KR19990006488A - 스핀밸브형 박막소자 - Google Patents

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KR19990006488A
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가따오까 마사따까
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Abstract

하드바이어스층 (5) 이 고정자성층 (2) 상에 비자성막 (9)을 통하여 형성되어 있기 때문에, 프리자성층 (4) 에는 하드바이어스층 (5) 으로부터의 자계가 충분히 부여되고, 또 비자성막 (9) 의 개재에 의해, 고정자성층 (2) 이 하드바이어스층의 영향을 받지않는다. 따라서, 고정자성층 (2) 과 프리자성층 (4) 은 적정하게 단자구화되고, 바크하우젠노이즈의 발생이 경감되어, 양호한 마이크로 트랙 에이시머트리 (micro-track-asymmetry) 가 얻어진다.

Description

스핀밸브형 박막소자
본 발명은, 고정자성층 (pinned magnetic layer) 의 자화방향과 외부자계의 영향을 받는 프리자성층 (free magnetic layer) 의 자화방향과의 관계에서 전기저항이 변화하는 소위 스핀밸브형 박막소자에 관련되며, 특히 고정자성층과 프리자성층과의 자화를 적정하게 단자구화 (single magnetic domain state) 할 수 있도록 하여, 바크하우젠노이즈 (Barkhousen noise) 를 저감시키며, 또한 양호한 마이크로 트랙 에이시머트리 (micro-track-asymmetry) 를 얻을 수 있도록 한 스핀밸브형 박막소자에 관한 것이다.
도 4 는 하드디스크 등의 기록매체로부터의 기록자계를 검출하는 스핀밸브형 박막소자 (스핀밸브형 박막자기헤드) 의 종래의 구조를 나타낸 단면도이다.
이 스핀밸브형 박막소자는, 반강자성층 (1), 고정자성층 (핀(Pinned) 자성층;2), 비자성도전층 (3) 및 프리 (Free) 자성층 (4) 이 적층되고, 그 양측에는 하드바이어스층 (5, 5) 이 형성되어 있다.
반강자성층 (1) 에는 Fe-Mn (철-망간) 합금막이나 Ni-Mn (니켈-망간) 합금막, 고정자성층 (2) 및 프리자성층 (4) 에는 Fe-Ni (철-니켈) 합금막, 비자성도전층 (3) 에는 Cu (구리) 막, 또 하드바이어스층 (5, 5) 에는, Co-Pt (코발트-백금) 합금막 등이 일반적으로 사용되고 있다. 또한, 부호 (6, 7) 는 Ta (탄탈) 등의 비자성재료로 형성된 하지층 (下地層) 및 보호층이다.
도면에 나타낸 바와 같이, 반강자성층 (1) 과 고정자성층 (2) 이 접하여 형성되고, 상기 고정자성층 (2) 은, 상기 반강자성층 (1) 과의 계면에서의 교환결합에 의한 교환이방성자계에 의해, Y 방향으로 단자구화되어, 자화방향이 Y 방향으로 고정된다. 상기 교환이방성자계는, 자계를 Y 방향으로 부여하면서, 어닐링처리 (열처리)를 실시하므로써 상기 반강자성층 (1) 과 상기 고정자성층 (2) 과의 계면에서 발생한다.
또, X 방향으로 자화되어 있는 하드바이어스층 (5, 5) 의 영향을 받아 상기 프리자성층 (4) 의 자화방향은 X 방향으로 구비되어 있다.
도 4 에 나타낸 스핀밸브형 박막소자의 제조방법으로서는, 먼저 하지층 (6)부터 보호층 (7) 까지의 6 층이 막형성되고, 그 후 이온밀링 등의 에칭공정으로 상기 6 층의 측부가 경사면이 되도록 깍이며, 그 후에, 상기 6 층의 양측에 하드바이어스층 (5, 5) 이 막형성된다.
이 스핀밸브형 박막소자에서는, 하드바이어스층 (5, 5) 상에 형성된 도전층 (8, 8) 으로부터, 고정자성층 (2), 비자성도전층 (3) 및 프리자성층 (4) 에 정상전류 (검출전류) 가 부여된다. 하드디스크 등의 기록매체의 주행방향은 Z 방향으로, 기록매체로부터의 누설자계 Y 방향으로 부여되면, 프리자성층 (4) 의 자화가 X 로부터 Y 방향으로 향하여 변화한다. 이 프리자성층 (4) 내에서의 자화방향의 변동과, 고정자성층 (2) 의 고정자화방향과의 관계에서 전기저항이 변화되어, 이 전기저항치의 변화에 근거하는 전압변화에 의해, 기록매체로부터의 누설자계가 검출된다.
