KR0175984B1 - 스핀 밸브 자기저항 소자, 스핀 밸브 자기저항 센서, 자기저장 시스템 및 자기기록 디스크 드라이브 - Google Patents

스핀 밸브 자기저항 소자, 스핀 밸브 자기저항 센서, 자기저장 시스템 및 자기기록 디스크 드라이브 Download PDF

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레파키스 하라람보스
마우리 다니엘
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리챠드 윌호이트 덴니스
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윌리암 티. 엘리스
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Abstract

자기기록 시스템은 개선된 스핀 밸브 자기저항(a spin valve magnetoresistive:SVMR) 센서(sensor)를 사용한다. SVMR 센서는 고정 강자성층으로서 종래의 단일층 고정층 대신 적층형 자체-고정층을 갖는다. 이 적층형 층은 자체 고정되므로, 경질 바이어스 또는 교환 바이어스층은 필요없다. 적층형 자체-고정층은 얇은 반강자성적 결합 박막을 가로질러 서로 반강자성적으로 결합된 적어도 두 개의 강자성 박막을 갖는다. 적층형 층의 두 강자성 박막은 반평행하게 정렬된 자기 모멘트를 가지며, 이들 두 자기 모멘트는 두 강자성 박막을 실질적으로 동일한 두께로 형성함으로써 제거될 수 있다. 신호자계가 이 적층형 층상에 작용하여 발생된 자계 에너지는 적층형 층의 유효 이방성 에너지 보다 매우 작다. 그 이유는 전자의 자계 에너지는 적층형 층의 두 강자성 박막의 두께차에 비례하고, 후자의 이방성 에너지는 두께의 합과 비례하기 때문이다. 그 결과, 적층형 층은 신호자계가 발생하더라도 회전하지는 않고, 자체-고정될 것이다. 이전에 고정을 위해 필요했던 교환 바이어스층을 제거함으로써, 니켈-망간 및 그와 연관된 고온 공정도 또한 제거된다.

Description

스핀 밸브 자기저항 소자, 스핀 밸브 자기저항 센서, 자기저장 시스템 및 자기기록 디스크 드라이브
제1도는 본 발명에 따른 SVMR 센서를 구비하여 사용하는 자기기록 디스크 드라이브의 개략적인 블럭도.
제2도는 제1도의 디스크 드라이브의 덮개가 제거된 단면도.
제3도는 고정 강자성층 및 그와 연관된 교환 바이어스층을 도시하는 종래 기술의 SVMR 센서의 분해 투시도.
제4도는 디스크로부터 바라본 캐핑층과 전기도선을 도시한 제3도의 종래 기술의 SVMR 센서를 도시한 도면.
제5도는 디스크로부터 바라본 본 발명에 따른 SVMR 센서를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 베이스 11 : 덮개
12 : 디스크 드라이브 모터 13 : 가스켓
14 : 액츄에이터 16 : 자기기록 디스크
18 : 허브 20 : 공기 베어링 슬라이더
24 : 서스펜션 25 : 트랜스듀서
30 : SVMR 센서 31,61 : 기판
32,62 : 버퍼층 35,63,64 : 자유 강자성층
36 : 중앙 감지 영역 37 : 얇은 비자성 금속 스페이서층
39 : 고정 강자성층 42,43 : 반강자성층
44,87 : 캐핑층 45,46 : 전기도선
70 : 적층형 고정층 83,84 : 반자성 교환 바이어스층
본 발명은 스핀 밸브 효과(spin valve effect)에 기초하여 자계(magnetic fields)를 감지하는 자기저항(magnetoresistive:MR) 센서에 관한 것으로, 특히, 이러한 센서를 포함하는 자기기록 시스템(magnetic recording system)에 관한 것이다.
MR 센서는 자기재료(magnetic material)로 제조된 판독소자(read element) 효과에 의해 감지되는 자속(magnetic flux)의 강도(strength) 및 방향(direction)의 함수로서 상기 판독소자에 나타내는 저항변화를 통해 자계신호를 검출한다. IBM Corsair 디스크 드라이브에 사용된 것과 같은 종래의 MR 센서는 이방성 자기저항(anisotropic magnetoresistive:AMR)에 기초하여 동작하는 것으로, 판독소자의 저항은 판독소자의 자화 방향 및 판독소자를 통해 흐르는 감지전류 방향 사이에서 형성되는 각의 코사인 제곱에 따라 변한다. 기록된 자기매체(신호자계(signal field))로부터의 외부 자계는 판독소자에서 자화 방향의 변화를 초래하고, 이는 다시 판독소자에서의 저항 변화와 감지된 전류 혹은 전압의 변화로 나타나게 되어, 기록된 데이타가 자기매체로부터 판독될 수 있다.
이른바, 자이언트 자기저항(giant magnetoresistance:GMR) 혹은 스핀 밸브 자기저항(spin valve magnetoresistance:SVMR)으로 칭하여지는 더욱 부각된 자기저항은 비강자성 금속층(nonferromagnetic metal layer)에 의해 분리된 적어도 2개의 강자성 금속층(ferromagnetic metal layers)을 구비한 다양한 자기 다층 구조(magnetic multilayered structures)에서 찾아볼 수 있다. 이러한 GMR 효과는 강자성층의 강한 반강자성 결합을 보여주는 Fe/Cr 또는 Co/Cu 다층 구조 뿐만 아니라 두 강자성층들중 하나의 층의 자화방향이 고정되는 본질적으로 비결합된 층 구조에서도 발견되는 등 다양한 시스템에서 찾아볼 수 있다. 모든 유형의 구조에서 물리적 근원(phisical origin)은 동일하다:외부로부터 자계가 인가되면 이웃하는 강자성층의 상대적인 자화 방향도 따라서 변한다. 이로 인해 전도 전자(conduction electrons)의 스핀 종속 산란(spin-dependent scattering)이 변하고, 그 구조의 전기 저항도 따라서 변한다. 따라서, 강자성층의 자화의 상대적 정렬이 변하면, 그 구조의 저항도 변한다.
