[发明专利]CPP型磁阻效应元件和磁盘装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于将磁记录介质等的磁场强度作为信号进行读取的磁阻效应元件、具备该磁阻效应元件的薄膜磁头、以及包含该薄膜磁头的磁头悬架组件(head gimbal assembly)和磁盘装置。

背景技术

近年来，伴随着硬盘(HDD)的高记录密度化，也要求薄膜磁头的性能的提高。作为薄膜磁头，广泛使用的是复合型薄膜磁头，其是层叠了具有只读的磁阻效应元件(以下有时简写为MR(Magneto-resistive：磁阻)元件)的再生头和具有只写的感应式磁转换元件的记录头的结构。

现在，作为再生头，广泛使用所谓CIP(Current In plane，电流在平面内)结构的磁阻效应元件(CIP-GMR元件)，其使电流在称为自旋阀(spinvalve)GRM元件的元件膜面平行地流动而工作。这种结构的自旋阀GMR元件位于以软磁性金属膜形成的上下的屏蔽层之间，并且以被称为间隙层(gap layer)的绝缘材料夹住的方式配置。比特方向(bit direction)的存储密度通过上下的屏蔽层的间隙(再生间隙间隙)来决定。

伴随着记录密度的增大，对于再生头的再生元件，窄屏蔽间隙化和窄磁道化的要求越来越强。通过再生元件的窄磁道化和伴随其的元件高度的短小化，虽然元件的面积减少，但由于在现有的结构中放热效率也伴随面积减少而下降，所以从可靠性的观点出发有工作电流被限制的问题。

为了解决这样的问题，提出了CPP(Current Perpendicular to Plane，电流垂直于平面)结构的GMR元件(CPP-GMR元件)，其电串联上下的屏蔽层(上部屏蔽层及下部屏蔽层)和磁阻效应元件，不需要屏蔽之间的绝缘层，这是为了实现超过200Gbits/in²的记录密度所必须的技术。

这种CPP-GMR元件具有层叠结构，该层叠结构包含以从两侧夹住导电性的非磁性中间层的方式形成的第一铁磁层(ferromagnetic layer)和第二铁磁层。代表性的自旋阀型的CPP-GMR元件的层叠结构是从基板侧起依次层叠下部电极/反铁磁层/第一铁磁层/导电性的非磁性中间层/第二铁磁层/上部电极的层叠结构。

作为铁磁层之一的第一铁磁层的磁化方向，在外部施加磁场为零时以与第二铁磁层的磁化方向成为垂直的方式而固定。第一铁磁层的磁化方向的固定是通过使反铁磁层与其邻接，利用反铁磁层与第一铁磁层的交换耦合而对第一铁磁层赋予单方向各向异性能量(也称为“交换偏置”或“耦合磁场”)而完成的。因此，第一铁磁层也被称为磁化固定层。另一方面，第二铁磁层也被称为自由层。进而，通过使磁化固定层(第一铁磁层)为铁磁层/非磁性金属层/铁磁层的三层结构(即所谓的“层叠亚铁磁结构”，或“Synthetic Pinnd结构，合成钉扎结构”)，对两个铁磁层之间施加强交换耦合(exchange coupling)，能够使来自反铁磁层的交换耦合力有效地增大，并且能够减少从磁化固定层发生的静磁场对自由层造成的影响，“合成钉扎结构”现在被广泛使用。

但是，为了对应近年来的超高记录密度化的要求，需要磁阻效应元件的进一步薄层化。基于这样的情况，例如在文献1(IEEETRANSACTION ON MAGNETICS，VOL.43 No.2，FEBRUARY，pp.645-650)和US 7,019,371B和US 7,035,062B1等中公开的那样、提出了一种以铁磁层(Free Layer，自由层)/非磁性中间层/铁磁层(Free Layer)的简单的三层层叠结构作为基本结构的崭新的GRM元件结构。

在本申请中，为了方便将这种结构称为DFL(Dual Free Layer，双自由层)元件结构。在DFL元件结构中，两个铁磁层(Free Layer)的磁化以成为彼此反平行的方式交换耦合。而且，在与相当于元件的介质相向面的ABS相反的深部区域位置上配置磁铁，利用该磁铁发出的偏置磁场的作用，造成两个磁性层(Free Layer)的磁化是相对于磁道宽度方向倾斜约45°的初始状态(initial state)。当在该初始磁化状态下的元件检测到来自介质的信号磁场时，两个磁性层的磁化方向就像剪刀剪纸时的动作那样变化，结果元件的电阻值变化。