專利名稱：磁阻薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于再現(xiàn)磁頭、磁傳感器等的磁阻薄膜。
磁阻(MR)元件是一種通過向磁阻薄膜提供電流并讀取跨過它的電壓變化的方法來檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度和它的變化的元件。采用這種磁阻元件的MR頭提供較傳統(tǒng)電感性頭高的檢測(cè)能力，而且對(duì)于MR頭相應(yīng)增加的研究導(dǎo)致了諸如要求較高密度記錄的硬盤驅(qū)動(dòng)器的再現(xiàn)磁頭的應(yīng)用。為了使這種MR頭能獲得高密度記錄，它必須具備高磁場(chǎng)靈敏度。結(jié)果，出現(xiàn)了對(duì)于呈現(xiàn)高M(jìn)R比率的MR元件的大量需要。巨型磁阻(GMR)元件以呈現(xiàn)高M(jìn)R比而聞名。作為這種GMR元件的磁阻薄膜的例子包括，人工晶格(artificial lattice)型磁阻薄膜、自旋閥門型(spin valve)、矯頑力微分(coercive force differential))型磁阻薄膜。人工晶格型磁阻薄膜具有與非磁導(dǎo)電層交替的鐵磁層，閥門自旋型具有包括反鐵磁/鐵磁/非磁導(dǎo)電/鐵磁層的成層結(jié)構(gòu)，矯頑力微分型磁阻薄膜具有包括鐵磁/非磁導(dǎo)電/鐵磁層的多層結(jié)構(gòu)，其中鐵磁層具有互相不同的矯頑力。
M.Jimbo et al.(J.Appl.Phy.，79(1966)6237-6239)提出了用于GMR元件的磁阻薄膜，它將非晶鐵磁層用作鐵磁層并且具有NiO/a-CoFeB/Cu/a-CoFeB的多層結(jié)構(gòu)。
然而，采用這種非晶鐵磁層的MR薄膜在它們的形成方面再制性很差，以至于不同薄膜不利地呈現(xiàn)出各種品質(zhì)。此外，它們呈現(xiàn)了較采用晶狀鐵磁層的MR薄膜低的MR比。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種采用非晶鐵磁層的磁阻薄膜，它呈現(xiàn)高M(jìn)R比，并且能夠用一種保證其一致品質(zhì)的再制的方式制造它。
本申請(qǐng)的發(fā)明人認(rèn)為采用非晶鐵磁層的RM薄膜的再制性差是由反鐵磁層和非晶鐵磁層之間的弱磁耦合造成的。那就是說，認(rèn)為這樣的弱磁耦合很容易受到由薄膜形成條件的細(xì)微變化引起的薄膜結(jié)構(gòu)變化的影響，結(jié)果導(dǎo)致薄膜形成再制性差和較小的RM比。因此，需要找到一種消除上述問題的方法。本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，將晶狀鐵磁夾層放在非晶鐵磁層和反鐵磁層之間可導(dǎo)致非晶鐵磁層和反鐵磁層之間的磁耦合增強(qiáng)。
本發(fā)明的一個(gè)特征在于，它的多層結(jié)構(gòu)包括反鐵磁、第一非晶鐵磁、非磁導(dǎo)電和鐵磁層并以這種次序放置，還將晶狀鐵磁夾層放在第一非晶鐵磁和反鐵磁層之間。
更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明的磁阻薄膜包括反鐵磁層、晶狀鐵磁夾層、第一非晶鐵磁層、非磁導(dǎo)電層和鐵磁層并按這種次序放置，晶狀鐵磁夾層同第一非晶鐵磁層鐵磁耦合，因此鐵磁耦合的晶狀鐵磁夾層和第一非晶鐵磁層同反鐵磁層磁耦合。
根據(jù)本發(fā)明，將晶狀鐵磁夾層放在反鐵磁層和第一非晶鐵磁層中間可使反鐵磁層同晶狀鐵磁夾層和第一非晶鐵磁層強(qiáng)烈地交換耦合。這向它傳遞第一非晶鐵磁層增強(qiáng)的收縮效應(yīng)，結(jié)果導(dǎo)致增大的MR比率。此外，由于反鐵磁層同晶狀鐵磁層和第一非晶鐵磁層強(qiáng)烈地磁耦合，磁阻薄膜很少受薄膜形成條件變化的影響，因此，可以用保證所得到的薄膜品質(zhì)水準(zhǔn)一致的可再制方式制造它。
