DE69316708T2

DE69316708T2 - Magneto-resistiver Fühler

Info

Publication number: DE69316708T2
Application number: DE69316708T
Authority: DE
Inventors: Peter Michael Baumgart; Bernard Dieny; Bruce Alvin Gurney; Jean-Pierre Nozieres; Virgil Simon Speriosu; Dennis Richard Wilhoit
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: IBM United Kingdom Ltd; HGST Netherlands BV
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2013-11-02
Also published as: SG42845A1; EP0596689A3; JPH06223336A; JP2592216B2; EP0596689B1; US5287238A; DE69316708D1; EP0596689A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf magnetische Sensoren zum Lesen von Informationssignalen, die in einem magnetischen Medium aufgezeichnet sind, und spezieller auf einen magnetoresistiven Lesesensor.
Der Stand der Technik offenbart einen magnetischen Lesewandler, der als ein magnetoresistiver (MR) Sensor oder Kopf bezeichnet wird, von dem gezeigt wurde, daß er in der Lage ist, Daten von einer magnetischen Oberfläche bei großen linearen Dichten zu lesen. Ein MR-Sensor detektiert Magnetfeldsignale durch die Widerstandsänderungen eines Leseelementes, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist, als Funktion der Stärke und Richtung eines magnetischen Flusses, der durch das Leseelement abgetastet wird. Diese MR-Sensoren gemäß dem Stand der Technik arbeiten auf der Basis des anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effektes, bei dem sich eine Komponente des Leseelementwiderstandes quadratisch mit dem Cosinus (cos²) des Winkels zwischen der Magnetisierung und der Richtung eines Abtaststromflusses durch das Element ändert. Eine detailliertere Beschreibung des AMR-Effektes ist in "Memory, Storage, and Related Applications", D.A. Thompson et al., IEEE Trans. Mag. MAG-11, S. 1039 (1975) zu finden.
In jüngerer Zeit wurde ein anderer, ausgeprägterer magnetoresistiver Effekt beschrieben, bei dem die Änderung des Widerstands eines geschichteten magnetischen Sensors der spinabhängigen Transmission der Leitungselektronen zwischen den magnetischen Schichten durch eine nicht-magnetische Schicht und der begleitenden spinabhängigen Streuung an den Schichtgrenzflächen zugeschrieben wird. Dieser magnetoresistive Effekt wird unterschiedlich als der "riesenmagnetoresistive" oder "Spinventil"- Effekt bezeichnet. Ein derartiger magnetoresistiver Sensor, der aus den geeigneten Materialien hergestellt ist, stellt eine verbesserte Empfindlichkeit und eine größere Widerstandsänderung bereit, als in Sensoren beobachtet wird, die den AMR- Effekt nutzen. Indiesem Typ von MR-Sensor ändert sich der Intraebenen-Widerstand zwischen einem Paar von ferromagnetischen Schichten, die durch eine nicht-magnetische Schicht getrennt sind, mit dem Cosinus (cos) des Winkels zwischen der Magnetisierung in den zwei Schichten.
Das US-Patent Nr. 4 949 039 von Grunberg beschreibt eine geschichtete magnetische Struktur, die gesteigerte MR-Effekte liefert, die durch eine antiparallele Ausrichtung der Magnetisierungen in den magnetischen Schichten verursacht werden. Als mögliche Materialien zur Verwendung in der Schichtstruktur listet Grunberg ferromagnetische Übergangsmetalle und -legierungen auf, gibt jedoch keine bevorzugten Materialien aus der Liste für eine besonders hohe MR-Signalamplitude an. Grunberg beschreibt des weiteren die Verwendung von Austauschkopplung vom antiferromagnetischen Typ, um die antiparallele Ausrichtung zu erzielen, in der benachbarte Schichten aus ferromagnetischen Materialien durch eine dünne Zwischenschicht aus Chrom (Cr) oder Yttrium (Y) getrennt sind.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-490608 offenbart einen MR- Sensor, bei dem beobachtet wird, daß sich der Widerstand zwischen zwei nicht gekoppelten ferromagnetischen Schichten mit dem Cosinus des Winkels zwischen den Magnetisierungen der zwei Schichten ändert und unabhängig von der Richtung des Stromflusses durch den Sensor ist. Dieser Mechanismus erzeugt eine Magnetoresistenz, die für ausgewählte Kombinationen von Materialien von größerer Höhe als beim AMR ist und als Riesenmagnetoresistenz oder die "Spinventil" (SV) -Magnetoresistenz bezeichnet wird.
Die gleichzeitig anhängige europäische Patentanmeldung Serien nr. 93306379.4 beschreibt einen auf dem oben beschriebenen Effekt basierenden MR-Sensor, der zwei Dünnfilmschichten aus ferromagnetischem Material beinhaltet, die durch eine Dünnfilmschicht aus einem nicht-magnetischen, metallischen Material getrennt sind, und bei dem die Magnetisierung einer ferromagnetischen Schicht durch Austauschkopplung mit einer angrenzenden Schicht aus antiferromagnetischem Material bei einem angelegten externen Magnetfeld von null senkrecht zu der Magnetisierung der anderen ferromagnetischen Schicht gehalten wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein magnetoresistiver Sensor mit einer auf einem Substrat ausgebildeten Schichtstruktur bereitgestellt, wobei die Struktur eine erste, eine zweite und eine dritte Schicht aus ferromagnetischem Material beinhaltet, jede der Schichten aus ferromagnetischem Material durch eine Schicht aus nicht-magnetischem, metallischem Material von der benachbarten Schicht aus ferromagnetischem Material getrennt ist, die zweite Schicht aus ferromagnetischem Material zwischen der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material angeordnet ist, die Magnetisierungsrichtung in der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material festgehalten ist und die Magnetisierungsrichtung in der zweiten Schicht aus ferromagnetischem Material bei einem angelegten Magnetfeld von null im wesentlichen senkrecht zu den festgehaltenen Magnetisierungsrichtungen in der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material verläuft.
