DE19701509A1 - Magnetsensor - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetsensor
zur Ermittlung eines magnetischen Feldes; sie betrifft insbe
sondere einen Magnetsensor unter Ausnutzung des Spin-Tunnel-Phänomens
oder des Spin-Ventil-Effekts.
Mit der unlängst gestiegenen Dichte der magnetischen Auf
zeichnungstechnik ist die Relativgeschwindigkeit zwischen
einem magnetischen Medium und einem Lesekopf erheblich ge
senkt worden. Demgemäß kann es sich bei dem konventionellen
Magnetkopf vom elektromagnetischen Induktionstyp nicht als
schwierig erweisen, ein hinreichendes Lese-Ausgangssignal zu
erhalten.
Als Magnetsensor, der ein hohes Lese-Ausgangssignal sogar bei
niedriger bzw. verminderter Relativgeschwindigkeit aufweisen
bzw. liefern kann, sind ein Magnetowiederstands- bzw.
Feldplatten-(MR)-Magnetsensor, ein Spin-Tunnel-Magnetsensor
unter Ausnutzung der Spin-Tunnel-Erscheinung, etc. vorge
schlagen worden.
Der Spin-Tunnel-Magnetsensor umfaßt einen Mehrschichtkörper
aus einer Magnetschicht/einer Isolierschicht/einer Magnet
schicht, bei dem eine Isolierschicht zwischen zwei Magnet
schichten in einer Schichtbauweise angeordnet ist und das
Phänomen ausgenutzt wird, daß dann, wenn eine Spannung zwi
schen die Magnetschichten angelegt wird, um Elektronen zu
tunneln, eine Tunnel-Wahrscheinlichkeit bezüglich Elektronen
änderungen auf der Grundlage eines relativen Winkels zwischen
den Magnetisierungsrichtungen der beiden Magnetschichten vor
handen ist. Eine Tunnelungs- bzw. Tunnel-Wahrscheinlichkeit
der Elektronen ändert sich auf der Basis eines Relativwinkels
zwischen den Magnetisierungsrichtungen zwischen den beiden
Magnetschichten mit Rücksicht darauf, daß der Elektronenspin
einer der Magnetschichten, die Elektronen abgibt, polarisiert
ist, und daß die Elektronen polarisiert tunneln.
Bei dem konventionellen Spin-Tunnel-Magnetsensor ist es ge
wöhnlich so, daß eine Isolierschicht zwischen einer ersten
magnetischen Dünnschicht und einer zweiten magnetischen Dünn
schicht eingeschichtet ist und daß die Schichten aneinander
haften.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 24 477/1994 schlägt
einen Magnetsensor vor, der eine erste ferromagnetische Dünn
schicht und eine zweite ferromagnetische Dünnschicht in einem
Streifenmuster aufweist, um rechtwinklig zueinander verlau
fende magnetische Vorzugsrichtungen bzw. Achsen leichter
Magnetisierung zu bilden, wobei eine Koerzitivkraft der
ersten ferromagnetischen Dünnschicht in einer magnetischen
Vorzugsrichtung mehr als das Zweifache jener der zweiten fer
romagnetischen Dünnschicht in deren magnetischer Vorzugsrich
tung beträgt. Wenn die Magnetisierungsrichtung der zweiten
ferromagnetischen Dünnschicht, die eine geringere Koerzitiv
kraft aufweist, durch ein externes Magnetfeld gedreht wird,
ändert sich ein Tunnelstrom von der ersten ferromagnetischen
Dünnschicht zu der zweiten ferromagnetischen Dünnschicht.
Als Material der ferromagnetischen Dünnschicht ist eine Fe-basierte
Legierung, die einen geringen anisotropen Magnet
widerstandseffekt und einen hohen ferromagnetischen Tunnel
effekt aufweist, vorgeschlagen worden (Nakatani und Kitada,
Abstract of Autumn Symposium of Japan Metal Association,
Seite 364, 1994).
Um zwischen den ferromagnetischen Dünnschichten eine Koerzi
tivkraft-Differenz zu schaffen, sind überdies Kohlenstoff (C)
oder Ruthenium (Ru) der Fe-basierten Legierung hinzugefügt
worden, oder die Dünnschichten werden bei unterschiedlichen
Substrattemperaturen gebildet.
Als anderer Spin-Tunnel-Magnetsensor ist ein Magnetsensor be
kannt, der eine Mehrschicht-Dünnschicht verwendet.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 266 481/1991 schlägt
eine Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtung vor, die eine Mehr
schichtstruktur aus Fe-Schichten mit einer Zwischenschicht
aus einem paramagnetischen nichtisolierenden Material auf
weist. Die Vorrichtung zeigt Widerstandsänderungen in bezug
auf ein schwaches angelegtes Magnetfeld, indem die Magneti
sierungsrichtungen horizontal antiparallel zueinander fest
gelegt und die Fe-Schichten in vier oder mehr als vier
Schichten gebildet sind.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 74 022/1995 gibt einen
Magnetkopf an, der eine Magnetowiderstandseffekt-Schicht
einer Mehrschichtstruktur verwendet, die eine hartmagnetische
Schicht, eine weichmagnetische Schicht, welche eine
antiferromagnetische Schicht berührt, eine weichmagnetische
Schicht, welche nicht mit einer antiferromagnetischen Schicht
in Kontakt ist, aufweist, wobei die betreffenden Schichten
über nichtmagnetische Schichten übereinanderliegen. Der
Magnetsensor zeigt einen starken Magnetowiderstandseffekt mit
Rücksicht auf den die beiden Magnetschichten enthaltenden
Mehrschichtkörper.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 223 336/1994 gibt
einen Magnetowiderstands-Lesesensor an, der eine erste, eine
zweite und eine dritte ferromagnetische Schicht aufweist, wo
bei diese Schichten voneinander durch nichtmagnetische
Metallschichten getrennt sind. Die Magnetisierungsrichtungen
der ersten und der dritten ferromagnetischen Schichten sind
stationär, und die zweite, dazwischen liegende ferromagneti
sche Schicht ist weichmagnetisch und weist eine Mehrschicht-Doppelspin-Ventil-Struktur
auf, bei der dann, wenn kein
Magnetfeld angelegt ist, deren Magnetisierungsrichtung
rechtwinklig zu den Magnetisierungsrichtungen der ersten und
dritten ferromagnetischen Schichten verläuft. Diese Struktur
ermöglicht die Ausnutzung von Leitungselektronen, die in
irgendeiner Richtung streuen, so daß der Sensor einen hohen
Magnetowiderstandseffekt sogar dann zeigt, wenn ein schwaches
Magnetfeld angelegt ist.
Eine Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtung eines Magnetsen
sors, der einen Magnetowiderstandseffekt ausnutzt, umfaßt
einen Spin-Ventil-Film mit einer Struktur aus einer nicht
magnetischen Schicht, die mit einer ersten und einer zweiten
Magnetschicht zusammengeschichtet ist, oder eine ein Super
gitter aufweisende riesige Magnetowiderstands-(GMR)-Schicht
mit einer Struktur abwechselnder Schichten aus nichtmagneti
schen Schichten und magnetischen Schichten.
Nachstehend werden konventionelle Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtungen
anhand von Beispielen erläutert, die eine Spin-Ventil-Schicht
bzw. einen Spin-Ventil-Film und eine Supergit
ter-(GMR)-Schicht bzw. als -Film als MR-Schichten aufweisen.
Fig. 20 zeigt eine Schnittansicht der Spin-Ventil-Schicht der
konventionellen Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtung gemäß
einem der Beispiele und veranschaulicht die Spin-Ventil-Schicht
der Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtung, die in
einem Magnetkopf verwendet ist.
Wie in Fig. 20 veranschaulicht, weist die konventionelle
Spin-Ventil-Schicht eine Struktur aus einer ersten magneti
schen Schicht 23, einer nichtmagnetischen Schicht 25, einer
zweiten magnetischen Schicht 27 auf, wobei diese Schichten
übereinander auf einem Substrat 21 mit einer darauf nieder
geschlagenen Bodenschicht 22 liegen. Ferner ist eine antifer
romagnetische Schicht 28 vorhanden, beispielsweise aus FeMn,
um eine Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen
Schicht festzuhalten.
Fig. 21 zeigt eine Schnittansicht der Supergitter-GMR-Schicht
der konventionellen Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtung ge
mäß einem weiteren Beispiel und veranschaulicht die Verwen
dung der Supergitter-GMR-Schicht der Magnetowiderstands
effekt-Vorrichtung in einem Magnetkopf.
Wie in Fig. 21 veranschaulicht, weist die konventionelle
Supergitter-GMR-Schicht eine Mehrschichtfilmstruktur aus ab
wechselnd auf einem Substrat 21 mit einer Bodenschicht 22 aus
Cu liegenden magnetischen Schichten 23 und nicht magnetischen
Schichten 25 und einer Deckschicht 29 aus Cu auf, die die
Oberseite der obersten magnetischen Schicht 23 bedeckt.
Ein den GMR-Effekt ausnutzender Magnetsensor ist beispiels
weise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 358 310/1992
angegeben. Dieser Magnetsensor umfaßt zwei ferromagnetische
Schichten, die nicht durch eine nichtmagnetische Metall
schicht voneinander getrennt und die nicht miteinander ver
bunden sind. Der betreffende Sensor weist eine Schicht- bzw.
Sandwichstruktur auf, bei der die Magnetisierung einer der
ferromagnetischen Schichten festgehalten ist. Das Festhalten
der Magnetisierung ist dadurch ermöglicht, daß eine antifer
romagnetische Metallschicht typischerweise aus einer Eisen-
Mangan-Legierung an einer der ferromagnetischen Schichten an
geklebt bzw. daran befestigt ist. Wenn bei dieser Struktur
ein externes Magnetfeld angelegt wird, dreht sich eine bzw.
die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht,
deren Magnetisierung nicht festgehalten ist, frei in Über
einstimmung mit einer Richtung des externen magnetischen Fel
des, wodurch eine Winkeldifferenz in bezug auf eine Magneti
sierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht auftritt, bei
der die Magnetisierung festgehalten ist. In Abhängigkeit von
dieser Winkeldifferenz ändert sich die Streuung der Lei
tungselektronen in Abhängigkeit von Spinänderungen, und es
treten Änderungen im Elektrowiderstandswert auf. Durch Er
mitteln derartiger Änderungen im Elektrowiderstandswert wer
den Zustände eines externen Magnetfeldes, das heißt von
Signal-Magnetfeldern von einem magnetischen Aufzeichnungsträ
ger erhalten.
Die Widerstandsänderung des Spin-Ventil-Magnetsensors beträgt
etwa 5%. Zur Vermeidung von Lesefehlern aufgrund der erhöhten
magnetischen Aufzeichnungsdichte werden Magnetsensoren mit
stärkeren Änderungen des magnetischen Widerstands benötigt.
Darüber hinaus werden ein Magnetkopf und ein Aufzeichnungs
träger aufgrund von Vorsprüngen des magnetischen Aufzeich
nungsträgers, Staub oder anderem häufig in direkten oder in
direkten Kontakt miteinander gebracht. An Berührungspunkten
steigt die Temperatur aufgrund von Reibungswärme abrupt an.
Es ist bekannt, daß sich ein Widerstand der MR-Vorrichtung
aufgrund derartiger Temperaturänderungen ändert und daß Aus
gangssignaländerungen auftreten. Derartige Ausgangssignal
änderungen werden als thermische Unebenheiten oder als Wärme
rauschen bezeichnet. Der konventionelle Stand der Technik zur
Beseitigung derartiger Unebenheiten ist in der japanischen
Offenlegungsschrift 154 310/1990 beschrieben. Dieser Stand
der Technik umfaßt zwei MR-Vorrichtungen, die zur Dif
ferential- bzw. Differenz-Ermittlung in einer Differential
anordnung vorgesehen sind, wodurch thermische Unebenheiten
aufgehoben werden.
Wie oben beschrieben, sind verschiedene Magnetsensoren vorge
schlagen worden, die das Spin-Tunnel-Phänomen ausnutzen.
Deren Spannungsänderungen aufgrund des Spin-Tunnel-Phänomens
sind indessen unbedeutend, und darüber hinaus sind Signale
von Aufzeichnungsträgern zunehmend schwach. Es ist sodann
notwendig, die Ausgangssignale der Magnetsensoren zu erhöhen
und Störungen zu verringern.
Bei dem in Fig. 20 dargestellten Magnetsensor, der die Spin-
Ventil-Schicht aufweist, ist die nichtmagnetische Schicht 25
in den meisten Fällen aus einer Cu-Schicht gebildet, die
einen starken Magnetowiderstandseffekt hervorruft. Ein magne
tisches Material der Magnetschichten 23, 27 ist indessen eine
Legierung, die ein Element enthält, welches dazu neigt, mit
Cu testlöslich zu sein, wie beispielsweise Fe, Co oder Mn.
