KR100288466B1 - 자기저항효과소자와이를이용한자기저항효과형헤드,기억소자및증폭소자 - Google Patents

자기저항효과소자와이를이용한자기저항효과형헤드,기억소자및증폭소자 Download PDF

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사까끼마히로시
이리에요우스께
사또미미쯔오
가와와께야스히로
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모리시타 요이찌
마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 자기저항효과소자는 기판과 그 기판 상에 형성되는 다중층 구조를 포함한다. 다중층 구조는 경질자성막과, 연질자성막과, 경질자성막을 연질자성막과 분리하는 비자성 금속막을 포함한다. 경질자성막의 자화곡선은 양호한 각형 특성을 가지며, 경질자성막의 자화용이 축선방향은 검출할 자계의 방향과 거의 일치한다.

Description

자기저항효과소자와 이를 이용한 자기저항효과형 헤드, 기억소자 및 증폭소자
제1(a)도 및 제1(b)도는 본 발명에 따른 자기저항효과소자로서의 구조를 도시한 것으로서, 제1(a)도는 샌드위치형 자기저항효과소자의 구조를 도시하며, 제1(b)도는 다중층형 자기저항효과소자의 구조를 도시한 도면.
제2(a)도 및 제2(b)도는 본 발명에 따른 자기저항효과소자의 다른 구조를 도시한 것으로서, 제2(a)도는 샌드위치형 자기저항효과소자의 구조를 도시하며, 제2(b)도는 다중층형 자기저항효과소자의 구조를 도시한 도면.
제3도는 본 발명에 따른 자기저항효과형 헤드의 구조를 도시한 도면.
제4도는 본 발명에 따른 증폭소자와 기억소자의 구조를 도시한 도면.
제5도는 본 발명에 따른 다중치 정보를 기록할 수 있는 기억소자의 구조를 도시한 도면.
제6(a)도 내지 제6(d)도는 본 발명에 따른 기억소자의 작동방식을 도시한 도면.
제7(a)도 내지 제7(c)도는 본 발명에 따른 다중치 정보를 기록할 수 있는 기억소자의 작동방식을 도시한 도면.
제8(a)도 내지 제8(c)도는 본 발명에 따른 증폭 소자의 작동방식을 도시한 도면.
제9(a)도 내지 제9(c)도는 본 발명의 자기저항효과소자의 MR곡선과 경질자성막(또는 자성막)의 자화곡선의 특성 관계를 도시한 그래프.
제10도는 본 발명에 따른 [NiFeCo/Cu/CoPt/Cu]의 구조를 갖는 자기저항효과소자의 MR곡선을 도시한 그래프.
제11도는 종래기술의 다른 보자력을 갖는 자성막을 이용하는 [NiFe/Cu/Co/Cu] 인공 다중층의 MR곡선을 도시한 그래프.
제12도는 종래기술의 반강자성 연결형 [NiFeCo/Cu/Co/Cu] 인공 다중층의 MR곡선을 도시한 그래프.
제13도는 종래기술의 반강자성막을 이용한 [NiFe/Cu/NiFe/FeMn] 스핀밸브막의 MR곡선을 도시한 그래프.
제14도는 본 발명에 따른 기억소자의 자기저항변화부의 MR곡선을 도시한 그래프.
제15(a)도 및 제15(b)도는 본 발명에 따른 기억소자에서 도선의 배열을 도시한 도면.
제16(a)도 및 제16(b)도는 본 발명에 따른 자기저항효과소자의 각각의 자성막에서 스핀 정렬의 방향과 배치형태를 도시한 부분 단면도.
제17도는 본 발명에 따른 자기저항효과소자에서 V의 첨가에 따른 포화자장의 변화를 표시하는 MR곡선을 도시한 그래프.
제18도는 본 발명에 따른 자기저항효과소자에서 자성막의 두께에 따른 MR곡선의 변화를 도시한 그래프.
제19도는 본 발명에 따른 자기저항효과소자에서 자장과 저항변화율 사이의 관계를 도시한 그래프.
제20(a)도 및 제 20(b)도는 본 발명에 따른 기억소자의 입출력 특성을 도시한 도면.
제21도는 본 발명에 따른 다른 자기저항효과소자의 단면도.
제22도는 본 발명에 따른 또 다른 자기저항효과소자의 단면도.
제23도는 본 발명에 따른 또 다른 자기저항효과소자의 단면도.
제24도는 본 발명에 따른 또 다른 자기저항효과소자의 단면도.
제25도는 다중층 소자부를 포함하는 증폭기와 기억소자의 구조를 도시한 도면.
제26도는 본 발명의 Si(100)/Cu(5)/NiFe(10)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.4)/ Co(10) 소자의 MR곡선을 도시한 그래프.
제27(a)도 및 제27(b)도는 비교 실시예로서 유리/Cr(5)/[Co(3)/Cu(6)/NiFe(3)/Cu(6)]10소자와 본 발명의 소자의 MR곡선을 도시한 그래프.
제28(a)도 내지 제28(d)도는 X가 각각 0, 0.1, 0.2, 0.4인 본 발명의 소자(B9)의 MR곡선을 도시한 그래프.
제29도는 본 발명에 따른 자기헤드의 구조를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 21: 경질자성막 3, 23: 연질자성막
4: 요크 5: 도선
6: 절연막 7: 기판
11: 자기저항변화부
[발명의 분야]
본 발명은 자기저항효과소자와, 자기저항효과소자를 이용하는 자기헤드와, 기억소자와, 증폭소자에 관한 것이다.
[관련분야에 대한 설명]
자기저항효과소자를 이용하는 자기저항헤드(이하, MR헤드라 칭한다)와 자기저항센서(이하, MR센서라 칭한다)는 계속 발전되어 왔다. “자기저항효과소자”라는 용어는 외부에서 가해지는 자장에 따라 전기저항을 변화시키는 소자를 나타낸다. 자기저항효과소자의 특성은 일반적으로 자기저항변화의 비율(이하 MR비율이라 칭한다)로 표시된다. 상기 MR비율은 다음 수학식으로 정의된다.
MR비율(%)=[R(최대)-R(최소)]/R(최소)x100
여기서 R(최대)과 R(최소)은 자기저항효과소자에 자장이 인가될 때 자기저항효과소자의 저항의 최대값과 최소값을 표시한다. 일반적으로 자기저항효과소자를 위한 재료로서는 Ni0.8Fe0.2의 퍼멀로이(permalloy)가 자기체로서 주로 이용된다. 이러한 자기저항효과 재료의 경우 MR비율은 약 2.5%이다. 한편, MR센서와 MR헤드를 고감도로 유지하기 위해 높은 MR비율을 나타내는 자기저항소자가 요구된다. 최근에는 Cr 및 Ru와 같은 비자성 금속막을 통하여 얻어진 [Fe/Cr] 및 [Co/Ru] 인공 다중층이 강자성 자장(1 내지 10k0e)에서 큰 자기저항(GMR)효과를 나타내는 것으로 밝혀졌다[1988년, 물리학 고찰 제61권, 2472쪽 및 1990년, 물리학 고찰 제64권, 2304쪽 참조). 그러나 이러한 인공 다중층은 큰 MR변화를 얻기 위해 수 k0e 내지 수십 k0e의 자장을 필요로 하기 때문에 실제적으로 이 인공 다중층은 자기헤드 등에서는 이용될 수 없다.
또한 비자성 Cu 금속박막에 의해 분리되고 자기적으로 결합되지 않는 다른 보자력을 갖는 Ni-Fe 및 Co의 자성박막을 이용하는 [Ni-Fe/Cu/Co] 인공 다중층은 GMR효과를 발휘하며, 실온에서 0.5k0e의 자장이 인가될 때 8%의 MR비율을 갖는 인공 다중층이 얻어지는 것으로 밝혀졌다(1990년, 일본 물리학회 제59권, 3061쪽 참조). 그러나, 제11도에 도시된 형태의 인공 다중층의 전형적인 MR곡선에서 알수 있는 바와 같이, 큰 MR변화를 얻기 위해서는 약 100 0e정도의 자장이 필요하다.
또한, MR은 네거티브 자장에서 포지티브 자장으로 대칭적으로 변화하므로 빈약한 선형성(linearity)을 나타내게 된다. 즉, 이러한 인공 다중층은 실질적인 사용에서는 곤란한 특성을 갖는다.
또한, Cu에 의해 RKKY형 반강자성 결합이 얻어지며 Ni-Fe-Co 및 Co 자성박막을 이용하는 [Ni-Fe-Co/Cu/Co] 및 [Ni-Fe-Co/Cu] 이공 다중층은 GMR효과를 나타내며, 실온에서 0.5k0e의 자장이 인가될 때 약 15%의 MR비율을 갖는 인공 다중층이 얻어지는 것으로 밝혀졌다(일본 전기정보통신학회의 기술보고서, MR91-9 참조).
제12도에 도시된 인공 다중층의 이러한 형태의 전형적인 MR곡선에서 알 수 있는 바와 같이, MR은 제로(0)에서 포지티브 자장으로 거의 선형적으로 변화되기 때문에 막은 MR센서에 충분히 적용할 수 있는 특성을 갖는다. 그러나 커다란 MR변화를 얻기 위해서는 약 50 0e의 자장이 필요하게 된다. 이러한 막 특성을 기껏해야 20 0e 및 이 이하에서 작동할 것을 요구하는 MR자기헤드에 적용하는 것은 적절하지 않다.
매우 약하게 인가된 자장에서 작동될 수 있는 막으로서, 반강자성 재료인 Fe-Mn이 Ni-Fe/Cu/Ni-Fe에 부착되는 스핀밸브형 막이 제안되어 있다(자기 및 자기재료 저어널 93, 101쪽, 1991). 제13도에 도시된 형태의 전형적인 MR곡선에서 알 수 있는 바와 같이, 작동 자장은 실질적으로 미약하며 선형성이 양호한 것으로 관찰되었다. 그러나 MR비율은 약 2% 정도로 작으며 Fe-Mn막은 불량한 내식성을 갖는다. Fe-Mn막은 Neel온도가 낮기 때문에 소자의 특성은 온도에 크게 의존하게 된다는 단점을 갖게 된다.
한편 자기저항효과를 이용하는 소자로서, 종래의 MR(자기저항효과)재료로서 Ni-Fe 또는 Ni-Fe-Co가 TaN에 의해 박막화되고 Ni-Fe(-Co)/TaN/Ni-Fe(-Co)로 제조된 도체부(감지라인)를 이용하는 기억소자가 제안되어 있다(미국특허 4,754,431 호 및 IEEE 트랜스 제27권, 6호, 1991, 5520 내지 5522쪽 참조). 이러한 기억소자는 MR재료로서 종래의 재료를 이용하기 때문에 MR비율은 2 내지 3%이다. 따라서, 기억소자는 정보 판독 중의 출력이 약하며 비파괴성 판독을 수행하는 것이 어렵다는 고유의 단점을 갖고 있다.
[발명의 개요]
본 발명의 자기저항효과소자는 기판과, 기판 상에 형성되며 경질자성막과, 연질자성막과, 연질자성막으로부터 경질자성막을 분리하기 위한 비자성 금속막을 포함하는 다중층 구조를 가지며, 여기서 경질자성막의 자화곡선은 양호한 각형 특성을 가지며 경질자성막의 자화용이 축선방향은 실제로 감지될 자장의 방향과 일치하며, 경질자성막의 각형비(square ratio)는 0.7이상이다.
본 발명의 실시예에서 다중층 구조는 경질자성막과, 연질자성막과, 비자성 금속막이 복수회 적층된 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 경질자성막의 양쪽면이나 한쪽면에 추가의 자성막이 삽입되며, 그 두께는 0.1 내지 2㎚ 범위이며, 주성분으로서 Co, Ni, Fe에서 선택된 적어도 하나의 요소를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 다중층 구조는 경질자성막과, 연질자성막과, 비자성 금속막과, 상기의 삽입된 자성막이 복수회 적층되는 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 경질자성막과 연질자성막 사이 그리고 연질자성막과 비자성 금속막 사이의 적어도 하나의 경계면(interface)에 추가의 자성막이 삽입되며, 그 두께는 0.1 내지 1㎚의 범위이며, 주성분으로 Co를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다중층 구조는 경질자성막과, 연질자성막과, 비자성 금속막과, 상기의 삽입된 자성막이 복수회 적층되는 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 주성분으로서 NixCoyFez를 포함하며, x는 0.6 내지 0.9의 범위, y는 0 내지 0.4의 범위, z는 0 내지 0.3의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 주성분으로서 Nix´Coy´Fez´를 포함하며, 원자조성비에 있어서 x´는 0 내지 0.4의 범위, y´는 0.2 내지 0.95의 범위 z´는 0 내지 0.5의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 비정질 자성막(amorphous magnetic film)이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 1 내지 10㎚의 두께를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 경질자성막은 주성분으로서 Co와 M을 포함하며, 상기 M은 Pt, Cr 및 Ta를 구성하는 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 원소나 Pt를 표시한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 경질자성막은 CoPt재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)xFe1-x´를 포함하며, 경질자성막은 주성분으로서 CoyFe1-y를 포함하며, x는 0.6 내지 1.0, x´는 0.7 내지 1.0, y는 0.3 내지 0.7의 범위를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)xFe1-x´를 포함하며, 제1자성막은 (COzFe1-x)z´V1-z´를 포함하며, x는 0.6 내지 1.0, x´는 0.7 내지 1.0, z는 0.3 내지 0.7, z´는 0.9 내지 0.98의 범위를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 기판 상에 형성된 다중층 구조에서, 경질자성막은 주로 Co, CoPt 또는 CoFe로 제조되며, 연질자성막은 주로 NiFe 또는 NiFeCo로 제조되며, 비자성 금속막은 주로 Cu로 제조되며, 2 내지 10㎚의 두께를 가지며, 다중층 구조는 기판 상에 에피택셜(epitaxially)하게 형성되므로 다중층 구조를 구성하고 있는 각각의 막의 [100]방향은 각각의 막의 막 평면에 수직한 방향이며, 검출된 자장 방향은 비자성 금속막의 [011]방향이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 기판은 Si(100)단결정질 기판이며, 다중층 구조는 주로 Cu로 제조된 하부층(underlayer)을 통하여 기판 상에 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 기판 상에 형성된 다중층 구조에 있어서 경질자성막은 주로 Co, CoPt, 또는 CoFe로 제조되며, 연질자성막은 주로 NiFe또는 NiFeCo로 제조되며, 비자성 금속막은 2 내지 10㎚의 두께를 가지며 주로 Cu로 제조된 제1비자성 금속막과 주로 Ag 또는 Au로 제조되고 0.1 내지 0.4㎚의 두께를 가지며 상기 제1비자성 금속막에 삽입되는 제2비자성 금속막을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다중층 구조는 기판 상에 에피텍셜하게 형성되므로 다중층 구조를 형성하고 있는 각각의 막의 [100]방향은 각각의 막의 막 평면에 수직한 방향이며, 검출된 자장 방향은 실질적으로 비자성 금속막의 [011]방향이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 기판은 Si(100) 단결정질 기판이며, 다중층 구조는 주로 Cu로 제조된 하부층을 통하여 기판 상에 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 NiFe또는 NiFeCo로 제조되며, 1 내지 10㎚의 두께를 갖는 적어도 2개의 일련의 연질자성막들은 그 사이에 위치된 비자성 금속막으로 적층되며, 여기서 경질자성막은 주로 Co, CoPt 또는 CoFe로 제조되며, 경질자성막과 일련의 연질자성막은 그 사이에 위치된 비자성 금속막으로 적층된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 주로 Cu로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 일련의 연질자성막들 사이의 비자성 금속막은 주로 Cu로 제조된 단일 막으로 구성되며, 일련의 연질자성막들과 경질자성막 사이에 위치된 비자성 금속막은 주로 Cu로 제조되고 그 사이에 Ag 또는 Au막을 갖는 막으로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다중층 구조는 기판 상에 에피택셜 방식으로 형성되므로 다중층 구조를 구성하는 각 막의 [100]방향은 각각의 막의 막 평면에 수직한 방향이며, 검출된 자장 방향은 실질적으로 비자성 금속막의 [011]방향이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 주로 NiFe 또는 NiFeCo로 제조되며, 각각 1 내지 10㎚의 두께를 갖는 적어도 2 개의 연질자성막은 그 사이에 위치된 비자성 금속막으로 연속해서 적층되며, 경질자성막은 주로 Co, CoPt 또는 CoFe로 제조되며, 각각 1 내지 10㎚의 두께를 갖는 적어도 2개의 경질자성막은 그 사이에 위치된 비자성 금속막으로 연속해서 적층되며, 일련의 연질자성막들 및 일련의 경질자성막들은 그 사이에 위치된 비자성 금속막을 교대로 적층되며, 연질자성막과 경질자성막 사이의 비자성 금속막의 두께는 일련의 연질자성막 또는 일련의 경질자성막 사이의 비자성 금속막의 두께보다 크다.
본 발명의 다른 실시예에서, 일련의 연질자성막들 사이의 비자성 금속막과 일련의 경질자성막들 사이의 비자성 금속막은 주로 Cu로 제조된 단일의 막이며, 일련의 연질자성막과 경질자성막 사이의 비자성 금속막은 주로 Cu로 제조되고 그 사이에 Ag 또는 Au막이 삽입되는 막으로 구성되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다중층 구조는 기판 상에 에피택셜 방식으로 형성되므로 다중층 구조를 형성하는 각각의 막의 [100]방향은 각 막의 막 평면에 수직한 방향이며, 검출된 자장 방향은 실질적으로 비자성 금속막의 [011]방향이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다중층 구조를 통과하는 전류의 방향은 실질적으로 다중층 구조의 막 표면에 수직한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 자기저향효과형 헤드는 기판과, 상기 기판에 형성되고 경질자성막과, 연질자성막과, 연질자성막으로부터 경질자성막을 분리하기 위한 비자성 금속막을 포함하는 다중층 구조와, 자기매체로부터 연질자성막으로 신호자장을 안내하기 위한 요크(yoke)를 포함하며, 여기서 상기 경질자성막의 자화곡선은 양호한 각형 특성을 가지며, 경질자성막의 자화용이축선의 방향은 상기 요크에 의해 안내된 신호자장의 방향과 거의 일치하며, 경질자성막의 각형비는 0.7이상이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다중층 구조는 경질자성막과, 연질자성막과, 비자성 금속막이 복수회 적층된 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 추가의 자성막이 경질자성막과 비자성 금속막사이와 연질자성막과 비자성 금속막 사이의 적어도 하나의 경계면에 삽입되며, 자성막의 두께는 0.1 내지 1㎚의 범위에 있으며, 자성막은 주성분으로서 Co, Ni, Fe 에서 선택된 적어도 하나의 요소를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다중층 구조는 경질자성막과, 연질자성막과, 비자성 금속막이 복수회 적층된 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 경질자성막의 양면이나 한쪽면에 추가의 자성막이 삽입되며, 그 두께는 0.1 내지 1㎚이며, 주성분으로서 Co를 포함한다.
본 발명의 또다른 실시예에서, 다중층 구조는 경질자성막과, 연질자성막과, 비자성 금속막과, 상기의 삽입된 자성막이 복수회 적층되는 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 주성분으로 NixCoyFez를 포함하며, 원자조성비에 있어서 x는 0.6 내지 0.9의 범위, y는 0 내지 0.4의 범위, z는 0 내지 0.3의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 주성분으로서 Nix´Coy´Fez´를 포함하며, 원자조성비에 있어서, x´는 0 내지 0.4의 범위, y´는 0.2 내지 0.95의 범위, z´는 0 내지 0.5의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 비정질 자성막이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 1 내지 10㎚의 두께를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 경질자성막은 주성분으로서 Co와 m을 포함하며, 상기 m은 Pt, Cr 및 Ta로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 원소나 Pt를 표시한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 경질자성막은 CoPt 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)x′Fe1-x´를 포함하며, 경질자성막은 주성분으로서 CoyFe1-y를 포함하며 원자조성비에 있어서 x는 0.6 내지 1.0, x´는 0.7 내지 1.0, y는 0.3 내지 0.7의 범위를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는(NixCo1-x)x′Fe1-x´를 포함하며, 경질자성막은 주성분으로서 (COzFe1-z)z´V1-z´를 포함하며 원자조성비에 있어서 x는 0.6 내지 1.0, x´는 0.7 내지 1.0, z는 0.3 내지 0.7, z´는 0.9 내지 0.98의 범위를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 경질자성막은 주로 Co, CoPt 또는 CoFe로 제조되며, 연질자성막은 주로 NiFe 또는 NiFeCo로 제조되며, 비자성 금속막은 주로 Cu로 제조되어 2 내지 10㎚의 두께를 가지며, 각각의 막들은 기판 상에 에피택셜하게 형성되므로 각 막의 [100]방향은 각 막의 막 평면에 수직한 방향이며, 신호 자장의 방향은 실질적으로 비자성 금속막의 [011]방향이다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서 다중층 구조를 통과하여 흐르는 전류의 방향은 실질적으로 다중층 구조의 막 표면에 수직하다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 비휘발성 기억소자는 제1자성막과, 제2자성막과, 상기 제1자성막과 제2자성막을 분리시키는 비자성 금속막을 포함하는 자기저항변화부와, 정보를 기록하는 제1전류와 정보를 판독하는 제2전류가 그것을 통하여 자기저항변화부에 영향을 미치며 제1전류 및 제2전류에 의해 형성되는 자장을 발생시키는 도선을 포함하며, 여기서 제1자성막의 자화곡선은 양호한 각형 특성을 가지며, 상기 제1자성막은 제1전류에 의해 생성된 자장에 의해서는 제1자성막의 자화를 역전시킬수 있지만 제2전류에 의해 생성된 자장에 의해서는 제1자성막의 자화를 역전시킬 수 없는 보자력(coercive force)을 가지며, 상기 제2자성막은 제2전류의 의해 생성된 자장에 의해 제2자성막의 자화를 역전시킬 수는 있는 보자력을 가지므로써 기억소자에 기록된 정보는 완전하게 판독되며, 제1자성막의 각형비는 0.7이상이다.
