KR100234173B1 - Magnetoresistive device of thin film magnetic head - Google Patents
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Abstract
본 발명은 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자에 관한여 개시한 것으로서, 본 발명에 의한 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자는 AgCo합금박막의 상면 및 하면에 각각 강자성체인 Fe나 Co를 상지층과 하지층으로 형성함으로써, 이들의 교환결합작용을 통하여 합금박막만을 사용하는 경우보다 저항 변화율을 크게 감소시키지 않으면서 포화자계를 개선할 수 있어서 자기 헤드에 적용시 보다 큰 출력을 낼 수 있는 효과를 가지도록 한 것이다.The present invention relates to a magnetoresistive element of a thin film magnetic head, and the magnetoresistive element of a thin film magnetic head according to the present invention has a ferromagnetic material Fe or Co on the upper and lower surfaces of an AgCo alloy thin film, respectively, as an upper layer and an underlying layer. By forming them, the saturation magnetic field can be improved without significantly reducing the resistance change rate compared to the case where only the alloy thin film is used through the exchange coupling action, so as to have a larger output when applied to the magnetic head. .
Description
제1도는 종래의 일반적인 박막 자기 헤드의 구성을 개략적으로 나타내 보인 평면도,1 is a plan view schematically showing the configuration of a conventional general thin film magnetic head,
제2도는 제1도에 도시된 박막 자기 헤드의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도,2 is a cross-sectional view taken along line I-I of the thin film magnetic head shown in FIG.
제3도는 자기 저항 소자의 합금박막 구조를 나타내 보인 개략도로서 자기장이 가해지지 않은 경우의 상태도,3 is a schematic view showing an alloy thin film structure of a magnetoresistive element, and a state diagram when no magnetic field is applied,
제4도는 자기 저항 소자의 합금박막 구조를 나타내 보인 개략도로서 자기장이 가해진 경우의 상태도,4 is a schematic view showing an alloy thin film structure of a magnetoresistive element, and a state diagram when a magnetic field is applied;
제5도는 종래 자기 저항 소자의 다층막 구조를 나타내 보인 개략적 구성도,5 is a schematic block diagram showing a multilayer structure of a conventional magnetoresistive element;
제6도는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 다층막 구조에 대한 일예를 나타내 보인 개략적 구성도,6 is a schematic block diagram showing an example of a multilayer film structure of a magnetoresistive element according to the present invention;
제7도는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 다층막 구조에 대한 다른예를 나타내 보인 개략적 구성도이며, 그리고7 is a schematic diagram showing another example of the multilayer structure of the magnetoresistive element according to the present invention, and
제8도는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 다층막 구조에 대한 또 다른 예를 보인 개략적 구성도이다.8 is a schematic diagram showing another example of the multilayer structure of the magnetoresistive element according to the present invention.
〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉<Description of reference numerals for the main parts of the drawings>
1 : 기판 2, 4 : 자성체층1: substrate 2, 4: magnetic layer
3 : 자기 저항 소자 5 : 자기 저항막3: magnetoresistive element 5: magnetoresistive film
6 : 도전막 7 : 절연막6: conductive film 7: insulating film
8 : 인접막 10 : 기판8: adjacent film 10: substrate
11 : 합금박막 12, 12a, 12c : 상지층11: alloy thin film 12, 12a, 12c: upper layer
13, 13a, 13c : 하지층 14 : 보호막13, 13a, 13c: base layer 14: protective film
본 발명은 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저항 변화율은 크게 감소시키지 않으면서 포화자계를 감소시켜 출력특성을 향상시킨 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetoresistive element of a thin film magnetic head. More particularly, the present invention relates to a magnetoresistive element of a thin film magnetic head in which a saturation magnetic field is reduced without improving the resistance change rate, thereby improving output characteristics.
최근, 자기 기록 분야에서의 기록 밀도의 증가에 따라 자기 헤드에 있어서도 그에 부응하는 새로운 재료의 개발이 요구되고 있다. 이와 같은 재료의 개발추세는 현재 자기 플럭스(flux)의 변화를 감지하여 정보를 읽어 들이는 유도형 헤드(inductive head)에서 플럭스 자체를 감지하는 자기저항 헤드(Megnetorsistive head)로 가고 있다.In recent years, with the increase in recording density in the field of magnetic recording, the development of new materials corresponding to the magnetic head has also been demanded. The development of such materials is currently moving from inductive heads that sense changes in magnetic flux to read information and magnetoristist heads that sense the flux itself.
