CN1221947C - 磁电阻效应装置、磁头、磁记录设备和存储装置 - Google Patents

磁电阻效应装置、磁头、磁记录设备和存储装置 Download PDF

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Abstract

一种磁电阻效应装置，包括：一自由层，其磁化方向可容易地被一外部磁场旋转；一非磁性层；和一被钉扎层，其磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，其中该被钉扎层包括：一用于交换耦合的第一非磁性膜；和通过该第一非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，该第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一。

Description

磁电阻效应装置、磁头、磁记录设备和存储装置
(一)技术领域
本发明涉及一种热稳性磁电阻效应装置，以及磁头、磁记录设备和使用该热稳性磁电阻效应装置的存储装置。
(二)背景技术
近年来，在包括铁磁层(自由层)/非磁性层/铁磁层(被钉扎层)的分层结构的磁电阻效应装置中，对在该非磁性层中使用诸如Cu之类金属膜的GMR(巨磁电阻)装置的研究和对在该非磁性层中使用诸如Al2O3之类绝缘层的所谓TMR装置的沟道型磁电阻效应装置的研究已成为热门(Journal of Magnetism and Magnetic Materials，139(1995)，L231)。已研究了将该GMR装置和该TMR装置应用于磁头和存储装置上(2000 IEEE ISSCC TA7.2，TA7.3)。已有一种该GMR装置在磁头上的应用。TMR装置在室温下呈现约40％的磁电阻变化率，并被期望实现更高输出。
然而，这种磁电阻效应装置是厚度为几纳米的分层膜。在250℃-300℃或更高温度下，在该磁电阻效应装置中会引起界面扩散，并且该磁电阻效应装置的特性恶化。特别是，在一包括反铁磁性层和铁磁层的磁电阻效应装置中，其中，反铁磁性层中的被钉扎层包含Mn，例如FeMn、IrMn等，铁磁层是通过反铁磁性层交换耦合的，在250℃或更高的温度下，Mn被扩散，其结果是，磁电阻效应装置的特性恶化。
为了消除这种问题，尝试形成一被钉扎层以具有铁磁层/用于交换耦合的非磁性层/铁磁层的结构，其中，两个铁磁层通过包含Ru、Ir、Rh等用于交换耦合的非磁性层进行反铁磁性交换耦合。在这种结构中，由Ru、Ir、Rh等来防止Mn的扩散。
然而，在这种情况下，交换耦合的非磁性层的厚度约为0.6-0.8nm，这样，在300℃或更高温度下，在该交换耦合非磁性层的界面中产生扩散，因而这种磁电阻效应装置的特性恶化。即不能消除上述问题。
(三)发明内容
根据本发明的一个方面，一种磁电阻效应装置，包括：一自由层，其磁化方向可容易地被一外部磁场旋转；一非磁性层；和一被钉扎层，其磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，其中该被钉扎层包括：用于交换耦合的第一非磁性膜；和通过第一非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一。
在本发明的一个实施例中，该磁电阻效应装置为沟道型磁电阻效应装置。
在本发明的另一实施例中，该磁电阻效应装置进一步包括一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性膜。
在本发明的再一实施例中，自由层包括用于交换耦合的第二非磁性层，和通过第二非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第三和第四磁性膜；用于交换耦合的第二非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；以及第三磁性膜的磁化密度为M1，厚度为t1，而第四磁性膜的磁化密度为M2，厚度为t2，积(M1×t1)基本上不同于积(M2×t2)。
在本发明的又一实施例中，第一至第四磁性膜中的至少一个主要包含钴(Co)并包含硼(B)。
在本发明的又一实施例中，第一和第二磁性膜中的至少一个主要包含钴(Co)并包含硼(B)。
在本发明的又一实施例中，磁电阻效应装置进一步包括：一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性层；和主要包含NiFeCr的底层，该底层位于与形成被钉扎层的表面相对的反铁磁性层的表面上。
根据本发明的另一方面，一种磁电阻效应装置，包括：一自由层，其磁化方向可容易地被一外部磁场旋转；一非磁性层；和一被钉扎层，其磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，其中被钉扎层包括：一用于交换耦合的第一非磁性膜；和通过第一非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一，第一磁性膜的磁化密度为M1，厚度为t1，第二磁性膜的磁化密度为M2，厚度为t2，积(M1×t1)基本上不同于积(M2×t2)。
在本发明的一个实施例中，该磁电阻效应装置为沟道型磁电阻效应装置。
在本发明的另一实施例中，该磁电阻效应装置进一步包括：一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性层；和主要包含NiFeCr的底层，该底层位于与形成被钉扎层的表面相对的反铁磁性层的表面上。
根据本发明的再一方面，一种磁头，用于检测来自记录介质的信号磁场，包括：分别包括一种磁性物质的两个屏蔽(shield)部；和位于该两个屏蔽部之间的间隙中的本发明的磁电阻效应装置。
根据本发明的又一方面，一种磁头，包括：包括一种磁性物质的磁通引导部；和用于检测该磁通引导部引入的信号磁场的本发明的磁电阻效应装置。
根据本发明的又一方面，一种磁性记录介质，包括：用于将信号记录在记录介质中的本发明的磁头；一个臂，其上安装磁头；一驱动该臂的驱动部；和一信号处理部，用于处理信号并将处理后的信号提供给磁头。
根据本发明的又一方面，一种磁电阻效应存储装置，包括：一磁电阻效应装置，该磁电阻效应装置包括一磁化方向可容易地被一外部磁场旋转的自由层，一非磁性层，和一磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转的被钉扎层，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，其中被钉扎层包括：一用于交换耦合的非磁性膜；和通过该非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，该用于交换耦合的非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；一条字线，用于产生磁场以转换自由层的磁化方向；和一读出线，用于检测该磁电阻效应装置电阻中的变化。
在本发明的一实施例中，该磁电阻效应装置进一步包括一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性膜。
在本发明的另一实施例中，自由层包括：用于交换耦合的第二非磁性层；和通过第二非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第三和第四磁性膜；用于交换耦合的第二非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；第三磁性膜的磁化密度为M1，厚度为t1，第四磁性膜的磁化密度为M2，厚度为t2，积(M1×t1)基本上不同于积(M2×t2)。
