專(zhuān)利名稱(chēng)：交換耦合膜,磁阻效應(yīng)裝置,磁阻效應(yīng)磁頭及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于用于固定鐵磁體的磁化方向的交換耦合膜，采用該耦合膜以便由低磁場(chǎng)促成顯著的磁阻變化的磁阻效應(yīng)裝置，采用該磁阻效應(yīng)裝置且適用于高密度磁記錄和再生的磁阻磁頭，和用于制造這樣一種磁阻效應(yīng)裝置的方法。
近年來(lái)，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的密度已極大地增加，同時(shí)重放磁頭也得到巨大改善。除其他種類(lèi)外，已卓有成效地研究了采用強(qiáng)磁阻效應(yīng)(亦叫做“自旋閥(spin valve)”)的磁阻效應(yīng)裝置(以后簡(jiǎn)稱(chēng)為“MR裝置)，它預(yù)期具有能顯著改善當(dāng)前采用的磁阻效應(yīng)磁頭(以后簡(jiǎn)稱(chēng)之為“MR磁頭”)的靈敏度的潛力。
MR裝置包括有二鐵磁性層和夾于此二鐵磁性層中間的一非磁性層。鐵磁性層之一(以后也稱(chēng)為“固定層”)的磁化方向由來(lái)自一磁旋抑制層的交換偏置磁場(chǎng)固定(此鐵磁性層與此磁旋抑制層總起來(lái)稱(chēng)之為“交換耦合膜”)。另一鐵磁性層(后面亦稱(chēng)作“自由層”)的磁化方向可響應(yīng)一外磁場(chǎng)相對(duì)自由地改變。這樣，就能改變固定層的磁化方向與自由層的磁化方向之間的角度來(lái)變更MR裝置的電阻。
己建議的MR裝置中，鐵磁性層采用NiFe，非磁性層采用Cu，而磁旋抑制層采用Fe-Mn。此MR裝置提供約2％的變化的磁阻率(此后簡(jiǎn)稱(chēng)為“MR比”)，見(jiàn)Journal of Magnetism and MagneticMaterials 93,P.101,(1991)。當(dāng)磁旋抑制層采用Fe-Mn時(shí)所得到的MR比很小，且截止溫度〔磁旋抑制層不再能對(duì)固定固定層的磁化方向起作用時(shí)的溫度〕不夠高。而且Fe-Mn膜本身的耐腐蝕性很差。鑒于此，已提議其他采用非Fe-Mn材料的磁旋抑制層的MR裝置。
其中，采用氧化物如NiO或α-Fe2O3作磁旋抑制層的MR裝置預(yù)期可實(shí)現(xiàn)極大的MR比，將近15％或更大。
但NiO的截止溫度不夠高。因此采用NiO的MR裝置的熱穩(wěn)定性不理想。
另一方面，當(dāng)MR裝置采用α-Fe2O3磁旋抑制層時(shí)，固定層的反向磁場(chǎng)在磁旋抑制層較薄時(shí)不夠大。特別是一具有雙自旋閥結(jié)構(gòu)的MR裝置或一α-Fe2O3層形成在固定層上的MR裝置具有很強(qiáng)的以下傾向涂覆α-Fe2O3層中所得的固定層反向磁場(chǎng)不足。而且，采用α-Fe2O3的MR裝置的熱穩(wěn)定性由于與采用NiO的MR裝置同樣的原因也不理想。此外，采用α-Fe2O3的MR裝置還存在著在磁場(chǎng)中的淀積期間或在磁場(chǎng)中的熱處理期間控制各向異性方面的另外的問(wèn)題。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，交換耦合膜包括一襯基和一多層膜。此多層膜包括有一鐵磁性層及貼近鐵磁性層設(shè)置的用于抑制鐵磁性層的磁旋的磁旋抑制層；且此磁旋抑制層包括一Fe-M-O層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，磁旋抑制層包括一(Fe1-xMx)2O3層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V，而0.01≤x≤0.4)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，磁旋抑制層還包括一NiO層。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，磁旋抑制層還包括一Fe-M’-O層(其中M’=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)，該層與Fe-M-O層的組份不同。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，此多層膜的表面粗糙度約為0.5nm或更低。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，磁旋抑制層的厚度在約5nm與約100nm之間的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，磁旋抑制層的厚度在約5nm與約50nm之間的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，在磁旋抑制層和鐵磁性層形成之后，交換耦合膜在一磁場(chǎng)中經(jīng)受約150℃到約350℃的溫度下的熱處理。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，磁阻效應(yīng)裝置包括一襯基和一多層膜。此多層膜包括有至少二鐵磁性層，一非磁性層，和一為抑制鐵磁性層之一的磁旋的磁旋抑制層。此二鐵磁性層是通過(guò)插置在它們之間的非磁性層提供的。至少一個(gè)鐵磁性層是由磁旋抑制層固定其磁化方向的固定層，此磁旋抑制層被設(shè)置成相對(duì)于非磁性層與另一鐵磁性層相反向地和該鐵磁性層相接觸。至少一個(gè)鐵磁性層是一其磁化方向可自由旋轉(zhuǎn)的自由層。固定層的磁化方向與自由層的磁化方向間角度的改變將使裝置的電阻變化。此磁旋抑制層包括-Fe-M-O層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，磁旋抑制層包括一(Fe1-xMx)2O3層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V，而0.01≤x≤0.4)。
在一實(shí)施例中，磁旋抑制層，還包括一NiO層。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，磁旋抑制層還包括一Fe-M’-O層(其中M’=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)，該層具有與Fe-M-O層不同的組份。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，此多層膜的表面粗糙度約為0.5nm或更小。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，此磁旋抑制層的厚度在約5nm與約100nm間的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，此磁旋抑制層的厚度在約5nm與約50m間的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，在磁旋抑制層和固定層被形成之后，磁阻效應(yīng)裝置在一磁場(chǎng)中經(jīng)受約150℃到約350℃的溫度下的熱處理。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，此多層膜包括一第一磁旋抑制層，一第一固定層，一第一非磁性層，一鐵磁性自由層，一第二非磁性層，一第二固定層和一第二磁旋抑制層，它們按此順序被淀積在襯基上。