본 발명의 한 실시예에서 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막이 복수회 적층된 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1자성막의 한쪽면이나 양쪽면에 추가의 자성막이 삽입되며, 그 두께는 0.1 내지 2㎚범위에 있으며, 상기 자성막은 주성분으로서 Co, Ni및 Fe에서 선택된 적어도 하나의 요소를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막과, 상기의 삽입된 자성막이 복수회 적층되는 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1자성막과 제2자성막 사이 그리고 제2자성막과 비자성 금속막 사이의 적어도 하나의 경계면에 추가의 자성막이 삽입되며, 그 두께는 0.1 내지 1㎚의 범위이며, 주성분으로 Co를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막과, 상기의 삽입된 자성막이 복수회 적층된 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 자기저항변화부는 서로 다른 보자력을 각각 갖는 복수개의 제1자성막을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1자성막의 자화용이축선은 도선을 흐르는 제1전류와 제2전류에 의해 생성된 자장의 방향과 실질적으로 일치한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2자성막은 주성분으로 NixCoyFez를 포함하며, 원자조성비에 있어서 x는 0.6 내지 0.9, y는 0 내지 0.4, z는 0 내지 0.3의 범위이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2자성막은 주성분으로서 Nix´Coy´Fez´를 포함하며, x´는 0 내지 0.4, y´는 0.2 내지 0.95, z´는 0 내지 0.5의 범위이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2자성막은 비정질 자성막이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Cu에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu로 제조된다.
본 발명의 다른 실시에에서 ,비자성 금속막은 1 내지 10nm의 두께를 갖는다. 본 발명의 다른 실시예에서 제1자성막은 주성분으로 Co 및 M을 포함하며, 상기 M은 Pt, Cr 및 Ta로 구성된 그룹에서 선택된 적어도 2종의 원소 또는 Pt를 표시한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1자성막은 반경질자성막(semi-hard magnetic film)이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2자성막은 주성분으로서 NixFe1-x 또는 (NixCo1-x)x'Fe1-x'를 포함하며, 제1자성막은 CoyFe1-y를 포함하며, x는 0.6 내지 1.0 X'는 0.7 내지 1.0, Y는 0.3 내지 0.7의 범위를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au 에서 설정된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 연질 자성막은 주성분으로서 NixFe1-x 또는 (NixCo1-x)x'Fe1-x를 포함하며, 제1자성막은 주성분으로 (CozFe1-z)Z'V1-z'를 포함하며, x는 0.6 내지 1.0, x' 는 0.7 내지 1.0, y는 0.3 내지 0.7,z 는 0.9 내지 0.98이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 경질 자성막은 주로 Co, CoPt 또는 CoFe로 제조되며, 제2자성막은 주로 NiFe 또는 NiFeCo로 제조되며, 비자성 금속막은 주로 Cu로 제조되어 2 내지 10nm의 두께를 가지며, 각각의 막은 기판상에 에피택셜 방식으로 형성되므로 각각의 막의 [100] 방향은 각각의 막이 막 평면에 수직한 방향이며, 검출될 신호 자장의 방향은 비자성 금속막의 [011] 방향이다.
본 발명에 따른 실시예에서 경질 자성막의 사각 비율은 0.7 이상이다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 증폭소자는 제1자성막과, 제2자성막과, 상기 제1 및 제2자성막을 분리시키는 비자성 금속막을 포함하는 자기저항변화부와, 신호 전류가 그사이를 흐르게 하는 도선과, 자기저항변화부에 영향을 미치는 신호 전류에 의해 생성된 저장을 포함하며, 여기서 상기 제11자성막의 자화곡선은 양호한 각형 특성을 가지며, 제1자성막은 신호 전류에 의해 생성된 자장에 의해 제1자성막의 자화를 역전시킬 수 없는 보자력을 가지며, 제2자성막은 신호 전류에 의해 생성된 자장에 의해 제2자성막의 자화를 역전시킬 수 있는 보자력을 가지며, 제1자성막의 각형비는 0.7이상이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막이 복수회 적층되는 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1자성막의 한쪽면이나 양쪽면에 추가의 자성막이 삽입되며 그 두께는 0.1 내지 2nm이며, 주성분으로써 Co. Ni 및 Fe에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막과, 상기의 삽입된 자성막이 복수회 적층된 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1자성막과 비금속 자성막 사이와 제2자성막과 비자성 금속막 사이의 적어도 하나의 경계면에 추가의 자성막이 삽입되며, 그 두께는 0.1 내지 1㎚이며 주성분으로 Co를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막과, 상기의 삽입된 자성막이 복수회 적층된 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2자성막은 주성분으로서 NixCoyFez를 포함하며, 원자조성비에 있어서 x는 0.6 내지 0.9, y는 0 내지 0.4, z는 0 내지 0.3의 범위이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2자성막은 주성분으로서 Nix´Coy´Fez´를 포함하며, x는 0 내지 0.4, y´는 0.2 내지 0.95, z´는 0 내지 0.5의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2자성막은 비정질 자성막이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 1㎚내지 10㎚범위의 두께를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1자성막은 경질자성막이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1자성막은 주성분으로서 Co와 M을 포함하며, M은 Pt, Cr 및 Ta로 구성된 그룹에서 선택되는 2종 이상의 원소나 Pt를 표시한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2자성막은 주성분으로 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)x´Fe1-x´를 포함하며, 제1자성막은 주성분으로서 CoyFe1-y를 포함하며, x는 0.6 내지 1, x´는 0.7 내지 1.0, y는 0.3 내지 0.7의 범위이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제2자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는(NixCo1-x)x´Fe1-x´를 포함하며, 경질자성막은 주성분으로서 (COzFe1-z)z´V1-z´를 포함하며 원자조성비에 있어서 x는 0.6 내지 1.0, x´는 0.7 내지 1.0, z는 0.3 내지 0.7, z´는 0.9 내지 0.98의 범위이다.
본 발명의 다른 실시예에서, 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au에서 선택된 재료로 제조된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 제1자성막은 주로 Co, CoPt 또는 CoFe로 제조되며, 제2자성막은 주로 NiFe 또는 NiFeCo로 제조되며, 비자성 금속막은 주로 Cu로 제조되어 2 내지 10㎚의 두께를 가지며, 각각의 막들은 기판 상에 에피택셜하게 형성되어, 각 막의 [100]방향이 각 막의 막 평면에 수직한 방향이 되고 신호 전류에 의해 생성된 자장의 방향이 실질적으로 비자성 금속막의 [011]방향이 된다.
따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 장점 즉, 1) 약한 자장에서도 작동될 수 있고 MR비율이 비교적 큰 고감도의 자기저항효과소자와 자기저항효과형 헤드를 제공하며, 2) 반도체를 사용하지 않고서도 온전한 판독을 수행할 수 있는 비휘발성 기억소자와 증폭소자를 제공할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명의 상술의 장점과 기타의 장점은 첨부도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 명확해질 것이다.
[양호한 실시예의 설명]
본 발명은 경막 스핀밸브(hard-film spin valve)와 다중층형 경막 스핀밸브를 이용한 자기저항 효과소자에 관한 것이다. Fe-Mn과 같은 종래 재료의 반강자성막을 이용하는 종래의 스핀밸브와는 달리, 본 발명의 경막 스핀밸브에서 비방향성으로 자화된 경질자성막은 반강자성막과 유사한 기능을 수행한다.
제1(a)도는 본 발명의 자기저향효과소자의 구조를 도시한다. 자기저항효과소자는 기판(7)과 이 기판(7)상에 형성된 다중층 구조를 포함한다. 상기 다중층 구조는 경질자성막(1)과, 비자성 금속막(2)과, 연질자성막(3)으로 이루어진다. 본 발명에서는 다중층 구조를 갖는 소자 부분을 자기저항소자 부분으로 칭한다. 경질자성막(1)의 자화곡선은 양호한 각형 특성을 갖기 때문에 경질자성막(1)의 자화곡선은 약한 자장에서 역전되지 않는다.
경질자성막(1)은 이 경질자성막의 자화용이축선이 검출된 자장의 방향과 거의 동일하도록 형성된다. 상기 “검출된 자장의 방향”은 전형적으로 자기저항효과소자에 인가된 신호자장의 방향과 동일하다. 그러나 예외적으로, 검출된 자장의 방향은 자기저항효과소자에 인가된 신호자장의 방향과 다를 수 있다. 예를 들어, 외부에서 유입된 신호자장의 방향이 L형 요크에 의해 굴곡되는 경우는 예외적인 경우 중의 하나이다. 비자성 금속막(2)은 경질자성막(1)과 연질자성막(3) 사이에서 자기결합력을 감소시키기 위하여 경질자성막(1)과 연질자성막(3) 사이에 제공된다. 연질자성막(3)의 자화는 약한 자장에서 쉽게 역전된다. 연질자성막(3)은 비자성 금속막(2)에 의해 경질자성막(1)에 대한 자기결합으로 분리된다.
본 발명에 있어서, 20 0e 이상의 보자력을 갖는 자성막은 “경질자성막”으로 기술되며, 20 0e 이하의 보자력을 갖는 자성막은 “연질자성막”으로 기술된다. 또한 100 0e 보다 작은 보자력을 갖는 경질자성막은 반경질(Semi-hard)자성막으로 기술된다. 본 발명에 사용된 보자력의 값은 비교적 낮은 주파수(예를 들어 60㎐)의 AC로 측정된 값이다.
경질자성막(1)이 강자성의 자장을 이용하여 비방향성으로 자화되는 경우, 경질자성막(1)이 자화되는 방향과 반대인 방향을 갖는 약한 신호자장이 자기저항효과소자에 인가될 때, 경질자성막(1)의 자화는 역전되지 않지만 그러나 연질자성막(3)의 자화는 신호자장의 방향으로 역전된다. 그 결과 경질자성막(1)의 자화방향은 연질자성막(3)의 자화방향과 평행하지 않게 된다. 경질자성막(1)의 자화방향이 연질자성막(3)의 방향과 평행하지 않을 때, 자기저항효과소자를 통과하는 전류 내의 전자는 경질자성막(1)과 비자성 금속막(2)의 사이와 비자성 금속막(2)과 연질자성막(3) 사이의 경계면에서 자기 분산(magnetic scattering)을 받게 된다. 그 결과 자기저항효과소자의 저항이 증가된다. 한편 경질자성막(1)이 자화되는 방향과 동일한 방향을 갖는 약한 단일의 자장이 자기저항효과소자에 인가될 때, 경질자성막(1)의 자화방향은 연질자성막(3)의 자화방향과 평행하게 된다. 그 결과 상술의 자기 분산이 감소되므로 자기저항효과소자의 저항이 낮아진다. 상술한 바에 의해, 자기저항효과소자는 단일 자장의 변화에 따라 그 전기저항이 변하게 된다.
제1(b)도는 본 발명에 따른 자기저항효과소자의 다른 구조를 도시한다. 제1(b)도에 도시된 자기저항효과소자는 제1(a)도에 도시된 [경질자성막(1)/비자성 금속막(2)/연질자성막(3)]의 구조가 비자성 금속막(2)을 통하여 복수회 적층된 구조를 포함한다. 이렇게 적층된 구조는 [경질자성막(1)/비자성 금속막(2)/연질자성막(3)/비자성 금속막(2)]N으로 표시된다(여기서, N은 반복되는 수를 표시한다). 이러한 적층된 구조를 채택하므로써, 각 막 사이의 경계면에서의 자기 분산이 증가된다. 따라서, MR비율이 큰 자기저항효과소자를 얻을 수 있다. 또한 리쏘그래피(lithography) 등을 이용하여 형성한 적층구조를 갖는 자기저항소자의 막 표면에 수직한 방향으로 전류가 흐른다면, 각 막 사이의 경계면에서의 자기분산도 증가될 것이다. 따라서 MR비율이 더욱 큰 자기저항효과소자를 얻을 수 있다.
제3도는 본 발명에 따른 자기저항효과소자의 구조를 도시한다. 기판(7)은 기판(7)상에 형성된 높은 자기 침투성(high magnetic permeability)의 NiFe막(7-1)이나 비자성 기판 상에 형성된 CoNbZr과 같은 Co기 비정질막이나 페라이트(7-1)와 절연막(7-2)을 포함한다. 기판(7) 위에는 자기저항소자부(10)가 형성된다. 이 자기저항소자부(10)는 제1(a)도 또는 제1(b)도에 도시된 자기저항효과소자의 다중층의 구조와 동일한 구조를 갖는다. 자기저항소자부(10) 위에는 절연막(6)이 형성된다. 자기 매체로부터 연질자성막(3)으로 신호 자기플러스를 안내하기 위한 요크(4)가 절연막(6)위에 형성된다. 자기저항소자부(10)가 자기소자로부터의 신호 자기플러스를 용이하게 검출할 수 있는 위치에 배치되는 경우 요크(4)는 필요없다. 바르크하우젠 노이즈(Barkhausen noise)를 감소시키기 위해, 연질자성막(3)은 연질 자성막(3)의 자화용이축선이 자기저항효과소자에 인가된 신호자장의 방향과 직각이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 자기저항소자부분(10)은 요크(4)에 의해 안내된 약한 신호자장에 의존하여 자기저항소자부분(10)의 전기저항을 변화시킨다.
필요하다면, 다중층 구조를 갖는 상술의 자기저항소자부에 바이어스를 인가하기 위한 바이어스 자장용 도선이 자기저항소자부의 근방에 제공될 수 있다. 선택적으로, 자기저항소자부 중 적어도 연질자성막(3)을 단일 자기영역으로 하기 위하여, 반강자성막이나 경지자성막이 자기저항소자부의 단부에 부착될 수도 있다.
제4도는 본 발명에 따른 기억소자의 구조를 도시한다. 상기 기억소자는 자기저항변화부(11)에 전류를 흐르게 하기 위한 도선(5)을 포함한다. 상기 도선(5)은 자기저항변화부(11)의 근처에 제공되므로 도선(5)을 통하여 흐르는 전류에 의하여 생성된 자장은 자기저항변화부(11)에 영향을 미친다. 상기 자기저항변화부(11)는 절연막(6)에 의해 도선(5)으로부터 절연된다.
자기저항변화부(11)는 자성막(1´)과, 비자성 금속막(2), 연질자성막(3)을 포함한다. 자성막(1´)의 자화곡선은 양호한 각형 특성을 나타내므로 자성막(1´)의 자화는 약한 자장에서 역전되지 않는다. 비자성 금속막(2)은 자성막(1´)과 연질자성막(3) 사이의 자기결합력을 감소시키기 위하여 자성막(1´)과 연질자성막(3) 사이에 제공된다. 연질자성막(3)의 자화는 미약한 자장에서조차도 쉽게 역전된다. 연질자성막(3)은 비자성 금속막(2)에 의해 자성막(1´)에 대한 자기결합으로부터 절연된다.
상기 자성막(1´)은 연질자성막(3)보다 큰 보자력을 갖는다. 또한 자성막(1´)은 도선(5)을 통하여 흐르는 전류에 의해 생성된 최대 자장보다 작은 보자력을 가지므로 자화는 도선(5)에 의해 생성된 자장에 의해 역전될 수 있다. 이러한 요구사항에 대한 목적은 자성막(1´)의 자화방향에 따른 기억소자에 저장된 정보를 나타내는 것이다. 일단 자성막(1´)이 자성막(1´)의 보자력보다 강한 자장에 의해 자화되면, 자성막(1´)의 자화는 자성막(1´)의 보자력보다 작은 자장에 의해 역전될 수 있다.
이하에서 본 발명에 따른 기억소자의 작동방식을 설명한다.
저기저항변화부(11)는 제4도에 도시된 [자성막(1´)/비자성 금속막(2)/연질자성막(3)]의 구조가 비자성 금속막(2)을 통하여 복수회 적층되는 구조를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우, MR비율이 큰 기억소자를 얻을 수 있다.
기억소자에 정보가 저장되는 경우, 정보를 저장하기 위한 전류는 도선(5)을 흐르게 된다. 정보를 저장하는 전류에 의해 생성된 자장에 의해, 자성막(1´)의 자화와 연질자성막(3)의 자화는 역전된다. 자성막(1´)에 있어서, 정보는 자성막(1´)의 자화방향에 따라 저장된다. 예를 들어, 자성막 (1´)의 자화방향이 제6(a)도에 도시된 우측을 가리키는 화살표로 표시되는 경우, 저장될 정보는 “1”이다. 자성막 (1´)의 자화방향이 제6(a)도에 도시된 좌측을 가리키는 화살표로 표시되는 경우, 저장될 정보는 “0”이다.
기억소자로부터 정보를 판독하기 위하여, 정보판독용의 약한 전류가 이용된다. 자성막(1´)의 자화방향과 반대인 방향을 갖는 약한 자장이 정보판독용의 약한 전류에 의해 자기저항변화부(11)에 인가될 때, 자성막(1´)의 자화는 역전되지 않지만, 연질자성막(3)의 자화는 약한 자장의 방향으로 역전된다. 그 결과, 자성막(1´)의 자화방향은 연질자성막(3)의 자화방향과 평행하지 않으므로, 자기저항변화부 (11)의 저항은 증가된다. 한편 자성막(1´)의 자화방향과 동일한 방향을 갖는 약한 자장이 정보판독용의 약한 전류에 의해 자기저항변화부(11)에 인가될 때, 자성막(1´)의 자화는 역전되지 않지만 연질자성막(3)의 자화는 약한 자장의 방향으로 역전된다. 그 결과, 자성막(1´)의 자화방향은 연질자성막 (3)의 자화방향과 평행하게 되므로 자기저항변화부(11)의 저항이 감소된다.
기억소자로부터 정보가 판독되는 경우, 정보판독용의 약한 전류는 처음에는 도선(5)를 통하여 임의의 방향(약한 전류의 초기방향)으로 흐른 후 그 반대방향(약한 전류의 역방향)으로 도선(5)을 통하여 흐르게 된다. 예를 들어 제6(b)도는 약한 전류가 도선 (5)을 통하여 도면의 후면으로부터 전면에 대해 수직인 방향 (약한 전류의 초기방향)으로 흐르는 경우를 도시하고 있으며, 제6(c)도는 약한 전류가 도면의 전면으로부터 후면에 대해 수직한 방향(약한 전류의 역방향)으로 흐르는 경우를 도시하고 있다.
자성막(1´)에 저장된 정보는 자기저항변화부(11)의 저항의 변화에 따라 검출된다. 예를 들어 자기몸체(1´)에 저장된 정보가 “1”일 때, 약한 전류의 역방향 중 자기저항변화부(11)의 저항은 약한 전류의 초기방향인 경우에 비해 증가하게 된다. 자기몸체(1´)에 저장된 정보가 “0”일 때, 약한 전류의 역방향 중 자기저항변화부(11)의 저항은 약한 전류의 초기 방향에 비해 감소한다(제6(d)도 참조). 이러한 방법에 의해, 자성막(1´)에 저장된 정보는 비파괴적인 방법으로 판독될 수 있다. 약한 전류는 펄스형(pulse-type)의 약한 전류일 수도 있다.
