KR20000017032A - 스핀밸브형 자기저항 박막소자 - Google Patents

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KR20000017032A
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Abstract

프리자성층 (5) 을 NiFe 합금막으로 형성한 경우, 상기 프리자성층의 막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬으로 형성하고, NiFe 합금막의 Ni 조성비를 적절히 선택하면, 자왜를 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내로 할 수 있다. 따라서, 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량을 작게 할 수 있어, 벌크하우젠노이즈를 저감할 수 있다.

Description

스핀밸브형 자기저항 박막소자 {SPIN-VALVE TYPE MAGNETORESISTIVE THIN FILM ELEMENT}
본 발명은, 고정자성층 (핀(Pinned) 자성층) 이 자화방향과 외부자계의 영향을 받는 프리(Free) 자성층의 자화방향과의 관계에서 전기저항이 변화하는 소위 스핀밸브형 자기저항 박막소자에 관한 것으로, 상기 프리자성층의 자왜정수를 적절하게 제어하여, 벌크하우젠노이즈를 저감시킨 스핀밸브형 자기저항 박막소자에 관한 것이다.
스핀밸브형 자기저항 박막소자는, 거대자기저항효과를 이용한 GMR (giant magneto resistive) 소자의 1 종으로, 하드디스크 등의 기록매체로부터의 기록자계를 검출하는 것이다.
스핀밸브형 자기저항 박막소자는, 가장 단순한 구조로 4 층으로 이루어지고, 아래부터 프리자성층, 비자성도전층, 고정자성층 및 반강자성층의 순서로 적층된다.
그리고, 이 4 층의 양측에는 하드바이어스층 및 도전층이 적층된다.
종래에서는, 반강자성층에는 FeMn (철-망간) 합금막이나 NiMn (니켈-망간) 합금막, 고정자성층 및 프리자성층에는 NiFe (니켈-철) 합금막, 비자성도전층에는 Cu (구리)막, 또 하드바이어스층에는 CoPt (코발트-백금) 합금막 등이 일반적으로 사용되고 있다.
상기 고정자성층은 반강자성층에 접하여 형성되고, 상기 반강자성층이 FeMn 합금막으로 형성된 경우에는 자장중에서 막형성이 실시되고, 상기 반강자성층이 NiMn 합금막으로 형성된 경우에는 자장중에서 어닐링처리가 실시됨으로써, 상기 고정자성층의 자화는, 높이방향 (기록매체로부터의 누설자계방향) 으로 단자구화 (單磁區化)되어 고정된다.
또, 프리자성층의 자화는, 하드바이어스층으로부터의 바이어스자계에 의해, 트랙폭방향으로 정렬되고, 상기 프리자성층의 자화와 고정자성층의 자화와의 상대각이 90° 로 되어 있다.
스핀밸브형 자기저항 박막소자에서는, 상기 도전층으로부터, 고정자성층, 비자성도전층 및 프리자성층에 검출전류 (센스전류) 가 부여된다. 기록매체로부터의 누설자계가 부여되면, 프리자성층의 자화가 트랙폭방향으로부터 누설자계방향 (높이방향) 으로 향하여 변화한다. 이 프리자성층내에서의 자화방향의 변동과, 고정자성층의 고정자화방향과의 관계에서 전기저항이 변화하고, 이 전기저항값의 변화에 근거하는 전압변화에 의해, 기록매체로부터의 누설자계가 검출된다.
그러나, 금속막의 다층구조인 스핀밸브형 자기저항 박막소자는, 그 상하 및 높이측의 측면이 예를 들면 Al2O3등의 절연막 (갭막) 에 의해 덮여지고, 상기 높이측의 반대측 (즉 ABS 면측 ; 정면측) 의 면이 외부로 노출된 구조로 되어 있어, 상기 스핀밸브형 자기저항 박막소자에서의 프리자성층의 중앙부근에는, 높이방향으로 인장응력이, 상기 프리자성층의 양단 부근에는 높이방향으로 압축응력이 작용하고 있다.
상술한 바와 같이, 프리자성층의 양측에는, 트랙폭방향으로 자화된 하드바이어스층이 형성되어 있고, 이 하드바이어스층의 영향을 받아, 상기 프리자성층의 자화는 트랙폭방향으로 정렬된다.
그러나, 상기 하드바이어스층의 영향은, 프리자성층의 양단부가 가장 크고, 프리자성층의 중앙부에 가까울수록, 즉 상기 하드바이어스층으로부터 거리적으로 떨어질수록 작아진다.
이 때문에, 특히 프리자성층의 중앙부근에서는, 상기 프리자성층에 가해지는 응력과 자왜로 구할 수 있는 자기탄성효과에 의한 자계의 영향이 커지고 있다.
상술한 바와 같이, 프리자성층의 중앙부부근에는, 높이방향으로 인장응력이 작용하고 있기 때문에, 상기 프리자성층의 자왜가 양의 값이고, 또한 그 값이 커질수록, 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량은 커지며, 높이방향이 자화용이축방향으로 되어 버린다.
이와 같은 상태이면, 프리자성층의 중앙부근에서의 자화는, 높이방향으로 향하기 쉬워, 벌크하우젠노이즈가 발생하기 쉬워진다는 문제가 생긴다.
반대로, 프리자성층의 자왜가 음의 값이면, 상기 프리자성층의 중앙부근에서는 트랙폭방향이 자화용이축방향으로 되어 바람직하지만, 높이방향으로 압축응력이 작용하고 있는 상기 프리자성층의 양단부근에서는, 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량이 발생하여, 높이방향이 자화용이축방향으로 되기 쉬워진다.
상기 프리자성층의 양단부근은, 트랙폭방향으로 자화되어 있는 하드바이어스층의 영향을 크게 받으므로, 상기 프리자성층의 중앙부근에 비하여 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량의 영향은 적다고 생각되지만, 프리자성층의 자왜가 음의 값이고, 또한 그 절대값이 크면, 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량은 무시할 수 없을 정도로 커진다.
이와 같은 상태가 되면, 프리자성층의 양단부근에서의 자화는, 높이방향으로 향하기 쉬워 벌크하우젠노이즈가 발생하기 쉬워진다.
본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위한 것으로, 특히, 프리자성층의 막두께나 조성비를 적절하게 조절함으로써, 상기 프리자성층의 자왜를 적절한 범위내로 하여, 벌크하우젠노이즈의 발생을 저감할 수 있도록 한 스핀밸브형 자기저항 박막소자를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 구조를 ABS 면측에서 본 단면도.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태의 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 구조를 ABS 면측에서 본 단면도.
도 3 은 본 발명의 제 3 실시형태의 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 구조를 나타낸 ABS 면측에서 본 단면도.
도 4 는 본 발명의 제 4 실시형태의 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 구조를 ABS 면측에서 본 단면도.
도 5 는 본 발명의 제 5 실시형태의 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 구조를 ABS 면측에서 본 단면도.
도 6 은 본 발명의 제 6 실시형태의 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 구조를 ABS 면측에서 본 단면도.
도 7 은 프리자성층의 자왜 (λs) 와, 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량과의 관계를 나타낸 그래프.
도 8 은 프리자성층의 상측에 반강자성층을 형성하고, 또한 프리자성층을 Ni83Fe17 로 형성한 경우에서의 NiFe 합금막의 막두께와, 자왜 (λs) 와의 관계를 나타낸 그래프.
도 9 는 프리자성층의 상측에 반강자성층을 형성하고, 또한 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비를 82, 83, 84, 85 (at%) 로 한 경우에서의 NiFe 합금막의 막두께와, 자왜 (λs) 와의 관계를 나타낸 그래프.
도 10 은 프리자성층의 상측에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막, 프리자성층의 하측에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막, 및 프리자성층의 상하에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막에 있어서, 각 스핀밸브막의 프리자성층을 Ni83.5Fe16.5 로 형성한 경우에서의 NiFe 합금막의 막두께와, 자왜 (λs) 와의 관계를 나타낸 그래프.
도 11 은 프리자성층을 NiFe 합금막으로 형성한 스핀밸브막, 및 프리자성층을 NiFe 합금막과 Co 막 및 Co 합금막 (CoFe) 으로 형성한 스핀밸브막을 제작하여, 각 스핀밸브막의 프리자성층의 막두께와, 저항변화율과의 관계를 나타낸 그래프.
도 12 는 프리자성층의 상측에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막에 있어서, NiFe 합금막의 막두께를 30 옹스트롬 및 100 옹스트롬으로 형성한 경우에서의 NiFe 합금막의 Ni 조성비와, 자왜 (λs) 와의 관계를 나타낸 그래프.