在本发明的再一实施例中，第一至第四磁性膜中的至少一个主要包含钴(Co)并包含硼(B)。
在本发明的又一实施例中，第一和第二磁性膜中的至少一个主要包含钴(Co)并包含硼(B)。
在本发明的又一实施例中，其中磁电阻效应装置进一步包括：一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性层；和主要包含NiFeCr的底层，该底层位于与形成被钉扎层的表面相对的反铁磁性层的表面上。
根据本发明的又一方面，一种磁电阻效应存储装置，包括：一磁电阻效应装置，该磁电阻效应装置包括一磁化方向可容易地被一外部磁场旋转的自由层，一非磁性层，和一磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转的被钉扎层，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，其中该被钉扎层包括：一用于交换耦合的第一非磁性膜；和通过第一非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一，第一磁性膜的磁化密度为M1，厚度为t1，第二磁性膜的磁化密度为M2，厚度为t2，积(M1×t1)基本上不同于积(M2×t2)；一条字线，用于生成磁场以转换自由层的磁化方向；和一读出线，用于检测该磁电阻效应装置电阻中的变化。
在本发明的一实施例中，磁电阻效应装置进一步包括：一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性层；和主要包含NiFeCr的底层，该底层位于与形成被钉扎层的表面相对的反铁磁性层的表面上。
根据本发明的又一方面，一种存储装置，由排列成矩阵的本发明的磁电阻效应装置形成。
在本发明的一实施例中，每个磁电阻效应装置进一步包括：一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性层；和主要包含NiFeCr的底层，该底层位于与形成被钉扎层的表面相对的反铁磁性层的表面上。
根据本发明的磁电阻效应装置，Ru、Ir、Rh或Re的氧化物膜被用于进行交换耦合的非磁性层中。在这种结构中，抑制了Ru、Ir、Rh或Re在用于交换耦合的非磁性层界面上的扩散，从而显著改进了装置的耐热性。将一硬磁膜作为被钉扎层用于该磁电阻效应装置。然而，此时，当装置的尺寸较小时，被钉扎层的磁场影响了自由层。所以，该被钉扎层最好由分层的反铁磁性耦合膜形成，该反铁磁性耦合膜磁性交换耦合于一反铁磁性膜。
在该分层反铁磁性耦合膜中，其中第一磁性层的磁化密度为M1，厚度为t1，第二磁性层的磁化密度为M2，厚度为t2，必须形成该第一和第二磁性膜，积(M1×t1)不同于积(M2×t2)，以将自由层的磁化方向旋转为外部施加磁场的方向。这是因为：当(M1×t1)＝(M2×t2)时，即使施加一磁场，自由层的磁化方向也被禁止旋转为施加磁场的方向。该被钉扎层最好由上述分层的反铁磁性耦合膜形成，该反铁磁性耦合膜磁性交换耦合于一反铁磁性膜。
主要包含钴(Co)并包含硼(B)的磁性膜可用于本发明的磁电阻效应装置被钉扎层和自由层的一部分或全部磁性膜中。利用该结构，改善了自由层的软磁特性，从而可得到具有改进灵敏度的装置。
上述磁电阻效应装置位于由磁性材料制成的两个屏蔽部之间的间隙中，从而可得到包括用于检测信号磁场的热稳定再现头的磁头。
根据本发明，可得到包括热稳定再现头的磁头，该热稳定再现头具有一由磁性材料制成的磁通引导(磁轭)部，并使用上述磁电阻效应装置来检测沿磁通引导部引入的信号磁场。
可由上述磁头、磁头的驱动部、记录信息的磁性记录介质部和信号处理部形成具有更高热稳定性的磁性记录设备。
可由上述磁电阻效应装置、用于产生一转换磁电阻效应装置中自由层磁场的磁场的导线(字线)和用于检测磁电阻效应装置中电阻变化的导线(读出线)来形成具有更高热稳定性的磁电阻效应存储装置。
另外，将上述存储装置排列成矩阵，并提供驱动电路，从而可得到具有更高热稳定性的(随机访问)存储装置。
因此，上述本发明具有如下优点：(1)提供一种具有改进的热稳定性的磁电阻效应装置，即使在400℃下也呈现稳定特性；和(2)提供一种磁头，一种磁性记录设备，和一种使用这种磁电阻效应装置的存储装置。
在参照附图阅读和理解下述详细说明后，本发明的上述和其它优点对于本领域的技术人员而言是显而易见的。
(四)附图说明
图1至3表示根据本发明的磁电阻效应装置的实例；
图4说明根据本发明的磁电阻效应装置中由外部磁场引起的自由层磁化方向的旋转；
图5表示一利用根据本发明的磁电阻效应装置生成的具有屏蔽部的磁头示例；
图6表示一利用根据本发明的磁电阻效应装置生成的具有磁轭的磁头示例；
图7表示一利用根据本发明的磁电阻效应装置生成的磁性记录再现设备的实例；
图8表示一利用根据本发明的GMR膜生成的存储装置的实例；
图9表示一利用根据本发明的TMR膜生成的存储装置的实例。
(五)具体实施方式
图1表示根据本发明的磁电阻效应装置的一个实例。磁电阻效应装置100包括一自由层101，其磁化方向可容易地被一外部磁场旋转；一被钉扎层102，其磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转；和一介于其间的非磁性层103。该被钉扎层102包括一用于交换耦合的非磁性膜104；和通过该非磁性膜104彼此反铁磁性交换耦合的磁性膜105和106，该用于交换耦合的非磁性膜104包含任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化物。
自由层101和被钉扎层102通过非磁性层103彼此磁性分离。自由层101的磁化方向相应于外部施加的磁场而自由旋转，而被钉扎层102的磁化方向不能容易地相应于外部施加的磁场而旋转。
如上所述，被钉扎层102包括通过非磁性层104彼此反铁磁性交换耦合的磁性膜105和106。本发明的一个特征在于将Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一用于非磁性层104来实现反铁磁性交换耦合。
不同的金属，如Cu、Ag、Cr、Ru、Ir等是公知的用于反铁磁性交换耦合两个磁性层的非磁性膜的材料。然而，由上述金属的氧化膜或氮化膜形成的并实现反铁磁性交换耦合的非磁性膜则不是公知的。根据本领域技术人员的一般常识，金属氧化膜不能反铁磁性交换耦合两个磁性层。即，对于本领域的技术人员而言，将一金属氧化膜用作实现两个磁性层的反铁磁性交换耦合的非磁性膜是不合理的。
例如，Cu、Ag、Cr等氧化膜不能实现两个磁性层的反铁磁性交换耦合。其理由表述如下。
两个磁性膜中的电极被称为“d-电子”。该d-电子呈现定位性能。这样，当该两个磁性膜被分成多个原子层时，急剧削弱了这两个磁性膜之间的磁性交互作用。Cu、Ag、Cr、Ru、Ir等非磁性金属膜中的电子被称为“s-电子”。当将Cu、Ag、Cr、Ru、Ir等非磁性金属膜插入两个磁性膜之间时，该s-电子呈现巡回性能。通过插入呈现巡回性能的s-电子，增强了两个磁性膜之间的d-电子的磁性交互作用。其结果是，根据两个磁性膜之间的距离(即非磁性金属膜的厚度)来反铁磁性或铁磁性交换耦合这两个磁性膜。该效应被称为“RKKY交互作用”。
然而，当将氧化膜用作该非磁性金属膜时，氧化膜中的电子不呈现巡回性能，而呈现定位性能。因此，难以反铁磁性交换耦合这两个磁性膜。
