KR0128269B1 - 자기 저항 센서 및 그의 제조 방법과 그를 포함하는 자기 저장 시스템 - Google Patents

자기 저항 센서 및 그의 제조 방법과 그를 포함하는 자기 저장 시스템

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KR0128269B1
KR0128269B1 KR1019930014450A KR930014450A KR0128269B1 KR 0128269 B1 KR0128269 B1 KR 0128269B1 KR 1019930014450 A KR1019930014450 A KR 1019930014450A KR 930014450 A KR930014450 A KR 930014450A KR 0128269 B1 KR0128269 B1 KR 0128269B1
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Abstract

판독 소자(read element) 저항 성분이 두 인접 자성층(magnetic layer)들내 자화 방향 사이의 각도(angle)의 코사인(cosine)에 따라 변화하는 스핀 밸브 효과(spin valve effect)에 기초한 자기 저항 판독 센서(mlagnetoresistive read sensor)가 개시된다. 이 센서 판독 소자는 비자성 금속층(nonmagnetic metallic layer)에 의해 분리된 두 개의 인접한 강자성층(ferromagnetic layer)을 포함한다. 반강자성 재료(antiferromagnetic material)로 된 층이 어느 하나의 상기 강자성층 위에 형성되어 상기 하나의 장자성층내 자화 방향을 고정하는 바이어스 자계(bias field)를 제공한다. 연자성 재료로 된 중간층(interlayer)이 강자성층과 반강자성층 사이에 증착되어 상기 반강자성층과 강자성층을 상호 분리하며, 특히 상기 강자성층이 철 또는 철 합금일 경우엔 교환 결합(exchange coupling)을 향상시킨다.

Description

자기 저항 센서 및 그의 제조 방법과 그를 포함하는 자기 저장 시스템
제 1 도는 본 발명에 따른 자기 디스크 저장 시스템의 간략화된 블럭도.
제 2 도는 본 발명의 원리에 따른 자기저항 센서의 바람직한 실시예의 사시 전개도.
제 3 도는 제 2 도에 도시된 자기저항 센서의 실시예에 대한 히스테리시스 곡선을 도시한 그래프.
제 4 도는 본 발명의 원리에 따른 자기저항 센서의 다른 실시예의 사시 전개도.
제 5a-5d 도는 제 4 도에 도시된 자기저항 센서를 이용한 다양한 구조물에 대한 히스테리시스 곡선을 예시한 그래프.
제 6 도는 제 4 도에 도시된 자기저항 센서에 대한 교환 자계 대 연자성 중간층 두께를 도시한 그래프.
제 7 도는 제 4 도에 도시된 자기저항 센서에 대한 포화보자력장 대 연자성 중간층 두께를 도시한 그래프.
제 8 도는 제 4 도에 도시된 자기저항 센서에 대한 교환 에너지 대 연자성 중간층 두께를 도시한 그래프.
제 9 도는 본 발명에 따라 구성된 자기저항 센서의 다른 실시예의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41 : 기판 43 : 제1강자성 재료층
45 : 비자성 금속 재료층 47 : 제2강자성 재료층
49 : 연자성 재료층 51 : 반강자성 재료층
본 발명은 전반적으로 자기 매체에 기록된 정보 신호를 판독하기 위한 자기 트랜스듀서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이러한 트랜스듀서에 길이방향의 바이어스 필드를 제공하기 위해 반강자성 교환 결합을 이용하는 개선된 자기저항 판독 트랜스듀서에 관한 것이다.
종래의 경우, 큰 선형 밀도로 자상체 표면으로부터 데이터를 판독할 수 있는 것으로 알려진, 자기저항(amagnetoresistive: MR) 센서 또는 헤드로 언급되는 자기 판독 트랜스듀서가 개시된다. MR 센서는 자기 재료로 제조된 판독 소자의 저항 변화를 통한 자계 신호를, 판독 소자에 의해 감지되는 자기 플럭스의 강도 및 방향의 함수로서 검출한다. 이들 종래의 MR 센서는 판독 소자의 저항 성분이 자화와 소자를 통해 흐르는 감지 전류의 방향간 각도의 코사인 제곱(cos2)으로서 변화하는 이방성 자기저항(anisotropic magnetoresistive: AMR) 효과에 기초하여 동작한다. 이러한 AMR 효과에 대한 보다 상세한 사항은 Memory, Storage, and Related Applications, D.A. Thompson et al., IEEE Trans. Mag. MAG-11, p.1039(1975)에서 찾아볼수 있다.
