垂直交換バイアスを有する膜デバイス
【課題】磁界検出に使用できる垂直交換バイアス・デバイスの提供。
【解決手段】垂直交換バイアス・デバイス１０が、基板１２の表面上のバッファ材料層１４と、バッファ材料層表面上の強磁性材料層１８と、強磁性材料層表面上の反強磁性材料層２２とを含み、前記強磁性材料層の磁化が強磁性材料層の面に対し垂直方向に向けられている。また垂直交換バイアス・デバイスを作製する方法は、基板表面上にバッファ材料層を形成する段階と、バッファ材料層表面上に強磁性材料層を形成する段階と、強磁性材料層表面上に反強磁性材料層を形成する段階とを含み、しかも強磁性材料層の磁化は強磁性材料層の面に対して垂直方向に向けられている。
【解決手段】垂直交換バイアス・デバイス１０が、基板１２の表面上のバッファ材料層１４と、バッファ材料層表面上の強磁性材料層１８と、強磁性材料層表面上の反強磁性材料層２２とを含み、前記強磁性材料層の磁化が強磁性材料層の面に対し垂直方向に向けられている。また垂直交換バイアス・デバイスを作製する方法は、基板表面上にバッファ材料層を形成する段階と、バッファ材料層表面上に強磁性材料層を形成する段階と、強磁性材料層表面上に反強磁性材料層を形成する段階とを含み、しかも強磁性材料層の磁化は強磁性材料層の面に対して垂直方向に向けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気デバイスに係り、より具体的には交換バイアス薄膜を含む磁気デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１５５Ｍｂｉｔｓ／ｍｍ２（１００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎ２）の高面積密度磁気記録の追及は、垂直異方性を有する新たな磁性材料の分野に広範囲の研究を促してきた。薄膜作製の場合、静磁エネルギーにとっては膜面内での磁化を維持するほうが有利なので、このことは困難な挑戦となる。合金又は多層デバイスの記録媒体に注目が集まる一方、垂直異方性を有するトンネル接合デバイス又はスピンバルブ・デバイスには、ほとんど、もしくは全く注意が注がれていない。
【０００３】
スピンバルブは、磁気センサとして広く使用されている。スピンバルブは、反強磁性（ＡＦ）層を利用して、交換バイアスとして知られる現象により強磁性（ＦＭ）層の磁化方向をピン止めする。バイアスは、強磁性層が反強磁性層に直接接触することによる界面交換結合により生じる。交換バイアス効果は、保磁力(ＨＣ)の増大とともに、交換磁界（ＨＥ）として知られるゼロ磁界からのある量のずれとしてヒステリシス・ループから容易に観察される。交換バイアスは、４０年余以前に発見されて以来、多くの磁気２層系で観察されてきた。この効果の性質を理解する鍵は、強磁性層及び反強磁性層双方の界面スピン・デバイスである。しかし、現在までのあらゆる実験的かつ理論的研究にもかかわらず、交換バイアス効果は、未解決のままである。
【０００４】
あらゆる交換結合ＡＦ／ＦＭ２層構造体の研究に共通の１つの手法が存在する。すなわち、強磁性層の磁化が膜の面内に限定されている点である。最近、垂直交換バイアスが、反強磁性ＦｅＦ２基板上に成長した(Ｃｏ／Ｐｔ）多層に観察できることが示された。低温では、ずれたヒステリシス・ループが、面内交換バイアス系に類似することが観察されたが、磁界が基板平面に対して垂直に印加される点が異なっている。続いて、酸化Ｃｏ上層を有する同じ種類の(Ｃｏ／Ｐｔ）多層が使用された別の研究も報告されている。ここで、ＣｏＯは反強磁性層である。これらの例では、交換バイアスの問題に新たな実験的手法が導入されており、強磁性層と反強磁性層との間のスピン・デバイスの性質に新たな光が投じられている。しかし、これら２つの研究では、強磁性構成要素がむしろ複合多層デバイスで作製されており、その場合、交換バイアス効果は別として、Ｃｏ層とＰｔ層との間に別種の界面交換結合も存在している。
【０００５】
垂直異方性を有する多くの薄膜強磁性体が存在する。それらの場合、強磁性層は、適切な下の基板上のエピタキシャル成長による結晶格子のひずみに起因するスピンの再配向効果を有している。若干の一般的な例はＣｏ／Ａｕ（１１１）およびＮｉ／Ｃｕ（００２）である。Ｃｕ層上のＮｉ層は、最も広く研究されている系の１つであり、この系は、交換バイアス研究にとって理想的な多くの顕著な特徴を有している。基本的に、２０Å厚を超えるＮｉ層は室温で磁性を有し、１００Åの範囲を超えると垂直異方性を示す。５０Ｏｅ未満のＨＣ値も、４０Å厚未満の層の場合に報告されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基板面に対し垂直方向の磁化を有するデバイスは、磁界検出のための新たな、魅力的な特徴を提供できる。したがって、本発明は、磁界検出に使用できる垂直交換バイアス・デバイスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明により構成された垂直交換バイアス・デバイスは、基板表面上のバッファ材料層と、バッファ層表面上の強磁性材料層と、強磁性材料層表面上の反強磁性材料層とを含み、強磁性材料層の磁化が、強磁性材料層の面に対し垂直方向を向いているものである。
バッファ材料は、銅及びダイアモンドからなる群から選択される材料を含むことができる。強磁性材料層は、ニッケル又はニッケル含有合金からなる群から選択される材料を含むことができる。反強磁性材料層は、マンガン基合金、例えばＦｅＭｎを含むことができる。
あるいはまた、バッファ材料は、(００２)銅又は（００１）ダイアモンドを含むことができる。ダイアモンドは、ホウ素をドープされたダイアモンド、又は窒素をドープされたダイアモンドを含むことができる。
【０００８】
また本発明は、垂直交換バイアス・デバイスの製作方法に関するものであり、該製作方法は、基板表面上にバッファ材料層を形成する段階と、バッファ材料層の表面上に強磁性材料層を形成する段階と、強磁性材料層の表面上に反強磁性材料層を形成する段階とを含み、強磁性材料層の磁化が、強磁性材料層の面に対して垂直方向に向けられる方法である。
