專利名稱：磁電阻效應(yīng)裝置、磁頭、磁記錄設(shè)備和存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱穩(wěn)性磁電阻效應(yīng)裝置，以及磁頭、磁記錄設(shè)備和使用該熱穩(wěn)性磁電阻效應(yīng)裝置的存儲(chǔ)裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，在包括鐵磁層(自由層)/非磁性層/鐵磁層(被釘扎層)的分層結(jié)構(gòu)的磁電阻效應(yīng)裝置中，對(duì)在該非磁性層中使用諸如Cu之類金屬膜的GRM(巨磁電阻)裝置的研究和對(duì)在該非磁性層中使用諸如Al2O3之類絕緣層的所謂TMR裝置的溝道型磁電阻效應(yīng)裝置的研究已成為熱門(Journal of Magnetism and Magnetic Materials，139(1995)，L231)。已研究了將該GMR裝置和該TMR裝置應(yīng)用于磁頭和存儲(chǔ)裝置上(2000 IEEE ISSCC TA7.2，TA7.3)。已有一種該GMR裝置在磁頭上的應(yīng)用。TMR裝置在室溫下呈現(xiàn)約40％的磁電阻變化率，并被期望實(shí)現(xiàn)更高輸出。
然而，這種磁電阻效應(yīng)裝置是厚度為幾納米的分層膜。在250℃-300℃或更高溫度下，在該磁電阻效應(yīng)裝置中會(huì)引起界面擴(kuò)散，并且該磁電阻效應(yīng)裝置的特性惡化。特別是，在一包括反鐵磁性層和鐵磁層的磁電阻效應(yīng)裝置中，其中，反鐵磁性層中的被釘扎層包含Mn，例如FeMn、IrMn等，鐵磁層是通過反鐵磁性層交換耦合的，在250℃或更高的溫度下，Mn被擴(kuò)散，其結(jié)果是，磁電阻效應(yīng)裝置的特性惡化。
為了消除這種問題，嘗試形成一被釘扎層以具有鐵磁層/用于交換耦合的非磁性層/鐵磁層的結(jié)構(gòu)，其中，兩個(gè)鐵磁層通過包含Ru、Ir、Rh等用于交換耦合的非磁性層進(jìn)行反鐵磁性交換耦合。在這種結(jié)構(gòu)中，由Ru、Ir、Rh等來(lái)防止Mn的擴(kuò)散。
然而，在這種情況下，交換耦合的非磁性層的厚度約為0.6-0.8nm，這樣，在300℃或更高溫度下，在該交換耦合非磁性層的界面中產(chǎn)生擴(kuò)散，因而這種磁電阻效應(yīng)裝置的特性惡化。即不能消除上述問題。

發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種磁電阻效應(yīng)裝置，包括一自由層，其磁化方向可容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)；一非磁性層；和一被釘扎層，其磁化方向不能容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，該被釘扎層位于與形成自由層的表面相對(duì)的非磁性層的表面上，其中該被釘扎層包括用于交換耦合的第一非磁性膜；和通過第一非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第一和第二磁性膜，第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該磁電阻效應(yīng)裝置為溝道型磁電阻效應(yīng)裝置。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性膜。
在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，自由層包括用于交換耦合的第二非磁性層，和通過第二非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第三和第四磁性膜；用于交換耦合的第二非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；以及第三磁性膜的磁化密度為M1，厚度為t1，而第四磁性膜的磁化密度為M2，厚度為t2，積(M1×t1)基本上不同于積(M2×t2)。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，第一至第四磁性膜中的至少一個(gè)主要包含鈷(Co)并包含硼(B)。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，第一和第二磁性膜中的至少一個(gè)主要包含鈷(Co)并包含硼(B)。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性層；和主要包含NiFeCr的底層，該底層位于與形成被釘扎層的表面相對(duì)的反鐵磁性層的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種磁電阻效應(yīng)裝置，包括一自由層，其磁化方向可容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)；一非磁性層；和一被釘扎層，其磁化方向不能容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，該被釘扎層位于與形成自由層的表面相對(duì)的非磁性層的表面上，其中被釘扎層包括一用于交換耦合的第一非磁性膜；和通過第一非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第一和第二磁性膜，第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一，第一磁性膜的磁化密度為M1，厚度為t1，第二磁性膜的磁化密度為M2，厚度為t2，積(M1×t1)基本上不同于積(M2×t2)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，該磁電阻效應(yīng)裝置為溝道型磁電阻效應(yīng)裝置。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，該磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性層；和主要包含NiFeCr的底層，該底層位于與形成被釘扎層的表面相對(duì)的反鐵磁性層的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，一種磁頭，用于檢測(cè)來(lái)自記錄介質(zhì)的信號(hào)磁場(chǎng)，包括分別包括一種磁性物質(zhì)的兩個(gè)屏蔽(shield)部；和位于該兩個(gè)屏蔽部之間的間隙中的本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種磁頭，包括包括一種磁性物質(zhì)的磁通引導(dǎo)部；和用于檢測(cè)該磁通引導(dǎo)部引入的信號(hào)磁場(chǎng)的本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種磁性記錄介質(zhì)，包括用于將信號(hào)記錄在記錄介質(zhì)中的本發(fā)明的磁頭；一個(gè)臂，其上安裝磁頭；一驅(qū)動(dòng)該臂的驅(qū)動(dòng)部；和一信號(hào)處理部，用于處理信號(hào)并將處理后的信號(hào)提供給磁頭。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，包括一磁電阻效應(yīng)裝置，該磁電阻效應(yīng)裝置包括一磁化方向可容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的自由層，一非磁性層，和一磁化方向不能容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的被釘扎層，該被釘扎層位于與形成自由層的表面相對(duì)的非磁性層的表面上，其中被釘扎層包括一用于交換耦合的非磁性膜；和通過該非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第一和第二磁性膜，該用于交換耦合的非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；一條字線，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)換自由層的磁化方向；和一讀出線，用于檢測(cè)該磁電阻效應(yīng)裝置電阻中的變化。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，該磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性膜。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，自由層包括用于交換耦合的第二非磁性層；和通過第二非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第三和第四磁性膜；用于交換耦合的第二非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；第三磁性膜的磁化密度為M1，厚度為t1，第四磁性膜的磁化密度為M2，厚度為t2，積(M1×t1)基本上不同于積(M2×t2)。