그룬버그(Grunberg)의 미국 특허 제4,949,039)호는 자성층내 자화의 역평행 정렬에 기인한 강화된 MR 효과를 생성하는 층형 자기 구조물을 개시한다. 이러한 층형 구조물에서 이용가능한 재료로서, 그룬버그는 강자성 전이 금속 및 합금을 리스트하고 있지만, 이 리스트로부터 우수한 MR 신호 증폭에 바람직한 재료는 표시하고 있지 않다. 그룬버그는 또한 인접하는 강자성 재료의 층들이 Cr 또는 Y로 된 얇은 중간층으로 분리된 역평행 정렬을 얻기 위해 반강자성-타입 교환 결합의 이용을 개시한다.
1990년 12월 11일자로 출원되고 본 발명의 양수인에게 양도된 동시계류중인 미국 특허 출원 제07/625,343호(현재 미국 특허 제5,206,590호)는 두 개의 미결합된 강자성층간의 저항이 이들 두 층의 자화간의 각도의 코사인으로서 변하는 것으로 관측되며, 센서를 통해 흐르는 전류의 방향에 무관한 MR 센서를 개시한다. 이러한 매카니즘은, 선택된 재료의 조합에 대해 AMR보다 크기에 있어 더 크고 "스핀 밸브(spin va1ve; SV)" 자기저항으로 불리워지는 자기저항을 발생한다. 1991년 2월 8일자로 출원되고 본 발명의 양수인에게 양도된 동시계류중인 미국 특허 출원 제07/652,852호(현재 미국 특허 제l59,153호)는 비자성 금속 재료의 박막층에 의해 분리된 두 개의 강자성 재료의 박막층을 포함하되, 이들 강자성층중 적어도 하나는 코발트 또는 코발트 합금인, 앞서 설명된 효과에 기초한 MR 센서를 개시한다. 외부에서 자계가 인가되지 않는 상태에서 한 강자성층의 자화는 반강자성층에 대한 교환 결합에 의해 다른 하나의 강자성층의 자화에 수직으로 유지된다.
본 발명의 원리에 따르면 스핀 밸브 효과에 기초한 MR 판독 센서는 적절한 기판상에 형성되며, 비자성 금속 재료의 박막층으로 분리된 제1 및 제2강자성 재료 박막층을 포함하되, 이들 강자성층중 적어도 하나는 철 및 철 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 층형 구조물을 포함한다. 외부에서 인가되는 자계가 제로인 상태에서 제l강자성 재료층의 자화 방향은 제2강자성 재료층의 자화 방향에 실질적으로 수직이다. 하나의 철 또는 철 합금 강자성층내의 자화 방향은 얇은 연자성 중간층을 가로질러 인집한 반강자성층에 의해 제공되는 반강자성 교환 결합에 의해 그 방향이 한정 또는 유지된다. 철 강자성층과 연자성 중간층은 자화 방향 또는 방위가 본질적으로 고정되는 이분자층(a bilayer)을 형성한다. 다른 하나의 강자성층의 자화 방향은 외부로부터 인가되는 자계에 응답하여 자유롭게 회전한다. 전류원은 MR 센서에 감지 전류를 제공하며, 이러한 감지 전류는 판독 소자를 가로질러 자유 강자성 재료층의 자화 회전에 기인한 MR 센서의 저항 변화에 비례하는 전압 강하를, 감지되는 외부 인가 자계의 함수로써 발생한다. 판독소자의 저항 변화량은, 자기 매체에 저장된 데이터 비트가 표시되는 것과 같은, 외부로부터 인가되는 자계에 따른 자유층의 자화 방향과 고정층의 자화 방향간의 각도 변화의 코사인 함수이다.
