磁気検出素子
【課題】 再生出力の大きいＧＭＲ型磁気検出素子を提供する
【解決手段】第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＧｅ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整している。これにより、フリー磁性層や固定磁性層のスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層に拡散しにくくなり、フリー磁性層又は固定磁性層と非磁性材料層の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【解決手段】第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＧｅ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整している。これにより、フリー磁性層や固定磁性層のスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層に拡散しにくくなり、フリー磁性層又は固定磁性層と非磁性材料層の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子に係り、特に、再生出力を大きくすることのできる磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は従来における磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。
【０００３】
図８に示す符号１はＴａからなる下地層であり、下地層１の上にＮｉＦｅＣｒなどからなるシード層２が形成されている。
【０００４】
シード層２の上には、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６、保護層７が順次積層された多層膜Ｔが形成されている。
【０００５】
フリー磁性層６、固定磁性層４はＣｏ２ＭｎＧｅなどのホイスラー合金、非磁性材料層５はＣｕ、反強磁性層３はＰｔＭｎ、保護層７はＴａによって形成されている。
【０００６】
反強磁性層３と固定磁性層４との界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層４の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０００７】
フリー磁性層６の両側にはＣｏＰｔなどの硬磁性材料からなるハードバイアス層８が形成され、ハードバイアス層８の上下及び端部は絶縁層９によって絶縁されている。ハードバイアス層８からの縦バイアス磁界によりフリー磁性層６の磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。多層膜Ｔの上下には電極層１０，１０が形成されている。
【０００８】
図８に示される磁気検出素子に、外部磁界が印加されると、フリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して相対的に変動して、多層膜の抵抗値が変化する。一定の電流値のセンス電流が流れている場合には、この抵抗値の変化を電圧変化として検出することにより、外部磁界を検知する。
【０００９】
ホイスラー合金からなる固定磁性層を有する磁気検出素子は、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−３０９３０５号公報（第８頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
Ｃｏ２ＭｎＧｅ合金やＣｏ２ＭｎＳｉ合金などのホイスラー合金からなるフリー磁性層６や固定磁性層４は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向しているものである。また、Ｃｕからなる非磁性材料層５は面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しているものである。
【００１１】
従来は、フリー磁性層６、固定磁性層４と非磁性材料層５の結晶構造が異なっており、しかも、互いの格子定数に大きな差があったため、フリー磁性層６と非磁性材料層５の格子整合あるいは固定磁性層４と非磁性材料層５の格子整合性が低くなっていた。このため、フリー磁性層６や固定磁性層５の内部にＬ２１型の結晶構造をとれない不規則相が生成するなどの格子欠陥が発生し、フリー磁性層６や固定磁性層５のスピン依存バルク散乱係数βが低下していた。また、ホイスラー合金と非磁性材料層５の界面で拡散するという現象が発生しやすく、フリー磁性層６又は固定磁性層４と非磁性材料層５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが低下していた。
【００１２】
フリー磁性層６や固定磁性層５のスピン依存バルク散乱係数βの低下、フリー磁性層６又は固定磁性層４と非磁性材料層５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γの低下は、磁気検出素子の再生出力の低下を引き起こす。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、フリー磁性層や固定磁性層の材料を改良することにより、再生出力の増大を図ることのできる磁気検出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記非磁性材料層はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、前記固定磁性層と前記フリー磁性層のいずれか一方あるいは両方はＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．２≦ｘ≦０．８）を有し、前記Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向していることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明では、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＧｅ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の格子定数を調整している。これにより、前記非磁性材料層と前記フリー磁性層の格子整合性または前記非磁性材料層と前記固定磁性層の格子整合性が向上し、フリー磁性層や固定磁性層がＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層や固定磁性層のスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層に拡散しにくくなり、フリー磁性層又は固定磁性層と非磁性材料層の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００１６】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＧｅとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＧｅとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００１７】
本発明では、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。また、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記固定磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記非磁性材料層はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、前記固定磁性層と前記フリー磁性層のいずれか一方あるいは両方はＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．３≦ｘ≦０．９）を有し、前記Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向していることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明では、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＳｉ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の格子定数を調整している。これにより、前記非磁性材料層と前記フリー磁性層の格子整合性または前記非磁性材料層と前記固定磁性層の格子整合性が向上し、フリー磁性層や固定磁性層がＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層や固定磁性層のスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層に拡散しにくくなり、フリー磁性層又は固定磁性層と非磁性材料層の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００２０】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＳｉとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＳｉとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００２１】
また、本発明では、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。また、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記固定磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。
【００２２】
本発明の磁気検出素子は、例えば、前記固定磁性層が前記フリー磁性層の上側に設けられているトップスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００２３】
あるいは、前記固定磁性層が前記フリー磁性層の下側に設けられているボトムスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００２４】
または、前記フリー磁性層の下に前記非磁性材料層及び前記固定磁性層が設けられ、前記フリー磁性層の上に他の非磁性材料層及び他の固定磁性層が設けられているデュアルスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００２５】
例えば、前記固定磁性層に反強磁性層が重ねられていることによって前記固定磁性層の磁化方向が固定される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＧｅ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の格子定数を調整している。
【００２７】
または、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＳｉ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の格子定数を調整している。
【００２８】
これにより、前記非磁性材料層と前記フリー磁性層の格子整合性または前記非磁性材料層と前記固定磁性層の格子整合性が向上し、フリー磁性層や固定磁性層がＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層や固定磁性層のスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金やＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層に拡散しにくくなり、フリー磁性層又は固定磁性層と非磁性材料層の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１及び図２は、本発明の実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。なお、図１及び図２ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【００３０】
このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は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。
【００３１】
図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層１１である。この下地層１１の上に、シード層１２、反強磁性層１３、固定磁性層１４、非磁性材料層１５、フリー磁性層１６、保護層１７からなる多層膜Ｔ１がスパッタ法又は蒸着法などの薄膜形成工程によって成膜されている。図１に示される磁気検出素子は、フリー磁性層１６の下に反強磁性層１３が設けられているいわゆるボトムスピンバルブ型のＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００３２】
シード層１２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。シード層１２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、シード層１２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、シード層１２をＣｒによって形成すると、シード層１２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。
【００３３】
なお、下地層１１は非晶質に近い構造を有するが、この下地層１１は形成されなくともよい。
【００３４】
前記シード層１２の上に形成された反強磁性層１３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【００３５】
反強磁性層１３は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有するもの、または、面心正方（ｆｃｔ）構造を有するものになる。
【００３６】
これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。特に白金族元素のうちＰｔを用いることが好ましく、例えば二元系で形成されたＰｔＭｎ合金やＩｒＭｎ合金を使用することができる。
【００３７】
また本発明では、前記反強磁性層１３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
【００３８】
なお前記元素Ｘ′には、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを指している。
【００３９】
侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とすることで、前記Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の格子定数を大きくすることができる。これによって反強磁性層１３の格子定数と固定磁性層１４の格子定数との差を広げることができ、前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面構造を非整合状態にしやすくできる。ここで非整合状態とは、前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面で前記反強磁性層１３を構成する原子と前記固定磁性層１４を構成する原子とが一対一に対応しない状態である。
【００４０】
また特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使用する場合は、前記元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎると、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層１４との界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。特に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種または２種以上）を元素Ｘ′として使用することが好ましいとしている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与えることがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッタガスとして従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入させることができる。
【００４１】
なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入させるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、飛躍的に大きくできる。
【００４２】
なお本発明では、好ましい前記元素Ｘ′の組成範囲は、原子％（原子％）で０．２から１０であり、より好ましくは、原子％で、０．５から５である。また本発明では前記元素ＸはＰｔであることが好ましく、よってＰｔ−Ｍｎ−Ｘ′合金を使用することが好ましい。
【００４３】
また本発明では、反強磁性層１３の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を４５（原子％）以上で６０（原子％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（原子％）以上で５６．５（原子％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層１４との界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層１３は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。
【００４４】
固定磁性層１４は、第１固定磁性層１４ａ、非磁性中間層１４ｂ、第２固定磁性層１４ｃからなる多層膜構造である。前記反強磁性層１３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層１４ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により前記第１固定磁性層１４ａと第２固定磁性層１４ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる人工フェリ磁性結合状態と呼ばれ、この構成により固定磁性層１４の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層１４と反強磁性層１３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。
【００４５】
ただし前記固定磁性層１４は第２固定磁性層１４ｃのみから構成され人工フェリ磁性結合状態になっていない状態でもよい。
【００４６】
なお前記第１固定磁性層１４ａは例えば１５〜３５Å程度で形成され、非磁性中間層１４ｂは８Å〜１０Å程度で形成され、第２固定磁性層１４ｃは２０〜５０Å程度で形成される。
【００４７】
第１固定磁性層１４ａはＣｏＦｅ、ＮｉＦｅなどの強磁性材料で形成されている。また非磁性中間層１４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。
【００４８】
第２固定磁性層１４ｃは、第２固定磁性層１４ｃは本実施の形態の磁気検出素子の特徴部分であるので後に詳しく説明する。
【００４９】
前記固定磁性層１４の上に形成された非磁性材料層１５は、Ｃｕで形成されている。Ｃｕで形成された非磁性材料層１５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している。{１１１}面が優先配向とは{１１１}面として表される等価な結晶面のいずれかと膜面平行方向がなす角度が鋭角であることをいう。
【００５０】
さらにフリー磁性層１６が形成されている。フリー磁性層１６は本実施の形態の磁気検出素子の特徴部分であるので後に詳しく説明する。
【００５１】
図１に示す実施形態では、フリー磁性層１６の両側にハードバイアス層１８，１８が形成されている。前記ハードバイアス層１８，１８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層１６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。ハードバイアス層１８，１８は、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されている。
【００５２】
ハードバイアス層１８，１８の上下及び端部は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【００５３】
多層膜Ｔ１の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ１を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【００５４】
電極層２０，２０はα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで形成されている。
【００５５】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。なお図１に示す実施形態では前記固定磁性層１４は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層１４ａが例えば図示Ｙ方向に磁化されると、第２固定磁性層１４ｃ及び磁性層２３は図示Ｙ方向と逆方向に磁化される。
【００５６】
図１に示された磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層の固定磁化方向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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００５７】
本実施の形態の磁気検出素子の特徴部分について述べる。
非磁性材料層１５はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のいずれか一方あるいは両方は、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．２≦ｘ≦０．８）である。Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層である第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６は、体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向している。
【００５８】
第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＧｅ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整している。これにより、非磁性材料層１５とフリー磁性層１６の格子整合性または非磁性材料層１５と第２固定磁性層１４ｃの格子整合性が向上し、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃがＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層１５に拡散しにくくなり、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００５９】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＧｅとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＧｅとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００６０】
フリー磁性層１６がＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１とフリー磁性層１６の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。また、第２固定磁性層１４ｃがＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と第２固定磁性層１４ｃの膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。
【００６１】
