KR19980080211A - 자기 저항 효과 소자 및 자기 헤드 - Google Patents

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KR19980080211A
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Abstract

본 발명은 자기저항 효과 소자 및 자기 헤드에 관한 것으로서, 상기 자기 저항 효과 소자는 제 1 자성층, 제 2 자성층, 및 제 1 자성층과 제 2 자성층 사이에 놓인 비자성층을 포함하는 스핀 밸브막을 구비하고, 제 1 및 제 2 자성층중 적어도 하나의 자성층에서, 자성층을 구성하는 결정 입자의 최밀면(最密面)이 등방적으로 분산되며, 자성층과 동일한 결정 구조를 갖는 기본층의 막두께를 2.0㎚ 또는 그 이하로 설정하고 기본층을 구성하는 결정 입자의 최밀면을 등방적으로 분산시키므로써 그러한 자성층이 재생성 있게 얻어질 수 있고,
그러한 스핀 밸브막을 구비하는 자기 저항 효과 소자에 따르면, 큰 MR 변화율을 유지하는 동안, 예를 들어 자기 변형 정수는 1×10-6또는 그 이하의 낮은 자기 변형(magnetostriction)을 만족시키며, 또한 우수한 자기성이 제공될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

자기 저항 효과 소자 및 자기 헤드
본 발명은 스핀 밸브막을 구비한 자기 저항 효과 소자 및 그를 사용한 자기 헤드에 관한 것이다.
자기 기록매체의 소형화 및 대용량으로의 최근의 추세에 대응하여 고출력을 낼 수 있는 자기 저항 효과(MR)의 장점을 갖는 자기 헤드(MR 헤드)가 성장하고 있다. MR 헤드는 자기 저항 효과막의 장점을 갖는 자기 저항 효과 소자(MR 소자)를 구비한다.
종래의 자기 저항 효과막에 있어서, 비등방성 자기 저항 효과(AMR)를 나타내는 Ni-Fe 합금 등과 같은 강자성 재료가 사용되어 왔다. 그러나 AMR막의 자기 저항 변화율(MR 변화율)이 높아도 약 3%이기 때문에, 소형/대용량 자기기록 매체로서는 불충분하다. 그러므로 자기 저항 효과에서 매우 높은 감도를 나타내는 자기 저항 효과막이 요구된다.
상기 요구에 부응하여, 강자성 금속막과 비자성 금속막이 특정조건하에서 선택적으로 적층되고, 이웃하는 강자성 금속막이 반강자성으로 결합되는 Fe/Cr 또는 Co/Cu와 같은 다층막, 즉 소위 인공 격자막은 거대한 자기 저항 효과를 나타내는 것으로 확인된다. 인공 격자막에 있어서, 최대 100%를 초과하는 MR 변화율이 보고되어 있다(Phys. Rev. Lett., Vol. 61, 2474(1988), Phys. Rev. Lett., Vol. 64, 2304(1990)을 참조). 그러나 인공 격자막은 포화성 자화(magnetization)에 있어 높기 때문에, MR 헤드로는 충분하지 않다.
반대로 강자성층/비자성층/강자성층의 샌드위치 구조의 자성 다층막에 있어서 강자성층이 반강자성 결합을 형성하지 않을 때도, 높은 자기 저항 효과가 실현되는 실시예가 보고되어 있다. 즉, 비자성층에 의해 삽입된 것 중 한 강자성층에서 교환 바이어스는 자화를 핀 다운(pin down)시키는데 이용되며, 다른 강자성층은 외부 자계를 통한 자화에 반전된다. 비자성층에 의해 삽입되어 배치된 두 개의 강자성층의 자화방향사이의 상대각도를 변화시킴으로써, 높은 자기 저항 효과를 얻을 수 있다.
상기 형태의 다층막은 스핀 밸브막으로 불리운다(Phys. Rev. B., Vol. 45, 806(1992), J. Appl. Phys., Vol. 69, 4774(1991) 등을 참조). 스핀 밸브막의 MR 변화율이 인공 격자막의 MR 변화율만큼 크지 않아도 약 10% 정도의 MR 변화율을 얻지만, 종래의 AMR막에 비해 충분히 크지 않다. 그리고 스핀 밸브막은 저자계에서 자화로 포화될 수 있으므로 MR 헤드로 적당하다. 상기 스핀 밸브막을 사용하는 MR 헤드는 실용적인 측면에서 크게 기대되고 있다.
근래에 예를 들어 자기 헤드에서 MR 소자가 사용될 때, MR막의 자기 변형 정수가 가능한한 작아져야 한다고 알려져 있다. 즉, 자기 변형 정수가 크면, 헤드가 응력을 일으키고, 작동시 열분배 또는 온도변화, 바크하우젠 소음, 팝콘 소음, 스냅크랙클 소음이 발생할 수 있다. 그러므로 스핀 밸브막의 자기 변형 정수는 1×10-6또는 그 이하가 바람직하다.
또한, 스핀 밸브막은 자기 저항 효과 메모리(MRAM)와 같은 자기기록 장치에 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 스핀 밸브막을 사용하는 MRAM에 있어서, 자기 변형 정수가 크면 바크하우젠 잡음이 발생한다. 이는 재생하는 동안 에러를 발생시킨다. 그러므로 스핀 밸브막의 자기 변형 정수는 1×10-6또는 그 이하로 설정하는 것이 바람직하다.
게다가, 스핀 밸브막내 MR 변화율에 있어서 가능한한 많이 재료를 사용하는 것이 바람직하다. Co를 함유하는 강자성 재료를 이용하는 스핀 밸브막은 큰 MR 변화율을 가지는 것으로 알려져 있다. 그러나 Co계 자성 합금의 자기 변형 정수는 거의 1×10-6정도이며, Co계 자성 합금만으로 자기 변형 정수를 1×10-6또는 그 이하로 감소시키기는 어렵다. Co계 자성 합금에 소량의 소자를 첨가함으로써 자기 변형 정수가 감소될 수 있으며, 소량의 소자를 첨가하면 MR 변화율을 감소시킨다.
자기 헤드에 MR 소자가 사용될 때, 자기 헤드의 감도를 향상시키기 위해 MR막의 부등방성 자계(HK) 및 보자력(HC)은 작은 것이 바람직하다. MR막의 HK및 HC가 작을 때, 저자계에서 보다 큰 출력이 얻어질 수 있으며, MR 헤드의 감도는 향상될 수 있다. 그러나 Co계 자성 합금의 HK및 HC모두는 실패없는 경우 거의 10 Oe 이상이다. 그러므로 Co계 자성 합금을 이용하는 스핀 밸브막에 있어서 큰 MR 변화율과 우수한 연자성 특성이 모두 어렵지 않게 실현될 수 있다.
그리고 MR 헤드의 감도를 향상시키기 위해 스핀 밸브막은 MR 변화율을 증가시키는데 요구된다. 그러나 스핀 밸브막의 구성재료 또는 조성물을 조절하는 것만으로 MR 변화율을 증가시키기는 매우 어려운 것으로 간주된다.
본 발명의 기본층은 그 기본층상에 형성하는 제 1 강자성층, 비자성층, 제 2 강자성층 및 반강자성층이 양호한 결정 성장을 촉진하는 종자층(seed layer)으로서의 작용을 갖게 하는 것이 가능하다.
또한, 본원 발명에 이용하는 기본층의 재료는 Cu, Au, Ag, Pt 중의 한 종류 또는 그들의 합금으로 구성하는 것에 의해 우수한 MR 소자를 제조할 수 있다. 또한, 이 기본층의 재료에 Ti, V, Cr, Mn, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re 중의 한 종류의 원소를 첨가해도 좋다. 이 첨가 원소의 첨가량은 10원자% 또는 그 이하가 바람직하다. 이 첨가 원소에 의한 기본층의 고저항화는 그 첨가량이 10원자%에 도달하면 포화하는 한편, 10원자%보다 많이 첨가하면 이것들의 첨가 원소가 자성층등으로 확산하여 자성층의 저항층을 올리거나 자성층의 결정성에 불합리함을 초래하게 되거나 또는 비자성층 자신에 강자성 또는 반강자성을 생기게 하는 등의 폐해가 존재하기 때문이다.
