KR100289858B1 - 자기저항효과소자및자기저항효과형헤드 - Google Patents

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Abstract

MR비가 높은 자기 저항 효과 소자 및 자기 저항 효과형 헤드를 제공하기 위한 본 발명의 자기 저항 효과 소자는 비자성막(4)을 사이에 두고 적층된 적어도 2개의 자성막(3,5)과, 자성막 가장 외측의 자성막(5)중 적어도 한쪽에, 자성막(5)과 접하여 비자성막(4)과 반대측에 형성된, 전자의 스핀 방향을 유지한 채 반사 산란이 생기기 쉬운 금속 반사막(6)을 가진다.

Description

자기 저항 효과 소자 및 자기 저항 효과형 헤드
본 발명은 자기 저항 효과 소자 및 자기 저항 효과형 헤드에 관한 것으로, 특히, 저자계에서 커다란 자기 저항 변화를 일으키는 자기 저항 효과 소자, 및 그것을 사용하여 구성되는 고밀도 자기 기록 재생에 적합한 자기 저항 효과형 헤드에 관한 것이다.
(종래의 기술)
종래부터 자기 저항 효과 소자를 사용한 자기 저항 센서(이하 MR 센서라고 한다), 자기 저항 헤드(이하 MR 헤드라고 한다)의 개발이 진행되고 있다. 자성체에는 주로 Ni0.8Fe0.2의 퍼멀로이나 Ni0.8Co0.2합금막이 사용되고 있다. 이들 자기 저항 효과 재료의 자기 저항 변화율(이하 MR비라고 적는다)은 2.5%정도이다. 보다 고감도인 자기 저항 소자를 얻기 위해서는 보다 MR비가 큰 것이 요구되고 있다.
근년 Cr, Ru 등의 금속 비자성 박막을 사이에 두고 반강자성적 결합을 하고 있는 [Fe/Cr], [Co/Ru] 인공 격자막이 강자장(1 내지 10kOe)에서 거대 자기 저항 효과를 나타내는 것이 발견되었다 (피지컬 리뷰 레터 61 제2472페이지 (1988년); 동 64 제2304페이지(1990)(Physical Review Letter Vol. 61, p2472, 1988;동 Vol. 64, p2304,1990) ).
그러나 이들 인공 격자막은 큰 MR 변화를 얻기 위해서 수kOe 내지 수10kOe의 자계를 필요로 한다. 이 때문에, 자기헤드 등의 용도로는 실용적이지 않다.
또한 금속 비자성 박막 Cu에서 분리되어 자기적 결합을 하고 있지 않는 보자력이 다른 자성 박막 Ni-Fe와 Co를 사용한 [Ni-Fe/Cu/Co] 인공 격자막에서도 거대 자기 저항 효과가 발견되고, 실온 인가 자계0.5kOe에서 MR비가 약 8%인 것이 얻어지고 있다 (저널 오브 피지컬 소사이어티 오브 제펜 59 제3061페이지(1990년)(Journal of Physical Society of Japan Vol. 59, p3061, 1990) ).
그러나 이 타입의 자기 저항 효과 재료는 큰 자기 저항 변화를 얻기 위해서 약 100 Oe의 자계를 필요로 한다. 또한 자기 저항도 자계가 음에서 양에 걸쳐서 비대칭적인 변화를 하여 직선성이 나쁘다. 이 때문에 실용적으로는 사용하기 어려운 특성으로 이루어져 있다.
또한 Cu를 사이에 둔 RKKY적 반강 자성적 결합을 하고 있는 자성 박막Ni-Fe-Co, Co를 사용한 [Ni-Fe-Co/Cu/Co], [Ni-Fe-Co/Cu] 인공 격자막에서도 거대 자기 저항 효과가 발견되고, 실온 인가 자계0.5kOe에서 MR 비가 약 15%인 것이 얻어지고 있다 (전자정보통신학회 기술연구보고 MR91-9).
그러나 이 타입의 자기 저항 효과 재료의 경우, 자기 저항 변화는 자계 0으로부터 양에 걸쳐서 거의 직선적으로 변화하여 MR 센서에는 충분히 실용적인 특성을 나타내지만, 역시 큰MR 변화를 얻는 데 50 Oe정도의 자계를 필요로 한다. 이 때문에, 적어도 20 Oe 이하의 자계에서의 동작이 요구되는 MR 헤드로 사용하기 위해서는 불충분하다.
미소 인가 자계에서 동작하는 것으로서는 반강 자성 재료의 Fe-Mn을 Ni-Fe/Cu/Ni-Fe에 부착한 스핀 밸브형이 제안되어 있다 (저널 오브 매그네티즘 앤드 매그네틱 머티리얼즈 93 제101페이지(1991년)(Journal of Magnetism and Magnetic Materials 93, p101,1991) ). 이 타입의 자기 저항 효과 재료는, 동작 자계는 확실히 작고, 직선성도 좋지만, MR비는 약 2%로 작다. 또한, Fe-Mn 막의 내식성의 문제점이 있다. 또한, Fe-Mn 박막의 넬 온도(배열 온도)가 낮기 때문에, 소자의 특성의 온도 의존성이 크다고 하는 결점이 있었다.
또한 반강자성체를 사용하는 대신에 Co-Pt 등의 경질자성 재료를 사용한, Ni-Fe/Cu/Co-Pt 등의 구성의 스핀밸브막도 제안되어 있다. 이 경우는 경질 자성막의 보자력 이하에서, 연자성층의 자화를 회전함으로써, 자화가 평행, 반평행 상태를 만들어 내는 것이다. 그러나, 이 경우도 연자성층의 특성을 좋게 하는 것은 어렵고, 실용화에는 이르지 않는다.
또한, 스핀 밸브막의 MR 비를 크게 하는 수단의 하나로서, 비저항이 낮은 금속을 또한 스핀 밸브막의 뒤쪽에 형성된 저저항 후부층에 의해, Cu/Ni-Fe/Cu/Ni-Fe/Fe-Mn의 구성으로 한 것도 제안되어 있다(USP5422571). 이것은 특정한 스핀 전자의 평균 자유 행정을 길게 함에 의해 MR 비를 크게 하려는 시도이다.
종래의 스핀 밸브형의 MR 소자는 반강자성체를 사용한 타입이나 경질 자성막을 사용한 타입에 있어서도, 자계 감도는 뛰어나지만, MR비가 낮은 문제점이 있었다. 저저항 후부층에 의한, MR 비의 향상 효과도 충분하지 않았다. 이 원인은, 스핀 밸브형 MR 소자는 막 두께가 얇기 때문에, 소자 표면에서 전자가 산란되기 쉽기 때문이라고 생각된다.
이 사실을 좀 더 상세하게 설명하면 아래와 같다.
원래, 거대 자기 저항 효과는 자성층/비자성층의 계면에서의 전자의 스핀에 의존한 산란이 원인이다. 그래서, 이 산란이 발생할 확률을 높이기 위해서는, 스핀 방향에 의존하지 않는 산란의 확률을 낮추고, 전자의 평균 자유 행정을 길게 하는 것이 중요하다. 스핀 밸브막에 있어서는, 자성층/비자성층의 적층 회수가 적다. 따라서, 스핀 밸브막의 막 두께는, 예를 들면 20 내지 50nm정도로, 일반적으로 반강 자성 결합형의 거대 자기 저항 효과막과 비교하여 얇다. 이 때문에, 막 표면에서 전자가 산란될 확률이 높고, 전자의 평균 자유 행정이 짧았다. 이것이 스핀 밸브막의 MR비가 낮은 주된 원인이다.
통상, 박막의 표면에는, 전도 전자의 파장(페르미 파장)의 레벨인, 수옹스트롬의 레벨로 보면, 요철이 있다. 이 경우, 전도 전자는 표면에서 비탄성적인 산란(확산 산란)을 받는다. 일반적으로, 확산 산란인 경우에는, 전자의 스핀 방향은 유지되지 않는다.
본원 발명은 이러한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이다.
본원 발명의 목적은 MR비가 높은 자기 저항 효과 소자및 자기 저항 효과형 헤드를 제공하는 것에 있다.
본원 발명의 다른 목적은 전자의 평균 자유 행정이 긴 스핀 밸브형의 자기 저항 효과 소자 및 자기 저항 효과형 헤드를 제공하는 것에 있다.
본원 발명의 또 다른 목적은 자성층과 비자성층의 계면에 있어서, 전자의 스핀 방향으로 의존되는 산란이 발생하는 확률이 높은, 스핀 밸브형의 자기 저항 효과 소자 및 자기 저항 효과형 헤드를 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상술한 목적을 달성하기 위해서 본원 발명의 자기 저항 효과 소자는 스핀 밸브막의 표면에, 전자의 스핀 방향을 유지한 채 반사 산란이 생기기 쉬운 금속 반사막을 형성하는 것을 특징으로 한다.
금속 반사막은 그 표면이, 수옹스트롬의 레벨로 봐서 평활한 것이 요구된다. 이 경우 전도 전자는, 막 표면에서 탄성적인 산란(경면 산란)을 일으키며, 전도 전자의 스핀 방향은 보존되어, 평균 자유 행정이 신장한 것과 동등한 효과가 나타난다. 따라서, MR비가 증대한다.