あるいは、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のいずれか一方あるいは両方がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．３≦ｘ≦０．９）であってもよい。Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向している。
【００６２】
第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＳｉ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整できる。これにより、非磁性材料層１５とフリー磁性層１６の格子整合性または非磁性材料層１５と第２固定磁性層１４ｃの格子整合性が向上し、、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃがＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層１５に拡散しにくくなり、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００６３】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＳｉとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＳｉとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００６４】
フリー磁性層１６がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１とフリー磁性層１６の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。また、第２固定磁性層１４ｃがＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と第２固定磁性層１４ｃの膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。
【００６５】
図４は、体心立方格子（ｂｃｃ）構造の結晶格子を、（００１）面に垂直な方向から見た平面図である。本発明のように体心立方格子構造の結晶構造を有するフリー磁性層あるいは固定磁性層が膜面平行方向に｛１１０｝面配向していると、膜面垂直方向の格子面間隔ｄｖと膜面平行方向の格子面間隔ｄｐは等しくなる。
【００６６】
図５は面心立方格子（ｆｃｃ）構造の結晶格子を、（１１０）面に垂直な方向から見た平面図である。本発明のように面心立方格子構造の結晶構造を有する非磁性材料層が膜面平行方向に｛１１１｝面配向していると、膜面垂直方向の格子面間隔ｄｖと膜面平行方向の格子面間隔ｄｐは完全に同じではないがほぼ等しくなる。
【００６７】
従って、非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１とフリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値を小さくすると、非磁性材料層とフリー磁性層の膜面平行方向の格子面間隔の差も小さくなって非磁性材料層とフリー磁性層の格子整合性が向上する。
【００６８】
同様に、非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と固定磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値を小さくすると、非磁性材料層と固定磁性層の膜面平行方向の格子面間隔の差も小さくなって非磁性材料層と固定磁性層の格子整合性が向上する。
【００６９】
また、本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
本発明は第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のいずれか一方あるいは両方がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層またはＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層を有するものである。すなわち、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６が、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層またはＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層とＣｏＦｅ層やＮｉＦｅ層などの積層体であってもよい。あるいは、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のうち、いずれか一方がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層またはＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層を有し、他方はＣｏＦｅ層やＮｉＦｅ層であってもよい。
【００７０】
図２は本発明におけるデュアルスピンバルブ型磁気検出素子の構造を示す部分断面図である。
【００７１】
図２に示すように、下から下地層１１、シード層１２、反強磁性層１３、固定磁性層１４、非磁性材料層１５、およびフリー磁性層１６が連続して積層されている。さらにフリー磁性層１６の上には、非磁性材料層１５、固定磁性層１４、反強磁性層１３、および保護層１７が連続して積層されて多層膜Ｔ２が形成されている。
【００７２】
また、フリー磁性層１６の両側にはハードバイアス層１８，１８が積層されている。ハードバイアス層１８，１８は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【００７３】
多層膜Ｔ２の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ２を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【００７４】
なお、図２において、図１と同じ符号が付けられた層は同じ材料で形成されている。
図２に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。図２に示された磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層の固定磁化方向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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００７５】
本実施の形態でも、非磁性材料層１５はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のいずれか一方あるいは両方は、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．２≦ｘ≦０．８）である。Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層である第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６は、体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向している。
【００７６】
第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＧｅ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整している。これにより、非磁性材料層１５とフリー磁性層１６の格子整合性または非磁性材料層１５と第２固定磁性層１４ｃの格子整合性が向上し、、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃがＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層１５に拡散しにくくなり、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００７７】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＧｅとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＧｅとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００７８】
フリー磁性層１６がＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１とフリー磁性層１６の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。また、第２固定磁性層１４ｃがＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と第２固定磁性層１４ｃの膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。
【００７９】
あるいは、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のいずれか一方あるいは両方がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．３≦ｘ≦０．９）であってもよい。Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向している。
【００８０】
第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＳｉ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整できる。これにより、非磁性材料層１５とフリー磁性層１６の格子整合性または非磁性材料層１５と第２固定磁性層１４ｃの格子整合性が向上し、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃがＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層１５に拡散しにくくなり、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００８１】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＳｉとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＳｉとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００８２】
フリー磁性層１６がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１とフリー磁性層１６の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。また、第２固定磁性層１４ｃがＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と第２固定磁性層１４ｃの膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。
【００８３】
図３は本発明におけるトップスピンバルブ型磁気検出素子の構造を示す部分断面図である。
【００８４】
図３に示すように、下から下地層１１、シード層１２、フリー磁性層１６、非磁性材料層１５、固定磁性層１４、反強磁性層１３および保護層１７が連続して積層されて多層膜Ｔ３が形成されている。
【００８５】
また、フリー磁性層１６の両側にはハードバイアス層１８，１８が積層されている。ハードバイアス層１８，１８は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【００８６】
多層膜Ｔ３の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ５を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【００８７】
なお、図３において、図１と同じ符号が付けられた層は同じ材料で形成されている。
図３に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。
【００８８】
