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KR19980070402A - 자기 저항 효과 박막과 그 제조 방법 - Google Patents

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KR19980070402A
KR19980070402A KR1019980000281A KR19980000281A KR19980070402A KR 19980070402 A KR19980070402 A KR 19980070402A KR 1019980000281 A KR1019980000281 A KR 1019980000281A KR 19980000281 A KR19980000281 A KR 19980000281A KR 19980070402 A KR19980070402 A KR 19980070402A
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antiferromagnetic
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magnetic field
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후지까따준이찌
나까다마사후미
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가네꼬히사시
닛본덴기가부시끼가이샤
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Abstract

기판에 복수의 자성 박막을 층간 비자성 박막(intervening non-magnetic thin film)과 함께 적층함으로써 자기 저항 효과막(magnetoresistive effect film)이 형성되며, 상기 층간 비자성 박막을 통해 강자성 박막중 한 인접부에 반강자성 박막(antiferromagnetic thin film)이 제공된다. 반강자성 박막에 인가된 바이어스 자계는 Hr 이고, 기타 강자성 박막의 보자력(coercivity)은 HC2이며, 조건 HC2Hr 이 만족된다. 반강자성 박막은 산화 코발트나 산화 니켈, 또는 상이온 산화물(a-phase ion oxide), 또는 이러한 2개 이상의 재료의 합금중 어느 하나로 형성되며, 이러한 반강자성 박막은 2층막으로 형성된다.

Description

자기 저항 효과 박막과 그 제조 방법
본 발명은 자기매체 등에서 자계강도 등의 신호를 판독하기 위한 자기 저항 효과 소자와, 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 약간의 외부 인가 자장에서 큰 저항 변화를 나타내는 자기 저항 효과 박막에 관한 것이다.
종래에 자기 저항(MR) 센서 또는 MR 헤드로 알려져 있는 자기판독 변환기(magnetic reading transducers)가 개시되고 있으며, 이러한 변환기는 큰 선형밀도를 갖는 자화면(magnetic surface)으로부터의 데이터를 판독하는데 사용될 수 있다. 상기 MR 센서는 저항의 변화를 통해 자계 신호(magnetic field signal)를 검출하며, 이러한 자계 신호는 소자를 판독함으로써 감지되는 자속의 세기(magnetic flux-strength)와 방향의 함수이다.
종래에 이러한 MR 센서에서, 판독 소자의 한 저항 성분은 자화 방향과 소자에 흐르는 검출 전류(detection current)간에 형성된 코사인 각의 제곱에 비례하여 변경되었고, 이는 이방성 자기 저항 효과(anisotropic magnetoresistance effect; AMR 효과)로 알려져 있는 동작 원리에 따른 것이다.
AMR 효과는 IEEE Transactions of Magnetic. 1975년판 MAG-11 1039페이지에 기재되어 있는 D.A.Thomson 등의 논문인 Memory, Storage, and Related Applications에서 상세히 논의되고 있다.
더욱이, 최근에는 보다 현저한 자기 저항 효과가 보고되고 있고, 이러한 보고에서 적층 자기센서(laminated magnetic sensor)의 저항 변화는 층간 비자성층(intervening non-magnetic layer)을 통한 자성층(magnetic layers) 사이에서의 스핀 의존성 전송(spin dependency transmission)과, 이에 수반되는 층의 경계에서의 스핀 의존 분산(spin dependency dispersion)에 의한 것이다.
이러한 자기 저항 효과는 거대 자기 저항 효과(giant magnetoresistive effect)와 스핀값 효과(spin value effect)를 포함한 여러 이름으로 알려져 있다. 이러한 자기 저항 효과 센서는 적절한 재료로 제조되며, AMR 효과를 이용하는 센서에 의한 관측과 비교할 때, 자계감도의 개선 및 저항치가 증가하는 변화를 제공한다.
이러한 유형의 MR 센서와 함께, 비자성층(non-magnetic layer)에 의해 분리되는 한쌍의 반강자성층(antiferromagnetic layers)간의 내부 평판저항(internal planar resistance)은 이 2 층에서의 자화 방향간에 형성되는 코사인각에 비례하여 변화한다.
일본 미심사 특허공보(KOKAI) 제2-61572호에는 자성층(magnetic layers)간의 반평형 자화 방향(anti-parallel orientation of magnetization)에 의해 발생하는, 큰 MR 효과를 초래하는 적층 자계구조가 설명되고 있다.
상기 일본 미심사 특허출원 공보에서 천이금속(transition metals)과 그 합금은 적층구조의 자성층(magnetic layers)에 이용될 수 있는 금속으로 언급되고 있다. 이는 중심층(center layer)에 의해 분리되는 2개의 자성층 중 적어도 한층으로 사용하기에 적절한 개시이다.
일본 미심사 특허공보(KOKAI) 제4-358310호에는 비자계 금속 박막(non- magnetic metallic thin film)에 의해 분리되는 강자성재료로된 2층의 박막을 구비한 MR센서가 개시되고 있으며, 상기 비자계 금속박막에서 인가된 자계가 제로인 경우, 2강자성 박막의 자화방향(magnetization direction)은 서로 수직이 되고, 2개의 미결합강자성층(ferromagnetic layers)은 이 2층간의 자화방향사이에 형성되는 코사인각에 비례하여 변화하며, 이러한 변화는 센서내의 전류방향과는 무관하다.
일본 미심사 특허공보(KOKAI) 제6-214837호에는 자기 저항 효과 소자가 개시되고 있으며, 이러한 소자에서는 복수의 자성 박막이 층간 비자성층(intervening non-magnetic layer)을 통해 기판에 적층되므로, 층간 비자성 박막을 통해 서로 이웃하는 연자성 박막중 하나는 반강자성 박막에 인접하게 되고, 이 경우 자기 저항 효과 박막에서 반강자성 박막에 대한 바이어스 자계는 Hr이고, 연자계박막의 보자력(coercivity)은 Hc2Hr 이며, 상기 반강자성 박막은 NiO, NixCo1-x, 및 CoO로 이루어지는 그룹중 적어도 2유형으로 선택되는 초격자(supper lattice)이다.