그러나, 도 4 에 나타낸 종래의 스핀밸브형 박막소자에서는, 이하와 같은 문제점이 발생한다.
고정자성층 (2) 의 자화는, 상기한 바와 같이, 도시한 Y 방향으로 고정되어 있지만, 상기 고정자성층 (2) 의 양측에는 X 방향으로 자화되어 있는 하드바이어스층 (5, 5) 이 형성되어 있다. 이 때문에, 특히, 고정자성층 (2) 이 양단의 자화가, 상기 하드바이어스층 (5, 5) 으로부터의 바이어스자계의 영향을 받아, 도시한 Y 방향으로 고정되지 않게 되어 있다.
다시말하면, 스핀밸브형 박막소자에서는, 고정자성층 (2) 의 자화는 도시한 Y 방향으로, 프리자성층 (4) 의 자화는 도시한 X 방향으로 단자구화되어, 상기 고정자성층 (2) 과 프리자성층 (4) 과의 자화가, 그 전영역에서 직교하는 관계로 되어 있는 것이 바람직하지만, 고정자성층 (2) 과 프리자성층 (4) 과의 양단부근의 자화관계는, 고정자성층 (2) 의 자화가 Y 방향으로 고정되어 있지 않기 때문에 직교관계에 없어, 상기 양단부근에서 양호한 마이크로 트랙 에이시머트리를 얻을 수 없게 되어 있다. 여기에서 마이크로 트랙 에이시머트리란, 실제의 트랙폭보다도 미소한 트랙폭에서 측정한 재생출력 파형의 상하대칭성을 말한다.
마이크로 트랙 에이시머트리를 측정했을 때, 모든 부분에서의 재생출력치가 동일높이이면, 마이크로 트랙 에이시머트리는 양호한 상태에 있다고 할 수 있지만. 도 4 에 나타낸 고정자성층 (2) 과 프리자성층 (4) 과의 양단부근의 마이크로 트랙 에이시머트리를 측정해 보면, 재생출력치의 높이는 불균일하게 되어 있는, 다시말하면 마이크로 트랙 에이시머트리는 악화된 상태로 되어 있다. 마이크로 트랙 에이시머트리가 나쁜 상태에 있으면, 트랙위치검출을 정확하게 실시할 수 없어 서보에러 (servo error) 를 일으키기 쉬워진다.
또, 앞에서 언급한 문제 이외에, 도 4 에 나타낸 스핀밸브형 박막소자에서는, 프리자성층 (4) 의 양측에 형성되어 있는 하드바이어스층 (5, 5) 의 막두께가 실질적으로 얇아지기 때문에, 상기 하드바이어스층 (5, 5) 으로부터 상기 프리자성층 (4) 에 X 방향으로의 충분한 바이어스자계를 부여할 수 없으며, 따라서 프리자성층 (4) 의 자화방향이 X 방향으로 안정되기 어려워, 바크하우젠노이즈가 발생하기 쉬워져 있다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 것으로, 하드바이어스층으로부터 프리자성층으로는 충분한 바이어스자계가 부여되도록 함과 동시에, 상기 하드바이어스층이, 고정자성층의 자화에는 영향을 주지않는 구조로서, 상기 고정자성층 및 프리자성층의 자화를 소정의 방향으로 적정하게 단자구화할 수 있도록 함으로써 양호한 마이크로 트랙 에이시머트리가 얻어지고, 게다가 바크하우젠노이즈를 저감시키는 것이 가능한 스핀밸브형 박막소자를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은, 반강자성층 상에, 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정되는 고정자성층이 형성되고, 그 위에 비자성도전층, 및 프리자성층이 적층되어 있으며, 또한 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬시키는 바이어스층과, 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층에 검출전류를 부여하는 도전층이 형성되어 이루어지는 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 상기 반강자성층 및 상기 고정자성층은 상기 비자성도전층 및 프리자성층의 양측의 영역에 신장되어 있으며, 이 양측영역의 고정자성층 상에는 비자성막을 통하여 상기 바이어스층 및 전극층이 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 이 구체적인 구조로서 도 1을 들 수 있다.
또, 상기 비자성막은 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성의 금속막으로 형성되는 것이 바람직하다.
또 본 발명은 반강자성층 상에, 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정되는 고정자성층이 형성되고, 그 위에 비자성도전층, 및 프리자성층이 적층되어 있으며, 또한 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬시키는 바이어스층과, 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층에 검출전류를 부여하는 도전층이 형성되어 이루어지는 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 상기 반강자성층, 상기 고정자성층 및 비자성도전층은, 프리자성층의 양측의 영역에 신장되어 있고, 이 양측영역의 비자성도전층 상에, 상기 바이어스층 및 전극층이 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 이 구체적인 구조로서 도 2를 들 수 있다.