상술한 본 발명의 목적 및 다른 목적. 특징 및 장점이 첨부된 도면을 참조한 이후의 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해지며, 도면중 유사한 참조부호는 유사한 부분을 표시한다.
제1도에서는 본 발명이 자기 디스크 저장 시스템내에 구현된 것으로서 설명되었지만, 본 발명은, 예를들면, 자기 테입 기록 시스템과 같은 다른 자기 기록 시스템에도 또한 적용가능함이 명백하다. 적어도 하나의 회전가능한 자기 다스크(12)가 스핀들(14)상에 지지되며, 디스크 구동 모터(18)에 의해 회전된다. 각 디스크상의 자기 기록 매체는 디스크(I2)상의(미도시된) 동심 데이터 트랙의 환형 패턴으로 형성된다.
적어도 하나의 슬라이더(13)가 디스크(12)상에 위치되며, 각각의 슬라이더(13)는 통상 판독/기입 헤드로서 언급되는 하나 이상의 자기 판독/기입 트랜스듀서(21)를 지원한다. 디스크가 회진하면, 슬라이더(13)는 원하는 데이터가 기록된 디스크의 상이한 부분을 헤드(21)가 액세스할 수 있도록 디스크 표면(22) 위의 안팍으로 방사방향으로 이동된다. 각각의 슬라이더(12)는 현가장치(15)에 의해 액츄에이터 암(19)에 부착된다. 현가장치(15)는 디스크 표면(22) 쪽으로 슬라이더(13)를 기울게 하는 약간의 탄성력을 제공한다. 각각의 액츄에이터 암(19)은 액쥬에이터 수단(27)에 부착된다. 제1도에 도시된 바와 같은 액츄에이터 수단은, 예를 들어, 보이스 코일 모터(a voice coil motor; VCM)일 수도 있다. 이 VCM은 고정된 자계내에서 이동가능한 코일을 포함하며, 코일의 이동 방향 및 속도는 콘트롤러에 의해 공급되는 모터 전류 신호에 의해 제어된다.
디스크 저장 시스템의 동작동안, 디스크(12)의 회전에 의해 슬라이더(13)와 디스크 표면(22)간에 공기 베어링(an air bearing)이 발생하며. 이러한 공기 베어링은 슬라이더에 대해 상승력(upward force or lift)을 작용한다. 따라서, 동작중에, 공기 베어링은 현가장치(15)의 약간의 탄성력을 상쇄하여 슬라이더(13)를 작고 실질적으로 일정한 간격으로 디스크 표면의 약간 위로 떨어지게 지지한다.
디스크 저장 시스템의 다양한 부품은 동작중에 제어 유닛(29)에 의해 발생되는 액세스 제어 신호 및 내부 클럭 신호와 같은 제어 신호에 의해 제어된다. 전형적으로, 이 제어 유닛(29)은, 예를 들어, 논리 제어회로, 저장 수단 및 마이크로프로세서를 포함한다. 이 제어 유닛(29)은 다양한 시스템을 제어하기 위하여, 예를 들면, 라인(28)상으로는 구동 모터 제어 신호와 같은 제어 신호를 발생하고 라인(28)상으로는 헤드 위치 및 탐색 제어 신호와 같은 제어 신호를 발생한다. 라인(28)상의 제어 신호는 선택된 슬라이더(13)를 연관된 디스크(l2)상의 소정의 데이터 트랙까기 최적으로 이동 및 위치시키기 위해 바람직한 전류 프로화일을 제공한다. 판독 및 기입 신호는 기록 채널(25)을 통해 판독/기입 헤드(21)로부터 수신되거나 판독/기입 헤드로 전송된다.
이상 제1도를 참조한 전형적인 자기 디스크 저장 시스템에 대한 설명은 단지 이해를 돕기 위한 것이다.
디스크 저장 시스템은 다수의 디스크 및 액츄에이터를 포함할 수도 있고 각 액츄에이터는 다수의 슬라이더를 지지할 수도 있음이 명백하다.
