專利名稱：磁阻元件、磁頭及磁存儲裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明主要涉及一種磁阻元件、磁頭及磁存儲裝置，特別涉及一種具有CPP(電流方向垂直于平面，Current-Perpendicular-To Plane)結構的磁阻元件、磁頭及其磁存儲器，該CPP結構允許檢測電流以垂直于旋閥(spin valve)膜的方向流動。
背景技術：
近年來，磁阻元件被用于磁記錄裝置的磁頭中，作為用于再現(xiàn)記錄于磁記錄介質中的信息的再現(xiàn)(reproduction)元件。磁阻元件主要配備了具有高磁場靈敏度的旋閥膜，以提高記錄密度。旋閥膜由多層組成，包括固定磁化層，其中磁化方向被固定在預定方向上；非磁層；以及自由磁化層，其中磁化方向隨著磁記錄介質的漏磁場的方向或強度而變化。旋閥膜的電阻值隨著由固定磁化層的磁化和自由磁化層的磁化形成的角度而變化。磁阻元件通過在旋閥膜上應用具有預定值的檢測電流并檢測電阻的變化(電壓的變化)，而再現(xiàn)記錄于磁記錄介質的位。
通常，CIP(電流方向在平面內，Current-In-Plane)結構被用于磁阻元件，該CIP結構允許檢測電流在旋閥膜平面內的方向上流動。然而，為了以更高的記錄密度進行記錄，需要增加磁記錄介質的線性記錄密度和磁道密度。因而，需要減小相應于磁記錄介質的磁道寬度的磁阻元件的寬度和磁阻元件的高度(磁阻元件的深度)，也就是說，要減小磁阻元件的橫截面面積。這種情況下，當CIP結構被用于磁阻元件時，檢測電流的電流密度就會變得很大。由于例如包含于旋閥膜中的材料的遷移，而導致磁阻元件的性能惡化。為了防止這樣的性能惡化，檢測電流量將被減少。然而，檢測電流的這種減少引起相應于磁阻變化的測得電壓變化量的減少，也就是再現(xiàn)輸出的減少，從而導致S/N比例的惡化(信號噪聲比)。
因而，作為下一代的再現(xiàn)元件，人們對采用了允許檢測電流以垂直于旋閥膜的方向流動的CPP(電流方向垂直于平面)結構的磁阻元件進行了充分的研究。
在磁阻元件采用CPP結構的情況下，由于旋閥膜的厚度薄，因而元件電阻值降低。從而，由于磁阻的變化量很小 僅僅通過使用與具有CIP結構的磁阻元件相同的材料不能獲得足夠大的再現(xiàn)輸出。因而，對于具有CPP結構的磁阻元件，為了能夠獲得的足夠大的記錄輸出，需要向旋閥膜提供每單位面積上的較大的磁阻變化量 為了增加 提出了在自由磁化層和非磁層之間設置具有薄插入層(例如，Co-Fe合金或Co-Ni合金)的磁阻元件(例如，日本特開專利申請?zhí)?003-60263)。在該磁阻元件中，通過產生自由磁化層的自旋相關體散射(spin dependent bulk scattering)和薄插入層的自旋相關界面散射(spindependent interface scattering)。
然而，使用如日本特開專利申請?zhí)?003-60263所述的薄插入層的材料和旋閥膜的結構， 的增加仍不夠。
而且，在獲得更高的記錄密度中，在與自由磁化層的低抗磁力特性維持平衡的同時，難以增加 也就是，存在一個問題，即隨著自由磁化層的抗磁力的增加，磁阻元件的靈敏度降低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是提供一種磁阻元件、磁頭和磁存儲裝置，其實質上克服了由相關技術的局限和缺陷導致的一個或多個問題。
本發(fā)明的特征和優(yōu)點將會在后面的說明中闡明，并通過說明和附圖在一定程度上變得更清楚，或者也可以通過根據(jù)說明中提供的指導而實施本發(fā)明的過程中得知。通過完整、清楚、精煉和準確的用語以使本領域的普通技術人員能夠實施本發(fā)明的說明書所特別指出的磁阻元件、磁頭和磁存儲裝置，將實現(xiàn)和達到本發(fā)明的目的和其他特征及優(yōu)點。
為了獲得這些及其他優(yōu)點并根據(jù)本發(fā)明的目的，如其中實施和廣泛說明的，本發(fā)明提供了一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括固定磁化層、第一非磁層、自由磁化層和第二非磁層，該磁阻元件包括第一界面層，位于該自由磁化層與該第一非磁層之間；以及第二界面層，位于該自由磁化層與該第二非磁層之間；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料。
此外，本發(fā)明提供一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括固定磁化層、第一非磁層、自由磁性分層體和第二非磁層，該磁阻元件包括非磁耦合層，位于該自由磁性分層體中的兩個鐵磁分層體之間；其中，所述兩個鐵磁分層體彼此鐵磁交換耦合；其中，每個鐵磁分層體包括第一界面磁層、自由磁化層和第二界面磁層；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料。
此外，本發(fā)明提供一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括固定磁化層、第一非磁層、自由磁性分層體和第二非磁層，該磁阻元件包括第一界面層，位于該自由磁性分層體與該第一非磁層之間；第二界面層，位于該自由磁性分層體與該第二非磁層之間；其中，該自由磁性分層體包括位于一對自由磁化層之間的鐵磁層；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件中，該鐵磁層包括鐵磁材料，所述鐵磁材料為Co、Ni、Fe及包含Co、Ni、Fe至少其中之一的合金的至少其中之一。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件中，該鐵磁層包括主要為CoNiFe的材料。