第一磁旋抑制層固定第一固定層的磁化方向。第二磁旋抑制層固定第二固定層的磁化方向。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，第一磁旋抑制層包括一(Fe1-xMx)2O3層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V，而0.01≤X≤0.4)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，第二磁旋抑制層包括一NiO層或一Fe-M-O層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，自由層包括一第三非磁性層和以第三非磁性層插置在其間設(shè)置的二或更多的磁性層。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，自由層包括一第三非磁性層和以第三非磁性層插置在其間設(shè)置的二或更多的磁性層。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，固定層包括一第三非磁性層和其間具有反鐵磁性變換耦合且以第三非磁性層插置其間的二磁性層。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，至少一固定層包括一第三非磁性層和其間具有反鐵磁性交換耦合并以第三非磁性層插置其間的二磁性層。
按照本發(fā)明的又一個(gè)方面，磁阻效應(yīng)磁頭包括一磁組效應(yīng)裝置；和為將此磁阻效應(yīng)裝置由一屏蔽部分隔離的屏蔽間隙部分。此磁阻效應(yīng)裝置包括有一襯基和一多層膜。多層膜包括有至少二鐵磁性層，一非磁性層，和為抑制鐵磁性層之一的磁旋的磁旋抑制層。此二鐵磁性層間插置有該非磁性層。至少鐵磁性層之一為一由磁旋抑制層固定其磁化方向的固定層，此磁旋抑制層被設(shè)置得相對(duì)于非磁性層在另一鐵磁性層的相對(duì)側(cè)與該第一鐵磁性層相接觸。鐵磁性層的至少一個(gè)為其磁化方向可自由旋轉(zhuǎn)的自由層。固定層的磁化方向與自由層的磁化方向間角度上的改變將促使裝置的電阻變化。此磁旋抑制層包括一Fe-M-O層(其中M=Al,Ti,CO,Mn,Cr,Ni或V)。
按照這一發(fā)明的又一個(gè)方面的一磁阻效應(yīng)磁頭包括上述的磁阻效應(yīng)裝置；和一為導(dǎo)入欲檢測(cè)的磁場(chǎng)進(jìn)該磁阻效應(yīng)裝置的磁軛部分。
按照此發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了用于制造磁阻效應(yīng)裝置的一種方法。此半置包括一襯基和一多層膜。此多層膜包括有至少二鐵磁性層，一非磁性層，和為一抑制鐵磁性層之一的磁旋的磁旋抑制層。二鐵磁性層被設(shè)置為在其中間插置有該非磁性層。至少一個(gè)鐵磁性層為一由磁旋抑制層固定其磁化方向的固定層，此磁旋抑制層被設(shè)置得在相對(duì)于此非磁性層的另一個(gè)鐵磁性層的相對(duì)側(cè)與該前一個(gè)鐵磁層相接觸。至少一個(gè)鐵磁性層為一其磁化方向可自由旋轉(zhuǎn)的自由層。固定層的磁化方向與自由層的磁化方向間角度的改變促使裝置的電阻變化。此方法包括在襯基上形成磁旋抑制層的第一步，和在磁旋抑制層上以所述順序淀積固定層、非磁性層和自由層的第二步。此第一步包括濺鍍其主要成份為Fe-M-O(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni，或V)的靶的步驟。
按照此方法的又另一個(gè)方面，提供了用于制造磁阻效應(yīng)裝置的一種方法。此裝置包括一襯基和一多層膜。此多層膜包括一第一磁旋抑制層，一第一固定層，一第一非磁性層，一鐵磁性自由層，一第二非磁性層，一第二固定層和一第二磁旋抑制層，它們以這一順序被淀積在襯基上。此第一磁旋抑制層固定第一固定層的磁化方向。第二磁旋抑制層固定第二固定層的磁化方向。第一和第二固定層的磁化方向與自由層的磁化方向間角度上的改變促使裝置的電阻變化。此方法包括在襯基上形成第一磁旋抑制層的第一步；在第一磁旋抑制層上按所述次序淀積第一固定層、第一非磁性層、自由層、第二非磁性層和第二固定層的第二步；和在第二固定層上形成第二磁旋抑制層的第三步。第一和第三步各自包括濺鍍一其主要成份為Fe-M-O(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)的靶的步驟。
因此，這里所述的發(fā)明使得可取得優(yōu)點(diǎn)(1)提供具有良好熱穩(wěn)定性和大MR比的交換耦合膜；(2)提供結(jié)合了這樣的交換耦合膜的MR裝置；(3)提供結(jié)合了這樣一MR裝置的MR磁頭；和(4)提供為制造這樣的MR裝置的方法。
由參照所列附圖閱讀理解以下的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)對(duì)熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人士將很顯見(jiàn)。
圖1為說(shuō)明本發(fā)明交換耦合膜的截面圖；圖2為說(shuō)明本發(fā)明的MR裝置的截面圖；圖3為說(shuō)明本發(fā)明另一MR裝置的截面圖；圖4為說(shuō)明本發(fā)明的MR磁頭的截面圖；圖5為說(shuō)明本發(fā)明的MR磁頭的透視圖；圖6為說(shuō)明連同一磁盤(pán)一齊的本發(fā)明的MR磁頭的截面圖；圖7A為說(shuō)明按照本發(fā)明與一記錄磁頭相結(jié)合的MR磁頭的截面圖；圖7B為說(shuō)明本發(fā)明另一MR磁頭的截面圖；圖8為說(shuō)明本發(fā)明再一MR磁頭的截面圖；圖9為說(shuō)明本發(fā)明的制造MR磁頭的步驟的流程圖；圖10為說(shuō)明本發(fā)明制造MR裝置部分的步驟的流程圖；圖11為說(shuō)明本發(fā)明的交換耦合膜的磁化曲線的圖形；圖12為說(shuō)明(Fe1-xTix)2O3(50)/CO0.9Fe0.1(10)膜的Hc和Hua的“X”依賴(lài)性的圖形；和圖13為說(shuō)明本發(fā)明的MR裝置的MR曲線的圖形。
現(xiàn)在參照


本發(fā)明的交換耦合膜，MR裝置和MR磁頭。
圖1說(shuō)明本發(fā)明的交換耦合膜100。參看圖1，一Fe-M-O層2和一鐵磁性層3以此順序淀積在襯基1上。本發(fā)明的一特點(diǎn)是利用Fe-M-O層2作為對(duì)鐵磁性層3加以交換偏置磁場(chǎng)的磁旋抑制層。
如這里所用的“Fe-M-O層”是一將一第三元素加到Fe-O磁旋抑制層所得到的層，其中金屬(Fe+M)與氧(O)間的原子構(gòu)成比為約1.2到約1.6。
當(dāng)?shù)谌豈被加到Fe-O磁旋抑制層使得Fe+M與O間的原子構(gòu)成比成為如上述的約1.2到約1.6時(shí)，鎖住效應(yīng)，即就是固定層的磁化方向的固定，通過(guò)即使在相對(duì)低的溫度下的熱處理也能得到改善。最好，該原子構(gòu)成比為在約1.35到約1.55的范圍內(nèi)。
Fe+M與O間的原子構(gòu)成比超出約1.2到約1.6的范圍是不希望的。低于約1.2的原子構(gòu)成比使鎖住效應(yīng)變壞。當(dāng)此原子構(gòu)成比大于約1.6時(shí)，F(xiàn)e-M-O層2成為不能適用于MR磁頭中的弱鐵磁體。
下面詳細(xì)說(shuō)明結(jié)合有交換耦合膜100的MR裝置。
