專利名稱：具有在被釘扎層中含半金屬鐵磁性哈斯勒合金的交換耦合結(jié)構(gòu)的磁電阻器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及磁電阻器件，并且更具體地說，涉及使用交換耦合反鐵磁性/鐵磁性(AF/F)結(jié)構(gòu)的磁電阻器件，例如電流在平面內(nèi)的(current-in-the-plane)(CIP)讀磁頭和電流垂直于平面的(current-perpendicular-to-plane)(CPP)磁性隧道結(jié)和讀磁頭。
背景技術(shù)：
由相鄰反鐵磁性(AF)薄膜引起的鐵磁性(F)薄膜的磁偏置的現(xiàn)象已經(jīng)被證明在磁器件中具有很多有用的應(yīng)用，并由W.H.Meiklejohn和C.P.Bean首先在Phys.Rev.102，1413(1959)中做了報道。而鐵磁性單層薄膜的磁滯回線以零磁場為中心，一種F/AF交換耦合結(jié)構(gòu)顯示被交換偏磁場從零磁場偏移的不對稱磁滯回線。除F薄膜的磁滯回線的偏移之外，F(xiàn)/AF交換耦合結(jié)構(gòu)中的F薄膜通常在低于AF薄膜的阻塞(blocking)溫度下表現(xiàn)增加的矯頑力。阻塞溫度通常接近但低于AF薄膜的Neel或磁有序溫度。決定交換偏磁場和增加的矯頑磁場大小的詳細機制是由F和AF薄膜之間的界面交互作用引起的。
使用交換耦合結(jié)構(gòu)的最普通的CIP磁電阻器件是用作磁記錄磁盤驅(qū)動器的讀磁頭的自旋閥(SV)型巨磁電阻(GMR)傳感器。SV GMR磁頭具有通過非常薄的非磁性導(dǎo)電間隔層分隔的兩鐵磁層，這種間隔層通常為銅，其中在層面內(nèi)的檢測電流的電阻率決定于兩鐵磁層中的磁化相對取向。一鐵磁層(“自由”層)的磁化或磁矩方向在存在來自記錄數(shù)據(jù)的磁場的情況下可以自由旋轉(zhuǎn)，而另一鐵磁層(“被固定”或“被釘扎”層)具有與相鄰反鐵磁層交換耦合而固定的磁化。被釘扎鐵磁層和相鄰反鐵磁層形成交換耦合結(jié)構(gòu)。
一種提出的使用交換耦合結(jié)構(gòu)的CPP磁電阻器件為磁性隧道結(jié)(MTJ)器件，該器件具有通過非常薄的非磁性絕緣隧道間隔層分隔的兩鐵磁層，這種間隔層通常為氧化鋁，其中垂直通過鐵磁層的隧道電流決定于兩鐵磁層中的磁化相對取向。MTJ已經(jīng)被建議用于磁電阻傳感器，例如磁記錄磁盤驅(qū)動器讀磁頭，和磁隨機存取存儲器(MRAM)的非易失性存儲元件或單元中。在例如CIP SV GMR傳感器之類的MTJ器件中，一鐵磁層通過與相鄰反鐵磁層的交換耦合具有被固定的磁化，導(dǎo)致交換耦合結(jié)構(gòu)。
另一種使用交換耦合結(jié)構(gòu)的CPP磁電阻器件為被建議用作磁記錄讀磁頭的SV GMR傳感器。所建議CPP SV讀磁頭在結(jié)構(gòu)上與被廣泛應(yīng)用的CIP SV讀磁頭類似，主要差別在于檢測電流被控制垂直通過兩鐵磁層和非磁性間隔層。A.Tanaka等人在2002年1月IEEETRANSACTIONS ON MAGNETICS，38(1)84-88頁Part1題為“Spin-valve heads in the current-perpendicular-to-plane mode forultrahigh-density recording”的論文中說明CPP SV讀磁頭。
