DE3229774C2

DE3229774C2 - Magnetoresistives Bauelement

Info

Publication number: DE3229774C2
Application number: DE3229774A
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Neyagawa Osaka Kaminaka; Kenji Kanai; Noboru Kyoto Nomura; Yuji Ibaraki Osaka Omata
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-08-10
Filing date: 1982-08-10
Publication date: 1987-05-07
Also published as: US4477794A; DE3229774A1

Abstract

Es ist ein magnetoresistives Element geschaffen, welches magnetostatisch eine magnetische Anisotropie hat, um eine Domänenstruktur zu steuern, und bei welchem das Barkhausen-Rauschen beseitigt ist, welches eine plötzliche Bewegung von Domänenwänden und eine unregelmäßige Magnetisierung infolge einer Änderung in dem Signalmagnetfeld bewirkt, wobei ein Einschnittmuster auf mindestens einer Fläche einer magnetoresistiven Schicht durch ein Verfahren ausgebildet wird, bei welchem ein Einschnittmuster einseitig ausgerichtet auf der Oberfläche eines Substrats ausgebildet wird und darauf die magnetoresistive Schicht aus einem ferromagnetischen Material aufgebracht wird. Ferner sind verschiedene magnetoresistive Elemente geschaffen, bei welchen ein Vormagnetisierungsverfahren angewendet wird.

Description

I ^{3 4}

14 fließt ein konstanter Strom L und 3C dargestellt In der Praxis kommt es jedoch, wie in

Eine Änderung des elektrischen Widerstandes längs Rg. 4A dargestellt ist, zu einer nichtlinearen Störung 4t

der Z-Achse, die durch ein längs der K-Achse des Auf- an den Mnsterrändern. und die Oberflächenschicht wird

Zeichnungsträgers 11 angelegtes Signalmagnetfeld her- bei der Endbearbeitung als eine modifizierte Schicht 42

vorgerufen wird, wird durch eine Änderung der an den 5 ausgebildet Folglich ist die Domänenstruktur ver-

; Elektroden 13 und 14 anliegenden Spannung festge- schlechten, und deren magnetoresistiven Kennwerte

'i stellt werden so, wie in Flg. 4D und 4C dargestellt ist Die

; Bei einem solchen Magnetkopf nimmt die Stärke des nichtlinearen Ränder bewirken eine abrupte Magnet-

'-. Signalmagnetfeldes, von dem Aufzeichnungsträger 11 wandbewegung und eine ungleichmäßige Magnetisie-

aus betrachtet, exponentiell mit dem Abstand vom Auf- io rung, wenn ein äußeres Magnetfeld angelegt wird. Ein

zeichnungsträger 11 ab. Insbesondere bei kurzen WeI- Spalt 43 und Barkhausenrauschen 44 kommen bei der in

lenlängen der Aufzeichnungssignale ist die Dämpfung Fig.4C dargestellten Änderung im Widerstandswert

des Signalmagnetfeldes groß. Aus diesem Grunde ist die vor. Folglich wird die sekundäre Klirrverzerrung der

^: Breite w der magnetoresistiven Schicht unter Berück- Wiedergabewellenform größer, und ein magnetoresisti-

sichtigung der Verarbeitungsgenauigkeit und der Ab- 15 ves Element dieser Art kann für kommerzielle Anwen-

riebfestigkeit so gering wie möglich. dungszwecke nicht verwendet werden.

Die Änderung Ap des spezifischen Widerstandes des Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

magnetoresistiven Bauelementes wird durch die folgen- ein magnetoresistives Bauelement der angegebenen

de Beziehung gegeben, wenn die dünne, ferromagneti- Gattung zu schaffen, bei dem das Barkhausen-Rauschen

&iacgr; sehe Platte eine einachsige Anisotropie hat: 20 verhindert wird, das eine Bewegung der Domänenwän-

j de sowie eine unregelmäßige Magunisierung bei einer

;? &Dgr;&rgr; = a + bcos²© Änderung des magnetischen Signalieide &iacgr; bewirkt

^:; Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im

&Ggr; wobei &THgr; der Winkel zwischen der Richtung einer Ma- kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen

&iacgr;, gnetisierung M_s und der Richtung des Stroms /ist, und a 25 Merkmale gelöst

^; und b Konstante sind. Die Beziehung zwischen einem Zweckmäßige Ausgestaltungen werden durch die

"?/ angelegten Magnetfeld //und einer Änderungsrate in Merkmale der Unteransprüche definiert

C- dem spezifischen Widerstandswert (&Dgr;&rgr;&Igr;&Dgr;&rgr;&pgr;&agr;&khgr; wird durch Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen ins-

:] Teilen der Änderung &Dgr;&rgr; des spezifischen Widerstands- besondere darauf, daß durch ein Eiaschnitt- oder Vertie-

/i wert durch dessen Maximalwert &Dgr;_{&rgr;&pgr;&agr;&khgr;} erhalten) weist 30 fungsmuster auf mindestens einer Fläche der magnet-

5 eine beträchtliche Nichtlinearität auf, da die Beziehung oresistiven Schicht eine magnetische Anisotropie er-

* für //=//, gesättigt ist Um diese Nichtlinearität zu zeugt wird, die den Domänenaufbau steuert

\ verbessern, wird ein Vormagnetisierungsfeld Hb ange- Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausfüh-

;'; legt, um einen Betriebs- oder Arbeitspunkt richtig ein- rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die schemati-

i% zustellen. Bei dem optimalen Arbeitspunkt ist das Vor- 35 sehen Flg. 5 bis 23 näher erläutert Es zeigt

i2 magnetisierungsfeld Hb = Hs/\ß, und der Winkel &THgr; be- Fig. 5A eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungs-

I? trägt 45°. beispiei eines magnetoresistiven Bauelementes,

p Um die Änderungsgeschwindigkeit des spezifischen Flg. 5B eine Schnittansicht des Bauelementes nach

;; Widerstands des magnetoresistiven Elements zu erhö- Fig. 5A,

&igr; hen, und ur^ Hysteresekennwerte zu vermeiden, wird im 40 Fig. 6A ein zweites Ausführungsbeispiel eines ma-

i - allgemeinen eine dünne ferromagnetische Platte, wel- gnetoresistiven Bauelementes,

W ehe einachsig ausgerichtet ist, verwendet Ein Beispiel Fig. 6B eine Schnittansicht des Bauelementes nach

f, eines streifenförmigen Elements ist in Flg. 2 dargestellt. Flg. 6A,

■; Wenn dieses Element entlang seiner Längsrichtung aus- Fig. 7A und 7B Kurvendarstellungen zur Erläuterung

&Idigr;&Idigr; gerichtet wird, ist diese Ausrichtung sehr stabil. Jedoch 45 der magnetoresistiven Kenndaten längs der Achsen der

U muß ein Vcnnagnetisierungsfeld von etwa leichten bzw. schweren Magnetisierung mit einem Ein-

^:' Hb — AnMs ■ t/w entsprechend einem Entmagnetisie- schnitt- oder Vertiefungsmuster,

rungsfeld entlang der Querrichtung des Elements angs- Flg. 8 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung des

legt werden, um so die Magnetisierungsrichtung bei ei- anisotropen Magnetfeldes als Funktion des Abstandes

nem Winkel von 45° entsprechend dem Arbeitspunkt 50 des Einschnitt-oder Vertiefungsmusters,

einzustellen (wobei f die Elementdicke ist). Dieses Vor- Flg. 9A eine Da;-stellung einer Domänenstruktur ei-

V; magnetisierungsfeld ist ziemlich stark; das Vormagneti- nes dritten Ausführungsbeispiels eines magnetoresiiti-

■ sierungsfeld Hb wird in der durch die gestrichelte Linie ven Bauelementes,

angezeigten Richtung angelegt, welche eine Magneti- Fig. 9B und 9C Kurvendarstellungen zur Erläuterung

sierungskomponente in der Querrichtung des Elements 55 der Kenndaten des magnetoresistiven Bauelementes

hat. Die Magnetisierung des Elementes soll nunmehr längs der Achsen der leichten bzw. schweren Magneti-

unter einem Winkel &THgr; bezüglich der Längsrichtung des sierung,

Elements ausgerichtet sein. Das Entmagnetisierungsfeld Fig. 1OA eine Darstellung der Domänenstruktur eines

Hd wird, wie durch die ausgezogene Linie angezeigt ist, vierten Ausfühn.'ngsbeispiels eines magnetoresistiven

durch eine entlang der Querrichtung des Elements er- 60 Bauelementes,

zeugten magnetischen Ladung oder Belegung erzeugt. Fig. 1OB und IOC Kurvendarstellungen zur Erläute-

