专利名称：磁阻效应器件,磁阻头及制造磁阻效应器件的方法
技术领域：
本发明涉及用低磁场引起实质性磁阻变化的磁阻效应器件，包括该器件并适于用在高密度磁记录及重播中的磁阻头，及制造磁阻效应器件的方法。
磁阻传感器(以下简称为“MR传感器”)及使用磁阻效应器件(以下简称为“MR器件”)的磁阻头(以下简称为“MR头”)已被开发并在实际中使用。作为MR器件中的磁体，通常使用Ni0.8Fe0.2的坡莫合金膜或Ni0.8Co0.2的合金膜。当使用这种磁阻效应材料时，所产生的磁阻变化率(以下简称为“MR率”约为2％。一直希望有大的MR率的高灵敏度MR器件。近来，已经发现一种[Fe/Cr]或[Co/Ru]人造栅膜，它通过金属的非磁薄膜、如Cr膜或Ru膜反铁磁地连接，该膜在强磁场下(约1至10kOe)呈现实质上100％的大磁阻变化(大磁阻效应)(Physical Review Letter,Vol,61,P2472(1988)；Physical Review Letter,Vol.64,P2304(1990))。但是，这种栅膜需要几kOe至几十kOe的强磁场，以获得大的MR率，因此它用作磁头或类似装置是不实际的。
其中对Ni-Fe/Cu/Ni-Fe附设反铁磁材料Fe-Mn的旋转阀型膜也被推荐出现(Journal of Magnetism and Magnetic Materials93,P.101(1991))，它能在很小的磁场下工作。在这种旋转阀膜中，与铁磁材料接触的铁磁膜(引线层)通过交换连接以单方向各向异性设置，由此使铁磁膜的磁化方向固定在一定方向上。另一方面，通过引线层及非磁层设置的铁磁层(自由层)的磁化方向可响应于外部信号磁场相对自由地变化。因此，引线层及自由层的各磁化方向彼此改变，由此改变了电阻。这种MR材料必须的操作磁场小，及其线性度也很好。但是，这种MR材料的MR率低约2％，及Fe-Mn膜具有差的抗腐蚀性能。此外，由于Fe-Mn膜的Neel温度低，器件的特性实质上依赖于温度。
有人推荐使用氧化物反铁磁体如NiO(Nihon Oyo Jiki Gakkaishi18,p.355(1994))或α-Fe2O3(日本公开文献Nos.8-279117及9-92904)作为用在旋转阀膜中的反铁磁体。使用NiO膜的旋转阀膜具有约4％至5％的MR率，它大于使用Fe-Mn的旋转阀膜的MR率。但是，因为它难于制造及它的交换偏置磁场的热稳定性差，该旋转阀膜未被使用。在使用α-Fe2O3的旋转阀膜的情况下，引线层中单向各向异性弱及它的矫顽力大。因此，这种旋转阀膜可能为短顽力不同类型的旋转阀膜。此外，除非在沉积后使膜经受热处理否则不能获得足够的MR率。
另一种具有Ni-Fe/Cu/Co-Pt结构及使用硬磁膜及软磁膜之间矫顽力差别的旋转阀膜也被推荐出来，其中使用硬磁材料(例如Co-Pt)来代替反铁磁材料。在此情况下，通过使用小于硬磁膜所需的矫顽力旋转软磁膜(Ni-Fe膜)的磁化方向来产生磁化平行度或磁化逆平行度。但是，由于它难于改善软磁层的特性，这种类型的旋转阀未在实际中使用。
如上所述，传统的旋转阀类型的MR器件不具有足够的MR率。使用NiO的传统旋转阀提供了高MR率，但具有如热稳定性差、MR曲线磁滞不理想及阻塞磁场不足的问题。在另外传统的旋转阀膜α-Fe2O3的情况下，MR率低于使用NiO的旋转阀膜的MR率，并除非使膜在沉积后经受热处理否则不能获得足够的MR率。
根据本发明的一个方面，本发明的磁阻效应器件包括多层膜，该多层膜包括反铁磁膜、第一铁磁膜、非磁膜及第二铁磁膜，它们以此顺序直接或经过下一层设在非磁衬底上。该反铁磁膜包括α-Fe2O3膜。多层膜的表面粗糙度约为0.5nm或以下。
在本发明的一个实施例中，第一铁磁膜包括Co1-xFex合金膜(0＜x≤0.5，其中x表示原子组分比)。
在本发明的一个实施例中，第一铁磁膜通过在Ni-Fe合金层或Ni-Fe-Co合金层上设置Co1-xFex合金层(0＜x≤0.5，其中x表示原子组分比)。
在本发明的一个实施例中，下层的主要成分是Pt或Au。
在本发明的一个实施例中，α-Fe2O3膜的厚度在约5nm及约40nm之间的范围中。
在本发明的一个实施例中，第二铁磁膜的易轴这样布置，以使得它与待检测的信号磁场方向实质上垂直。
根据本发明的另一方面，一种磁阻效应器件包括多层膜。该多层膜包括反铁磁膜、第一铁磁膜、非磁膜及第二铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上。该反铁磁膜包括具有α-Fe2O3膜及第二反铁磁膜的分层结构。
在本发明的一个实施例中，第二反铁磁膜包括一个NiO膜或CoO膜。
在本发明的一个实施例中，第二反铁磁膜设置在α-Fe2O3膜上。
在本发明的一个实施例中，α-Fe2O3膜设置在NiO膜上面。
在本发明的一个实施例中，第二铁磁膜的易轴这样地布置，以使得它与待检测的信号磁场方向实质上垂直。
根据本发明的又一方面，一种磁阻效应器件包括多层膜。该多层膜包括反铁磁膜、第一铁磁膜、非磁膜及第二铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上。反铁磁膜包括一个α-Fe2O3膜。该α-Fe2O3膜的厚度在约5nm及约40nm之间的范围中。
在本发明的一个实施例中，第二铁磁膜的易轴这样地布置，以使得它与待检测的信号磁场方向实质上垂直。
根据本发明的另一方面，一种磁阻效应器件包括多层膜。该多层膜包括第一反铁磁膜、第一铁磁膜、第一非磁膜、第二铁磁膜、第二非磁膜、第三铁磁膜及第二反铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上。第一反铁磁膜包括一个α-Fe2O3膜。多层膜的表面粗糙度约为0.5nm或以下。
在本发明的一个实施例中，第二铁磁膜的易轴这样地布置，以使得它与待检测的信号磁场方向实质上垂直。
根据本发明的又一方面，一种磁阻效应器件包括多层膜。该多层膜包括第一反铁磁膜、第一铁磁膜、第一非磁膜、第二铁磁膜、第二非磁膜、第三铁磁膜及第二反铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上。第一反铁磁膜包括具有一个α-Fe2O3膜及第三反铁磁膜的分层结构。
