KR19980042427A - 자기 저항 효과막 - Google Patents

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KR19980042427A
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후지따마사유끼
마에다아쯔시
오이까와사또루
야마노고지
구메미노루
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다까노야스아끼
상요덴기가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 자기 저항 효과막은 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖고, 반강자성층을 안티몬계 합금, 플루오르화물, FeRh계 합금, FeS, IrMnCo계 합금, 또는 CrAl계 합금의 반강자성 재료로 형성한 것을 특징으로 한다.

Description

자기 저항 효과막
본 발명은 자기 저항 효과막에 관한 것으로, 특히 스핀 밸브 구조를 갖는 자기 저항 효과막에 관한 것이다.
자기 저항 효과 소자(MR 소자)는 자장 인가에 의한 자기 저항 효과막의 전기 저항의 변화를 검출함으로써, 자계 강도 및 그 변화를 측정하기 위한 소자이다. 이와 같은 자기 저항 효과 소자를 조립한 재생 헤드(MR 헤드)는 종래의 유전형 헤드에 비해 자기 감도가 높기 때문에, 하드 디스크 장치의 재생 헤드로서 검토되고 있다. 이와 같은 MR 헤드의 감도를 높임으로써, 하드 디스크 장치의 면기록 밀도를 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 감도에 대응하는 MR비가 높은 자기 저항 효과막의 개발이 최근에 진행되고 있다.
큰 MR비를 나타내는 소자로서, 거대 자기 저항 효과 소자(GMR 소자)가 공지되어 있다. 이와 같은 GMR 소자의 하나의 구조로서, 반강자성층/강자성층/비자성 도전층/강자성층으로 이루어지는 적층 구조를 갖는 스핀 밸브막이 공지되어 있고, 구체적인 스핀 밸브막으로서는 FeMn/NiFe/Co/Cu/Co/NiFe의 적층 구조가 공지되어 있다. 이와 같은 적층 구조의 스핀 밸브막에서는 반강자성층인 FeMn층과 이 위에 적층되어 있는 NiFe층이 강하게 교환 결합하고, 또한 NiFe층과 Co층이 강자성 결합함으로써, 한 쪽의 강자성층이 반강자성층에 의해 핀 고정 되어 있다. 그리고, 외부 자장의 변화에 의해, 다른 쪽의 강자성층의 자화 방향이 변화할 때에, 큰 MR비의 변화를 초래한다. 따라서, 이와 같은 스핀 밸브막에 의하면, 높은 자기 감도를 얻을 수 있다.
그러나, 종래 반강자성층으로서 이용되고 있는 FeMn은 부식하기 쉽고, 이 때문에 통상 물을 이용하는 연마 공정을 거친 후에, 부식에 의한 피트(미소한 구멍)가 생겨, 자기 저항 특성이 열화한다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제를 해소하고, 거대 자기 저항을 나타내며, 또한 내식성에 우수한 자기 저항 효과막을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 제1 국면의 자기 저항 효과막은 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖고, 반강자성층을 안티몬계 합금의 반강자성 재료로 형성한 것을 특징으로 한다.
안티몬계 합금의 반강자성 재료로서는, 예를 들면 CrSb, FeSb2, (MnxCr1-x)ySb100-y(0≤x≤0.3, 40≤y≤60) 등을 들 수 있다.
본 발명에 따른 제2 국면의 자기 저항 효과막은 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖고, 반강자성층을 플루오르화물의 반강자성 재료로 형성한 것을 특징으로 한다.
플루오르화물의 반강자성 재료로서는, 예를 들면 CoF3또는 FeF3등을 들 수 있다.
본 발명에 따른 제3 국면의 자기 저항 효과막은 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖고, 반강자성층을 FeRh계 합금으로 형성한 것을 특징으로 한다.
FeRh계 합금으로서는, 예를 들면 FexRh100-x(40≤x≤60)를 들 수 있다.
또한, FeRh계 합금은 Pt, Ir, Pd, Zr, Nb, Mo, Ru, Hf, Ta, W, Re, 및 Os로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소를 포함해도 된다. 이들의 첨가 원소의 함유량은 30 원자% 이하인 것이 바람직하다.
첨가 원소를 함유하는 FeRh계 합금으로서는, 예를 들면 Fex(Rh1-yPty)100-x(40≤x≤60, 0＜y≤0.5), Fex(Rh1-yIry)100-x(40≤x≤60, 0＜y≤0.5), 및 Fex(Rh1-yPdy)100-x(40≤x≤60, 0＜y≤0.5) 등을 들 수 있다.
또한, FeRh계 합금으로서, Fe50Rh50-xPdx(x≤30)의 조성을 들 수 있다.
상기 Fe50Rh50-xPdx의 조성에서, 특히 x의 범위가 10 ∼ 25, 또는 15 ∼ 20의 범위인 합금 조성인 것이 바람직하다. 이들 조성의 합금은 네일 온도(TN)가 높고, 따라서 보다 양호한 내열성을 자기 저항 효과막에 부여할 수 있다.
본 발명에 따른 제4 국면의 자기 저항 효과막은 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖고, 반강자성층을 FeS로 형성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제5 국면의 자기 저항 효과막은 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖고, 반강자성층을 IrMnCo계 합금으로 형성한 것을 특징으로 한다.
IrMnCo계 합금으로서는, 예를 들면 (IrMn)100-xCox(0＜x≤30) 등을 들 수 있고, 보다 구체적으로는 (Ir25Mn75)100-xCox(0＜x≤30) 등을 들 수 있다. x의 값은 보다 바람직하게는 0.1≤x≤20이다.
본 발명에 따른 제6 국면의 자기 저항 효과막은 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖고, 반강자성층을 CrAl계 합금으로 형성한 것을 특징으로 한다.
CrAl계 합금으로서는, 예를 들면 CrxAl100-x(50≤x≤80) 등을 들 수 있다.
