KR100642696B1 - 자기 저항 효과 소자, 자기 헤드 및 자기 기록 장치 - Google Patents

자기 저항 효과 소자, 자기 헤드 및 자기 기록 장치 Download PDF

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Abstract

CPP 구조의 자기 저항 효과 소자에 관한 것으로, 고정 자화층의 자화 고정력을 높여 소자의 출력 및 출력 안정성을 향상시킬 수 있는 자기 저항 효과 소자를 제공한다. 결정질 재료로 이루어지는 전극층(12)과, 전극층(12) 위에 형성되고, 도전성의 비결정질 재료로 이루어지는 기초층(14)과, 기초층(14) 위에 형성되고, 결정질 재료로 이루어지는 반강자성층(18)과, 반강자성층(18) 위에 형성되고, 반강자성층(18)에 의해 자화 방향이 규제된 강자성층(20)과, 강자성층(20) 위에 형성된 비자성 중간층(22)과, 비자성 중간층(22) 위에 형성되고, 외부 자장에 의해 자화 방향이 변화하는 강자성층(24)과, 강자성층(24) 위에 형성된 전극층(28)을 갖는다.
자기 디스크, 자화 고정, 에피택셜 성장, 스핀 밸브막, 비저항

Description

자기 저항 효과 소자, 자기 헤드 및 자기 기록 장치{MAGNETORESISTIVE EFFECT ELEMENT, MAGNETIC HEAD, AND MAGNETIC RECORDING DEVICE}
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자의 구조를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 기록 장치의 구조를 도시하는 개략 평면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 기록 장치의 자기 헤드의 구조를 도시하는 정면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 세라믹 기판
12 : 하부 실드층
14 : 제1 기초층
16 : 제2 기초층
18 : 반강자성층
20 : 고정 자화층
20a : 강자성층
20b : 비자성층
20c : 강자성층
22 : 비자성 중간층
24 : 자유 자화층
24a : CoFe막
24b : NiFe막
26 : 캡층
28 : 상부 실드층
30 : 자기 기록 장치
32 : 케이싱 본체
34 : 자기 디스크
36 : 스핀들 모터
38 : 헤드 액튜에이터
40 : 지지축
42 : 액튜에이터 암
44 : 헤드 서스펜션 어셈블리
46 : 로드 빔
48 : 자기 헤드
50 : 동력원
52 : 자기 저항 효과 소자
54 : 유도형 기입 소자
56 : 하부 전극
58 : 스핀 밸브막
60 : 상부 전극
62 : 절연막
64 : 자구 제어층
66 : 상부 자극
68 : 비자성 갭층
70 : 하부 자극
[특허 문헌 1] 일본특허공개 2001-325704호 공보
[특허 문헌 2] 일본특허공개 평7-287819호 공보
[특허 문헌 3] 일본특허공개 2000-216020호 공보
[특허 문헌 4] 일본특허공개 2003-317213호 공보
[비특허 문헌 1] Atsushi Tanaka et al., "Spin-Valve Heads in the Current-Perpendicular-to-Plane Mode for Ultrahigh-Density Recording", IEEE Trans. Magn., Vol.38, pp.84-88, January 2002
본 발명은 자기 저항 효과 소자 및 자기 헤드에 관한 것으로, 특히, 소위 스 핀 밸브막을 이용하여, 센스 전류를 막 두께 방향으로 흘리는 CPP(Current Perpendicular to Plane) 구조를 갖는 자기 저항 효과 소자 및 이를 이용한 자기 헤드 및 자기 기록 장치에 관한 것이다.
스핀 밸브막을 이용한 자기 저항 효과 소자는 2층의 자성층을 갖고, 그 중 한쪽 자성층에 대해서는 반강자성층과의 사이의 일방향 이방성 자계 등에 의해 자화 방향을 고정하고, 다른 쪽 자성층에 대해서는 외부 자계에 대하여 용이하게 자화 방향이 변화하도록 구성한 것이다. 그리고, 이들 자성층 사이의 자화 방향의 상대 각도에 의해 소자 저항이 변화하는 성질을 이용하여, 소자 저항의 변화에 기초하여 해당 외부 자계의 방향을 검출한다.
스핀 밸브막을 이용한 종래의 자기 저항 효과 소자로서는, 스핀 밸브막의 막 면 내 방향으로 센스 전류를 흘려 막 면 내 방향의 저항 변화를 검출하는, CIP(Current In-Plane) 구조의 자기 저항 효과 소자가 알려져 있다.
