KR19990037524A - 외부자계센서로서 이용 가능한 자기터널접합소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부자계센서용의 자기터널접합소자를 제공한다. 이 소자는, 제 1의 반강자성고정층, 강자성프리층, 터널배리어층, 강자성고정층 및, 제 2의 반강자성고정층을 포함하는 적층구조의 멀티-층들을 포함한다. 상기 제 1의 고정층은 트랙폭방향으로 프리층의 자화를 고정하는 제 1의 고정필드를 가진다. 제 2의 고정층은 MR높이방향으로 고정층의 자화를 고정하는 제 2의 고정필드를 가진다.

Description

외부자계센서로서 이용 가능한 자기터널접합소자
본 발명은, 고밀도 자기디스크장치의 재생용 자기헤드나 자기랜덤액세스메모리(MRAM)의 메모리셀 또는 외부자계센서로서 이용할 수 있는 자기터널접합소자에 관한 것이다.
자기터널접합소자는 인가된 자계의 함수로서 터널자기저항반응을 가진다. 이 소자의 각 자기터널접합은, 강자성고정층, 강자성프리층 및, 이 2개의 강자성층들 사이에서 이들과 접촉하는 절연터널배리어가 형성되어 있다. 이 강자성고정층의 자화방향은 회전이 방해되는 반면, 강자성프리층의 자화는 강자성고정층의 고정 자화에 대해 평행한 상태와 반평행한 상태 사이에서 자유롭게 회전한다. 상기 평행한 상태에서는, 터널전류가 최대이고 터널저항은 최소이다. 그러나 반평행한 상태에서는, 터널전류는 최소이고 터널저항은 최대이다. 이 자화방향은 외부자계에 의해 변경될 수 있다. 그래서, 이 터널저항은 자계에 민감하다.
Gallagher등의, "마이크로구조의 자기터널접합(Microstructured Magnetic Tunnel Junctions)", 응용물리학지(Journal of applied physics) 81(8), 1997.4.15, pp3741-3746에서는, Al층을 산화하는 플라스마에 의해 형성된 터널배리어를 이용하는 자기터널접합에 관해 보고되어 있으며, 이 문헌에서는, 실온에서 큰 자기저항(MR)비(15∼22%)를 낮은 자계에서 얻는 것을 증명하고 있다. 이 문헌에 보고된 방법들은 미크론에서 서브미크론 크기의 치수를 가지는 자기터널접합소자를 만들기 위해 사용되었다. 0의 자계에서 2가지의 안정한 상태를 획득하기 위해서, 반강자성층을 채용하여 전극층들 중 하나의 바이어스를 교환하였다. 이 전극층을 고정층(pinned layer)이라 칭한다. 다른 하나의 전극층은 프리층(free layer)이라 칭한다.
도 5는, 최대MR비로서 21%가 제공되는, Al층을 산화해서 형성된 터널배리어를 이용하는 자기터널접합을 도시한다. 도 5에서, 자기터널접합은 실리콘(Si) 기판(54)상에 있으며, 한 층이 다른 층의 상부에 쌓이는 재질로 이루어진 일련의 층들로 형성되어 있다. 본 예에서는, 이 자기터널접합이, 예를 들어, 백금(Pt)(20㎚두께)으로 이루어진 하전극(55), 니켈-철(Ni-Fe)합금(4㎚두께)으로 이루어진 초기강자성층(56), 철-망간(F2-Mn)합금(10㎚)으로 이루어진 반강자성층(57), Ni-Fe(8㎚두께)로 이루어진 고정 또는 강자성고정층(58), 1.0-3.0㎚두께의 알루미늄층의 표면을 산화글로방전에 노출시켜서 형성되는 산화알루미늄(Al2O3)층으로 이루어진 터널배리어층(59), 코발트(Co)(8㎚두께)로 이루어진 강자성프리층(60) 및, 백금(20㎚두께)으로 이루어진 상전극으로 구성되어 있다.