본 발명에서 반강자성층을 기판 측에 설치할 경우에는, 반강자성층의 밑바탕층으로서, 주기율표 IVa족, Va족, 및 VIa족 중의 적어도 1종의 금속층 또는 bcc(체심 입방)계의 결정 구조를 갖는 비자성의 금속층이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 주기율표 IVa족, Va족, 및 VIa족의 금속으로는, 구체적으로 예를 들면 Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W 등을 들 수 있다. 이들 금속층은 상기 본 발명의 제1 ∼ 제4 국면에서 이용되는 반강자성층의 재료에 대해 양호한 흡수성을 나타낸다. 이들 금속층은 결정 구조인 것에 한정되지 않고, 비정질의 금속층이어도 된다.
bcc(체심 입방)계 결정 구조를 갖는 비자성의 금속층으로는, 구체적으로 Cr 및 Fe 등을 들 수 있다. 이와 같은 Cr층 등의 위에 본 발명의 반강자성층을 형성함으로써, 반강자성층의 결정 구조를 양호하게 하고, 자기적 특성을 향상시킬 수 있다. 특히, 반강자성층이 bcc(체심 입방)계 결정 구조 또는 bct(체심 정방)계 구조를 가질 경우, 그 밑바탕층으로서 bcc(체심 입방)계 결정 구조를 갖는 재료로 이루어지는 밑바탕층을 설치함으로써, 반강자성층의 결정 구조를 강자성층에 대해 큰 교환 결합을 나타내는 결정 구조로 할 수 있고, 안정한 자기적 특성을 부여할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 제7 국면의 자기 저항 효과막은 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 적층한 자기 저항 효과막으로, 반강자성층의 아래에 밑바탕층이 설치되어 있고, 그 밑바탕층이 체심 입방 구조를 갖는 재료로 형성되며, 반강자성층이 체심 입방(bcc) 구조 또는 체심 정방(bct) 구조를 갖는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제8 국면의 자기 저항 효과 소자는 자기 저항 효과막과, 그 자기 저항 효과막의 자구(磁區)를 제어하기 위한 자구 제어막을 구비하고, 그 자구 제어막이 반강자성층과 강자성층을 적층한 구조를 가지며, 그 반강자성층의 아래에 밑바탕층이 설치되어 있고, 그 밑바탕층이 체심 입방 구조를 갖는 재료로 형성되며, 그 반강자성층이 체심 입방(bcc) 구조 또는 체심 정방(bct) 구조를 갖는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제8 국면에 따른 바람직한 실시 형태에서는, 상기 자기 저항 효과 소자의 자기 저항 효과막이 상기 제7 국면의 자기 저항 효과막이고, 자기 저항 효과막의 밑바탕층과 자구 제어막의 밑바탕층이 동일 재료로 형성되며, 또한 자기 저항 효과막의 반강자성층과 자구 제어막의 반강자성층이 동일 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 제7 국면 및 제8 국면에서 밑바탕층으로는, 예를 들면 Cr, 또는 Cr과, Ta, Zr, Nb, Fe, W, V, Mo, Hf, Cs 및 Rb에서 선택되는 적어도 1종의 원소와의 합금, 또는 Ta, 또는 Ta와, Zr 및 Nb에서 선택되는 적어도 1종의 원소와의 합금으로 형성되어 있는 밑바탕층을 들 수 있다.
상기 제7 국면 및 제8 국면에서 반강자성층으로는, 예를 들면 Fe, Mn, 및 Cr에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, Rh, Pd, Co, Ir, Pt, Ni, Sb, 및 F에서 선택되는 적어도 1종의 원소와의 합금으로 형성되어 있는 반강자성층을 들 수 있다.
상기 제7 국면 및 제8 국면에서 밑바탕층은 결정면으로서 (100)면이 우선적으로 배향되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제7 국면 및 제8 국면에서 반강자성층은 결정면으로서 (100)면 또는 (001)면이 우선적으로 배향되어 있는 것이 바람직하다. 이와 같은 반강자성층의 (100)면 또는 (001)면의 우선적 배향은 밑바탕층에서의 (100)면의 우선적인 배향에 의해 보다 용이하게 유도될 수 있다.
상기 제7 국면 및 제8 국면에서, 특히 바람직하게는, 밑바탕층은 Cr로 형성되고, 반강자성층은 FeRh계 합금으로 형성된다. 여기서, FeRh계 합금이란 FeRh, 및 FeRh와, Pd, Co, Ir, Pt, Ni, Sb, 및 F에서 선택되는 적어도 1종의 원소와의 합금이다.
이하, 본 발명의 제1 국면 ∼ 제8 국면에 공통하는 사항에 대해서는 「본 발명」으로서 설명한다.
본 발명에서의 반강자성층의 막 두께는 특히 한정되지는 않지만, 일반적으로 5 ∼ 100nm 정도, 바람직하게는 5 ∼ 25nm 정도이다.
본 발명에서 이용되는 강자성층은 큐리 온도가 소자 사용 온도를 초과한 온도인 강자성체로 형성된 층이면 특히 한정되지 않는다. 구체적으로는, NiFe층과 Co층의 적층막이나, NiFe층, Co층, 이들의 합금 등으로 이루어지는 강자성층 등을 들 수 있다. 강자성층의 막 두께는 일반적으로 1 ∼ 10nm 정도이다.
본 발명에서 이용되는 비자성 도전층으로는 소자 사용 온도에 있어서 비자성체이고, 도전성에 우수한 것이면 특히 한정되지 않으며, 예를 들면 Cu층, Ag층 등이 이용된다. 비자성 도전층의 막 두께는 일반적으로 1 ∼ 5nm 정도이다.
본 발명에서 반강자성층의 아래에 밑바탕층을 설치할 경우의 밑바탕층의 막 두께는 일반적으로 1 ∼ 50nm, 바람직하게는 1 ∼ 20nm 정도이다.
본 발명의 자기 저항 효과막은 일반적으로 기판 상에 형성되지만, 기판의 재질은 비자성이면 특히 한정되지 않고, 예를 들면 Si, TiC, Al2O3, 유리 등의 기판이 이용된다.
본 발명의 자기 저항 효과막에서 반강자성층으로서 이용되는 재료는 어떤 것도 내식성에 우수한 재료이기 때문에, 본 발명의 자기 저항 효과막은 거대 자기 저항을 나타냄과 동시에 내식성에 우수하다. 따라서, 예를 들면 제조 공정에서의 부식을 방지할 수 있고, 우수한 자기 저항 특성을 나타내는 것이다.
