KR19980024661A - 자기 저항 효과 디바이스 및 자기 헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 자기 저항 효과 디바이스(magnetoresistance effect device) 및 자기 헤드(magnetic head)는 바람직한 자기 특성 및 뛰어난 부식 저항력(corrosion resistance)을 나타낸다. 자기 저항 효과 디바이스는 면 중심 입방체(face-centered cubic: fcc)구조 및 불규칙 페이즈(phase)로 형성되며, 혼합물 Ax-Mn1-x 를 가진 반강자성(antiferromagnetic)체와 반강자성체에 의해 그의 자화 상태가 제어되는 강자성(ferromagnetic)체를 포함하며, 여기서, A 는 적어도 Rh 및 Ru 중의 하나이고, X 는 0.05 내지 0.25 범위이다. 또한, 자기 헤드는 면 중심 입방체(face-centered cubic: fcc)구조 및 불규칙 페이즈로 형성되며, 혼합물 Ax-Mn1-x 를 가진 반강자성(antiferromagnetic)체와 반강자성체에 의해 그의 자화 상태가 제어되는 강자성(ferromagnetic)체를 포함하며, 여기서, A 는 적어도 Rh 및 Ru 중의 하나이고, X 는 0.05 내지 0.25 범위이다.

Description

자기 저항 효과 디바이스 및 자기 헤드
본 발명은 외부 자계에 따라 저항 값을 변화시키는 자기 저항 효과 디바이스(magnetoresistance device) 및 자기 저항 효과 장치를 이용하는 자기 헤드(magnetic head)에 관련된 것이다.
이후에 MR(magnetoresistance) 디바이스로 표시되는 자기 저항 디바이스는 외부 자계에 따라 그의 저항 값이 변하는 디바이스로서, 자기 기록 매체(magnetic recording medium)상에 기록된 신호를 재생하는 자기 헤드 및 외부 자계의 강도 및 방향을 검출하는 자기 센서(magnetic sensor)에 이용된다.
그와 같은 MR 디바이스는 이방성 자기 저항 효과(anisotropic magnetoresistance effect)를 이용하는 AMR 디바이스 또는 큰 자기 저항 효과(giant magnetoresistance effect)를 이용하는 GMR 디바이스일 수 있다.
AMR 디바이스는 이방성 자기 저항 효과를 나타내는 강자성체를 이용하는 디바이스이다. AMR 디바이스에 사용된 강자성체는 바람직하게 단자구(single domain)를 가지며, 자벽(domain wall)의 움직임에 의해 발생되는 바르크하우젠(Barkhausen) 잡음을 줄인다. 바르크하우젠 잡음을 줄이는 AMR 디바이스로서, 이방성 자기 저항 효과를 나타내는 강자성체에 인접하여 반강자성체가 제공되는 AMR 디바이스가 제안되었다. 그와 같은 구성의 AMR 디바이스에 있어서, 반강자성체 및 강자성체간의 교환 상호 작용은 강자성 몸체의 자구(domain)를 제어하여 단자구를 형성시켜, 자벽에 의해 발생되는 바르크하우젠 잡음을 억압한다.
한편, GMR 디바이스는 층 구조를 가지고, 대 자기 저항 효과에 따라 저항 값이 변하는 디바이스이며, AMR 디바이스보다 더 큰 저항 변화를 나타낸다. GMR 은 비교적 복잡한 구조, 즉, 상부 구조를 가진 디바이스 및 약한 자계에서 저항 값이 변하는 비교적 간단한 구조, 즉, 스핀 벌브(spin bulb) 구조를 가진 디바이스와 같은 두 개의 주요 형태로 분리된다.
적어도 스핀 벌브 구조의 GMR 장치는 서로 연속적으로 적층되는 적어도, 제1 강자성 층, 비자성 층(non-magnetic layer) 및 제2 강자성 층을 가진다. 즉, 스핀 벌브 구조의 GMR 디바이스에 있어서, 제1 강자성 층은 박막의 비자성 층에 의해 제2 강자성 층과 분리되며, 반강자성 층은 제1 강자성 층 상부에 제공된다.
GMR 디바이스에 있어서, 반강자성 층에 인접한 제1 강자성 층은 반강자성 층과의 자기 결합으로 인해 고정된 자화 방향을 가지는 반면, 비자성 층에 인접하는 제2 강자성 층은 외부 자계에 따라 그의 자화 방향을 쉽게 변화시킨다.
그와 같은 구성을 갖는 GMR 디바이스에 외부 자계가 가해지는 경우, 제1 강자성 층은 그의 자화 방향을 변화시키지 않으며, 제2 강자성 층만이 그의 자화 방향을 변화시킨다. 저항 값은 제1 강자성 층의 자화 방향 과 제2 강자성 층의 자화 방향에 의해 규정되는 각이 증가함에 따라 증가한다. 이것은 제1 강자성 층과 제2 강자성 층 사이를 이동하는 전자들이 비자성 층과 제1 강자성 층 사이의 경계 및 비자성 층 및 제2 강자성 층 사이의 경계에서 산란되기 때문이다.
전술한 바와 같이, AMR 디바이스 및 GMR 디바이스 있어서, 반강자성체가 이용되어, 디바이스 내의 자성체의 자화 상태를 제어한다. 그와 같은 통상적으로 사용된 반강자성체는 본 명세서에서 fcc(face-centered cubic) 구조로 표시되는 면 중심 입방체 구조를 가진 Fe-Mn 합금이다. 그러나 Fe-Mn 합금은 산화 등에 의해 쉽게 부식되는 문제가 있다.
결국, 예를 들면, Fe-Mn 합금을 이용하는 MR 디바이스를 사용하는 자기 헤드가 제조되는 경우, Fe-Mn 합금으로 이루어진 반강자성 층은 MR 헤드 제조 과정에서 산화 등을 통해 부식되어 바람직한 자기 특성을 얻기가 불가능해 진다.
이러한 문제에 대처하기 위해, Fe-Mn 합금 대신 Ni-Mn 합금, Cr-Mn 합금, 산화물인 NiO를 사용하는 것이 제안되었다.
그러나, 그와 같은 반강자성체는 강자성체에 인접하여 제공되어 자화 상태를 제어하는 경우, 반강자성 층은 적절한 자기 특성을 얻는데 필요한 두께를 가져야 하는데, 이것은 Fe-Mn 합금과 같은 반강자성체가 이용된 경우의 3배 이상이다. 즉, MR 디바이스 내의 강자성체의 자화 상태를 제어하기 위해 Ni-Mn 합금, Cr-Mn 합금 또는 NiO를 이용하는 경우, 층의 두께를 증가시키는 것이 필수적이다.
