トンネル磁気抵抗再生素子
【課題】垂直異方性自由層およびサイドシールドを備えた磁気センサを開示する。
【解決手段】トンネル磁気抵抗再生素子は、下部磁気シールドから上部磁気シールドを隔てるセンサスタックを含む。センサスタックは、基準磁化配向方向を有する基準磁気要素と、基準磁化配向方向に対して実質的に垂直な自由磁化配向方向を有する自由磁気要素とを含む。非磁性スペーサ層により基準磁気要素が自由磁気要素から隔てられる。第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドは、上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間に配置される。センサスタックは、第１のサイド磁気シールドと第２のサイド磁気シールドとの間にある。第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドは、下部磁気シールドから上部磁気シールドを電気的に絶縁する。
【解決手段】トンネル磁気抵抗再生素子は、下部磁気シールドから上部磁気シールドを隔てるセンサスタックを含む。センサスタックは、基準磁化配向方向を有する基準磁気要素と、基準磁化配向方向に対して実質的に垂直な自由磁化配向方向を有する自由磁気要素とを含む。非磁性スペーサ層により基準磁気要素が自由磁気要素から隔てられる。第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドは、上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間に配置される。センサスタックは、第１のサイド磁気シールドと第２のサイド磁気シールドとの間にある。第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドは、下部磁気シールドから上部磁気シールドを電気的に絶縁する。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
電子データ記憶および検索システムにおいては、磁気記録ヘッドは、磁気媒体に記憶された磁気的に符号化された情報を検索するためのセンサを備えた再生素子部分を含み得る。媒体の表面からの磁束が、センサにおける検出層の磁化ベクトルの回転を引起こし、これにより、センサの電気的特性を変化させる。検出層は、その検出層の磁化ベクトルが外部磁束に応じて自由に回転することができるので、しばしば自由層と称される。センサの電気的特性の変化は、センサに電流を流し、このセンサにわたる電圧を測定することによって検出されてもよい。装置の幾何学的形態に応じて、センス電流が、装置における層の面内に（ＣＩＰ）流され得るか、または装置における層の面に対して垂直に（ＣＰＰ）流され得る。次いで、外部回路が電圧情報を適切なフォーマットに変換し、その情報を必要に応じて処理して、ディスク上に符号化された情報を回復させる。
【０００２】
現代の磁気読取りヘッドの構造は、何らかのタイプの磁気抵抗を示す強磁性材料を含む薄膜多層構造をなしている。１つの磁気抵抗センサ構成には、合成反強磁性体（ＳＡＦ）と強磁性自由層との間、または、２つの強磁性自由層の間に位置決めされた（薄い絶縁バリア層または非磁性金属などの）非磁性層からなる多層構造が含まれる。磁気センサの抵抗は、磁性層の磁化の相対的な配向に依存している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
記録密度が高い場合、磁気媒体上の各ビットの磁束を検出するために磁気センサの寸法を小さくする。磁気センサの寸法を小さくした結果、磁気センサの磁性層における面内異方性の磁化が保持される。たとえば、寸法がより小さい場合、自由層の一部における磁化が傾斜して異方性磁化方向から遠ざかり、静磁気エネルギを最小限にし得る。寸法が引続き小さくなると、磁化が傾斜している領域の相対的部分が大きくなる可能性がある。加えて、熱変動または外部磁場によって引起こされる傾斜方向の変化により、センサにおけるノイズおよび不安定性が増大するおそれがある。さらに、永久磁石を用いて磁気センサ内の磁性層にバイアスをかけると、基準層の磁化方向が軸外に傾けられる可能性があり、これにより、磁気センサによって生成される信号が低減される可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
この開示は、垂直異方性自由層およびサイドシールドを備えた磁気センサに関する。この開示により、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：tunneling magneto resistive）再生素子の面密度性能を向上させることができる。
【０００５】
一実施例においては、トンネル磁気抵抗再生素子は、上部磁気シールドを下部磁気シールドから隔てるセンサスタックを含む。センサスタックは、基準磁化配向方向を有する基準磁気要素と、基準磁化配向方向に実質的に垂直な自由磁化配向方向を有する自由磁気要素とを含む。非磁性スペーサ層は、基準磁気要素を自由磁気要素から隔てる。第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドは、上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間に配置される。センサスタックは、第１のサイド磁気シールドと第２のサイド磁気シールドとの間にある。第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドは、上部磁気シールドを下部磁気シールドから電気的に絶縁する。
【０００６】
これらおよび他のさまざまな特徴および利点が、以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるだろう。
【０００７】
この開示は、添付の図面に関連付けて開示されたさまざまな実施例についての以下の詳細な説明を考慮すると、より完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】膜面垂直異方性を有する自由層アセンブリとサイドシールドとを含むトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子を示す正面図である。
【図２】トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子にわたる抵抗を自由層要素の磁性状態の関数として示すグラフである。
【図３】膜面垂直異方性を有する自由層アセンブリと複合サイドシールドとを含むトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子を示す正面図である。
【図４】複合自由層要素を示す層図である。
【図５】合成反強磁性体および反強磁性層を有する基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素とを含むセンサスタックを示す概略断面図である。
【図６】合成反強磁性体および反強磁性層を有する拡張された基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素とを含むセンサスタックを示す概略断面図である。
【図７】ピン止め層および反強磁性層を有する拡張された基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素とを含むセンサスタックを示す概略断面図である。
【図８】ピン止め層および硬質磁性層を有する拡張された基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素とを含むセンサスタックを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図は必ずしも縮尺通りではない。図において用いられる同様の番号は、同様の構成要素を指している。しかしながら、所与の図において番号を用いて構成要素を参照することが、同じ番号が付された別の図中の構成要素を限定することを意図したものではないことが理解されるだろう。
【００１０】
詳細な説明
