DE69611326T2

DE69611326T2 - Magnetoresistiver Sensor

Info

Publication number: DE69611326T2
Application number: DE69611326T
Authority: DE
Inventors: Fontana, Jr.; Bruce Alvin Gurney; Tsann Lin; Virgil Simon Speriosu; Ching Hwa Tsang; Dennis Richard Wilhoit
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: IBM United Kingdom Ltd; HGST Netherlands BV
Priority date: 1995-06-30
Filing date: 1996-06-13
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2016-06-14
Also published as: KR970002377A; DE69611326D1; EP0751499A1; KR100261385B1; JPH0916920A; EP0751499B1; MY114553A; US5701223A; JP3180027B2; SG46731A1; CN1153371A; TW330285B; CN1076498C

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen auf dem Spin-Valve- Effekt basierenden magnetoresistiven Sensor zum Abtasten magnetischer Felder.
Konventionelle magnetoresistive Sensoren (MR-Sensoren) wie die in Magnetspeicherplatten-Laufwerken verwendeten funktionieren auf der Basis des anisotropen magnetoresistiven Effekts, bei dem eine Komponente des Leseelementwiderstands sich mit dem Quadrat des Cosinus des Winkels zwischen der Magnetisierung im Leseelement und der Richtung des Abtaststromflusses durch das Leseelement ändert. Die aufgezeichneten Daten können von einem magnetischen Datenträger gelesen werden, weil das externe Magnetfeld vom beschriebenen Datenträger (das Signalfeld) eine Änderung der Magnetisierungsrichtung im Leseelement bewirkt, die ihrerseits eine Widerstandsänderung im Leseelement und eine entsprechende Änderung des abgetasteten Stroms oder der abgetasteten Spannung zur Folge hat.
Eine andere und ausgeprägtere Magnetoresistenz, die GMR (giant magnetoresistance), ist in verschiedenen magnetischen Mehrschichtstrukturen beobachtet worden, wobei das wesentliche Element aus mindestens zwei ferromagnetischen Metallschichten, die durch eine nichtferromagnetische Metallschicht getrennt sind, besteht. Die physikalische Ursache des GMR-Effektes besteht darin, daß die Einwirkung eines externen Magnetfeldes eine Änderung der relativen Orientierung der angrenzenden ferromagnetischen Schichten zur Folge hat. Dies bewirkt wiederum eine Änderung der spinabhängigen Streuung leitender Elektronen und somit des elektrischen Widerstands der Struktur. Der Widerstand der Struktur ändert sich also mit der Änderung der relativen Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schichten.
Eine besonders nützliche Anwendung des GMR-Effektes ist eine Sandwich-Struktur aus zwei nicht gekoppelten ferromagnetischen Schichten, die durch eine nichtmagnetische Metallschicht getrennt sind, in der die Magnetisierungsrichtung einer der ferromagnetischen Schichten fixiert ist. Die Fixierung kann erreicht werden, indem die Schicht auf einer antiferromagnetische Schicht, z. B. aus Eisen-Mangan (Fe-Mn) abgeschieden wird, um die beiden Schichten miteinander zu koppeln. Dies führt zu einem magnetoresistiven Sensor nach dem Spin-Valve-Prinzip (SVMR - spin valve magnetoresistive sensor), bei dem nur die nicht fixierte oder freie ferromagnetische Schicht in Anwesenheit eines schwachen externen Magnetfeldes frei rotieren kann. In der US- Patentschrift 5,206,590 von IBM wird ein einfacher SVMR-Sensor beschrieben. In der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 08/139,477 von IBM, eingereicht am 15. Oktober 1993 (jetzt US-Patentschrift 5,465,185) wird ein SVMR-Sensor beschrieben, bei dem die fixierte Schicht eine laminierte Struktur aus zwei ferromagnetischen Filmen, getrennt durch einen nichtmagnetischen Kopplungsfilm, ist, so daß die Magnetisierungen der beiden ferromagnetischen Filme stark antiferromagnetisch in antiparalleler Richtung gekoppelt sind.
In den meisten bisher beschriebenen SVMR-Sensoren wird Fe-Mn, typischerweise Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0;, als auf der fixierten Schicht abgeschiedene antiferromagnetische Schicht zur Kopplung und Fixierung der Magnetisierungsrichtung der fixierten Schicht verwendet. Durch Austauschanisotropie mit der antiferromagnetischen Schicht aus Fe-Mn wird die fixierte Schicht bei geringen Felderregungen wie den vom abzutastenden Signalfeld stammenden in ihrer Magnetisierungsrichtung gehalten. Fe-Mn koppelt mit Nickel-Eisen (Ni-Fe), Kobalt (Co) und Eisen (Fe) bei einer Grenzflächenenergie von 0,08 erg/cm² und kann somit ein Austausch-Vormagnetisierungsfeld von über 200 Oerstadt (1 Oe = 1 Oe = 79,58 A/m) für typische magnetische Momente in fixierten Schichten liefern. Diese Austauschenergie reicht aus, um SVRM-Sensoren mit brauchbarer Stabilität zu erzeugen. Da Fe-Mn aber ungüngstige Korrosionseigenschaften besitzt, ist es wünschenswert, SVMR- Sensoren ohne dieses Material zu entwickeln. Es gibt einige alternative antiferromagnetische Materialien mit besseren Korrosionseigenschaften als Fe-Mn, die für die Verwendung in SVMR-Sensoren in Frage kommen. Diese korrosionsbeständigen antiferromagnetischen Materialien besitzen aber entweder eine zu geringe Austauschanisotropie oder erzeugen eine zu starke Koerzitivkraft in der vormagnetisierten fixierten Schicht. Die Verwendung von Nickeloxid (Ni0) als Ersatz für Fe-Mn in SVMR-Sensoren ist von H. Hoyashi et al. in Journal of the Magnetism Society of Japan, Bd. 18, S. 355 (1994) und von T. C. Anthony et al. in IEEE Transactions on Magnetics, Bd. MAG-30, S. 3819 (1994) beschrieben worden. Diese Ergebnisse zeigten allerdings Vormagnetisierungsfelder von nur etwa 100 Oe, die für die Anwendung in SVMR-Sensoren zu schwach sind. Außerdem führte das NiO zu einer relativ starken Koerzitivkraft von etwa 50 Oe für die fixierte Einzelschicht. Die Kombination aus dieser geringen Feldstärke und der starken Koerzitivkraft ist nicht akzeptabel, da die fixierte Schicht gegenüber der Einwirkung mäßig starker Felder einschließlich dem aus der fixierten Schicht herrührenden demagnetisierenden Feld instabil ist.
Bei den meisten bisher beschriebenen SVMR-Sensoren befindet sich die freie Schicht auch auf der Unterseite oder angrenzend an das Sensorsubstrat, wobei die fixierte Schicht oben liegt. Da SVMR-Lesesensoren für Magnetplattenlaufwerke mit sehr kleinen Spurweiten auf dem magnetischen Datenträger benutzt werden müssen, sind SVMR-Sensorstrukturen mit ausgeklügelter Längs-Vormagnetisierung der freien Schicht zum Unterdrücken des Magnetdomänenrauschens erforderlich. Bei einem Vorschlag muß die freie Schicht auf der Oberseite der Struktur liegen und die fixierte Schicht auf der Unterseite oder angrenzend an das Sensorsubstrat.