根據(jù)本發(fā)明，晶狀鐵磁夾層，例如，包括Fe、Co、Ni和它們的合金。其中NiFe、NiCo、CoFe、NiFeCo特別好。沒有特別限制晶狀鐵磁夾層的厚度，但是一般在5-50A的范圍內(nèi)。
本發(fā)明中，規(guī)定至少一層用于同鐵磁層之間的非磁導(dǎo)電層側(cè)面相接的鐵磁層為非晶鐵磁層。相應(yīng)地，在特殊的實(shí)施例中，可用第一和第二非晶鐵磁層來與它們之間的非磁導(dǎo)電層的側(cè)面相接。
根據(jù)本發(fā)明，例如，對(duì)于非晶鐵磁層合適的材料包括CoFeB、CoNb、CoZr、CoZrNb、CoTa、CoTaZr、CoNbTa、CoB、CoFeZr、CoFeTa、CoFeNb、CoNiB、CoNiZr、CoNiTa和CoNiNb。這些合金可以還包括少量的金屬，例如Cr。非晶鐵磁層的厚度一般在5-100A的范圍內(nèi)。
用于同非磁導(dǎo)電層側(cè)面相接的一層鐵磁層可以不是非晶的。即使在這種情況下，通常在5-100A的范圍內(nèi)設(shè)置這種鐵磁層的厚度。除了非晶鐵磁層以外，晶狀鐵磁層例如，可以包括NiFe、Fe、Co或它們的合金。
例如，本發(fā)明中用到的反鐵磁層可以包括FeMn、NiMn、IrMn、NiO、CoO或NiCoO。反鐵磁層的厚度一般在30-300A的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，可為非磁導(dǎo)電層采用任何非磁性的并且具有良好導(dǎo)電性的材料。這些材料的代表是Cu和Ag。非磁導(dǎo)電層的厚度一般在10-50A的范圍內(nèi)。
可通過在基片上順序形成層的方法制造本發(fā)明的磁阻薄膜。在這種情況下，可在基片上以反鐵磁、晶狀鐵磁、第一非晶鐵磁、非磁導(dǎo)電和鐵磁層的順序形成這些層。另一種做法，這個(gè)順序可以顛倒過來。那就是說，可在基片上以鐵磁層、非磁導(dǎo)電層、第一非晶鐵磁層、晶狀鐵磁夾層和反鐵磁層的順序形成這些層。基片可由任何合適的非磁性材料諸如Si、TiC、Al2O3或玻璃制成。
此外，本發(fā)明的磁阻薄膜可具有多層結(jié)構(gòu)，其中，將上述5層結(jié)構(gòu)的成層次序重復(fù)2遍或更多遍。
根據(jù)本發(fā)明，在反鐵磁和第一非晶鐵磁層之間放有晶狀鐵磁夾層。晶狀鐵磁夾層的放置使得第一非晶鐵磁層同它鐵磁耦合，因此這些鐵磁耦合的層同反鐵磁層磁耦合。雖然，并不想限制本發(fā)明的范圍，但是，認(rèn)為晶狀鐵磁夾層和第一非晶鐵磁層之間的較強(qiáng)鐵磁耦合以及反鐵磁層和那兩層之間的較強(qiáng)磁耦合使得磁阻薄膜的磁化機(jī)制從同矯頑力微分型磁阻薄膜的磁化機(jī)制相似的傳統(tǒng)型轉(zhuǎn)移成更加穩(wěn)定自旋閥門型，結(jié)果導(dǎo)致它的可再制的高M(jìn)R比。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的磁阻薄膜的第一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
圖2是示出圖1的薄膜實(shí)施例的制造過程的一組剖面圖。
圖3是示出圖1的薄膜實(shí)施例的制造過程的一組剖面圖。
圖4是示出根據(jù)圖1所示的按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第一個(gè)實(shí)施例的磁場(chǎng)變化，MR比變化的曲線圖。
圖5是示出按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第一個(gè)實(shí)施例的最大MR比樣本方差的曲線圖。
