KR970017217A - 이중 스핀 밸브 센서를 이용한 이중 저기저항 센서 - Google Patents

이중 스핀 밸브 센서를 이용한 이중 저기저항 센서 Download PDF

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사다히로 다까하시
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데쯔오 안도오
도오루 사와다
쟝-끌로드 레위르
싱 하다얄 길
에이. 비루스 거니
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가다오까 마사다까
아루푸스 덴키 가부시키가이샤
쥬느비에프 뷔 땅
톰슨-시에스에프
제프리 엘. 포맨
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Abstract

자기저항(MagnetoResistive)센서는 두개의 서로 다른 스핀 밸브 구조들을 포함한다. 각 스핀 밸브들은 비자성 물질(nonmagnetic material)인 박막층에 의해 분리된 강자성 물질(ferromagentic material)인 제1자유층 및 제2구속층을 포함한다. 각 스핀 밸브에서 강자성 물질로 된 구속층들의 자화방향은 고정되어 있고, 구속층들의 자화는 서로 반평행(antiparallel)으로 배치된다. MR 센서를 통해 흐르는 전류가 발생되고, MR 센서 양단에 걸리는 전압 변화는, 검출된 자기장의 함수로 검출될 수 있는데, 즉, 강자성 물질로 된 자유층(free layers)내의 자화가 회전함에 인해 발생되는 MR 센서의 저항 변화에 의해 검출된다.

Description

이중 스핀 밸브 센서를 이용한 이중 자기저항 센서
본 내용은 요부공개 건이므로 전문내용을 수록하지 않았음
제1도는 본 발명을 구현한 자기 디스크 저장 시스템의 개략 블록도,
제2도는 본 발명의 원리를 따르는 이중 자기저항 센서를 전체적으로 보여주는 분해도.

Claims (40)