더욱이 일본 미심사 특허공보(KOKAI) 제7-136670에서는, 일본 미심사 특허 공보(KOKAI) 제6-214887과 동일한 구조를 갖는 자기 저항 효과 박막에 있어서의, 2층막인 자기 저항 효과 소자가 개시되고 있고, 이 경우 NiO 박막으로된 반강자성 박막에 두께 10 내지 40Å의 CoO층이 적층된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 상기한 결점을 고려한 것이다.
그러나, 상기한 바와 같은 자기 저항 효과 박막에서, 실제 이용가능한 센서와 자기헤드(magnetic head)는 자화 용이축(easy magnetization axis) 방향에 가해지는 신호 자계(signal magnetic field)를 가져야만하므로, 이는 센서로 사용하는 경우, 제로자계 영역(area of zero magnetic field)에 나타난 저항에는 전혀 변화가 없고, 아울러, 바크하우젠 점프(Barkhausen jump)에 의해 발생하는 비선형성이 존재하는 문제점의 원인이 된다.
더욱이 층간 비자성층을 통해 서로 이웃하는 자성층들 사이에는 강자성 상호작용(ferromagnetic interaction)이 존재하므로, MR 곡선의 선형영역이 이동하여 제로자계 필드로부터 멀어지는 문제점을 발생시킨다.
더욱이 반강자성 박막으로서 높은 닐온도(Neel temperature)를 가지고 있는 PtMn, PdMn, RhMn, NiMn, 이나 α-Fe2O3등의 재료를 이용하는 경우, 열처리는 고온에서 수행되어야만 하므로, 이는 자기 저항 효과 소자의 저항 변화율의 저하로 나타날 수 있으며, 이러한 변화율은 소자로 사용되는 경우 그 소자의 출력이 된다.
한편 반강자성 박막으로서 비교적 낮은 닐온도를 가지고 있는 Ni-O, Co-O, FeMn,이나 IrMn등의 재료를 이용하는 경우, 동작온도(operating temperature)에서의 소자의 열적안정성은 열악하므로, 안정적인 소자 동작을 얻기 어렵다는 문제점을 발생시킨다.
기본적으로 자성 박막, /비자성 박막, 및 또다른 하나의 /자성 박막으로된 3층 구조내에서 전도전자(conducting electrons)의 평균자유경로 변화를 이용하여 저항 변화율을 얻는 구조이기 때문에, 복수의 층구조를 갖는 결합유형으로 알려져 있는 자기 저항 효과 박막과 비교하면 저항 변화율(resistance change ratioo)이 적다는 추가적인 문제점이 존재한다.
이상 설명한 종래 기술의 단점을 고려한 본 발명의 목적은 제로 자계 영역내에서 큰 선형저항 변화를 나타내고 적은 외부 자장을 가지며, 열에 대해 우수한 면역성(immunity)을 갖는 자기 저항 효과 박막을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 교환 결합막(exchange coupling film)의 열적처리를 제어함으로써 제조수율(manufacturability)을 개선하는 것이다.
본 발명의 발명자들은 이상 설명한 목적을 이루기 위해 반복적이면서도 다양한 조사를 실시함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 층간 비자성 박막을 통해 기판에 적층되는 복수의 자성 박막과, 상기 비자성 박막을 통해 서로 인접하는 한쪽의 강자성 박막에 제공되는 반강자성 박막을 구비하는 자기 저항 효과 소자로서, 이 반강자성 박막의 바이어스 자계를 Hr, 다른쪽의 강자성 박막의 보자력을 Hc2로 했을 때, Hc2Hr이 만족되며, 상기 반강자성 박막은 CrMn, FeMn, IrMn,CoMn, CuMn, PtMn, PdMn, RhMn, NiMn, 또는 이들의 2종 이상의 부재로 이루어진 함금중에서 선택된 재료로 형성되며, 상기 선택된 재료로 제조된 2층막인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 기판상에 비자성 박막을 통해 적층되는 복수의 자성 박막과, 상기 비자성 박막을 통해 서로 인접하는 한쪽의 강자성 박막에 제공되는 반강자성 박막을 구비하고 있으며, 이 반강자성 박막의 바이어스 자계를 Hr, 다른쪽의 강자성막의 보자력을 Hc2로 했을 때 조건이 Hc2Hr인 자기 저항소자이며, 상기 반강자성 박막이 산화 코발트, 산화 니켈, α-상산화철, 또는 이들 2종 이상의 재료로 이루어진 합금으로 부터 선택되는 재료로 형성되며, 상기 선택된 재료로 제조되는 2층막에 관한 것이다.
더욱이 본 발명은 이상 설명한 자기 저항 효과 소자의 제조 방법과, 자기 저항 효과 박막을 이용하는 자기 저항 효과 소자와, 이러한 소자를 이용하는 자기센서 및 자기 저항 검출 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 일 실시예에 대한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 자기 저항 센서의 일 실시예에 대한 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 동작 원리를 설명하는 B-H곡선.
도 4는 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 동작 원리를 설명하는 RH곡선.
도 5는 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 MR곡선.
도 6은 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 B-H곡선.
도 7은 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 블록킹 온도와 반강자성 박막 두께간의 관계를 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 블록킹 온도와 반강자성 박막 두께간의 관계를 나타내는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 블록킹 온도와 반강자성 박막 두께간의 관계를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 저항 변화율과 강자성 박막 두께간의 관계를 나타내는 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 저항 변화율과 반강자성 박막 두께간의 관계를 나타내는 그래프.
도 12는 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 교환 결합 자계(exchange coupling magnetic field)와 산화 방지막두께간의 관계를 나타내는 그래프.
도 13은 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 교환 결합 자계와, 보자력, 및 반강자성 박막 표면 거칠 기간의 관계를 나타내는 그래프.
도 14는 본 발명에 따른 자기 저항 효과 소자를 나타내는 단순화된 단면도.
