磁阻效应元件、磁头、磁性再现装置及其制造方法制造方法及图纸

一种磁阻效应元件，包括：磁阻效应膜，包括：磁化固定层，该层具有其磁化方向被特定地固定在一个方向上的第一铁磁性薄膜；磁化自由层，该层具有其磁化方向随外磁场变化的第二铁磁性膜；以及间隔层，该层设置在磁化固定层和磁化自由层之间，具有绝缘层和渗入绝缘层的铁磁性金属部分；一对电极，以与磁阻效应膜的膜面相垂直的方向上施加感应电流；以及一层包含非铁磁性元素的层，该层设置在磁化固定层内部和磁化自由层内部中的至少一个上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁阻效应元件、磁头、磁性再现装置，以及其制造方法，其中，感应电流以 与磁阻效应膜的膜面垂直的方向流入。
技术介绍
磁阻效应元件被用于磁探头、磁头(MR磁头)、MRAM、 DNA-MR芯片等，其应用已经被 研究(参照APPLIED PHYSICS LETTERS 87:0139012005、和正E Proc,Circuits Devices Syst:152 巻，4期，2005年8月)。MR磁头被安装在磁性再现装置上，于是从磁记录介质比如硬盘驱动 器中读取信息。通过使用自旋阀膜实现较大磁阻效应的实施例被报道。自旋阀膜是具有夹层结构的多层膜， 其中非磁性层被两个铁磁层夹在中间。铁磁层中的一个层的磁化方向由反铁磁层中的交换偏置磁 场固定，该层被称作固定层或磁化固定层。另一铁磁层的磁化方向可随外磁场(信号磁 场等)旋转，它被称作自由层或磁化自由层。非磁性层被称作间隔层或中间层。 这两个铁磁层的磁化方向的相对角随外磁场变化，从而能获得较大的磁阻效应。此处，在使用自旋阀膜的磁阻效应元件中有CIP (电流在平面内)型和CPP (电流垂直于平 面)型。在前者情况中，感应电流以与自旋阀膜的膜面平行的方向流入，在后者情况中，感应电 流以与自旋阀膜的膜面垂直的方向流入。近年来，通过使用磁微耦合，在Ni网线之间观察到具有较高磁阻率的磁阻效应(参照Phys. Rev. Lett. 82: 2923 (1999))。此夕卜，已经对其中磁微耦合扩展到三维结构的磁阻效应元件进行 了研究(参照JP-A2003-204095 (KOKAI))。在专利文献l中，公开了 EB (电子束)辐照工艺、 FIB (聚焦离子束)辐照工艺、AFM (原子力显微镜)技术等作为三维方向中的纳米接触型制造方法，即作为穿孔方法。
技术实现思路
可以设想通过磁化强度的迅速改变来在磁微耦合点处产生磁阻效应。g卩，它导致较高的磁阻 效应，从而使磁微耦合点处形成的磁畴变窄。作为使磁畴宽度变窄的间接方法，可以用其使磁微 耦合点的直径(复合间隔层内部的铁磁性金属部分的直径)变小。然而，如果磁微耦合点的直径 做的过小，那么阻力有可能变得过大。考虑到上述问题，本专利技术的目的在于提供一种电流垂直于平面型磁阻效应元件、磁头、磁性 再现装置，以及其制造方法，其中在使用铁磁性纳米接触的磁致电阻中可同时使其具有足够的电 阻值和高电阻变化率。一种根据本专利技术的磁阻效应元件，包括磁阻效应膜，包括磁化固定层，该层具有其磁化 方向被特定地固定在一个方向上的第一铁磁性膜；磁化自由层，该层具有其磁化方向随外磁场变 化的第二铁磁性膜；以及间隔层，该层设置在磁化固定层和磁化自由层之间，具有绝缘层和渗入 绝缘层的铁磁性金属部分； 一对电极，以与磁阻效应膜的膜面垂直的方向施加感应电流；以及一 层包含非铁磁性元素的层，该层设置在磁化固定层内部和磁化自由层内部中的至少一个上。一种根据本专利技术的磁阻效应元件的制造方法，包括形成第一磁层；形成间隔层，包括如下 步骤在第一磁层上形成第一金属层，接着对第一金属层进行处理，然后氧化第一金属层；以及 在间隔层上形成第二磁层，其中，形成第一磁层和第二磁层的步骤中的一步包括形成包含非铁磁 性元素的层。附图说明图1所示为根据本专利技术的一个实施方式的磁阻效应元件的剖面图； 图2A所示为在复合间隔层附近的磁阻效应元件的剖面图； 图2B所示为在复合间隔层附近的磁阻效应元件的剖面图； 图2C所示为在复合间隔层附近的磁阻效应元件的剖面图； 图3A所示为模拟条件的示意图3B所示为在铁磁性金属层附近沿厚度方向的距离与磁化角变化之间的关系图； 图3C所示为复合间隔层的直径或厚度与磁化变化度之间的关系图； 图4A所示为在插入畴壁限制层时磁化强度的空间分布图4B所示为在不插入畴壁限制层吋磁化强度的空间分布图； 图5所示为距离-磁化特性的关系图6所示为畴壁限制层的位置和最大磁化强度之间的关系图； 图7所示为磁阻效应元件的制造工艺的一个实施例的流程图 图8所示为磁阻效应元件的磁致电阻的MR比的领懂结果的图表；图9所示为其中根据本专利技术的实施方式的磁阻效应元件被结合到磁头中的状态的示意图； 图10所示为其中根据本专利技术的实施方式的磁阻效应元件被结合到磁头中的状态的示意图； 图11所示为例举的磁记敦再现装置的系统结构中的主要部分的透视图；以及 图12所示为其中从磁盘顶晒观察驱动臂中的尖部处的磁头悬架组件的剖面透视图。具体实施例方式接下来，参照附图对本专利技术的实施方式进行详细地说明。图l所示为根据本专利技术的一个实施方式的磁阻效应元件10的剖面图。