在磁阻元件中，該固定磁化層包括第一固定磁化層、非磁耦合層和第二固定磁化層，其中該第一固定磁化層和該第二固定磁化層彼此鐵磁交換耦合。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件中，該磁阻元件還包括位于該第二非磁層上的另一固定磁化層。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件中，該另一固定磁化層包括另一第一固定磁化層、另一非磁耦合層和另一第二固定磁化層，其中該另一第一固定磁化層和該另一第二固定磁化層彼此鐵磁交換耦合。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件中，該第一界面磁層和該第二界面磁層中的膜厚均不小于0.5nm且不大于2.0nm。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件中，該第一界面磁層和該第二界面磁層均實質上只包含CoNiFe，其中CoNiFe的各個成分在以(Co含量，Ni含量，F(xiàn)e含量)為坐標的三維狀態(tài)圖中表示時，CoNiFe的構成落入?yún)^(qū)域ABCDA中，其中用直線連接點A(10，55，35)、點B(10，5，85)、點C(80，5，15)、點D(80，15，5)和點A來描繪區(qū)域ABCDA，其中成分值以原子％表示。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件中，該第一界面磁層和該第二界面磁層均實質上只包含CoNiFe，其中CoNiFe的各個成分在以(Co含量，Ni含量，F(xiàn)e含量)為坐標的三維狀態(tài)圖中表示時，CoNiFe的構成落入?yún)^(qū)域AEFCDA中，其中用直線連接點A(10，55，35)、點E(10，27.5，62.5)、點F(50，5，45)、點C(80，5，15)、點D(80，15，5)和點A來描繪區(qū)域AEFCDA，其中成分值以原子％表示。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件中，各自由磁化層可包括鐵磁材料，所述鐵磁材料為Co、Ni、Fe以及包含Co、Ni、Fe至少其中之一的合金的至少其中之一。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件中，該自由磁化層可包括主要為NiFe的鐵磁材料。
在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件中，該第一界面磁層和該第二界面磁層具有實質上相同的構成。
此外，本發(fā)明提供一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括反鐵磁層、固定磁化層、第一非磁層、自由磁化層和第二非磁層，該磁阻元件包括第一界面層，位于該自由磁化層與該第一非磁層之間；第二界面層，位于該自由磁化層與該第二非磁層之間；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料。
此外，本發(fā)明提供一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括反鐵磁層、固定磁化層、第一非磁層、自由磁化層、第二非磁層、另一固定磁化層和另一反鐵磁層，該磁阻元件包括第一界面層，位于該自由磁化層與該第一非磁層之間；第二界面層，位于該自由磁化層與該第二非磁層之間；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料。
此外，本發(fā)明提供一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括反鐵磁層、第一固定磁化層、非磁耦合層、第二固定磁化層、第一非磁層、自由磁化層、第二非磁層、另一第二固定磁化層、另一非磁耦合層、另一第一固定磁化層和另一反鐵磁層，該磁阻元件包括第一界面層，位于該自由磁化層與該第一非磁層之間；第二界面層，位于該自由磁化層與該第二非磁層之間；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料；其中，該第一固定磁化層和該第二固定磁化層彼此反鐵磁交換耦合，并且另一第一固定磁化層和另一第二固定磁化層彼此反鐵磁交換耦合。
此外，本發(fā)明提供一種磁頭，包括記錄元件；以及根據(jù)本發(fā)明實施例的磁阻元件。
此外，本發(fā)明提供一種磁存儲裝置，包括磁記錄介質；以及根據(jù)本發(fā)明實施例的磁頭。
當結合附圖閱讀下面的詳細說明時，本發(fā)明的其他目的和進一步的特征將會更加清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的面向介質的復合磁頭的平面部分圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜的第一實例的剖面圖；圖3是說明第一界面磁層和第二界面磁層中的CoNiFe構成的圖表。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜的第二實例的剖面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜的第三實例的剖面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜的第四實例的剖面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜的第五實例的剖面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜的第六實例的剖面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜的第七實例的剖面圖；
圖10是示出了根據(jù)本發(fā)明的第一到第七實例的磁阻元件的自由磁化層的磁阻抗變化和抗磁力的數(shù)量的表格；圖11是說明第一界面磁層和第二界面磁層中的CoNiFe構成的圖表；圖12示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的磁存儲裝置的部分平面圖。
具體實施例方式
下面，將參考

本發(fā)明的實施例。應該注意，為了方便，后面將“每單位面積上的磁阻變化量 ”稱為“磁阻變化 ”或者簡稱為“ ”(除非另有定義)。
(第一實施例)首先，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，復合型磁頭包括磁阻元件和感應型記錄元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的面向介質的復合磁頭的平面部分圖。圖1中箭頭X的方向表示磁記錄介質的移動方向。
在圖1中，復合型磁頭10包括例如，磁阻元件20，形成在作為磁頭滑動(head slider)基板的平面陶瓷基板11(例如由A2O3-TiC形成)上；以及感應型記錄元件13，形成在磁阻元件20上。