도 13 은 프리자성층의 하측에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막에 있어서, NiFe 합금막의 막두께를 30 옹스트롬, 및 100 옹스트롬으로 형성한 경우에서의 NiFe 합금막의 Ni 조성비와, 자왜 (λs) 와의 관계를 나타낸 그래프.
도 14 는 프리자성층의 상하에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막에 있어서, NiFe 합금막의 막두께를 30 옹스트롬, 및 100 옹스트롬으로 형성한 경우에서의 NiFe 합금막의 Ni 조성비와, 자왜 (λs) 와의 관계를 나타낸 그래프.
도 15 는 프리자성층의 상측에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막, 프리자성층의 하측에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막, 및 프리자성층의 상하에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막에 있어서, 각 스핀밸브막의 프리자성층을 NiFe 합금막과 CoFe 합금막으로 형성하고, 또한, 프리자성층의 총합막두께를 80 옹스트롬으로 한 경우에서의 CoFe 합금막의 막두께와, 자왜 (λs) 와의 관계를 나타낸 그래프.
도 16 은 프리자성층의 상측에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막에 있어서, NiFe 합금막의 막두께를 80 옹스트롬 및 NiFe 합금막과 CoFe 합금막과의 막두께를 각각 40 옹스트롬으로 형성한 경우에서의 NiFe 합금막의 Ni 조성비와, 자왜 (λs) 와의 관계를 나타낸 그래프.
도 17 은 프리자성층의 하측에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막에 있어서, NiFe 합금막의 막두께를 80 옹스트롬, 및 NiFe 합금막과 CoFe 합금막과의 막두께를 각각 40 옹스트롬으로 형성한 경우에서의 NiFe 합금막의 Ni 조성비와, 자왜 (λs) 와의 관계를 나타낸 그래프.
도 18 은 프리자성층의 상하에 반강자성층을 형성한 스핀밸브막에 있어서, NiFe 합금막의 막두께를 80 옹스트롬 및 NiFe 합금막과 CoFe 합금막과의 막두께를 각각 40 옹스트롬으로 형성한 경우에서의 NiFe 합금막의 Ni 조성비와, 자왜 (λs) 와의 관계를 나타낸 그래프.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 서명*
1 : 스핀밸브형 자기저항 박막소자
2 : 반강자성층
3 : 고정자성층
4 : 비자성도전층
5 : 프리자성층 (NiFe 합금막층)
6 : 하드바이어스층
7 : 기초층
8 : 보호층
9 : 도전층
10 : 프리자성층 (CoFe 합금막)
본 발명은, 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되어, 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정되는 고정자성층과, 상기 고정자성층에 비자성도전층을 통하여 형성된 프리자성층을 갖고, 또한 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 일치시키는 바이어스층과, 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층에 검출전류를 부여하는 도전층이 형성되며, 상기 프리자성층은 NiFe 합금막에 의해 형성되고, 상기 프리자성층의 막두께는, 30 ∼ 100 (옹스트롬) 의 범위내인 스핀밸브형 자기저항 박막소자를 제공하는 것이다.
본 발명에서는, 상기 반강자성층이, 프리자성층의 상측에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는, 82 ∼ 85 (at%) 의 범위내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 82.6 ∼ 84.4 (at%) 의 범위내이다.
NiFe 합금막의 Ni 조성비를, 82 ∼ 85 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층의 자왜정수를 -2×10-6∼ 1×10-6의 범위내에, NiFe 합금막의 Ni 조성비를, 82.6 ∼ 84.4 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층의 자왜정수를 -0.5×10-6∼ 0 의 범위내로 하는 것이 가능하다.
또 본 발명에서는, 상기 반강자성층이, 프리자성층의 하측에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는, 81 ∼ 83.7 (at%) 의 범위내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 81.6 ∼ 82.5(at%) 의 범위내이다.
NiFe 합금막의 Ni 조성비를, 81 ∼ 83.7 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층의 자왜정수를 -2×10-6∼ 1×10-6의 범위내에, NiFe 합금막의 Ni 조성비를, 81.6 ∼ 82.5 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층의 자왜정수를 -0.5×10-6∼ 0 의 범위내로 하는 것이 가능하다.
또 본 발명에서는, 상기 반강자성층이, 프리자성층의 상하에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는, 81.7 ∼ 84 (at%) 의 범위내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 82.3 ∼ 83 (at%) 의 범위내이다.
NiFe 합금막의 Ni 조성비를, 81.7 ∼ 84 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층의 자왜정수를 -2×10-6∼ 1×10-6의 범위내에, NiFe 합금막의 Ni 조성비를, 82.3 ∼ 83 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층의 자왜정수를 -0.5×10-6∼ 0 의 범위내에서 취하는 것이 가능하다.
또 본 발명은, 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되어 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정되는 고정자성층과, 상기 고정자성층에 비자성도전층을 통하여 형성된 프리자성층을 갖고, 또한 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 일치시키는 바이어스층과, 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층에 검출전류를 부여하는 도전층이 형성되며, 상기 프리자성층은 NiFe 합금막과 Co 또는 Co 계 합금막의 적층구조로 이루어지고, 상기 프리자성층의 막두께가 30 ∼ 100 (옹스트롬) 인 경우, (Co 또는 Co 합금막의 막두께)/(프리자성층의 막두께) 는 0 ∼ 0.5 의 범위내인 스핀밸브형 자기저항 박막소자를 제공하는 것이다.
또 상기 Co 또는 Co 합금막의 막두께는, 0 ∼ 40 (옹스트롬) 의 범위내인 것이 바람직하고, 또한 상기 Co 또는 Co 합금막은, 비자성도전층과 접하는 측에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 상기 반강자성층이, 프리자성층의 상측에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 이루는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는, 82 ∼ 85 (at%) 의 범위내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 83 ∼ 84 (at%) 의 범위내이다.
NiFe 합금막의 Ni 조성비를, 82 ∼ 85 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층의 자왜정수를 -2×10-6∼ 1×10-6의 범위내에, NiFe 합금막의 Ni 조성비를, 83 ∼ 84 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층의 자왜정수를 -0.5×10-6∼ 0 의 범위내에서 취하는 것이 가능하다.
또, 본 발명에서는, 상기 반강자성층이, 프리자성층의 하측에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 이루는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는, 80 ∼ 83 (at%) 의 범위내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 81 ∼ 82 (at%) 의 범위내이다.
NiFe 합금막의 Ni 조성비를 80 ∼ 83 (at%) 의 범위내로 하면 프리자성층의 자왜정수를 -2×10-6∼ 1×10-6의 범위내로, NiFe 합금막의 Ni 조성비를 81 ∼ 82 (at%) 의 범위내로 하면 프리자성층의 자왜정수를 -0.5×10-6∼ 0 의 범위내로 하는 것이 가능하다.
또한 본 발명에서는, 상기 반강자성층이 프리자성층의 상하에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 이루는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는, 81 ∼ 83.7 (at%) 의 범위내인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 81.7 ∼ 82.8 (at%) 의 범위내이다.
NiFe 합금막의 Ni 조성비를 81 ∼ 83.7 (at%) 의 범위내로 하면 프리자성층의 자왜정수를 -2×10-6∼ 1×10-6의 범위내로, NiFe 합금막의 Ni 조성비를 81.7 ∼ 82.8 (at%) 의 범위내로 하면 프리자성층의 자왜정수를 -0.5×10-6∼ 0 의 범위내로 하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에서는, 상기 반강자성층은 PtMn 합금막으로 형성되는 것이 바람직하다.
또 상기 반강자성층은, X-Mn 합금 (단, X 는 Pd, Ru, Ir, Os, Rh 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 원소), 또는 Pt-Mn-X 합금 (단, X 는 Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Cr, Co 의 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 원소) 으로 형성되어도 된다.
도 7 은, 프리자성층의 자왜 (λs) 와, 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량과의 관계를 나타낸 그래프이다.
또한, "자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량" 은, 3 ×프리자성층의 자왜 (λs) × 프리자성층에 가해지는 응력 (σ) ÷ 프리자성층의 포화자화의 식으로부터 구해지고 있다.