Demgemäß neigt eine thermische Diffusion an den Schnittstel
len zwischen den magnetischen Schichten 23, 27 und der nicht
magnetischen Schicht 25 aufzutreten, und die thermische Dif
fusion zeigt die Neigung, durch eine Wärmebehandlung eines
Magnetkopf-Herstellungsprozesses hervorgerufen zu werden,
der auf die Niederschlagung der Spin-Ventil-Schicht folgt,
beispielsweise durch Trocknen bzw. Aushärten eines als Iso
lierschicht verwendeten Abdeckmittels, was den Magnetowider
standseffekt häufig verringert.
Außerdem sind bei dem Magnetsensor, der die in Fig. 21 darge
stellte Supergitter-GMR-Schicht aufweist, die magnetische
Schicht 23 und die nichtmagnetische Schicht 25 in den meisten
Fällen aus einer magnetischen Schicht, welche ein Element
enthält, das mit Cu zu reagieren neigt, bzw. aus einer nicht
magnetischen Schicht aus Cu gebildet, und demgemäß ist die
Neigung vorhanden, daß eine thermische Diffusion in einem
Wärmebehandlungsprozeß, wie bei bzw. in der Spin-Ventil-Schicht,
hervorgerufen wird, was häufig zur Absenkung des
Magnetowiderstandseffekts führt.
Um die Wärmebeständigkeit einer derartigen Spin-Ventil-Schicht
und der Supergitter-GMR-Schicht zu verbessern, ist
vorgeschlagen worden, die nichtmagnetische Schicht aus Ag
anstelle von Cu zu bilden. Die nichtmagnetische Schicht aus
Ag wird sich indessen durch eine Wärmebehandlung zusammenbal
len, wenn die Ag-Schicht dünn ist, wobei die Spin-Ventil-Schicht
und die Supergitter-GMR-Schicht zuweilen unterbrochen
sind. Wenn die Ag-Schicht dicker ausgebildet wurde bzw. ist,
um das Zusammenballen bzw. die Aggregation zu verhindern, ist
der Magnetowiderstandseffekt verringert. Demgemäß ist es
schwierig, daß die Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtung, wel
che die aus Ag gebildete nichtmagnetische Schicht umfaßt,
einen starken Magnetowiderstandseffekt zeigt.
Darüber hinaus neigt Cu zur Korrosion bzw. zum Zerfressen, so
daß es schwierig ist, einen Magnetsensor bereitzustellen, bei
dem die nichtmagnetische Schicht aus Cu mit guter Korrosions
beständigkeit in Gebrauchsumgebungen gebildet ist.
Wie oben beschrieben, findet bei der konventionellen Magneto
widerstandseffekt-Vorrichtung, bei der die nichtmagnetische
Schicht aus Cu gebildet ist, eine Diffusionsreaktion bezüg
lich der nichtmagnetischen Schicht und der magnetischen
Schicht statt, welche die nichtmagnetische Schicht berührt,
was den Magnetowiderstandseffekt häufig verringert. In nach
teiliger Weise ist der Magnetowiderstandseffekt bei Bildung
der nichtmagnetischen Schicht aus Ag zur Vermeidung der
thermischen Diffusion verringert. Die Magnetowiderstands
effekt-Vorrichtung, welche die aus Cu gebildete nichtmagne
tische Schicht umfaßt, weist eine unzureichende Korrosions
beständigkeit auf.
Dadurch, daß der Spin-Ventil-Magnetsensor in einer Differen
tialanordnung vorgesehen ist, erfolgt eine Verbesserung des
Ausgangssignals über das Zweifache, und die Aufhebung von
thermischen Unebenheiten kann erwartet werden. Das beim Stand
der Technik beschriebene Verfahren benötigt allerdings eine
Spurbreite für zwei MR-Vorrichtungen, was nicht zu schmalen
Spuren für höhere Aufzeichnungsdichten paßt.
Nunmehr erfolgt eine Zusammenfassung der Erfindung.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin,
einen Magnetsensor bereitzustellen, der die oben beschriebe
nen Nachteile der Magnetsensoren überwindet, die das Spin-Tunnel-Phänomen
ausnutzen, und der sich durch einen verbes
serten Störabstand bzw. ein verbessertes Nutz-Rausch-Signal
und eine höhere Magnetfeldempfindlichkeit auszeichnet.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin,
einen Magnetsensor bereitzustellen, der eine Diffusionsreak
tion von Cu in der nichtmagnetischen Schicht unterdrückt und
sich durch eine gute thermische Beständigkeit, einen hohen
Magnetowiderstandseffekt und einen guten Korrosionswiderstand
in Anwendungsumgebungen auszeichnet.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
einen Magnetsensor bereit zustellen, der ein hohes Widergabe-Ausgangssignal
liefert und der thermische Unebenheiten besei
tigen kann.
Die oben beschriebene erste Aufgabe wird durch einen Magnet
sensor gelöst, umfassend: eine erste magnetische Schicht mit
einer magnetischen Vorzugsrichtung in einer ersten Richtung;
eine zweite magnetische Schicht mit einer magnetischen Vor
zugsrichtung in einer zweiten Richtung, die von der ersten
Richtung verschieden ist; eine dritte magnetische Schicht,
die zwischen der ersten magnetischen Schicht und der zweiten
magnetischen Schicht positioniert ist und die eine geringere
Koerzitivkraft als die erste magnetische Schicht und die
zweite magnetische Schicht aufweist; eine erste Isolier
schicht, die zwischen der ersten magnetischen Schicht und der
dritten magnetischen Schicht eingefügt ist; und eine zweite
Isolierschicht, die zwischen der zweiten magnetischen Schicht
und der dritten magnetischen Schicht eingefügt ist; wobei ein
externes Magnetfeld durch Ausnutzen des Tunnel-Widerstands
zwischen der ersten magnetischen Schicht und der dritten
magnetischen Schicht und des Tunnel-Widerstands zwischen der
zweiten magnetischen Schicht und der dritten magnetischen
Schicht ermittelt wird.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
die erste Richtung und die zweite Richtung weitgehend entge
gengesetzt zueinander verlaufen.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
eine magnetische Vorzugsrichtung der dritten magnetischen
Schicht im wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung und
zu der zweiten Richtung verläuft.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
eine antiferromagnetische Schicht zur Flußlinienverankerung
bzw. zum Festhalten der magnetischen Vorzugsrichtung in zu
mindest einer Schicht der ersten magnetischen Schicht und der
zweiten magnetischen Schicht enthalten ist.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
eine Koerzitivkraft der ersten magnetischen Schicht und der
zweiten magnetischen Schicht größer ist als ein Sättigungs-Magnetfeld
längs einer Achse schwieriger Magnetisierung der
dritten magnetischen Schicht.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
ein statisches Magnetfeld aufgrund der ersten magnetischen
Schicht und ein statisches Magnetfeld aufgrund der zweiten
magnetischen Schicht sich in der dritten magnetischen Schicht
gegenseitig kompensieren.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
er ferner eine Differenz-Detektiereinrichtung umfaßt zur Er
mittlung einer Differenz zwischen einem ersten elektrischen
Signal auf der Basis eines Tunnel-Widerstands zwischen der
ersten magnetischen Schicht und der dritten magnetischen
Schicht und einem elektrischen Signal auf der Basis eines
Tunnel-Widerstands zwischen der zweiten magnetischen Schicht
und der dritten magnetischen Schicht.
Die oben beschriebene zweite Aufgabe wird durch einen Magnet
sensor gelöst, umfassend eine Spin-Ventil-Struktur bzw. einen
Spin-Ventil-Aufbau mit einem Mehrschichtkörper aus einer
ersten magnetischen Schicht, einer nichtmagnetischen Schicht
und einer zweiten magnetischen Schicht, wobei diese Schichten
in der angegebenen Reihenfolge übereinander liegen und wobei
die nichtmagnetische Schicht aus Cu gebildet ist. Eine Diffu
sion verhindernde Schichten aus Ag sind zwischen der nicht
magnetischen Schicht und der ersten magnetischen Schicht
sowie zwischen der nichtmagnetischen Schicht und der zweiten
magnetischen Schicht vorgesehen.
Bei dem Magnetsensor mit dem oben beschriebenen Aufbau kann
mit Rücksicht darauf, daß Ag beispielsweise mit Fe, Co oder
Mn nicht festlöslich ist, die aus Ag gebildete, eine Diffu
sion verhindernde Schicht wirksam eine thermische Diffusion
zwischen der nichtmagnetischen Schicht aus Cu und der magne
tischen Schicht unterdrücken. Da die eine Diffusion verhin
dernde Ag-Schicht in engem Kontakt mit der nichtmagnetischen
Cu-Schicht vorgesehen ist, kann ein Zusammenballen bei einer
Wärmebehandlung unterdrückt werden. Infolgedessen verschlech
tert die eine Diffusion verhindernde Schicht sogar dann, wenn
sie dünn ist, nicht ihre Magnetowiderstandseffekt-Charakteri
stiken.
Somit zeigt die eine Diffusion verhindernde Ag-Schicht sogar
dann, wenn sie dünn ist, eine starke Diffusionsverhinderungs
wirkung, und sie ist aufgrund einer Zusammenballung kaum ver
schlechtert. Der Magnetsensor, der diese eine Diffusion ver
hindernde Schicht enthält, weist eine gute Wärmebeständigkeit
auf.
Darüber hinaus ermöglicht eine ausreichende Wärmebeständig
keit der eine Diffusion verhindernden Schicht dünn zu sein
und der nichtmagnetischen Cu-Schicht dick zu sein. Dieser
Magnetsensor weist einen starken Magnetowiderstandseffekt
auf, der im wesentlichen gleich jenem des Magnetsensors ist,
welcher die aus Cu-gebildete nichtmagnetische Schicht ent
hält, und überdies weist er Wärmefestigkeit bzw. -beständig
keit auf.
Die oben beschriebene zweite Aufgabe wird durch einen Magnet
sensor gelöst, umfassend einen Mehrschichtfilm aus abwech
selnd übereinanderliegenden magnetischen Schichten und nicht
magnetischen Schichten, wobei die nichtmagnetischen Schichten
aus Cu gebildet sind und wobei eine eine Diffusion verhin
dernde Schicht aus Ag zwischen der nichtmagnetischen Schicht
und der magnetischen Schicht vorgesehen ist.
Bei dem Magnetsensor mit dem oben beschriebenen Aufbau ent
hält die Mehrschichtstruktur aus den abwechselnd übereinander
liegenden nichtmagnetischen Schichten und magnetischen
Schichten, beispielsweise die Supergitter-GM-Anordnung, die
aus Cu gebildete nichtmagnetische Schicht, und die eine Dif
fusion verhindernde Schicht aus Ag ist zwischen der nicht
magnetischen Schicht und der magnetischen Schicht vorgesehen.
Ein derartiger Aufbau bzw. eine solche Struktur wird als eine
Mehrschichtstruktur der Mehrschichtstruktur der Spin-Ventil-Schicht
angesehen, welche die magnetischen Schichten, die
eine Diffusion verhindernde Schicht und die nichtmagnetische
Schichten aufweist. Demgemäß unterdrückt wie bei dem oben be
schriebenen Magnetsensor die dünne, eine Diffusion verhin
dernde Ag-Schicht eine Diffusion zwischen der magnetischen
Schicht und der nichtmagnetischen Schicht, und darüber hinaus
findet ein Zusammenballen der eine Diffusion verhindernden
Schicht nicht statt. Der diesen Aufbau aufweisende Magnet
sensor kann gute Wärmebeständigkeit und einen starken Magne
towiderstandeffekt aufzeigen.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
die nichtmagnetische Schicht aus Cu durch einen Mehrschicht
film ersetzt wird aus abwechselnd übereinanderliegenden Cu- und
Ag-Schichten.
Bei dem Magnetsensor mit diesem Aufbau zeigt die nichtmagne
tische Schicht kaum eine dickenweise Diffusion von Cu auf
grund der Ag-Dünnschicht, die eine Diffusion von Cu unter
drückt. Demgemäß kann in einem Falle, gemäß dem die eine Dif
fusion verhindernde Schicht eine unzureichende Diffusionsver
hinderungswirkung hat, die Diffusion zwischen der nichtmagne
tischen Schicht und der magnetischen Schicht hinreichend
unterdrückt werden. Damit kann der Magnetsensor eine gute
Wärme- bzw. Hitzebeständigkeit zeigen.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
er ferner eine nichtmagnetische Korrosionswiderstands-Metall
schicht zwischen der Cu-Schicht und der Ag-Schicht oder der
eine Diffusion verhindernden Schicht und der Cu-Schicht oder
der Ag-Schicht aufweist.
