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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Dünnschichtelement vom "Drehventil-Typ" (Spin-valve-Typ),
bei dem der elektrische Widerstand als eine Funktion zwischen der
Ausrichtung der Magnetisierung einer festgelegten Magnetschicht
und der einer freien Magnetschicht, die die Freiheit hat, sich mit
einem angelegten Magnetfeld zu drehen, variiert. Die Erfindung betrifft
außerdem
die Verbesserung eines Magnetmaterials, das als die vorgenannte
festgelegte Magnetschicht verwendet wird.
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Ein
Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ ist eine Art von sehr großem Magnetwiderstandselement (giant
magnetoresistive (GMR) element), das den sehr großen Magnetowiderstandseffekt
zum Auffinden eines Aufzeichnungsmagnetfelds, das in einem Aufzeichnungsmedium
wie einer Festplatte aufgezeichnet ist, verwendet.
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Ein
derartiges Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ ist aus mindestens vier Schichten zusammengesetzt,
d. h. einer freien Magnetschicht, einer nichtmagnetischen elektrisch
leitfähigen
Schicht, einer festgelegten Magnetschicht und einer antiferromagnetischen
Schicht, die in dieser Reihenfolge an ein geeignetes Substrat laminiert
sind, und an beide Seiten der vier Schichten sind Paare aus einer
hartmagnetischen Vormagnetisierschicht und einer elektrisch leitfähigen Schicht
laminiert.
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Im
allgemeinen enthält
das konventionelle Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ
die antiferromagnetische Schicht, die aus einer Schicht aus einer
FeMn (Eisen-Mangan)-Legierung
oder einer NiMn (Nickel-Mangan)-Legierung besteht, die festgelegte
Magnetschicht und die freie Magnetschicht, die jeweils aus einer
Schicht aus einer NiFe (Nickel-Eisen)-Legierung bestehen, die nichtmagnetische
elektrisch leitfähige Schicht,
die aus einer Cu(Kupfer)-Schicht besteht, und die hartmagnetische
Vormagnetisierschicht, die aus einer Schicht aus einer Co-Pt(Kobalt-Platin)-Legierung
besteht.
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Die
festgelegte Magnetschicht ist der antiferromagnetischen Schicht
benachbart ausgebildet. Die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht
wird in einen einzigen Domänenzustand
in Höhenrichtung
(der Richtung eines Austrittsmagnetfelds), das aus einem Aufzeichnungsmedium
austritt, gebracht und fixiert durch Formen der festgelegten Magnetschicht
in einem Magnetfeld, wenn die antiferromagnetische Schicht aus einer Schicht
aus FeMn-Legierung besteht, oder dadurch, daß man sie wärmebehandelt, wenn die antiferromagnetische
Schicht aus einer Schicht aus NiMn-Legierung besteht.
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Die
Ausrichtung der Magnetisierung der freien Magnetschicht wird durch
ein Vormagnetisierfeld von der hartmagnetischen Vormagnetisierschicht
mit der Spurbreiten-Richtung ausgerichtet, und die Ausrichtung der
Magnetisierung der freien Magnetschicht und der festgelegten Magnetschicht
befinden sich relativ zueinander in einem Winkel von 90°.
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Bei
einem Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ wird ein Abtast- oder Lesestrom von der elektrisch leitfähigen Schicht
zu der festgelegten Magnetschicht, der nichtmagnetischen elektrisch
leitfähigen
Schicht und der freien Magnetschicht geführt. Wenn von einem Aufzeichnungsmedium
ein Austrittsmagnetfeld auf das Element ausgeübt wird, dreht sich die Ausrichtung
oder Orientierung der Magnetisierung (Richtung der Magnetisierung)
der freien Magnetschicht aus der Richtung der Spurbreite in die
Richtung des Austrittsmagnetfelds (Richtung der Höhe). Der
elektrische Widerstand verändert
sich als eine Funktion zwischen der Änderung der Ausrichtung der
Magnetisierung in der freien Magnetschicht und der unveränderlichen
Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht, und
folglich ändert
sich die Spannung entsprechend der Veränderung des elektrischen Widerstands,
um das Austrittsmagnetfeld des Aufzeichnungsmediums zu erkennen.
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Inzwischen
wird ein großes
anisotropes Austauschmagnetfeld, das in einer Grenzfläche zwischen
der festgelegten Magnetschicht und der antiferromagnetischen Schicht
erzeugt wird, bevorzugt. Das liegt daran, daß ein solches großes anisotropes
Austauschmagnetfeld die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht zufriedenstellend
in einen einzigen Domänenzustand
in Höhenrichtung
(Richtung des Austrittsmagnetfelds eines Aufzeichnungsmediums) bringen
und festlegen kann.
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Zur
Erzeugung eines großen
anisotropen Austauschmagnetfelds wurden verschiedene Erfindungen und
Veröffentlichungen
gemacht, bei denen die Materialien der antiferromagnetischen Schicht
und/oder der festgelegten Magnetschicht verändert werden oder die Bedingungen
einer Wärmebehandlung
zur Erzeugung eines anisotropen Austauschmagnetfelds geeignet eingestellt
werden.
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Es
ist jedoch nicht nur ein anisotropes Austauschmagnetfeld, das die
Größe der Magnetisierung
beeinflußt.
Auch ein durch einen magnetoelastischen oder magnetomechanischen
Effekt erzeugtes Magnetfeld beeinflußt die Größe der Magnetisierung der festgelegten
Magnetschicht. Ein solches Magnetfeld kann bestimmt werden durch
eine Spannung und Magnetostriktion, die auf die festgelegte Magnetschicht
ausgeübt werden.
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Ein
Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ hat eine obere, eine untere und eine hochseitige
Oberfläche,
die mit einer Isolierungsschicht (Lückenschicht; gap film) bedeckt
sind, wobei die Isolierungsschicht beispielsweise aus Al2O3 besteht, und
eine der hochseitigen Oberfläche
entgegengesetzte Oberfläche
(d. h. eine lufttragende Oberflächenseite,
Air Bearing surface (ABS) side; vordere Oberfläche), die nach außenhin exponiert
ist. Da das Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ aus einer vielschichtigen, Metallschichten aufweisenden
Struktur zusammengesetzt ist, ist sein thermischer Expansionskoeffizient
größer als
der der Isolationsschicht, die das Element bedeckt. Dementsprechend
wirkt auf das Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ eine in die Höhenrichtung
gerichtete Zugspannung ein.
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Wenn
die das Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ ausmachende festgelegte Magnetschicht unter den
vorgenannten Bedingungen eine negative Magnetostriktion besitzt,
wird durch den magnetoelastischen Effekt die Magnetisierung der
festgelegten Magnetschicht in Richtung der Spurbreite induziert.
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Genauer
gesagt, wenn ein Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen
Effekts zur Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht
in Richtung der Spurbreite wirkt, wird die Magnetisierung der festgelegten
Magnetschicht nicht streng in der Richtung der Höhe fixiert, selbst wenn ein
großes
anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden kann, das die Magnetisierung
der festgelegten Magnetschicht befriedigend in einen einzigen Domänenzustand
in der Höhenrichtung
bringen kann. Daher werden die Wiedergabekennwerte verschlechtert,
einschließlich
einem vermehrten Auftreten von Barkhausen-Rauschen.
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DE 195 28 245 offenbart
einen Magneto-Widerstandskopf, umfassend eine erste ferromagnetische Schicht
aus einer Eisen-Nickel-Legierung, eine zweite ferromagnetische Schicht
aus einer Kobalt-Nickel-Eisen-Legierung, eine nicht-magnetische
Metallschicht, beispielsweise aus Kupfer, die zwischen der ersten
und der zweiten ferromagnetischen Schicht angeordnet ist, und eine
antiferromagnetische Schicht aus einer Eisen-Mangan-Legierung, die
die zweite ferromagnetische Schicht kontaktiert.