Die Magnetisierungsrichtung M, weicht von der Längs- rung der magnetoresistiven Kenndaten in der gleichen

richtung des Elements ab, so daß der Anfangswert des Richtung wie der Wiedergabestrom sowie in der senk-

Winkels &THgr; nicht gehalten werden kann. recht dazu verlaufenden Richtung,

Wenn das streifenförmige magnetoresistive Element 65 Flg. 1IA eine Di aufsieht auf ein fünftes Ausführungs-

verwendet wird, ist die Domänenstruktur im Idealfall beispiei eines magnetoresistiven Bauelementes,

die Kreis-Domänenstrv'itur, wie in Flg. 3A dargestellt Fig. HB einen Schnitt durch das Bauelement nach

ist. Die magnetoresistiven Kenndaten sind in Fig. 3B Flg. 11A,

Fig. 12A eine Draufsicht zur Erläuterung der Funktionsweise des Bauelementes, wenn der Winkel zwischen der Richtung des Einschnitt- oder Vertiefungsmusters und der Stromrichtung zwischen 30° und 45° liegt,

Fig. 12B eine Darstellung zur Erläuterung der Funktionsweise des Bauelementes, wenn der Winkel im Bereich von 45° bis 60° liegt.

Flg. 13A eine Draufsicht auf ein sechstes Ausführungsbeispiel eines magnetoresistiven Bauelementes,

Fig. 13B eine Schnittansicht des Bauelementes nach Fig. 13 A,

Fig. 13C und 13D Kurvendarstellungen zur Erläuterung der magnetoresistiven Kenndaten,

Fig. 14 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Abhängigkeit des anisotropen Magnetfeldes von der Tiefe des Einschnitt- oder Vertiefungsmusters,

Fig. 15A eine Draufsicht auf ein siebtes Ausführungsbeispiel eines magnetoresistiven Bauelementes,

Fig. 15B eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der magnetoresistiven Kenndaten des Bauelementes nach Fig. 15 A,

Fig. 16A eine Draufsicht auf ein achtes Ausführungsbeispiel eines magnetoresistiven Bauelementes,

Fig. 16B eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der magnetoresistiven Daten des Bauelementes nach 2s Fig. 16A,

Fig. 17A eine Draufsicht auf ein neuntes Ausführungsbeispiel eines magnetoresistiven Bauelementes,

Fig. 17B eine Schnittansicht des Bauelementes nach Fig. 17 A,

Fig. 18A bis 18C Schnittansichten von magnetoresistiven Bauelementen, bei denen eine isolierende Deckschicht auf dem Einschnitt- oder Vertiefungsmuster angeordnet ist,

Fig. 19 eine Kurvendarstellung zur Erläuterung der Funktionsweise der isolierenden Deckschicht als Funktion der Tiefe des Einschnitt- oder Vertiefungsmusters,

Fig. 20 eine Schnittansicht eines zehnten Ausführungsbeispiels eines magnetoresistiven Bauelementes,

Fig. 21A und 21B Ansichten zur Erläuterung der Funktionsweise von herkömmlichen, spiralförmigen magnetoresistiven Bauelementen,

Fig. 22A eine Draufsicht auf einen Magnetkopf mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen magnetoresistiven Bauelementes,

Fig. 22B eine Draufsicht zur Erläuterung der Funktionsweise des Magnetkopfes nach Fig. 22A, und

Fig. 23 eine Schnittansicht eines Hauptteils eines zwölften Ausführungsbeispiels eines magnetoresistiven Bauelementes.

Bei dem ersten, a»s Fig. 5A und 5B ersichtlichen Ausführungsbeispiel eines magnetoresistiven Bauelementes ist eine dünne AljOs-Schicht auf der Oberfläche eines Trägers 51 ausgebildet, die dann mit einer magnetoresistiven Schicht 52 aus einem ferromagnetischen Material (die nachstehend auch als MR-Schicht 52 bezeichnet wird) bedeckt wird; dann unterscheidet sich die Aufwachsgeschwindigkeit jedes Korns eines Kristalls 53 von dem anderen, so daß eine Anzahl Einschnitte oder Vertiefungen, d.h. ein sogenanntes Einschnitts- oder Vertiefungsmuster, auf der dünnen AbC^-Schicht gebildet wird. Die magnetostatische Energie wird durch den Abstand des Einschnittsmusters beeinflußt, so daß ein anisotropes Magnetfeld Hk gesteuert wird. In Fig. 7A und 7 B sind Schaltkennlinien dargestellt, wenn ein Ma- es gnetfeld in Längsrichtung entlang der MR-Schicht 52, d. h. in der durch einen Pfeil angezeigten Richtung angelest wird, während die MR-Schicht 52 auszubilden ist Wie aus Fig. 7A und 7B zu ersehen, sind die magnetoresistiven Werte im wesentlichen gut, und die Ausgangswellenform, die entsprechend dem eingegebenen magnetischen Signalfeld erhalten wird, ist ideal geformt. Da bei dem in Fig. 5A dargestellten, magnetoresistiven Element das Einschnittsmuster auf der Oberfläche isotrop ist, kommt es zu einer Dispersion als Folge von Änderungen in den Richtungen der anisotropen Magnetisierung an vorgegebenen Stellen. Folglich werden die Symmetrie bezüglich der Abszisse ^y-Achse) und die Empfindlichkeit der magnetoresistiven Kenndaten verschlechtert.

In Fig. 6A und 6B ist ein magnetoresistives Bauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Ein Photolackmuster mit einem Abstand von 2 &mgr;&idiagr;&eegr; ist durch Photolithographie selektiv auf der Oberfläche eines Substrats oder Trägers 61 ausgebildet, welcher dann mit einer MR-Schicht 62 abgedeckt wird. Der Träger 61 wird selektiv durch Naß- oder Trokkenätzen geätzt, wobei das Photoiackmusier als maske verwendet wird, so daß ein periodisches Einschnittsmuster 63 auf der Oberfläche des Trägers 61 ausgebildet ist. Anschließend wird, während ein Magnetfeld entlang der Rillen oder Nute des Einschnittsmusters angelegt ist, die MR-Schicht 62 aufgebracht. Hierdurch können die gleichen Ergebnisse wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel erhalten werden, wie sie in Fig. 7A und 7 B dargestellt sind. Folglich zeigt die M R-Ausgangswellenform, die entsprechend dem eingegebenen magnetischen Signalfeld erhalten worden ist, eine ausgezeichnete Linearität. In diesem Fall wird die magnetische Anisotropie durch die magnetostatische Anisotropie des Einschnittsmusters gesteuert. Ferner ist eine Anisotropie-Dispersion im wesentlichen verhindert, so daß ausgezeichnete magnetoresistive Kenndaten ohne Streuung und Hysterese erhalten werden. Ferner wird, daß das Magnetfeld angelegt ist, die Anisotropie-Dispersion verhindert.

in Fig. 8 sind Änderungen in dem anisotropen Magnetfeld Hk als Funktion des Abstandes des Einschnittsmusters dargestellt. Wenn der Abstand des Einschnittsmusters größer als 10 &mgr;&pgr;&igr; ist, wird die Wirkung des Einschnittsmusters im wesentlichen nicht erhalten, so daß das anisotrope Magnetfeld Hk nicht wesentlich beeinflußt wird. Wenn jedoch der Abstand des Einschnittsmusters kleiner als 10 &mgr;&pgr;&igr; ist wird die Stärke des anisotropen Magnetfelds 4000 A/m im Unterschied zu der Stärke von 242 A/m des anisotropen Magnetfelds Hk bei großem Abstand des Einschnittsmusters. Dies ist eine Zunahme der Stärke des anisotropen Magnetfelds um etwa 50% bezüglich einer feldinduzierten magnetischen Anisotropie bei Anlegen des Magnetfelds. Folglich wird die Wirkung der magnetischen Anisotropie, die durch das Einschnittsmuster induziert ist, beträchtlich, wodurch das Barkhausen-Rauschen in der Praxis geringer wird. Dies beruht darauf, daß die Domänen entlang des Einschnittsmusters ausgerichtet und sie so verteilt sind, daß ihre Ausrichtung gleichförmig erhalten bleibt

Wenn der Abstand des Einschnittsmusters kleiner als 4 &mgr;&pgr;&igr; ist ist die magnetische Anisotropie die durch das Einschnittsmuster induziert worden ist, größer als die durch das Magnetfeld induzierte Anisotropie, und eine induzierte magnetische Anisotropie kann in ausreichender Weise nur durch Aufbringen der MR-Schicht auf das Muster erhalten werden, selbst wenn kein Magnetfeld angelegt wird.

