KR100373473B1 - 자기 저항 효과 소자, 자기 저항 효과 헤드, 자기 재생장치 및 자성 적층체 - Google Patents

자기 저항 효과 소자, 자기 저항 효과 헤드, 자기 재생장치 및 자성 적층체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저가이며 고성능인 자기 저항 효과 소자를 제공하는 것이 가능하다. 또한, 박막화 소자를 제공할 수 있으며, 좁은 갭을 요하는 자기 재생 헤드, 또한 하드디스크 드라이브등의 자기 재생 시스템에 적합하다.
강자성층의 자화를 90도 방향으로 통합하는 중간층(35)을 핀층(33, 37) 사이에 삽입함으로써, 프리층(41)을 반강자성체(43)로 단자구화하기 위한 열 처리와, 핀층의 자화를 고착하기 위한 열 처리를 동시에 행한다. 이에 따라 프리층(41)에 접하는 반강자성층(43)과 핀층(33)에 접하는 반강자성층(31)의 블록킹 온도에 차이가 불필요해지므로 높은 교환 결합 자장, 높은 블록킹 온도를 갖는 반강자성층을 선택할 수 있다. 또한, 교환 결합 자장의 분해에 대한 허용 범위가 넓어지므로 반강자성층의 박막화를 실현할 수 있으며 좁은 갭을 필요로 하는 자기 재생 헤드에 적용할 수 있다.

Description

자기 저항 효과 소자, 자기 저항 효과 헤드, 자기 재생 장치 및 자성 적층체{MAGNETORESISTANCE DEVICE, MAGNETORESISTANCE HEAD, MAGNETOREPRODUCING DEVICE, AND MAGNETIC STACKED BODY}
본 발명은 외부 자장의 변화를 검출하는 자기 저항 효과 소자, 그 자기 저항 효과 소자를 구비한 자기 저항 효과 헤드, 그 자기 저항 효과 헤드를 탑재하는 자기 재생 장치, 그리고 상호간의 자화 방향이 대략 직교인 2층의 강자성층을 구비하는 자성 적층체에 관한 것이다.
종래, 자기 기록 매체에 기록된 자기 정보의 코일을 갖는 재생용 자기 헤드와 기록 매체를 상대 이동시켜, 그 때에 발생하는 전자 유도에 의하여 코일에 유기되는 전압을 검출하는 방법이 사용되었다. 그 후, 특정한 강자성체의 전기 저항이 외부 자장의 강도에 따라 변화하는 자기 저항 효과(Magneto Resistance)를 이용하여 자기 정보를 재생하는 자기 저항 효과 소자(이하, MR 소자라 함)가 개발되었다(IEEE MAG-7, 150(1971)등 참조). 이 MR 소자는 자장 센서에 사용되는 외에 하드디스크 드라이브 등의 자기 재생 장치에 탑재되는 자기 저항 효과 헤드(MR 헤드)로서 사용된다.
자기 재생 장치에 실리는 자기 기록 매체의 소형, 대용량화는 최근 점점 진행되어 정보 판독시의 재생용 자기 헤드와 자기 기록 매체의 상대 속도가 보다 작아져, 작은 상대 속도라 하더라도 큰 출력을 얻을 수 있는 MR 헤드에 대한 기대가 높아지고 있다.
이와 같은 기대에 대하여 거대 자기 저항 효과막이 개발되었다. 이 거대 자기 저항 효과막은 Fe/Cr이나 Fe/Cu와 같이 강자성 금속막과 비자성 금속막을 소정 조건으로 교대로 적층하여 근접하는 강자성 금속막 사이를 반강자성 결합시킨 다층막, 이른바 인공 격자막이다(Phys. Rev. Lett. 61 2474(1988).Phys. Rev. Lett. 64 2304(1990)등 참조). 그러나, 인공 격자막은 자화가 포화하는데 필요한 자장이 크므로 MR 헤드용 막 재료로서는 적합하지 않다.
한편, 비자성 금속층을 강자성 금속층에 의하여 상하로부터 사이에 삽입시킨 강자성 금속층/비자성 금속층/강자성 금속층의 다층막으로서 2개의 강자성 금속층이 자기 결합하지 않는(비결합) MR막에 있어서, 커다란 자기 저항 효과를 실현한 예가 보고되어 있다. 이 MR막은 강자성 금속층의 자화(스핀)를 고정시켜 놓고, 타측 강자성층의 자화를 외부 자장에 의하여 자화 반전시키는 것을 특징으로 하고 있다. 이에 따라 비자성층을 사이에 끼고 배치된 강자성 금속층의 스핀 방향의 상대적인 각도를 변화시킴으로써 자기 저항 효과를 얻을 수 있으므로, 이와 같은 MR 소자는 스핀 밸브 소자라 불려지고 있다(Phys. Rev. B 45 806(1992). J. Appl. Phys. 69 4774(1991)등 참조).
상기와 같은 스핀 밸브 소자의 자기 저항 변화율은 인공 격자막에 비하면 작기는 하나, 값이 포화하는데에 필요한 자장이 작으므로, MR 헤드 용도에 적합하여 이미 실용화에 이르게 되었다.
일반적인 스핀 밸브 소자는 강자성 프리층, 중간 비자성층, 강자성 핀층, 및 반강자성층의 적층 구조를 구비한다. 반강자성층과 접하는 강자성 핀층의 자화는 반강자성층으로부터의 교환 바이어스 자장에 의하여 외부 자장하에서 일방향으로 고착된다. 이에 대하여 강자성 프리층은 외부 자장에 대하여 자유롭게 회전 가능하고, 강자성 프리층과 강자성 핀층의 자화의 평행/반평행 상태를 전자장에서 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 양 강자성층의 자화가 평행인 상태에서 소자의 전기 저항은 낮고, 반평행인 상태에서 전기 저항은 높아져 스핀 밸브 소자에서는 2개의 저항치의 차를 크게 함으로써 높은 저항 효과 변화율을 얻을 수 있다.
실제로 스핀 밸브 소자를 사용할 경우에는 저항 변화의 선형 영역을 이용하여 고감도를 얻기 위하여 강자성 프리층의 자화는 제로 자장 중에서 핀층의 자화와 대략 직교하듯이 바이어스하는 것이 바람직하다. 이 바이어스는 프리층의 자화가 외부 자장에 대하여 회전하는 때에 벌크 하우젠 노이즈가 발생하지 않도록 단자구화한다는 의미에서도 중요하다. 이 때문에 스핀 밸브막의 측면에는 단자구화를 목적으로 하여 자석과 동일한 기능을 갖는 경질 자성막이 설치된다.
이 경질 자성막의 두께는 강자성 프리층과 동일한 경우에 적당한 바이어스를 인가할 수 있고, 그 이상 얇아지면 바이어스 부족에 의해 강자성 프리층의 단자구화를 달성하기 어렵다. 또한 프리층 이상으로 두껍게 되면 바이어스 과다로 되어 강자성 프리층의 투자율이 저하한다.
그러나, 현재로서는 경질 자성막을 강자성 프리층과 동등한 두께까지 얇게 하면 양자의 접합 면적이 작아지기 때문에 자기 접합을 잘 할 수 없어 강자성 프리층에 대하여 하드막을 두껍게 하는 구성을 취하지 않을 수 없다. 그 결과, 강자성 프리층에 인가되는 바이어스가 과다하게 되어 강자성 프리층의 투자율이 저하하고, 감도와 출력에 손실을 주고 있다.
이를 해결하기 위하여 프리층 단부에 소정 형상의 반강자성층을 적층하여 반강자성층과 프리층의 교환 결합에 의하여 프리층 단부의 자화를 고착하고, 그 부분으로부터 프리층의 중앙 자계 응답부에 바이어스를 인가하는 구성을 취한 스핀 밸브 소자가 제안되어 있다. 소정 형상(패턴)으로 가공된 반강자성층을 사용한 바이어스 방법이란 점에서 패턴 바이어스 구조라 한다.
도 20의 (a)는 패턴 바이어스 구조의 스핀 밸브 소자를 도시한 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 스핀 밸브 소자는 밑에서부터 차례대로 적층된 제1 반강자성층(1), 강자성 핀층(3), 중간 비자성층(5), 강자성 프리층(7)을 구비하고, 또한 강자성 프리층(7)의 길이 방향의 양단에 적층된 한 쌍의 제2 반강자성층(9),및 한 쌍의 리이드 전극(11)을 구비한다.
강자성 프리층(7)의 양단 및 강자성 핀층(3)은 각각 제2 반강자성층(9), 제1 반강자성층(1)의 자기 교환 결합에 의하여 도 20의 (a)중의 일 방향 이방성의 자화가 부여되어 있다. 즉, 강자성 프리층(7) 중에 제2 반강자성층(9)과 적층된 양단부(사선부)는 양자의 교환 결합에 의하여 지면내 우방향으로 자화 고정되어 어디까지나 경질 자성막으로서 작용한다. 그리고 양단부에 의하여 사이에 끼여지는 중앙 자계 응답부의 자화는 제2 반강자성층(9)과 강자성 프리층(7)의 양단부로부터의 바이어스 자장을 받아 제로 자장에 있어서 화살표 방향의 일방향 이방성의 자화를 갖는다. 한편, 강자성 핀층(3)의 자화는 제1 반강자성층(1)과의 교환 결합에 의하여 도 20의 (a)의 지면의 겉에서 뒤를 향하는 방향으로 고착된다.
