JP5197826B2 - Magnetoresistive element, magnetoresistive head, magnetic storage device, and magnetic memory - Google Patents
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Description
本発明は、磁気抵抗効果膜の膜面の垂直方向にセンス電流を流して磁気を検知する磁気
抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド、磁気記憶装置、および磁気メモリに関する。
The present invention relates to a magnetoresistive effect element, a magnetoresistive effect head, a magnetic storage device, and a magnetic memory that detect magnetism by flowing a sense current in a direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive effect film.
巨大磁気抵抗効果(Giant Magneto-Resistive Effect:GMR)の発見により、磁気デ
バイス、特に磁気ヘッドの性能が飛躍的に向上している。特に、スピンバルブ膜(Spin-V
alve:SV膜)の磁気ヘッドやMRAM(Magnetic Random Access Memory)などへの適
用は、磁気デバイス分野に大きな技術的進歩をもたらした。
The discovery of the giant magneto-resistive effect (GMR) has dramatically improved the performance of magnetic devices, particularly magnetic heads. In particular, spin-valve films (Spin-V
The application of alve (SV film) to magnetic heads, MRAM (Magnetic Random Access Memory), etc. has brought great technological advances in the field of magnetic devices.
「スピンバルブ膜」とは、二つの強磁性層の間に非磁性のスペーサ層を挟んだ構造を有
し、一方の強磁性層(「ピン層」や「磁化固着層」などと称される)の磁化を反強磁性層
などで固着し、もう一方の強磁性層(「フリー層」や「磁化自由層」などと称される)の
磁化を外部磁界に応じて回転するようにした積層膜をいう。スピンバルブ膜では、ピン層
とフリー層の磁化方向の相対角度が変化することによって、巨大な磁気抵抗変化が得られ
る。
A “spin valve film” has a structure in which a nonmagnetic spacer layer is sandwiched between two ferromagnetic layers, and is called one of the ferromagnetic layers (“pinned layer”, “magnetization pinned layer”, etc.) ) Is fixed by an antiferromagnetic layer, and the magnetization of the other ferromagnetic layer (referred to as “free layer” or “magnetization free layer”) is rotated in response to an external magnetic field. A membrane. In the spin valve film, a huge change in magnetoresistance can be obtained by changing the relative angle between the magnetization directions of the pinned layer and the free layer.
従来のスピンバルブ膜は、膜面に平行にセンス電流を通電するCIP(Current In Pla
ne)−GMR素子であった。近年、膜面に対してほぼ垂直方向にセンス電流を通電するC
PP(Current Perpendicular to Plane)−GMR素子(以下、「CPP素子」という)
が、CIP−GMR素子よりも大きなGMR効果を発現することから、注目されている。
A conventional spin valve film has a CIP (Current In Pla) that supplies a sense current parallel to the film surface.
ne) -GMR element. In recent years, a sense current is applied in a direction substantially perpendicular to the film surface.
PP (Current Perpendicular to Plane) -GMR element (hereinafter referred to as “CPP element”)
However, it attracts attention because it exhibits a larger GMR effect than the CIP-GMR element.
これらの磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに応用することを考慮した場合、素子抵抗が高
くなるとショットノイズおよび高周波応答の点で問題が生じる。素子抵抗に関しては、R
A(抵抗×通電面積)で評価するのが妥当である。具体的には、RAは、200Gbps
i(Gigabit per square inch)の記録密度で数百mΩμm2〜1Ωμm2、500Gbp
siの記録密度で500mΩμm2以下であることが必要とされている。
Considering the application of these magnetoresistive elements to magnetic heads, problems arise in terms of shot noise and high frequency response when the element resistance increases. Regarding element resistance, R
It is reasonable to evaluate with A (resistance x current-carrying area). Specifically, RA is 200 Gbps.
i (Gigabit per square inch) recording density of several hundreds mΩμm 2 to 1Ωμm 2 , 500 Gbp
The recording density of si is required to be 500 mΩμm 2 or less.
このような要求に対して、CPP素子は、磁気デバイスがますます微細化される傾向下
において、抵抗が低くても大きなMR変化率が得られるポテンシャルを有している。この
ような背景から、CPP素子およびそれを用いた磁気ヘッドは、200Gbpsi〜1T
bpsi(Terabit per square inch)の記録密度を実現するための有力候補と考えられる
。
In response to such demands, the CPP element has a potential to obtain a large MR change rate even when the resistance is low under the tendency that the magnetic device is increasingly miniaturized. From such a background, CPP elements and magnetic heads using the same are 200 Gbpsi to 1 T.
It is considered to be a strong candidate for realizing a recording density of bpsi (Terabit per square inch).
しかし、ピン層/スペーサ層/フリー層(これら三層構造をスピン依存散乱ユニット、
またはスピンバルブ膜と呼ぶ)が金属層で形成されているメタルCPP素子では、磁化に
よる抵抗変化量が小さく、高密度化に伴う微弱磁界を検知するのは困難である。
However, the pinned layer / spacer layer / free layer (these three-layer structures are divided into spin-dependent scattering units,
In a metal CPP element in which the metal layer is formed of a metal layer (referred to as a spin valve film), the amount of change in resistance due to magnetization is small, and it is difficult to detect a weak magnetic field accompanying an increase in density.
この問題を解決するために、非磁性スペーサ層として、厚み方向への電流パスを含む酸
化物層[NOL(nano-oxide layer)]を用いたCPP素子が提案されている(例えば特
許文献1参照)。このようなCPP素子では、電流狭窄[CCP(Current-confined-pat
h)]効果により素子抵抗およびMR変化率ともに増大させることができる。以下、この
ような素子をCCP−CPP素子という。
In order to solve this problem, a CPP element using an oxide layer [NOL (nano-oxide layer)] including a current path in the thickness direction as a nonmagnetic spacer layer has been proposed (see, for example, Patent Document 1). ). In such a CPP element, current confinement [CCP (Current-confined-pat
h)] With the effect, both the element resistance and the MR change rate can be increased. Hereinafter, such an element is referred to as a CCP-CPP element.
ここで、素子(磁気デバイス)の微細化傾向に伴い、CPPスピンバルブ膜の平面方向
のサイズを100nm×100nmより小さくすることが要求される。例えば、磁気ディ
スクの高密度化により、0.1μm以下のトラック幅が必要となる。
Here, with the trend toward miniaturization of elements (magnetic devices), it is required that the size of the CPP spin valve film in the planar direction be smaller than 100 nm × 100 nm. For example, a track width of 0.1 μm or less is required due to the high density of the magnetic disk.
このように面積の小さなCPPスピンバルブ膜の膜面垂直方向にセンス電流を流す場合
、スピントランスファートルクに起因するノイズが生じることが報告されている(STI(S
pin-Transfer Induced)ノイズの発生、非特許文献1、2参照)。
It has been reported that when a sense current is passed in the direction perpendicular to the film surface of a CPP spin valve film having a small area, noise due to spin transfer torque is generated (STI (S
pin-Transfer Induced) Noise generation, see Non-Patent Documents 1 and 2).
スピントランスファー効果は、ある臨界値以上の電流をCPPスピンバルブ膜に通電し
たときに、外部磁界を全く印加しない状態でも、フリー層の磁化方向が変化する現象であ
る。このとき、通電方向が変化すると、フリー層の磁化方向が反転する可能性がある。言
い換えれば、通電方向が一方向に固定されれば、フリー層の磁化安定方向も一方向に固定
されることになる。
The spin transfer effect is a phenomenon in which the magnetization direction of the free layer changes even when no external magnetic field is applied when a current of a certain critical value or more is passed through the CPP spin valve film. At this time, if the energization direction changes, the magnetization direction of the free layer may be reversed. In other words, if the energization direction is fixed in one direction, the magnetization stable direction of the free layer is also fixed in one direction.
なお、このときの磁化安定方向は、次のようになる。電子がピン層からフリー層に流れ
る(電流がフリー層からピン層に流れる)ときには、フリー層の磁化方向がピン層の向き
に揃うようなスピントルクが働く。一方、電子がフリー層からピン層に流れる(電流がピ
ン層からフリー層に流れる)ときには、フリー層の磁化方向がピン層とは反平行の向きに
揃うような方向にスピントルクが働く。
The magnetization stable direction at this time is as follows. When electrons flow from the pinned layer to the free layer (current flows from the free layer to the pinned layer), a spin torque is applied so that the magnetization direction of the free layer is aligned with the direction of the pinned layer. On the other hand, when electrons flow from the free layer to the pinned layer (current flows from the pinned layer to the free layer), spin torque acts in such a direction that the magnetization direction of the free layer is aligned antiparallel to the pinned layer.
磁気ヘッドでは、媒体磁界の向きによって、フリー層の磁化方向が変化する。このため
、通電方向が一定の場合、フリー層の磁化方向によっては、フリー層が磁化的に不安定と
なり、ノイズが発生する可能性がある。
In the magnetic head, the magnetization direction of the free layer changes depending on the direction of the medium magnetic field. For this reason, when the energization direction is constant, depending on the magnetization direction of the free layer, the free layer may become magnetically unstable, and noise may be generated.
このように、外部磁界を印加せず、センス電流を流した状態においても、フリー層内の
磁化が不安定となり、素子のノイズが増大する可能性がある。このノイズは、スピントラ
ンスファー効果に誘導されたノイズということで、STI(Spin Transfer Induced)ノ
イズと呼ばれる。
Thus, even in a state where a sense current is passed without applying an external magnetic field, the magnetization in the free layer becomes unstable, and the noise of the element may increase. This noise is referred to as STI (Spin Transfer Induced) noise because it is noise induced by the spin transfer effect.
STIノイズが発生すると、信号出力が一定でも、ノイズが増大することから、磁気ヘ
ッドのS/N比が悪くなり、HDDでのBER(Bit Error Rate)が増大してしまう。こ
の結果、高密度記録時の微弱な媒体磁界を素子で検知することが困難となり、磁気ヘッド
等に用いることが実質的に不可能となる危険性がある。
When STI noise occurs, the noise increases even if the signal output is constant, so that the S / N ratio of the magnetic head deteriorates and the BER (Bit Error Rate) in the HDD increases. As a result, it is difficult to detect a weak medium magnetic field at the time of high-density recording with an element, and there is a risk that it is practically impossible to use it for a magnetic head or the like.
非特許文献1、2には、メタルCu層をスペーサ層として用いた、メタルCPPスピン
バルブ膜でのSTIノイズが示されている。CCPを有するNOLスペーサ層を用いた、
CCP−CPPスピンバルブ膜においては、メタルCPPスピンバルブ膜と比べて、ST
Iノイズを巡る状況がより複雑となる可能性がある。
Non-Patent Documents 1 and 2 show STI noise in a metal CPP spin valve film using a metal Cu layer as a spacer layer. Using a NOL spacer layer with CCP,
In the CCP-CPP spin valve film, compared to the metal CPP spin valve film, ST
The situation around I noise can be more complicated.
CCP−CPPスピンバルブ膜では、CCPの電流狭窄されたスペーサ層を介して、電
流が局所的に集中した状態で、フリー層からピン層、もしくはピン層からフリー層へと、
電子が注入される。局所的な電流密度は通常のメタルCPPスピンバルブ膜よりもはるか
に大きな値となる。STIノイズが電流密度に敏感な点を考慮すると、CCP−CPPス
ピンバルブ膜でのSTIノイズは、メタルCPPスピンバルブ膜でのSTIノイズよりも
大きくなる可能性がある。このように、CCP−CPPスピンバルブ膜において、STI
ノイズの抑制は重要な課題である。
In the CCP-CPP spin valve film, from the free layer to the pinned layer, or from the pinned layer to the free layer, with the current concentrated locally via the CCP current constricted spacer layer,
Electrons are injected. The local current density is much larger than that of a normal metal CPP spin valve film. Considering that the STI noise is sensitive to the current density, the STI noise in the CCP-CPP spin valve film may be larger than the STI noise in the metal CPP spin valve film. Thus, in the CCP-CPP spin valve film, the STI
Noise suppression is an important issue.
上記に鑑み、本発明は、ノイズの低減を図った磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド
、磁気記憶装置、および磁気メモリを提供することを目的とする。
In view of the above, an object of the present invention is to provide a magnetoresistive effect element, a magnetoresistive effect head, a magnetic storage device, and a magnetic memory in which noise is reduced.
