KR980012656A

KR980012656A - 자기 저항 효과막

Info

Publication number: KR980012656A
Application number: KR1019970033034A
Authority: KR
Inventors: 아쯔시 마에다; 사또루 오이까와
Original assignee: 다까노 야스아끼; 상요덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1996-07-18
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 1998-04-30
Also published as: JPH1041132A; CN1171606A; US5955211A; TW365707B

Abstract

반강자성충, 제1 비정질 강자성충, 비자성 도전충 및 강자성충을 이 순서대로 구비하는 자기 저항 효과 소 자에서, 반강자성층과 제1 비정질 강자성충간에 결정성 강자성 중간층을 설치한 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막이 제공된다.

Description

자기 저항 효과막

본 발명은 재생 자기 헤드나 자기 센서 등에 이용되는 자기 저항 효과막에 관한 것이다. 자기 저항 효과(MR) 소자는 자기 저항 효과막에 전류를 공급하여, 그 전압 변화를 판독함으로써, 자계 강 도 및 그 변화를 검출하는 소자이다. 이러한 자기 저항 효과 소자를 사용한 MR 헤드는, 종래의 유도형 헤 드 보다도 검출 감도가 높기 때문에, 고밀도 기록이 요구되고 있는 하드 디스크 장치 등의 재생 자기 헤드 로서의 이용이 검토되고 있다. 이러한 MR 헤드를 사용하여 고밀도 기록을 행하기 위해서는, 보다 높은 자기 감도가 필요해지며, 높은 MR비를 나타내는 자기 저항 효과 소자가 요망되고 있다. 높은 MR비를 나타내는 자기 저항 효과 소자로서, 거대 자기 저항 효과(GMR) 소자가 알려져 있다. 이러한 거대 자기 저항 효과 소 자의 자성 막으로서는, 강자성층과 비자성 도전층을 교대로 다수 적층한 인공 격자형 자성막, 반강자성층/강 자성층/비자성 도전층/강자성층의 적층 구조를 가진 스민 밸브형 자성막, 및 강자성층/비자성 도전층/강자성 층의 구조를 갖고 강자성층의 보자력(보자력)이 서로 다른 보자력차(차)형 자성막이 알려져 있다. 한편, 이러한 거대 자기 저항 효과 소자에서, 강자성층으로서 비정질 강자성층을 사용한 NiO층/a-CoFeB층/Cu층/a-CoFeB층의 적층 구조를 가진 자성막이 제안되고 있다(M. Jimbo et al., J. Appl. Phys.,79(1996) 6237-6239) 그러나, 이러한 비정질 강자성층을 사용한 자기 저항 효과막은 막 형성에 있어서의 재현성이 나쁘고, 안정된 품질의 자기 저항 효과막을 얻을 수 없다고 하는 문제가 있었다. 또한, MR비도 결정성의 강자성층을 사 용한 자기 저항 효과막에 비하여 작다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 높은 MR비를 나타내며, 또란 안정된 품질로 재현성 좋게 제조할 수 있는 비정질 강자 성층을 사용란 자기 저항 효과막을 제공하는데 있다. 본 발명자들은, 이러한 비정질 강자성층을 사용한 자기 저항 효과막에서, 안정한 품질로 재현성 좋게 제조할 수 없는 원인이 반강자성층과 비정질 강자성층의 자기적 결합이 약한 것에 관련되어 있다고 판단하였다.즉. 이러한 약한 자기적 결합이 성막 조건의 미묘한 변동에 의한 막 구조의 변화의 영향을 극히 민감하게 받아. 이 결과로서 막 형성에서의 재현성이 나쁘고. MR비가 작아진다고 판단하였다. 본 발명자들은 이것을 해 걸하는 방법으로서, 비정질 강자성층과 반강자성층간에 결정성 강자성 중간층을 개재시킴으로써 반강자성과의 사이의 자기적 결합을 높일 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 즉, 본 발명은 반강자성층, 제1 비정질 강자성층, 비자성 도전층 및 강자성충을 이 순서대로 구비하는 적층구조를 가지며, 반강자성층과 제1 비정질 강자성충간에 결정성 강자성 중간층을 설치한 것을 특징으로 하고 있 다. 