Die Reihenfolge der Abscheidung der Spin-Valve-Schichten kann jedoch nicht einfach umgekehrt werden, da in diesem Fall aufgrund des unterschiedlichen Aufwachsens der Schichten aufeinander nicht die gleichen Filmeigenschaften erzielt werden. Alle SVMR-Sensoren besitzen ein Grenzflächen- Austauschkopplungsfeld (Hi) zwischen der freien und der fixierten Schicht, die durch Phänomene wie magnetostatische Wechselwirkungen, kleine Löcher im Film und elektronische Effekte verursacht werden. Ein SVMR-Sensor sollte allgemein einen kleinen Hi-Wert haben. Bei SVMR-Sensoren mit fixierter Schicht auf der Unterseite wären dünnere Fe-Mn-Schichten (z. B. 90 Å (1 Å = 101 nm) erforderlich, um einen Hi-Wert von weniger als ca. 25 Oe zu erzielen. Diese dünneren Fe-Mn-Schichten sind aber nicht wünschenswert, da sie eine niedrigere Blockungstemperatur besitzen (z. B. 130ºC gegenüber 160ºC). Die Blockungstemperatur ist die Temperatur, oberhalb derer das Austauschfeld zwischen der antiferromagnetischen Fe-Mn-Schicht und der fixierten Schicht verschwindet.
SVMR-Sensoren zeigen die gewünschte Magnetoresistenz (deltaR/R zwischen der parallelen und der antiparallelen Ausrichtung der Magnetisierung der fixierten und der freien Schichten) bei sehr geringer Dicke. Um eine sehr hohe Aufzeichnungsdichte zu erreichen, muß deshalb der MR-Kopf-Spalt zwischen den beiden MR-Abschirmungen sehr dünn sein, typischerweise unter 2000 Å. Dadurch werden der elektrischen Kontinuität des Spaltmaterials, das den SVBN-Sensor gegen eine oder beide der MR-Abschirmungen isolieren muß, Beschränkungen auferlegt.
Die Erfindung liefert daher einen magnetoresistiven Sensor, bestehend aus:
einer ersten Schicht und einer zweiten laminierten Schicht aus ferromagnetischem Material, getrennt durch eine Trennschicht aus nichtmagnetischem Material, wobei die Magnetisierungsrichtung der ersten Schicht aus dem ferromagnetischen Material in einem Winkel zur Magnetisierungsrichtung der zweiten Schicht aus dem ferromagnetischen Material steht, wenn das einwirkende Magnetfeld gleich Null ist, und wobei die zweite laminierte Schicht aus dem ferromagnetischen Material einen ersten und einen zweiten ferromagnetischen Film und einen nichtmagnetischen antiparallelen Kopplungsfilm zwischen und in Berührung mit dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Film zur antiferromagnetischen Kopplung umfaßt, so daß die Magnetisierungen der beiden Filme antiparallel zueinander ausgerichtet sind und in Anwesenheit eines angelegten Magnetfeldes antiparallel bleiben; und
einer Austausch-Vormagnetisierungsschicht aus antiferromagnetischem Material, ausgewählt aus der Gruppe, die von Nickeloxid (Ni1-xCox), wobei x zwischen 0,0 und 0,5 liegt, und einer Legierung von (Fe-Mn) und Cr gebildet wird, besteht, wobei die Austausch-Vormagnetisierungsschicht an einen der ferromagnetischen Filme in der zweiten laminierten ferromagnetischen Schicht angrenzt und ihn berührt, um die Magnetisierung eines der ferromagnetischen Filme in der zweiten ferromagnetischen Schicht in Anwesenheit eines angelegten Magnetfeldes in einer fixierten Richtung zu halten, so daß zwar die Magnetisierung der ersten Schicht die Freiheit hat, sich bei Anwesenheit eines angelegten Magnetfeldes zu drehen, daß aber die Magnetisierungsrichtungen des ersten und des zweiten ferromagnetischen Films in der zweiten Schicht gleich und antiparallel zueinander bleiben.
In der bevorzugten Ausführungsform kann die Austausch- Vormagnetisierungsschicht aus antiferromagnetischem Material auf dem Substrat gebildet werden, obwohl sie sich ganz oben (d. h. vom Substrat abgewendet) befinden kann.
Die Erfindung liefert außerdem einen magnetoresistiven Sensor nach dem Spin-Valve-Prinzip, bestehend aus:
einem Substrat;
einer Austausch-Vormagnetisierungsschicht aus antiferromagnetischem Material, ausgewählt aus der Gruppe, die von Nickeloxid (Ni1-xCox). wobei x zwischen 0,0 und 0,5 liegt, und einer Legierung von (Fe-Mn) und Cr gebildet wird, besteht, wobei die Austausch-Vormagnetisierungsschicht auf dem Substrat gebildet wird;
einer laminierten, antiparallelen, fixierten Schicht, die an die Austausch-Vormagnetisierungsschicht angrenzt, wobei die laminierte antiparallele, fixierte Schicht einen ersten ferromagnetischen Film, der an die Austausch- Vormagnetisierungsschicht angrenzt und mit ihr antiferromagnetisch gekoppelt ist, einen zweiten ferromagnetischen Film und einen antiparallelen Kopplungsfilm zwischen und in Berührung mit dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Film zur antiferromagnetischen Kopplung des ersten und zweiten Films umfaßt, so daß die Magnetisierungen der beiden Filme in Anwesenheit eines angelegten Magnetfeldes antiparallel bleiben und von der Austausch- Vormagnetisierungsschicht fixiert sind;
einer nichtmagnetischen Trennschicht, die an den ferromagnetischen Film der laminierten antiparallelen Schicht angrenzt; und
einer freien ferromagnetischen Schicht, die an die Trennschicht angrenzt und diese berührt und in Abwesenheit eines angelegten Magnetfeldes eine bevorzugte Magnetisierungsachse besitzt, die im allgemeinen senkrecht zur Magnetisierungsachse des ersten und des zweiten ferromagnetischen Films in der laminierten, antiparallelen, fixierten Schicht ausgerichtet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat eine magnetoresistive Abschirmung; die Austausch- Vormagnetisiserungsschicht besteht im wesentlichen aus Nickel- Oxid; und der antiparallele Kopplungsfilm in der laminierten Schicht besteht im wesentlichen aus Ru, vorzugsweise mit einer Dicke von ca. 2-8 Angström. Zwischen dem Substrat und der Austausch-Vormagnetisierungsschicht kann sich gegebenenfalls eine Keimschicht befinden.
Vorzugsweise bestehen der erste und der zweite ferromagnetische Film in der laminierten Schicht aus einem Material, das zu der aus Co, Fe, Ni und ihren Legierungen bestehenden Gruppe gehört, und der antiparallele Kopplungsfilm in der laminierten Schicht besteht aus einem Material, das zu der aus Ru, Cr, Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und ihren Legierungen bestehenden Gruppe gehört. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der erste und der zweite ferromagnetische Film in der laminierten Schicht im wesentlichen aus Kobalt.