本発明に係る磁気抵抗効果素子は、磁化を有する強磁性層と、前記強磁性層上に配置され、かつ絶縁層と、この絶縁層の層方向に電流を通過させる導電体と、を有する非磁性層と、前記非磁性層上に配置され、かつ磁化方向が外部磁界によって変化する磁化自由層と、前記磁化自由層上に配置され、AlB、AlSiB、又はAlSiを含み、電子を乱反射する非磁性アモルファスの電子乱反射層とを具備することを特徴とする。
A magnetoresistive effect element according to the present invention includes a ferromagnetic layer having magnetization , an insulating layer disposed on the ferromagnetic layer , and a conductor that passes a current in a layer direction of the insulating layer. and a magnetic layer, wherein disposed on the non-magnetic layer, and a magnetization free layer whose magnetization direction changes by an external magnetic field, are arranged in the magnetization free layer, AlB, AlSiB, or comprises AlSi, non diffusely reflected electrons And a magnetic amorphous electron irregular reflection layer.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態に
おいては、合金の組成は原子%(atomic%)で表される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the composition of the alloy is expressed in atomic%.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子(CCP−CPP素子)を
表す斜視図である。なお、図1および以降の図は全て模式図であり、図上での膜厚同士の
比率と、実際の膜厚同士の比率は必ずしも一致しない。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a magnetoresistive effect element (CCP-CPP element) according to a first embodiment of the present invention. Note that FIG. 1 and the subsequent drawings are all schematic views, and the ratio between the film thicknesses in the figure does not necessarily match the ratio between the actual film thicknesses.
図1に示すように本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜10、およ
びこれを上下から夾む下電極11および上電極20を有し、図示しない基板上に構成され
る。
As shown in FIG. 1, the magnetoresistive effect element according to the present embodiment has a
磁気抵抗効果膜10は、下地層12、ピニング層13、ピン層14、下部金属層15、
スペーサ層(CCP−NOL)16、上部金属層17、フリー層18、キャップ層19が
順に積層されて構成される。この内、ピン層14、スペーサ層16、およびフリー層18
が、全体として、二つの強磁性層の間に非磁性のスペーサ層を挟んでなるスピンバルブ膜
に対応する。なお、見やすさのために、スペーサ層16はその上下層(下部金属層15お
よび上部金属層17)から切り離した状態で表している。
The
A spacer layer (CCP-NOL) 16, an
However, as a whole, this corresponds to a spin valve film in which a nonmagnetic spacer layer is sandwiched between two ferromagnetic layers. For ease of viewing, the
本実施形態では、ピン層14、およびフリー層18の少なくとも一方にダンピングファ
クタ(DF)調整層21を挿入することで、STIノイズの低減を図っている。
In the present embodiment, STI noise is reduced by inserting a damping factor (DF)
なお、図1のCCP−CPP素子はピン層14を下部に配置したボトム型であるが、ピ
ン層14を上部に配置したトップ型でも差し支えない。即ち、下電極11、下地層12〜
キャップ層19、および上電極20の積層構造の上下を逆転することが可能である。
The CCP-CPP element in FIG. 1 is a bottom type in which the pinned
It is possible to reverse the top and bottom of the laminated structure of the
以下、磁気抵抗効果素子の構成要素を説明する。 Hereinafter, components of the magnetoresistive element will be described.
下電極11は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極11と
上電極20との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部をその膜垂直方向に沿
って電流が流れる。この電流によって、磁気抵抗効果に起因する抵抗の変化を検出するこ
とで、磁気の検知が可能となる。具体的な材料としては、下シールドと兼用したNiFe
や、非磁性のCu,Ta,Ru、Crなどの金属層が用いられる。
The
Alternatively, a nonmagnetic metal layer such as Cu, Ta, Ru, or Cr is used.
下地層12は、例えば、バッファ層12a、シード層12bに区分することができる。
The
バッファ層12aは下電極11表面の荒れを緩和したりするための層である。シード層1
2bは、その上に成膜されるスピンバルブ膜の結晶配向および結晶粒径を制御するための
層である。
The buffer layer 12a is a layer for reducing the roughness of the surface of the
2b is a layer for controlling the crystal orientation and crystal grain size of the spin valve film formed thereon.
バッファ層12aとしては、Ta、Ti、W、Zr、Hf、Crまたはこれらの合金を
用いることができる。バッファ層12aの膜厚は2〜10nm程度が好ましく、3〜5n
m程度がより好ましい。バッファ層12aの厚さが薄すぎるとバッファ効果が失われる。
As the buffer layer 12a, Ta, Ti, W, Zr, Hf, Cr, or an alloy thereof can be used. The thickness of the buffer layer 12a is preferably about 2 to 10 nm, and 3 to 5 n.
About m is more preferable. If the buffer layer 12a is too thin, the buffer effect is lost.
一方、バッファ層12aの厚さが厚すぎるとMR変化率に寄与しない直列抵抗を増大させ
ることになるので好ましくない。なお、バッファ層12a上に成膜されるシード層12b
がバッファ効果も有する場合には、バッファ層12aを必ずしも設ける必要はない。
On the other hand, if the buffer layer 12a is too thick, the series resistance that does not contribute to the MR ratio is increased, which is not preferable. Note that the seed layer 12b is formed on the buffer layer 12a.
In the case where has a buffer effect, the buffer layer 12a is not necessarily provided.
シード層12bは、その上に成膜される層の結晶配向を制御できる材料であればよいが
、hcp構造(hexagonal close-packed structure:六方最密構造)またはfcc構造(
face-centered cubic structure:面心立方構造)を有する金属層などが好ましい。シー
ド層12bとして、Ruを用いることにより、その上のスピンバルブ膜の結晶配向をfc
c(111)配向にすることができる。また、ピニング層13(例えば、PtMn)の結
晶配向を規則化したfct構造(face-centered tetragonal structure:面心正方構造)
、あるいはbcc(body-centered cubic structure:体心立方構造)(110)配向と
することができる。
The seed layer 12b may be any material that can control the crystal orientation of the layer formed thereon, but may have an hcp structure (hexagonal close-packed structure) or an fcc structure (
A metal layer having a face-centered cubic structure is preferable. By using Ru as the seed layer 12b, the crystal orientation of the spin valve film thereon can be changed to fc.
The c (111) orientation can be obtained. Further, the fct structure (face-centered tetragonal structure) in which the crystal orientation of the pinning layer 13 (for example, PtMn) is regularized.
Or bcc (body-centered cubic structure) (110) orientation.
スピンバルブ膜やピニング層13の結晶配向性は、X線回折により測定できる。スピン
バルブ膜のfcc(111)ピーク、ピニング層13(PtMn)のfct(111)ピ
ークまたはbcc(110)ピークでのロッキングカーブの半値幅を3.5〜6度として
、良好な配向性を得ることができる。なお、この配向の分散角は断面TEMを用いた回折
スポットからも判別することができる。
The crystal orientation of the spin valve film and the pinning
また、シード層12bを設けることにより、スピンバルブ膜の結晶粒径を10〜40n
mに制御することができ、CCP−CPP素子のサイズが小さくなっても特性のばらつき
を招くことなく高MR変化率を実現できる。
Also, by providing the seed layer 12b, the crystal grain size of the spin valve film can be reduced to 10 to 40 n.
m can be controlled, and even if the size of the CCP-CPP element is reduced, a high MR ratio can be realized without causing variation in characteristics.
シード層12bとして、Ruの代わりに、例えばNixFe100−x(x=90〜5
0%、好ましくは75〜85%)や、NiFeに第3元素Xを添加して非磁性にした(N
ixFe100−x)100−yXy(X=Cr、V、Nb、Hf、Zr、Mo)などの
NiFeベースの合金を用いることもできる。Ruよりも、NiFeベースのほうが、シ
ード層12bとして良好な結晶配向性を得るのがより容易であり、上記と同様に測定した
ロッキングカーブの半値幅を3〜5度とすることができる。
For example, Ni x Fe 100-x (x = 90 to 5) is used as the seed layer 12b instead of Ru.
0%, preferably 75-85%) and non-magnetic by adding the third element X to NiFe (N
i x Fe 100-x) 100 -y X y (X = Cr, V, Nb, Hf, Zr, Mo) can also be used NiFe-based alloy such as. It is easier for the NiFe base to obtain better crystal orientation as the seed layer 12b than Ru, and the half width of the rocking curve measured in the same manner as described above can be 3 to 5 degrees.
上述した10〜40nmという適正な結晶粒径を得るためには、第3元素Xの組成yを
0〜30%程度とすることが好ましい(yが0%の場合も含む)。結晶粒径を40nmよ
りも粗大化させるためには、さらに多量の添加元素を用いることが好ましい。例えば、N
iFeCrの場合にはCr量を35〜45%程度とし、fccとbccの境界相を示す組
成を用いることが好ましい。
In order to obtain an appropriate crystal grain size of 10 to 40 nm as described above, the composition y of the third element X is preferably about 0 to 30% (including the case where y is 0%). In order to make the crystal grain size coarser than 40 nm, it is preferable to use a larger amount of additive element. For example, N
In the case of iFeCr, it is preferable to use a composition having a Cr amount of about 35 to 45% and a boundary phase between fcc and bcc.
ただし、高密度記録に対応した再生ヘッドとして用いる場合には、素子サイズが100
nm以下になるので、結晶粒径が大きすぎると特性のばらつきを招くことがあり、大きな
結晶粒を用いることはあまり好ましくない。一方、例えばMRAMとして用いる場合には
、素子サイズが100nm以上の場合があるので、結晶粒径を粗大化させるシード層12
bを用いてもよい。
However, when used as a reproducing head compatible with high-density recording, the element size is 100.
If the crystal grain size is too large, the characteristics may vary, and it is not preferable to use large crystal grains. On the other hand, for example, when used as an MRAM, since the element size may be 100 nm or more, the
b may be used.
シード層12bの膜厚は1.5nm〜6nm程度が好ましく、2〜4nmがより好まし
い。シード層12bの厚さが薄すぎると結晶配向制御などの効果が失われる。一方、シー
ド層12bの厚さが厚すぎると直列抵抗の増大を招くうえに、スピンバルブ膜の界面凹凸
の原因となることがある。
The thickness of the seed layer 12b is preferably about 1.5 nm to 6 nm, and more preferably 2 to 4 nm. If the thickness of the seed layer 12b is too thin, effects such as crystal orientation control are lost. On the other hand, if the seed layer 12b is too thick, the series resistance may be increased and the interface irregularity of the spin valve film may be caused.
ピニング層13は、その上に成膜されるピン層14となる強磁性層に一方向異方性を付
与して磁化を固着する機能を有する。ピニング層13の材料としては、PtMn、PdP
tMn、IrMn、RuRhMnなどの反強磁性材料を用いることができる。
The pinning
Antiferromagnetic materials such as tMn, IrMn, and RuRhMn can be used.
十分な強さの一方向異方性を付与するために、ピニング層13の膜厚を適切に設定する
。ピニング層13がPtMnやPdPtMnの場合には、膜厚は8〜20nm程度が好ま
しく、10〜15nmがより好ましい。ピニング層13がIrMnやRuRhMnの場合
には、PtMnなどより薄い膜厚でも一方向異方性を付与することができるので、5〜1
8nmが好ましく、7〜15nmがより好ましい。
In order to impart sufficient strength of unidirectional anisotropy, the film thickness of the pinning
8 nm is preferable and 7-15 nm is more preferable.
PtMn等の反強磁性層の比抵抗は概ね100μΩcm以上と大きいため、ピニング層
13がMR変化率に直接寄与しない直列抵抗を増大させ、RAの値を大きくする要因にな
る可能性がある。直列抵抗の増加を防止するために、ピニング層13として、反強磁性層
の代わりに、ハード磁性層を用いることができる。ハード磁性層としては、例えばCoP
t(Co=50〜85%)、(CoxPt100−x)100−yCry(x=50〜8
5%、y=0〜40%)、FePt(Pt40〜60%)などを用いることができる。ハ
ード磁性層(特にCoPt)は比抵抗が比較的小さいため、直列抵抗およびRAの増大を
抑制できる。
Since the specific resistance of the antiferromagnetic layer such as PtMn is as large as about 100 μΩcm or more, there is a possibility that the pinning
t (Co = 50~85%), (Co x Pt 100-x) 100-y Cr y (x = 50~8
5%, y = 0 to 40%), FePt (Pt 40 to 60%), or the like can be used. Since the hard magnetic layer (particularly CoPt) has a relatively small specific resistance, it is possible to suppress an increase in series resistance and RA.
