscopy）で調べた。また、合金中の特定の元素についてＥＸＡＦＳ（Extended X-ray Absorption Fine Structure）電子状態を調べた。
【００７４】
以下、まず本発明の第１乃至第４の実施例として、磁化固着層１６または磁化自由層２０と非磁性中間層１８との間に挿入する薄膜挿入層３２、３４の適正な膜厚について検討した結果を説明する。
【００７５】
（第１の実施例）
図１に例示した構造において、磁化自由層２０と磁化固着層１６がそれぞれＮｉ８０Ｆｅ２０層と薄膜挿入層Ｃｏ５０Ｆｅ５０合金層とから成る磁気抵抗効果膜を作製した。膜構成は以下の通りである。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｎｉ８０Ｆｅ２０    （５−ｘｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｃｏ５０Ｆｅ５０  （ｘｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｃｏ５０Ｆｅ５０  （ｘｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｎｉ８０Ｆｅ２０    （５−ｘｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
すなわち、磁化自由層２０と磁化固着層１６の総膜厚はそれぞれ５ｎｍとし、薄膜挿入層となるＣｏ５０Ｆｅ５０層の層厚ｘを０ｎｍから５ｎｍまで変化させた複数の素子を製作した。また、本実施例においては、磁化固着層１６に挿入される薄膜挿入層３２の膜厚と、磁化自由層２０に挿入される薄膜挿入層３４の膜厚をいずれも同じｘｎｍとした。
【００７６】
図６は、抵抗変化量の薄膜挿入層Ｃｏ５０Ｆｅ５０厚さ依存性を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は薄膜挿入層の層厚を表し、縦軸は素子面積１μｍ２あたりの抵抗変化量ＡΔＲを表す。
【００７７】
同図から、薄膜挿入層の層厚を増やした場合、層厚０．５ｎｍ付近からＡΔＲが増加し始め、層厚１ｎｍで約１．４倍となり、その後も増加し続けることが分かる。薄膜挿入層があまり薄い場合は、ミキシング（合金化）により所望のＣｏ５０Ｆｅ５０薄膜挿入層ができていないために出力が上がらないと考えられる。したがって、ミキシングの恐れがないようなきれいな膜質の素子の場合は、更に薄い薄膜挿入層であっても効果が見込める。
【００７８】
薄膜挿入層の膜厚が薄い場合に得られるＡΔＲの増大は、スピン依存界面散乱の増大によるものと考えられる。但し、Ｃｏ５０Ｆｅ５０はスピン依存バルク散乱も大きいため、膜厚を増すことで出力がさらに上昇していることが分かる。
【００７９】
図７は、磁化自由層の保持力の薄膜挿入層の厚さ依存性を表すグラフ図である。すなわち、同図に横軸は薄膜挿入層の層厚を表し、縦軸は磁化自由層の保持力Ｈｃを表す。
【００８０】
図７から、薄膜挿入層を厚くするにつれて保持力Ｈｃが増大し、１ｎｍでは１５Ｏｅ（エルステッド）を越えてしまうことが分かる。磁化自由層の保持力が高くなると外部磁場に対する感度が低下するため、薄膜挿入層の層厚には上限が生ずる。
【００８１】
したがって、磁化自由層と磁化固着層とを対称形とした構成、すなわち磁化自由層２０と磁化固着層１６をそれぞれＮｉ８０Ｆｅ２０層と薄膜挿入層Ｃｏ５０Ｆｅ５０合金層とから成るものとし、両者に同一の層厚の薄膜挿入層を設ける場合には、ＡΔＲの増大とＨｃの抑制の観点から、薄膜挿入層３２、３４の層厚は、０．５ｎｍ以上１ｎｍ以下とするのが実用的と言える。
【００８２】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、図１に表した構造において、磁化自由層２０と磁化固着層１６がそれぞれ、Ｃｏ９０Ｆｅ１０と薄膜挿入層Ｃｏ５０Ｆｅ５０合金から成る磁気抵抗効果膜を作製した。膜構成は以下の通りである。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （５−ｘｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｃｏ５０Ｆｅ５０  （ｘｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｃｏ５０Ｆｅ５０  （ｘｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （５−ｘｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
本実施例においても、磁化自由層２０と磁化固着層１６の膜厚はそれぞれ５ｎｍとし、Ｃｏ５０Ｆｅ５０からなる薄膜挿入層３２、３４の膜厚を０ｎｍから５ｎｍまで変化させた複数の素子を製作した。
【００８３】
図８は、抵抗変化量の薄膜挿入層Ｃｏ５０Ｆｅ５０厚さ依存性を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は薄膜挿入層の層厚を表し、縦軸は素子面積１μｍ２あたりの抵抗変化量ＡΔＲを表す。
【００８４】
同図から、薄膜挿入層の層厚を増やした場合、０．５ｎｍでＡΔＲは増加し始め、１ｎｍで約１．５倍、その後も増加し続けることが分かる。この場合も、薄膜挿入層があまり薄い場合は、ミキシング（合金化）により所望のＣｏ５０Ｆｅ５０薄膜挿入層ができていないために出力が上がらないと考えられる。したがって、ミキシングの恐れがないようなきれいな膜質の素子の場合は、更に薄い薄膜挿入層であっても効果が見込める。
【００８５】
薄膜挿入層の膜厚が薄い場合に得られるＡΔＲの増大は、スピン依存界面散乱の増大によるものと考えられる。但し、Ｃｏ５０Ｆｅ５０はスピン依存バルク散乱も大きいため、膜厚を増すことで出力がさらに上昇していることが分かる。
【００８６】
図９は、磁化自由層の保持力の薄膜挿入層の厚さ依存性を表すグラフ図である。すなわち、同図に横軸は薄膜挿入層の層厚を表し、縦軸は磁化自由層の保持力Ｈｃを表す。
【００８７】
図９から、薄膜挿入層を厚くするにつれて保持力Ｈｃが増大し、０．７５ｎｍでは１５Ｏｅを越えてしまうことが分かる。磁化自由層の保持力が高くなると外部磁場に対する感度が低下するため、薄膜挿入層の層厚には上限が生ずる。
【００８８】
したがって、本実施例の場合にも、磁化自由層と磁化固着層とを対称形とした構成、すなわち磁化自由層２０と磁化固着層１６をそれぞれＣｏ９０Ｆｅ１０層と薄膜挿入層Ｃｏ５０Ｆｅ５０合金層とから成るものとし、両者に同一の層厚の薄膜挿入層を設ける場合には、ＡΔＲの増大とＨｃの抑制の観点から、薄膜挿入層３２、３４の層厚は、０．５ｎｍ以上０．７５ｎｍ以下とするのが実用的と言える。
【００８９】
（第３の実施例）
次に、本発明の第３の実施例として、図１に表した構造において、磁化自由層２０には薄膜挿入層３４を挿入せずに層厚５ｎｍのＮｉ８０Ｆｅ２０に固定し、磁化固着層１６のみをＮｉ８０Ｆｅ２０層とＣｏ５０Ｆｅ５０薄膜挿入層３２とから成る層とした磁気抵抗効果膜を作製した。膜構成は以下の通りである。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０      ：Ｎｉ８０Ｆｅ２０    （５ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｃｏ５０Ｆｅ５０  （ｘｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｎｉ８０Ｆｅ２０    （５−ｘｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
