KR100302691B1 - 자기저항성센서 - Google Patents

Abstract

자기저항성 스핀-밸브 센서가 개시된다. 이러한 센서는 GMR 센서 또는 자기저항성 자기 저항성 센서로 알려져 있다. 센서의 층들(24 26, 28)은 한 면 상에 스텝 또는 테라스를 가진 기판(20) 상에 장착된다. 기판 표면의 스텝 또는 테라스는 센서의 하나 이상의 강자성 층(24, 28)과 함께 그 층들의 자기 특성을 결정한다. 구체적으로, 하나 이상의 센서 층의 두께는 특정 물질 층의 단일축 자화 용이방향의 고정 여부를 결정하는 임계 두께 보다 크거나 작게 될 수 있다. 이중, 고정되는 층은 큰 보자계를 갖게 된다. 따라서, 본 발명의 장치에서는 자기 층들 중의 어떤 것을 고정시키기 위한 바이어싱 층이 필요없게 된다. 바람직하게는, 제1의 두 강자성 층(24,28)의 용이축들이 층 두께의 적정한 선정에 의해 영의 자계인가 상태에서 서로에 대해 90˚ 로 설정된다. 센서의 제조 방법 및 센서의 사용범위들이 개시된다.

Description

자기저항성 센서

종래 기술은 높은 선형 밀도로 자기 표면으로부터 데이터를 판독할 수 있는 자기저항성(MR) 센서 또는 헤드로서 언급되는 자기 판독 트랜스듀서를 개시한다.

MR 센서는 자기 물질로 제조된 판독 소자의 저항 변화를 통해, 판독 소자에 의해 감지되는 자속의 세기 및 방향의 함수로서 자계 신호를 검출한다. 이들 종래의 MR 센서는 판독 소자의 저항이 판독 소자를 통한 감지 전류 흐름의 방향과 자화 방향사이의 각도의 코사인 제곱으로 변한다고 하는 이방성 자기저항성(AMR) 효과에 기초하여 동작한다. AMR 효과는 "Memory, Storage, and Related Applications, D.A.Thomson et a1., IEEE Trans. Alag. MAG-11, p.1039 (1975)"를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 수 있을 것이다.

최근에는, 층형 자기 센서의 저항 변화가 비-자기 층을 통한 자기 층들 간의 전도 전자의 스핀-종속 전달(spin-dependent transmission of the conduction electrons)과 이에 수반되는 층 표면 및 강자성 층 내에서의 전자 스핀-종속 산란(spin-dependent scattering of electrons)에 기인한다고 하는 더욱 현저한 자기저항성 효과가 알려지고 있다. 이러한 자기저항성 효과는 "자이언트 자가저항성(GMR)" 또는 "스핀 밸브"효과로서 다양하게 언급되고 있다. 적당한 물질로 제조된 이러한 자기저항성 센서는 AMR을 이용하는 센서가 감지할 수 있는 것보다 더 큰 저항 변화와 개량된 감도를 제공한다. 이같은 유형의 MR 센서에서는, 비-자기 층에 의해 분리된 한 쌍의 강자성 층들간의 동-평면 저항(in-plane resistance)이 그들 두 층에서의 자화 방향간의 각도의 코사인(cos)으로 변한다.

그룬베르그(Grunberg)의 미국 특허 제4,949,039호에는 자기 층들 내에서 자화의 역평행 정렬에 의해 MR 효과가 향상되는 층형 자기 구조가 개시되고 있다.

그룬베르그의 특허에서는 반강자성유형의 교환 결합(antiferromagnetic-type exchange coupling)을 이용하여 강자성 물질의 인접 층들이 Cr 또는 Y의 얇은 중간 층에 의해 분리되는 역평행 정렬을 얻는 것에 대해서 설명하고 있다.

디니(Dieny)의 미국 특허 제5,206,590호에는 두개의 결합되지 않은 강자성층들 간의 저항이 그들 두 층의 자화 방향간의 각도의 코사인으로서 변하는 것으로 관찰되는 MR 센서가 개시되고 있다. 이 메카니즘에 의하면, 스판 밸브 효과에 기초하며 또한 물질들의 선택된 조합들에 대해서 AMR 보다 크기가 큰 자기저항이 생성된다.

디니의 미국 특허 제5,159,513호애는 비자기 금속 물질의 박막층에 의해서 분리되고 적어도 하나는 코발트 또는 코발트 합금을 갖는 강자성 물질의 두 박막층을 포함하는 상술한 효과에 기초한 MR 센서가 개시된다. 한 자기 층의 자화는 반강자성 층(미국 특허 제5,159,513호의 도 2의 소자(18))에 대한 교환 결합에 의해 영의 외부 인가 자계에서 다른 강자성 층의 자화에 대해 수직하게 유지된다.

공개된 유럽 특허원 EP-A-0 585 009에는 반강자성 층과 이에 인접하는 자기적 연성(soft) 층이 상호 협동하여 강자성 층의 자화를 고정(fix or pin)시키는 스핀 밸브 효과가 개시된다. 자기적 연성 층은 반강자성 층에 의해 제공되는 교환 결합을 증강시킨다.

상기한 미국 특허 및 유럽 특허에 개시된 스핀 밸브 구조에서는, 두 강자성층들 중의 한 층의 자화 방향을 선택된 방향으로 고정시켜 비신호 조건 하에서 다른 강자성 층, 즉 자유 층의 자화 방향이 고정 층의 자화 방향에 대해 수직하게 또는 역평행하게 되도록 해야 한다. 외부 자기 신호가 센서에 인가되면 비고정 또는 자유 층의 자화 방향이 고정 층의 자화 방향에 대해서 회전한다. 센서의 출력은 회전량에 의존한다. 고정 층의 자화 방향을 유지하기 위해서는 자화 방향을 고정시키는 수단이 필요하다. 예를 들어, 상기한 종래 기술 문헌에서 설명한 바와 같이, 반강자성 물질의 부가적인 층이 고정 강자성 층에 인접하게 형성되어 교환 결합된 바이어스계(bias field)를 제공함으로써 고정될 수 있다. 한편, 인접하는 자기적 강성 층이 이용되어 고정 층에 대한 강한 바이어스를 제공할 수도 있다.

강자성 층에 고정 방향을 제공하는 다른 방법은 케인(Cain) 등의 미국 특허 제5,301,079호에 개시된다. 스핀 밸브 효과에 근거한 자기저항성 판독 센서가 개시되는데, 이것에서는 센서 소자에 흐르는 감지 전류가 자화 용이축(magnetic easy axis)에 대해 반대 방향으로 동일한 각도 θ로 각 강자성 층의 자화 방향을 설정하는 바이어스계를 발생함으로써, 인가된 자기 신호가 없을 때 2θ의 각도 분리를 제공한다. 이 센서에 감지할 자기 신호를 인가하면 각 강자성 층의 자화 방향의 회전이 더욱 증대되는데, 이들 두 증대하는 회전들의 방향들은 반대이다.