또한, 그와 같은 증가된 두께의 반강자성 층을 가진 MR 디바이스가 재생을 위한 자기 헤드로 이용되는 경우, 재생을 위한 자기 갭(gap)이 또한 넓어진다. 즉, MR 디바이스를 이용하는 자기 헤드에 있어서, MR 디바이스의 양 단부에 제공된 자기 차폐물들간의 간격이 증가된다. 이것으로 인해, 고 기록 밀도의 자기 기록 매체를 재생하는 경우, 재생되는 것과는 다른 신호 자계가 또한 이러한 자기 헤드에 의해 검출된다. 따라서, 큰 두께를 필요로 하는 반강자성체를 이용하는 MR 디바이스를 높은 기록 밀도를 가진 자기 기록 매체를 재생하기 위한 자기 헤드로 이용하기는 어렵다.
따라서, 본 발명은 높은 부식 저항성을 가지며, 비교적 작은 두께를 가지고 바람직한 자기 특성을 나타내는 자기 저항 효과 디바이스뿐만 아니라, 그와 같은 자기 효과 디바이스를 구비하는 자기 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 얻을 수 있는 본 발명에 따른 자기 저항 효과 디바이스는 반강자성체 및 그의 자화 상태가 반강자성체에 의해 제어되는 강자성체를 가지며, 반강자성 몸체는 Ax-Mn1-x 혼합물을 가진다(여기서, A는 적어도 Rh 및 Ru 중의 하나이고, X 는 0.05 내지 0.25 범위이다).
이렇게 구성된 자기 저항 효과 디바이스에 있어서, 반강자성체는 강자성체에 대한 적절한 자기 특성을 나타내며, 바람직한 부식 저항성을 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 자기 헤드는 반강자성체 및 자화 상태가 이러한 반강자성체에 의해 제어되는 강자성체를 가진 자기 저항 효과 디바이스를 구비하며, 여기서, 반강자성 몸체는 혼합물 Ax-Mn1-x 를 가진다(여기서, A 는 적어도 Rh 및 Ru 중의 하나이고, X 는 0.05 내지 0.25 범위이다).
그와 같은 구성을 가진 자기 헤드에 있어서, 반강자성체는 강자성체에 대한 적절한 자기 특성을 나타내며, 자기 저항 효과 디바이스는 바람직한 부식 저항성을 나타낸다.
도 1은 Rh-Mn 합금으로 이루어진 반강자성(antiferromagnetic)층 및 강자성(ferromagnetic)층을 가진 자성 필름의 X 선 회절 패턴을 도시하는 도면.
도 2는 Rh-Mn, Ni-Fe 및 Ta 층으로 이루어진 자기 필름 내의 보자력(coercive force) 뿐만 아니라 Rh-Mn 합금의 혼합물 및 교환 결합 자계(exchange coupling magnetic field)간의 관계를 도시하는 도면.
도 3은 Rh-Mn, Co-Fe, Ni-Fe 및 Ta 층으로 이루어진 자기 필름 내의 보자력뿐만 아니라 Rh-Mn 합금의 혼합물 및 교환 결합 자계간의 관계를 도시하는 도면.
도 4는 보자력뿐만 아니라 Rh-Mn 합금의 혼합물로 이루어진 반강자성 층의 두께 및 교환 결합 자계간의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성 층 및 강자성 층을 가진 자기 필름의 X 선 회절 패턴을 도시한 도면.
도 6은 Rh-Mn, Ni-Fe 및 Ta 층으로 이루어진 자기 필름 내의 보자력뿐만 아니라 Rh-Mn 합금의 혼합물 및 교환 결합 자계간의 관계를 도시하는 도면.
도 7은 보자력뿐만 아니라 Rh-Mn 합금의 혼합물로 이루어진 반강자성 층의 두께 및 교환 결합 자계간의 관계를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 GMR 디바이스를 도시하는 사시도.
도 9는 제2 강자성 층의 열 처리의 온도 및 제2 강자성 층의 보자력간의 관계를 도시하는 도면.
도 10은 반강자성 층의 두께 및 블로킹 온도(blocking temperature)간의 관계를 도시하는 도면.
도 11은 10.0m 두께의 반강자성 층 및 40.0m 두께의 반강자성 층 내의 외부 자계에 따른 자기 저항 변화를 도시하는 도면.
도 12는 반강자성 층의 두께 및 자기 저항 변화간의 관계를 도시하는 도면.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 AMR 디바이스의 사시도.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 자기 저항 효과 디바이스를 구비한 자기 헤드의 사시도.
도 15는 기록 밀도와 GMR 디바이스 높이, 재생 갭(gap) 길이 및 자기 센서(magnetic sensor) 두께들 간의 관계를 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 자기저항 효과 디바이스를 구비한 복합형 사시도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : GMR 디바이스
2 : 보호 층
3 : 반강자성 층
4 : 제1 강자성 층
5 : 비자성 층
6 : 제2 강자성 층
7 : 하부 층
10 : AMR 디바이스
11 : 강자성 층
12, 13 : 반강자성 층
14, 15 : 전극
20 : 자기 헤드
21 : 자기 기록 매체
22 : MR 디바이스
23 : 전극
24 : 자기 차폐물
25 : 공기 방위표면
36 : 전자 유도형 자기 헤드
이후에 첨부하는 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 자기 저항 효과 디바이스(magnetoresistance device) 및 자기 헤드(magnetic head)가 설명될 것이다. 본 발명은 이후에 설명되는 실시예로 제한되지 않을 것이며, 본 발명의 범주 내의 다양한 방법으로 변경될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른, 이후에 MR 디바이스로 표시되는 자기 효과 디바이스는 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성 층(antiferromagnetic layer) 및 이러한 반강자성 층에 의해 자화 상태가 제어되는 강자성 층(ferromagnetic layer)을 가진다. 이후에, 그와 같은 반강자성 층 및 강자성 층으로 구성되는 자기 필름(magnetic film)의 자기 특성에 관해 설명될 것이다.
반강자성 층은 이후에 fcc(face-centered cubic) 격자로 표시되는 면 중심 입방체 격자를 가진 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어지며, 불규칙 페이즈(phase)로 강자성 층에 인접하여 형성된다. 반강자성 층은 강자성 층상에 적층되도록 형성되며, 강자성 층에 대한 교환 접촉 자계를 발생한다.
이러한 반강자성 층에 사용된 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금은 Ax-Mn1-x 로 표현 될 수 있는 혼합물을 가진다(여기서, A 는 적어도 Rh 및 Ru 중의 하나이고, X 는 0.05 내지 0.25이다). 이러한 합금에 Ir, Rh, Pt, Pd, Ni, Cu, Os, Ru, Re 및 Cr로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 소량의 적어도 하나를 부가하여, Rh 또는 Ru를 대체 할 수 있다. 이러한 원소를 부가함으로써 반강자성 층의 부식 저항성을 향상시킬 수 있다.
강자성 층은 반강자성 층에 인접하여 형성되며, 반강자성 층으로부터의 교환 결합 자계에 의해 그의 자화 방향을 변경한다. 이러한 강자성 층은 예를 들면, 단일 Ni-Fe 층 또는 Co-Fe 층 및 Ni-Fe 층으로 이루어진 이중 층으로 이루어진다.