  1. 데이터를 기록하기 위한 다수의 트랙을 갖는 자기저항매체와; 자기저항 판독센서를 포함하는 자기 변환기와; 상기 자기 변환기를 상기 자기저장 매채상의 선택된 트랙들로 이동하기 위해 상기 변환기에 결합된 액튜에이터 수단과; 상기 자기저항 센서에 의해 구별되고 상기 자기저장 수단 내에 기록된 데이타 비트들을 나타내는 자기장에 대응하여 상기 자기저항 물질내 저항 변화를 검출하기 위해 상기 자기저항 판독 센서에 연결된 검출수단을 포함하며, 상기 자기 변환기는 상기 자기 변환기와 상기 자기저장 매체 사이에 상대 이동중에 상기 자기저장 매체에 대하여 근접하여 이격된 위치에 유지되며, 상기 자기저항 판독센서는 (1) 스페이서층에 의해 분리되고, 비자성 물질층에 의해 분리된 제1 및 제2강자성 물질층들을 제각각 포함하는 제1 및 제2층구조와; (2) 상기 각 층구조들내 상기 제2강자성 물질층의 자화방향을 고정하기 위한 수단과; (3) 상기 자기저항 센서를 통과하는 전류 흐름을 생성하기 위한 수단을 포함되고, 상기 제1층구조내 상기 제2강자성 물질층의 자화방향은 상기 제2층구조내 상기 제2강자성 물질층의 자화방향에 반평행(antiparallel)인 방향으로 고정되고, 상기 자기저항 센서는 외부 자기장에 응하여 상기 각 층구조들내 상기 제1강자성 물질층에서 자화의 회전으로 고유저항을 변화시키는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 기록 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2층구조 각각에서의 상기 제2강자성 물질층들의 자화방향을 고정하기 위한 상기 수단은 상기 제2강자성 물질층들에 접촉되는 반강자성 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기디스크 기록 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1층구조의 상기 제2강자성 물질층내 자화방향을 고정하기 위한 상기 수단은 상기 스페이서층을 포함하며, 상기 스페이서층은 높은 전기저항을 갖는 반강자성 물질로 만들어지고, 상기 제1층구조의 상기 제2강자성 물질층에 접촉되는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 기록 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스페이서층은 산화 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 기록 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1층구조내 상기 제2강자성 물질층에 접촉되는 상기 반강자성 물질층은 제1반강자성 물질을 포함하고, 상기 제2층구조내 상기 제2강자성 물질층에 접촉되는 상기 반강자성 물질층은 제2반강자성 물질을 포함하며, 상기 제1 및 제2반강자성 물질들은 서로 다른 넬 온도(Neel temperature)를 갖는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 기록 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1반강자성 물질층은 망간-철(iron manganese)을 포함하며, 상기 제2반강자성 물질층은 산화 니켈(nickel-oxide)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 기록 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 스페이서층은 전기적 절연 물질층읠 포함하며, 상기 제1 및 제2층구조들의 각각은 상기 제1 및 제2층구조들의 각각을 전류 흐름을 생성하기 위한 수단에 연결하기 위해 상기 층구조의 반대쪽 단부들에 형성된 도전성 리드들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 기록 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 전류 흐름을 생성하기 위한 상기 수단은 상기 제1 및 제2층구조들에 연결된 제1 및 제2정전류원(constant current sources)을 각각 포함하고, 상기 제1 및 제2층구조들의 각각은 차동 증폭기 회로의 서로 다른 입력단자들에 연결되는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 기록 시스템.
  9. 제2항에 있어서, 상기 제1층구조의 상기 제2강자성 물질층은 반강자성 결합층에 의해 분리된 제1 및 제2부강자성 물질층들을 포함하고, 상기 제1 및 제2부강자성 물질층들 중의 하나는 상기 반강자성 물질층에 접촉되고, 다른 하나는 상기 비자성 물질층에 접촉되는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 기록 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제2강자성 물질층의 상기 제1 및 제2부강자성 물질층들은 코발트를 포함하며, 상기 반강자성 결합층은 루테늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 디스크 기록 시스템.