본 발명의 제7 국면 및 제8 국면에 의하면, 밑바탕층을 체심 입방 구조를 갖는 재료로 형성하고, 반강자성층을 체심 입방 구조 또는 체심 정방 구조를 갖는 재료로 형성함으로써, 반강자성층을 강자성층과의 교환 결합 작용이 높은 결정 배향으로 할 수 있고, 강자성층과 반강자성층과의 교환 결합 작용을 높이며, 안정하면서 우수한 자기 저항 특성을 부여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 제1 국면에 따른 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 제1 국면에 따른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 제1 국면에 따른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 제1 국면에 따른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 제2 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 국면에 따른 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 제2 국면에 따른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 제2 국면에 따른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 제3 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명의 제3 국면에 따른 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명의 제3 국면에 따른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 제4 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 14는 본 발명의 제4 국면에 따른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 15는 본 발명의 제4 국면에 따른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 16은 포텐시오스타트를 이용하여 측정한 반강자성막의 전류-전압 곡선을 나타낸 도면.
도 17은 각 반강자성막의 부식 전위를 나타낸 도면.
도 18은 본 발명의 제3 국면 및 제7 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 19는 도 18에 나타낸 실시예의 X선 회절 패턴을 나타낸 도면.
도 20은 비교예의 자기 저항 효과막의 X선 회절 패턴을 나타낸 도면.
도 21은 Cr/FeRh/NiFe의 적층막의 M-H 곡선을 나타낸 도면.
도 22는 비교예의 자기 저항 효과막의 M-H 곡선을 나타낸 도면.
도 23은 본 발명의 제3 국면 및 제7 국면에 따른 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 24는 Cr/Mo/FeRhIr/NiFe의 적층막의 M-H 곡선을 나타낸 도면.
도 25는 본 발명의 제8 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과 소자를 나타낸 단면도.
도 26은 본 발명의 제3 국면에 따른 또 다른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 27은 본 발명의 제3 국면에 따른 또 다른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 28은 본 발명의 제3 국면 및 제7 국면에 따른 또 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 29는 본 발명의 제3 국면에 따른 또 다른 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 30은 본 발명의 제5 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 31은 본 발명의 제5 국면에 따른 하나의 실시예에서 이용되는 반강자성층의 내식성을 나타낸 도면.
도 32는 본 발명의 자기 저항 효과막이 이용되는 자기 저항 효과 소자의 구조를 나타낸 사시도.
도 33은 본 발명의 제6 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도.
도 34는 포텐시오스타트를 이용하여 측정한 반강자성막의 전류-전위 곡선을 나타낸 도면.
도 35는 본 발명의 제6 국면에 따른 하나의 실시예의 MR 특성을 나타낸 도면.
도 36은 비교의 자기 저항 효과막의 MR 특성을 나타낸 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 43 : 유리 기판
2, 12, 22, 24, 32, 42, 48, 52, 62, 72 : 반강자성층
3, 7 : NiFe층
4 , 6: Co층
5 : Cu층
8, 18, 23, 28, 44 : 밑바탕층
10 : 자기 저항 효과막
20 : 자구 제어막
25, 45, 47 : 강자성층
30 : 전극
46 : 비자성 도전층
49 : 보호층
바람직한 실시예의 설명
도 1은 본 발명의 제1 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 도 1에서, 유리 기판(1) 상에 예를 들면 Cr로 이루어지는 밑바탕층(8; 막 두께 5nm)이 형성되어 있다. 이 밑바탕층(8) 상에는 안티몬계 합금의 반강자성 재료로 이루어지는 반강자성층(2; 막 두께 15nm)이 형성되어 있다. 반강자성층(2) 상에는 NiFe층(3; 막 두께 3nm), Co층(4; 막 두께 0.6nm), Cu층(5; 막 두께 2nm), Co층(6; 막 두께 0.6nm), 및 NiFe층(7; 막 두께 3nm)이 적층되어 있다. 또한, 여기서 각 NiFe층(3, 7)은 Ni80Fe20으로 형성되어 있다.
한 쪽의 강자성층은 NiFe층(3) 및 Co층(4)으로 구성되어 있고, 이와 같은 강자성층 상에 비자성 도전층으로서의 Cu층(5)이 적층되어 있다. Cu층(5) 상에는 Co층(6) 및 NiFe층(7)으로 구성되는 다른 쪽의 강자성층이 적층되어 있다.
반강자성층(2)은 NiFe층(3) 및 Co층(5)과 강한 교환 결합을 형성하고 있고, NiFe층(3) 및 Co층(4)은 소위 핀 고정되어 있다. 외부 자장이 인가되어 있지 않거나 또는 외부 자장이 약할 경우, Co층(6) 및 NiFe층(7)으로 구성되는 강자성층은 NiFe층(3) 및 Co층(4)으로 구성되는 강자성층에 대해, 그 자화 방향이 평행 상태로 되어 있다. 이와 같은 상태에서 반평행 방향으로 강한 외부 자장이 인가되면, Co층(6) 및 NiFe층(7)으로 구성되는 강자성층의 자화 방향이 반평행 상태가 되고, 이 변화시 MR비가 크게 변화한다. 따라서, 도 1에 나타낸 자기 저항 효과막은 스핀 밸브형 자기 저항 효과막으로 되어 있다. Cr층(8)은 반강자성층(2)의 밑바탕층이다. 이와 같은 밑바탕층(8) 상에 반강자성층(2)을 형성함으로써, 양호한 막 특성을 갖는 반강자성층(2)을 형성할 수 있다. 또한, 밑바탕층(8)으로서 Zr, Ta, Hf 등의 주기율표 IVa족, Va족, 및 VIa족의 금속 원소로 이루어지는 층을 형성해도 된다.
도 2는 본 발명의 제1 국면에 따른 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 본 실시예에서는, 자기 저항 효과막 중의 반강자성층(2)을 기판(1)으로부터 떨어진 최상층에 배치하고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(1) 상에는 NiFe층(7), Co층(6), Cu층(5), Co층(4), 및 NiFe층(3)이 적층되어 있고, 이 NiFe층(3) 상에 안티몬계 합금의 반강자성 재료로 이루어지는 반강자성층(2)이 설치되어 있다. 또한, 각 층의 막 두께는 도 1에 나타낸 실시예와 동일하다. 도 2에 나타낸 실시예와 같이, 본 발명에서는 각 층을 도 1에 나타낸 자기 저항 효과막과 반대의 순서로 적층시켜도 된다.