본 발명의 목적은 스핀 밸브막의 큰 MR 변화율을 유지하면서 예를 들어 1×10-6또는 그 이하의 자기 변형 정수를 만족시킬 수 있는 자기 저항 효과 소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 큰 MR 변화율과 우수한 연자성 특성을 동시에 만족시키는 스핀 밸브막으로 구성된 자기 저항 효과 소자를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 스핀 밸브막의 MR 변화율이 향상된 자기 저항 효과 소자를 제공하는데 있다. 게다가 상기 자기 저항 효과 소자로 구성된 자기 헤드를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
도 1은 결정 최밀면이 등방성으로 분산된 자성층의 상태를 나타내는 도식도,
도 2는 본 발명의 자기 저항 효과 소자의 한 실시예의 필수부 구조를 나타내는 단면도,
도 3은 도 2에 나타낸 자기 저항 효과 소자의 한 변형 실시예를 나타내는 단면도,
도 4는 도 2에 나타낸 자기 저항 효과 소자의 다른 변형 실시예를 나타내는 단면도,
도 5는 본 발명의 자기 저항 효과 소자내 스핀 밸브 자성층의 미세결정 구조의 한 실시예를 나타내는 개략도,
도 6은 본 발명의 자기 저항 효과 소자가 헤드부를 재생하는데 사용되는 자기 기록/재생 분리형 헤드의 구성의 한 실시예를 나타내는 단면도,
도 7은 본 발명의 자기 헤드를 사용하는 자기 디스크 장치 구성의 한 실시예를 나타내는 투시도,
도 8은 본 발명의 자기 저항 효과 소자를 사용하는 MRAM 구성의 한 실시예를 나타내는 단면도,
도 9는 본 발명의 실시예 1에서 X선 회절법으로 얻어진 NiFe 기본층의 두께와 그의 (111)피크 강도 사이의 관계를 나타내는 개략도,
도 10은 본 발명의 실시예 1에서 NiFe 기본층의 두께와 NiFe를 함유하는 스핀 밸브막의 자기 변형사이의 관계를 나타내는 개략도,
도 11은 NiFe를 함유하는 스핀 밸브막이 본 발명의 실시예 1에 사용된 보호자기 헤드의 수와 NiFe 기본층의 두께사이의 관계를 나타내는 개략도이다.
＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 제 1 자성층 2 : 제 2 자성층
3 : 비자성층 4 : 기본층
5 : 반강자성층 6 : 스핀 밸브막
7 : 기판 8 : MR 소자
16 : 전극
본 발명의 자기 저항 효과 소자는 제 1 자성층, 제 2 자성층 및 제 1 자성층과 제 2 자성층사이에 삽입된 비자성층을 포함하는 스핀 밸브막 및 스핀 밸브막에 센스전류를 공급하는 한쌍의 전극으로 구성되어 있으며, 제 1 자성층과 제 2 자성층 중 적어도 하나의 자성층은 자성층을 구성하는 결정 입자의 최밀면이 등방성으로 분산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 자기 저항 효과 소자는 제 1 자성층, 제 2 자성층, 제 1 자성층과 제 2 자성층사이에 삽입된 비자성층 및 제 1 자성층이 형성되는 표면 및 제 1 자성층상의 구조와 동일한 결정구조를 갖는 기본층을 포함하는 스핀 밸브막으로 구성되어 있으며, 스핀 밸브막은 1.5㎚ 또는 그 이하의 두께의 기본층과 스핀 밸브막에 센스 전류를 공급하는 한쌍의 전극이 구비되어 있다.
본 발명의 자기 헤드는 하부측 자성 실드층, 자성 갭을 재생하는 하부측을 통해 그 위에 형성된 본 발명의 상기 자기 저항 효과 소자 및 자성 갭을 재생하는 상부측을 통해 자기 저항 효과 소자위에 형성된 상부측 자성 실드층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 제 1 자성층과 제 2 자성층 중 적어도 하나의 자성층(스핀 밸브 자성층)을 위해, 결정 입자의 최밀면이 등방성으로 분산된 자성층이 사용된다. 결정 입자의 최밀면이 등방성으로 분산된 상태는 도 1에 나타난 상태와 같으며, 자성층(M)을 구성하는 각 결정 입자(grain, G1, G2, G3...)의 최밀면(CF)은 기판(S)의 표면에 대해 각각 다양한 각을 형성하며, 상기 자성층(M)은 특정한 배향상태가 없다고 말할 수 있다. 즉, 제 1 자성층과 제 2 자성층 중 적어도 하나의 자성층은 각 결정 입자가 그의 배향경향(배향의 방향)에 변동을 제공하는 자성층이다.
자성체의 자기 변형 정수의 크기는 결정 방향에 의존하며, 또한 그 표시는 플러스 또는 마이너스로 다양하다. 상기 재료계에서, 각 결정 입자의 배향의 방향에 변동을 제공함으로써 각 자기 변형은 결정 배향을 야기시키는 다른 자기 변형에 의해 각 다른 것을 소거시킬 수 있다. 그럼으로써 전반적으로 스핀 밸브 자성층은 자기 변형 정수에 있어서 감소될 수 있다.
예를 들면, 큰 MR 변화율을 얻을 수 있는 Co계 자성 합금을 사용하는 스핀 밸브막에 있어서, 그의 선형 자기 변형 정수(λ100과 λ111)는 그 표시가 다르다. 그러므로 결정면을 거칠고 불균일하게 분산시키기 위해 스핀 밸브 자성층을 구성하는 각 결정 입자의 배향에 있어서 동요를 제공하여 λ100과 λ111는 각 다르게 상쇄될 수 있다. 상기 스핀 밸브 자성층으로 낮은 자기 변형이 안정하게 실현될 수 있다.
그리고 스핀 밸브막의 연자성 특성을 저하시키는 주 원인은 결정 자성 부등방성이다. 결정 자성 부등방성은 그의 결정 배형에 의존하여 다르며, 대부분의 경우 다이어드(diad) 또는 보다 대칭적인 축을 가진다. 상기 재료계에서, 각 결정 입자의 배향성에 동요를 제공하여 결정 자성 부등방성은 각 다른 것으로 상쇄될 수 있다. 그럼으로써 스핀 밸브막의 결정 자성 부등방성은 전체적으로 감소될 수 있다. 그래서 자연적으로 자계내에서 열처리함으로써, 유도된 자성 부등방성의 적당한 크기가 제공될 수 있다.
스핀 밸브 자성층의 보자력(HC)에 있어서, 결정 배향이 20㎚이상의 주기로 다양하다면, 블로흐벽(Bloch wall)에서 핀 위치가 되기 때문에 보자력(HC)이 증가하는 경향이 있다. 게다가 입자 직경이 10㎚ 이하인 결정 입자에서, 결정면이 등방성 방법으로 분산된다면 블로흐 벽이 감지하는 장기간의 포텐셜 변화는 적어진다. 그러므로 블로흐 벽이 핀 다운되지 않고, 부드럽게 이동할 수 있기 때문에 보자력(HC)은 감소한다.
그리고 스핀 밸브막의 MR 변화율에 있어서 일반적으로 배향성이 감소할 때, 결정 입자의 격자 간섭성은 저하되고, 위치 이탈이 증가되어 전반적으로 스핀의 평균 자유 행정을 감소시키므로 MR 변화율도 감소한다. 그러나 결정 배향성과 스핀 밸브막의 MR 변화율사이의 관계에 대한 많은 실시예와 상세한 설명의 결과로서 본 발명자들은 MR 변화율이 배향없는 막에서 증가한다는 사실을 발견했다. 결정 입자(주입자)가 다수의 부입자로 구성될 때, 특히 큰 MR 변화율을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 자기 저항 효과 소자에 있어서 스핀 밸브 자성층의 구조와 동일한 결정구조를 갖는 기본층의 두께는 1.5㎚ 또는 그 이하이다. 기본층의 두께를 2.0㎚ 또는 그 이하(바람직하게는 1.5㎚ 이하)로 매우 얇게 하여 그를 구성하는 결정 입자의 최밀면은 재생성 있게 등방적으로 분산될 수 있다. 상기 기본층의 주 표면상에 형성된 스핀 자성층에 있어서, 결정 입자의 최밀면은 재성성 있게 등방적으로 분산될 수 있다. 그러므로 스핀 밸브막의 낮은 자기 변형과 우수한 연자성 특성은 재생성 있게 실현될 수 있다.
본 발명의 자기 헤드는 예를 들어 재생 헤드로서 자기 기록/재생 헤드에 사용될 수 있다. 자기 기록/재생 헤드는 예를 들어 본 발명의 상기 자기 헤드, 자기 헤드의 하부측 자성 실드층과 함께 제조되는 하부측 자극, 하부측 자극상에 형성된 기록 자성 갭, 기록 재성 갭상에 배치된 상부측 자극 및 하부측 자극과 상부측 자극에 기록 자계를 공급하는 기록 코일을 갖는 재생 헤드로 구성된다.
그리고 자성 기록/재생 헤드는 자성 디스크 장치와 같은 자기기록 장치상에 장착될 수 있다. 자기기록 장치는 예를 들어 자계를 통해 자기기록 매체에 신호가 기록되고 자기기록 매체로부터 발생된 자계를 통해 신호가 검색되는 헤드 슬라이더와 자기기록 매체로 구성된다.
본 발명을 실시하는 실시예는 도면을 참조로 하여 설명될 것이다.
도 2는 본 발명의 자기 저항 효과 소자(MR 소자)의 한 실시예의 필수부 구조를 나타내는 단면도이다. 상기 도면에서, 숫자 1은 제 1 자성층이며, 숫자 2는 제 2 자성층이다. 상기 제 1 자성층 및 제 2 자성층(1, 2)은 비자성층(3)을 통해 적층되어 있다. 제 1 자성층 및 제 2 자성층(1, 2)은 비결합형 자성 다층막을 구성하기 위해 반강자성으로 결합되어 있지 않다. 제 1 자성층 및 제 2 자성층의 막 두께는 1 내지 30㎚의 범위에서 설정되는 것이 바람직하며, 여기서 큰 MR 변화율이 얻어지고, 바크하우젠 소음의 발생이 억제될 수 있다.