Somit wird ein magnetoresistiver (MR) Lesesensor mit einer mehrschichtigen Doppelspinventilstruktur bereitgestellt, der eine große MR-Antwort bei niedrigen angelegten Magnetfeldern erzielt. Die MR-Struktur beinhaltet eine Schichtstruktur, die auf einem geeigneten Substrat ausgebildet ist und eine erste; eine zweite und eine dritte Dünnfilmschicht aus ferromagnetischem Material beinhaltet, die durch Dünnfilmschichten aus nicht-magnetischem, metallischem Material getrennt sind. Die Magnetisierungsorientierung der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material, d.h. der äußeren Schichten der Struktur, ist fest, während die zweite, zwischenliegende Schicht aus ferromagnetischem Material magnetisch weich ist und ihre Magnetisierung im wesentlichen senkrecht zu jener der beiden äußeren Schichten aus ferromagnetischem Material orientiert ist. In bevorzugten Sensoren gemäß dieser Erfindung können die Magnetisierungsrichtungen der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material durch ein beliebiges von verschiedenen Verfahren festgehalten oder "gepinnt" werden, die harte Vormagnetisierung oder Austauschvormagnetisie rung durch eine benachbarte antiferromagnetische Schicht beinhalten, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Magnetisierungsrichtungen der zwei äußeren ferromagnetischen Schichten antiparallel zueinander gepinnt, und somit wirkt jede gepinnte Schicht als Halter des magnetischen Flusses für die andere gepinnte Schicht. Die Magnetisierungsrichtung der zweiten, zwischenliegenden, ferromagnetischen Schicht kann sich frei mit einem angelegten Magnetfeld drehen. Der elektrische Widerstand von jedem Paar ferromagnetischer Schichten, d.h. der ersten und der zweiten Schicht sowie der zweiten und der dritten Schicht, ändert sich als Funktion des Cosinus des Winkels zwischen den Magnetisierungsrichtungen der zwei ferromagnetischen Schichten des Paares. Hinsichtlich einer geeigneten Wahl von Materialien einschließlich Berücksichtigung des spezifischen elektrischen Widerstandes des Materials als Funktion des Spins der Leitungselektronen ist der Effekt additiv zwischen den zwei Paaren von Schichten, und es kann ein MR-Sensor hergestellt werden, bei dem sich der Widerstand des Sensors von einem minimalen zu einem maximalen Wert ändert, wenn sich die Magnetisierungsrichtung der zwischenliegenden, freien Schicht zum Beispiel von einer Richtung nahezu parallel zu der Magnetisierung der ersten, äußeren gepinnten Schicht in eine Richtung nahezu parallel zu der Magnetisierungsrichtung der dritten, äußeren gepinnten Schicht dreht. Eine Stromquelle stellt einen Abtaststrom für den MR-Sensor bereit, der aufgrund der Drehung der Magnetisierung in der zwischenliegenden, freien Schicht aus ferromagnetischem Material als Funktion des angelegten externen Magnetfeldes, das abgetastet wird, einen Spannungsabfall über das Leseelement hinweg proportional zu den Änderungen des Widerstands des MR-Sensors erzeugt.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein mehrschichtiger Doppelspinventilsensor bereitgestellt, in dem die Magnetisierungsrichtungen in den zwei äußeren ferromagnetischen Schichten parallel zueinander sind, wobei beide senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung in der mittleren, freien ferromagnetischen Schicht sind.
In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein magnetisches Speichersystem bereitgestellt mit einem magnetischen Speichermedium mit einer Mehrzahl von Spuren zum Aufzeichnen von Daten; einem magnetischen Meßwandler, der während einer Relativbewegung zwischen dem magnetischen Meßwandler und dem magnetischen Speichermedium in einer eng beabstandeten Position relativ zu dem magnetischen Speichermedium gehalten wird, wobei der magnetische Meßwandler einen magnetoresistiven Lesesensor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet; Betätigungsmitteln, die mit dem magnetischen Meßwandler gekoppelt sind, um den magnetischen Meßwandler zu ausgewählten Spuren auf dem magnetischen Speichermedium zu bewegen; und mit Detektionsmitteln, die mit dem magnetoresistiven Lesesensor gekoppelt sind, um Widerstandsänderungen in dem magnetoresistiven Material in Abhänqigkeit von Magnetfeldern zu detektieren, die für Datenbits repräsentativ sind, die in dem magnetischen Speichermedium aufgezeichnet sind, das von dem magnetoresistiven Sensor abgetastet wird.
Nunmehr werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Magnetplattenspeichersystems ist;
Figur 2 eine perspektivische Explosionsansicht einer bevorzugten Ausführungsform des magnetoresistiven Sensors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 3 eine Endansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des magnetoresistiven Sensors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 4 eine graphische Darstellung ist, welche die Hystereseschleife und die magnetoresistive Antwort für eine Spinventil- MR-Sensorstruktur gemäß dem Stand der Technik zeigt;
Figur 5 eine graphische Darstellung ist, welche die magnetoresistive Antwort für den in Figur 2 gezeigten MR-Sensor darstellt;
Figur 6 ein schematisches Diagramm ist, das eine Spinventilstruktur mit positiver Riesenmagnetoresistenz darstellt;
Figur 7 ein schematisches Diagramm ist, das eine Spinventilstruktur mit negativer Riesenmagnetoresistenz darstellt;
Figur 8 ein schematisches Diagramm eines eine positive und eine negative Riesenmagnetoresistenz nutzenden Doppelspinventils gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist;
Figur 9 eine perspektivische Explosionsansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des magnetoresistiven Sensors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist; und
Figur 10 eine Endansicht einer weiteren Ausführungsform eines magnetoresistiven Sensors ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 1, wird ersichtlich, wenngleich die Erfindung als in einem Magnetplattenspeichersystem verkörpert beschrieben ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, daß die Erfindung auch auf andere magnetische Aufzeichnungssysteme, wie zum Beispiel ein Magnetbandaufzeichnungssystem, anwendbar ist. Wenigstens eine drehbare Magnetplatte 12 ist auf einer Welle 14 gehalten und wird durch einen Plattenantriebsmotor 18 in Drehung versetzt. Die magnetischen Aufzeichnungsmedien auf jeder Platte liegen in Form einer ringförmigen Struktur konzentrischer Datenspuren (nicht gezeigt) auf der Platte 12 vor.