バッファ材料は、銅及びダイアモンドからなる群から選択された材料を含む。強磁性材料層は、ニッケル又はニッケル含有合金からなる群から選択された材料を含むことができる。反強磁性材料層は、マンガン基合金、例えばＦｅＭｎを含むことができる。
バッファ材料は、(００２)銅又は(００１)ダイアモンドを含むことができる。ダイアモンドは、ホウ素をドープされたダイアモンド又は窒素をドープされたダイアモンドでよい。
バッファ材料層表面上に強磁性材料層を形成する段階は、バッファ材料層表面上に強磁性材料層をエピタキシャル成長させる段階を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明により構成された２層構造体の略示図。
【図２】図１のデバイスのＸ線回折スペクトルを示す図。
【図３】銅層上に設けた数例の２層構造体デバイスについてヒステリシス曲線を示した図。
【図４】被着ままの、磁界中冷却されたバイアスサンプルの交換磁界を示す線図。
【図５】純Ｎｉおよびバイアスされた例について保持力をＮｉ厚さの関数として示した線図。
【図６】本発明により構成されたデバイスを、垂直記録媒体の一部分と組み合わせて示した略示図。
【図７】本発明により構成されたデバイスを、垂直記録媒体の一部分と組み合わせて示した略示図。
【実施例】
【００１０】
図面を参照すると、図１には、本発明により構成された２層構造デバイスが略示されている。このデバイスは、例えば（００１）シリコンである基板１２を含んでいる。銅層１４は、基板の表面１６上に位置するように示されている。一例では、銅は規則面心立方晶層である。ニッケル層１８は、銅層の表面２０上に位置している。ニッケル層と銅層との結晶格子が僅かに相違することにより、ニッケル内に垂直磁化が生じる。鉄マンガン(ＦｅＭｎ）層２２が、ニッケル層の表面２４上に位置している。面心立方晶(ｆｃｃ)Ｎｉは、ＦｅＭｎ層の成長に好適な型板（テンプレート）となる。第２の銅層２６が、鉄マンガン層の表面２８上に位置し、多積層スタックの酸化を防止する。
【００１１】
図２は、図１に示したデバイスのＸ線回折スペクトルであり、該スペクトルは著しい方位性を有する(００２)方位結晶を示している。Ｘ線回折スペクトルから分かるように、Ｃｕバッファ層は、[００２]方向に沿って単結晶の様な集合組織を有している。このピークにＮｉ層とＦｅＭｎ層のピークが重ねられる。Ｃｕ，Ｎｉ，ＦｅＭｎのバルク格子定数が、各々３．６２Å，３．５２Å，３．６４Åであるため、Ｎｉピークは、Ｃｕより僅かに大きい２θ値で観察され、ＦｅＭｎピークは、Ｃｕより僅かに小さい２θ値で観察される。ファイ（Ｐｈｉ）スキャンでは、更に、高い結晶品質サンプルを示唆する４回対称を示している。Ｃｕ層とＮｉ層との間の３％の格子不整合により、Ｎｉ層内での垂直磁化(Ｍ⊥）が生じる。
【００１２】
図１のデバイスの構造を有するサンプルは、ＨＦエッチングしたＳｉ（００１）基板に３ｍＴｏｒｒでＡｒをＤＣマグネトロン・スパッタリングすることにより作製された。しかし、蒸着、分子ビームエピタキシィ、レーザ除去等の薄層作製技術も同様に、十分使用できる。１０００ÅのＣｕバッファ層が、まずＨＦエッチングされたＳｉ（００１）ウェーハ上に成長させられ、公知技術のとおり、歪んだＮｉをエピタキシャル成長させるために必要な(００２)集合組織の生成が促進させられる。Ｃｕバッファ層を使用するに当たり、３０Å〜１００Åの範囲で厚さを変動させたＮｉ層を有する２種類の２層構造体を、比較のために成長させた。これらのＮｉ層には、５０ÅのＦｅＭｎおよび３０ÅのＣｕの上層を設けた。３０ÅＣｕを上層に有する純Ｎｉ層を包含する追加サンプルも構成された。
【００１３】
図３には、積層デバイス・サンプルのヒステリシス曲線が示されている。ループ４０は、銅層上に４０Åの純Ｎｉ層を設け、上層に更に銅層を設けた場合のヒステリシス曲線である。ループ４２は、銅層上に、被着まま（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）の５０ÅＦｅＭｎ／４０ÅＮｉの２層構造体を設けた場合のヒステリシス曲線である。ループ４４は、２ｋＯｅで１５０℃から磁界中冷却された５０ÅＦｅＭｎ／４０ÅＮｉの２層構造体の場合のヒステリシス曲線である。被着ままの膜は、磁界の不在下で成長させた。磁界中冷却された膜は、ＦｅＭｎのネール温度ＴＮを超える温度まで加熱し、２ｋＯｅ磁界の存在下で室温まで冷却した。
【００１４】
図３のヒステリシス・ループは、１組の４０Å厚のＮｉ膜について、極磁気光カー効果(ＭＯＫＥ）を利用し室温で測定したもので、その場合、印加磁界（ＨＡＰＰＬ）は、基板面に対し垂直であった。ループ４０に見られるように、純Ｎｉ膜は、ＨＣ値がほぼ２００Ｏｅの方形ループを有し、この値は、同じ厚さの蒸着Ｎｉ／Ｃｕ膜で既に報告された値より大きい。蒸着と比較したスパッタリングの成長圧力及びエネルギー使用の相違により、磁気特性が僅かに変化した。被着まま、および(２ｋＯｅで１５０℃から)磁界中冷却された交換バイアスのサンプルで得られたヒステリシス・ループが、ループ４２及びループ４４として示されている。ループ４４からは、ＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体で、膜面に垂直の交換バイアスが明らかに観察される。このヒステリシス・ループは、ゼロ磁界からほぼ６００Ｏｅだけずれている。このＨＥの大きさは、ほぼ同じ厚さのＦｅＭＮ／ＮｉＦｅの２層構造体で他者が測定した値と類似の値である。これらのヒステリシス曲線は、もはや方形ではなく、ループ４０に示した純Ｎｉ膜に比較すると傾いている。ほとんどの交換２重層系では、ＨＡＰＰＬが一方向（ＵＤ）異方性軸と平行な場合に、ヒステリシス曲線が高度の方形性を有するが、これは、２層構造体が大きな磁界中でネール温度ＴＮを跨いで冷却されると、強磁性層が単磁区状態になるからである。本発明の２層構造体の場合、強磁性層は明らかに単磁区ではないが、これは、おそらく、既に交換バイアスに影響すると指摘されていたＮｉ／Ｃｕ界面での大きい誘導ひずみのためだろう。更に、飽和磁界がかなり増大していることは、面内磁化成分の存在を示唆している。
【００１５】