在這些種類的磁電阻器件中，與非磁性間隔層相鄰的鐵磁材料的高自旋極化對高磁電阻而言必不可少。用于自由和被釘扎鐵磁層的最普通型的材料為Co、Fe和Ni的常規(guī)合金，但是這些合金僅具有大約40％的較低的自旋極化。最近，具有近100％自旋極化的某些半金屬鐵磁性哈斯勒合金已經(jīng)被提出。最近被報道的這種合金為Co2Cr0.6Fe0.4Al合金(T.Block，C.Felser和J.Windeln在4月28-5月2日荷蘭阿姆斯特丹IEEE國際磁會議發(fā)表的題為“Spin PolarizedTunneling at Room Temperature in a Huesler Compound-A non-oxide Material with a Large Negative Magnetoresistance Effect inLow magnetic Fields”的論文)。其它半金屬鐵磁性哈斯勒合金為已經(jīng)被建議作為位于CIP SV讀磁頭的鐵磁層中的“鏡面反射”層的NiMnSb和PtMnSb，如在已公布專利申請書US 2002/0012812 A1中所述。對半金屬鐵磁性哈斯勒合金NiMnSb而言，當(dāng)它被沉積在FeMn反鐵磁性材料層上時未觀測到交換偏置，如J.A.Cabailero等人在1998年J.Vac.Sci.Technot.A16第1801-1805頁的題為“Magnetoresistance of NiMnSb-based multilayer and spin-valves”的論文中所報道的那樣。在因特網(wǎng)上可查到的未標注日期的一篇文章中，在不需要與反鐵磁層的交換耦合的情況下?lián)茰y觀測到某多層半金屬鐵磁性哈斯勒合金的交換偏置，如K.Westerholt等人在“Exchange Bias in[Co2MnGe/Au]n，[Co2MnGe/Cr]n和[Co2MnGe/Cu2MnAl]nMultilayers”中所報道的那樣。
所需要的是一種具有包括半金屬鐵磁性哈斯勒合金的交換耦合結(jié)構(gòu)的磁電阻器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種具有使用接近100％自旋極化的半金屬鐵磁性哈斯勒合金作為鐵磁(F)層的交換耦合反鐵磁性/鐵磁性(AF/F)結(jié)構(gòu)的磁電阻器件。交換耦合結(jié)構(gòu)包括F和AF之間的中間鐵磁層，這使得半金屬哈斯勒合金F層顯示交換偏置。在一種實施方式中，半金屬鐵磁性哈斯勒合金為Co2FexCr(1-x)Al，中間鐵磁層為Co90Fe10，而反鐵磁層為PtMn?？梢越Y(jié)合交換耦合結(jié)構(gòu)的磁電阻器件包括電流在平面內(nèi)的(CIP)讀磁頭和電流垂直于平面的(CPP)磁性隧道結(jié)和讀磁頭。交換耦合結(jié)構(gòu)在磁電阻器件中可以位于非磁間隔層的下部或上部。
為了更全面地理解本發(fā)明的特性和優(yōu)點，應(yīng)該參照下文的詳細說明及附圖。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的包含磁電阻(MR)讀磁頭部件和感應(yīng)寫磁頭部分的集成讀/寫磁頭的剖面圖。
圖2A為按照本發(fā)明的作為MTJ MR讀磁頭的CPP磁電阻器件的剖面圖，該剖面表示如果沿圖1中線42所示邊界的平面取截面并從磁盤表面看去的視圖。
圖2B的剖面圖與圖2A的視圖垂直，并且器件的傳感面向右。
圖3為哈斯勒合金的結(jié)晶晶胞的示意圖。
圖4表示按照本發(fā)明具有中間鐵磁層的交換耦合結(jié)構(gòu)的多種實施例和沒有中間鐵磁層的結(jié)構(gòu)的磁滯回線。
圖5表示作為中間鐵磁層厚度的函數(shù)的按照本發(fā)明的交換耦合結(jié)構(gòu)的正(H+)和負(H-)翻轉(zhuǎn)磁場。
圖6表示對于厚度為6的中間Co90Fe10層作為Co50Fe10Cr15Al25半金屬鐵磁性哈斯勒合金層厚度的函數(shù)的按照本發(fā)明的交換耦合結(jié)構(gòu)的正(H+)和負(H-)翻轉(zhuǎn)磁場。
圖7表示對于厚度為12的中間Co90Fe10層作為Co50Fe10Cr15Al25半金屬鐵磁性哈斯勒合金層厚度的函數(shù)的按照本發(fā)明的交換耦合結(jié)構(gòu)的正(H+)和負(H-)翻轉(zhuǎn)磁場。
