磁致电阻器件和磁致电阻磁头制造技术

本发明专利技术的磁致电阻器件包括：至少两个其间夹有非磁性层而堆叠的磁性层；和形成传导电子的金属反射层，与磁性层的最外两层中至少之一接触。金属反射层与最外磁性层的一个表面接触，该表面与最外磁性层的与非磁性层接触的另一表面相反。在保持电子的自旋方向时金属反射层易于反射传导电子。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及磁致电阻器件和磁致电阻磁头。特别是本专利技术涉及在弱磁场下磁致电阻变化极大的磁致电阻器件，以及涉及采用这种磁致电阻器件构成的磁致电阻磁头，适合用于高密度磁记录和重放过程。使用磁致电阻器件的磁致电阻传感器(以下简称为“MR传感器”)和磁致电阻磁头(以下简称为“MR磁头”)已经得到开发。通常，主要采用Ni0.8Fe0.2制成的坡莫合金和Ni0.8Co0.2制成的合金膜作为这些器件的磁性材料。这些磁致电阻材料的磁致电阻变化比(以下简称为“MR比”)约为2.5％。为了开发呈现高敏感性的磁致电阻器件，需要具有高MR比的磁致电阻材料。近来发现[Fe/Cr]和[Co/Ru]多层在强磁场(约1-10千奥斯特(kOes))中呈现巨磁致电阻效应，该多层中通过Cr或Ru制成的金属非磁性薄膜实现了反铁磁性耦合(Physical Review Letter Vol.61，p.2472，1988；和Physical ReviewLetter Vol.64，p.2304，1990)。但是，由于为了获得大的MR变化，这些人造多层需要强度为几至几十kOes的磁场，所以这种人造多层不能实际应用于磁头等。此外，还发现[Ni-Fe/Cu/Co]人造多层呈现巨磁致电阻效应，该多层采用具有不同矫顽力的Ni-Fe和Co制成的磁性薄膜，其中它们由Cu制成的金属非磁性薄膜隔开，相互并不磁性耦合，获得了在室温施加强度约为0.5kOe的磁场时具有约8％的MR比的磁致电阻材料(Joumal of Physical Society of Japan，Vol.59，p.3061，1990)。但是使用这种类型的磁致电阻材料时，为了获得大的MR变化要求磁场强度约为100Oes。此外，其磁致电阻从负磁场向正磁场非对称地变化，亦即，其磁致电阻呈现较差的线性。于是，这种磁致电阻材料的性能不适于实际使用。而且，还发现[Ni-Fe-Co/Cu/Co]和[Ni-Fe-Co/Cu]人造多层呈现巨磁致电阻效应，该多层采用Ni-Fe-Co和Co制成的磁性薄膜，其中通过Cu实现了RKKY型反铁磁性耦合，获得了在室温施加强度约为0.5kOe的磁场时具有约15％的MR比的磁致电阻材料(Technical Report by THE INSTITUTE OF ELECTRONICS，INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS of Japan，MR91-9)但是使用这种类型的磁致电阻材料时，其磁致电阻从零磁场向正磁场基本线性变化，该材料具有的性能基本适合用于MR传感器。除此之外，为了获得大MR比，也需要约强度为50Oes磁场。于是，这种特性不适合MR磁头的应用，该磁头工作所要求的磁场最大在约20Oes，更小最好。作为即使施加极弱磁场也能工作的薄膜，已经提出自旋阀式薄膜，其中作为反铁磁性材料的Fe-Mn附着于Ni-Fe/Cu/Ni-Fe结构上(Joumal of Magnetismand Magnetic Materials 93，p.101，1991)。这种类型的磁致电阻材料的工作磁场实际较弱，而且观察到了良好的线性。但是，其MR比较小约为2％，而且Fe-Mn膜的耐蚀性较差，奈耳温度(有序温度)低。因此，这种器件的特性呈现不利的较大温度依赖性。而且，还提出了具有Ni-Fe/Cu/Co-Pt等结构的自旋阀膜，采用例如Co-Pt的硬磁材料代替反铁磁性材料。在这种情况，以等于或小于硬磁材料的矫顽力，旋转软磁材料层的磁化方向，由此产生平行磁化状态和反平行磁化状态。