DE69726244T2 - Magnetowiderstandseffekt-element, magnetowiderstandseffekt-magnetkopf, speicherelement und herstellungsverfahren - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetisches Widerstandselement, einen magnetischen Widerstandskopf und ein Speicherelement und befasst sich mit einem Verfahren zum Herstellen des magnetischen Widerstandselementes.
  • Ein magnetisches Widerstandselement, das im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist, ist aus der US-A-5,390,061 bekannt. Bei dem bekannten magnetischen Widerstandselement besteht die Zwischenschicht zwischen den beiden magnetischen Schichten aus einem isolierenden Material, einem halbleitenden Material oder einem antiferromagnetischen Material, wobei der mehrschichtige Aufbau des Schichtkörpers so ausgebildet ist, dass der gesamte Strom quer über den Schichtkörper und in die Zwischenschicht fließt. Bei diesem Widerstandselement kann das magnetische Feld von einem sehr schmalen Bereich eines mit hoher Dichte bespielten magnetischen Aufzeichnungsträgers durch den Strom erfasst werden, der eine Tunnelcharakteristik hat und durch die Zwischenschicht hindurchgeht.
  • Technischer Hintergrund
  • Es wurde kürzlich entdeckt, dass eine künstliche Gitterschicht [Fe/Cr] oder [Co/Ru], bei der die magnetischen Schichten antiferromagnetisch miteinander über eine nichtmagnetische Metallschicht aus Cr, Ru oder ähnlichem gekoppelt sind, einen extrem hohen magnetischen Widerstandseffekt in einem ferrogmagnetischen Feld (1 bis 10 kOe) erzeugt (PHYSICAL REVIEW LETTERS, Bd. Nr. 21, Seiten 2472–2475, 1998; PHYSICAL REVIEW LETTERS, Bd. Nr. 19, Seiten 2304–2307, 1990). Die künstliche Gitterschicht gemäß der oben beschriebenen Technik zeigt eine große Änderung im magnetischen Widerstand (im Folgenden als MR bezeichnet). Da die magnetischen Schichten jedoch antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sind, ist das zum Erzeugen eines MR Effektes er forderliche Magnetfeld einige kOe groß. Das ist in der Praxis nachteilig.
  • Ein extrem hoher magnetischer Widerstandseffekt wurde auch in einer künstlichen Gitterschicht [Ni-Fe/Cu/Co] entdeckt, die zwei verschiedene Arten von magnetischen Schichten aus Ni-Fe und Co verwendet, die voneinander über eine nichtmagnetische Metallschicht Cu getrennt sind, und die in ihrer magnetischen Kopplung schwach sind. Das heißt, dass eine künstliche Gitterschicht erhalten wurde, bei der die MR Rate etwa 8% in einem magnetischen Feld bei Raumtemperatur von 0,5 kOe beträgt (Journal of The Physical Society of Japan, Bd. 59, Nr. 9, September 1990, Seiten 3061–3064). Selbst bei dieser künstlichen Gitterschicht ist es jedoch schwierig, die magnetische Kopplung zwischen den magnetischen Schichten vollständig aufzubrechen. Es ist daher wünschenswert, ein magnetisches Widerstandselement zu entwickeln, dass eine größere MR Änderung in einem kleineren anliegenden magnetischen Feld zeigt.
  • Wenn ein elektrischer Strom in vertikaler Richtung der Schichtoberfläche fließen gelassen wird, zeigt das Element große MR Änderung. Da jedoch die künstliche Gitterschicht, die oben erwähnt wurde, sehr dünn ist, ist der Widerstand in vertikaler Richtung der Schichtoberfläche sehr niedrig. Das ist in der Praxis nachteilig.
  • Als künstliche Gitterschicht, die in einem sehr kleinen anliegenden magnetischen Feld arbeiten kann, ist eine Schicht vom Spinventiltyp vorgeschlagen worden, bei der ein antiferromagnetisches Material aus Fe-Mn an einem Körper Ni-Fe/Cu/Ni-Fe angebracht ist (Journal of Magnetism and Magnetic Materials 93, Seiten 101–104, 1991) und wurde dann untersucht, diese Schicht bei einem magnetischen Widerstandskopf zu verwenden. Die Anordnung nach dieser Technik ist in Hinblick darauf jedoch nachteilig, dass die MR Änderung nur 2 bis 4% beträgt.
  • Es ist weiterhin bereits ein magnetisches Widerstandselement vom Tunneltyp entwickelt worden, das eine Isolierschicht zwischen zwei magnetischen Schichten verwendet (Nikon Ohyo Jiki Gakkaihsi, Bd. 19, Nr. 2, Seiten 369–372, 1995). Bei dieser Technik ist es jedoch schwierig, die Qualität der Isolierschicht unter Kontrolle zu behalten. Das macht es schwierig, derartige Elemente mit guter Reproduzierbarkeit in ihren Eigenschaften zu erzeugen.
  • Es ist ein Speicherelement mit Wortleitungen und Leseleitungen vorgeschlagen worden, die jeweils aus einem herkömmlichen MR Material gebildet sind (IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS, Bd. 27, Nr. 6, Seiten 5520–5522, 1991). Dieses Speicherelement hat eine kleine MR Änderungsrate, so dass die Informationsleseausgangsleistung in nachteiliger Weise klein ist.
  • Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, wird die vorliegende Erfindung vorgeschlagen, und zwar mit dem Ziel, ein magnetisches Widerstandselement, einen magnetischen Widerstandskopf und ein Speicherelement zur Verfügung zu stellen, bei denen jeweils eine größere MR Änderung in einem kleineren magnetischen Feld erzielt werden kann, und gleichfalls ein Verfahren zum Herstellen des oben erwähnten magnetischen Widerstandselementes zu liefern.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Das oben erwähnte Ziel wird durch die vorliegende Erfindung erreicht, die im Anspruch 1 angegeben ist. Vorgeschlagen wird ein magnetisches Widerstandselement mit einem Grundaufbau, der einen Schichtkörper aus [einer magnetischen Schicht/einer nichtmagnetischen Isolierschicht/einer magnetischen Schicht] umfasst, wobei die nichtmagnetische Isolierschicht an einem freiliegenden Teil einen leitenden Bereich aufweist, der ausreichend kleiner als der Kontaktbereich der nichtmagnetischen Isolierschicht bezüglich der magnetischen Schichten ist, welcher leitende Bereich elektrisch die magnetischen Schichten miteinander verbindet, und wobei Elektrodenleiterteile an der oberen und der unteren magnetischen Schicht jeweils angeordnet sind. Im Grundaufbau der den Schichtkörper aus [einer magnetischen Schicht/einer nichtmagnetischen Isolierschicht/einer magnetischen Schicht] umfasst, kann in der nichtmagnetischen Isolierschicht ein säulenartiger leitender Bereich ausgebildet sein, der ausreichend kleiner als der Kontaktbereich der nichtmagnetischen Isolierschicht bezüglich der magnetischen Schichten ist. Die nichtmagnetische Isolierschicht besteht vorzugsweise aus einem Oxid oder einem Nitrid eines leitenden Materials und der leitende Bereich hat vorzugsweise eine niedrigere Sauerstoffkonzentration oder Stickstoffkonzentration als die nichtmagnetische Isolierschicht.
