DE19854519A1

DE19854519A1 - GMR-Kopf, Verfahren für dessen Herstellung und Magnetplattenlaufwerk mit Verwendung des Kopfes

Info

Publication number: DE19854519A1
Application number: DE19854519A
Authority: DE
Inventors: Keiichi Nagasaka; Yutaka Shimizu; Hitoshi Kishi; Atsushi Tanaka; Reiko Kondoh
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 1999-09-23
Also published as: KR19990076556A; JPH11273029A; CN1110795C; US6327121B1; CN1229973A; KR100284227B1; JP3790356B2

Abstract

Die Erfindung sieht einen GMR-Kopf vor, in dem ein geeigneter Vorspannungspunkt für die freie Magnetschicht des GMR-Kopfes bestimmt werden kann, indem das statische Magnetfeld in der freien Magnetschicht unterdrückt wird, das aus einer gefestigten Magnetschicht des GMR-Kopfes austritt. Der GMR-Kopf umfaßt eine Sensorsektion, eine Magnetfeldkorrektursektion, die seitlich angrenzend an die Sensorsektion angeordnet ist. Die Sensorsektion enthält zusätzlich zu der freien Magnetschicht und der gefestigten Magnetschicht eine Zwischenschicht und eine antiferromagnetische Schicht in einer spezifischen Anordnung. Die Magnetfeldkorrektursektion kann dieselbe Struktur wie die Sensorsektion haben. Da die Sensorsektion und die Magnetfeldkorrektursektion unabhängig vorgesehen sind und in der Richtung der Höhe des GMR-Kopfes seitlich aneinandergrenzend angeordnet sind, wird das Magnetfeld, das aus der gefestigten Magnetschicht heraus in die freie Magnetschicht eintritt, durch die Magnetfeldkorrektursektion unterdrückt. Die Magnetfeldkorrektursektion kann ohne weiteres zusammen und gleichzeitig mit der Sensorsektion gebildet werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG (TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG)

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen einen GMR-Kopf, ein Verfahren zum Herstellen solch eines Kopfes und ein Magnetplattenlaufwerk, bei dem solch ein Kopf genutzt wird.

(HINTERGRUND DER ERFINDUNG)

In den 90er Jahren hat sich die Bitdichte von Informa tionen auf einer Magnetplatte in 10 Jahren um den beträcht lichen Faktor von 100 verbessert. Sollte diese Rate auch in den kommenden Jahren anhalten, wird die Bitdichte bis zum Jahr 2000 oder 2001 10 Gbit/Zoll² betragen. Die jüngste Entwicklung auf dem Gebiet der Kopftechnik mit gigantischem magnetoresistiven (GMR) Effekt läßt erkennen, daß dieses Ziel erreichbar ist.

Fig. 1 zeigt eine Gesamtanordnung eines Verbundmagnet kopfes 112, bei dem ein GMR-Kopf zur Verwendung in einem Magnetplattenlaufwerk genutzt wird, zusammen mit einem magnetischen Medium 114, wie etwa einer Magnetplatte, die positioniert ist, um dem Verbundkopf 112 zugewandt zu sein. Der hier gezeigte Verbundmagnetkopf 112 ist ein Kopf des kombinierten Typs mit einer "Huckepack-Struktur", der einen Schreibkopf 118 enthält, der auf der Rückseite eines Lese kopfes 116 angeordnet ist, dessen oberer Schirm 120 auch als unterer Schreibmagnet (unterer Magnetkern) 120 für den Schreibkopf 118 arbeitet.

Der GMR-Kopf 100, wie er in Fig. 1 gezeigt ist, ist in dem Lesekopf 116 enthalten. Der GMR-Kopf umfaßt einen GMR- Film 122, ein Paar von Elektroden 124a und 124b, einen unteren Leseschirm 98 und den oberen Leseschirm 120, die jeweilig auf den gegenüberliegenden Seiten der gepaarten Elektroden angeordnet sind.

Der Schreibkopf 118 enthält eine Schreibspule 128, eine organische Isolierschicht 130, welche die Schreibspule 128 umgibt, einen Magnetspaltfilm 132 und einen oberen Schreib magnetpol 134, der auf den oberen Seiten der organischen Isolierschicht 130 und des Magnetspaltfilms 132 angeordnet ist, und den unteren Schreibmagnetpol 120, der auf den unteren Seiten der organischen Isolierschicht 130 und des Magnetspaltfilms 132 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt eine allgemeine Anordnung eines GMR-Kopfes 100. Der Kopf 100 enthält einen Spin-Valve-Film 122, der eine freie Magnetschicht 102 enthält, die auf einem Substrat 101 gebildet ist, das einen unteren Spaltfilm (nicht ge zeigt) umfaßt, der auf einem unteren Leseschirm 98 (nicht gezeigt) gebildet ist, eine Zwischenschicht 103, eine fi xierte oder gefestigte Magnetschicht 104 und eine antiferro magnetische oder festigende Schicht 105, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Der GMR-Kopf 100 umfaßt einen Spin-Valve-Film 122 und ein Paar von Elektroden 124a und 124b (siehe Fig. 1), die vorzugsweise wenigstens mit den jeweiligen Enden der freien Magnetschicht 102 des Spin-Valve-Films 122 verbunden sind.

Fig. 3A-D erläutern, wie sich der elektrische Wider stand des Spin-Valve-Films 122 mit der Magnetisierung in ihm verändert. Der Spin-Valve-Film 122 hat vier Schichten, wie es in Fig. 3A gezeigt ist. Die zwei Magnetschichten (freie und gefestigte Schichten) 102 und 104 sind durch die nicht magnetische Zwischenschicht 103 getrennt. Auf der gefestig ten magnetischen Schicht 104 ist die antiferromagnetische Schicht 105 vorgesehen, wodurch die Magnetisierung Mp in der Schicht 104, die an die antiferromagnetische Schicht 105 angrenzt, in derselben Richtung wie die Magnetisierung in der Grenz- oder Grenzflächenzone der antiferromagnetischen Schicht 105 nach dem Annealen gefestigt wird.

Andererseits nimmt die freie magnetische Schicht 102, die durch die Zwischenschicht 103 abgetrennt ist, keine Magnetisierung in einer festen Richtung an. Mit anderen Worten, die gefestigte Magnetschicht 104 hat eine hohe Festigungs- oder Koerzitivkraft, während die freie Magnet schicht 102 eine niedrige Festigungs- oder Koerzitivkraft hat, wie in Fig. 3C gezeigt.

Unter dem Einfluß eines externen Magnetfeldes wird die freie Magnetschicht 102 in der Richtung des externen Magnet feldes magnetisiert, wobei eine gewisse Magnetisierung Mf in einer Richtung erreicht wird. Es ist bekannt, daß dann, wenn die Magnetisierungen in der freien Magnetschicht 102 und der gefestigten Magnetschicht 104 einen Winkel von 180° bilden (das heißt, wenn sie in entgegengesetzte Richtungen weisen, wie in Fig. 3A gezeigt), der elektrische Widerstand in dem Spin-Valve-Film seinen Maximalwert erreicht.

Fig. 4A und B zeigen das Prinzip, auf dem der GMR-Kopf beruht. Falls die freie Magnetschicht 102 und die gefestigte Magnetschicht 104 ihre Magnetisierung in den zueinander entgegengesetzten Richtungen haben, wie in Fig. 4A gezeigt, werden Elektronen, die sich von einer Schicht in eine andere bewegen, in relativ großer Anzahl durch die dazwischenlie gende Schicht zwischen der (nichtmagnetischen) Zwischen schicht und der magnetischen Schicht leicht zerstreut, wodurch sie eine hohe Widerstandsfähigkeit aufweisen.

Falls die Magnetisierung in der freien Magnetschicht 102 mit jener in der gefestigten Magnetschicht 104 koinzi diert, wie es in Fig. 4B gezeigt ist, werden die Elektronen, die sich quer durch die Grenzflächenschicht oder über die Grenze zwischen der (nichtmagnetischen) Zwischenschicht und der magnetischen Schicht bewegen, in relativ kleiner Anzahl zerstreut. Die sich bewegenden Elektronen haben jeweils, um die Erläuterung zu erweitern, entweder einen aufwärtigen oder einen abwärtigen Spin, aber bei einem von ihnen werden sie durch ein gegebenes Magnetfeld stärker zerstreut. In Fig. 4A und B ist ein Zerstreuen von Elektronen aufgetreten, aber im Vergleich zu Fig. 4A ist ein Zerstreuen von Elektro nen in dem in Fig. 4B gezeigten Fall weniger wahrscheinlich, wodurch Elektronen gesteuert werden, um aus der gefestigten Magnetschicht 104 in die freie Magnetschicht 103 zu wandern.

Die Magnetisierung Mf in der freien Magnetisierungs schicht eines GMR-Elementes, das eine Spin-Valve-Struktur hat, wird durch das extern angewendete Magnetfeld verändert, wie in Fig. 3D gezeigt, welches ein Magnetfeld Hsig ist, das bei dem hier gezeigten Beispiel ein Signal darstellt. Die Veränderung der Magnetisierung führt ihrerseits zu einer Widerstandsveränderung des Spin-Valve-Films 122 des GMR- Elementes, die zu dem Cosinus des relativen Winkels Theta (θ) zwischen den Magnetisierungen Mf und Mp in den jeweili gen freien und gefestigten Magnetschichten 102 und 104 in dem Bereich zwischen 0° und 180° proportional ist.

In einem Magnetkopf, bei dem solch ein GMR-Film 122 ge nutzt wird, wird sich daher, falls die Magnetisierung Mf in der freien Magnetschicht 102 ohne extern angewendetes Ma gnetfeld in der Richtung aufgebaut wird, die zu der fixier ten oder gefestigten Magnetisierung Mp in der gefestigten Magnetschicht 104 rechtwinklig (90°) ist, der Widerstand bei einem extern angewendeten Magnetfeld (z. B. Signalmagnetfeld Hsig) in dem Bereich zwischen 0° und 180° im wesentlichen linear und symmetrisch verändern, wobei ein Mittelwert bei Theta (θ) = 90° auftritt. Solch ein symmetrisches Wider standsverhalten erleichtert die Verarbeitung von Lesesigna len von dem Magnetplattenlaufwerk.

In einem wirklichen Spin-Valve-Element wird jedoch die freie Magnetschicht 102 nicht nur durch das extern angewen dete Signalmagnetfeld Hsig beeinflußt, sondern auch durch eine Anzahl von Störfeldern, die sich zum Beispiel aus der Austauschkopplung der Magnetfelder der freien Magnetschicht 102 und der gefestigten Magnetschicht 104 ergeben, durch ein Magnetfeld, das aus Magnetpolen austritt, die auf den End flächen der gefestigten Magnetschicht 104 erscheinen, und durch ein Magnetfeld, das durch einen Lesestrom durch das GMR-Element verursacht wird. Als Resultat wird die Magneti sierung in 102 von der Richtung der X-Achse (längs der Breite des Elementes) abgelenkt, wodurch bewirkt wird, daß sich der elektrische Widerstand des Elementes im wesentli chen nichtlinear und nichtsymmetrisch verändert.