在本发明的一个实施例中，第二反铁磁膜包括一个Ir-Mn膜。
在本发明的一个实施例中，第二铁磁膜的易轴这样地布置，以使得它与待检测的信号磁场方向实质上垂直。
在本发明的一个实施例中，第一铁磁膜及第三铁磁膜中至少一个包括间接交换耦合膜。
根据本发明的另一方面，一种磁阻效应器件包括反铁磁膜、间接交换耦合膜、第一非磁膜、第一铁磁膜、它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上。反铁磁膜包括一个α-Fe2O3膜。间接交换耦合膜包括第二非磁膜及一对在其中夹放第二非磁膜的第二铁磁膜。
在本发明的一个实施例中，第二铁磁膜的主要成分是Co。
在本发明的一个实施例中，第二非磁膜的主要成分是Ru。
根据本发明的另一方面，一种磁阻头包括如上所述的磁阻效应器件；及用于将磁阻效应器件与屏蔽部分隔开的屏蔽间隔部分。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造磁阻效应器件的方法。该器件包括多层膜，该多层膜包括反铁磁膜、第一铁磁膜、非磁膜及第二铁磁膜，它们以此顺序地或通过一下层设在非磁衬底上。该方法包括在非磁衬底上直接地或通过一下层形成厚度在约5nm及约40nm之间的范围中的的反铁磁膜的第一步骤；及在反铁磁膜上以其顺序沉积第一铁磁膜、非磁膜及第二铁磁膜，以使得多层膜的表面粗糙度约为0.5nm或以下的第二步骤。第一步骤包括一个溅射其主要成分为α-Fe2O3膜的靶的步骤。
根据本发明另一方面，提供了一种制造磁阻效应器件的方法，该器件包括多层膜，该多层膜包括第一反铁磁膜、第一铁磁膜、第一非磁膜、第二铁磁膜、第二非磁膜、第三铁磁膜及第二反铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上。该方法包括在非磁衬底上直接地或通过一下层形成第一反铁磁膜的第一步骤；在反铁磁层上以其顺序沉积第一铁磁膜、第一非磁膜、第二铁磁膜、第二非磁膜、第三铁磁膜及第二反铁磁膜，以使得多层膜的表面粗糙度约为0.5nm或以下的第二步骤。第一步骤包括一个溅射其主要成分为α-Fe2O3膜的靶的步骤。
因此，这里所述的本发明使下列优点成为可能(1)提供了一种MR器件，它通过使用α-Fe2O3膜膜或α-Fe2O3/NiO分层膜可呈现大的MR率并由此能精确控制界面的表面粗糙度；(2)提供了制造这种MR器件的方法，及(3)提供了包括这种MR器件的MR头。
本发明的这些及另外优点，对于本领域的熟练技术人员业说，在阅读及理解了以下参数附图的详细说明后将会变得明白。
图1A是表示本发明MR器件结构的横截面图；图1B是表示本发明MR器件结构的横截面图；图2A是表示本发明MR器件结构的横截面图；图2B是表示本发明MR器件结构的横截面图；图3是表示本发明MR头结构的横截面图；图4是表示本发明MR头的透视图；图5是表示沿一磁盘的本发明MR头的横截面图；图6是表示根据本发明的与一个记录头集成的MR头的横截面图；图7是表示本发明的另一MR头的横截面图；图8是表示制造本发明的MR头的流程图；图9是表示制造本发明的MR器件部分的流程图；图10是表示本发明的MR器件曲线的曲线图；图11是表示其中使用Co1-xFex合金作为第一铁磁层的MR器件的组分依赖性的曲线图12是表示本发明的MR器件曲线的曲线图。
图13是表示本发明另一MR器件曲线的曲线图；图14是表示在本发明的MR器件中MR率、Hp、Hc及Hd相对于α-Fe2O3膜厚度(t)的曲线图；图15是表示本发明的MR器件中MR率及Hp相对于热处理温度的曲线图。
现在将借助附图来描述本发明的MR器件及MR头。
图1A、1B、2A及2B表示本发明的MR器件。本发明的MR器件包括反铁磁膜3，第一铁磁膜4，非磁膜5及第二铁磁膜6，它们以此顺序沉积在非磁衬底1上。在图1A及1B所示的示范例中，第一铁磁膜4(引线层)经受业自反铁磁膜3的交换偏置磁场，因此具有一个固定的磁化方向。相反地，设在非磁膜5上的第二铁磁膜6的磁化方向可响应外部磁场的相对自由地变化。因此第二铁磁膜(自由层)6的磁化方向及第一铁磁层(引线层)4的磁化方向彼此相对地变化，由此改变了电阻(磁阻)。基于相同原理，MR传感器可读出作为电信号的由外部磁场引起的电阻变化。
最好，反铁磁膜3是一种氧化物反铁磁膜如NiO膜、CoO膜或α-Fe2O3膜。最好是α-Fe2O3膜。已经知道，在传统的金属反铁磁材料中，使用NiO的旋转阀膜的MR率大于使用金属反铁磁材料如Fe-Mn的旋转阀膜的MR率。对将作如下的解释。当使用了用NiO的旋转阀膜时，在反铁磁膜3及第一铁磁膜(引线层)4的界面上引起导电电子的镜面反射(Physical Review B,Vol.53,P.9108(1996-Ⅱ))。为了在界面上引起镜面反射，反铁磁膜3及第一铁磁膜(引线层)4之间的界面鉴于导电电子波长(若干埃)应足够平滑。本发明可以使界面的平滑度改善，并由能获得此传统中已实现的更大的由α-Fe2O3旋转阀膜产生的MR率(日本公开文献Nos.8-279117及9-92904)。
当评价反铁磁膜和铁电膜之间的平滑度时，最好能直接地评价反铁磁膜3的界面或表面的平滑度。另外，也可通过测量多层膜表面的平滑度来评价。在此情况下，虽然在整个区域上该表面应最好完全平滑，但也可具有高至几百埃的超伏，只要该表面能包括在一埃容差上的一个平滑区域就行。最好，约整个区域的10％及更好约20％应为仅具有约0.5nm或更小的起伏的平滑。
图1A、1B、2A及2B中所示的示范结构使用α-Fe2O3膜。氧化物反铁磁膜与金属反铁磁膜、如Fe-Mn膜、Ni-Mn膜、Pd-Mn膜、Pt-Mn膜、Ir-Mn膜或Fe-Ir膜相比，其优点在于通常氧化物反铁磁膜3具有更大的MR率。另一优点是，当MR器件被用作MR头时，包括屏蔽间隙材料(相应于图6中屏蔽间隙距离d)在内的整个MR器件的厚度可以小些，因为氧化物反铁磁膜3是一种绝缘膜，因此可考虑作为下层绝缘膜(屏蔽间隙)的一部分。具有小屏蔽间隙距离d的MR头适合于未来期望的以非常高的记录密度进行高密度的记录。
如图1A所示，当α-Fe2O3膜本单独使用时，但最好应具有至少约5nm，但也可至约40nm或较小的厚度。