GMR의 특히 유용한 응용 비강자성 금속 스페이서층(nonmagnetic metalic spacer layer)에 의해 분리된 본질적으로 비결합된 두 개의 강자성층을 포함하는 샌드위치 구조(sandwich structure)로서, 두 강자성층중 하나의 층 자화는 고정된다. 고정(pinning)은 고정될 강자성층상에 반강자성 철-망간(Fe-Mn)층을 증착하여 이들 두 개의 인접한 층이 교환 결합되도록 하므로써 행하여진다. 고정되지 않거나 혹은 자유(free)로운 강자성층의 연장부(중앙 감지 영역의 양쪽 측면상의 자유층 영역)의 자화가 또한 고정되지만, 고정층의 자화와 직교하는 방향으로 고정되어, 외부 자계가 인가될 때 자유층 중앙 영역의 자화만이 자유롭게 회전하도록 한다. 전형적으로, 자유층 연장부의 자화는 교환결합에 의해 반강자성층에 고정된다. 그러나, 이러한 용도로 사용되는 반강자성 재료는 고정층을 고정시키는데 사용되는 반강자성 재료인 Fe-Mn과는 달라야 한다. 결과적인 구조는 외부 자계가 인가될 때 자유 강자성층만이 자유롭게 회전하는 스핀 밸브 자기저항 센서이다. IBM사에 양도된 미합중국 특허 제5,206,590호에는 기본적인 SVMR 센서가 개시되어 있다. 또한, IBM사에 양도된 미합중국 특허 제5,159,513호에는 적어도 하나의 강자성층이 코발트(Co) 또는 코발트 합금의 재료로 제조되고, 두 강자성층의 자화는 고정 강자성층을 반강자성층과 교환 결합함으로써 외부로부터 인가되는 자계가 0일 때 실질적으로 서로 직교하게 유지되는 SVMR 센서가 개시되어 있다.
가장 선형적인 응답을 갖고 가장 폭넓은 다이내믹 영역(dynamic range)을 갖는 SVMR 센서는 고정 강자성층의 자화는 신호자계와 평행하고 자유 강자성층의 자화는 신호자계와 직교하는 센서이다. 이것은, SVMR 센서가 수평 자기기록 디스크 드라이브(horzontal magnetic recording disk drive)에 사용되는 경우, 센서의 평면이 디스크 표면과 직교하되 디스크 고정층의 자화는 표면과 직교하게 배향되고 디스크 표면에 평행하게 배향됨을 의미한다. 이러한 자화의 배향을 달성하는데 있어 어려움중의 하나는 고정층에 발생되는 쌍극자계(dipole field)로부터 비롯된다. 고정층은 순 자기 모멘트(net magnetic moment)를 가지며, 따라서 본질적으로 그 자계가 자유층에 작용하는 거시 쌍극 자석(macroscopic dipole magnet)으로서 역할한다. 판독소자의 높이가 비교적 낮은 SVMR 센서에서는, 이러한 정자기 결합(magnetostatic coupling)으로 인해 자유층의 자화 방향이 균일하지 않게 된다. 이로 인해 신호자계가 인가될 때 센서의 부분들이 조기 포화되게 되어 센서의 다이내믹 영역 및 기록 밀도(recording density)가 제한되며 자기기록 시스템의 전반적인 성능이 제한된다.
관련된 동시 계류중인 출원 제08/139,447호는 종래의 단일층고정층 대신 다수의 박막이 적층된 고정 강자성층(multiple film, laminated, pinned ferromagnetic layer)을 사용함으로써 이러한 문제를 해결하는 SVMR 센서에 관한 것이다. 적층형 고정층은 얇은 반강자성(antiferromagnetically:AF) 결합막을 가로질러 서로 반강자성적으로 결합된 적어도 두 개의 강자성 막을 갖는다. 고정 강자성 막은 서로 반평행하게 정렬된 자기 모멘트를 가지므로, 두 모멘트는 본질적으로 상호 소거될 수 있다. 그 결과, 자유 강자성층에 나쁜 영향을 끼치는 쌍극 자계는 본질적으로 존재하지 않게 된다.
단일층 고정층이나 혹은 동시 계류중인 출원에 개시된 적층형 고정층을 사용하는 SVMR 센서에서, 그 층을 고정시키는 바람직한 방법은 Fe-Mn 반강자성층과 교환 결합하는 것이다. 교환 결합층으로 Fe-Mn을 사용하면 여러 문제점이 노출된다. Fe-Mn에 의해 발생된 교환 자계 강도(strength)는 온도에 매우 민감하다. 온도가 올라가면, Fe-Mn은 연질(soft)로 되고 고정 강자성층의 자화를 고정시키는 능력도 떨어진다. 따라서, SVMR 센서는 정전 방전(electrostatic discharge:ESD) 전류 및 결과적인 Fe-Mn의 가열에 의해 손상될 수 있다. 또한, Fe-Mn은 SVMR 센서에 사용되는 다른 재료보다 훨씬 더 부식성이 높다. 따라서 제조공정 단계를 신중하게 제어할 필요가 있고 SVMR을 보호하는 재료를 사용하여야 한다. 또한, Fe-Mn을 사용하면 자유 강자성층의 연장부를 교환 바이어스(exchange bias)를 시키는데 사용되는 반강자성 재료가 다른 재료, 바람직하게는 Ni-Mn 재료로 구성될 것을 요구한다. 충분한 교환결합 자계강도를 제공하기 위해 Ni-Mn은 약 240℃로 어닐링(anneal)되어야 한다. 이 온도에서, 다른 재료를 자유 강자성층에 상호확산(interdiffusion)시킬 수 있다. 이로 인해, 자기 저항이 감소하고, 이방성 자계 강도는 증가하며, 자유 강자성층의 자기왜곡(magnetostriction)도 크게 변한다.
따라서, Fe-Mn 교환 결합층과 연관된 문제점을 갖지 않으며, 자유 강자성층과 최소의 정자기 결합을 하는 고정 강자성층을 구비할 SVMR 센서가 요망된다.
본 발명은 개선된 SVMR 센서와 그 센서를 포함하는 자기기록 시스템에 관한 것이다. SVMR 센서는 고정 강자성층으로서 종래의 단일층 고정층 대신 적층형 자체-고정층(self-pinned laminated layer)을 사용한다. 이 적층형 층은 자체-고정(self-pinned)되기 때문에, 경질 바이어스 또는 교환 바이어스층이 요구되지 않는다. 적층형 자체-고정층은 얇은 반강자성(antiferromagetically:AF) 결합막을 가로질러 서로 반강자성적으로 결합된 적어도 두 개의 강자성 막을 갖는다. 적층형 층의 두 강자성 막은 반평행하게 정렬된 자기 모멘트를 가지므로, 적당한 두께를 선택하면 이들 두 자기 모멘트는 본질적으로 소거될 수 있다. 이 적층형 층에 작용하는 신호 자계에 의해 발생되는 자계 에너지는 적층형 층의 유효 이방성 에너지(effective anisotropy energy) 보다 크게 떨어질 것이다. 그 이유는 전자의 자계 에너지는 적층형 층의 두 강자성 막의 두께차에 비례하며, 후자의 이방성 에너지는 그 두께의 합과 비례하기 때문이다. 그 결과, 적층형 층은 신호자계가 인가될 때 거의 회전하지 않으며, 자체-고정될 것이다. 종래 고정을 위해 요구되었던 교환 바이어스층의 제거로 Ni-Mn(및 그와 연관된 고온-공정)도 또한 필요없어지며 Fe-Mn-Cr 또는 NiO과 같은 다른 반강자성체가 이를 대체한다.