제2도를 참조하면, 본 발명의 원리에 따른 MR 센서(30)는, 예를 들면, 제1연강자성 재료 박막층(33), 비자성 금속 재료 박막층(35) 및 제2강자성 재료 박막층(37)이 배치되는, 유리, 세라믹 또는 반도체와 같은 적절한 기판(3l)을 포함한다. 이들 두 강자성 재료층(33,37)의 자화는 외부로부터 인가되는 자계가 없을 경우에 화살표(32,38)로 표시된 바와 같이 서로에 대해 약 90℃의 각도로 배향된다. 또한, 제2강자성 재료층(37)의 자화 방향은 화살표(38)로 도시된 바와 같은 바람직한 방위로 고정된다. 따라서, 제2강자성층(37)의 자화 방향이 고정된 체로 유지되는 동안, 제1강자성 재료층(33)의 자화 방향은 제2도에서 층(33)상의 점선 화살표로 도시된 바와 같이 외부로부터 인가되는 자계(예를 들면, 제2도에 자계 h)에 응답하여 자유롭게 회전한다.
비교적 높은 전기적 저항을 갖는 교환 바이어스 재료의 박막층(39)이 제2강자성 재료 박막층(37)과 직집 접촉하여 디포지트되어 교환 결합에 의한 바이어스 필드를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 이 층(39)은 적절한 반강자성 재료, 바람직하게는 예를 들어 철-망간(FeMn) 또는 나켈-망간(NiMn)을 포함한다. 대안적으로, 제2도에 도시된 구조물은, 반강자성층(39)이 먼저 디포지트된 후 층(37,35,33)들이 후속하여 차례로 디포지트되는 반대 순서로 디포기트될 수도 있다. 이러한 역전된 구조물에서는 반강자성층(39)이 바람직한 구조를 가질 것을 보장하기 위해 시드층(a seed layer)이 이용될 수 있다.
본 발명의 본 바람식한 실시예에 따르면. 이들 강자성층(33,37)중 하나 또는 모두는 철(Fe) 또는 철합금중 어느 하나를 포함한다. 비자성 금속 스페이서층(35)은, 예를 들어, 구리(Cu) 또는, 은(Ag) 또는 금(Au)과 같은 다른 적절한 귀금속이나 그들의 합금을 포함한다. 센서 판독 소자가 강자성체/비자성체/강자성체 순으로 층을 이룬 구조물로 이루어지는 경우, 스핀 밸브 효과에 기초한 MR 센서가 본 명세서에서 충분히 개시된 바와 같이 참조로 인용된 앞서 언급된 미국 특허 출원 제07/625,343호에 더욱 상세하게 개시된다. 고정된 철 또는 철합금층(37)은, 예를 들면, FeMn층(39)에 의해 교환 바이어스될 수 있으며, 이러한 교환 바이어스의 크기는 이후 보다 상세히 설명되는 바와 같이 필드 어닐링 처리(a field annealing process)에 의해 크게 증가된다.
스핀 밸브 구조를 이용하는 MR 센서에서는, 교환 이방성(exchange anisotropy)을 최대화하는 것이 바람직하다. 스핀 밸브 효과에 기초한 최적의 MR 센서를 위해, 고정된 층(37)은 감지되어야 할 자계 범위 이상으로 거의 포화된 체로 유지되어야 한다. 제3도는 연마된 실리콘 웨이퍼상에 디포지트된 FeMn 박막과 중첩된 Fe 박막에 대한 교환 결합 바이어스 필드를 예시한다. 특히, X=40Å과 60Å의 Si.V(30Å)/Fe(X)/FeMn(150Å)/V(100Å)라고 하는 구조를 갖는 박막은 디포지트시의 막에서 약 0.02erg-cm-2의 교환 에너지에 대응하는 약 300e의 교환 자계를 나타낸다. 이들 막이 180℃의 공기중에서 약 10분 동안 어닐링되고 약 2500e 이상의 자계가 인가된 상태에서 냉각될 경우, 교환 필드는 실질적으로, 제각기 약 0.lerg-cm-2의 교환 상호작용 자유 에너지에 대응하는 약 l35 및 1500e의 Hexch까지 증가한다. 어닐링된 Fe/FeMn막의 교환 이방성은 대략 NiFe/FeMn 만큼 크므로 MR 센서 응용에는 충분하다.