在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，第一至第四磁性膜中的至少一個(gè)主要包含鈷(Co)并包含硼(B)。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，第一和第二磁性膜中的至少一個(gè)主要包含鈷(Co)并包含硼(B)。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，其中磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性層；和主要包含NiFeCr的底層，該底層位于與形成被釘扎層的表面相對(duì)的反鐵磁性層的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，包括一磁電阻效應(yīng)裝置，該磁電阻效應(yīng)裝置包括一磁化方向可容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的自由層，一非磁性層，和一磁化方向不能容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的被釘扎層，該被釘扎層位于與形成自由層的表面相對(duì)的非磁性層的表面上，其中該被釘扎層包括一用于交換耦合的第一非磁性膜；和通過第一非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第一和第二磁性膜，第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一，第一磁性膜的磁化密度為M1，厚度為t1，第二磁性膜的磁化密度為M2，厚度為t2，積(M1×t1)基本上不同于積(M2×t2)；一條字線，用于生成磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)換自由層的磁化方向；和一讀出線，用于檢測(cè)該磁電阻效應(yīng)裝置電阻中的變化。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性層；和主要包含NiFeCr的底層，該底層位于與形成被釘扎層的表面相對(duì)的反鐵磁性層的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，一種存儲(chǔ)裝置，由排列成矩陣的本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置形成。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，每個(gè)磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性層；和主要包含NiFeCr的底層，該底層位于與形成被釘扎層的表面相對(duì)的反鐵磁性層的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置，Ru、Ir、Rh或Re的氧化物膜被用于進(jìn)行交換耦合的非磁性層中。在這種結(jié)構(gòu)中，抑制了Ru、Ir、Rh或Re在用于交換耦合的非磁性層界面上的擴(kuò)散，從而顯著改進(jìn)了裝置的耐熱性。將一硬磁膜作為被釘扎層用于該磁電阻效應(yīng)裝置。然而，此時(shí)，當(dāng)裝置的尺寸較小時(shí)，被釘扎層的磁場(chǎng)影響了自由層。所以，該被釘扎層最好由分層的反鐵磁性耦合膜形成，該反鐵磁性耦合膜磁性交換耦合于一反鐵磁性膜。
在該分層反鐵磁性耦合膜中，其中第一磁性層的磁化密度為M1，厚度為t1，第二磁性層的磁化密度為M2，厚度為t2，必須形成該第一和第二磁性膜，積(M1×t1)不同于積(M2×t2)，以將自由層的磁化方向旋轉(zhuǎn)為外部施加磁場(chǎng)的方向。這是因?yàn)楫?dāng)(M1×t1)＝(M2×t2)時(shí)，即使施加一磁場(chǎng)，自由層的磁化方向也被禁止旋轉(zhuǎn)為施加磁場(chǎng)的方向。該被釘扎層最好由上述分層的反鐵磁性耦合膜形成，該反鐵磁性耦合膜磁性交換耦合于一反鐵磁性膜。
主要包含鈷(Co)并包含硼(B)的磁性膜可用于本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置被釘扎層和自由層的一部分或全部磁性膜中。利用該結(jié)構(gòu)，改善了自由層的軟磁特性，從而可得到具有改進(jìn)靈敏度的裝置。
上述磁電阻效應(yīng)裝置位于由磁性材料制成的兩個(gè)屏蔽部之間的間隙中，從而可得到包括用于檢測(cè)信號(hào)磁場(chǎng)的熱穩(wěn)定再現(xiàn)頭的磁頭。
根據(jù)本發(fā)明，可得到包括熱穩(wěn)定再現(xiàn)頭的磁頭，該熱穩(wěn)定再現(xiàn)頭具有一由磁性材料制成的磁通引導(dǎo)(磁軛)部，并使用上述磁電阻效應(yīng)裝置來(lái)檢測(cè)沿磁通引導(dǎo)部引入的信號(hào)磁場(chǎng)。
可由上述磁頭、磁頭的驅(qū)動(dòng)部、記錄信息的磁性記錄介質(zhì)部和信號(hào)處理部形成具有更高熱穩(wěn)定性的磁性記錄設(shè)備。
可由上述磁電阻效應(yīng)裝置、用于產(chǎn)生一轉(zhuǎn)換磁電阻效應(yīng)裝置中自由層磁場(chǎng)的磁場(chǎng)的導(dǎo)線(字線)和用于檢測(cè)磁電阻效應(yīng)裝置中電阻變化的導(dǎo)線(讀出線)來(lái)形成具有更高熱穩(wěn)定性的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置。
另外，將上述存儲(chǔ)裝置排列成矩陣，并提供驅(qū)動(dòng)電路，從而可得到具有更高熱穩(wěn)定性的(隨機(jī)訪問)存儲(chǔ)裝置。
因此，上述本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)提供一種具有改進(jìn)的熱穩(wěn)定性的磁電阻效應(yīng)裝置，即使在400℃下也呈現(xiàn)穩(wěn)定特性；和(2)提供一種磁頭，一種磁性記錄設(shè)備，和一種使用這種磁電阻效應(yīng)裝置的存儲(chǔ)裝置。
在參照附圖閱讀和理解下述詳細(xì)說(shuō)明后，本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。
(四)


圖1至3表示根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置的實(shí)例；圖4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置中由外部磁場(chǎng)引起的自由層磁化方向的旋轉(zhuǎn)；圖5表示一利用根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置生成的具有屏蔽部的磁頭示例；圖6表示一利用根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置生成的具有磁軛的磁頭示例；圖7表示一利用根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置生成的磁性記錄再現(xiàn)設(shè)備的實(shí)例；圖8表示一利用根據(jù)本發(fā)明的GMR膜生成的存儲(chǔ)裝置的實(shí)例；圖9表示一利用根據(jù)本發(fā)明的TMR膜生成的存儲(chǔ)裝置的實(shí)例。
具體實(shí)施方式
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置的一個(gè)實(shí)例。磁電阻效應(yīng)裝置100包括一自由層101，其磁化方向可容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)；一被釘扎層102，其磁化方向不能容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)；和一介于其間的非磁性層103。該被釘扎層102包括一用于交換耦合的非磁性膜104；和通過該非磁性膜104彼此反鐵磁性交換耦合的磁性膜105和106，該用于交換耦合的非磁性膜104包含任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化物。
自由層101和被釘扎層102通過非磁性層103彼此磁性分離。自由層101的磁化方向相應(yīng)于外部施加的磁場(chǎng)而自由旋轉(zhuǎn)，而被釘扎層102的磁化方向不能容易地相應(yīng)于外部施加的磁場(chǎng)而旋轉(zhuǎn)。
如上所述，被釘扎層102包括通過非磁性層104彼此反鐵磁性交換耦合的磁性膜105和106。本發(fā)明的一個(gè)特征在于將Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一用于非磁性層104來(lái)實(shí)現(xiàn)反鐵磁性交換耦合。
不同的金屬，如Cu、Ag、Cr、Ru、Ir等是公知的用于反鐵磁性交換耦合兩個(gè)磁性層的非磁性膜的材料。然而，由上述金屬的氧化膜或氮化膜形成的并實(shí)現(xiàn)反鐵磁性交換耦合的非磁性膜則不是公知的。根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的一般常識(shí)，金屬氧化膜不能反鐵磁性交換耦合兩個(gè)磁性層。即，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，將一金屬氧化膜用作實(shí)現(xiàn)兩個(gè)磁性層的反鐵磁性交換耦合的非磁性膜是不合理的。
例如，Cu、Ag、Cr等氧化膜不能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)磁性層的反鐵磁性交換耦合。其理由表述如下。
兩個(gè)磁性膜中的電極被稱為“d-電子”。該d-電子呈現(xiàn)定位性能。這樣，當(dāng)該兩個(gè)磁性膜被分成多個(gè)原子層時(shí)，急劇削弱了這兩個(gè)磁性膜之間的磁性交互作用。Cu、Ag、Cr、Ru、Ir等非磁性金屬膜中的電子被稱為“s-電子”。當(dāng)將Cu、Ag、Cr、Ru、Ir等非磁性金屬膜插入兩個(gè)磁性膜之間時(shí)，該s-電子呈現(xiàn)巡回性能。通過插入呈現(xiàn)巡回性能的s-電子，增強(qiáng)了兩個(gè)磁性膜之間的d-電子的磁性交互作用。其結(jié)果是，根據(jù)兩個(gè)磁性膜之間的距離(即非磁性金屬膜的厚度)來(lái)反鐵磁性或鐵磁性交換耦合這兩個(gè)磁性膜。該效應(yīng)被稱為“RKKY交互作用”。