또한, 상기 비자성도전층과 바이어스층과의 사이에는, 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성의 비자성 금속막이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성의 비자성 금속막으로서, Cr, Ti, Mo 또는 W50MO50을 제시할 수 있다.
또한, 본 발명은, 반강자성층 상에, 상기 반강자성충과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정되는 고정자성층이 형성되고, 그 위에 비자성도전층 및 프리자성층이 적층되어 있으며, 또한 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬시키는 바이어스층과, 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층에 검출전류를 부여하는 도전층이 형성되어 이루어지는 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 상기 프리자성층 상에는 일정한 간격을 두어, 그 간격의 양측에 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성의 강자성막이 형성되어 있으며, 이 강자성막 상에 상기 바이어스층 및 전극층이 적층되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 이 구체적인 구조로서 도 3을 들 수 있다.
또한, 상기 강자성막은, Fe-X (X=Rh, Cr, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mn, Ru, Pd, Pt) 합금 또는 Fe-Co-Ni 합금으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층 (4) 의 양측이 경사면으로 깍여, 하드바이어스층 (5) 이 고정자성층 (2) 상에 비자성층 (도 1 에서는 비자성막 (9), 도 2 에서는 비자성도전층 (2) 이 T2영역)을 통하여 형성되어 있기 때문에, 강한 바이어스자계를 발생하는 하드바이어스층 (5) 의 막두께가 두꺼운 부분이, 프리자성층 (4) 의 측면에 형성되어 있고, 따라서 프리자성층 (4) 에는, 상기 하드바이어스층 (5) 으로부터 충분한 바이어스자계가 부여되고 있다. 또, 하드바이어스층 (5) 은 고정자성층 (2) 의 양측에는 없고, 상기 고정자성층 (2) 으로부터 떨어진 위치에 형성되어 있기 때문에, 하드바이어스층 (5) 으로부터의 자계는 고정자성층 (2) 에 인가되지 않고, 효율적으로 프리자성층 (4) 에 집중하여 인가된다.
또한, 도 1 에서의 비자성막 (9) 은, 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성을 갖는 금속막으로 형성되고, 이 금속막이 도 2 에서는, T2 영역의 비자성도전층 (3) 상에 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이와 같은 구조이면, 하드바이어스층 (5) 의 보자력 (Hc) 및 각형비 (S) 는 커져, 하드바이어스층 (5) 으로부터의 바이어스자계는 증대한다.
이상에 의해, 도 1 및 도 2 에 나타내는 프리자성층 (4) 은, 그 전영역에서, 고정자성층 (2) 의 자화방향과 직교하는 방향 (도시의 X 방향) 으로 적정하게 단자구화된다.
또, 상기 바이어스층 (5) 아래에, 비자성층이 형성되어 있으므로써, 하드바이어스층과 고정자성층 (2) 과의 사이에서 강자성결합이 발생하지 않고, 하드바이어스층 (5) 으로부터의 자화가 상기 비자성층에서 차단되어, 상기 고정자성층 (2) 의 자화에 영향을 주지않는 것으로 되어 있다.
이와 같이, 본 발명의 고정자성층 (2) 은, 종래의 고정자성층 (2) 과 같이, 하드바이어스층 (5) 으로부터의 자계의 영향을 받는 것이 아니고, 따라서 도 1 및 도 2 에 나타낸 고정자성층 (2) 이 자화는, 그 전영역에서, 일정방향 (도시의 Y 방향) 으로 고정된 것으로 되어 있다. 또 종래와 다르게, 하드바이어스층 (5) 아래의 T1 영역 (도 1 참조), T2 영역 (도 2 참조) 에도 고정자성층 (2) 및 반강자성층 (1) 이 신장되어 있다. 이 때문에, 고정자성층 (2) 은, 트랙폭보다도 보다 긴 범위에서 Y 방향으로 고정되어 있고, 그 결과, 자기기록매체로 부터의 자계에 의한 고정자성층 (2) 의 자화의 요동 발생을 한층 방지하는 것이 가능해지고 있다.
또 도 3 에서는, 프리자성층 (4) 상에 일정한 간격을 두어, 상기 간격의 양측 (T3 영역) 에, 강자성막 (10)을 통하여 하드바이어스층 (5) 이 형성되어 있다.
하드바이어스층 (5) 과 상기 강자성막 (10) 과의 계면, 및 상기 강자성막 (10) 과 T3 영역의 프리자성층 (4) 과의 계면에서의 강자성결합에 의해, 프리자성층 (4) 은, 고정자성층 (2) 의 자화와 직교하는 방향 (X 방향) 으로 용이하게 게다가 적정하게 단자구화된다.