Wenigstens ein Gleitstück 13 ist auf der Platte 12 positioniert, wobei jedes Gleitstück 13 einen oder mehrere magnetische Schreib/Lese-Meßwandler 21 trägt, die typischerweise als Schreib/Leseköpfe bezeichnet werden. Wenn sich die Platten drehen, werden die Gleitstücke 13 radial nach innen und außen über die Plattenoberfläche 22 hinweg derart bewegt, daß die Köpfe 21 auf verschiedene Bereiche der Platte, wo gewünschte Daten aufgezeichnet sind, zugreifen können. Jedes Gleitstück 13 ist mittels einer Aufhängung 15 an einem Betätigungsarm 19 angebracht. Die Aufhängung 15 stellt eine geringe Federkraft bereit, die das Gleitstück 13 gegenüber der Plattenoberfläche 22 vorspannt. Jeder Betätigungsarm 19 ist an Betätigungsmitteln 27 angebracht. Die Betätigungsmittel, wie in Fig. 1 gezeigt, können zum Beispiel aus einem Schwingspulenmotor (VCM) bestehen. Der VCM beinhaltet eine innerhalb eines festen Magnetfeldes bewegbare Spule, wobei die Richtung und die Geschwindigkeit der Spulenbewegungen durch die Motorstromsignale gesteuert werden, die von einer Steuereinrichtung zugeführt werden.
Während des Betriebs des Plattenspeichersystems erzeugt die Drehung der Platte 12 ein Luftlager zwischen dem Gleitstück 13 und der Plattenoberfläche 22, das eine nach oben gerichtete Kraft oder einen Hub auf das Gleitstück ausübt. Das Luftlager gleicht somit die geringe Federkraft der Aufhängung 15 aus und trägt das Gleitstück 13 während des Betriebs um einen kleinen, im wesentlichen konstanten Abstand von der Plattenoberfläche weg und etwas über derselben.
Die verschiedenen Komponenten des Plattenspeichersystems werden während des Betriebs durch Steuersignale, wie Zugriffssteuersignale und interne Taktsignale, gesteuert, die von einer Steuereinheit 29 erzeugt werden. Typischerweise beinhaltet die Steuereinheit 29 zum Beispiel logische Steuerschaltkreise, Speichermittel und einen Mikroprozessor. Die Steuereinheit 29 erzeugt Steuersignale, um verschiedene Systemvorgänge zu steuern, wie Antriebsmotorsteuersignale auf Leitung 23 und Kopfpositions- und Suchsteuersignale auf Leitung 28. Die Steuersignale auf Leitung 28 stellen die gewünschten Stromprofile bereit, um ein ausgewähltes Gleitstück 13 optimal zu der gewünschten Datenspur auf der zugehörigen Platte 12 zu bewegen und dort zu positionieren. Lese- und Schreibsignale werden mittels eines Aufzeichnungskanals 25 zu und von den Schreib/Leseköpfen 21 übertragen.
Die obige Beschreibung eines typischen Magnetplattenspeichersystems und die begleitende Darstellung von Fig. 1 dienen lediglich Darstellungszwecken. Es sollte ersichtlich sein, daß Plattenspeichersysteme eine große Anzahl von Platten und Aktuatoren enthalten können und jeder Aktuator eine Anzahl von Gleitstükken tragen kann.
Nunmehr auf Fig. 2 bezugnehmend, beinhaltet eine bevorzugte Ausführungsform eines MR-Sensors 30 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung eine erste Dünnfilmschicht 31 aus ferromagnetischem Material, eine erste Dünnfilmschicht 33 aus einem nicht-magnetischen, metallischen Material, eine zweite Dünnfilmschicht aus ferromagnetischem Material 35, eine zweite Dünnfilmschicht 37 aus einem nicht-magnetischen, metallischen Material und eine dritte Dünnfilmschicht 39 aus ferromagnetischem Material. Die Magnetisierungen der zwei äußeren Schichten 31 und 39 aus ferromagnetischem Material sind parallel zueinander, d.h. in der gleichen Richtung, und bei Fehlen eines externen angelegten Magnetfeldes mit einem Winkel von etwa 90 Grad bezüglich der Magnetisierung der zwischenliegenden Schicht 35 aus ferromagnetischem Material orientiert, wie durch Pfeile 32, 34 beziehungsweise 38 angezeigt. Außerdem sind die Magnetisierungsrichtungen der ersten und der dritten äußeren Schicht 31 und 39 aus ferromagnetischem Material in einer bevorzugten Orientierung festgehalten oder gepinnt, wie durch die Pfeile 32 und 38 gezeigt. Somit kann die Magnetisierung in der zwischenliegenden Schicht 35 aus ferromagnetischem Material ihre Richtung frei in Reaktion auf ein externes angelegtes Magnetfeld (wie ein Magnetfeld h, wie in Fig. 2 gezeigt) drehen, wie durch die gestrichelten Pfeile 34 auf der Schicht 35 in Fig. 2 gezeigt, während die Magnetisierungsrichtungen der äußeren ferromagnetischen Schichten 31, 39 fest bleiben.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die ferromagnetischen Schichten 31, 35 und 39 aus einem beliebigen geeigneten magnetischen Material hergestellt sein, wie zum Beispiel Kobalt (Co), Eisen (Fe), Nickel (Ni) und ihre Legierungen, wie Nickel-Eisen (NiFe), Nickel- Kobalt (NiCo) und Eisen-Kobalt (FeCo). Die nicht-magnetischen, metallischen Abstandshalterschichten 33 und 37 beinhalten zum Beispiel Kupfer (Cu) oder ein anderes geeignetes Edelmetall, wie Silber (Ag) oder Gold (Au) oder ihre Legierungen. Ein auf dem Spinventileffekt basierender MR-Sensor, bei dem die Leseelemente des Sensors eine ferromagnetisch/nicht-magnetisch/ferromagnetische Schichtstruktur beinhalten, ist detaillierter in der oben zitierten Patentanmeldung EP-A-490608 beschrieben. Die festen oder gepinnten äußeren ferromagnetischen Schichten 31 und 39 können durch angrenzende Schichten (wie in Fig. 9 gezeigt) aus einem antiferromagnetischen Material, wie zum Beispiel Eisen-Mangan (FeMn), austauschvormagnetisiert sein. Ein auf dem Spinventileffekt basierender MR-Sensor, bei dem eine gepinnte ferromagnetische Schicht durch eine angrenzende antiferromagnetische Schicht austauschvormagnetisiert ist, ist detaillierter in der oben zitierten europäischen Patentanmeldung 93306379.4 beschrieben. Alternativ können die Magnetisierungsrichtungen der gepinnten ferromagnetischen Schichten 31, 39 durch Verwendung einer angrenzenden hartmagnetischen Schicht oder durch Verwendung eines Materials mit einer ausreichend hohen Koerzitivität für die äußeren gepinnten Schichten 31, 39 festgehalten werden.
Der Aufbau eines herkömmlichen oder Einzelspinventil-MR-Sensors, wie in den oben zitierten Patentanmeldungen beschrieben, ist im wesentlichen FMfrei/NM/FMgepinnt/AFM, wobei FMfrei und FMgepinnt ferromagnetische Schichten sind, die durch eine nicht-magnetische Schicht NM getrennt sind. Die Orientierung der Magnetisierung der FMgepinnt-Schicht wird bis zu einem bestimmten moderaten Magnetfeld durch das Austauschkopplungs-Vormagnetisierungsfeld das von der antiferromagnetischen Schicht AFM bereitgestellt wird, festgehalten. Der magnetoresistive Effekt des Sensors beruht auf der Tatsache, daß, wenn die Magnetisierungsrichtungen in den benachbarten FM-Schichten verschieden sind, Leitungselektronen, welche die NM-Schicht von einer FM-Schicht zu der anderen durchqueren, in Abhängigkeit von ihren Spins derart gestreut werden, daß der Widerstand des Sensors zunimmt. Diese Widerstandsänderung ist eine Funktion des Cosinus des Winkels zwischen den Magnetisierungsrichtungen in den FM-Schichten und ist minimal, wenn die Magnetisierungen parallel sind, d.h. in der gleichen Richtung verlaufen, und maximal, wenn die Magnetisierungen in den Schichten antiparallel sind, d.h. in entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