도 15는 본 발명에 따른 자기 저항 효과 소자의 MR곡선.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 비자성 박막
2, 3 : 강자성 박막
4 : 기판
5 : 2층 반강자성 박막
6 : 영구 자석막
7 : 인공 격자
8 : 자기 기록 매체
본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막은 층간 비자성 박막과 함께 복수의 자성 박막의 기판에 대한 적층과, 비자성 박막을 통해 이웃하는 하나의 강자성 박막(자기적으로 고정된 층)에 제공되는 이웃하는 반강자성 박막, 이 반강자성 박막에 가해지는 바이어스 자계 Hr, 및 Hc2Hr 의 관계에 있는 기타 강자성 박막(자유층)의 보자력 Hc2에 의해 형성된다.
본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막에 사용되는 상기 반강자성 박막은 CrMn, FeMn, IrMn, CoMn, CuMn, PtMn, PdMn, RhMn, NiMn, 또는 이상 언급된 재료중 적어도 2개 이상의 부재로 구성된 합금으로 이루어지는 그룹에서 선택되고, 상기 선택된 재료로 제조된 2층 박막이다.
또한 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막은 산화 코발트, 산화 니켈, α-상 산화철(α-phase iron oxide), 또는 2개 이상의 이들 재료로 제조된 합금으로 제조될 수도 있으며, 따라서 2층 막이 선택된 재료로 부터 제조된다.
반강자성 박막으로 이상 설명한 바와 같은 Mn 계 반강자성 재료를 사용하는 경우에는, 자기 저항 효과 박막의 기초층(underlayer)으로서 Ta, Zr, Hf, 또는 Ti 를 사용함으로써, 자기 저항 효과 박막의 111 방향의 결정화(crystallizing)가 개선되어 보다 나은 자기 저항 변화(magnetoresistive change)가 얻어질 수 있다. 상기 기초층의 두께는 20 내지 100Å 범위에 있는 것이 바람직하다.
박막의 두께가 20Å 보다 크면 기초층의 효과(underlayer effect)가 상실되고, 그 두께가 100Å을 초과하면 기초층에 분류되어(divided) 흐르는 전류가 증가하게 되어 저항 변화율이 떨어진다.
상기한 2층 반강자성 박막에서 하나의 반강자성 박막의 닐온도가 TN1이고 또 다른 반강자성 박막의 닐온도가 TN2라면, 이 온도사이에서 막두께를 변화시킴으로써 TN(이 경우 TN1TN TN2)인 닐온도를 갖는 반강자성 몸체(antiferromagnetic body)가 얻어진다.
이상과 같이 함으로써 종래에 사용된 Ni-O, Co-O, FeMn, 또는 IrMn 등의 반강자성재료와 비교하면 자기 저항 효과 소자의 동작온도 범위 80 내지 100℃에서 열적 안정성(thermal stability)이 개선된다.
더욱이 비교적 높은 닐온도를 갖는 종래에 사용된 PtMn, PdMn, RhMn, NiMn 또는 α-Fe2O3등의 반강자성재료와 비교하면, 열처리온도가 낮아지거나 또는 열처리가 불필요하게 되어 자기 저항 효과 박막에 사용되는 경우 저항 변화율이 떨어지는 것을 억제할 수 있다.
더욱이, 자기 저항 효과 소자의 생산성이 향상된다.
더욱이 상기한 반강자성 박막을 사용하는 경우에는 실온으로부터 300℃까지의 온도범위에서 기판에 막을 형성함으로써 결정화(crystallization)가 개선되고 바이어스 자계(bias magnetic field)가 증가하게 된다.
이러한 막 형성은 스퍼터링이나 MBE(molecular beam epitaxy) 등의 처리에 의해 수행된다. 기판의 재료로는 글래스, Si, MgO, Al2O3, GaAs, 페라이트, GaTi2O3, BaTi2O3, 또는 Al2O3-TiC 등을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에서는 반강자성 박막의 표면 거칠기를 2 내지 15로함으로써 기판에 적층된 자성 박막의 자기영역 구조에 변화(change)가 있고, 이러한 변화는 교환 결합막(exchange coupling film)에서의 보자력을 감소시키게 된다.
본 발명에서는 니켈, 철, 또는 이들의 합금으로 제조된 박막(산화방지층)이 반강자성 박막과 자성 박막간에 삽입되는 것이 바람직하며, 그 두께는 3 내지 30Å이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 7 내지 30Å, 더욱 바람직하게는 10 내지 30Å이 바람직하다.
이렇게함으로써 자성 박막의 산화가 억제되고, 열처리를 했을 때의 상기 교환 결합 자계서의 저항 변화율의 현저한 감소가 있게되며, 가열시 저항 변화가 감소되는 개선이 나타나게 된다.
3Å 미만에서는 불충분한 효과가 얻어지며 30Å에서는 실제로 이용할 수 없는 출력이 얻어지고 출력 신호 파형이 좌우상층(左右相稱)되는 문제가 있다.
본 발명의 자기 저항 효과 박막의 강자성 박막은 Ni, Fe, Co, FeCo, NiFe, NiFeCo 또는 2개 이상의 이들 재료의 합금으로 제조된다. 이러한 재료를 이용함으로써 비자성 박막과 강자성 박막 사이의 경계에서 전도전자(conduction electrons)의 상당한 분산효과가 있게 되어 저항의 보다 큰 변화가 얻어진다.
본 발명의 강자성 박막은 상기한 자기재료(magnetic material)중에서 선택되는 재료로 형성되며, 반강자성 박막에 인접하지 않는 자성 박막의 이방성자계(anisotrophic magnetic field) Hk2가 보자력 HC2보다 상당히 크도록 재료가 선택되는 것이 특히 바람직하다.
막두께를 작게함으로써 이방성자계를 크게하는 것도 가능하다.
예를들어 NiFe막이 대략 10Å의 두께로 이루어진다면 이방성자계 Hk2가 보자력 Hc2보다 크게하는 것도 가능하다.
더욱이 자성 박막의 자화 용이축이 인가된 신호 자계의 방향에 대해 직각이 되도록 하고, 아울러 신호 자계 방향에서의 자성 박막의 보자력이 Hc2Hk2Hr 이 되도록, 자계내에 자성 박막을 형성함으로써 상기 설명한 자기 저항 효과 소자를 제조하는 것도 가능하다.
