KR20040047663A

KR20040047663A - 스핀 밸브 헤드 및 자기 기록 장치

Info

Publication number: KR20040047663A
Application number: KR1020030084489A
Authority: KR
Inventors: 장이쿤; 노마겐지; 가나이히토시
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2003-11-26
Publication date: 2004-06-05
Also published as: CN1519817A; US20040130833A1; EP1424688A2; JP2004178659A

Abstract

MR비와 Hua치를 개선한 스핀 밸브 헤드로서 얻을 수 있으며, 우수하고 안정된 특성을 갖춘 자기 헤드 소자로서 제공하는 것을 과제로 한다.

제1 핀자성층(141), 비자성층(15), 제2 핀자성층(142)을 이 순서로 적층한 핀자성층을 갖추는 스핀 밸브 헤드에 있어서, 상기 제1 핀자성층(141)과 상기 제2 핀자성층(142) 사이에 절연체 스페큘러층(22)을 적층하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

스핀 밸브 헤드 및 자기 기록 장치{SPIN VALVE HEAD AND MAGNETIC RECORDING DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 스핀 밸브 헤드 및 자기 기록 장치에 관한 것이다.

자기 기록 장치의 면 기록 밀도가 증대됨과 동시에, 자기 헤드는 점점 더 소형화되고 있다. MR 헤드는 자기 기록 매체의 신호 자계의 변화를 전기 저항율의 변화로서 검출하는 재생용 헤드로서 사용되고 있다. 스핀 밸브 헤드는 전기 저항의 변화율(MR비)이 종래의 MR 소자에 비해서 커, 면 기록 밀도의 증대에 대응할 수 있는 MR 소자로서 이용되고 있다.

그런데, 종래의 스핀 밸브 헤드는 반강자성층, 핀자성층(고정 자성층이라고도 함), 중간층, 프리자성층 등을 적층하여 형성한 스핀 밸브 막의 양측면에 전극을 설치하여, 스핀 밸브 막의 막면에 평행하게 전류를 흘리는 CIP(Current In Plane) 구성으로 한 것이 주류이다.

그러나, CIP 구성으로 한 스핀 밸브 헤드는 자기 기록 매체의 면 기록 밀도가 더욱 증대되는 경우에는 MR비가 저하되어, 헤드의 출력이 저하됨으로써, 헤드의 출력을 증대시키기 위해서, 스핀 밸브 막 면에 수직으로 전류가 흐르는 식으로 한 합성형 페리자성체 스핀 밸브 SSV(Synthetic ferrimagnet Spin Valve) 구조를 생각할 수 있다.

도 2는 합성형 페리자성체 스핀 밸브 구조를 갖춘 스핀 밸브 막의 구성을 도시한다. 이 스핀 밸브 막은 기초층(10) 위에, 반강자성층(12), 제1 핀자성층(141), 루테늄 등의 비자성층(15), 제2 핀자성층(142), 중간층(16), 프리자성층(18) 및 갭층(20)을 이 순서로 적층한 것이다. 제1 핀자성층(141)과 제2 핀자성층(142)의 자화 방향은 역방향이며, 비자성층(15)은 제1 핀자성층(141)과 제2 핀자성층(142)을 교환 접합하는 작용을 갖고 있다.

제2 핀자성층(142)은 또한 핀2A층(142a)과 핀2B층(142b)의 2층으로 형성되어, 핀2A층(142a)과 핀2B층(142b) 사이에 스페큘러층(143)이 설치되어 있다. 스페큘러층(143)은 금속과 절연체와의 계면에서 전자를 거울면 반사시키고, 이에 의해서 자기 저항 작용을 증대시키는 작용을 발휘하는 것이다.(예컨대, 특허문헌1 참조).

특허문헌1: 일본 특허 공개 2000-252548호 공보.

그런데, 도 2에 도시하는 스페큘러층(143)을 갖춘 스핀 밸브 막의 자기 특성은 핀2A층(142a)과 핀2B층(142b)의 두께에 크게 좌우된다.