圖6是示出隨著按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第二個(gè)實(shí)施例的磁場(chǎng)變化，MR比變化的曲線圖。
圖7是示出按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第二個(gè)實(shí)施例的最大MR比樣本方差的曲線圖。
圖8是示出當(dāng)改變非晶鐵磁層的厚度以研究其影響時(shí)，按照本發(fā)明的磁阻薄膜的具體結(jié)構(gòu)實(shí)施例的示意剖面圖。
圖9是示出當(dāng)改變鐵磁層的厚度以研究其影響時(shí)，傳統(tǒng)磁阻薄膜的比較結(jié)構(gòu)的示意剖面圖。
圖10是示出分別隨著該磁阻薄膜中的非晶鐵磁層和比較磁阻薄膜中的鐵磁層的厚度不同，MR比變化的曲線圖。
圖11是示出分別按照該磁阻薄膜的非晶鐵磁層和比較磁阻薄膜的鐵磁層的厚度不同，工作磁場(chǎng)變化的曲線圖。
圖12是用于解釋圖11中工作磁場(chǎng)(Hp)的曲線圖。
圖13是按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第三個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
圖14是按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第四個(gè)實(shí)施例的剖面圖。
圖15是示出采用本發(fā)明磁阻薄膜的磁阻元件的一個(gè)例示結(jié)構(gòu)的示意透視圖。
圖16是按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第五個(gè)實(shí)施例的剖面圖；和圖17是示出圖16所示的磁阻薄膜實(shí)施例的磁場(chǎng)--磁化曲線的曲線圖。
圖1是按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第一個(gè)實(shí)施例的剖面圖。參照?qǐng)D1，按照本實(shí)施例可通過在例如玻璃的基片1上連續(xù)形成Ni50O50(10nm厚)的反鐵磁層2、Ni80Fe20(2nm厚)的晶狀鐵磁夾層3、(Co0.9Fe0.1)20B80(2nm厚)的第一非晶鐵磁層4、Cu(2nm厚)的非磁導(dǎo)電層5，和(Co0.9Fe0.1)20B80(2nm厚)的第二非晶鐵磁層6的方法形成磁阻薄膜。
圖2和3分別示出制造圖1磁阻薄膜實(shí)施例的過程的示意剖面圖。如圖2(a)所示，例如通過離子束濺射技術(shù)，在玻璃基片上形成反鐵磁層2。然后，例如通過離子束濺射技術(shù)，在反鐵磁層2上形成晶狀鐵磁夾層3，如圖2(b)所示。如圖2(c)所示，例如通過離子束濺射技術(shù)，在晶狀鐵磁夾層3上順序地形成第一非晶鐵磁層4。
接著，例如通過離子束濺射技術(shù)，在第一非晶鐵磁層4上形成非磁導(dǎo)電層5。最后，例如通過離子束濺射技術(shù)，在非磁導(dǎo)電層5上形成第二非晶鐵磁層6。
于是，可以制造具有如圖1所示的多層結(jié)構(gòu)的磁阻薄膜。雖然，如上所述每一層都是通過離子束濺射技術(shù)形成的，但是可以采用包括RF等離子CVD方法等其它技術(shù)來形成任一層。
圖4是示出根據(jù)圖1所示的按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第一個(gè)實(shí)施例的磁場(chǎng)變化，MR比變化的曲線圖。在圖4中，曲線(1)示出圖1所示的按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第一個(gè)實(shí)施例的MR比的變化，而曲線(2)示出比較磁阻薄膜的MR比的變化。在比較磁阻薄膜內(nèi)不包括晶狀鐵磁夾層，因此，直接在反鐵磁層上形成第一非晶鐵磁層。那就是說，比較磁阻薄膜是一種把晶狀鐵磁夾層3從圖1的磁阻薄膜中去除，并直接在反鐵磁層上形成第一非晶鐵磁層4的磁阻薄膜。