상기한 종래 기술에 관련하여, 본 발명의 주 목적은 하나 이상의 강자성 층의 자화 방향을 고정시기는데 있어서、반강자성 층, 강한 바이어싱 또는 바이어스 전류 발생 회로가 전혀 필요없는 스핀 밸브 효과에 근거한 MR 센서를 제공하는 것이다.

본 발명은 일반적으로 자기저항성 센서(magnetoresistive sensor), 특히 소위 "스핀-밸브(spin-valve)'' 또는 "자이언트 자기저항성(giant magnetoresistive : GMR)" 효과에 기초를 두고 있는 자기저항성 센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 저장된 정보를 판독하기 위한 그러한 센서를 구비하고 있는 저장 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 자기저항성 센서는 한정된 구역에서 자계를 검출하는 어떠한 국부 측정(localized measurelnent) 분야에도 적용이 가능하다.

도 1은 종래의 스핀-밸브 센서의 기본 구성을 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 스핀-밸브 센서의 기본 구성을 도시한 도면.

도 3-4는 본 발명에 따른 기판을 3차원적으로 도시한 도면.

도 5-12는 본 발명에 따른 기판의 단면도.

도 13은 강자성 층의 고정 세기를 예시하는 그 층의 보자계를 도시한 도면.

도 14a-c는 본 발명에 따라 고정된 강자성 층 및 자유층의 히스테리시스 루프를 도시한 도면.

도 15a-b는 스핀-밸브 센서의 자유층 및 고정층의 자화 이미지를 도시한 도면.

[발명의 개요]

상기 및 기타 다른 목적 및 장점은 특허 청구 범위에 기재한 본 발명의 원리에 따라 달성된다.

본 발명에 따르면, 기판의 토폴로지(topology)는 기판의 표면이 평행 상부표면들을 가진 일련의 스텝 또는 테라스를 형성하는 영역들로 이루어지도록 구성된다. 이러한 스텝은 기판의 표면에 걸쳐서 한 방향으로 또는 2 이상의 방향으로 형성될 수 있다. 이러한 스텝은 전체적으로 기판의 표면이 특정한 한 영역의 상부에 의해 정의된 "레벨(level)"에 관련하여 한 방향으로 또는 2 이상의 방향으로 경사지게 한다. 상기의 기판으로는, 상부 표면이 각도적으로 가장 근접한 결정학적 평면에 비평행하게 잘려진 "미스컷(miscut)''. 결정 기판이 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 스핀 밸브 센서는 기판을 포함하는데, 이 기판의 표면 상에 평균 길이가 바람직하게는 10 내지 1000Å인 다수의 스텝이 형성되어 있으며, 이러한 기판 위에 센서 제1 강자성 층이 장착된다. 이러한 센서의 강자성 층의 두께가 층의 자화 방향이 고정되게 한다. 이방성에 의해 한 방향이 선정되는 고정층은 사용시 겪게되는 자계의 영향에 의해서도, 방향이 변하지 않을 정도의 충분히 큰 보자계(coercive field)를 갖는 층이다. 평균 스텝 높이는 1.5 내지 30Å(0.15-3.0nm)인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 스핀 밸브 센서가 기판을 포함할 수 있는데, 이 기판의 표면 상에는 스텝 길이 대 스텝 높이의 평균 비가 5 내지 570인 다수의 스텝이 형성되어 있으며, 이러한 기판 위에는 센서 제1 강자성 층이 장착된다. 이러한 센서의 강자성 층 두께는 층의 자화 방향이 고정되게 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 스핀 밸브 센서가 결정 기판을 포함할 수 있는데, 센서 층들이 장착된 이러한 기판의 표면은 그 기판의 결정학적 평면들 중의 어느것과도 동평면을 이루지 않는다. 이러한 센서의 강자성 층 두께가 층의 자화 방향을 고정시킨다. 이러한 센서에 있어서, 센서의 층들이 위에 장착되어 있는 결정학적 기판의 면은 바람직하게는 법선 결정 기판의 최근접 결정 축에 대해 적어도 0.1˚바람직하게는 적어도 0.5˚의 각도를 이루는 평면내에 놓인다.

상기한 최근접 축은 최근접 주 결정 평면의 축을 일컫는 것이다. 이러한 최근접 주 평면은 법선이 결정의 표면이 놓이는 평면의 수직 방향에 가장 가깝게 되는 결정학적 평면들 중의 하나이다. 주 결정 평면의 법선들 즉 예를 들어 3 보다작은 밀러 지수(miller, indices)의 규약에 의해 표기되는 것들( ＜100＞ 방향, [1-10], [110] , [211] , [221] 등)이 서로에 대해 약 15˚의 각도를 이루므로 기술자들은 기판의 면에 대한 주어진 또는 바람직한 법선에 가장 근접한 결정 평면을 쉽게 결정할 수 있다.

결정의 최근접 원자 평면의 방향에 대해 작은 각도로 절단된 표면을 가진 기판들은 본 발명의 특징을 나타낼 수 있는 기판으로 사용될 수 있다. 선택적으로, 폴리싱(polishing), 약간 부정합된 결정 구조를 가진 버퍼 층의 정상 컷 기판 위로의 에피택셜 성장, 스퍼터링(sputtering) 및/또는 적합한 도핑(doping)에 의해 기판 표면상의 다수의 스텝들을 얻을 수 있다. 이러한 기법은 커브 형상의 표면 즉 평면이 아닌 표면을 가진 기판의 제조 및/또는 반복 패턴의 스텝을 가진 기판에 대해 특히 바람직하다. 이와 유사하게, 센서의 층들은 스퍼터링, 에피택셜 성장 또는 이와 등가의 표준 기법에 의해 제조될 수도 있다. 기판은 절연 또는 반도전 물질로 이루어 질 수도 있는데, 실리콘으로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 센서는 스텝화 또는 테라스화되거나 또는 최근접 평면의 방향에 대해 작은 각도로 절단된 표면을 가진 기판 상에 장착된 층들의 특성에 의존한다.

이러한 특성은 본 출원의 발명자에 의해 정해졌으며, 다음과 같다. 즉 단일축 자화 용이 방향(또는, 자화 용이축) 및 테라스화된 기판 상의 강자성 층에 대한 보자계는 강자성 층의 두께에 의존한다. 특히, 강자성 층의 두께가 변함에 따라 임계두께에 이르게 될 것인데, 이러한 임계 두께의 좁은 범위에서 단일측 자화 용이 방향이 90˚만큼 회전한다. 따라서, 그 층이 특정한 두께를 갖음으로써, 강자성 층의 단일측 자화 용이 방향이 설정된다. 강자성 층의 보자계는 그 층의 두께가 임계치를 초과할 때 크게 증가한다는 것 또한 알려져 있다. 따라서, 강자성 층이 특정한 두께를 갖도록 함으로써, 그 층의 보자력의 설정이 가능하다. 어떤 주어진 강자성 층의 경우, 자화 용이 방향의 90˚변화 및 보자력의 큰 변화는 강자성 막 두께의 잘 규정된 임계치들에서 발생한다. 자화의 용이축의 방향 변화에 대한 임계 두께 값은 보자력의 급등에 대한 임계값과 동일하지 않을 수도 있다.