当α-Fe2O3膜3与另外反铁磁膜(未示出)、如NiO膜或CoO膜一起形成层时，可以此α-Fe2O3膜3本身单独使用时能更有效地对引线层4施加交换偏置磁场。由于形成层的膜厚度相等，该膜提供了诸如较大的交换偏置磁场及较大MR率的优点。由于形成层的膜MR特性相同，器件整个厚度可更小，故该膜更有利。
当α-Fe2O3膜3在NiO膜、CoO膜或类似膜上形成层时，并当α-Fe2O3膜的厚度在约5nm及约40nm之间的范围中时，可对引线层4(第一铁磁层)施加大的交换偏置磁场，厚度范围更好为在约10nm及约40nm之间。在此情况下，NiO或CoO膜的厚度优选在约5nm及40nm之间的范围中，更好为在约10nm及约30nm之间的范围中。α-Fe2O3膜3的厚度应等于或大于NiO或CoO膜的厚度。
在形成层的反铁磁膜中，NiO膜最好在α-Fe2O3膜3的上面。虽然这种成层的反铁磁膜与α-Fe2O3膜3置于NiO膜上面的反铁磁膜相比具有稍低的MR率，但可提供更大的交换偏置磁场，由此整个结构可以更薄。例如，具有约20nm的总厚度，就可提供足够的交换偏置磁场。在此情况下，α-Fe2O3膜的厚度最好在5nm及约30nm之间的范围中，及NiO膜的厚度最好在约5nm及约20nm之间的范围中。
也可有效地使用图2A中所示的间接交换耦合膜50，以便进一步增加对引线层4施加的偏置磁物(或进一步稳定引线层4的磁化方向)。通过在铁磁膜51及53之间插入一个合适的非磁膜52可获得间接交换耦合膜50。例如，通过设置厚度为约0.7nm的Ru膜作为非磁膜52及Co膜作为铁磁膜51及53，则在两个铁磁膜51及53之间有更强的间接交换相互作用，由此稳定了引线层4的磁化方向。如果铁磁膜53的磁化方向进一步被反铁磁膜3固定，可进一步稳定引线层4的磁化方向。
在图2A所示的结构中，除了Co膜外，Co-Fe膜、Ni-Fe-Co膜或类似膜也可替代用作铁磁膜51及53。铁磁膜51及53的厚度应至少约为1nm，并最对约为4nm或较小。最好铁磁膜51及53的相应厚度彼此不相同，并彼此至少相差约0.5nm。除Ru膜外，Cu膜、Ag膜或类似膜也可替代用作非磁膜52。最好，非磁膜52的厚度在约0.3nm及约1.2nm之间的范围中。
可使用Si、玻璃、蓝宝石、MgO或类似物作为衬底1的材料。在MR头中，典型使用Al2O3-TiC衬底。
当使用Co1-xFex合金(0＜x≤0.5，其中x表示原子组分比)作为第一及第二铁磁膜4和6时，可获得较大的MR率。由于对于第二铁磁膜6重要的是具有较磁特性，通常使用Ni-Fe合金、Ni-Fe-Co合金或类似物作为其材料。作为第一铁磁膜4，最好使用Co1-xFex合金，或类似物，由此可增大MR率。尤其当使用Cu作为非磁膜时，Co1-xFex合金产生出依赖于旋转引起的大量散射，由此增加了MR率。最好使用Ni-Fe膜、富Ni的Ni-Fe-Co膜或类似物作为与α-Fe2O3膜了接触的膜并从它接收交换偏置磁场。因此，最好在包括Ni-Fe膜、Ni-Fe-Co膜或类似膜的层结构中，在α-Fe2O3膜3侧上设置第一铁磁膜4，及在非磁膜5侧设置Co-Fe膜或类似膜。当第一铁磁膜4的总厚度过小时，MR率降低。另一方面，当第一铁磁膜4的总厚度过大时，交换偏置磁场下降。因此，第一铁磁膜4的总厚度优选在约2nm及约10nm之间的范围中，等于或小于5nm更好。
最好使用Ni-Fe合金、Ni-Co-Fe合金或类似物作为第二铁磁膜6的材料。最好NixCoyFez膜的原子组分比为0.6≤x≤0.90≤y≤0.40≤z≤0.3(由此获得富Ni的软磁膜)；或0≤x≤0.40.2≤y≤0.950≤z≤0.5(由此获得富Co的膜)。
具有这种复合物的膜呈现出MR传感器或MR头所需的低磁致伸缩(1×10-5)。非晶膜、如Co-Mn-B膜、Co-Fe-B膜、Co-Nb-Zr膜或Co-Nb-B膜可替代用作第二铁磁膜6的材料。
最好，第二铁磁膜6的厚度在约1nm及约10nm之间的范围中。当第二铁磁膜6过厚时，由于分路效率使MR率降低。当第二铁磁膜6过薄时，软磁性能降低。最好是，其厚度在约2nm及约5nm之间的范围中。
在第二铁磁膜6及非磁膜5之间的界面上也可有效地设置Co-Fe合金膜作为界面磁膜(来示出)。当界面磁层过厚时，MR率对磁场的敏感性降低。因此，界面磁层的厚度优选为约2nm或更小，更好为约1nm或更小。为了使界面磁膜有效地起作用，它的厚度应至少约为0.4nm。
虽然Cu膜、Ag膜、Au膜、Ru膜或类似膜可用作非磁膜5，但Cu膜尤其优先。最好非磁膜5的厚度至少为1.5nm，及更好至少为1.8nm，以便能足够抑制磁膜4及6之间的相互作用。当非磁膜5过厚时，MR率降低。因此该厚度优选为约10nm或更小，并更好为约3nm或更小。
最好使用Pt膜、Au膜或类似膜作为图1B中所示的下层2。当α-Fe2O3膜3形成在下层2上时，改善了α-Fe2O3膜3的结晶度，并增大了施加于第一铁磁膜4的交换偏置磁场，由此改善了MR特性。下层2具有使膜表面平滑的另一优点。因此，反铁磁膜3及第一铁磁膜4之间的界面被平滑了，并获得了镜面反射效应，由此增大了MR率。下层2的厚度优选为至少约1nm，并更好为至少10nm。当下层2过厚时，产生量下降。因此，下层2的厚度优选为约50nm或以下，并更好为约20nm或以下。
虽然以上已描述了所谓的“单旋转阀膜”结构(其中仅具有一个引线层4)，但本发明也能有效地使用“双旋转阀膜”结构(其中具有两个引线层)。“双旋转阀膜”结构的示范例表示在图2B中。参照图2B，该对旋转阀膜结构附加地包括在非磁膜5A上的第三铁磁膜7及反铁磁膜8。在此结构中，第三铁磁膜7可由与第一铁磁膜4相同的材料构成。但是，反铁磁膜8最好不是如α-Fe2O3膜或NiO膜那样的氧化膜。而可更优选地使用以下材料中一种的金属膜作为反铁磁膜8:Fe-Mn、Ni-Mn、Pd-Mn、Pt-Mn、Ir-Mn、Cr-Al、Cr-Mn-Pt、Fe-Mn-Rh、Pd-Pt-Mn、Ru-Rh-Mn、Mn-Ru、Cr-Al或类似物。这是因为，当反铁磁膜设为上层时，反铁磁膜为金属反铁磁膜时比氧化物膜的交换偏置更有效。在以上列出的材料中，Fe-Mn最典型地用在传统的旋转阀膜中。但是，鉴于防腐蚀，Fe-Mn膜在本发明中不当优先，而In-Mn膜尤为优先。最好Ir2Mn1-z膜的原子组分比为0.1≤z≤0.5。
