【発明の詳細な説明】

【０００１】

【関連出願】本願は、１９９６年３月１８日出願の米国特許出願第６１８３００号（現米国特許第５６５０９５
８号、対応日本国特許出願は特願平９−５８７７７号）
の継続出願である、１９９７年７月１６日出願の米国特許出願第８９５１１８号に関連する。

【０００２】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に磁気トンネル接合（ＭＪＴ）素子に関して、特に、磁気的に記録されたデータを読出す磁気抵抗（ＭＲ）ヘッドとして有用な、または磁気不揮発性メモリ素子内の磁気記憶セルとして有用なＭＴＪ素子に関する。 より詳細には、本発明は改善された強磁性層を有するＭＴＪ素子に関する。

【０００３】

【従来の技術】ＭＴＪ素子は薄い絶縁トンネル障壁層により分離される２つの強磁性層から成り、スピン分極電子トンネル現象にもとづく。 強磁性層の１つは印加磁場の１方向に高い飽和磁場を有し、これは通常、他の強磁性層よりも高い保磁性による。 絶縁トンネル障壁層は十分に薄いので、量子力学的トンネリング（quantum mech
anical tunneling）が強磁性層間に発生する。 トンネル現象は電子スピン依存型であり、ＭＴＪの磁気応答を２
つの強磁性層の相対方位及びスピン分極の関数とする。

【０００４】ＭＴＪ素子は基本的に、固体状態メモリのためのメモリ・セルとして提案された。 ＭＴＪメモリ・
セルの状態は検出電流がＭＴＪを通じて、一方の強磁性層から他方の強磁性層に垂直に流れるときの、ＭＴＪの抵抗を測定することにより決定される。 電荷キャリアが絶縁トンネル障壁層を横断するトンネリングの確率は、
２つの強磁性層の磁気モーメント（磁化方向）の相対アライメントに依存する。 トンネル電流はスピン分極され、このことは一方の強磁性層、例えばその磁気モーメントが固定のまたは回転を阻止される層から流れる電流が、もっぱら１スピン・タイプの電子から成ることを意味する（すなわち、強磁性層の磁気モーメントに依存して、スピン・アップまたはスピン・ダウン）。 トンネル電流のスピン分極の度合いは、強磁性層とトンネル障壁層との界面における強磁性層を含む磁性材料の電子帯構造により決定される。 従って、第１の強磁性層はスピン・フィルタとして作用する。 電苛キャリアのトンネリングの確率は、第２の強磁性層内の電流のスピン分極と同一のスピン分極の電子状態の可用性に依存する。 通常、
第２の強磁性層の磁気モーメントが第１の強磁性層の磁気モーメントに平行の場合、第２の強磁性層の磁気モーメントが第１の強磁性層のそれに逆平行の場合よりもより多くの有効な電子状態が存在する。 従って、電苛キャリアのトンネリング確率は両方の層の磁気モーメントが平行の時に最も高く、それらの磁気モーメントが逆平行の時に最も低い。 磁気モーメントが平行でも逆平行でもない場合には、トンネリング確率は中間の値を取る。 従って、ＭＴＪメモリ・セルの電気抵抗は、両方の強磁性層内の電流のスピン分極及び電子状態に依存する。 結果として、強磁性層の一意的に固定されない２つの可能な磁化方向が、メモリ・セルの２つの可能なビット状態（０または１）を定義する。 ＭＴＪメモリ・セルの可能性はしばらくの間知られてきたが、真剣な関心は、実際的な構造内で及び非低温において予測される大きさの応答を達成する困難のために立ち遅れた。

【０００５】磁気抵抗（ＭＲ）センサは、磁性材料から形成される読取り素子の抵抗変化を通じて磁場信号を検出する。 この抵抗変化は、読取り素子により検出される磁束の強度及び方向の関数である。 磁気記録ディスク・
ドライブ内のデータを読取るための従来のＭＲセンサは、バルク磁性材料（通常、パーマロイ（Ｎｉ ₈₁ Ｆ
ｅ ₁₉ ））の異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果にもとづき動作する。 読取り素子抵抗の成分は、読取り素子内の磁化方向と読取り素子を流れる検出電流の方向との間の角度の余弦の平方として変化する。 記録データは、例えばディスク・ドライブ内のディスクなどの磁性媒体から読取られる。 なぜなら、記録磁気媒体からの外部磁場（信号磁場）が読取り素子内の磁化方向の変化を生じ、これが読取り素子の抵抗の変化及び検出電流または電圧の対応する変化を生じるからである。

【０００６】メモリ・アプリケーションのためのＭＴＪ
素子の利用が、米国特許第５６４０３４３号及びＩＢＭ
の米国特許第５６５０９５８号で提案されている。 また、ＭＲ読取りヘッドとしてのＭＴＪ素子の利用が、米国特許第５３９００６１号で提案されている。 こうしたＭＴＪ素子に関する問題の１つは、強磁性層の磁化が磁気双極場を生成することである。 これは特定の素子内の強磁性層間の静磁気相互作用を招き、またこうしたＭＴ
Ｊ素子のアレイ、例えば不揮発性磁気メモリ・アレイとして提案されるＭＴＪメモリ・セルのアレイ内のＭＴＪ
素子間の静磁気相互作用を招く。 静磁気相互作用は、Ｍ
ＴＪ素子の断面積が減少するほど益々重要となる。 メモリ・アプリケーションでは、隣接ＭＴＪメモリ・セル間の静磁気相互作用は個々のＭＴＪメモリ素子の特性が、
隣接ＭＴＪメモリ素子の状態により影響されることを意味する。 このことはアレイ内のＭＴＪ素子の記憶密度を制限する。 なぜなら、隣接ＭＴＪメモリ素子がそれ以外の場合に要求されるよりも、離れて配置されなければならないからである。 ＭＲ読取りヘッド・アプリケーションでは、ＭＴＪ素子内の強磁性層間の静磁気相互作用は素子性能を制限する。 更に、最適性能を得るために磁気記録システムのデータ記憶容量が増加されるに従い、Ｍ
Ｒ読取りヘッド内の磁束検出層の磁化が次第に低減されなければならない。

