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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Magnetowiderstands-Dünnschichtelement vom "Drehventil"- oder "Spinventil"-Typ, welches seinen
elektrischen Widerstand abhängig
von der Beziehung zwischen der festgelegten Magnetisierungsrichtung
einer fixierten magnetischen Schicht und der Magnetisierungsrichtung
einer freien magnetischen Schicht ändert, wobei letztere von äußeren Magnetfeldern
beeinflußt
wird. Speziell betrifft die Erfindung ein Magnetowiderstands-Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ (im folgenden einfach als Magnetowiderstands-Dünnschichtelement
oder – wenn
kein Zweifel darüber
besteht, was gemeint ist – einfach
als Magnetowiderstandselement oder Dünnschichtelement bezeichnet),
bei dem die Magnetisierung der fixierten magnetischen Schicht dadurch
in einem noch stärker
stabilisierten Zustand gehalten werden kann, daß man einen Lesestrom in eine
geeignete Richtung fließen
läßt. Schließlich betrifft
die Erfindung auch einen Dünnschichtmagnetkopf
mit einem solchen Dünnschichtelement.
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Im
Zusammenhang mit der Beschreibung des Stands der Technik aber auch
mit der Beschreibung der Erfindung werden die Einheiten "Oersted" und "Angström" verwendet. Für die Umrechnung
in die gesetzlichen Einheiten "Ampere
pro Meter" bzw. "Meter" gilt: 1 Oe = 1000/4 π A/m bzw.
1 Angström
= 10–10 m.
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Ein
Magnetowiderstands-Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ ist ein GMR-Element
(abgeleitet von giant magnetoresistive, also ein Element mit Riesen-Magnetoresistenzeffekt),
welches von dem Riesen-Magnetoresistenzeffekt Gebrauch macht und
dazu dient, aufgezeichnete Magnetfelder von Aufzeichnungsträgern, beispielsweise
Festplatten oder dergleichen, zu erfassen. Das Magnetowiderstandselement
hat verschiedene Vorteile, so zum Beispiel besitzt es einen relativ
einfachen Aufbau für
ein GMR-Element, und es ändert
den Widerstand auch bei schwachen Magnetfeldern.
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In
seiner einfachsten Form besteht das Magnetowiderstandselement aus
einer antiferromagnetischen Schicht, einer fixierten magnetischen
Schicht, einer nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht und
einer freien magnetischen Schicht. 28 ist
eine Querschnittansicht eines bekannten Magnetowiderstands-Dünnschichtelements
vom Drehventil-Typ,
betrachtet von der Seite gegenüber
einem Aufzeichnungsträger.
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29 ist eine Querschnittsdarstellung des in 28 gezeigten Magnetowiderstandselements von der
Seite.
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Auf
einer aus Ta (Tantal) gebildeten Basisschicht 1 ist eine
antiferromagnetische Schicht 2, und auf dieser wiederum
eine fixierte magnetische Schicht 3 gebildet.
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Die
fixierte magnetische Schicht 3 ist in Kontakt mit der antiferromagnetischen
Schicht 2 ausgebildet, wodurch an der Grenzfläche zwischen
den Schichten 2 und 3 ein Austausch-Koppelmagnetfeld
(ein anisotropes Austausch-Magnetfeld) erzeugt wird, wodurch die
Magnetisierung der fixierten magnetischen Schicht gemäß der Darstellung
in der Figur in Y-Richtung
festgelegt wird.
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Auf
der fixierten magnetischen Schicht 3 ist eine aus Cu oder
dergleichen bestehende nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht 4 ausgebildet,
und auf dieser wiederum ist eine freie magnetische Schicht 5 ausgebildet.
Auf beiden Seiten der freien magnetischen Schicht 5 befinden
sich hartmagnetische Vormagnetisierungsschichten 6, beispielsweise
gebildet aus einer Co-Pt-(Kobalt-Platin-)Legierung. Die hartmagnetischen
Vormagnetisierungsschichten 6 sind gemäß der Figur in X-Richtung magnetisiert,
so daß die
Magnetisierung der freien magnetischen Schicht 5 in X-Richtung
ausgerichtet wird. Die Schwankung der Magnetisierung der freien
magnetischen Schicht 5 und die festgelegte Magnetisierung
der fixierten Magnetschicht 3 kreuzen einander. Außerdem ist
eine aus Ta oder dergleichen gebildete Schutzschicht 7 sowie
eine Leiterschicht 8 aus Cu oder dergleichen vorgesehen.
Bei diesem Magnetowiderstandselement fließt ein Lesestrom aus der Leiterschicht
entweder in Richtung X oder in die der X-Richtung entgegengesetzte
Richtung, wobei die nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht 4 im
wesentlichen die Mitte bildet. Wenn die Magnetisierung der freien magnetischen
Schicht 5 in X-Richtung ausgerichtet ist, dabei jedoch
Schwankungen unterliegt aufgrund eines Magnetfeldes, welches aus
dem Aufzeichnungsträger
streut, beispielsweise aus einer Festplatte, so ändert sich der elektrische
Widerstand abhängig
von der Beziehung zwischen der Magnetisierung der freien magnetischen
Schicht 5 und der Magnetisierung der fixierten magnetischen
Schicht 3, die in dieser Figur in Y-Richtung festgelegt
ist, und hierdurch wird das aus dem Aufzeichnungsträger streuende
Magnetfeld nachgewiesen durch eine Spannungsänderung aufgrund der Änderung
der elektrischen Widerstandswerte.
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Bei
den bekannten Ausgestaltungen dienen FeMn-Legierungen, NiO, NiMn-Legierungen
und ähnliches
als Material für
die antiferromagnetische Schicht 2. Bei diesen Beispielen
erübrigt
die Verwendung von FeMn-Legierungen oder NiO als antiferromagnetisches
Material eine Wärmebehandlung
zum Erzeugen eines Austausch-Koppelmagnetfelds an der Grenzfläche zwischen
der antiferromagnetischen Schicht 2 und der fixierten magnetischen
Schicht 3, allerdings macht die Verwendung von NiMn als
antiferromagnetisches Material eine Wärmebehandlung erforderlich.
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Bei
den bekannten Einrichtungen werden als antiferromagnetische Werkstoffe
für die
Schicht 2 NiMn-Legierungen, FeMn-Legierungen, NiO etc.
verwendet.
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Bei
diesen Stoffen allerdings, insbesondere bei FeMn-Legierungen und
NiO-Legierungen, beträgt
die Sperrtemperatur 200°C
oder weniger, was bedeutet, daß es
diesen Werkstoffen an Stabilität
mangelt. Insbesondere in den letzten Jahren hat die Drehzahl von
Aufzeichnungsträgern
ebenso wie die Stärke
des aus der Schicht 8 fließenden Lesestroms zugenommen,
wobei die Umgebungstemperatur innerhalb der Geräte hohe Werte von beispielsweise
200°C oder
darüber
erreicht. Verwendet man also ein antiferromagnetisches Material
mit einer niedrigen Sperrtemperatur für die antiferromagnetische
Schicht 2 des Magnetowider standselements, so reduziert
dies das Austausch-Koppelmagnetfeld (das anisotrope Austausch-Magnetfeld),
welches an der Grenzfläche
zwischen der antiferromagnetischen Schicht 2 und der fixierten
magnetischen Schicht 3 erzeugt wird, demzufolge die Magnetisierung
der fixierten magnetischen Schicht 3 nicht in der ausreichend
exakten Weise in Y-Richtung
festgelegt werden kann. Hierdurch entsteht ein Abfall des ΔMR-Werts
(Geschwindigkeit der Widerstandsänderung).
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Die
Sperrtemperatur bestimmt sich allein durch das antiferromagnetische
Material der Schicht 2, so daß auch dann, wenn die Struktur
des Magnetowiderstandselements verbessert wird, die Sperrtemperatur selbst
nicht angehoben werden kann.
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Die
US-A-5 701 223 offenbart einen Aufbau, bei dem die fixierte magnetische
Schicht verbessert ist und auch das Austausch-Koppelmagnetfeld verbessert
werden kann. Allerdings wird dabei NiO als antiferromagnetisches
Material verwendet, so daß die
Sperrtemperatur bei etwa 200°C
liegt, und auch wenn man das Austausch-Koppelmagnetfeld bei Zimmertemperatur
verstärken
kann, so wird das Austausch-Koppelmagnetfeld des Magnetowiderstandselements
kleiner, wenn der Aufzeichnungsträger unter Temperaturbedingungen arbeitet,
bei denen eine Temperatur von 200°C
oder darüber
erreicht wird. Das Austausch-Koppelmagnetfeld wird 0, so daß möglicherweise überhaupt
kein ΔMR
erhalten wird.
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Andererseits
besitzen NiMn-Legierungen höhere
Sperrtemperaturen als NiO- oder FeMn-Legierungen, allerdings sind
Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit
und dergleichen schlecht, so daß ein
antiferromagnetischer Werkstoff mit höheren Temperaturen aber gleichzeitig
hervorragenden Eigenschaften wie gute Korrosionsbeständigkeit
erwünscht
sind.
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Außerdem fließt gemäß obiger
Beschreibung der Lesestrom aus der Leiterschicht 8 hauptsächlich in der
durch die nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht 4 gebildeten
Mitte, wo ein niedriger Widerstand herrscht, so daß ein Lesestrom-Magnetfeld
entsprechend der Korken zieherregel aufgrund des Lesestroms entsteht.
Hierdurch wiederum ergibt sich das Problem, daß das Lesestrom-Magnetfeld
die festgelegte Magnetisierung der fixierten Magnetschicht 3 beeinflußt.
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Wie
aus 29 ersichtlicht
ist, ist die Magnetisierung der fixierten Magnetschicht 3 in
Y-Richtung der Figur gerichtet, falls jedoch das Lesestrom-Magnetfeld
aufgrund des fließenden
Lesestroms im Bereich der fixierten Magnetschicht 3 in
Y-Richtung verläuft,
so passen die Richtung der festgelegten Magnetisierung der fixierten
magnetischen Schicht 3 und die Richtung des Lesestrom-Magnetfelds
nicht zusammen, demzufolge die festgelegte Magnetisierung durch
das Lesestrom-Magnetfeld beeinflußt und wellig wird, so daß das Problem
eines instabilen Magnetisierungszustands entsteht.
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Insbesondere
dann, wenn ein antiferromagnetischer Werkstoff wie eine NiO- oder
eine FeMn-Legierung, die nur ein schwaches Austausch-Koppelmagnetfeld
(anisotropes Austausch-Magnetfeld), an der Grenzfläche zwischen
der Schicht 3 und der antiferromagnetischen Schicht 2 erzeugt,
wobei die Legierung eine niedrige Sperrtemperatur besitzt, so ergibt
sich eine Verschlechterung des festgelegten Magnetismus in der fixierten
magnetischen Schicht 3 dann, wenn die festgelegte Magnetisierungsrichtung
der Schicht 3 und die Richtung des Lesestrom-Magnetfelds
in entgegengesetzte Richtungen weisen, so daß möglicherweise eine Zerstörung in
Form einer Umkehrung der festgelegten Magnetisierung stattfindet.
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In
den vergangenen Jahren gab es den Trend, einen starken Lesestrom
einzusetzen, um mit höheren Dichten
arbeiten zu können,
allerdings ist es bekannt, daß ein
Lesestrom von 1mA ein Lesestrom-Magnetfeld von etwa 30 (Oe) erzeugt,
und daß die
Bauelement-Temperatur um etwa 15°C
ansteigt, so daß bei
mehreren zehn mA Lesestrom ein plötzlicher Temperaturanstieg
des Bauelements stattfindet und ein sehr starkes Lesestrom-Magnetfeld
entsteht.
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Um
also die thermische Stabilität
der festgelegten Magnetisierung der fixierten Magnetschicht 3 zu verbessern,
muß ein
antiferromagnetisches Material mit hoher Sperrtemperatur ausgewählt werden,
welches ein starkes Austausch-Koppelmagnetfeld (anisotropes Austausch-Magnetfeld)
an der Grenzfläche
zwischen der fixierten magnetischen Schicht 3 und der antiferromagnetischen
Schicht 2 erzeugt, wobei der Lesestrom in eine geeignete
Richtung gelenkt werden muß,
so daß die
Magnetisierung der fixierten magnetischen Schicht 3 nicht
durch das Lesestrom-Magnetfeld zerstört wird.
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Die
US-A-5 701 223 offenbart, die fixierte magnetische Schicht aufzuteilen
in zwei Schichten, wobei die Magnetisierung der beiden fixierten
magnetischen Schichten einen antiparallelen Zustand einnimmt, wodurch
man ein starkes Austausch-Koppelmagnetfeld erhalten kann.
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Allerdings
besteht die antiferromagnetische Schicht dort aus NiO, und NiO besitzt
eine niedrige Sperrtemperatur von etwa 200°C, und es wird nur ein schwaches
Austausch-Koppelmagnetfeld (anisotropes Austausch-Magnetfeld) an der
Grenzfläche
zwischen der fixierten magnetischen Schicht und der antiferromagnetischen
Schicht erzeugt.
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Besonders
in den letzten Jahren gab es einen Trend zur Steigerung der Drehzahl
des Aufzeichnungsträgers
und zur Erhöhung
des Lesestroms, um mit höheren
Packungsdichten fertigzuwerden, wodurch die Umgebungstemperaturen
in dem Bauelement anstiegen, so daß bei Verwendung von NiO als
antiferromagnetische Schicht das Austausch-Koppelmagnetfeld schwächer wird.
Dies bedeutet, daß es
schwierig ist, eine Magnetisierungs-Steuerung der fixierten magnetischen
Schicht durchzuführen.
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Andererseits
besitzen NiMn-Legierungen eine höhere
Sperrtemperatur als NiO, und das Austausch-Koppelmagnetfeld (das
anisotrope Austausch-Magnetfeld) ist ebenfalls größer. Außerdem richteten sich
Bestrebungen auf X-Mn-Legierungen (X steht für Pt, Pd, Ir, Rh, Ru) unter Verwendung
der Elemente der Platingruppe als ferromagnetisches Material, welches
eine Sperrtemperatur etwa vergleichbar mit der von NiMn-Legierungen aufweist,
ferner ein starkes Austausch-Koppelmagnetfeld sowie eine den NiMn-Legierungen überlegene
Korrosionsbeständigkeit
aufweist.
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Der
Einsatz solcher X-Mn-Legierungen mit Elementen der Platingruppe
als antiferromagnetische Schicht und das zusätzliche Unterteilen der fixierten
magnetischen Schicht in zwei Schichten sollten die Erzielung eines
stärkeren
Austausch-Koppelmagnetfelds im Vergleich zu dem Einsatz von NiO
für die
antiferromagnetische Schicht erleichtern.
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Nun
müssen
X-Mn-Legierungen unter Einsatz von Elementen der Platingruppe in
einem Magnetfeld wärmebehandelt
werden (thermische oder Wärmebehandlung)
im Anschluß an
die Schichtbildung, um ein Austausch-Koppelmagnetfeld an der Grenzfläche zwischen
der fixierten magnetischen Schicht und der antiferromagnetischen
Schicht zu erzeugen, wie es auch der Fall bei NiMn-Legierungen ist.
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Wenn
man allerdings Größe und Richtung
des während
der Wärmebehandlung
angelegten Magnetfelds und das magnetische Moment (Sättigungsmagnetisierung
Ms·Schichtdicke
t) der zwei abgeteilten fixierten Magnetschichten nicht in geeigneter
Weise einstellt, so läßt sich
die Magnetisierung der beiden fixierten magnetischen Schichten nicht
in einem stabilen Antiparallel-Zustand halten. Speziell bei sogenannten
Doppel-Drehventil-Magnetowiderstandsbauelementen in Form von Dünnschichtbauelementen,
bei denen die fixierten Magnetschichten oberhalb und unterhalb der
mittigen freien magnetischen Schicht, ausgebildet sind, muß die Magnetisierungsrichtung
der beiden fixierten magnetischen Schichten oberhalb und unterhalb
der freien magnetischen Schicht in geeigneter Weise gesteuert werden,
ansonsten kommt es zu eine ΔMR-Abfall (das heißt einem
Abfall der Geschwindigkeit der Widerstandsänderung), wodurch es Probleme
aufgrund eines schwachen Wiedergabe-Ausgangssignals geben kann.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben angesprochenen
Probleme im Stand der Technik zu lösen. Folglich ist es Aufgabe
gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung, ein Magnetowiderstands-Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ und einen Dünnschicht-Magnetkopf
unter Verwendung eines solchen Dünnschichtelements
zu schaffen, die thermisch stabil sind und in der Lage sind, das
Austausch-Koppelmagnetfeld zu stärken,
in dem der Aufbau der fixierten Magnetschicht ebenso verbessert
wird wie der Werkstoff der antiferromagnetischen Schicht, wobei
außerdem
in geeigneter Weise die Schichtdicke der fixierten magnetischen
Schicht eingestellt wird.
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Es
ist ferner Aufgabe gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung, ein Magnetowiderstands-Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ sowie einen ein solches Dünnschichtelement verwendenden
Dünnschicht-Magnetkopf
zu schaffen, die in der Lage sind, den Magnetisierungszustand der
fixierten magnetischen Schicht in thermisch stabiler Weise aufrechtzuerhalten,
indem der Aufbau der fixierten magnetischen Schicht und das Material
der antiferromagnetischen Schicht insbesondere verbessert wird,
wobei ferner die Richtung des Lesestroms in die geeignete Richtung
beeinflußt
wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Magnetowiderstands-Dünnschichtelement
vom "Drehventil"-Typ, umfassend:
eine antiferromagnetische Schicht; eine fixierte magnetische Schicht,
die die antiferromagnetische Schicht kontaktiert, wobei ihre Magnetisierungsrichtung
durch das Austausch-Kopplungsmagnetfeld zwischen der fixierten magnetischen
Schicht und der antiferromagnetischen Schicht festgelegt wird; und
eine nicht magnetische, elektrisch leitende Schicht, die zwischen
einer freien magnetischen Schicht und der fixierten magnetischen
Schicht ausgebildet ist, und deren Magnetisierungsrichtung derart
ausgerichtet ist, daß sie
sich mit der Magnetisierungsrichtung der fixierten magnetischen
Schicht schneidet, wobei der elektrische Widerstand, der sich nach
Maßgabe
der Beziehung zwischen der festgelegten Magnetisierung der fixierten
magnetischen Schicht und der schwankenden Magnetisierung der freien
magnetischen Schicht ändert,
nachgewiesen wird mit Hilfe eines Lesestroms, der veranlaßt wird,
in einer Richtung zu fließen,
welche die festgelegte Magnetisierung der fixierten magnetischen
Schicht schneidet; und wobei die fixierte magnetische Schicht aufgeteilt
ist in zwei Schichten, nämlich
eine erste fixierte magnetische Schicht, die die antiferromagnetische
Schicht kon taktiert, und eine zweite fixierte magnetische Schicht,
welche die nicht magnetische, elektrisch leitende Schicht kontaktiert,
wobei zwischen der ersten und der zweiten fixierten magnetischen
Schicht eine nicht magnetische Zwischenschicht liegt; und wobei
der Lesestrom dazu gebracht wird, in einer solchen Richtung zu fließen, daß die Richtung
des Lesestrom-Magnetfelds, welches an dem Bereich erste fixierte
magnetische Schicht/nicht magnetische Zwischenschicht/zweite fixierte
magnetische Schicht durch den fließenden Lesestrom gebildet wird,
die gleiche Richtung ist wie die Richtung eines zusammengesetzten
magnetischen Moments, welches gebildet wird durch Addieren des magnetischen
Moments der ersten fixierten magnetischen Schicht (mit der Sättigungsmagnetisierung
Ms und der Schichtdicke t) auf das magnetische Moment der zweiten
fixierten magnetischen Schicht.
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Außerdem ist
in einer Weiterbildung ein Magnetowiderstandselement vorgesehen
in Form eines Einzel-Drehventil-Magnetowiderstands-Dünnschichtelements,
bestehend aus jeweils nur einer antiferromagnetischen Schicht, einer
ersten fixierten magnetischen Schicht, einer nicht magnetischen
Zwischenschicht, einer zweiten fixierten magnetischen Schicht, einer
nicht magnetischen, elektrisch leitenden Schicht und einer freien magnetischen
Schicht; wobei für
den Fall, daß das
magnetische Moment der ersten fixierten magnetischen Schicht größer ist
als das magnetische Moment der zweiten fixierten magnetischen Schicht,
der Lesestrom dazu gebracht wird, in einer solchen Richtung zu fließen, daß die Richtung
des durch den Lesestrom gebildeten Lesestrom-Magnetfelds im Bereich
der ersten fixierten magnetischen Schicht/nicht magnetischen Zwischenschicht/zweiten
fixierten magnetischen Schicht die gleiche Richtung ist wie die
Richtung des magnetischen Moments der ersten fixierten magnetischen
Schicht.
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Alternativ
schafft die Erfindung ein Magnetowiderstandselement in Form eines
Einzel-Drehventil-Dünnschichtelements,
bestehend aus jeweils nur einer antiferromagnetischen Schicht, einer
ersten fixierten magnetischen Schicht, einer nicht magnetischen
Zwischenschicht, einer zweiten fixier ten magnetischen Schicht, einer
nicht magnetischen, elektrisch leitenden Schicht und einer freien
magnetischen Schicht, wobei für
den Fall, daß das
magnetische Moment der ersten fixierten magnetischen Schicht kleiner
ist als das magnetische Moment der zweiten fixierten magnetischen
Schicht, der Lesestrom dazu gebracht wird, in einer solchen Richtung
zu fließen,
daß die
Richtung des durch den fließenden
Lesestrom erzeugten Lesestrom-Magnetfelds im Bereich der ersten
fixierten magnetischen Schicht/der nicht magnetischen Zwischenschicht/der zweiten
fixierten magnetischen Schicht die gleiche Richtung ist wie die
Richtung des magnetischen Moments der zweiten fixierten magnetischen
Schicht.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist die freie magnetische Schicht vorzugsweise
aufgeteilt in zwei Schichten mit einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen
Zwischenschicht.
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Außerdem ist
bevorzugt die in zwei Schichten aufgeteilte freie magnetische Schicht
eingefügte
Zwischenschicht aus einem der folgenden Elemente oder einer Legierung
mindestens zweier dieser Elemente gebildet: Ru, Rh, Ir, Cr, Re und
Cu.
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In
einer Weiterbildung schafft die Erfindung ein Magnetowiderstandselement
in Form eines Doppel-Drehventil-Magnetowiderstandselements, umfassend:
nicht magnetische, elektrisch leitende Schichten oberhalb und unterhalb
der die Mitte bildenden freien magnetischen Schicht; drei Schichten
in Form der zweiten fixierten magnetischen Schicht/der nicht magnetischen
Zwischenschicht/ der ersten fixierten magnetischen Schicht oberhalb
einer der nicht magnetischen, elektrisch leitenden Schichten und
unterhalb der anderen nicht magnetischen, elektrisch leitenden Schicht;
und antiferromagnetische Schichten oberhalb der einen ersten fixierten
magnetischen Schicht und unterhalb der anderen ersten fixierten
magnetischen Schicht; wobei das zusammengesetzte magnetische Moment
der ersten fixierten magnetischen Schicht und der zweiten fixierten magnetischen
Schicht auf der Oberseite der freien magnetischen Schicht, und das
zusammengesetzte magnetische Moment der ersten und der zweiten fixierten
magnetischen Schicht auf der Unterseite der freien magnetischen
Schicht in zueinander entgegengesetzte Richtungen weisen; und wobei
der Lesestrom veranlaßt wird,
in einer solchen Richtung zu fließen, daß das durch den Lesestrom hervorgerufene
Lesestrom-Magnetfeld im Bereich der ersten fixierten magnetischen
Schicht/nicht magnetischen Zwischenschicht/zweiten fixierten magnetischen
Schicht die gleiche Richtung ist wie die Richtung des zusammengesetzten
magnetischen Moments, welches oberhalb und unterhalb der freien
magnetischen Schicht gebildet wird.
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Was
den spezifischen Betrag des magnetischen Moments der ersten und
der zweiten fixierten magnetischen Schicht in dem oben erläuterten
Doppel-Drehventil-Magnetowiderstandselement angeht, so muß das magnetische
Moment der ersten fixierten magnetischen Schicht auf der Oberseite
der freien magnetischen Schicht größer sein als das magnetische
Moment der zweiten fixierten magnetischen Schicht auf der Oberseite der
freien magnetischen Schicht, und außerdem muß das magnetische Moment der
ersten fixierten magnetischen Schicht auf der Unterseite der freien
magnetischen Schicht kleiner sein als das magnetische Moment der
zweiten fixierten magnetischen Schicht auf der Unterseite der freien
magnetischen Schicht. Außerdem muß die festgelegt
Magnetisierung der ersten fixierten magnetischen Schichten oberhalb
und unterhalb der freien magnetischen Schicht in die gleiche Richtung
weisen.
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Andererseits
ist es notwendig, daß das
magnetische Moment der ersten fixierten magnetischen Schicht auf
der Oberseite der freien magnetischen Schicht kleiner ist als das
magnetische Moment der zweiten fixierten magnetischen Schicht auf
der Oberseite der freien magnetischen Schicht; wobei das magnetische Moment
der ersten fixierten magnetischen Schicht auf der Unterseite der
freien magnetischen Schicht größer ist
als das magnetische Moment der zweiten fixierten magnetischen Schicht
auf der Unterseite der freien magnetischen Schicht; und wobei weiterhin
die festgelegte Magnetisierung der ersten fixierten magnetischen Schichten oberhalb
und unterhalb der freien magnetischen Schicht in die gleiche Richtung
weist.
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Vorzugsweise
ist die antiferromagnetische Schicht aus einer PtMn-Legierung gebildet.
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Die
antiferromagnetische Schicht wird vorzugsweise aus einer X-Mn-Legierung (X ist
mindestens eines folgender Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru, Os) oder ist
aus einer PtMn-X'-Legierung
gebildet (X' ist
mindestens eines der folgenden Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au,
Ag).
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Vorzugsweise
ist ein Dünnschichtelement
vorgesehen, bei dem die nicht magnetische Zwischenschicht zwischen
der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht aus einem
der folgenden Elemente oder aus einer Legierung aus mindestens zwei
dieser Elemente gebildet ist: Ru, Th, Ir, Cr, Re und Cu.
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Die
Erfindung schafft außerdem
einen Dünnschicht-Magnetkopf
mit Abschirmschichten oberhalb und unterhalb des Magnetowiderstandselements,
wobei dazwischen Spalt-Schichten eingefügt sind.
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Bevorzugt
wird die in dem Magnetowiderstandselement befindliche fixierte magnetische
Schicht in zwei Schichten unterteilt, wobei zwischen den beiden
Schichten eine nichtmagnetische Zwischenschicht liegt.
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Die
Magnetisierung der aufgeteilten beiden fixierten magnetischen Schichten
erfolgt so, daß ein
antiparalleler Zustand eingenommen wird, wobei es sich um einen
sogenannten Ferri-Zustand handelt, bei dem der Betrag des magnetischen
Moments der einen fixierten magnetischen Schicht sich von dem des
magnetischen Moments der anderen fixierten magnetischen Schicht
unterscheidet. Das Austausch-Koppelmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung),
welches zwischen den beiden fixierten magnetischen Schichten erzeugt
wird, ist äußerst groß, beträgt etwa
1000 (Oe) bis 5000 (Oe), so daß die
zwei fixierten magnetischen Schichten sich in einem äußerst stabilen
Zustand der antiparallelen Magnetisierung befinden.
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Eine
der in den antiparallelen Zustand (Ferri-Zustand) magnetisierten
fixierten magnetischen Schichten ist in Kontakt mit der antiferromagnetischen
Schicht ausgebildet, wobei die Magnetisierung dieser Schicht (im
folgenden als "erste
fixierte magnetische Schicht" bezeichnet)
wegweisend von einer Ebene fixiert ist, die beispielsweise einem
Aufzeichnungsträger
zugewandt ist (das heißt
in Höhenrichtung),
was mit Hilfe des Austausch-Koppelmagnetfelds (eines anisotropen
Austausch-Magnetfelds) geschieht, welches an der Grenzfläche zwischen
der fixierten magnetischen Schicht und der antiferromagnetischen
Schicht erzeugt wird. Folglich wird die Magnetisierung der der ersten
fixierten magnetischen Schicht zugewandten fixierten magnetischen Schicht
mit der dazwischenliegenden nichtmagnetischen Zwischenschicht ("zweite fixierte magnetische Schicht") in einem Zustand
fixiert, der antiparallel bezüglich
der Magnetisierung der ersten fixierten magnetischen Schicht ist.
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Erfindungsgemäß wird derjenige
Bereich, der üblicherweise
aus zwei Schichten, nämlich
der antiferromagnetischen Schicht und der fixierten magnetischen
Schicht, bestand, mit vier Schichten ausgebildet, nämlich einer
antiferromagnetischen Schicht, einer ersten fixierten magnetischen
Schicht, einer nichtmagnetischen Zwischenschicht und einer zweiten
fixierten magnetischen Schicht, wodurch der Magnetisierungszustand
der ersten fixierten magnetischen Schicht und der zweiten fixierten
magnetischen Schicht sich in einem äußerst stabilen Zustand hinsichtlich äußerer Magnetfelder
halten läßt.
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In
den vergangenen Jahren hat die Aufzeichnungsdichte bei Datenträgern ständig zugenommen,
und dementsprechend ist die Betriebstemperatur in den Geräten gestiegen,
bedingt durch eine Zunahme der Drehzahl der Aufzeichnungsträger, einer
Erhöhung
des Lesestroms und dergleichen, so daß die damit einhergehende Zunahme
der Lesestrom-Magnetfelder den Magnetisierungszustand der ersten
und der zweiten fixierten magnetischen Schicht möglicherweise instabil macht.
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Der
Lesestrom wird veranlaßt,
in einer Richtung zu fließen,
die die Magnetisierungsrichtung der ersten und der zweiten fixierten
magnetischen Schicht (das heißt
der Richtung der Magnetisierung in der freien magnetischen Schicht
oder die dazu entgegengesetzte Richtung) kreuzt oder schneidet,
allerdings wird entsprechend der Korkenzieherregel durch den fließenden Lesestrom
ein Lesestrom-Magnetfeld erzeugt, und dieses Lesestrom-Magnetfeld
dringt ein in die erste fixierte magnetische Schicht, die nichtmagnetische
Zwischenschicht, die zweite fixierte magnetische Schicht, und zwar
in der gleichen oder in der entgegengesetzten Magnetisierungsrichtung
wie die erste fixierte magnetische Schicht (oder die zweite fixierte
magnetische Schicht).
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Wie
oben erläutert,
ist das magnetische Moment der ersten fixierten magnetischen Schicht
so eingestellt, daß es
sich von demjenigen der zweiten fixierten magnetischen Schicht unterscheidet,
um dadurch die Magnetisierung der ersten und die der zweiten fixierten
magnetischen Schicht in einen antiparallelen Zustand zu bringen.
Erfindungsgemäß wird die
Differenz im Betrag des magnetischen Moments zwischen ersten und zweiter
fixierter magnetischer Schicht dazu benutzt, zu veranlassen, daß der Lesestrom
in eine geeignete Richtung fließt,
derzufolge der Magnetisierungszustand der ersten und der zweiten
fixierten magnetischen Schicht von dem Lesestrom-Magnetfeld in einen
thermisch stabileren Zustand gebracht wird. Falls bei dem Magnetowiderstandselement
das magnetische Moment der ersten fixierten magnetischen Schicht
größer als dasjenige
der zweiten fixierten magnetischen Schicht ist, weist das zusammengesetzte
magnetische Moment, welches durch Addition der magnetischen Momente
der ersten und zweiten fixierten magnetischen Schicht erhalten wird,
in die gleiche Richtung wie das magnetische Moment der ersten fixierten
magnetischen Schicht.
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Die
Erfindung ermöglicht
einen thermisch stabileren Zustand der Magnetisierung der ersten
und der zweiten fixierten magnetischen Schicht dadurch, daß die Richtung
eingestellt wird, in der der Lesestrom fließt, demzufolge das Lesestrom-Magnetfeld,
welches im Bereich der ersten fixierten magnetischen Schicht/der nichtmagnetischen
Zwischenschicht/der zweiten fixierten magnetischen Schicht gebildet
wird, übereinstimmt mit
der Richtung des zusammengesetzten magnetischen Moments.
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Außerdem ermöglicht die
Erfindung, daß bei
einem Doppel-Drehventil-Magnetowiderstandselement der
Magnetisierungszustand der ersten und der zweiten fixierten magnetischen
Schicht thermisch stabil ist, indem das magnetische Moment und weitere
Größen der
ersten fixierten magnetischen Schicht und das magnetische Moment
der zweiten fixierten magnetischen Schicht so eingestellt werden,
daß die
zusammengesetzten magnetischen Momente, die oberhalb und unterhalb
der freien magnetischen Schicht erzeugt werden, einander entgegengesetzt
sind, um dadurch zu veranlassen, daß der Lesestrom derart fließt, daß das Lesestrom-Magnetfeld,
welches im Bereich der ersten fixierten magnetischen Schicht, der
nichtmagnetischen Schicht und der zweiten fixierten magnetischen
Schicht gebildet wird, übereinstimmt
mit der Richtung des zusammengesetzten magnetischen Moments.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß mehrere
Bedingungen außer
der Richtung des Lesestroms dazu benutzt werden, die Magnetisierungsstabilität der ersten
und der zweiten fixierten magnetischen Schicht zu steigern.
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Die
erste Bedingung ist die, daß das
Austausch-Koppelmagnetfeld (das anisotrope Austausch-Magnetfeld)
verstärkt
wird, welches an der Grenzfläche
zwischen der antiferromagnetischen und der ersten fixierten magnetischen
Schicht gebildet wird. Wie oben ausgeführt, wird die Magnetisierung
der ersten fixierten magnetischen Schicht von dem Austausch-Koppelmagnetfeld,
welches an der Grenzfläche
bezüglich
der antiferromagnetischen Schicht erzeugt wird, in eine gewisse
Richtung festgelegt, für
den Fall allerdings, daß dieses Austausch-Kopplungsmagnetfeld
schwach ist, stabilisiert sich die festgelegte Richtung der ersten
fixierten magnetischen Schicht nicht und ändert sich leicht bei Einfluß durch
ein äußeres Magnetfeld
und ähnliches.
Folglich ist es zu bevorzugen, wenn das Austausch-Koppelmagnetfeld
(das anisotrope Austausch-Magnetfeld), welches an der Grenzfläche bezüglich der
antiferromagnetischen Schicht erzeugt wird, stark ist, und die vorliegende
Erfindung verwendet für
die antiferromagnetische Schicht eine PtMn-Legierung, wodurch an der Grenzfläche bezüglich der
ersten fixierten magnetischen Schicht ein starkes Austausch-Koppelmagnetfeld
erhalten werden kann. Außerdem
wird vorzugsweise eine X-Mn-Legierung (X ist mindestens eines der
folgenden Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru und Os) oder eine PtMn-X'-Legierung (X' ist mindestens eines
der folgenden Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au und Ag) anstelle
der PtMn-Legierung verwendet. Diese antiferromagnetischen Werkstoffe
haben hervorragende Eigenschaften, indem sie ein stärkeres Austausch-Koppelmagnetfeld
erzeugen als NiO, FeMn-Legierungen, NiMn-Legierungen und dergleichen,
die üblicherweise
als ferromagnetische Werkstoffe verwendet wurden, und die außerdem hohe
Sperrtemperaturen und hervorragende Korrosionsbeständigkeit
sowie weitere gute Eigenschaften besitzen.
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26 zeigt die R-H-Kurven eines Magnetowiderstands-Dünnschichtelements
gemäß der Erfindung mit
einer ferromagnetischen Schicht aus einer PtMn-Legierung, wobei
die fixierte magnetische Schicht in zwei Schichten mit einer dazwischenliegenden
nichtmagnetischen Schicht aufgeteilt ist, gegenübergestellt einem bekannten
Magnetowiderstandselement, bei dem die fixierte magnetische Schicht
als Einzelschicht ausgebildet ist.
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Der
Schichtaufbau des Magnetowiderstandselements gemäß der Erfindung lautet von
unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta (30)/antiferromagnetische
Schicht aus PtMn (200)/erste fixierte magnetische Schicht aus Co
(25)/nichtmagnetische Zwischenschicht aus Ru (7)/zweite fixierte
magnetische Schicht aus Co (20)/Cu (20)/Co (10)/NiFe (40)/Ta (30).
Die Angaben in den Klammern bedeuten die Schichtdicke in Angström. Der Schichtaufbau
des bekannten Magnetowiderstandselements lautet von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid:
Al2O3/Ta (30)/antiferromagnetische
Schicht aus PtMn (300)/fixierte magnetische Schicht aus Co (25)/Cu
(20)/Co (10)/NiFe (40) /Ta (30).
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Ein
Magnetowiderstandselement gemäß der Erfindung
wurde ebenso wie ein bekanntes Magnetowiderstandselement hergestellt,
beide Elemente wurden vier Stunden lang einer Wärmebehandlung bei 260°C ausgesetzt,
während
ein Magnetfeld von 200 (Oe) angelegt wurde.
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Aus 26 ist ersichtlich, daß der ΔMR (Geschwindigkeit der Widerstandsänderung)
des erfindungsgemäßen Magnetowiderstandselements
höchstens
zwischen 7 und 8 % lag und bei Anlegen eines äußeren Magnetfelds der ΔMR-Wert abfiel,
wobei allerdings der Afall des ΔMR-Werts bei dem erfindungsgemäßen Element
langsamer stattfand als der Abfall bei dem bekannten Magnetowiderstandselement.
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Vereinbarungsgemäß soll nun
erfindungsgemäß der Betrag
des äußeren Magnetfelds
zur Zeit des ΔMR-Abfalls
auf den halben Maximalwert dasjenige Austausch-Koppelmagnetfeld
(Hex) sein, welches von dem Magnetowiderstandselement erzeugt wird.
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Gemäß 26 beträgt
der Maximum-ΔMR
des bekannten Magnetowiderstandselements etwa 8 % , und das äußere Magnetfeld,
bei dem der ΔMR-Wert
auf die Hälfte
abfällt
(das Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex)) beträgt etwa 900 (Oe) absolut.
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Im
Vergleich dazu beträgt
bei dem erfindungsgemäßen Magnetowiderstandselement
der maximale ΔMR-Wert
etwa 7,5 %, was etwas weniger ist als bei der bekannten Anordnung,
das äußere Magnetfeld,
bei dem ΔMR
auf die Hälfte
sinkt (das Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex)), beträgt etwa
2800 (Oe) absolut, was viel mehr ist.
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Es
läßt sich
also verstehen, daß das
Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex) deutlich gesteigert werden kann
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Magnetowiderstandselements,
bei dem die fixierte magnetische Schicht in zwei Schichten aufgeteilt
ist, verglichen mit dem bekannten Magnetowiderstandselement, bei
dem die fixierte magnetische Schicht eine Einzelschicht ist, demzufolge
die Stabilität
der Magnetisierung der fixierten magnetischen Schicht erfindungsgemäß gegenüber der
bekannten Anordnung erhöht
werden kann. Außerdem
fällt der ΔMR-Wert bei
dem erfindungsgemäßen Element
nicht so stark ab wie bei der bekannten Anordnung, so daß ein hoher ΔMR-Wert erhalten
bleibt.