또한 제4도를 참조하면, 본 발명의 원리에 따른 MR 센서(40)는, 예를 들면, 제1연강자성 재료 박막층(43), 비자성 금속 재료 박막총(45) 및 제2강자성 재료 박막층(47)이 디포지트되는, 유리, 세라믹 또는 반도체와 같은 적절한 기판(41)을 포함한다. 이들 두 강자성 재료층(43,47)의 자화는 외부로부터 자계가 인가되지 않는 상태에서 화살표(42,48)로 표시된 바와 같이 서로에 대해 약 90℃의 각도로 배향된다. 또한, 제2강자성 재료층(47)의 자화 방향은 화살표(48)로 도시된 바와 같이 바람직한 방향으로 고정된다. 제2강자성 재료층(47)의 자화 방향이 고정되는 반면, 제1장자성 재료층(43)의 자화 방향은 제4도에서 층(43)상의 점선 화살표로 도시된 바와 같이 외부로부터 인가되는 자계(예를 들면, 제4도에 도시된 바와 같은 자계 h)에 응답하여 자유롭게 회전한다.
비교적 높은 전기적 지항을 갖는 반강자성 재료 박막층(51)은 제2강자성 재료 박막층(47)에 인접하여 디포지트되어 제2강자성층(47)내에 교환 바이어스 필드를 제공한다. 제2강자성층(47)과 교환 바이어스층(51)간에는 연자성층(49)이 디포지트되어 제2강자성층(47)으로부터 교환 바이어스층(51)을 분리한다. 바람직한 실시예에서, 이 층(51)은 적절한 반강자성 재료, 바람직하기로는, 예틀 들어, FeMn 또는 NiMn을 포함한다. 대안적으로, 제4도에 도시된 구조는 반강자성층(51)이 먼지 디포지트된 후 층(49,47,45,43)이 차례로 디포지트되는 역전된 순서로 디포지트될 수도 있다. 이러한 역전된 구조에서는, 반강자성층이 바람직한 구조를 가질 수 있도록 반강자성층(51)을 디포지트하기 전에 시드층이 먼지 디포지트될 수도 있다.
제4도에 도시된 바와 같은 본 발명의 본 바람직한 실시예에 따르면, 이들 두 강자성층(43,47)중 하나 또는 모두는 철(Fe) 또는 철합금중 어느 하나를 포함한다. 바람직하게는, 교환 바이어스층(51)에 인접하는 강자성층(47)이 Fe 또는 Fe 합금으로 이루어지며, 10 내지 100Å 범위의 두께를 갖는다. 연자성 분리층 또는 중간층(49)은 10 내지 40Å의 범위내에서 10Å 이상의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 비자성 금속 스페이서층(45)은, 예를 들면, Cu 또는, Ag 또는 Au과 같은 다른 적절한 귀금속 또는 그들의 합금을 포함한다. 금속 스페이서층(45)의 두께는 두 강자성층(43,47)의 실질적인 자기 감결합을 보장하기에 충분히 크지만. 전도전자의 평균 자유 경로 길이 미만이 되기에 충분히 얇다. 제2강자성층(47) 및 연자성 중간층(49)은 자화 빙향이 장자성층(5l)에 대한 교환 결합에 의해 고정되는 이분자층을 형성한다.
