JP2017505538A5 - - Google Patents

Description

Ｒｕ（またはＡｕまたはＡｇ）からなるスペーサ層４１２は、スペーサ層４１２の実現可能な範囲の厚さを可能にし（以下で説明される）、それにより自由層４１０を部分的に固定することができる。部分固定化については、以下でより完全に説明される。

図２に関連して上で説明したように、一般に、強磁性自由層４１０ａ、４１０ｂには、それらに限定されないが、磁界が第１の方向を指す第１の複数の磁気領域、および磁界が第１の方向とは異なる１つまたは複数の方向を指す第２の複数の磁気領域を含む複数の磁気領域を自然に有する傾向がある。上で説明した第１の方向は、自由層４１０の上側および下側の表面に平行であってもよい。第１の複数の磁気領域は、ＧＭＲ素子４００が外部磁界に露出されない場合、ページから出ていくように示されている自由層４１０の正味磁界と整列される磁界指示方向を有するが、ＧＭＲ素子４００が磁界に露出されると回転することができる。上で説明したように、自由層４１０内の第１の複数の磁気領域の磁界指示方向は、外部磁界、例えば４２０に応答して回転する。第２の複数の磁気領域には、第１の方向とは異なる１つまたは複数の方向を指す磁界指示方向を有する傾向がある。

Claims (27)