然而，當(dāng)將氧化膜用作該非磁性金屬膜時(shí)，氧化膜中的電子不呈現(xiàn)巡回性能，而呈現(xiàn)定位性能。因此，難以反鐵磁性交換耦合這兩個(gè)磁性膜。
因此，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，將一氧化膜用作非磁性膜以進(jìn)行交換耦合是不合理的。實(shí)際上，氧化膜不被用作進(jìn)行交換耦合的非磁性膜。已知即使當(dāng)在兩個(gè)磁性膜之間使用典型的氧化膜，例如Al2O3、SiO2等作為用于交換耦合的非磁性膜，這兩個(gè)磁性膜也完全不能交換耦合。這對(duì)于Cu和Cr的氧化膜也一樣。即，通過Cu或Cr可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)磁性膜的反鐵磁性交換耦合，但通過Cu或Cr的氧化層卻不能實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的發(fā)明人已公布當(dāng)將一厚度約為1nm的非常薄的氧化膜插入包含于被釘扎層內(nèi)的鐵磁性層中時(shí)，電子通過插入的薄氧化膜被鏡面反射，其結(jié)果是明顯改進(jìn)了磁電阻效應(yīng)(Journal of Magnetismand Magnetic Materials，210(2000)，L20-24)。
當(dāng)考慮上述情況時(shí)，本發(fā)明的發(fā)明人研究并開發(fā)了一種氧化膜，該氧化膜可實(shí)現(xiàn)電子的鏡面反射效應(yīng)，并可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)磁性膜的反鐵磁性交換耦合。作為研究和開發(fā)的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜是例外的可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)磁性膜的反鐵磁性交換耦合的氧化膜。另外，本發(fā)明的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜具有如下所述的較高熱穩(wěn)定性。
與Ru、Ir、Rh和Re的金屬膜相比，Ru、Ir、Rh和Re的金屬氧化膜更不易擴(kuò)散。具體而言，在Ru、Ir、Rh和Re的金屬氧化膜中，即使在400℃或更高溫度下也不會(huì)在非磁性層104的界面上引起Ru、Ir、Rh和Re的擴(kuò)散。因此，包括這種氧化膜的磁電阻效應(yīng)裝置的特性不會(huì)惡化。另外，通過任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜，兩個(gè)磁性膜105和106都能通過該氧化膜彼此反鐵磁性交換耦合。這樣，當(dāng)將任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜用作非磁性層104時(shí)，即使在400℃或更高溫度下也不會(huì)在非磁性層104的界面上引起Ru、Ir、Rh和Re的擴(kuò)散。因此，可得到特性未惡化的磁電阻效應(yīng)裝置，即熱穩(wěn)定磁電阻效應(yīng)裝置100。
當(dāng)將Cu等的金屬膜用作非磁性層103時(shí)，磁電阻效應(yīng)裝置100變?yōu)镚MR裝置。在該GMR裝置中，在圖1的分層膜的相對(duì)側(cè)面上設(shè)置電極以制成磁電阻效應(yīng)裝置。當(dāng)將A1等的氧化膜用作非磁性層103時(shí)，磁電阻效應(yīng)裝置100成為TMR裝置。在該TMR裝置中，在圖1的分層膜的上下表面上設(shè)置電極以制成磁電阻效應(yīng)裝置。
在GMR裝置和TMR裝置的任一個(gè)中，當(dāng)自由層101的磁化方向與包含于被釘扎層102中的磁性膜105的磁化方向反向平行時(shí)，該磁電阻效應(yīng)裝置的電阻較高。當(dāng)自由層101的磁化方向與包含于被釘扎層102中的磁性膜105的磁化方向平行時(shí)，該磁電阻效應(yīng)裝置的電阻較低。在每個(gè)GMR和TMR裝置中，磁電阻變化率(下面稱為“MR比”)高于使用NiFe等的常規(guī)磁電阻效應(yīng)裝置的磁電阻變化率。
圖2表示作為根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置另一實(shí)例的磁電阻效應(yīng)裝置200的結(jié)構(gòu)。在圖2中，相同元件用圖1的磁電阻效應(yīng)裝置100中所使用的相同標(biāo)記表示，并省略其詳細(xì)說(shuō)明。
與圖1的磁電阻效應(yīng)裝置100的結(jié)構(gòu)類似，在圖2的結(jié)構(gòu)中，被釘扎層102包括通過非磁性層104彼此反鐵磁性交換耦合的磁性膜105和106。本發(fā)明的一個(gè)特征在于將Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一用作實(shí)現(xiàn)反鐵磁性交換耦合的非磁性層104。當(dāng)將任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜用作非磁性層104時(shí)，即使在400℃或更高溫度下也不會(huì)在非磁性層104的界面上引起Ru、Ir、Rh和Re的擴(kuò)散。因此，可得到特性未惡化的磁電阻效應(yīng)裝置，即熱穩(wěn)定磁電阻效應(yīng)裝置200。
磁電阻效應(yīng)裝置200進(jìn)一步包括一與被釘扎層102磁性交換耦合的反鐵磁性層201，和主要包含NiFeCr的底層201A，該底層形成于與形成被釘扎層102的表面相對(duì)的反鐵磁性層201的表面(下表面)上。
圖2中，被釘扎層102與反鐵磁性層201交換耦合。利用這種結(jié)構(gòu)，被釘扎層102的磁化方向與圖1所示的結(jié)構(gòu)相比更為固定。特別是在這種情況下，當(dāng)將主要包含NiFeCr的膜用作底層201A時(shí)，反鐵磁性層201和被釘扎層102的交換耦合特性被改進(jìn)。在該結(jié)構(gòu)中，為了將鐵磁性層201的交換耦合力的作用僅限制在被釘扎層102上，NiFeCr底層201A最好是非磁性膜。
圖2中，使用硬磁膜來(lái)代替反鐵磁性層201。然而，在這種情況下，當(dāng)將該磁電阻效應(yīng)裝置形成為微小的形狀時(shí)，硬磁性膜的磁場(chǎng)會(huì)影響自由層101。因此，考慮到應(yīng)用于磁頭或存儲(chǔ)裝置，最好使用不會(huì)受磁場(chǎng)影響的反鐵磁性層201。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置再一實(shí)例的磁電阻效應(yīng)裝置300的結(jié)構(gòu)。在圖3中，用圖2所示的磁電阻效應(yīng)裝置200中的相同標(biāo)記表示相同的元件，并省略其詳細(xì)說(shuō)明。
與圖1的磁電阻效應(yīng)裝置100的結(jié)構(gòu)類似，在圖3的結(jié)構(gòu)中，被釘扎層102也包括通過非磁性層104彼此反鐵磁性交換耦合的磁性膜105和106。本發(fā)明的一個(gè)特征在于將任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜用作實(shí)現(xiàn)反鐵磁性交換耦合的非磁性層104。當(dāng)將任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜用作非磁性層104時(shí)，即使在400℃或更高溫度下也不會(huì)在非磁性層104的界面上引起Ru、Ir、Rh和Re的擴(kuò)散。因此，可得到特性未惡化的磁電阻效應(yīng)裝置，即熱穩(wěn)定磁電阻效應(yīng)裝置300。
磁電阻效應(yīng)裝置300不同于圖2的磁電阻效應(yīng)裝置200之處在于用自由層301代替自由層101。自由層301包括用于交換耦合的非磁性層302，和通過該非磁性膜302彼此反鐵磁性交換耦合的磁性膜303和304。非磁性膜302包含任何Ru、Ir、Rh和Re的氧化膜；當(dāng)磁性膜303的磁化密度為M1、厚度為t1，而磁性膜304的磁化密度為M2、厚度為t2時(shí)，M1與t1的積、即(M1×t1)被設(shè)定為基本上不同于M2與t2的積、即(M2×t2)。
圖3所示結(jié)構(gòu)必須構(gòu)造成(M1×t1-M2×t2)不等于零。為此，如果使用具有相同成分的兩個(gè)膜，則這兩個(gè)膜應(yīng)具有不同的厚度。或者，即使當(dāng)兩個(gè)膜具有相同厚度，僅需使兩個(gè)膜之間的磁化密度不同。
在圖1和圖2所示的每個(gè)磁電阻效應(yīng)裝置100和200中，如果減少裝置的寬度而其厚度保持不變、即裝置的尺寸減少時(shí)，反向磁場(chǎng)基本上與裝置寬度成反比地增加。如果反向磁場(chǎng)變大，則磁電阻效應(yīng)裝置的靈敏度惡化。其結(jié)果是，在使用這種磁電阻效應(yīng)裝置的存儲(chǔ)裝置中，字線中的寫電流增加。然而，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)?M1×t1)的值和(M2×t2)的值之間的差對(duì)整個(gè)自由層301的磁特性有影響，所以可通過調(diào)整(M1×t1)的值和(M2×t2)的值之間的差來(lái)消除上述問題，即由裝置尺寸減少所引起的寫電流增加和靈敏度惡化。