ピン層14は、下部ピン層141(例えば、Co90Fe10)、磁気結合層142(
例えば、Ru)、および上部ピン層143(例えば、Co90Fe10[4nm])から
なる3層構造のシンセティックピン層とすることができる。ピニング層13(例えば、P
tMn)とその直上の下部ピン層141は一方向異方性をもつように交換磁気結合してい
る。磁気結合層142の上下の下部ピン層141および上部ピン層143は、磁化の向き
が互いに反平行になるように強く磁気結合している。
The pinned
For example, a synthetic pinned layer having a three-layer structure including Ru) and an upper pinned layer 143 (for example, Co 90 Fe 10 [4 nm]) can be used. Pinning layer 13 (eg P
tMn) and the lower pinned
下部ピン層141には、例えばCoxFe100−x合金(x=0〜100%)、Ni
xFe100−x合金(x=0〜100%)、またはこれらに非磁性元素を添加したもの
を用いることができる。
For the lower pinned
An x Fe 100-x alloy (x = 0 to 100%) or a material obtained by adding a nonmagnetic element to these can be used.
下部ピン層141は、磁気膜厚すなわち飽和磁化Bs×膜厚t(Bs・t積)が、上部
ピン層143とほぼ等しくなるように設計することが好ましい。一例として、上部ピン層
143が(Fe50Co50[1nm]/Cu[0.25nm])×2/Fe50Co5
0[1nm]の場合には、FeCoの飽和磁化が約2.2Tであるため、磁気膜厚は2.
2T×3nm=6.6Tnmとなる。下部ピン層141についてはCo90Fe10の飽
和磁化が約1.8Tなので、上記と等しい磁気膜厚を与える下部ピン層141の膜厚tは
6.6Tnm/1.8T=3.66nmとなる。したがって、膜厚が約3.6nmのCo
90Fe10を用いることが望ましい。
The lower pinned
In the case of 0 [1 nm], since the saturation magnetization of FeCo is about 2.2 T, the magnetic film thickness is 2.
2T × 3 nm = 6.6 Tnm. Since the saturation magnetization of Co 90 Fe 10 is about 1.8 T for the lower pinned
It is desirable to use a 90 Fe 10.
下部ピン層141に用いられる磁性層の膜厚は2〜5nm程度が好ましい。ピニング層
13(例えば、PtMn)による一方向異方性磁界強度およびRuを介した下部ピン層1
41と上部ピン層143との反強磁性結合磁界強度という観点に基づく。下部ピン層14
1が薄すぎるとMR変化率が小さくなる。一方、下部ピン層141が厚すぎるとデバイス
動作に必要な十分な一方向性異方性磁界を得ることが困難になる。
The thickness of the magnetic layer used for the lower pinned
41 and the upper pinned
If 1 is too thin, the MR ratio will be small. On the other hand, if the lower pinned
磁気結合層142(例えば、Ru)は上下の磁性層に反強磁性結合を生じさせてシンセ
ティックピン構造を形成する機能を有する。磁気結合層142としてのRu層の膜厚は0
.8〜1nmであることが好ましい。なお、上下の磁性層(下部ピン層141および上部
ピン層143)に十分な反強磁性結合を生じさせる材料であれば、Ru以外の材料を用い
てもよい。
The magnetic coupling layer 142 (for example, Ru) has a function of forming an antiferromagnetic coupling in the upper and lower magnetic layers to form a synthetic pin structure. The film thickness of the Ru layer as the
. It is preferable that it is 8-1 nm. A material other than Ru may be used as long as it is a material that causes sufficient antiferromagnetic coupling in the upper and lower magnetic layers (lower pinned
上部ピン層143(Co90Fe10[4nm])は、スピン依存散乱ユニットの一部
をなす。上部ピン層143として、fcc構造をもつCo90Fe10の換わりに、bc
c構造をもつFeCoなどを用いた場合、スピン依存界面散乱効果が大きいため、大きな
MR変化率を実現することができる。bcc構造をもつFeCo系合金としては、Fex
Co100−x(x=30〜100%)や、FexCo100−xに添加元素を加えたも
のが挙げられる。スピンバルブ膜に用いられる金属材料は、fcc構造またはfct構造
であることが多いため、上部ピン層143のみがbcc構造を有することがあり得る。
The upper pinned layer 143 (Co 90 Fe 10 [4 nm]) forms part of the spin-dependent scattering unit. Instead of Co 90 Fe 10 having the fcc structure as the upper pinned
When FeCo or the like having a c structure is used, a large MR change rate can be realized because the spin-dependent interface scattering effect is large. FeCo-based alloys having a bcc structure include Fe x
Co 100-x (x = 30~100 %) and include those plus additional element Fe x Co 100-x. Since the metal material used for the spin valve film often has an fcc structure or an fct structure, only the upper pinned
上部ピン層143の膜厚が薄すぎると、bcc構造を安定に保つことが困難になり、高
いMR変化率が得られなくなるので、上部ピン層143の膜厚は2nm以上であることが
好ましい。一方、大きなピン固着磁界を得るために、上部ピン層143の膜厚は5nm以
下であることが好ましい。
If the film thickness of the upper pinned
上部ピン層143が高MR変化率を実現しやすいbcc構造をもつ磁性層から形成され
ている場合には、bcc構造をより安定に保つために、bcc構造をもつ層の膜厚は2n
m以上であることが好ましい。
When the upper pinned
It is preferable that it is m or more.
大きなピン固着磁界とbcc構造の安定性とを両立させるには、bcc構造をもつ層の
膜厚は2.5nm〜4nm程度が好ましい。FeCo系の磁性膜に関しては、相図上でよ
り安定なbcc構造が得られる組成範囲として、Fe75Co25〜Fe85Co15が
挙げられる。
In order to achieve both a large pinned magnetic field and the stability of the bcc structure, the thickness of the layer having the bcc structure is preferably about 2.5 nm to 4 nm. Regarding FeCo-based magnetic films, Fe 75 Co 25 to Fe 85 Co 15 can be cited as a composition range in which a more stable bcc structure can be obtained on the phase diagram.
上部ピン層143には、bcc構造をもつ磁性材料の代わりに、fcc構造のCoFe
合金や、hcp構造をもつコバルト合金も用いることができる。Co、Fe、Niなどの
単体金属、またはこれらのいずれか一つの元素を含む合金材料はすべて用いることができ
る。上部ピン層143の磁性材料として、大きなMR変化率を得るのに有利なものから並
べると、bcc構造をもつ合金材料、50%以上のコバルト組成をもつコバルト合金、5
0%以上のNi組成をもつニッケル合金の順になる。
For the upper pinned
An alloy or a cobalt alloy having an hcp structure can also be used. Any single metal such as Co, Fe, Ni, or an alloy material containing any one of these elements can be used. When the magnetic material of the upper pinned
The order of nickel alloys has a Ni composition of 0% or more.
上部ピン層143中にダンピングファクタ(DF)調整層21を挿入して、STIノイ
ズの抑制を図ることができる。この詳細は後述する。
A damping factor (DF)
下部金属層15は、電流パス162を形成するときに用いられ、いわば電流パス162
の供給源である。ただし、電流パス162の形成後にも明確な金属層として残存している
必要はない。
The
Is the source of However, it is not necessary to remain as a clear metal layer even after the
スペーサ層(CCP−NOL)16は、絶縁層161、電流パス162を有する。なお
、スペーサ層16、下部金属層15、および上部金属層17を含めて、スペーサ層として
取り扱うことも可能である。
The spacer layer (CCP-NOL) 16 includes an insulating
絶縁層161は、酸化物、窒化物、酸窒化物等から構成され、アモルファスから形成さ
れるAl2O3もあれば、MgOのような結晶構造を有する場合もある。
The insulating
絶縁層161に用いる典型的な絶縁材料として、Al2O3をベース材料としたものや
、これに添加元素を加えたものがある。添加元素として、Ti、Hf、Mg、Zr,V,
Mo、Si,Cr,Nb,Ta,W、B,Cなどがある。これらの添加元素の割合は0%
〜50%程度の割合で適宜変えて用いることができる。
As a typical insulating material used for the insulating
There are Mo, Si, Cr, Nb, Ta, W, B, C and the like. The proportion of these additive elements is 0%
It can be appropriately changed and used at a ratio of about ˜50%.
絶縁層161には、Al2O3のようなAl酸化物の換わりに、Ti酸化物、Hf酸化
物、Mg酸化物、Zr酸化物、Cr酸化物、V酸化物、Ta酸化物、Nb酸化物、Mo酸
化物、Si酸化物なども用いることができる。これらの酸化物の場合でも、添加元素とし
て上述したような材料を用いることができる。また、添加元素の量としても0%〜50%
程度の割合で適宜変えて用いることができる。
For the insulating
It can be used by appropriately changing at a ratio of about.
これら酸化物の換わりに、上述したようなAl,Si,Hf,Ti,Mg,Zr,V,
Mo,Nb,Ta,W,B,Cをベースとした酸窒化物や、窒化物を用いても良い。
In place of these oxides, Al, Si, Hf, Ti, Mg, Zr, V,
Oxynitrides and nitrides based on Mo, Nb, Ta, W, B, and C may be used.
電流パス162は、電流を狭窄するためのものであり、絶縁層161の層方向に電流を
通過させる導電体として機能し、例えば、Cu等の非磁性金属から構成できる。即ち、ス
ペーサ層16は電流狭窄構造(CCP構造)を有する。電流狭窄効果により素子抵抗およ
びMR変化率を増大させることができる。
The
電流パス162は絶縁層161と比べて著しく酸素、窒素の含有量が少ない領域であり
(少なくとも2倍以上の酸素や窒素の含有量の差がある)、一般的には結晶相である。結
晶相は非結晶相よりも抵抗が小さいため、電流パス162として機能しやすい。
The
上部金属層17は、その上に成膜されるフリー層18がスペーサ層16の酸化物に接し
て酸化されないように保護するバリア層としての機能を有する。
The
なお、フリー層18の酸化はアニール条件の最適化などによって回避可能なので、必ず
しも上部金属層17を設けなくてもよい。しかし、製造上のマージンを考慮すると、スペ
ーサ層16上に上部金属層17を形成することが好ましい。
Since the oxidation of the
上部金属層17の構成材料として、Cu以外に、Au、Ag、Ruなどを用いることも
できる。上部金属層17の材料は、スペーサ層16の電流パス162の材料と同一である
ことが好ましい。上部金属層17の材料が電流パス162の材料と異なる場合には界面抵
抗の増大を招くが、両者が同一の材料であれば界面抵抗の増大は生じない。
As a constituent material of the
上部金属層17の膜厚は、0〜1nmが好ましく、0.1〜0.5nmがより好ましい
。上部金属層17が厚すぎると、スペーサ層16で狭窄された電流が上部金属層17で広
がって電流狭窄効果が不十分になり、MR変化率の低下を招く。
The thickness of the
フリー層18は、磁化方向が外部磁界によって変化する強磁性体を有する層であり、例
えば、界面にCoFeを挿入してNiFeを用いたCo90Fe10[1nm]/Ni83Fe
17[3.5nm]という3層を用いてもよい。高いMR変化率を得るためには、スペーサ
層16の界面に位置するフリー層18の磁性材料の選択が重要である。この場合、スペー
サ層16との界面には、NiFe合金よりもCoFe合金を設けることが好ましい。なお
、NiFe層を用いない場合には、Co90Fe10[4nm]を用いることができる。
The
17 Three layers [3.5 nm] may be used. In order to obtain a high MR ratio, selection of the magnetic material of the
CoFe合金のなかでも、軟磁気特性が安定であることから、Co90Fe10が好ましい
。Co90Fe10近傍のCoFe合金を用いる場合には、膜厚を0.5〜4nmとすること
が好ましい。
Among the CoFe alloys, Co 90 Fe 10 is preferable because the soft magnetic characteristics are stable. When a CoFe alloy near Co 90 Fe 10 is used, the film thickness is preferably 0.5 to 4 nm.
また、フリー層18として、1〜2nmのCoFe層またはFe層と、0.1〜0.8
nm程度の極薄Cu層とを、複数層交互に積層したものを用いてもよい。
Further, as the
You may use what laminated | stacked several layers by the ultra-thin Cu layer about nm.
