[发明专利]具有一对磁性层的CPP型磁阻效应元件

说明书

技术领域

本发明涉及感应电流垂直于膜平面流动的CPP(电流垂直平面，Current-Perpendicular-to-the-Plane)型磁阻效应元件，并且更具体而言，涉及这种磁阻效应元件的隔体层和磁性层的结构。

背景技术

感应电流平行于元件膜平面流动的CIP-GMR(电流在平面内-巨磁阻，Current In Plane-Giant Magneto-Resistance)元件主要被用作薄膜磁头的复制元件。最近已尝试开发其中感应电流垂直于元件膜平面流动的元件，以适应更高密度的磁记录。此类型的元件包括利用TMR效应的TMR(隧道磁阻，Tunnel Magneto-Resistance)元件和利用GMR效应的CPP-GMR元件。

所述的TMR元件和CPP-GMR元件包括层叠体，层叠体包含：磁化方向根据外磁场变化的磁性层(自由层)；磁化方向相对于外磁场固定的磁性层(固定层(pinned layer))；以及隔体层(非磁性隔体层)，该隔体层夹在固定层和自由层之间。在TMR元件中，隔体层由绝缘层组成，该绝缘层由Al₂O₃等制成。基于电子穿过隔体层(隧道屏障层)的能量势垒的隧道现象，使感应电流在垂直于层叠体的膜平面的方向上流动。在CPP-GMR元件中，隔体层具有由Cu等制成的非磁性导电层。在这些元件中，在自由层的磁化方向和固定层的磁化方向之间形成的相对角根据外磁场变化，从而改变对以垂直于层叠体的膜平面的方向流动的感应电流的电阻。基于这些性质检测外磁场。在层叠的方向观察，层叠体的两端被屏蔽层磁性地屏蔽。

TMR元件的优点在于理论上其具有大的电阻并提供大的磁阻比率。另一方面，CPP-GMR元件利用小的电阻可以降低元件的横截面积，并且因此适用于超高密度磁记录。

已进行了改进以进一步增加上述元件的磁阻比率。美国专利申请出版物第2006/0012926号公开了以MgO代替AlO_x(Al₂O₃等)制成的隔体，AlO_x典型地被用作TMR元件的隔体层材料。已经研究了将半导体材料作为CPP-GMR元件的隔体层的材料。日本专利出版物第2003-8102号公开了一种层结构，其包含与常规隔体层一起置于自由层和固定层之间的ZnO层。具有大的电阻的半导体层被用作将元件的电阻调节至适当值的层。

近来提出了与包含自由层和固定层的常规层结构完全不同的新的层结构。“Current-in-Plane GMR Trilayer Head Design for Hard-Disk Drives”(IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS，Volume 43，Number 2，February，2007)公开了用在CIP元件中的层叠体，该层叠体包含磁化方向根据外磁场变化的两个磁性层，以及夹在磁性层之间的隔体层。从层叠体的气承表面看，在层叠体的背面安置偏磁层，并且在垂直于气承表面的方向上施加偏磁场。在由偏磁层施加的磁场下，两个磁性层的磁化方向之间形成一定相对角度。当在这种情况下施加外磁场时，两个磁性层的磁化方向发生改变，从而在两个磁性层的磁化方向之间形成的相对角被改变，并且因此改变对感应电流的电阻。基于这些性质，可以检测外界磁化。美国专利第7,035,062号公开了将此类层结构应用于CPP元件的实例。在这种情况下，因为利用两个磁性层的层结构不需要常规的综合固定层和反铁磁层，因而其具有简单的层结构，并且具有降低屏间隙的潜力。