例如，层1至8可使用溅射方法、或溅射方法结合蒸气沉积方法来形成。溅射包括DC溅射法、RF溅射法及离子束溅射法、等，所有这些可适用于产生本发明的MR器件。对于形成α-Fe2O3或NiO膜，RF膜溅射法尤为优先。
图4表示包括上述MR器件的本发明的MR头的示范结构。图3表示从图4中A方向所视的MR头的结构。图5表示沿图4中B所示平面所剖取的横截面图。在以下说明中，大部分参照图3。
参照图3，MR器件部分9被夹在上和下屏蔽间隙14及11之间。可使用绝缘膜如Al2O3膜、SiO2膜或类似膜作为屏蔽间隙。在屏蔽间隙14及11上述分别设有上及下屏蔽层15及10。可使用软磁膜例如Ni-Fe合金膜作为屏蔽材料。为了控制MR器件的磁区域，用如Co-Pt合金材料作的硬偏置部分12施加偏置磁场。虽然在该例中使用硬膜来施加偏置磁场，但也可类似地使用如Fe-Mn膜这样的反铁磁膜。MR器件部分9由屏蔽间隙11及14及屏蔽层10及15绝缘，MR器件部分9的阻抗变化可通过引线部分13对其施加电流出读出。
因为MR头是一种只读头，它通常与用于写的感应头相组合。图5和6表示写头部分41及读出部分32。图6表示如图3所示的相同结构并在其上设有附加的写头部分31。写头部分31包括经过记录间隙膜40设在上屏蔽层15上面的上芯16。
图6表示具有传统相邻接合的MR头，而图7表示具有上层结构的另一有效MR头，其中轨迹宽度41可更精确地控制。因此，图7中所示结构可更好地考虑用于由增大记录密度产生的轨迹宽度的下降。
现在将参照图5来描述MR头的记录和重播机制。参照图5，在记录操作期间，由通过线圈17导通的电流产生的磁通被泄通到上芯16和下屏蔽层15之间的空间中，由此在磁盘21上写信息。头30以图中箭头C所指方向相对磁盘21移动，其中可通过使流过线圈17的电流反向来使记录磁化方向23反向。当记录密度增大时，记录长度(记录节距)22变短，由此必须相应减小记录间隙长度(记录间隙节距)19。
在重播操作中，从磁盘21的记录磁化部分泄漏出的磁通24作用在屏蔽层10和15之间的MR器件部分9上，由此改变了MR器件的阻抗。由于通过引线部分13将电流导入MR器件部分，它的阻抗变化可作为其(输出)电压的变化被读出。
现在参照图8来描述制造MR头的方法。
首先，在适当处理的衬底上形成如图3所示的下屏蔽层10(S801)。然后，在下屏蔽层10上形成下间隙屏蔽层11(S802)，在下间隙屏蔽层11上形成MR器件部分层(S803)。在MR器件部分层成型为MR器件部分9后，如图3中所示(S804)，形成硬偏置部分12(S805)及引线部分13(S806)。然后形成上屏蔽间隙14(S807)及上屏蔽层15(S808)。最后，形成写头部分31，如图6中所示(S809)，由此获得一个MR头。
参照图9，将更详细地描述形成MR器件部分9的步骤(S803)。通过将α-Fe2O3靶溅射到非磁衬底1上形成反铁磁膜3，如图1A中所示(S901)。然后，将第一铁磁膜4、非磁膜5及第二铁磁膜以此顺序沉积到反铁磁膜3上，由此获得MR器件部分9(S902)。
为了获得的图2B所示的MR器件，将非磁膜5A、第三铁磁膜7及反铁磁膜8以此顺序沉积到第二铁磁膜6上，由此获得MR器件部分。
为了进一步增加硬盘驱动器的记录密度，应缩短记录长度(记录节距)，为此必须缩短如图3中所示的屏蔽层之间的距离d(图5中由标号18表示)。如从图3中可见到的，必须减小MR器件部分9的厚度。最好，MR器件部分9的厚度不包括反铁磁膜在内应为约20nm或以下。用于本发明的反铁磁α-Fe2O3膜为绝缘膜。因此，如果将反铁磁α-Fe2O3膜设为绝缘膜的一部分(例如作为图3中间隙屏蔽层11的一部分)，它的厚度较不受限制。但是，当将反铁磁α-Fe2O3膜设为MR器件部分9的一部分时，它应尽可能地薄。反铁磁α-Fe2O3膜的厚度应优选为约40nm或以下，并最好为约20nm或更小。
如图1A、1B、2A及2B中所示，在MR器件部分中，第二铁磁膜(自由层)6的易磁化轴(也称为“易轴”)最好布置成基本垂直于被检测信号磁场的方向上，以例抑制软磁膜磁化转换期间巴克好森噪音的产生。
现在将借助于图示例子来描述本发明的MR器件及MR头。
实施例1在实施例1中，使用具有作为靶的α-Fe2O3膜、Co、Co0.85Fe0.15、Ni0.68Fe0.20CO0.12、Cu及Fe0.5Mn0.5的溅射装置来制造具有如图1A中所示结构的玻璃衬底上的各个MR器件。在真空室被轴到约1×10-8Torr时，将Ar气体加入其中，以便在使用溅射法在衬底上形成结构时将其中压力保持在约0.8mTorr上。Co0.85Fe0.15合金被用作第一铁磁膜4，及Cu被用作非磁膜5。使用包括Co0.85Fe0.15及Ni0.68Fe0.20Co0.12的金属结构作为第二铁磁膜6。在第二铁磁膜6上形成另一Cu层作为保护层。
四个不同的样品器件A1-A4被制造出来。用于形成每个样品A1-A4各层的相应材料及厚度表示如下(厚度以nm表示在括号中)。样品器件A3用Fe-Mn反铁磁膜制造，它作为使用传统Fe-Mn合金的比较器件。由于反铁磁膜3必须在形成引线层4后形成，首先形成自由层(与使用α-Fe2O3时的次序相反)。当使用α-Fe2O3膜时使用RF方法，而当使用其它任何材料时使用DC方法。
A1:α-Fe2O3(50)/Co0.86Fe0.15(2)/Cu(2)/Co0.45Fe0.15(1)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(2)/Cu(0.4)A2:α-Fe2O3(50)/Co(2)/Cu(2)/Co(1)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(2)/Cu(0.4)A3:Ni0.88Fe0.20Co0.12(2)/Co0.85Fe0.15(1)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(2)Fe0.5Mn0.5(10)/Cu(0.4)A4:α-Fe2O3(50)/Ni0.8Fe0.20(1)Co0.85Fe0.15(1)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(2)/Cu(0.4)每个生成膜的组成接近靶材料的原始组分。例如，当α-Fe2O3具有Fe/O=1.5/1的原始组分时，分析表明生成的α-Fe2O3膜具有Fe/O=1.45/1的组分。