Um die Magnetisierung Mf in der freien Magnetschicht 102 längs der X-Achse (längs der Breite der Schicht) zu orientieren, wenn kein extern angewendetes Magnetfeld vor handen ist, ist es erforderlich, ein zusätzliches Magnetfeld vorzusehen, das als Vorspannungsfeld bezeichnet wird, um die Y-Komponenten der Störfelder zu unterdrücken.

Das Vorspannungsfeld hängt von den Größen und Richtun gen des Störfeldes ab. Ein GMR-Kopfelement ist vorzugsweise so konstruiert, um das erforderliche Niveau solch eines Vorspannungsfeldes zu minimieren.

Andererseits wird die Breite w (d. h., das Ausmaß in Y- Richtung) eines GMR-Kopfes gemäß der Aufzeichnungsbitdichte auf dem Magnetaufzeichnungsmedium bestimmt, so daß das Spin- Valve-Element eine Spur auf dem Medium bedecken kann (Fig. 1) und auf ihr gespeicherte Bitdaten akkurat lesen kann. Daher muß die Breite für das magnetische Aufzeichnungsmedium bei erhöhter Bitdichte klein genug sein.

Es sei erwähnt, daß dann, falls die Höhe h (die Größe in Y-Richtung) des Elementes viel kürzer als die Breite w ist, die Magnetisierung Mf in der freien Magnetschicht 102 dazu tendiert, in der Längsrichtung (X-Richtung) gefestigt zu werden.

Somit ist es wünschenswert, daß die Höhe h der Breite w entspricht oder kleiner als diese ist. Es ist ferner wün schenswert, die Höhe h kleiner als die Breite w zu bilden, um zu gewährleisten, daß das Signalmagnetfeld Hsig in das gesamte Element eintritt, da anderenfalls das Signalmagnet feld Hsig das Element in Y-Richtung nicht durchdringen kann.

Falls bei einem wirklichen Spin-Valve-Element, das in Gebrauch ist und einige Mikrometer X einige Mikrometer mißt, die Höhe h zur Verwendung mit einem Medium mit höherer Bitdichte verringert ist, spielt die statische magnetische Kopplung (Minusaustauschkopplung) der Magnetisierungen in der gefestigten Magnetschicht 104 und der freien Magnet schicht 102 eine relativ wichtige Rolle beim Ausrichten der Magnetisierung Mf in der freien Magnetschicht 102 antiparal lel zu der Magnetisierung in der gefestigten Magnetschicht 104, wodurch es schwer wird, einen geeigneten Vorspannungs punkt zu finden.

Falls andererseits nur die Breite w des GMR-Elementes minimiert wird und die Höhe h unverändert bleibt, kann die Magnetisierung in der Zone der freien Magnetschicht 102 dicht an dem magnetischen Aufzeichnungsmedium als Reaktion auf das extern angewendete Signalmagnetfeld Hsig rotieren, aber in der Zone, die von dem magnetischen Medium abgelegen ist, kann die Magnetisierung durch Hsig kaum rotiert werden und keine Widerstandsveränderung ergeben. Daher trägt die abgelegene Sektion des GMR-Elementes wenig zum Lesen eines Signals bei, so daß die Gesamtleseempfindlichkeit des Kopfes verringert wird.

Um eine höhere Bitdichte zu realisieren, muß die Größe des GMR-Elementes einerseits so klein wie möglich sein, um aber andererseits ein wünschenswertes Vorspannungsfeld zu finden, muß die Höhe h groß genug sein. Wenn somit eine relativ kleine Höhe h des GMR-Elementes gegeben ist, könnte man als zweitbeste Wahl geneigt sein, einen optimalen Vor spannungspunkt zu finden, indem ein minimaler Lesestrom in einer Richtung vorgesehen wird, um das Störfeld zu unter drücken. Dem Lesestrom ist jedoch immer eine gewisse Grenze gesetzt, so daß die Verbesserung des Vorspannungsmagnetfel des durch den Lesestrom allein das Problem nicht klären würde.

Als Alternative könnte man die Dicke der gefestigten Magnetschicht 104 verringern, um das Niveau der Magnetisie rung zu reduzieren, welche die Magnetisierung in der freien Magnetschicht beeinflußt. Dies ist jedoch nicht empfehlens wert, da die gefestigte Magnetschicht 104 eine gewisse Mindestdicke haben muß, damit ihre Magnetisierung gefestigt werden kann. Als Resultat kann die Magnetisierung nicht willkürlich reduziert werden.

Als andere Alternative könnte eine dünnere (nichtmagne tische) Zwischenschicht 103 zwischen der freien Magnet schicht 102 und der gefestigten Magnetschicht 104 vorgesehen werden, um die ferromagnetische Kopplung zwischen den zwei Magnetschichten zu verstärken, um die statische magnetische Kopplung zu kompensieren. Die Zwischenschicht muß dann mit einer Dicke in der Größenordnung von höchstens 10 Ångström gebildet werden, was nicht praktikabel ist.

Ein GMR-Element mit doppelter Spin-Valve-Struktur weist einen relativ großen magnetoresistiven Effekt und daher eine verbesserte Leseempfindlichkeit auf, wie es in Verbindung mit dem dritten Beispiel unten eingehend beschrieben ist. Jedoch weisen die zwei gefestigten Magnetschichten des Elementes auch einen größeren Magnetfluß auf, dessen Aus tritt aus ihnen die Magnetisierung in der freien Magnetisie rungsschicht beeinträchtigt. In diesem Fall kann das Streu magnetfeld durch keine der oben erwähnten Maßnahmen entfernt oder unterdrückt werden.

Daher muß nach einer neuen Maßnahme gesucht werden, um ein erforderliches Niveau des Vorspannungsmagnetfeldes wesentlich zu reduzieren.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen GMR-Kopf vorzusehen, der frei von solch einem Streumagnet feld ist.

Es ist ein anderes Ziel der Erfindung, einen GMR-Kopf vorzusehen, der um einen richtig vorgespannten Punkt herum betriebsfähig ist, indem das statische Magnetfeld in einer freien Magnetschicht (12) reduziert wird, das aus einer gefestigten Magnetschicht (14) des Kopfes austritt.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines neuen GMR-Kopfes vorzusehen.

Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Ver fahren zum Herstellen eines GMR-Kopfes vorzusehen, der bei einem richtig vorgespannten Punkt betriebsfähig ist, indem das statische Magnetfeld der gefestigten Magnetschicht (14) des Kopfes in der freien Magnetschicht (12) von ihm redu ziert wird.

Es ist noch ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Ma gnetplattenlaufwerk vorzusehen, bei dem irgendeiner der GMR- Köpfe (32), wie oben erwähnt, genutzt wird.

Zu diesem Zweck ist gemäß einem Aspekt der Erfindung ein GMR-Kopf vorgesehen, der ein GMR-Element umfaßt, das wenigstens eine freie Magnetschicht (12) enthält; eine Zwischenschicht (13) und eine gefestigte Magnetschicht (14), bei dem die gefestigte Magnetschicht (14, 24) eine größere Länge in der Richtung der Höhe (h) des Elementes als die freie Magnetschicht (12) hat, wodurch das Magnetfeld in der freien Magnetschicht (12), das aus der gefestigten Magnet schicht (14) austritt, reduziert wird.

Mit dieser Anordnung können die Linien des Magnetfel des, die aus den Polen der gefestigten Magnetisierungs schicht (14) in die freie Magnetisierungsschicht (12) ein treten, reduziert werden, so daß das ungewollte Streumagnet feld, das aus der gefestigten Magnetschicht (14) hervorgeht und in die freie Magnetisierungsschicht (12) eintritt, reduziert werden kann, was seinerseits zu einer Reduzierung des oben erwähnten Vorspannungsmagnetfeldes führt.

Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein GMR- Kopf vorgesehen, mit:
einer Sensorsektion (10), die ein GMR-Element enthält; und
einer Magnetfeldkorrektursektion (20), die in der Rich tung der Höhe (h) des Elementes unabhängig und seitlich angeordnet ist, bei dem
die Sensorsektion (10) wenigstens eine freie Magnet schicht (12), eine Zwischenschicht (13) und eine gefestigte Magnetschicht (14) hat und
die Magnetfeldkorrektursektion (20) wenigstens eine un abhängige Magnetschicht (24) hat, die in der Richtung der Höhe (h) des Elementes seitlich angeordnet ist, wodurch das Magnetfeld in der freien Magnetschicht (12), das aus der gefestigten Magnetschicht (14) austritt, reduziert wird.

Gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein GMR-Kopf vorgesehen, mit:
einer Sensorsektion (10), die ein GMR-Element enthält; und
einer unabhängigen Magnetfeldkorrektursektion (20), die in der Richtung der Höhe (h) des Elementes seitlich angeord net ist, bei dem
die Sensorsektion (10) wenigstens eine freie Magnet schicht (12), eine Zwischenschicht (13) und eine gefestigte Magnetschicht (14) hat und
die Magnetfeldkorrektursektion (20) im wesentlichen dieselbe Struktur wie die Sensorsektion (10) hat.

Es sei erwähnt, daß die Magnetfeldkorrektursektion (20) und die Sensorsektion (10) dieselbe Struktur haben und in der Richtung der Höhe (h) des GMR-Elementes Seite an Seite angeordnet sind. Demzufolge kann der Magnetfeldkorrekturfilm ohne weiteres zusammen mit dem Sensorfilm gebildet werden.

Die Erfindung sieht eine gefestigte Magnetschicht (14, 24) vor, die länger als die freie Magnetschicht (12) ist, womit der Einfluß der gefestigten Magnetfeldschicht (14) auf die Magnetisierung in der freien Magnetschicht (12) redu ziert wird, wodurch das Vorspannungsmagnetfeld verringert wird.

In dieser Spin-Valve-Struktur hat die gefestigte Ma gnetschicht (14) magnetisch viel weniger Einfluß auf die freie Magnetschicht (12). Daher ist die freie Magnetisie rungsschicht (12) magnetisch kaum antiparallel zu der gefe stigten Magnetisierungsschicht (14) ausgerichtet. Ohne extern angewendetes Signalmagnetfeld kann deshalb die Magne tisierung in der freien Magnetschicht (12) im wesentlichen rechtwinklig zu jener der gefestigten Magnetschicht (14) aufgebaut werden.

Das Prinzip der Erfindung kann auf verschiedene Typen von GMR-Köpfen angewendet werden, wie unten beschrieben wird.