Wie aus der vorstehenden Schilderung zu ersehen ist werden, wenn das MR-Element mit Hilfe der induzierten magnetischen Anisotropie infolge des Einschnitts-

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musters ausgebildet wird, die folgenden Vorteile erhal- Flg. 3B und 4B und in Fig. 3C und 4C dargestellt, wenn

ten: ein Magnetfeld eines kleinen Signals angelegt wird. Die

magne'uresistiven Elemente in Fig. 9A und 1OA werden

1. Die Domänen werden durch das Muster unter- nunmenr mit denen der Fig. 3Aund4A verglichen,
teilt. s Da in Fig. 3A die Domänenstruktur das ideale Kreis-

2. Die Ausrichtung der Domänen kann entlang des Domänenmuster hat, bewirken einige Domänen, welche auf dem Träger oder Subütrat ausgebildeten Ein- nicht entlang der leichten Magnetisierungsachse ausge-■£hnittsmusters gesteuert werden. richtet sind, einen großen Ausgang in den magnetoresi-

3. Die Stärke des anisotropen Magnetfeldes kann stiven Kenndaten (Fig. 3B), wie die Änderungsrate durch den Abstand des Einschnittsmusters gesteu- io (4p/_P) in dem spezifischen Widerstandswert entlang der ert werden. leichten Magnetisierungsachse bezüglich des Magnet-

4. Die Produktivität ist verbessert, da die induzierte feldes zeigt. Ein Ausrichtungsverhältnis der magnetoremagnetische Anisotropie im ausreichender Weise sistiven Kenndaten (Fig. 3C) in der schweren Magnetierhalten werden kann, auch wenn kein externes sierungsachse zu denen in der leichten Magnetisie-Magnetfeld angelegt wird. is rungsachse ist klein. Wenn das Vormagnetisierungsfeld

Hb und ein Magnetisierungsfeld eines kleinen Signals

Im Vergleich zu dem in Fig. 4 dargestellten Fall kann für die magnetoresistiven Kenndaten (Fig. 3C) angelegt sich, selbst wenn die Domänen infolge der nichtlinearen wird, wird ein ausgezeichneter Wiedergabeausgang erKanten, die bei einem Überätzen hervorgerufen wer- halten. Da jedoch die Stärke des anisotropen Magnetden, und infolge der Wirkung der modifizierten Schicht 20 feldes Hk klein ist, ist der dynamische Bereich klein, bei der Endbearbeitung schlechter werden, die Ver- Wenn die Stärke des magnetischen Signalfelds beinahe schlechterung der Domänen nicht über die ganze Fläche null ist, wird die sekundäre Klirrverzerrung größer, und der Schicht erstrecken, wie in Fig. 4 dargestellt ist, da es wird ein Barkhausen-Rauschen induziert,
die Domänen durch das Einschnittsmuster unterteilt Das in Fig. 4A dargestellte Domänenmuster ist im sind. Folglich wird das Barkhausen-Rauschen geringer, 25 Vergleich zu dem in Fig. 3A nicht gleichförmig. Der und es kann eine durchaus befriedigende Wiedergabe- Ausgang der magnetoresistiven Kenndaten (Fig. 4B) in wellenform erhalten werden. Da die Ausrichtung durch der leichten Magnetisierungsachse ist groß und ist bedas Einschnittsmuster gesteuert wird, wird ferner eine züglich der Ordinatenachse (&Dgr;^_&rgr;) asymmetrisch. Der Verschlechterung der Domänen infolge von Dispersion Spalt 43 kommt in den magnetoresistiven Kenndaten verhindert, und die sekundären harmonischen Kompo- 30 (Fig. 4C) infolge deren Hysterese in der harten Magnenen^en können nicht größer werden. Folglich wird eine tisierungsachse vor, und das Barkhausen-Rauschen 44 beständige Wiedergabenwellenform erhalten. kommt entsprechend einer plötzlichen Magnetisie-Wenn das magnetoresistive Bauelement bei einem rungsänderung vor. In der gleichen Weise, wie oben magnetischen Fühler oder einem Magnetkopf verwen- beschrieben, kommt, wenn ein Magnetfeld eines kleinen det wird, wird eine ausgezeichnete Wiedergabewellen- 35 Signales dem Vormagnetisierungsfeld Hb überlagert form ohne ein Barkhausen-Rauschen erhalten. wird, das Barkhausen-Rauschen 44 in dem Wiedergabeln Fig. 9A ist ein magnetoresistives Bauelement ge- ausgang vor. Da ferner zu den magnetoresistiven Kennmäß einem dritten Ausführungibeispiel der Erfindung daten eine Hysterese gehört, wird die Weiienformverdargestellt Die Oberfläche eines Glasträgers, auf wel- Zerrung größer. Das magnetoresistive Bauelement kann chem eine magnetoresistive Schicht später aufgebracht 40 daher in der Praxis nicht verwendet werden,
wird, wird durch ein Läppband abgeschliffen. Die Ober- In Fig. 9A sind die Domänen entlang der Läppkratze; fläche des Glasträgers ist durch Läppkratzer anisotrop ausgerichtet und unterteilt, so daß der magnetoresistive aufgerauht Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel Effekt (Fig. 9B) in der leichten Magnetisierungsachse sind die Läppkratzer parallel zu der Stromflußrichtung klein ist, und das Ausrichtungsverhältnis groß ist Die des magnetoresistiven Bauelements ausgebildet. Der 45 Stärke des anisotropen Magnetfeldes H_K der magne-Abstand zwischen benachbarten Läppkratzern ist belie- toresistiven Kenndaten (Fig. 9C) in der schweren Mabig. Bei einem entsprechenden Läppverfahren kann der gnetisierungsachse ist größer, da die magnetische Ener-Abstand im Durchschnitt 5 um sein. Die Domänen sind gie größer ist Infolge des größeren anisotropen Maentlang der Läppkratzer ausgerichtet; sie sind unterteilt gnetfelds H_K wird bei Oberlagerung eines kleinen Si- und ihre Ausrichtung ist ausgezeichnet 50 gnalmagnetfeldes zu dem Vormagnetisierungsfeld H₈ In Fig. 1OA ist ein magnetoresistives Bauelement ge- der dynamische Bereich breiter. Da die Domänen untermäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung veilt sind und ihre Magnetisierungsausrichtung kohärent dargestellt Die Oberfläche eines Glasträgers, auf wel- ist kann das Barkhausen-Rauschen nicht erzeugt werchem eine magnetoresistive Schicht später aufgebracht den, und bei der Wiedergabe wird eine ausgezeichnete wird, wird einseitig ausgerichtet durch ein Läppband 55 Ausgangswellenform erhalten,
unter einem Winkel von 45° bezüglich der Stromfluß- In Fig. 1OA werden die Läppkratzer unter einem richtung des magnetoresistiven Bauelements einachsig Winkel von 45° bezüglich der Längsrichtung des Baugeschliffen. Auf dieselbe Weise wie im Fall der Fig. 9A elements ausgebildet so daß die Domänen unterteilt werden die Domänen unterteilt und entlang der Läpp- werden, und ihre Ausrichtung dauerhaft ist. Die magnekratzer ausgerichtet Hierdurch wird eine hochgenaue 60 toresistiven Kenndaten (Fig. 10B) in der Wiedergabe-Ausrichtung unter einem Winkel von 45° bezüglich der Stromflußrichtung sind im wesentlichen die gleichen Stromflußrichtung erhalten. wie die (Fig. 10C) in der zu der Stromflußrichtung senkin Fig. 9A und 10A, in Fig. 9!B und 1OB bzw. in Fig. 9C rechten Richtung. In diesem Fall ist ein Vorniagneiisie- und IOC sind Domänenmuster, magnetoresistive Kenn- rungsfeld nicht erforderlich. Die Domänen werden bei daten der leichten Magnetisieirungsachsen, und magne- 65 einem Winkel von 45° vormagnetisiert Folglich wird toresistive Kenndaten der schweren Magnetisierungs- entsprechend dem angelegten Signaimagnetfeid ohne achsen zusammen mit Wellenformen der Wiedergabesi- Vormagnetisierungsfeld eine Wiedergabe-Signalform gnale in der gleichen Weise wie in Fig. 3A und 4A, in mit einer stabilen Linearität erhalten. Die Stärke des

anisotropen Magnetfeldes Hk der magnetoresistiven Kenndaten wird größer, wenn die Domänen unterteilt werden. Der dynamische Bereich des Ausgangs wird größer, und das Barkhausen-Rauschen kann nicht erzeugt werden.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen der magnetoresistiven Bauelemente gemäß der Erfindung werden im Vergleich zu den herkömmlichen, in Flg. 3A und 4A dargestellten, magnetoresistiven Bauelementen die Domänen unterteilt, und dauerhaft ausgerichtet. Folglich ist ein magnetoresistives Element geschaffen, das kein Barkhausen-Rauschen erzeugt, und das kein äußeres Vormagnetisierungsfeld erfordert.