제5도는 본 발명에 따른 기억소자의 다른 구조를 도시한다. 제5도에 도시된 기억소자는 제4도에 도시된 [자성막(1´)/비자성 금속막(2)/연질자성막(3)]의 구조가 비자성 금속막(2)을 통하여 복수회 적층된 구조를 갖는다. 또한 적층구조에 포함된 복수개의 자성막(1´)의 보자력은 서로 다르다. 만일 설정된 신호자장에 의해 그 자화가 역전되지 않는 다수의 자성막(1´)이 희망의 값에 관련된 경우, 복수개의 자성막 (1´)에 다중치 정보(multivalue information)가 저장될 수 있다. 이러한 방법에 의해 다중치 정보를 저장할 수 있는 기억소자를 얻을 수 있다. 예를 들어 이러한 기억소자는 제7(a)도 내지 제7(c)도에 도시되어 있다.
본 발명에 다른 증폭소자의 구조는 자성막(1´)의 보자력을 제외하고는 상술의 본 발명에 따른 기억소자의 구조와 동일하다. 따라서, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이어서, 본 발명에 따른 증폭소자의 작동방식을 설명한다.
처음에 증폭소자가 작동된다(제8(a)도 참조). 즉 강한 전류 펄스가 도선(5)을 통하여 흐르게 되며, 자성막 (1´)의 자화가 한쪽 방향으로 고정된다. 상기 증폭소자는 자성막(1´)의 자화용이축선이 강한 전류 펄스에 의해 형성된 자장의 방향과 일치하도록 구성되어 있다.
이어서, 증폭 동작을 수행하기 위해 입력 전압에 비례하는 약한 전류가 도선(5)을 통하여 흐르게 된다(제8(b)도 참조). 선택적인 약한 전류에 의한 약한 자장에 의해, 자성막(1´)의 자화 회전(또는 자기 영역 벽의 이동)이 발생되지는 않지만, 연질자성막(3)의 자화 회전(또는 자기 영역 벽의 이동)이 발생된다. 따라서, [자성막(1´)/비자성 금속막(2)/연질자성막(3)]의 구조를 포함하는 자기저항변화부의 저항은 자성막(1´)의 자화방향과 연질자성막(3)의 자화방향에 의해 형성된 각도에 따라 변하게 된다. 그 결과 증폭된 출력이 얻어진다.(제8(c)도 참조).
본 발명에 따른 기억소자는 본 발명에 따른 자기저항효과형헤드와는 다음과 같은 점에서 다르다. 즉 자성막(1´)은 본 발명의 기억소자의 큰 보자력을 갖는 경질자성막일 것을 필요로 하지 않는다. 본 발명의 기억소자에 있어서, 자성막(1´)은 연질자성막(3)의 보자력보다 큰 보자력을 갖는 한 반경질(semi-hard)자성막이다. 그 이유는 기억소자에 정보가 쓰여질 때, 자성막(1´)의 자화를 역전시킬 필요가 있기 때문이다. 신뢰성면에서 자성막(1´)은 경질자성막일 것이 요구된다. 그러나 정보를 저장하기 위한 전류의 감소라는 면에서 자성막(1´)은 반경질자성막일것이 요구된다.
본 발명에 따른 증폭소자에서 자성막(1´)은 자성막 (1´)의 자화가 신호자장에 의해 역전될 필요가 없기 때문에 경질자성막으로 되는 것이 요구된다. 그러나 실제로 자성막(1´)은 자성막(1´)이 양호한 각형 특성을 갖는 자화곡선을 구비하는 한 경질자성막일 필요가 없다. 그 이유는 증폭 작동 중 도선(5)을 흐르는 신호전류가 적고 따라서 신호전류에 의해 생성된 자장이 작기 때문이다.
또한 상술의 자기저항효과소자에 있어서 자기저항효과형헤드, 기억소자 및 증폭소자 그리고 자성막(3´)은 자성막(1)[또는 자성막(1´)]과 비자성 금속막(2) 사이와 연질자성막(3)과 비자성 금속막(2) 사이의 적어도 하나의 경계면에 삽입될 수도 있다. 이 경우 자성막(3´)은 주성분으로서 Co를 포함하는 자성막이 바람직하다. 자성막(3´)의 두께는 0.1 내지 1㎚인 것이 양호하다. 자성막(3´)의 두께가 0.1 이하인 경우 MR비율의 개선효과는 적다. 한편 자성막(3´)은 연질자성막(3)의 연질자성특성의 약화로 인해 연질자성막(3)과의 경계면에서 1㎚이하의 두께나 그 이상을 갖도록 부착된다. 상술한 바와 같이 연질자성막(3)을 삽입하므로써 막들의 각각의 경계면에서의 자기분산이 증가된다. 그 결과 MR비율이 큰 소자를 얻을 수 있다.
선택적으로 자성막(3´)은 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]과 비자성 금속막(2) 사이에 삽입될 수도 있다. 자성막(3´)은 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]의 한쪽면이나 양면에 제공된다. 이 경우, 자성막(3´)의 두께는 0.1 내지 2㎚의 범위로 설정될 수 있다. 또한 자성막(3´)의 성분은 주성분으로서 Co, Ni, Fe에서 선택된 적어도 하나의 요소를 포함한다. 만일 자성막(3´)의 두께가 0.1㎚보다 작다면, MR 개선효과는 적다. 한편 자성막(3´)의 두께가 2㎚이상이라면, 자화곡선의 각형특성과 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]의 보자력은 쉽게 저하된다. 자기저항효과 소자가 자기헤드 등에 사용되는 경우 자성막(3´)의 두께는 1㎚ 이하일 것이 특히 요망된다. 이것은 자성막(1)의 자화곡선이 양호한 각형 특성을 나타내고 자성막(1)이 비교적 큰 보자력을 갖는 경질자성막일 것이 요구되기 때문이다.
제2(a)도는 제1(a)도에 도시된 샌드위치형 자기저항효과소자가 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]과 비자성 금속막(2) 사이의 경계면에 삽입된 실시예를 도시한다.
제2(b)도는 제1(b)도에 도시된 적층형 자기저항효과소자가 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]과 비자성 금속막(2) 사이의 경계면에 삽입된 실시예를 도시한다. 제2(b)도에서, 자성막(3´)은 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]의 양쪽면에 제공된다. 또한 자성막(3´)은 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]의 단지 한쪽면에서만 제출될 수도 있다. 제2(b)도에 도시된 자기저항효과소자는 제2(a)도에 도시된 자기저항효과소자에 비해 보다 큰 MR비율을 도시한다.
제1(b)도 및 제2(b)도에 도시된 적층형 자기저항효과소자가 사용되는 경우에, 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]과, 비자성 금속막(2)과, 연질자성막(3)과, 자성막(3´)의 두께는 전자의 평균자유경로(mean free path)를 고려하여 그다지 크지 않은 것이 바람직하다. MR비율은 적층된 부품수가 증가됨에 따라 증가하게 된다. 부품이 3배 이상 적층될 때, 효과는 상당한 것으로 관찰되었다. 부품이 10배 이상 적층될 때, 효과는 대체로 충분하다. 시트 저항을 고려할 때 적층된 막의 수는 작동중 전류가 막 면에 수직한 방향으로 흐르는 경우를 제외하고는 5배 이하인 것이 요망된다.
경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]의 자화곡선은 양호한 각형 특성을 가질 필요가 있다. 본 발명에 있어서, “양호한 각형 특성”은 각형비 S[=잔류자화(remnant magnetization)/포화 자화(saturation magnetization)]가 0.7 이상이 되도록 한정된다.
제9(a)도 내지 제9(c)도는 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]의 각형비(S)와 본 발명에 따른 자기저항효과소자의 MR곡선의 관계를 도시한다. 제9(a)도 내지 제9(c)도에서 알 수 있는 바와 같이, 각형비(S)가 0.7 보다 작을 때, 제로 자장의 근방에서 MR곡선은 저하된다. 제로 자장 근처에서의 MR곡선의 저하는 증폭소자와 자기저항형 헤드의 선형성과 재생감도를 저하시키며, 또한 기억소자는 자성막(1´)의 불의의 자화 역위의 작동에 기인하여 기록 및 재생 중 오작동하게 된다. 상술한 바와 같이, 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]은 비방향성으로 자화되어 자성막은 자화 상태가 유지되고 약한 자장에서 자화가 역전되지 않는 특성을 갖는 것이 중요하다.
본 발명에 따른 자기저항효과형 헤드에 있어서, 자성막(1)의 자화는 한쪽 방향으로 고정된다. 따라서, 자성막(1)은 큰 보자력을 갖는 경질자성막일 것이 요망되며, 동일한 성분의 막의 두꺼운 막 상태나 벌크 상태(bulk state)에서의 보자력을 500 0e 이상인 것이 바람직하다. 또한 자성막(1)은 양호한 내식성을 가질 것이 요망된다. 자성막(1)용의 재료의 예로서는 Co0.75Pt0.25, Co0.84Ta0.02Cr0.14, Co0.78Pt0.10Cr0.12, Co0.5Fe0.5등을 포함한다. 현재로서는 보자력과 내식성을 고려하여 CoPt가 가장 적절한 재료가 되고 있다. MR비율을 고려한다면 CoFe가 가장 적합한 재료이다. 이러한 막들의 큐리 온도(Curie temperature)는 종래 스핀밸브에 사용된 Fe-Mn의 니일 온도(Neel temperature)보다 상당히 높다. 따라서 이러한 막들의 특성의 온도에 대한 의존도가 양호하게 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 기억소자에 있어서, 자성막(1´)의 자화곡선은 양호한 각형 특성을 가져야 하는 것이 중요하며, 자성막(1´)의 보자력은 그다지 중요하지 않다. 정보의 기록 중, 전류를 도선을 통하여 흐르게 하므로써 자성막(1´)의 자화를 역전시킬 필요가 있다. 따라서, 자성막(1´)은 선택적으로 Co0.5Fe0.5, Co 등의 반경질(semi-hard)자성막이 될 수도 있다. 자성막 (1´)의 보자력은 막 두께를 변화시키므로써 조정될 수 있다.
이런 경우, 자성막(1´)은 3㎚이하의 두께를 갖는 Co0.8Pt0.2등의 반경질자성막일 수도 있다.
본 발명에 따른 증폭소자에 있어서, 자성막(1´)의 자화는 한쪽 방향으로 고정된다. 따라서 자성막(1´)은 큰 보자력을 갖는 경질자성막으로 제조됨이 바람직하다. 그러나 실제에 있어서, 자성막(1´)은 반경질자성 재료로 제조될 수도 있다. 이것은 도선(5)을 통하여 흐르는 신호 전류가 매우 적기 때문에 신호 전류에 의해 생성된 자장 또한 적기 때문이다.
자성막(3)은 자화가 용이하게 변화될 수 있도록 작은 자장에 의해 쉽게 역전될 수 있는 연질 자기 특성을 가질 것이 요망된다. 또한 연질자성막(3)은 낮은 자기변형(magnetostriction)을 갖는 막이 양호하다. 이것은 막이 실제사용시 자기변형이 높을 경우 잡음을 발생하여 제조된 소자들간의 특성을 변화시키기 때문이다. 상술의 조건을 만족시키기 위하여 주성분으로서 하기 재료를 갖는 Ni가 풍부한 연질자성막이 요망된다.
NixCoyFez(1)
상기 재료의 원자조성비는 다음과 같다.
x = 0.6 내지 0.9
y = 0 내지 0.4
z = 0 내지 0.3 (1´)
이러한 재료의 예로는 Ni0.8Fe0.15Co0.05, Ni0.8Fe0.1Co0.1, Ni0.68Co0.2Fe0.12등을 들수 있다. 선택적으로, 만일 Co가 풍부한 연질자성막이 사용된다면, 이러한 막이 연질 자기 특성면에서 상술의 Ni가 풍부한 연질자성막보다 열악하다 할지라도 자기변형의 많은 변화를 얻을 수 있다.
Co가 풍부한 연질자성막은 주성분으로서 하기와 같은 재료를 포함하며,
Nix´Coy´Fez´(2)
상기 재료의 원자조성비는 다음과 같다.
x´ = 0 내지 0.4
y´ = 0 내지 0.95
z´ = 0 내지 0.5 (2´)
이러한 막의 예로서 Co0.44Fe0.3Ni0.26, Co0.6Fe0.2Ni0.2, Co0.7Fe0.2Ni0.1등을 들 수 있다. 이러한 막들의 조성비가 상기 (1´) 및 (2´)를 만족시킬 때, 센서나 MR헤드와 같은 자기저항효과소자에 필요한 낮은 자기변형을 얻을 수 있다(즉, 자기변형은 1x10-5이하이다).
선택적으로, 연질자성막(3)은 Co기 비정질 합금막일 수도 있다. 상기 Co기 비정질 합금막은 상술의 연질자성막용 재료에 비해 비저항(specific resis- tance)이 다소 높다는 단점을 갖지만 매우 약한 자장에서도 자화가 역전될 수 있으며 제로 자기변형에서 막이 높은 자기 침투성을 갖는다는 장점을 갖는다. Co기 비정질 합금막의 예로는 Co0.75Fe0.05B0.2를 들 수 있다.
비자성 금속막(2)은 활성이 적을 것과 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]의 경계면과 연질자성막(3)과의 경계면에서 고체 용액을 형성하는 것이 어려울 것이 요망된다. 또한 비자성 금속막(2)은 자성막과의 경계면이 깨끗하고 평탄하게 형성될 수 있는 막이 요구된다. 또한 비자성 금속막(2)은 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]과 연질자성막(3) 사이의 자기결합을 절단하기 위해 비자성일 것이 요구된다. 비자성 금속막(2)에 적절한 재료는 Cu, Ag, Au등이다. MR특성의 고려시에는 Cu가 가장 적절한 재료이다. 만일 비자성 금속막(2)의 두께가 10㎚ 이상이다면, 소자전체의 MR비율은 감소된다. 따라서 비자성 금속막(2)의 두께를 10㎚이하로 설정할 필요가 있다. 상기 두께는 5㎚이하가 양호하다. 한편, 만일 비자성 금속막(2)의 두께가 1㎚이하라면, 경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]은 연질자성막(3)과 자기적으로 결합하게 되므로 커다란 자기저항효과는 얻을 수 없게 된다.
경질자성막(1)[또는 자성막(1´)]과 비자성 금속막(2) 사이 또는 연질자성막(3)과 비자성 금속막(2) 사이에 삽입된 자성막(3´)은 자기저항효과를 증가시킬 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위하여, 자성막(3´)은 주성분으로 Ni, Co, Fe에서 선택된 적어도 하나의 요소와 또는 Co를 포함한다. 선택적으로, 자성막(3´)은 상술의 연질자성막(3)을 위하여 Co, Co0.9Fe0.1또는 Co0.44Fe0.3Ni0.26, Co0.6Ni0.2Fe0.2, Co0.7Fe0.2Ni0.1등으로 제조될 수 있다.
제3도에 도시된 자기헤드의 요크(4)는 연질자성이고 높은 자기 침투성을 가질 것이 요망된다. 요크(4)로서는 Co기 비정질 자기합금막이 적합하게 이용된다. 그 예로서 Co0.8Nb0.12Zr0.06이 이용된다.
제4도에 도시된 기억소자(또는 증폭소자)의 도선(5)은 자장을 발생하기 위한 저저항 금속막 라인이다. 기억소자가 매트릭스로 배치된 경우에, 도선은 제15(a)도에 도시된 바와 같이 서로 치환되지 않으며, 제15(b)도에 도시된 바와 같이 각각의 소자상에서 서로 차단될 수도 있다.
제15(a)도에서, Mij(i = 1 내지 3, j = 1 내지 3)는 자기저항변화부를 표시하며, W1내지 W3는 도선(워드라인)을 표시하며, S1내지 S2는 감지라인을 표시한다. 상기 감지라인(S1내지 S2)은 자기저항변화부(Mij)(도면에 도시된 형태)와 전환되는 도체부(도면에서 흰 부분)에 의해 형성된다. 예컨대, 정보가 자기저항변화부(M11)에 저장될 때 전류는 워드라인(W1)과 감지라인(S1)을 흐르게 된다. 그 결과, 정보는 워드라인(W1)과 감지라인(S1)을 통하여 흐르는 전류에 의해 생성된 인위적인 자장에 의해 자기저항변화부(M11)에 저장된다. 자기저항변화부(M11)에 저장된 정보가 재생될 때, 펄스 전류는 워드라인(W1)을 통하여 흐르게 된다. 워드라인(W1)을 통하는 전류에 의한 감지라인(S1)의 저항의 변화를 검출하므로써, 자기저항변화부(M11)에 저장된 정보는 판독될 수 있다.
제15(b)도에서, Mij(i = 1 내지 3, j = 1 내지 3)는 자기저항변화부를 표시하며, W1내지 W3그리고 W1′및 W2′는 도선(워드라인)을 표시하며, S1내지 S3는 감지라인을 표시한다. 상기 감지라인(S1내지 S3)은 자기저항변화부(Mij; 도면에 도시된 형태)와 전환되는 도체부분(도면에서 흰 부분)에 의해 형성된다. 예컨대, 정보가 자기저항변화부(M11)에 저장될 때 전류는 워드라인(W1)과 워드라인(W1′)을 흐르게 된다. 그 결과, 정보는 워드라인(W1)과 워드라인(W1′)을 통하는 전류에 의해 생성된 인위적인 자장에 의해 자기저항변화부(M11)에 저장된다. 자기저항변화부(M11)에 저장된 정보가 재생될 때, 펄스 전류는 워드라인(W1)을 통하게 된다. 워드라인(W1)을 통하는 전류에 의한 감지라인(S1)의 저항의 변화를 검출하므로써, 자기저항변화부(M11)에 저장된 정보는 판독될 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예의 대해 기술될 것이다.
[실시예 1]
타겟으로서 Ni0.68Co0.2Fe0.12[연질자성막(3)], Cu[비자성 금속막(2)], Co0.75Pt0.25[경질자성막(1)]을 이용하므로써 (조성비는 모두 원자 %로 표시됨) 제1(a)도에 도시된 샌드위치형 자기저항소자와 제1(b)도에 도시된 적층형 자기저항소자는 다중 타겟 스퍼터링 장치(multi-target sputtering apparatus)에 의해 기판 상에 제조된다. 샌드위치형 자기저항소자는 하기의 구조를 갖는다.
A : 기판/CoNiFe(15)/Cu(2.2)/CoPt(10)
[괄호안의 값은 두께(㎚)를 표시한다]
그리고 적층형 자기저항소자는 하기와 같은 구조를 갖는다.
A′ : 기판/[CoNiFe(3)/Cu(2.2)/CoPt(5)/Cu(2.2)]5
각각의 막 두께는 셔터(shutter)에 의해 제어되며, 경질자성막(1)의 CoPt는 자화된다. 그리고 얻어진 소자의 MR특성은 100 0e로 인가된 자장에서 실온에서 측정된다. A와 A′ 구조를 갖는 소자에 대한 MR비율은 각각 4% 및 6%이다. MR이 변화되는 자장의 폭은 3 및 5 0e이다. 도면에서는 하기와 같은 사항을 인식할 수 있다. 제11도에 도시된 바와 같이 다른 보자력을 갖는 자성막이 이용된 경우에 비해, 본 발명의 소자는 매우 약한 자장에서 작동될 수 있으며, 선형성이 개선된다. 제12도에 도시된 바와 같이 반강자성 결합형에 비해, 본 발명의 소자의 작동 자장은 작다. 제13도에 도시된 반강자성막을 이용하는 스핀밸브에 비해 본 발명의 소자는 MR비율이 개선된다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 방법으로, 타겟으로서 Co0.75Pt0.25[경질자성막(1)], Co0.7Ni0.1Fe0.2[연질자성막(3)], Cu[비자성 금속막(2)]을 이용하여, 경질자성막(1)과, 비자성 금속막(2)과, 연질자성막(3)과, 비자성 금속막(2)이 연속해서 침착된다. 따라서 하기의 구조를 갖는 다중층 막이 제조된다.
B : 기판/[NiCoFe(6)/Cu(2.2)/CoPt(5)/Cu(2.2)]20
경질자성막(1)의 CoPt의 재료는 자화되며 경질자성막(1)은 리쏘그래피 기법을 이용하여 25㎛x25㎛의 사각형태로 제조된다. 그후, 소자의 MR특성은 리쏘그래피를 이용하는 4-단자법에 의해 측정된다. MR비율은 100 0e로 인가된 자장에는 18%였으며 MR이 변하는 자장의 폭은 20 0e이었다.
[실시예 3]
타겟으로서 Co0.75Pt0.25[경질자성막(1)], Cu[비자성 금속막(2)], Ni0.68Co0.2Fe0.12[연질자성막(3)]을 이용하는 다중타겟 스퍼터링 장치에 의해 페라이트(7-1)와 절연막(7-2)을 포함하는 기판 상에 경질자성막(1), 비자성 금속막(2), 연질자성막(3)이 연속해서 침착된다. 경질자성막(1)의 CoPt의 재료는 자화된다. 절연막(6)과 CoNbZr은 타겟으로서 SiO2[절연막(6)]와 Co0.82Nb0.12Zr0.06[요크(4)]를 이용하여 침착된다. 침착된 막은 요크부(4)를 형성하기 위하여 리토그래프에 의해 패턴화된다. 그 결과 하기의 구조를 갖는 제3도에 도시된 바와 같은 자기저항효과형 헤드(MR헤드)가 제조된다.