Vorzugsweise sollte der erste und der zweite Film in der laminierten Schicht im wesentlichen gleich dick sein, und die laminierte Schicht sollte im wesentlichen netto ein magnetisches Moment von null aufweisen.
Ein magnetoresistiver Sensor wie der oben beschriebene kann in einem Magnetplattenlaufwerk verwendet werden, das folgende Elemente umfaßt:
eine Magnetspeicherplatte;
einen an die Platte angeschlossenen Elektromotor, der die Platte dreht;
einen magnetoresistiven Sensor wie den oben beschriebenen zum Abtasten der auf der Platte aufgezeichneten Daten;
einen Träger, der den magnetoresistiven Sensor trägt, und der das Substrat enthält, auf dem der Sensor befestigt ist;
einen Tragarm zum Bewegen des Trägers in der Regel radial über die Platte, so daß der Sensor auf verschiedene Bereiche der magnetisch aufgezeichneten Daten auf der Platte zugreifen kann;
Mittel zum Verbinden des Trägers mit dem Tragarm, um den Träger in der Nähe der Platte zu halten;
elektrisch mit dem Sensor gekoppelte Mittel zum Erkennen von Änderungen des Sensorwiderstands, die durch die Drehung der Magnetisierungsachse der freien ferromagnetischen Schicht relativ zu den fixierten Magnetisierungen des antiparallel gekoppelten ersten und zweiten ferromagnetischen Films in der laminierten Schicht als Reaktion auf Magnetfelder von der magnetisch beschriebenen Platte verursacht werden; und
Mittel zur Aufnahme des Elektromotors und des Tragarms.
Es handelt sich also um einen SVMR-Sensor, der eine laminierte, antiparallele (AP), fixierte Schicht in Verbindung mit einer verbesserten antiferromagnetischen (AF) Schicht verwendet. In dieser Struktur umfaßt die fixierte Schicht zwei ferromagnetische Filme, die durch einen nichtmagnetischen Kopplungsfilm getrennt sind, so daß die Magnetisierungen der beiden ferromagnetischen Filme stark antiferromagnetisch in antiparalleler Orientierung miteinander gekoppelt sind. Diese laminierte, antiparallele, fixierte Schicht ist in den geringen Felderregnungen, die zur Drehung der freien Schicht erforderlich sind, magnetisch starr. Wenn die magnetischen Momente der beiden ferromagnetischen Schichten in dieser antiparallelen, fixierten Schicht nahezu gleich sind, ist das netto resultierende magnetische Moment der fixierten Schicht klein. Demzufolge ist das Austauschfeld entsprechend groß, da es umgekehrt proportional zum Netto-Magnetmoment ist. Die Magnetisierung der laminierten, antiparallelen, fixierten Schicht wird durch ein AF-Material, das sehr korrosionsbeständig ist, dessen Austauschanisotropie aber für die Verwendung in konventionellen SVMR-Sensoren zu gering ist, fixiert. In der bevorzugten Ausführungsform besteht die AF- Schicht aus NiO und wird auf einer der MR-Abschirmungen, die als Substrat dienen, gebildet. Das AF-Material dient auch als isolierendes MR-Spaltmaterial. Die Position der AF-Schicht und der laminierten, antiparallel fixierten Schicht, mit der sie an der Unterseite des SVMR-Sensors austauschgekoppelt ist, ermöglicht eine bessere Längs-Vormagnetisierung der freien Schicht bei der Herstellung des SVRM-Sensors.
Ein solcher SVMR-Sensor mit einer laminierten, antiparallen, fixierten Schicht und einer besseren antiferromagnetischen Austauschkopplungsschicht zur Fixierung der fixierten Schicht besitzt einen korrosionsbeständigen Antiferromagneten, der auch eine gute Austauschanisotropie für die fixierte Schicht besitzt und typischerweise eine Blockungstemperatur von über ca. 130ºC hat. Der Antiferromagnet kann auch als Isoliermaterial im MR-Lesespalt dienen.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung ausführlich exemplarisch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen haben folgenden Inhalt:
Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Magnetplattenlaufwerks;
Fig. 2 zeigt das Plattenlaufwerk aus Fig. 1 von oben, wobei die Abdeckung abgenommen wurde;
Fig. 3 ist eine perspektivische Explosionszeichnung eines SVMR-Sensors nach dem Stand der Technik.
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch den SVMR-Sensor aus Fig. 3, aber um 90 Grad gedreht.
Fig. 5 ist ein Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen SVMR- Sensor.
Fig. 6 ist die M-H-Schleife eines SVMR-Sensors mit einer NiO- basierten laminierten AP-fixierten Struktur (NiO/Co/Ru/Co) über eine 400 Oe starke Magnetfeldänderung mit geringer Drehung der laminierten AP-fixierten Schicht.
Fig. 7 ist ein Graph der Magnetoresistenz in Abhängigkeit vom am SVRM-Sensor wirkenden Magnetfeld bei Verwendung einer NiO- basierten laminierten AP-fixierten Struktur (NiO/Co/Ru/Co) über eine 400 Oe starke Magnetfeldänderung bei nur geringer Reduktion der Magnetoresistenzamplitude bei den stärksten Feldern.
Fig. 8 ist ein Graph der Magnetoresistenz in Abhängigkeit vom am SVRM-Sensor wirkenden Magnetfeld bei Verwendung einer NiO- basierten laminierten AP-fixierten Struktur (NiO/Co/Ru/Co) über eine 1000 Oe starke Magnetfeldänderung, wobei zu sehen ist, daß das Austauschfeld 600 Oe stark ist, d. h. wesentlich stärker als in konventionellen SVMR-Sensoren.
Fig. 9 ist ein Graph der Magnetoresistenz in Abhängigkeit vom am SVRM-Sensor wirkenden Magnetfeld bei Verwendung einer NiO- basierten, einlagigen, fixierten Struktur (NiO/Co) über eine Feldänderung von 1200 Oe, wobei ein schwaches Austauschfeld von ca. 100 Oe zu sehen ist.
Fig. 10 zeigt einen erfindungsgemäßen SVMR-Sensor, bei dem sich die NiO-basierte, laminierte, AP-fixierte Schicht auf der Oberseite befindet.