첨부된 도면과 함께 다음 설명을 참조하면 본 발명의 특징 및 장점을 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 SVMR 센서는 제1도에 도시된 자기 디스크 저장 시스템(magnetic disk storage system)내에 포함되는 것으로 기술되지만, 본 발명은 자기 테이프 기록 시스템(magnetic tape recording system)과 같은 다른 자기기록 시스템이나 자기저항 소자가 비트셀(bit cell)로서 역할하는 자기 랜덤 액세스 메모리 시스템(magnetic random asccess memory systems)에도 또한 적용할 수 있다.
제1도를 참조하면, SVMR 센서를 사용하는 종래 기술의 디스크 드라이브가 개략적으로 예시되어 있다. 디스크 드라이브는 디스크 드라이브 모터(12) 및 액츄에이터(actuator)(14)가 고정되는 베이스(base)(10)와 덮개(cover)(11)를 포함한다. 베이스(10) 및 덮개(11)는 디스크 드라이브에 실질적으로 밀폐된 하우징(housing)을 제공한다. 전형적으로, 베이스(10)와 덮개(11) 사이에는 가스켓(gasket)(13)이 자리잡으며, 내부 디스크 드라이브와 외부 환경간의 압력을 동일하게 유지하는 작은 통기공 포트(small breather port)(도시되지 않음)가 제공된다. 자기기록 디스크(16)는 허브(hub)(18)에 의해 드라이브 모터(12)에 접속되어, 드라이브 모터(12)에 의해 회전된다. 얇은 윤활막(thin lubricant film)(50)이 디스크(16)의 표면상에 유지된다. 판독/기록 헤드(read/write head) 혹은 트랜스듀서(transducer)(25)는 공기-베어링 슬라이더(air-beraring slider)(20)와 같은 운반체(carrier)의 후단부(trailing end)상에 형성된다. 트랜스듀서(25)은 유도 판독 및 기록 트랜스듀서(inductive read and write transducer)이거나 또는 전술한 유형의 SVMR 판독 트랜스듀서와 함께 유도 기록 트랜스듀서일 수 있다. 슬라이더(20)는 강성 암(a rigid arm)(22)과 서스펜션(suspension)(24)에 의해 액츄에이터1(4)와 접속된다. 서스펜션(24)은 슬라이더(20)를 기록디스크(16)의 표면을 향해 압박하는 바이어스력(biasing force)을 제공한다. 디스크 드라이브의 구동 동안, 드라이브 모터(12)는 디스크(16)를 일정 속도로 회전시키며, 전형적으로 선형 또는 회전형 음성코일 모터(voice coil motor:VCM)인 액츄에이터(14)는 슬라이더(20)를 디스크(16) 표면을 가로질러 일반적으로 반경 방향으로 이동시켜 판독/기록 헤드가 디스크(16)상의 상이한 데이타 트랙(data tracks)을 액세스(access)할 수 있도록 한다.
제2도는 덮개(11)가 제거된 디스크 드라이브 내부의 평면도로서, 슬라이더(20)를 디스크(16)를 향해 압박하는 힘을 제공하는 서스펜션(24)이 더욱 상세히 예시되어 있다. 서스펜션(24)은 IBM사의 미합중국 특허 제4,167,765호에 개시된 바와 같이 잘 알려진 워트러스 서스펜션(Watrous suspension)과 같은 종래의 서스펜션일 수 있다. 이러한 유형의 서스펜션은 슬라이더가 공기 베어링 상에 부상할 때 이 슬라이더가 피치 및 롤(pitch and roll) 운동하도록 허용하는 슬라이더의 짐발형 부착(gimbaled attachment)을 제공한다. 트랜스듀서(25)에 의해 디스크(16)로부터 검출된 데이타는 암(22)상에 자리잡은 집적회로 칩(15)의 신호증폭 및 처리회로에 의해 데이타 되판독 신호(a data readback signal)로 처리된다. 트랜스듀서(25)로부터의 신호는 플렉스 케이블(flex cable)(17)을 통해 칩(15)으로 제공되며, 칩(15)은 케이블(19)을 통해 출력 신호를 전송한다.
전형적인 자기 디스크 저장 시스템의 상술한 설명과 첨부도면 제1도 및 제2도는 단지 예시를 위한 것이다. 디스크 저장 시스템은 다수의 디스크 및 액츄에이터를 포함할 수 있으며, 각각의 액츄에이터는 다수의 슬라이더를 지원할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 헤드 운반체(head carrier)는 공기-베어링 슬라이더 대신 액체 베어링(liquid bearing) 및 다른 접촉식 기록 디스크 드라이브에서와 같이 헤드를 디스크와 접촉하여 유지시키거나 혹은 디스크와 거의 접촉하여 유지시킬 수 있다.
제3도에는 종래 기술의 SVMR 센서가 도시되어 있다. 센서를 형성하는 막은 적절한 기판(31)상에 지지된다. 제1도 및 제2도의 디스크 드라이브 시스템에서, SVMR 센서(30)는 트랜스듀서(25)의 부분으로 형성될 수 있으며, 기판(31)은 헤드 운반체 또는 슬라이더(20)의 후단부로 형성될 수 있다.
버퍼층(buffer layer)(33)이 기판(31)상에 증착되고, 이어 연질의 강자성 재료의 제1박층(thin layer)(35)이 버퍼층(33)상에 증착된다. 얇은 비자성 금속 스페이서층(37), 강자성 재료의 제2박층(39) 및 상대적으로 높은 전기저항을 가지며 강자성층(39)과 직접 접촉하는 교환 바이어스 재료(an exchange biasing meterial)로 제조된 박층(41)이 층(35)상에 증착된다. 그후, 층(37,39,41)은 디스크(16)와 같은 자기매체상의 데이타 트랙의 진폭과 대체로 대응하는 사전결정된 진폭을 가지도록 에칭(etch)된다. 반강자성층(42,43)은 강자성층(35)의 중앙 감지 영역(36)의 측면 연장부상에 직접 형성된다. 제3도에는 부식 방지(corrosion protection)용 캐핑층(capping layer)과 층(42,43)상에 패턴(pattern)되는 전기도선이 도시되어 있지 않다.
외부 기록 자기 디스크(16)로부터 인가되는 자계가 없을 경우, 강자성 재료로 이루어진 두 층(35,39)의 자화는 화살표(32,38)로 각각 표시된 바와 같이 서로 약 90˚ 각도로 배향되는 것이 바람직하다. 강자성층(35)은, 층(35)상에 점선의 화살표로 도시된 바와 같이, 그의 중앙 점선의 영역(36)의 자화 방향이(제3도에 도시된 자계(h)와 같은) 외부로부터 인가되는 자계에 응답하여 자유로이 회전하므로, 자유(free) 강자성층이라 칭하여진다. 강자성층(39)은 고정(pinned) 강자성층이라 칭한다. 그 이유는 강자성층(39)의 자화 방향이 화살표(38)로 도시된 바와 같이 바람직한 방향으로 고정되어 있기 때문이다. 층(41)은 교환 결합에 의해 바이어스 자계(biasing field)를 제공하여, 강자성층(39)의 자화를 바람직한 방향(화살표(38))으로 고정시킨다. 따라서, 디스크(16)로부터의 신호자계가 가질 수 있는 범위내의 강도(strength)를 갖는 외부자계가 인가되더라도, 강자성층(39)의 자화 방향은 거의 회전하지 않는다. 유사하게, 층(42,43)은 자유 강자성층(35)의 중앙 영역(36)의 연장부에 교환 결합하여 종방향 바이어스(longitudinal biasing)는 제공한다. 이것은 외부로부터 자계가 인가되지 않을 경우, 자유 강자성층(35)의 중앙 감지 영역(36)의 자화가 고정 강자성층(39)의 자화와 대체로 수직방향을 유지되도록 보장한다.