본 발명의 자기 저항 효과막은, 더욱 구체적으로는, 반강자성층, 결정성 강자성 중간층, 제1 비정질 강자성층, 비자성 도전층 및 강자성층을 이 순서대로 구비하여, 길정성 강자성 중간층과 제1 비정짙 강자성층이 강 자성 결합되고, 강자성 결합된 결정성 강자성 중간층과 제1 비정질 강자성층이 반강자성층과 자기적으로 결합 되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 본 발명에 의,하면, 반강자성층과 제1 비정질 강자성충과의 사이에 결정성 강자성 중간층을 설치함으로7, 반강자성층과, 결정성 강자성 중간층 및 제1 비정질 강자성층과의 사이에서 강한 교환 결합을 실현하고.이로써 제1 비정질 강자성층의 핀 멈춤 효과를 높여, 높은 MR비를 얻고 있다. 또한, 반강자성층과, 결정성 강 자성 중간층 및 제1 비정짙 강자성층과의 사이에서의 자기적 결합이 강하므로. 성막 조건의 변동에 한 영향 이 적어지고, 안정한 품질로 재현성 좋게 제조할 수 있다. 본 발명에서의 결정성 강자성 중간층으로서는 예를 들면 Fe, Co, Ni 및 그의 합금 등을 추턴할 수 있다. 이들 중에서도 특히 NiFe, NiCO, CoFe, NiFeCo가 바람직하다. 결정성 강자성 중간층의 막 두게는 특히 한정되지 는 않으나, 일반적인 막 두께로서는 5 ∼ 50 A의 범위를 추천할 수 있다. 본 발명에서는, 비자성 도전층을 사이에 기운 한 쌍의 강자성층 중의 적어도 한 쪽이 비정질 강자성층이지 만, 다른 쪽의 강자성충도 마찬가지의 비정질 강자성층이어도 좋다. 본 발명에서의 비정질 강자성층으로서는 예를 들먼 CoFeB, CeNb, CoZr, CoZrNb, CeTa, CoTaZr, CoNbTa,CoB, CoFeZr, CoFeTa, CoFeNb, CoNiB, CoNiZr, CoNiTa 및 CoNiNb 등이 바람직하다. 또한 이들 합금 재료에 Cr 등의 미량 금속이 텀가된 합금 재료를 사용하여도 좋다. 비정짙 강자성충의 일반적인 막 두께로서는 5 ∼ too A의 범위가 좋다. 또한, 비자성 도전층을 사이에 기운 한 쌍의 강자성층 중의 한 쪽이 비정질 강자성충이 아닌 경우에서도.이러한 강자성층의 일반적인 막 두게로서는. 5 ∼ 100 A의 범위가 바람직하다. 비정질 강자성층 이외의 결정 성의 강자성층으로서는 7Fe, Fe, Co 및 이들의 합금 등이 바람직하다. 본 발명에서의 반강자성층으로서는 예를 들면, FeMn. NiMn. IrMn, NiO, CoO, Nicoo 등이 바람직하다. 반강 자성총의 일반적인 막 두게로서는 30 ∼ 300 A의 범위가 바람직하다. 본 발명에서의 비자성 도전층은 비자성이며 또한 도전성에 우수한 재질이면 특별히 한정되는 것은 아니나,일반적으로는 Cu, Ag 등을 사용할 수 있다 비자성 도전층의 일반적인 막 두께로서는 10 ∼ 50 A의 범위가 좋다 본 발명의 자기 저항 효과막은 기판상에 순차적으로 각 층을 적층함으로써 형성할 수 있다. 이 경우, 기판 상에 적층하는 순서는. 반강자성층/결정성 강자성 중간층/제1 비정질 강자성충/비자성 도전층/강자성층의 순 서이어도 좋고, 이와 반대되는 순서인 강자성층/비자성 도전층/제1 비정짙 강자성층/결정성 강자성 중간층/빈 강자성층의 순서이어도 좋다. 또한. 기판의 재질은 비지성 재질이면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들먼 Si.iC, Al·:0,, 유리 등으로 이루어지는 기판을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 자기 저항 효과막은 상기 적층 구조가 복수의 주기로 반복된 적층 구조를 갖고 있어도 좋다. 본 발명에 따르면 반강자성층과 제1 비정질 강자성층간데 겉정성 강자성 중간층이 설치된다. 이와 같이 결 정성 강자성 중간층을 설치함으로써, 제1 비정질 강자성충과 결정성 강자성 중간층이 강자성 결합하고. 강자 성 결합한 이들 2개의 층이 반강자성층과 자기적으로 결합한다. 이러한 결정성 강자성 중간층과 제1 비정질 강자성층과의 강자성 결합, 및 이들 강자성충과 반강자성층과의 자기적 결합은 비교적 강고 하므로, 보자력차 형 자성막에 가까웠던 자화 기구가 보다 안정한 스핀 밸브형 으로 변화되고, 이 결과로서 높은 MR비가 재현 성 좋게 얻어짐을 알 수 있다.

