KR20210041145A - giant magnetoresistance device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 거대 자기저항소자에 관한 것으로서, 상세하게는 자기저항비 특성과 열적안정성 및 부식에 대한 저항성을 향상시킨 거대 자기저항소자에 관한 것이다.The present invention relates to a giant magnetoresistive element, and more particularly, to a giant magnetoresistive element having improved magnetoresistive ratio characteristics, thermal stability, and resistance to corrosion.
자기 저항은 그 물질에 인가하는 자기장이 변함에 따라 전기저항값이 변하는 현상으로, 금속인 공초격자(예, Fe/Cr) 및 미세 입상합금박막(예, Cu-Co)에서 매우 큰 저항변화를 일으키는 이른바 거대자기저항 현상이 발견되었으며, 이러한 성질을 이용하여 정보재생수단인 헤드 및 자기장 센서, 초대용량 컴퓨터 하드디스크 헤드 재료, 초정밀 자기장 센서, 고정식 자기장, 인식기, X선 회절기의 거울 재료 등 매우 많은 자기장 분야로의 응용 연구가 활발히 진행되고 있다.Magnetoresistance is a phenomenon in which the electrical resistance value changes as the magnetic field applied to the material changes, and a very large change in resistance is observed in the metal concentric lattice (e.g., Fe/Cr) and fine granular alloy thin film (e.g., Cu-Co). The so-called giant magneto-resistance phenomenon was discovered, and using this property, the head and magnetic field sensor, which are information reproducing means, the head material of the ultra-large computer hard disk, the ultra-precise magnetic field sensor, the fixed magnetic field, the recognizer, and the mirror material of the X-ray diffractometer. Application studies in many fields of magnetic fields are being actively conducted.
거대 자기저항소자는 전도성 비자성층을 사이에 두고 자유층과 고정층의 스핀 방향의 차이에 따라 전도전자의 부가적인 산란으로 저항의 변화가 생기는 것을 이용한 것이다.The giant magnetoresistive element uses a change in resistance due to additional scattering of conductive electrons according to the difference in the spin direction of the free layer and the fixed layer with a conductive nonmagnetic layer interposed therebetween.
이러한 거대 자기저항소자는 국내 공개특허 제10-1997-0003289호 등 다양하게 개시되어 있다.Such a giant magnetoresistive element has been disclosed in various ways, such as Korean Patent Publication No. 10-1997-0003289.
한편, 거대 자기저항소자는 고온에서도 자기방향의 전환이 안정적으로 이루어지기 위한 열적 안정성과 구조적 안정성 및 수직방향으로의 자화유도를 향상시켜 자기 저항비 특성을 개선할 수 있는 구조가 꾸준히 요구되고 있다.On the other hand, the giant magnetoresistive element is constantly required to have a structure capable of improving the magneto-resistance ratio characteristics by improving the thermal stability, structural stability, and magnetization induction in the vertical direction for stably changing the magnetic direction even at high temperatures.
또한, 부식에 대한 저항성도 향상킬 수 있는 구조가 요구된다. In addition, there is a need for a structure capable of improving resistance to corrosion.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 자기저항비 특성과 열적안정성 및 부식에 대한 저항성을 향상시킨 거대 자기저항소자를 제공하는데 그 목적이있다.The present invention has been invented to solve the above requirements, and an object thereof is to provide a giant magnetoresistive device having improved magnetoresistive ratio characteristics, thermal stability, and resistance to corrosion.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 거대 자기저항소자는 기판, 버퍼층, 반강자성층, 고정층, 비자성층, 자유층이 순차적으로 적층된 거대 자기저항소자에 있어서, 상기 자유층은 CoFeZr층/Pd층이 2회 순차 반복 적층되어 형성되어 있고, 상기 자유층 상부에 SiO2로 형성된 보호층;을 구비한다.In order to achieve the above object, the giant magnetoresistive element according to the present invention is a giant magnetoresistive element in which a substrate, a buffer layer, an antiferromagnetic layer, a fixed layer, a nonmagnetic layer, and a free layer are sequentially stacked, the free layer is a CoFeZr layer And a protective layer formed by sequentially stacking the Pd layer twice in order, and formed of SiO 2 on the free layer.