Zum Beispiel ist gemäß noch einem anderen Aspekt der Erfindung ein GMR-Kopf vorgesehen, der im allgemeinen die selben Merkmale hat, wie sie oben beschrieben wurden, bei dem die Sensorsektion (10) des GMR-Kopfes zusätzlich zu einer freien Magnetschicht (12), einer Zwischenschicht (13) und einer gefestigten Magnetschicht (14) wenigstens einen Spin-Valve-Film hat, der eine antiferromagnetische Schicht (15) enthält.

Die Sensorsektion (10) kann eine einzelne Spin-Valve- Struktur sein (siehe Fig. 5), welche die freie Magnetschicht (12), die Zwischenschicht (13), die gefestigte Magnetschicht (14) und die antiferromagnetische Schicht (15) umfaßt, die in der genannten Reihenfolge auf einem Substrat (11) gebil det sind.

Ferner kann die Sensorsektion (10) eine umgekehrte ein zelne Spin-Valve-Struktur sein (siehe Fig. 9), welche die antiferromagnetische Schicht (15), die gefestigte Magnet schicht (14), die Zwischenschicht (13) und die freie Magnet schicht (12) umfaßt, die in der genannten Reihenfolge auf einem Substrat (11) gebildet sind.

Alternativ kann die Sensorsektion (10) eine doppelte Spin-Valve-Struktur haben (siehe Fig. 10), welche eine erste antiferromagnetische Schicht (15-1), eine erste gefestigte Magnetschicht (14-1), eine erste Zwischenschicht (13-1) und eine freie Magnetschicht (12), eine zweite Zwischenschicht (13-2), eine zweite gefestigte Magnetschicht (14-2) und eine zweite antiferromagnetische Schicht (15-2) umfaßt, die in der genannten Reihenfolge auf einem Substrat (11) gebildet sind.

In dem GMR-Kopf kann die Sensorsektion (10) eine alter native Form haben (siehe Fig. 14), bei der mehrere Sätze von Schichten auf einem Substrat (11) gebildet sind, wobei jeder Satz eine freie Magnetschicht (12-n), eine nichtmagnetische Zwischenschicht (13-n) und eine gefestigte Magnetschicht (14-n) umfaßt und jeder Satz von seinem benachbarten Satz durch eine nichtmagnetische Schicht (16-n) getrennt ist.

Damit die Magnetfeldkorrektursektion (20) richtig funk tionieren kann, ist in jedem dieser GMR-Köpfe sowohl die Sensorsektion (10) als auch die Magnetfeldkorrektursektion (20) vorzugsweise durch einen Abstand (g) von nicht mehr als 0,1 Mikrometer (µm) in der Richtung der Höhe (h) des Kopfes getrennt. Der Abstand (g) beträgt idealerweise etwa 0,01 Mikrometer (µm).

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Ver fahren zum Herstellen eines GMR-Kopfes vorgesehen (siehe Fig. 15A bis 15E), mit:
einem Schritt zum Bilden eines Spin-Valve-Films durch sukzessives Abscheiden von:
wenigstens einer freien Magnetschicht (12) auf einem Substrat (11);
einer Zwischenschicht (13) auf der freien Magnetschicht (12);
einer gefestigten Magnetschicht (14) auf der Zwischen schicht (13); und
einer antiferromagnetischen Schicht (15) auf der gefe stigten Magnetschicht (14),
und einem Schritt zum Trennen des Spin-Valve-Films in zwei Sektionen bei einer Zwischenhöhe (h) des Spin-Valve- Films.

Bei diesem GMR-Kopf wird der Schritt zum Trennen des Spin-Valve-Films bei einer Zwischenhöhe (siehe Fig. 15E) vorzugsweise durch eine Ionenätztechnik ausgeführt.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Magnetplattenlaufwerk vorgesehen (siehe Fig. 16), das um faßt:
einen der oben erwähnten GMR-Köpfe (32);
eine Magnetplatte (30), die angeordnet ist, um dem GMR- Kopf (32) zugewandt zu sein; und
einen Steuermechanismus zum Steuern des GMR-Kopfes (32) und der Magnetplatte (30).

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obigen und andere Ziele und Vorteile der vorliegen den Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschrei bung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen hervor, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile kennzeichnen und in denen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Hauptabschnittes eines Verbund-GMR-Kopfes und einer Magnetplatte ist;

Fig. 2 eine Figur ist, die beim Erläutern eines Spin- Valve-Elementes hilfreich ist;

Fig. 3 eine Figur ist, die beim Erläutern der Operation eines Spin-Valve-Elementes hilfreich ist;

Fig. 4 eine Figur ist, die beim Erläutern des giganti schen magnetoresistiven Effektes hilfreich ist, der in einem Spin-Valve-Magnetelement beobachtet wird.

Fig. 5 eine Figur ist, die ein typisches GMR-Element mit einer einzelnen Spin-Valve-Struktur gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 6 die Magnetisierung in der gefestigten Magnet schicht der einzelnen Spin-Valve-Struktur von Fig. 5 zeigt;

Fig. 7 ein Querschnitt durch eine nachgebildete ein zelne Spin-Valve-Struktur ist, die beim Berechnen der Ver teilung des Magnetfeldes in der freien Magnetschicht des GMR-Elementes verwendet wird;

Fig. 8 eine grafische Darstellung ist, welche die be rechnete Verteilung des Magnetfeldes in der freien Magnet schicht in der einzelnen Spin-Valve-Struktur von Fig. 5 zeigt und beim Verstehen der einzelnen Spin-Valve-Struktur hilfreich ist;

Fig. 9 ein Querschnitt durch ein GMR-Element mit einer umgekehrten einzelnen Spin-Valve-Struktur ist;

Fig. 10 ein Querschnitt durch ein GMR-Element mit einer doppelten Spin-Valve-Struktur ist;

Fig. 11 eine grafische Darstellung ist, welche die be rechnete Verteilung des Magnetfeldes in der freien Magnet schicht in der doppelten Spin-Valve-Struktur von Fig. 10 zeigt;

Fig. 12 die Magnetisierung in der freien Magnetschicht des GMR-Elementes von Fig. 7 zeigt;

Fig. 13 die Magnetisierung in der freien Magnetschicht des GMR-Elementes darstellt, wie es in Fig. 10 gezeigt ist;

Fig. 14 ein Querschnitt durch ein GMR-Element ist, das ein Supergitter hat;

Fig. 15 ein Flußdiagramm ist, das einen Prozeß zum Her stellen eines GMR-Elementes darstellt, wie es in Fig. 7 gezeigt ist; und

Fig. 16 eine Draufsicht auf einen Hauptabschnitt eines Magnetplattenlaufwerkes ist, bei dem irgendeines der GMR- Elemente von Fig. 5, 9 oder 10 genutzt wird.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf beiliegende Zeichnungen bezüglich vier bevorzugter GMR- Elemente, ein Verfahren zum Herstellen eines GMR-Kopfes, bei dem solch ein Element genutzt wird, und ein Magnetlaufwerk beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen in den gesamten Figuren gleiche oder entsprechende Elemente darstellen, für die eine eingehende Beschreibung der Kürze halber nicht wiederholt wird.

Das Prinzip der Erfindung ist in dem GMR-Element ver körpert, wie es unten beschrieben ist, in dem eine zweite Magnetschicht vorhanden ist, die seitlich angrenzend an eine erste gefestigte Magnetschicht einer Sensorsektion des Kopfes und an einer höheren Position als die erste gefe stigte Magnetschicht vorgesehen ist. Die zweite Magnet schicht ist in derselben Richtung wie die erste gefestigte Magnetschicht magnetisiert, so daß der Einfluß des Magnet feldes, das aus der ersten gefestigten Magnetschicht in eine freie Magnetschicht eintritt, minimiert wird, um dadurch einen verbesserten Vorspannungspunkt für die freie Magnet schicht vorzusehen. Nun folgt eine weitere Beschreibung bezüglich dessen, wie das Prinzip in den ersten bis vierten Ausführungsformen der Erfindung angewendet wird.

[GMR-KOPF] [ERSTES BEISPIEL]

Fig. 5 zeigt die Struktur eines ersten GMR-Elementes. Das GMR-Element wird als einzelnes Spin-Valve-GMR-Element (im folgenden als einzelnes Spin-Valve-Element) bezeichnet, da es eine Sensorsektion 10 in Einzelstruktur hat, im Gegen satz zu einer Doppelstruktur in einem Spin-Valve-Element, wie es in Fig. 10 gezeigt ist.

Das einzelne Spin-Valve-Element hat, wie in Fig. 5 ge zeigt, eine Sensorsektion 10 und eine Magnetfeldkorrektur sektion 20, die auf einem Substrat 11 gebildet sind. Dieses Element unterscheidet sich von einem typischen Spin-Valve- Element nach Stand der Technik darin, daß das Element der Erfindung ferner eine Magnetfeldkorrektursektion 20 enthält.

Die Sensorsektion 10 enthält zusätzlich zu dem Substrat 11 eine freie Magnetschicht (oft als freie Schicht bezeich net) 12, die auf dem Substrat 11 gebildet ist, eine nicht magnetische Zwischenschicht 13, die auf der freien Schicht gebildet ist, und eine gefestigte Magnetschicht (oft als gefestigte Schicht bezeichnet) 14, die auf der Zwischen schicht 13 gebildet ist, und eine antiferromagnetische Schicht (auch als festigende Schicht bezeichnet) 15, die auf der gefestigten Schicht 14 gebildet ist.

Die antiferromagnetische Schicht 15 ist vorgesehen, um die Magnetisierung der benachbarten gefestigten Magnet schicht 14 in einer festen Orientierung zu fixieren oder zu festigen. Ohne die antiferromagnetische Schicht 15 wird die Magnetisierung in der gefestigten Magnetschicht 14 durch ein extern angewendetes Magnetfeld leicht umorientiert. Falls die gefestigte Magnetschicht 14 aus einem hartmagnetischen Material hergestellt ist, ist die Richtung der Magnetisie rung in ihr fest fixiert, und die antiferromagnetische Schicht 15 wird nicht benötigt. Im allgemeinen ist es jedoch vorteilhaft, die antiferromagnetische Schicht 15 hinzuzufü gen, um das GMR-Element magnetisch stabil zu machen.

Beim Erläutern der Konfiguration des GMR-Elementes wird das kartesische XYZ-Koordinatensystem verwendet, wobei die X-Achse so definiert ist, daß sie in der Richtung der Breite der Magnetspur verläuft, die der Luftlageroberfläche (ABS) des GMR-Kopfes zugewandt ist, die Y-Achse in der Höhe des GMR-Elementes verläuft, d. h., in der Richtung von der ABS hinweg, und die Z-Achse in der Richtung verläuft, die zu den Schichten normal ist, d. h., längs der Spur. Zwischen der Sensorsektion 10 und der Magnetfeldkorrektursektion 20 ist ein Raum oder Spalt g vorgesehen. Eine typische Sensorsek tion 10 hat eine Breite von w = 0,3 Mikrometer (µm), eine Höhe von h = 0,3 Mikrometer (µm) und einen Spalt von g = 0,01 Mikrometer (µm).