제4도에 도시된 바와 같은 MR 스핀 밸브 센서(40)의 특정 실시예는 연마된 실리콘(Si) 기판상에 스퍼터 증착된 NiFe 연자성층(49)으로 분리된 Fe 강자성층(47)과 FeMn 반강자성층(51)을 포함한다. 제 5a-5d 도는 제2도 및 제3도를 참조하여 앞서 설명된 바와 같이 공기중에서 어닐링되고 자계중에서 냉각된 후의 구조물에 대한 히스테리시스(M-H) 곡선을 도시한다. 보다 구체적으로, 조사된 구조물은 Si/V(30Å)/Fe(x)/Ni80Fe20(y)/Fe50Mn50(150Å)/V(l00Å)이며, x 및 y는 제각기 강자성층(47)과 연자성층(4g)의 두께이다. 연자성층의 두께가 y=0, 10, 20 및 30Å인 경우, 강자성층의 두께 x=20, 40 및 60에 대한 M-H 곡선이 제각기 제5a도 내지 5d도에 도시된다. Ms가 포화 자화이고 t가 강자성층 두께일 때 교환 자계(Hexch), 포화 보자력(Hc) 및 계면 결합 에너지(A=HexchMst)의 변동이 제각기 제6도 내지 제8도에 도시된다. 모든 샘플에 대해 루프 직각도는 변하지 않았으며, 약 s=0.6의 값이었다. 마찬가지로, 보자력의 직각도도 샘플마다 변하지 않았으며, 약 sx=0.8이었다. 상이한 층의 측정된 자화가 고려된 경우, 제8도는 교환 에너지의 크기가 40Å 이상 두께의 Fe와 10Å 이상 두께의 NiFe에 대해 약 0.08erg/cm2로 유지될 수 있음을 보여준다. 이러한 계면 교환 에너지의 값은 NiFe/FeMn 교환막에서 얻어진 값(통상 약 0.lerg/cm2)에 비견할만하다. 그러나 강자성층의 포화 보자력을 현저히 낮추므로써, 고정된 강자성층을 Fe 및 NiFe층 두께의 함수로서 50-200Oe 범위의 최대 외부 인가 자계 이상에서 거의 포화 상태로 유지할 수 있다. 전체적으로, 연자성층을 삽입하여 강자성층과 반강자성층을 분리하므로써 교환 자계 또는 강자성층 직각도 또는 포화 보자력 직각도의 크기에 현저한 영향을 미치지 않고 Fe/FeMn 교환 결합된 막의 자기 특성을 현저히 향상시킨다. 보다구체적으로, 연자성 중간층을 사용하므로써, 앞서 설명된 구조물이 효율좋은 자기저항 센서로 동작하게 되는 외부 인가 자계 범위가 확장된다.
제9도를 참조하면, 본 발명에 따른 MR 스핀 밸브 센서의 다른 실시예가 도시된다. 제1강자성층(43)이 디포지트되기 전에 기판(41)상에, 예를 들면, Ta, Ru 또는 CrV와 같은 적절한 하부층(53)이 디포지트된다. 이러한 하부층(53)을 형성하는 목적은 계속되는 층들의 텍스처, 입자 크기 및 형태(morphology)를 최적화하는 것이다. 이러한 형태는 스핀 밸브 구조물의 큰 MR 효과 특성을 획득하는데 결정적인 역할을 할 수 있는데, 그것은 두 강자성층(43,47)간에 매우 얇은 비자성 금속 스페이서층(45)의 사용을 가능하게 하기 때문이다. 또한 하부층은 전류 분로 효과를 최소화하기 위해 고저항을 가져야 한다. 이 하부층(53)은 또한 제2도 및 제4도를 참조하여 앞서 설명된 역전된 구조물과 함께 이용될 수도 있다. 기판(41)이 충분히 높은 저항을 갖는 재료로 이루어지고, 충분히 평평한 표면을 갖고,적합한 결정학적 구조를 갖는다면, 이 하부층(53)은 생략될 수 있다.
이 하부층(53) 위로 제1연강자성 재료 박막층(43), 비자성 금속 재료 박막층(45) 및 제2강자성 재료 박막층(47)이 디포지트된다. 두 강자성층(43,47)은 자계가 인가되지 않을 때 서로에 대해 약 90°의 각도로 배향된 자화를 갖는다. 앞서 설명된 바와 같이, 제2강자성 재료층(47)의 자화 방향은 교환 결합에 의해 발생하는 바이어스 필드에 의해 제위치로 고정된다. 이 제2강자성층(47) 바로 위에는, 예를 들면, NiFe와 같은 연자성 재료 박막층(49)이 디포지트된 후, 연자성층(49) 바로 위에 계속해서 반강자성 재료층(51)이 디포지트된다. 제2강자성층(47)과 연자성 중간층(49)은 반강자성층(51)에 대한 교환 결합에 의해 자화 방향이 고정되는 이분자층을 형성한다.