以下の説明においては、その一部を構成し、いくつかの具体的な実施例が例示のために示されている添付の図面を参照する。他の実施例が企図され、この開示の範囲または精神から逸脱することなく実施可能であり得ることが理解されるはずである。したがって、以下の詳細な説明は限定の意味で取られるべきではない。ここに規定される定義は、この明細書中において頻繁に用いられるいくつかの語の理解を容易にするためのものであり、この開示の範囲を限定することを意図したものではない。
【００１１】
特に規定のない限り、明細書および請求項において用いられる特徴となるサイズ、量および物理的性質を表わす数はすべて、いずれの場合にも、「約（about）」という語によって変更されるものであると理解されるべきである。したがって、逆に規定されていない限り、上述の明細書および添付の特許請求の範囲に述べられる数値パラメータは、当業者がこの明細書中に開示されている教示を用いて獲得するよう努めた所望の特性に応じて異なり得る近似値である。
【００１２】
端点による数値範囲の記載は、その範囲内に含まれるすべての数（たとえば、１から５は１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４および５を含む）、および、その範囲内のいかなる範囲をも含む。
【００１３】
この明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、単数形の「a」、「an」および「the」は、内容が明確に規定されていない限り、複数の指示対象を有する実施例を包含するものとする。この明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、「or」という語は、内容が明確に規定されていない限り、一般に「and/or」を含む意味で使用されるものとする。
【００１４】
なお、「top（上部）」、「bottom（底部）」、「above（上方）」、「below（下方）」などの語がこの開示において使用され得ることに留意されたい。これらの語は、構造の位置または向きを限定するものとして解釈されるべきではなく、構造間の空間的関係を提示するものとして用いられるべきである。明確にするために、シード層またはキャッピング層などの他の層は示されていないが、技術上の必要に応じて含まれてもよい。
【００１５】
この開示は、垂直異方性自由層およびサイドシールドを備えた磁気センサに関する。この開示により、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子の面密度性能を向上させることができる。加えて、いくつかのセンサスタック層構成を記載する。これらのセンサスタック構成は再生素子の性能を向上させる。従来の永久磁石サイドシールドは、この明細書中に記載される設計では設けられておらず、このため、従来の永久磁石サイドシールド設計において見られた磁性の非対称または傾斜がいくらか解消される。この開示はこれに限定されるものではなく、以下に提示する例の説明を通じてこの開示のさまざまな局面が認識されるだろう。
【００１６】
図１は、膜面垂直異方性を有する自由層アセンブリ３０と、サイドシールド１８、２０とを含むトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子１０を示す正面図である。トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子１０は、上部磁気シールド１４を下部磁気シールド２４から隔てるセンサスタック１２を含む。センサスタック１２は、基準磁化配向ＭR方向を有する基準磁気要素３４と、基準磁化配向ＭR方向に実質的に垂直な自由磁化配向ＭF方向を有する自由磁気要素３０と、自由磁気要素３０から基準磁気要素３４を隔てる非磁性スペーサ層３２とを備える。
【００１７】
第１のサイド磁気シールド１８および第２のサイド磁気シールド２０は、上部磁気シールド１４と下部磁気シールド２４との間に配置される。センサスタック１２は、第１のサイド磁気シールド１８と第２のサイド磁気シールド２０との間にあり、第１のサイド磁気シールド１８および第２のサイド磁気シールド２０は、上部磁気シールド１４を下部磁気シールド２４から電気的に絶縁する電気絶縁層１９、２１を含む。
【００１８】
図示される実施例においては、自由磁気要素３０は、センサスタック１２の上にあり、基準磁気要素３４はセンサスタック１２の底にある。代替的には、センサスタック１２が、センサスタック１２の上に基準磁気要素３４を含み、センサスタック１２の底に自由磁気要素３０を含み得ることが認識されるだろう。
【００１９】
自由磁気要素３０は、外部磁場に応じて回転する磁化ＭFを有する単層または複合層または多層の構造をなす。自由磁気要素３０は磁化ＭFを有しており、その有効な方向は、自由磁気要素３０の層が垂直異方性であるために、静止した状態にある自由磁気要素３０の各層の面に対して垂直になっている。静止した状態にある磁化ＭFの方向はセンサスタック１２の上部へと向けられているように図示されているが、自由磁気要素３０の層は、代替的には、静止した状態にあるセンサスタック１２の底部へと向けられる有効な磁化方向をもたらし得る。自由磁気要素３０が膜面垂直異方性を有している場合、自由磁気要素３０の層の端縁近傍における磁化の傾斜が防止される。これによりセンサスタック１２におけるノイズを低減させ、これにより、生成された信号を向上させて、センサスタック１２の安定性を向上させる。
【００２０】
スペーサ層３２は、自由磁気要素３０と基準磁気要素３４との間に配置された非磁性層である。いくつかの実施例においては、スペーサ層３２は、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕまたはＲｕなどの非磁性の導電性材料であり、これにより、磁気センサ１０が巨大磁気抵抗センサとなる。他の実施例においては、スペーサ層３２は、Ｍｇ、Ａｌ、ＨｆまたはＴｉからなる酸化物などの非磁性の絶縁性材料または半導体材料であり、これにより、磁気センサ１０がトンネル磁気抵抗センサとなる。
【００２１】
基準磁気要素３４は、磁気要素３４の層と同一面内にある固定された磁化方向ＭRを有する。自由磁気要素３０の磁化方向ＭFは、静止した状態では、固定された磁化方向ＭRに対して垂直である。基準磁気要素３４は、異方的に規定された磁化方向を有する単一の強磁性層であってもよい。基準磁気要素３４はまた、方向が固定されている磁化ＭRをもたらすようさまざまな層の組合せを含んでいてもよく、たとえば、反強磁性ピン止め層を備えた強磁性ピン止め層、合成強磁性ピン止め層（すなわち、Ｒｕなどの非磁性金属によって結合された２つの強磁性層）、または、反強磁性ピン止め層に結合された合成強磁性ピン止め層などが含まれ得る。基準層アセンブリ３４の強磁性層は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏなどの強磁性合金で作られてもよく、反強磁性層は、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎまたはＦｅＭｎで作られてもよい。代替的な実施例においては、基準磁気要素３４は、膜面垂直異方性を有する第２の自由層アセンブリと置換えられる。
【００２２】
動作時に、センス電流ＩSは、センサスタック１２の層の面に対して垂直に流れるようにリード／シールド１４および２４を介してセンサスタック１２に流される。磁化ＭFが外部磁場に応じて回転すると、センサスタック１２の抵抗が、磁化ＭFとＭRとの間の角度の関数として変化する。センサスタック１２にわたる電圧がリード／シールド１４と２４との間で外部回路（図示せず）によって測定されて、センサスタック１２における抵抗の変化が検出される。外部磁場に対するセンサスタック１２の反応、およびセンサスタック１２にわたる対応する抵抗の変化が、図２に関連付けて図示および記載される。
【００２３】
図２は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子１２にわたる抵抗を、自由層要素３０の磁化配向ＭFの関数として示すグラフである。層図１２ａ、１２ｂおよび１２ｃは、正面から見たセンサスタック１２のさまざまな磁性状態を示す。層図１２ａは、静止した状態にある（すなわち、外部磁場がない）磁化ＭRおよび磁化ＭFの状態を示している。磁化ＭFは、自由層要素３０の面に対して垂直である。この状態では、センサスタック１２にわたるリードバック電圧がほぼ０である。