상기의 일예로서, 미스컷 결정 기판에 장착된 코발트 층은 45Å(4.5nm) 범위의 임계 두께를 가지며, 이 두께 보다 크면 단일축 자화 용이 방향이 그 임계치 보다 작은 두께의 층들이 나타내는 방향에 수직하다는 것을 알았다. 또한, 미스컷기판에 장착된 45Å(4.5nm) 보다 큰 두께를 가진 코발트 층의 보자력은 보다 작은 두께의 코발트 층의 보자력 보다 훨씬 크다.

미스컷 기판 상에 장착된 특정 두께를 가진 강자성 층의 큰 보자력 특성에 의해 그 층의 단일축 자화 용이 방향이 고정된다. 이같은 고정은 자기저항성 센서와 관련하여 전술한 고정에 해당하나, 이를 위해 어떠한 부가적인 외부 층도 필요하지 않다.

큰 보자력 및 90˚에 걸친 단일축 자화 용이 방향의 변화는 동일한 기판 상에 비자기 스페이서 층에 의해 격리된 두개의 강자성 층(이들 두 층이 반드시 동일한 물질로 제조될 필요는 없음)을 구성함으로써 바람직하게 이용될 수 있다. 이두 강자성 층들 중 한 층은 큰 보자력을 갖게 하고 단일축 자화의 용이축이 90˚회전하게 하는 두께를 가지며, 다른 한 층은 작은 보자력을 갖게 하고 상기 회전이 발생하지 않도록 하는 두께를 가진다. 즉, 상기 한 층의 두께는 고정을 위하고 또한 용이축의 90˚회전을 위하여 임계 두께 보다 크고, 상기 다른 한 층의 두께는 임계 두께 보다 작다. 이러한 구성에 의해 스핀-밸브 센서가 제공된다. 그러나, 그 두 층을 두께에 의존하는 자기 특성을 가진 물질로 반드시 제조할 필요는 없다. 이 센서는 두께에 의존하는 특성을 가진 하나의 층과 두께에 무관하게 자유 또는 고정 층을 이루는 다른 물질의 다른 하나의 층으로도 구성할 수 있다.

본 발명은 보자력이 증가하고 용이축의 변화가 임계 두께 보다 큰 두께에서 발생하는 강자성 층들에 국한되지 않는다. 스핀-밸브 센서는 상기 변화가 임계 두께 보다 작은 두께에서 발생하는 물질로 제조될 수 있다. 중요한 것은 보자력 값의 설정 가능성에 있으며, 바람직한 실시예의 경우 또한 층 두께의 설정에 의한 단일축 자화 용이 방향에 있다. 특히, 이것은, 층 두께의 적당한 조합을 통해, 한층의 자화 방향은 고정되게 하는 반면에 다른 한 층의 자화 방향은 자유롭게 변할 수 있게 한다. 본 발명에 따른 스핀-밸브 센서는 또한 바람직하게 그의 용이축들의 방향이 층 두께의 적당한 선택에 의해 90˚로 설정되어 감지하고자 하는 소정의 외부 인가된 자계에 대한 층들의 저항 변화가 최적화되게 한다.

본 발명의 장점은 본 발명에 따른 스핀-밸브 센서가 비자기 스페이서 층에 의해 격리된 두개의 강자성 층을 가질 수 있고, 고정되는 강자성 층이 그의 자화방향을 고정하기 위해 부가적인 고정 또는 바이어싱 층을 필요로 하지 않는다는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 센서는 향상된 감도를 보이면서도 종래의 스핀 밸브 센서에서는 필요한 별도의 고정 층을 필요로 하지 않는다. 그 결과 본 발명의 센서는 종래의 스핀 밸브 센서 보다 제조가 더 쉽고 크기가 작다. 또한, 고정 층은 기판의 표면에 가장 가까운 강자성 층일 수도 있다. 이 기판 면 상에는 층들이 놓이는데, 이 경우 제2 강자성 층 즉 기판으로부터 두 층들 중의 먼 쪽의 층은 자유 층이다. 그러나, 이같은 배열은 역으로 될 수도 있다. 본 발명의 다른 변형예에서는 침착(deposition)을 용이하게 하기 위해 또는 보호층으로서 버퍼층을 기판과 제1 자기 층 간에 도입할 수도 있다.

본 발명의 효과를 나타내는 층들의 임계 두께 값은 관련된 물질 및 기판의 토폴로지에 의존한다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 기재된 예들의 정확한 두께를 가진 강자성 고정 층들에 국한되지 않는데, 이는 그들 두께 값이 하나의 특정한 막 기판 및 하나의 특정한 토폴로지에만 적당하기 때문이다. 그러나, 당업자가 강자성 물질과 기판 토플로지의 어떤 조합에 대한 용이축의 90˚ 회전 및 고정 효과의 생성 및 소멸을 나타내는 임계 두께를 결정할 수 있게 하는 방법이 주어진다. Co, Ni, Fe 또는 이들의 합금 예를 들어 퍼멀로이(permalloy)가 강자성 층으로서 사용될 수 있다. 이들 물질은 또한 다른 비자기 물질과 합금될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 고정 및 자유 강자성 층들이 반드시 동일한 물질로 구성될 필요는 없다.

본 발명의 이들 및 기타 다른 특징으로 믿어지는 특성은 특허청구범위에 기재된다. 그러나, 본 발명 자체와 본 발명의 바람직한 사용 모드 및 또다른 목적과 장점은 도면을 참조한 다음의 실시예에 대한 상세 설명을 참조하면 더욱 잘 이해될 것이다.

예시의 일관성을 위해, 기판 베이스 및 도면의 수평이 기판 표면의 스텝 레벨(leve1 of steps)과 일치하게 도 3 내지 6, 8, 11 및 12를 작도했다. 그러나, 본 발명은 결정의 작업 표면 절단 평면에 평행한 베이스를 가진 기판을 또한 포함한다. 즉, 본 발명은 도면의 수평이 기판의 베이스와 일치하는 상대의 단면에서 볼 때 경사진 스텝을 가진 기판도 포함한다.

＜발명을 수행하기 위한 모드＞

GMR 또는 '스핀-밸브 효과' 는 비자기 스페이서 층에 의해 격리된 한 쌍의 강자성 층의 자기저항이 강자성 층들의 자화 벡터들의 상대적방위에 따라 변한다는 사실에 근거한다. 이 저항은 자기 층들이 역평행 자화(antiparallel magnetization) 되는 때에는 하나극값(즉, 최대값 또는 최소값)을 갖고 그 층들의 자화가 평행하게 정렬되는 때에는 반대의 극값을 갖는다. 이같은 저항이 자화에 따라 변하는 것은 층들 간의 경계에서 또는 층 내에서 스핀-업 전도 전자의 산란율과 스핀-다운 전도 전자의 산란율(scattering rates of spin-up and spin-down conduction electrons)이 동일하지 않기 때문이다.

