專利名稱：磁阻元件和使用該磁阻元件的磁阻磁頭、磁記錄裝置和磁阻存儲器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磁阻元件(以下簡寫為“MR元件”)和利用該元件的磁器件。本發(fā)明的MR元件特別適用于從介質比如磁盤、磁-光盤和磁帶讀取信息的記錄/重放磁頭、用于汽車等的磁性傳感器以及磁阻存儲設備(即磁隨機存取存儲器，下文簡寫為“MRAM”)。
背景技術：
至少兩個磁層和至少一個非磁層交替疊置的多層膜可提供大的磁阻效應，這被稱為巨磁阻(GMR)效應。在多層膜中，非磁層位于磁層之間(即磁層/非磁層/磁層/非磁層......)。磁阻效應是電阻隨著磁層之間磁化方向的相對差異而變化的現象。
GMR元件利用導電材料比如Cu和Au作為非磁層。一般地，電流平行于膜表面流過(CIP-GMR電流在GMR平面上)。另一方面，允許電流垂直于膜表面流過的GMR元件被稱為CPP-GMR(電流垂直于GMR平面)。與CIP-GMR元件相比，CPP-GMR元件具有較大的磁阻變化率(MR比)和較小的電阻。
作為GMR元件中的一種，自旋閥型元件不需要大的工作磁場。該元件包括自由磁層(自由層)和夾有非磁層的固定的磁層(固定層(pinned layer))。自旋閥型元件利用了相對角的變化，所述相對角是由自由層的磁化旋轉產生的兩個磁層的磁化方向形成的。自旋閥型GMR元件的例子包括這樣一種元件它利用反鐵磁材料Fe-Mn作為磁化旋轉抑制層，并且將該層疊置于Ni-Fe/Cu/Ni-Fe多層膜上。盡管該元件需要小的工作磁場并且線性度優(yōu)良，但是MR比小。報道的另一種自旋閥型GMR元件利用CoFe鐵磁材料作為磁層，并且利用PtMn和IrMn反鐵磁材料作為反鐵磁層，由此提高了MR比。
為了達到甚至更高的MR比，也建議元件利用絕緣材料作為非磁層。流過該元件的電流是隧道電流，該電流隨機地傳送通過絕緣層。預計當夾有絕緣層的磁層其自旋極化增加時，該元件(被稱為TMR元件)具有大的MR比。因此，磁性金屬比如Fe、Co-Fe合金和Ni-Fe合金、半金屬鐵磁材料等適合用于磁層。
隨著未來磁頭或MRAM元件的記錄密度的增加，MR元件會變得越來越小，則需要MR元件具有甚至更大的MR比。
為了在元件中提供大的MR比，也需要MR元件可抑制由熱處理帶來的性能惡化。磁頭的制造工藝通常包括在約250℃-300℃的溫度下進行熱處理。例如，已研究了通過在CMOS上形成TMR元件而制造的MRAM器件。在該CMOS工藝中，不可避免地會在約400℃-450℃的溫度下進行熱處理。盡管經熱處理后MR元件惡化的原因目前還沒有被完全證實，但是原子擴散進入磁層和非磁層間的界面可能會產生惡化。
應基于器件的應用來謹慎地選擇工作溫度。當MR元件安裝在硬盤驅動(HDD)上時，需要其在約150℃的溫度下具有熱穩(wěn)定性，而該溫度是HDD的工作溫度。
如上所述，具有大磁阻變化率(MR比)的元件，特別是MR元件甚至在熱處理后也顯示出高MR比，這在實際應用中是非常重要的。但是，常規(guī)的MR元件不能充分的滿足上述要求。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明利用了包括磁性成分M和非磁性成分X的鐵磁材料M-X。本發(fā)明的MR元件包括多層膜，該多層膜包括至少兩個磁層和置于兩個磁層之間的至少一個非磁層。電阻值隨著該至少兩個磁層的磁化方向形成的相對角的變化而變化。至少其中的一個磁層包括由M100-aXa、具體地由M100-aXa(X1bX2cX3d)a表示的鐵磁材料M-X。
此處X1是選自Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt和Au中的至少一種元素，X2是選自Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re、Zn和鑭系元素(原子序數57-71的元素)中的至少一種元素，并且X3是選自Si、B、C、N、O、P和S中的至少一種元素。
a、b、c和d也滿足以下關系0.05≤a≤60，0≤b≤60，0≤c≤30，0≤d≤20，并且a＝b+c+d。
說明書中用于表示組分的所有值均基于原子％(at％)。
本發(fā)明的MR元件可提供大的MR比。認為原因如下加入非磁性成分X導致磁性成分磁矩水平的變化，這導致了自旋極化的增加。為了使該效果更顯著，優(yōu)選a的范圍是0.05-50，特別是1-40。
本發(fā)明的MR元件其熱穩(wěn)定性也很優(yōu)良。目前其原因尚未完全澄清，但認為原因如下加入非磁性成分X減小了磁層和非磁層之間的界面上的原子擴散作用，由此使得界面穩(wěn)定。由于本發(fā)明的MR元件具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，因此，其適用于各種器件的應用。