도 7 에 나타낸 바와 같이, 자왜 (λs) 가 0 일 때, 자기이방성분산량은 0 (Oe ; 에르스테드) 이고, 프리자성층에, 높이방향으로 인장응력이 작용하고 있는 곳에서는, 자왜 (λs) 가 양의 값이고, 또한 그 값이 커질수록, 상기 자기이방성분산량은 직선적으로 커지며, 또 프리자성층에 높이방향으로 압축응력이 작용하고 있는 곳에서는, 자왜 (λs) 가 음의 값이고, 또한 그 절대값이 커질수록, 상기 자기이방성분산량은 직선적으로 커지는 것을 알 수 있다.
자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량이 커질수록, 상기 높이방향이 자화용이축방향으로 되어, 프리자성층의 자화는, 높이방향으로 향하기 쉬워진다.
스핀밸브형 자기저항 박막소자에서는, 프리자성층의 양측에 트랙폭방향으로 자화된 하드바이어스층이 형성되어 있고, 이 하드바이어스층의 영향을 받아 상기 프리자성층의 자화는 트랙폭방향으로 정렬되지만, 상기 하드바이어스층으로부터 거리적으로 떨어져 있는 프리자성층의 중앙부근에서는, 상기 하드바이어스층의 영향이 작다.
이 때문에, 상기 프리자성층의 중앙부근에서, 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량이 크면, 상기 중앙부근에서의 자화는 높이방향으로 경사지기 쉬워, 벌크하우젠노이즈가 커진다는 문제가 발생한다.
또 가장 강하게 스핀밸브효과를 발휘하는 프리자성층의 중앙부근에서의 자화가 높이방향으로 경사짐으로써, 저항변화율이 작아져 버리는 문제도 발생한다.
그러나, 스핀밸브형 자기저항 박막소자는, 그 상하 및 높이측의 측면이 예를 들면 Al2O3등의 절연막 (갭막) 에 의해 덮여지고, 상기 높이측의 반대측 (즉 ABS 면측 ; 정면측) 의 면이 외부로 노출된 구조로 되어 있어, 상기 스핀밸브형 자기저항 박막소자에서의 프리자성층의 중앙부근에는, 높이방향으로 인장응력이 상기 프리자성층의 양단부근에는, 높이방향으로 압축응력이 작용하고 있다.
도 7 에 나타낸 바와 같이, 자왜 (λs) 가 양의 값이고, 또한 그 값이 크면, 인장응력이 작용하고 있는 프리자성층의 중앙부근에서는, 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량이 커지고, 상기 중앙부근에서의 자화높이방향으로 경사져 바람직하지 않다.
따라서, 프리자성층의 자왜 (λs) 가 양의 값이더라도, 가능한한 0 에 가까운 값으로 함으로써, 프리자성층의 중앙부근에 가해지는 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량을 작게 할 수 있고, 또는 프리자성층의 자왜 (λs) 를 음의 값으로 하면, 상기 프리자성층의 중앙부근에서는, 트랙폭방향이 자화용이축방향으로 되어, 상기 중앙부근에서의 자화를 적절하게 트랙폭방향으로 정렬할 수 있는 점에서 바람직하다.
단, 프리자성층의 자왜 (λs) 가 음의 값이고, 그 절대값이 너무 크면, 압축응력이 작용하고 있는 프리자성층의 양단부근에서의 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량은 무시할 수 없을 정도로 커지고 (도 7 참조), 상기 양단부근의 자화는 높이방향으로 경사지기쉬워져, 벌크하우젠노이즈가 발생하기 쉬워진다.
따라서 본 발명자들은, 프리자성층의 바람직한 자왜 (λs) 의 범위를 -2 ×10-6∼ 1 × 10-6으로 하고, 보다 바람직한 자왜 (λs) 의 범위를, -0.5 × 10-6∼ 0 으로 설정하였다.
먼저 본 발명에서는, 프리자성층을 NiFe 합금막으로 형성하고, NiFe 합금막의 위에 반강자성층 (PtMn 합금막) 이 형성되어 있는 스핀밸브막 (이하, 이 스핀밸브막을 "PtMn상배치의 스핀밸브막" 이라 함) 에 대하여, 상기 NiFe 합금막의 막두께와, 자왜 (λs) 의 관계에 대하여 조사하였다.
자왜측정에 사용한 PtMn상배치의 스핀밸브막의 막구성은, 아래부터, Si/알루미나/기초층 ; Ta(50)/프리자성층 ; NiFe(X)/비자성도전층 ; Cu(30)/반강자성층 ; PtMn(300)/보호층 ; Ta(50) 이다. 또한 괄호내의 수치는 막두께를 나타내고, 단위는 옹스트롬이다. 또 프리자성층에 사용되는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 83 (at%) 이다. 또한 본래는, 비자성도전층 (Cu) 과, 반강자성층 (PtMn) 의 사이에 고정자성층을 형성하는 구조이지만, 상기 고정자성층과 반강자성층의 경계면에서 발생하는 교환이방성자계가, 프리자성층의 자왜측정에 영향을 주어, 프리자성층의 정확한 자왜측정을 할 수 없게 되기 때문에, 고정자성층을 형성하지 않는 막구성으로 하였다.
실험에서는, 상기 스핀밸브막 막형성 직후 (열처리없음) 의 NiFe 합금막의 막두께와 자왜 (λs) 의 관계에 대하여 조사하였다.
또, 스핀밸브막 막형성후, 250 ℃ 에서 4 시간의 열처리를 실시하고, 또한 인덕티브헤드 (기입헤드) 에 형성되는 래지스트층의 경화열처리공정으로서, 250 ℃ 에서 1 시간의 열처리를 4 회 반복하였다. 그리고 열처리후에서의 스핀밸브막의 NiFe 합금막의 막두께와, 자왜 (λs) 와의 관계에 대하여 조사하였다. 그 실험결과를 도 8 에 나타냈다.
도 8 에 나타낸 바와 같이, NiFe 합금막 (프리자성층) 의 막두께가 커질수록, 프리자성층의 자왜는 음의 값으로 되고, 그 절대값이 커지는 것을 알 수 있다.
또 열처리를 실시하면, 프리자성층의 자왜곡선은, 스핀밸브막 막형성직후의 자왜곡선에 비하여, 양의 값측으로 시프트하는 것을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명에서는, 상술한 PtMn상배치의 스핀밸브막의 막구성, 및 열처리조건을 동일한 방법으로, NiFe 합금막 (프리자성층) 의 Ni 조성비를, 82, 83, 84 및 85 (at%) 로 변화시켜, Ni 합금막의 막두께와, 자왜 (λs)와의 관계에 대하여 조사하였다. 그 실험결과를 도 9 에 나타낸다.
도 9 에 나타낸 바와 같이, NiFe 합금막의 조성비에 관계없이, NiFe 합금막의 막두께를 크게 하면, 자왜는 음의 값으로 되고, 그 절대값은 커지는 것을 알 수 있다.
또 NiFe 합금막의 Ni 조성비가 클수록, 자왜곡선은, 보다 음의 값측으로 시프트하고. 반대로 NiFe 합금막의 Ni 조성비가 작을수록, 자왜곡선은 보다 양의 값측으로 시프트하는 것을 알 수 있다.
도 8 및 도 9 에서는, NiFe 합금막 (프리자성층) 의 상에 PtMn 합금막 (반강자성층) 이 형성된 스핀밸브막을 이용하여 실험을 실시하였는데, 다음으로 본 발명에서는, NiFe 합금막의 하측에 PtMn 합금막이 형성된 스핀밸브막 (이하, 이 스핀밸브막을 "PtMn 하배치의 스핀밸브막" 이라 함), 및 NiFe 합금막의 상하에 PtMn 합금막이 형성된 스핀밸브막 (이하, 이 스핀밸브막을 "듀얼구성의 스핀밸브막" 이라 함) 을 사용하여, NiFe 합금막의 막두께와 자왜 (λs) 와의 관계에 대하여 조사하였다.
PtMn 하배치의 스핀밸브막의 막구성은, 아래부터, Si/알루미나/기초층 ; Ta(50)/반강자성층 ; PtMn(300)/비자성도전층 ; Cu(30)/프리자성층 ; NiFe(X)/보호층 ; Ta(50),
듀얼구성의 스핀밸브막의 막구성은, 아래부터, Si/알루미나/기초층 ; Ta(50)/반강자성층 ; PtMn(300)/비자성도전층 ; Cu(30)/프리자성층 ; NiFe(X)/비자성도전층 ; Cu(30)/반강자성층 ; PtMn(300)/보호층 ; Ta(50) 이다.
또한, 괄호내의 수치는 막두께를 나타내고 단위는 옹스트롬이다. 또한, NiFe 합금막의 Ni 조성비를 83.5 (at%) 로 하고 있다. 또, 이 막구성에 있어서도 고정자성층을 형성하고 있지 않지만, 그 이유에 대해서는, PtMn 상배치의 경우와 동일하다.