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EP 0 526 044 offenbart ein
Magneto-Widerstandselement, aufweisend ein Substrat mit einem Mehrschichtaufbau,
wobei der Mehrschichtaufbau magnetische Metallschichten und nicht-magnetische
Metallschichten umfasst, die so gestapelt sind, dass ein Magnet-Widerstandseffekt
erzeugt wird. Die magnetischen Metallschichten bestehen aus Eisen,
Kobalt, Nickel oder einer Legierung aus diesen Metallen.
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Die
nicht-magnetischen Metallschichten bestehen aus Kupfer, Chrom, Gold,
Silber, Ruthenium oder aus einer Legierung, die irgendwelche dieser
Metalle enthält.
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EP 0 701 142 offenbart ein
Magneto-Widerstandselement mit mindestens zwei ferromagnetischen Schichten,
zwischen denen eine nicht-magnetische Schicht angeordnet ist, und
mit einer anti-ferromagnetischen Schicht, die einer der ferromagnetischen
Schichten benachbart angeordnet ist. Die antiferromagnetische Schicht
besteht aus mindestens zwei Oxiden, die aus Nickeloxid, Kobaltoxid
und Nickel-Kobalt-Mischoxid ausgewählt sind, die ferromagnetischen
Schichten bestehen aus Nickel, Eisen, Kobalt oder Legierungen von Eisen
und Kobalt, Nickel und Eisen, oder Nickel, Eisen und Kobalt. Die
nicht-magnetische Schicht kann aus verschiedenen metallischen, halbmetallischen
und nicht-metallischen Materialien bestehen.
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US 5 661 449 offenbart einen
magnetischen Mehrschichtaufbau mit einer ersten und einer zweiten
magnetischen Schicht und einer nicht-magnetischen Metallschicht
dazwischen, wobei die erste magnetische Schicht und die zweite magnetische
Schicht aus verschiedenen Kobalt-Nickel-Eisen-Legierungen bestehen, und
wobei die nicht-magnetische Metallschicht Gold, Silber und/oder
Kupfer aufweist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend angeführten Probleme
des Stands der Technik zu lösen.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ bereitzustellen, bei dem die Magnetisierung einer
festgelegten Magnetschicht in Höhenrichtung durch
ein Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts
sowie durch ein anisotropes Austauschmagnetfeld herbeigeführt und
fest fixiert werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein magnetoresistives Element bereit,
aufweisend: eine antiferromagnetische Schicht, wobei die antiferromagnetische
Schicht aus einer X-Mn Legierung gebildet ist, wobei X Pt, Pd, Ru,
Ir, Os oder Rh ist, eine festgelegte Magnetschicht, die der antiferromagnetischen
Schicht benachbart ausgebildet ist und eine Ausrichtung der Magnetisierung
besitzt, die durch ein anisotropes Austauschmagnetfeld zwischen
der Schicht und der antiferromagnetischen Schicht festgelegt ist,
eine freie Magnetschicht, die über
und/oder unter der festgelegten Magnetschicht mit einer nichtmagnetischen
elektrisch leitfähigen
Schicht dazwischen ausgebildet ist, wobei das Element außerdem aufweist
eine Vormagnetisierschicht zum Ausrichten der Orientierung der Magnetisierung
der freien Magnetschicht in einer die Orientierung der Magnetisierung der
festgelegten Magnetschicht kreuzenden Richtung, und eine elektrisch
leitfähige
Schicht zum Führen
eines Abtaststroms zu der festgelegten Magnetschicht, der nichtmagnetischen
elektrisch leitfähigen
Schicht und der freien Magnetschicht, und wobei die festgelegte
Magnetschicht aus einer CoFe-Legierung ausgebildet ist, eine positive
Sättigungsmagnetostriktionskonstante
hat und zumindest als Teil ihrer Kristallstruktur eine kubisch-flächenzentrierte-Struktur
(hierin im Folgenden als "fcc-Struktur" bezeichnet) aufweist.
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Die
als die festgelegte Magnetschicht verwendete CoFe-Legierung kann
eine Zusammensetzungsformel haben, die durch CoaFe100-a dargestellt wird, und der Zusammensetzungsanteil "a" kann, in Atomprozent, bevorzugt 30 ≤ a ≤ 80 und, besonders
bevorzugt, 50 ≤ a ≤ 70 sein.
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Die
festgelegte Magnetschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung kann außerdem
Ni enthalten. In diesem Fall kann die Zusammensetzungsformel der
CoFeNi-Legierung dargestellt werden durch CoaFebNic, und bevorzugt
ist, in Atomprozent, 0 < a ≤ 80, 20 ≤ b ≤ 70 und 0 ≤ c ≤ 80 und, besonders
bevorzugt, 50 ≤ a ≤ 80, 20 ≤ b ≤ 50 und 0 < c ≤ 30.
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Wenn
die drei Segmente eines ternären
Diagramms der vorgenannten Zusammensetzung CoaFebNic bestimmt werden
als die Zusammensetzungsanteile der Elemente Co, Fe bzw. Ni, können die Zusammensetzungsanteile
a, b und c (Atomprozent) bevorzugt in den Bereich fallen, der durch
die folgenden vier Punkte eingefaßt wird.
(Co:Fe:Ni) =
(70:30:0)
(Co:Fe:Ni) = (60:40:0)
(Co:Fe:Ni) = (50:30:20)
(Co:Fe:Ni)
= (50:20:30)
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Die
vorgenannte erfindungsgemäße antiferromagnetische
Schicht kann aus einer PtMn-Legierung bestehen.
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Die
Verwendung einer PtMn-Legierung als die antiferromagnetische Schicht
kann ein größeres anisotropes
Magnetfeld erzeugen als jene der FeMn-Legierungen oder NiMn-Legierungen,
die konventionell als eine antiferromagnetische Schicht verwendet
wurden. Zusätzlich
besitzt eine solche PtMn-Legierung zufriedenstellende Eigenschaften
als ein antiferromagnetisches Material, wozu eine hohe Sperrtemperatur
und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit gehört.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann anstelle der PtMn-Legierung eine
X-Mn-Legierung, in der X Pd, Ru, Ir, Os oder Rh ist, oder eine Pt-Mn-X'-Legierung, in der
X' Ni, Pd, Rh, Ru,
Ir, Cr oder Co ist, als die antiferromagnetische Schicht verwendet
werden.
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Wie
vorstehend beschrieben, hat ein Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ
eine obere, eine untere und eine hochseitliche Oberfläche, die
mit einer Isolierungsschicht bedeckt sind, und eine ABS-Seite (vordere Oberfläche), die
nach außen
hin exponiert ist, und der thermische Expansionskoeffizient des
Elements ist größer als
der der Isolierungsschicht, so daß in Richtung der Höhe auf das
Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ eine Zugspannung einwirkt.
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Daher
richtet das Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen
Effekts die Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht
in der Richtung der Spurbreite aus, wenn die festgelegte Magnetschicht
eine negative Magnetostriktion besitzt. Dementsprechend wird, selbst
wenn ein großes
anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden kann, die Gesamtgröße des Gesamtmagnetfelds
zur Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht
in Richtung der Höhe
verringert.
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Daher
kann die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht nicht stabil
in Richtung der Höhe
festgelegt werden, so daß die
Wiedergabekennwerte verschlechtert werden.
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Erfindungsgemäß wird die
Magnetostriktion einer festgelegten Magnetschicht positiv eingestellt,
so daß die
Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Höhenrichtung
als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts herbeigeführt wird.
Genauer gesagt, die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht
kann in Höhenrichtung
ausgerichtet und fest fixiert werden als eine Funktion eines anisotropen
Austauschmagnetfelds und eines Magnetfelds als eine Funktion des
magnetoelastischen Effekts, um zufriedenstellende Wiedergabekennwerte
zu erhalten.
