KR0183559B1 - 스핀 밸브형 자기 저항 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 저항 소자에 관한 것으로 상기 소자는 NiFeCo 조성의 자성층과 은(Ag) 조성의 비자성층으로 이루어진 기본층이 복수개 적층되고 상기 기본층의 최상층에 위치하는 자성층상에 니오븀 조성의 반강자성층이 형성되어 있는 스핀 밸브형 자기 저항 소자로 구성되고 이에 의해서 자기 감도를 향상시킬 수 있고 내환경성을 향상시킬 수 있으며 또한 적층수가 적기 때문에 제조 단가 및 제조 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

스핀 밸브형 자기 저항 소자

제1도는 본 발명에 따른 스핀 밸브형 자기 저항 소자를 개략적으로 도시한 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 자기 저항 소자의 자기 저항 특성에 대한 설명도.

제3도는 본 발명에 따른 자기 저항 소자의 자기 저항 특성에 대한 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 제1반강자성층 12 : 제1비자성층

13 : 제1자성층 14 : 기본층

15 : 비자성층 16 : 반강자성층

본 발명은 자기 저항 소자에 관한 것으로서, 특히 자기 감도 및 환경성이 우수하고 제조 단가를 저하시킬 수 있는 스핀 밸브형 자기 저항 소자에 관한 것이다.

일반적으로, 자기 저항 소자는 자기 저항 특성에 따라서 자기 유도형(mAgnetic induction type), 반도체형, 및 강자성체형으로 세분화되고 여기에서 상기 강자성체는 단층막형과 다층막형으로 분리된다.

이때. 상기 자기 유도형 자기 저항 소자는 자성체로부터 발산되는 자속을 코일이 끊어주면 상기 코일에 기전력이 발생되는 원리를 이용한 소자이며 상기 반도체형 자기 저항 소자는 InSb 또는 GAAs와 같은 합금 조성으로 이루어지고 또한 상기 강자성체형 자기 저항 소자는 NiFe 또는 NICo 합금 성분으로 이루어져 있고 이방성 자기 저항 특성을 이용한 소자이다.

여기에서, 상기 자기 유도형 자기 저항 소자는 설치하기 위한 공간을 많이 요구하고 또한 자기 감도가 저하된다는 문제점이 야기되고 상기 반도체형 자기 저항 소자는 저항 온도 계수가 크기 때문에 약 150℃ 이상의 온도에서 온도 특성이 저하되고 자기 감도에 의한 민감도가 저하된다.

또한, 상기 강자성체 자기 저항 소자는 단층막인 경우에 철의 강한 화학적 친화력 때문에 제조 공정중 산화 또는 탄화되어서 고온하에서 사용하기가 부적합하고 또한 일측이방성을 공급하기 위하여 1KG 정도의 자기장하에서 별도의 열처리를 수행해야 하며 한편 다층막인 경우에 적층수가 약 20 내지 40층으로 구성되어 있으므로 많은 제조 시간이 제조 단가를 요구하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 자기 감도 및 내환경성이 우수하고 제조 단가 및 제조 시간을 단축시킬 수 있도록 자성층 및 비자성층이 교번적으로 적층되어 있는 스핀 밸브형 자기 저항 소자를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기의 목적은 NiFeCo 조성의 자성층과 은(Ag) 조성의 비자성층으로 이루어진 기본층이 복수개 적층되고 상기 기본층의 최상층에 위치하는 자성층상에 니오븀 조성의 반강자성층이 형성되어 있는 것을 특징으로 스핀 밸브형 자기 저항 소자에 의해서 달성된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 스핀 밸브형 자기 저항 소자는 다수의 층이 순차적으로 적층된 Nb/Ag/NiFeCo/[Ag/NiFeCo]n/Ag/Nb 구조로 형성되고, 상기 기본층의 적층수(n)는 3 내지 5층으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 스핀 밸브형 자기 저항 소자는 전자 빔 증착 공정과 같은 진공 증착 공정에 의하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 스핀 밸브형 자기 저항 소자의 구조를 도시한 단면도이고, 제2도 및 제3도는 스핀 밸브형 자기 저항 소자의 자기 저항 특성에 대한 설명도 이다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 스핀 밸브형(spin-vAlve type) 자기 저항 소자는 NiFeCo 조성의 자성층(14b)과 은(Ag) 조성의 비자성층(14A)으로 이루어진 기본층(14)이 복수개 적층되고 상기 기본층(14)의 최상층에 위치하는 상기 자성층(14b)상에 나오븀(Nb) 조성으로 이루어진 반강자성층(16)(Anti-ferromAgnetic)이 형성되어 있다.

