KR100320896B1

KR100320896B1 - Ｍｒ 효과 소자 및 ｍｒ 센서, 이를 이용한 ｍｒ 감지 시스템및 자기 기억 시스템

Info

Publication number: KR100320896B1
Application number: KR1019990002056A
Authority: KR
Inventors: 하야시가즈히꼬
Original assignee: 가네꼬 히사시; 닛본 덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-01-22
Filing date: 1999-01-22
Publication date: 2002-02-04
Also published as: US6341052B2; KR19990068085A; JP3114683B2; JPH11213343A; US20010002869A1

Abstract

MR(Magnetic Resistance) 효과 소자는 보자력이 작은 자유 자성층(free magnetic layer) 포함하므로 R-H 루프의 히스토리시스를 감소시킨다. 상기한 MR 효과 소자를 사용하여 원하는 잡음 특성을 나타내는 MR 효과 센서 및 MR 감지 시스템도 개시된다.

Description

ＭＲ 효과 소자 및 ＭＲ 센서, 이를 이용한 ＭＲ 감지 시스템 및 자기 기억 시스템{MR EFFECT ELEMENT AND MR SENSOR, MR SENSING SYSTEM AND MAGNETIC STORAGE SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 자기 기록 매체 내에 기억된 데이터 신호들을 판독하기 위한 자기 센서에 관한 것이다.

MR(자기 저항) 효과 센서(Magneto Resistance Effect Sensor) 또는 MR 효과 헤드라 불리우는 자기 판독 트랜스듀서는 종래에 보고된 바와 같이, 높은 선형 밀도를 갖는 자기 표면으로부터 데이터를 용이하게 판독할 수 있다. 이러한 MR 효과 센서나 헤드는 밀도 함수인 저항 변화와 판독 장치에 의해서 감지된 자속의 방향에 의해서 자기 효과 신호를 감지한다. 종래의 판독 트랜스듀서는 AMR(이방성 자기 저항; Anisotropic Magneto Resistance) 효과, 즉 판독 장치의 한 저항 성분이 자화 방향과 판독 장치를 통해서 흐르는 감지 전류의 방향 간의 각도의 코사인 제곱에 비례하여 변화한다는 사실을 기초로 동작한다.

AMR 효과를 상세히 설명하기 위해서, D.A. Thompson 등에 의해서 발표된 'Memory , Storage, and Related Applications', IEEE Trans, on Mag MAG-11, p. 1039 (1975)을 참조한다.

AMR 효과를 이용하는 자기 헤드는, 바르크하우젠 잡음을 감소시키기 위해 종방향 바이어스 자계를 인가하는 것이 보편적이다. 종방향 바이어스 자계를 인가하기 위해서, 때때로 FeMn, NiMn, 니켈 산화물 또는 이와 유사한 반강자성 재료를 사용한다. 최근에는 보다 주목할 만한 MR 효과, 즉 적층 자기 센서의 저항이 비자성층을 통해 자성층들간에 발생하는 전도 전자들의 스핀-의존성 전송 및 상기 전송으로 인하여 층들간의 계면에서 발생하는 스핀-의존성 확산에 기인한다는 사실이 보고되고 있다. 이러한 형태의 MR 센서는 일반적으로 거대 MR 효과(macro Mr effect) 또는 스핀 밸브 효과(spin valve effect)로 참조된다.

상기의 MR 센서는 적합한 재료에 의해서 형성되며, AMR 효과를 사용하는 센서보다 높은 감도를 감도를 갖기 때문에 저항이 현저하게 변화된다. 이러한 종류의 MR 효과 센서에서는, 2개의 강자성층들이 비자성층에 의해서 서로 분리된다. 2개의 강자성층 사이의 평면내의 저항은 강자성층들의 자화 방향들 사이의 각도의 코사인에 비례하여 변화한다.

예를 들면, 일본 특개평 제 2-61572호는 자성층 내의 자화의 반평행 정렬을 기초로 한 높은 MR 변화를 특징으로 하는 적층 자성 구조를 개시하고 있다. 적층 구조에 사용할 수 있는 재료로서, 상기 명세서에는 강자성체 전송 재료나 합금이 개시되어 있다. 또한, 상기 명세서는 반강자성층이 적어도 2개의 강자성층 중 하나에 추가되는 구조를 개시하고 있고, FeMn이 반강자성층에 적합하다고 개시하고 있다.

일본 특개평 제 4-358310호는 박형 비자성 재료층에 의해서 서로 분리된 2개의 박형 강자성층들을 포함하는 MR 센서를 제시하고 있다. 이러한 MR 센서로 자계가 인가되지 않을 때, 이들 2개의 강자성층의 자화 방향은 서로 직교한다. 2개의 비결합 강자성층 사이의 저항은 상기 센서를 통해 흐르는 전류의 방향과 무관하게상기 자화 방향들 간의 각도의 코사인에 비례하여 변화한다.

일본 특개평 제 6-203340호는 또한 상기 효과에 기초로 하며 박형 비자성 금속층에 의해서 분리된 2개의 박형 강자성층들을 포함하는 MR 센서를 개시하고 있다. 외부 자계가 제로일 때, 인접한 반강자성층의 자화는 다른 강자성층의 자화에 수직으로 유지된다.

일본 특개평 제 7-262529호는 제1 자성층, 비자성층, 제2 자성층 및 반강자성층으로 구성되는 MR 효과 소자나 스핀 밸브를 소개하고 있다. 상기 제1 및 제2 자성층으로는, Cr, Mn, Pt, Ni, Cu, Ag, Al, Ti, Fe, Co 또는 Zn을 추가 또는 추가하지 않은 CoZrNb, CoZrMo, FeSiAl, FeSi 또는 NiFe이 사용된다고 개시하고 있다.

일본 특개평 제 7-202292호는 기판 상에 적층된 다수의 자기 박막을 포함하며 비자성층에 의해서 분리된 MR 효과막을 제시하고 있다. 박형 강자성층은 중간의 비자성 박막과 서로 인접한 연자성 박막중 하나에 인접한다. 반강자성 박막으로 인가된 바이어스 자계는 H_r이고, 다른 연자성체 박막의 보자력(corecive force)은 H_c2이다. 이 때, 관계식 H_c2＜ jH_r이 유지된다. 반강자성체 재료로는 NiO, CoO, FeO, Fe₂O₃, MnO 및 Cr 또는 이들의 혼합물 중 적어도 하나가 공급된다.

일본 특개평 제 8-127864호는 박형 반강자성층이 NiO, Ni_xCo_1-xO 및 CoO중 적어도 2개를 포함하는 초격자라는 것을 제외하면 상기 막과 유사한 MR 효과막을 개시하고 있다.

또한, 일본 특개평 제 8-204253호는 반강자성층이 NiO, Ni_xCo_1-xO= (x=0.1-0.9), 및 CoO중 적어도 2개를 포함하는 초격자라는 점을 제외하면 상기 막과 유사한 MR 센서를 개시하고 있다.

일반적으로 자유 자성층, 비자성층, 피고정 자성층, 및 고정 자성층을 포함하는 MR 효과 소자에는, 자유 자성층이 피고정 자성층의 자화 방향과 실제로 수직인 단축의 자기 이방성의 자화 용이축(easy axis)을 갖는 것이 바람직하다.

상기 형태의 MR 효과 소자는 자유 자성층의 자화 방향과 고정층의 자화 방향이 실제로 제로 자계에서 서로 직각이 되도록 설계되어 사용되는 것이 바람직하다. 이 때, 자유 자성층의 자화 용이축의 방향과 피고정층의 자화 방향이 직각에서 가깝고 자계 (판독 헤드의 동작에 대응하는 자기 기록 매체상의 기록 마크로부터의 누설 자계)는 자유 자성층의 자화 곤란축(hard axis)으로 인가된다. 이는 자화 자성층의 보자력을 지속적으로 감소시키고, 이에 의해서 MR 효과 소자가 판독 센서로 사용될 때 R-H 루프의 히스토리시스를 감소시킨다. 따라서 재생된 신호의 잡음을 감소시킬 수가 있다.

그러나, 많은 종래의 MR 소자들은 고정층으로 반강자성체 재료를 사용한다. 또한 고정층으로서 실용화될 것으로 기대되는 많은 반강자성체 재료는, 피고정층으로 충분한 교환 결합 자계가 인가되도록, 상기 피고정층의 자화 방향과 평행한 자계에서 200℃ 이상의 온도에서 가열시켜야 한다.

설명된 형태의 종래의 MR 효과 소자 각각에서, 반강자성층은 자유 자성층, 비자성층, 및 피고정 자성층의 형성 후에 형성된다. 따라서, 상기의 열 처리는 피고정 자성층과 고정 자성층 상에서 뿐만 아니라 자유 자성층 상에 작용한다. 이 때, 자유 자성층의 단축의 자기 이방성의 자화 용이축이 자계의 방향, 즉 피고정 자성층의 자화 방향에 평행하게 향하는 현상이 발생한다. 이것은 자유 자성층의 보자력을 증가시켜서 MR 효과 막이 센서로서 사용될 때 잡음를 증가시킨다.

본 발명과 관련된 기술들은 또한 예를 들면, 일본 특개평 제 9-199326호에 개시되어 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 자유 자성층의 보자력을 감소시켜 R-H 루프의 히스토리시스를 감소시킬 수 있는 MR 효과 소자 및 상기 MR 효과 소자를 사용하여 바람직한 잡음 특성을 갖는 MR 효과 센서 및 MR 감지 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, MR 효과 소자에서 적층막은 Si층, 금속 하부층, 자유 자성층, 비자성층, 피고정층 및 자기 고정층을 포함하는 유닛에 의해서 구현된다.

또한 본 발명에 따르면, MR 효과 소자에서 적층막이 Si층, 확산 제어층, 금속 하부층, 자유 자성층, 비자성층, 피고정층 및 자기 고정층을 포함하는 유닛에 의해서 구현된다.

도 1 및 도 2는 각각 MR 센서의 고유의 전형적인 구성을 도시한 도면.

도 3은 판독/기록 헤드의 일반적인 구성을 도시한 사시도,

도 4는 기록/재생 장치의 일반적인 구성을 도시한 도면.

도 5는 서로 다른 온도에서 측정된 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 자기저항(MR) 비를 도시한 표.

