專利名稱：磁阻效應(yīng)元件、磁頭、磁記錄再生裝置以及磁存儲(chǔ)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相對(duì)膜面以垂直方向通過電流的構(gòu)造的磁阻效應(yīng)元件以及使用了該元件的磁頭、磁記錄再生裝置以及磁存儲(chǔ)器。
背景技術(shù)：
隨著磁性體的疊層構(gòu)造體中的巨磁阻效應(yīng)(GMR)的發(fā)現(xiàn)，磁器件的性能正在飛速地提高。特別是，自旋閥膜(SV膜)由于具有能夠容易地適用于磁器件的構(gòu)造，能夠有效地發(fā)揮GMR效應(yīng)，因此給磁頭以及MRAM(磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等磁器件帶來了非常大的技術(shù)進(jìn)步。
所謂“自旋閥膜”指的是一種疊層膜，具有把非磁性金屬隔離層夾在2個(gè)強(qiáng)磁性層之間的構(gòu)造，用反強(qiáng)磁性層等把一方的強(qiáng)磁性層(稱為“被釘扎層”或者“磁化固定層”等)的磁化固定，使另一方的強(qiáng)磁性層(稱為“自由層”或者“磁化自由層”等)的磁化根據(jù)外部磁場(chǎng)(例如介質(zhì)磁場(chǎng))進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在自旋閥膜中，通過被釘扎層與自由層的磁化方向的相對(duì)角度發(fā)生變化，可以得到巨大的電阻變化。
以往的自旋閥膜是相對(duì)膜面平行地通過讀出電流的CIP(面內(nèi)電流)-GMR元件。近年來，由于發(fā)現(xiàn)比CIP-GMR元件更大的GMR效應(yīng)，因此以相對(duì)膜面大致垂直的方向通過讀出電流的CPP(電流垂直于膜面)-GMR元件(以下，稱為“CPP元件”)正在引起關(guān)注。
CPP元件在磁器件越來越細(xì)微的傾向下能夠有利地適用。其中，使用了由非磁性金屬構(gòu)成的隔離層的CPP元件由于電阻變化量非常小，因此難以得到很大的再生輸出信號(hào)。
另外，還提出了使用在絕緣層中形成由貫通該層的非磁性金屬構(gòu)成的微細(xì)電流通路(電流狹窄部)的隔離層的CPP元件。這種CPP元件顯示出電流狹窄[CCP(限流路徑)]效應(yīng)，與使用了非磁性金屬隔離層的單純的CPP元件相比較能夠得到更大的再生輸出信號(hào)(以下，稱為CCP-CPP元件)。然而，在考慮了與高記錄密度相對(duì)應(yīng)的磁頭應(yīng)用的情況下，即使是CCP-CPP元件也有可能其MR變化率不足。
作為實(shí)現(xiàn)能夠與高記錄密度相對(duì)應(yīng)的巨大的MR變化率的構(gòu)造，還提出了使用由金屬磁性材料構(gòu)成了氧化物層中的電流狹窄部的隔離層，并且利用BMR(彈道磁阻)效應(yīng)的元件(以下，稱為BMR元件)(例如，參照特開2003-204095號(hào)公報(bào))。
但是，如果要在氧化物薄膜中形成達(dá)到彈道輸運(yùn)的微細(xì)構(gòu)造，則可以預(yù)想各種各樣的問題。例如，為了彈道輸運(yùn)必須把電流通道減小到小于等于1nm，這種情況下電阻非常高。如果設(shè)想高密度記錄，則由于電阻的上升對(duì)于高頻響應(yīng)帶來惡劣影響因此并不理想。雖然也考慮通過形成大量的微小的金屬通道成為并聯(lián)接觸狀態(tài)來減少電阻，然而在大于等于500Gbpsi的記錄密度下，元件尺寸是一邊小于等于60nm，因此在這種微小的元件區(qū)域中制作具有大量微小金屬通道的構(gòu)造極其困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，具有磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定的第1磁性層；磁化方向根據(jù)外部磁場(chǎng)變化的第2磁性層；設(shè)置在上述第1磁性層與上述第2磁性層之間的磁性隔離層；和相對(duì)于包含上述第1磁性層、磁性隔離層以及第2磁性層的疊層膜的膜面垂直地通過電流的電極，其中，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，在上述磁性隔離層中，在從接近上述第1磁性層的區(qū)域到接近上述第2磁性層的區(qū)域之間，自旋方向成為扭曲大約90°的狀態(tài)。
本發(fā)明還提供一種磁阻效應(yīng)元件，具有磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定的第1磁性層；磁化方向根據(jù)外部磁場(chǎng)變化的第2磁性層；設(shè)置在上述第1磁性層與上述第2磁性層之間、并且具有磁性氧化物和貫通該磁性氧化物的橋接部分的磁性隔離層，其中，上述磁性氧化物具有反強(qiáng)磁性自旋排列，上述橋接部分用金屬磁性材料形成；和相對(duì)于包含上述第1磁性層、磁性隔離層以及第2磁性層的疊層膜的膜面垂直地通過電流的電極，其中，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，在上述磁性隔離層中，在從接近上述第1磁性層的區(qū)域到接近上述第2磁性層的區(qū)域之間，自旋方向成為扭曲大約90°的狀態(tài)。
本發(fā)明還提供一種磁阻效應(yīng)元件，具有磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定的第1磁性層；磁化方向根據(jù)外部磁場(chǎng)變化的第2磁性層；設(shè)置在上述第1磁性層與上述第2磁性層之間的磁性隔離層；使上述第2磁性層的磁化方向偏置的偏置層；和相對(duì)于包含上述第1磁性層、磁性隔離層以及第2磁性層的疊層膜的膜面垂直地通過電流的電極，其中，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，在上述磁性隔離層中，在從接近上述第1磁性層的區(qū)域到接近上述第2磁性層的區(qū)域之間，自旋方向成為扭曲大約90°的狀態(tài)。
本發(fā)明一個(gè)形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件具有實(shí)質(zhì)上固定了磁化方向的第1磁性層、與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)磁化方向發(fā)生變化的第2磁性層、設(shè)置在上述第1磁性層與上述第2磁性層之間的磁性隔離層、對(duì)于包括上述第1磁性層、磁性隔離層以及第2磁性層的疊層膜的膜面垂直地通過電流的電極，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，上述第1磁性層的磁化方向與上述第2磁性層的磁化方向大致正交。
