磁电阻元件、磁头和磁记录及再现设备.pdf

磁电阻元件具有磁化受钉扎层、包括非磁性金属层、增加电阻层和另一个非磁性金属层叠层的非磁性间隔层、具有fcc晶体结构的磁化自由层、具有fcc、hcp或bcc晶体结构并且具有比磁化自由层更大的最近邻原子之间原子间距的磁化自由层，以及一对电极，提供所述电极从而在基本上垂直于磁化受钉扎层、非磁性间隔层、磁化自由层和盖层的平面的方向上供应检测电流。

权利要求书
1、  一种磁电阻元件，包括：
磁化受钉扎层，包括其磁化方向基本上被钉扎在一个方向上的磁性薄膜；
在所述磁化受钉扎层上形成的非磁性间隔层；
在所述非磁性间隔层上形成的磁化自由层，包括具有bcc晶体结构并且其磁化方向随着外加磁场而变化的磁性薄膜；
在所述磁化自由层上或上方形成的盖层，具有fcc、hcp或bcc晶体结构，并且具有比磁化自由层更大的最近邻原子之间的原子间距；以及
一对电极，配置成在基本上垂直于所述磁化受钉扎层、非磁性间隔层和磁化自由层的平面的方向上供应检测电流。

2、  根据权利要求1的磁电阻元件，其中所述盖层由至少一种选自以下元素的元素形成：Zr、Hf、Tc、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Tl、Pb、Cr、Mo、W、Nb、V、Sn、In、Bi和Sb。

3、  根据权利要求1的磁电阻元件，其中所述盖层具有1纳米至30纳米的厚度。

4、  根据权利要求1的磁电阻元件，其中所述非磁性间隔层由非磁性金属组成。

5、  根据权利要求1的磁电阻元件，其中所述非磁性间隔层包括非磁性金属层、增加电阻层和另一个非磁性金属层的叠层。

6、  根据权利要求5的磁电阻元件，其中所述增加电阻层包括绝缘层和穿透绝缘层并且与磁化受钉扎层和磁化自由层接触的金属通道。

7、  根据权利要求6的磁电阻元件，其中所述绝缘层包括铝并且所述金属通道包括Cu。

8、  根据权利要求6的磁电阻元件，其中所述检测电流大部分流过金属通道。

9、  一种磁电阻元件，包括：
磁化受钉扎层，包括其磁化方向基本上被钉扎在一个方向上的磁性薄膜；
在所述磁化受钉扎层上形成的非磁性金属非磁性间隔层；
在所述非磁性间隔层上形成的磁化自由层，包括具有fcc晶体结构并且其磁化方向随着外加磁场而变化的磁性薄膜；
在所述磁化自由层上形成的盖层，具有bcc晶体结构，并且具有比磁化自由层更大的最近邻原子之间的原子间距；以及
一对电极，配置成在基本上垂直于磁化受钉扎层、非磁性间隔层和磁化自由层的平面的方向上供应检测电流。

10、  根据权利要求9的磁电阻元件，其中所述盖层由至少一种选自Cr、Mo、W、Nb和V的物质组成。

11、  根据权利要求9的磁电阻元件，其中所述盖层具有1纳米至30纳米的厚度。

12、  一种磁电阻元件，包括：
磁化受钉扎层，包括其磁化方向基本上被钉扎在一个方向上的磁性薄膜；
在所述磁化受钉扎层上形成的非磁性间隔层，包括非磁性金属层、增加电阻层和另一个非磁性金属层的叠层；
在所述非磁性间隔层上形成的磁化自由层，包括具有fcc晶体结构并且其磁化方向随着外加磁场而变化的磁性薄膜；
在所述磁化自由层上形成的盖层，具有fcc、hcp或bcc晶体结构，并且具有比磁化自由层更大的最近邻原子之间的原子间距；以及
一对电极，配置成在基本上垂直于磁化受钉扎层、非磁性间隔层和磁化自由层的平面的方向上供应检测电流。

13、  根据权利要求12的磁电阻元件，其中所述盖层由至少一种选自以下元素的元素形成：Zr、Hf、Tc、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Tl、Pb、Cr、Mo、W、Nb、V、Sn、In、Bi和Sb。