【００２４】
層図１２ｂは、センサスタック１２に第１の方向を有する外部磁場がある場合の磁化ＭFおよび磁化ＭRの状態を示す。外部磁場は、磁化ＭFが磁化ＭRと平行になるように磁化ＭFを回転させる。この状態では、センス電流ＩSが印加されると、センサスタック１２にわたる電圧降下が負になる。これは、図２におけるゼロ抵抗線より下方に示されている。
【００２５】
層図１２ｃは、センサスタック１２に第１の方向とは逆の第２の方向を有する外部磁場がある場合の磁化ＭFおよび磁化ＭRの状態を示す。外部磁場は、磁化ＭFが磁化ＭRに対して逆平行になるように磁化ＭFを回転させる。この状態では、センス電流ＩSが印加されると、センサスタック１２にわたる電圧降下が正になる。これは、図２におけるゼロ抵抗線より上方に示されている。
【００２６】
図３は、膜面垂直異方性を有する自由層アセンブリと、複合サイドシールド１８、２０とを含むトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子４０を示す正面図である。トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子４０は、上部磁気シールド１４を下部磁気シールド２４から隔てるセンサスタック１２を含む。センサスタック１２は、基準磁化配向ＭR方向を有する基準磁気要素と、基準磁化配向ＭR方向に対して実質的に垂直である自由磁化配向ＭF方向を有する自由磁気要素と、自由磁気要素から基準磁気要素を隔てる非磁性スペーサ層とを含む。これは、上に記載されたとおりである。
【００２７】
第１の複合サイド磁気シールド１８および第２の複合サイド磁気シールド２０は、上部磁気シールド１４と下部磁気シールド２４との間に配置される。センサスタック１２は、第１の複合サイド磁気シールド１８と第２の複合サイド磁気シールド２０との間にある。また、第１の複合サイド磁気シールド１８および第２の複合サイド磁気シールド２０は、上部磁気シールド１４を下部磁気シールド２４から電気的に絶縁する電気絶縁層１９、２１を含む。
【００２８】
図示される実施例においては、複合サイド磁気シールドは、非磁性スペーサ層によって隔てられた２つ以上の磁性層を含む。たとえば、第１の複合サイド磁気シールド１８は、非磁性スペーサ層３４によって隔てられた第１の磁性層３１および第２の磁性層３３を含む。また、第２の複合サイド磁気シールド２０は、非磁性スペーサ層４４によって隔てられた第１の磁性層４１および第２の磁性層４３を含む。いくつかの実施例においては、非磁性スペーサ層３４、４４は、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕまたはＲｕなどの非磁性の導電性材料である。他の実施例においては、非磁性スペーサ層３４、４４は、Ｍｇ、Ａｌ、ＨｆまたはＴｉからなる酸化物などの非磁性の絶縁性材料または半導体材料である。非磁性の絶縁体または半導体である非磁性スペーサ層３４、４４は、電気絶縁層１９、２１が上部磁気シールド１４を下部磁気シールド２４から電気的に絶縁するのを助ける。
【００２９】
図４は複合自由磁気要素３０を示す層図である。この明細書中に記載される自由磁気要素３０は複合自由磁気要素３０であってもよい。複合自由磁気要素３０は、ＣｏＦｅＢ材料からなる第１の層３５と、ＴｂＣｏＦｅ材料からなる第２の層３６とを含み得る。ＴｂＣｏＦｅに加えて、垂直な異方性をもたらすのに使用できる材料が他に存在する。これらの材料の一覧には、たとえば、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、Ｃｏ／Ｐｔ多層、Ｃｏ／Ｐｄ多層、Ｃｏ／Ｃｕ多層、Ｃｏ／Ａｕ多層、Ｃｏ／Ｎｉ多層、およびＭｎＡｌが含まれる。多くの実施例においては、第１の層３５がスペーサ層（図１中の３２）に接しており、このことがＴＭＲ効果の原因になると考えられている。加えて、ＴｂＣｏＦｅ材料が垂直の異方性をもたらすと考えられている。第１の層３５の材料と第２の層３６の材料との間の強い交換結合により、複合自由磁気要素３０における第１の層３５の磁化が、確実に、複合自由磁気要素３０の面に対して垂直になる。
【００３０】
図５は、合成反強磁性体ＳＡＦおよび反強磁性層７７を有する基準層と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素３０と含むセンサスタック５０を示す概略断面図である。上部および底部のリード／シールド１４および２４、自由磁気要素３０、スペーサ層３２ならびに基準磁気要素７４、７５、７６、７７によって前面８０が規定される。いくつかの実施例においては、前面８０は実質的に平坦である。前面８０、すなわちＡＢＳ面（air bearing surface）は、たとえば、センサスタック５０によって検出される磁気媒体に面している。
【００３１】
この実施例においては、反強磁性層７７によって合成反強磁性体ＳＡＦを安定化させる。合成反強磁性体ＳＡＦは、たとえば、Ｒｕなどの非磁性の導電性スペーサ層７５によって結合された２つの強磁性層７４、７６であってもよい。合成反強磁性体ＳＡＦの強磁性層は、たとえば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏなどの強磁性合金で作製することができ、反強磁性層７７は、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎまたはＦｅＭｎで作製されてもよい。
【００３２】
図６は、合成反強磁性体ＳＡＦおよび反強磁性層７７を有する拡張された磁気基準要素７４、７５、７６、７７と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素３０とを含むセンサスタック５１を示す概略断面図である。上部および底部のリード／シールド１４および２４、自由磁気要素３０、スペーサ層３２、ならびに基準磁気要素７４、７５、７６、７７によって前面８０が規定される。いくつかの実施例においては、前面８０は実質的に平坦である。前面８０、すなわちＡＢＳ面は、たとえばセンサスタック５１によって検出される磁気媒体に面している。
【００３３】
この実施例においては、反強磁性層７７によって合成反強磁性体ＳＡＦを安定化させる。合成反強磁性体ＳＡＦは、たとえば、Ｒｕなどの非磁性の導電性スペーサ層７５によって結合された２つの強磁性層７４、７６であってもよい。合成反強磁性体ＳＡＦの強磁性層は、たとえば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏなどの強磁性合金で作製することができ、反強磁性層７７は、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎまたはＦｅＭｎで作製されてもよい。
【００３４】
この実施例においては、磁気基準要素７４、７５、７６、７７は、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素３０よりも、前面から大きく間隔をあけて離れて延在している。言い換えれば、自由磁気要素３０の長さは、磁気基準要素７４、７５、７６、７７の長さよりも短い。これにより、合成反強磁性体ＳＡＦの磁気安定性を向上させる。
【００３５】
図７は、ピン止め層７４および反強磁性層７７を有する拡張された基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素３０とを含むセンサスタック５２を示す概略断面図である。上部および底部のリード／シールド１４および２４、自由磁気要素３０、スペーサ層３２、ならびに基準磁気要素７４、７７によって前面８０が規定される。いくつかの実施例においては、前面８０は実質的に平坦である。前面８０、すなわちＡＢＳ面は、たとえば、センサスタック５２によって検出される磁気媒体に面している。
【００３６】
この実施例においては、磁気基準要素は、自由磁気要素３０の長さよりも長い単一のピン止め層７４を含む。反強磁性層７７によって単一のピン止め層７４を安定化させる。拡張された単一のピン止め層７４は、当該ピン止め層からの面内磁場が自由磁気要素３０に作用するものであるが、小さいため、その角度を実質的に垂直方向から変化させることはないだろう。