도 1 및 도 2에 나타낸 자기 저항 효과막을 구성하는 각 층의 박막 형성 방법은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 이온 빔 스퍼터링법에 의해 형성할 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2에 나타낸 구체적인 자기 저항 효과막에 대해 평가했다. 반강자성층(2)으로는 CrSb, FeSb2, 및 (Mn0.2Cr0.8)50Sb50의 3종류의 반강자성 재료를 이용하여, 각각의 자기 저항 효과막을 제작하였다. 도 1 및 도 2에 나타낸 자기 저항 효과막의 MR 특성은 반강자성층(2)을 FeMn층으로 치환한 종래의 자기 저항 효과막과 같은 정도 또는 그 이상의 MR 특성을 나타내었다.
또한, 각 실시예의 자기 저항 효과막 및 종래의 자기 저항 효과막에 대해, 각각 260℃에서 10시간 열처리를 실시하고, 열처리 후의 MR 특성을 평가했다. 이 결과, 본 실시예의 자기 저항 효과막은 어느 것도 종래의 자기 저항 효과막보다 MR 특성의 저하가 현저하게 적었다. 이는, 본 실시예에서 이용하고 있는 안티몬계 합금의 각 반강자성 재료의 네일 온도가 종래의 FeMn의 네일 온도보다도 높기 때문이라고 생각된다. 각 재료의 네일 온도를 이하에 나타낸다.
FeMn : 478k(205℃)
CrSb : 720k(447℃)
FeSb2: 773k(500℃)
(Mn0.2Cr0.8)50Sb50: 600k(327℃)
다음에, 본 실시예에서 이용한 각 반강자성 재료의 내식성에 대해 평가했다. 도 3은 실리콘 기판 상에 Co층, NiFe층, 및 CrSb층을 이 순서로 적층한 샘플 박막을 제작하여, 이 샘플 박막에 대해 내식성을 평가한 결과를 나타낸 도면이다. 또한, 비교로서 실리콘 기판 상에 Co층, NiFe층, 및 FeMn층을 이 순서로 적층한 비교 샘플을 측정하여 평가했다. 또, 각 층의 막 두께는 도 1 및 도 2에 나타낸 실시예와 동일하게 하였다. 100개의 샘플을 20℃의 순수(純水) 중에 5시간 침지(浸漬)시킨 후에 꺼내어, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하여, 피트가 발생한 샘플의 갯수를 셈하고, 부식 피트 발생 확률(%)로 하였다. 도 3으로부터 분명한 바와 같이, CrSb로 이루어지는 반강자성층은 종래의 FeMn층에 비해 내식성에 현저하게 우수하다.
도 4 및 도 5는 각각 반강자성층으로서 FeSb2및 (Mn0.2Cr0.8)50Sb50을 이용하여 샘플 박막을 제작하여, 상기와 동일하게 해서 부식 피트 발생 확률을 측정한 결과를 나타낸 도면이다. 도 4 및 도 5에서 분명한 바와 같이, 본 발명의 제1 국면에 따른 각 실시예에서 이용하는 반강자성층은 종래의 FeMn층에 비해 현저하게 우수한 내식성을 갖고 있다.
도 6은 본 발명의 제2 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 유리 기판(1) 상에 밑바탕층(8)이 형성되고, 밑바탕층(8) 상에 CoF3또는 FeF3으로 이루어지는 반강자성층(12; 막 두께 5nm)이 형성되어 있다. 반강자성층(12) 상에는 도 1에 나타낸 실시예와 마찬가지로, 자기 저항 효과막을 구성하는 각 층이 형성되어 있다. 반강자성층(12) 이외의 각 층에 대해서는 도 1의 실시예와 동일하므로 동일 참조 번호를 부쳐 설명을 생략한다.
도 7은 본 발명의 제2 국면에 따른 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 도 6에 나타낸 실시예의 자기 저항 효과막과 반대의 순서로 각 층을 적층하고 있고, 반강자성층(12)이 최상층으로 되도록 적층하고 있다. 또, 본 실시예에서는 반강자성층(12)이 최상층으로 되기 때문에, 도 6에 나타낸 바와 같은 기판(1) 상의 밑바탕층(8)을 형성하지는 않는다.
도 6 및 도 7에 나타낸 자기 저항 효과막에서, 반강자성층(12)으로서 CoF3층 및 FeF3층의 2종류를 이용하여 각각 자기 저항 효과막을 제작하여, MR 특성을 측정한 바, 반강자성층으로서 FeMn층을 이용한 종래의 자기 저항 효과막과 동등 또는 그 이상의 MR 특성을 나타냈다.
도 8 및 도 9는 상기와 마찬가지로, CoF3층 및 FeF3층의 반강자성층을 Co층과 NiFe층의 적층막 상에 적층한 샘플막을 제작하여, 각각에 대해 부식 피트 발생 확률을 측정한 결과를 나타낸 도면이다. 도 8은 CoF3층에 대한 측정 결과이고, 도 9는 FeF3층에 대한 측정 결과이다. 도 8 및 도 9로부터 분명한 바와 같이, 반강자성층으로서의 CoF3층 및 FeF3층은 종래의 반강자성층인 FeMn층에 비해 현저하게 우수한 내식성을 갖고 있다.
도 10은 본 발명의 제3 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 기판(1) 상에는 밑바탕층(8)이 설치되고, 밑바탕층(8) 상에 Fe50Rh35Pd15로 이루어지는 반강자성층(22; 막 두께 5nm)이 형성되어 있다. 반강자성층(22) 상에는 도 1에 나타낸 실시예와 마찬가지로 자기 저항 효과막을 구성하는 각 층이 적층되어 있다. 반강자성층(22) 이외의 각 층에 대해서는 도 1에 나타낸 실시예와 동일하므로, 동일한 참조 번호를 부쳐 설명을 생략한다.
도 11은 본 발명의 제3 국면에 따른 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 본 실시예에서는 도 10에 나타낸 자기 저항 효과막의 적층 순서와 반대의 순서로 각 층이 기판(1) 상에 적층되고, 반강자성층(22)이 최상층으로 되도록 적층되어 있다. 따라서, 기판(1) 상에는 도 10에 나타낸 바와 같은 밑바탕층(8)이 형성되어 있지 않고, 직접 NiFe층(7)이 형성되어 있다.
도 10 및 도 11에 나타낸 실시예의 자기 저항 효과막에 대해 MR 특성을 측정한 바, 반강자성층이 FeMn층인 종래의 자기 저항 효과막과 동등 또는 그 이상의 MR 특성을 나타냈다.
다음에, 본 실시예의 자기 저항 효과막에 대해 상기와 같이하여 샘플막을 제작하고, 부식 피트 발생 확률을 측정하였다. 이 결과를 도 12에 나타낸다. 도 12로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에서 반강자성층으로서 이용하는 Fe50Rh35Pd15층은 종래의 FeMn층보다도 내식성에 있어서 현저하게 우수하다.