패턴 바이어스 구조에서는 제2 반강자성층(9)과 강자성 프리층(7)의 교환 결합막, 및 제1 반강자성층(1)과 강자성 핀층(3)의 2개의 교환 결합막이 필요해진다. 교환 결합막의 강자성층으로의 일방향 이방성의 부여는 자장 중 열 처리에 의해 행하나 각각이 영향을 미치는 강자성 핀층(3)과 강자성 프리층(7)의 자화를 직행관계로 해야 하는 필요 때문에 양 반강자성층(1, 9)의 각각에 서로 다른 자장을 인가한 상태에서 열 처리를 실시하지 않으면 안된다. 강자성 핀층(3)과의 교환 결합 자장이 제로로 되는 제1 반강자성층(1)의 블록킹 온도를 TB1, 강자성 프리층과의 교환 결합 자장이 제로로 되는 제2 반강자성층(9)의 블록킹 온도를 TB2로 했을 경우의 열 처리 행정(시간-온도)을 도 20의 (b)에 도시한다. 또한, 반강자성막은 일축 이방성을 갖는다는 점에서 편의상 양방향 화살표로 그 자화 상태를 도시하고 있다.
제1 및 제2 반강자성층(1, 9)에 의한 자화 고착을 완전히 행하기 위해서는 블록킹 온도의 차 ｜Tb1-Tb2｜가 큰 2종류의 반강자성층 재료가 필요하고, 또한 양자의 교환 결합 자장이 겹쳐지지 않을 정도로 교환 결합 자장의 분산이 작은 2종의 반강자성층 재료가 필요해진다. 또한, 이들 조건에 더하여 스핀 밸브 소자에 사용할 때에 본질적으로 중요한 고교환 결합 자장, 고블록킹 온도의 특성을 모두 가지고 있는 재료는 용이하게 찾을 수 있는 것은 아니다.
한편, 에피텍셜성장에 의한 CoFe/Mn/CoFe등의 삼층구조에 있어서, 2개의 강자성층 CoFe 간의 자기 직교 결합이 관찰되어 있다(J. Appl. Phys. 79 (8), 15 April 1996 등 참조).
본 발명은 상기와 같은 실상을 고려하여 안출된 것으로서 신규한 자기 저항 효과 소자를 제공하고, 특히, 제조 단가가 낮은 자기 저항 효과 소자, 자기 저항 효과 헤드, 자기 재생 장치, 및 자성 적층체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 제1 특징에 따르면, 제1 반강자성층과, 상기 제1 반강자성층과 교환 결합한 강자성층으로서 제1 방향의 자화를 갖는 제1 강자성층과, 상기 제1 강자성층과 적층 형성된 자화 결합층과, 상기 자화 결합층을 개재하여 상기 제1 강자성층과 적층 형성되고, 상기 자화 결합층에 의하여 상기 제1 강자성층과 자화 결합되어 상기 제1 방향과 대략 직교 방향의 자화를 갖는 제2 강자성층과, 중간 비자성층과, 상기 중간 비자성층을 개재하여 상기 제2 강자성층과 적층 형성되고, 외부 자장이 제로인 상태에서 제1 방향과 대략 동일 방향의 자화를 갖는 제3 강자성층과, 상기 제3 강자성층과 교환 결합한 제2 반강자성층을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자를 제공한다.
또한, 본 발명의 제2 특징에 따르면, 제1 방향의 자화를 갖는 제1 강자성층과, 동일 금속의 가수가 다른 산화물을 2종 이상 구비하는 혼상막, 또는 동일 금속의 가수가 다른 산화물층을 2층 이상 구비하는 적층막을 구비하고, 상기 제1 강자성층과 적층 형성된 삽입층과, 상기 삽입층을 개재하여 상기 제1 강자성층과 적층 형성되고, 상기 제1 방향과 대략 직교 방향의 자화를 갖는 제2 강자성층과, 중간 비자성층과, 상기 중간 비자성층을 개재하여 상기 제2 강자성층과 적층 형성되고, 외부 자장이 제로인 상태에서 제1 방향과 대략 동일 방향의 자화를 갖는 제3 강자성층을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자를 제공한다.
이들 자기 저항 효과 소자는 외부 자장이 제로인 상태에서 중간 비자성층을 사이에 둔 제2 강자성층과 제3 강자성층이 외부 자장이 제로의 상태에서 상호 대략 직교관계의 자화를 갖는다. 그리고, 자화 결합층, 또는 삽입층에 의하여 제1 강자성층과 제2 강자성층의 자화 방향은 대략 직교 방향으로 결합된다. 따라서, 제1 및 제3 강자성층의 자화 방향을 대략 동일한 방향으로 할 수 있고, 따라서 자기 바이어스 부여를 위한 열 처리 공정을 줄일 수 있고, 나아가서는 제조 공정의 간략화를 도모할 수가 있다.
또한, 상기와 같은 공정의 간략화는 자기 헤드의 생산성 향상에 크게 기여하여 단가가 낮은 자기 저항 효과 헤드, 또한 자기 재생 장치의 제공이 가능해진다.
제1 및 제3 강자성층으로의 자기 바이어스로는, 본 발명의 제1 특징에 설명한 제1 및 제2 반강자성층을 이용한 교환 결합 바이어스 외에 반강자성층 대신에 경질 자성층이나 복수의 강자성층 적층막, 강자성층과 비자성층과의 적층막, 반강자성층과 강자성층과의 적측막, 및 경질 자성층과 강자성층과의 적층막을 사용하는 것도 가능하다.
또한, 자기 바이어스의 부여에 있어서, 이들 동질 재료의 선택에 자유도를 얻을 수 있다. 예를 들면, 반강자성층을 자기 바이어스 부여에 사용하는 경우에는 2개의 반강자성층의 블록킹 온도에 차를 줄 필요가 없어져, 주지의 재료, 예를 들면, IrMn, PtMn, FeMn, NiMn, NiO, α-Fe2O3등으로부터 적절히 선택할 수 있다.
본 발명의 자기 저항 효과 소자, 자기 저항 효과 헤드, 및 자기 재생 장치에 있어서, 다음 구성을 갖는 것이 바람직하다.
1) 제2 강자성층은 외부 자장의 변동에 따라 자화 방향이 변화하는 자화 프리층이고, 상기 제3 강자성층은 상기 자화 프리층의 자화가 변화하는 외부 자장에 있어서, 자화 방향이 실질적으로 변화하지 않는 자화 핀층이다. 이 때, 제1 강자성층의 자화는 제2 강자성층의 자화 방향 변화에 맞추어 회전하는 구성으로 하여도 회전하지 않는 구성으로 하여도 무방하다. 또한, 제2 및 제3 강자성층은 상호 자기적으로 비결합으로 할 수가 있다.
2) 제3 강자성층은 외부 자장의 변동에 따라 자화 방향이 변화하는 자화 프리층이고, 상기 제2 강자성층은 상기 자화 프리층의 자화가 변화하는 외부 자장에있어서, 자화 방향이 실질적으로 변화하지 않는 자화 핀층이다. 이 때, 제1 강자성층의 자화는 자화 프리층의 자화가 변화하는 외부 자장에 있어서 실질적으로 변화하지 않는 것이 바람직하다. 또한, 제2 및 제3 강자성층은 상호 자기적으로 비결합으로 할 수가 있다.
3) 제1 반강자성층은 제1 강자성층의 길이 방향에 있어서의 양단부에만 적층 형성되고, 또는/ 및 제2 반강자성층은 상기 제3 강자성층의 길이 방향에 있어서의 양단부에만 형성된다.
4) 제1 반강자성층은 상기 제1 강자성층의 일표면 전면을 덮는 듯이 형성된다.
5) 제1 반강자성층과 제1 강자성층 사이, 또는 제2 반강자성층과 제3 강자성층 사이에 추가로 비자성층을 구비한다.
6) 제1, 제2 및 제3 강자성층은 2개의 강자성층과 이들을 반강자성적으로 자화 결합시키는 반강자성 결합용 중간층을 구비한다. 반강자성적 결합한 2개의 강자성층과 중간층은 이른바 신세틱 반강자성막이라 불려지는 유닛을 구성하고, 2개의 강자성층이 서로 반평행을 향한다는 점에서 유닛내에서 자계가 닫혀 외부로의 누설 자장을 저감할 수 있고, 바이어스 포인트를 최적으로 제어할 수 있다.
7) 자화 결합층, 또는 삽입층은 동일 금속의 가수가 다른 산화물을 2종 이상 포함하는 혼상막, 또는 동일 금속의 가수가 다른 산화물층이 2층 이상 적층된 적층막을 구비한다. 여기서, 동일 금속의 가수가 다른 산화물은
7-1) FeO, Fe3O4, α-Fe2O3, γ-Fe2O3중에서 선택된다.
7-2) CrO, Cr2O3,CrO2, Cr2O5, CrO3, CrO5중에서 선택된다.
7-3) MnO, MnO2중에서 선택된다.
8) 자화 결합층, 또는 삽입층이 산화물등의 절연층이고, 그 자화 결합층과 함께 중간 비자성층을 사이에 둔 새로운 절연층을 추가로 구비함으로써, 각 절연층의 계면에서 전자경면반사를 유기하고, 반사된 전자가 중간 비자성층과의 계면에 재차 오도록 구성되어 이루어진다. 이 전자 반사층은 스페큘러 효과로서 알려진 것이다.