알루미늄층의 표면을 주위 대기에 노출시켜서 형성한 Al2O3으로 이루어진 터널배리어층을 포함하는 자기터널소자가, JP-A 6-244477, JP-A 5-63254, JP-A 8-70148, JP-A 8-70149 및, JP-A 8-316548에 기재되어 있다. 이들은 T.Miyazaki와 M.Etsumura의 발명들과 관련된 일본특허출원의 공개공보들이다.
N.Tesuka등의, "강자성터널접합에서의 배리어와 자기저항효과와의 관계", 일본응용자기학회지, 21권, 제 4-2, 1977, pp.493-496에는, Al층의 산화조건들을 변화시킨 Fe/Al산화물/Fe접합이 보고되어 있다.
크기가 수 미크론 이하인 자기터널접합을 제조하는 것은, 고밀도 자기디스크장치의 재생용 자기헤드나 고밀도 MRAM의 메모리셀에 적용하기 위해 필요하다. 이 경우, 자계가 인가된 후 자성층에서 발생하는 불안정한 자구는, 노이즈비에 비해 더 작은 신호를 일으킨다. 따라서, 자계에서 노이즈비에 비해 더 큰 신호를 제공하는, 수 미크론 크기 이하의 자기터널접합들을 제조할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 요구를 달성하는 것이다.
도 1은 외부자계센서로서 이용 가능한 본 발명에 따른 자기터널접합소자의 단면도이며,
도 2는 외부자계센서로서 이용 가능한 변형된 실시형태를 도시하며,
도 3은 외부자계센서로서 이용 가능한 제 2의 변형 실시형태를 도시하며,
도 4a∼4f는 도 1에 도시된 소자를 제조하는 공정단계들을 도시하며,
도 5는 종래의 자기터널접합을 도시한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 자기터널접합은, 한 층이 다른 하나의 층상에 순차적으로 쌓이는, 제 1의 고정층, 강자성프리층, 터널배리어층, 강자성고정층 및, 제 2의 고정층을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2의 고정층들은 각각 반강자성층들의 형태일 수 있다. 강자성프리층은 제 1의 고정층에 인접해 있다. 강자성프리층과 제 1의 고정층간의 교환결합이 자기이방성을 발생하며, 이것이 트랙폭방향을 따라서 강자성프리층의 자화를 배열한다. 즉, 제 1의 고정층은 고정필드를 가지며, 이것이 트랙폭방향으로 프리층의 자화를 고정한다. 강자성고정층과 제 2의 고정층간의 교환결합이 자기이방성을 만들며, 이것이 MR높이방향을 따라서 강자성고정층의 자화를 배열한다. 즉, 제 2의 고정층이 고정필드를 가지며, 이것이 MR높이방향으로 고정층의 자화를 고정한다.
본 출원에서, MR높이방향이란, 자기터널접합의 적층된 층들의 면에서, 인가된 외부자계방향에 따른 방향을 말한다. 트랙폭방향이란, 상기 층들의 또 다른 면에서, 인가된 외부자계방향에 대해 직각을 형성하는 트래버스방향을 말한다.
자기터널접합을 제조하는 방법은, 제 1의 반강자성고정층, 강자성프리층, 터널배리어층, 강자성고정층 및, 제 2의 반강자성고정층을 포함하는 일련의 층들을, 어느 한 층을 나머지 층들의 상부에 일렬로 형성하는 단계를 포함한다. 또, 이 방법은, MR높이방향에 대해 평행하게 향하고 있는 자계에서 제 2의 반강자성고정층의 재질의 블로킹온도 TB2보다 더 높은 온도에서 상기 층들을 열처리하는 단계를 포함한다. 또, 상기 방법은, 트랙폭방향에 대해 평행하게 향하고 있는 자계에서 제 1의 반강자성고정층의 재질의 블로킹온도 TB1보다 더 높은 온도에서 상기 층들을 열처리하는 단계를 더 포함한다.