  • Der leitende Bereich, der an einem freiliegenden Teil der Isolierschicht ausgebildet ist, verbindet elektrisch die obere und die untere magnetische Schicht miteinander, wodurch ein Kanal gebildet wird, der einem Tunnel entspricht. Das verbessert die Eigenschaften verglichen mit einer bekannten Schicht vom Tunneltyp mit extrem hohem magnetischen Widerstandseffekt, die nur eine Isolierschicht verwendet.
  • Weiterhin wird eine weichmagnetische Schicht vorzugsweise als eine der magnetischen Schichten verwandt, die über die nichtmagnetische Isolierschicht nebeneinander liegen, und wird vorzugsweise eine magnetische Schicht mit einer größeren Koerzitivkraft als die weichmagnetische Schicht als andere magnetische Schicht verwandt. Bei der oben beschriebenen Anordnung kehrt ein sehr kleines Magnetsignalfeld die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht mit kleinerer Koerzitivkraft, das heißt der weichmagnetischen Schicht in die Richtung des anliegenden Magnetfeldes um, es kehrt jedoch nicht die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht mit der größeren magnetischen Koerzitivkraft, das heißt der hartmagnetischen Schicht, um. Die Magne tisierungsrichtungen der beiden magnetischen Schichten sind somit antiparallel zueinander, was den Widerstand des Elementes erhöht. Das erhöht die MR Änderungsrate.
  • Das magnetische Widerstandselement kann so ausgebildet sein, dass der Grundaufbau einen Schichtkörper aus [einer leitenden eine die Umkehr der Magnetisierung behindernden Schicht/einer magnetischen Schicht/einer nicht magnetischen Isolierschicht/ einer magnetischen Schicht] umfasst, wobei die leitende, die Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht auf der Oberfläche einer der magnetischen Schichten ausgebildet ist, um zu verhindern, dass die eine magnetische Schicht in ihrer Magnetisierungsrichtung umgekehrt wird, die nicht magnetische Isolierschicht an einem freiliegenden Teil einen leitenden Bereich aufweist, der ausreichend kleiner als der Kontaktbereich der nichtmagnetischen Isolierschicht bezüglich der magnetischen Schichten ist, der leitende Bereich elektrisch die magnetischen Schichten miteinander verbindet und Elektrodenleiterteile jeweils an der oberen und der unteren magnetischen Schicht vorgesehen sind.
  • Auch bei der oben beschriebenen Anordnung kann (i) die nichtmagnetische Isolierschicht einen säulenartigen leitenden Bereich aufweisen, der eine niedrigere Sauerstoffkonzentration oder Stickstoffkonzentration als die nichtmagnetische Isolierschicht hat, und der ausreichend kleiner als der Kontaktbereich der nichtmagnetischen Isolierschicht bezüglich der magnetischen Schichten ist sowie elektrisch die magnetischen Schichten miteinander verbindet, und können (ii) Elektrodenleiterteile jeweils an der oberen und der unteren magnetischen Schicht vorgesehen sein. Vorzugsweise ist die eine die Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht eine leitende antiferromagnetische Schicht.
  • Da bei dem oben erwähnten Aufbau die eine die Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht vorgesehen ist, wird die damit in Kontakt stehende magnetische Schicht nicht ohne Weiteres in ihrer Magnetisierungsrichtung umgekehrt. Die Kombination der eine die Umkehr der Magnetisierung behindernden Schicht und der in Kontakt damit stehenden magnetischen Schicht entspricht einer hartmagnetischen Schicht.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann wenigstens eine der magnetischen Schichten eine Schicht aus einer amorphen Legierung sein und kann an der Grenzfläche zwischen der nichtmagnetischen Isolierschicht und wenigstens einer der magnetischen Schichten eine magnetische Zwischenschicht ausgebildet sein, die Co oder Fe als eines der Hauptbestandteilselemente enthält, und deren Dicke nicht größer als 2 nm ist. Bei einer derartigen Anordnung kann eine größere MR Änderungsrate erzielt werden.
  • Die nichtmagnetische Isolierschicht kann aus einem Oxid von Nb gebildet sein.
  • Bei der oben erwähnten Ausbildung trennt die spezielle nichtmagnetische Isolierschicht die weichmagnetische Schicht, die leicht in ihrer Magnetisierungsrichtung selbst in einem sehr kleinen magnetischen Feld umgekehrt werden kann, von der magnetischen Schicht, die in einem Magnetfeld nicht ohne Weiteres in ihrer Magnetisierungsrichtung umgekehrt werden kann. Das schwächt extrem die magnetische Kopplung zwischen den magnetischen Schichten, so dass es möglich ist, die weichmagnetische Schicht erfolgreich in ihrer Magnetisierungsrichtung umzukehren. Das verbessert die Magnetfeldempfindlichkeit des Elementes. In vertikaler Richtung der Schichtoberfläche kann weiterhin ein magnetischer Widerstandseffekt erzielt werden, der eine größere MR Änderungsrate hat.
  • Ein magnetischer Widerstandskopf gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein magnetisches Widerstandselement gemäß der Erfindung und ist so ausgebildet, dass die Richtung des magnetischen Feldes eines Signals von einem magnetischen Medium, das zu erfassen ist, parallel zur Achse der leichten Magnetisierung einer der magnetischen Schichten und unter einem rechten Winkel zur Achse der leichten Magnetisierung der anderen magnetischen Schicht verläuft.
  • Mit der oben beschriebenen Ausbildung kann ein magnetischer Widerstandskopf erhalten werden, dessen Ausgangssignal hoch ist und dessen Linearität gut ist.
  • Ein Speicherelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein magnetisches Widerstandselement gemäß der vorliegenden Erfindung und ist so ausgebildet, dass über einer Isolierschicht Wortleitungen angeordnet sind, die jeweils aus einer Leiterbahn bestehen und die so angeordnet sind, dass sie ein magnetisches Informationsaufzeichnungsfeld in der Nähe des magnetischen Widerstandselementes erzeugen, und dass Informationslesesensorleitungen vorgesehen sind, von denen jede aus einer Leiterbahn besteht und die Elektrodenleiterteile miteinander verbindet. Vorzugsweise umfasst das Speicherelement eine Vielzahl von magnetischeu Widerstandselementen, jedes gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Formeiner Matrix angeordnet ist, und ist dieses so ausgebildet, dass in der Nähe jedes magnetischen Widerstandselementes zwei isolierte Wortleitungen unter rechten Winkeln zueinander vorgesehen sind, und Leseleitungen vorgesehen sind, von denen jede aus einer Leiterbahn besteht und die Elektrodenleiterteile miteinander verbindet, die auf oder unter jedem magnetischen Widerstandselement vorgesehen sind.