도 6 및 도 7은 열처리 이후에 측정된 각각 샘플 내에 포함된 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

도 8은 서로 다른 열 처리 온도 (열처리 온도 A)에서 측정된 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

도 9는 열 처리 이후에 측정된 샘플 내에 포함된 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

도 10은 서로 다른 기판 온도에서 측정된 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

도 11은 서로 다른 열 처리 온도 (열 처리 온도 B)에서 측정된 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

도 12는 열 처리 이후에 측정된 샘플 내에 포함된 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

도 13은 알루미나 층의 서로 다른 두께에 대한 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

도 14는 열 처리 이후에 측정된 샘플 내에 포함된 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

도 15는 서로 다른 종류의 확산 제어층에 대한 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

도 16은 열 처리 이후에 측정된 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

도 17 및 도 18은 각각 서로 다른 종류의 확산 제어층에 대한 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한 표.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1, 11: 기판

2, 12 : 하부 실드층

3, 13 : 하부 갭층

6 : MR 효과 소자

7 : 절연층

8: 상부 갭층

9 : 하부 실드층

도 1 및 도 2는 본 발명이 채택된 2개의 서로 다른 전형적인 실드형 디바이스들(shield type devices)을 도시한다. 도 1에 도시된 장치는 기판(1)을 포함한다. 상기 기판(1) 상에는 하부 실드층(2), 하부 갭층(3) 및 MR 효과 소자(6)가 차례로 적층된다. 본 발명의 경우에는 MR 효과 소자(6) 상에 갭을 결정하기 위한 절연층(7)이 형성될 수 있다. 하부 실드층(2)은 많은 경우에 포토레지스트(PR) 공정에 의해서 적합한 크기로 패턴화된다. MR 효과 소자(6)도 또한 PR 공정에 의해서 적합한 크기로 패턴화된다. 종방향 바이어스층(4)과 하부 전극층(5)은 MR 효과 소자(6)의 에지부에 접촉되는 방식으로 차례로 형성된다. 상부 갭층(8)과 하부 실드층(9)은 상기 층들(4 및 5) 상에 차례로 적층된다.

도 2에 도시된 장치는 기판(11) 상에 차례로 적층된 하부 실드층(12), 하부 갭층(13) 및 MR 효과 소자(16)를 포함한다. 하부 실드층(12)은, 많은 경우에, PR 공정에 의해서 적합한 크기로 패턴화된다. MR 효과 소자(16)가 또한 PR 공정에 의해서 적합한 크기로 패턴화된다. 종방향 바이어스층(14)과 하부 전극층(15)은 MR 효과 소자(16)와 부분적으로 중첩시키도록 하는 방식으로 차례로 형성된다. 상부 갭층(18)과 하부 갭층(19)은 층(14 및 15) 상에 차례로 적층된다.

하부 실드층(2 또는 12)으로는, 예를 들면, NiFe, CoZr, CoFeB, CoZrMo, CpZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb 또는 CoZrMoNi 합금, FeAlSi 또는 질화철계 재료들이 사용될 수 있다. 실드층(2 또는 12)은 바람직하게는 0.3㎛ 내지 10㎛의 두께를 갖는다.

하부 갭층(3 또는 13)은 알루미나, SiO₂, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물이나 다이아몬드 등과 같은 카본으로 형성되는 것이 바람직하다. 하부 갭층(3 또는 13)의 두께는 0.01㎛ 내지 0.20㎛이 되는 것이 바람직하다.

하부 전극층(5 또는 15)는 Zr, Ta 또는 Mo나, 이들의 합금이나 혼합물로 형성되는 것이 유리하다. 하부 전극층(5 또는 15)은 0.01 ㎛ 내지 0.10㎛ 두께를 갖는 것이 바람직하다. 종방향 바이어스층(4 또는 14)으로는, CoCrPt, CoCr, CoPt,CoCrTa, FeMn, IrMn, PtPdMn, ReMn, PtMn, CrMn, Ni 산화물, 이온 산화물, Ni 산화물과 Co 산화물과의 혼합물, Ni 산화물과 Fe 산화물과의 혼합물, Ni 산화물과 Co 산화물막 또는 Ni 산화물과 Fe 산화물막이 사용될 수 있다.

갭을 결정하기 위한 절연층(7)은 알루미나, SiO₂, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물 또는 다이아몬드와 같은 카본으로 형성되는 것이 유리하며 0.005㎛ 내지 0.05㎛ 두께를 갖는 것이 바람직하다.

상부 갭층(8 또는 18)은 예를 들어 보면 알루미나, SiO₂, 알루미늄 질화물, 실리콘 질화물, 또는 다이아몬드와 같은 카본으로 형성되는 것이 유리하며 0.01㎛ 내지 0.02㎛ 두께를 갖는 것이 바람직하다.

또한, 상부 실드층(9 또는 19)은 예를 들면 NiFe나 CoZr이나 CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb 또는 CoZrMoNi 합금, FeAlSi 또는 이온 질화물로 형성될 수 있다. 이 상부 실드층(9 또는 19)의 두께는 0.3㎛ 내지 10㎛ 사이에 있는 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에 도시된 실드형 디바이스는 각각 기록 헤드부를 형성하는 유도성 코일로 판독/기록 헤드를 구현할 수 있다.

도 3은 판독/기록 헤드의 특정 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 판독/기록 헤드는 본 발명의 MR 효과 소자에 의해서 구현되는 판독 헤드와 이와 상호 작용하는 기록 헤드로 이루어진다. 기록 헤드는 판독 헤드 상에 형성되고 상부 자성막(26), 하부 자성막(27) 및 코일(28)로 구성된다. MR 효과 소자가 종방향 자기기록에 적합한 기록 헤드와 결합되면서, 수직 자기 기록용으로 사용되는 수직 기록 헤드에 결합될 수도 있다.

특히, 도 3에 도시된 헤드는 슬라이더(slider) 또는 베이스(21)를 갖는다. 판독 헤드는 슬라이더(21) 상에 형성되고 상부 실드막(22), 하부 실드막(23), MR 효과막(24) 및 전극막(25)으로 이루어진다. 판독 헤드의 상부 실드막(22)과 기록 헤드의 하부 자성막(27)은 원한다면 단일 자성막으로 구현될 수 있다.

상술된 구성의 기록/판독 헤드는 자기 기록 매체 내에 신호를 선택적으로 기록하거나 상기 기록 매체로부터 이들 신호를 재생할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 판독 헤드의 감지부 및 기록 헤드의 자기 갭은 이들중 하나가 다른 하나의 상부에 놓이므로, 동시에 동일한 트랙에 배치될 수 있다. 슬라이더를 기계가공한 후에는, 판독/기록 헤드를 지지 부재에 장착하고 배선들을 제공하여 자기 기록/재생 장치에 장착한다.

도 4는 본 발명의 MR 효과 소자를 사용하는 기록/재생 장치의 구체적인 구성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 헤드 슬라이더(30)를 겸용하는 베이스(31) 상에는 MR 효과막(32)과 전극막(33)이 형성된다. 헤드 슬라이더가 기계가공된 후에는, 이는 배선들을 제공하여 장치에 장착시킨다. 도시되지 않은 위치 메카니즘은 자기 기록 매체(34) 상에 형성된 사전 선택된 트랙에서 헤드 슬라이더(30)를 배치시킨다.

도시되지 않은 구동 모터는 기록 매체(34)를 회전시킨다. 헤드 슬라이더(30)는 기록 매체(34)의 상부로 0.2m 또는 그 이상의 높이에서 상기매체(34)와 관계해서 또는 상기 매체(34)와 접촉하여 이동한다. 이러한 조건에서는, MR 효과막(32)이 누설 자계의 형태로 기록 매체(34)로부터 자기 신호를 판독한다.

MR 소자는 다음의 서로 상이한 구조 (1) 내지 (6) 중 임의의 한 구조를 갖는다.

(1) 기판/Si층/금속 하부층/자유 자성층/비자성층/피고정 자성층/반강자성층 /보호층

(2) 기판/Si층/금속 하부층/자유 자성층/제1 MR 인핸스층/비자성층/피고정 자성층/고정 자성층/보호층

(3) 기판/Si층/금속 하부층/자유 자성층/제1 MR 인핸스층/비자성층/제2 MR 인핸스층/피고정 자성층/고정층/보호층

(4) 기판/Si층/확산 제어층/금속 하부층/자유 자성층/비자성층/피고정 자성층/강자성층/보호층

(5) 기판/Si층/확산 제어층/금속 하부층/자유 자성층/제1 MR 인핸스층/비자성층/피고정 자성층/고정 자성층/보호층, 및

(6) 기판/Si층/확산 제어층/금속 하부층/자유 자성층/제1 MR 인핸스층/비자성층/제2 MR 인핸스층/피고정 자성층/고정 자성층/보호층

확산 제어층으로는, Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Re, Au, Os, Pd, Nb, V 또는 유사한 금속, Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr, W, Mo, Ni, Zn 또는 유사한 금속의 산화물이나 질화물, 산화물과 질화물의 혼합물, 또는 상기 금속과 산화물과 질화물의 혼합물이나 적층물로 이루어질 수 있다.

금속 하부층은 단일막이나 적층물의 형태로 하나 이상의 금속들에 의해서 형성될 수 있다. 특히, Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Re, Au, Os, Pd, Nb 및 V의 단일막, 혼합막 또는 적층막으로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

자유 자성층은 NiFe, CoFe, NiFeCo, FeCo, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoHbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb 또는 CoZrMoNi 합금 또는 비정질 자기 물질로 이루어진다. 이 층은 약 1㎚ 내지 10㎚ 두께가 바람직하다.

비자성층에 대해서는, 약 1 at% 내지 20 at%의 Ag를 첨가하거나 첨가하지 않은 Cu, 1 at% 내지 20 at%의 Re를 첨가하거나 첨가하지 않은 Cu, 또는 Cu-Al의 합금이 사용되고 있다. 비자성층은 2㎚ 내지 4㎚의 두께가 바람직하다.

