JPH07210832A

JPH07210832A - 多層磁気抵抗センサ

Info

Publication number: JPH07210832A
Application number: JP6269414A
Authority: JP
Inventors: Kevin R Coffey; ケビン・ロバート・コフィ; Robert E Fontana; ロバート・エドワード・フォンタナ; James K Howard; ジェームス・ケント・ハワード; Todd L Hylton; トッド・ラニアー・ヒルトン; Michael A Parker; マイケル・アンドリュー・パーカー; Ching H Tsang; チン・ファ・ツァン
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1994-11-02
Publication date: 1995-08-11
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: PH30835A; CA2134711A1; SG42849A1; US5452163A; EP0660127A2; KR950020420A; ATE221999T1; CN1122498A; EP0660127B1; CN1068689C; JP2784461B2; KR0146012B1; DE69431149D1; EP0660127A3; DE69431149T2; BR9405159A; TW277132B; MY116219A

Abstract

(57)【要約】【目的】【構成】磁気抵抗読出しセンサが、平面配列内の１個
以上の磁気抵抗素子から形成される多層センシング素子
を組込む。各磁気抵抗素子は、非磁性層により分離され
る少なくとも２つの強磁性層の多層構造を有する。強磁
性層はその対向エッジにおいて、静的磁気結合により反
響磁性的に結合される。スペーサ層により磁気抵抗セン
シング素子から分離されるバイアス層が、磁気抵抗セン
シング素子をリニア応答の所望の非信号ポイントにバイ
アスするための磁場を提供する。磁気抵抗センシング素
子が、基板上に強磁性材料層と非磁性材料層とを交互に
付着し、次にフォトリソグラフィック技術により、出来
上がった構造をパターン化することにより形成され、磁
気抵抗素子の平面配列を提供する。導電層が配列上に付
着され、磁気抵抗素子を分離する空間を充填し、構造の
平面内の素子間の電気的導電性を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に磁気媒体に記録さ
れる情報信号を読出す磁気トランスジューサに関し、特
に、強磁性層が反強磁性的に結合される多層強磁性構造
により示される巨大磁気抵抗にもとづく磁気抵抗読出し
センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気媒体から高密度記録データを
読出すために、磁気抵抗（ＭＲ）センサまたはヘッドと
して参照される磁気読出しトランスジューサを使用する
ことが知られている。ＭＲセンサは、磁性材料により製
作される読出し素子の抵抗変化を通じ、磁場信号を読出
し素子によりセンスされる磁束の強さ及び方向の関数と
して検出する。これらの従来のＭＲセンサは異方性磁気
抵抗（ＡＭＲ：anisotropic magnetoresistive）効果に
もとづいて動作し、そこでは読出し素子抵抗の成分は、
磁化方向と読出し素子を流れるセンス電流の方向との間
の角度の余弦の平方（cos²）として変化する。ＡＭＲ効
果に関する詳細が、D．A．Thompsonらによる"Memory、s
torage、and Related Applications"（IEEE Trans ．Ma
g．MAG-11、p．1039（１９７５年））に述べられてい
る。

【０００３】Takinoらによる米国特許第４８９６２３５
号"Magnetic Transducer Head Utilizing Magnetoresis
tance Effect" （１９９０年１月２３日出願）は、ＡＭ
Ｒを用いる、非磁性層により分離される第１及び第２の
磁性層を含む多層磁気センサを開示しており、そこでは
少なくとも１つの磁性層がＡＭＲ効果を示す材料から成
る。各磁性層内の磁化容易軸は、印加される磁気信号に
垂直にセットされ、それによりＭＲセンサ素子のセンサ
電流が磁性層内に容易軸に平行な磁場を提供し、センサ
内のバルクハウゼン・ノイズ（Barkhausen noise）が除
去または最小化される。H．Suyamaらによる"Thin Film
MR Head for High Density Rigid DiskDrive"（IEEE Tr
ans．Mag．、Vol．24、N0．6、１９８８年（page 2612-
2614 ））はTakinoらにより開示されるのと類似の多層
ＭＲセンサを開示する。

【０００４】ＡＭＲ効果を利用する磁気抵抗読出しセン
サは、一般に多くの理由から誘導センサよりも優れ、最
も注目する点は、大きな信号、及びセンサと磁気媒体間
の相対運動に依存しない信号対ノイズ比率である。しか
しながら、５ギガビット／平方インチ（inch² ）を越え
るデータ記録密度では、ＡＭＲセンサは不十分な感度を
提供するものと予想される。これらの密度における信号
強度の損失は、主に高記録密度において要求されるＭＲ
センサ・ストライプの薄さによる。更にＡＭＲ効果は１
０ナノメートル（ｎｍ）以下のセンサ・ストライプ厚で
は急速に減少し、例えば３ｎｍの厚みでは、デルタＲ／
Ｒは約０．５％である。

【０００５】第２に、異なるより際立った磁気抵抗効果
が指摘されており、層構造の磁気センサの抵抗変化が、
強磁性層を分離する非磁性層を介して強磁性層間を通過
する伝導電子のスピン依存伝導、及び層界面における付
随のスピン依存分散に起因する。この磁気抵抗効果は"
巨大磁気抵抗効果"（ＧＭＲ：giant magnetoresistivee
ffect）または"スピン・バルブ効果" として参照され
る。適切な材料により製作されるこうした磁気抵抗セン
サは、ＡＭＲ効果を利用するセンサよりも改善された感
度及びより大きな抵抗変化を提供する。このタイプのＭ
Ｒセンサでは、非磁性層により分離される１対の強磁性
層間の面内抵抗（in-plain resistance ）が、２つの層
の磁化方向の間の角度の余弦（cos）として変化する。

【０００６】G．Binaschらによる"Enhanced Magnetores
istance in Layered Magnetic Structures with Antife
rromagnetic Interlayer Exchange"（American Physica
l Society、Physical Review B、Vol．39、No．7、１９
８９年３月１日）は、クロムの薄い非磁性中間層により
分離される鉄の隣接層間の反強磁性交換結合による、磁
気抵抗効果の著しい増大について述べている。Grunberg
による米国特許第４９４９０３９号は、磁性層内の磁化
の逆平行アラインメントにより引き起こされる増大ＭＲ
効果を生じる層化磁気構造について述べている。層構造
において使用可能な材料として、Grunbergは強磁性遷移
金属及び合金をリストしているが、より大きなＭＲ信号
振幅に適切な材料については、そのリストから指摘して
いない。

【０００７】本出願人に権利譲渡される米国特許第５０
２６５９０号は、非磁性材料の薄層により分離される２
つの隣接強磁性層間の抵抗が、２つの層の磁化方向の間
の角度の余弦として変化し、センサを流れる電流の方向
には依存しないＭＲセンサを開示する。この機構はスピ
ン・バルブ効果にもとづく磁気抵抗を生成し、この磁気
抵抗の大きさは、材料の選択的な組合せにより、ＡＭＲ
よりも大きくなる。

【０００８】上記米国特許で述べられるスピン・バルブ
構造は、２つの強磁性層の一方の磁化方向が選択方位に
固定または"拘束（pin ）"され、非信号状態において、
他の強磁性層の磁化方向が固定層の磁化方向に垂直に向
くことを要求する。更にＡＭＲ及びスピン・バルブ構造
の両方において、バルクハウゼン・ノイズを最小化する
ために、読出し素子の少なくともセンシング部分を単一
の磁区（magnetic domain ）状態に維持する水平バイア
ス場の提供が必要である。従って、磁化方向を固定し、
水平バイアス場を提供する手段が要求される。例えば、
上記特許出願及び特許において述べられるように、反強
磁性材料の追加層が強磁性層に接触するように形成さ
れ、交換結合バイアス場を提供する。代わりに強磁性層
にハード・バイアスを提供するために、隣接する磁気的
にハードな層を使用することも可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、多層
構造におけるＧＭＲ効果にもとづく低フィールドＭＲ磁
気センサを提供することである。