도 5에, 제1 핀자성층(141)의 두께를 일정(1.2 nm)하게 한 조건으로, 제2 핀자성층(142)의 두께에 의해서 MR비와 일방향 이방성 자장(Hua)이 어떻게 변화되는지를 측정한 결과를 도시한다. 핀2A층(142a)의 두께를 0.9 nm, 핀2B층(142b)의 두께를 1.3 nm으로 하여, 제2 핀자성층(142)의 전체 두께(핀2A층+핀2B층)를 바꿔 측정한 것이다. 한편, 제1 핀자성층(141)은 CoFe로 두께 1.2 nm, 비자성층(15)은 두께 0.85 nm, 중간층은 Cu로 2.2 nm, 프리자성층은 CoFe 0.5 nm와 CoNiFe 2.16 nm의 2층으로 이루어진다.

도 5에 도시하는 측정 결과로부터, MR비는 제2 핀자성층(142)의 전체의 두께가 증가하는 동시에 약간 증가하는 것, 한편, Hua는 제2 핀자성층(142)의 두께가 증가하는 동시에 비교적 빠르게 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, Hua에 대해서 주목하면, 핀2B층(142b)의 두께를 일정하게 하고 핀2A층(142a)의 두께를 두껍게 해 나가면, 보다 빨리 Hua가 감소하는 것을 알 수 있다. 따라서, MR비와 Hua를 크게 하기 위해서는 핀2A층(142a)에 대해서는 두께를 얇게 하는 것, 핀2B층(142b)에 대해서는 그 두께를 두껍게 하는 것이 유효하다는 것을 알 수 있다.

또, 종래의 스페큘러층(143)을 갖춘 스핀 밸브 막에서는 핀2A층(142a)을 산화하여 형성한 스페큘러층(143)에서 산소 확산이 발생하여, 시간 경과에 따른 열화에 의해서 전기적 절연이 완전하지 않게 되어, 스핀 밸브 헤드의 신뢰성이 저하된다고 하는 과제도 있었다.

그래서, 본 발명은 이들 과제를 해결하도록 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 스페큘러 스핀 밸브 헤드로서 확실한 스페큘러 효과를 갖추는 동시에, MR비와 Hua를 함께 증대시킬 수 있어, 자기 기록 매체의 면 밀도가 증대했을 때에도 소요만큼의 헤드 출력을 얻을 수 있어, 자기 기록 장치에 적합하게 이용할 수 있는 스핀 밸브 헤드 및 이것을 이용한 자기 기록 장치를 제공하는 데에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀 밸브 헤드의 막 구성을 도시하는 설명도이다.

도 2는 종래의 스핀 밸브 헤드에서의 막 구성을 도시하는 설명도이다.

도 3은 본 발명에 따른 스핀 밸브 헤드에 관해서 MR비와 Hua치를 측정한 결과를 도시하는 그래프이다.

도 4는 종래의 스핀 밸브 헤드에 관해서 MR비와 Hua치를 측정한 결과를 도시하는 그래프이다.

도 5는 제2 핀자성층의 두께에 의한 MR비와 Hua치의 변화를 측정한 결과를 도시하는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 기초층

12 : 반강자성층

15 : 비자성층

16 : 중간층

18 : 프리자성층

20 : 갭층

22 : 절연체 스페큘러층

141 : 제1 핀자성층

142 : 제2 핀자성층

142a : 핀2A층

142b : 핀2B층

143 : 절연체 스페큘러층

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 다음의 구성을 갖춘다.

즉, 제1 핀자성층, 비자성층, 제2 핀자성층을 이 순서로 적층한 핀자성층을 갖춘 스핀 밸브 헤드에 있어서, 상기 제1 핀자성층과 상기 제2 핀자성층 사이에 절연체 스페큘러층을 적층하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 비자성층과 제2 핀자성층 사이에 절연체 스페큘러층이 형성되어 있는 것, 상기 절연체 스페큘러층이, Co, Ni, Fe 혹은 이들을 적어도 하나 포함하는 합금의 산화물로 이루어지는 것, 상기 절연체 스페큘러층의 두께가 0.6 nm∼1.0 nm인 것을 특징으로 한다.