圖1表示本發(fā)明磁阻元件實施例的截面圖。
圖2表示本發(fā)明磁阻元件另一實施例的截面圖。
圖3表示本發(fā)明磁阻元件再一實施例的截面圖。
圖4表示本發(fā)明磁阻元件又一實施例的截面圖。
圖5表示本發(fā)明磁阻元件再一實施例的截面圖。
圖6表示與上述不同的本發(fā)明磁阻元件實施例的截面圖。
圖7表示包括許多固定層的本發(fā)明磁阻元件實施例的截面圖。
圖8表示包括許多固定層的本發(fā)明磁阻元件再一實施例的截面圖。
圖9表示進一步疊置非磁層的本發(fā)明磁阻元件實施例的截面圖。
圖10表示進一步提供電極的本發(fā)明磁阻元件實施例的截面圖。
圖11表示本發(fā)明屏蔽型磁阻磁頭的實施例。
圖12表示本發(fā)明磁頭組型磁阻磁頭的實施例。
圖13表示本發(fā)明磁性記錄裝置的實施例。
圖14表示本發(fā)明磁存儲器的實施例。
圖15A和15B表示本發(fā)明磁存儲器的寫和讀操作的實施例。
圖16A和16B表示本發(fā)明磁存儲器的寫和讀操作的另一實施例。
圖17A和17B表示本發(fā)明磁存儲器的寫和讀操作的再一實施例。
圖18表示一個實施例中測量的熱處理溫度和標準MR比之間的關系。
圖19表示一個實施例中測量的Pt含量和標準MR比之間的關系。
圖20表示一個實施例中測量的熱處理溫度和MR比之間的關系。
圖21表示另一個實施例中測量的熱處理溫度和MR比之間的關系。
圖22表示再一實施例中測量的熱處理溫度和MR比之間的關系。
圖23表示再一實施例中測量的熱處理溫度和MR比之間的關系。
圖24表示再一實施例中測量的熱處理溫度和MR比之間的關系。
圖25表示再一實施例中測量的熱處理溫度和MR比之間的關系。
圖26A和26B是用于解釋偏移磁場的示意圖。
實施本發(fā)明的最好方式以下將描述本發(fā)明優(yōu)選實施方式。
應將非磁性成分X分成三種類型X1、X2和X3，并且利用根據每種類型設定的合適范圍。
非磁性成分X1是鉑族元素(Ru、Rh、Pd、Os、Ir和Pt)以及均有10個d電子的Cu、Ag和Au，其中每一種鉑族元素都具有比鐵多的外電子層電子(d電子)。尤其是，當將鉑族元素加入磁性成分M時，該元素的特征是顯示出明顯的磁性，并且與其它元素相比增加了自旋極化。因此，有利于提供更高的MR比。由于鉑族元素具有大的原子直徑并且化學性能穩(wěn)定，因此有利于在MR元件結的形狀(junctionconfiguration)方面實現器件處理穩(wěn)定性、即更高的熱穩(wěn)定性。
非磁性成分X2是過渡金屬元素，其中每一種都具有比鐵少的外電子層電子。甚至當將這些元素加入磁性成分M時，可增加自旋極化以提高MR比。
非磁性成分X3是非金屬元素。將這些元素加入磁性成分M可使材料成為微晶或非晶形。當加入這些元素時，通過晶體結構的變化可增加MR比，由此穩(wěn)定了結的形狀。
當鐵磁材料M-X包括X1和X2(b+c＞0)中的至少一種時，可提供具有高MR比的MR元件。尤其是，當它既包括X1又包括X2(b＞0，c＞0)時，可提供具有高MR比、熱穩(wěn)定性優(yōu)良并且磁各向異性可控的MR元件。當鐵磁材料M-X包括X1和X3(b+d＞0)中的至少一種時，可提供具有高MR比的MR元件。尤其是，當它既X1包括又包括X3(b＞0，d＞0)時，可穩(wěn)定而重復性好地提供具有高MR比并且熱穩(wěn)定性優(yōu)良的MR元件。
本發(fā)明的MR元件可以是自旋閥型(spin-valve type)元件。自旋閥型元件包括自由層和作為磁層的固定層，并且相對于固定層而言，外部磁場更容易使自由層的磁化旋轉。在這種情況下，可將鐵磁材料包含于固定層和自由層中的至少一種中。當自由層包括鐵磁材料M-X時，容易改進軟磁特性、例如自由層的偏移磁場減少并且抑制熱處理導致的軟磁性能的惡化。當固定層包括鐵磁材料M-X時，改進了MR特性的熱穩(wěn)定性。特別是，在包括Mn基反鐵磁材料的自旋閥膜中，抑制了雜質擴散導致的MR比的惡化。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式中，包括鐵磁材料M-X的固定層被沉積在含Mn的反鐵磁層和非磁層之間。該元件可抑制Mn自反鐵磁層的擴散產生的副作用。
鐵磁材料M-X也可改進自由層的軟磁特性。具體地說，可使自由層偏移磁場的絕對值降低至20Oe或更低，特別是至10Oe或更低。
此處的偏移磁場可定義為Hint＝(H1+H2)/2其中H1和H2(H1≥H2)是當磁化為零時，磁化-磁場曲線上的點表示的兩個磁場。當磁場范圍內自由層的磁化反向而固定層的磁化不反向時，該曲線表示磁場和磁化的關系。如圖26A所示，偏移磁場Hint是表示磁化-磁場曲線(即M-H曲線或磁化曲線)偏移量的系數。相似的是，如圖26B所示，也可由磁阻曲線上的點表示的兩個磁場H1、H2來得到偏移磁場Hint，該曲線對應的是M-H曲線，此時MR比減半。以下用其絕對值來表示偏移磁場。
本發(fā)明的MR元件可進一步包括用于抑制固定層磁化旋轉的反鐵磁層。反鐵磁層可包括各種反鐵磁材料。
包括鐵磁材料M-X的磁層可以是單層膜或多層膜。當磁層為包括磁膜的多層膜時，磁膜中的至少一種應由鐵磁材料M-X制成。尤其是，當與非磁層接觸的磁膜是由鐵磁材料M-X制成時，極大地改進了熱穩(wěn)定性。
磁層可以是多層膜，多層膜包括非磁膜和夾置該非磁膜的一對磁膜，特別是該多層膜可包括非磁膜和通過非磁膜而反鐵磁或靜磁耦合的一對磁膜。磁層也可以是表示為例如M/M-X的多層膜，其中僅將非磁性成分X加入磁性成分M制成的層的一部分。也可選擇的是，自由層可以是多層膜，它包括由M-X制成的磁膜和在磁膜上形成的軟磁膜，軟磁膜的軟磁特性優(yōu)于磁膜。這是因為自由層的磁化旋轉得更容易。磁層也可包括在其與非磁層或非磁膜的界面上形成的界面磁膜。預計界面磁膜可提供更高的MR比。界面磁膜的例子包括由Fe3O4或CrO2等制成并且厚度約0.5-2nm的膜。
本發(fā)明的MR元件既可用作GMR元件又可用作TMR元件。GMR元件的非磁層由導電材料制成，而TMR元件的非磁層用絕緣材料制成。優(yōu)選的導電材料是包括選自Cu、Ag、Au、Cr和Ru中的至少一種的材料。優(yōu)選的絕緣材料是包括選自鋁的氧化物、氮化物和氧氮化物中的至少一種的材料。
當電流垂直流向膜表面(TMR元件和CPP-GMR元件)時，優(yōu)選進一步沉積一對電極層，以夾置磁層/非磁層的多層膜。
作為磁性成分M，可利用由Fe1-p-qCopNiq表示的成分。因此，上述鐵磁材料也可由式[Fe1-p-qCopNiq]100-a(X1bX2cX3d)a表示。在這種情況下，將p和q的范圍調整在0≤p≤1，0≤q≤1并且p+q≤1。
當M是三組分體系時(0＜p＜1，0＜q＜1并且p+q＜1)，優(yōu)選p和q的范圍分別是0＜p＜1和0＜q≤0.9(更優(yōu)選0＜q≤0.65)。當M是由Fe和Ni組成的二組分體系時(p＝0，0＜q＜1；Fe1-qNiq)，優(yōu)選q的范圍是0＜q≤0.95。當M是由Fe和Co組成的二組分體系時(q＝0，0＜p＜1；Fe1-pCop)，優(yōu)選p的范圍是0＜p≤0.95。
為了不依賴磁性成分M而得到甚至更高的MR比，優(yōu)選X是選自V、Cr、Mn、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir和Pt中的至少一種元素。
由于Pt是一種既可有利于高MR比又有利于優(yōu)良熱穩(wěn)定性的元素，因此優(yōu)選X中包括Pt。當用Pt作為X時，a的范圍應為0.05-50。在這種情況下，對于Fe1-qNiq表示的M優(yōu)選將q的范圍限制在0＜q≤0.9，并且對于Fe1-pCop表示的M優(yōu)選將p的范圍限制在0＜p≤0.9。與Pt結合使用的M可以是Fe。當將Fe100-aPta用于固定層以提供大的反磁場、高MR比和優(yōu)良的熱穩(wěn)定性時，優(yōu)選a的范圍是0.05≤a＜20。
X的另一個優(yōu)選實例是Pd、Rh或Ir。當使用這些元素時，a的范圍應是0.05-50。
可利用選自V、Cr、Mn、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir和Pt中的至少兩種元素作為X。
當X由PtbRec表示時，優(yōu)選b和c滿足以下關系0＜b＜50，0＜c≤20，a＝b+c，并且0.05≤a≤50。
當X由Ptb1Pdb2或Rhb1Irb2表示時，優(yōu)選b1和b2滿足以下關系0＜b1＜50，0＜b2＜50，a＝b1+b2，并且0.05≤a≤50。
鐵磁材料M-X在厚度方向上可具有組分梯度。對組分梯度沒有特別具體的限定。在厚度方向上，成分M(X)的比率可單一地增加或減少并且可周期性的變化。
鐵磁材料M-X的晶體結構可不同于常溫常壓下M制成的材料的擇優(yōu)晶體結構(最穩(wěn)定的晶體結構)。在這種情況下，增加自旋極化提供了大的MR比。鐵磁材料M-X的晶體結構優(yōu)選包括選自fcc(面心立方晶格)和bcc(體心立方晶格)中的至少一種。
Fe趨向于具有bcc結構。當將趨向于具有fcc結構的成分X(例如Pt、Pd、Rh、Ir、Cu、Au和Ag)加入Fe時，可得到例如Fe-Pt材料的fcc結構。當將趨向于具有bcc結構的成分X(例如Cr、Nb、Mo、Ta、W和Eu)加入具有fcc結構的Ni-Fe合金時，可得到例如Ni-Fe-Cr材料的bcc結構。當將趨向于具有fcc結構的成分Pd加入趨向于具有hcp結構的Co時，可得到包括fcc結構的Co-Pd材料。
可由含至少兩種晶體的混合晶體形成鐵磁材料M-X?；旌暇w可包括選自fcc、fct(面心四方晶格)、bcc、bct(體心四方晶格)和hcp(密排六方晶格)中的至少兩種。Fct和bct對應的晶體結構是fcc和bcc結構的其中一個晶軸分別不同于其它的兩個軸。鐵磁材料M-X也可以是混合晶體，混合晶體包括選自以下晶體體系的至少兩種晶體結構面心斜方晶格和體心斜方晶格以及上述晶體體系。斜方晶格是三個軸的長度不同的斜方體系。也可選擇的是，通過加入X成分，鐵磁材料可具有例如fcc和bcc之間以及fcc和hcp之間的相界區(qū)域結構。
沒有完全證實自旋極化隨著晶體結構的變化而增加的原因。由因瓦合金可看出，磁自旋、電子結構和晶體結構之間的關系可影響該增加。
鐵磁材料M-X可以是非晶形，但優(yōu)選是晶體。例如，它可以是晶粒平均直徑為10nm或更小的柱狀晶。此時評估晶粒平均直徑的方式是將柱狀形式等的晶粒轉化成與該晶粒體積相同的球形，并且把球形的直徑視為是晶粒直徑。
下面將參考附圖描述磁阻元件以及利用本發(fā)明所述元件的元件(磁阻頭和MARM)的構成實例。
圖1是表示本發(fā)明MR元件實施例的截面圖。該元件中，夾有非磁層2的兩個磁層1，3其用于使磁化反向的磁場(即矯頑力)不同。矯頑力相對較大的磁層1是固定層，矯頑力相對較大的磁層3是自由層。該元件中，磁層1，3的至少一部分應是鐵磁材料M-X。相對于那些使用由Fe、Co、Ni或這些元素合金制成的磁層的常規(guī)MR元件相比，該元件可提供更大的MR比和更有利的熱穩(wěn)定性。
認為鐵磁材料M-X增加MR比的原因更具體的是由于以下因素。第一個因素是，在Fermi(費米)表面的磁性成分M狀態(tài)其密度被非磁性成分X改變，從而增加了費米表面附近的自旋極化。第二個因素是，構成磁性成分M的磁原子的原子距離和電子排列被非磁性成分X改變，從而導致能帶結構的改變，由此增加了自旋極化。第三個因素是，由于上述材料使得非磁層和磁層之間的界面結合改進達到了原子水平，由此減少了不利于磁阻的擴散。
如上所述，目前沒有完全澄清鐵磁材料M-X改進熱穩(wěn)定性的原因。但是，鐵磁材料的以下效果有利于上述改進自反鐵磁層等擴散的原子被捕獲，并且減少了在磁層和非磁層之間的界面上生產的熱應力。
除了上述效果以外，鐵磁材料M-X可減少退磁磁場并且減少偏移磁場。包括該材料的磁層比由成分M制成的常規(guī)磁層的飽和磁化強度低，由此減少了退磁磁場。尤其是在微處理元件(例如元件面積是50μm2或更小，優(yōu)選10μm2或更小)中，較小的退磁磁場的作用是可削弱使磁化反向的磁場。低的開關磁場有利于器件比如MARM的能源消耗。
鐵磁材料M-X也可減少所謂的偏移磁場。夾有非磁層2的磁層1，3之間的磁極的局部鐵磁耦合(即桔皮(orange-peel)耦合)產生了偏移磁場(Hint)，并且由于界面的不平整誘導了局部鐵磁耦合。當鐵磁材料用于自由層或固定層時，與成分M制成的常規(guī)磁層相比，磁極削弱了并且界面光滑了，因此，可抑制偏移磁場。
為了通過減少退磁磁場并且抑制偏移磁場來改進軟磁特性，非磁性成分的原子比范圍應為5-60。對于減少退磁磁場而言，優(yōu)選15-60范圍內的原子比，并且10-60的原子比有利于抑制偏移磁場。
對于疊置的磁層和非磁層的數目沒有特別的限制。例如，可按照圖1的構型交替的疊置非磁層和磁層。即使層數增加，通過至少在其中的一個磁層的一部分上使用鐵磁材料亦可得到改進特性的效果。
由元件來決定非磁層2是由導電或絕緣材料制成。用于GMR元件非磁層的導電材料包括例如選自Cu、Au、Ag、Ru、Cr和這些元素的合金中的至少兩種。不對用于TMR元件非磁層(隧道絕緣層)的絕緣材料作出特別的限定，只要是絕緣體或半導體即可。但是，優(yōu)選的絕緣材料是選自包括Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta和Cr的IIa-VIa族(新IUPAC體系中的2-6族)的元素、包括La和Ce的鑭系元素以及包括Zn、B、Al、Ga和Si的IIb-IVb族(新IUPAC體系中的12-14族)元素中的至少一種元素與選自F、O、C、N和B中的至少一種元素形成的化合物。尤其是，Al的氧化物、氮化物或氮氧化物的絕緣特性優(yōu)于其它材料，可將其成型為薄膜，并且也可確保優(yōu)良的可重復性。
為了增加用于使磁層磁化反向的磁場，可進一步將反鐵磁層疊置于磁層上。如圖2所示的元件中，反鐵磁層8與固定層1接觸。由于固定層與反鐵磁層交換偏磁場，從而固定層表現出單向各向異性，由此使反磁場變大。因此，磁層的平行磁化和反平行磁化之間具有明顯的區(qū)別，以提供穩(wěn)定的輸出。
優(yōu)選反鐵磁層使用Mn基反鐵磁材料(反鐵磁材料包括Mn)比如Pt-Mn、Pd-Pt-Mn、Fe-Mn、Ir-Mn和Ni-Mn。可利用Ta、Nb、Hf、Zr、Cr、Pt、Cu或Pd等作為反鐵磁層的底層。為了改進反鐵磁層的晶體取向，可將Ni-Fe或Ni-Fe-Cr等沉積為底層。
如圖3所示，形成固定層1作為多層膜，其中由非磁層2側按照第一磁膜11和第二磁膜12的次序疊置。該元件中，第二磁膜12和反鐵磁層8之間的偏磁場交換并且第二和第一磁膜12，11之間的鐵磁耦合賦予整個固定層1單向各向異性。當第一磁膜11包括鐵磁材料M-X時，第二磁膜12不受特別的限制，并且例如可利用Fe-Co-Ni合金。
如圖4所示，形成固定層1作為多層膜，其中由非磁層2側按照第一磁膜11、第二磁膜13、非磁膜14和第三磁膜15的次序疊置。當非磁膜14具有適宜的厚度時，在磁膜13和15之間產生了反鐵磁交換耦合。通過利用具有大飽和磁化強度的硬磁材料、比如CoFe作為第二和第三磁膜13，15，增加了使固定層1磁化反向的磁場。通過非磁膜使磁膜之間產生反鐵磁交換耦合的多層膜被稱為疊層鐵磁材料。優(yōu)選疊層鐵磁材料中的非磁膜14是選自Cr、Cu、Ag、Au、Ru、Ir、Re、Os及其合金和氧化物中的至少一種。非磁膜14的優(yōu)選厚度是0.2-1.2nm。
如上所述，至少兩個磁膜與夾于其中的至少一個非磁膜疊置并且經由非磁膜對置的磁膜其磁化方向不平行于零磁場的多層膜可減小微處理元件的退磁磁場，由此使得響應性能更佳。
可用高矯頑力的磁膜來代替圖4所示的多層膜(疊層的鐵磁材料)13，14，15。對于高矯頑力的磁膜，優(yōu)選利用具有100Oe或更大(約至少7.96kA/m)矯頑力的材料、比如Co-Pt、Co-Cr-Pt、Co-Ta-Pt、Co-Sm和Fe-Tb。
在包括如圖5所示疊層鐵磁固定層的自旋-閥型元件中，反鐵磁層8疊置于圖4的固定層1上。該元件提供的偏磁場大于僅包括反鐵磁層的元件所提供的偏磁場。
磁膜13，15可靜磁耦合而不反鐵磁耦合。對于靜磁耦合，不對非磁膜4作特別的限制，只要它是非磁性材料即可。但是，非磁膜14一般應具有2nm或更大(優(yōu)選3nm或更小)的厚度。
圖6和7所示的元件具有雙自旋閥結構，其中固定層1，5位于自由層3的兩側。圖6的元件利用反鐵磁層8a，8b，以固定固定層1，5的磁化方向。圖7的元件中，每個固定層1，5包括位于反鐵磁層側的疊壓鐵磁固定層13(53)、14(54)、15(55)。當包括由導電材料制成的非磁層2，4的GMR元件具有雙自旋-閥結構時，位于磁層和非磁層之間并且電子被磁散射的界面增加，因此可得到大的MR比。當包括由隧道絕緣層形成的非磁層2，4的GMR元件具有雙自旋-閥結構時，MR比沒有如此大的變化，但是由于兩個阻擋層使得依賴于MR性能的偏壓增加了。
如圖8所示，可將由絕緣材料形成的非磁層9進一步疊置于自由層3上。在包括非磁層9的CIP-GMR元件中，電子從非磁層反射，由此可提高MR比。在包括非磁層9的CPP-GMR元件或TMR元件中，流過元件的電子其能量高于費米水平，因此輸出的增加提高了偏壓的相關性。非磁層9的例子包括Al氧化物、Al氮化物、Al氮氧化物、Mg氧化物、Si氧化物和Ta氧化物。
如圖9所示，可將自由層3成型為多層膜。在這種情況下，鐵磁材料M-X制成的磁膜30可位于非磁層2側。當將軟磁膜32疊置于磁膜31上時，可削弱使自由層反向磁化的磁場。可利用例如Ni-Co-Fe合金作為軟磁膜32。其組成可表示為NisCotFeu，并且0.6≤s≤0.9、0≤t≤0.4和0≤u≤0.3的富Ni合金軟磁膜或0≤S≤0.4、0.2≤S≤0.95和0≤u≤0.5的富Co合金軟磁膜是適宜的軟磁膜。
可將包括飽和磁化強度小的軟磁材料、比如NiFe的疊壓鐵磁自由層作為自由層的一部分。圖6和7所示的雙自旋-閥型元件其自由層3也可包括疊壓的鐵磁自由層。例如，可將自由層分為兩層，并且將磁膜A/非磁膜B/磁膜C/非磁膜D/磁膜E的疊壓鐵磁自由層置于兩層之間。疊壓的鐵磁自由層的構型不受上述限制。例如，當在磁膜C和每個隔開的自由層之間產生反鐵磁交換耦合時，可略去磁膜A和E。
在上述MR元件中，通過在磁層1，3，5的至少一部分中加入鐵磁材料M-X可改進MR特性。當進一步疊置磁層時，形成不包括M-X的磁層部分，例如選自常規(guī)技術所用的Fe、Co和Ni中的至少一種金屬。
對于使組成MR元件的每個薄膜成型的方法而言，可利用各種濺射方法、MBE和離子鍍。濺射方法包括脈沖激光沉積(PLD)、離子束沉積(IBD)、簇離子束、RF、DC、ECR、螺旋波、誘導耦合的等離子體(ICP)和對置靶法。除了這些PVD方法以外，也可利用CVD、鍍覆或溶膠-凝膠工藝等。下面將以濺射為例來描述制備鐵磁材料M-X的方法。例如可通過在合金靶材上沉積非磁性材料X的小球來制備該材料，確定該靶成分時已考慮了其與磁性元件理想組成的偏差?？赏瑫r或交替地濺射磁性成分M和非磁性成分X的靶。也可通過將一部分氣態(tài)非磁性成分X引入裝置而進行反應性濺射。利用合金靶材可制備鐵磁材料M-X，確定該靶成分時已考慮了其與膜形成條件(例如濺射、氣體種類、氣體壓力和輸入能源)決定的磁性元件理想組成的偏差。
為了制備作為非磁層的隧道層，例如可制備合金或化合物的薄膜前體，它包括選自含Mg、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta和Cr的IIa-VIa族元素、含La和Ce的鑭系元素以及含Zn、B、Al、Ga和Si的IIb-IVb族元素中的至少一種元素，并且在控制溫度和時間的同時，接著使該前體在含有選自F、O、C、N和B中的至少一種元素的分子、離子或基團的氣氛中與至少所述一種元素反應(例如形成氧化物或氮化物等)。作為薄膜前體，可制備其所包括的F、O、C、N和B中的任何一種元素的量小于化學計量比的非計量化合物，并且在適當控制溫度和時間的同時，接著將該化合物維持在適宜的氣氛中，該氣氛含有化合物中所含元素的分子、離子或基團，從而使成分進一步反應。
例如，當通過濺射制備作為隧道絕緣層的Al2O3膜時，優(yōu)選重復在Ar或Ar+O2氣氛中形成Al或AlOx(x≤1.5)膜的步驟以及在O2或O2+惰性氣體中氧化該膜的步驟。在產生等離子體或基團時，可利用ECR放電、輝光放電、RF放電、螺旋波或ICP等。
為了使制成的元件所含的MR元件允許電流垂直流向膜表面，可結合照相平版印刷技術、形成精細圖案的步進法以及EB方法來進行微處理，照相平版印刷技術利用例如物理或化學蝕刻比如離子磨蝕、RIE和FIB。圖10所示的元件中，按照下電極22、MR元件23和上電極24的次序將其疊置于襯底21上，在電極之間元件的周圍設置有夾層絕緣膜25。該元件允許電流流過上下電極24，22之間夾置的MR元件23，以讀出電壓。因此，優(yōu)選使電流垂直流向膜表面的MR元件進一步包括以此方向夾置該元件的一對電極。為了使元件中電極表面等平整，可利用CMP或簇離子束蝕刻。
優(yōu)選利用低電阻的金屬比如Pt、Au、Cu、Ru和Al作為電極22，24的材料。優(yōu)選利用絕緣性能優(yōu)良的材料比如Al2O3和SiO2作為夾層絕緣膜25的材料。
圖11表示利用本發(fā)明MR元件的磁阻磁頭的實例。磁阻磁頭包括兩個由磁性材料制成的磁屏蔽(即上屏蔽35和下屏蔽31)，并且抑制除待測磁場以外的磁場進入MR元件。MR元件部分33和夾置元件的電極32，34被設置成兩個磁屏蔽再現間距(reproduction gap)的長度。該磁頭按照如下方式進行磁信息的記錄電流流過繞組部分37，并且由此利用記錄磁極38和上屏蔽35之間的記錄間距產生的漏磁場來將信號寫入記錄介質。在記錄間距部分形成了絕緣膜36，該膜具有相當于間距長度的厚度。通過利用再現間距(屏蔽間距)中設置的MR元件從記錄介質讀信號磁場來進行再現。
當將TMR元件或CPP-GMR用作該磁頭的MR元件部分時，通過使上下屏蔽作為上下電極可略去電極。對于CIP-GMR元件而言，上下電極分別與上下屏蔽絕緣。
如圖12所示，可將本發(fā)明的MR元件用于由磁性材料制成的具有磁通量導向的磁頭(磁頭組)中。在該磁阻磁頭中，磁頭組41a，41b將待測磁場引入MR元件部分43。該磁頭組作為磁屏蔽，并且在MR元件43之下的下磁頭組41b也可作為下引線。用于探測信號磁場的電流在上引線44和下磁頭組(下引線)41b之間流過。MR元件的整個自由層或自由層的一部分也可用作磁頭組。假設該磁頭利用了TMR元件或CPP-GMR。但是，通過在MR元件和磁頭組部分之間提供絕緣等，該磁頭也可包括電流平行流向膜表面的CIP-GMR元件。
這些磁頭可用于磁記錄裝置比如HDD中。例如如圖13所示，HDD包括磁頭71、用于支撐磁頭的臂72、用于臂和盤的驅動部分73、信號處理部分74和利用磁頭記錄/再現信號的磁記錄介質(磁盤)75。
圖14表示利用本發(fā)明MR元件作為存儲元件的MARM實例。MR元件61被以矩陣形式設置在位(讀出)線62和字線63的每個交叉處。位線和字線可由Cu或Al等制成。位線相當于讀信息的導線，而字線相當于記錄信息的導線。當信號電流流過位線和字線時產生的合成磁場使得信號被記錄在元件上。信號記錄在位于所述線處于交叉狀態(tài)(電流重合選擇)的位置的元件上(即圖14中的元件61a)。
將參考內圖15-17來詳細描述MRAM的操作。這些圖表示讀和寫操作的實施例。此時利用了圖1所示的MR元件61(包括固定層1、非磁層2和自由層3)。但是，所使用的元件不受此限制。在圖15A和15B所示的MARM中，每個元件配有一個開關元件如FET，以讀出每個元件的磁化狀態(tài)。該MARM適合于在CMOS襯底上形成。在如圖16A和16B所示的MARM中，每個元件配有非線性元件或整流元件65。可使用例如變阻器、隧道元件或以上三終端元件作為非線性元件。該MARM也可在便宜的玻璃襯底上形成，只要增加二極管等的膜形成工藝即可。在如圖17A和17B所示的MARM中，元件61位于字線和位線的交叉處，此時沒有使用開關元件或整流元件等。該MARM可使電流流過個多讀元件。因此，優(yōu)選應將元件的數量限制在10000或更少，以確保讀的準確。
圖15-17中，位線62也作為讀出線來讀出電流流過元件時產生的電阻變化。但是，可獨立設置讀出線和位線，以阻止由于位電流而使元件出故障或破壞。此時，優(yōu)選位線與元件電絕緣并且平行于讀出線設置。為了減少寫操作的能量消耗，字線或位線與存儲器單元(元件)之間的距離可以是約500nm或更小。
實施例利用多靶磁控管濺射、在具有熱氧化物膜的Si襯底(3英寸Φ)上形成了以下每個實施例所述構型的元件，并且檢測了MR特性。
實施例1具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Pt-Mn(20)/Co-Fe(1)/鐵磁材料M-X(2)/Al-O(1.0)/Co-Fe(3)/Ta(15)這里，圓括號中的數代表膜厚度(nm；下面按照相同的方式表示膜厚度)。Al-O膜的厚度是氧化前Al的設計厚度(即總厚度)(以下亦相同，這包括Al-N和Al-N-O的氮化和氧氮化)。通過在含氧的氣氛中(200托(約0.267MPa)，1分鐘)重復形成0.3-0.7nm厚的Al膜和氧化該Al膜的步驟可制備該Al-O。
襯底上的Ta(3)/Cu(50)是下電極，并且與Pt-Mn臨近的Ta(3)是底層。Ta(15)是MR膜的保護層，并且Ta(15)的一部分也可作為上電極。Pt-Mn相當于反鐵磁層。如圖10所示，以臺面方式對每個膜進行微處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在5kOe的磁場中在280℃下熱處理3小時，以賦予Pt-Mn單向各向異性。樣品的元件面積是1.5μm×2.5μm。
該MR元件是具有圖3構型的自旋閥型TMR元件，并且固定層1的一部分是鐵磁材料M-X。通過對MR元件施加5kOe最大磁場用直流電四終端方法來檢測MR特性。MR比確定如下MR比＝{(Rmax-Rmin)/Rmin}×100(％)其中Rmax是最大電阻并且Rmin是最小電阻(以下與此相同)。
MR比隨著隧道絕緣層的材料、制造方法和厚度的變化而變化。它也受構成元件的膜的材料、膜的厚度和元件的加工的影響。因此，基于常規(guī)元件的特性評估MR元件特性，除了利用的材料僅包括鐵磁材料M-X的磁性成分M之外，按照與MR元件同樣的方式來制造常規(guī)元件。以下的實施例同樣如此。表1示出了測量結果。
表1