9) 자화 결합층 또는 삽입층에 의하여 서로 직교 결합한 제1 및 제2 강자성층은 외부 자장이 인가되면 재료의 선택등에 의하여 다음 2가지의 자화 회전을 일으킨다.
9-1) 직교 결합이 끊겨, 제1 강자성층과 제1 반강자성층과의 교환 결합을 유지하여 제2 강자성층만이 자화회전한다.
9-2) 직교 결합이 유지되고, 제1 강자성층과 제1 반강자성층과의 결합이 끊김으로써 외부 자장에 대하여 제1 및 제2 강자성층의 자화가 회전하는 것이다.
또한, 본 발명의 자기 저항 효과 헤드는,
10) 자기 저항 효과 소자가 자기 헤드의 매체 대향면 근방의 자기갭내에 배치되는 이른바 실드형 헤드이다. 교환 결합막의 교환 결합 자장의 분산은 반강자성층을 얇게 함으로써 증대하나, 본 발명에 의하면 분산의 중복을 피할 필요가 없어지므로, 반강자성층의 박막화도 용이하게 실현할 수 있다. 이러한 반강자성층의 박막화는 실드형 자기 저항 효과 헤드의 좁은 갭화에 적합하여 그 고밀도화에 기여할 수 있는 효과가 있다.
11) 자기 저항 효과 소자가 매체 대향면에 이간되어 배치되고, 매체 대향면으로부터 자기 저항 효과 소자까지 연장되어 매체로부터의 신호 자계를 자기 저항 효과 소자로 전달하는 자기요오크를 구비하는 요오크형 자기 저항 효과 헤드이다. 본 발명의 자기 저항 효과 소자는 바이어스 부여의 열 처리 회수를 감소할 수 있으므로 요오크부에 균일한 자기이방성이 부여되기 어렵게 되어 매체 대향면으로부터 자기 저항 효과 소자로의 효율적인 자속 도입을 기대할 수 있다.
또한, 본 발명의 제3 특징에 따르면, 제1 방향의 자화를 갖는 제1 강자성층과, 제1 방향의 자화와 대략 직교 방향의 제2 자화를 갖는 제2 강자성층과, 제1 및 제2 강자성층 사이에 형성된 층간막으로서 동일 금속의 가수가 다른 산화물을 2종류 이상 포함한 혼상막, 또는 동일 금속의 가수가 다른 산화층을 2층 이상 포함하는 적층막을 구비하는 층간막을 구비하는 자성 적층체를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자를 도시한 사시 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 제조시 행하는 자장 중 열 처리 공정의 이력을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 리이드를 소자의 중앙 능동부까지 겹친 변형례 1-1을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 강자성 프리층에 접하는 반강자성층을 면내에 이분하지 않는 변형례 1-2를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 강자성 프리층과 반강자성층 사이에 비자성층을 삽입한 변형례 1-3을 도시한 단면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 강자성 핀층에 적층 페리 구조를 사용한 변형례 1-4를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 변형례를 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자를 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자를 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 제4 실시 형태에 의한 자기 저항 효과 소자의 변형례를 도시한 단면도.
도 12는 실시예 1의 자화곡선과 MR 곡선을 도시한 도면.
도 13은 실시예 2의 반평행 상태가 파괴되는 자장 H90와 MR의 산화 강도 의존성을 도시한 도면이다.
도 14는 실시예 4의 반평행 상태가 파괴되는 자장H90과 MR에 관한, 산화시키기 전의 Fe의 막 두께 의존성을 도시한 도면.
도 15는 실시예 5의 MR 곡선을 도시한 도면.
도 16은 요오크형 자기 헤드에 관한 개략 사시도.
도 17은 요오크형 자기 헤드에 있어서의 자기 저항 효과 소자의 각층과 요오크와의 관계를 도시한 사시도.
도 18은 요오크형 자기 헤드의 다른 예를 도시한 개략 사시도.
도 19는 본 발명의 터널 효과 소자를 도시한 단면도.
도 20은 종래의 패턴 바이어스 방식의 자기 저항 효과 소자를 도시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
31 : 제1 반강자성층
33 : 제1 강자성층
35 : 직교 결합용 중간층
37 : 제2 강자성층
39 : 중간 비자성층
41 : 제3 강자성층
43 : 제2 반강자성층
45 : 리이드 전극
[제1 실시 형태]
본 발명의 자기 저항 효과 소자에 따른 제1 실시 형태를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 자기 저항 효과 소자를 도시한 사시도이다. 도 1에 있어서, 앞쪽 면은 자기 저항 효과 소자가 검지하는 외부 자장의 진입면에 해당한다. 따라서 예를 들면, 이 자기 저항 효과 소자를 자기 기록 매체 표면의 자기 기록 정보를 판독하는 실드형 자기 헤드에 탑재했을 경우에는 외부 자장 진입면이 자기 기록 매체의 표면에 대향 배치된다.
이 제1 실시 형태의 자기 저항 효과 소자는 제1 반강자성층(31), 그 제1 반강자성층(31)에 적층 형성되어 그 제1 반강자성층(31)과 교환 결합한 제1 강자성층(33), 인접하는 2개의 강자성층의 자화를 대략 직교 방향으로 결합시키는 자화 결합층(삽입층)(35), 그 결합층(35)에 의하여 제1 강자성층(33)과 직교 방향의 자화를 갖는 제2 강자성층(37), 중간 비자성층(39), 제3 강자성층(41)이 순차로 적층되고, 또한 제3 강자성층(41)의 길이 방향에 있어서의 양단부상에 형성된 한 쌍의 제2 반강자성층(43), 및 한 쌍의 리이드 전극(45)을 구비한다. 또한, 상기 자기 저항 효과 소자는 도시되지 않은 자기갭, 자기 실드 등을 개재하여 역시 이미 도시된 세라믹 기판 등의 위에 형성되어 있다.
제1 강자성층(33)은 제1 반강자성층(31)과의 교환 결합에 의하여 도 1의 화살표 방향(지면내 우방향)에 실질적으로 고착된 자화를 갖는다. 제1 및 제2 강자성층(33, 37)의 자화는 직교 자화용 결합층(35)에 의하여 서로 대략 직교 방향으로 결합하고, 따라서 제2 강자성층(37)의 자화는 대략 지면의 겉에서 뒤를 향하는 방향으로 자화가 고착된다. 상기와 같이 자화 고착된 제2 강자성층(37)은 신호 자계 등의 외부 자계중에서도 실질적으로 그 자화가 움직이지 않는 이른바 강자성 핀층에 상당한다.
상기 강자성 핀층(37)과 중간 비자성층(39)을 개재하여 인접한 제3 강자성층(41)은 강자성 프리층에 상당하고, 그 중앙 자계 응답부의 자화 방향은 외부 자장을 받아 회전하는 것이 가능한 정도로 자유이다. 이 강자성 프리층(41)에 자기 바이어스를 인가하기 위하여 강자성 프리층(41)의 트랙폭 방향의 양단부(사선 해칭부)상에 제2 반강자성층(43)을 배치하고, 강자성 프리층(41)의 양단부가 제2 반강자성층(43)과 교환 결합하여 도면의 화살표 방향(지면 우방향)으로 자화 고착된다. 따라서, 강자성 프리층(41)의 중앙부는 지면내에 우방향 바이어스 자화를 받아 제로 자장에 있어서 도 1의 화살표로 나타내는 방향으로 자화를 갖는 것이 된다. 이와 같이 하여 중간 비자성층(39)를 개재하는 강자성 핀층(37), 강자성 프리층(41)은 자화가 직교관계인 이른바 스핀 밸브 소자를 실현할 수 있다.
또한, 도 1의 구성에서는 지면 좌우방향이 자기 저항 효과 소자의 트랙폭 방향에 대응하고, 재생 트랙폭은 강자성 프리층의 중앙 자계 응답부의 폭에 대략 일치한다.
상기 스핀 밸브 소자에 있어서, 제1 강자성층(33) 및 강자성 프리층(41)의 교환 결합은 동일 방향 자화로 할 수 있다. 이는 종래의 스핀 밸브 소자에는 없는 직교 결합용 결합층(35)와 제1 강자성층(33)을 부가함으로써 달성할 수 있는 것이다.
상기 스핀 밸브 소자의 제조 공정에 있어서의 자장 중 열 처리 공정은 도 2의 열 처리 시간과 열 처리 온도 관계에 도시한 바와 같이, 블록킹 온도(예를 들면TB1, TB2)보다 고온으로 한 상태에서 일방향의 자장(도 2의 지면내의 우방향) 중의 처리에 의하여 행할 수 있다. 이는 종래의 2 공정의 자장 중 열 처리에 비하여 간단하고, 나아가서는 스핀 밸브 소자의 생산성 향상에 기여하는 것이다. 또한 도 2중, AF는 반강자성층을 나타내고, 반강자성층은 일축 이방성을 구비하기 때문에 양방향 화살표로 그 일축 이방성을 나타내고 있다. 또한 이상에서 설명한 열 처리 공정은 각층을 스퍼터법 등에 의하여 성막한 후에 행해진다.
이상에서 설명한 제1 실시 형태는 강자성 핀층(37)이 강자성 프리층(41)보다도 기판측에 형성되는 버텀(bottom) 타입 스핀 밸브 소자이고, 또한 결합층(35)이 강자성 핀층(37)측에 있는 소자 구조에 관한 것이다.