被着ままのサンプルでは、はるかに複雑なヒステリシス・ループ４２が観察されるが、これは、ＦｅＭｎのネール温度ＴＮが室温を超えているからである。このヒステリシス曲線は明らかな特徴を有し、ループの一方の部分が右側へ、他方の部分が左側へ移動している。われわれは、交換結合２層構造体での被着ままサンプルについて新たな交換磁界ＨＥ（ＡＤ）を定める。右方および左方双方へループがずれる場合のＨＥ（ＡＤ）の大きさは、等価である。このことが示唆するのは、Ｎｉ層が多磁区であり、その場合、磁化は逆方向を向くが、依然として膜面に対しては垂直のままだということである。更に磁区のスピン構成は、ＦｅＭｎ層との交換結合により定位置に固定される。注意すべき点は、縞状磁区が、磁気力顕微鏡(ＭＦＭ）画像からＣｕ上のＮｉ薄層で以前に観察されていた点であり、しかもその場合、磁区デバイスが、Ｎｉ層厚とともに変化することが指摘されていた。われわれの結果は、磁気測定を使用してＮｉ薄層による磁区デバイスを観察する別の方法での試みと合致している。また、被着ままのサンプルのヒステリシス曲線は、消磁されたゼロ磁界中で冷却された交換バイアスＮｉＦｅ／ＣｏＯで他者が以前に観察した曲線に類似しており、この場合もＮｉＦｅは多磁区状態である。
【００１６】
図３に示した交換バイアス・ヒステリシス曲線は、磁界および一方向異方性軸が膜面に垂直の場合、磁化ベクトルが３つの明確な方向を指し得ることを明示している。われわれは、磁化ベクトルが膜面に垂直に位置する磁化ベクトルの、膜面から「上向き」（Ｍ⊥↑）および膜面へ向かって「下向き」（Ｍ⊥↓）と示された２方向を確認している。第３の方向は、面内
に位置する磁化ベクトルである。極磁気測定法は面外成分を測定するだけであり、特定結晶軸に沿った面内磁化の方向とは無関係である。したがって、上向き又は下向きの磁化ベクトルがループの移動に寄与する一方、面内磁化は飽和磁界を増大させる。各磁区配列の総数は、静磁気垂直磁壁エネルギーと界面交換エネルギーとの間のバランスに依存する。これらのエネルギーの寄与は、結果的に異なる形状のヒステリシス曲線を生じさせる強磁性層の厚さ及び反強磁性層の厚さの関数として変化する。
【００１７】
ネール温度ＴＮを跨いだ冷却の間に大磁界を印加することにより、強磁性層内の磁区配列が変化し、交換バイアスの結果も変化しよう。図４には、被着ままのサンプル、および磁界中冷却されたＨＥ（ＦＣ）サンプルの交換磁界が、Ｎｉ層厚の関数として示されている。曲線５０は、被着ままのサンプルの交換磁界を示している。曲線５２は、磁界中冷却サンプルの交換磁界を示している。このデータから、２つの明らかな特徴が観察される。第１は、双方の場合とも、ＨＥ（ＡＤ）とＨＥ（ＦＣ）とが、１／ｔＮｉの振る舞いに従っていることである。この場合、ｔＮｉは強磁性層の厚さである。この周知の表面効果は、面内交換バイアス系の多くで既に指摘されていたものである。第２は、被着ままのサンプルのループのずれが、常に、磁界中冷却サンプルのループのずれより大きい点である。われわれの測定では、２層構造体デバイスには磁界焼鈍の前後で明らかな相違は認められず、強磁性層内の磁区配列のみが変化した。大磁界の印加により、一定の交換領域にわたり、多磁区が、より少数の磁区に合体する。磁区内の強磁性スピンの寸法および数がループのずれの大きさに影響することは明らかである。又、われわれの実験で利用可能な最大磁界は２ｋＯｅにすぎず、この値は、Ｎｉの４πＭＳ値（〜６ｋＯｅ）未満であることも留意されたい。より大きい磁界であれば、あらゆるＮｉスピンを等方向に設定できるだろうが、そのことが、ＨＥ（ＡＤ）とＨＥ（ＦＣ）との相違の説明となるかどうかは、双方が類似の磁区デバイスであるため不明である。
【００１８】
本発明の交換バイアス２層構造体の保磁力は、また、独特な強磁性層厚さへの依存性を有している。Ｎｉ層厚さに対する、純Ｎｉ膜の保持力ＨＣ（Ｃｕ／Ｎｉ／Ｃｕ）および交換バイアス２層構造体の保持力ＨＣ（ＦｅＭｎ／Ｎｉ／Ｃｕ）が図５に示されている。面内交換バイアス系とは異なり、ＨＣ値は、曲線５４で示された交換バイアスＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体の方が、曲線５６で示された設定Ｎｉ厚での純Ｎｉ膜と比較して低い値である。交換バイアス膜のＨＣ値がより低いのは、交換バイアスの角度依存測定による強磁性層の面内磁化成分
に帰せられる。Ｎｉ層厚さが増大するにつれて、顕著な面内磁化の結果、交換バイアスのない純Ｎｉ膜と比較して保磁力はより小さくなる。この傾向は図５に示されており、この場合、ＨＣは、最も厚いＮｉ膜の場合に最小となる。本発明の膜の場合、図５の破線で示されている３０オングストローム未満の厚さでは、Ｎｉ膜は単磁区状態にあり、磁化は膜面に対し垂直で、面内磁化成分は存在しない。
【００１９】
以上、Ｃｕ（２００）バッファ上にエピタキシャル成長させた簡単なＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体デバイスの作製及び分析を説明したが、該２層構造体は、外部磁界が膜面に対して垂直に印加された場合にのみ、交換バイアス効果を示す。観察された垂直交換バイアス効果は、この系に独特のものであり、その理由は、強磁性層磁化が膜面に対し垂直となるように強制する適切なバッファ層に２層構造体が成長せしめられたためである。Ｃｕ（２００）バッファなしでは、ＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体デバイスは、普通に見られる面内交換バイアス効果を示すだろう。Ｎｉを選択することにより、重要な特徴、例えば広い厚さ範囲にわたる低保磁力や、大部分のＭｎ基反強磁性層、例えばＲｈＭｎ，ＰｔＭｎ，ＩｒＭｎ等用の適当な型板が得られ、それによって現在のデバイス構成物へ容易に組み込むことができる。
【００２０】
一例では、本発明には、磁化と印加磁界とが膜面に対して垂直である、Ｃｕ（００２）バッファ上に成長せしめられたＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体を含む、室温での垂直交換バイアス・デバイスが包含されている。この２層構造体デバイスの独特の特徴は、Ｃｕ（２００）バッファ層、およびそれに続く、垂直異方性を有する僅かにひずみを生じたＮｉのエピタキシャル成長である。ＨＥの大きさは、Ｎｉ層内の強磁性磁区寸法に著しく依存し、ＨＣは、交換バイアス膜内では、純Ｎｉ膜に比較して小さい。