【００１０】本発明の別の目的は、１つ以上の強磁性層
における磁化方向を固定するための追加の構造手段、ま
たはフィールド・センシング素子のための水平バイアス
場の提供を必要としないＭＲセンサを提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】これらの及び他の目的及
び利点が、本発明の原理により達成される。多層ＭＲセ
ンシング素子を組込むＭＲ読出しセンサが、適切な基板
上に形成される層構造を含み、それには強磁性材料の複
数の層から成る磁気抵抗センシング素子が含まれ、各強
磁性層が非磁気導電材料層により隣接層から分離され
る。ＭＲセンシング素子は、基板上の適切な絶縁用及び
保護用の下層上に、強磁性材料層及び非磁性導電材料層
を交互に付着することにより形成される。多層構造はま
た保護層によって覆われる。好適な実施例では、交互の
磁性層及び非磁性層を有する薄膜が、マグネトロン・ス
パッタリング技術により備えられる。付着が完了する
と、生成された薄膜構造がフォトリゾグラフィック技術
によりパターン化され、 "ドット状" 構造の配列を基板
表面上に形成する。ドットはおおよそ２μｍ以下の長手
寸法を有し、おおよそ２μｍの間隔で配列される。ＭＲ
センサ読出し素子は単一のまたは幾つかのドット状構造
を有する。各ドット構造内の強磁性層のエッジ間の弱い
反強磁性結合により、隣接強磁性層内において、各強磁
性層内の磁化が逆平行にアラインメントされる。電流源
がＭＲセンサにセンス電流を提供し、この電流がセンシ
ング素子を通じて、強磁性層内の磁気モーメントの回転
によるＭＲセンサの抵抗変化に比例する電圧降下を生成
し、印加される外部磁場の関数としてセンスされる。Ｍ
Ｒセンサの抵抗は、２つの隣接強磁性層の磁化方向の間
の角度の余弦として変化する。抵抗は強磁性層の磁化が
逆平行すなわち反対方向を向く時、最大となる。抵抗は
強磁性層の磁化が平行すなわち同一方向の時、最小とな
る。

【００１２】本発明は、磁気抵抗センシング素子が非磁
性層により分離される複数の隣接する磁性層から構成さ
れるＭＲセンサを提供し、そこでは個々の磁気モーメン
トが印加される磁気信号に応答して回転する。この応答
は制限された磁区運動による磁気モーメントの回転の結
果であるので、バルクハウゼン・ノイズを最小化するた
めの水平バイアス場が不要となる。

【００１３】

【実施例】図１を参照すると、本発明が磁気ディスク記
憶システムとして示されるが、本発明は磁気テープ記録
システムなどの他の磁気記録システム、またはセンサが
磁場を検出するために使用される他の応用例にも適用可
能なことは明らかである。磁気ディスク記憶システム
は、スピンドル１４上に支持され、ディスク駆動モータ
１８により回転される少なくとも１つの回転磁気ディス
ク１２を含む。ディスク１２上には少なくとも１つのス
ライダ１３が配置され、各スライダ１３は、通常、読出
し／書込みヘッドと呼ばれる１つ以上の磁気読出し／書
込みトランスジューサ２１を支持する。各ディスク上の
磁気記録媒体は、ディスク１２上の同心データ・トラッ
クの環状パターンの形態をとる。ディスクが回転する
と、スライダ１３がディスク表面２２上を半径方向に移
動され、ヘッド２１が所望のデータが記録されるディス
ク上の異なる部分をアクセスする。各スライダ１３はサ
スペンション１５によりアクチュエータ・アーム１９に
結合される。サスペンション１５はスライダ１３をディ
スク面２２に対してバイアスする弱いスプリング力を提
供する。各アクチュエータ・アーム１９はアクチュエー
タ手段２７に結合される。アクチュエータ手段は図１に
示されるように、例えばボイス・コイル・モータ（ＶＣ
Ｍ）である。ＶＣＭは固定磁場内で移動するコイルを含
み、コイル移動の方向及び速度は、制御装置により供給
されるモータ電流信号により制御される。

【００１４】ディスク記憶システムの動作中、ディスク
１２の回転がスライダ１３とディスク面２２との間にエ
ア・ベアリングを生成し、これがスライダに上向きの力
または揚力を与える。エア・ベアリングはサスペンショ
ン１５の弱いスプリング力と平衡し、小さな実質的に一
定の空間により、動作中にスライダ１３をディスク面の
僅か上方に支持する。

【００１５】ディスク記憶システムの様々なコンポーネ
ントが、制御ユニット２９により生成される制御信号に
よりオペレーション制御される。こうした制御信号に
は、アクセス制御信号及び内部クロック信号が含まれ
る。通常、制御ユニット２９は論理制御回路、記憶手段
及びマイクロプロセッサなどを含む。制御ユニット２９
は、ライン２３上の駆動モータ制御信号、ライン２８上
のヘッド位置及びシーク制御信号などの様々なシステム
・オペレーションを制御する制御信号を生成する。ライ
ン２８上の制御信号は、選択スライダ１３を関連ディス
ク１２の所望のデータ・トラック上に最適に移動及び位
置決めする所望の電流プロファイルを提供する。読出し
及び書込み信号が記録チャネル２５により、読出し／書
込みヘッド２１との間で伝達される。

【００１６】典型的な磁気ディスク記憶システムの上述
の説明及び図１は、代表的な１例に過ぎない。ディスク
記憶システムが非常に多数のディスク及びアクチュエー
タを含み、各アクチュエータが多数のスライダを支持し
てもよい。

【００１７】図２乃至図４を参照すると、図２は多層磁
気構造３０の斜視図であり、磁性材料による２つの層３
１、３３を含み、これらの層が非磁性材料層３５により
分離される。非磁性材料層３５は電気的な導電材料、或
いはトンネル効果により磁性材料層間の伝導電子の伝導
を可能とする十分薄い絶縁材料層である。磁性層３１、
３３はニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）またはコバルト
（Ｃｏ）、或いはそれらの合金であるＮｉＦｅ（パーマ
ロイ）などの強磁性材料から成る。磁性材料及び非磁性
材料の層がスパッタリングなどにより交互に付着され、
個々の層の厚みはクオーツ・モニタなどにより制御され
る。磁気構造３０の長さ寸法は数ミクロンであるが、好
適には約２．０μｍ以下である。磁性層３１、３３の厚
みは１０乃至１００の範囲であり、非磁性層３５の厚
みは１０乃至４００の範囲である。