【００３７】
図８は、ピン止め層７４および硬質磁性層７９を有する拡張された基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素３０とを含むセンサスタック５３を示す概略断面図である。上部および底部のリード／シールド１４および２４、自由磁気要素３０、スペーサ層３２、ならびに基準磁気要素７４、７９によって前面８０が規定される。いくつかの実施例においては、前面８０は実質的に平坦である。前面８０、すなわちＡＢＳ面は、たとえば、センサスタック５０によって検出される磁気媒体に面している。
【００３８】
この実施例においては、磁気基準要素は、自由磁気要素３０の長さよりも長い単一のピン止め層７４を含む。硬質磁性層７９によって単一のピン止め層７４を安定化させる。拡張された単一のピン止め層７４は、当該ピン止め層からの面内磁場が自由磁気要素３０に作用するものであるが、小さいため、その角度を実質的に垂直方向から変化させることはないだろう。拡張された単一のピン止め層７４は、大きなＴＭＲのためにＣｏＦｅＢなどの強磁性材料から形成することができ、硬質磁性層は、大きな面内のＨｋおよびＨｃなど、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔおよび／またはＦｅＰｔを含む材料から形成可能である。
【００３９】
このように、垂直異方性の自由層およびサイドシールドを備えた磁気センサの実施例が開示される。上述の実現例および他の実現例は、添付の特許請求の範囲内である。当業者であれば、この開示が、開示された以外の実施例で実施可能であることを認識するだろう。開示された実施例は、限定ではなく例示を目的として提示されており、この発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４０】
１０ トンネル磁気抵抗再生素子、１２ センサスタック、１４ 上部磁気シールド、２４ 下部磁気シールド、３０ 自由磁気要素、３４ 基準磁気要素。
【背景技術】
【０００１】
電子データ記憶および検索システムにおいては、磁気記録ヘッドは、磁気媒体に記憶された磁気的に符号化された情報を検索するためのセンサを備えた再生素子部分を含み得る。媒体の表面からの磁束が、センサにおける検出層の磁化ベクトルの回転を引起こし、これにより、センサの電気的特性を変化させる。検出層は、その検出層の磁化ベクトルが外部磁束に応じて自由に回転することができるので、しばしば自由層と称される。センサの電気的特性の変化は、センサに電流を流し、このセンサにわたる電圧を測定することによって検出されてもよい。装置の幾何学的形態に応じて、センス電流が、装置における層の面内に（ＣＩＰ）流され得るか、または装置における層の面に対して垂直に（ＣＰＰ）流され得る。次いで、外部回路が電圧情報を適切なフォーマットに変換し、その情報を必要に応じて処理して、ディスク上に符号化された情報を回復させる。
【０００２】
現代の磁気読取りヘッドの構造は、何らかのタイプの磁気抵抗を示す強磁性材料を含む薄膜多層構造をなしている。１つの磁気抵抗センサ構成には、合成反強磁性体（ＳＡＦ）と強磁性自由層との間、または、２つの強磁性自由層の間に位置決めされた（薄い絶縁バリア層または非磁性金属などの）非磁性層からなる多層構造が含まれる。磁気センサの抵抗は、磁性層の磁化の相対的な配向に依存している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
記録密度が高い場合、磁気媒体上の各ビットの磁束を検出するために磁気センサの寸法を小さくする。磁気センサの寸法を小さくした結果、磁気センサの磁性層における面内異方性の磁化が保持される。たとえば、寸法がより小さい場合、自由層の一部における磁化が傾斜して異方性磁化方向から遠ざかり、静磁気エネルギを最小限にし得る。寸法が引続き小さくなると、磁化が傾斜している領域の相対的部分が大きくなる可能性がある。加えて、熱変動または外部磁場によって引起こされる傾斜方向の変化により、センサにおけるノイズおよび不安定性が増大するおそれがある。さらに、永久磁石を用いて磁気センサ内の磁性層にバイアスをかけると、基準層の磁化方向が軸外に傾けられる可能性があり、これにより、磁気センサによって生成される信号が低減される可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
概要
この開示は、垂直異方性自由層およびサイドシールドを備えた磁気センサに関する。この開示により、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：tunneling magneto resistive）再生素子の面密度性能を向上させることができる。
【０００５】
一実施例においては、トンネル磁気抵抗再生素子は、上部磁気シールドを下部磁気シールドから隔てるセンサスタックを含む。センサスタックは、基準磁化配向方向を有する基準磁気要素と、基準磁化配向方向に実質的に垂直な自由磁化配向方向を有する自由磁気要素とを含む。非磁性スペーサ層は、基準磁気要素を自由磁気要素から隔てる。第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドは、上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間に配置される。センサスタックは、第１のサイド磁気シールドと第２のサイド磁気シールドとの間にある。第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドは、上部磁気シールドを下部磁気シールドから電気的に絶縁する。
【０００６】
これらおよび他のさまざまな特徴および利点が、以下の詳細な説明を読むことにより明らかになるだろう。
【０００７】
この開示は、添付の図面に関連付けて開示されたさまざまな実施例についての以下の詳細な説明を考慮すると、より完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】膜面垂直異方性を有する自由層アセンブリとサイドシールドとを含むトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子を示す正面図である。
【図２】トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子にわたる抵抗を自由層要素の磁性状態の関数として示すグラフである。
【図３】膜面垂直異方性を有する自由層アセンブリと複合サイドシールドとを含むトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子を示す正面図である。
【図４】複合自由層要素を示す層図である。
【図５】合成反強磁性体および反強磁性層を有する基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素とを含むセンサスタックを示す概略断面図である。
【図６】合成反強磁性体および反強磁性層を有する拡張された基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素とを含むセンサスタックを示す概略断面図である。
【図７】ピン止め層および反強磁性層を有する拡張された基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素とを含むセンサスタックを示す概略断面図である。
【図８】ピン止め層および硬質磁性層を有する拡張された基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素とを含むセンサスタックを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図は必ずしも縮尺通りではない。図において用いられる同様の番号は、同様の構成要素を指している。しかしながら、所与の図において番号を用いて構成要素を参照することが、同じ番号が付された別の図中の構成要素を限定することを意図したものではないことが理解されるだろう。
【００１０】
詳細な説明