【０００７】米国特許第５４４７４８２号及び同第５５
４１８６８号では、ＧＭＲ素子の磁気メモリ・アレイ内の素子間の静磁気相互作用を低減するために、中空円筒形状または中空ワッシャ形状の巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）
素子が使用される。 この方法はＭＲ読取りヘッド・アプリケーションでは有用でない。 その上、この方法は個々の磁気素子の形成をかなり複雑にする。 更に、これらの素子は大きいことが必要である。 なぜなら、中空の内部を有する素子を形成するために、素子が幾つかの最小面積のリソグラフィ正方形を含むからである。 従って、これらの素子は高密度メモリ・アプリケーションには適切でない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、ＭＴＪ素子の形成を多大に複雑化すること無く（ＭＲ読取りヘッド・
アプリケーション用の）単一の素子内の強磁性層間の、
または（メモリ・アプリケーション用の）ＭＴＪ素子間の静磁気相互作用を制御可能に低減するように、強磁性層のネットの磁気モーメントが低減されるＭＴＪ素子が必要とされる。 本発明の目的は、かかるＭＴＪ素子及び読取りセンサを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は特に、磁気記録システム内の磁気記録読取りヘッド内で、または磁気不揮発性メモリ内の磁気メモリ記憶セル内で有用な改善されたＭＴＪ素子である。 ＭＴＪ素子が本質的に２つの強磁性層、すなわち"ハード（hard）"強磁性層または"固定（fixed）"強磁性層及び検出強磁性層または"自由（f
ree）"強磁性層から成り、これらが薄い絶縁トンネル層により分離される。改善されたＭＴＪ素子は積層化される強磁性層を用いて獲得され、固定強磁性層及び自由強磁性層の各々が、薄い非強磁性スペーサ層を跨いで互いに反強磁性に結合される、少なくとも２つのより薄い強磁性サブ層から形成される。スペーサ層または反強磁性結合層はその材料組成及び厚さに関して、外部磁場が無いときスペーサ層を挟む２つの強磁性サブ層の磁気モーメントが、互いに逆平行に整列されるように選択される。固定強磁性層及び自由強磁性層の磁気モーメントは、それらの各々を構成する２つの強磁性サブ層に、実質的に同一の磁気モーメントを所持させることにより任意に小さく選択され得る。従って、ＭＴＪ素子内の固定強磁性層及び自由強磁性層の各々からの双極場が最小化され、それにより固定強磁性層と自由強磁性層の間の磁気相互作用が低減される。磁気記録読取りヘッド・アプリケーションではＭＴＪ素子の磁場に対する感度が改善される。更に、固定強磁性層が磁場変位及び温度変位の両方を含む外部摂動に対してより安定である。更に改善されたＭＴＪ素子は、高い面密度の記憶磁気ビットを有する磁気記録システムを可能にする。磁気メモリ・アプリケーションでは、改善された隣接ＭＴＪメモリ素子間の磁気相互作用が低減され、それによりこれらの素子のより大きな記憶密度を可能にし、従ってメモリ容量を増大させる。

【００１０】

【発明の実施の形態】従来技術：本発明のＭＴＪ素子は以下では、磁気記録ディスク・ドライブのＭＲセンサとして実現されるように述べられるが、本発明はメモリ・
セルなどのＭＴＪアプリケーション及び磁気テープ記録システムなどの他の磁気記録システムにも適用可能である。

【００１１】図１を参照すると、ＭＲセンサを用いるタイプの従来のディスク・ドライブの概要の断面図が示される。 ディスク・ドライブは、ディスク駆動モータ１２
及びアクチュエータ１４が固定されるベース１０及びカバー１１を含む。 ベース１０及びカバー１１は、ディスク・ドライブのための実質的に封止されたハウジングを提供する。 通常、ベース１０とカバー１１との間に配置されるガスケット１３及びディスク・ドライブの内部と外部環境との間で圧力を等しくするための小さなブリーザ・ポート（breather port）（図示せず）が存在する。 磁気記録ディスク１６はハブ１８により駆動モータ１２に結合され、ハブが駆動モータ１２により回転される。 薄い潤滑膜５０がディスク１６の表面上に保持される。 読取り／書込みヘッドまたはトランスジューサ２５
が、エア・ベアリング・スライダ２０などのキャリアの末端部に形成される。 トランスジューサ２５は図３に関連して述べられるように、誘導書込みヘッド部分とＭＲ
読取りヘッド部分とを含む読取り／書込みヘッドである。 スライダ２０は剛性アーム２２及びサスペンション２４によりアクチュエータ１４に接続される。 サスペンション２４はスライダ２０を記録ディスク１６の表面に押し当てるバイアス力を提供する。 ディスク・ドライブの動作中、駆動モータ１２が記録ディスク１６を一定速度で回転し、アクチュエータすなわち通常、リニアまたはロータリ・ボイス・コイル・モータ（ＶＣＭ）がスライダ２０を一般に、記録ディスク１６の表面を横断して半径方向に移動する。 それにより、読取り／書込みヘッド２５が記録ディスク１６上の異なるデータ・トラックをアクセスし得る。

【００１２】図２はカバー１１が取り外されたディスク・ドライブの内部の上面図であり、これはスライダ２０
を記録ディスク１６に向けて押し当てる力を提供するサスペンション２４を詳細に示す。 サスペンション２４は周知のワトラス（Watrous）・サスペンション（ＩＢＭ
の米国特許第４１６７７６５号に記載）などの従来タイプのサスペンションである。 このタイプのサスペンションはまた、スライダのジンバル式装着を提供しこれはスライダがエア・ベアリング上を浮上するとき、ピッチ及びロールすることを可能にする。 トランスジューサ２５
により記録ディスク１６から検出されるデータは、アーム２２上に配置される集積回路チップ１５内の信号増幅及び処理回路によりデータ・リードバック信号に処理される。 トランスジューサ２５からの信号は可撓性ケーブル１７を介してチップ１５に伝達され、チップ１５がその出力信号をケーブル１９を介してディスク・ドライブ電子機構（図示せず）に送信する。

【００１３】図３はＭＲ読取りヘッド部分及び誘導書込みヘッド部分を含む集積化読取り／書込みヘッド２５の断面図である。 ヘッド２５はエア・ベアリング面（ＡＢ
Ｓ）を形成するためにラップされ、上述のようにＡＢＳ
がエア・ベアリングにより回転ディスク１６（図１）の表面から間隔をあけられる。 読取りヘッドは第１及び第２のギャップ層Ｇ１及びＧ２の間に挟まれるＭＲセンサ４０を含み、これらのギャップ層が第１及び第２の磁気シールド層Ｓ１及びＳ２間に挟まれる。 従来のディスク・ドライブでは、ＭＲセンサ４０はＡＭＲセンサである。 書込みヘッドはコイル層Ｃ及び絶縁層Ｉ２を含み、
これらが絶縁層Ｉ１とＩ３との間に挟まれる。 そして絶縁層Ｉ１及びＩ３は更に第１及び第２の磁極片Ｐ１、Ｐ
２間に挟まれる。 ギャップ層Ｇ３はＡＢＳ近傍の極先端部において、第１及び第２の磁極片Ｐ１、Ｐ２間に挟まれ磁気ギャップを提供する。 書込みの間、信号電流がコイル層Ｃを通じて伝導され、磁束が第１及び第２の極層Ｐ１、Ｐ２内に誘導され、その結果、磁束がＡＢＳにおいて極先端を横断して縁取る。 この磁束は書込み動作の間、回転ディスク１６上の環状トラックを磁化する。 読出し動作の間、回転ディスク１６上の磁化領域が磁束を読取りヘッドのＭＲセンサ４０内に注入し、その結果Ｍ
Ｒセンサ４０の抵抗が変化する。 これらの抵抗変化が、
ＭＲセンサ４０にかかる電圧変化を検出することにより検出される。 電圧変化がチップ１５（図２）及び駆動電子機構により処理されユーザ・データに変換される。 図３に示される結合ヘッド２５は"併合（merged）"ヘッドであり、そこでは読取りヘッドの第２のシールド層Ｓ２
が、書込みヘッド用の第１の磁極片Ｐ１として使用される。 ピギーバック・ヘッド（図示せず）では、第２のシールド層Ｓ２及び第１の磁極片Ｐ１が別々の層である。