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27 ist eine grafische Darstellung der Relation
zwischen der Umgebungstemperatur und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld,
wobei zur Darstellung vier Typen von Magnetowiderstands-Dünnschichtelementen
vom Drehventil-Typ hergenommen wurden.
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Der
erste Typ des Magnetowiderstandselements ist ein erfindungsgemäßes Element,
bei dem für
die antiferromagnetische Schicht eine PtMn-Legierung verwendet und
die fixierte magnetische Schicht in zwei Schichten unterteilt wurde.
Der Schichtaufbau lautet von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid: Al2O3/Ta (30)/antiferromagnetische
Schicht aus PtMn (200)/erste fixierte magnetische Schicht aus Co (25)/nichtmagnetische
Zwischenschicht aus Ru (7)/zweite fixierte magnetische Schicht aus
Co (20)/Cu (20)/Co (20)/NiFe (70)/Ta (30).
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Der
zweite Typ ist ein erstes herkömmliches
Magnetowiderstandsbauelement mit einer antiferromagnetischen Schicht
aus einer PtMn-Legierung, wobei die fixierte magnetische Schicht
eine Einzelschicht ist. Der Filmaufbau dieses Elements lautet von
unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid: Al2O3/Ta (30)/antiferromagnetische Schicht aus
PtMn (300)/fixierte magnetische Schicht aus Co (25)/Cu (25)/Co (10)/NiFe
(70)/Ta (30).
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Der
dritte Typ ist ein zweites herkömmliches
Magnetowiderstandselement, bei dem für die antiferromagnetische
Schicht NiO verwendet wurde und bei dem die fixierte magnetische
Schicht eine Einzelschicht ist. Der Schichtaufbau von unten nach
oben lautet: Si-Substrat/Aluminiumoxid: Al2O3/antiferromagnetische Schicht aus NiO (500)/fixierte
magnetische Schicht aus Co (25)/Cu (25)/Co (10)/NiFe (70)/Ta (30).
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Der
vierte Typ ist ein drittes herkömmliches
Magnetowiderstandselement, bei dem für die antiferromagnetische
Schicht eine FeMn-Legierung verwendet und die fixierte magnetische
Schicht als Einzelschicht ausgebildet wurde.
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Der
Schichtaufbau von unten nach oben lautet: Si-Substrat/Aluminiumoxid:
Al2O3/Ta(30)/NiFe(70)/Co(10)/Cu(25)/fixierte
magnetische Schicht aus Co(25)/antiferromagnetische Schicht aus FeMn(150)/Ta(30).
Bei sämtlichen
vier Typen von Dünnschichtelementen
bedeuten die Angaben in den Klammern die Schichtdicke in Angström.
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Die
Erfindung und das erste konventionelle Beispiel mit einer PtMn-Legierung für die antiferromagnetische
Schicht wurden vier Stunden lang einer Wärmebehandlung bei 260°C unterzogen,
währenddessen
ein Magnetfeld von 200 (Oe) angelegt wurde. Das zweite und das dritte
Beispiel, bei denen NiO bzw. FeMn für die antiferromagnetische
Schicht verwendet wurde, wurden keiner Wärmebehandlung im Anschluß an die Schichtausbildung
unterzogen.
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Wie
in 27 zu sehen ist, beträgt bei dem Magnetowiderstandselement
gemäß der Erfindung
das Austausch-Kopplungsmagnetfeld (Hex) etwa 2500 (Oe) bei einer
Umgebungstemperatur von etwa 20°C,
was ausgesprochen hoch ist.
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Im
Vergleich dazu beträgt
beim zweiten herkömmlichen
Beispiel mit einer antiferromagnetischen Schicht aus NiO und dem
dritten konventionellen Beispiel der antiferromagnetischen Schicht
aus FeMn das Austausch-Kopplungsmagnetfeld (Hex) lediglich etwa
500 (Oe), sogar bei einer Umgebungstemperatur von 20°C, was wenig
ist. Auch bei dem ersten konventionellen Beispiel mit der antiferromagnetischen
Schicht aus PtMn, bei dem die fixierte magnetische Schicht als Einzelschicht
ausgebildet ist, wird bei Umgebungstemperatur von etwa 20°C ein Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(Hex) von etwa 1000 (Oe) erzeugt, so daß man ersehen kann, daß man hierdurch
ein stärkeres
Austausch-Kopplungsmagnetfeld erzielen kann als bei Verwendung von
NiO (zweites konventionelles Beispiel) bzw. FeMn (drittes konventionelles
Beispiel) für
die antiferromagnetische Schicht.
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Die
US-A-5 701 223 zeigt ein Magnetowiderstands-Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ,
welches für
die antiferromagnetische Schicht NiO verwendet, wobei die fixierte
magnetische Schicht in zwei Schichten mit einer dazwischenliegenden
magnetischen Schicht aufgeteilt ist. 8 der
Schrift zeigt anhand der R-H-Kurve, daß das Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(Hex) einen Wert von 600 (Oe) hat, wobei sich allerdings versteht,
daß dies
wenig ist im Vergleich zu dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld (etwa
1000 (Oe) bei dem ersten herkömmlichen
Beispiel), welches dann entsteht, wenn für die antiferromagnetische
Schicht eine PtMn-Legierung verwendet wird, dabei aber die fixierte
magnetische Schicht noch als Einzelschicht ausgebildet ist.
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Das
bedeutet: Falls für
die antiferromagnetische Schicht MnO verwendet wird, erbringt das
Aufteilen der fixierten magnetischen Schicht in zwei Schichten und
das Magnetisieren dieser beiden Schichten in einem Ferri-Zustand nur ein Austausch-Kopplungsmagnetfeld,
das schwächer
ist als bei einer Anordnung, bei der für die antiferromagnetische
Schicht eine PtMn-Legierung verwendet wird und die fixierte magnetische
Schicht eine Einzelschicht ist. Man sieht also, daß die Verwendung
einer PtMn- Legierung
für die
antiferromagnetische Schicht bei einem gewünschten größeren Austausch-Kopplungsmagnetfeld
zu bevorzugen ist.
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Außerdem ist
in 23 ersichtlich, daß dann, wenn für die antiferromagnetische
Schicht NiO oder FeMn-Legierung verwendet wird, das Austausch-Kopplungsmagnetfeld
auf 0 (Oe) absinkt, wenn die Umgebungstemperatur 200°C erreicht;
dies deshalb, weil die Sperrtemperatur von NiO und FeMn-Legierungen
bei etwa nur 200°C
liegt.
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Wenn
hingegen wie bei dem ersten konventionellen Beispiel mit einer PtMn-Legierung
für antiferromagnetische
Schicht das Austausch-Koppelmagnetfeld auf 0 (Oe) abfällt, so
ist bereits eine Umgebungstemperatur von 400°C erreicht. Hieraus ist ersichtlich,
daß die
Verwendung einer PtMn-Legierung ermöglicht, den Magnetisierungszustand
der fixierten magnetischen Schicht temperaturmäßig in einem extrem stabilen
Zustand zu halten.
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Die
Sperrtemperatur wird beherrscht von dem für antiferromagnetische Schicht
verwendeten Werkstoff, so bei dem erfindungsgemäßen Magnetowiderstands-Dünnschichtelement,
wie dies in 27 verdeutlicht ist. Man kann
sehen, daß das
Austausch-Koppelmagnetfeld erst bei einer Umgebungstemperatur von 400°C auf 0 (Oe)
abfällt,
man kann aber mit Maßnahmen
ausgehend von der Verwendung von PtMn-Legierungen für die antiferromagnetische
Schicht gemäß der Erfindung
Sperrtemperaturen erreichen, die höher liegen als die bei Verwendung
von NiO oder dergleichen. Außerdem
läßt sich
ein äußerst starkes
Austausch-Kopplungsmagnetfeld beim Annähern an die Sperrtemperatur
dadurch erreichen, daß man
die fixierte magnetische Schicht in zwei Teilschichten aufteilt
und diese beiden Schichten mit einer Magnetisierung im Ferri-Zustand
ausstattet, so daß der
Magnetisierungszustand der beiden fixierten magnetischen Schichten
thermisch stabil gehalten werden kann.
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In
einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung wird die zwischen der
ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht liegende nicht magnetische
Schicht aus einem der folgenden Elemente oder aus einer Legierung
aus mindestens zwei dieser Elemente gebildet: Ru, Rh, Ir, Cr, Re
und Cu. Die Dicke der nichtmagnetischen Schicht ändert sich in Abhängigkeit
davon, ob die antiferromagnetische Schicht oberhalb oder unterhalb
der freien magnetischen Schicht ausgebildet ist. Die nichtmagnetische
Zwischenschicht ist mit einer Dicke in einem angemessenen Bereich
ausgebildet, so daß sich
das Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex) verstärken läßt. Die geeignete Dicke für die nichtmagnetische
Zwischenschicht wird weiter unten anhand grafischer Darstellungen
ausführlicher
erläutert.
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Weiterhin
ermöglicht
die erfindungsgemäße Unterteilung
der fixierten Zwischenschicht in zwei Einzelschichten das Erhalten
eines stärkeren
Austausch-Koppelmagnetfelds (Hex) auch dann, wenn die aus einer PtMn-Legierung
oder ähnlichem
hergestellte antiferromagnetische Schicht dünner gemacht wird, was bedeutet,
daß diese
Schicht, bei der es sich um die dickste Schicht in dem Magnetowiderstandselement
handelt, dünner
ausgebildet und damit die Gesamtdicke des Bauelements verringert
werden kann. Eine Verringerung der Dicke der antiferromagnetischen
Schicht ermöglicht
eine Verringerung des Abstands von der Spalt-Schicht auf der Unterseite
des Dünnschichtelements
zu der Spaltschicht auf der Oberseite des Dünnschichtelementes, d.h. eine
Reduzierung der Spalt-Länge,
und zwar auch dann, wenn die Dicke der oberhalb und unterhalb des Dünnschichtelements
gebildeten Spalt-Schicht groß genug
sind, um für
eine ausreichende Isolierung zu sorgen. Man kann also mit geringen
Spaltgrößen arbeiten.
Für den
Fall, daß die
fixierte magnetische Schicht in eine erste und eine zweite fixierte
magnetische Schicht mit einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen Schicht
aufgetrennt ist, wie es bei der Erfindung der Fall ist, so ist durch
Versuche gezeigt worden, daß das Austausch-Koppelmagnetfeld
(Hex) und der ΔMR-Wert
(die Geschwindigkeit der Widerstandsänderung) drastisch abfallen,
wenn die erste und die zweite fixierte magnetische Schicht mit gleicher
Dicke ausgebildet sind. Es wird angenommen, daß dieser Umstand darauf zurückzuführen ist,
daß bei Ausbildung
der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht mit gleicher
Dicke die Schwierigkeit entsteht, einen antiparallelen Zustand (Ferri-Zustand)
zwischen der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht
aufrechtzuerhalten. Wenn der antiparallele Zustand zwischen der
ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht nicht aufrecht
erhalten werden kann, läßt sich
der Relativwinkel bzgl. der schwankenden Magnetisierung der freien
magnetischen Schicht nicht in angemessener Weise steuern.
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Erfindungsgemäß werden
also die erste und die zweite fixierte magnetische Schicht mit ungleicher
Dicke ausgebildet, was die Erzielung eine starken Austausch-Koppelmagnetfelds
ermöglicht,
wobei gleichzeitig der ΔMR-Wert
angehoben wird auf Werte entsprechend denen bei bekannten Anordnungen.
Das Dickenverhältnis
zwischen der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht
wird weiter unten anhand grafischer Darstellungen noch näher erläutert.
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Wie
oben ausgeführt
wurde, läßt sich
erfindungsgemäß das Austausch-Koppelmagnetfeld
(Hex) des gesamten Magnetowiderstandselements dadurch erhöhen, daß man die
fixierte magnetische Schicht aufteilt in eine erste und eine zweite
fixierte magnetische Schicht mit einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen Schicht,
ferner dadurch, daß man
als antiferromagnetisches Material eine PtMn-Legierung oder dergleichen verwendet,
wodurch ein starkes Austausch-Kopplungsmagnetfeld (anisotropes Austausch-Kopplungsmagnetfeld)
an der Grenzfläche
bzgl. der ersten fixierten magnetischen Schicht erhalten wird, demzufolge
der Magnetisierungszustand der ersten und der zweiten fixierten
magnetischen Schicht in einem temperaturmäßig stabilen antiparallelen
Zustand (Ferri-Zustand) gehalten werden kann.
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Insbesondere
wird die Richtung des durch den Fluß eines Lesestroms entstehenden
Lesestrom-Magnetfelds so eingestellt, daß sie übereinstimmt mit der Richtung
eines zusammengesetzten magnetischen Moments, welches man durch
Addieren des magnetischen Moments der ersten fixierten magnetischen
Schicht und des magnetischen Moments der zweiten fixierten magnetischen
Schicht erhält.
Hierzu wird die Richtung des Lesestroms entsprechend gesteuert,
und man erhält
einen thermisch stabilen Zustand für die Magnetisierung der ersten
und der zweiten fixierten magnetischen Schicht.
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Wie
oben beschrieben wurde, läßt sich
durch die vorliegende Erfindung das Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex)
des gesamten Magnetowiderstands-Dünnschichtbauelements vom Drehventil-Typ
dadurch steigern, daß man
die fixierte magnetische Schicht auftrennt in eine erste und eine
zweite fixierte magnetische Schicht mit einer dazwischenliegenden
nichtmagnetischen Schicht, wobei außerdem als antiferromagnetisches
Material eine PtMn-Legierung oder ähnliches verwendet wird, welches
ein starkes Austausch-Koppelmagnetfeld (ein anisotropes Austauschmagnetfeld)
an der Grenzfläche
bezüglich
der ersten fixierten magnetischen Schicht erzeugt, so daß der Magnetisierungszustand
der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht temperaturmäßig in einen
stabilen antiparallelen Zustand (Ferri-Zustand) gehalten werden kann.
Insbesondere werden erfindungsgemäß der Betrag des magnetischen
Moments an der ersten fixierten magnetischen Schicht und an der
zweiten fixierten magnetischen Schicht in passender Weise so gesteuert, daß im Verein
mit der Steuerung der Größe und der
Richtung des während
des Wärmebehandlung
angelegten Magnetfelds die Magnetisierung der ersten und der zweiten
fixierten magnetischen Schicht in einen thermischen stabilen antiparallelen
Zustand gehalten werden kann und die Magnetisierung der ersten fixierten
magnetischen Schicht und diejenigen der zweiten fixierten magnetischen
Schicht sich einfach in die gewünschte Richtung
lenken lassen.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 ist
eine Querschnittansicht eines Magnetowiderstandselements gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ist
eine Querschnittansicht eines Magnetowiderstandselements gemäß 1 bei
Betrachtung von der Seite, die dem Aufzeichnungsträger gegenübersteht;
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3 ist
eine seitliche Schnittansicht eines Magnetowiderstandselements gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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4 ist
eine Querschnittansicht des Magnetowiderstandselements nach 3 bei
Betrachtung von der dem Aufzeichnungsträger gegenüberstehenden Seite;
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5 ist
eine seitliche Querschnittansicht eines Magnetowiderstandselements
nach einer dritten Ausführungsform;
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6 ist
eine Querschnittansicht des Magnetowiderstandselements nach 5 bei
Betrachtung von der dem Aufzeichnungsträger gegenüberliegenden Seite;
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7 ist
eine seitliche Schnittansicht eines Magnetowiderstandselements nach
einer vierten Ausführungsform;
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8 ist
eine Querschnittansicht des Bauelements nach 7 bei
Betrachtung von der dem Aufzeichnungsträger gegenüberliegenden Seite;
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9 ist
eine seitliche Querschnittansicht eines Magnetowiderstandselements
nach einer fünften Ausführungsform;
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10 ist eine Schnittansicht des in 9 gezeigten
Elements bei Betrachtung von der dem Aufzeichnungsträger zugewandten
Seite;
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11 ist eine seitliche Querschnittansicht eines
Magnetowiderstandselements gemäß einer
sechsten Ausführungsform;
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12 ist eine Schnittansicht des in 11 gezeigten Elements bei Betrachtung von der
dem Aufzeichnungsträger
gegenüberliegenden
Seite;
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13 ist eine Schnittansicht eines Aufzeichnungskopfs
(Wiedergabekopfs) bei Betrachtung von der dem Aufzeichnungsträger zugewandten
Seite;
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14 ist eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Dicke einer zweiten fixierten magnetischen Schicht
(P2) für
den Fall, daß die
Dicke einer ersten fixierten magnetischen Schicht (P1) auf 20 oder
40 Angström
eingestellt ist, einerseits, und dem Austausch-Koppelmagnetfeld andererseits, und außerdem der
Beziehung zwischen (Dicke der ersten fixierten magnetischen Schicht
(P1))/(Dicke der zweiten fixierten magnetischen Schicht (P2)) und
dem Austausch-Koppelmagnetfeld
(Hex);
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15 ist eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Dicke der zweiten fixierten magnetischen Schicht (P2)
für den
Fall, daß die
Dicke der ersten fixierten magnetischen Schicht (P1) 20 oder 40 Angström beträgt, einerseits,
und dem ΔMR-Wert
(%) andererseits;
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16 ist eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Dicke der ersten fixierten magnetischen Schicht (P1)
für den
Fall, daß die
zweite fixierte magnetische Schicht (P2) auf 30 Angström eingestellt ist,
und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld,
außerdem
der Beziehung zwischen (Dicke der ersten fixierten magnetischen
Schicht P1)/(Dicke der zweiten fixierten magnetischen Schicht P2)
und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld (Hex);
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17 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung
der Dicke zwischen der ersten fixierten magnetischen Schicht (P1)
für den
Fall, daß die
zweite fixierte magnetische Schicht (P2) auf 30 Angström eingestellt
ist, und ΔMR
(%) veranschaulicht;
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18 ist eine graphische Darstellung, die bezüglich eines
Doppel-Magnetowiderstandselements die Beziehung darstellt zwischen
der Dicke einer ersten, oberen fixierten magnetischen Schicht und
einer ersten, unteren fixierten magnetischen Schicht und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(Hex); und außerdem
die Beziehung veranschaulicht zwischen (Dicke der ersten fixierten
oberen magnetischen Schicht P1)/(Dicke der zweiten fixierten magnetischen
obern Schicht P2) und (Dicke der ersten oberen fixieren magnetischen
Schicht P1)/(Dicke der zweiten fixierten unteren magnetischen Schicht
P2), sowie dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld (Hex);
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19 ist eine graphische Darstellung zum Veranschaulichen
der Beziehung zwischen der Dicke der Ru-Schicht (der nichtmagnetischen
Zwischenschicht) zwischen der ersten und der zweiten fixierten magnetischen
Schicht einerseits und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld (Hex) andererseits;
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20 ist eine graphische Darstellung zum Veranschaulichen
der Beziehung zwischen der Dicke der PtMn-Schicht (der antiferromagnetischen
Schicht) jedes Magnetowiderstandselements und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(Hex) für
vier Typen von Magnetowiderstandselementen;
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21 zeigt anhand einer graphischen Darstellung
für zwei
Typen von Doppel-Magnetowiderstandselementen die Beziehung zwischen
der Dicke der PtMn-Schicht (der antiferromagnetischen Schicht) für jedes der
Doppel-Magnetowiderstandselemente
einerseits und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld (Hex) andererseits;
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22 zeigt anhand einer graphischen Darstellung
für zwei
Typen von Doppel-Magnetowiderstandselementen die Beziehung zwischen
der Dicke der die antiferromagnetische Schicht bildenden PtMn-Schicht jedes
Magnetowiderstandselements und dem ΔMR-Wert (%);
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23 zeigt anhand einer graphischen Darstellung
die Beziehung zwischen der Dicke der zweiten freien magnetischen
Schicht (F2) für
den Fall, daß die
Dicke der ersten freien magnetischen Schicht (F1) auf 50 Angström eingestellt
ist, und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld (Hex), ferner die Beziehung
zwischen (Dicke der ersten freien Magnetschicht F1)/(Dicke der zweiten
freien Magnetschicht F2) und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld (Hex);
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24 zeigt in graphischer Darstellung die Relation
zwischen der Dicke der ersten freien Magnetschicht (F1) für den Fall,
daß die
Dicke der zweiten freien Magnetschicht (F2) 20 Angström beträgt, und
dem ΔMR-Wert
(%), ferner die Relation zwischen (Dicke der ersten freien Magnetschicht
F1)/(Dicke der zweiten freien Magnetschicht F2) und ΔMR (%);
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25 ist eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Dicke der Ru-Schicht (der nichtmagnetischen Zwischenschicht)
zwischen der ersten und der zweiten freien magnetischen Schicht
(F1, F2) und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(Hex);
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26 zeigt die Hystereseschleife eines erfindungsgemäßen Magnetowiderstandselements
einerseits und eines bekannten Magnetowiderstandselements andererseits;
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27 ist eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen der Umgebungstemperatur (°C) und dem Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(Hex) für
mehrere Magnetowiderstandselemente, bei denen die antiferromagnetische
Schicht einmal aus PtMn, in einem weiteren Fall aus NiO und in einem
noch weiteren Fall aus FeMn besteht;
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28 ist eine Querschnittansicht eines bekannten
Magnetowiderstandselements bei Betrachung von der dem Aufzeichnungsträger zugewandten
Seite; und
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29 ist eine seitliche Schnittansicht des in 28 dargestellten Magnetowiderstandselements.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Oberhalb
und unterhalb dieses Magnetowiderstands-Dünnschichtelements vom "Drehventil"-Typ, welches im
folgenden vereinfacht auch als Magnetowiderstandselement oder als
Dünnschichtelement
bezeichnet wird, sind Abschirmungsschichten ausgebildet, wobei jeweils
Spalt-Schichten
dazwischen liegen, um hierdurch einen Dünnschicht-Magnetowiderstandskopf für die Wiedergabe
(MR-Kopf) aus dem Magnetowiderstandselement, den Spalt-Schichten
und den Abschirmungsschichten zu bilden. Außerdem kann ein zur Aufzeichnung
dienender induktiver Kopf schichtweise oben auf dem Wiedergabe-Dünnschicht-Magnetowiderstandskopf
ausgebildet sein.
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Dieser
Dünnschicht-Magnetowiderstandskopf
ist z. B. an dem nachlaufenden Rand eines schwimmenden Gleitstücks in einem
Festplattenlaufwerk angebracht, um aufgezeichnete Magnetfelder von
der Festplatte zu lesen. Die Bewegungsrichtung des magnetischen
Aufzeichnungsträgers,
z. B. einer Festplatte, entspricht hier der Richtung Z in der Zeichnungsfigur,
die Richtung des streuenden Magnetfelds, welches von dem magnetischen
Aufzeichnungsträger
ausgeht, entspricht der Y-Richtung. Bei dem in 1 und 2 dargestellten
Magnetowiderstandselement handelt es sich um ein Einzel-Magnetowiderstandselement
vom Drehventil-Typ, bestehend aus folgenden, jeweils in einem Exemplar
vorhandenen Schichten: einer antiferromagnetischen Schicht, einer
fixierten magnetischen Schicht, einer nichtmagnetischen, elektrisch
leitenden Schicht und einer freien magnetischen Schicht. Die ganz
unten ausgebildete Schicht ist eine Basisschicht 10 aus
einem nichtmagnetischen Material wie z. B. Ta. In den 1 und 2 ist
auf der Basisschicht 10 eine antiferromagnetische Schicht 11 ausgebildet,
und auf dieser wiederum ist eine erste fixierte magnetische Schicht 12 gebildet.
Gemäß 1 befinden
sich auf dieser Schicht 12 zunächst eine nichtmagnetische
Zwischenschicht 13 und dann eine zweite fixierte magnetische
Schicht 14 auf der Schicht 13.
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Die
erste und die zweite fixierte magnetische Schicht 12 bzw. 14 bestehen
aus beispielsweise Co, einer NiFe-Legierung, einer Co-NiFe-Legierung, einer
Co-Fe-Legierung oder dergleichen.
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Außerdem wird
es im Rahmen der Erfindung bevorzugt, wenn die antiferromagnetische
Schicht 11 aus einer PtMn-Legierung gebildet ist. PtMn-Legierungen
haben bessere Korrosionsbeständigkeit
als NiMn-Legierungen
oder FeMn-Legierungen, die früher
für antiferromagnetische
Schichten verwendet wurden, außerdem ist
die Sperrtemperatur hoch, und man kann ein starkes Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(ein anisotropes Austausch-Magnetfeld) erhalten. Im Rahmen der Erfindung
kann man auch X-Mn-Legierungen (X ist mindestens eines der folgenden
Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru, Os) oder PtMn-X'-Legierungen verwenden (X' ist mindestens eines
der folgenden Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au, Ag), anstatt die
Schicht aus PtMn-Legierungen
zu fertigen.
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Die
in 1 dargstellten Pfeile für die erste bzw. die zweite
fixierte magnetische Schicht 12 und 14 repräsentieren
Betrag und Richtung des magnetischen Moments für die jeweilige Schicht, wobei
sich der Betrag des magnetischen Moments durch einen Wert bestimmt,
den man durch Multiplizieren der Sättigungsmagnetisierung (Ms)
mit der Schichtdicke (t) erhält.
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Die
in 1 gezeigte erste und zweite fixierte magnetische
Schicht 12 und 14 bestehen aus dem gleichen Material,
sind z. B. als Co-Schicht ausgebildet, wobei die Dicke tP2 der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 größer gewählt ist
als die Dicke tP1 der ersten fixierten magnetischen
Schicht 12, demzufolge die Schicht 14 ein größeres magnetisches
Moment als die erste fixierte magnetische Schicht 12 besitzt.
Erfindungsgemäß wird gefordert,
daß die
erste fixierte magnetische Schicht 12 und die zweite fixierte
magnetische Schicht 14 unterschiedliche magnetische Momente
haben, so daß die
Dicke tP1 der ersten Schicht 12 größer ist
als die Dicke tP2 der zweiten fixierten
magnetischen Schicht 14.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist die erste fixierte magnetische
Schicht 12 in Y-Richtung magnetisiert, d. h. in der Richtung
fort von dem Aufzeichnungsträger
(in Höhenrichtung),
und die Magnetisierung der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14,
die der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 über die
nichtmagnetische Zwischenschicht 13 gegenüberliegt,
ist antiparallel zu der ersten Schicht 12 magnetisiert.
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Die
erste fixierte magnetische Schicht 12 steht in Kontakt
mit der antiferromagnetischen Schicht 11, wobei ein Glühen (eine
Wärmebehandlung)
in einem Magnetfeld veranlaßt,
daß ein
Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(ein anisotropes Austauschmagnetfeld) an der Grenzfläche zwischen
der Schicht 12 und der antiferromagnetischen Schicht 11 gebildet
wird, so daß gemäß 1 beispielsweise
die Magnetisierung der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 in
Y-Richtung festgelegt
wird. Nachdem erst einmal die Magnetisierung der ersten Schicht 12 in
Y-Richtung festgelegt ist, wird die Magnetisierung der zweiten fixierten
magnetischen Schicht 14, die der ersten Schicht 12 über die
nichtmagnetische Zwischenschicht 12 gegenübersteht,
in einer Weise festgelegt, daß sie
antiparallel zur Magnetisierung der ersten fixierten magnetischen
Schicht 12 verläuft.
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Die
Erfindung optimiert die Anordnung so, daß die Dicke tP1 der ersten
fixierten magnetischen Schicht 12 und die Dicke tP2 der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 und
außerdem
das Verhältnis
(tP1)/(tP2 vorzugsweise
in einem Bereich von 0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05
bis 4 liegt. In diesen Bereichen kann man ein starkes Austausch-Kopplungsmagnetfeld
erzielen, allerdings hat dieses die Neigung, sogar in diesen angegebenen
Bereichen schwächer
zu werden, falls die Dicke der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 und
diejenige der zweiten Schicht 14 zunimmt, so daß die vorliegende
Erfindung die Dicke der ersten Schicht 11 ebenso wie die
Dicke der zweiten Schicht 14 in passender Weise einstellt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, daß die Schichtdicke tP1 der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 und
die Schichtdicke tP2 der zweiten fixierten
magnetischen Schicht 14 beide im Bereich von 10 bis 70
Angström
liegen, wobei ein Absolutwert, erhalten durch Subtrahieren der Schichtdicke
tP2 für
die Schicht 14 von der Schichtdicke tP1 für die Schicht 12 gleich
oder größer als
2 Angström
ist.
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Die
Einstellung des Schichtdickenverhältnisses und der Schichtdicken
selbst in der Weise, daß die Werte
in den oben angegebenen Bereichen liegen, liefert ein Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(Hex) von mindestens 500 (Oe). Der Begriff "Austausch-Kopplungsmagnetfeld" (oder Austausch-Koppelmagnetfeld" beschreibt den Zustand,
der Stärke
eines äußeren Magnetfelds
dann, wenn der ΔMR-Wert
(die Geschwindigkeit der Widerstandsänderung) dem halben Maximalwert
von ΔMR
entspricht. Das Austausch-Kopplungsmagnetfeld (Hex) ist ein Gesamtkonzept,
welches das Austausch-Kopplungsmagnetfeld (das inisotrope Austauschmagnetfeld),
welches an der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten magnetischen Schicht 11 und der
antiferromagnetischen Schicht 11 erzeugt wird, und das
Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(RKKY-Wechselwirkung), das zwischen der ersten fixierten magnetischen
Schicht 12 und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 erzeugt
wird, beinhaltet.
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Außerdem ist
es im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugt, wenn (tP1)/(tP2), also das Verhältnis der Schichtdicken der
ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht, in einem
Bereich von 0,53 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 1,8
liegt. Auch in diesen Bereichen sollte bevorzugt die Schichtdicke tP1 der ersten Schicht 12 und die
Schichtdicke tP2 der zweiten Schicht 14 jeweils
in einem Bereich von 10 bis 50 Angström liegen, wobei der Absolutwert,
erhalten durch Substrahieren der Schichtdicke tP2 der
zweiten Schicht 14 von der Schichtdicke tP1 der
Schicht 12, größer oder
gleich 2 Angström
ist. Das Einstellen des Schichtdickenverhältnisses zwischen der ersten
und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 12 bzw. 14 und
der Schichtdicken tP1 der ersten Schicht 12 sowie
der Schichtdicke tP2 der zweiten Schicht 14 selbst
in der Weise, daß die
Werte in den oben angegebenen Bereichen liegen, liefert ein Austausch-Kopplungsmagnetfeld von
mindestens 1000 (Oe).
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Wenn
man das Schichtdickenverhältnis
und die Schichtdicken in den angegebenen Bereichen hält, läßt sich
das Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(Hex) verstärken,
und außerdem
läßt sich
der ΔMR-Wert
(d. h. die Geschwindigkeit der Widerstandsänderung) auf einen Pegel anheben,
wie er bei bekannten Anordnungen gegeben ist.
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Je
stärker
das Austausch-Kopplungsmagnetfeld ist, desto größer ist die Stabilität des Magnetisierungszustands
der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 und der zweiten
fixierten magnetischen Schicht 14, die einen antiparallelen
Zustand bilden. Die vorliegende Erfindung setzt insbesondere eine
PtMn-Legierung ein, die eine hohe Sperrtemperatur besitzt, um die
antiferromagnetische Schicht 11 zu bilden, und sie schafft
ein starkes Austausch-Koppelmagnetfeld (anisotropes Austauschmagnetfeld)
an der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 und
der antiferromagnetischen Schicht 11, so daß der Magnetisierungszustand
der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 11 und 14 thermisch
stabil gehalten werden kann.
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Falls
die erste und die zweite fixierte magnetische Schicht 12 und 14 aus
dem gleichen Material gebildet sind, könnte man die beiden Schichten
mit gleicher Dicke ausbilden. Allerdings haben Versuche gezeigt, daß das Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(Hex) ebenso wie der ΔMR-Wert drastisch
sinkt. Es wird angenommen, daß dies
auf den Umstand zurückzuführen ist,
daß, wenn
der Wert Ms·tP1 (magnetisches Moment) der ersten fixierten
magnetischen Schicht 12 und Ms·tP2 (magnetisches
Moment) der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 den
gleichen Wert haben, kein antiparalleler Zustand zwischen der Magnetisierung
der Schicht 12 und der Magnetisierung der Schicht 14 besteht,
das Ausmaß der
Richtungsdispersion der Magnetisierung (der Betrag des magnetischen
Moments, welches in unterschiedliche Richtungen zielt) zunimmt und dementsprechend
der relative Winkel bezüglich
der Magnetisierung der später
noch zu beschreibenden freien magnetischen Schicht 16 nicht
in angemessener Weise gesteuert werden kann.
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Um
diese Probleme zu lösen,
ist es zunächst
erforderlich, daß die
erste und die zweite fixierte magnetische Schicht 12 und 14 unterschiedliche
Werte für
Ms·t
haben, d. h. man muß die
Dicke der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 verschieden
machen von derjenigen der Schicht 14, falls die beiden
Schichten 12 und 14 aus gleichem Material bestehen
sollten.
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Wie
oben erläutert,
ist das Schichtdickenverhältnis
zwischen der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 12 und 14 in
dem angegebenen Bereich passend, so daß der Bereich, in welchem die Schichtdicke
tP1 der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 und
die Schichtdicke tP2 der zweiten fixierten
magnetischen Schicht 14 annähernd gleich groß sind,
also ein Schichtdickenbereich von 0,95 bis 1,05, von dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen,
passenen Bereich ausgeschlossen ist.
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Falls
ein antiferromagnetisches Material, beispielsweise eine PtMn-Legierung für die antiferromagnetische
Schicht 11 verwendet wird und diese Schicht im Anschluß an ihre
Ausbildung in einem Magnetfeld geglüht wird (einer Wärmebehandlung
unterzogen wird), wie es die vorliegende Erfindung vorsieht, um
dadurch ein starkes Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(ein anisotropes Austauschmagnetfeld) an der Grenzfläche zwischen
der Schicht 12 und der antiferromagnetischen Schicht 11 zu
erhalten, so wird selbst in dem Fall, daß die Schicht 12 und
die Schicht 14 verschiedene Werte von Ms·t haben,
die Richtung sowie der Betrag des während der Wärmebehandlung angelegten Magnetfelds
in geeigneter Weise gesteuert, ansonsten nimmt möglicherweise das Maß der Richtungsdispersion
der Magnetisierung der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 12 und 14 zu,
oder man kann die Magnetisierung nicht in einer gewünschten
Richtung lenken.
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Tabelle
1: Ms·t
P1 für
die erste fixierte magnetische Schicht > Ms·t
P2 für
die zweite fixierte magnetische Schicht.
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Die
Tabelle 1 zeigt wie für
den Fall, daß Ms·tP1 der ersten Schicht 12 größer ist
als Ms·tP2 der zweiten Schicht 14, eine Änderung
des Betrags und der Richtung des Magnetfelds während der Wärmebehandlung die Magnetisierungsrichtung
der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 12 und 14 ändert.
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Unter
(1) ist in Tabelle 1 angegeben, daß in Richtung nach links 100
(Oe) bis 1 (kOe) angelegt werden als Magnetfeld bei der Wärmebehandlung.
In diesem Fall ist Ms·tP1 der ersten Schicht 12 größer als
Ms·tP2 der zweiten Schicht 14, so daß die Magnetisierung
der dominanten ersten fixierten magnetischen Schicht 12 der Richtung
des angelegten Magnetfelds folgt und sich in der Figur nach links
wendet, während
die Magnetisierung der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 versucht,
einen antiparallelen Zustand aufgrund des Austausch-Kopplungsmagnetfeldes
(RKKY-Wechselwirkung) einzunhmen, welches von der ersten fixierten
magnetischen Schicht 12 erzeugt wird.
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Unter
(2) ist in Tabelle 1 gezeigt, daß ein Magnetfeld von 100 (Oe)
bis 1 (kOe) nach rechts angelegt wird, so daß die Magnetisierung der dominanten
ersten Schicht 12 der Richtung des angelegten Magnetfelds folgt
und in der Figur nach rechts geschwenkt wird, während die Magnetisierung der
zweiten Schicht 14 einen antiparallelen Zustand bezüglich der
Magnetisierung der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 einnimmt.
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Unter
(3) ist in Tabelle 1 ein Magnetfeld von 5 (kOe) oder größer nach
rechts angelegt, demzufolge die Magnetisierung der dominanten ersten
fixierten magnetischen Schicht 12 der Richtung des angelegten
Magnetfelds folgt und sich nach rechts wendet. Das Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(RKKY-Wechselwirkung), das zwischen der ersten fixierten Magnetschicht 12 und
der zweiten fixierten Magnetschicht 14 erzeugt wird, beläuft sich
auf etwa 1000 (Oe) bis 5 (kOe), so daß bei Anlegen eines Magnetfelds
von 5 (kOe) oder stärker auch
die zweite fixierte magnetische Schicht 14 der Richtung
des angelegten Magnetfelds folgt, d. h. sich in der Figur nach rechts
wendet. In der gleichen Weise ist in Tabelle 1 bei (4) gezeigt,
daß ein
Magnetfeld von 5 (kOe) oder mehr nach links angelegt wird, so daß die Magnetisierung
der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 und diejenige
der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 nach links
gewendet werden.
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Tabelle
2: Ms·t
P1 der ersten fixierten magnetischen Schicht < Ms·t
P2 der zweiten fixierten magnetischen Schicht
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Tabelle
2 zeigt wie, wenn Ms·tP1 der ersten Schicht 12 kleiner
ist als Ms·tP2 der zweiten Schicht 14, die Änderung
des Betrags und der Richtung des Magnetfelds während der Wärmebehandlung die Magnetisierungsrichtung
der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 12 und 14 ändert.
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Bei
(1) in Tabelle 2 ist gezeigt, daß ein Magnetfeld von 100 (Oe)
bis 1 (kOe) nach links angelegt wird. In diesem Fall wird die Magnetisierung
der zweiten Schicht 14 mit dem größeren Wert von Ms·tP2 dominant, so daß die Magnetisierung der zweiten
fixierten magnetischen Schicht 14 der Richtung des angelegten
Magnetfelds folgt und sich nach links wendet. Die Magnetisierung
der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 nimmt einen
antiparallelen Zustand bezüglich
der Magnetisierung der Schicht 14 aufgrund des Austausch-Kopplungsmagnetfelds
(RKKY-Wechselwirkung)
an, welches zwischen der ersten und der zweiten fixierten magnetischen
Schicht 12 und 14 erzeugt wird. In der gleichen
Weise ist unter (2) in Tabelle 2 gezeigt, daß ein Magnetfeld von 100 (Oe)
bis 1(kOe) nach rechts angelegt wird, demzufolge die Magnetisierung
der dominanten zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 sich
in der Figur nach rechts wendet, die Magnetisierung der ersten Schicht
hingegen nach links gewendet wird.