금속 반사막으로서는, Ag, Au, Bi, Sn, Pb 등의 재료가 좋다. 이들 원자는 스핀 밸브막으로 자주 사용되는 Ni, Fe, Cu, Co 막 등의 재료와 다르고, 수옹스트롬의 레벨로 봐서, 평활인 표면이 되기 쉽다. 특히, Ag, Au가 뛰어나고, 그 중에서도 Ag는 가장 효과가 있다. 특히, Ag, Au의 경우는, (111)면이 보다 평활하게 되기 쉽고, 수 옹스트롬의 레벨로 봐서, 평활한 표면이 얻어지기 쉽다. 따라서, (111)면은 기판의 표면에 대하여 대략 평행한 것이 바람직하다.
또한, 보다 바람직하게는, 또한, 금속 반사막과 스핀 밸브막(자성막)의 사이에 Cu 등의 비자성층을 삽입하면 좋다. 이 비자성층은 금속 반사막의 표면을 평활하게 하는 버퍼층으로서의 효과와, 자성층과의 계면에서 스핀에 의존하는 산란을 크게 하는 효과의 양방의 효과를 가진다.
또한 보다 바람직하게는, 또한, 금속 반사막을 형성한 측의 자성층의 표면을 Co 층으로 하는 것도 좋다. 자성층과 비자성층(금속 반사막)의 계면에서의 스핀 방향에 의존한 산란에 의해, MR 비를 크게 하기 위해서이다.
보다 바람직하게는, 스핀 밸브막 전체를 단결정 기판에 에피택셜 성장시키면 좋다.
또한, 바람직하게는, 자기 저항 소자부의 연자성막의 자화 용역축이, 검지하여야 할 신호 자계 방향으로 수직이 되도록 구성하면 좋다.
또한, 본 발명의 자기 저항 효과형 헤드는 상술한 자기 저항 효과 소자에, 또한 리드부를 구비하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
도 1a 내지 도 1c 는 본 실시 형태와 관계되는 자기 저항 효과 소자의 단면의 모식도.
도 2a 및 도 2b 는 본 실시 형태와 관계되는 다른 자기 저항 효과 소자의 단면의 모식도.
도 3은 본 실시 형태와 관계되는 다른 자기 저항 효과 소자의 단면의 모식도.
도 4a 및 도 4b 는 본 실시 형태와 관계되는 다른 자기 저항 효과 소자의 단면의 모식도.
도 5는 본 실시 형태와 관계되는 다른 자기 저항 효과 소자의 단면의 모식도.
도 6은 본 실시 형태와 관계되는 자기 저항 효과형 자기 헤드의 일례의 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 기판 2: 기초막
3: 연자성막 4: 비자성막
5: 경질 자성막 6: 금속 반사막
7: 금속 반강자성체막 8: 자성막
10: 하부 실드 11: 하부 실드갭
12: 하드바이어스부 13: 리드부
14: 상부 실드갭 15: 상부 실드
20: MR 소자부
(발명의 실시 형태)
이하 본원 발명의 자기 저항 효과 소자 및 자기 저항 효과형 헤드를 도면에 근거하여 설명한다.
도 1 내지 5에 본원 발명의 자기 저항 효과 소자의 구성을 나타내는 단면도의 예를 나타낸다. 그 중에서도 도 1 내지 3은 경질 자성막을 사용한(보자력이 다른 2종류의 자성막을 사용하였다) 스핀 밸브막을 나타낸다. 이 경우, 보자력의 보다 큰 자성막을 경질 자성막이라고 부르고, 보자력이 작은 쪽의 자성막을 연자성막이라고 부른다.
도 1a 에 도시하는 본원 발명의 자기 저항 효과 소자는 기판(1)상에 기초막(2)을 사이에 두고 연자성막(3), 비자성막(4), 경질 자성막(5), 및 금속 반사막(6)이 순차 형성된 구성을 가진다. 종래의 스핀 밸브 소자에 있어서는, 금속 반사막(6)은 없고, 표면에는 보호층이 형성되어, MR 헤드를 구성하는 경우에는, 실드갭재로서 절연막 등이 형성되어 있다.
통상, 스핀 밸브막의 연자성막(3)으로서는, Ni-Co-Fe 합금이 적합하다. Ni-Co-Fe 막의 원자 조성비로서는, NixCoyFez
0.6≤x≤0.9
0≤y≤0.4
0≤z≤0.3
의 Ni-rich의 연자성막, 또는, Nix'Coy'Fez'
0≤x′≤0.4
0.2≤y′≤0.95
0≤z′≤0.5
의 Co-rich막을 사용하는 것이 바람직하다. 이들 조성의 막은 센서라든지 MR 헤드용으로서 요구되는 저자석 변형 특성(1x10-5)을 가진다.
또 다른 연자성막(3)의 재료로서는, Co-Mn-B, Co-Fe-B, Co-Nb-Zr, Co-Nb-B 등의 비정질막도 좋다.
연자성막(3)의 막 두께로서는 1nm 이상 10nm 이하가 좋다. 막 두께가 두꺼우면 션트 효과에 의해 MR비가 저하하지만, 지나치게 얇으면 연자기 특성이 열화한다. 보다 바람직하게는 2nm 이상 5nm 이하, 더욱 바람직하게는 2nm 이상 3nm 이하로 하는 것이 좋다.
경질 자성막(5)으로서는 각형이 0.7 이상, 더욱 바람직하게는 0.85 이상 강자성체가 좋다. 여기에서 각형이란 포화 자계(Ms)와 잔류 자화(Mr)를 사용하여, Mr/Ms로 나타나는 것을 말한다.
경질 자성층의 각형이 작으면 연자성층과의 사이에서 자화가 완전한 평행 및 반평행 상태가 실현되지 않는다. 따라서, 각형이 큰 것이 요망된다.
경질 자성막의 재료로서는 Co 또는 Co-Fe합금, Co-Pt 합금 등의 Co계의 재료가 우수하다. 특히 Co 또는 Co-Fe 합금이 좋다.
경질 자성막(5)의 막 두께는 1nm 이상 10nm 이하가 좋다. 막 두께가 두꺼우면 션트 효과로 MR비가 저하하지만, 지나치게 얇으면 자기 특성이 열화한다. 보다 바람직하게는 1nm 이상 5nm 이하로 하는 것이 좋다.
경질 자성막(5)과 연자성막(3) 사이의 비자성막(4)으로서는 Cu, Ag, Au, Ru 등이 있지만, 특히 Cu가 우수하다. 비자성막(4)의 막 두께로서는, 자성층간의 상호 작용을 약하게 하기 위해서 적어도 1.5nm 이상, 바람직하게는 1.8nm 이상은 필요하다. 또한 비자성층(4)이 두텁게 되면 MR비가 저하하므로, 비자성층(4)의 막 두께는 10nm 이하, 바람직하게는 3nm 이하로 해야 된다.
또한, 특히 비자성막(4) 중에 경질 자성막(5)과 연자성막(3)의 자기적 결합을 저하시키는 데 유효한 두께 1nm 이하의 다른 비자성층을 삽입하는 것도 유효하다. 예를 들면, 비자성층(4)을 Cu 단층으로 구성하는 것이 아니라 Cu/Ag/Cu, Cu/Ag, Ag/Cu/Ag 등의 구성으로 하면 좋다. 삽입하는 다른 비자성층의 재료는 Ag, Au 등이 좋다. 이 때, 비자성층(4) 전체의 막 두께는 상술한 단층의 비자성층(4)의 경우와 같은 정도로 하는 것이 바람직하다. 비자성층(4)에 삽입하는 다른 비자성층의 막두께는 1층당 두껍더라도 1nm 이하 바람직하게는 0.4nm 이하 로 해야 한다.
또한, MR비를 더욱 크게 하기 위해서, 자성막(연자성막(3) 또는 경질 자성막(5))과 비자성막(4)의 계면에 계면 자성층을 삽입하는 것도 유효하다. 계면 자성층의 막 두께가 두꺼우면, MR비의 자계 감도가 저하하므로, 계면 자성층의 막 두께는 2nm 이하, 바람직하게는 1.8nm 이하로 할 필요가 있다. 또한 이 계면 자성층이 유효하게 작용하기 위해서는, 적어도 0.2nm 이상 막 두께는 필요하며, 바람직하게는 0.8nm 이상 막 두께가 좋다. 계면 자성층의 재료로서는, Co 또는 Co 고농도의 Co-Fe 합금이 우수하다.
기판(1)으로서는, 뒤에 설명하는 바와 같이 에피택셜막을 형성할 때 이외, 즉 다결정막을 제작하는 경우는, 글라스, Si, Al2O3-TiC 기판 등의 표면의 비교적 평활한 것을 사용한다. MR 헤드를 제작하는 경우에는, Al2O3-TiC 기판을 사용한다.