Bei den dritten bzw. vierten, in Fig. 9A und 1OA dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Einschnittsoder Vertiefungsmuster auf der Oberfläche des Trägers, welcher mit dem magnetoresistiven Element bedeckt ist, durch die Läppkratzer gebildet. Die Tiefe eines Kratzers, der durch ein Läppband von # 4000 bis w 8000 gebildet ist, beträgt eiwa 2 bis 10 um. Der Abstand zwischen den Kratzern ist etwa 5 &mgr;&pgr;&igr;. Die Stärke des anisotropen Magnetfeldes der magnetoresistiven Kenndaten hat eine enge Beziehung zu der Tiefe und Breite der Kratzer. Um den dynamischen Bereich richtig zu steuern, muß ein gleichförmiges Muster verwendet werden. Das Substrat wird daher durch Trockenoder Naßätzen, wobei eine Photolackschicht als Maske verwendet wird, selektiv in einer Dicke geätzt, die geringer als die Dicke des magnetoresistiven Elements ist. Folglich wird ein Einschnittsmuster auf der Oberfläche des Trägers ausgebildet Wenn die magnetoresistive Schicht auf dem Einschnittsmuster ausgebildet ist, wird dasselbe Einschnittsmuster auf der Oberfläche der magnetoresistiven Schicht ausgebildet.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Einschnittsmuster auf der Oberfläche des Trägers ausgebildet Dieselbe Wirkung kann jedoch erreicht werden, wenn ein Einschnittsmuster auf der magnetoresistiven Schicht ausgebildet ist. Die magnetoresistive Schicht einer Legierung (Ni/Fe: 83/17) wird auf dem Träger in einem Magnetfeld aufgebracht, so daß magnetische Anisotropie induziert wird. Wenn die Richtung des anisotropen Magnetfeldes parallel zu dem linearen Einschnittsmuster ist, ist die Ausrichtung der Domänen stabilisiert, wodurch ausgezeichnete magnetoresistive Kenndaten erhalten sind.

In Rg. 11 ist ein magnetoresistives Bauelement gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine magnetoresistive Schicht 113 auf der Oberfläche eines Trägers 111 aufgebracht Die Oberfläche hat ein Einschnitts- oder Vertiefungsmuster 112. Die Richtung des Stroms / ist unter einem Winkel von 45° bezüglich des Einschnittsmusters schräg gestellt Ein Signalmagnetfeld Häg wird senkrecht zu der Stromflußrichtung angelegt Wenn der Magnetfluß des Signalmagnetfeldes H_Si_g entsprechend groß ist, haben die magnetoresistiven Kenndaten eine Hysterese, wie in Fig. 10 dargestellt ist, und zwar deswegen, da die Magnetisierung durch das Signalmagnetfeld H_s,_e umgekehrt wird und die Magnetisierung zwischen Läppkratzern irreversibel bewegt wird, so daß der dynamische Bereich unter einem Winkel von 45° klein wird. Wenn jedoch das Vormagnetisierungsfeld Hb entlang der Stromflußrichtung angelegt wird, wie in Fig. 1IA dargestellt ist wird eine Magnetisierung erhalten, so daß es zu einer reversiblen Magnetisierungsdrehung kommt

In diesem Ausführungsbeispiel ist das Einschnittsmuster unter 45° bezüglich der Längsrichtung des Bauelements geneigt. Dies kann der Fall sein, wenn ein Entmagnetisierungsfeld, das aus der Form des magnetoresistiven Bauelements entsteht, nicht beachtet wird. Wenn jedoch die Wirkung des Entmagnetisierungsfeldes aufgrund der Form des magnetoresistiven Bauelements beachtet wird, kann das Einschnittsmuster in Abhängigkeit von der Ausführung des Bauelements in einem Bereich von 30 bis 60" geneigt sein.

Wie in Fig. 12A und 12B dargestellt, wird durch das überlagerte Feld, das die Summe des anisotropen Magnetfeldes Hk, das durch das Muster induziert wird, eines Entmagnetisierungsfelds Hd, das durch die Form eines MR-Elements induziert ist, eines Magnetfeldes Hi, das durch den MR-Fühlstrom induziert ist, und eines extern angelegten Magnetfeldes He ist, die Magnetisierung Js zu der optimalen Vormagnetisierungsstelle leitet.
Wenn das Einschnittmuster bezüglich der Richtung eines durch das mR-Eiernent fließenden Stroms weniger als 45° geneigt ist; wird das von außen angelegte Magnetfeld ffesenkrecht zu der Längsrichtung des MR-Elements angelegt (Fig. 12A), um den Winkel der Magnetisierung I₀ von durch das Einschnittsmuster ausgerichteten Domänen zu erhöhen. Wenn jedoch das Einschnittsmuster um mehr als 45° bezüglich der Richtung eines durch das MR-Element fließenden Stroms (Fig. 12B) geneigt ist, wird das von außen angelegte Magnetfeld &EEgr;&egr; parallel zu der Längsrichtung des MR-EIements angelegt, um den Winkel der Magnetisierung Z₀, die durch das Einschnittsmuster ausgerichtet ist, zu verringern. Zu diesem Zeitpunkt ist dann die Richtung des äußeren Magnetfeldes dieselbe wie die der Magnetisierungsvektoren /o. Wenn ein äußeres Magnetfeld, dessen Richtung der Richtung der Magnetisierung /₀ entgegengesetzt ist angelegt wird, wird die Magnetisierung /o unstabil, und die Magnetisierung kann um 180° gedreht werden.

Der Abstand in dem Magnetisierungsmuster wird gemaß Fig. 8 in Betracht gezogen, wenn das Muster zum Vormagnetisieren der Magnetisierung verwendet wird. Wenn der Abstand in dem Einschnittmuster g-ößer als 10 &mgr;&pgr;&igr; ist, hat sich die Wirkung des Einschnittsmusters als nicht wesentlich erwiesen, so daß das anisotrope Magnetfeld Hk nicht wesentlich geändert wird. Die Länge des MR-Elements soll nunmehr 100 &mgr;&pgr;&igr; und seine Dicke soll 50 nm sein, vorausgesetzt daß der Entmagnetisierungsfeld-Koeffizient 5 &khgr; 10-⁴ ist und daß die Magnetisierung unter einem Winkel von 45° bezüglich der

so Längsrichtung des MR-Elements geneigt ist Eine magnetische Ladung oder Belegung /j/2 ist an den Endflächen der Schicht ausgebildet und ein Entmagnetisierungsfeld von etwa 280 A/m wird an dem MR-Element erzeugt Die Magnetisierungsrichtung ist unter einem Winkel von 45° bezüglich der Richtung des durch das MR-Element fließenden Stroms geneigt, wobei das Magnetfeld Hi bei Fließen des Stroms durch das MR-Element und das äußere Magnetfeld He entgegen dem Entmagnetisierungsfeld erzeugt worden ist In Fig. 1OB ist

&ohgr; ein umgekehrtes Magnetfeld H₀ im wesentlichen gleich

Folglich muß die Stärke des angelegten Signalmagnetfeldes Hs so eingestellt sein, daß das angelegte Signalmagnetfeld Hs kleiner als das umgekehrte Magnetfeld Ha ist Bei einem abgeschirmten magnetoresisäven bzw. MR-Kopf, welcher dünne Abschirmschichten auf

• den oberen und unteren Flächen der magnetoresistiven Schicht hat kann die Magnetisierung von 240 A/m des

umgekehrten Magnetfeldes Wo, d. h. von etwa 480 A/m des anisotropen Magnetfeldes Hk in einer Richtung ausgerichtet werden. Ferner ist die Magnetisierungsrkhtung unter einem Winkel von 45' bezüglich der Stromflußrichtung gehalten. Folglich werden in der Praxis hervorragende Verbesserungen festgestellt. Das oben wiedergegebene Ergebnis hat sich insbesondere bei einem Einschnittsmuster mit einem Abstand von 5 &mgr;&pgr;&igr; ergeben, wo das anisotrope Magnetfeld größer ist. Wenn die Magnetisierungsrichtung unter einem Winkel von 30 bis 60° bezüglich der Stromflußrichtung gehalten wird, wird eine ausgezeichnete Wiedergabewellenform erhalten.