Fig. 11 ist ein Graph der Magnetoresistenz in Abhängigkeit vom Magnetfeld (A) an einem SVMR-Sensor mit einer konventionellen einzelnen Co-Schicht, die durch eine Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0;-Schicht fixiert ist, (B) an einem SVMR-Sensor mit einer konventionellen fixierten Schicht aus Co/Ni-Fe, die mit einer (Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0;)&sub9;&sub7;Cr&sub3;- Schicht fixiert ist, und (C) an einem SVRM-Sensor mit einer laminierten, AP-fixierten Schicht (Co/Ru/Co), die mit einer (Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0;)&sub9;&sub7;Cr&sub3;-Schicht fixiert ist.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein dem Stand der Technik entsprechendes Magnetplattenlaufwerk des Typs, in dem ein MR-Sensor verwendet wird. Das Plattenlaufwerk umfaßt eine Basis 10, an der ein Antriebsmotor 12 und ein Tragarm 14 sowie eine Abdeckung 11 befestigt sind. Die Basis 10 und die Abdeckung 11 bilden ein im wesentlichen dichtes Gehäuse für das Plattenlaufwerk. Typischerweise befindet sich eine Dichtung 13 zwischen der Basis 10 und der Abdeckung 11 und einer kleinen Belüftungsöffnung (nicht dargestellt) zum Druckausgleich zwischen dem Innern des Plattenlaufwerks und der äußeren Umgebung. Eine Magnetspeicherplatte 16 ist über eine Nabe 18 mit dem Antriebsmotor 12 verbunden, um von diesem in Drehung versetzt zu werden. Auf der Oberfläche der Platte 16 wird ein kontinuierlicher dünner Schmiermittelfilm 50 aufrechterhalten. Ein Schreib-/Lesekopf oder Wandler 25 befindet sich am hinteren Ende eines Trägers, z. B. eines luftgelagerten Schiebers 20. Der Wandler 25 kann ein induktiver Lese- und Schreibwandler oder ein induktiver Schreibwandler mit einem magnetoresistiven (MR) Lesewandler des zu beschreibenden Typs sein. Der Schieber 20 ist mit dem Tragarm 14 durch einen starren Arm 22 und eine Aufhängung 24 verbunden. Die Aufhängung 24 erzeugt eine Vorspannungskraft, die den Schieber 20 zur die Oberfläche der Speicherplatte 16 zieht. Beim Betrieb des Plattenlaufwerks dreht der Antriebsmotor 12 die Platte 16 mit konstanter Geschwindigkeit, und der Tragarm 14, der typischerweise ein Linear- oder Drehspulenmotor (VCM) ist, bewegt den Schieber 20 im allgemeinen radial über die Oberfläche der Platte 16, so daß der Schreib-/Lesekopf 25 auf verschiedene Datenspuren auf der Platte 16 zugreifen kann.
Fig. 2 zeigt das Innere des Plattenlaufwerks von oben ohne die Abdeckung 11, so daß die Aufhängung 24 besser zu sehen ist, die eine Kraft auf den Schieber 20 ausübt, die ihn zur Platte 16 zieht. Bei der Aufhängung kann es sich um eine konventionelle Aufhängung wie die bekannte Watrous-Aufhängung, die in der US-Patentschrift 4,167,756 des Patentinhabers beschrieben wird, handeln. Diese Art der Aufhängung bietet auch eine kardanische Aufhängung des Schiebers, die es diesem ermöglicht, sich auf der Luftfederung zu neigen und zu rollen. Die Daten, die der Kopf 25 von der Platte 16 abtastet, werden durch Signalverstärkungs- und Verarbeitungsschaltungen in einem IC-Chip auf dem Arm 22 zu einem Daten-Rücklesesignal verarbeitet. Die Signale vom Kopf 25 werden über ein flexibles Kabel zu diesem Chip geleitet, der seine Ausgangssignale über ein zweites Kabel sendet.
Die obige Beschreibung eines typischen Magnetplattenspeichersystems und die zugehörigen Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 dienen nur Darstellungszwecken; der Fachmann kann sich zahlreiche Variationen solcher Systeme vorstellen. So können Plattenspeichersysteme beispielsweise eine Vielzahl von Platten und Tragarmen besitzen, und auf jedem Tragarm können sich mehrere Schieber befinden. Außerdem kann der Kopfträger anstatt eines luftgelagerten Schiebers auch ein Träger sein, der den Kopf in Berührung oder fast in Berührung mit der Platte hält, z. B. bei Flüssigkeits- oder anderen Kontakt-Plattenlaufwerken.
In Fig. 3 umfaßt ein dem Stand der Technik entsprechender Sensor 30 ein geeignetes Substrat 31 wie z. B. Glas, Keramik oder einen Halbleiter, auf dem eine Keim- oder Pufferschicht 33 abgeschieden worden ist, eine erste dünne Schicht 35 aus weichem ferromagnetischem Material, eine dünne nichtferromagnetische Trennschicht 37 und eine zweite dünne Schicht 39 aus ferromagnetischem Material. Der MR-Sensor 30 kann Teil des Wandlers 25 in dem Plattenlaufwerksystem aus Fig. 1 und Fig. 2 sein, und das Substrat 31 kann das Hinterende des Kopfträgers oder Schiebers 20 sein. In Abwesenheit eines extern angelegten Magnetfeldes vom magnetischen Datenträger sind die Magnetisierungen der beiden Schichten 35, 39 aus ferromagnetischem Material in einem Winkel, vorzugsweise ca. 90 Grad, zueinander ausgerichtet, wie durch die Pfeile 32 bzw. 38 angedeutet. Die ferromagnetische Schicht 35 wird als "freie" ferromagnetische Schicht bezeichnet, da ihre Magnetisierung die Freiheit besitzt, ihre Richtung als Reaktion auf ein extern angelegtes Magnetfeld (wie das Magnetfeld h vom magnetischen Datenträger, siehe Fig. 3) zu drehen; dies ist durch die gestrichelten Pfeile in Schicht 35 dargestellt. Die ferromagnetische Schicht 39 wird als "fixierte" ferromagnetische Schicht bezeichnet, da ihre Magnetisierungsrichgung in einer Vorzugsrichtung fixiert ist, wie durch Pfeil 38 dargestellt. Eine Dünnfilmschicht 41 aus einem austausch-vormagnetisierenden antiferromagnetischen Material mit einem relativ hohen elektrischen Widerstand wird in direktem Kontakt mit der ferromagnetischen Schicht 39 abgeschieden, um durch Austauschkopplung ein Vormagnetisierungsfeld zu erzeugen. Schicht 41 fixiert auf diese Weise die Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht in einer Vorzugsrichtung, so daß sie ihre Richtung in Anwesenheit eines angelegten externen Magnetfeldes mit einer Stärke im Bereich des Signalfeldes nicht drehen kann. Die Austausch-Vormagnetisierungsschicht 41 besteht typischerweise aus Eisen-Mangan (Fe-Mn). Dieses Material ist relativ wenig korrosionsbeständig. Da die fixierte Schicht aber typischerweise ein Netto-Magnetmoment besitzt, das etwa 20-100 Å von Ni-Fe besitzt, bietet dieses Material die gewünschte Austauschkopplungsstärke, um die Magnetisierungsrichtung der fixierten Schicht zu fixieren.
Fig. 4 ist ein Querschnitt durch die Struktur von Fig. 3, aber um 90 Grad gedreht, so daß die Magnetisierungsrichtung der fixierten Schicht 39 in der Papierebene liegt wie durch Pfeil 38 angedeutet. Die fixierte ferromagnetische Schicht 39 besitzt netto ein makroskopisches magnetisches Moment, dargestellt durch Pfeil 38. Das Magnetfeld (dargestellt durch die Flußlinien 36), das diesem magnetischen Moment entspricht, beeinflußt die freie ferromagnetische Schicht 35, deren Magnetisierungsrichtung (Pfeil 35, in das Papier hinein) in einem Winkel von ca. 90 Grad zu der Richtung der fixierten Schicht liegt. Dieses Feld von der fixierten Schicht 39 bewirkt, daß die Magnetisierung in der freien Schicht 35 nicht gleichmäßig ist. Da die freie Schicht 35 im SVMR-Sensor relativ kurz ist, kann die Ungleichmäßigkeit der Magnetisierung dazu führen, daß Teile des Sensors in Anwesenheit eines extern angelegten Signalfeldes vom magnetischen Datenträger vorzeitig gesättigt sind. Der SVRM- Sensor ist die typische Spin-Valve-Struktur, in der sich die freie Schicht 35 an der Unterseite oder angrenzend an das Sensorsubstrat befindet.