從圖4可明顯看出，按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第一個(gè)實(shí)施例顯示了一個(gè)大約8％的數(shù)值作為最大MR比，它的最大MR比明顯比沒有在反鐵磁和第一非晶鐵磁層之間插入晶狀鐵磁夾層的比較磁阻薄膜的最大MR比4％要高。
重復(fù)制造按照本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例的磁阻薄膜準(zhǔn)備7個(gè)樣本(樣本1至樣本7)。圖5示出對(duì)于每一個(gè)樣本的最大MR比的曲線圖。為了比較的目的，重復(fù)制造不包括晶狀鐵磁層以呈現(xiàn)圖4中MR比曲線(2)的比較磁阻薄膜，準(zhǔn)備7個(gè)樣本(樣本1至樣本7)。圖5還顯示了每個(gè)比較磁阻薄膜樣本的最大MR比的曲線圖。從圖5可明顯看出，不包括晶狀鐵磁層的比較磁阻薄膜的最大MR比呈現(xiàn)了較大樣本方差。相反，按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第一個(gè)實(shí)施例的最大MR比呈現(xiàn)了較小的樣本方差，即實(shí)質(zhì)上恒定的MR比率。這說明了，可以用這種再制的方法制造根據(jù)本發(fā)明的磁阻薄膜以保持它的品質(zhì)水準(zhǔn)。
圖6示出隨著按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第二個(gè)實(shí)施例的磁場(chǎng)變化，MR比變化的曲線圖。在按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第二個(gè)實(shí)施例中，將由Ni14Fe13Co73(2nm厚)制成的晶狀鐵磁夾層用作圖1所示的晶狀鐵磁夾層3。除了晶狀鐵磁夾層3，薄膜的每一層的材料類型及厚度和上述第一個(gè)薄膜實(shí)施例的對(duì)應(yīng)層一樣。圖6中，曲線(1)示出磁阻薄膜的第二個(gè)實(shí)施例的MR比的變化。圖6中曲線(2)示出不包括晶狀鐵磁層的比較磁阻薄膜的MR比的變化，它與圖4中曲線(2)相似?？蓮膱D6中看出，按照本發(fā)明的磁阻薄膜的第二個(gè)實(shí)施例對(duì)于最大MR比顯示了大約8％的值，它明顯比傳統(tǒng)薄膜的最大MR比要高。
重復(fù)制造按照本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的磁阻薄膜，以提供7個(gè)樣本(樣本1至樣本7)。圖7示出每一個(gè)樣本的最大MR比的曲線圖來指出MR比的樣本方差。為了比較的目的，重復(fù)制造不包括晶狀鐵磁層以呈現(xiàn)圖6中MR比曲線(2)的比較磁阻薄膜，以準(zhǔn)備7個(gè)樣本(樣本1至樣本7)。圖7還示出了比較磁阻薄膜的每一樣本的最大MR比的曲線圖來指出MR比的樣本方差。從圖7中明顯看出，按照本發(fā)明磁阻薄膜的第二個(gè)實(shí)施例的最大MR比呈現(xiàn)了較小的樣本方差。這說明了可以用再制的方式制造第二個(gè)實(shí)施例的磁阻薄膜以保持它的品質(zhì)水準(zhǔn)。
在上述實(shí)施例中，反鐵磁層2在基片1上形成，其它層在反鐵磁層2上順序形成。另一種做法，可以將要形成的層的順序顛倒過來。那就是說，可以按第二非晶鐵磁層6、非磁導(dǎo)電層5、第一非晶鐵磁層4、晶狀鐵磁夾層3和反鐵磁層2的順序在基片1上形成那些層。