제1 및 제2 MR 인핸스층들은 각각 Co, NiFeCo나 FeCo, CoFeB, CoZrMo, CoZrNb, CoZr, CoZrTa, CoHf, CoTa, CoTaHf, CoNbHf, CoZrNb, CoHfPd, CoTaZrNb 또는 CoZrMoNi 합금, 또는 비정질 자기 재료로 형성될 수 있고 0.5㎚ 내지 5㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

제1 및 제2 MR 인핸스층의 어느것도 존재하지 않을 때는, MR 비가 증가한다. 그러나, MR 인핸스층이 존재하기 때문에 제조 공정수가 계속해서 감소된다. 피고정 자성층은 Co-, Ni- 및 Fe-계 재료 또는 이들의 합금이나 적층물의 그룹으로부터 선택된 물질을 사용할 수 있다. 피고정 자성층은 약 1㎚ 내지 50㎚의 두께가 바람직하다.

고정층은 FeMn, NiMn, IrMn, RhMn, PtPdMn, ReMn, PtMn, PtCrMn, CrMn, CrAl, TbCo, Ni 산화물, Fe 산화물, Ni 산화물과 Co 산화물의 혼합물, Ni 산화물과 Fe 산화물의 혼합물, 적층된 Ni 산화물과 Co 산화물막, 적층된 Ni 산화물과 Fe 산화물 막, CoCr, CoCrPt, CoCrTa 또는 PtCo에 의해서 형성될 수 있다.

보호층으로는, 금속 산화물이나 질화물, 산화물이나 질화물의 혼합물, 적층된 금속과 산화물막, 적층된 금속과 질화물막, 또는 적층 금속과 산화물과 질화물의 혼합물이 사용될 수 있다. 다른 가능한 재료로는 Ti, V, Cr, Co, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt나 Au, 또는 Si, Al, Ti 및 Ta를 포함하는 그룹으로부터 선택된 산화물과 질화물이나 이들의 혼합물, 또는 상기 산화물이나 질화물 또는 이들의 혼합물의 혼합물, 및 Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb, V 및 Y로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 원소나 2개 이상의 성분들의 합금 및 적층막을 사용할 수 있다.

본 발명의 예들이 이하 설명될 것이다. 먼저, 비교를 위해서, Si 층이 없는 구성으로 MR 효과막을 생성한다. 이 MR 막은 유리 기판/Ta (3㎚)/NiFe (6㎚)/CoFe (1㎚)/Cu (2.7㎚)/CoFe (3㎚)/FeMn (10㎚)/Ta (3㎚) 구조를 갖는다. 각각 NiFe (6㎚)/CoFe (1㎚) 부분과 CoFe (3㎚)/FeMn (10㎚) 부분으로 성막 사이에 인가하는 자계의 방향은 90도 각도가 된다.

CoFe/FeMn 부분을 형성하는데 사용되는 자계와 평행한 자계는 R-H 루프를 측정하기 위해서 상기 MR 효과 막으로 인가된다. 측정 결과 자유 자성층이 1 Oe의 보자력과 5 Oe의 포화 자계를 갖는다는 것을 알 수 있다. MR 비는 7%로 측정된다.

한편, CoFe/FeMn 부분을 형성하는데 사용되는 자계와 평행한 500 Oe의 자계가 비교 MR 효과막으로 인가되면, 상기 막이 진공 상태에서 5시간 동안 270℃에서 가열된다. 그 결과, 동일한 포화 자계가 30 Oe로 감소되는 동안 자유 자성층의 보자력은 2.5 Oe로 증가되었다. 보자력의 증가와 포화 자계의 감소는 자유 자성층의 이방성이 열 처리 동안 자계의 인가 방향으로 회전한다는 사실을 분명히 나타낸다. 열 처리 이후에, MR 비는 6%로 나타났다.

유리 기판/Si (10㎚)/Ta (3㎚)/NiFe (6㎚)/CoFe (1㎚)/Cu (2.7㎚)/CoFe (3㎚)/FeMn (10㎚)/Ta (3㎚) 구조를 가진 MR 효과 소자가 생성되었다. 특히, Si/Ta/NiFe/CoFe 부분에 대해서는, 기판 온도가 변화하는 동안에 약 100 Oe의 자계가 인가된다. 이 부분을 충분히 냉각시킨 후에, Cu/CoFe/FeMn/Ta 부분이 형성된다.

도 5는 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비가 기판 온도에 따라 어떻게 변화하는지를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 보자력과 포화 자계는 명확하게 설명할 수 없지만 기판 온도의 상승에 따라서 증가하는 경향이 있다. MR 비는 기판 온도가 250℃까지 상승됨에 따라 천천히 감소하지만 250℃ 이상의 온도에서는 급격하게 떨어진다.

상기 MR 효과막은 CoFe/FeMn 부분을 형성하는데 사용되는 자계와 평행한500 Oe의 자계가 작용하고 5 시간 동안 270℃ (이하 열처리 온도 B)에서 가열된다. 도 6은 열 처리 온도 B가 작용하는 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 표로 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 150℃ 및 그 이상의 포화 온도에서는 보자력이 감소하고 포화 자계가 증가한다. 이는 150℃ 및 그 이상의 온도에서 행해지는 열 처리에 의해서, 이방성 방향으로의 Si층에 의한 자유 자성층의 회전이 감소될 수 있다는 것을 나타낸다.

유리 기판/Si (10㎚)/Ta (3㎚)/NiFe (6㎚)/CoFe (1㎚)/Cu (2.7㎚)/CoFe (3㎚)/FeMn (10㎚)/Ta (3㎚) 구조를 가진 MR 효과 소자가 형성되었다. Si/Ta/NiFe /CoFe 부분의 형성 후에는, 상기 적층물이 성막용으로 사용되는 자계와 동일한 방향으로 인가된 약 100 Oe의 자계 내에서 가열된다. 이 부분을 충분히 냉각시킨 후, Cu/CoFe/FeMn/Ta 부분이 형성되었다.

도 8은 상기의 처리 온도(이하 열처리 온도 A)가 변화하는 경우 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 열거한다. 도시된 바와 같이, 상기 보자력과 포화 자계는 기판 온도가 변화할 때와 동일한 방식으로 열처리 온도 A의 상승에 따라 증가하는 경향이 있다. MR 비는 열 처리 온도가 250℃일 때까지는 천천히 감소하지만 250℃ 이상의 온도에서는 급격히 떨어진다.

상기의 MR 소자의 구성과 동일한 샘플은 CoFe/FeMn 부분을 형성하는데 사용된 자계와 평행한 500 Oe의 자계 내에서 5 시간동안 270℃ (열처리 온도 B)에서 가열하였다. 그 결과 얻어진 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도 9에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 100 ℃ 또는 그 이상의 온도에서 자유 자성층의보자력과 포화 자계는 각각 감소 및 증가하였다. 100 ℃ 및 그 이상의 높은 온도에서 Si층으로 인한 이방성 방향으로의 자유 자성층의 회전이 감소될 수 있다.

유리 기판 (10㎚)/알루미나 (10㎚)/Ta (3㎚)/NiFe (5㎚)/CoFe (1㎚)/Cu (2.7㎚)/CoFe (3㎚)/FeMn (10㎚)/Ta (3㎚) 구조를 가진 MR 효과 소자가 형성되었다. 특히, Si/알루미나/Ta/NiFe/CoFe 부분은 변화되는 기판 온도를 변호시키면서 100 Oe의 자계 내에 형성하였다. 이 부분을 충분히 냉각시킨 후에는, Cu/CoFe/FeMn/Ta 부분이 형성되었다. 서로로부터 90도의 각도차를 가진 자계가 각각 NiFe (6㎚)/CoFe (1㎚) 부분과 CoFe (3㎚)/FeMn (10㎚) 부분으로 할당된다. 도 10은 다양한 기판 온도에 대한 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한다. 도시된 바와 같이, 보자력과 포화 자계는 이러한 현상을 명확하게 설명할 수는 없지만, 기판 온도의 상승에 따라서 약간 증가하는 경향이 있다. MR 비는 250℃까지는 기판 온도가 상승함에 따라서 천천히 감소하지만, 250℃ 이상에서는 급격히 감소한다.

상기 MR 효과 소자와 동일한 구성을 가진 샘플을 CoFe (3㎚)/FeMn (10㎚)부분을 형성하는데 사용된 자계와 평행한 500 Oe의 자계 내에서 5 시간동안 270℃ (열처리 온도 B)에서 가열하였다. 도 7은 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시하였다. 도시된 바와 같이, 150 ℃ 이상의 높은 온도에서는 자유 자성층의 보자력과 포화 자계가 각각 감소 및 증가하였다. 이는 150 ℃ 및 그 이상의 온도에서 Si층/알루미나 층으로 인한 이방성 방향으로의 자유 자성층의 회전이 감소될 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 자유 자성층의 회전을 감소시킬 수 있는 기판온도의 하한은 알루미나 층이 없을 때보다 알루미나 층이 존재할 때 높다. Si 층으로부터의 Ta/NiFe/CoFe 층으로의 Si 확산은 감소된다.

유리 기판/Si (10㎚)/알루미나 (10㎚)/Ta (3㎚)/NiFe (6㎚)/CoFe (1㎚)/Cu (2.7㎚)/CoFe (3㎚)/FeMn (10㎚)/Ta (3㎚) 구조를 가진 MR 효과 소자가 형성되었다. Si/알루미나/Ta/NiFe/CoFe 부분의 형성 후에는 적층물이 성막용으로 사용되는 자계의 방향에서와 동일한 약 100 Oe의 자계 내에서 가열된다. 상기 부분을 충분히 냉각시킨 후, Cu/CoFe/FeMn/Ta 부분이 형성되었다. 서로로부터 90도의 각도차를 가진 자계는 각각 NiFe (6㎚)/CoFe (1㎚) 부분과 CoFe (3㎚)/FeMn (10㎚) 부분으로 할당된다. 도 11은 다양한 열 처리 온도 A에 대한 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시한다.

도 11에 도시된 바와 같이, 보자력과 포화 자계는 이러한 현상을 명확하게 설명할 수는 없지만, 열 처리 온도 A의 상승에 따라서 약간 증가하는 경향이 있다. MR 비는 250℃까지 열 처리 온도의 상승에 따라서 서서히 감소하지만, 250℃ 이상에서는 다소 급격히 떨어진다.