먼저, 전술한 구성을 가진 자기 필름을 형성하는 반강자성 층을 위한 Rh-Mn 합금을 사용하는 경우에 대해 설명한다.
도 1은 반강자성 층 및 강자성 층으로 이루어진 자기 필름의 X선 회절 패턴을 도시한다. 도 1은 약 33nm 두께의 Rh-Mn, 약 20nm 두께의 Ni-Fe 및 약 6nm 두께의 Ta로 유리 기판상에 형성된 자기 필름의 X 선 회절 패턴을 도시함을 알 수 있다. 이러한 X 선 회절 패턴은 Rh-Mn의 fcc (1 1 1)을 나타내는 각도(angle)에서 발생된 피이크(peak) a 및 Ni-Fe 의 fcc(1 1 1)을 나타내는 각도(angle)에서 발생된 또 다른 피이크 b를 가진다. 즉, 이러한 X 선 회절 패턴은 반강자성 층 및 강자성 층이 fcc 격자의 결정 구조를 가진다는 것을 나타낸다. 이것은 이러한 자기 필름에서 fcc 격자의 반강자성 층이 강자성 층에 대해 에피택셜(epitaxially)로 성장되었음을 나타낸다.
따라서, 강자성 층 형성된 불규칙 페이즈를 가진 fcc 격자로 형성된 반강자성 층은 Rh-Mn로 이루어지며, 이로 인해 반강자성 층은 산화되기 어려우며, 뛰어난 부식 저항성(corrosion resistance)을 나타낸다. 또한, 이러한 반강자성 층은 강자성 층상에 에피텍셜적으로 성장하기 때문에, 필름 두께가 작아 질 수 있다.
그와 같은 반강자성 층 및 강자성 층으로 이루어진 자기 필름의 예로서, 약 33nm 두께를 가진 Rhx-Mn1-x , 약 20nm 두께를 가진 Ni-Fe, 약 6nm두께를 가진 Ta로 구성된 자기 필름이 제조되어, 그의 교환 결합 자계 He 및 보자력 Hc 이 측정되었다. 측정 결과는 도 2에 도시된다. 도 2는 반강자성 층의 혼합물인 Rhx-Mn1-x 내의 x를 0 내지 0.42로 변경함으로써, 얻어진 교환 결합 자계 He 및 강자성 층에서 유기된 보자력 Hc 을 도시한다.
반강자성 층 및 강자성 층 구성된 자기 필름의 또 다른 예로서, 약 33nm 두께를 가진 Rhx-Mn1-x , 약 5nm 두께를 가진 Co-Fe, 약 11nm 두께를 가진 Ni-Fe, 약 6nm두께를 가진 Ta로 구성된 자기 필름이 제조되어, 그의 교환 결합 자계 He 및 보자력 Hc 이 측정되었다. 측정 결과는 도 3에 도시된다. 도 3은 반강자성 층의 혼합물인 Rhx-Mn1-x 내의 x를 0 내지 0.42로 변경함으로써, 얻어진 교환 결합 자계 He 및 강자성 층에서 유기되는 보자력 Hc 을 도시한다.
반강자성 층 및 강자성 층으로 구성된 자기 필름을 나타내는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 반강자성 층의 혼합물 Rhx-Mn1-x 내에서 x가 0.05 내지 0.25 범위 내에 있는 경우, 교환 결합 자계 He 는 증가되며, 강자성 층에서 유기되는 보자력 Hc 은 감소된다. 즉, 이들 자기 필름에 있어서, x 가 0.05 내지 0.25 범위 내에 있는 층을 형성함으로써, 반강자성 층 및 강자성 층간의 충분한 자기 접속이 이루어질 수 있다.
특히, 강자성 층이 약 5nm두께를 가진 Co-Fe 및 11nm 두께를 가진 Ni-Fe인 두 개의 층으로 구성되는 경우인 도 3 에 있어서, 반강자성 층에 의한 교환 결합 자계 He 는 x 값이 약 0.2 인 경우 그의 피이크에 도달한다. 따라서, 강자성 층이 약 5nm 두께를 가진 Co-Fe 및 약 11nm 두께를 가진 Ni-Fe인 두 개 층으로 구성되는 경우, 반강자성 층의 최적 혼합물은 Rh0.2-Mn0.5 이며, 이 경우, 증가된 교환 결합 자계 He 가 강자성 층에 제공될 수 있다.
도 4는 반강자성 층 및 강자성 층으로 구성된 자기 필름의 자기 특성 및 자기 필름의 반강자성 층의 두께간의 관계를 도시한다. 도 4에 있어서, 수직 축은 반강자성 층에 의한 교환 결합 자계 He 및 강자성 층에 의해 유기되는 보자력 Hc 을 나타내는 반면, 수평축은 반강자성 층의 두께를 나타낸다.
본 명세서에서 검사된 자기 필름은 Rh-Mn 층, 약 5nm 두께인 Co-Fe 층, 약 11nm 두께인 Ni-Fe 층 및 약 6nm 두께인 Ta 층으로 이루어진다. 반강자성 층은 도 3 의 결과로부터 얻어진 최적 혼합물 Rh0.2-Mn0.8 을 가진다.
도 4에 따르면, 반강자성 층인 Rh-Mn 의 교환 결합 자계 He 는 약 5nm 두께에서 갑자기 증가되어 도 3의 피이크 값을 나타내는 약 10nm에서 약 120 [Oe]에 도달된다. 한편, 5nm 두께를 가진 Co-Fe 및 11nm 두께를 가진 Ni-Fe의 이중 층 구조에 의해 유기되는 보자력 Hc 은 5nm 두께의 반강자성에서 충분히 크며, 반강자성 층의 두께가 10nm 이상인 경우, 약 20[Oe]으로 감소된다.
따라서, 이러한 자기 필름에 있어서, 반강자성 층의 두께를 10nm 이상으로 만듦으로써, 인접하는 강자성 층에 커다란 교환 결합 자계 He 를 제공 할 뿐만 아니라, 강자성 층에 의해 유기되는 보자력 Hc 을 감소시킬 수 있다.
반강자성 층 및 강자성 층으로 구성되며, 전술하는 자기 특성을 나타내는 자기 필름에 있어서, 강자성 층의 혼합물이 Rhx-Mn1-x 임을 가정하여, x 를 0.05 내지 0.25 범위로 정의함으로써 강자성 층에 큰 교환 결합 자계 He 를 제공할 수 있다.
다음, 반강자성 층 내에 Ru-Mn 합금을 이용하는 자기 필름의 특성이 설명될 것이다.