한편, 보다 고밀도·고감도의 자기 저항 효과 소자로서, 스핀 밸브막의 막 두께 방향으로 센스 전류를 흘려 막 두께 방향의 저항 변화를 검출하는, CPP(Current Perpendicular to Plane) 구조의 자기 저항 효과 소자가 주목받고 있다. CPP 구조의 자기 저항 효과 소자는, 치수가 작게 됨에 따라 소자 출력이 증대하는 특징을 갖고 있어, 고밀도 자기 기록 장치에서의 고감도의 재생 헤드로서 유망하다.
자기 저항 효과 소자를 자기 헤드로서 안정적으로 동작시키기 위해서는, 고정 자화층의 자화 고정을 충분히 행할 필요가 있다. 이 자화 고정력(일방향 이방성 자계)을 높이는 수단으로서, 자화 고정층을 2층으로 분리하여 루테늄(Ru) 등의 비자성층을 통하여 반강자성 결합시키는 구조, 소위 적층 페리 구조를 이용하는 것이나, 자화 고정을 행하는 반강자성층에 규칙계의 재료(PtMn 등)를 이용하는 것을 들 수 있다. 후자에서는 또한 그 기초층으로서 적당한 재료를 이용함으로써, 일방향 이방성 자계를 증가시킬 수 있음이 확인되었다. 그 대표적인 기초 재료로서는, NiCr을 들 수 있다. NiCr은, 일반적으로 입경이 크고, 그 위에 형성된 반강자성 재료의 입경을 크게 할 수 있다. 이 입경의 증대에 의해, 반강자성층 내의 자화가 안정되어, 일방향 이방성 자계를 증가할 수 있다.
CIP 구조의 자기 저항 효과 소자에서는, 스핀 밸브막의 막 면 방향으로 센스 전류를 흘리기 때문에, 하부 실드와 스핀 밸브막 사이를 절연할 필요가 있어, 하부실드와 스핀 밸브막 사이에는 Al2O3막 등의 비결정 절연 재료로 이루어지는 절연막이 형성되어 있다. 이 경우, 이 비결정 절연막 위에 형성되는 NiCr 등의 반강자성 재료용 기초층은 1㎛ 정도로 매우 큰 입경까지 입성장이 가능하다.
이에 대하여, CPP 구조의 자기 저항 효과 소자에서는, 스핀 밸브막의 막 두께 방향으로 센스 전류를 흘릴 필요가 있기 때문에, 하부 실드와 스핀 밸브막 사이에는 절연막을 형성할 수는 없어, 하부 실드층 위에 스핀 밸브막을 형성할 필요가 있다. 그러나, 실드 재료로서 일반적인 재료인 NiFe는 결정질 재료이고, 게다가 그 입경은 수십 ㎚로 매우 작다. 이 때문에, 하부 실드층 위에 에피택셜 성장된 반강자성 재료용 기초층의 입경은, 하부 실드층의 결정 입경을 반영하여 작아지게 된다. 그 결과, 반강자성층의 입경도 크게 할 수 없고, 반강자성층 위에 적층된 강자성층과의 사이의 교환 결합력이 저하되어, 헤드 소자로서의 출력이나 출력 안정이 저하된다.
본 발명의 목적은, 고정 자화층의 자화 고정력을 높여 소자의 출력 및 출력 안정성을 향상시킬 수 있는 CPP 구조의 자기 저항 효과 소자 및 이를 이용한 자기 헤드 및 자기 기록 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 결정질 재료로 이루어지는 하부 전극층과, 상기 하부 전극층 위에 형성되고, 도전성의 비결정질 재료로 이루어지는 제1 기초층과, 상기 제1 기초층 위에 형성되고, 결정질 재료로 이루어지는 반강자성층과, 상기 반강자성층 위에 형성되고, 상기 반강자성층에 의해 자화 방향이 규제된 고정 자화층과, 상기 고정 자화층 위에 형성된 비자성 중간층과, 상기 비자성 중간층 위에 형성되고, 외부 자장에 의해 자화 방향이 변화하는 자유 자화층과, 상기 자유 자화층 위에 형성된 상부 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자가 제공된다.