【００１４】ＡＭＲ読取りヘッドを有する典型的な磁気記録ディスク・ドライブの上述の説明及び図１乃至図３
は説明の都合上示されたものである。 ディスク・ドライブは多数のディスク及びアクチュエータを含み得、各アクチュエータは多数のスライダをサポートし得る。 更に、エア・ベアリング・スライダの代わりにヘッド・キャリアが、液体ベアリング式及び他の接触式または近接触式記録ディスク・ドライブなどのように、ヘッドをディスクと接触または近接触させるように維持するものであってもよい。

【００１５】好適な実施例：本発明は、固定強磁性層及び自由強磁性層として機能する反強磁性的に結合される多重層を有するＭＴＪ素子である。 １実施例ではＭＴＪ
素子がＭＲ読取りヘッド内のセンサであり、図３の読取り／書込みヘッド２５内のＭＲセンサ４０の代わりに使用される。

【００１６】図４は本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの断面図であり、これは図３のライン４２で示されるエッジを有する平面をディスク面から見たものである。 図４の紙面はＡＢＳに平行で実質的に活性検出領域、すなわちＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドのトンネル接合を貫く平面であり、ヘッドを構成する層を明らかにするものである。 ＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドはギャップ層Ｇ１基板上に形成される下部電気リード１０２、ギャップ層Ｇ２下の上部電気リード１０４及び上部及び下部電気リード１
０２、１０４間のスタック層として形成されるＭＴＪ素子１００を含む。

【００１７】ＭＴＪ素子１００は第１の電極多重層スタック１１０、絶縁トンネル障壁層１２０及び上部電極スタック１３０を含む。 電極の各々はトンネル障壁層１２
０と直接接触する強磁性多重層、すなわち拘束または固定される強磁性多重層１１８及び自由または検出強磁性多重層１３２を含む。

【００１８】電気リード１０２上に形成されるベース電極層スタック１１０は、リード１０２上のシードまたは"テンプレート"層１１２、テンプレート層１１２上の反強磁性材料層１１６及び下側にある反強磁性層１１６
上にそれと交換結合されて形成される固定強磁性多重層１１８を含む。 強磁性多重層１１８は固定層と呼ばれる。 なぜならそのネットの磁気モーメントまたは磁化方向が、所望の対象の範囲内の印加磁場の存在の下で回転を阻止されるからである。 上部電極スタック１３０は検出強磁性多重層１３２及び検出強磁性多重層１３２上に形成される保護またはキャッピング層１３４を含む。 検出強磁性多重層１３２は反強磁性層と交換結合されず、
そのネットの磁気モーメント及び磁化方向は対象の範囲内の印加磁場の存在の下でも自由に回転できる。 検出強磁性多重層１３２は印加磁場が不在の場合、そのネットの磁気モーメントまたは磁化方向（矢印１３３で示される）が、ＡＢＳ（図３）に一般に平行になるように且つ固定強磁性多重層１１８の磁化方向に一般に垂直になるように形成される。 トンネル障壁層１２０の真下の電極スタック１１０内の固定強磁性多重層１１８は、その下方の強磁性層２００と下部電極スタック１１０の一部を形成する真下にある反強磁性層１１６との界面交換結合によりその磁化方向を固定される。 固定強磁性多重層１
１８の磁化方向は一般にＡＢＳに垂直に、すなわち図４
の紙面から出て行く方向または入り込む方向に向けられる（矢の尾１１９により示される）。 （ＭＴＪ素子の磁気メモリ・アプリケーションでは、印加磁場の不在の下で固定強磁性層１１８及び検出強磁性層１３２の磁化方向が、互いに平行または逆平行に整列され、メモリ素子への書込み電流により生じる印加磁場の存在の下で、検出強磁性層１３２の磁化方向が平行と逆平行の間をスイッチする。）

【００１９】図５に示されるように、固定強磁性多重層１１８は非強磁性膜２１０により分離される２つの強磁性膜２００及び２２５のサンドイッチ構造から成り、これは強磁性膜２００及び２２５の磁気モーメントが、互いに逆平行に整列されるように、強磁性膜２００及び２
２５を反強磁性的に結合することを目的とする。 積層される固定強磁性多重層１１８内の２つの強磁性膜２０
０、２２５は、反強磁性結合膜２１０を通じる反強磁性交換結合により、逆平行の磁気モーメントを有する。 この反強磁性交換結合により及び２つの強磁性膜２００、
２２５が実質的に同一の厚さを有するように形成され得るので、強磁性膜の各々の磁気モーメントは実質的に互いに相殺し合い、本質的に固定強磁性多重層１１８内にはネットの磁気モーメントは存在しない。 従って、固定強磁性多重層１１８により生成される磁気双極場は本質的に存在せずそれ故、検出強磁性層１３２の磁化方向に影響する磁場は存在しない。 強磁性膜の各々を正確に同一の厚さに形成することは不可能であるので、固定強磁性多重層１１８のネットの磁気モーメントは小さいけれども、通常の付着プロセスの自然の結果としてこれは非０の値である。 しかしながら、固定強磁性多重層１１８
内に小さな非０のネットの磁気モーメントが存在するように、固定強磁性膜２００、２２５の一方を他方の膜の厚さよりも僅かに大きな厚さに慎重に付着することが望ましかろう。 このことは小さな磁場の存在の下で固定強磁性多重層１１８の磁化を安定に保証し、それにより反強磁性交換層１１６の熱設定の間にその磁化方向が予測可能になる。