제4도는 디스크(16) 표면에서 위로 바라 보았을 때의 제3도의 구조를 도시한 것이다. 또한, 제4도에는 캐핑층(44) 및 센서(30)에 전기적으로 접속되는 패턴 전기도선(patterned electrical lead)(45,46)이 도시되어 있다. 고정 강자성층(39)은 도면을 향하는 화살표(38)로 표시된 순 거시 자기 모멘트(net macroscopic magnetic moment)를 가진다. 이 자기 모멘트와 연관된 자계는 중앙 감지 영역(36)의 자유 강자성층(35)에 영향을 미친다. 자유층(35)의 자화(화살표(32))는 고정형 층(39)의 자화에 대해 약 90˚각도로 형성된다. 고정층(39)의 자계로 인해 자유층(35)의 자화는 불균일(nonuniform)하게 된다. 이러한 자화의 불균일성으로 인해 센서(30)의 부분들은 자기매체로부터 외부 신호자계가 인가될 때 조기 포화(saturate)되게 된다.
반강자성 교환 결합층(41,42,43)을 사용하는 것이 각각 강자성층(39)의 자화와 자유층(35)의 연장부를 고정시키는 바람직한 방법이다. 그러나, 본 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 제2강자성층(39) 및 자유층(35)의 연장부의 자화는 경질 바이어스층(도시되지 않음)을 사용하는 것과 같은 또 다른 방식으로 고정될 수 있다. 전형적으로, 교환 바이어스층(41,42,43)은 철-망간(Fe-Mn) 또는 니켈-망간(Ni-Mn)과 같은 적절한 반강자성 재료로 제조된다. 그러나, 층(41)은 층(42,43)에 사용되는 재료와 다른 반강자성 재료로 제조되어야 한다. 그 이유는 층(41)의 자화가 층(42,43)의 자화와 직교하여야 하기 때문이다. 제조 공정 동안, 반강자성 재료는 자계를 인가받으면서 특정한 임계온도(specific critical temperature)로 가열되어 그의 자화 방향으로 배향된다. 하나의 재료가 그의 임계 온도로 상승되어 그의 자화 방향으로 배향될 때 이 임계온도는 다른 재료의 임계온도 보다 낮도록 하여 다른 재료의 자화가 영향을 받지 않도록 하기 위해, 상이한 재료가 선택되어야 한다. 따라서, 전형적으로 층(41)은 약 160℃ 임계온도를 갖는 Fe-Mn으로 제조되고, 층(42,43)은 약 240℃ 임계온도를 갖는 Ni-Mn으로 제조된다.
상술한 실시예는 자기기록 디스크 드라이브에 사용되는 SVMR 센서에 관한 것이다. 그러나, 본 발명의 SVMR 소자는 자기 랜덤 액세스 메모리 시스템에도 또한 적용되어 사용될 수 있다. 이와 같은 실시예에서, SVMR 소자는 비트셀(bit cell)로서 역할하며, 자유층 및 고정층의 자화는 수직 방향으로 배향하기 보다는 평행하거나 혹은 반평행하게 배향된다.
본 발명에서, SVMR 센서의 단일층 고정 강자성층(single-layer pinned ferromagnetic layer)은 얇은 반강자성 결합막에 의해 분리된 적어도 두 강자성 막을 포함하는 자체-고정 적층형 구조(self-pinned laminated structure)로 대체된다. 고정층을 고정하는 반강자성층은 제거된다. 적층형 고정층을 형성하는 두 강자성 막은 적절한 유형 및 두께의 반강자성 결합막에 의해 서로 반강자성으로 결합되어 이들의 자화 방향이 서로 반평행하게 배향되도록 한다.
본 발명에 따른 SVMR 센서의 바람직한 실시예는 제5도에 개략적으로 도시되어 있다. 제4도와 마찬가지로, 제5도에도 자기매체의 표면에서 바라본 구조가 도시되어 있다. 그러나, 제5도에 도시된 SVMR 센서(60)는 제4도의 종래기술의 SVMR 센서의 고정층과 자유층이 반전되어 제조된 것으로 도시되어 있다.
제5도에 도시된 바와 같이, SVMR 센서(60)는 인가 자계의 존재하에서 DC 마그네트론 스퍼터 증착(magnetron sputter deposition) 기법에 의해 제조된다. 먼저, 탄탈륨(tantalum:Ta)의 50-100Å막이 본 실시예에서는 유리(glass)로 된 기판(61)상에 버퍼층(buffer layer)(62)으로서 증착된다. 그러나, 기판(61)은 종래의 슬라이더용으로 사용된 것과 같이 반도체 재료 또는 세라믹(ceramic) 재료와 같은 다른 재료로 또한 제조될 수 있다. 제3도의 종래 기술 구조에서의 단일층 고정층(single-layer pinned layer)(39)을 대체하는 고정 강자성층(70)은 자체 고정 적층형 구조(self-pinned laminated structure)이다. 고정 강자성층(70)은 Ta 버퍼층(62)상에 직접 20-50Å 두께로 형성되는 제1코발트(Co)막(72), 제1Co막(72)상에 3-10Å 두께로 증착되는 루테늄(ruthenium:Ru) 막(73) 및 Ru막(73)상에 10-40Å 두께로 형성되는 제2Co박막(74)을 포함한다. 막(72,74)의 자화 용이축은 인가된 자계로 인해 도면 수평면에 대해(지면을 향해) 수직하게 배향된다. SVMR 센서(60)의 모든 막이 증착되고 난 후에 두 막(72,74)의 자화 방향이 설정될 것이다. 이들 자화 방향은 도시된 바와 같이 막(72)의 경우 화살표(76)로 도시된 매체로 향하는 방향이고, 막(74)의 경우 화살표(78)로 도시된 매체로부터 멀어지는 방향이며, 물론 그 역도 가능하다.
이어, 비자성 금속 스페이서로서 역할하는 구리(copper:Cu)층(63)이 제2Co막(74)상에 20-40Å 두께로 증착된다. 본 실시예에서 Cu가 스페이서층으로 사용되었지만, 은(Ag), 금(Au) 및 이들의 합금(alloys)과 같이 전도도(an electrical conductivity)가 높은 비자성 금속 재료가 사용될 수 있다.