本発明のデバイスでは、適当な反強磁性体とともに、垂直異方性を有する強磁性体を含む２層構造体が使用される。強磁性材料は、純Ｎｉ又はＮｉ基合金、例えばＮｉ９５Ｃｏ５でよい。
【００２１】
垂直磁化を得るための重要な特徴は、適切な基板上での強磁性層のエピタキシャル成長である。一実施例では、Ｃｕ（２００）をＨＦエッチングされたＳｉ（００１）上に成長させるが、他の適当なバッファ層や基板候補材料も存在する。とりわけ、(００１)結晶方位を有するダイアモンド(Ｃ）基板は、市場で入手可能であり、Ｃｕ（００２）に似た型板が得られよう。更に、Ｓｉ（００１）上に成長させたダイアモンド膜は、またＮｉ基合金膜用の適当なバッファ層になるだろう。Ｃ（００１）基板が魅力的なのは、窒素をドープして絶縁材とするか、又はホウ素をドープして導体とすることができるからである。このことによって、特別な輸送構造の使用が可能になる。例えば面垂直電流(ＣＰＰ)構造を利用する場合、導電性Ｃ（００１）基板により、底部接点への接続が容易になる。他方、絶縁基板Ｃ（００１）は、Ｃｕ厚膜からの電流の短絡を排除する面内電流（ＣＩＰ）構造に理想的である。反強磁性層は、Ｍｎ基合金が可能で、該合金は、垂直異方性を破壊することなしに強磁性層に最小量の応力を加える。提案されたこの２層構造体デバイスは、膜面に垂直の磁化を有するスピンバルブ・センサの製造に使用できる。
【００２２】
われわれは、Ｃｕ（００２）上に成長させた１組のＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体において、磁化および印加磁界が膜面に垂直な、室温で垂直交換バイアスを示すサンプルを構成した。被着ままのサンプルのヒステリシス・ループの顕著な特徴は、ＦｅＭｎ層との交換結合により定位置に固定されたＮｉ薄膜による多磁区型デバイスを示唆している。ほぼ１ｋＯｅでのループのずれが、被着ままのサンプルで測定されたが、２層構造体が高温から磁界中冷却されると、ずれは減少する。ループのずれは、またＮｉ層厚と逆に変化することが示される一方、保磁力は、交換結合サンプルでは純Ｎｉ膜より減少する。ここに説明した２層構造体デバイスは、磁気記録用の多くの読み取りデバイス及び媒体に利用可能かつ組み込み可能である。
垂直異方性を有する２層構造体は、好ましくは高いキュリー温度ＴＣを有する強磁性層と、高いネール温度ＴＮを有する反強磁性層とを含み、それにより、室温ヒステリシス測定を行うことができる。スピンバルブ・デバイスの場合、ＴＣ及びＴＮの双方がデバイス作動温度より高くなければならず、大半の交換バイアス・システムでは、常にＴＣがＴＮより高い。更に、反強磁性層を選択する場合、反強磁性層は、磁化が膜面に対し垂直となる広い厚さ範囲と、交換バイアス効果、つまりループ移動の観察が容易になるような比較的小さい保磁力とを備えている必要があろう。
【００２３】
本発明の２層構造体デバイスは、垂直異方性を有するスピンバルブ・デバイスの一体部品にすることができる。図６及び図７は、本発明により、垂直記録媒体の一部分と組み合わされたスピンバルブ・センサの部品として構成されたデバイスの略示図である。図６の場合、センサ６０は垂直磁気記憶媒体６４の表面６２近くに位置するように示されている。該磁気記憶媒体は、軟質磁性層６８上に硬質磁性層６６を有している。硬質磁性層６６は、複数のビット、例えば７０及び７２を含み、しかも該ビットの磁化方向は、媒体に記憶されたディジタル情報を表している。図６の場合、ビット７０，７２の磁化によりフリンジ磁界７４が発生し、これによって強磁性層７６の磁化がフリンジ磁界に整合せしめられる。このため、強磁性層の磁化は、ピン止めされた層７８の磁化と逆方向となる。電流が面に対して垂直方向にデバイスを導通するように、電源８０がデバイスに接続されている。強磁性層とピン止めされた層との磁化の相対方向は、デバイス抵抗に影響し、電圧検出器８２が検出するデバイスの電圧に変化を生じさせる。
【００２４】
図７の場合、ビット８４及び８６の磁化によりフリンジ磁界８８が発生し、これによって強磁性層７６の磁化がフリンジ磁界に整合せしめられる。この場合には、強磁性層の磁化は、ピン止めされた層７８の磁化と同じ方向である。これにより、デバイスの電圧は異なる値となる。媒体がセンサに対して移動するにつれて、媒体に記憶された情報を、センサを通る１組の電圧として読み取ることができる。
現在まで、ほとんどすべての交換バイアス研究は、膜面内での磁化についてであった。われわれの２層構造体デバイスは、特徴的でない方法で交換バイアス効果を得る簡単な解決策を提供するものである。しかし、磁化は膜面に対し垂直だが、垂直交換バイアス効果は、面内交換バイアス効果に似た多くの特徴を有している。垂直交換バイアスでは、ＨＥも強磁性層の厚さと逆に変化し、それによりバイアス効果を調整できる調整可能な範囲が得られる。
【００２５】
前記の簡単な２層構造体デバイスの使用により、完全なスピンバルブ・センサが実現できた。この垂直センサは面内センサに優る多くの利点を有している。現在の読み取りヘッド・デバイス及び媒体幾何形状を利用して、垂直異方性を有するスピンバルブ・センサは、記録媒体からダウントラック漂遊磁界成分を検出できる。垂直記録媒体の使用により期待されるように面積記録密度がより高い値に増大すると、この種のスピンバルブの有用性はきわめて重要になろう。更に、小寸法の面内スピンバルブの場合、減磁界が、特に境界に沿ってデバイス全域に不均一な磁化を生じさせることがある。垂直スピンバルブでは、このような問題がなく、硬質バイアス磁石の必要もないので、デバイス製造が簡単になろう。