또 본 발명에서는 NiFe 합금막의 Ni 조성비를 83.5 (at%) 로 한 PtMn 상배치의 스핀밸브막 (도 8 에서 설명한 것과 동일한 막구성을 갖고 있음) 에 대해서도, NiFe 합금막의 막두께와 자왜 (λs) 와의 관계에 대하여 조사하였다.
또한, 각 스핀밸브막에는, 막형성후, 도 8 에서 설명한 열처리공정을 실시하고, 그 후, 자왜 (λs) 의 측정을 실시하고 있다. 그 실험결과를 도 10 에 나타낸다.
도 10 에 나타낸 바와 같이, 각 스핀밸브막은, NiFe 합금막의 막두께가 커질수록, 자왜 (λs) 는 음의 값으로 되고, 또한 그 절대값은 커지고 있는 것을 알 수 있다.
또 도 10 에 나타낸 바와 같이, PtMn 상배치의 스핀밸브막, 듀얼구성의 스핀밸브막, PtMn 하배치의 스핀밸브막의 순서로, 자왜곡선이 음의 값측으로 시프트하는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 프리자성층의 자왜 (λs) 는 가능한한 0 에 가까운 것이 바람직하고, 구체적으로는, 상기 자왜 (λs) 를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6, 보다 바람직하게는 0.5 × 10-6∼ 0 으로 하는 것이다.
도 10 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비를 83.5 (at%) 로 고정한 경우, 각 스핀밸브막의 NiFe 합금막 (프리자성층) 의 막두께를 너무 크게 하면, 자왜 (λs) 의 절대값이 너무 커져 바람직하지 않은 것을 알 수 있다.
또, 본 발명에서는 2 종류의 스핀밸브막을 제작하여, 각 스핀밸브막의 프리자성층의 막두께와, 저항변화율 (%) 과의 관계에 대하여 측정하였다.
먼저, 실험에 사용한 1 종류째의 스핀밸브막은, 프리자성층이 NiFe 합금막으로 형성된 것으로, 막구성으로서는, 아래부터, Si 기판/알루미나;Al2O3/기초층 ; Ta(50)/프리자성층 ; NiFe(X)/비자성도전층 ; Cu(30)/고정자성층 ; Co(40)/반강자성층 ; PtMn(300)/보호층 ; Ta(50) 이다.
또 실험에 사용한 2 종류째의 스핀밸브막은, 프리자성층이 NiFe 합금막과 Co 막 또는 Co 계 합금막의 2 층으로 형성된 것으로, 막구성으로서는, 아래부터,
Si 기판/알루미나;Al2O3/기초층 ; Ta(50)/프리자성층 ; NiFe(X-10)/프리자성층 ; Co(10)/비자성도전층 ; Cu(24)/고정자성층 ; Co(40)/반강자성층 ; PtMn(300)/보호층 ; Ta(50) 이다. 또, 상기 프리자성층을 이루는 Co(10) 막을, CoFe(10) 합금막으로 변경한 다층막도 형성하였다. 또한 괄호내의 수치는 막두께를 나타내고 있고 단위는 옹스트롬이다.
또 상기 2 종류의 스핀밸브막을 막형성한 후, 2kOe 의 자장을 인가하면서 240 ℃ 에서 3 시간의 열처리를 실시하였다. 그 실험결과를 도 11 에 나타낸다.
도 11 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층의 막두께가, 약 50 옹스트롬까지 커짐에 따라, 저항변화율은 커지지만, 상기 막두께가 50 옹스트롬이상이 되면, 서서히 저항변화율은 저하되어 가는 알 수 있다.
도 11 에 나타낸 바와 같이, 상기 프리자성층의 막두께가 50 옹스트롬보다도 작아지면 저항변화율이 저하되는 것은, NiFe 중의 전도전자의 평균자유공정이 약 50 옹스트롬정도인 것에 의한것으로 생각된다.
또 도 11 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층을 NiFe 합금막과 Co 막의 2 층으로 형성하는 것이, 프리자성층을 NiFe 합금막의 단층으로 형성하는 것보다도 저항변화율을 크게할 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 프리자성층을 NiFe 합금막과 CoFe 합금막의 2 층으로 형성한 경우에서의 저항변화율은, 프리자성층을 NiFe 합금막과 Co 막의 2 층으로 형성한 경우와 대략 동일한 정도로 되는 것을 알 수 있다.
즉, 이 실험결과로부터, 프리자성층을 NiFe 합금과 Co 막 또는 CoFe 합금막의 2 층으로 형성하는 것이, 상기 프리자성층을 NiFe 합금막의 단층으로 형성하는 것보다도 큰 저항변화율을 얻는 것이 가능한 것을 알 수 있다.
본 발명에서는, 도 10 및 도 11 을 참조함으로써, 프리자성층의 막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬의 범위내로 하는 것이 바람직한 것을 발견하였다.
상기 범위내이면, 도 10 에 나타낸 바와 같이, PtMn 상배치의 스핀밸브막, 및 듀얼구성의 스핀밸브막의 경우, 자왜 (λs) 를 대략 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내로 할 수 있는 것을 알 수 있다.
또 도 11 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층의 막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬의 범위내로 하면, 2% 이상의 저항변화율을 얻는 것이 가능해진다. 또한 종래의 AMR 소자 (이방성자기저항효과소자) 의 저항변화율은 약 2% 정도이었기 때문에, 본 발명에 의하면, 종래의 AMR 소자보다도 큰 저항변화율을 얻을 수 있다.
단, 도 10 에 나타낸 바와 같이, PtMn 하배치의 스핀밸브막의 경우, NiFe 합금막의 막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬으로 설정하면, 자왜 (λs) 는 -2 ×10-6보다도 작아지지만, 도 9 의 실험결과로부터 알 수 있는 바와 같이, NiFe 합금막의 Ni 조성비를 작게 하면, 자왜 (λs) 를 양의 값측으로 시프트시킬 수 있기때문에, 적절한 NiFe 합금막의 조성비를 선택함으로써, 자왜 (λs) 를 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내로 할 수 있는것으로 추측된다.
따라서 본 발명에서는, 프리자성층 (NiFe 합금막) 의 막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬의 범위내로 설정하고, 이 범위내에서, 프리자성층의 자왜 (λs) 가 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내 (보다 바람직하게는 -0.5 ×10-6∼ 0) 이 되는, NiFe 합금막의 조성비를 실험으로 조사하였다.
실험에 사용한 PtMn 상배치의 스핀밸브막, PtMn 하배치의 스핀밸브막, 및 듀얼구성의 스핀밸브막의 막구성은, 도 8 내지 도 10 의 실험에서 사용한 것과 동일하고, 또한 스핀밸브막 막형성후, 열처리를 실시하고 있다.
실험에서는, NiFe 합금막의 막두께가 하한인 30 옹스트롬인 경우와, 상한인 100 옹스트롬인 경우에서의, NiFe 합금막의 Ni 조성비와 자왜와의 관계에 대하여 조사하여, 프리자성층의 자왜 (λs) 가 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내, 보다바람직하게는 -0.5 ×10-6∼ 0 이 되는, NiFe 합금막의 조성비를 도출해냈다.
도 12 는 PtMn 상배치의 스핀밸브막에서의 실험결과이다.
도 12 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 82 ∼ 85 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
또 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -0.5 ×10-6∼ 0 의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 82.7 ∼ 84.4 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
도 13 은 PtMn 하배치의 스핀밸브막에서의 실험결과이다.
도 13 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 81 ∼ 83.7 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
또 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -0.5 ×10-6∼ 0 의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 81.6 ∼ 82.5 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
도 14 는 듀얼구성의 스핀밸브막에서의 실험결과이다.
도 14 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 81.7 ∼ 84 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
또 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -0.5 ×10-6∼ 0 의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 82.3 ∼ 83 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
여기에서, PtMn 상배치의 스핀밸브막, PtMn 하배치의 스핀밸브막, 및 듀얼구성의 스핀밸브막으로 프리자성층의 자왜를 최적화하기 위해 필요하게 되는 프리자성층의 NiFe 합금막의 조성범위가 각각 다른 이유 및 NiFe 합금막의 막두께를 변경하면 자왜가 변화하는 이유는 이하와 같다.