C : 기판/CoPt(15)/Cu(2.2)/NiCoFe(15)/SiO2(100)/CoNbZr(1000)
C′ : 기판/[CoPt(5)/Cu(2.2)/NiCoFe(4)/Cu(2.2)]3/SiO2(100)/CoNbZr(1000)
비교해서, 자기저항효과막과 요크를 위해 Ni0.8Fe0.2및 Co0.82Nb0.12Zr0.06의 종래 재료가 사용된 종래 구조를 갖는 MR헤드가 제조된다. 100 0e의 교류 전류신호 자장이 종래의 MR헤드와 본 발명의 MR헤드에 인가되므로 각각의 헤드의 재생 출력을 비교할 수 있다. 본 발명의 C 및 C′의 구조를 갖는 MR헤드는 비교예로서의 종래 MR헤드에 비해 약 1.5배 내지 3배나 큰 출력을 얻는 것으로 밝혀졌다.
[실시예 4]
타겟으로서 Co0.8Pt0.2[자성막(1′)], Co0.7Ni0.1Fe0.2[연질자성막(3)], Cu[비자성 금속막(2)]을 이용하므로써 경질자성막(1′)과 비자성 금속막(2)과 연질자성막(3)이 연속해서 침착된다. 따라서, 하기와 같은 구조를 갖는 제1(a)도에 도시된 샌드위치형 자기저항변화부가 제조된다.
D : [CoNiFe(10)/Cu(2.2)/CoPt(2)]
제14도는 자기저항변화부의 MR곡선을 도시한다. 자기저항변화부 상에서는 SiO2절연막이 침착된다. 그리고 그 위에 도선을 위한 AuCr이 침착된다. 그 결과 제4도에 도시된 기억소자가 제조된다.
기억소자의 작동을 검사하기 위해서 전류는 제6(a)도에 도시된 도선(5)을 통과하므로 자성막(1′)을 비방향성으로 자화시킬 수 있다. 그리고, 제6(b)도에 도시된 바와 같이 연질자성막(3)의 자화를 한쪽 방향으로 정렬하기 위하여 약한 전류가 도선(5)을 통하게 된다. 그 후 제6(c)도에 도시된 바와 같이, 도선(5)을 흐르는 약한 저류가 역전되며, 이 때 자기저항변화부의 저항변화가 측정된다. 저항의 변화는 제6(d)도에 도시된 바와 같이 자성막(1′)에 기록된 자화방향에 따라 플러스(증가) 또는 마이너스(감소)로 변하게 된다.
[실시예 5]
타겟으로서 Co0.78Pt0.1Cr0.12[경질자성막(1), Ni0.8Fe0.15Co0.05[연질자성막(3)], Cu[비자성 금속막(2)]을 이용하므로써, 경질자성막(1)과, 비자성 금속막(2)과, 연질자성막(3)이 연속해서 침착된다. 따라서 하기의 구조를 갖는 자기저항변화부가 제조된다.
E : [CoPtCr(5)/Cu(2.3)/NiFeCo(10)]
그리고 이와 같이 제조된 부분상에 SiO2절연막이 침착된다. 그 후 증폭소자를 얻기 위해 도선용 AuCr이 침착된다.
증폭소자를 검사하기 위해 제8(a)도에 도시된 바와 같이, 많은 전류가 도선(5)을 흐르게 되므로 경질자성막(1)을 한쪽 방향으로 자화시킬 수 있다. 그리고 제8(b)도에 도시된 바와 같이 도선(5)에 입력 교류 전압이 인가되고, 약한 전류가 흘러서, 연질자성막(3)의 자화회전이 발생된다. 자기저항변화부에 전압이 인가될 동안, 자기저항변화부의 저항변화에 의한 출력 전압의 변화가 측정된다. 이것은 제8(c)도에 도시된 바와 같이 입력 전압이 증폭된 것을 확인한다.
[실시예 6]
타겟(조성비가 모두 원자 %로 표시됨)으로서 Ni0.88Co0.2Fe0.12[연질자성막(3)], Co[자성막(3′)], Cu(비자성 금속막(2)], Co0.75Pt0.25[경질자성막(1)]을 이용하므로써 샌드위치형 자기저항소자와 적층형 자기저항소자가 다중 타겟 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 제조된다. 샌드위치형 자기저항소자는 하기 구조를 갖는다.
F : 기판/NiCoFe(10)/Co(0.2)/Cu(2)/Co(0.2)/CoPt(3)
[괄호안의 값은 두께(㎚)를 표시한다.]
그리고 적층형 자기저항소자는 하기의 구조를 갖는다.
F′ : 기판/[NiCoFe(3)/Co(0.2)/Cu(2)/Co(0.2)/CoPt(3)/Co(0.2)/Cu(2)]N
/NiCoFe(3)
상기 N은 적층된 막의 수를 표시하며, 본 실시예에서 N은 5이다. 각각의 막 두께는 셔터를 이용하여 제어되며, 경질자성막(1)의 CoPt가 자화된다. 그리고 얻어진 소자의 MR특성은 실온에서 100 0e의 인가자장에서 측정된다. F와 F′ 구조를 갖는 소자를 위한 MR비율은 각각 6%, 8%이다. MR이 변하는 자장의 폭은 3 0e과 5 0e이다. 제10도는 적층형 소자의 예시적인 MR곡선을 도시한다.
[실시예 7]
타겟(조성비가 모두 원자 %로 도시됨)으로서 Ni0.88Co0.2Fe0.12[연질자성막(3)], Co0.7Fe0.2Ni0.1[자성막(3′)], Cu(비자성 금속막(2)], Co0.75Pt0.25[경질자성막(1)]을 이용하므로써 제2(a)도에 도시된 바와 같은 샌드위치형 자기저항소자와 제2(b)도에 도시된 바와 같은 적층형 자기저항소자가 다중 타겟 스퍼터링 장치에 의해 기판 상에 제조된다. 샌드위치형 자기저항소자는 하기의 구조를 갖는다.
G : 기판/NiCoFe(15)/Cu(2.3)/CoNiFe(0.5)/CoPt(10)
[괄호안의 값은 두께(㎚)를 표시한다.]
그리고 적층형 자기저항소자는 하기의 구조를 갖는다.
G′ : 기판/[NiCoFe(7)/Cu(2.2)/CoNiFe(0.5)/CoPt(4)/CoNiFe(0.5)/Cu(2.2)]N
상기 N은 적층된 막의 수이며 본 실시예에서 N은 5이다. 각각의 막 두께는 셔터에 의해 제어되며, 경질자성막(1)의 CoPt가 자화된다. 그리고 얻어진 소자의 MR특성은 실온에서 100 0e의 인가자장에서 측정된다. G와 G′ 구조를 갖는 소자를 위한 MR비율은 각 6%와 9%이다. MR이 변하는 자장의 폭은 각각 3 0e과 5 0e이다. 비교예로서, 경계면에 Co0.7Fe0.2Ni0.1[자성막(3′)]이 삽입되어 있지 않은 소자가 제조된다. 비교예의 MR비율은 본 발명의 소자보다 낮은 4%와 6%이다.
[실시예 8]
페라이트(7-1)와 절연막(7-2)을 포함하는 기판 상에 하기의 구조를 갖는 자기저항소자부가 타겟으로서 Co0.75Pt0.25[경질자성막(1)], Cu[비자성 금속막(2)], Ni0.68Co0.2Fe0.12[연질자성막(3)], 및 Co[자성막(3′)]을 이용하여 다중 타겟 스퍼터링 소자에 의해 제조된다.
H : [NiCoFe(7)/Cu(2.1)/Co(0.4)/CoPt(4)/Co(0.4)/Cu(2.1)]3
경질자성막(1)의 CoPt의 재료는 자화된다. 절연막(6)과 CoNbZr은 타겟으로서 SiO2[절연막(6)]와 Co0.82Nb0.12Zr0.06을 이용하여 그 위에 침착된다. 침착된 막은 요크부(4)를 형성하기 위하여 리쏘그래피에 의해 패턴화된다. 그 결과, 하기 구조를 갖는 제3도에 도시된 바와 같은 자기저항효과형 헤드(MR헤드)가 제조된다.
I : 기판/[NiCoFe(7)/Cu(2.1)/Co(0.4)/CoPt(4)/Co(0.4)/Cu(2.1)]3
/SiO2(100)/CoNbZr(1000)
비교예로서, 종래 재료인 Ni0.8Fe0.2와 Co0.82Nb0.12Zr0.06이 자기저항효과막과 요크를 위해 사용되는 종래 구조를 갖는 MR헤드가 제조되었다. 100 0e의 교류 전류 신호자장이 종래의 MR헤드와 본 발명의 MR헤드에 인가되므로 각 헤드의 재생 출력을 비교할 수 있다. 본 발명의 구조(I)를 갖는 MR헤드가 비교예의 종래 MR헤드에 의해 약 4배 정도 큰 것으로 발견되었다.
[실시예 9]
타겟으로서 Co0.8Pt0.2[자성막(1′)], Co0.6Ni0.2Fe0.2[연질자성막(3), 자성막(3′)], Cu[비자성 금속막(2)]를 이용하므로써 자성막(1′)과 비자성 금속막(2)과 연질자성막(3)이 연속해서 침착된다. 따라서 하기의 구조를 갖는 제2(a)도에 도시된 바와 같은 샌드위치형 자기저항변화부가 제조된다.
J : [CoNiFe(10)/Cu(2)/CoNiFe(0.7)/CoPt(2)]
자기저항변화부 상에서는 SiO2 절연막이 침착된다. 그리고 도선용 AuCr이 그 위에 침착된다. 그 결과 기억소자가 제조된다.
기억소자의 작동을 검사하기 위하여, 제6(a)도에 도시된 바와 같이 많은 전류가 도선(5)을 통과하므로 자성막(1′)을 비방향성으로 자화시킬 수 있다. 그리고 연질자성막(3)의 자화를 한쪽 방향으로 정렬하기 위해 약한 저류가 도선(5)을 흐른다. 그 후 제6(c)도에 도시된 바와 같이, 도선(5)을 통하여 흐르는 약한 전류가 역전되며, 이 때 자기저항변화부의 저항변화가 측정된다. 저항의 변화는 제6(d)도에 도시된 바와 같이 자성막(1′)에 기록된 자화방향에 의존하여 플러스(증가) 또는 마이너스(감소)로 변하게 된다. 또한 이것은 출력 전압이 NiFe를 이용하는 종래 기억소자에 비해 1.5배 이상인 것으로 발견되었다. 이러한 실시예에서 제6(a)도 내지 제6(c)도의 도면부호 1′는 자성막(1′)과 자성막(3′)을 포함하는 막을 표시한다.
그리고 자기저항변화부는 하기의 적층된 구조를 갖도록 제조된다.
J′ : [CoNiFe(6)/Cu(2)/CoNiFe(0.6)/CoPt(2)/CoNiFe(0.6)/Cu(2)]5
기억소자는 적층된 구조를 갖는 자기저항변화부를 이용하여 제조된다. 상술한 방법과 동일한 방법으로 기억소자의 작동이 검사된다. 정보판독 중, J′구조를 갖는 기억소자의 출력 전압은 J구조를 갖는 기억소자보다 2배 정도 크다.
[실시예 10]
타겟으로서 Co0.8Pt0.2, Co0.86Cr0.12Ta0.02, Fe0.5Ni0.5[자성막(1, 1′, 1″), Cu(비자성 금속막(2)], Ni0.68Co0.2Fe0.12[연질자성막(3)]을 이용하여 하기의 적층구조를 갖는 자기저항변화부가 제조된다.
K : [CoPt(3)/Cu(2.2)/NiCoFe(4)/Cu(2.2)/CoCrTa(3)/Cu(2.2)/NiCoFe(4)/Cu (2.2)/NiFe(3)/Cu(2.2)/NiFeCo(4)] 또한 SiO2절연막이 그 위에 침착된다. 그 후 제5도에 도시된 바와 같은 기억소자를 제조하기 위하여 도선을 위한 AuCr이 침착된다.
기억소자의 작동을 검사하기 위해, 하기 2가지 형태의 기억소자가 제공된다. 한 가지 형태의 기억소자는 전류가 제7(a)도에 도시된 바와 같이 도선을 통과하고 정보를 기록하기 위해 3가지 종류의 자성막(1, 1′, 1″; NiFe)의 자화와 연질자성막(3)의 자화가 역전되는 방식으로 제공된다. 다른 형태의 기억소자는 자성막(1, 1′)(CoPt, CoCrTa)의 보자력보다 작지만 자성막(1″)의 보자력보다 큰 자장이 형성되고 정보를 기록하기 위해 자성막(1″)의 자화와 연질자성막(3)(NiCoFe)의 자화가 역전하는 방식으로 제공된다. 제7(b)도에 도시된 바와 같이, 약한 전류 펄스가 도선(5)을 흐르게 되므로 연질자성막(3)의 자화만이 역전되고, 이때 자기저항변화부의 저항변화가 측정된다. 제7(c)도에 도시된 바와 같이, 이것은 저항변화의 크기는 정보의 기록 중 자화가 역전된 자성막(1, 1′, 1″)의 수에 의존하여 어렵게 됨을 확인하게 된다. 이것은 이러한 기억소자에 다중치 정보가 저장될 수 있음을 의미한다.
하기의 실시예 11 내지 실시예 17에서 본 발명의 자기저항효과소자와 자기저항효과형 헤드와 기억소자의 다른 실시예가 기술될 것이다. 증폭소자의 실시예는 기술되지는 않았지만 본 발명의 증폭소자는 상술의 실시예에 기술된 바와 같이 기억소자와 동일한 방법으로 구성될 수 있다.
제16(a)도 및 제16(b)도에 도시된 바와 같이 이러한 자기저항효과소자에 있어서, 1 내지 20㎚ 두께의 연질자성막(21)과 1 내지 20㎚의 두께를 가지며, 그 보자력이 서로 다른 경질자성막(23)이 교대로 적층되며, 1 내지 10㎚의 두께를 갖는 비자성 금속막(22)이 연질자성막(21) 사이에 위치되며 경질자성막(23)이 교대로 적층된다. 이 경우 연질자성막(21)의 주성분은 하기의 식으로 표시된다.
(NixCo1-x)x′Fe1-x′(3)
상기 식에서 x와 x′는 원자조성비로 다음과 같이 표시된다.
0.6 ≤ x ≤ 1.0
0.7 ≤ x′ ≤ 1.0 (4)
경질자성막(23)은 비교적 큰 저항변화비(ΔR/R)를 갖는 CoFe기 재료로 구성되며, 그 주성분은 하기식으로 표시된다.
CoyFe1-y(5)
상기 y는 원자조성비로 다음과 같이 표시된다.
0.3 ≤ y ≤ 0.7 (6)
또한 V가 가해진 CoFe기 재료는 만족스러운 각형비인 0.9 이상이며, 그 주성분은 하기식으로 표시된다.
(CozFe1-z)z′V1-z′(7)
상기 z와 z′는 원자조성비로 다음과 같이 표시된다.
0.3 ≤ z ≤ 0.7
0.9 ≤ z′ ≤ 0.98 (8)
특히 제17도에 도시된 바와 같이, 0.9 ≤ z′ ≤ 0.98일 때 V가 가해지면, MR곡선의 포화 자장강도(saturation magnetic field strength; Hs)는 가해진 양이 적은 경우 즉, 0.02 내지 0.04%의 범위일 때 감소되므로 기억소자로서의 소자로 사용하기에 최적인 특성을 얻을 수 있다. 한편 가해진 양이 많은 경우 즉, 0.05% 내지 0.1%의 범위일 때 MR곡선의 포화 자장강도(Hs)는 증가되므로 자기저항효과소자 및 자기저항효과형 헤드에 최적인 특성이 표시된다.
비자성 금속막(22)은 그 사이의 경계면에서 Ni-Co-Fe기 자성재료와 활성이 적게 표시되는 재료로 구성되는 것이 양호하므로 Cu, Ag 및 Au 중 어느 것이라도 적절하게 이용된다.
자기저항효과소자 및 자기저항효과형 헤드를 위하여 이러한 재료가 사용되는 경우, 연질자성막(21)은 작은 자기변형, 작은 보자력, 및 만족스러운 각형 특성을 표시하는 재료로 구성되며 경질자성막은 비교적 큰 보자력과 만족스러운 각형 특성을 표시하는 반경질 또는 경질 자기 재료로 구성된다.
또한 연질자성막(21)은 상술한 바와 같은 3중막이 필요없으며 그러나 연질자화성과 비교적 큰 저항변화비(ΔR/R)를 갖는 2중 자성막 즉, Ni-Fe기 또는 Ni-Co기 2중 자성막일 수도 있다.
예를 들어 연질자성막(21)의 주성분은 다음과 같은 조성식으로 표시된다.
NixFe1-x(9)
상기 x는 다음과 같은 원자조성비로 표시된다.
0.7 ≤ x ≤ 0.9 (10)
선택적으로, 연질자성막(21)의 주요성분은 다음 조성식으로 표시된다.
NixCo1-x(11)
여기서, x는 다음 원자조성비로 표시된다.
0.6 ≤ x ≤ 0.9 (12)
비자성 금속막(22)이 사이에 끼워지도록 연질자성막(21)과 경질자성막(23)이 교대로 적층되는 경우에, 연질자성막(21)의 두께가 경질자성막(23)의 두께보다 크게 설정되면 제18도에 도시한 바와 같이 커다란 저항 변동비가 매우 작은 자장내에 얻어질 수 있다.
연질자성막(21)과 경질자성막(23)이 상이한 보자력을 가자고 두 종류의 막(21, 23)이 비자성 금속막(22)에 의해 서로 분리되어 있으므로, 약한 자장(H)의 적용은 제16(a)도 및 제16(b)도에 도시한 바와 같이 화살표(A1)로 표시한 방향으로 연질자화를 갖는 연질자성막(21) 내에서의 스핀 회전의 원인이 된다. 한편, 강 또는 중간의 자기 작용을 갖는 경질자성막(23)에서의 스핀은 화살표(B1)로 표시한 바와 같이 역전된 상태이다. 그러므로, 그러한 경우에 연질자성막(21)에서의 스핀 정렬 방향은 자성막(23)에서의 스핀 정렬 방향과 반대이고 상기 두 개의 막에 있는 도체 전자의 스핀분산이 최대로 되어 전기저항값이 크게 된다.
만일 제16(b)도에 도시한 바와 같이 더욱 강력한 자장을 가하면, 경질자성막(23)에서의 스핀은 화살표(B2)로 표시한 바와 같이 역전된다.
그 결과, 연질자성막(21)에서의 스핀 정렬 방향은 경질자성막(23)에서의 스핀 정렬 방향에 평행하며, 도체 전자의 스핀분산은 작게 되며, 전기저항이 감소된다.
제19도는 적용된 자장(H)의 변환에 따라 전술한 자기저항효과소자에서의 저항변화율(ΔR/R) 값을 나타낸다. 제19도에서, 위치(19a)는 제16(a)도에 도시한 상태에 대응하는 반면에, 위치(19b)는 제16(b)도에 도시한 상태에 대응한다. 제19도에 도시한 저항변화율(ΔR/R)은 다음식에 의해 계산된다.
ΔR/R = [(Rp- Rmin)/Rmin]x100[%] (13)
여기서, Rp는 각 자장(H)의 세기에 대응하는 전기저항값이며, Rmin은 최소 전기저항값이다. 제19도는 자장(H)의 세기와 저항변화율(ΔR/R) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다.
이러한 방법으로, 커다란 저항변화율(ΔR/R)은 자장(H)의 세기가 매우 작은 영역에서 얻어진다. 그러나, 비자성막(22)이 제공되어 있지 않으면, 연질자성막(21)은 경질자성막(23)에 임의적으로 자기결합하여, 제16(a)도에 도시한 바와 같은 상태를 실현할 수 없다. 그러므로, 그러한 경우에 커다란 자기저항효과는 얻을 수 없다.
따라서, 작은 자기변형을 갖는 연질자성막(21)에 선호된다. 이는 큰 자기변형을 갖는 자성막을 MR헤드에 사용할 때 소음이 발생하기 때문이다.