因此，对于本领域的技术人员而言，将一氧化膜用作非磁性膜以进行交换耦合是不合理的。实际上，氧化膜不被用作进行交换耦合的非磁性膜。已知即使当在两个磁性膜之间使用典型的氧化膜，例如Al2O3、SiO2等作为用于交换耦合的非磁性膜，这两个磁性膜也完全不能交换耦合。这对于Cu和Cr的氧化膜也一样。即，通过Cu或Cr可实现两个磁性膜的反铁磁性交换耦合，但通过Cu或Cr的氧化层却不能实现。
本发明的发明人已公布当将一厚度约为1nm的非常薄的氧化膜插入包含于被钉扎层内的铁磁性层中时，电子通过插入的薄氧化膜被镜面反射，其结果是明显改进了磁电阻效应(Journal of Magnetismand Magnetic Materials，210(2000)，L20-24)。
当考虑上述情况时，本发明的发明人研究并开发了一种氧化膜，该氧化膜可实现电子的镜面反射效应，并可实现两个磁性膜的反铁磁性交换耦合。作为研究和开发的结果，本发明的发明人发现Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜是例外的可实现两个磁性膜的反铁磁性交换耦合的氧化膜。另外，本发明的发明人还发现Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜具有如下所述的较高热稳定性。
与Ru、Ir、Rh和Re的金属膜相比，Ru、Ir、Rh和Re的金属氧化膜更不易扩散。具体而言，在Ru、Ir、Rh和Re的金属氧化膜中，即使在400℃或更高温度下也不会在非磁性层104的界面上引起Ru、Ir、Rh和Re的扩散。因此，包括这种氧化膜的磁电阻效应装置的特性不会恶化。另外，通过任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜，两个磁性膜105和106都能通过该氧化膜彼此反铁磁性交换耦合。这样，当将任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜用作非磁性层104时，即使在400℃或更高温度下也不会在非磁性层104的界面上引起Ru、Ir、Rh和Re的扩散。因此，可得到特性未恶化的磁电阻效应装置，即热稳定磁电阻效应装置100。
当将Cu等的金属膜用作非磁性层103时，磁电阻效应装置100变为GMR装置。在该GMR装置中，在图1的分层膜的相对侧面上设置电极以制成磁电阻效应装置。当将Al等的氧化膜用作非磁性层103时，磁电阻效应装置100成为TMR装置。在该TMR装置中，在图1的分层膜的上下表面上设置电极以制成磁电阻效应装置。
在GMR装置和TMR装置的任一个中，当自由层101的磁化方向与包含于被钉扎层102中的磁性膜105的磁化方向反向平行时，该磁电阻效应装置的电阻较高。当自由层101的磁化方向与包含于被钉扎层102中的磁性膜105的磁化方向平行时，该磁电阻效应装置的电阻较低。在每个GMR和TMR装置中，磁电阻变化率(下面称为“MR比”)高于使用NiFe等的常规磁电阻效应装置的磁电阻变化率。
图2表示作为根据本发明的磁电阻效应装置另一实例的磁电阻效应装置200的结构。在图2中，相同元件用图1的磁电阻效应装置100中所使用的相同标记表示，并省略其详细说明。
与图1的磁电阻效应装置100的结构类似，在图2的结构中，被钉扎层102包括通过非磁性层104彼此反铁磁性交换耦合的磁性膜105和106。本发明的一个特征在于将Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一用作实现反铁磁性交换耦合的非磁性层104。当将任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜用作非磁性层104时，即使在400℃或更高温度下也不会在非磁性层104的界面上引起Ru、Ir、Rh和Re的扩散。因此，可得到特性未恶化的磁电阻效应装置，即热稳定磁电阻效应装置200。
磁电阻效应装置200进一步包括一与被钉扎层102磁性交换耦合的反铁磁性层201，和主要包含NiFeCr的底层201A，该底层形成于与形成被钉扎层102的表面相对的反铁磁性层201的表面(下表面)上。
图2中，被钉扎层102与反铁磁性层201交换耦合。利用这种结构，被钉扎层102的磁化方向与图1所示的结构相比更为固定。特别是在这种情况下，当将主要包含NiFeCr的膜用作底层201A时，反铁磁性层201和被钉扎层102的交换耦合特性被改进。在该结构中，为了将铁磁性层201的交换耦合力的作用仅限制在被钉扎层102上，NiFeCr底层201A最好是非磁性膜。
图2中，使用硬磁膜来代替反铁磁性层201。然而，在这种情况下，当将该磁电阻效应装置形成为微小的形状时，硬磁性膜的磁场会影响自由层101。因此，考虑到应用于磁头或存储装置，最好使用不会受磁场影响的反铁磁性层201。
图3表示根据本发明的磁电阻效应装置再一实例的磁电阻效应装置300的结构。在图3中，用图2所示的磁电阻效应装置200中的相同标记表示相同的元件，并省略其详细说明。
与图1的磁电阻效应装置100的结构类似，在图3的结构中，被钉扎层102也包括通过非磁性层104彼此反铁磁性交换耦合的磁性膜105和106。本发明的一个特征在于将任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜用作实现反铁磁性交换耦合的非磁性层104。当将任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜用作非磁性层104时，即使在400℃或更高温度下也不会在非磁性层104的界面上引起Ru、Ir、Rh和Re的扩散。因此，可得到特性未恶化的磁电阻效应装置，即热稳定磁电阻效应装置300。
磁电阻效应装置300不同于图2的磁电阻效应装置200之处在于用自由层301代替自由层101。自由层301包括用于交换耦合的非磁性层302，和通过该非磁性膜302彼此反铁磁性交换耦合的磁性膜303和304。非磁性膜302包含任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜；当磁性膜303的磁化密度为M1、厚度为t1，而磁性膜304的磁化密度为M2、厚度为t2时，M1与t1的积、即(M1×t1)被设定为基本上不同于M2与t2的积、即(M2×t2)。
图3所示结构必须构造成(M1×t1-M2×t2)不等于零。为此，如果使用具有相同成分的两个膜，则这两个膜应具有不同的厚度。或者，即使当两个膜具有相同厚度，仅需使两个膜之间的磁化密度不同。
在图1和图2所示的每个磁电阻效应装置100和200中，如果减少装置的宽度而其厚度保持不变、即装置的尺寸减少时，反向磁场基本上与装置宽度成反比地增加。如果反向磁场变大，则磁电阻效应装置的灵敏度恶化。其结果是，在使用这种磁电阻效应装置的存储装置中，字线中的写电流增加。然而，根据本发明，因为(M1×t1)的值和(M2×t2)的值之间的差对整个自由层301的磁特性有影响，所以可通过调整(M1×t1)的值和(M2×t2)的值之间的差来消除上述问题，即由装置尺寸减少所引起的写电流增加和灵敏度恶化。
另外，当减少磁电阻效应装置的尺寸时，热波动会影响写入使用磁电阻效应装置而生成的存储装置的自由层中的信息。然而，如果使磁电阻效应装置具有图3所示的结构，即使之包括自由层301，其中两个磁性膜303和304通过非磁性膜302彼此反铁磁性交换耦合，则在这种磁电阻效应装置的基础上可实现耐热波动的热稳定存储装置。此时，最好将两个磁性膜303和304之间的磁化密度和厚度的积中的差值，即，值(M1×t1)和值(M2×t2)间的差设为大于0并等于或小于2T(特斯拉)nm的值。
