DE19701509A1 - Magnetsensor - Google Patents

Magnetsensor

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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
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.
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.
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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