또, 상기 절연체 스페큘러층은 금속층을 자연 산화, 플라즈마 산화, 이온빔 산화 등의 산화 방법에 의해 산화된 산화막으로 형성된 것, 비자성층의 표면에, 금속 산화물을 스퍼터링법, 증착법, CVD법 등의 성막법에 의해 형성한 것, 비자성막의 표면에 산화막을 성막한 후, 성막용의 챔버 내에 산소를 도입하여, 비자성 산화막의 표면에 산소를 부착시켜 형성된 것을 특징으로 한다.

또, 자기 기록매체에 기록된 정보를 재생하는 자기 헤드를 갖춘 자기 기록 장치로서, 상기 자기 헤드가 상기 스핀 밸브 헤드를 갖추고 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명이 적합한 실시형태에 관해서 첨부 도면과 함께 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스핀 밸브 헤드의 구성을 도시하는 설명도이다. 도 1에서, 10은 알루미나탄화티타늄 기판 등의 기재에 형성하는 기초층이다. 기초층(10)은 NiCr 등에 의해서 형성한다. 기초층(10)은 스퍼터링법, 증착법, CVD법 등의 통상의 성막법에 의해서 형성할 수 있다.

12는 기초층(10)의 상층에 형성한 반강자성층이다. 반강자성층(12)은 교환 바이어스 자계 인가층으로서 형성하는 것으로, PtMn, PdPtMn 등의 반강자성 재료를 사용할 수 있다. 반강자성층(12)은 스퍼터링법, 증착법, CVD법 등의 통상의 성막법에 의해서 형성할 수 있다.

141은 반강자성층(12)의 상층에 형성한 제1 핀자성층이며, 142는 루테늄 등의 비자성층(15) 및 절연체 스페큘러층(22)을 통해 적층하여 형성한 제2 핀자성층이다. 제1 핀자성층(141) 및 제2 핀자성층(142)은 자화 방향이 고정되어, 서로 자화 방향이 역방향으로 설정되고 있다.

제1 핀자성층(141) 및 제2 핀자성층(142) 모두, CoFe 합금, CoFeB 합금 등의 강자성체 재료에 의해서 형성된다. 제1 핀자성층(141) 및 제2 핀자성층(142)은 스퍼터링법, 증착법, CVD법 등의 통상의 성막법에 의해서 형성할 수 있다. 제1 핀자성층(141) 및 제2 핀자성층(142)의 두께는 적절하게 선택할 수 있지만, 통상은 1∼2 nm 정도의 두께로 설정하면 된다.

비자성층(15)은 제1 핀자성층(141)과 제2 핀자성층(142) 사이에서 교환 접합 작용을 하게 하는 교환 접합층으로서 형성하는 것이다. 비자성층(15)은 제1 핀자성층(141)을 형성한 후, 스퍼터링법, 증착법, CVD법 등의 통상의 성막법에 의해서 형성한다.

본 실시형태의 스핀 밸브 막의 구성에 있어서 특징적인 구성은 비자성층(15)의 상층에 마련한 절연체 스페큘러층(22)이다. 이 절연체 스페큘러층(22)은 비자성층(15)을 형성한 후, 비자성층(15)의 표면에 산화물에 의한 절연체층으로서 형성한다.

절연체 스페큘러층(22)은 스퍼터링법, 증착법, CVD법과 같은 성막법에 의해서, 비자성층(15)의 표면에, Co, Ni, Fe 등의 단일 원소 금속 혹은 합금 금속으로 이루어지는 금속층을 형성한 후, 상기 금속층을, 자연 산화, 플라즈마 산화, 이온빔 산화 등의 산화 방법을 이용하여 산화하여 산화막으로 함으로써 형성할 수 있다.

또, 절연체 스페큘러층(22)을 형성하는 다른 방법으로서는 Co, Ni, Fe 등의 단일 원소 금속 혹은 합금 금속의 산화물을 소스 재료에 사용하여, 스퍼터링법, 증착법, CVD법과 같은 성막법에 의해서, 비자성층(15)의 표면에 산화막을 형성하는 방법이 있다.