【００１８】通常、図２及び図３に示されるような多層
磁気構造は、かなり大きな層間磁気結合を示し、これは
スペーサ層の厚みが約１ｎｍの周期で変化すると、強磁
性から反強磁性に振動する。この交換結合を利用する実
際のＭＲセンサは、層厚のばらつきに非常に敏感なた
め、製作が困難である。一方、強磁性材料はキュリー温
度以下では、ドメイン内の磁気モーメントが平行に並
び、図２及び図３においてそれぞれプラス及びマイナス
記号により示されるように、正極またはＮ極が層の一方
のエッジに、また負極またはＳ極が反対エッジに来る。
この結果、交換相互作用ではなく静的磁気相互作用（ma
gnetostatic interaction ）により、矢印３４で示され
るように、隣接層間に弱い反強磁性結合が生じる。ネッ
ト相互作用場は、静的磁気相互作用及び交換相互作用の
和である。交換相互作用が強磁性の場合、これは部分的
または完全に常に反強磁性である静的磁気相互作用を相
殺する。反強磁性オーダ及びＧＭＲは、ネット相互作用
場が反強磁性の場合にのみ達成される。

【００１９】相互作用場の制御は幾つかの方法により達
成される。通常、交換相互作用の大きさは、磁性層及び
スペーサ層の構成及び厚みにより変化する。一般に、ス
ペーサ層及び磁性層の厚みが増すと、交換相互作用場が
小さくなる。更に、構造の物理サイズとして、例えば図
２の長さｌ及び幅ｗが小さくなると、静的磁気結合によ
る反強磁性場の強度が増大する。図４の曲線３２及び３
６は、それぞれ２０厚のＣｕ層により分離される２つの
隣接する２０厚のＮｉＦｅ層の磁気構造サイズに対す
る、反強磁性相互作用場の強度及び強磁性交換場の強度
をそれぞれ表す。図４に表される例では、反強磁性相互
作用場３２は粒子寸法が約６μｍのところで、強磁性相
互作用場３６にほぼ等しくなる。６μｍ以下の寸法を有
する粒子では、ネット相互作用場は常に反強磁性であ
り、隣接強磁性層内において磁化方向の逆平行アライン
メントを保証する。

【００２０】図４の曲線３２は、２つの偏平な楕円粒子
が楕円粒子の中心軸に沿って、２０厚のスペーサ層によ
り分離されて互いに積み重ねられ、磁化方向が一様且つ
各粒子の長軸に平行であることを仮定するモデル計算の
結果を示す。短軸長すなわち各粒子の厚みは２０であ
る。相互作用場の強度が粒子の長手の径に対してプロッ
トされる。反強磁性相互作用場の強度は、長手の径が減
少すると増加する。これは粒子が偏平でなくなるにつ
れ、層のエッジの相対的影響が増すからである。反強磁
性場の強度と粒子の厚みとの間には、類似ではあるが、
逆の関係が観測される。重要な物理パラメータは、厚み
対径の比率である。更に、同一の厚み対径比率を有する
粒子は、ほぼ同じ静的磁場強度を生成する。例えば２μ
ｍ幅で２０厚の１対の粒子は、約１５エルステッド
（Ｏｅ）の静的磁場強度を生成する（図４参照）。同様
に、１μｍ幅で１０厚の１対の粒子は、約１５Ｏｅの
静的磁場強度を生成する

【００２１】図５、図６及び図７を参照すると、本発明
の原理による多層磁気構造４０は、非磁性材料のスペー
サ層４９により分離される２つの強磁性材料の隣接層４
７及び５１、キャッピング層５３、及び適切な基板４１
上のシリカ（ＳｉＯ₂ ）層４３上に付着される下層４５
を含む。例えば、好適な実施例は次の構造を有する。Ｔａ（５０）／ＮｉＦｅ（２０）／Ａｇ（４０）
／ＮｉＦｅ（２０）／Ｔａ（４０）／ＳｉＯ₂（７
００）／Ｓｉ

【００２２】Ｔａキャッピング層５３は、大気への露出
または続く工程から生じる腐食及び他の不適な影響から
磁性層を保護する。Ｔａ下層４５は磁性層４７の付着の
ためにシリカ層４３の表面に準備され、また磁性層内に
おける所望の結晶及び磁気特性の形成を促進する。磁性
層に使用される材料に依存して、キャッピング層及び下
層の一方または両方が要求されてもよい。

【００２３】層化磁気構造４０は次に図６に示されるよ
うにパターン化及びエッチングされ、図７に表されるド
ット配列５０を生成する。磁気構造はシリカ層４３の表
面までエッチングされ、磁気ドット５５の配列を形成す
る。各ドットは図５に示される層構造を有する。電気的
導電材料の導電層５７が次にドット配列上に付着され、
ドット５５間の空間５９を充填し、この構造を通じて電
気的導電性を提供する。ドット５５の長手寸法（径）は
好適には２．０μｍ以下である。図６及び図７はドット
がドット径のオーダで離れているように示されるが、ド
ットは好適には物理的接触を防ぐ現実的に可能な距離ま
で接近され、強磁性層のエッジ間における所望の静的磁
気結合を提供するための十分な分離を提供する。ドット
５５が接触したり十分に離されない場合には、不適な交
換または静的磁化相互作用が発生し、低い信号対ノイズ
比率及び低い感度につながる。パターン化ドット配列５
０は、既知のフォトリソグラフィ技術、及びイオン・ミ
リング（ＲＩＥ）またはウェット・エッチング（wet et
ching ）などのエッチング技術を用いて生成される。

【００２４】図８乃至図９及び図１０乃至図１３を参照
すると、多層構造及び上述の材料及び寸法を有し、５０
０厚のタンタル（Ｔａ）オーバレイ層５７を有する磁
気フィルムを含むテスト・サンプルにおいて測定される
磁気抵抗が示される。図８はＴａオーバレイ層が導電層
として作用するパターン化フィルム５０における、磁化
ハード軸及び容易軸に沿う、磁気抵抗対印加磁場強度の
関係をプロットする。同様に、図９は非パターン化フィ
ルム４０における、磁化ハード軸及び容易軸に沿う、磁
気抵抗対印加磁場強度の関係をプロットする。異方性Ｍ
Ｒ効果（ＡＭＲ）は平行曲線８１及び垂直曲線８３の差
に相当する。巨大ＭＲ効果（ＧＭＲ）は２つの曲線８
１、８３の平均である。非パターン化フィルムは、大き
なＡＭＲ効果と小さなＧＭＲ成分を示す。それに対し
て、パターン化フィルム５０は大きなＧＭＲ効果と小さ
なＡＭＲ成分を示す。パターン化フィルムはヒステリシ
スを示さないかほとんど示さないが、非パターン化フィ
ルムは容易軸に沿って実質的なヒステリシスを示す。パ
ターン化及び非パターン化テスト・フィルムの両方にお
けるＭＲ効果の測定値は、Ｔａオーバレイ層からの電流
分岐（current shunting）、及び磁気多層構造とＴａオ
ーバレイ層との間の弱い電気接触のために小さい。これ
らは工程上の問題であり、実際のＭＲセンサ・デバイス
では容易に解決される。同一のまたは類似の構造の非パ
ターン化オーバレイ化磁気フィルムでは、ＡＭＲ効果の
大きさは約０．２％乃至０．４％であることが知られて
いる。パターン化テスト・フィルム５０では、ＡＭＲ効
果はＧＭＲ効果のおおよそ７．６％であり、これはＧＭ
Ｒ効果が２．５％乃至５．０％であることを意味する。
多層構造により示されるＭＲ効果の大きさを示すデルタ
Ｒ／Ｒは、使用される材料の選択、及び磁性層及び非磁
性層の厚みにより主に決定される。