In einem erfindungsgemäßen SVMR-Sensor kann die konventionelle einlagige, fixierte, ferromagnetische Schicht durch eine laminierte Struktur ersetzt werden, die mindestens zwei ferromagnetische Filme umfaßt, die durch einen dünnen, nichtferromagnetischen Film getrennt sind, der eine antiparallele Kopplung (APC) der beiden ferromagnetischen Filme bewirkt. Diese laminierte, antiparallele (AP), fixierte Schicht wird in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/139,47 beschrieben. Der antiparallele Kopplungsfilm (APC-Film) ist von dem Typ und besitzt eine solche Dicke, daß die beiden ferromagnetischen Filme antiferromagnetisch miteinander gekoppelt sind; in der bevorzugten Ausführungsform besteht er aus ca. 2 bis 8 Å Ruthenium (Ru). Diese laminierte, fixierte Schicht wird dann an der Unterseite des SVMR-Sensors in der Nähe des Substrats positioniert, und die antiferromagnetische (AF) Schicht zum Fixieren der laminierten, fixierten Schicht wird aus einer Gruppe antiferromagnetischer Materialien ausgewählt, die relativ korrosionsbeständig sind. Die AF-Schicht kann aus einem Material mit einer relativ geringen Austauschanisotropie bestehen, die andernfalls bewirken würde, daß das Material sich nicht für den Einsatz in konventionellen SVMR-Sensoren eignet.
Der SVRM-Sensor in Fig. 5 weist folgende allgemeine Struktur auf: Substrat/Keimschicht/AF/PF&sub1;/APC/PF&sub2;/SP/FR/CP. Das Substrat 45 kann eine beliebige geeignete Substanz sein, einschließlich Glas, Halbleitermaterial oder ein keramisches Material wie Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;). Die Keimschicht 55 ist irgendeine Schicht, die abgeschieden wird, um die kristallographische Textur oder die Korngröße der nachfolgenden Schichten zu verändern, und ist nicht bei jedem Substrat erforderlich. Fall eine Keimschicht verwendet wird, kann diese aus Tantal (Ta), Zirkonium (Zr), Nickel-Eisen (Ni-Fe) oder Al&sub2;O&sub3; bestehen. Die antiferromagnetische (AF) Schicht 57 besteht vorzugsweise aus Nickeloxid (NiO). Die NiO-AF-Schicht 57 wird mittels eines konventionellen Verfahrens auf der Keimschicht 55 abgeschieden, z. B. durch Sputtern eines NiO-Targets oder durch Sputtern eines Ni-Targets in Anwesenheit eines sauerstoffhaltigen Gases, bis zu der Dicke, bei der die gewünschten Austauscheigenschaften erreicht sind, typischerweise 200-500 Å. Die laminierte, fixierte Schicht 70 mit der Struktur PF&sub1;/APC/PF&sub2; wird auf der AF-Schicht 57 gebildet. Die beiden ferromagnetischen Schichten 72, 74 (PF&sub1; und PF&sub2;) werden vorzugsweise aus Co gebildet, haben das gleiche oder nahezu gleiche magnetische Moment, und sind durch einen antiparallelen Kopplungsfilm (APC-Film) 73 aus nichtmagnetischem Material getrennt, der ermöglicht, daß PF&sub1; und PF&sub2; stark antiferromagnetisch miteinander gekoppelt werden. Die beiden Co-Filme 72, 74 in der laminierten AP-fixierten Schicht 70 haben antiparallel orientierte Magnetisierungen wie durch die Pfeile 75, 78 angedeutet. Die antiparallele Ausrichtung der Magnetisierungen der beiden Filme 72, 74 beruht auf einer antiferromagnetischen Austauschkopplung durch den APC-Film 73. Wegen dieser antiferromagnetischen Kopplung, und weil die beiden Co-Filme 72, 74 im wesentlichen gleich dick sind, heben sich die magnetischen Momente der beiden Filme beinahe auf, so daß in der laminierten, AP-fixierten Schicht 70 nur ein sehr geringes oder praktisch gar kein Netto-Magnetmoment vorhanden ist. Dies führt zu einer Verstärkung des Austauschfeldes, so daß dieses stärker ist, als wenn nur die Schicht 72 als einzige durch die AF-Schicht 57 fixierte Schicht verwendet worden wäre.
Um dem SVMR-Sensor zu vervollständigen, wird auf dem zweiten ferromagnetischen Film 74 eine metallische Trennschicht 65 (SP) gebildet, auf der Trennschicht 65 wird die freie ferromagnetische Schicht 63 (FR) gebildet, und auf der freien ferromagnetischen Schicht 63 wird eine Deckschicht 62 (CP) gebildet. Wenn kein Feld angelegt ist, ist die Magnetisierungsachse der freien ferromagnetischen. Schicht 63 in der durch Pfeil 77 angedeuteten Richtung orientiert, d. h. in der Regel senkrecht zu den Magnetisierungsachsen 75, 76 der fixierten Filme 72, 74.
Die AF-Schicht 57 kann aus jedem relativ korrosionsbeständigen antiferromagnetischen Material bestehen. Sie muß aber genügend Austauschenergie für die laminierte, fixierte Schicht 70 liefern, so daß die aufsteigende oder absteigende Magnetisierungsschleife (M-H-Schleife) der AF/PF&sub1;/APC/PF&sub2;- Struktur im allgemeinen mindestens über einen angelegten Feldbereich von ca. ±200 Oe um einen Nullpunkt flach ist. Wenn dieses Kriterium erfüllt ist, tritt kaum eine oder keine Drehung der Magnetisierung von PF&sub1; oder PF&sub2; auf und somit auch kein nachteiliger Effekt auf die Magnetoresistenz des SVMR- Sensors bei schwachen Feldern. Bei Verwendung einer AF-Schicht 57 mit einer Austauschenergie, die geringer als die von Fe-Mn ist, wird dieses Kriterium efüllt, indem die in Fig. 5 dargestellte laminierte, AP-fixierte Schicht verwendet wird.
Der SVMR-Sensor mit der NiO-basierten, AP-fixierten Schicht wurde auf folgende Weise hergestellt. Eine 420 Å dicke NiO-AF- Schicht wurde durch Magnetron-Sputtern von einem NiO-Target auf einem sauberen Glassubstrat abgeschieden. (Die Verwendung eines Ni-Targets in Anwesenheit eines reaktiven Gases, das Sauerstoff enthält, ergibt ebenfalls eine durch Sputtern abgeschiedene NiO-Schicht.) Auf dem Glassubstrat wurde keine Keimschicht verwendet. Die NiO-Schicht wurde in Anwesenheit eines Magnetfeldes von mehreren hundert Oe abgeschieden; ein Magnetfeld bei der Abscheidung ist aber nicht erforderlich. Nach der Abscheidung der NiO-Schicht wurde die Probe aus dem NiO-Abscheidungssystem entnommen und an der Luft zu einem zweiten Abscheidungssystem transportiert. Die Probe wurde in das zweite Abscheidungssystem eingeführt und mit 500 eV Argon- Ionen (Ar) aus einer konventionellen Ionenstrahlquelle 100 Sekunden lang geätzt. Dadurch wurde die NiO-Oberfläche gereinigt, und es wurden ca. 10 Å Oberflächenmaterial abgetragen. Nach dem Ätzen wurden die laminierte, AP-fixierte Schicht aus Co/Ru/Co und die übrigen Filme durch DC-Magnetron- Sputtern abgeschieden, während die Probe einem Magnetfeld ausgesetzt war. Nach der