フリー層18の場合においても、ピン層14の場合と同様に、スペーサ層16がCu層
から形成される場合には、bccのFeCo層をスペーサ層16との界面材料として用い
るとMR変化率が大きくなるので、スペーサ層16との界面材料として、fccのCoF
e合金の換わりにbccのFeCo合金を用いることもできる。この場合にはbcc層が
形成されやすい、FexCo100−x(x=30〜100)や、これに添加元素を加え
た材料も用いることができる。
Also in the case of the
A bcc FeCo alloy may be used in place of the e alloy. In this case, Fe x Co 100-x (x = 30 to 100) in which a bcc layer is easily formed, or a material obtained by adding an additive element thereto can also be used.
ここで、これらのフリー層18中にダンピングファクタ(DF)調整層21を挿入して
、STIノイズの抑制を図ることができる。この詳細は後述する。
Here, a damping factor (DF)
キャップ層19は、スピンバルブ膜を保護する機能を有する。キャップ層19は、例え
ば、複数の金属層、例えば、Cu層とRu層の2層構造とすることができる。このときC
u層の膜厚は0.5〜10nm程度が好ましい。また、Ru層の膜厚を0.5〜10nm
程度とすることができる。
The
The thickness of the u layer is preferably about 0.5 to 10 nm. Further, the film thickness of the Ru layer is 0.5 to 10 nm.
Can be about.
キャップ層19として、Cu層を用いず、0.5〜10nm程度の厚さのRu層をフリ
ー層18上に直接設けてもよい。また、Ru層の代わりに他の金属層を設けてもよい。キ
ャップ層19の構成は特に限定されず、キャップとしてスピンバルブ膜を保護可能なもの
であれば、他の材料を用いてもよい。
As the
上電極20は、スピンバルブ膜の垂直方向に通電するための電極である。下電極11と
上電極20との間に電圧が印加されることで、スピンバルブ膜内部をその膜垂直方向に沿
って電流が流れる。
The
(ダンピングファクタ(DF)調整層21の詳細)
ダンピングファクタ調整層21はSTIノイズを低減するための層である。前述したよ
うに、磁化方向を動かそうとするトルクによって、STIノイズが発生する。スピントル
クを持った電子(簡易的な言い方をすると、磁性層の磁化情報をもった電子)がピン層1
4からフリー層18もしくはその逆向きに流れることで、磁化情報を互いに平行に揃える
方向、もしくは反平行の向きに揃えるトルクが発生し、このトルクがノイズの原因となる
。このような磁化方向を動かそうとするトルクを抑制すること(電流通電による磁化トル
クを安定させること)がSTIノイズの低減に有効である。このトルクへのダンピングを
表すパラメータがダンピングファクタである。
(Details of damping factor (DF) adjustment layer 21)
The damping
By flowing from 4 to the
本実施形態では、ダンピングファクタを増大させて、STIノイズを低減し、しかもM
R変化率を高い値に維持することが可能である。具体的な手法として、CCP−CPPス
ピンバルブ膜の磁性層中に、ダンピングファクタ調整層21として、例えば、0.5nm
程度の極薄のPt層を挿入する。これによりスピントランスファートルク現象、ひいては
STIノイズが抑制される。
In this embodiment, the damping factor is increased to reduce STI noise, and M
It is possible to maintain the R change rate at a high value. As a specific method, as the damping
Insert an extremely thin Pt layer. As a result, the spin transfer torque phenomenon and thus the STI noise are suppressed.
ここで、ダンピングファクタ調整層21として、原子番号が大きな材料、または非磁性
3d遷移金属の極薄層を用いることが、ダンピングファクタを上昇させるために有効であ
る。ダンピングファクタ調整層21は、ピン層14、またはフリー層18に挿入される。
Here, it is effective to use a material having a large atomic number or a non-magnetic 3d transition metal ultrathin layer as the damping
しかしながら、通常のメタルCPPスピンバルブ膜の磁性層に大きな原子番号の材料を
混入させることは、弊害をもたらす危険性がある。具体的には、大きな原子番号を有する
材料を磁性層に混入させると、スピン軌道相互作用によってGMR効果が減少する。特に
、メタルCPPスピンバルブ膜においては、GMR効果への影響が顕著である。これは、
CPP−GMRでは、スピン依存界面散乱効果とスピン依存バルク散乱効果の二つがある
が、通常のメタルCPPスピンバルブ膜ではスピン依存バルク散乱効果の方が顕著である
ことに起因する。
However, mixing a material having a large atomic number into the magnetic layer of a normal metal CPP spin valve film has a risk of causing adverse effects. Specifically, when a material having a large atomic number is mixed in the magnetic layer, the GMR effect is reduced by the spin orbit interaction. In particular, in the metal CPP spin valve film, the influence on the GMR effect is significant. this is,
In CPP-GMR, there are two effects, a spin-dependent interface scattering effect and a spin-dependent bulk scattering effect, but in a normal metal CPP spin valve film, the spin-dependent bulk scattering effect is more prominent.
スピン依存界面散乱効果は、スペーサ層16と、ピン層14、もしくはフリー層18の
界面におけるGMR効果であり、界面近傍のみで生じる現象である。それに対し、スピン
依存バルク散乱効果は、ピン層14、もしくはフリー層18の磁性層内部で生じるGMR
効果である。スピン依存バルク散乱効果は磁性層内での現象であるため、磁性層の膜厚が
厚いほうが、スピン依存バルク散乱効果が大きくなり、MR変化率が大きくなる。
The spin-dependent interface scattering effect is a GMR effect at the interface between the
It is an effect. Since the spin-dependent bulk scattering effect is a phenomenon in the magnetic layer, the thicker the magnetic layer, the larger the spin-dependent bulk scattering effect and the higher the MR change rate.
通常のメタルCPPスピンバルブ膜においては、スピン依存界面散乱効果によるGMR
現象は小さく、GMR現象のほとんどがスピン依存バルク散乱効果に起因する(非特許文
献3:H. Yuasa et al., J. Appl. Phys. 92 (5), 2646 (2002))。この非特許文献3の
Fig5で、磁性層膜厚がゼロの極限でのAdR(面積抵抗変化量)に比べて(この値が
スピン依存界面散乱効果に相当)、磁性層膜厚が厚いところでのAdRのほうがはるかに
大きいこと(磁性層膜厚が厚いところではスピン依存界面散乱効果とスピン依存バルク散
乱効果の和をみていることになる)から、この事実を理解することができる。
In a normal metal CPP spin valve film, GMR due to the spin-dependent interface scattering effect
The phenomenon is small, and most of the GMR phenomenon is caused by the spin-dependent bulk scattering effect (Non-Patent Document 3: H. Yuasa et al., J. Appl. Phys. 92 (5), 2646 (2002)). In FIG. 5 of
つまり、通常のメタルCPPスピンバルブ膜においては、スピンバルク散乱効果の寄与
が非常に大きい。このため、スピン依存バルク散乱効果を低下させる大きな原子番号の材
料を磁性層に挿入することは、MR変化率の低下、ひいてはヘッド出力の低下、という観
点において好ましくない。即ち、低STIノイズと高出力の両立が困難である。このよう
に、通常のメタルスペーサ層16を有するメタルCPPスピンバルブ膜において、大きな
原子番号の元素をピン層14もしくはフリー層18の磁性層に挿入するのは好ましい手法
とは言いにくい。
That is, in the normal metal CPP spin valve film, the contribution of the spin bulk scattering effect is very large. For this reason, it is not preferable to insert a material having a large atomic number that reduces the spin-dependent bulk scattering effect into the magnetic layer from the viewpoint of a decrease in MR ratio and a decrease in head output. That is, it is difficult to achieve both low STI noise and high output. Thus, in a metal CPP spin valve film having a normal
一方、CCP−CPPスピンバルブ膜においては、スピン依存バルク散乱効果よりも、
スピン依存界面散乱効果の影響のほうがはるかに大きい(非特許文献4:H. Fukuzawa et
al., Appl. Phys. Lett. 87, 082507 (2005))。これは、スピンバルブ膜のトータル抵
抗に占める、CCP部分の寄与が非常に大きいため、CCP近傍での界面効果の影響が大
きいことに起因する。つまり、CCP−CPPスピンバルブ膜においては、多少のスピン
依存バルク散乱効果の低下があったとしても、スピン依存界面散乱効果の低下が起こらな
ければ、MR変化率およびヘッド出力の低下は生じにくい。このため、低STIノイズと
高いMR変化率の両立を図ることが容易となる。
On the other hand, in the CCP-CPP spin valve film, rather than the spin-dependent bulk scattering effect,
The influence of the spin-dependent interface scattering effect is much larger (Non-Patent Document 4: H. Fukuzawa et.
al., Appl. Phys. Lett. 87, 082507 (2005)). This is because the influence of the interface effect in the vicinity of the CCP is large because the contribution of the CCP portion to the total resistance of the spin valve film is very large. That is, in the CCP-CPP spin valve film, even if there is a slight decrease in the spin-dependent bulk scattering effect, the MR ratio and the head output are unlikely to decrease unless the spin-dependent interface scattering effect decreases. For this reason, it is easy to achieve both low STI noise and a high MR ratio.
上記の理由によって、CCP−CPP素子において、ダンピングファクタ調整層21に
よって、MRを事実上低下させることなく、STIノイズを抑制することが可能となる。
For the above reason, in the CCP-CPP element, the damping
ダンピングファクタ調整層21としては、Pt以外にもZr,Nb,Mo,Ru,Rh
,Pd,Ag,La,Hf,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt,Auなどの原子番号が
比較的大きな材料や、非磁性のTi、V、Cr、Mnなどの3d遷移金属も用いることが
できる。
As the damping
, Pd, Ag, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au and other 3d transition metals such as nonmagnetic Ti, V, Cr, and Mn are used. be able to.
非磁性材料を挿入することで、ピン層14、またはフリー層18内(即ち、ダンピング
ファクタ調整層21を介した上下磁性層間)での磁気結合が分断される可能性がある。ダ
ンピングファクタ調整層21を介した磁気結合を十分大きな値として保つためには、ダン
ピングファクタ調整層21の膜厚として、0.1〜1nm、さらに好ましくは0.1nm
〜0.7nmが好ましい。
By inserting a nonmagnetic material, there is a possibility that the magnetic coupling in the pinned
-0.7 nm is preferable.
ダンピングファクタ調整層21はピン層14、フリー層18のいずれか一方のみに挿入
されていても差し支えない。
The damping
スペーサ層16の近傍にダンピングファクタ調整層21を挿入すると、MR変化率の減
少を招き好ましくない。スペーサ層16から少なくとも1nm以上離れた位置に、ダンピ
ングファクタ調整層21を挿入することが好ましい。即ち、MR変化率への影響を考慮し
、スペーサ層16からある程度離れた位置にダンピングファクタ調整層21を配置する。
If the damping
このように、スペーサ層16との界面近傍から1nm程度離れた位置にダンピングファ
クタ調整層21が配置されることによって、スピン依存界面散乱効果には悪影響を与える
ことなく、ダンピングファクタを抑制することができる。つまり、CCP−CPPの場合
にはMR変化率を犠牲にすることなく、効率的にSTIノイズを抑制することが可能とな
る。
As described above, the damping
材料によっては、スペーサ層16との界面近傍から1nm以下の領域にダンピングファ
クタ調整層21を挿入することも可能である。具体的には、Ti、Zr、PdやNbなど
をダンピングファクタ調整層21として用いたときには、比較的スピン依存界面散乱効果
の影響を乱すことがないので、スペーサ層16との界面から1nm以下の領域にダンピン
グファクタ調整層21を挿入しても構わない。より具体的には、スペーサ層16との界面
(つまり界面から0nmの距離)から1nmまでの距離における挿入位置でも用いること
ができる。当然のことながら、これらの材料は、それよりも離れた距離など、任意の位置
に挿入することが可能ある。
Depending on the material, it is also possible to insert the damping
MR変化率への影響が少ない、という観点において、これらTi、Zr、Pd、Nbな
どの材料はダンピングファクタ調整層21として用いやすい材料である。
These materials such as Ti, Zr, Pd, and Nb are materials that can be easily used as the damping
ダンピングファクタ調整層21はピン層14、もしくはフリー層18といった磁性層に
複数層挿入しても構わない。この場合には、上記Ti、Zr、Nbなどの材料を用いると
きはスペーサ層16からの距離が1nm以下のところに第一層を挿入し、Pt等他の元素
のときにはスペーサ層16からの距離が1nmよりも離れたところに第一層を挿入する。
A plurality of damping factor adjustment layers 21 may be inserted in a magnetic layer such as the pinned
そして、第2層、第3層といった積層膜を前記第1層よりもスペーサ層16から離れた
位置に挿入することになる。これら第1層と第2層、もしくは第2層と第3層との間の距
離は、1nmから2nm程度が好ましい範囲である。しかし、厚い磁性層を用いる場合に
はこの範囲よりも厚い間隔で用いることも可能である。
Then, a laminated film such as a second layer and a third layer is inserted at a position farther from the
フリー層18、もしくはピン層14内でダンピングファクタ調整層21を複数層用いる
ことのメリットとして、ダンピングファクタ調整の効果、ひいてはノイズ低減の効果がよ
り増大する点がある。ダンピングファクタ調整層21を複数層挿入するのは、フリー層1
8だけの場合でもよいし、ピン層14だけの場合でもよく、またピン層14、フリー層1
8両方を積層構成にしても構わない。
As an advantage of using a plurality of damping factor adjustment layers 21 in the
8 may be used, or only the pinned
Both of them may be laminated.
