[发明专利]磁阻装置和利用磁阻装置的磁性存储器

说明书

本发明涉及一种磁阻元件或使用具有垂直的磁各向异性的磁性层的装置，并还涉及一种利用磁阻装置的磁性存储器。本发明还涉及一种关于这种磁性存储器的记录方法。

通过叠置磁性层和非磁性层所获得的GMR(巨磁阻)装置和TMR(隧道磁阻)装置作为磁敏传感器，通过它们所具有的较大的磁阻变化率，与常规的AMR(各向异性磁阻)相比，可望显示出较好的性能，GMR装置已经投入实际使用，用作对HDDs(硬盘驱动器)的读取或播放磁头。另一方面，比GMR装置有更高的磁阻变化率的TMR装置不仅可用于磁头，还可用于磁性存储器。

已知一种如图1所示的常规TMR装置的基本结构(例如，见日本待定专利申请平9-106514)。现参见图1，TMR装置通过叠置第一磁性层31、绝缘层32、第二磁性层33和反铁磁层34制成。在这种情况下，第一磁性层31和第二磁性层33是由Fe,Co,Ni或它们的合金制成的铁磁体，反铁磁层34由FeMn、NiMn等制成，绝缘层32由Al₂O₃制成。

用由Cu等制成的具有导电性的一个非磁性层取代图1中的绝缘层32将得到GMR装置。

在常规的GMR装置和TMR装置中，因为磁性层沿层表面磁化，所以装置尺寸按窄轨道宽度的磁头或高集成度的磁性存储器的比例的缩小将导致这些装置受磁极端部产生的抗磁场严重影响。为此，磁性层的磁化方向将变得不稳定，这样反过来很难保持均匀地磁化，并最终导致发生诸如磁头和磁性存储器的装置操作失败。

作为解决这类问题的一种办法，日本待定专利申请平11-213650中公开了一种利用具有垂直的磁各向异性磁性层的磁阻装置。在此公开物中给出的装置结构示于图2。磁阻装置构造成非磁性层42夹在第一磁性层41和第二磁性层43之间，其中第一磁性层由一个低矫顽力的垂直磁化膜形成，第二磁性层由一个高矫顽力的垂直磁化模形成。第一和第二磁化层由利用稀土-过渡元素的合金、石榴石膜、PtCo、PdCo等制成的铁磁膜提供。

在这种情况下，因为端部磁极出现在磁性膜表面，所以抑制了由于装置的按比例缩小导致的抗磁场的增大。因此，如果磁性膜的垂直磁各向异性能量基本上大于端部磁极导致的抗磁场能量，则无论装置的尺寸如何，都可以稳定沿垂直方向的磁化。

但是，在利用具有垂直磁各向异性的磁性层的磁阻装置中，端部磁极出现在磁性膜表面。因为用于GMR装置和TMR装置的非磁性层非常薄，所以出现在磁性层和非磁性层界面处的磁极影响另一个磁性层的磁化，其影响力可以使反磁化。因此，当磁阻装置应用到例如磁性存储器上时，可能会出现这样的问题，储存的信息不能写入存储器，或写入的信息不能消除。

因此，鉴于要解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种磁阻装置以及一种利用磁阻装置的磁性存储器，该磁阻装置使得磁性层能够保持在稳定的磁化状态，不受从其它磁性层穿过绝缘层施加而来的泄漏的磁场影响。

在上述常规的磁阻装置中，为了磁性层中的磁化作用克服端部磁极所致的抗磁场能量的效应、从而达到垂直稳定，最好磁性膜的垂直磁各向异性能量尽可能地大。但是，这通常导致矫顽力也一致地增大。因此把具有足够稳定的垂直磁化膜的常规磁阻装置应用到磁性存储器中时，记录层的矫顽力将过度地增大，这将很难通过记录电流产生的磁场执行反磁化。

因此，本发明的第二目的在于提供一种磁阻装置以及一种利用磁阻装置的磁性存储器，磁阻装置具有的矫顽力的大小使得能够进行反磁化，并且磁阻装置将磁化的信息稳定地保持在记录层中。

在此，通过日本待定专利申请平11-213650中公开的实例解释利用垂直磁化膜对磁性存储器的记录方法。根据该公开物提出的磁阻装置和写入线的分布示于图3。

如图2中的情形，图3的装置由第一磁性层21、非磁性层22和第二磁性层23制成。假设第一磁性层21是一个存储层，往装置中记录信息是通过使电流穿过设置在装置两侧上的写入或记录线24、25、由此使得第一磁性层21的磁化被电流线产生的磁场抵销来完成。例如，为了使第一磁性层21向装置的上方磁化，电流穿过记录线24沿插图的纸面向前，即朝向与插图纸面的前侧面对的方向，并穿过记录线25返回插图纸面，即朝向插图纸面的反侧面对的方向。因为由这两个电流线产生的合成磁场27朝向装置的上方，所以第一磁性层21的磁化方向朝向装置的上方。