14、  根据权利要求12的磁电阻元件，其中所述盖层具有1纳米至30纳米的厚度。

15、  根据权利要求11的磁电阻元件，其中所述增加电阻层包括绝缘层和穿透绝缘层并且与磁化受钉扎层和磁化自由层接触的金属通道。

16、  根据权利要求15的磁电阻元件，其中所述绝缘层包括铝并且所述金属通道包括Cu。

17、  根据权利要求15的磁电阻元件，其中所述检测电流大部分流过金属通道。

18、  一种包括根据权利要求12的磁电阻元件的磁头。

19、  一种包括根据权利要求18的磁头和磁记录介质的磁记录及再现设备。

说明书磁电阻元件、磁头和磁记录及再现设备
相关申请交叉引用
本发明基于并且权利要求2004年3月11日递交的先前日本专利申请第2004-69410号中的优先权利益，该专利全部内容引入本文作参考。
技术领域
本发明涉及磁电阻元件、磁头和磁记录及再现设备，并更具体地说涉及配置成在垂直于磁电阻薄膜平面的方向上传导检测电流的磁电阻元件，以及使用所述磁电阻元件的磁头和磁记录及再现设备。
背景技术
最近几年，已经努力降低磁记录介质的尺寸，同时增加其容量。因此，读出操作期间磁读出头和磁记录介质之间的相对速度一直在减小。在此情况下，对于在低的相对速率下允许高输出的磁电阻头的期望一直在增加。
已经报道如果铁磁性层没有被反铁磁性耦合，具有包括铁磁性层、非磁性层和铁磁性层的夹心结构的多层薄膜成功地产生高的磁电阻效应。具体地说，非磁性层称作“间隔层”或者“中间层”，铁磁性层之一称作“受钉扎层”或者“磁化受钉扎层”。通过施加交换偏置磁场来固定受钉扎层的磁化。通过外加磁场(或者信号磁场)翻转自由层的磁化。自由的磁化翻转改变了其间夹有非磁性层的两个铁磁性层的磁化方向之间的相对角度，使之可以产生高的磁电阻效应。这种多层薄膜称作“自旋阀”。
因为自旋阀可以在低磁场下被饱和，所以对于读出磁头是合适的并且已经进入实际使用。但是，自旋阀的磁电阻比(magnetoresistiveratio)限制在约20％，已经需要更高的磁电阻比。
自旋阀包括在平行于薄膜平面的方向上施加检测电流的CIP(面内电流)型和在垂直于薄膜平面的方向上施加检测电流的CPP(电流垂直于平面)型。已经报道CPP型磁电阻元件表现出约为CIP型磁电阻元件10倍高的磁电阻比。
但是，在自旋阀结构中，自旋相关层的总厚度是非常小的，并且界面的数量也是少的。因此，如果对具有在传统CIP型中使用地结构的自旋阀供应垂直于薄膜平面的方向上的电流，元件表现出低的电阻，因此表现出低的输出绝对值。当这种自旋阀具有受钉扎层和5纳米厚度的自由层时，举例来说，1平方微米的输出绝对值AΔR变成小达约0.5mΩμm2。因此，为了使使用自旋阀薄膜的CPP型磁电阻元件付诸实际使用，增加输出是重要的。为了实现这一点，增加一部分对自旋相关传导有贡献的磁电阻元件的电阻值，并且增加电阻变化是至关重要的。受钉扎层和自由层由整体散射和界面散射方面优异的材料制成也是重要的。
为了提高磁电阻(MR)效应，已经建议了一种将包括绝缘体的增加电阻层插入自旋阀中的技术(参阅J.Appl.Phys.，89，p6943(2001)，或者IEEE Trans.Magn.，38，p2277(2002))。自旋阀由显著引起电子自旋相关散射的部分(受钉扎层/间隔层/自由层)和自旋相关散射不显著的部分(缓冲层、反铁磁性层、保护层等)组成。假设前者部分的电阻为Rsd，并且后者部分的电阻为Rsi，自旋阀的磁电阻比(MR比)由如下公式表达：MR＝ΔRsd/(Rsi+Rsd)。向自旋阀薄膜中插入包括绝缘体的增加电阻层意欲通过使Rsd远高于Rsi而获得提高的MR比。
还已经报道通过使用Fe50Co50或者具有bcc结构的Fe50Co50/Cu叠层作为受钉扎层和自由层，可以提高CPP磁电阻元件的整体散射效应(参阅J.Appl.Phys.，92，p2646(2002))。