複数層のダンピングファクタ調整層21を用いるデメリットとして、MR変化率が低減
したり、ダンピングファクタ調整層21を介した磁性層間の磁気結合が弱まったりするこ
とで、磁気特性が悪くなる可能性がある。磁気特性を防止するため、フリー層18、もし
くはピン層14内でのダンピングファクタ調整層21の膜厚の総量が、一層の場合と同様
の膜厚範囲であることが好ましい。また、一つの磁性層内での複数のダンピングファクタ
調整層21間の距離としては、上述したように、1〜2nmが好ましい範囲となる。
Disadvantages of using a plurality of damping factor adjustment layers 21 may be that the MR ratio is reduced or the magnetic coupling between the magnetic layers via the damping
ここで、本実施形態のような、ダンピングファクタ調整層21を用いる代わりに、磁性
層(ピン層14、フリー層18)の構成材料自体に、ST効果が抑制されるような材料(
例えば、合金材料)を選択することが考えられる。
Here, instead of using the damping
For example, it is conceivable to select an alloy material.
しかし、この場合にはMR変化率が低下してしまう。CCP構造をもつCPPスピンバ
ルブ膜ではスペーサ層16の界面近傍でのMR効果が大きく、この界面近傍にMR変化率
を低下させるような添加元素が存在することは好ましくない。
However, in this case, the MR change rate decreases. In a CPP spin valve film having a CCP structure, the MR effect near the interface of the
スペーサ層16との界面近傍では高MR化を損なわない磁性材料を用い、磁性層(ピン
層14、フリー層18)の内部に極薄の層(ダンピングファクタ調整層21)を挿入する
ことでST効果を抑制できる。このようにすることで、ST効果の抑制と、MR変化率の
維持とを両立することが容易となる。
In the vicinity of the interface with the
以下、本実施形態を比較例と対比して説明する。 Hereinafter, this embodiment will be described in comparison with a comparative example.
A.Ptを磁性層全体に添加する場合との比較 比較例として、Ptを磁性層全体に添加
元素として用いた場合を考える。フリー層18として用いる、CoFe/NiFeのよう
な積層磁性層に、Ptを全体的に添加すると、CoFePt/NiFePtのフリー層1
8となる。この場合、ダンピングファクタが上昇し、STIノイズを抑制することができ
る。しかし、その一方では、MR変化率が低下するため、ヘッド出力の低下を招くことに
なる。具体的には、Pt添加しないフリー層においては、9%であったMR変化率が、P
tを添加したフリー層においては、4%となり、MR変化率が大幅に低下してしまう。
A. Comparison with the case where Pt is added to the entire magnetic layer As a comparative example, a case where Pt is used as an additive element to the entire magnetic layer is considered. When Pt is added to the laminated magnetic layer such as CoFe / NiFe used as the
8 In this case, the damping factor increases and STI noise can be suppressed. However, on the other hand, since the MR change rate is reduced, the head output is reduced. Specifically, in the free layer where Pt is not added, the MR change rate which was 9% is P
In the free layer to which t is added, it becomes 4%, and the MR ratio is greatly reduced.
一方、本実施形態では、Ptの極薄層をCCPの界面から少し遠ざかったところに挿入
することで、大きなスピン依存界面散乱効果を維持したままで、ダンピングファクタ調整
する効果が発揮される。具体的には、0.5nmの極薄Pt層をNiFe層中に挿入する
ことで、MR変化率は8.5%と若干低下するが、さほど大きな低下ではなく、かつST
Iノイズを大幅に抑制することが可能となる。即ち、本実施形態では、MR変化率が微減
して信号出力が微減する影響よりも、ノイズが低減することでS/N比が向上するメリッ
トの方が大きく、結果的にBER(Bit Error Rate)が低下し、良好な特性を得ることが
可能となる。
On the other hand, in this embodiment, the effect of adjusting the damping factor is exhibited while maintaining a large spin-dependent interface scattering effect by inserting the Pt ultrathin layer at a distance from the CCP interface. Specifically, by inserting a 0.5 nm ultrathin Pt layer into the NiFe layer, the MR ratio is slightly reduced to 8.5%, but this is not a significant reduction, and ST
I noise can be greatly suppressed. That is, in this embodiment, the advantage of improving the S / N ratio by reducing noise is greater than the effect of slightly reducing the MR change rate and the signal output, resulting in a BER (Bit Error Rate). ) Is reduced, and good characteristics can be obtained.
B.メタルCPPスピンバルブ膜の場合との比較
CCP構造を有しないメタルCPPスピンバルブ膜の場合には、スピン依存界面散乱効
果が主ではなく、スピン依存バルク散乱効果が非常に大きな寄与となっている。このため
、スペーサ層16の界面から遠ざかったところに極薄のPt層を挿入したとしても、MR
変化率は低下してしまい、ダンピングファクタ調整層21としての機能を発揮することが
できない。
B. Comparison with Metal CPP Spin Valve Film In the case of a metal CPP spin valve film having no CCP structure, the spin-dependent interface scattering effect is not the main effect, and the spin-dependent bulk scattering effect contributes very much. For this reason, even if a very thin Pt layer is inserted at a position away from the interface of the
The rate of change decreases, and the function as the damping
具体的な例を挙げると、CCPスペーサ層を有しない、5nmのCuスペーサ層を有す
る通常のメタルCPPスピンバルブ膜で、標準的なCoFe/NiFeフリー層の場合に
は、MR変化率は2%である。このとき、NiFe層中に0.5nmの極薄Pt層等を挿
入すると、MR変化率は1%になってしまう。単純なメタルCPPスピンバルブ膜の場合
には、もともとのMR変化率が1〜3%とただでさえ小さい値で、磁気ヘッドとして十分
な出力を取りにくい。そして、このメタルCPPスピンバルブ膜にダンピングファクタ調
整層21を挿入することによるMR変化率の劣化量は、CCP−CPPの場合よりも大き
い。このため、トータルパフォーマンスとしては、メタルCPPスピンバルブ膜のダンピ
ングファクタ調整層21として、極薄Pt層を用いることは困難である。
As a specific example, in the case of a normal metal CPP spin valve film having a 5 nm Cu spacer layer without a CCP spacer layer and a standard CoFe / NiFe free layer, the MR ratio is 2%. It is. At this time, if a 0.5 nm ultrathin Pt layer or the like is inserted in the NiFe layer, the MR ratio will be 1%. In the case of a simple metal CPP spin-valve film, it is difficult to obtain a sufficient output as a magnetic head with an original MR change rate as small as 1 to 3%. The amount of MR change rate deterioration caused by inserting the damping
このように、CCPスピンバルブ膜とダンピングファクタ調整層21とを組み合わせる
ことで、大きな効果が発揮される。
Thus, a great effect is exhibited by combining the CCP spin valve film and the damping
C.ダンピングファクタ調整層21を変更することによる影響
基本となるCCP−CPPスピンバルブ膜を固定し、ダンピングファクタ調整層21を
変えたときのMR変化率への影響を検討する。
C. Effect of changing the damping
MR変化率に大きな影響を与えるピン層14、スペーサ層16、フリー層18の構成と
しては以下のような構成を用いて検討した。まず、ピン層143として、2〜3nmのF
e50Co50に、0.2nmの極薄Cuを1nmのFeCoごとに積層したものを用い
た。スペーサ層16は、CCP構造を有するAl2O3を絶縁層として用い、Cuをメタ
ルパスとして用いた1.5〜2nmのスペーサ層16とした。フリー層18としては、C
oFe 1nm/NiFe 3.5nmを基本膜構成とした。
As the configurations of the pinned
e 50 Co 50 laminated with 0.2 nm of ultrathin Cu for every 1 nm of FeCo was used. The
The basic film configuration was oFe 1 nm / NiFe 3.5 nm.
このようなCCP−CPPスピンバルブ膜において、ダンピングファクタ調整層21を
用いたときの、ダンピングファクタ調整層21の材料、および挿入位置依存性を示したも
のを以下の表1に示す。
この表1は、ダンピングファクタ調整層21をフリー層18のみに挿入した場合の、材
料、および挿入位置(距離:CCP界面からの距離)へのMR変化率の依存性を表す。な
お、比較例0は、ダンピングファクタ調整層21を有しない場合である。
Table 1 shows the dependency of the MR ratio on the material and the insertion position (distance: distance from the CCP interface) when the damping
表1から判るように、Ptのような標準的なダンピングファクタ調整層21をスペーサ
層16の界面に挿入した場合には、MR変化率は大きく減少し、有効とはいえない。通常
は、スペーサ層16の界面から1nm以上離れた位置にダンピングファクタ調整層21を
挿入することが望ましい。
As can be seen from Table 1, when a standard damping
一方、ダンピングファクタ調整層21がTi,Zr,PdやHfの場合には、これをス
ペーサ層16の界面近傍に挿入してもMR変化率の減少の程度は比較的小さく、界面近傍
においても用いることができる。しかしながら、界面よりも磁性層内部に挿入した場合の
ほうが、MR変化率減少への影響が少なくなるので、MR変化率の観点からは望ましい。
On the other hand, when the damping
具体的なSTIノイズの状況に応じて、界面近傍に設けるか、それとも磁性層内部に設
けるかが最適化される。媒体の磁界に対する磁化応答はフリー層18が担い、ピン層14
は媒体磁界の向きによらず磁化固着されているため、フリー層18にダンピングファクタ
調整層21を挿入することがSTIノイズ低減に有効である。よって、実施例1〜11の
ようにフリー層18に挿入することが、MR変化率と、STIノイズ低減とが両立する構
成として好ましい。
Depending on the specific STI noise situation, it is optimized whether it is provided near the interface or inside the magnetic layer. The
Since the magnetization is fixed regardless of the direction of the medium magnetic field, inserting the damping
ピン層14のみにダンピングファクタ調整層21を挿入した場合の実施例21〜31を
表2に示す。この場合も材料への依存性は定性的には実施例1〜11と同様である。しか
しながら、ピン層14の場合にはスピン依存界面散乱効果が大きなbcc−FeCoを用
いていることで、スピン依存界面散乱効果の上昇程度が大きい。このため、ダンピングフ
ァクタ調整層21を挿入することによるMR変化率の減少へのダメージはフリー層18の
場合よりも大きくなる。
ピン層14、フリー層18ともに挿入した場合の実施例41〜51を表3に示す。傾向
はこれまでと同様であり、ピン層14のみ、フリー層18のみに挿入した場合と比較する
と、MR変化率の減少度合いは大きくなるが、STIノイズ抑制効果は大きくなる。
Tables 3 to 51 show Examples 41 to 51 when both the pinned
(磁気抵抗効果素子の製造方法)
以下、本実施の形態における磁気抵抗効果素子の製造方法についてより詳細に説明する
。
(Method for manufacturing magnetoresistive element)
Hereinafter, the manufacturing method of the magnetoresistive effect element in this Embodiment is demonstrated in detail.
図2は、本発明の第1の実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造工程を表すフロー図で
ある。
FIG. 2 is a flowchart showing manufacturing steps of the magnetoresistive effect element according to the first embodiment of the present invention.