이어 상기 제1 실시 형태에 의한 변형례 1-1 내지 1-4를 순차로 설명한다. 또한 변형례 1-1 내지 1-4에서는 제1 실시 형태에 있어서의 구성과 동일한 구성에 대해서는 제1 실시 형태에 있어서 부여한 부호를 사용하고, 그 상세한 설명은 생략한다.
[변형례 1]
도 3은 변형례 1-1에 의한 스핀 밸브 소자의 단면을 매체 대향면으로부터 관찰한 도면이다.
상기 변형례 1-1이 제1 실시 형태와 다른 점은 리이드 전극(45)의 내측 단부가 서로 대향하는 제2 반강자성층(43)의 측면보다도 내측에 배치되어 강자성 프리층(41)상의 일부를 덮고 있다는 점에 있다. 도 3에서, 강자성 프리층(41)의 안쪽 사선으로 나타내는 부분은 제2 반강자성층(43)과의 교환 결합에 의하여 자화가 고착되어 있기 때문에 신호 자계에 반응하지 않는 불감대이고, 이 불감대에 끼워진 중앙 영역이 중앙 자계 응답부이다. 따라서 리이드 전극이 중앙 응답부에 접하고 있으므로 자기 저항 효과에 기여하지 않는 불감대를 전기적으로 바이패스할 수가 있어 감도 향상을 도모할 수 있다.
또한, 도 3 이후의 부호 47은 자기 갭, 또는 자기 갭의 표면에 형성된 하지층(下地層)을 나타낸다. 이 하지층(47)의 재료나 결정성 등은 그 위에 형성하는 각층에 있어서의 결정의 종류나 결정 배향성등을 최적으로 하도록 적절히 선택할 수가 있다.
[변형례 1-2]
다음으로, 도 4는 변형례 1-2의 스핀 밸브 소자에 관한 단면을 매체 대향면으로부터 관찰한 도면을 나타낸다.
상기 변형례 1-2는 반강자성층(43')이 강자성 프리층(41)의 윗 표면 전체에 적층되어 있다는 점에서 제1 실시 형태와 상이하다. 이와 같이, 반강자성층(43')과 강자성 프리층(41)이 전면 적층되었을 경우, 그 교환 결합력은 외부 자장이 제로 상태에서 강자성 프리층(41)의 자화가 도 4의 지면내 우방향이고, 또한 외부 자장이 주어졌을 때에 이에 반응하여 자유롭게 회전이 가능한 정도로 할 필요가 있다.
그러나, 전면 적층에 의한 교환 결합에서는 결합이 강하게 되기 쉬워 강자성 프리층(41)의 투자율이 저하하여 감도가 저하할 염려가 있다.
[변형례 1-3]
상기와 같은 감도 저하를 방지하기 위하여 변형례 1-3에서는 도 5의 단면도(매체 대향면 측으로부터의 관찰도)에 도시한 바와 같이 제2 반강자성층(43')과 강자성 프리층(41) 사이에 비자성층(49)을 삽입함으로써 교환 결합력을 원하는 값까지 약해지도록 조정할 수 있다.
이 변형례 1-2, 1-3에 대해서는 후술하는 제2 내지 제4 실시 형태에 있어서도 마찬가지로 채용할 수가 있다.
또한, 변형례 1-3의 자기 결합을 조정하는 비자성층(49)은 변형례 1-2와 같은 반강자성층(43')이 비자성층(49)를 개재하여 인접하는 강자성층의 상면 전체를 덮는 구성에 한정되지 않고, 제1 실시 형태, 또는 후술하는 제2 내지 제4 실시 형태에 있어서의 강자성층의 부분 영역상에 반강자성층이 형성되는 경우에도 동일하게 삽입하여 사용할 수가 있다.
[변형례 1-4]
도 6의 (a)는 변형례 1-4에 의한 스핀 밸브 소자의 단면을 매체 대향면측으로부터 관찰한 도면이다.
제1 실시 형태의 스핀 밸브 소자에서는 강자성 핀층(37)의 자화를 고착하는 교환 결합 에너지를 일정하게 하였을 경우, 강자성 핀층(37)의 자화를 작게 할수록 자화 반전하기 어려워진다. 따라서 강자성 핀층을 적층 페리 구조, 구체적으로는 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 강자성 핀층(55), 제2 강자성 핀층(51) 및 이들을 반강자성적으로 자기 결합하는 중간층(53)으로 구성되는 적층 구조로 함으로써, 강자성 핀층(37)의 자화 반전을 억제하는 것이 가능하다. 또한, 도 6의 (a)의 구조에서는 적층 페리 구조를 도입함으로써, 직교 결합이 유지되는 자장을 높게 할 수가 있다. 따라서, 자성층(33, 51, 55)의 자화 반전이 발생하는 자장을 대단히 높게 할 수 있다.
또한, 적층 페리 구조를 도입한 다른 예로서 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 반강자성층(31)과 직교 결합용 자화 결합층(삽입층)(35) 사이에 적층 페리 구조의 강자성층(57), (33) 및 이들의 강자성층을 반강자성적으로 자기 결합시키는 중간층(53)을 도입할 수가 있다. 이 경우에는 제1 반강자성층(31)과 적층 페리 구조의 교환 결합 자장을 높게 할 수 있다. 또한, 적층 페리 구조에 있어서의 중간층(53)으로는 Ru, Cu등이 적합하다.
[제2 실시 형태]
다음으로 본 발명의 자기 저항 효과 소자에 따른 제2 실시 형태를 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7은 제2 실시 형태에 관한 스핀 밸브 소자의 단면을 외부 자장의 진입면에서 관찰한 도면을 나타낸다.
제2 스핀 밸브 소자는 도 7에 도시한 바와 같이, 하지층(47)의 표면에 제1 반강자성층(61), 강자성 핀층(63), 중간 비자성층(65), 강자성 프리층(67), 직교 결합용 자화 결합층(69), 및 강자성층(71)이 그 순서대로 적층되어 이루어지고, 강자성층(71)의 상면 양단부상에 제2 반강자성층(73)이 형성되며 리이드 전극(75)은 이들 막에 전기적으로 접속되어 있다.
상기 스핀 밸브 소자는 강자성 핀층(63)이 강자성층(67)보다도 하지층 측에 형성된 버텀(bottom)타입이고, 또한 강자성 프리층(67)측에 직교 결합용 자화 결합층(삽입층)(69)을 구비한 것이다. 리이드 전극(75)은 제1 실시 형태에서 설명한 것과 동등한 것이다.
강자성층(71)의 양단의 사선부는 제2 반강자성층(73)과의 교환 결합에 의하여 도 7의 지면 겉에서 뒤로 향하는 방향의 자화로 고착된 영역이고, 중앙 능동 영역에 해당 자화 방향의 자기 바이어스를 주는 것이다. 이에 따라 강자성층(71)의 중앙 영역의 자화는 외부 자장이 제로에서 도 7의 지면의 겉에서 뒤를 향하는 방향으로 설정된다.
그리고, 직교 결합용 중간층에 의하여 강자성층(71)과 직교 방향의 자화 결합을 부여받은 강자성 프리층(67)은 도 7에 도시한 바와 같이, 지면 우방향의 자화를 구비하게 되어 외부 자계가 제로에서 강자성 핀층(63)과 강자성 프리층(67)의 직교자화를 실현할 수 있다.
[변형례 2-1]
상기와 같이 자화가 동일축의 2개의 반강자성층(61)과 (73)을 사용하여 강자성 핀층(63)과 강자성 프리층(67)의 자화를 대략 직교로 교차시킬수가 있다.
도 8은 상기 제2 실시 형태의 변형례로서 제2 반강자성층(73')과 접하는 강자성층(71') 및 직교 결합용 중간층(69')을 2개의 제2 반강자성층(73')의 각각과 위치정합하도록 패터닝한 단면 구조를 외부 자계의 유입측에서 관찰한 도면이다. 이와 같이 하면, 전류의 션트 효과를 저감할 수 있어 자화 반전에 따른 자기 저항 변화율의 기여를 실질적으로 증대하는 것이 가능해진다.
[제3 실시 형태]
이어 본 발명의 자기 저항 효과 소자에 따른 제3 실시 형태를 도 9의 (a)를 참조하여 설명한다.
도 9의 (a)는 제3 실시 형태에 따른 스핀 밸브 소자의 단면을 외부 자장의 진입면으로부터 관찰한 도면이다.
제3 실시 형태에 관한 스핀 밸브 소자는 도 9의 (a)에 도시한 바와 같이, 하지층(47)상에 제1 반강자성층(81), 강자성 프리층(83), 중간 비자성층(85), 강자성 핀층(87), 직교 결합용 자화 결합층(89), 결합층(89)에 의하여 강자성 핀층(87)과 대략 직교로 자기 결합하는 강자성층(91), 그 강자성층(91)과 교환 결합하는 제2 반강자성층(93), 리이드 전극(95)이 순차로 적층된 구조를 구비한다.
또한, 제1 반강자성층(81)은 강자성 프리층(83)의 양단부[도 9의 (a)중의 사선 해칭부]와 교환 결합하여, 그 결과, 강자성 프리층(83)의 단부로부터 강자성 프리층(83)의 중앙 감자 영역(感磁領域)으로 바이어스 자계가 주어져, 신호 자계가 제로인 상태에서 감자 영역은 도 9의 (a)의 화살표로 도시한 자화를 갖는다.