Bei dem Magnetsensor mit diesem Aufbau ist verhindert, daß
Substanzen, die Cu korrodieren, die nichtmagnetische Schicht
durchdringen, und zwar durch die korrosionsbeständige Metall-Dünnschicht.
Demgemäß weist der Magnetsensor Vorrich
tungscharakteristiken auf, die in Betriebsumgebungen durch
Korrosion kaum verschlechtert sind.
Es ist möglich, daß die korrosionsbeständige Metall-Dünn
schicht ein Film bzw. eine Schicht aus einem nichtmagneti
schen, korrosionsbeständigen Metall, zum Beispiel Au, Pt oder
Ti ist. Die korrosionsbeständige Metallschicht ist nicht not
wendigerweise eine Monoschicht; es ist möglich, daß ein oder
mehrere Schichten der korrosionsbeständigen Metallfilme vor
gesehen sind, solange sie zwischen der Cu-Dünnschicht und der
Ag-Dünnschicht, der nichtmagnetischen Schicht und der eine
Diffusion verhindernden Schicht liegen.
Der Magnetsensor mit diesem Aufbau kann eine gute Hitze
beständigkeit aufweisen, und demgemäß kann er eine stabile
Magnetfeststellungsempfindlichkeit sogar dann zeigen, wenn er
Wärme bzw. hohen Temperaturen unter seinen Herstellungs- oder
Lagerungsumgebungen ausgesetzt ist.
Die oben beschriebene dritte Aufgabe wird durch einen Magnet
sensor gelöst mit einer ersten Spin-Ventil-Struktur mit einer
ersten und einer zweiten ferromagnetischen Schicht, wobei
diese Schichten durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht
voneinander isoliert sind, wobei eine Magnetisierungsrichtung
der ersten ferromagnetischen Schicht und eine
Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht, die
über bzw. durch eine erste antiferromagnetische Schicht neben
der zweiten ferromagnetischen Schicht festgehalten ist, senk
recht zueinander verlaufen, wenn kein Magnetfeld angelegt
ist. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen zur Ermittelung
eines elektrischen Widerstands, der durch eine Differenz der
Drehungen der Magnetisierungsrichtungen der ersten und
zweiten ferromagnetischen Schichten bei Vorhandensein eines
externen Magnetfeldes hervorgerufen wird. Ferner ist eine
zweite Spin-Ventil-Struktur vorhanden, die eine dritte
ferromagnetische Schicht und eine vierte ferromagnetische
Schicht aufweist, wobei diese Schichten durch eine nicht
magnetische Abstandsschicht isoliert sind. Die dritte ferro
magnetische Schicht weist eine Magnetisierungsrichtungskompo
nente auf, die in derselben Richtung verläuft wie die Magne
tisierungsrichtung der ersten ferromagnetischen Schicht. Die
vierte ferromagnetische Schicht weist eine Magnetisierungs
richtungskomponente auf, die entgegengesetzt verläuft zur
Magnetisierungsrichtung der zweiten ferromagnetischen
Schicht. Die Magnetisierungsrichtung der dritten ferromagne
tischen Schicht und die Magnetisierungsrichtung der vierten
ferromagnetischen Schicht, die über eine zweite antiferroma
gnetische Schicht festgehalten sind, verlaufen senkrecht zu
einander, wenn kein Magnetfeld angelegt ist. Ferner ist eine
Einrichtung zur Ermittelung eines elektrischen Widerstands
vorgesehen, der durch eine Differenz in den Drehungen der
Magnetisierungsrichtungen der dritten und vierten ferromagne
tischen Schichten bei Vorhandensein eines externen Magnet
feldes hervorgerufen wird. Überdies ist eine Isolierschicht
vorgesehen, welche die ersten und zweiten Spin-Ventil-Strukturen
elektrisch voneinander isoliert. Eine Einrichtung
ermittelt die Ausgangssignale der betreffenden Spin-Ventil-Strukturen.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
eine Differential-Signalinformation zwischen den Ausgangs
signalen der ersten Spin-Ventil-Struktur und der zweiten
Spin-Ventil-Struktur ermittelt wird.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
bei den ersten und zweiten Spin-Ventil-Strukturen die Magne
tisierungsrichtung der zweiten und vierten ferromagnetischen
Schichten, die durch die ferromagnetische Schicht festgehal
ten sind, antiparallel zueinander verlaufen.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
die ersten und zweiten antiferromagnetischen Schichten von
einander verschiedene Sperrtemperaturen aufweisen.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
die ersten und zweiten antiferromagnetischen Schichten aus
zwei unterschiedlichen Arten von Materialien gebildet sind,
die aus üblichen antiferromagnetischen Legierungen aus Eisen-Mangan,
Nickel-Mangan und Palladium-Mangan und aus Nickeloxi
den ausgewählt sind.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
er ferner eine fünfte ferromagnetische Schicht aufweist, die
zwischen den zweiten oder vierten ferromagnetischen Schich
ten, deren Magnetisierungsrichtung durch die erste oder die
zweite antiferromagnetische Schicht festgehalten ist, und der
ersten oder zweiten antiferromagnetischen Schicht über einen
antiferromagnetischen Verbindungsfilm einer nichtmagnetischen
Metalldünnschicht vorgesehen ist.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
die ersten und zweiten Spin-Ventil-Strukturen eine Isolier
schicht aus einem antiferromagnetischen Material enthalten,
die als erste bzw. zweite antiferromagnetische Dünnschichten
wirken.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
die antiferromagnetische Isolationsschicht aus einem antifer
romagnetischem Nickeloxid gebildet ist.
Bei dem oben beschriebenen Magnetsensor wird bevorzugt, daß
er ferner eine fünfte ferromagnetische Schicht bzw. Schichten
enthält, die zwischen den zweiten oder den vierten ferroma
gnetischen Schichten, deren Magnetisierungsrichtungen durch
die antiferromagnetische Isolationsschicht festgehalten sind,
und der Isolationsschicht über einen antiferromagnetischen
Verbindungsfilm aus einer nichtmagnetischen Metalldünnschicht
vorgesehen ist bzw. sind.
Obwohl es möglich ist, das Wiedergabe-Ausgangssignal auf der
Grundlage der Zusatzinformation von einem Paar von Spin-Ven
til-Strukturen zu steigern, können auf der Grundlage der
Differenzinformation thermische Unebenheiten beseitigt wer
den, während das Wiedergabe-Ausgangssignal gesteigert ist.
Um einen Abgabe- bzw. Ausgangssignal-Mechanismus vom Diffe
rentialtyp zu bilden, ist es notwendig, daß bei jeder Spin-
Ventil-Struktur eine Magnetisierungsrichtung der festgehal
tenen ferromagnetischen Schicht 180° beträgt bzw. unter sol
chem Winkel verläuft. Dies wird durch die folgenden zwei Ver
fahren realisiert.
Bei einem ersten Verfahren bestehen bei den betreffenden
Spin-Ventil-Strukturen die Schalt-Vormagnetisierungsschichten
der antiferromagnetischen Dünnschichten, welche die
Magnetisierungsrichtungen der ferromagnetischen Schichten
festhalten, aus Materialien mit voneinander verschiedenen
Sperrtemperaturen, wodurch das Schalten der Vormagnetisie
rungsrichtungen der betreffenden Schichten unabhängig von
einander vorgenommen werden kann. In dem Falle, daß bei
spielsweise Eisen-Mangan und Nickel-Mangan verwendet werden,
weist das Eisen-Mangan eine Sperrtemperatur von etwa 220°C
auf, und das Nickel-Mangan weist eine Sperrtemperatur von
über 300°C auf. Demgemäß wird eine erste Schalt-Vormagneti
sierungsrichtung der Nickel-Mangan-Schicht bei der hohen Tem
peratur festgelegt, und sodann wird eine Schalt-Vormagneti
sierungsrichtung der Eisen-Mangan-Schicht in einem Gleich
strom-Magnetfeld bei einer Temperatur festgelegt, die etwas
höher ist als die Sperrtemperatur von Eisen-Mangan, bei
spielsweise 230°C. Somit können die entsprechenden Schalt-Vormagnetisierungsrichtungen
unabhängig voneinander festge
legt werden (Phasendifferenz: 180°).
Bei einem zweiten Verfahren ist die fünfte ferromagnetische
Schicht zwischen der ferromagnetischen Schicht, deren Magne
tisierungsrichtung durch die Schalt-Vormagnetisierungsschicht
festgehalten wird, und der Schalt-Vormagnetisierungsschicht
über dem antiferromagnetischen Verbindungsfilm aus einem
nichtmagnetischen Metallschichtfilm vorgesehen. Es ist be
kannt, daß bei einem Mehrschichtaufbau aus einem nichtmagne
tischen Material/einem nichtmagnetischen Metall/einem ferro
magnetischen Material, wie dies in einem Mehrschicht-GMR-Material
veranschaulicht ist, die nichtmagnetische Metall
schicht (antiferromagnetischer Verbindungsfilm) eine geeig
nete Dicke aufweist, wodurch die Magnetisierungsrichtungen
der beiden einander benachbarten ferromagnetischen Schichten
antiparallel zueinander verlaufen. Als eine bevorzugte Aus
führungsform dieser Anordnung bringt eine Mehrschichtanord
nung aus Fe 2 nm/Cr 1,3 nm/Fe 2 nm, Co 2 nm/Cu 0,7 nm/Co 2
nm, etc. eine starke antiferromagnetische Verbindung mit
sich. Somit ist die festgehaltene ferromagnetische Schicht
neben der Schalt-Vormagnetisierungsschicht aus einem antifer
romagnetischen Material durch die genannte antiferromagneti
sche Mehrschichtanordnung vorgesehen, wodurch die ferroma
gnetische Schicht eine Magnetisierungsrichtung aufweisen
kann, die antiparallel festgehalten ist (Phasendifferenz:
180°), die dessen Selbstmagnetisierungsrichtung ist. Demgemäß
weist die festgehaltene ferromagnetische Schicht einer Spin-Ventil-Struktur
eine antiferromagnetische Mehrschichtanord
nung auf, wodurch der Magnetsensor eine weihe von Spin-Ven
til-Strukturen mit einer 180°-Phasendifferenz in einem
Schalt-Vormagnetisierungsprozeß (Wärmebehandlung in einem
Gleichstrom-Magnetfeld) aufweisen kann.
Bei dem den oben beschriebenen Aufbau aufweisenden Mehr
schicht-Spin-Ventil-Magnetsensor weisen die Ausgangssignale
von den entsprechenden Spin-Ventilstrukturen, welche durch
die Isolierschicht voneinander getrennt sind, auf ein exter
nes Magnetfeld hin entgegengesetzte Phasen auf. Dies bedeu
tet, daß in einer ersten Spin-Ventil-Struktur in dem Fall,
daß eine Schalt-Vormagnetisierungsrichtung in bezug auf eine
magnetische Aufzeichnungsträgerfläche nach oben verläuft,
eine Schalt-Vormagnetisierungsrichtung einer zweiten Spin-Ventil-Struktur
in bezug auf die magnetische Aufzeichnungs
trägerfläche vertikal nach unten verläuft. Ohne ein externes
Magnetfeld bilden die Magnetisierungsrichtungen der beiden
festgehaltenen ferromagnetischen Schichten demgemäß einen
Winkel von 90°. Wenn ein Signal-Magnetfeld, welches in bezug
auf die magnetische Aufzeichnungsträgerfläche nach oben ge
richtet ist, auf die entsprechenden freien ferromagnetischen
Schichten, die in ein und derselben Richtung magnetisiert
sind, in der ersten Spin-Ventil-Struktur wirkt, dann dreht
sich eine Magnetisierungsrichtung der freien ferromagneti
schen Schichten vertikal nach oben in bezug auf den magneti
schen Aufzeichnungsträger, das heißt zur Magnetisierungs
richtung der festgehaltenen ferromagnetischen Schicht, und
damit erfolgt eine Änderung in eine Richtung, in der der
elektrische Widerstand geringer ist. Bei einer zweiten Spin-
Ventil-Struktur dreht sich die Magnetisierungsrichtung der
freien ferromagnetischen Schicht entgegengesetzt in eine
Richtung, in der die Magnetisierungsrichtung antiparallel zur
Magnetisierungsrichtung der festgehaltenen ferromagnetischen
Schicht verläuft, und damit erfolgt eine Änderung in eine
Richtung, in der der elektrische Widerstand höher ist. Diese
Ausgangssignale werden unabhängig voneinander ermittelt und
durch eine Differenz-Verstärkerschaltung wiedergegeben. Somit
kann der Differential-Spin-Ventil-Magnetsensor gebildet
werden.