组分比不是精确地为1.5/1。当使用α-Fe2O3作为靶时，甚至当制造条件如溅射压力有些变化时也能获得优良的αR特性。因此，只要Fe/O的组分在从约1.35/1至约1.55/1之间本发明均能有效。
在室温下使用DC4-终端方法施加高至约40KA/m(500Oe)的磁场对制成的MR器件(样品A1)的特性进行了评价。
由样品A1获得的MR曲线91表示在图10中。在图10中，水平轴代表施加磁场及垂直轴代表MR率，MR率是在施加的参考值为40KA/m的磁场下测量阻抗的阻抗变化率(％)。图10总地表示在沿MR曲线91上的点(a)、(b)及(c)处的引线层(第一缺磁层4)及自由层(第二铁磁层6)的相应磁化方法。图10表示本发明的MR器件呈现非常大的MR率。
当施加了约-40KA/m的磁场时，引线层4及自由层6具有实质上相同的方向(点(a))。当磁场逐渐地增大并超过值“0”时，第二铁磁膜6(自由层)的磁化方向反向，然后MR率急速地增大到点(b)。当进一步增大施加的正磁场时，引线层4的磁化方向也反向，由此MR率向着点(c)减小。参照图10，交换偏置磁场“HP”被定义者当MR率在通过峰值(点(b))后交成其峰值一串时被施加磁场的幅值。该值HP用于计算α-Fe2O3膜的交换偏置磁场。典型地，较大的交换偏置磁场指示引线层4更稳定的磁化方向(因此对于MR器件更稳定)。下列表1表示如上述测量的样品A1-A4的MR率为HP值。
表1<
>表1的说明如下。使用α-Fe2O3的样品MR器件A1呈现出比使用传统Fe-Mn合金的样品器件A3更大的磁阻变化。使用Co-Fe合金的每种MR器件A1、A2、A4比使用Co的器件A3呈现出更大的MR率。在第一磁层设有包括Ni-Fe层及Co-Fe层的双层结构的样品器件A4中，交换偏置磁场显著地大(接近A1的两倍)，而它的MR率未显著地变化。可以看到，样品器件A4对外部磁场更稳定。
使用如下所示的材料及厚度制造出另一样品器件A5，对它的MR特性进行了计算，以便确定Co1-xFex(引线)层的组合依赖性(X原子组分比)。
A5:α-Fe2O3(60)/Co1-xFex(2)/Cu(3)/Co0.85Fe0.15(5)/Cu(0.4)图11表示样品器件A5的MR率的组分依赖性。可以看出，MR率实质上依赖Co1-xFex组分比而复化。在0＜x≤0.5的范围中，MR率表示急剧上升。
其次，分别使用样品器件A1(本发明)，A2及A3(比较例)制出了如图3中所示的MR头，并对它们的特性进行了评价。在每个制出的MR头中，使用Al2O3-TiC材料作为衬底，Ni0.8Fe0.2合金作为屏蔽层10及15，及Al2O3作为屏蔽间隙11及14。此外，使用Co-Pt合金作为硬偏置部分，及Au作为引线部分13。磁膜被各向异性地这样设置，即使得引线层(第一铁磁膜4)的易轴实质上平行于待测信号磁场的方向，由此使自由层(第二铁磁膜6)的易轴实质上垂直于待测信号磁场的方向。磁膜积沉是使用永久磁铁，因此在膜平面中以所需各向异性方向对膜施加磁场。对磁阻头施加的50Oe的交变信号磁场，未对制成的磁阻头各自的输出求值。使用本发明的MR器件A1的MR头的输出约比使用比较MR器件A2及A3的MR头的输出分别高出约50％及约100％。实施例2以与实施例1中相同方式制造各具有如图1B中所示结构如下列样品MR器件B1-B3。
B1:Pt(10)/α-Fe2O3(40)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2.1)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(0.4)B2:Ai(10)/α-Fe2O3(40)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2.1)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(0.4)B3:α-Fe2O3(40)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2.1)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(0.4)制成的样品器件B1-B3接收与例1中相同的求值。其结果表示在以下表2中。表2<
>表2的说明如下。通过使用Pt或Au下层(B1、B2)，甚至当α-Fe2O3层相对薄时也能获得大的交换偏置磁场Hp。当无下层及相对薄的α-Fe2O3层(B3)时，交换偏置磁场不能有效起作用并变得很弱。在此情况下，不能完全获得引线层4及自由层6之间的逆车行，由此降低了MR率。实施例3以与实施例1中相同方式并使用分层氧化物结构作为反铁磁层制造各具有如图1A中所示结构的下列样品MR器件C1-C12。当NiO或CoO膜被使用时使用了RF方法。
C1:NiO(10)/α-Fe2O3(30)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C2:NiO(10)/α-Fe2O3(20)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C3:NiO(10)/α-Fe2O3(10)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C4:CoO(10)/α-Fe2O3(30)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C5:α-Fe2O3(30)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C6:α-Fe2O3(40)/NiO(10)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C7:α-Fe2O3(30)/NiO(10)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