表1中，除了常規(guī)例和對比例所代表的那些元件之外，其它的均為有效的實施例，盡管沒有標出(以下與此相同)。如表1所示，由有效的實施例得到MR比大于常規(guī)例a01得到的值。而且，一些元件具有50％或更大的非常大的MR比。MR比的增加可能是由于通過向Fe中添加非磁性元素而導致自旋極化的增加所引起的。
標有*的元件其MR比增加的程度不大，這是因為添加的非磁性成分X的量過大。為了達到高的MR比，應將Pt、Pd、Rh和Ir(X1)的添加量限制在50at％，Re(X2)的量限制在30％，N(X3)的量限制在20％。
而且，處理元件后，檢測了每個常規(guī)例和有效實施例的3英寸晶片中隧道結電阻的變化。常規(guī)例的隧道結電阻變化約為18％。但是，有效實施例的隧道結電阻變化在5％以內。隨著所述變化的變小，大規(guī)模生產器件的效率增加了。
實施例2具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Pt-Mn(20)/Co-Fe(3)/Ru(0.9)/Co-Fe(1)/鐵磁材料M-X(2)/Al-O(1.0)/鐵磁材料M-X(2)/Ni-Fe(5)/Ta(15)形成Al-O膜的方法與實施例1相同。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成了作為上電極的Cu(50)/Ta(3)。隨后，將元件在5kOe的磁場中在280℃下熱處理3小時，以賦予Pt-Mn單向各向異性。樣品的元件面積是2μm×3μm。
該MR元件是具有圖5構型的疊壓鐵磁固定層自旋閥型TMR元件，并且固定層1的一部分和自由層3的一部分是鐵磁材料M-X。自由層3包括Ni-Fe軟磁層。按照與實施例1相同的方式來檢測MR比。結果示于表2。
表2