특히, 가해진 자계는 막이 형성되는 동안 90도씩 회전되므로, 반강자성 박막에 인접한 자성 박막의 자화 용이축(easy axis of the magnetic thin film)은 층간 비자성층을 통해 다시 이웃하게 되는 자성 박막의 자화 용이 방향과 직각을 이루거나 또는 상기 자계에서 기판을 90도씩 선택적으로 회전시킨다.
각각의 자성 박막의 두께는 150Å 이하가 바람직하다. 막두께가 150Å 보다 크다면 막두께의 증가에 수반하여, 전자분산에 기여하지 않는 영역이 증가하게 되므로 자이언트 자기 저항 효과가 감소되게 된다.
자성 박막의 두께에 대한 특별한 하한은 전혀 없는 반면에 10Å 이하의 두께에서는 전도전자의 큰 표면분산이 존재하므로 자기 저항 변화의 감소로 나타나게 된다.
두께가 10Å 이상이라면 막두께를 균일하게 유지하는 것이 용이하며, 양호한 특성이 얻어진다. 더욱이 포화자화(saturation magnetization)가 작아지는 문제가 전혀 없다.
반강자성 박막에 인접하는 자성 박막의 보자력은 기판온도를 실온으로부터 300℃까지하고, 반강자성 박막과 함께 자성 박막을 형성함으로써 작게할 수 있다.
더욱이 자성 박막과 비자성 박막 사이의 경계에 Co, FeCo, NiCo, 또는 NiFeCo를 삽입함으로써 전도전자 분산의 가능성이 증진되어 큰 저항 변화를 얻을 수 있다.
삽입된 박막의 하한은 3Å이다. 이 이하에서는 삽입효율이 감소될 뿐만 아니라 막의 성장을 제어하는 것도 어려워진다.
삽입된 막의 두께에 대한 특별한 상한은 전혀 없지만 이러한 상한은 대략 40Å이 되는 것이 바람직하다.
40Å 보다 큰 경우에는 자기 저항 효과 소자의 동작범위내의 출력에서 히스테리시스가 발생한다.
비자성 박막은 자성 박막간의 자기상호작용(magnetic interaction)을 약화시켜(weakening), 높은 저항 변화와 열에 대한 면역성을 얻기 위한 재료이며, 이러한 비자성 박막은 Cu,Au,Ag,및 Ru로 이루어진 그룹중 하나 이상의 금속으로 제조되는 것이 바람직하다.
비자성 박막의 두께는 20 내지 35Å의 범위에 있는 것이 바람직하다.
일반적으로 막두께가 35Å을 초과하면 비자성 박막에 의해 저항이 결정되어 버려, 스핀에 좌우되는 분산효과(dispersion effect)는 비교적 작아지므로, 그 결과 자기 저항 변화율이 적어진다.
한편 막두께가 20Å 보다 두꺼워지면 강자성 박막간의 자기 상호 작용이 커지고, 또한 자기적인 직접 접촉 상태(direct magnetic contact condition)(핀홀 등)의 발생을 피할 수 없게 되므로 강자성 박막간의 자화 방향이 상이해지는 상태가 발생한다.
강자성 박막 또는 비자성 박막의 막두께는 투과형 전자 현미경(transmission- type electron microscope), 주사형 전자 현미경, 또는 오거전자분광술(Auger electron spectroscopy)에 의해 측정될 수 있다. 또한 박막의 결정 구조는 X 선회절이나 고속 전자선 회절에 의해 확인될 수 있다.
본 발명의 자기 저항 효과 소자에 있어서 인공 격자막의 반복 적층 회수 N 에는 특별한 제한은 전혀 없으며, 원하는 자기 저항 변화율 등에 따라 선택할 수 있다.
그러나 반강자성 박막의 비저항(resistivity)이 커서 적층효과가 손실될 우려가 있으므로 반강자성층/강자성층/비자성층/강자성층/비자성층/자성층/반강자성층으로 형성되는 구조가 바람직하다.
최상층인 강자성 박막의 표면에는 질화규소, 산화규소, 산화알루미나 등의 산화 방지막이 설치될 필요는 없지만 전극 인출을 위한 금속 도전층이 설치되어도 좋다.
자기 저항 효과 소자 중에 존재하는 강자성 박막의 전기특성은 직접측정할 수 없으므로 통상 다음과 같이 측정한다.
측정할 강자성 박막을 강자성 박막의 전체 두께가 500~1000Å정도가 될 때까지 비자성 박막과 교대로 성막시켜 측정용 샘플을 제작하고 이 적층에 대한 자기특성을 측정한다.
이 경우 강자성 박막의 두께와 조성 및 비자성 박막의 두께와 조성은 측정대상의 자기 저항 효과 소자의 그것과 동일하다.
본 발명의 자기 저항 효과 소자는 상기 본 발명의 자기 저항 효과막에 미세가공을 실시함으로써 소자 높이가 0.5~1.5㎛가 되고 자계를 검지할 때의 검출 전류의 밀도가 0.5 ~ 5×107A/cm2인 것을 특징으로 한다.
이것에 의해 큰 출력 신호와 양호한 파형대칭이 얻어진다.
이러한 자기 저항 효과 소자에서는 반강자성 박막과 인접하지 않는 다른 쪽의 강자성 박막을 바이어스 자계의 발생에 의해 단일 자계 구역화(single magnetic domain)함으로써 바크하우젠 노이즈를 억제할 수 있게 된다.
즉, 본 발명의 자기 저항 효과 소자에 있어서, 외부 자장을 검지하는 자성층, 즉 반강자성 박막과 인접하지 않는 강자성 박막의 자화가 용이한 방향에 영구 자석박막을 인접시킴으로써 자계구역이 안정화가 도모되어 바크하우젠 노이즈등에 의해 야기되는 비직선적 출력을 피할 수 있다.
이러한 영구 자석 박막의 재료로서는 CoCr, CoCrTa, CoCrTaPt, CoCrPt, CoNiPt, CoNiCr, CoCrPtSi, 또는 FeCoCr 등이 바람직하며, 이들 영구 자석 박막의 기초층(base layer)으로는 Cr 등을 이용할 수도 있다.