또 하드바이어스층 (5) 은 고정자성층 (2) 으로부터 떨어진 위치에 형성되어 있기 때문에, 상기 하드바이어스층 (5) 으로부터의 누설자계가, 상기 고정자성층 (2) 의 자화에 영향을 주지않고, 따라서, 도 3 에서의 고정자성층 (2) 의 자화는 그 전영역에서 일정방향 (도시의 Y 방향) 으로 적정하게 고정된 것으로 되어 있다.
이와 같이, 본 발명에서는, 고정자성층 (2) 및 프리자성층 (4) 이, 그 전영역에서, 소정의 방향 (서로 직교하는 방향) 으로 적정하게 단자구화된 것으로 되어 있고, 따라서, 양호한 마이크로 트랙 에이시머트리를 얻을 수 있어 서보에러를 일으키는 일이 없어진다. 또 고정자성층 (2) 및 프리자성층 (4) 의 적정한 단자구화에 의해, 바크하우젠노이즈가 발생하기 어려워진다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 스핀밸브형 박막소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태의 스핀밸브형 박막소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 3 실시형태의 스핀밸브형 박막소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4 는 종래의 스핀밸브형 박막소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 스핀밸브형 박막소자의 구조를 나타낸 단면도이다, 또한, 도 1 에서는 X 방향으로 신장되는 소자의 중앙부분만을 파단하여 나타내고 있다.
이 박막자기헤드는 하드디스크장치에 형성된 부상식 (浮上式) 슬라이더의 트레일링측 단부 등에 설치되고, 하드디스크 등의 기록자계를 검출한다. 또한, 하드디스크 등의 자기기록매체의 이동방향은 Z 방향으로, 자기기록매체로부터의 누설자계의 방향은 Y 방향이다.
도 1 의 가장 아래에 형성되어 있는 것은 Ta (탄탈) 등의 비자성재료로 형성된 하지층 (6) 이다. 이 하지층 (6) 상에 반강자성층 (1), 고정자성층 (핀자성층;2) 이 적층되어 있다. 상기 반강자성층 (1) 과 고정자성층 (2) 이 적층된 상태에서, 소정의 크기의 자계 중에서 열처리가 실시됨으로서, 양층의 계면에서 교환이방성자계가 얻어져, 상기 고정자성층 (2) 의 자화방향이 Y 방향으로 단자구화되어 고정된다.
본 발명에서는, 상기 반강자성층 (1) 에 Pt-Mn (백금-망간) 합금을 사용하고 있다. Pt-Mn 합금은, Fe-Mn 합금 등에 비하여 내식성이 우수하고, 또, 블록킹 온도도 높으며, 또한 230 ℃ (UV 수지의 하드베이킹 (hard baking) 공정의 가열온도) 이하의 열처리온도에서도 교환이방성자계를 얻을 수 있는 등, 반강자성재료로서 우수한 특성을 갖고 있다.
또, Pt-Mn 합금 대신에, Pd-Mn (팔라듐-망간) 합금, 또는 Pt-Mn-X (X=Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Cr, Co) 합금, 또는 종래부터 사용되고 있는 Ni-Mn 합금, Fe-Mn 합금 등을 반강자성층 (1) 으로서 사용하여도 된다.
또, 고정자성층 (2) 은, Ni-Fe (니켈-철) 합금, Co (코발트), Fe-Co (철-코발트) 합금, Fe-Co-Ni 합금 등으로 형성되어 있다.
고정자성층 (2) 상에는, Cu (구리) 등의 전기저항이 낮은 비자성도전층 (3) 이 형성되고, 또한 프리자성층 (4), Ta 등의 보호층 (7) 이 적층되어 있다. 또한, 상기 프리자성층 (4) 은 상기의 고정자성층 (2) 에 사용되는 자성재료로 형성되어 있다.
다음으로, 도 1 에 나타낸 하지층 (6) 으로부터 보호층 (7) 까지의 적층체의 제조방법에 대하여 이하에 설명한다.
하지층 (6) 으로부터 보호층 (7) 까지의 6 층이 스퍼터에 의해 막형성된 후, 비자성도전층 (3), 프리자성층 (4) 및 보호층 (7)을 X 방향의 중심에 남기고, 그 양측부분 (T1 영역) 이 이온밀링 등의 에칭공정에 의해 제거된다. 이 때, 고정자성층 (2) 도 에칭의 영향을 받아, 어느 일정한 깊이까지 깍여버리는 경우가 있는데, 고정자성층 (2) 은 가능한한 깍이지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 미리 비자성도전층 (3)을 고정자성층 (2) 의 T1 영역의 상면에 조금씩 남기도록 하여 에칭공정이 실시되면, 고정자성층 (2) 은 에칭의 영향을 그다지 받는 일이 없어 에칭에 의해 깍이는 량을 소량으로 억제할 수 있다.