두 강자성층(43,47)은 Co, Fe, Ni 및, 예를 들어, NiFe, NiCo 및 FeCo와 같은 그들의 합금과 같은 임의의 적절한 자성 재료로 제조될 수 있다. 바람직하기로는, 연자성층(49)과 접촉하는 제2강자성층(47)은 Fe또는 Fc 합금으로 제조된다. 두 강자성층(43,47)의 두께는 약 10Å 내지 150Å의 범위중에서 선택될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이. 비람직하기로는 교환 바이어스층(51)은 약 50Å 내지 약 150Å 범위내의 두께를 갖는 반강자성 FeMn층이고 약 10Å 내지 약 40Å 범위내의 두께를 갖는 NiFe 연자성층(49)과 접촉한다.
비자성 스페이서층(45)은 고 전도성을 갖는 금속인 것이 바람직하다. Au, Ag 및 Cu와 같은 귀금속 재료는 큰 MR 응답을 제공하고, Pt 및 Pd는 작은 MR 응답을 나타내며, Cr및 Ta는 매우 작은 MR 응답을 나타낸다. 앞서 설명된 이유로, 스페이서층(45)의 두께는 약 10Å 내지 약 40Å 범위내인 것이 바람직하다.
그리고 나서, 예를 들면, Ta 또는 Zr과 같은 고저항 재료로 된 덮개층(a capping layel)(55)이 MR 센서위에 디포지트된다. MR 센서와 전류원(59)과 감지 수단(61) 사이에 회로 경로를 형성하기 위해 전기적 도선(57)이 제공된다.
이상 본 발명이 그의 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 설명되었지만, 당분야에 숙련된 자라면 본 발명의 사상, 범주 및 교시로부터 벗어나지 않고 형태 및 세부사항에 있어 다양한 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서. 본 명세서에 개시된 발명은 단지 예일뿐 본 발명을 제한하지 않는 것으로 여겨져야한다.

Claims (19)

  1. 자기저항 센서(a magnetoresistive sensor)에 있어서,
    ① 비자성 금속 재료 스페이서층(a spacer layer of nonmagnetic metallic material)으로 분리된 제1 및 제2강자성 재료층 상기 제2강차성 재료층은 철로 이루어지고, 자계가 인가되지 않은 상태에서 상기 제1장자성 재료층의 자화 방향(magnetization direction)은 상기 제2강자성 재료층의 자화 방항에 실질적으로 수직-임과,
    ② 상기 제2강자성 재료층에 인접하여 접촉 배치되는 연자성 재료층(a layer of magnetically softmateljal)과,
    ③ 상기 연자성 재료층에 인접하여 접촉 배치되어, 상기 제2강자성 재료층으로부터 상기 연자성 재료층에 의해 분리되는 반강자성 재료층(a layer of antiferromagnetic material)-상기 연자성 재료층과 상기 제2강자성 재료층은 상기 반강자성 재료층과 직접 접촉하어 이분자층(a bi1ayer)을 형성하며, 상기 반강자성 재료층은 상기 이분자층내에 바이어스 필드를 제공하므로써 상기 이분자층내의 자화 방향을 고정함을 포함하는 자기지항 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연자성 재료층은 NiFe 합금으로 이루어지는 자기저항 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 반강자성 재료층은 FeMn 합금으로 이루어지는 자기저항 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반강자성 재료층은 FeMn 및 NiMn으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지는 자기저항 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연자성 재료층은 적어도 10Å의 두께를 갖는 자기저항 센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 연자성 재료층은 약 10Å 내지 약 40Å 법위내의 두께를 갖는 자기저항 센서.
  7. 제1항에 있어서. 상기 반강자성 재료층은 약 50Å 내지 약 150Å 범위내의 두께를 갖는 자기저항 센서.
  8. 제1항에 있어서. 상기 제1 및 제2강자성 재료층은 약 10Å 내지 약 150Å 범위내의 두께를 갖는 자기저항 센서.
  9. 제1항에 있어서. 상기 비자성 금속 재료 스페이서층은 상기 비자성 금속 재료 스페이서층내 전도 전자의 평균 자유 경로 길이보다 작은두께를 갖는 자기저항 센서.