具體實施例方式
現(xiàn)有技術(shù)圖1為包含磁電阻(MR)讀磁頭部件和感應(yīng)寫磁頭部分的集成讀/寫磁頭25的剖面示意圖。磁頭25被搭接(lap)以形成磁頭托架的檢測表面，例如空氣支承滑動器型磁頭托架的空氣支承表面(ABS)。檢測表面或ABS被從磁盤驅(qū)動器中的旋轉(zhuǎn)動磁盤的表面分離開。讀磁頭包括被夾在第一和第二間隙層G1和G2之間的MR傳感器40，而第一和第二間隙層G1和G2又被夾在第一和第二磁屏蔽層S1和S2之間。從MR傳感器40引出與傳感電路連接的電導(dǎo)體(未示出)與MR傳感器40接觸并位于MR傳感器40和間隙層G1，G2之間。間隙層G1，G2從而將電導(dǎo)線從磁屏蔽層S1，S2電絕緣。寫磁頭包括夾在絕緣層I1和I3之間的線圈層C和絕緣層12，而絕緣層I1和I3又被夾在第一和第二極片P1和P2之間。間隙層G3被夾在極尖靠近ABS的第一和第二極片P1，P2之間，以提供磁隙。在寫操作過程中，信號電流被通過線圈層C傳導(dǎo)，并且磁通量被引入第一和第二極層P1，P2導(dǎo)致磁通量邊緣穿過ABS處的極尖。該磁通量在寫操作過程中磁化轉(zhuǎn)動磁盤上的數(shù)據(jù)磁道區(qū)域。在讀操作過程中，轉(zhuǎn)動磁盤上的被磁化區(qū)將磁通量注入讀磁頭的MR傳感器40，導(dǎo)致MR傳感器40中的電阻變化。該電阻變化通過檢測沿MR傳感器40的電壓變化而被檢測。電壓變化被磁盤驅(qū)動器電子設(shè)備處理并被轉(zhuǎn)換為用戶數(shù)據(jù)。圖1所示的組合磁頭25為“合并”磁頭，其中讀磁頭的第二屏蔽層S2被用作寫磁頭的第一極片P1。在級聯(lián)(piggyback)磁頭(未顯示)中，第二屏蔽層S2和第一磁極片P1為分離層。MR傳感器40可以為CIP SV GMR讀磁頭、MTJ讀磁頭或CPP SV GMR讀磁頭。
優(yōu)選實施方式圖2A為按照本發(fā)明的作為MTJ MR讀磁頭的CPP磁電阻器件的剖面圖，該剖面表示如果沿圖1中線42所示邊界的平面取截面并從磁盤表面看去的視圖。因此圖2A的紙面為平行于ABS的平面，并且實質(zhì)上通過MTJ MR讀磁頭的有源傳感區(qū)域，即隧道結(jié)，以暴露組成磁頭的層。圖2B的剖面圖與圖2A的視圖垂直，并且具有向右的傳感面200或ABS。參照圖2A-2B，MTJ MR讀磁頭包括直接被形成在第一磁屏蔽S1之上的導(dǎo)電間隔層102、在第二磁屏蔽S2下面并與之直接接觸的導(dǎo)電間隔層104、和在導(dǎo)電間隔層102、104之間形成疊層的MTJ 100。在這種實施方式中，磁屏蔽S1，S2同時起到磁屏蔽和連接MTJ 100至檢測電路的電導(dǎo)線的作用。這在圖2A中通過箭頭顯示，表示檢測電流流經(jīng)第一屏蔽S1，垂直通過間隔層102、MTJ 100、間隔層104，并從第二屏蔽S2流出的方向。
MTJ 100包括按照本發(fā)明的交換耦合結(jié)構(gòu)110。結(jié)構(gòu)110包括鐵磁層118，鐵磁層118的磁矩由交換偏置通過中間鐵磁層116被釘扎至反鐵磁層112。鐵磁層118被稱作固定或被釘扎層，因為在感興趣的所需范圍內(nèi)外加磁場的情況下它的磁矩或磁化方向(箭頭119)被阻止旋轉(zhuǎn)。MTJ 100也包括在被釘鐵磁層118上的通常由鋁形成的絕緣隧道勢壘層120，和在勢壘層120上的上自由鐵磁層132。壓蓋(capping)層134位于自由鐵磁層132的上部。自由或傳感鐵磁層132未被交換耦合至反鐵磁層，因此它的磁化方向(箭頭133)在感興趣的所需范圍內(nèi)外加磁場的情況下可以自由旋轉(zhuǎn)。制作傳感鐵磁層132以使其磁矩或磁化方向(箭頭133)在不外加磁場的情況下被取向為通常平行于ABS(ABS為平行于圖2A的紙面的平面，并在圖2B中被示為200)，并通常垂直于被釘扎鐵磁層118的磁化方向。被釘扎鐵磁層118的磁化方向被取向為通常垂直于ABS，即伸出或進入圖2A中的紙面(如箭頭119所示)。