但是即使采用这种结构，仍难以改善软磁材料层的性能。于是，这种结构也未得到实用。此外，作为提高自旋阀膜的MR比的措施，还提出了如下结构，例如通过把低电阻金属制成的低电阻背层附着于自旋阀膜后背而形成的Cu/Ni-Fe/Cu/Ni-Fe/Fe-Mn(美国专利5,422,571)。这种结构期望通过增长具有特定自旋方向的电子的平均自由路径来提高MR比。传统的自旋阀式MR器件，无论器件是采用反铁磁性材料的类型还是采用硬磁层的类型，均存在即使其磁场敏感性优异、其MR比也低的问题。同样，即使提供低电阻背层也不能满意地提高MR比。推测这是因为自旋阀式MR器件的较小厚度易于引起电子在器件表面上的弥散性散射。对这种现象可以更具体说明如下。巨磁致电阻效应原本起源于磁性层与非磁性层之间界面上的电子的与自旋相关的散射。因此，为了提高散射发生的可能性，重要的是降低与非自旋相关的散射发生的可能性并增长电子的平均自由路径。在自旋阀膜中，待堆叠的磁性层和非磁性层的数量较少。因此，自旋阀膜的膜厚度通常小于(例如在20nm至50nm的范围内)反铁磁性耦合式巨磁致电阻膜。因此，在这种膜表面上电子被散射的可能性高，电子的平均自由路径短。这是自旋阀膜的MR比变低的主要原因。一般，薄膜表面具有某种在几十nm数量级的不平整度，这与传导电子的波长(即费米波长)的数量级基本相同。在这种情形，传导电子在膜表面上被弥散性散射。通常，在弥散性散射的情形，电子的自旋方向不能保持。本专利技术的磁致电阻器件包括至少两个其间夹有非磁性层而堆叠的磁性层；和形成传导电子的金属反射层，与磁性层的最外两层中至少之一接触，金属反射层与最外磁性层的一个表面接触，该表面与最外磁性层的与非磁性层接触的另一表面相反，在保持电子的自旋方向时金属反射层易于反射传导电子。在一个实施例中，磁致电阻器件还包括位于金属反射层与磁性层之间的非磁性层。在另一实施例中，非磁性层主要由Cu构成，金属反射层主要由Ag、Au、Bi、Sn和Pb中的至少一种构成。在另一实施例中，通过非磁性层与金属反射层接触的磁性层主要由富Co的Co-Fe合金构成。在另一实施例中，磁性层包括至少两层磁性层和主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成的中间磁性层，中间磁性层通过非磁性层与金属反射层接触。在另一实施例中，通过非磁性层与金属反射层接触的磁性层，包括至少两个主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成的中间磁性层，其间夹置有软磁层。在另一实施例中，金属反射层具有平滑表面。在另一实施例中，至少金属反射层的部分表面的平滑度在几十nm的数量级。在另一实施例中，至少10％的金属反射层表面是不平整度约在三埃或以下的平滑表面。在另一实施例中，直接与金属反射层接触的磁性层主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成。在另一实施例中，磁性层包括至少两层磁性层和主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成的中间磁性层，中间磁性层直接与金属反射层接触。在另一实施例中，直接与金属反射层接触的磁性层，包括至少两个主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成的中间磁性层，其间夹置有软磁层。在另一实施例中，至少两个磁性层中的至少一个具有与其他磁性层的矫顽力不同的矫顽力。在另一实施例中，磁致电阻器件包括通过非磁性层堆叠的第1和第2磁性层；与第1磁性层的一个表面接触地形成的反铁磁性层，该表面与第1磁性层的与非磁性层接触的另一表面相反；和与第2磁性层的一个表面接触地形成的金属反射层，该表面与第2磁性层的与非磁性层接触的另一表面相反。在另一实施例中，反铁磁性层是氧化物。在另一实施例中，反铁磁性层由Ni-O制成。在另一实施例中，反铁磁性层由α-Fe2O3制成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁致电阻器件包括： 至少两个其间夹有非磁性层而堆叠的磁性层；和 形成传导电子的金属反射层，与磁性层的最外两层中至少之一接触，金属反射层与最外磁性层的一个表面接触，该表面与最外磁性层的与非磁性层接触的另一表面相反，在保持电子的自旋方向时金属反射层易于反射传导电子。

