專利名稱：磁頭及磁記錄再生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備磁阻效應(yīng)元件的磁頭及磁記錄裝置。
背景技術(shù)：
在磁記錄再生裝置市場(chǎng)中，要求以年比例近60％提高記錄密度。在該磁記錄再生裝置中具備的磁記錄再生磁頭中，對(duì)于記錄、再生的兩特性也要求高性能化。
關(guān)于磁再生磁頭，滿足(1)高靈敏度化技術(shù)的提高、(2)磁道寬度狹小化技術(shù)的提高、(3)再生間隙間隔狹小化技術(shù)的提高這3點(diǎn)技術(shù)課題是重要的。關(guān)于(1)，達(dá)到1～10(Gb/in2)的記錄密度，對(duì)于各向異性磁阻效應(yīng)(AMR)、10～30(Gb/in2)的高記錄密度，以及得到更高靈敏度的巨大磁阻效應(yīng)(GMR)、20～70(Gb/in2)的記錄密度來說，采用在GMR結(jié)構(gòu)的界面上夾持電子反射率(鏡面放射)高的絕緣性氧化物層等，利用電子自旋的多重放射效應(yīng)以更增大輸出為目標(biāo)的放射GMR或稱為NOL-GMR的高GMR的效應(yīng)作為候補(bǔ)，就能夠適應(yīng)這種高記錄密度。
關(guān)于使用GMR的磁頭，在特開平4-358310號(hào)公報(bào)中公開了叫做自旋閥的結(jié)構(gòu)。該磁頭是由借助反強(qiáng)磁性層將磁化固定在特定方向的磁性體構(gòu)成的固定層、層疊在該固定層上的非磁性薄膜、和由通過該非磁性薄膜層疊的磁性膜構(gòu)成的自由層構(gòu)成，具備在固定層和自由層的磁化的相對(duì)角度電阻發(fā)生變化的磁阻效應(yīng)元件。
再有，在特開2000-137906、特開2001-168414和特開2001-230471號(hào)公報(bào)中記載了，在自由層側(cè)或固定層側(cè)的至少一側(cè)中插入氧化物層，利用氧化物的鏡面反射產(chǎn)生電子的多重反射，使電阻變化率提高的CIP-GMR的MR提高結(jié)構(gòu)。另外，在特開2002-190630號(hào)公報(bào)中也公開了，使半金屬層介于自由層和中間層或者中間層和固定層之間的CIP-GMR結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在，由于更高靈敏度化的進(jìn)展，所以必須更高靈敏度的再生方式。在70～150(Gb/in2)中，MR比非常高的隧道磁阻效應(yīng)(TMR)，從靈敏度提高的方面來看是有利的。而且，對(duì)于超過150(Gb/in2)的超高記錄密度，使檢測(cè)電流在垂直于膜面方向流動(dòng)方式的GMR(CPP-GMR)等，有效地利用元件阻抗小的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為已成為主流。TMR作為基本技術(shù)除在特開平3-154217號(hào)公報(bào)中公開以外，還在特開平10-91925號(hào)公報(bào)中公開。
在CIP-GMR的情況下，為了對(duì)應(yīng)高線記錄密度化，縮小屏蔽間距離時(shí)元件和屏蔽間的絕緣己成為問題。與此相反，在CPP-GMR的情況下，認(rèn)為絕緣特性不是重要的問題，由靜電電流引起的熱元件的破壞或由磁場(chǎng)引起的非線性化的影響也小。雖然報(bào)道了許多CPP-GMR，但作為代表性的在特表平11-509956號(hào)、特開平7-221363號(hào)公報(bào)中有記述。
在考慮未來的磁再生元件的結(jié)構(gòu)時(shí)，電流流動(dòng)方向是膜厚方向的CPP-GMR(Current perpendicular to plane GMR)或TMR(隧道磁阻效應(yīng))等高靈敏度的磁阻敏感元件是有力的。這些磁阻敏感元件的基本結(jié)構(gòu)是利用垂直于膜面的讀出電流進(jìn)行流動(dòng)的結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)敏感元件，因此考慮向在CPP方式中使讀出電流流動(dòng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移。
TMR元件是由夾持絕緣體阻擋層的一對(duì)磁性體構(gòu)成的元件，是使讀出電流在該膜厚方向流動(dòng)的結(jié)構(gòu)。由于通過絕緣阻擋層層的電傳導(dǎo)，所以電阻高，在制成再生磁頭或磁場(chǎng)敏感元件時(shí)，產(chǎn)生各種各樣的噪聲，信號(hào)對(duì)雜音特性(S/N)降低。作為此對(duì)策，低電阻化的研究正在盛行。使用現(xiàn)在最常使用的Al2O3的阻擋層，并沒有否定伴隨以低電阻化為目標(biāo)的薄膜化的輸出的降低，使低電阻化沒有進(jìn)展。雖然正在進(jìn)行新材料的探索，不過，現(xiàn)狀是，如果元件面積變小，則克服元件電阻與元件面積成比例變大這樣的大課題就得不到解決。
與此相反，在CPP-GMR中，敏感元件部分是GMR結(jié)構(gòu)，是薄膜的膜厚方向的傳導(dǎo)。與CIP-GMR相比，電流通路短，因此在應(yīng)用以往的GMR膜的情況下，對(duì)于0.25μm2面積的元件來說，元件電阻是約0.3Ω程度，ΔR/R是2％。因此，ΔAR是1.5mΩ左右，例如，與應(yīng)用于200Gb/in2的磁再生元件所必要的輸出值相比，大致像一位數(shù)那樣小。
關(guān)于150～200Gb/in2的磁頭，通過在磁性多層膜之間放入具有稱為CCP(Current Confined Pass)的氣孔的絕緣層而使電流狹窄，使表觀的元件面積小，來提高電阻和輸出。實(shí)際上如果使元件小，就提高了電阻R，能夠使ΔR大。但是，如果考慮500Gb/in2以上的再生磁頭，就要求元件電阻低、MR比高。在此場(chǎng)合，從元件面積既變小、電阻也增大考慮，需要面積電阻AR的降低，使用CCP的CPP-GMR結(jié)構(gòu)或以往的CPP-GMR結(jié)構(gòu)，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)面積電阻AR的降低，但得不到ΔR/R增大這樣的手段。輸出也同樣，為了提高分辨能力，使間隙長(zhǎng)Gs(屏蔽間距離)小，以及降低作為元件電阻限制因素的元件電容的影響，是今后重要的課題。現(xiàn)狀的CPP-GMR不容易解決該課題，因此需要新的元件結(jié)構(gòu)。
近年來，正在盛行關(guān)于自旋發(fā)生偏極的電流的相互作用的研究和元件的開發(fā)。例如，像在F.J.Jedema et al.，“Electrical detection of spinprecession in a metallic mesoscopic spin valve”，NATURE，Vol.416，pp.713-716(April 2002)中所揭示的那樣，自旋分極率發(fā)生偏極的自旋電流遍及大于或等于100nm的長(zhǎng)距離傳導(dǎo)，會(huì)產(chǎn)生磁相互作用的現(xiàn)象實(shí)際上己被證實(shí)。在上述文獻(xiàn)中，他們制作粗細(xì)不同的Co線和與其垂直的Al細(xì)線，制成了在Co細(xì)線和Al細(xì)線交叉處設(shè)置鋁阻擋層的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，使電流從粗的Co線向Al線流動(dòng)，由于在膜上外加磁場(chǎng)時(shí)電流不流動(dòng)的其他的Co線和Al線之間產(chǎn)生依存于磁場(chǎng)的電位差，所以盡管細(xì)線的間隔超過500nm，但磁相互作用卻已被證實(shí)。