기초막(2)은 상부 MR 소자부(연자성막(3)-금속 반사막(6))의 결정성을 개선하여, MR비를 향상시키는 것으로, Ta가 자주 사용된다. MR 헤드를 제작하는 경우에는, 또한 기판(1)상에 SiO2, Al2O3등의 절연층, Ni-Fe 등의 하부 실드층을 형성한 후, Ta의 기초층(2)을 형성한다.
이상 설명한 바와 같은 연자성막(3)/비자성막(4)/경질 자성막(5)의 구성의 기본적인 스핀 밸브막의 구성에 대하여, 본원발명의 경우에는, 더욱 MR비를 증대하기 위해서, 금속 반사막(6)이 추가된다.
이 금속 반사막(6)이 없는 경우에는, 경질 자성막(5)의 표면에서, 전도 전자가 확산 반사되기 때문에, 스핀 분극 정보가 없어져 버린다. 거대 자기 저항 효과는 전도 전자의 스핀에 의존한 산란에 기인하고 있으므로, 표면에서 스핀 정보가 없어지거나 감소되면, MR비를 저하시키게 된다. 따라서 종래의 스핀 밸브막으로서는 큰 MR비가 얻어지지 않았다.
이것에 대하여, 금속 반사막(6)을 형성한 본 발명의 자기 저항 효과 소자에 있어서는, 금속 반사막(6)의 표면에서 전도 전자가 대부분 경면반사 되어, 비교적 스핀 정보가 보존된다. 이와 같이 박막의 표면에서 전자가 경면 반사되면, 다층에 [자성층/비자성층]을 적층한 것과 동등한 효과가 나타나, MR비가 증대한다.
경면 반사를 일으키게 하기 위해서는, 박막 표면으로서 전자의 파장(수옹스트롬)의 레벨로 봐서 평활한 계면(표면)이 요구된다. 여기에서 말하는 평활한 표면이란, 전 표면에 걸쳐서 완전하게 평활하면 더할 나위 없지만, 전체로서 예를 들면 수 10 옹스트롬의 큰 요철이 있었다고 해도, 적어도 표면의 일부분에 있어서 옹스트롬 단위의 평활한 부분이 형성되어 있으면 된다. 구체적으로는, 3옹스트롬 이하의 요철의 초평활인 표면이 100x100옹스트롬 이상의 영역에 형성되어 있는 부분이, 대략 전 표면의 10% 이상, 바람직하게는 20% 이상 필요하다. 그 때문에, 특정한 재료를 선택할 필요가 있다.
금속 반사막으로서는, Ag, Au, Bi, Sn, Pb 등의 재료가 좋다. 이들 원자는 스핀 밸브막으로 잘 사용되는 Ni, Fe, Cu, Co 막 등의 재료와 다르고, 표면에서, 수옹스트롬의 레벨로 봐서, 평활인 표면이 되기 쉽다. 특히, Ag, Au가 뛰어나고, 그 중에서도 Ag는 가장 효과가 있다. 특히, Ag, Au는, (111)면이 보다 평활하게 이루어지기 쉽고, 수 옹스트롬 레벨로, 평활한 표면이 얻어지기 쉽다. 따라서 박막 표면에 대하여, (111) 면이 평행하게 되도록 하는 것이 바람직하다. 금속 반사막은 지나치게 두꺼우면 션트 효과에 의해 MR비가 저하하므로, 10nm 이하, 바람직하게는 3nm 이하로 하는 것이 좋다. 또한 지나치게 얇으면 효과가 없기 때문에 적어도 0.5nm 이상 막 두께, 바람직하게는 1nm 이상으로 하는 것이 좋다.
또한, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 또한, 금속 반사막(6)과 경질 자성막(5)의 사이에 비자성막(7)을 삽입하면, MR비가 보다 커진다. 이것은, 자성막(5)이 Co 계의 재료이고, 금속 반사막(6)에 Ag, Au 등의 재료를 사용한 경우에는, Cu 등의 비자성막(7)을 중간에 삽입하는 것이 특히 유효하다. 비자성막(7)의 효과는, 하나는 금속 반사막의 표면을 보다 평활하게 하는 효과이고, 또 하나는 스핀에 의존한 산란을 크게 하는 효과이다. 자성층/비자성층의 계면에서 발생하는 스핀을 보존한 산란이, Co/Ag 계면보다, Co/Cu 계면 쪽이 크기 때문이다. 또한, 이러한 관점에서는, 자성층이 Co 이외의 재료인 경우에는, Co를 비자성막(7)과 자성막(5)의 사이에, 또한 Co 또는 Co 고농도의 Co-Fe 합금의 계면 자성층을 삽입하면, 보다 큰 MR비를 나타내는 막이 얻어진다. 이 계면 자성층의 막 두께로서는, 자성막과 비자성막(4)의 계면에 삽입하는 계면 자성층의 막 두께와 동일하다.
비자성막(7)의 재료는 비자성막(4)과 동일하다. 비자성막(7)의 막 두께는 2nm 이하가 좋으며, 바람직하게는 1nm 이하가 좋다. MR비를 증대시키기 위해서는, 적어도 0.5nm 이상 막 두께는 필요하다.
또한 도 1a는 기판(1)상에 기초막(2)을 통해, 연자성막(3)/비자성막(4)/경질 자성막(5)/금속 반사막(6)을 순차 형성한 경우의 도면이지만, 기초막(2)은, 자기 저항 효과 소자의 MR비를 크게 하기 위해서 사용하는 것으로 필요에 따라서 사용한다. 또한 도 1a 및 도 1b 와는 반대로, 도 1c 에 도시한 바와 같이 금속 반사막(6)으로 구성하더라도 본 발명은 유효하다.
또한, 금속 반사막(6)을 경질 자성막(5)측이 아닌 연자성막(3)측에 사용하고, 도 2a 와 같은 구성으로 해도 된다. 이 경우도, 막의 적층 순서는 기판(1)상에 기초막(2)을 통해, 도 2a와는 반대로, 금속 반사막(6)/연자성막(3)/비자성막(4)/경질 자성막(5)의 구성으로 해도 된다.
또한 금속 반사막(6)은 도 1 및 도 2a의 도시한 바와 같이, 한쪽 자성층의 한쪽에 형성하는 것 뿐만 아니라, 도 2b 에 도시하는 바와 같이, 양방의 자성층의 한쪽에 형성해도 된다. 이 경우는 한쪽에 형성하는 경우보다도 더욱, 전자의 경면 반사의 효과가 커져서, MR비 증대의 효과가 커진다.
도 3은 듀얼 스핀 밸브막의 양측에 금속 반사막(6)을 사용한 예이다. 경질 자성막(5)/비자성막(4)/연자성막(3)/비자성막(4)/경질 자성막(5)의 구성으로 이루어지는 이른바 듀얼 스핀 밸브막은, 단순한 경질 자성막(5)/비자성막(4)/연자성막(3)의 구성의 스핀 밸브막과 비교하여, 자성층/ 비자성층 계면이 증가하기때문에 MR비가 증대한다. 이 막에 대해서도, 금속 반사막(6)은 유효하다. 한쪽에 금속 반사막을 사용하더라도 그것 대로의 효과는 있다.
금속 반사막(6)과 자성막(연자성막(3) 또는 경질 자성막(5))의 사이에 비자성막을 삽입하면 더욱 MR비가 커지는 사실은, 도 1 내지 5에 도시하는 구조에 공통한다.
또, 자기 저항 효과 소자가 다결정막인 경우에도, 단결정막인 경우에도 상술한 효과가 발휘되지만, 에피택셜막인 경우에는, 금속 반사막(6)의 효과는 특히 크다. 이것은, 금속 반사막(6)이 에피택셜막인 경우에는 표면에서의 경면 산란이 촉진되기 때문이다.
에피택셜막을 형성하는 방법에는 여러가지가 있다. 바람직하게는, MgO, Si 등의 기판이 좋다. 특히 바람직하게는, MgO(100) 또는 Si(111) 기판이 좋다.
MgO(100) 기판을 사용한 경우, 기초층으로서, Pt층을 형성하고, 또한 Cu층을 기초층으로서 형성하는 것이 좋다. Pt층의 막 두께로서는, 5nm 이상 50nm 이하가 바람직하다. 그 후에, 예를 들면 도 1b 에 도시하는 바와 같은 소자를 구성한다. 이 때, 예를 들면 비자성막(7)이 Cu이며, 금속 반사막(6)이 Ag 인 경우에는, 격자 정수의 차가 크기 때문에, Ag막의 일부는, (100) 배향이 되지만, 대부분은 보다 정합성이 좋은 (111) 배향이 된다. 이 Ag막은 표면이 매우 평활하며, 경면 반사를 일으키기 쉽고, MR비를 증대시키는 효과가 크다.