도 1 에 나타낸 바와 같이, 고정자성층 (2) 의 T1 영역의 상면으로부터, 비자성도전층 (3), 프리자성층 (4) 및 보호층 (7) 의 경사면에 걸쳐 비자성막 (9) 이 막형성되어 있다. 또한, 상기 비자성막 (9) 상에는 하드바이어스층 (5), 도전층 (8) 이 적층되어 있다.
본 발명에서는, 상기 비자성막 (9) 이, 체심입방구조 (bcc) 이고 또한 (100) 배향성을 갖는 금속막으로 형성되는 것이 바람직하다.
결정구조가 체심입방구조로 (100) 배향성을 갖는 금속막으로서는, Cr (크롬), Ti (티탄), Mo (몰리브덴), W (텅스텐) 또는 W50MO50(50,50 은 at%)를 제시할 수 있다. 비자성막 (9) 은 이들 중 1 종의 재료로 형성되어 있어도 되며, 또는 2 종 이상의 혼합물로 형성되어 있어도 된다.
또, 하드바이어스층 (5, 5) 은 예를 들면 Co-Pt (코발트-백금) 합금이나 Co-Cr-Pt (코발트-크롬-백금) 합금 등으로 형성되어 있다.
체심입방구조이고 또한 (100) 배향성을 갖는 Cr 등의 비자성막 (9) 상에, Co-Pt 합금 등의 하드바이어스층 (5) 이 형성되면, 상기 하드바이어스층 (5) 의 보자력 (Hc) 및 잔류자화 (Br)/포화자속밀도 (Bs) 로 구해지는 각형비 (S) 는 커진다. 그 결과 하드바이어스층 (5) 으로부터 발생하는 바이어스자계는 증대한다.
또한 본 발명에서는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 하드바이어스층 (5) 이, 비자성막 (9)을 통하여 T1 영역의 고정자성층 (2) 상에 형성되어 있기 때문에, 프리자성층 (4) 의 양측에 형성된 하드바이어스층 (5) 의 막두께는, 종래에 비하여 두꺼워져 있고, 따라서 프리자성층 (4) 에 하드바이어스층 (5) 으로부터의 바이어스자계가 충분히 부여되고 있다. 또, 하드바이어스층 (5) 은 고정자성층 (2) 의 양측에는 없고, 상기 고정자성층 (2) 으로부터 떨어진 위치에 형성되어 있기 때문에, 하드바이어스층 (5) 으로부터의 자계는 고정자성층 (2) 에 인가되지않고, 효율적으로 프리자성층 (4) 에 집중하여 인가된다.
이상에 의해, 본 발명의 프리자성층 (4) 은, 그 전영역에서 X 방향으로 적정하게 단자구화된 것으로 되어 있다.
또, 고정자성층 (2) 상에는 직접, 하드바이어스층 (5) 이 형성되어 있지 않고, 비자성막 (9) 이 개재되어 있으므로, 고정자성층 (2) 과 하드바이어스층 (5) 과의 사이에서 강자성결합이 발생하는 일이 없다. 그 결과, 비자성막 (9) 의 개재에 의해, 하드바이어스층 (5) 의 자화가, 상기 비자성막 (9) 으로 차단되어 고정자성층 (2) 의 자화에 영향을 주는 일이 없다. 이와 같이, 상기 고정자성층 (2) 은 하드바이어스층 (5) 의 영향을 받는 일이 없고, 따라서 상기 고정자성층 (2) 은 그 전영역에서 Y 방향으로 적정하게 단자구화되어 고정된 것으로 되어 있다.
또 종래와 다르게, 하드바이어스층 (5) 아래의 T1 영역에도 고정자성층 (2) 및 반강자성층 (1) 이 신장되어 있다. 이 때문에, 고정자성층 (2) 은, 트랙폭보다도 보다 긴 범위에서 Y 방향으로 고정되어 있고, 그 결과, 자기기록매체로부터의 자계에 의한 고정자성층 (2) 의 자화의 요동 발생을 한층 방지하는 것이 가능해졌다.
또한, 본 발명에서는 비자성막 (9) 이, 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성을 갖는 금속막 이외에, 예를 들면 SiO2등의 비자성재료로 형성되어 있어도, 고정자성층 (2) 및 프리자성층 (4) 의 자화를 적정한 방향으로 정렬시키는 것이 가능하다.