【００２５】図１０乃至図１３は、パターン化フィルム
５０及び非パターン化フィルム４０における、ハード軸
及び容易軸方向の磁化対印加磁場強度（Ｈ）の関係をそ
れぞれプロットする。テスト・フィルム内で測定される
磁性材料の量は極めて少ないため、特にパターン化フィ
ルム５０の測定データでは相当な量のバックグラウンド
・ノイズが観測される。非パターン化フィルム４０は、
約３Ｏｅの異方性場が誘導される強磁性的に結合される
多層構造における、典型的なハード軸及び容易軸ヒステ
リシス・ループを示す。しかしながら、ドット配列パタ
ーン化フィルム５０のデータは、おおよそ２０Ｏｅの相
互作用場（飽和場に等しい）を有する反強磁性的オーダ
の多層構造の特性を示し、これは図８及び図９に示され
る磁気抵抗曲線の飽和場と一致する。調査した全てのパ
ターン化テスト・フィルムにおいてヒステリシスは存在
しないかほとんど存在せず、特にハード軸に沿うＭ／Ｍ
_Sについては、Ｈとほぼリニアな関係が観測された。図
８及び図９に示されるデータは、磁性層が単一の磁区で
あることをほのめかしている。

【００２６】図１４及び図１５を参照すると、ドット配
列は上述のＧＭＲ効果を示すことが期待されるパターン
に限るものではない。一般に、多層内に不連続性または
裂け目が存在すると、多層構造内の磁性層間に反強磁性
の静的磁気相互作用が発生し、磁化の優先方向のある成
分（形状、結晶構造、表面構造などの構造の特定の異方
性により決定されるか誘導される）が、その不連続線に
垂直となる。反強磁性に配列される傾向がないほとんど
のパターン化構造は、到る所平行なエッジ及びライン長
に沿う容易軸を有する細長のライン構造であり、例え
ば、典型的な従来のＭＲストライプ構造を取る。不連続
性の周期及びサイズは、層間の相互作用場を決定する。
複雑な多重ドメインの振舞いが幾つかの構造において示
される。図１４に示される多層フィルム内に形成される
ホールまたはアパーチャ９３の配列９０などの他の構
造、或いは図１５に示される接続または結合ドット９４
の配列９２などの幅調整されるラインが、単純で大きな
スケールのＧＭＲデバイスを提供し、磁気記録システム
で使用されるＭＲ読出しヘッドの他にも応用例を見い出
すものと思われる。

【００２７】図１６を参照すると、本発明の別の実施例
が示される。ここでは磁性材料の磁性層４７及び５１
が、非磁気スペーサ層４９により分離される。この構造
の磁気抵抗は、磁性層４７、５１とスペーサ層５１との
界面に追加される磁性材料の非常に薄い層により高めら
れる。例えば、構造４０のＮｉＦｅ層４７、５１とスペ
ーサ層４９との界面に形成されるコバルト（Ｃｏ）の薄
層４６、４８は、構造の観測される磁気抵抗を著しく増
大する。

【００２８】図１７を参照すると、本発明の更に別の実
施例が示され、ここでは多層磁気構造が次に示す一般的
構造を有するｎ磁性層を含む。

【数１】

【００２９】ここでｘ、ｙ＝１０乃至４００であ
り、ｎ＝２乃至１０であり、更に次式で示されるよう
に、偶数番目の層の総厚が奇数番目の層の総厚に等し
い。

【数２】

【００３０】例えば、Ｓｉの適切な基板１２１上のＳｉ
Ｏ₂ の表面層１２３上に、ＮｉＦｅの磁性層１２７、１
３１、１３５、１３９がＡｇの非磁気スペーサ層１２
９、１３３、１３７と交互に配置され、Ｔａのキャップ
層１４１及び下層１２５が更に形成される。Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏまたはそれらの合金などの任意の適切な強磁性
材料が、磁性層材料として使用される。同様にＡｕまた
はＣｕなどの任意の適切な非磁性材料が、非磁性スペー
サ層材料として使用される。図５及び図６に関連して上
述したように、長手寸法が１０．０μｍ以下であり、層
間のネット相互作用が反強磁性であるように（例えば図
４に示される）、最大長が制限されるドットまたは他の
適切な形状の配列が、フォトリソグラフィック及びミリ
ングまたはエッチング技術により準備される。次に導電
層（図６に示される）がドット配列上に付着され、配列
内のドット間の空間を充填し、構造に渡って電気的導電
性を提供する。図１４及び図１５に関連して上述された
他のパターン配列もまた好適である。ホール配列９０ま
たは幅調整されるライン９２などの、磁性層内において
連続性を保持するパターン化構造では、導電層５７が要
求されない。この種のパターン化構造では、キャッピン
グ層だけが要求される。

【００３１】図１８を参照すると、本発明の原理により
多層センシング素子を組込むＭＲ磁気センサが示され
る。ＭＲセンサ１５０は適切な基板１５１上に磁性材料
の磁気バイアス層１５３、非磁気スペーサ層１５５及び
多層ＭＲセンサ層１５７が付着される。基板１５１は硝
子、サファイア、水晶、マグネシウム、酸化物、シリコ
ン、二酸化ケイ素、Ａｌ₂Ｏ₃−ＴｉＣまたは他の適切な
材料である。下層１５２が最初に基板１５１上に付着さ
れる。下層１５２の目的は続いて付着される磁性層１５
３及び１５５の集合組織（texture）、粒子サイズ及び
形態（morphology）を最適化することである。下層１５
２は電流分岐効果を最小化するために、高い抵抗を有さ
なければならない。一般にタンタル（Ｔａ）、ルテニウ
ム（Ｒｕ）または酸化アルミニウムなどの非磁性高抵抗
材料が、下層１５２に適する。ＭＲセンサ層１５７上に
は、Ｔａまたは例えばＳｉＯ₂、ＡｌＯ₂などの他の好適
な材料によるキャッピング層１５９が付着され、続く層
及び処理工程からの腐食保護及び絶縁を提供する。

【００３２】多層ＭＲセンサ層１５７は、図５、図６、
図１６及び図１７に関連して上述したように、ドット配
列にパターン化された互い違いの磁性層及び非磁性層を
含む。好適な実施例では、ＭＲセンサ層１５７は、適切
な長さ及び幅を有する単一の一般に正方形または長方形
のドット素子を含み、これらの寸法は所望のデータ・ト
ラック幅及び磁性層間の反強磁性相互作用場を提供する
ための条件により決定される。多層ＭＲセンサ層１５７
は好適には、磁性材料ベース層上に付着される１乃至１
０の磁性材料及び非磁性材料の２重層を含む。磁性層は
強磁性材料から成り、これは好適にはＮｉＦｅである
が、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ及びこれらの材料の強磁性合金な
どの任意の適切な強磁性材料により形成される。スペー
サ層は好適には、Ａｕ、ＡｇまたはＣｕなどの非磁気金
属導電性材料から形成されるが、適切な導電性を有する
または伝導電子の伝導を可能とする十分に薄い非磁性材
料によっても形成される。

【００３３】バイアス層１５３はＭＲセンサ層１５７に
対して横方向のバイアス磁場を提供し、それによりリニ
アなセンサ応答を提供する。既知のように、バイアス層
はＣｏＰｔまたはＣｏＰｔＣｒなどの磁気的にハードな
材料（ハード・バイアス）、或いはＮｉＦｅまたはＮｉ
ＦｅＲｈなどの磁気的にソフトな材料（ソフト・バイア
ス）から成る。スペーサ層１５５はバイアス層１５３を
ＭＲセンシング層１５７から磁気的にデカップル（deco
uple）し、またＭＲセンシング層の集合組織、粒子サイ
ズ及び形態を最適化する役割をする。スペーサ層１５５
はＴａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｙ、Ｈｆなどの非磁性高抵抗材
料、または所望の結晶構造を有する他の適切な材料から
形成されるべきである。