또, 절연체 스페큘러층(22)에 의한 스페큘러 효과를 더욱 확실하게 하기 위해서, 비자성층(15)의 표면에 산화막을 성막한 후, 또한 성막용의 챔버 내에 산소를 도입하여, 절연체 스페큘러층(22)의 표면에 산소를 부착시키도록 하면 좋다.

제2 핀자성층(142)은 상술한 바와 같은 식으로 절연체 스페큘러층(22)을 형성한 후, 스퍼터링법, 증착법, CVD 법과 같은 성막법에 의해서 형성한다.

본 실시형태의 스핀 밸브 막의 핀자성층은 도 2에 도시하는 종래의 스핀 밸브 막에 있어서는, 제2 핀자성층(142)이 핀2A층(142a)과 핀2B층(142b)의 2층 구성으로 되어 있었던 데에 반해, 제2 핀자성층(142)이 1층만의 구성으로 되어 있는 것이 특징적이다.

도 1에서, 16은 비자성층으로 이루어지는 중간층이다. 중간층에는 Cu 등의 비자성체가 사용된다. 중간층(16)도 스퍼터링법, 증착법, CVD법 등의 적절한 성막법을 이용하여 형성할 수 있다.

18은 프리자성층이다. 프리자성층(18)은 연자성 재료에 의해서 형성된다. 프리자성층(18)은 CoFe 합금, CoFeB 합금 등에 의해서 형성된다. 또, 프리자성층(18)은 단층에 의해서 형성할 수도 있고, 복수 층으로 구성할 수도 있다. 프리자성층(18)도 또한, 스퍼터링법, 증착법, CVD법 등의 통상의 성막법을 이용하여 형성할 수 있다.

갭층(20)은 재생용 헤드와 기록용 헤드의 갭 간격을 설정하기 위한 것이다. 갭층(20)은 프리자성층(18)의 상층에 알루미나 등의 절연체를 성막하여 형성한다.

본 실시형태의 스핀 밸브 헤드는 상술한 바와 같이, 제1 핀자성층(141)의 상층에 비자성층(15)과 절연체 스페큘러층(22)을 통해 제2 핀자성층(142)을 형성한 것이 특징이다.

도 2의 구성에 따른 종래의 스핀 밸브 막에 있어서는, 핀2A층(142a)과 핀2B층(142b)의 2층 구조로부터 제2 핀자성층(142)에 대해서, 스핀 밸브 막의 MR비와 Hua를 크게 하기 위해서는 핀2A층(142a)의 두께를 얇게 하는 것, 핀2B층(142b)에대하여는 그 두께를 두껍게 하는 것이 유효하다고 하는 측정 결과를 얻을 수 있고 있었다.

본 실시형태의 스핀 밸브 막의 경우는 핀2A층(142a)에 상당하는 핀자성층을 없애고, 핀2B층(142b)에 상당하는 제2 핀자성층(142)의 두께를 두껍게 형성하는 것이 가능하게 되므로, MR비 및 Hua의 값을 효과적으로 증대시키는 것이 가능하다. 또, 핀자성층과는 별개 층으로서 절연체 스페큘러층(22)을 설치하는 구성으로 함으로써, 소요 특성을 갖춘 스페큘러층을 용이하게 형성하는 것이 가능하게 된다. 절연체 스페큘러층(22)을 별개 층으로서 형성하는 방법은 종래와 같이 핀2A층(142a)을 산화하여 스페큘러층(143)을 형성하는 방법에 있어서, 핀2A층(142a)의 산화 처리를 제어하여 스페큘러층(143)을 형성하는 방법과 비교하여, 훨씬 처리가 용이하고, 확실하게 스페큘러층을 형성할 수 있다고 하는 이점이 있다. 이로써, 보다 안정적인 특성을 구비한 스핀 밸브 헤드를 용이하게 제조하는 것이 가능해진다.

도 3 및 도 4는 상기 방법에 의해서 실제로 제조한 스핀 밸브 헤드와, 종래 방법에 의해서 제조한 스핀 밸브 헤드에 관해서, MR비와 Hua치를 측정한 결과를 도시한다. 도 3은 본 실시형태에 의해서 제조한 스핀 밸브 헤드의 실시예에 관한 측정 결과, 도 4는 종래 방법에 의해서 제조한 스핀 밸브 헤드의 비교예에 관한 측정 결과를 도시한다.