도 13은 본 발명의 제4 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 유리 기판(1) 상에는 밑바탕층(8)이 형성되어 있고, 밑바탕층(8) 상에 FeS로 이루어지는 반강자성층(32; 막 두께 5nm)이 형성되어 있다. 반강자성층(32) 상에는 도 1에 나타낸 실시예와 동일한 자기 저항 효과막의 각 층이 형성되어 있다. 본 실시예에서, 반강자성층(32) 이외의 각 층은 도 1에 나타낸 실시예와 동일하므로, 동일한 참조 번호를 부쳐 설명을 생략한다.
도 14는 본 발명의 제4 국면에 따른 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 본 실시예에서는 도 14에 나타낸 바와 같이, 도 13과는 역방향의 적층 순서로 기판(1) 상에 자기 저항 효과막의 각 층을 적층하고, 반강자성층(32)이 최상층으로 되도록 적층하고 있다. 따라서, 기판(1) 상에는 밑바탕층(8)을 형성하지 않고, 직접 NiFe층(7)을 형성하고 있다.
도 13 및 도 14에 나타낸 각 실시예의 자기 저항 효과막에 대해 MR 특성을 측정한 바, FeMn층을 반강자성층으로 하는 종래의 자기 저항 효과막과 동등 또는 그 이상의 MR 특성을 나타냈다.
또한, 각 실시예의 자기 저항 효과막 및 비교의 종래의 자기 저항 효과막에 대해, 200℃ 10시간의 열처리를 실시한 후, MR 특성을 측정한 바, FeMn층을 반강자성층으로 하는 종래의 자기 저항 효과막에서는 MR 특성이 큰 폭으로 저하한 반면에, FeS층을 반강자성층으로 하는 각 실시예의 자기 저항 효과막의 MR 특성의 저하는 극히 적었다. 이는, FeMn의 네일 온도가 478k(205℃)인 반면에, FeS의 네일 온도가 613k(340℃)이기 때문인 것으로 생각된다.
도 15는 상기와 마찬가지로, FeS층으로 이루어지는 반강자성층의 부식 피트 발생 확률의 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 15로부터 분명한 바와 같이, 종래의 FeMn층에 비해 내식성이 큰 폭으로 향상되는 것을 알 수 있다.
도 16은 포텐시오스타트를 이용하여 측정한 반강자성막(막 두께 50nm)의 전류-전위 곡선을 나타낸 도면이다. 도 16에는 종래의 반강자성층인 FeMn과, 본 발명에서의 반강자성층인 FeRh 및 CrSb의 전류-전위 곡선을 나타내고 있다. 내식성의 지표가 되는 각 재료의 부식 전위는 FeMn의 데이터 곡선으로 나타낸 바와 같이, 전위를 높여, 전위가 상승하기 시작할 때의 전류의 상승 경사를 직선 회귀했을 때의 x 절편으로부터 구했다. 도 17은 각 재료의 부식 전위를 나타낸 도면이다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 반강자성층에 이용하는 FeRh 및 CrSb는 종래의 반강자성층으로서 이용되고 있는 FeMn에 비해 높은 부식 전위를 나타내는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, FeRh 및 CrSb를 이용하여 반강자성층으로 함으로써, 내식성을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
도 18은 본 발명의 제3 국면 및 제7 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 도 18에서, 유리 기판(1) 상에 체심 입방 구조를 갖는 재료인 Cr로 이루어지는 밑바탕층(18; 막 두께 10nm)이 형성되어 있다. 이 밑바탕층(18) 상에는 체심 입방 구조를 갖는 반강자성 재료인 FeRh로 이루어지는 반강자성층(42; 막 두께 50nm)이 형성되어 있다. 이 반강자성층(42) 상에는 상기 다른 실시예와 마찬가지로, NiFe층(3), Co층(4), Cu층(5), Co층(6), 및 NiFe층(7)이 적층되어, 스핀 밸브형 자기 저항 효과막이 구성되어 있다. 여기서, 반강자성층(42)의 FeRh는 Fe50Rh50의 조성을 갖고 있다. 각 층은 RF 스퍼터링법에 의해 형성되어 있고, Ar 가스 압력 1mTorr, RF 전력 100W의 조건 하에서, 기판 온도를 밑바탕층(18)의 성막시 150℃ 이상으로 유지하며, 그 이외의 층의 성막시에는 실온으로 되도록 조정하였다. 또한, 성막 속도는 2 ∼ 5Å/sec 정도가 되도록 조정하였다.
도 19는 도 18에 나타낸 실시예의 적층막의 X선 회절 패턴을 나타낸 도면이다. 도 20은 도 18에 나타낸 실시예에서 밑바탕층(18)을 형성하지 않고, 기판(1) 상에 직접 FeRh층(42)을 형성한 비교예의 적층막의 X선 회절 패턴을 나타낸 도면이다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 밑바탕층인 Cr층의 (200)면의 피크와, FeRh의 (200)면의 피크가 나타나 있다. 이것으로부터, Cr층이 (100)면으로 배향되고, FeRh층이 (100)면으로 배향되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, x 회절 패턴에서는 일반적으로 (100)면의 피크는 나타나기 어렵고, (200)면의 피크에 의해 확인된다. 이에 대해, 밑바탕층으로서의 Cr층을 설치하지 않은 비교예에서는 도 20에 나타낸 바와 같이, FeRh층은 (110)면으로 배향되어 있다.
도 21은 Cr(10nm)/FeRh(50nm)/NiFe(5nm)의 적층막의 M-H 곡선을 나타낸 도면이다. 또한, 도 22는 Cr층을 설치하지 않고, 기판 상에 직접 FeRh를 형성한 비교예의 FeRh(50nm)/NiFe(5nm)의 적층막의 M-H 곡선을 나타낸 도면이다. 도 21과 도 22의 비교로부터 분명한 바와 같이, 밑바탕층으로서의 Cr층을 설치함으로써, 반강자성층과 강자성층의 교환 결합 자계가 크게 되어 있는 것을 알 수 있다.