이러한 자기저항 헤드는 매체로부터 유출되는 플럭스에 의해 자기 저항 소자의 저항이 변하는 원리에 의해 작동되며, 감지전류의 방향과 자기 저항 소자의 자화방향이 이루는 각도에 의존하는 이방성 자기저항(Anisotropic Magnetorsistance; AMR) 현상에 이론적 근거를 두고 있다.The magnetoresistive head is operated on the principle that the resistance of the magnetoresistive element is changed by the flux flowing out of the medium, and depends on the angle between the direction of the sensing current and the magnetization direction of the magnetoresistive element (Anisotropic Magnetorsistance; AMR). ) Based on phenomena.
일반적으로 상기한 바와 같은 자기 저항 소자를 이용한 박막형 자기 저항 헤드는 제1도와 제2도에 도시된 바와 같이 기판(1)에 자기회로를 구성하는 상하부 자성체층(4)(2)을 구비하고, 분리된 상부 자성체층(4)(4) 사이의 하부에 자기 저항 소자(3)가 마련되는 구조를 가지며, 이때에 매체에 접촉되는 부위에는 자기 유입을 위한 갭(gap; t)이 유지되고, 이 갭은 소정 깊이(d)로 일정하게 유지되는 구조를 가진다.In general, a thin film magnetoresistive head using a magnetoresistive element as described above has upper and lower magnetic layers 4 and 2 constituting a magnetic circuit on a substrate 1, as shown in FIGS. 1 and 2, The magnetoresistive element 3 is provided at a lower portion between the separated upper magnetic layers 4 and 4, and a gap t for magnetic inflow is maintained at a portion contacting the medium. This gap has a structure that is kept constant at a predetermined depth d.
이와 같은 구조를 가지는 박막형 자기 저항 헤드는 유도형 헤드에 비하여 근본적으로 매체와의 상대 속도에 무관하므로 재생 특성이 우수하다.The thin film magnetoresistive head having such a structure is superior to the inductive head, and thus has excellent reproduction characteristics because it is essentially independent of the relative speed with the medium.
그러나, 통상 자기 저항 소자에 주로 이용되고 있는 퍼멀로이(permolly)의 경우 상온에서의 저항 변화율이 2 내지 3% 정도로 비교적 작기 때문에, 고밀도 기록 재료의 재생을 위해서는 이방성 자기저항 재료보다 더 큰 저항 변화를 보이는 재료의 개발이 요구되고 있다.However, in the case of permollys, which are usually used for magnetoresistive elements, the resistance change rate at room temperature is relatively small, such as 2 to 3%, so that the higher the change in resistance than the anisotropic magnetoresistance material for reproducing the high density recording material. Development of materials is required.
그리고, 최근 알려지고 있는 거대 자기저항(Giant Magnetorsistance; GMR) 재료들은 이방성 자기저항 재료에 비해 상당히 큰 저항 변화를 보여 주고 있다.In addition, recently known giant magnetorsistance (GMR) materials show a significant change in resistance compared to anisotropic magnetoresistance materials.
상기한 바와 같은 재료들은 자기장이 없을 때에는 반평행한 자화배열을 하고 있으며, 자기장이 가해짐에 따라 반평행한 자화배열을 하고 있던 자화방향이 자기장 방향으로 배열하면서 저항이 감소하게 된다.As described above, the materials have antiparallel magnetization when there is no magnetic field. As the magnetic field is applied, the magnetization direction having antiparallel magnetization is arranged in the direction of the magnetic field and the resistance decreases.
따라서, 이방성 자기저항 재료로는 더 이상의 저항 변화율 향상을 기대할 수 없고, 거대 자기현상을 이용한 저항 변화율이 크고, 포화자계가 작은 재료가 차세대 고밀도 기록 재생용 헤드 재료의 역할을 수행할 수 있을 것으로 기대되고 있다.Therefore, the anisotropic magnetoresistance material cannot expect further improvement in the resistance change rate, and a material with a large resistance change rate using a large magnetic phenomenon and a small saturation magnetic field is expected to play the role of the next generation high density recording and playback head material. It is becoming.