図3は、磁気抵抗効果素子の製造に用いられる成膜装置の概略を示す模式図である。ま
た、図4は、この成膜装置中の酸化チャンバー60を表す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an outline of a film forming apparatus used for manufacturing a magnetoresistive effect element. FIG. 4 is a schematic view showing an
図3に示すように、搬送チャンバー(TC)50を中心として、ロードロックチャンバ
ー51、プレクリーニングチャンバー52、第1の金属成膜チャンバー(MC1)53、
第2の金属成膜チャンバー(MC2)54、酸化チャンバー(OC)60がそれぞれゲー
トバルブを介して設けられている。この成膜装置では、ゲートバルブを介して接続された
各チャンバーの間で、真空中において基板を搬送することができるので、基板の表面は清
浄に保たれる。
As shown in FIG. 3, centering on the transfer chamber (TC) 50, a
A second metal film formation chamber (MC2) 54 and an oxidation chamber (OC) 60 are provided via gate valves, respectively. In this film forming apparatus, the substrate can be transported in vacuum between the chambers connected via the gate valve, so that the surface of the substrate is kept clean.
金属成膜チャンバー53,54は多元(5〜10元)のターゲットを有する。成膜方式
は、DCマグネトロンスパッタ、RFマグネトロンスパッタ等のスパッタ法や、イオンビ
ームスパッタ法、蒸着法などが挙げられる。
The metal
図4に示すように、酸化チャンバー60は真空ポンプ61によって真空引きされ、酸化
チャンバー60にはマスフローコントローラー(MFC)63により流量制御された酸素
ガスが酸素供給管62から導入される。
As shown in FIG. 4, the
酸化チャンバー60内にはイオンソース70が設けられている。イオンソースの形式は
、ICP(Inductive coupled plasma)型、Capacitive coupled plasma型、ECR(Ele
ctron-cyclotron resonance)型、カウフマン型などが挙げられる。
An ion source 70 is provided in the
ctron-cyclotron resonance) type and Kaufmann type.
イオンソース70に対向するように基板ホルダー80および基板1が配置される。イオ
ンソース70からのイオン放出口には、イオン加速度を調整する3枚のグリッド71、7
2、73が設けられている。イオンソース70の外側にはイオンを中和するニュートララ
イザ74が設けられている。基板ホルダー80は傾斜可能に支持されている。基板1への
イオンの入射角度は広い範囲で変えることができるが、典型的な入射角度の値は15°〜
60°である。
The
2 and 73 are provided. A
60 °.
以下、磁気抵抗効果素子の製造工程を説明する。 Hereinafter, the manufacturing process of the magnetoresistive effect element will be described.
基板(図示せず)上に、下電極11、下地層12、ピニング層13、ピン層14、下部
金属層15、スペーサ層16、上部金属層17、フリー層18、キャップ層19、上電極
20を順に形成する。なお、形成の順序をこの逆とすることも可能である。
On a substrate (not shown), the
基板をロードロックチャンバー51にセットし、金属の成膜を金属成膜チャンバー53
、54で、酸化を酸化チャンバー60でそれぞれ行う。金属成膜チャンバーの到達真空度
は1×10−8Torr以下とすることが好ましく、5×10−10Torr〜5×10
−9Torr程度が一般的である。搬送チャンバー50の到達真空度は10−9Torr
オーダーである。酸化チャンバー60の到達真空度は8×10−8Torr以下である。
The substrate is set in the
, 54, oxidation is performed in the
The order of -9 Torr is common. The ultimate vacuum of the transfer chamber 50 is 10 −9 Torr.
It is an order. The ultimate vacuum of the
(1)下電極11、下地層12、ピニング層13の形成(ステップS11) 基板(図示
せず)上に、下電極11を形成する。
(1) Formation of
下電極11上に、下地層12として、例えば、Ta[5nm]/Ru[2nm]を成膜
する。既述のように、Taは下電極の荒れを緩和したりするためのバッファ層12aであ
る。Ruはその上に成膜されるスピンバルブ膜の結晶配向および結晶粒径を制御するシー
ド層12bである。
On the
下地層12上にピニング層13を成膜する。ピニング層13の材料としては、PtMn
、PdPtMn、IrMn、RuRhMnなどの反強磁性材料を用いることができる。
A pinning
, PdPtMn, IrMn, RuRhMn, and other antiferromagnetic materials can be used.
(2)ピン層14(およびダンピングファクタ調整層21)の形成(ステップS12)
ピニング層13上にピン層14を形成する。ピン層14は、例えば、下部ピン層141(
Co90Fe10)、磁気結合層142(Ru)、および上部ピン層143(Co90F
e10[4nm])からなるシンセティックピン層とすることができる。
(2) Formation of pinned layer 14 (and damping factor adjusting layer 21) (step S12)
A pinned
Co90Fe 10 ), magnetic coupling layer 142 (Ru), and upper pinned layer 143 (Co90F
e 10 [4 nm]).
上部ピン層143の成膜の途中で、成膜する材料を切り換えることでダンピングファク
タ調整層21を挿入することができる。具体的には、成膜材料をCo90Fe10からP
tに切り換えて、またCo90Fe10に戻すことで、上部ピン層143中にPtからな
るダンピングファクタ調整層21が挿入される。
The damping
By switching to t and returning to Co 90 Fe 10 , the damping
(3)スペーサ層16の形成(ステップS13)
次に、電流狭窄構造(CCP構造)を有するスペーサ層16を形成する。スペーサ層1
6を形成するには、酸化チャンバー60を用いる。
(3) Formation of spacer layer 16 (step S13)
Next, the
To form 6, an
スペーサ層16を形成するには、以下のような方法を用いる。ここでは、アモルファス
構造を有するAl2O3からなる絶縁層161中に金属結晶構造を有するCuからなる電流
パス162を含むスペーサ層16を形成する場合を例に説明する。
In order to form the
1)上部ピン層143上に、電流パスの供給源となる下部金属層15(例えばCu)を
成膜した後、下部金属層15上に絶縁層に変換される被酸化金属層(例えばAlCuやA
l)を成膜する。
1) After forming a lower metal layer 15 (for example, Cu) serving as a current path supply source on the upper pinned
l) is deposited.
被酸化金属層に希ガス(例えばAr)のイオンビームを照射して前処理を行う。この前
処理をPIT(Pre-ion treatmentという)。このPITの結果、被酸化金属層中に下部
金属層の一部が吸い上げられて侵入した状態になる。
Pretreatment is performed by irradiating the metal layer to be oxidized with an ion beam of a rare gas (eg, Ar). This pretreatment is called PIT (Pre-ion treatment). As a result of this PIT, a part of the lower metal layer is sucked and invaded into the metal layer to be oxidized.
2)酸化ガス(例えば酸素)を供給して被酸化金属層を酸化する。この酸化により、被
酸化金属層をAl2O3からなる絶縁層161に変換するとともに、絶縁層161を貫通す
る電流パス162を形成して、スペーサ層16を形成する。
2) An oxidizing gas (for example, oxygen) is supplied to oxidize the metal layer to be oxidized. By this oxidation, the metal layer to be oxidized is converted into an insulating
例えば、希ガス(Ar、Xe、Kr、Heなど)のイオンビームを照射しながら酸化ガ
ス(例えば酸素)を供給して被酸化金属層を酸化する(イオンビームアシスト酸化(IA
O:Ion beam-assisted Oxidation))。この酸化処理により、絶縁層161であるAl2
O3と電流パス162であるCuとが分離した形態のスペーサ層16が形成される。Al
が酸化されやすく、Cuが酸化されにくいという、酸化エネルギーの差を利用した処理で
ある。
For example, an oxidizing gas (for example, oxygen) is supplied while irradiating an ion beam of a rare gas (Ar, Xe, Kr, He, etc.) to oxidize the metal layer to be oxidized (ion beam assisted oxidation (IA)
O: Ion beam-assisted Oxidation)). By this oxidation treatment, Al 2 that is the insulating
The
Is a process using the difference in oxidation energy that Cu is easily oxidized and Cu is not easily oxidized.
(4)上部金属層17、フリー層18(およびダンピングファクタ調整層21)の形成(
ステップS14)
スペーサ層16の上に、上部金属層17として、例えば、Cu[0.25nm]を成膜
する。
(4) Formation of
Step S14)
On the
上部金属層17の上に、フリー層18、例えば、Co90Fe10[1nm]/Ni83Fe
17[3.5nm]を形成する。
On the
17 [3.5 nm] is formed.
フリー層18の成膜の途中で、成膜する材料を切り換えることでダンピングファクタ調
整層21を挿入することができる。具体的には、成膜材料をNi83Fe17からPtに切り
換えて、またNi83Fe17に戻すことで、フリー層18のNi83Fe17中にPtからなる
ダンピングファクタ調整層21が挿入される。
The damping
(5)キャップ層19、および上電極20の形成(ステップS15)
フリー層18の上に、キャップ層19として例えば、Cu[1nm]/Ru[10nm
]を積層する。キャップ層19の上にスピンバルブ膜へ垂直通電するための上電極20を
形成する。
(5) Formation of
On the
] Are laminated. An
(実施例)
本発明の実施例の一例として、以下のような構成を挙げることができる。この実施例で
は、上部ピン層143中、およびフリー層18のFe50Co50層中に、ダンピングフ
ァクタ調整層21として、0.5nmのPt層を配置している。ダンピングファクタ調整
層21を用いることで、RAが300〜1000mm2で、MR変化率が8〜15%とい
う高い値を保持しつつ、STIノイズを抑制することが可能となる。
(Example)
As an example of an embodiment of the present invention, the following configuration can be exemplified. In this embodiment, a 0.5 nm Pt layer is disposed as the damping
・下電極11
・下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
・ピニング層13:Pt50Mn50[15nm]
・ピン層14:Co90Fe10[4nm]/Ru[0.9nm]/Fe50Co50[
2nm]/Pt0.5nm/Fe50Co50[2nm]
・下部金属層15:Cu[0.5nm]
・スペーサ層(CCP−NOL)16:Al2O3からなる絶縁層161およびCuから
なる電流パス162(Al90Cu10[0.9nm]を成膜した後、酸化処理)
・上部金属層17:Cu[0.25nm]
・フリー層18:Co90Fe10[1nm]/Ni83Fe17[1nm]/Pt[0
.5nm]/Ni83Fe17[1nm]
・キャップ層19:Cu[1nm]/Ru[10nm]
・ 上電極20
(第2の実施の形態)
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子(CCP−CPP素子)を
表す斜視図である。
・
・ Underlayer 12: Ta [5 nm] / Ru [2 nm]
Pinning layer 13: Pt 50 Mn 50 [15 nm]
Pinned layer 14: Co 90 Fe 10 [4 nm] / Ru [ 0.9 nm] / Fe 50 Co 50 [
2 nm] / Pt 0.5 nm / Fe 50 Co 50 [2 nm]
Lower metal layer 15: Cu [0.5 nm]
Spacer layer (CCP-NOL) 16: Insulating
Upper metal layer 17: Cu [0.25 nm]
Free layer 18: Co 90 Fe 10 [1 nm] / Ni 83 Fe 17 [1 nm] / Pt [0
. 5 nm] / Ni 83 Fe 17 [1 nm]
Cap layer 19: Cu [1 nm] / Ru [10 nm]
・
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a perspective view showing a magnetoresistive effect element (CCP-CPP element) according to the second embodiment of the present invention.