这样，旋转自由层301的方向，使得在保持图4所示的反铁磁性交换耦合的同时，自由层301中由(M1×t1-M2×t2)表示的磁化方向平行于外部磁场的方向，所述自由层301包括通过非磁性膜302彼此反铁磁性交换耦合的磁性膜303和304。即使自由层301被构造成包括通过非磁性膜302彼此反铁磁性交换耦合的两个磁性膜303和304，除非如图4所示那样对装置进行操作，否则磁电阻效应装置的灵敏度较低。即，将装置设计成如图4进行操作是重要的。
另外，如图3所示，当被钉扎层102包括通过非磁性膜104彼此反铁磁性交换耦合的两个磁性膜105和106时，可得到磁化方向不易被外部磁场旋转的热稳定磁电阻效应装置。在被钉扎层102、而不是自由层301中，两个磁性膜105和106可具有相同的磁化密度和相同的厚度。在图3所示实例中，反铁磁性层201形成于被钉扎层102上。然而，根据本发明，可不提供反铁磁性层201。
在如图1和2所示的磁电阻效应装置100和200中，包含于被钉扎层102中的磁性膜105和106中的一个可由CoFeB、CoNbB、CoFeNbB等主要包含钴(Co)和5％-30％的硼(B)的磁性膜构成。利用这种结构，改进了自由层101或201的软磁性特性，因此可得到具有改进的灵敏度的装置。
类似地，在图3所示的磁电阻效应装置300中，包含于被钉扎层102中的磁性膜105和106和包含于自由层301中的磁性膜303、304之一可由CoFeB、CoNbB、CoFeNbB等主要包含钴(Co)和5％-30％的硼(B)的磁性膜构成。利用这种结构，改进了自由层301的软磁性特性，因此可得到具有改进的灵敏度的装置。
在图1至图3中，最好用Co、Fe、Co-Fe、Ni-Fe-Co等合金膜或其分层膜作为包含于被钉扎层102中的磁性膜105和106和包含于自由层301中的磁性膜303、304。另外，磁性膜303、304最好由呈现软磁性特性的膜形成。例如，最好用Ni-Fe基磁性膜或Ni-Fe-Co基磁性膜来形成磁性膜303、304。
在图1至图3中，使用硬磁性膜构成包含在被钉扎层102中的磁性膜105和106。硬磁性膜的一个实例是CoPt基膜。另外，可用包括硬磁性膜和磁性膜的分层膜来形成磁性膜105和106。分层膜的一个实例是CoPt/CoFe。另外，被钉扎层201还可包括与反铁磁性层201交换耦合的磁性膜105和106。
在图2和图3中，最好用T-Mn基合金膜形成反铁磁性层201(这里，“T”表示从Ni、Pt、Ir、Pd、Rh、Ru和Cr中选择的一种或多种元素)。该T-Mn基合金的特定实例是PtMn、RdPtMn、NiMn、IrMn、CrPtMn、RuRhMn等。另外，位于反铁磁性层201下面的底层201A最好主要由主要包括NiFeCr的材料构成。此时，该NiFeCr材料最好是非磁性的。如果该NiFeCr材料的成分包含百分之20或更多的Cr原子，则该NiFeCr材料在室温下是非磁性的。另外，与自由层301的结构类似，底层201A也可由一非磁性膜和通过该非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的两个磁性层构成。
为了得到TMR装置，磁性分离自由层和被钉扎层的非磁性层103最好由Al2O3、AlN、AlNO、BN等绝缘膜形成。为了得到GMR装置，非磁性层103最好由Cu、Au、Ag、Cr、Ru等金属膜(非磁性导电膜)形成。当具有较大旋转极化率的半金属膜位于非磁性层103和自由层101或301之间，或位于非磁性层103和被钉扎层102之间时，得到一个更大的MR比。具有较大旋转极化率的半金属膜的一个实例是Fe3O4膜。当使用Fe3O4膜时，其可期望的厚度为1nm或更小。
通过使用根据本发明的上述磁电阻效应装置，可生成一具有更高热稳定性的磁头。图5表示使用根据本发明的磁电阻效应装置所生成的磁头500的结构。磁头500包括再现头部505。该再现头部505包括上部屏蔽501、下部屏蔽502和本发明的磁电阻效应装置504，该磁电阻效应装置位于上部屏蔽501和下部屏蔽502之间的再现间隙503中。上部屏蔽501和下部屏蔽502中的每一个由磁性材料制成。
当电流流过线圈部506时，通过从上部屏蔽501和记录极(pole)507之间的记录间隙508泄漏的部分磁场将信号记录在记录介质上(未图示)。位于再现间隙503(屏蔽间隙)中的磁电阻效应装置504从记录介质(未图示)上读取信号磁场，以再现记录在该记录介质上的信号。
磁电阻效应装置504与引线相连(未图示)。当磁电阻效应装置504为GMR装置时，该引线连接到磁电阻效应装置504的左侧和右侧，并与两个屏蔽501、502绝缘。在磁电阻效应装置504为TMR装置时，该引线连接到磁电阻效应装置504的上侧和下侧。在磁电阻效应装置504为TMR装置时，该装置504可被构造以使连接到其上和下侧上的引线分别连接到上部和下部屏蔽501和502上，因此，上部和下部屏蔽501和502也可作为部分引线。利用这种结构，再现间隙503可形成得更窄。
这样，根据本发明，可得到磁头500，该磁头具有包括具有更高热稳定性的磁电阻效应装置504的再现头部505。
图6表示利用根据本发明的磁电阻效应装置生成的另一磁头600的结构。磁头600包括上部屏蔽602、下部屏蔽601和位于上部屏蔽602和下部屏蔽601之间的磁电阻效应装置504。下部屏蔽601由磁性材料制成，并作为磁轭部(磁通导引部)。图6中所示实例是当磁电阻效应装置504是TMR装置时磁头的典型结构。
如图6所示，来自记录介质(未图示)的信号磁场进入上部屏蔽602和下部屏蔽601之间的再现间隙中，并沿还作为磁轭部的下部屏蔽601前进至磁电阻效应装置504。接着，连接到磁轭部601上的磁电阻效应装置504从记录介质中读取信号磁场。磁电阻效应(TMR)装置504被连接到上部引线。下部屏蔽601还作为连接到磁电阻效应装置504上的下部引线。包含在磁电阻效应装置504中的部分或整个自由层可作为下部屏蔽601。如果磁电阻效应装置504为GMR装置，则磁电阻效应装置504必须与磁轭601绝缘。
这样，根据本发明，可得到磁头600，该磁头具有包括具有更高热稳定性的磁电阻效应装置504的磁轭。
图7是表示一利用包括根据本发明的磁电阻效应装置的磁头的磁性记录/再现设备700的透视图。利用包括根据本发明的再现头的磁头，可生成磁性记录/再现设备，例如硬盘驱动器(HDD)等。如图7所示，磁性记录/再现设备700包括：用于记录或再现磁性记录介质703中的信息的磁头701；一个臂705，其上安装磁头701；一用于驱动臂705的驱动部702；和一信号处理部704，用于处理通过磁头701从磁性记录介质703中再现的信号或通过磁头701记录在磁性记录介质703中的信号。
驱动部702驱动臂705，以使磁头701位于磁性记录介质703上的预定位置。在进行再现操作时，磁头701读取记录在磁性记录介质703中的信号。信号处理部704再现处理由磁头701从磁性记录介质703中读取的信号。在记录操作中，信号处理部704记录处理将被记录在磁性记录介质703中的信号。磁头701将信号处理部704处理后的信号记录在磁性记录介质703中。这样，根据本发明，可生成一种磁性记录/再现设备，该设备利用了包括具有更高热稳定性的再现头的磁头。
另外，通过使用根据本发明的磁电阻效应装置可生成一种存储装置，其中，磁电阻效应装置具有用于产生磁场的字线和用于读取如图8和图9所示的磁电阻效应装置的电阻的读出线。