另外，當(dāng)減少磁電阻效應(yīng)裝置的尺寸時(shí)，熱波動(dòng)會(huì)影響寫入使用磁電阻效應(yīng)裝置而生成的存儲(chǔ)裝置的自由層中的信息。然而，如果使磁電阻效應(yīng)裝置具有圖3所示的結(jié)構(gòu)，即使之包括自由層301，其中兩個(gè)磁性膜303和304通過非磁性膜302彼此反鐵磁性交換耦合，則在這種磁電阻效應(yīng)裝置的基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)耐熱波動(dòng)的熱穩(wěn)定存儲(chǔ)裝置。此時(shí)，最好將兩個(gè)磁性膜303和304之間的磁化密度和厚度的積中的差值，即，值(M1×t1)和值(M2×t2)間的差設(shè)為大于0并等于或小于2T(特斯拉)nm的值。
這樣，旋轉(zhuǎn)自由層301的方向，使得在保持圖4所示的反鐵磁性交換耦合的同時(shí)，自由層301中由(M1×t1-M2×t2)表示的磁化方向平行于外部磁場(chǎng)的方向，所述自由層301包括通過非磁性膜302彼此反鐵磁性交換耦合的磁性膜303和304。即使自由層301被構(gòu)造成包括通過非磁性膜302彼此反鐵磁性交換耦合的兩個(gè)磁性膜303和304，除非如圖4所示那樣對(duì)裝置進(jìn)行操作，否則磁電阻效應(yīng)裝置的靈敏度較低。即，將裝置設(shè)計(jì)成如圖4進(jìn)行操作是重要的。
另外，如圖3所示，當(dāng)被釘扎層102包括通過非磁性膜104彼此反鐵磁性交換耦合的兩個(gè)磁性膜105和106時(shí)，可得到磁化方向不易被外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的熱穩(wěn)定磁電阻效應(yīng)裝置。在被釘扎層102、而不是自由層301中，兩個(gè)磁性膜105和106可具有相同的磁化密度和相同的厚度。在圖3所示實(shí)例中，反鐵磁性層201形成于被釘扎層102上。然而，根據(jù)本發(fā)明，可不提供反鐵磁性層201。
在如圖1和2所示的磁電阻效應(yīng)裝置100和200中，包含于被釘扎層102中的磁性膜105和106中的一個(gè)可由CoFeB、CoNbB、CoFeNbB等主要包含鈷(Co)和5％-30％的硼(B)的磁性膜構(gòu)成。利用這種結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了自由層101或201的軟磁性特性，因此可得到具有改進(jìn)的靈敏度的裝置。
類似地，在圖3所示的磁電阻效應(yīng)裝置300中，包含于被釘扎層102中的磁性膜105和106和包含于自由層301中的磁性膜303、304之一可由CoFeB、CoNbB、CoFeNbB等主要包含鈷(Co)和5％-30％的硼(B)的磁性膜構(gòu)成。利用這種結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了自由層301的軟磁性特性，因此可得到具有改進(jìn)的靈敏度的裝置。
在圖1至圖3中，最好用Co、Fe、Co-Fe、Ni-Fe-Co等合金膜或其分層膜作為包含于被釘扎層102中的磁性膜105和106和包含于自由層301中的磁性膜303、304。另外，磁性膜303、304最好由呈現(xiàn)軟磁性特性的膜形成。例如，最好用Ni-Fe基磁性膜或Ni-Fe-Co基磁性膜來(lái)形成磁性膜303、304。
在圖1至圖3中，使用硬磁性膜構(gòu)成包含在被釘扎層102中的磁性膜105和106。硬磁性膜的一個(gè)實(shí)例是CoPt基膜。另外，可用包括硬磁性膜和磁性膜的分層膜來(lái)形成磁性膜105和106。分層膜的一個(gè)實(shí)例是CoPt/CoFe。另外，被釘扎層201還可包括與反鐵磁性層201交換耦合的磁性膜105和106。
在圖2和圖3中，最好用T-Mn基合金膜形成反鐵磁性層201(這里，“T”表示從Ni、Pt、Ir、Pd、Rh、Ru和Cr中選擇的一種或多種元素)。該T-Mn基合金的特定實(shí)例是PtMn、RdPtMn、NiMn、IrMn、CrPtMn、RuRhMn等。另外，位于反鐵磁性層201下面的底層201A最好主要由主要包括NiFeCr的材料構(gòu)成。此時(shí)，該NiFeCr材料最好是非磁性的。如果該NiFeCr材料的成分包含百分之20或更多的Cr原子，則該NiFeCr材料在室溫下是非磁性的。另外，與自由層301的結(jié)構(gòu)類似，底層201A也可由一非磁性膜和通過該非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的兩個(gè)磁性層構(gòu)成。
為了得到TMR裝置，磁性分離自由層和被釘扎層的非磁性層103最好由AlO、AlN、AlNO、BN等絕緣膜形成。為了得到GMR裝置，非磁性層103最好由Cu、Au、Ag、Cr、Ru等金屬膜(非磁性導(dǎo)電膜)形成。當(dāng)具有較大旋轉(zhuǎn)極化率的半金屬膜位于非磁性層103和自由層101或301之間，或位于非磁性層103和被釘扎層102之間時(shí)，得到一個(gè)更大的MR比。具有較大旋轉(zhuǎn)極化率的半金屬膜的一個(gè)實(shí)例是Fe3O4膜。當(dāng)使用Fe3O4膜時(shí)，其可期望的厚度為1nm或更小。
通過使用根據(jù)本發(fā)明的上述磁電阻效應(yīng)裝置，可生成一具有更高熱穩(wěn)定性的磁頭。圖5表示使用根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置所生成的磁頭500的結(jié)構(gòu)。磁頭500包括再現(xiàn)頭部505。該再現(xiàn)頭部505包括上部屏蔽501、下部屏蔽502和本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置504，該磁電阻效應(yīng)裝置位于上部屏蔽501和下部屏蔽502之間的再現(xiàn)間隙503中。上部屏蔽501和下部屏蔽502中的每一個(gè)由磁性材料制成。
當(dāng)電流流過線圈部506時(shí)，通過從上部屏蔽501和記錄極(pole)507之間的記錄間隙508泄漏的部分磁場(chǎng)將信號(hào)記錄在記錄介質(zhì)上(未圖示)。位于再現(xiàn)間隙503(屏蔽間隙)中的磁電阻效應(yīng)裝置504從記錄介質(zhì)(未圖示)上讀取信號(hào)磁場(chǎng)，以再現(xiàn)記錄在該記錄介質(zhì)上的信號(hào)。
磁電阻效應(yīng)裝置504與引線相連(未圖示)。當(dāng)磁電阻效應(yīng)裝置504為GMR裝置時(shí)，該引線連接到磁電阻效應(yīng)裝置504的左側(cè)和右側(cè)，并與兩個(gè)屏蔽501、502絕緣。在磁電阻效應(yīng)裝置504為TMR裝置時(shí)，該引線連接到磁電阻效應(yīng)裝置504的上側(cè)和下側(cè)。在磁電阻效應(yīng)裝置504為TMR裝置時(shí)，該裝置504可被構(gòu)造以使連接到其上和下側(cè)上的引線分別連接到上部和下部屏蔽501和502上，因此，上部和下部屏蔽501和502也可作為部分引線。利用這種結(jié)構(gòu)，再現(xiàn)間隙503可形成得更窄。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，可得到磁頭500，該磁頭具有包括具有更高熱穩(wěn)定性的磁電阻效應(yīng)裝置504的再現(xiàn)頭部505。
圖6表示利用根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置生成的另一磁頭600的結(jié)構(gòu)。磁頭600包括上部屏蔽602、下部屏蔽601和位于上部屏蔽602和下部屏蔽601之間的磁電阻效應(yīng)裝置504。下部屏蔽601由磁性材料制成，并作為磁軛部(磁通導(dǎo)引部)。圖6中所示實(shí)例是當(dāng)磁電阻效應(yīng)裝置504是TMR裝置時(shí)磁頭的典型結(jié)構(gòu)。
如圖6所示，來(lái)自記錄介質(zhì)(未圖示)的信號(hào)磁場(chǎng)進(jìn)入上部屏蔽602和下部屏蔽601之間的再現(xiàn)間隙中，并沿還作為磁軛部的下部屏蔽601前進(jìn)至磁電阻效應(yīng)裝置504。接著，連接到磁軛部601上的磁電阻效應(yīng)裝置504從記錄介質(zhì)中讀取信號(hào)磁場(chǎng)。磁電阻效應(yīng)(TMR)裝置504被連接到上部引線。下部屏蔽601還作為連接到磁電阻效應(yīng)裝置504上的下部引線。包含在磁電阻效應(yīng)裝置504中的部分或整個(gè)自由層可作為下部屏蔽601。如果磁電阻效應(yīng)裝置504為GMR裝置，則磁電阻效應(yīng)裝置504必須與磁軛601絕緣。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，可得到磁頭600，該磁頭具有包括具有更高熱穩(wěn)定性的磁電阻效應(yīng)裝置504的磁軛。
圖7是表示一利用包括根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置的磁頭的磁性記錄/再現(xiàn)設(shè)備700的透視圖。利用包括根據(jù)本發(fā)明的再現(xiàn)頭的磁頭，可生成磁性記錄/再現(xiàn)設(shè)備，例如硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)等。如圖7所示，磁性記錄/再現(xiàn)設(shè)備700包括用于記錄或再現(xiàn)磁性記錄介質(zhì)703中的信息的磁頭701；一個(gè)臂705，其上安裝磁頭701；一用于驅(qū)動(dòng)臂705的驅(qū)動(dòng)部702；和一信號(hào)處理部704，用于處理通過磁頭701從磁性記錄介質(zhì)703中再現(xiàn)的信號(hào)或通過磁頭701記錄在磁性記錄介質(zhì)703中的信號(hào)。