이 소자에서는 제1 실시 형태에서 설명한 것과 마찬가지로 강자성 핀층(87)의 자화 고착, 및 강자성 프리층(83)으로의 바이어스 부여를 위하여 사용하는 2개의 반강자성층(81, 93)의 열 처리 공정수를 종래에 비하여 감소시킬 수 있다.
제3 실시 형태에서는 이간되어 배치된 2개의 제1 반강자성층(81) 사이가 강자성 프리층(83)일 필요는 없고, 도 9의 (b)의 매체 대향면 측에서 관찰한 단면도에 도시한 바와 같이, 간격층(97)을 사용해도 좋다. 이 간격층(97)은 션트 효과를 저감하기 위하여 자기 헤드 등의 자성 디바이스에 사용되는 AlO3, SiO2등의 절연물질이 바람직하다. 또한 강자성 프리층(83)의 결정 배향성을 높이는 취지에서 Cu, Ru, NiFe, NiFeCr 등을 사용할 수 있다. 또한 이들 중에서 서로 다른 재료층을 적층한 것 또는 혼층체로 하여도 좋다.
[제4 실시 형태]
도 10은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 스핀 밸브 소자의 단면을 신호유입면으로부터 관찰한 도면이다.
제4 실시 형태의 스핀 밸브 소자는 도 10에 도시한 바와 같이, 하지층(47) 상에 서로 이간하여 형성된 2개의 제1 반강자성층(101), 2개의 제1 반강자성층(101)간과 그 위에 연장되는 강자성층(103), 강자성층(103) 및 강자성 프리층(107)의 자화가 대략 직교로 되도록 양층을 자기 결합시키는 자화 결합층(105), 강자성 프리층(107), 중간 비자성층(109), 강자성 핀층(111), 제2 반강자성층(113), 리이드 전극(115)을 구비한다.
또한, 도 11은 제4 실시 형태에 있어서, 서로 이간하는 제1 반강자성층(101) 사이에 제3 실시 형태에 있어서 설명한 것과 마찬가지로 간격층(117)을 배치한 스핀 밸브 소자의 단면을 외부 자계의 유입면측에서 관찰한 도면이다. 이 간격층(117)으로서는 제3 실시 형태에서 설명한 것과 같은 재료를 채용할 수가 있다.
도 10 및 도 11에서는 강자성층(103) 중에서 제1 반강자성층(101) 상에 적층된 양단부(도 10 및 도 11의 사선 해칭부)는 제1 반강자성층(101)과의 교환 결합에 의하여 자화가 고착되고, 그 양단부에 끼인 중앙 감자 영역은 상기 양단부로부터의 자기 바이어스에 의하여 지면의 겉에서 뒤방향으로의 자화를 갖는다.
또한, 강자성 핀층(111)은 반강자성층(113)과의 교환 결합에 의하여 지면의 겉에서 뒤를 향한 자화를 구비하고, 따라서, 본 실시 형태에서도 강자성 핀층(111)으로의 고착 자화의 부여와, 강자성층(103)으로의 자기 바이어스의 부여에 필요한 열 처리 공정수를 저감할 수 있어 다른 실시 형태에서 설명한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상, 제1 내지 제4 실시 형태와 그 변경예에 관한 자기 저항 효과 소자에 대하여 도면을 참조하여 설명하였다.
다음으로 본 발명에 있어서의 직교 결합용 자화 결합층(중간층)에 사용하는 재료와 직교 결합에 대하여 설명한다.
자화 결합층(중간층)에는 동일 금속의 가수가 다른 산화물을 2종 이상 포함하는 혼상막, 또는 동일 금속의 가수가 다른 산화물층이 2종 이상 적층된 적층막을 사용할 수 있다. 여기서 가수가 다른 산화물로서는
1) Fe의 산화물로 이루어지고, FeO, Fe3O4, α-Fe2O3, γ-Fe2O3중에서 선택된다.
2) Cr 산화물로 이루어지고, CrO, Cr2O3,CrO2, Cr2O5, CrO3, CrO5중에서 선택된다.
3) 가수가 다른 산화물은 Mn 산화물로 이루어져 MnO, MnO2중에서 선택된다.
또한, 자화 결합층으로는 Au, Al, Ag, Cu, Cr, Mn 중의 어느 하나, 이들의 혼합층, 또는 이들 단일 원소층, 혼합층의 적층막으로 실현할 수 있다.
직교 결합용 중간층을 개재하여 2개의 강자성층이 적층된 강자성층/직교 결합용 중간층/강자성층의 2장의 강자성층이 갖는 자화 단위 벡터가 각각 M1, M2일 때, 강자성층간의 결합 에너지 Ec는 다음과 같이 표시된다.
여기서, A12는 통상의 쌍 1차 교환 결합 정수, B12는 쌍 2차 교환 결합 정수이다. 대략 90도(직교) 결합은 ｜A12｜＜｜B12｜ 또한 B12＜0일 때에 일어난다.
B12는 A12＜0인 반강자성 결합 상태와 A12＞0인 강자성 결합 상태가 혼재하고 있는 경우에 유기되는 것이다. 한편, A12는 중간층의 막 두께가 증가함에 따라 진동하므로, 실제 시료가 요철을 갖고 있으면 막 두께 분포가 생겨, 결과적으로 A12＜0과 A12＞0이 혼재하여 대략 90도 결합이 일어나게 된다. 중간층에 1원자분의 표면 요철이 주기 2L로 존재하고, 그 요철에 의한 쌍 1차 결합 에너지의 차가 2△J일 경우, 쌍2차 결합 정수 B12는 다음과 같이 표시된다.
(Phys. Rev. B 67, 3172 (1991)).
여기서, D1·D2는 2개의 강자성층의 막 두께를 각각 나타내고, A는 강자성체 고유의 교환 스티프니스(stiffness) 정수이다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, B12는 막의 평활성과 막 두께에 크게 의존한다. 그 때문에 시료 작성 설정 조건에 따라 B12에 불균일이 발생할거로 예상된다. 에피텍셜 성장에 의하여 다양한 강자성층/직교 결합용 중간층/강자성층으로 이루어지는 3층막을 작성하여 그 배향면과 얻어진 B12에 대하여 표 1에 도시한다.
표 1중, ML은 원자층의 단위로서 1ML은 1원자층을 나타낸다.
또한 직교 결합용 중간층의 막 두께는 90도 결합이 실현하는 범위인 약 0.02㎚에서 2㎚가 바람직하다.
또한, 본 발명의 직교 결합용 중간층으로서 전술한 재료에 더하여 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 불화물을 생각할 수 있다. 이들 중에서 가수에 따라 자성이 다른 금속을 포함하는 재료이면, 산화, 질화, 불화의 진행을 제어함으로써 강자성상, 반강자성상, 페리자성상의 혼상 상태를 실현할 수 있다.
예를 들면, Fe 산화물(FeO, Fe3O4, α-Fe2O3, γ-Fe2O3), 또는 이들의 혼상막, 또는 적층막을 들 수 있다. 이들 직교 결합용 중간층의 두께는 약 0.2nm에서 약 10nm, 바람직하게는 약 0.5~3nm로 한다. 직교 결합용 중간층으로 Fe 산화물을 사용한 스핀 밸브막에 관한 실시예 1 내지 4의 측정에 의하여 Fe 산화물이 인접하는 강자성층의 자화를 결합시키는 것을 확인함과 동시에 그 결합 에너지를 다음과 같이 하여 측정하였다.
실시예 1 내지 4는 DC 마그네트론 스퍼터법을 사용하여 열산화 Si상에 순차로 성막하였다. 그 후, 진공중에서 7kOe의 자장을 인가하면서 열산화 Si를 270℃로 가열하여 1시간의 열 처리를 행하였다. 이에 따라 각 실시예의 IrMn/CoFe 계면의 교환 결합 에너지 Jua = Hua·Ms·t ≒ 0.14erg/cm2에 의하여 CoFe의 자화가 고착된다. 여기서 Hua는 교환 결합 자장(여기서는 500Oe), Ms는 핀층의 포화자화(1.8T), t는 핀층의 두께(2㎚)이다. 각 실시예의 층 구성을 표 2에 나타낸다. 각 실시예는 표 2의 왼쪽으로부터 순서대로 상술한 방법에 의해 열산화 Si 기판상에 형성한 것이다.
여기서, langmuire는 산화 강도에 관한 단위로서 산소 분압 1×10-6Torr 분위기에 1초간 폭로하여 산화물이 형성되는 양을 나타낸다.
직교 결합용 중간층에 Fe 산화물을 사용한 실시예 1의 자화 곡선과 MR 곡선을 각각 도 12의 (a) 및 도 12의 (c)와, 도 12의 (b) 및 도 12의 (d)에 나타낸다. IrMn 반강자성층으로부터의 교환 바이어스 자장 방향(Hua)에 대하여 외부 자장(Hex)를 평행하게 도입했을 때의 자화 곡선과 MR 곡선이 도 12의 (a) 및 도 12의 (c)이고, 수직으로 도입했을 때의 자화 곡선과 MR 곡선이 도 12의 (b) 및 도 12의 (d)이다. Hua와 Hex가 평행일 때는 8%에 조금 못 미치는 MR 변화율을 나타내었고, 수직일때는 10%를 넘는 MR 변화율을 나타내었다. Cu 중간 비자성층을 사이에 둔 CoFe 강자성 프리층과 CoFe 강자성 핀층의 자화가 완전한 반평행으로 되는 상태가 실현되는 때에 MR이 최대치를 나타내는 것을 고려하면 평행 삽인의 경우에는 프리층과 핀층의 자화가 완전한 반평행으로 되지 않고, 수직삽인일 때, 반평행이 실현되고 있다는 것을 알 수 있다. 즉, IrMn으로부터의 교환 바이어스 자장에 의하여 자화가 고착되고 있는 CoFe 강자성층과, 그 강자성층과 Fe 산화물로 구성되는 직교 결합용 중간층을 사이에 두고 존재하는 CoFe 강자성 핀층의 자화는 대략 직행관계에 있다고 할 수 있다.