接著，對(duì)于由本發(fā)明的鐵磁薄膜中非晶鐵磁層的厚度變化產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究。如圖8所示，在NiO反鐵磁層11(100A)上順序地形成了NiFe晶狀鐵磁層12(20A)、第一CoFeB非晶鐵磁層13、Cu非磁導(dǎo)電層14(20A)和第二CoFeB非晶鐵磁層15。當(dāng)NiO反鐵磁層11、NiFe晶狀鐵磁層12和Cu非磁導(dǎo)電層14的厚度分別保持恒定時(shí)，改變CoFeB非晶鐵磁層13和15的厚度，如圖10和11所示，以根據(jù)厚度變化測(cè)量MR比的變化(圖10)，和根據(jù)厚度變化測(cè)量工作磁場(chǎng)(Hp)的變化(圖11)。為了比較的目的，對(duì)于由圖9的傳統(tǒng)磁阻薄膜中鐵磁層的厚度變化產(chǎn)生的影響進(jìn)行研究。如圖9所示，這種比較磁阻薄膜具有FeMn反鐵磁層21(100A)，在它上面順序地形成了Co鐵磁層22、Cu非磁導(dǎo)電層23(20A)和Co鐵磁層24。當(dāng)FeMn反鐵磁層21和Cu非磁導(dǎo)電層23的厚度分別保持恒定時(shí)，改變鐵磁層22和24的厚度以根據(jù)它測(cè)量MR比的變化(圖10)和工作磁場(chǎng)(Hp)的變化(圖11)。
圖12是說明工作磁場(chǎng)(Hp)的曲線圖，參照?qǐng)D12，將工作磁場(chǎng)(Hp)表示為與MR比在其中線性變化對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)寬度。相應(yīng)地，當(dāng)工作磁場(chǎng)(Hp)變窄時(shí)，可獲得較高的磁場(chǎng)靈敏度。
從圖10可看出，根據(jù)本發(fā)明，即使當(dāng)磁阻薄膜的非晶鐵磁層的厚度在5-50A的范圍內(nèi)變化時(shí)，按照本發(fā)明的磁阻薄膜(CoFeB)也能呈現(xiàn)實(shí)質(zhì)上恒定的高的MR比。相反地，可以看出，當(dāng)鐵磁層變薄時(shí)，比較鐵磁薄膜(Co)呈現(xiàn)出MR比的減小。
此外，從圖11可見，即使當(dāng)磁阻薄膜的非晶鐵磁層的厚度在5-50A的范圍內(nèi)變化時(shí)，按照本發(fā)明的磁阻薄膜(CoFeB)也能呈現(xiàn)實(shí)質(zhì)上恒定的低的工作磁場(chǎng)。相反地，可以看出，比較磁阻薄膜(Co)呈現(xiàn)出工作磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，結(jié)果當(dāng)其中鐵磁層變厚時(shí)，導(dǎo)致它較差的磁場(chǎng)靈敏度。從圖10和11可以認(rèn)識(shí)到，比較磁阻薄膜的一個(gè)顯著的缺點(diǎn)在于，當(dāng)為了獲得較高的MR比而增加它的鐵磁層厚度時(shí)，卻不利地降低了工作磁場(chǎng)的靈敏度。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的磁阻薄膜很少受鐵磁層厚度變化的影響，而一直呈現(xiàn)出較高的MR比以及足夠的磁場(chǎng)靈敏度。
圖13是根據(jù)本發(fā)明磁阻薄膜的第三個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在如圖13所示的實(shí)施例中，磁阻薄膜具有多層結(jié)構(gòu)，其中按反鐵磁層32、晶狀鐵磁夾層33、第一非晶鐵磁層34、非磁導(dǎo)電層35、第二非晶鐵磁層36、非磁導(dǎo)電結(jié)構(gòu)37、第一非晶鐵磁層38、晶狀鐵磁夾層39和反鐵磁層40的順序在基片31上形成這些層。逆鐵磁層32例如由Ni50O50制成，厚度為10nm。