感應型記錄元件13包括例如，上磁極14，位于面向磁記錄介質的平面上，并且其寬度與磁記錄介質的磁道寬度相等；下磁極16，經(jīng)過由非磁材料形成的記錄間隔層15而面向上磁極14；磁軛(未示出)，用于磁性連接上磁極14和下磁極16；線圈(未示出)，纏繞在磁軛上以感應記錄磁場。上磁極14、下磁極16和磁軛由一種軟磁材料形成，該材料具有較大的飽和磁通密度以取得記錄磁場，且例如為包含Ni80Fe20、CoZrNb、FeN、FeSiN、FeCo的合金。請注意，感應型記錄元件13并不限于前述結構，而且可以選則使用已知的記錄元件結構。
磁阻元件20包括在氧化鋁膜12上分層形成的下電極21、GMR膜30、氧化鋁膜25、上電極22，其中該氧化鋁膜12形成于陶瓷基板11的表面上。上電極22被設置為接觸GMR膜30的表面。而且，磁疇控制膜24經(jīng)過絕緣膜23而被設置于GMR膜30的兩側。磁疇控制膜24可形成為，例如包含CR膜和鐵磁CoCrPt膜的分層體。磁疇控制膜24用于將GMR膜30中的固定磁化層和自由磁化層分為單個磁疇，并防止巴克豪森(barkhausen)噪聲的產生。
下電極21和上電極22不僅提供一條使檢測電流Is通過的路徑，而且提供磁屏蔽功能。因而，例如，下電極21和上電極22可由如NiFe或者CoFe等軟磁材料形成。而且，例如，下電極21和GMR膜30之間的界面可由如Cu膜、Ta膜或者Ti膜等導電薄膜形成。
此外，磁阻元件20和感應型記錄元件13被例如氧化鋁膜或碳氫化物膜覆蓋，以防止例如侵蝕的問題。
檢測電流以實際上垂直于GMR 30表面的方式流過GMR 30，例如，從上電極22流向下電極21。在GMR膜30中，電阻值，或者所謂的磁阻值隨著從磁記錄介質泄漏的磁場的強度和方向而變化。通過磁阻元件20，GMR膜30的磁阻變化被檢測為電壓變化。從而，磁阻元件20再現(xiàn)記錄于磁記錄介質中記錄的信息。應該注意，檢測電流Is的流動方向并未限制于圖1所示的方向，而可選擇以相反的方向流動。此外，磁記錄介質可選擇以相反方向移動。
圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜的第一實例的剖面圖。
參考圖2，第一實例的GMR膜30具有單旋閥結構。GMR膜30包括基板層31、反鐵磁層32、固定磁化層33、非磁中間層34、第一界面磁層35、自由磁化層36、第二界面磁層37和保護層38，他們按該順序分層形成。
通過使用例如濺射法，在下電極21(圖1所示)的表面上形成基板層31。例如，基板層31可以形成為NiCr膜或者包括Ta膜(例如，5nm膜厚)和NiFe膜(例如，5nm膜厚)的分層結構。優(yōu)選的，NiFe膜中含有的Fe在17原子％到25原子％的范圍內。通過使用具有這種組成的NiFe膜，能夠在(111)晶面上(為NiFe膜的結晶生成方向上)以及該面的結晶等效面的表面上外延生成反鐵磁層32。從而，能夠提高反鐵磁層32的結晶性(crystallinity)。
反鐵磁層32包括，例如，具有5nm-30nm(優(yōu)選的，10nm-20nm)膜厚的Mn-TM合金(TM包含Pt、Pd、Ni、Ir至少其中之一)。反鐵磁層32被制造成有序(ordered)合金，并通過對反鐵磁層32進行加熱處理(后面說明)而使其具有反鐵磁特性。反鐵磁層32用于提供與固定磁化層33的交換相互作用，并將固定磁化層33的磁化固定在預定方向。
固定磁化層33具有例如1nm-30nm的膜厚。固定磁化層33由鐵磁材料形成，包括例如Co、Ni、Fe或者包含這些元素的材料。作為用于固定磁化層33的優(yōu)選鐵磁材料有，例如有CoFe、CoFeB、NiFe和FeCoCu。應注意，固定磁化層33并未限制于單層結構，也可以是具有兩層或更多層的分層結構。分層結構的各層可以使用元素相同但構成比例不同的材料的組合物，或者元素不同的材料的組合物。
此外，在固定磁化層33和反鐵磁層32之間可以設置鐵磁接合層(未示出)，其由具有比固定磁化層33更高的飽和磁通密度的鐵磁材料形成。通過設置鐵磁接合層，能增加固定磁化層33和反鐵磁層32之間的交換相互作用，并防止例如固定磁化層33磁化方向的轉移或倒置問題。
非磁中間層34具有例如1.5nm-30nm的膜厚。非磁中間層34由非磁性導電材料(優(yōu)選的，例如Cu、Al)形成。
第一界面磁層35和第二界面磁層37由以CoNiFe為主要組成的鐵磁材料形成。第一界面磁層35和第二界面磁層37可能只由CoNiFe形成，或者可能由加入了例如V和/或B的CoNiFe形成。
此外，第一界面磁層35和第二界面磁層37被設置為具有優(yōu)選在0.5nm-2.0nm范圍內的膜厚。盡管對于第一界面磁層35和第二界面磁層37優(yōu)選具有大的膜厚以便增加自旋相關體散射，但是膜厚超過2.0nm會增加第一界面磁層35和第二界面磁層37的抗磁力，從而導致關于自由磁化層36的整個分層結構的增加。
此外，第一界面磁層35和第二界面磁層37可以使用元素相同但構成比例不同的材料的組合物，或者元素不同的材料的組合物。
圖3是說明第一界面磁層35和第二界面磁層37中CoNiFe的構成的圖示。圖3是三元圖(三角形坐標)，其用三角形的三條邊表示Co、Ni、Fe的含量(原子％)。
參考圖2和圖3，CoNiFe的結構是體心立方結構(bcc結構)還是面心立方結構(fcc結構)取決于CoNiFe的構成。bcc結構和fcc結構的分界線QR是一條連接逼近CoFe一側的點Q(77，0，23)和逼近NiFe一側的點R(0，35，65)的曲線(基本上是直線)。當Ni的含量高于邊界線QR或者Fe的含量低于邊界線QR時，CoNiFe結構是fcc結構。當Ni的含量低于邊界線QR或者Fe的含量高于邊界線QR時，CoNiFe結構是bcc結構。室溫下的CoNiFe的等溫圖來自于Osaka等人(Nature，392卷，1998，796-798頁)。該等溫圖說明了通過電鍍方法制成的CoNiFe膜。然而，由于假設對于基本上相同的構成，邊界線QR以相同的方式定位，因而可以使用圖3的等溫圖來說明通過濺射法制造的CoNiFe膜。
第一界面磁層35和第二界面磁層37優(yōu)選具有在圖3中的區(qū)域ABCDA范圍內的構成。區(qū)域ABCDA是通過以A、B、C、D和A的順序用直線連接點A(10，55，35)、點B(10，5，85)、點C(80、5、15)和點D(80，15，5)的方式而描繪的區(qū)域。區(qū)域ABCDA基本上包含bcc結構和fcc結構的邊界線QR。