제 1 자성층 및 제 2 자성층(1, 2)은 Co 또는 Co합금과 같은 Co를 함유하는 강자성 재료로 구성되어 있다. 상기 자성층(1, 2)은 NiFe 합금과 같은 것에 의해 구성될 수 있다. 상기 중, 특히 큰 벌크 효과와 인터페이스 효과가 수득될 수 있고, 큰 MR 변화율이 수득될 수 있는 Co합금이 사용되기에 바람직하다.
CoFe합금과 같은 Co계 자성 합금에 있어서, 선형 자기 변형 정수(λ100, λ111)의 표시는 다르며, λ100, λ111모두는 10-7순으로 작게 하기 어렵다. 그러므로 배향성이 높은 막에 있어서, 자기 변형 동요는 안정성을 갖는 10-7순으로 자기 변형을 실현하기 어려운 배향성을 미세하게 감소시킨다. 그래서 본 발명은 그 재료 조성을 조절하여 자기 변형을 감소시키기 어려운 Co계 자성 합금을 사용한 스핀 밸브막에 특히 효과적이다.
자성층(1, 2)을 제조하는 Co합금으로는 Fe, Ni, Au, Ag, Cu, Pd, Pt, Ir, Rh, Ru, Os, Hf 내지 Co의 군에서 선택되는 한 종류 또는 두 종류 이상의 원소를 가하여 수득된 합금이 사용될 수 있다. 원소의 첨가량은 바람직하게 5 내지 50원자%, 더 바람직하게 8 내지 20원자%이다. 원소의 첨가량이 너무 적다면 벌크 효과가 충분히 증가될 수 없고, 원소의 첨가량이 너무 많다면 인터페이스 효과가 감소되기 쉽기 때문이다. 큰 MR 변화율을 얻기 위해서는 첨가 원소중에서 특히 Fe가 바람직하다.
게다가 NiFe합금과 같은 강자성 물질을 통해서도 그의 조성을 조절하여 자기 변형 값을 낮출 수 있고, 후에 상세히 설명되는 바와 같이 결정 입자의 배향성에 동요를 제공하여 그 값을 더 낮출 수 있다. 상기로부터 본 발명은 또한 NiFe합금 등을 사용한 스핀 밸브막에 효과적이다.
제 1 자성층 및 제 2 자성층(1, 2)중에서, 하부측 제 1 자성층(1)은 기본층(4)의 주 표면상에 형성된다. Co계 자성 합금이 제 1 자성층(1)으로 사용될 때, 기본층(4)은 Co계 자성 합금의 구조와 동일한 fcc 결정구조를 갖는 금속체로 제조된다. fcc 결정구조를 갖는 금속체로서는 Ni, NiFe 합금, NiFeCo 합금과 같은 자성 금속체 또는 Cu, Au, Ag, Pt와 같은 비자성 금속체 및 그 사이에서 형성된 합금이 사용될수 있다. fcc 결정구조를 갖는 자성 금속체는 Ti, Z, Cr, Mn, Nb, Mo, Tc, Hf, Ta, W, Re와 같은 원소를 첨가하여 저항성이 높아지는 합금이 될 수 있다.
이 첨가원소의 첨가량은 10원자% 이하가 바람직하다. 이 첨가원소에 의한 기본층의 고저항화는 그 첨가량이 10원자%에 도달하면 포화하는 한편, 10원자% 보다 많이 첨가하면 이것들의 첨가 원소가 자성층 등으로 확산하여 자성층의 저항값을 올리거나 자성층의 결정성에 불합리함을 초래하게 되거나 또는 비자성층 자신에 강자성 또는 반강자성을 생기게 하는 등의 폐해가 존재하기 때문이다.
그리고 NiFe 합금이 제 1 자성층에 사용될때도 동일한 fcc 결정구조를 갖는 자성 금속체 또는 비자성 금속체로 제조된 기본층(4)이 사용될 수 있다.
제 1 자성층(1)은 자화 방향이 외부 자계에 따라 변화되는 센서층(자화 유리층)이다. 게다가 제 2 자성층(2)상에 IrMn, PtMn, FeMn, NiO와 같은 것으로 구성된 반강자성층(5)이 형성된다. 제 2 자성층(2)은 자화를 핀 다운하기 위해 반강자성층(5)으로부터의 바이어스 자계가 구비되어 있다. 제 2 자성층(2)은 자화 피닝층(자화 핀 층)이다.
제 1 자성층과 제 2 자성층(1, 2)사이에 배치된 비자성층(3)의 구성물질로서는 Cu, Au, Ag 또는 상기 원소와 자성 소자를 함유하는 상자성 합금, Pd, Pt 및 주성분으로서 상기를 함유하는 합금이 열거될 수 있다. 비자성층(3)의 막두께는 약 2 내지 5㎚에서 설정되는 것이 바람직하다. 비자성층(3)의 막두께가 5㎚을 초과한다면 충분한 저항변화 감도가 수득될 수 없으며, 2㎚ 미만이라면 자성층(1, 2)사이의 결합 변화를 충분히 적게 하기 어렵다.
스핀 밸브막(6)은 상기 기술한 각층으로 제조된다. 스핀 밸브막(6)을 구성하는 각층은 기판(7)의 주 표면위에 순차적 방법으로 적층되어 있다. 스핀 밸브막(6)에 센스전류를 공급하는 한쌍의 전극(16)과 상기 스핀 밸브막(6)으로 MR 소자(8)가 제조된다.
MR 소자(8)는 자화 유리층으로서 공급하는 제 1 자성층(1)에 바이어스 자계를 입력하는 반강자성 막 또는 경자성 막으로 구성된 바이어스 자계 입력 막을 구비할 수 있다. 상기 경우, 바이어스 자계는 자화 피닝층으로서 공급하는 제 2 자성층(2)의 자화방향에 거의 직각인 것이 바람직하다.
스핀 밸브막(6)을 갖는 MR 소자에 있어서, 제 2 자성층(2)의 자화가 핀 다운되어도, 제 1 자성층(1)의 자화방향은 외부 자계에 의해 회전된다. 비자성층(3)을 핀칭하면서 배치된 두 개의 자성층(1, 2)의 자화방향의 상대각을 변화시킴으로써 자기 저항 효과가 얻어질 수 있다.
상기 스핀 밸브막(6)을 구비한 MR 소자에 있어서, 제 1 자성층 및 제 2 자성층(1, 2) 중 적어도 하나는 구성 결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산된 자성층으로 제조된다. 상기 경우, 결정 입자의 최밀면이 제 1 자성층에서 등방적으로 분산된다면, 자화 유리층으로서 제공될 수 있다. 실용적인 면에서, 상기 제 1 자성층 및 제 2 자성층(1, 2) 모두는 결정 최밀면이 등방적으로 분산되는 자성층으로 제조되는 것이 바람직하다.
자성층(1, 2)을 구성하는 결정 입자의 최밀면의 등방성 분산상태는 결정 입자의 최밀면의 X선 회절 피크로 확인될 수 있다. 예를 들면, 자성층(1, 2)이 fcc 결정구조를 갖는 Co계 자성 합금으로 형성될 때, 결정 입자의 최밀(111)면의 X선 회절 피크로 확인될 수 있다. (111)면이 등방적으로 분산된다면, (111)회절 피크는 X선 회절 패턴에 거의 나타나지 않는다. 결정 상태로 있는 자성층(1, 2)은 X선 회절 또는 고분해능 섹션 TEM으로 확인될 수 있다.
결정 입자의 최밀면의 등방성 분산 상태는 고분해능 섹션 TEM에 의해 얻은 단면을 관측하여 확인될 수 있다. 고분해능 섹션 TEM을 구비한 단면을 관측하여 원자성 이미지가 확인될 수 있는 부분에 대해 최밀면의 방향이 측정될 수 있다. 상기 경우, 최밀면이 등방적으로 분산되거나 통계적 방법으로 확인될 수 없다.
즉, 특정 방향에서 관측할 때 어떤 부분에서는 원자성 이미지가 관측될 수 있으며, 다른 일부에서는 원자성 이미지가 관측될 수 없다. 그리고 정확한 간격으로 TEM 사진상에 상기가 나타나게 한다. 격자 이미지가 한 지점에서 관측될 때, 상기 지점에서 최밀방향(단위길이당 원자수가 최대로 밀집되어 있는 방향)이 측정되며, 기판의 방향과 표면사이의 각이 얻어질 수 있다. 수득된 각은 0°내지 180°의 각을 나누어 수득된 각 18°의 열 개의 방향중에 한 방향으로 정리된다. Pm(L)로서 특정 각 L을 입력하여 확률을 산출한다. 등방적으로 분산될 때 이론적 확률은 다음과 같다.
Pm(L)=1/100
그러므로 배향이 측정될 수 있는 지점수가 N이며, 굿니스 오브 핏(goodness of fit)의 χ2의 통계적 정량은 하기의 수학식 1로 표현된다:
예를 들면, 상기 방향이 100개의 지점에서 측정된다면, χ2 0.5(N)≤χ2(N)≤χ2 0.25(N)이고, χ2 0.25(100)=129.56 및 χ2 0.5(N)=99.334이기 때문에 χ2(100) 값이 상기 값내에 있다면 등방성 분산을 충분히 가진다고 할 수 있다.