這是一般叫做自旋累加的自旋偏極電子蓄積在Al細(xì)線的界面部分的效應(yīng)，由于被蓄積的自旋偏極電子分布在細(xì)線中的寬廣領(lǐng)域而產(chǎn)生，例如，可以用在Physical Review B，Vol.59，No.1，pp.93-97或Physical ReviewB，Vol.65，054401，pp.1-17中所代表的形式在理論上加以理解。利用自旋蓄積效應(yīng)的元件，如果對(duì)外部磁場(chǎng)有矯頑力不同的2種磁性體，則具有以下特征一個(gè)磁性體對(duì)導(dǎo)電體的電位的變化作為輸出而產(chǎn)生。采用這種結(jié)構(gòu)，在室溫下也能得到伴隨磁場(chǎng)變化的輸出。再者，采用這種結(jié)構(gòu)輸出的ΔV/V非常小，為1％左右。
近年來，在Condmat，0308395，2003(M.Zaffalon et.al.，)中，關(guān)于通過Al2O3絕緣膜使由Co細(xì)線構(gòu)成的4個(gè)端子接觸一邊長(zhǎng)度為500nm左右的Al膜，對(duì)應(yīng)于Co細(xì)線的磁化狀態(tài)和電流的流動(dòng)方向得到了大大高于Jedema等人報(bào)道的提高的信號(hào)。這是將非磁性體膜的大小縮小至自旋擴(kuò)散長(zhǎng)程度，通過在輸入、輸出側(cè)兩側(cè)使用強(qiáng)磁性電極來提高非磁性體膜中的自旋蓄積效應(yīng)而產(chǎn)生的。
為了在再生磁頭技術(shù)中應(yīng)用這樣的自旋蓄積效應(yīng)高結(jié)構(gòu)，作為再生磁頭結(jié)構(gòu)，需要研究適當(dāng)?shù)膹?qiáng)磁性膜的配置、磁特性、磁化狀態(tài)的條件、還有配線的結(jié)構(gòu)、膜的結(jié)構(gòu)或材料。另外，關(guān)于用于提高輸出的條件，從材料構(gòu)成的觀點(diǎn)及元件結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)出發(fā)也應(yīng)考慮達(dá)到更為最佳化的條件。在磁性體的材料中應(yīng)用自旋分極率高的材料。關(guān)于導(dǎo)電體的材料，使用Al或Cu及比Al或Cu自旋電子的平均自由行程的長(zhǎng)的材料或者作為具有d電子傳導(dǎo)體的機(jī)能的材料是重要的。另外，在平面內(nèi)和三維膜結(jié)構(gòu)內(nèi)使電流通路和電壓變化測(cè)定通路大致大致垂直，而且使2個(gè)輸出端子的距離相同是重要的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為了解決上述的問題，本發(fā)明的特征在于，具有第一電極層、與第一電極層連接的第一強(qiáng)磁性電極對(duì)、和與在第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)的電流交叉地配置而且與第一電極層電連接的第二強(qiáng)磁性電極對(duì)；通過使電流經(jīng)過第一電極層在第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)，在第一電極層上蓄積自旋電子，一旦外加磁場(chǎng)，第四強(qiáng)磁性電極層的磁化方向就發(fā)生變化。
這樣，通過與在第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)的電流交叉地配置第二強(qiáng)磁性電極對(duì)，來提高面內(nèi)自旋蓄積效應(yīng)的輸出信號(hào)變化率，就可以提供一種比以往輸出更大的磁頭。
按照本發(fā)明，能夠得到元件電阻的調(diào)整比以往更容易、而且磁阻變化率極高、在高分辨能化上有效的、輸出大的磁阻變化型磁再生磁頭。另外，該磁頭能夠和面記錄密度超過500(Gb/in2)的磁記錄介質(zhì)組合使用。


圖1是從膜上方看本發(fā)明的磁再生磁頭元件結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示本發(fā)明的磁阻元件部分的基本結(jié)構(gòu)(A-A′剖面)的圖。
圖3是表示本發(fā)明的磁阻元件部分的基本結(jié)構(gòu)(B-B′剖面)的圖。
圖4是表示本發(fā)明的磁阻元件部分的基本結(jié)構(gòu)(C-C′剖面)的圖。
圖5是本發(fā)明的強(qiáng)磁性電極膜的磁化變化機(jī)構(gòu)的說明圖。
圖6是本發(fā)明的強(qiáng)磁性電極膜的磁化變化機(jī)構(gòu)和外加電流方式的說明圖。
圖7是本發(fā)明的再生磁頭中的電路的基本構(gòu)成圖。
圖8是表示本發(fā)明的磁阻元件部分的基本結(jié)構(gòu)的別的結(jié)構(gòu)(B-B′剖面)的圖。
圖9是表示本發(fā)明的磁頭的強(qiáng)磁性電極的第一電極層上的最佳位置關(guān)系的圖。
圖10是表示反強(qiáng)磁性結(jié)合膜的結(jié)構(gòu)的圖。
圖11是硬偏磁中的磁疇控制方式的說明圖。
圖12是CFS中的磁疇控制方式的說明圖。
圖13是表示分辨成每個(gè)層的再生磁頭結(jié)構(gòu)的代表性結(jié)構(gòu)的模擬圖。
圖14是表示分辨成每個(gè)層的再生磁頭結(jié)構(gòu)的代表性結(jié)構(gòu)的模擬圖。
圖15是表示適用本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件和記錄磁頭的位置關(guān)系的模擬圖。
圖16是適用本發(fā)明的磁存儲(chǔ)裝置的模擬圖。
具體實(shí)施例方式
以下，詳細(xì)地說明適合使用本發(fā)明的磁頭。
應(yīng)用本申請(qǐng)發(fā)明的磁頭，具有第一電極層、由通過第一絕緣層層疊在第一電極層的一端上的第一強(qiáng)磁性電極層及通過第二絕緣層層疊在第一電極層的另一端上的第二強(qiáng)磁性電極層構(gòu)成的第一強(qiáng)磁性電極對(duì)、和由通過第三絕緣層層疊在第一電極層的一端上的第三強(qiáng)磁性電極層(固定層)及通過第四絕緣層層疊在第一電極層的一端上的第四強(qiáng)磁性電極層(自由層)構(gòu)成的第二強(qiáng)磁性電極對(duì)。其中，第二強(qiáng)磁性電極對(duì)與第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)的電流被交叉地配置。
更具體的說，例如，作成由通過第三絕緣層層疊在與第一電極層的第一和第二強(qiáng)磁性電極層電連接的部分不同的一端的第三強(qiáng)磁性電極層、以及通過絕緣層層疊在第三強(qiáng)磁性電極層電連接的第一電極層的另一端的第四強(qiáng)磁性電極層構(gòu)成的第二強(qiáng)磁性電極對(duì)而構(gòu)成。然后，通過使電流經(jīng)過第一電極層在第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)，在第一電極層中蓄積自旋電子。于是，一旦外加磁場(chǎng)，第四強(qiáng)磁性電極層的磁化方向就發(fā)生變化。
在圖1中示出從元件膜上方看適用本發(fā)明的磁再生磁頭的圖。在由基板和基底材料等構(gòu)成的基體101上形成第一電極層102。接著，通過第二絕緣層105形成第二強(qiáng)磁性電極層106。隨后，通過第三絕緣層107形成第三強(qiáng)磁性電極層108。接著，通過第四絕緣層109形成第四強(qiáng)磁性電極層110。第四強(qiáng)磁性電極層110配置在靠近與介質(zhì)112的表面相對(duì)的面111的位置。第四強(qiáng)磁性電極層110在與介質(zhì)112的表面相對(duì)的面111露出，或者通過保護(hù)膜形成。來自介質(zhì)的磁場(chǎng)113至少具備被外加在第四強(qiáng)磁性電極層110上那樣的敏感元件周圍的磁屏蔽結(jié)構(gòu)。