驅(qū)動(dòng)部702驅(qū)動(dòng)臂705，以使磁頭701位于磁性記錄介質(zhì)703上的預(yù)定位置。在進(jìn)行再現(xiàn)操作時(shí)，磁頭701讀取記錄在磁性記錄介質(zhì)703中的信號(hào)。信號(hào)處理部704再現(xiàn)處理由磁頭701從磁性記錄介質(zhì)703中讀取的信號(hào)。在記錄操作中，信號(hào)處理部704記錄處理將被記錄在磁性記錄介質(zhì)703中的信號(hào)。磁頭701將信號(hào)處理部704處理后的信號(hào)記錄在磁性記錄介質(zhì)703中。這樣，根據(jù)本發(fā)明，可生成一種磁性記錄/再現(xiàn)設(shè)備，該設(shè)備利用了包括具有更高熱穩(wěn)定性的再現(xiàn)頭的磁頭。
另外，通過使用根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置可生成一種存儲(chǔ)裝置，其中，磁電阻效應(yīng)裝置具有用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的字線和用于讀取如圖8和圖9所示的磁電阻效應(yīng)裝置的電阻的讀出線。
圖8表示將根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置801用作GMR裝置所生成的存儲(chǔ)裝置800的結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)裝置800包括作為GMR裝置的磁電阻效應(yīng)裝置801。在磁電阻效應(yīng)裝置801的左側(cè)和右側(cè)上連接有用于讀取記錄在磁電阻效應(yīng)裝置801中的信息的讀出線802。存儲(chǔ)裝置800還具有兩條字線803和804，用于將信息寫入磁電阻效應(yīng)裝置801中。
當(dāng)具有這種結(jié)構(gòu)的多個(gè)存儲(chǔ)裝置800被排列成矩陣時(shí)，信息可由來(lái)自兩條字線803和804的合成磁場(chǎng)被選擇性地寫入多個(gè)磁電阻效應(yīng)裝置801中的一個(gè)。如圖8所示，字線803中的電流方向垂直于存儲(chǔ)裝置800的橫截面。如圖8所示，字線804中的電流方向沿著平行于存儲(chǔ)裝置800的橫截面的方向。
圖9表示將根據(jù)本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置901用作TMR裝置所生成的存儲(chǔ)裝置900的結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)裝置900包括作為TMR裝置的磁電阻效應(yīng)裝置901。存儲(chǔ)裝置900包括用于將信息寫入姿電阻效應(yīng)裝置901的字線903。在磁電阻效應(yīng)裝置901的上和下側(cè)上分別連接讀出線902和也用作讀出線的字線904。
當(dāng)具有這種結(jié)構(gòu)的多個(gè)存儲(chǔ)裝置900被排列成矩陣時(shí)，信息可由來(lái)自兩條字線903和904的合成磁場(chǎng)選擇地寫入多個(gè)磁電阻效應(yīng)裝置901中的一個(gè)。如圖9所示，字線903中的電流方向垂直于存儲(chǔ)裝置900的橫截面。如圖9所示，字線904中的電流方向沿著平行于存儲(chǔ)裝置900的橫截面的方向。
圖8的存儲(chǔ)裝置800和圖9的存儲(chǔ)裝置900的區(qū)別在于當(dāng)多個(gè)存儲(chǔ)裝置排列成矩陣時(shí)，存儲(chǔ)裝置800的存儲(chǔ)裝置串聯(lián)連接到讀出線802上，而存儲(chǔ)裝置900的存儲(chǔ)裝置并聯(lián)連接到讀出線902上。
在每個(gè)存儲(chǔ)裝置800和900中，流入字線803和804或字線903和字線/讀出線904中的電流產(chǎn)生一磁場(chǎng)，所生成的磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)包含在磁電阻效應(yīng)裝置801或901中的自由層的磁化方向，從而記錄信息。
通過使用讀出線802或讀出線902和讀出線/字線904讀取磁電阻效應(yīng)裝置的存儲(chǔ)狀態(tài)(電阻)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息讀取。當(dāng)自由層的磁化方向與包含于磁電阻效應(yīng)裝置801或901中的被釘扎層的磁化方向平行時(shí)，裝置的電阻較低。當(dāng)自由層的磁化方向與被釘扎層的磁化方向反平行時(shí)，裝置的電阻較高。
存儲(chǔ)裝置800和900是磁性存儲(chǔ)器，即非易失性存儲(chǔ)器，因此不同于作為易失性存儲(chǔ)器的DRAM。另外，存儲(chǔ)裝置800和900不同于半導(dǎo)體閃速存儲(chǔ)器之處在于存儲(chǔ)裝置800和900中的信息的寫入/讀取原則上可進(jìn)行無(wú)數(shù)次，寫入/刪除信息所需時(shí)間短至納秒，并可無(wú)損讀取。
上面描述了一位存儲(chǔ)裝置的操作原理。然而，當(dāng)生產(chǎn)實(shí)際的存儲(chǔ)裝置時(shí)，將這種一位存儲(chǔ)裝置排列為矩陣。此時(shí)，當(dāng)將信息寫入矩陣中地址為(N，M)的存儲(chǔ)裝置中時(shí)，由通過地址(N，M)處的存儲(chǔ)裝置之上的兩條字線產(chǎn)生磁場(chǎng)。通過所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的合成磁場(chǎng)寫入信息。通過連接于存儲(chǔ)裝置的讀出線讀取地址(N，M)處的存儲(chǔ)裝置的電阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)信息讀取。
(實(shí)施例1)將Si作為襯底，將Cr、Pt、CoPt、Ir、CoFe、Al、Cu、NiFe作為目標(biāo)，通過濺射(sputter)來(lái)制造圖1所示磁電阻效應(yīng)裝置100。步驟1中，在Si襯底上形成厚度為50nm的Cu/Pt/Cr膜，作為下部電極。然后，在Cu/Pt/Cr膜上制造具有下列結(jié)構(gòu)的磁電阻效應(yīng)裝置。
實(shí)例樣品1CoPt(25)/CoFe(3)/IrO(0.8)/CoFe(3)/AlO(1.4)/CoFe(1)/NiFe(3)，其中，括號(hào)中的數(shù)字表示膜的厚度(nm)。在形成Ir和Al膜之后，通過自然氧化形成IrO和AlO膜。
在實(shí)例樣品1中，CoPt和CoFe對(duì)應(yīng)于圖1所示的磁性膜106。IrO對(duì)應(yīng)于用于交換耦合的非磁性層104。CoFe對(duì)應(yīng)于磁性膜105。AlO對(duì)應(yīng)于非磁性膜103。CoFe和NiFe對(duì)應(yīng)于自由層101。
用光刻法由實(shí)例樣品1形成1μm×1μm的磁電阻效應(yīng)裝置。磁電阻效應(yīng)裝置的外圍用AlO絕緣，并形成一通孔。在如此形成的結(jié)構(gòu)上形成一Cu/Pt膜，以使上部電極的厚度為50nm。如此制造的磁電阻效應(yīng)裝置被熱處理至400℃。接著，在室溫下向該磁電阻效應(yīng)裝置施加500Oe的磁場(chǎng)，并測(cè)量磁電阻變化率(MR比)。測(cè)量結(jié)果如表1所示[表1]

從表1可知，MR比隨著溫度的增加基本保持不變。因此，磁電阻效應(yīng)裝置100具有較高的熱穩(wěn)定性。
(實(shí)施例2)將Si作為襯底，將Pt、Ru、PtMn、CoFe、Cu、Al、NiFe、NiFeCr作為目標(biāo)，通過濺射來(lái)制造圖2所示磁電阻效應(yīng)裝置200。步驟1中，在Si襯底上形成厚度為50nm的Cu/Pt膜，作為下部電極。接著，在Cu/Pt膜上制造具有下列結(jié)構(gòu)的磁電阻效應(yīng)裝置。
實(shí)例樣品2PtMn(25)/CoFe(3)/RuO(0.8)/CoFe(3)/AlO(1.4)/CoFe(1)/NiFe(4)，另外，制造包括用于PtMn層的NiFeCr底層的磁電阻效應(yīng)裝置。
實(shí)例樣品2ANiFeCr(4)/PtMn(25)/CoFe(3)/RuO(0.8)/CoFe(3)/AlO(1.4)/CoFe(1)/NiFe(4)，為了比較，制造具有如下所示常規(guī)結(jié)構(gòu)的樣品。
常規(guī)樣品APtMn(25)/CoFe(6)/AlO(1.2)/CoFe(1)/NiFe(4)。
在實(shí)例樣品2中，PtMn對(duì)應(yīng)于圖2中所示的反鐵磁性層201。CoFe對(duì)應(yīng)于磁性膜106。RuO對(duì)應(yīng)于用于交換耦合的非磁性層104。CoFe對(duì)應(yīng)于磁性膜105。AlO對(duì)應(yīng)于非磁性膜103。CoFe和NiFe對(duì)應(yīng)于自由層101。在實(shí)例樣品2A中，NiFeCr對(duì)應(yīng)于底層201A。其它成分與實(shí)例樣品2的相同。
在形成Ru和Al膜之后，通過自然氧化形成RuO和AlO膜。在將這些樣品在280℃下在磁場(chǎng)中熱處理兩個(gè)小時(shí)之后，用光刻法由實(shí)例樣品2、實(shí)例樣品2A和常規(guī)樣品A形成1μm×1μm的磁電阻效應(yīng)裝置。所構(gòu)成的每個(gè)磁電阻效應(yīng)裝置的外圍都用AlO絕緣，并形成一通孔。在如此形成的結(jié)構(gòu)上形成一Cu/Pt膜，使上部電極的厚度為50nm。如此制造的磁電阻效應(yīng)裝置被熱處理至400℃。接著，向該磁電阻效應(yīng)裝置施加500Oe的磁場(chǎng)，并測(cè)量MR比。測(cè)量結(jié)果如表2所示[表2]


從表2可知，與常規(guī)裝置相比，磁電阻效應(yīng)裝置200具有更高的熱穩(wěn)定性。
(實(shí)施例3)將Si作為襯底，將Ta、NiFeCr、RuO2、PtMn、CoFe、Cu、CoFeB作為目標(biāo)，通過濺射來(lái)制造圖2所示磁電阻效應(yīng)裝置200。步驟1中，在Si襯底上形成厚度為6nm的Ta/NiFeCr膜。接著，在Ta/NiFeCr膜上制造具有下列結(jié)構(gòu)的磁電阻效應(yīng)裝置。