상술한 바와 같은 거대 자기저항 재료는 자층성층과 비자층성을 교대로 증착시켜 이루어진 다층막 구조와 비자성층 기지에 스퍼터링 등의 방법을 이용하여 자성체를 분산시켜 이루어진 합금막 구조로 크게 나눌 수 있다. 그 중에서 합금박막은 다층막 구조에 비해 공정이 간단하여 제조하기가 용이하며, 그 조성의 조절 또한 용이하다. 그리고, 열적 안정성이 우수한 동시에 어닐링을 통해 비자성체 기지에 분산되어 있는 자성체의 크기를 용이하게 조절할 수 있는 장점을 가지고 있다.The large magnetoresistive materials as described above can be broadly classified into a multilayered film structure formed by alternately depositing a layered layer and a non-layered layer, and an alloy film structure formed by dispersing a magnetic material using a method such as sputtering on a nonmagnetic layer base. Among them, the alloy thin film is easy to manufacture due to the simple process compared to the multilayer film structure, it is also easy to control the composition. In addition, the thermal stability is excellent and at the same time an annealing has the advantage that can easily adjust the size of the magnetic material dispersed in the nonmagnetic base.
제3도 및 제4도는 상기한 합금박막을 도식화한 것으로서, 제3도는 합금박막에 자기장이 가해지지 않은 경우의 상태도이고, 제4도는 합금박막에 자기장이 가해진 경우의 상태도이다.3 and 4 are diagrams of the alloy thin film described above, and FIG. 3 is a state diagram when no magnetic field is applied to the alloy thin film, and FIG. 4 is a state diagram when a magnetic field is applied to the alloy thin film.
제3도에서와 같이 외부에서 합금박막에 자기장이 가해지지 않는 경우에는 자성체의 자화방향(화살 표시 방향)이 불규칙(random)하며, 이때의 저항이 최대가 된다. 그리고 제4도에서와 같이 외부에서 합금박막에 자기장이 가해지는 경우에는 자성체의 자화방향(화살 표시 방향)이 자기장 방향으로 배열하며 저항값이 감소하게 된다.When the magnetic field is not applied to the alloy thin film from the outside as shown in FIG. 3, the magnetization direction (arrow display direction) of the magnetic body is random, and the resistance at this time becomes maximum. When the magnetic field is applied to the alloy thin film from the outside as shown in FIG. 4, the magnetization direction (arrow display direction) of the magnetic body is arranged in the magnetic field direction and the resistance value is reduced.
이와 같은 합금박막은, 상술한 바와 같은 장점을 가짐에도 불구하고 포화자계(saturation field)가 수 k0e나 되므로, 합금박막 자체만으로 실제 헤드에 적용할 수 없는 한계가 있다.Although such an alloy thin film has the advantages as described above, since the saturation field is several k0e, there is a limit that the alloy thin film itself cannot be applied to the actual head.
그리고, 제5도는 다층막 구조를 가지는 자기 저항 소자의 일예를 도시한 것으로서, 이러한 다층막 구조의 자기 저항 소자는 통상 자기 저항막(5)에 도전막(6)과 절연막(7) 및 연자성 인접막(8)이 순차적으로 적층된 구조를 이룬다.5 shows an example of a magnetoresistive element having a multilayer film structure. The magnetoresistive element having such a multilayer film structure typically has a conductive film 6, an insulating film 7, and a soft magnetic adjacent film on the magnetoresistive film 5. (8) forms a laminated structure sequentially.
