(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、反強磁性層と、
この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により固定磁化方向が固定される固定磁性層と、
前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、
前記フリー磁性層の変動磁化方向を前記固定磁性層の固定磁化方向と交差する方向に揃えるためのハードバイアス層と、
固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層に検出電流を与える導電層と、
前記フリー磁性層の変動磁化方向を制御するためのバイアス導電層と、
前記導電層および前記バイアス導電層に電流を供給する電流供給手段とを少なくとも備え、
前記バイアス導電層と前記固定磁性層の間に前記反強磁性層が形成されてなることを特徴とするスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項２】
前記バイアス導電層に電流を印加して、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層の静磁結合磁界と前記検出電流の電流磁界との合成磁化モーメントの方向と、反対方向の電流磁界が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項３】
フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層の静磁結合磁界の方向と、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記検出電流の電流磁界の方向とが同じ方向であり、前記バイアス導電層に電流を印加して、前記検出電流の電流磁界の方向と反対方向の電流磁界が形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項４】
前記バイアス導電層に電流を印加して、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層の静磁結合磁界の方向と反対方向の電流磁界が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項５】
前記バイアス導電層と前記反強磁性層との間に、絶縁層が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項６】
前記バイアス導電層と前記導電層とが、直列に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項７】
前記バイアス導電層と前記導電層とが、別々の電流供給手段に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項８】
前記バイアス導電層は、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕのいずれか１種からなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定磁性層の固定磁化方向と外部磁界の影響を受けるフリー磁性層の変動磁化方向との関係で電気抵抗が変化するスピンバルブ型薄膜素子およびそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関し、とくに、バイアス導電層を備え、前記バイアス導電層に電流を印加することによりフリー磁性層の変動磁化方向を制御することができ、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さいスピンバルブ型薄膜素子およびそのスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピンバルブ型薄膜素子は、巨大磁気低抗効果を示すＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）素子の一種であり、ハードディスクなどの記録媒体から記録磁界を検出するものである。
前記スピンバルブ型薄膜素子は、ＧＭＲ素子の中で比較的構造が単純で、しかも、外部磁界に対して抵抗変化率が高く、弱い磁界で抵抗が変化するなどの優れた点を有している。前記スピンバルブ型薄膜素子には、シングルスピンバルブ型薄膜素子と、デュアルスピンバルブ型薄膜素子とがある。
【０００３】
図２１は、従来のスピンバルブ型薄膜素子の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
図２１に示すスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が一層ずつ形成された、いわゆるボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子である。
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。
【０００４】
図２１において符号１０は、基板上に形成されたＴａ（タンタル）などからなる下地層を示している。この下地層１０の上には、ＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などからなる反強磁性層２０が形成されている。さらに、前記反強磁性層２０の上には、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金などからなる固定磁性層３０が形成されている。
前記固定磁性層３０は、前記反強磁性層２０に接して形成されることにより、前記固定磁性層３０と反強磁性層２０との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層３０の固定磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定されている。
【０００５】
前記固定磁性層３０の上には、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層４０が形成され、さらに前記非磁性導電層４０の上には、前記固定磁性層３０と同様の材質などからなるフリー磁性層５０が形成されている。
図２１に示すように下地層１０から保護層７０までの積層体の両側には、例えば、Ｃｏ−Ｐｔ（コバルトー白金）合金で形成されたハードバイアス層６０，６０が形成されている。前記ハードバイアス層６０，６０が図示Ｘ１方向と反対方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層５０の変動磁化が図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層５０の変動磁化と前記固定磁性層３０の固定磁化とが交差する関係となっている。
なお、符号７０は、Ｔａなどで形成された保護層を示し、符号８０は、Ｃｕなどで形成され、固定磁性層３０と非磁性導電層４０とフリー磁性層５０に検出電流を与える導電層を示している。
【０００６】
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられた前記フリー磁性層５０の変動磁化が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層３０の固定磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０００７】
このようなスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層５０の変動磁化と固定磁性層３０の固定磁化との関係は、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さいものとするため、９０度に近いほど好ましい。
しかしながら、このスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層５０の変動磁化の方向が、固定磁性層３０の静磁結合磁界や前記検出電流の電流磁界により傾いて、９０度になり難いという不都合があった。
【０００８】
例えば、図２２に示すように、固定磁性層３０の静磁結合磁界Ｈｐ４の方向と前記検出電流ｉ４の電流磁界Ｈｉ４の方向とが同じ方向（アシスト方向）である場合、フリー磁性層５０の変動磁化Ｈｆ１０は、前記静磁結合磁界Ｈｐ４および前記電流磁界Ｈｉ４の方向、すなわち前記静磁結合磁界Ｈｐ４と前記電流磁界Ｈｉ４との合成磁化モーメントの方向に傾いて、変動磁化Ｈｆ１１とされる。
【０００９】
また、例えば、図２３に示すように、固定磁性層３０の静磁結合磁界Ｈｐ５の方向と前記検出電流ｉ５の電流磁界Ｈｉ５の方向とが異なる方向（アゲインスト方向）であり、前記静磁結合磁界Ｈｐ５が前記電流磁界Ｈｉ５よりも大きい場合、フリー磁性層５０の変動磁化Ｈｆ２０は、前記静磁結合磁界Ｈｐ５の方向、すなわち前記静磁結合磁界Ｈｐ５と前記電流磁界Ｈｉ５との合成磁化モーメントの方向に傾いて、変動磁化Ｈｆ２１とされる。
【００１０】
さらにまた、例えば、図２４に示すように、固定磁性層３０の静磁結合磁界Ｈｐ６の方向と前記検出電流ｉ６の電流磁界Ｈｉ６の方向とが異なる方向（アゲインスト方向）であり、前記静磁結合磁界Ｈｐ６が前記電流磁界Ｈｉ６よりも小さい場合、フリー磁性層５０の変動磁化Ｈｆ３０は、前記電流磁界Ｈｉ６の方向、すなわち前記静磁結合磁界Ｈｐ６と前記電流磁界Ｈｉ６との合成磁化モーメントの方向に傾いて、変動磁化Ｈｆ３１とされる。
【００１１】
図２２〜図２４に示すように、前記フリー磁性層５０の変動磁化の方向が傾くと、フリー磁性層５０の変動磁化の方向と固定磁性層３０の固定磁化の方向とが９０度にならないため、耐熱性や信頼性が十分に得られないことや、アシンメトリーが大きくなり、記録媒体からの信号の処理が不正確になることが問題となっていた。
【００１２】
図２５は、従来のスピンバルブ型薄膜素子の他の例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
このスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層を中心として、その上下に非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が１層ずつ形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。
このデュアルスピンバルブ型薄膜素子では、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層の３層の組合わせが２組存在するため、図２１に示したシングルスピンバルブ型薄膜素子と比べて、大きな抵抗変化率を期待でき、高密度記録化に対応できるものとなっている。
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。
【００１３】
図２５に示すスピンバルブ型薄膜素子は、下から下地層４１、反強磁性層４２、固定磁性層（下）４３、非磁性導電層４４、フリー磁性層４５、非磁性導電層４６、固定磁性層４７（上）、反強磁性層４８、保護層４９の順で積層されている。なお、図２５に示すように下地層４１から保護層４９までの積層体の両側には、ハードバイアス層３２、３２と導電層３３、３３が形成されている。
このスピンバルブ型薄膜素子においては、下地層４１、反強磁性層４２、４８、固定磁性層４３、４７、非磁性導電層４４、４６、フリー磁性層４５、ハードバイアス層３２、導電層３３、保護層４９は、図２１〜図２４に示すシングルスピンバルブ型薄膜素子と同様の材質などで形成されている。
【００１４】
このスピンバルブ型薄膜素子において、前記固定磁性層４３、４７は、前記反強磁性層４２、４８と接して形成されることにより、前記固定磁性層４３、４７と反強磁性層４２、４８との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層４３、４７の固定磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定されている。
また、前記ハードバイアス層３２、３２が図示Ｘ１方向と反対方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層４５の変動磁化が図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられている。これにより、前記フリー磁性層４５の変動磁化と前記固定磁性層４３、４７の固定磁化とが交差する関係となっている。
【００１５】
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられた前記フリー磁性層４５の変動磁化が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層４３、４７の固定磁化との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００１６】
このようなスピンバルブ型薄膜素子においても、フリー磁性層４５の変動磁化と固定磁性層４３、４７の固定磁化との関係は、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さいものとするため、９０度に近いほど好ましい。
【００１７】
しかしながら、このようなスピンバルブ型薄膜素子においては、図２６に示すように、フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０の方向は、固定磁性層４３、４７の静磁結合磁界Ｈｐ４０、Ｈｐ５０により、前記静磁結合磁界Ｈｐ４０、Ｈｐ５０の方向に傾いて、変動磁化Ｈｆ４１とされるという不都合があった。
すなわち、このスピンバルブ型薄膜素子では、検出電流ｉ４０、ｉ５０の電流磁界Ｈｉ４０、Ｈｉ５０は、図２６に示すように、フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０に対してそれぞれ反対の方向に作用し、互いに打ち消し合うため、フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０の方向に影響を与えにくいが、固定磁性層４３、４７の静磁結合磁界Ｈｐ４０、Ｈｐ５０は、フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０に対して同じ方向に作用し、フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０の方向に影響を与える。
その結果、フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０の方向は、前記静磁結合磁界Ｈｐ４０、Ｈｐ５０と前記電流磁界Ｈｉ４０、Ｈｉ５０との合成磁化モーメントの方向、すなわち前記静磁結合磁界Ｈｐ４０、Ｈｐ５０の方向に傾いて、変動磁化Ｈｆ４１とされる。
【００１８】
図２６に示すように、フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４１の方向が傾くと、フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４１の方向と固定磁性層４３、４７の固定磁化の方向とが９０度にならないため、シングルスピンバルブ型薄膜素子の場合と同様に、耐熱性や信頼性が十分に得られないことや、アシンメトリーが大きくなり、記録媒体からの信号の処理が不正確になることが問題となっていた。
【００１９】
前記フリー磁性層の変動磁化の方向の傾きを制御する方法としては、前記検出電流を調節して電流磁界の強さを制御し、固定磁性層の前記静磁結合磁界と前記電流磁界との合成磁化モーメントの方向を変化させることによって行う方法がある。
しかしながら、この方法は、検出電流を調節して電流磁界の強さを制御するため、制御できる範囲が狭く、フリー磁性層の変動磁化の方向の傾きを制御するには不十分であった。