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Bei
(3) in Tabelle 2 ist angegeben, daß ein Magnetfeld von 5 (kOe)
oder mehr nach rechts angelegt wird, so daß die Magnetisierung beider
fixierter magnetischer Schichten 12 und 13 nach
rechts gewendet wird, bedingt durch die Einwirkung eines magnetischen
Feldes, welches größer ist
als das Austausch-Koppelmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung), das zwischen der ersten
und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 12 und 14 gebildet
wird. Unter (4) ist in Tabelle 2 angegeben, daß ein Magnetfeld von 5 (kOe)
oder stärker
nach links angelegt wird, so daß die
Magnetisierung der beiden fixierten magnetischen Schichten 12 und 14 nach links
gewendet wird.
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Für den Fall,
daß die
Magnetisierung der ersten Schicht 12 nach rechts zu lenken
sind, ist in Tabelle 2 die passende Richtung und der passende Betrag
des Magnetfelds für
die Wärmebehandlung
bei (1) und (3) und in Tabelle 1 bei (2) und (3) angegeben.
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Bei
(2) und (3) in Tabelle 1 wird die Magnetisierung der ersten fixierten
magnetischen Schicht 12, die einen größeren Wert von Ms·tP1 hat, durch das nach rechts weisende angelegte
Magnetfeld bei der Wärmebehandlung
beeinflußt
wendet sich nach rechts. Zu diesem Zeitpunkt wird die Magnetisierung
der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 in die rechte
Richtung festgelegt aufgrund des Austausch-Kopplungsmagnetfeldes (das anisotrope
Austauschmagnetfeld), welches an der Grenzfläche zwischen der ersten fixierten
magnetischen Schicht 12 und der antiferromagnetischen Schicht 11 durch
die Wärmebehandlung
erzeugt wird. Bei (3) in Tabelle 1 veranlaßt ein Verschwinden des magnetischen
Feldes von 5 (kOe) oder darüber,
daß die
Magnetisierung der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 aufgrund
des zwischen der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 12 und 14 erzeugten
Austausch-Koppelmagnetfelds umgekehrt wird und sich nach links wendet.
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In
der gleichen Weise wird gemäß (1) und
(3) in Tabelle 2 die nach rechts weisende Magnetisierung der ersten
fixierten magnetischen Schicht 12 durch das Austausch-Koppelmagnetfeld
an der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 und
der antiferromagnetischen Schicht 11 festgelegt auf die
Richtung nach rechts. Bei (3) in Tabelle 2 führt die Entfernung des Magnetfeldes
von 5 (kOe) oder mehr dazu, daß die
Magnetisierung der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 umgekehrt
wird aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfelds
(RKKY-Wechselwirkung), welches zwischen der ersten und der zweiten
fixierten magnetischen Schicht 12 und 14 erzeugt
wird, so daß eine
Festlegung nach links stattfindet.
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Wie
aus Tabelle 1 und Tabelle 2 ersichtlich, beträgt die Stärke des während der Wärmebehandlung angelegten Magnetfelds
entweder 100 (Oe) bis 1 k(Oe) oder 5 k(OE) oder mehr, wobei Magnetfelder
im Bereich von 1000 (Oe) bis 5 k(Oe) aus dem geeigneten Bereich
ausgeschlossen sind. Die Gründe
hierfür
werden im folgenden erläutert.
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Wird
ein Magnetfeld angelegt, versucht die Magnetisierung der fixierten
magnetischen Schicht mit einem größeren Wert von Ms·t, sich
in die Richtung dieses Magnetfelds zu drehen. Falls allerdings die
Stärke des
Magnetfelds im Bereich von 1000 (Oe) bis 5 k(Oe) während der
Wärmebehandlung
liegt, wird auch die Magnetisierung der fixierten Schicht mit dem
kleineren Wert von Ms·t
stark von dem Magnetfeld beeinflußt und versucht, sich in Richtung
dieses Magnetfelds zu drehen. Folglich wird die Magnetisierung jeder
der beiden fixierten magnetischen Schichten, die an sich versuchen
sollten, einen antiparallelen Zustand aufgrund des zwischen den
fixierten magnetischen Schichten erzeugten Austausch-Koppelmagnetfelds
(RKKY-Wechselwirkung) einzunehmen, durch das starke Magnetfeld beeinflußt, so daß keine
antiparallele Orientierung entsteht, wobei die Stärke der
sogenannten Richtungsdispersion der Magnetisierung, bei der das
magnetische Moment in unterschiedliche Richtungen weist, zunimmt
und demzufolge die Magnetisierung jeder der beiden fixierten magnetischen
Schichten sich nicht in geeigneter Weise antiparallel magnetisieren
läßt. Demzufolge
sind Magnetfelder im Bereich von 1000 (Oe) bis 5 k(Oe) von dem geeigneten
Bereich gemäß der Erfindung
ausgeschlossen. Der Grund dafür,
daß die
Stärke
des Magnetfelds während
der Wärmebehandlung
auf 100 (Oe) oder darüber
eingestellt wird, besteht darin, daß jedes schwächere Magnetfeld
nicht in der Lage wäre,
die Magnetisierung der fixierten magnetischen Schicht mit dem größeren Wert
von Ms·t
in die Richtung des Magnetfelds zu lenken.
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Das
oben beschriebene Verfahren zum Steuern von Betrag und Richtung
des Magnetfelds während der
Wärmebehandlung
läßt sich
bei jeder Art von antiferromagnetischem Material einsetzen, solange
dieses für
eine antiferromagnetische Schicht 11 verwendet wird, die
eine Wärmebehandlung
erfordert, anwendbar ist das Verfahren auch bei einer NiMn-Legierung,
wie sie üblicherweise
für die
antiferromagnetische Schicht verwendet wird.
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Auf
diese Weise ist die Erfindung in der Lage, das Austausch-Kupplungsmagnetfeld
(Hex) dadurch zu verstärken,
daß das
Schichtdicken-Verhältnis zwischen
erster und zweiter fixierter magnetischer Schicht 12 und 14 in
einem geeigneten Bereich gehalten wird. Außerdem kann die Magnetisierung
der ersten und der zweiten fixierten Schicht 12 und 14 in
einem thermisch stabilen antiparallelen Zustand (Ferri-Zustand)
gehalten werden, und darüber
hinaus kann der ΔMR-Wert
(die Rate der Widerstandsänderung)
auf einem Wert gehalten werden, der demjenigen bei bekannten Anordnungen
entspricht.
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Durch
geeignetes Steuern von Betrag und Richtung des Magnetfelds während der
Wärmebehandlung kann
die Magnetisierungsrichtung der ersten und der zweiten fixierten
magnetischen Schicht 12 und 14 in eine gewünschte Richtung
gelenkt werden.
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Das
magnetische Moment (die magnetische Schichtdicke), wie sie oben
angesprochen wurde, läßt sich
errechnen als das Produkt aus der Sättigungsmagnetisierung Ms und
der Schichtdicke t. Beispielsweise ist es bekannt, daß bei massivem,
festem NiFe die Sättigungsmagnetisierung
Ms etwa 1,0 T (Tesla) beträgt, während der
Wert bei massivem Co für
die Sättigungsmagnetisierung
Ms etwa 1,7 T beträgt.
Falls also die Schichtdicke des vorerwähnten NiFe 30 Angström beträgt, beläuft sich
die magnetische Schichtdicke der NiFe-Schicht auf 30 Angström-Tesla.
Die magnetostatische Energie einer ferromagnetischen Schicht bei
Anlegen eines äußeren Magnetfelds
ist proportional zu der magnetischen Schichtdicke multipliziert
mit dem äußeren Magnetfeld,
so daß bei
einer ferromagnetischen Schicht mit einer großen magnetischen Schichtdicke
und einer ferromagnetischen Schicht mit kleiner magnetischer Schichtdicke
dann, wenn die beiden Schichten sich aufgrund der RKKY-Wechselwirkung im
Ferri-Zustand befinden und sich zwischen ihnen eine nichtmagnetische
Zwischenschicht befindet, die magnetische Schicht mit der größeren magnetischen
Schichtdicke dazu neigt, in die Richtung des äußeren Magnetfelds gelenkt zu
werden.
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Allerdings
ist bekannt, daß dann,
wenn die ferromagnetische Schicht in flächiger Berührung mit einer nichtmagnetischen
Schicht, beispielsweise aus Tantal (Ta), Ruthenium (Ru), Kupfer
(Cu) etc. steht, oder dann, wenn die ferromagnetische Schicht in
Flächenkontakt
mit einer antiferromagnetischen Schicht steht, beispielsweise einer
PtMn-Schicht oder dergleichen, die Sättigungsmagnetisierung Ms der
ferromagnetischen Schicht in der Nähe der Grenzfläche mit
der nichtmagnetischen bzw. der antiferromagnetischen Schicht kleiner
wird als die Sättigungsmagnetisierung
Ms des massiven Volumenmaterials, da die Atome der nichtmagnetischen oder
der antiferromagnetischen Schicht sich in direkter Berührung mit
den Atomen der ferromagnetischen Schicht (NiFe, Co) befinden. Außerdem ist
bekannt, daß dann,
wenn die Wärmebehandlung
bei einer mehrlagigen Schicht aus ferromagnetischem Film und nichtmagnetischem
Film und antiferromagnetischen Schichten besteht, die Grenzflächendispersion
aufgrund der Wärmebehandlung
fortschreitet und die Verteilung in Dickenrichtung der Schicht in
der Sättigungsmagnetisierung
Ms der ferromagnetischen Schicht zum Ausdruck kommt. Das heißt: es handelt
sich um ein Phänomen,
bei dem die Sättigungsmagne tisierung
Ms in Bereichen nahe der nichtmagnetischen oder der antiferromagnetischen
Schicht gering ist, während
sich die Sättigungsmagnetisierung
Ms dem Wert für
das massive Volumen des Materials ändert, wenn die betrachtete
Stelle weiter von der Grenzfläche
bezüglich
der nichtmagnetischen oder antiferromagnetischen Schicht entfernt
ist.
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Die
Verringerung der Sättigungsmagnetisierung
Ms der ferromagnetischen Schicht in Bereichen nahe der nichtmagnetischen
oder der antiferromagnetischen Schicht hängt ab vom Material der nichtmagnetischen Schicht,
dem Material der antiferromagnetischen Schicht, der Reihenfolge
der Schichtbildung, der Temperatur bei der Wärmebehandlung etc., und jeder
Wert muß unter
bestimmten Bedingungen exakt eingestellt werden. Die magnetische
Schichtdicke gemäß der Erfindung
ist ein Wert, der sich berechnen läßt unter Berücksichtigung
des Ausmaßes
der Verringerung der Sättigungsmagnetisierung
Ms, wie sie durch die thermische Dispersion bei dem nichtmagnetischen
Film oder den antiferromagnetischen Schichten stattfindet.
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Um
an der Grenzfläche
zwischen der PtMn-Schicht und der ferromagnetischen Schicht aufgrund
der Wärmebehandlung
ein Austausch-Koppelmagnetfeld zu erhalten, muß eine Dispersionsschicht an
der Grenzfläche
zwischen der PtMn-Schicht und der ferromagnetischen Schicht gebildet
werden, wobei allerdings die Verringerung der Sättigungsmagnetisierung Ms der
ferromagnetischen Schicht zur Zeit der Bildung der Dispersionsschicht
abhängt
von der Reihenfolge der Schichtbildung der PtMn-Schicht und der ferromagnetischen Schicht.
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Insbesondere
wenn gemäß 1 die
antiferromagnetische Schicht 11 niedriger liegt als die
freie magnetische Schicht 16, kommt es leicht zu einer
thermischen Dispersionsschicht an der Grenzfläche zwischen der antiferromagnetischen
Schicht 11 und der ersten fixierten magnetischen Schicht 12.
Folglich ist die magnetische Schichtdicke der ersten fixierten magnetischen
Schicht 12 geringer als die eigentliche Schichtdicke tP1. Allerdings wird dann, wenn die magnetische
Schichtdicke der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 zu klein
wird, die Differenz der magnetischen Schichtdicke (das magnetische
Moment) bezüglich
der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 zu groß, und das
Verhältnis
der thermischen Dispersionsschicht in der ersten fixierten Schicht 12 wird
zu groß,
was zu einer problematischen Verschlechterung des Austausch-Kopplungsmagnetfelds
führt.
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Daraus
folgt, daß erfindungsgemäß zur Erreichung
des Ziels, daß eine
antiferromagnetische Schicht 11 verwendet wird, die zum
Erzeugen eines Austausch-Kopplungsmagnetfelds an der Grenzfläche zwischen der
ersten fixierten Schicht 12 eine Wärmebehandlung erfordert, um
einen Ferri-Zustand zwischen der ersten und der zweiten fixierten
Schicht 12 und 14 zu erzeugen, die magnetische
Schichtdicke der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 12 und 14 optimiert
werden muß,
zusätzlich
zur Optimierung der eigentlichen Schichtdicke der ersten und der
zweiten fixierten Schicht 12 und 14. Ansonsten
läßt sich
kein stabiler Magnetisierungszustand erzielen.
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Wie
aus der obigen Betrachtung hervorgeht, kann ein Ferri-Zustand nicht
so leicht erreicht werden, wenn nicht ein gewisses Maß an Unterschied
der magnetischen Schichtdicke zwischen der ersten und der zweiten
fixierten magnetischen Schicht 12 und 11 vorhanden
ist. Falls die Differenz der magnetischen Schichtdicke zwischen
der ersten und der zweiten fixierten Schicht 12 und 14 hingegen
zu groß ist,
führt dies
zu einer unerwünschten
Verschlechterung des Austausch-Koppelmagnetfelds. Erfindungsgemäß wird also
hinsichtlich der Schichtdicke der ersten und der zweiten fixierten
Magnetschicht 12 und 14 bevorzugt, daß der Wert
(magnetische Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht 12)/(magnetische
Schichtdicke der zweiten fixierten Magnetschicht 14) im
Bereich von 0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 4 liegt.
Außerdem
wird erfindungsgemäß bevorzugt,
daß die
magnetische Schichtdicke der ersten Schicht 12 und diejenige
der zweiten Schicht 14 in einem Bereich von 10 bis 70 (Angström-Tesla)
liegt, und daß der
Absolutwert, den man durch Subtrahieren der magnetischen Schichtdicke der
zweiten fixierten Schicht 14 von der magnetischen Schichtdicke
der ersten fixierten Magnetschicht 12 erhält, gleich
oder größer 2 (Angström-Tesla)
ist. Noch mehr wird bevorzugt, wenn der Wert (magnetische Schichtdicke
der ersten fixierten Schicht 12)/magnetische Schichtdicke
der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14) in einem
Bereich von 0,53 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 1,8
liegt. Außerdem
ist es in den oben angegebenen Bereichen vorzuziehen, wenn die magnetische
Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht 12 und
diejenige der zweiten fixierten Schicht 14 in einem Bereich
von 10 bis 50 (Angström-Tesla)
liegen, und daß ein
Absolutwert, erhalten durch Subtrahieren der Schichtdicke der zweiten
Schicht 14 von der Schichtdicke der ersten Schicht 12,
gleich oder größer 2 (Angström-Tesla)
ist.
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Als
nächstes
soll die zwischen die erste und die zweite fixierte Magnetschicht 12 und 14 eingefügte nichtmagnetische
Zwischenschicht 13 erläutert
werden.
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Erfindungsgemäß wird die
zwischen die erste und die zweite fixierte Magnetschicht 12 und 14 eingefügte nichtmagnetische
Zwischenschicht 13 aus einem der folgenden Elemente oder
aus einer Legierung aus mindestens zwei dieser Elemente hergestellt:
Ru, Rh, Ir, Cr, Re und Cu.
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Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der geeignete Schichtdickenwert
der nichtmagnetischen Zwischenschicht 13 abhängig davon
geändert,
ob die ferromagnetische Schicht 11 unterhalb oder oberhalb der
noch zu beschreibenden freien magnetischen Schicht 16 ausgebildet
ist.
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Wie
in 1 zu sehen ist, beträgt der Wert der Schichtdicke
der nichtmagnetischen Zwischenschicht 13 für den Fall,
daß die
antiferromagnetische Schicht 11 unterhalb der freien magnetischen
Schicht 16 ausgebildet ist, vorzugsweise zwischen 3,6 und
9,6 Angström.
Innerhalb dieses Bereichs läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex) von 500 (Oe) oder mehr erreichen.
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Weiterhin
wird bevorzugt, wenn der Wert der Schichtdicke der nichtmagnetischen
Zwischenschicht 13 im Bereich von 4 bis 9,4 Angström liegt,
da dann ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1000 (Oe) oder größer erhalten
werden kann.
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Untersuchungen
haben gezeigt, daß das
Austausch-Koppelmagnetfeld dann drastisch schwächer wird, wenn die nichtmagnetische
Zwischenschicht 13 mit einer anderen stärker ausgebildet wird als den
oben angegebenen Abmessungen. Das heißt: wenn die nichtmagnetische
Zwischenschicht 13 mit einer anderen als der oben angegebenen
Dicke ausgebildet wird, läßt sich
die Magnetisierung der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 12 und 14 nicht
leicht in einen antiparallelen Zustand (Ferri-Zustand) bringen,
so daß sich das
Problem der Instabilität
des Magnetisierungszustands stellt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist eine nichtmagnetische, elektrisch
leitende Schicht 15 aus Cu oder dergleichen auf der zweiten
fixierten Magnetschicht 14 ausgebildet, und außerdem ist
auf der nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht 15 eine
freie magnetische Schicht 16 gebildet. Wie in 1 gezeigt
ist, enthält
die freie magnetische Schicht 16 zwei Lagen oder Schichten,
wobei eine Schicht 17 auf der Seite gebildet ist, die in
Kontakt mit der nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht 15 steht,
eine To-Schicht aufweist. Die andere Schicht 18 besteht
aus einer NiFe-Legierung, einer CoFe-Legierung, einer CoNi-Legierung, einer
Co-NiFe-Legierung oder dergleichen. Der Grund dafür, daß die Co-Schicht 17 auf
der Seite ausgebildet ist, die mit der nichtmagnetischen, elektrisch
leitenden Schicht 15 in Kontakt steht, ist der, daß die Dispersion
von Metallelementen und dergleichen an der Grenzfläche zwischen
der Co-Schicht 17 und der nichtmagnetischen, elektrisch
leitenden Schicht 15 aus Cu unterbunden werden kann und
der ΔMR-Wert
(Rate der Widerstandsänderung)
angehoben werden kann.
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Bezugszeichen 19 bezeichnet
eine aus Ta oder dergleichen gebildete Schutzschicht.
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Wie
in 2 zu sehen ist, sind hartmagnetische Vormagnetisierungsschichten 130 aus
eine Co-Pt-Legierung, einer Co-Cr-Pt-Legierung oder dergleichen
und elektrisch leitende Schichten 131 aus Co und Cr auf beiden
Seiten der Schichtstruktur ausgehend von der Grundschicht 10 bis
hin zu der Schutzschicht 19 ausgebildet, wobei die Magnetisierung
der freien magnetischen Schicht 16 durch das Vormagnetisierungsfeld
der hartmagnetischen Vormagnetisierungschicht beeinflußt und folglich
in X-Richtung magnetisiert
wird.
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Bei
dem in 1 gezeigten Magnetowiderstandselement
wird ein Lesestrom von der oberen elektrisch leitenden Schicht zu
der freien magnetischen Schicht 16, der nichtmagnetischen,
elektrisch leitenden Schicht 15 und der zweiten fixierten
magnetischen Schicht 14 geleitet. Falls ein Magnetfeld
seitens des Aufzeichnungsgträgers
in Richtung Y in 1 vorhanden ist, ändert sich
die Magnetisierung der freien magnetischen Schicht 16 von
der Richtung X in die Richtung Y, und eine vom Drehimpuls abhängige Streuung
von Leitungselektronen ergibt sich an der Grenzfläche der
nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht 15 und der
freien magnetischen Schicht 16 sowie an der Grenzfläche zwischen
der nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht 15 und
der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14, wodurch
der elektrische Widerstand sich ändert
und dementsprechend das streuende Magnetfeld seitens des Aufzeichnungsträgers erfaßt werden kann.
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Der
Lesestrom fließt
auch zu der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 und
der nichtmagnetischen Zwischenschicht 13 und weiteren Schichten.
Die erste fixierte magnetische Schicht 12 leistet keinen
direkten Beitrag zu dem ΔMR-Wert,
so daß die
Schicht 12 eine unterstützende
Rolle bei der Festlegung der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 spielt,
die einen Beitrag zu dem ΔMR-Wert
in der passenden Richtung leistet. Dementsprechend führt der
Lesestrom, der zu der ersten fixierten magnetischen Schicht 12 und
der nichtmagnetischen Zwischenschicht 13 fließt, zu einem
Nebenschluß-Verlust
(Stromverlust), allerdings ist der Betrag dieses Nebenschluß-Verlusts
derart gering, daß die
Erfindung dennoch einen ΔMR-Wert
wie bei entsprechenden bekannten Anordnungen erzielen kann.
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Versuche
haben nun gezeigt, daß die
erfindungsgemäße Unterteilung
in die erste und die zweite fixierte magnetische Schicht 12 und 14 mit
der dazwischenliegenden nichtmagnetischen Schicht 13 die
Möglichkeit der
Erzeugung eines starken Austausch-Kupplungsmagnetfelds (Hex) auch
dann gibt, wenn die Dicke der antiferromagnetischen Schicht 11 verringert
wird, insbesondere man ein Feld von 500 (Oe) oder darüber erhalten kann.
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Bei
den bekannten Anordnungen muß dann,
wenn in dem Magnetowiderstandselement als antiferromagnetische Schicht 11 eine
Schicht aus einer PtMn-Legierung verwendet wird, eine Dicke von
mindestens 200 Angström
vorgesehen werden, um ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder darüber zu erhalten.
Erfindungsgemäß allerdings
läßt sich
bei einer Dicke von mindestens 90 Angström der antiferromagnetischen
Schicht 11 ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe)
oder stärker
erhalten. Außerdem
kann bei einer Dicke von mindestens 100 Angström ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 1.000 (Oe) erhalten werden. Diese Werte für die antiferromagnetische
Schicht 11 gelten für
ein Einzel-Magnetowiderstandselement, die passenden Bereichen für die Schichtdicke
sind etwas anders bei sogenannten Doppel-Magnetowiderstandselementen,
bei denen antiferromagnetische Schichten oberhalb und unterhalb
der freien magnetischen Schicht ausgebildet sind. Doppel-Magnetowiderstandselemente
werden weiter unten näher
erläutert.
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Erfindungsgemäß läßt sich
die antiferromagnetische Schicht 11, bei der es sich um
die dickste Schicht in einem Magnetowiderstandselement handelt,
mit im Vergleich zu bekannten Elementen halber oder noch geringerer
Dicke ausbilden, wodurch die Gesamtdicke des Magnetowiderstandselements
deutlich gesenkt wird.
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13 ist eine Schnittansicht des Aufbaus eines Lesekopfs,
auf dem ein Magnetowiderstandselement ausgebildet ist, die Darstellung
zeigt den Magnetkopf aus der Sicht der dem Aufzeichnungsträger zugewandten
Seite.
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Eine
untere Abschirmschicht 120 besteht z.B. aus einer NiFe-Legierung,
eine untere Spalt-Schicht 121 ist auf der unteren Abschirmschicht 120 ausgebildet.
Ein erfindungsgemäßes Magnetowiderstandselement 122 befindet
sich auf der unteren Spalt-Schicht 121, und darauf sind
hartmagnetische Vormagnetisierungsschichten 123 sowie elektrisch
leitende Schichten 124 jeweils auf einer Seite des Magnetowiderstandselements 122 ausgebildet.
Auf den elektrisch leitenden Schichten 124 ist eine obere
Spalt-Schicht 125 gebildet, und auf dieser befindet sich
eine obere Abschirmschicht 126 aus einer MiFe-Legierung oder dergleichen.
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Die
untere Spalt-Schicht 121 und die obere Spalt-Schicht 125 bestehen
aus Isolierstoff, z.B. SiO2 oder Al2O3 (Aluminiumoxid).
Wie in 13 gezeigt ist, beträgt die Entfernung
von der unteren Spalt-Schicht 121 zu der oberen Spalt-Schicht 125 G1,
und je kleiner dieser Wert G1 ist, desto höhere Aufzeichnungsdichten lassen sich
verarbeiten.
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Wie
oben erläutert,
ermöglicht
die vorliegende Erfindung die Verringerung des Gesamtdicke des Magnetowiderstandselements 22 dadurch,
daß die
Dicke der antiferromagnetischen Schicht 11 verringert wird,
so daß die
Breite des Spalts G verringert werden kann. Sogar dann, wenn die
untere Spalt- oder Lückenschicht 121 sowie
die obere Spaltschicht relativ dick sind, läßt sich die Spalt-Länge oder
-Breite G1 relativ klein halten. Die Ausbildung der unteren und
der oberen Spaltschicht 121 und 125 mit relativ
großer
Dicke gewährleistet eine
ausreichende Isolierung.
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Das
in 1 gezeigte Magnetowiderstandselement wird hergestellt
durch Schichtbildung folgender Schichten von unten nach oben: Basisschicht 10,
antiferromagnetische Schicht 11, erste fixierte Magnetschicht 12,
nichtmagnetische Zwischenschicht 13, zweite fixierte Magnetschicht 14,
nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht 15, freie
magnetische Schicht 16 und Schutzschicht 19, wobei
sich an die Schichtbildung ein Glühen (Wärmebehandlung) unter Anlegen
eines Magnetfelds anschließt.
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Bei
dem in 1 gezeigten Magnetowiderstandselement
wird die Dicke tP1 der ersten fixierten
Magnetschicht 12 geringer eingestellt als die Dicke tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht 14,
und das magnetische Moment (Ms·tP1) der ersten Schicht 12 wird kleiner
eingestellt als das magnetische Moment (Ms·tP1) der zweiten fixierten
Magnetschicht 14.
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In
diesem Fall wird ein Magnetfeld von 100 bis 1.000 (Oe) in die Richtung
angelegt, die der gewünschten
Magnetisierungsrichtung der zweiten fixierten magnetischen Schicht 14 entgegengesetzt
ist, oder es wird ein Magnetfeld von 5 (kOe) oder darüber in die
Richtung angelegt, in die die Magnetisierung der zweiten fixierten
Magnetschicht 14 zu lenken ist.
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Wie
in 1 gezeigt, sollte dann, wenn die Magnetisierung
der ersten fixierten Magnetschicht 12 auf die Richtung
Y festgelegt werden soll, gemäß obiger
Tabelle 2 entweder ein Magnetfeld von 100 (Oe) bis 1 (kOe) (siehe
Tabelle 2 (1)) in der Richtung entgegen der Richtung Y angelegt
werden, oder es sollte ein Magnetfeld von 5 (kOe) oder stärker in
der Richtung Y angelegt werden (vergleiche Tabelle 2 (3)).
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Das
Anlegen eines Magnetfelds von 100 (Oe) bis 1 k (Oe) in der Richtung
entgegen der Richtung Y magnetisiert die zweite fixierte magnetische
Schicht 14, die ein größeres magnetisches
Moment (Ms·tP2) aufweist, in der Richtung entgegengesetzt
der Y-Richtung, die Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht 12,
die aufgrund des zwischen der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 12 und 14 erzeugten
Austausch-Koppelmagnetfelds (RKKY-Wechselwirkung) antiparallel magnetisiert
ist, verläuft
in Richtung Y, und die Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht 12 wird
auf die Y-Richtung
festgelegt aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfelds (anisotropes
Austauschmagnetfeld), welche an der Grenzfläche zwischen der ersten fixierten
Magnetschicht 12 und der antiferromagnetischen Schicht 11 erzeugt
wird. Als Ergebnis der Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht 12 in
Y-Richtung wird die Magnetisierung der zweiten fixierten Magnetschicht 14 in
antiparalleler Weise bezüglich
der Magnetisierung der ersten Schicht 12 festgelegt.
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Alternativ:
das Anlegen eines Magnetfelds von 5 (kOE) in Richtung Y magnetisiert
sowohl die erste Schicht 12 als auch die zweite Schicht 14 in
Richtung Y, und die Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht 12 wird
aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfeld (anisotropes Austauschmagnetfeld),
das an der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten Magnetschicht 12 und der
antiferromagnetischen Schicht 11 erzeugt wird, auf die
Y-Richtung festgelegt. Die Beseitigung des Magnetfelds von 5 (kOe)
oder mehr bewirkt, daß die Magnetisierung
der zweiten fixierten Magnetschicht 14 umgekehrt wird durch
das Austausch-Koppelmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung), welches zwischen
der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 12 und 14 erzeugt
wird, die Magnetisierung der zweiten Schicht 14 wird also
entgegen der Y-Richtung festgelegt.
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Alternativ:
falls das magnetische Moment der ersten fixierten Magnetschicht 12 größer ist
als dasjenige der zweiten fixierten Magnetschicht 14, wird
ein Magnetfeld von 100 (Oe) bis 1.000 (Oe) oder ein Magnetfeld von
5 (kOe) oder stärker
in der Richtung angelegt, in der die Magnetisierung der ersten fixierten
Magnetschicht 12 verlaufen soll.
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Das
in 1 dargestellte Magnetowiderstands-Dünnschichtelement
ist der wichtigste Teil, den der Wiedergabekopf (Magnetowiderstands- Dünnschichtkopf) enthält. Zunächst wird
eine Spaltschicht auf der unteren Abschirmschicht aus magnetischem
Material gebildet, gefolgt von der Ausbildung des Magnetowiderstandselements.
Anschließend
wird eine obere Abschirmschicht auf dem Magnetowiderstandselement
mit einer dazwischenliegenden Spaltschicht zur Vervollständigung
des Wiedergabekopfs (MR-Kopf) gebildet. Darauf kann außerdem ein
induktiver Wiedergabekopf ausgebildet sein, der einen Kern aus magnetischem
Material sowie eine Spule enthält.
In diesem Fall dient die obere Abschirmschicht vorzugsweise als
untere Kernschicht des induktiven Kopfs. Die Abschirmschichten werden
oberhalb und unterhalb des in 3 und
den weiteren Zeichnungsfiguren dargestellten Magnetowiderstandselements
sowie des in 1 dargestellten Elements gebildet.
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3 ist
eine seitliche Schnittansicht, die schematisch den Aufbau eines
Magnetowiderstandselements nach einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung zeigt. 4 ist eine Schnittansicht des
in 3 gezeigten Elements bei Betrachtung von der dem
Aufzeichnungsträger
gegenüberliegenden
Seite.
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Das
Magnetowiderstandselement ist ein Einzel-Drehventil-Magnetowiderstandselement,
welches hergestellt wurde, indem die Reihenfolge der Schichten des
in 1 gezeigten Magnetowiderstandselements umgekehrt
wurde.
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Das
in 3 gezeigte Magnetowiderstandselement enthält von unten
nach oben also: eine Basisschicht 10, eine NiFe-Schicht 22,
eine Co-Schicht 23 (die
Schichten 22 und 23 bilden zusammen eine freie magnetische
Schicht 21), eine nichtmagnetische, elektrisch leitende
Schicht 24, eine zweite fixierte magnetische Schicht 25,
eine nichtmagnetische Zwischenschicht 26, eine erste fixierte
Magnetschicht 27, eine antiferromagnetische Schicht 28 und
eine Schutzschicht 29.
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Vorzugsweise
wird die antiferromagnetische Schicht 28 aus einer PtMn-Legierung gebildet,
allerdings können
anstelle dieser Legierungen auch X-Mn-Legierungen (X ist mindestens
eines der folgenden Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru, Os) oder PtMn-X'-Legierungen verwendet
werden (X' ist mindestens
eines der folgenden Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au, Ag).
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Bei
diesem Magnetowiderstandselement ist es vorzugsweise so, daß das Schichtdickenverhältnis zwischen
der Schichtdicke tP1 der ersten fixierten
Magnetschicht 27 und der Schichtdicke tP2 der
zweiten Magnetschicht 25 derart ist, daß der Wert (Schichtdicke tP1 der ersten Schicht)/(Schichtdicke tP2 der zweiten Magnetschicht) in einem Bereich
von 0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 4 liegt, bevorzugter
in einem Bereich von 0,53 bis 0,95 oder 1,05 bis 1,8.
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Außerdem wird
bevorzugt, daß die
Schichtdicke tP1 der ersten Schicht 27 und
die Schichtdicke tP2 der zweiten Schicht 25 in
einem Bereich von 10 bis 70 Angström liegen, und daß ein Absolutwert,
erhalten durch Subtrahieren der Schichtdicke tP2 der
zweiten Schicht 25 von der Schichtdicke tP1 der
ersten Schicht 20 gleich oder größer 2 Angström ist. Noch
mehr bevorzugt ist eine Anordnung, bei der die Schichtdicke tP1 der ersten Schicht 27 und die
Schichtdicke tP2 der zweiten Schicht 25 in
einem Bereich von 10 bis 50 Angström liegt, wobei der Absolutwert
die Differenz zwischen der Schichtdicke tP2 der
zweiten Schicht 25 und der Schichtdicke tP2 der ersten
Schicht 27 gleich oder größer 2 Angström ist.
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Wie
oben erläutert,
wird ein Magnetisierungszustand dann nicht auf einfache Weise in
einen Ferri-Zustand gebracht, wenn nicht ein gewisser Unterschied
der magnetischen Schichtdicke zwischen den Schichten 27 und 25 gegeben
ist. Andererseits wird dann, wenn die Differenz der magnetischen
Schichtdicken zwischen erster und zweiter Schicht 27 und 25 zu
groß ist,
eine unerwünschte
Verschlechterung des Austausch-Koppelmagnetfeld
in Kauf zu nehmen sein. Erfindungsgemäß ist es im Hinblick auf das
Schichtdickenverhältnis
der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 27 und 25 zu
bevorzugen, wenn der Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der ersten fixierten Magnetschicht 27)/(magnetische
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht 25)
in einem Bereich von 0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05
bis 4 liegt. Außerdem wird
erfindungsgemäß bevorzugt,
wenn die magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten fixierten Magnetschicht 27 und die magnetische Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht 25 in
einem Bereich von 10 bis 70 (Angström-Tesla) liegt, wobei ein Absolutwert
der Differenz aus der magnetischen Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 25 und der
magnetischen Schichtdicke Ms·tP2 der ersten Schicht 27 gleich
oder größer 2 (Angström-Tesla)
ist.
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Noch
mehr bevorzugt ist, wenn der Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der ersten Schicht 27)/(magnetische
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 25) in einem
Bereich von 0,53 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 1,8
liegt. Innerhalb dieser Bereiche ist es außerdem bevorzugt, wenn die
magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der ersten Schicht 27 und die
magnetische Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 25 in einem
Bereich von 10 bis 50 (Angström-Tesla)
liegt, während
der Absolutwert der Differenz zwischen der magnetischen Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten Schicht 25 und der
magnetischen Schichtdicke Ms·tP2 der ersten Schicht 27 gleich
oder größer 2 (Angström-Tesla)
ist.
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Die
zwischen der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 27 und 25 gemäß 3 liegende nichtmagnetische
Zwischenschicht 26 besteht vorzugsweise aus einem der folgenden
Elemente oder einer Legierung aus mindestens zwei dieser Elemente:
Ru, Rh, Ir, Cr, Re und Cu.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Magnetowiderstandselement
gemäß 3 liegt
der Schichtdickenwert der nichtmagnetischen Zwischenschicht 26 dann,
wenn die antiferromagnetische Schicht 28 oberhalb der freien
magnetischen Schicht 21 ausgebildet ist, vorzugsweise in
einem Bereich von 2,5 bis 6,4 Angström oder von 6,6 bis 10,7 Angström. Innerhalb dieses
Bereichs läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex) von 500 (Oe) oder darüber erhalten.
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Außerdem ist
bevorzugt, wenn die Schichtdicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht 26 im
Bereich von 2,8 bis 6,2 Angström
oder im Bereich von 6,8 bis 10,3 Angström liegt. In diesem Bereich
läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex) von mindestens 1.000 (Oe) oder
darüber
erhalten.
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Außerdem kann
man eine Dicke von mindestens 90 Angström für die antiferromagnetische
Schicht 28 vorsehen, um ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder darüber zu erreichen.
Bei einer Dicke von mindestens 100 Angström kann man ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 1.000 (Oe) oder darüber
erhalten.
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Bei
dem in 3 gezeigten Magnetowiderstandselement
hat die Schichtdicke tP1 der ersten fixierten Magnetschicht 27 einen
anderen Wert als die Schichtdicke Ms·tP2 der
zweiten fixierten Magnetschicht 25 wobei die Schichtdicke
tP1 z. B. größer ist als die Schicht tP2. Außerdem
ist die erste fixierte Magnetschicht 27 in die Y-Richtung
magnetisiert, während
die zweite fixierte Magnetschicht 25 entgegen der Y-Richtung
magnetisiert ist, so daß sich
die Magnetisierung der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 27 und 25 in
einem Ferri-Zustand befindet. Das Verfahren zum Steuern der Magnetisierungsrichtung
für die
erste und die zweite fixierte Magnetschicht 27 und 25 gemäß 3 wird
weiter unten näher
erläutert.
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Zunächst werden
die in 3 gezeigten Schichten durch
Aufstäuben
oder dgl. gebildet, anschließend erfolgt
ein Glühen
(Wärmebehandlung)
in einem Magnetfeld.
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Falls
der Wert Ms·tP1 (magnetisches Moment) der ersten fixierten
Magnetschicht 27 größer ist
als der Wert Ms·tP2 (das magnetische Moment) der zweiten fixierten
Magnetschicht 25, sollte ein Magnetfeld von 100 (Oe) bis
1 (kOe) oder ein Feld von 5 (kOe) oder mehr in Richtung der gewünschten
Magnetisierung der ersten fixierten magnetischen Schicht 27 angelegt
werden.
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Wie
in 3 gezeigt ist, sollte dann, wenn die erste fixierte
Magnetschicht 27 mit einem größeren Wert von Ms·tP1 in Y-Richtung zu orientieren ist, gemäß obiger
Tabelle 1 ein Magnetfeld von 100 (Oe) bis 1 (kOe) (vgl. Tabelle
1 (2)) oder 5 (kOe) (vgl. Tabelle 1 (3)) in Y-Richtung angelegt werden.
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Das
Anlegen eines Magnetfelds von 100 (Oe) bis 1 (kOe) in Y-Richtung
bewirkt, daß die
Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschichten 27,
die den größeren Wert
von Ms·tP1 hat, in Y-Richtung orientiert wird, und
die Magnetisierung der zweiten fixierten Schicht 25 versucht,
einen antiparallelen Zustand einzunehmen. Die Magnetisierung der
ersten fixierten Magnetschicht 27 wird dann aufgrund des
Austausch-Koppelmagnetfeldes
(anisotropes Austausch-Koppelmagnetfeld), welches an der Grenzfläche zwischen
der ersten fixierten Magnetschicht 27 und der fixierten
Schicht 28 erzeugt wird, in Y-Richtung festgelegt, und
demzufolge wird die Magnetisierung der zweiten fixierten Schicht 25 entgegen
der Y-Richtung festgelegt.