本発明を数例によって説明したが、当業者には、特許請求の範囲に定義される本発明の枠を逸脱することなしに、開示した例に対し種々の変更を加えることが可能であることが理解されよう。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気デバイスに係り、より具体的には交換バイアス薄膜を含む磁気デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１５５Ｍｂｉｔｓ／ｍｍ２（１００Ｇｂｉｔｓ／ｉｎ２）の高面積密度磁気記録の追及は、垂直異方性を有する新たな磁性材料の分野に広範囲の研究を促してきた。薄膜作製の場合、静磁エネルギーにとっては膜面内での磁化を維持するほうが有利なので、このことは困難な挑戦となる。合金又は多層デバイスの記録媒体に注目が集まる一方、垂直異方性を有するトンネル接合デバイス又はスピンバルブ・デバイスには、ほとんど、もしくは全く注意が注がれていない。
【０００３】
スピンバルブは、磁気センサとして広く使用されている。スピンバルブは、反強磁性（ＡＦ）層を利用して、交換バイアスとして知られる現象により強磁性（ＦＭ）層の磁化方向をピン止めする。バイアスは、強磁性層が反強磁性層に直接接触することによる界面交換結合により生じる。交換バイアス効果は、保磁力(ＨＣ)の増大とともに、交換磁界（ＨＥ）として知られるゼロ磁界からのある量のずれとしてヒステリシス・ループから容易に観察される。交換バイアスは、４０年余以前に発見されて以来、多くの磁気２層系で観察されてきた。この効果の性質を理解する鍵は、強磁性層及び反強磁性層双方の界面スピン・デバイスである。しかし、現在までのあらゆる実験的かつ理論的研究にもかかわらず、交換バイアス効果は、未解決のままである。
【０００４】
あらゆる交換結合ＡＦ／ＦＭ２層構造体の研究に共通の１つの手法が存在する。すなわち、強磁性層の磁化が膜の面内に限定されている点である。最近、垂直交換バイアスが、反強磁性ＦｅＦ２基板上に成長した(Ｃｏ／Ｐｔ）多層に観察できることが示された。低温では、ずれたヒステリシス・ループが、面内交換バイアス系に類似することが観察されたが、磁界が基板平面に対して垂直に印加される点が異なっている。続いて、酸化Ｃｏ上層を有する同じ種類の(Ｃｏ／Ｐｔ）多層が使用された別の研究も報告されている。ここで、ＣｏＯは反強磁性層である。これらの例では、交換バイアスの問題に新たな実験的手法が導入されており、強磁性層と反強磁性層との間のスピン・デバイスの性質に新たな光が投じられている。しかし、これら２つの研究では、強磁性構成要素がむしろ複合多層デバイスで作製されており、その場合、交換バイアス効果は別として、Ｃｏ層とＰｔ層との間に別種の界面交換結合も存在している。
【０００５】
垂直異方性を有する多くの薄膜強磁性体が存在する。それらの場合、強磁性層は、適切な下の基板上のエピタキシャル成長による結晶格子のひずみに起因するスピンの再配向効果を有している。若干の一般的な例はＣｏ／Ａｕ（１１１）およびＮｉ／Ｃｕ（００２）である。Ｃｕ層上のＮｉ層は、最も広く研究されている系の１つであり、この系は、交換バイアス研究にとって理想的な多くの顕著な特徴を有している。基本的に、２０Å厚を超えるＮｉ層は室温で磁性を有し、１００Åの範囲を超えると垂直異方性を示す。５０Ｏｅ未満のＨＣ値も、４０Å厚未満の層の場合に報告されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
基板面に対し垂直方向の磁化を有するデバイスは、磁界検出のための新たな、魅力的な特徴を提供できる。したがって、本発明は、磁界検出に使用できる垂直交換バイアス・デバイスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明により構成された垂直交換バイアス・デバイスは、基板表面上のバッファ材料層と、バッファ層表面上の強磁性材料層と、強磁性材料層表面上の反強磁性材料層とを含み、強磁性材料層の磁化が、強磁性材料層の面に対し垂直方向を向いているものである。
バッファ材料は、銅及びダイアモンドからなる群から選択される材料を含むことができる。強磁性材料層は、ニッケル又はニッケル含有合金からなる群から選択される材料を含むことができる。反強磁性材料層は、マンガン基合金、例えばＦｅＭｎを含むことができる。
あるいはまた、バッファ材料は、(００２)銅又は（００１）ダイアモンドを含むことができる。ダイアモンドは、ホウ素をドープされたダイアモンド、又は窒素をドープされたダイアモンドを含むことができる。
【０００８】
また本発明は、垂直交換バイアス・デバイスの製作方法に関するものであり、該製作方法は、基板表面上にバッファ材料層を形成する段階と、バッファ材料層の表面上に強磁性材料層を形成する段階と、強磁性材料層の表面上に反強磁性材料層を形成する段階とを含み、強磁性材料層の磁化が、強磁性材料層の面に対して垂直方向に向けられる方法である。
バッファ材料は、銅及びダイアモンドからなる群から選択された材料を含む。強磁性材料層は、ニッケル又はニッケル含有合金からなる群から選択された材料を含むことができる。反強磁性材料層は、マンガン基合金、例えばＦｅＭｎを含むことができる。
バッファ材料は、(００２)銅又は(００１)ダイアモンドを含むことができる。ダイアモンドは、ホウ素をドープされたダイアモンド又は窒素をドープされたダイアモンドでよい。
バッファ材料層表面上に強磁性材料層を形成する段階は、バッファ材料層表面上に強磁性材料層をエピタキシャル成長させる段階を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明により構成された２層構造体の略示図。
【図２】図１のデバイスのＸ線回折スペクトルを示す図。
【図３】銅層上に設けた数例の２層構造体デバイスについてヒステリシス曲線を示した図。
【図４】被着ままの、磁界中冷却されたバイアスサンプルの交換磁界を示す線図。
【図５】純Ｎｉおよびバイアスされた例について保持力をＮｉ厚さの関数として示した線図。
【図６】本発明により構成されたデバイスを、垂直記録媒体の一部分と組み合わせて示した略示図。
【図７】本発明により構成されたデバイスを、垂直記録媒体の一部分と組み合わせて示した略示図。
【実施例】
【００１０】
図面を参照すると、図１には、本発明により構成された２層構造デバイスが略示されている。このデバイスは、例えば（００１）シリコンである基板１２を含んでいる。銅層１４は、基板の表面１６上に位置するように示されている。一例では、銅は規則面心立方晶層である。ニッケル層１８は、銅層の表面２０上に位置している。ニッケル層と銅層との結晶格子が僅かに相違することにより、ニッケル内に垂直磁化が生じる。鉄マンガン(ＦｅＭｎ）層２２が、ニッケル層の表面２４上に位置している。面心立方晶(ｆｃｃ)Ｎｉは、ＦｅＭｎ層の成長に好適な型板（テンプレート）となる。第２の銅層２６が、鉄マンガン層の表面２８上に位置し、多積層スタックの酸化を防止する。