  • Bei dem magnetischen Widerstandskopf gemäß der vorliegenden Erfindung und bei dem Speicherelement gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Widerstand auch in vertikaler Richtung der Schichtoberfläche hoch, so dass ein elektrischer Strom in vertikaler Richtung der Schichtoberfläche des Elementes fließen kann. Es kann daher eine größere MR Änderungsrate erzielt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Widerstandselementes ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochgeschwindigkeitsionenstrahl oder ein Hochgeschwindkeitsstrahl aus neutralen Teilchen auf die nichtmagnetische Isolier schickt gestrahlt wird, die aus einem Oxid oder Nitrid eines leitenden Materials gebildet ist und durch die und zwischen den beiden magnetischen Schichten gehalten ist, derart, dass im Bestrahlungsbereich der nichtmagnetischen Isolierschicht ein leitender Bereich gebildet wird, der eine niedrigere Sauerstoff- oder Stickstoffkonzentration als die nichtmagnetische Isolierschicht hat und dessen Flächenbereich ausreichend kleiner als der Kontaktbereich der nichtmagnetischen Isolierschicht bezüglich der magnetischen Schichten ist, wobei der leitende Bereich die beiden magnetischen Schichten miteinander verbindet.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1(a) zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau eines magnetischen Widerstandselementes gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und 1(b) zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils A in 1(a);
  • 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Ausbildung eines magnetischen Widerstandselementes gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau eines magnetischen Widerstandskopfes gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau eines Speicherelementes gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 5(a) zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau eines magnetischen Widerstandselementes gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und 5(b) zeigt eine Schnittansicht längs der Linie X-X in 5(a);
  • 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau eines magnetischen Widerstandselementes gemäß noch eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 7 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau eines magnetischen Widerstandskopfes gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 8 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau eines Speicherelementes gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
  • 9 zeigt die Änderungsrate des magnetischen Widerstandes des magnetischen Widerstandselementes des Beispiels 1; und
  • 10 zeigt in einer vertikalen Schnittansicht schematisch den Aufbau einer Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl, die sich zur Herstellung eines magnetischen Widerstandselementes gemäß der vorliegenden Erfindung eignet.
  • Beste Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Anhand der zugehörigen Zeichnungen werden im Folgenden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 1(a) zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau eines magnetischen Widerstandselementes gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung und 1(b) zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteils A in 1(a).
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das magnetische Widerstandselement einen Grundaufbau aus [einer magnetischen Schicht 3/einer nichtmagnetischen Schicht 2/einer magnetischen Schicht 1] auf und ist das Element an jedem Randbereich C', C'', C''' der freiliegenden Teile der nichtmagnetischen Schicht 2 mit einem leitenden Bereich versehen, der erheblich kleiner als der Kontaktbereich der nichtmagnetischen Schicht 2 bezüglich der magnetischen Schicht 3 ist. Diese leitenden Bereiche C bewirken, dass die magnetischen Schichten 3, 1 elektrisch miteinander verbunden sind. Elektrodenleiterteile (nicht dargestellt) sind an der oberen und der unteren magnetischen Schicht 3, 1 vorgesehen.
  • In der folgenden Beschreibung wird das Arbeitsprinzip des magnetischen Widerstandselementes mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert.
  • Wenn ein kleines magnetisches Feld H anliegt, wird die Magnetisierungsrichtung einer magnetischen Schicht, die eine kleine magnetische Koerzitivkraft hat, das heißt einer weichmagnetischen Schicht (beispielsweise der magnetischen Schicht 1 in 1) in die Richtung des anliegenden magnetischen Feldes umgekehrt. Die magnetische Schicht mit hoher magnetischer Koerzitivkraft, das heißt die hartmagnetische Schicht (beispielsweise die magnetische Schicht 3 in 1) wird in ihrer Magnetisierungsrichtung jedoch nicht umgekehrt. Wenn die Magnetisierungsrichtung der hartmagnetischen Schicht antiparallel zur Richtung des anliegenden magnetischen Feldes ist, sind die Magnetisierungsrichtungen der beiden magnetischen Schichten antiparallel zueinander, so dass der Widerstand des Elementes zunimmt. Wenn das anliegende magnetische Feld weiter ansteigt, werden die Magnetisierungsrichtungen von beiden magnetischen Schichten parallel zueinander, was den Widerstand des Elementes herabsetzt.
  • Beim Stande der Technik ist es schwierig, die magnetische Kopplung zwischen den magnetischen Schichten zu unterbrechen, wenn ein Metall für die nichtmagnetische Schicht benutzt wird, wobei durch eine größere Stärke der metallischen nichtmagnetischen Schicht die magnetische Kopplung zwar unterbrochen werden kann, dadurch aber die MR Änderungsrate herabgesetzt wird. Weiterhin könnte ein isolierender Körper als nichtmagnetische Schicht verwandt werden und könnte dafür gesorgt sein, dass ein elektrischer Strom unter Verwendung des Tunneleffektes in vertikaler Richtung der Schichtoberfläche fließt. Eine derartige Ausbildung setzt jedoch die Reproduzierbarkeit der Eigenschaften in Abhängigkeit von der Qualität oder ähnlichem der Isolierschicht herab.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die leitenden Bereiche C an den freiliegenden Teilen der nichtmagnetischen Schicht 2 ausgebildet. Es ist daher möglich, die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu lösen. Der Tunneleffekt der nichtmagnetischen Isolierschicht bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist weiterhin dadurch kontrollierbar, dass ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Widerstandselementes verwandt wird, das später beschrieben wird. Das erleichtert die Auslegung des Elementes.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Grundaufbau nicht auf den Schichtkörper aus [magnetischer Schicht 3/nichtmagnetischer Schicht 2/magnetischer Schicht 1] in 1 beschränkt, vielmehr kann es ein Schichtkörper aus [einer die Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht 4/einer magnetischen Schicht 3'/einer nichtmagnetischen Schicht 2/einer magnetischen Schicht 1] sein, der in 2 dargestellt ist. Dadurch, dass die eine Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht 4 vorgesehen ist, wird die magnetische Schicht 3' nicht ohne Weiteres in ihrer Magnetisierungsrichtung umgekehrt. Das heißt, dass die Anordnung der eine Umkehr der Magnetisierung behindernden Schicht 4 und der Magnetschicht 3' der Anordnung der Magnetschicht 3 in 1 entspricht. Die magnetische Schicht 3' kann gleich der magnetischen Schicht 1 sein oder auch nicht.
  • Es können auch zwei oder mehr magnetische Widerstandselemente jeweils mit dem oben erwähnten Grundaufbau über eine Isolierschicht wie beispielsweise eine nichtmagnetische Schicht 2 oder ähnliches übereinander geschichtet sein.
  • An der Grenzfläche zwischen der magnetischen Schicht und der nichtmagnetischen Schicht kann eine magnetische Zwischenschicht vorgesehen sein, die Co oder Fe als eines der Hauptbestandteilselemente enthält und deren Stärke nicht größer als 2 nm ist.
  • Bei einer derartigen Ausbildung kann eine größere MR Änderungsrate erzielt werden.