즉, 자성층(1, 2) 또는 기본층(4)의 각 L이 측정될 수 있는 N지점으로부터 수학식 1에 기초하여 χ2(N)값이 측정된다. χ2(N)값이 χ2분포표의 χ2 0.5(N)값 이상이고, χ2 0.25(N)값 미만이라면, 본 발명의 자성층(1, 2)과 기본층(4)은 등방적으로 분산된다고 할 수 있다. 그럼으로써 본 발명의 효과가 발휘될 수 있다.
측정점 수는 100 지점이 될 필요는 없으며, 측정점을 측정하는 방법은 다른 것이 될 수 있다. 그러나 상기 측정에 의해 커버되는 면적은 충분히 커야 한다. 막 평면 방향으로 스핀 밸브막(6)의 총 막두께의 10배이상의 면적을 측정하는 것이 바람직하며, 막두께의 50배 이상의 면적을 측정하는 것이 더 바람직하다. 그리고 스핀 밸브막(6)의 총 막두께보다 더 큰 측정값으로 간격을 설정하는 것이 바람직하다.
그리고 고분해능 섹션 TEM으로 섹션 관측을 실시할때, 전송전자 회절패턴 이미지가 동시에 얻어질 수 있다. 상기 경우, 최밀면이 등방적으로 분산될 때, 얻어진 데바이 셰러 링은 공중심 및 균일한 강도를 갖는 이미지가 된다. 배향을 가진 면이 있다면, 데바이 셰러 링은 강도 분포를 가진다. 예를 들면, (111)면이 기판 표면에 대해 우선적으로 배열될 때, 섹션의 전송전자 회절 이미지는 배향축의 방향에서 강한 지점을 가진다. 그리고 분배가 배향축에 존재할 때, 회절 패턴은 점 대신에 아크 유사 패턴을 가진다. 등방적으로 분산될 때 데바이 셰러 링이 완전히 균일한 이미지를 필수적으로 형성하지 않아도 완전한 원을 위한 회절 패턴 균일성이 얻어질 수 있다. 데바이 셰러 링이 완전한 원을 따라 5배 이상의 밝기에서 동요되지 않을 때, 우수한 특성이 얻어질 수 있다. 특히, 밝기가 2배 이상일 때, 보다 우수한 특성이 얻어질 수 있다.
또한, 배향막을 측정하는 한 예로서, 데바이 셰러 링을 이용할 수 있지만 이 측정에서는 측정된 데바이 셰러 링의 관찰 패턴의 강도 최대값이 최소값의 5배 이하이면 충분히 무배향이라고 말할 수 있다.
자성층(1, 2)이 결정 상태 또는 비정질 상태로 있는지의 여부는 전송전자 회절 패턴으로부터 판단될 수 있다. 즉, 결정상태에 있을 때는 데바이 셰러 링은 공중심으로 되지만, 비정질 상태로 있을때는 고리가 불선명해지고 할로우 패턴을 형성한다. 그리고 엄격히 말하면 비정질 상태 또는 마이크로 결정 상태로 있는 것은 방사 방향 분배를 분석함으로써 측정될 수 있다.
상기 방법에서 전자빔이 충분히 많은 결정 입자를 함유하도록 히트하는 영역이 필요하다. 그러므로 측정되는 면적은 1×10-2㎛2이상이 바람직하다.
그리고 상기 측정하는데 있어서, 분석법은 전송 전자 회절법에 필수적으로 제한되어 있지 않지만, 반사 고에너지 전자 회절과 같은 것을 사용하는 다른 회절법은 또한 분석하는데 사용될 수 있다. 그리고 상기 회절패턴을 사용하는 방법은 전자빔을 사용하는 방법에 필수적으로 제한되어 있을 뿐만 아니라 X선을 사용하는 방법으로 동일한 판단을 행할 수 있다.
자성체의 자기 변형 정수는 결정 방향에 따라 다르며, 대다수의 경우에 그들의 표시는 플러스와 마이너스로 반대될 수 있다. CoFe 합금과 같은 Co계 자성 합금에 있어서, 그들의 선형 일그러짐 정수λ100와 λ111의 표시는 상기 언급된 바와 다르다. 상기 물질계에 있어서 자성층(1, 2)의 결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산될 때, 각 결정면 즉 (100)면과 (111)면은 거의 균일하게 분산된다. 그러므로 그들의 표시에 반대인 λ100와 λ111는 전반적으로 스핀 밸브막(1, 2)으로서 작은 자기 변형 정수를 얻기 위해 각 다른 것으로 소거된다.
그래서 각 결정 입자의 배향성(배향 방향)이 동요되는 스핀 밸브막(1, 2)을 사용하여, 특히 자화 유리층으로서 자성층(1)을 사용하여 스핀 밸브 막(6)은 안전하고 우수한 방법으로 자화 정수가 낮게 제조될 수 있다.
그리고 자성층(1, 2)의 결정 입자의 최밀면을 등방적으로 분산시켜 결정 방향에 따라 다른 결정형 자성 부등방성은 각 다른 것으로 소거될 수 있다. 그래서 전반적으로 스핀 밸브 자성층으로서 결정형 자성 부등방성이 감소될 수 있다. 게다가 의심할 여지없이 자계에서 열처리를 실시하여, 적당히 유도된 자성 등방성이 제공될 수 있다.
스핀 밸브 자성층(1, 2)이 그들의 입자 직경에 있어서 10㎜ 이하의 결정 입자를 가질 때, 결정 입자의 최밀면을 등방적으로 분산시켜 블로흐 벽이 느끼는 장기간의 포텐셜 변화가 적어지게 된다. 그러므로 블로흐 벽은 핀 다운되지 않고 부드럽게 이동할 수 있다. 그러므로 스핀 밸브 자성층(1, 2)의 결정 입자의 최밀면을 등방적으로 분산시킴으로써 보자력(HC)이 감소될 수 있다.
그래서 스핀 밸브 자성층(1, 2)의 결정형 자성 부등방성을 감소시키고, 보자력(HC)을 감소시킴으로써 스핀 밸브막(6)의 연자성 특성이 증가될 수 있다. 스핀 밸브막(6)의 연자성 특성이 향상되면 그를 사용한 자기 헤드의 감도를 크게 향상시킬 수 있다.
결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산되어 있는, 다시 말해서 각각의 결정 입자의 배향성에 변동이 있는 상기한 자성층(1, 2)은 자성층(1, 2)과 동일한 결정 구조를 갖는 기본층(4)의 결정 입자의 최밀면을 등방적으로 분산시키므로써 재생성 있게 얻어질 수 있다.
만일 기본층(4)의 결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산되는 경우, 기본층(4)의 각각의 결정 입자에 따라 제 1 자성층(1)의 각각의 결정 입자가 성장하기 때문에, 제 1 자성층의 결정 입자의 최밀면은 동일한 방법으로 등방적으로 분산된다. 따라서, 접한 각각의 결정 입자가 분리되어 보이는 경우, 제 1 자성층(1)의 결정 입자의 최밀면은 기본층(4)의 결정 입자의 최밀면에 대해 거의 평행하게 성장하는 것이 바람직하다.
따라서, 제 1 자성층(1)이 기본층(4)의 결정 상태의 최밀면을 등방적으로 분산시키므로 기본층(1)의 결정 입자의 최밀면의 분산 상태를 수용하기 때문에, 제 1 자성층(1)의 결정 입자의 최밀면은 재생성 있게 등방적으로 분산될 수 있다. 또한 제 1 자성층(1)상에 비자성층(3) 및 제 2 자성층(2)의 막을 차례로 형성시키므로써, 그 결정 입자의 최밀면도 등방적으로 분산될 수 있다. 그러한 스핀 밸브막(6)에 따라, 매우 낮은 자기 변형 또는 연자성, 또는 큰 MR 변화율이 재생성 있게 실현될 수 있다.
기본층(4)을 구성하는 결정 입자의 최밀면을 등방적으로 분산시키기 위해, 예를 들어 그 두께를 1.5㎚ 또는 그 이하로 얇게 만들 수도 있다. 즉, 기본층의 막 두께가 1.5㎚ 또는 그 이하(0㎚ 제외) 정도로 얇은 경우, 결정 입자의 최밀면은 우수한 방법으로 등방적으로 분산될 수 있다. 종래의 스퍼터링 방법으로 막을 형성할 때, 만일 기본층(4)의 막 두께가 1.5㎚를 초과하는 경우, 막 형성 단계 동안 결정 입자의 배향성이 현저하게 강하게 되고, 따라서 등방적으로 분산된 최밀면의 막을 얻어내는 것이 어렵게 된다.
그러나, 막 형성을 하는 동안 조건을 제어하므로써, 기본층(4)의 막 두께가 1.5㎚ 또는 그 이상인 경우라도 결정 입자의 최밀면의 등방 분산이 달성될 수 있다. 예를 들어, 기본층(4)을 형성하는데 바이어스 스퍼터링 방법이 사용되는 경우, 막 두께가 1.5㎚를 초과하는 경우라도, 등방적으로 분산된 결정 입자의 최밀면 막이 얻어질 수 있다. 그러한 막 형성 방법이 적용되는 경우라도, 만일 기본층(4)의 막 두께가 너무 두꺼우면 결정 입자의 배향성이 강해지기 때문에 기본층(4)의 두께는 5㎚ 또는 그 이하로 설정된다.
