[发明专利]磁头组件和磁记录装置

说明书

本申请是2005年9月2日提交的发明名称为“磁致电阻元件、磁头、磁记录装置以及磁存储器，，的中国专利申请200510099817.X的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是以2004年9月3日提交的先前日本专利申请No.2004-257123为基础并要求其优先权，所述申请的全部内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种磁致电阻元件，以及使用该磁致电阻元件的磁头、磁记录装置和磁存储器，该磁致电阻元件具有其中电流被垂直于元件表面提供的结构。

背景技术

通过发现磁性薄膜的堆叠结构中的巨磁电阻效应(GMR)，明显地提高了磁性器件的性能。特别地，自旋阀薄膜(SV薄膜)具有容易应用到磁性器件使得有效产生GMR效应的结构。因此，自旋阀薄膜为磁头和诸如MRAM(磁随机存取存储器)的磁性器件带来了显著的技术改进。

“自旋阀薄膜”是一种堆叠薄膜，其具有在两个铁磁性层之间插入非磁性金属间隔层的结构。在自旋阀薄膜中，一个铁磁性层(称作“固定层”或“磁化固定层”)的磁化被反铁磁性层等钉扎，而其它铁磁性层(称作“自由层”或“磁化自由层”)的磁化可按照外部场(例如，媒介场)转动。在自旋阀薄膜中，能够通过改变固定层与自由层的磁化方向之间的相对角度来产生巨磁电阻改变。

传统的自旋阀薄膜是CIP(电流位于平面内)-GMR元件，其中平行于元件平面来施加读出电流。近年来，已经对CPP(电流垂直于平面)-GMR元件(以下称作“CPP元件”)产生了很多的关注，在该元件中基本上垂直于元件平面来施加读出电流。

当这样的磁致电阻元件应用到磁头时，较高的元件电阻在散射噪声和高频响应方面引起一些问题。在RA(电阻和面积之积)方面评价元件电阻是恰当的。具体地，在记录密度为200Gbpsi(每平方英寸吉比特)时RA必须小于1Ωμm²。

与这些要求有关，CPP元件是有利的，其中元件的电阻取决于它的面积，所以元件尺寸的降低会增加电阻的变化。因此在逐步降低磁性器件尺寸的趋势下，CPP元件是可有利应用的。在该环境下，CPP元件以及使用该元件的磁头被期望成为有希望的候选者，以获得200Gbpsi至1Tbpsi(每平方英寸兆兆比特)的记录密度。但是，使用由非磁性金属形成的间隔层的CPP元件只表现出非常小的电阻改变。因此CPP元件很难提供高的输出信号。

为了部分解决该问题，提出了一种CPP(电流受限通路)元件，其使用包括绝缘层的间隔层，其中形成了穿透绝缘层的由非磁性金属构成的细小的电流通路(电流受限通路)。这样的CPP元件(以下称作CCP-CPP元件)表现出电流限制效果，并提供了比使用非磁性金属间隔层的简单CPP元件高的输出信号。但是，如果CCP-CPP元件被应用到用于高密度记录的磁头时，其MR比率可能仍然不够。

已经提出了一种其MR比率足够适用于高记录密度的元件，该元件具有间隔层，在间隔层的氧化层内的电流受限通路由金属磁性材料形成并使用弹道磁致电阻(BMR)效应(以下称作BMR元件)。例如，见Jpn.Pat.Appln.Publication No.2003-204095。但是，BMR元件能够提供高的MR比的物理原理仍然是未知的。因此，不能简单的通过在磁性通路中产生弹道传导来获得高的MR比。实际上，仍然没有关于薄膜堆叠结构的BMR元件已经获得了比传统CPP元件所能获得的MR比更高的报道。因此期望提供能够基于新机理获得高MR比的MR元件。