檢測電流I被從組成第一屏蔽S1的導(dǎo)電材料引導(dǎo)至第一間隔層102，垂直通過交換耦合結(jié)構(gòu)110、隧道勢壘層120、和傳感鐵磁層132，并隨后到達第二間隔層104，并通過第二屏蔽S2流出。在MTJ磁電阻器件中，通過隧道勢壘層120的隧道電流量為臨近并與隧道勢壘層120接觸的被釘扎和自由鐵磁層118，132的磁化相對取向的函數(shù)。來自被記錄數(shù)據(jù)的磁場導(dǎo)致自由鐵磁層132的磁化方向旋轉(zhuǎn)遠離方向133，即伸出或進入圖2A中的紙面。這改變鐵磁層118，132的磁矩相對取向，并從而改變隧道電流的數(shù)量，這被反映為MTJ 100的電阻變化。該電阻變化通過磁盤驅(qū)動器電子設(shè)備檢測并被處理為從磁盤讀回的數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明中，被釘扎鐵磁層118由一種近乎100％自旋極化的半金屬哈斯勒合金形成，而中間層116為與哈斯勒合金材料和下方的反鐵磁層112接觸的鐵磁層。反鐵磁層112可以為任何反鐵磁材料，例如PtMn、PdPtMn、RuMn、NiMn、IrMn、IrMnCr、FeMn、NiO、或CoO，而中間鐵磁層116可以為選自由Co、Ni和Fe構(gòu)成的組中的一種或更多材料的鐵磁合金。
這種交換耦合結(jié)構(gòu)10起因于最近報道的半金屬鐵磁性哈斯勒合金Co2Cr0.6Fe0.4Al在被直接沉積在PtMn反鐵磁性材料層上時不會變成交換偏置的發(fā)現(xiàn)。因此，在本發(fā)明之前，不可能形成帶有作為F層的半金屬鐵磁性哈斯勒合金的常規(guī)AF/F交換耦合。
哈斯勒合金的化學(xué)式為X2YZ，并具有一種立方L21晶體結(jié)構(gòu)。立方L21晶體結(jié)構(gòu)可以被描述為如下構(gòu)造的四個互穿立方密堆結(jié)構(gòu)Z原子組成第一立方密封結(jié)構(gòu)，Y原子占據(jù)八面體位置-由Z原子限定的立方棱的中心，而X原子占據(jù)四面體位置-由四個Y和四個Z原子限定的立方體的中心。圖3表示哈斯勒合金結(jié)晶晶胞。
由能帶結(jié)構(gòu)計算已知的半金屬鐵磁性哈斯勒合金為PtMnSb和NiMnSb(均為所謂的半哈斯勒合金，因為一X亞點陣(sublattice)為空)，和Co2MnSi、Mn2VAl、Fe2VAl、Co2FeSi、Co2MnAl、和Co2MnGe。Co2CrAl也是一種半金屬鐵磁體，因為在費米能級下它的狀態(tài)電子密度對稱作通道1的自旋通道而言為有限的，而對稱作通道2的另一自旋通道而言為零。對于Co2CrAl而言，X代表Co，Y代表Cr，而Z代表Al。通過對Co2CrAl摻入足夠多的，有可能在自旋通道1獲得van-Hove特性(van-Hove singularity)，以使費米能級在自旋通道1中被轉(zhuǎn)移至態(tài)密度的峰值，而在自旋通道2中保持零態(tài)密度，因此合金保持半金屬態(tài)。盡管不是必需的，由于在某些超大磁電阻材料中存在顯示van-Hove特性的半金屬鐵磁體，該半金屬鐵磁體的使用可以成為一種優(yōu)點，這些超大磁電阻材料顯示大的磁電阻值和自旋極化隧道。