【００２０】
また、図２２に示すような、固定磁性層３０の静磁結合磁界Ｈｐ４の方向と前記検出電流ｉ４の電流磁界Ｈｉ４の方向とが同じ方向（アシスト方向）であるスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層５０の変動磁化Ｈｆ１０の方向を制御することは困難であった。
さらに、図２３に示すような、固定磁性層３０の静磁結合磁界Ｈｐ５の方向と前記検出電流ｉ５の電流磁界Ｈｉ５の方向とが異なる方向（アゲインスト方向）であり、前記静磁結合磁界Ｈｐ５が前記電流磁界Ｈｉ５よりも大きいスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層５０の変動磁化Ｈｆ２０の方向を制御することも困難であった。
さらにまた、図２６に示すような、検出電流ｉ４０、ｉ５０の電流磁界Ｈｉ４０、Ｈｉ５０がフリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０に対してそれぞれ反対の方向に働き、互いに打ち消し合うデュアルスピンバルブ型薄膜素子のフリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４０の方向を制御することも困難であった。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、このような問題を解決し、バイアス導電層を備え、前記バイアス導電層に電流を印加することによりフリー磁性層の変動磁化の方向を制御することができ、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さいスピンバルブ型薄膜素子を提供することを課題としている。
さらに、このスピンバルブ型薄膜素子を備えた薄膜磁気ヘッドを提供することを課題としている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、基板上に、反強磁性層と、この反強磁性層と接して形成され、前記反強磁性層との交換結合磁界により固定磁化方向が固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性導電層を介して形成されたフリー磁性層と、前記フリー磁性層の変動磁化方向を前記固定磁性層の固定磁化方向と交差する方向に揃えるためのハードバイアス層と、固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層に検出電流を与える導電層と、前記フリー磁性層の変動磁化方向を制御するためのバイアス導電層と、前記導電層および前記バイアス導電層に電流を供給する電流供給手段とを少なくとも備え、前記バイアス導電層と前記固定磁性層の間に前記反強磁性層が形成されてなることを特徴とする。
【００２３】
このようなスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層の変動磁化方向を制御するためのバイアス導電層を備えたものであるので、前記バイアス導電層に電流を印加することにより、フリー磁性層の変動磁化の方向を制御することができる。すなわち、フリー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の静磁結合磁界や前記検出電流の電流磁界を、前記バイアス導電層の電流磁界により打ち消して、フリー磁性層の変動磁化の方向を制御することができるため、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
ここでのアシンメトリーとは、再生出力波形の非対称性の度合いを示すものであり、図２７に示す再生出力波形が与えられた場合、アシンメトリーをＡｓｙｍ、マイナス出力をＴＡＡ−、プラス出力をＴＡＡ＋としたとき、以下の数式（ｉ）によって定義される。
Ａｓｙｍ（％）＝｛（ＴＡＡ＋）−（ＴＡＡ−）｝／｛（ＴＡＡ＋）＋（ＴＡＡ−）｝×１００
したがって、アシンメトリーが０に近づくほど再生出力波形が対称性に優れていることになる。
前記アシンメトリーは、フリー磁性層の変動磁化の方向と固定磁性層の固定磁化の方向とが直交しているとき０となる。アシンメトリーが大きくずれるとメディアからの情報の読みとりが正確にできなくなり、エラーの原因となる。このため、前記アシンメトリーが小さいものほど、再生信号処理の信頼性が向上することとなり、スピンバルブ型薄膜素子として優れたものとなる。
【００２５】
さらに、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層に電流を印加して、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層の静磁結合磁界と前記検出電流の電流磁界との合成磁化モーメントの方向と、反対方向の電流磁界が形成されてなるものとすることが望ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える前記静磁結合磁界と前記電流磁界との合成磁化モーメントを、前記合成磁化モーメントと反対方向となるように形成された前記バイアス導電層の電流磁界により打ち消して、フリー磁性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正することができる。
【００２６】
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層の静磁結合磁界の方向と、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記検出電流の電流磁界の方向とが同じ方向であり、前記バイアス導電層に電流を印加して、前記検出電流の電流磁界の方向と反対方向の電流磁界が形成されてなるものとすることが望ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の静磁結合磁界や前記検出電流の電流磁界を、前記静磁結合磁界や前記電流磁界と反対方向となるように形成された前記バイアス導電層の電流磁界により打ち消して、フリー磁性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正することができる。
【００２７】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層に電流を印加して、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層の静磁結合磁界の方向と反対方向の電流磁界が形成されてなるものとすることが望ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、フリー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の静磁結合磁界を、前記静磁結合磁界と反対方向となるように形成された前記バイアス導電層の電流磁界により打ち消して、フリー磁性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正することができる。
【００２８】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層と前記反強磁性層との間に、絶縁層が形成されてなるものとしてもよい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、シャントロスの発生を防ぐことができる。
【００２９】
さらにまた、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層と前記導電層とが、直列に接続されていることが望ましい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、導電層に印加される電流とバイアス導電層に印加される電流とを一つの電流供給手段から供給することができ、前記電流供給手段を別に設ける手間が少なく、容易に製造することができるスピンバルブ型薄膜素子を得ることができる。
【００３０】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層と前記導電層とが、別々の電流供給手段に接続されているものとしてもよい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とした場合、バイアス導電層に、前記検出電流と同じ方向の電流を印加する場合でも反対方向の電流を印加する場合でも、前記バイアス導電層と前記電流供給手段とを接続する際の手間などに差が生じない。したがって、前記バイアス導電層に印加される電流の方向を、前記検出電流の方向に係わらず、自由に設定することができる。
さらに、前記検出電流の大きさに影響を与えることなく、前記バイアス導電層の電流の大きさを自由に調節することができるため、固定磁性層の静磁結合磁界や前記検出電流の電流磁界によるフリー磁性層の変動磁化の方向の傾きを、十分に制御することが可能である制御しうる範囲の広いスピンバルブ型薄膜素子を得ることができる。
【００３１】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層は、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕのいずれか１種からなることが望ましい。
【００３２】
さらにまた、前記課題は、上記のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなることを特徴とする薄膜磁気ヘッドによって解決できる。
このような薄膜磁気へッドとすることで、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さい薄膜磁気へッドとすることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスピンバルブ型薄膜素子の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
［本発明の基本形態］
図１は、本発明の概念を説明するための基本形態であるスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図であり、図２は、図１に示したスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本発明のスピンバルブ型薄膜素子が従来のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、バイアス導電層が設けられているところである。
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層が一層ずつ形成されたボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。
【００３４】
図１において、符号１は、基板Ｋ上に設けられ、例えば、Ｔａ（タンタル）などで形成された下地層を示している。この下地層１の上には、反強磁性層２が形成され、さらに前記反強磁性層２の上には、固定磁性層３が形成されている。この固定磁性層３の上には、非磁性導電層４が形成され、さらに、前記非磁性導電層４の上には、フリー磁性層５が形成されている。前記フリー磁性層５の上には、バイアス導電層Ｂ１１が設けられ、前記バイアス導電層Ｂ１１の上には、Ｔａなどで形成された保護層７が形成されている。
また、符号６、６は、ハードバイアス層を、符号８、８は、導電層を、符号１５は、電流供給手段を示している。
さらに、本発明の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図２に示すように、導電層８にバイアス導電層Ｂ１１が直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８を介して、他の層よりも抵抗の低い非磁性導電層４とバイアス導電層Ｂ１１とに優先的に同じ方向の電流が供給されるようになっている。
【００３５】
本発明の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子において、前記反強磁性層２は、通常、３００Å程度の厚さとされ、ＰｔＭｎ合金で形成されることが好ましい。ＰｔＭｎ合金は、従来から反強磁性層２として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金などに比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。
また、前記ＰｔＭｎ合金に代えて、Ｘ−Ｍｎ（ただし、Ｘは、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓのうちから選択される１種の元素を示す。）の式で示される合金、あるいは、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎ（ただし、Ｘ’は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒのうちから選択される１種または２種以上の元素を示す。）の式で示される合金で形成されていてもよい。
【００３６】
また、前記ＰｔＭｎ合金および前記Ｘ−Ｍｎの式で示される合金において、ＰｔあるいはＸが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。
さらにまた、Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｘ’＋Ｐｔが３７〜６３原子％の範囲であることが望ましい。より好ましくは、４７〜５７原子％の範囲である。さらに、前記Ｘ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金としては、Ｘ’が０．２〜１０原子％の範囲であることが望ましい。
ただし、Ｘ’がＰｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｏｓの１種以上の場合は、Ｘ’は０．２〜４０原子％の範囲であることが望ましい。
前記反強磁性層２として、上記した適正な組成範囲の合金を使用し、これをアニール処理することで、大きな交換結合磁界を発生する反強磁性層２を得ることができる。とくに、ＰｔＭｎ合金であれば、８００（Ｏｅ）を越える交換結合磁界を有し、前記交換結合磁界を失うブロッキング温度が３８０℃と極めて高い優れた反強磁性層２を得ることができる。
【００３７】
前記固定磁性層３は、強磁性体の薄膜からなり、例えば、Ｃｏ、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、ＣｏＮｉ合金などで形成され、４０Å程度の厚さとされることが好ましい。
また、前記非磁性導電層４は、Ｃｕ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇなどに代表される非磁性体からなり、通常、２０〜４０Å程度の厚さに形成されている。
【００３８】
前記フリー磁性層５は、通常、８０Å程度の厚さとされ、前記固定磁性層３と同様の材質などで形成されることが好ましい。
非磁性導電層４を固定磁性層３とフリー磁性層５とで挟む構造の巨大磁気抵抗効果発生機構では、固定磁性層３とフリー磁性層５とを同種の材質で構成する方が、異種の材質で構成するよりも、伝導電子のスピン依存散乱以外の因子が生じる可能性が低く、より高い磁気抵抗効果を得ることが可能である。
【００３９】
前記ハードバイアス層６、６は、通常、３００Å程度の厚さとされ、Ｃｏ−Ｐｔ合金などで形成されることが好ましい。また、Ｃｏ−Ｐｔ合金以外に、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｔａ（コバルト−クロム−タンタル）合金で形成してもよい。
また、導電層８、８は、例えば、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｔａ、Ａｕなどで形成されることが好ましい。