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Die
festgelegte Magnetschicht der vorliegenden Erfindung ist aus einer
CoFe-Legerungsschicht oder einer CoFeNi-Legierungsschicht ausgebildet.
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Unter
Verwendung einer CoFe-Legierung oder eine CoFeNi-Legierung als die
festgelegte Magnetschicht führten
die Erfinder der vorliegenden Erfindung Experimente durch bezüglich der
Beziehung von Zusammenstzungsverhältnissen von Magnetmaterialien
zu Magnetostriktion und anisotropem Austauschmagnetfeld. Die experimentellen
Verfahren und ihre Ergebnisse sind nachstehend beschrieben.
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Zuerst
wurde eine Reihe vielschichtiger Filme hergestellt, wobei CoFe-Legierungen mit verschiedenen Zusammensetzungsverhältnissen
als die festgelegte Magnetschicht verwendet wurden, und die Beziehung zwischen
dem Zusammensetzungsanteil von Co und dem anisotropen Austauschmagnetfeld
(Hex) wurde bestimmt. Jeder der bei dem
Experiment verwendeten vielschichtigen Filme besitzt die folgende
Schichtstruktur:
Si/Substrat/Primärbeschichtung: Ta (50)/antiferromagnetische
Schicht: PtMn (300)/festgelegte Magnetschicht: CoFe (30)/Schutzschicht:
Ta (100)
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Bei
der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern bei den
Schichten jeweils eine Dicke in Angström dar.
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Jede
der Schichten wurde durch Gleichstrom-Magnetron-Zerstäubung hergestellt.
Die Schicht aus CoFe-Legierung mit einer gewünschten Schichtzusammensetzung
wurde durch Verwendung eines Komposit-Targets, das aus einem Co-Target und
Fe-Pellets zusammengesetzt war, und Einstellen der Anzahl der Pellets
hergestellt. Die Zusammensetzung der erhaltenen Schichten aus CoFe-Legierung
wurden mittels Röntgen-Mikroanalyse (X ray
microanalysis, XMA) analysiert.
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Auf
diese Weise hergestellte Filme wurden bei einer Temperatur von 240°C 3 Stunden
lang einer Wärmebehandlung
in einem Magnetfeld unterzogen. Das angelegte Magnetfeld betrug
2.000 Oersted (Oe).
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Das
anisotrope Austauschmagnetfeld wurde mittels VSM bestimmt und durch
die Verschiebung des Flußumkehrpunkts
vom Ausgangspunkt untersucht.
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Als
nächstes
wurde eine Reihe viellagiger Schichten unter Verwendung von CoFe-Legierungen
mit unterschiedlichen Zusammensetzungsverhältnissen als die festgelegte
Magnetschicht ausgebildet, und die Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsanteil von
Co und der Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs wurde bestimmt.
Die bei dem Experiment verwendeten viellagigen Schichten hatten
die folgende Schichtstruktur.
Si/Substrat/Primärbeschichtung:
Ta (50)/antiferromagnetische Schicht: PtMn (300)/Cu (50)/festgelegte
Magnetschicht: CoFe (30)/Schutzschicht: Ta(100)
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Bei
der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern in den Schichten
die Dicke in Angstrom dar.
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Die
Schichten wurden nach dem gleichen Verfahren wie bei der vorstehend
angegebenen Messung des anisotropen Austauschmagnetfelds hergestellt
mit der Ausnahme, daß keine
Wärmebehandlung
(Tempern) durchgeführt
wurde, weil ein großes
anisotropes Austauschmagnetfeld die genaue Bestimmung der Magnetostriktion
behindert. Außerdem
wurde zwischen die Schicht aus PtMn-Legierung und die Schicht aus
CoFe-Legierung eine Cu-Schicht zwischengelegt, um eine Austauschkopplung
zwischen den beiden Legierungsschichten völlig unmöglich zu machen.
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Die
Magnetostriktion wurde unter Verwendung des optischen Hebelverfahrens
(optical lever method) durch Anlegen eines Magnetfelds von ± 200 Oe
an jede der viellagigen Schichten bestimmt.
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Außerdem wurde
eine Reihe viellagiger Schichten ausgebildet, wobei jeweils Schichten
aus CoFe-Legierung mit verschiedenen Zusammensetzungsanteilen von
Co als die festgelegte Magnetschicht verwendet wurden, und die Kristallstruktur
der erhaltenen festgelegten Magnetschichten wurde bestimmt. Die
bei dem Test verwendeten viellagigen Schichten hatten die folgende
Schichtstruktur.
Si/Substrat/Primärbeschichtung: Ta (50)/antiferromagnetische
Schicht: PtMn (300)/festgelegte Magnetschicht: CoFe (100)/Schutzschicht:
Ta (100)
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Bei
der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammem bei den Schichten
jeweils die Dicke in Angström
dar.
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Die
Dicke der CoFe-Schicht in diesem Test wurde auf eine Dicke von 100
Angström
eingestellt, um präzise
Kristallstrukturen zu bestimmen.
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Die
viellagigen Schichten wurden auf die gleiche Weise hergestellt wie
bei der vorstehend erwähnten Bestimmung
des anisotropen Austauschmagnetfelds.
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Die
Kristallstrukturen wurden durch Röntgenbeugung, die üblicherweise
verwendet wird, bestimmt. Die Kristallstrukturen der CoFe-Legierungen
konnten aus Beugungsbildern, die durch Röntgenbeugung erhalten worden
waren, bestimmt werden.
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Die
Kristallstruktur, der Wert des anisotropen Austauschmagnetfelds
(H
ex) und die Sättigungsmagnetostriktionskonstante
(λs) bei
jeder der Schichten aus CoFe-Legierung mit unterschiedlichen Zusammensetzungen
sind in Tabelle 1 gezeigt, und aus diesen Daten in Tabelle 1 erhaltene
grafische Darstellungen sind in
4 veranschaulicht. Tabelle 1
Schichtzusammensetzung
(Atom %) | Kristallstruktur | Anisotropes Austauschmagnetfeld Hex(Oe) | Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs(× 10–5) |
Co | Fe |
100 | 0 | fcc
+ hcp | 600 | –2,0 |
90 | 10 | fcc
+ hcp | 650 | –0,5 |
80 | 20 | fcc | 700 | +1,5 |
70 | 30 | fcc | 800 | +3,0 |
60 | 40 | fcc | 800 | +5,1 |
50 | 50 | fcc
+ bcc | 500 | +6,5 |
40 | 60 | fcc
+ bcc | 300 | +5,4 |
30 | 70 | fcc
+ bcc | 200 | +4,1 |
20 | 80 | bcc | 100 | +2,5 |
- hcp = hexagonal dichtest gepackt
- fcc = kubisch-flächenzentriert
- bcc = kubisch-raumzentriert
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Wie
aus 4 ersichtlich ist, fiel der Spitzenwert des anisotropen
Austauschmagnetfelds (Hex) in den Bereich
des Zusammensetzungsanteils von Co, der von 60 bis 70 Atomprozent
reichte, und wenn der Zusammensetzungsanteil von Co 30 Atomprozent
oder mehr betrug, konnte ein anisotropes Austauschmagnetfeld von
200 Oe oder mehr erhalten werden.
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Die
Magnetostriktion war maximiert bei einem Zusammensetzungsanteil
von Co von etwa 50 Atomprozent und verringerte sich allmählich bei
einem Zusammensetzungsanteil von Co von 50 Atomprozent oder mehr.
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Insbesondere
wurde die Magnetostriktion bei einem Zusammensetzungsanteil von
Co von etwa 90 Atomprozent oder mehr negativ.
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Die
Kristallstrukturen der CoFe-Legierungen bei jeder der Zusammensetzungsverhältnisse
sind unter den grafischen Darstellungen angegeben.