도 3에 나타난 바와 같이, 기본층(4)의 결정 입자의 배향을 막는 방법으로써, 제 2 기본층으로써 상기 기본층에 인접한 비결정 자기체층(9)을 배치하는 것이 효과적이다. 비결정 자기체층(9)으로서 CoNb, CoZr, CoZrNb, CoB, CoFeB, CoFeBSi와 같은 비결정 연자성재료가 우선적으로 사용될 수 있다.
그러한 비결정 자성재료층(9)상에서, 자성층(1, 2)의 결정 구조와 그 결정 구조가 동일한 제 1 기본층(4)을 형성하므로써, 기본층(4)의 결정 입자의 최밀면이 재생성있게 등방적으로 분산될 수 있다. 비결정 자기체층(9)은 또한 스핀 밸브막(6)의 연자성을 개선하는데 기여한다. 또한 비결정 자기체층(9)은 또한 스핀 밸브막(6)의 연자성을 개선하는데 기여한다. 또한 비결정 자기체층(9)은 고저항이기 때문에 센스 전류의 분류(分流)로 인한 MR 변화율의 감소가 억제될 수 있다.
제 2 기본층에서, 상기한 비결정 자성체층(9) 대신 제 1 기본층(4)으로부터 일치하지 않는 격쟈 정수의 큰 결정질 재료가 사용될 수 있다. 그러한 결정질 재료로서 NiFe에 Ru, Os, Rh, In, Pd, Pt, Ag, Au 등을 첨가하여 얻어진 그러한 재료들이 언급될 수 있다.
또한, 도 4에 나타난 바와 같이 제 1 자성층(1)의 결정 입자의 배향을 막는 동안 기본층(4)과 제 1 자성층(1) 사이에서 결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산되는 경우, 주성분으로 산화물, 질화물 및 플루오르화물로부터 선택된 적어도 한 종류의 화합물을 구비하는 화합물층(10)이 효과적으로 배치될 수 있다. 그러한 화합물층(10)을 사이에 둠으로써, 기본층(4)과 제 1 자성층(1)은 그들의 결정 구조의 연속성이 단절된다. 따라서, 제 1 자성층(1)의 결정 입자의 최밀면은 등방적으로 분산될 수 있다. 화합물층(10)의 두께가 너무 두꺼운 경우, 화합물층(10)의 두께는 2㎚ 또는 그 이하로 적절히 설정된다.
상기한 화합물층(10)은 또한 원자의 열확산을 방지하기 위한 배리어층으로서도 기능한다. 따라서, 열처리 동작동안 기본층(4)과 제 1 자성층(1) 사이의 원자 상호 확산이 억제되어서 스핀 밸브막(6)의 내열성이 향상될 수 있다. 즉, 화합물층(10)을 형성하므로써, 열확산으로 인한 자기 저항 효과의 열화를 억제할 수 있고, MR 소자의 안전성이 개선될 수 있다.
화합물층(10)의 구성 재료로는, 산화물, 질화물, 붕화물, 플루오르화물이 사용될 수 있다. 그들은 단체로서 제한되지 않고 혼합물 또는 복합 화합물로 사용될 수 있다. 그중 특히, 자기산화막, 표면산화막, 패시베이션막등이 형성에 있어 쉽게 선호적으로 사용될 수 있다. 기본층(4)의 형성후에 화합물층(10)은 그 표면을 일단 대기로 노출시키거나 또는 산소, 질소, 플루오르, 붕소를 포함하는 분위기 중으로 노출시키므로써 형성될 수 있다. 또한 이온주입법을 사용하거나 또는 플라즈마로 노출시키므로써 형성될 수 있다.
화합물층(10)은 그 완전한 화학양론적 조성에서 편향할 수 있다. 또한, 순수한 결정 격자를 형성할 필요없이 비결정 상태일 수 있다. 또한, 화합물층(10)의 형태는 균일하게 기본층(4)의 표면을 덮도록 반드시 요구되지는 않지만, 핀 홀이 존재하는 상태, 또는 화합물이 섬 형상으로 존재하는 상태와 같은 비연속 상태로 형성될 수 있다.
또한 등방적으로 분산된 결정 입자의 최밀면을 기본층(4)에 적용시키므로써, 부입자 구조를 갖는 제 1 자성층(1)이 비교적 쉽게 얻어질 수 있다. 도 5에 나타난 바와 같이, 부입자 구조는 다수의 부입자(SG)가 하나의 주입자(MG)에 존재하는 구조이다. 배향 상태에 있지 않고 그 내부 응력이 비교적 큰 기본층(4)상에 제 1 자성층(1)을 형성하므로써, 부입자 구조가 비교적 쉽게 얻어질 수 있다.
섹션 TEM 패턴 관측을 통해 부입자(SG)와 주입자(MG)를 구별할 수 있다. 즉, 섹션 TEM 관측이 실행되는 경우, 도 5에 나타난 바와 같이 주입자의 입자 경계에서 스핀 밸브막(6)의 표면상에 비교적 큰 비균일이 발생하기 때문에, 주입자의 크기에 대응하는 비균일이 발생한다. 또한 최밀 원자면의 방향이 주입자(MG) 사이에서 형성하는 각은 일반적으로 10°또는 그 이상이 되고 입자 경계의 대비는 강하고 분명하다.
반면, 부입자(SG)는 표면의 얼룩보다 짧은 주기와 표면의 얼룩으로부터 하나의 주입자(MG)로 명확히 식별가능한 범위내에 존재한다. 또한, 최밀 원자면의 방향이 부입자(SG) 사이에서 형성하는 각은 10°또는 그 이하만큼 작고, 따라서 주입자(MG)의 입자 경계와 비교하는 경우 대비가 약하고 분명하지 않다.
이로부터, 부입자 구조를 갖지않는 스핀 밸브막에서, 표면의 얼룩 및 입자 경계는 비교적 분명하게 대응하고, 결정 입자의 구별은 확실하다. 반면, 부입자 구조를 갖는 스핀 밸브막에서, 표면의 얼룩 및 입자 경계는 분명하게 대응하지 않고, 결정 입자의 구별이 확실하지 않다. 이제, 그러한 관측이 실시되는 경우, 가능한한 얇게 샘플이 처리되도록 요구된다. 스핀 밸브막의 전체 두께(기본층에서 보호층까지의 막 두께)보다 얇은 두께의 위치를 관측하는 것이 요구된다.
또한, 나노빔 회절법(마이크로빔 회절법)으로 전자빔의 직경을 주입자 크기 정도록 줄임으로써 전자 회절 패턴이 하나의 주입자상에서 관측되는 경우, 부입자 구조를 갖지 않는 스핀 밸브막에서 점(point)과 유사한 회절 스폿이 관측될 수 있고 따라서 하나의 결정인 것으로 판단될 수 있다. 반면, 부입자 구조를 갖는 스핀 밸브막에서 다수의 한 결정으로부터 회절 패턴을 중첩시키므로써 얻어진 회절 패턴이 관측된다.
스핀 밸브막(6)의 MR 변화율이 일반적으로 배향성이 감소함에 따라 감소하는 것으로 간주되지만, 스핀 밸브 자성층(1, 2)이 그들의 비배향 상태에서 사용되는 경우에는 MR 변화율이 더 증가된다. 또한 스핀 밸브 자성층(1, 2)이 상기한 바와 같은 부입자 구조를 갖는 경우, 매우 큰 MR 변화율이 얻어질 수 있다.
부입자 구조가 모든 주입자에서 반드시 관측될 필요는 없지만, 주입자의 50% 이상이 부입자를 갖도록 요구될 수 있다. 그러한 경우, MR 변화율은 증가한다. 또한, 부입자는 200℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 1시간 내지 10시간 동안 어니일링한 후까지도 존재하도록 요구될 수 있다. 헤드 또는 MRAM과 같은 장치 형태에서 부입자가 존재하는 것이 요구될 수 있다.
큰 변화율을 얻기 위해, 스핀 밸브 자성층(1, 2)의 부입자 구조는 막 평면의 수직 방향보다는 그 막 평면 방향에서 더 많은 평균 수의 부입자(SG)를 갖는 것이 선호된다. 즉, 부입자(SG)는 도 5에 나타난 바와 같이 막 평면 방향을 정렬되도록 하는 것이 적절할 수 있다. 또한, 스핀 밸브 자성층(1, 2)의 평균 입자 직경은 주입자(MG)의 평균 입자 직경으로서 20㎚ 또는 그 이하인 것이 적절하다. 만일 주입자(MG)의 평균 결정 입자 직경이 20㎚를 초과하는 경우에는, 각각의 결정 입자의 결정질 자기 이방성이 평균적으로 나타날 수 없기 때문에 HK및 HC가 커지기 쉽다.
상기한 각 실시예의 MR 소자는 예를 들어 자기 기록/재생 장치의 재생 MR 헤드의 MR 소자부로서 사용될 수 있다. 또한 MR 헤드의 제한없이 MRAM 등 또한 사용될 수 있다.
도 6은 상기한 실시예의 MR 헤드가 재생 부분에서 사용되는 자기 기록/재생 분리형 헤드의 구조의 한 예를 나타내고 있다. 여기서, 기록 헤드 부분이 재생 헤드 부분에 쌓아 올려지는 자기 기록/재생 분리형 헤드에서, 재생 부분의 MR 소자는 그 위로 또는 그 아래로 기록 헤드 부분을 쌓음으로써 압력하에 위치된다. 이러한 압력 자기 변형 정수를 증가시키기 때문에, 본 발명은 자기 기록/재생 분리형 헤드에서도 우수한 효과를 발휘한다.