此外，已经报道试图通过插入1纳米厚度的Cu自旋过滤层来提高MR比(参阅IEEE Trans.Magn.，38，p2277(2002))。
发明内容
自旋阀薄膜是堆叠了许多薄膜的多层薄膜。自旋阀的取向平面通常是面心立方(fcc)和面心四方(fct)结构的(111)面、体心立方(bcc)结构的(110)面，或者六方密堆积(hcp)结构的(011)面。自旋阀薄膜的典型实例包括PtMn或IrMn的反铁磁性层、具有CoFe/Ru/CoFe三层结构的合成受钉扎层、Cu非磁性间隔层，以及CoFe或者CoFe/NiFe叠层的自由层。表1表示了晶体结构、晶格常数，以及上述材料(111)面内最近邻原子之间的原子间距。
表1
自旋阀薄膜典型材料(111)面内最近邻原子之间的原子间距晶体结构  晶格常数(111)面最近邻原子间的原子间距 IrMn    fcc  a＝3.78    2.67 PtMn    fct*1  a＝3.971  c＝3.696    2.712 CoFe    fcc  a＝3.5472    2.508 NiFe*2    fcc  a＝3.5235    2.491 Cu    fcc  a＝3.61496    2.556 Fe    bcc  a＝2.866    2.482
*1：在刚沉积薄膜的情况下PtMn的晶体结构为fcc。
*2：使用Ni的值。
表1表明在具有上述结构的自旋阀薄膜中，反铁磁性层具有最大的最近邻原子间的面内原子间距。此外，在具有上述结构的自旋阀薄膜中，反铁磁性层是最厚的。因为厚层具有高的晶格稳定性，所以可以假定其晶格常数对其它层施加强的影响。反铁磁性层具有大的最近邻原子间的原子间距，因此加宽了Cu、非磁性层以及CoFe、自由层的晶格。在自旋阀薄膜中，上层的晶粒外延生长在下层的晶粒上。因此，拉伸应力或压缩应力可以在相邻的两层间起作用，以至于自旋阀薄膜整体被扭曲并且变得不稳定。扭曲使得容易发生界面不规则性、降低了取向，并且导致晶体缺陷。这种降低的结晶度会在下述的三点上影响CPP-GMR的MR比。
第一点是受钉扎层与间隔层和自由层之间的界面的锐化。这些界面通过“自旋相关的界面散射”对MR比有贡献。但是，如果通过界面混合和界面不规则性的影响降低界面的锐化，自旋无关的界面电阻可能增加，导致自旋相关的界面散射组分降低，这会减小MR比。第二点是受钉扎层和自由层内的晶体取向。各自由铁磁性材料形成的受钉扎层和自由层通过其内部“自旋相关的整体散射”而对MR比有贡献。但是，如果晶体取向降低，自旋相关的散射成分降低，因此MR比降低。第三点是间隔层的晶体取向。如果间隔层中的缺陷增加，可能降低电子的自旋扩散长度(电子自旋翻转处的距离)，导致MR比的降低。因此，应该最小化晶体的不稳定性。
根据本发明一个方面的磁电阻元件包含：磁化受钉扎层，包括其磁化方向基本上被钉扎在一个方向上的磁性薄膜；在磁化受钉扎层上形成的非磁性间隔层；在非磁性间隔层上形成的磁化自由层，包括具有bcc晶体结构并且其磁化方向随着外加磁场而变化的磁性薄膜；在磁化自由层上形成的盖层，具有fcc、hcp或bcc晶体结构，并且具有比磁化自由层更大的最近邻原子间的原子间距；以及一对电极，提供所述电极从而在基本上垂直于磁化受钉扎层、非磁性间隔层、磁化自由层和盖层的平面的方向上供应检测电流。
根据本发明另一个方面的磁电阻元件包含：磁化受钉扎层，包括其磁化方向基本上被钉扎在一个方向上的磁性薄膜；在磁化受钉扎层上形成的非磁性金属非磁性间隔层；在非磁性间隔层上形成的磁化自由层，包括具有fcc晶体结构并且其磁化方向随着外加磁场而变化的另一个磁性薄膜；在磁化自由层上形成的盖层，具有bcc晶体结构，并且具有比磁化自由层更大的最近邻原子间的原子间距；以及一对电极，提供所述电极从而在基本上垂直于磁化受钉扎层、非磁性间隔层、磁化自由层和盖层的平面的方向上供应检测电流。