도1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 자기 저항 효과막을 도시한 단면도,

도2는 도1에 도시한 실시예의 제조공정을 도시한 단면도,

도3은 도1에 도시한 실시예의 제조 공정을 도시한 단면도,

도4는 본 발명에 따른 제1실시예의 자기 저항 효과막의 자계 변화에 대한 MR비의 변화를 도시한 도면,

도5는 본 발명에 따른 제1 실 시예의 최대 MR비의 시료간의 편차를 도시한 도먼,

도6은 본 발명에 따른 제2 실시예의 자기 저항 효과막의 자계 변화에 대한 MR비의 변화를 도시한 도면,

도7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 최대 MR비의 시료간의 편차를 도시한 도면

도8은 비정질 강자성층의 막 두께의 변화를 검토했을 때의 본 발명에 따른 자기 저항 효과막의 제조를 도시한 단면도,

도9는 강자성층의 막 두께를 검토했을 때의 비교예의 자기 저항 효과막의 구조 를 도시한 단먼도,

도10은 본 발명의 자기 저항 효과막에서의 비정질 강자성충 및 비교예의 자기 저항 효과막 에서의 강자성충의 막 두개의 변화에 대한 최대 MR비의 변화를 도시한 도면,

도11은 본 발명의 자기 저항 효과막에서의 비정질 강자성층 및 비교예의 자기 저항 효과막에서의 강자성충의 막 두께의 변화에 대한 동작자계의 변화를 도시한 도면,