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Wie
in 4 gezeigt ist, bestand die CoFe-Legierung bei
einem Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 30 Atomprozent oder
weniger aus einer bcc-Struktur (kubisch-raumzentriert) als fast
die Gesamtheit ihrer Kristallstruktur, während sie bei etwa 30 Atomprozent
oder mehr zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur aus einer
fcc-Struktur (kubisch-flächenzentrierte
Struktur) bestand.
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Insbesondere
ist fast die Gesamtheit ihrer Kristallstruktur eine fcc-Struktur, wenn die
CoFe-Legierung ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 500 Oe oder
mehr ergeben kann, d. h., wenn sie einen Zusammensetzungsanteil
an Co im Bereich von etwa 50 bis etwa 80 Atomprozent hat.
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Dementsprechend
wurde gefunden, daß die
CoFe-Legierung bevorzugt eine fcc-Struktur zumindest als Teil ihrer
Kristallstruktur aufweist, um ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld
zu erhalten.
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Der
Zusammensetzungsanteil von Co sollte bevorzugt 30 Atomprozent oder
mehr betragen, wie es durch die vorstehend erwähnten Testergebnisse gezeigt
wurde. Wenn der Zusammensetzungsanteil von Co weniger als 30 Atomprozent
beträgt,
wird das anisotrope Austauschmagnetfeld verringert, so daß die Magnetisierung
der festgelegten Magnetschicht daran gehindert wird, sich passend
in einen einzigen Domänenzustand
zu bringen und festzulegen.
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Als
nächstes
wurde die Beziehung zwischen Zusammensetzungsanteilen von Co und
das Auftreten von Kopf-Rauschen unter Verwendung einer Reihe von
CoFe-Legierungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungsanteilen
von Co als die festgelegte Magnetschicht bestimmt. Die bei dem Experiment
verwendeten viellagigen Schichten hatten die folgende Schichtstruktur.
Si/Substrat/Primärbeschichtung:
Ta (50)/antiferromagnetische Schicht: PtMn (300)/festgelegte Magnetschicht: CoFe
(30)/nichtmagnetische elektrisch leitfähige Schicht: Cu (25)/freie
Magnetschicht: NiFe (80)/Schutzschicht: Ta (50)
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Bei
der vorstehenden Struktur stellen die Werte in Klammern für jede der
Schichten die Dicke in Angstrom dar.
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Die
NiFe-Legierung (freie Magnetschicht 4) hatte ein Zusammensetzungsverhältnis von
(Ni:Fe) = (80:20).
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Dieser
bei dem Test verwendete Dünnschicht-Magnetkopf
war ein Dünnschicht-Magnetkopf
vom "Induktion-/Drehventil-Komposit-Typ", der die vorgenannten
viellagigen Schichten (Drehventil-Schichten) und einen "Induktion-Magnetkopf" zur Aufzeichnung
aufwies. In dem Test wurde unter Verwendung des Induktions-Magnetkopfs
ein Aufzeichnungssignal in ein Aufzeichnungsmedium geschrieben und
dann durch die viellagige Schicht wiedergegeben.
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Das
Kopf-Rauschen wurde untersucht unter Verwendung eines Oszilloskops
auf der Basis des Auftretens von Barkhausen-Rauschen, das in einer
Ablese-Wellenform vorkam, in der viellagigen Schicht (Drehventil-Schicht).
Die Testergebnisse sind in 5 angegeben.
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Das
Auftreten von Kopf-Rauschen war bei einem Zusammensetzungsanteil
von Co im Bereich von etwa 30 bis etwa 80 Atomprozent vergleichsweise
gering, wuchs aber oberhalb etwa 80 Atomprozent beträchtlich
an, wie es in 5 veranschaulicht ist.
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6 ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs und dem
Auftreten von Kopf-Rauschen
zeigt.
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Wie
aus 6 deutlich wird, verringerte sich das Auftreten
von Kopf-Rauschen
bei einer positiven Magnetostriktion mit ansteigendem Absolutwert,
während
es bei einer negativen Magnetostriktion mit ansteigendem Absolutwert
anstieg.
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In 5 vermehrte
sich das Auftreten von Kopf-Rauschen bei einem Zusammensetzungsanteil
von Co von 80 Atomprozent oder mehr. Das liegt wahrscheinlich daran,
daß die
Magnetostriktion bei diesem Zusammensetzungsanteil nahe Null oder
negativ war, wie es bei den Ergebnissen in 6 angegeben
ist.
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Die
Testergebnisse in 4 zeigen, daß die Magnetostriktion sich
bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von 80 Atomprozent oder
mehr Null nähert
und daß sie
insbesondere bei 90 Atomprozent oder mehr negativ wird.
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Im
allgemeinen wird angenommen, daß eine
Spannung, die auf das Element mit einem Kopf, der eine exponierte
ABS-Seite besitzt, einwirkt, eine Zugspannung von mehreren 100 MPa
(Megapascal) ist. Vorausgesetzt, daß eine Zugspannung von 300
MPa auf den Kopf in der Höhenrichtung
einwirkt, wirkt die Anisotropie, die durch den Magnetwiderstandseffekt
mit einem Absolutwert von (3/2)×λs×σ verursacht
wurde, wobei λs eine
Sättigungsmagnetostriktionskonstante
darstellt und σ eine
Spannung darstellt, in der Höhenrichtung
mit einer λs
von höher
als Null und in der Spurbreitenrichtung mit einer λs von niedriger
als Null. Dies wird aus der Theorie des Magnetismus eingeführt. Gemäß dieser
Theorie wurde die Größe des Magnetfelds
als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts aus der in 4 gezeigten
Magnetostriktion bestimmt, und die Ergebnisse sind in 7 dargelegt.
In 7 sind auch das anisotrope Austauschmagnetfeld
(Hex), wie es in 4 gezeigt
ist, und ein Magnetfeld als eine Gesamtheit des anisotropen Austauschmagnetfelds
und des Magnetfelds als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts
veranschaulicht.
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Das
Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts, wie
es in der grafischen Darstellung der 7 gezeigt
ist, war maximiert bei einem Zusammensetzungsanteil von Co von etwa
50 Atomprozent und verringerte sich langsam oberhalb etwa 50 Atomprozent.
Insbesondere wurde dieser Wert negativ bei einem Zusammensetzungsanteil
von Co von gleich 90 Atomprozent oder mehr.
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Wenn
die Größe des Magnetfelds
als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts sich Null nähert oder
negativ wird ist die Größe des Magnetfelds
als eine Gesamtheit des anisotropen Austauschmagnetfelds und des
Magnetfelds durch den magnetoelastischen Effekt gleich oder geringer
als die des anisotropen Austauschmagnetfelds. Diese Tendenz wird
in der grafischen Darstellung von 7 klar gezeigt
in dem Bereich des Zusammensetzungsanteils an Co von 80 Atomprozent
oder mehr.
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Bei
einem Zusammensetzungsanteil von Co von etwa 50 Atomprozent oder
weniger war das anisotrope Austauschmagnetfeld 500 Oe oder weniger,
während
das Magnetfeld als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts
vergleichsweise groß war,
wie es in 7 veranschaulicht ist. So war
die Größe des Magnetfelds
als eine Gesamtheit des anisotropen Austauschmagnetfelds und des
Magnetfelds als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts vergleichsweise
groß.
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Wie
vorstehend beschrieben, sollte zur beständigen Fixierung der Ausrichtung
der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung der
Höhe das
Magnetfeld als eine Funktion oder Wirkung des magnetoelastischen
Effekts zusätzlich
zu dem Austauschkopplungsmagnetfeld passend kontrolliert werden.
Ein derartiges Magnetfeld als eine Funktion oder Wirkung des magnetoelastischen
Effekts kann durch Magnetostriktion und eine auf die festgelegte
Magnetschicht einwirkende Spannung bedingt werden.