最近，哈斯勒合金Co2Fe0.6Cr0.4Al被假定為具有van-Hove特性的半金屬鐵磁體，并且對塊材試樣的試驗顯示高自旋極化的令人信服的證據(jù)。在Co2FexCr(1-x)Al中，在Y位置處存在Fe和Cr原子之間的替代無序，這意味著Fe或Cr原子在位置Y的可能性分別為x和1-x。在確定這種材料是否將在磁電阻器件中具有應(yīng)用時，通過濺射沉積制造Co50Fe10Cr15Al25(其中下標代表大約原子百分比，并且因此該分子式相當(dāng)于Co2Fe0.6Cr0.4Al)薄膜。在250℃下退火4小時之后，根據(jù)對塊材試樣的工作，這些試樣在室溫下顯示如假定的接近800emu/cc的磁化強度和接近350℃的居里溫度，并且磁性非常軟(矯頑力Hc通常小于10Oe)，使得它們適于應(yīng)用。但是，當(dāng)Co50Fe10Cr15Al25薄膜被沉積在PtMn上時未觀測到交換偏置。同樣，未觀測到沉積在FeMn上的NiMnSb的交換偏置(見J.A.Caballero等人在1998年J.vac.Sci.Technol.A16第1801-1805頁的題為“Magnetoresistance of NiMnSb-based multilayer and spin-valves”的論文)。
本發(fā)明通過在反鐵磁層與半金屬鐵磁性哈斯勒合金層之間插入中間鐵磁層116，使得半金屬鐵磁性哈斯勒合金能夠作為交換耦合結(jié)構(gòu)中的被釘扎層。在一種實施方式中，在PtMn反鐵磁層和Co2Fe0.6Cr0.4Al薄層之間形成Co90Fe10薄層。制造多個試樣并與沒有中間鐵磁層的試樣比較。試樣的通常結(jié)構(gòu)為Ta(50)/PtMn(200)/CoFe(t)/Co50Fe10Cr15Al25(45)/Cu(5)/Ta(100)。Cu層被插入Co50Fe10Cr15Al25層和Ta蓋層之間以防止Ta擴散進入Co50Fe10Cr15Al25層中。所有試樣被在1特斯拉的外部磁場中于250℃下退火4小時。
圖4顯示多種試樣的磁滯回線。回線A對應(yīng)無中間鐵磁層的結(jié)構(gòu)，并顯示無交換偏置。回線B對應(yīng)具有6 Co90Fe10中間層的結(jié)構(gòu)，而回線C對應(yīng)具有12 Co90Fe10中間層的結(jié)構(gòu)。
圖5顯示插入Co90Fe10層的中間層的效應(yīng)，作為Ta(50)/PtMn(200)/CoFe(t)/CoFe10Cr15Al20(20)/Cu(5)/Ta(100)試樣的中間鐵磁層厚度的函數(shù)。H+和H-分別代表交換耦合結(jié)構(gòu)的正和負磁反向場(需要施加的獲得零磁化的磁場)。隨著Co90Fe10層厚度的增加，等于(H++H-)/2的釘扎磁場起初增加，在大約9達到峰值，然后下降，而等于(H+-H-)/2的矯頑力連續(xù)地增加。
為了證明Co50Fe10Cr15Al25鐵磁性地耦合至Co90Fe10層而不是為失效(dead)層，測量兩不同Co90Fe10厚度的作為Co50Fe10Cr15Al25層厚度的函數(shù)的交換耦合結(jié)構(gòu)的H+和H-(圖6和7)。對兩圖而言，釘扎磁場隨Co50Fe10Cr15Al25層厚度的增加而下降，如所期望的那樣。
上述所示數(shù)據(jù)對應(yīng)于具有Co2Fe0.6Cr0.4Al薄膜成分的交換耦合結(jié)構(gòu)，因為大塊材料的能帶結(jié)構(gòu)計算顯示通過以Fe替代約40％的Cr原子可獲得半金屬鐵磁性質(zhì)，如在前面引用T.Block等人的文章中所報道的那樣。但是，在薄膜中總是存在應(yīng)變和缺陷，并可以顯著改變材料的能帶結(jié)構(gòu)。因此優(yōu)選一定范圍的成分Co2CrxFe1-x，其中0＜x＜1。期望此整個范圍內(nèi)的合成物為半金屬鐵磁體，但是具有約等于0.6的x的某種成分也在自旋通道1中顯示van-Hove特性。
