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Dokumentenidentifikation DE60029036T2 23.11.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001033764
Titel Magnetoresistives Element und Herstellungsverfahren sowie magnetoresistiver Kopf, magnetischer Aufzeichnungsapparat und magnetoresistives Speicherelement
Anmelder Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka, JP
Erfinder Satomi, Mitsuo, Osaka 576-0071, JP;
Kawawake, Yasuhiro, Ujishi, Kyoto 611-0042, JP;
Hiramoto, Masayoshi, Ikomashi, Nara 630-0243, JP;
Matsukawa, Nozomu, Yamatokoriyamashi, Nara 639-1123, JP;
Sakakima, Hiroshi, Kyoto 610-0352, JP;
Sugita, Yasunari, Kadomashi, Osaka 571-0077, JP
Vertreter Schwabe, Sandmair, Marx, 81677 München
DE-Aktenzeichen 60029036
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 02.03.2000
EP-Aktenzeichen 001044098
EP-Offenlegungsdatum 06.09.2000
EP date of grant 28.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.11.2006
IPC-Hauptklasse H01L 43/10(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01F 10/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01F 41/18(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H01F 41/30(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G11B 5/39(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G11C 11/16(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. GEBIET DER ERFINDUNG:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetowiderstandseffekt-Element, das in Reaktion auf eine Änderung des Magnetowiderstandes einen hohen Ausgangspegel an ein äußeres Magnetfeld erzeugt. Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt mit dem Element, der für eine Magnetaufzeichnung und -wiedergabe mit hoher Dichte geeignet ist, und eine Magnetaufzeichnungsvorrichtung wie z. B. ein Festplattenlaufwerk mit dem Kopf sowie Verfahren zur Herstellung des Elements, des Kopfs und der Vorrichtung.

2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK:

In letzter Zeit haben sich Festplattenlaufwerke (HDD) schnell entwickelt, so dass sie eine Fähigkeit zu höherer Dichte besitzen, wobei bei Wiedergabemagnetköpfen für das Lesen einer Magnetisierung, die auf einem solchen Medium aufgezeichnet ist, signifikante Fortschritte gemacht wurden. Unter anderem wurde gedacht, dass ein Spin-Ventil, das ein Magnetowiderstandseffekt-Element ist (nachstehend als MR-Element bezeichnet), das einen Riesen-Magnetowiderstandseffekt verwendet, die Empfindlichkeit von Köpfen des Typs mit Strom-Magnetowiderstandseffektt (nachstehend als MR-Kopf bezeichnet) erhöht, und wird energisch untersucht.

Das Spin-Ventil umfasst eine nichtmagnetische Schicht und zwei ferromagnetische Schichten. Die nichtmagnetische Schicht ist zwischen die zwei ferromagnetischen Schichten eingebettet. Die Magnetisierungsrichtung von einer der ferromagnetischen Schichten (fixierte Schicht) wird durch ein Austausch-Vormagnetfeld einer Fixierungsschicht fixiert (die ferromagnetische Schicht und die Fixierungsschicht werden gemeinsam als Austauschkopplungsschicht bezeichnet). Die Magnetisierungsrichtung der anderen ferromagnetischen Schicht (freie Schicht) wird sich relativ frei in Reaktion auf ein äußeres Magnetfeld bewegen lassen. Der elektrische Widerstand des Spin-Ventils wird gemäß dem Winkel zwischen den Magnetisierungsrichtungen der fixierten Schicht und der freien Schicht geändert.

Journal of Magnetism and Magnetic Materials 93, S. 101, 1991, offenbart ein Spin-Ventil, das magnetische Schichten, die aus Ni-Fe bestehen, eine nicht magnetische Schicht, die aus Cu besteht, und eine Fixierungsschicht, die aus Fe-Mn besteht, umfasst. Das Spin-Ventil weist eine Magnetowiderstands-Änderungsrate (nachstehend als MR-Verhältnis bezeichnet) von ungefähr 2 % auf. Wenn die Fixierungsschicht aus Fe-Mn besteht, ist das MR-Verhältnis klein und die Sperrtemperatur (Temperatur, bei der ein Magnetisierungsfixierungseffekt der Fixierungsschicht an der fixierten Schicht verschwindet) ist nicht ausreichend hoch. Außerdem weist Fe-Mn eine geringere Korrosionsbeständigkeit auf. Daher wurden andere Spin-Ventile vorgeschlagen, die eine Fixierungsschicht umfassen, die aus einer Materialvielfalt besteht. Unter anderem besitzt Pt-Mn eine gute Korrosionsbeständigkeit und Wärmestabilität. Eine Fixierungsschicht, die aus einem Oxid wie z. B. NiO und &agr;-Fe2O3 besteht, ermöglicht, dass das Spin-Ventil ein sehr hohes MR-Verhältnis von 15 % oder mehr aufweist.

Das Spin-Ventil mit einer NiO-Fixierungsschicht weist jedoch keine ausreichend hohe Sperrtemperatur auf, so dass das NiO-Spin-Ventil eine geringere Wärmestabilität besitzt.

Das &agr;-Fe2O3-Spin-Ventil weist einen Nachteil auf, so dass ein Fixierungseffekt an der magnetischen Metallschicht schwach ist. Insbesondere wenn das Spin-Ventil eine doppelte Spin-Ventilstruktur aufweist oder wenn eine Struktur wie z. B. die &agr;-Fe2O3-Schicht auf der fixierten Schicht vorgesehen ist, ist ein solcher Nachteil in der &agr;-Fe2O3-Schicht signifikant. Das Pt-Mn-Spin-Ventil weist eine ausgezeichnete Wärmestabilität auf, weist jedoch kein so hohes MR-Verhältnis wie das NiO- oder &agr;-Fe2O3-Spin-Ventil auf. Daher wurden die Wärmestabilität, die Pt-Mn aufweist, und das große MR-Verhältnis, das NiO oder &agr;-Fe2O3 aufweist, nicht in einem Element erreicht.

Überdies sind eine kleine Gesamtdicke der Metallschichten und ein höheres MR-Verhältnis für das Magnetowiderstandseffekt-Element erforderlich.

Das Dokument "Magnetoresistance in CoMnB/Co(Fe)/Cu/Co(Fe) spin-valves" von H. Sakakima betrifft den Magnetowiderstand in AM/M'/Cu/M-Spin-Ventilen, wobei AM eine amorphe magnetische Schicht wie z. B. CoMnB oder CoNbZr ist, M' eine dünne magnetische Schicht ist, die zwischen die AM- und die Cu-Schicht eingefügt ist, um das MR-Verhältnis zu verbessern, ohne die weichmagnetische Eigenschaft der AM/M'-Schicht zu verschlechtern, und M eine magnetische Schicht mit größerer Koerzitivkraft He als jener der AM-Schicht ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Magnetowiderstandseffekt-Element, wie in Anspruch 1 beansprucht, eine freie Schicht, in der eine Magnetisierungsrichtung hiervon in Reaktion auf ein äußeres Magnetfeld leicht gedreht wird; eine erste nichtmagnetische Schicht, und eine erste fixierte Schicht, die auf einer zur freien Schicht der ersten nichtmagnetischen Schicht entgegengesetzten Seite vorgesehen ist, in der eine Magnetisierungsrichtung der ersten fixierten Schicht in Reaktion auf das äußere Magnetfeld nicht leicht gedreht wird. Die erste fixierte Schicht umfasst eine erste obere magnetische Metallschicht, die die erste nichtmagnetische Schicht berührt, eine erste magnetische Oxidschicht und eine zweite untere magnetische Metallschicht, wobei die erste magnetische Oxidschicht zwischen die zwei magnetischen Metallschichten eingebettet ist.

Bevorzugte Ausführungsformen des Magnetowiderstandseffekt-Elements von Anspruch 1 sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2–16.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt, wie in Anspruch 17 beansprucht, das vorstehend beschriebene Magnetowiderstandseffekt-Element und eine Abschirmung.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt, wie in Anspruch 18 beansprucht, das Magnetowiderstandseffekt-Element; und ein Joch zum Einführen eines Magnetfeldes in das Magnetowiderstandseffekt-Element.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Magnetaufzeichnungsvorrichtung, wie in Anspruch 19 beansprucht, den Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt; einen Servoabschnitt zum Steuern des Kopfs des Typs mit Magnetowiderstandseffekt, um die Spur eines Aufzeichnungsmediums zu verfolgen; und einen Signalverarbeitungsabschnitt zum Verarbeiten eines Signals, das der Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt auf dem Aufzeichnungsmedium aufzeichnet oder von diesem wiedergibt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Magnetowiderstandseffekt-Speicherelement, wie in Anspruch 20 beansprucht, das Magnetowiderstandseffekt-Element; eine Informationsleseleitung zum Lesen von Informationen vom Magnetowiderstandseffekt-Element; und eine Informationsaufzeichnungsleitung zum Aufzeichnen der Informationen im Magnetowiderstandseffekt-Element.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung des Magnetowiderstandseffekt-Elements, wie in Anspruch 21 beansprucht, einen Schritt des Ausbildens der ersten magnetischen Oxidschicht über Katodenzerstäubung unter Verwendung eines Oxidtargets.

Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens von Anspruch 21 sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 22–25.

Folglich macht die hierin beschriebene Erfindung die Vorteile (1) des Schaffens des Magnetowiderstandseffekt-Elements, in dem die fixierte Schicht eine mehrlagige Schicht aus einer unteren magnetischen Metallschicht, einer magnetischen Oxidschicht und einer oberen magnetischen Metallschicht umfasst, wodurch ein hohes MR-Verhältnis erhalten wird, und in dem die Fixierungsschicht aus Pt-Mn besteht, wodurch eine Wärmestabilität erhalten wird, ohne das hohe MR-Verhältnis zu verlieren; und (2) des Schaffens des Verfahrens zur Herstellung des Magnetowiderstandseffekt-Elements möglich.

Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute beim Lesen und Verstehen der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Fig. ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die 14, 5A5B und 67 zeigen Magnetowiderstandseffekt-Elemente, die kein Teil der vorliegenden Erfindung sind.

Die 810, 11A11B und 1213 sind Querschnittsansichten von Beispielen von erfindungsgemäßen Magnetowiderstandseffekt-Elementen.

14A und 14B sind Diagramme, die Beispiele eines Magnetowiderstandseffekt-Kopfs der vorliegenden Erfindung darstellen.

15 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Magnetowiderstandseffekt-Kopfs vom Jochtyp gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

16 ist ein Diagramm, das eine Magnetaufzeichnungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

17 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Magnetowiderstandseffekt-Elements gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Spin-Ventilschicht 100 darstellt. Die Spin-Ventilschicht 100 umfasst eine magnetische Schicht 5 (freie Schicht), eine nichtmagnetische Schicht 4, eine fixierte Schicht 3 mit einer magnetischen Metallschicht 32 und einer magnetischen Oxidschicht 31 und eine Fixierungsschicht 2 auf einem Substrat 1. Das heißt, die magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3 berührt die nichtmagnetische Schicht 4, während die magnetische Oxidschicht 31 der fixierten Schicht die Fixierungsschicht 2 berührt.

2 ist eine Querschnittsansicht, die eine Spin-Ventilschicht 200 gemäß einem weiteren Beispiel darstellt. Wie in 2 gezeigt, ist eine nichtmagnetische Oxidschicht 6 auf einer zur nichtmagnetischen Schicht 4 der freien Schicht 5 entgegengesetzten Oberfläche angeordnet. Die Grenzfläche zwischen der freien Schicht 5 und der nichtmagnetischen Oxidschicht 6 sollte eben sein.

3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Spin-Ventilschicht 300 darstellt. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Spin-Ventilschicht 300 eine Fixierungsschicht 2, eine fixierte Schicht 3 mit einer magnetischen Metallschicht 32 und einer magnetischen Oxidschicht 31, eine obere nichtmagnetische Schicht 4 und eine magnetische Schicht 5 (freie Schicht), eine untere nichtmagnetische Schicht 4, eine fixierte Schicht 3 mit einer magnetischen Metallschicht 32 und einer magnetischen Oxidschicht 31 und eine Fixierungsschicht 2 auf einem Substrat 1.

5A ist eine Querschnittsansicht, die eine Spin-Ventilschicht 500 gemäß noch einem weiteren Beispiel darstellt. Wie in 5 gezeigt, umfasst eine freie Schicht 5A eine magnetische Metallschicht 51 und eine magnetische Oxidschicht 52. Die magnetische Metallschicht 51 berührt eine nichtmagnetische Schicht 4. Eine fixierte Schicht 3D umfasst eine magnetische Metallschicht und eine magnetische Oxidschicht.

Insbesondere kann eine freie Schicht 5B eine magnetische Metallschicht 51, eine magnetische Oxidschicht 52 und eine magnetische Metallschicht 51, wie in 6 gezeigt, umfassen.

Wie in 7 gezeigt, kann eine Fixierungsschicht 2 vorgesehen sein, um eine fixierte Schicht 3D zu berühren, wie in den 5A und 6 gezeigt. Die fixierte Schicht 3D, die in 7 gezeigt ist, kann eine Struktur ähnlich der in 1, 2 oder 4, die nachstehend beschrieben wird, gezeigten aufweisen. Die fixierte Schicht 3D kann eine magnetische Metallschicht 31, eine magnetische Oxidschicht 32 und eine magnetische Metallschicht 31, wie in 8 gezeigt, umfassen.

Die freie Schicht 5B, die in den 7 und 8 gezeigt ist, kann eine Struktur aufweisen, wie in 5A gezeigt.

Vorzugsweise enthalten die vorstehend beschriebenen magnetischen Oxidschichten Fe. Beispielsweise besitzt Fe-X (X ist etwa 4 bis 30 % im Atomprozentsatz), die sowohl Fe als auch das Element X enthält, sowohl eine weichmagnetische Eigenschaft als auch einen hohen Widerstand. Es ist zu beachten, dass X mindestens ein Element ist, das aus Al, Si, B und N ausgewählt ist. Um solche Schichten auszubilden, wird Fe-Al, Fe-Si, Fe-B oder dergleichen als Target verwendet und reaktive Katodenzerstäubung wird unter Verwendung von Sauerstoff oder Stickstoff durchgeführt. Dies ermöglicht die Ausbildung von FeAlO, FeSiO, FeBO, FeAlON, FeSiON, FeBON, FeAlSiO, FeAlSiON oder dergleichen. Fe-X weist einen niedrigeren Widerstand auf als MFe2O4, das nachstehend beschrieben wird, weist jedoch einen derartigen Vorteil auf, dass der Widerstand durch Ändern der Bedingungen für die Filmausbildung oder deren Zusammensetzung eingestellt werden kann.

Vorzugsweise enthalten die vorstehend beschriebenen magnetischen Oxidschichten MFe2O4 (M ist mindestens eine Art von Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Fe, Co und Ni besteht) als Hauptkomponente.

Wenn Fe3O4 als Hauptkomponente der magnetischen Oxidschichten verwendet wird, weisen die Schichten einen höheren Widerstand auf als jene, die Fe-X enthält. Der Widerstand wird weiter erhöht, wenn CoFe2O4 als Hauptkomponente verwendet wird. Diese magnetische CoFe2O4-Oxidschicht wird geeigneterweise als Teil der fixierten Schicht verwendet, die die hartmagnetische Eigenschaft aufweisen muss.