晶狀鐵磁夾層33和39例如由Ni80Fe20或Ni14Fe13Co73制成，厚度為2nm。第一和第二非晶鐵磁層34、36和38例如由(Co0.9Fe0.1)20B80制成，厚度為2nm。非磁導(dǎo)電層35和37例如由Cu制成，厚度為2nm。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的磁阻薄膜的第四個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在圖14所示的實(shí)施例中，磁阻薄膜具有多層結(jié)構(gòu)，其中按第二非晶鐵磁層42、非磁導(dǎo)電層43、第一非晶鐵磁層44、晶狀鐵磁夾層45、反鐵磁層46、晶狀鐵磁夾層47、第一非晶鐵磁層48、非磁導(dǎo)電層49和第二非晶鐵磁層50的順序在基片41上形成這些層。
第一和第二非晶鐵磁層42、44、48和50例如由(Co0.9Fe0.1)20B80制成，厚度為2nm。非磁導(dǎo)電層43和49例如由Cu制成，厚度為2nm。晶狀鐵磁夾層45和47例如由Ni50O50制成，厚度為10nm。
并且，本發(fā)明的磁阻薄膜可以具有多層結(jié)構(gòu)，其中將上述5層結(jié)構(gòu)的成層次序重復(fù)2次，例如，包括反鐵磁/層晶狀鐵磁夾層/第一非晶鐵磁層/非磁導(dǎo)電層/鐵磁層/非磁導(dǎo)電層/第一非晶鐵磁層/晶狀鐵磁夾層/反鐵磁層。而且，本發(fā)明的磁阻薄膜可以具有多層結(jié)構(gòu)，其中將上述5層結(jié)構(gòu)的成層次序重復(fù)3次，例如包括反鐵磁層/晶狀鐵磁夾層/第一非晶鐵磁層/非磁導(dǎo)電層/鐵磁層/非磁導(dǎo)電層/第一非晶鐵磁層/晶狀鐵磁夾層/反鐵磁層/晶狀鐵磁夾層/第一非晶鐵磁層/非磁導(dǎo)電層/鐵磁層。
如上所述，本發(fā)明的鐵磁薄膜可以具有多層結(jié)構(gòu)，其中將上述5層結(jié)構(gòu)的成層次序重復(fù)2次或更多次。
圖15示出采用本發(fā)明磁阻薄膜的磁阻元件的典型結(jié)構(gòu)示意透視圖，參照?qǐng)D15，把多層磁阻薄膜橫向插入一對(duì)例如由CoCrPt制成的縱向偏置層54和55，在它們上面分別設(shè)置例如由Au制成的引線電極52和53。如箭頭A所指出，從引線電極52供給的電流流過縱向偏置層54、磁阻薄膜51和縱向偏置層55，進(jìn)入引線電極53。除了從引線電極52提供電流以外，還將磁阻元件設(shè)計(jì)成能讀出跨過磁阻薄膜51的電壓變化，來檢測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度和它的變化。
圖16是根據(jù)本發(fā)明磁阻薄膜的第5個(gè)實(shí)施例的剖面圖。在此實(shí)施例中，采用不同材料分別用作晶狀鐵磁夾層和第一非晶鐵磁層，以測(cè)量反鐵磁層與晶狀鐵磁夾層和第一非晶鐵磁層之間的交換耦合磁場(chǎng)Hua的變化。參照?qǐng)D16，磁阻薄膜包括由材料X1(3.0nm厚)制成的第二非晶鐵磁層61，在它上面放置由Cu(2.6nm厚)制成的非磁導(dǎo)電層62。在非磁導(dǎo)電層62上具有由材料X2(3.0nm厚)制成的第一非晶鐵磁層63，在它上面放有由材料Y(tnm厚)制成的晶狀鐵磁夾層64。在晶狀鐵磁夾層64上放有由材料FeMn(10.0nm厚)制成的反鐵磁層65。