C8:α-Fe2O3(20)/NiO(10)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C9:α-Fe2O3(10)/NiO(10)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C10:NiO(40)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C11:NiO(10)/α-Fe2O3(8)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)C12:α-Fe2O3(40)/NiO(4)/Co(2)/Cu(2.5)/Co0.85Fe0.15(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Cu(2)制成的样品器件C1-C12接收与例1中相同的求值。其结果表示在以下表3中。
表3
如从表3中清楚地看到的，使用分层氧化物反铁磁结构的本发明每个MR器件C1-C4及C6-C9呈现出比使用传统单层反铁磁结构的MR器件C5更大的MR率。可以确信对此的理由如下。在样品器件C5中，对第一铁磁层的交换偏置磁场弱，由此不能实现足够的磁化逆平行度，从而减少了MR率。另一方面，当设置了分层反铁磁结构时，可对铁磁层施加足够的交换偏置磁场，因此可实现足够的磁化逆平行度。
以下将说明样品器件C1-C3与样品器件C6-C9之间的比较。每个样品器件C1-C3中NiO层在形成α-Fe2O3层以前形成，这些器件趋于具有大MR率及稍低的Hp值。另一方面，每个样品装置C6-C9中α-Fe2O3层在形成NiO层以前形成，这些样品趋于具有稍低的MR率及较大的Hp值。使用α-Fe2O3/NiO分层反铁磁结构的每个样品器件C6-C9比使用NiO单层反铁磁结构的样品器件C10呈现较大的MR率及更大的交换偏置磁场Hp。
此外，本例中的样品器件C1-C3与比较例的样品器件之间的比较表明当在沉积α-Fe2O3膜前沉积NiO膜时，最好设置其厚度实质上等于或大于NiO膜厚度的α-Fe2O3膜。
此外，样品器件C6和样品器件C12之间的比较表明当在沉积NiO膜前沉积α-Fe2O3膜时，最好设置其厚度至少约5nm的NiO膜。实施例4以与实施例1中相同方式制造出各具有如图2中所示结构的下列样品MR器件D1-D6。
D1:α-Fe2O3(60)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(5)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(2)/Ir0.2Mn0.8(8)D2:NiO(10)/α-Fe2O3(30)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(5)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(2)/Ir0.2Mn0.8(8)D3:α-Fe2O3(20)/NiO(10)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(5)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(2)/Ir0.2Mn0.8(8)D4:α-Fe2O3(60)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(5)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(2)/FeMn(8)D5:α-Fe2O3(60)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(5)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(2)/α-Fe2O3(60)D6:Ir0.2Mn0.8(8)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(5)/Co0.85Fe0.15(0.4)/Cu(2)/Co0.85Fe0.15(2)/Ir0.2Mn0.8(8)图12表示以与例1中相同方式测量的样品器件D1的MR曲线。可以看到，样品器件D1具有非常高的MR率及足够的偏置磁场。测量的各个样品器件D1-D6的MR率表示在以下表4中。
表4
如表4中所示，虽然本例的每个样品器件D2及D3的MR率大致与样品器件D1的相同，但该MR率可用较小厚度实现，这是由于分层的反铁磁结构。本例中各样品器件D2及D3的MR率大于比较例样品器件D4-D6的MR率。还可看出，样品器件D4(它使用Fe-Mn材料作为第二反铁磁膜)及样品器件D6(它均使用Ir-Mn材料作第一及第二反铁磁膜)各具有低MR率。样品器件D5(它的使用α-Fe2O3材料作第一及第二反铁磁膜)具有大MR率，但交换偏置磁场Hp仅约样品器件D1的一半。这是因为用作反铁磁膜的α-Fe2O3膜仅具有弱的阻塞效应。因此，最好使用金属反铁磁膜如Ir-Mn膜作为第二反铁磁膜。实施例5在此例中，使用预先用离子束在不同状态下处理的玻璃衬底表面的不同表面粗糙度制造出多个样品器件E。这些样品器件是以与例1中相同方式制造的。
E:Au(20)/α-Fe2O3(20)/Co0.85Fe0.15(2)/Cu(2)/Ni0.68Fe0.20Co0.12(3)下面的表表示制成的样品器件的各个表面粗糙度及MR率。使用STM(扫描隧道显微镜)对表面粗糙度计值。在每个样品器件的10mm×10mm表面上随意地选择十个10nm×10nm的面积。每个面积的表面粗糙度被确定为其中最高点及最低点之间的高度差。将十个面积的表面粗糙度值平均以获得该样品器件的表面粗糙度。
表5