本發(fā)明另一個(gè)形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件具有實(shí)質(zhì)上磁化方向固定的第1磁性層、與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)磁化方向發(fā)生變化的第2磁性層、設(shè)置在上述第1磁性層與上述第2磁性層之間的具有以反強(qiáng)磁性自旋排列的磁性氧化物和由貫通該磁性氧化物的金屬強(qiáng)磁性材料形成的橋接部分的磁性隔離層、對(duì)于包括上述第1磁性層、磁性隔離層以及第2磁性層的疊層膜的膜面垂直地通過電流的電極，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，上述第1磁性層的磁化方向與上述第2磁性層的磁化方向大致正交。
本發(fā)明另一個(gè)形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件具有實(shí)質(zhì)上磁化方向固定的第1磁性層、與外部磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)磁化方向發(fā)生變化的第2磁性層、設(shè)置在上述第1磁性層與上述第2磁性層之間的磁性隔離層、偏置上述第2磁性層的磁化方向的偏置層、對(duì)于包括上述第1磁性層、磁性隔離層以及第2磁性層的疊層膜的膜面垂直地通過電流的電極，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，上述第1磁性層的磁化方向與上述第2磁性層的磁化方向大致正交。
本發(fā)明的磁頭具備上述的磁阻效應(yīng)元件。本發(fā)明的磁記錄再生裝置具備磁記錄介質(zhì)和上述的磁頭。本發(fā)明的磁存儲(chǔ)器具備上述的磁阻效應(yīng)元件。


圖1是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的主要部分的斜視圖。
圖2A-2C表示圖1的磁性隔離層中的自旋方向。
圖3A-3C表示本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的磁性隔離層中的自旋方向。
圖4是表示本發(fā)明另一實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的磁性隔離層的斜視圖。
圖5A-5C表示圖4的磁性隔離層中的自旋方向。
圖6是表示本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的主要部分的斜視圖。
圖7A-7C表示圖6的磁性隔離層中的自旋方向。
圖8是表示本發(fā)明實(shí)施例1的磁阻效應(yīng)元件的斜視圖。
圖9A以及9B是表示本發(fā)明實(shí)施例1的磁阻效應(yīng)元件的磁性隔離層的剖面的透射型電子顯微鏡(TEM)照片。
圖10是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁頭的剖面圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁頭的剖面圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁記錄再生裝置的斜視圖。
圖13是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁頭組件的斜視圖。
圖14表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器的矩陣結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。
圖15表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器的矩陣結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子。
圖16是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器的主要部分的剖面圖。
圖17是沿著圖16的A-A’線的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
關(guān)于以往的BMR元件，不明確根據(jù)BMR效果可以得到高M(jìn)R變化率的物理原因，處于議論BMR效果的真?zhèn)蔚臓顩r。本發(fā)明者們物理地考察了在經(jīng)過具有由納米級(jí)的磁性材料構(gòu)成的電流狹窄部的隔離層結(jié)合了2個(gè)磁性層時(shí)產(chǎn)生巨大的MR變化率的現(xiàn)象的結(jié)果，得到彈道輸運(yùn)不是原因，而對(duì)于電流通道易于垂直地產(chǎn)生磁壁才是原因的結(jié)論。如果基于這樣的原因，則發(fā)現(xiàn)為了得到高M(jìn)R變化率，在隔離層的盡可能寬的區(qū)域中實(shí)現(xiàn)自旋扭曲的狀態(tài)，在這樣的區(qū)域中流過電流在本質(zhì)上是重要的。而且，由于可以既不必考慮彈道輸運(yùn)也不必形成小于等于1nm的微小的磁性金屬通道，因此能夠抑制電阻上升。從而，如果能夠在磁阻效應(yīng)元件的隔離層中的寬闊區(qū)域中使自旋扭曲，則可以得到高M(jìn)R變換率，可以期待與高密度化對(duì)應(yīng)。但是，在磁阻效應(yīng)元件的隔離層中的寬闊的區(qū)域中很難實(shí)現(xiàn)自旋扭曲的狀態(tài)。本發(fā)明者們通過解決這一點(diǎn)，達(dá)到了本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件。
圖1是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的主要部分的斜視圖。該磁阻效應(yīng)元件包括由反強(qiáng)磁性材料或者硬磁性材料形成的釘扎層1、被釘扎層(第1磁性層)2、磁性隔離層3、自由層(第2磁性層)4的疊層膜。通過釘扎層1使被釘扎層2的磁化方向?qū)嵸|(zhì)上被固定。這里，所謂“實(shí)質(zhì)上磁化方向固定”意味著即使加入可以檢測(cè)程度的強(qiáng)度的外部磁場(chǎng)磁化方向也不發(fā)生變化。
參照?qǐng)D2A～圖2C，說明圖1的磁阻效應(yīng)元件的磁性隔離層3中的自旋方向。
如圖2A所示，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，在磁性隔離層3中，在從接近被釘扎層2的區(qū)域到接近自由層4的區(qū)域之間，自旋方向成為扭曲大約90°的狀態(tài)。其結(jié)果，能夠使自由層4的磁化方向?qū)τ诒会斣鷮?的磁化方向大致正交。