Es wird jedoch beobachtet, daß in der oben beschriebenen Einzelspinventilstruktur Leitungselektronen aus der freien FM- Schicht nicht nur in Richtung der gepinnten FM-Schicht herausgestreut werden, sondern auch in der entgegengesetzten Richtung von der gepinnten FM-Schicht weg. Somit trägt nur jener Teil der Leitungselektronen, der zwischen den zwei FM-Schichten gestreut wird, zu dem magnetoresistiven Effekt für den Sensor bei.
Die oben unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschriebene Struktur beinhaltet ein "Doppel"-Spinventil, bei dem die Spinventilstruktur symmetrisch bezüglich der FMfrei-Schicht verdoppelt ist. Die Struktur eines Doppelspinventils ist AFM&sub1;/FMp1/NM&sub1;/FMfrei/NM&sub2;/FMp2/AFM&sub2;, wodurch zwei Paare von FM- Schichten bereitgestellt werden, die durch eine NM-Schicht getrennt sind, was die Nutzung der in beiden Richtungen von der zwischenliegenden FMfrei-Schicht gestreuten Leitungselektronen erlaubt. Die Magnetisierungsrichtungen in den zwei gepinnten äußeren Schichten, FMp1 und FMp2, sind durch angrenzende antiferromagnetische Schichten AFM&sub1; beziehungsweise AFM&sub2; festgehalten, während der Magnetisierungsrichtung in der FMfrei-Schicht ermöglicht wird, sich frei in Reaktion auf ein angelegtes Magnetfeld zu drehen.
Nunmehr auch bezugnehmend auf Fig. 3, ist eine Endansicht eines Doppelspinventilsensors gezeigt, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 9 und 10 beschrieben, wobei jede der ferromagnetischen Schichten FM&sub1;, FM&sub2; und FM&sub3; mehrere Schichten aus ferromagnetischen Materialien beinhaltet. Wie oben beschrieben, beinhaltet ein Doppelspinventilsensor die Struktur FM&sub1;/S&sub1;/FM&sub2;/S&sub2;/FM&sub3;, wie gezeigt. In dieser Ausführungsform beinhaltet die erste ferromagnetische Schicht FM&sub1; eine Schicht aus einem ersten ferromagnetischen Material 311, wie zum Beispiel NiFe, und eine dünne Schicht 313, die als "Nanoschicht" bezeichnet wird, aus einem zweiten ferromagnetischen Material, wie zum Beispiel Co. Die Nanoschicht 313 aus dem zweiten ferromagnetischen Material ist an der Grenzfläche zwischen der ersten ferromagnetischen Schicht und der ersten Abstandshalterschicht 371 aufgebracht. Somit bildet die erste ferromagnetische Schicht eine Doppelschicht 311, 313 aus zwei verschiedenen ferromagnetischen Materialien. In ähnlicher Weise beinhaltet die dritte ferromagnetische Schicht FM&sub3; eine Doppelschicht 301, 303 aus zwei verschiedenen ferromagnetischen Materialien, wobei die Nanoschicht 303 an der Grenzfläche zwischen der dritten ferromagnetischen Schicht FM&sub3; und der zweiten Abstandshalterschicht 331 ausgebildet ist. Da die zweite, mittlere ferromagnetische Schicht FM&sub2; eine Grenzfläche mit beiden Abstandshalterschichten 331 und 371 bildet, beinhaltet die zweite ferromagnetische Schicht FM&sub2; eine Dreifachschicht mit einer mittleren Schicht 305 aus ferromagnetischem Material, wie zum Beispiel NiFe, und mit einer Nanoschicht 309, 307 aus einem zweiten ferromagnetischen Material, wie zum Beispiel Co, die jeweils an der Grenzfläche zu jeder der angrenzenden Abstandshalterschichten 371, 331 ausgebildet ist. Die Dicke der Nanoschichten liegt im Bereich von 0,05 nm bis 2 nm (0,5 Angström bis 20 Angström). Alternativ kann die Nanoschicht innerhalb der ferromagnetischen Schicht in einem Abstand X von der Grenzfläche zwischen der ferromagnetischen Schicht und der Abstandshalterschicht ausgebildet sein. In dem Fall, in dem die Nanoschicht innerhalb der ferromagnetischen Schicht ausgebildet ist, kann das für die Nanoschicht verwendete Material ein nicht-magnetisches Material, wie zum Beispiel Cr, ebenso wie ein ferromagnetisches Material sein. Magnetoresistive Sensoren, die Nanoschichten, wie oben beschrieben, verwenden, sind detaillierter in EP-A-529959 beschrieben (veröffentlicht 3/3/93).
Nunmehr auch bezugnehmend auf die Fig. 4 und 5, sind die Magnetoresistenz, Kurve 36, und die Hystereseschleife, Kurve 46, für einen Einzelspinventil-MR-Sensor beziehungsweise die Magnetoresistenzcharakteristik für einen Doppelspinventil-MR-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung zu Vergleichszwecken dargestellt. Wie in Fig. 4 gezeigt, stellt ein Spinventilsensor des in der oben zitierten, gleichzeitig anhängigen europäischen Patentanmeldung Ref. Nr. 93306379.4 beschriebenen Typs, der auf einem Substrat aus Silicium (Si) aufgebracht ist und die-Struktur Si/5Ta/75NiFe/22,5Cu/50NiFe/110FeMn/50Ta besitzt, wobei die Zahlen die Schichtdicke in Angström angeben und die zwei Schichten aus Tantal (Ta) als Pufferschicht beziehungsweise als Deckschicht dienen, eine maximale Magnetoresistenz (delta R)/R von 4 Prozent bereit. Die Dicke der Schichten ist optimiert, um den höchsten Magnetoresistenzwert bereitzustellen, der für diese Materialien in dieser Struktur erzielbar ist.
Im Gegensatz dazu stellt, wie in Fig. 5 gezeigt, eine bevorzugte Ausführungsform des Doppelspinventils, das auf einem Si- Substrat ausgebildet ist und die Struktur Si/50Ta/20NiFe/110FeMn/60NiFe/25Cu/100NiFe/25Cu/60NiFe/110FeMn/ 50Ta besitzt, eine Magnetoresistenz von 5,5 Prozent bereit, eine Zunahme von 35 Prozent gegenüber jener, die durch die Einzelspinventilstruktur erzielt wird. Die erste NiFe-Schicht in der obigen Doppelspinventilstruktur stellt eine Kristallkeimschicht bereit, die dazu verwendet wird, die notwendige kristalline Struktur zu erzielen, um antiferromagnetisches FeMn bereitzustellen; jedes beliebige Material, das einen ausreichend hohen spezifischen elektrischen Widerstand besitzt, um einen Stromnebenschluß zu minimieren, und welches das Aufwachsen einer antiferromagnetischen Form von FeMn erlaubt, ist zur Verwendung als Kristallkeimschicht geeignet.