本実施例においても、磁化固着層１６の膜厚は５ｎｍとし、Ｃｏ５０Ｆｅ５０からなる薄膜挿入層３２の膜厚を０ｎｍから５ｎｍまで変化させた複数の素子を製作した。
【００９０】
図１０は、抵抗変化量の薄膜挿入層Ｃｏ５０Ｆｅ５０厚さ依存性を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は薄膜挿入層の層厚を表し、縦軸は素子面積１μｍ２あたりの抵抗変化量ＡΔＲを表す。
【００９１】
同図から、薄膜挿入層の層厚を増やした場合、本実施例においては０．７５ｎｍでＡΔＲは増加し始め磁化固着層１６を完全に置換した５ｎｍで約１．６倍となることが分かる。本実施例においても、薄膜挿入層があまり薄い場合は、ミキシング（合金化）により所望のＣｏ５０Ｆｅ５０薄膜挿入層ができていないために出力が上がらないと考えられる。したがって、ミキシングの恐れがないようなきれいな膜質の素子の場合は、更に薄い薄膜挿入層であっても効果が見込める。
【００９２】
薄膜挿入層の膜厚が薄い場合に得られるＡΔＲの増大は、スピン依存界面散乱の増大によるものと考えられる。但し、Ｃｏ５０Ｆｅ５０はスピン依存バルク散乱も大きいため、膜厚を増すことで出力がさらに上昇していることが分かる。
【００９３】
図１１は、磁化自由層の保持力の薄膜挿入層の厚さ依存性を表すグラフ図である。すなわち、同図に横軸は薄膜挿入層の層厚を表し、縦軸は磁化自由層の保持力Ｈｃを表す。
【００９４】
薄膜挿入層を磁化固着層１６のみに挿入した場合には、磁化固着層と磁化自由層の両方に挿入した場合に比べて、Ｈｃは抑制される。しかし、スピンバルブ膜全体の結晶性が劣化し始める厚さ５ｎｍに達すると、Ｈｃは１０Ｏｅを越えてしまう。
【００９５】
したがって、磁化固着層のみにＣｏ５０Ｆｅ５０から成る薄膜挿入層３２を挿入する場合には、ＡΔＲの増大とＨｃの抑制の観点から、薄膜挿入層３２の層厚は、０．７５ｎｍ以上４ｎｍ以下とするのが実用的と言える。
【００９６】
（第４の実施例）
次に、本発明の第４の実施例として、図１に表した構造において、磁化固着層１６はＮｉ８０Ｆｅ２０（２ｎｍ）／Ｃｏ５０Ｆｅ５０（３ｎｍ）に固定し、磁化自由層２０としてＮｉ８０Ｆｅ２０層にＣｏ９０Ｆｅ１０薄膜挿入層を挿入した構造の磁気抵抗効果膜を作製した。膜構成は以下の通りである。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｎｉ８０Ｆｅ２０    （５−ｘｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｃｏ９０Ｆｅ１０  （ｘｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
磁化固着層１６      ：Ｃｏ５０Ｆｅ５０  （３ｎｍ）
磁化固着層１６      ：Ｎｉ８０Ｆｅ２０    （２ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
すなわち、本実施例においては、磁化自由層２０の総膜厚は５ｎｍとし、Ｃｏ９０Ｆｅ１０からなる薄膜挿入層３４の膜厚を０ｎｍから５ｎｍまで変化させた複数の素子を製作した。
【００９７】
図１２は、抵抗変化量の薄膜挿入層Ｃｏ９０Ｆｅ１０厚さ依存性を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は薄膜挿入層の層厚を表し、縦軸は素子面積１μｍ２あたりの抵抗変化量ＡΔＲを表す。
【００９８】
同図から、薄膜挿入層の層厚を増やした場合、本実施例においては０．２５ｎｍでＡΔＲは増加し始め、２ｎｍで最大値をとることが分かる。本実施例においても、薄膜挿入層があまり薄い場合は、ミキシング（合金化）により所望のＣｏ９０Ｆｅ１０薄膜挿入層ができていないために出力が上がらないと考えられる。したがって、ミキシングの恐れがないようなきれいな膜質の素子の場合は、更に薄い薄膜挿入層であっても効果が見込める。
【００９９】
また、Ｃｏ９０Ｆｅ１０薄膜は、スピン依存界面散乱を増大させる効果は大きいが、スピン依存バルク散乱の点では、Ｎｉ８０Ｆｅ２０  のほうが勝るため、薄膜挿入層３４の膜厚を厚くすると出力が低下する傾向を示す。
【０１００】
図１３は、磁化自由層の保持力の薄膜挿入層の厚さ依存性を表すグラフ図である。すなわち、同図に横軸は薄膜挿入層の層厚を表し、縦軸は磁化自由層の保持力Ｈｃを表す。
【０１０１】
薄膜挿入層３４が厚くなるにつれて、Ｈｃは上昇するがその傾向は緩やかであり、全体的に１０Ｏｅ以内に抑えられている。
【０１０２】
したがって、磁化固着層１６をＮｉ８０Ｆｅ２０（２ｎｍ）／Ｃｏ５０Ｆｅ５０（３ｎｍ）に固定し、磁化自由層２０に薄膜挿入層Ｃｏ９０Ｆｅ１０を挿入した場合には、ＡΔＲの増大とＨｃの抑制の観点から、薄膜挿入層３４の層厚は、０．２５ｎｍ以上２．５ｎｍ以下とすることが実用的と言える。
【０１０３】
次に、本発明の第５乃至第１２の実施例として、磁化固着層と磁化自由層に挿入する薄膜挿入層の材料について検討した結果を説明する。
【０１０４】
（第５の実施例）
まず、本発明の第５の実施例として、図１に例示した構造の磁気抵抗効果素子を作製した。その膜構成は以下の通りである。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （２ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （２ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層３２、３４の材料Ｘとして、５種類のＦｅ−Ｃｏ系合金（Ｃｏ、Ｃｏ９０Ｆｅ１０、Ｆｅ５０Ｃｏ５０、Ｆｅ８０Ｃｏ２０、Ｆｅ）をそれぞれ用いた。
薄膜挿入層３２、３４の材料と、得られたＡΔＲとの関係を以下に示す。
Ｘ       ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
Ｃｏ         ：   ０．６
Ｃｏ９０Ｆｅ１０  ：   ０．８
Ｆｅ５０Ｃｏ５０  ：   １．５５
Ｆｅ８０Ｃｏ２０  ：   １．４５
Ｆｅ         ：   １．３５
なおここで、組成ＸがＣｏ９０Ｆｅ１０  の場合は、磁化固着層１６、磁化自由層２０の他の部分と同一の組成となるため、薄膜挿入層３２、３４の区別はつかない。上記の結果から、薄膜挿入層３２、３４の材料としてＦｅ−Ｃｏ系合金を用いた場合、結晶構造が体心立方晶となる、Ｆｅ５０Ｃｏ５０、Ｆｅ８０Ｃｏ２０、Ｆｅを挿入した場合に、ＡΔＲを増加する効果が得られることが判明した。これとは反対に、Ｃｏを用いた場合に至っては、挿入前よりＡΔＲが減少することも判明した。
【０１０５】
従って、薄膜挿入層３２、３４の材料としてＦｅ−Ｃｏ系合金を用いる場合には、結晶構造が体心立方晶となる組成のものを用いることが望ましい。
【０１０６】
（第６の実施例）
次に、本発明の第６の実施例として、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子を作成した。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （２ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （２ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層３２、３４の材料Ｘとして、５種類のＦｅ−Ｎｉ系合金（Ｎｉ、Ｎｉ８０Ｆｅ２０、Ｆｅ５０Ｎｉ５０、Ｆｅ９０Ｎｉ１０、Ｆｅ）をそれぞれ用いた。
薄膜挿入層３２、３４の材料と、得られたＡΔＲとの関係を以下に示す。
Ｘ       ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