상기 막과 동일한 구조를 갖는 샘플이 CoFe/FeMn층을 형성하는데 이용된 자계에 평행한 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 270℃로 가열되었다. 도 12는 그 결과 얻어진 샘플의 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 150℃ 이상의 온도에서는, 보자력 및 포화 자계가 각각 감소 및 증가하였다. 150℃를 넘는 온도에서 Si층/알루미나층에 기인한 이방성의 방향으로의 자유 자성층의 회전이 감소될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 자유 자성층의 회전을 감소시킬 수 있는 열처리 온도 A의 하한은 알루미나층이 없는 경우보다 있는 경우가 더 높다. Si층으로부터 Ta/NiFe/CoFe층으로의 Si의 확산은 서서히 감소되었다.

Cu(2.7 nm)/CoFe(3 nm)/FeMn(10 nm)/Ta(3 nm) 구조를 갖는 MR 효과막이 제조되었다. 특히, Si/알루미나/Ta/NiFe/CoFe부분은 약 100 Oe의 자계 내에서 250℃의 기판 온도에서 형성되었고 다음에 충분히 냉각시켰다. 그 결과로서, Cu/CoFe/FeMn/Ta부가 형성되었다. 이러한 경우에, 열 처리 온도 A는 250℃였다. 서로 90도의 각도차가 있는 자계가 각각 NiFe(6 nm)/CoFe (1 nm)부 및 CoFe(3 nm)/FeMn(10 nm)에 할당되었다. 알루미나층의 다양한 두께에 대하여 자유 자성층의 보자력과 포화 자계가 도 13에 표시되어 있다. 도시된 바와 같이, 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비는 알루미나층의 두께와는 거의 관계가 없다.

상기 샘플과 동일한 구조의 샘플이 CoFe/FeMn층을 형성하는데 이용된 자계에 평행한 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 270℃ (열 처리 온도 B)로 가열되었다. 도 14는 그 결과 얻어진 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 확산 제어층의 역할을 하는 알루미나층의 두께의 증가로써, 보자력 및 포화 자계가 각각 증가 및 감소하였다. 아마도, Si층으로부터 알루미나층을 통해 Ta 하부층 및 NiFe/CoFe층으로의 확산의 양은 알루미나층이 보다 얇아질 경우에 더 커서, 유도 자기 이방성에 대한 NiFe/CoFe층의 열 안정성을 향상시킬 것이다. MR 비는 알루미나층의 두께의 증가에 따라 감소하였다. 이는 아마도 보다 얇은 알루미나층이 NiFe/CoFe층로의 과도한 확산을 야기하므로 CoFe와 Cu 간의 경계에서 MR 비가 감소하게 되기 때문일 것이다.

유기 기판/확산 제어층(10㎚)/Si(10 nm)/Ta(3 nm)/NiFe(6 nm)/CoFe(1 nm)/Cu(2.7 nm)/CoFe(3 nm)/FeMn(10 nm)/Ta(3 nm)를 갖는 MR 소자가 제조되었다. 특히, Si/알루미나/Ta/NiFe/CoFe 부분은 약 100 Oe의 자계 내에서 250℃로 가열된 기판으로 형성되었다. 이러한 부분을 충분히 냉각시킨 후에, Cu/CoFe/FeMnTa 부분이 형성되었다. 열 처리 온도 A는 250℃로 선택되었다. 서로 90도의 차를 갖는 자계가 각각 NiFe(6 nm)/CoFe(1 nm) 부분과 CoFe(3 nm)/FeMn (10 nm) 부분에 할당되었다.

도 15는 다양한 종류의 확산 제어층들에 대한 최종적인 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 상기 샘플의 보자력과 포화 자계는 확산 제어층의 종류에 관계없이 실질적으로 일정하게 유지되었다.

상기 샘플과 동일한 샘플이 CoFe/FeMn층을 형성하는데 사용된 자계에 평행한 자계 내에서 5 시간 동안 270℃ (열 처리 온도 B)로 가열되었다. 도 16은 최종적인 자유 자성층의 보자력과 포화 자계 및 MR 비를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 보자력 및 포화 자계는 확산 제어층의 종류에 관계없이 실질적으로 일정하게 유지된다. 이는 자유 자성층의 이방성이 막 형성 직후에 발생된 방향으로 고정되었고, 500 Oe의 자계 내에서 이루어지는 270℃에서의 5 시간 동안의 열 처리가 이방성의 회전을 야기하지 않는다는 것을 나타낸다.

상기 조건은 아마도 Si가 확산 제어층을 통해 Ta 하부층에 도달하기 때문일것이다. 그러나, MR 비는 4.9% 내지 6.2%의 범위 내에서 산란되었다. 이는 아마도 자유 자성층과 비자성층 간의 경계에 도달된 Si의 양이 확산 제어층의 종류에 종속적이기 때문일 것이다.

유리 기판 상에 직접 형성된 Ta(3 nm)/NiFe(6 nm)/CoFe(1 nm)/Cu(2.7 nm)/CoFe(3 nm) 구조를 갖는 MR 효과막 및 동일한 구조를 갖지만 Si(10 nm)/알루미나(1 nm)층을 통해 형성되는 MR 효과막이 제조되었다. 특히, Ta/NiFe/CoFe층을 형성하기 위해, 기판이 약 100 Oe의 자계 내에서 250℃로 가열되었다. 이러한 층의 충분한 냉각 후에, Cu/CoFe/FeMn/Ta층이 형성되었다. 서로 90도 만큼 상이한 자계가 각각 NiFe(6 nm)/CoFe(1 nm)/Cu(2.7 nm) 부분과 CoFe(3 nm)/FeMn(10 nm) 부분에 인가되었다. 그 결과 얻어진 MR막은 CoFe/FeMn층을 형성하는데 사용되는 자계에 평행한 500 Oe의 자계 내에서 열 처리 온도 B로 가열되었다.

피고정층의 자화를 고정하기 위한 열 처리의 온도 및 지속 기간은 고정층의 종류에 따른다. 그러므로, 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 열 처리 온도 B 및 그 지속 기간은 고정층의 종류에 따라 가변적이다. 열 처리는 불필요하거나 또는 열 처리 온도가 낮아서, 고정층의 종류에 종속적일 것이다. 그러나, 2가지 다른 구성 모두에 대해, 헤드 상의 MR 효과막의 형성을 위해 3 시간 이상 동안 230℃에서 열처리가 행해졌다. 그 결과 얻어진 자유 자성층들의 보자력과 포화 자계 및 MR 비가 도 17 및 18에 도시되어 있다.

도 17에 도시되어 있는 바와 같이, 자유 자성층은 Si/알루미나층의 존재 여부에 관계없이 1.5 Oe보다 큰 보자력을 갖는다. 이는 아마도 막 형성 시에 자유자성층에 인가된 유도 자기 이방성이 열 처리 동안 자계의 방향으로 휘게되기 때문일 것이다. 도 18에 도시되어 있는 바와 같이, 모든 상이한 종류의 고정층에 대해, Si/알루미나층이 없을 경우보다 있을 경우에 자유 자성층의 보자력이 더 작다. 이는 Si가 NiFe/CoFe층으로 효과적으로 확산되었음을 의미한다. CoCr을 포함하는 소정의 재료들에 대해, 자유 자성층은 1.8 Oe - 2.4 Oe만큼 높은 보자력을 갖는다. 이는 아마도 자유 자계의 포화 자계가 또한 높기 때문에 이방성의 회전이 아닌 몇가지 원인에 기인한 것일 것이다.

하기에 실드형 디바이스에 적용된 본 발명의 실시예 및 행해진 각각의 특정한 열 처리가 자기 헤드로서의 평가 결과와 함께 설명될 것이다.

실시예 1

도 1에 도시된 실드형 디바이스가 제조되었으며 이는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭층을 포함한다. MR 효과막을 위해, Si(10 nm)/알루미나(10 nm)/Ta (3 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(4 nm)/Co₉₀Fe₁₀(1 nm)/Cu(2.7 nm)/Co₉₀Fe₁₀(2 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(1 nm)/Ni₄₆Mn₅₄(30 nm)/Ta(3 nm) 구조가 사용되었다. Ta/NiFe/CoFe층은 100 Oe의 자계 내에서 250℃의 기판 온도로 형성되었다. 다른 층들은 기판을 열 처리하지 않고 형성되었다. MR 효과막의 형성 후에, 이 막은 상기 자계에 수직인 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 270℃로 가열되었다.

MR 효과막은 MR 효과 소자를 제조하도록 PR 공정에 의해 1×1 ㎛의 크기로 패터닝되었다. CoCrPt 및 Mo 하부 전극층이 상기 소자의 에지부에 접촉하는 방식으로 MR 효과 소자 상에 적층되었다. 상부 갭층과 상부 실드층이 각각 알루미나와 NiFe에 의해 구현되었다.

상기 헤드는 슬라이더 기계가공 처리되는 도 3의 구성으로 제조되었으며, CoCrTa 기록 매체로부터 데이타를 기록 및 재생하는데 사용된다. 기록 매체는 1.5 m의 기록 트랙폭, 0.2 m의 기록 갭, 1.0 m의 판독 트랙 폭, 및 0.21 m의 판독 갭을 갖는다. 기록 헤드에 대해, 코일부를 형성하기 위한 포토레지스트 경화 공정이 2 시간 동안 250℃에서 이루어졌다.

포토레지스트 경화 공정의 결과로서, 피고정층의 자화 방향 및 디바이스의 높이의 방향으로 배향될 것으로 예측되는 고정층의 자화 방향은 회전하였고 스핀 밸브의 기능에 더해지는 것이 방지되었다. 스핀 밸브의 기능을 달성하기 위해, 판독 헤드부 및 기록 헤드부의 형성 후에, 상기 구조는 자화를 위해 500 Oe의 자계 내에서 1 시간 동안 200℃로 가열되었다. 최종적인 자화 곡선은 자화의 방향에 있어서 자유 자성층의 자화 용이축의 회전이 거의 없음을 보여준다. 기록 매체는 2.5 kOe의 보자력을 가지며, 재생 출력은 기록 마크의 길이를 변화시킴으로써 측정되었다.