PtMn 상배치의 스핀밸브막의 경우, 자왜특성을 갖는 강자성막인 프리자성층의 NiFe 막은, 비자성막인 Ta 막 (기초층) 과 Cu 막 (비자성도전층) 에 끼워져 있다. PtMn 하배치의 스핀밸브막의 경우, 자왜특성을 갖는 강자성막인 프리자성층의 NiFe 막은, Cu 막 (비자성도전층) 과 p, Ta 막 (보호층) 에 끼워져 있다. 듀얼구성의 스핀밸브막의 경우, 자왜특성을 갖는 강자성막인 프리자성층의 NiFe 막은 2 층의 Cu 막에 끼워져 있다.
그러나 벌크 고체상태의 NiFe 합금막의 자왜는 NiFe 합금막의 조성에 매우 민감한 것이 일반적으로 알려져 있다. 또, 벌크 고체상태의 NiFe 합금막에 비자성원자를 첨가하면, 비자성원자의 첨가량과, 비자성원자의 종류에 따라 자왜가 변화하는 것도 알려져 있다.
스핀밸브막의 프리자성층과 같이, NiFe 합금막을 수십원자층의 두께로 박막화하고, 그 상하에 비자성막을 형성하면, 비자성원자 (Ta 나 Cu) 와 NiFe 합금막 중의 강자성원자 (Ni 나 Fe) 끼리가 직접 접하기 때문에, 비자성막원자와 직접 접한 NiFe 합금막의 강자성원자의 자왜는 변화하게 된다. 이 자왜의 변화는, 비자성원자가 Ta 막인 경우와, Cu 막인 경우에서 다르다. 따라서, PtMn 상배치 또는 PtMn 하배치의 스핀밸브막과, 듀얼구성의 스핀밸브막에서 프리자성층의 자왜를 최적화하기 위해 필요하게 되는 프리자성층의 NiFe 합금막의 조성범위가 각각에서 다르게 된다.
또 스핀밸브막에 열처리를 실시함으로써, 프리자성층의 NiFe 합금막과 Ta, Cu 등의 비자성막의 계면에는 열확산층이 형성되고, NiFe 합금막중의 강자성원자는 상하에 배치되어 있는 비자성원자와, 보다 많이 접하게 된다. NiFe 합금막과 비자성막의 열확산층의 두께는, 열처리의 온도, 열처리시간, 비자성막의 종류, 비자성막이 위에 배치되어 있는지, 아래에 배치되어 있는지에는 의존하지만, NiFe 합금막의 막두께에는 거의 의존하지 않기 때문에, NiFe 합금막이 얇아질수록, NiFe 합금막중에 차지하는 열확산층의 비율이 증가하게 된다. 따라서, NiFe 합금막이 얇아질수록, 열확산층의 형성에 의해 변화한 자왜의 영향이 커지기 때문에, NiFe 합금막의 막두께를 변경하면 자왜가 변화하게 된다. 열처리를 실시하면 자왜가 변화하는 이유도 동일하다.
또, NiFe 합금막의 막조성, 막두께, 열처리조건이 동일하여도, PtMn 상배치 또는 PtMn 하배치의 스핀밸브막과, 듀얼구성의 스핀밸브막에서는, NiFe 합금막을 끼우는 비자성재료가 다르기 때문에, 프리자성층의 자왜를 최적화하기 위해 필요하게 되는 프리자성층의 NiFe 합금막의 조성범위가 각각에서 다르게 된다. 한편, PtMn 상배치의 스핀밸브막과, PtMn 하배치의 스핀밸브막에서는, NiFe 합금막의 상하에 형성되는 비자성재료는 동일하지만, 적층순서가 반대이므로, 층계면에서의 결정격자의 미스매치도 (degree of mis-match;정합도) 가 다르고, 그 결과, 직접 접하는 강자성원자와 비자성원자의 비율과 접하는 방법이 다름과 동시에, 층계면에서의 열확산계수도 달라지기 때문에, 프리자성층의 자왜를 최적화하기 위해 필요하게 되는 프리자성층의 NiFe 합금막의 조성범위가 각각에서 다르게된다.
다음으로 본 발명에서는, 프리자성층을 NiFe 합금막과 Co 계 합금막의 1 종인 CoFe 합금막과의 적층구조로 하고, 프리자성층의 총합막두께를 80 옹스트롬으로 고정한 경우에서의 CoFe 합금막의 막두께와, 자왜 (λs) 와의 관계에 대하여 조사하였다.
자왜측정에 사용한 PtMn 상배치의 스핀밸브막의 막구성은, 아래부터,
Si/알루미나 ; Al2O3/기초층 ; Ta(50)/프리자성층 ; NiFe(80·X)/프리자성층 ; CoFe(X)/비자성도전층 ; Cu(30)/반강자성층 ; PtMn(300)/보호층 ; Ta(50),
PtMn 하배치의 스핀밸브막의 막구성은, 아래부터,
Si/알루미나 ; Al2O3/기초층 ; Ta(50)/반강자성층 ; PtMn(300)/비자성도전층 ; Cu(30)/프리자성층 ; CoFe(X)/프리자성층 ; NiFe(80·X)/보호층 ; Ta(50),
듀얼구성의 스핀밸브막의 막구성은, 아래부터,
Si/알루미나 ; Al2O3/기초층 ; Ta(50)/반강자성층 ; PtMn(300)/비자성도전층 ; Cu(30)/프리자성층 ; CoFe(X/2)/프리자성층 ; NiFe(80·X)/프리자성층 CoFe(X/2)/비자성도전층 ; Cu(30)/반강자성층 ; PtMn(300)/보호층 ; Ta(50) 이다.
또한 괄호내의 수치는 막두께를 나타내고 단위는 옹스트롬이다. 또, 프리자성층을 이루는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 83.5 (at%), Co 합금막의 1 종인 CoFe 합금막의 Co 조성비는 90(at%) 이다. 또한 고정자성층을 막구성으로부터 생략한 이유에 대해서는, 도 8 에서의 막구성에서 설명한 이유와 동일하다. 또 각 스핀밸브막은, 막형성후, 도 8 에서 설명한 열처리공정이 실시되어 있다.
실험에서는, 프리자성층의 전체막두께를 80 옹스트롬으로 고정하고, CoFe 합금막의 막두께를 0 ∼ 80 옹스트롬까지 변화시켜, 상기 CoFe 합금막의 막두께와, 자왜와의 관계에 대하여 조사하였다. 그 실험결과를 도 15 에 나타냈다.
도 15 에 나타낸 바와 같이, PtMn 하배치의 스핀밸브막 및 듀얼구성의 스핀밸브막에서는, CoFe 합금막의 막두께를 크게 해 가고, NiFe 합금막의 막두께를 작게 해 가면, 프리자성층의 자왜 (λs) 는, 보다 음의 값이 되는 경향이 강한 것을 알 수 있다.
반대로, PtMn 상배치의 스핀밸브막에서는, CoFe 합금막의 막두께를 크게 해가고, NiFe 합금막의 막두께를 작게 해가면, 프리자성층의 자왜 (λs) 는, 양의 값이 되는 경향이 강한 것을 알 수 있다.
도 15 에 나타낸 바와 같이, CoFe 합금막의 막두께를 40 옹스트롬 이상으로 하면, PtMn 하배치의 스핀밸브막 및 듀얼구성의 스핀밸브막에서의 프리자성층의 자왜 (λs) 값과, PtMn 상배치의 스핀밸브막에서의 프리자성층의 자왜 (λs) 의 값이, 크게 멀리 떨어져 가고, 또 각 스핀밸브막에서의 프리자성층의 자왜 (λs) 의 절대값이 커진다.
따라서 본 발명에서는, 프리자성층을 NiFe 합금막과 CoFe 합금막과의 적층구조로 하고, 프리자성층의 막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬으로 한 경우에, (CoFe 합금막의 막두께)/(프리자성층의 막두께) 를, 0 ∼ 0.5 의 범위내에 설정하였다. 이 막두께비내이면 자왜 (λs) 의 절대값을 작게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
또 도 15 에 나타낸 바와 같이, (CoFe 합금막의 막두께)/(프리자성층의 막두께) 를 0 ∼ 0.5 의 범위내로 하고, 또한, CoFe 합금막의 막두께를 0 ∼ 40 옹스트롬의 범위내로 하는 것이 보다 바람직하다.