さらに、前記バイアス導電層Ｂ１１は、前記導電層８、８と同様の材質などで形成されることが好ましい。
【００４０】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、前記反強磁性層２が、固定磁性層３に接して形成され、磁場中でアニール（熱処理）を施すことにより、反強磁性層２と固定磁性層３との界面にて、交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、例えば、図１に示すように、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１が図示Ｙ方向に固定されている。
【００４１】
また、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１は、前記ハードバイアス層６，６が、図示Ｘ１方向と反対方向に磁化されていることで、図１および図２に示すように、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられている。
そして、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆと、前記固定磁性層３の固定磁化Ｐ１とが直交する関係とされている。
【００４２】
このようなスピンバルブ型薄膜素子では、前記導電層８、８からフリー磁性層５、非磁性導電層４、固定磁性層３に検出電流ｉ１が与えられる。そして、図２に示すように、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１の方向と検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１の方向とが、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に対して、同じ方向（アシスト方向）となっている。
【００４３】
また、前記バイアス導電層Ｂ１１に与えられる前記検出電流ｉ１と同じ方向（図示Ｘ１と反対方向）の電流Ｂｉ２の電流磁界ＢＨｉ２は、図２に示すように、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に対して、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１および検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１の方向と反対方向となっている。
フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用するバイアス導電層Ｂ１１からの電流磁界ＢＨｉ２は、前記変動磁化Ｈｆ１に作用する前記静磁結合磁界Ｈｐ１と前記電流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントと同等程度の大きさとされることが好ましい。
また、バイアス導電層Ｂ１１からの電流磁界ＢＨｉ２の大きさは、バイアス導電層Ｂ１１の膜厚を変化させて抵抗を変えることによって変化する電流Ｂｉ２の強さによって調節されることが好ましい。
【００４４】
また、電流供給手段１５としては、前記検出電流ｉ１およびバイアス導電層Ｂ１１に与えられる電流Ｂｉ２として、適した電流を供給することができればどのような電流供給手段でもよく、特に限定されない。
【００４５】
このようなスピンバルブ型薄膜素子では、記録媒体から図１および図２に示す図示Ｙ方向に磁界が与えられると、フリー磁性層５の変動磁化は、図示Ｘ１方向と反対方向からＹ方向に変動する。このときの非磁性導電層４とフリー磁性層５との界面、および非磁性導電層４と固定磁性層３との界面で、スピンに依存した伝導電子の散乱が起こることにより、電気抵抗が変化し、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００４６】
このようなスピンバルブ型薄膜素子を製造するには、まず、下から下地層１、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性導電層４、フリー磁性層５、バイアス導電層Ｂ１１、保護層７を成膜し、成膜後の工程において、アニール（熱処理）を施す。
ここでのアニールは、１９０〜２９０℃程度の温度で行うことが好ましい。前記温度を１９０℃未満とした場合、反強磁性層２を形成するＸ−Ｍｎの式で示される合金あるいはＸ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金の規則化に支障をきたすため好ましくない。一方、２９０℃を越える温度とした場合、反強磁性層２以外の層に悪影響を与える恐れが生じる。
ついで、保護層７上にリフトオフレジストを形成し、前記リフトオフレジストに覆われていない部分をイオンミリングにより除去し、積層体とする。続いて、記録媒体との対向面側から見た前記積層体の両側に、ハードバイアス層６、６、導電層８、８を順次成膜し、前記リフトオフレジストを除去する。
さらに、電流供給手段１５と導電層８とを電気的に接続するとともに、前記導電層８とバイアス導電層Ｂ１１とを、前記導電層８からの検出電流ｉ１の方向と、バイアス導電層Ｂ１１に与えられる電流Ｂｉ２の方向とが同じ方向となるように接続する方法によって得られる。
【００４７】
このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ１１を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ１１に電流Ｂｉ２を印加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御することができる。
【００４８】
以下、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１と、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１、検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１、前記バイアス導電層Ｂ１１からの電流磁界ＢＨｉ２との関係について詳しく説明する。
フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向は、記録媒体からの洩れ磁界の他に、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１と、検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１と、前記バイアス導電層Ｂ１１に与えられる電流Ｂｉ２の電流磁界ＢＨｉ２により変動する。
【００４９】
固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１と検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１は、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１を、前記静磁結合磁界Ｈｐ１と前記電流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントの方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向けて、図２において符号Ｈｆａで示す方向に傾けようと作用する。
一方、バイアス導電層Ｂ１１からの電流磁界ＢＨｉ２は、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１を、前記静磁結合磁界Ｈｐ１および前記電流磁界Ｈｉ１の方向と反対方向（図示Ｙ方向）に向けようと作用する。
このため、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用する前記静磁結合磁界Ｈｐ１と前記電流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントは、バイアス導電層Ｂ１１からの電流磁界ＢＨｉ２によって打ち消される。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１は、前記静磁結合磁界Ｈｐ１と前記検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントの方向に傾かず、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられる。
【００５０】
このように、前記バイアス導電層Ｂ１１に電流Ｂｉ２を印加することにより、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１と検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ２を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向と直交する方向に揃えることができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００５１】
さらに、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用するバイアス導電層Ｂ１１からの電流磁界ＢＨｉ２を、前記静磁結合磁界Ｈｐ１と前記検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントと同等程度の大きさとすることで、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用する前記合成磁気モーメントを十分に打ち消すことができるとともに、バイアス導電層Ｂ１１からの電流磁界ＢＨｉ２が必要以上に大きくなり、変動磁化Ｈｆ１を前記電流磁界ＢＨｉ２の方向に傾けてしまうことを防止することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を、より確実にかつ簡単に固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向と直交する方向に揃えることができる。
【００５２】
また、バイアス導電層Ｂ１１からの電流磁界ＢＨｉ２の大きさを、バイアス導電層Ｂ１１に与えられる電流Ｂｉ２の強さや、バイアス層Ｂ１１の膜厚を変えて抵抗を変化させることにより電流Ｂｉ２の大きさを調節することで、前記電流磁界ＢＨｉ２とフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用する前記合成磁気モーメントとを、容易に同等程度の大きさとすることができる。
このため、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１を、容易に制御することができ、前記変動磁化Ｈｆ１の方向と固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向とを、簡単に直交する方向に揃えることができる。
【００５３】
さらにまた、このようなスピンバルブ型薄膜素子では、前記バイアス導電層Ｂ１１と前記導電層８とが直列に接続されているので、導電層８に印加される電流、すなわち検出電流ｉ１となる電流と、バイアス導電層Ｂ１１に印加される電流Ｂｉ２とを、一つの電流供給手段１５から供給することができ、別々の電流供給手段１５から供給されるもの比較して、前記電流供給手段１５を設ける手間が少なく、容易に製造することができるとともに、小型のスピンバルブ型薄膜素子を得ることができる。
【００５４】
また、反強磁性層２に、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金を用いたスピンバルブ型薄膜素子とすることで、前記反強磁性層２に従来から使用されているＮｉＯ合金、ＦｅＭｎ合金、ＮｉＭｎ合金などを用いたものと比較して、交換結合磁界が大きく、またブロッキング温度が高く、さらに耐食性に優れているなどの優れた特性を有するスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００５５】
さらに、Ｘ−Ｍｎの式で示される合金またはＸ’−Ｐｔ−Ｍｎの式で示される合金のＸまたはＸ’＋Ｐｔを３７〜６３原子％の好ましい範囲であるものとすることで、より一層良好な交換結合磁界を得ることができ、耐食性に優れたものが得られ、抵抗変化率をより向上させることができる。
【００５６】
本発明の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、上述したように、非磁性導電層４の厚さ方向上下に、固定磁性層３とフリー磁性層５をそれぞれ単層構造として設けたが、これらを複数構造としてもよい。
【００５７】
巨大磁気抵抗変化を示すメカニズムは、非磁性導電層４と固定磁性層３とフリー磁性層５との界面で生じる伝導電子のスピン依存散乱によるものである。Ｃｕなどからなる前記非磁性導電層４に対し、スピン依存散乱が大きな組み合わせとして、Ｃｏ層が例示できる。このため、固定磁性層３をＣｏ以外の材料で形成した場合、固定磁性層３の非磁性導電層４側の部分を図１の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層３ａで形成することが好ましい。また、フリー磁性層５をＣｏ以外の材料で形成した場合も固定磁性層３の場合と同様に、フリー磁性層５の非磁性導電層４側の部分を図１の２点鎖線で示すように薄いＣｏ層５ａで形成することが好ましい。
【００５８】
［第１の実施形態］
図３は、本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図であり、図４は、図３に示したスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が上述した基本形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図３および図４に示すように、バイアス導電層Ｂ１２が、反強磁性層２の固定磁性層３と反対側の面に絶縁層Ｇ１を介して形成されているところである。即ち、バイアス導電層Ｂ１２と固定磁性層３の間に反強磁性層２が形成されている。
前記絶縁層Ｇ１は、例えば、アルミナ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＡｌＮなどで形成されることが好ましい。
【００５９】
本発明の第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図４に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ１２とが導体１２Ｂによって直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイアス導電層Ｂ１２とに１８０度反対方向の電流が供給されるようになっている。
【００６０】
図４に示すスピンバルブ型薄膜素子においても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ１２を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ１２に電流Ｂｉ３を印加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御することができる。
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ１２に電流Ｂｉ３を印加することにより、図１および図２に示す基本形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１と検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ３を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ１の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１を、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向と直交する方向に揃えることができる。