도 23은 본 발명의 제3 국면 및 제7 국면에 따른 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 이 실시예에서는 유리 기판(1) 상에 체심 입방 구조를 갖는 재료인 CrMo로 이루어지는 밑바탕층(28; 막 두께 20nm)이 형성되고, 이 밑바탕층(28) 상에 체심 입방 구조를 갖는 반강자성 재료인 FeRhIr로 이루어지는 반강자성층(52; 막 두께 50nm)이 형성되어 있다. 반강자성층(52) 상에는 도 18에 나타낸 실시예와 마찬가지로, NiFe층(3), Co층(4), Cu층(5), Co층(6), 및 NiFe층(7)이 적층되어, 스핀 밸브형 자기 저항 효과막이 구성되어 있다. 여기서, 반강자성층(52)의 FeRhIr은 Fe50Rh35Ir15의 조성을 갖고 있다.
또한, 자기 저항 효과막을 구성하는 각 층은 도 18에 나타낸 실시예와 마찬가지로, RF 스퍼터링법에 의해 형성되어 있다.
도 24는 CrMo(20nm)/FeRhIr(50nm)/NiFe(5nm)의 적층막의 M-H 곡선을 나타낸 도면이다. 도 24로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에서도 반강자성층과 강자성층 사이에 큰 교환 결합 자계가 생기는 것을 알 수 있다.
도 25는 본 발명의 제8 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과 소자를 나타낸 사시도이다. 본 실시예의 자기 저항 효과 소자에서는 자기 저항 효과막(10)의 양측에 자기 저항 효과막(10)의 자구를 제어하기 위한 자구 제어막(20)이 각각 설치되어 있다. 이 자구 제어막(20)은 반강자성층(24) 상에 강자성층(25)을 적층한 구조를 갖고 있고, 또한 본 실시예에서는 반강자성층(24) 아래에 밑바탕층(23)이 설치되어 있다. 밑바탕층(23)과 반강자성층(24)은 모두 체심 입방 구조를 갖는 재료로 형성되어 있다. 본 실시예에서 밑바탕층(23)은 CrMo층(막 두께 20nm)으로 형성되고, 반강자성층(24)은 FeRhIr층(막 두께 50nm)으로 형성되어 있다. 또한, 강자성층(25)은 NiFe층(막 두께 20nm)으로 형성되어 있다.
본 실시예의 자구 제어막(20)에서의 반강자성층(24)도 도 18에 나타낸 실시예 및 도 23에 나타낸 실시예와 마찬가지로, 밑바탕층(23)에 의해 (100)면으로 배향되어 있고, 따라서 강자성층(25)과의 사이에서 큰 교환 결합 자계가 생긴다. 따라서, 자기 저항 효과막(10)에 대해 큰 바이어스 자계를 안정하게 제공할 수 있고, 보다 양호한 자구 제어를 행할 수 있다.
또한, 자기 저항 효과막(10)이 본 발명의 제7 국면에 따른 자기 저항 효과막이고, 체심 입방 구조를 갖는 재료로 형성되어 있는 밑바탕층 상에 체심 입방 구조를 갖는 재료로 형성되어 있는 반강자성층을 적층하고, 그 위에 강자성층, 비자성 도전층 및 강자성층을 순차 적층한 스핀 밸브형 자기 저항 효과막일 경우에는, 자기 저항 효과막(10)의 밑바탕층과, 자구 제어막(20)의 밑바탕층(23)을 동일 재료로 형성하며, 또한 자기 저항 효과막(10)의 반강자성층과, 자구 제어막(20)의 반강자성층(24)을 동일 재료로 형성해도 된다. 이 경우, 자기 저항 효과막(10)과 자구 제어막(20)의 밑바탕층 및 반강자성층을 동일 박막 형성 공정으로 형성할 수 있기 때문에, 보다 간단한 공정으로 효율 좋게 형성할 수 있다.
또한, 제7 및 제8 국면의 자기 저항 효과막에서, 반강자성층이 체심 정방 구조를 갖는 재료로 형성된 경우, 및 반강자성층의 우선적으로 배향된 결정면이 (001)면일 경우에도, 상술한 바와 동일한 효과를 얻는다.
상기 각 실시예에서는, 자기 저항 효과막 및 자구 제어막을 구성하는 각 층에 대해 구체적인 재료를 예시했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 그 외의 재료를 이용할 수 있다. 또한, 자구 제어막을 구체적으로 예시하고 있지 않은 실시예에 대해서도, 통상 자기 저항 효과 소자에서 이용되는 세로 바이어스층 및 가로 바이어스층 등의 자구 제어막 등을 조합시켜 이용할 수 있다.
도 26은 본 발명의 제3 국면에서 반강자성층으로서 이용하는 Fe50Rh50의 부식 피트 발생 확률의 측정 결과를 나타내고 있다. 샘플막은 상기와 마찬가지로, 실리콘 기판 상에 Co층, NiFe층, 및 측정 대상인 반강자성층을 이 순서로 적층함으로써 제작하였다. 도 26으로부터 분명한 바와 같이, 반강자성층으로서 이용하는 Fe50Rh50층은 종래의 FeMn층보다도 내식성에 있어서 현저하게 우수하다.
도 27은 본 발명의 제3 국면에서 반강자성층으로서 이용하는 Fe50Rh35Ir15에 대해 부식 피트 발생 확률을 측정한 결과를 나타내고 있다. 도 27로부터 분명한 바와 같이, 반강자성층으로서 이용하는 Fe50Rh35Ir15층은 종래의 FeMn층보다도 내식성에 있어서 현저하게 우수하다.
도 28은 본 발명의 제3 국면 및 제7 국면에 따른 또 다른 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 이 실시예에서는 유리 기판(1) 상에 체심 입방 구조를 갖는 재료인 Cr로 이루어지는 밑바탕층(18; 막 두께 10nm)이 형성되고, 이 밑바탕층(18) 상에 체심 입방 구조를 갖는 반강자성 재료인 FeRhPt로 이루어지는 반강자성층(62; 막 두께 50nm)이 형성되어 있다. 반강자성층(62) 상에는 도 18에 나타낸 실시예와 마찬가지로, NiFe층(3), Co층(4), Cu층(5), Co층(6), 및 NiFe층(7)이 적층되어, 스핀 밸브형 자기 저항 효과막이 구성되어 있다. 여기서, 반강자성층(62)에 이용되는 FeRhPt는 Fe50Rh35Pt15의 조성을 갖고 있다.
도 18에 나타낸 실시예와 마찬가지로, 체심 입방 구조를 갖는 Cr층(18) 상에 체심 입방 구조를 갖는 FeRhPt층을 형성함으로써, 안정하면서 양호한 자기 저항 특성을 얻을 수 있다.