Vorzugsweise bestehen die vorstehend beschriebenen Fixierungsschichten aus einer P-Mn-Legierung (P ist mindestens ein Element, das aus Pt, Ni, Pd, Ir, Rh, Ru und Cr ausgewählt ist). Die Fixierungsschichten können entweder eine &agr;-Fe2O3-Schicht oder eine NiO-Schicht oder beides umfassen. Die Fixierungsschichten können (AB)2Ox umfassen, wobei das Verhältnis der Kombination des Elements A und Elements B zu Sauerstoff gleich 2:x ist; 2,8 < x < 3,2; und wobei t definiert ist durch: T = (Ra + Ro)/(√2·(Rb + Ro)) (wobei Ra, Rb und Ro die Ionenradien der Atome A, B bzw. O bedeuten)

und t 0,8 < t < 0,97 erfüllt.

Vorzugsweise ist das Element B von (AB)2Ox mindestens ein Übergangsmetall, einschließlich Fe als Hauptkomponente. Das Element A ist vorzugsweise mindestens ein Element, das aus der Gruppe der Seltenerdelemente (einschließlich Y und La) ausgewählt ist.

Diese Schichten werden auf dem Substrat durch Katodenzerstäubung ausgebildet. Wenn die Fixierungsschicht in einer unteren Position liegt, wie in 1 gezeigt, umfasst die Fixierungsschicht vorzugsweise die &agr;-Fe2O3-Schicht, die NiO-Schicht oder die (AB)2Ox Schicht. Wenn die Fixierungsschicht in einer oberen Position in einer Struktur, in der die Schichten in einer umgekehrten Reihenfolge angeordnet sind, liegt, ist P-Mn für die Fixierungsschicht bevorzugt. Pt-Mn kann im ersteren Fall verwendet werden.

Hinsichtlich der Fixierungsschicht gilt dasselbe für das in 2 gezeigte MR-Element 200. In 3 können die obere und die untere Fixierungsschicht 2 aus geeigneten, aber verschiedenen Materialien bestehen.

Wie in 4 gezeigt, kann die fixierte Schicht 3A eine magnetische Metallschicht 32, die die nichtmagnetische Schicht 4 berührt, und eine mehrlagige Schicht, in der zwei magnetische Oxidschichten 31 über eine nichtmagnetische Schicht 33 magnetisch miteinander austauschgekoppelt sind, umfassen.

Ferner können die Strukturen, die in 1, 2, 4, 5A und/oder 8 gezeigt sind, kombiniert werden, um die in 9 bis 13 gezeigten Strukturen bereitzustellen.

Die in 9 gezeigte Struktur weist dieselben Schichten wie die in 8, jedoch in der umgekehrten Reihenfolge, auf. In 9 ist eine freie Schicht 5 eine einzelne Schicht, wie in 1 bis 3, aber weist darunter eine Schicht 7 zum Verbessern der weichmagnetischen Eigenschaft der freien Schicht 5 auf.

Die in 10 gezeigte Struktur weist die in 8 gezeigte Struktur als Grundstruktur auf. In 10 ist eine freie Schicht 5 eine einzelne Schicht. Eine nichtmagnetische Oxidschicht 6 ist auf der freien Schicht 5 vorgesehen. Ferner ist eine Schicht 7 zum Verbessern der Eigenschaften der Fixierungsschicht 2 vorgesehen.

In 11A weist ein Magnetowiderstandseffekt-Element 1100A gemäß der vorliegenden Erfindung eine Struktur auf der Basis des in 10 gezeigten Elements 1000 auf. Im Element 1100A umfasst eine fixierte Schicht 3C eine obere magnetische Metallschicht 32, eine nichtmagnetische Schicht 33, eine mittlere magnetische Metallschicht 32, eine magnetische Oxidschicht 31 und eine untere magnetische Metallschicht 32. Wie in 11A gezeigt, sind die mittlere und die untere magnetische Metallschicht 32 über die nichtmagnetische Schicht 33 ähnlich der fixierten Schicht 3A in 4 magnetisch austauschgekoppelt. Die magnetischen Metallschichten 32 werden jedoch anders als in 4 verwendet. Die untere magnetische Metallschicht 32 berührt die Fixierungsschicht 2. Die nichtmagnetische Schicht 33 kann eine Dicke aufweisen, so dass die Austauschkopplung antiferromagnetisch wird. Die antiferromagnetische Austauschkopplung führt zu einem verbesserten Fixierungseffekt der Fixierungsschicht 2. Im Element 1100A ist im Gegensatz zu 10 eine nichtmagnetische Oxidschicht 6 nicht auf der freien Schicht 5 vorgesehen, sondern eine Oxidschicht oder eine Metallschutzschicht kann auf der freien Schicht 5 vorgesehen sein.

Ein Strom wird typischerweise in einer Ebene einer Schicht in den vorstehend beschriebenen MR-Elementen fließen lassen. Da die MR-Elemente die magnetische Oxidschicht besitzen, ist es möglich, Elektroden auf der oberen und der unteren Seite des Elements bereitzustellen, so dass ein Strom vertikal durch die Schicht fließt.

Zwei Arten von Köpfen des Typs mit Magnetowiderstandseffekt gemäß der vorliegenden Erfindung sind in 14A, 14B und 15 gezeigt. Ein MR-Kopf (14A und 14B) umfasst das MR-Element 9 und Abschirmungen 10 und 15. Der andere MR-Kopf (15) umfasst das MR-Element 9 und ein Joch 16 aus einem weichmagnetischen Körper, das ein zu erfassendes Magnetfeld in das MR-Element 9 einführt. Der in 14A gezeigte MR-Kopf umfasst einen harten Vormagnetisierungsabschnitt 12. Der in 14B gezeigte MR-Kopf umfasst einen antiferromagnetischen Vormagnetisierungsabschnitt 12A.

In den 14A und 14B wird ein Strom in einer Ebene einer Schicht im MR-Element 9 fließen lassen. Wenn ein Leitungsabschnitt 13 an der oberen und der unteren Oberfläche der Schicht des MR-Elements 9 angebracht ist und eine obere Abschirmung 15 und eine untere Abschirmung 10 miteinander verbunden sind, fließt ein Strom vertikal durch das MR-Element. Eine solche Struktur hat den Vorteil der Bereitstellung eines schmalen Spalts. In diesem Fall sollte ein harter Vormagnetisierungsabschnitt 12 vom MR-Element 9 isoliert sein oder der harte Vormagnetisierungsabschnitt 12 sollte aus einem Isolator bestehen.

16 zeigt eine Konfiguration einer Magnetaufzeichnungsvorrichtung 1600 mit einem der vorstehend beschriebenen MR-Köpfe. Die Plattenaufzeichnungsvorrichtung 1600 umfasst eine Platte 1604, in der Informationen aufgezeichnet werden, einen Magnetkopfabschnitt 1604 zum Aufzeichnen oder Wiedergeben der Informationen auf der oder von der Platte 1064, einen Signalverarbeitungsabschnitt 1603 und einen Servoabschnitt 1602 zur Spurverfolgung der Platte 1604 unter Verwendung des Kopfabschnitts 1601. Diese Plattenaufzeichnungsvorrichtung kann Informationen auf der Platte 1604 mit hoher Dichte aufzeichnen.

Wenn eine Leseleitung 23 zum Lesen von Informationen und eine Wortleitung 22 zum Schreiben von Informationen mit den vorstehend beschriebenen MR-Elementen versehen werden, kann ferner ein Magnetowiderstandseffekt-Element 1700, wie in 17 gezeigt, konstruiert werden. Wenn die Speicherelemente 1700 in einer Matrix angeordnet werden, kann ein sogenannter Magnetowiderstands-Direktzugriffsspeicher (MRAM) konstruiert werden.

Ein Magnetowiderstandseffekt-Element, ein Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt und ein Magnetowiderstands-Speicherelement werden nachstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Magnetowiderstandseffekt-Elements 100 gemäß einem Beispiel darstellt, das kein Teil der vorliegenden Erfindung ist. In 1 sind auf einem Substrat 1 eine Fixierungsschicht 2, eine fixierte Schicht 3 (magnetische Oxidschicht 31/magnetische Metallschicht 32), eine nichtmagnetische Schicht 4 und eine freie Schicht 5 jeweils vorgesehen. Die Magnetisierung der magnetischen Oxidschicht 31 wird durch ein Austausch-Vormagnetfeld der Fixierungsschicht 2 fixiert. Die magnetische Oxidschicht 31 und die magnetische Metallschicht 32 sind ferromagnetisch gekoppelt, so dass die Magnetisierung der magnetischen Metallschicht 32 so fixiert ist, dass sie zur gleichen Magnetisierungsrichtung wie die magnetische Oxidschicht 31 gerichtet ist. Die magnetische freie Schicht 5 ist über die nichtmagnetische Schicht 4 von der fixierten Schicht 3 magnetisch getrennt. Dies ermöglicht, dass sich Elektronen aufgrund eines äußeren Magnetfeldes relativ frei bewegen. Wenn die zwei magnetischen Schichten 3 und 5 antiparallele Magnetisierungsrichtungen aufweisen, werden Elektronen im Allgemeinen an der Grenzschicht zwischen der magnetischen Schicht 5 und der nichtmagnetischen Schicht 4 gestreut, so dass der Elementwiderstand erhöht wird.

Wenn andererseits die Magnetisierungsrichtungen der zwei magnetischen Schichten gleich sind, ist die Größe der Elektronenstreuung klein, so dass der Elementwiderstand verringert wird. Daher variiert der elektrische Widerstand des Elements in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen den Magnetisierungsrichtungen der fixierten Schicht 3 und der freien Schicht 5. Wenn das Element als Magnetowiderstandssensor verwendet wird, wird eine Elektrode an der freien Schicht 5 befestigt und ein Strom wird über die Elektrode an die freie Schicht 5 angelegt. Ein äußeres Magnetfeld verursacht eine Änderung im Widerstand, die als elektrisches Signal erfasst werden kann. Die Reihenfolge der mehrlagigen Struktur, die auf dem Substrat 1 bereitgestellt ist, kann umgekehrt werden. In einem solchen Fall müssen die Fixierungsschicht 2 und die magnetische Oxidschicht 31 teilweise entfernt werden, so dass die Elektrode mit der magnetischen Metallschicht 32 in Kontakt stehen kann. Wenn die fixierte Schicht 3 eine hartmagnetische Schicht mit einer großen Koerzitivkraft aufweist, so dass die Magnetisierungsrichtung der fixierten Schicht 3 nicht leicht gedreht wird, ist die Fixierungsschicht 2 unnötig.

Wenn die magnetische Oxidschicht 31 beispielsweise eine hartmagnetische Schicht mit einer großen Koerzitivkraft ist, ist die magnetische Metallschicht 32 mit der magnetischen Oxidschicht 31 magnetisch gekoppelt. Die verursacht, dass die Magnetisierungsrichtung der Schicht 3 ohne die Fixierungsschicht 2 fixiert wird.

Der Hauptfaktor zur Bestimmung des Magnetowiderstandes ist die Grenzfläche zwischen einer magnetischen Schicht und einer nichtmagnetischen Schicht. Wenn die magnetische Schicht aus einer Metallschicht besteht, führt die erhöhte Dicke der magnetischen Schicht zu einer Verringerung des Widerstandes des ganzen Elements (nachstehend als R bezeichnet) und von &Dgr;R (Veränderung des Widerstandes) aufgrund des Nebenschlusseffekts. Angesichts dessen umfasst die fixierte Schicht 3 nicht nur die Metallschicht zur Bereitstellung einer Metall-Metall-Grenzfläche mit der nichtmagnetischen Schicht 4, sondern auch die Oxidschicht, wodurch eine Verringerung von R und &Dgr;R verhindert wird. Folglich kann der Widerstand R des ganzen Elements erhöht werden. Die Ausgabe des Elements ist proportional zu &Dgr;R, multipliziert mit einem Strom I im Element, d. h. I × &Dgr;R. Folglich kann die Ausgabe verbessert werden. Wenn andererseits die fixierte Schicht 3 nicht die magnetische Oxidschicht 31 umfasst, ist der Widerstand R des Elements 100 klein. Insbesondere würde eine Metallfixierungsschicht 2 R signifikant senken, so dass die Ausgabe des Elements 100 verringert wird, selbst wenn das MR-Verhältnis &Dgr;R/R konstant ist. Vorzugsweise weist die Grenzfläche zwischen der magnetischen Oxidschicht 31 und der magnetischen Metallschicht 32 eine Grenzfläche mit einer Ebenheit auf, so dass die Höhe von Vertiefungen und Vorsprüngen etwa 0,5 nm oder weniger ist. Eine schlechte Ebenheit führt zu einer Zunahme des Widerstandes R, selbst wenn die Magnetisierungsrichtungen der magnetischen Schicht und der nichtmagnetischen Schicht zueinander parallel sind, wodurch das MR-Verhältnis verringert wird.

Im Allgemeinen weist eine Fixierungsschicht, die aus einer Oxidschicht besteht, ein größeres MR-Verhältnis auf als die aus einer Metallschicht bestehende. Der Fixierungseffekt ist jedoch schwach, wenn eine zu fixierende magnetische Schicht (fixierte Schicht) aus einer Metallschicht besteht. Ein solches Problem wird durch die fixierte Schicht mit der magnetischen Oxidschicht, die die Fixierungsschicht berührt, gelöst.

2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 200 gemäß einem weiteren Beispiel darstellt, das kein Teil der vorliegenden Erfindung ist. Wie in 2 gezeigt, ist eine nichtmagnetische Oxidschicht 6 mit guter Ebenheit auf der freien Schicht vorgesehen, so dass Elektronen auf der oberen Oberfläche der freien Schicht 5 spiegelreflektiert werden. Dies verursacht eine Verringerung des Widerstandes R, wodurch ein hohes MR-Verhältnis erhalten wird. Wiederum weist die Grenzfläche zwischen der nichtmagnetischen Oxidschicht 6 und der freien Schicht 5 vorzugsweise eine Grenzfläche mit einer Ebenheit auf, so dass die Höhe von Vertiefungen und Vorsprüngen etwa 0,5 nm oder geringer ist. Wenn nicht, ist die Menge an reflektierten Elektronen nicht ausreichend.

Eine magnetische Oxidschicht kann als Schicht 6 verwendet werden, wenn die magnetische Schicht eine gute Ebenheit aufweist und die weichmagnetische Wirkung der freien Schicht 5 nicht verschlechtert. Ferner kann eine Metallreflexionsschicht oder eine Ag/Au-Schicht, die Elektronen spiegelreflektiert, auf der freien Schicht 5 vorgesehen sein. Eine überdicke Spiegelreflexionsschicht verursacht jedoch, dass das MR-Verhältnis aufgrund eines Nebenschlusseffekts abnimmt. Die Dicke der Spiegelreflexion ist vorzugsweise etwa 10 nm oder weniger, bevorzugter etwa 3 nm oder weniger.

Vorzugsweise weist die Grenzfläche zwischen der Metallspiegelreflexionsschicht und der freien Schicht 5 eine Ebenheit auf, so dass die Höhe von Vertiefungen und Vorsprüngen etwa 0,5 nm oder geringer ist. Wenn nicht, ist die Menge an Reflexion nicht ausreichend. Die vorstehend beschriebene nichtmagnetische Oxidschicht kann auf der Metallreflexionsschicht vorgesehen sein.

Die Reihenfolge der vorstehend beschriebenen mehrlagigen Struktur, die auf dem Substrat 1 vorgesehen ist, kann umgekehrt werden. In einem solchen Fall müssen die Fixierungsschicht 2 und die magnetische Oxidschicht 31 teilweise entfernt werden, so dass die Elektrode die magnetische Metallschicht 32 berühren kann.