이때. 상기 스핀 밸브형 자기 저항 소자는 실리콘 기판상에 전자 빔(electron-beAm) 증착 공정과 같은 진공 증착 공정에 의하여 자성 물질과 비자성 물질을 순차적으로 적층시킴으로서 형성된 복수개의 자성층 및 비자성층으로 구성되며 그 결과 Nb/ Ag/ NiFeCo/ [Ag/ NiFeCo]n/Ag/Nb 구조로 형성된다.

즉, 상기 스핀 밸브형 자기 저항 소자는, 제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 실리콘 기판(1)상에 상기된 바와 같은 증착 공정에 의하여 니오븀(Nb) 조성을 소정 두께로 적층시킴으로서 제1반강자성층(11)을 형성시키며 상기 제1반강자성층(11)상에 상기 증착 공정에 의하여 은(Ag) 조성을 소정 두께로 적층시킴으로서 제1비자성층(12)을 형성 시키고 상기 제1비자성층(12)상에 NiFeCo 조성을 소정 두께로 적층시킴으로서 제1자성층(13)을 형성시킨다.

또한, 상기 제1자성층(13)상에 상기 증착 공정에 의하여 순차적으로 형성된 은 성분으로 이루어진 비자성층(14A) 및 NiFeCo 조성으로 이루어진 자성층(14b)으로 구성된 기본층(14)을 다수 적층시키며 상기 기본층(14)은 약 3층 내지 5층으로 적층되고 바람직하게는 4층으로 적층된다.

한편, 상기 기본층(14)을 구성하는 다수의 층들중 최상부에 위치하는 자성층(14b)상에 교환 바이어스 자계를 인가시키기 위하여 니오븀(Nb) 조성을 상기와 같은 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 반강자성층(16)을 형성시키고 이때 상기 기본층(14)의 자성층(14b)와 상기 반강자성층(16)사이에 은 성분으로 이루어진 비자성층(15)을 형성시킨다.

여기에서, 상기 실리콘 기판(1)상에 형성된 상기 제1반강자성층(11)의 적층 두께는 약 40Å 내지 60Å 범위의 두께로 유지시키고 바람직하게는 약 50Å 정도의 두께로 유지시킨다.

또한, 상기 제1비자성층(12)의 적층 두께는 약 10Å 내지 30Å 범위의 두께로 유지시키고 상기 제1자성층(13)의 적층 두께는 약 15Å 내지 30Å 범위의 두께로 유지시키며 바람직하게는 상기 제1비자성층(12)은 약 20Å의 적층 두께로 형성시키고 상기 제1자성층(13)도 약 20Å의 적층 두께로 형성시킨다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 스핀 밸브형 자기 저항 소자의 기본층 (14)을 구성하는 비자성층(14a)의 적층 두께는 30Å 내지 50Å 정도의 두께로 유지시키는 반면에 자성층(14b)의 적층 두께는 10Å 내지 30Å 범위로 두께로 유지시킨다.

이 후에, 상기된 바와 같이, 상기 기본층(14)을 복수개의 층으로 적층시킨 상태에서 상기 기본층(14)의 최상부에 위치하는 상기 자성층(14b)상에 은 성분의 비자성층(15)을 약 20Å 정도의 적층 두께로 형성시킨다.

이 후에, 상기 비자성층(15)상에 니오븀(Nb) 조성을 상기된 바와 같은 증착 공정에 의하여 약 90Å 내지 110Å 범위의 적층 두께로 형성시켜서 반강자성층(16)을 형성시키고 특히 상기 반강자성층(16)은 약 100Å 정도의 적층 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 기본층(14)의 자성층(14b)을 구성하는 NiFeCo 조성은 Ni:Fe:Co 조성비가 약 66:16:18의 조성비로 유지되는 것이 바람직하다.

여기에서, 상기 스핀 밸브형 자기 저항 소자의 자기 저항 특성은, 제2도에 도시되어 있는 바와 같이, 반강자성층(23d)과 제1자성층 (23a)사이의 경계면에서 교환 상호 작용에 의해 상기 제1자성층(23a)에는 화살표 (①) 로 표시되어 있는 바와 같이 교환바이어스 자계가 인가된다.

한편, 외부로부터 인가되는 자계가 작은 경우에 상기 교환 바이어스 자계(①)에 의해서 상기 제1자성층(23a)의 자화는 화살표(②)로 표시되어 있는 바와 같이 고정되는 반면에 상기 반강자성층(23d)인 인접하지 않은 제2자성층(23c)은 외부로부터 인가되는 자계에 의하여 화살표(③)로 표시되어 있는 바와 같이 용이하게 자화된다.

즉, 제4도에 도시되어 있는 바와 같이 외부로부터 자계가 인가되는 경우에 상기 제1자성층(23A)은 상기 반강자성층(23d)으로부터 인가되는 교환 바이어스 자계에 의하여 용이하게 자화되지 않고 스핀이 고정되어 있는 반면에 상기 제2자성층(23c)의 스핀은 용이하게 자유로이 회전되어서 자화된다.

즉, 상기된 바와 같이 외부로부터 인가되는 자계에 의하여 상기 제1자성층(23A) 및 제2자성층(23c)의 자화의 방향은 「평행↔반평행」 상태로 변화하고 이러한 자화 방향이 평행한 경우에 자기 변화에 의한 전기 저항율이 낮으며 이와는 반대로 상기 자화 방향이 반평행한 경우에 전기 저항율이 높다.

즉, 상기된 바와 같이 상기 스핀 밸브형 자기 저항 소자는 자화의 방향 즉 스핀의 방향에 따라서 전류가 흐르기 쉽게 되거나 또는 전류가 흐르기 어렵게 된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 자기 저항 소자를Nb/Ag/NiFeCo/[Ag/NiFeCo]n/Ag/Nb 구조의 스핀 밸브형 자기 저항 소자로 형성시킴으로서 자기 감도를 향상시킬 수 있고 내환경성을 향상시킬 수 있으며 또한 적층수가 적기 때문에 제조 단가 및 제조 시간을 단축시킬 수 있다.

Claims (6)

1. NiFeCo 조성의 자성층과 은(Ag) 조성의 비자성층으로 이루어진 기본층이 복수개 적층되고 상기 기본층의 최상층에 위치하는 자성층상에 니오븀 조성의 반강자성층이 형성되어 있는 것을 특징으로 스핀 밸브형 자기 저항 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 스핀 밸브형 자기 저항 소자는 다수의 층이 순차적으로 적층된 Nb/Ag/NiFeCo/[Ag/FiFeCo]n/Ag/Nb 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브형 자기 저항 소자.
3. 제1항에 있어서, 은 조성의 비자성층 및 NiFeCo 조성의 자성층으로 이루어진 상기 기본층은 3층 내지 5층으로 구성된 것을 특징으로 하는 스핀 밸브형 자기 저항 소자.
4. 제3항에 있어서, 상기 기본층의 자성층을 구성하는 NiFeCo 성분은 Ni:Fe:Co 의 조성비가 66:16:18로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브형 자기 저항 소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 스핀 밸브형 자기 저항 소자는 진공 증착 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브형 자기 저항 소자.
6. 제5항에 있어서, 상기 진공 증착 공정은 전자 빔 증착 공정에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브형 자기 저항 소자.