表5表明当表面粗糙度为约0.5nm或更小时，器件呈现大的MR率。实施例6制造出以下的样品器件F。使用Si衬底作为衬底，及将衬底制备处理室抽到约2×10-6Torr或更低，此后将Ar气体导入制备室中，直到其中压力为约4.5×10-4Torr为止。然后使用ECR离子源及约100V的加速电压对衬底表面清洁约20分钟。接着，将生成的衬底传送到沉积室中，该室与制备室相通，并用与实施例1中相同方式制造样品器件F。
F:α-Fe2O3(t)/Co(2)/Cu(2)/Co0.90Fe0.10(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Ta(3)图13表示样品器件F的MR曲线，其中α-Fe2O3膜的厚度(t)为t=10。施加约6KA/m的弱磁场测量MR曲线，其中当引线层4的磁化方向固定时仅由于自由层6的磁化方向反向可观察MR率的变化。在图13中，Hc表示相应于磁化曲线矫顽力的值，及“Hd”表示MR曲线中心及零磁场之间的位移。关于MR器件的操作，MR曲线表明，由于值Hc及Hd小，接近零磁场的磁阻变化大，这说明该MR器件是具有高灵敏度的理想器件。
图14表示样品器件F的MR率、Hp、Hd及Hc相对α-Fe2O3膜厚度(t)的关系。参照图14，当α-Fe2O3膜厚度(t)在此范围中变化时MR率无显著改变。值Hp随着α-Fe2O3膜厚度(t)的增加而增加。虽然当α-Fe2O3层薄时这可能是一个问题，但通过在约40KA/m的磁场中在约300℃下处理样品器件可使Hp保持在约40KA/m或更大(这也可从下面例7中得知)。因此，Hp不是一个严重的问题。值Hc或Hd随着α-Fe2O3膜厚度(t)的减少而减少。
因此，由图14可以看到，本发明的MR器件(其中α-Fe2O3膜厚度(t)在约10nm及约40nm这间的范围中)最适用于作为高灵敏度MR器件，它比传统器件(其中α-Fe2O3膜厚度(t)为约50nm或更厚)有更高的磁场灵敏度。实施例7以与实施例1相同的方式在玻璃衬底上制造出样品MR器件G。
G:α-Fe2O3(t)/Co(2)/Cu(2)/Co(5)/Cu(0.4)使该样品器件G在约10-5Torr或更低的真空中及对其施加约40kA/m的磁场的情况下接收约30分钟的热处理。
图15表示由在热处理后测量的MR曲线获得的MR率及值Hp。在300℃下热处理后，一个样品器件G(其中α-Fe2O3膜厚度(t)为约50nm)的MR率比热处理前的MR率(在图15中约25℃时)下降约30％，而另一样品器件G的MR率(其中α-Fe2O3膜厚度(t)约为30nm)比热处理前下降约10％。当α-Fe2O3膜厚度(t)约为10nm时，在热处理前MR率相对地低，但由于器件经受热处理它增加了。在约300℃热处理后，(t)=约10nm的样品器件G及(t)=约30nm的样品器件G具有较大的MR率，因此有较大的热稳定性。
在以上说明中，热处理进行约30分钟。但是，为了制造实际的MR头，需要较长时间的热处理。在进行了3小时热处理后，(t)=约50nm的样品器件G的MR率下降约70％，而(t)=约10nm及(t)=约30nm的样品器件G的MR率仅下降约20％或更少。因此，鉴于MR器件的MR率，α-Fe2O3膜的厚度最好在约10nm及约40m之间的范围中。
在图15中，由于MR率是用约40KA/m的磁场进行测量的，图15中值Hp约为40KA/m表示值Hp真正等于或高于40KA/m。如图15中所示，在300℃下热处理后，Hp值超过约40KA/m。因此，这表明，在使样品器件G接收300℃下的热处理后可获得实际足够的Hp值。实施例8以与实施例6中相同方式制造出以下样品MR器件H1-H3。样品器件H2具有如图2A中所示的间接交换耦合膜。
H1:α-Fe2O3(20)/Co(2)/Cu(2)/Co0.90Fe0.10(1)/Ni0.6Fe0.20(5)/Ta(5)H2:α-Fe2O3(20)/Co(1)/Ru(0.7)/Co(2)/Cu(2)/Co0.90Fe0.10(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Ta(5)H3:NiO(20)/Co(1)/Ru(0.7)/Co(2)/Cu(2)/Co0.90Fe0.10(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Ta(5)以与实施例1相同的方式对制成样品器件H1-H3的MR变化进行求值。其结果表示在以下的表6中。
表6
>如上所示，本实施例的样品器件H2与没有间接交换耦合膜的样品器件H1相比较具有下降的MR率但更大的偏置磁场Hp。因此，可以看出，样品器件H2是一种具有稳定工作的MR器件。
比较样品器件H3使用NiO作为反铁磁膜的材料。样品器件H3在室温下呈现实质上与样品器件H1相同的特性。但是，在约200℃时，样品器件H3在MR率上呈现约2.2％的极弱的性能及值Hp为约5KA/m，而样品率H2呈现约7.1％的MR率及值Hp约为52KA/m。
虽然使用了Co作磁层51及53，它们在上面各实施例中用作间接交换耦合膜，但也可变换地使用Co-Fe合金，Co-Ni-Fe合金或类似物来代替Co。在此情况下，每个磁膜的厚度应最好在约1nm及约4nm之间的范围中。此外，铁磁膜51及53的相应厚度应彼此至少相差约0.5nm。
虽然Cu、Ru、Ag或类似元素可用作间接交换耦合膜50中的非磁膜52，但Ru最为优先。非磁膜52的厚度最好应在约0.3nm及约1.2nm之间的范围中。
此外，当铁磁膜4及7之一为图2B所示结构中的间接交换耦合膜时，可获得更大的偏置磁场。各具有基本上与图2B所示相同结构的下列样品膜H4及H5被制造出来。
H4:α-Fe2O3(20)/Co(2)/Cu(2)/Co0.90Fe0.10(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Co0.90Fe0.10(1)/Cu(2)/Co(2)/Pt0.50Mn0.50(25)/Ta(6)H5:α-Fe2O3(20)/Co(2)/Ru(0.7)/Co(3)/Cu(2)/Co0.90Fe0.10(1)/Ni0.8Fe0.20(5)/Co0.90Fe0.10(1)/Cu(2)/Co(2)/Pt0.50Mn0.50(25)/Ta(5)表7<
>如表7中所示，当使用间接交换耦合膜(Co/Ru/Co膜时，可以制造具有大Hp的膜，但MR率比使用单Co层时小。