磁阻效应元件10包括下电极LE、上电极UE、和设置在它们之间的复合薄膜(磁阻效应膜)。 该叠层膜包括基层11、反铁磁层12、复合固定层13 (固定层131、磁化反平行耦合层132和固 定层133)、复合间隔层14、自由层15、和保护层16。此处，复合固定层13、复合间隔层14、 以及自由层15总体上为自旋阀膜。这些下电极LE和上电极UE以与自旋阀膜近似垂直的方向施加感应电流。艮P，磁阻效应元 件10是CPP (电流垂直于平面)型元件，其感应电流以与元件膜面垂直的方向流入。基层ll可以设定为，例如，由缓冲层lla和晶种层llb构成的双层结构。缓冲层lla是用于 减缓下电极LE表面的粗糙度的层，例如，可以使用Ta、 Ti、 W、 Zr、 Hf、 Cr、或上述金属的合 金。晶种层1 lb是用于控制自旋阀膜的结晶取向的层，可以使用Ru、 (FexNho^)K^yXy (X = Cr、 V、 Nb、 Hf、 Zr、 Mo， 15<x<25， 20<y<45)。通过向复合固定层13施加单向各向异性而具有固定磁化方向作用的反铁磁性材料(例如， PtMn、 Pdmin、 IrMn、 RuRhMn)被用于反铁磁层12。复合固定层(磁化固定层)13具有其磁化方向被特定地固定的铁磁性薄膜(此处为固定层 131、 133)。复合固定层13包括两个固定层(磁化固定层)131、 133、和设置在它们之间的磁 化反平行耦合层132。此外，可以用单个固定层代替复合固定层13。磁化反平行耦合层132中的上固定层131和下固定层133发生磁耦合，于是其磁化方向经磁通过向复合固定层13施加单向各向异性而具有固定磁化方向作用的反铁磁性材料(例如， PtMn、 PdPtMn、 IrMn、 RuRhMn)被用于反铁磁层12。复合固定层(磁化固定层)13具有其磁化方向被特定地固定的铁磁性薄膜(此处为固定层 131、 133)。复合固定层13包括两个固定层(磁化固定层)131、 133、和设置在它们之间的磁 化反平行耦合层132。此外，可以用单个固定层代替复合固定层13。磁化反平行耦合层132中的上固定层131和下固定层133发生磁耦合，于是其磁化方向经磁 化反平^l亍耦合层132变成反平行的。铁磁性材料(例如，Fe、 Co、 Ni、 FeCo合金、FeNi合金) 被用于固定层131、 133。磁化反平行耦合层132反铁磁性地耦合固定层131、 133，例如，可以 使用Ru、 Ir、 Rh。复合间隔层14包括绝缘层141和铁磁性金属层(铁磁性金属部分)142。绝缘层141可以包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻效应元件，包括：磁阻效应膜，包括：磁化固定层，具有其磁化方向被特定地固定在一个方向上的第一铁磁性膜；磁化自由层，具有其磁化方向随外磁场变化的第二铁磁性膜；以及间隔层，设置在所述磁化固定层和所述磁化自由层之间，具有绝缘层和渗入所述绝缘层的铁磁性金属部分；一对电极，以与所述磁阻效应膜的膜面相垂直的方向施加感应电流；以及一层包含非铁磁性元素的层，所述层设置在所述磁化固定层内部和所述磁化自由层内部中的至少一个上。

【技术特征摘要】
JP 2006-7-11 2006-1908461.一种磁阻效应元件，包括磁阻效应膜，包括磁化固定层，具有其磁化方向被特定地固定在一个方向上的第一铁磁性膜；磁化自由层，具有其磁化方向随外磁场变化的第二铁磁性膜；以及间隔层，设置在所述磁化固定层和所述磁化自由层之间，具有绝缘层和渗入所述绝缘层的铁磁性金属部分；一对电极，以与所述磁阻效应膜的膜面相垂直的方向施加感应电流；以及一层包含非铁磁性元素的层，所述层设置在所述磁化固定层内部和所述磁化自由层内部中的至少一个上。2. 如权利要求1所述的磁效应元件，其特征在于，在所述绝缘层和所述包含非铁磁性元素的 层之间的距离dm满足0 nm < dm < 3 nm。3. 如权利要求1所述的磁效应元件，其特征在于，所述包含非铁磁性元素的层的厚度tm满 足O.l nm<tm<2nm。4. 如权利要求1所述的磁效应元件，其特征在于，所述非铁磁性元素是选自于由H、 C、 N、 O、 F、 Li、 Mg、 Al、 Si、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Cu、 Zn、 Zr、 Y、 Nb、 Mo、 Pd、 Ag、 Cd、 Au、 Pt、 Pb、 Bi、 W、 Hf、 La、 Ta、 Ba、 Sr、 Re、和镧系元素构成的元素组A中的元素。5. 如权利要求1所述的磁效应元件，其特征在于，所述绝缘层具有氧、氮、或碳中的至少一种。6. 如权利要求1所述的磁效应元件，其特征在于，所述铁磁性金属部分具有选自于由Fe和 Co构成的元素组B中的至少一种元素。7. 如权利要求1所述的磁效应元件，其特征在于，所述铁磁性金属部分具有大于或等于2nm 的直径。8. 如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：福家广美，桥本进，高岸雅幸，岩崎仁志，佐桥政司，土井正晶，三宅耕作，
申请(专利权)人：株式会社东芝，TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]