상기 측정은 재생 출력을 반감시키는 마크 길이가 154 kFIC이고, 재생 출력(피크-투-피크)은 1.7 mV이며, S/N(신호 대 잡음) 비는 27 dB이고, 에러율은 10^-6이하이고, 잡음은 발생하지 않는 바람직한 파형을 나타내었다. 500 Oe로 2,500 시간 동안 80℃에서 행해진 환경 테스트에서 상기 에러율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 2×10⁷A/cm²의 전류 밀도로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR 비는 1,000 시간까지 변화하지 않았다.

실시예 2

도 1에 도시된 구성을 갖는 실드형 디바이스가 제조되었으며 이는 NiFe 하부 실드층과 알루미나 하부 갭층을 포함한다. MR 효과막을 위해, Si(10 nm)/알루미나 (10 nm)/Ta (3 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(4 nm)/Co₉₀Fe₁₀(1 nm)/Cu(2.7 nm)/Co₉₀Fe₁₀(2 nm)/ Ni₈₂Fe₁₈(1 nm)/Pt₄₈Mn₅₂(30 nm)/Ta(3 nm) 구조가 사용되었다. Ta/NiFe/CoFe층이 100 Oe의 자계 내에서 250℃의 기판 온도로 형성되었다. 다른 층들은 기판을 열 처리하지 않고 형성되었다. MR 효과막의 형성 후에, 이 막은 상기 자계에 수직인 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 250℃로 가열되었다.

MR 효과막은 MR 효과 소자를 제조하도록 PR 공정에 의해 1×1 ㎛의 크기로 패턴화되었다. CoCrPt 및 Mo 하부 전극층이 소자의 에지부에 접촉하는 방식으로 MR 효과 소자 상에 적층되었다. 상부 갭층 및 상부 실드층은 각각 알루미나와 NiFe에 의해 구현되었다.

상기 헤드는 슬라이더 기계가공 처리되는 도 3의 구성으로 제조되었으며, CoCrTa 기록 매체로부터 데이타를 기록 및 재생하는데 사용된다. 기록 매체는 1.5 m의 기록 트랙폭, 0.2 m의 기록 갭, 1.0 m의 판독 트랙 폭, 및 0.21 m의 판독 갭을 갖는다. 기록 헤드에 대해, 코일부를 형성하기 위한 포토레지스트 경화 공정가 2 시간 동안 250℃에서 이루어졌다.

포토레지스트 경화 공정의 결과로서, 고정된 층의 자화 방향 및 장치의 높이의 방향으로 배향될 것으로 예측되는 고정층의 자화 방향은 회전하였고 스핀 밸브의 기능에 더해지는 것이 방지되었다. 스핀 밸브의 기능을 달성하기 위해, 판독 헤드부 및 기록 헤드부의 형성 후에, 상기 구조는 자화를 위해 500 Oe의 자계 내에서 1 시간 동안 200℃로 가열되었다. 최종적인 자화 곡선은 자화의 방향에 있어서 자유 자성층의 자화 용이축의 회전이 거의 없음을 나타내었다. 기록 매체는 2.5 kOe의 보자력을 가졌으며, 재생 출력은 기록 마크의 길이를 변화시킴으로써 측정되었다.

상기 측정은 재생 출력을 반감시키는 마크 길이가 150 kFCI이고, 재생 출력(피크-투-피크)은 1.8 mV이며, S/N(신호 대 잡음) 비는 26.9 dB이고, 에러율은 10^-5이하이고, 잡음은 발생하지 않았으며, 바람직한 파형을 나타내었다. 500 Oe로 2,500 시간 동안 80℃에서 행해진 환경 테스트에서 상기 에러율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 2×10⁷A/cm²의 전류 밀도로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR 비는 1,000 시간까지 변화하지 않았다.

실시예 3

도 1에 도시된 구성을 갖는 실드형 디바이스가 제조되었으며 이는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭층을 포함한다. MR 효과막을 위해, Si(10 nm)/알루미나 (10 nm)/Ta (3 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(4 nm)/Co₉₀Fe₁₀(1 nm)/Cu(2.7 nm)/Co₉₀Fe₁₀(2 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(1 nm)/Ir₂₄Mn₇₆(10 nm)/Ta(3 nm) 구조가 사용되었다. Ta/NiFe/CoFe층이100 Oe의 자계 내에서 270℃의 기판 온도로 형성되었다. 다른 층들은 기판을 열 처리하지 않고 형성되었다. MR 효과막의 형성 후에, 이 막은 상기 자계에 수직인 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 250℃로 가열되었다.

MR 효과막은 MR 효과 소자를 제조하도록 PR 공정에 의해 1×1 ㎛의 크기로 패터닝되었다. CoCrPt 및 Mo 하부 전극층이 소자의 에지부에 접촉하는 방식으로 MR 효과 소자 상에 적층되었다. 상부 갭층 및 상부 실드층이 각각 알루미나와 NiFe에 의해 구현되었다.

포토레지스트 경화 공정의 결과로서, 피고정층의 자화 방향 및 장치의 높이의 방향으로 배향될 것으로 예측되는 고정층의 자화 방향은 회전하였고 스핀 밸브의 기능에 더해지는 것이 방지되었다. 스핀 밸브의 기능을 달성하기 위해, 판독 헤드부 및 기록 헤드부의 형성 후에, 상기 구조는 자화를 위해 500 Oe의 자계 내에서 1 시간 동안 200℃로 가열되었다. 최종적인 자화 곡선은 자화의 방향에 있어서 자유 자성층의 자화 용이축의 회전이 거의 없음을 나타내었다. 기록 매체는 2.5 kOe의 보자력을 가졌으며, 재생 출력은 기록 마크의 길이를 변화시킴으로써 측정되었다.

상기 측정은 재생 출력을 반감시키는 마크 길이가 146 kFCI이고, 재생 출력(피크-투-피크)은 1.7 mV이며, S/N(신호 대 잡음) 비는 26.5 dB이고, 에러율은 10^-6이하이고, 잡음은 발생하지 않았으며, 바람직한 파형을 나타내었다. 500 Oe로 2,500 시간 동안 80℃에서 행해진 환경 테스트에서 상기 에러율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 2×10⁷A/cm²의 전류 밀도로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR 비는 1,000 시간까지 변화하지 않았다.

실시예 4

도 1에 도시된 구성을 갖는 실드형 디바이스가 제조되었으며 이는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭층을 포함한다. MR 효과막을 위해, Si(10 nm)/CiO₂(10 nm)/Ta (3 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(4 nm)/Co₉₀Fe₁₀(1 nm)/Cu(2.7 nm)/Co₉₀Fe₁₀(2 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(1 nm)/Fe₂O₃(1 nm)/NiO(30 nm)/Ta(3 nm) 구조가 사용되었다. 이러한 경우에, 기판은 전혀 가열되지 않았다. 막 형성을 위한 자계는 100 Oe로 선택되었다. 막 형성 후에, 막은 상기 자계에 수직한 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 270℃로 가열되었다.

포토레지스트 경화 공정의 결과로서, 피고정층의 자화 방향 및 장치의 높이의 방향으로 배향될 것으로 예측되는 고정층의 자화 방향은 회전하였고 스핀 밸브의 기능에 더해지는 것이 방지되었다. 스핀 밸브의 기능을 달성하기 위해, 판독 헤드부 및 기록 헤드부의 형성 후에, 상기 구조는 자화를 위해 500 Oe의 자계 내에서 1 시간 동안 200℃로 가열되었다. 최종적인 자화 곡선은 자화의 방향에 있어서 자유 자성층의 자화 용이축의 회전이 거의 없음을 나타낸다. 기록 매체는 2.5 kOe의 보자력을 가지며, 재생 출력은 기록 마크의 길이를 변화시킴으로써 측정되었다.

상기 측정은 재생 출력을 반감시키는 마크 길이가 160 kFCI이고, 재생 출력(피크-투-피크)은 2.1 mV이며, S/N(신호 대 잡음) 비는 28.5 dB이고, 에러율은 10^-6이하이고, 잡음은 발생하지 않았으며, 바람직한 파형을 나타내었다. 500 Oe로 2,500 시간 동안 80℃에서 행해진 환경 테스트에서 상기 에러율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 2×10⁷A/cm²의 전류 밀도로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR 비는 1,000 시간까지 변화하지 않았다.

실시예 5

도 1에 도시된 구성을 갖는 실드형 디바이스가 제조되었으며 이는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭층을 포함한다. MR 효과막을 위해, Si(10 nm)/SiO₂(10 nm)/Ta (3 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(4 nm)/Co₉₀Fe₁₀(1 nm)/Cu(2.7 nm)/Co₉₀Fe₁₀(2 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(1 nm)/Fe₂O₃(1 nm)/NiO(30 nm)/Ta(3 nm) 구조가 사용되었다. 기판은 막 형성 동안에 전혀 가열되지 않았다. 막 형성을 위한 자계는 100 Oe로 선택되었다. 막 형성 후에, 막은 상기 자계에 수직한 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 270℃로 가열되었다.

MR 효과막은 MR 효과 소자를 제조하도록 PR 공정에 의해 1×1 ㎛의 크기로 패터닝되었다. CoCrPt 및 Mo 하부 전극층이 소자의 에지부에 접촉하도록 하는 방식으로 MR 효과 소자 상에 적층되었다. 상부 갭층 및 상부 실드층이 각각 알루미나와 NiFe에 의해 구현되었다.

포토레지스트 경화 공정의 결과로서, 피고정층의 자화 방향 및 장치의 높이의 방향으로 배향될 것으로 예측되는 고정층의 자화 방향은 회전하였고 스핀 밸브의 기능에 더해지는 것이 방지되었다. 스핀 밸브의 기능을 달성하기 위해, 판독헤드부 및 기록 헤드부의 형성 후에, 상기 구조는 자화를 위해 500 Oe의 자계 내에서 1 시간 동안 200℃로 가열되었다. 최종적인 자화 곡선은 자화의 방향에 있어서 자유 자성층의 자화 용이축의 회전이 거의 없음을 나타내었다. 기록 매체는 2.5 kOe의 보자력을 가졌으며, 재생 출력은 기록 마크의 길이를 변화시킴으로써 측정되었다.

상기 측정은 재생 출력을 반감시키는 마크 길이가 161 kFCI이고, 재생 출력(피크-투-피크)은 2.0 mV이며, S/N(신호 대 잡음) 비는 28.1 dB이고, 에러율은 10^-6이하이고, 잡음은 발생하지 않았으며, 바람직한 파형을 나타내었다. 500 Oe로 2,500 시간 동안 80℃에서 행해진 환경 테스트에서 상기 에러율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 2×10⁷A/cm²의 전류 밀도로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR 비는 1,000 시간까지 변화하지 않았다.