Abscheidung befindet sich die Ni0-AF- Schicht wahrscheinlich nicht im Zustand einer einzelnen antiferromagnetischen Domäne, und deshalb kann sich auf die fixierte Schicht aus Co/Ru/Co nicht im Zustand einer einzelnen ferromagnetischen Domäne befinden, was zu einer reduzierten Magnetoresistenzamplitude führt. Deshalb wurde die Probe nach der Abscheidung der Filme in einem Feld von 15 kCe auf eine Temperatur oberhalb der antiferromagnetischen Blockungstemperatur von NiO (ca. 180ºC) erwärmt. Dieses starke Feld reicht aus, um die Magnetisierung der beiden Co-Schichten der fixierten Co/Ru/Co-Schicht gegen den Effekt des Ru zu drehen, so daß beide Magnetisierungen parallel zum angelegten Magnetfeld ausgerichtet sind und beide Co-Schichten sich in einem Einzeldomänenzustand befinden. Die Probe wurde dann, immer noch unter Einwirkung des Magnetfeldes, gekühlt, so daß der Einzeldomänenzustand des NiO/Co-Teils (der NiO-AF-Schicht und des angrenzenden ersten ferromagnetischen Films) der fixierten Schicht erhalten blieb. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Magnetfeld entfernt, und die Magnetisierung des zweiten Co-Films der fixierten Schicht dreht sich durch den Einfluß des Ru so, daß sie antiparallel zu der des Co-Films, der die NiO-AF-Schicht berührt ist. Dadurch wird die Richtung der Austauschanisotropie ausgerichtet und die fixierte Schicht im wesentlichen in einen Einzeldomänenzustand versetzt, so daß sich die höchste Magnetoresistenz ergibt.
Fig. 6 zeigt die M-H-Schleife eines SVMR-Sensors mit einer laminierten AP-fixierten Schicht mit 4 Å Ru als APC-Film und mit NiO als AF-Schicht. Der SVMR-Sensor, dessen Daten in Fig. 6 dargestellt sind, wies die in Fig. 5 gezeigte Struktur auf und umfaßte ein Glassubstrat 45, eine 420 Å dicke NiO-Schicht 57 (AF), die ohne Keimschicht direkt auf dem Glassubstrat 45 abgeschieden wurde, einen ersten fixierten ferromagnetischen Film 72 (PF&sub1;) aus 30 Å Kobalt (Co), einen 4 Å dicken Ru-Film 73 (APC), einen zweiten fixierten ferromagnetischen Film 74 (PF&sub2;) aus 35 Å Kobalt, eine 22,5 Å dicke Trennschicht 65 (SP) aus Kupfer (Cu), eine free ferromagnetische Schicht 63 (FR) aus 2 Å Co und 56 Å Ni-Fe und eine 50 Å dicke Deckschicht 62 (CP) aus Tantal (Ta). Da die NiO-Schicht 57 in einer anderen Kammer als die übrigen Filme abgeschieden wurde, wurde sie ca. 100 Sekunden lang mit einem Ionenstrahl geätzt, um vor der Abscheidung des PF&sub1;-Films ihre Oberfläche zu reinigen. In Fig. 6 ist die starke Magnetisierungsänderung bei einem Magnetfeld von null die Umkehrung der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 63. Bei einem angelegten Feld, das nicht null ist, sit die Magnetiserung über eine Feldänderung von ca. ±400 Oe im wesentlichen flach, was zeigt, daß nur eine geringe Drehung der laminierten AP-fixierten Schicht 70 stattfindet.
Fig. 7 zeigt die MR-Reaktion eines SVRM-Sensors mit einer NiO- basierten laminierten AP-fixierten Schicht. Dieser SVRM-Sensor war identisch mit dem Sensor, dessen MR-Reaktion in Fig. 7 dargestellt ist, mit der Ausnahme, daß die freie Schicht 63 statt aus 2 Å Co / 56 Å Ni-Fe aus 10 Å Co / 56 Å Ni-Fe bestand. Fig. 7 zeigt nur eine geringe Rotation der fixierten Schicht, dargestellt durch den geringfügigen Abfall von deltaR/R, wenn das angelegte Feld +400 Oe erreicht. In den Ausführungsformen, deren Daten in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt sind, war das Netto-Magnetmoment der laminierten, fixierten PF1/APC/PF2-Schicht äquivalent zu nur ca. 10 Å Ni&sub8;&sub0;Fe&sub2;&sub0;.
In Fig. 8 ist die Magnetoresistenz des NiO-basierten, laminierten, AP-fixierten SVMR-Sensors mit der gleichen Struktur wie in Fig. 6 über eine Feldänderung von ±1000 Oe dargestellt. Bei einer Schicht von 420 Å NiO als AF-Schicht beterug die Austauschanisotropie-Energie ca. 0,02 erg/cm², so daß ein Austauschfeld HeX von ca. 600 Oe erzielt wurde, wie in Fig. 8 zu sehen ist. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, daß selbst bei so starken Feldern die Reaktion des SVMR-Sensors durch die reversible Rotation der laminierten AP-fixierten Schicht dominiert wird, so daß die Magnetoresistenz unverändert bleibt, wenn der Film so starken Feldern ausgesetzt wird. Somit übertrifft der SVMR-Sensor mit der NiO-basierten, laminierten, AP-fixierten Schicht die gewünschte Stabilität gegenüber starken Feldern noch bei weitem. Im Gegensatz zu dieser Reaktion zeigt Fig. 9, daß dieses Kriterium ganz klar nicht erfüllt ist, wenn die NiO-AF-Schicht in Verbindung mit einer konventionellen, einlagigen, fixierten Schicht verwendet wird. Der SVRM-Sensor, dessen MR-Reaktion in Fig. 9 dargestellt ist, hatte eine einzige 35 Å dicke Co-Schicht als fixierte Schicht, die durch eine 420 Å dicke NiO-AF-Schicht fixiert war. Fig. 9 zeigt, daß das Austauschfeld nur ca. 120 Oe beträgt, und daß die fixierte Schicht bereits bei einem Feld von nur 200 Oe zu rotieren beginnt.
In Fig. 5 ist das Mittel zum Verbinden des SVMR-Sensors mit der Abtastschaltung in dem Magnetspeichersystem schematisch dargestellt. Elektrische Leitungen 80 bilden einen Strompfad zwischen dem SVMR-Sensor, einer Stromquelle 82 und einem Abtastmittel 84. Bekanntlich sind unter Umständen zusätzliche Sensorelemente wie Quer- und Längs-Vormagnetiserungsschichten (nicht dargestellt) erforderlich, um eine optimale SVMR- Sensorreaktionsschaltung zu erhalten. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein magnetisches Signal im Medium abgetastet, indem das Abtastmittel 84 die Widerstandsänderung, deltaR, feststellt, wenn die Magnetisierung der freien ferromagnetischen Schicht 53 als Reaktion auf das anliegende magnetische Signal vom Datenträger sich dreht.