圖2為說(shuō)明本發(fā)明的示例MR裝置200的截面圖。參看圖2，一Fe-M-O層2，一鐵磁性固定層3，一非磁性層4和一鐵磁性自由層5被以此順序淀積在基襯1上。鐵磁性層之一(固定層3)的磁化方向被來(lái)自Fe-M-O層2的交換偏置磁場(chǎng)所“鎖住”或固定。另一鐵磁性層(自由層5)經(jīng)由非磁性層4被與固定層3作磁性隔離，因而使得自由層5的磁化方向能響應(yīng)來(lái)自MR裝置200之外的外磁場(chǎng)作相對(duì)自由的改變。
這樣，固定層3的磁化方向與自由層3的磁化方向間的角就可以改變從而改變MR裝置200的電阻。當(dāng)MR裝置200被用作MR傳感器時(shí)，MR裝置200的電阻響應(yīng)外磁場(chǎng)的改變即能作為一電信號(hào)加以檢測(cè)。
如上述，本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是利用Fe-M-O層2作為磁轉(zhuǎn)抑制層。如相關(guān)技術(shù)說(shuō)明中描述的，采用α-Fe2O3層的MR裝置表示出大的MR比，但不能提供足夠的磁場(chǎng)用來(lái)鎖住固定層3(特別是在雙結(jié)構(gòu)或α-Fe2O3層形成在固定層下面的情況中)。而且，這樣一MR裝置的特性不大可能依靠在磁場(chǎng)中作低溫?zé)崽幚韥?lái)改善。
為解決這一問(wèn)題，本發(fā)明采用Fe氧化物(Fe-O)層作為磁旋抑制層2，其中Fe原子部分地為其他元素例如Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V所替換。
金屬(Fe+M)與氧(O)之間的原子構(gòu)成比最好為約1.2到約1.6。當(dāng)Fe原子部分地為一元素如Al,Ti,Mn或V所替代時(shí)，就得到較大的鎖住效果，也就是，在溫度為約150℃到約350℃時(shí)的熱處理之后固定層3的磁化方向的固定。當(dāng)Fe原子部分地為元素如Co或Ni所替代時(shí)，在制造MR裝置后即在熱處理之后得到具有較大鎖住磁場(chǎng)的MR裝置。
除其他外，Mn和Co在獲取大的MR比方面特別有效。對(duì)于較大的鎖住磁場(chǎng)，Co特別有效。為取得一更大的鎖住磁場(chǎng)的F-M-O層所需構(gòu)成是(Fe1-xMx)2O3(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V，且0.01≤x≤0.4)。
當(dāng)x過(guò)分小時(shí)所得的效果不足。當(dāng)x過(guò)分大時(shí)所得的鎖住效果可能會(huì)降低。當(dāng)Fe為除以上列舉的元素(Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni和V)以外的元素替代時(shí)，會(huì)發(fā)生這樣的間歇，即Fe-M-O層成為鐵磁性的，從而引起Fe-M-O層的自發(fā)磁化。
當(dāng)Fe-M-O層2的厚度過(guò)分小時(shí)，鎖住固定層3的磁化方向的效應(yīng)可能不足。Fe-M-O層2的厚度至少為5nm左右。當(dāng)Fe-M-O層2的厚度過(guò)分大時(shí)，其表面粗糙度增加，從而在自由層5與固定層3之間很可能會(huì)發(fā)生磁耦合。因此，F(xiàn)e-M-O層2的厚度理想的是約100nm或較小，而更理想的是約50nm。這一點(diǎn)對(duì)具有雙結(jié)構(gòu)的MR裝置是一特別重要的條件。
盡管一磁旋抑制層通?？偸且环磋F磁性體，而此整體磁旋抑制層2則不一定必須是完全反鐵磁性的，只要它能起Fe-M-O層2的主要作用就行(即固定固定層3的磁化方向)。例如，磁旋抑制層2的一部分可以是一弱鐵磁性體，一順磁性體或一鐵磁性體，只要能得到固定固定層3的磁化方向的效果即可。
通常，一Ni-Co-Fe合金層適用于作為MR磁頭的自由層5?？扇〉氖?，NixCoyFez層的原子構(gòu)成比可為0.6≤x≤0.90≤y≤0.40≤z≤0.3(由此得到一富Ni的軟磁膜)；或0≤x≤0.40.2≤y≤0.950≤z≤0.5(由此得到一富Co膜)。
具有這樣構(gòu)成的膜展現(xiàn)出低的磁致伸縮現(xiàn)象(1×10-5)，這對(duì)一MR傳感器或一MR磁頭是所要求的。
一非晶層，例如Co-Mn-B層，Co-Fe-B層，Co-Nb-Zr層，或Co-Nb-B層，或者這樣一非晶層與Ni-Co-Fe層的疊合層，可替代地用作為自由層5。
最好，自由層5的厚度在約1nm與約10nm間的范圍內(nèi)。當(dāng)自由層5過(guò)厚時(shí)，MR比因分路效應(yīng)而降低。當(dāng)自由層5過(guò)薄時(shí)，軟磁性降低。更可取的是，自由層5的厚度在約2nm與約7nm間的范圍內(nèi)。
用于固定層3的優(yōu)選材料包括Co,Co-Fe合金或Ni-Fe-Co合金。當(dāng)利用Co或Co-Fe合金時(shí)可獲得特別大的MR比。為得到大的交換耦合，可優(yōu)先采用Ni-Fe型材料，Ni-Fe-Co型材料，等等。因此，最好在固定層3與Fe-M-O層2之間的界面處采用Ni型材料和在固定層3與由Cu等構(gòu)成的非磁性層4間的界面處采用Co型材料。
最好，固定層3的厚度在約1nm與約10nm間的范圍內(nèi)。當(dāng)固定層3過(guò)薄或過(guò)厚時(shí)MR比降低。更理想的是固定層3的厚度在約1nm與約5nm間的范圍內(nèi)。
固定層3可以為包括有其間通過(guò)非磁性層4而有反鐵磁性交換耦合的二磁性層的多層結(jié)構(gòu)。更具體說(shuō)，固定層3例如可以是一Co/Ru/Co多層膜。在這樣的情況下，Ru的厚度必須是能在二Co膜之間提供反鐵磁性交換耦合(例如在此例中約0.6nm)。在普通MR裝置的情況下，當(dāng)MR裝置極小時(shí)，出現(xiàn)一發(fā)生在固定層3的端部表面上的磁極將一非所希望的偏置磁場(chǎng)加到自由層5的問(wèn)題。當(dāng)固定層3由具有反鐵磁性交換耦合的二磁性層形成時(shí)，不會(huì)有偏置磁場(chǎng)加到自由層5從而解決這一問(wèn)題。
雖然自由層5與固定層3之間的非磁性層4可由Cu、Ag、Au、Ru等構(gòu)成，但Cu是特別理想的。非磁性層4必須至少為約0.9nm以便降低二鐵磁性層(固定層3與自由層5)之間的交互作用。當(dāng)非磁性層4過(guò)厚時(shí)，MR比降低。因此非磁性層4的厚度應(yīng)為10nm或更少，而更理想的為約3nm或更小。
為進(jìn)一步增加MR裝置的MR比，在鐵磁性層之一(固定層3或自由層5)與非磁性層4之間界面處插入界面磁層是有效的。當(dāng)此界面磁層過(guò)厚時(shí)，MR比對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度降低。因此界面磁層的厚度最好為約2nm或更小，而更理想的是約1.8nm或更小。為使界面磁層有效地作用，其厚度應(yīng)至少為約0.2nm，而更理想的是約0.8nm或更大些。最好能采用Co或富Co的Co-Fe合金作為界面磁層的材料。
理想的是，襯基1具有相對(duì)光滑的表面，且可以是一玻璃襯基，一MgO襯基，一Si襯基或一Al2O3-TiC襯基。Al2O3-TiC襯基特別適宜于制造MR磁頭。
進(jìn)一步增加MR裝置的MR比的另一途徑是在自由層5上形成一金屬反射層。最好采用Ag、Au等作為金屬反射層的材料。