3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 300 mit einer DoppelSpin-Ventilstruktur darstellt. Das Element 300 ist durch ein höheres MR-Verhältnis als jenes des in 1 gezeigten Elements 100 gekennzeichnet, da die Grenzfläche zwischen einer magnetischen Schicht und einer nichtmagnetischen Schicht eine vergrößerte Fläche aufweist, in der Elektronen magnetisch gestreut werden. Das herkömmliche Magnetowiderstandseffekt-Element weist nicht die magnetische Oxidschicht 31 auf, der Widerstand R des ganzen Elements ist verringert, aber &Dgr;R ist nur geringfügig erhöht, so dass die Ausgabe nicht signifikant verbessert ist. In der in 3 gezeigten Struktur fließt ein Strom zwischen zwei magnetischen Oxidschichten 31, so dass R nicht sehr verringert ist und das MR-Verhältnis erhöht ist, was zu einer großen Ausgabe führt. In diesem Fall müssen eine obere Fixierungsschicht 2 und eine obere magnetische Oxidschicht 31 teilweise entfernt werden, so dass eine Elektrode eine obere magnetische Metallschicht 32 kontaktiert.

4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 400 darstellt. Das Element 400 umfasst eine fixierte Schicht 3A mit einer magnetischen Metallschicht 32, die eine nichtmagnetische Schicht 4 berührt, und eine Mehrfachschicht, in der eine nichtmagnetische Schicht 33 zwischen zwei magnetische Oxidschichten 31 magnetisch austauschgekoppelt eingefügt ist. In 4 sind die magnetischen Oxidschichten 31 über die nichtmagnetische Schicht 33 magnetisch austauschgekoppelt, so dass die Magnetisierungsrichtung der magnetischen Oxidschichten 31 durch ein äußeres Magnetfeld nicht leicht gedreht wird. Die Mehrfachschicht ist mit der magnetischen Metallschicht 32 magnetisch gekoppelt, um die fixierte Schicht 3A zu konstruieren. Eine magnetische Metallschicht kann zwischen der nichtmagnetischen Schicht 33 und den zwei magnetischen Oxidschichten 31 bereitgestellt werden, um die Austauschkopplung zwischen den magnetischen Oxidschichten 31 zu verbessern.

Eine Fixierungsschicht (nicht dargestellt) kann zwischen der unteren magnetischen Oxidschicht 31 und dem Substrat 1 vorgesehen sein, wie in den 1 bis 3.

Ferner kann die freie Schicht 5 eine magnetische Oxidschicht enthalten, wie in den 5 bis 8 gezeigt.

5A ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 500Adarstellt. In 5 umfasst eine freie Schicht 5A eine magnetische Metallschicht 51, die eine nichtmagnetische Schicht 4 berührt, und eine magnetische Oxidschicht 52. Das Element 500A weist ein höheres MR-Verhältnis auf, als wenn die freie Schicht 5 nur aus einer magnetischen Metallschicht gebildet ist, was die Gesamtdicke aller Metallteile des Elements 500A verringert. Die magnetische Oxidschicht 52 ist vorzugsweise weichmagnetisch. In 5 ist die fixierte Schicht 3 als einzelne Schicht angegeben, kann jedoch eine magnetische Metallschicht 32 und eine magnetische Oxidschicht 31 umfassen, wie in 5B gezeigt.

6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 600 darstellt. Im Element 600 weist eine magnetische Oxidschicht 52 eine Dicke von etwa 2 nm oder weniger auf. In diesem Fall ist die weichmagnetische Eigenschaft der magnetischen Oxidschicht 52 im Gegensatz zu der in 5 gezeigten im Wesentlichen nicht erforderlich.

In den vorstehend beschriebenen Elementen 500A, 500B und 600 weist die magnetische Oxidschicht 52 vorzugsweise einen hohen Widerstandspegel auf.

7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 700 darstellt. Im Element 700 ist eine fixierte Schicht 3D durch eine Fixierungsschicht 2 fixiert. Das MR-Verhältnis ist höher, wenn die Fixierungsschicht 2 aus einer Oxidschicht besteht, als wenn sie aus einer Metallschicht besteht.

8 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 800 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Im Element 800 umfasst eine fixierte Schicht 3B eine obere magnetische Metallschicht 32, eine magnetische Oxidschicht 31 und eine untere magnetische Metallschicht 32. In diesem Fall gilt, je höher der Widerstand der magnetischen Oxidschicht 31 der fixierten Schicht 3B ist, desto höher ist das MR-Verhältnis.

9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 900 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Element 900 weist dieselbe mehrlagige Struktur auf einem Substrat 1 wie jene des Elements 800 auf, außer dass die Reihenfolge der Schichten umgekehrt ist und eine freie Schicht 5 eine einzelne Schicht ähnlich 1 bis 3 ist und eine Schicht 7 zum Verbessern der weichmagnetischen Eigenschaft der freien Schicht 5 unter der freien Schicht 5 vorgesehen ist.

10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 1000 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Element 1000 weist eine Struktur auf der Basis des Elements 800 auf. Im Element 1000 ist eine freie Schicht 5 eine einzelne Schicht und eine nichtmagnetische Oxidschicht 6 ist auf der freien Schicht 5 vorgesehen. Eine Schicht 7 zum Verbessern der weichmagnetischen Eigenschaft einer Fixierungsschicht 2 ist unter der Fixierungsschicht 2 vorgesehen. Das MR-Verhältnis wird durch Vorsehen einer flachen Grenzfläche zwischen der nichtmagnetischen Oxidschicht 6 und der freien Schicht 5 erhöht.

11A ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 1100A gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Element 1100A weist eine Struktur auf der Basis des Elements 1000 auf. Im Element 1100A umfasst eine fixierte Schicht 3C eine obere magnetische Metallschicht 32, eine nichtmagnetische Schicht 33, eine mittlere magnetische Metallschicht 32, eine magnetische Oxidschicht 31 und eine untere magnetische Metallschicht 32. Wie in 11A gezeigt, sind die zwei unteren magnetischen Metallschichten 32 über die nichtmagnetische Schicht 33 ähnlich der fixierten Schicht 3A in 4 magnetisch austauschgekoppelt. Die magnetischen Metallschichten 32 werden jedoch in einer von der von 4 verschiedenen Weise verwendet. Die untere magnetische Metallschicht 32 berührt eine Fixierungsschicht 2. Die nichtmagnetische Schicht 33 kann eine Dicke aufweisen, so dass die Austauschkopplung antiferromagnetisch wird (z. B. wenn sie aus Ru besteht, ist die Dicke etwa 0,6 bis 0,8 nm). Die antiferromagnetische Austauschkopplung führt zu. einem verbesserten Fixierungseffekt der Fixierungsschicht 2.

Wenn das Magnetowiderstandseffekt-Element 1100A in einem Spin-Ventilkopf verwendet wird, kann die antiferromagnetische Austauschkopplung ein Vormagnetfeld, das durch die fixierte Schicht 3 verursacht wird und an die freie Schicht 5 angelegt wird, verringern. Im Element 1100A ist eine nichtmagnetische Oxidschicht 6im Gegensatz zu 10 nicht auf der freien Schicht 5 vorgesehen, sondern eine Oxidschicht oder eine Metallschutzschicht kann auf der freien Schicht 5 vorgesehen sein.

12 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 1200 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Im Element 1200 umfasst eine freie Schicht 5C eine nichtmagnetische Schicht 53, die zwischen zwei ferromagnetische Metallschichten 51 eingefügt ist. Die zwei Schichten 51 besitzen verschiedene Dicken oder verschiedene Pegel an gesättigter Magnetisierung. Die zwei ferromagnetischen Schichten 51 sind zueinander antiparallel, wobei die nichtmagnetische Schicht 53 dazwischengefügt ist. Dies führt zu einem kleinen diamagnetischen Feldkoeffizienten der ganzen freien Schicht 5C, d. h. einem kleinen Wert von Ms1·d1 – Ms2·d2, wobei d1 und d2 die Dicken der Schichten 51 sind und Ms1 und Ms2 die Pegel der gesättigten Magnetisierung der Schichten 51 sind. Im Allgemeinen weist ein Element mit einer kleinen Breite einen großen diamagnetischen Feldkoeffizienten auf. Wenn ein solches Element ein Magnetowiderstandseffekt-Element oder -Kopf ist, wird die Empfindlichkeit des Elements verringert. Wenn das Element ein Speicherelement ist, wird ein Strom in einer Wortleitung beim Umkehren einer Magnetisierungsrichtung erhöht. Diese Probleme werden durch die vorliegende Erfindung gelöst.

13 ist eine Querschnittsansicht, die ein Magnetowiderstandseffekt-Element 1300 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Element 1300 weist eine Struktur auf der Basis der in 6 und 12 gezeigten auf. Im Element 1300 umfasst eine freie Schicht 5D eine magnetische Oxidschicht 52, die zwischen zwei untere magnetische Metallschichten 51 eingefügt ist, um ein viel höheres MR-Verhältnis zu erhalten.

Eine Metallschicht als Fixierungsschicht 2 besteht aus irregulären Legierungen Ir-Mn, Rh-Mn, Ru-Mn und Cr-Pt-Mn. Eine solche Metallschicht kann mit einer magnetischen Schicht austauschgekoppelt werden, indem einfach die Metallschicht in einem Magnetfeld ausgebildet wird. Wenn diese Schichten auf die in 1 oder 2 gezeigten Elemente aufgebracht werden, werden die Schichten der Elemente vorzugsweise umgekehrt. In 3 werden diese Schichten vorzugsweise auf die obere Fixierungsschicht 2 aufgebracht. Andererseits benötigen reguläre Legierungen wie z. B. Ni-Mn und Pt-(Pd)-Mn eine Wärmbebehandlung zur Regulierung, weisen jedoch eine ausgezeichnete Wärmestabilität auf. Wenn diese Legierungen auf ein MR-Element angewendet werden, sollte im Allgemeinen die Reihenfolge der Schichten in 1 und 2 umgekehrt werden und in 3 sollten diese Legierungen in der oberen Fixierungsschicht 2 verwendet werden. Eine Schicht, die aus Pt-Mn besteht, kann entweder als obere oder untere Fixierungsschicht 2 verwendet werden und der Fixierungseffekt davon ist groß. Ferner ist das Pt-Mn thermisch stabil. Diese Metallschichten weisen jedoch einen derartigen Nachteil auf, dass ein Element mit einer Fixierungsschicht 2, die aus dieser Metallschicht besteht, kein hohes MR-Verhältnis aufweisen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Nachteil zu beseitigen und folglich ein hohes MR-Verhältnis trotz der Verwendung dieser Metallschichten zu erhalten.

Eine Oxidschicht als Fixierungsschicht 2 besteht aus (AB)2Ox, NiO, &agr;-Fe2O3 oder dergleichen. Die Verwendung dieser Oxidschichten führt zu einem hohen MR-Verhältnis. NiO ist weniger wärmestabil und liegt vorzugsweise in Kombination mit &agr;-Fe2O3 vor. Eine (AB)2Ox Schicht weist eine gute Wärmebeständigkeit auf, erfordert jedoch die Erwärmung eines Substrats während der Ausbildung der Schicht auf dem Substrat. Das A-Atom von (AB)2Ox ist ein Element mit einem großen Ionenradius, vorzugsweise Seltenerdelemente wie z. B. La, Pr, Nd, Sm, Y oder dergleichen. Das B-Atom von (AB)2Ox ist ein Element mit einem kleinen Ionenradius, vorzugsweise mindestens ein Übergangsmetall, insbesondere Fe, zur Verwendung in einer Fixierungsschicht. Fe hält den Fixierungseffekt bis zu einer hohen Temperatur aufrecht.

Eine Ni-Co-Fe-Legierung ist für die freien Schichten 5 der vorstehend beschriebenen Magnetowiderstandseffekt-Elemente geeignet. Vorzugsweise sind die Molbrüche x, y, z von Ni, Co, Fe in der NixCoyFez-Schicht folgendermaßen: 0,6 ≤ x ≤ 0,9 0 ≤ y ≤ 0,4 0 ≤ z ≤ 0,3 (wodurch eine an Ni reiche weichmagnetische Schicht erhalten wird); oder 0 ≤ x ≤ 0,4 0,2 ≤ y ≤ 0,95 ≤ z ≤ 0,5 (wodurch eine an Co reiche Schicht erhalten wird).

Eine Schicht mit einer solchen Zusammensetzung weist eine geringe Magnetostriktion (1 × 10-5) auf, die für einen MR-Sensor oder einen MR-Kopf erforderlich ist.

Die Dicke der freien Schicht 5 ist vorzugsweise etwa 1 nm oder mehr und etwa 10 nm oder weniger. Gemäß dem Nebenschlusseffekt gilt, jedoch dicker die freie Schicht 5 ist, desto kleiner ist das MR-Verhältnis. Die überdünne freie Schicht 5 weist jedoch eine schlechte weichmagnetische Eigenschaft auf. Die Dicke der freien Schicht 5 ist bevorzugter etwa 2 nm oder mehr und etwa 7 nm oder weniger.

Co oder Legierungen wie z. B. Co-Fe, Ni-Fe und Ni-Fe-Co werden geeigneterweise als magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3 verwendet. Um ein großes MR-Verhältnis zu erhalten, ist das Co oder die Co-Fe-Legierung bevorzugt. Daher wird die an Co reiche magnetische Metallschicht 32 vorzugsweise an der Grenzfläche mit der nichtmagnetischen Schicht 4 bereitgestellt.

MFe2O4 (wobei M mindestens eines von einem Element ist, das aus Fe, Co und Ni ausgewählt ist) wird geeigneterweise als magnetische Oxidschicht 31 der vorstehend beschriebenen fixierten Schichten verwendet. Das MFe2O4 weist eine ferromagnetische Eigenschaft bis zu einer hohen Temperatur auf. Die Widerstände von Co- und Ni-reichen sind viel höher als jener von Fe-reichen Schichten. Co-reiche Schichten wiesen eine große magnetische Anisotropie auf. Die gewünschte Eigenschaft der Schicht 31 kann durch Einstellen der Molbrüche dieser Elemente erhalten werden. Angesichts der weichmagnetischen Eigenschaft und der gesättigten Magnetisierung ist Fe3O4 bevorzugt. CoFe2O4, das eine große magnetische Anisotropie und eine große Koerzitivkraft besitzt, ist für die fixierte Schicht 3, 3A, 3B und 3C, einschließlich der magnetischen Metallschicht 32 und der magnetischen Oxidschicht 31, bevorzugt.

Um die magnetische Oxidschicht 31 herzustellen, ist Katodenzerstäubung bevorzugt, insbesondere wenn die gewünschte Dicke der Schicht 31 ein Betrag in der Größenordnung von etwa 0,1 nm ist. Wenn ein Target, das zerstäubt werden soll, Fe3O4 oder CoFe2O4 als seine Hauptkomponente enthält, wird ein Inertgas wie z. B. Ar während der Katodenzerstäubung verwendet, so dass eine genaue Dicke des Fe3O4 oder CoFe2O4 erhalten werden kann. Da es nicht erforderlich ist, Sauerstoffgas in eine Katodenzerstäubungskammer einzuleiten, bleibt die Kammer in einem Hochvakuumzustand.