挿入せず     ：   ０．８
Ｎｉ         ：   ０．３
Ｎｉ８０Ｆｅ２０  ：   ０．４
Ｎｉ５０Ｆｅ５０  ：   ０．９
Ｆｅ９０Ｎｉ１０  ：   １．３
Ｆｅ         ：   １．３５
上記の結果から、薄膜挿入層３２、３４の材料としてＦｅ−Ｎｉ系合金を用いた場合にも、結晶構造が体心立方晶となる、Ｆｅ９０Ｎｉ１０、Ｆｅを挿入した場合に、ＡΔＲを増加する効果が得られることが判明した。これとは反対に、ＮｉあるいはＮｉ８０Ｆｅ２０  を用いた場合に至っては、挿入前よりＡΔＲが減少することも判明した。
【０１０７】
従って、薄膜挿入層３２、３４の材料としてＦｅ−Ｎｉ系合金を用いる場合にも、結晶構造が体心立方晶となる組成のものを用いることが望ましい。
【０１０８】
（第７の実施例）
次に、本発明の第７の実施例として、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子を作成した。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （２ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （２ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層３２、３４の材料Ｘとして、５種類のＣｏ−Ｎｉ系合金（Ｎｉ、Ｎｉ８０Ｃｏ２０、Ｆｅ５０Ｃｏ５０、Ｃｏ９０Ｎｉ１０、Ｃｏ）をそれぞれ用いた。
薄膜挿入層３２、３４の材料と、得られたＡΔＲとの関係を以下に示す。
Ｘ       ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
挿入せず     ：   ０．８
Ｎｉ         ：   ０．３
Ｎｉ８０Ｃｏ２０  ：   ０．５
Ｎｉ５０Ｃｏ５０  ：   １．０
Ｃｏ９０Ｎｉ１０  ：   ０．８
Ｃｏ         ：   ０．６
上記の結果から、薄膜挿入層３２、３４の材料としてＣｏ−Ｎｉ系合金を用いた場合には、Ｎｉ５０Ｃｏ５０  の組成付近においてＡΔＲを増加する効果が得られることが判明した。そして、ＮｉあるいはＣｏ付近の組成を採用した場合は、挿入前よりＡΔＲが減少することも判明した。
【０１０９】
（第８の実施例）
次に、本発明の第８の実施例として、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子を作成した。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （２ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （２ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層３２、３４の材料Ｘとして、Ｆｅ５０Ｃｏ５０に元素Ｚ（Ｃｕ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｈｆ、またはＭｎ）を３ａｔ（原子）％含有させた（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）９７Ｚ３ を用いた。Ｆｅ５０Ｃｏ５０に添加した元素Ｚと、得られたＡΔＲとの関係を以下に示す。
Ｚ         ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
添加せず     ：   １．５５
Ｃｕ         ：   ２．９
Ｔｉ         ：   ２．７
Ｇａ         ：   ２．４
Ｈｆ         ：   ２．７
Ｍｎ         ：   ２．２
上記の結果から、薄膜挿入層としてのＦｅ５０Ｃｏ５０合金に、これらの元素を微量に含有させた場合にＡΔＲが増加することがわかった。さらに定量的に調べた結果、それぞれ含有量約３０原子％程度まではＡΔＲの増大の効果があるが、１０原子％以下のときに顕著であり、望ましくは、５原子％以上１０原子％以下とすると効果が大きいことが判明した。
【０１１０】
また、上記の元素の他にも、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｎｉ、またはＳｃを含有させても、ＡΔＲは増加した。さらに、Ｇｅ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｏ、Ｎ、またはＦを含ませた場合にも、効果が見られた。
【０１１１】
（第９の実施例）
次に、本発明の第９の実施例として、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子を作成した。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （２ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （２ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層３２、３４の材料Ｘとして、鉄（Ｆｅ）に元素Ｚ（Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｚｎ、またはＧａ）を３ａｔ（原子）％含有させたＦｅ９７Ｚ３ を用いた。添加元素Ｚと、得られたＡΔＲとの関係を以下に示す。
Ｚ         ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
添加せず     ：   １．３５
Ｃｒ         ：   １．４５
Ｖ           ：   １．４５
Ｔａ         ：   １．４５
Ｎｂ         ：   １．４５
Ｃｕ         ：   １．８０
Ｚｎ         ：   １．７５
Ｇａ         ：   １．７０
上記の結果から、薄膜挿入層としての鉄に上記の元素を微量に含有させた場合にＡΔＲが増加することがわかった。さらに定量的に調べた結果、それぞれ含有量約３０原子％程度まではＡΔＲの増大の効果があるが、１０原子％以下のときに顕著であり、望ましくは、５原子％以上１０原子％以下とすると効果が大きいことが判明した。
【０１１２】
また、上記の元素の他にも、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｇｅ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｏ、Ｎ、Ｆのいずれかを含有させても、ＡΔＲは増加した。また、母相として、Ｆｅ以外にも、Ｆｅが５０原子％以上を占めるＦｅ−Ｃｏ合金あるいはＦｅ−Ｎｉ合金、あるいはＦｅが２５原子％以上を占めるＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金においても同様の効果が得られた。
【０１１３】
（第１０の実施例）
次に、本発明の第１０の実施例として、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子を作成した。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （２ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （２ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層３２、３４の材料Ｘとして、コバルト（Ｃｏ）に元素Ｚ（Ｓｃ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、またはＨｆ）を３ａｔ（原子）％含有させたＣｏ９７Ｚ３ を用いた。添加元素Ｚと、得られたＡΔＲとの関係を以下に示す。