如果加入外部磁場(chǎng)，則如圖2B以及圖2C所示，磁性隔離層3中的磁化方向發(fā)生變化。例如，當(dāng)加入了右朝向(+)的外部磁場(chǎng)時(shí)，如圖2B所示，消除磁性隔離層3中的自旋的扭曲，由流過磁性隔離層3的電流產(chǎn)生的電阻降低。另一方面，當(dāng)加入了左朝向(-)的外部磁場(chǎng)時(shí)，如圖2C所示，成為磁性隔離層3中的自旋的扭曲增大的狀態(tài)，被釘扎層2與自由層4的磁化排列成為反平行狀態(tài)，由流過磁性隔離層3的電流產(chǎn)生的電阻升高。這樣，由于能夠根據(jù)外部磁場(chǎng)使磁性隔離層3中的自旋的扭曲發(fā)生變化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)大MR變化率。
在本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的磁性隔離層中，圖2所示那樣的自旋的扭曲狀態(tài)的結(jié)構(gòu)大致劃分可以舉出三種。
(1)作為第1結(jié)構(gòu)，可以舉出用具有反強(qiáng)磁性自旋排列的磁性材料形成磁性隔離層3。
在把納米級(jí)的FeCo系列磁性氧化物夾在2層磁性層之間形成疊層膜的情況下，如果使磁性氧化物形成時(shí)的氧暴露量增大，則可知上下磁性層之間的磁耦合為60°耦合、90°耦合那樣發(fā)生扭曲(H.Fukuzawa et al.，J.Appl.Phys.91，6684(2002))。另外，該論文以磁化固定把氧化物層夾在中間的上下磁性層用作被釘扎層為前提。而即使在把磁性隔離層3夾在中間的上下磁性層中，把一方用作為根據(jù)外部磁場(chǎng)，磁化方向發(fā)生變化的自由層，把另一方用作為固定了磁化方向的被釘扎層的情況下，如果能夠適宜地使用上述的現(xiàn)象，則也能夠?qū)崿F(xiàn)圖2A所示那樣的自旋扭曲。
如圖3所示，在用具有反強(qiáng)磁性自旋排列的磁性材料形成的磁性隔離層3中，如果圖3A所示那樣具有反強(qiáng)磁性的自旋排列的區(qū)域與圖3B所示那樣具有強(qiáng)磁性的自旋排列的區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)，則作為兩者的合成能夠?qū)崿F(xiàn)圖3C所示那樣的磁性隔離層3中的自旋的扭曲。這里，作為產(chǎn)生具有反強(qiáng)磁性的自旋排列的區(qū)域和具有強(qiáng)磁性的自旋排列的區(qū)域的原因，可以舉出原子層水平的凹凸不平。更具體地講，具有偶數(shù)原子層數(shù)的區(qū)域成為具有反強(qiáng)磁性的自旋排列的區(qū)域，具有奇數(shù)原子層數(shù)的區(qū)域成為具有強(qiáng)磁性的自旋排列的區(qū)域。這種情況下，當(dāng)反強(qiáng)磁性耦合成分與強(qiáng)制性耦合成分相等時(shí)，如圖3C所示，自由層的磁化方向?qū)τ诒会斣鷮拥拇呕较蚺で?0°。在強(qiáng)磁性耦合成分大于反強(qiáng)磁性耦合成分的情況下，自旋扭曲的角度例如能夠調(diào)整為60°或者30°。
(2)作為第2結(jié)構(gòu)，如圖4所示，可以舉出使用具有反強(qiáng)磁性自旋排列的磁性氧化物6和用貫通該磁性氧化物6的金屬強(qiáng)磁性材料形成的橋接部分7的磁性隔離層5。
在能夠不產(chǎn)生膜厚的凹凸不平而完全平坦地形成磁性隔離層的情況下，磁性隔離層的磁耦合根據(jù)原子層數(shù)決定是強(qiáng)磁性層耦合還是反強(qiáng)磁性耦合，不產(chǎn)生圖3A以及B那樣的強(qiáng)磁性與反強(qiáng)磁性的競(jìng)爭(zhēng)。
因此，在圖4所示的磁性隔離層5中，在磁性氧化物6中使用反強(qiáng)磁性材料，沒有凹凸不平地形成為其膜厚成為偶數(shù)原子層，同時(shí)，形成用貫通磁性氧化物6的金屬強(qiáng)磁性材料形成了的橋接部分7。
在該磁性隔離層5中，磁性氧化物6產(chǎn)生出圖5A所示那樣的反強(qiáng)磁性耦合成分，橋接部分7產(chǎn)生出圖5B所示那樣的強(qiáng)磁性耦合成分。從而，通過適宜地調(diào)整橋接部分7的大小以及個(gè)數(shù)(密度)，能夠產(chǎn)生圖5C所示那樣的自旋扭曲。
(3)作為第3結(jié)構(gòu)，如圖6所示，可以舉出使用釘扎層1、被釘扎層(第1磁性層)2、磁性隔離層8、自由層(第2磁性層)4、偏置層9的疊層膜。
在該結(jié)構(gòu)中，用強(qiáng)磁性材料形成磁性隔離層8，在磁性隔離層8中形成強(qiáng)磁性的自旋排列。但是，由于原本自由層4的磁化方向與被釘扎層2的磁化方向相同，因此設(shè)置偏置層9使得自由層4的磁化方向?qū)τ诒会斣鷮?的磁化方向大致正交。這樣，在被釘扎層2、磁性隔離層8以及自由層4中全部使用強(qiáng)磁性材料，能夠產(chǎn)生自旋的扭曲，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，能夠使自由層4的磁化方向?qū)τ诒会斣鷮?的磁化方向大致正交(圖7A圖示)。另外，自由層4的偏置磁場(chǎng)需要比固定被釘扎層2的磁化的釘扎磁場(chǎng)弱。這是因?yàn)槿绻粷M足該條件，則當(dāng)施加了外部磁場(chǎng)時(shí)，不產(chǎn)生自由層4的磁化旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)施加了右朝向(+)的外部磁場(chǎng)時(shí)，如圖7B所示，消除了磁性隔離層8中的自旋的扭曲，由流過磁性隔離層8的電流產(chǎn)生的電阻降低。另一方面，當(dāng)施加了左朝向(-)的外部磁場(chǎng)時(shí)，如圖7C所示，成為磁性隔離層8中的自旋的扭曲增大的狀態(tài)，被釘扎層2與自由層4的磁化排列成為反平行狀態(tài)，由流過磁性隔離層8的電流產(chǎn)生的電阻升高。這樣，由于能夠根據(jù)外部磁場(chǎng)使磁性隔離層8中的自旋的扭曲發(fā)生變化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)大的MR變化率。
根據(jù)以上那樣的(1)～(3)的結(jié)構(gòu)，在垂直通電型的磁阻效應(yīng)元件中，在被釘扎層與自由層之間的磁性隔離層中發(fā)生自旋的扭曲，使得當(dāng)施加了外部磁場(chǎng)時(shí)，磁性隔離層中的自旋的扭曲狀態(tài)發(fā)生變化，根據(jù)通過磁性隔離層的電流能夠?qū)崿F(xiàn)充分高的MR變化率。進(jìn)而，通過使用具有這種高M(jìn)R變化率的磁阻效應(yīng)元件，能夠提供可以與高記錄密度相對(duì)應(yīng)的磁頭以及磁記錄再生裝置或者磁存儲(chǔ)器。