GMR 효과에 근거한 최적의 센서는 단일 도메인 상태의 강자성 층들을 갖는다. 이 층들 중의 한 층(고정 층)의 자화는 특정한 방향을 따라 고정되고 다른 하나의 층(자유층)은 감지하고자 하는 자계를 쉽게 추종할 수 있다. 기록된 데이터 비트의 자화 상태를 검출하는데 사용되는 경우, 상호 반대 방위의 두 비트를 연속적으로 감지할 때 자유층은 고정층에 대해 상대적으로 평행한 정렬 상태로부터 상대적으로 역평행한 정렬 상태로 변경된다. 자계가 인가된 센서의 최적화된 선형 동작을 위해서는 감지하고자 하는 자계가 없는 한, 두 층의 자화 방향은 서로 90˚각도를 이루어야만 한다. 종래의 센서에서는, 이것은 통상적으로 영구 자석이나 반강자성 층 예를 들어 FeNn에 대한 교환 결합(exchange coupling)에 의해 고정층의 자화를 그의 강한 자화 방향을 따라 고정시킴으로써 달성된다.

도 1은 예를 들어 미국 특허 제5,159,523호로부터 알려진 종래의 스핀-밸브 센서를 분해하여 도시한 것이다. 그러나, 본 발명의 도 2에 도시되고 설명된 층들은 본 발명의 도 1에 도시된 것과 역순서로 구성된다.

본 발명의 도 1를 참조하면, (10)은 기판을 나타낸다. 이 기관 상에 장착된 층(14)은 강자성 층으로서, 이 층의 자화 방향은 그의 표면 상의 화살표에 의해 표시된다. 층(14)의 자화 방향은 반강자성 물질이나 강성의 강자성 물질로 구성되는 부가적인 층(12)의 제공에 의해 고정된다.

층(16)은 비자기 스페이서 층이다. 층(18)은 또다른 강자성 층으로서, 측정하고자 하는 자계가 없을 때 이 층의 자화 방향은 그의 표면 상의 수평 화살표에 의해 표시된다. 층(18) 상의 상향 및 하향 경사진 화살표들은 그 층의 자화가 측정하고자 하는 각종 외부 인가 자계의 영향 하에 놓이게 될 수도 있는 방향들을 표시한다. 이러한 층의 자화 방향 변경은 스핀-밸브 효과에 의해 한 그룹의 층(14, 16, 18)의 저항이 변하게 한다. 이 저항은 그들 층의 길이 방향에서 즉 도 1에 도시된 방향의 그들 층의 좌측 에지와 우측 에지 간에서 편리하게 측정된다.

도 1의 스핀-밸브 센서가 자기 기록 매체 상의 데이터 포인트(data point)들의 자화 상태를 검출하는데 사용되는 경우, 이는 데이터 포인트로부터의 자계가 적어도 층(18)에 인가되도록 위치된다. 자기 기록 매체의 평상적인 이동 방향은 도 1의 가장 큰 화살표에 의해 표시된다.

도 2는 본 발명의 센서를 분해하여 도시한 것이다. 기판(20)의 표면은 테라스(terrace)화되는데, 이것에 대해서는 상세히 후술하겠다. 강자성 층들 중의 한 층(24 또는 28)의 두께는 단일축 자화 용이 방향의 고정을 위해 필요한 임계 두께 보다 크다. 다른 강자성 층은 임계 두께 보다 작은 두께를 가짐으로써, 그의 자화 방향은 외부 자계가 있을 때 변할 수 있다.

따라서, 이 후자의 층은 자유층을 형성한다. 강자성 층들 중의 한 층의 두께는 바람직하게는 단일축 자화 용이 방향이 90˚회전되게 하는데 필요한 임계 두께 보다 커야만 하고, 다른 층은 바람직하게는 임계 두께 보다 작아야만 한다. 그러므로, 두 강자성 층의 용이측들은 외부 자계가 없을 때 90˚각도를 이룬다. 이로부터, 센서로부터의 출력 신호은 최적화되지만, 다른 용이축 방향들은 예상되어 질 수 있다. 예를 들어, 감지하고자 하는 외부 인가 자계가 없을 때 그 축들이 평행하면 여전히 신호가 발생될 수도 있다. 이와는 달리, 그 층들 중의 하나가 두께에 의존하지 않는 자기 특성을 가진 물질로 제조될 수도 있다.

도 2의 본 발명에 따른 구성과 도 1의 종래 구성 간의 주요 차이는 강자성층들 중의 한 층(24 또는 28)의 자화 방향이 고정되게 하는 고정층(12)을 본 발명의 구성이 필요로 하지 않는다는 데에 있다. 즉, 본 발명에서는, 기판(20)의 표면구조가 강자성 층들의 두께와 조합되어, 그 층들 중의 한 층의 자화 방향이 고정되게 하는 반면에 다른 층은 자유층으로 남게 한다.

각종 강자성 물질의 층들에 대한 임계 두께를 결정하는 방법은 다음과 같다. 특정-각도(α)로 절단한 다수의 기판을 제조한다( 그 이유는 이것이 테라스 표면을 생성하는 데에 있어서 가장 빠른 방법이기 때문이다.). 점차적으로 두꺼운 강자성물질층들을 여러 다른 기판 상에 어떤 편리한 방법에 의해 침착하고 각각의 기판/층 구성에 대해 단일축 자화 방향 및 보자력을 테스트한다. 층 두께의 어떤 특정 값에서, 용이축 및 보자력은 하나의 구성과 그 다음 구성 간에서 크게 변할 것이다. 이러한 변화를 통해, 단일축 자화 용이 방향이 90˚회전하고 보자력이 급격하게 상승(또는 하락)하는 임계 두께를 검출할 수 있다.

이들 변이에 대한 더욱 정확한 두께를 원하면, 다른 세트의 기판에 대해 실험을 반복할 수 있다. 이들 기판 상에는 전술한 개략적인 기판들로부터 결정한 임계 두께들 보다 약간 크거나 작은 두께로 강자성 층들이 형성된다.

상기한 방법은 다른 각도(α)들에 대해 반복될 수 있다. 효과적인 스핀-밸브센서를 제공하는 기판 표면의 임계 두께나 절단 각도(α) 또는 스텝들의 치수는 이 응용에서 주어진 수치 값들과 다를 수도 있는데, 이는 다른 강자성 물질들이 그 응용에서 언급한 코발트 예와 동일하게 작용할 것으로 생각되지 않기 때문이다. 본 발명에 따른 기법의 일반적인 응용성은 당업자가 특정 용도의 센서를 형성하기 위해서 층 두께, 기판 표면 절단 각도 및 층 시퀀스의 하나의 특정 조합을 확정하기 전에 각종 물질 및 구성의 적합성을 연구 조사할 것으로 생각되는 그러한 것이다. 이러한 모든 연구 조사가 본 발명의 범주 및 응용성의 일부를 이루게 되는데, 이는 종래 기술에 비해 단순화된 광범위한 센서 구성이 본 발명에 의해 가능하기 때문이다.