Der Einsatz des Magnetowiderstandseffekt-Kopfes gemäß der
vorliegenden Erfindung kann hohe Wiedergabe-Ausgangssignale
liefern und thermische Unebenheiten beseitigen.
Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Grundaufbaus des
Magnetsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Detektierschal
tung des Magnetsensors gemäß der ersten Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt in einem Diagramm Magnetowiderstandseffekt-Änderungen
des Magnetsensors gemäß der ersten Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung auf externe
Magnetfelder hin.
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm Änderungen eines Wiedergabe-Ausgangssignals
des Magnetsensors gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf
externe Magnetfelder hin.
Fig. 5A
bis 5C zeigen Ansichten des Magnetsensors gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Er
läuterung der Schritte eines Verfahrens zur Herstel
lung des betreffenden Sensors.
Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht des Magnet
sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung, wobei dessen Aufbau veranschau
licht ist.
Fig. 7A
und 7B zeigen schematische Schnittansichten des Magnet
sensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung, wobei dessen Aufbau veranschau
licht ist.
Fig. 8 zeigt eine schematische Schnittansicht des Magnet
sensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung.
Fig. 9 zeigt eine schematische Schnittansicht des Magnet
sensors gemäß einer fünften Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung.
Fig. 10 zeigt eine schematische Schnittansicht des Magnet
sensors gemäß einer sechsten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 zeigt eine Weiterentwicklung des Magnetsensors gemäß
der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung.
Fig. 12 zeigt in einem Diagramm Ausgangssignale des Magnet
sensors gemäß der sechsten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung.
Fig. 13 veranschaulicht in einer Darstellung Änderungen von
Widerstandswerten r₂, r₃ des Magnetsensors gemäß der
sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14 zeigt eine schematische Schnittansicht des Magnet
sensors gemäß einer siebten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung, wobei dessen Struktur bzw. Auf
bau veranschaulicht ist.
Fig. 15 zeigt eine Weiterentwicklung des Magnetsensors gemäß
der siebten Ausführungsform, wobei dessen Aufbau
veranschaulicht ist.
Fig. 16 veranschaulicht in einer Darstellung Änderungen von
Widerstandswerten r₂, r₃ des Magnetsensors gemäß der
siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 17 zeigt eine schematische Schnittansicht des Magnet
sensors gemäß einer achten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung, wobei dessen Aufbau veranschau
licht ist.
Fig. 18 zeigt eine Weiterentwicklung des Magnetsensors gemäß
der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung, wobei dessen Aufbau veranschaulicht ist.
Fig. 19 veranschaulicht in einer Darstellung Änderungen von
Widerstandswerten r₂, r₃ des Magnetsensors gemäß der
achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 20 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Spin-
Ventil-Schicht eines konventionellen Magnetsensors.
Fig. 21 zeigt eine schematische Schnittansicht einer riesi
gen Supergitter-Magnetowiderstanasschicht eines kon
ventionellen Magnetsensors.
Nunmehr wird die Erfindung detailliert beschrieben. Zunächst
wird eine erste Ausführungsform erläutert.
Der Magnetsensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vor
liegenden Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1
bis 3 erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Grundaufbaus des Magnet
sensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 2 zeigt
ein Schaltungsdiagramm einer Detektierschaltung des Magnet
sensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Fig. 3 und 4
zeigen Diagramme von Magnetowiderstandsänderungen und Ände
rungen eines Widergabe-Ausgangssignals des Magnetsensors ge
mäß der vorliegenden Ausführungsform auf externe Magnetfelder
hin.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, ist der grundsätzliche Aufbau
des Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform
durch einen Mehrschichtkörper 10 einer antiferromagnetischen
Schicht 11 aus einem antiferromagnetischen Material, einer
ferromagnetischen Schicht 12 aus einem ferromagnetischen
Material mit einer starken Koerzitivkraft, einer Isolier
schicht 13 aus einem Isoliermaterial, einer weichmagnetischen
Schicht aus einem weichmagnetischen Material mit einer
geringen Koerzitivkraft, einer Isolierschicht 15, einer fer
romagnetischen Schicht 16 aus einem ferromagnetischen Mate
rial mit einer großen Koerzitivkraft, einer antiferromagneti
schen Schicht 17 aus einem antiferromagnetischen Material ge
geben, wobei die betreffenden Schichten in der angegebenen
Reihenfolge übereinander liegen. Die ferromagnetische Schicht
12 und die weichmagnetische Schicht 14 bilden eine Tunnel-Grenzschicht,
und die ferromagnetische Schicht 16 und die
weichmagnetische Schicht 14 bilden eine Tunnel-Grenzschicht.
Die antiferromagnetische Schicht 11 ist eine etwa 25 nm dicke
NiMn-Schicht; die ferromagnetische Schicht 12 ist eine etwa
20 nm dicke Fe-Schicht; die Isolierschicht 13 ist eine etwa
2 nm dicke Al₂O₃-Schicht; die weichmagnetische Schicht 14 ist
eine etwa 20 nm dicke NiFe-Schicht; die Isolierschicht 15 ist
eine etwa 2 nm dicke Al₂O₃-Schicht; die ferromagnetische
Schicht 16 ist eine etwa 20 nm dicke Fe-Schicht; die antifer
romagnetische Schicht 17 ist eine etwa 20 nm dicke FeMn-Schicht.
Die antiferromagnetischen Schichten 11, 17 können aus einem
anderen ferromagnetischen Material gebildet sein, beispiels
weise aus einer ungewöhnlichen bzw. unregelmäßigen FeMn-Le
gierung, einer gewöhnlichen NiMn-Legierung, einer PdMn-Legie
rung, einer PtMn-Legierung, MnO mit einer NaCl-Struktur oder
aus NiO, etc. Die ferromagnetischen Schichten 12, 16 können
aus einem anderen ferromagnetischen Material gebildet sein,
beispielsweise aus Co, Ni oder aus einer Legierung von Fe, Co
und/oder Ni mit einer Koerzitivkraft von über 50 Oe
(Örstedt). Die weichmagnetische Schicht 14 ist aus einem an
deren weichmagnetischen Material gebildet, beispielsweise aus
einer CoFe-Legierung mit einer Koerzitivkraft unter etwa
10 Oe. Die Isolierschichten 13, 15 können durch einen anderen
Isolierkörper gebildet sein, beispielsweise durch SiO₂, AlN,
NiO, CoO oder andere.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, ist die antiferromagnetische
Schicht 11 so festgehalten, daß eine Magnetisierungsrichtung
der ferromagnetischen Schicht 12 von der Blattvorderseite der
Zeichnung zu deren Rückseite hin ausgerichtet ist, und die
antiferromagnetische Schicht 17 ist derart festgehalten, daß
eine Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht 16
von der Rückseite des Zeichnungsblatts zu dessen Vorderseite
ausgerichtet ist. Dadurch sind die Magnetisierung der ferro
magnetischen Schicht 12 und jener der ferromagnetischen
Schicht 16 in zueinander entgegengesetzten Richtungen fest
gehalten.
Die weichmagnetische Schicht 14 weist eine geringe Koerzitiv
kraft auf und kann ihre Magnetisierungsrichtung in Überein
stimmung mit externen Magnetfeldern frei drehen. Eine magne
tische Vorzugsrichtung der weichmagnetischen Schicht 14 ver
läuft im wesentlichen senkrecht zur Magnetisierungsrichtung
der ferromagnetischen Schicht 12 und zu jener der ferromagne
tischen Schicht 16. Ein Sättigungs-Magnetfeld für die
weichmagnetische Schicht 14 längs einer Achse schwieriger
Magnetisierung beträgt etwa 5 Oe und ist vorzugsweise kleiner
als eine Koerzitivkraft (etwa 30 Oe) der ferromagnetischen
Schicht 12 und der ferromagnetischen Schicht 16.
Die ferromagnetische Schicht 12 und die ferromagnetische
Schicht 16 sind hinsichtlich ihrer ferromagnetischen Materia
lien und der Schichtdicke so festgelegt, daß ein statisches
Magnetfeld aufgrund der ferromagnetischen Schicht 12 und ein
statisches Magnetfeld aufgrund der ferromagnetischen Schicht
16 sich in der weichmagnetischen Schicht 14 einander kompen
sieren können. Somit kann die weichmagnetische Schicht 14
ihre eigene Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit
externen Magnetfeldern ändern, ohne statische magnetische
Energie zu erzeugen.
Die Detektier- bzw. Detektorschaltung zur Ermittlung von Wie
dergabesignalen, die bei dem Magnetsensor gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
wird beschrieben.
Wenn ein Widerstand der Tunnel-Grenzschicht zwischen der fer
romagnetischen Schicht 16 des Mehrschichtkörpers 10 des
Magnetsensors und dessen weichmagnetischer Schicht 14 mit r₁
angegeben wird und wenn ein Widerstand der Tunnel-Grenz
schicht zwischen der weichmagnetischen Schicht 14 und der
ferromagnetischen Schicht 12 mit r₂ angegeben wird, dann
ändern sich die Widerstände r₁, r₂ aufgrund des Spin-Tunnel-Phänomens,
wenn die weichmagnetische Schicht 14 ihre Magneti
sierungsrichtung aufgrund eines externen Magnetfeldes ändert.
Wenn ein externes Magnetfeld angelegt wird und eine Magneti
sierungsrichtung der weichmagnetischen Schicht 14 sich dreht,
wird kompensationsmäßig ein Widerstand r₁, r₂ einer der Tun
nel-Grenzschichten höher, und ein Widerstand r₁, r₂ der ande
ren Grenzschicht der Tunnel-Grenzschichten wird niedriger.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist eine Differenz zwi
schen Änderungen der so kompensationsmäßig sich ändernden
Widerstände gegeben, so daß eine höhere Magnetfeld-Detektier
empfindlichkeit erzielt wird und so daß Störkomponenten mit
gleicher Phase erzeugt werden, so daß ein erheblich verbes
serter Störabstand erhalten wird.
Eine positive Spannung E wird von einer elektrischen Gleich
stromquelle E an die weichmagnetische Schicht 14 angelegt;
ein zwischen der ferromagnetischen Schicht 16 und der
weichmagnetischen Schicht 14 fließender Strom i₁ wird durch
einen Operationsverstärker OP₁ verstärkt, und ein zwischen
der ferromagnetischen Schicht 12 und der weichmagnetischen
Schicht 14 fließender Strom i₂ wird mittels eines Operations
verstärkers OP₂ verstärkt. Die Ausgangssignale V₁, V₂ der
Operationsverstärker OP₁ bzw. OP₂ sind durch folgende Glei
chungen gegeben:
V₁ = α₁xi₁ = α₁xE/r₁
V₂ = α₂xi₂ = α₂xE/r₂
V₂ = α₂xi₂ = α₂xE/r₂
Hierin bedeutet α₁ ein Verstärkungsverhältnis des Operations
verstärkers OP₁, und α₂ ist ein Verstärkungsverhältnis des
Operationsverstärkers OP₂.
Die Ausgänge V₁, V₂ der Operationsverstärker OP₁, OP₂ liegen
über Widerstände R₁, R₂ an Erde bzw. Masse. Eine Differenz
zwischen den Ausgängen bzw. Ausgangssignalen V₁, V₂ der Ope
rationsverstärker OP₁, OP₂ wird mittels eines Operationsver
stärkers OP₃ differentiell bzw. differenzmäßig verstärkt, und
ein Wiedergabe-Ausgangssignal Vout ist durch folgende Glei
chung gegeben:
Vout = α₃ (V₁ - V₂)
Hierin bedeutet α₃ ein Verstärkungsverhältnis des Operations
verstärkers OP₃.
Änderungen des Widerstands r₁, r₂ entsprechend Änderungen
eines externen Magnetfeldes sind in Fig. 3 veranschaulicht,
und Änderungen der Wiedergabesignale Vout sind in Fig. 4 ver
anschaulicht. In Fig. 3 und 4 ist ein externes Magnetfeld,
das von der Blattrückseite gemäß Fig. 1 zu dessen Vorderseite
hin ausgerichtet ist, positiv, und ein in entgegengesetzter
Richtung dazu ausgerichtetes externes Magnetfeld ist negativ.
Ohne Anliegen eines externen Magnetfeldes ist eine Magneti
sierungsrichtung der weichmagnetischen eingeordneten Schicht
14 die magnetische Ausgangsvorzugsrichtung, und wie in Fig. 3
veranschaulicht, sind die Widerstände r₁, r₂ einander gleich.