도 2 는, 도 1 에 나타낸 본 발명의 스핀밸브형 박막소자의 변형예이다. 또한, 자기기록매체의 이동방향은 Z 방향으로, 자기기록매체로부터의 누설자계의 방향은 Y 방향이다.
도 2 에 나타낸 스핀밸브형 박막소자는, 도 1 에 나타낸 스핀밸브형 박막소자와 동일하게, 아래부터 하지층 (6), 반강자성층 (1), 고정자성층 (2), 비자성도전층 (3), 프리자성층 (4) 및 보호층 (7) 이 차례대로 적층되어 있다.
그리고, 고정자성층 (2) 은 반강자성충 (1) 과의 계면에서의 교환이방성결합에 의해 Y 방향으로 단자구화되어 고정되어 있다.
도 2 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층 (4) 및 보호층 (7) 은 X 방향의 중심에 남겨지고, 하지층 (6), 반강자성층 (1), 고정자성층 (2) 및 비자성도전층 (3) 이, 상기 프리자성층 (4) 및 보호층 (7) 보다도 더욱 X 방향의 양측의 영역 (T2 영역) 으로 신장되어 있다.
그리고, 비자성도전층 (3) 의 T2 의 영역의 상면으로부터, 프리자성층 (4) 및 보호층 (7) 의 경사면에 걸쳐 하드바이어스층 (5) 이 막형성되어 있다. 또한, 상기 하드바이어스층 (5) 상에는 도전층 (8) 이 형성되어 있다. 상기 하드바이어스층 (5) 은 X 방향으로 단자구화되어 있고, 상기 하드바이어스층 (5) 으로부터의 바이어스자계에 의해, 프리자성층 (4) 이 X 방향으로 단자구화된다.
도 1 과 도 2 에 나타낸 스핀밸브형 박막소자를 비교하여 보면, 도 2 에 나타낸 스핀밸브형 박막소자에서는, 비자성도전층 (3) 이 프리자성층 (4) 보다도 양측의 영역 (T2 영역) 으로 신장되어 있다. 따라서 도 2 에서는, T2 영역의 상기 비자성도전층 (3) 이, 하드바이어스층 (5) 과 고정자성층 (2) 과의 사이에 개재하게 되고, 이 때문에 하드바이어스층 (5) 과 고정자성층 (2) 사이에는 강자성결합이 발생하지않고, 또 하드바이어스층 (5) 으로부터의 누설자계가, 상기 비자성도전막 (3) 으로 차단되어, 상기 누설자계가 고정자성층 (2) 의 자화에 영향을 주는 일이 없다.
따라서, 고정자성층 (2) 은 그 전영역에서 Y 방향으로 적정하게 단자구화되어 고정된 것으로 되어 있다.
또, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 하드바이어스층 (5) 은 프리자성층 (4) 과 같이 비자성도전층 (3) 상으로부터 형성되어 있으므로, 강한 바이어스자계를 발생하는 하드바이어스층 (5) 의 막두께가 두꺼운 부분이 프리자성층 (4) 의 양측에 형성되게 되고, 따라서, 프리자성층 (4) 은 X 방향으로 적정하게 단자구화된다. 또, 하드바이어스층 (5) 은 고정자성층 (2) 의 양측에는 없고, 상기 고정자성층 (2) 으로부터 떨어진 위치에 형성되어 있기 때문에, 하드바이어스층 (5) 으로부터의 자계는 고정자성층 (2) 에 인가되지않고, 효율적으로 프리자성층 (4) 에 집중되어 인가된다.
또한, 도 2 에 나타낸 스핀밸브형 박막소자에서는, 도 1에서 설명한 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성을 갖는 예를들면 Cr 의 금속막이, 비자성도전층 (3) 의 T2 영역의 상면으로부터 프리자성층 (4) 및 보호층 (7) 의 경사면에 걸쳐 막형성되어 있어도 된다.
이와 같은 구조이면, 하드바이어스층 (5) 의 보자력 (Hc), 각형비 (S) 는 커져, 하드바이어스층 (5) 으로부터 발생하는 바이어스자계는 증대한다. 그 결과, 프리자성층 (4) 의 자화는 보다 X 방향으로 단자구화되기 쉬워진다.
도 3 은, 본 발명의 다른 실시형태의 스핀밸브형 박막소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도면에 나타낸 바와 같이, 아래부터 하지층 (6), 반강자성층 (1), 고정자성층 (2), 비자성도전층 (3) 및 프리자성층 (4) 이 순서대로 적층되어 있다. 또한, 고정자성층 (2) 은, 반강자성층 (1) 과의 계면에서의 교환이방성자계에 의해 Y 방향으로 단자구화되어 있다.