【００１１】
図２は、図１に示したデバイスのＸ線回折スペクトルであり、該スペクトルは著しい方位性を有する(００２)方位結晶を示している。Ｘ線回折スペクトルから分かるように、Ｃｕバッファ層は、[００２]方向に沿って単結晶の様な集合組織を有している。このピークにＮｉ層とＦｅＭｎ層のピークが重ねられる。Ｃｕ，Ｎｉ，ＦｅＭｎのバルク格子定数が、各々３．６２Å，３．５２Å，３．６４Åであるため、Ｎｉピークは、Ｃｕより僅かに大きい２θ値で観察され、ＦｅＭｎピークは、Ｃｕより僅かに小さい２θ値で観察される。ファイ（Ｐｈｉ）スキャンでは、更に、高い結晶品質サンプルを示唆する４回対称を示している。Ｃｕ層とＮｉ層との間の３％の格子不整合により、Ｎｉ層内での垂直磁化(Ｍ⊥）が生じる。
【００１２】
図１のデバイスの構造を有するサンプルは、ＨＦエッチングしたＳｉ（００１）基板に３ｍＴｏｒｒでＡｒをＤＣマグネトロン・スパッタリングすることにより作製された。しかし、蒸着、分子ビームエピタキシィ、レーザ除去等の薄層作製技術も同様に、十分使用できる。１０００ÅのＣｕバッファ層が、まずＨＦエッチングされたＳｉ（００１）ウェーハ上に成長させられ、公知技術のとおり、歪んだＮｉをエピタキシャル成長させるために必要な(００２)集合組織の生成が促進させられる。Ｃｕバッファ層を使用するに当たり、３０Å〜１００Åの範囲で厚さを変動させたＮｉ層を有する２種類の２層構造体を、比較のために成長させた。これらのＮｉ層には、５０ÅのＦｅＭｎおよび３０ÅのＣｕの上層を設けた。３０ÅＣｕを上層に有する純Ｎｉ層を包含する追加サンプルも構成された。
【００１３】
図３には、積層デバイス・サンプルのヒステリシス曲線が示されている。ループ４０は、銅層上に４０Åの純Ｎｉ層を設け、上層に更に銅層を設けた場合のヒステリシス曲線である。ループ４２は、銅層上に、被着まま（ａｓ−ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ）の５０ÅＦｅＭｎ／４０ÅＮｉの２層構造体を設けた場合のヒステリシス曲線である。ループ４４は、２ｋＯｅで１５０℃から磁界中冷却された５０ÅＦｅＭｎ／４０ÅＮｉの２層構造体の場合のヒステリシス曲線である。被着ままの膜は、磁界の不在下で成長させた。磁界中冷却された膜は、ＦｅＭｎのネール温度ＴＮを超える温度まで加熱し、２ｋＯｅ磁界の存在下で室温まで冷却した。
【００１４】
図３のヒステリシス・ループは、１組の４０Å厚のＮｉ膜について、極磁気光カー効果(ＭＯＫＥ）を利用し室温で測定したもので、その場合、印加磁界（ＨＡＰＰＬ）は、基板面に対し垂直であった。ループ４０に見られるように、純Ｎｉ膜は、ＨＣ値がほぼ２００Ｏｅの方形ループを有し、この値は、同じ厚さの蒸着Ｎｉ／Ｃｕ膜で既に報告された値より大きい。蒸着と比較したスパッタリングの成長圧力及びエネルギー使用の相違により、磁気特性が僅かに変化した。被着まま、および(２ｋＯｅで１５０℃から)磁界中冷却された交換バイアスのサンプルで得られたヒステリシス・ループが、ループ４２及びループ４４として示されている。ループ４４からは、ＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体で、膜面に垂直の交換バイアスが明らかに観察される。このヒステリシス・ループは、ゼロ磁界からほぼ６００Ｏｅだけずれている。このＨＥの大きさは、ほぼ同じ厚さのＦｅＭＮ／ＮｉＦｅの２層構造体で他者が測定した値と類似の値である。これらのヒステリシス曲線は、もはや方形ではなく、ループ４０に示した純Ｎｉ膜に比較すると傾いている。ほとんどの交換２重層系では、ＨＡＰＰＬが一方向（ＵＤ）異方性軸と平行な場合に、ヒステリシス曲線が高度の方形性を有するが、これは、２層構造体が大きな磁界中でネール温度ＴＮを跨いで冷却されると、強磁性層が単磁区状態になるからである。本発明の２層構造体の場合、強磁性層は明らかに単磁区ではないが、これは、おそらく、既に交換バイアスに影響すると指摘されていたＮｉ／Ｃｕ界面での大きい誘導ひずみのためだろう。更に、飽和磁界がかなり増大していることは、面内磁化成分の存在を示唆している。
【００１５】
被着ままのサンプルでは、はるかに複雑なヒステリシス・ループ４２が観察されるが、これは、ＦｅＭｎのネール温度ＴＮが室温を超えているからである。このヒステリシス曲線は明らかな特徴を有し、ループの一方の部分が右側へ、他方の部分が左側へ移動している。われわれは、交換結合２層構造体での被着ままサンプルについて新たな交換磁界ＨＥ（ＡＤ）を定める。右方および左方双方へループがずれる場合のＨＥ（ＡＤ）の大きさは、等価である。このことが示唆するのは、Ｎｉ層が多磁区であり、その場合、磁化は逆方向を向くが、依然として膜面に対しては垂直のままだということである。更に磁区のスピン構成は、ＦｅＭｎ層との交換結合により定位置に固定される。注意すべき点は、縞状磁区が、磁気力顕微鏡(ＭＦＭ）画像からＣｕ上のＮｉ薄層で以前に観察されていた点であり、しかもその場合、磁区デバイスが、Ｎｉ層厚とともに変化することが指摘されていた。われわれの結果は、磁気測定を使用してＮｉ薄層による磁区デバイスを観察する別の方法での試みと合致している。また、被着ままのサンプルのヒステリシス曲線は、消磁されたゼロ磁界中で冷却された交換バイアスＮｉＦｅ／ＣｏＯで他者が以前に観察した曲線に類似しており、この場合もＮｉＦｅは多磁区状態である。
【００１６】
図３に示した交換バイアス・ヒステリシス曲線は、磁界および一方向異方性軸が膜面に垂直の場合、磁化ベクトルが３つの明確な方向を指し得ることを明示している。われわれは、磁化ベクトルが膜面に垂直に位置する磁化ベクトルの、膜面から「上向き」（Ｍ⊥↑）および膜面へ向かって「下向き」（Ｍ⊥↓）と示された２方向を確認している。第３の方向は、面内