Selbst wenn MFe2O4 als Target verwendet wird, kann die resultierende Schicht weniger Sauerstoff aufweisen, da einiger Sauerstoff aus dem Target freigesetzt wurde. In einem solchen Fall kann eine Menge an Sauerstoff zum Katodenzerstäubungsgas hinzugefügt werden (typischerweise ist ein Partialdruckverhältnis von Sauerstoffgas zum Katodenzerstäubungs-Inertgas vorzugsweise etwa 0,1 oder geringer).

Die magnetische Oxidschicht 31 der fixierten Schicht 3 kann durch Oxidieren eines Teils der magnetischen Metallschicht 32 ausgebildet werden. In diesem Fall ist ein Katodenzerstäubungstarget für die magnetische Oxidation 31 nicht erforderlich, was zu einer leichten Herstellung der Schicht 32 führt. Wenn eine Co-Fe-Schicht als magnetische Metallschicht 32 verwendet wird, ist die resultierende Co-Fe-O-Schicht eine zufrieden stellende magnetische Oxidschicht 31.

Es gibt verschiedene Verfahren zur Herstellung einer solchen magnetischen Oxidschicht 31. In einem Verfahren wird die magnetische Metallschicht 32 bereitgestellt und anschließend wird eine Oberfläche der Schicht 32 oxidiert. Beispiele eines Verfahrens zur Oxidation einer Oberfläche der magnetischen Metallschicht 32 umfassen Plasmaoxidation, natürliche Oxidation und ein Verfahren, das eine radikalischen Kanone oder eine Ionenkanone verwendet. In der Plasmaoxidation wird ein HF- oder Gleichspannungspotential zwischen einer Oberfläche einer Metallschicht und einer Elektrode angelegt, um dazwischen ein Plasma zu erzeugen, während Sauerstoffgas in eine Kammer geleitet wird. Das Plasma oxidiert die Oberfläche der Metallschicht. Obwohl eine Beschädigung an der Oberfläche der Metallschicht groß ist, kann die resultierende Oxidschicht einen relativ hohen Widerstand aufweisen. Bei der natürlichen Oxidation kann eine Metallschicht der Atmosphäre ausgesetzt werden.

Es besteht ein Problem bei der Atmosphärenaussetzung dahingehend, dass der Feuchtigkeitsgehalt der Atmosphäre in der Atmosphäre nicht konstant ist. Vorzugsweise wird Sauerstoffgas mit einem Druck gleich dem Atmosphärendruck oder weniger in eine Kammer eingeleitet, um die Oberfläche der Metallschicht zu oxidieren.

Bei dem Verfahren unter Verwendung der radikalischen Kanone wird eine Oberfläche der Metallschicht bestrahlt und mit Sauerstoffradikalen oxidiert, die durch eine elektrische Entladung in der Kanone erzeugt werden. Nur die Oberfläche der Metallschicht wird oxidiert und es besteht eine geringere Beschädigung an der Oberfläche der Metallschicht. Bei dem Verfahren unter Verwendung einer Ionenkanone wird eine Beschleunigungsspannung an Sauerstoffionen angelegt, die in der Ionenkanone erzeugt werden, und eine Oberfläche einer Metallschicht wird mit den beschleunigten Ionen bestrahlt. Eine äußerst hohe Beschleunigungsspannung beschädigt die Oberfläche der Metallschicht. Vorzugsweise ist die Beschleunigungsspannung etwa 500 V oder weniger, bevorzugter etwa 200 V oder weniger. Als Ionenquelle kann ein Glühfaden (Kauffmann-Typ) oder eine ECR-Entladung verwendet werden.

Überdies liegt die Gesamtdicke der fixierten Schicht 3 vorzugsweise in einem Bereich zwischen etwa 1 nm und etwa 10 nm.

Um das MR-Verhältnis zu erhöhen, kann eine magnetische Grenzflächenschicht zwischen der ferromagnetischen Schicht (der fixierten Schicht 3 oder der freien Schicht 5) und der nichtmagnetischen Schicht 4 vorgesehen sein. Ein an Ni reiches Material ist für die freie Schicht 5 bevorzugt, die eine weichmagnetische Eigenschaft erfordert. Die magnetische Grenzflächenschicht besteht vorzugsweise aus einem an Co reichen Material und die anderen Schichten bestehen aus einem an Ni reichen Material, wodurch es möglich gemacht wird, das hohe MR-Verhältnis ohne einen Verlust der weichmagnetischen Eigenschaft der freien Schicht 5 zu erhalten. Wenn die Dicke der magnetischen Grenzflächenschicht groß ist, wird die weichmagnetische Eigenschaft der freien Schicht 5 verschlechtert, was zu einer Verringerung der Magnetfeldempfindlichkeit des MR-Verhältnisses führt. Die magnetische Grenzflächenschicht muss etwa 2 nm oder weniger dick, bevorzugter etwa 1,8 nm oder weniger dick sein, um wirksam zu funktionieren. Damit die magnetische Grenzflächenschicht wirksam funktioniert, muss deren Dicke etwa 2 nm oder mehr, vorzugsweise etwa 1,8 nm oder weniger sein. Als Material der magnetischen Grenzflächenschicht ist Co oder eine an Co reiche Co-Fe-Legierung bevorzugt.

Die nichtmagnetischen Schichten 33, die in 4 und 11 gezeigt sind, und die nichtmagnetischen Schichten 53, die in 12 und 13 gezeigt sind, sind vorzugsweise nichtmagnetische Metallschichten, die gewöhnlich die Austauschkopplung zwischen den magnetischen Schichten verursachen. Cu, Ag und Au sind als Material der nichtmagnetischen Schichten 33 und 53, bevorzugter Ru, Rh, Ir, Re und dergleichen angesichts der Wärmestabilität der Grenzfläche bevorzugt. Insbesondere ist Ru bevorzugt. Als Material einer magnetischen Metallschicht, die zwischen der magnetischen Oxidschicht 31 und der nichtmagnetischen Schicht 33 vorgesehen sein kann, ist ein an Co reiches Material bevorzugt. Eine solche magnetische Metallschicht ermöglicht eine Verbesserung der Austauschkopplung zwischen den zwei magnetischen Oxidschichten 31.

Die nichtmagnetische Schicht 4 zwischen der freien Schicht 5 und der fixierten Schicht 3 besteht vorzugsweise aus Cu, Ag, Au und Ru. Insbesondere ist Cu bevorzugt. Die Dicke der nichtmagnetischen Schicht 4 muss mindestens etwa 0,9 nm oder mehr sein, um die Wechselwirkung zwischen der freien Schicht 5 und der fixierten Schicht 3 zu verringern. Die erhöhte Dicke der nichtmagnetischen Schicht 4 führt zu einer Verringerung des MR-Verhältnisses. Daher ist die Dicke der nichtmagnetischen Schicht 4 vorzugsweise etwa 10 nm oder weniger, bevorzugter etwa 3 nm oder weniger. In der in 1 bis 3 gezeigten Konfiguration müssen, wenn die Dicke der nichtmagnetischen Schicht 4 etwa 3 nm oder weniger ist, die Schichten zwischen dem Substrat 1 und der nichtmagnetischen Schicht 4 eben sein. Eine schlechte Ebenheit verursacht eine magnetische Kopplung zwischen den zwei Schichten, der magnetischen Metallschicht 32 und der freien Schicht 5, die magnetisch getrennt sein sollten, was zu einer Verringerung eines MR-Verhältnisses und der Empfindlichkeit führt. Daher ist die Höhe von Vertiefungen und Vorsprüngen in der Grenzfläche zwischen der magnetischen Schicht und der nichtmagnetischen Schicht vorzugsweise etwa 0,5 nm oder weniger.

Das Substrat 1 besteht aus Glas, MgO, Si, Al2O3-TiC oder dergleichen und muss eine glatte Oberfläche aufweisen. Das Al2O3-TiC-Substrat ist für den MR-Kopf geeignet.

Die Katodenzerstäubung ist für ein Herstellungsverfahren der vorstehend beschriebenen Schichten geeignet. Beispiele der Katodenzerstäubung umfassen Gleichspannungs-Katodenzerstäubung, HF-Katodenzerstäubung und Ionenstrahl-Katodenzerstäubung.

Ein Magnetowiderstandseffekt-Kopf kann unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Magnetowiderstandseffekt-Elements der vorliegenden Erfindung konstruiert werden. 14A ist eine Querschnittsansicht, die einen MR-Kopf 1400A mit harter Schicht vom Vormagnetisierungstyp gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In 14A ist ein MR-Element 9 zwischen obere und untere Abschirmungsspalte 11 und 14 eingefügt. Ein Beispiel eines Materials der Abschirmungsspalte 11 und 14 umfasst eine Isolatorschicht wie z. B. Al2O3, SiO2 und AIN.

Die Abschirmungen 10 und 15 sind auf der unteren Oberfläche der unteren Abschirmung 11 bzw. auf der oberen Oberfläche der oberen Abschirmung 14 vorgesehen. Die untere und die obere Abschirmung 10 und 15 bestehen aus einer weichmagnetischen Schicht wie z. B. Ni-Fe(-Co)-, Co-Nb-Zr- und Fe-Ta-N-Legierungen. Die Ni-Fe(-Co)-Legierungen werden durch Plattieren hergestellt. Die Co-Nb-Zr-Legierungen weisen eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Anisotropiesteuerbarkeit auf. Die Fe-Ta-N-Legierungen sind sehr beständig gegen eine Hochtemperaturbehandlung und sind daher geeignet, wenn eine Fixierungsschicht des vorstehend beschriebenen (AB)2Ox, die auf dem auf eine hohe Temperatur erhitzen Substrat ausgebildet wird, verwendet wird.

Die Steuerung des magnetischen Bereichs des MR-Elements 9 wird unter Verwendung eines Vormagnetfeldes eines harten Vormagnetisierungsabschnitts 12, der eine harte Schicht umfasst, die aus einer Co-Pt-Legierung oder dergleichen besteht, durchgeführt. Das MR-Element 9 wird über die Abschirmungsspalte 11 und 14 von den Abschirmungen 10 und 15 isoliert. Eine Änderung des Widerstandes des MR-Elements 9 wird durch Leiten eines Stroms in das Element 9 über einen Leseabschnitt 13 gelesen.

Je höher die Dichte der Festplatte ist, desto kürzer ist die Aufzeichnungswellenlänge. Um eine kürzere Aufzeichnungswellenlänge zu lesen, muss der Abstand d zwischen den Abschirmungen 10 und 15, die in 14A gezeigt sind, verringert werden. Dazu sollte die Dicke des MR-Elements, wie aus 14A ersichtlich ist, klein sein, vorzugsweise mindestens etwa 20 nm oder weniger. Die Fixierungsschicht 2, die aus einem Oxid besteht, dient als Isolator. Daher ist die Fixierungsschicht 2 im Wesentlichen ein Teil des unteren Abschirmungsspalts 11. Folglich trägt die Oxidfixierungsschicht 2 zu einer Verringerung der Dicke d bei.

Um im MR-Element 9 das Auftreten des Barkhausen-Effekts zu verhindern, wenn die Magnetisierungsrichtung in der freien Schicht 5 geändert wird, ist die Achse der leichten Magnetisierung von jeder der freien Schichten 5, die in 1, 2, 3 und 4 gezeigt sind, vorzugsweise zu einer zu erfassenden Magnetisierungsrichtung senkrecht. Die Achse der leichten Magnetisierung der fixierten Schicht 3 ist vorzugsweise zur zu erfassenden Magnetisierungsrichtung parallel.

14B ist eine Querschnittsansicht, die einen MR-Kopf 1400B mit harter Schicht vom Vormagnetisierungstyp gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In 14B weist der Kopf 1400B dieselbe Konfiguration wie jene des in 14A gezeigten Kopfs 1400A auf, außer dass der Kopf 1400B einen antiferromagnetischen Vormagnetisierungsabschnitt 12A anstelle des harten Vormagnetisierungsabschnitts 12, der in 14A gezeigt ist, umfasst. Der Abschirmungsspalt wird mit der hohen Dichte der Festplatte schmal. Ein Magnetfeld vom harten Vormagnetisierungsabschnitt 12 wird in der Abschirmung absorbiert. Dies führt nachteiligerweise zu einer Verringerung eines Vormagnetfeldes, das an die freie Schicht 5 des MR-Elements 9 angelegt wird. Ein solches Problem wird durch Bereitstellung des antiferromagnetischen Vormagnetisierungsabschnitts 12A gelöst. Das Element 1400B wird leichter ausgebildet, wenn sich die antiferromagnetische Schicht des MR-Elements 9 von der antiferromagnetischen Schicht des antiferromagnetischen Vormagnetisierungsabschnitts 12A unterscheidet, als wenn beide gleich sind. Das MR-Element 9 und der antiferromagnetische Vormagnetisierungsabschnitt 12A können aus Pt-Mn bzw. Ir-Mn bestehen.

Der vorstehend beschriebene MR-Kopf ist von einem horizontalen Riesen-Magnetowiderstands- (GMR) Kopftyp. Die vorliegende Erfindung kann auf einen vertikalen GMR-Kopf angewendet werden. Im horizontalen GMR-Kopf ist eine Stromrichtung zu einem zu erfassenden Magnetfeld senkrecht. Andererseits ist im vertikalen GMR-Kopf eine Stromrichtung zu einem zu erfassenden Magnetfeld parallel.

15 ist eine Querschnittsansicht, die einen Magnetkopf 1500 vom Jochtyp gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. In 15 ist ein Joch 16, das aus einer weichmagnetischen Schicht besteht, vorgesehen, um ein zu erfassendes Magnetfeld in ein MR-Element 9 zu führen. Das Joch 16 besteht typischerweise aus einer leitenden magnetischen Metallschicht, so dass eine Isolationsschicht 17 zwischen dem Joch 16 und dem MR-Element 9 vorgesehen ist, um den Kurzschluss zu verhindern. Die Verwendung des Jochs 16 führt zu einer geringeren Empfindlichkeit als jener der MR-Köpfe 1400A und 1400B, die in 14A und 14B gezeigt sind. Das MR-Element 9 muss jedoch im Gegensatz zu den 14A und 14B nicht in den Abschirmungsspalten angeordnet werden, wodurch es möglich gemacht wird, einen superschmalen Spalt zu erhalten.

Die vorstehend beschriebenen MR-Köpfe 1400A, 1400B und 1500 weisen eine ausgezeichnete Wiedergabeempfindlichkeit auf. Die Verwendung dieser MR-Köpfe kann eine Magnetaufzeichnungsvorrichtung mit einer Dichte von 4,93 A/cm2 verwirklichen.

17 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Speicherelements 1700 mit einem erfindungsgemäßen Magnetowiderstandseffekt-Element darstellt. Das Speicherelement 1700 umfasst ein MR-Element 9 mit einer freien Schicht 5, einer nichtmagnetischen Schicht 4 und einer fixierten Schicht 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Leitung 22 (Wortleitung) zur Aufzeichnung von Informationen, die vom MR-Element 9 isoliert ist, und eine Leitung 23 (Leseleitung) zum Lesen von Informationen, die mit dem MR-Element 9 über Elektroden 21 verbunden ist. Die Elektroden 21 sind auf der oberen bzw. der unteren Oberfläche des MR-Elements 9 vorgesehen. Die Elektroden 21 können auf der rechten bzw. der linken Oberfläche des MR-Elements 9 vorgesehen sein. Eine Fixierungsschicht kann ferner auf der unteren Oberfläche der fixierten Schicht 3 vorgesehen sein.