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Alternativ:
ein Anlegen eines Magnetfelds 5 (kOe) oder mehr in Y-Richtung magnetisiert
die beiden fixierten Magnetschichten 27 und 25 in
Y-Richtung aufgrund eines Magnetfelds, welches größer ist
als das Austausch-Koppelmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung), welches
zwischen der ersten und der zweiten fixierten Magnetschichten 27 und 25 erzeugt
wird, und die Magnetisierung der ersten Magnetschicht 27 wird
in Y-Richtung aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfeldes (des anisotropen
Austauschmagnetfelds) festgelegt, welches an der Grenzfläche zwischen
der ersten fixierten Magnetschicht 27 und der fixierten
Schicht 28 erzeugt wird. Das Beseitigen des angelegten
Magnetfelds bewirkt, daß die
Magnetisierung der zweiten fixierten Schicht 25 aufgrund
des Austausch-Koppelmagnetfelds (RKKY- Wechselwirkung), welches zwischen der
ersten und der zweiten fixierten Schichten 27 und 25 erzeugt
wird, umgedreht wird, also auf einen Zustand festgelegt wird, der
bezüglich
der Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht 27 antiparallel
ist.
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Alternativ:
wenn das magnetische Moment der ersten fixierten Magnetschicht 27 kleiner
ist als dasjenige der zweiten Schicht 25, wird ein Magnetfeld
von 100 (Oe) bis 1.000 (Oe) entgegen der gewünschten Magnetisierungsrichtung
der ersten fixierten Magnetschicht 27 angelegt, oder es
wird ein Magnetfeld von 5 (kOe) oder mehr in der gewünschten
Magnetisierungsrichtung angelegt.
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Wie
in 4 gezeigt ist, sind auf jeder Seite der Schichtstruktur
hartmagnetische Vormagnetisierungsschichten 130 und elektrisch
leitende Schichten 131 ausgebildet, die von der Basisschicht 10 ausgehen
und zu der Schutzschicht 29 reichen, wobei die Magnetisierung
der freien Magnetschicht 21 von dem Vormagnetisierungsfeld
der hartmagnetischen Schicht 130 beeinflußt wird,
die in X-Richtung magnetisiert ist, also auch die freie Schicht
in X-Richtung ausgerichtet wird.
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5 ist
eine seitliche Schnittansicht, die schematisch den Aufbau eines
Magnetowiderstandselements einer dritten Ausführungsform zeigt, 6 zeigt
eine Querschnittansicht des Magnetowiderstandselements nach 5 bei
Betrachtung von der Seite, die dem Aufzeichnungsträger gegenüberliegt.
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Dieses
Magnetowiderstandselement ist ein sogenanntes Doppel-Drehventil-Magnetowiderstandselement,
welches nichtmagnetische elektrisch leitende Schichten, fixierte
Magnetschichten und antiferromagnetische Schichten jeweils oberhalb
und unterhalb einer eine Mitte bildenden freien magnetischen Schicht
aufweist. Bei diesem Doppel-Drehventil-Magnetowiderstandselement
gibt es zwei Sätze
aus jeweils drei Schichten, nämlich
der freien magnetischen Schicht/der nichtmagnetischen, elektrisch
leitenden Schicht/der fixierten Magnetschicht, so daß man einen
hohen ΔMR-Wert
im Vergleich zu dem Einzel-Drehventil-Magnetowiderstandselement
erwarten kann, folglich einen Aufzeichnungsträger mit hoher Dichte lesen
kann.
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Das
in 5 gezeigte Magnetowiderstandselement wird gebildet
durch schichtweises Niederschlagen der folgenden Schichten in der
genannten Reihenfolge von unten nach oben: eine Basisschicht 30,
eine antiferromagnetische Schicht 31, eine erste fixierte
(untere) Magnetschicht 32, eine nichtmagnetische (untere) Zwischenschicht 33,
eine zweite fixierte (untere) Magnetschicht 34, eine nichtmagnetische,
elektrisch leitende Schicht 30, eine freie magnetische
Schicht 36 (Bezugsziffern 37 und 39 stehen
für Co-Filme,
Bezugszeichen 38 steht für einen NiFe-Legierungs-Film),
eine nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht 40,
eine zweite fixierte (obere) Magnetschicht 41, eine nichtmagnetische
(obere) Zwischenschicht 42, eine erste fixierte (obere)
Magnetschicht 43, eine antiferromagnetische Schicht 34 und
eine Schutzschicht 45. Wie in 6 gezeigt ist,
sind auf jeder Seite der Schichtstruktur, ausgehend von der Basisschicht 30 bis
hin zu der Schutzschicht 40, hartmagnetische Vormagnetisierungsschichten 130 sowie
elektrisch leitende Schichten 138 ausgebildet.
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Vorzugsweise
werden die antiferromagnetischen Schichten 31 und 44 des
in 5 gezeigten Magnetowiderstandselements aus einer
PtMn-Legierung gebildet,
anstelle solcher Legierungen können
aber auch X-Mn-Legierungen
(X ist eines der folgenden Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru, Os) oder PtMn-X'-Legierungen (X' ist mindestens eines
der folgenden Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au, Ag) verwendet werden.
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Auch
bei diesem Magnetowiderstandselement wird bevorzugt, wenn das Schichtdickenverhältnis zwischen
der Schichtdicke tP1 der ersten fixierten
(unteren) Magnetschicht 32 und der Schichtdicke tP2 der zweiten fixierten (unteren) Magnetschicht 34,
außerdem
das Schichtdickenverhältnis
zwischen der Schichtdicke tP1 der ersten
fixierten (oberen) Magnetschicht 43 und der Schichtdicke
tP2 der zweiten fixierten (oberen) Magnetschicht 41 derart
eingestellt ist, daß der
Wert (tP1)/(tP2)
in einem Bereich von 0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05
bis 4 liegt. Außerdem
wird dann, wenn das Schichtdickenverhältnis in dem obigen Bereich
liegt und die Schichtdicke tP1 der ersten
(unteren und oberen) fixierten Magnetschicht 32 bzw. 33 und
die Schichtdicke tP2 der zweiten (unteren
und oberen) fixierten Magnetschicht 34 bzw. 41 im
Bereich von 10 bis 70 Angström liegt,
und ein Absolutwert der Differenz zwischen der Schichtdicke tP2 der zweiten Schichten 34 und 41 und
der Schichtdicke tP1 der ersten Schichten 32 und 33 gleich
oder größer 2 Angström ist, ein
Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder mehr erhalten.
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Noch
mehr bevorzugt gemäß der Erfindung
ist eine Anordnung, bei der der Wert tP1/tP2 in einem Bereich von 0,53 bis 0,95 oder
in einem Bereich von 1,05 bis 1,8 ist. Falls die Schichtdicke tP1 der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 32 und 33 und die Schichtdicke
tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 34 und 31 in einem Bereich von
10 bis 50 Angström
liegen und außerdem
der Absolutwert der Differenz aus der Schichtdick tP2 der
Schichten 34 und 31 und der Schichtdicke tP1 der ersten Schichten 32 und 43 gleich
oder größer 2 Angström ist, ein
Austausch-Koppelmagnetfeld
von 1.000 (Oe) oder darüber
erhalten.
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Untersuchungen
haben gezeigt, daß selbst
dann, wenn die Dicke tP2 der ersten (unteren)
fixierten Magnetschicht 32 unterhalb der freien Magnetschicht 36 größer gemacht
wird als die Dicke tP2 der zweiten (unteren)
fixierten Magnetschicht 34, das Austausch-Koppelmagnetfeld
sogar dann abfallende Tendenz hat, wenn der Unterschied der Schichtdicken
zwischen der Dicke tP1 der ersten (unteren)
Schicht 32 und der Dicke tP2 der zweiten
(unteren) Schicht 34 gleicht oder weniger als 6 Angström ist.
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Dieses
Phänomen
läßt sich
dann beobachten, wenn die antiferromagnetischen Schichten 31 und 44 aus
einer PtMn-Legierung oder ähnlichem
gebildet sind, die eine Wärmebehandlung
erfordert, um ein Austausch-Koppelmagnetfeld (anisotropes Austauschmagnetfeld)
an der Grenzfläche
zwischen der ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschicht 32 und 43 zu
erzeugen.
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Dieser
Abfall in der Stärke
des Austausch-Koppelmagnetfelds ist auf folgende Umstände zurückzuführen: eine
thermische Dispersion zwischen der antiferromagnetischen Schicht 31 unterhalb
der freien magnetischen Schicht 36 und der ersten (unteren)
fixierten Magnetschicht 32 bewirkt, daß die magnetische Schichtdicke
der ersten fixierten (unteren) Magnetschicht 32 abnimmt,
und zwar so weit, bis die magnetische Schichtdicke der ersten unteren
fixierten Schicht 31 und die Schichtdicke tP2 der
zweiten fixierten Magnetschicht 34 annähernd gleich groß sind.
Erfindungsgemäß wird also
vorzugsweise der Wert (Schichtdicke tP1 der
ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 32)/(Schichtdicke
tP2 der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 34)
größer ist
als der Wert ((Schichtdicke tP1 der ersten
(oberen) fixierten Magnetschicht 43)/(Schichtdicke tP2 der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 41).
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Die
Entstehung der thermischen Dispersionsschicht ist nicht beschränkt auf
das in 5 gezeigte Doppel-Magnetowiderstandselement,
sondern erfolgt auch in gleicher Weise bei dem Einzel-Magnetowiderstandselement,
bei dem die antiferromagnetische Schicht 11 unterhalb der
freien magnetischen Schicht 16 (vgl. 1)
ausgebildet ist.
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Wie
oben ausgeführt,
wird ohne eine gewisse Differenz zwischen der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der (unteren und oberen) der ersten fixierten
Schichten 32 und 43 einerseits und der magnetischen Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 34 und 41 andererseits kein einfacher
Magnetisierungszustand entsprechend einem Ferri-Zustand erreicht.
Wenn andererseits die Differenz zwischen der magnetischen Schichtdicke
Ms·tP2 der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 32 und 43 einerseits und der magnetischen
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 34 und 41 andererseits,
zu groß ist,
eine unerwünschte
Verschlechterung des Austausch-Koppelmagnetfelds
in Kauf zu nehmen sein. Erfindungsgemäß wird also ebenso wie beim
Schichtdickenverhältnis
aus der Schichtdicke tP2 der Schichten 32 und 43 und
der Schichtdicke tP2 der zweiten Schichten 34 und 41 vorzugsweise
vorgesehen, daß der
Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 32 und 43)/(magnetische
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 33 und 41) in einem Bereich von
0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 4 liegt. Ferner
wird erfindungsgemäß bevorzugt,
wenn die magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 32 und 33 und
die magnetische Schichtdicke Ms·tP2 der
zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 34 und 41 in
einem Bereich von 70 (Angström-Tesla)
liegen, und außerdem
der Absolutwert der Differenz zwischen der magnetischen Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschichten 34 und 31 und
der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten fixierten Magnetschicht 32 und 33 gleich
oder größer 2 (Angström-Tesla)
ist.
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Noch
mehr bevorzugt liegt der Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 32 und 43)/(magnetische Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 34 und 31) in einem Bereich von
0,53 bis 0,95 oder 1,05 bis 1,8. Innerhalb der oben angegebenen
Bereiche wird bevorzugt, wenn die magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 32 und 43 und die magnetische
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 34 und 41 in einem Bereich von
10 bis 50 (Angström-Tesla) liegt, und außerdem der
Absolutwert der Differenz zwischen der magnetischen Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschichten 34 und 31 und
der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten magnetischen Schichten 32 und 43 gleich
oder größer 2 (Angström-Tesla) ist.
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Die
nichtmagnetischen Schichten 33 und 42, die zwischen
den ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 32 und 43 und
die zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 34 und 41 gemäß 5 eingefügt sind,
bestehen vorzugsweise aus einem der folgenden Elemente oder aus
einer Legierung aus zwei dieser Elemente: Ru, Rh, Ir, Cr, Re und
Cu.
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Wie
in 5 gezeigt ist, liegt der Wert der Schichtdicke
der nichtmagnetischen (unteren) Zwischenschicht 33 unterhalb
der freien magnetischen Schicht 36 vorzugsweise in dem
Bereich von 3,6 bis 9,6 Angström.
Innerhalb dieses Bereichs läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld
(Hex) von 500 (Oe) oder darüber erreichen.
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Weiterhin
wird bevorzugt, wenn der Wert der Schichtdicke der nichtmagnetischen
(unteren) Zwischenschicht 33 im Bereich von 4 bis 9,4 Angström liegt.
In diesem Bereich erreicht man ein ein Austausch-Koppelmagnetfeld von mindestens 1.000
(Oe).
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Erfindungsgemäß beträgt gemäß 5 weiterhin
der Wert der Schichtdicke der nichtmagnetischen (oberen) Zwischenschicht 42 oberhalb
der freien magnetischen Schicht 36 vorzugsweise zwischen
2,5 bis 6,4 Angström
oder 6,8 bis 10,7 Angström.
Innerhalb dieses Bereichs läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex) von mindestens 500 (Oe) erreichen.
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Noch
mehr bevorzugt wird erfindungsgemäß, wenn der Wert der Schichtdicke
der nichtmagnetischen (oberen) Zwischenschicht 42 im Bereich
von 2,8 bis 6,2 Angström
oder 6,8 bis 10,3 Angström
liegt. In diesem Bereich kann man ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von mindestens 1.000 (Oe) erzielen.
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Die
Dicke von mindestens 100 Angström
für die
antiferromagnetischen Schichten 31 und 44 liefert
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder mehr. Außerdem bringt
die Dicke von mindestens 110 Angström ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 1.000 (Oe) oder darüber.
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Bei
bekannten Ausgestaltungen werden die antiferromagnetischen Schichten 31 und 34 mit
einer Dicke von mindestens 200 Angström ausgebildet, erfindungsgemäß hingegen
können
die antiferromagnetischen Schichten 31 und 34 mit
nur der halben Dicke ausgebildet werden, so daß speziell bei einem Doppel-Magnetowiderstandselement,
bei dem zwei antiferromagnetische Schichten 31 und 34 vorhanden
sind, die gesamte Dicke des Magnetowiderstandselements um etwa 200
Angström
oder mehr verringert werden kann. Bei einem solchen Magnetowiderstandselement
mit verringerter Dicke läßt sich
die Spaltgröße G1 auch
dann verkleinern, wenn die untere Spalt-Schicht 121 und
die obere Spalt-Schicht 125 gemäß 13 dick
genug gemacht werden, um hinreichend Isolierung zu schaffen, damit
Aufzeichnungsträger
hoher Dichte gelesen werden können.
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Durch
geeignetes Einstellen des Schichtdickenverhältnisses der Schichtdicken
der ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschicht 32 und 33 und
der zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschicht 34 und 41,
der Schichtdicke der nichtmagnetischen (unteren und oberen) Zwischenschichten 33 und 32 und der
Schichtdicke der antiferromagnetischen Schichten 31 und 34 in
den oben angegebenen Bereichen läßt sich
ein ΔMR-Wert
vergleichbar demjenigen von bekannten Anordnungen erzielen, man
kann einen ΔMR-Wert von
etwa 10 % oder darüber
erreichen.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wird die Schichtdicke tP1 der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 32 unterhalb
der freien Magnetschicht 36 dünner gemacht als die Schichtdicke
tP2 der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 34 mit
der dazwischenliegenden nichtmagnetischen Zwischenschicht 33.
Andererseits wird die Schichtdicke tP1 der
ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 43 oberhalb der
freien Magnetschicht 36 dicker gemacht als die Schichtdicke
tP2 der zweiten (oberen) Magnetschicht 41 mit
der dazwischenliegenden nichtmagnetischen Zwischenschicht 42.
Die Magnetisierung der beiden ersten (unterer und oberer) Schichten 32 und 43 verläuft entgegen
der Y-Richtung, die Magnetisierung der zweiten (unteren und oberen)
fixierten Magnetschicht 34 und 41 entspricht der
Y-Richtung.
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Bei
einem Einzel-Drehventil-Magnetowiderstandselement, wie es in 1 und 3 dargestellt
ist, wird die Schichtdicke ebenso wie weitere Größen so eingestellt, daß der Wert
Ms·tP1 der ersten fixierten Magnetschicht und
der Wert Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht verschieden
voneinander sind, und außerdem
die Richtung der Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht
entweder die Y-Richtung oder die der Y-Richtung entgegengesetzten Richtung
sein kann.
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Bei
dem in 5 dargestellten Doppel-Magnetowiderstandselement
allerdings besteht das Erfordernis, daß die Magnetisierung der ersten
(unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 32 und 43 die
gleiche ist, so daß erfindungsgemäß das magnetische
Moment Ms·tP1 der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 32 und 33 in geeigneter Weise
bezüglich
des magnetischen Moments Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 34 und 41 eingestellt wird, und
außerdem
die Richtung und die Stärke des
bei der Wärmebehandlung
angelegten Magnetfelds in passender Weise eingerichtet wird.
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Der
Grund dafür,
daß die
Magnetisierung der ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 32 und 43 ein
und dieselbe Richtung ist, besteht darin, die Magnetisierung der
zweiten fixierten magnetischen (unteren und oberen) Schichten 34 und 41,
die in einen antiparallelen Zustand bezüglich der Magnetisierung der
ersten Schichten 32 und 43 gelangt, in die gleiche
Richtung zu lenken. Der Grund hierfür wird im folgenden beschrieben.
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Wie
oben ausgeführt,
wird der ΔMR-Wert
der Magnetowiderstands-Dünnschichtelemente
gewonnen aus der Beziehung zwischen dem festgelegten Magnetismus
der fixierten Magnetschicht und der schwankenden Magnetisierung
der freien Magnetschicht. Falls allerdings die fixierte Magnetschicht
in eine erste und eine zweite fixierte Magnetschicht aufgetrennt
ist, wie es erfindungsgemäß der Fall
ist, so ist die einen direkten Beitrag zu dem ΔMR-Wert leistende Magnetschicht
die zweite fixierte Magnetschicht, wobei die erste fixierte Magnetschicht
eine unterstützende
Rolle bei der Festlegung der Magnetisierung der zweiten fixierten
Magnetschicht in einer konstanten Richtung spielt.
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Falls
beispielsweise die Magnetisierung der zweiten fixierten (unteren
und oberen) Magnetschichten 34 und 41 nach 5 in
zu einander entgegengesetzter Richtung festgelegt werden, wäre der Widerstand
aufgrund der Beziehung zwischen der festgelegten Magnetisierung
der zweiten (unteren) Magnetschicht 34 und der schwankenden
Magnetisierung der freien Magnetschicht 36 auch dann sehr
gering, wenn der Widerstand aufgrund der Beziehung zwischen der
festgelegten Magnetisierung der zweiten (oberen) Magnetschicht 41 und
der schwankenden Magnetisierung der freien Magnetschicht 36 zum
Beispiel groß wäre, so daß dementsprechend
der ΔMR-Wert
bei dem Doppel-Magnetowiderstandselement
kleiner wäre
als der ΔMR-Wert
bei dem in 1 und 2 gezeigten
Einzel-Magnetowiderstandselement.
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Das
Problem ist nicht beschränkt
auf Doppel-Magnetowiderstandselemente,
bei denen die Magnetschicht in zwei Schichten mit einer dazwischenliegenden
nichtmagnetischen Schicht aufgetrennt ist, wie es bei der Erfindung
der Fall ist, es ergibt sich das gleiche Problem bei bekannten Doppel-Magnetowiderstandselementen,
so daß Bedarf
besteht, die fixierten Magnetschichten oberhalb und unterhalb der
freien Magnetschicht in dieselbe Richtung festzulegen, um die Eigenschaften
des Doppel-Magnetowiderstandselements zu fördern, welches in der Lage
ist, stärkere ΔMR-Werte
als ein Einzel-Magnetowiderstandselement
für größere Ausgangssignale
zu liefern.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird nun gemäß 5 die
fixierte magnetische Schicht unterhalb der freien magnetischen Schicht 36 derart
ausgebildet, daß der
Wert Ms·tP2 der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 36 größer ist
als der Wert Ms·tP1 der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 32 und
außerdem
die Magnetisierung der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 34 mit
dem größeren Wert
von Ms·tP2 in Richtung Y festgelegt ist. In diesem
Fall wird das sogenannte zusammengesetzte magnetische Moment, erhalten
durch Addieren von Ms·tP2 der zweiten Schicht 34 auf den
Wert Ms·tP1 der ersten Schicht 32, von dem
magnetischen Moment der zweiten fixierten Schicht 34 mit
dem größeren Wert
von Ms·tP2 beherrscht, wobei dieses Moment in Y-Richtung
orientiert ist.
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Andererseits
ist die fixierte Magnetschicht oberhalb der freien magnetischen
Schicht 36 derart ausgebildet, daß der Wert Ms·tP1 der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 43 größer ist
als der Wert Ms·tP2 der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 41,
und die Magnetisierung der ersten (oberen) Schicht 43 mit
dem größeren Wert
von Ms·tP1 in die Richtung entgegen der Richtung
Y festgelegt ist. Auch hier wird das sogenannte zusammengesetzte
magnetische Moment, erhalten durch Addieren von Ms·tP1 der ersten (oberen) Schicht 43 und
Ms·tP2 der zweiten (oberen) Schicht 41 beherrscht
von dem Wert Ms·tP1 der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 43,
wobei das zusammengesetzte Moment entgegen der Y-Richtung orientiert
ist.
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Dies
bedeutet: Bei dem in 5 gezeigten Doppel-Magnetowiderstandselement
sind die Richtungen der zusammengesetzten magnetischen Momente,
die man durch Addieren der Werte Ms·tP1 der
ersten fixierten Magnetschicht und Ms·tP2 der
zweiten fixierten Magnetschicht erhält, oberhalb und unterhalb
der freien Magnetschicht 36 entgegengesetzt. Das zusammengesetzte
magnetische Moment in Y- Richtung
unterhalb der freien magnetischen Schicht 36 und das zusammengesetzte
magnetische Moment entgegen der Y-Richtung oberhalb der freien magnetischen
Schicht 36 bilden zusammen ein Magnetfeld, welches in der
Figur im Gegenuhrzeigersinn (nach links) dreht.
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Man
kann also die Magnetisierung der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 32 und 43 und die Magnetisierung
der zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 34 und 31 in
einen noch stabileren Ferri-Zustand halten, bedingt durch das Magnetfeld,
welches durch die oben angesprochenen zusammengesetzten magnetischen
Momente gebildet wird.
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Der
Lesestrom 114 fließt
bezüglich
der durch die nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schichten 35 und 39 gebildeten
Strömungsmittelpunkt,
indem man den Lesestrom 114 veranlaßt, ein Lesestrom-Magnetfeld entsprechend
der Korkenzieherregel zu bilden, wobei der Lesestrom 114 in
die in 5 gezeigte Richtung fließt, erhält man eine
Richtung des Lesestrom-Magnetfelds aufgrund des Lesestroms in dem
Bereich, der gebildet wird durch die erste (untere) fixierte Magnetschicht 32/die
(untere) nichtmagnetische Zwischenschicht 33/die zweite
(untere) fixierte Magnetschicht 34 unterhalb der freien
Magnetschicht 36, angepaßt an die Richtung des zusammengesetzten
magnetischen Moments der ersten fixierten (unteren) Magnetschicht 32/der nichtmagnetischen
(unteren) Zwischenschicht 33/der zweiten (unteren) fixierten
Magnetschicht 34, wobei weiterhin durch den Lesestrom bewirkt
wird, daß die
Richtung des durch den Lesestrom erzeugten Lesestrom-Magnetfelds
im Bereich der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 43/der
(oberen) nichtmagnetischen Zwischenschicht 42/der zweiten
(oberen) fixierten Magnetschicht 41 oberhalb der freien
magnetischen Schicht 36 übereinstimmt mit der Richtung
des zusammengesetzten magnetischen Moments aufgrund der ersten (oberen)
fixierten Magnetschicht 43/der (oberen) nichtmagnetischen
Zwischenschicht 42/der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 41.
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Obschon
die Vorteile der Anpassung der Richtung des Lesestrom-Magnetfelds an die
Richtung des zusammengesetzten magnetischen Moments weiter unten
im einzelnen erläutert
werden sollen, soll hier kurz festgehalten werden, daß die Vorteile
sehr groß sind,
weil die thermische Stabilität
der fixierten magnetischen Schichten gesteigert, außerdem ein
starker Lesestrom verwendet werden kann, demzufolge man das Wiedergabe-Ausgangssignal
verbessert. Der Grund hierfür
liegt darin, daß die
genannten Beziehungen zwischen der Richtung des Lesestrom-Magnetfelds
und derjenigen des zusammengesetzten magnetischen Moments auf den
Umstand zurückzuführen sind,
daß die
zusammengesetzten magnetischen Momente der fixierten Magnetschichten
oberhalb und unterhalb der freien magnetischen Schicht 36 das
Magnetfeld bilden, welches sich in der Figur nach links bzw. im
Gegenuhrzeigersinn dreht.
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Umgebungstemperaturen
in modernen Geräten
erreichen Werte von etwa 200°C,
und es besteht die Tendenz zu noch höheren Umgebungstemperaturen,
bedingt durch die erhöhte
Drehzahl des Aufzeichnungsträgers,
höhere
Leseströme
und dergleichen. Solche Zunahmen der Umgebungstemperaturen rufen
einen Abfall des Austausch-Koppelmagnetfelds hervor, wobei allerdings
erfindungsgemäß das durch
das zusammengesetzte magnetische Moment und das Lesestrom-Magnetfeld
gebildete Magnetfeld die Möglichkeit
schaffen, die Magnetisierung der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 32 und 33 und die Magnetisierung
der zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 34 und 41 in
einen thermisch stabilen Ferri-Zustand zu halten.
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Die
oben beschriebene Bildung des Magnetfelds mit Hilfe des zusammengesetzten
magnetischen Moments und die Richtungsbeziehung zwischen dem Magnetfeld
aufgrund des zusammengesetzten magnetischen Moments und des Lesestrom-Magnetfelds
sind Merkmale, die erfindungsgemäß einzigartig
sind und sich bei bekannten Doppel-Magnetowiderstandselementen, bei denen
fixierte Magnetschichten oberhalb und unterhalb einer freien Magnetschicht
als Einzelschichten angeordnet und in gleiche Richtung magnetisiert sind,
nicht erreichen lassen.
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Als
nächstes
sollen Richtung und Betrag des während
der Wärmebehandlung
angelegten Magnetfelds erläutert
werden. Bei dem in 5 gezeigten Magnetowiderstandselement
wird für
die antiferromagnetischen Schichten 31 und 34,
die ein Austausch-Koppelmagnetfeld
(ein anisotropes Austauschmagnetfeld) an der Grenzfläche zwischen
den ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 32 und 33 und
den antiferromagnetischen Schichten 31 und 34 erzeugen
sollen, ein antiferromagnetisches Material wie z. B. PtMn-Legierung
verwendet, welches eine Wärmebehandlung
erforderlich macht. Für
den Fall, daß Richtung
und Betrag des während
der Wärmebehandlung
angelegten Magnetfelds nicht richtig gesteuert werden, läßt sich
die in 5 dargestellte Magnetisierungsrichtung
der ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 32 und 33 und
der zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 34 und 41 nicht
erreichen.
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Zunächst wird
im Zuge der Ausbildung der Schichten gemäß 5 der
Wert für
Ms·tP1 der ersten (unteren) Magnetschicht 32 unterhalb
der freien magnetischen Schicht 36 kleiner gemacht als
der Wert von Ms·tP2 der zweiten (unteren) Schicht 34,
und außerdem
wird Ms·tP1 der ersten (oberen) Schicht 43 oberhalb
der freien magnetischen Schicht 34 größer gemacht als Ms·tP2 der zweiten (oberen) Schicht 41.
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Wie
in 5 gezeigt, wird dann, wenn die ersten (unteren
und oberen) Schichten 32 und 33 entgegen der Y-Richtung
orientiert sein sollen, gemäß den obigen
Tabellen 1 und 2 gefordert, ein Magnetfeld von 5 (kOe) oder mehr
(vgl. Tabelle 1 (4) und Tabelle 2 (4)) in der Richtung entgegen
der Y-Richtung anzulegen.
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Das
Anlegen eines Magnetfelds von 5 (kOe) oder mehr in der der Y-Richtung entgegengesetzten
Richtung bewirkt, daß die
Magnetisierung der ersten (unteren und oberen) Schichten 32 und 33 und
die Magnetisierung der zweiten (unteren und oberen) fixierten magnetischen
Schichten 34 und 31 vorübergehend sämtlich entgegen der Richtung
Y ausgerichtet werden. Die ersten (unteren und oberen) Schichten 32 und 33 werden entgegen
der Y-Richtung aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfelds (anisotropes Austauschmagnetfeld) festgelegt,
welches an der Grenzfläche
zwischen den ersten (unteren und oberen) Schichten 32 und 33 und den
antiferromagnetischen Schichten 31 und 44 erzeugt
wird, wobei ein Beseitigen des Magnetfelds von 5 (kOe) oder mehr
zur Folge hat, daß die
Magnetisierung der zweiten fixierten magnetischen Schichten (unten und
oben) 34 und 41 in die Y-Richtung umgekehrt werden
aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfelds (RKKY-Wechselwirkung) mit den ersten fixierten
(unteren und oberen) Magnetschichten 32 und 33,
um in Y-Richtung festgelegt zu werden.
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Alternativ:
Man kann ein Magnetfeld von 5 (kOe) oder mehr in Y-Richtung anlegen.
In diesem Fall erfolgt eine Magnetisierung der ersten (unteren und
oberen) Schichten 32 und 33 und eine Magnetisierung
der zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 34 und 31 entgegen
den in 5 gezeigten Magnetisierungsrichtungen,
so daß ein
Magnetfeld aus dem nach rechts oder im Uhrzeigersinn drehenden zusammengesetzten
magnetischen Moment gebildet wird.
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Außerdem kann
erfindungsgemäß der Wert
Ms·tP1 der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 32 unterhalb
der freien magnetischen Schicht 36 größer gemacht werden als der
Wert Ms·tP2 der zweiten Magnetschicht 34,
und außerdem
kann der Wert von Ms·tP1 der ersten fixierten Magnetschicht 43 oberhalb
der freien magnetischen Schicht 36 kleiner gemacht werden
als der Wert Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht 41. Auch
in diesem Fall führt
das Anlegen eines Magnetfelds von 5 (kOe) oder mehr in der Richtung,
in der die Magnetisierung der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 32 und 43 erwünscht ist, d. h. in der Y-Richtung
oder in der dazu entgegengesetzten Richtung, zu einem Ausrichten
und Festlegen der zweiten fixierten (unteren und oberen) magnetischen
Schichten 34 und 41 oberhalb und unterhalb der
freien magnetischen Schicht 36 in die gleiche Richtung,
und außerdem
zu einer Ausbildung eines Magnetfelds aus dem rechtsdrehenden oder
linksdrehenden zusammengesetzten magnetischen Moment.
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Es
sei angemerkt, daß das
Ausrichten der Magnetisierung der zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 34 und 41,
die oberhalb und unterhalb der freien magnetischen Schicht 36 ausgebildet
sind, in ein und dieselbe Richtung, und außerdem die Ausbildung eines
Magnetfelds mittels des zusammengesetzten magnetischen Moments und
die Ausbildung der Richtungsbeziehung zwischen dem Magnetfeld aufgrund des
zusammengesetzten magnetischen Moments und dem Lesestrom-Magnetfeld,
sich durch kein anderes als das oben beschriebene Verfahren realisieren
läßt.
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Es
könnten
andere Verfahren als das oben beschriebene Verfahren dazu eingesetzt
werden, die Magnetisierung der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 34 und 31 in dieselbe Richtung
zu lenken, allerdings würde
das zusammengesetzte magnetische Moment oberhalb und unterhalb der
freien magnetischen Schicht 36 in dieselbe Richtung weisen,
demzufolge kein Magnetfeld mit Hilfe des zusammengesetzten magnetischen
Moments gebildet werden könnte.
Allerdings ist das Doppel-Magnetowiderstandselement gemäß der Erfindung
in der Lage, einen ΔMR-Wert
etwa in der Größenordnung
vom Wert bekannter Anordnungen von Doppel-Magnetowiderstandselementen
zu erreichen, indem die nachstehend erläuterte Wärmebehandlung durchgeführt wird,
wobei außerdem
der Magnetisierungszustand der fixierten Magnetschichten (erste
und zweite fixierte Magnetschicht) in einem thermisch stabilen Zustand
gehalten werden kann.
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Erstens:
Falls der Wert von Ms·tP1 der ersten (unteren) Schicht 32 unterhalb
der freien magnetischen Schicht 36 und der Wert Ms·tP1 der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 43 oberhalb
der freien magnetischen Schicht 36 beide größer sind
als der Wert Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) Schichten 34 und 31, lenkt
das Anlegen eines Magnetfelds von 100 (Oe) bis 1 (kOe) oder von
5 (kOe) oder darüber
in Richtung der gewünschten
Magnetisierung der ersten (unteren und oberen) Magnetschichten 32 und 33 sowohl
die erste untere als auch die erste obere fixierte Magnetschicht 32 und 33 in
dieselbe Richtung, und lenkt die Magnetisierung der zweiten unteren
und auch der zweiten oberen fixierten Magnetschicht 34 und 31 in
eine Richtung antiparallel bezüglich
der Magnetisierung der ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 32 und 43 und
legt sie auf die gleiche Richtung fest, bedingt durch das Austausch-Koppelmagnetfeld
(RKKY-Wechselwirkung)
mit den ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 32 und 43.
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Alternativ:
Falls der Wert Ms·tP1 der ersten (unteren) Schicht 32 unterhalb
der freien Magnetschicht 36 und der Wert Ms·tP1 der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 43 oberhalb
der Schicht 36 beide kleiner gemacht werden als der Wert
Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 34 und 41, lenkt das Anlegen eines
Magnetfelds von 100 (Oe) bis 1 (kOe) oder von 5 (kOe) oder mehr
in der Richtung entgegen der gewünschten
Magnetisierungsrichtung der ersten (unteren und oberen) Schichten 32 und 43 die
Magnetisierung sowohl der ersten unteren als auch der ersten oberen
Schicht 32 und 43 in dieselbe Richtung, außerdem die
Magnetisierung der beiden zweiten (unteren und oberen) Schichten 34 und 41,
die bezüglich
der Magnetisierung der ersten Schichten 32 und 43 antiparallel
magnetisiert werden sollen, in die gleiche Richtung gelenkt und
festgelegt, bedingt durch das Austausch-Koppelmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung)
mit dem ersten fixierten (unteren und oberen) Magnetschichten 32 und 43.
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Bei
dem in 1 bis 6 dargestellten
Magnetowiderstandselement ist eine fixierte magnetische Schicht
aufgetrennt in zwei Schichten, nämlich
eine erste und eine zweite fixierte Magnetschicht, wobei sich dazwischen
eine nichtmagnetische Schicht befindet. Die Magnetisierung der beiden
Schichten wird in einen antiparallelen Zustand (Ferri-Zustand) gebracht
mit Hilfe des Austausch-Kopplungsmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung),
das zwischen den beiden fixierten Magnetschichten erzeugt wird,
um dadurch den Magnetisierungszustand der fixierten Magnetschichten
in einem Zustand zu halten, der thermisch stabiler ist als bei bekannten
Anordnungen.
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Insbesondere
verwendet die vorliegende Erfindung als antiferromagnetische Schicht
ein PtMn-Legierung, die eine hohe Sperrtemperatur aufweist und ein
starkes Austausch-Koppelmagnetfeld (anisotropes Austauschmagnetfeld)
an der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten Magnetschicht und der antiferromagnetischen
Schicht erzeugt, demzufolge der Magnetisierungszustand der ersten
und der zweiten fixierten Magnetschicht in thermisch noch stabilerer
Weise aufrechterhalten werden kann.
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Erfindungsgemäß wird außerdem das
Schichtdickenverhältnis
zwischen der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht, die
Schichtdicke der dazwischenliegenden nichtmagnetischen Zwischenschicht
und die Schichtdicke der antiferromagnetischen Schicht jeweils in
einem geeigneten Bereich eingestellt. Hierdurch erhält man ein
noch stärkeres
Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex), und dementsprechend läßt sich
die thermische Stabilität
der fixierten oder festgelegten Magnetisierung der ersten und der
zweiten fixierten Magnetschicht noch weiter steigern.
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Die
Ausbildung des Schichtdickenverhältnisses
zwischen der Schichtdicke tP1 der ersten
und der Schichtdicke tP2 der zweiten fixierten
Magnetschicht, und die Einstellung der Schichtdicken der ersten
fixierten und der zweiten fixierten Magnetschicht, der nichtmagnetischen
Zwischenschicht und der antiferromagnetischen Schicht in jeweils
einem geeigneten Bereich ermöglicht
die Erreichung von ΔMR-Werten,
die denen von bekannten Anordnungen vergleichbar sind.
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Falls
im Rahmen der Erfindung als antiferromagnetische Schicht eine Schicht
aus einem Material wie einer PtMn-Legierung oder dergleichen verwendet
wird, welches eine Wärmebehandlung
zum Erzeugen des Austausch-Koppelmagnetfelds (des anisotropen Austauschmagnetfelds)
an der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten Magnetschicht und der antiferromagnetischen
Schicht erforderlich macht, erhält
man dadurch, daß der
Wert Ms·tP1 der ersten fixierten Magnetschicht und
der Wert Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht voneinander
verschieden sind, und Betrag und Richtung des während der Wärmebehandlung angelegten Magnetfelds
entsprechend eingestellt werden, die Erzielung einer Magnetisierung
für die
erste fixierte Magnetschicht (und die zweite fixierte Magnetschicht),
die in der gewünschten
Richtung verläuft.
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Besonders
bei dem in 5 gezeigten Doppel-Magnetowiderstandselement
erfolgt eine angemessene Einstellung des Wertes von Ms·tP1 der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 32 und 33 und des Werts Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 34 und 31, ferner eine angemessene
Einstellung von Stärke
und Richtung des Magnetfelds während
der Wärmebehandlung,
wodurch es möglich
wird, die Magnetisierung der beiden zweiten (unteren und oberen)
fixierten Magnetschichten 34 und 41 oberhalb und
unterhalb der freien magnetischen Schicht 36 in die gleiche
Richtung festzulegen und außerdem die
zusammengesetzten magnetischen Momente oberhalb und unterhalb der
freien magnetischen Schicht 36 in einander entgegengesetzte
Richtungen verlaufen zu lassen, um dadurch ein Magnetfeld mit dem
zusammengesetzten magnetischen Moment zu erzeugen und eine Richtungsbeziehung
mit dem Magnetfeld aufgrund des zusammengesetzten magnetischen Moments
und dem Lesestrom-Magnetfeld
zu erhalten, demzufolge die thermische Stabilität der Magnetisierung der fixierten
Magnetschichten zusätzlich
verbessert wird.
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7 ist
eine seitliche Schnittansicht, die schematisch den Aufbau eines
Magnetowiderstandselements einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt. 8 ist
eine Querschnittansicht dieses in 7 gezeigten
Magnetowiderstandselements bei Betrachtung von der Seite, die dem
Aufzeichnungsträger
zugewandt ist.