다음으로, 자유 강자성층(64)이 스페이서층(63)상에 형성된다. 자유 강자성층(64)은 Cu 스페이서층(63)상에 3-12Å 두께로 증착되는 Co막(65)과 Co막(65)상에 15-60Å 두께로 증착되는 Ni-Fe막(66)을 포함한다. 자유 강자성층(64)을 형성하는 이들 두 막(65,66)은 고정막(72,74) 증착 동안에 사용되는 인가 자계와 동일한 인가 자계의 존재하에서 증착되어, 이 자계가 자유층(64)의 자화용이축을 또한 정의하도록 한다. 이와 달리, 인가 자계는 이전 자계 방향으로부터 90˚회전될 수 있다. 자유 강자성층(64)의 자화 방향은 SVMR 센서(60)의 모든 막이 증착되고 패턴되고난 후 나중에 설정될 것이다. 이 자화 방향은 화살표(67)로 도시된 바와 같이 대체로 매체와 평행하며, 고정막(72,74)의 자화 방향(76,78)과 각각 직교한다. 바람직한 실시예에서 자유 강자성층(64)은 Cu 스페이서층(63)과 인접한 얇은 Co막(65)을 포함하나, 이 막(65)은 Co 합금일 수 있다. 또한, 자유 강자성층(64)은 하나의 강자성 재료로 형성될 수 있다. Co 또는 Co 합금막(65)은 센서의 자기저항을 증가시키지만, 비교적 경질의 자기 Co 재료가 센서의 투자율(permeability)에 미치는 영향을 최소화 하도록 비교적 얇은 2-20Å 두께로 유지된다.
자유 강자성층(64)의 증착에 이어, 제1Ta층(69)이 자유 강자성층(64)상에 형성된다. 다음으로, 자유 강자성층(64)의 중앙 영역(80) 상부의 Ta층(69)이 마스크(mask)된다. 이어서, 이 구조는 인계 자계가 원(original) 방향과 직교 방향으로 배향되도록 하여 스퍼터 증착실(sputter deposition chamber)로 복귀된다. 그후, Ta층(69)은 자유 강자성층(64)의 측면 연장부(81,82)가 노출되도록 에칭된다. Ta 에칭은 자유 강자성층(64)의 중앙 감지 영역(80)의 에지(edges)(90,91)를 정의한다. 에지(90,91) 사이의 영역(80)의 폭은 자기매체상의 데이타 트랙 폭과 대체로 정합하도록 선택된다. 이 폭은 미크론(10,000Å) 범위의 크기이므로, 제5도는 센서 박막이 도시될 수 있도록 스케일되어 있지 않다.
그후, 반강자성 교환 바이어스층(83,84)은 자유 강자성 막(66)의 측면 연장부(81,82)상에 직접 증착된다. 이에 따라 연장부(81,82)의 자화 방향은 그들의 원래의 자화용이축과 수직하게 설정된다. 제5도에는 도시되어 있지 않지만, 이전의 에칭 단계 동안 약간의 Ni-Fe이 막(66)으로부터 제거되었을 수 있으므로, 부가적인 Ni-Fe을 측면 연장부(81,82)상에 먼저 증착하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 층(83,84)에 사용되는 재료는 Fe-Mn-Cr이다. 그후, Fe-Mn-Cr에는 외부 자계가 인가되며, Ni-Mn의 경우에 요구되었던 240℃ 보다 훨씬 낮은 180℃로 가열된다. Fe-Mn-Cr층(83,84)은 자유층 연장부(81,82)의 종방향의 바이어스를 제공하여, 그들의 자화방향을 화살표(67) 방향으로 고정시킨다. 이러한 자계 존재하에서의 부가적인 가열 및 냉각 단계는 연장부(81,82)의 자화 방향이 원하는 방향으로 유지되도록 보장한다.
그후 40-60Å 두께의 Ta로 제조된 캐핑층(85)이 Fe-Mn-Cr 반강자성 교환 바이어스층(83,84)상에 증착되어, 센서(60)에 내식성(corrosion resistance)을 제공한다. 다른 적절한 캐핑 재료는 루테늄(Ru), 지르코늄(zirconium:Zr) 또는 Cu 및 Au 합금과 같이 저항률이 높은 재료이다.
또한, 제5도에는 SVMR 센서(60)를 자기기록 시스템의 감지회로와 접속시키는 수단이 개략적으로 예시되어 있다. Au 혹은 Ta로 도포된 Au로 바람직하게 형성되는 전기도선(86,87)이 감지 영역(80) 외부 캐핑층(85)상에 증착되어, SVMR 센서(60)와 전류원(current source)(88) 및 감지수단(89)간의 회로경로를 형성한다.
센서 구조(sensor geometry)가 완성되고난 후에, 상당히 큰 자계(∼10Koe)를 제공하여 층(72,74)의 자화 방향이 설정된다. 층(66)의 자화 방향은 그의 형상 이방성(shape anisotropy)과 고정된 연장부(81,82)의 효과로 인해, 자체 설정(self-setting)된다.
바람직한 실시예에서, 자유 강자성층(64)의 중앙 영역(80)의 자화가 기록매체로부터 인가된 자기신호에 응답하여 회전할 경우, 매체의 자기신호는 SVMR 센서(60)의 저항 변화 델타R(deltaR)을 검출하는 감지수단(89)에 의해 감지된다.
적층형 고정층(70)에서 두 Co막(72,74)은 각각 화살표(76,78) 방향으로 표시된 자화 방향을 갖는다. 두 Co막(72,74)의 자화 반평행 정렬은 Ru 반강자성 결합막(73)을 통한 반강자성 교환 결합에 기인한다. 이러한 반강자성 결합으로 인해 그리고 두 Co막(72,74)이 실질적으로 동일한 두께를 가질 수 있기 때문에, 각각의 막의 자기 모멘트는 본질적으로 서로 소거할 수 있다. 따라서, 적층형 층(70)의 순 자기 모멘트는 두 막(72,74)의 자기 모멘트의 합보다 상당히 적다.
제5도에 도시된 실시예에서, 자체 고정 적층형 강자성층(70)은 단일 반강자성 결합막(73)에 의해 분리된 두 반강자성 결합막(72,74)을 포함하지만, 층(70)은 반강자성 결합막에 의해 분리된 다수의 강자성 막을 포함할 수도 있다.
적층형 고정층(70)에서 강자성 막(72,74) 및 강자성 결합막(73)용으로 선택된 재료에 따라서, 강자성 막이 반강자성적으로 강하게 결합되는 바람직한 반강자성 결합막 두께가 존재한다. 그러나, 반강자성 결합막의 두께는 너무 얇지 않아야 한다. 두께가 너무 얇으면 막에 상당 수의 핀홀(pin holes)이 발생하며, 이로 이해 반강자성 결합 강도가 영향을 받기 때문이다. 반강자성 결합 자계의 강도(strength)는 반강자성 막 두께의 증가에 따른 함수로서 진동성 동작(oscillatory behavior)을 보인다. 이러한 선택된 재료 조합에 대한 진동성 결합 관계는 Parkin 등의 Phys. Rev. Lett., Vol. 64, p. 2304(1990)에 개시되어 있다.