도12는 도11에서의 동작 자계(Hp)를 설명하기 위한 도면

도13은 본 발명에 따른 제3 실시예의 자기 저항 효과막을 도시한 단면도,

도14는 본 발명에 따른 제4 실시예의 자기 저항 효과막을 도시한 단면도,

도15는 본 발명의 자기 저항 효과막을 사용한 자기 저항 효과 소자의 구조의 일 예를 도시한 사시도,

도16은 본 발명에 따른 제5 실시예의 자기 저항 효과막을 도시한 단면도,

도17은 도16에 도시한 실시예의 자기 저항 효과막의 자장-자화 곡선을 도시한 도면

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 기판

2 ' 반강자성층

3 ' 결정성 강자성 중간층

4 : 제 1비정질 강자성층

5 : 비자성 도전층

6 : 제2 비정질 강자성층

도1은 단 발명에 따른 제1 실시예의 자기 저항 효과막을 도시한 단면도이다 도1에서, 본 실시예의 자기 저항 효과막은 유리 등으로 이루어지는 기판(1) 위에, Ni.70₅₀의 조성의 반강자성층(2)(막 두께 10nm),NinFe₂₀의 조성의 결정성 강자성 중간층(3)(막 두께 2nm),(Co_0.9Fe_0.1)₂₀B₈₀의 조성의 제1 비정질 강자성층(4)(막 두께 2nm), Cu의 조성의 비자성 도전층(5)(막 두께 2nm), 및 (CoFe_0.1)₂₀B₈₀의 조성의 제2 비정질 강자성층(6)(막 두께 2nm)을 순차 적층함으로샌 구성되어 있다. 도2 및 도3은 도1에 도시한 실시예의 자기 저항 효과막을 제조하는 공정을 나타낸 단먼도이다. 도2(a)에 도시한 바와 같이, 유리 등으로 이루어지는 기판(1) 위에, 예를 들면 이온 빔 스퍼터링법에 의해 반강자성층 (2)을 정성한다. 다음에, 도2(b)에 도시한 바와 같이, 반강자성층(2) 위에 예를 들면 이온 빔 스퍼터링법에 의해 결정성 강가성 중간층(3)을 켱성한다. 다음으로, 도2(c)에 도시한 바와 같이, 결정성 강자성 중간층(3)의 위에, 예를 들먼 이온 빔 스퍼터링댑에 의해 제1 비정질 강자성층(4)을 형성한다. 단음으걸,17(d)에 도시한 바와 같이, 제1 비정질 강자성층(4) 위에 예를 들면 이온 빔 스퍼터링법에 의 해 비자성 도전층(5)을 형성한다. 다음으로, 도3(e)에 도시한 바와 같이, 비자성 도전층(5) 위에 예를 들면 이온 빔 스퍼터링법에 의해 제2 비정질 강자성층(6)을 형성한다. 이상과 같이 하여, 도1에 도시한 바와 같은 적층 구조를 갖는 자기 저항 효과막을 형성할 수 있다. 또한.가 층의 형성은 이온 빔 스퍼터링법으로 한정되지 않으며, 예를 들면 RF 플라즈마 CVD탭에 의해 형성하여 도 좋다. 도4는 도1에 도시한 년 발명에 따른 제1 실시예의 자기 저항 효과막의 자계의 변화에 대한 MR비의 변화 를 도시한 도면이다. 도4에서, ①은 도1에 도시한 본 발명에 따른 제1 실시예의 보R비의 변화를 도시하고 있 으며. ②는 비교예의 자기 저항 효과막의 MR비의 변화를 도시하고 있다. 비교예의 자기 저항 효과막은 결정 성 강자성 중간층을 설치하고 있지 않으며, 반강자성층의 위에 직접 제1 비정질 강자성층을 형성한 자기 저 항 효과막이며. 도1에서 결정성 강자성 중간층(3)이 없고. 반강자성층(2) 위에 제1 비정질 강자성층(4)을 형 성한 구조의 자기 저항 효과막이다. 도4로부터 안 수 있듯이, 본 발명에 따른 제1 실시예의 자기 저항 효과막은 최데의 MR비로서 7%의 값을 나타내고 있고, 반강자성층과 제1 비정질 강자성충간에 결정성 강자성 중간층을 설치하고 있지 않은 비교예 의 자기 저항 효과막의 최대 MR비 4%에 비하여, 큰 MR비를 얼을 수 있음을 알 수 있다. 도,j는 본 발명에 따른 제1 실시예의 자기 저항 효과막을 시료1 ∼ 시료7의 7회 제작하였을 때의 각 시료 의 최대 MR비를 도시한 도면이다. 또한, 도5에는, 비교예로서 결정성 강자성 중간층을 형성하고 있지 않은 도4에 도시한 ②의 시료를, 시료1 ∼ 시료7의 7회 제작하였을 때의 각 시료의 최대 MR비를 나타내고 있다.도5로부터 알 수 있듯이, 결정성 강자성 중간층을 설치하핀 있지 않은 비교예의 자기 저항 효과막은 최대 MR비에 큰 편차가 존재하는 것에 반하여, 본 발명에 따른 제1 실시예의 자기 저항 효과막은 시료간에서의 편차가 적고, 거의 일정한 최대 MR비를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이러한 사실로부터, 본 발명에 따른 자 기 저항 효과막은 안정한 품질로 재현성이 우수하게 제조할 수 있음을 알 수 있다. 도6은 본 발명에 따른 제2 실시예의 자기 저항 효과막에서의 자계의 변화에 대한 MR비의 변화를 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 제2 실시예에서는, 도1에 도시한 결정성 강자성 중간층(3)으로서, Ni,,Fe,,Co,, 의 조성의 결정성 강자성 중간층(막 두께 2nm)을 사용하고 있다. 