  • 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht den Aufbau eines magnetischen Widerstandskopfes gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Dieser magnetische Widerstandskopf verwendet ein magnetisches Widerstandselement mit einem Grundaufbau aus [einer magnetischen Schicht 3/einer nichtmagnetischen Schicht 2/einer magnetischen Schicht 1]. In diesem Kopf verläuft das Magnetfeld H eines Signals von einem Magnetträger unter einem rechten Winkel zur Achse Z der leichten Magnetisierung der weichmagnetischen Schicht 1 des magnetischen Widerstandselementes und parallel zur Achse der leichten Magnetisierung der magnetischen Schicht 3. Die weichmagnetische Schicht 1 ist an einem Teil mit einem Vorsprung 3a versehen, der parallel zum magnetischen Feld H des Signals vorsteht. Dadurch wird wirksam das magnetische Feld H des Signals erfasst. Die weichmagnetische Schicht 1 und die magnetische Schicht 3 weisen Elektrodenleiterteile S, S' jeweils auf, derart, dass Änderungen im Widerstand zwischen den Schichten 1, 3 erfasst werden. Mit dem oben beschriebenen Aufbau hat der magnetische Widerstandskopf eine ausgezeichnete Linearität, ein niedriges Rauschen und ein hohes Ausgangssignal. Aus 3 ist ersichtlich, dass sich die vorliegende Erfindung dadurch auszeichnet, dass selbst dann, wenn die Form einer bemusterten magnetischen Schicht anisotrop ist, die Richtung des Magnetfeldes erfasst werden kann und die Axialrichtung der leichten Magnetisierung der magnetischen Schichten einfach kontrolliert werden kann. Der Aufbau in 3 nutzt die Tatsache aus, dass die Längsrichtung der bemusterten magnetischen Schicht als Achse der leichten Magnetisierung dient. Vorzugsweise hat die andere magnetische Schicht eine hohe magnetische Koerzitivkraft, um eine Umkehr der Magnetisierungsrichtung im Magnetfeld des Signals zu verhindern. Um eine größere MR Änderungsrate zu erzielen, ist vorzugsweise die magnetische Schicht 3 eine hartmagnetische Schicht mit einer Magnetisierungskurve, deren Qua drat-Form-Verhältnis (Restmagnetisierung/Sättigungsmagnetisierung) nicht kleiner als wenigstens 0,7 ist.
  • Es kann auch ein ähnlicher magnetischer Widerstandskopf durch die Verwendung eines magnetischen Widerstandselementes erhalten werden, das einen Aufbau aus [einer eine Umkehr der Magnetisierung behindernden Schicht 4/einer magnetischen Schicht 3'/einer nichtmagnetischen Schicht 2/einer magnetischen Schicht 1] hat.
  • 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Speicherelement gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In einer magnetischen Widerstandselementeneinheit M (Schnittbereich der magnetischen Schichten 3, 1 einschließlich einer nichtmagnetischen Schicht 2 in 4) sind die Elektrodenleiterteile S, S' durch Leiterbahnen miteinander verbunden, die als Leseleitungen dienen. In der Nähe der magnetischen Widerstandselementeneinheit M sind über eine isolierende Schicht Wortleitungen W, W' zum Aufzeichnen einer Information angeordnet. Die folgende Beschreibung wird das Arbeitsprinzip des Speicherelementes mit dem oben erwähnten Aufbau erläutern.
  • Zum Aufzeichnen einer Information wird dafür gesorgt, dass ein elektrischer Strom in den Wortleitungen W und W' fließt und dass im magnetischen Widerstandselement des Typs [magnetische Schicht 3/nichtmagnetische Schicht 2/magnetische Schicht 1], die magnetische Schicht 3 mit einer größeren magnetischen Koerzitivkraft in ihrer Magnetisierungsrichtung umgekehrt wird, um die Information aufzuzeichnen. Zum Lesen der Information ist dafür gesorgt, dass ein schwacher elektrischer Strom in den Wortleitungen W, W' fließt, derart, dass nur die magnetische Schicht 1 mit kleinerer magnetischer Koerzitivkraft in der Magnetisierungsrichtung umgekehrt wird und dass Änderungen im magnetischen Widerstand, die in der magnetischen Widerstandselementeinheit M erzeugt werden, durch die Leseleitungen erfasst werden, um In formation zu lesen. In diesem Speicherelement muss die magnetische Schicht 3 mit größerer magnetischer Koerzitivkraft in ihrer Magnetisierungsrichtung durch das Magnetfeld umgekehrt werden, das durch die Wortleitungen erzeugt wird. Wenn somit die magnetische Schicht 3 eine zu große magnetische Koerzitivkraft hat, ist die Umkehr der Magnetisierungsrichtung schwierig. Die magnetische Schicht 3 ist daher vorzugsweise eine halbhartmagnetische Schicht, deren magnetische Koerzitivkraft eine geeignete Stärke hat. Zur Klarstellung des Informationslesezustandes hat die Magnetisierungskurve der halbhartmagnetischen Schicht vorzugsweise ein gute Quadratform.
  • Bei einer magnetischen Widerstandselementeinheit mit einem Aufbau aus [einer eine Umkehr der Magnetisierung behindernden Schicht 4/einer magnetischen Schicht 3'/einer nichtmagnetischen Schicht 2/einer magnetischen Schicht 1], bei der insbesondere die eine Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht 4 aus einem antiferromagnetischen Körper besteht, ist es oftmals schwierig, die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht 3' durch das Magnetfeld umzukehren, das durch den elektrischen Strom erzeugt wird, der in den Wortleitungen fließt. In einem solchen Fall ist vorgesehen, dass zum Aufzeichnen einer Information ein elektrischer Strom in den Wortleitungen fließt, der die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht 1 zum Aufzeichnen der Information umkehrt und dass zum Lesen der Information ein elektrischer Strom in den Wortleitungen fließt, der die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht 1 zum Lesen der Information umkehrt. In dieser Weise erfolgt ein zerstörungsfreies Lesen in einem Aufbau aus [der magnetischen Schicht 3/ der nichtmagnetischen Schicht 2/der magnetischen Schicht 1] der oben beschrieben wurde, das zerstörende Lesen erfolgt jedoch in dem Aufbau aus [der eine Umkehr der Magnetisierung behindernden Schicht 4/der magnetischen Schicht 3'/ der nichtmagnetischen Schicht 2/der magnetischen Schicht 1].
  • Bei jedem der oben erwähnten Ausführungsbeispiele ist eine Ausbildung mit leitenden Bereichen C an den freiliegenden Teilen der nichtmagnetischen Schicht 2 dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf diese Ausbildung nicht beschränkt, sie kann in der in 5(a) und 5(b) dargestellten Weise auch so ausgebildet sein; dass ein säulenartiger leitender Bereich C, der örtlich durch die nichtmagnetische Schicht 2 hindurchgeht, in der nichtmagnetischen Schicht 2 ausgebildet ist, die durch die und zwischen den magnetischen Schichten 1 und 3 gehalten ist. Diese Ausbildung liefert einen ähnlichen Effekt, wie er durch jedes der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele hervorgerufen wird.
  • Die 6 bis 8 zeigen jeweilige Ausführungsbeispiele, die bei den jeweiligen Ausführungsbeispielen von 2 bis 4, die oben erwähnte Anordnung mit einem säulenartigen leitenden Bereich C verwendet, wie es in 5(a) und 5(b) dargestellt ist, der in der nichtmagnetischen Isolierschicht 2 ausgebildet ist, die durch die und zwischen den magnetischen Schichten 1, 3 oder 1, 3' gehalten ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die weichmagnetische Schicht 1, die (halb-)hartmagnetische Schicht 3, die leitende eine Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht 4 und die nichtmagnetische Isolierschicht 2, die das magnetische Widerstandselement bilden, vorzugsweise wie folgt ausgebildet.
