DE69431149T2

DE69431149T2 - Magnetoresistiver Fühler in Mehrschicht-Bauweise

Info

Publication number: DE69431149T2
Application number: DE69431149T
Authority: DE
Inventors: Kevin Robert Coffey; Robert Edward Fontana; James Kent Howard; Todd Lanier Hylton; Michael Andrew Parker; Ching Hwa Tsang
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: IBM United Kingdom Ltd; HGST Netherlands BV
Priority date: 1993-12-23
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 2003-05-28
Anticipated expiration: 2014-12-17
Also published as: SG42849A1; KR0146012B1; BR9405159A; JP2784461B2; EP0660127A3; CN1122498A; DE69431149D1; EP0660127A2; CA2134711A1; KR950020420A; ATE221999T1; US5452163A; JPH07210832A; TW277132B; PH30835A; CN1068689C; MY116219A; EP0660127B1

Description

Magnetoresistiver Fühler in Mehrschicht-Bauweise Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf magnetische Messwandler zum Lesen von Informationssignalen, die in einem magnetischen Medium aufgezeichnet sind, und spezieller auf einen magnetoresistiven Lesesensor, der auf der sehr hohen Magnetoresistenz basiert, die ferromagnetische Mehrschichtstrukturen zeigen, bei denen die ferromagnetisehen Schichten antiferromagnetisch gekoppelt sind.
Im Stand der Technik ist allgemein bekannt, einen magnetischen Lese-Messwandler zu verwenden, der als magnetoresistiver (MR) Sensor oder Kopf zum Lesen von mit hoher Dichte aufgezeichneten Daten von magnetischen Medien bezeichnet wird. Ein MR-Sensor detektiert Magnetfeldsignale durch die Widerstandsänderungen eines Leseelements, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist, in Abhängigkeit von der Stärke und der Richtung des magnetischen Flusses, der von dem Leseelement abgetastet wird. Diese MR-Sensoren des Standes der Technik arbeiten auf der Basis des anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effektes, bei dem eine Komponente des Widerstands des Leseelements mit dem Quadrat des Cosinus (cos²) des Winkels zwischen der Magnetisierung und der Richtung des Abtaststromflusses durch das Leseelement variiert. Eine detailliertere Beschreibung des AMR-Effekts ist in "Memory, Storage, and Related Applications", D. A. Thompson et al., IEEE Trans. Mag. MAG-11, Seite 1039 (1975) zu finden.
Das US-Patent Nr. 4 896 235 mit dem Titel. "Magnetic Transducer Head Utilizing Magnetoresistance Effect", das am 23. Januar 1990 für Takino et al. erteilt wurde, offenbart einen magnetischen Mehrschichtsensor, der den AMR verwendet und erste und zweite magnetische Schichten beinhaltet, die durch eine nicht-magnetische Schicht getrennt sind, wobei wenigstens eine der magnetischen Schichten aus einem Material besteht, das den AMR-Effekt zeigt. Die weiche Achse der Magnetisierung in jeder der magnetischen Schichten ist senkrecht zu dem angelegten magnetischen Signal eingestellt, so dass der Sensorstrom des MR-Sensorelements ein Magnetfeld in den magnetischen Schichten parallel zu der weichen Achse bereitstellt, womit Barkhausen- Rauschen in dem Sensor eliminiert oder minimiert wird. "Thin Film MR Head for High Density Rigid Disk Drive" von H. Suyama et al., IEEE Trans. Mag., Bd. 24, Nr. 6, 1988 (Seiten 2612 bis 2614) offenbart einen Mehrschicht-MR-Sensor ähnlich jenem von Takino et al. offenbarten.