결정성 강자성 중간층(3) 이외의 각 층의 조성 및 막 두께는 상기 제1 실시예와 동일하다. 도6에서는, 712 실시예의 MR비의 변화를 ①로서 나타내고 있다. ② 는 도4에 도시한 ②와 마찬가지로, 결정성 강자성 중간층을 설치하고 있지 않은 비교예의 자기 저항 효과막의 MR비의 변화를 나타내고 있다. 도5으로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 제2 실시예의 자기 저항 효과막은 최대 MR비로서 8%의 값을 나타내고 있고, 종래 보다 높은 MR비를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 도7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 자기 저항 효과막을 시료1 ∼ 시료7의 7회 제작하였을 때의 최대 러R비의 편차를 도시한 도면이다. 도7에는, 비교예로서, 도6에 도시한 ②의 비교예의 자기 저항 효과막을 시 료1 ∼ 시료7의 7회 제작하였을 때의 시료간의 편차도 도시하고 있다. 도7로부터 알 수 있듯이. 년 반명에 따 른 제2 실시예의 자기 저항 효과막의 최대 MR비는 시료간에서의 편차가 적고, 안정한 품질로 재현성 좋게 제조할 수 있음을 알 수 있다. 상기 실시 예에서는, 기판(1)상에 반강자성층(2)을 형성하고, 그 위에 순차적으로 각 층을 적층하고 있으나.이와 반대되는 순서로 각 층을 적층하여도 좋다. 즉, 기판(1) 위에 제2 비정질 강자성층(6), 비자성 도전층(5),제1 비정질 강자성층(4), 결정성 강자성 중간층(3), 및 반강자성층(2)을 이 순서대로 적층하여도 좋다. 다음에, 본 발명의 자기 저항 효과막에서의 비정질 강자성층의 막 두께 변화의 영향에 대하여 검토하였다.도8에 도시한 바와 같이, 반강자성층으로서의 NiO승(11) 위에, 결정성 강자성 중간층으로서의 NiFe층(12), 제 1 비정진 강자성층으로서의 CoFeB층(13), 비자성 도전층으로서의 Cu층(14), 및 제2 비정질 강자성층으로서의 CoFeB층(15)을 형성귀고, NiO층(11)의 막 두께를 100A, NiFe층의 막 두께를 20A, Cu층(14)의 막 두께를 20A으로 일정하게 하여, CoFeB층(13 및 15)의 막 두께를 10 및 도11에 도시한 바와 같이 변화시켜. 막 두께 변화 에 의한 MR비의 변화(도10) 및 동작 자계(Hp)의 변화(도11)를 측정하였다. 또한, 비교예로서, 도9에 도시한 바와 같은 종래의 자기 저항 효과막에 대해서도 강자성층의 막 두께의 변화의 영향을 검토하였다. 비교예의 자기 저항 효과막으로서는, 도9에 도시한 바와 같이, 반강자성층으로서의 FeMn(21) 위에. 강자성층으로서의 Co층(22), 비자성 도전층으로서의 Cu층(23), 및 강자성층으로서의 Ce층(24)을 적층하고, FeMn층(21)의 7.4 두께 를 10? A, Cu층(23)의 막 두께를 20 A으로 일정하게 하여 Co층(22 및 24)의 막 두께를 변화시켜, MR비의 변화(도10) 및 동작 자계(Hp)의 변화(도11)를 측정하였다. 도12는 동작 자계(Hp)를 설명하기 위한 도면이다. 도12에 도시한 바와 같이. 동작 자계(Hp)는 MR비가 직선 적으로 변화하는 자계 폭을 도시하고 있다. 따라서, 동작 자계(Hp)의 값이 작을수록, 큰 자기 감도를 얼을 수 있다 도10에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자기 저항 효파막(CoFeB)은 비정짙 강자성층의 막 두께가 5 ∼ 50A의 사이에서 변화하여도, 거의 일정한 높은 MR비를 니타냄을 알 수 있다. 이에 반하여. 비교예의 자기 저항 효과막(Co)에서는 강자성층의 막 두께가 얇아지민 MR비가 저하됨을 알 수 있다. 또한, 도11로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 자기 저항 효과막(CoFeB)은 비정질 강자성층의 7,4 두께가 5 ∼ 50A의 사이에서 변화하여도, 거의 일정한 낮은 동작 자계를 나타냄을 알 수 있다 이에 반하여, 비교예 의 자기 저항 효과막(Co)은 강자성층의 막 두께가 커짐에 따라, 동작 자계 강도가 커지고, 자계 감도가 나빠 지게 됨을 알 수 있다. 따라서, 비교예의 자기 저항 효과막은, 도10 및 도11로부터 알 수 있듯이, 강자성층의 막 두께를 크게 하지 않으면 큰 MR비를 얻을 수 없는 한편, 동작 자계 강도가 나빠진다고 하는 문제점을 가 지고 있다. 이에 반하여, 본 발명에 따른 자기 저항 효과막은 막 두께 변화에 의한 영향이 적고, 항상 높은 MR비를 나타내며, 자계 감도가 항상 양호함을 알 수 있다. 도13은 본 발명에 따른 제3 실시예의 자기 저항 효과막을 나타내는 단면도이다. 도13에 도시한 실시예에서 는, 기판(31) 위에. 