또한, 상기 기판은 Si, SiO2, 유리 중 어느 하나가 적용되고, 상기 버퍼층은 Nb로 형성되고, 상기 고정층은 CoFeZr층/Pd층/CoFeZr층이 순차적으로 적층되어 형성된 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that any one of Si, SiO 2 , and glass is applied to the substrate, the buffer layer is formed of Nb, and the fixed layer is formed by sequentially stacking a CoFeZr layer/Pd layer/CoFeZr layer.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 반강자성층은 CoFeZr에 N, Ar, Xe 중 어느 하나를 이온주입하여 형성된다.According to an aspect of the present invention, the antiferromagnetic layer is formed by ion implanting any one of N, Ar, and Xe into CoFeZr.
본 발명에 따른 거대 자기저항소자에 의하면, 자기저항비 특성와 열적안정성 및 부식에 대한 저항성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다. The giant magnetoresistive device according to the present invention provides an advantage of improving magnetoresistive ratio characteristics, thermal stability, and resistance to corrosion.
도 1은 본 발명에 따른 거대 자기저항소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a giant magnetoresistive element according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 거대 자기저항소자를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a giant magnetoresistive element according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 거대 자기저항소자의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a giant magnetoresistive element according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 거대 자기저항소자(100)는 기판(110), 버퍼층(120), 반강자성층(130), 고정층(140), 비자성층(150), 자유층(160) 및 보호층(170)이 순차적으로 적층된 구조로 되어 있다.Referring to FIG. 1, a giant
기판(110)은 Si, SiO2, 유리 중 어느 하나로 형성된 것을 적용한다.The
버퍼층(120)은 기판(110) 위에 형성되어 있고, 반강자성층(130)이 원할하게 성장할 수 있게 성장을 가이드한다.The
버퍼층(120)은 일반적으로 적용되는 Ta로 형성될 수 있다.The
또 다르게는 버퍼층(120)은 이종 박막의 합성을 지원할 수 있도록 초전도 하이브리드 박막 합성을 지원하는 Nb소재로 형성된다.Alternatively, the
버퍼층(120)은 진공분위기에서 250℃에서 1시간 정도 열처리하는 것을 적용하고, 이 경우 자기저항 특성이 향상된다.The
반강자성층(130)은 Mn을 포함한 합금을 적용할 수 있다. The
일 예로서, 반강자성층(130)은 IrMn합금, FeMn합금, NiMn합금으로 형성될 수 있다.As an example, the
이와는 다르게, 반강자성층(130)은 후술되는 고정층(140) 형성용 강자성층소재에 반자성 특성을 갖는 물질을 주입하여 형성할 수 있다. 이 경우 제조공정이 단순화될 수 있다.Alternatively, the
일 예로서 반강자성층(130)은 후술되는 고정층(140)용 강자성소재인 CoFeZr에 N, Ar, Xe 중 어나 하나를 이온주입하여 형성한다.As an example, the
여기서, 반강자성층(130)은 CoFeZr에 N, Ar, Xe 중 어느 하나를 반강자성을 유지할 수 있는 양으로 충분히 주입하면 된다.Here, the
CoFeZr층은 Co, Fe, Zr 각각의 모재를 이용하여 스퍼터링에 의해 형성해도 된다.The CoFeZr layer may be formed by sputtering using each of Co, Fe, and Zr base materials.
고정층(140)은 자화방향을 고정시키는 역할을 하며 열적 안정성을 높일 수 있으면서 수직 자화도를 향상시킬 수 있게 형성된다.The pinned
여기서 수직자화도는 증착면에 수직한 방향에 대해 수직자기 이방성을 갖는 것을 말한다.Here, the degree of perpendicular magnetization refers to having perpendicular magnetic anisotropy with respect to a direction perpendicular to the deposition surface.