Obwohl in der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform die laminierte, AP-fixierte Schicht 70 zwei ferromagnetische Filme 72, 74 umfaßt, die durch einen einzigen APC-Film 73 getrennt sind, kann die laminierte AP-fixierte Schicht 70 auch aus einer größeren Anzahl ferromagnetischer Filme, getrennt durch APC-Filme, bestehen. Je nachdem, was für Materialien für die ferromagnetischen Filme 72, 74 und den APC-Film 73 in der laminierten, AP-fixierten Schicht 70 ausgewählt werden, gibt es eine bevorzugte Dicke des APC-Films, bei der die ferromagnetischen Filme 72, 74 stark antiferromagnetisch gekoppelt werden. In dem Fall der bevorzugten Co/Ru- Kombination kann die Dicke des Ru-AF-Kopplungsfilms zwischen 2 und β Ä gewählt werden. Die oszillatorische Kopplungsbeziehung für ausgewählte Materialkombinationen wird ausführlich beschrieben von Parkin et al. in Phys. Rev. Lett., Bd. 64, S. 2034 (1990). Obgleich die laminierte AP-fixierte Schicht im SVMR-Sensor mit den bevorzugten Materialien Co und Ru als ferromagnetische bzw. APC-Filme dargestellt wurde, sind auch andere ferromagnetische Materialien (wie Co, Fe, Ni und ihre Legierungen) in Verbindung mit anderen APC-Filmen (wie Chrom (Cr), Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Cu und ihre Legierungen) möglich. Für jede solche Materialkombination müßte die oszillatorische Austauschkopplungsbeziehung ermittelt werden, falls diese nicht bereits bekannt ist, so daß die Dicke des APC-Films so gewählt wird, daß die antiferromagnetische Kopplung zwischen den beiden ferromagnetischen Filmen gewährleistet ist.
Wenn die Dicken der beiden ferromagnetischen Filme 72, 74, die die laminierte AP-fixierte Schicht 70 bilden, identisch sind, beträgt theoretisch das Nettomoment der fixierten Schicht 70 null, da sich die magnetischen Momente exakt aufheben. Da es nicht möglich ist, die Filme genau gleich dick zu machen, ist es wahrscheinlich, daß als Resultat des normalen Abscheidungsprozesses das Nettomoment der laminierten, APfixierten Schicht 70 einen kleinen, aber von null verschiedenen Wert annimmt. Es kann aber wünschenswert sein, einen der fixierten ferromagnetischen Filme 72, 74 absichtlich etwas dicker als den anderen abzuscheiden, so daß das Nettomoment in der fixierten Schicht einen kleinen von null verschiedenen Wert hat. Dadurch würde sichergestellt, daß die Magnetisierung der laminierten, AP-fixierten Schicht 70 in Anwesenheit von Magnetfeldern stabil ist, so daß die Richtung ihrer Magnetisierung vorhersagbar ist.
Die freie ferromagnetische Schicht 63 kann auch angrenzend an die Trennschicht 65 einen dünnen Co-Film enthalten. Dies ist in Fig. 5 nicht dargestellt, ist aber Teil der bevorzugten Ausführungsform, die im Zusammenhang mit den Daten in Fig. 6 bis Fig. 8 dargestellt sind, beschrieben wird. Dies Co-Filme erhöhen die Magnetoresistenz des SVRM-Sensors, werden aber relativ dünn gehalten, im Bereich zwischen 2 und 20 Å, um die Auswirkung des relativ "harten" magnetischen Co-Materials auf die Permeabilität des Sensors zu minimieren und das richtige Moment der freien Schicht beizubehalten.
Das hochkorrosionsbeständige AF-Material mit geringer Austauschanisotropie, das zum Fixieren der laminierten APfixierten Schicht verwendet wird, bietet einen zusätzlichen Vorteil in SVMR-Sensoren, da es auch als Spaltmaterial im MR- Lesespalt verwendet werden kann. Wieder in Fig. 5 würden sich bei der Herstellung der kompletten SVMR-Struktur wie einem integrierten Schreib-/Lesekopf mit einem SVMR-Leseelement und einem induktiven Schreibelement die in Fig. 5 dargestellten SVMR-Sensorschichten zwischen einem Paar MR-Abschirmungen befinden, die typischerweise aus Ni&sub8;&sub0;Fe&sub2;&sub0; oder Sendust (einer magnetischen Legierung aus Fe, Si und Al) bestehen. Zwischen den Abschirmungen befindet sich dann elektrisch isolierendes Spaltmaterial. In der vorliegenden Erfindung hat die NiO-AF- Schicht 57 hingegen den zusätzlichen Vorteil, daß es aufgrund seiner Eigenschaft als hervorragender Isolator auch als Spaltmaterial dienen kann. In diesem Fall fungiert die erste MR-Abschirmung als Substrat 45.
In Fig. 10 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, die der in Fig. 5 weitgehend entspricht, bei der aber die freie Schicht 63 (FR) sich auf der Unterseite (in der Nähe des Substrats 61) des SVMR befindet, und die AP-fixierte Schicht 70 auf der Oberseite des SVMR-Sensors. Die AF-Schicht 66 wird auf dem zweiten fixierten ferromagnetischen Film 74 (PF2) abgeschieden. Diese Struktur kann auch in Verbindung mit Antiferromagneten mit geringer Austauschanisotropie verwendet werden.
In Fig. 11 ist die Magnetoresistenz in Abhängigkeit vom anliegenden Feld für die in Fig. 10 gezeigte Ausführungsform des SVMR-Sensors im Vergleich zu anderen SVMR-Sensoren dargestellt, wobei aber die korrosionsbeständige AF-Schicht anstatt aus NiO aus einer Legierung aus Fe-Mn und Chrom (Cr) besteht, z. B. (Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0;)&sub9;&sub7;Cr&sub3;. Kurve A in Fig. 11 gilt für einen SVMR-Sensor mit einer konventionellen, einlagigen, fixierten Schicht wobei Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0; als Antiferromagnet verwendet wird. Das Austauschfeld beträgt hier ca. 200 Oe. Kurve B gilt für einen SVMR-Sensor mit einer konventionellen, fixierten Schicht wobei (Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0;)&sub9;&sub7;Cr&sub3; als Antiferromagnet verwendet wird. Das Austauschfeld beträgt hier ca. 160 Oe. Während bekannt ist, daß (Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0;)&sub9;&sub7;Cr&sub3; korrosionsbeständiger ist als Fe-Mn, zeigt Kurve B eindeutig, daß es in konventionellen SVMR-Sensoren wegen der signifikanten Verringerung des Austauschfeldes nicht wünschenswert ist. Kurve C gilt für einen erfindungsgemäßen SVMR-Sensor mit einer laminierten, AP-fixierten Schicht aus Co/Ru/Co mit (Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0;)&sub9;&sub7;Cr&sub3;. Hier beträgt das Austauschfeld ca. 900 Oe. Das (Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0;)&sub9;&sub7;Cr&sub3; stellt eine wesentliche Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit für den SVMR-Sensor dar. Der Cr- Anteil wird so gewählt, daß die gewünschte Korrosionsbeständigkeit erreicht wird, und beträgt typischerweise 2-5%.
Neben NiO und (Fe&sub5;&sub0;Mn&sub5;&sub0;)&sub9;&sub7;Cr&sub3; als AF-Schichten für die Verwendung in der laminierten, AP-fixierten Schicht in SVMR-Sensoren, ist Ni1-xCox)O, wobei x ein Wert zwischen ca. 0 und 0, 5 ist, ein weiteres Material, das ansonsten nicht als AF-Material in SVMR-Sensoren einsetzbar wäre, das aber die erforderliche Korrosionsbeständigkeit und eine ausreichende Austauschanisotropie aufweist.
Auch wenn der erfindungsgemäße SVMR-Sensor in einem Magnetplattenspeichersystem beschrieben worden ist, kann die Erfindung auch auf andere magnetische Speichersysteme wie Magnetbandsysteme und auf Direktzugriffsspeicher, bei denen ein magnetoresistives Element als Bitzelle dient, angewendet werden.