實(shí)例樣品3PtMn(15)/CoFe(2)/RuO(0.8)/CoFe(2)/Cu(2.4)/CoFe(2)/Cu(1)/Ta(3)，實(shí)例樣品3APtMn(15)/CoFeB(1)/CoFe(1.5)/RuO(0.8)/CoFe(2)/Cu(2.4)/CoFe(2)/Cu(1)/Ta(3)，(其中，“RuO”膜是Ru的氧化膜，但不表示Ru和O之間的比率為1∶1。這對(duì)于IrO和AlO也是一樣的。)為了比較，制造具有如下所示常規(guī)結(jié)構(gòu)的樣品。
常規(guī)樣品BPtMn(15)/CoFe(4)/Cu(2.4)/CoFe(2)/Cu(1)/Ta(3)。
在實(shí)例樣品3中，PtMn對(duì)應(yīng)于圖2中所示的反鐵磁性層201。CoFe對(duì)應(yīng)于磁性膜106。RuO對(duì)應(yīng)于用于交換耦合的非磁性層104。CoFe對(duì)應(yīng)于磁性膜105。Cu對(duì)應(yīng)于非磁性膜103。CoFe對(duì)應(yīng)于自由層101。Cu和Ta對(duì)應(yīng)于頂層(未示出)。在實(shí)例樣品3A中，CoFeB和CoFe對(duì)應(yīng)于磁性膜106。其它成分與實(shí)例樣品3的相同。
在將這些樣品在280℃下在磁場(chǎng)中熱處理兩個(gè)小時(shí)之后，用光刻法將實(shí)例樣品3、實(shí)例樣品3A和常規(guī)樣品B的膜形成為0.5μm×1μm的結(jié)構(gòu)，并在其上形成電極以生成磁電阻效應(yīng)裝置。在室溫下測(cè)量每個(gè)磁電阻效應(yīng)裝置的MR比，并檢驗(yàn)每個(gè)磁電阻效應(yīng)裝置的自由層的矯頑力HC。檢驗(yàn)結(jié)果表示如下樣品3樣品3A樣品BHc(Oe) 61 9從結(jié)果可知，在被釘扎層102的磁性膜106中使用CoFeB的磁電阻效應(yīng)裝置中，自由層101的軟磁性特性明顯改進(jìn)。此后，磁電阻效應(yīng)裝置被熱處理至400℃。接著，在室溫下向該磁電阻效應(yīng)裝置施加500Oe的磁場(chǎng)，并測(cè)量MR比。測(cè)量結(jié)果如表3所示[表3]

從表3可知，與常規(guī)裝置相比，本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置具有更高的熱穩(wěn)定性。
(實(shí)施例4)將Si作為襯底，將Pt、PtMn、CoFe、Ru、Al、Cu、NiFe、NiFeCr作為目標(biāo)，通過濺射來(lái)制造圖3所示磁電阻效應(yīng)裝置300。步驟1中，在Si襯底上形成厚度為50nm的Cu/Pt膜，作為下部電極。接著，在Cu/Pt膜上制造具有下列結(jié)構(gòu)的磁電阻效應(yīng)裝置。
實(shí)例樣品4PtMn(25)/CoFe(3)/RuO(0.8)/CoFe(3)/AlO(1.4)/NiFe(3)/RuO(0.8)/NiFe(2)，另外，制造包括一NiFeCr底層的磁電阻效應(yīng)裝置。
實(shí)例樣品4ANiFeCr(4)/PtMn(25)/CoFe(3)/RuO(0.8)/CoFe(3)/AlO(1.4)/NiFe(3)/RuO(0.8)/NiFe(2)，為了比較，制造具有如下所示常規(guī)結(jié)構(gòu)的樣品。
常規(guī)樣品CPtMn(25)/CoFe(3)/Ru(0.7)/CoFe(3)/AlO(1.4)/NiFe(5)。
在實(shí)例樣品4中，PtMn對(duì)應(yīng)于圖3中所示的反鐵磁性層201。CoFe對(duì)應(yīng)于磁性膜106。RuO對(duì)應(yīng)于進(jìn)行交換耦合的非磁性層104。CoFe對(duì)應(yīng)于磁性膜105。AlO對(duì)應(yīng)于非磁性膜103。NiFe對(duì)應(yīng)于磁性膜304。RuO對(duì)應(yīng)于進(jìn)行交換耦合的非磁性層302。NiFe對(duì)應(yīng)于磁性膜303。在實(shí)例樣品4A中，NiFeCr對(duì)應(yīng)于底層201A。其它成分與實(shí)例樣品4的相同。
在將這些樣品在280℃下在磁場(chǎng)中熱處理兩個(gè)小時(shí)之后，用光刻法將實(shí)例樣品4、實(shí)例樣品4A和常規(guī)樣品C的膜形成為0.2μm×0.3μm的結(jié)構(gòu)。所形成的每個(gè)結(jié)構(gòu)的外圍都用AlO絕緣，并形成一通孔。在所形成的結(jié)構(gòu)上形成一Cu/Pt膜，以使上部電極的厚度為50nm。如此制造的磁電阻效應(yīng)裝置被熱處理至400℃。接著，向該磁電阻效應(yīng)裝置施加500Oe的磁場(chǎng)，并測(cè)量MR比。測(cè)量結(jié)果如表4所示[表4]

從表4可知，與常規(guī)裝置相比，本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置具有更高的熱穩(wěn)定性。還檢驗(yàn)了MR比對(duì)測(cè)量的磁場(chǎng)H的依賴性。檢驗(yàn)結(jié)果表示如下H＝40Oe H＝80Oe H＝120Oe實(shí)例樣品4 MR＝39％MR＝40％MR＝41％實(shí)例樣品4AMR＝39％MR＝41％MR＝42％常規(guī)樣品C MR＝4％ MR＝28％MR＝39％
從該結(jié)果可知，即使當(dāng)施加的磁場(chǎng)弱時(shí)，磁電阻效應(yīng)裝置300也呈現(xiàn)足夠大的MR比。這是因?yàn)樽杂蓪?01由通過非磁性層302彼此反鐵磁性交換耦合的磁性膜303和304形成，因此，認(rèn)為抵抗外部磁場(chǎng)的自由層301的NiFe膜的有效厚度約為1nm。而常規(guī)樣品C中的最上層NiFe層的厚度為5nm。因此，如果裝置尺寸與樣品C一樣小，則反向磁場(chǎng)變大。另外，當(dāng)磁場(chǎng)變得更小時(shí)，自由層的磁化方向的旋轉(zhuǎn)變得更困難。因此，假設(shè)由于上述原因使得利用弱磁場(chǎng)不能獲得較大的MR比。此外，檢驗(yàn)上述每個(gè)磁電阻效應(yīng)裝置的MR曲線的不對(duì)稱性。在實(shí)例樣品4和4A中基本上未發(fā)現(xiàn)不對(duì)稱性，而在常規(guī)樣品C中發(fā)現(xiàn)了一定程度的不對(duì)稱性。
(實(shí)施例5)將Si作為襯底，將Ta、NiFeCr、RuO2、PtMn、CoFe、Cu、和NiFe作為目標(biāo)，通過濺射來(lái)制造圖3所示磁電阻效應(yīng)裝置300。步驟1中，在Si襯底上形成Ta/NiFeCr膜，以具有6nm的厚度。接著，在Ta/NiFeCr膜上制造具有下列結(jié)構(gòu)的磁電阻效應(yīng)裝置。
實(shí)例樣品5PtMn(15)/CoFe(2)/RuO(0.8)/CoFe(2)/Cu(2.4)/CoFe(1)/NiFe(1)/RuO(0.8)/NiFe(1.5)/Ta(3)，為了比較，制造具有如下所示常規(guī)結(jié)構(gòu)的樣品。
常規(guī)樣品DPtMn(15)/CoFe(2)/Ru(0.7)/CoFe(2)/Cu(2.4)/CoFe(1)/NiFe(2.5)/Ta(3)。
在實(shí)例樣品5中，PtMn對(duì)應(yīng)于圖3中所示的反鐵磁性層201。CoFe對(duì)應(yīng)于磁性膜106。RuO對(duì)應(yīng)于進(jìn)行交換耦合的非磁性層104。CoFe對(duì)應(yīng)于磁性膜105。Cu對(duì)應(yīng)于非磁性膜103。CoFe和NiFe對(duì)應(yīng)于磁性膜304。RuO對(duì)應(yīng)于進(jìn)行交換耦合的非磁性層302。NiFe對(duì)應(yīng)于磁性膜303。Ta對(duì)應(yīng)于頂層(未圖示)。
在將這些樣品在280℃下在磁場(chǎng)中熱處理兩個(gè)小時(shí)之后，用光刻法將實(shí)例樣品5、實(shí)例樣品5A和常規(guī)樣品D的膜形成為0.2μm×0.3μm的結(jié)構(gòu)，并在其上形成電極以生成磁電阻效應(yīng)裝置。如此制造的磁電阻效應(yīng)裝置被熱處理至400℃。接著，向該磁電阻效應(yīng)裝置施加500Oe的磁場(chǎng)，并測(cè)量MR比。測(cè)量結(jié)果如表5所示[表5]

從表5可知，與常規(guī)裝置相比，本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置300具有更高的熱穩(wěn)定性。還檢驗(yàn)了MR比對(duì)測(cè)量的磁場(chǎng)H的依賴性。檢驗(yàn)結(jié)果表示如下H＝40OeH＝80OeH＝120Oe實(shí)例樣品5MR＝8％MR＝9％MR＝9％常規(guī)樣品DMR＝2％MR＝6％MR＝8％從該結(jié)果可知，當(dāng)裝置具有如此小的尺寸時(shí)，與常規(guī)裝置相比，本發(fā)明的磁電阻效應(yīng)裝置300具有對(duì)磁場(chǎng)的更高的靈敏度。
(實(shí)施例6)通過使用實(shí)施例3中所生成的實(shí)例樣品3的GMR膜和常規(guī)樣品B的GMR膜作為磁電阻效應(yīng)裝置504而生成具有圖5所示結(jié)構(gòu)的磁頭500。磁頭500的記錄極507和屏蔽501和502由鍍NiFe膜制成。再現(xiàn)頭部505的GMR裝置504的磁道寬度為0.3μm，MR高度也為0.3μm。為了檢驗(yàn)所生成的磁頭500的熱穩(wěn)定性，將該磁頭500存在150℃恒溫爐內(nèi)，向該磁頭500施加5天的5mA電流，并比較這種熱試驗(yàn)之前和之后該磁頭500的輸出值。結(jié)果，由實(shí)例樣品3生成的磁頭500的輸出值下降約1％，而由常規(guī)樣品B生成的磁頭的輸出值下降約33％。因此，發(fā)現(xiàn)與常規(guī)磁頭相比，根據(jù)本發(fā)明的磁頭500的熱穩(wěn)定性顯著改進(jìn)了。通過使用本發(fā)明的磁頭500，生成如圖7所示的包括磁頭500的驅(qū)動(dòng)器、磁性記錄介質(zhì)盤和信號(hào)處理部的二十個(gè)磁性記錄/再現(xiàn)設(shè)備700。所生成的磁性記錄/再現(xiàn)設(shè)備700在130℃的恒溫爐內(nèi)經(jīng)歷耐熱試驗(yàn)。我們確定二十個(gè)設(shè)備700中沒有一個(gè)惡化。