외부자계 측정 시에 노이즈의 발생을 억제하기 위해서는, 자계 인가 후에, 자기터널접합의 강자성프리층의 자화방향을 연속적으로 변화시킬 필요가 있다. 이런 연속적인 변화를 달성하기 위해서는, 인가된 외부자계방향에 대해서 직각을 형성하는 트랙폭방향을 따라서 프리층의 자화를 배열하는, 자기이방성을 가지는 단일방향의 자구를 프리층에서 발달시키는 것이 유효하다. 노이즈와 프리층의 자화방향과의 사이에는 상관관계가 있으며, 이 방향은 외부자계의 인 가시에 회전한다. 프리층의 자화가 인가된 외부필드방향에 평행한 MR높이방향으로 배열되는 경우, 인가된 외부필드로 인한 자화 방향의 변화는 불연속의 자구이동모드 이며, 그서, 히스테리시스를 가진 자기저항(MR)곡선을 발생한다. 프리층의 자화가 트랙폭방향으로 배열되는 경우, 인가된 외부필드로 인한 자화방향의 변화는 연속적인 자구회전모드 이며, 그래서 히스테리시스가 없는 자기저항(MR)곡선을 발생한다.
따라서, 본 발명의 일 실시형태에서는, 반강자성고정층을 적용해서 프리층에 바이어스를 교환해서 단일방향의 자기이방성을 유기한다. 고정층과 프리층간의 교환결합에 의해 유기된 자계는 프리층의 고유의 자기이방성보다 크기가 크다. 이 발생된 자기이방성은 MR높이방향에 직각인 트랙폭방향에 따라 프리층에서 자화를 배열한다. 이런 구조에 의해, MR방향을 따라 외부자계를 인가할 때, 인가된 필드로 인한 자화의 방향이 연속적인 자구회전모드이기 때문에, 노이즈비에 대해 큰 신호를 나타내고 있다.
병렬된 이방성관계를 제공하기 위해, 변경되지 않은 고정층의 이방성에 대해서 프리층의 이방성을 회전시키기 위해서는, 고정층이 열처리되는 온도 보다 적어도 50℃ 더 낮은 온도에서 자계의 프리층을 열처리할 필요가 있다. 이 프리층과 제 1의 고정층은, 제 1의 고정층을 열처리하기 위한 온도보다 적어도 50℃ 더 낮은 블로킹온도 TB1을 가지도록 제조한다. 프리층의 열처리온도는 블로킹온도 TB1보다 조금 위의 온도로 설정한다. 이런 조건하에서의 열처리가, 프리층의 이방성을 회전해서, MR높이방향을 따라서 배열되어 있는 고정층의 자화를 유지하면서, 트랙폭방향을 따라서 자화를 배열하는데 효과적인 것으로 증명되었다.
자기디스크는 약 100℃정도의 온도에서 동작한다. 만일 자기터널접합을 자기디스크로 사용한다면, 블로킹온도 TB1을 150℃(TB1>150℃)보다 높게 설정하는 것이 동작의 안정성을 위해 바람직하다.
제 1의 반강자성고정층과의 자기결합에 의해 발생된 자기필드 Hex1은, 프리층에서 유기된 고유의 자기이방성보다 충분히 더 클 필요가 있다. 그래서, Hex1을 20 Oe(에르스텟)보다 크게 설정할 필요가 있다. 즉, Hex1>20 Oe이다.
자기결합에 의해 프리층에서 발달된 자계의 크기를 측정하는 것은, 이 필드의 크기가 외부자계센서의 감도를 결정하기 때문에 중요하다. 제 1의 고정층과 프리층과의 사이에 비자성금속의 인터페이스층을 배치하는 것에 의해 이런 제어가 가능하다. 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라서, 자기터널접합소자는, 한 층이 다른 하나의 층상에 순차적으로 쌓이는, 제 1의 고정층, 인터페이스층, 강자성프리층, 터널배리어층, 강자성고정층 및, 제 2의 고정층을 포함한다. 상기 제 1 및 제 2의 고정층들은 각각 반강자성층들의 형태일 수 있다. 이 강자성프리층은 자신과 제 1의 고정층 사이에 위치된 인터페이스층을 매개해서 제 1의 고정층과 인접해있다. 강자성프리층과 제 1의 고정층간의 교환결합이 자기이방성을 발생시키며, 이것은 트랙폭방향을 따라서 강자성프리층의 자화를 배열한다. 즉, 제 1의 고정층이 고정필드를 가지며, 이것이 트랙폭방향으로 프리층의 자화를 고정한다. 강자성고정층과 제 2의 고정층과의 교환결합이 자기이방성을 발생시키며, 이것이 MR높이방향을 따라서 강자성고정층의 자화를 배열한다. 즉, 제 2의 고정층이 고정필드를 가지며, 이것이 MR높이방향으로 고정층의 자화를 고정한다.