반강자성층(32)/결정성 강자성 중간층(37)/711 비정질 강자성층(34)/비자성 도전층(35)/제2비정질 강자성층(36)/비자성 도전층(37)/711 비정질 강자성층(38)/결정성 강자성 중간층(39)/반강자성층(40)이 이 순서대로 적층된 적층 구조를 가지고 있다. 반강자성층(72)은 예를 들면 Ni₈₀Fe₂₀의 조성으로 막 두께 10nm로 형성된다. 또한 결정성 강자성 중간층(33 및 39)은 예를 들면 Ni₈₀Fe₂₀또는 Ni₁₄Fe₁₃Co₇₃의 조성으로 막 두께 2nm로 켱성된다. 제1 비정질 강자성층(34 및 38)과 제2 비정질 강자성층(36)은 예를 들면 (Co77Fe7,)7B7의 조성 으로 막 두께 2nm로 형성된다. 비자성 도전층(35 및 37)은 예를 들면 Cu의 조성으로 막 두께 2 am로 형성된 다. 도14는 본 발명에 따른 제4 실시예의 자기 저항 효과막을 도시한 단면도이다. 본 실시 예에서는 도14에 도시 한 바와 같이, 기판(41) 위에 제2 비정질 강자성층(42)/비자성 도전층(43)/ffl 비정질 강자성층(44)/결정성 강 자성 중간층(45)/반강자성층(46)/결정성 강자성 중간층(47)/제1 비정질 강자성층(48)/비자성 도전층(49)/712 비 정진 강자성층(50)을 이 순서대로 적층한 적층 구조를 갖고 있다. 제1 비정질 강자성층(44 및 48)과 제2 비정질 강자성층(42 및 50)은 예를 들면(Co_0.9Fe_0.1)₂₀B₈₀의 조성으로 막 두께 2nm가 되도록 형성된다. 비자성 도전층(43 및 49)은 예를 들면 Cu의 조성으로 막 두께 2 nm가 되도록 형성된다. 결정성 강자성 중간층(45 및 47)은 예를 들면 Ni₈₀Fe₂₀,또는 Ni₁₄Fe₁₃Co₇₃의 조성으로 막 두께 2nm가 되도록 형성된다. 반강자성층(46)은 예를 들면 Ni₅₀O₅₀의 조성으로 막 두께 10nm로 형성된다 또한, 본 발명의 자기 저항 효과 막으로서, 반강자성층/결징성 강자성 중간층/제1 비정질 강자성층/비자성 도전층/강자성층/비자성 도전층/711 비정질 강자성층/결정성 강자성 중간층/반강자성층과 같은 상기 적층 구 조가 2주기 반복된 적층 구조인 것도 좋다. 또한, 반강자성층/결정성 강자성 중간층/제1 비정질 강자성층/비 자성 도전층/강자성층/비자성 .도전층/제1 비정질 강자성층/결정성 강자성 중간층/반강자성층/결정성 강자성 중간층/제1 비정질 강자성층/비자성 도전층/강자성층 등과 같이 상기 적층 구조가 3주기 반복된 적층 구조를 갖는 것도 좋다. 이상과 같이, 본 발명의 자기 저항 효과막에는 2주기 또는 그 이상의 주기로 반복 적층되는 적층 구조의 것 도 포함된다. 도15는 본 발명에 따른 자기 저항 효과막을 사용한 자기 저항 효과 소자의 구조의 일 예를 도시한 사시도 이다. 도15를 참조하면, 적층 구조를 갖는 자기 저항 효과막(51)의 양측에는, 예를 들면 Cocrpt로 이루어지는 종 바이어스층(54 및 55)이 설치되어 있고, 이들 위에 Au 등으로 이루어지는 리드 전극(52 및 53)이 각각 선 치되어 있다. 화살표(A)로 나타낸 바와 같이. 리드 전극(52)으로부터 전류가 공급되며, 종 바이어스층(74)을 통 하여, 자기 저항 효과막(51)내를 흐른 전류는, 종 바이어스층(55)을 통하여, 리드 전극(,i3)에 흐른다. 리드 전극(52 및 53)에 의해 전류를 공급함과 동시에, 자기 저항 효과막(51)의 전압 변화를 판독하고,자계 강도 및 그 변화를 검출한다. 도16은 본 발명에 따른 제5 실시예의 자기 저항 효과막을 도시한 단면도이다. 본 실시 예에서는. 결정성 강자성 중간층 및 제1 비정질 강자성층으로서 여러 가지의 재료를 사용하여, 반강자성층과, 결정성 강자성 중간 층 및 제1 비정짙 강자성층과의 사이의 교환 결합 자계(Hua)를 측정하였다. 도16을 참조하면, XI로 이루어지 는 제2 비정질 강자성층(61)(막 두께 3.Onm)의 위에는, Cu로 이루어지는 비자성 도전층(62)(막 두께 7.6nm)가 선치되어 있고, 이 위에는 X7로 이루어지는 제1 비정질 강자성층(63)(막 두께 3.Onm)이 설티되어 있다. 제1 비 정질 강자성층(63)의 위에 Y로 이루어지는 결정성 강자성 중간층((i4)(7.4 두께 tllm)가 설치되어 있으며, 이 위에 FeMn으로 이루어지는 반강자성층(65)(막 두께 10.Onm)가 설치되어 있다. 도17에 도시한 자장-자화 곡선은 제2 비정질 강자성층(61) 및 제1 비정질 강자성층(63)을 형성하는 재료(X1 및 X2)로서 Corzr., 를 사용하고, 결정성 강자성 중간층(64)을 형성하는 재료로서 NiwFe? 을 사용하여, 결정 성 강자성 중간층(64)의 두께를 3.Onm로 하였을 때의 자기 저항 효과막의 자장-자화 곡선이다 또한, 도17에는,비교예로서, 결정성 강자성 중간층(64)의 두께(t)를 Onm, 즉 결정성 강자성 중간층(64)을 설치하고 있지 않은