In Fig. 13A und 13B ist ein magnetoresistives Bauelement gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Fig. 13C und 13D zeigen magnetoresistive Kenndaten des in Flg. 13A und 13B dargestellten Bauelementes. Ein Einschnittsmuster 132 ist auf der Oberfläche eines rechteckigen Substrats 131 ausgebildet und unter 45° bezüglich der Richtung des durch das MR-Ek,^nent fließenden Stroms i geneigt Elektroden 133 sind an beiden Enden des MR-Elements ausgebildet, so daß der Strom gleichförmig durch das MR-Element fließt

Nachdem das lineare Einschnittsmuster 132 auf dem Träger 131 ausgebildet ist wird eine MR-Schicht 134 aufgebracht Die leichte Magnetisierungsachse der MR-Schicht 134 ist entlang der Richtung des Einschnittsmusters 132 auf der Oberfläche des Trägers 131 ausgerichtet Die Stärke des anisotropen Magnetfeldes Hk wird durch die Einschnittstiefe und durch den Abstand in dem Einschnittsmuster gesteuert In Flg. 14 ist die Beziehung zwischen dem Verhältnis (HkIHk o) des anisotropen Magnetfeldes Hk, das mit Hilfe des Einschnittsmusters erhalten worden ist, zu einem anisotropen Magnetfeld //kc, das durch das Magnetfeld induziert wird, wenn eine MR-Schicht auf einem ebenen Substrat aufgebracht wird, und dem Abstand P sowie der Tiefe D des Einschnitts dargestellt Um ein ausreichend starkes, anisotropes Magnetfeld H_K zu erhalten, mi-B der Einschnittsabstand etwa OJS &mgr;&pgr;&igr; bei einer geringen Tiefe des Einschnittsmusters sein. Wenn der Abstand 2 &mgr;&pgr;&igr; ist wird eine Tiefe von mehr als 40 nm gefordert, um ein ausreichend starkes anisotropes Magnetfeld zu erhalten.

Die erhaltene MR-Schicht mit einer magnetischen Anisotropie hat die in Fig. 13D und 13C dargestellten Kenndaten. In Fig. 13C ist eine Kennlinie wiedergegeben, wenn ein Magnetfeld //»> senkrecht zu der. Einschnittsrichtung angelegt wird; in Fig. 13D ist eine Kennlinie dargestellt wenn das Magnetfeld H_ag parallel zu dem Einschnittsmuster angelegt wird. In dem ersten Fall ändert sich das Verhältnis &Dgr;&rgr;/_&Rgr;&ogr; einer Änderung &Dgr;_&rgr; in einem spezifischen Widerstand _po linear, wenn das Magnetfeld klein ist, wodurch eine ausgezeichnete Linearität erhalten wird Die Änderung in dem Verhältnis &Dgr;&rgr;/&rgr;&ogr; zeigt das Maximum, und das Inkrement des Verhältnisses &Dgr;&rgr;/&rgr;&ogr; wird durch Änderung des Magnetfeldes festgelegt Folglich kann die Polarität des Magnetfeldes ohne weiteres entnommen werden. In dem zweiten, in Fig. 13D dargestellten Fall ist die Änderung in dem Verhältnis &Dgr;&rgr;/&rgr;&ogr; klein, und der Wert des Verhältnisses Ap/_p0 ist in diesem Fall ein Minimum. Bei einem Vergleich der Fälle in Fig. 13C und 13D zeigt sich, daß sich das Verhältnis &Dgr;&rgr;/&rgr;&ogr; mit einer Periode von 360° bezüglich der Magnetfeldrichtung ändert Bei Verwendung des in Fig. 13A und 13B dargestellten, magnetoresistiven Bauelements kann die relative Neigung zwischen dem Ma-

62 IV //4

gnetfeld und dem magnetoresistiven Bauelement festgestellt werden.

Fig. 15A zeigt ein magnetoresistives Bauelement gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das magnetoresistive Bauelement ig Fig. 15A ist dasselbe wie in Flg. 13, außer daß die MR-SchicH in Streifen unterteilt ist, um den Widerstand zu erhöhen, und daß sie zwei Elementteile L und R hat, deren Streifen senkrecht zueinander sind und die einen dazwischen ange-

to ordneten Mittenanschluß 151 haben. Somit kann die Richtung des Magnetfeldes hochgenau festgestellt werden. 152 bezeichnet das Einschnittmuster. Flg. 15B zeigt die Magnetwiderstände der rechten und linken Elementteile R und L bei Anlegen des Magnetfeldes. Wenn der Strom /von dem linken Elementteil L zu dem rechten Elementteil R fließt, wie in Fig. 15A dargestellt ist ist der Ausgang an dem linken Elementteil L bezüglich des Mittenanschlusses 151 hoch, während ein Ausgang von dem rechten Elementteil R bezüglich des Mittelan-Schlusses 151 niedrig ist Wie in Flg. ISB dargestellt ist ist die Selektivität des Ausgangs bezüglich des Winkels verbessert.

In Flg. 16A ist ein magnetoresistives Element gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung darye stellt Zwei MR-Elementteile sind in der Weise ausgebildet, daß ihre Streifen senkrecht zueinander verlaufen. Einschnittsmuster 162 bzw. 163, die in den linken und rechten Elementteilen L und R ausgebildet sind, verlaufen ebenfalls senkrecht zueinander. Ferner beträgt ein Winkel, der durch die Einschnittsmuster und Streifen der Elementteile gebildet ist 45°. Ein Mittenanschluß 161 ist zwischen den rechten und linken Elementteilen R und L angeordnet Der Strom i fließt durch die rechten und linken Elementteile R und L, und es werden in den rechten und linken Elementteilen R und L erzeugte Spannungen gemessen. Bei dem magnetoresistiven Bauelement mit der in Fig. 16A dargestellten Anordnung verlaufen die Elernenueüe " und L senkrecht zueinander, und die Einschnittsmuster 162 und 163 als die jeweiligen Achsen einer Magnetisierung sind senkrecht zueinander. Folglich kann die Magnetfeldrichtung genauer als im Falle der Flg. 15A gemessen werden. Da die leichten Magnetisierungsachsen der rechten und linken Elementteile R und L senkrecht zueinander verlaufen, wie in Fig. 16B dargestellt ist unterscheidet sich die Richtung, welche den minimalen Ausgang des rechten Elementteils R anzeigt von der des linken Elementteils L Ferner werden, da der Strom, der dem rechten Elementteil R zugeführt wird, senkrecht zu dem fließt der

so dem linken Elementteil L zugeführt wird, Ausgänge von den rechten und linken Elementteilen R bzw. L null bei jeweils 90°. Ein Scheitelwert + + wird bei einem Phasenwinkel von 90° festgestellt, während der Scheitelwert bei einem Phasenwinkel von 180° festgestellt

wird. Die absoluten Ausgangswerte von den rechten und linken Elementteilen R und L sind dieselben an Zwischenstellen bei einem Winkel von 45°, so daß die Ausgänge von den rechten und linken Elementteilen R bzw. L an diesen Stellen einander aufheben. Bei dem magnetoresistiven Bauelement gemäß dem achten Ausführungsbeispiel läßt sich die Magnetfeldrichtung genauer feststellen als bei dem magnetoresistiven Bauelement nach dem in Fig. 15A dargestellten, siebten Ausführungsbeispiel.

In dem sechsten, siebten und achten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung ist das Einschnittsrnuster auf der Oberfläche des Trägers des MR-Elements ausgebildet Das anisotrope Magnetfeld des MR-Elements ist

entlang des Einschnittsmusters ausgebildet Ferner wird die Stärke des anisotropen Magnetfelds Hk in ausreichender Weise durch das Einschnittsmuster erhöht und gesteuert Der lineare Teil von MR-Kennlinien ist größer, so daß der dynamische Bereich breiter wird. Folglich ist ein neues MR-Element geschaffen, um hochgenau die Richtung des Magnetfeldes feststellen zu können.

In Rg. 17A und 17B ist ein magnetoresistives Bauelement gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt Ein Einschnittsmuster 172 ist auf der Oberfläche eines rechteckigen Subtrats 171 ausgebildet Die Richtung des Einschnittsmusters 162 ist um etwa 45° bezüglich der Richtung des durch das Bauele-

jedoch die Tiefe des Einschnittsmusters entsprechend kleiner sein muß als die Dicke der Isolierschicht, muß das folgende Verfahren angewendet werden.