한편 실시에1에 있어서, 외부 자장을 인가해 나갔을 때, CoFe 강자성 핀층과 CoFe 프리층의 자화가 반평행이 아니게 되는 자장은 380Oe 정도였다. 이는 Fe 산화물에 의한 자기 결합 에너지가 0.11erg/cm2이상이라는 것을 의미한다.
실시예 2에서는 직교 결합용 중간층의 자연 산화에 있어서의 산화 강도를 변화시켰다. 도 13에 자장을 수직 삽인했을 때의 반평행 상태가 파괴되는 자장 H90-및 전기 저항 변화율의 산화 강도 의존성을 나타낸다. 600Langmuiers에서는 90도 결합시키는데 필요한 Fe 산화물이 발생하지 않고, 1200Langmuiers 이상에서 90도 결합이 실현한다.
또한, 상기와 같이 직교 결합용 중간층이 절연물인 경우에는 전자 반사에 의한 MR 증대 효과를 얻을 수 있다. Cu와 Ta는 자기산화에 의해 Cu-Ta 산화물을 형성한다고 생각되어지며 상기 Cu-Ta 산화물과 CoFe 강자성 프리층의 계면, 및 Fe 산화물과 강자성 핀층의 계면에 있어서, 전도 전자의 경면반사가 일어나고 있기 때문에 Fe 산화물이 없을 경우의 스핀 밸브에서는 약 10%가 MR의 최대치인데에 비하여 Fe 산화물을 사용하는 실시예 2의 1200 Langmuiers에서는 13%의 MR이 얻어졌다. 그러나 1200 Langmuiers보다 산화를 더 강하게 하면 막면이 거칠어지기 때문에 MR이 조금씩 감소해 버린다.
따라서, 안정된 자기 결합과 높은 MR을 양립시키기 위해서는 1000 Langmuiers ~ 8000 Langmuiers 정도의 산화 강도가 적당하다.
다음으로 실시예 3은 IrMn 반강자성층과 Fe 산화물의 직교 결합용 중간층의 두께에 대하여 검토하였다. 표 3에 그 결과를 나타낸다.
이로부터 양호한 자기 결합을 실현하기 위해서는 IrMn 반강자성층과 Fe 산화물 중간층에 끼워지는 CoFe 강자성층의 막 두께를 적어도 1㎚ 이상, 바람직하게는 2㎚ 이상으로 해야만 한다는 것을 알 수 있다. 그러나, 너무 두꺼우면, 자화가 증대하여 Hua가 저하하므로, 2㎚ 이상 3㎚ 이하로 해야만 한다.
실시예 4에서는 직교 결합용 중간층의 산화시키기 전의 Fe의 막 두께를 변화시켰다. 여기서, 산화 강도는 Fe가 2㎚ 이하인 경우 3000Langmuiers, 2㎚ 이상의 경우, 12000Langmuiers로 하였다. Fe의 두께에 따라 산화 강도를 변화시킨 것은 Fe가 두꺼워도 심층부까지 산화되도록 배려했기 때문이나, 상술한 바와 같이, 산화가 강한 영역에서는 막면이 거칠어져 MR이 저하하였다. 도 14에 Fe막 두께와 직교 결합 자장H90및 전기 저항 변화율의 관계를 나타낸다. 이 결과로부터 Fe의 막 두께는 1㎚~3㎚가 적합하다 할 수 있다. 특히, 1.5㎚~2㎚가 더욱 바람직하다.
또한, 실시예 5는 Cr을 자연 산화하여 직교 결합용 중간층으로 한 스핀 밸브 MR 곡선을 도 15에 도시한다. 90도 결합 자장은 Fe 때보다도 작기는 하나 약 50Oe(이 경우 0.014erg/cm2)로 결합되어 있다.
여기서는 성막실로의 산소 도입에 의하여 Fe, Cr을 자연 산화시킨 실시예 1~5를 들었으나, Fe, Cr 외에 Mn을 사용하는 것도 가능하고 산화 방법의 다른 예로서
(1) 플라즈마로 생성한 산소 래디컬에 의한 산화,
(2) 엑시머 램프로부터 자외선을 조사함으로써 생성한 산소 래디컬에 의한 산화,
(3) 산소를 포함하는 분위기중에 있어서의 Fe, Cr, Mn의 반응성 스퍼터 등을 생각할 수 있다. (1)은 치밀하고 얇은 산화막을 작성하는데에 적합하고, Fe, Cr, Mn의 가수를 컨트롤 하기 쉬워진다. (2)는 (1)에 더하여 산소이온에의한 손상이 적고 평활한 계면을 작성할 수 있다. 이에 따라 전자 경면 반사 효과를 높혀 출력을 향상시킬 수가 있다. (3)은 화학적으로 안정된 산화막이 얻어져 소자로서 안정된 동작을 계속할 수 있다. 또한 (1)~(3)에 있어서, 기판을 40~100℃로 가열하면서 산화를 진행시키면, 산화물을 평활하며 화학적으로 안정된 상태로 얻을 수가 있다. 또한, (1), (2)에서는 기판을 77K~295K로 냉각하여 산화시키면 산소 분자가 해리하여 자연 산화하는 것을 억제할 수 있으므로 산소 래디컬의 기여가 높아져 치밀하고 얇은 산화막을 작성할 수 있다.
또한, 여기서는 기판으로 열산화 Si를 이용하였으나, 평탄성을 향상시키는 등의 목적으로 사파이어 기판, MgO 기판, GaAs 기판, Si 기판을 사용하는 것도 가능하다. 또한 소자의 노이즈감소 대책으로서의 프리층의 연자기 특성 하지(下地)를 NiFe 대신에 fcc 구조를 갖는 금속, 예를 들면 Ru, Cu, Au, NiFeCr 중의 어느 하나에 의한 단층막, 또는 이들의 적층막, 혼상막으로 하여도 좋다.
그런데 연자성 프리층과 반강자성층 사이에 직교 결합용 중간층을 삽입하기 위해서는 스핀 밸브로서의 감도를 향상시키기 위한 연구가 필요하다. 직교 결합용 중간층을 사이에 둔 2층의 강자성층이 동일 자화를 갖고 있으면 강자성 프리층 전체로서의 자화는 강자성 핀층에 대하여 45도를 향하고 있으므로 기록 매체로부터의 외부 자장이 인가되어도, 자화가 회전하기 어렵게 될 가능성이 있다.
이를 방지하고, 직교 결합용 중간층을 개재한 2층의 강자성층을 더한 자화를 핀층의 자화와 대략 직행하도록 Ms·t 곱에 차를 설치한 것이다. 강자성 프리층과 반강자성층에 접하고 있는 강자성층의 Ms·t 곱의 비를 1:5 정도로 하면 강자성 핀층의 자화와 직교 결합용 중간층을 개재한 양 강자성의 자화가 이루는 각이 약 80deg.로 되어 감도 열화를 억제할 수 있다.
또한, 직교 결합을 약하게 하는 방법이 있다. 반강자성층에 접하는 강자성층의 자화는 고착된 채로 강자성 프리층의 자화만이 회전한다. 이 경우, 감도로서 강자성 프리층의 자화가 회전하기 시작하는 외부 자장이 5Oe 이하인 것이 바람직하여 예를 들면, 강자성 프리층의 자화가 3.6nmT에서는 직교 결합 에너지는 1.4×10-3erg/cm2이하일 필요가 있다.
상술한 대략 직교로 결합하는 자화 결합층(삽입층)을 사용한 자기 저항 효과 소자는 자기 디스크 장치등의 자기 재생 장치의 재생 헤드로서 사용하는 것이 가능하다.
자기 재생 헤드 중, 현재까지 사용되고 있는 실드형 자기 헤드는 헤드의 매체 대향면 근방에 상술한 자기 저항 효과 소자를 구비하고 있다.
또한, 실드형 자기 헤드 외에 도 16의 개략 사시도에 도시한 요오크형 자기 헤드에도 적용할 수 있다. 이 요오크형 자기 헤드는 도 16에 있는 바와 같이, 매체 대향면(1200)에 있어서, 기록 매체상의 기록트랙(1202)으로부터의 신호 자계를 취하여, 헤드내부에 배치된 자기 저항 효과 소자로 인도하는 한 쌍의 요오크(1204)를 구비한다. 실제로는 기록 매체가 면내에서 회전하고, 자기 헤드는 그 표면상을 공기를 개재하여 또는 서로 접촉하여 상대 운동한다.
도 16중, 한 쌍의 요오크내에 표시한 화살표는 신호 자계의 진입 방향을 나타낸다. 이 신호 자계는 요오크(1204)의 일측에 의하여 매체 대향면(1200)으로부터 후방에 배치된 본 발명의 자기 저항 효과 소자(1210)에 인도되고, 요오크(1204)의 타측에 의하여 매체에 복귀하여 하나의 자기 회로를 구성할 수 있다. 자기 저항 효과 소자(1210)는 자기 저항 효과막(1206)과 그 자기 저항 효과막(1206)의 양단에 접속된 한 쌍의 리이드 전극(1208)으로 구성되어 있다. 자기 저항 효과막(1206)과 리이드 전극에 표시된 점선상의 화살표는 센스 전류의 방향을 나타낸다.