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Wie
bei dem in den 1 bis 6 dargestellten
Magnetowiderstandselement ist auch dieses Magnetowiderstandselement
an der nachlaufenden Kante oder einer ähnlichen Stelle eines schwimmenden
Gleitstücks
angeordnet, welches in einem Festplattenlaufwerk vorgesehen ist,
um Magnetfelder von aufgezeichneten Daten auf der Festplatte zu
erfassen. Die Bewegungsrichtung des magnetischen Aufzeichnungsträgers, z. B.
einer Festplatte, entspricht der Z-Richtung in der Figur, und die
Richtung des aus dem magnetischen Aufzeichnungsträgers streuenden
Magnetfelds entspricht der Y-Richtung.
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Bei
diesem Magnetowiderstandselement ist nicht nur die fixierte Magnetschicht
in zwei Schichten aufgetrennt, sondern auch die freie magnetische
Schicht ist in zwei Schichten aufgeteilt, nämlich eine erste freie Magnetschicht
und eine zweite freie Magnetschicht mit einer dazwischenliegenden
nichtmagnetischen Zwischenschicht.
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Wie
in den 7 und 8 dargestellt
ist, enthält
das Magnetowiderstandselement von unten nach oben: Eine Basisschicht 50,
eine antiferromagnetische Schicht 51, eine erste fixierte
Magnetschicht 52, eine nichtmagnetische Zwischenschicht 53,
eine zweite fixiert Magnetschicht 54, eine nichtmagnetische,
elektrisch leitende Schicht 55, eine erste freie Magnetschicht 56,
eine nichtmagnetische Zwischenschicht 59, eine zweite freie
Magnetschicht 60 und eine Schutzschicht 51, und
zwar in der genannten Reihenfolge.
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Die
Basisschicht 50 und die Schutzschicht 61 besteht
z. B. aus Ta, außerdem
besteht die antiferromagnetische Schicht 51 z. B. aus einer
PtMn-Legierung. Diese Legierungen besitzen bessere Korrosionsbeständigkeit
als NiMn-Legierung oder FeMn-Legierungen, wie sie üblicherweise
für antiferromagnetische Schichten
verwendet werden, die Sperrtemperatur ist hoch, und außerdem läßt sich
ein starkes Austausch-Koppelmagnetfeld erzielen. Außerdem können anstelle
der PtMn-Legierungen erfindungsgemäß X-Mn-Legierungen (X ist mindestens
eines der Elemente Pd, Ir, Rh, Ru, Os) oder PtMn-X'-Legierungen (X' ist mindestens eines der Elemente Pd,
Ir, Rh, Ru, Os, Au, Ag) verwendet werden.
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Die
erste fixierte Magnetschicht 52 und die zweite fixierte
Magnetschicht 54 bestehen aus einem Co-Film, einer NiFe-Legierung,
einer CoFe-Legierung, einer Co-Ni-Legierung, einer Co-NiFe-Legierung
oder dergleichen. Die nichtmagnetische Zwischenschicht 43 besteht
vorzugsweise aus einem der folgenden Elemente oder aus einer Legierung
aus zwei dieser Elemente: Ru, Rh, Ir, Tr, Re und Tu. Außerdem besteht
die nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht 55 aus
Cu oder dergleichen.
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Die
Magnetisierung der ersten und die Magnetisierung der zweiten fixierten
Magnetschicht 52 und 54 entspricht einem Ferri-Zustand,
bei dem die beiden Magnetisierungen antiparallel sind, wobei die
Magnetisierung der Schicht 52 in Y-Richtung und die Magnetisierung
der Schicht 54 entgegen der Y-Richtung festgelegt ist.
Es ist ein starkes Austausch-Koppelmagnetfeld erforderlich, um die
Stabilität
dieses Ferri-Zustands
aufrechtzuerhalten, wobei erfindungsgemäß die folgenden verschiedenen
Arten der Optimierung stattfinden, um ein stärkeres Austausch-Koppelmagnetfeld
zu erzielen.
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Bei
dem Magnetowiderstandselement nach den 7 und 8 liegt
der Wert (Dicke tP1 der ersten Schicht 52)/(Dicke
tP2 der zweiten Schicht 54) vorzugsweise
in einem Bereich von 0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05
bis 4, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,53 bis 0,95 oder
in einem Bereich von 1,08 bis 1,8.
-
Bevorzugt
liegt die Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht 52 und
die Schichtdicke der zweiten fixierten Magnetschicht 54 in
einem Bereich von 10 bis 70 Angström, und außerdem gilt | Schichtdicke
tP1 der ersten Schicht 52 abzüglich der
Schichtdicke tP2 der zweiten Schicht 54 | ≥ 2 Angström. Noch
mehr bevorzugt liegen die Schichtdicken im Bereich von 10 bis 50
Angström,
wobei gilt: | Schichtdicke tP1 der ersten Schicht 52 minus
Schichtdicke tP2 der zweiten Schicht 54 | ≥ 2 Angström.
-
Wie
oben ausgeführt,
läßt sich
der Magnetisierungszustand nicht ohne Schwierigkeiten in einem Ferri-Zustand
halten, wenn es nicht eine gewisse Differenz gibt zwischen der magnetischen
Schichtdicke Ms·tP1 der ersten Schicht 52 und der
magnetischen Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 54. Falls
hingegen die Differenz zwischen der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der ersten Schicht 52 und der
magnetischen Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 54 zu groß ist, führt dies
zu einer unerwünschten
Verschlechterung des Austausch-Koppelmagnetfelds.
Demzufolge wird bezüglich
des Schichtdickenverhältnisses
zwischen der Schichtdicke tP1 der ersten
Schicht 52 und der Schichtdicke tP2 der
zweiten fixierten Magnetschicht 54 bevorzugt, wenn der
Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten Schicht 52)/(magnetische Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 54) in einem
Bereich von 0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 4 liegt. Außerdem wird
erfindungsgemäß bevorzugt,
wenn die magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten fixierten Magnetschicht 52 und die magnetische Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten Schicht 54 in einem
Bereich von 10 bis 70 (Angström-Tesla)
liegen, und wenn der Absolutwert der Differenz zwischen der magnetischen
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 54 und der
magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der ersten Schicht 52 gleich oder
größer 2 (Angström-Tesla)
ist.
-
Noch
mehr bevorzugt liegt der Wert von (magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der ersten Schicht 52)/(magnetische
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 54) in einem
Bereich von 0,53 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 1,8.
In den oben angegebenen Bereichen ist es wiederum bevorzugt, wenn
die magnetische Schicht Ms·tP1 der ersten fixierten Magnetschicht 52 und
die magnetische Schichtdicke Ms·tP2 der
zweiten fixierten Magnetschicht 54 in einem Bereich von
10 bis 50 (Angström-Tesla)
liegen, wobei der Absolutwert der Differenz zwischen der magnetischen
Schichtdicke Ms·tP2 und der zweiten Schicht 54 und
der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten Schicht 52 gleich oder größer 2 (Angström-Tesla)
ist.
-
Außerdem wird
bevorzugt, wenn die Schichtdicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht 53 zwischen
der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 52 und
54 im Bereich von 3,6 bis 9,6 Angström liegt. Innerhalb dieses Bereichs
läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr erreichen. Außerdem wird hierfür ein Bereich
von 4 bis 9,4 Angström
bevorzugt, weil dann ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1000 (Oe)
oder stärker
erreicht werden kann.
-
Außerdem ist
eine Schichtdicke von mindestens 90 Angström für die antiferromagnetische
Schicht 51 bevorzugt, da hierdurch ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder darüber
erhalten werden kann. Noch mehr bevorzugt ist eine Dicke von mindestens
100 Angström,
wodurch man ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1000 (Oe) oder mehr
erreichen kann.
-
Die
erste freie magnetische Schicht 56 ist gemäß 7 und 8 auf
der nicht magnetischen, elektrisch leitenden Schicht 55 ausgebildet.
Wie aus 7 und 8 hervorgeht,
ist die erste freie magnetische Schicht 56 in Form von
zwei Schichten oder Lagen ausgebildet, und zwar durch eine Co-Lage 57,
auf der mit der nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht
in Berührung
gelangenden Seite, weil eine Co-Lage 57 auf der Seite der
Schicht 55 ermöglicht,
daß man
einerseits einen höheren ΔMR- Wert erhält und andererseits
erreicht, daß die
Dispersion bezüglich
der elektrisch leitenden Schicht 55 unterbunden werden
kann.
-
Auf
der Co-Lage 57 ist ein NiFe-Legierungs-Film 58 gebildet.
Auf diesem Film 58 befindet sich eine nichtmagnetische
Zwischenschicht 59. Auf der Zwischenschicht 59 befindet
sich die zweite freie magnetische Schicht 60, auf der wiederum
die Schutzschicht 61 aus Ta oder dergleichen gebildet ist.
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Die
zweite freie Magnetschicht 60 besteht aus einem Co-Film,
einer NiFe-Legierung, einer Co-Fe-Legierung, einer Co-NiFe-Legierung
oder dergleichen.
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Ausgehend
von der Basisschicht 50 bis hin zu der Schutzschicht 51 ist
die Drehventilanordnung mit abgeschrägten Seiten ausgebildet, so
daß sie
die Form eines Trapez aufweist. Auf jeder Seite der Drehventilschicht
sind hartmagnetische Vormagnetisierungsschichten 62 und
elektrisch leitende Schichten 63 ausgebildet. Die Schichten 62 bestehen
aus einer Co-Pt-Legierung, einer Co-Cr-Pt-Legierung oder dergleichen,
die elektrisch leitenden Schichten 63 sind aus Cu, Cr oder
einem ähnlichen
Werkstoff gebildet.
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Die
nichtmagnetische Zwischenschicht 59, die sich zwischen
der ersten freien Magnetschicht 56 und der zweiten freien
Magnetschicht 60 gemäß 7 und 8 befindet,
bewirkt, daß die
Magnetisierung der ersten freien Magnetschicht 56 und die
Magnetisierung der zweiten freien Magnetschicht 60 zueinander
antiparallel sind (Ferri-Zustand), bedingt durch ein Austausch-Koppelmagnetfeld
(RKKY-Wechselwirkung) zwischen der ersten und der zweiten freien
Magnetschicht 56 und 60.
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Bei
dem in 8 gezeigten Magnetowiderstandselement
ist beispielsweise die Schichtdicke tF1 der ersten
freien magnetischen Schicht 56 kleiner gehalten als die
Schichtdicke tF2 der zweiten freien Magnetschicht 60,
außerdem
ist der Wert von Ms·tF1 der ersten freien Magnetschicht 56 kleiner
gemacht als der Wert Ms·tF2 der zweiten freien Magnetschicht 60.
Wenn ein Vormagnetisierungsfeld seitens der hartmagnetischen Vormagnetisierungsschichten 62 in
Richtung X angelegt wird, wird die Magnetisierung der zweiten freien
Magnetschicht 60 mit dem größeren Wert von Ms·tF2 von dem Vormagnetisierungsfeld so beeinflußt, daß es in Richtung
X ausgerichtet wird, und die Magnetisierung der ersten freien Magnetschicht 56 mit
dem kleineren Wert Ms·tF1 weist in eine Richtung entgegen der Richtung
X, bedingt durch das Austausch-Koppelmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung),
welches zwischen der ersten und der freien Magnetschicht 56 und 60 erzeugt
wird.
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Falls
ein äußeres Magnetfeld
aus der Richtung Y eindringt, behält die Magnetisierung der ersten
freien Magnetschicht 56 und der zweiten freien Magnetschicht 60 den
Ferri-Zustand bei und dreht sich gleichzeitig aufgrund der Beeinflussung
durch das äußere magnetische
Feld. Dementsprechend ändert
sich der elektrische Widerstand aufgrund der Beziehung zwischen
dem schwankenden Magnetismus der ersten freien Magnetschicht 56,
was einen Beitrag zu dem ΔMR-Wert
leistet, und dem festgelegten Magnetismus der zweiten fixierten
Magnetschicht 54 (magnetisiert entgegen der Y-Richtung),
um dadurch die Signale des äußeren Magnetfelds
erfassen zu können.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird das Schichtdickenverhältnis zwischen
der Schichtdicke tF1 der ersten freien Magnetschicht 56 und
der Schichtdicke tF2 der zweiten freien
Magnetschicht 60 optimiert, so daß man ein noch stärkeres Austausch-Koppelmagnetfeld
erhalten kann, während
man gleichzeitig einen ΔMR-Wert
etwa wie bei bekannten Anordnungen erzielen kann.
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Erfindungsgemäß liegt
der Wert (Schichtdicke tF1 der ersten Schicht 56)/(Schichtdicke
tF2 der zweiten Schicht 60) vorzugsweise
in einem Bereich von 0,56 bis 0,83 oder 1,25 bis 5. Innerhalb dieses
Bereichs läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder darüber erhalten.
Erfindungsgemäß liegt
der Wert (Schichtdicke tF1 der ersten Schicht 56)/(Schichtdicke
tF2 der zweiten Schicht 60) noch
mehr bevorzugt in einem Bereich von 0,61 bis 0,63 oder 1,25 bis
2,1. Innerhalb dieses Bereichs kann man ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 100 (Oe) oder darüber
erhalten.
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Der
Grund dafür,
daß der
Bereich von 0,83 bis 1,25 für
den Wert tF1/tF2 der
Schichten 56 bzw. 60 ausgeschlossen wird, besteht
darin, daß dann,
wenn die Schichtdicke tF1 der ersten Schicht 56 und
die magnetische Schichtdicke tF2 der zweiten
freien Magnetschicht 60 etwa denselben Wert haben und außerdem der
Wert Ms·tF1 der ersten Schicht 56 und der
Wert Ms·tF2 der zweiten Schicht 60 etwa den
gleichen Wert haben, die Magnetisierung sowohl der ersten als auch
der zweiten freien Magnetschicht 56 und 60 beeinflußt wird
durch das Vormagnetisierungsfeld seitens der harten magnetischen
Vormagnetisierungsschicht 62, und versucht, sich in die
Richtung dieses Vormagnetisierungsfeldes zu drehen. Demzufolge erreicht
die Magnetisierung der ersten und der zweiten freien Magnetschicht 56 und 60 nicht
den antiparallelen Zustand, so daß man keinen stabilen Magnetisierungszustand
erreichen kann.
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Wenn
es nicht eine gewisse Differenz zwischen der magnetischen Schichtdicke
Ms·tF1 der ersten Schicht 56 und der
magnetischen Schichtdicke Ms·tF2 der zweiten Magnetschicht 60 gibt,
läßt sich
auch der Magnetisierungszustand nicht so leicht in einen Ferri-Zustand
bringen und halten. Wenn hingegen die Differenz zwischen der magnetischen
Schichtdicke Ms·tF1 der ersten Schicht 56 und die
magnetische Schichtdicke Ms·tF2 der zweiten freien Magnetschicht 60 zu
groß ist,
führt dies
zu einer unerwünschten
Verschlechterung des Austausch-Koppelmagnetfelds.
Erfindungsgemäß wird also
hinsichtlich des Schichtdickenverhältnisses zwischen der Schichtdicke
tF1 der ersten Schicht 56 und der
Schichtdicke tF2 der zweiten freien Magnetschicht 60 bevorzugt,
daß der
Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tF1 der
ersten freien Magnetschicht 56)/(magnetische Schichtdicke
Ms·tF2 der zweiten freien Magnetschicht 60)
in einem Bereich von 0,56 bis 0,83 oder in einem Bereich von 1,25
bis 5 liegt. Noch mehr wird bevorzugt, wenn jener Wert (Ms·tF1)/(Ms·tF2) in einem Bereich von 0,61 bis 0,63 oder
in einem Bereich von 1,25 bis 2,1 liegt.
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Erfindungsgemäß wird die
nichtmagnetische Zwischenschicht 59 zwischen der ersten
und der zweiten freien Magnetschicht 56 und 60 vorzugsweise
aus einem der folgenden Elemente oder einer Legierung aus mindestens
zwei dieser Elemente gebildet: Ru, Rh, Ir, Cr, Re und Cu. Außerdem wird
bevorzugt, wenn die Schichtdicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht 59 im
Bereich von 5,5 bis 10,0 Angström
liegt. Innerhalb dieses Bereichs läßt sich ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder darüber
erzielen. Noch mehr bevorzugt liegt die Schichtdicke der nichtmagnetischen
Zwischenschicht 59 in dem Bereich von 5,9 bis 9,4 Angström, da dann
nämlich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1000 (Oe) oder darüber erzielt
werden kann.
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Die
Einstellung des Schichtdickenverhältnisses zwischen der ersten
fixierten Magnetschicht 52 und der zweiten fixierten Magnetschicht 54,
der Schichtdicke sowohl der nichtmagnetischen Zwischenschicht 53 als
auch der antiferromagnetischen Schicht 51, des Schichtdickenverhältnisses
der ersten freien Magnetschicht 56 und der zweiten freien
Magnetschicht 60, und der Schichtdicke der nichtmagnetischen
Zwischenschicht 59 innerhalb der oben angegebenen Wertebereiche
macht es möglich,
einen ΔMR-Wert
(Rate der Widerstandsänderung)
zu erreichen, wie er auch bei bekannten Anordnungen erreicht werden
kann.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren der Wärmebehandlung
beschrieben. Bei dem in 7 und 8 dargestellten
Magnetowiderstandselement wird als antiferromagnetisches Material,
welches ein Austausch-Koppelmagnetfeld (ein anisotropes Austausch-Magnetfeld)
an der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten Magnetschicht 52 und der
antiferromagnetischen Schicht 51 erzeugt, zum Beispiel
eine PtMn-Legierung verwendet, die einer Wärmebehandlung unterzogen wird.
Man muß also
die Richtung und den Betrag des während der Wärmebehandlung angelegten Magnetfelds
in geeigneter Weise steuern, um auf diesem Weg die Magnetisierungs richtung
der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 52 und 54 einzustellen.
Wenn zum Beispiel der Wert von Ms·tP1 der
ersten fixierten Magnetschicht 52 größer ist als Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht 54,
sollte ein Magnetfeld von 100 (Oe) bis 1 k(Oe) oder von 5 k(Oe)
in der gewünschten
Magnetisierungsrichtung der ersten fixierten Magnetschicht 52 angelegt
werden. Wenn zum Beispiel die erste fixierte Magnetschicht 52 in
Y-Richtung magnetisiert werden soll, so wird ein Magnetfeld von
100 k(Oe) in Richtung Y angelegt. Die erste fixierte Magnetschicht 52 mit
dem großen
Wert Ms·tP1 wird in die Richtung des Magnetfelds, das
heißt
in die Richtung Y gelenkt, und die Magnetisierung der ersten fixierten
Magnetschicht 52 wird in Y-Richtung festgelegt (pinned),
bedingt durch das Austausch-Koppelmagnetfeld (das anisotrope Austausch-Magnetfeld),
welches an der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten Magnetschicht 52 und der
antiferromagnetischen Schicht 51 erzeugt wird. Andererseits
wird die Magnetisierung der zweiten fixierten Magnetschicht 54 entgegen
der Richtung Y festgelegt, bedingt durch das Austausch-Koppelmagnetfeld
(RKKY-Wechselwirkung), welches zwischen der ersten fixierten Magnetschicht 52 und
der zweiten fixierten Magnetschicht 54 gebildet wird. Alternativ
wird ein Magnetfeld von 5 k(Oe) oder darüber in Y-Richtung angelegt. Dieses
Austausch-Koppelmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung) zwischen der ersten
und der zweiten fixierten Magnetschicht 52 und 54 beträgt etwa
1 k(Oe) bis 5 k(Oe), so daß das
Anlegen eines Magnetfelds von 5 k(Oe) oder darüber zur Folge hat, daß die Magnetisierung
der ersten fixierten Magnetschicht 52 und die Magnetisierung
der zweiten fixierten Magnetschicht 54 beide in die Richtung
Y gelenkt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Magnetisierung der
ersten fixierten Magnetschicht 52 in Y-Richtung festgelegt aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfelds
(des anisotropen Austausch-Magnetfelds), welches an der Grenzfläche zwischen der
ersten Schicht 52 und der antiferromagnetischen Schicht 51 entsteht.
Andererseits wird zur Zeit des Entfernens des Magnetfelds von 5
k(Oe) oder darüber
die Magnetisierung der zweiten fixierten Magnetschicht 54 entgegen
der Y-Richtung gelenkt und festgelegt durch das Austausch-Kopplungsmagnetfeld
(RKKY-Wechselwirkung) zwischen der ersten und der zweiten fixierten
Magnetschicht 52 und 54.
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Alternativ:
Wenn der Wert Ms·tP1 der ersten fixierten Magnetschicht 52 kleiner
ist als der Wert Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht 54,
sollte ein Magnetfeld von 100 (Oe) bis 1 k(Oe) entgegen der gewünschten
Magnetisierungsrichtung der ersten fixierten Magnetschicht 52 angelegt
werden, oder es sollte ein Magnetfeld von 5 k(Oe) oder darüber in der
gewünschten
Magnetisierungsrichtung für
die Schicht 52 angelegt werden. Wenn zum Beispiel die erste
fixierte Magnetschicht 52 in Richtung Y magnetisiert werden
soll, wird ein Magnetfeld von 100 (Oe) bis 1 k(Oe) entgegen der
Y-Richtung angelegt. Dementsprechend wird die zweite fixierte Magnetschicht 54 mit
dem großen
Wert von Ms·tP2 in Richtung des Magnetfelds gelenkt, das
heißt
entgegen der Richtung Y, und aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfelds
(RKKY-Wechselwirkung) zwischen der ersten und der zweiten fixierten
Magnetschicht 52 und 54 wird die Magnetisierung
der ersten fixierten Magnetschicht 52 in Y-Richtung gelenkt.
Die Magnetisierung der ersten Schicht 52 wird in Y-Richtung
fixiert aufgrund des Austausch-Koppelfelds (anisotropes Austausch-Magnetfeld),
das an der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten Magnetschicht 52 und der
antiferromagnetischen Schicht 51 entsteht, und die Magnetisierung der
zweiten fixierten Magnetschicht 54 wird entgegen der Richtung
Y festgelegt. Alternativ kann man auch ein Magnetfeld von 5 k(Oe)
oder mehr in Richtung Y anlegen. Das Anlegen eines Magnetfelds von
5 k(Oe) oder mehr veranlaßt,
daß die
Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht 52 und
diejenige der zweiten Magnetschicht 54 beide in Richtung
Y gelenkt werden, wobei die Magnetisierung der ersten Magnetschicht 52 in Y-Richtung
aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfelds festgelegt wird (aufgrund
des anisotropen Austausch-Magnetfelds), das an der Grenzfläche zwischen
der ersten fixierten Schicht 52 und der antiferromagnetischen
Schicht 51 gebildet wird. Zur Zeit der Entfernung des Magnetfelds
von 5 k(Oe) oder mehr wird die Magnetisierung der zweiten fixierten
Magnetschicht 54, die in Y-Richtung gewiesen hatte, aufgrund
des Austausch-Koppelmagnetfelds (RKKY-Wechselwirkung) zwischen der
ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 52 und 54 entgegen
der Y-Richtung gelenkt und festgelegt.
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Wenn
die Richtung X und die Richtung Y gemäß Darstellung in den Figuren
als positive Richtung und die Richtungen entgegen der X- und Y-Richtung
der Figur als negative Richtung angenommen werden, so ist es erfindungsgemäß bevorzugt,
wenn der Absolutwert des sogenannten zusammengesetzten magnetischen Moments,
erhalten durch Addieren des Werts Ms·tF1 der
ersten freien Magnetschicht 56 auf den Wert Ms·tF2 der zweiten freien Magnetschicht 60,
größer ist
als der Absolutwert des zusammengesetzten magnetischen Moments,
welches man erhält
durch Addieren des Werts Ms·tP1 der ersten fixierten Magnetschicht 52 auf
den Wert Ms·tP2 der zweiten fixieren Magnetschicht 50.
Das heißt,
man strebt die Beziehung (Ms·tF1 + Ms·tF2)/(Ms·tP1 + Ms·tP2) > 1
an.
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Eine
Anordnung, bei der der Absolutwert des zusammengesetzten magnetischen
Moments der ersten freien Magnetschicht 56 und der zweiten
freien Magnetschicht 60 größer ist als der Absolutwert
des zusammengesetzten magnetischen Moments der ersten fixierten
Magnetschicht 52 und der zweiten fixierten Magnetschicht 54,
hat die Vorteile, daß die
Magnetisierung der ersten freien Magnetschicht 56 und der
zweiten freien Magnetschicht 60 nicht so leicht beeinflußt wird
durch das zusammengesetzte magnetische Moment der ersten und der
zweiten fixierten Magnetschicht 52 und 54, und
die Magnetisierung der ersten freien Magnetschicht 56 und
der zweiten freien Magnetschicht 60 mit höherer Empfindlichkeit
gegenüber äußeren Magnetfeldern dreht,
was eine Verstärkung
des Ausgangssignals ermöglicht.
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9 ist
eine seitliche Schnittansicht, die schematisch den Aufbau eines
Magnetowiderstandselements nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt, 10 ist eine Schnittansicht dieses Magnetowiderstandselements
nach 9 bei Sicht von der dem Aufzeichnungsträger gegenüberliegenden
Seite.
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Dieses
Magnetowiderstandselement ist so aufgebaut, daß die Schichtenfolge des in 7 und 8 gezeigten
Magnetowiderstandselements umgekehrt ist.
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Dementsprechend
enthält
das Magnetowiderstandselement von unten ausgehend: eine Basisschicht 7,
eine zweite freie Magnetschicht 71, eine nichtmagnetische
Zwischenschicht 72, eine erste freie Magnetschicht 73,
eine nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht 76,
eine zweite fixierte magnetische Schicht 77, eine nichtmagnetische
Zwischenschicht 78, eine erste fixierte magnetische Schicht 79,
eine antiferromagnetische Schicht 80 und eine Schutzschicht 81 in
dieser Reihenfolge.
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Die
Basisschicht 70 und die Schutzschicht 81 bestehen
aus Ta oder einem ähnlichen
Werkstoff. Die antiferromagnetische Schicht 80 besteht
vorzugsweise aus einer PtMn-Legierung. PtMn-Legierungen besitzen eine
höhere
Korrosionsbeständigkeit
als NiMn-Legierungen oder FeMn-Legierungen,
die üblicherweise
für antiferromagnetische
Schichten verwendet werden, außerdem
ist die Sperrtemperatur hoch und man erzielt ein starkes Austausch-Koppelmagnetfeld.
Erfindungsgemäß können anstelle
der PtMn-Legierungen auch X-Mn-Legierungen (X ist eines der folgenden
Elemente: Pd, Ir, Th, Ru, Os) oder PtMn-X'-Legierungen verwendet werden (X' ist mindestens eines
der folgenden Elemente: Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au, Ag).
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Die
erste fixierte Magnetschicht 79 und die zweite fixierte
Magnetschicht 77 bestehen aus einem Co-Film, einer NiFe-Legierung,
einer Co-Fe-Legierung, einer Co-Ni-Legierung, einer Co-NiFe-Legierung
oder dergleichen. Außerdem
wird die nichtmagnetische Zwischenschicht 78 vorzugsweise
aus einem der folgenden Elemente oder einer Legierung aus mindestens
zwei von diesen Elementen gebildet: Ru, Rh, Ir, Cr, Re und Cu. Außerdem besteht
die nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht 76 aus
Cu oder einem ähnlichen Werkstoff.
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Bei
dem Magnetowiderstandselement nach 9 und 10 liegt
der Wert (Dicke tP1 der ersten fixierten
Magnetschicht 79)/(Dicke tP2 der
zweiten fixierten Magnetschicht 77) vorzugsweise in einem
Bereich von 0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 4,
und die Schichtdicke tP1 der ersten Schicht 79 und
die Schichtdicke tP2 der zweiten Schicht 77 liegen
beide im Bereich von 10 bis 70 Angström, wobei außerdem die Beziehung gelten
soll: | Schichtdicke tP1 der ersten fixierten
Magnetschicht 79 minus Schichtdicke tP2 der
zweiten fixierten Magnetschicht 77 | ≥ 2 Angström. Eine geeignete Einstellung
in diesem Wertebereich macht es möglich, ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr zu erreichen.
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Besonders
bevorzugt wird erfindungsgemäß der Wert
(Schichtdicke tP1 der ersten Schicht 79)/(Schichtdicke
tP2 der zweiten Schicht 77) so
gewählt,
daß er
in einem Bereich von 0,53 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05
bis 1,8 liegt, und die Schichtdicke tP1 der
ersten Schicht 79 und die Schichtdicke tP2 der zweiten
Schicht 77 liegen beide vorzugsweise in einem Bereich von
10 bis 50 Angström
mit | Schichtdicke tP2 der Schicht 79 minus
Schichtdicke tP2 der zweiten Schicht 77 | ≥ 2 Angström. Eine
geeignete Einstellung im Rahmen dieser Bereiche ermöglicht die
Erzielung eines Austausch-Koppelmagnetfelds von 1000 (Oe) oder darüber.
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Wie
oben ausgeführt,
wird ein stabiler Magnetisierungszustand entsprechend einem Ferri-Zustand nicht
so leicht erreicht, wenn es nicht eine gewisse Differenz zwischen
der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten fixierten Magnetschicht 79 und der magnetischen
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht 77 gibt.
Andererseits kommt es dann, wenn die Differenz zwischen der magnetischen
Schichtdicke Ms tP1 der ersten Schicht 79 und
der magnetischen Schichtdicke Ms·tP2 der
zweiten Schicht 77 zu groß ist, zu einer unerwünschten
Verschlechterung des Austausch-Koppelmagnetfelds. Erfindungsgemäß ist dementsprechend bezüglich der
Filmschichtdicke aus Schichtdicke tP1 der
Schicht 79 und Schichtdicke tP2 der
Schicht 77 vorzugsweise vorgesehen, daß der Wert (magnetische Schichtdicke
Ms·tP1 der ersten Schicht 79)/magnetische Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht 77)
in einem Bereich von 0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05
bis 4 liegt. Außerdem
wird erfindungsgemäß bevorzugt,
wenn die magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten Schicht 79 und die magnetische Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 77 jeweils
in einem Bereich von 10 bis 70 (Angström-Tesla) liegen, und außerdem ein
Absolutwert der Differenz zwischen der magnetischen Schichtdicke
Ms tP2 der zweiten Schicht 77 und
der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten Schicht 79 gleich oder größer 2 (Angström-Tesla)
ist.
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Noch
mehr bevorzugt ist, wenn der Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der ersten Schicht 79)/(magnetische
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 77) in einem
Bereich von 0,53 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 1,8
liegt. Außerdem
ist es im Rahmen der oben angegebenen Bereiche bevorzugt, wenn die
magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der Schicht 79 und die magnetische
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schicht 77 in einem
Bereich von jeweils 10 bis 50 (Angström-Tesla) liegen, wobei der
Absolutwert, erhalten durch Subtrahieren der magnetischen Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten Schichtdicke 77 von
der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten Schicht 79, gleich oder größer 2 (Angström-Tesla)
ist.
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Außerdem wird
bevorzugt, wenn die Schichtdicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht 78 zwischen
der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 79 und 77 im
Bereich von 2,5 bis 6,4 oder 6,6 bis 10,7 Angström liegt. Innerhalb dieses Bereichs
läßt sich
ein Austausch-Koppelfeld
von 500 (Oe) oder mehr erreichen. Noch bevorzugter liegt die Schichtdicke
der Schicht 78 im Bereich von 2,8 bis 6,2 Angström oder 6,8
bis 10,3 Angström,
da dann ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1000 (Oe) oder darüber erreicht
werden kann.
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Bevorzugt
wird außerdem
eine Dicke von 90 Angström
oder mehr für
die antiferromagnetische Schicht 80. In diesem Bereich
kann man ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder mehr erreichen.
Noch mehr bevorzugt ist eine Dicke von 100 Angström oder mehr,
bei der ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1000 (Oe) oder mehr erreicht
werden kann.
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Bei
dem in 10 gezeigten Magnetowiderstandselement
ist die freie Magnetschicht unterteilt und in Form von zwei Lagen
oder Schichten ausgebildet, wobei eine erste freie Magnetschicht 73 auf
der Seite gebildet ist, die in Berührung mit der nichtmagnetischen,
elektrisch leitenden Schicht 76 gelangt, während die
andere freie magnetische Schicht durch die zweite freie magnetische
Schicht 71 gebildet wird. Wie in 10 zu sehen
ist, besteht die erste freie magnetische Schicht 73 aus
den zwei Schichten, wobei der Film 75 auf der Seite gebildet
ist, die mit der nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht 76 in
Berührung
gelangt, und der Film 75 als Co-Film ausgebildet ist. Die
auf der in Berührung
mit der nichtmagnetischen Zwischenschicht 72 gelangenden
Seite ausgebildeten Schicht 74 und die zweite freie Magnetschicht 71 bestehen
aus beispielsweise einer NiFe-Legierung, einer Co-Fe-Legierung,
einer Co-Ni-Legierung,
einer Co-NiFe-Legierung oder dergleichen.
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Das
in 8 dargestellte Drehventil-Gebilde zwischen der
Basisschicht 70 und der Schutzschicht 81 hat geneigte
Seiten, so daß die
Drehventil-Schichtanordnung
die Form eines Trapezes hat. Auf jeder Seite der Drehventil-Schichtstruktur
sind hartmagnetische Vormagnetisierungsschichten 82 und
elektrisch leitende Schichten 83 ausgebildet. Die Vormagnetisierungsschichten 82 bestehen
aus einer Co-Pt-Legierung, einer Co-Cr-Pt-Legierung, etc., und die
elektrisch leitenden Schichten sind aus Cu, Cr oder dergleichen
gebildet.
-
Zwischen
die erste freie Magnetschicht 73 und die zweite freie Magnetschicht 71 gemäß 10 ist eine nichtmagnetische Zwischenschicht 72 eingefügt, so daß der Magnetismus
der ersten freien Magnetschicht 73 und derjenige der zweiten
freien Magnetschicht 71 zueinander in einem antiparallelen
Zustand stehen (Ferri-Zustand), bedingt durch das Aus tausch-Koppelmagnetfeld
(die RKKY-Wechselwirkung), das zwischen der ersten freien Magnetschicht 73 und
der zweiten freien Magnetschicht 71 erzeugt wird. Bei dem
in 10 gezeigten Magnetowiderstandselement ist die
Schichtdicke tF1 der ersten freien Magnetschicht 73 größer gemacht
als die Schichtdicke tF2 der zweiten freien
Magnetschicht 71, und außerdem ist der Wert von Ms·tF1 der ersten freien Magnetschicht 73 größer gemacht
als der Wert von Ms·tF2 der zweiten freien Magnetschicht 71,
so daß im
Fall des Anlegens eines Vormagnetisierungsfeldes seitens der Vormagnetisierungsschichten 82 in
X-Richtung die Magnetisierung der ersten freien Magnetschicht 73,
die den höheren
Wert von Ms·tF1 hat, von dem Vormagnetisierungsfeld derart
beeinflußt
wird, daß es
sich in X-Richtung ausrichtet, während
die Magnetisierung der zweiten freien Magnetschicht 71 mit
dem kleineren Wert von Ms·tF2 in eine Richtung entgegen der X-Richtung
orientiert wird durch das Austausch-Koppelmagnetfeld (die RKKY-Wechselwirkung),
das zwischen der ersten freien Magnetschicht 73 und der
zweiten freien Magnetschicht 71 gebildet wird. Erfindungsgemäß wird außerdem die
Schichtdicke tF1 der ersten Schicht 73 kleiner
gemacht als die Schichtdicke tF2 der zweiten
Magnetschicht 71, und außerdem wird der Wert Ms tF1 der ersten Schicht 73 kleiner
gemacht als der Wert Ms·tF2 der zweiten Schicht 71.
-
Wenn
ein äußeres Magnetfeld
aus der Richtung Y eindringt, behält die Magnetisierung der ersten
und der zweiten freien Magnetschicht 73 und 71 den
Ferri-Zustand bei, und gleichzeitig dreht sie sich durch den Einfluß seitens
des äußeren Magnetfelds.
Dann ändert
sich der elektrische Widerstand aufgrund der Beziehung zwischen
der Magnetisierungsrichtung der ersten freien Magnetschicht 73,
die einen Beitrag zu dem ΔMR-Wert
leistet, und der festgelegten Magnetisierung der zweiten fixierten
Magnetschicht 71, wodurch sich die Signale aufgrund des äußeren Magnetfelds
erfassen lassen.
-
Erfindungsgemäß wird das
Schichtdickenverhältnis
zwischen der Schichtdicke tF1 der ersten
Schicht 73 und der Schichtdicke tF2 der
zweiten Schicht 71 optimiert, um dadurch ein noch stärkeres Austausch-Koppelmagnetfeld
zu erreichen, während
gleichzeitig ein ΔMR-Wert
erhalten wird, der etwa demjenigen bei bekannten Anordnungen entspricht.
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Erfindungsgemäß liegt
der Wert (Schichtdicke tF1 der ersten Schicht 73)/(Schichtdicke
tF2 der zweiten Schicht 71) vorzugsweise
in einem Bereich von 0,56 bis 0,83 oder 1,25 bis 5. Innerhalb dieses
Bereichs kann man ein Austausch-Kopplungsmagnetfeld von 500 (Oe)
oder mehr erzielen. Außerdem
beträgt
erfindungsgemäß der Wert
(Schichtdicke tF1 der ersten Schicht 73)/(Schichtdicke
tF2 der zweiten Schicht 71) in
einem Bereich von 0,61 bis 0,83 oder 1,25 bis 2,1. In diesem Bereich
kann man ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1000 (Oe) oder mehr
erzielen.
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Wenn
es nicht einen gewissen Unterschied zwischen der magnetischen Schichtdicke
Ms·tF1 der ersten freien Magnetschicht 73 und
der magnetischen Schichtdicke Ms·tF2 der
zweiten freien Magnetschicht 71 gibt, läßt sich der Magnetisierungszustand
nicht so leicht in einem Ferri-Zustand halten. Andererseits wird
dann, wenn die Differenz zwischen der magnetischen Schichtdicke
Ms·tF1 der Schicht 73 und der magnetischen Schichtdicke
Ms·tF2 der zweiten Schicht 71 zu groß ist, eine
unerwünschte
Verschlechterung des Austausch-Koppelmagnetfelds veranlaßt. Dementsprechend
ist es erfindungsgemäß bezüglich des
Schichtenverhältnisses
zwischen der Schichtdicke tF1 der ersten
Schicht 73 und der Schichtdicke tF2 der
zweiten Schicht 71 bevorzugt, wenn der Wert (magnetische
Schichtdicke Ms·tF1 der ersten Schicht 73)/ (magnetische
Schichtdicke Ms·tF2 der zweiten Schicht 71) in einem
Bereich von 0,56 bis 0,83 oder in einem Bereich von 1,25 bis 5 liegt. Besonders
bevorzugt wird erfindungsgemäß, wenn
der Wert (Ms·tF1)/(Ms·tF2) in einem Bereich von 0,61 bis 0,83 oder
in einem Bereich von 1,25 bis 2,1 liegt.