In Rg. 19 ist ein Verhältnis der Tiefe T_s des Ein-Schnittsmusters auf der Isolierschicht zu der Tiefe To des Einschnittes auf dem Substrat als Funktion eines Verhältnisses der Tiefe Tc des Einschnittsmusters auf dem Substrat zu einer Dicke 7} des Isolierfilms dargestellt Das Einschnittsmuster auf der aufgebrachten Isolierschicht ist eine Kopie des Einschnittsmusters auf dem Substrat, wenn sie im Vakuum vertikal bezüglich der Oberfläche des Substrats aufgebracht wird, was mit dem Zeichen V angezeigt ist Selbst wenn die Dicke 7} der aufgebrachten Isolierschicht, größer ist, kann das

ment fließenden Stroms/geneigt Eine MR-Schicht 143 is Verhältnis TJTc nicht kleiner gemacht werden und wird auf dem Einschnittsmuster 172 aufgebracht, und sie bleibt eins. Da ferner die Kanten des Einschnittsmusters hat dasselbe Einschnittsmuster wie das Muster 172.
Elektroden 174 sind an den beiden Enden· des Trägers

171 angeordnet, so daß ein konstanter Strom /durch das

gebracht ist Folglich bleibt die Stärke des anisotropen Magnetfelds groß. Im Ergebnis ist die Permeabilität der Abschirmschicht nicht verbessert

Wenn ein Aufdampfen einer Isolierschicht im Vakuum durchgeführt wird, ist, da das Einschnittsmuster der aufgebrachten Isolierschicht geglättet ist, und die Kanten des Einschnittsmcsters, in der auf das Einschnittsmuster aufgebrachten Abschirmschicht abgerundet sind,

nicht abgerundet werden können, ist die magnetische Ladung, die erzeugt wird, wenn das MR-Element magnetisiert wird, dieselbe wie die, die erzeugt wird, wenn

MR-Element fließt In Rg. 17B, in welcher eine Schnitt- 20 die Abschirmschicht unmittelbar auf das Einschnittsmuansicht durch das MR-Element wiedergegeben ist, ist ster aufgebracht wird, ohne daß eine Isolierschicht aufeine Isolierschicht 175 auf der MR-Schicht 173 ausgebildet,
und eine Abschirmschicht 176 ist auf der Isolierschicht
175 ausgebildet Die Abschirmschicht 176 ist von
der MR-Schicht 173 und den Elektroden 174 elektrisch 25
isoliert

Die Stärke des anisotropen Magnetfeldes der auf der
Isolierschicht 175 ausgebildeten Abschirmung 176 ist so
groß wie die der auf dem Einschnittsmuster 172 ausgebildeten
MR-Schicht 173. Folglich ist die Permeabilität 30 die durch das Signalmagnetfeld erzeugte, magnetische der Abschirmschicht 176 geringer, und die Abschirm- Ladung kleiner. Folglich ist die Permeabilität der Abwirkung der Abschirmschicht 176 verschlechtert sich. schi-mschicht größer, so daß dessen Abschirmwirkung Da jedoch die MR-Schicht 173 und die Isolierschicht 175 stark verbessert ist Wenn das Verhältnis TcITi kleiner unter der Abschirmschicht 176 ausgebildet sind, kann ist, nimmt das Verhältnis T₁ ITc allmählich ab. Wenn das die Verschlechterung der Abschirmwirkung verbessert 35 Verhältnis TcITi kleiner als 0,1 ist, ist das Verhältnis werden, wenn die Form des Einschnittsmusters &iacgr;/2 auf TjTc kleiner als 0,6. Wenn die Tiefe Tdes Einschniusder Oberfläche der Abschirmschicht 176 etwas abge- musters auf dem Träger oder Substrat 10 nm ist, ist die flacht wird. In Rg. 18A bis 18C sind Änderungen in Tiefe T₁ des Einschnittsmusters auf der aufgebrachten Einschnittmustern dargestellt, die durch Aufbringen auf Isolierschicht 6 nm; dessen Oberfläche, die als Unterladas Substrat wieder gebildet worden sind. In Rg. 18A 40 ge dient auf welcher die Abschirmschicht ausgebildet sind Oberflächenstufen dargestellt, während eine Iso- wird, wird dann als eben betrachtet Die Permeabilität lierschicht 183 beispielsweise aus Siliziumdioxid im Va- der auf das Einschnittsmuster der Isolierschicht aufgekuum vertikal auf ein Substrat 181 aufgebracht wird, brachten Abschirmschicht ist dieselbe wie die des ebewelches ein Einschnittmuster 182 hat In diesem Fall sind nen Substrats. Folglich schafft die Abschirmschicht eine die Einschnitte in der Isolierschicht 183 im wesentlichen 45 zufriedenstellende Abschirmwirkung. Somit kann das dieselben wie die in dem Substrat 181. Wenn eine Ab- vorstehend beschriebene Verfahren erforderlichenfalls schirmschicht auf der Isolierschicht 183 ausgebildet angewendet werden, um eine Abschirmschicht mit auswird, ist deren Permeabilität schlechter. In Rg. 18B ist gezeichneten Abschirmkenndaten zu erhalten,
eine erste Isolierschicht 184 aus der durch einen Pfeil N, In Rg. 20 ist ein MR-Fühler dargestellt welcher ein

angezeigten Richtung aufgebracht, und dann ist eine so Signal mit kurzer Wellenlänge wiedergibt und welcher zweite Isolierschicht 185 auf die erste Isolierschicht 184 ein magnetoresistives Bauelement gemäß einem zehnaus der durch einen Pfeil AZ₂ angezeigten Richtung auf- ten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist Eine gebracht Das Isoliermaterial wird hauptsächlich in stu- MR-Schicht 204 ist auf einem magnetischen Substrat fenförmigen Teilen auf das Substrat 181 aufgebracht, so 201 ausgebildet, welches eine Abschirmwirkung aufdaß die stufenförmigen Teile abgerundet sind. Der Stu- 55 weist, und durch eine Isolierschicht getrennt Eine Ab-

fenunterschied in der Abschirmschicht auf der Isolierschicht ist verbessert und das anisotrope Magnetfeld der Abschirmschicht ist abgeschwächt, während deren Permeabilität größer ist In Rg. 18C wird eine Isolierschicht 186 durch Aufdampfen im Vakuum auf die gleiche Weise wie in Rg. 18B aufgebracht, um die Kanten der Einschnitte abzurunden. Die Kanten in Rg. 18C sind stärker abgerundet als die in Rg. 18B. Ferner muß nur eine Schicht aufgebracht werden, so daß dadurch die Herstellungskosten niedriger sind.

Wie vorstehend beschrieben, kann das Einschnittsmuster durch ein entsprechendes Aufbringen von Schichten in vorgegebenen Grenzen geglättet werden. Wenn

schirmschicht 206 ist auf der MR-Schicht 204 ausgebildet, die durch eine weitere Isolierschicht 205 getrennt ist. In diesem Fall ist ein Einschnittsmuster 202 auf dem magnetischen Substrat 201 in der Weise ausgebildet, daß ein Photolackmuster als Maske durch eine holographische Gitterbildung auf dem magnetischen Substrat 201 ausgebildet wird, und daß das magnetische Substrat dann durch Fenster in dem Photolackmuster einer Ionen- oder Plasmaätzung unterzogen wird. Die Isolier Schicht 207 wird zuerst auf die mit Einschnitten versehe' ne Oberfläche des magnetischen Substrats 201 aufge bracht, und dann wird die MR-Schicht 204 auf die Iso lierschicht 203 aufgebracht. Wenn das magnetische Sub

15 16

strat 201 einen polykristallinen Körper aufweist, kann rung M in der Mitte des MR-Elements sehr auf das die Ätzgeschwindigkeit, wenn eine Ionen- oder Plasma- Signalmagnetfeld H^ an. An dem Elememendteil ätzung durchgeführt wird, in Abhängigkeit von der Kri- spricht die Magnetisierung M nicht so stark auf das Stallausrichtung geändert werden. Folglich ist die Ober- Signalmagnetfeld H^_g an, wie in der Mitte des MR-EIefläche der geätzten Räche aufgerauht. Um eine glatte s ments und der Strom / fließt entlang des MR-Elemengeätzte Fläche zu erhalten, wird ein magnetisches Ein- tendteils. Der Teil, welcher dem magnetischen Material kristall-Substrat bevorzugt benachbart ist, hat eine geringe Empfindlichkeit Ferner