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Das
Magnetfeld durch den magnetoelastischen Effekt hat einen kleinen
Wert oder einen negativen Wert bei einem Zusammensetzungsanteil
von Co von 80 Atomprozent oder mehr, und dann wird die Magnetisierung
der festgelegten Magnetschicht in Richtung der Spurbreite als eine
Funktion des magnetoelastischen Effekts herbeigeführt, um
so das Auftreten von Kopf-Rauschen zu erhöhen, wie es in 5 gezeigt
ist.
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Auf
der Basis der in den 4 bis 7 gezeigten
Testergebnisse sollte, wenn die festgelegte Magnetschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung aus einer CoFe-Legierung gebildet ist, der Zusammensetzungsanteil
von Co bevorzugt in den Bereich von 30 bis 80 Atomprozent fallen.
Innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs besitzt die Magnetostriktion
immer einen großen
positiven Wert und die CoFe-Legierung
weist zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur fcc-Struktur
auf, um so ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 200 Oe oder mehr
zu ergeben, wie es in 4 veranschaulicht ist.
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Außerdem kann
innerhalb des vorstehend angegebenen Bereichs das Auftreten von
Kopf-Rauschen auf unterhalb 5% verringert werden, wie es in 4 veranschaulicht
ist.
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Besonders
bevorzugt ist es, daß der
Zusammensetzungsanteil von Co bei der vorliegenden Erfindung in
dem Bereich von 50 bis 70 Atomprozent fällt. Innerhalb dieses Bereichs
kann die festgelegte Magnetschicht eine positive und größere Magnetostriktion
besitzen sowie eine Kristallstruktur, die fast ganz eine fcc-Struktur ist,
und daher kann ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 500 Oe oder
mehr erhalten werden, wie es in 4 angegeben
ist.
-
Außerdem kann,
wie es in 5 gezeigt ist, das Auftreten
von Kopf-Rauschen
auf unterhalb etwa 3% verringert werden, wenn der Zusammensetzungsanteil
von Co im Bereich von 50 bis 70 Atomprozent liegt.
-
Als
nächstes
wurden unter Verwendung von CoFeNi-Legierungen mit verschiedenen
Zusammensetzungsverhältnissen
als die festgelegte Magnetschicht bei jedem der Zusammensetzungsverhältnisse
die Kristallstruktur, das anisotrope Austauschmagnetfeld (H
ex) und die Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs nach demselben
Testverfahren wie vorstehend angegeben bestimmt. Die Testergebnisse
sind in Tabelle 2 dargelegt. Tabelle 2
Schichtzusammensetzung
(Atom %) | Kristallstruktur | Anisotropes Austauschmagnetfeld Hex(Oe) | Sättigungsmagnetostriktionskonstante λs(× 10–5) |
Co | Fe | Ni |
50 | 40 | | fcc
+ bcc | 600 | +4,7 |
50 | 30 | 20 | fcc
+ bcc | 800 | +3,4 |
50 | 20 | 30 | fcc | 800 | +1,7 |
50 | 10 | 40 | fcc | 700 | –0,5 |
50 | 50 | | fcc | 700 | –2,5 |
0 | 80 | 20 | bcc | 200 | +1,5 |
0 | 70 | 30 | fcc
+ bcc | 500 | +3,5 |
0 | 30 | 70 | fcc | 600 | +3,0 |
0 | 20 | 80 | fcc | 700 | +0,3 |
0 | 10 | 90 | fcc | 700 | –2,0 |
-
Wie
aus Tabelle 2 deutlich wird, veränderte
sich die Kristallstruktur von einer zusammengesetzten Struktur aus
fcc-Struktur und bcc-Struktur zu einer einzigen reinen fcc-Struktur,
wenn der Zusammensetzungsanteil von Co bei 50 Atomprozent gehalten
wurde, der Zusammensetzungsanteil von Fe in Schritten von 10 Atomprozent
von 40 Atomprozent auf Null Atomprozent verringert wurde und der
Zusammensetzungsanteil von Ni in Schritten von 10 Atomprozent von
10 Atomprozent auf 50 Atomprozent erhöht wurde.
-
Während das
anisotrope Austauschmagnetfeld (Hex) mit
einem anwachsenden Zusammensetzungsanteil von Ni größer wurde,
verringerte sich die Magnetostriktion mit einem sinkenden Zusammensetzungsanteil
von Fe und näherte
sich bei einem Zusammensetzungsanteil von Fe von 20 Atomprozent
oder weniger Null oder wurde negativ.
-
Wenn
der Zusammensetzungsanteil von Co unveränderlich bei Null Atomprozent
gehalten wurde, der von Fe von 80 Atomprozent auf 10 Atomprozent
verringert wurde und der von Ni von 20 Atomprozent auf 90 Atomprozent
erhöht
wurde, veränderte
sich die Kristallstruktur von einer reinen bcc-Struktur zu einer
zusammengesetzten Struktur aus fcc-Struktur und bcc-Struktur und weiter
zu einer reinen fcc-Struktur.
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Obwohl
der anisotrope Austausch mit einem steigenden Zusammensetzungsanteil
von Ni anstieg, verringerte sich die Magnetostriktion mit einem
sinkenden Zusammensetzungsanteil von Fe und näherte sich Null oder wurde
negativ bei einem Zusammensetzungsanteil von 20 Atomprozent oder
weniger.
-
Wie
es in den vorgenannten Testergebnissen gezeigt ist, kann zumindest
eine positive Magnetostriktion erhalten werden, wenn der Zusammensetzungsanteil
von Fe auf 20 Atomprozent oder mehr eingestellt wird.
-
Jede
der in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Filmstrukturen wird in einem
ternären
Diagramm aufgetragen, wie es in 8 gezeigt
ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung sind die Zusammensetzungsverhältnisse innerhalb der in 8 veranschaulichten
Bereiche A, B, C und D bevorzugt, und die anderen Bereiche, d. h.
die Bereiche, in denen der Zusammensetzungsanteil von Fe 20 Atomprozent
oder weniger oder 70 Atomprozent oder mehr beträgt, werden als unvorteilhaft
ausgeschlossen.
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Der
Zusammensetzungsanteil von Fe von gleich oder weniger als 20 Atomprozent
ist unvorteilhaft, weil die Magnetostriktion recht wahrscheinlich
negativ werden kann, wie es vorstehend beschrieben ist. Wie es in
den Tabellen 1 und 2 angegeben ist wurde gefunden, daß die Magnetostriktion
bei einem Zusammensetzungsanteil von Fe von 10 oder Null Atomprozent
einen negativen Wert aufwies.
-
Der
Zusammensetzungsanteil von Fe von gleich oder mehr als 70 Atomprozent
ist unvorteilhaft, weil die Legierung zum großen Teil oder vollständig bcc-Struktur
aufweist, so daß das
anisotrope Austauschmagnetfeld extrem verringert wird.
-
Wenn
die festgelegte Magnetschicht gemäß der vorliegenden Erfindung
aus einer CoFeNi-Legierung gebildet ist, sollten die Zusammensetzungsverhältnisse
bevorzugt in die in 8 veranschaulichten Bereiche A,
B, C und D fallen. Mit anderen Worten, die bevorzugten Zusammensetzungsanteile
von Co, Fe und Ni liegen im Bereich von 0 bis 80 Atomprozent, von
20 bis 70 Atomprozent bzw. von 0 bis 80 Atomprozent.
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Innerhalb
der vorgenannten Zusammensetzungsanteile ist die Magnetostriktion
immer positiv und mindestens ein Teil der Kristallstruktur besteht
aus fcc-Struktur, wogegen ein anisotropes Austauschmagnetfeld von
200 Oe oder mehr erhalten werden kann.
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Die
Zusammensetzungsanteile in den Bereichen B, C und D, in denen die
Zusammensetzungsanteile von Co, Fe und Ni im Bereich von 50 bis
80 Atomprozent, von 20 bis 50 Atomprozent bzw. von 0 bis 30 Atomprozent
liegen, sind besonders vorteilhaft.