SVMR 센서(60)의 적층형 고정층은 강자성 및 반강자성 결합막으로서 바람직하게 Co 및 Ru 재료를 각각 사용하는 것으로 도시되었지만, 철/크롬(Fe/Cr)과 같은 다른 금속 조합, (Fe, Ni, Co 또는 Fe, Ni 혹은 Co의 합금과 같은) 다른 강자성 재료와 더불어 (Cr, 로듐(rhodium:Rh), 이리듐(iridium:Ir) 및 그들의 합금과 같은) 다른 반강자성 결합막을 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 이러한 각각의 재료 조합에 대하여 이미 알려져 있지 않다면, 진동성 교환결합 관계가 결정되어 반강자성 결합막의 두께가 두 강자성 막 사이에 반강자성 결합을 보장하는 두께로 선택될 수 있도록 하여야 한다.
적층형 고정층(70)을 형성하는 두 강자성 막(72,74)의 실제(live) 두께가 동일하면, 각각의 자기 모멘트가 정확히 소거되므로 고정층(70)의 순 모멘트는 이론적으로 0이 된다.(실제 두께는 자기 모멘트를 소유하는, 따라서 인접한 막과 혼합되거나 혹은 산화될 수 있는 막 표면을 제외한 고정막(72,74)의 실제 두께를 의미한다. 따라서, 각각의 막(72,74)의 실제 두께는 막(72,74)의 전체 두께 보다 작다.) 각각의 막을 정확히 동일한 두께로 형성시키는 것은 불가능하기 때문에, 고정층(70)의 순 모멘트는 통상의 증착공정의 당연한 결과로서 작지만 0 값은 아닐 것이다. 그러나, 제5도를 참조하여 기술된 바와 같이, 고정층의 자기 모멘트가 작지만 영은 아니도록 하기 위해, 고정 강자성 막의 하나를 다른 막의 두께 보다 약간 더 두껍게 증착하는 것이 바람직하다. 이것은 자계가 조금 발생하더라도 고정층(70)의 자화가 안정되어 층(70)의 자화 방향이 예측 가능하도록 보장한다.
본 발명의 SVMR 센서(60)의 주 요지(key aspect)는 고정 강자성층(70)의 자화를 고정시키는 고정 강자성층(70)에 인접한 경질 바이어스층이나 혹은 반강자성층이 없다는 것이다. 이 층의 부재로 인해 부가적인 공정단계가 제거되며, Fe-Mn(또는 바람직한 실시예의 Fe-Mn-Cr)이 자유 강자성층(63)의 연장부(81,82)를 종방향으로 바이어스시키는 반강자성층으로서 사용되도록 허용한다. 따라서, Ni-Mn의 사용과 연관된 문제가 제거될 수 있다.
단일층 고정층을 경질 또는 교환 바이어스층과 연관하여 사용하는 종래의 기술과는 달리 본 발명의 SVMR 센서(60)에는 적층형 층(70)이 자체 고정되므로 경질 바이어스층 또는 교환 바이어스층이 필요 없다. 적층형 층(70)의 두 강자성 막(72,74)은 거의 동일한 두께를 갖되 그들의 자화는 반대 방향으로 배향하므로, 층(70)의 순 자기 모멘트는 작다. 외부로부터 인가되는 자계는 이러한 작은 순 모멘트를 자계 강도에 곱한 결과의 값과 관련된 정자기 에너지(a magnetostatic energy)를 발생할 것이다. 정자기 에너지는 적층형 층(70)의 유효 이방성 자계 에너지 보다 작으므로, 외부로부터 자계가 발생하더라도 적층형 층(70)은 회전하지 않을 것이다. 외부로부터 인가되는 자계 에너지가 유효 이방성 자계 에너지 보다 작은 이유는 외부로부터 인가되는 자계가 두 강자성 막(72,74)의 실제 두께차에 비례하고, 유효 이방성 자계 에너지는 이들 두 막의 실제 두께의 합에 비례하기 때문이다. 또한, 적층형 층(70)이 자체 고정되기 위하여는 각 막(72,74)의 고유 이방성 자계가 자유층(64)으로부터의 결합 자계보다 수배 더 커야 한다. 이것은 주어진 스페이서층/자유층의 조합에 대해 적층형 고정층(70)의 재료를 선택함으로써 달성된다. 예를 들어, 제5도와 관련하여 설명된 실시예에서 각 Co막(72,74)의 고유 이방성 자계는 약 60Oe이며, 자유층(64)으로부터의 결합자계는 20Oe 미만이다. 따라서, 적층형 층(70)은 신호자계가 제공되더라도 회전하지 않을 것이며, 자체 고정된다.
본 발명에 따른 SVMR 센서는 종래의 기술에 비해 매우 개선된 성능을 갖는다. Ni-Mn이 사용될 때 요구되는 240℃ 공정 단계를 거치는 SVMR 센서에 비해, 자기저항(델타 R/R)은 약 20-30% 증가되고, 자유 강자성층의 이방성 자계는 약 70% 감소된다. 또한, 고온 공정 단계에 기인한 자기왜곡의 변화는 1/10로 감소된다. 그 결과, 신호응답은 5밀리볼트/미크론(millivolts/micron)으로 계산되었으며, 이는 종래의 SVMR 센서에 비해 약 300%의 개선을 의미한다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 도시되고 기술되었지만, 본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 및 영역을 벗어나지 않고서도 그 형태 및 세부사항에 있어 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 발명은 예시적인 것으로 이해되어야 하며 첨부된 특허 청구범위에 의해서만 그 범위가 제한될 것이다.

Claims (40)

  1. 스핀 밸브 자기저항 소자(a spin valve magnetoresistive element)에 있어서, 상기 스핀 밸브 자기저항 소자는 비자성 재료(nonmagnetic material)의 스페이서층(a spacer layer)에 의해 분리된 강자성 재료(ferromagnetic material)의 제1 및 제2층을 포함하며, 자계(magnetic field)가 인가되지 않을 경우 강자성 재료의 상기 제1층의 자화 방향(magnetization direction)은 강자성 재료의 상기 제2층의 자화 방향에 대해 소정의 각도로 배향되고, 강자성 재료의 상기 제2층은 서로 반강자상적으로 결합된 제1 및 제2강자성 박막과 상기 두 강자성 박막을 분리하는 반강자성 결합 박막(an antiferromagnetically coupling film)을 포함하며, 상기 스핀 밸브 자기저항 소자는 또한 상기 제2강자성층의 자화를 고정(pin)하는 경질 바이어스층(hard bias layer) 또는 교환 바이어스층(exchange bias layer)을 포함하지 않는 스핀 밸브 자기저항 소자.