如表2所示，當Al-O兩側設置的材料組成相同或不同時，由包括鐵磁材料M-X的有效實施例元件得到的MR比均大于常規(guī)例得到的值。對于標有*的有效實施例b08、b12而言，MR比增加的程度不大，這是因為X(Pt)的含量過大。在常規(guī)例b01中，使自由層反向磁化的磁場(即矯頑力)是約35Oe。但是，有效實施例b08、b12的矯頑力是約10Oe。在磁頭和磁存儲器中，使自由層反向磁化的磁場較小是有利的。因此，鐵磁材料M-X可改進自由層的軟磁特性并且有利于提高器件的靈敏度。
將常規(guī)例b01和所有有效實施例的元件在280℃下再熱處理10小時，并且接著檢測其MR特性。相對于再處理前的元件相比，常規(guī)例b01和有效實施例的MR比變化極小。對于所有有效實施例而言，其再加熱后的隧道結電阻與再加熱之前的電阻變化值在5％以內，而常規(guī)例b01的電阻變化是20％或更多。熱滯后的高穩(wěn)定性增加了多功能性并且便于元件設計。
實施例3具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/鐵磁材料M-X(5)/Al-O(0.8)/Co(3)/Ir-Mn(15)/Ta(20)通過形成厚度為0.8nm的Al膜并且對Al膜進行ICP氧化制備了Al-O膜。Ir-Mn相當于反鐵磁層。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在5kOe的磁場中在250℃下熱處理2小時，以賦予Ir-Mn單向各向異性。樣品的元件面積是3μm×3μm。
該MR元件是圖2構型倒轉得到的自旋閥型TMR元件，并且鐵磁材料M-X用作自由層3。按照與實施例1相同的方式來檢測MR比。結果示于表3。
表3