根据本发明再另一个方面的磁电阻元件包含：磁化受钉扎层，包括其磁化方向基本上被钉扎在一个方向上的磁性薄膜；在磁化受钉扎层上形成的非磁性间隔层，包括非磁性金属层、增加电阻层和另一个非磁性金属层的堆叠；在非磁性间隔层上形成的磁化自由层，包括具有fcc晶体结构并且其磁化方向随着外加磁场而变化的磁性薄膜；在磁化自由层上形成的盖层，具有fcc、hcp或bcc晶体结构，并且具有比磁化自由层更大的最近邻原子间的原子间距；以及一对电极，提供所述电极从而在基本上垂直于磁化受钉扎层、非磁性间隔层、磁化自由层和盖层的平面的方向上供应检测电流。
附图说明
图1是根据本发明实施例1的磁电阻元件的剖视图；
图2是根据本发明实施例3的磁电阻元件的剖视图；
图3是表示根据本发明的磁记录及再现设备结构的透视图；及
图4是根据本发明的磁头组件的透视图。
具体实施方式
根据本发明的磁电阻元件包含磁化受钉扎层，包括其磁化方向基本上被钉扎在一个方向上的磁性薄膜；在磁化受钉扎层上形成的非磁性间隔层；在非磁性间隔层上形成的磁化自由层，包括其磁化方向随着外加磁场而变化的另一层磁性薄膜；以及在磁化自由层上形成的盖层。此外，提供一对电极，在基本上垂直于磁化受钉扎层、非磁性间隔层、磁化自由层和盖层的平面的方向上供应检测电流。
所述磁化受钉扎层(受钉扎层)包括单层CoFe或FeCo受钉扎层，以及具有例如CoFe/Ru/CoFe、FeCo/Ru/CoFe和FeCo/Ru/FeCo的三层结构的合成受钉扎层。在受钉扎层上可以提供增加电阻层。为了固定受钉扎层的磁化，通常与受钉扎层相邻提供反铁磁性层。此外，单层受钉扎层、合成受钉扎层的铁磁体也可以是与不同铁磁体的叠层构造，或者是与非磁性体的叠层构造，或者是不同铁磁体的叠层和非磁性层的叠层构造。例如，合成受钉扎层的构成也可以为CoFe/Ru/FeCo/Cu/FeCo/Cu/FeCo或CoFe/Ru/CoFe/FeCo/Cu/FeCo/Cu/FeCo等的叠层构造。反铁磁性层包括由XMn(X选自Ir、Ru、Rh、Pt、Pd和Re)表示的Mn合金。
非磁性间隔层包括单层非磁性金属，例如Cu，以及非磁性金属层、增加电阻层和非磁性金属层的三层结构。可选地，非磁性间隔层可以是非磁性金属和增加电阻层的两层结构，或者可以只是增加电阻层。
磁化自由层(自由层)包括具有bcc结构的FeCo，或者CoFe，CoFe/NiFe或FeCo/NiFe等的叠层。在自由层中可以提供增加电阻层。
在本发明的实施方案中，在自由层上提供具有比自由层更大的最近邻原子之间的原子间距的盖层。盖层可以具有fcc结构、hcp结构、bcc结构或者另一种结构。
表2和4列举了具有上述任何晶体结构的元素，其在自由层上提供盖层并且具有比自由层更大的最近邻原子之间的原子间距。这些表格表明具有fcc结构的元素的(111)面、具有hcp结构的元素的(001)面，以及具有bcc结构的元素的(110)面上的最近邻原子间的原子间距。
表2
具有fcc或hcp结构的材料(111)或(001)面内最近邻原子之间的原子间距  元素  晶体结构    晶格常数(111)或(001)面最近邻  原子间的原子间距  Ti    hcpa＝2.92，c＝4.67    2.92  Zr    hcpa＝3.23，c＝5.14    3.23  Hf    hcpa＝3.32，c＝5.46    3.32  Tc    hcpa＝2.741，c＝4.398    2.741  Re    hcpa＝2.7608，c＝4.4582    2.7608  Ru    hcpa＝2.7039，c＝4.2817    2.7039  Os    hcpa＝2.7352，c＝4.3190    2.7352  Rh    fcca＝3.71559    2.63  Ir    fcca＝3.8394    2.715  Pd    fcca＝3.8898    2.751  Pt    fcca＝3.9231    2.77  Cu    fcca＝3.61496    2.556  Ag    fcca＝4.0862    2.889  Au    fcca＝4.07864    2.884  Zn    hcpa＝2.6649，c＝4.9468    2.6649  Cd    hcpa＝2.9763，c＝5.6181    2.9763  Al    fcca＝4.04934    2.863  Tl    hcpa＝3.456，c＝5.525    3.456  Pb    fcca＝4.9505    3.501