Si(111) 기판을 사용하는 경우에는, 기초층이 없으며, Ag층을 기판상에 직접 형성한 후, 예를 들면 비자성막Cu, 연자성막Ni-Fe, 비자성막Cu, 경질 자성막Co, 비자성막Cu, 및 금속 반사막Ag을 순차 적층한다. 이 때, 기판상의 Ag층의 막 두께는 5nm 이상은 필요하여, 10nm 이하로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 경질 자성막을 사용한 스핀 밸브막에 금속 반사막을 사용한 경우에 대하여 설명하였지만, 반강자성체를 사용한 스핀 밸브막의 경우에도 본 발명은 유효하다. 이 경우, 반강자성체에 접한 자성막은 자화 방향이 고정된다. 반강자성체에 접하지 않는 자성막은 외부에서의 자계에 의해 자화 방향이 변화하여, 저항 변화를 일으킨다. 따라서, 외부 자계에 대한 자계 감도를 상승시키기 때문에, 반강자성체와 접하지 않는 자성막에 연자성막을 사용한다. 도 4, 도 5에 이 예를 나타낸다.
도 4a 는 기판(1)상에 기초막(2)을 통해 금속 반사막(6)/연자성막(3)/비자성막(4)/자성막(8)/반강자성체막(9)을 순차 형성한 구성을 나타낸다. 종래의 스핀 밸브막에 있어서는, 도 4a 에 도시하는 금속 반사막(6)은 없다. 금속 반사막(6)이 스핀 밸브막의 MR비를 크게 하는 효과는, 경질 자성막을 사용한 스핀 밸브막의 경우와 완전히 같다. 따라서, 금속 반사막의 막 두께, 재질 등도 상술한 것과 동등하다. 또한, 경질 자성막을 사용한 스핀 밸브막의 경우와 같이, 금속 반사막(6)과 연자성막(3)의 중간에 비자성막을 삽입하는 것도 유효하다. 또한 도 4a 는 금속 반사막(6)으로부터 형성할 경우에 대하여 도시하지만, 반대로, 도 4b 에 도시한 바와 같이, 반강자성체막(9)/자성막(8)/비자성막(4)/연자성막(3)/금속 반사막(6)의 순서대로 형성해도 된다.
금속의 반강자성체막(9)의 재료로서는, Fe-Mn, Ni-Mn, Pd-Mn, Pt-Mn, Ir-Mn, Fe-Ir 등이 있다. 이 중 Fe-Mn은 종래의 스핀 밸브막으로 가장 자주 사용하고 있었지만, 내식성 등의 관점에서 실용상 문제가 있다. 이 면으로부터는, Ir-Mn 등의 재료가 특히 우수하다. IrzMn1-z막의 적당한 조성으로서는, 원자 조성비로, 0.1≤z≤0.5가 좋다.
반강자성체막(9)으로서, Ni-O, Co-O, Ni-O/Co-O, Co-Ni-O, Fe-O 등의 산화물도 사용 가능하다. 이 중에서는 특히 Ni-O 또는 α-Fe2O3막이 우수하다. 이러한 절연체는 그 절연성을 잘 이용하면 보다 큰 MR비를 실현할 수 있는 가능성이 있다. 또한, MR 헤드로서 사용하는 경우에, 실드갭재의 일부로서도 이용 가능하다. 또한, α-Fe2O3막의 경우에는, 사파이어(11 내지 20) 기판(이른바 A면)을 사용하면, 기판상에 에피택셜하게 형성할 수 있다. 그 위에 또한 Ni-Fe 합금 등을 형성하면, 막면 내에서 [0001] 방향으로 1축 이방성을 부여하는 것이 가능하고, 결과적으로 큰 MR비를 나타내는 시료를 작성할 수 있다.
또한 도 4는 연자성막/비자성막/자성막/반강자성체막 구성의 스핀 밸브막에 대하여, 연자성막측에 금속 반사막을 형성하는 예에 대하여 도시하였지만, 반대로 반강자성체측에 금속 반사막을 형성해도 된다. 이 경우는, 반강자성체로서는, 전도성이 있는 금속 반강자성체를 사용할 필요가 있고, 또한 그 막 두께를 가능한 한 얇게 하는 것이 바람직하다. 이 관점에서, 반강자성체로서는, Ir-Mn 등의 재료가 적당하다. 막 두께는 5nm 이상 10nm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 자성막(8)의 재료로서는, Co, Ni-Fe 또는 Ni-Fe-Co 등의 재료가 우수하다.
또한 반강자성체를 사용한 스핀 밸브막의 경우에도, 경질 자성막을 사용한 스핀 밸브막의 경우와 마찬가지로, 제 1 반강자성체막(9-1)/자성막(8)/비자성막(4)/연자성막(3)/비자성막(4)/자성막(8)/제 2 반강자성체막(9-2)의 구성의 듀얼 스핀 밸브 구조로 하는 것도 좋다. 이 경우, 도 5에 도시하는 바와 같이, 반강자성체막의 외측의 적어도 한쪽에 금속 반사막을 형성하면, MR비를 크게 하는 효과가 있다. 이 때, 금속 반사막과 접하는 반강자성체(도 5에서는 9-2)는 금속의 반강자성체를 사용하는 것이 좋으며, Ir-Mn 등이 적합하다. 반대로 금속 반사막과 접하지 않는 쪽의 반강자성체는 Ni-O 등의 산화물의 절연성의 반강자성체가 적합하다. 이 경우에도, 금속 반사막과 반강자성체 사이의 비자성층은 MR비를 더욱 크게 하는 효과가 있다.
또 이상 서술한 기판(1)-자성막(8)의 각 층의 구성 방법으로서는, 스패터링법 또는 증착법이 생각된다. 어느쪽의 방법이라도 본 발명의 자기 저항 효과 소자를 제작할 수 있다. 스패터링법으로서는 DC 스패터링법, RF 스패터링법, 이온빔 스패터링법 등이 있다. 어느 쪽의 방법이라도 본 발명의 자기 저항 효과 소자를 제작할 수 있다. 또한, 증착법의 경우에는, 초고진공증착법이 특히 좋다.
이상 서술한 바와 같은 본 발명의 자기 저항 효과 소자를 사용하여, 자기 저항 효과형 헤드를 구성할 수 있다. 도 6에 MR 헤드의 일례로서 하드막바이어스형의 MR 헤드의 구성의 일례를 도시한다. 도 6에서는 MR 소자부(20)는 상부 및 하부의 실드부갭(11,14)에 끼워지도록 구성되어 있다. 실드갭재로서는, Al2O3, SiO2등의 절연막이 사용된다. 실드갭(11,14)의 더욱 외측은 실드(10,15)가 있다. 이것에는 Ni-Fe 합금 등의 연자성막이 사용된다. MR 소자의 자구 제어를 위해 Co-Pt 합금 등의 하드막에 의한 바이어스 자계를 가하기 위해서 하드바이어스부(12)가 형성된다. 바이어스의 인가 방법으로서는, 하드막을 사용하는 경우에 대하여 설명하였지만, Fe-Mn 등의 반강자성체를 사용한 경우도 같다. MR 소자부(20)는 실드갭(11,14)에 의해서 실드(10,15) 등과 절연되어 있다. 리드부(13)를 통해 전류를 흘리는 것에 의해, MR 소자부(20)의 저항 변화가 읽혀진다.
장래의 하드디스크 드라이브의 고밀도화를 고려하면, 기록 파장을 짧게 할 필요성이 있다. 그 때문에 도 6에 도시한 실드간의 거리(d)를 짧게 할 필요가 있다. 그 때문에 도 6에서 분명한 바와 같이, MR 소자부(20)의 폭을 얇게 할 필요가 있으며, 적어도 20nm 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한 MR 소자부(20)에 있어서, 연자성막의 자화 반전시에 바르크 하우젠 노이즈의 발생을 억제할 필요가 있다. 도 1 내지 도 5에 도시하는 연자성막(3)은 그 자화 용역축이, 검지하여야 할 신호 자계 방향으로 수직이 되도록 구성되어 있는 것이 좋다.
(실시예)
본원 발명의 자기 저항 효과 소자 및 자기 저항 효과형 헤드를 이하 구체적인 실시예를 이용하여 설명한다.
(실시예 1)
기판으로서 MgO(100) 단결정 기판을 사용하여, 초고 진공 증착법으로, 경질 자성막을 사용한 도 1의 타입의 스핀 밸브 소자를 제작하여, MR 특성을 평가하였다. 연자성막(3)으로서는, Ni0.8Fe0.2(조성은 원자 조성비를 나타낸다) 합금을, 경질 자성막(5)으로서는 Co를, 비자성막(4)으로서는 Cu를 금속 반사막으로서 Ag 또는 Au를 사용하였다. 증발원으로서는, Ni-Fe, Co, Pt 인 경우는 전자빔 증발원을, Cu, Ag, Au는 K 셀을 사용하였다.
우선, 처음에, MgO 기판을 초고 진공 증착 장치 내에서 500℃로 유지하고, 기초층으로서 Pt막을 10nm기판에 에피택셜로 형성하였다. 그 후 실온까지 기판을 냉각하여, Cu층을 역시 기초층으로서 5nm 형성하였다. 그 시료를 200℃에서 30분 가열하여, 표면성을 좋게 한 후, 실온에서, 이하의 표 1a에 나타내는 스핀 밸브막을 형성하였다.
Cu 기초막 형성 후의 200℃에서의 열처리는 평활한 표면을 얻기 위해서 중요하고, 이것을 행하지 않은 기초상에 스핀 밸브 소자를 형성하더라도 MR비는 작았다. 또, 표 1a에서는 기판측의 MgO/Pt(10nm)/Cu(5nm)의 기술은 생략되어 있다.