도 5는 반강자성 층 및 강자성 층으로 이루어진 자기 필름의 X선 회절 패턴을 도시한다. 도 5는 약 27nm 두께의 Ru-Mn, 약 20nm 두께의 Ni-Fe 및 약 6nm 두께의 Ta로 유리 기판상에 형성된 자기 필름의 X 선 회절 패턴을 도시함을 알 수 있다. 이러한 X 선 회절 패턴은 Ru-Mn의 fcc (1 1 1)을 나타내는 각도에서 발생된 피이크 a 및 Ni-Fe 의 fcc(1 1 1)을 나타내는 각도에서 발생된 또 다른 피이크 b를 가진다. 즉, 이러한 X 선 회절 패턴은 반강자성 층 및 강자성 층이 fcc 격자의 결정 구조를 가진다는 것을 나타낸다. 이것은 이러한 자기 필름에서 fcc 격자의 반강자성 층이 강자성 층에 대해 에피택셜로 성장되었음을 나타낸다.
따라서, 강자성 층상에 형성된 불규칙 페이즈를 가진 fcc 격자로 형성된 반강자성 층은 Ru-Mn로 이루어지며, 이로 인해 반강자성 층은 산화되기 어려우며, 뛰어난 부식 저항성을 나타낸다. 또한, 이러한 반강자성 층은 강자성 층상에 에피텍셜적으로 성장하기 때문에, 필름 두께가 작아 질 수 있다.
그와 같은 반강자성 층 및 강자성 층으로 이루어진 자기 필름의 예로서, 약 27nm 두께를 가진 Rux-Mn1-x , 약 20nm 두께를 가진 Ni-Fe, 약 6nm두께를 가진 Ta로 구성된 자기 필름이 제조되어, 그의 교환 결합 자계 He 및 보자력 Hc 이 측정되었다. 측정 결과는 도 6에 도시된다. 도 6은 반강자성 층의 혼합물인 Rux-Mn1-x 내의 x를 0 내지 0.5로 변경함으로써, 얻어진 교환 결합 자계 He 및 강자성 층으로부터 유기된 보자력 Hc 을 도시한다.
반강자성 층 및 강자성 층으로 구성된 자기 필름을 나타내는 도 6에 도시된 바와 같이, 반강자성 층의 혼합물 Rux-Mn1-x 내에서 x가 0.05 내지 0.25 범위 내에 있는 경우, 교환 결합 자계 He 는 증가되며, 강자성 층에서 유기되는 보자력 Hc 은 감소된다. 즉, 이들 자기 필름에 있어서, x 가 0.05 내지 0.25 범위 내에 있는 층을 형성함으로써, 반강자성 층 및 강자성 층간의 충분한 자기 접속이 이루어질 수 있다.
특히, 도 6에 있어서, 반강자성 층에 의한 교환 결합 자계 He 는 x 값이 약 0.18 인 경우 그의 피이크에 도달한다. 따라서, 증가된 교환 결합 자계 He 가 강자성 층에 제공되는 경우, 반강자성 층의 최적 혼합물은 Ru0.18-Mn0.82 이다.
도 7은 반강자성 층 및 강자성 층으로 구성된 자기 필름의 자기 특성 및 자기 필름의 반강자성 층의 두께간의 관계를 도시한다. 도 7에 있어서, 수직 축은 반강자성 층에 의한 교환 결합 자계 He 및 강자성 층에 의해 유기되는 보자력 Hc 을 나타낸다. 반면, 수평축은 반강자성 층의 두께를 나타낸다.
본 명세서에서 감사된 자기 필름은 Ru-Mn 층, 약 20nm 두께인 Ni-Fe 층 및 약 6nm 두께인 Ta 층으로 이루어진다. 반강자성 층은 도 3 의 결과로부터 얻어진 최적 혼합물 Ru0.18-Mn0.82 을 가진다.
도 7에 따르면, 반강자성 층인 Ru-Mn 의 교환 결합 자계 He 는 약 4nm 두께에서 갑자기 증가되어 도 6의 피이크 값을 나타내는 약 8nm에서 약 70 [Oe]에 도달된다. 한편, 20nm 두께를 가진 Ni-Fe에 의해 유기되는 보자력 Hc 은 4nm 두께의 반강자성에서 충분히 크며, 반강자성 층의 두께가 8nm 이상인 경우, 약 20[Oe]로 감소된다.
따라서, 이러한 자기 필름에 있어서, 반강자성 층의 두께를 8nm 이상으로 만듦으로써, 인접하는 강자성 층에 커다란 교환 결합 자계 He 를 제공 할 뿐만 아니라, 강자성 층에 의해 유기되는 보자력 Hc 을 감소시킬 수 있다.
반강자성 층 및 강자성 층으로 구성되며, 전술하는 자기 특성을 나타내는 자기 필름에 있어서, 강자성 층의 혼합물이 Rux-Mn1-x 임을 가정하여, x를 0.05 내지 0.25 범위로 정의함으로써 강자성 층에 큰 교환 결합 자계 He 를 제공할 수 있다.
이제, 반강자성 층 및 강자성 층으로 이루어진 전술하는 자기 필름이 도 8에 도시된 스핀 벌브(spin bulb)구조를 가진 GMR 장치에 적용된 경우가 설명될 것이다.
도 8은 보호 층 (2), Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성 층(3), 자화 방향이 반강자성 층(3)에 의해 제어되는 강자성 물질로 이루어진 제1 강자성 층(4), 비자성 층(5), 어떤 방향으로도 자화될 수 있으며, 자화 방향이 외부 자계에 의해 변경되는 제2 강자성 층(6) 및 하부 층(7)을 가진 GMR (1)디바이스를 도시한다. 이러한 GMR 디바이스(1)에 있어서, 제1 강자성 층(4)의 자화 방향은 외부 자계가 제공되지 않는 경우, 제2 강자성 층(6)의 자화 방향과는 거의 수직으로 교차한다.
외부 자계가 이러한 GMR 디바이스(1)에 제공되는 경우, 제2 강자성 층(6)은 그의 자화 방향을 변화시키는 반면, 제1 강자성 층(4)은 그의 자화 방향을 변화시키지 않는다. 따라서, GMR 디바이스(1)에 있어서, 외부 자계는 제2 강자성 층(6)의 자화 방향 및 제1 강자성 층(4)의 자화 방향에 의해 정의되는 각을 변경시킨다. 이러한 각도가 변하는 경우, 전자 산란 상태가 또한 제1 강자성 층(4) 및 비자성 층(5)간의 경계 및 제2 강자성 층(6) 과 비자성 층(5)간의 경계에서 변한다. 그 결과, GMR (1)의 자기저항은 변화된다.
비자성 층(5)은 Cu로 이루어지며, 제1 강자성 층(4) 및 제2 강자성 층(6)에 인접하여 형성된다. 비자성 층(5)은 Cu 로 제한되는 것이 아니라, 인접 제1 강자성 층(4)와의 경계 및 제2 강자성 층(6)과의 경계 내에 전자 산란을 발생할 수 있는 다른 물질 일 수 있다.