Nunmehr bezugnehmend auf die Fig. 6, 7 und 8, kann ein Doppelspinventil-MR-Sensor entworfen werden, bei dem die Magnetisierungsrichtungen in den äußeren, gepinnten ferromagnetischen Schichten antiparallel zueinander, d.h. in entgegengesetzten Richtungen, gehalten werden. Des weiteren können durch geeignete Wahl von Materialien für die verschiedenen Schichten sowohl positive als auch negative spinabhängige Magnetoresistenz, was als Riesenmaqnetoresistenz (GMR) bezeichnet wird, genutzt werden, um einen hohen Wert von (delta R)/R für den Sensor zu erzeugen. Wie in Fig. 6 gezeigt, beinhaltet eine Einzeispinventilstruktur mit positiver GMR zwei ferromagnetische Schichten, FM&sub1; und FM&sub2;, die durch eine nicht-magnetische Schicht, NM, getrennt sind, wobei für beide ferromagnetischen Schichten die spezifischen elektrischen Widerstände für Spin-oben (rhooben) und Spin-unten (rhounten) entweder die Beziehung rhooben > rhounten oder die Beziehung rhooben < rhounten erfüllen. Für diese Struktur ist der Widerstand minimal, wenn die Magnetisierungen der Schichten FM&sub1; und FM&sub2;, wie durch Pfeile 50 angezeigt, parallel sind, und maximal, wenn die Magnetisierungen der Schichten FM&sub1; und FM&sub2; antiparallel sind. Wie in Fig. 7 gezeigt, beinhaltet eine Einzelspinventilstruktur mit negativer GMR zwei ferromagnetische Schichten, die durch eine nicht-magnetische Schicht getrennt sind, wobei für die erste ferromagnetische Schicht, FM&sub1;, rhooben > rhounten und für die zweite ferromagnetische Schicht, FM&sub2;, rhooben < rhounten. Für diese Struktur ist der Widerstand minimal für eine antiparallele Ausrichtung der Magnetisierungen, wie durch Pfeile 60 angezeigt, und maximal für parallele Ausrichtung der Magnetisierungen.
Fig. 8 stellt zum Beispiel drei ferromagnetische Schichten gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Zwischen den Schichten FM&sub1; und FM&sub2; ist die GMR positiv, was einen minimalen Widerstand für eine parallele Ausrichtung ihrer Magnetisierungen, Pfeile 71 beziehungsweise 73, erzeugt. Andererseits ist die GMR zwischen den Schichten FM&sub2; und FM&sub3; positiv, so daß für eine antiparallele Ausrichtung ihrer Magnetisierungen, Pfeile 73 beziehungsweise 75, ein minimaler Widerstand erzeugt wird. Da die Magnetisierungen der Schichten FM&sub1; und FM&sub3; in entgegengesetzten Richtungen, Pfeile 71 und 75, gepinnt sind, ist der Nettoeffekt für die Struktur, daß der Widerstand maximal ist, wenn die Magnetisierung der freien Schicht FM&sub2;, Pfeil 73, parallel zu der Magnetisierung der gepinnten Schicht FM&sub3;, Pfeil 75, ausgerichtet ist, und minimal ist, wenn die Magnetisierung von FM&sub2; parallel zu der Magnetisierung der gepinnten Schicht FM&sub1;, Pfeil 71, ausgerichtet ist. Außerdem wirkt jede Schicht, da die Magnetisierungen der zwei gepinnten Schichten, FM&sub1; und FM&sub2;, in entgegengesetzten Richtungen ausgerichtet sind, als ein Halter des magnetischen Flusses für die andere Schicht, womit der Demagnetisierungseffekt der gepinnten Schichten reduziert wird.
Nunmehr auch auf Fig. 9 bezugnehmend, beinhaltet eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines MR-Sensors 40 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung eine erste Dünnfilmschicht 51 aus antiferromagnetischem Material, eine erste Dünnfilmschicht 41 aus ferromagnetischem Material, eine erste Dünnfilmschicht 43 aus einem nicht-magnetischen, metallischen Material, eine zweite Dünnfilmschicht 45 aus ferromagnetischem Material, eine zweite Dünnfilmschicht 47 aus einem nicht-magnetischen, metallischen Material, eine dritte Dünnfilmschicht 49 aus ferromagnetischem Material und eine zweite Dünnfilmschicht 53 aus antiferromagnetischem Material. Die zwei antiferromagnetischen Schichten 51 und 53 stellen durch Austauschkopplung ein Vormagnetisierungsfeld in den benachbarten ferromagnetischen Schichten 41 beziehungsweise 49 bereit, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Die Magnetisierungen der zwei äußeren ferromagnetischen Schichten 41 und 49, wie durch Pfeile 42 beziehungsweise 48 angezeigt, sind bei Fehlen eines externen angelegten Magnetfeldes antiparallel zueinander orientiert, d.h. in entgegengesetzten Richtungen, und mit einem Winkel von etwa 90 Grad bezüglich der Magnetisierung der zwischenliegenden Schicht 45 aus ferromagnetischem Material, wie durch einen Pfeil 44 angezeigt. Außerdem ist die Magnetisierungsrichtung der ersten und der dritten äußeren Schicht 41 und 49 aus ferromagnetischem Material durch die Austauschvormagnetisierung der antiferromagnetischen Schichten 51 beziehungsweise 53 in der bevorzugten Orientierung festgehalten oder gepinnt, wie durch die Pfeile 42 und 48 gezeigt.
In dieser bevorzugten Ausführungsform beinhalten die Austauschvormagnetisierungsschichten 51 und 53 verschiedene antiferromagnetische Materialien, vorzugsweise zum Beispiel FeMn beziehungsweise Nickel-Mangan (NiMn). Die zwei antiferromagnetischen Materialien weisen unterschiedliche Blockungstemperaturen auf, womit ermöglicht wird, daß die Richtung der Austauschvormagnetisierung jeder antiferromagnetischen Schicht 51, 53 unabhängig voneinander eingestellt wird. Zum Beispiel beträgt im Fall von FeMn und NiMn die Blocktingstemperatur für das FeMn ungefähr 220 Grad Celsius, während die Blockungstemperatur für NiMn viel höher ist. Somit wird die Richtung der Austauschvormagnetisierung für die NiMn-Schicht zuerst bei einer relativ hohen Temperatur, zum Beispiel etwa 260 Grad Celsius, eingestellt, dann wird die Richtung der Austauschvormagnetisierung für die FeMn-Schicht bei einer niedrigeren Temperatur eingestellt, gerade etwas oberhalb der Blockungstemperatur für FeMn, zum Beispiel etwa 230 Grad Celsius. Wie oben erörtert, kann eine Kristallkeimschicht dazu verwendet werden, sicherzustellen, daß die antiferromagnetischen Schichten 51, 53 die gewünschte Struktur aufweisen. Um einen Sensor bereitzustellen, der höhere Magnetoresistenzwerte erzeugt, werden die Materialien für die ferromagnetischen Schichten 41, 45 und 49 so gewählt, daß sowohl positive als auch negative GMR-Schichtpaare genutzt werden. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben, werden Materialien derart gewählt, daß die GMR zwischen der ersten und der zweiten ferromagnetischen Schicht 41 und 45 positiv ist und daß die GMR zwischen der zweiten und der dritten ferromagnetischen Schicht 45 und 49 negativ ist. Verdünnte Legierungen von Vanadium (V) oder Chrom (Cr) in einer Ni- oder Fe-Matrix stellen ferromagnetische Materialien bereit, bei denen rhooben > rhounten, während zum Beispiel Fe oder Co in einer Ni-Matrix ferromagnetische Materialien bereitstellen, bei denen rhoaben < rhounten. Spinabhängige spezifische elektrische Widerstände für Fe oder Co, das mit Aluminium (Al), Iridium (Ir) oder Mn verdünnt ist, sind ebenfalls bekannt. Die nichtmagnetischen Abstandshalterschichten 43 und 47 können aus einem beliebigen geeigneten, nicht-magnetischen, metallischen Material, wie zum Beispiel Cu, Au oder Ag, bestehen.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 10, ist eine weitere Ausführungsform des Doppelspinventil-MR-Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine geeignete Unterlage 57, wie zum Beispiel Ta, Ru oder CrV, wird vor der Deposition einer ersten antiferromagnetischen Austauschvormagnetisierungsschicht 59 auf einem Substrat 55 aufgebracht. Der Zweck der Unterlage 57 besteht darin, die Textur, die Korngröße und die Morphologie der nachfolgenden Schichten zu optimieren. Die Morphologie kann für die Erzielung der Eigenschaft großer MR-Effekte von Doppelspinventilstrukturen entscheidend sein, da sie die Verwendung von sehr dünnen, nicht-magnetischen, metallischen Abstandshalterschichten 63 und 67 zwischen den ferromagnetischen Schichten 61, 65 und 69 erlaubt. Die Unterlage muß außerdem einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand besitzen, um Nebenschlußeffekte des elektrischen Stroms zu minimieren. Sollte das Substrat 55 aus einem Material mit einem ausreichend hohen spezifischen elektrischen Widerstand bestehen, eine ausreichend planare Oberfläche aufweisen und eine geeignete kristallographische Struktur besitzen, kann auf die Unterlage 57 verzichtet werden. Es kann ein beliebiges geeignetes antiferromagnetisches magnetisches Material für die Austauschvormagnetisierungsschicht 59, wie zum Beispiel FeMn oder NiMn, verwendet werden. Insbesondere führt die Verwendung von FeMn (60/40 Atomprozent) zu einer Reduktion des Kopplungsfeldes zwischen den folgenden zwei ferromagnetischen Schichten, wo die antiferromagnetische FeMn- Schicht zuerst aufgebracht wird. Eine (nicht gezeigte) Kristallkeimschicht kann außerdem erforderlich sein, wenn das für die erste antiferromagnetische Schicht 59 verwendete Material nicht direkt mit der geeigneten kristallinen Struktur aufgebracht werden kann. Wenn zum Beispiel, wie oben erörtert, FeMn für die Austauschvormagnetisierungsschicht verwendet wird, ist eine Kristallkeimschicht, vorzugsweise aus NiFe oder AuCu, wünschenswert, um sicherzustellen, daß die antiferromagnetische Form von FeMn erhalten wird.
Über der Unterlage 57 werden eine erste Dünnfilmschicht 61 aus ferromagnetischem Material, eine erste Dünnfilmschicht 63 aus einem nicht-magnetischen, metallischen Material, eine zweite Dünnfilmschicht 65 aus ferromagnetischem Material, eine zweite Dünnfilmschicht 67 aus einem nicht-magnetischen, metallischen Material, eine dritte Dünnfilmschicht 69 aus ferromagnetischem Material und eine zweite Dünnfilm-Austauschvormagnetisierungs schicht 71 aus antiferromagnetischem Material aufgebracht. Die Magnetisierungen der ersten und der dritten ferromagnetischen Schicht 61 und 69 sind bei Fehlen eines angelegten Magnetfeldes parallel zueinander und mit einem Winkel von ungefähr 90 Grad bezüglich der Magnetisierung der zweiten, zwischenliegenden ferromagnetischen Schicht 65 orientiert. Wie oben beschrieben, sind die Magnetisierungsrichtungen der ersten und der dritten ferromagnetischen Schicht 61 und 69 durch ein Vormagnetisierungsfeld, das durch Austauschkopplung erzeugt wird, in Position gehalten oder gepinnt. Alternativ können die äußeren ferromagnetischen Schichten 61, 69 durch Verwenden einer angrenzenden hartmagnetischen Schicht oder durch Verwenden von Materialien mit vergleichsweise hohen Koerzitivitäten für die äußeren ferromagnetischen Schichten und Einstellen der Magnetisierungsrichtungen während der Fertigung gepinnt werden. Wenn die Magnetisierungsrichtungen der äußeren ferromagnetischen Schichten 61, 69 unterschiedlich, zum Beispiel antiparallel, sind, muß die Koerzitivität für jede Schicht verschieden sein, um zu ermöglichen, daß die Magnetisierungsrichtung einer Schicht unabhängig von der anderen Schicht eingestellt werden kann.
Die ferromagnetischen Schichten 61, 65 und 69 können aus einem beliebigen geeigneten magnetischen Material, wie zum Beispiel Co, Fe, Ni und ihren Legierungen, wie NiFe, NiCo und FeCo, hergestellt werden. Die Dicken der ferromagnetischen Schichten 61, 65 und 69 können aus einem Bereich von etwa 0,5 nm (5 Angström) bis etwa 15 nm (150 Angström) ausgewählt werden.
Die nicht-magnetischen Abstandshalterschichten 63 und 67 sind vorzugsweise metallisch mit einer hohen Leitfähigkeit. Edle Materialien, wie Au, Ag und Cu, stellen eine große MR-Antwort bereit, Pt und Pd stellen eine kleine MR-Antwort bereit, während Cr und Ta eine sehr kleine MR-Antwort aufweisen. Die Dicke der nicht-magnetischen Abstandshalterschichten 63 und 67 ist geringer als die mittlere freie Weglänge der Leitungselektronen in dem Sensor, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von etwa 1 nm (10 Angström) bis etwa 4 nm (40 Angström).
Eine Deckschicht 73 aus einem Material mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand, wie zum Beispiel Ta oder Zirkonium (Zr), wird dann über dem MR-Sensor aufgebracht. Elektrische Leitungen 76 werden bereitgestellt, um einen Schaltkreispfad zwischen dem MR-Sensor und einer Stromquelle 77 und Abtastmitteln 79 bereitzustellen. Außerdem ist es, um Barkhausen- Rauschen zu minimieren, wünschenswert, ein longitudinales Vormagnetisierungsfeld parallel zu der Längsrichtung der magnetischen Schichten in dem Sensor bereitzustellen. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, werden Schichten 75 aus einem geeigneten magnetisch harten Material über den Endbereichen des Sensors aufgebracht, um somit ein longitudinales Vormagnetisierungsfeld in einem mittleren aktiven Bereich 78 des Sensors bereitzustellen. Alternativ kann das longitudinale Vormagnetisierungsfeld durch Austauschkopplung mit antiferromagnetischen Schichten bereitgestellt werden, die über den Endbereichen des Sensors in direktem Kontakt mit den ferromagnetischen Schichten ausgebildet sind.