또한, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기의 자기 저항 효과 소자를 구비하고, 외부 자장에 의한 상기 하부 전극층과 상기 상부 전극층 사이의 저항치의 변화에 기초하여, 상기 외부 자장의 방향을 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 헤드가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 자기 기록 매체와, 상기 자기 기록 매체에 기록 자계를 인가하여 소정의 자기 정보를 기록하는 기입 소자와, 상기 자기 기록 매체에 기록된 상기 자기 정보를 저항치의 변화에 기초하여 검출하는 상기의 자기 저항 효과 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 장치가 제공된다.
[제1 실시예]
본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자 및 그 제조 방법에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자의 구조를 도시하는 개략 단면도이다.
먼저, 본 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자의 구조에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다.
세라믹 기판(10) 위에는, NiFe 등의 연자성 재료로 이루어지는 하부 실드층(12)이 형성되어 있다. 하부 실드층(12)은 하부 전극을 겸하는 것이다. 하부 실드층(12) 위에는, CoFeB, TiSi, CoZrNb 등의 도전성 비결정질 재료로 이루어지는 제1 기초층(14)이 형성되어 있다. 제1 기초층(14) 위에는, NiCr 등으로 이루어지는 반강자성층용의 제2 기초층(16)이 형성되어 있다. 제2 기초층(16) 위에는, PtMn 등의 반강자성 재료로 이루어지는 반강자성층(18)이 형성되어 있다. 반강자성층(18) 위에는, 강자성 재료로 이루어지는 고정 자화층(20)이 형성되어 있다. 고정 자화층(20)은, 예를 들면 도 1에 도시하는 바와 같이, CoFe 등의 강자성 재료로 이루어지는 강자성층(20a)과, Ru 등의 비자성 재료로 이루어지는 비자성층(20b) 과, CoFe 등의 강자성 재료로 이루어지는 강자성층(20c)으로 구성된 적층 페리 구조를 갖고 있다. 고정 자화층(20) 위에는, Cu 등의 비자성 재료로 이루어지는 비자성 중간층(22)이 형성되어 있다. 비자성 중간층(22) 위에는, 연자성 재료, 예를 들면 CoFe막(24a)와 NiFe막(24b)의 적층막으로 이루어지는 자유 자화층(24)이 형성되어 있다. 자유 자화층(24) 위에는, Ta 등의 비자성 재료로 이루어지는 캡층(26)이 형성되어 있다. 캡층(26) 위에는, NiFe 등의 연자성 재료로 이루어지는 상부 실드층(28)이 형성되어 있다. 상부 실드층(28)은 상부 전극을 겸하는 것이다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자에서는, 하부 실드층(12)과 반강자성층(18) 사이에, CoFeB, TiSi, CoZrNb 등의 도전성 비결정질 재료로 이루어지는 제1 기초층(14)과, NiCr 등으로 이루어지는 반강자성층용의 제2 기초층(16)이 형성되어 있다.
제1 기초층(14)은, 하부 실드층(12)의 결정 구조에 좌우되지 않고 제2 기초층(16)의 결정립 성장을 촉진하기 위한 것이다. 이러한 목적 하에, 제1 기초층(14)은 비결정질 재료로 구성된다. 또한, CPP 구조의 자기 저항 고체화 소자에서는, 스핀 밸브막의 막 두께 방향으로 센스 전류를 흘릴 필요가 있기 때문에, 제1 기초층(14)은 도전성 재료로 구성된다.
또한, 제1 기초층(14)을 구성하는 재료는, 소자 저항의 증가를 억제하는 관점으로부터, 보다 저저항인 것이 바람직하다. 상술한 CoFeB는 비저항이 약 40∼60μΩ㎝, TiSi는 비저항이 약 100μΩ㎝, CoZrNb는 비저항이 약 150μΩ㎝이고, 반강자성층(18)을 구성하는 일반적인 재료인 PtMn의 비저항 약 200μΩ㎝보다 작기 때문에, 이들 재료를 이용하는 것에 의한 소자 저항의 증가는 충분히 작게 억제할 수 있다.
또한, 소자 저항을 저감하기 위해서는, 제1 기초층(14)은 박막화하는 것이 바람직하다. 또한, 제1 기초층(14)을 박막화하는 것은 상하 실드층 사이의 거리를 좁히는 것으로도 연결된다. 상하 실드층 사이의 거리는 자기 헤드의 분해능에 영향을 미치는 것으로서, 이 거리를 좁힐수록, 자기 기록 장치의 기록 밀도를 향상시킬 수 있다.