【００６１】
さらに、図４に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、前記反強磁性層２とバイアス導電層Ｂ１２との間に絶縁層Ｇ１が設けられているので、シャントロスの発生を防ぐことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００６２】
［第１の参考形態］
図５は、本発明の参考となる第１の参考形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が上述した基本形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図５に示すように、バイアス導電層Ｂ１３とフリー磁性層５との間に絶縁層Ｇ２が設けられているところである。
【００６３】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図５に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ１２とが導体１２Ｃによって直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイアス導電層Ｂ１２とに同じ方向の電流が供給されるようになっている。
【００６４】
図５に示すスピンバルブ型薄膜素子においても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ１３を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ１３に電流Ｂｉ４を印加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御することができる。
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ１３に電流Ｂｉ４を印加することにより、図４に示す第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１と検出電流ｉ１の電流磁界Ｈｉ１との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ４を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ１の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１を、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向と直交する方向に揃えることができる。
【００６５】
さらに、図５に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、バイアス導電層Ｂ１３とフリー磁性層５との間に絶縁層Ｇ２が設けられているので、シャントロスが発生しない優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００６６】
［第２の実施形態］
図６は、本発明における第２の実施形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本発明の第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、図１〜図５に示したスピンバルブ型薄膜素子と、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向を逆にして形成したボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子である。
第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、図６に示すように、反強磁性層２の下に、前記反強磁性層２と接してバイアス導電層Ｂ２０が設けられている。即ち、バイアス導電層Ｂ２０と固定磁性層４の間に反強磁性層２が形成されている。
【００６７】
本発明の第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図６に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ２０とが直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８を介して、他の層よりも抵抗の低い非磁性導電層４とバイアス導電層Ｂ２０とに優先的に同じ方向の電流が供給されるようになっている。
【００６８】
このようなスピンバルブ型薄膜素子では、図６に示すように、フリー磁性層５に作用する固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２の方向と検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２の方向とが、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２に対して、異なる方向（アゲインスト方向）となっている。そして、前記静磁結合磁界Ｈｐ２が、前記電流磁界Ｈｉ２よりも大きくなっている。
【００６９】
また、前記バイアス導電層Ｂ２０に与えられる前記検出電流ｉ２と同じ方向（図示Ｘ１方向と反対方向）の電流Ｂｉ５の電流磁界ＢＨｉ５は、図６に示すように、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２に対して、固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２の方向と反対方向となっている。
フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２に与えられるバイアス導電層Ｂ２０からの電流磁界ＢＨｉ５は、前記変動磁化Ｈｆ２に作用する前記静磁結合磁界Ｈｐ２と前記検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２との合成磁気モーメントと同等程度の大きさとされることが好ましい。
また、バイアス導電層Ｂ２０からの電流磁界ＢＨｉ５の大きさは、バイアス導電層Ｂ２０に与えられる電流Ｂｉ５の強さや、バイアス導電層Ｂ２０の膜厚を変化させて抵抗を変えることにより電流Ｂｉ５を調節することによって調節されることが好ましい。
【００７０】
このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ２０を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ２０に電流Ｂｉ５を印加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向を制御することができる。
【００７１】
以下、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２と、固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２、検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２、前記バイアス導電層Ｂ２０からの電流磁界ＢＨｉ５との関係について詳しく説明する。
フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向は、記録媒体からの洩れ磁界の他に、固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２と、検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２と、前記バイアス導電層Ｂ２０に与えられる電流Ｂｉ５の電流磁界ＢＨｉ５により変動する。
【００７２】
固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２は、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、前記静磁結合磁界Ｈｐ２の方向（図示Ｙ方向）に向けて、図６において符号Ｈｆｂで示す方向に傾けようと作用する。
また、検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２は、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、前記静磁結合磁界Ｈｐ２と反対の方向（図示Ｙ方向と反対方向）に傾けようと作用する。
図６に示すスピンバルブ型薄膜素子では、前記静磁結合磁界Ｈｐ２が、前記電流磁界Ｈｉ２よりも大きくなっている。したがって、前記静磁結合磁界Ｈｐ２と前記電流磁界Ｈｉ２との合成磁気モーメントは、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、前記合成磁気モーメントの方向、すなわち前記静磁結合磁界Ｈｐ２の方向（図示Ｙ方向）に向けて、符号Ｈｆｂで示す方向に傾けようと作用する。
【００７３】
一方、バイアス導電層Ｂ２０からの電流磁界ＢＨｉ５は、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、前記合成磁気モーメントの方向と反対方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向けようと作用する。
このため、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２に作用する前記静磁結合磁界Ｈｐ２と前記電流磁界Ｈｉ２との合成磁気モーメントは、バイアス導電層Ｂ２０からの電流磁界ＢＨｉ５によって打ち消される。
したがって、変動磁化Ｈｆ２は、前記静磁結合磁界Ｈｐ２と前記検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２との合成磁気モーメントの方向に傾かず、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられる。
【００７４】
このように、前記バイアス導電層Ｂ２０に電流Ｂｉ５を印加することにより、固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２と検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ５を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ２の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、固定磁性層１３の固定磁化Ｐ２の方向と直交する方向に揃えることができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００７５】
また、前記バイアス導電層Ｂ２０が、反強磁性層２と接して形成されてなるスピンバルブ型薄膜素子とすることで、バイアス導電層Ｂ２０に電流を供給するための専用導電層を設ける必要がないため、容易に製造することができる。
【００７６】
［第３の実施形態］
図７は、本発明における第３の実施形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本発明の第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が上述した第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図７に示すように、反強磁性層２とバイアス導電層Ｂ２２との間に絶縁層Ｇ３が設けられているところである。
【００７７】
本発明の第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図７に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ２２とが導体１２Ｅによって直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイアス導電層Ｂ２２とに同じ方向の電流が供給されるようになっている。
【００７８】
図７に示すスピンバルブ型薄膜素子においても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ２２を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ２２に電流Ｂｉ７を印加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向を制御することができる。
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ２２に電流Ｂｉ７を印加することにより、図６に示す第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２と検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ７を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ２の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、固定磁性層１３の固定磁化Ｐ２の方向と直交する方向に揃えることができる。
【００７９】
さらに、図７に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、前記反強磁性層２とバイアス導電層Ｂ２２との間に絶縁層Ｇ３が設けられているので、シャントロスの発生を防ぐことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００８０】
［第２の参考形態］
図８は、本発明における第２の参考形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本発明の第２の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子が上述した第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図８に示すように、バイアス導電層Ｂ２３が、フリー磁性層５の非磁性導電層４と反対側の面に絶縁層Ｇ４を介して接形成されているところである。
【００８１】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図８に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ１２とが導体１２Ｆによって直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイアス導電層Ｂ２３とに１８０度反対方向の電流が供給されるようになっている。
【００８２】
図８に示すスピンバルブ型薄膜素子においても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ２３を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ２３に電流Ｂｉ８を印加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２の方向を制御することができる。