  10. 제9항에 있어서, 상기 비자성 금속 재료 스페이서층은 약 10Å 내지 약 40Å 범위내의 두께를 갖는 자기저항 센서.
  11. 제1항에 있어서, 상기 비자성 금속 재료 스페이서층은 은, 금, 구리 및 이들의 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지는 자기저항 센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 비자성 금속 재료 스페이서층은 구리로 된 박막층을 포함하는 자기저항 센서.
  13. 자기저항 센서를 제조하는 방법에 있어서,
    ① 기판상에 층형 자기 구조물(a layeled magnetic structure)을 형성하는 단계- 상기 구조물은 비자성금속 재료 스페이서층으로 분리된 제1 및 제2강자성 재료층을 포함하되, 상기 제2강자성 재료층은 Fe-임와,
    ② 상기 제2강자성 재료층 바로 위에 연자성 재료층을 디포지트하는 단계와,
    ③ 상기 연자성 재료층 위에 직접 접촉하여 반강자성 재료층을 디포지트하는 단계와,
    ④ 사전결정된 시간동안 사전결정된 온도로 공기중에서 상기 층형 자기 구조물을 어닐링하는 단계와,
    ⑤ 상기 층형 자기 구조물을 자계(a magnetic field)내에서 냉각하는 단계를 포함하는 자기저항 센서 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 연자성 재료층은 NiFe을 포함하는 자기저항 센서 제조 방법.
  15. 자기 저장 시스템에 있어서,
    ① 데이터를 기록하기 위한 복수의 트랙을 갖는 자기 저장 매체와,
    ② 상기 자기 저장 매체와의 사이에서 상대적으로 이동하는 동안 상기 자기 저장 매체에 대해 근접 이격된 위치로 유지되는 자기 트랜스듀서-상기 자기 트랜스듀서는 자기저항 센서를 포함함-와,
    ③ 상기 자기 트랜스듀서를 상기 자기 저장 매체상의 선택된 트랙으로 이동시키기 위해 상기 자기 트랜스듀서에 결합된 액츄에이터 수단과,
    ④ 상기 자기저항 센서에 의해 인터셉트되는, 상기 자기 저장 매체내에 기록된 데이터 비트를 표시하는 자계에 응답하여 상기 자기저항 재료내의 저항 변화를 검출하기 위해 상기 자기저항 센서에 결합된 검출수단을 포함하되, 상기 자기저항 센서는
    ㉮ 비자성 금속 재료 스페이서층에 의해 분리된 제1 및 제2강자성 재료층 상기 제2강자성 재료층은 Fe로 이루어지고, 자계가 인가되지 않는 상태에서 상기 제1강자성 재료층의 자화 방향은 상기 제2강자성 재료층의 자화 방향에 실질적으로 수직임과,
    ㉯ 상기 제2강자성 재료층에 인접하어 접촉 배치되는 연자성 재료층과,
    ㉰ 상기 연자성 재료층에 인접하여 접촉 배치되어, 상기 제2강자성 재료층으로부터 상기 연자성 재료층에 의해 분리된 반강자성 재료층 상기 연자성 재료층과 상기 제2강자성 재료층은 상기 반강자성 재료층과 직집 접촉하여 이분자층을 형성하며, 상기 반강자성 재료층은 상기 이분자층내에 바이어스 필드를 제공하므로써 상기 이분자층내의 자화 방향을 고정함을 포함하는 자기 저장 시스템.
  16. 제15항에 있어서. 상기 연자성 재료는 NiFe 합금으로 이루어지는 자기 저장 시스템.
  17. 제15항에 있어서, 상기 반강자성 재료층은 FeMn 및 NiMn으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지는 자기 저장 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 상기 자기저항 센서는 상기 반강자성층 위에 디포지트되는 덮개층(a capping layer)과, 상기 자기저항 센서를 상기 검출 수단에 결합하기 위해 상기 덮개층 위에 디포지트되는 전기적 도선 수단을 더 포함하는 자기 저장 시스템.
  19. 제18항에 있어서. 상기 덮개층은 탄탈륨 및 지르코늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어지는 자기 저장 시스템.
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