【００３４】ＭＲセンサ１５０の好適な実施例は、Ｎｉ
Ｆｅ（２０）のベース層上に、ＮｉＦｅ（２０）／
Ａｇ（３５）の２重層を５重に重ねたパターン化多層
ＭＲセンサ層１５７を含む。また、ＮｉＦｅのソフト・
バイアス層１５３がＡｌ₂Ｏ₃の下層１５２上に付着さ
れ、約５０の厚みを有するＴａのスペーサ層１５５に
より、ＭＲセンサ層１５７から分離される。ＭＲセンサ
１５０はスパッタリングまたは既知の他の適切な付着処
理により、セラミック基板１５１上に付着される。下層
１５２の厚みは、好適には１００乃至５００の範囲
である。ＮｉＦｅソフト・バイアス層１５３の厚みは、
５０乃至３００の範囲であり、好適には１００で
ある。ＭＲセンサ１５０の反対側に形成されるＣｕまた
は例えばＴａ、Ａｇ或いはＡｕなどの他の好適な材料の
導体端子がＭＲセンサをリード導体１６７を介して、電
流源１６３及び信号センシング回路１６５に接続する。
電流源１６３はＭＲセンサ１５０にセンス電流を提供
し、外部磁場が印加される時、ＭＲセンサがＭＲセンサ
素子１５７の抵抗変化をセンスする。更にＴａまたはＺ
ｒなどの高抵抗材料のキャッピング層１５９が、ＭＲセ
ンサ層１５７上に付着されてもよい。

【００３５】本発明は特定の実施例に関連して述べられ
てきたが、当業者には本発明の精神、範囲及び教示から
逸脱することなしに、形態及び詳細における様々な変更
が可能であることが理解されよう。例えば示された実施
例はシールドの無いデバイスとして述べられたが、本発
明のＭＲセンサはシールドされるまたは磁束ガイド付き
構造にも適用可能である。