Bei dem hier gezeigten Beispiel haben die oben erwähn ten verschiedenen Komponenten die folgenden Konfigurationen.

Das Substrat 11 hat einen isolierenden unteren Spalt film, der auf einer unteren Leseschirmschicht (Fig. 1) gebildet ist, welcher Film mit einer dünnen Tantal-(Ta)-Un terschicht von etwa 50 Ångström (Å) bedeckt ist, um eine flache Oberfläche auf dem Isolierfilm zu erreichen.

Die freie Magnetschicht 12, die in Fig. 5 so gezeigt ist, als ob sie eine einzelne Schicht wäre, umfaßt tatsäch lich zwei Schichten, von denen eine ein dünner Fer rit-Nickel-(NiFe)-Film mit einer Dicke von etwa 40 Ångström (Å) ist und die andere ein dünner Kobalt-Ferrit-(CoFe)-Film mit einer Dicke von etwa 25 Ångström (Å) ist.

Die nichtmagnetische Zwischenschicht 13 ist ein dünner Film aus einer Kupfer-(Cu)-Schicht, die eine Dicke von etwa 24 Ångström (Å) hat.

Die gefestigte Magnetschicht 14 ist ein dünner Kobalt- Ferrit-Film, der dieselbe Zusammensetzung wie die freie Magnetschicht 12, aber eine Dicke von etwa 22 Ångström (Å) hat.

Die antiferromagnetische Schicht 15 ist ein dünner Film mit einer Dicke von etwa 250 Ångström (Å) aus Palladium- Platin-Mangan (PdPtMn).

Die Magnetfeldkorrektursektion 20 kann dieselbe Struk tur wie das Substrat 11 haben. Es sei jedoch erwähnt, daß die erforderliche Komponente beim Ausführen der Erfindung eine Magnetschicht 24 ist, die der gefestigten Magnetschicht 14 der Sensorsektion 10 entspricht. Andere Komponenten werden nicht unbedingt benötigt. Die Magnetfeldkorrektursek tion 20 des hier gezeigten einzelnen Spin-Valve-Elementes hat dieselbe Struktur wie das Substrat 11, einfach weil sie leicht und gleichzeitig bei demselben Herstellungsprozeß wie die Sensorsektion 10 herstellbar ist.

Obwohl die exemplarische Magnetfeldkorrektursektion 20 dieselbe Struktur wie das Substrat 11 hat, sind die "freien" Schichten und "gefestigten" Schichten in der Magnetfeldkor rektursektion 20 irrelevant, so daß die irrelevanten Schich ten durch Materialnamen ohne die Funktionsnamen "frei" und "gefestigt" bezeichnet werden.

Die Magnetfeldkorrektursektion 20 umfaßt somit eine Ma gnetschicht 22, die auf demselben Substrat 11 wie für die Sensorsektion 10 gebildet ist, eine nichtmagnetische Zwi schenschicht 23, die auf der Magnetschicht 22 gebildet ist, eine Magnetschicht 24, die auf der nichtmagnetischen Zwi schenschicht 23 gebildet ist, und eine antiferromagnetische Schicht 25, die auf der Magnetschicht 24 gebildet ist, die alle in der genannten Reihenfolge gebildet sind. Die Zusam mensetzung, die Dicke und die äußeren Abmessungen von jeder Schicht können dieselben wie bei den entsprechenden Kompo nenten der Sensorsektion 10 sein.

Fig. 6 zeigt, wie eine Magnetisierung Mp in der gefe stigten Magnetschicht 14 in der Sensorsektion 10 gebildet ist. Die gefestigte Magnetschicht 14 ist normalerweise so magnetisiert, daß ihre Magnetisierung Mp in der Y-Achse gefestigt oder ausgerichtet ist, wie es in Fig. 6 durch einen durchgehenden Pfeil gekennzeichnet ist. Das Festigen der Magnetisierung erfolgt im Endstadium von deren Herstel lung, indem zuerst die antiferromagnetische Schicht 15 unter dem Einfluß eines externen Magnetfeldes einer Wärmebehand lung unterzogen wird. Auf Grund der magnetischen Austausch wechselwirkung oder magnetischen Austauschkopplung wird dann die Magnetisierung in der gefestigten Magnetschicht 14, die unter der antiferromagnetischen Schicht 15 liegt, in dersel ben Orientierung wie die Magnetisierung in der Grenz- oder Grenzflächenzone der antiferromagnetischen Schicht gefe stigt.

Die Magnetfeldkorrektursektion 20 hat dieselbe Struktur und wird durch dieselben Prozesse wie die Sensorsektion 10 hergestellt, wie oben beschrieben, so daß die Magnetschicht 24, die der gefestigten Magnetschicht 14 entspricht, eine Magnetisierung Mp' hat, die in derselben Richtung wie die Magnetisierung Mp in der gefestigten Magnetschicht 14 orien tiert ist. Es versteht sich jedoch, daß die Magnetschicht 24 während ihrer Herstellung nicht magnetisiert zu werden braucht. Die Magnetisierung Mp' ist lediglich ein natürli ches Ergebnis der gleichzeitigen Herstellung der zwei Schichten 14 und 24, wobei ein Magnetfeld der Schicht 14 dazu tendiert, die Magnetschicht 24 zu festigen, wenn die Magnetisierung Mp in der Magnetschicht 14 gefestigt wird, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.

Die freie Magnetschicht 12 der Sensorsektion 10 ist an geordnet, um ihre magnetischen Domänen in der Richtung der X-Achse orientieren zu lassen, die zu der Magnetisierung Mp in der gefestigten Magnetschicht 14 einen Winkel von 90° bildet (durch einen gestrichelten Pfeil in der Figur ge zeigt). Jedoch sind die magnetischen Domänen in jener Rich tung nur schwach begrenzt, so daß die Magnetisierung Mf durch eine äußere Störung in eine andere Richtung leicht umorientiert werden kann. Das heißt, die gefestigte Magnet schicht 14 hat eine sehr hohe Festigungs- oder Koerzitiv kraft, während die freie Magnetschicht 12 eine sehr niedrige Festigungs- oder Koerzitivkraft hat.

Somit wird, wenn das GMR-Element einem Signalmagnetfeld Hsig ausgesetzt wird, das von der Magnetplatte (nicht ge zeigt) extern angewendet wird, die Magnetisierung Mf durch das Magnetfeld rotiert. Wenn der Winkel θ, den die Magneti sierung Mf der freien Magnetschicht 12 mit der Magnetisie rung Mp in der gefestigten Magnetschicht 14 bildet, 180° beträgt, wird der elektrische Widerstand des Spin-Valve- Films maximal. Wenn der Winkel θ Null ist, wird der elektri sche Widerstand minimal. Der elektrische Widerstand verän dert sich wie der Cosinus von θ (cos θ).

Durch Versehen des Spin-Valve-Elementes mit einem Lese strom (Konstantstrom) von einem Paar von Elektrodenfilmen (siehe Fig. 15), die an gegenüberliegenden Enden des Spin- Valve-Elementes gebildet sind, kann eine Veränderung des elektrischen Widerstandes in dem Spin-Valve-Element, die durch das Feld Hsig verursacht wird, in der Form einer Spannungsveränderung quer über das Spin-Valve-Element detek tiert werden.

Fig. 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein einzelnes Spin-Valve-Element in der X-Y-Ebene. Um den Ein fluß des Magnetfeldes von der gefestigten Magnetschicht 14 auf die freie Magnetschicht 12 zu untersuchen, berechneten die Erfinder die Intensität des Magnetfeldes in der Richtung der Breite des Elementes (längs der X-Achse) an und in der Nähe der zentralen Positionen der freien Magnetschicht 12, wie es in der Figur durch Kreuze (x) gekennzeichnet ist.

Fig. 8 zeigt die Resultate von solchen Berechnungen, die auf dem einzelnen Spin-Valve-Modell basieren, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Die Berechnungen erfolgten durch numeri sche Integration unter Verwendung einer im Handel erhältli chen Anwendungssoftware. Die Abszisse der grafischen Dar stellung kennzeichnet den Abstand von der ABS (Luftlager oberfläche). Der Abstand von 0,3 Mikrometer (µm) entspricht der Höhe der Sensorsektion 10 und der Oberfläche der Magnet feldkorrektursektion, die der ABS zugewandt ist. Die Ordi nate kennzeichnet die Y-Komponente des Magnetfeldes an den markierten Positionen (Fig. 7) in der freien Magnetschicht 12 in der Einheit Oersted (Oe) auf Grund der gefestigten Magnetschicht 14. Die Charakteristikkurven, die in Fig. 8 gezeigt sind, sind für verschiedene Werte der Spaltbreite g eingezeichnet.

Von diesen Charakteristikkurven verkörpert die Kurve mit durchgehender Linie einen Fall nach Stand der Technik, bei dem keine Magnetfeldkorrektursektion 20 vorhanden ist und der dem Fall von g = ∞ entspricht. Die Kurve mit Strichpunktlinie kennzeichnet den Fall für g = 0,01 Mikrome ter (µm); die gestrichelte Kurve steht für g = 0,05 Mikrome ter (µm); und die Kurve mit unterbrochener Linie steht für g = 0,01 Mikrometer (µm).

In Fig. 8 ist erkennbar, daß das GMR-Element, das eine Magnetfeldkorrektursektion 20 hat, im Vergleich zu dem GMR- Element nach Stand der Technik, das keine Magnetfeldkorrek tursektion 20 hat (durchgehende Linie), ein unterdrücktes Magnetfeld in der freien Magnetschicht 12 hat. Weiterhin wird das Magnetfeld in der freien Magnetschicht 12 durch die Magnetfeldkorrektursektion 20 besser unterdrückt, die der zugeordneten Sensorsektion 10 näher ist. Falls zum Beispiel das Element keine Magnetfeldkorrektursektion 20 hat, die an die Sensorsektion angrenzt (g = ∞), beträgt das Magnetfeld in der freien Magnetschicht 12 auf Grund der gefestigten Magnetschicht 14 58 Oe an einer Zwischenposition (die 0,15 Mikrometer (µm) von dem Boden des GMR-Elementes entfernt ist). Im Gegensatz dazu beträgt das entsprechende Magnetfeld an der Zwischenposition 54 Oe bei g = 0,1 Mikrometer (µm); 50 Oe bei g = 0,05 Mikrometer (µm); und 43 Oe bei g = 0,01 Mikrometer (µm). Mit anderen Worten, je kleiner der Spalt g ist, desto niedriger ist das Magnetfeld in der freien Ma gnetschicht 12.