本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當將具有接近于fcc結構和bcc結構的邊界線QR的組成的CoNiFe膜應用于第一界面磁層35和第二界面磁層37時，磁阻變化 增加。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在將CoNiFe膜用于第一界面磁層35和第二界面磁層37，并且使用第一實例的GMR膜結構的情況下，通過使構成落入ABCDA區(qū)域可以獲得較大的磁阻變化 在區(qū)域ABCDA中，當與具有較高Ni含量(逼近AD邊)的構成相比時，具有較低Ni含量(逼近BC邊)的構成呈現(xiàn)更高的磁阻變化 假定具有bcc晶體結構的CoNiFe膜的自旋相關體散射比具有fcc晶體結構的CoNiFe膜更大。應該注意，在具有高于區(qū)域ABCDA的AD邊的Ni含量的構成的情況下，自旋相關體散射和自旋相關界面散射都有所下降。
此外，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在將薄CoNiFe膜用于第一界面磁層35和第二界面磁層37的情況下，包括第一界面磁層35、自由磁化層36和第二界面磁層37的分層結構能夠保持較低的抗磁力。CoNiFe膜反映出，具有較低Ni含量(逼近BC邊)的構成比具有較高Ni含量(逼近AD邊)的構成傾向于具有高的抗磁力。在將CoNiFe膜用于第一界面磁層35和第二界面磁層37的情況下，CoNiFe膜的抗磁力依賴于第一和第二界面磁層35、37各層的膜厚。抗磁力隨著層變薄而減小。因而，對于具有較低Ni含量的構成，通過設置膜厚為例如0.5nm的第一界面磁層35和第二界面磁層37，可以獲得保持低抗磁力的分層結構。分層結構的各層可以使用元素相同但構成比例不同的材料的組合物，或者元素不同的材料的組合物。
自由磁化層36被設置在第一界面磁層35的表面上。自由磁化層36具有1nm-30nm的膜厚，并且由鐵磁材料形成，包括例如Co、Ni、Fe或包含這些元素的材料。例如，自由磁化層36可以是NiFe膜、FeCo膜、FeCoB膜或者包含這些膜的分層結構。
由于包含第一界面磁層35和第二界面磁層37的分層結構能夠獲得低抗磁力，優(yōu)選的將NiFe膜用于自由磁化層36。此外，在將NiFe膜用于自由磁化層36，并將Cu膜用于非磁中間層34和/或保護層38的情況下，Cu擴散到NiFe膜將變得更容易。從而，在NiFe膜和Cu膜之間的界面處形成了固溶體。固溶體的形成引起了例如界面處的自旋相關界面散射和NiFe膜的自旋相關體散射都下降的問題。通過在NiFe膜和Cu膜(非磁中間層34和/或保護層38)之間設置第一界面磁層35和/或第二界面磁層37，可以防止Cu擴散到NiFe膜并防止磁阻變化 降低。
保護層38由非磁性導電材料形成。例如，保護層38可以是包括例如Ru、Cu、Ta、Au、Al或W材料中任意一個的金屬膜。保護層并不限于單層結構，可以是分層結構。在使用分層結構的情況下，優(yōu)選在朝向第二界面磁層37一側設置Cu膜或Al膜。這樣，就能增加第二界面磁層37和保護層38之間的自旋相關界面散射。
此外，通過使用例如濺射法形成保護層38。保護層38能夠防止第二界面磁層37和自由磁化層36在加熱處理期間被氧化，該熱處理用于獲得反鐵磁層32中的反鐵磁特性。
下面，說明形成GMR膜30的第一實例的方法。首先，使用上述材料，通過執(zhí)行例如濺射法、汽相沉積法或CVD法而形成GMR膜30的各層(從基板層31到保護層38)。然后，生成的分層結構在磁場中接受加熱處理(熱處理)。加熱處理在真空環(huán)境中于以下條件下進行，例如，加熱溫度為250℃-280℃、加熱時間約為3小時以及施加的磁場為1592kA/m。通過執(zhí)行該加熱處理，反鐵磁層32的Mn-TM合金就形成為具有反鐵磁特性的有序合金。此外，通過在預定方向上向分層結構施加磁場，由于反鐵磁層32和固定磁化層33之間的交換相互作用，而使固定磁化層的磁化方向固定在預定方向。然后，GMR膜30的分層結構被圖案化成圖1所示的預定形狀。從而，完成了GMR膜30的形成。應注意，下面的GMR膜(40、45、50、60、70、80)的實例(第二實例-第七實例)基本上采用與上述的GMR膜30的第一實例相同的方式而形成。
通過設置將CoNiFe作為主要組成的第一界面磁層35和第二界面磁層37，并在其間插入自由磁化層36，能夠增加GMR膜30的第一實例的磁阻變化 并且包括第一界面磁層35、自由磁化層36和第二界面磁層37的分層結構能夠保持低抗磁力。特別的，通過向第一界面磁層35和第二界面磁層37提供薄膜和/或CoNiFe化合物，能夠降低包括第一界面磁層35、自由磁化層36和第二界面磁層37的分層結構的抗磁力。從而，能夠獲得具有較大磁阻變化 和極好靈敏度的磁阻元件。應注意，下面說明的GMR膜40的第二實例可被用于替換GMR膜30第一實例。
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜40的第二實例的剖面圖。GMR膜40的第二實例是GMR膜30的第一實例的修改實例。在圖4中，相同的組件用上述附圖中的相同標號注釋，并且不再進一步說明。
參考圖4，第二實例的GMR膜40具有單旋閥結構。GMR膜40包括基板層31、反鐵磁層32、固定磁化層33、非磁中間層34、自由磁性分層結構41以及保護層38，并按照該順序分層形成。從朝向非磁中間層34的一側開始，自由磁性分層結構41分層為第一界面磁層35a、自由磁化層36a、第二界面磁層37a、非磁耦合層42、第一界面磁層35b、自由磁化層36b以及第二界面磁層37b，他們按照該順序分層形成。在GMR膜40中，包括第一界面磁層35a、自由磁化層36a和第二界面磁層37a的分層結構與包括第一界面磁層35b、自由磁化層36b和第二界面磁層37b的分層結構通過非磁耦合層42而處于鐵磁交換耦合狀態(tài)。除了自由磁性分層結構41外，GMR膜40與GMR膜30的第一實例基本上以相同的方式配置。
用于圖2所示的第一界面磁層35和第二界面磁層37的材料也可用于第一界面磁層35a、35b和第二界面磁層37a、37b，并且圖2所示的第一界面磁層35和第二界面磁層37的膜厚也可用于第一界面磁層35a、35b和第二界面磁層37a、37b。此外，用于圖2所示的第一自由磁化層36的材料也可用于自由磁化層36a、36b，并且自由磁化層36的膜厚也可用于自由磁化層36a、36b。第一界面磁層35a、35b和第二界面磁層37a、37b優(yōu)選將膜厚設置在從0.5nm到2.0nm的范圍內。為了進一步降低自由磁性分層結構41的抗磁力，更優(yōu)選的將第一界面磁層35a、35b和第二界面磁層37a、37b的膜厚設置在從0.5nm到1.0nm的范圍內。
非磁耦合層42的膜厚被設置為能夠實現(xiàn)包括第一界面磁層35a、自由磁化層36a和第二界面磁層37a的分層結構的磁化與包括第一界面磁層35b、自由磁化層36b和第二界面磁層37b的分層結構的磁化之間的鐵磁連接。非磁耦合層42的膜厚選自例如0.2nm到0.5nm的范圍內。非磁耦合層42包括非磁材料，例如Ru、Rh、Ir、Ru族合金、Rh族合金或者Ir族合金。