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ２３に電流Ｂｉ８を印加することにより、図８に示す本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、固定磁性層１３の静磁結合磁界Ｈｐ２と検出電流ｉ２の電流磁界Ｈｉ２との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ８を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ２の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ２を、固定磁性層１３の固定磁化Ｐ２の方向と直交する方向に揃えることができる。
【００８３】
さらに、図８に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、バイアス導電層Ｂ２３とフリー磁性層５との間に絶縁層Ｇ４が設けられているので、シャントロスを防ぐことができる。
【００８４】
［第３の参考形態］
図９は、本発明における第３の参考形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本発明の第３の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子は、上記の第２、第３の実施形態及び第２の参考形態と同様に、図１〜図５に示したスピンバルブ型薄膜素子と、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向を逆にして形成したボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が、上記の第１の実施形態のスピンバルブ型磁気素子と異なるところは、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３が、検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３よりも小さいところである。
【００８５】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図９に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ３１とが直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイアス導電層Ｂ３１とに同じ方向の電流が供給されるようになっている。
【００８６】
このようなスピンバルブ型薄膜素子では、図９に示すように、フリー磁性層５に作用する固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３の方向と検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３の方向とが、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３に対して、異なる方向（アゲインスト方向）となっている。そして、前記静磁結合磁界Ｈｐ３が、前記電流磁界Ｈｉ３よりも小さくなっている。
【００８７】
また、前記バイアス導電層Ｂ３１に与えられる前記検出電流ｉ３と同じ方向（図示Ｘ１方向と反対方向）の電流Ｂｉ１０の電流磁界ＢＨｉ１０は、図９に示すように、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３に対して、検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３と反対方向となっている。
フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３に与えられるバイアス導電層Ｂ３１からの電流磁界ＢＨｉ１０は、前記変動磁化Ｈｆ３に作用する前記静磁結合磁界Ｈｐ３と前記検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３との合成磁気モーメントと同等程度の大きさとされることが好ましい。
また、バイアス導電層Ｂ３１からの電流磁界ＢＨｉ１０の大きさは、バイアス導電層Ｂ３１に与えられる電流Ｂｉ１０の強さ、または、バイアス導電層Ｂ３１の膜厚を変化させて抵抗を変えることにより変化する電流Ｂｉ１０の強さによって調節されることが好ましい。
【００８８】
このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ３１を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ３１に電流Ｂｉ１０を印加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向を制御することができる。
【００８９】
以下、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３と、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３、検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３、前記バイアス導電層Ｂ３１からの電流磁界ＢＨｉ１０との関係について詳しく説明する。
フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向は、記録媒体からの洩れ磁界の他に、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３と、検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３と、前記バイアス導電層Ｂ３１に与えられる電流Ｂｉ１０の電流磁界ＢＨｉ１０により変動する。
【００９０】
検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３は、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３を、前記電流磁界Ｈｉ３の方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向けて、図９において符号Ｈｆｃで示す方向に傾けようと作用する。
また、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３は、前記変動磁化Ｈｆ３を、前記検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３と反対の方向（図示Ｙ方向）に傾けようと作用する。
図９に示すスピンバルブ型薄膜素子では、前記静磁結合磁界Ｈｐ３が、前記検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３よりも小さくなっている。したがって、前記静磁結合磁界Ｈｐ３と前記電流磁界Ｈｉ３の合成磁気モーメントは、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３を、前記合成磁気モーメントの方向、すなわち前記電流磁界Ｈｉ３の方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向けて、符号Ｈｆｃで示す方向に傾けようと作用する。
【００９１】
一方、バイアス導電層Ｂ３１からの電流磁界ＢＨｉ１０は、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３を、前記静磁結合磁界Ｈｐ３と前記検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３との合成磁気モーメントの方向と反対方向（図示Ｙ方向）に向けようと作用する。
このため、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３に作用する前記合成磁気モーメントは、バイアス導電層Ｂ３１からの電流磁界ＢＨｉ１０によって打ち消される。したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３は、前記合成磁気モーメントの方向に傾かず、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられる。
【００９２】
このように、前記バイアス導電層Ｂ３１に電流Ｂｉ１０を印加することにより、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３と検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１０を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ３の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３を、固定磁性層２３の固定磁化Ｐ３の方向と直交する方向に揃えることができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００９３】
［第４の参考形態］
図１０は、本発明における第４の参考形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が上述した第３の参考の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図１０に示すように、バイアス導電層Ｂ３２が、反強磁性層２の固定磁性層２３と反対側の面に絶縁層Ｇ５を介して形成されているところである。
【００９４】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図１０に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ３２とが導体１２Ｈによって直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイアス導電層Ｂ３２とに同じ方向の電流が供給されるようになっている。
【００９５】
図１０に示すスピンバルブ型薄膜素子においても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ３２を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ３２に電流Ｂｉ１１を印加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向を制御することができる。
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ３２に電流Ｂｉ１１を印加することにより、図９に示す第７の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３と検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１１を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ３の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３を、固定磁性層２３の固定磁化Ｐ３の方向と直交する方向に揃えることができる。
【００９６】
さらに、図１０に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、前記反強磁性層２とバイアス導電層Ｂ３２との間に絶縁層Ｇ５が設けられているので、シャントロスの発生を防ぐことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【００９７】
［第５の参考形態］
図１１は、本発明における第５の参考形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が上述した第３の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図１１に示すように、バイアス導電層Ｂ３３とフリー磁性層５との間に絶縁層Ｇ６が設けられているところである。
【００９８】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図１１に示すように、導電層８とバイアス導電層Ｂ３３とが導体１２Ｉによって直列に接続され、電流供給手段１５から導電層８を介して、非磁性導電層４とバイアス導電層Ｂ３３とに同じ方向の電流が供給されるようになっている。
【００９９】
図１１に示すスピンバルブ型薄膜素子においても、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ３３を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ３３に電流Ｂｉ１２を印加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３の方向を制御することができる。
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ３３に電流Ｂｉ１２を印加することにより、図９に示す第３の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、固定磁性層２３の静磁結合磁界Ｈｐ３と検出電流ｉ３の電流磁界Ｈｉ３との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１２を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ３の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ３を、固定磁性層２３の固定磁化Ｐ３の方向と直交する方向に揃えることができる。
【０１００】
さらに、図１１に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、バイアス導電層Ｂ３３とフリー磁性層５との間に絶縁層Ｇ６が設けられているので、シャントロスを防ぐことができる。
【０１０１】
［第４の実施形態］
図１７は、本発明における第４の実施形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本発明の第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が、図４に示す第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、導電層８からの検出電流ｉ４とバイアス導電層Ｂ６０に印加される電流Ｂｉ１３とが、別々の電流供給手段１６、１７から供給されているところである。
【０１０２】
図１７に示すスピンバルブ型薄膜素子も、前記フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ６０を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ６０に電流Ｂｉ１３を印加することにより、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向を制御することができる。
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ６０に電流Ｂｉ１３を印加することにより、図４に示す第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様に、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１と検出電流ｉ４の電流磁界Ｈｉ４との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１３を形成し、これによりフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ１の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１を、固定磁性層３の固定磁化Ｐ１の方向と直交する方向に揃えることができる。