Mit Bezug auf 17 fließt ein Strom durch die Wortleitung 22, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Dieses Magnetfeld kehrt die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 5 um, um Informationen zu schreiben. Um die Informationen zu lesen, fließt wieder ein Strom durch die Wortleitung 22, um die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 5 umzukehren. In diesem Fall wird die Magnetisierungsrichtung in der fixierten Schicht 3 nicht, aber in der freien Schicht 5 geändert. Der Widerstand des MR-Elements 9 variiert in Abhängigkeit davon, ob die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 5 zu jener der fixierten Schicht parallel oder antiparallel ist. Die Veränderungen des Widerstandes des MR-Elements 9 werden von der Leseleitung 23 gelesen, um den Zustand des Speicherelements als "1" oder "0" zu identifizieren.

Im vorstehend beschriebenen Fall werden die Informationen beim Lesen der Informationen gelöscht (destruktives Lesen). Nicht-destruktives Lesen ist in der folgenden Weise auch möglich: ein Strom fließt durch die Wortleitung 22, um ein ausreichendes Magnetfeld zu erzeugen, so dass die Magnetisierungsrichtungen der fixierten Schicht 3 sowie der freien Schicht 5 umgekehrt werden; Informationen werden in der fixierten Schicht 3 aufgezeichnet; um die Informationen zu lesen, fließt ein schwächerer Strom durch die Wortleitung 22, um ein Magnetfeld zu erzeugen, so dass die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 5 umgekehrt wird, aber nicht jene der fixierten Schicht 3; die resultierende Änderung des Widerstandes des MR-Elements 9 wird von der Leseleitung 23 gelesen, um den Zustand des Speicherelements als "1" oder "0" zu identifizieren. In diesem Fall sind verschiedene Einstellungen der umgekehrten Magnetfelder für die fixierte Schicht 3 und die freie Schicht 5 erforderlich. Dies führt zu einer relativ komplizierten Operation.

Ein sogenannter MRAM kann durch Vorsehen einer Vielzahl des Speicherelements 1700 in einer Matrix konstruiert werden. Im MRAM werden zwei Wortleitungen 22 für jedes MR-Element 9 derart vorgesehen, dass sie einander senkrecht schneiden. Das Lesen/Schreiben von Informationen in das/aus dem MR-Element 9 wird unter Verwendung eines von den Wortleitungen 22 erzeugten Magnetfeldes durchgeführt. Dieser MRAM ist nichtflüchtig und weist weniger weiche Fehler auf und wird daher als Halbleiter-Speicherelement der nächsten Generation erwartet.

(Beispiele)

Beispiele des MR-Elements, des MR-Kopfs und des MR-Speicherelements der vorliegenden Erfindung werden nachstehend genauer beschrieben.

(Beispiel 1: Erläuterungsbeispiel, kein Teil der Erfindung)

Ein Magnetowiderstandseffekt-Element, das dieselbe Struktur, wie in 1 gezeigt, aufweist, außer dass die Fixierungsschicht 2 unter Verwendung einer Mehrfach-Katodenzerstäubungsvorrichtung hergestellt wurde. Das Element umfasste ein Substrat 1, das aus Si bestand, eine nichtmagnetische Schicht 4, die hauptsächlich aus Cu bestand, eine freie Schicht 5, die hauptsächlich aus Ni0,68Fe0,20Co0,12 bestand, und eine fixierte Schicht 3. Die fixierte Schicht 3 umfasste eine magnetische Metallschicht 32, die aus Co0,9Fe0,1 bestand, und eine magnetische Oxidschicht 31, die aus CoFe2O4 bestand. Nachdem eine Vakuumkammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger ausgepumpt war, wurde Ar-Gas in diese geliefert, so dass sie einen Druck von etwa 0,11 Pa aufwies, während das vorstehend beschriebene MR-Element auf dem Glassubstrat 1 mit Katodenzerstäubung ausgebildet wurde. Zum Vergleich wurde eine Probe, die kein CoFe2O4 enthielt, hergestellt.

Das MR-Element von Beispiel 1 wird folgendermaßen angegeben:

NiFeCo(5)/Cu(2)/CoFe(2)/CoFe2O4(5)

Wobei eine Zahl in Klammern die Dicke jeder Schicht in Nanometern darstellt.

Die MR-Eigenschaft des so konstruierten MR-Elements wurde mit einem Gleichspannungsverfahren mit vier Anschlüssen bewertet, wobei ein Maximum von 200 kA/m eines Magnetfeldes an das Element bei Raumtemperatur angelegt wurde. Das resultierende MR-Verhältnis war ein hoher Wert von etwa 16 %. Andererseits hatte die Probe, die kein CoFe2O4 enthielt, eine inkonsistente Eigenschaft und das MR-Verhältnis überstieg etwa 10 % nicht. Nachstehend wird das MR-Verhältnis in Prozent angegeben.

(Beispiel 2: Erläuterungsbeispiel, kein Teil der Erfindung)

Das MR-Element 100, das in 1 gezeigt ist, wurde unter Verwendung einer Mehrfach-Katodenzerstäubungsvorrichtung hergestellt. Si wurde für das Substrat 1 verwendet. Gesintertes NiO, &agr;-Fe2O3 und ABO3 (A = La; B = Fe) und Pt0,5Mn0,5- und Ir0,2Mn0,8-Legierungen wurden als Target für die Fixierungsschicht 2 verwendet.

Cu wurde als Target für die nichtmagnetische Schicht verwendet. Ni0,68Fe0,20Co0,12 wurde als Haupttarget für die freie Schicht 5 verwendet. Co0,9Fe0,1 wurde als Target für die magnetische Grenzflächenschicht für die freie Schicht 5 und die magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3 verwendet. Fe3O4 wurde als Target für die magnetische Oxidschicht der fixierten Schicht 3 verwendet.

Nachdem eine Vakuumkammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger ausgepumpt war, wurde Ar-Gas in diese geliefert, so dass sie einen Druck von etwa 0,8 mTorr hatte, während das vorstehend beschriebene MR-Element 100 auf dem Glassubstrat 1 mit Katodenzerstäubung ausgebildet wurde. Zum Vergleich wurden Proben A bis D, die kein Fe3O4 enthielten, hergestellt.

Die Proben A bis D werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe A: NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(2,5)/PtMn(20)
  • Probe B: NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(2,5)/IrMn(20)
  • Probe C: NiO(10)/&agr;-Fe2O3(20)/CoFe(2,5)/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)
  • Probe D: LaFeO3(40)/CoFe(2,5)/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)

Die Proben 1 bis 4 des Elements 100 werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 1: NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/Fe3O4(1,5)/PtMn(20)
  • Probe 2: NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/Fe3O4(1,5)/NiFeCo(3)
  • Probe 3: NiO(10)/&agr;-Fe2O3(20)/Fe3O4(1,5)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)
  • Probe 4: LaFeO3(40)/Fe3O4(1,5)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)

Die Proben A und B und die Proben 1 und 2 hatten eine Struktur, in der die Schichten auf dem Substrat in der umgekehrten Reihenfolge zu den in 1 gezeigten angeordnet waren. In den vorstehend beschriebenen Proben entspricht NiFeCo(3)/CoFe(1) der freien Schicht 5. In den Proben A bis D entspricht CoFe(2,5) der fixierten Schicht 3. In den Proben 1 bis 4 entspricht CoFe(1)/Fe3O4(1,5) der fixierten Schicht 3.

Die MR-Eigenschaft der so konstruierten MR-Elemente wurde mit einem Gleichspannungsverfahren mit vier Anschlüssen bewertet, wobei ein Maximum von 200 kA/m eines Magnetfeldes an das Element bei Raumtemperatur angelegt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt, wobei Hp ein Fixierungsmagnetfeld von jedem Element darstellt.

Wie aus Tabelle 1 zu sehen ist, weisen die Proben 1–4 ein erhöhtes MR-Verhältnis im Vergleich zu den Proben A–D auf. Ferner führt die Verwendung der Fixierungsschicht 2 zu einer Verbesserung des Hp.

(Beispiel 3: Erläuterungsbeispiel, kein Teil der Erfindung)

Das MR-Element 200, das in 2 gezeigt ist, wurde unter Verwendung einer Mehrfach-Katodenzerstäubungsvorrichtung hergestellt. Eine Al2O3-Schicht wurde als nichtmagnetische Oxidschicht 6 durch reaktive Katodenzerstäubung eines Al-Targets mit einem Ar- und O2-Gasgemisch hergestellt.

Die Proben 5 und 6 des Elements 10 werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 5: PtMn(20)/Fe3O4(1,5)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)/Al2O3(2)
  • Probe 6: Al2O3(2)/NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/Fe3O4(1,5)/IrMn(15)

Die Probe 6 hatte eine Struktur, in der die Schichten auf dem Substrat in der umgekehrten Reihenfolge zu den in 2 gezeigten angeordnet waren. Die MR-Eigenschaft der so konstruierten MR-Elemente wurde mit einem Gleichspannungsverfahren mit vier Anschlüssen bewertet, wobei ein Maximum von 200 kA/m eines Magnetfeldes an jedes Element bei Raumtemperatur angelegt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt, wobei Hp ein Fixierungsmagnetfeld des Elements darstellt.

Wenn die in 2 gezeigten Ergebnisse mit jenen der Proben 1 und 2 verglichen werden, wird festgestellt, dass das MR-Verhältnis verbessert ist.

(Beispiel 4: Erläuterungsbeispiel, kein Teil der Erfindung)

Die MR-Elemente 500B und 700, die in 5B und 7 gezeigt sind, wurden unter Verwendung einer Mehrfach-Katodenzerstäubungsvorrichtung hergestellt. Si wurde für das Substrat 1 verwendet. Cu wurde als Target für die nichtmagnetische Schicht 4 verwendet. Ni0,68Fe0,20Co0,12 wurde als Target für die magnetischen Metallschichten 51 der freien Schichten 5A und 5B verwendet. Fe3O4 wurde als Target für die magnetischen Oxidschichten 52 der freien Schichten 5A und 5B verwendet.

Co0,9Fe0,1 und CoFe2O4 wurden als Target für die fixierte Schicht 3, die in 5B gezeigt ist, verwendet. Co0,9Fe0,1 wurde als Target für die in 7 gezeigte fixierte Schicht 3D verwendet. &agr;-Fe2O3 wurde als Target für die Fixierungsschicht 2 verwendet.

Nachdem eine Vakuumkammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger ausgepumpt war, wurde Ar-Gas in diese geliefert, so dass sie einen Druck von etwa 0,8 mTorr hatten, während jedes der vorstehend beschriebenen MR-Elemente 500B und 700 (Proben 7 bzw. 8) auf dem Glassubstrat 1 mit Katodenzerstäubung ausgebildet wurde.

Die Proben 7 und 8 werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 7: CoFe2O4(50)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Ni0,68Fe0,20Co0,12(4)/Fe3O4(1)
  • Probe 8: &agr;-Fe2O3(50)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Ni0,68Fe0,20Co0,12(2)/Fe3O4(1)/Ni0,68Fe0,20Co0,12(3)

Die MR-Eigenschaft von jedem der so konstruierten MR-Elemente 500B und 700 wurde mit einem Gleichspannungsverfahren mit vier Anschlüssen bewertet, wobei ein Maximum von 200 kA/m eines Magnetfeldes an das Element bei Raumtemperatur angelegt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt, wobei Hp ein Fixierungsmagnetfeld jedes Elements darstellt.

Um die in Tabelle 3 gezeigte Hup-Eigenschaft weiter zu verbessern, kann die fixierte Schicht 3 zwei magnetische Schichten umfassen, die über eine nichtmagnetische Schicht aus Ru oder dergleichen austauschgekoppelt sind.

In diesem Fall kann die Dicke der magnetischen Oxidschicht 31 verringert werden. In Beispiel 4 wurde die magnetische Metallschicht 51 der freien Schicht 5B angesichts der Empfindlichkeit aus NiFeCo hergestellt.

Andererseits würde die magnetische Metallschicht 51, die aus CoFe besteht, das MR-Verhältnis verbessern. Gemäß diesem Gesichtspunkt wurde eine Probe 9, wie nachstehend angegeben, ferner unter Verwendung von Ru als Target hergestellt.

  • Probe 9: &agr;-Fe2O3(30)/Co0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/CoFe(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(4)/Fe3O4(1)

Die MR-Eigenschaft des so konstruierten MR-Elements wurde mit einem Gleichspannungsverfahren mit vier Anschlüssen bewertet, wobei ein Maximum von 200 kA/m eines Magnetfeldes an das Element bei Raumtemperatur angelegt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt, wobei Hp ein Fixierungsmagnetfeld jedes Elements darstellt.

Folglich besitzt die Probe 9 gemäß der vorliegenden Erfindung ein verbessertes MR-Verhältnis und Hp.

(Beispiel 5)

Ein MR-Element 700, das in 7 gezeigt ist, und ein MR-Element 800, das eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist und in 8 gezeigt ist, wurden unter Verwendung einer Mehrfach-Katodenzerstäubungsvorrichtung hergestellt. Si wurde für das Substrat 1 verwendet. Cu wurde als Target für die nichtmagnetische Schicht 4 verwendet. Ni0,8Fe0,2 und Co0,9Fe0,1 wurden als Target für die magnetischen Metallschichten 51 der freien Schicht 5B verwendet. Fe3O4 wurde als Target für die magnetische Oxidschicht 52 der freien Schicht 5B verwendet. Co0,9Fe0,1 und &agr;-Fe2O3 wurden als Targets für die fixierte Schicht 3 bzw. die Fixierungsschicht 2, die in 7 gezeigt sind, verwendet. Co0,9Fe0,1 und Fe3O4und PtMn wurden als Targets für die fixierte Schicht 3 bzw. die Fixierungsschicht 2, die in 8 gezeigt sind, verwendet. In diesem Element 800 wurde eine Pufferschicht, die aus Ta bestand, zwischen dem Substrat 1 und der PtMn-Fixierungsschicht 2 vorgesehen. Nachdem eine Vakuumkammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger ausgepumpt war, wurde Ar-Gas in diese geliefert, so dass sie einen Druck von etwa 0,11 Pa hatte, während jedes der vorstehend beschriebenen MR-Elemente 700 und 800 (Proben 10, 11 bzw. 12) auf dem Glassubstrat 1 mit Katodenzerstäubung ausgebildet wurde.

Die Proben 10, 11 und 12 werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 10 (kein Teil der Erfindung): &agr;-Fe2O3(50)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(2)/Fe3O4(1)/Ni0,8Fe0,2(3)
  • Probe 11: Ta(5)/PtMn(15)/Co0,9Fe0,1(2)/Fe3O4(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(5)
  • Probe 12: Ta(5)/PtMn(15)/Co0,9Fe0,1(2)/Fe3O4(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(2)/Fe3O4(1)/Ni0,8Fe0,2(3)

Die MR-Eigenschaft von jedem der so konstruierten MR-Elemente wurde mit einem Gleichspannungsverfahren mit vier Anschlüssen bewertet, wobei ein Maximum von 200 kA/m eines Magnetfeldes an das Element bei Raumtemperatur angelegt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt, in der Hp ein Fixierungsmagnetfeld von jedem Element darstellt.