No. 시료 구성 MR비(%)A1 Ni-Fe(3nm)/Cu(2.1nm)/Co(3nm) 2.8A2 Ni-Fe(3nm)/Cu(2.1nm)/Co(3nm)/Ag(2nm) 3.9A3 Ni-Fe(3nm)/Cu(2.1nm)/Co(3nm)/Cu(1.2nm) 2.4A4 Ni-Fe(3nm)/Cu(2.1nm)/Co(3nm)/Cu(1.2nm)/Ag(2nm) 5.1A5 Ni-Fe(3nm)/Cu(2.1nm)/Co(3nm)/Cu(1.2nm)/Pt(2nm) 1.9A6 Ni-Fe(3nm)/Cu(2.1nm)/Co(3nm)/Cu(1.2nm)/Au(2nm) 4.7
성막을 관찰한 RHEED(반사 고속 전자선 회절) 도형에 의하면, 상기의 A1 내지 A6의 모든 시료에 있어서, Ni-Fe, Cu, Co, Pt에서는 (100)면이 기판면(막 표면)에 평행하게 성장했었지만, Ag, Au막에서는 주로 (111)면이 막면에 평행하게 성장하고 있었다.
제작한 소자의 표면을, STM을 사용하여 관찰하였다. 그 결과, 시료(A4)에서는, 100x100옹스트롬의 시야에서 요철이 약 2옹스트롬으로 매우 평활한 표면이 형성되어 있는 부분이 50% 이상 존재하였다. 그것에 대하여 동일하게 하여 관찰한 소자의 표면 거칠기는 시료(A3)에서는 약 7옹스트롬, 시료(A2)에서는 약 3옹스트롬이었다.
이와 같이 제작한 소자의 특성을 실온에서 약 500 Oe의 외부 자계를 인가하여 직류 4단자법으로 평가하였다. 이 평가결과를 표 1a에 나타낸다. 표 1a에서, 단순한 스핀 밸브 구조를 가지는 종래 예의 시료(A1)의 경우에는, MR비는 낮다. 시료(A1)에 금속 반사막인 Ag층을 형성한, 도 1a 의 구성을 가지는 실시예의 시료(A2)에서는 MR비가 약 1%증가하고 있다. 이것에 대하여 Cu 등의 재료로 금속 반사층의 대신으로 하려고해도 비교예 시료(A3)에 나타내는 바와 같이 종래 예의 시료(A1)와 비교하더라도 MR비가 저하하고 있다.
그러나, 도 1b 의 구성에 도시한 바와 같이, Cu층상에 또한, Ag층을 구성하면, 실시예의 시료(A4)에 나타낸 바와 같이, MR비가 실시예의 시료(A2)보다 더욱 커진다. Au도 거의 동등의 효과가 있으며, 실시예의 시료(A6)에 나타낸 바와 같이 MR비가 증대한다. 이 경우에, Ag의 대신에 Pt를 사용하면, 비교예의 시료(A5)에 나타낸 바와 같이 MR비가 저하한다.
이상, 연자성막을 경질 자성막보다 먼저 형성하는 경우에 대하여 서술하였지만, 도 1c 에 도시한 바와 같이 경질 자성막으로 구성하는 경우도 같다. 이 때의 결과를 표 1b에 나타낸다. 표 1b 도 표 1a과 같이, 기판측의 MgO/Pt(10nm)/Cu (5nm)가 생략되어 있다.
No. 시료 구성 MR비(%))A7 Co(3nm)/Cu(2.1nm)/Ni-Fe(3nm) 3A8 Ag(1nm)/Co(3nm)/Cu(2.1nm)/Ni-Fe(3nm) 4.5A9 Ag(1nm)/Cu(1nm)/Co(3nm)/Cu(2.1nm)/Ni-Fe(3nm) 5.5
표 1b에서, 종래의 스핀 밸브막의 시료(A7)와 비교하여, 기판측에 경질 자성막을 형성한 실시예의 시료(A8 및 A9)는 MR비가 큰 것을 알았다.
또한, 이상은 경질 자성막측에, 금속 반사막을 형성한 경우에 대하여 서술하였지만, 연자성막측에 금속 반사막을 형성한 도 2a 와 같은 경우도 같은 효과가 있다. 표 1a, 1b의 경우와 완전히 같게 하여, 표 1c에 나타내는 바와 같은 스핀 밸브 소자를 제작하여 평가하였다.
No. 시료 구성 MR비(%)A10 Co(5nm)/Cu(2.1nm)/Ni-Fe(5nm) 4.0A11 Co(5nm)/Cu(2.1nm)/Ni-Fe(5nm)/Ag(3nm) 5.6A12 Co(5nm)/Cu(2.1nm)/Ni-Fe(5nm)/Cu(1.2nm) 3.2A13 Co(5nm)/Cu(2.1nm)/Ni-Fe(5nm)/Cu(1.2nm)/Ag(3nm) 7.1
표 1c에서, 본 발명의 실시예의 시료(A11, A13)는 종래 예의 시료(A10, A12)보다도 MR비가 높은 것은 분명하다.
표 1c의 경우는 경질 자성층측에서 형성한 경우에 대하여 설명하였지만, 연자성측으로부터 형성한 경우도 완전히 같게 하여 시료를 작성하여 평가하였다. 그 결과를 표 1d에 나타낸다.
No. 시료 구성 MR비(%)A14 Ni-Fe(5nm)/Cu(2.1nm)/Co(5nm) 4.2A15 Ag(1nm)/Ni-Fe(5nm)/Cu(2.1nm)/Co(5nm) 5.5A16 Cu(1nm)/Ni-Fe(5nm)/Cu(2.1nm)/Co(5nm) 3.3A17 Ag(1nm)/Cu(1nm)/Ni-Fe(5nm)/Cu(2.1nm)/Co(5nm) 6.2
표 1d에서, 본 발명의 실시예의 시료(A15, A17)는 종래 예의 시료(A14, A16)보다도 MR비가 높은 것은 분명하다.
다음에, 기초막을 표 1a의 스핀 밸브막과 완전히 같게 하여 형성한 후, 도 3 타입의 듀얼 스핀 밸브막을 형성하였다. 표 1e에 그 시료의 구성과, MR비 측정 결과를 나타낸다.
No. 시료 구성 MR비(%)A18 Co(3nm)/Cu(2.1nm)/Ni-Fe(3nm)/Cu(2.1nm)/Co(3nm) 6.2A19 Ag(1nm)/Co(3nm)/Cu(2.1nm)/Ni-Fe(3nm)/Cu(2.1nm)/Co(3nm)/Ag(1nm) 8.3A20 Ag(1nm)/Cu(1nm)/Co(3nm)/Cu(2.1nm)/Ni-Fe(3nm)/Cu(2.1nm)/Co(3nm)/Cu(1nm)/Ag(1nm) 10.1
표 1e로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 스핀 밸브 소자의 시료(A19, A20)는, 종래의 스핀 밸브 소자의 시료(A18)와 비교하여 MR비가 크다.
(실시예 2)
기판에 Si(111) 단결정 기판을 사용하여, 도 2b 에 도시하는 바와 같은 Ni-Fe/Cu/Co의 스핀 밸브 소자를 초고 진공증착법으로써 형성하였다. 우선 Si 기판을 HF 수용액에 침수되어, 표면의 자연 산화층을 제거한 후, 초고진공 증착 장치에 세트한다. 박막의 형성 방법에 대해서는, 실시예 1에 준하는 방법으로 행하였다.
우선 Si 기판상에, 금속 반사막으로서 Ag층을 7nm 에피택셜 성장시킨 후, 약 100℃에서, 20분간 기판을 유지한다. 그 후, 기판을 실온으로 하여, 비자성막으로서 Cu층을 5nm형성한다. 그 후, 기판을 200℃로 가열하여 20분간 유지하였다.
Ag층 형성 후와 Cu층 형성 후의 기판 가열은 평활한 표면을 얻는데 대단히 중요하다. 그 후 기판을 실온으로 하여, Ni-Fe/Cu/Co/Cu/Ag막을 형성하였다.
이렇게 하여 제작한 스핀 밸브막의 구성과 실시예 1와 같은 방법으로 측정한 MR비를 표 2에 나타낸다. 표 2에서 기판측의 Si/Ag(7nm)/Cu(5nm)는 공통이며 생략되어 있다.
No. 시료 구성 MR비(%)B1 Ni-Fe(2nm)/Cu(3nm)/Co(2nm) 3.4B2 Ni-Fe(2nm)/Cu(3nm)/Co(2nm)/Ag(5nm) 5.2B3 Ni-Fe(2nm)/Cu(3nm)/Co(2nm)/Cu(0.5nm)/Ag(5nm) 6.1B4 Ni-Fe(2nm)/Cu(3nm)/Co(2nm)/Cu(0.5nm)/Au(5nm) 5.8
표 2에서, 실시예의 시료(B1)는 기초막이 금속 반사막으로 되어 있기 때문에, 보통의 MR비를 나타낸다. 그러나, 실시예의 시료(B2)에 나타낸 바와 같이 스핀 밸브막의 양측에 금속 반사막층을 형성하면, 보다 MR비가 커진다. 자성층의 Co층과 금속 반사막층의 Ag층의 계면에 비자성층으로서 Cu층을 삽입하면 더욱 MR비가 커진다(시료 B3). 또 반사막층은 실시예의 시료(B4)에 나타낸 바와 같이 스핀 밸브막의 양측에서, Si 기판상에, 금속 반사막으로서 에피택셜 성장시킨 Ag와 Au와 같이 다른 재료라도 좋고, 막 두께가 달라도 좋다.