Magnetoresistive Lesesensoren, die den AMR-Effekt einsetzen, sind im Allgemeinen induktiven Sensoren aus einer Anzahl von Gründen überlegen, wobei der erwähnenswerteste das höhere Signal und Signal/Rausch-Verhältnis unabhängig von der Relativbewegung zwischen dem Sensor und den magnetischen Medien ist. Bei Datenaufzeichnungsdichten von mehr als 5 Gigabit/Inch² wird jedoch erwartet, dass AMR-Sensoren eine nicht ausreichende Empfindlichkeit liefern. Der Verlust an Signalstärke bei diesen Dichten ist hauptsächlich in der Dickenreduzierung des MR- Sensorstreifens begründet, die bei höheren Aufzeichnungsdichten erforderlich ist. Außerdem nimmt der AMR-Effekt für Sensorstreifendicken von weniger als 10 Nanometer (nm) schnell ab; bei einer Dicke von 3 nm beträgt DeltaR/R zum Beispiel etwa 0,5 Prozent.
Außerdem wurde ein zweiter, anderer und ausgeprägterer magnetoresistiver Effekt beschrieben, bei dem die Änderung des Widerstands eines magnetischen Schichtsensors der spinabhängigen Transmission von Leitungselektronen zwischen ferromagnetischen Schichten über eine nicht-magnetische Schicht, welche die ferromagnetischen Schichten trennt, und der begleitenden spinabhängigen Streuung an den Schichtgrenzflächen zugeschrieben wird. Dieser magnetoresistive Effekt wird verschiedentlich als der "riesenmagnetoresistive Effekt" oder "Spinventileffekt" bezeichnet. Ein derartiger magnetoresistiver Sensor, der aus geeigneten Materialien gefertigt wird, liefert eine verbesserte Empfindlichkeit und eine größere Änderung des Widerstandes, als er bei Sensoren beobachtet wird, die den AMR- Effekt nutzen. Bei diesem Typ von MR-Sensor variiert der Intraebenen-Widerstand zwischen einem Paar ferromagnetischer Schichten, die durch eine nicht-magnetische Schicht getrennt sind, mit dem Cosinus (cos) des Winkels zwischen der Magnetisierung in den zwei Schichten.
In einer Veröffentlichung mit dem Titel "Enhanced Magnetoresistance in Layered Magnetic Structures with Antiferromagnetic Interlayer Exchange", The American Physical Society, Physical Review B, Bd. 39, Nr. 7, l. März 1989 beschreiben G. Binasch et al. ein starkes Anwachsen des Magnetoresistenz-Effekts als Ergebnis einer antiferromagnetischen Austauschkopplung zwischen benachbarten Schichten aus Eisen, die durch eine dünne nicht-magnetische Zwischenschicht aus Chrom getrennt sind. Das US-Patent Nr. 4 949 039 von Grunberg beschreibt eine magnetische Schichtstruktur, die verbesserte MR-Effekte ergibt, was durch eine antiparallele Ausrichtung der Magnetisierungen in den magnetischen Schichten bewirkt wird. 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 überlegene MR-Signalamplitude an.
Das US-Patent Nr. 5 206 590, das auf die vorliegende Anmelderin übertragen ist, offenbart einen MR-Sensor, bei dem beobachtet wird, dass sich der Widerstand zwischen zwei benachbarten ferromagnetischen Schichten, die durch eine dünne Schicht aus nicht-magnetischem Material getrennt sind, 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 auf dem Spinventileffekt beruht und für ausgewählte Kombinationen von Materialien größer als der AMR ist.
Die in dem vorstehend zitierten US-Patent beschriebenen Spinventilstrukturen erfordern, dass die Richtung der Magnetisierung in einer der zwei ferromagnetischen Schichten in einer ausgewählten Orientierung fest oder "gepinnt" ist, so dass unter signalfreien Bedingungen die Richtung der Magnetisierung in der anderen ferromagnetischen Schicht senkrecht zu der Magnetisierung der gepinnten Schicht ist. Außerdem ist es sowohl in den AMR- als auch den Spinventilstrukturen zur Minimierung von Barkhausen-Rauschen notwendig, ein longitudinales Vormagnetisierungsfeld bereitzustellen, um wenigstens den Abtastbereich des Leseelementes in einem Zustand mit einer einzigen magnetischen Domäne zu halten. Somit ist sowohl ein Mittel zum Fixieren der Richtung der Magnetisierung als auch zum Bereitstellen eines longitudinalen Vormagnetisierungsfeldes erforderlich. Zum Beispiel kann, wie in den vorstehend zitierten Patentanmeldungen und Patenten beschrieben, eine zusätzliche Schicht aus antiferromagnetischem Material in Kontakt mit der ferromagnetischen Schicht gebildet werden, um ein Austauschkopplungs-Vormagnetisierungsfeld bereitzustellen. Alternativ kann eine benachbarte, magnetisch harte Schicht verwendet werden, um eine harte Vormagnetisierung für die ferromagnetische Schicht bereitzustellen.