(Beispiel 6)

Ein MR-Element 400, das in 4 gezeigt ist, wurde unter Verwendung einer Mehrfach-Katodenzerstäubungsvorrichtung hergestellt. Si wurde für das Substrat 1 verwendet. Cu wurde als Target für die nichtmagnetische Schicht 4 verwendet. Ni0,68Fe0,20Co0,12 wurde hauptsächlich als Target für eine freie Schicht 5 verwendet und Co0,9Fe0,1 wurde als Target für die magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3A verwendet. Fe3O4 wurde als Target für die magnetische Oxidschicht 31 der fixierten Schicht 3A verwendet. Nachdem eine Vakuumkammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger ausgepumpt war, wurde Ar-Gas in diese geliefert, so dass sie einen Druck von etwa 0,11 Pa hatte, während jedes der vorstehend beschriebenen MR-Elemente 400 (Proben 13 und 14) auf dem Glassubstrat 1 mit Katodenzerstäubung ausgebildet wurde.

Die Proben 13 und 14 werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 13 (kein Teil der Erfindung): NiFeCo(4)/Cu(2)/CoFe(2)/Fe3O4(2)/Ru(0,7)/Fe3O4(3)
  • Probe 14: NiFeCo(4)/Cu(2)/CoFe(2)/Fe3O4(2)/CoFe(2)/Ru(0,7)/CoFe(2)/Fe3O4(3)

Die MR-Eigenschaft von jedem der so konstruierten MR-Elemente wurde mit einem Gleichspannungsverfahren mit vier Anschlüssen bewertet, wobei ein Maximum von 200 kA/m eines Magnetfeldes an das Element bei Raumtemperatur angelegt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 gezeigt.

Beide Proben 13 und 14 wiesen ein hohes MR-Verhältnis auf. Die Probe 14 hatte ein großes Hp.

Eine Fixierungsschicht aus PtMn wurde ferner zwischen dem Substrat 1 und der magnetischen Oxidschicht 31 der fixierten Schicht 3 in den Proben 13 und 14 bereitgestellt. Folglich hatte das Hp von beiden Proben 13 und 14 ein größeres Hp von etwa 60 bzw. 80 kA/m.

(Beispiel 7)

MR-Köpfe 1400A, die in 14A gezeigt sind (Proben H-1, H-5 und H-10) wurden unter Verwendung des vorstehend beschriebenen MR-Elements (Proben 1, 5 und 10) hergestellt. Die Eigenschaften dieser Köpfe wurden bewertet. Das Substrat 1 bestand aus Al2O3-TiC. Die Abschirmungen 10 und 15 bestanden aus Ni0,8Fe0,2-Legierung. Die Abschirmungsspalte 11 und 14 bestanden aus Al2O3.

Der harte Vormagnetisierungsabschnitt 12 bestand aus der Co-PT-Legierung. Der Leitungsabschnitt 13 bestand aus Au.

Jede der freien Schichten 5 wurde mit magnetischer Anisotropie versehen, so dass die Achse der leichten Magnetisierung davon zu einer zu erfassenden Magnetisierungsrichtung senkrecht war. Jede der fixierten Schichten 3 wurde mit magnetischer Anisotropie versehen, so dass die Achse der leichten Magnetisierung davon zu einer zu erfassenden Magnetisierungsrichtung parallel war. Dazu wurden die so hergestellten MR-Elemente einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld bei einer Temperatur von 280 °C unterzogen, so dass die Achse der leichten Magnetisierung der fixierten Schicht 3 bestimmt wurde, und dann der Wärmbehandlung bei einer Temperatur von 200 °C unterzogen, so dass die Achse der leichten Magnetisierung der freien Schicht 5 bestimmt wurde.

Um die Ausgaben der vorstehend beschriebenen Köpfe zu bewerten, wurde ein Gleichstrom als Abtaststrom zu jedem der Köpfe geliefert, während ein Magnetfeld, das durch einen Wechselstrom erzeugt wurde, von etwa 3 kA/m daran angelegt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 gezeigt.

(Beispiel 8: Erläuterungsbeispiel, kein Teil der Erfindung)

Ein MR-Element 300 der vorliegenden Erfindung mit Doppeltstruktur wurde mit einem Verfahren ähnlich dem in Beispiel 1 beschriebenen hergestellt. Die Proben des MR-Elements 300 werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 15: PtMn(20)/Fe3O4(1,5)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/Fe3O4(1,5)/PtMn(20)
  • Probe 16: NiO(10)/&agr;-Fe2O3(20)/Fe3O4(1,5)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/NiFeCo(3)/CoFe(1)/Cu(2)/CoFe(1)/Fe3O4(1,5)/IrMn(15)

Die Magnetowiderstandseffekte dieser MR-Elemente wurden in einem Verfahren ähnlich jenem von Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 gezeigt.

Wie aus Tabelle 8 zu sehen ist, wurden äußerst große MR-Verhältnisse erhalten.

(Beispiel 9)

Der Kopf 1500 vom Jochtyp, der in 15 gezeigt ist und ein MR-Element (Probe 15) verwendet, wurde hergestellt. Die Isolatorschicht 17 in 15 war eine superdünne Al-O-Schicht mit einer Dicke von etwa 2 nm, die mit Plasmaoxidation ausgebildet wurde. Das Joch 16 wurde aus einer amorphen CoNbZr-Legierungsschicht mit einem hohen Pegel an magnetischer Permeabilität hergestellt. Die Ausgabe des so konstruierten Kopfs 1500 wurde mit jener eines Kopfs (Probe H-A) unter Verwendung einer Probe A als MR-Element verglichen. Die Ausgabe des Kopfs 1500 war um etwa 6 dB erhöht.

(Beispiel 10)

Ein MR-Element 900 (Probe 17) der vorliegenden Erfindung, das in 9 gezeigt ist, wurde unter Verwendung einer Mehrfach-Katodenzerstäubungsvorrichtung hergestellt. Si wurde für das Substrat 1 verwendet und eine thermische Oxidschicht mit einer Dicke von etwa 100 nm wurde in der Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet. Ta wurde für die Schicht 7 verwendet. Co0,9Fe0,1 wurde für die freie Schicht 5 und die magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3B verwendet. Cu wurde als Target für die nichtmagnetische Schicht 4 verwendet. Pt0,5Mn0,5 wurde für die Fixierungsschicht 2 verwendet. Nachdem eine Vakuumkammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger ausgepumpt war, wurde Ar-Gas in diese geliefert, so dass sie einen Druck von etwa 0,11 Pa hatte, während die Kammer ausgepumpt wird. Eine Ta-Schicht (etwa 5 nm) wurde auf dem Substrat 1 ausgebildet. Anschließend wurden die freie Schicht 5 aus Co0,9Fe0,1 (etwa 2 nm), die nichtmagnetische Schicht 4 aus Cu (etwa 2 nm) und die magnetische Metallschicht 32 aus Co0,9Fe0,1 (etwa 3 nm) nacheinander auf der Ta-Schicht mit Katodenzerstäubung ausgebildet (Schritt 1). Die Katodenzerstäubungsentladung wurde vorübergehend gestoppt und ungefähr ein Achtel so viel Sauerstoffgas wie das ganze Gas wurde zusätzlich zum Ar-Gas geliefert; eine radikalische Kanone wurde durch eine Leistung von etwa 100 W betätigt, um Sauerstoffradikale zu erzeugen. Die obere Oberfläche der magnetischen Metallschicht 32 wurde dann mit den Sauerstoffradikalen bestrahlt, so dass sie in eine Tiefe von etwa 1 nm oxidiert wurde. Dies führt zur magnetischen Oxidschicht 31 der fixierten Schicht 3B (Schritt 2).

Die Katodenzerstäubungsentladung und der Gasfluss wurden vorübergehend gestoppt. Ar-Gas wurde wieder in die Kammer eingeleitet. Eine Co0,9Fe0,1-Schicht (etwa 2 nm) wurde mit Katodenzerstäubung als obere magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3 ausgebildet (Schritt 3).

Anschließend wurde eine Pt0,5Mn0,5-Schicht (etwa 20 nm) mit Katodenzerstäubung als Fixierungsschicht 2 ausgebildet (Schritt 4). Eine Ta-Schicht wurde dann als nichtmagnetische Oxidschicht 6 auf der oberen Oberfläche der Fixierungsschicht 2 bereitgestellt. Anschließend wurde die resultierende mehrlagige Struktur in Gegenwart eines angelegten Magnetfeldes von etwa 1 kOe bei einer Temperatur von 260 °C für 3 Stunden in Vakuum angeordnet. Andererseits wurde eine herkömmliche Probe E mit demselben Verfahren wie dem für die Probe 17 verwendeten hergestellt, außer dass Schritt 2 darin nicht enthalten war.

Die Proben 17 und E werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 17: Ta(5)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(2)/CoFeO(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Pt0,5Mn0,5(20)/TaO(3) (die Dicke der CoFeO-Schicht war Eins, bevor die Schicht oxidiert wurde)
  • Herkömmliche Probe E: Ta(5)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(5)/Pt0,5Mn0,5(20)/TaO(3)

In der Probe 17 wurde die untere magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3B unter Verwendung der radikalischen Kanone oxidiert. Andere Proben 18, 19 und 20 wurden mit demselben Verfahren wie für die Probe 17 verwendet hergestellt, außer dass eine solche Oxidation in einer anderen Weise durchgeführt wurde.

Die Probe 18 wurde unter Verwendung der natürlichen Oxidation in Schritt 2 hergestellt, wonach Schritt 1 durchgeführt worden war. Insbesondere wurde die Kammer ausgepumpt und Sauerstoffgas wurde dann auf einen Druck von etwa 2,67 kPa in die Kammer geliefert. Als nächstes wurde die Probe für eine geeignete Zeit in der Kammer angeordnet, so dass die obere Oberfläche der Co0,9Fe0,1-Schicht auf eine Tiefe von etwa 1 nm oxidiert wurde. Nach Schritt 2 wurde die Kammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger wieder ausgepumpt. Schritte 3 und 4 und die Wärmebehandlung wurden durchgeführt, um die Probe 18 mit derselben Struktur wie jener der Probe 17 zu erhalten.

Die Probe 19 wurde unter Verwendung der Plasmaoxidation als Schritt 2 hergestellt, nachdem Schritt 1 durchgeführt worden war. Insbesondere wurde die Kammer ausgepumpt; Sauerstoffgas wurde dann in die Kammer geliefert, so dass sie einen Druck von etwa 0,4 Pa hatte; und eine HF-Spannung von etwa 0,01 W/cm2 wurde an eine Substrathalterseite angelegt und die obere Oberfläche der Metallschicht wurde oxidiert. Nach Schritt 2 wurde die Kammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger wieder ausgepumpt. Die Schritte 3 und 4 und die Wärmebehandlung wurden durchgeführt, um die Probe 19 mit derselben Struktur wie jener der Probe 17 zu erhalten.

Die Probe 20 wurde unter Verwendung des Verfahrens unter Verwendung einer Ionenkanone, die ein ECR-Plasma verwendete, in Schritt 2 hergestellt, nachdem Schritt 1 durchgeführt worden war. Insbesondere wurde die Kammer ausgepumpt; Sauerstoffgas von etwa 4 sccm und Ar-Gas von etwa 0,5 sccm wurden dann in die Kammer geliefert, während Mikrowellenenergie von etwa 2 GHz an eine Ionenkanone angelegt wurde, so dass ein Plasma erzeugt wurde; und das Sauerstoffgas im Plasmazustand wurde durch eine Beschleunigungsspannung von etwa 50 V angetrieben, um die obere Oberfläche der Metallschicht zu bestrahlen. Nach Schritt 2 wurde die Kammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger wieder ausgepumpt. Schritte 3 und 4 und die Wärmebehandlung wurden durchgeführt, um die Probe 20 mit derselben Struktur wie jener der Probe 17 zu erhalten.

Die Probe 21 wurde unter Verwendung der reaktiven Katodenzerstäubung in Schritt 2, nachdem Schritt 1 durchgeführt worden war, hergestellt, um die Co0,9Fe0,1-Schicht (etwa 2 nm) bereitzustellen. Insbesondere wurden Sauerstoffgas und Ar-Gas mit einem Gemischverhältnis von 8:2 in die Kammer geliefert, so dass sie einen Druck von etwa 1,07 Pa hatte; und die Co0,9Fe0,1-Schicht (etwa 2 nm) wurde Katodenzerstäubung unterzogen, um die CoFeO-Schicht mit derselben Dicke wie jener der Probe 17 auszubilden. Nach Schritt 2 wurde die Kammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger wieder ausgepumpt. Die Schritte 3 und 4 und die Wärmbehandlung wurden durchgeführt, um die Probe 21 mit derselben Struktur wie jener der Probe 17 zu erhalten.

Die Magnetowiderstandseffekt-Eigenschaft von jedem der so konstruierten MR-Elemente wurde bewertet, wobei ein Magnetfeld von 400 kA/m an das Element bei Raumtemperatur angelegt wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 gezeigt.

Wie aus Tabelle 9 zu sehen ist, weisen die Proben 17 bis 21 der vorliegenden Erfindung fast dasselbe Hp wie jenes der herkömmlichen Probe E und höhere MR-Verhältnisse als jenes der herkömmlichen Probe E auf.

(Beispiel 11)

Ein MR-Element 1000 (Probe 22), das in 10 gezeigt ist, wurde unter Verwendung eines Katodenzerstäubungsverfahrens ähnlich jenem von Beispiel 10 hergestellt. Das Element 1000 hat dieselbe Struktur wie die in 9 gezeigte, außer dass die Reihenfolge der freien Schicht 5, der nichtmagnetischen Schicht 4, der fixierten Schicht 3B und der Fixierungsschicht 2 umgekehrt ist.

Das Verfahren zur Herstellung des Elements 1000 ist dasselbe wie das in 9 verwendete, außer dass die Reihenfolge der Prozesse umgekehrt ist. In der Probe 22 bestand das Substrat 1 aus Si, von welchem ein Teil eine thermisch oxidierte Schicht war. Die freie Schicht 5 umfasste eine Ni0,8Fe0,2-Schicht und eine Co-Schicht. Die fixierte Schicht 3B umfasste eine Co0,8Fe0,2-Schicht, eine CoFeO-Schicht und eine Co0,8Fe0,2-Schicht. Die Fixierungsschicht 2 umfasste eine Pt0,5Mn0,5-Schicht. Ähnlich zur Probe 17 wurde die CoFeO-Schicht unter Verwendung der radikalischen Kanone ausgebildet. Zum Vergleich wurde auch eine herkömmliche Probe F, die nicht die magnetische Oxidschicht 31 umfasste, hergestellt. Die Probe 22 und die herkömmliche Probe F werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 22: Ta(5)/Pt0,5Mn0,5(15)/Co0,8Fe0,2(2)/CoFeO(1)/Co0,8Fe0,2(2)/Cu(2)/Co(0,5)/Ni0,8Fe0,2(3)/TaO(3)

    (die Dicke der CoFeO-Schicht war Eins, bevor die Schicht oxidiert wurde)
  • Herkömmliche Probe F: Ta(5)/Pt0,5Mn0,5(15)/Co0,8Fe0,2(5)/Cu(2)/Co(0,5)/Ni0,8Fe0,2(3)/TaO(3)

Die Probe 22 und die herkömmliche Probe F wurden mit einem Verfahren ähnlich jenem von Beispiel 10 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 gezeigt.

Wie aus Tabelle 10 zu sehen ist, weist die Probe 22 der vorliegenden Erfindung ein höheres MR-Verhältnis im Vergleich zu jenem der herkömmlichen Probe F auf.