-
Erfindungsgemäß wird die
zwischen der ersten freien Magnetschicht 73 und der zweiten
freien Magnetschicht 71 befindliche nichtmagnetische Zwischenschicht 72 aus
einem der folgenden Elemente oder aus einer Legierung aus zwei oder
mehr dieser Elemente gebildet: Ru, Rh, Ir, Cr, Re und Cu. Außerdem wird
bevorzugt, wenn die Schichtdicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht 72 im
Bereich von 5,5 bis 10,0 Angström
liegt. Innerhalb dieses Bereichs läßt sich ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr erzielen. Noch mehr bevorzugt liegt die Schichtdicke
der nichtmagnetischen Zwischenschicht 72 im Bereich von 5,9
bis 9,4 Angström.
In diesem Bereich läßt sich
sogar ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 1000 (Oe) oder mehr erreichen.
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Die
Einstellung des Schichtdickenverhältnisses der ersten fixierten
Magnetschicht 79 und der zweiten fixierten Magnetschicht 77,
der Schichtdicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht 78 und
der antiferromagnetischen Schicht 80, des Schichtdickenverhältnisses
der ersten freien Magnetschicht 73 und der zweiten freien
Magnetschicht 71, und der Schichtdicke der nichtmagnetischen
Schicht 72 entsprechend den oben angegebenen Bereichen
macht es möglich
einen ΔMR-Wert
(Rate der Geschwindigkeitsänderung)
zu erhalten, der den Werten bei bekannten Anordnungen entspricht.
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Als
nächstes
wird das Wärmebehandlungsverfahren
beschrieben. Wenn z.B. der Wert Ms·tP1 der
ersten fixierten Ms 79 größer ist als Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht 77,
sollte ein Magnetfeld von 100 (Oe) bis 1 (kOe) oder 5 (kOe) in der
Richtung angelegt werden, in der die Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht 79 festgelegt
werden soll. Falls der Ms·tP1 der ersten Schicht 79 kleiner
ist als Ms·tP2 der zweiten Schicht 77, sollte
ein Magnetfeld von 100 (Oe) bis 1 (kOe) entgegen der Richtung angelegt
werden, in der die erste fixierte Ms 79 gelenkt werden
soll, oder es sollte ein Magnetfeld von 5 (kOe) oder stärker in
der Richtung angelegt werden, in der die Schicht 79 magnetisiert
werden soll. Erfindungsgemäß wird die
Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht 79 in
Y-Richtung festgelegt, und die Magnetisierung der zweiten fixierten
magnetischen Schicht 77 wird entgegen der Y-Richtung magnetisiert.
Alternativ wird die Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht 79 entgegen
der Y-Richtung magnetisiert, und die zweite Schicht 77 wird
in Y-Richtung magnetisiert.
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Es
wird vereinbart, daß die
X-Richtung und die Y-Richtung als positive Richtung und die der
X- bzw. Y-Richtung entgegengesetzte Richtung als negative Richtung
betrachtet wird. Nun ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn der Absolutwert
des sogenannten zusammengesetzten magnetischen Moments, den man durch
Addieren von Ms·tF1 der ersten freien Magnetschicht 73 aus
dem Wert Ms·tF2 der zweiten freien Magnetschicht 71 addiert,
größer ist
als der Absolutwert des zusammengesetzten magnetischen Moments,
den man durch Addieren von Ms·tP1 der ersten fixierten Magnetschicht 79 und
Ms·tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht 77 erhält. Mit
anderen Worten, es wird angestrebt: | (Ms·tF1 +
Ms·tF2)/(Ms·tP1 + Ms·tP2) | > 1.
-
Eine
Anordnung, bei der der Absolutwert des zusammengesetzten magnetischen
Moments der ersten freien magnetischen Schicht 73 und der
zweiten freien magnetischen Schicht 71 größer ist
als der Absolutwert des zusammengesetzten magnetischen Moments der
ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 79 und 77,
hat Vorteile, weil die Magnetisierung der ersten und der zweiten
freien Magnetschicht 79 und 77 nicht so leicht
beeinflußt
wird von dem zusammengesetzten magnetischen Moment der ersten und
der zweiten fixierten Magnetschicht 79 und 77,
und die Magnetisierung der ersten und der zweiten freien Magnetschicht 73 und 71 sich
mit höherer
Empfindlichkeit bezüglich äußerer Magnetfelder
dreht, wodurch man erhöhte
Ausgangssignale erhalten kann.
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11 ist eine seitliche Schnittansicht des Aufbaus
eines Magnetowiderstandselements nach einer sechsten Ausführungsform
der Erfindung, 12 ist eine Querschnittansicht
des Elements nach 11 bei Betrachtung von der
dem Aufzeichnungsträger
gegenüberliegenden
Seite.
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Dieses
Dünnschichtelement
ist ein sogenanntes Doppel-Drehventil-Magnetowiderstandselement mit nicht
magnetischen elektrisch leitenden Schichten, fixierten Magnetschichten
und antiferromagnetischen Schichten oberhalb und unterhalb einer
die Mitte bildenden freien Magnetschicht, wobei die freien Magnetschichten
und fixierten Magnetschichten jeweils aufgeteilt sind in zwei Lagen
mit einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen Zwischenschicht.
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Die
unterste Schicht in den 11 und 12 ist
eine Grundschicht 91, und auf dieser Grundschicht 91 sind
folgende Schichten in der genannten Reihenfolge von unten nach oben
angeordnet: eine antiferromagnetische Schicht 92, eine
erste fixierte (untere) Magnetschicht 93, eine nichtmagnetische
(untere) Zwischenschicht 94, eine zweite fixierte (untere)
Magnetschicht 95, eine nichtmagnetische, elektrisch leitende
Schicht 96, eine zweite freie Magnetschicht 97,
eine nichtmagnetische Zwischenschicht 100, eine erste freie
Magnetschicht 101, eine nichtmagnetische, elektrisch leitende
Schicht 104, eine zweite (obere) fixierte Magnetschicht 105,
eine nichtmagnetische (obere) Zwischenschicht 106, eine
erste fixierte (obere) Magnetschicht 107, eine antiferromagnetische
Schicht 108 und eine Schutzschicht 109.
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Zunächst sollen
die einzelnen Werkstoffe erläutert
werden. Bevorzugt werden die antiferromagnetischen Schichten 92 und 108 aus
einer PtMn-Legierung
gebildet. Diese PtMn-Legierungen besitzen bessere Korrosionsbeständigkeit
als NiMn-Legierungen oder FeMn-Legierungen,
die üblicherweise
für antiferromagnetische
Schichten verwendet werden, ihre Sperrtemperatur ist hoch, und man
kann mit ihnen ein starkes Austausch-Koppelmagnetfeld (anisotropes
Austauschmagnetfeld) erzielen. Außerdem können anstelle der PtMn-Legierungen
erfindungsgemäß X-Mn-Legierungen
(X ist mindestens eines der Elemente Pd, Ir, Rh, Ru, Os) oder PtMn-X'-Legierungen (X' ist mindestens eines
der Elemente Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au, Ag) verwendet werden.
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Die
ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 93 und 107 und
die zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 95 und 105 bestehen
aus einem Co-Film, einer NiFe-Legierung, einer Co-Fe- Legierung, einer
Co-Ni-Legierung, einer Co-MiFe-Legierung oder dergleichen. Außerdem werden
die nichtmagnetischen (unteren und oberen) Zwischenschichten 94 und 106 zwischen
den ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 93 und 107 und
den zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 95 und 105,
ferner die nichtmagnetische Zwischenschicht 110 zwischen
der ersten und der zweiten freien Magnetschicht 101 und 97 aus
einem der folgenden Elemente aus einer Legierung aus zwei solchen
Elementen gebildet: Ru, Rh, Ir, Cr, Re und Cu. Außerdem werden
die nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schichten 96 und 104 aus
Cu oder einem ähnlichen
Werkstoff gebildet.
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Wie
in 11 gezeigt ist, bestehen die erste und die zweite
freie Magnetschicht 101 und 97 aus jeweils zwei
Schichten. Die Schicht 103 der ersten freien Magnetschicht 101 und
die Schicht 98 der zweiten freien Magnetschicht 97,
die auf der mit den nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schichten 96 und 104 in
Kontakt kommenden Seite ausgebildet sind, bestehen aus Co-Schichten.
Außerdem
sind die Schicht 102 der ersten freien Magnetschicht 101 und
die Schicht 99 der zweiten freien Magnetschicht 97 mit
der dazwischenliegenden nichtmagnetischen Zwischenschicht 100 aus
einer NiFe-Legierung, einer Co-Fe-Legierung, einer Co-NI-Legierung,
einer Co-NiFe-Legierung oder dgl. gebildet.
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Die
Ausbildung der Schichten 98 und 103 auf der Seite,
die mit den nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schichten 96 und 104 aus
Co in Berührung
kommen, ermöglichen
die Erzielung höherer ΔMR-Werte, außerdem wird
Dispersion der nichtmagnetischen elektrisch leitenden Schichten 96 und 104 unterbunden.
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Als
nächstes
sollen die Bereiche für
die Schichtdicken jeder Schicht erläutert werden. Vorzugsweise ist
vorgesehen, daß das
Schichtdickenverhältnis
zwischen der Schichtdicke tP1 der ersten
(unteren) fixierten Magnetschicht 93 und der Schichtdicke
tP2 der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 95 unterhalb
der freien Magnetschicht, und das Schichtdickenverhältnis zwischen
der Schichtdicke tP1 der ersten (oberen) Magnetschicht 107 und
der Schichtdicke tP2 der zweiten (oberen)
fixierten Magnetschicht 105 oberhalb der freien Magnetschicht
derart beschaffen sind, daß der
Wert (Schichtdicke tP1 der ersten (unteren
und oberen) Schicht 93 und 97)/(Schichtdicke tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschicht 95 und 105). In einem Bereich von
0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 4 liegt. Außerdem wird
bevorzugt, daß die
Schichtdicke der ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschicht 93 und 107 sowie
die Schichtdicke der zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschicht 95 und 105 im
Bereich von 10 bis 70 Angström
liegt, wobei außerdem
| Schichtdicke tP1 der ersten (unteren und
oberen) fixierten Magnetschichten 93 und 107 abzüglich der Schichtdicke
tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschicht 95 und 105 | ≤ 2 Angström. In den genannten Bereichen
läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder darüber erhalten.
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Erfindungsgemäß wird außerdem bevorzugt,
wenn der Wert (Schichtdicke tP1 der ersten
oberen und unteren fixierten Magnetschicht 93 und 107)/Schichtdicke
tP2 der zweiten unteren und oberen fixierten
Magnetschicht 95 und 105) in einem Bereich von
0,53 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05 bis 1,8 liegt, wobei außerdem die
Schichtdicke tP1 der ersten unteren und
oberen fixierten Magnetschichten 93 und 107 und
die Schichtdicke tP2 der zweiten unteren
und oberen fixierten Magnetschichten 95 und 105 in
einem Bereich von 10 bis 50 Angström liegen, wobei | Schichtdicke
tP1 der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 93 und 107 abzüglich der Schichtdicke tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 95 und 105 | ≤ 2 Angström. Bei diesen Bereichen läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1.000 (Oe) oder mehr erzielen.
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Wie
oben erläutert,
wird erfindungsgemäß ein antiferromagnetisches
Material wie z.B. eine PtMn-Legierung oder dgl. für die antiferromagnetischen
Schichten 92 und 108 verwendet, welches eine Wärmebehandlung
erforderlich macht, um ein Austausch-Koppelmagnetfeld (ein anisotropes
Austauschmagnetfeld) an der Grenzfläche zwischen den ersten (unteren
und oberen) fixierten Magnetschichten 93 und 107 und
den antiferromagnetischen Schichten 92 und 108 zu
erzeugen.
-
Allerdings
kommt es an der Grenzfläche
zwischen den antiferromagnetischen Schichten 92 unterhalb der
freien Magnetschicht und der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 93 leicht
zu einer Dispersion der Metallelemente, wodurch sich leicht eine
thermische Dispersionsschicht ausbildet, demzufolge die als die
erste fixierte (untere) Magnetschicht 93 dienende magnetische
Schicht dünner
ist als die tatsächliche
Schichtdicke tP1. Um also in passender Weise
das in den Schichten oberhalb der freien Magnetschicht erzeugte
Austausch-Koppelmagnetfeld und das in den Schichten unterhalb der
freien Magnetschicht erzeugte Austausch-Koppelmagnetfeld auszugleichen,
wird bevorzugt, wenn der Wert (Schichtdicke tP1 der
ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 93)/Schichtdicke
tP2 der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95)
unterhalb der freien Magnetschicht größer ist als der Wert (Schichtdicke
tP1 der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 107)/Schichtdicke
tP2 der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 105)
oberhalb der freien Magnetschicht. Das Ausgleichen des Austausch-Koppelmagnetfelds,
welches in den Schichten oberhalb der freien Magnetschicht erzeugt
wird, mit dem Austausch-Koppelmagnetfeld,
daraus in den Schichten unterhalb der freien Magnetschicht erzeugt
wird, verringert die Beeinträchtigung
des Austausch-Koppelmagnetfelds
beim Herstellungsprozeß und
steigert die Zuverlässigkeit
des Magnetkopfs.
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Aus
der obigen Erläuterung
geht hervor, daß nur
dann, wenn es eine gewisse Differenz gibt zwischen der magnetischen
Schichtdicke Ms·tP1 der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 93 und 107 einerseits und der
magnetischen Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 95 und 105 andererseits, der Magnetisierungszustand
leicht einen Ferri-Zustand einnehmen kann. Wenn hingegen die Differenz
zwischen der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 93 und 107 und
die magnetische Schichtdicke Ms·tP2 der
zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 95 und 105 zu
groß ist,
wird dies zu einer unerwünschten
Beeinträchtigung
des Austausch-Koppelmagnetfelds. Folglich wird erfindungsgemäß das Schichtdickenverhältnis der
Schichtdicke tP1 der ersten fixierten Magnetschichten 93 und 107 und
der Schichtdicke der zweiten fixierten Magnetschichten 95 und 105 vorzugsweise
so eingestellt, daß der
Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten Schichten 93 und 107)/(magnetische Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten Schichten 95 und 105)
in einem Bereich von 0,33 bis 0,95 oder in einem Bereich von 1,05
bis 4 liegt. Außerdem
wird erfindungsgemäß bevorzugt,
wenn die magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten (unteren und oberen) Magnetschichten 93 und 107 und
die magnetische Schichtdicke Ms·tP2 der
zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 95 und 105 in
einem Bereich von 10 bis 70 (Angström-Tesla) liegt, und außerdem ein
Absolutwert, erhalten durch Subtrahieren der magnetischen Schichtdicke
Ms·tP2 der zweiten Schichten 95 und 105 von
der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten Schichten 93 und 107, gleich oder größer als
2 (Angström-Tesla)
ist.
-
Noch
mehr bevorzugt wird, wenn der Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tP1 der ersten Schichten 93 und 107)/(magnetische
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schichten 95 und 105)
in einem Bereich von 0,53 bis 0,95 oder 1,05 bis 1,8 liegt. Innerhalb
der oben angegebenen Bereiche wird bevorzugt, daß die magnetische Schichtdicke
Ms·tP1 der ersten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 93 und 107 von die magnetische
Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 95 und 105, in einem Bereich von
10 bis 50 (Angström-Tesla)
liegen, und ein Absolutwert, erhalten durch Subtrahieren der Schichtdicke Ms·tP2 der zweiten Schichten 95 und 105 von
der magnetischen Schichtdicke Ms·tP1 der
ersten Schichten 93 und 107, gleich oder größer 2 (Angström-Tesla)
ist.
-
Außerdem liegt
erfindungsgemäß bevorzugt
der Schichtdickenwert der nichtmagnetischen (unteren) Zwischenschicht 94,
die sich zwischen der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 93 und
der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95 unterhalb
der freien Magnetschicht befindet, vorzugsweise in dem Bereich von 3,6
bis 9,6 Angström.
Innerhalb dieses Bereichs kann man ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) erreichen. weiterhin bevorzugt ist, wenn diese Schichtdicke
in einem Bereich von 4 bis 9,4 Angström liegt. Innerhalb dieses Bereichs
läßt sich
sogar ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1.000 (Oe) oder mehr erreichen.
-
Außerdem liegt
die Schichtdicke der nichtmagnetischen (oberen) Zwischenschicht 106,
welche sich zwischen der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 107 und
der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 105 oberhalb
der freien Magnetschicht befindet, vorzugsweise im Bereich von 2,5
bis 6,4 Angström
oder im Bereich von 6,6 bis 10,7 Angström. In diesem Bereich läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder darüber erreichen.
Noch mehr bevorzugt liegt die Schichtdicke in dem Bereich von 2,8
bis 6,2 Angström oder
im Bereich von 6,8 bis 10,3 Angström. In diesem Bereich läßt sich
sogar ein Austausch-Koppelmagnetfeld von mindestens 1.000 (Oe) erzielen.
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Außerdem wird
erfindungsgemäß bevorzugt,
wenn die Dicke der antiferromagnetischen Schichten 92 und 108 mindestens
100 Angström
beträgt,
da eine Dicke von 100 Angström
oder mehr dieser Schichten zu einem Austausch-Koppelmagnetfeld von
mindestens 500 (Oe) oder mehr führt.
Außerdem
wird erfindungsgemäß eine Dicke
von mindestens 110 Angström
für die
antiferromagnetischen Schichten 92 und 108 bevorzugt, um
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1.000 (Oe) oder darüber zu erreichen.
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Außerdem beträgt erfindungsgemäß einer
Schichtdicke tF1 der ersten freien magnetischen
Schicht 101 und einer Schichtdicke tF2 der
zweiten freien Magnetschicht 97 der Wert tF1/tF2 vorzugsweise zwischen 0,56 und 0,83 oder
1,25 bis 5. In diesem Bereich erhält man ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr. Besonders bevorzugt liegt das Verhältnis der
Schichtdicke der ersten freien Magnetschicht zu der Schichtdicke der
zweiten freien Magnetschicht in einem Bereich von 0,61 bis 0,83
oder von 1,25 bis 2,1. In diesem Bereich erzielt man ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 1.000 (Oe) oder darüber.
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Wenn
es nicht eine gewisse Differenz gibt zwischen der magnetischen Schichtdicke
Ms·tF1 der ersten freien Magnetschicht 101 und
der magnetischen Schichtdicke Ms·tF2 der
zweiten freien Magnetschicht 97, läßt sich nicht so leicht ein
Ferri-Zustand erreichen. Wenn andererseits die Differenz der Werte
Ms·tF1 für
die Schicht 101 und Ms·tF2 für die zweite
Schicht 97 zu groß ist,
führt dies
zu einer unerwünschten
Beeinträchtigung
des Austausch-Koppelmagnetfelds. Erfindungsgemäß wird also hinsichtlich des
Dickenverhältnisses zwischen
der Schichtdicke tF1 der Schicht 101 und
der Schichtdicke tF2 der zweiten Schicht 97 bevorzugt,
daß der
Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tF1 der
ersten freien Magnetschicht 101)/(magnetische Schichtdicke Ms·tF2 der zweiten freien Magnetschicht 97)
in einem Bereich von 0,56 bis 0,83 oder in einem Bereich von 1,25 bis
5 liegt. Außerdem
wird bevorzugt, wenn der Wert (magnetische Schichtdicke Ms·tF1 der ersten Schicht 101)/(magnetische
Schichtdicke Ms·tF2 der zweiten Schicht 97) in einem
Bereich von 0,61 bis 0,63 oder in einem Bereich von 1,25 bis 2,1
liegt.
-
Was
die nichtmagnetische Zwischenschicht 100 zwischen der ersten
freien Magnetschicht 101 und der zweiten freien Magnetschicht 97 angeht,
so liegt deren Dicke vorzugsweise in einem Bereich von 5,5 bis 10,0
Angström,
da sich in diesem Bereich ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500
(Oe) oder darüber
erreichen läßt. Noch
bevorzugter liegt die Schichtdicke der Schicht 100 im Bereich von
5,9 bis 9,4 Angström,
da dann ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1.000 (Oe) oder mehr
erreicht werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird eine
passende Einstellung des Schichtdickenverhältnisses der ersten (unteren und
oberen) fixierten Magnetschichten 93 und 107 und
der zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 95 und 105 vorgenommen,
außerdem
werden die Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschichten 93 und 107 und
der zweiten fixierten Magnetschichten 95 und 105,
der nichtmagnetischen (unteren und oberen) Zwischenschichten 94 und 106 und
der antiferromagnetischen Schichten 92 und 108 passend
eingestellt, und außerdem
wird das Schichtdickenverhältnis
der ersten freien Magnetschicht 101 und der zweiten freien Magnetschicht 97 ebenso
eingestellt wie die Schichtdicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht 100.
Aus diesen Einstellungen gemäß den jeweils
oben angegebenen Bereichen ergibt sich ein Δ-Wert, der etwa demjenigen bei
bekannten Anordnungen entspricht.
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Im
folgenden soll das in den 11 und 12 dargestellte
Doppel-Drehventil-Magnetowiderstandselement
im einzelnen hinsichtlich der Magnetisierung erläutert werden. Die Magnetisierung
der beiden zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 95 und 105 oberhalb
bzw. unterhalb der freien Magnetschicht muß so sein, daß entgegengesetzte
Richtungen gegeben sind. Dies deshalb, weil die freie Magnetschicht
aufgeteilt ist in die erste und die zweite freie Magnetschicht 101 bzw. 97,
und die Magnetisierung der ersten und der zweiten freien Magnetschicht 102 und 97 einem
antiparallelen Zustand entspricht.
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Wie
in den 11 und 12 dargestellt
ist, befindet sich dann, wenn die Magnetisierung der ersten freien
Magnetschicht 101 entgegen der X-Richtung verläuft, die Magnetisierung der
zweiten freien Magnetschicht 97 in einem Zustand, in der
sie in X-Richtung weist, bedingt durch das Austausch-Koppelmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung)
zwischen den beiden Schichten 101 und 97. Die
Magnetisierung der ersten freien Magnetschicht 101 und
der zweiten freien Magnetschicht 97 entspricht einem dauernden
Ferri-Zustand, wird jedoch bei Beeinflussung durch ein äußeres Magnetfeld
umgekehrt.
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Bei
dem in 11 und 12 dargestellten
Doppel-Drehventil-Magnetowiderstandselement
tragen die Magnetisierungen der ersten und der zweiten freien Magnetschicht 101 und 97 beide
zu dem ΔMR-Wert bei,
indem sich der elektrische Widerstand ändert aufgrund der Beziehung
zwischen der schwankenden Magnetisierung der ersten freien Magnetschicht 101 und
der zweiten freien Magnetschicht 97 einerseits und dem fixierten
Magnetismus der zweiten unteren und oberen Magnetschichten 95 bzw. 105.
Um die Funktionen des Doppel-Magnetowiderstandselements
zu erzielen, bei dem ein höherer ΔMR-Wert erwartet werden
darf als bei einem Einzel-Magnetowiderstandselement,
muß die
Richtung der Magnetisierung der zweiten (unteren und oberen) fixierten
Magnetschichten 95 und 105 derart gesteuert werden,
daß die Änderung
des Widerstands der ersten freien Magnetschicht 101 und
der zweiten fixierten Magnetschicht (der oberen Schicht) 105 und
die Änderung
des Widerstands der zweiten freien Magnetschicht 97 und
der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95 beide
der gleichen Schwankung unterliegen. Das heißt: die Anordnung sollte derart
beschaffen sein, daß dann,
wenn die Widerstandsänderung
der ersten freien Magnetschicht 101 und der zweiten fixierten
Magnetschicht (der oberen Schicht) 105 einen Maximumwert
erreicht, die Widerstandsänderung
der zweiten freien Magnetschicht 97 und der zweiten (unteren)
fixierten Magnetschicht 95 ebenfalls einen Maximumwert
erreicht, wobei dann, wenn die Änderung
des Widerstands der ersten freien Schicht 101 und der zweiten
fixierten (oberen) Schicht 105 ein Minimum erreicht, auch
die Widerstandsänderung
der zweiten freien Magnetschicht 97 und der zweiten fixierten
(unteren) Magnetschicht 95 ein Minimum erreicht.
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Bei
dem in 11 und 12 dargestellten
Doppel-Magnetowiderstandselement
erfolgt also die Magnetisierung der ersten freien Magnetschicht 101 und
der zweiten freien Magnetschicht 97 so, daß ein antiparalleler
Magnetisierungszustand erreicht wird. Deshalb muß die Magnetisierung der zweiten
fixierten (oberen) Magnetschicht 105 entgegengesetzt zu
der Magnetisierung der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95 erfolgen.
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Im
Licht des oben gesagten wird erfindungsgemäß die Magnetisierung der zweiten
(oberen) fixierten Magnetschicht 105 entgegengesetzt vorgenommen
zu der Magnetisierung der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95,
allerdings muß in
geeigneter Weise der Wert Ms·t
jeder fixierten Magnetschicht vorgenommen werden, und während der
Wärmebehandlung
müssen
Richtung und Betrag des Magnetfelds in geeigneter Weise gesteuert
werden, um die gewünschte
Magnetisierungsrichtung zu erhalten.
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Bezüglich jeder
Ms·t
jeder fixierten Magnetschicht ist es notwendig, daß der Wert
Ms·tP1 der ersten fixierten (oberen) Magnetschicht 107 oberhalb
der freien Magnetschicht größer gemacht
wird als Ms·tP2 der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 105,
und daß Ms·tP1 der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 93 unterhalb
der freien Magnetschicht kleiner gemacht wird als Ms·tP2 der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht,
oder daß Ms·tP1 der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 107 oberhalb
der freien Magnetschicht kleiner gemacht wird als Ms·tP2 der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 105 und
Ms·tP1 der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 93 unterhalb
der freien Magnetschicht größer gemacht
wird als Ms·tP2 der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95.
Erfindungsgemäß wird für die antiferromagnetischen
Schichten 92 und 108 ein antiferromagnetischer
Werkstoff wie z.B. eine PtMn-Legierung oder dgl. verwendet, der
ein Glühen
(eine Wärmebehandlung)
in einem Magnetfeld erforderlich macht, um ein Austausch-Koppelmagnetfeld
an der Grenzfläche
zwischen den ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 93 und 107 und
den antiferromagnetischen Schichten 92 und 108 zu
erzeugen, so daß Richtung
und Betrag des während
der Wärmebehandlung
angelegten Magnetfelds in geeigneter Weise eingestellt sein müssen. Wenn
erfindungsgemäß der Wert
Ms·tP1 der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 107 oberhalb
der freien magnetischen Schicht größer ist als Ms·tP2 der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 105,
und weiterhin Ms·tP1 der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 93 unterhalb
der freien Magnetschicht kleiner ist als Ms·tP2 der
zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95, so wird ein
Magnetfeld von 100 (Oe) oder 1 (kOe) in der Richtung angelegt, in
der die erste (obere) fixierte Magnetschicht 107 oberhalb
der freien Magnetschicht magnetisiert werden soll.
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Falls
z.B. gemäß 11 die Magnetisierung der ersten (oberen) fixierten
Magnetschicht 107 in Y-Richtung gelenkt werden soll, wird
ein Magnetfeld von 100 (Oe) bis 1 (kOe) in Y-Richtung angelegt.
Dann wird die erste (obere) fixierte Magnetschicht 107 mit
dem größeren Wert
von Ms·tP1 sowie die zweite (untere) fixierte Magnetschicht 95 unterhalb
der freien Magnetschicht in der Richtung des angelegten Magnetfelds,
d.h. in Y-Richtung gedreht. Andererseits wird die Magnetisierung
der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 105, die den
kleineren Wert Ms·tP2 hat und oberhalb der freien Magnetschicht
liegt, antiparallel bezüglich
der Magnetisierungsrichtung der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 107 magnetisiert
aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfelds
(RKKY-Wechselwirkung) zwischen der zweiten fixierten (oberen) Magnetschicht 105 und
der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 107. In der
gleichen Weise wird die Magnetisierung der ersten (unteren) fixierten
Magnetschicht 93, die unterhalb der freien Magnetschicht
liegt und den kleineren Wert von Ms·tP2 hat,
versuchen, einen Ferri-Zustand bezüglich der Magnetisierung der
zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95 einzunehmen,
und sie wird entgegen der Y-Richtung
magnetisiert. Die Magnetisierung der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 107 oberhalb
der freien Magnetschicht wird mit Hilfe des Austausch-Koppelmagnetfelds
(des anisotropen Austauschmagnetfelds) an der Grenzfläche zwischen
der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 107 und der
antiferromagnetischen Schicht 108 im Zuge der Wärmebehandlung fixiert, und
die Magnetisierung der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 105 wird
entgegen der Y-Richtung festgelegt. In der gleichen Weise wird die
Magnetisierung der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 93 unterhalb
der freien Magnetschicht mit Hilfe des Austausch-Koppelmagnetfelds
(des anisotropen Austauschmagnetfelds) entgegen der Y-Richtung festgelegt,
und die Magnetisierung der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95 wird
in Y-Richtung festgelegt.
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Wenn
außerdem
der Wert von Ms·tP1 der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 107 oberhalb
der freien Magnetschicht kleiner gemacht wird als Ms·tP2 der zweiten (oberen) fixierten Magnetschicht 105,
und Ms·tP1 der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 93 unterhalb
der freien Magnetschicht größer gemacht
wird als Ms·tP2 der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95,
wird ein Magnetfeld von 100 (Oe) oder 1 (kOe) in der Richtung angelegt,
in der die erste (untere) fixierte Magnetschicht 93 unterhalb
der freien Magnetschicht magnetisiert werden soll.
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Auf
diese Weise ermöglicht
das Magnetisieren der zweiten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 95 und 105 oberhalb
und unterhalb der freien Magnetschicht in entgegengesetzte Richtungen,
einen ΔMR-Wert zu erhalten,
der den Werten bekannter Anordnungen in etwa gleich kommt.
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Damit
erfindungsgemäß die Magnetisierung
der ersten freien Magnetschicht 101 und die Magnetisierung
der zweiten freien Magnetschicht 97, die sich in einem
Ferri-Zustand befinden, mit höherer
Empfindlichkeit bezüglich
größerer Magnetfelder
umgedreht werden, sollte das zusammengesetzte magnetische Moment, welches
man durch Addieren des magnetischen Moments der ersten freien Magnetschicht 101 und
des magnetischen Moments der zweiten freien Magnetschicht 97 erhält, größer sein
als das zusammengesetzte magnetische Moment, welches man durch Addieren
des magnetischen Moments der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 93 und
des magnetischen Moments der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 95 unterhalb
der freien Magnetschicht erhält,
und außerdem
größer sein
als das zusammengesetzte magnetische Moment, welches man erhält durch
Addieren des magnetischen Moments der ersten (oberen) fixierten
Magnetschicht 107 und des magnetischen Moments der zweiten
(oberen) fixierten Magnetschicht 105, die oberhalb der
freien Magnetschicht ausgebildet sind. Das heißt: wenn z.B. die magnetischen
Momente in X- und
Y-Richtung als positive Werte angenommen werden, hingegen magnetische
Momente in Richtungen entgegen der Y- und X-Richtung als negative
Werte angenommen werden, so wird bevorzugt, wenn das zusammengesetzte
magnetische Moment | Ms·tF1 + Ms·tF2 | größer ist
als das zusammengesetzte magnetische Moment | Ms·tP1 +
Ms·tP2 der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 107 und
das magnetische Moment der zweiten fixierten (oberen) Magnetschicht 105,
und das zusammengesetzte magnetische Moment | Ms·tP1 +
Ms·tP2 | der ersten fixierten (unteren) Magnetschicht 93 und
der zweiten fixierten magnetischen (unteren) Schicht 95.
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Wie
oben beschrieben, sind bei den in den 7 bis 12 dargestellten
Magnetowiderstandselementen nicht nur die fixierten Magnetschichten
in zwei Lagen unterteilt, sondern es ist auch die freie Magnetschicht
in eine erste und eine zweite freie Magnetschicht mit einer dazwischenliegenden
nichtmagnetischen Zwischenschicht unterteilt, wobei die Magnetisierung
der beiden freien Magnetschichten in einen Antiparallelzustand (Ferri-Zustand)
gebracht ist aufgrund des Austausch-Koppelmagnetfelds (RKKY-Wechselwirkung), das
zwischen den beiden freien Magnetschichten erzeugt wird, um hierdurch
zu ermöglichen,
daß die
Magnetisierung der ersten und der zweiten freien Magnetschicht bei
hoher Empfindlichkeit bezüglich äußerer Magnetfelder
umgekehrt wird.
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Außerdem läßt sich
das Austausch-Koppelmagnetfeld dadurch erhöhen, wenn man entsprechend
den oben angegebenen Bereichen das Schichtdickenverhältnis der
ersten und der zweiten freien magnetischen Schicht, die Schichtdicke
der zwischen der ersten und der zweiten freien magnetischen Schicht
befindlichen nichtmagnetischen Schicht oder das Schichtdickenverhältnis der
ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht, der nichtmagnetischen
Zwischenschicht zwischen der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht und
der antiferromagnetischen Schichten einstellt. Der Magnetisierungszustand
der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht ist die festgelegte
Magnetisierung (fixierte Magnetisierung), und der Magnetisierungszustand
der ersten und der zweiten freien Magnetschicht ist eine schwankende
Magnetisierung, so daß sich ein
thermisch stabiler Ferri-Zustand aufrechterhalten läßt und außerdem ΔMR-Werte
erreicht werden können, wie
man sie von bekannten Anordnungen kennt.
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Erfindungsgemäß läßt sich
außerdem
durch Einstellen der Richtung des Lesestroms ein noch thermisch
stabilerer antiparalleler Zustand (Ferri-Zustand) zwischen der Magnetisierung
der ersten und der Magnetisierung der zweiten fixierten Magnetschicht
aufrechterhalten.
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In
den Magnetowiderstandselementen sind elektrisch leitende Schichten
auf jeder Seite des Schichtaufbaus aus den antiferromagnetischen
Schichten, den fixierten Magnetschichten, den nichtmagnetischen,
elektrisch leitenden Schichten und den freien Magnetschichten ausgebildet,
wobei der Lesestrom so geleitet wird, daß er aus diesen elektrisch
leitenden Schichten heraus fließt.
Der Lesestrom fließt
hauptsächlich durch
die einen geringen Widerstand aufweisenden nichtmagnetischen, elektrisch
leitenden Schichten, die Grenzfläche
zwischen den elektrisch leitenden Schichten und den fixierten Magnetschichten
und die Grenzfläche
zwischen den nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schichten und
freien magnetischen Schichten. Erfindungsgemäß ist die fixierte Magnetschicht
aufgeteilt in eine erste und eine zweite fixierte Magnetschicht, und
der Lesestrom fließt
hauptsächlich über die
Grenzfläche
zwischen der zweiten fixierten Magnetschicht und der nichtmagnetischen,
elektrisch leitenden Schicht.
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Das
Fließen
des Lesestroms wird zu einem Lesestrom-Magnetfeld entsprechend der
Korkenzieherregel. Erfindungsgemäß wird die
Richtung des Lesestroms so gelenkt, daß die Richtung des Lesestrom-Magnetfelds die
gleiche Richtung ist wie die des zusammengesetzten magnetischen
Moments, welches man erhält durch
Addieren des magnetischen Moments der ersten fixierten Magnetschicht
und des magnetischen Moments der zweiten fixierten Magnetschicht.
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Bei
dem in 7 gezeigten Magnetowiderstandselement
ist eine zweite fixierte Magnetschicht 54 unterhalb der
nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht 55 ausgebildet.
In diesem Fall ist die Richtung des Lesestrom-Magnetfelds angepaßt an die
Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetschicht, welche das größere magnetische
Moment hat (d.h. entweder mit der ersten fixierten Magnetschicht 52 oder
der zweiten fixierten Magnetschicht 54).
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Wie
in 7 zu sehen ist, ist das magnetische Moment der
zweiten fixierten Magnetschicht 54 größer als dasjenige der ersten
fixierten Magnetschicht 52, und das magnetische Moment
der zweiten fixierten Magnetschicht 54 verläuft entgegen
der Y-Richtung (d.h. in der Figur nach links). Folglich verläuft die
Richtung des zusammengesetzten magnetischen Moments, welches erhalten
wird durch Addieren des magnetischen Moments der ersten fixierten
Magnetschicht 52 und des magnetischen Moments der zweiten
fixierten Magnetschicht 54, entgegen der Y-Richtung (d.h.
in der Figur nach links).
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Wie
oben ausgeführt,
ist oberhalb der zweiten fixierten Magnetschicht 54 und
der ersten fixierten Magnetschicht 52 die nichtmagnetische,
elektrisch leitende Schicht 55 ausgebildet. Folglich sollte
die Richtung des Lesestroms 112 derart eingestellt sein,
daß das
durch den Strom 112 gebildete Lesestrom-Magnetfeld bei mittig
entlang der Schicht 55 fließendem Strom in der Figur unterhalb
der Schicht 55 nach links gerichtet ist, um übereinzustimmen
mit der Richtung des zusammengesetzten magnetischen Moments der
ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht 52 und 54.
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Wie
in 7 gezeigt ist, wird der Lesestrom 112 in
X-Richtung gelenkt, um die Korkenzieherregel zu berücksichtigen.
Aufgrund dieses Lesestroms dreht sich das Lesestrom-Magnetfeld nach
rechts. Das Lesestrom-Magnetfeld wird also in der Richtung nach
links (entgegen der Y-Richtung) auf die Schichten unterhalb der
elektrisch leitenden Schicht 55 aufgebracht. Dieses Lesestrom-Magnetfeld
verstärkt
folglich das zusammengesetzte magnetische Moment, und das Austausch-Koppelmagnetfeld
(RKKY-Wechselwirkung), das zwischen der ersten fixierten Magnetschicht 52 und
der zweiten fixierten Magnetschicht 54 wirkt, wird verstärkt, der
antiparalleler Zustand zwischen der Magnetisierung der Schicht 52 und
der Magnetisierung der Schicht 54 kann zusätzlich thermisch
stabilisiert werden.
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Es
ist bekannt, daß ein
Lesestrom von 1 mA ein Lesestrom-Magnetfeld von etwa 30 (Oe) hervorruft, und
daß außerdem die
Temperatur des Bauelements um etwa 15°C steigt. Außerdem führt eine Steigerung der Drehzahl
des Aufzeichnungsträgers
auf etwa 1.000 Upm zu einer Temperaturerhöhung des Bauelements auf etwa
100°C. Wenn
also ein Lesestrom von 10 mA fließt, steigt die Temperatur des
Magnetowiderstandselements auf etwa 250°C an, und es wird ein starkes
Lesestrom-Magnetfeld von annähernd
300 (Oe) erzeugt.
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In
einem Bauelement mit einer so extrem hohen Umgebungstemperatur und
einem so starken Lesestrom kommt es leicht dazu, daß der antiparallele
Zustand zwischen der Magnetisierung der Schicht 52 und der
Magnetisierung der Schicht 54 zusammenbricht, wenn die
Richtung des zusammengesetzten magnetischen Moments, welches durch
Addieren der magnetischen Momente der ersten und der zweiten fixierten
magnetischen Schicht 52 und 54 erhalten wird,
entgegengesetzt zu der Richtung des Lesestrom-Magnetfelds verläuft.