도 6에서, 숫자 11은 기판을 나타내고, 기판(11)에서 A1203층을 갖는 A1203/TiC 기판이 사용될 수 있다. 기판(11)의 하나의 주표면상에서 NiFe 합금, FeSiAl 합금, 비결정 CoZrNb 합금과 같은 연자기재료로 구성되는 하측 자기 실드층(12)이 형성된다. 하측 자기 실드층(12)에서, 상기한 실시예에서 나타난 스핀 밸브막(스핀 밸브 GMR 막)(14)이 AlOX와 같은 비자기 절연재료로 구성되는 하측 재생 자기갭(13)을 통해 형성된다.
스핀 밸브 GMR 막(14)과 하측 재생 자기갭(13) 사이에서, 스핀 밸브 GMR 막(14)으로 바이어스 자계를 인가하는 바이어스 자계인가막(15)은 스핀 밸브 GMR 막(14)의 재생 트랙의 양 단부 외측에 각각 배치된다. 스핀 밸브 GMR 막(14)에서, Cu, Au, Zr, Ta 등으로 구성되는 한쌍의 전극(16)이 형성되고, 한쌍의 전극(16)은 스핀 밸브 GMR 막(14)으로 센스 전류를 공급한다. 이러한 스핀 밸브 GMR 막(14) 부재, 바이어스 자계인가막(15), 및 한쌍의 전극(16)은 GMR 소자부(17)를 구성한다.
GMR 소자부(17)에서, 하측 재생 자기갭(13)과 동일한 비자기 절연재료로 구성되는 상측 재생 자기갭(18)을 통해 하측 자기 실드층(12)과 동일한 연자기재료로 구성되는 상측 자기 실드층(19)이 형성된다. 이러한 구성 소자로 재생 헤드부로서 실드형 GMR 헤드(20)가 구성된다.
실드형 GMR 헤드(20)에서, 박막 자기 헤드(21)가 기록 헤드부로서 형성된다. 박막 자기 헤드(21)의 하측 기록 자극은 상측 자기 실드층(19)과 동일한 자성층을 형성된다. 즉, 실드형 MR 헤드(20)의 상측 자기 실드층(19)은 박막 자기 헤드(21)의 하측 기록 자극으로서 동시에 서브한다. 하측 기록 자극(19)이 상측 자기 실드층으로서 동시에 서브할 때, AlOx등의 비자기 절연재료로 구성되는 기록 자기갭(22) 및 상측 기록 자극(23)은 기록 헤드부로서 박막 자기 헤드(21)를 구성하는 연속적인 방법으로 형성된다.
상기한 자기 기록/재생 헤드는 헤드 슬라이더에 조립된다. 자기 기록/재생 헤드를 처리하는 헤드 슬라이더는 예를 들어 도 7에 도시된 자기 디스크 장치에 장착된다. 도 7은 회전 작동기를 사용하는 자기 디스크 장치(30)의 대략적인 구조를 나타낸다.
자기 디스크(31)는 주축(32)에 조립되고, 구동 장치 제어기(도시되지 않음)로부터의 제어 신호에 응하여 모터(도시되지 않음)에 의해 구동된다. 상기 자기 디스크(31)를 띄우는 동안 헤드 슬라이더(33) 기록/재생 정보는 받침대(34)와 같은 박막의 가장자리 끝에 부착된다.
자기 디스트(31)가 회전하는 경우, 헤드 슬라이더(33)의 공기 베어링 표면(ABS) 은 자기 디스크(31)의 표면으로부터 예정된 부동량(d)(0에서부터 100㎚이하)으로 유지된다. 헤드 슬라이더(33)는 상기한 실시예의 자기 기록/재생 헤드를 가지고 있다.
받침대(34)는 보빈부를 갖고 도시되지 않은 구동 코일을 지지하는 작동기대(35)의 한 가장자리와 연결되어 있다. 작동기대(35)의 또다른 가장자리에서 선형 모터의 한 종류인 음성 코일 모터(36)가 배치되어 있다. 작동기대(35)의 보빈부에 감겨 있는 음성 코일 모터(36)는 도시되지 않은 구동 코일, 및 구동 코일을 사이에 두고 서로 대향배치된 영구 자석으로 구성된 자기 회로 및 요크로 형성된다.
작동기대(35)는 고정축(37)의 위 아래 두 곳에 배치된 도시되지 않은 볼 베어링에 의해 지지되고, 음성 코일 모터(36)에 의해 자유자재로 회전하고 움직일 수 있다.
도 8은 상기 실시예의 MR 소자가 적용되는 MRAM 구조의 한 예를 나타내는 도면이다.
도시된 MRAM(40)은 유리 기판 또는 Si 기판과 같은 기판(41)상에 형성된 스핀 밸브 GMR 막(42)을 가지고 있다. 스핀 밸브 GMR 막(42)은 상기한 실시예에서 나타난 스핀 밸브막으로 형성되고, 기판(31)측으로부터 연속적인 방법으로 형성된 비결정 자기재료층(9), 기본층(4), 제 1 자성층(1), 비자성층(3), 제 2 자성층(2) 및 반강자성층(5)을 갖는다.
상기 스핀 밸브 GMR 막(42) 부분에서, 쓰기 전극(44)이 절연층(43)을 통해 배치되어 있다. 또한 스핀 밸브 GMR 막(42)의 양 단부에 Au등으로 구성되는 한쌍의 읽기 전극(45)이 배치된다. 도면에서, 숫자 46은 보충 전극을 나타낸다.
다음에 본 발명의 일부 실시예 및 그로부터 구해진 데이터가 기술될 것이다.
실시예 1
먼저, 도 3에 나타난 바와 같이 열산화 Si 기판(7)상에 구조의 자성 다층막이 스퍼터링 방법에 의해 막으로 형성되어 있다. 이 자성 다층막은 MR 소자를 제조하기 위해 패턴된다.
또한, NiFe 기본층(4)을 형성한 후, 이 NiFe 기본층(4)의 표면을 산소에 노출했다. 이것에 의해 얇은 산화층이 형성되지만 기본층(4)의 막두께(d)의 측정값은 이 산화층의 두께를 빼고 측정한 것이다.
이러한 경우, 0.5㎚ 내지 4㎚ 사이에서 기본층(4)의 막 두께(d)를 변화시키므로써 다수의 샘플들이 준비되고, 기본층(4)은 NiFe 합금으로 구성되는 fcc 결정 구조를 갖는다. NiFe 합금의 막 두께(d)가 1.5㎚ 또는 그 이하(실용적으로는 2.0㎚ 이하라도 좋음)인 샘플이 본 발명의 실시예의 샘플이고, 막 두께(d)가 2.0㎚를 초과하는 샘플은 본 발명의 비교예의 샘플이다. 여기서 Ta는 보호막으로서 형성된다(도시하지 않음).
상기 실시예 및 비교예에 따른 샘플들로 기본층(4)으로서의 NiFe 합금막의 (111)회절 피크가 X선 θ-2θ 회절법에 의해 관측된다. 그 결과가 도 9에 나타나 있다. 막 두께가 감소함에 따라 피크 강도가 감소하고, 1.5㎚ 또는 그 이하에서 완전히 관측될 수는 없다.
또한, 배향성이 고분해능 단면 TEM법에 의해 확인되고, 1.5㎚보다 큰 NiFe 합금 두께의 샘플에서, 결정의 최밀면인 (111)면은 기판면에 대해 우선적으로 배향된다. 반면, NiFe 합금막의 막 두께가 1.5㎚ 또는 그 이하인 샘플에서 각각의 입자(111)면이 거의 균일하게 분산되는 것으로 확인된다.
다음, 자성층(1)인 NiFe 합금막상에 형성된 CoFe 합금막의 회절 피크가 동일한 방법으로 관측된다. 결과에 따르면, NiFe 합금막의 막 두께가 1.5㎚ 또는 그 이하인 샘플에서, NiFe 합금막 경우와 동일하게 CoFe 합금막의 (111)피크는 완전히 관측될 수는 없다. 또한 결정체 배향성이 고분해능 단면 TEM법에 의해 확인되는 경우, NiFe 합금막의 막 두께가 1.5㎚ 또는 그 이하인 경우의 샘플에서 CoFe 합금막의 결정 입자의 (111)면이 등방적으로 분산되는 것이 확인된다.
또한 기본층의 막 두께가 1㎚인 CoFe 합금막은 χ2(100) 값이 연산되는 결과에 기초하여 고분해능 단면 TEM과 함께 100 결정 입자의 (111)면의 방향으로 검사된다. χ2(100)의 값은 122가 되었다. 즉, 본 실시예의 측정에 따른 χ2(100)값은 χ2 0.5(100) 값(=99.334) 이상 χ2 0.25(100) 값(=129.56) 이하가 되었다. 1.5㎚ 또는 그 이하의 기본층 막 두께를 갖는 샘플들은 거의 동일한 값을 가졌다. 이러한 결과로부터 실시예의 CoFe 합금막에서 (111)면에 등방적으로 분산된다.