另外，在上述的(1)～(3)的結(jié)構(gòu)中，在(1)以及(2)的結(jié)構(gòu)中，還具有有時(shí)不需要用于把自由層單磁疇化的偏置構(gòu)造這樣的優(yōu)點(diǎn)。即，在(1)以及(2)的結(jié)構(gòu)中，通過把磁性隔離層夾在中間的被釘扎層與自由層的弱磁耦合能夠?qū)崿F(xiàn)自偏置機(jī)構(gòu)。從而，在把本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件適用于磁頭或者磁存儲(chǔ)器中的情況下器件構(gòu)造非常簡(jiǎn)單，能夠避免電流向硬偏置膜漏泄的問題或者由于使用instack偏置構(gòu)造那樣的復(fù)雜構(gòu)造引起的成本上升。在MRAM的情況下，由于即使不使用多余的偏置構(gòu)造也能夠進(jìn)行自由層的單磁疇化，因此能夠高密度地排列磁阻效應(yīng)元件，實(shí)現(xiàn)MRAM的高密度。
實(shí)施例1
圖8中表示如上述(1)那樣使用了在磁性隔離層中具有反強(qiáng)磁性自旋排列的磁性材料的垂直通電型的磁阻效應(yīng)元件的一個(gè)例子。圖8的磁阻效應(yīng)元件具有順序疊層了下電極11、緩沖層B、釘扎層1、被釘扎層2(包括第1磁性層2a、Ru層2b、第2磁性層2c)、磁性隔離層3、自由層4、蓋層C、上電極12的構(gòu)造。
圖8中，磁阻效應(yīng)元件的寬度W相當(dāng)于磁道寬度，隨著記錄密度的提高而減小。在把本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件適用于磁頭中的情況下，在400Gbpsi～幾Tbpsi級(jí)的記錄密度中，磁道寬度為70nm～10nm，非常小。即使在這樣的磁道寬度下，也需要可以取得輸出電壓那樣的高靈敏度的磁阻效應(yīng)元件。磁阻效應(yīng)元件的深度h由于需要與磁道寬度大致相同或者比其小的值，因此為70nm～5nm，非常小。
被釘扎層2與自由層4通過磁性隔離層3實(shí)現(xiàn)磁耦合。磁耦合的角度典型的是90°。除去90°以外也能夠是30°或者60°這樣的角度，而在大致90°的角度的情況下，當(dāng)施加了正的介質(zhì)磁場(chǎng)、負(fù)的介質(zhì)磁場(chǎng)時(shí)，由于電阻變化的對(duì)稱性良好因此非常理想。
其次，說明在本實(shí)施例的磁阻效應(yīng)元件中使用的材料。
(i)下電極由Cu、Au、Cr、Ta等形成。
(ii)緩沖層(基底層)由下述的材料形成。
從由Ti、Ta、W、Cr、Mo、Nb、V、Zr、Hf構(gòu)成的組中選擇出的金屬或者含有這些金屬的合金[厚度大于等于3nm小于等于10nm]，Ta[3～5nm]/Ru[2nm]，NiFeCr[3～5nm]，Ta[3nm]/NiFeCr[3～5nm]，Ta[3nm]/NiFe[3～5nm]。
(iii)釘扎層由下述材料形成。
IrMn、PtMn、PdPtMn等反強(qiáng)磁性層，CoPt、CoPrCr、FePt等硬層。
(iv)被釘扎層由下述的材料形成。
Co-Fe、Ni-Fe、Ni-Co、Fe-Co-Ni、含有Co的合金、含有Ni的合金、含有Fe的合金或者Co、Fe、Ni等單金屬，(FeCo/Cu)×n周期，(CoNi/Cu)×n周期，(NiFe/Cu)×n周期，(FeCoNi/Cu)×n周期。
另外，也可以把添加元素添加到以上的磁性材料中。作為添加元素可以舉出Cu、Cr、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Pt等。特別是，在FeCo中添加了Cu的FeCoCu合金由于增加磁性層內(nèi)的作為依賴于自旋的散射效果的體散射效果，因此很理想。非磁性添加元素的濃度最好是大于等于1原子％小于等于50原子％，更理想的是大于等于2原子％小于等于20原子％。另外，也可以使用把這些金屬材料氮化后的材料。
被釘扎層雖然可以由單層構(gòu)成，但是為了防止來自被釘扎層的漏泄磁場(chǎng)的影響，最好是能夠使實(shí)質(zhì)的凈磁力矩為0的合成被釘扎層。圖8的被釘扎層2例如是由CoFe[3nm]/Ru[1nm]/CoFe[3nm]構(gòu)成的合成被釘扎層。
(v)圖8中的磁性隔離層3具有反強(qiáng)磁性自旋排列，由下述的材料形成。
反強(qiáng)磁性氧化物包括α-Fe2O3的氧化物、包括NiO的氧化物，包括Co3O4的氧化物。
尖晶石氧化物MFe2O4(M＝Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Cr、V、Zn等)、γ-Fe3O4。
具有反強(qiáng)磁性的自旋排列的金屬材料Mn、Cr、V的單體金屬或者含有Mn、Cr、V(至少大于等于10原子％)的合金；IrMn、PrMn、PdPtMn、CrMn、NiMn、RuRhMn、RuMn等(這些材料的情況下，Mn的成分大于等于30原子％)。在這些材料中也可以添加Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Si等添加元素。
為了在磁性隔離層中產(chǎn)生反強(qiáng)磁性耦合與強(qiáng)磁性耦合的競(jìng)爭(zhēng)，需要存在磁性隔離層的凹凸不平。為此，如圖3所示，在磁性隔離層中需要存在具有偶數(shù)原子層數(shù)的區(qū)域以及奇數(shù)原子層數(shù)的區(qū)域這兩種區(qū)域。
圖9是表示用FeCo氧化物形成的磁性隔離層的剖面的透射型電子顯微鏡(TEM)照片。圖9A中，對(duì)比度高的區(qū)域是用氧化物層形成的磁性隔離層。如圖9B的放大圖所示，可知存在形成磁性隔離層的原子層數(shù)是10層(偶數(shù)層)的區(qū)域和11層(奇數(shù)層)的區(qū)域。通過這樣的偶數(shù)層與奇數(shù)層的組合，根據(jù)圖3所示的原理，能夠?qū)崿F(xiàn)磁性隔離層內(nèi)的自旋的扭曲構(gòu)造以及把磁性隔離層夾在中間的上下磁性層的90°耦合。
用金屬反強(qiáng)磁性材料形成了磁性隔離層的情況下，也與圖9相同，能夠識(shí)別磁性隔離層與被釘扎層、自由層。在金屬層的情況下，由于剖面TEM照片中的對(duì)比度差不如氧化物那樣明確，因此識(shí)別多少有些困難。然而，在用IrMn、PtMn等金屬反強(qiáng)磁性材料形成磁性隔離層，用fcc-CoFe、fcc-NiFe、bcc-FeCo等形成被釘扎層、自由層的情況下，由于IrMn和PtMn等具有大的晶格常數(shù)，因此能夠進(jìn)行識(shí)別。
另外，在使用了包括Mn、Cr、V等的金屬磁性隔離層的情況下，通過并用毫微EDX分析，能夠大致識(shí)別金屬磁性隔離層的位置，計(jì)算該位置中的晶格常數(shù)，根據(jù)晶格常數(shù)變化的位置決定磁性隔離層與被釘扎層或者自由層的界面。