如表3所示，即使將Fe-Ni合金用作M時，由包括鐵磁材料M-X的有效實施例元件得到的MR比大于常規(guī)例得到的值。對于表3中標有*的有效實施例c08而言，沒有觀察到其MR比顯著增加。
實施例4具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Ni-Fe-Cr(4)/Pt-Mn(25)/鐵磁材料M-X(2.5)/Al-O(0.7)/Co-Fe(2)/Ni-Fe(3)/Ta(20)按照與實施例1相同的方法形成Al-O膜。Ta(3)/Ni-Fe-Cr(4)是用于控制Pt-Mn晶體取向的底層。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在5kOe的磁場中在280℃下熱處理3小時，以賦予Pt-Mn單方向各向異性。樣品的元件面積是1.5μm×3μm。
該MR元件是具有圖2構型的自旋閥型TMR元件，并且鐵磁材料M-X用作固定層1。按照與實施例1相同的方式來檢測MR比。結果示于表4。
表4

如表4所示，即使將Fe-Ni合金用作M時，由包括鐵磁材料M-X的有效實施例元件得到的MR比大于常規(guī)例得到的值。對于表4中標有*的有效實施例d07而言，沒有觀察到其MR比顯著增加。
實施例5具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Co-Sm(80)/Co-Fe(3)/Al-O(1.1)/鐵磁材料M-X(5)/Ta(20)通過形成厚度為0.3-0.7nm的Al膜并且對Al膜進行ICP氧化制備了Al-O膜。Co-Sm相當于高矯頑力層。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在500Oe的磁場中在150℃下熱處理1小時，以賦予Co-Sm晶體磁各向異性。樣品的元件面積是4μm×5μm。
該MR元件是具有圖1構型的差分(differential)矯頑力型TMR元件，并且鐵磁材料M-X用作自由層3。按照與實施例1相同的方式來檢測MR比。表5列出了結果，同時還列出了上述元件的MR比(MR(M-X))與利用鐵磁材料M作為自由層的元件的MR比(MR(M))之間的比率。
表5

如表5所示，即使將Fe-Co-Ni三元合金用作M時，由包括鐵磁材料M-X的有效實施例元件得到的MR比大于常規(guī)例得到的值。尤其是，當Ni的成分比(q)是0.65或更小時，MR比增加了。
實施例6具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Ni-Fe(3)/Pt-Mn(20)/Co-Fe(3)/Ru(0.9)/Co-Fe(3)/Al-N(1.0)/鐵磁材料M-X(5)/Ta(20)通過形成厚度為1.0nm的Al膜并且對Al膜進行ICP氮化制備了Al-N膜。在含氮的氣氛中進行ICP氮化。Ta(3)/Ni-Fe(3)是Pt-Mn的底層。按照與實施例1相同的臺面(mesa)方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在10kOe的磁場中在280℃下熱處理1小時，以賦予Pt-Mn單向各向異性。樣品的元件面積是2μm×4μm。
該MR元件是疊壓的鐵磁固定層自旋閥型TMR元件，并且Co-Fe(3)/Ru(0.9)/Co-Fe(3)用作固定層。鐵磁材料M-X用作自由層3。按照與實施例1相同的方式來檢測MR比。結果示于表6。
表6

如表6所示，即使將兩種非磁性元素用作X時，也可得到大于常規(guī)例的MR比。對于表6中標有*的有效實施例f10而言，沒有觀察到其MR比顯著增加。優(yōu)選Re的添加范圍不超過20％。
實施例7具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Ni-Fe-Cr(4)/Pt-Mn(20)/Co-Fe(3)/Ru(0.9)/Co-Fe(1.5)/鐵磁材料M-X(1.5)/Al-O(0.8)/鐵磁材料M-X(1)/Ni-Fe(5)/Ta(15)按照與實施例1相同的方法形成Al-O膜。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，按照與實施例1相同的方式對元件進行熱處理，以賦予Pt-Mn單向各向異性。樣品的元件面積是2μm×3μm。
該MR元件是具有圖5構型的疊壓鐵磁固定層自旋閥型TMR元件，并且鐵磁材料M-X用作固定層1的一部分和自由層3的一部分。兩個磁層中鐵磁材料M-X的成分比均相同。自由層3包括Ni-Fe軟磁層，以使磁化旋轉更容易。按照與實施例1相同的方式來檢測MR比。結果示于表7。
表7

如表7所示，即使將三種非磁性元素(X1，X2，X3)用作X時，也可得到大于常規(guī)例的MR比。但是，當Al(X2)大于30％、O(X3)大于20％或Pt、Al和O的總量(X)大于60％時，MR比甚至變得更小。
實施例8
具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Ni-Fe(3)/Ir-Mn(15)/Co-Fe(1)/鐵磁材料M-X(2)/Al-O(1.0)/Ni-Fe(4)/Ru(0.8)/Ni-Fe(3)/Ta(20)通過形成厚度為0.4nm的Al膜、在含氧的氣氛中(200托，1分鐘)氧化該Al膜，進一步形成0.6nm的Al膜并且對Al膜進行ICP氧化制備了Al-O膜。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在5kOe的磁場中在260℃下熱處理3小時，以賦予Ir-Mn單方向各向異性。樣品的元件面積是2.5μm×4μm。
該MR元件是具有圖3構型的自旋閥型TMR元件，并且鐵磁材料M-X用作固定層1的一部分。疊壓的鐵磁自由層(Ni-Fe(4)/Ru(0.8)/Ni-Fe(3))作為自由層3。按照與實施例1相同的方式來檢測MR比。表8示出了該結果以及疊壓的鐵磁自由層矯頑力(Hc)和自零磁場的偏移磁場(Hint)。當用H1和H2表示使自由層反向磁化的磁場時，矯頑力(Hc)可表示為Hc＝(H1-H2)/2，偏移磁場(Hint)可表示為Hint＝(H1+H2)/2。
表8