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Neben
der Einstellung der Richtung des Lesestrom-Magnetfelds muß außerdem ein
antiferromagnetisches Material verwendet werden, das eine hohe Sperrtemperatur
besitzt, damit die antiferromagnetische Schicht (11 oder 51 in
den 1 und 7) die hohen Umgebungstemperaturen
verträgt.
Dementsprechend verwendet die vorliegende Erfindung für die antiferromagnetische
Schicht eine PtMn-Legierung, die eine Sperrtemperatur von etwa 400°C besitzt.
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Falls
das zusammengesetzte magnetische Moment aus dem magnetischen Moment
der ersten fixierten Magnetschicht 52 und dem magnetischen
Moment der zweiten fixierten Magnetschicht 54 nach 7 nach rechts,
also in Y-Richtung weist, sollte der Lesestrom so gelenkt werden,
daß er
entgegen der X-Richtung fließt,
damit das Lesestrom-Magnetfeld so gebildet wird, daß es in
der Figur nach links oder im Gegenuhrzeigersinn dreht.
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Im
folgenden soll die Lesestromrichtung für das in 3 dargestellte
Magnetowiderstandselement erläutert
werden.
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Bei
dem in 3 gezeigten Element sind die
zweite fixierte Magnetschicht 25 und die erste fixierte Magnetschicht 27 oberhalb
der nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht 24 ausgebildet.
Wie in 1 angegeben ist, ist das magnetische
Moment der ersten fixierten Magnetschicht 27 größer als
dasjenige der zweiten fixierten Magnetschicht 25, wobei
die Richtung des magnetischen Moments der ersten Schicht 27 der Y-Richtung
entspricht (rechts in der Figur). Dementsprechend weist das zusammengesetzte
magnetische Moment, erhalten durch Addieren des magnetischen Moments
der Schicht 27 und des magnetischen Moments der zweiten
Schicht 25, in der Figur nach rechts.
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Wie
aus 3 hervorgeht, wird der Lesestrom 113 dazu
gebracht, in X-Richtung zu fließen.
Das Lesestrom-Magnetfeld verläuft
entsprechend der Korkenzieherregel durch diesen Lesestrom 113 nach
rechts im Uhrzeigersinn. Die zweite und die erste fixierte Magnetschicht 25 und 27 sind
oberhalb der nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht 24 ausgebildet,
so daß ein
Lesestrom-Magnetfeld in die zweite und die erste fixierte Magnetschicht 25 und 27 nach
rechts hin eindringt (in Y-Richtung),
so daß die
Richtung übereinstimmt
mit dem zusammengesetzten magnetischen Element und demzufolge der
antiparallele Zustand zwischen der Magnetisierung der zweiten Schicht 25 und
der Magnetisierung der ersten Schicht 27 nicht mehr so
leicht zusammenbricht.
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Falls
das zusammengesetzte magnetische Moment in der Figur nach links
weisen würde
(also entgegen der Y-Richtung), müßte man den Lesestrom 113 in
die Richtung entgegen der X-Richtung fließen lassen, um auf diese Weise
ein Lesestrom-Magnetfeld zu erzeugen, welches nach links dreht,
also mit der Richtung des zusammengesetzten magnetischen Moments
der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht 27 und 27 übereinstimmt.
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Bei
dem in 5 gezeigten Magnetowiderstandselement
handelt es sich um ein Doppel-Drehventil-Magnetowiderstandselement,
bei dem die ersten (die untere und die obere) fixierten Magnetschichten 32 und 43 und
die zweiten (die untere und die obere) fixierten Magnetschichten 34 und 41 oberhalb
bzw. unterhalb der freien Magnetschicht 36 ausgebildet
sind.
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Bei
diesem Doppel-Magnetowiderstandselement müssen Richtung und Betrag des
magnetischen Moments der ersten (unteren und oberen) fixierten Magnetschichten 32 und 43 ebenso
wie Richtung und Betrag des magnetischen Moments der zweiten (unteren
und oberen) fixierten Magnetschichten 34 und 41 derart
gesteuert werden, daß die
zusammengesetzten magnetischen Momente oberhalb und unterhalb der
freien Magnetschicht 36 in entgegengesetzte Richtungen
weisen.
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Wie
in 5 dargestellt ist, ist das magnetische Moment
der zweiten (unteren) fixierten magnetischen Schicht 34 unterhalb
der Schicht 36 größer als
das magnetische Moment der ersten (unteren) fixierten Magnetschicht 32,
und das magnetische Moment der zweiten (unteren) fixierten Magnetschicht 34 weist
in der Figur nach rechts (in Richtung Y). Folglich weist das zusammengesetzte
magnetische Moment, welches man durch Addieren des magnetischen
Moments der ersten (unteren) Schicht 32 und des magnetischen
Moments der zweiten (unteren) Schicht 34 erhält, in der
Figur nach rechts (Y-Richtung) weist. Außerdem ist das magnetische
Moment der ersten (oberen) Schicht 43 oberhalb der Schicht 36 größer als
das magnetische Moment der zweiten (oberen) Schicht 41,
und das magnetische Moment der ersten (oberen) fixierten Magnetschicht 43 weist
in der Figur nach links (entgegen der Y-Richtung). Folglich weist das zusammengesetzte
magnetische Moment, entsprechend der Summe des magnetischen Moments
der ersten fixierten (oberen) Schicht 43 und des magnetischen
Moments der zweiten fixierten (oberen) Magnetschicht 41 nach
links (entgegen der Y-Richtung).
Auf diese Weise sind erfindungsgemäß die zusammengesetzten magnetischen
Momente oberhalb und unterhalb der freien magnetischen Schicht 36 entgegengesetzt
orientiert.
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Wie
in 5 gezeigt ist, wird erfindungsgemäß der Lesestrom 114 dazu
gebracht, entgegen der Richtung X zu fließen, um dadurch ein Lesestrom-Magnetfeld
zu erzeugen, welches nach links dreht.
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Das
zusammengesetzte magnetische Moment, welches unterhalb der freien
magnetischen Schicht 36 gebildet wird, weist in der Figur
nach rechts (in die Y-Richtung), und das zusammengesetzte magnetische
Moment oberhalb der freien magnetischen Schicht 36 weist
in der Figur nach links (entgegen der Y-Richtung). Demzufolge paßt die Richtung
jedes der beiden zusammengesetzten Momente zu der Richtung des Lesestrom-Magnetfelds,
so daß der
antiparallele Zustand der Magnetisierung der ersten (unteren) fixierten
Magnetschicht 32 und der Magnetisierung der zweiten (unteren)
fixierten Magnetschicht 34 unterhalb der Schicht 36 und
auch der antiparallele Zustand der Magnetisierung der ersten (oberen)
fixierten Magnetschicht 43 und der Magnetisierung der zweiten
(oberen) Schicht 41 oberhalb der Schicht 36 thermisch
stabil aufrechterhalten werden kann.
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Für den Fall,
daß das
zusammengesetzte magnetische Moment unterhalb der Schicht 36 nach
links zeigt und das zusammengesetzte magnetische Moment oberhalb
der freien magnetischen Schicht 36 nach rechts weist, muß der Lesestrom 114 in
der Figur in X-Richtung fließen,
damit das Lesestrom-Magnetfeld, das durch diesen Lesestrom entsteht,
in die gleiche Richtung weist wie das zusammengesetzte magnetische
Moment.
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7 und 9 sind
Ausführungsbeispiele
von Magnetowiderstandselementen, bei denen die freie magnetische
Schicht aufgeteilt wurde in eine erste und eine zweite freie magnetische
Schicht mit einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen Schicht.
Falls die erste fixierte magnetische Schicht 52 und die
zweite fixierte magnetische Schicht 54 in 7 unterhalb
der nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht 55 liegen,
sollte der Lesestrom genauso wie bei der Ausführungsform in 1 gelenkt
werden.
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Auch
im Fall der Anordnung nach 9, bei
der die erste fixierte Magnetschicht 79 und die zweite
fixierte Magnetschicht 77 oberhalb der nichtmagnetischen,
elektrisch leitenden Schicht 76 liegen, sollte der Lesestrom
in eine Richtung gelenkt werden, wie dies bei dem Magnetowiderstandselement
nach 3 der Fall ist.
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Wie
aus der obigen Erläuterung
hervorgeht, erfolgt eine Anpassung der Richtung des Lesestrom-Magnetfelds
aufgrund der Richtung des Lesestroms an die Richtung des zusammengesetzten
magnetischen Moments, welches man erhält durch Addieren des magnetischen
Moments der ersten fixierten Magnetschicht und des magnetischen
Moments der zweiten fixierten Magnetschicht, so daß man durch
diese Anpassung das zwischen der ersten und der zweiten fixierten
Magnetschicht herrschende Austausch-Koppelmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung) verstärkt, wodurch
der antiparallele Zustand (Ferri-Zustand)
zwischen der Magnetisierung der ersten und der Magnetisierung der
zweiten fixierten Magnetschicht zusätzlich thermisch stabilisiert werden
kann.
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Um
die thermische Stabilität
zusätzlich
zu steigern, verwendet die Erfindung eine PtMn-Legierung oder einen ähnlichen
Werkstoff mit hoher Sperrtemperatur als antiferromagnetisches Material
für die
antiferromagnetische Schicht, so daß auch dann, wenn die Umgebungstemperatur
im Vergleich zu bekannten Anordnungen stark ansteigt, der antiparallele
Zustand (Ferri-zustand) zwischen der Magnetisierung der ersten und der
Magnetisierung der zweiten fixierten magnetischen Schicht nicht
so leicht zusammenbricht.
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Falls
die Stärke
des Lesestroms erhöht
wird, um eine Anpassung an erhöhte
Aufzeichnungsdichten vorzunehmen und das Wiedergabe-Ausgangssignal größer zu machen,
steigt damit auch das Lesestrom-Magnetfeld
an, erfindungsgemäß jedoch
wirkt dieses Lesestrom-Magnetfeld
so, daß es
das zwischen der ersten und zweiten fixierten Magnetschicht herrschende
Austausch-Koppelmagnetfeld noch verstärkt, demzufolge der Magnetisierungszustand
der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht durch die Erhöhung des
Lesestrom-Magnetfelds noch weiter stabilisiert wird.
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Diese
Steuerung des Lesestroms läßt sich
in jedem Fall anwenden, unabhängig
von dem jeweiligen antiferromagnetischen Werkstoff für die antiferromagnetische
Schicht, also unabhängig
davon, ob der Werkstoff einer Wärmebehandlung
bedarf, um an der Grenzfläche
zwischen der antiferromagnetischen Schicht und der fixierten magnetischen
Schicht (der ersten fixierten magnetischen Schicht) das Austausch-Koppelmagnetfeld
(das anisotrope Austauschmagnetfeld) zu erzeugen.
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Die
Magnetisierung der fixierten Magnetschicht läßt sich sogar bei einem konventionellen
Einzel-Magnetowiderstandselement stabilisieren, bei dem die fixierte
magnetische Schicht als Einzelschicht ausgebildet ist, wenn man
die Richtung des Lesestrom-Magnetfelds durch entsprechende Wahl
der Lesestrom-Richtung so einstellt, daß das Magnetfeld der Magnetisierungsrichtung
der fixierten Magnetschicht entspricht.
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Erfindungsgemäß wurde
die Beziehung zwischen dem Schichtdickenverhältnis der ersten und der zweiten
fixierten Magnetschicht, dem Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex) und ΔMR (Rate
der Widerstandsänderung)
gemessen, wobei ein Magnetowiderstandselement verwendet wurde, bei
dem die fixierte Magnetschicht in eine erste und eine zweite fixierte
Magnetschicht mit einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen Schicht
aufgeteilt war. Zunächst
wurde die erste fixierte Magnetschicht (die Schicht, die in Berührung mit
der antiferromagnetischen Schicht gelangte) auf 20 oder 50 Angström festgelegt,
und die Schichtdicke der zweiten fixierten Schicht wurde variiert,
und dabei wurde dann die Beziehung zwischen der Dicke der zweiten
fixierten Magnetschicht und dem Austausch-Koppelmagnetfeld und dem ΔMR-Wert untersucht
wurde. Der Schichtaufbau bei diesen Versuchen lautete von unten
nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta
(30)/antiferromagnetische Schicht aus PtMn (150)/erste fixierte
Magnetschicht aus Co (20 oder 40)/nichtmagnetische Zwischenschicht
aus Ru (7)/zweite fixierte Magnetschicht aus Co (X)/Cu (25)/nichtmagnetische,
elektrisch leitende Schicht aus Cu (25)/freie Magnetschicht aus
Co (10) + NiFe (40)/Ta (30). Die Zahlenangaben in den Klammern stehen
für die
jeweilige Schichtdicke in Angström.
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Außerdem wurde
erfindungsgemäß im Anschluß an das
Niederschlagen der Schichten bei diesem Magnetowiderstandselement
dieses vier Stunden lang einer Wärmebehandlung
bei 260°C
bei gleichzeitigem Anlegen eines Magnetfelds von 200 (Oe) unterzogen.
Die Ergebnisse der Versuche sind in den 14 und 15 dargestellt.
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Aus 14 läßt sich
entnehmen, daß dann,
wenn die Dicke tP1 der ersten fixierten
Magnetschicht (P1) auf 20 Angström
festgelegt war, die Einstellung der Dicke tP2 der
zweiten fixierten Magnetschicht (P2) auf 20 Angström zu einem
rapiden Abfall des Austausch-Koppelmagnetfelds (Hex) führte, und
eine Zunahme der Dicke von tP2 zu einem
allmählichen
Abfall des Austausch-Koppelmagnetfelds führte. Außerdem läßt sich ersehen, daß dann,
wenn die Dicke tP1 der ersten fixierten
Magnetschicht (P1) auf 40 Angström
festgelegt ist, die Einstellung der Dicke tP2 der
zweiten fixierten Magnetschicht (P2) auf 40 Angström zu einem
rapiden Absinken des Austausch-Koppelmagnetfelds führt, wobei
eine Erhöhung
der Dicke tP2 über 40 Angström hinaus
zu einem allmählichen
Abfall des Austausch-Koppelmagnetfelds führt. Es kann außerdem erkannt
werden, daß die Verringerung
der Dicke tP2 unter 40 Angström zu einem
sich verstärkenden
Austausch-Koppelmagnetfeld bis hin zu 26 Angström führt, daß jedoch eine Verringerung
der Dicke tP2 unter 26 Angström zu einem
rapiden Abfall des Austausch-Koppelmagnetfelds
führt.
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Es
wird angenommen, daß der
Grund für
den drastischen Ausfall des Austausch-Koppelmagnetfelds bei einer
Dicke tP1 der ersten fixierten Magnetschicht
(P1) und der Dicke tP2 der zweiten fixierten
Magnetschicht (P2) von gleichem Wert darin liegt, daß der Magnetismus
der ersten fixierten Magnetschicht (P1) und der Magnetismus der
zweiten fixierten Magnetschicht (P2) nicht so leicht in einen antiparallelen
Zustand gelangen, d.h. daß es
schwierig ist, den sogenannten Ferri-Zustand zu erreichen.
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Wie
in Verbindung mit der oben erläuterten
Schichtkonfiguration ausgeführt
wurde, sind die erste fixierte Magnetschicht (P1) und die zweite
fixierte Magnetschicht (P2) jeweils als Co-Schichten ausgeführt und haben
folglich die gleiche Sättigungsmagnetisierung
(Ms). Da sie auch etwa die gleiche Dicke haben, haben das magnetische
Moment (Ms·tP1) der ersten fixierten Magnetschicht (P1)
und das magnetische Moment (Ms·tP2) der zweiten fixierten Magnetschicht (P2)
etwa den gleichen Wert.
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Die
vorliegende Erfindung verwendet für die antiferromagnetische
Schicht eine PtMn-Legierung und veranlaßt die Erzeugung eines Austausch-Koppelmagnetfelds
an der Grenzfläche
zwischen der antiferromagnetischen Schicht und der ersten fixierten
Magnetschicht (P1) dadurch, daß die
Schichten einer Wärmebehandlung
in einem Magnetfeld ausgesetzt werden, um dadurch die erste fixierte
Magnetschicht (P1) auf eine gewisse Richtung festzulegen.
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Wenn
allerdings das magnetische Moment der ersten fixierten Magnetschicht
(P1) und der zweiten fixierten Magnetschicht (P2) etwa gleich groß sind,
versuchen beide fixierte Magnetschichten (P1 und P2) eine Richtungsorientierung
einzunehmen, die der Orientierung des Magnetfelds entspricht, welches
während
der Wärmebehandlung
angelegt wird. Ursprünglich
sollte ein Austausch-Koppelmagnetfeld zwischen der ersten und der
zweiten fixierten Magnetschicht (P1 bzw. P2) in der Weise erzeugt
werden, daß die
Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht (P1) und diejenige
der zweiten fixierten Magnetschicht (P2) einen antiparallelen Zustand
(Ferri-Zustand) bilden, hier weisen jedoch die Magnetisierungen
der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht (P1 und P2) in
die gleiche Richtung des angelegten Magnetfelds, so daß eine Magnetisierung
im antiparallelen Zustand nicht ohne weiteres möglich ist. Demzufolge ist der
Magnetisierungszustand der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht
(P1 und P2) extrem instabil hinsichtlich äußerer Magnetfelder und ähnlicher
Einflüsse.
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Dementsprechend
wird bevorzugt, daß es
eine Differenz gibt zwischen dem magnetischen Moment der ersten
und dem magnetischen Moment der zweiten fixierten Magnetschicht.
Wie allerdings auch aus 14 entnehmbar
ist, führt
eine zu starke Differenz zwischen den Schichtdicken tP1 der
ersten Schicht (P1) und der Schichtdicke tP2 der
zweiten Schicht (P2) sowie eine zu große Differenz zwischen dem magnetischen Moment
der ersten Schicht (P1) und dem magnetischen Moment der zweiten
Schicht (P2) zu einem Problem deshalb, weil das Austausch-Koppelmagnetfeld
schlechter wird und der antiparallele Zustand leicht zusammenbricht.
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16 und 17 sind
grafische Darstellungen, die die Beziehung zwischen der Dicke tP1 der ersten fixierten Magnetschicht und
dem Austausch-Koppelmagnetfeld
(Hex) sowie dem ΔMR-Wert
für den
Fall veranschaulichen, daß die
Dicke tP2 der zweiten fixierten Magnetschicht
(P2) auf 30 Angström
festgelegt ist, und die Schichtdicke tP1 der
ersten fixierten Magnetschicht (P1) variiert wird. Der Schichtaufbau
des Magnetowiderstands-Dünnschichtelements,
das bei den Versuchen verwendet wurde, lautet von unten nach oben:
Si-Substrat/ Aluminiumoxid/Ta (30)/PtMn (150)/erste fixierte Magnetschicht
aus Co (X)/nichtmagnetische Zwischenschicht aus Ru (7)/zweite fixierte
Magnetschicht aus Co (30)/nichtmagnetische, elektrisch leitende
Schicht aus Cu (25)/freie Magnetschicht aus Co (10) + NiFe (40)/Ta
(30). Die Zahlenangaben in den Klammern beziehen sich auf die Schichtdicken
in Angström.
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Erfindungsgemäß wird nach
Beendigung des Schichtaufbaus des oben erläuterten Magnetowiderstandselements
der Schichtaufbau vier Stunden lang einer Wärmebehandlung bei 260°C unter gleichzeitigem Anlegen
eines Magnetfelds von 200 (Oe) unterzogen.
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Wie
in 16 zu sehen ist, fällt das Austausch-Koppelmagnetfeld
(Hex) drastisch ab, wenn die Dicke tP1 der
ersten Schicht (P1) 30 Angström
beträgt,
was auch der Schichtdicke tP2 der zweiten
fixierten Magnetschicht (P2) entspricht. Die Gründe hierfür sind oben erläutert worden.
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Man
kann außerdem
verstehen, daß das
Austausch-Koppelmagnetfeld dann kleiner wird, wenn die Dicke tP1 der ersten fixierten Magnetschicht (P1)
etwa 32 Angström
beträgt.
Der Grund hierfür
liegt darin, daß die magnetische
Dicke der ersten fixierten Magnetschicht kleiner als die tatsächliche
Dicke tP1 wird, bedingt durch die entstandene Wärmedispersionsschicht,
wobei der Wert die Dicke tP2 der zweiten
fixierten Magnetschicht (= 30 Angström) erreicht.
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Diese
Wärmedispersionsschicht
wird an der Grenzfläche
zwischen der antiferromagnetischen Schicht und der ersten fixierten
Magnetschicht aufgrund der dispergierten Metallelemente gebildet,
und wie in dem Schichtaufbau, der für diesen Versuch verwendet
wurde, gezeigt ist, entsteht dann die Wärmedispersionsschicht besonders
leicht, wenn die antiferromagnetische Schicht und die fixierte magnetische
Schicht unterhalb der freien magnetischen Schicht ausgebildet sind.
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18 ist eine grafische Darstellung der Beziehung
zwischen der Dicke der ersten fixierten Magnetschicht und dem Austausch-Koppelmagnetfeld
(Hex) für
den Fall eines Doppel-Magnetowiderstandselements, bei dem zwei zweite
fixierte magnetische Schichten auf jeweils 20 Angström festgelegt
sind und die Schichtdicke der beiden ersten fixierten Magnetschichten
variiert wird. Der Schichtaufbau des bei den Versuchen verwendeten
Magnetowiderstandselements lautet von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta
(30)/antiferromagnetische Schicht aus PtMn (150)/erste fixierte
Magnetschicht (untere P1) aus Co (X)/nichtmagnetische Zwischenschicht
aus Ru (6)/zweite fixierte Magnetschicht (untere P2) aus Co (20)/nichtmagnetische, elektrisch
leitende Schicht aus Cu (20)/freie magnetische Schicht aus Co (10)
+ NiFe (40) + Co (10)/nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht
aus Cu (20)/zweite fixierte Magnetschicht (obere P2) aus Co (20)/nichtmagnetische
Zwischenschicht aus Ru (8)/erste fixierte Magnetschicht (obere P1)
aus Co (X)/antiferromagnetische Schicht aus PtMn (150)/Schutzschicht
aus Ta (30). Die Zahlenangaben in den Klammern bedeuten die Schichtdicken
in Angström.
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Erfindungsgemäß wird nach
dem Niederschlagen der Schichten für das oben erläuterte Magnetowiderstandselement
der Schichtaufbau vier Stunden lang einer Wärmebehandlung bei 260°C unter gleichzeitigem
Anlegen eines Magnetfelds von 200 (Oe) unterzogen.
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Bei
den Versuchen war die erste fixierte Magnetschicht (untere P1) unterhalb
der freien Magnetschicht auf 25 Angström festgelegt, während die
Dicke der ersten fixierten Magnetschicht (obere P1) oberhalb der
freien Magnetschicht geändert
wurde. Studiert wurde die Beziehung zwischen der Dicke der ersten
fixierten Magnetschicht (obere P1) und dem Austausch-Koppelmagnetfeld.
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Außerdem wurde
die erste fixierte Magnetschicht (obere P1) oberhalb der freien
Magnetschicht auf 25 Angström
festgelegt, und es wurde die Dicke der ersten fixierten Magnetschicht
(untere P1), die unter der freien Magnetschicht ausgebildet war,
geändert.
Studiert wurde die Beziehung zwischen der Dicke der ersten fixierten
Magnetschicht (untere P1) und dem Austausch-Koppelmagnetfeld (Hex).
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Wie
in 18 gezeigt ist, wird im Fall der Festlegung der
ersten fixierten Magnetschicht (untere P1) auf 25 Angström und einer
Annäherung
der Dicke der ersten fixierten Magnetschicht (obere P1) an 20 Angström ein Größenzuwachs
des Austausch-Koppelmagnetfelds erreicht, allerdings wird an der
Stelle, an der die Dicke der ersten fixierten Magnetschicht (obere
P1) einen Wert um etwa 18 bis 22 Angström erreicht, diese Dicke etwa
genauso groß wie
die Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht (untere P1),
demzufolge das Austausch-Koppelmagnetfeld rapide abfällt. Man
kann verstehen, daß das
Austausch-Koppelmagnetfeld dann allmählich abfällt, wenn die Dicke der ersten
fixierten Magnetschicht (obere P1) allmählich von 22 auf 30 Angström zunimmt.
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Wie
außerdem
in 18 zu sehen ist, wächst dann, wenn die erste fixierte
Magnetschicht (obere P1) auf 25 Angström festgelegt ist und die Dicke
der ersten fixierten Magnetschicht (untere P1) sich 20 Angström annähert, das
Austausch-Koppelmagnetfeld allmählich
an, allerdings fällt
an dem Punkt, an dem die Dicke der ersten fixierten Magnetschicht
(untere P1) einen Wert um 18 bis 20 Angström erreicht, das Austausch- Koppelmagnetfeld
rapide ab. Man kann verstehen, daß das Austausch-Koppelmagnetfeld
zunimmt, wenn die Dicke der ersten fixierten Magnetschicht (untere
P1) von 22 Angström
ausgehend bis hin zu 26 Angström
zunimmt, allerdings fällt
bei Werten von 26 Angström
und darüber
das Austausch-Koppelmagnetfeld ab.
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Vergleicht
man nun das Austausch-Koppelmagnetfeld in der ersten fixierten magnetischen
Schicht (P1) und das Austausch-Koppelmagnetfeld in der ersten fixierten
Magnetschicht (P1 unten) mit der Schichtdicke der ersten fixierten
Magnetschicht (P1 oben) um etwa 22 Angström herum, so läßt sich
ersehen, daß das Austausch-Koppelmagnetfeld
mit Hilfe einer Anordnung größer gemacht
werden kann, bei der die Schichtdicke der ersten oberen fixierten
Magnetschicht (P1) bei etwa 22 Angström liegt, verglichen mit einer
Anordnung, bei der die Schichtdicke der ersten unteren fixierten
Magnetschicht (untere P1) bei etwa 22 Angström liegt. Wie oben beschrieben,
ist dies auf den Umstand zurückzuführen, daß sich an
der Grenzfläche
zwischen der ersten fixierten Magnetschicht (P1 unten) und der antiferromagnetischen
Schicht leicht eine Wärmedispersionsschicht
ausbildet, wodurch die magnetische Dicke der ersten fixierten magnetischen
Schicht wesentlich kleiner wird und etwa genauso groß wird wie
die Dicke der zweiten fixierten Magnetschicht (P2 unten).
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Der
Wert (Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht (P1))/(Schichtdicke
der zweiten fixierten Magnetschicht (P2)), bei dem ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr erfindungsgemäß erhalten wird, soll nun anhand
der in den 14, 16 und 18 dargestellten
Ergebnisse untersucht werden.
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Wie 14 zeigt, läßt sich
zunächst
verstehen, daß dann,
wenn die Dicke der ersten fixierten Magnetschicht (P1) auf 20 Angström festgelegt
ist, der Wert (Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht (P1))/(Schichtdicke
der zweiten fixierten Magnetschicht (P2)) zwischen 0,33 oder darüber oder
0,91 oder darunter oder auf 1,1 oder mehr eingestellt werden muß, um ein
Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder mehr zu erreichen.
Die Schichtdicke der zweiten fixierten Magnetschicht (P2) liegt
dabei in dem Bereich von 10 bis 60 Angström (ausgeschlossen der Bereich
von 18 bis 22 Angström).
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Als
nächstes
läßt sich,
der 14 entnehmen, daß dann,
wenn die Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht (P1) auf
40 Angström
festgelegt ist, der Wert (Schichtdicke der Schicht (P1))/(Schichtdicke
der Schicht (P2)) auf zwischen 0,57 oder mehr und 0,95 oder weniger
oder auf 1,05 oder mehr und 4 oder weniger eingestellt werden muß, um ein
Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder mehr zu erreichen.
Die Schichtdicke der zweiten fixierten magnetischen Schicht (P2)
liegt zu diesem Zeitpunkt in dem Bereich von 10 bis 60 Angström (wobei
der Bereich von 38 bis 42 Angström
ausgeschlossen ist).
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Als
nächstes
läßt sich
gemäß 14 feststellen, daß dann, wenn die Schichtdicke
der zweiten fixierten Magnetschicht (P2) auf 30 Angström festgelegt
ist, der Wert (Schichtdicke der Schicht (P1))/(Schichtdicke der
zweiten Schicht (P2)) eingestellt werden muß auf einen Wert zwischen 0,33
oder mehr und 0,93 oder weniger oder auf einen Wert zwischen 1,06
oder darüber
und 2,33 oder weniger, um ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder mehr
zu erhalten. Die Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht
(P1) liegt zu diesem Zeitpunkt in dem Bereich von 10 bis 70 Angström (ausgeschlossen
der Bereich 28 bis 32 Angström).
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Wie
außerdem
aus 18 entnehmbar ist, wird im
Fall eines Doppel-Magnetowiderstandselements ein
Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder mehr erhalten, solange
der Bereich von 0,9 und mehr sowie 1,1 oder weniger aus dem Bereich
für (Schichtdicke
von P1)/(Schichtdicke von P2) ausgeschlossen ist.
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Der
größte Bereich,
in dem das Austausch-Koppelmagnetfeld 500 (Oe) oder stärker ist,
läßt sich
zwischen 0,33 oder mehr und 0,95 oder weniger erreichen, oder aber
1,05 und darüber
und 4 sowie weniger als 4 für
den Wert (Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht P1)/(Schichtdicke
der zweiten fixierten Magnetschicht P2).
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Zusätzlich zu
dem Verhältnis
der Schichtdicken ist aber auch die Schichtdicke der ersten fixierten
Magnetschicht (P1) und der zweiten fixierten Magnetschicht (P2)
selbst ein wichtiger Faktor hinsichtlich des Austausch-Koppelmagnetfelds.
Dementsprechend wird bei dem oben angegebenen Dickenverhältnis und
außerdem
bei einer Schichtdicke der ersten fixierten und der zweiten fixierten
Magnetschicht (P1 und P2) in einem Bereich von 10 bis 70 Angström, und außerdem bei
dem Absolutwert, den man erhält
durch Subtrahieren der Schichtdicke der zweiten Schicht (P2) von
derjenigen der ersten Schicht (P2), von 2 Angström oder darüber, ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr erhalten.
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Die
Erfinder haben dann auch den Wert (Schichtdicke der ersten fixierten
Magnetschicht (P1))/(Schichtdicke der zweiten fixierten Magnetschicht
(P2)) untersucht, bei dem man ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1.000 (Oe) oder
mehr erhalten kann.
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Wie
in 14 zu sehen ist, wird in dem Fall, daß die Schichtdicke
der ersten fixierten Magnetschicht (P1) auf 20 Angström festgelegt
ist und der Wert (Schichtdicke der Schicht (P1))/Schichtdicke der
zweiten Schicht (P2)) zwischen 0,53 und 0,91 liegt oder 1,1 oder
mehr beträgt,
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1.000 (Oe) oder darüber erhalten.
Insbesondere liegt die Schichtdicke der zweiten fixierten Magnetschicht
(P2) dann in dem Bereich von 10 bis 38 Angström (der Bereich von 18 bis 22
ist hierbei ausgeschlossen).
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Gemäß 14 ist außerdem
zu sehen, daß für den Fall,
daß die
Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht (P2) auf 40 Angström festgelegt
ist und der Wert (Schichtdicke der Schicht (P1))/ (Schichtdicke
der zweiten Schicht (P2)) zwischen 0,88 und 0,95 oder zwischen 1,05
und 1,8 liegt, ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1.000 (Oe) oder
mehr erzielbar ist. Die Schichtdicke der zweiten Magnetschicht (P2)
liegt dabei in einem Bereich von 22 bis 45 Angström unter
Ausschluß des
Bereichs von 38 bis 42 Angström.
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Wie
in 16 zu sehen ist, ermöglicht eine Schichtdicke der
zweiten fixierten Magnetschicht von (P2) auf einem festen Wert von
30 Angström
und einer Einstellung des Werts (Schichtdicke der ersten fixierten Schicht
(P1))/(Schichtdicke der zweiten fixierten Magnetschicht (P2)) zwischen
0,56 und 0,93 oder zwischen 1,06 und 1,6 die Erzielung eines Austausch-Koppelmagnetfelds
von 1.000 (Oe) oder mehr. Insbesondere die Schichtdicke der ersten
fixierten magnetischen Schicht (P1) liegt zu dieser Zeit in dem
Bereich von 10 bis 50 Angström,
wobei der Bereich von 28 bis 32 Angström ausgeschlossen ist.
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In 18 ist zu sehen, daß bei einem Doppel-Magnetowiderstandselement
die Einstellung des Werts (Schichtdicke der ersten fixierten Schicht
(P2))/(Schichtdicke der zweiten fixierten Magnetschicht (P2)) auf
einen Wert zwischen 0,5 und 0,9 oder 1,1 und 1,5 die Erzielung eines
Austausch-Koppelmagnetfelds von 1.000 (Oe) oder mehr ermöglicht.
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Um
also ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 1.000 (Oe) oder mehr zu
erreichen sollte der Wert (Schichtdicke der ersten fixierten Schicht
(P1))/(Schichtdicke der zweiten fixierten Magnetschicht (P2)) auf
den Bereich zwischen 0,53 und 0,9 oder den Bereich 1,05 und 1,8
eingestellt sein, wobei außerdem
zu bevorzugen ist, daß die
Schichtdicke der ersten und der zweiten Schicht (P1 und P2) in einem
Bereich von 10 bis 50 Angström
liegt, insbesondere der Absolutwert, den man durch Subtrahieren
der Schichtdicke der zweiten fixierten Schicht (P1) von derjenigen
der ersten fixierten Schicht (P1) erhält 2 Angström oder mehr beträgt.
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Wie
außerdem
in den 15 und 17 zu
sehen ist, erhält
man einen ΔMR-Wert
von etwa 6 % oder darüber,
solange das Schichtdickenverhältnis
und die Schichtdicke in den oben angegebenen Bereichen liegen, wobei
nur ein geringer Abfall des Werts ΔMR zu verzeichnen ist. Ein solcher ΔMR-Wert entspricht
etwa demjenigen bei bekannten Magnetowiderstandselementen (wobei
allerdings von Einzel-Magnetowiderstandselementen
die Rede ist), oder er liegt nur geringfügig unter den Werten der bekannten
Elemente.
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Man
kann außerdem
sehen, daß dann,
wenn die erste fixierte Magnetschicht (P1) auf 40 Angström festgelegt
ist, der ΔMR-Wert
etwas kleiner ist als bei Festlegung des Werts für die erste fixierte Magnetschicht (P1)
auf 20 Angström.
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Die
erste fixierte Magnetschicht (P1) ist tatsächlich eine Schicht, die keine
Bedeutung für
den ΔMR-Wert
hat, der sich aus der Beziehung zwischen dem festgelegten Magnetismus
der zweiten fixierten Magnetschicht (P2) und der schwankenden Magnetisierung
der freien Magnetschicht bestimmt. Allerdings fließt auch
ein Lesestrom zu der ersten fixierten Magnetschicht (P1) was keinen
Einfluß auf
den ΔMR-Wert hat, und es
entstehen sogenannte Nebenschluß-Verluste
(Ableitungsverluste), und es sind diese Nebenschluß-Verluste,
die zunehmen, wenn die Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht
(P1) zunimmt. Aufgrund der oben geschilderten Zusammenhänge neigt
der Wert ΔMR
zum kleiner werden, wenn die Schichtdicke der ersten fixierten Magnetschicht
(P1) zunimmt.
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Es
wurden Messungen bezüglich
der passenden Dicke der Zwischenschicht zwischen der ersten und der
zweiten fixierten Magnetschicht (P1 und P2) vorgenommen. Für diese
Untersuchungen wurden zwei Typen von Magnetowiderstandselementen
hergestellt: ein "Unten"-Typ, bei dem die
antiferromagnetische Schicht unterhalb der freien magnetischen Schicht
ausgebildet war, und einen "Oben"-Typ, bei dem die
antiferromagnetische Schicht oberhalb der freien magnetischen Schicht
ausgebildet war. Die Beziehung zwischen der Dicke der nichtmagnetischen
Zwischenschicht und dem Austausch-Koppelmagnetfeld wurde anschließend für diese Verhältnisse
untersucht. Der Schichtaufbau des Unten-Typs von Magnetowiderstandselement
lautete von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta (30)/antiferromagnetische
Schicht aus PtMn (200)/erste fixierte Magnetschicht aus Co (20)/nichtmagnetische
Zwischenschicht aus Ru (X)/zweite fixierte magnetische Schicht aus
Co (25)/nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht aus Co (10)/freie
magnetische Schicht aus Co (10) + NiFe (40)/Ta (30).
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Der
Schichtaufbau des Oben-Typs von Magnetowiderstandselement, das bei
dem Versuch eingesetzt wurde, lautete von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta
(30)/freie magnetische Schicht aus NiFe (40) + Co (10)/nichtmagnetische,
elektrisch leitende Schicht aus Co (25)/zweite fixierte Magnetschicht
aus Co (25)/nichtmagnetische Zwischenschicht aus Ru (X)/erste fixierte
Magnetschicht aus Co (20)/antiferromagnetische Schicht aus PtMn
(200)/Ta (30). Die Zahlenangaben in Klammern stehen für die jeweilige
Schichtdicke in Angström.
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Nach
Beendigung des Schichtaufbaus wurde das jeweilige Magnetowiderstandselement
dann vier Stunden lang einer Wärmebehandlung
bei 260°C
unter gleichzeitigem Anlegen eines Magnetfelds von 200 (Oe) unterzogen.
Die Versuchsergebnisse sind in 19 dargestellt.
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Wie
in 19 gezeigt ist, ändert sich das Verhalten des
Austausch-Koppelmagnetfelds
hinsichtlich der Dicke der Ru-Schicht (der nichtmagnetischen Zwischenschicht)
zwischen Oben-Typ und Unten-Typ stark.
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Da
die Erfindung einen Bereich vorsieht, in dem das Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr erreicht wird, läßt sich verstehen, daß der Dickenbereich
der Ru-Schicht beim Oben-Typ des Magnetowiderstandselements, bei
dem ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder darüber erhalten
werden kann, zwischen 2,5 und 6,2 Angström oder 6,6 bis 10,7 Angström liegt.
Besonders bevorzugt ist zum Erreichen eines Austausch-Koppelmagnetfelds
von über
1.000 (Oe) ein Dickenbereich der Ru-Schicht von 2,8 bis 6,2 Angström oder 6,8
bis 10,3 Angström
bevorzugt.
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Bei
dem Unten-Typ des Magnetowiderstandselements liegt der Dickenbereich
der Ru-Schicht zur Erzielung eines Austausch-Koppelmagnetfelds von 500 (Oe) oder
mehr vorzugsweise in einem Bereich von 3,6 bis 9,6 Angström. Ein Bereich
von 4,0 bis 9,4 Angström
für die
Ru-Schicht ermöglicht
ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 1.000 (Oe) oder mehr.