Es sei erwähnt, daß das Magnetfeld in der freien Ma gnetschicht 12 auf Grund der gefestigten Magnetschicht 14 von 58 Oe (Stand der Technik) auf 43 Oe bei der Zwischenhöhe des Elementes bei g = 0,01 Mikrometer (µm) reduziert wird.

Bei einer einzelnen Spin-Valve-Struktur, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, ist die freie Magnetschicht 12 auf der gefestigten Magnetschicht 14 angeordnet, wobei zwischen ihnen eine Zwischenschicht 13 angeordnet ist. Quer durch die Zwischenschicht 13 wird die freie Magnetschicht 12 einer Zwischenschichtkopplung mit der gefestigten Magnetschicht 14 durch die magnetische Austauschkopplung ausgesetzt. Die Größe der Austauschkopplung beträgt etwa 20 Oe, wenn die Dicke der Zwischenschicht 13 etwa 24 Ångström (Å) beträgt. Es sei erwähnt, daß die Größe der magnetischen Austausch kopplung nicht von der Magnetfeldkorrektursektion 20 oder der Magnetschicht 24 abhängt und dieselbe bleibt, solange die Anordnung der freien Magnetschicht 12, der Zwischen schicht 13 und der gefestigten Magnetschicht 14 nicht verän dert wird.

Durch Subtrahieren des Austauschkopplungsfeldes von dem berechneten Feld wird somit herausgefunden, daß das Vorspan nungsmagnetfeld, das anzuwenden ist, 23 Oe beträgt und damit etwa 40% kleiner als 38 Oe ist. Man nimmt an, daß die Reduzierung des Vorspannungsfeldes auf das Vorhandensein der Magnetschicht 24 zurückzuführen ist, die seitlich angrenzend an die Sensorsektion 10 des GMR-Elementes angeordnet ist, wodurch die magnetische Austauschkopplung der gefestigten Schicht 14 mit der freien Schicht 12 abgeschwächt wird.

Es versteht sich, daß bei diesem Beispiel dasselbe Re sultat auch ohne Vormagnetisierung der Magnetschicht 24 in einer spezifizierten Richtung erhalten werden könnte, da die Magnetschicht 24 schließlich durch das Magnetfeld, das aus der gefestigten Magnetschicht 14 austritt, so magnetisiert werden würde.

Fig. 12A und B zeigen die Merkmale des GMR-Elementes auf vereinfachte Weise, wobei der Einfachheit halber alle Komponenten außer der freien Magnetschicht 12 und der gefe stigten Magnetschicht 14 der Sensorsektion 10 sowie der Magnetschicht 24 der Magnetfeldkorrektursektion 20 weggelas sen worden sind. Die gefestigte Magnetschicht 14 ist, wie in Fig. 12A gezeigt, in positiver Y-Richtung fest magnetisiert. Um die gefestigte Magnetschicht 14 herum ist ein Magnetfeld gebildet. Ein großer Teil des Magnetflusses B1, der aus der Magnetschicht 14 austritt (wobei solch ein Fluß als Streufluß bezeichnet wird), würde sich in die freie Magnet schicht 12 erstrecken, falls die Magnetfeldkorrektursektion 20 nicht vorgesehen wäre, wie bei dem GMR-Element nach Stand der Technik. Ähnlich erreicht ein großer Teil des Magnet flusses, der aus der freien Magnetschicht 12 austritt, die gefestigte Magnetschicht 14. Obwohl die freie Magnetschicht 12 idealerweise in X-Richtung magnetisiert sein sollte, tendiert sie demzufolge dazu, ohne die Magnetschicht 24 in negativer Y-Richtung magnetisiert zu werden.

Fig. 12B zeigt einen Fall, bei dem die Magnetschicht 24 seitlich angrenzend (d. h., seitlich in Y-Richtung) an die gefestigte Magnetschicht 14 angeordnet ist und durch einen kleinen Abstand von ihr getrennt ist. Die Magnetschicht 24 wird im allgemeinen bei denselben Herstellungsprozessen wie die gefestigte Magnetschicht 14 hergestellt, so daß die Magnetschicht 24 in derselben Richtung (Y-Richtung) wie die gefestigte Magnetschicht 14 fest magnetisiert wird. In diesem Fall erreicht ein großer Teil des Streumagnetflusses B2 von der Magnetschicht 14 die Magnetschicht 24, so daß nur ein geringer Teil des Streuflusses B3 von der gefestigten Magnetschicht 14 die freie Magnetschicht 12 erreicht.

Der Magnetfluß B4, der aus dem anderen Ende der Magnet schicht 24 austritt, erreicht die freie Magnetschicht 12, aber dessen Magnetflußdichte ist an der freien Magnetschicht 12 auf ein Viertel reduziert, da die Magnetflußdichte zu dem Quadrat des Abstandes umgekehrt proportional ist, und der Abstand zwischen der Magnetschicht 24 und der freien Magnet schicht 12 beträgt im allgemeinen mehr als das Doppelte des Abstandes zwischen der gefestigten Magnetschicht 14 und der freien Magnetschicht 12.

Als Resultat wird das Magnetfeld, das die freie Magnet schicht 12 von der gefestigten Magnetschicht 14 empfängt, durch das Vorhandensein der Magnetschicht 24 außerordentlich reduziert, wodurch eine mögliche Ummagnetisierung der freien Magnetschicht 12 in negativer Y-Richtung minimiert wird. Auf diese Weise erleichtert die Magnetschicht 24 der Magnetfeld korrektursektion 20 die Magnetisierung in der freien Magnet schicht 12 im idealen Winkel von 90° bezüglich der Magneti sierung in der gefestigten Magnetschicht 14.

Es versteht sich jedoch, daß die Magnetschicht 24 nicht vormagnetisiert zu werden braucht, weil sie durch das Ma gnetfeld der gefestigten Magnetschicht 14 in positiver Y-Richtung leicht magnetisiert wird.

Durch den Abstand g soll die Magnetschicht 24 seitlich angrenzend an die gefestigte Magnetschicht 14 vorgesehen werden. Aus Fig. 12B geht jedoch hervor, daß der Abstand g zwischen der Sensorsektion 10 und der Magnetfeldkorrektur sektion 20, oder der Abstand zwischen der gefestigten Ma gnetschicht 14 und der Magnetschicht 24, auf Null reduziert werden kann, ohne den Vorzug der Magnetfeldkorrektursektion 20 zu verlieren. In diesem Sinne kann eine einzelne Spin- Valve-Struktur der Erfindung durch eine gefestigte Magnet schicht 14 gekennzeichnet sein, die sich in der positiven Y-Richtung (in der Richtung der Höhe des GMR-Elementes) weiter als die freie Magnetschicht 12 erstreckt.

Durch den Abstand g soll die Magnetschicht 24 von der gefestigten Magnetschicht 14 unabhängig sein. Da es jedoch ziemlich schwer ist, die Magnetschicht 24 unabhängig von der gefestigten Magnetschicht 14 herzustellen, und da der Ab stand g nicht unvermeidbar ist, ist es vorteilhaft, sie zusammen auf demselben Substrat in einer Stoßverbindungs beziehung herzustellen, wie es bei dem zweiten Beispiel zu sehen ist, das kurz beschrieben wird.

Zusammenfassend ist in dem GMR-Kopf der Erfindung eine Magnetfeldkorrektursektion seitlich angrenzend an die Sen sorsektion so vorgesehen, daß die Magnetfeldkorrektursektion eine Magnetschicht hat, die dafür ausgelegt ist, um in derselben Richtung wie die fixierte Magnetschicht der Sen sorsektion magnetisiert zu werden, so daß das Streufeld der Sensorsektion durch die Magnetfeldkorrektursektion abge schwächt wird, wodurch eine geeignete Vorspannungsdimensio nierung für die Sensorsektion ermöglicht wird.

[ZWEITES BEISPIEL]

Fig. 9 zeigt ein zweites GMR-Element der Erfindung. Dieses GMR-Element unterscheidet sich von dem ersten Element (Fig. 7) darin, daß die Reihenfolge der Schichten umgekehrt ist. Die Anordnung von solch einem Spin-Valve-GMR-Element mit der umgekehrten Reihenfolge von Schichten wird im fol genden als umgekehrte einzelne Spin-Valve-Struktur bezeich net.

Das in Fig. 9 gezeigte GMR-Element hat eine Sensorsek tion 10 und eine Magnetfeldkorrektursektion 20, die auf einem Substrat 11 gebildet sind. Die Sensorsektion 10 ent hält zusätzlich zu einem Substrat 11 eine antiferromagneti sche Schicht 15, die auf dem Substrat 11 gebildet ist, eine fixierte oder gefestigte Magnetschicht 14, die auf der antiferromagnetischen Schicht gebildet ist, eine Zwischen schicht, die auf der gefestigten Magnetschicht gebildet ist, und eine freie Magnetschicht 12, die auf der Zwischenschicht gebildet ist, in der genannten Reihenfolge. Die antiferroma gnetische Schicht 15 kann weggelassen werden, falls die gefestigte Magnetschicht 14 aus einem hartmagnetischen Material hergestellt wird.

Die Magnetfeldkorrektursektion 20 kann dieselbe Struk tur wie die Sensorsektion 10 haben. In diesem Fall enthält die Magnetfeldkorrektursektion 20 eine antiferromagnetische Schicht 25, die auf dem Substrat 11 gebildet ist, eine Magnetschicht 24, die auf der antiferromagnetischen Schicht gebildet ist, eine nichtmagnetische Zwischenschicht 23, die auf der Magnetschicht 24 gebildet ist, und eine Magnet schicht 22, die auf der Zwischenschicht gebildet ist, in der genannten Reihenfolge. Von diesen Schichten ist nur die Magnetschicht 24 beim Bilden der Magnetfeldkorrektursektion 20 unumgänglich.

Wie in Fig. 9 gezeigt, ist das umgekehrte einzelne Spin-Valve-GMR-Element in der Struktur im wesentlichen dasselbe wie das in Fig. 4 gezeigte GMR-Element, außer daß die Reihenfolge der Schichten umgekehrt ist. Daher sind die Operationen der in Fig. 4 und 9 gezeigten GMR-Elemente dieselben.

Die Merkmale des ersten GMR-Elementes, wie sie in Ver bindung mit Fig. 8 und 12 beschrieben wurden, gelten auch für das GMR-Element von Fig. 9. Falls die Magnetschicht 24 auf der antiferromagnetischen Schicht 25 der Magnetfeldkor rektursektion 20 gebildet ist, können ferner die nichtmagne tische Zwischenschicht 23 und die magnetische Schicht 22 weggelassen werden.