Demgemäß sind die Ausgangssignale V₁, V₂ einander gleich,
und, wie in Fig. 4 veranschaulicht, ist ein Wiedergabe-Aus
gangssignal Vout gegeben mit Null.
Wenn ein positives externes Magnetfeld angelegt wird, wird
eine Magnetisierungsrichtung der weichmagnetischen Schicht 14
aus der ursprünglichen magnetischen Vorzugsrichtung gedreht,
das heißt von der Rückseite des Blattes gemäß Fig. 1 zu des
sen Vorderseite hin. Daraus ergibt sich, wie in Fig. 3 veran
schaulicht, daß ein Widerstand r₁ der Tunnel-Grenzschicht
zwischen der ferromagnetischen Schicht 16 und der weichmagne
tischen Schicht 14 verringert ist und daß ein Widerstand r₂
der Tunnel-Grenzschicht zwischen der weichmagnetischen
Schicht 14 und der ferromagnetischen Schicht 12 vergrößert
ist. Demgemäß wird ein Ausgangssignal V₁ vergrößert, und ein
Ausgangssignal V₂ wird verringert. Wie in Fig. 4 veranschau
licht, weist ein Wiedergabe-Ausgangssignal Vout einen positi
ven Wert auf. Wenn das externe Magnetfeld stärker wird, wird
das Wiedergabe-Ausgangssignal Vout vergrößert, und wenn die
Magnetisierungsrichtung von der Rückseite des Blattes zu des
sen Vorderseite ausgerichtet ist, hören die Widerstandsände
rungen auf, und das Wiedergabe-Ausgangssignal, befindet sich
in Sättigung.
Wenn ein negatives externes Magnetfeld angelegt wird, wird
eine Magnetisierungsrichtung der weichmagnetischen Schicht 14
von der ursprünglichen magnetischen Vorzugsrichtung aus ge
dreht, das heißt von der Vorderseite des Blattes gemäß Fig. 1
zu dessen Rückseite hin. Daraus ergibt sich, wie in Fig. 3
veranschaulicht, daß ein Widerstand r₁ der Tunnel-Grenz
schicht zwischen der ferromagnetischen Schicht 16 und der
weichmagnetischen Schicht 14 erhöht ist und daß ein Wider
stand r₂ der Tunnel-Grenzschicht zwischen der weichmagneti
schen Schicht 14 und der ferromagnetischen Schicht 12 ver
ringert ist. Demgemäß ist ein Ausgangssignal V₁ verringert,
und ein Ausgangssignal V₂ ist erhöht. Wie in Fig. 4 veran
schaulicht, weist ein Wiedergabe-Ausgangssignal Vout einen
negativen Wert auf. Wenn das externe Magnetfeld stärker wird,
wird das Wiedergabe-Ausgangssignal Vout verkleinert, und wenn
die Magnetisierungsrichtung von der Vorderseite des Blattes
zur Rückseite hin ausgerichtet verläuft, hören die Wider
standsänderungen auf, und das Wiedergabe-Ausgangssignal ist
in Sättigung.
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf Fig. 5A bis 5C ein Verfah
ren zur Herstellung des Magnetsensors gemäß der vorliegenden
Ausführungsform erläutert.
Zunächst wird eine etwa 25 nm dicke NiMn-Schicht als antifer
romagnetische Schicht 11 auf einem Trägersubstrat 20, wie
einem Glassubstrat oder einem anderen Substrat, durch Zer
stäubung niedergeschlagen. Dann wird eine etwa 20 nm dicke
Fe-Schicht als ferromagnetische Schicht 12 niedergeschlagen
(Fig. 5A). Sodann wird ein Magnetfeld mit etwa 2000 Oe in
Richtung des in Fig. 5A eingetragenen Pfeiles (von der Blatt
vorderseite zur Blattrückseite) angelegt, und eine Wärmebe
handlung wird etwa eine Stunde lang bei etwa 300°C durchge
führt. Die NiMn-Schicht wird als antiferromagnetisch festge
legt, und eine Magnetisierungsrichtung der Fe-Schicht wird in
Richtung des angelegten Magnetfeldes festgehalten.
Anschließend wird Al in einer Dicke von etwa 5 nm durch Zer
stäubung niedergeschlagen und einer Wärmebehandlung während
einer Stunde in einer 100 mTorr aufweisenden Sauerstoffatmo
sphäre unterzogen, um die Isolierschicht 13 (Fig. 5B) zu bil
den. Anschließend wird bei Anlage eines Magnetfeldes von etwa
100 Oe in Richtung des in Fig. 5B eingetragenen Pfeiles (von
der linken Blattseite zur rechten Blattseite) eine etwa 20 nm
dicke NiFe-Schicht durch Zerstäubung als weichmagnetische
Schicht 14 niedergeschlagen. Damit ist die magnetische Vor
zugsrichtung der weichmagnetischen Schicht 14 in die Richtung
des angelegten Magnetfeldes gedreht.
Sodann wird durch Zerstäubung Al in einer Dicke von etwa 5 nm
niedergeschlagen und oxidiert, um die Isolierschicht 15 gemäß
Fig. 5C zu bilden. Anschließend wird bei Anlage eines Magnet
feldes von etwa 100 Oe in Richtung des in Fig. 5C eingetrage
nen Pfeiles (von der Blattrückseite zur Blattvorderseite)
eine etwa 20 nm dicke NiFe-Schicht als ferromagnetische
Schicht 16 durch Zerstäubung niedergeschlagen, und sodann
wird eine etwa 20 nm dicke FeMn-Schicht als antiferromagne
tische Schicht 17 niedergeschlagen.
Die FeMn-Schicht wird als antiferromagnetische Schicht nie
dergeschlagen, was nach der Niederschlagung keine Wärmebe
handlung erfordert. Die Magnetisierungsrichtungen der NiFe-Schichten
richten sich zur Richtung des angelegten Magnetfel
des aus, und der magnetisierte Zustand der FeMn-Schicht ist
unter dem Einfluß der Magnetisierungsrichtung der NiFe-Schichten
bestimmt. Die Magnetisierungsrichtung der NiFe-Schicht
als der ferromagnetischen Schicht 16 ist durch die
FeMn-Schicht als der antiferromagnetischen Schicht 17 festge
halten.
Der so gebildete Mehrschichtkörper wird durch Lithographie
auf etwa 10 µm² zur Bildung einer Tunnel-Grenzschicht kopiert.
Um die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht
durch die antiferromagnetische Schicht festzuhalten, wie dies
oben beschrieben worden ist, können die antiferromagnetische
Schicht und die ferromagnetische Schichten in einem Magnet
feld nach der Niederschlagung einer Wärmebehandlung unterzo
gen werden, oder die ferromagnetische Schicht wird in einem
Magnetfeld niedergeschlagen und sodann wird die antiferro
magnetische Schicht auf der ferromagnetischen Schicht nieder
geschlagen.
Die vorliegende Erfindung ist auf die erste Ausführungsform
nicht beschränkt; sie deckt weitere bzw. andere Modifikatio
nen ab.
So weisen beispielsweise bei der ersten Ausführungsform die
beiden ferromagnetischen Schichten Magnetisierungsrichtungen
auf, die im wesentlichen entgegengesetzt zueinander verlau
fen. Die Magnetisierungsrichtungen brauchen indessen nicht
ausgezeichnet einander entgegengerichtet zu verlaufen; sie
können voneinander verschieden sein. So verlaufen beispiels
weise die Magnetisierungsrichtungen der beiden ferromagneti
schen Schichten senkrecht zueinander, und die magnetische
Vorzugsrichtung der weichmagnetischen Schicht ist zwischen
die Magnetisierungsrichtung der beiden ferromagnetischen
Schichten gelegt.
Bei der ersten Ausführungsform verläuft die magnetische Vor
zugsrichtung bzw. die Achse leichter Magnetisierung der
weichmagnetischen Schicht im wesentlichen senkrecht zu den
Magnetisierungsrichtungen der beiden ferromagnetischen
Schichten, wobei jedoch die Achse der jeweiligen Magnetisie
rung der weichmagnetischen Schicht in eine andere Richtung
verlaufen kann.
Bei der ersten Ausführungsform sind die beiden ferromagneti
schen Schichten durch die antiferromagnetische Schicht fest
gehalten; sie können jedoch durch eine der ferromagnetischen
Schichten festgehalten sein. Solange die Magnetisierungs
richtungen der ferromagnetischen Schichten durch externe
Magnetfelder nicht geändert werden, braucht die antiferro
magnetische Schicht für das Festhalten nicht vorgesehen zu
sein.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 ein Magnetsen
sor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung erläutert.
Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht des Magnetsensors gemäß der
vorliegenden Ausführungsform, wobei dessen Aufbau veran
schaulicht ist.
Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine eine
Diffusion verhindernde Schicht einer Magnetowiderstands
effekt-Vorrichtung, die eine Spin-Ventil-Schicht verwendet.
Zunächst wird eine 5 nm dicke Ta-Bodenschicht 22 auf einem
Si-Substrat niedergeschlagen, welches eine (100)-Fläche als
Hauptfläche aufweist. Sodann werden nacheinander auf der
Bodenschicht 22 eine 9 nm dicke magnetische NiFe-Schicht 23
als eine freie Schicht, eine 0,6 nm dicke, eine Diffusion
verhindernde Ag-Schicht 24 und eine 4 nm dicke nichtmagneti
sche Cu-Schicht 25 niedergeschlagen. Ferner wird eine 0,6 nm
dicke, eine Diffusion verhindernde Ag-Schicht 26 niederge
schlagen, und auf der eine Diffusion verhindernden Schicht 26
werden eine 4 nm dicke magnetische NiFe-Schicht 27 als Fest
halte-Schicht sowie eine 10 nm dicke antiferromagnetische
FeMn-Schicht 28 zum Festhalten einer Magnetisierungsrichtung
der magnetischen Schicht 25 niedergeschlagen. Sodann wird der
Mehrschichtkörper unter Verwendung einer Abdeckmaske zur Bil
dung eines Spin-Ventil-Films bzw. einer Spin-Ventil-Schicht
kopiert. Anschließend wird die Magnetowiderstandseffekt-Vor
richtung für einen Magnetkopf durch denselben Herstellungs
prozeß wie jenen für eine gewöhnliche Magnetowiderstandsef
fekt-Vorrichtung, enthaltend die Spin-Ventil-Schicht, herge
stellt. Bei den oben beschriebenen Niederschlagungsschritten
werden die magnetischen Schichten 23, 27 und die antiferro
magnetische Schicht 28 durch Zerstäubung in einem Magnetfeld
niedergeschlagen, welches parallel zur Oberfläche des
Substrats 21 angelegt ist, so daß die magnetischen Vorzugs
richtungen der magnetischen Schichten 23 und 27 und der anti
ferromagnetischen Schicht 28 eingeschränkt sind.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der Magnetowiderstands
effekt durch Wärmebehandlungen kaum vermindert, die in dem
folgenden Magnetkopf-Herstellungsprozeß durchgeführt werden.
Der Magnetowiderstandseffekt ist stärker als jener der Spin-
Ventil-Schicht, die Ag als nichtmagnetische Schicht enthält.
Anhand von Fig. 7 wird der Magnetsensor gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht des Magnetsensors gemäß der
vorliegenden Ausführungsform, wobei dessen Aufbau veran
schaulicht ist.
Die vorliegende Ausführungsform enthält die nichtmagnetische
Schicht 25 der ersten Ausführungsform in einem Mehrschicht
film aus abwechselnden Schichten aus Cu-Dünnschichten 25a und
Ag-Dünnschichten 25b.
Zunächst werden wie bei der ersten Ausführungsform eine 5 nm
dicke Ta-Bodenschicht 22 und eine 9 nm dicke magnetische
NiFe-Schicht 23 auf einem (100)-Si-Substrat 21 niedergeschla
gen, und sodann wird eine 0,4 nm dicke, eine Diffusion ver
hindernde Ag-Schicht 24 niedergeschlagen. Nachfolgend werden
vier Schichten einer 0,4 nm dicken Cu-Dünnschicht 25a und
drei Schichten einer 0,4 nm dicken Ag-Dünnschicht 25b einan
der abwechselnd zur Bildung einer 2,8 nm dicken nichtmagne
tischen Schicht 25 einander überlagert. Die Deckschicht der
nichtmagnetischen Schicht 25 ist die Cu-Dünnschicht 25a. An
schließend wird eine 0,4 nm dicke, eine Diffusion verhin
dernde Ag-Schicht 26 niedergeschlagen. Auf der eine Diffusion
verhindernden Schicht 26 werden wie bei der zweiten Ausfüh
rungsform eine 4 nm dicke magnetische NiFe-Schicht 27 und
eine 10 nm dicke antiferromagnetische FeMn-Schicht 28 nieder
geschlagen. Dabei wird dieselbe Niederschlagstechnik ange
wandt wie bei der zweiten Ausführungsform.