이러한 관점으로부터, 제1 기초층(14)의 막 두께는 10㎚ 이하가 적당하다고 생각할 수 있으며, 바람직하게는 5㎚ 이하로 한다. 또한, 막 두께의 하한은, 하부 실드층(12)의 결정 구조에 좌우되지 않고 제2 기초층(16)의 결정립 성장을 촉진한다는 목적을 달성할 수 있는 최소한의 막 두께로서 규정되고, 1㎚ 이상으로 한다.
제1 기초층(14)을 CoFeB나 CoZrNb 등의 연자성 재료로 구성하는 경우, 제1 기초층(14)은 하부 실드층(12)의 일부로 간주할 수 있다. 따라서, 이 경우에는 상하 실드층 사이의 거리(실드 간 갭)의 저감을 도모하는 것이 가능하고, 자기 디스크 장치에서의 기록 밀도의 향상을 한층 더 도모하는 것도 가능하다.
제2 기초층(16)은, 예를 들면 Ni(Fe)Cr 등으로 구성된다. 제2 기초층(16)은, 이 표면에 형성되는 반강자성층(18)의 결정 성장을 촉진하여 규칙 합금화하기 쉽게 하기 위한 것이다.
제2 기초층(16)의 기초에 제1 기초층(14)을 형성함으로써, 하부 실드층(10)의 결정 구조에 좌우되지 않고, 제2 기초층(16)의 결정립 성장을 촉진할 수 있어, 제2 기초층(16)을 예를 들면 약 1㎛ 정도로 매우 큰 입경으로까지 성장시킬 수 있다.
따라서, 이 제2 기초층(16) 위에 에피택셜 성장하는 반강자성층(18)의 결정 입경 성장도 촉진된다. 이에 의해, 반강자성층(18) 위에 적층된 고정 자화층(20)과의 사이의 교환 결합력이 증가되어, 헤드 소자로서의 출력이나 출력 안정성을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자와 같이 고정 자화층(20)을 적층 페리 구조로 하면, 반강자성층(18)과 고정 자화층(20) 사이의 교환 결합력을 보다 높일 수 있어, 헤드 소자로서의 출력이나 출력 안정성을 더욱 증가시킬 수 있다.
다음으로, 본 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자의 제조 방법에 대하여 도 1을 이용하여 설명한다.
먼저, 세라믹 기판(10) 위에, 예를 들면 전기 도금법에 의해, 예를 들면 막 두께 수 ㎛의 NiFe를 형성하고, NiFe로 이루어지는 하부 실드층(12)을 형성한다. 하부 실드층(12)은, 패터닝 프로세스를 이용하여 원하는 형상으로 형성된다.
계속해서, 하부 실드층(12) 위에, 예를 들면 스퍼터법에 의해, 예를 들면 막 두께 10㎚ 이하의 CoFeB, TiSi, CoZrNb를 형성하고, 이들 도전성 비결정질 재료로 이루어지는 제1 기초층(14)을 형성한다.
계속해서, 제1 기초층(14) 위에, 예를 들면 스퍼터법에 의해, 예를 들면 막 두께 5㎚의 NiCr로 이루어지는 제2 기초층(16)을 형성한다. 이 때, 제2 기초층 (16)의 하층에는 비결정질 재료로 이루어지는 제1 기초층(14)이 형성되어 있기 때문에, 하부 실드층(12)의 결정 구조가 반영되지 않아, 큰 입경을 갖는 제2 기초층(16)을 성장시킬 수 있다.
계속해서, 제2 기초층(16) 위에, 예를 들면 막 두께 10㎚의 PtMn으로 이루어지는 반강자성층(18)과, 예를 들면 막 두께 3㎚의 CoFe로 이루어지는 강자성층(20a)과, 예를 들면 0.8㎚의 Ru으로 이루어지는 비자성층(20b)과, 예를 들면 막 두께 3㎚의 CoFe로 이루어지는 강자성층(20c)과, 예를 들면 막 두께 3㎚의 Cu로 이루어지는 비자성 중간층(22)과, 예를 들면 막 두께 1㎚의 CoFe막(24a) 및 예를 들면 막 두께 3㎚의 NiFe막(24b)으로 이루어지는 자유 자화층(24)과, 예를 들면 막 두께 3㎚의 Ta로 이루어지는 캡층(26)을 순차적으로 형성한다. 이 후, 이들 막의 형상 형성이나, 절연막, 자구 제어막의 형성이 행해진다.