當(dāng)金屬反射層過(guò)厚時(shí)，MR比由于分路效應(yīng)而降低。因此，金屬反射層的厚度最好為約10nm或較小，更理想的是3nm左右或較小。當(dāng)金屬反射層過(guò)薄時(shí)，所得效果將不足。因此，此金屬反射層的厚度至少為約0.5nm或更大，而1nm左右或較大更理想。
在上面結(jié)合圖2所述例中，F(xiàn)e-M-O層2、固定層3、非磁性層4和自由層5按此順序以淀積在襯基1上。這些層也可以代之一以相反順序(自由層5/非磁性層4/固定層3/Fe-M-O層2)直接或通過(guò)一底層淀積在襯基1上。這種反向結(jié)構(gòu)導(dǎo)致由圖2中所示結(jié)構(gòu)所得的有稍許降低的鎖住效果，但仍能被用作MR裝置且對(duì)某些特定裝置設(shè)計(jì)可能是有效的。
雖然上面說(shuō)明了普通的MR裝置，而如圖3中所示的具有雙自旋閥結(jié)構(gòu)的MR裝置300對(duì)進(jìn)一步增加MR比也特別有效。這一情況下，F(xiàn)e-M-O層，NiO層，或它們的復(fù)合(層疊的)層可被用于最上面的磁旋抑制層6。為進(jìn)一步增加MR比，F(xiàn)e-M-O層特別利于最上面的磁旋抑制層6?？紤]到MR裝置電極的形成或MR磁頭的形成，利用Fe-Mn、Ni-Mn、Pd-Mn、Pt-Mn、Ir-Mn或Fe-Ir之類(lèi)的金屬反鐵磁性材料是適宜的。其中，Pt-Mn被認(rèn)為在熱穩(wěn)定性方面是最好的材料。最好PtzMn1-z層的原子構(gòu)成比可以是0.4≤z≤0.6在圖3中所說(shuō)明的例子中，F(xiàn)e-M-O層2最先被淀積在襯基1上?；蛘?，這些層也可按相反順序由磁旋抑制層6到Fe-M-O層2地淀積在襯基1上。
當(dāng)NiO和α-Fe2O3被用在以上結(jié)構(gòu)中時(shí)，考慮到熱穩(wěn)定性和膜平滑性，可取的是首先在襯基1上形成NiO層，而后在NiO層上形成α-Fe2O3層，從而使固定層3被α-Fe2O3鎖住。在這樣的情況下，NiO膜的厚度可以為約10nm，而α-Fe2O3層最好厚于NiO膜。
這些層適宜于由濺鍍方法形成?？捎脕?lái)制造本發(fā)明的MR裝置的濺度方法包括有DC濺度法，RF濺鍍法，離子束濺鍍法，等等。
MR磁頭可利用上述本發(fā)明的MR裝置來(lái)制造。圖5為說(shuō)明本發(fā)明一示例MR磁頭30的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖4說(shuō)明由圖5中箭頭A所指方向看的圖5的截面圖。圖6說(shuō)明沿著圖5中破析線B所指的平面所取的圖5的截面圖。以下說(shuō)明將主要參照?qǐng)D4。
參看圖4,MR裝置部分9被插置于上、下屏蔽間隔14與11之間。隔離膜，例如Al2O3膜、SiO2膜等等，可被用作屏蔽間隔11和14。屏蔽間隔14和11上還分別設(shè)置有上、下屏蔽15和11。一軟磁膜例如Ni-Fe合金膜可用作為屏蔽材料。為控制MR裝置的磁疇，由一象Co-Pt合金材料構(gòu)成的硬偏置部分12提供偏置磁場(chǎng)。雖然在此例中采用一硬膜來(lái)供給偏置磁場(chǎng)，象Fe-Mn膜之類(lèi)的反鐵磁性膜也可同樣加以采用。MR裝置部分9被屏蔽間隔11和14由屏蔽10和15隔開(kāi)，并且通過(guò)導(dǎo)線部分13向其施加電流而能讀取MR裝置部分9的電阻中的改變。
由于MR磁頭是一只讀磁頭，通常被與一供寫(xiě)入的感應(yīng)磁頭相結(jié)合使用。圖6和7說(shuō)明一寫(xiě)磁頭部分31和一讀磁頭部分32。圖7A說(shuō)明與圖4中所示相同的結(jié)構(gòu)，其上面另外設(shè)置有寫(xiě)磁頭部分31。寫(xiě)磁頭部分31包括有一經(jīng)由記錄間隔膜40設(shè)置在上屏蔽15上面的上磁芯16。
雖然圖7A說(shuō)明具有通常的貼近的結(jié)合的MR磁頭，而圖7B則說(shuō)明另一具有重疊結(jié)構(gòu)的有效的MR磁頭，其中磁道寬41可較精確的控制。因此，圖7B中表明的結(jié)構(gòu)能更好地承受由記錄密度的增加所造成的磁道寬的縮減。
現(xiàn)在參照?qǐng)D6說(shuō)明MR磁頭30的記錄和再生機(jī)理。參看圖6，在記錄操作期間，由一電流產(chǎn)生和導(dǎo)引通過(guò)一線圈17的磁通漏泄通過(guò)上磁芯16與上屏蔽15之間的空間，借此將信息寫(xiě)在磁盤(pán)21上。MR磁頭30在由圖中的箭頭C所指明的方向上相對(duì)磁盤(pán)21移動(dòng)，這里有可能通過(guò)倒轉(zhuǎn)流過(guò)線圈17的電流的方向來(lái)反轉(zhuǎn)記錄磁化方向23。當(dāng)記錄密度增加時(shí)，記錄長(zhǎng)度(記錄間距)22縮小，由此而需要相應(yīng)地降低記錄間隔長(zhǎng)度(記錄間隔節(jié)距)19。
在再生操作中，磁盤(pán)21的記錄磁化部分漏泄的磁通24作用于屏蔽10與15間的MR裝置部分9，由此改變MR裝置部分9的電阻。由于電流通過(guò)引線部分13被導(dǎo)引到MR裝置部分9，其電阻中的改變可被作為其電壓(輸出)中的變化讀出。
圖8說(shuō)明結(jié)合本發(fā)明的MR裝置的軛式磁頭80的結(jié)構(gòu)。此軛式磁頭80包括有MR裝置部分9，磁軛部分81，隔離膜部分82，記錄極部分18和線圈部分83。軛部分81和記錄極部分18共同形成一記錄/再生間隔30。
參看圖9，現(xiàn)在說(shuō)明用于制造MR磁頭30的方法。
首先，如圖4中所示，在一經(jīng)適當(dāng)處理的襯基上形成下屏蔽10(S801)。然后，在下屏蔽10上形成下間隔屏蔽11(S802)，和在下屏蔽間隔11上形成MR裝置部分層(S803)。在MR裝置部分層如圖4中所示被作成MR裝置部分9的圖案之后(S804)，形成硬偏置部分12(S805)和引線部分13(S806)。然后形成上屏蔽間隔14(S807)和上屏蔽15(S808)。最后，如圖7A中所示形成寫(xiě)磁頭部分31(S809)，由此得到MR磁頭30。
參看圖10，更詳細(xì)地說(shuō)明形成MR裝置部分9的步驟(S803)。以濺鍍Fe-M-O靶到非磁性襯基1上形成Fe-M-O層2，如圖2中所示(S901)。然后，固定層3、非磁性層4和自由層5按此順序淀積在Fe-M-O層2上，由此，得到MR裝置部分9(S902)。
為得到如圖3中所示的MR裝置300，非磁性層4、固定層3和磁旋抑制層6以此順序淀積在自由層上，由此得到MR裝置部分。
考慮到硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的記錄密度的未來(lái)增加，記錄波長(zhǎng)(記錄間隔)應(yīng)加縮短，為此必須縮短如圖4中所示屏蔽之間的距離d(由圖6中的標(biāo)號(hào)18所指明)。如可由圖4看到的，必須降低MR裝置部分9的厚度。最好，MR裝置部分9的厚度，不包括反鐵磁性膜，應(yīng)為約20nm或更小。本發(fā)明中所用的反鐵磁性Fe-M-O層2為一隔離物。因此，如果Fe-M-O層2被設(shè)置作為此隔離物的一部分(例如作為圖4中間隔屏蔽11的一部分)，其厚度即較少受限制。但當(dāng)Fe-M-O層2被設(shè)置作為MR裝置部分9的一部分，它就應(yīng)當(dāng)盡可能薄。最好，F(xiàn)e-M-O層2的厚度應(yīng)為約40m或更小，且更理想的是約20nm或更小。
在MR裝置部分9中，自由層5的易于磁化的軸(也被稱(chēng)之為“平易(easy)軸”，如圖2和3中所示，最好被安排得基本垂直于要被檢測(cè)的信號(hào)的磁場(chǎng)的方向，以便抑制軟磁性膜在磁化轉(zhuǎn)換期間的Barkhausen噪音的發(fā)生。