전술한 식(3)으로 표현되는 Ni가 풍부한 Ni-Co-Fe기 합금의 조성비가 식(4)을 만족하면, 합금의 자기변형은 작아져 합금은 연질자성을 나타낸다. 그러한 합금의 통상적인 조성비는 Ni0.8CO0.1Fe0.1, Ni0.8Fe0.2등이 있다. 연질자성과, 내마모성 및 내식성을 개선하기 위해, Nb, Mo, Cr, W, Ru 등이 식(4)으로 표현된 조성비로 첨가된다.
식(5)로 표시되는 CoFe기 합금은 CoFe합금이 식(6)을 만족할 때 만족할 만한 각형 특성과 반경질 또는 경질자성을 나타낸다.
식(8)을 만족시키기 위해 V가 첨가된 식(7)로 표시되는 CoFe기 합금은 첨가된 V량에 따라 보자력이 임의로 변화되고 각형 특성도 개선시킬 수 있다.
전술한 방식으로 조성비를 선택함으로써, 각각 상이한 보자력을 갖는 자성막(21, 23)을 얻을 수 있다. 연질자성막(21)과 경질자성막(23)의 두께가 1㎚보다 작게 되면, 큐리온도 등의 감소로 인한 실온에서 자장 세기가 감소되는 단점을 가진다.
자기저항효과소자를 수십 ㎚의 두께로 실제로 사용하므로, 각 자성막(21,23)의 두께는 본 발명에 따른 적층구조의 효과를 얻기 위해 20㎚ 이하여야 한다. 또한, 연질 자기 특성을 나타내는 연질자성막(21)의 막 두께가 반경질 자기 특성 또는 경질 자기 특성을 나타내는 경질자성막의 두께 보다 큰 경우에는, 연질 자기 특성이 개선되고 그 특성은 매우 약한 자장에서 급격히 상승된다. 그러나, 그러한 효과는 막 두께가 20㎚보다 크면 변화하지 않는다. 따라서, 자성막(21, 23)의 두께는 1 내지 20㎚의 범위가 적합하다.
자성막(21, 23) 사이에 끼인 비자성 금속막(22)은 경계면에 있는 Ni-Fe-Co기 자성막과 덜 반응해야 하고 비자성이어야 한다. 그러므로, Cu, Ag, Au 등이 비자성 금속막(22)용 재료로 적합하다. 비자성 금속막(22)의 두께가 1㎚이하이면, 연질자성막(21)과 경질자성막(23)이 자기적으로 결합되어 있고 각각 상이한 보자력을 갖는 연질 및 경질자성막(21, 23)의 스핀 정렬 방향이 서로 평행하지 않게 되어 있는 제16(a)도의 상태를 실현하기 어렵게 된다.
한편, 비자성 금속막(22)의 두께가 10㎚를 초과하면, 자기변형 효과가 나타나지 않는 비자성 금속막(22) 부분의 전기저항은 전체 자기저항효과소자의 저항변화를 역으로 감소시킨다.
따라서, 비자성 금속막(22)의 두께는 1 내지 10㎚범위가 선호된다.
[실시예 11]
다음과 같은 형태(샘플 번호 A2, B2 및 C2)를 갖는 자기저항소자가 스퍼터를를 사용해 유리기판 상에 형성된다.
A2 : [Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Fe(14)/Cu(2)]
B2 : [Co-Fe(3)/Au(2)/Ni-Co(14)/Au(2)]
C2 : [Co-Fe(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)]
Ni-Fe, Ni-Co, Ni-Co-Fe 및 Co-Fe의 조성비는 각각 Ni0.8Fe0.2, Ni0.8Co0.2, Ni0.8Co0.1Fe0.1및 Co0.5Fe0.5로 설정된다.
동일한 방식으로, 타겟으로서 Co0.5Fe0.5및 Ni0.7Co0.2Fe0.1을 사용하여, 다음 형태(샘플 번호 D2, E2 및 F2)를 갖는 자기저항소자를 유리기판 상에 형성한다.
D2 : [Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
E2 : [Co-Fe(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)]
F2 : [Co-Fe(3)/Au(2)/Ni-Co-Fe(14)/Au(2)]
전술한 방식대로 얻은 자기저항소자의 샘플 번호 A2 내지 F2의 여러 특성, 즉 실온에서의 저항변화율(ΔR/R)과 상승부분에서의 스위칭 필드(Ht)를 표 1에 나타냈다. 자화는 진동형 자력계로 측정된다. 전기저항의 변화값은, 자장을 변화시키기 위해 전류 흐름 방향에 수직한 방향으로 외측 자장을 가하는 표 1에 나타낸 샘플을 사용하여 4 단자법(four-terminal method)을 사용하여 측정했다.
[표 1]
상기 막은 연질자성을 나타내는 자성막의 자화용이축선이 반경질자성을 나타내는 자화용이축선을 직각으로 횡단하도록 자장 내부에서 스퍼터된다. 상기 막의 자기저항효과는 연질자성을 나타내는 자성막의 자화용이 축선방향으로 자장을 적용함으로써 측정된다. 표 1에 나타낸 막의 스위칭 필드(Ht)는 자화용이 축선방향으로의 값이다.
표 1로부터 분명하듯이, 상기 예의 자기저항효과소자는 실용적인 특성을 나타낸다. 즉, 상기 소자는 실온에서 커다란 저항변화율(ΔR/R)과 상승부분에서 상당히 작은 스위칭 필드(Ht)를 나타낸다.
[실시예 12]
실시예 11과 동일한 방식으로, 다음 형태(샘플 번호 A3, B3, 및 C3)를 갖는 자기저항소자를 스퍼터하기 위해 유리기판 상에 형성된다.
A3 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Fe(14)/Cu(2)]
B3 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co(14)/Cu(2)]
C3 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
Ni-Fe, Ni-Co, Ni-Co-Fe 및 Co-Fe-V의 원자조성비는 각각 Ni0.8Fe0.2, Ni0.8Co0.2, Ni0.8Co0.1Fe0.1및 Co0.5Fe0.46V0.04로 설정했다. 막 두께는 동력과 스퍼터 속도에 의해 조절된다.
동일한 방식으로, 타켓으로서 Co0.49Fe0.46V0.05및 Ni0.7Co0.2Fe0.1을 사용하여 다른 형태(샘플 번호 D3, E3 및 F3)의 자기저항효과소자를 유리기판 상에 형성했다.
D3 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
E3 : [Co-Fe-V(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)]
F3 : [Co-Fe-V(3)/Au(2)/Ni-Co-Fe(14)/Au(2)]
전술한 방식으로 얻은 자기저항소자 샘플 번호 A3 내지 F3의 여러 특성, 즉 실온에서 저항변화율(ΔR/R)과 상승부분에서의 스위칭 필드(Ht)를 표 2에 나타냈다. 자화는 진동형 자력계로 측정했다. 전기저항변화값은 자장을 변화시키기 위해 전류 흐름 방향에 수직방향으로 외측 자장을 적용하는 동안에, 표 2에 샘플을 사용하여 4단자법을 사용해 측정했다.
[표 2]
막은 연질자성을 나타내는 자성막의 자화용이축선이 반경질자성을 나타내는 자성막의 자화용이축선을 직각으로 횡단하도록 자장 내부에서 스퍼터된다. 막의 자기저항효과는 연질자성을 나타내는 자성막의 자화경질축선방향으로 자장을 적용함으로써 측정했다. 표 2에 나타낸 막의 스위칭 필드(Ht)는 자화경질축선방향으로의 값이다.
표 2로부터 분명하듯이, 상기 실시예의 자기저항효과소자는 실용적인 특성을 나타낸다. 즉, 상기 소자는 실온에서 커다란 저항변화율(ΔR/R)과 상승부분에서의 상당히 작은 스위칭 필드(Ht)를 나타낸다.
[실시예 13]
실시예 11 내지 12와 동일한 방식으로, 다른 형태(샘플 번호 A4, B4 및 C4)의 자기저항소자를 스퍼터를 사용하여 유리기판 상에 형성했다.
A4 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Fe(14)/Cu(2)]
B4 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co(14)/Cu(2)]
C4 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
Ni-Fe, Ni-Co, Ni-Co-Fe 및 Co-Fe-V의 원자조성비는 각각 Ni0.8Fe0.2, Ni0.8Co0.2, Ni0.8Co0.1Fe0.1및 Co0.52Fe0.39V0.09로 설정했다. 막 두께는 동력과 스퍼터 속도에 의해 조절된다.
동일한 방식으로, 타켓으로서 Co0.52Fe0.31V0.07및 Ni0.7Co0.2Fe0.1을 사용하여 다른 형태(샘플 번호 D4, E4 및 F4)의 자기저항효과소자를 유리기판 상에 형성했다.
D4 : [Co-Fe-V(3)/Au(2)/Ni-Co-Fe(14)/Au(2)]
E4 : [Co-Fe-V(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)]
F4 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
전술한 방식으로 얻은 자기저항소자 샘플 번호 A4 내지 F4의 여러 특성, 즉 실온에서 저항변화율(ΔR/R)과 상승부분에서의 스위칭 필드(Ht) 및 소자의 포화자장(Hs)을 표 3에 나타냈다. 자화는 진동형 자력계로 측정했다. 전기저항의 변화값은 자장을 변화시키기 위해 전류 흐름방향에 수직으로 외측 자장을 적용하는 동안에 표 3에 나타낸 샘플을 사용하여 4단자법으로 측정했다.
[표 3]
막은 연질자성을 나타내는 자성막의 축선이 반경질자성을 나타내는 자성막의 축선을 직각으로 횡단하도록 자장 내부에서 스퍼터된다. 막의 자기저항효과는 연질자성을 나타내는 자성막의 자화경질축선방향으로 자장을 적용함으로써 측정했다. 표 3에 나타낸 막의 스위칭 필드(Ht)는 자화경질축선방향으로의 값이나 포화자장(Hs)은 자화용이 축선방향으로의 값이다.
표 3로부터 분명하듯이, 상기 실시예의 자기저항효과소자는 자기저항효과소자와 자기저항효과헤드에 적합한 실용적인 특성을 나타낸다. 즉, 상기 소자는 실온에서 커다란 저항변화율(ΔR/R)과 상승부분에서의 상당히 작은 스위칭 필드(Ht) 및 커다란 포화자장(Hs)를 나타낸다.
[실시예 14]
실시예 11 내지 13와 동일한 방식으로, 다른 형태(샘플 번호 A5, B5, 및 C5)의 자기저항소자를 스퍼터를 사용하여 유리기판 상에 형성했다.
A5 : [Ni-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
B5 : [Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
C5 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
Ni-Fe, Co-Fe, Ni-Co-Fe 및 Co-Fe-V의 조성비는 각각 Ni0.5Fe0.5, Co0.5Feo0.5, Ni0.8Co0.1Fe0.1및 Co0.49Fe0.49V0.02로 설정했다. 막 두께는 동력과 스퍼터 속도에 의해 조절된다.
동일한 방식으로, 타켓으로서 Co0.5Fe0.5및 Ni0.7Co0.2Fe0.1을 사용하여 다른 형태(샘플 번호 D5, E5 및 F5)의 자기저항효과소자를 유리기판 상에 형성했다.
D5 : [Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
E5 : [Co-Fe(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)]
F5 : [Co-Fe(3)/Au(2)/Ni-Co-Fe(14)/Au(2)]
전술한 방식으로 얻은 자기저항소자 샘플 번호 A5 내지 F5의 여러 특성, 즉 실온에서 저항변화율(ΔR/R)과 상승부분에서의 스위칭 필드(Ht)를 표 4에 나타냈다. 자화는 진동형 자력계로 측정했다. 전기저항의 변화값은 자장을 변화시키기 위해 전류 흐름방향에 수직으로 외측 자장을 적용하는 동안에 표 4에 나타낸 샘플을 사용하여 4단자법으로 측정했다.
[표 4]
막은 연질자성을 나타내는 자성막의 자화용이축선이 반경질자성을 나타내는 자성막의 자화용이축선을 직각으로 횡단하도록 자장 내부에서 스퍼터된다. 막의 자기저항효과는 연질자성을 나타내는 자성막의 자화경질축선방향으로 자장을 적용함으로써 측정했다. 표 4에 나타낸 막의 스위칭 필드(Ht)는 자화경질축선방향으로의 값이다.
표 4로부터 분명하듯이, 상기 실시예의 자기저항효과소자는 고감도 자기저항효과소자와, 자기저항효과헤드와 기억소자에 매우 적합한 실용적인 특성을 나타낸다. 즉, 상기 소자는 연질자성막의 두께를 반경질자성막의 두께보다 더 두껍게 설정함으로써 더욱 급격한 특성과 상승부분에서의 더 작은 스위칭 필드(Ht)를 나타낸다.
[실시예 15]
실시예 11 내지 14와 동일한 방식으로, 다음 형태(샘플 번호 A6, B6 및 C6)의 자기저항소자를 스퍼터를 사용하여 유리기판 상에 형성했다.
A6 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Fe(14)/Cu(2)]
B6 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co(14)/Cu(2)]
C6 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
Ni-Fe, Ni-Co, Ni-Co-Fe 및 Co-Fe-V의 원자조성비는 각각 Ni0.8Fe0.2, Ni0.8Co0.2, Ni0.8Co0.1Fe0.1및 Co0.49Fe0.49V0.02로 설정했다. 막 두께는 동력과 스퍼터 속도에 의해 조절된다.
동일한 방식으로, 타켓으로서 Co0.48Fe0.49V0.03및 Ni0.7Co0.2Fe0.1을 사용하여 다른 형태(샘플 번호 D6, E6 및 F6)의 자기저항효과소자를 유리기판 상에 형성했다.
D6 : [Co-Fe-V(3)/Au(2)/Ni-Co-Fe(14)/Au(2)]
E6 : [Co-Fe-V(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)]
F6 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
전술한 방식으로 얻은 자기저항소자 샘플 번호 A6 내지 F6의 여러 특성, 즉 실온에서 저항변화율(ΔR/R)과 상승부분에서의 스위칭 필드(Ht) 및 소자의 포화자장(Hs)을 표 5에 나타냈다. 자화는 진동형 자력계로 측정했다. 전기저항의 변화값은 자장을 변화시키기 위해 전류 흐름방향에 수직으로 외측 자장을 적용하는 동안에 표 5에 나타낸 샘플을 사용하여 4단자법으로 측정했다.
[표 5]
막은 연질자성을 나타내는 자성막의 자화용이축선이 반경질자성을 나타내는 자성막의 자화용이축선을 직각으로 횡단하도록 자장 내부에서 스퍼터된다. 막의 자기저항효과는 연질자성을 나타내는 자성막의 자화경질축선방향으로 자장을 적용함으로써 측정했다. 표 5에 나타낸 막의 스위칭 필드(Ht)는 자화경질축선방향으로의 값이나 포화자장(Hs)은 자화용이 축선방향으로의 값이다.
표 5로부터 분명하듯이, 상기 실시예의 자기저항효과소자는 기억소자에 적합한 실용적인 특성을 나타낸다. 즉, 상기 소자는 실온에서 큰 저항변화율(ΔR/R)과 상승부분에서의 상당히 작은 스위칭 필드(Ht) 및 작은 포화자장(Hs)를 나타낸다.
[실시예 16]
본 실시예에서, MR헤드는 자기저항소자를 사용하여 형성했다. 다음과 같은 자기저항효과막이 헤드를 제조하는 데 사용되었다.
A7 : [Ni-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
B7 : [Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
C7 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
Ni-Fe, Co-Fe, Co-Fe-V 및 Ni-Co-Fe의 조성비는 각각 Ni0.5Fe0.5, Co0.5Fe0.5, Co0.52Fe0.39V0.09및 Ni0.7Co0.2Fe0.1로 설정했다.
전술한 방식으로 얻은 자기저항소자 샘플의 여러 특성, 즉 저항변화율(ΔR/R)과 출력비는 표 6에 나타냈다.
[표 6]
막은 연질자성을 나타내는 자성막의 자화용이축선이 반경질자성을 나타내는 자성막의 자와용이축선을 직각으로 횡단하도록 자장 내부에서 스터퍼된다. 적층 싸이클은 3으로 설정했다. 표 6에 나타낸 저항변화율(ΔR/R)은 헤드 제조 전에 측정된다. 표 6에 나타낸 출력비는 본 실시예의 MR헤드의 출력을 종래의 MR헤드의 출력과 비교해 얻은 것이다. 이 실시예의 MR헤드에 따른 표 6의 결과치로부터 분명하듯이, 종래의 MR헤드 보다 큰 출력을 얻을 수 있다.
[실시예 17]
본 실시예에 있어서, 제4도에 도시한 기억소자는 자기저항소자를 이용한 포토리쏘그래피에 의해 제조된다. 다음의 자기저항효과막은 기억소자를 형성하는데 사용된다.
A8 : [Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
B8 : [Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
C8 : [Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)]
Ni-Fe, Co-Fe, Co-Fe-V 및 Ni-Co-Fe의 조성비는 각각 Ni0.5Fe0.5, Co0.5Fe0.5, Co0.49Fe0.49V0.02및 Ni0.7Co0.2Fe0.1로 설정했다.
측정은 다음과 같이 수행했다. 먼저, 100㎃의 전류를 도선(5)을 통해 공급하여, 정보를 기록하도록 일방향으로 반경질자성막(1′)을 자화시켰다. 정보는 ±50㎃의 전류신호를 도선(5)에 공급하여 연질자성막(3)이 역전되게 함으로써 판독된다. 저항변화, 즉 전압변화는 오실로스코프를 사용하여 측정된다. 측정된 출력파형을 제20(a)도에 나타냈다. 다음에, 제20(a)도에 도시한 경우와 반대로, -100㎃의 전류를 도선(5)을 통해 공급하여, 정보를 기록하도록 반대방향으로 반경질자성막(1′)을 자화시켰다. 정보는 도선(5)을 통해 ±50㎃의 전류신호를 공급함으로써 판독된다. 동일한 방법으로, 저항변화, 즉 전압변화를 오실로스코프를 사용하여 측정한다. 측정된 출력파형을 제20(b)도에 나타냈다. 이들 실험치로부터 분명하듯이, 정보는 용이하게 기록되고 재생될 수 있다.
다음 실시예 18 내지 23에서, 기판 상에 에피택셜하게 적층된 다중층 구조를 갖는 자기저항효과소자를 사용하는 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
본 발명의 자기저항효과소자는 여러 세트의 막으로 구성되는 다중층 구조를 포함하며, 각각의 세트는 Co, CoPt 또는 CoFe로 주로 형성되는 경질자성막과 NiFe 또는 NiFeCo로 주로 형성되는 연질자성막과 상기 경질 및 연질자성막 사이에 있고 2 내지 10㎚의 두께를 가지며 Cu로 주로 형성되는 비자성 금속막을 포함하며, 다중층 구조는 [100]방향이 막 표면에 수직한 방향이고 검출된 자장방향이 Cu막 정면에 있는 [011]방향이 되도록 기판 상에 에피택셜하게 적층된다.
연질자성막으로서는 NiFe또는 NiFeCo로 주로 형성되는 막이 선호된다. 특히, NixCoyFez(여기서, 0.6 ≤ x ≤ 0.9, 0 ≤ y ≤ 0.4, 0 ≤ z ≤ 0.3)의 원자조성비를 갖는 Ni가 풍부한 연질자성막 또는 NixCoyFez(여기서, 0 ≤ x′ ≤ 0.4, 0.2 ≤ y′ ≤ 0.95, 0 ≤ z ≤ 0.5)의 원자조성비를 갖는 Co가 풍부한 연질자성막이 바람직하게 사용된다. 상기 조성비를 갖는 막은 MR센서 및 MR헤드에 요구되는 낮은 자기 왜곡특성(1x10-5이하 정도)을 가진다.
경질자성막으로서는 Co, 바람직하게는 CoPt로 주로 형성되는 막이 사용된다. CoPt막은 CoPt막이 커다란 보자력을 갖고 있어 Co막에 비해 자성이 쉽게 역전될 수 있으므로 Co막보다 경질 커다란 보자력을 갖고 있어 경질자성막으로서는 특히 적합하다. CoPt막은 Co1-xPtx(여기서, 0 ≤ x ≤ 0.4)의 원자조성비를 갖는 것이 적합하다. x ＞ 0.4일 때, MR비율은 감소한다. 몇몇 경우에, CoFe막을 경질자성막으로 유용하게 사용될 수 있다. CoFe막은 상기 소자를 기억소자에 적용할 때 용이한 기록 능력을 부여하는 상당히 작은 보자력을 제공하므로 기록 작동 중에 도체에 가해지는 전류의 양을 가질 수 있다. CoFe의 원자조성비는 Co1-xFex(여기서, 0.3 ≤ x ≤ 0.7, 더 적합하게는 0.4 ≤ x ≤ 0.6, 가장 바람직하게는 x는 0.5 정도)가 적합하다.