계속해서, 캡층(26) 위에, 예를 들면 전기 도금법에 의해, 예를 들면 막 두께 수 ㎛의 NiFe를 형성하고, NiFe로 이루어지는 상부 실드층(28)을 형성한다.
이렇게 하여, 도 1에 도시하는 본 실시예의 자기 저항 효과 소자를 제조한다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, CPP 구조의 자기 저항 효과 소자에서, 반강자성층의 결정 성장을 촉진하여 규칙 합금화하기 위한 기초층과 하부 실드층 사이에 도전성의 비결정질 재료로 이루어지는 기초층을 형성하기 때문에, 하부 실드층의 결정 구조의 영향을 받지 않아, 반강자성층용 기초층의 결정립 성장을 촉진시킬 수 있다. 이에 의해, 반강자성층용 기초층 위에 형성하는 반강자성층의 결정 입경 이 크게 되어 고정 자화층에 대한 자화 고정력을 증대할 수 있어, 자기 저항 효과 소자의 출력 및 출력 안정성을 향상시킬 수 있다.
[제2 실시예]
본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 기록 장치에 대하여 도 2 및 도 3을 이용하여 설명한다. 또한, 도 1에 도시하는 제1 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자와 마찬가지의 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략하거나 혹은 간결히 한다.
도 2는 본 실시예에 따른 자기 기록 장치의 구조를 도시하는 개략 평면도이고, 도 3은 본 실시예에 따른 자기 기록 장치의 자기 헤드의 구조를 도시하는 정면도이다.
먼저, 본 실시예에 따른 자기 기록 장치의 구조에 대하여 도 2를 이용하여 설명한다.
본 실시예에 따른 자기 기록 장치(30)는, 예를 들면 평평한 직방체의 내부 공간을 구획하는 상자형의 케이싱 본체(32)를 구비하고 있다. 수용 공간에는, 기록 매체로서의 1매 이상의 자기 디스크(34)가 수용되어 있다. 자기 디스크(34)는 스핀들 모터(36)의 회전축에 장착되어 있다. 스핀들 모터(36)는, 예를 들면 7200rpm이나 10000rpm 등의 고속도로 자기 디스크(34)를 회전시킬 수 있다. 케이싱 본체(32)에는, 케이싱 본체(32)와의 사이에서 수용 공간을 밀폐하는 덮개 즉, 커버(도시되지 않음)가 결합된다.
수용 공간에는, 헤드 액튜에이터(38)가 또한 수용되어 있다. 이 헤드 액튜 에이터(38)는, 수직 방향으로 연장되는 지지축(40)에 회전 가능하게 연결되어 있다. 헤드 액튜에이터(38)는, 지지축(40)으로부터 수평 방향으로 연장되는 복수의 액튜에이터 암(42)과, 각 액튜에이터 암(42)의 선단에 부착되어 액튜에이터 암(42)으로부터 전방으로 연장되는 헤드 서스펜션 어셈블리(44)를 구비하고 있다. 액튜에이터 암(42)은 자기 디스크(34)의 표면 및 이면마다 설치되어 있다.
헤드 서스펜션 어셈블리(44)는 로드 빔(46)을 구비하고 있다. 로드 빔(46)은, 소위 탄성 굴곡역에서 액튜에이터 암(42)의 전단에 연결되어 있다. 탄성 굴곡역의 작용으로, 로드 빔(46)의 전단에는, 자기 디스크(34)의 표면을 향해 소정의 압박력이 작용한다. 로드 빔(46)의 전단에는, 자기 헤드(48)가 지지되어 있다. 자기 헤드(48)는, 로드 빔(46)에 고정되는 짐벌(도시되지 않음)에 자세 변화가 자유롭게 수용되어 있다.
자기 디스크(34)의 회전에 기초하여 자기 디스크(34)의 표면에서 기류가 생성되면, 기류의 작용으로 자기 헤드(48)에는 정압 즉, 부력 및 부압이 작용한다. 부력 및 부압과 로드 빔(46)의 압박력이 균형을 취함으로써, 자기 디스크(34)의 회전 중에 비교적으로 높은 강성으로 자기 헤드(48)는 계속해서 부상할 수 있다.