Die Spin-Ventil-Schicht bei der vorliegenden Ausführungsform
zeigt ein mittleres Magnetowiderstands-Änderungsverhältnis
zwischen jenem der Spin-Ventil-Schicht, welche die nicht
magnetische Schicht Ag enthält, und jenem der Spin-Ventil-Schicht,
die die nichtmagnetische Schicht aus Cu enthält. Die
Spin-Ventil-Schicht der vorliegenden Ausführungsform weist
eine gute Hitze- bzw. Wärmebeständigkeit auf.
Anhand der Fig. 8 wird nunmehr der Magnetsensor gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht des Magnetsensors gemäß der
vorliegenden Ausführungsform, wobei dessen Aufbau veran
schaulicht ist.
Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf einen Spin-Ventil-Film,
der eine korrosionsbeständige Metall-Dünnschicht
25c in einer nichtmagnetischen Schicht 25 eines Mehrschicht
films aus abwechselnd übereinanderliegenden Cu-Dünnschichten
25a und Ag-Dünnschichten 25b aufweist.
Zunächst wird wie bei der dritten Ausführungsform ein Si-Substrat
21 mit der (100)-Seite als Hauptfläche verwendet,
und es werden eine Bodenschicht (nicht dargestellt) aus Ta
sowie eine magnetische NiFe-Schicht 23 niedergeschlagen, und
auf der magnetischen Schicht 23 wird eine 0,4 nm dicke, eine
Diffusion verhindernde Ag-Schicht 24 niedergeschlagen. Sodann
werden drei Sätze einer Dreischichtstruktur aus einer 0,4 nm
dicken Cu-Dünnschicht 25a/einer 0,2 nm dicken korro
sionsbeständigen Metallschicht 25c/einer 0,4 nm dicken Ag-Dünnschicht
25b übereinanderliegend zu einem 3,0 nm dicken
Multischichtfilm niedergeschlagen. Die obere Ag-Dünnschicht
25b des Mehr bzw. Multischichtfilms ist eine eine Diffusion
verhindernde Schicht 26, und der restliche Teil des Multi
schichtfilms ist eine nichtmagnetische Schicht 25. Sodann
werden wie bei der dritten Ausführungsform eine NiFe-Schicht
27 und eine antiferromagnetische FeMn-Schicht (nicht darge
stellt) zur Bildung der Spin-Ventil-Schicht niedergeschlagen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann zur verbesserten
Wärme- bzw. Hitzebeständigkeit der korrosionsbeständige
Metallfilm 25c zwischen den entsprechenden Cu-Dünnschichten
25a und den entsprechenden Ag-Schichten vorgesehen sein. So
kann beispielsweise der korrosionsbeständige Metallfilm 25c
zwischen den Cu-Dünnschichten 25a und den eine Diffusion ver
hindernden Schichten 24, 26 und/oder zwischen den Cu-Dünn
schichten 25a und den Ag-Dünnschichten 25b vorgesehen sein.
Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen, daß, wie oben beschrie
ben, die hitzebeständige Metall-Dünnschicht 25c zwischen be
liebigen Schichten der nichtmagnetischen Schicht 25 vorge
sehen sein kann.
Anhand der Fig. 9 wird nunmehr der Magnetsensor gemäß einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht des Magnetsensors gemäß der
vorliegenden Ausführungsform, wobei dessen einer Aufbau ver
anschaulicht ist.
Die vorliegende Ausführungsform bezieht sich auf eine Magne
towiderstandseffekt-Vorrichtung, die eine Supergitter-GMR-Schicht
enthält.
Zunächst wird eine 5 nm dicke Cu-Bodenschicht 22 auf einem
Si-Substrat 21 mit einer (100)-Fläche als Hauptfläche nieder
geschlagen. Sodann wird eine 1 nm dicke magnetische Co-Schicht
23 auf der Bodenschicht 22 niedergeschlagen. An
schließend wird eine 0,2 nm dicke, eine Diffusion verhin
dernde Ag-Schicht 24 niedergeschlagen. Sodann werden nach
einander eine 0,2 nm dicke Cu-Dünnschicht 25a, eine 0,2 nm
dicke Ag-Dünnschicht 25b und eine 0,2 nm dicke Cu-Dünnschicht
25a zur Bildung einer 0,6 nm dicken nichtmagnetischen Schicht
25 eines Mehrschichtenfilms niedergeschlagen, der aus abwech
selnd niedergeschlagenen Cu-Dünnschichten 25a und Ag-Dünn
schichten 25b besteht. Anschließend wird eine 0,2 nm dicke,
eine Diffusion verhindernde Schicht 26 niedergeschlagen.
Damit ist eine Supergitterstruktur gebildet, welche die
magnetische Schicht 23/die eine Diffusion verhindernde
Schicht 24/die mehrschichtige nichtmagnetische Schicht 25/die
eine Diffusion verhindernde Schicht 26 als eine Einheit
auf der Bodenschicht 22 umfaßt.
Anschließend werden 20 Einheiten der so gebildeten Supergit
terstruktur übereinander gelegt, und eine 1 nm dicke magneti
sche Co-Schicht 23 wird niedergeschlagen. Ferner wird eine
5 nm dicke Cu-Deckschicht 24 auf der magnetischen Schicht 23
niedergeschlagen, um den Supergitter-GMR-Film zu bilden. So
dann wird eine Magnetowiderstandseffekt-Vorrichtung für einen
Magnetkopf durch den bekannten Prozeß hergestellt.
Anhand der Fig. 10 bis 13 wird der Magnetsensor gemäß einer
sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläu
tert.
Fig. 10 zeigt ein schematisches Diagramm des Magnetsensors
gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wobei dessen Aufbau
veranschaulicht ist. Fig. 11 zeigt eine Weiterentwicklung des
Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wobei
dessen Aufbau veranschaulicht ist. Fig. 12 zeigt in einem
Diagramm Ausgangssignale des Magnetsensors gemäß der vorlie
genden Ausführungsform. Fig. 13 erläutert in einem Diagramm
Widerstandswerte r₂, r₃ des Magnetsensors gemäß der vorlie
genden Ausführungsform.
Fig. 10 zeigt die Struktur bzw. den Aufbau der vorliegenden
Ausführungsform. Mit den Bezugszeichen 31 ist eine Al₂O₃-Iso
lierschicht bezeichnet, auf der ein Paar von Spin-Ventil-Strukturen
32, 33 derart übereinander liegen, daß die Al₂O₃-Isolierschicht
dazwischen liegt. Die Spin-Ventil-Strukturen
32, 33 sind jeweils eine Mehrschichtstruktur, die jeweils
eine Cu-Abstandsschicht 36 aufweist, welche zwischen
Ni₈₁Fe₁₉-Magnetschicht 34, 35 eingefügt ist. Bei der Spin-
Ventil-Struktur 32 liegt eine Ni₅₀Mn₅₀-Schalt-Vormagnetisie
rungsschicht 37, und eine Fe₅₀Mn₅₀-Schalt-Vormagnetisierungs
schicht 38 liegt in der Spin-Ventil-Struktur 33. Es ist mög
lich, daß die magnetischen Schichten 34, 35 aus einer oder
mehreren Arten der magnetischen Metallschicht aus Ni, Fe, Co
und Legierungen dieser Metalle gebildet sind.
Es ist ferner möglich, daß die Abstandsschicht 36 eine
Metallschicht aus einem Metall sein kann, welches aus einer
nichtmagnetischen Metallgruppe aus Au, Ag, Cu und Legierungen
dieser Metalle ausgewählt ist. Sie ruft denselben Effekt hin
sichtlich des Einsatzes unterschiedlicher magnetischer
Schichten und Abstandsschichten in den Spin-Ventil-Strukturen
32, 33 hervor.
Auf einem Substrat 50 mit einem Paar darauf durch eine Isoli
erschicht 49 getrennter gebildeter Elektroden 39 sind nach
einander eine 10 nm dicke antiferromagnetische Ni₅₀Mn₅₀-Schicht
37, eine 4 nm dicke magnetische Ni₈₁Fe₁₉-Schicht 35,
eine 2 nm dicke Cu-Abstandsschicht 36, eine 10 nm dicke
magnetische Ni₈₁Fe₁₉-Schicht 34, eine 20 nm dicke Al₂O₃-Iso
lierschicht 31, eine 10 nm dicke magnetische Ni₈₁Fe₁₉-Schicht
34′, eine 2 nm dicke Cu-Abstandsschicht 36′, eine 4 nm dicke
magnetische Ni₈₁Fe₁₉-Schicht 35′ und eine 10 nm dicke anti
ferromagnetische Fe₅₀Mn₅₀-Schicht 38 aufgebracht, und darauf
ist ferner ein Paar von Elektroden gebildet. Dieser Mehr
schichtkörper kann durch irgendeine Zerstäubung, Ionenstrahl
zerstäubung, Dampfniederschlagung oder durch andere Techniken
gebildet sein. Dieser Mehrschichtkörper kann zu der Vor
richtung durch Ionenwalzen oder eine andere Technik unter
Ausnutzung der gewöhnlichen Fotolithographie be- bzw. verar
beitet werden.
Wie in Fig. 11 veranschaulicht, fließt ein Lesestrom Is in
Richtung der Breite einer Spur, und ein Signal-Magnetfeld
Hsig von einem magnetischen Aufzeichnungsträger 40 tritt bzw.
dringt in eine Richtung ein, die parallel zu der Mehrschicht-Schnittstelle
und rechtwinklig zu dem Lesestrom Is verläuft.
In Fig. 11 gibt V eine Richtung der Bewegung des Aufzeich
nungsträgers an, und mit 60 ist eine Leitung bezeichnet. Eine
Ni₅₀Mn₅₀-Schalt-Vormagnetisierungsschicht 37 und eine bzw.
die Fe₅₀Mn₅₀-Schalt-Vormagnetisierungsschicht 38 weisen eine
antiparallele magnetische Anisotropie M1, M2 auf, so daß die
magnetischen Schichten 35, 35′ neben den betreffenden Schalt-Vormagnetisierungsschichten
37, 38 Magnetisierungsrichtungen
aufweisen, die in antiparallel zueinander verlaufenden Rich
tungen M3, M4 festgehalten sind. Eine Magnetisierungsrichtung
der zwischen den Cu-Abstandsschichten 36, 36′ liegenden
magnetischen Schichten 34, 34′ ist eine magnetische Vorzugs
richtung M5, die in der Fließrichtung des Lesestroms Is bei
Fehlen eines externen Magnetfeldes festgelegt ist.
Wenn ein vertikales Signal-Magnetfeld Hsig in den Magnet
sensor von dem magnetischen Aufzeichnungsträger 40 her ein
dringt, ändern sich die Magnetisierungsrichtungen M3, M4 der
magnetischen Schichten 35, 35′, die durch die Schalt-Vorma
gnetisierungsschichten 37, 38 festgehalten sind, nicht, wäh
rend sich eine Magnetisierungsrichtung der magnetischen
Schichten 34, 34′ in der Ebene der betreffenden magnetischen
Schichten 34, 34′ durch eine bzw. die Richtung des Signal-Magnetfeldes
Hsig dreht. Wenn das Signal-Magnetfeld Hsig nach
oben gerichtet ist, dreht sich die Magnetisierungsrichtung
der magnetischen Schichten 34 so, daß sie näher zu der
Magnetisierungsrichtung M3 in der Ebene der magnetischen
Schicht 34 verläuft, und die Magnetisierungsrichtung der
magnetischen Schicht 34′ dreht sich so, daß sie näher der
entgegengesetzten Richtung zur Magnetisierungsrichtung M4 in
der Ebene der magnetischen Schicht 34′ verläuft. Die Magneti
sierungsrichtungen M3, M₅² sind im wesentlichen dieselben
Richtungen, und die Spin-Ventil-Struktur 32 weist einen ge
ringeren Widerstandswert r₂ auf. Die Magnetisierungsrich
tungen M4, M₅² sind im wesentlichen entgegengerichtet zu
einander, und die Spin-Ventil-Struktur 33 weist einen höheren
Widerstandswert r₃ auf. Wenn das Signal-Magnetfeld Hsig nach
unten gerichtet ist, dreht sich die Magnetisierungsrichtung
des magnetischen Films bzw. der magnetischen Schicht 34 so,
daß sie näher der entgegengesetzten Richtung zu der Magneti
sierungsrichtung M3 in der Ebene der magnetischen Schicht 34
verläuft, und die Magnetisierungsrichtung der magnetischen
Schicht 34′ dreht sich so, daß sie näher der Magnetisierungs
richtung M4 in der Ebene des magnetischen Films 34′ verläuft.