【００３６】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００３７】（１）多層磁気構造を形成する非磁性材料
層により分離される第１及び第２の強磁性材料層を含む
多層磁気抵抗センサであって、前記第１及び第２の強磁
性層が対向エッジにおいて静的磁気結合により反強磁性
的に結合され、前記第１の強磁性層内の磁化が前記第２
の強磁性層内の磁化に実質的に逆平行に向き、各強磁性
層内の磁化方向が印加磁場に応答して回転し、前記磁気
抵抗センサの抵抗が隣接する強磁性層内の磁化方向の間
の角度の変化の関数として変化する、多層磁気抵抗セン
サ。（２）前記多層磁気構造が複数素子配列を形成するよう
にパターン化され、前記配列の各素子が隣接素子から間
隔を置いて位置し、前記配列の各素子が前記多層磁気構
造と同一の層構造を有し、電気的導電材料の導電層が前
記配列上に形成されて、前記素子間の空間を充填し、前
記多層磁気構造の平面内の前記素子間の電気的導電性を
提供する、前記（１）記載の多層磁気抵抗センサ。（３）前記配列の各前記素子が前記多層磁気構造の平面
内において、１０．０μｍ以下の最大寸法を有する所望
の形状を有する、前記（２）記載の多層磁気抵抗セン
サ。（４）前記多層磁気構造が前記強磁性層に垂直な不連続
性の配列を形成するようにパターン化され、各前記強磁
性層内の磁気異方性方向を遮る、前記（１）記載の多層
磁気抵抗センサ。（５）前記多層磁気構造が前記多層磁気構造を貫通する
アパーチャの配列を形成するようにパターン化される、
前記（４）記載の多層磁気抵抗センサ。（６）前記多層磁気構造が調整された幅を有する少なく
とも１つのストライプを形成するようにパターン化され
る、前記（４）記載の多層磁気抵抗センサ。（７）前記強磁性材料が鉄、コバルト、ニッケル、ニッ
ケル−鉄及び、鉄、コバルト、ニッケルまたはニッケル
−鉄を基本とする強磁性合金を含むグループから選択さ
れる材料を含む、前記（１）記載の多層磁気抵抗セン
サ。（８）前記非磁気スペーサ層が電気的導電材料を含む、
前記（１）記載の多層磁気抵抗センサ。（９）前記電気的導電材料が銀、金、銅、ルテニウム及
び銀、金、銅またはルテニウムの導電性合金を含むグル
ープから選択される材料である、前記（８）記載の多層
磁気抵抗センサ。（１０）前記電気的導電材料が銅である、前記（９）記
載の多層磁気抵抗センサ。（１１）各々が非磁性材料層上に形成される強磁性材料
層を含むＮ重の２重層を含む多層磁気抵抗センサであっ
て、前記Ｎ重の２重層が前記強磁性材料のベース層上に
形成されて、強磁性材料層と非磁性材料層とが交互する
多層磁気構造を形成し、最上層及び前記ベース層が強磁
性材料から成り、各強磁性層が対向エッジにおける静的
磁気結合により隣接する強磁性層に反強磁性的に結合さ
れ、強磁性層内の磁化が隣接する強磁性層内の磁化と逆
平行に向き、各強磁性層内の磁化方向が印加磁場に応答
して回転し、前記磁気抵抗センサの抵抗が、隣接する強
磁性層内の磁化方向の間の角度の変化の関数として変化
する、多層磁気抵抗センサ。（１２）前記多層磁気構造の前記最上層上にキャッピン
グ層が形成される、前記（１１）記載の多層磁気抵抗セ
ンサ。（１３）前記キャッピング層がタンタル、二酸化ケイ素
及び酸化アルミニウムを含むグループから選択される非
磁気高抵抗材料を含む、前記（１２）記載の多層磁気抵
抗センサ。（１４）前記多層磁気構造が複数素子配列を形成するよ
うにパターン化され、前記配列の各素子が隣接素子から
間隔を置いて位置し、前記配列の各素子が前記多層磁気
構造と同一の層構造を有し、電気的導電材料の導電層が
前記配列上に形成されて、前記素子間の空間を充填し、
前記多層磁気構造の平面内の前記素子間の電気的導電性
を提供する、前記（１２）記載の多層磁気抵抗センサ。（１５）前記配列の前記素子が前記多層磁気構造の平面
内において、１０．０μｍ以下の最大寸法を有する所望
の形状を有する、前記（１４）記載の多層磁気抵抗セン
サ。（１６）前記多層磁気構造が前記強磁性層に垂直な不連
続性の配列を形成するようにパターン化され、各前記強
磁性層内の磁気異方性方向を遮る、前記（１１）記載の
多層磁気抵抗センサ。（１７）前記多層磁気構造が前記多層磁気構造を貫通す
るアパーチャの配列を形成するようにパターン化され
る、前記（１６）記載の多層磁気抵抗センサ。（１８）前記多層磁気構造が調整された幅を有する少な
くとも１つのストライプを形成するようにパターン化さ
れる、前記（１６）記載の多層磁気抵抗センサ。（１９）前記強磁性材料が鉄、コバルト、ニッケル、ニ
ッケル−鉄及び、鉄、コバルト、ニッケルまたはニッケ
ル−鉄を基本とする強磁性合金を含むグループから選択
される材料を含む、前記（１２）記載の多層磁気抵抗セ
ンサ。（２０）前記非磁性材料が電気的導電材料を含む、前記
（２２）記載の多層磁気抵抗センサ。（２１）前記導電層がクロム、タンタル、銀、金、銅、
アルミニウム、ルテニウム及びクロム、タンタル、銀、
金、銅、アルミニウムまたはルテニウムの導電性合金を
含むグループから選択される非磁性電気的導電材料を含
む、前記（１４）記載の多層磁気抵抗センサ。（２２）Ｎが２乃至１０の範囲から選択される、前記
（１２）記載の多層磁気抵抗センサ。（２３）奇数番目
の強磁性層の厚みの合計が、偶数番目の強磁性層の厚み
の合計に等しい、前記（１２）記載の多層磁気抵抗センサ。（２４）強磁性材料の前記最上層及び前記ベース層の厚
みが、前記多層磁気構造内の強磁性層の厚みの半分であ
る、前記（２３）記載の多層磁気抵抗センサ。（２５）基板と、前記基板の表面上に付着される絶縁層
と、前記絶縁層上に付着される磁性材料のバイアス層
と、前記バイアス層上に付着され、Ｎ重の２重層を含む
磁気抵抗センシング素子であって、各前記２重層が非磁
性材料層上に形成される強磁性材料層を含み、前記Ｎ重
の２重層が前記強磁性材料のベース層上に形成されて、
強磁性材料層と非磁性材料層とが交互する多層磁気構造
を形成し、最上層及び前記ベース層が強磁性材料から成
り、各強磁性層が対向エッジにおける静的磁気結合によ
り隣接する強磁性層に反強磁性的に結合され、強磁性層
内の磁化が隣接する強磁性層内の磁化と実質的に逆平行
に向き、各強磁性層内の磁化方向が印加磁場に応答して
回転し、磁気抵抗センサの抵抗が、隣接する強磁性層内
の磁化方向の間の角度の変化の関数として変化し、前記
多層磁気構造が複数素子配列を形成するようにパターン
化され、前記配列の各素子が隣接素子から間隔を置いて
位置し、前記配列の各素子が前記多層磁気構造と同一の
層構造を有し、電気的導電材料の導電層が前記配列上に
形成されて、前記素子間の空間を充填し、前記多層磁気
構造の平面内の前記素子間の電気的導電性を提供する、
前記磁気抵抗センシング素子と、前記多層磁気構造の最
上層上に形成されるキャッピング層と、前記バイアス層
上に付着され、前記バイアス層と前記磁気抵抗センシン
グ素子との間に配置され、前記バイアス層を前記磁気抵
抗センシング素子から磁気的にデカップリングする非磁
性材料のスペーサ層と、を含む、多層磁気抵抗センサ。（２６）Ｎが１乃至１０の範囲から選択される、前記
（２５）記載の多層磁気抵抗センサ。（２７）前記強磁性層が約１０乃至約１００の範囲
の厚みを有する、前記（２５）記載の多層磁気抵抗セン
サ。（２８）前記非磁性層が約１０乃至約４００の範囲
の厚みを有する、前記（２５）記載の多層磁気抵抗セン
サ。（２９）データを記録する複数のトラックを表面上に有
する磁気記憶媒体と、磁気トランスジューサと前記磁気
記憶媒体との間の相対移動の間に、前記磁気記憶媒体に
近接して保持される前記磁気トランスジューサであっ
て、Ｎ重の２重層を含む磁気抵抗センシング素子を含む
多層磁気抵抗センサを含み、各前記２重層が非磁性材料
層上に形成される強磁性材料層を含み、前記Ｎ重の２重
層が前記強磁性材料のベース層上に形成されて、強磁性
材料層と非磁性材料層とが交互する多層磁気構造を形成
し、最上層及び前記ベース層が強磁性材料から成り、各
強磁性層が対向エッジにおける静的磁気結合により隣接
する強磁性層に反強磁性的に結合され、強磁性層内の磁
化が隣接する強磁性層内の磁化と実質的に逆平行に向
き、各強磁性層内の磁化方向が印加磁場に応答して回転
し、前記磁気抵抗センサの抵抗が、隣接する強磁性層内
の磁化方向の間の角度の変化の関数として変化し、前記
多層磁気構造が複数素子配列を形成するようにパターン
化され、前記配列の各素子が隣接素子から間隔を置いて
位置し、前記配列の各素子が前記多層磁気構造と同一の
層構造を有し、前記配列上に形成されて前記素子間の空
間を充填し、前記多層磁気構造の平面内の前記素子間の
電気的導電性を提供する電気的導電材料の導電層と、前
記磁気抵抗センシング素子にバイアス磁場を提供する磁
性材料のバイアス層と、前記バイアス層と前記磁気抵抗
センシング素子の前記ベース層との間に配置され、前記
バイアス層を前記磁気抵抗センシング素子から磁気的に
デカップリングする非磁性材料のスペーサ層と、前記磁
気抵抗センシング素子の反対側にそれぞれ接続され、前
記多層磁気抵抗センサを外部回路に接続し、センス電流
を前記磁気抵抗センシング素子に結合する導電性リード
を含む、前記磁気トランスジューサと、前記磁気トラン
スジューサに結合され、前記磁気トランスジューサを前
記磁気記憶媒体上の選択データ・トラックに移動するア
クチュエータ手段と、前記多層磁気抵抗センサに結合さ
れ、前記磁気記憶媒体に記録されるデータ・ビットを表
す、前記多層磁気抵抗センサにより遮られる印加磁場に
応答する前記磁気抵抗センシング素子の抵抗変化を検出
する検出手段と、を含む、磁気記憶システム。（３０）前記スペーサ層がタンタル、ジルコニウム、チ
タン、イットリウム及びハフニウムを含むグループから
選択される材料を含む、前記（２９）記載の磁気記憶シ
ステム。（３１）多層磁気抵抗デバイスを製造する方法であっ
て、適切な基板上に強磁性材料のベース層を形成するス
テップと、各々が非磁性材料の第１の層と、前記第１の
層上に形成される前記強磁性材料の第２の層とを含む複
数の２重層を、前記強磁性材料の前記ベース層上に形成
するステップと、複数素子配列を形成する多層磁気構造
をパターン化するステップであって、前記配列の各素子
が隣接素子から間隔を置いて位置し、前記配列の各素子
が前記多層磁気構造と同一の層構造を有する、前記パタ
ーン化ステップと、前記素子間の空間を充填する電気的
導電材料の導電層を前記配列上に形成し、前記多層磁気
構造の平面内の前記素子間の電気的導電性を提供する、
前記形成ステップと、を含む、方法。（３２）前記強磁性層が約１０乃至約１００の範囲
の厚みを有する、前記（３１）記載の方法。（３３）前記非磁性層が約１０乃至約４００の範囲
の厚みを有する、前記（３１）記載の方法。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
多層構造におけるＧＭＲ効果にもとづく低フィールドＭ
Ｒ磁気センサが提供され、そこでは１つ以上の強磁性層
における磁化方向を固定するための追加の構造手段、ま
たはフィールド・センシング素子のための水平バイアス
場の提供が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実現する磁気ディスク記憶システムの
単純化ブロック図である。

【図２】本発明の原理による多層磁気抵抗構造を表す図
である。

【図３】本発明の原理による多層磁気抵抗構造を表す図
である。

【図４】図２及び図３に示される磁気抵抗センシング素
子の実施例の計算モデルにおける磁気抵抗ドット構造長
軸長の関数としての反強磁性相互作用場強度を表すグラ
フである。