如表8所示，與常規(guī)例相比，利用鐵磁材料M-X可得到大的MR比，并且極大的減小了疊壓的鐵磁自由層的矯頑力(Hc)和自零磁場的偏移磁場(Hint)。通過利用鐵磁材料得到了MR比是30％或更大、Hc為25Oe或更小并且Hint為10Oe或更小的元件。因此，鐵磁材料M-X也有利于改進軟磁性能。較小的Hint可改進磁頭再現輸出的對稱性以及磁存儲器中用于寫操作的電流場的對稱性。因此，可簡化元件的設計并且減少能量消耗。認為Hc和Hint減少的原因是以原子水平改進了使鐵磁材料M-X和Al-O隧道層的結合界面，以改進自由層的軟磁性能。
實施例9具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/鐵磁材料M-X(5)/Al-O(1.0)/Co(3)/Ru(0.7)/Co(3)/Ir-Mn(20)/Ta(25)按照與實施例1相同的方法形成Al-O膜。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在10kOe的磁場中在280℃下熱處理3小時，以賦予Ir-Mn單向各向異性。樣品的元件面積是2.5μm×4μm。
該MR元件是疊壓的鐵磁固定層自旋閥型TMR元件，并且鐵磁材料M-X用作自由層3。
在該實施例中，也制造了所含鐵磁材料M-X具有組分梯度的元件。具體的說，按照以下三種方法形成鐵磁材料M-X。
方法(1)在保持兩種成分沉積速度恒定的同時，同時濺射磁性成分M和非磁性成分X。
方法(2)在隨著時間的變化改變兩種成分沉積速度的同時，同時濺射磁性成分M和非磁性成分X。
方法(3)交替地濺射磁性成分M和非磁性成分X。
在以上任何一種方法中，將鐵磁材料M-X的成分比在整個膜厚范圍內總體上調整至相同(Fe85Pt15)。按照與實施例1相同的方式來檢測該元件的MR比。結果示于表9。
表9

基于Auger電子光譜(AES)和二次離子質譜測定(SIMS)進行元素分析后，確認了有效實施例i03-i05中的鐵磁材料Fe-Pt在膜厚方向上具有相當于沉積速度比率的組分梯度。在膜厚方向上，有效實施例i06的自由層周期性地變化。表9表示即使膜不均勻，鐵磁材料M-X亦可增加MR比。
實施例10具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Pt-Mn(20)/Co-Fe(3)/Ru(0.7)/Co-Fe(2)/鐵磁材料M-X(a)(1)/Al-O(0.7)/鐵磁材料M-X(b)(1)/Ni-Fe(6)/Ta(25)通過形成厚度為0.7nm的Al膜并且對Al膜進行ICP氧化制備Al-O膜。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在10kOe的磁場中在280℃下熱處理3小時，以賦予Pt-Mn單向各向異性。樣品的元件面積是2.5μm×3.5μm。
該MR元件是具有圖5構型的疊壓鐵磁固定層自旋閥型TMR元件，并且鐵磁材料M-X(a)用作固定層1的一部分，同時鐵磁材料M-X(b)用作自由層3的一部分。自由層3包括Ni-Fe軟磁層。按照與實施例1相同的方式來檢測元件的MR比。結果示于表10。
表10

如表10所示，即使經由非磁層對置的磁層所含的M和X不同，利用鐵磁材料M-X也可得到較大的MR比。
實施例11具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/鐵磁材料M-X(5)/Al-O(0.7)/Co-Fe(3)/Ru(0.8)/Co-Fe(3)/Pt-Mn(20)/Ta(25)按照與實施例1相同的方法形成Al-O膜。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在10kOe的磁場中在280℃下熱處理3小時，以賦予Pt-Mn單方向各向異性。樣品的元件面積是3μm×4μm。
該MR元件是疊壓的鐵磁固定層自旋閥型TMR元件，并且鐵磁材料M-X用作自由層1。按照與實施例1相同的方式來檢測元件的MR比。而且，利用高分辨率透射電子顯微鏡研究了MR元件自由層的晶體結構。結果示于表11。
表11

有效實施例k02-k05的自由層具有除bcc以外的晶體結構，而常規(guī)例k01的Fe具有bcc晶體結構。由含fcc結構的有效實施例k02和k03得到了高的MR比。與此相似的是，有效實施例k07，k08的自由層具有除fcc以外的晶體結構，而常規(guī)例k06的Fe-Ni具有fcc晶體結構。由含bcc的有效實施例k07得到了高的MR比。含微晶的有效實施例k03，k08的平均晶體粒徑是10nm或更小。這些結果表明了晶體結構的變化和自旋極化之間有關聯(lián)。在這種情況下，晶體平均粒徑是10nm或更小時，該晶體結構被視為微晶。
實施例12常規(guī)例101具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Pt-Mn(20)/Co-Fe(3)/Ru(0.8)/Co-Fe(3)/Al-O(1.0)/Ni-Fe(3)/Al-O(1.0)/Co-Fe(3)/Ru(0.8)/Co-Fe(3)/Pt-Mn(20)/Ta(15)有效實施例102
具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Pt-Mn(20)/Co-Fe(3)/Ru(0.8)/Co-Fe(1)/Fe-Pt(2)/Al-O(1.0)/Fe-Pt(3)/Al-O(1.0)/Fe-Pt(2)/Co-Fe(1)/Ru(0.8)/Co-Fe(3)/Pt-Mn(20)/Ta(15)按照與實施例1相同的方法形成Al-O膜。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成了作為上電極的Cu(50)/Ta(3)。隨后，將元件在10kOe的磁場中在280℃下熱處理3小時，以賦予Pt-Mn單方向各向異性。樣品的元件面積是2μm×3μm。
該MR元件是如圖7所示的雙自旋閥型TMR元件(即雙隧道結TMR膜)。在有效實施例102中，鐵磁材料M-X(Fe-Pt)用作固定層的一部分和自由層。Fe-Pt的組成是Fe85Pt15。
按照與實施例1相同的方式來檢測元件MR特性與偏壓的相關性。表12表示MR比減半時的偏壓(Vh)。也測量了具有單隧道結的元件(有效實施例b04和常規(guī)例b01，參見實施例2)的偏壓(Vh)。結果示于表12。
表12

如表12所示，利用了鐵磁材料M-X雙隧道結(有效實施例102和常規(guī)例101)和單隧道結(有效實施例b04和常規(guī)例b01)都明顯改進了偏壓(Vh)。因此，本發(fā)明的MR元件在實現大容量高速MARM方面有優(yōu)越性。
實施例13具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Ni-Fe-Cr(4)/Pt-Mn(20)/Co-Fe(3)/Ru(0.8)/Co-Fe(1)/鐵磁材料M-Xe(3)/Cu(3)/鐵磁材料M-X(1)/Ni-Fe(3)/Ta(15)按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在5kOe的磁場中在280℃下熱處理5小時，以賦予Pt-Mn單向各向異性。樣品的元件面積是0.5μm×0.5μm。
該MR元件被稱為CPP-GMR元件，它是具有如圖5所示的疊壓鐵磁固定層自旋閥型構型的元件，其非磁層由Cu(導電材料)制成。鐵磁材料M-X用作固定層1的一部分和自由層3的一部分。自由層包括Ni-Fe軟磁層。按照與實施例1相同的方式來檢測元件的MR特性。
表13表示電阻的變化量(ΔR)以及當元件面積為1μm2時，電阻的變化量。
表13

如表13所示，利用鐵磁材料M-X增加了電阻的變化量，并且由此甚至在CPP-GMR元件也改進了其輸出。這可能與以下事實有關Fe-Pt和Cu之間的自旋相關性散射可能性增加，并且Fe-Pt的電阻相對大。
實施例14利用有效實施例m02，m06和常規(guī)例m04的CPP-GMR膜制造了具有圖11所示結構的屏蔽型磁阻磁頭。利用Al2O3-TiC襯底作為襯底(圖11未示出)，利用Ni0.8Fe0.2鍍覆的合金作為記錄磁極38和磁屏蔽31，35，Al2O3作為絕緣膜36，并且Au作為電極32，34。
賦予磁膜各向異性，以使帶有軟磁層(鐵磁材料M-X(1)/Ni-Fe(3))的自由層其易磁化方向垂直于待測信號磁場的方向，并且使帶有反鐵磁層(Pt-Mn(20)/Co-Fe(3)/Ru(0.8)/Co-Fe(4)/鐵磁材料M-X(2))的固定層的易磁化軸平行于該方向。具體的說，在形成MR元件之后，通過在5kOe的磁場中在280℃下進行熱處理來確定固定層的易磁化方向，并且接著在100Oe的磁場中在200℃下熱處理的同時施加垂直于固定層易磁化方向的磁場，以此確定自由層的易磁化軸。
CPP-GMR元件再現部分的磁道寬度是0.1μm并且MR的高度也是0.1μm。向這些磁頭施加直流電作為讀出電流，并且通過施加50Oe的交流信號磁場來評估磁頭的輸出。盡管從常規(guī)例m04沒有得到輸出，但是從有效實施例m02、m06得到了不小于15mV/μm的輸出。市售可得的GMR頭(常規(guī)CIP-GMR頭)提供1.3mV/μm的輸出。如上所述，與常規(guī)磁頭相比，利用有效實施例的GMR膜的磁頭提供了較大的輸出。當將該磁頭用于具有圖13構型的HDD中時，可實現不小于100Gbit/in2的面積記錄密度。
實施例15利用實施例1和2中有效實施例a06，b04和常規(guī)例a01，b01的CPP-GMR膜制造了圖12所示的磁頭組一型屏蔽型磁阻磁頭。利用Ni0.8Fe0.2鍍覆的合金作為上下屏蔽41a，41b。在該實施例中，對下屏蔽Ni-Fe進行CMP拋光后，按照與上述實施例相反的次序來形成TMR膜。具體的說，該膜由Co-Fe膜(實施例a06和a01)和Ni-Fe膜(實施例b04，b01)形成，并且最后在形成電極膜(Au)的襯底上沉積Pt-Mn膜。再現磁頭部分的元件尺寸是0.3μm×0.3μm。在由此制造的磁頭上施加作為讀出電流的直流電，并且通過施加約50Oe的交流信號磁場來評估磁頭的輸出。表14示出了有效實施例a06，b04和常規(guī)例a01，b01的磁頭輸出結果的比較。
表14