Die Magnetisierungsrichtungen M3, M₅² verlaufen weitgehend
entgegengesetzt zueinander, und die Spin-Ventil-Struktur 32
weist einen höheren Widerstandswert r₂ auf. Die Magnetisie
rungsrichtungen M4, M₅² verlaufen im wesentlichen in dersel
ben Richtung, und die Spin-Ventil-Struktur 33 weist einen ge
ringeren Widerstandswert r₃ auf. Fig. 12 veranschaulicht die
Abhängigkeit der entsprechenden Widerstandswerte r₂, r₃ der
Spin-Ventil-Struktur bzw. Aufbau 32, 33 von dem Signal-
Magnetfeld Hsig. Da die Spin-Ventil-Aufbauten 32, 33 symme
trische elektrische Widerstandsänderungen in Abhängigkeit von
demselben Signalmagnetfeld Hsig zeigen, werden die Aus
gangssignale der Spin-Ventil-Strukturen 32, 33 unabhängig
voneinander ermittelt, so daß der Magnetsensor als differen
tiell bzw. differenzmäßig betriebener Magnetsensor arbeitet.
Die Änderungen der Widerstandswerte r₂, r₃ des Magnetsensors
gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind in Fig. 13 zusam
mengefaßt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 16 wird der Magnetsensor
gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung erläutert.
Fig. 14 zeigt eine schematische Schnittansicht des Magnet
sensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wobei dessen
Struktur bzw. Aufbau veranschaulicht ist. Fig. 15 zeigt eine
Weiterentwicklung des Magnetsensors gemäß der vorliegenden
Ausführungsform, wobei dessen Aufbau veranschaulicht ist.
Fig. 16 erläutert in einer Darstellung Änderungen von Wider
standswerten r₂, r₃ des Magnetsensors gemäß der vorliegenden
Ausführungsform.
In Fig. 14 ist mit dem Bezugszeichen 31 eine Al₂O₃-Isolier
schicht bezeichnet, zu deren beiden Seiten ein Paar von Spin-
Ventil-Strukturen 32, 33 liegt. Jede Spin-Ventil-Struktur 32,
33 ist eine Mehrschichtstruktur, die eine Cu-Abstandsschicht
36 aufweist, welche zwischen magnetischen Ni₈₁Fe₁₉-Schichten
34, 35 und Schalt-Ni₅₀Mn₅₀-Vormagnetisierungsschichten 37, 38
eingefügt ist. In der Spin-Ventil-Struktur 33 liegt die
magnetische Schicht 35 auf der Schalt-Vormagnetisierungs
schicht 38 über die antiferromagnetische Cu-Verbindungs
schicht 42 und eine magnetische Schicht 41. Die Schalt-Vor
magnetisierungsschichten 37, 38 sind aus demselben antiferro
magnetischen Material gebildet. Die anderen magnetischen
Schichten 34, 35 und die nichtmagnetische Schicht 36 sind
dieselben wie jene der sechsten Ausführungsform.
Auf einem Substrat 50 mit einem Paar darauf über eine Iso
lierschicht 49 gebildeter Elektroden 39 liegen übereinander
eine 10 nm dicke antiferromagnetische Ni₅₀Mn₅₀-Schicht 37,
eine 4 nm dicke magnetische Ni₈₁Fe₁₉-Schicht 35, eine 2 nm
dicke Cu-Abstandsschicht 36, eine 10 nm dicke magnetische
Ni₈₁Fe₁₉-Schicht 34, eine 20 nm dicke Al₂O₃-Isolationsschicht
31, eine 10 nm dicke Ni₈₁Fe₁₉-Schicht 34′, eine 2 nm dicke
Cu-Abstandsschicht 36′, eine 4 nm dicke magnetische Ni₈₁Fe₁₉-Schicht
35′, eine 1 nm dicke antiferromagnetische Cu-Verbin
dungsschicht 42, eine 12 nm dicke magnetische Ni₈₁Fe₁₉-Schicht
41 und eine 10 nm dicke antiferromagnetische
Ni₅₀Mn₅₀-Schicht 38. Darauf ist ein Paar von Elektroden 39
gebildet.
Wie in Fig. 15 veranschaulicht, fließt ein Lesestrom Is in
Richtung der Breite einer Spur, und ein Signal-Magnetfeld
Hsig von einem magnetischen Aufzeichnungsträger 40 dringt in
eine Richtung parallel zu der liegenden Fläche und rechtwink
lig zu dem Lesestrom Is ein. Die Schalt-Vormagnetisierungs
schichten 37, 38 weisen eine magnetische Anisotropie M1, M2
in derselben Richtung auf. Die Magnetisierungsrichtungen der
magnetischen Schichten 35, 41 neben den Schalt-Vormagnetisie
rungsschichten 37 bzw. 38 sind in denselben Magnetisierungs
richtungen M3, M6 festgehalten. In der Spin-Ventil-Struktur
33 wird eine starke antiferromagnetische Bindung in den
magnetischen Schichten 35′, 41 durch die antiferromagnetische
Verbindungsschicht 42 hervorgerufen, und eine Magnetisie
rungsrichtung der magnetischen Schicht 35′ ist in der Magne
tisierungsrichtung M6 der magnetischen Schicht 41 festgehal
ten, das heißt in der Magnetisierungsrichtung M4, antiparal
lel zur Magnetisierungsrichtung M2 der Schalt-Vormagnetisie
rungsschicht 38. Eine Magnetisierungsrichtung der magneti
schen Schichten 34, 34′ ist eine magnetische Vorzugsrichtung
M5, die in der Richtung des Fließens des Lesestroms Is fest
gehalten ist, wenn ein externes Magnetfeld fehlt.
Wenn ein vertikales Signal-Magnetfeld Hsig in den Magnet
sensor von einem magnetischen Aufzeichnungsträger 40 her ein
dringt, werden die Magnetisierungsrichtungen der magnetischen
Schichten 35, 35′ durch die Schalt-Vormagnetisierungsschich
ten 37, 38 festgehalten und ändern sich nicht, während sich
eine Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schichten 34,
34′ durch Zusammensetzen der Magnetisierungsrichtung M5 und
des Signal-Magnetfeldes Hsig in der Ebene der magnetischen
Schichten 34, 34′ dreht. Da sich eine Abhängigkeit der Wider
standswerte r₂, r₃ der Spin-Ventil-Strukturen 32, 33 von dem
Signal-Magnetfeld Hsig zeigt, wie dies in Fig. 12 veranschau
licht ist, treten symmetrische elektrische Widerstandsände
rungen auf dasselbe Signal-Magnetfeld Hsig hin auf, und es
werden Ausgangssignale der Spin-Ventil-Strukturen 32, 33
unabhängig voneinander ermittelt, so daß der Magnetsensor als
differentiell bzw. differenzmäßig betriebener Magnetsensor
arbeitet.
Änderungen der Widerstandswerte r₂, r₃ des Magnetsensors
gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind in Fig. 16 zusam
mengefaßt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 17 bis 19 wird der Magnetsensor
gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
erläutert.
Fig. 17 zeigt eine schematische Schnittansicht des Magnetsen
sors gemäß der vorliegenden Ausführungsform, dessen Struktur
bzw. Aufbau veranschaulicht ist. Fig. 18 zeigt eine Weiter
entwicklung des Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausfüh
rungsform, wobei dessen Aufbau veranschaulicht ist. Fig. 19
erläutert in einer Darstellung Änderungen der Widerstandswer
te r₂, r₃ des Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausfüh
rungsform.
In Fig. 17 ist mit dem Bezugszeichen 61 eine isolierende
Schalt-Ni0-Vormagnetisierungsschicht bezeichnet, die zwischen
einem Paar von Spin-Ventil-Strukturen 32, 33 eingefügt ist.
Die Spin-Ventil-Strukturen 32, 33 sind jeweils eine Mehr
schichtstruktur, die eine Cu-Abstandsschicht 36 zwischen
magnetischen Ni₈₁Fe₁₉-Schichten 34, 35 aufweist. Die achte
Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die NiMn-
Schalt-Vormagnetisierungsschicht oder die FeMn-Schalt-Vor
magnetisierungsschicht 37, 38 durch eine isolierende Schalt-Vormagnetisierungsschicht
61 ersetzt ist. Bei der Spin-Ven
til-Struktur 33 liegt eine magnetische Schicht 35′ auf der
isolierenden NiO-Schalt-Vormagnetisierungsschicht 61 über
einem antiferromagnetischen Cu-Verbindungsfilm 42 und eine
magnetische Schicht 41 und ist dieselbe Schicht wie bei der
sechsten Ausführungsform hinsichtlich der Strukturen der an
deren magnetischen und nichtmagnetischen Schichten.
Auf einem Substrat 50 mit einem darauf über einen Isolations
film 49 gebildeten Paar von Elektroden 39 liegen übereinander
eine 10 nm dicke magnetische Ni₈₁Fe₁₉-Schicht 34, eine 2 nm
dicke Cu-Abstandsschicht 36, eine 4 nm dicke magnetische
Ni₈₁Fe₁₉-Schicht 35, eine 20 nm dicke isolierende NiO-Schalt-Vormagnetisierungsschicht
61, eine 2 nm dicke magnetische
Ni₈₁Fe₁₉-Schicht 41, eine 1 nm dicke antiferromagnetische Cu-Verbindungsschicht
42, eine 4 nm dicke magnetische Ni₈₁Fe₁₉-Schicht
35′, eine 2 nm dicke Cu-Abstandsschicht 36′ und eine
10 nm dicke magnetische Ni₈₁Fe₁₉-Schicht 34′. Darauf ist ein
Paar von Elektroden 39′ gebildet.
Wie in Fig. 18 veranschaulicht, fließt ein Lesestrom Is in
Richtung der Breite einer Spur, und ein Signal-Magnetfeld
Hsig von einem magnetischen Aufzeichnungsträger 40 dringt in
den Magnetsensor in einer Richtung parallel zu einer liegen
den Schichttrennfläche und rechtwinklig zu dem Lesestrom Is
ein. Die isolierende NiO-Schalt-Vormagnetisierungsschicht 61
weist eine magnetische Anisotropie M1 auf, so daß die Magne
tisierungsrichtungen der magnetischen Schichten 35, 41 neben
der isolierenden Schalt-Vormagnetisierungsschicht 61 in den
selben Richtungen M3, M6 festgehalten sind. Zu diesem Zeit
punkt tritt eine starke antiferromagnetische Bindung in den
magnetischen Schichten 35′, 41 über den antiferromagnetischen
Cu-Verbindungsfilm 42 auf, und eine Magnetisierungsrichtung
des magnetischen Films bzw. der magnetischen Schicht 35 wird
in der Magnetisierungsrichtung M6 der magnetischen Schicht 41
festgehalten, das heißt in einer Richtung M4 antiparallel zur
Magnetisierungsrichtung M1 der isolierenden NiO-Schalt-Vor
magnetisierungsschicht 61. Eine Magnetisierungsrichtung der
magnetischen Schichten 34, 34′ ist eine magnetische Vorzugs
richtung M5, die in einer Richtung des Stromflusses des Lese
stroms Is festgehalten ist.
Wenn ein vertikales Signal-Magnetfeld Hsig von einem magneti
schen Aufzeichnungsträger 40 her in den Magnetsensor ein
dringt, ändern sich die Magnetisierungsrichtungen der magne
tischen Schichten 35, 41, die durch die isolierende NiO-Schalt-Vormagnetisierungsschicht
61 festgehalten sind, nicht,
während sich indessen eine Magnetisierungsrichtung der magne
tischen Schichten 34, 34′ an der Stelle bzw. in der Ebene der
magnetischen Schichten 34, 34′ entsprechend einer Richtung
des Signal-Magnetfeldes Hsig dreht. Mit Rücksicht darauf, daß
zu diesem Zeitpunkt die Widerstandswerte r₂, r₃ der Spin-Ven
til-Strukturen 32, 33 eine Abhängigkeit vom Signal-Magnetfeld
Hsig zeigen, wie dies in Fig. 12 veranschaulicht ist, treten
symmetrische elektrische Widerstandsänderungen in bezug auf
dasselbe Signal-Magnetfeld Hsig auf, und Ausgangssignale der
Spin-Ventil-Strukturen 32, 33 werden unabhängig voneinander
ermittelt, wodurch der Magnetsensor als ein Differential-Magnetsensor
arbeitet.