图8表示将根据本发明的磁电阻效应装置801用作GMR装置所生成的存储装置800的结构。存储装置800包括作为GMR装置的磁电阻效应装置801。在磁电阻效应装置801的左侧和右侧上连接有用于读取记录在磁电阻效应装置801中的信息的读出线802。存储装置800还具有两条字线803和804，用于将信息写入磁电阻效应装置801中。
当具有这种结构的多个存储装置800被排列成矩阵时，信息可由来自两条字线803和804的合成磁场被选择性地写入多个磁电阻效应装置801中的一个。如图8所示，字线803中的电流方向垂直于存储装置800的横截面。如图8所示，字线804中的电流方向沿着平行于存储装置800的横截面的方向。
图9表示将根据本发明的磁电阻效应装置901用作TMR装置所生成的存储装置900的结构。存储装置900包括作为TMR装置的磁电阻效应装置901。存储装置900包括用于将信息写入姿电阻效应装置901的字线903。在磁电阻效应装置901的上和下侧上分别连接读出线902和也用作读出线的字线904。
当具有这种结构的多个存储装置900被排列成矩阵时，信息可由来自两条字线903和904的合成磁场选择地写入多个磁电阻效应装置901中的一个。如图9所示，字线903中的电流方向垂直于存储装置900的横截面。如图9所示，字线904中的电流方向沿着平行于存储装置900的横截面的方向。
图8的存储装置800和图9的存储装置900的区别在于：当多个存储装置排列成矩阵时，存储装置800的存储装置串联连接到读出线802上，而存储装置900的存储装置并联连接到读出线902上。
在每个存储装置800和900中，流入字线803和804或字线903和字线/读出线904中的电流产生一磁场，所生成的磁场反转包含在磁电阻效应装置801或901中的自由层的磁化方向，从而记录信息。
通过使用读出线802或读出线902和读出线/字线904读取磁电阻效应装置的存储状态(电阻)来实现信息读取。当自由层的磁化方向与包含于磁电阻效应装置801或901中的被钉扎层的磁化方向平行时，装置的电阻较低。当自由层的磁化方向与被钉扎层的磁化方向反平行时，装置的电阻较高。
存储装置800和900是磁性存储器，即非易失性存储器，因此不同于作为易失性存储器的DRAM。另外，存储装置800和900不同于半导体闪速存储器之处在于：存储装置800和900中的信息的写入/读取原则上可进行无数次，写入/删除信息所需时间短至纳秒，并可无损读取。
上面描述了一位存储装置的操作原理。然而，当生产实际的存储装置时，将这种一位存储装置排列为矩阵。此时，当将信息写入矩阵中地址为(N，M)的存储装置中时，由通过地址(N，M)处的存储装置之上的两条字线产生磁场。通过所产生的磁场的合成磁场写入信息。通过连接于存储装置的读出线读取地址(N，M)处的存储装置的电阻值来实现信息读取。
(实施例1)
将Si作为衬底，将Cr、Pt、CoPt、Ir、CoFe、Al、Cu、NiFe作为目标，通过溅射(sputter)来制造图1所示磁电阻效应装置100。步骤1中，在Si衬底上形成厚度为50nm的Cu/Pt/Cr膜，作为下部电极。然后，在Cu/Pt/Cr膜上制造具有下列结构的磁电阻效应装置。
实例样品1：CoPt(25)/CoFe(3)/IrO(0.8)/CoFe(3)/Al2O3(1.4)/CoFe(1)/NiFe(3)，
其中，括号中的数字表示膜的厚度(nm)。在形成Ir和Al膜之后，通过自然氧化形成IrO和Al2O3膜。
在实例样品1中，CoPt和CoFe对应于图1所示的磁性膜106。IrO对应于用于交换耦合的非磁性层104。CoFe对应于磁性膜105。Al2O3对应于非磁性膜103。CoFe和NiFe对应于自由层101。
用光刻法由实例样品1形成1μm×1μm的磁电阻效应装置。磁电阻效应装置的外围用Al2O3绝缘，并形成一通孔。在如此形成的结构上形成一Cu/Pt膜，以使上部电极的厚度为50nm。如此制造的磁电阻效应装置被热处理至400℃。接着，在室温下向该磁电阻效应装置施加500Oe的磁场，并测量磁电阻变化率(MR比)。测量结果如表1所示：
[表1]
热处理温度(℃) 300  320  340  360  380  400
实例样品1的MR比(％) 31  31  31  31  31  28
从表1可知，MR比随着温度的增加基本保持不变。因此，磁电阻效应装置100具有较高的热稳定性。
(实施例2)
将Si作为衬底，将Pt、Ru、PtMn、CoFe、Cu、Al、NiFe、NiFeCr作为目标，通过溅射来制造图2所示磁电阻效应装置200。步骤1中，在Si衬底上形成厚度为50nm的Cu/Pt膜，作为下部电极。接着，在Cu/Pt膜上制造具有下列结构的磁电阻效应装置。
实例样品2：PtMn(25)/CoFe(3)/RuO(0.8)/CoFe(3)/Al2O3(1.4)/CoFe(1)/NiFe(4)，
另外，制造包括用于PtMn层的NiFeCr底层的磁电阻效应装置。
实例样品2A：NiFeCr(4)/PtMn(25)/CoFe(3)/RuO(0.8)/CoFe(3)/Al2O3(1.4)/CoFe(1)/NiFe(4)，
为了比较，制造具有如下所示常规结构的样品。
常规样品A：PtMn(25)/CoFe(6)/Al2O3(1.2)/CoFe(1)/NiFe(4)。
在实例样品2中，PtMn对应于图2中所示的反铁磁性层201。CoFe对应于磁性膜106。RuO对应于用于交换耦合的非磁性层104。CoFe对应于磁性膜105。Al2O3对应于非磁性膜103。CoFe和NiFe对应于自由层101。在实例样品2A中，NiFeCr对应于底层201A。其它成分与实例样品2的相同。
在形成Ru和Al膜之后，通过自然氧化形成RuO和Al2O3膜。在将这些样品在280℃下在磁场中热处理两个小时之后，用光刻法由实例样品2、实例样品2A和常规样品A形成1μm×1μm的磁电阻效应装置。所构成的每个磁电阻效应装置的外围都用Al2O3绝缘，并形成一通孔。在如此形成的结构上形成一Cu/Pt膜，使上部电极的厚度为50nm。如此制造的磁电阻效应装置被热处理至400℃。接着，向该磁电阻效应装置施加500Oe的磁场，并测量MR比。测量结果如表2所示：
[表2]
热处理温度(℃) 300  320  340  360  380  400
实例样品2的MR比(％) 45  45  45  45  43  35
实例样品2A的MR比(％) 46  46  46  46  44  39
常规样品A的MR比(％) 42  40  18  2  0  0
从表2可知，与常规装置相比，磁电阻效应装置200具有更高的热稳定性。
(实施例3)
将Si作为衬底，将Ta、NiFeCr、RuO2、PtMn、CoFe、Cu、CoFeB作为目标，通过溅射来制造图2所示磁电阻效应装置200。步骤1中，在Si衬底上形成厚度为6nm的Ta/NiFeCr膜。接着，在Ta/NiFeCr膜上制造具有下列结构的磁电阻效应装置。
实例样品3：PtMn(15)/CoFe(2)/RuO(0.8)/CoFe(2)/Cu(2.4)/CoFe(2)/Cu(1)/Ta(3)，
实例样品3A：PtMn(15)/CoFeB(1)/CoFe(1.5)/RuO(0.8)/CoFe(2)/Cu(2.4)/CoFe(2)/Cu(1)/Ta(3)，
(其中，“RuO”膜是Ru的氧化膜，但不表示Ru和O之间的比率为1∶1。这对于IrO和Al2O3也是一样的。)
为了比较，制造具有如下所示常规结构的样品。
常规样品B：PtMn(15)/CoFe(4)/Cu(2.4)/CoFe(2)/Cu(1)/Ta(3)。