상기와 같은 자기 저항 효과 소자를 절연층을 통해 고투자율 연자성 재료 사이에 삽입하여 실드형 자기 저항 센서를 형성하거나 또는 자기 저항 효과 소자에 높은 투자율의 연자성 재료로 신호 자계를 이끄는 구조의 요크형 자기 저항 센서로함으로써 보다 밀도가 개선된 자기 판독 변환기로서의 사용이 가능해진다.
또한, 본 발명에서는 자기 저항 효과 소자와, 검출된 자계의 함수로서 상기 자기 저항 효과 소자의 저항 변화율을 검출하는 수단을 추가로 구비한 자기 저항 검출 시스템을 형성함으로써, 자기 디스크의 주속(tangential speed)에 좌우되지 않는 높은 출력 신호를 얻을 수 있다.
본 발명의 자기 저항 효과막에서는 한쪽의 강자성 박막상에 반강자성 박막이 형성되어 있고, 교환 바이어스력이 작용하도록 하는 것이 필수적이다.
그 이유는 도 3의 영역(C)에 나타낸 바와 같이 외부자장이 강자성 박막의 이방성자계 HK2와 또 다른 강자성 박막의 보자력 Hr의 사이에 있을 때 즉, Hk2H Hr 에 있을 때, 인접한 강자성 박막의 자화 방향이 서로 역방향이 되기 때문이다.
도 2는 본 발명의 자기 저항 효과막을 이용한 MR 센서의 일례를 나타내는 사시도이다.
이 MR 센서는 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(4)상에 형성된 인공 격자막(7)으로 이루어지고, 상기 기판(4)상의 2층 반강자성 박막(5)에는 비자성 박막(1)이 사이에 있는 강자성 박막(2,3)이 형성되며, 이 강자성 박막(2,3)간의 자화 용이축 방향을 직교시켜서, 자기 기록 매체(8)로부터 방출된 신호 자계가 강자성 박막(2)의 자화 용이축 방향에 대하여 수직이 되도록 설정되어 있다.
이러한 상태에서, 강자성 박막(3)은 인접하는 2층 반강자성 박막(5)에 의해 일방향 이방성(single-direction anisotropy)이 부여되어 있다.
그리고, 강자성 박막(2)의 자화 방향이 자기 기록 매체(8)의 신호 자계의 크기에 응답하여 회전함으로써, 저항이 변화하여 자장이 검지된다.
여기서, 외부 자장, 보자력 및 자화 방향의 관계는 다음과 같다.
도 3에 있어서 교환 바이어스된(exchange-biased) 강자성 박막의 보자력을 Hr, 다른쪽 강자성 박막의 보자력을 Hc2, 이방성 자계를 Hk2로 한다(여기서, 0 Hk2Hr).
먼저, 외부 자장을 H -Hk2가 되도록 인가한다(영역(A)).
이 상태에서, 강자성 박막(2,3)의 자화 방향은 H와 동일(네가티브) 방향이다. 이어서, 외부 자장을 약하게 하면, -Hk2H Hk2상태인 영역(B)에서 강자성 박막(2)의 자화는 포지티브 방향으로 반전하고, Hk2H Hr상태인 영역(C)에서는 강자성 박막(2,3)의 자화 방향은 서로 역방향이 된다.
또한 외부 자장을 크게 한 Hr H인 영역(D)에서는 강자성 박막(3)의 자화도 반전하여 자성 박막(2,3)의 자화 방향은 포지티브가 된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 이 막의 저항은 강자성 박막(2,3)의 상대적인 자화 방향에 따라 변화하고, 제로 자장영역에서 선형적으로 변화하여, 영역(C)에서 최대값(Rmax)을 나타낸다.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예인 자기 저항 효과막의 개략적인 단면도이다.
도 1에 있어서 인공 격자막(7)은 2층 반강자성 박막(5)에 형성되는 강자성 박막(2,3)을 가지며, 이 2개의 강자성 박막(2,3)의 사이에는 비자성 박막(1)이 형성되어 있다. 또한, 강자성 박막(2)상에는 반강자성 박막 또는 영구 자석 박막(6)이 인접하여 적층되어 있다.
기판(4)의 역할을 하는 글래스 기판을 진공장치 속에 넣고, 10-7Torr정도의 진공 상태로 한다.
기판 온도를 실온∼300℃로 유지하여, NiO막을 두께 100∼1000Å의 두께로 기판에서 성장시키고, FeO 박막을 10∼100Å의 두께로 성장시키며, 이어서 자성 박막(NiFe, Co, FeCo, NiCo 또는 NiFeCo로 됨)을 성막한다.
상기와 같이 하여 실온∼300℃에서 교환 결합막을 형성한 후, 기판 온도를 실온으로 되돌려서 비자성층 및 자성층을 형성한다. 이때 교환 결합막의 자화 용이축과 층간 비자성층을 통해 이 자화용이축과 인접하는 자성층의 자화 용이축이 직교하도록, 성막 중에 인가 자계를 90도 회전시킨다.
또한, Mn계 반강자성 재료를 이용할 경우는 상기 강자성 박막의 적층 순서를 역으로 한다.
즉, 기판 온도를 실온으로 유지하여 기초층(Ta, Zr, Hf, Ti)을 형성하고, 이어서 강자성 박막을 성막한다. 그리고, 성막중의 인가 자계를 90도 회전시킨다. 이어서, 비자성 박막 및 강자성 박막을 성막하고 다시 반강자성 박막을 적층하여 자기 저항 효과막을 형성한다.
이어서 이 인공 격자막을 가열로에 넣고, 300 Oe 내지 3000Oe의 DC 자계를 교환 결합막의 자화 용이축 방향에 인가하면서 200∼300℃에서 열처리하여 자기 저항 효과막을 형성한다.
이와 같이, 반강자성 박막 및 그것에 인접하는 강자성 박막을 200∼300℃의 자계내에서 열처리함으로써, 반강자성상(antiferromagnetic phase)이 유도되거나 혹은 스핀 배열(spin orientation)이 행해져서, 보다 큰 일방향 이방성(single-direction anisotropy)이 나타난다.