【図５】本発明の原理による多層磁気抵抗構造の実施例
の断面図である。

【図６】本発明の原理による多層磁気抵抗センシング素
子の実施例の断面図である。

【図７】図６に示される多層磁気抵抗センシング素子の
実施例の平面図である。

【図８】図５に示される磁気抵抗センシング素子のパタ
ーン化実施例における磁気抵抗対印加磁場の関係を表す
グラフである。

【図９】図５に示される磁気抵抗センシング素子の非パ
ターン化実施例における磁気抵抗対印加磁場の関係を表
すグラフである。

【図１０】図５に示される磁気抵抗センシング素子のパ
ターン化実施例における磁化対ハード軸方向印加磁場の
関係を表すグラフである。

【図１１】図５に示される磁気抵抗センシング素子のパ
ターン化実施例における磁化対容易軸方向印加磁場の関
係を表すグラフである。

【図１２】図５に示される磁気抵抗センシング素子の非
パターン化実施例における磁化対ハード軸方向印加磁場
の関係を表すグラフである。

【図１３】図５に示される磁気抵抗センシング素子の非
パターン化実施例における磁化対容易軸方向印加磁場の
関係を表すグラフである。

【図１４】図６に示される多層磁気抵抗センシング素子
の別の実施例の平面図である。

【図１５】図６に示される多層磁気抵抗センシング素子
の別の実施例の平面図である。

【図１６】図５及び図６に示される磁気抵抗センシング
素子の別の実施例の層構造を表す断面図である。

【図１７】図５及び図６に示される磁気抵抗センシング
素子の別の実施例の層構造を表す断面図である。

【図１８】本発明の原理による磁気抵抗磁気センサ・シ
ステムの実施例の断面図である。

【符号の説明】

１２回転磁気ディスク１３スライダ１４スピンドル１５サスペンション１８ディスク駆動モータ１９アクチュエータ・アーム２１磁気読出し／書込みトランスジューサ２２ディスク表面２３、２８ライン２５記録チャネル２７アクチュエータ手段２９制御ユニット３０、４０多層磁気構造３５非磁性材料層４０非パターン化フィルム４１基板４３シリカ（ＳｉＯ₂ ）層４７隣接層４９スペーサ層５２キャッピング層５０パターン化フィルム８１平行曲線８３垂直曲線１５０ＭＲ層１５１セラミック基板１５３バイアス層１５５スペーサ層１５７多層ＭＲセンサ層１６３電流源１６５信号センシング回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバート・エドワード・フォンタナアメリカ合衆国95120、カリフォルニア州サン・ホセ、ノースリッジ・ドライブ 6596 (72)発明者ジェームス・ケント・ハワードアメリカ合衆国95037、カリフォルニア州モーガン・ヒル、カーサ・グランデ 2705 (72)発明者トッド・ラニアー・ヒルトンアメリカ合衆国95123、カリフォルニア州サン・ホセ、キュリー・ドライブ 452 (72)発明者マイケル・アンドリュー・パーカーアメリカ合衆国94538、カリフォルニア州フレモント、クリーブランド・プレイス 5521 (72)発明者チン・ファ・ツァンアメリカ合衆国94087、カリフォルニア州サニーベール、ヘレナ・ドライブ 882