EP-A-427171 offenbart magnetische Dünnfilmstrukturen, die ein Laminat aus einer Schicht aus nicht-magnetischem Material, das zwischen eine erste und eine zweite Schicht aus magnetischem Material geschichtet ist, und wenigstens eine Kantenabschlussschicht aus einem magnetischen Material beinhalten, die an einer Seitenkante des Laminats angeordnet ist, wobei sich die Kantenabschlussschicht in magnetischem Kontakt mit der ersten und der zweiten Schicht aus magnetischem Material befindet. Die beschriebene Lösung liefert jedoch nicht die gewünschte magnetostatische Kopplung zwischen ferromagnetischen Schichten an den Kanten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Überwindung der vorstehenden Nachteile.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein magnetoresistiver Mehrschichtsensor bereitgestellt, wie in Anspruch 1 beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet ein MR- Lesesensor, der ein MR-Mehrschichtabtastelement enthält, eine Schichtstruktur, die aus einem geeigneten Substrat gebildet ist, das ein magnetoresistives Abtastelement mit einer Mehrzahl von Schichten aus ferromagnetischem Material beinhaltet, wobei jede ferromagnetische Schicht von der benachbarten Schicht durch eine Schicht aus einem nicht-magnetischen, elektrisch leitfähigen Material getrennt ist. Das MR-Abtastelement wird durch abwechselndes Aufbringen von Schichten aus ferromagnetischem Material und Schichten aus nichtmagnetischem, leitfähigem Material auf einem Substrat über geeigneten darunterllegenden Isolations- und Schutzschichten gebildet. Die Mehrschichtstruktur ist außerdem mit einer Schutzschicht abgedeckt. Dünnfilme mit alternierenden magnetischen und nicht-magnetischen Schichten werden durch Magnetronsputtertechniken hergestellt. Wenn die Deposition beendet ist, wird die resultierende Dünnfilmstruktur unter Verwendung photolithographischer Techniken strukturiert, um ein Feld von "punktartigen" Strukturen auf der Substratoberfläche zu bilden. Die Punkte weisen eine Hauptabmessung von ungefähr 2 Mikrometer (um) oder weniger auf und sind um ungefähr 2 um getrennt. Ein MR-Sensor-Leseelement beinhaltet eine einzige oder einige der punktartigen Strukturen. Eine schwache antiferromagnetische Kopplung zwischen den Kanten der ferromagnetischen Schichten in jeder der Punktstrukturen stellt eine antiparallele Ausrichtung der Magnetisierung in jeder ferromagnetischen Schicht bezüglich der benachbarten ferromagnetischen Schicht bereit. Eine Stromquelle stellt einen Abtaststrom für den MR-Sensor bereit, der einen abzutastenden Spannungsabfall über das Abtastelement proportional zu den Änderungen des Widerstands des MR-Sensors aufgrund der Drehung der magnetischen Momente in den ferromagnetischen Schichten in Abhängigkeit von dem angelegten externen Magnetfeld erzeugt. Der Widerstand des MR-Sensors variiert mit dem Cosinus des Winkels zwischen den Magnetisierungen von zwei benachbarten ferromagnetischen Schichten. Der Widerstand ist maximal, wenn die Magnetisierungen der ferromagnetischen Schichten antiparallel, d. h. in entgegengesetzten Richtungen, ausgerichtet sind. Der Widerstand ist minimal, wenn die Magnetisierungen der ferromagnetischen Schichten parallel, d. h. in der gleichen Richtung, ausgerichtet sind.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen und in denen:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Magnetplattenspeichersystems ist, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
Fig. 2a und 2b Diagramme sind, die eine magnetoresistive Mehrschichtstruktur gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 3 eine graphische Darstellung ist, welche die antiferromagnetische Wechselwirkungsfeldstärke als Funktion der Hauptachsenlänge der magnetoresistiven Punktstruktur für ein Computermodell einer bevorzugten Ausführungsform des in Fig. 2 gezeigten magnetoresistiven Abtastelements darstellt;