  11. 스페이서층에 의해 분리되고, 비자성 물질층에 의해 분리된 제1 및 제2강자성 물질층들을 제각각 포함하는 된 제1 및 제2층구조와; 상기 각 층구조들내 상기 제2강자성 물질층의 자화방향을 고정하기 위한 수단과; 상기 자기저항 센서를 통과하는 전류 흐름을 생성하기 위한 수단과; 외부 자기장에 응하여 상기 각 층구조들내 상기 제1강자성 물질층들에서의 자화의 회전으로 인한 상기 자기저항 센서의 저항 변화를 검출하기 위한 수단을 포함하며, 상기 제1층구조내 상기 제2강자성 물질층의 상기 자화방향은 상기 제2층구조내 상기 제2강자성 물질층의 자화방향에 반평행인 방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  12. 제11항에 있어서, 상기 각 층구조들내 상기 제2강자성 물질층의 자화방향을 고정하기 위한 상기 수단은 상기 제2강자성 물질층에 접촉되는 반강자성 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1층구조의 사이 제2강자성 물질층내 자화방향을 고정하기 위한 상기 수단은 상기 스페이서층을 포함하며, 상기 스페이서층은 높은 전기저항을 갖는 반강자성 물질로 만들어지고, 상기 제1층구조의 상기 제2강자성 물질층에 접촉되는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  14. 제13항에 있어서, 상기 스페이서층은 산화 니켈(nickel-oxide)인 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  15. 제12항에 있어서, 상기 제1층구조내에 있는 상기 제2강자성 물질층에 접촉되는 상기 반강자성 물질층은 제1반강자성 물질을 포함하고, 상기 제2층구조내에 있는 상기 제2강자성 물질층에 접촉되는 상기 제2반강자성 물질층은 제2반강자성 물질을 포함하며 상기 제1 및 제2반강자성 물질들은 서로 다른 넬(Neel) 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1반강자성 물질층은 망간-철(iron manganese)을 포함하며, 상기 제2반강자성 물질층은 산화 니켈(nickel-oxide)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  17. 제11항에 있어서, 상기 강자성 물질층들 각각은 상기 제1강자성 물질에 접촉되는 제1 및 제2강자성 물질 박막층을 구비한 이중 층구조를 포함하고, 상기 제2강자성 물질 박막층은 상기 강자성 물질층과 상기 비자성 물질층 사이의 경계면에 증착된 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1강자성 물질은 니켈-철이고, 상기 제2강자성 물질은 코발트인 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  19. 제12항에 있어서, 상기 제1층구조의 상기 제2강자성 물질층은 반강자성 결합층에 의해 분리된 제1 및 제2부강자성 물질층들을 포함하고, 상기 제1 및 제2부강자성 물질층들 중의 하나는 상기 반강자성 물질층에 접촉되고, 다른 하나는 상기 비자성 물질층에 접촉된 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  20. 제19항에 있어서, 상기 반강자성 결합층은 루테늄, 크롬, 로듐, 이리듐 및 이들의 합금으로 구성된 군(group)으로부터 선택된 물질로 만둘어지는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  21. 제19항에 있어서, 상기 제1 및 제2부강자성 물질층은 코발트를 포함하고, 상기 반강자성 결합층은 루테늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  22. 제19항에 있어서, 상기 반강자성 결합층은 대략 3~6A의 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  23. 기판과; 상기 기판상에 형성되되, 비자성 물질층에 의해 분리된 제1강자성 물질층 및 제2강자성 물질층을 포함한 제1스핀 밸브 구조와; 상기 기판과 상기 제2강자성 물질층 사이에 있고, 상기 제2강자성 물질층의 자화방향을 고정시키기 위한 수단과; 상기 제1강자성 물질층에 접촉되는 상기 제1스핀 밸브 구조 위에 형성된 비자성 완충층(nonmagnetic decoupling layer)과; 상기 완충층 위에 형성되고, 비자성 물질층에 의해 분리되는 제3강자성 물질층 및 제4강자성 물질층을 포함하는 제2스핀 밸브 구조와; 상기 제4강자성 물질층에 접촉되어 상기 제4강자성 물질층의 자화방향을 고정시키기 위한 수단과; 자기저항 센서를 통과하는 전류 흐름을 생성하는 수단과; 외부 자기장에 응하여 상기 제1 및 제3강자성 물질층 내의 자화의 회전에 기인한 상기 자기저항 센서의 저항 변화값을 검출하기 위한 수단을 포함하며, 상기 제3강자성 물질층을 상기 완충층에 접촉되고, 상기 제1스핀 밸브 구조내에 있는 상기 제2강자성 물질층의 자화방향은 상기 제2스핀 밸브 구조내에 있는 상기 제4강자성 물질층의 자화방향에 반평행인 방향으로 고정되는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  24. 