자기 저항 효과막의 자장-자화 곡선을 나타내고 있다 도17에서, "XI" 으로 나타낸 영역은 제2 비정짙 강자 성층(61)의 자기 모멘트의 변화에 기초한 히스테리시스이고, "XE/Y/FeMn" 은 서로 교환 길함된 제1 비정질 강자성층(63), 결정성 강자성 중간층(64), 및 반강자성층(65)의 자기 포멘트의 변화에 기초한 히스테리시스이 다. 토17에 도시한 바와 같이 결정성 강자성 중간층(64)의 두께를 3.Onm로 함으로써, 반강자성층(65)과, 결정성 감자성 중간층(64) 및 제1 비정질 강자성충(63)과의 교환 결합 자계(Hua)가 생김을 알 수 있다. 다음에, 제1 및 제2 비정질 강자성층 및 결정성 강자성 중간층의 재료로서 각종 재료를 선택하여 자기 저항 효과막을 제작하여 얻어진 자기 저항 효과막의 교환 결합 자계(Hua)를 측정하였다. 우선, 제1 및 제2 비징짙 강자성충의 재료로서 표 1에 도시한 a-Co를 사용하고, 결정성 강자성 중간층의 재료로서 표 1에 도시한 Y를 사용한 자기 저항 효과막의 교환 결합 자계(Hua)를 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 도시한다.