Fig. 4 eine Querschnittansicht ist, die eine bevorzugte Ausführungsform einer magnetoresistiven Mehrschichtstruktur gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5 eine Querschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines magnetoresistiven Mehrschicht- Abtastelements gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 eine planare Ansicht ist, welche die bevorzugte Ausführungsform des in Fig. 5 gezeigten, magnetoresistiven Mehrschicht-Abtastelements darstellt;
Fig. 7a und 7b graphische Darstellungen sind, welche die Magnetoresistenz in Abhängigkeit von einem angelegten Magnetfeld für eine strukturierte beziehungsweise nicht strukturierte Ausführungsform des in Fig. 4 gezeigten magnetoresistiven Abtastelements darstellen;
Fig. 8a bis 8d graphische Darstellungen sind, welche die Magnetisierung in Abhängigkeit von einem angelegten Magnetfeld in Richtung der weichen Achse und der harten Achse für eine strukturierte und eine nicht strukturierte Ausführungsform des in Fig. 4 gezeigten magnetoresistiven Abtastelements darstellen;
Fig. 9a und 9b planare Ansichten sind, die weitere Ausführungsformen des in Fig. 5 gezeigten, magnetoresistiven Mehrschicht-Abtastelements darstellen;
Fig. 10 und 11 Querschnittansichten sind, welche die Schichtstruktur von weiteren bevorzugten Ausführungsformen des in den Fig. 4 und 5 gezeigten magnetoresistiven Abtastelements darstellen; und
Fig. 12 eine Querschnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines magnetoresistiven magnetischen Sensorsystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist.
Nunmehr bezugnehmend auf Fig. 1 ist ersichtlich, wenngleich die Erfindung so beschrieben ist, dass sie in einem Magnetplattenspeichersystem verkörpert ist, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, dass die Erfindung auch auf andere magnetische Aufzeichnungssysteme, wie zum Beispiel ein Magnetbandaufzeichnungssystem, oder andere Anwendungen anwendbar ist, bei denen ein Sensor eingesetzt wird, um ein Magnetfeld zu delektieren. Ein Magnetplattenspeichersystem beinhaltet wenigstens eine drehbare Magnetplatte 12, die auf einer Spindel 14 gelagert ist und durch einen Plattenantriebsmotor 18 gedreht wird, wobei wenigstens ein Gleitstück 13 auf der Platte 12 positioniert ist, wobei jedes Gleitstück 13 einen oder mehrere magnetische Lese-/Schreib- Messwandler 21 trägt, die typischerweise als Lese-/Schreibköpfe bezeichnet werden. Das magnetische Aufzeichnungsmedium auf jeder Platte liegt in Form einer Ringstruktur aus konzentrischen Datenspuren (nicht gezeigt) auf der Platte 12 vor. Wenn sich die Platten drehen, werden die Gleitstücke 13 radial nach innen und außen über die Plattenoberfläche 22 hinweg bewegt, so dass die Köpfe 21 auf verschiedene Bereiche der Platte zugreifen können, wo gewünschte Daten aufgezeichnet sind. Jedes Gleitstück 13 ist an einem Aktuatorarm 19 mittels einer Aufhängung 15 angebracht. Die Aufhängung 15 stellt eine leichte Federkraft bereit, die das Gleitstück 13 gegen die Plattenoberfläche 22 vorspannt. Jeder Aktuatorarm 19 ist an einem Aktuatormittel 27 angebracht. Das Aktuatormittel, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, kann zum Beispiel ein Schwingspulenmotor (VCM) sein. Der VCM beinhaltet eine Spule, die innerhalb eines festen Magnetfeldes bewegbar ist, wobei die Richtung und die Geschwindigkeit der Spulenbewegungen durch die von einer Steuereinheit zugeführten Motorstromsignale gesteuert 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 ein Anheben auf das Gleitstück ausübt. Das Luftlager gleicht somit die leichte Federkraft der Aufhängung 15 aus und hält das Gleitstück 13 während des Betriebs um einen kleinen, im Wesentlichen konstanten Abstand von der Plattenoberfläche weg und etwas oberhalb derselben.