以下の説明においては、その一部を構成し、いくつかの具体的な実施例が例示のために示されている添付の図面を参照する。他の実施例が企図され、この開示の範囲または精神から逸脱することなく実施可能であり得ることが理解されるはずである。したがって、以下の詳細な説明は限定の意味で取られるべきではない。ここに規定される定義は、この明細書中において頻繁に用いられるいくつかの語の理解を容易にするためのものであり、この開示の範囲を限定することを意図したものではない。
【００１１】
特に規定のない限り、明細書および請求項において用いられる特徴となるサイズ、量および物理的性質を表わす数はすべて、いずれの場合にも、「約（about）」という語によって変更されるものであると理解されるべきである。したがって、逆に規定されていない限り、上述の明細書および添付の特許請求の範囲に述べられる数値パラメータは、当業者がこの明細書中に開示されている教示を用いて獲得するよう努めた所望の特性に応じて異なり得る近似値である。
【００１２】
端点による数値範囲の記載は、その範囲内に含まれるすべての数（たとえば、１から５は１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４および５を含む）、および、その範囲内のいかなる範囲をも含む。
【００１３】
この明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、単数形の「a」、「an」および「the」は、内容が明確に規定されていない限り、複数の指示対象を有する実施例を包含するものとする。この明細書および添付の特許請求の範囲において使用される場合、「or」という語は、内容が明確に規定されていない限り、一般に「and/or」を含む意味で使用されるものとする。
【００１４】
なお、「top（上部）」、「bottom（底部）」、「above（上方）」、「below（下方）」などの語がこの開示において使用され得ることに留意されたい。これらの語は、構造の位置または向きを限定するものとして解釈されるべきではなく、構造間の空間的関係を提示するものとして用いられるべきである。明確にするために、シード層またはキャッピング層などの他の層は示されていないが、技術上の必要に応じて含まれてもよい。
【００１５】
この開示は、垂直異方性自由層およびサイドシールドを備えた磁気センサに関する。この開示により、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子の面密度性能を向上させることができる。加えて、いくつかのセンサスタック層構成を記載する。これらのセンサスタック構成は再生素子の性能を向上させる。従来の永久磁石サイドシールドは、この明細書中に記載される設計では設けられておらず、このため、従来の永久磁石サイドシールド設計において見られた磁性の非対称または傾斜がいくらか解消される。この開示はこれに限定されるものではなく、以下に提示する例の説明を通じてこの開示のさまざまな局面が認識されるだろう。
【００１６】
図１は、膜面垂直異方性を有する自由層アセンブリ３０と、サイドシールド１８、２０とを含むトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子１０を示す正面図である。トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子１０は、上部磁気シールド１４を下部磁気シールド２４から隔てるセンサスタック１２を含む。センサスタック１２は、基準磁化配向ＭR方向を有する基準磁気要素３４と、基準磁化配向ＭR方向に実質的に垂直な自由磁化配向ＭF方向を有する自由磁気要素３０と、自由磁気要素３０から基準磁気要素３４を隔てる非磁性スペーサ層３２とを備える。
【００１７】
第１のサイド磁気シールド１８および第２のサイド磁気シールド２０は、上部磁気シールド１４と下部磁気シールド２４との間に配置される。センサスタック１２は、第１のサイド磁気シールド１８と第２のサイド磁気シールド２０との間にあり、第１のサイド磁気シールド１８および第２のサイド磁気シールド２０は、上部磁気シールド１４を下部磁気シールド２４から電気的に絶縁する電気絶縁層１９、２１を含む。
【００１８】
図示される実施例においては、自由磁気要素３０は、センサスタック１２の上にあり、基準磁気要素３４はセンサスタック１２の底にある。代替的には、センサスタック１２が、センサスタック１２の上に基準磁気要素３４を含み、センサスタック１２の底に自由磁気要素３０を含み得ることが認識されるだろう。
【００１９】
自由磁気要素３０は、外部磁場に応じて回転する磁化ＭFを有する単層または複合層または多層の構造をなす。自由磁気要素３０は磁化ＭFを有しており、その有効な方向は、自由磁気要素３０の層が垂直異方性であるために、静止した状態にある自由磁気要素３０の各層の面に対して垂直になっている。静止した状態にある磁化ＭFの方向はセンサスタック１２の上部へと向けられているように図示されているが、自由磁気要素３０の層は、代替的には、静止した状態にあるセンサスタック１２の底部へと向けられる有効な磁化方向をもたらし得る。自由磁気要素３０が膜面垂直異方性を有している場合、自由磁気要素３０の層の端縁近傍における磁化の傾斜が防止される。これによりセンサスタック１２におけるノイズを低減させ、これにより、生成された信号を向上させて、センサスタック１２の安定性を向上させる。
【００２０】
スペーサ層３２は、自由磁気要素３０と基準磁気要素３４との間に配置された非磁性層である。いくつかの実施例においては、スペーサ層３２は、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕまたはＲｕなどの非磁性の導電性材料であり、これにより、磁気センサ１０が巨大磁気抵抗センサとなる。他の実施例においては、スペーサ層３２は、Ｍｇ、Ａｌ、ＨｆまたはＴｉからなる酸化物などの非磁性の絶縁性材料または半導体材料であり、これにより、磁気センサ１０がトンネル磁気抵抗センサとなる。
【００２１】
基準磁気要素３４は、磁気要素３４の層と同一面内にある固定された磁化方向ＭRを有する。自由磁気要素３０の磁化方向ＭFは、静止した状態では、固定された磁化方向ＭRに対して垂直である。基準磁気要素３４は、異方的に規定された磁化方向を有する単一の強磁性層であってもよい。基準磁気要素３４はまた、方向が固定されている磁化ＭRをもたらすようさまざまな層の組合せを含んでいてもよく、たとえば、反強磁性ピン止め層を備えた強磁性ピン止め層、合成強磁性ピン止め層（すなわち、Ｒｕなどの非磁性金属によって結合された２つの強磁性層）、または、反強磁性ピン止め層に結合された合成強磁性ピン止め層などが含まれ得る。基準層アセンブリ３４の強磁性層は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏなどの強磁性合金で作られてもよく、反強磁性層は、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎまたはＦｅＭｎで作られてもよい。代替的な実施例においては、基準磁気要素３４は、膜面垂直異方性を有する第２の自由層アセンブリと置換えられる。
【００２２】
動作時に、センス電流ＩSは、センサスタック１２の層の面に対して垂直に流れるようにリード／シールド１４および２４を介してセンサスタック１２に流される。磁化ＭFが外部磁場に応じて回転すると、センサスタック１２の抵抗が、磁化ＭFとＭRとの間の角度の関数として変化する。センサスタック１２にわたる電圧がリード／シールド１４と２４との間で外部回路（図示せず）によって測定されて、センサスタック１２における抵抗の変化が検出される。外部磁場に対するセンサスタック１２の反応、およびセンサスタック１２にわたる対応する抵抗の変化が、図２に関連付けて図示および記載される。
【００２３】
図２は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子１２にわたる抵抗を、自由層要素３０の磁化配向ＭFの関数として示すグラフである。層図１２ａ、１２ｂおよび１２ｃは、正面から見たセンサスタック１２のさまざまな磁性状態を示す。層図１２ａは、静止した状態にある（すなわち、外部磁場がない）磁化ＭRおよび磁化ＭFの状態を示している。磁化ＭFは、自由層要素３０の面に対して垂直である。この状態では、センサスタック１２にわたるリードバック電圧がほぼ０である。