Ｚ         ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
添加せず     ：   ０．６
Ｓｃ         ：   １．０
Ｔｉ         ：   １．２
Ｍｎ         ：   １．０
Ｃｕ         ：   １．５
Ｈｆ         ：   １．０
上記の結果から、薄膜挿入層としてのコバルトに上記の元素を微量に含有させた場合にＡΔＲが増加することがわかった。さらに定量的に調べた結果、それぞれ含有量約３０原子％程度まではＡΔＲの増大の効果があるが、１０原子％以下のときに顕著であり、望ましくは、５原子％以上１０原子％以下とすると効果が大きいことが判明した。
【０１１４】
また、上記の元素の他にも、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｏ、Ｎ、またはＦのいずれかを含有させても、ＡΔＲは増加した。また、母相として、コバルト以外にも、コバルトが５０原子％以上を占めるＣｏ−Ｆｅ合金あるいはＣｏ−Ｎｉ合金、あるいはコバルトが２５原子％以上を占めるＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金においても同様の効果が得られた。
【０１１５】
（第１１の実施例）
次に、本発明の第１１の実施例として、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子を作成した。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （２ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （２ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層３２、３４の材料Ｘとして、ニッケル（Ｎｉ）に元素Ｚ（Ｔｉ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、またはＨｆ）を３ａｔ（原子）％含有させたＮｉ９７Ｚ３ を用いた。添加元素Ｚと、得られたＡΔＲとの関係を以下に示す。
Ｚ         ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
添加せず     ：   ０．３
Ｔｉ         ：   ０．８
Ｍｎ         ：   ０．９
Ｚｎ         ：   １．０
Ｇａ         ：   ０．９
Ｇｅ         ：   ０．８
Ｚｒ         ：   １．０
Ｈｆ         ：   １．２
上記の結果から、薄膜挿入層としてのニッケルに上記の元素を微量に含有させた場合にＡΔＲが増加することがわかった。さらに定量的に調べた結果、それぞれ含有量約３０原子％程度まではＡΔＲの増大の効果があるが、１０原子％以下のときに顕著であり、望ましくは、５原子％以上１０原子％以下とすると効果が大きいことが判明した。
【０１１６】
また、上記の元素の他にも、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｓｃ、Ｃｕ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｏ、Ｎ、またはＦのいずれかを含有させても、ＡΔＲは増加した。また、母相として、ニッケル以外にも、ニッケルが５０原子％以上を占めるＮｉ−Ｆｅ合金あるいはＮｉ−Ｃｏ合金、あるいはニッケルが２５原子％以上を占めるＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金においても同様の効果が得られた。
【０１１７】
（第１２の実施例）
次に、本発明の第１２の実施例として、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子を作成した。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （２〜２．３ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （２〜２．３ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層３２、３４の材料Ｘとして、以下の４種類を用いた。
（１）Ｆｅ５０Ｃｏ５０  （２ｎｍ）
（２）（Ｆｅ５０Ｃｏ５０）９７Ｃｕ３  （２ｎｍ）
（３）（Ｆｅ５０Ｃｏ５０（１ｎｍ）／Ｃｕ（０．１ｎｍ）／Ｆｅ５０Ｃｏ５０（１ｎｍ））
（４）（Ｆｅ５０Ｃｏ５０（０．７ｎｍ）／Ｃｕ（０．１ｎｍ）／Ｆｅ５０Ｃｏ５０（０．７ｎｍ）／Ｃｕ（０．１ｎｍ）／Ｆｅ５０Ｃｏ５０（０．７ｎｍ））
なお、これらの積層構造は、下部電極の側からの順番を表す。薄膜挿入層３２、３４の組成Ｘと、得られたＡΔＲとの関係を以下に示す。
Ｘ       ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
（１）     ：   １．５５
（２）     ：   ２．９
（３）     ：   ３．１
（４）     ：   ３．３
上記の結果より、Ｆｅ５０Ｃｏ５０内にＣｕを均一に含有させたときよりも、Ｃｕ層を周期的に挿入した場合の方が、より大きいＡΔＲを得られることが分かる。
【０１１８】
この傾向は、Ｃｕだけでなく、Ｆｅ−Ｃｏ合金の中において体心立方構造として存在しうる厚さ０．０３ｎｍ以上１ｎｍ以下の、クロム（Ｃｒ）、バナジウム（Ｖ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、イットリウム（Ｙ）、テクネチウム（Ｔｃ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、スズ（Ｓｎ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）及びフッ素（Ｆ）からなる群より選択された少なくとも１種の元素からなるを周期的に積層した構造についても見られた。
【０１１９】
（第１３の実施例）
次に、本発明の第１３の実施例として、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子を作成した。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４．５ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （０．５ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （０．５ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４．５ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層の材料Ｘは、Ｆｅ１−ｚＣｒｚ合金とした。薄膜挿入層３２、３４のＣｒ含有量Ｚと、薄膜挿入層の層厚と、得られたＡΔＲとの関係を以下に示す。なお、薄膜挿入層を設けない場合と、純Ｆｅを２ｎｍ挿入した場合のデータも、比較のため示した。
Ｚ  （層厚）    ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
０    （０ｎｍ）：  ０．８
０    （２ｎｍ）：  １．３５
０（０．５ｎｍ）：  ０．９
１０（０．５ｎｍ）：  １．３
３０（０．５ｎｍ）：  １．５
６０（０．５ｎｍ）：  １．４