두께 t가 1㎚≤t≤10㎚의 범위에 속하는 인터페이스층을 제조하는 것이, 외부필드자계센서에 대해 적절한 크기를 가진 프리층의 자계를 발생시키는데 효과적인 것이 증명되었다.
제 1의 고정층은 반강자성층 대신 바이어스 자성층의 형태일 수도 있다. 이 경우, 프리층의 자화를 트랙폭방향으로 배열하는 공정단계가, 상기 층들을 열처리할 때 바이어스 강자성층의 보자력 이상을 능가하는 자계를 요구한다.
도 1을 참조하면, 강자성터널접합소자는 기판(11)상에 형성되며, 이것은 하전극(12), 초기 또는 시드층(13), 제 1의 반강자성고정층(14), 강자성프리층(15), 터널배리어층(16), 강자성고정층(17), 제 2의 반강자성고정층(18) 및, 상전극(19)을 포함한다. 하전극(12)은 기판(11)상에 위치한다. 쌓여진 층들(14, 15, 16, 17 및 18)이 패턴되어서 초기층(13)상에 퇴적된다. 터널배리어층(16)은 프리층과 고정층들(15와 17) 사이에 끼워져 있다. 상전극은 제 2의 반강자성고정층(18)상에 위치한다.
도 1에 도시된 자기터널접합소에서는, 트랙폭방향이 X축에 따른 방향이며, MR높이방향이 Y축에 따른 방향이다. 외부자계방향은 Y축에 따른 방향이다.
초기층(13)은 단일막구조 또는 이층막구조의 형태이다. 초기층(13) 구조의 각 층의 재질은 Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Pt, Au, Pb 및, 이들 각각으로 이루어진 합금, 또는 이들 금속들의 혼합으로 구성된 그룹에서 선택된다. 이층막구조의 경우에는, 금속/금속 또는 금속/합금 또는 합금/합금을 적용할 수 있다.
각 제 1 및 제 2의 반강자성고정층(14 및 18)은 단일막구조 또는 이층막구조의 형태이다. 고정막(14 및 18)구조의 각 층의 재질은, Fe-Mn합금, Ni-Mn합금, Pt-Mn합금, Ir-Mn합금, Ru-Mn합금, Rh-Mn합금 및, Cr-Al합금으로 구성된 그룹에서 선택된다.
강자성프리층 및 고정층들(15 및 17)의 재질은 Fe, Co 및 Ni 중 적어도 하나를 포함하는 합금들로 구성된 그룹에서 선택된다. 이러한 합금들 중, NiFe, NiFeCo, CoZr, FeCoB, 센더스트, 질화철계 합금, FeCo등을 예로 들 수 있다. 프리 및 고정층들(15 및 17)은 동일재질 또는 다른 재질들로 각각 형성될 수 있다.
각각의 강자성프리층 및 고정층들(15 및 17)에서 인접한 비자성층과 면하고 있는 표면상에, 약 1㎚두께의 Co 또는 CoFe로 이루어진 박막을 설치하는 것에 의해, 더 큰 자기저항(MR)비를 획득할 수 있다.
터널배리어층(16)은 Al, Mg 및 일련의 란탄계열원소로 구성되는 그룹에서 선택된 금속의 산화막으로 형성될 수 있다.
하전극 및 상전극들(12 및 19)의 재질은 Al 또는 Pt이다.
도 2를 참고하면, 변형적인 실시형태는, 제 1의 반강자성고정층(14)과 강자성프리층(15) 사이에 배치된 인터페이스층(21)의 설치를 제외하고는, 도 1에 도시된 자기터널접합소자와 실질적으로 동일하다.
이 인터페이스층(21)의 재질은 Al, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Pt, Au, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er 및 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금들로 구성되는 그룹에서 선택된다.