실시예 6

도 1에 도시된 구성을 갖는 실드형 디바이스가 제조되었으며 이는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭층을 포함한다. MR 효과막을 위해, Si(10 nm)/알루미나(12 nm)/Ta (3 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(4 nm)/Co₉₀Fe₁₀(1 nm)/Cu(2.7 nm)/Co₉₀Fe₁₀(2 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(1 nm)/Ni₄₆Mn₅₄(30 nm)/Ta(3 nm) 구조가 사용되었다. Ta/NiFe/CoFe층은 다른 막들이 기판을 가열하지 않으면서 형성되는 동안 250℃로 기판을 가열하여 형성되었다. 막 형성을 위한 자계는 100 Oe로 선택되었다. 막 형성 후에, 막은 상기 자계에 수직한 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 270℃로 가열되었다.

상기 측정은 재생 출력을 반감시키는 마크 길이가 157 kFCI이고, 재생 출력(피크-피크)은 1.8 mV이며, S/N(신호 대 잡음) 비는 26.9 dB이고, 에러율은 10^-6이하이고, 잡음은 발생하지 않았으며, 바람직한 파형을 나타내었다. 500 Oe로 2,500 시간 동안 80℃에서 행해진 환경 테스트에서 상기 에러율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 2×10⁷A/cm²의 전류 밀도로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR 비는 1,000 시간까지 변화하지 않았다.

실시예 7

도 1에 도시된 구성을 갖는 실드형 디바이스가 제조되었으며 이는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭층을 포함한다. MR 효과막을 위해, Si(10 nm)/SiO₂(10 nm)/Ta(3 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(4 nm)/Co₉₀Fe₁₀(1 nm)/Cu(2.7 nm)/Co₉₀Fe₁₀(2 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(1 nm)/Ni₄₆Mn₅₄(30 nm)/Ta(3 nm) 구조가 사용되었다. Ta/NiFe/CoFe층은 다른 막들이 기판을 가열하지 않으면서 형성되는 동안 250℃로 기판을 가열하여 형성되었다. 막 형성을 위한 자계는 100 Oe로 선택되었다. 막 형성 후에, 막은 상기 자계에 수직한 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 270℃로 가열되었다.

상기 측정은 재생 출력을 반감시키는 마크 길이가 159 kFCI이고, 재생 출력(피크-투-피크)이 1.8 mV이며, S/N(신호 대 잡음) 비는 26.8 dB이고, 에러율은 10^-6이하이고, 잡음은 발생하지 않는 바람직한 파형을 나타내었다. 500 Oe로 2,500 시간 동안 80℃에서 행해진 환경 테스트에서 상기 에러율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 2×10⁷A/cm²의 전류 밀도로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR 비는 1,000 시간까지 변화하지 않았다.

실시예 8

도 1에 도시된 구성을 갖는 실드형 디바이스가 제조되었으며 이는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭층을 포함한다. MR 효과막을 위해, Si(10 nm)/탄탈륨 산화물(13 nm)/Ta(3 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(4 nm)/Co₉₀Fe₁₀(1 nm)/Cu(2.7 nm)/Co₉₀Fe₁₀(2 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(1 nm)/Ni₄₆Mn₅₄(30 nm)/Ta(3 nm) 구조가 사용되었다. Ta/NiFe/CoFe층은 다른 막들이 기판을 가열하지 않으면서 형성되는 동안 250℃로 기판을 가열하여 형성되었다. 막 형성을 위한 자계는 100 Oe로 선택되었다. 막 형성 후에, 막은 상기 자계에 수직한 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 270℃로 가열되었다.

상기 측정은 재생 출력을 반감시키는 마크 길이가 157 kFCI이고, 재생 출력(피크-투-피크)은 1.6 mV이며, S/N(신호 대 잡음) 비는 26.5 dB이고, 에러율은 10^-6이하이고, 잡음은 발생하지 않았으며, 바람직한 파형을 나타내었다. 500 Oe로 2,500 시간 동안 80℃에서 행해진 환경 테스트에서 상기 에러율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 2×10⁷A/cm²의 전류 밀도로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR 비는 1,000 시간까지 변화하지 않았다.

실시예 9

도 1에 도시된 구성을 갖는 실드형 디바이스가 제조되었으며 이는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭층을 포함한다. MR 효과막을 위해, Si(10 nm)/알루미늄 질화물(8 nm)/Ta(3 nm)/Ni₈₂Fe₁₈(4 nm)/Co₉₀Fe₁₀(1 nm)/Cu(2.7 nm)/Co₉₀Fe₁₀(2 nm) /Ni₈₂Fe₁₈(1 nm)/Ni₄₆Mn₅₄(30 nm)/Ta(3 nm) 구조가 사용되었다. Ta/NiFe/CoFe층은 다른 막들이 기판을 가열하지 않으면서 형성되는 동안 250℃로 기판을 가열하여 형성되었다. 막 형성을 위한 자계는 100 Oe로 선택되었다. 막 형성 후에, 막은 상기 자계에 수직한 500 Oe의 자계 내에서 5 시간 동안 270℃로 가열되었다.

MR 효과막은 MR 효과 소자를 제조하도록 PR 공정에 의해 1×1 ㎛의 크기로 패터닝되었다. CoCrPt 및 Mo 하부 전극층이 소자의 에지부에 접촉하도록 하는 방식으로 MR 효과 소자 상에 적층되었다. 상부 갭층과 상부 실드층은 각각 알루미나와 NiFe에 의해 구현되었다.

포토레지스트 경화 공정의 결과, 피고정층의 자화 방향 및 디바이스의 높이 방향으로 배향될 것으로 기대된 고정층의 자화 방향이 회전하여, 스핀 밸브의 기능이 이루어지는 것을 방지하였다. 스핀 밸브의 기능을 얻기 위하여, 판독 헤드부와 기록 헤드부를 형성한 후에, 상기한 구조물을 200℃에서 1 시간동안 자화용 자계 500 Oe에서 가열하였다. 최종 자화 곡선은 자유 자성층의 자화 용이축(easy axis)이 자화 방향으로 거의 회전되지 않음을 나타내었다. 기록 매체는 2.5 kOe의 보자력을 가지며, 기록 마크의 길이를 변화시킴으로써 재생 출력을 측정하였다.

상기한 측정 결과, 재생 출력을 반감시키는 마크 길이는 158 kFCl이고, 재생 출력 (피크-투-피크)은 1.8 mV이며, S/N비는 26.8 dB이고, 오차율은 10^-6이하이며, 잡음이 발생하지 않고, 원하는 파형이 얻어짐을 확인하였다. 80℃에서 2,500 시간 동안 500 Oe로 행해진 환경 테스트에서 상기한 오차율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 전류 밀도 2×10⁷A/㎠로 행해진 전류 공급 테스트에서도 저항 또는 MR 비는 1,000 시간까지 변화되지 않았다.

실시예 10

도 1에 도시한 구성을 갖는 실드형 디바이스를 제조하였으며 이 디바이스는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭층을 포함하고 있다. MR 효과막용으로는, Si (10 ㎚)/실리콘 질화물 (11 ㎚)/Ta (3 ㎚)/Ni₈₂Fe₁₈(4 ㎚)/Co₉₀Fe₁₀(1 ㎚)/Cu (2.7 ㎚)/Co₉₀Fe₁₀(2 ㎚)/Ni₈₂Fe₁₈(1 ㎚)/Ni₄₆Mn₅₄(30 ㎚)/Ta (3 ㎚) 구조물을 사용하였다. Ta/NiFe/CoFe층은 기판을 250℃에서 가열하면서 형성하는 반면, 다른 막들은 기판을 가열하지 않으면서 형성하였다. 막 형성용 자계는 100 Oe로 선택하였다. 성막 후, 270℃에서 5 시간동안 상기 자계에 수직인 자계 500 Oe에서 막을 가열하였다.

PR 공정에 의해 MR 효과막을 1×1 ㎛의 크기로 패터닝하여 MR 효과 소자를 형성하였다. 소자의 에지부들이 접촉하도록 하는 방식으로 MR 효과 소자 상에 CoCrPt 및 Mo 하부 전극층을 적층하였다. 상부 갭층 및 상부 실드층은 각각 알루미나 및 NiFe로 형성하였다.

상기한 헤드는 도 3의 구성을 가지며, 슬라이더 기계가공을 받은 후, CoCrTa 기록 매체로부터의 데이터를 기록 및 재생하도록 사용된다. 기록 매체는 1.5 m의 기록 트랙 폭, 0.2 m의 기록 갭, 1.0 m의 판독 트랙 폭 및 0.21 m의 판독 갭을 가진다. 기록 헤드에 대하여, 코일부를 형성하기 위한 포토레지스트 경화 공정을 250℃에서 2 시간동안 실행하였다.

포토레지스트 경화 공정의 결과, 피고정층의 자화 방향 및 디바이스의 높이 방향으로 배향될 것으로 기대된 고정층의 자화 방향이 회전하여, 스핀 밸브의 기능이 이루어지는 것을 방지하였다. 스핀 밸브의 기능을 얻기 위하여, 판독 헤드부와 기록 헤드부를 형성한 후에, 상기한 구조물을 200℃에서 1 시간동안 자화용 자계 500 Oe에서 가열하였다. 최종 자화 곡선은 자유 자성층의 자화 용이축이 자화 방향으로 거의 회전되지 않음을 나타내었다. 기록 매체는 2.5 kOe의 보자력을 가지며, 기록 마크의 길이를 변화시킴으로써 재생 출력을 측정하였다.

상기한 측정 결과, 재생 출력을 반감시키는 마크 길이는 156 kFCl이고, 재생 출력(피크-투-피크)은 1.9 mV이며, S/N비는 26.7 dB이고, 오차율은 10^-6이하이며, 잡음가 발생하지 않고, 원하는 파형이 얻어짐을 확인하였다. 80℃에서 2,500 시간 동안 500 Oe로 행해진 환경 테스트에서 상기한 오차율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 전류 밀도 2×10⁷A/㎠로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR비는 1,000 시간까지 변화되지 않았다.