(실시예 3)
6원의 타깃을 사용한 RF 마그네트론 스팩터 장치를 사용하여, 수냉 글라스 기판상에, 3nm의 두께의 Ta 기초층을 통해 도 4a 의 구성의 자기 저항 효과 소자를 제작하였다. 도 4a 의 금속 반사막의 구성을 여러가지로 바꿔 여러가지의 소자를 제작하여, 실시예 1와 같은 방법으로 MR비를 평가하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다. (각 합금의 조성은 타깃의 원자 조성비로 나타내고 있다. )
No. 시료 구성 MR비(%)C1 Ni0.8Co0.1Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 4.0C2 Cu(1nm)/Ni0.8Co0.1Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 3.3C3 Ag(1nm)/Ni0.8Co0.1Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 5.2C4 Ag(1nm)/Cu(1nm)/Ni0.8Co0.1Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 6.1C5 Au(1nm)/Cu(1nm)/Ni0.8Co0.1Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 5.8C6 Bi(1nm)/Cu(1nm)/Ni0.8Co0.1Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 5.1C7 Sn(1nm)/Cu(1nm)/Ni0.8Co0.1Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 4.8C8 Pb(1nm)/Cu(1nm)/Ni0.8Co0.1Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 5.2
표 3에서는, 종래 예의 시료(C1, C2)의 스핀 밸브막과 비교하여, 금속 반사막을 사용한 본 발명의 실시예의 시료(C3 내지 C8)가 보다 큰 MR비를 나타내는 것을 알 수 있다. 금속 반사막의 재료로서는, Au, Ag, Bi, Sn, Pb 등이 적당하지만, 특히 Au, Ag, 특히 Ag가 우수하다.
다음에 본 발명의 시료(C3, C4)와 종래예의 시료(C1)의 막을 MR 소자부(20)로서 사용하여, 도 6에 도시하는 바와 같은 MR 헤드를 구성하여, 특성을 평가하였다. 이 경우, 기판으로서는 Al2O3-TiC 기판을 사용하고, 하부 실드(10), 상부 실드(15)의 재료에는 Ni0.8Fe0.2합금을 사용하여, 하부 실드갭(11), 상부 실드갭(14)에는 Al2O3을 사용하였다. 또한 하드바이어스부(12)에는 Co-Pt 합금을 사용하며, 리드부(13)를 Au로 구성하였다. 또한, 연자성층의 자화 용역 방향이 검지하여야 할 신호 자계 방향과 수직이 되도록, 반강자성체막으로부터 교환 이방성을 받은 자성막의 자화 용역축의 방향이, 검지하여야 할 신호 자계 방향과 평행하게 되도록 자성막 이방성을 부여하였다.
이를 위한 방법으로서, 자성막을 성막할 때, 막면 내에서 이방성을 부여하고자 하는 방향으로, 영구 자석으로 자계를 부여하여 성막하였다. 이들 헤드에 약 20Oe의 교류 신호 자계를 인가하여 양 헤드의 출력을 평가한 바, 본 발명의 MR 헤드의 시료(C3, C4)의 출력은 종래의 MR 소자의 시료(C1)를 사용한 헤드와 비교하여 각각 약 30%,60% 고출력이었다.
(실시예 4)
6원의 타깃을 사용한 RF 마그네트론 스팩터 장치를 사용하여, 수냉 글라스 기판상에, 실시예 3과 같은 방법으로, 도 4b 의 구성의 자기 저항 효과 소자를 제작하였다. 실시예 1와 같은 방법으로 MR비를 평가하였다. 그 결과를 표 4a 에 나타낸다. (각 합금의 조성은 타깃의 원자 조성비로 나타내고 있다.)
No. 시료 구성 MR비(%)D1 Nio(50nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm) 4.0D2 NiO(50nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm)/Ag(3nm) 5.5D3 NiO(50nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1 3.3D4 NiO(50nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm)/Cu(1nm)/Ag(3nm) 6.3
표 4a에서는, 종래 예의 시료(D1, D3)의 스핀 밸브막과 비교하여, 금속 반사막을 사용한 본 발명의 실시예의 시료(D2, D4)가 보다 큰 MR비를 나타내는 것을 알 수 있다.
다음에, 반강자성체막측에 금속 반사막을 형성한 타입의 스핀 밸브막도 표 4a의 시료와 완전히 같게 하여 작성하였다.
No. 시료 구성 MR비(%)D5 Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2.5nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 3.3D6 Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2.5nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Ag(1nm) 4.0D7 Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2.5nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1nm) 2.4D8 Ni0.8Fe0.2/Cu(2.5nm)/Co(2nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1nm)/Ag(1nm) 4.8
표 4b에서는, 종래 예의 시료(D5, D7)의 스핀 밸브막과 비교하여, 금속 반사막을 사용한 본 발명의 실시예의 시료(D6, D8)가 보다 큰 MR비를 나타내는 것을 알 수 있다.
다음에 종래 예의 시료(D1) 및 본 발명의 실시예의 시료(D2, D4)의 막을 MR 소자부(20)로서 사용하여, 도 6에 도시하는 바와 같은 MR 헤드를 구성하여, 특성을 평가하였다. 이 경우, 기판으로서는 Al2O3-TiC 기판을 사용하고, 하부 실드(10), 상부 실드(15)의 재료에는 Ni0.8Fe0.2합금을 사용하며, 하부 실드갭(11)은 절연막인 NiO막(50nm)을 소자 부분과 공용으로 하여, 상부실드갭(14)에는 Al2O3을 사용하였다. 또한 하드바이어스부(12)에는 Co-Pt 합금을 사용하여, 리드부(13)를 Au로 구성하였다. 또한, 연자성층의 자화 용역 방향이 검지하여야 할 신호 자계 방향과 수직이 되도록, 반강자성체막으로부터 교환 이방성을 받은 자성막의 자화 용역축의 방향이, 검지하여야 할 신호 자계 방향과 평행하게 되도록 자성막 이방성을 부여하였다.
이를 위한 방법으로서, 자성막을 성막할 때, 막면 내에서 이방성을 부여하고자 하는 방향으로, 영구 자석으로 자계를 부여하여 성막하였다. 이들 시료(D2, D4)의 헤드에 약 20 Oe의 교류 신호 자계를 인가하여 양 헤드의 출력을 평가한 바, 본 발명의 MR 헤드의 시료(D2, D4)의 출력은 종래의 MR 소자의 시료(D1)를 사용한 헤드와 비교하여 각각 약 35%,50% 고출력이었다.
(실시예 5)
6원의 타깃을 사용한 RF 마그네트론 스팩터 장치를 사용하여, 수냉 글라스 기판상에, 도 5의 구성의 자기 저항 효과 소자를 제작하였다. 실시예 1와 같은 방법으로 MR비를 평가하였다. 그 결과를 표 5에 나타낸다. (각 합금의 조성은 타깃의 원자 조성비로 나타내고 있다. )
No. 시료 구성 MR비(%)E1 NiO(50nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 6E2 NiO(50nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Ag(3nm) 8.3E3 NiO(50nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1nm) 4.4E4 NiO(50nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1nm)/Ag(3nm) 9.9
표 5에서는, 종래 예의 시료(E1, E3)의 스핀 밸브막과 비교하여, 금속 반사막을 사용한 본 발명의 실시예의 시료(E2, E4)가 보다 큰 MR비를 나타내는 것을 알 수 있다.
다음에 종래 예의 시료(E1) 및 본 발명의 실시예의 시료(E2, E4)의 막을 MR 소자부(20)로서 사용하여, 도 6에 도시하는 바와 같은 MR 헤드를 구성하여, 특성을 평가하였다. 이 경우, 기판으로서는 Al2O3-TiC 기판을 사용하고, 하부 실드(10), 상부 실드(15)의 재료에는 Ir0.2Mn0.8합금을 사용하여, 하부 실드갭(11)은 절연막인 NiO막(50nm)을 소자 부분과 공용으로 하여, 상부실드갭(14)에는 Al2O3을 사용하였다. 또한 하드바이어스부(12)에는 Co-Pt 합금을 사용하여, 리드부(13)를 Au로 구성하였다. 또한, 연자성층의 자화 용역 방향이 검지하여야 할 신호 자계 방향과 수직이 되도록, 반강 자성체막으로부터 교환 이방성을 받은 자성막의 자화 용역축의 방향이, 검지하여야 할 신호 자계 방향과 평행하게 되도록 자성막 이방성을 부여하였다.