액튜에이터 암(42)에는, 예를 들면 보이스 코일 모터(VCM) 등의 동력원(50)이 접속되어 있다. 이 동력원(50)의 작용으로 액튜에이터 암(42)은 지지축(40) 주위에서 회전할 수 있다. 이러한 액튜에이터 암(42)의 회전에 기초하여 헤드 서스펜션 어셈블리(44)의 이동은 실현된다. 자기 헤드(48)의 부상 중에 지지축(40) 주위에서 액튜에이터 암(42)이 요동하면, 자기 헤드(48)는 직경 방향으로 자기 디스 크(34)의 표면을 가로지를 수 있다. 이러한 이동에 기초하여, 자기 헤드(48)를 자기 디스크(34) 상의 원하는 기록 트랙에 위치 결정할 수 있다.
다음으로, 본 실시예에 따른 자기 기록 장치의 자기 헤드(48)에 대하여 도 3을 이용하여 상술한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 유도형 기입 소자(54) 및 자기 저항 효과 소자(52)로 이루어지는 자기 헤드(48)는, 일반적으로, 헤드 슬라이더의 기체로 되는 Al2O3-TiC(알틱)으로 이루어지는 평탄한 세라믹 기판(10) 위에, 자기 저항 효과 소자(52), 유도 기입 소자(54)의 순서로 적층되어 형성되고, 알루미나 등의 절연체에 의해 피복되어 있다.
자기 저항 효과 소자(52)는, 예를 들면 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자로서, 세라믹 기판(10) 위에 형성된 하부 전극(56)과, 하부 전극(56) 위에 형성된 스핀 밸브막(58)과, 스핀 밸브막(58) 위에 형성된 상부 전극(60)과, 스핀 밸브막(58)의 양측에 절연막(62)을 개재하여 형성된 자구 제어층(64)을 갖고 있다.
하부 전극(56) 및 상부 전극(60)은, 센스 전류의 경로로서의 기능 이외에, 자기 실드로서의 기능을 겸하는 것으로서, 도 1에 도시하는 제1 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자에서의 하부 실드층(12) 및 상부 실드층(28)이 각각 해당한다. 스핀 밸브막(58)은, 도 1에 도시하는 제1 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자에서의 제1 기초층(14)으로부터 캡층(26)에 걸친 적층막이 해당한다. 제1 기초층(14) 은, 하부 전극(56)의 최상층막으로서 형성하여도 되고, 스핀 밸브막(58)의 최하층막으로서 형성하여도 된다. 자구 제어층(64)은, 고정 자화층(20) 및 자유 자화층(24)의 단자구화를 도모하고, 벌크 하우젠 노이즈의 발생을 방지하기 위한 것이다.
유도형 기입 소자(54)는, 자기 디스크(34) 대향면에 트랙 폭에 상당하는 폭을 갖는 상부 자극(66)과, 비자성 갭층(68)을 사이에 두고 대향하는 하부 자극(70)과, 상부 자극(66)과 하부 자극(70)을 접속하는 요크(도시 생략)와, 요크를 감는 코일(도시 생략) 등으로 구성된다. 상부 자극(66), 하부 자극(68) 및 요크는 연자성 재료로 구성되고, 기록 자계를 확보하기 위해 포화 자속 밀도가 큰 재료, 예를 들면, Ni80Fe20, CoZrNb, FeN, FeSiN, FeCo 합금 등이 적합하다.
이 자기 헤드(48)를 이용한 자기 디스크(34)에의 기입은 유도형 기입 소자(54)에 의해 행한다. 즉, 상부 자극(66)과 하부 자극(70) 사이로부터 누설되는 자장에 의해, 유도형 기입 소자(54)에 대향하는 자기 디스크(34)에 정보가 기록된다.
또한, 자기 디스크(34)에 기입된 정보의 재생은 자기 저항 효과 소자(52)에 의해 행한다. 즉, 자기 디스크(34)에 기록된 정보에 기초하여 누설되는 자장을, 스핀 밸브막(58)의 저항 변화로서 검지함으로써, 자기 디스크(34)에 기록된 정보를 판독할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 자기 기록 장치의 자기 헤드에 제1 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자를 적용하기 때문에, 자기 헤드로부터의 출력 및 출력 안정성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 자기 기록 장치의 기록 밀도 및 수율 향 상을 도모할 수 있다.