본 발명의 효과들을 확인한 기판의 최대 미스컷(miscut) 각도는 6.0˚이다. 이러한 점은 예 IV를 참조하면 된다. 그러나, 본 발명의 효과들은 6.0˚까지의 범위에서 관찰되는 효과들을 추론해 보면, 적어도 대략 10˚미스컷까지 관찰될 것으로 생각된다.

도 3-12는 본 발명의 효과를 제공하고 도 2 구성의 기판으로 사용될 수 있는 기판들을 개략적으로 도시한 것이다. 이들 도면은 확대 도면이나 치수를 정확한 비율로 작도한 것은 아니다. 스핀-밸브 센서의 고정 강자성 층, 비자성층 및 강자성 층은 기판 상에 장착될 것이다. 도 3에서, 기판 표면 상의 원자 영역은 스텝 또는 테라스의 형태를 취한다. 각 스텝의 상부 표면은 기판을 구성하는 결정물질의 원자 층들 중의 하나를 구성한다.

도시된 결정 기판은 서로 평행한 네개 스텝의 상부 표면을 갖는다. 스텝 상부 표면은 결정 원자의 평행한 평면 영역으로 이루어진다. 화살표(S)는 스텝 상부 표면에 수직한 방향을 나타낸다. 화살표(P)결정 표면이 절단된 평면에 수직한 방향을 나타낸다. 화살표들(S와 P)에 의해 표시된 방향들 간의 각도는 기판 표면의 미스컷 각도 또는 일반적으로 테라스형 표면의 경사 각도(α)이다. 0.1 내지 10˚의 각도(α)는 특정한 두께 범위의 상부 강자성 층이 요구되는 방향에 따라 고정되게 하여 본 발명의 효과를 제공한다. 예 II에서 설명할 바와 같이, 테스트 센서의 경우 45-900Å(4.5-90nm)의 두께 범위는 고정층이 Co로 이루어지고 구리 기판이 1.6˚의 경사 각도(α)를 가진 때 고정층에 대해 적합하다. 또 다른 센서는 1.9˚의 미스컷 각도(α)로 구성되는데, 이에 대해서는 예 III을 참조하면 된다. 약간 작은 최소 고정층 두께가 1.9˚의 기판 미스컷과 어울리게 된다.

도면 상에서 치수(L)는 개개 스텝의 길이를 나타내고, 치수(H)는 개개 스텝의 높이를 나타낸다. 치수(W)는 도시된 기판의 특정 구역의 폭만을 나타내는 것으로서 일반적으로 폭 방향을 보이는 것으로서 설명될 수도 있다. 도 3에서 스텝들의 길이를 대략 동일하게 도시했으나, 10-1000Å(1-100nm)의 범위에 속한 평균 길이를 가진 어떤 그룹의 스텝들에 의해 본 발명의 효과들이 달성될 것으로 믿어진다. 센서의 저항은 층들의 평면에 평행한 어떤 방향에서 측정될 수 있거나(이것이 바람직하다.), 층들의 평면에 수직한 방향에서 측정될 수 있는데 이것은 개선된 신호를 제공할 수도 있으나 구현하기가 어렵다.

도 4는 스텝들이 표면에 걸쳐 둘 이상의 방향으로 연장하는 기판을 도시한것이다. 이것은 기판 표면이 소정의 평면-이 평면의 스텝들의 상부 표면과 교차하는 선은 도 3 또는 4에 도시된 스텝 에지들의 어떤 것에 평행하게 연장하지 않음-에 놓이게 하는 결정의 미스컷으로부터 생긴다. 이 경우, 도 4에 도시된 기판구조 부분이 "지면 속(into the paper)" 방향으로 반복될 것이다.

도 3-12에 도시된 각종 영역들은 서로 하나 이상의 원자 두께 또는 모노층만큼 높이가 다른 원자 평면들로 구성된다. 도 3-12에 도시된 기판들은 전체 표면상의 스텝들의 평균 길이(L)가 10 내지 1000Å(1 내지 100nm)이거나 스텝 길이 대 스텝 높이의 평균 비가 5 내지 570인 경우, 적당한 두께의 상부 강자성 층들을 고정시킨다. 스텝들은 동일한 길이를 가질 수도 있으나 반드시 그럴 필요는 없다. 통상적인 스텝 높이(H)는 1.5-30Å(0.15-3.0nm)의 범위이다. 본 발명의 효과를 제공후 결정의 미스컷 각도는 0.1 내지 10˚인 것으로 추정되어 진다. 그러나, 이 각도는 0.5˚인 것이 바람직하다. 미스컷이 0.5˚인 기판의 경우 평균 스텝 길이는 약 200Å(20nm)이고 스텝 길이 대 스텝 높이의 평균 비는 약 110이다. 미스컷이 6.0˚인 기판의 경우 평균 스텝 길이는 약 17Å(1.7nm)이고 스텝 길이 대 스텝 높이의 평균 비는 약 10이다.

도 5-12를 참조하여, 본 발명의 효과를 달성하는데 이용될 수도 있는 기판 표면의 또다른 구성을 설명하겠다. 이들 도면은 기판의 단면을 도시한다. 도시된 각 스텝 높이는 하나 이상의 원자 층을 나타낸다. 스텝들은 날카로운 것으로 도시되어 있으나, 실제로는 스텝은 그들을 이루는 원자들의 불연속적인 성질 때문에 둥굴거나 덜 각져 있다. 본 발명에 특히 관련한 도 5-12에 도시된 기판들의 양상은 다음과 같다.

도 5에서는 스텝들의 길이가 동일하다.

도 6에서는 스텝들의 길이가 동일하지 않다.

도 7은 중앙의 첨두 부분으로부터 서로 반대되는 두 양쪽 방향으로의 경사가 진 3차원 도면이다.

도 8에서는 스텝들의 높이 및 길이가 동일하지 않다.

도 9 및 12에서는 네트(net) 경사가 없으나 스텝들의 패턴이 반복된다.

도 10에서는 가변적인 경사 미스컷이 있다. 즉, 어떠한 단일 미스컷 평면도 없으나 커브형의(curved) 상부 표면이 있다,

도 11은 동일하지 않은 스텝 길이의 패턴이 반복된다.

도 5-12의 각각의 구성은 그 도면에 도시되지 않은 기판 표면 방향, 즉 '지면 속으로' 향하는 방향으로 반복될 수도 있다. 선택적으로, '지면 속으로' 향하는 방향의 기판 표면 프로필(profiLe)은 기판 제조 기법이 허용되는 한, 구성의 대칭이 4 폴드가 아니고 최대 2-폴드(two fold)이고 도 5-12의 어떤 것에도 도시된 형태를 가질 수 있게 되어, 하나의 바람직한 자화 방향을 얻어서 고정시킬 수 있다. 본 발명의 기판들은 본 명세서 특허 청구 범위의 하나 이상의 독립항의 범주내에 속할 수도 있다. 예를 들어, 도 10의 기판은 표면 기판이 커브형이기 때문에 청구항 제4항에 규정된 바와 같은 단일 평면을 갖지 않는다. 그러나, 그 기판이 어떠한 청구항에 따른 스텝들을 갖게 구성될 수도 있다.