상기 구조에 있어서, 연질자성막은 기판 또는 기판 상에 형성되는 적합한 하부층 상에 먼저 형성되거나 경질자성막이 먼저 형성될 수 있다. 어느 경우에 있어서도, 상기 막 세트들은 양호하게 2 내지 10번씩 적층된다. 한 세트의 막 만이 적층되면 MR비율이 작아지게 되며, 10세트 이상의 막이 적층되면 커다란 작동자장이 필요해진다.
상기 구조에 있어서, 표면 자성막은 산화 등에 의한 품질 저하를 방지하기 위해 Au, Cr 등으로 형성된 적합한 보호막으로 피복된다.
다중층 구조는 Cu로 주로 형성된 하부층을 경유해 Si(100) 단결정 기판 상에 양호하게 형성된다. Cu하부층의 두께는 1㎚내지 50㎚, 더 적합하게는 5㎚내지 50㎚의 범위가 되어야 한다. Cu하부층의 두께가 1㎚ 이하이면 자성재료는 Cu배면막 상에서 에피택셜하게 적층 성장되지 못한다. 또한 Cu하부층의 두께가 50㎚를 초과하면, 하부층의 저항은 최종 소자의 저항을 감소시킬 정도로 작게 된다.
본 발명의 자기저항효과소자는 기판 상에 형성된 다중층 구조를 포함하여, 그 다중층 구조는 Co, CoPt 또는 CoFe로 주로 구성되는 경질자성막과 NiFe 또는 NiFeCo로 주로 형성되는 연질자성막 및 상기 경질 및 연질자성막 사이에 끼인 2 내지 10㎚의 두께를 가지며 Cu로 주로 형성되는 제1비자성 금속막으로 이루어지는 막 세트를 포함한다. 본 실시예에서, 두께 0. 1 내지 0.4㎚이고 Ag 또는 Au로 주로 형성되는 제2비자성 금속막은 제1비자성 금속막에 삽입된다. 바람직하게는 제2비자성 금속막은 Ag로 주로 형성된다.
양호하게, 상기 다중층 구조는 (100)면이 막 표면에 평행한 방향으로 에픽택셜하게 적층 성장하고 검출될 자장방향이 다중층 구조의 평면에 [011]방향으로 되도록 형성된다. 즉, 막의 [100]방향은 막 평면에 수직한 방향이다. 다중층 구조는 Cu로 주로 형성되는 하부층을 경유하여 Si(100) 단결정질 기판 상에 형성될 수 있다.
자기저항효과소자는 기판 상에 형성되는 다중층 구조를 포함하며, 그 다중층 구조는 Co, CoPt 또는 CoFe로 주로 형성되는 경질자성막과 NiFe 또는 NiFeCo로 주로 형성되는 연질자성막과 이들 막 사이에 끼인 비자성 금속막으로 구성된다. 본 실시예에서, 1 내지 10㎚범위의 두께를 각각 갖는 적어도 두 개의 연속되는 연질자성막은 비자성 금속막으로 적층되고 경질자성막과 연속되는 연질자성막은 비자성 금속으로 적층된다.
양호하게, 연속되는 연질자성막과 경질자성막 사이의 비자성 금속막의 두께는 연속되는 연질자성막들 사이의 비자성 금속막의 두께 보다 크다.
연속되는 연질자성막들 사이에 형성된 비자성 금속막은 Cu로 주로 형성되는 단일 막으로 구성하는 것이 적합하나, 연속되는 연질자성막과 경질자성막 사이에 형성된 비자성 금속막을 내부에 삽입되는 Ag 또는 Au막을 갖는 Cu로 주로 형성되는 막으로 구성된다.
양호하게, 다중층 구조는 (100)면이 막 표면에 평행한 방향이고 검출할 자장 방향이 Cu막의 평면에 [100]방향이 되도록 에피텍셜하게 적층 성장된다.
자기저항효과소자는 막들의 세트로 구성된 다중층 구조를 포함하며, 그 다중층 구조는 Co, CoPt 또는 CoFe로 주로 형성되는 경질자성막과 NiFe 또는 NiFeCo로 주로 형성되는 연질자성막과 이들 막 사이에 끼인 비자성 금속막으로 구성된다. 본 실시예에서, 1 내지 10㎚ 범위의 두께를 각각 갖는 적어도 두 개의 연속되는 연질자성막은 비자성 금속막으로 적층되고 각각 1 내지 10㎚의 두께를 갖는 적어도 두 개의 연속된 연질자성막은 그들 사이에 낀 비자성 금속막으로 적층된다. 연속되는 경질자성막과 연속되는 연질자성막은 그들 사이에 끼인 비자성 금속막으로 적층된다. 연속되는 경질자성막과 연속되는 연질자성막 사이의 비자성 금속막의 두께는 연속되는 연질자성막들 사이 또는 연속되는 경질자성막들 사이의 비자성 금속막의 두께 보다 크다.
바람직하게는 연속되는 연질자성막들 사이 또는 연속되는 경질자석막들 사이에 형성된 비자성 금속막을 Cu로 주로 형성되는 단일 막으로 구성하는 것이 적합하나, 연속되는 연질자성막과 연속되는 경질자성막 사이에 형성된 비자성 금속막은 내부에 삽입된 Ag 또는 Au막을 갖는 Cu로 주로 형성되는 막으로 구성된다.
양호하게, 다중층 구조는 (100)면이 막 표면에 평행한 방향이고 검출할 자장 방향이 Cu막의 평면에 [011]방향이 되도록 적층 성장된다.
자기기억소자는 본 발명의 자기저항효과소자를 기억소자에 적용함으로써 제공된다. 베이스 구조로서, 자기기억소자를 Co, CoPt 또는 CoFe로 주로 형성되는 경질자성막과 NiFe 또는 NiFeCo로 주로 형성되는 연질자성막 및 (100)면이 막 표면에 평행하도록 기판 상에 에피택셜하게 적층 형성되고 2 내지 10㎚의 두께를 가지며 Cu로 주로 형성되는 비자성 금속막을 갖는 소자부와, 전기절연막을 경유하여 상기 소자부 근처에 배열되는 도체를 포함한다. 자기기억소자는 기록될 자화방향이 Cu막 평면에서 [011]방향이 되도록 형성된다.
본 발명에 따라, 본 발명의 자기저항효과소자를 증폭기에 적용할 수 있다. 그 베이스 구조로서 증폭기는 Co, CoPt 또는 CoFe로 주로 형성되는 경질자성막과, NiFe 또는 NiFeCo로 주로 형성되는 연질자성막과, (100)면이 막 표면에 평행하도록 기판 상에 에피택셜하게 적층 형성되고 2 내지 10㎚의 두께를 가지며 Cu로 주로 형성되는 비자성 금속막을 갖는 소자부와, 전기절연막을 경유하여 상기 소자부 근처에 배열되는 도체를 포함한다. 자기기억소자는 기록될 자화방향이 Cu막 평면에서 [011]방향이 되도록 형성된다.
또한, 자기헤드는 본 발명의 자기저항효과소자를 자기헤드에 적용함으로써 제공된다. 베이스 구조로서, 자기헤드는 소자를 Co, CoPt 또는 CoFe로 주로 형성되는 경질자성막과, NiFe 또는 NiFeCo로 주로 형성되는 연질자성막과, (100)면이 막 표면에 평행하도록 기판 상에 에피택셜하게 적층 형성되고 2 내지 10㎚의 두께를 가지며 Cu로 주로 형성되는 비자성 금속막을 갖는 소자부와, 소자부로 사용되는 자기통로는 형성하도록 제공된 요크를 포함한다. 자기헤드는 작동하는 자화막의 자화방향이 Cu막의 [011]방향이 되도록 형성된다.
본 발명에 따르면, 다중층 구조가 기판 상에 에피택셜하게 결정질을 성장시키크로서 형성되므로, 아이슬랜드형 형성과 같은 불균일 막 형성은 방지될 수 있다. 자성막과 비자성막 사이의 경계면 조건은 인공 다중층의 자기저항효과에 영향을 끼치는 것으로 공지되어 있다. 본 발명에 따라, 에피택셜하게 적층 성장된 막이 편평한 경계면을 제공하므로 커다란 자기저항효과를 얻을 수 있다. (100) 결정질 면이 기판 표면에 평행한 [NiFe/Cu] 및 [Co/Cu] 에피택셜막은 (111)막에 비해 약한 자성을 가진다. 따라서, (100)막은 낮은 자장을 갖는 자성으로 역전시키는데 적합하다. (100)에피택셜막이 자기저항효과소자에 사용되면, Cu막의 평면에 있는 [011]방향으로 자장을 적용해야 한다. 이는 (100)에피택셜면에서 NiFe 또는 NiFeCo막의 자화용이축선은 Cu막의 평면에 있는 [011]방향에 있기 때문이다. 그러므로, 자장을 상기 방향으로 적용함으로써 축소된 자장과 증가된 MR값에 대한 측정을 실현할 수 있다.
Si(100) 단결정질은 에피택셜막이 성장되어 있는 기판에 적합하다. Si기판은 반도체소자 제조용으로 대량 생산되므로 값싸게 이용할 수 있다. Si(100)기판은 표면 위의 산화막을 제거하도록 불화수소산(hydrofluoric acid)으로 처리된다. 그러한 처리에 의해, Cu가 실온에서 에피택셜하게 적층 성장될 수 있다. 상기 공정은 진공에서 Si기판을 예열하는 단계를 필요로 하지 않으므로 유리하다. 배면 Cu막의 두께는 1 내지 50㎚, 적합하게 5 내지 50㎚의 범위가 적합하다. Cu하부층의 두께가 1㎚ 이하이면, 배면막에 다중층을 에피택셜하게 형성하기 어렵다. 하부층의 두께가 50㎚을 초과하면 하부층의 저항은 MR비율이 증가할 정도로 작다.
본 발명의 자기저항효과소자는 스퍼터링 및 증착과 같은 박막 형성술에 의해 양호하게 제조된다. 그러나, 박막을 증착에 의해 유리기판 상에 형성하면, 결정질 입자가 스폿형 아이슬랜드 형태로 침착되는 경향이 있어 부드러운 표면의 형성을 어렵게 한다. 자성막과 비자성막 사이에 부드러운 경계면을 형성하여 커다란 MR비율을 실현할 수 있는 본 발명의 제조방법에 따라, 박막은 단결정질 기판 상에 에피택셜하게 적층 형성된다.
본 발명의 자기저항효과소자의 비자성 금속막에는 Cu가 양호하게 형성된다. Cu막이 얇아짐에 따라, 자성막 사이의 상호작용은 점점 더 커져 자기저항효과소자의 작동자장이 더 커지게 된다. 그러므로, Cu비자성 금속막의 두께는 적어도 2㎚, 적합하게 적어도 5㎚가 되어야 한다. Cu비자성막의 두께가 10㎚를 초과하면, 전자의 평균자유경로가 그 두께 범위를 초과하므로 MR비율을 낮추게 된다. 그러므로, 두께는 10㎚ 이하가 되어야 한다. 0.1 내지 0.4 범위의 두께를 갖는 Ag 또는 Au막이 Cu 비자성막 내에 삽입될 수 있다. 그 경우에, Cu막의 작동자장은 MR을 거의 감소시키지 않고도 낮아진다. 그 이유는 다음과 같이 생각된다. 자성막은 막 사이에 끼인 비자성막 내부의 도체 전자를 경유하여 서로 상호 작용한다. Cu비자성막의 파형 기능은 Cu비자성막 내에 있는 Cu 이외의 다른 원자를 막에 삽입하여 자기 상호 작용을 낮춤으로써 자성막의 자기 순간 방향이 개별적으로 회전될 수 있게 촉진시킴으로써 방지된다. Ag가 더 양호하지만 Ag나 Au가 삽입 자성막에 사용될 수도 있다. 그러한 삽입막은 두께가 0.1㎚ 이상이 효과적이며, 적합하게는 0.2㎚ 이상일 때 더 효과적이다. 삽입막의 두께가 0.4 이하이면 MR값을 거의 감소하지 않는다. 그러나, 두께가 0.4㎚를 초과하면 에피택셜 방향이 혼란스러워져 MR값을 낮추고 자성막의 결정질화를 저하시킨다.
본 발명의 자성막의 두께는 1 내지 10㎚의 범위가 적합하다. 특히, 연질자성막은 너무 얇은 자성막을 연질자성특성을 악화시키므로 적어도 1㎚, 더욱 바람직하게는 3㎚이어야 한다. 또한, 전자의 평균자유경로를 고려하여, 2세트 이상의 [경질자성막/비자성 금속막/연질자성막]이 각 세트 사이에 끼인 비자성 금속막으로 적층되면, 각 자성막의 두께는 10㎚ 이하가 적합하다.
본 발명의 다른 자기저항효과소자에 따라, 두 개 이상의 연속되는 연질자성막이 제23도에 도시한 바와 같이 인접하는 연질자성막 사이에 끼인 비자성 금속막으로 적층된다. 인접하는 연질자성막 사이의 비자성 금속막의 두께는 연질자성막들 사이의 결합이 장자성이 되도록 적합하게 선택된다. 그러한 구조의 경우에, 연질자성막의 보자력은 단지 하나의 두꺼운 연질자성막이 사용된 경우에 비해 감소될 수 있다. 그 결과, 더 작은 자장으로 작동할 수 있는 자기저항효과소자를 제조할 수 있다. 또한, 연속되는 연질자성막의 구조는 자성막/비자성 금속막의 경계면의 수가 증가하므로 하나의 두꺼운 연질자성막에 비해 MR비율이 증가한다. 연속되는 연질자성막 사이의 비자성 금속막의 두께는 강자성 결합이 연질자성막 사이에 형성될 수 있도록 약 0.2 내지 0.7㎚ 또는 0.1 내지 1.7㎚, 적합하게는 약 0.5 내지 1.5㎚가 되어야 한다.
본 발명의 또 다른 자기저항효과소자에 따라, 두 개 이상의 연속되는 연질자성막이 제24도에 도시한 바와 같이 인접하는 경질자성막 사이에 끼인 비자성 금속막으로 적층되며, 두 개 이상의 연속되는 경질자성막이 인접하는 경질자성막 사이에 끼인 비자성 금속막으로 적층된다. 전술한 것과 동일한 효과가 연속되는 연질자성막을 사용함으로써 얻어진다. 연속되는 연질자성막의 구조는 자성막/비자성 금속막의 경계면의 수가 증가하므로 하나의 두꺼운 경질자성막에 비해 MR비율이 증가한다. 연속되는 연질자성막의 경우에서와 같이, 연속되는 경질자성막들 사이의 비자성 금속막의 두께는 강자성 결합이 경질자성막 사이에 형성될 수 있다. 그 두께는 약 0.2 내지 0.7㎚ 또는 1.1 내지 1.7㎚, 적합하게는 약 0.5 내지 1.5㎚가 되어야 한다.
본 발명의 자기저항효과소자는 제4도에 도시한 바와 같은 기억소자와 증폭기에도 적합하게 적용될 수 있다. 제26도는 본 발명에 따른 자기저항효과소자의 MR곡선의 일 실시예를 도시한다. 제26도로부터 분명하듯이, 고저 저항은 양호한 각형 특성을 갖는 작은 자장 내에서 스위치된다. 따라서, 그러한 소자를 기억소자에 적용할 때 신뢰성이 높은 기록 및 판독이 가능하다. 상기 소자를 증폭기에 적용했을 때 안정된 출력을 얻을 수 있다. 이와 같이 제조된 기억소자에서, 경질자성막(101)의 보자력은 경질자성막의 두께를 변화시키고 그 경질자성막에 사용된 CoPt의 조성을 변화시킴으로써 약간 변화될 수 있다. 그 결과, 도체(5)의 기록성능에 적합한 보자력을 갖는 경질자성막을 제조하는 것이 가능하다.
절연막(6)은 [경질자성막(101)/비자성 금속막(102)/연질자성막(103)]으로 구성된 소자부가 소자부를 자화시키기 위한 도체에 가능한 한 근접하도록 가능한 한 얇아야 좋다. 소자부가 도체(5)에 더 근접되면, 동일 전류를 적용했을 때 더 커다란 자장이 발생되며 소자부는 작은 전류에 의해 자화될 수 있다. 그러나, 절연막(6)의 두께는 가열에 의한 특성 저하 및 절연성질 저하와 같은 문제점을 피하기 위해 적어도 5㎚가 되어야 한다. 또한, 그 두께는 자장이 경질자성막(101)을 자화시키기 위해 (경질자성막(101)상에 정보를 기록하기 위해) 발생될 수 있는 자화 범위를 고려하여 1㎛ 이하로 되어야 한다. 가공성과 편평도를 고려하면 절연 재료로서, 특히 SiO2가 적합하다. 그러나 절연특성을 갖고 있는 한 어떤 다른 재료를 사용할 수도 있다.
도체(5)는 기억소자로 사용될 때 제4도에 도시한 바와 같은 스트립 형상으로 형성될 수 있다. 기억소자를 매트릭스(matrix) 내에 배열하는 경우에, 도체(5)는 제15(a)도에 도시한 바와 같이 두 개의 도체가 자기저항효과소자 상에서 서로 횡단하지 않거나 제15(b)도에 도시한 바와 같이 서로 횡단하지 않도록 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이 낮은 자장 내에서 커다란 자기저항변화를 형성하는 본 발명의 자기저항소자가 자기헤드에 적합하게 적용될 수 있다. 그러나, 에피택셜막이 본 발명의 자기저항효과소자에 사용되므로, 그러한 에피택셜막을 종래의 페라이트 기판에 형성하는 것은 어렵다. 이는 본 발명을 자기헤드에 적용하는 데에 특별한 고려를 필요로 한다. 제29도는 본 발명에 따른 자기헤드용 예시적 베이스 구조를 도시한다. 제29도에서, 소자부(109)는 Si기판(107) 상에 형성되고 절연막(110)으로 피복된다. 절연막(110)은 Al2O3를 포함하는 여러 형태의 재료로 제조될 수 있으나 SiO2가 가장 적합하다. 요크(111)는 절연막(110) 상에 형성되어 절연막(110)이 얇아진 부분에서 소자부(109)와 자기결합함으로써 자기 통로를 형성한다. 요크(111)는 Co그룹의 비정질 자성막과 같은 연질자성 및 고투자율(high magnetic permeabililty)을 갖는 재료로 형성하는 것이 적합하다. 자기기록매체로부터 누설되는 자속은 제29도에서 보아 좌측으로부터 소자부(109)로 직접 진입하여 전기 신호로 전환된다.
[실시예 18]
자기저항효과소자는 초고진공 침착장치를 사용하고 기판으로서 Si(100) 단결정질을 사용하여 제조했다. 먼저, 기판 표면의 산화막을 제거하기 위해 Si(100)기판을 7% 불화수소산으로 처리하고 순수한 물로 충분히 세척했다. 그 후, 기판은 약 2x10-9Torr의 진공 하에서 하부층과 다중층 구조(a)를 형성하도록 초고진공 침착장치 내에 놓여진다.
A9: Si(100)/Cu(50)/[Co(3)/Cu(6)/NiFe(3)/Cu(6)]10
(여기서, 괄호안의 값은 Si(100)을 제외하고 두께(㎚)를 나타내며, 윗첨자 10은 [ ] 내부의 막의 세트가 10번 적층되었음을 나타낸다.) 상기 막 형성 공정에서, 크누드센 셀(knudsen cell)이 Cu 증발원으로 사용된 반면에 전자빔증발원으로는 Co와 NiFe가 사용되었다. 크누드센 셀은 안정된 증발율로 침착시킴으로써, 고융점을 갖는 기판을 증발시키는 데는 어렵지만 고질의 박막을 얻는 데 적합하다. 그러므로, 크누드센 셀은 Cu 및 Ag의 침착에 적합하게 사용된다(후자의 침착은 후술함). 미리 준비한 Ni0.8Fe0.2(그 조성은 원자수의 비율로 표현되며, 이후 원자조성비라 칭함) 합금의 증발원으로는 NiFe가 사용된다. 각각의 막이 에픽택셜하게 적층 성장했는가의 여부는 막 형성 공정중 RHEED(고반사에너지 전자회절)에 의해 감시된다. 감시 결과로서, 막이 적층방향으로 Si(100)//Cu(100)//Co(100)//NiFe(100) 및 막 평면에서 Si[001]//Cu[011]//Co[011]//NiFe[011]의 관계로 적층 성장했음을 발견했다. 여기서 (100)은 (100)결정 평면을 표시한다. 막 형성 공정 후, 최종적인 다중층 구조는 X선 회절법으로 실험된다. 그 결과, Cu(200)에 대응하는 예리한 피크가 관찰되었으나 (111) 및 (220)에 대응하는 피크는 관찰되지 않았다. 비교를 위해서, 5㎚ 두께의 Cr하부층을 통하여 유리기판 상에 형성된 동일 다중층 구조를 갖는 자기저항효과소자가 제조된다.