각각의 샘플을 측정하므로써 얻어진 자기 변형 정수 결과가 도 10에 나타나 있다. NiFe 합금막의 막 두께가 2.5㎚ 또는 그 이상인 경우에서 자기 변형 정수가 20×10-7또는 그 이상이지만, NiFe 합금막의 막 두께(d)가 1.5㎚ 또는 그 이하인 경우에서는 모든 샘플들이 -2×10-7와 같은 낮은 자기 변형 정수를 갖는 것으로 확인된다.
또한 각각의 샘플은 100시간동안 543K에서 어니일링 후에 그 자기 변형 정수로 측정된다. 이러한 어니일링 처리후에라도 NiFe 합금막의 막 두께가 1.5㎚ 또는 그 이하인 실시예에 따른 각각의 샘플은 자기 변형 정수가 변화하기 어렵고 내열성이 우수하다.
MR 헤드는 상기 각 MR 소자로 시험적으로 제조된다. MR 헤드는 3인치 직경의 Al2O3/TiC 기판상에서 제조되고, 800개의 MR 헤드가 하나의 기판으로부터 얻어진다. 제조된 각각의 MR 헤드는 실제 디스크 구동 장치로 모이고, 바크하우젠 소음이 발생하는 다수의 헤드가 확인된다. 그 결과가 도 11에 나타나 있다.
NiFe 합금막의 막 두께(d)가 1.5㎚ 또는 그 이하인 MR 소자가 사용되는 경우에 MR 헤드에서, 유효수가 5개로 작고 따라서 약 1%가 유효하게 얻어진다. 반면, NiFe 합금막의 막 두께가 2.5㎚ 또는 그 이상인 MR 소자를 사용하는 MR 헤드 중 바크하우젠 소음은 샘플의 60 내지 70개에서 관측되고, 유효한 퍼센트는 10% 정도로 높다.
상기한 실시예 및 비교예로부터, 기본층(4)으로서의 NiFe 합금막의 막 두께를 1.5㎚ 또는 그 이하로 제어하므로써, 스핀 밸브 자성층을 구성하는 결정 입자의 최밀면((111)면)은 등방적으로 분산될 수 있다. 따라서, 스핀 밸브막의 자기 변형 정수는 약 1×10-6정도로 낮게 감소될 수 있다. 그리고, 그러한 낮은 자기 변형 정수의 스핀 밸브막을 사용하므로써, 바크하우젠 소음으로 인한, 그것을 사용하는 MR 헤드의 결함 발생율은 현저하게 감소될 수 있다.
실시예 2
열산화된 Si 기판(7)상에서, Ta(5㎚)/Cu(1㎚)/CoFe(3㎚)/Cu(3㎚)/CoFe(2㎚)/IrMn(8㎚)/Ta(5㎚) 구조의 자성 다층막은 바이어스 스퍼터링 방법에 의해 형성된다. 이러한 자성 다층막을 패터닝하므로써, MR 소자가 제조된다.
실시예 2의 샘플로 기본층으로서 Cu막의 결정 입자의 배향성 및 제 1 자성층으로서 CoFe막이 고분해능 단면 TEM법으로 확인된다. 각각의 막에서, (1110면의 방향은 고분해능 단면 TEM으로 100 포인트상에서 관측되고, χ2(100) 값은 115였다. 이러한 결과로부터, 기본층으로서의 Cu막 및 제 1 자성층으로서의 CoFe막은 그들의 (111)면에서 등방적으로 분산되는 것으로 확인되었다.
고분해능 단면 TEM 사진으로부터, 도 5에 나타난 바와 같이 제 1 자성층으로서의 CoFe막은 다수의 부업자(SG)가 하나의 주입자(MG)에 존재하는 부입자 구조를 갖는다.
실시예 2의 샘플의 자기 변형 정수는 2×10-7정도로 낮은 것으로 확인된다. 또한, 자기 변형 정수는 100시간동안 543K에서 어니일링된 후 측정된다. 이러한 어니일링후에라도, 자기 변형 정수는 변화되기 어렵고, 내열성 또한 우수하다.
또한, 연자성 및 MR 변화율이 실시예 2의 샘플에서 측정되었다. 결과에 따르면, MR 변화율이 10%값이 얻어질 수 있다. 또한, MR막의 어니일링 내열성 또한 개선되고, 따라서 1시간동안 543K에서 어니일링한 후에라도 9% 값의 MR 변화율이 얻어졌다. 또한 HK값은 50e였고, 자화용이 축(easy axis) 방향에서 30e정도로 낮은 HC 값이 얻어졌다.
또한 본 발명의 MR 소자가 MRAM에서 사용되는 경우라도, 자기 변형이 낮은 스핀 밸브막을 만듦으로써, 바크하우젠 소음의 발생이 감소될 수 있고 읽기 오차가 감소될 수 있는 효과가 얻어질 수 있다.
실시예 3
열산화된 Si 기판(7)상에, Ta(5㎚)/Ag(2㎚)/CoFe(3㎚)/Cu(3㎚)/CoFe(2㎚)/IrMn(8㎚)/Ta(5㎚) 구조의 자성 다층막을 이온 빔 스퍼터링법에 의해 성막했다. 성막시에 Ar 이온 빔에 의한 어시스트를 실시하였다. 이 자성 다층막을 패터닝하여 MR 소자를 작성했다.
이 실시예 3의 샘플에 대해 결정 배향성을 고분해능 단면 TEM법에 의해 확인했다. 그 결과 하나의 결정중에서 거의 모든 결정면은 밑바탕의 Ag층에서 IrMn층 사이에서 구비되어 있는 것을 확인할 수 있었다. Ta층은 비결정인 것을 확인할 수 있었다. 그 후, 투과 전자선 회절상을 취한 바, 데바이 셰러 링은 동심원상으로 거의 균등한 강도를 가진 상이 얻어지며 전 막두께에 걸쳐 (111)면이 등방분산되어 있는 것을 확인하였다. 또한, 데바이 셰러 링은 샤프한 동심원상이 되어 결정질 상태인 것을 확인할 수 있었다.
이 실시예 3의 샘플의 자기 변형 정수는 1×10-7로 저 자기 변형되어 있는 것을 확인하였다. 또한, 자료에 대해 543K로 100시간의 어니일링 처리를 실시하여 그 후의 자기 변형 정수를 측정했다. 이 어니일링 처리후에 있어서도 자기 변형 정수는 거의 변화하지 않고 내열성도 우수하다는 것을 알았다.
또한, 이 실시예 3의 자료의 연자성 및 MR 변화율을 조사했다. 그 결과, MR 변화율은 11%의 값을 얻을 수 있었다. 또한, MR막의 어니일링 내열성도 향상하고 있으며 270℃에서 1시간동안 어니일링한 후에 있어서도 10%의 MR 변화율을 얻을 수 있었다. 또한, Hc에는 5 Oe, 자화용이 축 방향의 Hc는 3 Oe로 작은 값을 얻을 수 있었다.
상기한 바와 같이 본 발명의 자기 저항 효과 소자에 따르면, 큰 자기 저항 효과를 유지하는 동안 1×10-6또는 그 이하정도로 낮은 자기 변형이 재생성 있게 얻어질 수 있다. 또한 우수한 연자성 및 큰 MR 변화율이 얻어질 수 있다. 상기한 자기 저항 효과 소자가 예를 들어 자기 헤드에서 사용되는 경우, 바크하우젠 소음과 같은 소음의 발생이 효과적으로 억제될 수 있다.