성막은 구체적으로는 글래스 기판 양측에 NdFeB 자석을 배치하고, 이 글래스 기판과 평행하게 300 Oe정도의 외부 자장이 인가되어 있는 상태에서 행해진다.
이 시료의 B-H 곡선을 측정하면, 성막중, 자장 인가 방향이 자성층의 자화 용이축 방향이 된다.
그리고, 이하에 나타내는 인공 격자막은, 상기 산화물로 이루어진 반강자성막에 관해서는 2.2∼3.5Å/초로 형성되었으며, Mn계 반강자성 박막과, 강자성 박막 및 비자성 박막에 관해서는 대략 0.8∼2.0Å/초의 속도로 성막을 행하였다.
또한, 이하의 기재에 있어서, 예컨대 글래스/NiO(500)/FeO(20)/NiFe(60) /Cu(25)/NiFe(60)으로 표시될 경우는 글래스 기판상에 두께 500Å의 NiO박막, 두께 20Å의 FeO박막을 적층하여 2층 반강자성 박막을 형성한 후, 두께 60Å의 Ni80%-Fe20%의 합금 박막, 두께 25Å의 Cu 박막, 두께 60Å의 Ni80%-Fe20% 박막을 순차적으로 성막하는 것을 의미한다.
자화의 측정은 진동 시료형 자력계(oscillating magnetization)를 이용하여 측정하였다. 저항 측정은 시료로부터 1.0×10mm2의 형상의 샘플을 제작하여, 외부 자장을 면내의 전류 흐름과 수직 방향이 되도록 걸면서, -700∼700 Oe까지 변화시켰을 때의 저항을 4단자법(four-wire resistance measurement)에 의해 측정하고, 그 저항으로부터 자기 저항 변화율 △R/R을 구하였다. 이 자기 저항 변화율 △R/R은 최대 저항치를 Rmax, 최소 저항치를 Rmin으로 하여 수학식 1로부터 계산하였다.
△R/R = (Rmax - Rmin)/Rmin×100(%)
이하, 제작한 인공 격자막을 나타낸다.
1. 비자성층이 Cu, 자유층 및 자성고정층(magnetic fixed layer)이 모두 NiFe인 경우:
2. 비자성층이 Cu, 자유층이 NiFe, 자성고정층이 Co90Fe10인 경우:
3. 비자성층이 Au, 자유층 및 자성고정층이 모두 NiFe인 경우:
4. 비자성층이 Ag, 자유층 및 자성고정층이 모두 NiFe인 경우:
5. 비자성층이 Ru, 자유층 및 자성고정층이 모두 NiFe인 경우:
6. 비자성층이 Cu1-xAgx, 자유층 및 자성고정층이 모두 NiFe인 경우:
7. 산화방지층이 제공된 경우:
도 7, 8 및 9는 블록킹 온도(바이어스 자계가 소실하는 온도)와 반강자성 박막의 두께와의 관계를 나타내는 그래프이다.
블록킹 온도가 높은 재료와 블록킹 온도가 낮은 재료를 적층시킴으로써, 블록킹 온도는 적층막두께에 따라 변화하고, 200∼300℃에서의 바이어스 자계의 부여가 가능해지는 것을 알 수 있다.
이러한 기술적 특성은 본 발명중 가장 중요한 특징이 된다.
반강자성 박막의 블록킹 온도가 층간가능할 경우, 자기 저항 효과 박막을 생산하기 위한 처리조건은 가변적이어서 그 제조처리를 용이하면서도 융통성이 있게 할 수 있다.
도 10은 저항 변화율과 강자성 박막의 두께와의 관계를 나타내는 그래프이다.
저항 변화율은 60∼80Å범위에서 극대치가 되고, CoFe 자성층을 사용함으로써, 최대 6.5%의 저항 변화율이 얻어진다.
도 11은 저항 변화율과 비자성 박막의 두께와의 관계를 나타내는 그래프이다.
저항 변화율은 비자성 박막의 두께가 25∼30Å 부근에서 최대가 되고, 비자성 박막의 두께의 감소에 따라서 현저하게 저항 변화율이 저하하는 것을 알 수 있다.
도 12는 260℃에서 열처리된 후의 교환 결합 자계와 산화 방지층의 두께와의 관계를 나타내는 그래프이다.
교환 결합 자계의 저하는 산화 방지층을 형성함으로써 억제되고, 10∼30Å의 두께에서는 350∼550 Oe정도의 값이 된다.
도 13은 교환 결합 자계와, 보자력 및 산화물 반강자성 박막의 표면거칠기와의 관계를 나타내는 그래프이다.
교환 결합 자계와 표면 거칠 기간에는 어떠한 관계도 없지만, 보자력은 표면거칠기에 크게 영향을 받으며, 표면거칠기가 2∼15Å일 때는 히스테리시스가 작은 MR 특성어 얻어진다.
도 14는 본 발명의 일실시예인 자기 저항 효과 소자의 개략적인 단면도이다.
이 자기 저항 효과 소자는 상하 자기 실드층(102,108)간에 절연층(103, 107)을 통해 적층되어 패턴닝되게 된다.
인공 격자막(106)에는 영구 자석막(104)이 인접해 있으며, 이것에 의해 자계를 검지하는 강자성 박막이 단일 자화 구역(single magnetic domain)이 된다.
도 15는 소자 높이를 1㎛, 소자폭을 1.2㎛가 되도록하고, 자화 구역 안정화막으로서 CoCrPt 영구 자석막이 인접하게 배치되는 본 발명에 따른 자기 저항 효과 박막의 경우 얻어지는 소자의 MR 곡선을 나타내는 그래프이다.
이렇게함으로써, 영구 자석박막에 의해 상기 자화 구역의 안정화가 도모되고, 바크하우젠점프등의 비선형적인 출력을 피할 수 있는 동시에, 통상의 이방성 자기 저항 효과와 비교하여 6내지 10배 정도 출력증대를 얻을 수 있다.
본 발명의 자기 저항 효과막의 전형적인 B-H 곡선 및 MR 곡선은 도 5 및 6에 나타낸 바와 같다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이 본 발명에 의하면, 제로 자장 영역에서 그리고 작은 외부 자장에서 직선적으로 큰 저항 변화를 나타내며, 아울러 내열성이 뛰어난 자기 저항 효과막을 얻을 수 있다. 또한 교환 결합막의 열처리 온도를 제어함으로써 생산성을 개선할 수 있다.