상기 자기저항효과소자는 실온에서 최대 500 0e의 작동자장 하에서 4단자법에 의해 측정된다. 그 측정에 있어서, 자장은 기판 상에 있는 Cu하부층의 평면에서 [001] 및 [011]의 두 방향으로 적용되었다. A9 소자 및 그 소자의 비교예에 대한 측정 결과를 제27(a)도 및 제27(b)도에 나타냈다. 제27(a)도 및 제27(b)도에 있어서, x축은 외측에서 가해진 자장을 나타내는 반면에 y축은 MR비율을 나타낸다. 제27(a)도에서의 실선은 Cu배면막의 평면에서 [011]방향으로, 점선은 Cu배면막의 평면에서 [001]방향으로 자장을 적용함으로써 얻은 곡선이다. 제27(a)도로부터 자장이 [001]방향보다 [011]방향에서 적용될 때 MR비율이 크더 더 예리하게 변화함을 알 수 있다. 유리기판을 사용한 비교예용으로 제27(b)도에 도시한 MR곡선과 상기 MR곡선을 비교하면, 자기저항효과소자(a)의 MR곡선이 양호한 선형성을 가지며 제로 구역 근처에서 예리하게 변화함을 알 수 있다. 제27(b)도에 도시한 비교예에서, 자장방향에 대한 MR비율의 의존성은 거의 관찰되지 않았다. 제27(a)도에서, MR비율은 Cu배면막을 얇게하므로써 더 커질 수 있다. 소자(a)의 Cu하부층의 두께를 다른 조건을 변경하지 않고 5㎚로 변경하면, 최종 소자는 결정질이 다소 낮더라도 제27(a)도의 것과 동일한 MR곡선을 갖는 약 10%의 MR비율을 제공한다.
실시예 18에서, Co가 경질자성막으로 사용되었다. MR비율은 경질자성막으로서 CoPt를 사용함으로써 더 증가될 수 있다. CoPt막은 Co0.8Pt0.2의 원자조성비를 얻기 위해 분리된 증발원을 사용하여 Co와 Pt를 동시에 증발시킴으로써 형성된다. 이렇게 제조된 자기저항효과소자(A9′:Si(100)/Cu(50)/[CoPt(3)/Cu(6)/NiFe(3)/Cu(6)]10)는 A9소자보다 약 1% 만큼 큰 약 8%의 MR비율을 가진다.
[실시예 19]
제22도에 도시한 형태의 다중층 구조와 다음과 같은 구조 즉, B9: Si(100)/Cu(50)/[Co(3)/Cu(2.5-x/2)/Ag(x)/Cu(2.5-x/2)/NiFe(3)/Cu(2.5-x/2)/Ag(x)/Cu(2.5-x/2]10를 갖는 자기저항효과소자는 실시예 18에 기술한 바와 같이 제조된다. Cu의 경우에서와 같이, Ag가 크누드센 셀의 용도로서 증발된다. 크누드센 셀은 고정 밀도를 갖는 박막을 형성하는 데 적합하다. x가 0, 0.1, 0.2 및 0.4일 때 자기저항효과소자의 MR곡선을 각각 제28(a) 내지 제28(d)도에 도시했다. 제28(a)도 내지 제28(d)도로부터, Ag막의 두께가 0.1㎚ 및 0.2㎚일 때 MR곡선은 [011]방향에서 측정한 제로 영역 근처에서 급격히 상승한다. Ag막의 두께가 0.4㎚ 이상이면, 결정질화가 악화되고 MR비율이 감소하고 충분한 특성을 갖는 방향들이 감소한다. 최대 MR곡선, MR/ΔH = 1.3%/0e은 x를 0.2로 설정하고 하부층의 두께를 5㎚로 설정했을 때 얻어진다.
소위, 샌드위치형 자기저항효과소자, 즉
C9: Si(100)/Cu(5)/NiFe(10)/Cu(5)/Co(10)
D9: Si(100)/Cu(5)/NiFe(10)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.4)/Co(10)는, MR비율이 1.5% 이고 유리기판을 사용한 비교예, 즉
유리/Cr(5)/NiFe(10)/Cu(5)/Co(10)의 MR비율보다 훨씬 큰 3.5% 및 4.3%의 MR비율을 가진다.
또한 MR비율은 연질자성막과 비자성 금속막 사이에 Co막을 형성함으로써 증가될 수 있다. 다음과 같은 구조, 즉
C9′: Si(100)/Cu(5)/NiFe(10-t)/Co(t)/Cu(5)/Co(10)를 갖는 자기저항효과소자는 t가 각각 0.2, 0.5, 1.0 및 2.0㎚일 때 4.0%, 5.0%, 4.5% 및 3.5%의 MR비율을 가진다. 사이에 끼인 Co막의 두께는 0.1㎚내지 1.0㎚범위가 적합하다. 연질자성막과 비자성 금속막 사이의 Co의위치는 다중층 구조에 효과적이다.
MR비율은 연질자성막으로 NiFeCo를 사용함으로써 더 증가시킬 수 있다. 예를 들어, C9소자의 NiFe막을 Ni0.7Co0.1Fe0.2막으로 대체하면 MR비율이 약 1% 내지 4.5% 만큼 증가된다.
기억소자는 스퍼터링에 의해 상기 샌드위치형 소자 상의 도체로서 Au/Cu막과 SiO2절연막을 형성함으로써 제조된다. 최종 기억소자의 작동은 다음 방법으로 실험된다. 제6(a)도에 도시한 바와 같이, 강한 전류가 도체(5)에 가해져 경질자성막 1′(101))을 일방향으로 자화한다. 제6(b)도에 도시한 바와 같이, 약한 전류가 도체(5)에 가해져 연질자성막(103)을 일방향으로 정렬한다. 그후, 제6(c)도에 도시한 바와 같이, 도체(5) 상에 흐르는 약한 전류를 역전시키고, 그 시점에서 자기저항소자부분에서의 저항변화를 측정했다. 그 결과, 저항변화는 제6(d)도에 도시한 바와 같은 경질자성막(101)에 기록된 자화방향에 의존하게 분명하게 +(증가) 또는 -(감소) 했다. 이러한 저항변화는 C9 소자에서는 비교예에 비해 2배 였고 D9소자는 3배였다. 기억소자를 D9와 동일한 방법으로, D9의 Co막 대신에 Co0.5Fe0.5막을 사용하여 제조한 경우에, 저항변화는 비교예의 4배였다.
제4도에 도시한 바와 같은 경질자성막/비자성 금속막/연질금속막으로 된 샌드위치형 구조를 갖는 기억소자에 대해 기술한다. 본 발명은 제25도에 도시한 바와 같은 다층형 기억소자와 제21도 내지 제24도에 도시한 바와 같은 다중층 구조를 갖는 기억소자에도 유효하다. 그러나, 각형 특성은 자기저항효과소자가 기억소자에 사용될 때 매우 중요하다. 따라서, Cu/Ag/Cu로 구성된 비자성 금속막을 갖는 제4도에 도시한 바와 같은 샌드위치형 소자가 바람직하다.
제4도 및 제6(a)도 내지 제6(d)도에 있어서, 기억소자는 단지 하나의 도체(5)를 포함한다. 본 발명은 두 개의 도체를 갖는 기억소자로서도 효과적이다. 예를 들어, 상기 도체는 매트릭스 내에 배열될 수 있고 기록 작동은 교차하는 두 개의 도체에 흐르는 전류에 의해 발생된 합성 자장을 사용하여 도체의 교점에서 수행된다.
동일한 소자를 증폭기에 적용했고 증폭기로서의 작동 성능을 시험했다. 제8(a)도에 도시한 바와 같이, 경질자성막(1′)을 (100) 일방향으로 자화시키기 위해 강한 전류를 가했다. 제8(b)도에 도시한 바와 같이, 입력 AC전압을 도체(5)에 가했고 도체에서의 저항변화에 의한 출력 전압의 변화를 측정했다. 그 결과, 입력전압은 제8(c)도에 도시한 바와 같이 증폭되었음이 확인되었다. 출력 전압의 크기는 C9소자에 대한 비교예의 2배이고 D9소자에 대한 비교예의 3배이다. C9 및 D9소자는 소음이 비교예에 비해 낮다는 점에서도 유리하다.
자기헤드는 SiO2절연막과 Co0.82Nb0.12Zr0.06요크막을 스퍼터링에 의해 C9소자상에 형성함으로써 제조된다. 본 발명의 최종적인 자기헤드의 출력은 전술한 바와 동일한 방법으로 기록된 NiFe를 사용한 종래의 자기헤드의 출력의 2배이다.
[실시예 20]
제23도에 도시한 형태의 자기저항효과소자, 즉
E9 : Si(100)/Cu(5)/NiFe(3)/Cu(0.5)/NiFe(3)/Cu(0.5)/NiFe(3)/Cu(5)/Co(10)
F9 : Si(100)/Cu(5)/NiFe(3)/Cu(0.5)/NiFe(3)/Cu(0.5)/NiFe(3)/Cu(2.4) /Ag(0.2) /Cu(2.4)/Co(10)를 실시예 18 및 19에 기술한 방법으로 제조했다. E9 및 F9소자의 MR비율은 C9 및 D9소자의 MR비율보다 큰 5.6% 였다.
[실시예 21]
제24도에 도시한 형태의 자기저항효과소자, 즉
G9 : Si(100)/Cu(5)/[Co(3)/Cu(1.5)/Co(3)/Cu(6)/NiFe(3)/Cu(1.5)/NiFe (3)/Cu(6)]3
H9 : Si(100)/Cu(5)/[Co(3)/Cu(1.5)/Co(3)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.4)/NiFe(3) /Cu(1.5)NiFe(3)Cu(6)]3를 실시예 18 및 20에 기술한 방법으로 제조했다. G9 및 H9소자의 MR비율은 100e에서 각각 10% 및 12% 였다.
[실시예 22]
유리기판을 사용한 자기저항효과소자, 즉
I9 : 유리/Cr(5)/[CoPt(3)/Cu(5)/CoNiFe(3)/Cu(1.5)/CoNiFe(3)/Cu(5)]3
J9 : 유리/Cr(5)/CoPt(1.5)/Cu(0.5)/CoPt(1.5)/Cu(5)CoNiFe(3)/Cu(1.5)/ CoNiFe(3)/Cu(5)]3
비교예: 유리/Cr(5)/[CoPt(3)/Cu(5)/CoNiFe(6)/Cu(5)]3를 실시예 18 내지 21에 기술한 방법으로 제조했다. 원자조성비가 Co0.9Pt0.1인 CoPt막은 분리 증발원으로부터 Co와 Pt를 증발시킴으로써 얻어진다. 원자조성비가 Co0.5Ni0.3Fe0.2인 CoNiFe는 합금 증발원을 사용하여 증발시켰다. I9 및 J9소자의 MR비율은 6.7%였으나 비교에의 MR비율은 4%였다.
[실시예 23]
유리기판을 사용한 자기저항효과소자, 즉
K9 : 유리/[CoPt(3)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.4)/NiFeCo(3)/Cu(2.4)/Ag(0.2) /Cu(2.4)]2
L9 : 유리/[CoPt(3)/Cu(2.4)/Au(0.2)/Cu(2.4)/NiFeCo(3)/Cu(2.4)/Au(0.2)/ Cu(2.4)]2
비교예: 유리/[CoPt(3)/Cu(5)/CoNiFe(3)/Cu(5)]2를 실시예 18 내지 22에 기술한 방법으로 제조했다. Co0.8Pt0.2막과 Co0.6Ni0.3Fe0.1막은 경질자성막과 연질자성막에 각각 사용했다. 상기 소자의 MR비율을 실시예 18에 기술한 방법으로 측정했다. 그 결과, K9 및 L9소자의 MR곡선의 최대기울기는 각각 0.7%/0e 및 0.6%/0e였으나. 비교예의 MR기울기는 0.4%/0e였으며, K9 및 L9소자의 기울기는 MR곡선의 제로 영역 근처에서 예리하게 상승했다.
자기저항효과소자를 사용함으로써, 전술한 실시예에 기술한 바와 같은 자기헤드, 자기기억소자 및 증폭기를 얻을 수 있다.
본 발명의 자기저항효과소자는 낮은 자장하에서 큰 자기저항변화를 제공한다. 또한, 자기저항효과소자는 실온에서 큰 자기저항효과와 작은 자기저항효과를 나타낸다.
따라서, 본 발명의 자기저항효과소자를 자기헤드, 자기기억소자 및 증폭기에 적용함으로써, 고감도 및 고출력의 자기헤드, 고신뢰도 및 용이한 기록 성능의 자기기억소자 및 고출력과 고신뢰도의 증폭기를 실현할 수 있다. 또한 포화자장(Hs)을 줄임으로써 재기록 및 재생 가능한 기억소자를 제공할 수 있다.
다수의 다른 실시예가 본 발명의 정신 및 범주로부터 이탈함이 없이 본 기술 분야의 숙련자에 의해 실시될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범주는 전술한 설명에 한정되는 것이 아니라, 오히려 청구범위를 더욱 넓게 해석해야 한다.

Claims (98)

  1. 자기저항효과소자에 있어서, 기판과; 상기 기판상에 형성되고, 제1보자력(coercive force)을 가지며 CoPt, CoTaCr, CoPtCr 중 적어도 하나를 포함하는 경질자성막(hard magnetic film)과, 상기 제1보자력보다 작은 제2보자력을 갖는 연질자성막(soft magnetic film)과, 상기 경질자성막과 연질자성막을 분리하는 비자성 금속막(non-magnetic film)을 포함하는 다중층 구조(multilayer structure)를 가지며, 상기 경질자성막의 자화용이 축선방향(direction of a magnetization easy axis)은 검출하고자 하는 자화방향과 실질적으로 일치하며, 상기 경질자성막의 각형비(square ratio)는 0.7이상인 자기저항효과소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 형성된 복수의 다중층 구조를 포함하는 자기저항효과소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경질자성막의 양측 또는 어느 한측에 삽입된 보조 자성막을 추가로 포함하며, 상기 보조 자성막의 두께는 0.1 내지 2㎚의 범위에 있으며, Co, Ni, Fe 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 주성분으로 포함하는 자기저항효과소자.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기판 상에 형성된 복수의 다중층 구조를 포함하는 자기저항효과소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 보조 자성막은 경질자성막과 비자성 금속막 사이의 경계면과 연질자성막과 비자성 금속막 사이의 경계면 중 적어도 어느 한쪽에 삽입되며, 상기 보조 자성막의 두께는 0.1 내지 1㎚이며, Co를 주성분으로서 포함하는 자기저항효과소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다중층 구조는 경질자성막과, 연질자성막과, 비자성 금속막과, 보조 자성막이 복수회 적층된 구조를 갖는 자기저항효과소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연질자성막은 NixCoyFez를 주성분으로 포함하며, 원자조성비(atomic composition ratio)로서 x는 0.6 내지 0.9, y는 0 내지 0.4, z는 0 내지 0.3의 범위인 자기저항효과소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 연질자성막은 Nix′Coy′Fez′를 주성분으로 포함하며, 원자조성비로서 x′는 0 내지 0.4, y′는 0.2 내지 0.95, z′는 0 내지 0.5의 범위인 자기저항효과소자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 연질자성막은 CoFeB를 포함하는 비정질 자성막(amorphous magnetic film)인 자기저항효과소자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au로부터 선택된 재료로 형성되는 자기저항효과소자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 연질자성막은 Cu를 포함하는 비정질 자성막인 자기저항효과소자.
  12. 제1항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 1 내지 10㎚ 범위의 두께를 갖는 자기저항효과소자.
  13. 제1항에 있어서, 상기 경질자성막은 Co와 M을 주성분으로 포함하고, M은 Pt 또는 Pt, Cr, Ta로 구성된 그룹으로부터 선택되는 2종 이상의 원소를 나타내는 자기저항효과소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기 경질자성막은 CoPt 재료로 형성되는 자기저항효과소자.
  15. 제1항에 있어서, 상기 연질자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)x′Fe1-x′을 주성분으로 포함하고, 원자조성비로서 x는 0.6 내지 1.0, x′는 0.7 내지 1.0의 범위인 자기저항효과소자.
  16. 제15항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au로부터 선택된 재료로 형성되는 자기저항효과소자.
  17. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 형성된 다중층 구조에서, 상기 경질자성막은 CoPt를 주성분으로하여 제조되고, 연질자성막은 NiFe 또는 NiFeCo를 주성분으로 하여 제조되며, 상기 비자성 금속막은 Cu를 주성분으로하여 제조되고 그 두께는 2 내지 10㎚이며, Ag 또는 Au를 주성분으로하여 제조되고 상기 제1비자성막에 삽입되며 두께가 0.1 내지 0.4㎚인 제2비자성 금속막을 갖는 자기저항효과소자.
  18. 제17항에 있어서, 상기 다중층 구조는, 이 다중층 구조를 포함하는 각 막의 [100]방향이 각 막의 막 평면에 수직한 방향이도록 기판 상에 에피택셜하게 형성되고, 검출하고자 하는 자계방향은 실질적으로 비자성 금속막의 [011]방향인 자기저항효과소자.
  19. 제18항에 있어서, 상기 기판은 Si[100]단결정 기판이며, 상기 다중층 구조는 Cu를 주성분으로하여 제조된 하부층을 거쳐서 기판 상에 형성되는 자기저항효과소자.
  20. 제1항에 있어서, 상기 연질자성막은 NiFe 또는 NiFeCo를 주성분으로하여 제조되고, 1 내지 10㎚ 범위의 두께를 각각 갖는 적어도 두 개의 연속된 연질자성막으로 제조된 연질자성막은, 두 개의 연속된 연질자성막 사이에 끼인 제2비자성 금속막으로 적층되며, 상기 경질자성막은 CoPt를 주성분으로하여 제조되고, 경질자성막과 연속 연질자성막은 이 연속된 연질자성막들 사이에 끼인 비자성 금속막으로 적층되는 자기저항효과소자.
  21. 제20항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu를 주성분으로하여 제조되는 자기저항효과소자.
  22. 제20항에 있어서, 상기 연속된 연지자성막들 사이의 비자성 금속막은 Cu를 주성분으로하여 제조되는 단일막으로 구성되며, 상기 연속된 연질자성막들과 경질자성막 사이의 비자성 금속막은 이 연속된 연질자성막들과 경질자성막들 사이에 삽입된 Ag 또는 Au를 포함하고 Cu를 주성분으로하여 제조된 막으로 구성되는 자기저항효과소자.
  23. 제20항에 있어서, 상기 다중층 구조는, 이 다중층 구조를 구성하는 각 막의 [100]방향이 각 막의 막 평면에 수직한 방향이 되도록 기판 상에 에피택셜하게 형성되고, 검출하고자 하는 자계방향은 실질적으로 비자성 금속막의 [011]방향인 자기저항효과소자.
  24. 제1항에 있어서, 상기 연질자성막은 NiFe 또는 NiFeCo를 주성분으로하여 제조되고, 1 내지 10㎚ 범위의 두께를 각각 갖는 적어도 두 개의 연질자성막들로 제조된 연질자성막은 두 개의 연질자성막들 사이에 끼인 제2비자성막으로 연속하여 적층되며, 상기 경질자상막은 CoPt를 주성분으로하여 제조되며, 1 내지 10㎚ 범위의 두께를 각각 갖는 적어도 두 개의 경질자성막들은 두 개의 경질자성막들 사이에 끼인 제3비자성 금속막으로 연속해서 적층되며, 상기 연속된 연질자성막들과 연속된 경질자성막들은 이 연속된 연질자성막들과 연속된 경질자성막들 사이에 끼인 비자성 금속막으로 교호적으로 적층되며, 연질자성막과 경질자성막 사이의 비자성 금속막 사이의 두께는 연속된 연질자성막들 사이의 제2비자성 금속막의 두께 또는 연속된 경질자성막들 사이의 제3비자성 금속막의 두께보다 더 큰 자기저항효과소자.
  25. 제24항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu를 주성분으로하여 제조되는 자기저항효과소자.
  26. 제24항에 있어서, 상기 연속된 연질자성막들 사이의 비자성 금속막과 연속된 경질자성막들 사이의 비자성 금속막은 Cu를 주성분으로하여 제조된 단일막이며, 연속된 연질자성막과 경질자성막 사이의 비자성막은 이 연질자성막과 경질자성막에 삽입된 Ag 또는 Au막을 가지며 Cu를 주성분으로하여 제조된 막으로 구성되는 자기저항효과소자.
  27. 제24항에 있어서, 상기 다중층 구조는 다중층 구조를 구성하는 각 막의 [100]방향이 각 막의 막 평면에 수직한 방향이 되도록 에피택셜하게 형성되고, 검출하고자 하는 자계방향은 실질적으로 비자성 금속막의 [011]방향인 자기저항효과소자.