図5に示すように本実施の形態に係る磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果膜10a、お
よびこれを上下から夾む下電極11および上電極20を有し、図示しない基板上に構成さ
れる。
As shown in FIG. 5, the magnetoresistive effect element according to the present embodiment has a
磁気抵抗効果膜10aは、下地層12、ピニング層13、ピン層14a、下部金属層1
5、スペーサ層(CCP−NOL)16、上部金属層17、フリー層18a、キャップ層
19が順に積層されて構成される。磁気抵抗効果膜10aは、本質的に磁気抵抗効果膜1
0と異なる訳ではないので、これら下地層12〜キャップ層19の詳細な説明は省略する
。
The
5, a spacer layer (CCP-NOL) 16, an
Since it is not different from 0, detailed description of these foundation layers 12 to cap
本実施形態では、フリー層18a上の界面(フリー層18aとキャップ層19の境界)
に電子乱反射層(Diffusive Electron Scattering Layer: DESL)22を配置することで
、STIノイズの低減を図っている。第1の実施形態と異なり、ピン層14aには電子乱
反射層22は配置していない。
In the present embodiment, the interface on the
The STI noise is reduced by disposing an electron diffuse reflection layer (Diffusive Electron Scattering Layer: DESL) 22. Unlike the first embodiment, the electron
電子乱反射層22は、キャップ層19の下に配置され、電子を乱反射させる層である。
電子乱反射層22で電子を乱反射させることで、強磁性層(フリー層18a)の外側界面
(スペーサ層16とは反対側の界面)での電子反射を制限し、ST効果、ひいてはSTI
ノイズを抑制することができる。なお、電子乱反射層22をキャップ層19に含めて考え
ることも可能である。
The electron
By irregularly reflecting electrons by the electron
Noise can be suppressed. It is also possible to include the electron
(1)非磁性アモルファス材料によって、電子乱反射層22を構成できる。非磁性アモ
ルファス材料のアモルファス構造によって、電子を乱反射させ、STIノイズが抑制され
る。
(1) The electron
非磁性アモルファス材料として、Ta、Ti、Zr、Hf、Nb、B、Si、Wなどの
単体金属、またはこれらの元素を少なくとも50%以上含む合金材料を用いることができ
る。非磁性アモルファス材料として、AlBや、AlSiB、AlSiなどの合金組成に
よるアモルファス材料を用いても良い。
As the nonmagnetic amorphous material, a single metal such as Ta, Ti, Zr, Hf, Nb, B, Si, W, or an alloy material containing at least 50% of these elements can be used. As the nonmagnetic amorphous material, an amorphous material having an alloy composition such as AlB, AlSiB, or AlSi may be used.
非磁性アモルファス材料のアモルファス構造による電子の乱反射を利用してSTIノイ
ズを抑制するため、電子乱反射層22が結晶構造を有することは好ましくない。電子乱反
射層22内の結晶化を抑制するために、電子乱反射層22がある程度薄い方が好ましい。
Since the STI noise is suppressed by utilizing the irregular reflection of electrons due to the amorphous structure of the nonmagnetic amorphous material, it is not preferable that the electron
また、狭ギャップという観点からも、電子乱反射層22がある程度薄い方が好ましい。具
体的には、電子乱反射層22の厚さとして0.5〜5nmが好ましく、1〜3nmがより
好ましい。
From the viewpoint of a narrow gap, it is preferable that the electron
(2)また、ミキシング層によって、電子乱反射層22を構成できる。ミキシング層に
よって、電子の乱反射を発生させ、STIノイズを抑制できる。
(2) Moreover, the electron
2つの層を積層し、その界面にミキシング層を形成できる。即ち、相互に固溶な関係に
ある少なくとも二種以上の合金材料を2層にわけて積層し、その界面に固溶なミキシング
層を形成できる。相互に固溶な材料の組み合わせとして、CuとAl(CuAl合金を形
成)、CuとNi(CuNi合金を形成)などが挙げられる。
Two layers can be laminated and a mixing layer can be formed at the interface. That is, at least two kinds of alloy materials having a solid solution relationship can be laminated in two layers, and a solid solution mixing layer can be formed at the interface. Examples of combinations of mutually solid materials include Cu and Al (form a CuAl alloy), Cu and Ni (form a CuNi alloy), and the like.
(磁気抵抗効果素子の製造方法)
図6は、本発明の第2の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子の製造工程を表すフロー図
である。
(Method for manufacturing magnetoresistive element)
FIG. 6 is a flowchart showing the manufacturing process of the magnetoresistive effect element according to the second embodiment of the invention.
図6は、ダンピングファクタ調整層21に換えて電子乱反射層22を形成する点が図2
と異なる。これ以外の点では、図6は図2と本質的に異なる訳ではないので、以下、電子
乱反射層22の形成のみを説明する。
FIG. 6 is different from the damping
And different. In other respects, FIG. 6 is not essentially different from FIG. 2, and only the formation of the electron
図6のステップS25での電子乱反射層22の形成には次の手法(1)〜(3)のいず
れかを適用できる。
Any of the following methods (1) to (3) can be applied to the formation of the electron
(1)アモルファス層の形成
既述のTaなどの単体金属、これらの元素を少なくとも50%以上含む合金材料、Al
Bなどの合金材料を成膜することで、非磁性アモルファス材料の層が形成される。この成
膜にDCマグネトロンスパッタ、RFマグネトロンスパッタ等のスパッタ法や、イオンビ
ームスパッタ法、蒸着法を用いることができる。
(1) Formation of amorphous layer Single metal such as Ta described above, alloy material containing at least 50% or more of these elements, Al
By depositing an alloy material such as B, a layer of nonmagnetic amorphous material is formed. For this film formation, sputtering methods such as DC magnetron sputtering and RF magnetron sputtering, ion beam sputtering, and vapor deposition can be used.
なお、これらの材料はアモルファス化し易いことから、冷却等のアモルファス化を促進
する手段を成膜時に適用しなくても差し支えない。
Since these materials are easily amorphized, means for promoting the amorphization such as cooling may not be applied at the time of film formation.
(2)ミキシング層の形成
1)既述のように、相互に固溶な関係にある少なくとも二種以上の合金材料を第1層、
第2層にわけて積層することで、その界面に固溶なミキシング層を形成できる。この積層
にDCマグネトロンスパッタ、RFマグネトロンスパッタ等のスパッタ法や、イオンビー
ムスパッタ法、蒸着法を用いることができる。
(2) Formation of mixing layer 1) As described above, at least two kinds of alloy materials having a solid solution relationship with each other are formed in the first layer.
By laminating the second layer, a solid solution mixing layer can be formed at the interface. A sputtering method such as DC magnetron sputtering or RF magnetron sputtering, an ion beam sputtering method, or a vapor deposition method can be used for this lamination.
例えば、フリー層18a上に、第1層としてAlを0.5nm、第2層としてCuを0
.5nm、順に積層する。AlとCuは互いに固溶な関係にあるため、その界面において
ミキシング層が形成され、このミキシング層で電子が乱反射される。
For example, on the
. 5 nm is laminated in order. Since Al and Cu are in a solid solution relationship, a mixing layer is formed at the interface, and electrons are irregularly reflected by this mixing layer.
なお、Al[0.5nm]/Cu[0.5nm]に引き続いて、Ruを10nm積層し
、キャップ層19とすることができる(図6のステップS26)。
In addition, following Al [0.5 nm] / Cu [0.5 nm], Ru can be laminated by 10 nm to form the cap layer 19 (step S26 in FIG. 6).
2)第1層、第2層の界面に表面処理を施して、ミキシング層の形成を促進することも
可能である。
2) It is also possible to promote the formation of the mixing layer by applying a surface treatment to the interface between the first layer and the second layer.
例えば、フリー層18a上に、第1層としてAlを0.5nm成膜し、その後、第2層
としてCuを0.5nm成膜後、プラズマやイオンビーム等の処理をその表面に施す。表
面処理を施すことで、Al層とCu層の界面でのミキシング層の形成をエンハンス(促進
)できる。イオン等の入射エネルギーにより、Al層とCu層の界面の原子が移動し、入
り交じることで、ミキシング層の形成が促進される。
For example, on the
この表面処理は、第1、第2層の成膜後のみならず、成膜中に行っても良い。例えば、
第1層の成膜後、第2層の成膜中に、表面処理を施すことができる。
This surface treatment may be performed not only after the film formation of the first and second layers but also during the film formation. For example,
After the first layer is formed, a surface treatment can be performed during the formation of the second layer.
この表面処理には、Ar,Ne等の不活性ガスをプラズマ化、イオン化して用いること
ができる。このとき、希ガスのイオンの他に、中性原子も、この表面処理に寄与し得る。
界面に入射した際に、ある程度のエネルギーを有していれば、そのイオン化の有無を問わ
ず、界面の原子を移動させることができる。
For this surface treatment, an inert gas such as Ar or Ne can be used after being plasmatized or ionized. At this time, neutral atoms can contribute to the surface treatment in addition to ions of the rare gas.
If it has a certain amount of energy when it is incident on the interface, atoms at the interface can be moved regardless of the presence or absence of ionization.
表面処理によるミキシング層の形成促進は、AlとCuの組み合わせ以外に、他の材料
の組み合わせの場合(例えば、NiとCu)でも有効である。
The promotion of the formation of the mixing layer by the surface treatment is also effective in the case of a combination of other materials (for example, Ni and Cu) in addition to the combination of Al and Cu.
(実施例)
本発明の実施例の一例として、以下のような構成を挙げることができる。ここではキャ
ップ層19内のTa層が電子乱反射層22として機能する。即ち、ここでは電子乱反射層
22をキャップ層19に含めて考えている。フリー層18の内部にある非磁性層や、スペ
ーサ層16との界面にある非磁性層はダンピングファクタ調整層21として考えるが、フ
リー層18の最上部に積層された非磁性層はキャップ層19の一部とみなすことができる
。
(Example)
As an example of an embodiment of the present invention, the following configuration can be exemplified. Here, the Ta layer in the
ここでは、(Fe50Co50/Cu)を2回繰り返し積層して、上部ピン層143a
を形成している。非特許文献3で示したように、FeCoはスピン依存界面散乱効果が大
きいため用いており、Cuを積層するのはスピン依存バルク散乱効果を向上させるためで
ある。
Here, (Fe 50 Co 50 / Cu) is repeatedly laminated twice to form the upper pinned
Is forming. As shown in
なお、上部ピン層143aをFe50Co50のみから形成しても差し支えない。
Note that the upper pinned
・下電極11
・下地層12:Ta[5nm]/Ru[2nm]
・ピニング層13:Pt50Mn50[15nm]
・ピン層14:Co90Fe10[4nm]/Ru[0.9nm]/(Fe50Co50
[1nm]/Cu[0.25nm])×2/Fe50Co50[1nm]
・下部金属層15:Cu[0.5nm]
・スペーサ層(CCP−NOL)16
・上部金属層17:Cu[0.25nm]
・フリー層18:Co90Fe10[1nm]/Ni83Fe17[3.5nm]
・キャップ層19:Ta[1nm]/Cu[10nm]
・上電極20
(磁気ヘッド)
図7および図8は、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに組み込ん
だ状態を示している。図7は、磁気記録媒体(図示せず)に対向する媒体対向面に対して
ほぼ平行な方向に磁気抵抗効果素子を切断した断面図である。図8は、この磁気抵抗効果
素子を媒体対向面ABSに対して垂直な方向に切断した断面図である。
・
・ Underlayer 12: Ta [5 nm] / Ru [2 nm]
Pinning layer 13: Pt 50 Mn 50 [15 nm]
Pinned layer 14: Co 90 Fe 10 [4 nm] / Ru [ 0.9 nm] / (Fe 50 Co 50
[1 nm] / Cu [0.25 nm]) × 2 / Fe 50 Co 50 [1 nm]
Lower metal layer 15: Cu [0.5 nm]
・ Spacer layer (CCP-NOL) 16
Upper metal layer 17: Cu [0.25 nm]
Free layer 18: Co 90 Fe 10 [1 nm] / Ni 83 Fe 17 [3.5 nm]
Cap layer 19: Ta [1 nm] / Cu [10 nm]
-
(Magnetic head)
7 and 8 show a state in which the magnetoresistive effect element according to the embodiment of the present invention is incorporated in a magnetic head. FIG. 7 is a cross-sectional view of the magnetoresistive element cut in a direction substantially parallel to a medium facing surface facing a magnetic recording medium (not shown). FIG. 8 is a cross-sectional view of the magnetoresistive element cut in a direction perpendicular to the medium facing surface ABS.
図7および図8に例示した磁気ヘッドは、いわゆるハード・アバッテッド(hard abutt
ed)構造を有する。磁気抵抗効果膜10は上述したCCP−CPP膜である。磁気抵抗効
果膜10の上下には、下電極11と上電極20とがそれぞれ設けられている。図7におい
て、磁気抵抗効果膜10の両側面には、バイアス磁界印加膜41と絶縁膜42とが積層し
て設けられている。図8に示すように、磁気抵抗効果膜10の媒体対向面には保護層43
が設けられている。
The magnetic head illustrated in FIGS. 7 and 8 is a so-called hard abutted (hard abutt).
ed) has a structure. The
Is provided.