現(xiàn)在以說(shuō)明性舉例說(shuō)明本發(fā)明的交換耦合膜，MR裝置和MR磁頭。
例1按照本發(fā)明的例1的交換耦合膜通過(guò)利用多濺鍍?cè)O(shè)備制造。Fe2O3和Co0.9Fe0.1被用作為靶。To2O3片被置于Fe2O3靶上以產(chǎn)生(Fe1-xTix)2O3膜。
在一真空室被抽真空到約1×10-8Torr之后，其中被加進(jìn)Ar氣體以便在其中保持約0.8mTorr的壓力，同時(shí)利用濺鍍方法來(lái)在玻璃襯基上形成交換耦合膜100，如圖1中所示。從而造成一試樣交換耦合膜Al。此試樣膜Al的多層的各自厚度(nm)被表示在括號(hào)中。當(dāng)采用Fe2O3時(shí)應(yīng)用RF陰極，而當(dāng)采用任何其他材料時(shí)應(yīng)用DC陰極。
Al:(Fe1-xTix)2O3(50)/Co0.9Fe0.1(10)所產(chǎn)生的交換耦合膜以約250℃在真空中保持約1小時(shí)，同時(shí)對(duì)之加以約80kA/m(1kOe)的磁場(chǎng)。然后利用一振動(dòng)采樣磁強(qiáng)計(jì)在室溫下測(cè)量交換耦合膜的磁化曲線。
圖11是一示意說(shuō)明所測(cè)量磁化曲線的圖形。由于((Fe1-xTix)2O3)磁旋抑制層幾乎沒(méi)有任何磁化，此磁化曲線實(shí)際上是交換耦合膜100的Co0.9Fe0.1的磁化曲線。在圖11中，磁化曲線的中心由圖形原點(diǎn)位移數(shù)量Hua。此位移量Hua代表交換偏置的強(qiáng)度。另一位移量Hc被定義作為磁化曲線與代表所加磁場(chǎng)的水平軸的二交點(diǎn)之間的長(zhǎng)度的一半。位移量Hc還在采用氧化物磁旋抑制層時(shí)趨向于增加此交換偏置磁場(chǎng)。
圖12表示由圖11的磁化曲線計(jì)算得的對(duì)各種x值的交換耦合膜100的位移量Hua和Hc。
圖12表明由引入Ti位移量Hua的增加。這就是說(shuō)，如果引入Ti，即使由相對(duì)低的溫度作熱處理也導(dǎo)入單向各向異性。還表明過(guò)量引入Ti時(shí)位移量Hua降低。
在上述例中，Ti2O3片被置于Fe2O3靶上以產(chǎn)生一(Fe1-xTix)2O3膜。但也可替換利用合金靶。或者，可將Ti片置于Fe2O3靶上。但在這種情況下，必須特別小心地例如在Ar氣體外還利用氧氣作為濺鍍氣體使原子構(gòu)成比(Fe+Ti)/O為約1.2到約1.6。
在圖11中，位移量Hua和Hc兩者均迅速下降到x＞0.4的構(gòu)成范圍內(nèi)。這可由(Fe1-xTix)2O3層中發(fā)生磁化來(lái)促成，這使(Fe1-xTix)2O3層成為鐵磁性的。
當(dāng)原子構(gòu)成比(Fe+Ti)/O不足約1.2到約1.6時(shí)也有可能發(fā)生磁化，由此降低位移量Hua。當(dāng)(Fe1-xTix)2O3膜有磁化時(shí)，可由其生成磁通，從而給交換耦合膜100的應(yīng)用起反作用。
在上述舉例中，加入Ti作為一替代元素。另一試樣膜A2以基本相同方式制造，但以另外元素例如Al,Co,Mn,Cr,Ni或V部分地替代α-Fe2O3膜中的Fe原子。熱處理也基本以上與采用Ti時(shí)的同樣方式進(jìn)行。
A2:(Fe0.9M0.1)2O3(50)/Co0.9Fe0.1(10)這一試樣交換粘合膜A2的位移量Hua和Hc被以與試樣膜Al同樣方式評(píng)估。結(jié)果如下表1中所示。
表1M(替代Fe的金屬) Hua(KA/m) Hc(KA/m)不替換0.1 12.0Al10.25.5Co7.7 6.2Mn13.57.6Cr8.4 4.4Ni4.3 9.2V 3.9 8.8表1表明當(dāng)Fe2O3膜中的Fe原子為其他元素如Al、Co、Mn、Cr、Ni或V部分地替代時(shí)位移量Hua增加。
作為比較例，以基本與上述相同方式制造了另外的交換耦合膜，但以其他元素如Sn、Sb或Ge部分地替代Fe2O3中的Fe原子。各比較例的構(gòu)成被調(diào)整使得使原子構(gòu)成比(Fe+M)/O為約1.2到約1.6(其中M=Sn,Sb,Ge)。
在比較例中，位移量Hua不增加，而位移量Hc減少，表明鎖住鐵磁體固定層3的效果降低。
例2如圖2中所示，利用如例1的多重濺鍍?cè)O(shè)備制造一試樣MR裝置B1。Si襯基用作為襯基1,Fe-Al-O層作為磁旋抑制層2,Co層作鐵磁性固定層3,Cu層作為非磁性層4，且Ni0.58Fe0.2Co0.12層作為自由層5。所采用的Fe-Al-O層的原子構(gòu)成比為Al/(Fe+Al)=0.05/1和(Fe+Al)/O=約1.2到約1.6。各層的厚度如下面所示。
B1:Fe-Al-O(35)/Co(2)/Cu(2)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(5)如例1中那樣，上述這樣產(chǎn)生的此試樣MR裝置B1經(jīng)受約250℃的熱處理約30分鐘。
所生成試樣MR裝置B1的MR特性被作了評(píng)估，由一DC 4端方法在室溫下加以達(dá)到約100kA/m的磁場(chǎng)。結(jié)果如以下表2中所示。
為作比較，另一試樣MR裝置B的MR特性也被以基本同樣方式進(jìn)行了評(píng)估。此試樣裝置B0利用Fe2O3層代替Fe-Al-O層制造。
表2試樣號(hào)磁旋抑制層MR比HpB0Fe2O313.710B1Fe-Al-O 12.921圖13概括地表示對(duì)表2中所示試樣裝置B1所得的MR曲線。參看圖13，當(dāng)一大的負(fù)磁場(chǎng)被加到MR裝置時(shí)，自由層5和固定層3基本上具有相同磁化方向(在點(diǎn)(a))。在磁場(chǎng)逐漸增加并轉(zhuǎn)到正側(cè)時(shí)，自由層5的磁化方向倒轉(zhuǎn)，然后電阻向點(diǎn)(b)迅速增加。當(dāng)外磁場(chǎng)進(jìn)一步增加時(shí)，固定層3的磁化方向也倒轉(zhuǎn)，如點(diǎn)(c)處所示，且電阻降低到原來(lái)水平。參看圖13，“Hp”指反相磁場(chǎng)(也稱(chēng)之為“鎖住磁場(chǎng)”)，它被定義為在MR比在通過(guò)峰值(點(diǎn)(b))之后成為其峰值的一半時(shí)所施加的磁場(chǎng)振幅。表2表明對(duì)試樣裝置測(cè)量的各自的Hp值。
表2表示，與比較試樣裝置B0相比較本發(fā)明的試樣裝置B1具有基本相同的MR比和更高的鎖住磁場(chǎng)Hp。
另一試樣裝置B2以與試樣裝置B1基本相同的方式制成，其中自由層5包括有多層通過(guò)插置于它們之間的非磁性層4設(shè)置的磁性層。
B2:Fe-Al-O(35)/Co(2)/Cu(2)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(2)/Cu(1)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(2)試樣裝置B2以基本與試樣裝置B1相同的方式進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，與試樣裝置B1相比，試樣裝置B2具有基本相同的MR比和Hp，但具有改善的自由層5的軟磁特性，此時(shí)軟磁性層的矯頑力由約800A/m降低到約400A/m。這樣，依靠形成帶有二個(gè)或更多的通過(guò)插置在它們之間的非磁性層4所設(shè)置的磁性層，就可能改善自由層5的軟磁特性和改善MR裝置對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度。