表3
具有bcc结构的材料(110)面内最近邻原子之间的原子间距  元素  晶体  结构  晶格常数(110)面最近邻原子间的原子间距  Cr  bcc  a＝2.8839    2.498  Mo  bcc  a＝3.1473    2.726  W  bcc  a＝3.165    2.741  Nb  bcc  a＝3.3004    2.858  V  bcc  a＝3.0282    2.622
表4
具有另一种结构的材料面内最近邻原子之间的原子间距  元  素  晶体结构    晶格常数    最近邻原子间的原子间距  Sn体心晶格(白锡)a＝5.831，c＝3.181  3.016    灰锡  2.80  Ina＝4.588，c＝4.938  Bi  3.095，3.47  Sb  2.90，3.36
更具体地说，根据本发明实施方案的盖层由至少一种选自以下元素的元素组成：Zr、Hf、Tc、Re、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Zn、Cd、Al、Tl、Pb、Cr、Mo、W、Nb、V、Sn、In、Bi和Sb。盖层可以是任何一种这些元素的单层，或者这些元素两种或多种的叠层，或者包括这些元素两种或多种的合金层。
在本发明的实施方案中，根据下面的组合选择非磁性间隔层、自由层和盖层。(1)当在非磁性间隔层上形成具有bcc结构的自由层时，盖层可以具有fcc、hcp和bcc晶体结构任何之一。在此情况下，自由层可以是单层非磁性金属层；非磁性金属层、增加电阻层和非磁性金属层的三层结构；非磁性金属层和增加电阻层的两层结构；或者单层增加电阻层。(2)当在仅由非磁性金属层形成的非磁性间隔层上形成具有fcc结构的自由层时，提供具有bcc结构的盖层。(3)当在具有非磁性金属层、增加电阻层和非磁性金属层的三层结构，或者非磁性金属层和增加电阻层的两层结构，或者单层增加电阻层的非磁性间隔层上形成具有fcc结构的自由层时，盖层可以具有fcc、hcp和bcc晶体结构任何之一。
在本发明的实施方案中，将盖层的厚度设置在适当的范围内，以至于提供缓和变形的作用，并且防止由分流引起的MR比的降低。盖层的厚度优选为从1纳米至30纳米。
如果与自由层相邻提供由Cu形成的自旋过滤层，举例来说，盖层由具有最近邻原子之间原子间距比Cu(111)平面内更大的材料形成。可以在盖层上提供由Ta或Ti形成的保护层。
下面将参照附图说明本发明的实施例。
(实施例1)
图1是根据本实施例的磁电阻元件的剖视图。图1中的磁电阻元件(自旋阀)具有由下面的层堆叠的结构：下电极(LE)1、缓冲层(BF)2、反铁磁性层(AF)3、受钉扎层4[第一受钉扎层(P1)41、反平行耦合层(AC)42，以及第二受钉扎层(P2)43]、间隔层(S)5、自由层(F)6、盖层(C)7、保护层(PL)8，以及上电极(UE)9。在图1的磁电阻元件中，在基本上垂直于自旋阀薄膜厚度方向的方向上，在下电极1和上电极9之间提供检测电流，因此实现CPP-GMR元件。
第一受钉扎层41的磁化基本上通过反铁磁性层3被钉扎在一个方向上，并且在与第一受钉扎层41相反的方向上，通过反平行耦合层42钉扎第二受钉扎层43的磁化。自由层6包括磁化随着外加磁场变化的铁磁性层。间隔层5破坏第二受钉扎层43和自由层5之间的磁性耦合。图1中的受钉扎层4具有第一受钉扎层41、反平行耦合层42和第二受钉扎层43堆叠的结构(合成受钉扎层)。但是，受钉扎层由单层形成。