Claims (35)

  1. 기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막;
    상기 복수의 강자성 박막사이에 배치되는 층간 비자성 박막(intervening non-magnetic thin film); 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 포함하고,
    상기 반강자성 박막의 바이어스 자계를 Hr, 상기 복수의 강자성 박막중 다른 하나의 보자력을 Hc2로 했을 때, 조건 Hc2Hr이 만족되어, 그의 블록킹 온도가 층간될 수 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  2. 제1항에 있어서, 상기 반강자성 박막은 Mn을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반강자성 박막은 금속 산화 물질(metal-oxide substance)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반강자성 박막은 2개의 적층 박막(two laminated thin films)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소자는
    기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막;
    상기 복수의 강자성 박막 사이에 배치되는 층간 비자성 박막; 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 포함하고,
    이 반강자성 박막의 바이어스 자계를 Hr, 상기 복수의 강자성 박막중 다른 하나의 보자력을 Hc2로 했을 때, 조건 Hc2Hr이 만족되고, 상기 반강자성 박막은 CrMn, FeMn, IrMn, CoMn, CuMn, PtMn, PdMn, RhMn, NiMn 또는 이들중 2중 이상의 재료로 구성된 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 각각이 상기 선택된 재료로 제조되는 2층 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  6. 제5항에 있어서, 20 내지 100Å의 두께를 가지며, Ta,Zr,Hr, 및 Ti로 이루어지는 그룹에서 선택된 재료로 제조된 상기 박막은 기초층(underlayers)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  7. 제1항에 있어서, 상기 소자는
    기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막;
    상기 복수의 강자성 박막 사이에 배치되는 층간 비자성 박막; 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 포함하고,
    이 반강자성 박막의 바이어스 자계를 Hr, 상기 복수의 강자성 박막중 다른 하나의 보자력을 Hc2로 했을 때, 조건 Hc2Hr이 만족되고, 상기 반강자성 박막은 산화 코발트, 산화 니켈, α-상 산화철(α-phase iron oxide)또는 이들중 2중 이상의 재료로 제조된 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되며, 각각이 상기 선택된 재료로 제조되는 2층 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  8. 제7항에 있어서, 상기 반강자성 박막의 표면거칠기는 2.0 내지 15Å인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  9. 제5항에 있어서, 상기 비자성 박막은 Au, Ag, Cu, Ru 또는 이들중 2종 이상의 재료로 제조된 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  10. 제7항에 있어서, 상기 비자성 박막은 Au, Ag, Cu, Ru 또는 이들중 2종 이상의 재료로 제조된 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  11. 제5항에 있어서, 상기 비자성 박막의 막두께는 20 내지 35Å인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  12. 제7항에 있어서, 상기 비자성 박막의 두께는 20 내지 35Å인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  13. 제5항에 있어서, 상기 반강자성 박막의 바이어스 자계를 Hr, 상기 복수의 강자성 박막중 다른 하나의 보자력을 Hc2, 이방성 자계를 Hk2로 했을 때,조건 Hc2Hk2Hr이 만족되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  14. 제7항에 있어서, 상기 반강자성 박막의 바이어스 자계를 Hr, 상기 복수의 강자성 박막중 다른 하나의 보자력을 Hc2, 이방성 자계를 Hk2로 했을 때,조건 Hc2Hk2Hr이 만족되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  15. 제5항에 있어서, 상기 강자성 박막은 Ni, Fe, Co, FeCo, NiFe, NiFeCo 또는 이들중 2종 이상으로 이루어진 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  16. 제7항에 있어서, 상기 강자성 박막은 Ni, Fe, Co, FeCo, NiFe, NiFeCo 또는 이들중 2종 이상으로 이루어진 합금으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  17. 제5항에 있어서, 상기 강자성 박막의 막두께는 10 내지 150Å인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  18. 제7항에 있어서, 상기 강자성 박막의 막두께는 10 내지 150Å인 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  19. 제5항에 있어서, 상기 비자성 박막과 상기 강자성 박막 사이에 형성된 계면에, Co, FeCo, NiCo 및 NiFeCo로 이루어진 그룹에서 선택되는 재료로 이루어진 박막이 두께 3 내지 40Å로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  20. 제7항에 있어서, 상기 비자성 박막과 강자성 박막사이에 형성된 계면에는 Co, FeCo, NiCo 및 NiFeCo로 이루어진 그룹에서 선택되는 재료로 이루어진 박막이 두께 3 내지 40Å로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  21. 제7항에 있어서, 상기 반강자성 박막과 상기 강자성 박막과의 계면에, Fe, Ni, 이들 재료의 산화물로 이루어진 그룹에서 선택된 재료 또는 이들 재료의 합금으로 이루어진 박막이 두께 7 내지 30Å으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  22. 기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막을 형성하는 단계;
    상기 복수의 강자성 박막 사이에 배치되는 층간 비자성 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 형성하는 단계;
    를 포함하는데,
    상기 반강자성 박막은 산화 코발트, 산화 니켈, α-상 산화철 또는 이들 2종 이상으로 이루어진 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되며, 각각이 상기 선택된 재료로 제조되는 2층막을 포함하며, 그러므로써, 반강자성 박막 및 이막과 이웃하는 강자성 박막이 실온 내지 300℃의 기판온도로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 박막 제조 방법.
  23. 기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막을 형성하는 단계;
    상기 복수의 강자성 박막 사이에 배치되는 층간 비자성 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 형성하는 단계;
    를 포함하는데,
    상기 반강자성 박막은 CrMn, FeMn,IrMn,CoMn,CuMn,PtMn, PdMn, RhMn, NiMn 또는 이들중 2종 이상으로 이루어진 합금으로 이루어진 그룹에서 선택되며, 각각이 상기 선택된 재료로 제조되는 2층막을 포함하며, 그러므로써, 반강자성 박막 및 이막과 이웃하는 강자성 박막이 자계 중에서 200 내지 300℃의 온도로 형성되며, 연자성 박막의 일방향 이방성이 유도되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 박막 제조 방법.