８０（０．５ｎｍ）：  １．２
上記の結果について説明すると、まず、純Ｆｅ（Ｚ＝０）からなる２ｎｍの薄膜挿入層を挿入することで、ＡΔＲが０．８（ｍΩμｍ２）から１．３５（ｍΩμｍ２）に増えている。これは、以下のように説明できる。
【０１２０】
すなわち、このような強磁性遷移金属の場合、ｓバンド、ｐバンド、ｄバンドがエネルギー的に近いところで混成バンドを形成している。マジョリティ・スピン（多数スピン）は混成バンドから外れたエネルギー位置にフェルミレベルを持つため散乱されにくいが、マイノリティ・スピン（少数スピン）は混成バンド域にフェルミレベルを持つため散乱されやすい状態にある。これが磁気抵抗効果の起源ともなっていることから、いかにマイノリティ・スピンが混成バンドの中央付近にフェルミレベルを持つか、あるいは、いかにマジョリティ・スピンが混成バンドから離れた位置にフェルミレベルを持つか、が磁気抵抗変化量の大小を見極めるためのひとつの指標となる。
【０１２１】
ここで、遷移金属は、結晶構造として、代表的には面心立方晶と体心立方晶を取り得る。Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉといった金属系では、一般に、体心立方晶の方が面心立方晶よりも、よりマイノリティ・スピンのフェルミレベルが混成バンドの中央に位置する。つまり、磁気抵抗効果を増大させるには、体心立方晶がよいことになる。本実施例において薄膜挿入層として純Ｆｅを挿入してＡΔＲが上昇するのは、以上のようなことが原因のひとつであると考えられる。
【０１２２】
ところで、純Ｆｅの層厚を２ｎｍから０．５ｎｍまで薄くすると、ＡΔＲは０．９（ｍΩμｍ２）まで減少してしまう。これは、Ｆｅが非常に薄くなると、結晶構造として体心立方晶を取りにくくなるためと考えられる。これに対して、全組成域で体心立方晶が安定して得られるように、薄膜挿入層にＣｒを含有させた結果、ＡΔＲは純Ｆｅ（０．５ｎｍ）のときよりも増加した。
【０１２３】
なお、Ｆｅ−Ｃｒ合金は、Ｃｒを増やしていくとキュリー温度が低下し、Ｃｒ組成がおよそ７０ａｔ（原子）％以上では室温で常磁性を示す。ところが、Ｆｅ−Ｃｒ自体が極薄く、強磁性体が隣接しているような場合には、強磁性が誘起され、磁気抵抗効果を発現できる。
【０１２４】
（第１４の実施例）
次に、本発明の第１４の実施例として、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子を作成した。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４．５ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （０．５ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （０．５ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４．５ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層の材料Ｘは、Ｆｅ１−ＺＶＺ合金とした。薄膜挿入層３２、３４のＶ含有量Ｚと、薄膜挿入層の層厚と、得られたＡΔＲとの関係を以下に示す。なお、薄膜挿入層を設けない場合と、純Ｆｅを２ｎｍ挿入した場合のデータも、比較のため示した。
Ｚ  （層厚）    ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
０    （０ｎｍ）：  ０．８
０    （２ｎｍ）：  １．３５
０（０．５ｎｍ）：  ０．９
１０（０．５ｎｍ）：  １．２
３０（０．５ｎｍ）：  １．３
６０（０．５ｎｍ）：  １．１
８０（０．５ｎｍ）：  １．１
第８実施例に関して前述したように、体心立方晶のＦｅを挿入してＡΔＲが増大する効果は、薄膜挿入層がごく薄い領域ではやや減衰する。そこで、体心立方晶が安定となるように、Ｖを含有させていったところ、ＡΔＲが回復した。
【０１２５】
Ｆｅ−Ｖ合金も、Ｖがおよそ７０原子％以上の組成領域では常磁性を示す。ところが、Ｆｅ−Ｖ自体が非常に薄く、強磁性体が隣接しているような場合には、強磁性が誘起され、磁気抵抗効果を発現できる。
【０１２６】
以上のような体心立方晶の安定化に伴うＡΔＲの増加は、Ｆｅ−Ｃｏ合金（Ｃｏ：８０原子％以下）、Ｆｅ−Ｎｉ合金（Ｎｉ：１０原子％以下）、Ｆｅ−Ｒｈ合金（Ｒｈ：１１原子％〜５５原子％）、Ｆｅ−Ｔｉ合金（Ｔｉ：４９原子％〜５１原子％）、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金の体心立方晶の組成領域、Ｃｏ−Ｍｎ−Ｆｅ合金の体心立方晶の組成領域、を薄膜挿入層に用いた場合にも同様に見られた。
【０１２７】
さらに、これら合金に、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｃ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａからなる群のうち、母相となる合金に含まれていない少なくとも１種の元素を０．５原子％から３０原子％まで添加した場合にも、ＡΔＲ増大の効果が見られた。
【０１２８】
（第１５の実施例）
次に、本発明の第１５の実施例として、非磁性中間層１８をＡｕ（金）とした場合について説明する。本実施例においては、以下の膜構成を有する磁気抵抗効果素子を作成した。
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｘ            （２ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ａｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｘ            （２ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （３ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
ここで、薄膜挿入層の材料Ｘとして、５種類Ｆｅ−Ｃｏ系合金（Ｃｏ、Ｃｏ９０Ｆｅ１０、Ｆｅ５０Ｃｏ５０、Ｆｅ８０Ｃｏ２０、Ｆｅ）を用いた。得られたＡΔＲの値を以下に示す。
Ｘ        ： ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
Ｃｏ          ：  ０．３
Ｃｏ９０Ｆｅ１０    ：  ０．４
Ｆｅ５０Ｃｏ５０    ：  ０．９
Ｆｅ８０Ｃｏ２０    ：  １．４５
Ｆｅ          ：  １．７
以上のように、非磁性中間層１８をＡｕとしたときの薄膜挿入層３２、３４としては、Ｆｅ濃度の高いものほどＡΔＲが大きい傾向が得られた。このように、非磁性中間層１８の材質に応じて薄膜挿入層３２、３４の材料を適宜選択することは、ＡΔＲ増大のために重要である。
【０１２９】
（第１６の実施例）
次に、本発明の第１６の実施例として、図１４に表したように背面挿入層３６を有する構造について検討した結果について説明する。まず、以下のように薄膜挿入層を持つ磁気抵抗効果素子を作成し、その効果を調べた。
試料Ａ：標準構造（図１）
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
試料Ｂ：背面挿入層３６を有する構造（図１４）
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
背面挿入層３６      ：Ｃｕ          （１ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