【０１０３】
また、このスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層Ｂ６０に印可される電流Ｂｉ１３と検出電流Ｈｉ４とが、別々の電流供給手段１６、１７から供給されているので、バイアス導電層Ｂ６０に、前記検出電流Ｈｉ４と同じ方向の電流を印加する場合でも反対方向の電流を印加する場合でも、前記バイアス導電層Ｂ６０と前記電流供給手段１７とを接続する際の手間などに差が生じない。したがって、前記バイアス導電層Ｂ６０に印加される電流の方向を、前記検出電流Ｈｉ４の方向に係わらず、自由に設定することができる。
さらに、前記検出電流Ｈｉ４の大きさに影響を与えることなく、前記バイアス導電層Ｂ６０の電流Ｂｉ１３の大きさを自由に調節することができるため、固定磁性層３の静磁結合磁界Ｈｐ１や前記検出電流ｉ４の電流磁界Ｈｉ４によるフリー磁性層５の変動磁化Ｈｆ１の方向の傾きを、十分に制御することが可能である制御しうる範囲の広いスピンバルブ型薄膜素子を得ることができる。
【０１０４】
［本発明の別の基本形態］
図１２は、本発明の概念を説明するための別の基本形態であるのトップ型スピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造の例を示した断面図である。
この別の基本形態のトップ型スピンバルブ型薄膜素子は、図１に示した最初の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子の膜構成を逆にして形成したトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の一種である。ただし、固定磁性層の磁化方向が図１に示すスピンバルブ型薄膜素子と逆方向となっている。
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。
【０１０５】
図１２において、符号１２１は、基板Ｋ上に設けられている下地層を示している。この下地層１２１の上には、バイアス導電層Ｂ４０が形成され、前記バイアス導電層Ｂ４０の上には、フリー磁性層１２５が形成され、さらに前記フリー磁性層１２５の上には、非磁性導電層１２４が形成されている。この非磁性導電層１２４の上には、固定磁性層１２３が形成され、前記固定磁性層１２３の上には、反強磁性層１２２が形成されている。さらに、前記反強磁性層１２２の上には、保護層１２７が形成されている。
また、符号１２６、１２６は、ハードバイアス層を、符号１２８、１２８は、導電層を、符号１５は、電流供給手段を示している。
さらに、この別の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子では、導電層１２８とバイアス導電層Ｂ４０とが導体によって電気的に直列に接続されていることが望ましい。また、固定磁性層１２３の磁化方向は、Ｙ方向と反対方向に固定されている。
【０１０６】
この別の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１２１、バイアス導電層Ｂ４０、フリー磁性層１２５、非磁性導電層１２４、固定磁性層１２３、ハードバイアス層１２６、１２６、保護層１２７、導電層１２８、１２８の構成材料は、上述した最初の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子と同等とされる。また、反強磁性層１２２の構成材料も、上述した最初の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様とされるが、良好な交換結合磁界が得られる好ましい組成範囲が若干異なる。
【０１０７】
すなわち、反強磁性層１２２を形成するＸ−Ｍｎの式で示される合金において、Ｍｎは３７〜６３原子％の範囲とすることが好ましく、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界が得られる４２〜４７原子％の範囲とすることがより好ましい。
また、Ｘ’ーＰｔ−Ｍｎの式で示される合金においても、Ｍｎは３７〜６３原子％の範囲とすることが好ましく、５００（Ｏｅ）以上の交換結合磁界が得られる４２〜４７原子％の範囲とすることがより好ましい。
【０１０８】
この別の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子においても、前記フリー磁性層１２５の変動磁化の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ４０を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ４０に電流を印加することにより、フリー磁性層１２５の変動磁化の方向を制御することができる。
【０１０９】
図１２に示したスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層１２３の固定磁化の方向がＹ方向と反対方向に形成され、固定磁性層１２３の静磁結合磁界の方向と前記検出電流の電流磁界の方向とが同じ方向（アシスト方向）となっている場合、前記バイアス導電層Ｂ４０に前記検出電流と同一方向の電流を印加することにより、前記静磁結合磁界および前記検出電流の電流磁界の方向と反対方向の電流磁界を形成する。
【０１１０】
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ４０に電流を印加することにより、固定磁性層１２３の静磁結合磁界と検出電流の電流磁界との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界を形成し、これによりフリー磁性層１２５の変動磁化に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層１２５の変動磁化を、固定磁性層１２３の固定磁化の方向と直交する方向に揃えることができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０１１１】
また、図１２に示したトップ型のスピンバルブ型薄膜素子は、最初の基本形態の模式図を矢印Ａ方向、すなわち背面方向から見て、かつＺ方向に平行な上下を逆にした状態に等しくなる。
すなわち、基板の上にフリー磁性層、非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層の順に形成したトップ型のスピンバルブ型薄膜素子の模式図は、基板の上に反強磁性層、固定磁性層、非磁性導電層、フリー磁性層の順に形成したボトム型のスピンバルブ型薄膜素子の模式図を背面方向から見て、かつＺ方向に平行な上下を逆にした状態に等しくなるものである。
【０１１２】
したがって、図１２では、バイアス導電層Ｂ４０とフリー磁性層１２５との間に絶縁層は形成されていないが、第１の参考形態の図５に示す模式図を矢印Ａ方向、すなわち背面方向から見て、かつＺ方向に平行な上下を逆にした状態にして、フリー磁性層とバイアス導電層との間に絶縁層を形成してもよいし、また、第１の実施形態の図４に示す模式図を矢印Ａ方向、すなわち背面方向から見て、かつＺ方向に平行な上下を逆にした状態にして、バイアス導電層をフリー磁性層の側ではなく、反強磁性層の側に形成し、バイアス導電層と反強磁性層との間に絶縁層を形成してもよい。
【０１１３】
また、例えば、トップ型のスピンバルブ型薄膜素子において、固定磁性層１２３の静磁結合磁界の方向と前記検出電流の電流磁界の方向とが異なる方向（アゲインスト方向）であり、前記静磁結合磁界が前記電流磁界よりも大きい場合には、前記バイアス導電層Ｂ４０に前記検出電流と同じ方向の電流を印加することにより、前記静磁結合磁界の方向と反対方向の電流磁界を形成する。
【０１１４】
このようなトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の模式図は、ボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の第２の実施形態の図６に示す模式図、第３の実施形態の図７に示す模式図、第２の参考形態の図８に示す模式図を、矢印Ａ方向、すなわち背面方向から見て、かつＺ方向に平行な上下を逆にした状態に等しいものである。
【０１１５】
また、例えば、固定磁性層１２３の静磁結合磁界の方向と前記検出電流の電流磁界の方向とが異なる方向（アゲインスト方向）であり、前記静磁結合磁界が前記電流磁界よりも小さい場合、前記バイアス導電層Ｂ４０に前記検出電流と１８０度反対方向の電流を印加することにより、前記電流磁界の方向と反対方向の電流磁界を形成する。
【０１１６】
このようなトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の模式図は、ボトム型のシングルスピンバルブ型薄膜素子の第３の参考形態の図９に示す模式図、第４の参考形態の図１０に示す模式図、第５の参考形態の図１１に示す模式図を、矢印Ａ方向、すなわち背面方向から見て、かつＺ方向に平行な上下を逆にした状態に等しいものである。
【０１１７】
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ４０に電流を印加することにより、固定磁性層１２３の静磁結合磁界と検出電流の電流磁界との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界を形成し、これによりフリー磁性層１２５の変動磁化に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層１２５の変動磁化を、固定磁性層１２３の固定磁化の方向と直交する方向に揃えることができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０１１８】
本発明のトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、反強磁性層１２２またはフリー磁性層１２５とバイアス導電層Ｂ４０との間に絶縁層を設けることにより、シャントロスの発生を防ぐことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０１１９】
また、本発明のトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層Ｂ４０と前記導電層１２８とが、直列に接続されている場合、導電層１２８に印加される電流とバイアス導電層Ｂ４０に印加される電流とを、一つの電流供給手段１５から供給することができ、前記電流供給手段１５を設ける手間が少なく、容易に製造することができるスピンバルブ型薄膜素子を得ることができる。
【０１２０】
本発明のトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、図１２に示すように、前記バイアス導電層Ｂ４０を、反強磁性層１２２の固定磁性層１２３と反対側の面に形成したが、フリー磁性層１２５の非磁性導電層１２４と反対側の面に形成してもよい。即ち、バイアス導電層Ｂ４０と固定磁性層１２３の間に反強磁性層１２２を形成しても良い。
【０１２１】
また、本発明のトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層Ｂ４０に検出電流と同じ方向の電流を印加する場合には、バイアス導電層Ｂ４０と反強磁性層２とが接して形成されてなるスピンバルブ型薄膜素子としてもよい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とすることで、バイアス導電層に電流を供給するための専用導電層を形成する必要がないため、容易に製造することができる。
【０１２２】
さらにまた、本実施形態のトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子では、前記バイアス導電層Ｂ４０を、フリー磁性層１２５の非磁性導電層１２４と反対側の面に形成した場合、バイアス導電層Ｂ４０とフリー磁性層１２５との間に絶縁層が設けられていてもよい。
バイアス導電層Ｂ４０とフリー磁性層１２５との間に絶縁層を設けることで、直列または別回路とすることができ、シャントロスを防ぐことができる。
【０１２３】
さらにまた、図１２に示すトップ型のシングルスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層Ｂ４０と前記導電層１２８とが、別々の電流供給手段に接続されているものとしてもよい。
【０１２４】
このようなスピンバルブ型薄膜素子とした場合、バイアス導電層Ｂ４０に、前記検出電流と同じ方向の電流を印加する場合でも反対方向の電流を印加する場合でも、バイアス導電層Ｂ４０と前記電流供給手段とを接続する際の手間などに差が生じない。したがって、前記バイアス導電層Ｂ４０に印加される電流の方向を、前記検出電流の方向に係わらず、自由に設定することができる。
さらに、前記検出電流の大きさに影響を与えることなく、前記バイアス導電層Ｂ４０の電流の大きさを自由に調節することができるため、固定磁性層１２３の静磁結合磁界や前記検出電流の電流磁界によるフリー磁性層１２５の変動磁化の方向の傾きを、十分に制御することが可能である制御しうる範囲の広いスピンバルブ型薄膜素子を得ることができる。
【０１２５】
［第５の実施形態］
図１３は、本発明の第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層を中心として、その上下に非磁性導電層、固定磁性層、反強磁性層が１層ずつ形成された、いわゆるデュアルスピンバルブ型薄膜素子である。
このスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は、図示Ｚ方向であり、磁気記録媒体からの洩れ磁界の方向は、Ｙ方向である。
【０１２６】
図１３に示すスピンバルブ型薄膜素子は、基板Ｋ上に設けられ、下から下地層１４１、反強磁性層１４２、固定磁性層（下）１４３、非磁性導電層１４４、フリー磁性層１４５、非磁性導電層１４６、固定磁性層１４７（上）、反強磁性層１４８、バイアス導電層Ｂ５０、保護層１４９の順で積層されている。
なお、図１３に示すように下地層１４１から保護層１４９までの積層体の両側には、ハードバイアス層１３２、１３２と導電層１３３、１３３が形成されている。
また、符号１５は、電流供給手段を示している。
【０１２７】
さらに、本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図１４に示すように、導電層１３３とバイアス導電層Ｂ５０とが直列に接続され、電流供給手段１５から導電層１３３を介して、他の層よりも抵抗の低い非磁性導電層１４６とバイアス導電層Ｂ５０とに優先的に同じ方向の電流が供給されるようになっている。
【０１２８】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１４１、フリー磁性層１４５、非磁性導電層１４４、１４６、固定磁性層１４３、１４７、バイアス導電層Ｂ５０、反強磁性層１４２、１４８、ハードバイアス層１３２、保護層１４９、導電層１３３は、上述した実施形態のシングルスピンバルブ型薄膜素子と同様の材質などで形成されている。
【０１２９】
このスピンバルブ型薄膜素子において、前記固定磁性層１４３、１４７は、前記反強磁性層１４２、１４８と接して形成されることにより、前記固定磁性層１４３、１４７と反強磁性層１４２、１４８との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が発生し、前記固定磁性層１４３、１４７の固定磁化は、例えば、図示Ｙ方向に固定されている。
【０１３０】
また、前記ハードバイアス層１３２、１３２が図示Ｘ１方向と反対方向に磁化されていることで、前記フリー磁性層１４５の変動磁化が図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられている。
これにより、図１３および図１４に示すように、前記フリー磁性層１４５の変動磁化ＨＦ４と前記固定磁性層１４３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５とが直交する関係となっている。