  24. 기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막을 형성하는 단계;
    상기 복수의 강자성 박막 사이에 배치되는 층간 비자성 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 형성하는 단계;
    를 포함하는데,
    상기 반강자성 박막은 산화 코발트, 산화 니켈, α-상 산화철 또는 이들중 2종 이상으로 이루어진 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며 각각이 상기 선택된 재료로 제조되는 2층막을 포함하며, 그러므로써, 반강자성 박막 및 이막과 이웃하는 강자성 박막이 자계중에서 200 내지 300℃의 온도로 형성되며, 연자성 박막의 일방향 이방성이 유도되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 박막 제조 방법.
  25. 기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막을 형성하는 단계;
    상기 복수의 강자성 박막사이에 배치되는 층간 비자성 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 형성하는 단계;
    를 포함하는데,
    상기 반강자성 박막은 CrMn, FeMn,IrMn,CoMn,CuMn,PtMn,PdMn,RhMn, NiMn 또는 이들중 2종 이상으로 이루어진 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 각각이 상기 선택된 재료로 제조되는 2층막을 포함하며, 그러므로써
    성막중에, 층간 비자성 박막을 통해 서로 이웃하는 강자성 박막의 자화용이축 방향들이 서로 직교하도록 인가 자계가 90도 회전하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 박막 제조 방법.
  26. 기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막을 형성하는 단계;
    상기 복수의 강자성 박막 사이에 배치되는 층간 비자성 박막을 형성하는 단계; 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 서로 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 형성하는 단계;
    를 포함하는데,
    상기 반강자성 박막은 산화 코발트, 산화 니켈, α-상 산화철 또는 이들중 2종 이상으로 이루어진 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며, 각각이 상기 선택된 재료로 제조되는 2층막을 포함하며, 그러므로써
    성막중에, 층간 비자성 박막을 통해 서로 이웃하는 강자성 박막의 자화용이축 방향들이 서로 직교하도록 인가 자계가 90도 회전하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 박막 제조 방법.
  27. 제5항의 자기 저항 효과 박막을 포함하고, 상기 반강자성 박막과 이웃하지 않는 상기 강자성 박막은 충분한 바이어스 자계를 인가함으로써 단일 자계 구역(single magnetic domain)을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  28. 제7항의 자기 저항 효과 박막을 포함하고, 상기 반강자성 박막과 이웃하지 않는 상기 강자성 박막은 충분한 바이어스 자계를 인가함으로써 단일 자계 구역을 갖는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  29. 제5항에 있어서, 상기 반강자성 박막과 이웃하지 않는 상기 강자성 박막은 충분한 바이어스 자계의 발생에 의해 단일 자화 구역을 갖도록 인접하게 영구 자석막이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  30. 제7항에 있어서, 상기 반강자성 박막과 이웃하지 않는 상기 강자성 박막은 충분한 바이어스 자계의 발생에 의해 단일 자화 구역을 갖도록 인접하게 영구 자석막이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  31. 제7항에 있어서, 상기 반강자성 박막과 이웃하지 않는 상기 강자성 박막은 인접하게 반강자성 박막을 배치함으로써 단일 자화 구역을 갖도록 충분한 바이어스 자계가 가해지는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  32. 제5항에 있어서, 상기 반강자성 박막과 이웃하지 않는 상기 강자성 박막은 인접하게 반강자성 박막을 배치함으로써 단일 자화 구역을 갖도록 충분한 바이어스 자계가 가해지는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자 박막.
  33. 기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막;
    상기 복수의 강자성 박막 사이에 배치되는 층간 비자성 박막; 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 서로 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 포함하는 자기 저항 효과 박막을 미세처리함으로써 형성되는 자기 저항 효과 소자를 포함하며,
    상기 반강자성 박막의 바이어스 자계가 Hr 이고, 상기 복수의 강자성 박막중 다른 하나의 보자력이 HC2일 때, 조건 HC2Hr 이 만족되어, 상기 소자의 높이가 0.5 내지 1.5㎛로 되고, 자계가 검출된 때의 검출된 전류 밀도가 0.5 내지 5×107A/cm2이며, 또한 상기 자기 저항 효과 소자는 층간 절연층(intervening insulating layers)을 통해 상기 소자의 상하에 있는 고투자율(high-permeability)의 연자성 재료 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 실드형 자기 저항 센서.
  34. 기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막;
    상기 복수의 강자성 박막 사이에 배치되는 층간 비자성 박막; 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 서로 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 포함하는 자기 저항 효과막을 미세 처리하므로써 형성되는 자기 저항 효과 소자를 포함하며,
    상기 반강자성 박막의 바이어스 자계가 Hr 이고, 상기 복수의 강자성 박막중 다른 하나의 보자력이 HC2일 때, 조건 HC2Hr 이 만족되어, 상기 소자의 높이가 0.5 내지 1.5㎛로 되고, 자계가 검출된 때의 검출된 전류 밀도가 0.5 내지 5×107A/cm2이며, 또한 상기 자기 저항 효과 소자에는 고투자율(high-permeability)의 연자성 재료에 의해 신호 자계가 유도되는 것을 특징으로 하는 요크형 자기 저항 센서.
  35. 기판상에 적층되는 복수의 강자성 박막;
    상기 복수의 강자성 박막 사이에 배치되는 층간 비자성 박막; 및
    상기 층간 비자성 박막을 통해 서로 이웃하는 상기 복수의 강자성 박막중 하나에 제공되는 반강자성 박막을 포함하는 자기 저항 효과 박막을 미세처리함으로써 형성되는 자기 저항 효과 소자를 포함하며,
    상기 반강자성 박막의 바이어스 자계가 Hr 이고, 상기 복수의 강자성 박막중 다른 하나의 보자력이 HC2일 때, 조건 HC2Hr 이 만족되어, 상기 소자의 높이가 0.5 내지 1.5㎛로 되고, 자계가 검출된 때의 검출된 전류 밀도가 0.5 내지 5×107A/cm2이며,
    검출된 자계의 함수로서 상기 자기 저항 효과 소자의 저항의 변화를 검출하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 검출 시스템.
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