제2 강자성 층(6)은 비자성 층(5) 및 하부 층(7)과 인접하여 형성된다. 이러한 제2 강자성 층(6)은 강자성 물질로 이루어진다. 제2 강자성 층(6)이 비자성 층(5) 및 하부 층(7)과 인접하여 형성되기 때문에 그의 자화 방향은 외부 자계에 의해 변경된다. 제2 강자성 층(6)은 Co-Fe 층 또는 Ni-Fe 층으로 구성된 단층 구조 또는 이중 층 구조를 가질 수 있다.
그와 같은 구성의 GMR 디바이스(1)는 하부 층(7), 제2 강자성 층(6), 비자성 층(5), 제1 강자성 층(4), 반강자성 층(3) 및 보호 층(2)의 순서로 기판상에 순차적으로 형성함으로 형성된다. 각 층이 형성된 후, 제1 강자성 층(4)의 자화 방향과 제2 강자성 층(6)의 자화 방향이 정의된다.
여기서, 제1 강자성 층(4) 의 자화 방향 및 제2 강자성 층(6)의 자화 방향을 정의하는 절차가 설명될 것이다. 먼저, 형성된 층들을 가진 GMR 디바이스는 제2 강자성 층(6)의 기설정된 온도까지 가열된다. 이 상태에서, 자계는 기설정된 방향으로 배향된다. 이후에, 제2 강자성 층(6)은 기설정된 방향으로 용이 자화 축(axis of easy magnetization)을 가진다.
그 다음, 온도는 단계적으로 감소되어, 온도가 기설정된 온도에 도달하는 경우, 자계는 제2 강자성 층(6)의 용이 자화 축을 거의 수직으로 교차하도록 배향된다. 이러한 단계 후에, 반강자성 층(3)은 제2 강자성 층(6)의 용이 자화 축을 거의 수직으로 교차하는 방향으로 제1 강자성 층(4)의 자화 방향을 고정시킨다.
도 9는 제2 강자성 층의 보자력 Hc 및 GMR 디바이스의 경우에서 처리에 사용된 온도간의 관계를 도시하며, 여기서, GMR 디바이스는 10nm 두께의 보호 층(2), 10.0nm 두께의 반강자성 층(3), 2.2nm 두께의 제1 강자 층(4), 2.5nm 두께의 비자성 층(5), 3.8nm 두께의 제2 강자성 층(6) 및 5.0nm 두께의 하부 층(7)을 가진다. 이러한 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 225 내지 275℃ 가열하여 용이 자화 축이 정의된 후, 제2 강자성 층(6)은 비교적 적은 보자력 Hc 을 가진다.
따라서, GMR 디바이스(1)는 225 내지 275℃온도 범위로 가열되고, 기설정된 방향으로 자계가 가해진다. 그 결과, 제2 강자성 층(6)은 기설정된 방향으로 용이 자화 축을 가지며, 보자력은 작게 규정된다.
다음, GMR 디바이스(1)의 온도는 단계적으로 감소되며, 반강자성 층의 블로킹 온도 또는 그 이상의 온도에서, 자계는 제2 강자성 층(6)의 용이 자화 축을 대략 수직으로 교차하는 방향으로 제공된다. 이러한 상태에서, 교환 자계가 정의되는 경우, GMR 디바이스(1)는 반강자성 층(3)의 블로킹 온도 또는 그이 하의 온도로 단계적으로 냉각된다. 이렇게 함으로써, 제1 강자성 층(4)은 제2 강자성 층(6)의 용이 자화 축에 거의 수직으로 교차하는 방향으로 고정된 자화 방향을 가진다.
반강자성 층(3)의 블로킹 온도는 반강자성 층(3)의 크기에 따라 변한다. 블로킹 온도 및 크기간의 관계는 변형된 크기를 가진 반강자성 층(RhMn) 및 강자성 층(NiFe)를 가진 자기 필름을 이용하여 검사되었다. 이러한 자기 필름은 강자성 층상의 10.0nm 두께의 Ta 층 및 강자성 층 하부의 5.0nm 두께의 Ta 층 사이에 삽입됨을 알 수 있다. 이러한 RhMn 반강자성 층의 블로킹 온도는 도 10에 도시된 바와 같이, 그이 두께(t(nm))에 따라 변한다. 도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 층이 10.0nm 보다 큰 두께를 가진 경우, RhMn 반강자성 층의 블로킹 온도는 약 225℃ 또는 그 이상이다.
도 9의 검사에 이용된 GMR 디바이스의 경우에 있어서, RhMn 반강자성 층(3)은 또한 두께가 10.0nm 이상인 경우, 약 225℃의 블로킹 온도를 나타낸다.
따라서, RhMn 강자성 층(3)이 10.0nm 보다 큰 두께를 가지는 경우, 제2 강자성 층(6)의 용이 자화 축을 규정하는 열 처리에 있어서, 온도는 RhMn 강자성 층(3)의 블로킹 온도로서의 역할을 한다. 따라서, 이 경우, 반강자성 층(3)의 교환 결합 자계의 방향을 규정하는 열 처리를 수행하는 것은 불가능하다.
이것은 RhMn 반강자성 층(3)의 두께가 바람직하게 10.0nm 또는 그 이하임을 나타낸다. RhMn 반강자성 층(3)이 10.0nm 또는 그 이하의 두께를 가지는 경우, RhMn 반강자성 층(3)은 225℃ 또는 그 이하에서 블로킹 온도를 가진다. 즉, 여기서, 제2 강자성 층(6)의 용이 자화 축을 규정하는 열 처리 온도와는 다른 온도가 존재한다. 따라서, 이러한 경우에 있어서, 제2 강자성 층(6)의 용이 자화 축을 규정하는 열 처리 온도 이하이며, 반강자성 층(3)의 블로킹 온도 이상인 온도에서 반강자성 층(3)의 교환 결합 자계를 규정하는 열처리를 수행하는 것이 가능하다. 따라서, GMR 장치(1)에 있어서, 제2 강자성 층의 자화 방향은 반강자성 층(3)의 자화 방향과 대략 직각으로 교차하며, 제2 강자성 층(6)은 작은 보자력을 가지도록 구현될 수 있다.
여기서, 반강자성 층(3)의 두께를 변화시켜, 두 가지 형태의 GMR 디바이스(1)를 제조한다. 즉, 하나는 10.0nm 두께를 가지며, 다른 하나는 40.0nm 두께를 가진다. 이 경우, 나머지 층, 즉, 10.0nm 두께의 보호 층(Ta, 2), 2.2 nm 두께의 제1 강자성 층(CoFe, 4), 2.5nm 두께의 비자성 층(Cu, 5), 2.0nm 두께의 CoFe 층 및 6.3nm 두께의 NiFe 층으로 구성된 제2 강자성 층(6) 및 5.0nm 두께의 하부 층(Ta, 7)은 동일한 구조를 가진다. 각각의 이들 GMR 디바이스(1)는 외부 자계에 대한 자기 저항 변화로 검사된다. 이러한 결과는 도 11에 도시된다.