(實(shí)施例7)通過使用實(shí)施例2中生成的實(shí)例樣品2和2A的TMR膜、實(shí)施例4中生成的實(shí)例樣品4的TMR膜和常規(guī)樣品A和B的TME膜作為磁電阻效應(yīng)裝置504而生成具有圖6所示結(jié)構(gòu)的磁頭600。磁頭600的屏蔽601和602由鍍NiFe膜制成。但是，在實(shí)施例7中，在CMP拋光屏蔽601的鍍NiFe膜后，用與實(shí)施例2和4中描述的相反的順序來(lái)形成TMR膜，即，TMR膜的形成以NiFe膜開始，以PtMn膜結(jié)束。接著，在所形成的結(jié)構(gòu)上形成電極膜。再現(xiàn)頭部的TMR裝置形成為0.5μm×0.5μm的形狀。為了檢驗(yàn)所生成的磁頭600的熱穩(wěn)定性，將該磁頭600存在150℃的恒溫爐內(nèi)，向該磁頭500施加5天的0.2V電壓，并比較這種熱試驗(yàn)之前和之后該磁頭600的輸出值。結(jié)果，由實(shí)例樣品2、2A和4生成的磁頭600的輸出值下降約4％，而由常規(guī)樣品A和B生成的磁頭的輸出值下降約21％。因此，我們發(fā)現(xiàn)與常規(guī)磁頭相比，根據(jù)本發(fā)明的磁頭600的熱穩(wěn)定性顯著改進(jìn)了。
(實(shí)施例8)通過使用實(shí)施例5中生成的實(shí)例樣品5和常規(guī)樣品D作為磁電阻效應(yīng)裝置801生成具有圖8所示的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置800。首先，讀出線被連接到實(shí)例樣品5和常規(guī)樣品D的兩側(cè)，形成AlO膜以與所形成的每個(gè)結(jié)構(gòu)絕緣。接著，在該AlO膜上形成Cu字線804。在字線804上形成另一用于絕緣的AlO膜。在所形成的結(jié)構(gòu)上形成Cu字線803，從而生成圖8所示的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置800。產(chǎn)生的存儲(chǔ)裝置800被排列成64×64的矩陣以獲得磁性隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(MRAM)的試驗(yàn)產(chǎn)品。在380℃下用氫燒結(jié)來(lái)處理該MRAM試驗(yàn)產(chǎn)品，并在這種處理后的試驗(yàn)產(chǎn)品中用字線803和804進(jìn)行寫入和讀出操作。結(jié)果，在使用本發(fā)明的實(shí)例樣品5生成的MRAM中，識(shí)別出一個(gè)再現(xiàn)信號(hào)，而在使用常規(guī)樣品D生成的MRAM中，不能識(shí)別出再現(xiàn)信號(hào)。
(實(shí)施例9)通過使用實(shí)施例4中生成的實(shí)例樣品4和4A和常規(guī)樣品C作為磁電阻效應(yīng)裝置901而生成具有圖9所示的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置900。在每個(gè)磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置中，裝置901的下部電極被用作字線/讀出線904，裝置901的上部電極被用作讀出線902。在這種結(jié)構(gòu)上形成一用于絕緣的AlO膜，并在該AlO膜上形成Cu字線903，從而生成具有圖9所示結(jié)構(gòu)的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置900。生成的存儲(chǔ)裝置900的電阻約為10KΩ。允許電流流過字線903和904，以產(chǎn)生磁場(chǎng)。利用該磁場(chǎng)，反轉(zhuǎn)自由層的磁化方向，從而記錄信息“1”。之后，允許電流以相反方向流過字線903和904，以引起自由層的磁化方向反轉(zhuǎn)，從而記錄信息“2”。在上述兩個(gè)狀態(tài)的每一個(gè)狀態(tài)下，在讀出線902和904之間施加一偏置電壓，使得其間流過0.05mA的傳感電流，從而測(cè)量信息“1”和信息“2”時(shí)裝置的輸出值。在由實(shí)例樣品4或4A生成的裝置和由常規(guī)樣品C生成的裝置中，都可獲得約150mV的高輸出值。
接著，將具有這種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)裝置排列成64×64的矩陣，以獲得磁性隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(MRAM)的試驗(yàn)產(chǎn)品。首先，其中每個(gè)作為開關(guān)晶體管(SW-Tr)的CMOS被排列成矩陣，并用CMP-拋光進(jìn)行平整，具有上述結(jié)構(gòu)的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置被排列成矩陣，以一對(duì)一的方式與CMOS對(duì)應(yīng)。最后，在380℃下用氫燒結(jié)來(lái)處理所形成的結(jié)構(gòu)。
在矩陣中地址(N，M)處的存儲(chǔ)裝置中進(jìn)行記錄操作時(shí)，首先，允許電流流過橫穿地址(N，M)處的存儲(chǔ)裝置的字線，并由這些電流生成一合成磁場(chǎng)。通過所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)，將信息記錄在地址(N，M)處的存儲(chǔ)裝置中。在讀取操作中，通過對(duì)應(yīng)的CMOS開關(guān)晶體管來(lái)選擇所需的存儲(chǔ)裝置，并比較所選裝置的電阻值和參考電阻值，以從每個(gè)存儲(chǔ)裝置中讀取信息。在這些操作中，在利用實(shí)例樣品4或4A生成的MRAM中，得到一較大輸出，其大小與利用實(shí)例樣品4或4A所生成的單個(gè)存儲(chǔ)裝置中獲得的一樣。然而，在用常規(guī)樣品C生成的MRAM中，未獲得任何輸出。假設(shè)這是因?yàn)楸景l(fā)明的存儲(chǔ)裝置可確保在380℃下的氫燒結(jié)，而常規(guī)存儲(chǔ)裝置卻不能。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可生成即使在400℃下的熱處理后仍能穩(wěn)定操作的具有改進(jìn)熱穩(wěn)定性的磁電阻效應(yīng)裝置和磁頭、通過使用本發(fā)明的熱穩(wěn)定磁電阻效應(yīng)裝置而生成的磁性記錄介質(zhì)和存儲(chǔ)裝置。
在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，其它不同的改進(jìn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的，并可容易作出。因此，下面的權(quán)利要求的范圍并不僅限于這里作出的描述。
權(quán)利要求
1.一種磁電阻效應(yīng)裝置，包括一自由層，其磁化方向可容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)；一非磁性層；和一被釘扎層，其磁化方向不能容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，該被釘扎層位于與形成自由層的表面相對(duì)的非磁性層的表面上，其中被釘扎層包括一用于交換耦合的第一非磁性膜；和通過第一非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第一和第二磁性膜，和第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁電阻效應(yīng)裝置，其中該磁電阻效應(yīng)裝置為溝道型磁電阻效應(yīng)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的磁電阻效應(yīng)裝置，其中進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的磁電阻效應(yīng)裝置，其中該自由層包括用于交換耦合的一第二非磁性層，和通過第二非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第三和第四磁性膜；用于交換耦合的第二非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；和第三磁性膜的磁化密度為M1，厚度為t1，第四磁性膜的磁化密度為M2，厚度為t2，積(M1×t1)基本上不同于積(M2×t2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的磁電阻效應(yīng)裝置，其中第一至第四磁性膜中的至少一個(gè)主要包含鈷(Co)并包含硼(B)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的磁電阻效應(yīng)裝置，其中第一和第二磁性膜中的至少一個(gè)主要包含鈷(Co)并包含硼(B)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的磁電阻效應(yīng)裝置，其中進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性層；和主要包含NiFeCr的底層，該底層位于與形成被釘扎層的表面相對(duì)的反鐵磁性層的表面上。