如表14所示，與常規(guī)磁頭相比，利用有效實施例的TMR膜的磁頭提供了較大的輸出。
實施例16在具有圖15所示基本構型存儲元件的CMOS襯底上形成了集成存儲器。該元件陣列由八塊組成，每個塊包括16×16存儲器。此時，將實施例1中有效實施例a07和常規(guī)例a01的TMR元件用作存儲器。每個樣品的元件其橫截面面積是0.2μm×0.3μm。每個塊的一個器件作為抵消線阻、器件的最小電阻和PET電阻的形式器件。字線和位線等由Cu制成。
在八塊的每八個器件中，通過字線和位線的合成磁場使自由層的磁化同時反向，由此在器件上記錄了8位的信號。接著，打開各塊每個器件的CMOS制造的PET門，由此產生了讀出電流。此時，比較電路將各塊的位線、器件和PET產生的電壓與偽電壓作比較，并且同時從每個器件的輸出電壓讀出八位信息。利用有效實施例TMR元件的磁存儲器的輸出約等于利用對比例TMR元件的磁存儲器輸出的兩倍。
在以下的實施例17-19中，詳細研究了包括鐵磁材料M-X的MR元件的熱穩(wěn)定性。
實施例17具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Ni-Fe-Cr(4)/Pt-Mn(20)/Co-Fe(3)/Ru(0.9)/Co-Fe(1)/鐵磁材料M-Xe(2)/Al-O(1.0)/鐵磁材料M-X(2)/Ni-Fe(5)/Ta(15)按照與實施例1相同的方法制備Al-O膜。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。隨后，將元件在5kOe的磁場中在280℃下熱處理5小時，以賦予Pt-Mn單方向各向異性。樣品的元件面積是1μm×1.5μm。
該MR元件是具有如圖5所示構型的疊壓鐵磁固定層自旋閥型TMR元件，并且鐵磁材料M-X用作固定層1的一部分和自由層3的一部分。自由層包括Ni-Fe軟磁層。鐵磁材料的成分如下。為了比較，除鐵磁材料M-X之外，也制造了包括Fe和Fe-Co的元件。
表15

為了研究自旋閥型TMR元件的熱穩(wěn)定性，在不施加磁場的條件下、在高達450℃的溫度下在真空(1×10-6托或更小)中進行熱處理。溫度如下在2小時的時間段內將溫度從室溫升至熱處理的目標溫度，接著在目標溫度下維持1.5小時，并且在約5小時的時間段內將溫度降至室溫。熱處理后，按照與實施例1相同的方式來檢測元件的MR特性。
表18表示標準MR比(MR(T)/MR(280℃)與熱處理溫度之間的關系曲線。此時，MR(T)是在溫度T℃下熱處理后的MR比，MR(280℃)是在5kOe的磁場中在280℃下熱處理5小時、以賦予Pt-Mn單方向各向異性元件之后的MR比。圖19表示利用Fe-Pt作為鐵磁材料M-X的元件(n03)中，標準MR比與Pt含量之間的關系曲線。圖19中，Pt的最小添加量是0.05at％。
如圖18所示，在常規(guī)例中，MR比隨著熱處理溫度的增加而急劇增加。但是，在有效實施例中得到了優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。圖19表示當Pt含量超過60％時，熱穩(wěn)定性急劇下降。如圖19所示，即使以微量添加Pt也可改進尤其是高溫熱處理的穩(wěn)定性。但是，優(yōu)選Pt含量(X1)不低于0.05％，更優(yōu)選不低于1％，最優(yōu)選不低于5％。當Pt含量在1-60at％范圍內時，可使在高達450℃的溫度下熱處理后MR比的減少抑制在20％或更少。
實施例18具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Pt-Mn(20)/固定層/Al-N-O(1.0)/Ni-Fe(5)/Ta(15)通過形成厚度為1.0nm的Al膜并且在含氧和氮的氣氛中對Al膜進行ICP氧氮化制備了Al-N-O膜。形成上述膜后，將元件在5kOe的磁場中在260℃下熱處理5小時，以賦予Pt-Mn單方向各向異性。而且，按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行微處理，并且形成了作為上電極的Cu(50)/Ta(3)。樣品的元件面積是0.5μm×0.2μm。
該MR元件是具有如圖2所示構型的疊壓鐵磁固定層自旋閥型TMR元件。如表16所示，鐵磁材料M-X的疊壓的鐵磁固定層/非磁層/鐵磁材料M-X、單固定層或兩層固定層被用作固定層。
表16

襯底在左邊。
圓括號內的數字代表膜厚nm。
隨后，將由此得到的元件在高達450℃的溫度下熱處理。接著按照與實施例1相同的方式來檢測元件的MR特性。結果示于圖20和21。
如圖20所示，構成疊壓鐵磁固定層的一對磁膜中的至少一個磁膜利用鐵磁材料M-X可改進元件的熱穩(wěn)定性。尤其是，當將鐵磁材料至少用于隧道絕緣層(p02，p04，p06)側的磁膜時，可顯著改進熱穩(wěn)定性。而且，元件p06實現了有利的熱穩(wěn)定性，其中，通過在疊壓鐵磁固定層的非磁層(Ru)界面上提供Co合金可增強被Ru隔開的磁層的反鐵磁交換耦合。
如圖21所示，當將兩層磁層作為固定層并且該兩層中的其中一層利用鐵磁材料M-X時，也可改進熱穩(wěn)定性。
實施例19具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/自由層/Al-O(0.8)/Co-Fe(2.5)/Ru(0.8)/Co-Fe(2.5)/Pt-Mn(15)/Ta(15)按照與實施例1相同的方法制備Al-O膜。形成上述膜后，將元件在5kOe的磁場中在280℃下熱處理3小時，以賦予Pt-Mn單方向各向異性。而且，按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行微處理，并且形成Cu(50)/Ta(3)作為上電極。樣品的元件面積是0.1μm×0.2μm。此時，表17中q01至q08所代表的單層膜或多層膜作為自由層。在室溫下測量該MR元件的磁阻，并且同時檢測了自由層的矯頑力(Hc)。結果示于表17。
表17

隨后，將由此得到的元件在高達400℃的溫度在磁場中進行熱處理。接著按照與實施例1相同的方式來檢測元件的MR特性。結果示于圖22。
如上所述，利用鐵磁材料M-X(FeNiPt)作為自由層的元件在自由層的軟磁特性和MR比方面得到了極大的改進。
實施例20形成于Si襯底上的以下實施例樣品所具有的熱氧化物膜是通過多靶磁電管濺射形成的，并且研究了其MR特性和熱穩(wěn)定性。
具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/自由層(4)/Al-O(0.8)/固定層/Ir-Mn(20)/Ta(15)按照與實施例1相同的方法制備Al-O膜。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行微處理，并且形成了作為上電極的Cu(50)/Ta(3)。之后，將元件在5kOe的磁場中在280℃下熱處理5小時，以賦予Ir-Mn單方向各向異性。樣品的元件面積是0.5μm×1μm。該MR元件具有如圖2所示的TMR元件構型。此時，制造具有不同固定層并且包括鐵磁材料M-X的MR元件，同時研究了其熱穩(wěn)定性。表18中，r01和r05的自由層利用了Fe0.8Ni0.2并且其它實施例的自由層利用了[Fe0.8Ni0.2]70Pt30。為了研究熱穩(wěn)定性，在真空中熱處理元件的同時施加5kOe的磁場，接著在其各自的目標溫度維持5小時。之后，在室溫下測量了磁阻。圖23表示MR比與熱處理溫度之間的關系。
表18

襯底在左邊。
圓括號內的數字代表膜厚nm。
實施例21形成于Si襯底上的以下實施例樣品所具有的熱氧化物膜是通過多靶磁電管濺射形成的，并且研究了其MR特性和熱穩(wěn)定性。
具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Cr(4)/疊壓的鐵磁固定層/Al-N(1.0)/Co-Fe(1)/Ni-Fe(3)/Ta(15)此時，Al-N的厚度(1)代表在氮化前設計的Al的總厚度。利用ICP氮化制備了Al-N。按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行微處理，并且形成了作為上電極的Cu(50)/Ta(3)。樣品的元件面積是2μm×4μm。該MR元件的固定層是表19所示的疊壓的鐵磁材料，并且自由層是Co-Fe/Ni-Fe雙層膜。在不加磁場的條件下將該MR元件在室溫至450℃的溫度下熱處理，并且接著檢測了一定MR比下的熱穩(wěn)定性。在對每個元件進行熱處理后，在施加500Oe的最大磁場條件下在室溫測量磁阻。圖24表示熱處理溫度和熱處理之后的MR與熱處理之前的MR比之間的關系曲線。
表19