Claims (23)

  1. 제 1 자성층, 제 2 자성층, 및 제 1 자성층과 제 2 자성층사이에 삽입된 비자성층을 포함하는 스핀 밸브막; 및
    스핀 밸브막에 센스 전류를 공급하는 한쌍의 전극으로 이루어지고,
    제 1 자성층과 제 2 자성층 중 적어도 하나의 자성층은 자성층을 구성하는 결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산되는 자기층에서, 최밀면의 각이 N 지점에서 측정되고 얻어진 각이 0°내지 180°사이의 10 방향 중 한 방향으로 분류되고 특정 각 L에서의 확률을 Pm(L)로 놓으면, 수학식 1을 기초로 얻어진 χ2(N) 값은 χ2 0.5(N)값 또는 그 이상이고 χ2 0.25(N)값 또는 그 이하인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
    (수학식 1)
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 자성층의 결정 구조와 동일한 결정 구조를 갖고 제 1 자성층이 그 위에 형성되는 기본층을 구비하고,
    기본층을 구성하는 결정 입자의 최밀면은 등방적으로 분산되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  4. 제 3 항에 있어서,
    기본층은 5㎚ 또는 그 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  5. 제 3 항에 있어서,
    기본층은 1.5㎚ 또는 그 이하의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  6. 제 3 항에 있어서,
    기본층은 자성 금속 재료로 형성되고, 기본층에 인접하여 배치된 비결정 자성층을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  7. 제 3 항에 있어서,
    기본층은 비자성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  8. 제 3 항에 있어서,
    기본층과 제 1 자성층 사이에 배치된 화합물층을 구비하고,
    화합물층은 주성분으로 산화물, 질화물, 붕화물, 및 플루오르화물에서 선택된 한 종류의 화합물을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  9. 제 3 항에 있어서,
    기본층의 결정 입자의 최밀면 및 기본층에 접한 제 1 자성층의 결정 입자의 최밀면은 거의 수평인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  10. 제 1 항에 있어서,
    결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산되는 자성층에서, 하나의 주입자는 다수의 부입자로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산되는 자성층은 20㎚ 또는 그 이하의 평균 결정 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산되는 자성층은 fcc 결정 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  13. 제 1 항에 있어서,
    결정 입자의 최밀면이 등방적으로 분산되는 자성층은 Co 또는 Co 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  14. 제 1 항에 있어서,
    제 2 자성층에 인접하여 배치된 반강자성층을 구비하고,
    제 2 자성층은 반강자성층에 의해 그 자화에서 핀되고, 제 1 자성층은 외부 자계에 의해 그 자화에서 전환되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  15. 제 14 항에 있어서,
    바이어스 자계를 제 1 자성층으로 주입하는 바이어스 자계 주입막을 구비하고,
    바이어스 자계의 방향은 제 2 자계로 핀된 자화 방향에 거의 수직인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  16. 제 1 자성층, 제 2 자성층, 제 1 자성층과 제 2 자성층 사이에 삽입된 비자성층, 및 제 1 자성층의 결정 구조와 결정 구조가 동일하고 그 표면에 제 1 자성층이 형성되는 기본층을 포함하고, 기본층의 막 두께가 2.0㎚ 또는 그 이하인 스핀 밸브막;
    스핀 밸브막에 센스전류를 공급하는 한쌍의 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  17. 제 16 항에 있어서,
    기본층은 자성 금속 재료로 형성되고, 비결정 자성층은 기본층에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  18. 제 16 항에 있어서,
    기본층은 비자성 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  19. 제 16 항에 있어서,
    기본층과 제 1 자성층 사이에 배치된 화합물층을 구비하고,
    화합물층은 주성분으로 산화물, 질화물, 붕화물, 및 플루오르화물에서 선택된 한 종류의 화합물을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  20. 하측 자기 실드층;
    하측 재생 자기 갭을 통해 하측 자기 실드층상에 형성된 제 1 항에 따른 자기 저항 효과 소자; 및
    상측 재생 자기 갭을 통해 자기 저항 효과 소자상에 형성된 상측 자기 실드층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
  21. 제 7 항에 있어서,
    기본층은 Cu, Au, Ag, Pt중의 한 종류 또는 그들의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  22. 제 21 항에 있어서,
    기본층은 Ti,V,Cr,Mn, Nb, Mp, Tc, Hf, Ta, W, Re중의 한 종류가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  23. 제 21 항에 있어서,
    기본층은 Cr, Ti, Ta, W, Nb, Mo중의 한 종류를 포함하는 층을 통하여 비결정 절연성 물질층상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6452762B1 (en) 1999-04-08 2002-09-17 Nec Corporation Magneto-resistive element and production method thereof, magneto-resistive head, and magnetic recording/reproducing apparatus

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6307708B1 (en) * 1998-03-17 2001-10-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Exchange coupling film having a plurality of local magnetic regions, magnetic sensor having the exchange coupling film, and magnetic head having the same
US7738220B1 (en) 1998-06-30 2010-06-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance effect element, magnetic head, magnetic head assembly, magnetic storage system
JP3234814B2 (ja) * 1998-06-30 2001-12-04 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置
US6567246B1 (en) * 1999-03-02 2003-05-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistance effect element and method for producing the same, and magnetoresistance effect type head, magnetic recording apparatus, and magnetoresistance effect memory element
US6208492B1 (en) * 1999-05-13 2001-03-27 International Business Machines Corporation Seed layer structure for spin valve sensor
US7196880B1 (en) 1999-07-19 2007-03-27 Western Digital (Fremont), Inc. Spin valve sensor having a nonmagnetic enhancement layer adjacent an ultra thin free layer
US6275362B1 (en) * 1999-07-30 2001-08-14 International Business Machines Corporation Magnetic read head having spin valve sensor with improved seed layer for a free layer
US6478931B1 (en) 1999-08-06 2002-11-12 University Of Virginia Patent Foundation Apparatus and method for intra-layer modulation of the material deposition and assist beam and the multilayer structure produced therefrom
JP2001196661A (ja) * 1999-10-27 2001-07-19 Sony Corp 磁化制御方法、情報記憶方法、磁気機能素子および情報記憶素子
US6479096B1 (en) * 1999-12-03 2002-11-12 Read-Rite Corporation Method for manufacturing a GMR spin valve having a smooth interface between magnetic and non-magnetic layers
US6430013B1 (en) * 1999-12-06 2002-08-06 International Business Machines Corporation Magnetoresistive structure having improved thermal stability via magnetic barrier layer within a free layer
US6560078B1 (en) 2000-07-13 2003-05-06 International Business Machines Corporation Bilayer seed layer for spin valves
JP3971551B2 (ja) * 2000-07-19 2007-09-05 Ｔｄｋ株式会社 磁気変換素子および薄膜磁気ヘッド
US6665155B2 (en) 2001-03-08 2003-12-16 International Business Machines Corporation Spin valve sensor with free layer structure having a cobalt niobium (CoNb) or cobalt niobium hafnium (CoNbHf) layer
US6700755B2 (en) 2001-05-31 2004-03-02 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Spin valve sensor with modified magnetostriction
US7149062B2 (en) * 2002-02-26 2006-12-12 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands, B.V. Spin valve structure with Si seed layer and reduced PtMn antiferromagnetic layer thickness
US7426097B2 (en) * 2002-07-19 2008-09-16 Honeywell International, Inc. Giant magnetoresistive device with buffer-oxide layer between seed and ferromagnetic layers to provide smooth interfaces
US6876527B2 (en) * 2002-11-08 2005-04-05 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Magnetoresistive sensor with antiparallel coupled lead/sensor overlap region
JP2005109241A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Tdk Corp 磁気抵抗効果素子及びその製造方法並びに磁気ヘッド
JP2005109243A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Tdk Corp 磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッド
JP2005109239A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Tdk Corp 磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッド
JP2005109240A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Tdk Corp 磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッド
JP2005109242A (ja) * 2003-09-30 2005-04-21 Tdk Corp 磁気抵抗効果素子及び磁気ヘッド
JP4296180B2 (ja) * 2006-02-17 2009-07-15 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子，磁気ヘッド，磁気再生装置，および磁気抵抗素子の製造方法
JP2008027505A (ja) * 2006-07-20 2008-02-07 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 垂直磁気記録媒体およびその製造方法
JP2008146693A (ja) * 2006-12-06 2008-06-26 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 垂直磁気記録媒体の製造方法
JP2008243920A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Toshiba Corp 磁気抵抗効果再生素子、磁気ヘッド、および磁気再生装置
US8497559B2 (en) * 2007-10-10 2013-07-30 Magic Technologies, Inc. MRAM with means of controlling magnetic anisotropy
WO2010029684A1 (ja) * 2008-09-12 2010-03-18 日立金属株式会社 セルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜とそれを用いた磁気センサおよび回転角度検出装置
JP5677248B2 (ja) * 2011-09-21 2015-02-25 株式会社東芝 磁気媒体および磁気記録再生方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60251682A (ja) * 1984-05-29 1985-12-12 Hitachi Ltd 磁気抵抗効果型素子
JPS6481208A (en) * 1987-09-24 1989-03-27 Hitachi Ltd Soft magnetic film and its manufacture
JPH0240972A (ja) * 1988-07-29 1990-02-09 Nec Corp 磁気抵抗効果薄膜
JPH02152208A (ja) * 1988-12-02 1990-06-12 Alps Electric Co Ltd 軟磁性合金膜
JPH0316105A (ja) * 1989-03-28 1991-01-24 Hitachi Maxell Ltd 軟磁性薄膜ならびにその製造方法
US5135818A (en) * 1989-03-28 1992-08-04 Hitachi Maxell, Ltd. Thin soft magnetic film and method of manufacturing the same
US5206590A (en) * 1990-12-11 1993-04-27 International Business Machines Corporation Magnetoresistive sensor based on the spin valve effect
US5549978A (en) * 1992-10-30 1996-08-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance effect element
US5585199A (en) * 1993-09-09 1996-12-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance effect head
JPH0836716A (ja) * 1994-07-25 1996-02-06 Hitachi Ltd 磁気抵抗効果素子及びそれを用いた磁気ヘッド
JP3560713B2 (ja) * 1995-01-27 2004-09-02 アルプス電気株式会社 磁気抵抗効果素子用多層薄膜材料および磁性層の磁化の調整方法
US5585986A (en) * 1995-05-15 1996-12-17 International Business Machines Corporation Digital magnetoresistive sensor based on the giant magnetoresistance effect
JPH097874A (ja) * 1995-06-21 1997-01-10 Victor Co Of Japan Ltd 軟磁性膜の製造方法及びその軟磁性膜を用いた磁気ヘッド
US5648885A (en) * 1995-08-31 1997-07-15 Hitachi, Ltd. Giant magnetoresistive effect sensor, particularly having a multilayered magnetic thin film layer

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6452762B1 (en) 1999-04-08 2002-09-17 Nec Corporation Magneto-resistive element and production method thereof, magneto-resistive head, and magnetic recording/reproducing apparatus
KR100502752B1 (ko) * 1999-04-08 2005-07-25 닛뽕덴끼 가부시끼가이샤 자기 저항 소자 , 자기 저항 헤드, 및 자기기록/재생 장치

Also Published As

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