【００２０】同様に、強磁性層１３２は薄い非強磁性膜２６０により分離される２つの強磁性膜２４５及び２７
０から成り、非強磁性膜２６０が強磁性膜２４５及び２
７０の磁気モーメントを反強磁性的に結合する。 固定強磁性層１１８内の強磁性膜２２０及び２２５、並びに検出強磁性層１３２内の強磁性膜２４５及び２７０は、それら自体２つ以上の強磁性膜から構成され得るが、これらのサブ膜の磁気モーメントは互いに平行に整列される。 なぜなら、隣接する強磁性膜が互いに強磁性的に結合されるからである。 例えば図５において強磁性膜２４
５は、２つの強磁性サブ膜２４０及び２５０から形成されるように示される。 強磁性膜２４５のネットの磁気モーメントは、サブ膜２４０及び２５０の磁気モーメントの総和である。 それに対して検出強磁性層１３２の磁気モーメントは、強磁性膜２４５及び２７０の磁気モーメントの差である。 なぜなら、これらの層の磁気モーメントは逆平行結合層２６０の存在により、互いに逆平行に整列されるからである。 各サブ膜ｉが厚さｔ _iを有し、
これらの膜が図５の紙面に垂直な方向に単位厚さを有するように定義すると、サブ膜ｉの磁気モーメントはＭ _i ^*
ｔ _iである。 ここでＭ _iは、この層の１単位面積当たりの磁気モーメントである。 Ｍ _iは、ＡＢＳに平行な方向（図４の矢印１３３の方向）に沿うサブ膜ｉの磁気モーメントの方向に依存して正または負となる。 従って、検出強磁性層１３２のネットの磁気モーメントは、Ｍ _iの符号を考慮して各サブ膜または膜の磁気モーメントの総和となる。 すなわち、検出強磁性層のネットの磁気モーメントはΣ _i Ｍ _i ^* ｔ _iとなる。 検出強磁性層１３２のネットの磁気モーメントは、逆平行結合層２６０の存在のために、個々の膜またはサブ膜の磁気モーメントの絶対値（modulus）の総和（すなわちΣ _i ｜Ｍ _i ｜ ^* ｔ _i ）よりも小さい。 この層の有効厚さは、検出強磁性層と同一の磁気モーメントを有する特定の磁性材料の等価な厚さとして定義され得る。 例えば、パーマロイの等価な厚さｔ ^Py
_effは、ｔ ^Py _eff ＝（Σ _i Ｍ _i ^* ｔ _i ）／Ｍ _Pyにより与えられる。 強磁性層１３２内の強磁性膜２７０及び２４５の磁気モーメントが、非常に類似に編成される場合、ｔ ^Py
_effは非常に小さくなり得る。

【００２１】図４には更に、検出強磁性多重層１３２の磁化を長手方向にバイアスするためのバイアス強磁性層１５０及びバイアス層１５０を検出強磁性多重層１３２
及びＭＴＪ素子１００の他の層から分離及び絶縁する絶縁層１６０が示される。 バイアス強磁性層１５０はＣｏ
ＰｔＣｒ合金などの硬磁性材料であり、印加磁場が不在の時、その磁気モーメント（矢印１５１で示される）が検出強磁性多重層１３２の磁気モーメント１３３と同一の方向に整列される。 絶縁層１６０は好適にはアルミナ（Ａｌ ₂ Ｏ ₃ ）またはシリカ（ＳｉＯ ₂ ）であり、これはバイアス強磁性層１５０をＭＴＪ素子１００及び電気リード１０２、１０４から絶縁するために十分な厚さを有するが、検出強磁性多重層１３２との静磁気結合（破線で示される矢印１５３）を可能にするように十分に薄い。 検出強磁性多重層１３２内の磁性層の各々は、厚さｔ _i及び１単位面積当たりの磁気モーメントＭ _iを有する（ここで単位面積とは図４の紙面に垂直且つＡＢＳに垂直な面内にあり、すなわち、図４の矢印１３３の方向がこの面に垂直となる）。 この時、安定な長手方向のバイアスを保証するために、積Ｍ _i ^* ｔ _iの総和（すなわちΣ _i
Ｍ _i ^* ｔ _i ）により定義される検出強磁性多重層の（図４
の紙面に垂直な）単位長当たりのネットの磁気モーメント（Ｍ _iの方向を考慮）が、バイアス強磁性層１５０のＭ ^* ｔ以下でなければならない。 例えば、検出強磁性多重層１３２内の膜がパーマロイＮｉ _{(100-x )} Ｆｅ _(x) （ここでｘは約１９）（検出強磁性多重層内で使用される典型的な強磁性材料）から成り、バイアス強磁性層１５０
がＣｏ ₇₅ Ｐｔ ₁₃ Ｃｒ ₁₂ （典型的な好適な硬磁性材料）から成る場合、各パーマロイ膜の単位面積当たりの磁気モーメントはバイアス強磁性層のそれの約２倍である。 従って、バイアス強磁性層１５０の厚さは、検出強磁性多重層１３２の有効厚さｔ _effの少なくとも２倍である。
ここでこの場合、ｔ _effは単に｜ｔ ₂₄₅ −ｔ ₂₇₀ ｜である。

【００２２】検出電流Ｉは第１の電気リード１０２から反強磁性層１１６、固定強磁性多重層１１８、トンネル障壁層１２０及び検出強磁性多重層１３２を通じて垂直方向に流れ、次に第２の電気リード１０４を通じて出力される。 前述のように、トンネル障壁層１２０を通過するトンネル電流の量は、トンネル障壁層１２０に隣接し、接触する固定強磁性層１１８及び検出強磁性層１３
２の磁化の相対方位の関数である。 記録データからの磁場は検出強磁性多重層１３２の磁化方向を、矢印方向１
３３から離れて、すなわち図４の紙面に入り込む方向または出て行く方向に回転させる。 このことが強磁性多重層１１８、１３２の磁気モーメントの相対方位を、従ってトンネル電流の量を変化させ、これがＭＴＪ素子１０
０の電気抵抗の変化として反映される。 抵抗のこの変化がディスク・ドライブ電子機構により検出され、ディスクからリードバックされるデータに処理される。 検出電流は電気絶縁層１６０により、バイアス強磁性層１５０
に達することを阻止される。 絶縁層１６０はまた、バイアス強磁性層１５０を電気リード１０２、１０４から絶縁する。