試樣裝置B3以與試樣裝置B1基本相同方式制成，但利用具有反鐵磁性交換耦合的Co(2)/Ru(0.6)/Co(2)代替Co(2)作為固定層3。
B3:Fe-A-O(3.5)/Co(2)/Ru(0.6)/Co(2)/Ni0.68Fe0.20CO0.12(5)試樣裝置B3被以基本與試樣裝置B1相同方式進(jìn)行了評(píng)估。表明與試樣裝置B1相比，試樣裝置B3的MR比降低約2.1％，但具有約40kA/m或更大的Hp，同時(shí)由發(fā)生在固定層3的端部表面處的磁極所引起的偏置對(duì)自由層5無(wú)影響。
接著分別利用試樣裝置B1(本發(fā)明)和B0(比較例)制造圖5中所示的MR磁頭，并對(duì)其特性進(jìn)行了評(píng)估。在每一個(gè)制造的MR磁頭中，襯基采用Al2O3-TiC材料，屏蔽10和15用Ni0.8Fe0.2合金，屏蔽間隙11和14用Al2O3。另外，Co-Pt合金用于硬偏置部分12，而引線部分13用Au。這些磁性膜所賦與的各向異性是使固定層3的平易軸基本上平行于欲檢測(cè)信號(hào)的磁場(chǎng)方向而自由層5的平易軸基本上與欲檢測(cè)信號(hào)的磁場(chǎng)方向相垂直。這是這樣實(shí)現(xiàn)的，即首先使所制造的MR裝置在磁場(chǎng)中經(jīng)受約270℃的熱處理從而確定固定層3的平易軸的方向，而后再使此制造的MR裝置經(jīng)受約180℃的熱處理從而確定自由層5的平易軸的方向。
導(dǎo)引一DC電流作為測(cè)試電流通過(guò)這些MR磁頭和對(duì)之加以約3kA/m的交變信號(hào)磁場(chǎng)對(duì)所制造MR磁頭的各自的輸出進(jìn)行了評(píng)估。采用本發(fā)明的裝置B1的MR磁頭的輸出大致與采用比較MR裝置B0的MR磁頭的輸出相同。但應(yīng)指出，在測(cè)試期間當(dāng)約15kA/m的DC磁場(chǎng)被加到MR磁頭并隨后去掉時(shí)，采用比較MR裝置B0的MR磁頭的輸出成為不穩(wěn)定的，而采用本發(fā)明MR裝置B1的MR磁頭的輸出則即使在應(yīng)用DC磁場(chǎng)之后也是穩(wěn)定的。
例3以基本與示例2中相同方式制造了具有圖2所示結(jié)構(gòu)的試樣MR裝置(C1～C10，其中Al/(Fe+Al)=0.1/1,Ti/(Fe+Ti)=0.1/1,Mn/(Fe+Co)=0.2/1,Cr/(Fe+Co)=0.2/1和Cr/(Fe+Cr)=0.1/1。在此例中，如以下所示采用復(fù)合磁旋抑制層。被設(shè)置在各試樣裝置端部的Cu層為一抗氧化膜。
C1:Fe-Al-O(20)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Cu(1)C2:Fe-Co-O(20)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2.2)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.2/Cu(1)C3:Fe-Cr-O(20)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2.2)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Cu(1)C4:NiO(10)/Fe-Al-O(10)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2.2)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Cu(1)C5:Fe-Ti-O(10)/Fe-Co-O(10)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2.2)/Co0.35Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Cu(1)C6:Fe-Mn-O(20)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2.2)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Cu(1)C7:Fe-Ti-O(10)/Fe-Al-O(10)/CO0.85Fe0.15(2)/Cu(2.2)/Co0.85Fe0.15(1)f/Ni0.8Fe0.2(5)/Cu(1)C8:Fe2O3(20)f/CO0.85Fe0.15(2)/Cu(2.2)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.2/Cu(1)C9:NiO/CO0.85Fe0.15(2)/Cu(2.2)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.2/Cu(1)C10:(Fe0.9Al0.1)2O3(10)/NiO(10)/CO0.85Fe0.15(2)/Cu(2.2)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Cu(1)
所制造的MR裝置以基本與示例1同樣方式經(jīng)受約250℃的熱處理約30分鐘。進(jìn)行與示例2基本相同方式的MR特性的評(píng)估。結(jié)果如下表3中所示。
表3試樣號(hào) MR比HpC113.712.2C216.238.5C313.815.5C412.923.5C516.036.0C617.022.5C715.125.3C86.3 7.6C93.8 5.4C10 13.317.7表3表明本發(fā)明的試樣裝置C1～C7和C10各自具有大于比較試樣裝置C8和C9的交換偏置磁場(chǎng)Hp，由此易于獲得磁化抗平行性(antiparalllelism)和較大的MR比。Fe-Mn-O層和Fe-Co-O層在MR比上面特別有效。試樣裝置C2～C7各自具有大于試樣裝置C1的Hp。Fe-Co-O層在Hp方面特別有效。
本發(fā)明的MR裝置已在上面作了說(shuō)明。由上述例子將很顯見(jiàn)，被用于本發(fā)明MR裝置中的本發(fā)明的交換耦合膜提供優(yōu)于通常交換耦合膜的交換偏置特性。
例4
以與示例1同樣方式制造了具有圖3中所示結(jié)構(gòu)的試樣MR裝置D1～D11(雙自旋閥膜)，其中Al/(Fe+Al)=0.05/1,(Fe+Al)/O=2/3,Ti/(Fe+Ti)=0.05/1,(Fe+Ti)/O=2/3,Mn/(Fe+Mn)=0.02/1和Co/(Fe+Co)=0.2/1。