In diesem Ausführungsbeispiel wird, wenn das Ein- sind die Ausgangskenndaten für ein Signal mit kurzer schnittsmuster auf dem magnetischen Substrat 201 aus- Wellenlänge schlecht Außerdem ändert sich das Entmagebildet ist, der magnetische Spalt zwischen dem ma- io gnetisierungsfeld entlang der Querrichtung des MR-gnetischen Substrat 201 und der MR-Schicht 204 in ei- Elements infolge des Abriebs des MR-Kopfs entlang nem vorbestimmten Abstand gehalten. Da jedoch das dessen Breitenrichtung. Das Entmagnetisierungsfeld magnetische Signal, das auf ein Aufzeichnungsmaterial legt den dynamischen Bereich bezüglich des Signalmaaufgezeichnet worden ist linear ausgerichtet ist werden gnetfeldes des MR-Elementes fest Wenn sich das EntSignale, die unterschiedliche Phasen haben, gleichzeitig 15 magnetisierungsfeld infolge des Kopfabriebs ändert, von dem Aufzeichnungsmaterial wiedergegeben, wenn wird der dynamische Bereich geändert, was in der Praxis in der MR-Schicht deren obere Fläche dasselbe Ein- unangenehm ist und zu Schwierigkeiten führt, schnittsmuster aufweist wie das, das auf dem magne- Wenn die Abschirmung auf einer Oberfläche der MR-

tischen Substrat ausgebildet ist die Stufe des bzw. in Schicht vorgesehen ist wird die magnetische Ladung an dem EinschühtsiuBSter groß ist Folglich kann das Wie- 20 den Enden des MR-Elements nicht erzeugt, so daß das dergabesignal durch die folgende Gleichung ausge- Entmagnetisierungsfeld schwächer wird. Folglich ist der drückt werden: dynamische Bereich schmaler. Zu diesem Zeitpunkt

wird der dynamische Bereich durch tie Reluktanz der

V₂ - cos(2jrt/A) + V₂ - cos(27tff + a)/A) Abschirmschicht und der MR-Schicht und durch die

25 Permeanz des magnetischen Spalts zwischen der Ab-

wobei &lgr; die Wellenlänge des aufgezeichneten Signals schirmschicht und der MR-Schicht festgelegt Der dyna- und a die Phasendifferenz der Signale ist Wenn die mische Bereich reicht für praktische Anwendungsfälle Wellenlänge des aufgezeichneten Signals kürzer wird, nicht aus.

ist die Dämpfung des Signals groß. Wenn die Tiefe des Da jedoch bei den beschriebenen Ausführungsbei-

Einschnittsmusters der MR-Schicht mehr als ein Viertel 30 spielen der Erfindung das Einschnittsmuster auf der der Spaltbreite ist, reicht die Phasendifferenz a für prak- MR-Schicht ausgebildet ist kann die Richtung und Stärtische industrielle Anwendungszwecke nicht aus, da die ke des anisotropen Magnetfeldes so gesteuert werden, Kante des Einschnittsmusters der Abschirmschicht und daß ein MR-Element welches einen breiten dynamidie Kante der MR-Schicht nahe beieinander liegen und sehen Bereich hat und ein MR-Fühler oder ein MR-daß sich das Signalmagnetfeld in dem MR-Element zwi- 35 Kopf vorgesehen sind, dessen dynamischer Bereich sehen den benachbarten Einschnitten stört Auf diese nicht durch die Elementanordnung, wie die Form des Weise werden dann fehlerhafte Signale wiedergegeben. MR-Elements und die Ausbildung der Abschirmschicht, Die MR-Schicht 204 kann jedoch von der Abschirm- beeinflußt wird. Die Drehung der Magnetisierung ist schicht elektrisch isoliert werden, indem eine Spaltbrei- durch das Ausbilden des Einschnittsmusters über dem te von weniger als 02 &mgr;&eegr;&igr; vorgesehen wird. Folglich 40 gesamten Bereich des Elements konstant gehalten, kann eine Spaltbreite von 0,2 &mgr;&idiagr;&eegr; als der untere Grenz- Folglich ist ein MR-Element geschaffen, das ein Signal wert betrachtet werden. Somit ist dann die Tiefe des mit einer kürzeren Wellenlänge wiedergibt welches auf Einschnittsmusters auf dem Substrat vorzugsweise klei- dem Aufzeichnungsmaterial aufgezeichnet worden ist, ner als 50 nm. Wie in Fig. 14 dargestellt muß, um das als die der herkömmlichen Anordnung. Verhältnis H_K/H_Ko bei einer Einschnittstiefe von weni- 45 In Fig. 22A ist ein magnetoresistives Bauelement geger als 50 nm ausreichend zu erhöhen, der Einschnittab- maß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung stand kleiner als 2 &mgr;&pgr;&igr; sein. Durch Steuern des Abstan- dargestellt Ein Einschnittsmuster 222 ist auf einem Subdes und der Tiefe des Einschnittsmusters kann somit die strat 221 im wesentlichen parallel zu «üner Seite des Stärke des anisotropen Magnetfeldes H_K gesteuert wer- MR-Elements ausgebildet Ein lineares Photolackmuden. so ster ist durch Photolithographie auf dem Substrat 221

In einem spiralförmigen (barber pole) MR-Element ausgebildet welches geätzt wird, wobei das Photolackin welchem ein Strom durch das MR-Element unter muster als Maske verwendet wird, um so das Eineinem Winkel von 45° bezüglich dessen Längsrichtung schnittsmuster 222 auszubilden. Das Einschnittsmuster fließt ist der Drehwinkel einer Magnetisierung M an 222 kann auch durch Läppen mittels eines Schleifmittels den Enden des Elements infolge der magnetischen La- 55 ausgebildet werden. Danach wird eine MR-Schicht 223 dung klein, die an den Enden des MR-Elements bei An- auf dem Einschnittmuster ausgebildet. An den beiden legen des Signalmagnetfeldes H_Si_g erzeugt worden ist, Enden der MR-Schicht 223 sind Elektroden 225 angewie durch Pfeile in Fig. 21B angezeigt ist Der Drehwin- ordnet um dem MR-Element einen konstanten Strom kel der Magnetisierung M ist jedoch in der Mitte des zuzuführen. Das Material für die Elektroden 225 ist aus MR-Elements groß. Da leitende Drähte aus einem Ma- 60 Cu, Al und Au ausgewählt, welche einen kleinen spezifiterial, wie Au, Cu und Al, welche im Vergleich zu dem sehen Widerstand haben. Wenn die Elektroden 225 ausspezifischen Widerstand des MR-Elements einen ausrei- gebildet sind, sind gleichzeitig dünne Streifen 226 in chend kleinen spezifischen Widerstand aufweisen, auf vorbestimmten Abständen unter einem Winkel von 45° dem MR-Element 211 unter einem Winkel von 45° be- bezüglich der Richtung des Einschnittsmusters angeordzüglich der Längsrichtung des MR-Elements angeord- 65 net. Folglich fließt der Strom unter einem Winkel von net sind, fließt ein Strom / durch einen Endteil 213 des 45° bezüglich des Einschnittsmusters. MR-Elements, wie in Fig. 21A dargestellt ist Sowohl in Die Magnetisierung des MR-Elements mit der vorste-

FIg. 21A wie auch in Fig. 21B spricht die Magnetisie- hend beschriebenen Anordnung hat eine Domänen-

17

struktur, bei welcher die Domänen an den Einschnitten unterteilt sind, wie in Rg. 22B dargestellt ist Der ebene Teil zwischen den Stufen des Einschnittsmusters 222 kann als eine einzige Domäne betrachtet werden. Eine einzige Domäne schafft ein gleichförmiges Entmagnetisierungsfeld für jede einzelne Domäne, wenn der Einschnittsabstand gleichmäßig ist Ferner wird die Magnetisierung jeder einzelnen Domäne, durch ein von außen angelegtes Signalmagnetfeld kohärent gedreht Im Vergleich mit dem in Rg. 21B dargestellten Fall, bei welehern die Empfindlichkeit in der Nähe des Endteils infolge der magnetischen Ladung, die an den Endteilen des MR-Elements erzeugt worden ist verringert ist arbeitet das MR-Element nach Rg. 22A in der Mitte und an seinen Endteilen gleichförmig, so daß die Empfindlichkeit an dem Elementteil nahe der Oberfläche des magnetischen Materials größer ist Der Teil nahe dem magnetischen Material weist die höchste Stärke des Magnetfelds auf. Ferner hat wenn die Empfindlichkeit des Elementteils nahf der Oberfläche des Aufzeichnungsmaterials größer srird, der Elementteil, welcher einen kleineren Zwischenraumverlust aufweist eine höhere Empfindlichkeit wodurch ein hohes Ansprechen auf ein Signal kurzer Wellenlänge geschaffen ist

In einem MR-Element welches gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Schutzschicht hat die zumindest auf einer Seite der MR-Schicht vorgesehen ist wie in Rg. 23 dargestellt ist ist ein magnetischer Kreis durch magnetische Abschirmungen 231 und 235 gebildet so daß es schwierig ist einen dynamischen Bereich zu erhalten, der dem von einem Aufzeichnungsmaterial 237 aus angelegten Signalmagnetfeld entspricht Die Spalte zwischen dem MR-Element 233 und den Abschirmungen 231 und 235 sind durch die Wellenlänge des auf dem Au- ieichnungsmaterial 237 aufgezeichneten Signals festgelegt so daß dadurch der magnetische Kreis aus der MR-Schicht und den Abschirmungen festgelegt ist. Somit kann der dynamische Bereich, der durch die Summe aus dem anisotropen Magnetfeld des MR-Elements und dem Signalmagnetfeld festgelegt ist, nicht geändert werden.