Die verschiedenen Komponenten des Plattenspeichersystems werden im Betrieb durch Steuersignale gesteuert, die von einer Steuereinheit 29 erzeugt werden, wie Zugriffssteuersignale und interne Taktsignale. Typischerweise beinhaltet die Steuereinheit 29 zum Beispiel logische Steuerschaltkreise, Speichermittel und einen Mikroprozessor. Die Steuereinheit 29 erzeugt Steuersignale, um verschiedene Systemoperationen zu steuern, wie Antriebsmotorsteuersignale auf einer Leitung 23 und Kopfpositions- und Suchsteuersignale auf einer Leitung 28. Die Steuersignale auf der 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 zu positionieren. Lese- und Schreibsignale werden mittels eines Aufzeichnungskanals 25 zu und von den Lese- /Schreibköpfen 21 übertragen.
Die vorstehende Beschreibung eines typischen Magnetplattenspeichersystems und die begleitende Darstellung von Fig. 1 dienen lediglich Repräsentationszwecken. Es sollte offensichtlich sein, dass Plattenspeichersysteme eine große Anzahl von Platten und Aktuatoren enthalten können und dass jeder Aktuator eine Anzahl von Gleitstücken tragen kann.
Nunmehr bezugnehmend auf die Fig. 2a, 2b und 3 ist Fig. 2a eine Perspektivansicht, die eine magnetische Mehrschichtstruktur 30 darstellt, die zwei Schichten 31, 33 aus magnetischem Material beinhaltet, die durch eine Schicht 35 aus einem nicht magnetischen Material getrennt sind. Die nicht-magnetische Schicht 35 kann entweder ein elektrisch leitfähiges Material oder eine Schicht aus einem isolierenden Material sein, das dünn genug ist, um eine Transmission von Leitungselektronen zwischen den Schichten aus magnetischem Material durch den Tunnelmechanismus zu ermöglichen. Die magnetischen Schichten 31, 33 bestehen aus einem ferromagnetischen Material, wie Nickel (Ni), Eisen (Fe) oder Kobalt (Co) oder Legierungen derselben, wie zum Beispiel NiFe (Permalloy). Die Schichten aus magnetischem und nicht-magnetischem Material werden abwechselnd aufgebracht, wie durch Sputterdeposition, wobei die Dicke der einzelnen Schichten zum Beispiel durch einen Quarzmonitor gesteuert wird. Die lateralen Abmessungen der magnetischen Struktur 30 können einige um, vorzugsweise jedoch etwa 2,0 um oder weniger betragen. Die Dicke der magnetischen Schichten 31, 33 liegt im Bereich von 10 Ångström bis 100 Ångström (Å), während die Dicke der nicht-magnetischen Schicht 35 im Bereich von 10 Å bis 400 Å liegt.