優(yōu)選將自由磁性分層結構41的總膜厚設置為不超過8nm。在自由磁性分層結構41的膜厚超過8nm的情況下，GMR膜40的總膜厚將增加，并且讀取間隔(gap)長度將極大地增加。
與GMR膜30的第一實例相比，GMR膜40的第二實例在第二界面磁層37a和非磁耦合層42之間，以及在第一界面磁層35b和非磁耦合層42之間進一步配置了鐵磁層/非磁層的界面。從而，由于自旋相關界面散射隨著界面的增加而增加，GMR膜40的第二實例比GMR膜30的第一實例能獲得更大的磁阻變化 此外，由于通過設置第一界面磁層35a、35b和第二界面磁層37a、37b具有與GMR膜30的第一實例的膜厚基本上相同的總膜厚，能夠減少第一界面磁層35a、35b和第二界面磁層37a、37b各層的膜厚，從而能夠減小各層的抗磁力。因而，與包括第一界面磁層35、自由磁化層36和第二界面磁層37的GMR膜30的第一實例的分層結構相比，對于自由磁性分層結構41能夠獲得更低的抗磁力。
因而，GMR膜40的第二實例不僅能夠獲得與GMR膜30的第一實例相同的效果，而且也能夠獲得比GMR膜30的第一實例更大的磁阻變化 此外，自由磁性分層結構41的抗磁力比GMR膜30第一實例的抗磁力更低。從而，可以得到具有更大磁阻變化 和更高靈敏度的優(yōu)秀的磁阻元件。
請注意自由磁性分層結構41并未限制于具有兩個分層結構，其中每個分層結構包括第一界面磁層、自由磁化層和第二界面磁層的?？蛇x的，自由磁性分層結構41可以具有三個或更多的分層結構。然而，分層結構的數(shù)目優(yōu)選為不會使得多個層的厚度超出上述膜厚范圍的數(shù)目。請注意下面的GMR膜45的第三實例可作為GMR膜40第二實例的替換物而用于磁阻元件。
圖5是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜45的第三實例的剖面圖。GMR膜45的第三實例是GMR膜30的第一實例的修改實例。在圖5中，相同的組件用上述附圖中的相同標號注釋，不再進一步說明。
參考圖5，第三實例的GMR膜45具有單旋閥結構。GMR膜45包括基板層31、反鐵磁層32、固定磁化層33、非磁中間層34、自由磁性分層結構46以及保護層38，他們按照該順序分層形成。從朝向非磁中間層34的一側開始，自由磁性分層結構46由第一界面磁層35、自由磁化層36a、鐵磁接合層47、自由磁化層36b以及第二界面磁層37按此順序分層形成。在自由磁性分層結構46中，自由磁化層36a和自由磁化層36b通過鐵磁接合層47而處于鐵磁交換耦合狀態(tài)。除了自由磁性分層結構46外，GMR膜45與GMR膜30的第一實例基本上以相同的方式配置。
鐵磁接合層47由鐵磁材料形成，包括Co、Ni、Fe或這些材料的合金中的至少一種。例如，為了獲得較大的自旋相關體散射，CoFe、CoFeB、CoNiFe是用于鐵磁接合層47的優(yōu)選鐵磁材料。從而，能夠增加磁阻變化 優(yōu)選將主要由CoNiFe組成的鐵磁材料用于鐵磁接合層47，并且優(yōu)選具有與第一界面磁層35和第二界面磁層37相同的組成。從而，能夠進一步增加磁阻變化 鐵磁接合層47優(yōu)選具有例如0.5nm到2.0nm范圍內的膜厚。特別在鐵磁接合層47由CoNiFe形成的情況下，鐵磁接合層47優(yōu)選具有從0.5nm到1.0nm范圍內的膜厚。從而，自由磁性分層結構46能夠保持低抗磁力。
對于GMR膜45的第三實例，通過進一步設置鐵磁接合層47能夠提高自旋相關體散射。此外，通過將CoNiFe膜用于鐵磁接合層47，能夠減少第一界面磁層35和第二界面磁層37的膜厚，而不會減少磁阻變化 從而，自由磁性分層結構46能夠獲得比GMR膜30的第一實例更低的抗磁力。此外，可以增加鐵磁結合層47和自由磁化層36a、36b的層數(shù)。這允許進一步提高磁阻變化 從而，能夠獲得具有更大磁阻變化 和更高靈敏度的優(yōu)秀的磁阻元件。請注意，下面的GMR膜50的第四實例可作為GMR膜45的第三實例的替換物而被用于磁阻元件。
參考圖6，第四實例的GMR膜45具有單旋閥結構。GMR膜50包括基板層31、反鐵磁層32、固定磁性分層結構54、非磁中間層34、第一界面磁層35、自由磁化層36、第二界面磁層37以及保護層38，其按此順序分層形成。從朝向反鐵磁層32的一側開始，固定磁性分層結構54分層為第一固定磁化層51、非磁耦合層52和第二固定磁化層53，其按此順序分層形成。在固定磁性分層結構54中，第一固定磁化層51和第二固定磁化層53經(jīng)由非磁耦合層52處于反鐵磁交換耦合狀態(tài)。也就是，固定磁性分層結構54具有所謂的分層含鐵結構(ferri-structure)。除了固定磁性分層結構54外，GMR膜50與GMR膜30的第一實例以相同的方式配置。
用于圖2所示固定磁化層33的材料也能用于第一固定磁化層51和第二固定磁化層53，并且圖2所示固定磁化層33的膜厚也能用于第一固定磁化層51和第二固定磁化層53。
此外，非磁耦合層52的膜厚范圍被設置為使得第一固定磁化層51和第二固定磁化層53之間實現(xiàn)反鐵磁耦合。范圍從0.4nm到1.5nm(優(yōu)選從0.4nm到0.9nm)。非磁耦合層52由非磁性材料形成，包括，例如Ru、Rh、Ir、Ru族合金、Rh族合金或者Ir族合金。具有Ru和Co、Cr、Fe、Ni和Mn或者其合金的任何一個的非磁性材料是Ru族合金的優(yōu)選實例。
由于在第一固定磁化層51和第二固定磁化層53之間的磁化是非平行(anti-parrallel)的，從第一固定磁化層51和第二固定磁化層53泄漏的漏磁場的凈磁場強度降低。這防止了自由磁化層36的磁化方向受到不利影響，例如被漏磁場轉移。從而，由于自由磁化層36的磁化與來自磁記錄介質的漏磁場恰好作用，磁阻元件的靈敏度和S/N比提高GMR膜50的第四實例不僅獲得了與GMR膜30的第一實例相同的效果，而且包含具有分層含鐵結構的固定磁性分層結構54。從而，能夠獲得具有更高靈敏度和S/N比的良好的磁阻元件。請注意，下面的GMR膜60的第五實例可作為GMR膜50的第四實例的替換物而被用于磁阻元件。
圖7是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜60的第五實例的剖面圖。GMR膜60的第五實例是GMR膜30的第一實例的修改實例。在圖7中，相同的組件用上述附圖中的相同標號注釋，并且不再進一步說明。