8.一種磁電阻效應(yīng)裝置，包括一自由層，其磁化方向可容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)；一非磁性層；和一被釘扎層，其磁化方向不能容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，該被釘扎層位于與形成自由層的表面相對(duì)的非磁性層的表面上，其中該被釘扎層包括一用于交換耦合的第一非磁性膜；和通過第一非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第一和第二磁性膜，第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一，和第一磁性膜的磁化密度為M1，厚度為t1，第二磁性膜的磁化密度為M2，厚度為t2，積(M1×t1)基本上不同于積(M2×t2)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的磁電阻效應(yīng)裝置，其中該磁電阻效應(yīng)裝置為溝道型磁電阻效應(yīng)裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的磁電阻效應(yīng)裝置，其中進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性層；和主要包含NiFeCr的底層，該底層位于與形成被釘扎層的表面相對(duì)的反鐵磁性層的表面上。
11.一種磁頭，用于檢測(cè)來(lái)自記錄介質(zhì)的信號(hào)磁場(chǎng)，包括分別包括一種磁性物質(zhì)的兩個(gè)屏蔽部；和位于該兩個(gè)屏蔽部之間的間隙中的如權(quán)利要求1所述的磁電阻效應(yīng)裝置。
12.一種磁頭，用于檢測(cè)來(lái)自記錄介質(zhì)的信號(hào)磁場(chǎng)，包括分別包括一種磁性物質(zhì)的兩個(gè)屏蔽部；和位于該兩個(gè)屏蔽部之間的間隙中的如權(quán)利要求8所述的磁電阻效應(yīng)裝置。
13.一種磁頭，包括一包括一種磁性物質(zhì)的磁通引導(dǎo)部；和用于檢測(cè)由磁通引導(dǎo)部引入的信號(hào)磁場(chǎng)的如權(quán)利要求1所述的磁電阻效應(yīng)裝置。
14.一種磁頭，包括一包括一種磁性物質(zhì)的磁通引導(dǎo)部；和用于檢測(cè)由磁通引導(dǎo)部引入的信號(hào)磁場(chǎng)的如權(quán)利要求8所述的磁電阻效應(yīng)裝置。
15.一種磁性記錄介質(zhì)，包括用于將信號(hào)記錄在記錄介質(zhì)中的如權(quán)利要求11所述的磁頭；一個(gè)臂，其上安裝磁頭；一驅(qū)動(dòng)該臂的驅(qū)動(dòng)部；和一信號(hào)處理部，用于處理信號(hào)，并將處理后的信號(hào)提供給磁頭。
16.一種磁性記錄介質(zhì)，包括用于將信號(hào)記錄在記錄介質(zhì)中的如權(quán)利要求12所述的磁頭；一個(gè)臂，其上安裝磁頭；一驅(qū)動(dòng)該臂的驅(qū)動(dòng)部；和一信號(hào)處理部，用于處理信號(hào)，并將處理后的信號(hào)提供給磁頭。
17.一種磁性記錄介質(zhì)，包括用于將信號(hào)記錄在記錄介質(zhì)中的如權(quán)利要求13所述的磁頭；一個(gè)臂，其上安裝磁頭；一驅(qū)動(dòng)該臂的驅(qū)動(dòng)部；和一信號(hào)處理部，用于處理信號(hào)，并將處理后的信號(hào)提供給磁頭。
18.一種磁性記錄介質(zhì)，包括用于將信號(hào)記錄在記錄介質(zhì)中的如權(quán)利要求14所述的磁頭；一個(gè)臂，其上安裝磁頭；一驅(qū)動(dòng)該臂的驅(qū)動(dòng)部；和一信號(hào)處理部，用于處理信號(hào)，并將處理后的信號(hào)提供給磁頭。
19.一種磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，包括一磁電阻效應(yīng)裝置，該裝置包括一自由層，其磁化方向可容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，一非磁性層，和一被釘扎層，其磁化方向不能容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，該被釘扎層位于與形成自由層的表面相對(duì)的非磁性層的表面上，其中該被釘扎層包括一用于交換耦合的非磁性膜；和通過非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第一和第二磁性膜，用于交換耦合的非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；一字線，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)換自由層的磁化方向；和一讀出線，用于檢測(cè)磁電阻效應(yīng)裝置的電阻變化。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，其中該磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，其中自由層包括用于交換耦合的第二非磁性層；和通過該第二非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第三和第四磁性膜；用于交換耦合的第二非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一；和第三磁性膜的磁化密度為M1，厚度為t1，第四磁性膜的磁化密度為M2，厚度為t2，積(M1×t1)基本上不同于積(M2×t2)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，其中第一至第四磁性膜中的至少一個(gè)主要包含鈷(Co)并包含硼(B)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，其中第一和第二磁性膜中的至少一個(gè)主要包含鈷(Co)并包含硼(B)。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，其中該磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性層；和主要包含NiFeCr的底層，該底層位于與形成被釘扎層的表面相對(duì)的反鐵磁性層的表面上。
25.一種磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，包括一磁電阻效應(yīng)裝置，該裝置包括一自由層，其磁化方向可容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，一非磁性層，和一被釘扎層，其磁化方向不能容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，該被釘扎層位于與形成自由層的表面相對(duì)的非磁性層的表面上，其中該被釘扎層包括一用于交換耦合的第一非磁性膜；和通過該第一非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第一和第二磁性膜，第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一，和第一磁性膜的磁化密度為M1，厚度為t1，第二磁性膜的磁化密度為M2，厚度為t2，積(M1×t1)基本上不同于積(M2×t2)；一字線，用于產(chǎn)生磁場(chǎng)以轉(zhuǎn)換自由層的磁化方向；和一讀出線，用于檢測(cè)磁電阻效應(yīng)裝置中的電阻變化。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的磁電阻效應(yīng)存儲(chǔ)裝置，其中該磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性層；和主要包含NiFeCr的底層，該底層位于與形成被釘扎層的表面相對(duì)的反鐵磁性層的表面上。
27.一種存儲(chǔ)裝置，通過將如權(quán)利要求19所述的磁電阻效應(yīng)裝置排列成矩陣而形成。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的存儲(chǔ)裝置，其中每個(gè)磁電阻效應(yīng)裝置進(jìn)一步包括一與被釘扎層磁性交換耦合的反鐵磁性層；和主要包含NiFeCr的底層，該底層位于與形成被釘扎層的表面相對(duì)的反鐵磁性層的表面上。
全文摘要
一種磁電阻效應(yīng)裝置,包括:一自由層,其磁化方向可容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn);一非磁性層;和一被釘扎層,其磁化方向不能容易地被一外部磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn),該被釘扎層位于與形成自由層的表面相對(duì)的非磁性層的表面上,其中該被釘扎層包括:一用于交換耦合的第一非磁性膜;和通過該第一非磁性膜彼此反鐵磁性交換耦合的第一和第二磁性膜,該第一非磁性膜包含Ru、Ir、Rh和Re的氧化物之一。
文檔編號(hào)H01L21/8246GK1359099SQ0110999
公開日2002年7月17日 申請(qǐng)日期2001年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月4日
發(fā)明者榊間博, 川分康博, 杉田康成 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社