증착면에 수평한 방향에 대해 자기 이방성을 갖는 면상자기 이방성은 박막 적층수가 증가할 수록 자기 이방성이 떨어지는 반면 수직자기 이방성은 박막 적층수가 증가해도 자기 이방성이 떨어지지 않는 장점을 갖는다.Planar magnetic anisotropy, which has magnetic anisotropy in a direction horizontal to the evaporation surface, has an advantage that magnetic anisotropy decreases as the number of thin film stacks increases, whereas perpendicular magnetic anisotropy has the advantage that magnetic anisotropy does not decrease even if the number of thin film layers increases.
고정층(140)은 CoFeZr층(141)/Pd층(142)/CoFeZr(143)층이 순차적으로 적층되어 형성되어 있다.The
CoFeZr층(141)(143)은 CoFeZr소재로 형성된 층으로 그 상부에 형성되는 비자성층(150) 및 자유층(160) 등의 구조적 안정성을 제공한다.The
즉, CoFeZr층(141)(143)은 고온에서 동작 시에도 원하는 자화 방향의 전환 효율이 안정적이며, 비정질로서 원하는 표면 정밀도를 갖고 있어 그 상부에 형성되는 다층 구조를 안정적으로 성장할 수 있게 지원한다.That is, the
또한, CoFeZr층(141)(143) 사이에 삽입된 Pd층(142)은 CoFeZr층(141)(143)의 수직자화를 유도하여 자기 저항비를 향상시킨다.In addition, the
CoFeZr층(141)(143)에서 CoFe에 대한 Zr의 분율(at%)은 15 내지 30at%로 적용한다.In the
비자성층(150)은 Cu 또는 Ag로 형성한다.The
자유층(160)은 CoFeZr층/Pd층이 2회 순차 반복 적층되어 형성되어 있다.The
즉, 자유층(160)은 CoFeZr층(161)/Pd층(162)/CoFeZr층(163)/Pd층(164)으로 형성되어 있다.That is, the
이러한 자유층(160)은 CoFeZr층(161)(163)에 의해 열적 안정성과 구조적 안정성을 제공함과 아울러 Pd층(162)(164)에 의해 수직 자화도도 향상된다.The
보호층(170)은 최상단의 Pd층(164) 위에 형성되어 있다.The
보호층(170)은 자유층(160) 상부에 부식에 대한 저항성을 향상시키도록 SiO2로 형성되어 있다.The
이러한 거대 자기저항소자에 의하면, 자기저항비 특성와 열적안정성을 향상시키면서 부식에 대한 저항성도 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다. According to such a giant magnetoresistive element, it provides an advantage of improving resistance to corrosion while improving magnetoresistive ratio characteristics and thermal stability.
110: 기판 120: 버퍼층
130: 반강자성층 140: 고정층
150: 비자성층 160: 자유층
170: 보호층110: substrate 120: buffer layer
130: antiferromagnetic layer 140: fixed layer
150: non-magnetic layer 160: free layer
170: protective layer
Claims (3)
상기 자유층은 CoFeZr층/Pd층이 2회 순차 반복 적층되어 형성되어 있고,
상기 자유층 상부에 SiO2로 형성된 보호층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 거대 자기저항소자.In a giant magnetoresistive device in which a substrate, a buffer layer, an antiferromagnetic layer, a fixed layer, a nonmagnetic layer, and a free layer are sequentially stacked,
The free layer is formed by stacking a CoFeZr layer/Pd layer sequentially and repeatedly two times,
A giant magnetoresistive device comprising: a protective layer formed of SiO 2 on the free layer.
The giant magnetoresistive device of claim 2, wherein the antiferromagnetic layer is formed by ion implanting any one of N, Ar, and Xe into CoFeZr.
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