  2. 제항에 있어서, 상기 제2강자성층의 상기 반강자성 결합 박막은 기본적으로 루테늄(ruthenium:Ru)으로 이루어진 스핀 밸브 자기저항 소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2강자성층의 상기 제1 및 제2강자성 박막은 코발트(Co)로 이루어진 스핀 밸브 자기저항 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2강자성층의 상기 제1 및 제2강자성 박막은 코발트(Co), 철(Fe), 니켈(Ni) 및 코발트, 철, 니켈의 합금으로 이루어진 그룹(group)으로부터 선택된 재료로 제조되며, 상기 제2강자성층의 반강자성 결합 박막은 루테늄(Ru), 크롬(Cr), 로듐(rhodium:Rh), 이리듐(iridium:Ir) 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는 스핀 밸브 자기저항 소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2강자성층은 상기 제2강자성층의 상기 제1 및 제2박막의 자기 모멘트(magnetic moments)의 합 보다 실질적으로 적은 순 자기 모멘트(a net magnetic moment)를 갖는 스핀 밸브 자기저항 소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 강자성층의 상기 제1 및 제2박막은 실질적으로 동일한 자기 모멘트를 갖는 스핀 밸브 자기저항 소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 비자성 스페이서층은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu) 및 은, 금, 구리의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 스핀 밸브 자기저항 소자.
  8. 스핀 밸브 자기저항 센서(a spin valve magnetoresistive sensor)에 있어서, 상기 센서는:기판(a substrate)과; 상기 기판상에 형성되는 층 구조(a layered structure)를 포함하며, 상기 층 구조는, 자계가 인가되지 않을 경우에 주어진 자화방향을 갖는 자유 강자성층(a free ferromagnetic layer)과; 상기 자유 강자성층과 인접하는 비자성 스페이서층(a nonmagnetic spacer layer)과; 상기 스페이서층과 인접하며, 상기 자유 강자성층의 자화에 대해 소정의 각도로 배향된 자화를 갖는 제1고정 강자성 박막(a first pinned ferromagnetic film)과; 상기 제1고정 강자성 박막과 인접하는 반강자성 결합 박막과; 상기 반강자성 결합 박막과 인접하며, 상기 제1고정 강자성 박막과 반강자성적으로 결합되어, 상기 제1고정 강자성 박막의 자화와 대체적으로 반평행(antiparallel)한 자화 방향을 갖게되는 제2고정 강자성 박막을 포함하며; 상기 센서는 또한 상기 고정 강자성 박막의 자화를 고정시키는 경질 바이어스층 또는 교환 바이어스층을 갖지 않는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2고정 강자성 박막 사이의 반강자성 결합 박막은 루테늄으로 이루어진 스핀 밸브 자기저항 센서.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2고정 강자성 박막은 코발트, 철, 니켈 및 코발트, 철 또는 니켈의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되며, 상기 반강자성 결합 박막은 루테늄, 크롬, 로듐, 이리듐 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2고정 강자성 박막은 실질적으로 동일한 자기 모멘트를 갖는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  12. 제8항에 있어서, 상기 자유 강자성층과 상기 제1고정 강자성 박막 사이의 상기 비자성 스페이서층은 은, 금, 구리 및 은, 금, 구리의 합금을 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  13. 제8항에 있어서, 상기 자유 강자성층은 상기 스페이서층과 인접한 얇은 코발트 또는 코발트 합금 박막을 포함하는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  14. 스핀 밸브 자기저항 센서에 있어서, 상기 센서는:기판과; 상기 기판상에 형성되며, 제1 및 제2강자성 박막과 상기 제1 및 제2강자성 박막 사이의 반강자성 결합 박막을 구비하여, 상기 제1 및 제2강자성 박막의 자화 방향을 대체적으로 반평행하게 정렬(align)하는 적층형 자체-고정층(a laminated self-pinned lyaer)과; 상기 적층형 자체-고정층의 상기 제2강자성 박막과 인접하게 형성된 비자성 스페이서층과; 상기 스페이서층과 인접하게 형성되며, 자계가 인가되지 않을 경우 상기 적층형 자체-고정층의 상기 제1 및 제2강자성 박막의 자화와 대체적으로 수직(perpendicular)하게 배향된 자화를 갖는 자유 강자성층을 포함하며; 상기 센서는 상기 적층형 자체-고정층의 상기 제1 및 제2강자성 박막의 상기 자화를 고정시키는 경질 바이어스층 또는 교환 바이어스층을 갖지 않는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  15. 제14항에 있어서, 상기 자유 강자성층은 중앙감지영역(a central sensing region)과 상기 중앙감지영역의 측부의 연장부(extensions)를 구비하며, 상기 센서는 상기 자유층 연장부의 자화를 종방향(longitudinally)으로 바이어스(biasing)시키기 위해 상기 자유 강자성층과 인접하게 형성된 철 및 망간을 포함하는 합금층을 더 포함하는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  16. 제14항에 있어서, 상기 적층형 자체-고정층의 상기 제1 및 제2박막 사이의 상기 반강자성 결합 박막은 루테늄으로 이루어진 스핀 밸브 자기저항 센서.
  17. 제14항에 있어서, 상기 자체-고정 강자성층의 상기 제1 및 제2박막은 코발트, 철, 니켈 및 코발트, 철 또는 니켈의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지며, 상기 반강자성 결합 박막은 루테늄, 크롬, 로듐, 이리듐 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진 스핀 밸브 자기저항 센서.
  18. 제14항에 있어서, 상기 자체-고정 강자성층의 상기 제1 및 제2박막은 실질적으로 동일한 자기 모멘트를 갖는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  19. 제14항에 있어서, 상기 자유 강자성층과 상기 적층형 자체-고정층 사이의 상기 비자성 스페이서층은 은, 금, 구리 및 은, 금, 구리의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  20. 제14항에 있어서, 상기 자유 강자성층은 상기 스페이서층과 인접한 얇은 코발트 또는 코발트 합금 박막을 포함하는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  21. 제14항에 있어서, 상기 적층형 자체-고정층은 상기 기판과 상기 자유 강자성층 사이에 위치되는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  22. 제21항에 있어서, 상기 기판과 상기 적층형 자체-고정층 사이에 버퍼층(a buffer layer)을 더 포함하는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  23. 제21항에 있어서, 상기 자유 강자성층상에 형성된 캐핑층(a caapping layer)을 더 포함하는 스핀 밸브 자기저항 센서.