Claims

1. Ein magnetoresistiver Sensor, umfassend:

eine erste Schicht (63) und eine zweite laminierte Schicht (70) aus ferromagnetischem Material, getrennt durch eine Trennschicht (65) aus nichtmagnetischem Material, wobei die Magnetisierungsrichtung der ersten Schicht aus dem ferromagnetischen Material in einem Winkel zur Magnetisierungsrichtung der zweiten Schicht aus dem ferromagnetischen Material steht, wenn das einwirkende Magnetfeld gleich Null ist, und wobei die zweite laminierte Schicht aus ferromagnetischem Material einen ersten und einen zweiten ferromagnetischen Film (72, 74) und einen nichtmagnetischen antiparallelen Kopplungsfilm (73) zwischen und in Berührung mit dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Film zur antiferromagnetischen Kopplung umfaßt, so daß die Magnetisierungen der beiden Filme antiparallel zueinander ausgerichtet sind und in Anwesenheit eines angelegten Magnetfeldes antiparallel bleiben; und

eine Austausch-Vormagnetisierungsschicht (57) aus antiferromagnetischem Material, ausgewählt aus der Gruppe, die von Nickeloxid (Ni1-xCox), wobei x zwischen 0, 0 und 0, 5 liegt, und einer Legierung von (Fe-Mn) und Cr gebildet wird, besteht, wobei die Austausch- Vormagnetisierungsschicht an einen der ferromagnetischen Filme in der zweiten laminierten ferromagnetischen Schicht angrenzt und ihn berührt, um die Magnetisierung eines der ferromagnetischen Filme in der zweiten ferromagnetischen Schicht in Anwesenheit eines angelegten Magnetfeldes in einer fixierten Richtung zu halten, so daß zwar die Magnetisierung der ersten Schicht die Freiheit hat, sich bei Anwesenheit eines angelegten Magnetfeldes zu drehen, daß aber die Magnetisierungsrichtungen des ersten und des zweiten ferromagnetischen Films in der zweiten Schicht fest und antiparallel zueinander bleiben.

2. Ein magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1, der ein Substrat (45) enthält, und bei dem die Austausch- Vormagnetisierungsschicht aus antiferromagnetischem Material auf dem Substrat gebildet wird.

3. Ein magnetoresistiver Sensor nach dem Spin-Valve-Prinzip, umfassend:

ein Substrat (45);

eine Austausch-Vormagnetisierungsschicht (57) aus antiferromagnetischem Material, ausgewählt aus der Gruppe, die von Nickeloxid (Ni1-xCox), wobei x zwischen 0,0 und 0,5 liegt, und einer Legierung von (Fe-Mn) und Cr gebildet wird, besteht, wobei die Austausch- Vormagnetisierungsschicht auf dem Substrat gebildet wird;

eine laminierte, antiparallele, fixierte Schicht (70), die an die Austausch-Vormagnetisierungsschicht angrenzt, wobei die laminierte antiparallele, fixierte Schicht einen ersten ferromagnetischen Film (72), der an die Austausch- Vormagnetisierungsschicht angrenzt und mit ihr antiferromagnetisch gekoppelt ist, einen zweiten ferromagnetischen Film (74) und einen antiparallelen Kopplungsfilm (74) zwischen und in Berührung mit dem ersten und dem zweiten ferromagnetischen Film zur antiferromagnetischen Kopplung des ersten und zweiten Films umfaßt, so daß die Magnetisierungen der beiden Filme in Anwesenheit eines angelegten Magnetfeldes antiparallel bleiben und von der Austausch-Vormagnetisierungsschicht fixiert sind;

eine nichtmagnetische Trennschicht (65), die an den ferromagnetischen Film der laminierten antiparallelen Schicht angrenzt; und

eine freie ferromagnetische Schicht (63), die an die Trennschicht angrenzt und diese berührt und in Abwesenheit eines angelegten Magnetfeldes eine bevorzugte Magnetisierungsachse besitzt, die im allgemeinen senkrecht zur Magnetisierungsachse des ersten und des zweiten ferromagnetischen Films in der laminierten, antiparallelen, fixierten Schicht ausgerichtet ist.

4. Ein magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 2 oder 3, der eine Keimschicht (55) zwischen dem Substrat und der Austausch-Vormagnetisierungsschicht enthält.

5. Ein magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei das Substrat eine magnetoresistive Abschirmung ist.

6. Ein magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1 bis 5, bei dem die Austausch-Vormagnetisierungsschicht im wesentlichen aus Nickeloxid besteht.

7. Ein magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1 bis 6, bei dem der antiparallele Kopplungsfilm in der laminierten Schicht im wesentlichen aus Ru besteht.

8. Ein magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 7, bei dem der Ru-Film eine Dicke im Bereich zwischen ca. 0,2 und 0,8 nm (2 bis 8 Angström) aufweist.

9. Ein magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1 bis 8, wobei der erste und der zweite ferromagnetische Film in der laminierten Schicht aus einem Material bestehen, das zu der aus Co, Fe, Ni und ihren Legierungen bestehenden Gruppe gehört, und der antiparallele Kopplungsfilm in der laminierten Schicht besteht aus einem Material, das zu der aus Ru, Cr, Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und ihren Legierungen bestehenden Gruppe gehört.

10. Ein magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 9, bei dem der erste und der zweite ferromagnetische Film in der laminierten Schicht im wesentlichen aus Kobalt besteht.

11. Ein magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1 bis 10, wobei die laminierte Schicht im wesentlichen ein Netto- Magnetmoment von null aufweist.

12. Ein magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1 bis 11, wobei der erste und der zweite Film in der laminierten Schicht im wesentlichen die gleiche Dicke aufweisen.

13. Ein Festplattenlaufwerk, umfassend:

eine Magnetspeicherplatte (16);

einen an die Platte angeschlossenen Elektromotor (12) zum Drehen der Platte;

einen magnetoresistiven Sensor nach Anspruch 2 bis 12, zum Abtasten magnetisch aufgezeichneter Daten auf der Platte;

einen Träger (20), der den magnetoresistiven Sensor trägt, und der das Substrat enthält, auf dem der Sensor befestigt ist;

einen Tragarm (14) zum Bewegen des Trägers in der Regel radial über die Platte, so daß der Sensor auf verschiedene Bereiche der magnetisch aufgezeichneten Daten auf der Platte zugreifen kann;

Mittel (21, 24) zum Verbinden des Trägers mit dem Tragarm, um den Träger in der Nähe der Platte zu halten;

elektrisch mit dem Sensor gekoppelte Mittel (84) zum Erkennen von Änderungen des Sensorwiderstands, die durch die Drehung der Magnetisierungsachse der freien ferromagnetischen Schicht relativ zu den fixierten Magnetisierungen des antiparallel gekoppelten ersten und zweiten ferromagnetischen Films in der laminierten Schicht als Reaktion auf Magnetfelder von der magnetisch beschriebenen Platte verursacht werden; und

Mittel (10) zur Aufnahme des Elektromotors und des Tragarms.