도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 10.0nm 두께의 반강자성 층을 가진 GMR 디바이스(1)는 40.0nm 두께의 반강자성 층을 가진 GMR 디바이스(1)에 비교하여, 외부 자계에 대한 더 큰 자기저항 변환을 나타낸다. 이것은, 10.0nm 두께의 반강자성 층(3)을 가진 GMR 디바이스(1)에 있어서, 외부 자계가 공급되지 않는 경우, 제1 강자성 층(4)의 자화는 제2 강자성 층(6)의 자화를 대략 수직으로 교차하며, 반강자성 층(3)은 제1 강자성 층(4)의 자화를 충분히 고정시킨다. 한편, 40.0nm 두께의 반강자성 층(3)을 가진 GMR 디바이스(1)에 있어서, 반강자성 층(3)은 제1 강자성 층(4)을 충분히 고정시킬 수 없으며, 제1 강자성 층(4)의 자화는 제2 강자성 층(6)의 자화와 더불어 외부 자계에 의해 변경된다.
또한, 반강자성 층(3)의 변경된 두께 t를 가진 GMR 디바이스(1)가 제조되어 반강자성 층(3)의 두께 와 자기저항 변화와의 관계가 검사되었다. 이러한 검사에 이용된 GMR 디바이스는 나머지 층, 즉, 10.0nm 두께의 보호 층(Ta, 2), 2.2 nm 두께의 제1 강자성 층(CoFe, 4), 2.5nm 두께의 비자성 층(Cu, 5), 2.0nm 두께의 CoFe 층 및 6.3nm 두께의 NiFe 층으로 구성된 제2 강자성 층(6) 및 5.0nm 두께의 하부 층(Ta, 7)은 동일한 구조를 가진다. 사용된 GMR 디바이스는 제1 강자성 층(4)의 자화가 제2 강자성 층(6)의 자화와 동일한 방향이 되도록 제조되었다. 자기 저항 변화를 측정하는 경우, 다수의 Oe 들의 자계가 제공되어 제2 강자성 층(6)의 자화만을 이동시키는 반면, 제2 강자성 층(4)의 자화는 고정된다.
즉, 이러한 경우에 있어서, 자기 저항은 제1 강자성 층(4)의 자화를 변화시키지 않도록 남겨 둔 채로 제2 강자성 층(6)의 자화만을 변경함으로써 변화되었다. 이러한 검사 결과는 도 12에 도시된다.
도 12는 반강자성 층(3)의 두께가 증가함에 따라, GMR 장치(1)의 자기저항 변화가 감소됨을 나타낸다. 이것은 다음과 같이 설명될 수 있다. 저항 값을 검출하는 경우, GMR 디바이스(1)에 제공된 전류는 부분적으로 반강자성 층(3)으로 흐르며, 비자성 층(5)에 제공된 전류는 상대적으로 감소된다. 따라서, 반강자성 층(3)이 10nm 또는 그 이하의 두께를 가지는 경우, GMR 디바이스(1)는 바람직한 자기 저항 효과를 나타낸다.
한편, 제10 도에 도시된 바와 같이, RhMn으로 이루어진 반강자성 층(3)은 층의 두께가 7nm보다 작은 경우, 약 100℃의 블로킹 온도를 나타낸다. 예를 들면, 이러한 GMR 디바이스 (1)를 자기 헤드로 이용하는 경우, GMR 디바이스(1)는 약 100℃까지 그의 온도를 증가시키는 것이 고려된다. 이 경우, RhMn 반강자성 층(3)은 블로킹 온도까지 가열되어 초상 자성 (super para magnetism)을 나타낸다. 그 결과, RhMn 반강자성 층(3)은 제1 강자성 층(4)의 자화를 고정하는 교환 결합 자계를 발생할 수 없다. 따라서, RhMn 반강자성 층(3)이 7nm 보다 작은 두께를 가지는 경우, 제1 강자성 층(4)의 자화를 충분하게 고정할 수 없으며, 제1 강자성 층(4)은 외부 자계에 대해 그의 자화 방향을 변화시킨다. 즉, GMR 디바이스(1)는 외부 자계에 대해 바람직한 감도를 나타내지 못한다.
따라서, RhMn 반강자성 층(3)은 7.0nm 또는 그 이상의 두께를 가지는 것이 바람직하다. RhMn 반강자성 층(3)이 7.0nm 또는 그 이상의 두께를 가지는 경우, RhMn 반강자성 층(3)은 100℃ 또는 그 이상의 블로킹 온도를 나타내며, 항상 제1 강자성 층(4)을 고정하기에 충분한 교환 결합 자계를 발생 할 수 있다. 따라서, GMR 디바이스(1)는 열에 대해 안정적이며, 외부 자계에 대한 바람직한 감도를 나타낸다.
반강자성 층(3)이, A는 적어도 Rh 또는 Ru 이고 x 는 0.05 내지 0.25 범위인 Ax-Mn1-x 혼합물을 가지며, 특히, 반강자성 층(3)이 RhMn로 이루어지고 약 7nm 내지 10nm 범위의 두께를 가지도록 구성된 GMR 디바이스(1)에 있어서, 충분한 교환 결합 자계를 제1 강자성 층(4)에 제공하여 제1 강자성 층(4)의 자화 방향을 고정할 수 있으며, 크기를 또한 줄일 수 있다.
또한, Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성 층(3)을 가진 GMR 디바이스(1)는 반강자성 정상 상태를 유지하며, 고온에서도 나빠지지 않는 자기 특성을 가진다. 따라서, 비록 고온에 도달하는 전류가 공급되더라도, GMR 디바이스(1)는 반강자성 층(3)의 반강자성 정상 상태를 유지하며, 충분한 교환 결합 자계가 제1 강자성 층(4)에 제공된다. 즉, GMR 디바이스(1)는 사용 중에 온도가 증가되는 환경에서, 실제로 사용될 수 있다.
이제, 도 13에 도시된 바와 같이, 반강자성 층 및 강자성 층을 구성하는 전술하는 자기 필름이 AMR 디바이스(10)에 제공되는 경우에 관해 설명될 것이다.
AMR 디바이스(10)는 이방성 자기저항 효과를 가진 물질로 이루어진 강자성 층(11), 이러한 강자성 층(11)의 양 단부 상에 형성된 한 쌍의 반강자성 층(12) 및 (13), 반강자성 층(12) 및 (13)상에 형성된 한 쌍의 전극 (14) 및 (15)를 포함하여, 강자성 층(11)의 저항의 변화에 의해 발생되는 신호를 검출한다.
반강자성 층(12) 및 (13)은 혼합물 Ax-Mn1-x 을 가지며, 여기서, A 는 적어도 Rh 또는 Ru 이고, x 는 0.05 내지 0.25 범위에 있다.