실시예 11

도 1에 도시한 구성을 갖는 실드형 디바이스를 제조하였으며 이 디바이스는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭 층을 포함하고 있다. MR 효과막용으로는, Si (10 ㎚)/알루미나 (11 ㎚)/Ta (3 ㎚)/Ni₈₂Fe₁₆(4 ㎚)/Co₉₀Fe₁₀(1 ㎚)/Cu (2.7 ㎚)/Co₉₀Fe₁₀(2 ㎚)/Ni₈₂Fe₁₈(1 ㎚)/Ni₄₆Mn₅₄(30 ㎚)/Ta (3 ㎚) 구조물을 사용하였다. Ta/NiFe/CoFe층을 형성한 후, 적층물을 250℃에서 5 시간동안 가열하고 충분히 냉각한 다음 다른 층들을 형성하였다. 막 형성용 자계는 100 Oe로 선택하였다. 성막 후, 270℃에서 5 시간동안 상기한 자계에 수직인 자계 500 Oe에서 막을 가열하였다.

상기한 헤드는 도 3의 구성을 가지며, 슬라이더 기계가공을 받은 후, CoCrTa 기록 매체로부터의 데이터를 기록 및 재생하도록 사용된다. 기록 매체는 1.5 m의 기록 트랙 폭, 0.2 m의 기록 갭, 1.0 m의 판독 트랙 폭 및 0.21 m의 판독 갭을 가진다. 기록 헤드에 대하여, 코일부를 형성하기 위한 포토레지스트 경화 공정를 250℃에서 2 시간동안 실행하였다.

포토레지스트 경화 공정의 결과, 피고정층의 자화 방향 및 디바이스의 높이 방향으로 배향될 것으로 기대된 고정층의 자화 방향이 회전하여, 스핀 밸브의 기능이 이루어지는 것을 방지하였다. 스핀 밸브의 기능을 얻기 위하여, 판독 헤드부와 기록 헤드부를 형성한 후에, 상기한 구조물을 200℃에서 1 시간동안 자화용 자계 500 Oe에서 가열하였다. 최종 자화 곡선은 자유 자성층의 용이축이 자화 방향으로 거의 회전되지 않음을 나타내었다. 기록 매체는 2.5 kOe의 보자력을 가지며, 기록 마크의 길이를 변화시킴으로써 재생 출력을 측정하였다.

상기한 측정 결과, 재생 출력을 반감시키는 마크 길이는 156 kFCl이고, 재생 출력 (피크-투-피크)은 1.8 mV이며, S/N비는 26.6 dB이고, 오차율은 10^-6이하이며, 잡음가 발생하지 않고, 원하는 파형이 얻어짐을 확인하였다. 80℃에서 2,500 시간동안 500 Oe로 행해진 환경 테스트에서 상기한 오차율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 전류 밀도 2×10⁷A/㎠로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR비는 1,000 시간까지 변화되지 않았다.

실시예 12

도 2에 도시한 구성을 갖는 실드형 디바이스를 제조하였으며 이 디바이스는 NiFe 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭 층을 포함하고 있다. MR 효과막용으로는, Si (10 ㎚)/알루미나 (10 ㎚)/Ta (3 ㎚)/Ni₈₂Fe₁₆(4 ㎚)/Co₈₀Fe₁₀(1 ㎚)/Cu (2.7 ㎚)/Co₉₀Fe₁₀(2 ㎚)/Ni₈₂Fe₁₈(1 ㎚)/Ni₄₆Mn₅₄(30 ㎚)/Ta (3 ㎚) 구조물을 사용하였다. Ta/NiFe/CoFe층을 형성한 후, 적층물을 250℃에서 5 시간동안 가열하고 충분히 냉각하고나서 다른 층들을 형성하였다. 성막용 자계는 100 Oe로 선택하였다. 막 형성후, 270℃에서 5 시간동안 상기한 자계에 수직인 자계 500 Oe에서 막을 가열하였다.

PR 공정에 의해 MR 효과막을 1×1 ㎛의 크기로 패터닝하여 MR 효과 소자를 형성하였다. 막의 에지부들이 접촉하도록 하는 방식으로 MR 효과 소자 상에 CoCrPt 및 Mo 하부 전극층을 적층하였다. 상부 갭층 및 상부 실드층은 각각 알루미나 및 NiFe로 형성하였다.

상기한 측정 결과, 재생 출력을 반감시키는 마크 길이는 156 kFCl이고, 재생 출력 (피크-투-피크)은 1.9 mV이며, S/N비는 26.8 dB이고, 오차율은 10^-6이하이며, 잡음가 발생하지 않고, 원하는 파형이 얻어짐을 확인하였다. 80℃에서 2,500 시간 동안 500 Oe로 행해진 환경 테스트에서 상기한 오차율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 전류 밀도 2×10⁷A/㎠로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR비는 1,000 시간까지 변화되지 않았다.

실시예 13

도 1에 도시한 구성을 갖는 실드형 디바이스를 제조하였으며 이 디바이스는 CoZrTa 하부 실드층 및 알루미나 하부 갭층을 포함하고 있다. MR 효과막용으로는, Si (10 ㎚)/알루미나 (10 ㎚)/Ta (3 ㎚)/Ni₈₂Fe₁₆(4 ㎚)/Co₈₀Fe₁₀(1 ㎚)/Cu (2.7㎚)/Co₉₀Fe₁₀(2 ㎚)/Ni₈₂Fe₁₈(1 ㎚)/Ni₄₆Mn₅₄(30 ㎚)/Ta (3 ㎚) 구조물을 사용하였다. Ta/NiFe/CoFe층을 형성한 후, 적층물을 250℃에서 5 시간동안 가열하고 충분히 냉각하고나서 다른 층들을 형성하였다. 성막용 자계는 100 Oe로 선택하였다. 성막 후, 270℃에서 5 시간동안 상기한 자계에 수직인 자계 500 Oe에서 막을 가열하였다.

PR 공정에 의해 MR 효과막을 1×1 ㎛의 크기로 패터닝하여 MR 효과 소자를 형성하였다. 막의 에지부들이 접촉하도록 하는 방식으로 MR 효과 소자 상에 CoCrPt 및 Mo 하부 전극층을 적층하였다. 상부 갭층 및 상부 실드층은 각각 알루미나와 CoZrTa로 형성하였다.

포토레지스트 경화 공정의 결과, 피고정층의 자화 방향 및 디바이스의 높이 방향으로 배향될 것으로 기대된 고정층의 자화 방향이 회전하여, 스핀 밸브의 기능이 이루어지는 것을 방지하였다. 스핀 밸브의 기능을 얻기 위하여, 판독 헤드부와 기록 헤드부를 형성한 후에, 상기한 구조물을 200℃에서 1 시간동안 자화용 자계 500 Oe에서 가열하였다. 최종 자화 곡선은 자유 자성층의 용이축이 자화 방향으로 거의 회전되지 않음을 나타내었다. 기록 매체는 2.5 kOe의 보자력을 가지며, 기록마크의 길이를 변화시킴으로써 재생 출력을 측정하였다.

상기한 측정 결과, 재생 출력을 반감시키는 마크 길이는 156 kFCl이고, 재생 출력 (피크-투-피크)은 1.9 mV이며, S/N비는 26.8 dB이고, 오차율은 10^-6이하이며, 잡음가 발생하지 않고, 원하는 파형이 얻어짐을 확인하였다. 80℃에서 2,500 시간 동안 500 Oe로 행해진 환경 테스트에서 상기한 오차율은 변화되지 않았다. 또한, 80℃의 환경에서 전류 밀도 2×10⁷A/㎠로 행해진 전류 공급 테스트에서 저항 또는 MR 비는 1,000 시간까지 변화되지 않았다.

본 발명에 따른 실험적인 자기 디스크 드라이브는 다음과 같다. 디스크 드라이브에 포함된 베이스 상에 세 개의 기록 매체가 장착된다. 헤드 드라이브 회로, 신호 처리 회로 및 입/출력 인터페이스가 베이스의 후방부에 장착된다. 디스크 드라이브는 32 비트 버스 라인에 의해 외부에 접속된다.

단일 자기 헤드는 각각의 기록 매체의 일 표면과 마주한다. 헤드 구동용 회전 액츄에이터, 회전 액츄에이터 구동 및 제어용 회로, 및 기록 매체를 스핀시키기 위한 스핀들 모터가 디스크 드라이브 상에 장착된다. 각각의 기록 매체는 46 ㎜의 직경을 가지며 직경 10 ㎜와 직경 40 ㎜간의 영역에 걸쳐 데이터를 기록할 수 있다. 디스크 드라이브는 각각의 헤드를 위치 결정하기 위한 매립형 서보 시스템을 갖추고 있기 때문에 서보 표면이 없으므로 고 밀도로 구성될 수 있다.

상기한 디스크 드라이브는 외부 저장 장치로서 소형 컴퓨터에 직접 접속가능하다. 입/출력 인터페이스는 캐시 메모리를 포함하며, 초당 5 내지 20 megabytes범위의 전송율을 갖는 버스 라인과 함께 사용할 수 있다. 또한, 외부 제어기 (디스크 제어기)를 사용할 수 있다면, 복수의 이러한 디스크 드라이브를 함께 접속하여 대용량 디스크 드라이브를 구성할 수도 있다.

요컨데, 본 발명은 보자력이 작은 자유 자성층을 포함하며 최소의 히스테리시스를 수반하는 R-H 루프를 갖는 MR 효과 소자, 이러한 MR 효과 소자를 제조하는 방법, 및 상기한 MR 효과 소자를 사용하는 MR 센서, MR 감지 시스템 및 자기 기억 시스템을 제공함을 알 수 있다.

당업자들은 본 명세서에 개시된 기술을 참고하여 다양한 변형을 행할 수 있으며, 이러한 변형은 본 발명의 범주 내에 속함은 자명하다.