參考圖7，第五實例的GMR膜60包括基板層31、下層固定磁化層33、下層非磁中間層34、第一界面磁層35、自由磁化層36、第二界面磁層37、上層非磁中間層64、上層固定磁化層63、上層反鐵磁層62以及保護層38，他們按照該順序分層形成。也就是，GMR膜60具有這樣一種結構，即在圖2所示的GMR膜30的第一實例的自由磁化層36上設置上層非磁中間層64、上層固定磁化層63和上層反鐵磁層62。用于下層非磁中間層34、下層固定磁化層33和下層反鐵磁層32的材料也可被用于上層非磁中間層64、上層固定磁化層63和上層反鐵磁層62，并且下層非磁中間層34、下層固定磁化層33和下層反鐵磁層32的膜厚也可應用于上層非磁中間層64、上層固定磁化層63和上層反鐵磁層62。請注意，由于下層非磁中間層34、下層固定磁化層33和下層反鐵磁層32的材料和膜厚與GMR膜30(圖2所示)的第一實例的非磁中間層34、固定磁化層33和反鐵磁層32相同，下層非磁中間層34、下層固定磁化層33和下層反鐵磁層32就用與GMR膜30的第一實例的非磁中間層34、固定磁化層33和反鐵磁層32相同的標號注釋。
GMR膜70具有雙旋閥結構，包括含有下層固定磁化層33、下層非磁中間層34、第一界面磁層35、自由磁化層36和第二界面磁層37的旋閥結構與含有另一第一界面磁層35、另一自由磁化層36、另一第二界面磁層37、上層非磁中間層64和上層固定磁化層63的另一旋閥結構。從而，能夠將磁阻變化 約增大為GMR膜30的第一實例的磁阻變化 量的兩倍。
此外，通過用NiFe膜形成自由磁化層36并用Cu膜形成上層非磁中間層64，第二界面磁層37能夠防止從自由磁化層36和上層非磁中間層64之間的接觸中產生的Cu擴散到NiFe膜，并且從而防止了固溶體的形成。因而，第二界面磁層37防止了自由磁化層36和上層非磁中間層64之間的自旋相關界面散射的降低甚至是升高。
通過設置雙旋閥結構，GMR膜60的第五實例不僅能夠獲得與GMR膜30的第一實例相同的效果，而且能夠基本上將磁阻變化 的量變成兩倍。從而，能夠獲得具有更高磁阻變化 量的磁阻元件。請注意，下面的GMR膜70的第六實例可作為GMR膜60的第五實例的替換物而被用于磁阻元件。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜70的第六實例的剖面圖。GMR膜70的第六實例是GMR膜30的第一實例的修改實例。在圖8中，相同的組件用上述附圖中的相同標號注釋，并且不再進一步說明。
參考圖8，GMR膜70的第六實例包括基板層31、下層反鐵磁層32、下層固定磁化層33、下層非磁中間層34、自由磁性分層結構41、上層非磁中間層64、上層固定磁化層63、上層反鐵磁層62以及保護層38，他們按照該順序分層形成。自由磁性分層結構41具有與圖4所示GMR膜40的第二實例的自由磁性分層結構41相同的結構。也就是，自由磁性分層結構41從朝向非磁中間層34的一側開始，分層為第一界面磁層35a、自由磁化層36a、第二界面磁層37a、非磁耦合層42、第一界面磁層35b、自由磁化層36b以及第二界面磁層37b，他們按照該順序分層形成。也就是，在GMR膜70中，第二實例的自由磁性分層結構41被應用到了第五實施例的GMR膜60。
從而，GMR膜70的第六實例能夠達到GMR膜60的第五實例和GMR膜40的第二實例所達到的效果。也就是，GMR膜70的第六實例能夠獲得增加的自旋相關界面散射并為自由磁性分層結構41提供低抗磁力。從而，能夠獲得具有更高磁阻變化 和更高靈敏度的良好的磁阻元件。請注意，下面的GMR膜80的第七實例可作為GMR膜70的第六實例的替換物而被用于磁阻元件。
圖9是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的磁阻元件中的GMR膜80的第七實例的剖面圖。GMR膜80的第七實例是GMR膜30的第一實例的修改實例。在圖9中，相同的組件用上述附圖中的相同標號注釋，并且不再進一步說明。
參考圖9，GMR膜80的第七實例包括基板層31、下層反鐵磁層32、下層固定磁性分層結構54、下層非磁中間層34、第一界面磁層35、自由磁化層36、第二界面磁層37、上層非磁中間層64、上層固定磁性分層結構84、上層反鐵磁層62以及保護層38，他們按照該順序分層形成。
下層固定磁性分層結構54從朝向反鐵磁層32的一側開始，分層為下層第一固定磁化層51、下層非磁耦合層52和下層第二固定磁化層53，他們按照該順序分層以形成分層含鐵結構。上層固定磁性分層結構84從朝向上層非磁中間層64的一側開始，分層為上層第二固定磁化層83、上層非磁分層結構82和上層第一固定磁化層81，他們按照該順序分層以形成分層含鐵結構。除了可選的使用下層固定磁性分層結構54和上層固定磁性分層結構84分別替代下層固定磁化層33和上層固定磁化層63外，GMR膜80與GMR膜60的第五實例基本上以相同的方式配置。
用于下層第一固定磁化層51、下層非磁耦合層52和下層第二固定磁化層53的材料能用于上層第一固定磁化層81、上層非磁分層結構82和上層第二固定磁化層83，并且下層第一固定磁化層51、下層非磁耦合層52和下層第二固定磁化層53的膜厚也能應用于上層第一固定磁化層81、上層非磁分層結構82和上層第二固定磁化層83。請注意，由于下層第一固定磁化層51、下層非磁耦合層52和下層第二固定磁化層53的材料和膜厚與圖6所示GMR膜50的第四實例的下層第一固定磁化層51、非磁耦合層52和下層第二固定磁化層53的材料和膜厚相同，下層第一固定磁化層51、下層非磁耦合層52和下層第二固定磁化層53可使用與GMR膜50的第四實例的下層第一固定磁化層51、非磁耦合層52和下層第二固定磁化層53相同的標號來注釋。
這種結構使得GMR膜80的第七實例能夠達到與GMR膜60的第五實例相同的結果。此外，由于下層固定磁性分層結構54和上層固定磁性分層結構84配置為分層含鐵結構，因此GMR膜80的第七實例能夠達到與GMR膜50的第四實例相同的效果。也就是，能夠減少從上層和下層固定磁性分層結構54、84泄漏的漏磁場強度，并防止對自由磁化層36的不利影響。從而，能夠獲得具有更大的磁阻變化 和更高靈敏度的良好的磁阻元件。
請注意，鐵磁結合層(未示出)可設置于例如下層反鐵磁層32和下層固定磁性分層結構54之間和/或上層固定磁性分層結構84和上層反鐵磁層62之間。下面，將說明根據(jù)本發(fā)明的實施例具有GMR膜的磁阻元件的制造實例。
在該實例中，說明具有第七實例的GMR膜的磁阻元件。通過設置具有不同構成的CoNiFe的第一界面磁層和第二界面磁層可制造出第一到第七實例的GMR膜(見圖10所示表格)。以下面的方式制造從朝向基板一側開始的磁阻元件的各層。