도 3을 참조하면, 제 2의 변형 실시형태는, 제 1의 반강자성고정층(14) 대신에 바이어스 강자성고정층(31)의 사용하는 것을 제외하고는, 도 1에 도시된 자기터널접합소자와 실질적으로 동일하다. 즉, 이 바이어스 강자성층이 반강자성층 대신에 제 1의 고정층으로 사용된다.
이 바이어스 강자성층은 CoCrPt, CoPt등의 강자성층으로 형성된다.
[실시예]
본 발명은 다음의 실시예들에 의해 상세히 설명된다.
(제 1의 바람직한 실시예)
도 1∼3의 자기터널접합소자들은 외부자계 측정 시에 바람직하게 적용할 수 있다. 이런 소자들을 제조하기 위한 바람직한 방법을 도 4a∼4f의 일련의 공정도를 참조해서 설명한다.
도 4a를 참조하면, 열산화물로 피복된 평탄한 실리콘기판 웨이퍼가 바람직하게 Si기판(41)이 된다. 이 기판의 상면에 50㎚두께의 Al막을 성장시켜서 하전극(42)을 형성한다. 5㎚두께의 Ta초기층(43)이 이 하전극(42)의 상면에 형성된다.
초기층(43)의 상면에는, 5㎚두께의 Fe-Mn로 이루어진 반강자성고정층(44), 10㎚두께의 NiFe로 이루어진 강자성프리층(45) 및, 2㎚두께의 Al로 이루어진 전기전도층(46)을 성막한다. 이러한 층들을 제조하기 위한 성막은, Ar가스로, 가스압 0.3Pa, 파워밀도 35W/㎠로, dc마그네트론 스퍼터링에 의해 행한다.
이어서, 10분간 산소압력을 20mTorr∼200Torr의 범위로 해서 Al막(45)을 산화해서, 터널배리어층(47)을 형성한다.
터널배리어층(47)의 상면에는, 10㎚두께의 CoFe로 이루어진 강자성고정층(48) 및 30㎚두께의 NiMn으로 이루어진 제 2의 반강자성고정층(49)을 형성한다. 이러한 층들을 제조하는 성막은, Ar가스로, 가스압 0.3Pa, 파워밀도 35W/㎠로 dc마그네트론 스퍼터링에 의해 행한다.
선택적인 리소그래피 및 이온밀링을 사용해서 하전극의 형태를 한정하고 적층된 멀티층을 패턴한다. 도 4b는 밀링단계를 완성한 후의 상기 구조의 단면을 도시한다. 상전극층을 위해 레지스트(50) 패턴을 먼저 제 2의 반강자성층(49)상에 위치시킨다. 그리고 나서, 이 레지스트(50)에 의해 보호되지 않은 영역에 있는 제 1의 반강자성층(44)까지 제 2의 이온밀링을 행해서 상기 적층구조를 얇게 한다. 도 4c는 제 2의 이온밀링을 행한 후의 상기 구조의 단면을 도시한다. 이 레지스트(50)를 리프트-오프 스텐실로 남기는 것에 의해, Al2O3으로 이루어진 절연층(51)이 전자빔을 적용하는 에너지-강화 디포지션에 의해 전체적인 패턴구조 위에 위치된다. 이 층(51)의 두께는 300㎚이다. 도 4d는 이 퇴적을 완성한 때에 상기 레지스트(50)가 제거된 후의 구조를 도시한다. 상부배선층을 형성하기 위해 레지스트(52) 패턴을 도 4e에 도시하듯이 상기 구조상에 위치시킨다. 제 2의 반강자성층(49)의 노출면이 역스퍼터링에 의해 깨끗해져서, 이어서 형성되는 배선층과의 전기적접촉을 만든다. Al로 이루어진 상부배선층이 이 구조상에 형성되고, 레지스트(52)가 제거되어서, 도 4f에 도시되는 것과 같은 바람직한 상부배선층(53)이 형성된다. 이 배선층(53)의 두께는 200㎚이다.