図３に示す磁気検出素子も、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金やＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整できる。これにより、非磁性材料層１５とフリー磁性層１６の格子整合性または非磁性材料層１５と第２固定磁性層１４ｃの格子整合性が向上し、、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃがＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金やＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層１５に拡散しにくくなり、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
ることができる。
【実施例１】
【００８９】
以下に示す膜構成の磁気検出素子を形成し、フリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときの磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを測定した。
【００９０】
基板／下地層Ｔａ（３０Å）／シード層ＮｉＦｅＣｒ（５０Å）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／第１固定磁性層Ｃｏ７０Ｆｅ３０／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金（４０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／フリー磁性層（Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金（８０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金（４０Å）／Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第１固定磁性層Ｃｏ６０Ｆｅ４０）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／保護層Ｔａ（２００Å）
【００９１】
また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときのフリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔も調べた。
【００９２】
結果を図６に示す。図６の横軸はフリー磁性層のＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを示し、左側の縦軸はフリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔を示し、右側の縦軸は磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを示している。
【００９３】
図６からフリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘが０．２以上０．８以下の範囲のとき、磁気検出素子のΔＲＡが１０．０ｍΩμｍ２以上になることがわかる。
【００９４】
また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘが大きくなると、すなわち、Ｓｎの比率が大きくなると、フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔も大きくなる。非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔は2.083Å〜2.088Åである。
【００９５】
フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔と、Ｃｕからなる非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔が等しくなった時に、磁気検出素子のΔＲＡが最大値をとっている。
【００９６】
また、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔の差の絶対値が０．０２５Å以下のとき、磁気検出素子のΔＲＡが１０．０ｍΩμｍ２以上になっている。
【００９７】
また、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔の差の絶対値が０．０１５Å以下のとき、磁気検出素子のΔＲＡが１０．５ｍΩμｍ２以上になっている。
【実施例２】
【００９８】
以下に示す膜構成の磁気検出素子を形成し、フリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときの磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを測定した。
【００９９】
基板／下地層Ｔａ（３０Å）／シード層ＮｉＦｅＣｒ（５０Å）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／第１固定磁性層Ｃｏ７０Ｆｅ３０／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金（４０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／フリー磁性層（Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金（８０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金（４０Å）／Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第１固定磁性層Ｃｏ６０Ｆｅ４０）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／保護層Ｔａ（２００Å）
【０１００】
また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときのフリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔も調べた。
【０１０１】
結果を図７に示す。図７の横軸はフリー磁性層のＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを示し、左側の縦軸はフリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔を示し、右側の縦軸は磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを示している。
【０１０２】
図７からフリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘが０．３以上０．９以下の範囲のとき、磁気検出素子のΔＲＡが９．０ｍΩμｍ２以上になることがわかる。
【０１０３】
また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘが大きくなると、すなわち、Ｓｎの比率が大きくなると、フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔も大きくなる。フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔と、Ｃｕからなる非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔が等しくなった時に、磁気検出素子のΔＲＡが最大値をとっている。
【０１０４】
また、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔の差の絶対値が０．０３２Å以下のとき、磁気検出素子のΔＲＡが９．０ｍΩμｍ２以上になっている。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図３】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４】体心立方格子構造の結晶格子を、（００１）面に垂直な方向から見た平面図、
【図５】面心立方格子構造の結晶格子を、（１１０）面に垂直な方向から見た平面図、
【図６】フリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときの磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを示すグラフ、
【図７】フリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときの磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを示すグラフ、
【図８】従来の磁気検出素子の断面図、
【符号の説明】
【０１０６】
１１ 下地層
１２ シード層
１３ 反強磁性層
１４ 固定磁性層
１５ 非磁性材料層
１６ フリー磁性層
１７ 保護層
１８ ハードバイアス層
１９ 絶縁層
２０ 電極層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層を有する磁気検出素子に係り、特に、再生出力を大きくすることのできる磁気検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は従来における磁気検出素子（スピンバルブ型薄膜素子）を記録媒体との対向面と平行な方向から切断した部分断面図である。
【０００３】
図８に示す符号１はＴａからなる下地層であり、下地層１の上にＮｉＦｅＣｒなどからなるシード層２が形成されている。
【０００４】
シード層２の上には、反強磁性層３、固定磁性層４、非磁性材料層５、フリー磁性層６、保護層７が順次積層された多層膜Ｔが形成されている。
【０００５】
フリー磁性層６、固定磁性層４はＣｏ２ＭｎＧｅなどのホイスラー合金、非磁性材料層５はＣｕ、反強磁性層３はＰｔＭｎ、保護層７はＴａによって形成されている。
【０００６】
反強磁性層３と固定磁性層４との界面で交換結合磁界が発生し、前記固定磁性層４の磁化はハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０００７】
フリー磁性層６の両側にはＣｏＰｔなどの硬磁性材料からなるハードバイアス層８が形成され、ハードバイアス層８の上下及び端部は絶縁層９によって絶縁されている。ハードバイアス層８からの縦バイアス磁界によりフリー磁性層６の磁化は、トラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。多層膜Ｔの上下には電極層１０，１０が形成されている。
【０００８】
図８に示される磁気検出素子に、外部磁界が印加されると、フリー磁性層の磁化方向が固定磁性層の磁化方向に対して相対的に変動して、多層膜の抵抗値が変化する。一定の電流値のセンス電流が流れている場合には、この抵抗値の変化を電圧変化として検出することにより、外部磁界を検知する。
【０００９】
ホイスラー合金からなる固定磁性層を有する磁気検出素子は、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−３０９３０５号公報（第８頁、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
Ｃｏ２ＭｎＧｅ合金やＣｏ２ＭｎＳｉ合金などのホイスラー合金からなるフリー磁性層６や固定磁性層４は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向しているものである。また、Ｃｕからなる非磁性材料層５は面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しているものである。
【００１１】
従来は、フリー磁性層６、固定磁性層４と非磁性材料層５の結晶構造が異なっており、しかも、互いの格子定数に大きな差があったため、フリー磁性層６と非磁性材料層５の格子整合あるいは固定磁性層４と非磁性材料層５の格子整合性が低くなっていた。このため、フリー磁性層６や固定磁性層５の内部にＬ２１型の結晶構造をとれない不規則相が生成するなどの格子欠陥が発生し、フリー磁性層６や固定磁性層５のスピン依存バルク散乱係数βが低下していた。また、ホイスラー合金と非磁性材料層５の界面で拡散するという現象が発生しやすく、フリー磁性層６又は固定磁性層４と非磁性材料層５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが低下していた。