[변형 실시예]
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 여러 가지의 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기 제1 실시예에서는, 고정 자화층(20)을, 강자성층(20c)/비자성층(20b)/강자성층(20a)의 적층 구조에 의해 형성하여 자화 고정력을 높이는 구성으로 하였지만, 1층의 강자성층에 의해 고정 자화층(20)을 형성하도록 하여도 된다.
또한, 상기 제1 실시예에서는, 하부 실드층(12) 위에 바로 제1 기초층(14)을 형성하였지만, 제1 기초층(14)은 반드시 하부 실드층(12) 위에 바로 형성할 필요는 없다. 하부 실드층(12)과 제1 기초층(14) 사이에, 1층 또는 2층 이상의 층을 더 형성하도록 하여도 된다.
또한, 상기 제1 실시예에서는, 제1 기초층(14) 위에 바로 제2 기초층(16)을 형성하였지만, 제2 기초층(16)은 반드시 제1 기초층(14) 위에 바로 형성할 필요는 없다. 제2 기초층(16)의 결정립 성장을 저해하지 않는 층이면, 제1 기초층(14)과 제2 기초층(16) 사이에, 1층 또는 2층 이상의 층을 더 형성하도록 하여도 된다.
또한, 상기 제1 실시예에서는, 제1 기초층(14)과 반강자성층(18) 사이에 제2 기초층(16)을 형성하였지만, 제2 기초층(16)은 반드시 필요하지는 않다. 비정질 재료로 이루어지는 제1 기초층(14)을 형성함으로써, 하부 실드층(12)의 결정 구조가 상층에 반영되지는 않는다. 따라서, 제1 기초층(14) 위에 원하는 크기의 입경을 갖는 반강자성층을 바로 형성할 수 있도록 하는 경우에는 제2 기초층(16)을 형 성할 필요는 없다.
또한, 상기 제1 실시예에 따른 자기 저항 효과 소자의 각 층의 구성 재료는 상기 실시예에 기재된 것에 한정되지 않고, 적절하게 변경할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 본 발명의 자기 저항 효과 소자를 자기 기록 장치의 자기 헤드에 적용하는 경우에 대해 나타냈지만, 본 발명의 자기 저항 효과 소자는 다른 장치에 적용할 수도 있다. 예를 들면, 자기 저항 효과 소자를 메모리 셀로 하는 자기 저항 메모리(MRAM : Magnetoresistive Random Access Memory)에서, 스핀 밸브막의 하층에 제1 실시예의 제1 기초층(14)과 마찬가지의 기초층을 형성하면, 기초 재료의 결정 구조에 상관없이 고정 자화층에 대한 자화 고정력을 증대할 수 있어, 메모리 셀로부터의 출력 및 출력 안정성을 향상시킬 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 특징을 정리하면 이하와 같다.
(부기 1)
결정질 재료로 이루어지는 하부 전극층과,
상기 하부 전극층 위에 형성되고, 도전성의 비결정질 재료로 이루어지는 제1 기초층과,
상기 제1 기초층 위에 형성되고, 결정질 재료로 이루어지는 반강자성층과,
상기 반강자성층 위에 형성되고, 상기 반강자성층에 의해 자화 방향이 규제된 고정 자화층과,
상기 고정 자화층 위에 형성된 비자성 중간층과,
상기 비자성 중간층 위에 형성되고, 외부 자장에 의해 자화 방향이 변화하는 자유 자화층과,
상기 자유 자화층 위에 형성된 상부 전극층
을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
(부기 2)
부기 1에 기재된 자기 저항 효과 소자에 있어서,
상기 제1 기초층을 구성하는 상기 비결정질 재료의 비저항은 200μΩ㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
(부기 3)
부기 1 또는 2에 기재된 자기 저항 효과 소자에 있어서,
상기 제1 기초층의 막 두께는 1O㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
(부기 4)
부기 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 자기 저항 효과 소자에 있어서,
상기 제1 기초층의 막 두께는 5㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
(부기 5)
부기 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 자기 저항 효과 소자에 있어서,
상기 제1 기초층을 구성하는 상기 비결정질 재료는 연자성 재료인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
(부기 6)
부기 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 자기 저항 효과 소자에 있어서,
상기 제1 기초층을 구성하는 상기 비결정질 재료는 TiSi인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
(부기 7)
부기 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 자기 저항 효과 소자에 있어서,
상기 제1 기초층을 구성하는 상기 비결정질 재료는 CoFeB 또는 CoZrNb인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
(부기 8)
부기 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 자기 저항 효과 소자에 있어서,