강자성고정층(48)의 자화단계로서, 상기 적층구조의 층들이 크기가 3KOe인 MR방향의 자계에서 5시간동안 270℃에서 열처리한다. 이어서, 강자성프리층(45)의 자화단계로서, 상기 적층구조를 크기가 50 Oe인 트랙폭방향의 자계에서 1분간 150℃에서 열처리한다.
완성된 자기터널접합소자는 히스테리시스가 없는 MR곡선을 나타내었다.
프리층의 자화단계를 행하지 않으면, 이 소자는 큰 히스테리시스를 가진 MR곡선을 나타낸다. 이 경우, 외부필드 측정 시에 이 소자를 적용하는 것은 불가능하다.
(비교예)
자기터널접합소자를, 제 1의 반강자성고정층(44)을 제거하는 것을 제외하고는, 도 4a∼4f의 공정도와 관련해서 설명한 방식과 동일한 방식으로 제조하였다. 상기 층(44)이 없는 이 소자는 큰 히스테리시스를 가진 MR곡선을 나타내었다. 그래서, 본 소자의 외부감지적용이 불가능하다.
(제 2의 바람직한 실시예)
제 2의 바람직한 실시예는, 제 1의 반강자성고정층(44)의 재질 및 성막과 강자성프리층(45)의 자화단계를 제외하고는, 제 1의 바람직한 실시예와 실질적으로 동일하다. 제 2의 바람직한 실시예에 따라서, IrMn으로 이루어진 제 1의 반강자성고정층을, Ar가스로 가스압 0.3Pa과 파워밀도 100W/㎠으로 rf스퍼터링에 의해 형성한다. 이 IrMn층의 두께는 15㎚이다. 프리층의 자화를 위해, 상기 적층구조의 층들을 50 Oe의 트랙폭방향의 자계에서 1분간 250℃에서 열처리한다. 완성된 소자는 히스테리시스가 없는 MR곡선을 나타내었다.
(제 3의 바람직한 실시예)
제 3의 바람직한 실시예는, 제 1의 반강자성고정층(44)의 재질 및 성막과 강자성프리층(45)의 자화단계를 제외하고는, 제 1의 바람직한 실시예와 실질적으로 동일하다. 제 3의 바람직한 실시예에 따라서, RhMn으로 이루어진 제 1의 반강자성고정층을, Ar가스로 가스압 0.3Pa과 파워밀도 100W/㎠으로 rf스퍼터링에 의해 형성한다. 이 RhMn층의 두께는 5㎚이다. 프리층의 자화를 위해, 상기 적층구조의 층들을 50 Oe의 트랙폭방향의 자계에서 1분간 200℃에서 열처리한다. 완성된 소자는 히스테리시스가 없는 MR곡선을 나타내었다.
(제 4의 바람직한 실시예)
제 4의 바람직한 실시예는, 제 1의 반강자성고정층(44)의 재질 및 성막과 강자성프리층(45)의 자화단계를 제외하고는, 제 1의 바람직한 실시예와 실질적으로 동일하다. 제 4의 바람직한 실시예에 따라서, Cr-Al로 이루어진 제 1의 반강자성고정층을, Ar가스로 가스압 0.3Pa과 파워밀도 100W/㎠으로 rf스퍼터링에 의해 형성한다. 이 Cr-Al층의 두께는 20㎚이다. 프리층의 자화를 위해, 상기 적층구조의 층들을 50 Oe의 트랙폭방향의 자계에서 1분간 220℃에서 열처리한다. 완성된 소자는 히스테리시스가 없는 MR곡선을 나타내었다.
(제 5의 바람직한 실시예)
제 5의 바람직한 실시예는, 제 1의 반강자성고정층(44)의 재질 및 성막과, 강자성프리층(45)의 자화단계 및, 인터페이스층의 설치를 제외하고는, 제 1의 바람직한 실시예와 실질적으로 동일하다. 제 5의 바람직한 실시예에 따라서, FeMn으로 이루어진 제 1의 반강자성고정층을, Ar가스로 가스압 0.3Pa과 파워밀도 7W/㎠으로 dc마그네트론 스퍼터링에 의해 형성한다. 이 FeMn층의 두께는 10㎚이다. Cu로 이루어진 인터페이스층은 제 1의 반강자성고정층과 프리층 사이에 위치된다. 프리층의 자화를 위해, 상기 적층구조의 층들을 50 Oe의 트랙폭방향의 자계에서 1분간 150℃에서 열처리한다. 완성된 소자는 히스테리시스가 없는 MR곡선을 나타내었다.