に位置する磁化ベクトルである。極磁気測定法は面外成分を測定するだけであり、特定結晶軸に沿った面内磁化の方向とは無関係である。したがって、上向き又は下向きの磁化ベクトルがループの移動に寄与する一方、面内磁化は飽和磁界を増大させる。各磁区配列の総数は、静磁気垂直磁壁エネルギーと界面交換エネルギーとの間のバランスに依存する。これらのエネルギーの寄与は、結果的に異なる形状のヒステリシス曲線を生じさせる強磁性層の厚さ及び反強磁性層の厚さの関数として変化する。
【００１７】
ネール温度ＴＮを跨いだ冷却の間に大磁界を印加することにより、強磁性層内の磁区配列が変化し、交換バイアスの結果も変化しよう。図４には、被着ままのサンプル、および磁界中冷却されたＨＥ（ＦＣ）サンプルの交換磁界が、Ｎｉ層厚の関数として示されている。曲線５０は、被着ままのサンプルの交換磁界を示している。曲線５２は、磁界中冷却サンプルの交換磁界を示している。このデータから、２つの明らかな特徴が観察される。第１は、双方の場合とも、ＨＥ（ＡＤ）とＨＥ（ＦＣ）とが、１／ｔＮｉの振る舞いに従っていることである。この場合、ｔＮｉは強磁性層の厚さである。この周知の表面効果は、面内交換バイアス系の多くで既に指摘されていたものである。第２は、被着ままのサンプルのループのずれが、常に、磁界中冷却サンプルのループのずれより大きい点である。われわれの測定では、２層構造体デバイスには磁界焼鈍の前後で明らかな相違は認められず、強磁性層内の磁区配列のみが変化した。大磁界の印加により、一定の交換領域にわたり、多磁区が、より少数の磁区に合体する。磁区内の強磁性スピンの寸法および数がループのずれの大きさに影響することは明らかである。又、われわれの実験で利用可能な最大磁界は２ｋＯｅにすぎず、この値は、Ｎｉの４πＭＳ値（〜６ｋＯｅ）未満であることも留意されたい。より大きい磁界であれば、あらゆるＮｉスピンを等方向に設定できるだろうが、そのことが、ＨＥ（ＡＤ）とＨＥ（ＦＣ）との相違の説明となるかどうかは、双方が類似の磁区デバイスであるため不明である。
【００１８】
本発明の交換バイアス２層構造体の保磁力は、また、独特な強磁性層厚さへの依存性を有している。Ｎｉ層厚さに対する、純Ｎｉ膜の保持力ＨＣ（Ｃｕ／Ｎｉ／Ｃｕ）および交換バイアス２層構造体の保持力ＨＣ（ＦｅＭｎ／Ｎｉ／Ｃｕ）が図５に示されている。面内交換バイアス系とは異なり、ＨＣ値は、曲線５４で示された交換バイアスＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体の方が、曲線５６で示された設定Ｎｉ厚での純Ｎｉ膜と比較して低い値である。交換バイアス膜のＨＣ値がより低いのは、交換バイアスの角度依存測定による強磁性層の面内磁化成分
に帰せられる。Ｎｉ層厚さが増大するにつれて、顕著な面内磁化の結果、交換バイアスのない純Ｎｉ膜と比較して保磁力はより小さくなる。この傾向は図５に示されており、この場合、ＨＣは、最も厚いＮｉ膜の場合に最小となる。本発明の膜の場合、図５の破線で示されている３０オングストローム未満の厚さでは、Ｎｉ膜は単磁区状態にあり、磁化は膜面に対し垂直で、面内磁化成分は存在しない。
【００１９】
以上、Ｃｕ（２００）バッファ上にエピタキシャル成長させた簡単なＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体デバイスの作製及び分析を説明したが、該２層構造体は、外部磁界が膜面に対して垂直に印加された場合にのみ、交換バイアス効果を示す。観察された垂直交換バイアス効果は、この系に独特のものであり、その理由は、強磁性層磁化が膜面に対し垂直となるように強制する適切なバッファ層に２層構造体が成長せしめられたためである。Ｃｕ（２００）バッファなしでは、ＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体デバイスは、普通に見られる面内交換バイアス効果を示すだろう。Ｎｉを選択することにより、重要な特徴、例えば広い厚さ範囲にわたる低保磁力や、大部分のＭｎ基反強磁性層、例えばＲｈＭｎ，ＰｔＭｎ，ＩｒＭｎ等用の適当な型板が得られ、それによって現在のデバイス構成物へ容易に組み込むことができる。
【００２０】
一例では、本発明には、磁化と印加磁界とが膜面に対して垂直である、Ｃｕ（００２）バッファ上に成長せしめられたＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体を含む、室温での垂直交換バイアス・デバイスが包含されている。この２層構造体デバイスの独特の特徴は、Ｃｕ（２００）バッファ層、およびそれに続く、垂直異方性を有する僅かにひずみを生じたＮｉのエピタキシャル成長である。ＨＥの大きさは、Ｎｉ層内の強磁性磁区寸法に著しく依存し、ＨＣは、交換バイアス膜内では、純Ｎｉ膜に比較して小さい。
本発明のデバイスでは、適当な反強磁性体とともに、垂直異方性を有する強磁性体を含む２層構造体が使用される。強磁性材料は、純Ｎｉ又はＮｉ基合金、例えばＮｉ９５Ｃｏ５でよい。
【００２１】
垂直磁化を得るための重要な特徴は、適切な基板上での強磁性層のエピタキシャル成長である。一実施例では、Ｃｕ（２００）をＨＦエッチングされたＳｉ（００１）上に成長させるが、他の適当なバッファ層や基板候補材料も存在する。とりわけ、(００１)結晶方位を有するダイアモンド(Ｃ）基板は、市場で入手可能であり、Ｃｕ（００２）に似た型板が得られよう。更に、Ｓｉ（００１）上に成長させたダイアモンド膜は、またＮｉ基合金膜用の適当なバッファ層になるだろう。Ｃ（００１）基板が魅力的なのは、窒素をドープして絶縁材とするか、又はホウ素をドープして導体とすることができるからである。このことによって、特別な輸送構造の使用が可能になる。例えば面垂直電流(ＣＰＰ)構造を利用する場合、導電性Ｃ（００１）基板により、底部接点への接続が容易になる。他方、絶縁基板Ｃ（００１）は、Ｃｕ厚膜からの電流の短絡を排除する面内電流（ＣＩＰ）構造に理想的である。反強磁性層は、Ｍｎ基合金が可能で、該合金は、垂直異方性を破壊することなしに強磁性層に最小量の応力を加える。提案されたこの２層構造体デバイスは、膜面に垂直の磁化を有するスピンバルブ・センサの製造に使用できる。
【００２２】