在該結(jié)構(gòu)中，例如第一和第三強(qiáng)磁性電極104、108在第一電極層102的外側(cè)具有電極端子結(jié)構(gòu)。另外，第四和第二強(qiáng)磁性電極膜110、106具有配置在110、106上下的磁屏蔽層，或者具有與該磁屏蔽膜(圖2的201或者204)的低電阻電極膜連接的結(jié)構(gòu)。
例如，使電流從第一強(qiáng)磁性電極層104在第二強(qiáng)磁性電極層106中流動(dòng)時(shí)(第一強(qiáng)磁性電極對(duì))，得到對(duì)以第三強(qiáng)磁性電極層108和第四強(qiáng)磁性電極層110之間(第二強(qiáng)磁性電極對(duì))的電壓作為輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)定的結(jié)構(gòu)。由此，關(guān)于第四磁性體電極層、第三磁性體電極層、其他的電極層的矯頑力，通過將第四磁性體電極層的矯頑力設(shè)定得最小，就成為因外部磁場(chǎng)至少第四磁性體電極層的磁化方向發(fā)生變化的結(jié)構(gòu)。
在圖2中示出圖1的第一電極層102的部分A-A′剖面的結(jié)構(gòu)。下部磁屏蔽膜201具有兼顧電極膜的結(jié)構(gòu)，與下部絕緣膜202連接，構(gòu)成基體101的一部分，在其上層疊第一電極層102，具有順序地層疊第四絕緣層109、第四強(qiáng)磁性電極層110的結(jié)構(gòu)。在該109、110膜的左右配置絕緣層203，僅該第四強(qiáng)磁性電極層110部分是與上部磁屏蔽膜204電接觸的結(jié)構(gòu)。即使該第四強(qiáng)磁性電極層110不是與上部磁屏蔽膜204、而是與下部磁屏蔽膜201接觸的結(jié)構(gòu)也是同樣的。
在圖3中示出圖1的第一電極層102的部分B-B′剖面的結(jié)構(gòu)。下部磁屏蔽膜201具有兼顧電極膜的結(jié)構(gòu)。第二強(qiáng)磁性電極層106與其下部磁屏蔽膜201的一部分連接，通過第二絕緣層105和第一電極層102連接。下部絕緣膜202配置在該第二強(qiáng)磁性電極層106、第二絕緣層105的左右。
在第一電極層102上的一部分上，在不是上述第二強(qiáng)磁性電極層106、第二絕緣層105的正上方的位置，配置第一絕緣層103和第一強(qiáng)磁性電極層。在該第一絕緣層103和第一強(qiáng)磁性電極層的左右和上面有絕緣膜203，在其上配置上部磁屏蔽膜204。在第一電極的上下配置2個(gè)強(qiáng)磁性電極膜，但也可以向同一面上進(jìn)行配置。該2個(gè)強(qiáng)磁性電極膜，將第一強(qiáng)磁性電極對(duì)和所述的為電流在此流動(dòng)的電路相連接。
在圖4中示出圖1的第一電極層102的部分C-C′剖面的結(jié)構(gòu)。下部磁屏蔽膜201具有兼顧電極膜的結(jié)構(gòu)。在該下部磁屏蔽膜201之上，有下部絕緣層202，在其上連接第三強(qiáng)磁性電極層108，通過第三絕緣層107與第一電極層102的一部分連接。在第一電極層102上有絕緣膜203，在其上配置第一強(qiáng)磁性電極層104，在其上有絕緣膜401。在其上配置上部屏蔽。
對(duì)于以上述說明中使用的圖1至4為代表的元件結(jié)構(gòu)的磁化舉動(dòng)進(jìn)行說明。圖5上側(cè)的圖模擬地表示在第一電極膜上配置4個(gè)強(qiáng)磁性電極的結(jié)構(gòu)。
如圖中所示，在圖中下側(cè)的(A)、(B)、(C)中示出在紙面內(nèi)上方外加磁場(chǎng)時(shí)的各強(qiáng)磁性電極膜的磁化方向。其中，設(shè)圖中的第一至第四強(qiáng)磁性電極層的矯頑力Hc分別為Hc1、Hc2、Hc3、Hc4時(shí)，對(duì)于Hc2＜Hc3、Hc1的情況，將外部外加磁場(chǎng)比Hc4、Hc2低，預(yù)先磁化的下側(cè)發(fā)生磁化的狀態(tài)作為(A)。
另外，將外部外加磁場(chǎng)比Hc4、Hc2高，從預(yù)先磁化方向反轉(zhuǎn)，在上側(cè)發(fā)生磁化的狀態(tài)作為(C)。
另外，將Hc4和Hc2是不同的值、在Hc4小的情況下，外加比Hc4高、比Hc2低的磁場(chǎng)的情況作為(B)。
通過預(yù)先給予這樣的矯頑力狀態(tài)，產(chǎn)生這樣的磁化舉動(dòng)是容易的。例如，可以通過變化強(qiáng)磁性電極層各層的材料或形狀、反強(qiáng)磁性膜等進(jìn)行配置，采用擬似地產(chǎn)生由矯頑力差或結(jié)合磁場(chǎng)引起的磁化反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變換的方法，實(shí)現(xiàn)與在此所述相同的狀態(tài)。
圖6是認(rèn)為上述圖5的(A)和(C)為代表例時(shí)，說明電流方向和磁場(chǎng)方向的圖。圖6的(1)、(2)、(3)表示在此場(chǎng)合能夠選擇的電流圖形。其中，電流方法的逆轉(zhuǎn)采取認(rèn)作同一方向。以圖中I+、I-表示的是電流端子，以V+、V-表示的是電壓測(cè)定端子。此時(shí)，(1)與磁場(chǎng)方向垂直被取為電流端子。
比較磁化狀態(tài)的(A)和(B)的情況，在(A)中，電流端子的磁化方向是平行(P)狀態(tài)，而且，電壓端子的磁化方向也是平行(P)狀態(tài)。另一方面，在(B)中，電流端子的磁化方向是反平行(AP)狀態(tài)，而且，電壓端子的磁化方向也是反平行(AP)狀態(tài)。
在此場(chǎng)合，在P狀態(tài)和AP狀態(tài)，蓄積在電極膜102的自旋電流的蓄積量不同，因此在電壓端子之間產(chǎn)生輸出電壓差。但是，為了測(cè)定與電流端子平行方向的電壓變化，施加偏壓，即使是零磁場(chǎng)，電壓也成為有限值。因此，ΔV/V0是數(shù)+％程度。
(2)保持與磁場(chǎng)方向45°的角度采用電流端子。如果比較磁化狀態(tài)的(A)和(B)的情況，(A)電流端子的磁化方向是平行(P)狀態(tài)，而且，電壓端子的磁化方向也是平行(P)。
另一方面，在(B)中，電流端子的磁化方向成為反平行(AP)狀態(tài)，而且，電壓端子的磁化方向也成為反平行(AP)狀態(tài)。此時(shí)，在P狀態(tài)和AP狀態(tài)下，蓄積在電極膜102中的自旋電流的蓄積量不同，因此在電壓端子之間產(chǎn)生輸出電壓差。
另外，在如圖配置的情況下，距電流端子大致同距離地配置2個(gè)電壓端子，偏壓電壓的影響大體上消失，零磁場(chǎng)時(shí)的電壓輸出大致接近零，變化率ΔV/V0，原理上接近無限大，實(shí)驗(yàn)上也成為超過1000％的高值。
(3)與磁場(chǎng)方向平行地采用電流端子時(shí)，如果比較磁化狀態(tài)(A)和(B)情況，(A)電流端子的磁化方向是平行(P)狀態(tài)，而且，電壓端子的磁化方向也是平行(P)。
另一方面，在(B)中，電流端子的磁化方向成為反平行(P)狀態(tài)，而且，電壓端子的磁化方向也成為反平行(P)狀態(tài)。此時(shí)，因?yàn)椴荒苄纬蒔狀態(tài)和AP狀態(tài)，所以蓄積在電極膜102中的自旋電流的蓄積量幾乎不發(fā)生變化。
因此，在電壓端子之間幾乎不產(chǎn)生輸出電壓差，由磁場(chǎng)引起的變化率ΔV/V0，原理上大致成為零。因此，作為電極配置，該(3)的位置從本發(fā)明去除。