스핀 밸브 헤드의 막 구성과 MR비와 Hua치의 측정 결과는 다음과 같다.

(실시예)

기초층 : NiCr, 반강자성층 : PdPtMn 두께 11 nm, 제1 핀자성층 : CoFe 두께1.2 nm, 비자성층 : 두께 0.85 nm, 절연체 스페큘러층 : CoO(산화코발트) 두께 0.9 nm, 제2 핀자성층 : CoFe 두께 1.7 nm, 중간층 : Cu 두께 2.2 nm, 프리층 : CoFe 두께 0.5 nm/CoNiFe 2.16 nm

MR비=16.11%, Hua=1410Oe

(비교예)

기초층 : NiCr, 반강자성층 : PdPtMn 두께 11 nm, 제1 핀자성층 : CoFe 두께 1.2 nm, 비자성층 : 두께 0.85 nm, 핀2A층 : CoFe 두께 0.9 nm, 나노스페큘러층, 핀2B층 : CoFe 두께 1.7 nm, 중간층 : Cu 두께 2.2 nm, 프리층 : CoFe 두께 0.5 nm/CoNiFe 2.16 nm

MR비=16.05%, Hua=906Oe

상기 측정 결과는 핀자성층 등의 대응하는 막 두께에 대해서는 비교예와 실시예의 막 두께를 바꾸지 않고서 측정한 결과이다. MR비와 Hua에 관해서 보면, MR비에 대해서는 본 발명의 실시예가 약간 상회하는 정도이지만, Hua치에 대해서는 실시예가 대폭 상회하고 있다. 따라서, Hua의 개선에는 본 발명의 스핀 밸브 헤드가 매우 유효하게 이용 가능하며, 면 기록 밀도가 점점 더 증대되는 자기 기록 매체를 탑재하는 자기 기록 장치의 재생용 헤드로서 적합하게 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 스핀 밸브 헤드는 MR비와 Hua치를 개선한 자기 헤드 소자로서 얻는 수 있어, 우수하고 안정적인 특성을 갖춘 자기 헤드 소자로서 제공할 수 있다. 이 스핀 밸브 헤드를 구비한 자기 헤드를 자기 기록 장치에 탑재함으로써,자기 기록 매체의 면 기록 밀도의 증대에 용이하게 대응하는 것이 가능하게 된다.

Claims

제1 핀자성층, 비자성층, 제2 핀자성층을 이 순서로 적층한 핀자성층을 갖추는 스핀 밸브 헤드에 있어서,

상기 제1 핀자성층과 상기 제2 핀자성층 사이에 절연체 스페큘러층이 적층되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 헤드.
제1항에 있어서, 비자성층과 제2 핀자성층 사이에 절연체 스페큘러층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 헤드.
제1항 또는 제2항에 있어서, 절연체 스페큘러층이 Co, Ni, Fe 혹은 이들을 적어도 하나 포함하는 합금의 산화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 헤드.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 절연체 스페큘러층의 두께가 0.6 nm∼1.0 nm인 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 헤드.
제1항에 있어서, 절연체 스페큘러층이 금속층을 자연 산화, 플라즈마 산화, 이온빔 산화 등의 산화 방법에 의해 산화된 산화막으로 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 헤드.
제1항에 있어서, 절연체 스페큘러층이 비자성층의 표면에 금속 산화물을 스퍼터링법, 증착법, CVD법 등의 성막법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 헤드.
제3항에 있어서, 절연체 스페큘러층이, 비자성막의 표면에 산화막을 성막한 후, 성막용의 챔버 내에 산소를 도입하여, 비자성 산화막의 표면에 산소를 부착시켜 형성된 것을 특징으로 하는 스핀 밸브 헤드.
자기 기록 매체에 기록된 정보를 재생하는 자기 헤드를 갖춘 자기 기록 장치로서,

상기 자기 헤드가 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 기재한 스핀 밸브 헤드를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 자기 기록 장치.