(vi)自由層由下述材料形成。
Co-Fe、Ni-Fe、Ni-Co、Fe-Co-Ni、含有Co的合金、含有Ni的合金、含有Fe的合金，(FeCo/Cu)×n周期，(CoNi/Cu)×n周期，(NiFe/Cu)×n周期，
(FeCoNi/Cu)×n周期。
也可以使用CoFe[1nm]/NiFe[3nm]那樣的疊層膜。另外，也可以把添加元素添加到以上的磁性材料中。作為添加元素可以舉出Cu、Cr、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Pt等。
(vii)蓋層由下述的材料形成。
Cu
/Ta[1～5nm]Cu
/Ru[1～10nm]。
(viii)上電極與下電極相同，用Cu、Au、Cr、Ta等形成。
在本實(shí)施例的磁阻效應(yīng)元件中，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，在磁性隔離層中存在自旋的扭曲，排列成使得自由層的磁化方向與被釘扎層的磁化方向大致正交。因此，并不一定需要設(shè)置用于把自由層單磁疇化的偏置構(gòu)造。
具有本實(shí)施例的磁性隔離層的磁阻效應(yīng)元件在AR(面積電阻)為50～3000mΩμm2的范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)20～1000％的高M(jìn)R變化率。在用以Cr、Mn、V為基底的金屬反強(qiáng)磁性材料形成了磁性隔離層的情況下，由于象使用磁性氧化物層的情況那樣，沒有面積電阻的上升，因此能夠以非常低的電阻得到高M(jìn)R。在用金屬反強(qiáng)磁性材料形成的隔離層的情況下，膜厚范圍最好大于等于1nm小于等于10nm，更理想的是大于等于1nm小于等于5nm。另一方面，在用磁性氧化物層形成了磁性隔離層的情況下，由于面積電阻AR易于升高，因此不能夠使膜厚過厚。為了實(shí)現(xiàn)低電阻化，最好使磁性氧化物層的厚度減薄到大于等于0.5nm小于等于4nm。另外，由于在磁性氧化物中以金屬的狀態(tài)殘留金屬添加元素，因此對(duì)降低電阻也是有效的。例如，在磁性氧化物層中通過以金屬狀態(tài)混入Fe、Co、Ni、Cu、Cr、Ti、V、Mn、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Al、Si等添加元素，能夠?qū)崿F(xiàn)低電阻化。由于Fe、Co、Ni等在維持氧化物的磁性不變的狀態(tài)下能夠降低電阻，因此很理想。進(jìn)而，由于與Fe和Ni等相比，Co難以氧化，在金屬狀態(tài)下易于殘留，因此很理想。
下面說明圖8所示的磁阻效應(yīng)元件的具體例子。膜結(jié)構(gòu)如下。
下電極Cu緩沖層Ta[5nm]/NiFeCr[5nm]釘扎層PtMn[15nm]被釘扎層CoFe[3nm]/Ru[1nm]/CoFe[3nm]磁性隔離層IrMn[2nm]自由層CoFe[1nm]/NiFe[3nm]蓋層Cu[1nm]/Ru[5nm]上電極Cu。
下面說明該磁阻效應(yīng)元件的制造方法。在基底上成膜Cu，構(gòu)圖形成下電極。把該基板裝入到DC磁控管濺射裝置中。在成膜室中，在同一真空下統(tǒng)一成膜從緩沖層的Ta到蓋層的Ru。被釘扎層的CoFe是fcc(111)取向且取向的分散角度為5°以內(nèi)的良好的取向膜。另外，代替夾在合成被釘扎層的Ru與磁性隔離層之間的CoFe，也可以使用具有bcc構(gòu)造的Fe或者FeCo。在bcc構(gòu)造的情況下，是bcc(110)取向且取向的分散角度為5°以內(nèi)的良好的取向膜。作為磁性隔離層的IrMn是fcc(111)取向且取向的分散角度為5°以內(nèi)。磁性隔離層的IrMn的膜厚是2nm，而該膜厚根據(jù)所需要的被釘扎層與自由層的磁耦合的強(qiáng)度，也可以在大約1nm到3nm的范圍內(nèi)變化。在該IrMn的膜厚中存在與圖9相同的起伏，通過存在原子層數(shù)為偶數(shù)的區(qū)域和為奇數(shù)的區(qū)域，把磁性隔離層夾在中間的上下被釘扎層以及自由層的磁耦合成為大約90°。
成膜以后，在10kOe的磁場(chǎng)中，以290℃進(jìn)行4小時(shí)熱處理。通過該熱處理，能夠?qū)崿F(xiàn)用于固定被釘扎層的PtMn的規(guī)則化以及各磁性層的良好的晶體取向性。熱處理后，通過光刻，把磁阻效應(yīng)元件加工成一條邊為100nm～30nm的寬度。然后，形成上電極。本實(shí)施例的磁阻效應(yīng)元件在面積電阻AR小于等于50～500mΩμm2下，表現(xiàn)出大于等于10％的高M(jìn)R變化率。
實(shí)施例2下面說明如上述(2)那樣使用了具有以反強(qiáng)磁性自旋排列的磁性氧化物和用貫通該磁性氧化物的金屬強(qiáng)磁性材料形成的橋接部分的磁性隔離層的垂直通電型的磁阻效應(yīng)元件的例子。在該例子中，除去磁性隔離層以外，與圖8的磁阻效應(yīng)元件相同。
磁性隔離層具有以反強(qiáng)磁性自旋排列的磁性氧化物和用貫通該磁性氧化物的金屬強(qiáng)磁性材料形成的橋接部分。磁性隔離層中的自旋排列在磁性氧化物的所有區(qū)域中產(chǎn)生反強(qiáng)磁性耦合成分，通過金屬強(qiáng)磁性橋接產(chǎn)生強(qiáng)磁性耦合成分。產(chǎn)生強(qiáng)磁性耦合的橋接部分最好是在金屬隔離層的膜面內(nèi)的直徑大于等于0.5nm小于等于10nm。其理由如下。即，如果橋接部分的直徑超過10nm，則與自旋交換耦合長(zhǎng)度相比較過大，形成磁疇。這種情況下，經(jīng)過氧化物層的上下磁性層的磁耦合是反強(qiáng)磁性耦合，經(jīng)過橋接部分的上下磁性層的磁耦合成為強(qiáng)磁性耦合，得不到兩者之和。反之，如果小于0.5nm，則金屬強(qiáng)磁性橋接部分的存在于膜面內(nèi)的金屬磁性元件的個(gè)數(shù)不過是2～3個(gè)，不能夠帶來上下磁性層的很強(qiáng)的強(qiáng)磁性耦合成分。
根據(jù)金屬強(qiáng)磁性橋接部分的直徑以及密度，上下磁性層的磁耦合的大小也發(fā)生變化，MR變化率的值也發(fā)生變化。磁性隔離層的膜面內(nèi)的橋接部分的密度(面積比例)最好是大約大于等于1％小于等于30％，更理想的是大于等于3％小于等于20％。
在本實(shí)施例中，為了得到經(jīng)過磁性隔離層的良好的磁耦合，被釘扎層或者自由層的晶體構(gòu)造最好是在fcc構(gòu)造的情況下具有fcc(111)取向性，在bcc構(gòu)造的情況下最好具有bcc(110)取向性，在hcp構(gòu)造的情況下最好具有hcp(001)取向性或者h(yuǎn)cp(110)取向性。