圖17示出了磁阻薄膜的第5個(gè)實(shí)施例的磁場(chǎng)-磁化曲線圖，其中Co95Zr5被用作材料X1和X2以分別構(gòu)成第二非晶鐵磁層61和第一非晶鐵磁層63，并且Ni80Fe20被用作材料Y以構(gòu)成晶狀鐵磁夾層64，而且將晶狀鐵磁夾層64的厚度t設(shè)定為3.0nm。圖17還示出了比較磁阻薄膜的磁場(chǎng)-磁化曲線圖，其中將晶狀鐵磁夾層64的厚度t設(shè)定為0nm，即為了比較的目的去除了晶狀鐵磁夾層64。在圖17中，由“X1”代表的范圍指出由于第二非晶鐵磁層61的磁矩變化引起的磁滯。而由“X2/Y/FeMn”代表的范圍指出由于互相交換耦合的第一非晶鐵磁層63、晶狀鐵磁夾層64和反鐵磁層65的磁矩變化引起的磁滯?？蓮膱D17看出，將晶狀鐵磁夾層64的厚度設(shè)定成3.0nm使得反鐵磁層65同晶狀鐵磁夾層64和第一非晶鐵磁層63交換耦合，因而生成交換耦合磁場(chǎng)Hua。
接著，為第一和第二非晶鐵磁層及晶狀鐵磁夾層選擇不同的材料，來制備磁阻薄膜。于是，測(cè)量所獲得的磁阻薄膜的交換耦合磁場(chǎng)Hua。首先，對(duì)于磁阻薄膜測(cè)量交換耦合磁場(chǎng)Hua，該磁阻薄膜為第一和第二非晶鐵磁層采用材料a-CoX，而為晶狀鐵磁夾層采用材料Y。結(jié)果及所用的材料a-CoX和Y的類型如下表1所示。
表 1a-CoX/Y
上表1中，X含量在2-20原子百分比的范圍內(nèi)。
第二，制備了第一和第二非晶鐵磁層采用材料a-(Co0.9Ni0.1)X而晶狀鐵磁夾層采用材料Y的磁阻薄膜，并測(cè)量它的交換耦合磁場(chǎng)Hua。結(jié)果及材料a-(Co0.9Ni0.1)X和Y的類型如下表2所示。
表 2a-(Co0.9Ni0.1)X/Y
上表2中，X含量在2-20原子百分比的范圍內(nèi)。
第三，制備了第一和第二非晶鐵磁層采用材料a-(Co0.9Fe0.1)X而晶狀鐵磁夾層采用材料Y的磁阻薄膜，并測(cè)量它的交換耦合磁場(chǎng)Hua。結(jié)果及材料a-(Co0.9Fe0.1)X和Y的類型如下表3所示。
表3a-(Co0.9Fe0.1)X/Y
上表3中，X含量在2-20原子百分比的范圍內(nèi)。
并且，對(duì)于由表1、2和3列出的各種材料組合構(gòu)成的磁阻薄膜的晶狀鐵磁夾層的厚度進(jìn)行研究，這些厚度要足以生成交換耦合磁場(chǎng)Hua。從研究可以發(fā)現(xiàn)，將晶狀鐵磁夾層的厚度設(shè)定為不低于1nm對(duì)于增大交換耦合磁場(chǎng)Hua是有效的。
從表1、2和3可以看出，可采用任何主要包括Co的材料制成根據(jù)本發(fā)明的非晶鐵磁層。而且，可采用任何材料制成晶狀鐵磁夾層，只要它是晶狀及鐵磁的。
雖然，在上述實(shí)施例中，至少一個(gè)位于鐵磁層之間的非磁導(dǎo)電層側(cè)面的鐵磁層包括非晶鐵磁材料，但是，本發(fā)明并不打算將其它鐵磁層(如果有的話)，局限于這種非晶鐵磁材料。除了與晶狀鐵磁層相鄰的鐵磁層之外，其它鐵磁層，(如果有的話)，可以包括合適的晶狀鐵磁層。
應(yīng)該知道，本發(fā)明的磁阻薄膜中每一層的材料類型和厚度并不局限于連同上述實(shí)施例一起描述的那些。
根據(jù)本發(fā)明的磁阻薄膜呈現(xiàn)出高的MR比，并且可以用再制的方式制造它，以保持它的品質(zhì)水準(zhǔn)。相應(yīng)地，本發(fā)明的磁阻薄膜在再現(xiàn)磁頭、磁傳感器等方面有它的實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種磁阻薄膜，其特征在于，包括反鐵磁層；第一非晶鐵磁層；置于所述反鐵磁層和所述第一非晶鐵磁層之間的晶狀鐵磁夾層；置于所述第一非晶鐵磁層上的非磁導(dǎo)電層；和放置在所述非磁導(dǎo)電層上的鐵磁層。
2.如權(quán)利要求1所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述晶狀鐵磁夾層至少由從包括Fe、Co、Ni和它們的合金的組中選出的一種金屬材料形成。
3.如權(quán)利要求2所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述晶狀鐵磁夾層包括NiFe、NiCo或CoFe.