Claims

1. Magnetoresistiver Sensor mit:

einer auf einem Substrat ausgebildeten Schichtstruktur, wobei die Struktur eine erste (31), eine zweite (35) und eine dritte (39) Schicht aus ferromagnetischem Material beinhaltet, jede der Schichten aus ferromagnetischem Material durch eine Schicht (33, 37) aus nicht-magnetischem metallischem Material von der benachbarten Schicht aus ferromagnetischem Material getrennt ist, die zweite Schicht aus ferromagnetischem Material zwischen der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material angeordnet ist, die Magnetisierungsrichtung in der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material fest ist und die Magnetisierungsrichtung in der zweiten Schicht aus ferromagnetischem Material bei einem angelegten Magnetfeld von null im wesentlichen senkrecht zu den festen Magnetisierungsrichtungen in der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material verläuft.

2. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei jede der Schichten aus ferromagnetischem Material des weiteren wenigstens eine zusätzliche Materialschicht beinhaltet.

3. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei die zusätzliche Materialschicht wenigstens eine Nanoschicht aus ferromagnetischem Material beinhaltet.

4. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei jede Schicht aus ferromagnetischem Material des weiteren eine Nanoschicht aus einem anderen ferromagnetischen Material beinhaltet, die an der Grenzfläche zwischen der Schicht aus ferromagnetischem Material und der Schicht aus nicht-magnetischem metallischem Material angeordnet ist.

5. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 4 beansprucht, wobei jede der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material eine Doppelschicht bildet, die eine Schicht aus einem ersten ferromagnetischen Material und eine Nanoschicht aus einem zweiten ferromagnetischen Material beinhaltet, wobei die Nanoschicht an der Grenzfläche zwischen der ersten beziehungsweise der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material und der Schicht aus nichtmagnetischem metallischem Material angeordnet ist, welche die erste beziehungsweise die dritte Schicht aus ferromagnetischem Material von der zweiten Schicht aus ferromagnetischem Material trennt, und die zweite Schicht aus ferromagnetischem Material eine Dreifachschicht bildet, die eine Schicht aus einem ersten ferromagnetischen Material und zwei Nanoschichten aus einem zweiten ferromagnetischen Material beinhaltet, wobei die Nanoschichten an den Grenzflächen zwischen der zweiten Schicht aus ferromagnetischem Material und den Schichten aus nicht-magnetischem metallischem Material angeordnet sind, welche die zweite Schicht aus ferromagnetischem Material von der ersten beziehungsweise der dritten Schicht aus ferromagnetischen Material trennen.

6. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 3 beansprucht, wobei die Nanoschicht eine Dicke im Bereich von etwa 0,05 nm (0,5 Ängström) bis etwa 2 nm (20,0 Ängström) aufweist.

7. Magnetoresistiver Sensor, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, der des weiteren Fixiermittel zum Fixieren der Magnetisierungsrichtung in der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material beinhaltet.

8. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 7 beansprucht, wobei die Fixiermittel eine erste Schicht aus magnetisch hartem Material benachbart zur ersten Schicht aus ferromagnetischem Material und eine zweite Schicht aus magnetisch hartem Material benachbart zur dritten Schicht aus ferromagnetischem Material beinhalten, wobei die erste und die zweite Schicht aus magnetisch hartem Material der Bereitstellung eines Vormagnetisierungsfeldes in der ersten beziehungsweise der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material dienen, wodurch die Magnetisierungsrichtung in den Schichten fixiert wird.

9. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 7 beansprucht, wobei die Fixiermittel eine erste Schicht (52) aus antiferromagnetischem Material benachbart zu und in Kontakt mit der ersten Schicht aus ferromagnetischem Material und eine zweite Schicht (53) aus antiferromagnetischem Material benachbart zu und in Kontakt mit der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material beinhalten, wobei die erste und die zweite Schicht aus antiferromagnetischem Material der Bereitstellung eines Vormagnetisierungsfeldes in der ersten beziehungsweise der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material dienen, wodurch die Magnetisierungsrichtung in den Schichten fixiert wird.

10. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 9 beansprucht, wobei die erste und die zweite Schicht aus antiferromagnetischem Material aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen-Mangan, Nickel-Mangan und Eisen-Nickel-Mangan besteht.

11. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 10 beansprucht, wobei die erste und die zweite Schicht aus antiferromagnetischem Material Eisen-Mangan beinhalten.

12. Magnetoresistiver Sensor, wie in irgendeinem der Ansprüche 9 bis 11 beansprucht, wobei die erste und die zweite Schicht aus antiferromagnetischem Material eine Dicke innerhalb des Bereichs von etwa 5 nm (50 Angström) bis etwa 20 nm (200 Ängström) aufweisen.

13. Magnetoresistiver Sensor, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei die erste, die zweite und die dritte Schicht aus ferromagnetischem Material aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen, Kobalt und Nickel sowie Legierungen von Eisen, Kobalt oder Nickel besteht.

14. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 13 beansprucht, wobei die erste, die zweite und die dritte Schicht aus ferromagnetischem Material aus einer Legierung aus Nickel- Eisen bestehen.

15. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 13 oder Anspruch 14 beansprucht, wobei die erste, die zweite und die dritte Schicht aus ferromagnetischem Material eine Dicke innerhalb des Bereichs von etwa 0,5 nm (5 Angström) bis etwa 15 nm (150 Angström) aufweisen.

16. Magnetoresistiver Sensor, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei die nicht-magnetische metallische Abstandshalterschicht eine Dicke von weniger als der mittleren freien Weglänge der Leitungselektronen in der nicht-magnetischen metallischen Abstandshalterschicht aufweist.

17. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 16 beansprucht, wobei die nicht-magnetische metallische Abstandshalterschicht eine Dicke innerhalb des Bereichs von etwa 1 nm (10 Angström) bis etwa 4 nm (40 Angström) aufweist.

18. Magnetoresistiver Sensor, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei jede nicht-magnetische metallische Abstandshalterschicht aus einem Material besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silber, Gold, Kupfer und Legierungen von Silber, Kupfer und Gold besteht.

19. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 18 beansprucht, wobei jede nicht-magnetische metallische Abstandshalterschicht aus einer dünnen Filmschicht aus Kupfer besteht.

20. Magnetoresistiver Sensor, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht, wobei die Magnetisierungsrichtungen in der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material in einer parallelen Orientierung ausgerichtet sind.

21. Magnetoresistiver Sensor, wie in irgendeinem der Ansprüche 1 bis 19 beansprucht, wobei die erste und die zweite Schicht aus ferromagnetischem Material ein erstes Paar von ferromagnetischen Schichten bilden, die durch eine nichtmagnetische Schicht mit einer positiven Riesen-Magnetoresistenz dazwischen getrennt sind, und die zweite und die dritte Schicht aus ferromagnetischem Material ein zweites Paar von ferromagnetischen Schichten bilden, die durch eine nicht-magnetische Schicht mit einer negativen Riesen- Magnetoresistenz dazwischen getrennt sind.

22. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 21 beansprucht, wobei die Magnetisierungsrichtungen in der ersten und der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material in einer antiparallelen Orientierung ausgerichtet sind.

23. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 20 oder Anspruch 21 beansprucht, der des weiteren eine Schicht aus einem ersten antiferromagnetischen Material benachbart zu und in Kontakt mit der ersten Schicht aus ferromagnetischem Material und eine Schicht aus einem zweiten antiferromagnetischen Material benachbart zu und in Kontakt mit der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material beinhaltet, wobei die erste und die zweite Schicht aus antiferromagnetischem Material der Bereitstellung eines Vormagnetisierungsfeldes in der ersten beziehungsweise der dritten Schicht aus ferromagnetischem Material dienen, wodurch die Magnetisierungsrichtung in den Schichten fixiert wird.

24. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 23 beansprucht, wobei das erste und das zweite antiferromagnetische Material unterschiedliche Sperrtemperaturen aufweisen.

25. Magnetoresistiver Sensor, wie in Anspruch 23 oder Anspruch 24 beansprucht, wobei die erste und die dritte Schicht aus ferromagnetischem Material jeweils ein ferromagnetisches Material beinhalten, das eine andere Koerzitivität als die Koerzitivität des ferromagnetischen Materials der anderen Schicht aufweist.

26. Magnetisches Speichersystem mit:

einem magnetischen Speichermedium mit einer Mehrzahl von Spuren zum Aufzeichnen von Daten;

einem magnetischen Meßwandler, der während einer Relativbewegung zwischen dem magnetischen Meßwandler und dem magnetischen Speichermedium in einer eng beabstandeten Position relativ zu dem magnetischen Speichermedium gehalten wird, wobei der magnetische Meßwandler einen magnetoresistiven Lesesensor beinhaltet, wie in irgendeinem vorhergehenden Anspruch beansprucht;

Betätigungsmitteln, die mit den magnetischen Meßwandler gekoppelt sind, um den magnetischen Meßwandler zu ausgewählten Spuren auf dem magnetischen Speichermedium zu bewegen; und

Detektionsmitteln, die mit dem magnetoresistiven Lesesensor gekoppelt sind, um Widerstandsänderungen in dem magnetoresistiven Material in Abhängigkeit von Magnetfeldern zu detektieren, die für Datenbits repräsentativ sind, die in dem magnetischen Speichermedium aufgezeichnet sind, das von dem magnetoresistiven Sensor abgetastet wird.

27. Magnetisches Speichersystem, wie in Anspruch 26 beansprucht, wobei der magnetoresistive Sensor des weiteren beinhaltet:

eine Abdeckschicht, die über der zweiten antiferromagnetischen Schicht aufgebracht ist; und

elektrische Leitungsmittel, die über der Abde.ckschicht aufgebracht sind, um den magnetoresistiven Sensor mit den Detektionsmitteln zu koppeln.

28. Magnetisches Speichersystem, wie in Anspruch 27 beansprucht, wobei die Abdeckschicht ein Material beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tantal und Zirkonium besteht.

29. Magnetisches Speichersystem, wie in Anspruch 27 oder Anspruch 28 beansprucht, das des weiteren Mittel zur Bereitstellung eines longitudinalen Vormagnetisierungsfeldes in einem aktiven Bereich des magnetoresistiven Sensors beinhaltet.