晶體取向性最好是取向的分散角度在4.0°以內(nèi)，更理想的是在3.5°以內(nèi)，最理想的是在3.0°以內(nèi)。這是例如能夠測(cè)定為在X射線衍射下通過θ-2θ測(cè)定得到的峰值位置下的擺動(dòng)曲線的半高寬的值。在磁頭中，能夠檢測(cè)為剖面的毫微衍射斑點(diǎn)的分散角度。
由含有橋接部分的磁性氧化物構(gòu)成的磁性隔離層能夠通過以下的方法形成。例如，能夠使用在通過濺射、MBE、CVD、蒸鍍等成膜應(yīng)該成為橋接部分的金屬材料和應(yīng)該成為磁性氧化物的金屬材料以后，實(shí)施氧化處理，把應(yīng)該成為磁性氧化物的金屬材料氧化的方法。作為氧化方法，能夠使用自然氧化、原子團(tuán)氧化、離子束氧化、RF等離子體氧化等。在氧化處理時(shí)為了提高氧化活性，也可以進(jìn)行UV照射或者基板加熱。為了控制性良好地形成具有出色的晶體構(gòu)造的磁性氧化物層，進(jìn)行離子束氧化、RF等離子體氧化最理想。在進(jìn)行離子束氧化的情況下，可以把氧氣導(dǎo)入到離子源中，或者把氧氣直接導(dǎo)入到氧化室中。離子束的加速能量最好設(shè)定為30～100V。
本實(shí)施例的磁阻效應(yīng)元件在60～1000mΩμm2的低AR下，也能夠?qū)崿F(xiàn)20～1000％的高M(jìn)R變化率。在把本實(shí)施例的磁阻效應(yīng)元件適用于磁頭中的情況下，把相當(dāng)于磁道寬度的寬度W加工成小于等于0.1μm，進(jìn)而為了與高記錄密度相對(duì)應(yīng)，精細(xì)加工到小于等于50nm。關(guān)于深度h也加工到大致與W相同的尺寸。在把本實(shí)施例的磁阻效應(yīng)元件適用于MRAM中的情況下，能夠使用比磁頭時(shí)大的尺寸，可以把W或者h(yuǎn)加工為小于等于1μm。通常不用設(shè)置偏置構(gòu)造，通過在自旋閥膜的形狀上下功夫，加入單軸各向異性，能夠進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作。
實(shí)施例3下面說明如上述(3)那樣使用釘扎層、被釘扎層、磁性隔離層、自由層、偏置層的疊層膜的垂直通電型的磁阻效應(yīng)元件的例子。
作為在該例子中使用的偏置層，可以舉出硬層或者反強(qiáng)磁性層等。例如，在自由層上以大于等于3nm小于等于20nm的厚度疊層Co、CoPt、CoCrPt等包含大于等于50％的Co的硬膜。另外，在自由層上疊層IrMn[3～20nm]、PtMn[5～20nm]、PdPtMn[5～20nm]、RuMn[3～20nm]、RuRhMn[3～20nm]等來利用交換耦合偏置。
磁性隔離層為了發(fā)生自旋的扭曲而用磁性材料形成。具體地講，能夠使用Co、Fe、Ni、Cr、Mn或者含有它們的合金層等。在圖3中，即使沒有偏置層，通過磁性隔離層與上下磁性層的磁耦合作用也自發(fā)地產(chǎn)生自旋的扭曲，相對(duì)被釘扎層的磁化方向正交地排列了自由層的磁化方向。而在自發(fā)的自旋扭曲不充分時(shí)通過偏置層輔助的情況下，或者在由偏置層產(chǎn)生的偏置穩(wěn)定的情況下，使用本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。
其次，說明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的應(yīng)用。
圖10以及圖11表示把本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件組裝到磁頭中的狀態(tài)。圖10是相對(duì)與磁記錄介質(zhì)(未圖示)相對(duì)的介質(zhì)對(duì)向面以大致平行的方向切斷了磁阻效應(yīng)元件的剖面圖。圖11是對(duì)于介質(zhì)對(duì)向面P以垂直的方向切斷了該磁阻效應(yīng)元件的剖面圖。
圖10以及圖11例示的磁頭具有所謂的硬接連(hard abutted)構(gòu)造。磁阻效應(yīng)膜10例如具有圖1所示的構(gòu)造。在磁阻效應(yīng)膜10的上下分別設(shè)置下電極11和下電極12。圖10中，在磁阻效應(yīng)膜10的兩個(gè)側(cè)面，疊層設(shè)置偏置磁場(chǎng)施加膜13和絕緣膜14。如圖11所示，在磁阻效應(yīng)膜10的介質(zhì)對(duì)向面上設(shè)置保護(hù)層15。
對(duì)于磁阻效應(yīng)膜10的輸出電流通過配置在其上下的電極11、12，如用箭頭A所示那樣，相對(duì)膜面以大致垂直方向通電。另外，通過設(shè)置在左右的一對(duì)偏置磁場(chǎng)施加膜13、13，在磁阻效應(yīng)膜10上施加偏置磁場(chǎng)。根據(jù)該偏置磁場(chǎng)，通過控制磁阻效應(yīng)膜10的自由層的磁各向異性進(jìn)行單磁疇化，其磁疇構(gòu)造穩(wěn)定，能夠抑制伴隨著磁壁移動(dòng)的巴克豪森噪聲。
如果依據(jù)本發(fā)明，則由于提高了磁阻效應(yīng)膜的MR變化率，因此在用于磁頭中的情況下能夠進(jìn)行高靈敏度的磁再生。
圖10以及圖11所示的磁頭能夠組裝到記錄再生一體型的磁頭組件內(nèi)，搭載在磁頭記錄再生裝置中。
圖12是例示這種磁記錄再生裝置的概略結(jié)構(gòu)的主要部分斜視圖。即，本發(fā)明的磁記錄再生裝置150是使用了旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器形式的裝置。該圖中，磁盤200裝入到主軸152上，由響應(yīng)來自未圖示的驅(qū)動(dòng)裝置控制單元的控制信號(hào)的未圖示的馬達(dá)以箭頭A的方向旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明的磁記錄再生裝置10可以裝備多個(gè)磁盤200。
進(jìn)行保存在磁盤200中的信息的記錄再生的磁頭滑塊153安裝在懸臂154的頂端。磁頭滑塊153在其頂端附近搭載包括上述任一項(xiàng)實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的磁頭。
如果磁盤200旋轉(zhuǎn)，則從磁盤200的表面以預(yù)定的上浮量保持磁頭滑塊153的介質(zhì)對(duì)向面(ABS)。或者，也可以是磁頭滑塊與磁盤200接觸的所謂“接觸行走型”。
懸臂154連接致動(dòng)臂155的一端。致動(dòng)臂155的另一端上設(shè)置作為線性馬達(dá)的一種的音圈馬達(dá)156。音圈馬達(dá)156由纏繞在致動(dòng)臂155的另一端的線圈架部分上的未圖示的驅(qū)動(dòng)線圈和夾持該線圈而相對(duì)配置的永久磁鐵以及對(duì)向軛鐵組成的磁路構(gòu)成。