【００２３】次にＭＴＪ素子１００（図４及び図５）の代表的な材料セットについて述べることにする。 ＭＴＪ
素子１００の全ての層は、基板の表面に平行に印加される磁場の存在の下で成長される。 磁場は全ての強磁性層の容易軸を方向づける役目をする。 最初に５ｎｍのＴａ
シード層（図示せず）が、下側にある電気リード１０２
として機能する１０ｎｍ乃至５０ｎｍのＡｕ層上に形成される。 シード層は、面心立方（ｆｃｃ）Ｎｉ ₈₁ Ｆｅ ₁₉
テンプレート層１１２の（１１１）成長を促進させる材料からなる。 テンプレート強磁性層１１２は、反強磁性層１１６の成長を促進させる。 好適なシード層材料はＴ
ａの他に、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｕなどのｆｃｃ金属または３
ｎｍ乃至５ｎｍのＴａ／３ｎｍ乃至５ｎｍのＡｌなどの層の組み合わせを含む。 ＭＴＪベース電極スタック１１
０は、４ｎｍのＮｉ ₈₁ Ｆｅ ₁₉ ／１０ｎｍのＭｎ ₅₀ Ｆｅ ₅₀
／３ｎｍのＣｏ／０．５ｎｍのＲｕ／２ｎｍのＣｏ（それぞれ層１１２、１１６及び層２００、２１０及び２２
５から成る多重層１１８に対応）のスタックを含み、これらが１０ｎｍ乃至２０ｎｍのＡｕ層１０２上のＴａシード層上に成長される。 Ａｕ層１０２は、基板の役目をするアルミナ・ギャップ材料Ｇ１上に形成される。 次に０．５ｎｍ乃至２ｎｍのＡｌ層を付着し、次にプラズマ酸化することにより、トンネル障壁層１２０が形成される。 これはＡｌ ₂ Ｏ ₃絶縁トンネル障壁層１２０を形成する。 上部電極スタック１３０は、４ｎｍのＮｉ−Ｆｅ／
０．５ｎｍのＲｕ／３ｎｍのＮｉ−Ｆｅ／１０ｎｍのＴ
ａ（それぞれ層２４５、２６０及び２７０から成る多重層１３２及び層１３４に対応）のスタックである。 Ｔａ
層１３４は保護キャッピング層として機能する。 上部電極スタック１３０は、上部電気リード１０４として機能する２０ｎｍのＡｕ層により接触される。

【００２４】強磁性膜２００、２２５及び２４５、２７
０として及びそれらの反強磁性結合膜２１０及び２６０
として選択される材料に依存して、強磁性膜が強く反強磁性的に結合される好適な反強磁性結合膜の厚さが存在する。 好適なＣｏ／Ｒｕ／Ｃｏ及びＮｉ−Ｆｅ／Ｒｕ／
Ｎｉ−Ｆｅの組み合わせでは、反強磁性結合膜Ｒｕの厚さは周知の振動結合関係から選択され得る（ParkinらによるPhys.Rev.Lett.、Vol.64、p.2034（1990）参照）。
この振動関係のピークが２つのＣｏまたはＮｉ−Ｆｅ膜の反強磁性結合が発生する厚さであり、２つのＮｉ−Ｆ
ｅ膜内の磁気モーメントの所望の逆平行アライメントを生じる。 Ｎｉ−Ｆｅ／Ｒｕ／Ｎｉ−Ｆｅの組み合わせでは、最大の反強磁性交換結合強度が約１０Å以下で発生する。 Ｃｏ／Ｒｕ／Ｃｏの組み合わせでは、最大の反強磁性交換結合強度が１０Å以下で発生する。 しかしながら、反強磁性結合膜の厚さはたくさんのピンホールが膜内に発生するように薄くてはならず、この場合その反強磁性結合強度が影響を受けることになる。 従って、Ｒｕ
の場合、好適な厚さは４Å乃至８Åの範囲である。

【００２５】電流はＭＴＪ素子１００内の層に垂直に流れるので、ＭＴＪ素子の抵抗は主にトンネル障壁層１２
０の抵抗により支配される。 従って、導電リード１０
２、１０４の単位面積当たりの抵抗は、電流が層に平行に流れる従来のＭＲ読取りヘッドの場合よりも遥かに高くなる。 従ってリード１０２、１０４が従来のＭＲヘッド構造に比較して薄くまたは狭くなり得、合金または要素の組み合わせなどの本質的により抵抗性の材料から形成され得る。

【００２６】下側の電極スタック１１０内の層が滑らかであり、Ａｌ ₂ Ｏ ₃トンネル障壁層１２０内に接合を電気的に短絡するピンホールが無いことが重要である。 例えば、金属多重層スタック内で良好な巨大磁気抵抗効果を生成するための、既知のスパッタリング技術による成長が有効である。 ＭＴＪ素子１００内において、固定強磁性多重層１１８及び検出強磁性多重層１３２の磁気モーメントの方向は、印加磁場が無い場合互いにほぼ直交する。 固定強磁性多重層１１８の磁気モーメントの方向は、主として反強磁性層１１６の交換異方性磁場の方向により決定される。 検出強磁性多重層１３２の磁気モーメントの方向は、強磁性多重層の層自身の真性異方性及びこの層の形状などの多数の要因により影響される。 この真性磁気異方性は、検出強磁性多重層１３２を固定強磁性多重層１１８の磁化方向に垂直に整列される小磁場内で付着することにより、検出強磁性多重層内に誘導され得る。 検出強磁性多重層１３２の磁気モーメントの適正な方位は、長手方向のバイアス強磁性層１５０の存在により達成される。 形成プロセスにより誘起されるこの層内の応力が、磁気異方性をもたらさないように検出強磁性多重層１３２の磁気ひずみが（Ｎｉ−Ｆｅ合金層２
４５及び２７０の組成の選択により）０近くに編成される。

【００２７】別の検出強磁性多重層１３２では、強磁性膜２４５が膜２４５とトンネル障壁層１２０との間の界面に、Ｃｏ若しくはＣｏ _(100-x) Ｆｅ _(x) （ｘは２０乃至７０の範囲）、またはＮｉ _(100-x) Ｆｅ _x （ｘは約６０）
の薄いサブ膜２４０を含み、強磁性膜２４５の残り（サブ膜２５０）と膜２７０がＮｉ _(100-x) Ｆｅ _x （ｘは約１
９）などの低磁気ひずみ材料から形成される。 薄いＣｏ
若しくはＣｏ _(100-x) Ｆｅ _(x) （ｘは２０乃至７０の範囲）、またはＮｉ _(100-x) Ｆｅ _x （ｘは約６０）の界面膜を有するこのタイプの検出強磁性多重層１３２のネットの磁気ひずみは、この多重層を構成する大半の強磁性膜の組成の僅かな変化により０に近い値を有するように編成される。 別の固定強磁性多重層１１８では、強磁性膜２２５が主として大量のＮｉ _(100-x) Ｆｅ _(x)サブ膜２２
０と、トンネル障壁層１２０との界面にあるＣｏ若しくはＣｏ _(100-x) Ｆｅ _(x) （ｘは２０乃至７０の範囲）、またはＮｉ _(100-x) Ｆｅ _x （ｘは約６０）の薄いサブ膜２３
０とから成る。 最大の信号がＣｏにより、または最も高い分極Ｎｉ _(100-x) Ｆｅ _x （ｘは約６０）、またはＣｏ
_(100-x) Ｆｅ _(x) （ｘは約５０）合金により獲得される。
界面層は最適には約１ｎｍ乃至２ｎｍの厚さである。 結合膜のネットの磁気ひずみは、組成の小さな変化により０に近くなるように編成される。 固定強磁性多重層１１
８を構成する大半の膜がＮｉ−Ｆｅの場合、組成はＮｉ
₈₁ Ｆｅ ₁₉であり大量のＮｉ−Ｆｅが０の磁気ひずみを有する。