그에 따라 구성된 AMR 디바이스(10)는 이방성 자기 저항 효과를 가진 강자성 층(11) 및 그의 양 단부에 형성된 반강자성 층(12) 및 (13)을 가지며, 강자성 층(11)의 자구(domain) 제어를 수행하여, 단자구(single domain)를 얻도록 할 수 있다. 따라서, AMR 디바이스(10)는 강자성 층(11)내의 자벽(magnetic wall)의 움직임에 의해 발생되는 바르크하우젠(Barkhausen) 잡음을 줄일 수 있다.
이러한 AMR 디바이스(10)는 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성 층(12) 및 (13)을 가지기 때문에, 반강자성 정상 상태 유지하며, 고온에서도 자기 특성이 나빠지지 않을 것이다. 따라서, 비록 고온에 도달하는 전류가 제공되는 경우에도, AMR 디바이스(10)는 반강자성 층(12) 및 (13)의 반강자성 정상 상태를 유지하며, 충분한 교환 결합 자계가 강자성 층(11)에 제공될 수 있다. 즉, 이러한 AMR 디바이스는 사용 중에 온도가 증가되는 환경에서도 실제적으로 사용될 수 있다.
전술한 강자성 GMR 디바이스(1) 및 AMR 디바이스(10)와 같은 MR 디바이스는, 도 14에 도시된 바와 같이, 자기저항 효과형의 자기 헤드(20)에 제공된다.
도 14에 도시된 자기 헤드(20)는 자기 기록 매체(21)상에 기록된 데이터 신호를 재생하는 MR 디바이스 (22), MR 디바이스(22)의 양 단부에 제공된 MR 디바이스(22)의 저항 변화를 검출하는 한 쌍의 전극(23) 및 MR 디바이스(22)내의 잡음을 일으킬 수 있는 외부 자계를 차폐하기 위한 자기 차폐물(24)을 포함한다.
그와 같이 구성된 자기 헤드(20)는 공기 방위표면(air bearing surface: ABS)(25)를 가진다. 이러한 ABS 표면(25)은 작은 공기 갭(air gap)을 통해 자기 기록 매체(21)를 주사하며, 그 결과, 자기 기록 매체(21)로 부터의 누설 자속이 MR 디바이스(22)에 의해 검출되어, 자기 기록 매체(21)에 자기적으로 기록된 데이터 신호를 재생한다.
예를 들면, 자기 헤드(20)의 MR 디바이스(22)가 도 8에 도시된 GMR 디바이스(1)인 경우, GMR 디바이스 (1)의 반강자성 층(3)은 뛰어난 부식 저항성을 나타내는 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어지며, GMR 디바이스(1)는 MR 헤드 제조 과정 중에 산화 등으로 인해 부식되지 않을 것이다. 또한, 전류가 이러한 자기 헤드(20)에 공급되는 반면, 반강자성 층(3)은 반강자성 정상 상태를 유지하여, 제1 강자성 층(4)에 안정된 교환 결합 자계를 제공할 수 있다.
또한, 반강자성 층(3)이 혼합물 Ax-Mn1-x 을 가지며, 여기서, A 는 적어도 Rh 또는 Ru 이고, x 는 0.05 내지 0.25 범위에 있는 경우, 충분한 교환 결합 자계가 제1 강자성 층(4)의 자화 방향을 고정하기 위해 인접한 제1 강자성 층(4)에 제공될 수 있다.
또한, 반강자성 층(3)은 작은 두께로 형성될 수 있으며, GMR 디바이스(1)는 작은 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 그와 같은 GMR 디바이스(1)를 이용하는 자기 헤드(20)는 자기 차폐(24)의 간격을 줄여서 더 높은 밀도의 자기 기록 매체에 대응하는 데이터 신호를 재생할 수 있다.
또한, Rh-Mn 으로 이루어진 반강자성 층(3)이 7 내지 10nm 두께를 가진 경우, 작은 보자력을 가지도록 제2 강자성 층(6)을 제어할 뿐만 아니라, 전술한 바와 같이 제1 강자성 층(4)의 자화를 충분히 고정할 수 있을 것이다. 또한, GMR 디바이스(1)의 경우에 있어서, 반강자성 층(3)으로 발생된 교환 결합 자계는 가열에 의해 나빠지지 않을 것이며, 제1 강자성 층(4)의 안정된 자화를 고정시킬 수 있을 것이다.
이것을 제외하고, 두께 7 내지 10nm 두께의 Rh-Mn 반강자성 층을 가진 GMR 디바이스(1)에 있어서, 자기 헤드(20) 그 자체가 얇아 질 수 있다. 예를 들면, 10 Gb/in2 와 같은 고밀도 기록의 경우에 있어서, 도 15도에 도시된 바와 같이, 재생 갭 크기, 즉, 자기 차폐물(24)들 사이의 간격은 약 10nm 이다. 이 경우에 있어서, 자기 차폐물(24) 및 GMR 디바이스(1)간의 절연을 제공하기 위해 적어도 30nm 가 필요한 경우, GMR 디바이스(1) 그 자체의 두께는 약 40 nm 는 되어야 한다. 전술한 바와 같이, GMR 디바이스(1)는 7 내지 10 nm 와 같이 작은 두께의 반강자성 층(3)을 가질 수 있으며, 전체 두께를 약 40 nm 되도록 줄일 수 있다. 따라서, 고밀도 기록의 자기 기록 매체(21)로부터 신호를 재생할 수 있다.
도 14에 도시된 자기 헤드(20)의 MR 디바이스(22)가 도 13에 도시된 AMR 디바이스(10)인 경우, AMR 디바이스(10)의 반강자성 층(11)은 뛰어난 부식 저항성을 나타내는 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어지며, AMR 디바이스(10)는 MR 헤드(20) 제조 과정 중에 산화 등으로 인해 부식되지 않을 것이다. 또한, 전류가 이러한 자기 헤드(20)에 제공되는 경우, 반강자성 층(12) 및 (13)은 반강자성 정상 상태를 유지하여, 강자성 층(11)내의 안정된 자구 제어를 수행할 수 있다.
또한, 반강자성 층(12) 및 (13)이 혼합물 Ax-Mn1-x 을 가지며, 여기서, A 는 적어도 Rh 또는 Ru 이고, x 는 0.05 내지 0.25 범위에 있는 경우, 반강자성 층(12) 및 (13)으로부터 얻어진 교환 결합 자계로 제1 강자성 층(4)의 자화를 제어하여, 단자구(single domain)를 얻을 수 있다.
또한, 반강자성 층(12) 및 (13)은 작은 두께로 형성될 수 있으며, AMR 디바이스(10)는 작은 두께로 형성될 수 있다. 따라서, 그와 같은 AMR 디바이스(10)를 이용하는 자기 헤드(20)는 자기 차폐물(24)의 간격을 줄여 더 높은 밀도의 자기 기록 매체에 대응하는 데이터 신호를 재생할 수 있다.