이 인터페이스층의 재질은, Al, Ti, V, Cr, Mn, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Pt, Au, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho 및, Er로 구성된 그룹에서 선택된 하나로 대체될 수 있다. 이들 각각의 변형소자들은 어떠한 히스테리시스도 없는 MR곡선을 나타내었다.
(제 6의 바람직한 실시예)
제 6의 바람직한 실시예는, 제 1의 반강자성고정층(44)을 대신해서 바이어스 강자성고정층을 제공하는 것과, 강자성프리층(45)의 자화단계 및, 인터페이스층의 제공을 제외하고는, 제 1의 바람직한 실시예와 실질적으로 동일하다. 제 6의 바람직한 실시예에 따라서, CoCrPt로 이루어진 바이어스 강자성고정층을 형성한다. 이 CoCrPt층의 두께는 10㎚이다. Ag로 이루어진 인터페이스층은 바이어스 강자성층과 프리층 사이에 위치된다. Ag으로 이루어진 인터페이스층의 성막은, Ar가스로 가스압 0.3Pa과 파워밀도 10W/㎠로 dc 마그네트론 스퍼터링에 의해 행한다. 이 Ag층의 두께는 1.5㎚이다. 프리층의 자화를 위해, 상기 적층구조의 층들을 3KOe의 트랙폭방향의 자계에서 1분간 30℃에서 열처리한다. 완성된 소자는 히스테리시스가 없는 MR곡선을 나타내었다.
본 발명이 상기 바람직한 실시형태들 및 실시예를 참고해서 도시되고 설명되지만, 본 발명은 본 분야의 기술자들에 의해 그 사상 및 정신을 벗어나지 않고 다양한 변화를 형성할 수 있고 상세히 설명될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 따라서, 개시된 발명은 단지 예시적으로 취급될 것이며, 단지 첨부한 청구범위내에서만 그 사상이 특정하게 제한된다.
본 발명의 구성에 의해, 자계에서 노이즈비에 비해 더 큰 신호를 제공하는, 수 미크론 크기 이하의 자기터널접합들을 제조할 수 있다.

Claims (19)

  1. 한 층이 다른 층의 상면에 순차로 쌓이는, 제 1의 고정층, 강자성프리층, 터널배리어층, 강자성고정층 및, 제 2의 고정층을 포함하며,
    상기 제 1의 고정층이 제 1의 고정필드를 가지며, 이것이 트랙폭방향으로 상기 프리층의 자화를 고정하며,
    상기 제 2의 고정층이 제 2의 고정필드를 가지며, 이것이 MR높이방향으로 상기 고정층의 자화를 고정하는 외부자계센서로서 이용 가능한 자기터널접합소자.