Wenn, wie in Rg. 23 dargestellt ein Einschnittsmuster 238 auf dem Substrat 234 ausgebildet ist und dann die MR-Schicht 233 auf dem Einschnittmuster 238 aufgebracht ist kann magnetische Anisotropie entlang des Einschnittmusters 238 induziert werden, so daß dessen anisotropes Magnetfeld durch die Tiefe und den Abstand in dem Einschnittmuster gesteuert werden kann.

Wenn, wie in Rg. 14 dargestellt, der Abstand und die Tiefe des Einschnittsmusters gesteuert werden, kann der dynamische Bereich des Elements als magnetischer Fühler erweitert werden. Wenn ferner der magnetische Spalt zwischen der MR-Schicht und der Abschirmung kleiner wird, nimmt der Magnetflußschwund zu, und das Entmagnetisierungsfeld nimmt ab. Folglich weist das MR-Element mit einem kleinen Magnetspalt einen kleinen dynamischen Bereich auf. Üblicherweise hat der MR-Fühler, um ein Signal mit einer kurzen Wellenlänge wiederzugeben, einen kleinen dynamischen Bereich. Gemäß bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann jedoch in dem MR-Fühler, um ein Signal mit kurzer Wellenlänge wiederzugeben, der dynamische Bereich erweitert werden.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

Patentansprüche mit zwei magnetoresistiven Schichten aus einem

ferromagnetischen Material, dadurch gekennzeich-

l.Magnetoresistives Bauelement net, daß die linearen Einschnitt- oder Vertiefungs

muster (152,162), die auf mindestens einer Oberflä-

a) mit einem Substrat, 5 ehe jeder magnetoresistiven Schicht (L, R) ausge-

b) mit einer magnetoresistiven Schicht aus ei- bildet sind, senkrecht zueinander verlaufen nem ferromagnetischen Material, welche auf (Fig. 15a, 16a).

das Substrat aufgebracht ist, und

c) mit mindestens zwei Elektroden, die an der Beschreibung
magnetoresistiven Schicht angeordnet sind, io

Die Erfindung betrifft ein magnetoresistives Bauele-

dadurch gekennzeichnet, daß ment der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen

Gattung.

d) ein Einschnitt- oder Vertiefungsmuster (53, Aus der US-PS 38 64 751 ist ein magnetoresistives 63, 112, 133, 152, 162) auf mindestens einer 15 Bauelement bekannt, bei dem magnetische Abschirm-Fläche der magnetoresistiven Schicht (52, 62, schichten auf jeder Seite von isolierenden Schichten ab-113,132) ausgebildet ist. gelagert worden sind, um die Auswirkungen von magnetischen Streuflüssen zu verringern, die sonst das

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Auflösungsvermögen des Signals ungünstig beeinfluszeichnet, daß das Einschnitt- oder Vertiefungsmu- 20 sen.

ster (53,63,452,133,152,162) auf einer dem Sub- Weiterhin geht aus Solid State Technology,

strat zugewandten Fläche ausgebildet ist, auf der April 1978, Heft 4, Seiten 44,46 und 52 ein magnetoresi-

die magnetoresistive Schicht (52,62,113,132) auf- stives Bauelement hervor, bei dem hochleitende Strei-

gebracht ist. fen aus Gold schräg auf die magnetoresistive Schicht

3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 aus Nickel/Eisen abgelagert werden. Dies führt zu einer zeichnet, daß das Einschnitt- oder Vertiefungsmu- guten Linearisierung der Kennlinie und zur maximalen ster (53,63,112,133) auf einer vom Substrat abge- Empfindlichkeit eines solchen magnetorwistiven Bauwandten Oberfläche ausgebildet ist, auf der die ma- elements.

gnetoresistive Schicht (52,62,113,132) aufgebracht Ein magnetoresistives Bauelement der angegebenen

ist 30 Gattung geht schließlich aus der DE-AS 24 33 645 her-

4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, vor und weist ein Substrat, eine magnetoresistive dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Ein- Schicht aus einem ferromagnetischen Material, welche schnitte bzw. Vertiefungen nicfe« größer als 10 &mgr;&pgr;&igr; auf das Substrat aufgebracht ist, und mindestens zwei ist. Elektroden auf, die an der magnetoresistiven Schicht

5. Bauelement nach einem der / lsprüche 1 bis 4, 35 angeordnet sind.

dadurch gekennzeichnet, daß ein lineares Ein- Ein solches Bauelement und seine Nachteile sollen im

schnitt- oder Vertiefungsmuster (63,112,133,152, folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. i bis 4 näher

162) einseitig gerichtet auf mindestens einer der erläutert werden. Dabei zeigt

Flächen der magnetoresistiven Schicht (62, 113, Flg. 1 eine perspektivische Ansicht des Grundaufbaus

132) ausgebildet ist. 40 eines Magnetkopfes mit einem magnetoresistiven Bau-

6. Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekenn- element,

zeichnet, daß das lineare Einschnitt- oder Vertie- FIg. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Funk-

fungsmuster Läppkratzer aufweist tionsweise eines Magnetkopfes nach Flg. 1,

7. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekenn- Flg. 3A eine Darstellung der idealen Domänenstrukzeichnet, daß das lineare Einschnitt- oder Vertie- 45 tür dieses magnetoresistiven Bauelementes,
fungsmuster einen periodischen Abstand mit der Fig. 3B und 3C Kurvendarstellungen zur Erläuterung Musterwiederholung hat. der Kennlinien dieses magnetoresistiven Bauelementes,

8. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekenn- bezogen auf die leichte bzw. schwere Magnetisierungszeichnet, daß eine Richtung des linearen Einschnitt- achse,

oder Vertiefungsmusters parallel zu einer magne- 50 Flg. 4A eine Darstellung der tatsächlichen Domänentischen Anisotropie-Richtung der magnetoresisti- Struktur dieses magnetoresistiven Bauelementes, und
ven Schicht verläuft. Flg. 4B und 4C Kurvendarstellungen zur Erläuterung

9. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekenn- der Kenndaten dieses magnetoresistiven Bauelementes zeichnet, daß eine Richtung des linearen Einschnitt- längs der leichten bzw. schweren Magnetesierungsach- oder Vertiefungsmusters parallel zur Richtung des 55 se.

Ssromes verläuft, der durch die magnetoresistive Bei dem aus Fig. 1 ersichtlichen, ein magnetoresisti-

Schicht fließt ves Bauelement enthaltenden Magnetkopf ändert sich

10. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekenn- der elektrische Widerstand, wenn ein Magnetfeld an die zeichnet, daß eine Richtung des linearen Einschnitt- ferromagnetische Schicht des magnetoresistiven Bauoder Vertiefungsmusters in einem Winkel von 60 elementes angelegt wird. Eine als magnetoresistive 30—60° zur Richtung des durch die magnetoresisti· Schicht dienende, dünne Platte aus einem ferromagnetive Schicht fließenden Stromes geneigt ist sehen Material 12 kommt längs der V-Achse in Anlage

11. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekenn- an einen Aufzeichnungsträger 11; als Alternative hierzu zeichnet, daß zur Einstellung der Magnetisierung in kann die dünne Platte 12 auch in der Nähe des Aufzeicheine Richtung ein Vormagnetisierungs-Feld an eine 65 nungsträgers 11 angeordnet werden.

anisotrope Magnetisierung längs des linearen Ein- Elektroden 13 und 14 sind an den beiden Enden der

schnitt- oder Vertiefungsmusters angelegt ist. magnetoresistiven Schicht 12 längs ihrer Längsrichtung

12. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 (der Z-Achse) angeordnet. Durch die Elektroden 13 und