在该实施例中，间接交换耦合膜被用作图2B结构中的铁磁膜4。另外方式是，间接交换耦合膜可用作铁磁膜7，或间接交换耦合膜可作各个铁磁膜4。
如上所述，根据本发明，使用了α-Fe2O3膜或α-Fe2O3/NiO分层膜来精确地控制界面的表面粗糙度，由此可以实现具有大MR率的MR器件。
对于本领域熟练技术人员来说在不偏离本发明的范围和精神的情况下，虽然可容易地作出各种另外的变型。因此，并不意味，附属权利要求书的范围被限制在以上作出的说明上，而该权利要求书应有较宽的限制。
权利要求
1.磁阻效应器件，包括多层膜，该多层膜包括反铁磁膜、第一铁磁膜、非磁膜及第二铁磁膜，它们以此顺序直接地或经过一下层设在非磁衬底上，其中反铁磁膜包括α-Fe2O3膜；及多层膜的表面粗糙度约为0.5nm或以下。
2.根据权利要求1的磁阻效应器件，其中第一铁磁膜包括Co1-xFex合金膜(0＜x≤0.5，其中x表示原子组分比)。
3.根据权利要求1的磁阻效应器件，其中第一铁磁膜通过在Ni-Fe合金层或Ni-Fe-Co合金层上设置Co1-xFex合金层(0＜x≤0.5，其中x表示原子组分比)。
4.根据权利要求1的磁阻效应器件，其中下层的主要成分是Pt或Au。
5.根据权利要求1的磁阻效应器件，其中α-Fe2O3膜的厚度在约5nm及约40nm之间的范围中。
6.根据权利要求1的磁阻效应器件，其中第二铁磁膜的易轴这样地布置，以使得它与待检测的信号磁场方向实质上垂直。
7.磁阻效应器件，包括多层膜，该多层膜包括反铁磁膜、第一铁磁膜、非磁膜及第二铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上，其中反铁磁膜包括具有α-Fe2O3膜及第二反铁磁膜的分层结构。
8.根据权利要求7的磁阻效应器件，其中第二反铁磁膜包括一个NiO膜或一个CoO膜。
9.根据权利要求7的磁阻效应器件，其中第二反铁磁膜设置在α-Fe2O3膜上面。
10.根据权利要求7的磁阻效应器件，其中α-Fe2O3膜设置在NiO膜上面。
11.根据权利要求7的磁阻效应器件，其中第二铁磁膜的易轴这样地布置，以使得它与待检测的信号磁场方向实质上垂直。
12.磁阻效应器件，包括多层膜，该多层膜包括反铁磁膜、第一铁磁膜、非磁膜及第二铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上，其中反铁磁膜包括一个α-Fe2O3膜；及α-Fe2O3膜的厚度在约5nm及约40nm之间的范围中。
13.根据权利要求12的磁阻效应器件，其中第二铁磁膜的易轴这样地布置，以使得它与待检测的信号磁场方向实质上垂直。
14.磁阻效应器件，包括多层膜，该多层膜包括第一反铁磁膜、第一铁磁膜、第一非磁膜、第二铁磁膜、第二非磁膜、第三铁磁膜及第二反铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上，其中第一反铁磁膜包括一个α-Fe2O3膜；及多层膜的表面粗糙度约为0.5nm或以下。
15.根据权利要求14的磁阻效应器件，其中第二铁磁膜的易轴这样地布置，以使得它与待检测的信号磁场方向实质上垂直。
16.磁阻效应器件，包括多层膜，该多层膜包括第一反铁磁膜、第一铁磁膜、第一非磁膜、第二铁磁膜、第二非磁膜、第三铁磁膜及第二反铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上，其中第一反铁磁膜包括具有一个α-Fe2O3膜及第三反磁膜的分层结构。
17.根据权利要求16的磁阻效应器件，其中第二反铁磁膜包括一个Ir-Mn膜。
18.根据权利要求17的磁阻效应器件，其中第二铁磁膜的易轴这样地布置，以使得它与待检测的信号磁场方向实质上垂直。
19.根据权利要求16的磁阻效应器件，其中第一铁磁膜及第三铁磁膜中至少一个包括间接交换耦合膜。
20.磁阻效应器件，包括多层膜，该多层膜包括反铁磁膜、间接交换耦合膜、第一非磁膜、第一铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上，其中反铁磁膜包括一个α-Fe2O3膜；及间接交换耦合膜包括第二非磁膜及一对在其中间夹放第二非磁膜的第二铁磁膜。
21.根据权利要求20的磁阻效应器件，其中第二铁磁膜的主要成分是Co。
22.根据权利要求21的磁阻效应器件，其中第二非磁膜的主要成分是Ru。
23.一种磁阻头，包括根据权利要求6、11、13、15、18及21中任一项的磁阻效应器件；及用于将磁阻效应器件与屏蔽部分隔开的屏蔽间隙部分。
24.用于制造磁阻效应器件的方法，该器件包括多层膜，该多层膜包括反铁磁膜、第一铁磁膜、非磁膜及第二铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上，该方法包括在非磁衬底上直接地或通过一下层形成厚度在约5nm至约40nm之间的范围中的反铁磁膜的第一步骤；及在反铁磁膜上以其顺序沉积第一铁磁膜、非磁膜及第二铁磁膜，以使得多层膜的表面粗糙度约为0.5nm或以下的第二步骤；其中，第一步骤包括一个溅射其主要成分为α-Fe2O3的靶的步骤。
25.用于制造磁阻效应器件的方法，该器件包括多层膜，该多层膜包括第一反铁磁膜、第一铁磁膜、第一非磁膜、第二铁磁膜、第二非磁膜、第三铁磁膜及第二反铁磁膜，它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上，该方法包括在非磁衬底上直接地或通过一下层形成第一反铁磁膜的第一步骤；在反铁磁膜上以其顺序沉积第一铁磁膜、第一非磁膜、第二铁磁膜、第二非磁膜、第三铁磁膜及第二反铁磁膜，以使得多层膜的表面粗糙度约为0.5mn或以下的第二步骤；其中，第一步骤包括一个溅射其主要成分为α-Fe2O3的靶的步骤。
全文摘要
本发明的磁阻效应器件包括一个多层膜。该多层膜包括反铁磁膜、第一铁磁膜、非磁膜、及第二铁磁膜,它们以此顺序直接地或通过一下层设在非磁衬底上。反铁磁膜包括α－Fe
文档编号H01L43/10GK1235338SQ9812563
公开日1999年11月17日 申请日期1998年9月29日 优先权日1997年9月29日
发明者川分康博, 里见三男, 杉田康成, 榊间博 申请人:松下电器产业株式会社