在实例样品3中，PtMn对应于图2中所示的反铁磁性层201。CoFe对应于磁性膜106。RuO对应于用于交换耦合的非磁性层104。CoFe对应于磁性膜105。Cu对应于非磁性膜103。CoFe对应于自由层101。Cu和Ta对应于顶层(未示出)。在实例样品3A中，CoFeB和CoFe对应于磁性膜106。其它成分与实例样品3的相同。
在将这些样品在280℃下在磁场中热处理两个小时之后，用光刻法将实例样品3、实例样品3A和常规样品B的膜形成为0.5μm×1μm的结构，并在其上形成电极以生成磁电阻效应装置。在室温下测量每个磁电阻效应装置的MR比，并检验每个磁电阻效应装置的自由层的矫顽力HC。检验结果表示如下：
          样品3    样品3A    样品B
Hc(Oe)    6        1         9
从结果可知，在被钉扎层102的磁性膜106中使用CoFeB的磁电阻效应装置中，自由层101的软磁性特性明显改进。此后，磁电阻效应装置被热处理至400℃。接着，在室温下向该磁电阻效应装置施加500Oe的磁场，并测量MR比。测量结果如表3所示：
[表3]
热处理温度(℃) 300  320  340  360  380  400
实例样品3的MR比(％) 11  11  11  11  9  1
实例样品3A的MR比(％) 10  10  10  10  8  1
常规样品B的MR比(％) 9  9  2  0  0  0
从表3可知，与常规装置相比，本发明的磁电阻效应装置具有更高的热稳定性。
(实施例4)
将Si作为衬底，将Pt、PtMn、CoFe、Ru、Al、Cu、NiFe、NiFeCr作为目标，通过溅射来制造图3所示磁电阻效应装置300。步骤1中，在Si衬底上形成厚度为50nm的Cu/Pt膜，作为下部电极。接着，在Cu/Pt膜上制造具有下列结构的磁电阻效应装置。
实例样品4：PtMn(25)/CoFe(3)/RuO(0.8)/CoFe(3)/Al2O3(1.4)/NiFe(3)/RuO(0.8)/NiFe(2)，
另外，制造包括一NiFeCr底层的磁电阻效应装置。
实例样品4A：NiFeCr(4)/PtMn(25)/CoFe(3)/RuO(0.8)/CoFe(3)/Al2O3(1.4)/NiFe(3)/RuO(0.8)/NiFe(2)，
为了比较，制造具有如下所示常规结构的样品。
常规样品C：PtMn(25)/CoFe(3)/Ru(0.7)/CoFe(3)/Al2O3(1.4)/NiFe(5)。
在实例样品4中，PtMn对应于图3中所示的反铁磁性层201。CoFe对应于磁性膜106。RuO对应于进行交换耦合的非磁性层104。CoFe对应于磁性膜105。Al2O3对应于非磁性膜103。NiFe对应于磁性膜304。RuO对应于进行交换耦合的非磁性层302。NiFe对应于磁性膜303。在实例样品4A中，NiFeCr对应于底层201A。其它成分与实例样品4的相同。
在将这些样品在280℃下在磁场中热处理两个小时之后，用光刻法将实例样品4、实例样品4A和常规样品C的膜形成为0.2μm×0.3μm的结构。所形成的每个结构的外围都用Al2O3绝缘，并形成一通孔。在所形成的结构上形成一Cu/Pt膜，以使上部电极的厚度为50nm。如此制造的磁电阻效应装置被热处理至400℃。接着，向该磁电阻效应装置施加500Oe的磁场，并测量MR比。测量结果如表4所示：
[表4]
热处理温度(℃) 300  320  340  360  380  400
实例样品4的MR比(％) 41  41  41  41  40  37
实例样品4A的MR比(％) 42  42  42  42  42  39
常规样品C的MR比(％) 41  41  28  2  0  0
从表4可知，与常规装置相比，本发明的磁电阻效应装置具有更高的热稳定性。还检验了MR比对测量的磁场H的依赖性。检验结果表示如下：
             H＝40Oe     H＝80Oe     H＝120Oe
实例样品4    MR＝39％    MR＝40％    MR＝41％
实例样品4A   MR＝39％    MR＝41％    MR＝42％
常规样品C    MR＝4％     MR＝28％    MR＝39％
从该结果可知，即使当施加的磁场弱时，磁电阻效应装置300也呈现足够大的MR比。这是因为自由层301由通过非磁性层302彼此反铁磁性交换耦合的磁性膜303和304形成，因此，认为抵抗外部磁场的自由层301的NiFe膜的有效厚度约为1nm。而常规样品C中的最上层NiFe层的厚度为5nm。因此，如果装置尺寸与样品C一样小，则反向磁场变大。另外，当磁场变得更小时，自由层的磁化方向的旋转变得更困难。因此，假设由于上述原因使得利用弱磁场不能获得较大的MR比。此外，检验上述每个磁电阻效应装置的MR曲线的不对称性。在实例样品4和4A中基本上未发现不对称性，而在常规样品C中发现了一定程度的不对称性。
(实施例5)
将Si作为衬底，将Ta、NiFeCr、RuO2、PtMn、CoFe、Cu、和NiFe作为目标，通过溅射来制造图3所示磁电阻效应装置300。步骤1中，在Si衬底上形成Ta/NiFeCr膜，以具有6nm的厚度。接着，在Ta/NiFeCr膜上制造具有下列结构的磁电阻效应装置。
实例样品5：PtMn(15)/CoFe(2)/RuO(0.8)/CoFe(2)/Cu(2.4)/CoFe(1)/NiFe(1)/RuO(0.8)/NiFe(1.5)/Ta(3)，
为了比较，制造具有如下所示常规结构的样品。
常规样品D：PtMn(15)/CoFe(2)/Ru(0.7)/CoFe(2)/Cu(2.4)/CoFe(1)/NiFe(2.5)/Ta(3)。
在实例样品5中，PtMn对应于图3中所示的反铁磁性层201。CoFe对应于磁性膜106。RuO对应于进行交换耦合的非磁性层104。CoFe对应于磁性膜105。Cu对应于非磁性膜103。CoFe和NiFe对应于磁性膜304。RuO对应于进行交换耦合的非磁性层302。NiFe对应于磁性膜303。Ta对应于顶层(未图示)。
在将这些样品在280℃下在磁场中热处理两个小时之后，用光刻法将实例样品5、实例样品5A和常规样品D的膜形成为0.2μm×0.3μm的结构，并在其上形成电极以生成磁电阻效应装置。如此制造的磁电阻效应装置被热处理至400℃。接着，向该磁电阻效应装置施加500Oe的磁场，并测量MR比。测量结果如表5所示：
[表5]
热处理温度(℃) 300  320  340  360  380  400
实例样品5的MR比(％) 9  9  9  9  8  1
常规样品D的MR比(％) 9  9  4  0  0  0
从表5可知，与常规装置相比，本发明的磁电阻效应装置300具有更高的热稳定性。还检验了MR比对测量的磁场H的依赖性。检验结果表示如下：
             H＝40Oe    H＝80Oe    H＝120Oe
实例样品5    MR＝8％    MR＝9％    MR＝9％
常规样品D    MR＝2％    MR＝6％    MR＝8％
从该结果可知，当装置具有如此小的尺寸时，与常规装置相比，本发明的磁电阻效应装置300具有对磁场的更高的灵敏度。
(实施例6)