【００２８】Ｆｅ−Ｍｎ反強磁性層１１６はＮｉ−Ｍｎ
層により、或いは固定強磁性層１１８内の強磁性材料を交換バイアスし、Ａｌ ₂ Ｏ ₃障壁層よりも実質的に小さい抵抗を有する他の好適な反強磁性層により置換され得る。 Ｎｉ−Ｍｎでは好適なシード層１１２がＴｉ、ＷまたはＴｉ−Ｗを含む。

【００２９】図６乃至図８は、反強磁性的に結合される固定強磁性層及び自由強磁性層の存在しないＭＴＪ素子の磁気抵抗応答を、本発明によるＭＴＪ素子と比較するものである。 データは強磁性層が交換バイアス層との相互作用により固定または拘束される制限磁場範囲内において示される。 図６は、Ｓｉ／５０ÅのＴａ／１５０Å
のＡｌ／４０ÅのＮｉ ₈₁ Ｆｅ ₁₉ ／１００ÅのＭｎ ₄₆ Ｆｅ
₅₄ ／３６ÅのＮｉ ₈₁ Ｆｅ ₁₉ ／１５ÅのＣｏ／１２０秒酸化された１２ÅのＡｌ／１００ÅのＮｉ ₈₁ Ｆｅ ₁₉ ／２０
０ÅのＡｌ形態の構造の磁気抵抗−磁場曲線を示し、ここで固定強磁性層は単層の強磁性層（アルミナ・トンネル障壁にＣｏ界面層を有する）であり、自由強磁性層は単層の強磁性層である。

【００３０】図７は類似のＭＴＪ素子の磁気抵抗応答を示すが、ここでは固定強磁性層だけが３０ÅのＣｏ／７
ÅのＲｕ／２５ÅのＣｏから成る、反強磁性的に結合される多重層である。 固定強磁性層の有効磁気モーメントは、約５Åのコバルトだけであり、これは図６の構造の固定強磁性層の磁気モーメントの約７分の１である。 図６ではＭＴＪ素子の抵抗は負の小さな磁場において、正の小さな磁場に比較して高いが、図７では磁気抵抗応答は逆転され抵抗が正の小さな磁場において高くなる。 この結果は、固定強磁性層が実際に反強磁性的に結合されるＣｏ／Ｒｕ／Ｃｏのサンドイッチ構造から形成されることを証明する。 下側のＣｏ膜２００は設計上、上側のＣｏ膜２２５よりも僅かに大きな磁気モーメントを有するので（これはその僅かに大きな厚さ（前者の３０Åに対して後者の２５Å）と、下側のＣｏ膜がＭｎＦｅ交換バイアス層１１６と接触することによる）、下側のＣｏ
膜２００の磁気モーメントは、ＭｎＦｅ層１１６の交換バイアス場の方向（図６では正の磁場方向）に固定される。 従って、上側のＣｏ膜２２５の磁気モーメントは負の磁場方向に固定される。 なぜなら、上側のＣｏ膜２２
５はＲｕスペーサ層２１０を介する交換結合により、下側のＣｏ膜２００に反強磁性的に結合されるからである。 従って、正の小さな磁場では検出強磁性層１３２の磁気モーメント（これは自由に回転し印加磁場の方向に従う）が、正の磁場方向に沿って向けられ固定強磁性層１１８の上側のＣｏ膜２２５の磁気モーメントと反対である。 従ってＭＴＪ素子の抵抗が高くなる。 印加磁場方向が反転され僅かに負になると、検出強磁性層１３２の磁気モーメントが負の磁場方向に沿って向けられ、上側のＣｏ膜２２５の磁気モーメントに平行になる。 従ってＭＴＪ素子の抵抗が低減される。

【００３１】図８は本発明に従う構造の磁気抵抗応答を示し、これは検出強磁性層が反強磁性的に結合される４
０ÅのＮｉ ₈₁ Ｆｅ ₁₉ ／７ÅのＲｕ／３０ÅのＮｉ ₈₁ Ｆｅ
₁₉のサンドイッチ構造から成る以外は、図７に示される応答の構造と類似である。 磁気抵抗応答曲線は図７のそれと類似である。 特にＭＴＪ素子の抵抗が、正の小さな磁場において高い。 しかしながら、磁気抵抗応答曲線の形状は明らかに図７のそれとは異なる。 特に曲線は０磁場近辺に中心を置かず、正の小さな磁場にシフトされる。 こうしたシフトは、検出強磁性多重層１３２と固定強磁性多重層１１８との間の反強磁性結合の低下に一致し、これは検出強磁性層の磁気モーメントの低下に起因するこれらの層間の静磁気結合の低下に一致する。 図８
では、検出強磁性層の有効厚さは約１０Åのパーマロイだけであり、これは図６及び図７の検出強磁性層の厚さの１０分の１であり、ＭＴＪ素子の磁気抵抗の大きさに与える実質的な影響が無い。 固定強磁性層と検出強磁性層との間の静磁気結合は、これらの層の磁気モーメントに直接比例するので、固定強磁性層または検出強磁性層内の逆平行結合層の使用はこれらの層間の静磁気結合の実質的な低下をもたらす。