在用圖1的情況考慮這樣的電極配置時(shí)，如圖7所示，作為應(yīng)該向4個(gè)強(qiáng)磁性電極膜的第一電極膜上配置的位置，有在第一電極膜的單側(cè)同一面上配置的情況，在第一電極膜的一方的面上配置2個(gè)、在其里面配置2個(gè)的情況，以及第一電極膜的一方的面上配置3個(gè)、在其里面配置1個(gè)的情況三種(六種)。電流端子、電壓端子的選擇方式如圖中所示。
例如，4個(gè)強(qiáng)磁性電極膜配置在第一電極膜的單側(cè)同一面上時(shí)，例如如果觀察圖1的B-B′剖面，則可知采用圖8所示的結(jié)構(gòu)。在下部屏蔽、絕緣膜上有第一電極層，第一、第二強(qiáng)磁性電極層通過第一、第二絕緣膜與其接觸，是從這些膜供給電流、電流在第一電極層中流動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
作為能夠選擇第一電極層上的第三、第四強(qiáng)磁性電極的位置，特別有效的位置如圖9所示，距第一強(qiáng)磁性電極膜的距離是大致相同是特別有效的。這如已經(jīng)所述，在電流方向和磁場(chǎng)方向的電極的選擇方面，在電壓端子上外加偏壓電場(chǎng)，即使在零磁場(chǎng)中也發(fā)生有限的電壓變化，是使電壓變化ΔV/V變小的影響最小的一種方法。
與此相同，第三、第四強(qiáng)磁性電極距第二強(qiáng)磁性電極膜的距離大致相同是特別有效的。當(dāng)然，第三、第四強(qiáng)磁性電極和第一、第二強(qiáng)磁性電極各自的形成的距離，與第三、第四強(qiáng)磁性電極是大致相同，是減低偏壓電壓效應(yīng)最合適的方法。
該第一電極層102由Cu、Au、Ag、Pt、Al、Pd、Ru、Ir、Rh構(gòu)成的非磁性導(dǎo)電性金屬構(gòu)成，或者由以GaAs、Si、TiN、TiO、RcO3作為主成分的傳導(dǎo)性的化合物構(gòu)成。
另外，作為構(gòu)成第一、第二、第三、第四強(qiáng)磁性電極層104、106、108、110的材料，Co、Fe、Ni的強(qiáng)粗細(xì)金屬、或者含有以這些材料作為主成分那樣的強(qiáng)磁性合金、或者具有以Fe3O4代表的如AB2O4組成的結(jié)構(gòu)的氧化物(A是Fe、Co、Zn中的至少一種，B是如由Fe、Co、Ni、Mn、Zn的一種構(gòu)成的氧化物)、在CrO2、CrAs、CrSb或者ZnO中添加作為過渡金屬的Fe、Co、Ni、Mn的至少一種成分以上的化合物、在GaN中添加Mn的化合物、或者以Co2MnGe、Co2MnSb、CoCr0.6Fe0.4Al等為代表的C2DxE1-xF型的霍伊斯勒高導(dǎo)磁率合金(C由Co、Cu或者Ni的至少一種構(gòu)成，D和E分別是Mn、Fe、Cr的一種，而且F含有Al、Sb、Ge、Si、Ga、Sn的至少一種成分)等，由半金屬材料構(gòu)成的單層膜或者是復(fù)合多層膜的情況都適用本發(fā)明。
另外，第一、第二、第三、第四中間層103、105、107、109的特征是含有Al2O3、AlN、SiO2、HfO2、Zr2O3、Cr2O3、MgO、TiO2、SrTiO3的至少一種的材料構(gòu)成的單膜或者疊層膜。
在此，說明適用本發(fā)明的磁頭的機(jī)理。適用本發(fā)明的磁頭由利用自旋電流的蓄積效應(yīng)的磁阻元件和電阻變化放大膜構(gòu)成。利用自旋電流的蓄積效應(yīng)的磁阻元件，伴隨從記錄介質(zhì)發(fā)出的磁場(chǎng)變化信號(hào)，作為輸出取出電壓變化信號(hào)。
過去的一般認(rèn)識(shí)是，在金屬中流過的電流保持的自旋信息，至多為100nm，衰減到大致為零。
但是，在電傳導(dǎo)中，在超過500nm的距離時(shí)，產(chǎn)生磁阻的相互作用的現(xiàn)象變得明顯，在使電流經(jīng)過磁性體和非磁性體的界面流動(dòng)時(shí)，在界面附近自旋偏極電流在邊界發(fā)生滯留，是以遍及非磁性體內(nèi)的廣大范圍蓄積的自旋累加為起因，這在理論上也已明了。因此，通過在上述的強(qiáng)磁性電極上分別設(shè)置通常的TMR膜的固定層和相當(dāng)于自由層那樣的發(fā)揮磁性動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，就可以構(gòu)成磁再生磁頭結(jié)構(gòu)。
即，在4個(gè)強(qiáng)磁性電極層中，至少一個(gè)強(qiáng)磁性電極層的磁化作為發(fā)生反轉(zhuǎn)的構(gòu)成，構(gòu)成電流端子和電壓測(cè)定端子的各自一對(duì)的強(qiáng)磁性電極層的磁化方向按實(shí)現(xiàn)平行的情況和反平行的情況那樣構(gòu)成。磁化被固定側(cè)的磁性膜，作為自旋閥結(jié)構(gòu)的固定層，另外，另一方的磁性膜應(yīng)發(fā)揮作為自由層的作用。
實(shí)際上，使用由反強(qiáng)磁性體的單向各向異性引起的交換結(jié)合使磁化固定，或調(diào)整膜厚或材質(zhì)，使得矯頑力比自由層側(cè)磁性體大，就能夠?qū)崿F(xiàn)上述結(jié)構(gòu)中磁化固定的側(cè)的磁性膜。
如圖10所示，反強(qiáng)磁性層1001，例如，覆蓋全面地配置在第一強(qiáng)磁性電極層104上，或者采用僅覆蓋該膜的一部分那樣配置的結(jié)構(gòu)。在一般化的強(qiáng)磁性電極層1003和反磁性體膜1001之間夾持1～5nm左右的NiFe系或者Co系的軟磁性中間層1004的結(jié)構(gòu)也是有效的。
構(gòu)成該反強(qiáng)磁性層1001的膜，PtMn、CrMnPt、MnIr、NiO、PdPtMn等為按各組成而被規(guī)定的臨界膜厚以上，即數(shù)nm至數(shù)10nm，而且通過在合適的條件下的磁場(chǎng)熱處理使單向各向異性顯示充分大，這對(duì)在接合部分的強(qiáng)磁性電極層1003中由單向結(jié)合磁場(chǎng)引起的磁化固定是有效的。通過對(duì)第二、第三強(qiáng)磁性電極層同樣使用，上述的反強(qiáng)磁性體進(jìn)行層疊的全部結(jié)構(gòu)也可以固定層化。
另外，通過在磁性體中應(yīng)用半金屬那樣的自旋偏極率高的材料，可以提高自旋偏極電流的分極率，使磁相互作用更強(qiáng)。這里，所謂半金屬，是該材料的費(fèi)米面中的電子構(gòu)造，在僅進(jìn)行上下自旋的任一種自旋時(shí)，大致100％是被構(gòu)成的物質(zhì)。另外，所謂分極率P，是在該自旋的偏離時(shí)，設(shè)費(fèi)米面中的上向自旋電子數(shù)為n↑、下向自旋電子數(shù)為n↓，由下式定義。
P＝100×(n↑-n↓)/(n↑-n↓)電子在半金屬中流動(dòng)時(shí)，具有以下特征與半金屬的費(fèi)米面中的電子自旋的方向相同的自旋成分的電子保存并在半金屬中傳導(dǎo)，但保持逆向自旋的電子則因反恢復(fù)力發(fā)生作用而不能傳導(dǎo)。
在4個(gè)強(qiáng)磁性電極層的至少一個(gè)中夾入由半金屬構(gòu)成的層時(shí)，透過半金屬層的電子成為自旋分極率非常高的狀態(tài)。在理想的半金屬的情況下，費(fèi)米面中的電子狀態(tài)大致100％自旋分極，因此透過半金屬層的電流成為近100％的自旋分極率。在實(shí)際已知的半金屬的室溫下的分極率是50％～90％。這是起因于，對(duì)于保持反向自旋成分的電流來說，半金屬的電阻大致無限大，因此反向自旋的電子發(fā)生散亂，僅單側(cè)自旋照樣進(jìn)行散射長(zhǎng)度長(zhǎng)的傳導(dǎo)。
如果這樣的高自旋分極電流從上述的磁性層有效地注入導(dǎo)電體中，在導(dǎo)電體中蓄積的自旋電子分極率就上升，磁相互作用會(huì)加強(qiáng)，因此在自由層側(cè)發(fā)生的依存磁場(chǎng)的電位變化ΔV的大小變得非常大。