【００２４】
層図１２ｂは、センサスタック１２に第１の方向を有する外部磁場がある場合の磁化ＭFおよび磁化ＭRの状態を示す。外部磁場は、磁化ＭFが磁化ＭRと平行になるように磁化ＭFを回転させる。この状態では、センス電流ＩSが印加されると、センサスタック１２にわたる電圧降下が負になる。これは、図２におけるゼロ抵抗線より下方に示されている。
【００２５】
層図１２ｃは、センサスタック１２に第１の方向とは逆の第２の方向を有する外部磁場がある場合の磁化ＭFおよび磁化ＭRの状態を示す。外部磁場は、磁化ＭFが磁化ＭRに対して逆平行になるように磁化ＭFを回転させる。この状態では、センス電流ＩSが印加されると、センサスタック１２にわたる電圧降下が正になる。これは、図２におけるゼロ抵抗線より上方に示されている。
【００２６】
図３は、膜面垂直異方性を有する自由層アセンブリと、複合サイドシールド１８、２０とを含むトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子４０を示す正面図である。トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）再生素子４０は、上部磁気シールド１４を下部磁気シールド２４から隔てるセンサスタック１２を含む。センサスタック１２は、基準磁化配向ＭR方向を有する基準磁気要素と、基準磁化配向ＭR方向に対して実質的に垂直である自由磁化配向ＭF方向を有する自由磁気要素と、自由磁気要素から基準磁気要素を隔てる非磁性スペーサ層とを含む。これは、上に記載されたとおりである。
【００２７】
第１の複合サイド磁気シールド１８および第２の複合サイド磁気シールド２０は、上部磁気シールド１４と下部磁気シールド２４との間に配置される。センサスタック１２は、第１の複合サイド磁気シールド１８と第２の複合サイド磁気シールド２０との間にある。また、第１の複合サイド磁気シールド１８および第２の複合サイド磁気シールド２０は、上部磁気シールド１４を下部磁気シールド２４から電気的に絶縁する電気絶縁層１９、２１を含む。
【００２８】
図示される実施例においては、複合サイド磁気シールドは、非磁性スペーサ層によって隔てられた２つ以上の磁性層を含む。たとえば、第１の複合サイド磁気シールド１８は、非磁性スペーサ層３４によって隔てられた第１の磁性層３１および第２の磁性層３３を含む。また、第２の複合サイド磁気シールド２０は、非磁性スペーサ層４４によって隔てられた第１の磁性層４１および第２の磁性層４３を含む。いくつかの実施例においては、非磁性スペーサ層３４、４４は、Ｃｕ、Ａｇ、ＡｕまたはＲｕなどの非磁性の導電性材料である。他の実施例においては、非磁性スペーサ層３４、４４は、Ｍｇ、Ａｌ、ＨｆまたはＴｉからなる酸化物などの非磁性の絶縁性材料または半導体材料である。非磁性の絶縁体または半導体である非磁性スペーサ層３４、４４は、電気絶縁層１９、２１が上部磁気シールド１４を下部磁気シールド２４から電気的に絶縁するのを助ける。
【００２９】
図４は複合自由磁気要素３０を示す層図である。この明細書中に記載される自由磁気要素３０は複合自由磁気要素３０であってもよい。複合自由磁気要素３０は、ＣｏＦｅＢ材料からなる第１の層３５と、ＴｂＣｏＦｅ材料からなる第２の層３６とを含み得る。ＴｂＣｏＦｅに加えて、垂直な異方性をもたらすのに使用できる材料が他に存在する。これらの材料の一覧には、たとえば、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、Ｃｏ／Ｐｔ多層、Ｃｏ／Ｐｄ多層、Ｃｏ／Ｃｕ多層、Ｃｏ／Ａｕ多層、Ｃｏ／Ｎｉ多層、およびＭｎＡｌが含まれる。多くの実施例においては、第１の層３５がスペーサ層（図１中の３２）に接しており、このことがＴＭＲ効果の原因になると考えられている。加えて、ＴｂＣｏＦｅ材料が垂直の異方性をもたらすと考えられている。第１の層３５の材料と第２の層３６の材料との間の強い交換結合により、複合自由磁気要素３０における第１の層３５の磁化が、確実に、複合自由磁気要素３０の面に対して垂直になる。
【００３０】
図５は、合成反強磁性体ＳＡＦおよび反強磁性層７７を有する基準層と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素３０と含むセンサスタック５０を示す概略断面図である。上部および底部のリード／シールド１４および２４、自由磁気要素３０、スペーサ層３２ならびに基準磁気要素７４、７５、７６、７７によって前面８０が規定される。いくつかの実施例においては、前面８０は実質的に平坦である。前面８０、すなわちＡＢＳ面（air bearing surface）は、たとえば、センサスタック５０によって検出される磁気媒体に面している。
【００３１】
この実施例においては、反強磁性層７７によって合成反強磁性体ＳＡＦを安定化させる。合成反強磁性体ＳＡＦは、たとえば、Ｒｕなどの非磁性の導電性スペーサ層７５によって結合された２つの強磁性層７４、７６であってもよい。合成反強磁性体ＳＡＦの強磁性層は、たとえば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏなどの強磁性合金で作製することができ、反強磁性層７７は、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎまたはＦｅＭｎで作製されてもよい。
【００３２】
図６は、合成反強磁性体ＳＡＦおよび反強磁性層７７を有する拡張された磁気基準要素７４、７５、７６、７７と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素３０とを含むセンサスタック５１を示す概略断面図である。上部および底部のリード／シールド１４および２４、自由磁気要素３０、スペーサ層３２、ならびに基準磁気要素７４、７５、７６、７７によって前面８０が規定される。いくつかの実施例においては、前面８０は実質的に平坦である。前面８０、すなわちＡＢＳ面は、たとえばセンサスタック５１によって検出される磁気媒体に面している。
【００３３】
この実施例においては、反強磁性層７７によって合成反強磁性体ＳＡＦを安定化させる。合成反強磁性体ＳＡＦは、たとえば、Ｒｕなどの非磁性の導電性スペーサ層７５によって結合された２つの強磁性層７４、７６であってもよい。合成反強磁性体ＳＡＦの強磁性層は、たとえば、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏなどの強磁性合金で作製することができ、反強磁性層７７は、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎまたはＦｅＭｎで作製されてもよい。
【００３４】
この実施例においては、磁気基準要素７４、７５、７６、７７は、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素３０よりも、前面から大きく間隔をあけて離れて延在している。言い換えれば、自由磁気要素３０の長さは、磁気基準要素７４、７５、７６、７７の長さよりも短い。これにより、合成反強磁性体ＳＡＦの磁気安定性を向上させる。
【００３５】
図７は、ピン止め層７４および反強磁性層７７を有する拡張された基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素３０とを含むセンサスタック５２を示す概略断面図である。上部および底部のリード／シールド１４および２４、自由磁気要素３０、スペーサ層３２、ならびに基準磁気要素７４、７７によって前面８０が規定される。いくつかの実施例においては、前面８０は実質的に平坦である。前面８０、すなわちＡＢＳ面は、たとえば、センサスタック５２によって検出される磁気媒体に面している。
【００３６】
この実施例においては、磁気基準要素は、自由磁気要素３０の長さよりも長い単一のピン止め層７４を含む。反強磁性層７７によって単一のピン止め層７４を安定化させる。拡張された単一のピン止め層７４は、当該ピン止め層からの面内磁場が自由磁気要素３０に作用するものであるが、小さいため、その角度を実質的に垂直方向から変化させることはないだろう。