이러한 자기 저항 효과 형 자기 헤드는 전자기 유도(electromagnetic induction) 형 자기 헤드와 조합하여 사용되어 복합형 헤드를 형성하며, 이 경우, 자기 저항 효과형은 재생헤드로 이용되며, 전자 유도형의 자기 헤드는 기록 헤드로 이용될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 복합형 헤드는 기판(31)에 형성된 한 쌍의 자기 차폐물(33) 및 (34)사이에 삽입된 MR 헤드(32)가진 자기 저항 효과형 자기 헤드(35) 및 , 그의 상부에 형성된 전자기 유도 형 자기 헤드(36)를 포함한다.
전자기 유도형 자기 헤드(36)는 자기 저항 효과 형 자기 헤드(35)의 상부 자기 차폐물(34)이 전자기 유도형 자기 헤드(36)의 하부 자기 코어(magnetic core)로 작용하도록 한다. 이러한 하부 자기 코어(34)상에서, 나선형 도체 코일(37) 및 상부 도전 코일 (38)이 제공된다. 갭 필름(39)은 하부 자기 코어(34) 및 상부 자기 코어(38)사이에 제공되며, 이러한 갭 필름(39)은 ABS표면 (40)상의 기록 갭(g)을 형성한다.
그와 같은 복합 형 자기 헤드에 있어서, 기록 중에, 신호 전류를 공급함으로써 도전 코일(37)에서 발생된 자속은 하부 자기 코어(34) 및 상부 자기 코어(38)를 통과하여, 기록 갭(g) 내에 기록 자계를 형성한다. 이러한 기록 자계는 자기 기록 매체의 자은 영역을 자화 시키며, 그 결과, 데이터 신호는 자기 신호로서 기록된다. 재생 중에, 자기 기록 매체로부터의 누설 자속은 MR 디바이스(32)에 의해 검출되며, 따라서, 자기 기록 매체 상에 자기적으로 기록된 데이터 신호를 재생한다.
그와 같은 복합형 자기 헤드에 있어서, MR 디바이스(32)의 반강자성 층으로 기설정된 혼합 범위의 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금을 이용함으로써, 바람직한 자화 상태로 MR 디바이스(32)를 제어할 뿐만 아니라 반강자성 층의 부식 저항성을 개선할 수 있는 한편, 비교적 작은 값으로 반강자성 층의 두께를 유지할 수 있다. 따라서, 더 높은 밀도의 자기 기록 매체에 대응하는 데이터 신호를 재생할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 자기 저항 효과 디바이스는 강자성체의 자화 상태를 제어하기 위한 반강자성체로서, A는 적어도 Rh 또는 Ru 이고, x 는 0.05 내지 0.25 범위에 있는 Ax-Mn1-x 로 이루어진 반강자성 물질을 이용하며, 커다란 교환 결합 자계를 강자성체에 제공할 수 있다. 또한 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성체는 쉽게 산화되지 않으며, 뛰어난 부식 저항성을 나타낸다. 또한, Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성체는 박막 필름으로 형성될 수 있으며, 따라서, 작은 크기의 자기 저항 효과 디바이스를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자기 헤드는 강자성 몸체의 자화 상태가 A 는 적어도 Rh 또는 Ru 이고, x 는 0.05 내지 0.25 범위에 있는 Ax-Mn1-x 로 이루어진 반강자성 물질로 이루어진 반강자성 몸체에 의해 제어되는 자기 저항 효과 디바이스를 구비한다. 이러한 자기 저항 효과 디바이스에 사용되는 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성체는 강자성체에 안정되고 커다란 교환 결합 자계를 제공할 수 있으며, 뛰어난 부식 저항성을 나타낸다. 따라서, 자화 상태가 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성체에 의해 제어되는 자기 저항 효과 디바이스를 이용하는 본 발명에 따른 자기 헤드는 제조 공정 중에 산화되지 않으며, 자기 저항 효과 디바이스의 특성을 나빠지게 하지 않을 것이다.
Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성체가 박막 필름으로 형성 될 수 있으며, 그에 따라, 자화 상태가 Rh-Mn 합금 또는 Ru-Mn 합금으로 이루어진 반강자성체에 의해 제어되는 자기 저항 효과 디바이스는 작은 크기로 형성 될 수 있다. 따라서, 그와 같은 자기 효과 디바이스를 이용하는 자기 헤드는 자기 차폐들 상에 간격을 줄일 수 있으며, 더 높은 밀도의 자기 기록 매체에 대처할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 반강자성체(antiferromagnetic body) 및 상기 반강자성체에 의해 자화가 제어되는 강자성체(ferromagnetic body)를 가진 자기 저항 효과 디바이스(magnetoresistance effect device)로서,
    상기 반강자성체가 혼합물 Ax-Mn1-x 을 가지며, 여기서, A 는 적어도 Rh 또는 Ru 이고, x 는 0.05 내지 0.25 범위에 있는
    것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반강자성체가 면 중심 입방체 구조(face-centered cubic)를 가진 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반강자성체가 불규칙 페이즈(phase)내에 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반강자성체가 부가적인 요소로 Ir, Pt, Pd, Ni, Cu, Os, Re 및 Cr로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기저항 효과 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반강자성체가 적어도 상기 반강자성체에 의해 그의 자화 방향이 고정되는 제1 강자성 층, 비자성 층 및 외부 자계에 의해 그의 자화 방향이 변경되는 제2 강자성 층을 포함하는 자기 저항 효과 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 반강자성체가 x 가 0.05 내지 0.25 범위에 있는 Rhx-Mn1-x 로 이루어지며, 7nm 내지 10nm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반강자성체는 이방성 자기 저항 효과(anisotropic magnetoresistance effect)를 가진 자기 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 디바이스.
  8. 반강자성체(antiferromagnetic body) 및 상기 반강자성체에 의해 자화가 제어되는 강자성체(ferromagnetic body)를 가진 자기 저항 효과 디바이스(magnetoresistance effect device)를 포함하는 자기 헤드(magnetic head)로서,
    상기 반강자성체가 혼합물 Ax-Mn1-x 을 가지며, 여기서, A 는 적어도 Rh 또는 Ru 이고, x 는 0.05 내지 0.25 범위에 있는
    것을 특징으로 하는 자기 헤드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 반강자성체가 적어도 상기 반강자성체에 의해 그의 자화 방향이 고정되는 제1 강자성 층, 비자성 층 및 외부 자계에 의해 그의 자화 방향이 변경되는 제2 강자성 층을 포함하는 자기 헤드.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반강자성체가 x 가 0.05 내지 0.25 범위에 있는 Rhx-Mn1-x 로 이루어지며, 7nm 내지 10nm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
  11. 제8항에 있어서, 상기 반강자성체는 이방성 자기 저항 효과(anisotropic magnetoresistance effect)를 가진 자기 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
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