通过使用实施例3中所生成的实例样品3的GMR膜和常规样品B的GMR膜作为磁电阻效应装置504而生成具有图5所示结构的磁头500。磁头500的记录极507和屏蔽501和502由镀NiFe膜制成。再现头部505的GMR装置504的磁道宽度为0.3μm，MR高度也为0.3μm。为了检验所生成的磁头500的热稳定性，将该磁头500存在150℃恒温炉内，向该磁头500施加5天的5mA电流，并比较这种热试验之前和之后该磁头500的输出值。结果，由实例样品3生成的磁头500的输出值下降约1％，而由常规样品B生成的磁头的输出值下降约33％。因此，发现与常规磁头相比，根据本发明的磁头500的热稳定性显著改进了。通过使用本发明的磁头500，生成如图7所示的包括磁头500的驱动器、磁性记录介质盘和信号处理部的二十个磁性记录/再现设备700。所生成的磁性记录/再现设备700在130℃的恒温炉内经历耐热试验。我们确定二十个设备700中没有一个恶化。
(实施例7)
通过使用实施例2中生成的实例样品2和2A的TMR膜、实施例4中生成的实例样品4的TMR膜和常规样品A和B的TME膜作为磁电阻效应装置504而生成具有图6所示结构的磁头600。磁头600的屏蔽601和602由镀NiFe膜制成。但是，在实施例7中，在CMP抛光屏蔽601的镀NiFe膜后，用与实施例2和4中描述的相反的顺序来形成TMR膜，即，TMR膜的形成以NiFe膜开始，以PtMn膜结束。接着，在所形成的结构上形成电极膜。再现头部的TMR装置形成为0.5μm×0.5μm的形状。为了检验所生成的磁头600的热稳定性，将该磁头600存在150℃的恒温炉内，向该磁头500施加5天的0.2V电压，并比较这种热试验之前和之后该磁头600的输出值。结果，由实例样品2、2A和4生成的磁头600的输出值下降约4％，而由常规样品A和B生成的磁头的输出值下降约21％。因此，我们发现与常规磁头相比，根据本发明的磁头600的热稳定性显著改进了。
(实施例8)
通过使用实施例5中生成的实例样品5和常规样品D作为磁电阻效应装置801生成具有图8所示的磁电阻效应存储装置800。首先，读出线被连接到实例样品5和常规样品D的两侧，形成Al2O3膜以与所形成的每个结构绝缘。接着，在该Al2O3膜上形成Cu字线804。在字线804上形成另一用于绝缘的Al2O3膜。在所形成的结构上形成Cu字线803，从而生成图8所示的磁电阻效应存储装置800。产生的存储装置800被排列成64×64的矩阵以获得磁性随机访问存储器(MRAM)的试验产品。在380℃下用氢烧结来处理该MRAM试验产品，并在这种处理后的试验产品中用字线803和804进行写入和读出操作。结果，在使用本发明的实例样品5生成的MRAM中，识别出一个再现信号，而在使用常规样品D生成的MRAM中，不能识别出再现信号。
(实施例9)
通过使用实施例4中生成的实例样品4和4A和常规样品C作为磁电阻效应装置901而生成具有图9所示的磁电阻效应存储装置900。在每个磁电阻效应存储装置中，装置901的下部电极被用作字线/读出线904，装置901的上部电极被用作读出线902。在这种结构上形成一用于绝缘的Al2O3膜，并在该Al2O3膜上形成Cu字线903，从而生成具有图9所示结构的磁电阻效应存储装置900。生成的存储装置900的电阻约为10KΩ。允许电流流过字线903和904，以产生磁场。利用该磁场，反转自由层的磁化方向，从而记录信息“1”。之后，允许电流以相反方向流过字线903和904，以引起自由层的磁化方向反转，从而记录信息“2”。在上述两个状态的每一个状态下，在读出线902和904之间施加一偏置电压，使得其间流过0.05mA的传感电流，从而测量信息“1”和信息“2”时装置的输出值。在由实例样品4或4A生成的装置和由常规样品C生成的装置中，都可获得约150mV的高输出值。
接着，将具有这种结构的存储装置排列成64×64的矩阵，以获得磁性随机访问存储器(MRAM)的试验产品。首先，其中每个作为开关晶体管(SW-Tr)的CMOS被排列成矩阵，并用CMP-抛光进行平整，具有上述结构的磁电阻效应存储装置被排列成矩阵，以一对一的方式与CMOS对应。最后，在380℃下用氢烧结来处理所形成的结构。
在矩阵中地址(N，M)处的存储装置中进行记录操作时，首先，允许电流流过横穿地址(N，M)处的存储装置的字线，并由这些电流生成一合成磁场。通过所产生的合成磁场，将信息记录在地址(N，M)处的存储装置中。在读取操作中，通过对应的CMOS开关晶体管来选择所需的存储装置，并比较所选装置的电阻值和参考电阻值，以从每个存储装置中读取信息。在这些操作中，在利用实例样品4或4A生成的MRAM中，得到一较大输出，其大小与利用实例样品4或4A所生成的单个存储装置中获得的一样。然而，在用常规样品C生成的MRAM中，未获得任何输出。假设这是因为本发明的存储装置可确保在380℃下的氢烧结，而常规存储装置却不能。
如上所述，根据本发明，可生成即使在400℃下的热处理后仍能稳定操作的具有改进热稳定性的磁电阻效应装置和磁头、通过使用本发明的热稳定磁电阻效应装置而生成的磁性记录介质和存储装置。
在不脱离本发明的范围和精神的情况下，其它不同的改进对于本领域的技术人员而言是显而易见的，并可容易作出。因此，下面的权利要求的范围并不仅限于这里作出的描述。

Claims (28)

1.一种磁电阻效应装置，包括：
一自由层，其磁化方向可容易地被一外部磁场旋转；
一非磁性层；和
一被钉扎层，其磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，
其中被钉扎层包括：
一用于交换耦合的第一非磁性膜；和
通过第一非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，和
第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一。
2.根据权利要求1的磁电阻效应装置，其中该磁电阻效应装置为沟道型磁电阻效应装置。
3.根据权利要求1的磁电阻效应装置，其中进一步包括一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性膜。
4.根据权利要求1的磁电阻效应装置，其中
该自由层包括：
用于交换耦合的一第二非磁性膜，和
通过第二非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第三和第四磁性膜；
用于交换耦合的第二非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；和
第三磁性膜的磁化密度为M1，厚度为t1，第四磁性膜的磁化密度为M2，厚度为t2，积M1×t1不同于积M2×t2。
5.根据权利要求4的磁电阻效应装置，其中第一至第四磁性膜中的至少一个主要包含钴Co并包含硼B。
6.根据权利要求1的磁电阻效应装置，其中第一和第二磁性膜中的至少一个主要包含钴Co并包含硼B。
7.根据权利要求1的磁电阻效应装置，其中进一步包括：
一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性层；和
主要包含NiFeCr的底层，该底层位于与形成被钉扎层的表面相对的反铁磁性层的表面上。
8.根据权利要求1的磁电阻效应装置，其中，
第一磁性膜的磁化密度为M1，厚度为t1，第二磁性膜的磁化密度为M2，厚度为t2，积M1×t1不同于积M2×t2。
9.根据权利要求8的磁电阻效应装置，其中该磁电阻效应装置为沟道型磁电阻效应装置。
10.根据权利要求8的磁电阻效应装置，其中进一步包括：
一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性层；和
主要包含NiFeCr的底层，该底层位于与形成被钉扎层的表面相对的反铁磁性层的表面上。
11.一种磁头，用于检测来自记录介质的信号磁场，包括：