센서의 층들은 도 2의 일반화된 스핀-밸브 센서에서 보여진 것과 반대 순서로 구성될 수도 있다, 즉, 고정층을 기판으로부터 가장 멀게 하고 자유층을 기판과 고정층 사이에 위치시킬 수도 있다. 고정층은 자유층 및 비자기 층이 고정층과 기판 사이에 위치할 지라도 그의 두께가 고정에 필요한 범위 내에 있으면 그 구성에서 고정된 상태로 유지된다. 게다가, 자유층은 그의 두께가 고정에 필요한 범위내에 있지 않으면 자유로운 상태로 유지되어 고정되지 않는다. 예 II의 자유층은 그의 두께가 고정의 개시를 나타내는 임계 두께 보다 작아야 한다.

이와 유사한 이유에서, 사용된 자유층 및 고정층의 두께들이 제각기 고정의 개시에 필요한 것 보다 작고 또한 그같은 범위 내에 위치한다면 그리고 비자기 스페이서 층이 자유층과 인접 고정층 사이에 제공되면 센서는 기판/고정층/비자기 층/자유층/스페이서층/고정층/비자기 층/자유층 등의 순서로 구성될 수도 있다. 이와 유사하게, 기판/자유층/비자기 층/고정층/스페이서층/자유층/비자기 층/고정층/스페이서 등의 순서가 사용될 수도 있거나, 기판/고정층/비자기 층/자유층/스페이서층/자유층/비자기 층/고정층 등의 순서가 사용될 수도 있다. 부가적인 버퍼층들을 적당한 때에는 언제든지 도입할 수도 있다.

특히, 도 2에 도시한 바와 같이 강자성 층 또는 비자기 층(14-l8)을 침착하기 전에 기판을 부가적인 버퍼층으로 덮는 것이 본 발명의 범주에 잘 들어 맞는 것으로 여겨진다. 이러한 버퍼층은 예를 들어 "MRS Bullletin, June 1991, pp.30-33by C. P. Flynn"에서 설명하는 방법에 의해 스텝을 가진 표면을 제조하는데 버퍼층과 원래 기판의 결정 구조를 이용하는 경우에 중요하다. 이와 유사한 기법에 의해 부가적인 차폐층들을 제공할 수도 있다.

본 발명의 센서는 하드 디스크 드라이브 또는 유사 장치와 같은 자기 저장 시스템의 자기 트랜스듀서를 형성하는데 특히 적합하다. 이 트랜스듀서는 자기 기록 매체의 자화 상태를 판독한다. 자기 기록 매체는 센서의 층들이 위치하는 평면에 대해 수직한 또는 80˚이상의 평면에서 트랜스듀서에 근접하게 이동한다.

본 발명의 센서는 자계의 존재를 검출하는데 또는 자계를 측정하는데 사용될 수도 있다. 특히, 센서는 각종 크기로 구성될 수도 있고 0.001-1000e(0.00008-8.0 kA/m)의 자계의 존재를 검출하는데 또는 자계를 측정하는데 특히 적합한 것으로 생각될 수 있다. 센서는 매우 작으므로, 한정된 공간 범위를 가진 또는 접근이 한정된 구역에 존재하는 자계의 측정 및 검출에 또한 특히 적합하다. 따라서, 이 센서는 광산 및 석유 시추와 같은 지질 조사 또는 인체로부터 발생되는 작은 자계를 측정하는 데에 사용될 수 있다.

[예 I]

본 발명에 따른 테스트 구조는 비자기 Cu 스페이서층에 의해 격리된 두개의 Co 층으로 이루어진다. 명목상 (100) 방위 Cu 기판은 Co 막 내에 큰 단일축 자기이방성을 유기시킨다.

두께를 점차적으로 증가시켜 가는 테스트 구조들에서 소정 두께 d_c에 이르면, 사용 중의 스핀 밸브 센서에 의해 검출하고자 하는 크기의 외부 자계를 인가한 상태에서도 Co 막은 그의 이지 방향이 방위가 유지되는 방향으로 90˚만큼 급작스럽게 스위칭된다. 따라서, Co 막은 고정되고 그의 용이축이 90˚회전된다. 두께가 d＞d_c인 막의 경우, 보자계가 얇은 막에 비해 2 이상 증가한다. 따라서, 본 발명의 센서는 고정층으로서 d＞ d_C의 단일측 Co 막, 아주 작은 결합만을 보일 수 있을정도로 충분히 두꺼운 Cu 스페이서층 및 자유 감지층을 갖는다. 자기 저장 매체상의 데이터 포인트의 자화 상태를 검출하는 검출기로서 사용함에 있어서, 자유Co층은 기록된 비트의 표류 장(stray field)으로 스위칭하여 고정 Co 층과 평행한 정렬 상태로부터 역평행 정렬 상태로 변함으로써 GMR 효과를 유기시킨다.

상기한 테스트 구조에 있어서, 감지층은 앎은 Co 층이나, 퍼멀로이층과 같은연성의 자기 층이 바람직할 수도 있다. 기판의 미스컷, 즉 결정 원자 평면과 일치하지 않는 평면 내에 상부 표면이 놓이게 하는 기판 상부 표면의 절단은 결정 표면상에 전술한 구역이 생기게 한다.

[예 II]

각종 두께의 막들을 기본적으로 평면 내의 [100] 방향을 따라 1.6˚로 미스컷한 Cu ＜100＞ 단일 결정 상에 성장시켰다. 이것에 의해 큰 단일축 표면 이방성이 생기는데, 박막의 경우에는 [110] 방향 보다 [1-10] 방향이 바람직하다(이들 방향은 완벽한 방향의 ＜100＞ 기판 상에서는 동일하다.). d_c가 대략 45-54Å(4.5-5.4nm)인 두께에서, 이지 자화 방향은 [1-10] 방향으로부터 [110] 방향으로 불연속적으로 스위칭하여 900Å(90nm)의 두꺼운 막에 대해 그 방향을 따라 유지된다. 작업 센서 장치의 중요한 파라미터는 도 13에 보인 보자계이다. 중요한 사실은 두께가 d＞ d_c인 막의 보자력이 50 내지 100 Oe(4-8 kA/m) 정도로 커서 감지하고자 하는 외부 자계에서도 그 막의 자화가 [110] 방향을 따라 유지된다는 것이다. 광자기 케르 효과(magnetooptic Kerr effect)에 의해 관찰되는 전형적인 히스테리시스 루프가 도 14에 도시된다. [110] 방향을 따라서는 두꺼운 막이 이지방향의 포화 특성과 동일한 잔류 성분을 가진 직사각형 루프를 보이며(도 14a), 반면에 [1-10] 방향을 따라서는 그 루프가 중간 측의 존재를 나타낸다(도 14b). 비교 목적상, 박막(d=9Å ＜d_c)(=0.91nm ＜d_c)의 [1-10] 방향에 따른 히스테리시스는 스위칭된 용이축을 보인다(도 14c). 따라서, 히스테리시스는 특정 막의 용이축 및 보자력을 결정하는데 필요한 정보를 포함한다. 각종 두께의 막에 이 방법을 적용하면 특정 막 및 특정 기판에 대한 임계 두께 값들을 결정하기 위한 수단이 제공된다.