【００３２】逆平行に結合される固定強磁性層１１８の別の利点は、反強磁性層１１６により提供される交換バイアス場の大きさの有効な増加である。 これが図９及び図１０乃至図１１に、逆平行結合の固定強磁性層だけを有する単純な構造の場合に対応して示される。 図９は図６と同一のサンプルの磁気抵抗−磁場曲線を示すが、その磁場範囲は固定強磁性層を完全に配向し直す程の大きな範囲に及ぶ。 これらのデータは、任意の続くアニーリング処理の無い砒素付着構造に対応する。 固定強磁性層の交換バイアス場は約１３０Ｏｅであり、相当な保磁性（約７０Ｏｅ）を有する。 図１０は、Ｓｉ／２００ÅのＡｌ／４０ÅのＮｉ ₈₁ Ｆｅ ₁₉ ／１００ÅのＭｎ ₄₆ Ｆｅ ₅₄
／３０ÅのＣｏ／７ÅのＲｕ／２５ÅのＣｏ／１２０秒酸化された１２ÅのＡｌ／１００ÅのＮｉ ₄₀ Ｆｅ ₆₀ ／２
００ÅのＡｌ形態の構造を有する、反強磁性的に結合された固定強磁性多重層１１８を含むＭＴＪ素子の磁気抵抗−磁場曲線を示す。 図７及び図８に示される応答の構造と類似の逆平行に結合される多重層、すなわち３０Å
のＣｏ／７ÅのＲｕ／２５ÅのＣｏから成る固定強磁性多重層を完全に配向し直すためには、約６０００Ｏｅを越える非常に大きな磁場が要求される。 この磁場は明らかに、図６の構造の固定強磁性層を配向し直すために要求される磁場よりも遥かに大きい。 このことは反強磁性的に結合される多重層を用いる重要な利点である。 反強磁性層１１６により提供される有効な交換バイアス場は、おおよそ｛ｔ ₂₂₅ ＋ｔ ₂₀₀ ｝／｜ｔ ₂₂₅ −ｔ ₂₀₀ ｜の倍率で大きく高められ、ここでｔ ₂₂₅及びｔ ₂₀₀は多重層１
１８内のそれぞれの膜の厚さを表す。 これはまた図１１
に示されるようにより制限された磁場範囲に渡り、図１
０のＭＴＪ素子の応答を調査することにより示される。
図１１は、±２００Ｏｅの範囲に渡る図１０と同一の素子の磁気抵抗−磁場曲線を示す。 ＭＴＪ素子は、固定強磁性層の任意の再配向を裏付ける証拠無しに、磁気抵抗の際立ったステップを示す。 逆平行結合の固定強磁性層内の膜及び検出強磁性層の磁気モーメントの状態が図１
０内で矢印により示される。

【００３３】逆平行交換結合の強磁性多重層の使用による、固定強磁性層の交換バイアスの類似の改善が、検出強磁性層が逆平行結合の多重層である構造においても獲得される。

【００３４】本発明では、逆平行結合の固定強磁性多重層１１８が、反強磁性層１１６上に直接付着される。 層１１６はそれ自体、結晶学的に共形のテンプレート層上に成長される。 それに対して膜２４５（またはサブ膜２
４０）は非晶質で、明確に定義された結晶学的構造を有さないトンネル障壁層１２０上に成長される。 従って、
層２４５の結晶質の性質は、トンネル障壁層１２０の反対側の固定強磁性多重層１１８内の層の結晶質の性質に関係しない。 同様に、非晶質で絶縁性のトンネル障壁層１２０の平坦度は、ＭＴＪ素子の残りを構成する薄い金属層の平坦度とは非常に異なる。 従って、本発明以前には、逆平行結合の検出強磁性多重層を成長することが可能か否かが明らかでなかった。 なぜなら、これは極めて薄く平坦な反強磁性結合膜２６０の成長を要求するからである。

【００３５】トンネル障壁層１２０上の逆平行結合の強磁性多重層の成長は、多重層を構成する膜が比較的厚ければ促進されるものと思われる。 なぜなら、スパッタ付着される薄い金属膜が通常、ほぼ薄膜の厚さのサイズの結晶質粒子を有する多結晶質であるからである。 反強磁性結合膜の使用は同一のアプリケーションにおいて、その反強磁性結合膜が存在しない場合の単層の強磁性固定膜または検出膜の厚さよりも厚い膜の使用を固定強磁性多重層及び検出強磁性多重層内において可能にする。 従って、反強磁性結合膜の使用は多重層内の膜厚の選択において、より大きな柔軟性を可能にし、従って膜の物理特性の追加の制御を可能にする。 特に、検出強磁性層が最初に付着され交換バイアス固定強磁性層がトンネル障壁層上に付着される、反転された磁気トンネル接合構造を成長させるには、比較的厚い固定強磁性層（それ上に交換バイアス層が付着される）を使用し好適な共形の層の成長を可能にしない限り困難である。 ５０Åのパーマロイなどの薄い固定強磁性層では、例えばＭｎＦｅ層との交換バイアスがほとんど得られない。 しかしながら、
反強磁性結合膜は多重層内で著しく厚い膜の使用を可能にし、それにより好適な共形のテンプレート層が形成され、交換バイアス場の合理的な値の発展を可能にする。
この理由から、上述の図５に示されたＭＴＪ素子はＭＴ
Ｊ素子の最下部上に固定強磁性多重層１１８を有するが、素子は最初に検出強磁性多重層１３２を付着し、続いてトンネル障壁層１２０、固定強磁性多重層１１８及び反強磁性交換バイアス層１１６の順で付着することによっても形成され得る。 こうしたＭＴＪ素子は、図５に示されるＭＴＪ素子とは本質的に反転された層を有する。