半金屬膜往往比金屬膜的電阻大，在通常的元件中考慮向高記錄密度化應(yīng)用的時(shí)，低電阻化往往成為困難的情況。不過，本發(fā)明作為敏感元件得到輸出的結(jié)構(gòu)，具有和磁阻結(jié)構(gòu)不同的部分，因此認(rèn)為還具有半金屬的應(yīng)用設(shè)計(jì)容易進(jìn)行這樣的材料選擇方面的優(yōu)點(diǎn)。
如果要區(qū)分這樣的半金屬磁性體材料的話，是(A)磁性半導(dǎo)體，或者(B)一部分的氧化物磁性體。(A)磁性半導(dǎo)體是像CrAs、CrSb那樣具有閃鋅型的晶體結(jié)構(gòu)的化合物，或在具有同樣的晶體結(jié)構(gòu)的III-V族化合物半導(dǎo)體中摻雜Mn等磁性體的微磁性半導(dǎo)體(InMnAs、GaMnAs)等，利用MBE的單晶外延生長(zhǎng)來制作。
一般說來，這些磁性半導(dǎo)體顯示半金屬的特性的溫度是低于或等于100K～4K的低溫度區(qū)域。例外的有像CrSb(～350K)和CrAs(Tc＞1000K)那樣，即使在高溫也顯示特性。CrSb具有閃鋅型晶體結(jié)構(gòu)，但根據(jù)第一原理的計(jì)算，如上所述，Tc非常高，另外關(guān)于膜厚1nm程度的膜，實(shí)驗(yàn)中在室溫下也是強(qiáng)磁性，而且被證實(shí)了半金屬的特性。
另外，關(guān)于在ZnO或GaN中摻雜過渡金屬的磁性半導(dǎo)體、其他的具有閃鋅型晶體結(jié)構(gòu)的磁性半導(dǎo)體，在室溫有顯示強(qiáng)磁性的舉動(dòng)的被取作半金屬。
另一方面，作為(B)的氧化物磁性體，F(xiàn)e3O4是特別眾所周知的。除此之外，CrO2也是候補(bǔ)的半金屬材料。Fe3O4即使在室溫也能得到半金屬特性這一點(diǎn)，以及作為磁性體磁化也大、而且能獲得軟磁性，因此是重要的。但是，一般說來，為了得到單層膜，需要超過500℃的高溫處理或者在基板溫度以上的制膜，因此迄今為止沒有達(dá)到實(shí)用化。
對(duì)于這樣的氧化物半金屬材料，制作溫度的問題成為大的課題，迄今為止，一般沒有達(dá)到元件化或者制作實(shí)際的磁頭。進(jìn)而在Fe3O4的情況下，在近似組成中是穩(wěn)定相的磁化低，若存在不是半金屬的Fe2O3這樣的相而混層化容易時(shí)、則具有Fe和Fe3O4也容易成為混合相的傾向。因?yàn)镃rO2也和Cr2O3這樣的絕緣體容易混相化，所以需要在氧氣氛中高溫制作等特別的制作法。
關(guān)于這個(gè)問題，通過選擇Fe3O4的基底材料，調(diào)整成長(zhǎng)能，就可以單層化。作為這樣的材料，一部分貴金屬Pt、Rh，Cu或化合物TiN等是有效的?？梢允褂肦F濺射法在基板上形成上述金屬和化合物的膜，再使用在其上形成Fe3O4的方法來制作。
采用該方法，在基板溫度為300℃下進(jìn)行制膜的情況下，從X射線衍射圖的測(cè)定可以確認(rèn)是單層的Fe3O4，而且，從使用VSM的測(cè)定可以確認(rèn)室溫下的飽和磁化是0.55～0.6特，這是和整體的Fe3O4(飽和磁化0.5～0.6特(室溫))))相同的值。
再有，作為Fe3O4的特征的120K附近的飽和磁化的溫度依賴性異常(費(fèi)別爾點(diǎn)一フエルベ點(diǎn))也可以通過單膜的電阻測(cè)定來確認(rèn)。這在基板溫度為高于或等于250℃時(shí)大致是一樣的。因此認(rèn)為，用該方法能夠形成Fe3O4的單層膜。另外，也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)nm的薄膜化。
因此，作為上述半金屬，可以使用具有以Fe3O4為代表的AB2O4構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的氧化物(A是Fe、Co、Zn中的至少一種，B是由Fe、Co、Ni、Mn、Zn的一種構(gòu)成的那樣的氧化物)、在CrO2、CrAs、CrSb或者ZnO中添加過渡金屬的Fe、Co、Ni、Cr、Mn的至少一種成分以上的化合物、在GaN中添加Mn的化合物、含有以Co2MnGe、Co2MnSb、CoCr0.6Fe0.4Al等代表的C2DxE1-xF型的霍伊斯勒高導(dǎo)磁率合金(C由Co、Cu或者Ni的至少一種構(gòu)成，D和E分別是Mn、Fe、Cr的一種，而且F是Al、Sb、Ge、Si、Ga、Sn的至少一種成分)而構(gòu)成的霍伊斯勒高導(dǎo)磁率合金等。
在圖1的第一至第四絕緣層103、105、107、109中使用的材料，其特征是，應(yīng)用使用TMR中使用的絕緣阻擋層用材料的Al2O3、AlN、SiO2、HfO2、Zr2O3、Cr2O3、MgO、TiO2、SrTiO3的單層膜；或者由含有這些材料的至少一種的膜構(gòu)成的單層或者層疊膜。這是因?yàn)?，利用隧道效?yīng)的電子傳遞若自旋信息的損失低，就容易得到電壓變化輸出。
第一電極層102必須是低電阻，而且是非磁性。因此，由Cu、Au、Ag、Pt、Al、Pd、Ru、Ir、Rh構(gòu)成的非磁性導(dǎo)電性金屬或GaAs、Si等導(dǎo)電性化合物是有效的。再有，采用在費(fèi)米面具有磁性電子的d電子的TiN、TiO、ReO3作為主成分的d電子傳導(dǎo)性的化合物，由于伴隨從d電子向s電子的能量遷移的自旋信息的逸散被防止，所以被認(rèn)為是特別有效的。
另外，作為第一電極層，在使用Al作為材料的情況下，在最大長(zhǎng)比Al的自旋擴(kuò)散長(zhǎng)550nm小時(shí)，自旋蓄積的效應(yīng)變大。
關(guān)于強(qiáng)磁性電極層，特別是第四強(qiáng)磁性電極層的磁疇控制，如圖11所示，在考慮應(yīng)用在一般的GMR再生磁頭上的硬偏壓方式的情況下，在將硬偏壓中使用的永久磁鐵1102，通過絕緣膜1102配置在該元件膜110的磁道寬度方向的兩端部時(shí)，可以使用從永久磁鐵1102的漏磁通，減少在元件中的強(qiáng)磁性電極層110的端部發(fā)生的微細(xì)磁疇，形成在一方向整齊排列的磁疇結(jié)構(gòu)。
再有，作為新的磁疇控制的方式，如圖12所示，通過非磁性膜1201，在強(qiáng)磁性電極層110的其他主面?zhèn)燃由嫌捎谰么盆FCFS磁場(chǎng)發(fā)生層1202。而且除此之外，作為構(gòu)成1202的材料，是在強(qiáng)磁性電極層110的其他主面?zhèn)刃纬捎膳c反強(qiáng)磁性膜相接的軟磁性膜構(gòu)成的多層膜，使用從該永久磁鐵或者軟磁性膜的端部發(fā)生的漏磁通，可以有效地實(shí)現(xiàn)使強(qiáng)磁性電極層110的磁疇趨于一致的CFS(Closed Flux Structure)方式。
另外，作為最單純的方式，可以變化強(qiáng)磁性電極層110的形狀的磁道寬度方向和元件高度方向的長(zhǎng)度比，使元件的形狀磁性各向異性發(fā)生變化，藉此來調(diào)整矯頑力或磁化的一起旋轉(zhuǎn)。元件尺寸低于0.1μm×0.1μm的范圍時(shí)，預(yù)料上述硬偏壓的絕緣膜的絕緣性和磁疇控制磁場(chǎng)的精度會(huì)顯著地降低。間隙間隔低于50nm的范圍時(shí)，雖然薄膜化成為現(xiàn)在的課題，但是該方式作為將來的方式是有希望的，即使對(duì)本發(fā)明的膜結(jié)構(gòu)也是十分有效的。
實(shí)施例1在SiO2基板或玻璃基板等通常使用的基板(包括氧化鎂基板、GaAs基板、AlTiC基板、SiC基板、Al2O3基板)上，使用RF濺射法或DC濺射法、分子束外延生長(zhǎng)法(MBE)等的膜形成裝置進(jìn)行成膜。例如，在RF濺射法的情況下，使用采用3英寸靶的裝置，在Ar氣氛中，以約1～0.05Pa的壓力、50W～150W的功率使膜生長(zhǎng)成規(guī)定的膜。元件形成的基體，直接使用上述基板，或者是使用在這些基板上形成絕緣膜、或合適的基底金屬膜等的基體。