  • Als weichmagnetische Schicht 1 wird vorzugsweise eine Ni reiche magnetische Schicht verwandt, die als Hauptbestandteil aus NixCoyFez besteht, dessen magnetischer Widerstand problemlos geändert werden kann, dessen Magnetisierungsrichtung in einem niedrigen Magnetfeld leicht umgekehrt werden kann und das die atomare Zusammensetzung X = 0,6 bis 0,9, Y = 0 bis 0,4 und Z = 0 bis 0,3 hat. Typische Beispiele für das Material NixCoyFez sind Ni0,8Co0,15Fe0,05, Ni0,68Co0,2Fe0,12 und ähnliche. Es kann auch eine Co reiche magnetische Schicht verwandt werden, die als Hauptbe standteil aus Nix,Coy,Fez, besteht, dessen Änderung im magnetischen Widerstand größer ist, obwohl der magnetische Betriebswiderstand etwas größer ist und das die atomare Zusammensetzung X' = 0 bis 0,4, Y' = 0,2 bis 0,95, Z' = 0 bis 0,5 hat. Typische Beispiele dieses Materials Nix,Coy,Fez, sind Co0,9Fe0,1, Co0,7Ni0,1Fe0,2 und ähnliches. Die magnetische Schicht aus jedem der oben erwähnten Materialien hat einen kleinen magnetischen Widerstand und ist daher in der Praxis als Material eines magnetischen Widerstandselementes einsetzbar. Als weichmagnetische Schicht, die oben erwähnt wurde, kann auch eine amorphe Legierungsschicht verwandt werden. Da eine solche amorphe Legierungsschicht eine weichen Magnetismus zeigt, selbst wenn sie extrem dünn ist, ist es möglich, die Dicke des magnetischen Widerstandselementes insgesamt zu verringern. Typische Beispiel einer amorphen Legierung sind CoMnB, CoFeB, CoNbB und ähnliches.
  • Weiterhin kann eine Fe-Typ-Schicht verwandt werden. Wenn eine Fe-Typ-Schicht verwandt wird, kann eine große MR Änderungsrate erhalten werden, obwohl der magnetische Widerstand nicht gleich Null ist. In Abhängigkeit von den Verhältnissen kann eine Fe-Typ-Schicht mit relativ großem oder kleinem magnetischen Widerstand erzeugt werden. Eine Fe-Typ-Schicht kann dementsprechend entweder als weichmagnetische Schicht oder als halbhartmagnetische Schicht verwandt werden, wie es später im Einzelnen beschrieben wird.
  • Als (halb-)hartmagnetische Schicht 3 wird vorzugsweise eine magnetische Schicht verwandt, deren magnetische Koerzitivkraft relativ groß ist und die eine quadratisch geformte Magnetisierungskurve hat, so dass die Magnetisierungsrichtung der Schicht in einem zu erfassenden magnetischen Feld nicht umgekehrt wird. Damit das magnetische Widerstandselement einen großen magnetischen Widerstandseffekt erzeugt, ist vorzugsweise Fe oder Co als eines der Hauptbestandteilselemente enthalten. Typische Beispiele von Fe und Co sind Co, Co0,5Fe0,5, Co0,75Pt0,25 und ähnliches.
  • Als leitende ein Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht 4 kann irgendeine Schicht verwandt werden, solange sie den Effekt der Behinderung der Umkehr der magnetischen Schicht 3' in ihrer Magnetisierungsrichtung liefert, wenn die Schicht an der magnetischen Schicht 3' angebracht ist. Beispiele einer derartigen Schicht sind eine antiferromagnetische Schicht aus IrMn, NiMn oder ähnliches und eine hartmagnetische Schicht aus TbCo, SmCo oder ähnliches.
  • Als magnetische Zwischenschicht ist eine Schicht geeignet, die Co oder Fe enthält, um die MR Änderungsrate zu verbessern. Wenn die magnetische Zwischenschicht jedoch an der Grenzfläche zwischen der magnetischen Schicht 1 und der nichtmagnetischen Schicht 2 angeordnet ist, hat die magnetische Zwischenschicht vorzugsweise eine Stärke von nicht mehr als 2 nm, damit der Weichmagnetismus der magnetischen Schichten nicht verloren geht.
  • Als nichtmagnetische Isolierschicht 2 kann eine Oxidschicht aus AlO, NbO oder ähnlichem verwandt werden. Wenn Ionen auf diese Oxidschicht gestrahlt oder in diese Oxidschicht injiziert werden, springt der Sauerstoff in der Schicht an den injizierten Bereichen zurück. Dadurch werden Zonen mit niedriger Sauerstoffkonzentration gebildet, deren Sauerstoffkonzentration niedriger als die der ursprünglichen nichtmagnetischen Isolierschicht 2 ist, wobei diese Zonen als leitende Bereiche dienen. Ein derartige Effekt wird merklich in einer Oxidschicht aus Nb erzeugt. Selbst in einer Nitridisolierschicht, werden jedoch dann, wenn Ionen eingestrahlt oder in diese Schicht injiziert werden, Zonen mit niedriger Stickstoffkonzentration gebildet, deren Stickstoffkonzentration geringer als die der nichtmagnetischen Isolierschicht 2 ist, wobei diese Zonen als leitende Bereiche dienen. Die nichtmagnetische Isolierschicht 2 kann somit irgendeine Schicht sein, solange durch Rückspringen des Sauerstoffs, Stickstoffs oder ähnlichem ein leitender Bereich in der Schicht erzeugt werden kann.
  • Die leitenden Bahnen für die Wortleitungen und die Leseleitungen bestehen vorzugsweise aus einem Metall mit niedrigem Widerstand. Beispiele für ein derartiges Metall sind Au, Cu und ähnliches.
  • Der Mechanismus, nachdem ein feiner leitender Bereich in der nichtmagnetischen Isolierschicht durch Einstrahlen und Injizieren von Ionen gebildet wird, wird im Folgenden betrachtet.
  • Injizierte Ionen treffen auf Sauerstoff-(Stickstoff-)Atome und Metallatome in der nichtmagnetischen Isolierschicht und geben ihre kinetische Energie an die Metallatome und die Sauerstoff-(Stickstoff-)Atome ab. Die Metallatome und die Sauerstoff(Stickstoff-)Atome, die sich zu bewegen beginnen, werden in den jeweiligen Reichweiten bewegt, die durch die Massen und die kinetischen Energien der Atome bestimmt sind, und halten dann an, wenn die Energien verbraucht sind. Eine derartige Reichweite ist um so größer, je kleiner die Masse ist. Die Dicke der nichtmagnetischen Isolierschicht ist auf einen Wert festgelegt, der nicht kleiner als die Reichweite der Sauerstoff-(Stickstoff)Atome ist und der nicht größer als die Reichweite der Metallatome ist. In diesem Fall werden Zonen mit niedriger Sauerstoffkonzentration (niedriger Stickstoffkonzentration), die eine niedrigere Sauerstoff-(Stickstoff-)Konzentration als die Isolierschicht haben, örtlich in der Isolierschicht erzeugt, wenn deren Teile mit einem Ionenstrahl bestrahlt werden, wobei diese als leitende Schichten dienen. Da der Ionenstrahl selbst eine eigene Reichweite hat, sind die leitenden Zonen durch die Dicke der Isolierschicht und die Ionenstrahlreichweite bestimmt.