【００３７】
図８は、ピン止め層７４および硬質磁性層７９を有する拡張された基準磁気要素と、膜面垂直異方性を有する自由磁気要素３０とを含むセンサスタック５３を示す概略断面図である。上部および底部のリード／シールド１４および２４、自由磁気要素３０、スペーサ層３２、ならびに基準磁気要素７４、７９によって前面８０が規定される。いくつかの実施例においては、前面８０は実質的に平坦である。前面８０、すなわちＡＢＳ面は、たとえば、センサスタック５０によって検出される磁気媒体に面している。
【００３８】
この実施例においては、磁気基準要素は、自由磁気要素３０の長さよりも長い単一のピン止め層７４を含む。硬質磁性層７９によって単一のピン止め層７４を安定化させる。拡張された単一のピン止め層７４は、当該ピン止め層からの面内磁場が自由磁気要素３０に作用するものであるが、小さいため、その角度を実質的に垂直方向から変化させることはないだろう。拡張された単一のピン止め層７４は、大きなＴＭＲのためにＣｏＦｅＢなどの強磁性材料から形成することができ、硬質磁性層は、大きな面内のＨｋおよびＨｃなど、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔおよび／またはＦｅＰｔを含む材料から形成可能である。
【００３９】
このように、垂直異方性の自由層およびサイドシールドを備えた磁気センサの実施例が開示される。上述の実現例および他の実現例は、添付の特許請求の範囲内である。当業者であれば、この開示が、開示された以外の実施例で実施可能であることを認識するだろう。開示された実施例は、限定ではなく例示を目的として提示されており、この発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４０】
１０ トンネル磁気抵抗再生素子、１２ センサスタック、１４ 上部磁気シールド、２４ 下部磁気シールド、３０ 自由磁気要素、３４ 基準磁気要素。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル磁気抵抗再生素子であって、
上部磁気シールドを下部磁気シールドから隔てるセンサスタックを含み、前記センサスタックは、基準磁化配向方向を有する基準磁気要素と、前記基準磁化配向方向に対して実質的に垂直な自由磁化配向方向を有する自由磁気要素と、前記自由磁気要素から前記基準磁気要素を隔てる非磁性スペーサ層とを含み、前記トンネル磁気抵抗再生素子はさらに、
前記上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間に配置された第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドを含み、前記センサスタックは前記第１のサイド磁気シールドと第２のサイド磁気シールドとの間にあり、前記第１のサイド磁気シールドおよび前記第２のサイド磁気シールドは、前記上部磁気シールドを下部磁気シールドから電気的に絶縁する電気絶縁層を含む、トンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項２】
前記自由磁気要素は、ＣｏＦｅＢの層と、ＴｂＣｏＦｅ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔまたはＭｎＡｌの層とを含む、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項３】
前記非磁性スペーサ層は酸化物材料である、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項４】
前記基準磁気要素は、反強磁性層で安定化される合成反強磁性体を含む、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項５】
自由磁性層の長さは、前記基準磁気要素の長さ未満である、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項６】
前記基準磁気要素は、反強磁性層で安定化されたピン止め層を含む、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項７】
前記自由磁性層の長さは、前記基準磁気要素の長さ未満である、請求項６に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項８】
前記基準磁気要素は、硬質磁性層で安定化されたピン止め層を含む、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項９】
前記自由磁性層の長さは、前記基準磁気要素の長さ未満である、請求項８に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１０】
前記ピン止め層はＣｏＦｅＢを含み、前記硬質磁性層はＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔまたはＦｅＰｔを含む、請求項８に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１１】
第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドは、非磁性スペーサ層によって隔てられた複数の磁性層を含む、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１２】
前記非磁性スペーサ層は電気絶縁性である、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１３】
前記非磁性スペーサ層は導電性である、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１４】
トンネル磁気抵抗再生素子であって、
上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間にセンサスタックを含み、前記センサスタックは、基準磁化配向方向を有する基準磁気要素と、前記基準磁化配向方向に対して実質的に垂直な自由磁化配向方向を有する自由磁気要素と、前記自由磁気要素から前記基準磁気要素を隔てる非磁性スペーサ層とを含み、前記トンネル磁気抵抗再生素子はさらに、
上部磁気シールドを下部磁気シールドから隔てる第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドを含み、前記センサスタックは前記第１のサイド磁気シールドと前記第２のサイド磁気シールドとの間にあり、前記第１のサイド磁気シールドおよび前記第２のサイド磁気シールドは、スペーサ層によって隔てられた２つ以上の磁性層を含む、トンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１５】
前記非磁性スペーサ層は電気絶縁性である、請求項１４に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１６】
前記非磁性スペーサ層は導電性である、請求項１４に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１７】
自由磁性層の長さは、前記基準磁気要素の長さ未満である、請求項１４に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１８】
トンネル磁気抵抗再生素子であって、
上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間にセンサスタックを含み、前記センサスタックは、基準磁化配向方向を有する基準磁気要素と、前記基準磁化配向方向に対して実質的に垂直な自由磁化配向方向を有する自由磁気要素と、前記自由磁気要素から前記基準磁気要素を隔てる非磁性スペーサ層とを含み、前記基準磁気要素は２つ以上の磁性層を含み、前記トンネル磁気抵抗再生素子はさらに、