【００３６】まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。

【００３７】（１）印加磁場の存在の下で、磁気モーメントが好適な方向に固定され、互いに反強磁性的に結合される第１及び第２の強磁性膜と、前記第１及び第２の強磁性膜の間に接触して配置される反強磁性結合膜とを含む、固定強磁性多重層と、印加磁場の存在の下で、磁気モーメントが自由に回転でき、互いに反強磁性的に結合される第１及び第２の強磁性膜と、前記第１及び第２
の強磁性膜の間に接触して配置される反強磁性結合膜とを含む、自由強磁性多重層と、前記固定強磁性多重層と前記自由強磁性多重層との間に接触して配置され、前記固定強磁性多重層及び自由強磁性多重層間のトンネル電流を許可する絶縁トンネル層とを含む、磁気トンネル接合素子。 （２）前記固定強磁性多重層及び自由強磁性多重層の磁気モーメントが、印加磁場が不在の時に互いに平行または逆平行である、前記（１）記載の磁気トンネル接合素子。 （３）前記自由強磁性多重層の磁気モーメントが、印加磁場が不在の時に前記固定強磁性多重層の磁気モーメントに垂直である、前記（１）記載の磁気トンネル接合素子。 （４）前記磁気トンネル接合スタックが、前記固定強磁性多重層の前記磁気モーメントを、界面交換結合により前記好適な方向に固定するための、前記固定強磁性多重層に接触する反強磁性層を含む、前記（１）記載の磁気トンネル接合素子。 （５）前記固定強磁性多重層、前記絶縁トンネル層及び前記自由強磁性多重層が形成される基板を含み、前記固定強磁性多重層及び自由強磁性多重層が電気回路に接続されるとき、前記トンネル電流が前記絶縁トンネル層内を前記固定強磁性多重層及び自由強磁性多重層に垂直な方向に流れる、前記（１）記載の磁気トンネル接合素子。 （６）各前記多重層内の前記第１及び第２の強磁性膜がＣｏまたはＮｉ−Ｆｅ合金から形成され、各前記多重層内の前記反強磁性結合膜がＲｕから形成される、前記（１）記載の磁気トンネル接合素子。 （７）各前記多重層内の前記第１の強磁性膜が第１及び第２の強磁性サブ膜から形成され、前記第１のサブ膜が前記絶縁トンネル層と接触し、Ｃｏ、Ｃｏ _{(100 -x)} Ｆｅ
_(x) （ｘは２０乃至７０の範囲）及びＮｉ _(100-x) Ｆｅ
_(x) （ｘは約６０）を含むグループから選択される材料から形成される、前記（１）記載の磁気トンネル接合素子。 （８）磁気記録データからの外部磁場を検出する磁気トンネル接合読取りセンサであって、被検出外部磁場の範囲内の印加磁場の存在の下で、磁気モーメントが好適な方向に固定される固定強磁性多重層であって、互いに反強磁性的に結合される第１及び第２の強磁性膜と、前記第１及び第２の強磁性膜の間に接触して配置され、前記第１及び第２の強磁性膜を一緒に反強磁性的に結合し、
それらの磁気モーメントを互いに逆平行に整列させ、印加磁場の存在の下で該磁気モーメントを逆平行に維持する反強磁性結合膜とを含む、固定強磁性多重層と、印加磁場が不在の時、前記固定強磁性多重層の磁気モーメントに垂直な磁気モーメントを有し、前記被検出外部磁場の範囲内の印加磁場の存在の下で、磁気モーメントを前記垂直方向から離れ、自由に回転できる検出強磁性多重層であって、互いに反強磁性的に結合される第１及び第２の強磁性膜と、前記第１及び第２の強磁性膜の間に接触して配置され、前記第１及び第２の強磁性膜を一緒に反強磁性的に結合し、それらの磁気モーメントを互いに逆平行に整列させ、印加磁場の存在の下で、該磁気モーメントを逆平行に維持する反強磁性結合膜とを含む、検出強磁性多重層と、前記固定強磁性多重層の前記第１の膜と、前記検出強磁性多重層の前記第１の膜との間に接触して配置され、前記固定強磁性多重層及び前記検出強磁性多重層に垂直な方向にトンネル電流を許可する絶縁トンネル障壁層と、前記固定強磁性多重層、前記絶縁トンネル障壁層及び前記検出強磁性多重層が形成される基板であって、前記固定強磁性多重層及び前記検出強磁性多重層が前記被検出外部磁場に晒されるとき、前記検出強磁性多重層の磁気モーメントがその方向を前記固定強磁性多重層の磁気モーメントに対して変化させ、前記絶縁トンネル障壁層内を、前記固定強磁性多重層及び前記検出強磁性多重層に垂直な方向に流れる電流の電気抵抗が変化し、それにより外部磁場の検出を可能にする、基板と、を含む、磁気トンネル接合読取りセンサ。 （９）前記固定強磁性多重層と接触し、該固定強磁性多重層の磁気モーメントを界面交換結合により前記好適な方向に固定する反強磁性層を含む、前記（８）記載の磁気トンネル接合読取りセンサ。 （１０）前記固定強磁性多重層及び検出強磁性多重層の各々内の前記第１及び第２の強磁性膜が、ＣｏまたはＮ
ｉ−Ｆｅ合金から形成され、各前記多重層内の前記反強磁性結合膜がＲｕから形成される、前記（８）記載の磁気トンネル接合読取りセンサ。 （１１）前記固定強磁性多重層及び検出強磁性多重層の各々内の前記第１の強磁性膜が、第１及び第２の強磁性サブ膜から形成され、前記第１のサブ膜が前記絶縁トンネル障壁層と接触し、Ｃｏ、Ｃｏ _(100-x) Ｆｅ _(x) （ｘは２０乃至７０の範囲）及びＮｉ _(100-x) Ｆｅ _(x) （ｘは約６０）を含むグループから選択される材料から形成される、前記（８）記載の磁気トンネル接合読取りセンサ。 （１２）前記検出強磁性多重層の磁気モーメントを印加磁場が不在の時、前記固定強磁性多重層の磁気モーメントに垂直な方向に、長手方向にバイアスするバイアス強磁性層と、前記バイアス強磁性層と前記検出強磁性多重層との間に配置され、前記バイアス強磁性層を前記検出強磁性多重層から電気的に絶縁する電気絶縁層とを含む、前記（８）記載の磁気トンネル接合読取りセンサ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従うＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドが使用される、従来の磁気記録ディスク・ドライブの単純化されたブロック図である。

【図２】カバーが除去された状態の図１のディスク・ドライブの上面図である。

【図３】ＭＲ読取りヘッドが誘導書込みヘッドに隣接して、シールド間に配置される従来の誘導書込みヘッド／
ＭＲ読取りヘッドの垂直断面図である。

【図４】本発明のＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドの断面図である。

【図５】図４に示されるＭＴＪ ＭＲ読取りヘッドを構成するＭＴＪ素子の断面図である。

【図６】非逆平行結合の固定強磁性層と検出強磁性層とを有するＭＴＪ素子の制限磁場範囲内での磁気抵抗−磁場曲線を示す図である。

【図７】逆平行結合の固定強磁性多重層と検出強磁性層とを有するＭＴＪ素子の制限磁場範囲内での磁気抵抗−
磁場曲線を示す図である。

【図８】逆平行結合の固定強磁性多重層及び逆平行結合の検出強磁性多重層を有するＭＴＪ素子の制限磁場範囲内での磁気抵抗−磁場曲線を示す図である。

【図９】固定強磁性層を完全に配向し直すのに十分に大きな磁場範囲に渡る図６に示される応答と同一の構造の磁気抵抗−磁場曲線を示す図である。

【図１０】拡張された磁場範囲に渡る逆平行結合の固定強磁性層を有するＭＴＪ素子の磁気抵抗−磁場曲線を示す図である。

【図１１】制限された磁場範囲に渡る逆平行結合の固定強磁性層を有するＭＴＪ素子の磁気抵抗−磁場曲線を示す図である。

【符号の説明】

１０ ベース １１ カバー １２ ディスク駆動モータ １３ ガスケット １４ アクチュエータ １５ 集積回路チップ １６ 磁気記録ディスク １７ 可撓性ケーブル １８ ハブ １９ ケーブル ２０ エア・ベアリング・スライダ ２２ 剛性アーム ２４ サスペンション ２５ 読取り／書込みヘッド ４０ ＭＲセンサ ５０ 潤滑膜 １００ ＭＴＪ素子 １０２、１０４ 電気リード １１０、１３０ 電極スタック １１２ テンプレート層 １１６ 反強磁性交換バイアス層 １１８ 固定強磁性層 １２０ 絶縁トンネル障壁層 １３２ 検出強磁性層 １３３ 磁気モーメント １３４ キャッピング層 １５０ バイアス強磁性層 １５３ 静磁気結合 １６０ 絶縁層 ２００、２２５、２４５、２７０ 強磁性膜 ２１０、２６０ 非強磁性膜 ２４０、２５０ 強磁性サブ膜