Claims

MR 효과 소자에 있어서,

적층막이 Si층, 확산 제어층, 금속 하부층, 자유 자성층, 비자성층, 피고정층, 및 자기 고정층으로 이루어지는 유닛에 의해 구성되는 MR 효과 소자.
제2항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb 및 V 중의 하나를 포함하는 MR 효과 소자.
제2항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr, W, Mo, Ni 및 Zn의 산화물과 질화물, 및 상기 산화물과 상기 질화물의 혼합물 중의 하나를 포함하는 MR 효과 소자.
제2항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr,W, Mo, Ni 및 Zn의 산화물과 질화물의 혼합물, 및 상기 산화물과 질화물의 적층물 중의 하나를 포함하는 MR 효과 소자.
MR 효과 소자 제조 방법에 있어서,

기판 상에 Si층, 금속 하부층 및 자유 자성층을 순차적으로 형성하는 단계,

최종 적층물을 진공 상태에서 100℃ 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계, 및

비자성층, 자기 피고정층 및 자기 고정층을 순차적으로 형성하는 단계

를 포함하는 MR 효과 소자 제조 방법.
MR 효과 소자 제조 방법에 있어서,

기판 상에 Si층, 확산 제어층, 금속 하부층 및 자유 자성층을 순차적으로 형성하는 단계,

최종 적층물을 진공 상태에서 100℃ 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계, 및

비자성층, 자기 피고정층 및 자기 고정층을 순차적으로 형성하는 단계

를 포함하는 MR 효과 소자 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb 및 V를 포함하는 MR 효과 소자 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr, W, Mo, Ni 및 Zn의 산화물과 질화물, 및 상기 산화물과 상기 질화물의 혼합물 중의 하나를 포함하는 MR 효과 소자 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr, W, Mo, Ni 및 Zn의 산화물과 질화물의 혼합물, 및 상기 산화물과 상기 질화물의 적층물 중의 하나를 포함하는 MR 효과 소자 제조 방법.
MR 효과 소자 제조 방법에 있어서,

기판 상에 Si층, 금속 하부층 및 자유 자성층을 순차적으로 형성할 때, 상기 기판을 100℃ 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계, 및

비자성층, 자기 피고정층 및 자기 고정층을 순차적으로 형성하는 단계

를 포함하는 MR 효과 소자 제조 방법.
MR 효과 소자 제조 방법에 있어서,

기판 상에 Si층, 확산 제어층, 금속 하부층 및 자유 자성층을 순차적으로 형성할 때, 상기 기판을 100℃ 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계, 및

비자성층, 자기 피고정층 및 자기 고정층을 순차적으로 형성하는 단계

를 포함하는 MR 효과 소자 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb 및 V를 포함하는 MR 효과 소자 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr, W, Mo, Ni 및 Zn의 산화물과 질화물, 및 상기 산화물과 상기 질화물의 혼합물 중의 하나를 포함하는 MR 효과 소자 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr, W, Mo, Ni 및 Zn의 산화물과 질화물의 혼합물, 및 상기 산화물과 상기 질화물의 적층물 중의 하나를 포함하는 MR 효과 소자 제조 방법.
MR 효과 센서에 있어서,

하부 실드층, 하부 갭층 및 MR 효과 소자가 기판 상에 적층되고, 상기 실드층 및 상기 MR 효과 소자 각각이 패터닝되며, 종방향 바이어스층과 하부 전극층이 상기 MR 효과 소자의 에지부들이 접촉하도록 하는 방식으로 순차적으로 적층되고, 상기 종방향 바이어스층과 상기 하부 전극층 상에 상부 갭층 및 상부 실드층이 순차적으로 적층되는 MR 효과 센서.
제16항에 있어서, 상기 MR 효과 소자는 Si층, 금속 하부층, 자유 자성층, 비자성층, 피고정층, 및 자기 고정층으로 이루어지는 유닛에 의해 구성된 적층막을 포함하는 MR 효과 센서.
제16항에 있어서, 상기 MR 효과 소자는 Si층, 확산 제어층, 금속 하부층, 자유 자성층, 비자성층, 피고정층, 및 자기 고정층으로 이루어지는 유닛에 의해 구성된 적층막을 포함하는 MR 효과 센서.
제18항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb 및 V 중의 하나를 포함하는 MR 효과 센서.
제18항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr, W, Mo, Ni 및 Zn의 산화물과 질화물, 및 상기 산화물과 상기 질화물의 혼합물 중의 하나를 포함하는 MR 효과 센서.
제18항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr, W, Mo, Ni 및 Zn의 산화물과 질화물의 혼합물, 및 상기 산화물과 상기 질화물의 적층물 중의 하나를 포함하는 MR 효과 센서.
MR 효과 센서에 있어서,

하부 실드층, 하부 갭층 및 MR 효과 소자가 기판 상에 적층되고, 상기 실드층 및 상기 MR 효과 소자 각각이 패터닝되며, 종방향 바이어스층과 하부 전극층이 상기 MR 효과 소자를 부분적으로 중첩시키도록 하는 방식으로 순차적으로 적층되고, 상기 종방향 바이어스층과 상기 하부 전극층 상에 상부 갭층과 상부 실드층이 순차적으로 적층되는 MR 효과 센서.
제22항에 있어서, 상기 MR 효과 소자는 Si층, 금속 하부층, 자유 자성층, 비자성층, 피고정층, 및 자기 고정층으로 이루어지는 유닛에 의해 구성된 적층막을 포함하는 MR 효과 센서.
제22항에 있어서, 상기 MR 효과 소자는 Si층, 확산 제어층, 금속 하부층, 자유 자성층, 비자성층, 피고정층, 및 자기 고정층으로 이루어지는 유닛에 의해 구성된 적층막을 포함하는 MR 효과 센서.
제24항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Ta, Hf, Zr, W, Cr, Ti, Mo, Pt, Ni, Ir, Cu, Ag, Co, Zn, Ru, Rh, Re, Au, Os, Pd, Nb 및 V 중의 하나를 포함하는 MR 효과 센서.
제24항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr, W, Mo, Ni 및 Zn의 산화물과 질화물, 및 상기 산화물과 상기 질화물의 혼합물 중의하나를 포함하는 MR 효과 센서.
제24항에 있어서, 상기 확산 제어층은 Si, Ta, Al, Ti, V, Cr, Mn, Hf, Zr, W, Mo, Ni 및 Zn의 산화물과 질화물의 혼합물, 및 상기 산화물과 상기 질화물의 적층물 중의 하나를 포함하는 MR 효과 센서.
MR 감지 시스템에 있어서,

하부 실드층, 하부 갭층 및 MR 효과 소자가 기판 상에 적층되고, 상기 실드층 및 상기 MR 효과 소자 각각이 패터닝되며, 종방향 바이어스층과 하부 전극층이 상기 MR 효과 소자의 에지부들이 접촉하도록 하는 방식으로 순차적으로 적층되고, 상기 종방향 바이어스층과 상기 하부 전극층 상에 상부 갭층과 상부 실드층이 순차적으로 적층되는 MR 효과 센서,

상기 MR 효과 센서를 통해 흐르는 전류를 발생시키기 위한 수단, 및

감지된 자계의 함수로서 상기 MR 효과 센서의 MR 비의 변화를 감지하기 위한 수단

을 포함하는 MR 감지 시스템.
MR 감지 시스템에 있어서,

하부 실드층, 하부 갭층 및 MR 효과 소자가 기판 상에 적층되고, 상기 실드층 및 상기 MR 효과 소자 각각이 패터닝되며, 종방향 바이어스층과 하부 전극층이상기 MR 효과 소자를 부분적으로 중첩시키도록 하는 방식으로 순차적으로 적층되고, 상기 종방향 바이어스층과 상기 하부 전극층 상에 상부 갭층과 상부 실드층이 순차적으로 적층되는 MR 효과 센서,

상기 MR 효과 센서를 통해 흐르는 전류를 발생시키기 위한 수단, 및

감지된 자계의 함수로서 상기 MR 효과 센서의 MR 비의 변화를 감지하기 위한 수단

을 포함하는 MR 감지 시스템.
자기 기억 시스템에 있어서,

데이터를 기록하기 위한 복수의 트랙을 가진 자기 기록 매체,

상기 자기 기록 매체에 데이터를 기록하기 위한 자기 기록 시스템,

MR 효과 센서, 상기 MR 효과 센서를 통해 흐르는 전류를 발생시키기 위한 수단, 및 감지된 자계의 함수로서 상기 MR 효과 센서의 MR 비의 변화를 감지하기 위한 수단을 포함하는 MR 감지 시스템 - 상기 MR 효과 센서는 기판 상에 적층된 하부 실드층, 하부 갭층 및 MR 효과 소자를 포함하고, 상기 실드층 및 상기 MR 효과 소자 각각이 패터닝되며, 종방향 바이어스층과 하부 전극층이 상기 MR 효과 소자의 에지부들이 접촉하도록 하는 방식으로 순차적으로 적층되고, 상기 종방향 바이어스층과 상기 하부 전극층 상에 상부 갭층과 상부 실드층이 순차적으로 적층됨 -, 및

상기 자기 기록 시스템 및 상기 MR 감지 시스템에 접속되어, 상기 자기 기록 매체의 트랙들 중 선택된 어느 하나의 트랙으로 이동시키기 위한 수단

을 포함하는 자기 기억 시스템.
자기 기억 시스템에 있어서,

데이터를 기록하기 위한 복수의 트랙을 가진 자기 기록 매체,

상기 자기 기록 매체에 데이터를 기록하기 위한 자기 기록 시스템,

MR 효과 센서, 상기 MR 효과 센서를 통해 흐르는 전류를 발생시키기 위한 수단, 및 감지된 자계의 함수로서 상기 MR 효과 센서의 MR 비의 변화를 감지하기 위한 수단을 포함하는 MR 감지 시스템 - 상기 MR 효과 센서는 기판 상에 적층된 하부 실드층, 하부 갭층 및 MR 효과 소자를 포함하고, 상기 실드층 및 상기 MR 효과 소자 각각이 패터닝되며, 종방향 바이어스층과 하부 전극층이 상기 MR 효과 소자를 부분적으로 중첩시키도록 하는 방식으로 순차적으로 적층되고, 상기 종방향 바이어스층과 상기 하부 전극층 상에 상부 갭층과 상부 실드층이 순차적으로 적층됨 -, 및

상기 자기 기록 시스템 및 상기 MR 감지 시스템에 접속되어, 상기 자기 기록 매체의 트랙들 중 선택된 어느 하나의 트랙으로 이동시키기 위한 수단

을 포함하는 자기 기억 시스템.