上部磁気シールドを下部磁気シールドから隔てる第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドを含み、前記センサスタックは前記第１のサイド磁気シールドと前記第２のサイド磁気シールドとの間にあり、前記第１のサイド磁気シールドおよび前記第２のサイド磁気シールドは、スペーサ層によって隔てられた２つ以上の磁性層を含む、トンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１９】
前記基準磁気要素は、反強磁性層で安定化された合成反強磁性体を含む、請求項１８に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項２０】
前記基準磁気要素は、硬質磁性層で安定化されたピン止め層を含む、請求項１８に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１】
トンネル磁気抵抗再生素子であって、
上部磁気シールドを下部磁気シールドから隔てるセンサスタックを含み、前記センサスタックは、基準磁化配向方向を有する基準磁気要素と、前記基準磁化配向方向に対して実質的に垂直な自由磁化配向方向を有する自由磁気要素と、前記自由磁気要素から前記基準磁気要素を隔てる非磁性スペーサ層とを含み、前記トンネル磁気抵抗再生素子はさらに、
前記上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間に配置された第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドを含み、前記センサスタックは前記第１のサイド磁気シールドと第２のサイド磁気シールドとの間にあり、前記第１のサイド磁気シールドおよび前記第２のサイド磁気シールドは、前記上部磁気シールドを下部磁気シールドから電気的に絶縁する電気絶縁層を含む、トンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項２】
前記自由磁気要素は、ＣｏＦｅＢの層と、ＴｂＣｏＦｅ、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔまたはＭｎＡｌの層とを含む、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項３】
前記非磁性スペーサ層は酸化物材料である、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項４】
前記基準磁気要素は、反強磁性層で安定化される合成反強磁性体を含む、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項５】
自由磁性層の長さは、前記基準磁気要素の長さ未満である、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項６】
前記基準磁気要素は、反強磁性層で安定化されたピン止め層を含む、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項７】
前記自由磁性層の長さは、前記基準磁気要素の長さ未満である、請求項６に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項８】
前記基準磁気要素は、硬質磁性層で安定化されたピン止め層を含む、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項９】
前記自由磁性層の長さは、前記基準磁気要素の長さ未満である、請求項８に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１０】
前記ピン止め層はＣｏＦｅＢを含み、前記硬質磁性層はＣｏＰｔ、ＣｏＣｒＰｔまたはＦｅＰｔを含む、請求項８に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１１】
第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドは、非磁性スペーサ層によって隔てられた複数の磁性層を含む、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１２】
前記非磁性スペーサ層は電気絶縁性である、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１３】
前記非磁性スペーサ層は導電性である、請求項１に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１４】
トンネル磁気抵抗再生素子であって、
上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間にセンサスタックを含み、前記センサスタックは、基準磁化配向方向を有する基準磁気要素と、前記基準磁化配向方向に対して実質的に垂直な自由磁化配向方向を有する自由磁気要素と、前記自由磁気要素から前記基準磁気要素を隔てる非磁性スペーサ層とを含み、前記トンネル磁気抵抗再生素子はさらに、
上部磁気シールドを下部磁気シールドから隔てる第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドを含み、前記センサスタックは前記第１のサイド磁気シールドと前記第２のサイド磁気シールドとの間にあり、前記第１のサイド磁気シールドおよび前記第２のサイド磁気シールドは、スペーサ層によって隔てられた２つ以上の磁性層を含む、トンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１５】
前記非磁性スペーサ層は電気絶縁性である、請求項１４に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１６】
前記非磁性スペーサ層は導電性である、請求項１４に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１７】
自由磁性層の長さは、前記基準磁気要素の長さ未満である、請求項１４に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１８】
トンネル磁気抵抗再生素子であって、
上部磁気シールドと下部磁気シールドとの間にセンサスタックを含み、前記センサスタックは、基準磁化配向方向を有する基準磁気要素と、前記基準磁化配向方向に対して実質的に垂直な自由磁化配向方向を有する自由磁気要素と、前記自由磁気要素から前記基準磁気要素を隔てる非磁性スペーサ層とを含み、前記基準磁気要素は２つ以上の磁性層を含み、前記トンネル磁気抵抗再生素子はさらに、
上部磁気シールドを下部磁気シールドから隔てる第１のサイド磁気シールドおよび第２のサイド磁気シールドを含み、前記センサスタックは前記第１のサイド磁気シールドと前記第２のサイド磁気シールドとの間にあり、前記第１のサイド磁気シールドおよび前記第２のサイド磁気シールドは、スペーサ層によって隔てられた２つ以上の磁性層を含む、トンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項１９】
前記基準磁気要素は、反強磁性層で安定化された合成反強磁性体を含む、請求項１８に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【請求項２０】
前記基準磁気要素は、硬質磁性層で安定化されたピン止め層を含む、請求項１８に記載のトンネル磁気抵抗再生素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２３０９６（Ｐ２０１１−２３０９６Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３６１７０（Ｐ２０１０−１３６１７０）
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（５００３７３７５８）シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１５日（２０１０．６．１５）
【出願人】（５００３７３７５８）シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Ｆターム（参考）】
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