試料ＡのＡΔＲは、１．２（ｍΩμｍ２）であったのに対し、背面挿入層３６を持つ試料ＢのＡΔＲは、１．５（ｍΩμｍ２）まで増大した。これは、スピン依存界面散乱が、磁化自由層２０／背面挿入層３６の界面で生じているためと考えられる。
【０１３０】
この効果は、図１５に例示したような、反強磁性層１４を上側に配置した構造の場合にも同様に得ることができる。
【０１３１】
（第１７の実施例）
次に、本発明の第１７の実施例として、背面挿入層３６を有する構造において、薄膜挿入層を挿入する効果について検討した結果について説明する。まず、以下のように背面挿入層を持つ磁気抵抗効果素子として７種類の試料Ｃ〜Ｉを作成し、その効果を調べた。
試料Ｃ：薄膜挿入層なし（図１４）
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
背面挿入層３６      ：Ｃｕ          （１ｎｍ）
磁化自由層２０      ：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （５ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
磁化固着層１６      ：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （５ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
試料Ｄ：薄膜挿入層３２を磁化固着層１６と反強磁性層１４との間に挿入（図１６）
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
背面挿入層３６      ：Ｃｕ          （１ｎｍ）
磁化自由層２０      ：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （５ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
試料Ｅ：薄膜挿入層３２を磁化固着層１６の中に挿入（図１７）
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
背面挿入層３６      ：Ｃｕ          （１ｎｍ）
磁化自由層２０      ：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （５ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （２ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （２ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
試料Ｆ：薄膜挿入層３２を磁化固着層１６と非磁性中間層１８との中に挿入（図１８）
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
背面挿入層３６      ：Ｃｕ          （１ｎｍ）
磁化自由層２０      ：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （５ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
試料Ｇ：薄膜挿入層３４を非磁性中間層１８と磁化自由層２０の間に挿入（図１９）
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
背面挿入層３６      ：Ｃｕ          （１ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
磁化固着層１６      ：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （５ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
試料Ｈ：薄膜挿入層３４を磁化自由層２０の中に挿入（図２０）
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
背面挿入層３６      ：Ｃｕ          （１ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （２ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （２ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
磁化固着層１６      ：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （５ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
試料Ｉ：薄膜挿入層３４を磁化自由層２０と背面挿入層３６との間に挿入（図２１）
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
背面挿入層３６      ：Ｃｕ          （１ｎｍ）
薄膜挿入層３４      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
磁化固着層１６      ：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （５ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
これら試料Ｃ〜ＩについてＡΔＲを評価した結果、以下の通りであった。
試料      ＡΔＲ（ｍΩμｍ２）
Ｃ    ：    ０．９
Ｄ    ：    １．０
Ｅ    ：    １．０
Ｆ    ：    １．２
Ｇ    ：    １．２
Ｈ    ：    １．０
Ｉ    ：    １．１
薄膜挿入層３２または３４を、磁化固着層１６／非磁性中間層１８の界面（試料Ｆ）、または磁化自由層２０／非磁性中間層１８の界面（試料Ｇ）に配置したときに、最もＡΔＲ増の効果が大きかった。また、磁化自由層２０／背面挿入層３６の界面に挿入した場合（試料Ｉ）が、その次に効果があった。これらは、スピン依存界面散乱が増加しているためと考えられる。
【０１３２】
一方、試料Ｄ、Ｅ、Ｈでも、ＡΔＲはある程度増加している。この理由のひとつとしては、Ｆｅ５０Ｃｏ５０のほうがＣｏ９０Ｆｅ１０よりもスピン依存バルク散乱が大きいことが挙げられる。また、結晶構造が面心立方晶の層と体心立方晶の層が積層されることで、磁化固着層や磁化自由層のバンド構造に変調が加えられ、マジョリティ・スピンとマイノリティ・スピンの伝導度の差が拡大することにも、起因している可能性がある。
【０１３３】
（第１８の実施例）
前述した第１７実施例においては、１層の薄膜挿入層についてその挿入位置による効果を調べた。本実施例においては、そこで効果が顕著であった試料Ｆ、Ｇ、Ｉを組み合わせることで、更なるＡΔＲの増大を達成する。具体的には、以下のように背面挿入層を持つ磁気抵抗効果素子として以下の試料Ｊ、Ｋを作成し、その特性を調べた。
試料Ｊ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０薄膜挿入層を磁化固着層１６と非磁性中間層１８の界面、および磁化自由層２０と非磁性中間層１８の界面に配置
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
背面挿入層３６      ：Ｃｕ          （１ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
試料Ｋ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０薄膜挿入層を磁化固着層１６と非磁性中間層１８の界面、磁化自由層２０と非磁性中間層１８、および磁化自由層２０と背面挿入層３６の界面の界面に配置
保護層２２          ：Ｔａ          （１０ｎｍ）
背面挿入層３６      ：Ｃｕ          （１ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
磁化自由層２０の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
非磁性中間層１８    ：Ｃｕ          （３ｎｍ）
薄膜挿入層３２      ：Ｆｅ５０Ｃｏ５０    （１ｎｍ）
磁化固着層１６の一部：Ｃｏ９０Ｆｅ１０    （４ｎｍ）
反強磁性層１４      ：ＰｔＭｎ      （１５ｎｍ）
第２下地層１２      ：ＮｉＦｅＣｒ  （５ｎｍ）
第１下地層１２      ：Ｔａ          （５ｎｍ）
その結果、期待通りに、ＡΔＲは試料Ｊにおいて１．３（ｍΩμｍ２）、試料Ｋにおいて１．７（ｍΩμｍ２）と高く、薄膜挿入層を１層のみ挿入した試料Ｆ及びＧ（ＡΔＲ＝１．２（ｍΩμｍ２））、試料Ｉ（ＡΔＲ＝１．１（ｍΩμｍ２））と比較して、ＡΔＲの増大が得られた。
【０１３４】
（第１９の実施例）
本実施例においては、図２に例示したような、反強磁性層１４を上側に配置したトップ型スピンバルブ構造を製作してその特性を評価した。その結果、前述した各実施例と同様に、薄膜挿入層３２、３４、背面挿入層３６による磁気抵抗変化量の増大効果が認められた。
【０１３５】
（第２０の実施例）
本実施例においては、「積層フェリ構造」の磁気抵抗効果素子における薄膜挿入層３２、３４、背面挿入層３６の効果を確認した。
【０１３６】
図３は、積層フェリ構造の磁気抵抗効果素子の断面構造の一例を表す模式図である。すなわち、第１の磁化固着層１６Ａと第２の磁化固着層１６Ｂとが、反平行結合層４０を介して積層されている。このように磁化固着層が積層フェリ構造とされた磁気抵抗効果素子においても、前述した各実施例と同様に、薄膜挿入層３２、３４、背面挿入層３６による磁気抵抗変化量の増大効果が認められた。
【０１３７】
また、図２２は、積層フェリ構造の磁気抵抗効果素子の断面構造の他の具体例を表す模式図である。
【０１３８】
すなわち、同図の磁気抵抗効果素子は、下部電極５４、下地層１２、反強磁性層１４、第１の磁化固着層１６Ａと反平行結合層４０と第２の磁化固着層１６Ｂの３層構造を有する磁化固着層１６、非磁性中間層１８、第１の磁化自由層２０Ａと反平行結合層４０と第２の磁化自由層２０Ｂの３層構造を有する磁化自由層２０、保護層２２、上部電極５２をこの順に積層した構造を有する。
【０１３９】
このように磁化固着層１６と磁化自由層２０がそれぞれ積層フェリ構造とされた磁気抵抗効果素子においても、前述した各実施例と同様に、薄膜挿入層３２、３４、背面挿入層３６による磁気抵抗変化量の増大効果が認められた。
【０１４０】
（第２１の実施例）
本実施例においては、いわゆる「デュアル型」の磁気抵抗効果素子における薄膜挿入層、背面挿入層の効果を確認した。
【０１４１】
図２３は、デュアル型の磁気抵抗効果素子の断面構造を例示する模式図である。すなわち、同図の磁気抵抗効果素子は、下部電極５４、下地層１２、第１の反強磁性層１４Ａ、第１の磁化固着層１６Ａ、第１の非磁性中間層１８Ａ、磁化自由層２０、第２の非磁性中間層１８Ｂ、第２の磁化固着層１６Ｂ、第２の反強磁性層１４Ｂ、保護層２２、上部電極５２をこの順に積層した構造を有する。
【０１４２】
このようなデュアル構造の磁気抵抗効果素子においても、前述した各実施例と同様に、薄膜挿入層３２、３４、背面挿入層３６による磁気抵抗変化量の増大効果が認められ、一対の磁化固着層と磁化自由層とを有する標準的な磁気抵抗効果素子の１．５倍から３倍の磁気抵抗変化量を示した。
【０１４３】
（第２２の実施例）
本実施例においては、磁化固着層と磁化自由層がそれぞれ強磁性層と非磁性層とを交互に積層した積層体からなる磁気抵抗効果素子における薄膜挿入層、背面挿入層の効果を確認した。
【０１４４】
図４は、本実施例の磁気抵抗効果素子の断面構造を表す模式図である。すなわち、この磁気抵抗効果素子は、下部電極５４、下地層１２、反強磁性層１４、強磁性層Ｆおよび非磁性層Ｎを交互に積層した積層体からなる磁化固着層１６、非磁性中間層１８、強磁性層Ｆおよび非磁性層Ｎを交互に積層した積層体からなる磁化自由層２０、保護層２２、上部電極５２をこの順に積層した構造を有する。
【０１４５】
この素子の磁化固着層１６磁化自由層２０においては、強磁性層Ｆが非磁性層Ｎを介して強磁性結合している。
【０１４６】
このような積層構造の磁気抵抗効果素子においても、前述した各実施例と同様に、薄膜挿入層３２、３４、背面挿入層３６による磁気抵抗変化量の増大効果が認められた。すなわち、本実施例の場合、磁化固着層１６、磁化自由層２０をそれぞれ構成する複数の強磁性層Ｆのうちのいずれかを前述した各実施例において説明したような組成および結晶構造の薄膜挿入層とすることにより、磁気抵抗変化量の増大が認められた。
【０１４７】
（第２３の実施例）
本実施例においては、磁化固着層と磁化自由層がそれぞれ２種類の強磁性層Ｆ１、Ｆ２を交互に積層した積層体からなる磁気抵抗効果素子における薄膜挿入層、背面挿入層の効果を確認した。
【０１４８】
図４は、本実施例の磁気抵抗効果素子の断面構造を表す模式図である。すなわち、この磁気抵抗効果素子は、下部電極５４、下地層１２、反強磁性層１４、第１の強磁性層Ｆ１および第２の強磁性層Ｆ２を交互に積層した積層体からなる磁化固着層１６、非磁性中間層１８、第１の強磁性層Ｆ１および第２の強磁性層Ｆ２を交互に積層した積層体からなる磁化自由層２０、保護層２２、上部電極５２をこの順に積層した構造を有する。
【０１４９】
このような積層構造の磁気抵抗効果素子においても、前述した各実施例と同様に、薄膜挿入層３２、３４、背面挿入層３６による磁気抵抗変化量の増大効果が認められた。すなわち、本実施例の場合、磁化固着層１６、磁化自由層２０をそれぞれ構成する第１及び第２の強磁性層Ｆ１、Ｆ２のうちのいずれかを前述した各実施例において説明したような組成および結晶構造の薄膜挿入層とすることにより、磁気抵抗変化量の増大が認められた。
【０１５０】
（第２４の実施例）
次に、本発明の第２４の実施例として、本発明の磁気抵抗効果素子を搭載した磁気再生装置について説明する。すなわち、図１乃至図２３に関して前述した本発明の垂直通電型の磁気抵抗効果素子は、例えば、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み込まれ、磁気記録再生装置に搭載することができる。
【０１５１】
図２４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。すなわち、本発明の磁気記録再生装置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、磁気記録用媒体ディスク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。本発明の磁気記録再生装置１５０は、複数の媒体ディスク２００を備えたものとしてもよい。
【０１５２】
また、媒体ディスク２００は、記録ビットの磁化方向がディスク面と略平行ないわゆる「面内記録方式」のものでも良く、あるいは、記録ビットの磁化方向がディスク面に対して略垂直な「垂直記録方式」のものでも良い。