致動(dòng)臂155由設(shè)置在樞軸157的上下兩個(gè)位置的未圖示的滾珠軸承保持，通過音圈馬達(dá)156能夠自由地旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)。
圖13是從磁盤側(cè)觀看致動(dòng)臂155前面的磁頭組件的放大斜視圖。即，磁頭組件160具有致動(dòng)臂155，在致動(dòng)臂155的一端連接有懸臂154。
在懸臂154的頂端設(shè)置具備包括上述任一項(xiàng)實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的磁頭的磁頭滑塊153。懸臂154具有信號(hào)的寫入以及讀取用的讀出線164，該讀出線164與組裝到磁頭滑塊153中的磁頭的各電極電連接。圖中，165是磁頭組件160的電極焊盤。
如果依據(jù)本發(fā)明，則通過具備包括上述本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的磁頭，能夠可靠地讀取以比以往高的記錄密度在磁盤200上被磁性記錄的信息。
其次，說服搭載了本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件的磁存儲(chǔ)器。即，使用本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件，能夠?qū)崿F(xiàn)例如矩陣形地配置了存儲(chǔ)單元的隨機(jī)存取磁存儲(chǔ)器等磁存儲(chǔ)器。
圖14表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器的矩陣結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。該圖表示矩陣形地配置了存儲(chǔ)單元時(shí)的電路結(jié)構(gòu)。為了選擇陣列中的1比特，具備列譯碼器350和行譯碼器351，通過位線334和字線332，開關(guān)晶體管330導(dǎo)通，唯一地進(jìn)行選擇，通過用讀出放大器352檢測(cè)，能夠讀出記錄在磁阻效應(yīng)元件10中的磁記錄層(自由層)中的比特信息。當(dāng)寫入比特信息時(shí)，在特定的寫入字線323和位線322上流過寫入電流來施加產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
圖15表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器的矩陣結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子。這種情況下，分別由譯碼器360、361選擇矩陣形布線的位線322和字線334。各個(gè)存儲(chǔ)單元具有串聯(lián)連接了磁阻效應(yīng)元件10與二極管D的構(gòu)造。這里，二極管D具有在所選擇的磁阻效應(yīng)元件10以外的存儲(chǔ)單元中防止讀出電流回流的作用。寫入根據(jù)由在特定的位線322和寫入字線323中分別流過的寫入電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行。
圖16是表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器的主要部分的剖面圖。圖17是沿著圖16的A-A’線的剖面圖。這些圖所示的構(gòu)造與包含在圖14或圖15所示的磁存儲(chǔ)器中的1比特部分的存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。該存儲(chǔ)單元具有存儲(chǔ)元件部分311和地址選擇用晶體管部分312。
存儲(chǔ)元件部分311具有磁阻效應(yīng)元件10和與其連接的一對(duì)布線322、324。磁阻效應(yīng)元件10是上述實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件。
另外，在選擇用晶體管部分312中，設(shè)置經(jīng)過通孔326以及埋入布線328連接的晶體管330。該晶體管330與施加到柵極332的電壓相對(duì)應(yīng)進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，控制磁阻效應(yīng)元件10與布線334的電流路徑的開閉。
另外，在磁阻效應(yīng)元件10的下方，以與布線322大致正交的方向設(shè)置寫入布線323。這些寫入布線322、323例如能夠用鋁(Al)、銅(Cu)、鎢(W)、鉭(Ta)或者含有它們的合金形成。
在這種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)單元中，當(dāng)把比特信息寫入到磁阻效應(yīng)元件10中時(shí)，通過在布線322、323中流過寫入脈沖電流，施加由這些電流感應(yīng)的合成磁場(chǎng)，適宜地使磁阻效應(yīng)元件的記錄層的磁化反轉(zhuǎn)。
另外，當(dāng)讀出比特信息時(shí)，通過布線322、包括磁記錄層的磁阻效應(yīng)元件10和下電極324流過讀出電流，測(cè)定磁阻效應(yīng)元件10的電阻值或電阻值的變化。
本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的磁存儲(chǔ)器通過使用上述實(shí)施形態(tài)的磁阻效應(yīng)元件，即便使單元尺寸微細(xì)，也能夠可靠地控制記錄層的磁疇，能夠確保可靠的寫入，而且，還能夠可靠地進(jìn)行讀出。
以上，參照具體例子說明了本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。而本發(fā)明不限定這些具體例子。例如，關(guān)于磁阻效應(yīng)膜的具體構(gòu)造或者此外的電極、偏置施加膜、絕緣膜等的形狀或者材料，從業(yè)人員通過從眾所周知的范圍適宜地選擇，同樣地實(shí)施本發(fā)明，也能夠得到同樣的效果。
例如，在把磁阻效應(yīng)元件適用于再生用磁頭時(shí)，通過在元件的上下提供磁屏蔽，能夠限定磁頭的檢測(cè)分解度。
另外，本發(fā)明不僅對(duì)于長(zhǎng)邊磁記錄方式，對(duì)于垂直磁記錄方式的磁頭或者磁記錄再生裝置同樣適用，也能夠得到同樣的效果。
進(jìn)而，本發(fā)明的磁記錄再生裝置既可以是始終具備特定記錄介質(zhì)的固定模式，也可以是能夠替換記錄介質(zhì)的所謂“可拆卸”方式。