【技术特征摘要】
JP 1997-4-25 108780/97;JP 1996-11-28 317344/96;JP 1.一种磁致电阻器件包括至少两个其间夹有非磁性层而堆叠的磁性层；和形成传导电子的金属反射层，与磁性层的最外两层中至少之一接触，金属反射层与最外磁性层的一个表面接触，该表面与最外磁性层的与非磁性层接触的另一表面相反，在保持电子的自旋方向时金属反射层易于反射传导电子。2.根据权利要求1的磁致电阻器件，还包括位于金属反射层与磁性层之间的非磁性层。3.根据权利要求2的磁致电阻器件，其中非磁性层主要由Cu构成，金属反射层主要由Ag、Au、Bi、Sn和Pb中的至少一种构成。4.根据权利要求2的磁致电阻器件，其中通过非磁性层与金属反射层接触的磁性层主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成。5.根据权利要求2的磁致电阻器件，其中磁性层包括至少两层磁性层和主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成的中间磁性层，中间磁性层通过非磁性层与金属反射层接触。6.根据权利要求2的磁致电阻器件，其中通过非磁性层与金属反射层接触的磁性层，包括至少两个主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成的中间磁性层，其间夹置有软磁层。7.根据权利要求1的磁致电阻器件，其中金属反射层具有平滑表面。8.根据权利要求7的磁致电阻器件，其中至少金属反射层的部分表面的平滑度在几十nm的数量级。9.根据权利要求8的磁致电阻器件，其中至少10％的金属反射层表面是不平整度约在0.3nm以下的平滑表面。10.根据权利要求1的磁致电阻器件，其中非磁性层主要由Cu构成，金属反射层主要由Ag、Au、Bi、Sn和Pb中的至少一种构成。11.根据权利要求1的磁致电阻器件，其中直接与金属反射层接触的磁性层主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成。12.根据权利要求1的磁致电阻器件，其中磁性层包括至少两层磁性层和主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成的中间磁性层，中间磁性层直接与金属反射层接触。13.根据权利要求1的磁致电阻器件，其中直接与金属反射层接触的磁性层，包括至少两个主要由Co或富Co的Co-Fe合金构成的中间磁性层，其间夹置有软磁层。14.根据权利要求1的磁致电阻器件，其中至少两个磁性层中的至少一个具有与其他磁性层的矫顽力不同的矫顽力。15.根据权利要求1的磁致电阻器件，包括通过非磁性层堆叠的第1和第2磁性层；与第1磁性层的一个表面接触地形成的反铁磁性层，该表面与第1磁性层的与非磁性层接触的另一表面相反；和与第2磁性层的一个表面接触地形成的金属反射层，该表面与第2磁性层的与非磁性层接触的另一表面相反。16.根据权利要求15的磁致电阻器件，还包括位于金属反射层与磁性层之间的非磁性层。17.根据权利要求15的磁致电阻器件，其中反铁磁性层是氧化物。18.根据权利要求15的磁致电阻器件，其中反铁磁性层由Ni-O制成。19.根据权利要求15的磁致电阻器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：川分康博，榊间博，里见三男，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]