1.6˚의 기판 미스컷에 의하면, 평균 스텝 길이가 대략 64Å(6.4nm)으로 되고 평균 스텝 길이와 평균 높이의 비가 35로 된다. 큰 두께에서 자화 방향의 스위칭이 발생하는 것은 큰 표면 이방성 때문이라고 생각된다. 900Å의 두꺼운 막이 단일축 작용을 보이는 것으로부터, 큰 이방성들이 두꺼운 막의 [110] 이지 방향에 대한 책임이 있는 것으로 입증된다. 이들 이방성은 미스컷 표면 상에 단순하게 투시된 ＜100＞ 표면에서 관찰된 이방성들과 동일시 될 수 없는데, 이는 미스컷 각도가 너무 작아 4-폴드 대칭의 ＜100＞ 표면으로부터 미스컷 ＜100＞ 표면의 2-폴드 대칭으로의 현저한 이방성 변화를 설명할 수 없기 때문이다.

작업 장치는 두꺼운 고정 Co 층, 비자기 스페이서층 및 자유 감지층으로 이루어진다. 제1 단계로서, 전술한 얇은 Co 층을 자유층으로서 취하고 Cu 층을 스페이서층으로서 취했다. 이같은 구성에서는, 단일 Co 막에서의 관찰 결과가 재현되는 것; 즉, Co 층의 자기 특성이 그 층을 층형 Co/Cu/Co/Cu ＜100＞ 샘플의 일부로서 성장시키는 것에 의해 변하지 않는 것이 확인되었다. 도 15a는 상측 부분에 자유층이 노출되고 하측 부분에 고정층이 노출되는 Co14/Cu180/Co90/Cu ＜100＞ 샘플(여기서, 숫자 14, 180 및 90은 Å의 두께를 나타내는 것으로서 이들은 1.4nm, 18nm 및 9nm에 상당한다.)의 자화 이미지를 보인다. 이 Co/Cu/Co/Cu ＜100＞ 구조에서 자유층 및 고정층의 자화 방향들은 Cu 기판 상에 단독으로 장착된 동일 두께의 Co층들의 경우에서와 동일하고 90˚의 각도를 규정한다. 자유층의 보자계 보다 큰 자계를 인가하면 고정층에 어떠한 영향도 없는 상태로 자유층이 스위칭되는데, 이에 대해서는 도 15b가 참조된다. 두 층 모두는 단일 도메인 상태로 유지된다. 상기 주어진 두께 값들은 고정층과 같은 Co 막의 경우에만 해당된다.

[예 III]

예 II의 것과 유사한 샘플을 최근접 원자면에 1.9˚의 각도로 조심스럽게 절단한 기판 표면으로 만들었다. 이 기판 상에 장착된 강자성 층은 고정된 자화 방향을 갖는 것으로 밝혀졌다. 1.9˚의 미스컷에 대응하는 기판 표면 상의 스텝들의 평균 길이는 약 54Å(5.4nm)이다. 이에 대응하는 스텝의 길이 대 높이 평균 비는 약 30이다.

[예 IV]

예 II의 것과 유사한 또다른 샘플을 최근접 원자면에 6.09˚의 각도로 조심스럽게 절단한 기판 표면으로 만들었다. 이 기판 상에 장착된 강자성 층은 고정된 자화 방향을 갖는 것으로 밝혀졌다. 6.0˚의 미스컷에 대응하는 기판 표면 상의 스텝들의 평균 길이는 약 17Å(1.7nm)이다. 이에 대응하는 스텝 길이 대 스텝 높이의 평균 비는 약 10이다.

[예 V]

전술한 테스트 센서에서, 기판으로서 구리를 사용했다. 자기저항성 헤드의 경우, 금소의 단결정 Cu ＜100＞ 기판을 절연 또는 반도전 물질로 대체해야 한다. 이를 Si ＜100＞ 가 충족시킴은 이미 언급한 바 있다. Co/Cu/Si ＜100＞ 를 에피택셜 성장시키는 것도 이미 언급한 바 있다. Cu-실리사이드의 형성 후, Cu가 에피택셜＜100＞ 방향으로 Si ＜100＞ 의 상부에 큰 테라스로 성장한다는 것이 확인되었다. 따라서, 미스컷 Cu ＜100＞ 단일 결정의 상부에서 Co 막의 단일축 작용은 Cu ＜100＞으로 덮혀진 미스컷 Si ＜100＞ 상에서 성장되는 경우에 또한 나타난다. 따라서, 본 발명의 센서는 기판 바로 위에 얇은 버퍼층 예를 들어 구리층을 가질 수도 있고, 이 위에는 그 다음 센서의 층들이 장착된다. 최근, 얇은 에피택셜 막들을 스퍼터링에 의해 방향성 기판 위에 성장시키는 것이 보여지고 있다. 특히, Co/Cu＜100＞이 Mg0(100) 상에 스퍼터링될 수 있다. 따라서, 본 발명은 미스컷 기판 상에서 성장시킨 스퍼터링된 샘플에도 적용될 수 있다.

GMR 헤드의 자유층은 작은 보자계를 가져 매우 작은 영역에서도 자화 방향이 회전될 수 있게 해야 한다. 이에 관해서 상기한 구조의 자유 Co 막을 최적화시키지는 않았다. 특히, 본 발명은 Co 층에 국한되지 않는다. 얇은 Co 층은 미스컷 표면 상에 성장된 얇은 자기 막이 단일축임을 보인다. 얇은 퍼멀로이 층은 작은 이방성을 갖는 것을 제외하고는 동일한 작용을 행하도록 선택될 수도 있다. 퍼멀로이 층에 의한 장점은 침착 중에 스퍼터링 압력을 변경하거나 자계를 인가함으로써 필요에 따라 용이하게 이지 자화 축이 만들어 질 수 있다는 것이다.