상기 프리자성층 (4) 상에는 X 방향의 중앙에 일정한 간격을 두어, 그 간격의 양측영역 (T3 영역) 에 강자성막 (10), 하드바이어스층 (5) 및 도전층 (8) 이 적층되어 있다.
그리고, 상기 도전층 (8) 의 상면으로부터 프리자성층 (4) 의 상면에 걸쳐 보호층 (7) 이 형성되어 있다.
본 발명에서의 상기 강자성막 (10) 은, 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성을 가진 금속막으로, 예를들면, Fe-X (X=Rh, Cr, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mn, Ru, Pd, Pt) 합금이나 Fe-Co-Ni 합금으로 형성되어 있다.
다음으로, 도 3 에서의 프리자성층 (4) 의 단자구화의 구성에 대하여 이하에 설명한다. 또한, 하드바이어스층 (5) 은 도시의 X 방향으로 자화되어 있다.
강자성막 (10) 의 자화는, 상기 강자성막 (10) 과 하드바이어스층 (5) 과의 계면에서의 강자성결합에 의해 X 방향으로 단자구화된다.
또한 T3 영역에서의 프리자성층 (4) 의 자화는, 상기 프리자성층 (4) 과 강자성막 (10) 과의 계면에서의 강자성결합에 의해 X 방향으로 단자구화된다. T3 영역 이외 (상면에 강자성막 (10)이 형성되어 있지않음) 의 프리자성층 (4) 의 자화는, X 방향으로 단자구화된 T3 영역의 프리자성층 (4) 의 자화에 의해, 서서히 X 방향으로 자화되어, 프리자성층 (4) 의 전체가 X 방향으로 적정하게 단자구화된다.
또, 하드바이어스층 (5) 으로부터의 누설자계가 직접, 프리자성층 (4) 에 흘러 들어가고 있다. 또, 하드바이어스층 (5) 은 고정자성층 (2) 으로부터 떨어진 위치에 형성되어 있기 때문에, 하드바이어스층 (5) 으로부터의 자계는 고정자성층 (2) 에 인가되지 않고, 효율적으로 프리자성층 (4) 에 집중하여 인가된다. 이로써 상기 프리자성층 (4) 이 보다 한층 X 방향으로 적정하게 단자구화되기 쉬워진다.
또, 도 3 에 나타낸 스핀밸브형 박막소자에서는, 하드바이어스층 (5) 이 고정자성층 (2) 으로부터 떨어진 위치에 형성되어 있고, 따라서, 하드바이어스층 (5) 으로부터의 누설자계는, 상기 고정자성층 (2) 이 자화에 영향을 주지않는 것으로 되어 있다. 이와 같이, 고정자성층 (2) 은 하드바이어스층 (5) 의 영향을 받는 일이 없고, 따라서 상기 고정자성층 (2) 은 그 전영역에서 적정하게 Y 방향으로 단자구화되어 고정된 것으로 되어 있다.
또, 하드바이어스층 (5) 아래의 T3 영역에도 고정자성층 (2) 및 반강자성층 (1) 이 신장되어 있다. 이 때문에, 고정자성층 (2) 은 트랙폭보다도 더 긴 범위에서 Y 방향으로 고정되어 있고, 그 결과, 자기기록매체로부터의 자계에 의한 고정자성층 (2) 의 자화의 요동 발생을 한층 방지하는 것이 가능해지고 있다.
이상, 상기의 각 실시형태의 스핀밸브형 박막소자에서는, 도전층 (8) 으로부터 고정자성층 (2), 비자성도전층 (3) 및 프리자성층 (4) 에 정상전류 (검출전류) 가 부여되고, 게다가 기록매체로부터 Y 방향으로 자계가 부여되면, 프리자성층 (4) 의 자화방향이 X 방향에서 Y 방향으로 향하여 변화한다. 이 때, 프리자성층 (4) 과 고정자성층 (2) 중 한 쪽 층으로부터 다른 쪽 층으로 이동하려고 하는 전자가, 비자성도전층 (3) 과 고정자성층 (2) 과의 계면, 또는 비자성도전층 (3) 과 프리자성층 (4) 과의 계면에서 산란을 일으켜 전기저항이 변화한다. 따라서 정상전류가 변화하여 검출출력을 얻을 수 있다.
본 발명에서는, 각 실시형태에서 고정자성층 (2) 이 Y 방향으로 적정하게 단자구화되고, 또한 프리자성층 (4) 이 X 방향으로 적정하게 단자구화되어 있어, 상기 고정자성층 (2) 과 프리자성층 (4) 과의 자화가 전영역에서 교차하는 관계로 되어 있다. 따라서, 양호한 마이크로 트랙 에이시머트리를 얻을 수 있어 서보에러를 일으키는 일이 없으며, 또 바크하우젠노이즈의 발생을 저감시킬 수 있다.