【００１２】
フリー磁性層６や固定磁性層５のスピン依存バルク散乱係数βの低下、フリー磁性層６又は固定磁性層４と非磁性材料層５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γの低下は、磁気検出素子の再生出力の低下を引き起こす。
【００１３】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、フリー磁性層や固定磁性層の材料を改良することにより、再生出力の増大を図ることのできる磁気検出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記非磁性材料層はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、前記固定磁性層と前記フリー磁性層のいずれか一方あるいは両方はＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．２≦ｘ≦０．８）を有し、前記Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向していることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明では、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＧｅ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の格子定数を調整している。これにより、前記非磁性材料層と前記フリー磁性層の格子整合性または前記非磁性材料層と前記固定磁性層の格子整合性が向上し、フリー磁性層や固定磁性層がＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層や固定磁性層のスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層に拡散しにくくなり、フリー磁性層又は固定磁性層と非磁性材料層の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００１６】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＧｅとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＧｅとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００１７】
本発明では、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。また、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記固定磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記非磁性材料層はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、前記固定磁性層と前記フリー磁性層のいずれか一方あるいは両方はＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．３≦ｘ≦０．９）を有し、前記Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向していることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明では、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＳｉ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の格子定数を調整している。これにより、前記非磁性材料層と前記フリー磁性層の格子整合性または前記非磁性材料層と前記固定磁性層の格子整合性が向上し、フリー磁性層や固定磁性層がＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層や固定磁性層のスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層に拡散しにくくなり、フリー磁性層又は固定磁性層と非磁性材料層の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００２０】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＳｉとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＳｉとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００２１】
また、本発明では、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。また、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記固定磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。
【００２２】
本発明の磁気検出素子は、例えば、前記固定磁性層が前記フリー磁性層の上側に設けられているトップスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００２３】
あるいは、前記固定磁性層が前記フリー磁性層の下側に設けられているボトムスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００２４】
または、前記フリー磁性層の下に前記非磁性材料層及び前記固定磁性層が設けられ、前記フリー磁性層の上に他の非磁性材料層及び他の固定磁性層が設けられているデュアルスピンバルブ型のＣＰＰ−ＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００２５】
例えば、前記固定磁性層に反強磁性層が重ねられていることによって前記固定磁性層の磁化方向が固定される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＧｅ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の格子定数を調整している。
【００２７】
または、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＳｉ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、前記固定磁性層や前記フリー磁性層の格子定数を調整している。
【００２８】
これにより、前記非磁性材料層と前記フリー磁性層の格子整合性または前記非磁性材料層と前記固定磁性層の格子整合性が向上し、フリー磁性層や固定磁性層がＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層や固定磁性層のスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金やＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層に拡散しにくくなり、フリー磁性層又は固定磁性層と非磁性材料層の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１及び図２は、本発明の実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の全体構造を記録媒体との対向面側から見た断面図である。なお、図１及び図２ではＸ方向に延びる素子の中央部分のみを破断して示している。
【００３０】
このシングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子は、ハードディスク装置に設けられた浮上式スライダのトレーリング側端部などに設けられて、ハードディスクなどの記録磁界を検出するものである。なお、ハードディスクなどの磁気記録媒体の移動方向は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。
【００３１】
図１の最も下に形成されているのはＴａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち１種または２種以上の元素などの非磁性材料で形成された下地層１１である。この下地層１１の上に、シード層１２、反強磁性層１３、固定磁性層１４、非磁性材料層１５、フリー磁性層１６、保護層１７からなる多層膜Ｔ１がスパッタ法又は蒸着法などの薄膜形成工程によって成膜されている。図１に示される磁気検出素子は、フリー磁性層１６の下に反強磁性層１３が設けられているいわゆるボトムスピンバルブ型のＧＭＲ型磁気検出素子である。
【００３２】
シード層１２は、ＮｉＦｅＣｒまたはＣｒによって形成される。シード層１２をＮｉＦｅＣｒによって形成すると、シード層１２は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。また、シード層１２をＣｒによって形成すると、シード層１２は、体心立方（ｂｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１０}面として表される等価な結晶面が優先配向しているものになる。
【００３３】
なお、下地層１１は非晶質に近い構造を有するが、この下地層１１は形成されなくともよい。
【００３４】
前記シード層１２の上に形成された反強磁性層１３は、元素Ｘ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されることが好ましい。
【００３５】
反強磁性層１３は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有するもの、または、面心正方（ｆｃｔ）構造を有するものになる。
【００３６】
これら白金族元素を用いたＸ−Ｍｎ合金は、耐食性に優れ、またブロッキング温度も高く、さらに交換結合磁界（Ｈｅｘ）を大きくできるなど反強磁性材料として優れた特性を有している。特に白金族元素のうちＰｔを用いることが好ましく、例えば二元系で形成されたＰｔＭｎ合金やＩｒＭｎ合金を使用することができる。
【００３７】
また本発明では、前記反強磁性層１３は、元素Ｘと元素Ｘ′（ただし元素Ｘ′は、Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ，Ｂｅ，Ｂ，Ｃ，Ｎ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｃｄ，Ｓｎ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ａｕ，Ｐｂ、及び希土類元素のうち１種または２種以上の元素である）とＭｎとを含有する反強磁性材料で形成されてもよい。
【００３８】
なお前記元素Ｘ′には、元素ＸとＭｎとで構成される空間格子の隙間に侵入し、または元素ＸとＭｎとで構成される結晶格子の格子点の一部と置換する元素を用いることが好ましい。ここで固溶体とは、広い範囲にわたって、均一に成分が混ざり合った固体のことを指している。
【００３９】
侵入型固溶体あるいは置換型固溶体とすることで、前記Ｘ−Ｍｎ合金膜の格子定数に比べて、前記Ｘ−Ｍｎ−Ｘ′合金の格子定数を大きくすることができる。これによって反強磁性層１３の格子定数と固定磁性層１４の格子定数との差を広げることができ、前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面構造を非整合状態にしやすくできる。ここで非整合状態とは、前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面で前記反強磁性層１３を構成する原子と前記固定磁性層１４を構成する原子とが一対一に対応しない状態である。
【００４０】
また特に置換型で固溶する元素Ｘ′を使用する場合は、前記元素Ｘ′の組成比が大きくなりすぎると、反強磁性としての特性が低下し、固定磁性層１４との界面で発生する交換結合磁界が小さくなってしまう。特に本発明では、侵入型で固溶し、不活性ガスの希ガス元素（Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅのうち１種または２種以上）を元素Ｘ′として使用することが好ましいとしている。希ガス元素は不活性ガスなので、希ガス元素が、膜中に含有されても、反強磁性特性に大きく影響を与えることがなく、さらに、Ａｒなどは、スパッタガスとして従来からスパッタ装置内に導入されるガスであり、ガス圧を適正に調節するのみで、容易に、膜中にＡｒを侵入させることができる。