그러나, 도 9 의 실험결과에 나타낸 바와 같이, NiFe 합금막의 Ni 조성비를 변경함으로써, 자왜 (λs) 를 양의 값측으로, 또는 음의 값측으로 시프트시킬 수 있기 때문에, 다음으로 본 발명에서는, 프리자성층으로서 NiFe 합금막을 막두께 80 옹스트롬으로 형성한 경우, 및 프리자성층으로서 NiFe 합금막의 막두께 및 CoFe 합금막의 막두께를 각각 40 옹스트롬으로 형성한 경우에서의 NiFe 합금막의 Ni 조성비와 자왜와의 관계에 대하여 조사하여, 프리자성층의 자왜 (λs) 가 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내, 보다 바람직하게는 -0.5 ×10-6∼ 0 이 되는, NiFe 합금막의 조성비를 도출해냈다.
실험에 사용한 PtMn 상배치의 스핀밸브막, PtMn, 하배치의 스핀밸브막 및 듀얼구성의 스핀밸브막의 막구성은, 도 14 의 실험에서 사용한 것과 동일하고, 또한 스핀밸브막 막형성후, 열처리를 실시하고 있다.
도 16 은 PtMn 상배치의 스핀밸브막에서의 실험결과이다.
도 16 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 82 ∼ 85 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
또 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -0.5 ×10-6∼ 0 의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 83 ∼ 84 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
도 17 은 PtMn 하배치의 스핀밸브막에서의 실험결과이다.
도 17 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 80 ∼ 83 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
또 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -0.5 ×10-6∼ 0 의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 81 ∼ 82 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
도 18 은 듀얼구성의 스핀밸브막에서의 실험결과이다.
도 18 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내에 넣기 위해서는, Ni 조성비를 81 ∼ 83.7 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
또 프리자성층의 자왜 (λs) 를 -0.5 ×10-6∼ 0 의 범위내로 하기 위해서는, Ni 조성비를 81.7 ∼ 82.8 (at%) 의 범위내로 하면 되는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는, 프리자성층을 NiFe 합금막단층으로 형성하는 경우, 상기 프리자성층의 막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬으로 하고, 적절한 NiFe 합금막의 Ni 조성비를 선택함으로써, 프리자성층의 자왜를 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내, 보다 바람직하게는 -0.5 ×10-6∼ 0 의 범위내에 설정할 수 있고, 프리자성층에 가해지는 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량을 작게 할 수 있다.
또 본 발명에서는, 프리자성층을 NiFe 합금막과 CoFe 합금막과의 적층구조로 한 경우, 프리자성층 전체의 막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬으로 하고, 또한, (CoFe 합금막의 막두께)/(프리자성층의 막두께) 를 0 ∼ 0.5 의 범위내로 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 CoFe 합금막의 막두께를, 0 ∼ 40 옹스트롬의 범위내로 하는 것이 보다 바람직하다.
상기 범위내이고, 또한 적절한 NiFe 합금막의 Ni 조성비를 선택함으로써, 프리자성층의 자왜를 -2 ×10-6∼ 1 ×10-6의 범위내, 보다 바람직하게는 -0.5 ×10-6∼ 0 의 범위내로 설정할 수 있어, 프리자성층에 가해지는 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량을 작게 할 수 있다.
자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량을 작게 할 수 있음으로써, 프리자성층의 전영역에서의 자화를 적절하게 트랙폭방향으로 정렬할 수 있고, 따라서 벌크하우젠노이즈의 발생을 저감시킬 수 있으며, 또 양호한 저항변화율을 얻는 것이 가능해진다.
도 1 은 하드디스크 등의 기록매체로부터의 기록자계를 검출하는 본 발명의 제 1 실시형태를 나타내는 스핀밸브형 자기저항 박막소자 (스핀밸브형 박막자기헤드) 의 ABS (air bearing surface) 근방에서의 단면도, 도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태를 나타내는 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 ABS 근방에서의 단면도, 도 3 은 본 발명의 제 3 실시형태를 나타내는 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 ABS 근방에서의 단면도이다.
도 1 내지 도 3 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자 (1) 는, 하드디스크장치에 형성된 부상식 슬라이더의 트레일링 측단부 등에 형성되어, 하드디스크 등의 기록자계를 검출하는 것이다.
또, 도 1 내지 도 3 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자 (1) 에서는, 그 상하 및 Y 방향측의 면, 즉 높이측의 측면이 예를 들면 Al2O3등의 절연막 (갭막) 에 의해 덮여지고, 상기 높이측의 반대측 (즉 ABS 면측 ; 정면측) 의 면이 외부로 노출된 구조로 되어 있고, 상기 스핀밸브형 자기저항 박막소자 (1) 에서의 프리자성층 (5) 의 중앙부근에는, Y 방향 (높이방향) 으로 인장응력이, 상기 프리자성층 (5) 의 양단부근에는, Y 방향 (높이방향) 으로 압축응력이 작용하고 있다.
도 1 내지 도 3 의 가장 아래에 형성되어 있는 것은 Ta (탄탈) 등의 비자성재료로 형성된 기초층 (7) 이다.
도 1 에서 이 기초층 (7) 상에, 프리자성층 (5), 비자성도전층 (4), 고정자성층 (핀자성층 ; 3) 및 반강자성층 (2) 의 순서로 적층되어 있다.
또 반대로, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 상기 기초층 (7) 상에, 반강자성층 (2), 고정자성층 (3), 비자성도전층 (4) 및 프리자성층 (5) 의 순서로 적층되어도 된다.
또 도 3 에 나타낸 바와 같이, 프리자성층 (5) 의 상하에 비자성도전층 (4) 이, 상기 비자성도전층 (4) 의 상하에 고정자성층 (3) 이, 상기 고정자성층 (3) 의 상하에 반강자성층 (2) 이 적층된, 듀얼구성의 스핀밸브형 자기저항 박막소자이어도 된다.
도 1 내지 도 3 에 나타낸 바와 같이, 가장 위에 형성된 층은, Ta (탄탈) 등의 비자성재료로 형성된 보호층 (8) 이다.
도 1 및 도 2 에 나타낸 바와 같이, 기초층 (7) 부터 보호층 (8) 까지의 6 층 (이하, 적층체라 함) 및 도 3 에 나타낸 바와 같이, 기초층 (7) 부터 보호층 (8) 까지의 9 층 (이하, 적층체라 함) 은, 그 측면이 경사면에 형성되고, 상기 적층체의 양측에 하드바이어스층 (6, 6) 및 도전층 (9, 9) 이 적층되어 있다.
다음으로 각 층의 재질에 대하여 설명한다.
먼저 본 발명에서는, 반강자성층 (2) 이 PtMn (백금-망간) 합금막으로 형성되어 있다. Pt-Mn 합금막은, FeMn 합금막, NiMn 합금막 등에 비하여 내식성이 우수하고, 블로킹온도가 높다.
또 PtMn 합금막을 반강자성층 (2) 으로 사용하면, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 상기 반강자성층 (2) 이, 고정자성층 (3) 의 상측에 형성되어도, 또는 도 2 에 나타낸 바와 같이, 고정자성층 (3) 의 하측에 형성되어도, 어느 경우이더라도, 상기 고정자성층 (3) 과의 계면에서 교환이방성자계를 발생할 수 있다.
즉, PtMn 합금막은, 반강자성층 (2) 이 고정자성층 (3) 의 상하 어느것에나 형성되는 도 3 의 듀얼 스핀밸브형 자기저항 박막소자에는 최적한 반강자성재료의 하나라고 할 수 있다.
또 그 외에도, PtMn 합금막은, 내열성이 우수하고, 또한 교환이방성자계 (Hex) 가 큰 것등 반강자성재료로서 우수한 특성을 갖고 있다.
또 본 발명에서는, PtMn 합금 대신에, X-Mn 합금 (단, X 는 Pd, Ru, Ir, Os, Rh 의 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 원소), 또는 Pt-Mn-X 합금 (단, X 는 Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Cr, Co 의 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 원소) 을 반강자성층 (2) 으로서 사용하여도 된다.
또한 Pt-Mn 합금 및 X-Mn 합금의 조성비는, (Pt, X) : Mn = 1:9 ∼ 3:7, 또는 1:0.7 ∼ 1:1.3 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1: 1 이다.
다음으로 본 발명에서는, 고정자성층 (3) 은, Ni-Fe 합금막, Co 합금막, 또는 Co 막 등으로 형성되어 있다.
또 본 발명에서는, 프리자성층 (5) 은, NiFe 합금막으로 형성되어 있다.
또한, 비자성도전층 (4) 은 Cu 막, 상기 하드바이어스층 (6, 6) 은 예를 들면 Co-Pt (코발트-백금) 합금막이나 Co-Cr-Pt (코발트-크롬-백금) 합금막, 도전층 (8) 은 Cr (크롬) 이나 Ta (텅스텐) 등에 의해 형성되어 있다.