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多層磁気構造を形成する非磁性材料層によ
り分離される第１及び第２の強磁性材料層を含む多層磁
気抵抗センサであって、前記第１及び第２の強磁性層が
対向エッジにおいて静的磁気結合により反強磁性的に結
合され、前記第１の強磁性層内の磁化が前記第２の強磁
性層内の磁化に実質的に逆平行に向き、各強磁性層内の
磁化方向が印加磁場に応答して回転し、前記磁気抵抗セ
ンサの抵抗が隣接する強磁性層内の磁化方向の間の角度
の変化の関数として変化する、多層磁気抵抗センサ。
【請求項２】前記多層磁気構造が複数素子配列を形成す
るようにパターン化され、前記配列の各素子が隣接素子
から間隔を置いて位置し、前記配列の各素子が前記多層
磁気構造と同一の層構造を有し、電気的導電材料の導電
層が前記配列上に形成されて、前記素子間の空間を充填
し、前記多層磁気構造の平面内の前記素子間の電気的導
電性を提供する、請求項１記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項３】前記配列の各前記素子が前記多層磁気構造
の平面内において、１０．０μｍ以下の最大寸法を有す
る所望の形状を有する、請求項２記載の多層磁気抵抗セ
ンサ。
【請求項４】前記多層磁気構造が前記強磁性層に垂直な
不連続性の配列を形成するようにパターン化され、各前
記強磁性層内の磁気異方性方向を遮る、請求項１記載の
多層磁気抵抗センサ。
【請求項５】前記多層磁気構造が前記多層磁気構造を貫
通するアパーチャの配列を形成するようにパターン化さ
れる、請求項６記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項６】前記多層磁気構造が調整された幅を有する
少なくとも１つのストライプを形成するようにパターン
化される、請求項６記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項７】前記強磁性材料が鉄、コバルト、ニッケ
ル、ニッケル−鉄及び、鉄、コバルト、ニッケルまたは
ニッケル−鉄を基本とする強磁性合金を含むグループか
ら選択される材料を含む、請求項１記載の多層磁気抵抗
センサ。
【請求項８】前記非磁気スペーサ層が電気的導電材料を
含む、請求項１記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項９】前記電気的導電材料が銀、金、銅、ルテニ
ウム及び銀、金、銅またはルテニウムの導電性合金を含
むグループから選択される材料である、請求項８記載の
多層磁気抵抗センサ。
【請求項１０】前記電気的導電材料が銅である、請求項
９記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項１１】各々が非磁性材料層上に形成される強磁
性材料層を含むＮ重の２重層を含む多層磁気抵抗センサ
であって、前記Ｎ重の２重層が前記強磁性材料のベース
層上に形成されて、強磁性材料層と非磁性材料層とが交
互する多層磁気構造を形成し、最上層及び前記ベース層
が強磁性材料から成り、各強磁性層が対向エッジにおけ
る静的磁気結合により隣接する強磁性層に反強磁性的に
結合され、強磁性層内の磁化が隣接する強磁性層内の磁
化と逆平行に向き、各強磁性層内の磁化方向が印加磁場
に応答して回転し、前記磁気抵抗センサの抵抗が、隣接
する強磁性層内の磁化方向の間の角度の変化の関数とし
て変化する、多層磁気抵抗センサ。
【請求項１２】前記多層磁気構造の前記最上層上にキャ
ッピング層が形成される、請求項１１記載の多層磁気抵
抗センサ。
【請求項１３】前記キャッピング層がタンタル、二酸化
ケイ素及び酸化アルミニウムを含むグループから選択さ
れる非磁気高抵抗材料を含む、請求項１２記載の多層磁
気抵抗センサ。
【請求項１４】前記多層磁気構造が複数素子配列を形成
するようにパターン化され、前記配列の各素子が隣接素
子から間隔を置いて位置し、前記配列の各素子が前記多
層磁気構造と同一の層構造を有し、電気的導電材料の導
電層が前記配列上に形成されて、前記素子間の空間を充
填し、前記多層磁気構造の平面内の前記素子間の電気的
導電性を提供する、請求項１２記載の多層磁気抵抗セン
サ。
【請求項１５】前記配列の前記素子が前記多層磁気構造
の平面内において、１０．０μｍ以下の最大寸法を有す
る所望の形状を有する、請求項１４記載の多層磁気抵抗
センサ。
【請求項１６】前記多層磁気構造が前記強磁性層に垂直
な不連続性の配列を形成するようにパターン化され、各
前記強磁性層内の磁気異方性方向を遮る、請求項１１記
載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項１７】前記多層磁気構造が前記多層磁気構造を
貫通するアパーチャの配列を形成するようにパターン化
される、請求項１６記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項１８】前記多層磁気構造が調整された幅を有す
る少なくとも１つのストライプを形成するようにパター
ン化される、請求項１６記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項１９】前記強磁性材料が鉄、コバルト、ニッケ
ル、ニッケル−鉄及び、鉄、コバルト、ニッケルまたは
ニッケル−鉄を基本とする強磁性合金を含むグループか
ら選択される材料を含む、請求項１２記載の多層磁気抵
抗センサ。
【請求項２０】前記非磁性材料が電気的導電材料を含
む、請求項１２記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項２１】前記導電層がクロム、タンタル、銀、
金、銅、アルミニウム、ルテニウム及びクロム、タンタ
ル、銀、金、銅、アルミニウムまたはルテニウムの導電
性合金を含むグループから選択される非磁性電気的導電
材料を含む、請求項１４記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項２２】Ｎが２乃至１０の範囲から選択される、
請求項１２記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項２３】奇数番目の強磁性層の厚みの合計が、偶
数番目の強磁性層の厚みの合計に等しい、請求項１２記
載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項２４】強磁性材料の前記最上層及び前記ベース
層の厚みが、前記多層磁気構造内の強磁性層の厚みの半
分である、請求項２３記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項２５】基板と、前記基板の表面上に付着される絶縁層と、前記絶縁層上に付着される磁性材料のバイアス層と、前記バイアス層上に付着され、Ｎ重の２重層を含む磁気
抵抗センシング素子であって、各前記２重層が非磁性材
料層上に形成される強磁性材料層を含み、前記Ｎ重の２
重層が前記強磁性材料のベース層上に形成されて、強磁
性材料層と非磁性材料層とが交互する多層磁気構造を形
成し、最上層及び前記ベース層が強磁性材料から成り、
各強磁性層が対向エッジにおける静的磁気結合により隣
接する強磁性層に反強磁性的に結合され、強磁性層内の
磁化が隣接する強磁性層内の磁化と実質的に逆平行に向
き、各強磁性層内の磁化方向が印加磁場に応答して回転
し、磁気抵抗センサの抵抗が、隣接する強磁性層内の磁
化方向の間の角度の変化の関数として変化し、前記多層
磁気構造が複数素子配列を形成するようにパターン化さ
れ、前記配列の各素子が隣接素子から間隔を置いて位置
し、前記配列の各素子が前記多層磁気構造と同一の層構
造を有し、電気的導電材料の導電層が前記配列上に形成
されて、前記素子間の空間を充填し、前記多層磁気構造
の平面内の前記素子間の電気的導電性を提供する、前記
磁気抵抗センシング素子と、前記多層磁気構造の最上層上に形成されるキャッピング
層と、前記バイアス層上に付着され、前記バイアス層と前記磁
気抵抗センシング素子との間に配置され、前記バイアス
層を前記磁気抵抗センシング素子から磁気的にデカップ
リングする非磁性材料のスペーサ層と、を含む、多層磁気抵抗センサ。
【請求項２６】Ｎが１乃至１０の範囲から選択される、
請求項２５記載の多層磁気抵抗センサ。
【請求項２７】前記強磁性層が約１０乃至約１００
の範囲の厚みを有する、請求項２５記載の多層磁気抵抗
センサ。
【請求項２８】前記非磁性層が約１０乃至約４００
の範囲の厚みを有する、請求項２５記載の多層磁気抵抗
センサ。
【請求項２９】データを記録する複数のトラックを表面
上に有する磁気記憶媒体と、磁気トランスジューサと前記磁気記憶媒体との間の相対
移動の間に、前記磁気記憶媒体に近接して保持される前
記磁気トランスジューサであって、Ｎ重の２重層を含む
磁気抵抗センシング素子を含む多層磁気抵抗センサを含
み、各前記２重層が非磁性材料層上に形成される強磁性
材料層を含み、前記Ｎ重の２重層が前記強磁性材料のベ
ース層上に形成されて、強磁性材料層と非磁性材料層と
が交互する多層磁気構造を形成し、最上層及び前記ベー
ス層が強磁性材料から成り、各強磁性層が対向エッジに
おける静的磁気結合により隣接する強磁性層に反強磁性
的に結合され、強磁性層内の磁化が隣接する強磁性層内
の磁化と実質的に逆平行に向き、各強磁性層内の磁化方
向が印加磁場に応答して回転し、前記磁気抵抗センサの
抵抗が、隣接する強磁性層内の磁化方向の間の角度の変
化の関数として変化し、前記多層磁気構造が複数素子配
列を形成するようにパターン化され、前記配列の各素子
が隣接素子から間隔を置いて位置し、前記配列の各素子
が前記多層磁気構造と同一の層構造を有し、前記配列上
に形成されて前記素子間の空間を充填し、前記多層磁気
構造の平面内の前記素子間の電気的導電性を提供する電
気的導電材料の導電層と、前記磁気抵抗センシング素子
にバイアス磁場を提供する磁性材料のバイアス層と、前
記バイアス層と前記磁気抵抗センシング素子の前記ベー
ス層との間に配置され、前記バイアス層を前記磁気抵抗
センシング素子から磁気的にデカップリングする非磁性
材料のスペーサ層と、前記磁気抵抗センシング素子の反
対側にそれぞれ接続され、前記多層磁気抵抗センサを外
部回路に接続し、センス電流を前記磁気抵抗センシング
素子に結合する導電性リードを含む、前記磁気トランス
ジューサと、前記磁気トランスジューサに結合され、前記磁気トラン
スジューサを前記磁気記憶媒体上の選択データ・トラッ
クに移動するアクチュエータ手段と、前記多層磁気抵抗センサに結合され、前記磁気記憶媒体
に記録されるデータ・ビットを表す、前記多層磁気抵抗
センサにより遮られる印加磁場に応答する前記磁気抵抗
センシング素子の抵抗変化を検出する検出手段と、を含む、磁気記憶システム。
【請求項３０】前記スペーサ層がタンタル、ジルコニウ
ム、チタン、イットリウム及びハフニウムを含むグルー
プから選択される材料を含む、請求項２９記載の磁気記
憶システム。
【請求項３１】多層磁気抵抗デバイスを製造する方法で
あって、適切な基板上に強磁性材料のベース層を形成するステッ
プと、各々が非磁性材料の第１の層と、前記第１の層上に形成
される前記強磁性材料の第２の層とを含む複数の２重層
を、前記強磁性材料の前記ベース層上に形成するステッ
プと、複数素子配列を形成する多層磁気構造をパターン化する
ステップであって、前記配列の各素子が隣接素子から間
隔を置いて位置し、前記配列の各素子が前記多層磁気構
造と同一の層構造を有する、前記パターン化ステップ
と、前記素子間の空間を充填する電気的導電材料の導電層を
前記配列上に形成し、前記多層磁気構造の平面内の前記
素子間の電気的導電性を提供する、前記形成ステップ
と、を含む、方法。
【請求項３２】前記強磁性層が約１０乃至約１００
の範囲の厚みを有する、請求項３１記載の方法。
【請求項３３】前記非磁性層が約１０乃至約４００
の範囲の厚みを有する、請求項３１記載の方法。