分别包括一种磁性物质的两个屏蔽部；和
位于该两个屏蔽部之间的间隙中的如权利要求1所述的磁电阻效应装置。
12.一种磁头，用于检测来自记录介质的信号磁场，包括：
分别包括一种磁性物质的两个屏蔽部；和
位于该两个屏蔽部之间的间隙中的如权利要求8所述的磁电阻效应装置。
13.一种磁头，包括：
一包括一种磁性物质的磁通引导部；和
用于检测由磁通引导部引入的信号磁场的如权利要求1所述的磁电阻效应装置。
14.一种磁头，包括：
一包括一种磁性物质的磁通引导部；和
用于检测由磁通引导部引入的信号磁场的如权利要求8所述的磁电阻效应装置。
15.一种磁性记录设备，包括：
用于将信号记录在记录介质中的磁头；
一个臂，其上安装磁头；
一驱动该臂的驱动部；和
一信号处理部，用于处理信号，并将处理后的信号提供给磁头；
其中该磁头检测来自记录介质的信号磁场，包括：
包括磁性物质的两个屏蔽部；和
位于该两个屏蔽部之间的间隙中的磁电阻效应装置，该磁电阻效应装置包括：
一自由层，其磁化方向可容易地被一外部磁场旋转；
一非磁性层；和
一被钉扎层，其磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，
其中被钉扎层包括：
一用于交换耦合的第一非磁性膜；和
通过第一非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，和
第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一。
16.一种磁性记录设备，包括：
用于将信号记录在记录介质中的磁头；
一个臂，其上安装磁头；
一驱动该臂的驱动部；和
一信号处理部，用于处理信号，并将处理后的信号提供给磁头；
其中该磁头检测来自记录介质的信号磁场，包括：
包括磁性物质的两个屏蔽部；和
位于该两个屏蔽部之间的间隙中的磁电阻效应装置，该磁电阻效应装置包括：
一自由层，其磁化方向可容易地被一外部磁场旋转；
一非磁性层；和
一被钉扎层，其磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，
其中该自由层包括：
一用于交换耦合的第一非磁性膜；和
通过第一非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，
第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一，和
第一磁性膜的磁化密度为M1，厚度为t1，第二磁性膜的磁化密度为M2，厚度为t2，积M1×t1不同于积M2×t2。
17.一种磁性记录设备，包括：
用于将信号记录在记录介质中的磁头；
一个臂，其上安装磁头；
一驱动该臂的驱动部；和
一信号处理部，用于处理信号，并将处理后的信号提供给磁头；
其中该磁头包括：
一包括磁性物质的磁通引导部；和
用于检测由磁通引导部引入的信号磁场的磁电阻效应装置，该磁电阻效应装置包括：
一自由层，其磁化方向可容易地被一外部磁场旋转；
一非磁性层；和
一被钉扎层，其磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，
其中被钉扎层包括：
一用于交换耦合的第一非磁性膜；和
通过第一非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，和
第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一。
18.一种磁性记录设备，包括：
用于将信号记录在记录介质中的磁头；
一个臂，其上安装磁头；
一驱动该臂的驱动部；和
一信号处理部，用于处理信号，并将处理后的信号提供给磁头；
其中该磁头包括：
一包括一种磁性物质的磁通引导部；和
用于检测由磁通引导部引入的信号磁场的磁电阻效应装置，该磁电阻效应装置包括：
一自由层，其磁化方向可容易地被一外部磁场旋转；
一非磁性层；和
一被钉扎层，其磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，
其中该自由层包括：
一用于交换耦合的第一非磁性膜；和
通过第一非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，
第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一，和
第一磁性膜的磁化密度为M1，厚度为t1，第二磁性膜的磁化密度为M2，厚度为t2，积M1×t1不同于积M2×t2。
19.一种磁电阻效应存储装置，包括：
一磁电阻效应装置，
一字线，用于产生磁场以转换自由层的磁化方向；和
一读出线，用于检测磁电阻效应装置的电阻变化，
该磁电阻效应装置包括：
一自由层，其磁化方向可容易地被一外部磁场旋转，
一非磁性层，和
一被钉扎层，其磁化方向不能容易地被一外部磁场旋转，该被钉扎层位于与形成自由层的表面相对的非磁性层的表面上，
其中该被钉扎层包括：
一用于交换耦合的非磁性膜；和
通过非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第一和第二磁性膜，
用于交换耦合的非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一。
20.根据权利要求19的磁电阻效应存储装置，其中该磁电阻效应装置进一步包括一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性膜。
21.根据权利要求19的磁电阻效应存储装置，其中自由层包括：
用于交换耦合的第二非磁性层；和
通过该第二非磁性膜彼此反铁磁性交换耦合的第三和第四磁性膜；
用于交换耦合的第二非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；和
第三磁性膜的磁化密度为M1，厚度为t1，第四磁性膜的磁化密度为M2，厚度为t2，积M1×t1不同于积M2×t2。
22.根据权利要求21的磁电阻效应存储装置，其中第一至第四磁性膜中的至少一个主要包含钴Co并包含硼B。
23.根据权利要求19的磁电阻效应存储装置，其中第一和第二磁性膜中的至少一个主要包含钴Co并包含硼B。
24.根据权利要求19的磁电阻效应存储装置，其中该磁电阻效应装置进一步包括：
一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性层；和
主要包含NiFeCr的底层，该底层位于与形成被钉扎层的表面相对的反铁磁性层的表面上。
25.根据权利要求19的磁电阻效应存储装置，其中，
第一磁性膜的磁化密度为M1，厚度为t1，第二磁性膜的磁化密度为M2，厚度为t2，积M1×t1不同于积M2×t2。
26.根据权利要求25的磁电阻效应存储装置，其中该磁电阻效应装置进一步包括：
一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性层；和
主要包含NiFeCr的底层，该底层位于与形成被钉扎层的表面相对的反铁磁性层的表面上。
27.一种存储装置，通过将如权利要求19所述的磁电阻效应装置排列成矩阵而形成。
28.根据权利要求27的存储装置，其中每个磁电阻效应装置进一步包括：
一与被钉扎层磁性交换耦合的反铁磁性层；和
主要包含NiFeCr的底层，该底层位于与形成被钉扎层的表面相对的反铁磁性层的表面上。
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