[표 1]

여기서, X의 농도는 2 ∼ 20원자 %이다. 다음에 제1 및 제2 비정질 강자성층의 재료로서 표 2에 도시한 a - (C79Ni7,)X 를 사용하고, 결정성 강자성 중간층의 재료로서 표 2에 도시한 Y를 사용하여 자기 저항 효과막을 제작하고, 얻어진 자기 저항 효자막의 교환 결합 자계(Hua)를 측정하였다. 측정 결과를 표 7에 도시한다.

[표 2]

표 2애서, X의 농도는 2 ∼ 20 원자 %이다 다응에. 제1 및 제2 비정질 강자성층의 재료로서 표 3에 도시한 a - (Co77Fe7,)X를 사용하고. 결정성 강자성중간충의 재료로서 표 3에 도시한 Y를 사용하여 자기 저항 효과막을 제작하고, 얻어진 자기 저항 효과막의 교환 결합 자계(Hua)를 측정하였다. 측정 결과를 표 3에 도시한다.

[표 3]

표 3에서, X의 농도는 2 ∼ 20 원자 %이다. 또한, 표 1, 표 2 및 표 3에 추천된 조합의 자기 저항 효과막에서, 교환 결합 자계(Hua)를 발생시키기 위한 결정성 강자성 중간층의 두께에 대하여 검토한 바, 결정성 강자성 중간층의 두께를 Inm 이상으로 함으로써 교 환 결랍 자계(Hua)의 향상 효과가 인정됨을 알 수 있었다. 표1, 표2 및 표3의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서의 비정질 강자성층으로서는 Co를 주성분 으로 하는 임의의 재료를 사용할 수 있다. 또한, 결정성 강자성 중간층으로서는 결정성의 강자성 재료이먼 임 의의 재료를 사용할 수 있다. 상기 실시 예에서는, 비자성 도전막을 사이에 기운 양측의 강자성층이 비정질 강자성층인 실시예를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 결정성 강자성 중간층에 인접한 강자성층 이외의 강자성층은 결정성 강자성 층이 어 도 좋다. 본 발명의 자기 저항 효과막의 각 층의 조성 및 막 두께는 상기 실시예의 조성 및 막 두께에 한정되지 아 음을 여기에 명확히 해두는 바이다.

본 발명에 따른 자기 저항 효과막은 높은 MR비를 나타내고, 안정한 품질로 재현성 좋게 제조할 수 있는 것이다. 따라서, 재생 자기 헤드나 자기 센서 등에서 유용한 자기 저항 효과막이다.

Claims

반강자성층, 제1 비정질 강자성층, 비자성 도전층 및 강자성층을 이 순서대로 구비하는 자기 저항 효과막에 있어서, 상기 반강자성층과 상기 제1 비정질 강자성층간에 결정성 강자성 중간층을 설치한 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제1항에 있어서 상기 결정성 강자성 중간층이 Fe, Co, Ni 및 그 합금으로부터 선택되는 적어도 1종의 금 속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제2항에 있어서, 상기 결정성 강자성 중간층이 NiFe, NiCo 또는 CeFe인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제1항에 있어서, 상기 강자성층이 제2 비정질 강자성인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제1항에 있어서, 상기 제1 비정질 강자성층이 Co를 주성분으로 하는 비정질 강자성층인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제5항71 있어서. 상기 제1 비정질 강자성층이 CoFeB, CeNb, Co2r, CoZrNb, CoTa, CoTaZr, 및 CoNbTa로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종의 합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제5항에 있어서, 상기 제1 비정질 강자성층이 CoB, CoFeZr, CoFeTa, CoFeNb, CoNiB, CoNiZr, CoNiTa 및 CoNiNb로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종의 합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자 기 저항 효과막
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 반강자성층 결정성 강자성 중간층, 제1 비정질 강자성층 비자성 도전층 및 강자성층의 적층 구조가 복수의 주기로 반복되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막
반강자성층, 결정성 강자성 중간층. 제1 비징질 강자성층, 비자성 도전층 및 강자성층을 이 순서대로 구 비하고, 상기 결정성 강자성 중간층과 상기 제1 비정질 강자성층이 강자성 결합되고, 강자성 결합된 상기 길 징성 강자성 중간층과 상기 제1 비정질 강자성층이 상기 빈강자성층과 자기적으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제9항에 있어서, 상기 결정성 강자성 중간층이 Fe, Co, Ni 및 그 합금으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제10항에 있어서, 상기 결정성 강자성 중간층이 NiFe, NiCO 또는 CoFe인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제9항에 있어서, 상기 강자성층이 제2 비정질 강자성층인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제9항에 있어서, 상기 제1 비정질 강자성층이 Co를 주성분으로 하는 비정질 강자성층인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제9항에 있어서, 상기 711 비정질 강자성층이 CoFeB, CoNb, CoZr, CoZrNb, CoTa, CoTaZr, 및 CoNbTa로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종의 합금으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제9항에 있어서, 상기 제1 비정질 강자성층이 CoB, CoFeZr, CoFeTa, CoFeNb, CoNiB, CoNiZr, CoNiTa 및 CoNiNb로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종의 합금으로 령성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.
제9항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 반강자성층, 결정성 강자성 중간층, 제1 비정질 강자성층,비자성 도전층 및 강자성층의 적층 구조가 복수의 주기로 반복되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과막.

※참고사항 최초출원 내웅에 의하여 공개하는 것임.