圖2A-2B以MTJ磁電阻器件的MR讀磁頭實施方式顯示交換耦合結(jié)構(gòu)110。但是，交換耦合結(jié)構(gòu)也完全適用于MTJ存儲單元。在這種應(yīng)用中，該結(jié)構(gòu)將與圖2A所示結(jié)構(gòu)類似，不同的是層102、104將起到被連接至位和字線的的電導(dǎo)線的作用，將沒有屏蔽S1、S2，并且不外加磁場的情況下被釘扎鐵磁層118的磁矩119將被取向為平行或反向平行于自由鐵磁層132的磁矩。除應(yīng)用于MTJ型CPP磁電阻器件之外，交換耦合結(jié)構(gòu)110也完全適用于CPP SV-GMR讀磁頭。在這種應(yīng)用中，該結(jié)構(gòu)將類似于圖2A-2B所示的結(jié)構(gòu)，不同的是非磁性間隔層(隧道勢壘層120)將由導(dǎo)電材料形成，該導(dǎo)電材料通常為銅。
交換耦合結(jié)構(gòu)也完全適用于CIP磁電阻器件，例如CIP SV-GMR讀磁頭。在這種應(yīng)用中，該結(jié)構(gòu)將類似于圖2A-2B所示的結(jié)構(gòu)，不同的是層102、104將起到絕緣材料的作用以將讀磁頭從屏蔽S1、S2電絕緣，非磁性間隔層120將由通常為銅的導(dǎo)電材料形成，電導(dǎo)線將位于圖2A所示結(jié)構(gòu)的側(cè)部以在鐵磁層118、132的平面內(nèi)提供檢測電流。
在交換耦合AF/F結(jié)構(gòu)的所有的實施方式中，被釘扎F層可以為由鐵磁性中間層和半金屬哈斯勒合金層構(gòu)成的基本雙層結(jié)構(gòu)(如上所述)或者反鐵磁性被釘扎(AP)結(jié)構(gòu)。在AP結(jié)構(gòu)中，被釘扎F層包含由金屬中間耦合薄膜反鐵磁性耦合的兩鐵磁薄膜，該金屬例如Ru、Ir、或Rh。最靠近AF層的鐵磁薄膜被交換耦合至AF層，并包含上述中間鐵磁層(靠近AF層)和半金屬哈斯勒合金層(靠近金屬耦合薄膜)的雙層結(jié)構(gòu)。IBM的第5,465,185號美國專利說明該AP交換耦合結(jié)構(gòu)。
在所有上述實施方式中，交換耦合結(jié)構(gòu)110位于磁電阻器件的底部。但是，眾所周知交換耦合結(jié)構(gòu)可以位于磁電阻器件的頂部。舉例說來，參照圖2A，自由鐵磁層132可以位于層120之上，層120在自由層132上，被釘扎鐵磁層118在層120上，中間鐵磁層116在被釘扎鐵磁層118上，而反鐵磁層112在中間鐵磁層116的上部。盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施方式具體說明本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解在不偏離本發(fā)明的精神和領(lǐng)域的前提下可以在形式和內(nèi)容上做各種改變。因此，所公開的發(fā)明僅被視為示例性，并僅受限于如權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有交換耦合結(jié)構(gòu)的磁電阻器件，并且該器件包含襯底；和襯底上的交換耦合結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包含反鐵磁性材料層，半金屬鐵磁性哈斯勒合金層，和在反鐵磁性材料和所述合金之間并與反鐵磁性材料和所述合金接觸的鐵磁材料層。
2.如權(quán)利要求1的器件，其中所述反鐵磁性材料為選自由PtMn、PdPtMn、RuMn、NiMn、IrMn、IrMnCr、FeMn、NiO和CoO構(gòu)成的組中的一種材料。
3.如權(quán)利要求1的器件，其中所述鐵磁材料為選自由Co、Ni和Fe構(gòu)成的組中的一種或多種材料的合金。
4.如權(quán)利要求1的器件，其中所述合金為選自由NiMnSb、PtMnSb、Co2MnSi、Mn2VAl、Fe2VAl、Co2FeSi、Co2MnAl、Co2MnGe和Co2FexCr(1-x)Al構(gòu)成的組中的一種材料，其中x在0和1之間。
5.如權(quán)利要求1的器件，其中x約為0.6。
6.如權(quán)利要求1的器件，其中所述傳感器為電流垂直于平面的磁電阻傳感器。