【０１３１】
このようなスピンバルブ型薄膜素子では、図１４に示すように、固定磁性層１４３の静磁結合磁界Ｈｐ２０と固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０の方向とは、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に対して、同じ方向（図示Ｙ方向と反対方向）となっている。
また、検出電流ｉ１０、ｉ２０は、図示Ｘ１方向と反対方向とされている。そして、検出電流ｉ１０の電流磁界Ｈｉ１０と検出電流ｉ２０の電流磁界Ｈｉ２０の方向とは、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に対して、異なる方向となっている。
【０１３２】
また、前記バイアス導電層Ｂ５０に与えられる図示Ｘ１方向と反対方向の電流Ｂｉ１４の電流磁界ＢＨｉ１４は、図１４に示すように、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に対して、固定磁性層１４３および固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０の方向と反対方向（図示Ｙ方向）となっている。
前記フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用するバイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４は、前記変動磁化Ｈｆ４に作用する固定磁性層１４３の静磁結合磁界Ｈｐ２０と固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０との合成磁気モーメントと同等程度の大きさとされることが好ましい。
また、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４の大きさは、バイアス導電層Ｂ５０に与えられる電流Ｂｉ１４の強さによって調節されることが好ましい。
【０１３３】
前記導電層１３３からの検出電流ｉ１０と前記バイアス導電層Ｂ５０に与えられる電流Ｂｉ１４とは、図１４に示すように、直列に接続され、１つの電流供給手段１５から供給されている。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、導体１２Ｊおよび電流供給手段１５は、上述した実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と同様の導体および電流供給手段などが好ましく使用される。
【０１３４】
このようなスピンバルブ型薄膜素子では、ハードディスクなどの記録媒体からの洩れ磁界により、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられた前記フリー磁性層４５の変動磁化Ｈｆ４が変動すると、図示Ｙ方向に固定された固定磁性層１４３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【０１３５】
このようなスピンバルブ型薄膜素子は、前記フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ５０を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ５０に電流Ｂｉ１４を印加することにより、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方向を制御することができる。
【０１３６】
以下、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４と、固定磁性層１４３、１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０、検出電流ｉ１０、ｉ２０の電流磁界Ｈｉ１０、Ｈｉ２０、前記バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４との関係について詳しく説明する。
フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方向は、記録媒体からの洩れ磁界の他に、固定磁性層１４３、１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０と、検出電流ｉ１０、ｉ２０の電流磁界Ｈｉ１０、Ｈｉ２０と、前記バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４により変動する。
【０１３７】
固定磁性層１４３の静磁結合磁界Ｈｐ２０および固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０は、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、前記静磁結合磁界Ｈｐ１０および前記静磁結合磁界Ｈｐ２０の方向（図示Ｙ方向と反対方向）に向けて、図１４において符号Ｈｆｄで示す方向に傾けようと作用する。
また、検出電流ｉ１０の電流磁界Ｈｉ１０と検出電流ｉ２０の電流磁界Ｈｉ２０は、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に対して、それぞれ反対の方向に作用し、互いに打ち消し合う。このため、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方向に影響を与えないとみなされる。
【０１３８】
また、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４は、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、前記静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０の方向と反対方向（図示Ｙ方向）に向けようと作用する。
このため、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する前記静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０、すなわち静磁結合磁界Ｈｐ１０と静磁結合磁界Ｈｐ２０の合成磁気モーメントは、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４によって打ち消される。したがって、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４は、前記静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０の方向に傾かず、図示Ｘ１方向と反対方向に揃えられる。
【０１３９】
このように、前記バイアス導電層Ｂ５０に電流Ｂｉ１４を印加することにより、固定磁性層１４３の静磁結合磁界Ｈｐ２０と固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１４を形成し、これによりフリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する前記静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０を打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ４の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、固定磁性層１４３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５の方向と直交する方向に揃えることができ、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０１４０】
さらに、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用するバイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４を、前記変動磁化Ｈｆ４に作用する静磁結合磁界Ｈｐ１０と静磁結合磁界Ｈｐ２０との合成磁気モーメントと同等程度の大きさとすることで、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する前記合成磁気モーメントを十分に打ち消すことができるとともに、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４が必要以上に大きくなり、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４の方向に傾けてしまうことを防止することができる。
したがって、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４と固定磁性層１４３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５の方向とを、より確実にかつ簡単に直交する方向に揃えることができる。
【０１４１】
また、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４の大きさを、バイアス導電層Ｂ５０に与えられる電流Ｂｉ１４の強さによって調節することで、バイアス導電層Ｂ５０からの電流磁界ＢＨｉ１４とフリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する前記合成磁気モーメントとを、容易に同等程度の大きさとすることができる。
このため、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、容易に制御することができ、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４と固定磁性層１４３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５の方向とを、簡単に直交する方向に揃えることができる。
【０１４２】
さらにまた、このようなスピンバルブ型薄膜素子では、前記バイアス導電層Ｂ５０と前記導電層１３３とが直列に接続されているので、導電層１３３に印加される電流、すなわち検出電流ｉ１０となる電流と、バイアス導電層Ｂ５０に印加される電流Ｂｉ１４とを、一つの電流供給手段１５から供給することができ、前記電流供給手段１５を設ける手間が少なく、容易に製造することができる。
【０１４３】
また、このスピンバルブ型薄膜素子は、前記フリー磁性層１４５の厚さ方向両側に、各々非磁性導電層１４４、１４６と固定磁性層１４３、１４７と反強磁性層１４２、１４８とが形成されたデュアル構造とされてなるものであるので、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層の３層の組み合わせを２組有するものとなり、シングルスピンバルブ型薄膜素子と比較して、大きな△ＭＲ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
【０１４４】
また、前記バイアス導電層Ｂ５０が、反強磁性層１４８と接して形成されてなるスピンバルブ型薄膜素子とすることで、バイアス導電層に電流を供給するために専用の導電層を形成する必要がないため、容易に製造することができる。
【０１４５】
さらにまた、図１４に示す第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層Ｂ５０と前記導電層１３３とが、別々の電流供給手段に接続されているものとしてもよい。
このようなスピンバルブ型薄膜素子とした場合、バイアス導電層Ｂ５０に、前記検出電流ｉ１０、ｉ２０と同じ方向の電流Ｂｉ１４を印加する場合でも反対方向の電流を印加する場合でも、容易にバイアス導電層Ｂ５０と前記電流供給手段とを接続する際の手間などに差が生じない。
【０１４６】
したがって、前記バイアス導電層Ｂ５０に印加される電流の方向を、前記検出電流ｉ１０、ｉ２０の方向に係わらず、自由に設定することができる。
さらに、前記検出電流ｉ１０、ｉ２０の大きさに影響を与えることなく、前記バイアス導電層Ｂ５０の電流の大きさを、または、バイアス導電層Ｂ５０の膜厚を変化させて抵抗を変えることにより電流の大きさを自由に調節することができるため、固定磁性層１４３、１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０、Ｈｐ２０によるフリー磁性層１２５の変動磁化の方向の傾きを、十分に制御することが可能である制御しうる範囲の広いスピンバルブ型薄膜素子を得ることができる。
【０１４７】
［第６の実施形態］
図１５は、本発明における第６の実施形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本発明の第６の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が、図１４に示す第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図１５に示すように、反強磁性層１４８とバイアス導電層Ｂ５２との間に絶縁層Ｇ７が設けられているところである。
【０１４８】
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図１５に示すように、導電層１３３とバイアス導電層Ｂ５２とが導体１２Ｋによって直列に接続され、電流供給手段１５から導電層１３３を介して、非磁性導電層１４６とバイアス導電層Ｂ５２とに同じ方向の電流が供給されるようになっている。
【０１４９】
図１５に示すスピンバルブ型薄膜素子においても、前記フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ５２を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ５２に電流Ｂｉ１６を印加することにより、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方向を制御することができる。
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ５２に電流Ｂｉ１６を印加することにより、固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０と固定磁性層１４３の静磁結合磁界Ｈｐ２０との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１６を形成し、これによりフリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ４の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、固定磁性層１４３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５の方向と直交する方向に揃えることができる。
【０１５０】
さらに、図１５に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、前記反強磁性層１４８とバイアス導電層Ｂ５２との間に絶縁層Ｇ７が設けられているので、シャントロスの発生を防ぐことができる優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０１５１】
［第７の実施形態］
図１６は、本発明における第７の実施形態のスピンバルブ型磁気素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を示した模式図である。