磁気抵抗効果膜10に対するセンス電流は、その上下に配置された電極11、20によ
って矢印Aで示したように、膜面に対してほぼ垂直方向に通電される。また、左右に設け
られた一対のバイアス磁界印加膜41、41により、磁気抵抗効果膜10にはバイアス磁
界が印加される。このバイアス磁界により、磁気抵抗効果膜10のフリー層18の磁気異
方性を制御して単磁区化することによりその磁区構造が安定化し、磁壁の移動に伴うバル
クハウゼンノイズ(Barkhausen noise)を抑制することができる。
The sense current for the
磁気抵抗効果膜10のS/N比が向上しているので、磁気ヘッドに応用した場合に高感
度の磁気再生が可能となる。
Since the S / N ratio of the
(ハードディスクおよびヘッドジンバルアセンブリー)
図7および図8に示した磁気ヘッドは、記録再生一体型の磁気ヘッドアセンブリに組み
込んで、磁気記録再生装置に搭載することができる。
(Hard disk and head gimbal assembly)
The magnetic head shown in FIGS. 7 and 8 can be mounted on a magnetic recording / reproducing apparatus by being incorporated in a recording / reproducing integrated magnetic head assembly.
図9は、このような磁気記録再生装置の概略構成を例示する要部斜視図である。すなわ
ち、本発明の磁気記録再生装置150は、ロータリーアクチュエータを用いた形式の装置
である。同図において、磁気ディスク200は、スピンドル152に装着され、図示しな
い駆動装置制御部からの制御信号に応答する図示しないモータにより矢印Aの方向に回転
する。本発明の磁気記録再生装置150は、複数の磁気ディスク200を備えたものとし
てもよい。
FIG. 9 is a main part perspective view illustrating a schematic configuration of such a magnetic recording / reproducing apparatus. That is, the magnetic recording / reproducing
磁気ディスク200に格納する情報の記録再生を行うヘッドスライダ153は、薄膜状
のサスペンション154の先端に取り付けられている。ヘッドスライダ153は、上述し
たいずれかの実施形態に係る磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドをその先端付近に搭載し
ている。
A
磁気ディスク200が回転すると、ヘッドスライダ153の媒体対向面(ABS)は磁
気ディスク200の表面から所定の浮上量をもって保持される。あるいはスライダが磁気
ディスク200と接触するいわゆる「接触走行型」であってもよい。
When the
サスペンション154はアクチュエータアーム155の一端に接続されている。アクチ
ュエータアーム155の他端には、リニアモータの一種であるボイスコイルモータ156
が設けられている。ボイスコイルモータ156は、ボビン部に巻かれた図示しない駆動コ
イルと、このコイルを挟み込むように対向して配置された永久磁石および対向ヨークから
なる磁気回路とから構成される。
The
Is provided. The
アクチュエータアーム155は、スピンドル157の上下2箇所に設けられた図示しな
いボールベアリングによって保持され、ボイスコイルモータ156により回転摺動が自在
にできるようになっている。
The
図10は、アクチュエータアーム155から先のヘッドジンバルアセンブリーをディス
ク側から眺めた拡大斜視図である。すなわち、アセンブリ160は、アクチュエータアー
ム155を有し、アクチュエータアーム155の一端にはサスペンション154が接続さ
れている。サスペンション154の先端には、上述したいずれかの実施形態に係る磁気抵
抗効果素子を含む磁気ヘッドを具備するヘッドスライダ153が取り付けられている。サ
スペンション154は信号の書き込みおよび読み取り用のリード線164を有し、このリ
ード線164とヘッドスライダ153に組み込まれた磁気ヘッドの各電極とが電気的に接
続されている。図中165はアセンブリ160の電極パッドである。
FIG. 10 is an enlarged perspective view of the head gimbal assembly ahead of the
本実施形態によれば、上述の磁気抵抗効果素子を含む磁気ヘッドを具備することにより
、高い記録密度で磁気ディスク200に磁気的に記録された情報を確実に読み取ることが
可能となる。
According to the present embodiment, by providing the magnetic head including the magnetoresistive element described above, it is possible to reliably read information magnetically recorded on the
(磁気メモリ)
次に、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を搭載した磁気メモリについて説明す
る。すなわち、本発明の実施形態に係る磁気抵抗効果素子を用いて、例えばメモリセルが
マトリクス状に配置されたランダムアクセス磁気メモリ(MRAM: magnetic random a
ccess memory)などの磁気メモリを実現できる。
(Magnetic memory)
Next, a magnetic memory equipped with the magnetoresistive effect element according to the embodiment of the present invention will be described. That is, by using the magnetoresistive effect element according to the embodiment of the present invention, for example, a random access magnetic memory (MRAM: magnetic random a) in which memory cells are arranged in a matrix.
ccess memory) can be realized.
図11は、本発明の実施形態に係る磁気メモリのマトリクス構成の一例を示す図である
。この図は、メモリセルをアレイ状に配置した場合の回路構成を示す。アレイ中の1ビッ
トを選択するために、列デコーダ350、行デコーダ351が備えられており、ビット線
334とワード線332によりスイッチングトランジスタ330がオンになり一意に選択
され、センスアンプ352で検出することにより磁気抵抗効果膜10中の磁気記録層(フ
リー層)に記録されたビット情報を読み出すことができる。ビット情報を書き込むときは
、特定の書き込みワード線323とビット線322に書き込み電流を流して発生する磁場
を印加する。
FIG. 11 is a diagram showing an example of a matrix configuration of the magnetic memory according to the embodiment of the present invention. This figure shows a circuit configuration when memory cells are arranged in an array. In order to select one bit in the array, a
図12は、本発明の実施形態に係る磁気メモリのマトリクス構成の他の例を示す図であ
る。この場合、マトリクス状に配線されたビット線322とワード線334とが、それぞ
れデコーダ360、361により選択されて、アレイ中の特定のメモリセルが選択される
。それぞれのメモリセルは、磁気抵抗効果素子10とダイオードDとが直列に接続された
構造を有する。ここで、ダイオードDは、選択された磁気抵抗効果素子10以外のメモリ
セルにおいてセンス電流が迂回することを防止する役割を有する。書き込みは、特定のビ
ット線322と書き込みワード線323とにそれぞれに書き込み電流を流して発生する磁
場により行われる。
FIG. 12 is a diagram showing another example of the matrix configuration of the magnetic memory according to the embodiment of the present invention. In this case,
図13は、本発明の実施形態に係る磁気メモリの要部を示す断面図である。図14は、
図13のA−A’線に沿う断面図である。これらの図に示した構造は、図11または図1
2に示した磁気メモリに含まれる1ビット分のメモリセルに対応する。このメモリセルは
、記憶素子部分311とアドレス選択用トランジスタ部分312とを有する。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the main part of the magnetic memory according to the embodiment of the present invention. FIG.
It is sectional drawing which follows the AA 'line of FIG. The structure shown in these figures is shown in FIG. 11 or FIG.
This corresponds to a 1-bit memory cell included in the magnetic memory shown in FIG. This memory cell has a
記憶素子部分311は、磁気抵抗効果素子10と、これに接続された一対の配線322
、324とを有する。磁気抵抗効果素子10は、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素
子(CCP−CPP素子)である。
The
324. The
一方、選択用トランジスタ部分312には、ビア326および埋め込み配線328を介
して接続されたトランジスタ330が設けられている。このトランジスタ330は、ゲー
ト332に印加される電圧に応じてスイッチング動作をし、磁気抵抗効果素子10と配線
334との電流経路の開閉を制御する。
On the other hand, the selection transistor portion 312 is provided with a
また、磁気抵抗効果素子10の下方には、書き込み配線323が、配線322とほぼ直
交する方向に設けられている。これら書き込み配線322、323は、例えばアルミニウ
ム(Al)、銅(Cu)、タングステン(W)、タンタル(Ta)あるいはこれらいずれ
かを含む合金により形成することができる。
Further, below the
このような構成のメモリセルにおいて、ビット情報を磁気抵抗効果素子10に書き込む
ときは、配線322、323に書き込みパルス電流を流し、それら電流により誘起される
合成磁場を印加することにより磁気抵抗効果素子の記録層の磁化を適宜反転させる。
In the memory cell having such a configuration, when writing bit information to the
また、ビット情報を読み出すときは、配線322と、磁気記録層を含む磁気抵抗効果素
子10と、下電極324とを通してセンス電流を流し、磁気抵抗効果素子10の抵抗値ま
たは抵抗値の変化を測定する。
When reading bit information, a sense current is passed through the
本発明の実施形態に係る磁気メモリは、上述した実施形態に係る磁気抵抗効果素子(C
CP−CPP素子)を用いることにより、セルサイズを微細化しても、記録層の磁区を確
実に制御して確実な書き込みを確保でき、且つ、読み出しも確実に行うことができる。
The magnetic memory according to the embodiment of the present invention includes the magnetoresistive element (C
By using a CP-CPP element), even if the cell size is reduced, the magnetic domain of the recording layer can be reliably controlled to ensure reliable writing, and reading can also be performed reliably.
(その他の実施形態)
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した
実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
(Other embodiments)
Embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be expanded and modified. The expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
磁気抵抗効果膜の具体的な構造や、その他、電極、バイアス印加膜、絶縁膜などの形状
や材質に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施
し、同様の効果を得ることができる。
The specific structure of the magnetoresistive film, and other shapes and materials of the electrode, bias application film, insulating film, etc., are appropriately implemented by those skilled in the art, and the present invention is similarly implemented. The effect of can be obtained.
例えば、磁気抵抗効果素子を再生用磁気ヘッドに適用する際に、素子の上下に磁気シー
ルドを付与することにより、磁気ヘッドの検出分解能を規定することができる。
For example, when applying a magnetoresistive element to a reproducing magnetic head, the detection resolution of the magnetic head can be defined by providing magnetic shields above and below the element.
また、本発明の実施形態は、長手磁気記録方式のみならず、垂直磁気記録方式の磁気ヘ
ッドあるいは磁気再生装置についても適用できる。
The embodiment of the present invention can be applied not only to a longitudinal magnetic recording system but also to a perpendicular magnetic recording system magnetic head or magnetic reproducing apparatus.
さらに、本発明の磁気再生装置は、特定の記録媒体を定常的に備えたいわゆる固定式の
ものでも良く、一方、記録媒体が差し替え可能ないわゆる「リムーバブル」方式のもので
も良い。
Furthermore, the magnetic reproducing apparatus of the present invention may be a so-called fixed type having a specific recording medium constantly provided, or a so-called “removable” type in which the recording medium can be replaced.
その他、本発明の実施形態として上述した磁気ヘッドおよび磁気記憶再生装置を基にし
て、当業者が適宜設計変更して実施しうるすべての磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気
記憶再生装置および磁気メモリも同様に本発明の範囲に属する。
In addition, all magnetoresistive elements, magnetic heads, magnetic storage / reproduction devices, and magnetic memories that can be appropriately designed and implemented by those skilled in the art based on the magnetic head and magnetic storage / reproduction device described above as embodiments of the present invention Are also within the scope of the present invention.
10…磁気抵抗効果膜(磁気抵抗効果素子)、11…下電極、12…下地層、13…ピ
ニング層、14…ピン層、141…下部ピン層、142…磁気結合層、143…上部ピン
層、15…下部金属層、16…スペーサ層、161…絶縁層、162…電流パス、17…
上部金属層、18…フリー層、19…キャップ層、20…上電極、21…ダンピングファ
クタ調整層、22…電子乱反射層
DESCRIPTION OF
Upper metal layer, 18 ... free layer, 19 ... cap layer, 20 ... upper electrode, 21 ... damping factor adjustment layer, 22 ... electron irregular reflection layer
Claims (6)
前記強磁性層上に配置され、かつ絶縁層と、この絶縁層の層方向に電流を通過させる導電体と、を有する非磁性層と、
前記非磁性層上に配置され、かつ磁化方向が外部磁界によって変化する磁化自由層と、
前記磁化自由層上に配置され、AlB、AlSiB、又はAlSiを含み、電子を乱反射する非磁性アモルファスの電子乱反射層と、を具備する磁気抵抗効果素子。 A ferromagnetic layer having magnetization;
A nonmagnetic layer disposed on the ferromagnetic layer and having an insulating layer and a conductor that allows current to pass in a layer direction of the insulating layer;
A magnetization free layer disposed on the nonmagnetic layer and having a magnetization direction changed by an external magnetic field;
A magnetoresistive effect element comprising: a nonmagnetic amorphous electron irregular reflection layer that is disposed on the magnetization free layer and contains AlB, AlSiB, or AlSi and diffuses electrons.
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