D1: Fe2O3(30)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Ir-Mn(8)D2:Fe-Al-O(30)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Ir-Mn(8)D3:Fe-Al-O(30)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Fe-Co-O(30)D4:Fe-Mn-O(30)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Fe-Co-O(30)D5:NiO(10)/Fe-Co-O(20)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Fe-Co-O(30)D6:Fe-Ti-O(30)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Ir-Mn(8)D7:Fe-Ti-O(30)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Fe-Ti-O(30)D8:Fe-Ti-O(30)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Fe-Co-O(30)D9:Fe-Ti-O(30)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/NiO(30)D11:Fe-Al-O(30)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/PtMn(20)所制造的MR裝置以與例1基本相同方式作熱處理。以與例2基本相同的方式評(píng)估了MR特性。結(jié)果示于下表4中。
表4試樣號(hào) MR比D113.5D220.5D323.9D428.0D528.0D620.3D720.8D826.2D921.5D10 23.6D11 19.9表4示出試樣MR裝置D2～D9各自具有大于比較MR裝置D1的MR比。
被認(rèn)為這樣的結(jié)果是由于Fe-M-O層2的層磁旋抑制層6的鎖住效果，如圖3中所示，足以固定固定層3的磁化方向，由此提供固定層3和自由層5之間良好的磁化抗平行性。每一試樣裝置D2、D6和D11具有稍稍較小的MR比，但提供較之由試樣裝置D3～D5和D7～D9所提供的要大的磁旋抑制層6的鎖住效果。
以基本與試樣裝置D3同樣的方式制造了另一試樣裝置D10，其中自由層5包括有通過(guò)在它們間插置的非磁性層所設(shè)置的三層。
D10:Fe-Al-O(30)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2(1.5)/Cu(0.6)/Ni0.8Fe0.2(1.5)/Cu(0.6)/Ni0.8Fe0.2(1.5)/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Fe-Co-O(30)此試樣裝置D10被作與試樣裝置D3基本同樣方式的評(píng)估。結(jié)果表明，本發(fā)明的此試樣裝置D10具有基本與試樣裝置D3相同的MR比和Hp，但自由層5的軟磁特性得到改善，且軟磁層的矯頑力由約800A/m降到約250A/m。這樣，借助形成帶有二個(gè)或更多的通過(guò)在它們之間插置的非磁性層4所設(shè)置的磁性層的自由層5，就可能改善自由層5的軟磁特性和改善MR裝置對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度。
以基本與測(cè)試裝置D11相同方式但利用具有反鐵磁性交換耦合作為固定層3代替Co(3)的Co(2)/Ru(0.7)/Co(3)制造了另一試樣裝置D12。
D12:Fe-Al-O(30)/Co(2)/Ru(0.7)/Co(3)/Cu(2.5)/Co(1)/Ni0.8Fe0.2(5)/Co(1)/Cu(2.5)/Co(3)/Ru(0.7)/Co(2)/Pt-Mn(20)此試樣裝置D12被作與試樣裝置D11基本相同方式的評(píng)估。結(jié)果表明試樣裝置D12的MR比由試樣裝置D11的降低約3.5％，但其Hp則大于試樣裝置D11的約三倍。
例5在已經(jīng)受過(guò)利用離子束在不同情況下作的表面處理從而使玻璃襯基具有不同表面粗糙度的各不同的玻璃襯基上，以基本與示例2相同的方式制造了試樣MR裝置E。
E:Fe-Co-O(8)/Co0.85/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(3)表5表明所制造試樣裝置E的下表面粗糙度和MR比。此表面粗糙度是利用STM(掃描隧道效應(yīng)顯微鏡)進(jìn)行評(píng)估的。在各試樣裝置的10mm×10mm表面上隨機(jī)選擇十個(gè)10nm×10nm的小區(qū)。各區(qū)的表面粗糙度以其中最高點(diǎn)與其中最低點(diǎn)之間的高度差來(lái)確定。此十個(gè)小區(qū)的表面粗糙度值被加以平均來(lái)得到該試樣裝置的表面粗糙度。
表5表面粗糙度MR比0.3813.30.4512.90.528.60.684.31.222.7表5表明具有表面糙度約0.5nm或較小的試樣裝置具有較大的MR比。
例6利用例4的試樣裝置D7制造了如圖8中所示的軛式MR磁頭80。
約2nm厚的以等離子氧化法產(chǎn)生的Al-O超薄膜被用作圖8中所示結(jié)構(gòu)中的隔離膜部分82。具有高透射率的Co-Nb-Zr型的非晶合金層被用于磁軛部分81。在這一示例的軛式MR磁頭的輸出與以基本相同方式但采用示例5的試樣MR裝置D1產(chǎn)生的一比較MR磁頭的輸出間作了比較。此比較表明這一示例的軛式MR磁頭的輸出由比較MR磁頭的增加了約+3db。
如上所述，采用本發(fā)明的氧化物磁旋抑制層的交換耦合膜對(duì)鐵磁體供給較之由通常的交換耦合膜所供給的要大的交換偏置磁場(chǎng)。結(jié)果固定層的磁化方向穩(wěn)定，由此而提供具有良好熱穩(wěn)定性和很大MR比的交換耦合膜，結(jié)合這樣一交換耦合膜的MR裝置和結(jié)合這樣一MR裝置的MR磁頭。
各種其他變體對(duì)熟知本技術(shù)的人士十分顯見(jiàn)并能為他們?nèi)菀椎貙?shí)現(xiàn)而不背離本發(fā)明的范疇和精神實(shí)質(zhì)。因而，并不是要使所附的權(quán)利要求的范圍受到在此所作說(shuō)明的局限，而應(yīng)對(duì)權(quán)利要求作出廣義解釋。
權(quán)利要求
1.一種交換耦合膜，包括一襯基和一多層膜，其中此多層膜包括一鐵磁性層和一鄰接此鐵磁層設(shè)置的用于抑制此鐵磁性層的磁旋的磁旋抑制層；和此磁旋抑制層包括一Fe-M-O層(其中M=Al、Ti、Cu、Mn、Cr、Ni或V)。
2.按照權(quán)利要求1的交換耦合膜，其特征是該磁旋抑制層包括一(Fe1-xMx)2O3層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V，且0.01≤x≤0.4)。
3.按照權(quán)利要求1的交換耦合膜，其特征是該磁旋抑制層還包括一NiO層。
4.按照權(quán)利要求1的交換耦合膜，其特征是該磁旋抑制層還包括一Fe-M’-O層(其中M’=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)；和此Fe-M’-O層具有與Fe-M-O層不同的組份。
5.按照權(quán)利要求1的交換耦合膜，其特征是該多層膜的表面粗糙度為約0.5nm或較小。
6.按照權(quán)利要求1的交換耦合膜，其特征是該磁旋抑制層的厚度在約5nm與約100nm間的范圍內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求6的交換耦合膜，其特征是磁旋抑制層的厚度在約5nm與50nm間的范圍內(nèi)。
8.按照權(quán)利要求1的交換耦合膜，其特征是在該磁旋抑制層和鐵磁性層被形成后，此交換耦合膜在一磁場(chǎng)中以約150℃到約350℃的溫度作熱處理。