7.如權(quán)利要求1的器件，其中所述器件為電流在平面內(nèi)的磁電阻傳感器。
8.如權(quán)利要求1的器件，其中所述器件為磁記錄讀磁頭。
9.如權(quán)利要求1的器件，其中所述器件為磁性隧道結(jié)器件。
10.如權(quán)利要求9的器件，其中所述磁性隧道結(jié)器件為存儲單元。
11.如權(quán)利要求9的器件，其中所述磁性隧道結(jié)器件為磁記錄讀磁頭。
12.一種磁電阻器件，該器件包含襯底；襯底上的鐵磁層，并且該鐵磁層的磁矩實質(zhì)上在存在外加磁場的情況下自由旋轉(zhuǎn)；襯底上的交換耦合結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包含反鐵磁性材料層，半金屬鐵磁性哈斯勒合金層，和在反鐵磁性材料和所述合金之間并與反鐵磁性材料和所述合金接觸的鐵磁材料層，鐵磁性合金層的磁矩通過與反鐵磁層的交換偏置被固定；和在自由鐵磁層和鐵磁性合金層之間并與自由鐵磁層和鐵磁性合金層接觸的非磁性間隔層。
13.如權(quán)利要求12的器件，其中所述交換耦合結(jié)構(gòu)位于襯底和間隔層之間，并且所述自由鐵磁層位于間隔層的上部。
14.如權(quán)利要求12的器件，其中所述自由鐵磁層位于襯底和間隔層之間，并且所述交換耦合結(jié)構(gòu)位于間隔層的上部。
15.如權(quán)利要求12的器件，其中所述器件為磁性隧道結(jié)器件，并且其中所述間隔層是電絕緣的。
16.如權(quán)利要求14的器件，其中所述磁性隧道結(jié)器件為存儲單元。
17.如權(quán)利要求14的器件，其中所述磁性隧道結(jié)器件為磁記錄讀磁頭。
18.如權(quán)利要求12的器件，其中所述間隔層是電絕緣的。
19.如權(quán)利要求18的器件，其中所述器件為電流在平面內(nèi)的自旋閾磁記錄讀磁頭。
20.如權(quán)利要求18的器件，其中所述器件為電流垂直于平面的自旋閥磁記錄讀磁頭。
21.如權(quán)利要求12的器件，其中所述反鐵磁性材料為選自由PtMn、PdPtMn、RuMn、NiMn、IrMn、IrMnCr、FeMn、NiO和CoO構(gòu)成的組中的一種材料。
22.如權(quán)利要求12的器件，其中所述鐵磁材料為選自由Co、Ni和Fe構(gòu)成的組中的一種或多種材料的合金。
23.如權(quán)利要求12的器件，其中所述合金為選自由NiMnSb、PtMnSb、Co2MnSi、Mn2VAl、Fe2VAl、Co2FeSi、Co2MnAl、Co2MnGe、和Co2FexCr(1-x)Al構(gòu)成的組中的一種材料，其中x在0和1之間。
24.如權(quán)利要求12的器件，其中x約為0.6。
全文摘要
一種具有通過非磁性間隔層分隔的被釘扎鐵磁層和自由鐵磁層的磁電阻器件，該器件具有使用接近100％自旋極化的半金屬鐵磁性哈斯勒合金作為被釘扎鐵磁層的交換耦合反鐵磁性/鐵磁性結(jié)構(gòu)。交換耦合結(jié)構(gòu)包括AF層和被釘扎半金屬鐵磁性哈斯勒合金層之間的中間鐵磁層，這導(dǎo)致交換偏置?？梢越Y(jié)合交換耦合結(jié)構(gòu)的磁電阻器件包括電流在平面內(nèi)的(CIP)讀磁頭和電流垂直于平面的(CPP)磁性隧道結(jié)和讀磁頭。交換耦合結(jié)構(gòu)在磁電阻器件中可以位于非磁性間隔層的下部或上部。
文檔編號H01L43/08GK1525582SQ20041000493
公開日2004年9月1日 申請日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月24日
發(fā)明者馬修·J.·凱里, 杰弗里·R.·柴爾德萊斯, 斯蒂芬·馬特, R. 柴爾德萊斯, 馬特, 馬修 J. 凱里 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司