  28. 제1항에 있어서, 상기 다중층 구조를 통하여 흐르는 전류의 방향은 다중층 구조의 막 표면에 대하여 실질적으로 수직한 자기저항효과소자.
  29. 자기저항효과형 헤드에 있어서, 기판과; 상기 기판 상에 형성되고, 제1보자력(coercive force)을 가지며 CoPt, CoTaCr, CoPtCr 중 적어도 하나를 포함하는 경질자성막(hard magnetic film)과, 상기 제1보자력보다 작은 제2보자력을 갖는 연질자성막(soft magnetic film)과, 상기 경질자성막과 연질자성막을 분리하는 비자성 금속막(non-magnetic film)을 포함하는 다중층 구조(multilayer structure)와; 자기매체로부터 연질자성막까지 신호자장을 안내하는 요크(yoke)를 가지며, 상기 경질자성막의 자화용이 축선방향(direction of a magnetization easy axis)은 요크에 의해 안내된 신호자장의 방향과 실질적으로 일치하며, 상기 경질자성막의 각형비는 0.7이상인 자기저항효과형 헤드.
  30. 제29항에 있어서, 상기 기판 상에 형성된 복수의 다중층 구조를 포함하는 자기저항효과형 헤드.
  31. 제29항에 있어서, 상기 경질자성막과 비자성 금속막 사이의 경계면과 연질자성막과 비자성 금속막 사이의 경계면 중 적어도 어느 한쪽에 삽입되는 보조 보호막과, 이 보조 보호막은 0.1 내지 1㎚ 범위의 두께를 가지며, 주성분으로서 Co, Ni, Fe로부터 선택된 원소 중 적어도 하나를 포함하는 자기저항효과형 헤드.
  32. 제31항에 있어서, 상기 다중층 구조는 경질자성막과, 연질자성막과, 비자성 금속막과, 상기 삽입된 자성막을 복수회 적층한 구조를 갖는 자기저항효과형 헤드.
  33. 제29항에 있어서, 상기 보조 자성막은 경질자성막과 비자성 금속막 사이의 경계면과 연질자성막과 비자성 금속막 사이의 경계면 중 적어도 하나에 삽입되며, 상기 보조 자성막의 두께는 0.1 내지 1㎚ 범위이며, 주성분으로서 Co를 포함하는 자기저항효과형 헤드.
  34. 제29항에 있어서, 상기 기판 상에 형성된 복수의 다중층 구조를 포함하는 자기저항효과형 헤드.
  35. 제29항에 있어서, 상기 연질자성막은 주성분으로서 NixCoyFez를 포함하고, 원자조성비로서 x는 0.6 내지 0.9, y는 0 내지 0.4, z는 0 내지 0.3의 범위인 자기저항효과형 헤드.
  36. 제29항에 있어서, 상기 연질자성막은 주성분으로서 Nix′Coy′Fez′를 포함하고, 원자조성비로서 x′는 0 내지 0.4, y′는 0.2 내지 0.95, z′는 0 내지 0.5의 범위인 자기저항효과형 헤드.
  37. 제29항에 있어서, 상기 연질자성막은 CoFeB를 포함하는 비정질 자성막인 자기저항효과형 헤드.
  38. 제29항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au로부터 선택된 재료로 제조되는 자기저항효과형 헤드.
  39. 제29항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu로 제조되는 자기저항효과형 헤드.
  40. 제29항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 1 내지 10㎚의 범위의 두께를 갖는 자기저항효과형 헤드.
  41. 제29항에 있어서, 상기 경질자성막은 주성분으로서 Co와 M을 포함하고, 상기 M은 Pt 또는 Pt, Cr, Ta로 구성된 그룹으로부터 선택되는 2종 이상의 원소를 나타내는 자기저항효과형 헤드.
  42. 제29항에 있어서, 상기 경질자성막은 CoPt를 포함하는 재료로 제조되는 자기저항효과형 헤드.
  43. 제29항에 있어서, 상기 연질자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)x′Fe1-x′를 포함하고, 원자조성비로서 x는 0.6 내지 1.0, x′는 0.7 내지 1.0의 범위인 자기저항효과형 헤드.
  44. 제43항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au로부터 선택된 재료로 제조되는 자기저항효과형 헤드.
  45. 제29항에 있어서, 상기 연질자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)x′Fe1-x′을 포함하고, 원자조성비로서 x는 0.6 내지 1.0, x′는 0.7 내지 1.0의 범위인 자기저항효과형 헤드.
  46. 제45항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au로부터 선택된 재료로 제조되는 자기저항효과형 헤드.
  47. 제29항에 있어서, 상기 다중층 구조를 통하여 흐르는 전류의 방향은 다중층 구조의 막 표면에 대하여 실질적으로 수직인 자기저항효과형 헤드.
  48. 비휘발성 기억소자에 있어서, 제1보자력을 갖는 제1자성막과, 상기 제1보자력보다 작은 제2보자력을 갖는 제2자성막과, 상기 제1자성막과 제2자성막을 분리하는 비자성 금속막을 포함하는 자기저항변화부와; 정보 기록을 위한 제1전류와 정보 판독을 위한 제2전류가 흐르고, 제1전류와 제2전류에 의해 각각 발생하는 자계가 상기 자기저항변화부에 영향을 미치는 도선을 가지며, 상기 제1보자력은 제1전류에 의해 발생된 자계에 의해 제1자성막의 자화를 반전시킬 수는 있지만 제2전류에 의해 발생된 자계에 의해 제1자성막의 자화는 반전시킬 수 없는 보자력이며, 상기 제2보자력은 제2전류에 의해 발생된 자계에 의해 제2자성막의 자화를 반전시킬 수는 있지만 제2전류에 의해 발생된 자계에 의해 제2자성막의 자화는 반전시킬 수 없는 보자력이며, 이로 인하여 기억소자 상에 기록된 정보는 완전하게 판독되며, 상기 제1자성막의 각형비는 0.7이상인 비휘발성 기억소자.
  49. 제48항에 있어서, 상기 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막이 복수회 적층된 구조를 갖는 비휘발성 기억소자.
  50. 제48항에 있어서, 상기 제1자성막의 양측 또는 어느 한측에 삽입되는 보조 자성막을 가지며, 상기 보조 자성막의 두께는 0.1 내지 2㎚이며, 주성분으로서 Co, Ni, Fe 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 비휘발성 기억소자.
  51. 제50항에 있어서, 상기 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막과, 상기 삽입된 자성막이 복수회 적층된 구조를 갖는 비휘발성 기억소자.
  52. 제48항에 있어서, 상기 보조 자성막은 제1자성막과 비자성 금속막 사이의 경계면과 제2자성막과 비자성 금속막 사이의 경계면 중 적어도 어느 한편에 삽입되며, 자성막의 두께는 0.1 내지 1㎚의 범위이며, 주성분으로서 Co를 포함하는 비휘발성 기억소자.
  53. 제52항에 있어서, 상기 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 상기 삽입된 자성막이 복수회 적층된 구조를 갖는 비휘발성 기억소자.
  54. 제49항에 있어서, 상기 자기저항변화부는 복수의 제1자성막을 포함하며, 상기 복수의 제1자성막들은 서로 상이한 각각의 보자력을 갖는 비휘발성 기억소자.
  55. 제48항에 있어서, 상기 제1자성막의 자화용이축선은 도선을 통하여 흐르는 제1전류와 제2전류에 의해 발생되는 자계의 방향과 실질적으로 일치하는 비휘발성 기억소자.
  56. 제48항에 있어서, 상기 제2자성막은 주성분으로서 NixCoyFez를 포함하고, 원자조성비로서 x는 0.6 내지 0.9, y는 0 내지 0.4, z는 0 내지 0.3의 범위를 갖는 비휘발성 기억소자.
  57. 제48항에 있어서, 상기 제2자성막은 주성분으로서 Nix′Coy′Fez′를 포함하고, 원자조성비로서 x′는 0 내지 0.4, y′는 0.2 내지 0.95, z′는 0 내지 0.5의 범위인 비휘발성 기억소자.
  58. 제48항에 있어서, 상기 제2자성막은 비정질 자성막인 비휘발성 기억소자.
  59. 제48항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au로부터 선택된 재료로 제조되는 비휘발성 기억소자.
  60. 제48항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu로 제조되는 비휘발성 기억소자.
  61. 제48항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 1 내지 10㎚ 범위의 두께를 갖는 비휘발성 기억소자.
  62. 제48항에 있어서, 상기 제1자성막은 주성분으로서 Co와 M을 포함하고, 상기 M은 Pt 또는 Pt, Cr, Ta로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 원소를 나타내는 비휘발성 기억소자.
  63. 제48항에 있어서, 상기 제1자성막은 반경질 자성막인 비휘발성 기억소자.
  64. 제48항에 있어서, 상기 제2자성막은 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)x′Fe1-x′를 포함하고, 제1자성막은 주성분으로서 CoyFe1-y를 포함하고, 원자조성비로서 x는 0.6 내지 1.0, x′는 0.7 내지 1.0, y는 0.3 내지 0.7의 범위인 비휘발성 기억소자.
  65. 제64항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au로부터 선택된 재료로 제조되는 비휘발성 기억소자.
  66. 제48항에 있어서, 상기 제2자성막은 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)x′Fe1-x′을 포함하고, 상기 제1자성막은 주성분으로서 (CozFe1-z)z′V1-z′를 포함하고, 원자조성비로서 x는 0.6 내지 1.0, x′는 0.7 내지 1.0, z는 0.3 내지 0.7, z′는 0.9 내지 0.98의 범위인 비휘발성 기억소자.
  67. 제66항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au로부터 선택된 재료로 제조되는 비휘발성 기억소자.
  68. 제48항에 있어서, 상기 제1자성막은 Co, CoPt, 또는 CoFe를 주성분으로하여 제조되고, 제2자성막은 NiFe 또는 NiFeCo를 주성분으로하여 제조되고, 비자성 금속막은 Cu를 주성분으로하여 제조되고 그 두께는 2 내지 10㎚이며, 상기 각 막들은 각 막의 [100]방향이 각 막의 막 평면에 수직한 방향이도록 기판 상에 에피택셜하게 형성되고, 상기 제1전류에 의해 발생하는 자계의 방향이 실질적으로 비자성 금속막의 [011]방향인 비휘발성 기억소자.
  69. 증폭소자에 있어서, 제1보자력을 갖는 제1자성막과, 상기 제1보자력보다 작은 제2보자력을 갖는 제2자성막과, 상기 제1자성막과 제2자성막을 분리하는 비자성 금속막을 포함하는 자기저항변화부와; 신호전류가 흐르고, 신호전류에 의해 발생된 자계가 자기저항변화부에 영향을 미치는 도선을 가지며, 상기 제1보자력은 신호전류에 의해 발생된 자계에 의해 제1자성막의 자화를 반전시킬 수 없는 보자력이며, 상기 제2보자력은 신호전류에 의해 발생된 자계에 의해 제2자성막의 자화를 반전시킬 수 있는 보자력이며, 상기 제1자성막의 각형비는 0.7이상인 증폭소자.
  70. 제69항에 있어서, 상기 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막이 복수회 적층된 구조를 갖는 증폭소자.
  71. 제69항에 있어서, 상기 제1자성막의 양측 또는 어느 한측에 보조 자성막이 삽입되며, 상기 보조 자성막의 두께는 0.1 내지 2㎚이며, 주성분으로서 Co, Ni, Fe 중에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 증폭소자.
  72. 제71항에 있어서, 상기 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막과, 상기 삽입된 자성막이 복수회 적층된 구조를 갖는 증폭소자.
  73. 제69항에 있어서, 상기 보조 자성막은 상기 제1자성막과 비자성 금속막 사이의 경계면과 상기 제2자성막과 비자성 금속막 사이의 경계면 중 적어도 어느 한편에 삽입되며, 상기 보조 자성막의 두께는 0.1 내지 1㎚의 범위이며, 주성분으로서 Co를 포함하는 증폭소자.
  74. 제73항에 있어서, 상기 자기저항변화부는 제1자성막과, 제2자성막과, 비자성 금속막과, 상기 삽입된 자성막이 복수회 적층된 구조를 갖는 증폭소자.
  75. 제69항에 있어서, 상기 제2자성막은 주성분으로서 NixCoyFez를 포함하고, 원자조성비로서 x는 0.6 내지 0.9, y는 0 내지 0.4, z는 0 내지 0.3의 범위인 증폭소자.
  76. 제69항에 있어서, 상기 제2자성막은 주성분으로서 Nix′Coy′Fez′를 포함하고, 원자조성비로서 x′는 0 내지 0.4, y′는 0.2 내지 0.95, z′는 0 내지 0.5의 범위인 증폭소자.
  77. 제69항에 있어서, 상기 제2자성막은 비정질 자성막인 증폭소자.
  78. 제69항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au로부터 선택된 재료로 제조되는 증폭소자.
  79. 제69항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu로 제조되는 증폭소자.
  80. 제69항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 1 내지 10㎚ 범위의 두께를 갖는 증폭소자.
  81. 제69항에 있어서, 상기 제1자성막은 경질자성막인 증폭소자.
  82. 제69항에 있어서, 제1자성막은 주성분으로서 Co와 M을 포함하고, 상기 M은 Pt 또는 Pt, Cr, Ta로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상의 원소를 나타내는 증폭소자.
  83. 제69항에 있어서, 상기 제2자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)x′Fe1-x′를 포함하고, 상기 제1자성막은 주성분으로서 CoyFe1-y를 포함하고, x는 0.6 내지 1.0, x′는 0.7 내지 1.0, y는 0.3 내지 0.7의 범위인 증폭소자.
  84. 제83항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au로부터 선택된 재료로 제조되는 증폭소자.
  85. 제69항에 있어서, 상기 제2자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)x′Fe1-x′을 포함하고, 상기 제1자성막은 주성분으로서 (CozFe1-z)z′V1-z′를 포함하고, x는 0.6 내지 1.0, x′는 0.7 내지 1.0, z는 0.3 내지 0.7, z′는 0.9 내지 0.98의 범위인 증폭소자.
  86. 제85항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag, Au로부터 선택된 재료로 제조되는 증폭소자.
  87. 제69항에 있어서, 상기 제1자성막은 주성분으로서 Co, CoPt, 또는 CoFe를 포함하고, 상기 제2자성막은 주성분으로서 NiFe 또는 NiFeCo를 포함하고, 비자성 금속막은 주성분으로서 Cu를 포함하며 그 두께는 2 내지 10㎚이며, 상기 각각의 막들은 각 막의 [100]방향이 각 막의 막 평면에 수직한 방향이도록 기판 상에 에피택셜하게 형성되고, 상기 신호전류에 의해 발생된 자계의 방향이 실질적으로 비자성 금속막의 [011]방향인 증폭소자.
  88. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 형성된 다중층 구조에서, 경질자성막은 CoPt를 주성분으로하여 제조되고, 연질자성막은 NiFe 또는 NiFeCo를 주성분으로하여 제조되고, 비자성 금속막은 Cu를 주성분으로하여 제조되고 그 두께는 2 내지 10㎚이며, 상기 다중층 구조는 다중층 구조를 포함하는 각 막의 [100]방향이 경질자성막과 비자성막의 경계면에 의해 정의된 평면에 수직한 방향이도록 기판 상에 에피택셜하게 형성되는 자기저항효과소자.
  89. 자기저항효과소자에 있어서, 기판과; 상기 기판 상에 형성되며, 제1보자력을 갖는 경질자성막과, 상기 제1보자력보다 작은 제2보자력을 가지며 CoFeB를 포함하는 연질자성막과, 상기 경질자성막과 연질자성막을 분리하는 비자성 금속막을 포함하는 다중층 구조를 가지며, 상기 경질자성막의 자화용이 축선방향은 검출하고자 하는 자계방향과 실질적으로 일치하며, 상기 경질자성막의 각형비는 0.7이상인 자기저항효과소자.
  90. 자기저항효과소자에 있어서, 기판과; 상기 기판 상에 형성되며, 제1보자력을 갖는 경질자성막과, 상기 제1보자력보다 작은 제2보자력을 가지며 CoFeB를 포함하는 연질자성막과, 상기 경질자성막과 연질자성막을 분리하는 비자성 금속막을 포함하는 다중층 구조와; 자성매체로부터 연질자성막까지 신호자계를 안내하는 요크를 가지며, 상기 경질자성막의 자화용이 축선방향은 요크에 의해 안내된 신호자계의 방향과 실질적으로 일치하며, 상기 경질자성막의 각형비는 0.7이상인 자기저항효과소자.
  91. 자기저항효과소자에 있어서, 기판과; 상기 기판 상에 형성되며, 제1보자력을 가지며 CoyFe1-y(0.3 ＜ y ＜ 0.7)를 포함하는 경질자성막과, 상기 제1보자력보다 작은 제2보자력을 갖는 연질자성막과, 상기 경질자성막과 연질자성막을 분리하는 비자성 금속막을 포함하는 다중층 구조를 가지며, 상기 경질자성막의 자화용이 축선방향은 검출하고자 하는 자계의 방향과 실질적으로 일치하며, 상기 경질자성막의 각형비는 0.7이상인 자기저항효과소자.
  92. 자기저항효과소자에 있어서, 기판과; 상기 기판 상에 형성되며, 제1보자력을 가지며 CoyFe1-y(0.3 ＜ y ＜ 0.7)를 포함하는 경질자성막과, 상기 제1보자력보다 작은 제2보자력을 갖는 연질자성막과, 상기 경질자성막과 연질자성막을 분리하는 비자성 금속막을 포함하는 다중층 구조와; 자성매체로부터 연질자성막까지 신호자계를 안내하는 요크를 가지며, 상기 경질자성막의 자화용이 축선방향은 요크에 의해 안내된 신호자계의 방향과 실질적으로 일치하며, 상기 경질자성막의 각형비는 0.7이상인 자기저항효과소자.
  93. 자기저항효과소자에 있어서, 기판과; 상기 기판 상에 형성되며, 제1보자력을 가지며 CoPt, CoFe, CoTaCr, CoPtCr 중 적어도 하나를 포함하는 경질자성막과, 상기 제1보자력보다 작은 제2보자력을 갖는 연질자성막과, 상기 경질자성막과 연질자성막을 분리하는 비자성 금속막을 포함하는 다중층 구조를 가지며, 상기 경질자성막의 자화용이 축선방향은 검출하고자 하는 자계의 방향과 실질적으로 일치하지만, 단 반강자성층을 포함하지 않으며, 상기 경질자성막의 각형비는 0.7이상인 자기저항효과소자.
  94. 자기저항효과소자에 있어서, 기판과; 상기 기판 상에 형성되며, 제1보자력을 가지며 CoPt, CoFe, CoTaCr, CoPtCr 중 적어도 하나를 포함하는 경질자성막과, 상기 제1보자력보다 작은 제2보자력을 갖는 연질자성막과, 상기 경질자성막과 연질자성막을 분리하는 비자성 금속막을 포함하는 다중층 구조와; 자기매체로부터 연질자성막까지 신호자계를 안내하는 요크를 가지며, 상기 경질자성막의 자화용이 축선방향은 요크에 의해 안내된 신호자계의 방향과 실질적으로 일치하지만, 단 반강자성층을 포함하지 않으며, 상기 경질자성막의 각형비는 0.7이상인 자기저항효과소자.
  95. 제29항에 있어서, 상기 기판 상에 형성된 다중층 구조에서, 경질자성막은 CoPt를 주성분으로하여 제조되고, 연질자성막은 NiFe 또는 NiFeCo를 주성분으로하여 제조되고, 비자성 금속막은 Cu를 주성분으로하여 제조되고 그 두께는 2 내지 10㎚이며, 상기 다중층 구조는 다중층 구조를 포함하는 각 막의 [100]방향이 경질자성막과 비자성막의 경계면에 의해 정의된 평면에 수직한 방향이도록 기판 상에 에피택셜하게 형성되는 자기저항효과형 헤드.
  96. 제91항에 있어서, 상기 연질자성막은 주성분으로서 NixFe1-x또는 (NixCo1-x)x′Fe1-x′를 포함하고, 원자조성비로서 x는 0.6 내지 1.0, x′는 0.7 내지 1.0, y는 0.3 내지 0.7의 범위인 자기저항효과소자.
  97. 제91항에 있어서, 상기 기판은 Si(100) 단결정 기판이며, 다층막 구조는 Cu를 주성분으로하여 제조된 하부층을 거쳐서 기판 상에 형성되는 자기저항효과소자.
  98. 제96항에 있어서, 상기 비자성 금속막은 Cu, Ag 및 Au로부터 선택된 재료로 형성되는 자기저항효과소자.
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