【０１５３】
媒体ディスク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。ここで、ヘッドスライダ１５３は、例えば、前述したいずれかの実施の形態にかかる垂直通電型の磁気抵抗効果素子あるいは磁気ヘッドをその先端付近に搭載している。
【０１５４】
媒体ディスク２００が回転すると、ヘッドスライダ１５３の媒体対向面（ＡＢＳ）は媒体ディスク２００の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが媒体ディスク２００と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
図２５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。すなわち、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。
サスペンション１５４の先端には、図１乃至図２３に関して前述したような本発明の垂直通電型磁気抵抗効果素子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。
【０１５８】
本発明によれば、図１乃至図２３に関して前述したような垂直通電型の磁気抵抗効果素子を具備することにより、磁気抵抗変化量が大きく、すなわち感度の高い読み取りが可能となる。その結果として、従来よりも大幅に高い記録密度で磁気記録媒体ディスク２００に磁気的に記録された微弱な信号を確実に読みとることが可能となる。
【０１５９】
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、磁気抵抗効果膜を構成する各要素の具体的な寸法関係や材料、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限り、本発明の範囲に包含される。
【０１６０】
また、前述したように、磁気抵抗効果素子における反強磁性層、磁化固着層、非磁性中間層、磁化自由層などの構成要素は、それぞれ単層として形成してもよく、あるいは２以上の層を積層した構造としてもよい。
【０１６１】
また、本発明の磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘッドに適用する際に、これと隣接して書き込み用の磁気ヘッドを設けることにより、記録再生一体型の磁気ヘッドが得られる。
【０１６２】
さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の磁気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。
【０１６３】
またさらに、本発明の磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果メモリ（ＭＲＡＭ）にも用いて好適である。
【０１６４】
その他、本発明の実施の形態として上述した磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気記憶再生装置も同様に本発明の範囲に属する。
【０１６５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明よれば、スピンバルブ構造を有する垂直通電型の磁気抵抗効果素子の磁気抵抗効果膜に、独特の組成または結晶構造を有する薄膜挿入層または背面挿入層を挿入することにより、大きな抵抗変化量が得られ、従来のスピンバルブ構造の垂直通電型磁気抵抗効果素子では実現できなかった高感度の読み取りを実現できる。
【０１６６】
その結果として、従来よりも高い記録密度で高速の磁気記録再生が可能となり産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の要部断面構造を例示する模式図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の第２の具体例を表す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の第３の具体例を表す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の第４の具体例を表す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子の第５の具体例を表す模式図である。
【図６】抵抗変化量の薄膜挿入層Ｃｏ５０Ｆｅ５０厚さ依存性を表すグラフ図である。
【図７】磁化自由層の保持力の薄膜挿入層の厚さ依存性を表すグラフ図である。
【図８】抵抗変化量の薄膜挿入層Ｃｏ５０Ｆｅ５０厚さ依存性を表すグラフ図である。
【図９】磁化自由層の保持力の薄膜挿入層の厚さ依存性を表すグラフ図である。
【図１０】抵抗変化量の薄膜挿入層Ｃｏ５０Ｆｅ５０厚さ依存性を表すグラフ図である。
【図１１】磁化自由層の保持力の薄膜挿入層の厚さ依存性を表すグラフ図である。
【図１２】抵抗変化量の薄膜挿入層Ｃｏ９０Ｆｅ１０厚さ依存性を表すグラフ図である。
【図１３】磁化自由層の保持力の薄膜挿入層の厚さ依存性を表すグラフ図である。
【図１４】本発明の第１６の実施例として試作した背面挿入層３６を有する構造を表す模式図である。
【図１５】反強磁性層１４を上側に配置した構造を表す模式図である。
【図１６】薄膜挿入層３２を磁化固着層１６と反強磁性層１４との間に挿入した構造を表す模式図である。
【図１７】薄膜挿入層３２を磁化固着層１６の中に挿入した構造を表す模式図である。
【図１８】薄膜挿入層３２を磁化固着層１６と非磁性中間層１８との中に挿入した構造を表す模式図である。
【図１９】薄膜挿入層３４を非磁性中間層１８と磁化自由層２０との間に挿入した構造を表す模式図である。
【図２０】薄膜挿入層３４を磁化自由層２０の中に挿入した構造を表す模式図である。
【図２１】薄膜挿入層３４を磁化自由層２０と背面挿入層３６との間に挿入した構造を表す模式図である。
【図２２】積層フェリ構造の磁気抵抗効果素子の断面構造の他の具体例を表す模式図である。
【図２３】デュアル型の磁気抵抗効果素子の断面構造を例示する模式図である。
【図２４】本発明の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２５】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。
【図２６】本発明の実施例において試作した垂直通電素子構造を表す模式図である。
【図２７】本発明の実施例において試作したもうひとつの垂直通電素子構造を表す模式図である。
【図２８】スピンバルブ構造を有するＣＰＰ型の磁気抵抗効果素子を模式的に表す断面図である。
【符号の説明】
１２ 下地層
１４ 反強磁性層
１６ 磁化固着層
１８ 非磁性中間層
２０ 磁化自由層
２２ 保護層
３２、３４ 薄膜挿入層
３６ 背面挿入層
４０ 反平行結合層
５２ 上部電極
５４ 下部電極
６０ ハード膜
７０ パシベーション膜
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 媒体ディスク
Ｆ 強磁性層
Ｆ１ 強磁性層
Ｆ２ 強磁性層
Ｎ 非磁性層
【図１】
0004024499.tif 000002
【図２】
0004024499.tif 000003
【図３】
0004024499.tif 000004
【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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