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Es
wird angenommen, daß der
Grund für
den Unterschied des besten Bereichs der nichtmagnetischen Zwischenschicht
zwischen Unten-Typ und Oben-Typ des Magnetowiderstandselements darin
liegt, daß das Austausch-Koppelmagnetfeld
(RKKY-Wechselwirkung), das zwischen der ersten und der zweiten fixierten
Magnetschicht herrscht, auf die Beziehung zu den Gitterkonstanten
der Basisschicht oder dem Energiebandwert der Leitungselektronen
an den magnetischen Schichten äußerst empfindlich
reagiert.
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Im
Rahmen der Erfindung wurden dann vier Typen von Magnetowiderstandselementen
(Einzel-Magnetowiderstandselemente) hergestellt, und es wurde die
Beziehung zwischen der Dicke der antiferromagnetischen Schicht (aus
PtMn-Legierung) jedes Magnetowiderstandselements und dem Austausch-Koppelmagnetfeld
gemessen.
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Die
erste und die zweite Ausführungsform
sind Magnetowiderstandselemente, bei denen die fixierte Magnetschicht
aufgeteilt ist in die erste und die zweite fixierte Magnetschicht
mit einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen Schicht, das erste
und das zweite Vergleichsbeispiel sind bekannte Magnetowiderstandselemente,
bei denen die fixierte Magnetschicht als Einzelschicht ausgebildet
ist.
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Das
erste Magnetowiderstandselement nach der ersten Ausführungsform
ist ein "Oben-Typ", bei dem die antiferromagnetische
Schicht oberhalb der freien Magnetschicht ausgebildet ist. Der Schichtaufbau
von unten nach oben lautet: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta (30)/freie
Magnetschicht aus NiFe (40) + Co (10)/nichtmagnetische, elektrisch
leitende Schicht aus Cu (25)/zweite fixierte Magnetschicht aus Co
(25)/nichtmagnetische Zwischenschicht aus Ru (4)/erste fixiere Magnetschicht
aus Co (20)/antiferromagnetische Schicht aus PtMn (X)/Ta (30).
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Das
Magnetowiderstandselement der zweiten Ausführungsform ist ein "Unten-Typ", bei dem die antiferromagnetische
Schicht unterhalb der freien Magnetschicht ausgebildet ist. Der
Schichtaufbau dieser Ausführungsform
lautet von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta (30)/antiferromagnetische
Schicht aus PtMn (X)/erste fixierte Magnetschicht aus Co (20)/nichtmagnetische
Zwischenschicht aus Ru (8); zweite fixierte Magnetschicht aus Co
(25)/nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht aus Co (25)/freie
Magnetschicht aus Co (10) + NiFe (40)/Ta (30).
-
Außerdem ist
das Magnetowiderstandselement des ersten Vergleichsbeispiels ein
Oben-Typ mit oberhalb der freien Magnetschicht ausgebildeter antiferromagnetischer
Schicht. Der Schichtaufbau lautet von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta
(30)/freie Magnetschicht aus NiFe (40) + Co (10)/nichtmagnetische,
elektrisch leitende Schicht aus Cu (25)/fixierte Magnetschicht aus
Co (40)/antiferromagnetische Schicht aus PtMn (X)/Ta (30).
-
Das
Magnetowiderstandselement nach dem zweiten Vergleichsbeispiel ist
ein "Unten-Typ", mit unterhalb der
freien Magnetschicht ausgebildeter antiferromagnetischer Schicht.
Der Schichtaufbau dieser Ausführungsform
lautet von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta (30)/antiferromagnetische
Schicht aus PtMn (X)/fixierte magnetische Schicht aus Co (40)/nichtmagnetische,
elektrisch leitende Schicht aus Cu (25)/freie Magnetschicht aus
Co (10) + NiFe (40)/Ta (30).
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Die
Zahlenangaben in den Klammern bedeuten die Schichtdicken in Angström für das jeweilige
Magnetowiderstandselement.
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Erfindungsgemäß wurden
die Magnetowiderstandselemente nach der ersten und der zweiten Ausführungsform
vier Stunden lang einer Wärmebehandlung
bei 260°C
bei gleichzeitigem Anlegen eines Magnetfelds von 200 (Oe) unterzogen.
Die Magnetowiderstandselemente des ersten und des zweiten Vergleichsbeispiels wurden
der gleichen Behandlung unterzogen, nur wurde ein Magnetfeld von
2 (kOe) angelegt.
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Wie
in 20 gezeigt ist, konnte das Austausch-Koppelmagnetfeld
bei jedem der vier Magnetowiderstandselemente durch Erhöhen der
Dicke der Schicht aus der PtMn-Legierung gesteigert werden.
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Da
nun die Erfindung vorsieht, einen bevorzugten Bereich zu schaffen,
bei dem ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder mehr erhalten
wird, läßt sich
verstehen, daß sowohl
das erste als auch das zweite Vergleichsbeispiel für die Schicht
aus der PtMn-Legierung eine Mindest-Dicke von 200 erfordern, weil ansonsten
kein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr erreichbar ist.
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Andererseits
läßt sich
ersehen, daß die
erste und die zweite Ausführungsform
auch dann ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder mehr
erreichen, wenn die Schicht aus der PtMn-Legierung 90 Angström oder dicker
ist. Erfindungsgemäß liegt
also der bevorzugte Bereich für
die Schichtdicke der PtMn-Legierung zwischen 90 und 200 Angström.
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Wie
weiterhin aus 20 ersichtlich ist, kann man
die erste und die zweite Ausführungsform
mit einem Austausch-Koppelmagnetfeld von 1.000 (Oe) oder mehr dann
erhalten, wenn die Schicht aus der PtMn-Legierung eine Dicke von 100 Angström oder mehr
besitzt. Folglich liegt erfindungsgemäß der besonders bevorzugte
Dickenbereich für
die Schicht aus der PtMn-Legierung zwischen 100 und 200 Angström.
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Im
folgenden sollen zwei erfindungsgemäße Typen vom Doppel-Magnetowiderstandselement
im Hinblick auf die Beziehung zwischen der Dicke der antiferromagnetischen
Schicht (PtMn-Legierung) jedes Magnetowiderstandselements und des
Austausch-Koppelmagnetfelds vermessen.
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Erfindungsgemäß ist ein
Doppel-Magnetowiderstandselement ein solches Element, bei dem die
fixierten magnetischen Schichten aufgeteilt sind in jeweils zwei
Schichten, nämlich
die erste und die zweite fixierte Magnetschicht, wobei zwischen
der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht eine nichtmagnetische
Zwischenschicht vorhanden ist. Bei dem Vergleichsbeispiel handelt
es sich um ein bekanntes Doppel-Magnetowiderstandselement,
bei dem die fixierten Magnetschichten jeweils als Einzelschicht
ausgebildet sind.
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Der
Schichtaufbau des Magnetowiderstandselements gemäß der Ausführungsform lautet von unten nach
oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta (30)/antiferromagnetische Schicht
aus PtMn (X)/erste fixierte Magnetschicht aus Co (20)/nichtmagnetische
Zwischenschicht aus Ru (6)/zweite fixierte Magnetschicht aus Co (25)/nichtmagnetische,
elektrisch leitende Schicht aus Cu (20)/freie Magnetschicht aus
Co (10) + NiFe (40) + Co (10)/nichtmagnetische, elektrisch leitende
Schicht aus Cu (20)/zweite fixierte Magnetschicht aus Co (20)/nichtmagnetische
Zwischenschicht aus Ru (8)/erste fixierte Magnetschicht aus Co (25)/antiferromagnetische
Schicht aus PtMn (X)/Ta (30).
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Der
Schichtaufbau des Magnetowiderstandselements des Vergleichsbeispiels
lautet von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta (30)/antiferromagnetische
Schicht aus PtMn (X)/fixierte Magnetschicht aus Co (30)/nichtmagnetische,
elektrisch leitende Schicht aus Cu (20)/freie Magnetschicht aus
Co (10) + NiFe (40) + Co (10)/nichtmagnetische, elektrisch leitende
Schicht aus Cu (20)/fixierte Magnetschicht aus Co (30)/antiferromagnetische
Schicht aus PtMn (X)/Ta (30).
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Die
Zahlenangaben in den Klammern sind die Schichtdicken jeweils in
Angström
für die
betreffenden Magnetowiderstandselemente.
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Im
Anschluß an
die Fertigstellung der Schichten des Magnetowiderstandselements
wurde die Ausführungsform
vier Stunden lang einer Wärmebehandlung
bei 260°C
unter gleichzeitigem Anlegen eines Magnetfelds von 200 (Oe) unterzogen,
ebenso das Vergleichsbeispiel, nur daß bei diesem ein Magnetfeld
von 2 (kOe) angelegt wurde. Die Versuchsergebnisse sind in 21 dargestellt.
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Wie
aus 21 entnehmbar ist, erfordert
das Vergleichsbeispiel eine Schichtdicke für PtMn-Legierung von mindestens
200 Angström,
ansonsten kann kein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder
mehr erreicht werden.
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Bei
der Ausführungsform
hingegen läßt sich
ein solches Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr auch dann erreichen, wenn die Schicht aus
der PtMn-Legierung mit einer Dicke von 100 Angström oder mehr
ausgebildet wird. Deshalb liegt erfindungsgemäß der Bereich der Schichtdicke
der antiferromagnetischen Schicht zwischen 100 und 200 Angström. Die Ausführungsform
kann ein Austausch-Koppelmagnetfeld von
1.000 (Oe) auch bei Verwendung der PtMn- Legierung mit einer Dicke von 110 Angström oder mehr
erreichen. Deshalb liegt ein besonders bevorzugter Bereich für die Schichtdicke
der antiferromagnetischen Schicht bei 110 bis 200 Angström.
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22 ist eine grafische Darstellung der Beziehung
zwischen der Schichtdicke der PtMn-Legierung und dem ΔMR-Wert.
Wie aus 22 hervorgeht, ermöglicht bei
dem Vergleichsbeispiel eine Schicht aus PtMn-Legierung mit einer
Dicke von 200 Angström
oder darüber
die Erzielung eines ΔMR-Werts
von 10 % oder mehr, bei der Ausführungsform
jedoch läßt sich
ein ΔMR-Wert
in der Nähe
derjenigen bekannter Elemente auch dann erreichen, wenn die Dicke
der PtMn-Legierung
verringert wird auf etwa 100 Angström.
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Von
den Schichten, die das als Schichtaufbau ausgebildete Magnetowiderstandselement
bilden, ist die dickste Schicht die antiferromagnetische Schicht.
Erfindungsgemäß wird,
wenn die Dicke der antiferromagnetischen Schicht verringert wird,
gemäß 20 und 21 ein
starkes Austausch-Koppelmagnetfeld sogar dann erreicht, wenn die
antiferromagnetische Schicht weniger als halb so dick ist wie bei
bekannten Magnetowiderstandselementen. Hieraus folgt, daß erfindungsgemäß auch die
Dicke des Gesamt-Magnetowiderstandselements
verringert werden kann, und wie aus 13 hervorgeht,
läßt sich
die Spalt-Länge-G1
auch dann verringern, wenn die Spalt-Schicht 121 und die
Spalt-Schicht 125 oberhalb und unterhalb des Magnetowiderstandselements 122 dick
genug gemacht sind, um eine ausreichende Isolierung zu garantieren.
Man kann also einen sehr schmalen Spalt ausbilden.
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Als
nächstes
wurde ein Magnetowiderstandselement gemäß der Erfindung hergestellt,
bei dem die freie Magnetschicht in eine erste und eine zweite freie
Magnetschicht mit einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen Schicht
aufgeteilt wurde, und es wurde die Beziehung zwischen dem Dickenverhältnis der
ersten und der zweiten freien Magnetschicht einerseits und dem Austausch-Koppelmagnetfeld andererseits
gemessen. Als erstes wurde die Schichtdicke der ersten freien Magnetschicht
(der freien Magnetschicht auf der Seite, die mit der nichtmagnetischen,
elektrisch leitenden Schicht in Berührung gelangt und direkten
Beitrag zu dem ΔMR-Wert
leistet) auf 50 Angström
festgelegt, und die Schichtdicke der zweiten freien Magnetschicht
(die Magnetschicht auf der Seite, die keinen direkten Beitrag zu
dem ΔMR-Wert leistet) war
variabel.
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Der
Schichtaufbau lautet von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta
(30)/zweite freie Magnetschicht (F2) aus NiFe (X)/nichtmagnetische
Zwischenschicht aus Ru (8)/erste freie Magnetschicht (F1) aus NiFe
(40) + Co (10)/nichtmagnetische, elektrisch leitende Schicht aus
Cu (20)/Ru (8)/antiferromagnetische Schicht aus PtMn (150)/Ta (30).
Die Zahlenangaben in den Klammern bedeuten die jeweiligen Schichtdicken in
Angström.
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Das
Magnetowiderstandselement wurde vier Stunden lang einer Wärmebehandlung
bei 260°C
bei gleichzeitigem Anlegen eines Magnetfelds von 200 (Oe) unterzogen.
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Wie
in 23 gezeigt ist, erhöht sich das Austausch-Koppelmagnetfeld,
wenn die Dicke der zweiten freien Magnetschicht (F2) auf etwa 40
Angström
zunimmt. Man kann auch sehen, daß das Austausch-Koppelmagnetfeld
allmählich
schwächer
wird, wenn die Dicke der zweiten freien Magnetschicht (F2) auf etwa
60 Angström
und mehr zunimmt.
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Das
Austausch-Koppelmagnetfeld wurde bis zu einem nicht mehr meßbaren Wert
rapide kleiner, als die Dicke der zweiten freien Magnetschicht (F2)
im Bereich von 40 bis 60 Angström
lag. Der Grund dafür
ist, daß die
Dicke der ersten freien Magnetschicht (F1) (= 50 Angström) und die
Dicke der zweiten freien Magnetschicht annähernd den gleichen Wert hatten,
demzufolge die magnetischen Momente der ersten und der zweiten freien
Magnetschicht (F1) und (F2) etwa gleich groß waren, und sowohl die Magnetisierung
der ersten als auch diejenige der zweiten freien Magnetschicht versuchte,
in die gleiche Richtung zu weisen, nämlich der Richtung, in der
das Magnetfeld angelegt wurde. Wenn die magnetischen Momente verschieden
voneinander sind, wird zwischen der ersten freien Magnetschicht
(F1) und der zweiten freien Magnetschicht (F2) ein Austausch-Koppelmagnetfeld
(RKKY-Wechselwirkung) erzeugt, so daß die Magnetisierung der ersten
freien Magnetschicht (F1) und diejenige der zweiten freien Magnetschicht
(F2) versuchen, einen antiparallelen Zustand einzunehmen. In dem
oben geschilderten Fall jedoch wiesen die Magnetisierungen der ersten
und der zweiten freien Magnetschicht (F1 und F2) in die gleiche
Richtung, so daß der
Magnetisierungszustand zwischen der ersten und der zweiten freien
Magnetschicht (F1 und F2) instabil wurde, und wie weitere unten
noch erläutert werden
wird, kann dann der relative Winkel zwischen der schwankenden Magnetisierung
der zweiten freien Magnetschicht (F2) und der festgelegten Magnetisierung
der fixierten Magnetschicht (der ersten fixierten Magnetschicht)
nicht gesteuert werden, so daß der ΔMR-Wert rapide
sinkt.
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Da
nun erfindungsgemäß ein Bereich
angestrebt wird, bei dem das Austausch-Koppelmagnetfeld einen Wert
von 500 (Oe) oder mehr hat, läßt sich
anhand der 23 erkennen, daß der Wert
(Schichtdicke der ersten freien Magnetschicht (F1))/(Dicke der zweiten
freien Magnetschicht (F2)) in einem Bereich von 0,56 bis 0,83 oder
von 1,25 bis 5 die Möglichkeit
bietet, ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder darüber zu erreichen.
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Besonders
bevorzugt wird der Wert (Dicke der ersten freien Magnetschicht (F1))/Dicke
der zweiten freien Magnetschicht (F2)) in einem Bereich von 0,61
bis 0,83 oder 1,25 bis 2,1 eingestellt, um ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 1.000 (Oe) oder mehr zu erhalten.
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Als
nächstes
wird bei einem erfindungsgemäßen Magnetowiderstandselement
die freie Magnetschicht aufgeteilt in eine erste und eine zweite
freie Magnetschicht, zwischen denen sich eine nichtmagnetische Zwischenschicht
befindet. Bei diesem Element wurde die Beziehung zwischen dem Dickenverhältnis von
erster und zweiter freier Magnetschicht einerseits und dem ΔMR-Wert andererseits
gemessen. Als erstes wurde die Schichtdicke der zweiten freien Magnetschicht
(der Magnetschicht auf der Seite, die keinen direkten Beitrag zu
dem ΔMR-Wert
leistet) auf 20 Angström
festgelegt, während
die Schichtdicke der ersten freien Magnetschicht (der Schicht auf
der Seite in Berührung
mit der nichtmagnetischen, elektrisch leitenden Schicht, die einen
direkten Beitrag zu dem ΔMR-Wert
leistet) variabel war.
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Der
Schichtaufbau lautet von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta
(30)/zweite freie Magnetschicht aus NiFe (20)/nichtmagnetische Zwischenschicht
aus Ru (8)/erste freie Magnetschicht aus NiFe (X) + Co (10)/nichtmagnetische,
elektrisch leitende Schicht aus Cu (20)/erste fixierte Magnetschicht
aus Co (25)/nichtmagnetische Zwischenschicht aus Ru (8)/zweite fixierte
Magnetschicht aus Co (20)/antiferromagnetische Schicht aus PtMn
(15)/Ta (30). Die Zahlenangaben in den Klammern bedeuten die Schichtdicken
in Angström.
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Erfindungsgemäß wurde
nun dieses Magnetowiderstandselement vier Stunden lang einer Wärmebehandlung
bei 260°C
unterzogen, während
gleichzeitig ein Magnetfelds von 200 (Oe) angelegt wurde.
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Wie
sich aus dem oben erläuterten
Schichtaufbau ergibt, bestand die erste freie Magnetschicht aus zwei
Schichten, und es wurde die Dicke der NiFe-Schicht geändert. Die
Ergebnisse des Versuchs sind in 24 dargestellt,
wobei auf der Abszisse die gesamte Dicke der ersten freien Magnetschicht
aufgetragen ist, erhalten durch Addieren der Dicke der NiFe-Schicht
und der Dicke der Co-Schicht (= 10 Angström).
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Wie
in 24 zu sehen ist, fällt der ΔMR-Wert rapide ab, wenn sich
die Dicke der ersten freien Magnetschicht (F1) dem Wert von 20 Angström nähert, also
etwa so dick ist wie die zweite freie Magnetschicht (F2). Außerdem geht
aus 24 hervor, daß dann,
wenn die Dicke der ersten freien Magnetschicht (F1) einen Wert von
30 Angström
oder darüber
erreicht, der ΔMR-Wert
zunimmt, man also einen ΔMR-Wert
erreichen kann, der demjenigen bekannter Magnetowiderstandselemente
(Einzel-Magnetowiderstandselemente) entspricht.
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Wie
aus 24 entnehmbar ist, läßt sich
für einen
Bereich des Werts (Dicke der ersten freien Magnetschicht (F2))/Dicke
der zweiten freien Magnetschicht (F2)) ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr erreichen, wie dies in 23 dargestellt ist, und man kann einen hohen ΔMR-Wert dadurch
erreichen, daß man
den Bereich des Werts (Dicke der ersten freien Magnetschicht (F1))/Dicke
der zweiten freien Magnetschicht (F2)) auf Werte zwischen 1,25 und
5 einstellt.
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Als
nächstes
wurde im Rahmen der Erfindung die Dicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht
zwischen der ersten und der zweiten freien Magnetschicht geändert, und
es wurde die Beziehung zwischen der Dicke der nichtmagnetischen
Zwischenschicht und dem Austausch-Koppelmagnetfeld gemessen.
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Der
Schichtaufbau für
dieses Doppel-Magnetowiderstandselement lautet von unten nach oben: Si-Substrat/Aluminiumoxid/Ta
(30)/antiferromagnetische Schicht aus PtMn (150)/Ru (6)/nichtmagnetische, elektrisch
leitende Schicht aus Cu (20)/erste freie Magnetschicht aus Co (10)
+ NiFe (50)/nichtmagnetische Zwischenschicht aus Ru (X)/erste freie
Magnetschicht aus NiFe (30) + Co (10)/nichtmagnetische, elektrisch leitende
Schicht aus Cu (20)/Ru (8)/antiferromagnetische Schicht aus PtMn
(150)/Ta (30). Die Zahlenangaben in den Klammern bedeuten die Schichtdicken
in Angström.
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Erfindungsgemäß wurde
dieses Magnetowiderstandselement vier Stunden lang einer Wärmebehandlung
bei 260°C
unterzogen, während
ein Magnetfelds von 200 (Oe) angelegt wurde. Die Versuchsergebnisse sind
in 20 gezeigt.
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Wie
in 20 zu sehen ist, sollte die Ru-Schicht mit einer
Dicke im Bereich von 5,5 bis 10,0 Angström ausgebildet werden, um ein
Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder darüber zu erhalten. Es läßt sich erkennen,
daß die
Ru-Schicht vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 5,9 bis 9,4
Angström
ausgebildet werden sollte, wenn man ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 1.000 (Oe) oder mehr erreichen will.
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Erfindungsgemäß läßt sich
der Magnetisierungszustand der fixierten magnetischen Schicht in
einem äußerst stabilen
Zustand halten, wenn man die fixierte Magnetschicht aufteilt in
eine erste und eine zweite fixierte Magnetschicht mit einer dazwischenliegenden
nichtmagnetischen Schicht, und wenn man dann die Magnetisierung
der ersten und die Magnetisierung der zweiten fixierten Magnetschicht
mit Hilfe des Austausch-Koppelmagnetfelds (RKKY-Wechselwirkung),
das zwischen der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht
gebildet wird, in einen antiparallelen Zustand bringt.
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Erfindungsgemäß läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder sogar von 1.000
(Oe) oder mehr erreichen, wenn man das Dickenverhältnis zwischen
der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht und auch
deren Schichtdicke selbst in passender Weise einstellt. Erfindungsgemäß wird die
zwischen erster und zweiter fixierter Magnetschicht liegende nichtmagnetische
Zwischenschicht aus Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu oder dgl. gebildet, außerdem wird
die Dicke der Zwischenschicht auf einen geeigneten Wert sowohl für den Fall eingestellt,
daß die
nichtmagnetische Zwischenschicht oberhalb der freien magnetischen
Schicht ausgebildet ist, als auch für den Fall, daß die Zwischenschicht
unterhalb der freien Magnetschicht gebildet ist, um dadurch ein
Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe) oder mehr, ja sogar von
1.000 (Oe) oder mehr zu erhalten.
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Erfindungsgemäß wird eine
PtMn-Legierung für
die antiferromagnetische Schicht verwendet, da PtMn-Legierungen
eine hohe Sperrtemperatur aufweisen, das Austausch-Koppelmagnetfeld
(das anisotrope Austauschmagnetfeld) welches an der Grenzfläche zwischen
der antiferromagnetischen Schicht und der fixierten Magnetschicht
(der ersten fixierten Magnetschicht) groß ist, und die Korrosionsbeständigkeit
dieser Legierungen hervorragend sind. Anstelle dieser Legierung
kann man auch X-Mn-Legierungen (X ist mindestens eines der Elemente
Pd, Ir, Rh, Ru, Os) oder PtMn-X'-Legierungen
(X' ist mindestens
eines der Elemente Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au, Ag) verwenden.
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Wenn
erfindungsgemäß die fixierte
Magnetschicht in eine erste und eine zweite fixierte Magnetschicht aufgeteilt
wird, kann man ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500, ja sogar vorzugsweise von 1.000 (Oe) oder mehr auch dann
erhalten, wenn die Dicke der antiferromagnetischen Schicht nur etwa
halb so viel beträgt wie
bei bekannten Bauelementen.
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Erfindungsgemäß ist es
außerdem
bevorzugt, wenn wie bei der fixierten Magnetschicht auch die freie Magnetschicht
aufgeteilt ist und eine erste und eine zweite freie magnetische
Schicht mit einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen Schicht
enthält.
Ein Austausch-Koppelmagnetfeld (RKKY-Wechselwirkung) wird zwischen
der ersten und der zweiten freien Magnetschicht erzeugt, wobei die
Magnetisierung der ersten und diejenige der zweiten freien Magnetschicht
antiparallel ausgebildet ist, so daß sie mit hoher Empfindlichkeit
gegenüber äußeren Magnetfeldern
umgekehrt wird.
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Die
Ausbildung des Schichtdickenverhältnisses
von erster und zweiter freier Magnetschicht in einem passenden Bereich
und außerdem
das Einfügen
einer nichtmagnetischen Zwischenschicht zwischen die erste und die
zweite freie Magnetschicht in Form eines Ru-Films oder dgl., und
weiterhin die Einstellung der Dicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht
in einem geeigneten Bereich schaffen die Möglichkeiten, Austausch-Koppelmagnetfelder
von 500 (Oe), ja sogar von 1.000 (Oe) oder mehr zu erreichen.
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Erfindungsgemäß wird bei
Verwendung einer Wärmebehandlung
erfordernden antiferromagnetischen Schicht an der Grenzfläche bezüglich der
ersten fixierten Magnetschicht eine geeignete Einstellung des Betrags
des magnetischen Moments der ersten fixierten Magnetschicht und
des magnetischen Moments der zweiten fixierten Magnetschicht vorgenommen,
außerdem
werden Betrag und Richtung des Magnetfelds bei der Wärmebehandlung
passend eingestellt, so daß die
Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht in die gewünschte Richtung
weist, wobei außerdem
die passende Steuerung der Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht
sowie der Magnetisierung der zweiten fixierten Magnetschicht einen
antiparallelen Magnetisierungszustand ermöglicht.
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Die
Anpassung der Richtung des Lesestrom-Magnetfelds, welches durch
den fließenden
Lesestrom entsteht, an die Richtung des zusammengesetzten magnetischen
Moments, welches sich durch Addieren der magnetischen Momente der
ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht ergibt, ermöglicht die
Erzielung eines thermisch stabileren Magnetisierungszustands für die erste
und die zweite fixierte Magnetschicht.
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Diese
Steuerung der Lesestrom-Richtung läßt sich in jedem Fall anwenden,
egal, welches antiferromagnetische Material für die Schicht eingesetzt wird,
und unabhängig
davon, ob eine Wärmebehandlung
zum Erzeugen des Austausch-Koppelmagnetfelds an der Grenzfläche zwischen
der antiferromagnetischen Schicht und der fixierten magnetischen
Schicht (der ersten fixierten magnetischen Schicht) notwendig ist
oder nicht.
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Die
Magnetisierung der fixierten magnetischen Schicht läßt sich
dann thermisch stabilisieren, wenn ein bekanntes Einzel-Magnetowiderstandselement
vorliegt, bei der die fixierte magnetische Schicht als Einzelschicht
ausgebildet ist, indem man die Richtung des Lesestrom-Magnetfelds
durch entsprechende Stromflußrichtung
anpaßt
an die Richtung der Magnetisierung der fixierten magnetischen Schicht.
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Außerdem wird
gemäß dem zweiten
Aspekt der Erfindung der Magnetisierungszustand der fixierten magnetischen
Schicht in einem äußerst stabilen
Zustand gehalten, indem man die fixierte Magnetschicht aufteilt
in eine erste und eine zweite fixierte Magnetschicht mit eingefügter nichtmagnetischer
Zwischenschicht, wobei die Magnetisierung der ersten und der zweiten
fixierten Magnetschicht mit Hilfe des Austausch-Koppelmagnetfelds
(RKKY-Wechselwirkung) zwischen der ersten und der zweiten Magnetschicht
in einen antiparallelen Zustand gebracht wird.
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Außerdem ermöglicht die
Erfindung durch Anpassen der Richtung des von dem Lesestrom erzeugten Lesestrom-Magnetfelds
an die Richtung des zusammengesetzten magnetischen Moments, welches
durch Addieren der magnetischen Momente der ersten und der zweiten
fixierten magnetischen Schicht gebildet wird, den Magnetisierungszustand
der ersten und der zweiten magnetischen Schicht thermisch noch stabiler
einzustellen.
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Diese
Steuerung der Lesestromrichtung bei jeglichem Material der antiferromagnetischen
Schicht erfolgen, unabhängig
davon, ob zur Erzeugung eines Austausch-Koppelmagnetfelds an der
Grenzfläche
zwischen der antiferromagnetischen Schicht und der fixierten magnetischen
Schicht (der ersten fixierten magnetischen Schicht) eine Wärmebehandlung
erforderlich ist oder nicht.
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Die
Magnetisierung der fixierten magnetischen Schicht läßt sich
auch dann thermisch stabilisieren, wenn es sich um ein bekanntes
Einzel- Magnetowiderstandselement,
bei dem die fixierte Magnetschicht als Einzelschicht ausgebildet
ist, handelt, indem man durch entsprechende Einstellung der Stromrichtung
das Lesestrom-Magnetfeld anpaßt
auf die Richtung der Magnetisierung der fixierten magnetischen Schicht.
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Außerdem kann
erfindungsgemäß durch
Einstellung des Schichtdickenverhältnisses und der Dicke der
ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht auf Werte
innerhalb geeigneter Bereiche ein Austausch-Koppelmagnetfeld von
500 (Oe) oder mehr, sogar von 1000 (Oe) erhalten werden.
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Erfindungsgemäß wird die
zwischen der ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht befindlichen nichtmagnetische
Zwischenschicht aus Ro, Rh, Ir, Cr, Re, Cu oder dergleichen gebildet,
wobei die Dicke dieser nichtmagnetischen Zwischenschicht auf einen
geeigneten Wert eingestellt wird, und zwar sowohl in dem Fall, daß die nichtmagnetische
Zwischenschicht oberhalb der freien Magnetschicht gebildet ist,
als auch dann, wenn sie unterhalb der freien Magnetschicht gebildet
ist, und auf diese Weise wird ein Austausch-Koppelmagnetfeld von
500 (Oe) oder sogar von 1000 (Oe) oder mehr gewonnen.
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Erfindungsgemäß wird für die antiferromagnetische
Schicht eine PtMn-Legierung
verwendet, da solche Legierungen ein hohe Sperrtemperatur aufweisen,
das an der Grenzfläche
zwischen der antiferromagnetischen Schicht und der fixierten (ersten)
Magnetschicht erzeugte Austausch-Koppelmagnetfeld
(das anistrope Austausch-Koppelmagnetfeld) stark ist, und außerdem die
Korrosionsbeständigkeit
hervorragend ist. Statt der genannten PtMn-Legierungen können auch
X-Mn-Legierungen (X ist mindestens eines der Elemente Pd, Ir, Rh,
Ru, Os) oder PtMn-X'-Legierungen (X' ist mindestens eines
der Elemente Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au, Ag) verwendet werden, Wenn
erfindungsgemäß die fixierte
Magnetschicht aufgeteilt ist in eine erste und eine zweite fixierte
Magnetschicht, läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 (Oe), ja sogar ein Feld von
1000 (Oe) oder stärker
auch dann erhalten, wenn die Dicke der antiferromagnetischen Schicht
nur halb so groß ist wie
bei bekannten Bauelementen.
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Erfindungsgemäß wird außerdem bevorzugt,
wenn die freie Magnetschicht ebenso wie die fixierte Magnetschicht
in eine erste und eine zweite freie Magnetschicht mit einer dazwischenliegenden
nichtmagnetischen Zwischenschicht aufgeteilt ist. Zwischen der ersten
freien und der zweiten freien Magnetschicht wird ein Austausch-Koppelmagnetfeld
erreicht, wobei die Magnetisierung der ersten und diejenige der
zweiten freien Magnetschicht antiparallel ist, so daß sie sich
mit guter Empfindlichkeit bzgl. äußerer Magnetfelder
umkehrt.
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Die
Ausbildung des Schichtdickenverhältnisses
von erster und zweiter freier Magnetschicht in einem geeigneten
Bereich, die Ausbildung einer nichtmagnetischen Zwischenschicht
zwischen der ersten und der zweiten freien magnetischen Schicht
in Form eines Ru-Films oder dergleichen, und weiterhin die Ausbildung der
Dicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht in einem geeigneten
Bereich ermöglicht
die Erzielung eines starken Austausch-Koppelmagnetfelds von 500,
bevorzugt von 1000 (Oe) oder mehr.
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Erfindungsgemäß wird in
den Fällen,
in denen eine antiferromagnetische Schicht eine Wärmebehandlung
an der Grenzfläche
bzgl. der ersten fixierten magnetischen Schicht erfordert, der Betrag
der magnetischen Moments der ersten und des magnetischen Moments
der zweiten fixierten Magnetschicht in geeigneter Weise eingestellt
und außerdem
werden Betrag und Richtung des während
der Wärmebehandlung
angelegten Magnetfelds passend eingestellt, wodurch es möglich ist,
daß die
Magnetisierung der ersten fixierten Magnetschicht in die gewünschte Richtung
orientiert ist, und außerdem
die Möglichkeit
besteht, die Magnetisierung der ersten und der zweiten magnetischen
Schicht so zu steuern, daß die
beiden Magnetisierungsrichtungen einen antiparallelen Zustand einnehmen.
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Gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung befindet sich die Magnetisierung der fixierten
magnetischen Schicht in einem äußerst stabilen
Zustand, in dem sie in eine erste und eine zweite fixierte Magnetschicht
mit einer dazwischenliegenden nichtmagnetischen Zwischenschicht
aufgeteilt ist und die Magnetisierung der ersten und der zweiten
fixierten Schicht einen antiparallelen Zustand bildet aufgrund des
Austausch-Koppelfelds, welches zwischen der ersten und der zweiten
Magnetschicht erzeugt wird.
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Insbesondere
dann, wenn erfindungsgemäß für die antiferromagnetische
Schicht ein Material verwendet wird, welches eine Wärmebehandlung
an der Grenzfläche
bzgl. der ersten fixierten Magnetschicht erfordert, läßt sich
durch passende Einstellung des Betrags des magnetischen Moments
der ersten und der zweiten fixierten magnetischen Schicht und durch
passende Einstellung von Betrag und Richtung des während der Wärmebehandlung
angelegten Magnetfelds eine geeignete Einstellung der Magnetisierung
der ersten und der zweiten freien Magnetschicht in antiparalleler
Weise erreichen. Außerdem
wird ermöglicht,
daß die
Magnetisierung der ersten und der zweiten magnetischen Schicht die
gewünschte
Orientierung aufweisen.
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Für die antiferromagnetische
Schicht wird ein Material verwendet, welches eine Wärmebehandlung
erforderlich macht, um ein Austausch-Koppelmagnetfeld an der Grenzfläche zwischen
der antiferromagnetischen Schicht und der ersten fixierten magnetischen
Schicht zu erzeugen, und die hierzu eingesetzten PtMn-Legierungen
besitzen eine hohe Sperrtemperatur, weshalb das Koppelmagnetfeld
an der Grenzfläche zwischen
der antiferromagnetischen und der fixierten magnetischen Schicht
(der ersten magnetischen Schicht) stark ist. Außerdem ist die Korrosionsbeständigkeit
dieser Legierungen hervorragend. Anstelle der PtMn-Legierungen können auch
X-Mn-Legierungen
(X ist mindestens eines der Element Pd, Ir, Rh, Ru, Os) oder PtMn-X'-Legierungen (X' ist mindestens eines
der Elemente Pd, Ir, Rh, Ru, Os, Au, Ag) verwendet werden.
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Die
Einstellung des Schichtdickenverhältnisses sowie der Dicke der
ersten und der zweiten fixierten Magnetschicht selbst auf Werte
in geeigneten Bereichen ermöglicht
die Erzielung eines starken Austausch-Koppelmagnetfelds von 500 (Oe) oder
gar 1000 (Oe) oder mehr.
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Die
nichtmagnetische Zwischenschicht zwischen der ersten und der zweiten
fixierten magnetischen Schicht besteht aus Ru, Rh, Ir, Cr, Re, Cu
oder dergleichen, außerdem
ist die Dicke der Zwischenschicht in geeigneter Weise eingestellt,
unabhängig
davon, ob sie oberhalb oder unterhalb der freien Magnetschicht ausgebildet
ist, um dadurch ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 oder von
1000 (Oe) oder mehr zu erhalten.
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Wenn
die fixierte Magnetschicht in einer erste und eine zweite fixierte
Magnetschicht aufgeteilt ist, läßt sich
ein Austausch-Koppelmagnetfeld von 500 oder mehr, sogar 1000 (Oe)
oder darüber
auch dann erzielen, wenn die Dicke der antiferromagnetischen Schicht
nur etwa halb so groß ist
wie bei bekannten Elementen.
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Bevorzugt
wird erfindungsgemäß außerdem,
wenn die freie Magnetschicht ebenso wie die fixierte Magnetschicht
aus einer ersten und einer zweiten freien Magnetschicht gebildet
wird, zwischen denen sich eine nichtmagnetische Zwischenschicht
befindet. Zwischen der ersten und der zweiten freien Magnetschicht
wird (durch RKKY-Wechselwirkung)
ein Austausch-Koppelmagnetfeld erzeugt, wobei die Magnetisierung
der ersten und die Magnetisierung der zweiten freien Magnetschicht
einen antiparallelen Zustand bilden, der mit hoher Empfindlichkeit
bei äußeren Magnetfeldern
umgekehrt wird.
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Die
Ausbildung des Schichtdickenverhältnisses
der ersten und der zweiten freien Magnetschicht, die Ausbildung
einer nichtmagnetischen Zwischenschicht zwischen der ersten und
der zweiten freien Magnetschicht in Form eines Ru-Films oder dergleichen,
und die Einstellung der Dicke der nichtmagnetischen Zwischenschicht
auf einen Wert in einem geeigneten Bereich liefert ein Austausch-Koppelmagnetfeld
von 500 (Oe) oder mehr, sogar von 1000 (Oe) oder mehr.
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Die
Anpassung der Lesestromrichtung zum Erzeugen eines Lesestrom-Magnetfelds an die
Richtung des zusammengesetzten magnetischen Moments aus dem magnetische
Moment der ersten und demjenigen der zweiten fixierten Magnetschicht
ermöglicht
die Erzielung eines thermisch noch stabileren Magnetisierungszustands
von erster und zweiter fixierter magnetischer Schicht.
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Eine
solche Steuerung des Lesestroms kann bei jedem antiferromagnetischen
Material der antiferromagnetischen Schicht erfolgen, unabhängig davon,
ob dabei eine Wärmebehandlung
zum Erzeugen des Austausch-Koppelmagnetfelds an der Grenzfläche zwischen
der antiferromagnetischen Schicht und der fixierten magnetischen
Schicht erforderlich ist.
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Die
Magnetisierung der fixierten magnetischen Schicht läßt sich
auch dann thermisch stabilisieren, wenn ein Einzel-Magnetowiderstandselement
vorliegt, bei dem die fixierte Magnetschicht als Einzelmagnetschicht
ausgebildet ist, indem man die Richtung des Lesestrom-Magnetfelds
an die Magnetisierungsrichtung der fixierten magnetischen Schicht
anpaßt.