  • Bei einem Aufbau aus [der magnetischen Schicht 3/der nichtmagnetischen Schicht 2/der magnetischen Schicht 1], der in 1 dargestellt ist, ist die Dicke der nichtmagnetischen Schicht 2 an ihrem Teil oben auf der magnetischen Schicht 1 größer als die Reichweite eines Hochgeschwindigkeitsionenstrahls und ist die Dicke der nichtmagnetischen Schicht 2 an ihren Bereichen C, C' auf den Seiten der magnetischen Schicht so gewählt, dass die obige Bedingung erfüllt ist. Wenn in diesem Fall ein Hochgeschwindigkeitsionenstrahl auf die gesamte Oberfläche des magnetischen Widerstandselementes gestrahlt wird, werden feine leitende Schichten an den vier Randbereichen C, C', C'', C''' nach dem oben beschriebenen Mechanismus gebildet. Was die Größen der leitenden Schichten jeweils anbetrifft, so ist der Querschnitt mit C in einer vergrößerten Ansicht in 1(b) dargestellt, wobei die Tiefe der Injektionstiefe des Strahls entspricht. Diese Abmessungen sind durch die Dicke der weichmagnetischen Schicht 1, die Dicke der nichtmagnetischen Isolierschicht und die Energie des injizierten Strahls bestimmt. Es ist daher möglich, problemlos diese Abmessungen mit hoher Genauigkeit in Nanometergrößenordnung zu steuern. Unter Verwendung einer Maske oder einer Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl, wie sie in 10 dargestellt ist, kann die Bestrahlungsposition eines Hochgeschwindigkeitsionenstrahls daher begrenzt werden. Eine leitende Schicht kann somit an gewünschten ein bis drei Bereichen aus den vier Randbereichen C, C', C'', C''' gebildet werden.
  • Bei dem Aufbau aus [der magnetischen Schicht 3/der nichtmagnetischen Schicht 2/der magnetischen Schicht 1], der in den 5(a) und 5(b) dargestellt ist, kann ein fokussierter Hochgeschwindigkeitsionenstrahl auf die nichtmagnetische Schicht 2 an deren Teil oben auf der magnetischen Schicht 1 gestrahlt werden, bevor die magnetische Schicht 3 gebildet wird. In diesem Fall wird eine feine säulenartige leitende Schicht am bestrahlten Teil C gebildet. Die Abmessungen der leitenden Schicht sind durch die Dicke der nichtmagnetischen Schicht 2 und die Abmessungen des injizierten Strahls bestimmt. Es ist daher möglich, problemlos die Abmessungen der leitenden Schicht mit hoher Genauigkeit im Nanometerbereich zu steuern.
  • Im Folgenden wird anhand von 10 ein Beispiel einer Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl beschrieben, die für die Herstellung des magnetischen Widerstandselementes gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
  • Bei diesem Beispiel umfasst die Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl eine Flüssigmetallionenquelle 21, die durch eine Heizung erhitzt wird, eine Bleielektrode 23, die in der Nähe eines Ionenauslasses vorgesehen ist, eine Kondensorlinse 24 zum Fokussieren der Ionen von der Ionenquelle 21, ein E × B Maskenfilter 26 und eine Strahlblende 25, die als Maskenanalysiereinrichtung dient, sowie Ablenkelektroden 27 zum Abtasten des Strahls, ein Objektiv 28 zum Fokussieren des Ionenstrahls unmittelbar vor einem Substrat (nicht dargestellt), das das Target bildet, einen Probenhalter 29 zum Halten des Substrates und einen Probentisch zum Halten des Probenhalters 29. Die Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl ist in einer Vakuumkammer 20 aufgenommen.
  • Unter Verwendung der Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl, die den oben erwähnten Aufbau hat, kann ein säulenartiger leitender Bereich, wie er in 5(a), (b) dargestellt ist, örtlich gebildet werden.
  • Wenn eine leitende Schicht über einem bestimmten Bereich gebildet wird, wie es in 1 bis 4 dargestellt ist, muss die Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl nicht verwandt werden, es kann jedoch eine Vorrichtung verwandt werden, die Ionen in den bestimmten Bereich injizieren kann. Weiterhin kann ein neutraler Strahl benutzt werden, solange der Strahl ein Teilchenstrahl mit konstanter Energie ist.
  • In der folgenden Beschreibung werden spezielle Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Beispiel 1
  • Durch Zerstäuben wird Ni0,68Co0,2Fe0,12 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 12 nm als magnetische Schicht 1 zu bilden und wird dann eine Oxidschicht aus Nb mit einer Stärke von 10 nm gebildet. Die Oxidschicht wird in Streifenform bemustert. Danach wird eine Oxidschicht aus Nb mit einer Stärke von 5 nm gebildet. In dieser Weise wird eine nichtmagnetische Isolierschicht 2 mit einer Stärke von 15 nm oben auf der magnetischen Schicht 1 gebildet und wird ein nichtmagnetische Isolierschicht 2 mit einer Stärke von 5 nm auf beiden Seiten der magnetischen Schicht 1 gebildet. Durch Zerstäuben wird Co0,5Fe0,5 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 2 nm als magnetische Schicht 3 zu bilden. Danach wird diese Schicht so bemustert, dass die Isolierschicht 2 freiliegt, wie es in 1 dargestellt ist. Ein Ionenstrahl mit einer Energie von 5 keV 50 keV wird auf die freiliegende Isolierschicht gestrahlt, um leitende Bereiche C zu bilden, wie es in 1 dargestellt ist, wodurch ein magnetisches Widerstandselement vom Tunneltyp gebildet wird. Mit einem in den Elektrodenleiterteilen der magnetischen Schichten 1, 3 fließenden elektrischen Strom wurden die Charakteristiken der MR Änderung in vertikaler Richtung der Schichtoberfläche gemessen. Die Ergebnisse sind in 9 dargestellt. Aus 9 ist ersichtlich, dass ein MR Änderung von 18% erhalten wurde, wenn ein Magnetfeld von 50 Oe anliegt.
  • Beispiel 2
  • Durch Zerstäubern wurde Co0,72Mn0,08B0,20 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 2 nm als magnetische Schicht 1 zu bilden. Unter Verwendung eines Verfahrens, das mit dem Beispiel 1 identisch ist, wurde die magnetische Schicht 1 bemustert und wurde eine nichtmagnetische Isolierschicht 2 gebildet. Durch Zerstäuben wurde Co verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 2 nm als magnetische Schicht 3' zu bilden und es wurde IrMn verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 10 nm als eine die Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht 4 zu bilden. Danach wurde die Schicht so bemustert, dass die Isolierschicht freilag, wie es in 2 dargestellt ist. Ionen wurden eingestrahlt und in die freiliegende Isolierschicht injiziert, um leitende Bereiche C zu bilden, wie es in 2 dargestellt ist. Bei einem in den Elektroden fließenden elektrischen Strom wurden die Charakteristika der MR Änderung in vertikaler Richtung der Schichtoberfläche gemessen. Es wurde eine MR Änderungsrate von 10% bei einem anliegenden Magnetfeld von 20 Oe in Richtung des zu erfassenden Magnetfeldes erhalten.