상기와 같은 요오크(1204)를 사용할 경우에 자속을 효율적으로 자기 저항 효과막(1206)으로 인도하기 위해서는 요오크(1204)의 투자율이 높을 것이 요망되고, 이를 위해서는 균일한 자기 이방성을 갖지 않는 것이 바람직하다. 그러나 스핀 밸브에 대한 열 처리는 요오크(1204)와 적층 형성되고 나서 행해지므로 스핀 밸브에 대한 열 처리에 의하여 요오크부가 균일한 자기 이방성을 가질 염려가 있다. 따라서, 본 발명의 자기 저항 효과 소자와 같이 열 처리를 적게 해도 되는 요오크형 자기 헤드의 큰 장점이라 할 수 있다. 또한, 이와 같은 요오크형 자기 헤드에 있어서의 장점은 도 16에 도시한 구조에 한정되지 않으며 자기 저항 효과 소자가 매체 대향면으로부터 후퇴한 위치에 배치되고, 매체 대향면과 자기 저항 효과 소자가 자기요오크에 의하여 중개된 구조라면 마찬가지로 얻을 수 있는 것이다.
또한, 요오크형 헤드에서는 설계시 리이드 전극(1208)을 도 16에 도시한 바와 같이 x 방향으로 서로 대향하는 위치에 놓는 구성으로 된다. 이는 도 16에 도시한 바와 같이 자기 저항 주면(1206)을 자기 매체(1202)에 수직으로 형성한 구조에서도 요오크(1204)의 후방면에 형성하여 자기 매체(1202)에평행하게 형성한 구조에서도 동일하다.
자기 저항 효과막중에서의 자속의 흐름은 도 16중의 화살표로 표시한 바와같이, x 방향을 향한다. 즉, 센스 전류와 강자성 프리층(7)에 흘러 들어오는 자속의 방향이 평행 또는 반평행으로 된다. 이와 같은 상황에서 대략 직교를 사용하지 않는 종래 스핀 밸브를 탑재하면 도 17의 (a)중 z 방향으로 대향하도록 강자성 프리층(7)의 자기 바이어스 부여(자구 제어)의 반강자성층(9)을 배치하는 것이 된다. 즉, 자구 제어 반강자성층이 프리층에 접하고 있는 자계 불감 영역에 션트 전류가 흘러버려 출력이 저하하여 버린다.
이에 대하여 대략 직교 결합 자화 결합층(삽입층)(12065)을 사용한 스핀 밸브 소자를 탑재하면 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이 강자성 프리층(12064)의 자구 제어를 강자성층(12066)으로의 자기 바이어스를 개재하여 반강자성층(12067)은 x 방향으로 서로 대향 배치되고, 리이드 전극(1208)을 반강자성층(12067)보다도 중앙의 중앙 능동 영역까지 연장함으로써 강자성 프리층(12064)의 자계 불감 영역을 바이패스할 수가 있다. 이러한 점에서 요오크형 자기 헤드와 대략 직교 결합용 자화 결합층(삽입층)(12065)을 사용한 스핀 밸브 소자를 조합하는 것은 출력 향상이란 관점에서 커다란 장점을 생산해낸다 할 수 있다.
또한, 도 18의 요오크형 자기 헤드의 개략을 도시한 사시도에 있는 바와 같이, 자기 저항 효과막(1206)의 주면(막의 퇴적방향에 대하여 수직인 면)을 자기 기록 매체(1202)의 주면에 평행이 되도록 형성했을 경우, 한 쌍의 경질 자성 재료층 또는 반강자성 재료층(12067)을 자기 저항 효과막(1206a)을 사이에 끼고, 또한 기록 매체의 트랙 상방의 트랙폭 형성부분을 사이에 끼는 위치에 설치하여 요오크(1204)의 자화를 y 방향으로 나란히 할 수가 있다. 이와 같이 함으로써 요오크의 x 방향의 투자율이 균일하고 또한 작게 되어 기록 매체(1202)로부터의 신호자속이 효율적으로 프리층으로 흘러들어간다. 이 때, 자기 저항 효과막(1206a)의 핀층의 자화는 요오크나 프리층의 자화와 직행 관계(x 방향)로 고착할 필요가 있다. 즉, 핀층의 자화 고착을 위한 열 처리와, 요오크(1204)의 자화 고착을 위한 열 처리가 필요해진다. 여기서, 직행 결합막을 핀층 또는 프리층에 삽입함으로써 요오크(1204)와 핀층으로의 열 처리를 동시에 행할 수가 있게 되어 제조 공수의 삭감이 가능해진다. 또한 도 18의 자기 저항 효과막(1206a)으로는 각 실시 형태에서 설명한 자기 저항 효과막을 사용하는 것이 가능하며, 여기서는 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 18에 도시한 바와 같은 요오크형 헤드에서는 자기 저항 효과 소자로서 주면에 수직으로 전류를 흘리는 (CPP 방식) GMR 소자가 적합하다. 이 경우에는 한 쌍의 전극은 자기 저항 효과막을 상하에서 사이에 끼우듯이 배치된다.
이상에서 설명한 대략 직교로 결합하는 물질을 사용한 막구조는 스핀 밸브에만 한정되지 않으며, 인공 격자막이나 스핀 밸브 구조를 2중으로 구비한 이른바 듀얼 스핀 밸브 소자에도 적용가능하며, 나아가서는 터널 효과를 이용한 터널 자기 저항 효과막이나 센스 전류를 자기 저항 효과막의 막면 수직방향으로 흘리는 CPP(Current Perpendicular to Plane) 자기 저항 효과 소자에도 적용가능하다. 일레의 단면을 도 19에 도시한다.
상기 터널 자기 저항 효과 소자는 하부전극을 겸한 하지층(47)의 표면에 제1 반강자성층(121), 강자성층(123), 직교 결합용 자화 결합층(125), 강자성 핀층(127), 비자성 터널 절연층(129), 강자성 프리층(131), 제2 반강자성층(133), 상기 터널 자기 저항 효과막의 측벽을 둘러싼 절연층(135), 및 상부 전극층(137)을 구비한다. 상부 및 하부 전극간을 터널 전류가 흘러 강자성 핀층(127) 및 강자성 프리층(131)의 자화 방향의 상대 변화에 따라 터널 저항이 변화하고, 이 정보로부터 외부 자장의 방향을 검지할 수 있다. 또한, 이와 같은 터널 자기 저항 효과막은 자기 헤드 등의 이른바 자기 센서 외에 기판상에 다이오드나 트랜지스터와 같이 셀을 구성하여 이 셀을 복수 집적 형성한 불휘발성 자기 랜덤 액세스 메모리에도 적용이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같은 자기 저항 효과 소자를 자기 재생 헤드에 사용하고, 이를 탑재한 자기 헤드 어셈블리는 후술하는 구성을 구비한다.
액츄에이터 아암은 자기 디스크장치 내의 고정축에 고정되기 위한 구멍을 가지고, 액츄에이터 아암의 일단에는 서스펜션이 접속되어 있다.
서스펜션의 선단에는 상술한 각 형태 및 각 실시예에 있는 자기 저항 효과 소자를 구비한 자기 헤드를 탑재한 헤드 슬라이더가 부착되어 있다. 또한, 서스펜션은 신호의 기입 및 판독용 리이드선이 배선되고, 이 리이드선의 일단과 헤드슬라이더에 세트된 자기 저항 효과 헤드의 각 전극이 전기적으로 접속되고, 리이드선의 타단은 전극 패드에 접속되어 있다.
또한, 본 발명의 자기 기록장치의 일종인 자기 헤드 어셈블리를 탑재한 자기 디스크 장치의 내부 구조를 이하에 설명한다.
자기 디스크는 스핀들에 장착되어, 구동 장치 제어부로부터의 제어 신호에 응답하는 모터에 의하여 회전한다. 자기 디스크가 부상한 상태에서 정보의 기록 재생을 행하는 헤드 슬라이더는 박막 형상의 서스펜션의 선단에 부착되어 있다. 여기서 헤드 슬라이더는 상기 자기 저항 효과 재생 헤드를 구비하고 있다.
자기 디스크가 회전하면 헤드 슬라이더의 매체 대향면은 자기 디스크의 상면에서 소정량 부상한 상태로 유지된다.
서스펜션은 구동 코일을 유지하는 보빈부등을 갖는 액츄에이터 아암의 일단에 접속되어 있다. 액츄에이터 아암의 타단에는 리니어모터의 일종인 보이스코일 모터가 설치되어 있다. 보이스코일 모터는 액츄에이터 아암의 보빈부에 감긴 구동코일과 그 코일을 사이에 끼듯이 대향하여 배치된 영구 자석, 및 대향 요오크로 구성되는 자기회로로 구성된다.
액츄에이터 아암은 고정축의 상하 2개소에 설치된 볼 베어링에 의하여 지지되고, 보이스 코일모터에 의하여 자유롭게 회전 습동할 수 있도록 되어 있다.