  24. 자기저장 시스템(a magnetic storage system)에 있어서, 상기 시스템은:데이타의 기록을 위한 다수의 트랙(tracks)을 갖는 자기저장매체(a megnetic storage medium)와; 자신과 상기 자기저장매체 간의 상대적인 움직임동안, 상기 자기저장매체와 근접하게 유지되는 자기 트랜스듀서(a magnetic transducer)를 포함하고, 상기 자기 트랜스듀서는 스핀 밸브 자기저항 센서를 포함하며, 상기 스핀 밸브 자기저항 센서는, 비자성 재료의 스페이서층에 의해 분리되는 강자성 재료의 제1 및 제2층을 포함하며, 강자성 재료의 상기 제1층의 자화 방향은 자계가 인가되지 않는 경우에 강자성 재료의 상기 제2층의 자화 방향에 대해 소정의 각도로 배향되고, 강자성 재료의 상기 제2층은 서로 반강자성적으로 결합된 제1 및 제2강자성 박막과 상기 두 강자성 박막을 분리하는 반강자성 결합 박막(an antiferromagnetically coupling film)을 포함하며, 상기 자기저항 센서는 상기 제2강자성층의 자화를 고정시키는 경질 바이어스층 또는 교환 바이어스층을 포함하지 않으며, 상기 시스템은 상기 자기저항 센서와 결합되어, 상기 자기저장매체에 기록된 데이타 비트(data bits)가 상기 자기저항 센서에 의해 인터셉트(intercept)됨을 나타내는 자계에 응답하여 상기 저항 센서의 저항 변화(resistance changes)을 검출하는 수단을 포함하는 자기저장 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제2강자성층의 상기 반강자성 결합 박막은 루테늄으로 이루어진 자기저장 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제2강자성층의 상기 제1 및 제2강자성 박막은 코발트 재료로 이루어진 자기저장 시스템.
  27. 제24항에 있어서, 상기 제2강자성층의 상기 제1 및 제2강자성 박막은 코발트, 철, 니켈 및 코발트, 철 또는 니켈의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지며, 상기 제2강자성 층의 반강자성 결합 박막은 루테늄, 크롬, 로듐, 이리듐 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진 자기저장 시스템.
  28. 제24항에 있어서, 상기 제2강자성층의 순 자기 모멘트는 실질적으로 상기 제2강자성층의 상기 제1 및 제2박막의 자기 모멘트의 합 보다 적은 자기저장 시스템.
  29. 제24항에 있어서, 상기 제2강자성층의 상기 제1 및 제2박막은 실질적으로 동일한 자기 모멘트를 갖는 자기저장 시스템.
  30. 제24항에 있어서, 상기 비자성 스페이서층은 은, 금, 구리 및 은, 금, 구리 합금으로부터 선택된 재료를 포함하는 자기저장 시스템.
  31. 자기기록 디스크 드라이브(a mangetic recording disk drive)에 있어서, 상기 드라이브는:자기기록 디스크(a magnetic recording disk)와; 상기 디스크와 접속하여 상기 디스크를 회전시키는 모터(a motor)와; 상기 디스크상에 자기적으로 기록된 데이타를 감지하는 스핀 밸브 자기저항 센서를 포함하며, 상기 센서는, 제1 및 제2강자성 박막과 상기 제1 및 제2강자성 박막 사이의 반강자성 결합 박막을 포함하여, 상기 제1 및 제2강자성 박막의 자화 방향을 대체적으로 역평행하게 정렬시키는 적층형 자체-고정층과; 상기 적층형 자체-고정층의 상기 제2강자성 박막과 인접하게 형성된 비자성 스페이서층과; 상기 스페이서층과 인접하게 형성되며, 자계가 인가되지 않을 경우 상기 적층형 자체-고정층의 상기 제1 및 제2강자성 박막의 자화에 대해 대체적으로 수직하게 배향된 자화를 갖는 자유 강자성층을 포함하며, 상기 센서는 상기 적층형 자체-고정층의 상기 제1 및 제2강자성 박막의 자화를 고정시키는 강자성 바이어스층 또는 교환 바이어스층을 갖지 않으며, 상기 드라이브는: 상기 스핀 밸브 자기저항 센서를 지지하며, 상부에 상기 센서가 부착(attach)되는 기판을 갖는 운반체(a carrier)와; 상기 운반체가 상기 디스크를 대체적으로 반경 방향(radially)을 따라 이동케 하여, 상기 센서가 상기 디스크상에 자기적으로 기록된 데이타의 다른 영역을 액세스(access)할 수 있도록 하는 액츄에이터(an actuator)와; 상기 운반체를 상기 액츄에이터와 접속시켜 상기 운반체를 상기 디스크에 근접하게 유지시키는 수단과; 상기 센서와 전기적으로 결합되어, 상기 센서가 상기 자기적으로 기록된 디스크로부터 감지한 자계에 응답하여 상기 센서의 저항 변화를 검출하는 수단과; 상기 모터 및 상기 액츄에이터를 지지하는 수단을 포함하는 자기기록 디스크 드라이브.
  32. 제31항에 있어서, 상기 자유 강자성층은 중앙감지영역과 상기 중앙감지영역의 측부의 연장부를 가지며, 상기 드라이브는 상기 자유층 연장부의 자화를 종방향으로 바이어스시키기 위해 상기 자유 강자성층 연장부와 인접하게 형성된 철 및 망간을 포함하는 합금층을 더 포함하는 자기기록 디스크 드라이브.
  33. 제31항에 있어서, 상기 적층형 자체-고정층의 상기 제1 및 제2박막 사이의 상기 반강자성 결합 박막은 루테늄으로 이루어진 자기기록 디스크 드라이브.
  34. 제31항에 있어서, 상기 자체-고정 강자성층의 상기 제1 및 제2박막은 코발트, 철, 니켈 및 코발트, 철 또는 니켈의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지며, 상기 반강자성 결합 박막은 루테늄, 크롬, 로듐, 이리듐 및 이들의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진 자기기록 디스크 드라이브.
  35. 제31항에 있어서, 상기 적층형 자체-고정층의 순 자기 모멘트가 실질적으로 상기 적층형 자체-고정층의 상기 제1 및 제2박막의 자기 모멘트의 합보다 적은 자기기록 디스크 드라이브.
  36. 제31항에 있어서, 상기 자유 강자성층과 상기 적층형 자체고정층 사이의 상기 비자성 스페이서층은 은, 금, 구리 및 은, 금, 구리의 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 자기기록 디스크 드라이브.
  37. 제31항에 있어서, 상기 자유 강자성층은 상기 스페이서층과 인접한 얇은 코발트 또는 코발트 합금 박막을 포함하는 자기기록 디스크 드라이브.
  38. 제31항에 있어서, 상기 적층형 자체-고정층은 상기 기판과 상기 자유 강자성층 사이에 위치한 자기기록 디스크 드라이브.
  39. 제38항에 있어서, 상기 기판과 상기 적층형 자체-고정층 사이에 버퍼층을 더 포함하는 자기기록 디스크 드라이브.
  40. 제38항에 있어서, 상기 자유 강자성층상에 형성된 캐핑층을 더 포함하는 자기기록 디스크 드라이브.
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