在元件形成的基體上，在高真空中形成下部屏蔽膜、絕緣膜后，在其上形成膜厚1nm的Al膜后，使用電子束描繪法描繪第一電極層的形狀，進(jìn)行研磨形成。然后，在氧氣氛中自然氧化。在Al膜的氧化中，不是自然氧化，同樣也使用等離子體氧化或臭氧氧化等氧化方法。氧化處理后，在其上形成了膜厚5nm至20nm的強(qiáng)磁性膜。按情況在其上形成Ta膜等作為保護(hù)膜。在強(qiáng)磁性膜制作前，往往還形成由Al2O3或SiO2構(gòu)成的絕緣膜。在該膜上涂布抗蝕劑，使用I線逐次移動(dòng)式曝光的平板印刷術(shù)及利用電子束描繪法描繪形狀。
將該膜進(jìn)行研磨處理形成圖形。然后，描繪接合部分，形成接合部。接合部是借助利用2級(jí)抗蝕劑等的剝離用圖形，在周邊部形成由Al2O3或SiO2構(gòu)成的絕緣膜后，進(jìn)行剝離。在制作中使用電子束描繪法或逐次移動(dòng)式曝光法、或者探測(cè)器描繪法。另外，在離子研磨或者干蝕刻后進(jìn)行消除所發(fā)生的毛刺的處理。在制作自由層的硬偏壓膜的情況下，形成絕緣膜后，制作永久磁鐵CoCrPtZr等的膜，再形成絕緣膜。然后，進(jìn)行用于形成強(qiáng)磁性膜的描繪，在表面清潔化處理后形成Co和NiFe等軟磁性膜、MnIr等反強(qiáng)磁性膜。
實(shí)施例2關(guān)于本報(bào)告的圖1的結(jié)構(gòu)，在圖13或者圖14中示出了實(shí)際制成的元件的各層全分辨，從與介質(zhì)相對(duì)的面看到的圖。例如由Al構(gòu)成的寬500nm左右的第一電極層102、以及由Co構(gòu)成的第一、第二、第三、第四強(qiáng)磁性電極層連接在由Al2O3構(gòu)成的第一至第四絕緣層上。
各強(qiáng)磁性電極層和第一電極層的接觸部分，一邊是50～100nm左右。第四強(qiáng)磁性電極層在與介質(zhì)相對(duì)的面露出或者通過保護(hù)膜位于最近的部分。從第四強(qiáng)磁性電極層在元件高度方向距離50～500nm的位置配置第三強(qiáng)磁性電極層。
作為元件高度方向，是在第四、第三強(qiáng)磁性電極層之間，按照距這2個(gè)強(qiáng)磁性電極層大致相同的距離配置第一強(qiáng)磁性電極層。另外，第二強(qiáng)磁性電極層在與該第一強(qiáng)磁性電極層大致相同的元件高度位置，配置在距第四、第三的2個(gè)強(qiáng)磁性電極層大致相同的距離上。在該第一強(qiáng)磁性電極層和第二強(qiáng)磁性電極層上連接使電流流動(dòng)的電流源，能夠使電流在第一電極層中流動(dòng)。另外，第三強(qiáng)磁性電極層被電接地，與測(cè)定起因于第四強(qiáng)磁性電極層的磁化反轉(zhuǎn)而發(fā)生的電壓變化的機(jī)構(gòu)連接。再配置形成這些元件的基體的下部層，和在膜的表面?zhèn)扰渲糜绍洿判阅?gòu)成的磁屏蔽。在該上部屏蔽膜上，以記錄用磁頭位置的結(jié)構(gòu)形成磁頭。
在第一電極膜的面積是500nm×500nm時(shí)，由于磁場(chǎng)方向不同，在第四和第三強(qiáng)磁性電極層之間產(chǎn)生的電位差V，在第一和第二強(qiáng)磁性電極層之間流動(dòng)的電流是100μA時(shí)在室溫下是約90mV，成為使用非磁性細(xì)線時(shí)被確認(rèn)的輸出的十倍左右的大小。
另外，在磁場(chǎng)是零時(shí)，該電壓是非常低的值，作為由磁場(chǎng)引起的變化率，是100～1000％的高值。另外，通過使用能使電壓電極膜的面積縮小的、增大電流的材料、或者在強(qiáng)磁性電極上應(yīng)用自旋分極高的材料等材料選擇，形成低溫等，都可以使輸出和變化率提高。
實(shí)施例3作為在這些磁性膜上應(yīng)用半金屬材料的情況，在形成Fe3O4的場(chǎng)合，使用降低濺射室氣氛的H2O比例、以低速率、低能量形成膜的新穎制作方法，就能夠在高于或等于250℃的基板溫度下，在膜厚小于或等于50nm的膜中，制作具有飽和磁化大于或等于0.4特的Fe3O4膜。
從基于第一原理計(jì)算的理論驗(yàn)證和過去的分光分析等可知，該Fe3O4是具有半金屬特性的材料。已形成的Fe3O4膜的飽和磁化Bs，無論基底膜是Pt、Cu、Pd、Rh、Ru、Ir、Au、Ag、Ta、CoFe、Co、NiFe等導(dǎo)電性金屬、合金膜，還是TiN等導(dǎo)電性化合物膜，通過使這些基底膜的表面粗糙度Ra達(dá)到小于或等于0.4nm，都可以確認(rèn)能使大于或等于0.4特并且大致良好的Fe3O4成長(zhǎng)。另外，通過在這些貴金屬的下面插入數(shù)nm至數(shù)十nm的Cr、Ta、NiFe、Cr等合適的基底膜，能使在其上成長(zhǎng)的貴金屬膜的表面構(gòu)造平滑，從而促進(jìn)Fe3O4膜的成長(zhǎng)。
對(duì)于Fe3O4以外的氧化物半金屬材料的CrO2、ZnO、GaN，也和上述的Fe3O4的情況同樣形成基底貴金屬膜，在其上進(jìn)行成長(zhǎng)時(shí)，即使基板溫度是250℃，也被證實(shí)能形成單層膜。如果ZnO摻雜約25％的V、Cr、Fe、Co、Ni強(qiáng)磁性金屬，就成為強(qiáng)磁性半金屬狀態(tài)。另外，即使對(duì)于GaN，如果使用MBE在GaAs基底膜上摻雜25％的Mn而形成，也能成為強(qiáng)磁性半金屬。
另外，使用被稱為霍伊斯勒高導(dǎo)磁率合金的化合物，通過在Ar氣氛中的RF濺射，采用在基板上直接成長(zhǎng)的方法，能夠制作Co2MnGe、Co2MnSb或Co2Cr0.6Al0.4Mn等適合于組成的靶。希望基板溫度為高于或等于300℃、施加高于或等于700℃的熱處理，但在室溫基板上形成，在270℃進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間熱處理時(shí)，也可以得到規(guī)則化的結(jié)構(gòu)。另外，已制成的膜的組成和靶的組成的關(guān)系容易偏離，因此需要利用XPS或者ICP對(duì)已制成的膜的組成確認(rèn)進(jìn)行鑒定。
因?yàn)樵诖判詫又惺褂眠@些膜，所以作為磁阻元件的輸出ΔV數(shù)倍程度地增大，這對(duì)元件的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易化是有效的。
實(shí)施例4圖15是表示包括直至記錄磁頭的磁再生磁頭結(jié)構(gòu)的模擬圖。迄今為止所述的再生磁頭結(jié)構(gòu)，是在上下屏蔽膜的201、204之間構(gòu)成，在與介質(zhì)相對(duì)的ABS面上增加成為基本結(jié)構(gòu)的磁性膜104。如該圖中所示，在元件厚度方向示出磁極1302和誘導(dǎo)磁極磁化的線圈1501。屏蔽形狀是并行平板型，但是在具有包圍本再生機(jī)構(gòu)的102膜或者102膜上的104膜的左右那樣的箱式屏蔽形狀的屏蔽的情況下，由于能夠提高磁道寬度方向的分辨能力，所以是有效的。
磁極的材質(zhì)，使用以往類型中具有高飽和磁通密度的CoFe系材料。近年來，使用具有更高飽和磁通密度的材料進(jìn)行記錄的方式正在被推進(jìn)，對(duì)于使用這些材料來實(shí)現(xiàn)的垂直磁記錄或面內(nèi)記錄來說，本發(fā)明的再生方式能有效地發(fā)揮作用。
另外，作為記錄方式，在介質(zhì)上照射縮小尺寸的光束使介質(zhì)溫度局部地上升，利用伴隨介質(zhì)溫度上升的磁化減低作用，即使在帶有磁化反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的記錄磁頭中，這些讀取方式也是有效的。