(Beispiel 12)

MR-Elemente 1100A (Proben 23 und 24), die in 11A gezeigt sind, wurden unter Verwendung eines Katodenzerstäubungsverfahrens ähnlich dem von Beispiel 10 hergestellt. Die Elemente 1100A weisen die fixierte Schicht 3C auf, die eine sogenannte synthetische antiferromagnetische Struktur besitzt. In 11A besteht die nichtmagnetische Schicht 33 typischerweise aus Ru. Wenn die nichtmagnetische Schicht 33 eine Dicke von etwa 0,4 nm bis etwa 1 nm aufweist, sind die magnetischen Metallschichten 32 über die nichtmagnetische Schicht 33 antiferromagnetisch austauschgekoppelt. Dieses Austauschkopplungs-Magnetfeld ist sehr stark, so dass die fixierte Schicht 3C ein sehr großes umgekehrtes Magnetfeld aufweist. Das MR-Element 1100A umfasst ferner nur die nichtmagnetische Schicht 33 im Vergleich zum MR-Element 900 in 9. Das Herstellungsverfahren des MR-Elements 1100A erfordert nicht viele zusätzliche Schritte. In jeder der Proben 23 und 24 bestand das Substrat 1 aus Si, von welchem ein Teil eine thermisch oxidierte Schicht war. Die freie Schicht 5 umfasste eine Ni0,8Fe0,2-Schicht und eine Co-Schicht.

Die fixierte Schicht 3C umfasste eine Co0,9Fe0,1-Schicht (etwa 2 nm), eine CeFeO-Schicht (etwa 1 nm) und eine Co0,9Fe0,1-Schicht (etwa 2 nm). Die Fixierungsschicht 2 umfasste eine Ir0,2Mn0,8-Schicht oder eine &agr;-Fe2O3-Schicht.

Ähnlich zur Probe 17 wurde die CoFeO-Schicht unter Verwendung einer radikalischen Kanone ausgebildet. Zum Vergleich wurde eine herkömmliche Probe G, die nicht die magnetische Oxidschicht 32 umfasste, auch hergestellt. Die Proben 23 und 24 und die herkömmliche Probe G werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 23: Ta(3)/Ni0,8Fe0,2(5)/Ir0,2Mn0,8(10)/Co0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(2)/CoFeO(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co(0,5)/Ni0,8Fe0,2(3)/TaO(3)

    (die Dicke der CoFeO-Schicht war Eins, bevor die Schicht oxidiert wurde)
  • Probe 24: &agr;-Fe2O3(20)/Co0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(2)/CoFeO(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co(0,5)/Ni0,8Fe0,2(3)/TaO(3)
  • Herkömmliche Probe G: Ta(3)/Ni0,8Fe0,2(5)/Ir0,2Mn0,8(10)/o0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co(0,5)/Ni0,8Fe0,2(3)/TaO(3)

Die Proben 23 und 24 und die herkömmliche Probe G wurden mit einem Verfahren ähnlich jenem von Beispiel 10 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 11 gezeigt.

Wie aus Tabelle 11 zu sehen ist, weisen die Proben 23 und 24 der vorliegenden Erfindung ein höheres MR-Verhältnis im Vergleich zu jenem der herkömmlichen Probe G auf, obwohl die Probe 24, in der die Fixierungsschicht 2 die &agr;-Fe2O3-Schicht umfasste, ein relativ kleines Hp aufweist.

(Beispiel 13)

MR-Elemente 1000 (Proben 25 und 26), die in 10 gezeigt sind, wurden unter Verwendung eines Katodenzerstäubungsverfahrens ähnlich jenem von Beispiel 1 hergestellt. Die Elemente 1000 weisen die freie Schicht 5 auf, in der zwei synthetische antiferromagnetische freie Schichten (nicht dargestellt) und die nichtmagnetische Schicht (die aus Ru besteht, nicht dargestellt) vorlagen. Die zwei synthetischen antiferromagnetischen freien Schichten haben verschiedene Dicken oder gesättigte Magnetisierung und sind über die nichtmagnetische Schicht antiferromagnetisch austauschgekoppelt. Die Verwendung der zwei synthetischen antiferromagnetischen freien Schichten senkt theoretisch die Dicke der freien Schicht 5 auf die Differenz zwischen den Dicken (Magnetisierung) der zwei synthetischen antiferromagnetischen freien Schichten. Dies verbessert die Empfindlichkeit eines Kopfs, der ein solches Element umfasst. In den Proben 25 und 26 wurde eine ferromagnetische Co0,9Fe0,1-Schicht als freie Schicht 5 verwendet. Eine Fe3O4-Schicht wurde als magnetische Oxidschicht 31 der fixierten Schicht 3B verwendet. Eine Co0,9Fe0,1-Schicht (etwa 2 nm) wurde als magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3B verwendet. Eine Pt0,5Mn0,5-Schicht (etwa 20 nm) wurde als Fixierungsschicht 2 verwendet. Die nichtmagnetische Schicht 4 bestand aus Cu. Zum Vergleich wurde eine herkömmliche Probe H auch hergestellt. Die Proben 25 und 26 und die herkömmliche Probe H werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 25: Ta(5)/Pt0,5Mn0,5(20)/Co0,9Fe0,1(1)/Fe3O4(1,5)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(2)/Fe3O4(1)/Co0,9Fe0,1(3)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(4)/TaO(3)
  • Probe 26: Ta(5)/Pt0,5Mn0,5(20)/Co0,9Fe0,1(1)/Fe3O4(1,5)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(2)/Fe3O4(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(3)/TaO(3)
  • Herkömmliche Probe H: Ta(5)/Pt0,5Mn0,5(20)/Co0,9Fe0,1(3)/Cu(2)/ Co0,9Fe0,1(5)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(4)/TaO(3)

Die in 14A gezeigten MR-Köpfe 1400A wurden unter Verwendung der Proben 25 und 26 und H als MR-Element 9 (entsprechend den Probenköpfen H-25, H-26 bzw. H-H) hergestellt. Die Eigenschaften dieser Köpfe wurden bewertet. Das Substrat 1 bestand aus Al2O3-TiC. Die Abschirmungen 10 und 15 bestanden aus einer Ni0,8Fe0,2-Legierung. Die Abschirmungsspalte 11 und 14 bestanden aus Al2O3.

Der harte Vormagnetisierungsabschnitt 12 bestand aus einer Co-Pt-Legierung. Der Leitungsabschnitt 13 bestand aus Au.

Jede der freien Schichten 5 wurde mit magnetischer Anisotropie versehen, so dass die Achse der leichten Magnetisierung davon zu einer zu erfassenden Magnetisierungsrichtung senkrecht war. Jede der fixierten Schichten 3 wurde mit magnetischer Anisotropie versehen, so dass die Achse der leichten Magnetisierung davon zu einer zu erfassenden Magnetisierungsrichtung parallel war. Dazu wurden die so hergestellten MR-Elemente einer Wärmebehandlung in einem Magnetfeld bei einer Temperatur von 280 °C unterzogen, so dass die Achse der leichten Magnetisierung der fixierten Schicht 3 bestimmt wurde, und dann der Wärmbehandlung bei einer Temperatur von 200 °C unterzogen, so dass die Achse der leichten Magnetisierung der freien Schicht 5 bestimmt wurde.

Um die Ausgaben der vorstehend beschriebenen Köpfe zu bewerten, wurde ein Gleichstrom als Abtaststrom zu jedem der Köpfe geliefert, während ein Magnetfeld, das durch einen Wechselstrom erzeugt wurde, von etwa 3 kA/m daran angelegt wurde. Die Ausgaben der MR-Köpfe unter Verwendung der MR-Elemente der vorliegenden Erfindung wurden mit jener eines Kopfs unter Verwendung der herkömmlichen Probe A als MR-Element verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 12 gezeigt.

Folglich besitzt der Magnetkopf der vorliegenden Erfindung eine größere Ausgabe als jene des herkömmlichen.

(Beispiel 14)

MR-Elemente 1100A (Proben 27 und 28), die in 11A gezeigt sind, wurden unter Verwendung eines Katodenzerstäubungsverfahrens ähnlich jenem von Beispiel 1 hergestellt. In den Proben 27 und 28 umfasste die freie Schicht 5 eine ferromagnetische Co0,9Fe0,1-Schicht. Die magnetische Oxidschicht 31 der fixierten Schicht 3C umfasste eine Fe3O4-Schicht. Die magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3C umfasste eine Co0,9Fe0,1-Schicht. Die Fixierungsschicht 2 umfasste eine Pt0,5Mn0,5-Schicht. Die nichtmagnetische Schicht 4 bestand aus Cu. Die nichtmagnetische Schicht 33 der fixierten Schicht 3C bestand aus Ru, das zur Austauschkopplung verwendet wurde. Ta wurde für eine Schutzschicht verwendet. Zum Vergleich wurde eine herkömmliche Probe I auch hergestellt. Die Proben 27 und 28 und die herkömmliche Probe I werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 27: Ta(5)/Pt0,5Mn0,5(15)/Co0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(2)/Fe3O4(1,2)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(2)/TaO(3)
  • Probe 28: Ta(5)/Pt0,5Mn0,5(15)/Co0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(2)/Fe3O4(1,2)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(2)/TaO(3)
  • Herkömmliche Probe I: Ta(5)/Pt0,5Mn0,5(15)/Co0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(2)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(2)/TaO(3)

Ähnlich zu Beispiel 13 wurden MR-Köpfe unter Verwendung der Proben 27 und 28 der vorliegenden Erfindung und der herkömmlichen Probe I (entsprechend den Probenköpfen H-27, H-28 bzw. H-I) hergestellt. Um die Ausgaben der Köpfe zu bewerten, wurde ein Gleichstrom als Abtaststrom zu jedem der Köpfe geliefert, während ein Magnetfeld, das durch einen Wechselstrom erzeugt wurde, von etwa 3 kA/m daran angelegt wurde. Die Ausgaben der MR-Köpfe unter Verwendung der MR-Elemente der vorliegenden Erfindung wurden mit jener des Kopfs unter Verwendung der herkömmlichen Probe I als MR-Element verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 gezeigt.

Folglich besitzt der Magnetkopf der vorliegenden Erfindung eine größere Ausgabe als jene des herkömmlichen.

Jeder der Magnetköpfe 1400A, 1400B und 1500 mit einem MR-Element der vorliegenden Erfindung wurde in eine Festplattenlaufwerkvorrichtung 1600 eingebaut, die in 16 gezeigt ist. Alle Vorrichtungen 1600 konnten Daten auf der Festplatte mit einer Dichte von etwa 2,47 A/cm2 oder mehr aufzeichnen.

(Beispiel 15)

Ein MR-Element 1100A (Proben 29 und 30), das in 11A gezeigt ist, mit einer Kombination der Strukturen der Beispiele 13 und 14 wurde hergestellt. In den Proben 29 und 30 umfasste die freie Schicht 5 ferromagnetische Ni0,68Fe0,2Co0,12-Schichten. Die magnetische Oxidschicht 31 der fixierten Schicht 3C umfasste eine FeAlO-Schicht und eine FeSiO-Schicht, die mit reaktiver Katodenzerstäubung unter Verwendung von Fe0,8Al0,2 und Fe0,8Si0,2 als Targets ausgebildet wurde. Die magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3C umfasste eine Co0,9Fe0,1-Schicht. Die Fixierungsschicht 2 umfasste eine Pt0,5Mno0,5-Schicht. Die nichtmagnetische Schicht 4 bestand aus Cu. Die nichtmagnetische Schicht 33 der fixierten Schicht 3C, die zur Austauschkopplung verwendet wurde, bestand aus Ru. Ta wurde als Schutzschicht verwendet. Die Proben 29 und 30 werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 29: Ta(3)/Pt0,5Mn0,5(15)/Co0,9Fe0,1(3)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(2)/FeAlO(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2,2)/NiOFeCo(3)/Ru(0,7)/NiFeCo(2)/TaO(3)
  • Probe 30: Ta(3)/Pt0,5Mn0,5(15)/Co0,9Fe0,1(3)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(2)/FeSiO(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2,2)/NiOFeCo(3)/Ru(0,7)/NiFeCo(2)/TaO(3)

Mit Bezug auf 17 wurde das so konstruierte MR-Element 9 zu Quadraten mit einer Seite von etwa 0,5 &mgr;m strukturiert. Die Elektroden 21 aus Cu/Pt wurden an jedem Quadrat des MR-Elements 9 befestigt. Die Leseleitungen 23 wurden mit den Elektroden 21 verbunden. Das MR-Element 9 wurde mit Al2O3 isoliert. Anschließend wurde die Wortleitung 22 aus Cu über dem MR-Element 9 bereitgestellt. Folglich wurde das MR-Speicherelement 1700 hergestellt.

Ein Strom wurde zur Wortleitung 22 geliefert, um die Magnetisierung der freien Schicht 5 aus NiFeCo/Ru/NiFeCo umzukehren, um Informationen zu schreiben. Anschließend wurde ein Strom zur Wortleitung in derselben Richtung wie bei der Schreiboperation geliefert. In diesem Fall wurde im Wesentlichen keine Veränderung des Widerstandes der Leseleitung 23 beobachtet. Wenn ein Strom in einer anderen Richtung geliefert wurde, wurde eine Veränderung des Widerstandes der Leseleitung 23 deutlich beobachtet. Folglich konnte das Speicherelement 1700 unter Verwendung des MR-Elements 9 der vorliegenden Erfindung korrekt betrieben werden.

(Beispiel 16)

Ein MR-Element 1300 (Probe 31), das in 13 gezeigt ist, wurde hergestellt. Das Element 1300 umfasst die magnetische Oxidschicht 52 in der freien Schicht 5D. Eine Elektrode mit einer Cu-Schicht und einer Pt-Schicht wurde auf dem Substrat 1 bereitgestellt. In der Probe 31 umfasste die freie Schicht 5D antiferromagnetische Ni0,68Fe0,2Co0,12-Schichten als magnetische Metallschichten 51. Die magnetische Oxidschicht 52 der freien Schicht 5D umfasste eine Fe3O4-Schicht. Die magnetische Metallschicht 32 der fixierten Schicht 3C umfasste eine Co0,9Fe0,1-Schicht. Die Fixierungsschicht 2 umfasste eine Pt0,5Mn0,5-Schicht. Die nichtmagnetische Schicht 4 bestand aus Cu. Die nichtmagnetische Schicht 33 der fixierten Schicht 3C, die zur Austauschkopplung verwendet wurde, bestand aus Ru. Ta wurde für eine Schutzschicht verwendet. Eine obere Elektrode auf der freien Schicht 5D bestand aus Pt. Die Probe 31 wird folgendermaßen angegeben.