  • Beispiel 3
  • Durch Zerstäuben wurde Ni0,8Fe0,2 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 10 nm als magnetische Schicht 1 zu bilden. Mit einem Verfahren, dass mit dem Verfahren beim Beispiel 1 identisch ist, wurde die magnetische Schicht bemustert und wurde eine nichtmagnetische Isolierschicht 2 gebildet. Durch Zerstäuben wurde Co verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 5 nm als magnetische Schicht 3 zu bilden. Danach wurde diese Schicht so bemustert, dass die Isolierschicht freilag, wie es in 3 dargestellt ist. Ionen wurden auf die freiliegende Isolierschicht gestrahlt und in diese injiziert, um leitende Bereiche C zu bilden, wie es in 3 dargestellt ist. Elektrodenteile S, S' wurden jeweils auf der oberen und der unteren magnetischen Schicht angeordnet, so dass ein magnetischer Widerstandskopf gebildet wurde. Mit einem am Kopf in der Richtung des zu erfassenden Magnetfeldes liegenden Magnetfeld von 10 Oe wurde das erzeugte Ausgangssignal gemessen. Nach Maßgabe des Messergebnisses wurde gefunden, dass das Ausgangssignal des Kopfes des Beispiels 3 gleich dem Sechsfachen des Ausgangssignals eines Kopfes mit ähnlicher Form war, der NiFe-Schichten herkömmlicher MR Materialien verwendet.
  • Beispiel 4
  • Durch Zerstäuben wurde Ni0,8Fe0,2 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 10 nm als magnetische Schicht 1 zu bilden. Mit einem Verfahren, das mit dem Verfahren beim Beispiel 1 identisch ist, wurde die magnetische Schicht 1 bemustert und wurde eine nichtmagnetische Isolierschicht 2 gebildet. Durch Zerstäuben wurde Co verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 5 nm als magnetische Schicht 3 zu bilden. Danach wurde diese Schicht so bemustert, dass die Isolierschicht freilag, wie es in 4 dargestellt ist. Ionen wurde auf die Isolierschicht gestrahlt und in diese injiziert, um leitende Bereiche C zu bilden, wie es in 4 dargestellt ist. Elektroden wurden jeweils auf der oberen und der unteren magnetischen Schicht angeordnet, und es wurden Leseleitungen gebildet. Danach wurde SiO2 zerstäubt, um eine isolierende Schicht zu bilden und wurde Au verdampft und bemustert. Wortleitungen wurden dann gebildet. In dieser Weise wurde ein Speicherelement hergestellt. Ein elektrischer Strom wurde in den Wortleitungen fließen gelassen, um die magnetische Schicht 3 in einer Richtung zu magnetisieren. Dann wurde in den Wortleitungen ein schwacher elektrischer Strom fließen gelassen, um ein Magnetfeld in einer Richtung zu erzeugen, die der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht 3 entgegengesetzt ist und dadurch die Magnetisierungsrichtung nur der magnetischen Schicht 1 umzukehren, und es wurden die Änderungen in Widerstand der Leseleitungen gemessen. Die Messergebnisse zeigen, dass das Ausgangssignal einer Änderung unterworfen war. Wenn ein schwacher elektrischer Strom zum Erzeugen eines magnetischen Feldes in Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht 3 in den Wortleitungen fließen gelassen wurde, ergaben sich keine Änderungen im Ausgangssignal der Leseleitungen. Es versteht sich somit, dass das hergestellte Speicherelement als Speicherelement arbeitet. Selbst wenn ein schwacher Strom mehrmals in den Wortleitungen zum Lesen einer Information fließen gelassen wurde, erfuhr das Ausgangssignal eine Änderung. Es versteht sich somit, dass ein zerstörungsfreies Lesen erfolgen kann.
  • Beispiel 5
  • Durch Zerstäuben wurde Ni0,68Co0,2Fe0,12 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 12 nm als magnetische Schicht 1 zu bilden und es wurde dann eine Oxidschicht aus Nb mit einer Stärke von 10 nm gebildet. Diese Schicht wurde in Streifenform bemustert. In dieser Weise wurde eine nichtmagnetische Isolierschicht 2 mit einer Stärke von 10 nm oben auf der magnetischen Schicht 1 gebildet. Ein fokussierter Ionenstrahl mit einer Energie von 5 keV~50 keV wurde auf die Isolierschicht gestrahlt, um einen leitenden Bereich C zu bilden, wie es in 5(a) und (b) dargestellt ist. Durch Zerstäuben wurde Co0,5Fe0,5 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 2 nm als magnetische Schicht 3 zu bilden. Diese Schicht wurde dann bemustert und so geformt, wie es in 5(a) und (b) dargestellt ist. In dieser Weise wurde ein magnetisches Widerstandselement vom Tunneltyp gebildet. Während ein elektrischer Strom in den Elektrodenleiterteilen der magnetischen Schichten 1, 3 floß, wurde die Charakteristik der MR Änderung in vertikaler Richtung der Schichtoberfläche gemessen. Es wurde eine MR Änderungsrate von 18% bei einem anliegenden Magnetfeld von 50 Oe erhalten.
  • Beispiel 6
  • Durch Zerstäuben wurde Co0,7Mn0,08B0,20 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 2 nm als magnetische Schicht 1 zu bilden. Mit einem Verfahren, das mit dem Verfahren beim Beispiel 5 identisch ist, wurde die magnetische Schicht 1 bemustert und wurde eine nichtmagnetische Isolierschicht 2 gebildet. Fokussierte Ionen wurden auf die Isolierschicht gestrahlt und in diese injiziert, um einen leitenden Bereich C zu bilden. Durch Zer stäuben wurde Co verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 2 nm als magnetische Schicht 3' zu bilden und es wurde IrMn verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 10 nm als eine eine Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht 4 zu bilden. Danach wurden die Schichten in den Formen bemustert, die in 6 dargestellt ist. Leitungselektroden wurden auf den magnetischen Schichten 1 und 3' angeordnet. Bei einem durch die Elektroden fließenden elektrischen Strom wurden die Charakteristika der MR Änderung in vertikaler Richtung der Schichtoberfläche gemessen. Es wurde eine MR Änderungsrate von 10% bei einem anliegenden Magnetfeld von 20 Oe erhalten.
  • Beispiel 7
  • Durch Zerstäuben wurde Ni0,8Fe0,2 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 12 nm als magnetische Schicht 1 zu bilden. Mit einem Verfahren, das mit dem Verfahren beim Beispiel 5 identisch ist, wurde die magnetische Schicht 1 bemustert und wurde eine nichtmagnetische Isolierschicht 2 gebildet. Durch Zerstäuben wurde C0,5Fe0,5 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 2 nm als magnetische Schicht 3 zu bilden. Danach wurde diese Schicht in den Formen bemustert, die in 7 dargestellt sind. Die Verdrahtungen, die durch die Elektroden S, S' dargestellt sind, wurden installiert, wodurch ein magnetischer Widerstandskopf gebildet wurde. Bei einem am Kopf in Richtung des zu erfassenden Magnetfeldes liegenden Magnetfeld von 10 Oe wurde das erzeugte Ausgangssignal gemessen. Nach Maßgabe des Messergebnisses stellte es sich heraus, dass das Ausgangssignal des Kopfes beim Beispiel 7 gleich dem Sechsfachen des Ausgangssignals eines Kopfes mit ähnlicher Form und NiFe-Schichten herkömmlicher MR Materialien war.