이상 설명한 본 발명에 의하면, 프리자성층에 바이어스자계를 부여하는 하드바이어스층을 고정자성층 상에 비자성층을 통하여 형성함으로써, 강한 바이어스자계를 발생하는 하드바이어스층의 막두께가 두꺼운 부분을, 프리자성층의 양측에 인접할 수 있고, 또 특히, 상기 비자성층을 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성을 갖는 금속막으로 형성하면, 하드바이어스층의 자기특성 (보자력, 각형비)을 향상시킬 수 있고, 프리자성층의 자화를 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 적정하게 단자구화할 수 있다.
또, 하드바이어스층과 고정자성층과의 사이에 비자성층을 개재시킴으로써, 강자성결합의 발생을 방지할 수 있고, 하드바이어스층의 자화를 상기 비자성층으로 차단할 수 있으며, 이 때문에 고정자성층은 상기 하드바이어스층의 자화의 영향을 받는 일이 없다. 따라서, 상기 고정자성층의 자화를 일정방향으로 적정하게 단자구화하여 고정하여 둘 수 있다.
또, 본 발명에서는, 프리자성층 상에 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성을 갖는 강자성막을 일정한 간격을 두어 형성하고, 이 강자성막 상에 하드바이어스층을 형성하면, 강자성결합에 의해, 프리자성층의 자화를 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 적정하게 단자구화할 수 있다.
또 이와 같은 구조이면, 하드바이어스층을 고정자성층으로부터 떨어진 위치에 형성할 수 있으므로, 상기 고정자성층은 하드바이어스층의 영향을 받는 일이 없고, 따라서 상기 고정자성층의 자화를 일정방향으로 적정하게 단자구화하여 고정해 둘 수 있다.
이상으로부터 본 발명에서는, 고정자성층 및 프리자성층을 소정의 방향으로 적정하게 단자구화할 수 있으며, 따라서 양호한 마이크로 트랙 에이시머트리를 얻을 수 있어 서보에러를 일으키는 일이 없으며, 또 바크하우젠노이즈의 발생을 저감할 수 있다.

Claims (9)

  1. 반강자성층 상에, 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정되는 고정자성층이 형성되고, 그 위에 비자성도전층, 및 프리자성층이 적층되어 있으며, 또한 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬시키는 바이어스층과, 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층에 검출전류를 부여하는 도전층이 형성되어 이루어지는 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 상기 반강자성층 및 상기 고정자성층은 상기 비자성도전층 및 프리자성층의 양측의 영역에 신장되어 있으며, 이 양측영역의 고정자성층 상에는 비자성막을 통하여 상기 바이어스층 및 전극층이 적층되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비자성막은 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성의 금속막으로 형성되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속막은 Cr, Ti, Mo 또는 W50MO50의 어느 하나로 형성되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
  4. 반강자성층 상에, 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정되는 고정자성층이 형성되고, 그 위에 비자성도전층, 및 프리자성층이 적층되어 있으며, 또한 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬시키는 바이어스층과, 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층에 검출전류를 부여하는 도전층이 형성되어 이루어지는 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 상기 반강자성층, 상기 고정자성층 및 비자성도전층은, 프리자성층의 양측의 영역에 신장되어 있고, 이 양측영역의 비자성도전층 상에, 상기 바이어스층 및 전극층이 적층되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 비자성도전층과 바이어스층과의 사이에는, 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성을 갖는 비자성의 금속막이 형성되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 금속막은 Cr, Ti, Mo 또는 W50MO50의 어느 하나로 형성되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 금속막은 Cr, Ti, Mo 또는 W50MO50의 어느 하나로 형성되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
  8. 반강자성층 상에, 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정되는 고정자성층이 형성되고, 그 위에 비자성도전층 및 프리자성층이 적층되어 있으며, 또한 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 정렬시키는 바이어스층과, 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층에 검출전류를 부여하는 도전층이 형성되어 이루어지는 스핀밸브형 박막소자에 있어서, 상기 프리자성층 상에는 일정한 간격을 두고, 그 간격의 양측에 체심입방구조이고 또한 (100) 배향성의 강자성막이 형성되어 있으며, 이 강자성막 상에 상기 바이어스층 및 전극층이 적층되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 강자성막은, Fe-X (X=Rh, Cr, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mn, Ru, Pd, Pt) 합금 또는 Fe-Co-Ni 합금으로 형성되어 있는 스핀밸브형 박막소자.
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