【００４１】
なお、元素Ｘ′にガス系の元素を使用した場合には、膜中に多量の元素Ｘ′を含有することは困難であるが、希ガスの場合においては、膜中に微量侵入させるだけで、熱処理によって発生する交換結合磁界を、飛躍的に大きくできる。
【００４２】
なお本発明では、好ましい前記元素Ｘ′の組成範囲は、原子％（原子％）で０．２から１０であり、より好ましくは、原子％で、０．５から５である。また本発明では前記元素ＸはＰｔであることが好ましく、よってＰｔ−Ｍｎ−Ｘ′合金を使用することが好ましい。
【００４３】
また本発明では、反強磁性層１３の元素Ｘあるいは元素Ｘ＋Ｘ′の原子％を４５（原子％）以上で６０（原子％）以下に設定することが好ましい。より好ましくは４９（原子％）以上で５６．５（原子％）以下である。これによって成膜段階において、固定磁性層１４との界面が非整合状態にされ、しかも前記反強磁性層１３は熱処理によって適切な規則変態を起すものと推測される。
【００４４】
固定磁性層１４は、第１固定磁性層１４ａ、非磁性中間層１４ｂ、第２固定磁性層１４ｃからなる多層膜構造である。前記反強磁性層１３との界面での交換結合磁界及び非磁性中間層１４ｂを介した反強磁性的交換結合磁界（ＲＫＫＹ的相互作用）により前記第１固定磁性層１４ａと第２固定磁性層１４ｃの磁化方向は互いに反平行状態にされる。これは、いわゆる人工フェリ磁性結合状態と呼ばれ、この構成により固定磁性層１４の磁化を安定した状態にでき、また前記固定磁性層１４と反強磁性層１３との界面で発生する交換結合磁界を見かけ上大きくすることができる。
【００４５】
ただし前記固定磁性層１４は第２固定磁性層１４ｃのみから構成され人工フェリ磁性結合状態になっていない状態でもよい。
【００４６】
なお前記第１固定磁性層１４ａは例えば１５〜３５Å程度で形成され、非磁性中間層１４ｂは８Å〜１０Å程度で形成され、第２固定磁性層１４ｃは２０〜５０Å程度で形成される。
【００４７】
第１固定磁性層１４ａはＣｏＦｅ、ＮｉＦｅなどの強磁性材料で形成されている。また非磁性中間層１４ｂは、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃｒ、Ｒｅ、Ｃｕなどの非磁性導電材料で形成される。
【００４８】
第２固定磁性層１４ｃは、第２固定磁性層１４ｃは本実施の形態の磁気検出素子の特徴部分であるので後に詳しく説明する。
【００４９】
前記固定磁性層１４の上に形成された非磁性材料層１５は、Ｃｕで形成されている。Ｃｕで形成された非磁性材料層１５は、面心立方（ｆｃｃ）構造を有し、膜面と平行な方向に{１１１}面として表される等価な結晶面が優先配向している。{１１１}面が優先配向とは{１１１}面として表される等価な結晶面のいずれかと膜面平行方向がなす角度が鋭角であることをいう。
【００５０】
さらにフリー磁性層１６が形成されている。フリー磁性層１６は本実施の形態の磁気検出素子の特徴部分であるので後に詳しく説明する。
【００５１】
図１に示す実施形態では、フリー磁性層１６の両側にハードバイアス層１８，１８が形成されている。前記ハードバイアス層１８，１８からの縦バイアス磁界によってフリー磁性層１６の磁化はトラック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられる。ハードバイアス層１８，１８は、例えばＣｏ−Ｐｔ（コバルト−白金）合金やＣｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（コバルト−クロム−白金）合金などで形成されている。
【００５２】
ハードバイアス層１８，１８の上下及び端部は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【００５３】
多層膜Ｔ１の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ１を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【００５４】
電極層２０，２０はα−Ｔａ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ（銅）、Ｒｈ、Ｉｒ、ＲｕやＷ（タングステン）などで形成されている。
【００５５】
図１に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。なお図１に示す実施形態では前記固定磁性層１４は積層フェリ構造であるため、第１固定磁性層１４ａが例えば図示Ｙ方向に磁化されると、第２固定磁性層１４ｃ及び磁性層２３は図示Ｙ方向と逆方向に磁化される。
【００５６】
図１に示された磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層の固定磁化方向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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００５７】
本実施の形態の磁気検出素子の特徴部分について述べる。
非磁性材料層１５はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のいずれか一方あるいは両方は、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．２≦ｘ≦０．８）である。Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層である第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６は、体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向している。
【００５８】
第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＧｅ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整している。これにより、非磁性材料層１５とフリー磁性層１６の格子整合性または非磁性材料層１５と第２固定磁性層１４ｃの格子整合性が向上し、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃがＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層１５に拡散しにくくなり、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００５９】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＧｅとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＧｅとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００６０】
フリー磁性層１６がＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１とフリー磁性層１６の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。また、第２固定磁性層１４ｃがＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と第２固定磁性層１４ｃの膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。
【００６１】
あるいは、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のいずれか一方あるいは両方がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．３≦ｘ≦０．９）であってもよい。Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向している。
【００６２】
第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＳｉ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整できる。これにより、非磁性材料層１５とフリー磁性層１６の格子整合性または非磁性材料層１５と第２固定磁性層１４ｃの格子整合性が向上し、、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃがＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層１５に拡散しにくくなり、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００６３】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＳｉとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＳｉとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００６４】
フリー磁性層１６がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１とフリー磁性層１６の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。また、第２固定磁性層１４ｃがＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と第２固定磁性層１４ｃの膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。
【００６５】
図４は、体心立方格子（ｂｃｃ）構造の結晶格子を、（００１）面に垂直な方向から見た平面図である。本発明のように体心立方格子構造の結晶構造を有するフリー磁性層あるいは固定磁性層が膜面平行方向に｛１１０｝面配向していると、膜面垂直方向の格子面間隔ｄｖと膜面平行方向の格子面間隔ｄｐは等しくなる。
【００６６】
図５は面心立方格子（ｆｃｃ）構造の結晶格子を、（１１０）面に垂直な方向から見た平面図である。本発明のように面心立方格子構造の結晶構造を有する非磁性材料層が膜面平行方向に｛１１１｝面配向していると、膜面垂直方向の格子面間隔ｄｖと膜面平行方向の格子面間隔ｄｐは完全に同じではないがほぼ等しくなる。
【００６７】
従って、非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１とフリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値を小さくすると、非磁性材料層とフリー磁性層の膜面平行方向の格子面間隔の差も小さくなって非磁性材料層とフリー磁性層の格子整合性が向上する。
【００６８】
同様に、非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と固定磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値を小さくすると、非磁性材料層と固定磁性層の膜面平行方向の格子面間隔の差も小さくなって非磁性材料層と固定磁性層の格子整合性が向上する。
【００６９】
また、本発明は、磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
本発明は第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のいずれか一方あるいは両方がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層またはＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層を有するものである。すなわち、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６が、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層またはＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層とＣｏＦｅ層やＮｉＦｅ層などの積層体であってもよい。あるいは、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のうち、いずれか一方がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層またはＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層を有し、他方はＣｏＦｅ層やＮｉＦｅ層であってもよい。