그러나, 상기와 같은 다층막 구조를 가지는 자기 저항 소자에 있어서 상기 자기교환막은 주로 FeMn합금이나 CoPt합금 등이 사용되고 있고, 이들 합금은 기록매체와 접촉면에 직접 노출되기 때문에 부식의 가능성이 높아서 자기 저항 소자의 내부 환경 특성을 저하시키는 단점이 있다. 그리고, 상기 다층막 구조의 자기 저항 소자는 가로방향의 바이어스가 인가되지 못하므로, 재생시 문제가 되는 바크하우젠 노이즈(Barkhausen noise)가 크고, 또한 협트랙의 기록에는 적합하지 못해 고밀도 기록용으로는 사용할 수 없는 단점이 있다.However, in the magnetoresistive element having the multilayered film structure as described above, FeMn alloy, CoPt alloy, etc. are mainly used as the magnetoresistive film. Since these alloys are directly exposed to the contact surface with the recording medium, there is a high possibility of corrosion. There is a disadvantage of deteriorating the internal environmental characteristics. In the magnetoresistive element of the multilayered film structure, since the bias in the horizontal direction is not applied, the Barkhausen noise, which is a problem during reproduction, is large, and it is not suitable for narrow track recording, which is used for high density recording. There is a disadvantage that can not be.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 자기 저항 소자가 가지는 단점을 감안하여 이를 개선코자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 합금막을 사용하여 저항변화율은 크게 감소시키지 않으면서 포화자계를 감소시켜 출력특성을 향상시킨 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자를 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention was created in view of the disadvantages of the conventional magnetoresistive element as described above, and is intended to be improved. The object of the present invention is to reduce the saturation magnetic field without greatly reducing the resistance change rate by using an alloy film, thereby outputting the output. It is to provide a magnetoresistive element of a thin film magnetic head with improved characteristics.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자는, 은(Ag)을 주성분으로 하는 지지층에 코발트(Co)를 분산시켜 이루어진 AgCo합금박막의 상면 및 하면에 각각 상호 대칭적으로 형성되는 상지층과 하지층이 마련되고, 상기 하지층은 기판에 적층되며, 상기 상지층은 보호막이 형성된 다층막 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the magnetoresistive element of the thin film magnetic head according to the present invention is mutually symmetrical on the upper and lower surfaces of the AgCo alloy thin film formed by dispersing cobalt (Co) in a support layer composed mainly of silver (Ag). An upper layer and a lower layer formed of the lower layer are provided, and the lower layer is laminated on a substrate, and the upper layer is formed of a multilayer film structure having a protective film.
상기 본 발명에 의한 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자에 있어서, 특히 상기 합금 박막의 조성은 코발트(Co)가 10 내지 40at% 범위로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 합금 박막의 두께는 500 내지 3,000Å범위로 이루어진 것이 바람직 하다. 그리고, 상기 상지층과 상기 하지층은 Fe나 Co로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 삼지층과 상기 하지층은 Fe/Co 또는 Co/Fe로 이루어진 것도 바람직하고, 상기 상지층과 하지층의 두께는 500 내지 1,000Å범위로 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 상기 보호막은 SiO2로 이루어진 것이 바람직하다.In the magnetoresistive element of the thin film magnetic head according to the present invention, the composition of the alloy thin film is particularly preferably made of cobalt (Co) in the range of 10 to 40 at%, and the thickness of the alloy thin film is in the range of 500 to 3,000 Pa. It is desirable to have made. And, the upper layer and the base layer is preferably made of Fe or Co, the trident layer and the base layer is preferably made of Fe / Co or Co / Fe, the thickness of the upper layer and the base layer is 500 It is preferably made in the range from 1,000 kHz. In addition, the protective film is preferably made of SiO 2 .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자에 대한 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a magnetoresistive element of a thin film magnetic head according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
첨부된 도면 중, 제6도는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 다층막 구조에 대한 일예를 나타내 보인 개략적 구성도이고, 제7도는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 다층막 구조에 대한 다른예를 나타내 보인 개략적 구성도이며, 그리고 제8도는 본 발명에 의한 자기 저항 소자의 다층막 구조에 대한 다른예를 나타내 보인 개략적 구성도 이다.6 is a schematic configuration diagram showing an example of a multilayer film structure of a magnetoresistive element according to the present invention, and FIG. 7 is a schematic view showing another example of a multilayer film structure of a magnetoresistive element according to the present invention. Fig. 8 is a schematic diagram showing another example of the multilayer film structure of the magnetoresistive element according to the present invention.