도 29는 본 발명의 제3 국면에서 반강자성층으로서 이용되는 FeRhPt의 부식 피트 발생 확률을 측정한 결과를 나타내고 있다. 도 29로부터 분명한 바와 같이, 종래의 FeMn층에 비해 내식성이 현저하게 향상하고 있다.
도 30은 본 발명의 제5 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 도 30에서, 유리 기판(1) 상에 체심 입방 구조를 갖는 재료인 Cr로 이루어지는 밑바탕층(18; 막 두께 10nm)이 형성되어 있다. 이 밑바탕층(18) 상에는 반강자성 재료인 CrAl로 이루어지는 반강자성층(72; 막 두께 50nm)이 형성되어 있다. 이 반강자성층(72) 상에는 도 18에 나타낸 실시예와 마찬가지로, NiFe층(3), Co층(4), Cu층(5), Co층(6), 및 NiFe층(7)이 적층되어, 스핀 밸브형 자기 저항 효과막이 구성되어 있다. 여기서, 반강자성층(72)의 CrAl은 Cr60Al40의 조성을 갖고 있다. 도 30에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제5 국면에서의 CrAl로 이루어지는 반강자성층은 Cr 등의 체심 입방 구조를 갖는 재료로 이루어지는 밑바탕층 상에 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같은 밑바탕층 상에 형성함으로써, 양호한 결정성을 갖는 반강자성층을 형성할 수 있고, 안정하면서 양호한 자기 저항 특성을 얻을 수 있다.
도 31은 Cr60Al40으로 이루어지는 반강자성층의 부식 피트 발생 확률의 측정 결과를 나타내고 있다. 도 31로부터 분명한 바와 같이, 종래의 FeMn층에 비해 내식성이 현저하게 향상하고 있다.
도 32는 본 발명의 자기 저항 효과막이 이용되는 자기 저항 효과 소자의 구조를 나타낸 사시도이다. 본 실시예의 자기 저항 효과 소자에서는, 자기 저항 효과막(10)의 양측에 도 25에 나타낸 실시예와 마찬가지로, 자구 제어막(20)이 각각 설치되어 있다. 또한, 도 32는 이 자구 제어막(20) 상에 전극(30)이 설치된 상태를 나타내고 있다. 전극(30)은 자기 저항 효과막에 전류를 공급함과 동시에, 전압을 독취하기 위해 설치되는 전극이다. 여기서, 전극(30)은 Cu로 형성되어 있다.
이상과 같이 해서, 기판 상에 자기 저항 효과막(10) 및 자구 제어막(20) 등을 형성한 후, 도 32에 A로 나타낸 에어·베어링·서페이스(ABS)에 상당하는 면이 연마된다. 일반적으로, 내식성이 낮은 반강자성층을 이용하면, 이 연마 공정에서 반강자성층이 부식된다. 본 발명의 제3 국면에서의 FeRh계 합금으로 이루어지는 반강자성층 및 제5 국면에서의 CrAl계 합금으로 이루어지는 반강자성층은 이와 같은 연마 공정에서도 부식 피트가 발생하지 않고, 실용성이 있는 우수한 내식성을 발휘한다.
도 33은 본 발명의 제6 국면에 따른 하나의 실시예의 자기 저항 효과막을 나타낸 단면도이다. 본 실시예에서는, 유리 기판(43) 상에 밑바탕층(44)으로서의 Ta층(막 두께 6.5nm)이 형성되고, 이 밑바탕층(44) 상에 강자성층(45)인 Co층(막 두께 5nm), 비자성 도전층(46)인 Cu층(막 두께 2.5nm), 및 강자성층(47)인 Co층(막 두께 3nm)이 형성되어 있다. 이 강자성층(47) 상에 반강자성층(48)인 IrMnCo층(막 두께 15nm)이 형성되어 있다. 이 반강자성층(48) 상에 보호층(49)으로서의 Ta층(막 두께 5nm)이 형성되어 있다.
본 발명의 제6 국면에서는 내식성이 양호하지 않은 IrMn 합금에 Co를 첨가함으로써 내식성을 향상시키고 있다. Co의 첨가량으로는 30 원자% 이하가 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.1 ∼ 20 원자%이다.
도 34는 포텐시오스타트를 이용하여 측정한 반강자성막의 전류-전위 곡선을 나타낸 도면이다. 도 34에는 Ir25Mn75합금에 Co를 첨가하지 않은 반강자성층, 1 원자% 첨가한 반강자성층, 5 원자% 첨가한 반강자성층, 10 원자% 첨가한 반강자성층에 대한 측정 결과가 나타나 있다. 또한, 측정용 샘플막은 유리 기판 상에 100Å의 반강자성층을 형성한 것을 이용하였다. 도 34로부터 분명한 바와 같이, Co의 첨가량이 증가함에 따라 부식 전위가 높게 되고, 내식성이 향상되는 것을 알 수 있다.
도 35는 Ir25Mn75합금에 Co를 10 원자% 첨가한 (Ir25Mn75)90Co10을 반강자성층(48)으로서 이용한 도 33에 나타낸 자기 저항 효과막의 MR 특성을 나타낸 도면이다. 또한, 도 36은 Ir25Mn75를 반강자성층으로서 이용한 비교의 자기 저항 효과막의 MR 특성을 나타낸 도면이다.
도 35 및 도 36의 비교로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 제6 국면에 따르면, 자기 저항 특성이 저하하지 않고, 내식성을 큰 폭으로 향상시킬 수 있다.
도 33에 나타낸 실시예에서는 강자성층/비자성 도전층/강자성층/반강자성층의 순서로 적층하고 있지만, 이 순서를 반대로 하여 반강자성층/강자성층/비자성 도전층/강자성층의 순서로 적층해도 된다. 또한, 반강자성층/강자성층/비자성 도전층/강자성층/비자성 도전층/강자성층/반강자성층 등의 듀얼형 적층 구조로 해도 된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 자기 저항 효과막은 내식성에 우수한 반강자성 재료를 이용하여 반강자성층을 형성하고 있기 때문에, 종래의 FeMn층을 반강자성층으로 하는 자기 저항 효과막에 비해 현저하게 우수한 내식성을 발휘한다.