Änderungen der Widerstandswerte r₂, r₃ des Magnetsensors
gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind in Fig. 19 zusam
mengefaßt.
Claims (20)
1. Magnetsensor, umfassend:
eine erste magnetische Schicht (12) mit einer in einer ersten Richtung verlaufenden magnetischen Vorzugsrichtung,
eine zweite magnetische Schicht (16) mit einer in einer von der ersten Richtung verschiedenen zweiten Richtung verlaufen den magnetischen Vorzugsrichtung,
eine zwischen der ersten magnetischen Schicht (12) und der zweiten magnetischen Schicht (16) positionierte dritte magne tische Schicht (14), die eine geringere Koerzitivkraft auf weist als die erste magnetische Schicht (12) und die zweite magnetische Schicht (16),
eine zwischen der ersten magnetischen Schicht (12) und der dritten magnetischen Schicht (14) eingefügte erste Isolier schicht (13),
und eine zwischen der zweiten magnetischen Schicht (16) und der dritten magnetischen Schicht (14) eingefügte zweite Iso lierschicht (15),
wobei ein externes Magnetfeld durch die Ausnutzung des Tun nel-Widerstands zwischen der ersten magnetischen Schicht (12) und der dritten magnetischen Schicht (14) und des Tunnel-Widerstands zwischen der zweiten magnetischen Schicht (16) und der dritten magnetischen Schicht (14) ermittelt wird.
eine erste magnetische Schicht (12) mit einer in einer ersten Richtung verlaufenden magnetischen Vorzugsrichtung,
eine zweite magnetische Schicht (16) mit einer in einer von der ersten Richtung verschiedenen zweiten Richtung verlaufen den magnetischen Vorzugsrichtung,
eine zwischen der ersten magnetischen Schicht (12) und der zweiten magnetischen Schicht (16) positionierte dritte magne tische Schicht (14), die eine geringere Koerzitivkraft auf weist als die erste magnetische Schicht (12) und die zweite magnetische Schicht (16),
eine zwischen der ersten magnetischen Schicht (12) und der dritten magnetischen Schicht (14) eingefügte erste Isolier schicht (13),
und eine zwischen der zweiten magnetischen Schicht (16) und der dritten magnetischen Schicht (14) eingefügte zweite Iso lierschicht (15),
wobei ein externes Magnetfeld durch die Ausnutzung des Tun nel-Widerstands zwischen der ersten magnetischen Schicht (12) und der dritten magnetischen Schicht (14) und des Tunnel-Widerstands zwischen der zweiten magnetischen Schicht (16) und der dritten magnetischen Schicht (14) ermittelt wird.
2. Magnetsensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die erste Richtung und die zweite
Richtung im wesentlichen entgegengesetzt zueinander verlau
fen.
3. Magnetsensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die magnetische Vorzugsrichtung der
dritten magnetischen Schicht (14) im wesentlichen senkrecht
zu der ersten Richtung und der zweiten Richtung verläuft.
4. Magnetsensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß eine anti
ferromagnetische Schicht (11; 17) zum Festhalten der magneti
schen Vorzugsrichtung in zumindest einer Schicht der ersten
magnetischen Schicht (12) und der zweiten magnetischen
Schicht (16) enthalten bzw. eingeschlossen ist.
5. Magnetsensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Koer
zitivkraft der ersten magnetischen Schicht (12) und der zwei
ten magnetischen Schicht (16) größer ist als ein Sättigungs-Magnetfeld
in einer Achse schwerer bzw. schwieriger Magneti
sierung der dritten magnetischen Schicht (14).
6. Magnetsensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein sta
tisches Magnetfeld aufgrund der ersten magnetischen Schicht
(12) und ein statisches Magnetfeld aufgrund der zweiten
magnetischen Schicht (16) in der dritten magnetischen Schicht
(14) einander kompensieren.
7. Magnetsensor nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Dif
ferenz-Detektiereinrichtung (OP1, OP2, OP3) vorgesehen ist
zur Ermittlung einer Differenz zwischen einem ersten elektri
schen Signal, welches auf einem Tunnel-Widerstand zwischen
der ersten magnetischen Schicht (12) und der dritten magneti
schen Schicht (14) basiert, und einem elektrischen Signal,
welches auf einem Tunnel-Widerstand zwischen der zweiten
magnetischen Schicht (16) und der dritten magnetischen
Schicht (14) basiert.
8. Magnetsensor, umfassend eines Spin-Ventil-Struktur, die
einen Mehrschichtkörper aus einer ersten magnetischen
Schicht, einer nichtmagnetischen Schicht und einer zweiten
magnetischen Schicht aufweist, wobei die betreffenden Schich
ten in der angegebenen Reihenfolge übereinander liegen,
wobei die nichtmagnetische Schicht aus Cu gebildet ist
und wobei eine eine Diffusion verhindernde Schicht aus Ag
zwischen der nichtmagnetischen Schicht und der ersten magne
tischen Schicht sowie zwischen der nichtmagnetischen Schicht
und der zweiten magnetischen Schicht vorgesehen ist.
9. Magnetsensor, umfassend einen Mehrschichtfilm aus abwech
selnd übereinander liegenden magnetischen und nichtmagneti
schen Schichten,
wobei die nichtmagnetischen Schichten aus Cu gebildet sind
und wobei eine eine Diffusion verhindernde Schicht aus Ag
zwischen der nichtmagnetischen Schicht und der magnetischen
Schicht vorgesehen ist.
10. Magnetsensor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die nichtmagnetische
Schicht aus Cu durch einen Mehrschichtfilm aus abwechselnd
übereinander liegenden Cu-Filmen und Ag-Filmen ersetzt ist.
11. Magnetsensor nach Anspruch 10, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine nichtmagnetische korro
sionsbeständige Metallschicht zwischen dem Cu-Film und dem
Ag-Film oder dem eine Diffusion verhindernden Film und dem
Cu-Film oder dem Ag-Film vorgesehen ist.
12. Magnetsensor mit einer ersten Spin-Ventil-Struktur, die
eine erste und eine zweite ferromagnetische Schicht enthält,
welche von der ersten ferromagnetischen Schicht durch eine
nichtmagnetische Abstandsschicht getrennt ist,
wobei eine Magnetisierungsrichtung der ersten ferromagneti schen Schicht und eine Magnetisierungsrichtung der zweiten ferromagnetischen Schicht, die durch eine erste antiferro magnetische Schicht neben der betreffenden zweiten ferro magnetischen Schicht festgehalten ist, rechtwinklig zueinan der verlaufen, wenn kein Magnetfeld angelegt ist,
mit einer Einrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Widerstands, der durch eine Differenz in den Drehungen der Magnetisierungsrichtungen der ersten und der zweiten ferro magnetischen Schichten bei Vorhandensein eines externen Magnetfeldes hervorrufen wird,
mit einer zweiten Spin-Ventil-Struktur, die eine dritte ferromagnetische Schicht und eine vierte ferromagnetische Schicht aufweist, welche von der dritten ferromagnetischen Schicht durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht isoliert ist,
wobei die dritte ferromagnetische Schicht eine Magnetisie rungsrichtungskomponente in derselben Richtung der Magneti sierungsrichtung der ersten ferromagnetischen Schicht auf weist,
wobei die vierte ferromagnetische Schicht eine Magnetisie rungsrichtungskomponente aufweist, die entgegengesetzt ist zu der Magnetisierungsrichtung der zweiten ferromagnetischen Schicht,
wobei die Magnetisierungsrichtung der dritten ferromagneti schen Schicht und die Magnetisierungsrichtung der vierten ferromagnetischen Schicht, die durch eine zweite antiferro magnetische Schicht festgehalten ist, senkrecht zueinander verlaufen, wenn kein Magnetfeld angelegt ist,
mit einer Einrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Widerstands, der durch eine Differenz in den Drehungen der Magnetisierungsrichtungen der dritten und der vierten ferro magnetischen Schichten auf das Vorhandensein eines externen Magnetfeldes hin hervorgerufen wird,
mit einer Isolierschicht zum elektrischen Isolieren der ersten und zweiten Spin-Ventil-Strukturen,
und mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Ausgangssignale der betreffenden Spin-Ventil-Strukturen.
wobei eine Magnetisierungsrichtung der ersten ferromagneti schen Schicht und eine Magnetisierungsrichtung der zweiten ferromagnetischen Schicht, die durch eine erste antiferro magnetische Schicht neben der betreffenden zweiten ferro magnetischen Schicht festgehalten ist, rechtwinklig zueinan der verlaufen, wenn kein Magnetfeld angelegt ist,
mit einer Einrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Widerstands, der durch eine Differenz in den Drehungen der Magnetisierungsrichtungen der ersten und der zweiten ferro magnetischen Schichten bei Vorhandensein eines externen Magnetfeldes hervorrufen wird,
mit einer zweiten Spin-Ventil-Struktur, die eine dritte ferromagnetische Schicht und eine vierte ferromagnetische Schicht aufweist, welche von der dritten ferromagnetischen Schicht durch eine nichtmagnetische Abstandsschicht isoliert ist,
wobei die dritte ferromagnetische Schicht eine Magnetisie rungsrichtungskomponente in derselben Richtung der Magneti sierungsrichtung der ersten ferromagnetischen Schicht auf weist,
wobei die vierte ferromagnetische Schicht eine Magnetisie rungsrichtungskomponente aufweist, die entgegengesetzt ist zu der Magnetisierungsrichtung der zweiten ferromagnetischen Schicht,
wobei die Magnetisierungsrichtung der dritten ferromagneti schen Schicht und die Magnetisierungsrichtung der vierten ferromagnetischen Schicht, die durch eine zweite antiferro magnetische Schicht festgehalten ist, senkrecht zueinander verlaufen, wenn kein Magnetfeld angelegt ist,
mit einer Einrichtung zur Ermittlung eines elektrischen Widerstands, der durch eine Differenz in den Drehungen der Magnetisierungsrichtungen der dritten und der vierten ferro magnetischen Schichten auf das Vorhandensein eines externen Magnetfeldes hin hervorgerufen wird,
mit einer Isolierschicht zum elektrischen Isolieren der ersten und zweiten Spin-Ventil-Strukturen,
und mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Ausgangssignale der betreffenden Spin-Ventil-Strukturen.
13. Magnetsensor nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine Differenz- bzw. Diffe
rential-Signalinformation zwischen den Ausgangssignalen der
ersten Spin-Ventil-Struktur und der zweiten Spin-Ventil-Strukturen
ermittelt wird.
14. Magnetsensor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß in den ersten und zweiten
Spin-Ventil-Strukturen die Magnetisierungsrichtung der zwei
ten und der vierten ferromagnetischen Schichten, welche durch
die antiferromagnetischen Schichten festgehalten sind, anti
parallel zueinander verlaufen.
15. Magnetsensor nach Anspruch 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß die ersten und zweiten anti
ferromagnetischen Schichten voneinander verschiedene Sperr
temperaturen aufweisen.
16. Magnetsensor nach Anspruch 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß die ersten und zweiten anti
ferromagnetischen Schichten aus zwei unterschiedlichen Arten
von Materialien gebildet sind, die aus regulären antiferro
magnetischen Legierungen aus Eisen, Mangan, Nickel-Mangan und
Palladium-Mangan sowie aus Nickeloxiden ausgewählt sind.
17. Magnetsensor nach Anspruch 14, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine fünfte ferromagnetische
Schicht zwischen der zweiten oder der vierten ferro
magnetischen Schicht, deren Magnetisierungsrichtung durch die
erste oder die zweite antiferromagnetische Schicht festgehal
ten ist, und der ersten oder der zweiten antiferromagneti
schen Schicht über einen antiferromagnetischen Verbindungs
film eines nichtmagnetischen Metallfilms vorgesehen ist.
18. Magnetsensor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten
Spin-Ventil-Strukturen eine Isolierschicht aus einem anti
ferromagnetischen Material enthalten, das als erste und zwei
te antiferromagnetische Dünnfilmschichten wirkt.
19. Magnetsensor nach Anspruch 18, dadurch ge
kennzeichnet, daß die antiferromagnetische Isolierschicht
aus einem antiferromagnetischen Nickeloxid gebil
det ist.
20. Magnetsensor nach Anspruch 18, dadurch ge
kennzeichnet, daß eine fünfte ferromagnetische
Schicht zwischen der zweiten oder der vierten ferromagneti
schen Schicht, deren Magnetisierungsrichtung durch die anti
ferromagnetische Isolierschicht festgehalten ist, und der
Isolierschicht über einen antiferromagnetischen Verbindungs
film aus einer nichtmagnetischen Metalldünnschicht vorgesehen
ist.
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