제6도 내지 제8도를 참조하면, 본 발명에 의한 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자는 은(Ag)을 주성분으로 하는 기지층에 코발트(Co)를 분산시켜 이루어진 AgCo합금박막(11)의 상면 및 하면에 각각 상호 대칭적으로 상지층(12)과 하지층(13)을 형성하고, 상기 하지층(13)이 기판(10)의 상면에 적층되는 구조를 이루는 동시에, 상기 상지층(12)에는 산화방지를 위한 보호막으로서 SiO2보호막(14)이 형성되어 있는 다층막 구조를 이루고 있다.6 to 8, the magnetoresistive element of the thin film magnetic head according to the present invention is a top surface of an AgCo alloy thin film 11 formed by dispersing cobalt (Co) in a matrix containing silver (Ag) as a main component. And an upper layer 12 and a base layer 13 symmetrically formed on the lower surface, respectively, and the lower layer 13 is laminated on the upper surface of the substrate 10, and the upper layer 12 is formed. Has a multilayer film structure in which a SiO 2 protective film 14 is formed as a protective film for preventing oxidation.
이와 같은 다층막 구조에 있어서, 상기 합금박막(11)의 조성은 기지가 은(Ag)으로 이루어지고, 코발트(Co)가 10 내지 40at%범위로 이루어지며, 상기 합금 박막(15)의두께는 500 내지 3,000Å범위로 이루어 진다. 그리고, 상기 상지층(12)과 상기 하지층(13)은 강자성재료로 이루어지는데, 제6도 내지 제8도에 예시된 바와같이 Fe나 Co 중의 어느 하나로 이루어지며, 상기 상지층(12)과 상기 하지층(13)의 두께는 각각 500 내지 1,000Å범위로 이루어 진다.In such a multilayer film structure, the alloy thin film 11 has a composition of silver (Ag), cobalt (Co) in a range of 10 to 40 at%, and the thickness of the alloy thin film 15 is 500. To 3,000 kPa. And, the upper layer 12 and the base layer 13 is made of a ferromagnetic material, as shown in Figures 6 to 8 made of either Fe or Co, and the upper layer 12 and The base layer 13 has a thickness in the range of 500 to 1,000 kPa, respectively.
상기와 같은 다층막 구조로 이루어진 본 발명에 의한 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자는, 합금 박막이 비자성체 기지에 자성체가 분산되어 있는 구조로서 자성체가 단자구(single domain) 이하의 크기로 전도전자(conduction electron) 의 평균 자유 행로(mean free path) 정도로 균일하게 분산되어 있을때 최대 저항변화율을 나타내는 특성상 포화자계가 커서 실제 자기 헤드에 적용할 수 없었던 한계를, 합금 박막(11)의 상하면에 강사성체인 Fe나 Co를 상지층(12)과 하지층(13)으로 증착하여 합금 박막(11)과의 교환결합(exchange coupling)을 통하여 저항 변화율을 크게 감소시키지 않으면서 포화자계를 감소시킬 수 있게 된다.In the magnetoresistive element of the thin film magnetic head according to the present invention having the multilayer film structure as described above, the magnetic thin film is a structure in which the magnetic thin film is dispersed in the nonmagnetic material matrix, and the magnetic material has conduction electrons having a size smaller than the terminal domain. Due to the characteristic of the maximum resistance change rate when the electrons are uniformly distributed in the mean free path of electrons, the limit of the saturation magnetic field, which is not applicable to the actual magnetic head, is limited to the upper and lower surfaces of the alloy thin film 11. By depositing Co into the upper layer 12 and the base layer 13, it is possible to reduce the saturation magnetic field without greatly reducing the resistance change rate through exchange coupling with the alloy thin film 11.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 박막 자기 헤드의 자기 저항 소자는 AgCo합금박막의 상면 및 하면에 각각 강자성체인 Fe나 Co를 상지층과 하지층으로 형성함으로써, 이들의 교환결합작용을 통하여 합금박막만을 사용하는 경우보다 저항 변화율을 크게 감소시키지 않으면서 포화자계를 개선할 수 있어서 자기 헤드에 적용시 보다 큰 출력을 낼 수 있는 효과를 가지도록 한 것이다.As described above, the magnetoresistive element of the thin film magnetic head according to the present invention is formed by forming a ferromagnetic material, Fe or Co, on the upper and lower surfaces of the AgCo alloy thin film as the upper and lower layers, respectively, through the exchange coupling action thereof. It is possible to improve the saturation magnetic field without significantly reducing the resistance change rate than the case of using only a thin film, so that it has an effect of producing a larger output when applied to the magnetic head.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |