磁阻效应薄膜和磁阻效应磁头制造技术

一种具有用于使被钉扎磁性层的磁化方向固定的磁性氧化物层并且ＭＲ比较高的磁阻效应薄膜。该磁阻效应薄膜具有层叠结构，其中取向控制层、磁性氧化物层、被钉扎磁性层、非磁性中间层和自由磁性层按照该顺序层叠，其中该取向控制层是由具有氯化钠（ＮａＣｌ）晶体结构的氧化物制成或包括具有氯化钠（ＮａＣｌ）晶体结构的氧化物的氧化物层，该氯化钠（ＮａＣｌ）型晶体结构的氧化物的能带宽度大于等于１ｅＶ，并且它在室温下是不可磁化的，而且其中所述磁性氧化物层是包括含钴铁氧体的氧化物层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有高磁阻比(MR比)的磁阻效应薄膜以及包括所述磁阻效应薄膜的磁阻效应磁头。
技术介绍
硬盘的表面记录密度越来越高。通过提高表面记录密度，可以减小每个位所需的硬盘面积，因而在硬盘驱动单元中就需要高灵敏度的再生磁头。图5中示出传统磁阻效应薄膜的基本结构。其中堆叠了反铁磁层11、被钉扎磁性层(pinned magnetic layer)4、非磁性中间层5、自由磁性层6和保护层7。即使从记录介质(硬盘)向被钉扎磁性层4施加磁场，被钉扎磁性层4的磁化方向也必须固定。为了固定磁化方向，提供了由反铁磁材料例如铂-锰(PtMn)制成的反铁磁层11来联系被钉扎磁性层4。通过这种结构，该层4和11通过其间的交换耦合磁场进行耦合，从而可以固定被钉扎磁性层4的磁化方向。磁阻效应是由层4、5和6的界面上流动的电子引起的。但是，由于反铁磁层11通常由合金制成，所以电流在层11中流动。该电流称为分路电流，它可降低MR比。反铁磁层11的合金的电阻率大于其它层4、6等的电阻率，但是层11的厚度相对于磁阻效应薄膜的总厚度而言较大(例如是大约40％)，因此不能忽略流过层11的分路电流。在以下两篇文献中公开了使用绝缘材料代替反铁磁层11的方法(1)M.J.Carey，S.Maat，R.Farrow，R.Marks，P.Nguyen，P.Rice，A Kellock和B.A.Gumey，Digest Intermag Europe 2002，BP2；和(2)S.Maat，M.J.Carey，Eric E.Fullerton，T.X.Le，P.M.Rice和B.A.Gumey，Appl.Phys.Lett.(应用物理快报)81，520(2002)。在这两篇文献中，使用了钴铁氧体(CoFe2O4)代替传统磁阻效应薄膜的反铁磁层11。钴铁氧体是绝缘材料并且是具有大矫顽力的铁磁性材料。因此，可以在减小分路电流的同时固定被钉扎磁性层4的磁化方向。尤其是，在文献(2)中，将钴的氧化物例如CoO、Co3O4用作钴铁氧体的基体层(取向控制层)。与没有基体层的磁阻效应薄膜相比，MR比会增大。图6中示出了具有铁磁性材料例如钴铁氧体的磁阻效应薄膜的ρ-H(电阻率-外部磁场依赖关系)特征的例子。图6中定义的耦合磁场Hc(pin)强度决定于氧化物磁性层和被钉扎磁性层之间的交换耦合磁场强度。Hc(pin)值影响磁阻效应薄膜的长期可靠性，因此在Hc(pin)值保持很大时必定会提高MR比，从而大大提高磁记录密度。
技术实现思路
本专利技术旨在解决传统磁阻薄膜存在的问题。本专利技术的目的是提供一种磁阻效应薄膜，该磁阻效应薄膜具有用于固定被钉扎磁性层的磁化方向的磁性氧化物层并且具有较大的MR比。另一目的是提供采用该磁阻效应薄膜的磁阻效应磁头。为了达到上述目的，本专利技术具有以下结构。即，该磁阻效应薄膜的第一基本结构具有层叠结构，其中取向控制层、磁性氧化物层、被钉扎磁性层、非磁性中间层和自由磁性层按照该顺序层叠，其中该取向控制层是由具有氯化钠(NaCl)型晶体结构的氧化物制成或者包括具有氯化钠(NaCl)型晶体结构的氧化物的氧化物层，该氯化钠(NaCl)型晶体结构的氧化物能带宽度大于或等于1eV，并且它在室温下是不可磁化的，而且其中该磁性氧化物层是包括含钴铁氧体的氧化物层。该磁阻效应薄膜的第二基本结构具有层叠结构，其中取向控制层、磁性氧化物层、被钉扎磁性层、非磁性中间层和自由磁性层按照该顺序层叠，其中该取向控制层是由金属氧化物制成或包括金属氧化物的氧化物层，该金属氧化物具有至少一个0.406-0.432nm的晶格常数，其能带宽度大于或等于1eV，并且它在室温下是不可磁化的，而且其中该磁性氧化物层是包括含钴铁氧体的氧化物层。该磁阻效应薄膜的第三基本结构具有层叠结构，其中取向控制层、磁性氧化物层、被钉扎磁性层、非磁性中间层和自由磁性层按照该顺序层叠，其中该取向控制层是由金属氧化物制成或包括金属氧化物的氧化物层，该金属氧化物具有至少一个0.813-0.863nm的晶格常数，其能带宽度大于或等于1eV，并且它在室温下是不可磁化的，而且其中该磁性氧化物层是包括含钴铁氧体的氧化物层。此外，本专利技术磁阻效应磁头包括任何磁阻效应薄膜。在本专利技术中，该磁阻效应薄膜的MR比可以比文献(2)中公开的采用氧化钴作为取向控制层的传统薄膜的MR比更大。此外，该耦合磁场的Hc(pin)值可以几乎等于其中使用了氧化钴的传统薄膜的值。因此，在本专利技术中，可以在保持Hc(pin)值较大的情况下提高MR比，因此磁性硬盘的记录密度可以越来越高。附图说明现在将通过实施例并参考附图说明本专利技术的实施方式，其中图1是本专利技术实施方式的磁阻效应薄膜的说明图；图2是磁阻效应磁头的说明图；图3是具有复合铁磁结构的磁阻效应薄膜的说明图；图4是具有双重结构的磁阻效应薄膜的说明图；图5是传统磁阻效应薄膜的说明图；和图6是示出采用铁磁性材料的传统磁阻效应薄膜的ρ-H(电阻率-外部磁场依赖关系)特征并且确定Hc(pin)值的曲线图。具体实施例方式现在将参考附图详细说明本专利技术的优选实施方式。图1示出了本专利技术实施方式的磁阻效应薄膜的基本结构。用作取向控制层的氧化镁层2上形成了包括含钴铁氧体的氧化物层3，并且被钉扎磁性层4、非磁性中间层5、自由磁性层6和保护层7按照该顺序层叠在氧化物层3上。专利技术人进行了以下实验。通过磁控管溅射在硅衬底上形成了三个磁阻效应薄膜的样品。该样品具体如下样品“A”CoFe2O410/CoFe/Cu/Co/NiFe/Cu/Ta[nm]样品“B”(CoO_Co3O4)10/CoFe2O410/CoFe/Cu/Co/NiFe/Cu/Ta[nm]样品“C”MgO 10/CoFe2O410/CoFe/Cu/Co/NiFe/Cu/Ta[nm]注意，从底层开始，CoFe层是被钉扎磁性层4；Cu层是非磁性中间层5；Co/NiFe层是自由磁性层6；Cu层是非磁性层；Ta层是保护层7。样品“A”没有取向控制层；样品“B”在文献(2)中公开了；样品“C”相当于本实施方式的磁阻效应薄膜。在样品“B”中，氧化钴(CuO和Co3O4的固溶体)用作取向控制层；在样品“C”中，具有氯化钠(NaCl)型晶体结构的氧化镁用作取向控制层。在所有样品“A”、“B”和“C”中，钴铁氧体用作磁性氧化物层，而且磁性氧化物层之上的层结构相同。在表格中示出了样品“A”、“B”和“C”的特性。表格 样品“A”的MR比是13.42％；样品“B”的MR比是15.38％，大于样品“A”；样品“C”的MR比是17.61％，大于样品“B”。样品“A”的Hc(pin)值小于其它样品，但是样品“B”和“C”的Hc(pin)值几乎相等。样品“A”的薄膜电阻(ρ/t)是36.3Ω；样品“B”的薄膜电阻是32.9Ω，小于样品“A”；样品“C”的薄膜电阻是31.8Ω，小于样品“B”。样品“C”中薄膜电阻的减少是由于整个薄膜结晶度的提高引起的。通过提高结晶度，减少了晶粒边界并限制了电子的散射。根据该结果，通过使用取向控制层，可以提高磁阻薄膜的结晶度，并且提高其MR比。作为取向控制层，氧化镁比氧化钴更好。在另一实施方式中，取向控制层可以用作绝缘间隔层。图2示出了该实施方式。在图2中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有层叠结构的磁阻效应薄膜，其中取向控制层、磁性氧化物层、被钉扎磁性层、非磁性中间层和自由磁性层按照该顺序层叠，其中，所述取向控制层是由具有氯化钠（ＮａＣｌ）型晶体结构的氧化物制成或者包括具有氯化钠（ＮａＣｌ）型晶体结构的氧化物 的氧化物层，该氯化钠（ＮａＣｌ）型晶体结构的氧化物的能带宽度大于或等于１ｅＶ，并且它在室温下是不可磁化的，而且其中，所述磁性氧化物层是包括含钴铁氧体的氧化物层。

【技术特征摘要】
JP 2004-6-8 JP2004-1700021.一种具有层叠结构的磁阻效应薄膜，其中取向控制层、磁性氧化物层、被钉扎磁性层、非磁性中间层和自由磁性层按照该顺序层叠，其中，所述取向控制层是由具有氯化钠(NaCl)型晶体结构的氧化物制成或者包括具有氯化钠(NaCl)型晶体结构的氧化物的氧化物层，该氯化钠(NaCl)型晶体结构的氧化物的能带宽度大于或等于1eV，并且它在室温下是不可磁化的，而且其中，所述磁性氧化物层是包括含钴铁氧体的氧化物层。2.根据权利要求1所述的磁阻效应薄膜，其中，具有氯化钠型晶体结构的所述取向控制层的氧化物是选自包括以下物质的组中的一种物质，或者是包含选自所述组中的一种物质的固溶体二氧化钠(NaO2)、一氧化镁(MgO)、二氧化钾(KO2)、一氧化钙(CaO)、一氧化钪(ScO)、一氧化钛(TiO)、一氧化钒(VO)、一氧化锰(MnO)、一氧化铁(FeO)、一氧化锶(SrO)、一氧化镉(CdO)、一氧化钡(BaO)、一氧化钽(TaO)、一氧化铈(CeO)、一氧化钕(NdO)、一氧化钐(SmO)和一氧化镱(YbO)。3.一种具有层叠结构的磁阻效应薄膜，其中取向控制层、磁性氧化物层、被钉扎磁性层、非磁性中间层和自由磁性层按照该顺序层叠，其中，所述取向控制层是由金属氧化物制成或包括金属氧化物的氧化物层，该金属氧化物具有至少一个0.406-0.432nm的晶格常数，其能带宽度大于或等于1eV，并且它在室温下是不可磁化的，而且其中，所述磁性氧化物层是包括含钴铁氧体的氧化物层。4.根据权利要求3所述的磁阻效应薄膜，其中，所述取向控制层的氧化物是选自包括以下物质的组中的一种物质，或者是包含选自所述组中的一种物质的固溶体二氧化钠(NaO2)、一氧化镁(MgO)、三氧化钾(KO3)、一氧化钛(TiO)、一氧化钒(VO)、一氧化铁(FeO)、一氧化铜(Cu2O)、二氧化铷(Rb2O2)、一氧化铌(NbO)、一氧化铯(Cs2O)和二氧化铯(Cs2O2)。5.一种具有层叠结构的磁阻效应薄膜，其中取向控制层、磁性氧化物层、被钉扎磁性层、非磁性中间层和自由磁性层按照该顺序层叠，其中，所述取向控制层是由金属氧化物制成或包括金属氧化物的氧化物层，该金属氧化物具有至少一个0.813-0.863nm的晶格常数，其能带宽度大于或等于1eV，并且它在室温下是不可磁化的，而且其中，所述磁性氧化物层是包括含钴铁氧体的氧化物层。6.根据权利要求5所述的磁阻效应薄膜，其中，所述取向控制层由三氧化铬(CrO3)或包含三氧化铬(CrO3)的固溶体制成。7.根据权利要求1所述的磁阻效应薄膜，其中，所述取向控制层用作绝缘间隔层的一部分或全部。8.根据权利要求1所述的磁阻效应薄膜，其中，所述被钉扎磁性层包括第一被钉扎磁性层、中间耦合层和第二被钉扎磁性层，而且其中，该第一被钉扎磁性层和该第二被钉扎磁性层通过交换耦合磁场反铁磁性耦合。9.根据权利要求8所述的磁阻效应薄膜，其中，所述中间耦合层是由选自包括钌(Ru)、铱(Ir)、铑(Rh)和铬(Cr)的组中的一种金属或者包括选自所述组中的至少一种金属的合金制成的。10.一种包括具有层叠结构的磁阻效应薄膜的磁阻效应磁头，在该层叠结构中，取向控制层、磁性氧化物层、被钉扎磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃木英彦，野间贤二，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]