[DRITTES BEISPIEL]

Fig. 10 zeigt ein drittes Beispiel der Erfindung, das im Gegensatz zu der ersten einzelnen Spin-Valve-Struktur von Fig. 5 als "doppelte Spin-Valve-Struktur" bezeichnet wird. Die doppelte Spin-Valve-Struktur hat eine einzelne Spin- Valve-Struktur von Fig. 7 (ohne das Substrat) oben auf der umgekehrten einzelnen Spin-Valve-Struktur von Fig. 9, so daß die freie Magnetschicht 12 durch die zwei Spin-Valve-Struk turen, die auf deren gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind, gemeinsam genutzt wird. Ähnlich wird die Magnetschicht 22 durch die zwei Magnetstrukturen auf deren gegenüberlie genden Seiten gemeinsam genutzt. Die doppelte Spin-Valve- Struktur hat deshalb eine Plansymmetrie in Z-Richtung um die freie Magnetschicht 12 herum.

Eine dritte doppelte Spin-Valve-Struktur hat, wie in Fig. 10 gezeigt ist, im allgemeinen eine Sensorsektion 10 und eine Magnetfeldkorrektursektion 20, die auf einem Substrat 11 gebildet sind. Außer dem Substrat 11 enthält die Sensorsektion 10 eine erste antiferromagnetische Schicht 15- 1, die auf dem Substrat 11 gebildet ist, eine erste gefe stigte Magnetschicht 14-1, die auf der ersten antiferroma gnetischen Schicht gebildet ist, eine erste Zwischenschicht 13-1, die auf der ersten gefestigten Magnetschicht gebildet ist, eine freie Magnetschicht 12, die auf der ersten Zwi schenschicht gebildet ist, eine zweite Zwischenschicht 13-2, die auf der freien Magnetschicht gebildet ist, eine zweite gefestigte Magnetschicht 14-2, die auf der zweiten Zwischen schicht gebildet ist, und eine zweite antiferromagnetische Schicht 15-2, die auf der gefestigten Magnetschicht gebildet ist.

Falls eine oder beide der gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 des GMR-Elementes aus einem hartmagnetischen Material ist (sind), kann (können) die entsprechende(n) erste(n) und/oder zweite(n) antiferromagnetische(n) Schicht(en) 15-1 bzw. 15-2 weggelassen werden.

In der doppelten Spin-Valve-Struktur, die in Fig. 10 gezeigt ist, kann jede der Schichten strukturell dieselbe wie die entsprechende des einzelnen Spin-Valve-Elementes von Fig. 4 sein, außer daß sie in der Dicke reduziert ist, so daß die beiden GMR-Elemente die identischen Gesamtabmessun gen (d. h., die Breite w, die Höhe h und den Abstand g) haben. Alternativ kann jede der Schichten der doppelten Spin-Valve-Struktur dieselbe Größe und dieselbe Zusammenset zung wie die entsprechende Schicht des einzelnen Spin-Valve- Elementes haben.

Die Magnetfeldkorrektursektion 20 kann dieselbe Schichtstruktur wie die Sensorsektion 10 haben. Jedoch sind nur die Magnetschichten 24-1 und 24-2, die jeweilig den ersten und zweiten gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 zugeordnet sind, für die Magnetfeldkorrektursektion 20 erforderlich. Die hierin gezeigte Magnetfeldkorrektursektion 20 hat dieselbe Schichtstruktur wie die Sensorsektion 10, einfach weil sie leicht zusammen mit der Sensorsektion 10 bei deren Herstellung gebildet werden kann.

Die ersten und zweiten gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 haben jeweilige gefestigte Magnetisierungen Mp1 und Mp2 in der Richtung der Y-Achse, wie es in Fig. 10 durch durchgehende Pfeile gezeigt ist. Da die Magnetfeldkorrektur sektion 20 zusammen mit der Sensorsektion 10 bei deren Herstellungsprozeß gebildet wird, sind die Magnetisierungen Mp1' und Mp2' der Magnetschichten 24-1 bzw. 24-2, die den gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 zugeordnet sind, in derselben Y-Richtung orientiert. Es ist jedoch nicht notwendig, die Magnetschichten 24-1 und 24-2 während des Prozesses in einer spezifischen Richtung magnetisieren zu lassen, da sie schließlich magnetisch mit den entsprechenden gefestigten Schichten ausgerichtet werden, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, wenn die Magnetisierungen Mp1 und Mp2 in den Magnetschichten 14 gefestigt werden.

Es sei erwähnt, daß die magnetischen Domänen in der freien Magnetschicht 12 der Sensorsektion 10 anfangs ange ordnet sind, um in die Richtung zu weisen, die zu den Magne tisierungen in den gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 etwa 90° beträgt. Es sei gesagt, daß die Magnetisierungen in den freien Magnetschichten 12 schwach gesteuert werden, um normalerweise in diese Richtung orientiert zu werden, in der sie nicht fixiert oder gefestigt sind.

Wenn das GMR-Element in einem extern angewendeten Si gnalmagnetfeld Hsig angeordnet wird, das durch eine Magnet platte (nicht gezeigt) gegeben ist, wird somit die Magneti sierung Mf durch das externe Magnetfeld rotiert. Der elek trische Widerstand des Spin-Valve-Films verändert sich mit dem Cosinus des Winkels q, den die Magnetisierungen Mf der freien Magnetschichten 12 mit den Magnetisierungen Mp bil den. Auf Grund dieser vielen magnetischen/nichtmagnetischen Grenzflächen in dem doppelten Spin-Valve-Element hat das Element viele vorteilhafte Merkmale gegenüber einem einzel nen Spin-Valve-Element, wodurch eine große Veränderung des elektrischen Widerstandes des Elementes vorgesehen wird.

Durch Versehen des Spin-Valve-Elementes mit einem Lese strom (Konstantstrom) durch ein Paar von Elektrodenfilmen, die an den gegenüberliegenden Enden des Spin-Valve-Elementes gebildet sind, kann eine Veränderung des elektrischen Wider standes des Spin-Valve-Elementes, die durch das Feld Hsig verursacht wird, in der Form einer Spannungsveränderung quer über das Spin-Valve-Element detektiert werden.

Fig. 11 zeigt ein Profil der Y-Komponente (Komponente in der Richtung der Höhe) eines Magnetfeldes in der freien Magnetschicht, wie es auf der Basis einer angenommenen doppelten Spin-Valve-Struktur berechnet wurde. Die grafische Darstellung entspricht Fig. 8. Die Abszisse ist in demselben Maße wie in Fig. 8 eingeteilt. Die Ordinate stellt das Magnetfeld in der Einheit Oersted (Oe) bis zu 300 Oe dar, welches das Doppelte von Fig. 8 ist, auf Grund dessen, daß der magnetische Beitrag von den gefestigten Magnetisierungs schichten in der doppelten Spin-Valve-Struktur verdoppelt wird.

Wie zuvor stellt die durchgehende Kurve den Fall nach Stand der Technik dar, bei dem keine Magnetfeldkorrektursek tion 20 vorhanden ist. Es ist ersichtlich, daß im Vergleich zu dem Stand der Technik das Magnetfeld in der freien Ma gnetschicht 12 durch die Magnetfeldkorrektursektion 20 unterdrückt wird.

Es ist zu erkennen, daß die Unterdrückung des Streufel des in der freien Magnetschicht 12 um so größer ist, je kleiner der Abstand g ist. Zum Beispiel beträgt das Magnet feld ohne eine Magnetfeldkorrektursektion 20 107 Oe. Ande rerseits beträgt das Magnetfeld mit einer Magnetfeldkorrek tursektion 20 102 Oe bei g = 0,1 Mikrometer (µm), 96 Oe bei g = 0,05 Mikrometer (µm) und 82 Oe bei g = 0,01 Mikrometer (µm). Somit nimmt das Streumagnetfeld in der freien Magnet schicht 12 auf Grund der gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 mit dem Abstand g ab.

Wie es bei dem typischen Beispiel von g = 0,01 Mikrome ter (µm) zu sehen ist, wird demzufolge das Magnetfeld an einer Position (Y = 0, 15 Mikrometer) in der freien Magnet schicht 12 von 107 Oe (Stand der Technik) auf 82 Oe (vorlie gende Erfindung) reduziert.

In dem GMR-Element, das in Fig. 10 gezeigt ist, ist die freie Magnetschicht 12 einerseits über der gefestigten Magnetschicht 14-1 angeordnet, wobei zwischen ihnen die Zwischenschicht 13-1 angeordnet ist, und andererseits ist über der freien Magnetschicht 12 die zweite gefestigte Magnetschicht 14-2 angeordnet, wobei die zweite Zwischen schicht 13-2 zwischen ihnen angeordnet ist. Die freie Ma gnetschicht 12 und, die ersten und zweiten gefestigten magne tischen Schichten 14-1, 14-2 sind durch Austauschkopplung magnetisch gekoppelt, wodurch eine Reduzierung des Streufel des in der freien Magnetschicht 12 herbeigeführt wird, die sich bei einem einzelnem Spin-Valve auf etwa 20 Oe beläuft und bei dem doppelten Spin-Valve auf etwa 40 Oe beläuft, wenn die Dicken der ersten und zweiten Zwischenschichten 13-1 und 13-2 ungefähr 24 Ångström (Å) betragen.

Indem das Austauschkopplungsfeld von dem berechneten Feld subtrahiert wird, wird somit herausgefunden, daß das Vorspannungsfeld 42 Oe beträgt und daher um etwa 37% klei ner als 67 Oe ist. Die Reduzierung des Vorspannungsfeldes kann mit dem Vorhandensein der Magnetschichten 24 der Feld korrektursektion 20 erklärt werden, die jeweils seitlich angrenzend an die entsprechenden gefestigten Schichten der Sensorsektion 10 des doppelten Spin-Valve-Elementes angeord net sind, wodurch die magnetische Austauschkopplung der gefestigten Schichten 14 mit den freien Schichten 12 abge schwächt wird.

Es versteht sich, daß bei diesem Beispiel dasselbe Re sultat auch ohne Vormagnetisierung der Magnetschichten 24-1 und 24-2 in einer spezifizierten Richtung erhalten werden könnte, da diese Magnetschichten 24-1 und 24-2 schließlich durch das Streufeld der gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 der Sensorsektion 10 magnetisiert würden.

Fig. 13A und B zeigen die Merkmale des doppelten Spin- Valve-GMR-Elementes auf vereinfachte Weise und entsprechen Fig. 12 für ein einzelnes Spin-Valve-Element. Der Einfach heit halber sind in Fig. 13 alle Komponenten außer den freien Magnetschichten 12 und den gefestigten Magnetschich ten 14-1, 14-2 der Sensorsektion 10 und der Magnetschicht 24 der Magnetfeldkorrektursektion 20 weggelassen worden. Wie in Fig. 13A gezeigt ist, sind die gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 in positiver Y-Richtung fest magnetisiert. Um die gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 herum sind Magnetfelder gebildet. Ohne eine Magnetfeldkorrektursektion wie bei dem Element nach Stand der Technik erreicht ein großer Teil des Magnetflusses B1-1 und B1-2, der aus den gefestigten Magnetschichten 14-1 bzw. 14-2 austritt, die freie Magnetschicht 12. Ähnlich erreicht ein großer Teil des Magnetflusses, der aus der freien Magnetschicht 12 austritt, die gefestigte Magnetschicht 14. Obwohl die freie Magnet schicht 12 idealerweise in X-Richtung magnetisiert sein sollte, wird sie daher durch das Streufeld mehr oder weniger hin zu der negativen Y-Richtung magnetisiert.