  • Beispiel 8
  • Durch Zerstäuben wurde Ni0,8Fe0,2 verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 10 nm als magnetische Schicht 1 zu bilden. Mit einem Verfahren, das mit dem Verfahren beim Beispiel 5 identisch ist, wurde die magnetische Schicht 1 bemustert und wurde eine nichtmagnetische Isolierschicht 2 gebildet. Fokussierte Ionen wurden auf die Isolierschicht gestrahlt und in diese injiziert, um einen leitenden Bereich zu bilden. Durch Zerstäuben wurde Co verdampft, um eine Schicht mit einer Stärke von 5 nm als magnetische Schicht 3 zu bilden. Die Schichten wurden in den Formen bemustert, die in 8 dargestellt sind. Elektroden wurden jeweils auf den oberen und unteren magnetischen Schichten angeordnet und Leseleitungen wurden gebildet. Danach wurde SiO2 zerstäubt, um eine Isolierschicht zu bilden und wurde Au verdampft und bemustert. Wortleitungen wurden dann gebildet. In dieser Weise wurde ein Speicherelement hergestellt. Ein elektrischer Strom wurde in den Wortleitungen fließen gelassen, um die magnetische Schicht 3 in einer Richtung zu magnetisieren. Dann wurde ein schwacher elektrischer Strom zum Erzeugen eines magnetischen Feldes in einer Richtung entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht 3, um die Magnetisierungsrichtung nur der magnetischen Schicht 1 umzukehren, in den Wortleitungen fließen gelassen und wurden die Änderungen im Widerstand der Leseleitungen gemessen. Die Messergebnisse zeigten, dass das Ausgangssignal eine Änderung erfuhr. Wenn ein schwacher elektrischer Strom zum Erzeugen eines magnetischen Feldes in Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht 3 in den Wortleitungen fließen gelassen wurde, erfuhren die Leseleitungen keine Änderungen im Ausgangssignal. Es versteht sich somit, dass das hergestellte Speicherelement als Speicherelement arbeitete. Selbst wenn mehrmals ein schwacher elektrischer Strom in den Wortleitungen fließen gelassen wurde, um eine Information zu le sen, erfuhr das Ausgangssignal eine Änderung. Es versteht sich somit, dass ein zerstörungsfreies Lesen erfolgen konnte.

Claims (13)

  1. Magnetisches Widerstandselement mit einem Grundaufbau, der einen Schichtkörper aus einer magnetischen Schicht (1), einer nichtmagnetischen Isolierschicht (2) und einer magnetischen Schicht (3) umfasst, wobei Elektrodenleiterteile jeweils an den magnetischen Schichten (1, 3) angeordnet sind, durch die und zwischen denen die nichtmagnetische Isolierschicht (2) gehalten ist, und dafür gesorgt ist, dass der Widerstand des magnetischen Widerstandselementes abnimmt, wenn die Magnetisierungsrichtungen der magnetischen Schichten (1, 3) parallel zueinander liegen, und dass der Widerstand zunimmt, wenn die Magnetisierungsrichtungen antiparallel zueinander liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmagnetische Isolierschicht (2) an ihrem freiliegenden Randbereich (C) leitend ausgebildet ist, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den magnetischen Schichten (1, 3) gebildet ist, welcher leitende Bereich (C) wesentlich kleiner als der isolierende Kontaktbereich der nichtmagnetischen Isolierschicht (2) bezüglich der magnetischen Schichten (1, 3) ist.
  2. Magnetisches Widerstandselement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine leitende, eine Umkehr der Magnetisierung behindernde Schicht (4), die auf der Oberfläche einer der magnetischen Schichten (1, 3) ausgebildet ist, um zu behindern, dass die eine magnetische Schicht (1, 3) in ihrer Magnetisierungsrichtung umgekehrt wird.
  3. Magnetisches Widerstandselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmagnetische Isolierschicht (2) einen säulenartigen leitenden Bereich (C) aufweist.
  4. Magnetisches Widerstandselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmagnetische Isolierschicht (2) aus einem Oxid oder Nitrid eines leitenden Materials gebildet ist, und der leitende Bereich (C) eine niedrigere Sauerstoffkonzentration oder Stickstoffkonzentration als der isolierende Kontaktbereich der nichtmagnetischen Isolierschicht (2) hat.
  5. Magnetisches Widerstandselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weichmagnetische Schicht als eine der magnetischen Schichten (1, 3) verwendet ist und eine magnetische Schicht mit einer magnetischen Koerzitivkraft, die größer als die der weichmagnetischen Schicht ist, als andere magnetische Schicht (3, 1) verwendet ist.
  6. Magnetisches Widerstandselement nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Magnetisierungsumkehr behindernde Schicht (4) aus einem leitenden antiferromagnetischen Material besteht.
  7. Magnetisches Widerstandselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der magnetischen Schichten (1, 3) eine Schicht aus einer amorphen Legierung ist.
  8. Magnetisches Widerstandselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Grenzfläche zwischen der nichtmagnetischen Isolierschicht (2) und wenigstens einer der magnetischen Schichten (1, 3) eine magnetische Zwischenschicht vorgesehen ist, die Co oder Fe als eines der Hauptbestandteilselemente enthält und deren Dicke nicht größer als 2 nm ist.
  9. Magnetisches Widerstandselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmagnetische Isolierschicht (2) aus einem Oxid von Nb gebildet ist.
  10. Magnetischer Widerstandskopf mit einem magnetischen Widerstandselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des magnetischen Feldes eines Signals von einem zu erfassenden magnetischen Medium parallel zur Achse der leichten Magnetisierung einer der magnetischen Schichten (1, 3) und unter einem rechten Winkel zur Achse der leichten Magnetisierung der anderen magnetischen Schicht (3, 1) verläuft.
  11. Speicherelement mit wenigstens einem magnetischen Widerstandselement nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Isolierschicht Wortleitungen angeordnet sind, von denen jede aus einer Leiterbahn besteht und die so angeordnet sind, dass sie ein magnetisches Informationsaufzeichnungsfeld in der Nähe des magnetischen Widerstandselementes erzeugen, und dass Informationslesesensorleitungen vorgesehen sind, von denen jede aus einer Leiterbahn besteht und die die Elektrodenleiterteile miteinander verbinden.
  12. Speicherelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von magnetischen Widerstandselementen in Form einer Matrix angeordnet ist, wobei in der Nähe jedes der magnetischen Widerstandselemente zwei isolierte Wortleitungen im rechten Winkel zueinander angeordnet sind, und dass Sensorleitungen vorgesehen sind, von denen jede aus einer Leiterbahn besteht und die die Elektrodenleiterteile miteinander verbinden, die auf und unter jedem magnetischen Widerstandselement ausgebildet sind.
  13. Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Widerstandselementes nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochgeschwindigkeitsionenstrahl oder ein Hochgeschwindigkeitsstrahl aus neutralen Teilchen auf die nichtmagnetische Isolierschicht (2) gestrahlt wird, die aus einem Oxid oder Nitrid eines leitenden Materials gebildet ist und durch die und zwischen den beiden magnetischen Schichten gehalten ist, derart, dass im Bestrahlungsbereich der nichtmagnetischen Isolierschicht ein leitender Bereich gebildet wird, der eine niedrigere Sauerstoffkonzentration oder Stickstoffkonzentration als die nichtmagnetische Isolierschicht hat, und dessen Flächenbereich ausreichend kleiner als der Kontaktbereich der nichtmagnetischen Isolierschicht (2) bezüglich der magnetischen Schichten ist, wobei der leitende Bereich elektrisch die beiden magnetischen Schichten miteinander verbindet.
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