도 1 내지 도 3 에 나타낸 바와 같이, 고정자성층 (3) 은 반강자성층 (2) 과 접하여 형성되고, 이 상태에서 도시 Y 방향 (높이방향 ; 기록매체로부터의 누설자계방향) 으로 자장을 걸면서, 열처리가 실시됨으로써, 양층의 계면에서 교환이방성자계가 얻어지고, 상기 고정자성층 (2) 의 자화방향이 Y 방향으로 단자구화되어 고정된다.
또 상기 하드바이어스층 (6, 6) 은 도시 X 방향 (트랙폭방향) 으로 자화되어 있고, 프리자성층 (5) 의 자화는 상기 하드바이어스층 (6, 6) 의 영향을 받아 X 방향으로 정렬된다.
도 1 내지 도 3 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자에서는, 도전층 (9) 으로부터 고정자성층 (3), 비자성도전층 (4) 및 프리자성층 (5) 에 정상전류 (센스전류) 가 부여되고, 또한 기록매체로부터 Y 방향으로 자계가 부여되면, 프리자성층 (5) 의 자화방향이 X 방향으로부터 Y 방향으로 향하여 변화한다. 이 때, 프리자성층 (5) 과 고정자성층 (3) 중 한쪽 층에서 다른 쪽 층으로 이동하려고 하는 전자가, 비자성도전층 (4) 과 고정자성층 (3) 과의 계면, 또는 비자성도전층 (4) 과 프리자성층 (5) 과의 계면에서 산란을 일으켜 전기저항이 변화한다. 따라서 정상전류가 변화하고, 검출출력을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1 내지 도 3 에 나타내는 프리자성층 (5) 은 NiFe 합금막에 의해 형성되어 있다.
또 본 발명에서는 상기 프리자성층 (5) 의 막두께는, 30 ∼ 100 옹스트롬의 범위내에서 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이 범위내이면, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 높은 저항변화율이 얻어지고, 구체적으로는, AMR 소자의 저항변화율 (약 2%) 의 약 2 배 정도의 저항변화율이 얻어진다. 또 상기 프리자성층 (5) 을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비를 적절하게 선택함으로써, 상기 프리자성층 (5) 의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6, 보다 바람직하게는 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내에 설정하는 것이 가능해진다.
또한 프리자성층 (5) 의 자왜를 상기 범위내에 설정한 것은, 이 범위내이면 프리자성층 (5) 의 어느 개소에, 자기탄성효과에 의한 높이방향 (Y 방향) 으로의 자기이방성분산량이 추가되어도, 그 자기이방성분산량은 작아, 벌크하우젠노이즈를 저감할 수 있기 때문이다.
더욱 상세히 설명하면, 상술한 바와 같이, 프리자성층 (5) 의 중앙부근에는, Y 방향 (높이방향) 으로 인장응력이 작용하고 있고, 프리자성층 (5) 의 양단부근에서는 Y 방향 (높이방향) 으로 압축응력이 작용하고 있지만, 특히, 하드바이어스층 (6) 으로부터 거리적으로 떨어져 있는 프리자성층 (5) 의 중앙부근에서는, 상기 하드바이어스층 (6) 으로부터 발생하는 X 방향 (트랙폭방향) 으로의 자화의 영향이 작고, 이 때문에 상기 중앙부근에서, 큰 자기탄성효과에 의한 높이방향 (Y 방향) 으로의 자기이방성분산량이 추가되면, 중앙부근에서의 자화가 Y 방향 (높이방향) 으로 경사져, 벌크하우젠노이즈가 발생하기 쉬워진다는 문제가 발생한다.
도 7 에 나타낸 바와 같이, Y 방향 (높이방향) 으로 인장응력이 작용하고 있는 장소 (프리자성층 (5) 의 중앙부근) 에서는, 자왜가 양의 값이면, 자기탄성효과에 의한 높이방향 (Y 방향) 으로의 자기이방성분산량이 커진다.
이 때문에, 프리자성층 (5) 의 자왜가 양의 값이더라도, 그 값은 가능한한 작은 것이 필요하고, 바람직하게는 상기 자왜를 음의 값으로 하는 것이다.
단, 프리자성층 (5) 의 자왜가 음의 값이더라도, 그 절대값이 너무 크면, 도 7 에 나타낸 바와 같이, 압축응력이 가해지고 있는 곳, 즉 프리자성층 (5) 의 양단부근에서는, 자기탄성효과에 의한 높이방향 (Y 방향) 으로의 자기이방성분산량이 너무 커져 바람직하지 않다.
따라서 본 발명에서는, 프리자성층 (5) 의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6, 보다 바람직하게는 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내에 설정하고 있다.
그리고 본 발명자들은, 프리자성층 (5) 의 막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬의 범위내로 한 경우의, 바람직한 NiFe 합금막 (프리자성층 (5)) 의 Ni 조성비를 실험에 의해 구하고 있다 (도 11 ∼ 도 13 참조).
구체적인 NiFe 합금막의 Ni 조성비는, 도 1 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자와 같이, 반강자성층 (2) 이 프리자성층 (5) 의 상측에 형성되어 있는 경우, 상기 Ni 조성비를 82 ∼ 85 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5) 의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6의 범위내에 설정할 수 있고, 상기 Ni 조성비를 82.7 ∼ 84.4 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5) 의 자왜를 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내에 설정하는 것이 가능하다.
또 도 2 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자와 같이, 반강자성층 (2) 이 프리자성층 (5) 의 하측에 형성되어 있는 경우, 상기 NiFe 합금막의 Ni 조성비를 81 ∼ 83.7 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5) 의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6의 범위내에 설정할 수 있고, 상기 Ni 조성비를 81.6 ∼ 82.5 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5) 의 자왜를 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내에 설정하는 것이 가능하다.
또한, 도 3 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자와 같이, 반강자성층 (2) 이 프리자성층 (5) 의 상하에 형성되어 있는 경우, NiFe 합금막의 Ni 조성비를 81.7 ∼ 84 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5) 의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6의 범위내에 설정할 수 있고, 상기 Ni 조성비를 82.3 ∼ 83 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5) 의 자왜를 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내에 설정하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 발명에서는, 프리자성층 (5) 의 막두께 및 프리자성층 (5) 을 형성하는 NiFe 합금막의 조성비를 적정하게 조절함으로써, 상기 프리자성층 (5) 의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6, 보다 바람직하게는 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내로 할 수 있다.
특히 하드바이어스층 (6) 의 영향이 작은 프리자성층 (5) 의 중앙부근에서는, 자기탄성효과에 의한 높이방향 (Y 방향) 으로의 자기이방성분산량은 작아지고, 또는 자기탄성효과에 의해 트랙폭방향 (X 방향) 으로 자기이방성자계가 발생하므로, 벌크하우젠노이즈를 저감할 수 있으며, 또 양호한 저항변화율을 얻는 것이 가능하다.
도 4 는 하드디스크 등의 기록매체로부터의 기록자계를 검출하는 본 발명의 제 4 실시형태를 나타내는 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 ABS 면 근방에서의 단면도, 도 5 는 본 발명의 제 5 실시형태를 나타내는 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 ABS 면 근방에서의 단면도, 도 6 은 본 발명의 제 6 실시형태를 나타내는 스핀밸브형 자기저항 박막소자의 ABS 면 근방에서의 단면도이다.
도 4 내지 도 6 에 나타내는 스핀밸브형 자기저항 박막소자 (1) 에서는, 프리자성층이 NiFe 합금막으로 형성된 프리자성층 (5) 과, Co 합금막, 또는 Co 막으로 형성된 프리자성층 (10) 과의 적층구조로 되어 있다.
또한, 프리자성층 이외의 막구성은, 도 1 내지 도 3 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자와 동일하다.
또 도 4 내지 도 6 에 나타낸 바와 같이, Co 합금막, 또는 Co 막으로 형성된 프리자성층 (10) 은, 비자성도전층 (4) 에 접하는 측에 형성되는 것이 바람직하다.
이것은, 도 11 에 나타낸 바와 같이 저항변화율을 크게 할 수 있고, 따라서, 헤드재생출력을 크게 할 수 있기 때문이다.