在本实施例中，使用下面所列的材料制造具有图1所示的结构的磁电阻元件。
缓冲层2：NiFeCr 3.2纳米/NiFe 0.8纳米，
反铁磁性层3：PtMn 14纳米，
第一受钉扎层41：Co90Fe10 3纳米，
反平行耦合层42：Ru 1纳米，
第二受钉扎层43：Fe50Co50 3纳米，
间隔层5：Cu 3纳米，
自由层6：Fe50Co50，具有bcc结构，3纳米，
盖层7：选自表5的材料，
保护层8：Ta 5纳米。
表5表示用于盖层的材料，以及使用各个盖层制造的CPP-GMR元件的MR值。
如表5所示，与没有盖层的CPP-GMR元件相比，在盖层由Ru(hcp结构)、Ru(hcp结构)/Au(fcc结构)、Cr(bcc结构)、或者W(bcc结构)/Nb(bcc结构)组成的任何情况下，每个在bcc结构的自由层上具有盖层的CPP-GMR元件均表现出提高的MR。
表5
实施例1中使用的用于盖层的材料    盖层    MR    无    0.8％    Ru(2纳米)    1.25％    Ru(2纳米)/Au(1纳米)    1.1％    Cr(1.5纳米)    1.2％    W(2纳米)/Nb(0.5纳米)    1.15％
应当提出具有由表2、3和4中所列的任何其它元素的单层或者堆叠层形成的盖层的CPP-GMR元件也表现出提高的MR值。
(实施例2)
在本实施例中，使用下面所列的材料制造具有图1所示结构的磁电阻元件。
缓冲层2：NiFeCr 4.1纳米，
反铁磁性层3：PtMn 15纳米，
第一受钉扎层41：Co90Fe10 3纳米，
反平行耦合层42：Ru 1纳米，
第二受钉扎层43：Co90Fe10 3纳米，
间隔层5：Cu 3纳米，
自由层6：Co50Fe50 1纳米/Ni80Fe20 3.5纳米，具有fcc结构(堆叠的自由层)，
盖层7：选自表6的材料，
保护层8：Ta 5纳米。
表6表示用于盖层的材料，以及使用各个盖层制造的CPP-GMR元件的MR值。
如表6所示，与没有盖层的CPP-GMR元件相比，在盖层由Cr(bcc结构)或者Cr(bcc结构)/Mo(bcc结构)组成的任何情况下，每个在具有fcc结构的自由层上具有盖层的CPP-GMR元件均表现出提高的MR。
表6
实施例2中使用的用于盖层的材料    盖层    MR    无    0.4％    Cr(2纳米)    0.8％    Cr(2纳米)/Mo(2纳米)    0.7％
应当提出具有由表3中所列的任何其它元素的单层或者堆叠层形成的盖层的CPP-GMR元件也表现出提高的MR值。
(实施例3)
图2是根据本实施例的磁电阻元件的剖视图。
图2中的磁电阻元件(自旋阀)具有由下面的层堆叠的结构：下电极(LE)1、缓冲层(BF)2、反铁磁性层(AF)3、受钉扎层4[第一受钉扎层(P1)41、反平行耦合层(AC)42，以及第二受钉扎层(P2)43]、间隔层(S)5[第一金属层51、增加电阻层52和第二金属层53]、自由层(F)6、盖层(C)7、保护层(PL)8，以及上电极(UE)9。因为所述间隔层5具有由第一金属层51、增加电阻层52和第二金属层53堆叠的结构，所以图2的磁电阻元件与图1中所示的元件不同。增加电阻层52包括绝缘层和穿透绝缘层的金属通道。在图2的磁电阻元件中，在基本上垂直于自旋阀薄膜厚度方向的方向上，在下电极1和上电极9之间提供检测电流，因此实现CPP-GMR元件。在此情况下，增加电阻层52增加了自旋阀薄膜的电阻，并且通过金属通道实现检测电流在垂直于薄膜平面的方向上传导。
在本实施例中，使用下面所列的材料制造具有图2所示的结构的磁电阻元件。
缓冲层2：Ta 3纳米/Ru 2纳米，
反铁磁性层3：PtMn 15纳米，