Fig. 13B zeigt einen Fall, bei dem die Magnetschichten 24-1 und 24-2 seitlich angrenzend an die gefestigten Magnet schichten 14-1 bzw. 14-2 angeordnet sind (d. h., Seite an Seite mit ihnen) und durch einen kleinen Abstand von ihnen getrennt sind. Im Prinzip können die Magnetschichten 24-1 und 24-2 bei denselben Herstellungsprozessen wie die gefe stigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 hergestellt werden, so daß die Magnetschichten 24-1 und 24-2 jeweilig auf Mp1' und Mp2' in derselben Richtung (y-Richtung) wie die gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 fest magnetisiert werden.

In diesem Fall erreicht ein großer Teil des Streuma gnetflusses B2-1 und B2-2 von den gefestigten Magnetschich ten 14-1 bzw. 14-2 die Magnetschichten 24-1 und 24-2, so daß nur ein geringer Teil der Streufelder B3-1 und B3-2 von den gefestigten Magnetschichten 14-1 bzw. 14-2 die freie Magnet schicht 12 erreicht.

Der Magnetfluß B4-1 und B4-2, der aus den anderen Enden der Magnetschichten 24-1 bzw. 24-2 austritt, erreicht die freie Magnetschicht 12, aber dessen Magnetflußdichte ist am Ende der freien Magnetschicht 12 auf ein Viertel reduziert, da die Magnetflußdichte mit dem Quadrat des Abstandes ab nimmt. Die Größe des Abstandes g ist nicht wesentlich, wie oben beschrieben.

Als Resultat wird das Streumagnetfeld in der freien Ma gnetschicht 12, das aus den gefestigten Magnetschichten 14-1 und 14-2 austritt, durch das Vorhandensein der Magnetschich ten 24-1 und 24-2 außerordentlich reduziert, wodurch eine mögliche Magnetisierung der freien Magnetschicht 12 in nega tiver Y-Richtung minimiert wird. Somit erleichtern die Magnetschichten 24 der Magnetfeldkorrektursektion 20 das Halten der Magnetisierung in der freien Magnetschicht 12 im idealen Winkel von 90° bezüglich der Magnetisierung in der gefestigten Magnetschicht 14.

Gemäß der Erfindung kann in einem doppelten Spin-Valve- GMR-Kopf, der doppelte gefestigte Magnetschichten und eine freie Magnetschicht in einer Sensorsektion hat, das Streuma gnetfeld von der gefestigten Magnetschicht, das in die freie Magnetschicht des GMR-Kopfes eintritt, unterdrückt werden, indem eine Magnetfeldkorrektursektion seitlich angrenzend an die Sensorsektion vorgesehen wird, wobei die Magnetfeldkor rektursektion eine gefestigte Magnetschicht hat, die in derselben Richtung wie die gefestigte Magnetschicht der Sensorsektion magnetisiert ist, wodurch ein adäquates Vor spannen für die Sensorsektion ermöglicht wird.

[VIERTES BEISPIEL]

Fig. 14 zeigt eine vierte Ausführungsform eines GMR- Elementes mit einem Supergitter-GMR-Element gemäß der Erfin dung. Das Supergitter-GMR hat eine Sensorsektion 10, die auf einem Substrat 11 gebildet ist und viele Sätze von Magnet schichten auf solch eine Weise enthält, daß jeder Satz entweder eine freie Magnetschicht 12 umfaßt, die mit einer Zwischenschicht 13 gekoppelt ist, oder eine freie Magnet schicht 12, die mit einer Zwischenschicht 13 und einer gefestigten Magnetschicht 14 gekoppelt ist, und daß jeder Satz zusammen mit einer dazwischenliegenden nichtmagneti schen Schicht 16 gestapelt ist. Die gefestigte Magnetschicht 14 ist aus einem hartmagnetischen Material, so daß keine antiferromagnetischen Schichten benötigt werden, um die Magnetisierungen in den jeweiligen gefestigten Magnetschich ten zu fixieren. Die Schichten des j-ten Satzes sind durch die jeweilige Nummer der Schichten bezeichnet, an die sich ein Bindestrich mit der Zahl j anschließt.

Die Sensorsektion 10, die in Fig. 14 gezeigt ist, hat n Sätze von solchen Magnetschichten, die durch nichtmagneti sche Schichten 16-1 bis 16-n getrennt sind.

Zusätzlich hat das Supergitter-GMR-Element eine Magnet feldkorrektursektion 20, welche dieselbe Anordnung wie die Sensorsektion 10 hat. Es versteht sich jedoch, daß nur die Magnetschichten 24-1 bis 24-n für die Magnetfeldkorrektur sektion 20 erforderlich sind.

Falls ein externes Magnetfeld auf das GMR-Element ange wendet wird, das in Fig. 14 gezeigt ist, wird die Magneti sierung in der freien Magnetschicht 12, die eine schwache Koerzitivkraft hat, rotiert, um mit dem angewendeten Magnet feld ausgerichtet zu werden. Der elektrische Widerstand des GMR-Elementes wird minimal, wenn die rotierte Magnetisierung zu der Magnetisierung in der gefestigten Magnetschicht 14 parallel wird (θ = 0°), und maximal, wenn sie antiparallel zu ihr wird (θ = 180°). Das Supergitter-GMR-Element hat das Merkmal, daß es eine größere Veränderung des elektrischen Widerstandes als ein einzelnes Spin-Valve-GMR-Element auf weist, auf Grund dessen, daß das Supergitter-GMR-Element viele Spin-Valve-Grenzflächen hat. Jedoch nehmen die Her stellungskosten eines GMR-Elementes mit der Vielzahl und Komplexität von Schichten zu, die in dem GMR-Element enthal ten sind.

Es kann davon ausgegangen werden, daß das in Fig. 14 gezeigte GMR-Element viele einzelne Spin-Valve-Strukturen enthält, die keine antiferromagnetischen Schichten haben, wobei ein Spin-Valve auf ein anderes gestapelt ist, so daß sich versteht, daß die Operation des GMR-Elementes jener eines einzelnen Spin-Valve-GMR-Elementes ähnlich ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Außer daß das Supergitter-GMR-Element viele nichtmagnetische Grenzflächen zwischen zwei benachbar ten einzelnen Spin-Valve-Strukturen enthält, hat das Super gitter-GMR-Element im wesentlichen dieselbe Struktur wie das einzelne Spin-Valve-GMR-Element, das in Fig. 5 gezeigt ist. Deshalb hat das GMR-Element auch die Vorteile und Merkmale des einzelnen Spin-Valve-GMR-Elementes.

[VERFAHREN ZUM HERSTELLEN DES GMR-KOPFES]

Nun wird unten kurz ein Verfahren zum Herstellen der ersten bis vierten GMR-Elemente beschrieben.

Fig. 15 ist ein Flußdiagramm, das einen Herstellungs prozeß für ein erstes GMR-Element (Fig. 5) zeigt, das eine einzelne Spin-Valve-Struktur hat.

Wie in Fig. 15A gezeigt ist, werden jede Spin-Valve- Schicht (d. h., eine freie Magnetschicht 12, eine Zwischen schicht 13, eine gefestigte Magnetschicht 14 und eine anti ferromagnetische Schicht 15) einer Sensorsektion 10 und entsprechende Schichten in einer Magnetfeldkorrektursektion 20 auf ein Substrat 11 in der genannten Reihenfolge gleich zeitig aufgesputtert. Dann wird ein doppelschichtiges Foto resist 17, das aus einem Resist und Aluminiumoxid oder nur aus einem Resist zum Abheben ist, auf der Sensorsektion 10 und der Magnetfeldkorrektursektion 20 abgeschieden, um sie vor dem anschließenden Ionenätzen zu schützen, das darauf angewendet wird.

Der aufgesputterte Abschnitt wird unter Verwendung einer Ionenätztechnik gemustert, wie in Fig. 15B gezeigt, und in drei Sektionen geätzt, die der Sensorsektion 10, der Abstandssektion g bzw. der Magnetfeldkorrektursektion 20 entsprechen.

Dann werden eine harte Schicht 18, die als Unterschicht dient, und eine Elektrodenschicht 19 abgeschieden, wie in Fig. 15C gezeigt. Es ist wünschenswert, daß die Sensorsek tion 10 die Unterschichten und die Elektroden auf den gegen überliegenden Seiten der Sensorsektion 10 hat, so daß ein Lesestrom beim Erreichen einer großen Widerstandsveränderung nur durch die freie Magnetschicht 12 fließt, statt durch die Sensorsektion 10 und die Magnetfeldkorrektursektion 20.

Falls ein Lesestrom sowohl durch die Sensorsektion 10 als auch durch die Magnetfeldkorrektursektion 20 fließen würde, würde die gesamte Veränderung des elektrischen Wider standes des GMR-Elementes reduziert werden, da die Magnet feldkorrektursektion 20 von einer Magnetplatte (nicht ge zeigt) entfernt angeordnet ist, so daß die Veränderung der Magnetisierung, und daher des elektrischen Widerstandes, auf Grund des extern angewendeten Magnetfeldes Hsig in der Magnetfeldkorrektursektion 20 relativ klein sein würde. Deshalb werden der harte Film 18 und der Elektrodenfilm 19 nur auf den gegenüberliegenden Seiten der Sensorsektion 10 längs deren Breite angeordnet. Es ist jedoch viel einfacher und daher kostengünstiger, einen harten Film 18 und einen Elektrodenfilm 19 auf beiden Seiten der Sensorsektion 10 und der Magnetfeldkorrektursektion 20 längs deren Breite abzu scheiden. Deshalb ist es eine Kompromißfrage zwischen Her stellungskosten und Streben nach einer wünschenswerten GMR- Kopf-Charakteristik.

Bei dem nächsten Schritt wird das doppelschichtige Re sist 17 abgehoben, wie in Fig. 15D gezeigt.

Ein doppelschichtiges Resist 17g, das eine Nut hat, die 5 dem Abstand g zwischen der Sensorsektion 10 und der Magnet feldkorrektursektion 20 zugeordnet ist (siehe Fig. 5), wird dann gebildet, wie in Fig. 15E gezeigt. Danach wird durch ein Ionenätzverfahren eine Nut gebildet, die dem Abstand g entspricht, und dann wird das doppelschichtige Resist abge hoben.