除此以外，作為本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，根據(jù)上述磁頭以及磁存儲(chǔ)再生裝置，從業(yè)人員能夠適宜設(shè)計(jì)變更實(shí)施的所有的磁阻效應(yīng)元件、磁頭、磁記錄再生裝置以及磁存儲(chǔ)器也同樣屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種磁阻效應(yīng)元件，其特征在于，具有磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定的第1磁性層；磁化方向根據(jù)外部磁場(chǎng)變化的第2磁性層；設(shè)置在上述第1磁性層與上述第2磁性層之間的磁性隔離層；和相對(duì)于包含上述第1磁性層、磁性隔離層以及第2磁性層的疊層膜的膜面垂直地通過電流的電極，其中，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，在上述磁性隔離層中，在從接近上述第1磁性層的區(qū)域到接近上述第2磁性層的區(qū)域之間，自旋方向成為扭曲大約90°的狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于上述磁性隔離層用具有反強(qiáng)磁性自旋排列的磁性材料形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于上述磁性隔離層用從由α-Fe2O3、γ-Fe2O3以及尖晶石MFe2O4構(gòu)成的組中選擇出的磁性氧化物材料形成，其中M是Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Zn、Cr、V中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于上述磁性隔離層的膜厚大于等于0.5nm小于等于4nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于上述磁性隔離層由用XMny表示的金屬反強(qiáng)磁性材料形成，其中X是Ir、Pt、Pd、Ru、Cr、Rh、Re中的任意一種，y≥30原子％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于用上述金屬反強(qiáng)磁性材料形成的磁性隔離層的膜厚大于等于1nm小于等于10nm。
7.一種磁阻效應(yīng)元件，具有磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定的第1磁性層；磁化方向根據(jù)外部磁場(chǎng)變化的第2磁性層；設(shè)置在上述第1磁性層與上述第2磁性層之間、并且具有磁性氧化物和貫通該磁性氧化物的橋接部分的磁性隔離層，其中，上述磁性氧化物具有反強(qiáng)磁性自旋排列，上述橋接部分用金屬磁性材料形成；和相對(duì)于包含上述第1磁性層、磁性隔離層以及第2磁性層的疊層膜的膜面垂直地通過電流的電極，其中，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，在上述磁性隔離層中，在從接近上述第1磁性層的區(qū)域到接近上述第2磁性層的區(qū)域之間，自旋方向成為扭曲大約90°的狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于上述磁性隔離層的磁性氧化物用從由α-Fe2O3、γ-Fe2O3以及尖晶石MFe2O4構(gòu)成的組中選擇出的磁性氧化物材料形成，其中M是Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Zn、Cr、V中的任意一種，上述橋接部分由包含從由Fe、Co以及Ni構(gòu)成的組中選擇出的至少一種元素的金屬磁性材料形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于上述磁性隔離層的膜厚大于等于0.5nm小于等于4nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于上述橋接部分在上述磁性隔離層的膜面內(nèi)的直徑大于等于0.5nm小于等于10nm。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于上述橋接部分在上述磁性隔離層的膜面內(nèi)的面積比例大于等于1％小于等于30％。
12.一種磁阻效應(yīng)元件，具有磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定的第1磁性層；磁化方向根據(jù)外部磁場(chǎng)變化的第2磁性層；設(shè)置在上述第1磁性層與上述第2磁性層之間的磁性隔離層；使上述第2磁性層的磁化方向偏置的偏置層；和相對(duì)于包含上述第1磁性層、磁性隔離層以及第2磁性層的疊層膜的膜面垂直地通過電流的電極，其中，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，在上述磁性隔離層中，在從接近上述第1磁性層的區(qū)域到接近上述第2磁性層的區(qū)域之間，自旋方向成為扭曲大約90°的狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的磁阻效應(yīng)元件，其特征在于上述偏置層用從由Co、CoPt、CoCrPt、IrMn、PtMn、PdPtMn、RuMn以及RuRhMn構(gòu)成的組中選擇出的材料形成。
14.一種磁頭，具備權(quán)利要求1的磁阻效應(yīng)元件。
15.一種磁記錄再生裝置，具備磁記錄介質(zhì)和權(quán)利要求14的磁頭。
16.一種磁存儲(chǔ)器，具備權(quán)利要求1的磁阻效應(yīng)元件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁阻效應(yīng)元件、磁頭、磁記錄再生裝置以及磁存儲(chǔ)器，該磁阻效應(yīng)元件具有磁化方向?qū)嵸|(zhì)上固定的第1磁性層；磁化方向根據(jù)外部磁場(chǎng)變化的第2磁性層；設(shè)置在上述第1磁性層與上述第2磁性層之間的磁性隔離層；和相對(duì)于包含上述第1磁性層、磁性隔離層以及第2磁性層的疊層膜的膜面垂直地通過電流的電極，其中，當(dāng)外部磁場(chǎng)為0時(shí)，在上述磁性隔離層中，在從接近上述第1磁性層的區(qū)域到接近上述第2磁性層的區(qū)域之間，自旋方向成為扭曲大約90°的狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01R33/09GK101042874SQ20071010129
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月30日
發(fā)明者福澤英明, 湯淺裕美, 巖崎仁志 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