首先，通過形成分層(從朝向硅基板的一側開始)為Cu(250nm)/Ti(30nm)/Ta(10nm)/NiFe(10nm)的分層膜而在硅基板上形成下層電極。后面，將用“/”(斜線)分開各層，并且括號內的值表示膜厚。然后，通過使用濺射裝置形成具有下面的構成和膜厚的分層結構(從基板層開始到保護層)的各層膜。請注意，在圖10的表格中示出了第一界面磁層和第二界面磁層(第一到第七實例)的CoNiFe膜的構成。
然后，執(zhí)行加熱處理，以為反鐵磁層提供反鐵磁特性。加熱處理的執(zhí)行條件為加熱溫度為280℃、處理時間為3小時以及施加的磁場為1952kA/m。
然后，通過離子研磨方式研磨得到的分層結構，從而得到具有從0.2μm(長)×0.2μm(寬)到1.0μm(長)×1.0μm(寬)范圍內的9種接合區(qū)的分層結構。請注意，所得到的各接合區(qū)具有20種分層結構。
然后，用二氧化硅膜覆蓋得到的分層結構。然后，對覆蓋有二氧化硅膜的分層結構進行干蝕刻，從而露出保護層，并使得由Au形成的上層電極與保護層接觸。
下面示出獲得的分層結構的構成和膜厚。
基板層NiCr(4nm)下層反鐵磁層IrMn(5nm)下層第一固定磁化層Co60Fe40(2.24nm)/Co81Fe9Ru10(2.5nm)/Co60Fe40(1nm)下層非磁耦合層Ru(0.70nm)下層第二固定磁化層Fe45Co45Cu10(3.75nm)/Fe60Co40(0.5nm)下層非磁中間層Cu(3.5nm)第一界面磁層CoNiFe(1.25nm)自由磁化層Ni80Fe20(2.5nm)第二界面磁層CoNiFe(1.25nm)上層非磁中間層Cu(3.5nm)上層第二固定磁化層Fe60Co40(0.5nm)/Fe45Co45Cu10(3.75nm)上層非磁耦合層Ru(0.70nm)上層第一固定磁化層Co60Fe40(1nm)/Co81Fe9Ru10(2.5nm)/Co60Fe40(2.24nm)上層反鐵磁層IrMn(5nm)保護層Ru(5nm)參考圖10，測量出第一到第七實例的磁阻元件的磁阻變化 并得到具有基本上同樣大小的接合區(qū)A的各磁阻元件的平均磁阻變化 然后，從獲得的平均磁阻變化 和接合區(qū)A得到單位面積的磁阻變化 此外，在確認具有不同大小接合區(qū)A的9種磁阻元件具有基本上相同的磁阻變化 后，磁阻變化 的平均值被確定為磁阻變化 的最終值。
請注意，磁阻變化 的測量在下面的條件下進行，即檢測電流的電流值為2mA，外部磁場在與上層和下層第二固定磁化層的磁化方向平行的方向上從-79kA/m到79kA/m的范圍內掃頻(sweep)，并且通過數(shù)字伏特計測量上層和下層電極之間的電壓。
圖10所示表格示出了第一到第七實例的磁阻元件的磁阻變化 和抗磁力。該抗磁力是自由磁化層(包括第一界面磁層和第二界面磁層)的抗磁力。
參考圖10，包括Ni含量為20原子％的第一界面磁層和Ni含量為30原子％的第二界面磁層的第一到第五實例，具有較大的磁阻變化。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在參考磁阻元件(參考實例)除了沒有第一和第二界面磁層，具有與上述實例基本上相同的結構，并且形成有5nm厚的Ni80Fe20膜的自由磁化層的情況下，磁阻變化約為1mΩ·μm2或更少。相反，第一到第五實例的磁阻變化范圍從2.4到2.8，這超過參考實例的變化量的兩倍。此外，第一到第五實例的抗磁力遠遠低于10Oe或更小，其中10Oe或更小的范圍是實際應用的優(yōu)選范圍。
第六和第七實例也具有與第一到第五實例基本上相等的磁阻變化。然而，第六實例具有150Oe的抗磁力，其遠遠超過了10Oe或更小的范圍。然而，由于第一界面磁層和第二界面磁層具有1.25nm的膜厚，因此可通過將膜厚降到例如0.5nm而得到10Oe或更小的抗磁力。
圖11是說明第一界面磁層和第二界面磁層中的CoNiFe的構成的另一圖示。在圖11中，第一到第七實例的第一和第二界面磁層的構成分別用“O”標記。此外，參考標號(點)P1-P7分別對應第一到第七實例。此外，圖3所示的構成范圍也示于圖11中。
如上所述，第一到第五實例和第七實例具有較大的磁阻變化 和較低的抗磁力。從而，如圖11所示，當構成落入?yún)^(qū)域P1P3P7P5P2P1中，即通過連接點P1(30，30，40)，點P3(30，20，50)，點P7(50，10，40)，點P5(50，20，30)，點P2(40，30，30)和P1的連線描繪的區(qū)域時，能夠獲得較大的磁阻變化 和具有較低抗磁力的包括第一界面磁層和第二界面磁層的自由磁化層。
此外，本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，抗磁力幾乎不會沿著CoNiFe結構的bcc結構和fcc結構之間的邊界線QR的方向改變。從而，可以假設在面向高Ni含量和低Fe含量的一側，關于基本上平行于邊界線QR并且連接點E(10，27.5，62.5)和點F(50，5，45)且不經(jīng)過點P6(40，10，50)的直線，在逼近高Ni含量和低Fe含量的一側，能夠獲得較大的磁阻變化 和具有較低抗磁力的包括第一界面磁層和第二界面磁層的自由磁化層。也就是，當構成落入?yún)^(qū)域AEFCDA，即通過連接點A(10，55，35)、點E(10，27.5，62.5)、點F(50，5，45)、點C(80，5，15)、點D(80，15，5)和點A描繪的區(qū)域時能夠得到較大的磁阻變化 和具有較低抗磁力的包括第一界面磁層和第二界面磁層的自由磁化層。從而，通過將落入該范圍內的構成應用于第一界面磁層和第二界面磁層，能夠獲得具有較大磁阻變化和較高靈敏度的良好的磁阻元件。
圖12是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的磁存儲裝置的部分平面視圖。在圖12中，磁存儲裝置90包括外殼91。外殼91包括由軸(未示出)驅動的輪軸92；固定于輪軸92并由輪軸92旋轉的磁記錄介質93；傳動器單元94；懸臂(arm)95和懸架96，固定在傳動器單元94上并通過傳動器單元94而在磁記錄介質93的徑向上移動；以及磁頭98，由懸架96支撐。
磁記錄媒體93可以是平面內磁記錄型或垂直磁記錄型。磁記錄媒體93可以是具有斜向各向異性的記錄介質。磁記錄媒體93并未限制于磁盤，也可以是磁帶。
如圖1所示，磁頭98包括形成于陶瓷基板上的磁阻元件和其上形成的感應型記錄元件。感應型記錄介質可包括已知的記錄元件，例如，用于平面內磁記錄的環(huán)形記錄元件，或者用于垂直磁記錄的磁性單極型記錄元件。磁阻元件包括本發(fā)明第一實施例中說明的第一到第七實例的GMR膜之一。因而，磁阻元件具有較大的磁阻變化 和較高的靈敏度。從而，磁記錄裝置90提供了良好的S/N比并能夠以較高的密度記錄。請注意，本發(fā)明的第二實施例的磁記錄裝置90的基本結構并不限于圖12所示。