또한, 본 발명의 제1 국면 및 제4 국면에 따른 자기 저항 효과막은 네일 온도가 높은 반강자성 재료를 이용하고 있기 때문에, 내열성에 있어서도 종래의 자기 저항 효과 소자에 비해 우수하다.
또한, 본 발명의 제7 국면에 따른 자기 저항 효과막은 반강자성층 아래에 밑바탕층을 설치하고, 밑바탕층을 입방 체심 구조를 갖는 재료로 형성하며, 반강자성층을 체심 입방 구조 또는 체심 정방 구조를 갖는 재료로 형성하고 있기 때문에, 반강자성층이 강자성층과 큰 교환 결합 자계를 발생시키도록 그 결정면을 배향시킬 수 있고, 안정하면서 양호한 자기 저항 특성을 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명의 제8 국면에 따른 자기 저항 효과 소자에서는 자구 제어막의 반강자성층에 밑바탕층을 설치하고, 밑바탕층을 체심 입방 구조를 갖는 재료로 형성하며, 반강자성층을 체심 입방 구조 또는 체심 정방 구조를 갖는 재료로 형성하고 있기 때문에, 자기 저항 효과막에 대해 안정한 바이어스 자계를 제공할 수 있고, 보다 양호한 자구 제어를 행할 수 있다.

Claims (29)

  1. 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖는 자기 저항 효과막에 있어서,
    상기 반강자성층을 안티몬계 합금의 반강자성 재료로 형성한 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안티몬계 합금의 반강자성 재료가 CrSb, FeSb2, 또는 (MnxCr1-x)ySb100-y(0≤x≤0.3, 40≤y≤60)인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  3. 제2항에 있어서, 상기 안티몬계 합금의 반강자성 재료가 (MnxCr1-x)50Sb50(0≤x≤0.3)인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  4. 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖는 자기 저항 효과막에 있어서,
    상기 반강자성층을 플루오르화물의 반강자성 재료로 형성한 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  5. 제4항에 있어서, 상기 플루오르화물의 반강자성 재료가 CoF3또는 FeF3인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  6. 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖는 자기 저항 효과막에 있어서,
    상기 반강자성층을 FeRh계 합금으로 형성한 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  7. 제6항에 있어서, 상기 FeRh계 합금이 FexRh100-x(40≤x≤60)인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  8. 제6항에 있어서, 상기 FeRh계 합금이 Pt, Ir, Pd, Zr, Nb, Mo, Ru, Hf, Ta, W, Re, 및 Os로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 1종의 금속 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  9. 제6항에 있어서, 상기 FeRh계 합금이 Fex(Rh1-yPty)100-x(40≤x≤60, 0＜y≤0.5)인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  10. 제6항에 있어서, 상기 FeRh계 합금이 Fex(Rh1-yIry)100-x(40≤x≤60, 0＜y≤0.5)인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  11. 제6항에 있어서, 상기 FeRh계 합금이 Fex(Rh1-yPdy)100-x(40≤x≤60, 0＜y≤0.5)인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  12. 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖는 자기 저항 효과막에 있어서,
    상기 반강자성층을 FeRh 또는 Fe50Rh50-xPdx(x≤30)로 형성한 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  13. 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖는 자기 저항 효과막에 있어서,
    상기 반강자성층을 FeS로 형성한 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  14. 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖는 자기 저항 효과막에 있어서,
    상기 반강자성층을 IrMnCo계 합금으로 형성한 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  15. 제14항에 있어서, 상기 IrMnCo계 합금이 (IrMn)100-xCox(0＜x≤30)인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  16. 제15항에 있어서, 상기 IrMnCo계 합금이 (Ir25Mn75)100-xCox(0＜x≤30)인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  17. 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 또는 반대의 순서로 적층한 적층 구조를 갖는 자기 저항 효과막에 있어서,
    상기 반강자성층을 CrAl계 합금으로 형성한 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  18. 제17항에 있어서, 상기 CrAl계 합금이 CrxAl100-x(50≤x≤80)인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반강자성층의 밑바탕층으로서, 주기율표 IVa족, Va족, 및 VIa족 중의 적어도 1종의 금속층 또는 bcc계의 결정 구조를 갖는 금속층이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강자성층이 NiFe층과 Co층의 적층막인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비자성 도전층이 Cu층인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  22. 반강자성층, 강자성층, 비자성 도전층, 및 강자성층을 이 순서로 적층한 자기 저항 효과막에 있어서,
    상기 반강자성층 아래에 밑바탕층이 설치되어 있고, 그 밑바탕층이 체심 입방 구조를 갖는 재료로 형성되며, 상기 반강자성층이 체심 입방 구조 또는 체심 정방 구조를 갖는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  23. 제22항에 있어서, 상기 밑바탕층이 Cr, 또는 Cr과, Ta, Zr, Nb, Fe, W, V, Mo, Hf, Cs 및 Rb에서 선택되는 적어도 1종의 원소와의 합금, 또는 Ta, 또는 Ta와, Zr 및 Nb에서 선택되는 적어도 1종의 원소와의 합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 반강자성층이 Fe, Mn, 및 Cr에서 선택되는 적어도 1종의 원소와, Rh, Pd, Co, Ir, Pt, Ni, Sb, 및 F에서 선택되는 적어도 1종의 원소와의 합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밑바탕층의 우선적으로 배향된 결정면이 (100)면인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 반강자성층의 우선적으로 배향된 결정면이 (100)면 또는 (001)면인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  27. 제22항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밑바탕층이 Cr로 형성되어 있고, 상기 반강자성층이 FeRh계 합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
  28. 자기 저항 효과막과, 그 자기 저항 효과막의 자구(磁區)를 제어하기 위한 자구 제어막을 구비하는 자기 저항 효과 소자에 있어서,
    상기 자구 제어막이 반강자성층과 강자성층을 적층한 구조를 갖고, 그 반강자성층 아래에 밑바탕층이 설치되어 있으며, 그 밑바탕층이 체심 입방 구조를 갖는 재료로 형성되고, 그 반강자성층이 체심 입방 구조 또는 체심 정방 구조를 갖는 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  29. 제28항에 있어서, 상기 자기 저항 효과막이 청구항 제22항 내지 제27항 중 어느 한 항의 기재의 자기 저항 효과막이고, 상기 자기 저항 효과막의 밑바탕층과 상기 자구 제어막의 밑바탕층이 동일 재료로 형성되고, 또한 상기 자기 저항 효과막의 반강자성층과 상기 자구 제어막의 반강자성층이 동일 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
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