【００７０】
図２は本発明におけるデュアルスピンバルブ型磁気検出素子の構造を示す部分断面図である。
【００７１】
図２に示すように、下から下地層１１、シード層１２、反強磁性層１３、固定磁性層１４、非磁性材料層１５、およびフリー磁性層１６が連続して積層されている。さらにフリー磁性層１６の上には、非磁性材料層１５、固定磁性層１４、反強磁性層１３、および保護層１７が連続して積層されて多層膜Ｔ２が形成されている。
【００７２】
また、フリー磁性層１６の両側にはハードバイアス層１８，１８が積層されている。ハードバイアス層１８，１８は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【００７３】
多層膜Ｔ２の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ２を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【００７４】
なお、図２において、図１と同じ符号が付けられた層は同じ材料で形成されている。
図２に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。図２に示された磁気検出素子は、固定磁性層とフリー磁性層の磁化が直交関係にある。記録媒体からの洩れ磁界が磁気検出素子の図示Ｙ方向に侵入し、フリー磁性層の磁化が感度良く変動し、この磁化方向の変動と、固定磁性層の固定磁化方向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または電流変化により、記録媒体からの洩れ磁界が検出される。
【００７５】
本実施の形態でも、非磁性材料層１５はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のいずれか一方あるいは両方は、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．２≦ｘ≦０．８）である。Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層である第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６は、体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向している。
【００７６】
第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＧｅ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整している。これにより、非磁性材料層１５とフリー磁性層１６の格子整合性または非磁性材料層１５と第２固定磁性層１４ｃの格子整合性が向上し、、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃがＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層１５に拡散しにくくなり、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００７７】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＧｅとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＧｅとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００７８】
フリー磁性層１６がＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１とフリー磁性層１６の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。また、第２固定磁性層１４ｃがＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と第２固定磁性層１４ｃの膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０２５Å以下であることが好ましい。
【００７９】
あるいは、第２固定磁性層１４ｃとフリー磁性層１６のいずれか一方あるいは両方がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．３≦ｘ≦０．９）であってもよい。Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向している。
【００８０】
第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、さらにＳｉ元素とＳｎ元素の組成比率を調節することで、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整できる。これにより、非磁性材料層１５とフリー磁性層１６の格子整合性または非磁性材料層１５と第２固定磁性層１４ｃの格子整合性が向上し、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃがＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層１５に拡散しにくくなり、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
【００８１】
なお、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金とは、Ｃｏの組成比がＭｎの組成比の２倍であると同時にＳｉとＳｎの組成比の和の２倍であり、Ｍｎの組成比とＳｉとＳｎの組成比の和が等しいものである。
【００８２】
フリー磁性層１６がＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１とフリー磁性層１６の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。また、第２固定磁性層１４ｃがＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層であり、非磁性材料層１５がＣｕで形成されるときには、非磁性材料層１５の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と第２固定磁性層１４ｃの膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０３２Å以下であることが好ましい。
【００８３】
図３は本発明におけるトップスピンバルブ型磁気検出素子の構造を示す部分断面図である。
【００８４】
図３に示すように、下から下地層１１、シード層１２、フリー磁性層１６、非磁性材料層１５、固定磁性層１４、反強磁性層１３および保護層１７が連続して積層されて多層膜Ｔ３が形成されている。
【００８５】
また、フリー磁性層１６の両側にはハードバイアス層１８，１８が積層されている。ハードバイアス層１８，１８は、アルミナなどからなる絶縁層１９，１９によって絶縁されている。
【００８６】
多層膜Ｔ３の上下には、電極層２０，２０が設けられており、多層膜Ｔ５を構成する各層の膜面に対して垂直方向にセンス電流が流されるＣＰＰ（Current Perpendicular to the plane）−ＧＭＲ型の磁気検出素子となっている。
【００８７】
なお、図３において、図１と同じ符号が付けられた層は同じ材料で形成されている。
図３に示すスピンバルブ型薄膜素子では、下地層１１から保護層１７を積層後、熱処理を施し、これによって前記反強磁性層１３と固定磁性層１４との界面に交換結合磁界を発生させる。このとき磁場を図示Ｙ方向と平行な方向に向けることで、前記固定磁性層１４の磁化は図示Ｙ方向と平行な方向に向けられ固定される。
【００８８】
図３に示す磁気検出素子も、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の材料にＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金やＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金を用い、第２固定磁性層１４ｃやフリー磁性層１６の格子定数を調整できる。これにより、非磁性材料層１５とフリー磁性層１６の格子整合性または非磁性材料層１５と第２固定磁性層１４ｃの格子整合性が向上し、、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃがＬ２１型の結晶構造をとりやすくなり、フリー磁性層１６や第２固定磁性層１４ｃのスピン依存バルク散乱係数βが向上する。また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金やＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金が非磁性材料層１５に拡散しにくくなり、フリー磁性層１６又は第２固定磁性層１４ｃと非磁性材料層１５の界面におけるスピン依存界面散乱係数γが向上する。従って、磁気検出素子の再生出力を大きくすることができる。
ることができる。
【実施例１】
【００８９】
以下に示す膜構成の磁気検出素子を形成し、フリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときの磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを測定した。
【００９０】
基板／下地層Ｔａ（３０Å）／シード層ＮｉＦｅＣｒ（５０Å）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／第１固定磁性層Ｃｏ７０Ｆｅ３０／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金（４０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／フリー磁性層（Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金（８０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金（４０Å）／Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第１固定磁性層Ｃｏ６０Ｆｅ４０）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／保護層Ｔａ（２００Å）
【００９１】
また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときのフリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔も調べた。
【００９２】
結果を図６に示す。図６の横軸はフリー磁性層のＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを示し、左側の縦軸はフリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔を示し、右側の縦軸は磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを示している。
【００９３】
図６からフリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘが０．２以上０．８以下の範囲のとき、磁気検出素子のΔＲＡが１０．０ｍΩμｍ２以上になることがわかる。
【００９４】
また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘが大きくなると、すなわち、Ｓｎの比率が大きくなると、フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔も大きくなる。非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔は2.083Å〜2.088Åである。
【００９５】
フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔と、Ｃｕからなる非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔が等しくなった時に、磁気検出素子のΔＲＡが最大値をとっている。