9.一種磁阻效應(yīng)裝置，包括一襯基和一多層膜，其中該多層膜包括至少二鐵磁性層，一非磁性層和一為抑制鐵磁性層之一的磁旋的磁旋抑制層；該二鐵磁性層通過(guò)在它們中間插置該非磁性層而設(shè)置；至少一個(gè)鐵磁性層為一其磁化方向由該磁旋抑制層固定的固定層，此磁旋抑制層被設(shè)置得在相對(duì)于該非磁性層在另一鐵磁性層的對(duì)側(cè)與該前一個(gè)鐵磁性層相接觸；至少一個(gè)鐵磁性層為一其磁化方向可自由旋轉(zhuǎn)的自由層；在固定層的磁化方向與自由層的磁化方向間角度的改變使裝置的電阻變化；和該磁旋抑制層包括一Fe-M-O層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)。
10.按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是該磁旋抑制層包括一(Fe1-xMx)2O3層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V，且0.01≤x≤0.4)。
11.按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是該磁旋抑制層還包括一NiO層。
12.按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是該磁旋抑制層還包括一Fe-M’-O層(其中M’=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)；和該Fe-M’-O層具有與Fe-M-O層不同的組份。
13.按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是此多層膜的表面粗糙度為要0.5nm或較小。
14.按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是該磁旋抑制層的厚度在約5nm與約100nm間的范圍內(nèi)。
15.按照權(quán)利要求14的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是磁旋抑制層的厚度在約5nm與50nm間的范圍內(nèi)。
16.按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是在磁旋抑制層和固定層被形成后，磁阻效應(yīng)裝置在磁場(chǎng)中以約150℃到約350℃的溫度作熱處理。
17.按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是該多層包括一第一磁旋抑制層、一第一固定層、一第一非磁性層、一鐵磁性自由層、一第二非磁性層、一第二固定層和一第二磁旋抑制層，它們按所述次序淀積在襯基上；該第一磁旋抑制層包括一Fe-M-O層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)；該第一磁旋抑制層固定第一固定層的磁化方向；和該第二磁旋抑制層固定第二固定層的磁化方向。
18.按照權(quán)利要求17的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是第一磁旋抑制層包括一(Fe1-xMx)2O3層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V，且0.01≤x≤0.4)。
19.按照權(quán)利要求17的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是第二磁旋抑制層包括一NiO層或一Fe-M-O層(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)。
20.按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是該自由層包括一第三非磁性層和二或更多的以該第三磁性層插置在它們中間而設(shè)置的磁性層。
21.按照權(quán)利要求17的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是該自由層包括一第三非磁性層和二或更多的以該第三非磁性層插置在它們中間而設(shè)置的磁性層。
22.按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是該固定層包括一第三非磁性層和二個(gè)以該第三非磁性層被插置在其中間的具有一反鐵磁性交換耦合的磁性層。
23.按照權(quán)利要求17的磁阻效應(yīng)裝置，其特征是至少一個(gè)固定層包括一第三非磁性層和二以該第三非磁性層插置其間的具有反鐵磁性交換耦合的磁性層。
24.一種磁阻效應(yīng)磁頭，包括一按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置；和用于將磁阻效應(yīng)裝置由一屏蔽部分隔離的屏蔽間隔部分。
25.一種磁阻效應(yīng)磁頭，包括一按照權(quán)利要求9的磁阻效應(yīng)裝置；和磁軛部分，用于導(dǎo)引欲被檢測(cè)的磁場(chǎng)進(jìn)該磁阻效應(yīng)裝置。
26.一種用于制造磁阻效應(yīng)裝置的方法，該裝置包括一襯基和一多層膜，其中該多層膜包括至少二鐵磁性層、一非磁性層和一用于抑制磁性層之一的磁旋的磁旋抑制層；該二鐵磁性層以插置在它們之間的該非磁性層而設(shè)置；至少一鐵磁性層為一其磁化方向被磁旋抑制層固定的固定層，該磁旋抑制層被設(shè)置得在相對(duì)于該非磁性層的另一鐵磁性層的對(duì)側(cè)與該前一鐵磁性層相接觸；至少一鐵磁性層為其磁化方向是可以自由旋轉(zhuǎn)的自由層；和固定層的磁化方向與自由層的磁化方向間角度的改變使得裝置的電阻變化，所述方法包括在襯基上形成該磁旋抑制層的第一步驟；和在該磁旋抑制層上按順序淀積該固定層、非磁性層和自由層的第二步驟，其中第一步驟包括濺鍍一其主要構(gòu)成為Fe-M-O的靶的步驟(其中M=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)。
27.一種用于制造磁阻效應(yīng)裝置的方法，此裝置包括一襯基和一多層膜，其中該多層膜包括一第一磁旋抑制層、一第一固定層、一第一非磁性層、一鐵磁性自由層、一第二非磁性層、一第二固定層和一第二磁旋抑制層，它們按所述次序淀積在襯基上；第一磁旋抑制層固定第一固定層的磁化方向；第二磁旋抑制層固定第二固定層的磁化方向；和第一和第二固定層的磁化方向與該自由層的磁化方向間角度的改變使裝置的電阻變化，所述方法包括在襯基上形成第一磁旋抑制層的第一步驟；在第一磁旋抑制層上按順序淀積第一固定層、第一非磁性層、自由層、第二非磁性層和第二固定層的第二步驟；和在第二固定層上形成第二磁旋抑制層的第三步驟，其中第一和第三步驟各自包括濺鍍一其主要構(gòu)成為Fe-M-O(其中M’=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)的靶的步驟。
全文摘要
本發(fā)明的交換耦合膜包括一襯基和一多層膜。此多層膜包括:一鐵磁性層和一鄰接此鐵磁性層設(shè)置的用于抑制此鐵磁性層的磁旋的磁旋抑制層;此磁旋抑制層包括一Fe－M－O層(其中M’=Al,Ti,Co,Mn,Cr,Ni或V)。
文檔編號(hào)H01F10/32GK1217529SQ98122500
公開(kāi)日1999年5月26日 申請(qǐng)日期1998年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月17日
發(fā)明者川分康博, 榊間博, 里見(jiàn)三男, 杉田康成 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社