われわれは、Ｃｕ（００２）上に成長させた１組のＦｅＭｎ／Ｎｉの２層構造体において、磁化および印加磁界が膜面に垂直な、室温で垂直交換バイアスを示すサンプルを構成した。被着ままのサンプルのヒステリシス・ループの顕著な特徴は、ＦｅＭｎ層との交換結合により定位置に固定されたＮｉ薄膜による多磁区型デバイスを示唆している。ほぼ１ｋＯｅでのループのずれが、被着ままのサンプルで測定されたが、２層構造体が高温から磁界中冷却されると、ずれは減少する。ループのずれは、またＮｉ層厚と逆に変化することが示される一方、保磁力は、交換結合サンプルでは純Ｎｉ膜より減少する。ここに説明した２層構造体デバイスは、磁気記録用の多くの読み取りデバイス及び媒体に利用可能かつ組み込み可能である。
垂直異方性を有する２層構造体は、好ましくは高いキュリー温度ＴＣを有する強磁性層と、高いネール温度ＴＮを有する反強磁性層とを含み、それにより、室温ヒステリシス測定を行うことができる。スピンバルブ・デバイスの場合、ＴＣ及びＴＮの双方がデバイス作動温度より高くなければならず、大半の交換バイアス・システムでは、常にＴＣがＴＮより高い。更に、反強磁性層を選択する場合、反強磁性層は、磁化が膜面に対し垂直となる広い厚さ範囲と、交換バイアス効果、つまりループ移動の観察が容易になるような比較的小さい保磁力とを備えている必要があろう。
【００２３】
本発明の２層構造体デバイスは、垂直異方性を有するスピンバルブ・デバイスの一体部品にすることができる。図６及び図７は、本発明により、垂直記録媒体の一部分と組み合わされたスピンバルブ・センサの部品として構成されたデバイスの略示図である。図６の場合、センサ６０は垂直磁気記憶媒体６４の表面６２近くに位置するように示されている。該磁気記憶媒体は、軟質磁性層６８上に硬質磁性層６６を有している。硬質磁性層６６は、複数のビット、例えば７０及び７２を含み、しかも該ビットの磁化方向は、媒体に記憶されたディジタル情報を表している。図６の場合、ビット７０，７２の磁化によりフリンジ磁界７４が発生し、これによって強磁性層７６の磁化がフリンジ磁界に整合せしめられる。このため、強磁性層の磁化は、ピン止めされた層７８の磁化と逆方向となる。電流が面に対して垂直方向にデバイスを導通するように、電源８０がデバイスに接続されている。強磁性層とピン止めされた層との磁化の相対方向は、デバイス抵抗に影響し、電圧検出器８２が検出するデバイスの電圧に変化を生じさせる。
【００２４】
図７の場合、ビット８４及び８６の磁化によりフリンジ磁界８８が発生し、これによって強磁性層７６の磁化がフリンジ磁界に整合せしめられる。この場合には、強磁性層の磁化は、ピン止めされた層７８の磁化と同じ方向である。これにより、デバイスの電圧は異なる値となる。媒体がセンサに対して移動するにつれて、媒体に記憶された情報を、センサを通る１組の電圧として読み取ることができる。
現在まで、ほとんどすべての交換バイアス研究は、膜面内での磁化についてであった。われわれの２層構造体デバイスは、特徴的でない方法で交換バイアス効果を得る簡単な解決策を提供するものである。しかし、磁化は膜面に対し垂直だが、垂直交換バイアス効果は、面内交換バイアス効果に似た多くの特徴を有している。垂直交換バイアスでは、ＨＥも強磁性層の厚さと逆に変化し、それによりバイアス効果を調整できる調整可能な範囲が得られる。
【００２５】
前記の簡単な２層構造体デバイスの使用により、完全なスピンバルブ・センサが実現できた。この垂直センサは面内センサに優る多くの利点を有している。現在の読み取りヘッド・デバイス及び媒体幾何形状を利用して、垂直異方性を有するスピンバルブ・センサは、記録媒体からダウントラック漂遊磁界成分を検出できる。垂直記録媒体の使用により期待されるように面積記録密度がより高い値に増大すると、この種のスピンバルブの有用性はきわめて重要になろう。更に、小寸法の面内スピンバルブの場合、減磁界が、特に境界に沿ってデバイス全域に不均一な磁化を生じさせることがある。垂直スピンバルブでは、このような問題がなく、硬質バイアス磁石の必要もないので、デバイス製造が簡単になろう。
本発明を数例によって説明したが、当業者には、特許請求の範囲に定義される本発明の枠を逸脱することなしに、開示した例に対し種々の変更を加えることが可能であることが理解されよう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直交換バイアス・デバイス（１０）において、
基板(１２)の表面上のバッファ材料層(１４)と、
前記バッファ材料層(１４)の表面上の強磁性材料層(１８)であって、該強磁性材料層の磁化が、強磁性材料層面に対し垂直方向に向いている強磁性材料層(１８)と、
前記強磁性材料層の表面上の反強磁性材料層(２２)とを含む垂直交換バイアス・デバイス。
【請求項１】
垂直交換バイアス・デバイス（１０）において、
基板(１２)の表面上のバッファ材料層(１４)と、
前記バッファ材料層(１４)の表面上の強磁性材料層(１８)であって、該強磁性材料層の磁化が、強磁性材料層面に対し垂直方向に向いている強磁性材料層(１８)と、
前記強磁性材料層の表面上の反強磁性材料層(２２)とを含む垂直交換バイアス・デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１９２９０７（Ｐ２０１０−１９２９０７Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３１１１（Ｐ２０１０−５３１１１）
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【分割の表示】特願２００４−５１１８４９（Ｐ２００４−５１１８４９）の分割
【原出願日】平成１４年９月１９日（２００２．９．１９）
【出願人】（５００３７３７５８）シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１０日（２０１０．３．１０）
【分割の表示】特願２００４−５１１８４９（Ｐ２００４−５１１８４９）の分割
【原出願日】平成１４年９月１９日（２００２．９．１９）
【出願人】（５００３７３７５８）シーゲイト テクノロジー エルエルシー (278)
【Ｆターム（参考）】
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