本実施形態のスピンバルブ型薄膜素子が、図１４に示す第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子と異なるところは、図１６に示すように、バイアス導電層Ｂ３５が、反強磁性層１４２の固定磁性層１４３（下）と反対側の面に、絶縁層Ｇ８を介して形成されているところである。
【０１５２】
本発明の第７の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子では、図１６に示すように、導電層１３３とバイアス導電層Ｂ５３とが導体１２Ｌによって直列に接続され、電流供給手段１５から導電層１３３を介して、非磁性導電層１４４とバイアス導電層Ｂ５３とに１８０度反対方向の電流が供給されるようになっている。
【０１５３】
図１６に示すスピンバルブ型薄膜素子においても、前記フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方向を制御するためのバイアス導電層Ｂ５３を備えたものであるので、前記バイアス導電層Ｂ５３に電流Ｂｉ１７を印加することにより、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４の方向を制御することができる。
すなわち、前記バイアス導電層Ｂ５３に電流Ｂｉ１７を印加することにより、固定磁性層１４７の静磁結合磁界Ｈｐ１０と固定磁性層１４３の静磁結合磁界Ｈｐ２０との合成磁気モーメントと反対方向の電流磁界ＢＨｉ１７を形成し、これによりフリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４に作用する前記合成磁気モーメントを打ち消して、前記変動磁化Ｈｆ４の方向を制御することができる。
したがって、フリー磁性層１４５の変動磁化Ｈｆ４を、固定磁性層１４３、１４７の固定磁化Ｐ４、Ｐ５の方向と直交する方向に揃えることができる。
【０１５４】
さらに、図１６に示すスピンバルブ型薄膜素子においては、バイアス導電層Ｂ５３と反強磁性層１４２との間に絶縁層Ｇ８が設けられているので、シャントロスを防ぐことができる。
【０１５５】
次に、本発明の薄膜磁気へッドについて詳しく説明する。
図１８は、本発明の薄膜磁気ヘッドの一例を示した斜視図である。
この薄膜磁気ヘッドは、ハードディスク装置などの磁気記録媒体に搭載される浮上式のものである。この薄膜磁気ヘッドのスライダ２５１は、図１８において符号２３５で示す側がディスク面の移動方向の上流側に向くリーディング側で、符号２３６で示す側がトレーリング側である。このスライダ２５１のディスクに対向する面では、レール状のＡＢＳ面（エアーベアリング面：レール部の浮上面）２５１ａ、２５１ａ、２５１ｂと、エアーグルーブ２５１ｃ、２５１ｃとが形成されている。
そして、このスライダ２５１のトレーリング側の端面２５１ｄには、磁気コア部２５０が設けられている。
【０１５６】
この例で示す薄膜磁気ヘッドの磁気コア部２５０は、図１９および図２０に示す構造の複合型磁気ヘッドであり、スライダ２５１のトレーリング側端面２５１ｄ上に、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１と、インダクティブヘッド（書込ヘッド）ｈ２とが順に積層されて構成されている。
【０１５７】
この例のＭＲヘッドｈ１は、基板を兼ねるスライダ２５１のトレーリング側端部に形成された磁性合金からなる下部シールド層２５３上に、下部ギャップ層２５４が設けられている。そして、下部ギャップ層２５４上には、磁気抵抗効果素子層２４５が積層されている。この磁気抵抗効果素子層２４５上には、上部ギャップ層２５６が形成され、その上に上部シールド層２５７が形成されている。この上部シールド層２５７は、その上に設けられるインダクティブヘッドｈ２の下部コア層と兼用にされている。
このＭＲヘッドｈ１は、ハードディスクのディスクなどの磁気記録媒体からの微小の漏れ磁界の有無により、磁気抵抗効果素子層２４５の抵抗を変化させ、この抵抗変化を読み取ることで記録媒体の記録内容を読み取るものである。
【０１５８】
前記ＭＲヘッドｈ１に設けられている磁気抵抗効果素子層２４５には、上述したスピンバルブ型薄膜素子が備えられている。
前記スピンバルブ型薄膜素子は、薄膜磁気へッド（再生用ヘッド）を構成する最も重要なものである。
【０１５９】
また、インダクティブヘッドｈ２は、下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４が形成され、その上に平面的に螺旋状となるようにパターン化されたコイル層２６６が形成されている。前記コイル層２６６は、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂに囲まれている。第２絶縁材料層２６７Ｂの上に形成された上部コア層２６８は、ＡＢＳ面２５１ｂにて、その磁極端部２６８ａを下部コア層２５７に、磁気ギャップＧの厚みをあけて対向させ、図１９および図２０に示すように、その基端部２６８ｂを下部コア層２５７と磁気的に接続させて設けられている。
また、上部コア層２６８の上には、アルミナなどからなる保護層２６９が設けられている。
【０１６０】
このようなインダクティブヘッドｈ２では、コイル層２６６に記録電流が与えられ、コイル層２６６からコア層に記録電流が与えられる。そして、前記インダクティブヘッドｈ２は、磁気ギャップＧの部分での下部コア層２５７と上部コア層２６８の先端部からの漏れ磁界により、ハードディスクなどの磁気記録媒体に磁気信号を記録するものである。
【０１６１】
本発明の薄膜磁気へッドを製造するには、まず、図１９に示す磁性材料製の下部シールド層２５３上に下部ギャップ層２５４を形成した後、磁気抵抗効果素子層２５４を形成する前記スピンバルブ型薄膜素子を成膜する。その後、前記スピンバルブ型薄膜素子の上に、上部ギヤップ層２５６を介して上部シールド層２５７を形成すると、ＭＲヘッド（読出ヘッド）ｈ１が完成する。
続いて、前記ＭＲヘッドｈ１の上部シールド層２５７と兼用である下部コア層２５７の上に、ギャップ層２６４を形成し、その上に螺旋状のコイル層２６６を、第１の絶縁材料層２６７Ａおよび第２の絶縁材料層２６７Ｂで囲むように形成する。さらに、第２絶縁材料層２６７Ｂの上に上部コア層２６８を形成し、上部コア層２６８の上に、保護層２６９を設けることによって薄膜磁気へッドとされる。
【０１６２】
このような薄膜磁気へッドは、上述したスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなる薄膜磁気へッドであるので、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さい薄膜磁気へッドとなる。
【０１６３】
なお、薄膜磁気ヘッドのスライダ部分の構成およびインダクティブヘッドの構成は、図１８〜図２０に示すものに限定されず、その他の種々の構造のスライダおよびインダクティブヘッドを採用することができるのは勿論である。
【０１６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のスピンバルブ型薄膜素子は、フリー磁性層の変動磁化方向を制御するためのバイアス導電層を備えたものであるので、前記バイアス導電層に電流を印加することにより、フリー磁性層の変動磁化の方向を制御することができる。
すなわち、フリー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の静磁結合磁界や前記検出電流の電流磁界を、前記バイアス導電層の電流磁界により打ち消して、フリー磁性層の変動磁化の方向を制御することができるため、耐熱性、信頼性が良好で、アシンメトリーの小さい優れたスピンバルブ型薄膜素子とすることができる。
【０１６５】
また、上記のスピンバルブ型薄膜素子においては、前記フリー磁性層の厚さ方向両側に、各々非磁性導電層と固定磁性層と反強磁性層とが形成されたデュアル構造とされてなるものとすることで、フリー磁性層／非磁性導電層／固定磁性層の３層の組み合わせを２組有するものとなり、シングルスピンバルブ型薄膜素子と比較して、大きな△ＭＲ（抵抗変化率）が得られ、高密度記録化に対応できるものとすることができる。
【０１６６】
さらに、前記バイアス導電層に電流を印加して、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層の静磁結合磁界と前記検出電流の電流磁界との合成磁化モーメントの方向と、反対方向の電流磁界が形成されてなるものとすることで、フリー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える前記静磁結合磁界と前記電流磁界との合成磁化モーメントを、前記合成磁化モーメントと反対方向となるように形成された前記バイアス導電層の電流磁界により打ち消して、フリー磁性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正することができる。
【０１６７】
また、上記のデュアル型構造とされたスピンバルブ型薄膜素子においては、前記バイアス導電層に電流を印加して、フリー磁性層の変動磁化に作用する前記固定磁性層の静磁結合磁界の方向と反対方向の電流磁界が形成されてなるものとすることで、フリー磁性層の変動磁化の方向に影響を与える固定磁性層の静磁結合磁界を、前記静磁結合磁界と反対方向となるように形成された前記バイアス導電層の電流磁界により打ち消して、フリー磁性層の変動磁化の方向を所望の方向に補正することができる。
【０１６８】
さらにまた、本発明の薄膜磁気ヘッドは、上記のスピンバルブ型薄膜素子が備えられてなるものであるので、耐熱性、信頼性に優れ、アシンメトリーの小さい薄膜磁気へッドとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２】   図１に示したスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図３】   本発明における第１の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図４】   図３に示したスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図５】   第１の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図６】   本発明における第２の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図７】   本発明における第３の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図８】   第２の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図９】   第３の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図１０】   第４の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図１１】   第５の参考形態のスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図１２】   本発明の別の基本形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図１３】   本発明における第５の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図１４】   図１３に示したスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図１５】   本発明における第６の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図１６】   本発明における第７の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図１７】   本発明における第４の実施形態のスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層とバイアス導電層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図１８】   薄膜磁気ヘッドの一例を示す斜視図である。
【図１９】   図１８に示した薄膜磁気ヘッドの磁気コア部を示した断面図である。
【図２０】   図１９に示した薄膜磁気ヘッドを示した概略斜視図である。
【図２１】   従来のスピンバルブ型薄膜素子の一例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２２】   図２１に示したスピンバルブ型薄膜素子において、固定磁性層の静磁結合磁界と検出電流の電流磁界の方向とが同じ方向である場合の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図２３】   図２１に示したスピンバルブ型薄膜素子において、固定磁性層の静磁結合磁界と検出電流の電流磁界の方向とが異なる方向であり、静磁結合磁界が電流磁界よりも大きい場合の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図２４】   図２１に示したスピンバルブ型薄膜素子において、固定磁性層の静磁結合磁界と検出電流の電流磁界の方向とが異なる方向であり、静磁結合磁界が電流磁界よりも小さい場合の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図２５】   従来のスピンバルブ型薄膜素子の他の例を記録媒体との対向面側から見た場合の構造を示した断面図である。
【図２６】   図２５に示したスピンバルブ型薄膜素子の固定磁性層と非磁性導電層とフリー磁性層の磁化方向を説明するための模式図である。
【図２７】   再生波形を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１、１０、４１、１２１、１４１  下地層
２、２０、４２、４８、１２２、１４２、１４８  反強磁性層
３、１３、２３、３０、１２３  固定磁性層
４３、１４３  固定磁性層（下）
４７、１４７  固定磁性層（上）
４、４０、４４、４６、１２４、１４４、１４６  非磁性導電層
５、４５、５０、１２５、１４５  フリー磁性層
７、４９、７０、１２７、１４９  保護層
６、３２、６０、１２６、１３２  ハードバイアス層
８、３３、８０、１２８、１３３  導電層
Ｈｆ１、Ｈｆ２、Ｈｆ３、Ｈｆ４、Ｈｆａ、Ｈｆｂ、Ｈｆｃ、Ｈｆｄ  変動磁化
Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ２０、Ｂ２２、Ｂ２３、Ｂ３１、Ｂ３２、Ｂ３３、Ｂ４０、Ｂ５０、Ｂ５２、Ｂ５３、Ｂ６０  バイアス導電層
Ｂｉ２、Ｂｉ３、Ｂｉ４、Ｂｉ５、Ｂｉ７、Ｂｉ８、Ｂｉ１０、Ｂｉ１１、
Ｂｉ１２、Ｂｉ１３、Ｂｉ１４、Ｂｉ１６、Ｂｉ１７  電流
ｉ１、ｉ２、ｉ３、ｉ４、ｉ１０、ｉ２０  検出電流
Ｈｐ１、Ｈｐ２、Ｈｐ３、Ｈｐ１０、Ｈｐ２０  静磁結合磁界
ＢＨｉ２、ＢＨｉ３、ＢＨｉ４、ＢＨｉ５、ＢＨｉ７、ＢＨｉ８、ＢＨｉ１０、ＢＨｉ１１、ＢＨｉ１２、ＢＨｉ１３、ＢＨｉ１４、ＢＨｉ１６、ＢＨｉ１７、Ｈｉ１、Ｈｉ２、Ｈｉ３、Ｈｉ１０、Ｈｉ２０  電流磁界
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５  固定磁化
Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ７、Ｇ８  絶縁層
１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｈ、１２Ｉ、１２Ｋ、１２Ｌ  導体
Ｋ  基板
１５、１６、１７  電流供給手段
【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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