此外，本發(fā)明并不限于這些實施例，而是可以做出各種變化和修改，并不會脫離本發(fā)明的范圍。
本申請基于2005年3月17日于日本專利局提交的日本在先申請?zhí)?005-078007，在此通過參考援引其全部內容。
權利要求
1.一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括固定磁化層、第一非磁層、自由磁化層和第二非磁層，該磁阻元件包括第一界面層，位于該自由磁化層與該第一非磁層之間；以及第二界面層，位于該自由磁化層與該第二非磁層之間；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料。
2.一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括固定磁化層、第一非磁層、自由磁性分層體和第二非磁層，該磁阻元件包括非磁耦合層，位于該自由磁性分層體中的兩個鐵磁分層體之間；其中，所述兩個鐵磁分層體彼此鐵磁交換耦合；其中，每個鐵磁分層體包括第一界面磁層、自由磁化層和第二界面磁層；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料。
3.一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括固定磁化層、第一非磁層、自由磁性分層體和第二非磁層，該磁阻元件包括第一界面層，位于該自由磁性分層體與該第一非磁層之間；第二界面層，位于該自由磁性分層體與該第二非磁層之間；其中，該自由磁性分層體包括位于一對自由磁化層之間的鐵磁層；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料。
4.如權利要求3所述的磁阻元件，其中該鐵磁層包括鐵磁材料，所述鐵磁材料為Co、Ni、Fe以及包含Co、Ni、Fe至少其中之一的合金的至少其中之一。
5.如權利要求4所述的磁阻元件，其中該鐵磁層包括主要為CoNiFe的材料。
6.如權利要求1所述的磁阻元件，其中該固定磁化層包括第一固定磁化層、非磁耦合層和第二固定磁化層，其中該第一固定磁化層和該第二固定磁化層彼此鐵磁交換耦合。
7.如權利要求1所述的磁阻元件，還包括位于該第二非磁層上的另一固定磁化層。
8.如權利要求7所述的磁阻元件，其中該另一固定磁化層包括另一第一固定磁化層、另一非磁耦合層和另一第二固定磁化層，其中該另一第一固定磁化層和該另一第二固定磁化層彼此鐵磁交換耦合。
9.如權利要求1所述的磁阻元件，其中該第一界面磁層和該第二界面磁層的膜厚均不小于0.5nm且不大于2.0nm。
10.如權利要求1所述的磁阻元件，其中該第一界面磁層和該第二界面磁層均實質上只包含CoNiFe，其中CoNiFe的各個成分在以(Co含量，Ni含量，F(xiàn)e含量)為坐標的三維狀態(tài)圖中表示時，CoNiFe的構成落入?yún)^(qū)域ABCDA中，其中用直線連接點A(10，55，35)、點B(10，5，85)、點C(80，5，15)、點D(80，15，5)和點A來描繪區(qū)域ABCDA，其中成分值以原子％表示。
11.如權利要求1所述的磁阻元件，其中該第一界面磁層和該第二界面磁層均實質上只包含CoNiFe，其中CoNiFe的各個成分在以(Co含量，Ni含量，F(xiàn)e含量)為坐標的三維狀態(tài)圖中表示時，CoNiFe的構成落入?yún)^(qū)域AEFCDA中，其中用直線連接點A(10，55，35)、點E(10，27.5，62.5)、點F(50，5，45)、點C(80，5，15)、點D(80，15，5)和點A來描繪區(qū)域AEFCDA，其中成分值以原子％表示。
12.如權利要求1所述的磁阻元件，其中該自由磁化層包括鐵磁材料，所述鐵磁材料為Co、Ni、Fe以及包含Co、Ni、Fe至少其中之一的合金的至少其中之一。
13.如權利要求12所述的磁阻元件，其中該自由磁化層包括主要為NiFe的鐵磁材料。
14.如權利要求1所述的磁阻元件，其中該第一界面磁層和該第二界面磁層基本上具有相同的構成。
15.一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括反鐵磁層、固定磁化層、第一非磁層、自由磁化層和第二非磁層，該磁阻元件包括第一界面層，位于該自由磁化層與該第一非磁層之間；第二界面層，位于該自由磁化層與該第二非磁層之間；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料。
16.一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括反鐵磁層、固定磁化層、第一非磁層、自由磁化層、第二非磁層、另一固定磁化層和另一反鐵磁層，該磁阻元件包括第一界面層，位于該自由磁化層與該第一非磁層之間；第二界面層，位于該自由磁化層與該第二非磁層之間；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料。
17.一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括反鐵磁層、第一固定磁化層、非磁耦合層、第二固定磁化層、第一非磁層、自由磁化層、第二非磁層、另一第二固定磁化層、另一非磁耦合層、另一第一固定磁化層和另一反鐵磁層，該磁阻元件包括第一界面層，位于該自由磁化層與該第一非磁層之間；第二界面層，位于該自由磁化層與該第二非磁層之間；其中，該第一界面層和該第二界面層均包括主要為CoNiFe的材料；其中，該第一固定磁化層和該第二固定磁化層彼此反鐵磁交換耦合，并且另一第一固定磁化層和另一第二固定磁化層彼此反鐵磁交換耦合。
18.一種磁頭，包括記錄元件；以及權利要求1所述的磁阻元件。
19.一種磁存儲裝置，包括磁記錄介質；以及權利要求18所述的磁頭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有CPP型結構的磁阻元件，包括固定磁化層、第一非磁層、自由磁化層和第二非磁層。該磁阻元件包括第一界面磁層，位于該自由磁化層與該第一非磁層之間；以及第二界面層，位于該自由磁化層與該第二非磁層之間。第一界面層和第二界面層包括主要為CoNiFe的材料。
文檔編號G01R33/09GK1835084SQ200510083660
公開日2006年9月20日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權日2005年3月17日
發(fā)明者大島弘敬, 長坂惠一, 城后新, 清水豐, 田中厚志 申請人:富士通株式會社