상기 고정 자화층은 적층 페리 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
(부기 9)
부기 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 자기 저항 효과 소자에 있어서,
상기 제1 기초층과 상기 반강자성층 사이에, 상기 하부 전극층을 구성하는 상기 결정질 재료의 결정 입경보다 큰 결정 입경을 갖는 결정질 재료로 이루어지는 제2 기초층
을 더 포함하고,
상기 반강자성층은, 상기 제2 기초층의 결정 구조를 반영한 결정 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
(부기 10)
부기 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 자기 저항 효과 소자에 있어서,
상기 하부 전극층 및 상기 상부 전극층은 연자성 재료로 이루어지고, 자기 실드로서도 기능하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
(부기 11)
부기 1 내지 10 중 어느 한 항의 자기 저항 효과 소자를 구비하고, 외부 자장에 의한 상기 하부 전극층과 상기 상부 전극층 사이의 저항치의 변화에 기초하여, 상기 외부 자장의 방향을 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
(부기 12)
자기 기록 매체와,
상기 자기 기록 매체에 기록 자계를 인가하여 소정의 자기 정보를 기록하는 기입 소자와,
상기 자기 기록 매체에 기록된 상기 자기 정보를 저항치의 변화에 기초하여 검출하는 부기 1 내지 10 중 어느 한 항의 자기 저항 효과 소자
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 장치.
본 발명에 따르면, CPP 구조의 자기 저항 효과 소자에서, 반강자성층과 하부 실드층 사이에 도전성의 비결정질 재료로 이루어지는 기초층을 형성하기 때문에, 하부 실드층의 결정 구조의 영향을 받지 않고, 반강자성층의 결정립 성장을 촉진할 수 있다. 이에 의해, 반강자성층 위에 형성하는 고정 자화층에 대한 자화 고정력을 증대할 수 있어, 자기 저항 효과 소자의 출력 및 출력 안정성을 향상시킬 수 있 다. 또한, 이와 같은 자기 저항 효과 소자를 이용하여 자기 헤드나 자기 기록 장치를 구성하면, 이들 소자의 기록 밀도 및 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 결정질 재료로 이루어지는 하부 전극층과,
    상기 하부 전극층 위에 형성되고, 도전성의 비결정질 재료로 이루어지는 제1 기초층과,
    상기 제1 기초층 위에 형성되고, 결정질 재료로 이루어지는 반강자성층과,
    상기 반강자성층 위에 형성되고, 상기 반강자성층에 의해 자화 방향이 규제된 고정 자화층과,
    상기 고정 자화층 위에 형성된 비자성 중간층과,
    상기 비자성 중간층 위에 형성되고, 외부 자장에 의해 자화 방향이 변화하는 자유 자화층과,
    상기 자유 자화층 위에 형성된 상부 전극층
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기초층을 구성하는 상기 비결정질 재료의 비저항은 200μΩ㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 기초층의 막 두께는 1O㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효 과 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 기초층을 구성하는 상기 비결정질 재료는 연자성 재료인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 기초층을 구성하는 상기 비결정질 재료는 TiSi인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 기초층을 구성하는 상기 비결정질 재료는 CoFeB 또는 CoZrNb인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고정 자화층은 적층 페리 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 기초층과 상기 반강자성층 사이에, 상기 하부 전극층을 구성하는 상기 결정질 재료의 결정 입경보다 큰 결정 입경을 갖는 결정질 재료로 이루어지는 제2 기초층
    을 더 포함하고,
    상기 반강자성층은, 상기 제2 기초층의 결정 구조를 반영한 결정 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  9. 제1항 또는 제2항의 자기 저항 효과 소자를 구비하고, 외부 자장에 의한 상기 하부 전극층과 상기 상부 전극층 사이의 저항치의 변화에 기초하여, 상기 외부 자장의 방향을 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 헤드.
  10. 자기 기록 매체와,
    상기 자기 기록 매체에 기록 자계를 인가하여 소정의 자기 정보를 기록하는 기입 소자와,
    상기 자기 기록 매체에 기록된 상기 자기 정보를 저항치의 변화에 기초하여 검출하는 제1항 또는 제2항의 자기 저항 효과 소자
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 기록 장치.
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