이를 위한 방법으로서, 자성막을 성막할 때, 막면 내에서 이방성을 부여하고자 하는 방향으로, 영구 자석으로 자계를 부여하여 성막하였다. 이들 헤드에 약 20Oe의 교류 신호 자계를 인가하여 양 헤드의 출력을 평가한 바, 본 발명의 MR 헤드의 시료(E2, E4)의 출력은 종래의 MR 소자의 시료(E1)를 사용한 헤드와 비교하여 각각 약 40%,80% 고출력이었다.
(실시예 6)
6원의 타깃을 사용한 RF 마그네트론 스팩터 장치를 사용하여, 수냉 글라스 기판상에, 표 6에 나타내는 구성의 자기 저항 효과 소자를 제작하였다. 실시예 1와 같은 방법으로 MR비를 평가하였다. 그 결과를 표 6에 나타낸다. (각 합금의 조성은 타깃의 원자 조성비로 나타내고 있다. )
No. 시료 구성 MR비(%)F1 Ir0.2Mn0.8(8nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 4.5F2 Ag(3nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Ag(3nm) 5.5F3 Cu(1nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1nm) 3.9F4 Ag(3nm)/Cu(1nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1nm)/Ag(3nm) 7.1
표 6에서는, 종래 예의 시료(F1, F3)의 스핀 밸브막과 비교하여, 금속 반사막을 사용한 본 발명의 실시예의 시료(F2, F4)가 보다 큰 MR비를 나타내는 것을 알 수 있다.
(실시예 7)
6원의 타깃을 사용한 RF 마그네트론 스팩터 장치를 사용하여, 수냉 글라스 기판상에, 실시예 3와 같은 방법으로, 도 4b 의 구성의 자기 저항 효과 소자를 제작하였다. 실시예와 같은 방법으로 MR비를 평가하였다. 그 결과를 표 7에 나타낸다. (각 합금의 조성은 타깃의 원자 조성비로 나타내고 있다.)
No. 시료 구성 MR비(%)G1 Fe2O3(50nm)/Co(5nm)/Cu(2.2nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm) 3.8G2 Fe2O3(50nm/Co(5nm)/Cu(2.2nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm)/Ag(2nm) 5.4G3 Fe2O3(50nm)/Co(5nm)/Cu(2.2nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm)/Cu1nm) 3.1G4 Fe2O3(50nm)/Co(5nm)/Cu(2.2nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(5nm)/Cu(1nm)/Ag(2nm) 6.2G5 Fe2O3(50nm)/Co(5nm)/Cu(2.2nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(2nm)/Cu(1nm)/Ni0.3Co0.6Fe0.1(2nm)/Cu(1nm)/Ag(2nm) 6.0
표 7에서는, 종래 예의 시료(G1, G3)의 스핀 밸브막과 비교하여, 금속 반사막을 사용한 본 발명의 실시예의 시료(G2, G4, G5)가 보다 큰 MR비를 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예의 시료(G5)는 시료(G4)와 비교하여, MR비는 그다지 차이가 없지만, 연자성층의 유지력이 약 100e에서 50e로 내려 갔다. 이와 같이, 연자성층을, 비자성막을 사이에 두고 적층된 2층 이상 자성막으로 구성함에 의해, 연자기 특성을 개선하여, 자계 감도를 상승시킬 수 있다.
다음에 종래 예의 시료(G1) 및 본 발명의 실시예의 시료(G2, G4)의 막을 MR 소자부(20)로서 사용하여, 도 6에 도시하는 바와 같은 MR 헤드를 구성하여, 특성을 평가하였다. 이 경우, 기판으로서는 Al2O3-TiC 기판을 사용하며, 하부 실드(10), 상부 실드(15)의 재료에는 Ni0.8Fe0.2합금을 사용하고, 실드갭(11)은 절연막인 막Fe2O3(50nm)을 소자 부분과 공용으로 하여, 상부 실드갭(14)에는 Al2O3을 사용하였다. 또한 하드바이어스부(12)에는 Co-Pt 합금을 사용하며, 리드부(13)를 Au로 구성하였다. 또한, 연자성층의 자화 용역 방향이 검지하여야 할 신호 자계 방향과 수직이 되도록, 반강자성체막으로부터 교환 이방성을 받은 자성막의 자화 용역축의 방향이, 검지하여야 할 신호 자계 방향과 평행하게 되도록 자성막에 이방성을 부여하였다.
이를 위한 방법으로서, 자성막을 성막할 때, 막면 내에서 이방성을 부여하고자 하는 방향으로, 영구 자석으로 자계를 부여하여 성막하였다. 이들 시료(G2, G4)의 헤드에 약20 Oe의 교류 신호 자계를 인가하여 양 헤드의 출력을 평가한 바, 본 발명의 시료의 G2, G4와 관계되는 MR 헤드의 출력은 종래의 시료(G1)를 사용한 헤드와 비교하여 각각 약 30%,45% 고출력이었다.
(실시예 8)
6원의 타깃을 사용한 RF 마그네트론 스팩터 장치를 사용하여, 수냉 글라스 기판상에, 도 5의 구성의 자기 저항 효과 소자를 제작하였다. 실시예 1와 같은 방법으로 MR비를 평가하였다. 그 결과를 표 8에 나타낸다. (각 합금의 조성은 타깃의 원자 조성비로 나타내고 있다.)
No. 시료 구성 MR비(%)H1 Fe2O3(50nm)/Ni0.8Fe0.2(4nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(6nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 5.5H2 Fe2O3(50nm)/Ni0.8Fe0.2(4nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(6nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Ag(3nm) 7.5H3 Fe2O3(50nm)/Ni0.8Fe0.2(4nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(6nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1nm) 4.1H4 Fe2O3(50nm)/Ni0.8Fe0.2(4nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(6nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1nm)/Ag(3nm) 9.0H5 Fe2O3(50nm)/Ni0.8Fe0.2(4nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(1.5nm)/Cu(0.8nm)/Ni0.8Fe0.2(1.5nm)/Cu(0.8nm)/Ni0.8Fe0.2(1.5nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1nm)/Ag(2nm) 9.2
표 8에서는, 종래 예의 시료(H1, H3)의 스핀 밸브막과 비교하여, 금속 반사막을 사용한 본 발명의 실시예의 시료(H2, H4, H5)가 보다 큰 MR비를 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예의 시료(H5)는, H4와 비교하여, MR비는 그다지 차이가 없지만, 연자성층의 유지력이 약 90e에서 30e로 내려 갔다. 이와 같이, 연자성층을, 비자성막을 사이에 두고 적층된 2층 이상 자성막으로 구성함에 의해, 연자기 특성을 개선하여, 자계 감도를 상승시킬 수 있다.
다음에 종래 예의 시료(H1) 및 본 발명의 실시예의 시료(H2, H4)의 막을 MR 소자부(20)로서 사용하여, 도 6에 도시하는 바와 같은 MR 헤드를 구성하여, 특성을 평가하였다. 이 경우, 기판으로서는 Al2O3-TiC 기판을 사용하고, 하부 실드(10), 상부 실드(15)의 재료에는 Ni0.8Fe0.2합금을 사용하여, 하부 실드갭(11)은 절연막인 Fe2O3(50nm)을 소자 부분과 공용으로 하여, 상부 실드갭(14)에는 Al2O3을 사용하였다. 또한 하드바이어스부(12)에는 Co-Pt 합금을 사용하여, 리드부(13)를 Au로 구성하였다. 또한, 연자성층의 자화 용역 방향이 검지하여야 할 신호 자계 방향과 수직이 되도록, 반강자성체막으로부터 교환 이방성을 받은 자성막의 자화 용역축의 방향이, 검지하여야 할 신호 자계 방향과 평행하게 되도록 자성막 이방성을 부여하였다.
이를 위한 방법으로서, 자성막을 성막할 때, 막면 내에서 이방성을 부여하고자 하는 방향으로, 영구 자석으로 자계를 부여하여 성막하였다. 이들 시료(H2, H4)의 헤드에 약 20 Oe의 교류 신호 자계를 인가하여 양 헤드의 출력을 평가한 바, 본 발명의 시료(H2, H4)와 관계되는 MR 헤드의 출력은 종래의 MR 소자의 시료(H1)를 사용한 헤드와 비교하여 각각 약 30%,70% 고출력이었다.
(실시예 9)
사파이어(11-20) 기판을 사용하여, rf 스팩터법을 사용하여 α-Fe2O3막을 100nm의 두께로 형성하였다. 그 후 시료를 초고 진공 증착 장치로 옮기고, RHEED 관찰한 바 기판과 동방향에 α-Fe2O3가 에피택셜 성장하고 있었다. 계속해서 초고 진공 증착 장치 내에서 Co, Cu, Ni-Fe, Cu, Ag막을 제작하여, 실시예 1와 같은 방법으로 MR 특성을 평가하였다. 그 결과를 표 9에 나타낸다.