Obwohl das GMR-Element, das in Fig. 5 gezeigt ist, so dargestellt worden ist, um durch die oben beschriebene Prozedur hergestellt zu werden, versteht sich, daß es alter nativ durch ein anderes Verfahren wie etwa durch selektives Ätzen, einen Abhebungsprozeß, ein Ionenätzen und eine Verar beitung des Fototyps hergestellt werden kann, die in der Technik bekannt sind.

Das Verfahren, das beim Herstellen der umgekehrten ein zelnen Spin-Valve-Struktur bei dem zweiten Beispiel (Fig. 9) verwendet wird, ist mit dem Verfahren für das in Fig. 5 gezeigte GMR-Element identisch, außer daß die Schichten in ersterem Fall in umgekehrter Reihenfolge gebildet werden.

Das Verfahren, das beim Herstellen des dritten GMR-Ele mentes verwendet wird, das eine doppelte Spin-Valve-Struktur hat, ist mit dem Verfahren für das bei dem zweiten Beispiel beschriebene GMR-Element identisch, außer daß die zweite Zwischenschicht 13-2, die zweite gefestigte Magnetschicht 14-2 und die zweite antiferromagnetische Schicht 15-2 in ersterem Fall zusätzlich gebildet werden.

Das Verfahren zum Herstellen des vierten GMR-Elementes (Fig. 10) ist mit dem Verfahren für das GMR-Element bei dem ersten Beispiel identisch, außer daß die Schichten in erste rem Fall in einer Vielzahl gebildet werden, wie es in Fig. 10 gezeigt ist.

[MAGNETPLATTENLAUFWERK]

Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht eines Magnet plattenlaufwerkes, das die Erfindung verkörpert. Das Plat tenlaufwerk enthält einen GMR-Kopf, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde. Das Magnetplattenlaufwerk enthält eine Magnetplatte 30 und einen GMR-Kopf 32, der über der Magnet platte 30 angeordnet ist, um ihr auf solch eine Weise zuge wandt zu sein, daß der GMR-Kopf 32 etwa 20 nm über der Magnetplatte 30 während seiner Lese-/Schreiboperation fliegt. Das Positionieren des GMR-Kopfes 32 erfolgt durch einen Zweistufenbetätiger 34, der eine Kombination aus einem gewöhnlichen Betätiger und einem elektromagnetischen Mikro betätiger ist. Ein adhäsionsfreier Gleiter 36 wird verwen det, um die Adhäsion des Gleiters mit der Magnetplatte zu verhindern.

[VORTEILE ODER EFFEKTE DER ERFINDUNG]

Zusammenfassend sieht die Erfindung einen neuen GMR- Kopf vor, in dem ein angemessener Vorspannungspunkt für die freie Magnetschicht bestimmt werden kann, indem das magneto statische Feld, das auf die freie Magnetschicht auf Grund der gefestigten Magnetschicht wirkt, unterdrückt wird.

Die Erfindung kann ferner ein Verfahren zum Herstellen eines neuen, oben erwähnten GMR-Kopfes vorsehen.

Schließlich kann die Erfindung ein Magnetplattenlauf werk vorsehen, bei dem irgendeiner der oben erwähnten GMR-Köpfe genutzt wird.

Claims

1. GMR-Kopf mit:
einem GMR-Element, das wenigstens eine freie Magnet schicht (12), eine Zwischenschicht (13) und eine gefestigte Magnetschicht (14) enthält, bei dem
die gefestigte Magnetschicht (14, 24) eine größere Länge in der Richtung der Höhe (h) des Elementes als die freie Magnetschicht (12) hat, wodurch das Magnetfeld in der freien Magnetschicht (12), das aus der gefestigten Magnet schicht (14) austritt, reduziert wird.

2. GMR-Kopf mit:
einer Sensorsektion (10), die ein GMR-Element enthält; und
einer Magnetfeldkorrektursektion (20), die unabhängig und seitlich in der Richtung der Höhe (h) des Elementes angeordnet ist, bei dem
die Sensorsektion (10) wenigstens eine freie Magnet schicht (12), eine Zwischenschicht (13) und eine gefestigte Magnetschicht (14) hat und
die Magnetfeldkorrektursektion (20) wenigstens eine un abhängige Magnetschicht (24) hat, die seitlich in der Rich tung der Höhe (h) des Elementes angeordnet ist, wodurch das Magnetfeld in der freien Magnetschicht (12), das aus der gefestigten Magnetschicht (14) austritt, reduziert wird.

3. GMR-Kopf mit:
einer Sensorsektion (10), die ein GMR-Element enthält; und
einer unabhängigen Magnetfeldkorrektursektion (20), die seitlich in der Richtung der Höhe (h) des Elementes angeord net ist, bei dem
die Sensorsektion (10) wenigstens einen Satz aus einer freien Magnetschicht (12), einer Zwischenschicht (13) und einer gefestigten Magnetschicht (14) hat und
die Magnetfeldkorrektursektion (20) im wesentlichen dieselbe Struktur wie die Sensorsektion (10) hat.

4. GMR-Kopf nach Anspruch 3, bei dem
die Sensorsektion (10) eine antiferromagnetische Schicht (15) zusätzlich zu der freien Magnetschicht (12), der Zwischenschicht (13) und der gefestigten Magnetschicht (14) hat.

5. GMR-Kopf nach Anspruch 3, bei dem
die Sensorsektion (10) eine einzelne Spin-Valve-Struk tur hat, welche die freie Magnetschicht (12), die Zwischen schicht (13), die gefestigte Magnetschicht (14) und die antiferromagnetische Schicht (15) enthält, die in der ge nannten Reihenfolge auf einem Substrat (11) sukzessive abgeschieden sind.

6. GMR-Kopf nach Anspruch 3, bei dem
die Sensorsektion (10) eine umgekehrte einzelne Spin- Valve-Struktur hat, welche die antiferromagnetische Schicht (15), die gefestigte Magnetschicht (14), die Zwischenschicht (13) und die freie Magnetschicht (12) enthält, die in der genannten Reihenfolge auf einem Substrat (11) sukzessive abgeschieden sind.

7. GMR-Kopf nach Anspruch 3, bei dem
die Sensorsektion (10) eine doppelte Spin-Valve-Struk tur hat, die wenigstens eine erste gefestigte Magnetschicht (14-1), eine erste Zwischenschicht (13-1), eine freie Ma gnetschicht (12), eine zweite Zwischenschicht (13-2) und zweite gefestigte Magnetschicht (14-2) enthält, die in der genannten Reihenfolge auf einem Substrat (11) sukzessive abgeschieden sind.

8. GMR-Kopf nach Anspruch 3, bei dem
die Sensorsektion (10) eine doppelte Spin-Valve-Struk tur hat, die wenigstens eine erste antiferromagnetische Schicht (15-1), eine erste gefestigte Magnetschicht (14-1), eine erste Zwischenschicht (13-1), eine freie Magnetschicht (12), eine zweite Zwischenschicht (13-2), eine zweite gefe stigte Magnetschicht (14-2) und eine zweite antiferromagne tische Schicht (15-2) enthält, die in der genannten Reihen folge auf einem Substrat (11) sukzessive abgeschieden sind.

9. GMR-Kopf nach Anspruch 3, bei dem
die Sensorsektion (10) eine Supergitter-GMR-Struktur hat, die mehrere Sätze von Schichten enthält, wobei jeder Satz eine freie Magnetschicht (12-n), eine Zwischenschicht (13-n) und eine gefestigte Magnetschicht (14-n) hat und von seinen benachbarten Sätzen durch eine dazwischenliegende nichtmagnetische Schicht (16-n) getrennt ist.

10. GMR-Kopf nach Anspruch 3, bei dem
die Sensorsektion (10) und die Magnetfeldkorrektursek tion (20) durch einen Abstand (g) von nicht mehr als 0,1 Mikrometer in der Richtung der Höhe (h) des Elementes ge trennt sind.

11. GMR-Kopf nach Anspruch 3, bei dem
die Sensorsektion (10) und die Magnetfeldkorrektursek tion (20) durch einen Abstand (g) von nicht mehr als 0,01 Mikrometer in der Richtung der Höhe (h) des Elementes ge trennt sind.

12. Verfahren zum Herstellen eines GMR-Kopfes, mit den folgenden Schritten:
Bilden eines Spin-Valve-Films durch sukzessives Ab scheiden wenigstens einer freien Magnetschicht (12) auf einem Substrat (11), einer Zwischenschicht (13) auf der freien Magnetschicht (12), einer gefestigten Magnetschicht (14) auf der Zwischenschicht (13) und einer antiferromagne tischen Schicht (15) auf der gefestigten Magnetschicht (14); und
Trennen des Spin-Valve-Films bei einer Zwischenhöhe des Spin-Valve-Films.

13. Verfahren zum Herstellen eines GMR-Kopfes nach Anspruch 12, bei dem der Schritt zum Trennen des Spin-Valve- Films durch eine Ionenätztechnik erfolgt.

14. Magnetplattenlaufwerk, das wenigstens umfaßt:
einen GMR-Kopf (32) nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 11;
eine Magnetplatte (30), die angeordnet ist, um dem GMR-Kopf (32) zugewandt zu sein; und
einen Steuermechanismus zum Steuern des GMR-Kopfes (32) und der Magnetplatte (30).

15. GMR-Kopf mit:
einer Magnetschicht (24), die unabhängig und seitlich in der Richtung der Höhe (h) eines GMR-Elementes in einer Sensorsektion (10) angeordnet ist, die ein extern angewende tes Magnetfeld fühlt, welche Magnetschicht (24) im wesentli chen in derselben Richtung wie eine gefestigte Magnetschicht (14) der Sensorsektion (10) fest magnetisiert ist.

16. GMR-Kopf mit:
einer Magnetfeldkorrektursektion (20), die unabhängig in einer Linie zu einer Sensorsektion (10) angeordnet ist, die Veränderungen in einem extern angewendeten Magnetfeld fühlt, welche Magnetfeldkorrektursektion (20) dieselbe laminierte Struktur wie die Sensorsektion (10) hat; bei dem eine gefestigte Magnetschicht (14) der Sensorsektion (10) und eine Magnetschicht (24) der Magnetfeldkorrektursektion (20) im wesentlichen in derselben Richtung magnetisiert sind.

17. GMR-Kopf nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem
die Magnetschicht (24) der Magnetfeldkorrektursektion (20) und die gefestigte Magnetschicht (14) der Sensorsektion (10) im wesentlichen dieselbe Breite (w) haben.

18. GMR-Kopf nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem
die Magnetschicht (24) der Magnetfeldkorrektursektion (20) und die gefestigte Magnetschicht (14) der Sensorsektion (10), die ein GMR-Element hat, durch einen Abstand (g) von nicht mehr als 0,01 Mikrometer in der Richtung der Höhe (h) des Elementes getrennt sind.

19. GMR-Kopf nach irgendeinem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die Sensorsektion (10) eine doppelte Spin-Valve- Struktur hat.