  2. 제 1항에 있어서, 상기에서 제 1 및 제 2의 고정층들이 각각 반강자성층들의 형태인 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 자기터널접합소자가 상기 제 1의 고정층과 상기 프리층과의 사이에 위치한 인터페이스층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  4. 제 1항에 있어서, 상기에서 제 1의 고정층이 바이어스 강자성층의 형태인 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 자기터널접합소자가 상기 제 1의 고정층과 상기 프리층과의 사이에 위치한 인터페이스층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  6. 제 2항에 있어서, 상기에서 제 1의 고정층이 제 1의 블로킹온도를 가지며, 상기 제 2의 고정층이 제 2의 블로킹온도를 가지며, 상기 제 1 및 제 2의 블로킹온도들이 다음의 관계:
    TB1>150℃,
    (TB2-TB1)>50℃를 만족하며,
    상기에서 TB1은 제 1의 블로킹온도이며, TB2는 제 2의 블로킹온도인 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  7. 제 3항에 있어서, 상기에서 제 1의 고정층이 제 1의 블로킹온도를 가지며, 상기 제 2의 고정층이 제 2의 블로킹온도를 가지며, 상기 제 1 및 제 2의 블로킹온도들이 다음의 관계:
    TB1>150℃,
    (TB2-TB1)>50℃를 만족하며,
    상기에서 TB1은 제 1의 블로킹온도이며, TB2는 제 2의 블로킹온도인 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  8. 제 2항에 있어서, 상기에서 제 1 및 제 2의 고정필드들이 제 1 및 제 2의 크기들을 각각 가지며, 상기 크기들이 다음의 관계:
    Hex1>20 Oe,
    Hex>200 Oe를 만족하고,
    상기에서 Hex1이 제 1의 크기이며, Hex2가 제 2의 크기인 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  9. 제 3항에 있어서, 상기에서 제 1 및 제 2의 고정필드들이 제 1 및 제 2의 크기들을 각각 가지며, 상기 크기들이 다음의 관계:
    Hex1>20 Oe,
    Hex>200 Oe를 만족하고,
    상기에서 Hex1이 제 1의 크기이며, Hex2가 제 2의 크기인 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  10. 제 2항에 있어서, 상기에서 각각의 제 1 및 제 2의 고정층들이 단일막구조 또는 이층막구조의 형태이며, 상기에서 고정층 구조의 각 층의 재질이, Fe-Mn합금, Ni-Mn합금, Pt-Mn합금, Ir-Mn합금, Ru-Mn합금, Rh-Mn합금 및, Cr-Al합금으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  11. 제 3항에 있어서, 상기에서 인터페이스층의 재질이, Al, Ti, V, Cr, Mn, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Pt, Au, Pb, Bi, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er 및, 이들 중 적어도 하나를 포함하는 합금들로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  12. 제 3항에 있어서, 상기에서 인터페이스층의 두께가 다음:
    1㎚≤t≤10㎚와 같은 범위 내에 있으며,
    상기에서 t는 인터페이스층의 두께인 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  13. 제 1항에 있어서, 상기에서 강자성프리층 및 고정층의 재질이, Fe, Co 및 Ni 중 적어도 하나를 포함하는 합금들로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자.
  14. 전기전도층을 포함하는 적층구조의 자기터널접합 층들을 진공챔버에서 제조하는 단계; 및
    상기 전기전도층의 표면에 자연 산화를 위해 산소를 적용해서 터널배리어층을 형성하는 단계를 포함하는 자기터널접합소자의 제조방법.
  15. 강자성프리층과 전기전도층을 포함하는 적층구조의 자기터널접합 층들을 진공챔버에서 제조하는 단계;
    상기 강자성프리층을 산화하는 단계; 및
    상기 전기전도층의 표면에 자연 산화를 위해 산소를 적용해서 터널배리어층을 형성하는 단계를 포함하는 자기터널접합소자의 제조방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기에서 전기전도층의 재질이, Al, Mg 및 일련의 란탄계열원소들로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자의 제조방법.
  17. 제 15항에 있어서, 상기에서 전기전도층의 재질이, Al, Mg 및 일련의 란탄계열원소들로 구성되는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 자기터널접합소자의 제조방법.
  18. 제 1의 반강자성고정층, 강자성프리층 및, 전기전도층을 포함하는 적층구조의 자기터널접합 층들을 진공챔버에서 제조하는 단계;
    상기 전기전도층의 표면을 산화해서 터널배리어층을 형성하는 단계; 및
    상기 적층구조의 층들을, 트랙폭방향의 자계에서 상기 제 1의 반강자성고정층의 블로킹온도보다 높은 온도에서 열처리하는 단계를 포함하는 자기터널접합소자의 제조방법.
  19. 바이어스 강자성고정층, 강자성프리층 및, 전기전도층을 포함하는 적층구조의 자기터널접합 층들을 진공챔버에서 제조하는 단계;
    상기 전기전도층의 표면을 산화해서 터널배리어층을 형성하는 단계; 및
    상기 적층구조의 층들의 트랙방향으로 자계를 인가해서, 상기 자계가 바이어스 강자성고정층의 보자력보다 더 큰 크기를 가지는 단계를 포함하는 자기터널접합소자의 제조방법.
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