【００９６】
また、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔の差の絶対値が０．０２５Å以下のとき、磁気検出素子のΔＲＡが１０．０ｍΩμｍ２以上になっている。
【００９７】
また、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔の差の絶対値が０．０１５Å以下のとき、磁気検出素子のΔＲＡが１０．５ｍΩμｍ２以上になっている。
【実施例２】
【００９８】
以下に示す膜構成の磁気検出素子を形成し、フリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときの磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを測定した。
【００９９】
基板／下地層Ｔａ（３０Å）／シード層ＮｉＦｅＣｒ（５０Å）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／第１固定磁性層Ｃｏ７０Ｆｅ３０／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金（４０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／フリー磁性層（Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金（８０Å））／非磁性材料層Ｃｕ（４３Å）／第２固定磁性層（Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金（４０Å）／Ｃｏ６０Ｆｅ４０（１０Å）／非磁性中間層Ｒｕ（９．１Å）／第１固定磁性層Ｃｏ６０Ｆｅ４０）／反強磁性層ＩｒＭｎ（７０Å）／保護層Ｔａ（２００Å）
【０１００】
また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときのフリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔も調べた。
【０１０１】
結果を図７に示す。図７の横軸はフリー磁性層のＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを示し、左側の縦軸はフリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔を示し、右側の縦軸は磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを示している。
【０１０２】
図７からフリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘが０．３以上０．９以下の範囲のとき、磁気検出素子のΔＲＡが９．０ｍΩμｍ２以上になることがわかる。
【０１０３】
また、Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘが大きくなると、すなわち、Ｓｎの比率が大きくなると、フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔も大きくなる。フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔と、Ｃｕからなる非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔が等しくなった時に、磁気検出素子のΔＲＡが最大値をとっている。
【０１０４】
また、前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔の差の絶対値が０．０３２Å以下のとき、磁気検出素子のΔＲＡが９．０ｍΩμｍ２以上になっている。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の第１実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図２】本発明の第２実施形態の磁気検出素子（デュアルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図３】本発明の第３実施形態の磁気検出素子（シングルスピンバルブ型磁気抵抗効果素子）の構造を記録媒体との対向面側から見た断面図、
【図４】体心立方格子構造の結晶格子を、（００１）面に垂直な方向から見た平面図、
【図５】面心立方格子構造の結晶格子を、（１１０）面に垂直な方向から見た平面図、
【図６】フリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときの磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを示すグラフ、
【図７】フリー磁性層を形成するＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金の組成比率ｘを０から１の間で変化させたときの磁気検出素子の素子面積Ａと抵抗変化量ΔＲの積ΔＲＡを示すグラフ、
【図８】従来の磁気検出素子の断面図、
【符号の説明】
【０１０６】
１１ 下地層
１２ シード層
１３ 反強磁性層
１４ 固定磁性層
１５ 非磁性材料層
１６ フリー磁性層
１７ 保護層
１８ ハードバイアス層
１９ 絶縁層
２０ 電極層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記非磁性材料層はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、前記固定磁性層と前記フリー磁性層のいずれか一方あるいは両方はＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．２≦ｘ≦０．８）を有し、前記Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層は、体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向していることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０２５Å以下である請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記固定磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０２５Å以下である請求項１または２記載の磁気検出素子。
【請求項４】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記非磁性材料層はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、前記固定磁性層と前記フリー磁性層のいずれか一方あるいは両方はＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．３≦ｘ≦０．９）を有し、前記Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向していることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項５】
前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０３２Å以下である請求項４記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記固定磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０３２Å以下である請求項４または５記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記固定磁性層が前記フリー磁性層の上側に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記固定磁性層が前記フリー磁性層の下側に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記フリー磁性層の下に前記非磁性材料層及び前記固定磁性層が設けられ、前記フリー磁性層の上にも非磁性材料層及び固定磁性層が設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
前記固定磁性層に反強磁性層が重ねられている請求項７ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記非磁性材料層はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、前記固定磁性層と前記フリー磁性層のいずれか一方あるいは両方はＣｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．２≦ｘ≦０．８）を有し、前記Ｃｏ２Ｍｎ（Ｇｅ１−ｘＳｎｘ）合金層は、体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向していることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項２】
前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０２５Å以下である請求項１記載の磁気検出素子。
【請求項３】
前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記固定磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０２５Å以下である請求項１または２記載の磁気検出素子。
【請求項４】
磁化方向が一方向に固定される固定磁性層と、前記固定磁性層に非磁性材料層を介して形成されたフリー磁性層が設けられた多層膜を有し、前記多層膜の各層の膜面と垂直方向に電流が流れる磁気検出素子において、
前記非磁性材料層はＣｕによって形成されて面心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１１｝面が優先配向しており、前記固定磁性層と前記フリー磁性層のいずれか一方あるいは両方はＣｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層（ｘは組成比率で、０．３≦ｘ≦０．９）を有し、前記Ｃｏ２Ｍｎ（Ｓｉ１−ｘＳｎｘ）合金層は体心立方格子構造の結晶構造を有して膜面平行方向に｛１１０｝面が優先配向していることを特徴とする磁気検出素子。
【請求項５】
前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記フリー磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ２の差の絶対値が０．０３２Å以下である請求項４記載の磁気検出素子。
【請求項６】
前記非磁性材料層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ１と前記固定磁性層の膜面垂直方向の格子面間隔ｄ３の差の絶対値が０．０３２Å以下である請求項４または５記載の磁気検出素子。
【請求項７】
前記固定磁性層が前記フリー磁性層の上側に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項８】
前記固定磁性層が前記フリー磁性層の下側に設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項９】
前記フリー磁性層の下に前記非磁性材料層及び前記固定磁性層が設けられ、前記フリー磁性層の上にも非磁性材料層及び固定磁性層が設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の磁気検出素子。
【請求項１０】
前記固定磁性層に反強磁性層が重ねられている請求項７ないし９のいずれかに記載の磁気検出素子。
【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２００６−２７８３８６（Ｐ２００６−２７８３８６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９０７０９（Ｐ２００５−９０７０９）
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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