제23항에 있어서, 상기 스핀 밸브 구조들 내에 있는 상기 제2 및 제4강자성 물질층의 자화방향을 고정시키기 위한 수단은 상기 제2 및 제4강자성 물질층에 각각 접촉되는 반강자성 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제2강자성 물질층에 접촉되는 상기 제1반강자성 물질층은 제1반강자성 물질을 포함하며, 상기 제4강자성 물질층에 접촉되는 상기 제2반강자성 물질층은 제2반강자성 물질을 포함하며, 상기 제1 및 제2반강자성 물질은 서로 다른 넬 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1반강자성 물질층은 망간-철(iron manganese)을 포함하며, 상기 제2반강자성 물질층은 산화 니켈(nickel-oxide)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  27. 제23항에 있어서, 상기 강자성 물질층들 각각은 상기 제1강자성 물질층에 접촉되는 제1부강자성 물질층 및 제2부강자성 물질 박막층을 갖는 이중 층구조를 포함하고, 상기 제2부강자성 물질 박막층은 상기 강자성 물질층과 상기 비자성 물질층 사이의 경계면에 증착되는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  28. 제27항에 있어서, 상기 제1부강자성 물질층은 니켈-철이고, 상기 제2부강자성 물질 박막층인 코발트인 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  29. 제24항에 있어서, 상기 제1스핀 밸브 구조의 상기 제2강자성 물질층은 반강자성 결합층에 의해 분리된 제1 및 제2부강자성 물질층을 포함하고, 상기 제1 및 제2부강자성 물질층 중의 하나는 상기 반강자성 물질층에 접촉되고, 다른 하나는 상기 비자성 물질층에 접촉되는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  30. 제29항에 있어서, 상기 반강자성 결합층은 루테늄, 크롬, 로듐, 이리듐 및 이들의 합금으로 구성된 군(group)으로부터 선택된 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  31. 제30항에 있어서, 상기 제2강자성 물질층의 상기 제1 및 제2부강자성 물질층은 코발트를 포함하고, 상기 반강자성 결합층은 루테늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  32. 기판과; 상기 기판 상에 형성되되, 비자성 물질층에 의해 분리된 제1 및 제2강자성 물질층을 포함한 제1스핀 밸브 구조와; 상기 제1스핀 밸브 구조에 인접하여 형성되되, 비자성 물질층으로 분리된 제3 및 제4강자성 물질층을 포함하는 제2스핀 배브 구조와; 상기 제2 및 제4강자성 물질층 사이에 증착되어 있는 제2 및 제4강자성 물질층의 자화방향을 고정시키기 위한 수단과; 자기저항 센서를 통과하는 전류 흐름을 생성하기 위한 수단과; 외부 자기장에 응하여 상기 제1 및 제3강자성 물질층 내의 자화의 회전에 기인한 상기 자기저항 센서의 저항 변화값을 검출하기 위한 수단을 포함하며, 상기 제1강자성 물질층은 상기 기판에 접촉되고, 상기 제4강자성 물질층은 상기 제2강자성 물질층에 인접해 있으며, 상기 제2강자성 물질층의 자화방향은 상기 제4강자성 물질층의 자화방향에 반평행인 방향으로 고정된 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  33. 제32항에 있어서, 상기 제2 및 제4강자성 물질층의 자화방향을 고정하기 위한 상기 수단은 상기 제2 및 제4강자성 물질층에 접촉되는 반강자성 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  34. 제33항에 있어서, 상기 반강자성 물질층은 산화 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  35. 제32항에 있어서, 상기 강자성 물질층들 각각은 상기 제1강자성 물질층에 접촉되는 제1 및 제2부강자성 물질 박막층을 갖는 이중 층구조를 포함하고, 상기 제2부강자성 물질 박막층은 상기 강자성 물질층과 상기 비자성 물질층 사이의 경계면에 증착되는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  36. 제35항에 있어서, 상기 제1부강자성 물질층은 니켈-철이고, 상기 제2부강자성 물질 박막층은 코발트인 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  37. 제33항에 있어서, 상기 제2강자성 물질층은 반강자성 결합층에 의해 분리된 제1 및 제2부강자성 물질층을 포함하고, 상기 제1 및 제2부강자성 물질층들 중의 하나는 상기 반강자성 물질층에 접촉되어 있고, 다른 하나는 상기 비자성 물질층에 접촉되는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제1 및 제2부강자성 물질층은 코발트를 포함하고, 상기 반강자성 결합층은 루테늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  39. 제37항에 있어서, 상기 반강자성 결합층은 루테늄, 크롬, 로듐, 이리듐 및 이들의 합금으로 구성된 군(group)으로부터 선택된 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
  40. 제37항에 있어서, 상기 반강자성 결합층은 대략 3~6Å의 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이중 자기저항 센서.
    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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