  • Probe 31: Cu(100)/Pt(10)/Ta(3)/Pt0,5Mn0,5(15)/Co0,9Fe0,1(3)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(2)/Fe3O4(0,6)/Co0,9Fe0,1(2)/Cu(2,2)/NiFeCo(2)/Fe3O4(0,6)/NiFeCo(1)/Ru(0,7)/NiFeCo(2)/Ta(3)/Pt(10)

Das so konstruierte MR-Element 9 wurde zu Quadraten mit einer Seite von etwa 0,3 &mgr;m strukturiert, wobei die untere Cu/Pt-Elektrode intakt gelassen wurde. Das ganze Element 9 wurde mit einer Al2O3-Schicht isoliert. Ein Durchgangsloch wurde von der oberen Elektrode 21 bis zur unteren Elektrode 11 bereitgestellt. Die Leseleitungen 23 aus Cu wurden mit der oberen und der unteren Elektrode verbunden. Das MR-Element 9 wurde mit Al2O3 isoliert. Anschließend wurde die Wortleitung 22 aus Cu über dem MR-Element 9 bereitgestellt. Folglich wurde das MR-Speicherelement 1700, wie in 17 gezeigt, hergestellt. Ähnlich zu Beispiel 15 wurde ein Strom zur Wortleitung 22 geliefert, um die Magnetisierung der freien Schicht 5 aus NiFeCo/Ru/NiFeCo umzukehren, um Informationen zu schreiben. Anschließend, wenn ein Strom wieder zur Wortleitung geliefert wurde, wurde eine Veränderung des Widerstandes der Leseleitung 23 beobachtet. Folglich konnte das Speicherelement 1700 unter Verwendung des MR-Elements der vorliegenden Erfindung mit einer solchen Größe korrekt arbeiten. Überdies wurden die Speicher von Beispielen 15 und 16 als nicht-flüchtig bestätigt.

(Beispiel 17)

Ein MR-Element 1100B, das in 11B gezeigt ist, wurde durch Katodenzerstäubung mit einer Schichtbildungsvorrichtung mit mehrdimensionalen Zerstäubungskatoden hergestellt. Um das MR-Element 1100B herzustellen, wurde Pt0,5Mn0,5 als Target für eine Fixierungsschicht 2 verwendet. Ta wurde als Target für eine Schicht 7 verwendet. Co0,9Fe0,1 wurde als Target für eine magnetische Metallschicht 32 verwendet. Ru wurde als Target für eine nichtmagnetische Schicht 33 verwendet. Fe3O4 wurde als Target für magnetische Oxidschichten 31 und 52 verwendet. Cu wurde als Target für eine nichtmagnetische Schicht 4 verwendet. Co0,9Fe0,1 und Ni0,8Fe0,2 wurden als Targets für eine magnetische Metallschicht 51 oder eine freie Schicht 5A verwendet. Ar-Gas wurde als Inertgas zur Katodenzerstäubung verwendet. Alternativ können Kr, Xe oder dergleichen auch verwendet werden. Etwa 1 % O2-Gas wurde zusammen mit dem Ar-Gas nur dann geliefert, wenn die magnetischen Oxidschichten 31 und 52 ausgebildet werden sollten. Der Grund dafür, dass das O2-Gas zugegeben wurde, besteht darin, dass das Fe3O4-Target eine kleinere Menge an O2 nach einer Langzeit-Hochvakuum-Katodenzerstäubung aufweist und folglich die Menge an Sauerstoff ergänzt werden muss, so dass die Menge an Sauerstoff bei der Ausbildung der magnetischen Oxidschicht eingestellt werden kann, wenn die Katodenzerstäubung in einem Hochvakuum durchgeführt wird. Eine geeignete Menge an Sauerstoff ist etwa 10 % oder weniger des gesamten Gasdrucks.

In Beispiel 17 wurde das Fe3O4-Target, das eine relativ kleinere Menge an O2 nach Langzeit-Hochvakuum-Katodenzerstäubung aufweist, verwendet. Nachdem eine Vakuumkammer auf etwa 133,32 × 10–8 Pa oder weniger ausgepumpt war, wurde Katodenzerstäubungsgas in diese geliefert, so dass sie einen Druck von etwa 0,11 Pa hatte, während das vorstehend beschriebene MR-Element auf dem Si-Substrat 1 mit Katodenzerstäubung ausgebildet wurde. Zum Vergleich wurde eine herkömmliche Probe J, die keine magnetische Oxidschicht hatte, ausgebildet. Die Probe 32 der vorliegenden Erfindung und die herkömmliche Probe J werden folgendermaßen angegeben.

  • Probe 32: Ta(3)/Pt0,5Mn0,5(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(1,5)/Fe3O4(1)/Co0,9Fe0,1(1,5)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(1)/Ni0,8Fe0,2(2)/Fe3O4(1)/Ta(3)
  • Herkömmliche Probe J: Ta(3)/Pt0,5Mn0,5(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(3)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(1)/Ni0,8Fe0,2(2)/Ta(3)

Die Eigenschaften der so konstruierten MR-Elemente wurden miteinander in einem Verfahren ähnlich jenem von 12 verglichen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 14 gezeigt.

Wie aus Tabelle 14 zu sehen ist, hat die Probe 32 der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen dasselbe Hp wie jenes der herkömmlichen Probe J, da die Probe 32 die magnetischen Oxidationen 31 und 52 besitzt. Die Probe 32 hat auch ein höheres MR-Verhältnis als jenes der herkömmlichen Probe J.

Ferner wurde eine Probe 33 hergestellt, in der die magnetische Fe3O4-Oxidschicht 52 gegen eine Al2O3-Schicht, die unter Verwendung eines Al2O3-Targets hergestellt wurde, ausgetauscht wurde. Die Probe 33 wird folgendermaßen angegeben.

  • Probe 33: Ta(3)/Pt0,5Mn0,5(1)/Co0,9Fe0,1(2)/Ru(0,7)/Co0,9Fe0,1(1,5)/Fe3O4(1)/Co0,9Fe0,1(1,5)/Cu(2)/Co0,9Fe0,1(1)/Ni0,8Fe0,2(2)/Al2O3(1)/Ta(3)

Die Probe 33 hatte ein MR-Verhältnis von 12,8 %, das so groß ist wie jenes der Probe 32. In diesem Fall wurde jedoch die weichmagnetische Eigenschaft der freien Schicht 5A in der Probe 33 verschlechtert, so dass das umgekehrte Magnetfeld (Koerzitivkraft) der freien Schicht 5A etwa 800 A/m (10 Oe) in der Probe 33 war, was eine Zunahme gegenüber etwa 240 A/m (3 Oe) in der Probe 32 ist. Dies deutet darauf hin, dass die magnetische Oxidschicht 52 nicht nur Elektronen spiegelreflektiert, sondern auch die weichmagnetische Eigenschaft verbessert.

Wie vorstehend beschrieben, kann das Magnetowiderstandseffekt-Element der vorliegenden Erfindung ein größeres MR-Verhältnis als jenes eines herkömmlichen erhalten. Ein Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt mit einem solchen MR-Element kann einen hohen Ausgangspegel erhalten. Dieser Kopf des MR-Typs kann eine Platte mit hoher Dichte einer Magnetaufzeichnungsvorrichtung lesen. Überdies kann die Verwendung des MR-Elements der vorliegenden Erfindung ein nichtflüchtiges und ein hochdichtes MR-Speicherelement verwirklichen.


Anspruch[de]
Magnetowiderstandseffekt-Element, das umfasst:

eine freie Schicht (5B), wobei eine Magnetisierungsrichtung hiervon in Reaktion auf ein äußeres Magnetfeld einfach gedreht wird;

eine erste nichtmagnetische Schicht (4); und

eine erste fixierte Schicht (3B), wobei eine Magnetisierungsrichtung hiervon in Reaktion auf das äußere Magnetfeld nicht einfach gedreht wird,

wobei die erste nichtmagnetische Schicht (4) zwischen die freie Schicht (5) und die erste fixierte Schicht (3B) eingebettet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die erste fixierte Schicht (3B) eine erste obere magnetische Metallschicht (32), eine erste magnetische Oxidschicht (31) und eine zweite untere magnetische Metallschicht (32) umfasst; wobei die erste obere magnetische Metallschicht (32) mit der ersten nichtmagnetischen Schicht (4) in Kontakt ist;

und die erste magnetische Oxidschicht (31) zwischen die erste obere magnetische Metallschicht (32) und die zweite untere magnetische Metallschicht (32) eingebettet ist.
Magnetowiderstandseffekt-Element nach Anspruch 1, das ferner umfasst:

eine Fixierungsschicht (2), die mit der ersten fixierten Schicht (3B) magnetisch gekoppelt ist, um die Magnetisierungsrichtung der fixierten Schicht (3B) durch ein Austausch-Vormagnetisierungsfeld der Fixierungsschicht (2) zu fixieren.
Magnetowiderstandseffekt-Element nach Anspruch 1,

wobei das Magnetowiderstandseffekt-Element eine dritte obere magnetische Metallschicht (51), eine zweite magnetische Oxidschicht (52) und eine vierte untere magnetische Metallschicht (51) umfasst; und die zweite magnetische Oxidschicht (52) zwischen die dritte obere magnetische Metallschicht (51) und die vierte untere magnetische Metallschicht (51) eingebettet ist; und die dritte obere magnetische Metallschicht (51), die zweite magnetische Oxidschicht (52) und die vierte untere magnetische Metallschicht (51) die freie Schicht (5B) bilden.
Magnetowiderstandseffekt-Element nach Anspruch 2, das ferner umfasst:

eine nichtmagnetische Oxidschicht (6),

wobei die Fixierungsschicht (2) zwischen die fixierte Schicht (3B) und die nichtmagnetische Oxidschicht (6) eingebettet ist.
Magnetowiderstandseffekt-Element nach Anspruch 1, das ferner umfasst:

eine nichtmagnetische Oxidschicht (6),

wobei die freie Schicht (5) zwischen die nichtmagnetische Oxidschicht (6) und die erste nichtmagnetische Schicht (4) eingebettet ist.
Magnetowiderstandseffekt-Element nach Anspruch 1,

wobei die fixierte Schicht (3C) ferner eine zusätzliche magnetische Metallschicht (32) umfasst, die zwischen die erste magnetische Oxidschicht (31) und eine weitere nichtmagnetische Schicht (33) eingebettet ist, wobei die weitere nichtmagnetische Schicht (33) von der ersten nichtmagnetischen Schicht (4) verschieden ist und zwischen die zweite untere magnetische Schicht (32) und die zusätzliche magnetische Metallschicht (32) eingebettet ist, wobei sie eine antiferromagnetische Austauschkopplung zwischen der zweiten unteren magnetischen Metallschicht (32) und der zusätzlichen magnetischen Metallschicht (32) schafft.
Magnetowiderstandseffekt-Element nach Anspruch 6,

wobei das Magnetowiderstandseffekt-Element eine zweite magnetische Oxidschicht (52) umfasst, die von der ersten nichtmagnetischen Schicht (4) durch eine weitere magnetische Metallschicht (51) getrennt ist, wobei die zweite magnetische Oxidschicht (52) und die weitere magnetische Metallschicht (51) die freie Schicht (5B) bilden.
Magnetowiderstandseffekt-Element nach Anspruch 6, wobei das Magnetowiderstandseffekt-Element eine zweite nichtmagnetische Schicht (53) umfasst, wobei die zweite nichtmagnetische Schicht (53) von der ersten nichtmagnetischen Schicht (4) verschieden ist und wobei die weitere nichtmagnetische Schicht (33) zwischen eine obere magnetische Metallschicht (51) und eine untere magnetische Metallschicht (51) eingebettet ist, von der ersten nichtmagnetischen Schicht (4) durch die untere magnetische Metallschicht (51) getrennt ist und eine antiferromagnetische Austauschkopplung zwischen der oberen magnetischen Metallschicht (51) und der unteren magnetischen Metallschicht (51) schafft; und die obere magnetische Metallschicht (51), die zweite nichtmagnetische Schicht (53) und die untere magnetische Metallschicht (51) die freie Schicht (5C) bilden. Magnetowiderstandseffekt-Element nach Anspruch 7, wobei das Magnetowiderstandseffekt-Element ferner eine zweite nichtmagnetische Schicht (53) umfasst, wobei die zweite nichtmagnetische Schicht (53) von der ersten nichtmagnetischen Schicht (4) verschieden ist und wobei die weitere nichtmagnetische Schicht (33) zwischen eine obere magnetische Metallschicht (51) und eine mittlere magnetische Metallschicht (51) eingebettet ist, von der zweiten magnetischen Oxidschicht (52) durch die mittlere magnetische Metallschicht (51) getrennt ist und eine antiferromagnetische Austauschkopplung zwischen der oberen magnetischen Metallschicht (51) und der mittleren magnetischen Metallschicht (51) schafft; wobei die obere magnetische Metallschicht (51), die zweite nichtmagnetische Schicht (53), die mittlere magnetische Metallschicht (51), die zweite magnetische Oxidschicht (52) und die weitere magnetische Metallschicht (51) die freie Schicht (5D) bilden. Magnetowiderstandseffekt-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste magnetische Oxidschicht (31) Eisen enthält. Magnetowiderstandseffekt-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste magnetische Oxidschicht (31) als eine Hauptkomponente MFe2O4 enthält, wobei M wenigstens ein Element ist, das aus Fe, Co und Ni ausgewählt ist. Magnetowiderstandseffekt-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste magnetische Oxidschicht (31) als eine Hauptkomponente Fe3O4 enthält. Magnetowiderstandseffekt-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste magnetische Oxidschicht (31) als eine Hauptkomponente CoFeO4 enthält. Magnetowiderstandseffekt-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste magnetische Oxidschicht (31) ein Oxid der zweiten unteren magnetischen Metallschicht (32) ist. Magnetowiderstandseffekt-Element nach Anspruch 14, wobei die zweite untere magnetische Metallschicht (32) eine Co-Fe-Legierung enthält. Magnetowiderstandseffekt-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Magnetowiderstandseffekt-Element ferner Elektroden umfasst, die auf seiner Oberseite und seiner Unterseite vorgesehen sind, und ein Strom vertikal durch das Magnetowiderstandseffekt-Element fließt. Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt, der umfasst:

ein Magnetowiderstandseffekt-Element nach Anspruch 1; und eine Abschirmung.
Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt, der umfasst:

ein Magnetowiderstandseffekt-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und

ein Joch, um ein Magnetfeld einzuleiten, das in dem Magnetowiderstandseffekt-Element detektiert werden soll.
Magnetische Aufzeichnungsvorrichtung, die umfasst:

einen Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt nach Anspruch 17; und

einen Servoabschnitt zum Steuern der Spurverfolgung, die zwischen einem Aufzeichnungsmedium und dem Kopf des Typs mit Magnetowiderstandseffekt erfolgt.
Magnetowiderstandseffekt-Speicherelement, das umfasst:

ein Magnetowiderstandseffekt-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 15;

eine Informationsleseleitung, um Informationen aus dem Magnetowiderstandseffekt-Element zu lesen; und

eine Informationsaufzeichnungsleitung, um die Informationen in das Magnetowiderstandseffekt-Element aufzuzeichnen.
Verfahren für die Herstellung eines Magnetowiderstandseffekt-Elements nach Anspruch 1, wobei das Verfahren umfasst:

einen Schritt des Bildens der ersten magnetischen Oxidschicht (31) durch Katodenzerstäubung unter Verwendung eines Oxidtargets.
Verfahren für die Herstellung eines Magnetowiderstandseffekt-Elements nach Anspruch 21, bei dem das Oxidtarget Fe3O4 umfasst. Verfahren für die Herstellung eines Magnetowiderstandseffekt-Elements nach Anspruch 21, bei dem in dem Schritt des Bildens der ersten magnetischen Oxidschicht (31) durch Katodenzerstäubung ein Inertgas und Sauerstoffgas verwendet werden. Verfahren für die Herstellung eines Magnetowiderstandseffekt-Elements nach Anspruch 22, bei dem in dem Schritt des Bildens der ersten magnetischen Oxidschicht (31) durch Katodenzerstäubung ein Inertgas und Sauerstoffgas verwendet werden. Verfahren für die Herstellung eines Magnetowiderstandseffekt-Elements nach Anspruch 21, bei dem das Oxidtarget CoFe2O4 umfasst.






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