-
Innerhalb
der vorgenannten Zusammensetzungsanteile ist die Magnetostriktion
immer positiv und mindestens ein Teil der Kristallstruktur besteht
aus fcc-Struktur und es kann ein anisotropes Austauschmagnetfeld
von 500 Oe oder mehr erhalten werden.
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Die
vorteilhaftesten Zusammensetzungsverhältnisse fallen in den in 8 angegebenen
Bereich D, d. h. den Bereich, der durch die folgenden vier Punkte
umgeben wird:
(Co:Fe:Ni) = (70:30:0)
(Co:Fe:Ni) = (60:40:0)
(Co:Fe:Ni)
= (50:30:20)
(Co:Fe:Ni) = (50:20:30)
-
Innerhalb
des vorgenannten Bereichs kann eine positive und vergleichweise
große
Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht besitzt als ihre
Kristallstruktur wahrscheinlich eine reine fcc-Struktur, so daß ein anisotropes
Austauschmagnetfeld von gleich oder mehr als 800 Oe erhalten werden
kann.
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Wie
vorstehend beschrieben, ermöglicht
es die vorliegende Erfindung, daß die festgelegte Magnetschicht
eine positive Magnetostriktion hat und eine fcc-Struktur aufweist,
indem man die festgelegte Magnetschicht aus einer CoFe-Legierung
oder einer CoFeNi-Legierung ausbildet und die Zusammensetzungsverhältnisse
der aufbauenden Legierung einstellt.
-
Dementsprechend
kann die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung
der Höhe
herbeigeführt
werden als eine Wirkung des magnetoelastischen oder magnetomechanischen
Effekts, der durch eine Spannung und eine Magnetostriktion bestimmt
wird, und zusätzlich
kann gleichzeitig ein großes
anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden. So kann die Magnetisierung
der festgelegten Magnetschicht durch ein Magnetfeld als Gesamtheit
des Magnetfelds durch den magnetoelastischen Effekt und des anisotropen Austauschmagnetfelds
in einen einzigen Domänenzustand
in Richtung der Höhe
gebracht und stabil festgelegt werden, um so Barkhausen-Rauschen zu verringern
und Wiedergabe-Kennwerte zu verbessern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die von der Seite der lufttragenden Oberfläche her
die Struktur einer ersten Ausführungsform
des Dünnschichtelements
vom Drehventil-Typ der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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2 ist
eine Querschnittsansicht der Struktur einer zweiten Ausführungsform
des Dünnschichtelements
vom Drehventil-Typ
gemäß der vorliegenden
Erfindung, von der Seite der lufttragenden Oberfläche her gezeigt;
-
3 ist
eine Querschnittsansicht, die von der Seite der lufttragenden Oberfläche her
die Struktur einer dritten Ausführungsform
des Dünnschichtelements
vom Drehventil-Typ gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
-
4 ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung des Zusammensetzungsanteils
von Co bezüglich
anisotropem Austauschmagnetfeld (Hex) und
Magnetostriktion zeigt, und die ein Diagramm zeigt, das die Kristallstruktur
in einer aus einer CoFe-Legierung gebildeten festgelegten Magnetschicht
für jeden
der Zusammensetzungsanteile zeigt;
-
5 ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen verschiedenen
Zusammensetzungsanteilen von Co und dem Auftreten von Kopf-Rauschen
bei einer aus einer CoFe-Legierung
gebildeten festgelegten Magnetschicht zeigt;
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6 ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen Magnetostriktion
und Auftreten von Kopf-Rauschen veranschaulicht;
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7 ist
eine grafische Darstellung, die die Beziehung verschiedener Zusammensetzungsanteile
von Co bezüglich
eines Magnetfelds als eine Funktion des magnetomechanischen Effekts,
eines anisotropen Austauschmagnetfelds und eines Magnetfelds als
eine Gesamtheit des Magnetfelds als eine Funktion des magnetomechanischen
Effekts und des anisotropen Austauschmagnetfelds in einer aus einer
CoFe-Legierung gebildeten festgelegten Magnetschicht zeigt; und
-
8 ist
ein ternäres
Diagramm, das bevorzugte Zusammensetzungsverhältnisse in einer aus einer CoFeNi-Legierung gebildeten
festgelegten Magnetschicht gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Die 1, 2 bzw. 3 veranschaulichen
die Strukturen von Ausführungsformen
des Dünnschichtelements
vom Drehventil-Typ der vorliegenden Erfindung; diese sind von der
ABS-Seite her veranschaulichte Querschnittsansichten, wobei nur
der Mittelteil des sich in der X-Achse erstreckenden Elements weggeschnitten
ist.
-
Die
in den 1, 2 und 3 gezeigten
Dünnschichtelemente
vom Drehventil-Typ besitzen eine obere Oberfläche, eine Grundoberfläche und
eine Hochseitenoberfläche,
die mit einer Isolierschicht (Spaltfilm), der beispielsweise aus
Al2O3 oder SiO2 ausgebildet ist, bedeckt oder beschichtet
sind, und nur eine ABS-Seite (Vorderoberfläche) ist der Außenseite
exponiert.
-
Bei
jedem der in den 1, 2 und 3 gezeigten
Dünnschichtelemente
vom Drehventil-Typ ist der thermische Expansionskoeffizient größer als
der das Dünnschichtelement
bedeckenden Isolierschicht, so daß auf das Dünnschichtelement eine Zugspannung
im Bereich von etwa 200 MPa bis etwa 300 MPa in der Y-Richtung (Höhenrichtung),
wie in den Figuren gezeigt, einwirkt.
-
Die
Dünnschichtelemente
vom Drehventil-Typ, die in den 1 bis 3 veranschaulicht
sind, sollen jeweils an der Mitlaufseite eines in einem Festplattenlaufwerk
vorgesehenen Schleifers vom Schwimmtyp angeordnet werden, um beispielsweise
ein Aufzeichnungsmagnetfeld auf einer Festplatte aufzufinden. Nebenbei bemerkt,
eine derartige Festplatte bewegt sich in der Z-Richtung, und ein
Austritts-Magnetfeld aus einem Magnetaufzeichnungsmedium ist in
der Y-Richtung ausgerichtet.
-
Die
unterste Schicht in den Ausführungsformen
der 1–3 ist
eine Primärbeschichtung 6,
die aus einem nichtmagnetischen Material wie Ta (Tantal) ausgebildet
ist.
-
In
der Ausführungsform
von 1 sind eine antiferromagnetische Schicht 1,
eine festgelegte Magnetschicht 2, eine nichtmagnetische
elektrisch leitfähige
Schicht 3 und eine freie Magnetschicht 4 durch
Laminieren in Folge auf die Primärbeschichtung 6 ausgebildet.
-
Auf
die Primärbeschichtung 6 in 2 sind
eine freie Magnetschicht 4, eine nichtmagnetische elektrisch
leitfähige
Schicht 3, eine festgelegte Magnetschicht 2 und
eine antiferromagnetische Schicht 1 aufeinanderfolgend
laminiert.
-
In 3 ist
das Element zusammengesetzt aus einer freien Magnetschicht 4,
nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schichten 3, 3, die
an beiden Seiten der freien Magnetschicht 4 ausgebildet
sind, festgelegten Magnetschichten 2, 2, die auf
einer und unterhalb der anderen der nichtmagnetischen elektrisch
leitfähigen Schichten 3, 3 ausgebildet
sind, und antiferromagnetischen Schichten 1, 1,
die auf einer und unterhalb der anderen der festgelegten magnetischen
Schichten 2, 2 ausgebildet sind, und dieses Laminat
ist auf der Primarbeschichtung 6 ausgebildet.