圖16是表示使用本發(fā)明的磁頭的一實(shí)施例的磁盤裝置的圖。圖示的磁盤裝置包括用于在稱為同心圓狀的磁道的記錄區(qū)域內(nèi)記錄數(shù)據(jù)的、形成圓盤狀的作為磁記錄介質(zhì)的磁盤1601，由磁轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的、用于實(shí)施讀取、寫入上述數(shù)據(jù)的本發(fā)明的磁頭1610，支持該磁頭1610、向磁盤1601上的規(guī)定位置移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置1611，以及控制磁頭讀取、寫入的數(shù)據(jù)的收發(fā)和驅(qū)動(dòng)裝置的移動(dòng)的控制機(jī)構(gòu)而構(gòu)成。
以下說明構(gòu)成和動(dòng)作。至少一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的磁盤1601由旋轉(zhuǎn)軸1602支持，借助驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)1603進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。至少一個(gè)滑塊1606設(shè)置在磁盤1601上，該滑塊1606設(shè)置一個(gè)以上，支持用于讀取、寫入的本發(fā)明的磁頭1610。
在磁盤1601旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，滑塊1606向磁盤表面移動(dòng)，藉此到達(dá)記錄作為目的的數(shù)據(jù)的予定位置進(jìn)行存取?；瑝K1606借助懸吊架1607安裝在臂1608上。懸吊架1607稍具彈性，滑塊1606與磁盤1601貼緊。臂1608安裝在驅(qū)動(dòng)裝置1611上。
作為驅(qū)動(dòng)裝置1611，有音頻線圈電動(dòng)機(jī)(以下，稱為VCM)。VCM由設(shè)置在固定的磁場(chǎng)中的可移動(dòng)線圈構(gòu)成，線圈的移動(dòng)方向和移動(dòng)速度等利用從控制裝置1612通過線路給予的電信號(hào)來控制。因此，按照本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)手段是例如包括滑塊1606、懸吊架1607、臂1608、驅(qū)動(dòng)裝置1611和線路1604而構(gòu)成的。
在磁盤的動(dòng)作中，通過磁盤1601的旋轉(zhuǎn)，在滑塊1606和磁盤表面之間產(chǎn)生由空氣流引起的空氣支承，它使滑塊1606從磁盤1601的表面上浮。因此，在磁盤裝置的動(dòng)作中，該空氣支承獲得懸吊架1607的稍微的彈性力和平衡，滑塊1606不下降到磁盤表面，而且和磁盤1601保持一定間隔而維持上浮。
通常，控制裝置1612由邏輯電路、存儲(chǔ)器、以及微型信息處理機(jī)等構(gòu)成。而且，該控制裝置1612通過各線路收發(fā)控制信號(hào)，而且控制磁盤裝置的各種構(gòu)成單元。例如，借助通過線路1604傳遞的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來控制電動(dòng)機(jī)1603。
驅(qū)動(dòng)裝置1611借助線路1604的磁頭位置控制信號(hào)和查找控制信號(hào)等進(jìn)行控制，以便向作為其相關(guān)的磁盤1601上的目的的數(shù)據(jù)磁道進(jìn)行選擇的滑塊1606進(jìn)行最合適地移動(dòng)而決定位置。
于是，控制信號(hào)通過線路1604接收磁頭1610讀取磁盤1601的數(shù)據(jù)而轉(zhuǎn)換的電信號(hào)，進(jìn)行解讀。另外，在磁盤1601上用于作為數(shù)據(jù)寫入的電信號(hào)，通過線路1604發(fā)送到磁頭1610。即，控制裝置1612控制磁頭1610讀取或者寫入的信息的收發(fā)。
再者，上述的讀取、寫入信號(hào)，也可以是從磁頭1610直接被傳遞的手段。另外，作為控制信號(hào)，例如有存取控制信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)等。而且，磁盤裝置具有數(shù)個(gè)磁盤和驅(qū)動(dòng)裝置等，該驅(qū)動(dòng)裝置也可以具有數(shù)個(gè)磁頭。另外，介質(zhì)如圖所示，除圓盤型的介質(zhì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，磁頭進(jìn)行存取以外，數(shù)個(gè)磁頭在固定的介質(zhì)上同時(shí)并行進(jìn)行掃描那樣的機(jī)構(gòu)是同樣有效的。
通過兼?zhèn)溥@樣的數(shù)個(gè)機(jī)構(gòu)，可以形成所謂的磁盤陣列裝置。
通過在本磁存儲(chǔ)裝置上裝載本發(fā)明的磁阻效應(yīng)元件，能夠在再生密度超過500Gb/in2的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)磁記錄和再生。
權(quán)利要求
1.磁頭，其特征在于，具有第一電極層、由通過第一絕緣層層疊在上述第一電極層的一端的第一強(qiáng)磁性電極層及通過第二絕緣層層疊在上述第一電極層的另一端的第二強(qiáng)磁性電極層構(gòu)成的第一強(qiáng)磁性電極對(duì)、和由通過第三絕緣層層疊在上述第一電極層的一端的第三強(qiáng)磁性電極層及通過第四絕緣層層疊在上述第一電極層的一端的第四強(qiáng)磁性電極層構(gòu)成的第二強(qiáng)磁性電極對(duì)；上述第二強(qiáng)磁性電極對(duì)與在上述第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)的電流交叉地配置；通過使電流經(jīng)過上述第一電極層在上述第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)，在上述第一電極層中蓄積自旋電子；一旦外加外部磁場(chǎng)，第四強(qiáng)磁性電極層的磁化方向就發(fā)生變化。
2.磁頭，其特征在于，具有第一電極層、由通過第一絕緣層層疊在上述第一電極層的一端的第一強(qiáng)磁性電極層及通過第二絕緣層層疊在上述第一電極層的另一端的第二強(qiáng)磁性電極層構(gòu)成的第一強(qiáng)磁性電極對(duì)、和由通過第三絕緣層層疊在與上述第一電極層的第一和第二強(qiáng)磁性電極層電連接的部分不同的一端的第三強(qiáng)磁性電極層及通過絕緣層層疊在上述第三強(qiáng)磁性電極層電連接的上述第一電極層的另一端的第四強(qiáng)磁性電極層構(gòu)成的第二強(qiáng)磁性電極對(duì)；通過使電流經(jīng)過上述第一電極層在上述第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)，在上述第一電極層上蓄積自旋電子；一旦外加外部磁場(chǎng)，第四強(qiáng)磁性電極層的磁化方向就發(fā)生變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，上述第四強(qiáng)磁性電極層的矯頑力比上述第一和第三強(qiáng)磁性電極層的矯頑力小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，在將上述第一強(qiáng)磁性電極對(duì)連接在一定電流電路內(nèi)，作為電流端子的元件中，外加磁場(chǎng)的方向和通過強(qiáng)磁性電極對(duì)在上述第一電極層中流動(dòng)的電流方向按照大致不成為相同方向那樣配置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁頭，其特征在于，關(guān)于形成上述第二強(qiáng)磁性電極對(duì)的強(qiáng)磁性電極層在上述第一電極層上的配置，是上述第三、第四強(qiáng)磁性電極層與上述第一電極層接觸的各自面的大致中心部分，和上述第一強(qiáng)磁性電極層與上述第一電極層的接觸面的大致中心部分的形成的距離成為大致相同那樣的端子配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁頭，其特征在于，關(guān)于形成上述第二強(qiáng)磁性電極對(duì)的強(qiáng)磁性電極層在上述第一電極層上的配置，是上述第三、第四強(qiáng)磁性電極層和上述第一電極層接觸的各自面的大致中心部分，和上述第二強(qiáng)磁性電極層與上述第一電極層的接觸面的大致中心部分的形成的距離成為大致相同那樣的端子配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，關(guān)于形成上述第二強(qiáng)磁性電極對(duì)的強(qiáng)磁性電極層在上述第一電極層上的配置，是上述4個(gè)強(qiáng)磁性電極層和上述第一電極層接觸的各自面配置在上述第一強(qiáng)磁性電極層的同一面上，上述第四強(qiáng)磁性電極層分別與形成上下屏蔽的膜相接，該接觸部位以外，上下屏蔽和上述第一電極層及強(qiáng)磁性電極層借助絕緣層絕緣。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，關(guān)于形成上述第二強(qiáng)磁性電極對(duì)的強(qiáng)磁性電極層在上述第一電極層上的配置，上述4個(gè)強(qiáng)磁性電極層和上述第一電極層接觸的各自面具有以下結(jié)構(gòu)，上述第四強(qiáng)磁性電極層配置在上述第一強(qiáng)磁性電極層的一面上，上述第二和第三強(qiáng)磁性電極層配置在該上述第一強(qiáng)磁性電極層的里面?zhèn)?，該第四?qiáng)磁性電極層與形成上下屏蔽的膜的一方相接，該第二強(qiáng)磁性電極層具有配置在該上述第一強(qiáng)磁性電極層與該第四強(qiáng)磁性電極層相同的面或者里側(cè)面，這些端子除該接觸部位以外，上下屏蔽和上述第一電極層及強(qiáng)磁性電極層借助絕緣層絕緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，關(guān)于配置在上述第一電極層上的上述第一至第三強(qiáng)磁性電極層，就其全部或者至少上述第一和第三強(qiáng)磁性電極層來說，其全面或者在至少與上述第一電極層接觸的接觸面部分上具有與反強(qiáng)磁性材料構(gòu)成的膜直接相接或者通過強(qiáng)磁性金屬模相接的結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，關(guān)于配置在上述第一電極層上的上述第四強(qiáng)磁性電極層，作為該膜的形狀，與介質(zhì)面垂直方向的長(zhǎng)度比與介質(zhì)面平行方向的長(zhǎng)度長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或所述的磁頭，其特征在于，關(guān)于配置在上述第一電極層上的上述第四強(qiáng)磁性電極層，具備借助通過絕緣層在該第四強(qiáng)磁性電極層的兩端部配置永久磁鐵層、利用來自該端部的漏磁通使上述第四強(qiáng)磁性電極層的磁化固定的結(jié)構(gòu)，或者在該第四強(qiáng)磁性電極層的其他主面?zhèn)仍O(shè)置非磁性膜、在該其他主面?zhèn)冗B接永久磁鐵膜或者反強(qiáng)磁性膜和磁性膜的多層膜、利用來自該層的端部的磁通使上述第四強(qiáng)磁性電極層的磁化固定的結(jié)構(gòu)的任一種，藉此使磁疇結(jié)構(gòu)整齊排列的機(jī)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，配置在上述第一電極層上的上述第四強(qiáng)磁性電極層的一部分，在與介質(zhì)表面相對(duì)的面露出而配置。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，配置在上述第一電極層上的上述第四強(qiáng)磁性電極層，在與介質(zhì)表面相對(duì)的面不露出，通過保護(hù)膜配置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，上述第一電極層由Al、Pt、Au、Ag、Pd、Cu、TiN等良導(dǎo)體金屬及化合物、或者以Si、GaAs、或As或Sb作為主成分的半導(dǎo)體材料構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，上述第一至第四強(qiáng)磁性電極層是單層膜或者復(fù)合多層膜，該單層膜或者復(fù)合多層膜含有Co、Fe、Ni的強(qiáng)磁性金屬或者以這些材料作為主成分而含有的強(qiáng)磁性合金；具有AB2O4構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的氧化物(A是Fe、Co、Zn中的至少一種，B是由Fe、Co、Ni、Mn、Zn的一種構(gòu)成的那樣的氧化物)；在CrO2、CrAs、CrSb或者ZnO中添加過渡金屬的Fe、Co、Ni、Mn的至少一種成分以上的化合物；在GaN中添加Mn的化合物；或C2DxE1-xF型的霍伊斯勒高導(dǎo)磁率合金(C由Co、Cu或者Ni的至少一種構(gòu)成，D和E分別是Mn、Fe、Cr的一種，而且F含有Al、Sb、Ge、Si、Ga、Sn的至少一種成分)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁頭，其特征在于，第一至第四絕緣層是以Al2O3、AlN、HfO2、SrTiO3、Cr2O3、ZrO2、SiO2、MgO作為主成分含有的單層膜或者復(fù)合多層膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具備輸出高、最適于高記錄密度磁記錄和再生的磁阻效應(yīng)元件的磁頭。本發(fā)明的技術(shù)解決手段是采取以下的構(gòu)成具有第一電極層、與第一電極層電連接的第一強(qiáng)磁性電極層對(duì)、以及和第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)的電流交叉地配置而且與第一電極層電連接的第二強(qiáng)磁性電極對(duì)，使電流經(jīng)過第一電極層在第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)在第一電極層上蓄積自旋電子，一旦外加外部磁場(chǎng)第四強(qiáng)磁性電極層的磁化方向就發(fā)生變化。通過與在第一強(qiáng)磁性電極對(duì)之間流動(dòng)的電流交叉地配置第二強(qiáng)磁性電極對(duì)，來提高面內(nèi)自旋蓄積效應(yīng)的輸出信號(hào)變化率。
文檔編號(hào)H01F10/16GK1612220SQ20041007418
公開日2005年5月4日 申請(qǐng)日期2004年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月28日
發(fā)明者高橋宏昌, 伊藤顯知 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所