No. 시료 구성 MR비(%)I1 Fe2O3(100nm)/Co(3nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm) 5.1I2 Fe2O3(100nm)/Co(3nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Ag(3nm) 7.3I3 Fe2O3(100nm)/Co(3nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(1nm) 3.4I4 Fe2O3(100nm)/Co(3nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Cu(1nm)/Ag(3nm) 9.2I5 Fe2O3(100nm)/Co(3nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Co(0.6nm)/Cu(1nm)/Ag(3nm) 11.1I6 Fe2O3(100nm)/Co(3nm)/Cu(2nm)/Co(0.6nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Co(0.6nm)/Cu(1nm)/Ag(3nm) 12.1I7 Fe2O3(100nm)/Co(3nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(5nm)/Co(0.6nm)/Cu(1nm) 3.3
표 9에서는, 종래 예의 시료(I1, I3)의 스핀 밸브막과 비교하여, 금속 반사막을 사용한 본 발명의 실시예의 시료(I2, I4)가 보다 큰 MR비를 나타내는 것을 알 수 있다. 또한 Co층으로 이루어지는 계면 자성층을 비자성층과 자성층의 계면에 삽입함에 의해 더욱 MR비가 커지는 것은 실시예의 시료(I5, I6)에서 분명하다. 한편, 비교예의 시료(I7)의 경우에는 시료(I3)의 경우와 비교하여 거의 MR비에 변화가 없다. 이 원인은, Cu 표면에서의 전자의 경면 반사가 거의 없기 때문에, Co/Cu 계면에서 스핀 방향에 의존한 산란이 거의 증가하지 않기 때문이라고 생각된다.
또한, 실시예의 시료(I5, I6)에서는 계면 자성층이 Co층인 경우에 대하여 설명하였지만, Co 고농도의 Co-Fe 합금을 사용한 경우도 거의 같은 효과가 얻어진다.
(실시예 10)
실시예 9와 같이 하여, rf 스팩터법을 사용하여, 사파이어(11-20) 기판상에 50nm의 두께의 α-Fe2O3막을 에피택셜 성장시키었다. 계속해서 같은 rf 스팩터법으로 Co, Cu, Ni-Fe, Cu, Ag, Ir-Mn막을 제작하여, 실시예 1와 같은 방법으로 MR 특성을 평가하였다. 그 결과를 표 10에 나타낸다.
No. 시료 구성 MR비(%)J1 Fe2O3(50nm)/Co(4nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(6nm)/Cu(2nm)/Co(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm) 5.8J2 Fe2O3(50nm)/Co(4nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(6nm)/Cu(2nm)/Co(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Ag(3nm) 8.2J3 Fe2O3(50nm)/Co(4nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(6nm)/Cu(2nm)/Co(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1.5nm) 4.9J4 Fe2O3(50nm)/Co(4nm)/Cu(2nm)/Ni0.8Fe0.2(6nm)/Cu(2nm)/Co(5nm)/Ir0.2Mn0.8(8nm)/Cu(1.5nm)/Ag(3nm) 10.3
표 10에서는, 종래 예의 시료(J1, J3)의 스핀 밸브막과 비교하여, 금속 반사막을 사용한 본 발명의 실시예의 시료(J2, J4)가 보다 큰 MR비를 나타내는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 스핀 밸브형 자기 저항 효과 소자는, 종래의 스핀 밸브형 자기 저항 효과 소자와 비교하여 큰 MR비가 얻어진다. 그로 인해, 자기 헤드로서 사용한 경우, 보다 큰 재생 출력을 얻을 수 있다.

Claims (38)

  1. 비자성층을 사이에 두고 적층되어 재향면상에 제1 자성면과 제2 자성면을 갖는 자성체를 형성하는 2개 이상의 자성층과;
    상기 제1 자성면과 제2 자성면중 적어도 하나와 접촉하는데 제1 금속면을 구비하고 전자의 스핀 방향을 유지한 채 전도 전자(conduction electrons)를 반사하기 쉽게 형성된 전도 전자의 금속 반사층을 포함하며,
    상기 금속반사층의 제2 금속도면의 적어도 10%는 0.3nm 이하의 요철부를 가지며, 상기 제2 금속면은 전자의 스핀 방향을 유지한 채 전도 전자를 반사시키기쉬우며, 상기 금속 반사층은 Ag, Au, Bi, Su 및 Pb중 적어도 하나를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 반사층과 자성층 사이에 비자성층을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 비자성막은 Cu이며, 상기 금속 반사막은 Ag, Au, Bi, Sn, Pb 중 어느 하나 이상을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 금속 반사층을 사이에 두고 접하는 자성층은 Co 또는 Co 고농도의 Co-Fe 합금을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 자성층은 자성층과, Co 또는 Co 고농도의 Co-Fe 합금을 주성분으로 하는 계면 자성층의 적어도 2층으로 구성되며, 상기 계면 자성층은 상기 비자성층을 사이에 두고 상기 금속 반사막과 접하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 비자성층을 사이에 두고 상기 금속 반사층과 접하고 있는 자성층은 연자성층을 삽입한 Co 또는 Co 고농도의 Co-Fe 합금을 주성분으로 하는 계면 자성층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 비자성막은 Cu이며, 상기 금속 반사막은 Ag, Au, Bi, Sn, Pb 중 어느 하나 이상을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 반사막과 직접 접하는 자성막은 Co 또는 Co 고농도의 Co-Fe 함금을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 자성막은 자성층과, Co 또는 Co 고농도의 Co-Fe 합금을 주성분으로 하는 계면 자성층의 적어도 2층으로 구성되며, 상기 계면 자성층은 직접 상기 금속 반사막과 접하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  10. 제 1 항에 있어서, 직접 상기 금속 반사막과 접하고 있는 상기 자성막은 연자성층을 삽입한 Co 또는 Co 고농도의 Co-Fe 합금을 주성분으로 하는 계면 자성층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  11. 제 1 항에 있어서, 적어도 2개의 상기 자성막 중, 적어도 하나의 자성막의 보자력은 다른 자성막과 다른 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 비자성막을 사이에 두고 적층된 제 1 및 제 2 자성막과, 상기 제 1 자성막과 접하여 상기 비자성막과 반대측에 형성된 반강자성체와, 상기 제 2 자성막과 접하여 상기 비자성막과 반대측에 형성된 금속 반사막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 금속 반사막과 자성막의 사이에 비자성막을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 반강자성막은 산화물인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 반강자성체막은 Ni-O인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 반강자성체막은 α-Fe2O3인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 자성막은 비자성막을 사이에 두고 적층된 2층 이상의 자성막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 반강자성체막은 기판에 에피택셜하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  19. 제 1 항에 있어서, 제 1 자성막, 상기 비자성막, 제 2 자성막, 반강자성체막 및 상기 금속 반사막은 순차 형성되는 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 반강자성체막과 금속 반사막 사이에 비자성막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 반강자성체막은 Ir-Mn 합금인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 반강자성체막은 Ir-Mn 합금인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  23. 제 1 항에 있어서, 기판상에, 직접 또는 기초막을 사이에 두고, 제 1 반강자성체막, 자성막, 비자성막, 연자성막, 비자성막, 자성막, 제 2 반강자성체막 및 금속 반사막이, 순차 적층되어 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 제 2 반강자성체막과 금속 반사막 사이에 비자성막을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 제 2 반강자성체막은 Ir-Mn 합금인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  26. 제 23 항에 있어서, 제 1 반강자성체막은 산화물인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 제 1 반강자성체막은 Ni-O인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  28. 제 23 항에 있어서, 상기 연자성막은 비자성막을 사이에 두고 적층된 2층 이상의 자성막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반강자성체막 내의 적어도 한쪽은 Ir-Mn 합금인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  30. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 반강자성체막은 α-Fe2O3인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 제 1 반강자성체막은 기판에 에피택셜하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  32. 제 23 항에 있어서, 상기 제 2 반강자성체막은 Ir-Mn 합금인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  33. 제 1 항에 있어서, 기판상에, 직접 또는 기초막을 통해, 금속 반사막, 제 1 반강자성체막, 자성막, 비자성막, 연자성막, 비자성막, 자성막, 제 2 반강자성체막 및 금속 반사막을 순차 적층하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 반강자성체막과 상기 금속 반사막 사이의 적어도 한쪽에 비자성막을 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  35. 제 1 항에 있어서, 상기 비자성막은 기판에 에피택셜하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  36. 제 35 항에 있어서, 박막 성장 방향과 수직으로 상기 비자성막의 (100)면이 에피택셜 성장하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  37. 제 35 항에 있어서, MgO(100) 기판상에, Pt 기초층을 사이에 두고 상기 비자성막이 에피택셜 성장하고 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  38. 비자성막을 사이에 두고 적층된 2개 이상의 자성막과, 상기 자성막의 가장 외측 자성막의 적어도 한쪽에, 상기 자성막과 접하여 비자성막과 반대측에 형성된, 전자의 스핀 방향을 유지한 채로 반사 산란이 생기기 쉬운 금속 반사막을 가지는 자기 저항 효과 소자와,
    상기 자기 저항 효과 소자에 전류를 공급하는 리드부를 구비하며,
    상기 자기 저항 소자의 유지력이 가장 작은 자성막 또는 반강자성체와 접하지 않는 자성막의 자화 용이축이, 검지하여야 할 신호 자계 방향으로 수직이 되도록 구성된 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과형 헤드.
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