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Die
oberste Schicht in den in den 1 bis 3 gezeigten
Ausführungsformen
ist eine Schutzschicht 7, die aus einem nichtmagnetischen
Material wie Ta (Tantal) besteht.
-
Die
sechs Spezies von Schichten von der Primärbeschichtung 6 bis
zu der Schutzschicht 7 werden laminiert, beispielsweise
durch das Zerstäuberverfahren,
und dann werden beide Seiten des sich ergebenden Laminats zu einer
Schräge
geschnitten, wie es in den 1 bis 3 veranschaulicht
ist. An den beiden Seiten des Laminats werden hartmagnetische Vormagnetisierschichten 5, 5 ausgebildet,
und dann werden elektrisch leitfähige
Schichten 8, 8 auf die hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 laminiert.
-
Materialien
für jede
der vorgenannten Schichten werden nachstehend beschrieben.
-
Gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird die antiferromagnetische Schicht 1 aus
einer PtMn-Legierung gebildet. Eine derartige PtMn-Legierung hat
zufriedenstellende Charakteristika als ein antiferromagnetisches
Material, wozu eine bessere Thermostabilität, eine höhere Sperrtemperatur und ein größeres anisotropes
Austauschmagnetfeld (Hex) als bei FeMn-Legierungen
oder dergleichen gehören.
Außerdem
kann, wenn die aus einer PtMn-Legierung gebildete antiferromagnetische
Schicht 1 unter der festgelegten Magnetschicht 2 ausgebildet
ist, wie es in 1 gezeigt ist, oder auf der
festgelegten Magnetschicht 2 ausgebildet ist, wie es in 2 veranschaulicht
ist, in einer Grenzfläche
(Zwischenfläche)
zwischen der antiferromagnetischen Schicht 1 und der festgelegten
Magnetschicht 2 ein anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten
werden.
-
Als
die antiferromagnetische Schicht 1 können anstelle einer PtMn-Legierung eine X-Mn-Legierung,
in der X Pd, Ru, Ir, Os oder Rh ist, oder eine Pt-Mn-X'-Legierung, in der
X' Ni, Pd, Rh, Ru,
Ir, Cr oder Co ist, verwendet werden.
-
In
der Pt-Mn-Legierung und in der X-Mn-Legierung ist der Anteil von
Pt oder X an der Zusammensetzung bezüglich Mn bevorzugt dergestalt,
daß (Pt,
X):Mn von 1:9 bis 3:7 oder von 1:0,7 bis 1:1,3, und bevorzugt, 1:1
beträgt.
-
Gemäß den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist die festgelegte Magnetschicht 2 aus einer
CoFe-Legierung oder einer CoFeNi-Legierung gebildet. Die Zusammensetzungsverhältnisse
in diesen Materialien werden nachstehend beschrieben.
-
Die
freie Magnetschicht 4 kann aus irgendeiner der als die
festgelegte Magnetschicht 2 verwendeten Magnetmaterialien
gebildet sein oder aus Co oder einer NiFe-Legierung.
-
Die
nichtmagnetische elektrisch leitfähige Schicht 3 kann
aus Cu gebildet sein; die hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 können aus
einer Co-Pt (Kobalt-Platin)-Legierung oder einer Co-Cr-Pt (Kobalt-Chrom-Platin)-Legierung
bestehen; und die elektrisch leitfähigen Schichten 8, 8 sind
beispielsweise aus W (Wolfram) oder Cu (Kupfer) gebildet.
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Wie
es in den 1 bis 3 veranschaulicht
ist, ist die festgelegte Magnetschicht 2 der antiferromagnetischen
Schicht 1 benachbart oder in Kontakt mit ihr ausgebildet,
und eine Wärmebehandlung
wird unter dieser Bedingung in einem angelegten Magnetfeld in der
Y-Richtung (Höhenrichtung:
die Richtung eines Austritts-Magnetfelds aus einem Aufzeichnungsmedium)
durchgeführt,
um in einer Grenzfläche
zwischen den beiden Schichten ein anisotropes Austauschmagnetfeld
zu ergeben. Dementsprechend wird die Ausrichtung der Magnetisierung
der festgelegten Magnetschicht 2 in einen einzigen Domänenzustand
in Y-Richtung gebracht und
fixiert.
-
Die
hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 werden
in der in den Figuren gezeigten X-Richtung (Spurbreiten-Richtung)
magnetisiert, und die Ausrichtung der Magnetisierung der freien
Magnetschicht 4 wird unter dem Einfluß der hartmagnetischen Vormagnetisierschichten 5, 5 mit
der X-Richtung ausgerichtet.
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Bei
den in den 1 bis 3 veranschaulichten
Dünnschichtelementen
vom Drehventil-Typ dreht sich die Ausrichtung der Magnetisierung
der freien Magnetschicht 4 aus der X-Richtung in die Y-Richtung, wenn
ein ständiger
Strom (Abtaststrom) von der elektrisch leitfähigen Schicht 8 zu
der festgelegten Magnetschicht 2, der nichtmagnetischen
elektrisch leitfähigen
Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4 geleitet
wird und ein Magnetfeld von einem Aufzeichnungsmedium in der Y-Richtung
bereitgestellt wird. Unter diesen Umständen verteilen sich oder streuen
Elektronen, die sich zwischen der freien Magnetschicht 4 und
der festgelegten Magnetschicht 2 von der einen Schicht
in die andere Schicht bewegen, in einer Grenzfläche (Zwischenfläche) zwischen
der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und
der festgelegten Magnetschicht 2 oder zwischen der nichtmagnetischen
elektrisch leitfähigen
Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4, so daß der elektrische
Widerstand zum Variieren veranlaßt wird. So verändert sich
der ständige
Strom, und dadurch wird eine Abtast-Ausgabe erhalten.
-
Nebenbei,
das in den 1 und 2 gezeigte
Einfach-Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ hat zwei Stellen, wo Elektronen in Abhängigkeit
vom Spin streuen, d. h. eine Grenzfläche zwischen der nichtmagnetischen
elektrisch leitfähigen
Schicht 3 und der freien Magnetschicht 4 und eine
Grenzfläche
zwischen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und
der festgelegten Magnetschicht 2. Im Gegensatz dazu besitzt
das in 3 veranschaulichte Doppel-Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ
insgesamt vier Stellen, wo Leitungselektronen streuen, d. h. zwei
Grenzflächen
zwischen der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und
der freien Magnetschicht 4 und zwei Grenzflächen zwischen
der nichtmagnetischen elektrisch leitfähigen Schicht 3 und
der festgelegten Magnetschicht 2. Dementsprechend kann
das Doppel-Dünnschichtelement
vom Drehventil-Typ eine größere Veränderungsrate
des elektrischen Widerstands schaffen als das Einfach-Dünnschichtelement vom Drehventil-Typ.
-
Um
die Orientierung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht 2 in
der Y-Richtung beständiger
festzulegen, sollten die Zusammensetzungsverhältnisse der als die festgelegte
Magnetschicht gemäß der Erfindung
verwendeten CoFe-Legierung oder CoFeNi-Legierung passend eingestellt werden,
um eine positive Magnetostriktion zu ergeben und um zumindest als
ein Teil ihrer Kristallstruktur eine fcc-Struktur (kubisch-flächenzentrierte Struktur) zu
enthalten.
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In
jedem der in den 1 bis 3 veranschaulichten
Dünnschichtelemente
vom Drehventil-Typ ist nur die ABS-Seite (Vorderfläche) der
Außenseite
exponiert, und die anderen Oberflächen sind mit einer Isolierschicht
bedeckt, so daß,
wie vorstehend beschrieben, in der Y-Richtung (Höhenrichtung) eine Zugspannung auf
das Element einwirkt.
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Dementsprechend
kann, wenn die Magnetostriktion der festgelegten Magnetschicht 2 positiv
eingestellt wird, die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht
in der Y-Richtung als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts
veranlaßt
werden.
-
Außerdem kann,
da die festgelegte Magnetschicht zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur
aus einer fcc-Struktur besteht, ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld
erhalten werden, welches erlaubt, daß die festgelegte Magnetschicht 2 stabiler
in einen einzigen Domänenzustand
in der Y-Richtung gebracht wird.
-
Wie
also beschrieben wurde, ermöglicht
die vorliegende Erfindung, bei der die Magnetostriktion der festgelegten
Magnetschicht positiv eingestellt wird, um die Magnetisierung dieser
Schicht in der Y-Richtung
als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts zu veranlassen,
daß die
Ausrichtung der Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht 2 fester
in der Y-Richtung festgelegt wird als bei konventionellen Äquivalenten,
bei denen nur ein anisotropes Austauschmagnetfeld kontrolliert wird.
-
Wenn
die festgelegte Magnetschicht 2 aus einer CoFe-Legierungsschicht
ausgebildet ist, weist sie bevorzugt Co in einem Zusammensetzungsanteil
im Bereich von 30 bis 80 Atomprozent auf. Innerhalb dieses Bereichs
kann eine positive Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht
kann zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur eine fcc-Struktur
enthalten, und daher kann ein anisotropes Austauschmagnetfeld von
gleich 200 Oe oder mehr erhalten werden, wie es in 4 gezeigt
ist.
-
Ein
bevorzugterer Zusammensetzungsanteil von Co fällt in den Bereich von 50 bis
70 Atomprozent. Innerhalb des gerade erwähnten Bereichs kann, wie in 4 veranschaulicht,
eine große
positive Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht kann
einen großen
Anteil an fcc-Struktur aufweisen, um dadurch ein anisotropes Austauschmagnetfeld
von gleich 500 Oe oder mehr zu erhalten.
-
Wenn
die festgelegte Magnetschicht 2 gemäß der Erfindung aus einer Schicht
aus CoFeNi-Legierung gebildet ist, sollte sie bevorzugt Co, Fe und
Ni in Zusammensetzungsanteilen im Bereich von 0 bis 80 Atomprozent,
von 20 bis 70 Atomprozent bzw. von 0 bis 80 Atomprozent enthalten.
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Die
Zusammensetzungsanteile innerhalb dieser Bereiche entsprechen den
Gebieten A, B, C und D in dem in 8 gezeigten
ternären
Diagramm. Innerhalb dieser Gebiete kann eine positive Magnetostriktion
erhalten werden, und die Schicht kann zumindest als ein Teil ihrer
Kristallstruktur eine fcc-Struktur aufweisen, um ein anisotropes
Austauschmagnetfeld von gleich 200 Oe oder mehr zu ergeben.
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Besonders
bevorzugt enthält
die Schicht Co, Fe und Ni in Zusammensetzungsanteilen, die im Bereich von
50 bis 80 Atomprozent, von 20 bis 50 Atomprozent bzw. von 0 bis
30 Atomprozent liegen.
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Die
Zusammensetzungsverhältnisse
innerhalb dieser Bereiche entsprechen den Gebieten B, C und D in
dem in 8 veranschaulichten ternären Diagramm. Innerhalb der
gerade erwähnten
Gebiete kann eine große
positive Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht kann
zumindest als Teil ihrer Kristallstruktur fcc-Struktur aufweisen,
um dadurch ein anisotropes Austauschmagnetfeld von 500 Oe oder mehr
zu erhalten.
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Die
vorteilhaftesten Zusammensetzungsverhältnisse in dieser Ausführungsform
sollten in das in 8 angegebene Gebiet D fallen,
das von den folgenden vier Punkten umgeben wird:
A (Co:Fe:Ni)
= (70:30:0)
B (Co:Fe:Ni) = (60:40:0)
C (Co:Fe:Ni) = (50:30:20)
D
(Co:Fe:Ni) = (50:20:30)
-
Innerhalb
des vorgenannten Bereichs kann eine positive und vergleichsweise
große
Magnetostriktion erhalten werden, und die Schicht kann als nahezu
ihre gesamte Kristallstruktur fcc-Struktur aufweisen, so daß ein anisotropes
Austauschmagnetfeld von gleich 800 Oe oder mehr erhalten werden
kann.
-
Die
vorliegende Erfindung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, kann
durch Einstellen der Zusammensetzungsverhältnisse der festgelegten Magnetschicht
eine positive Magnetostriktion schaffen. Auf diese Weise wird die
Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in der in den Figuren
angegebenen Y-Richtung veranlaßt
als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts, der durch die
Magnetostriktion und die Spannung bestimmt wird.
-
Außerdem kann
innerhalb der vorstehend angegebenen Zusammensetzungsverhältnisse
die festgelegte Magnetschicht eine positive Magnetostriktion haben
und zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur eine fcc-Struktur
aufweisen, um dadurch ein großes
anisotropes Austauschmagnetfeld zu ergeben.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Orientierung der Magnetisierung der festgelegten
Magnetschicht 2 durch ein Magnetfeld als eine Funktion
des magnetoelastischen Effekts zusätzlich zu einem anisotropen
Austauschmagnetfeld in die Y-Richtung ausgerichtet werden, und daher
kann sie in einen einzigen Domänenzustand
gebracht und stabil festgelegt werden. Daher kann das Barkhausen-Rauschen
verringert und können
die Wiedergabe-Kennwerte verbessert werden.
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Wenn
der thermische Expansionskoeffizient des Dünnschichtelements vom Drehventil-Typ
kleiner ist als der einer Schicht, die die anderen Oberflächen außer der
ABS-Seite des Dünnschichtelements
vom Drehventil-Typs bedeckt, oder wenn das Verfahren des glatten
Polieren der ABS-Seite geeignet ausgewählt wird, kann eine Schrumpfspannung
in der Y-Richtung auf das Element einwirken.
-
In
diesem Fall kann die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht 2 in
der Y-Richtung als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts
herbeigeführt
werden durch Einstellen der Magnetostriktion dieser Schicht auf
einen negativen Wert, so daß das
Barkhausen-Rauschen verringert werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie vorstehend genau beschrieben wurde, kann, wenn
eine Zugspannung auf das Dünnschichtelement
in Richtung der Höhe
einwirkt, die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht in Richtung
der Höhe
herbeigeführt
werden als eine Funktion des magnetoelastischen Effekts durch geeignetes
Einstellen der Zusammensetzungsverhältnisse in Magnetmaterialien
einer CoFe-Legierung oder einer CoFeNi-Legierung, die als die festgelegte
Magnetschicht verwendet werden, und dadurch, daß man die Magnetostriktion
der festgelegten Magnetschicht positiv macht.
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Außerdem kann
die vorliegende Erfindung ein großes anisotropes Austauschmagnetfeld
schaffen, indem man die Magnetostriktion positiv macht und zuläßt, daß die festgelegte
Magnetschicht zumindest als ein Teil ihrer Kristallstruktur der
festgelegten Magnetschicht fcc-Struktur aufweist.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein großes
anisotropes Austauschmagnetfeld erhalten werden und die Magnetisierung
der festgelegten Magnetschicht wird in Richtung der Höhe als eine
Funktion des magnetoelastischen Effekts herbeigeführt, und
die Magnetisierung der festgelegten Magnetschicht kann in einen
einzigen Domänenzustand
gebracht und fixiert werden, Barkhausen-Rauschen kann verringert
werden.
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Andere
Ausführungsformen
und Abwandlungen werden für
Fachleute auf diesem Gebiet offenkundig sein, und daher soll diese
Erfindung nicht anderweitig beschränkt werden als die Ansprüche angeben.