1. 基板の上に堆積された磁気抵抗素子であって、
   第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造であって、
   第１の強磁性層、
   第２の強磁性層、および
   前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の前記第１の強磁性層と第２の強磁性層の間の第１のスペーサ層であって、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の前記第１の強磁性層と第２の強磁性層の間の反強磁性結合を可能にするように選択された厚さを有する選択された材料からなる、第１のスペーサ層
   を備える、第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と、
   第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造であって、
   第３の強磁性層、
   第４の強磁性層、および
   前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の前記第３の強磁性層と第４の強磁性層の間の第２のスペーサ層であって、前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の前記第３の強磁性層と第４の強磁性層の間の反強磁性結合を可能にするように選択された厚さを有する選択された材料からなる、第２のスペーサ層
   を備える、第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と、
   前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の近傍に配置され、かつ、結合された第１の反強磁性層と、
   前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の近傍に配置され、かつ、結合された第２の反強磁性層であって、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造および第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造が前記第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の間に配置され、前記第１の反強磁性層および第２の反強磁性層がＰｔＭｎからなり、前記第１の反強磁性層は第１の範囲の厚さから選択された第１の厚さを有し、前記第２の反強磁性層は前記第１の範囲の厚さとは異なる第２の範囲の厚さから選択された第２の厚さを有し、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造および第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造内の磁界方向が９０度隔てるように焼きなまされ、前記第１の反強磁性層内の磁界方向が前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造内の前記磁界方向と平行になるように焼きなまされ、前記第２の反強磁性層内の磁界方向が前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造内の前記磁界方向と平行になるように焼きなまされる、第２の反強磁性層と、
   前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の間に配置された自由層構造と、
   前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間に配置された第１の非磁性層と、
   前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間に配置された第２の非磁性層と
   を備え、前記第１の非磁性層の材料が、前記第１の非磁性層の厚さを０．５ｎｍより厚くすることができ、一方、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間の所望の部分固定化を可能にするように選択され、前記第２の反強磁性層が前記第１の反強磁性層より厚い、磁気抵抗素子。
2. 前記第１の非磁性層の前記材料が、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間の磁気結合を最大強磁性結合と最大反強磁性結合の間にすることができるように、前記第１の非磁性層の厚さを０．５ｎｍより厚くすることができるように選択される、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
3. 前記第１の非磁性層が、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間の調整可能なＲＫＫＹ結合を提供するように選択される材料からなる、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
4. 前記第１の非磁性層がＲｕからなる、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
5. 前記第１の非磁性層の厚さが約０．５ｎｍと約４．０ｎｍの間である、請求項４に記載の磁気抵抗素子。
6. 前記第１の非磁性層の厚さが約２．０ｎｍと約４．０ｎｍの間である、請求項４に記載の磁気抵抗素子。
7. 前記第２の非磁性層の材料および厚さが、前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間の実質的にゼロ磁気結合を可能にするように選択される、請求項４に記載の磁気抵抗素子。
8. 前記第２の非磁性層がＣｕ、ＡｕまたはＡｇからなる、請求項４に記載の磁気抵抗素子。
9. 前記第２の非磁性層の厚さが約２．０ｎｍと約３．０ｎｍの間である、請求項４に記載の磁気抵抗素子。
10. 前記磁気抵抗素子がスピンバルブを備える、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
11. 前記磁気抵抗素子がＧＭＲ検知素子を備える、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
12. 前記磁気抵抗素子がＴＭＲ検知素子を備える、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
13. 磁気抵抗素子を製造する方法であって、
    基板の上に前記磁気抵抗素子を堆積させるステップを含み、前記磁気抵抗素子が、
    第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造であって、
    第１の強磁性層、
    第２の強磁性層、および
    前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の前記第１の強磁性層と第２の強磁性層の間に配置された第１のスペーサ層であって、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の前記第１の強磁性層と第２の強磁性層の間の反強磁性結合を可能にするように選択された厚さを有する選択された材料からなる、第１のスペーサ層
    を備える、第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と、
    第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造であって、
    第３の強磁性層、
    第４の強磁性層、および
    前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の前記第３の強磁性層と第４の強磁性層の間に配置された第２のスペーサ層であって、前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の前記第３の強磁性層と第４の強磁性層の間の反強磁性結合を可能にするように選択された厚さを有する選択された材料からなる、第２のスペーサ層
    を備える、第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と、
    前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の近傍に配置され、かつ、結合された第１の反強磁性層と、
    前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の近傍に配置され、かつ、結合された第２の反強磁性層であって、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造および第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造が前記第１の反強磁性層と第２の反強磁性層の間に配置され、前記第１の反強磁性層および第２の反強磁性層がＰｔＭｎからなり、前記第１の反強磁性層は第１の範囲の厚さから選択された第１の厚さを有し、前記第２の反強磁性層は前記第１の範囲の厚さとは異なる第２の範囲の厚さから選択された第２の厚さを有し、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造および第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造内の磁界方向が９０度隔てるように焼きなまされ、前記第１の反強磁性層内の磁界方向が前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造内の前記磁界方向と平行になるように焼きなまされ、前記第２の反強磁性層内の磁界方向が前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造内の前記磁界方向と平行になるように焼きなまされる、第２の反強磁性層と、
    前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の間に配置された自由層構造と、
    前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間に配置された第１の非磁性層と、
    前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間に配置された第２の非磁性層と
    を備え、前記第１の非磁性層の材料が、前記第１の非磁性層の厚さを０．５ｎｍより厚くすることができ、一方、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間の所望の部分固定化を可能にするように選択され、前記第２の反強磁性層が前記第１の反強磁性層より厚い、方法。
14. 前記第１の非磁性層の前記材料が、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間の磁気結合を最大強磁性結合と最大反強磁性結合の間にすることができるように、前記第１の非磁性層の厚さを０．５ｎｍより厚くすることができるように選択される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造および前記第１の反強磁性構造を、第１の焼きなまし温度で、第１の焼きなまし磁界で、第１の焼きなまし磁界方向で、かつ、第１の焼きなまし継続期間で焼きなますステップと、
    前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造および前記第２の反強磁性構造を、第２の焼きなまし温度で、第２の焼きなまし磁界で、第２の焼きなまし磁界方向で、かつ、第２の焼きなまし継続期間で焼きなますステップと
    をさらに含み、
    前記第１の焼きなまし磁界方向が選択された磁化方向にあり、
    前記第２の焼きなまし磁界方向が前記第１の焼きなまし磁界方向に対して直角であり、
    前記第１の焼きなまし磁界が前記第２の焼きなまし磁界より大きく、前記第２の焼きなまし磁界が、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の焼きなまし、または前記第１の反強磁性構造の焼きなましに影響を及ぼすことなく、前記第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造の焼きなまし、および前記第２の反強磁性構造の焼きなましが得られるように選択される、
    請求項１３に記載の方法。
16. 前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造および第２の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造がいずれも２つまたはそれ以上のＣｏＦｅ層からなる、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の焼きなまし磁界が約１テスラであり、前記第２の焼きなまし磁界が約１テスラである、請求項１５に記載の方法。
18. 前記第１の焼きなまし温度が約２９５℃であり、前記第２の焼きなまし温度が約１６０℃であり、前記第１の焼きなまし継続期間が約１時間であり、前記第２の焼きなまし継続期間が約１時間である、請求項１７に記載の方法。
19. 前記第１の非磁性層の厚さが約０．５ｎｍと約４ｎｍの間である、請求項１３に記載の方法。
20. 前記第１の非磁性層が、前記第１の合成反強磁性体（ＳＡＦ）構造と前記自由層構造の間の調整可能なＲＫＫＹ結合を提供するように選択される材料からなる、請求項１３に記載の方法。
21. 前記第１の非磁性層がＲｕからなる、請求項１３に記載の方法。
22. 前記自由層構造が、一緒に結合され且つ間にスペーサ層を有しない第１の強磁性自由層および第２の強磁性自由層を備える、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
23. 前記第１の強磁性自由層がＣｏＦｅからなり、前記第２の強磁性自由層がＮｉＦｅからなる、請求項２２に記載の磁気抵抗素子。
24. 前記磁気抵抗素子はヨーク形状を有する、請求項２３に記載の磁気抵抗素子。
25. 前記磁気抵抗素子はヨーク形状を有する、請求項１に記載の磁気抵抗素子。
26. 前記ヨーク形状の長さ（Ｌ）および前記ヨーク形状の横方向アームの長さ（ｄ）はそれぞれ前記ヨーク形状の幅（ｗ）の少なくとも３倍であり、前記ヨーク形状の幅（ｗ）は約１μｍと約２０μｍの間であり、前記長さ（Ｌ）は前記ヨーク形状の最も長い寸法である、請求項２４に記載の磁気抵抗素子。
27. 前記ヨーク形状の長さ（Ｌ）および前記ヨーク形状の横方向アームの長さ（ｄ）はそれぞれ前記ヨーク形状の幅（ｗ）の少なくとも３倍であり、前記ヨーク形状の幅（ｗ）は約１μｍと約２０μｍの間であり、前記長さ（Ｌ）は前記ヨーク形状の最も長い寸法である、請求項２５に記載の磁気抵抗素子。

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