第一受钉扎层41：Co90Fe10 3纳米，
反平行耦合层42：Ru 1纳米，
第二受钉扎层43：Co90Fe10 3纳米，
第一金属层51：Cu 0.2纳米，
增加电阻层52：Al-O(氧化铝)1.5纳米，包括Cu金属通道，
第二金属层53：Cu 0.5纳米，
自由层6：Co90Fe10 1纳米/Ni80Fe20 3.5纳米，具有fcc结构(堆叠的自由层)，
盖层7：选自表7的材料，
保护层8：Ta 5纳米。
表7表示用于盖层的材料，以及使用各个盖层制造的CPP-GMR元件的MR值。
如表7所示，与没有盖层的CPP-GMR元件相比，在盖层由Ru(hcp结构)、Ru(hcp结构)/Au(fcc结构)、Cr(bcc结构)、W(bcc结构)/Nb(bcc结构)、Rh(fcc结构)/Cr(bcc结构)，或者Ir(fcc结构)/Rh(bcc结构)组成的任何情况下，每个在具有bcc结构的自由层上具有盖层的CPP-GMR元件均表现出提高的MR，其中所述自由层在由第一金属层、增加电阻层和第二金属层组成的间隔层上形成。
表7
实施例3中使用的用于盖层的材料   盖层    MR   无    3.5％   Ru(2纳米)    4.5％   Ru(2纳米)/Au(1纳米)    4.7％   Cr(1.5纳米)    4.3％   W(2纳米)/Nb(0.5纳米)    4.4％   Rh(1.5纳米)/Cr(1纳米)    4.3％   Ir(2.5纳米)    4.3％   Rh(3纳米)    4.6％
应当提出具有由表2、3和4中所列的任何其它元素的单层或者堆叠层形成的盖层的CPP-GMR元件也表现出提高的MR值。
(其它实施方案)
现在将描述安装有根据本发明的磁电阻元件的磁记录及再现设备。举例来说，图1或2中表示的磁电阻元件可以结合入磁记录及再现设备的集成读出/写入磁头组件中。
图3是表示磁记录及再现设备结构的透视图。磁记录及再现设备150使用旋转的致动器(rotary actuator)。在该图中，记录盘200被安装在转轴152上，并且通过马达(未显示)在箭头A的方向上旋转，所述马达响应来自驱动控制器(未显示)控制单元的控制信号。磁记录及再现设备150可以包含多个盘200。
在悬架154的末端安装用于向磁盘200写入信息并且从其读出信息的磁头滑块153。磁头滑块153具有包含根据上述实施方案任何之一的磁电阻元件的磁头。
当旋转磁盘200时，磁头滑块153的空气支承表面(air-bearingsurface)(ABS)从磁盘200的表面保持预定的浮动高度。可选地，滑块153可能与介质磁盘200接触，称作“接触型”。
悬架154与具有保持驱动线圈(未显示)线轴的致动器臂155的一端连接。在致动器臂155的另一端安置一种线性电机即音圈电机156。音圈电机156由缠绕在线轴上的驱动线圈(未显示)和包括永磁体及用来夹住线圈的相对磁轭的磁路组成。
致动器臂155由安置在枢轴157的上和下部位置上的球轴承(未显示)保持，并且通过音圈电机156来驱动。
图4是从磁盘方向观察的包括致动器臂155的磁头组件末端的放大透视图。磁头组件160包括致动器臂155和与致动器臂155一端连接的悬架154。
磁头滑块153被连接到悬架154的尖上；磁头滑块153包含包括图1或2中所示的磁电阻元件的磁头。悬架154具有用于写入并信号的引线164，并且引线164与装配在磁头滑块153上的磁头电极相连。图中的参考数字165表示磁头组件160的电极焊盘。
安装有图1或2所示的磁电阻元件的根据本发明实施方案的磁记录及再现设备可以以高于先有技术中实现的记录密度来读出记录在磁盘200中的磁信息。
其它优点和修改对于本领域技术人员是容易发生的。因此，更广泛意义上的本发明没有局限于在本文中表示并说明的具体细节和代表性实施方案。因此，可以做出各种修改，而不会背离由附加权利要求及其等价物定义的本发明一般概念的精神或范围。