Claims (26)

1. (정정) 스핀-밸브 센서(spin-valve sensor)에 있어서, 평균 스텝 높이(H)은 1.5 내지 30Å(0.15-3.0nm)이고, 평균 스텝 길이(L)은10 내지 1000Å(1-100nm)인 다수의 스텝을 갖는 기판을 포함하되, 상기 기판 표면 위에는 두 개 이상의 강자성 층(ferromagnetic layer)이 장착되며, 상기 강자성 층들중의 하나의 강자성 층은 다른 하나의 강자성 층에 대해 그 자화 방향이 고정되게 하는 두께를 가지는 스핀-밸브 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 스텝에서의 스텝의 길이(L) 대 스텝의 높이(H)의 비는 5와 570 사이에 있는 스핀-밸브 센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 결정 기판(crystalline substrate)을 포함하고, 상기 두 개 이상의 강자성 층이 위에 장착된 상기 기판의 면은 상기 기판의 주 결정학적 평면들(main crystallographic planes) 중의 어떤 것과도 동평면을 이루지않으며, 상기 강자성 층들 중의 상기 하나의 층은 상기 하나의 층의 자화 방향이 고정되게 하는 두께를 가지는 스핀-밸브 센서.
4. 제4항에 있어서, 상기 강자성 층이 위에 장착되어 있는 상기 결정 기판의 면은 하나의 평면 내에 있고, 상기 하나의 평면에 대한 법선(P)는, 상기 결정 기판의 최근접 결정 축(the nearest crystal axis; S)에 대해 적어도 0.1˚, 바람직하게는 0.5˚의 각도(α)를 이루는 평면 내에 놓이는 스핀-밸브 센서.
5. 제1항에 있어서, 상기 스핀-밸브 센서의 상기 하나의 강자성 층의 두께는 상기 하나의 강자성 층의 자화 방향을 고정시키는데 필요한 최소 두께 이상이고, 상기 다른 하나의 강자성 층의 두께는 상기 다른 하나의 강자성 층의 자화 방향을 고정시키는데 필요한 최소 두께 보다 작은 스핀-밸브 센서.
6. 제1항에 있어서, 상기 스핀-밸브 센서의 상기 다른 하나의 강자성 층의 두께는 상기 다른 하나의 강자성 층의 자화 방향을 고정시키는데 필요한 최소 두께 이상이고, 상기 하나의 강자성 층의 두께는 상기 하나의 강자성 층의 자화 방향을 고정시키는데 필요한 최소 두께 보다 작은 스핀-밸브 센서.
7. 제1항에 있어서, 상기 스핀-밸브 센서의 하나의 강자성 층이 상기 하나의 강자성 층의 자화 방향이 고정되게 하는 최대 두께 보다 큰 두께를 가짐으로써 상기 하나의 강자성 층이 자유층(free layer)을 형성하고, 상기 다른 하나의 강자성 층(28)의 두께는 상기 다른 하나의 강자성 층의 자화 방향이 고정되게 하는 최대 두께이하인 스핀-밸브 센서.
8. 제1항에 있어서, 상기 스핀-밸브 센서의 다른 하나의 강자성 층은 상기 다른하나의 강자성 층의 자화 방향이 고정되게 하는 최대 두께 보다 큰 두께를 가짐으로써 상기 다른 하나의 강자성 층이 자유층을 형성하고, 상기 하나의 강자성 층의 두께는 상기 하나의 강자성 층의 자화 방향이 고정되게 하는 최대 두께 이하인 스핀-밸브 센서.
9. 제1항에 있어서, 상기 스핀-밸브 센서의 강자성 층들의 두께는, 상기 강자성층들 중의 하나의 층의 용이축(easy axis) 방향이 나머지 층의 용이축 방향에 대해서 약 90˚의 각도를 이루도록 하는 두께인 스핀-밸브 센서.
10. 제1항에 있어서, 상기 스핀-밸브 센서의 강자성 층들 중 하나의 층은 그 층의 두께에 의존하지 않는 자기 특성을 가진 물질로 제조된 스핀-밸브 센서.
11. 제1항에 있어서, 상기 기판의 면은 다수의 평편한 영역을 포함하여, 각각의 평편한 영역이 상기 기판의 노출된 원자 층(an exposed layer of atoms)으로 이루어진 스핀-밸브 센서.
12. 제12항에 있어서, 상기 기판의 노출된 원자 층들은 평행 평면들 내에 위치하는 스핀-밸브 센서.
13. 제4항에 있어서, 상기 결정 기판은 단결정(monocrystalline)인 스핀-밸브 센서.
14. 제1항에 있어서, 상기 스텝들은 상기 기판 표면에 걸쳐 2 이상의 방향으로 펼쳐지는 스핀-밸브 센서.
15. 제1항에 있어서, 상기 센서의 상기 강자성 층들은 코발트, 니켈, 철 또는 퍼멀로이를 포함하는 스핀-밸브 센서.
16. 제16항에 있어서, 상기 센서의 고정 강자성 층 및 자유 강자성 층은 서로 상이한 물질을 포함하는 스핀-밸브 센서.
17. 제1항에 있어서, 상기 센서의 강자성 층들사이에 위치하는 비자기 물질은 구리를 포함하는 스핀-밸브 센서.
18. 제1항, 제4항 및 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판은 절연 물질 또는 반도전 물질인 실리콘을 포함하는 스핀-밸브 센서.
19. 제1항에 있어서, 상기 기판은, 상기 하나의 강자성 층이 장착된 부가적인 버퍼 층을 표면 상에 갖는 스핀-밸브 센서.
20. 제21항에 있어서, 상기 버퍼 층은 구리를 포함하는 스핀-밸브 센서.
21. 제1항, 제3 내지 제16항, 제18항, 제19항, 제21항 및 제22항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 센서를 형성하는 층의 조립체는, 인접하는 자유층과 고정층 간의 비자기 스페이서층을 갖는 구성을 복수회 반복하는 스핀-밸브 센서.
22. 자기 저장 시스템에 있어서, 데이터를 기록하기 위한 자기 저장 매체, 및 상기 자기 저장 매체와의 상대적 이동 중에 상기 자기 저장 매체에 근접하게 유지되는 자기 트랜스듀서를 포함하되, 상기 자기 트랜스듀서는 그 표면에 다수의 스텝이 형성되어 있는 기판을 포함하고, 상기 기판 위에는 두 개 이상의 강자성 층이 장착되며, 상기 강자성 층들중 하나의 층은 다른 하나의 강자성 층에 대해 그 자화 방향이 고정되게 하는 두께를 가지는 자기 저장 시스템.
23. 제22항에 있어서, 상기 상대적 이동은, 상기 센서의 층들이 위치하는 평면에대해 80˚이상의 각도로 놓인 평면에서, 상기 자기 저장 매체가 상기 자기 트랜스듀서에 대해 이동하는 것인 자기 저장 시스템.
24. 제18항에 있어서, 상기 센서는 비자기 스페이서층이 인접하는 자유층과 고정층 간에 개재되어 1회 이상 반복된 조립체로 구성되는 스핀-밸브 센서.
25. 스핀-밸브 센서를 제조하는 방법에 있어서, 테라스형 또는 스텝형 면을 가진 기판 상에 두 개 이상의 자기 층 및 하나의 격리 비자기 층을 침착시키는 단계, 및 상기 자기 층들 중의 하나의 층의 자화 방향이 다른 하나의 자기층의 자화방향에 대해 고정되도록 상기 하나의 층의 두께를 선정하는 단계를 포함하는 스핀-밸브 센서 제조 방법.
26. 제1항에 있어서, 상기 센서의 상기 강자성 층들은 코발트, 니켈, 철의 상호합금 또는 상기 재료들과 비자기 물질과의 합금을 더 포함하는 스핀-밸브 센서.

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