이상에서 설명한 실시 형태, 및 실시예에 있어서 예시한 층의 재료등은 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 층의 성막 방법등, 예를 들면 스퍼터 공정의 스퍼터 압이나, 스퍼터 온도, 성막후의 열 처리 공정에 있어서의 처리 온도, 처리 분위기, 및 처리 시간에 의존하여 인접하는 층이나 이간된 층으로부터 원자의 확산이 일어나는 것을 용이하게 상정할 수 있다. 따라서, 이들 제법의 조정등에 의하여 예시한 타겟재를 사용하여 성막하여도 확산에 의해 결과적으로 다른 재료를 포함하는 층이 되는데 이러한 확산이 발생하여도 본 발명의 취지에 기초하여 얻어져야 할 특성(강자성, 반강자성, 대략 직교의 자기 결합, 스핀 의존 확산등)을 얻을 수 있다면, 본 발명의 효과를 충분히 발휘할 수 있다.
저가이고, 고성능인 자기 저항 효과 소자를 제공하는 것이 가능하다. 또한 박막화 소자를 제공할 수가 있어 좁은 갭을 요하는 자기 재생 헤드, 또한 하드디스크 드라이브등의 자기 재생 시스템에 적합하다.

Claims (23)

  1. 제1 반강자성층과,
    상기 제1 반강자성층과 교환 결합한 강자성층으로서 제1 방향의 자화를 갖는 제1 강자성층과,
    상기 제1 강자성층과 적층 형성된 자화 결합층과,
    상기 자화 결합층을 개재하여 상기 제1 강자성층과 적층 형성되고, 상기 자화 결합층에 의하여 상기 제1 강자성층과 자화 결합되어 상기 제1 방향과 거의 직교 방향의 자화를 갖는 제2 강자성층과,
    중간 비자성층과,
    상기 중간 비자성층을 개재하여 상기 제2 강자성층과 적층 형성되고, 외부 자장이 제로인 상태에서 상기 제1 방향과 거의 동일 방향의 자화를 갖는 제3 강자성층과,
    상기 제3 강자성층과 교환 결합한 제2 반강자성층
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자화 결합층은 동일 금속의 가수(價數)가 다른 산화물을 2종 이상 포함하는 혼상막(混相膜), 또는 동일 금속의 가수가 다른 산화물층을 2층 이상 포함하는 적층막을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  3. 제1 방향의 자화를 갖는 제1 강자성층과,
    동일 금속의 가수가 다른 산화물을 2종 이상 포함하는 혼상막, 또는 동일 금속의 가수가 다른 산화물층을 2층 이상 포함하는 적층막을 구비하고, 상기 제1 강자성층과 적층 형성된 삽입층과,
    상기 삽입층을 개재하여 상기 제1 강자성층과 적층 형성되고, 상기 제1 방향과 거의 직교 방향의 자화를 갖는 제2 강자성층과,
    중간 비자성층과,
    상기 중간 비자성층을 개재하여 상기 제2 강자성층과 적층 형성되고, 외부 자장이 제로인 상태에서 상기 제1 방향과 거의 동일 방향의 자화를 갖는 제3 강자성층
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 강자성층에 적층 형성된 제1 반강자성층, 및 상기 제3 강자성층에 적층 형성된 제2 반강자성층을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 가수가 다른 산화물은 Fe 산화물로 구성되고, FeO, Fe3O4, α- Fe2O3, γ- Fe2O3중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 가수가 다른 산화물은 Cr 산화물로 구성되고, CrO, Cr2O3,CrO2, Cr2O5, CrO3, CrO5중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 가수가 다른 산화물은 Mn 산화물로 구성되고, MnO, MnO2중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 강자성층은 외부 자장의 변동에 따라 상기 자화 방향이 변화하는 자화 자유층이고, 상기 제3 강자성층은 상기 제2 강자성층의 자화 방향이 변화하는 외부 자장에 있어서, 상기 자화 방향이 실질적으로 변화하지 않는 자화 고착층인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 강자성층은 외부 자장의 변동에 따라 상기 자화 방향이 변화하는 자화 자유층이고, 상기 제2 강자성층은 상기 제3 강자성층의 상기 자화 방향이 변화하는 외부 자장에 있어서, 상기 자화 방향이 실질적으로 변화하지 않는 자화 고착층인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  10. 제1 반강자성층과,
    상기 제1 반강자성층과 교환 결합한 강자성층으로서 제1 방향의 자화를 갖는 제1 강자성층과,
    상기 제1 강자성층과 적층 형성된 자화 결합층과,
    상기 자화 결합층을 개재하여 상기 제1 강자성층과 적층 형성되고, 상기 자화 결합층에 의하여 상기 제1 강자성층과 자화 결합되어 상기 제1 방향과 거의 직교 방향의 자화를 갖는 제2 강자성층과,
    중간 비자성층과,
    상기 중간 비자성층을 개재하여 상기 제2 강자성층과 적층 형성되고, 외부 자장이 제로인 상태에서 제1 방향과 거의 동일 방향의 자화를 갖는 제3 강자성층과,
    상기 제3 강자성층과 교환 결합한 제2 반강자성층
    을 구비하는 자기 저항 효과 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 자화 결합층은 동일 금속의 가수가 다른 산화물을 2종 이상 포함한 혼상막, 또는 동일 금속의 가수가 다른 산화물층을 2층 이상 포함하는 적층막을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  12. 제1 방향의 자화를 갖는 제1 강자성층과,
    동일 금속의 가수가 다른 산화물을 2종 이상 포함하는 혼상막, 또는 동일 금속의 가수가 다른 산화물층이 2층 이상 적층된 적층막을 구비하고, 상기 제1 강자성층과 적층 형성된 삽입층과,
    상기 삽입층을 개재하여 상기 제1 강자성층과 적층 형성되고, 상기 제1 방향과 거의 직교 방향의 자화를 갖는 제2 강자성층과,
    중간 비자성층과,
    상기 중간 비자성층을 개재하여 상기 제2 강자성층과 적층 형성되고, 외부 자장이 제로인 상태에서 제1 방향과 거의 동일 방향의 자화를 갖는 제3 강자성층
    을 구비하는 자기 저항 효과 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 가수가 다른 산화물은 Fe 산화물로 구성되고, FeO, Fe3O4, α- Fe2O3, γ- Fe2O3중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 가수가 다른 산화물은 Cr 산화물로 구성되고, CrO, Cr2O3,CrO2, Cr2O5, CrO3, CrO5중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 가수가 다른 산화물은 Mn 산화물로 구성되고, MnO, MnO2중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  16. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 강자성층은 외부 자장의 변동에 따라 상기 자화 방향이 변화하는 자화 자유층이고, 상기 제3 강자성층은 상기 제2 강자성층의 자화 방향이 변화하는 외부 자장에 있어서, 상기 자화 방향이 실질적으로 변화하지 않는 자화 고착층인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  17. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 강자성층은 외부 자장의 변동에 따라 상기 자화 방향이 변화하는 자화 자유층이고, 상기 제2 강자성층은 상기 제3 강자성층의 상기 자화 방향이 변화하는 외부 자장에 있어서, 상기 자화 방향이 실질적으로 변화하지 않는 자화 고착층인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  18. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    일단에 매체 대향면을 구비하고,
    상기 매체 대향면으로부터 이간되어 상기 자기 저항 효과 소자가 배치되고,
    상기 매체 대향면과 상기 자기 저항 효과 소자간에 배치되며, 상기 매체 대향면에서 외부 자장을 취하여 상기 외부 자장을 상기 자기 저항 효과 소자로 인도하는 자기 요오크를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 헤드.
  19. 자기 기록 매체와,
    상기 자기 기록 매체에 기록된 자기 정보를 재생하는 자기 저항 효과 헤드로서,
    제1 방향의 자화를 갖는 제1 강자성층과,
    동일 금속의 가수가 다른 산화물을 2종 이상 포함하는 혼상막, 또는 동일 금속의 가수가 다른 산화물층이 2층 이상 적층된 적층막을 구비하여 상기 제1 강자성층과 적층 형성된 삽입층과,
    상기 삽입층을 개재하여 상기 제1 강자성층과 적층 형성되고, 상기 제1 방향과 거의 직교 방향의 자화를 갖는 제2 강자성층과,
    중간 비자성층과,
    상기 중간 비자성층을 개재하여 상기 제2 강자성층과 적층 형성되고, 외부 자장이 제로인 상태에서 제1 방향과 거의 동일 방향의 자화를 갖는 제3 강자성층을 구비하는 자기 저항 효과 헤드
    를 탑재하는 것을 특징으로 하는 자기 재생 장치.
  20. 제1 방향의 자화를 갖는 제1 강자성층과,
    상기 제1 방향의 자화와 거의 직교 방향의 제2 자화를 갖는 제2 강자성층과,
    상기 제1 및 제2 강자성층 사이에 형성된 층간막으로서, 동일 금속의 가수가 다른 산화물을 2종이상 포함한 혼상액, 또는 동일 금속의 가수가 다른 산화층을 2층이상 포함하는 적층막을 구비하는 층간막
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 자성 적층체.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 가수가 다른 산화물은 Fe 산화물로 구성되고, FeO, Fe3O4, α- Fe2O3, γ- Fe2O3중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 적층체.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 가수가 다른 산화물은 Cr 산화물로 구성되고, CrO, Cr2O3,CrO2, Cr2O5, CrO3, CrO5중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 적층체.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 가수가 다른 산화물은 Mn 산화물로 구성되고, MnO, MnO2중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자성 적층체.
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