襯底在左邊。
圓括號內的數字代表膜厚nm。
實施例22形成于Si襯底上的以下實施例樣品所具有的熱氧化物膜是通過多靶磁電管濺射形成的，并且研究了其MR特性和熱穩(wěn)定性。
具有熱氧化物膜的Si襯底/Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/Ni-Fe-Co(4)/Pt-Mn(15)/Co-Fe(2)/固定層1/Al-O(1.0)/自由層/Al-O(1.0)/固定層2/Co-Fe(2)/Pt-Mn(15)/Ta(15)按照與實施例1相同的方法制備Al-O膜。形成上述膜之后，將元件在5kOe的磁場中在280℃下熱處理5小時，以賦予Pt-Mn單方向各向異性。而且，按照與實施例1相同的臺面方式對每個膜進行微處理，并且形成了作為上電極的Cu(50)/Ta(3)。樣品的元件面積是0.5μm×0.3μm。
該MR元件是如圖6所示的雙自旋閥型TMR元件。此時，制造了具有不同固定層并且包括鐵磁材料M-X的MR元件，表20表示用于上述膜結構中的固定層1，2和自由層的磁膜。
表20

在400℃下熱處理后，對每個元件施加1V的偏壓時得到了輸出。
在制造了臺面型TMR元件后，在280℃-400℃的溫度范圍內、在5kOe的磁場中對每一個元件進行1小時的熱處理，接著測量室溫下的磁阻和I-V特性。表20表示在400℃下熱處理后，對每個元件施加1V的偏壓時得到的輸出。如圖25所示，當利用鐵磁材料M-X時，即使是在雙自旋閥型TMR元件中也可改進MR特性的穩(wěn)定性。而且，甚至是在400℃的熱處理后也可提供能夠維持高輸出的元件。
在不背離本發(fā)明實質特性的前體下，也可以其它形式來體現本發(fā)明。本申請公開的實施方式的所有方面均僅為解釋性而非對本發(fā)明的限制。由所附的權利要求書而非上述說明書來限定本發(fā)明的范圍，并且本發(fā)明包括落入權利要求等同物實質和范圍內的所有變化。
工業(yè)實用性本發(fā)明可提供MR比常規(guī)元件大并且熱穩(wěn)定性優(yōu)于常規(guī)元件的MR元件。本發(fā)明的MR元件也可改進磁元件比如磁阻磁頭、包括磁阻磁頭的磁記錄裝置和高密度磁存儲器(MRAM)的特性。
權利要求
1.一種磁阻元件，它包括多層膜，該多層膜包括至少兩個磁層和置于該兩個磁層之間的至少一個非磁層，其中電阻值隨著由該至少兩個磁層的磁化方向形成的相對角的變化而變化，并且至少其中的一個磁層包括由M100-aXa表示的鐵磁材料M-X，其中M是選自Fe、Co和Ni中的至少一種元素，并且X表示為X1bX2cX3d，其中X1是選自Cu、Ru、Rh、Pd、Ag、Os、Ir、Pt和Au中的至少一種元素，X2是選自Al、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W、Re、Zn和鑭系元素中的至少一種元素，X3是選自Si、B、C、N、O、P和S中的至少一種元素，并且a、b、c和d滿足以下關系0.05≤a≤60，0≤b≤60，0≤c≤30，0≤d≤20，并且a＝b+c+d。
2.權利要求1的磁阻元件，其中b和c滿足b+c＞0。
3.權利要求2的磁阻元件，其中b和c滿足b＞0并且c＞0。
4.權利要求1的磁阻元件，其中b和d滿足b+d＞0。
5.權利要求4的磁阻元件，其中b和d滿足b＞0并且d＞0。
6.權利要求1的磁阻元件，其中所述磁層包括自由層和固定層，并且相對于固定層的磁化而言，通過外部磁場相對容易地使自由層的磁化旋轉。
7.權利要求6的磁阻元件，其中所述自由層包括鐵所述磁材料M-X。
8.權利要求6的磁阻元件，其中所述固定層包括所述鐵磁材料M-X。
9.權利要求6的磁阻元件，其中所述自由層偏移磁場的絕對值不超過20Oe，并且偏移磁場的定義為Hint＝(H1+H2)/2其中H1和H2(H1≥H2)是當磁化為零時，磁化-磁場曲線(M-H曲線)上的點表示的兩個磁場，該曲線表示磁場和磁化的關系。
10.權利要求6的磁阻元件，它進一步包括用于抑制所述固定層磁化旋轉的反鐵磁層。
11.權利要求1的磁阻元件，其中包括所述鐵磁材料M-X的所述磁層是含磁膜的多層膜，并且至少其中一個磁膜包括所述鐵磁材料M-X。
12.權利要求11的磁阻元件，其中包括所述鐵磁材料M-X的磁膜與非磁層接觸。
13.權利要求1的磁阻元件，其中包括所述鐵磁材料M-X的磁層包括非磁膜和一對夾置該非磁膜的磁膜。
14.權利要求1的磁阻元件，其中所述非磁層由導電材料制成。
15.權利要求14的磁阻元件，其中所述導電材料包括選自Cu、Ag、Au、Cr和Ru中的至少一種。
16.權利要求1的磁阻元件，其中所述非磁層由絕緣材料制成。
17.權利要求16的磁阻元件，其中所述絕緣材料包括選自Al的氧化物、氮化物和氮氧化物中的至少一種。
18.權利要求1的磁阻元件，它進一步包括一對電極層，以使電流垂直流向該層的層表面。
19.權利要求1的磁阻元件，其中所述鐵磁材料M-X在厚度方向上具有組分梯度。
20.權利要求1的磁阻元件，其中所述鐵磁材料M-X的晶體結構不同于常溫常壓下由M制成的材料的擇優(yōu)晶體結構。
21.權利要求20的磁阻元件，其中所述鐵磁材料M-X的晶體結構包括選自fcc和bcc中的至少一種。
22.權利要求1的磁阻元件，其中所述鐵磁材料M-X由包括至少兩種晶體結構的混合晶體形成。
23.權利要求22的磁阻元件，其中所述混合晶體包括選自fcc、fct、bcc、bct和hcp中的至少兩種。
24.權利要求1的磁阻元件，其中所述鐵磁材料M-X是晶體。
25.權利要求24的磁阻元件，其中所述鐵磁材料M-X由晶體平均粒徑是10nm或更小的柱狀晶制成。
26.權利要求1的磁阻元件，其中M表示為Fe1-p-qCopNiq，其中p和q滿足以下關系0＜p＜1，0＜q≤0.9并且p+q＜1。
27.權利要求26的磁阻元件，其中q滿足0＜q≤0.65。
28.權利要求1的磁阻元件，其中M表示為Fe1-qNiq，其中q滿足以下關系0＜q≤0.95。
29.權利要求1的磁阻元件，其中M表示為Fe1-pCop，其中p滿足以下關系0＜p≤0.95。
30.權利要求1的磁阻元件，其中X是選自V、Cr、Mn、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir和Pt中的至少一種元素。
31.權利要求30的磁阻元件，其中X是Pt并且滿足以下關系0.05≤a≤50。
32.權利要求30的磁阻元件，其中X是選自Pd、Rh和Ir中的至少一種并且滿足以下關系0.05≤a≤50。
33.權利要求30的磁阻元件，其中X是選自V、Cr、Mn、Ru、Rh、Pd、Re、Os、Ir和Pt中的至少兩種元素。
34.權利要求33的磁阻元件，其中X表示為PtbRec，其中b和c滿足以下關系0＜b＜50，0＜c≤20，a＝b+c，并且0.05≤a≤50。
35.權利要求33的磁阻元件，其中X表示為Ptb1Pdb2其中b1和b2滿足以下關系0＜b1＜50，0＜b2＜50，a＝b1+b2，并且0.05≤a≤50。
36.權利要求33的磁阻元件，其中X可表示為Rhb1Irb2，其中b1和b2滿足以下關系0＜b1＜50，0＜b2＜50，a＝b1+b2，并且0.05≤a≤50。
37.一種磁阻磁頭，它包括根據權利要求1的磁阻元件，和磁屏蔽，其用于抑制除磁阻元件待檢測的磁場以外的磁場進入元件。
38.一種磁阻磁頭，它包括根據權利要求1的磁阻元件，和磁頭組，其用于將待測磁場引入磁阻元件。
39.一種磁記錄裝置，它包括權利要求37或38的磁阻磁頭。
40.一種磁阻存儲器元件，它包括根據權利要求1的磁阻元件；用于將信息記錄在磁阻元件上的信息記錄導線；和用于讀出信息的信息讀出導線。
全文摘要
本發(fā)明提供了MR比和熱穩(wěn)定性優(yōu)良的磁阻(MR)元件，它所含的至少一個磁層包括由M
文檔編號H01L27/105GK1503912SQ0280823
公開日2004年6月9日 申請日期2002年4月24日 優(yōu)先權日2001年4月24日
發(fā)明者杉田康成, 平本雅祥, 松川望, 里見三男, 川島良男, 小田川明弘, 明弘, 男, 祥 申請人:松下電器產業(yè)株式會社