4.如權(quán)利要求1所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述鐵磁層是第二非晶鐵磁層。
5.如權(quán)利要求1所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述第一非晶鐵磁層包括一種主要包括Co的非晶鐵磁材料。
6.如權(quán)利要求5所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述第一非晶鐵磁層至少由從包括CoFeB、CoNb、CoZr、CoZrNb、CoTa、CoTaZr和CoNbTa的組中挑選出的一種合金形成。
7.如權(quán)利要求5所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述第一非晶鐵磁層至少由從包括CoB、CoFeZr、CoFeTa、CoFeNb、CoNiB、CoNiZr、CoNiTa和CoNiNb的組中選出的一種合金形成。
8.一種具有多層結(jié)構(gòu)的磁阻薄膜，其特征在于，其中將權(quán)利要求1、2、3、4、5、6或7所述的磁阻薄膜的所述成層次序重復(fù)2次或更多次。
9.一種磁阻薄膜，其特征在于，包括反鐵磁層；第一非晶鐵磁層；置于所述反鐵磁層和第一非晶鐵磁層之間的晶狀鐵磁夾層，這樣的放置能使它同所述第一非晶鐵磁層鐵磁耦合，從而所述鐵磁耦合的晶狀鐵磁夾層和第一非晶鐵磁層同所述反鐵磁層磁耦合；放置在所述第一非晶鐵磁層上的非磁導(dǎo)電層；和放置在所述非磁導(dǎo)電層上的鐵磁層。
10.如權(quán)利要求9所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述晶狀鐵磁夾層至少由從包括Fe、Co、Ni和它們的合金的種類中挑選出來的一種金屬材料形成。
11.如權(quán)利要求10所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述晶狀鐵磁夾層包括NiFe、NiCo或CoFe.
12.如權(quán)利要求9所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述鐵磁層是第二非晶鐵磁層。
13.如權(quán)利要求9所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述第一非晶鐵磁層包括一種主要包括Co的非晶鐵磁材料。
14.如權(quán)利要求9所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述第一非晶鐵磁層至少由從包括CoFeB、CoNb、CoZr、CoZrNb、CoTa、CoTaZr和CoNbTa的組中選出的一種合金形成。
15.如權(quán)利要求9所述的磁阻薄膜，其特征在于，所述第一非晶鐵磁層至少由從包括CoB、CoFeZr、CoFeTa、CoFeNb、CoNiB、CoNiZr、CoNiTa和CoNiNb的組中選出的一種合金形成。
16.一種具有多層結(jié)構(gòu)的磁阻薄膜，其特征在于，其中將權(quán)利要求9、 10、11、12、13、14或15所述的磁阻薄膜的所述成層次序重復(fù)2次或更多次。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種磁阻薄膜,它包括反鐵磁層、第一非晶鐵磁層、放置在反鐵磁層和第一非晶鐵磁層之間的晶狀鐵磁夾層、放置在第一非晶鐵磁層上的非磁導(dǎo)電層和放置在非磁導(dǎo)電層上的鐵磁層。
文檔編號(hào)H01F10/18GK1171606SQ9711475
公開日1998年1月28日 申請(qǐng)日期1997年7月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月18日
發(fā)明者前田篤志, 及川悟 申請(qǐng)人:三洋電機(jī)株式會(huì)社