도 4 내지 도 6 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자 (1) 에서는, NiFe 합금막으로 형성된 프리자성층 (5) 의 막두께와, Co 또는 Co 합금막으로 형성된 프리자성층 (10) 의 막두께를 합한 총합막두께는, 30 ∼ 100 옹스트롬의 범위내에서 형성되고, 또한, (Co 또는 Co 합금막의 막두께)/(프리자성층의 전체막두께) 는, 0 ∼ 0.5 의 범위내인 것이 바람직하다. 또 상기 Co 또는 Co 계 합금막으로 형성된 프리자성층 (10) 의 막두께는, 구체적으로는, 0 ∼ 40 옹스트롬의 범위내인 것이 바람직하다.
상술한 수치범위내에서 프리자성층의 총합막두께, 및 프리자성층 (10) 의 막두께를 형성하고, 프리자성층 (5) 을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비를 적절하게 선택함으로써, 상기 프리자성층 (5, 10) 의 자왜 (λs) 를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6, 보다 바람직하게는 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내에 설정할 수 있다.
그리고 본 발명자들은, 프리자성층을, NiFe 합금막으로 형성된 프리자성층 (5) 과 Co 합금막의 1 종인 CoFe 합금막으로 형성된 프리자성층 (10) 과의 적층구조로 형성되고, 또한 프리자성층의 총합막두께를 80 옹스트롬으로 하고, 그 중 0 ∼ 40 옹스트롬을 CoFe 합금막으로 형성된 프리자성층 (10) 의 막두께로 한 경우의 바람직한 NiFe 합금막의 Ni 조성비를 실험에 의해 구하고 있다 (도 15 내지 도 17 참조).
도 4 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자와 같이, 반강자성층 (2) 이 프리자성층 (5, 10) 의 상측에 형성되어 있는 경우, 상기 Ni 조성비를 82 ∼ 85 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5,10) 의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6의 범위내에 설정할 수 있고, 상기 Ni 조성비를 83 ∼ 84 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5,10) 의 자왜를 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내에 설정하는 것이 가능하다.
또 도 5 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자와 같이, 반강자성층 (2) 이 프리자성층 (5,10) 의 하측에 형성되어 있는 경우, NiFe 합금막의 Ni 조성비를 80 ∼ 83 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5,10) 의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6의 범위내에 설정할 수 있고, 상기 Ni 조성비를 81 ∼ 82 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5,10) 의 자왜를 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내에 설정하는 것이 가능하다.　
또한 도 6 에 나타낸 스핀밸브형 자기저항 박막소자와 같이, 반강자성층 (2) 이 프리자성층 (5,10) 의 상하에 형성되어 있는 경우, NiFe 합금막의 Ni 조성비를 81 ∼ 83.7 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5,10) 의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6의 범위내에 설정할 수 있고, 상기 Ni 조성비를 81.7 ∼ 82.8 (at%) 의 범위내로 하면, 프리자성층 (5,10) 의 자왜를 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내에 설정하는 것이 가능하다.　
이와 같이 본 발명에서는, 프리자성층 (5, 10) 의 막두께, 및 프리자성층 (5) 을 형성하는 NiFe 합금막의 조성비를 적절히 조절함으로써, 상기 프리자성층 (5, 10) 의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6, 보다 바람직하게는 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내로 할 수 있다.
따라서, 특히 하드바이어스층 (6) 으로부터의 바이어스자계의 영향이 작은 프리자성층 (5, 10) 의 중앙부근에서는, 자기탄성효과에 의한 높이방향 (Y 방향) 으로의 자기이방성분산량은 작아지고, 또는 자기탄성효과에 의해 트랙폭방향 (X 방향) 으로 자기이방성자계가 발생하므로, 프리자성층 (5, 10) 의 전영역에서의 자화를 트랙폭방향 (X 방향) 으로 적절하게 정렬하는 것이 가능해지고, 따라서 벌크하우젠노이즈를 저감할 수 있으며, 또한 높은 저항변화율을 얻을 수 있다.
이상 상술한 본 발명에 의하면, 프리자성층을 NiFe 합금막으로 형성한 경우, 상기 프리자성층의 막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬의 범위내로 하고, NiFe 합금막의 조성비를 적절하게 선택하면, 상기 프리자성층의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6, 보다 바람직하게는 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내로 할 수 있다.
또, 프리자성층을 NiFe 합금막과 Co 또는 Co 합금막과의 적층구조로 하고, 상기 프리자성층의 총합막두께를 30 ∼ 100 옹스트롬으로 한 경우, (Co 또는 Co 합금막의 막두께)/(프리자성층의 총합막두께) 를 0 ∼ 0.5 의 범위내로 하고, NiFe 합금막의 조성비를 적절하게 선택하면, 상기 프리자성층의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6, 보다 바람직하게는 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내로 할 수 있다.
프리자성층의 자왜를 -2 × 10-6∼ 1 × 10-6, 보다 바람직하게는 -0.5 × 10-6∼ 0 의 범위내로 함으로써, 하드바이어스층의 영향이 작고, 또한 인장응력이 작용하고 있는 프리자성층의 중앙부근에서는, 자기탄성효과에 의한 높이방향으로의 자기이방성분산량을 작게 할 수 있으며, 또는 자기탄성효과에 의한 자계를 트랙폭방향으로 발생시킬 수 있다.
따라서, 프리자성층의 전영역에서의 자화를 트랙폭방향으로 적절히 정렬하는 것이 가능해져, 벌크하우젠노이즈를 저감할 수 있고, 또 높은 저항변화율을 얻는 것이 가능해진다.

Claims (20)

  1. 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되고 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정되는 고정자성층과, 상기 고정자성층에 비자성도전층을 통하여 형성된 프리자성층을 갖고, 또한 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 일치시키는 바이어스층과, 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층에 검출전류를 부여하는 도전층이 형성되며, 상기 프리자성층은 NiFe 합금막에 의해 형성되고, 상기 프리자성층의 막두께는 30 ∼ 100 (옹스트롬) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반강자성층이 프리자성층의 상측에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 82 ∼ 85 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 82.7 ∼ 84.4 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반강자성층이 프리자성층의 하측에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 81 ∼ 83.7 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 81.6 ∼ 82.5 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 반강자성층이, 프리자성층의 상하에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는, 81.7 ∼ 84 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 프리자성층을 형성하는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 82.3 ∼ 83 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  8. 반강자성층과, 이 반강자성층과 접하여 형성되고 상기 반강자성층과의 교환이방성자계에 의해 자화방향이 고정되는 고정자성층과, 상기 고정자성층에 비자성도전층을 통하여 형성된 프리자성층을 갖고, 또한 상기 프리자성층의 자화방향을 상기 고정자성층의 자화방향과 교차하는 방향으로 일치시키는 바이어스층과, 고정자성층과 비자성도전층과 프리자성층에 검출전류를 부여하는 도전층이 형성되고, 상기 프리자성층은 NiFe 합금막과 Co 또는 Co 계 합금막과의 적층구조로 이루어지고, 상기 프리자성층의 막두께가 30 ∼ 100 (옹스트롬) 인 경우, (Co 또는 Co 합금막의 막두께)/(프리자성층의 막두께) 는 0 ∼ 0.5 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 Co 또는 Co 합금막의 막두께는 0 ∼ 40 (옹스트롬) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 Co 또는 Co 합금막은 비자성도전층과 접하는 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 반강자성층이 프리자성층의 상측에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 이루는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 82 ∼ 85 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 프리자성층을 이루는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 83 ∼ 84 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 반강자성층이 프리자성층의 하측에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 이루는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 80 ∼ 83 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 프리자성층을 이루는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 81 ∼ 82 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  15. 제 8 항에 있어서, 상기 반강자성층이 프리자성층의 상하에 형성되는 경우, 상기 프리자성층을 이루는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 81 ∼ 83.7 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 프리자성층을 이루는 NiFe 합금막의 Ni 조성비는 81.7 ∼ 82.8 (at%) 의 범위내인 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 반강자성층은 PtMn 합금막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 반강자성층은 X-Mn 합금 (단, X 는 Pd, Ru, Ir, Os, Rh 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 원소), 또는 Pt-Mn-X 합금 (단, X 는 Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Cr, Co 의 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 원소) 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  19. 제 8 항에 있어서, 상기 반강자성층은 PtMn 합금막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
  20. 제 8 항에 있어서, 상기 반강자성층은 X-Mn 합금 (단, X 는 Pd, Ru, Ir, Os, Rh 의 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 원소), 또는 Pt-Mn-X 합금 (단, X 는 Ni, Pd, Rh, Ru, Ir, Os, Cr, Co 의 군에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상의 원소) 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 스핀밸브형 자기저항 박막소자.
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