Typischerweise zeigen magnetische Mehrschichtstrukturen, wie sie zum Beispiel in den Fig. 2a und 2b gezeigt sind, eine relativ große magnetische Zwischenschicht-Kopplung, die von ferromagnetisch zu antiferromagnetisch oszilliert, wenn die Dicke der Abstandshalterschicht mit einer Periode von etwa 1 nm variiert. Praktische MR-Sensoren, die diese Austauschkopplung nutzen, sind schwierig herzustellen, da die Austauschkopplung groß ist und da sie extrem empfindlich gegenüber Schwankungen der Schichtdicke ist. Andererseits sind in ferromagnetischen Materialien bei Temperaturen unterhalb der Curie-Temperatur die magnetischen Momente innerhalb von Domänen parallel ausgerichtet, was zu positiven oder Nordpolen an einer Kante einer Schicht und negativen oder Südpolen an einer entgegengesetzten Kante führt, wie durch Plus- beziehungsweise Minuszeichen in Fig. 2 gezeigt ist. Dies führt aufgrund von magnetostatischen Wechselwirkungen anstatt Austauschwechselwirkungen zu einer schwachen antiferromagnetischen Kopplung zwischen benachbarten Schichten, wie durch Pfeile 34 gezeigt. Das Netto-Wechselwirkungsfeld ist die Summe der magnetostatischen und Austauschwechselwirkungen. Wenn die Austauschwechselwirkung ferromagnetisch ist, dann löscht sie die magnetostatische Wechselwirkung teilweise oder vollständig aus, die stets antiferromagnetisch ist. Antiferromagnetische Ordnung und GMR werden nur erzielt, wenn das Netto-Wechselwirkungsfeld antiferromagnetisch ist.
Eine Steuerung des Wechselwirkungsfelds kann durch mehrere Verfahren erreicht werden. Typischerweise variiert die Größe der Austauschwechselwirkung mit der Zusammensetzung und der Dicke der magnetischen Schichten und der Abstandshalterschichten. Im Allgemeinen führen dickere Abstandshai ter- und magnetische Schichten zu kleineren Austauschwechselwirkungsfeldern. Außerdem nimmt die Stärke des antiferromagnetischen Feldes aufgrund magnetostatischer Kopplung zu, wenn die physikalische Abmessung einer Struktur abnimmt, zum Beispiel die Länge l und die Breite w, wie in Fig. 2a gezeigt. Fig. 3 stellt die Stärke des antiferromagnetischen Wechselwirkungsfeldes, Kurve 32, und des ferromagnetischen Austauschfeldes, Kurve 36, in Abhängigkeit von der Abmessung für eine magnetische Struktur von zwei benachbarten Schichten aus NiFe von 20 Å dar, die durch eine Schicht aus Cu von 20 Å getrennt sind. Für das in Fig. 3 dargestellte Beispiel ist das antiferromagnetische Wechselwirkungsfeld 32 ungefähr gleich dem ferromagnetischen Wechselwirkungsfeld 36 bei einer Hauptabmessung für die Partikel von etwa 6 um. Für Partikel mit einer Hauptabmessung von weniger als 6 um ist das Netto- Wechselwirkungsfeld stets antiferromagnetisch, was eine antiparallele Ausrichtung der Magnetisierungen in benachbarten ferromagnetischen Schichten sicherstellt.
Kurve 32 von Fig. 3 ist das Ergebnis einer Modellrechnung, die zwei abgeplattete, kugelförmige Partikel, die aufeinander gestapelt und durch eine Abstandshalterschicht von 20 Å entlang der Mittelachse der kugelförmigen Partikel getrennt sind, und eine Magnetisierung annimmt, die gleichförmig und parallel zu der Hauptachse in jedem Partikel ist. Die Länge der Nebenachse, d. h. die Dicke, jedes Partikels beträgt 20 Å. Die Wechselwirkungsfeldstärke ist in Abhängigkeit vom Hauptdurchmesser des Partikels auf getragen. Die antiferromagnetische Wechselwirkungsfeldstärke nimmt zu, wenn der Hauptdurchmesser abnimmt, da der relative Einfluss der Schichtkanten zunimmt, wenn das Partikel weniger abgeplattet wird. Eine ähnliche, wenngleich umgekehrte Beziehung wird zwischen der Größe der antiferromagnetischen Feldstärke und der Dicke des Partikels beobachtet. Der physikalische Parameter von Bedeutung ist das Verhältnis der Dicke zum Durchmesser. Außerdem erzeugen Partikel mit identischen Verhältnissen von. Dicke zu Durchmesser ungefähr die gleiche magnetostatische Feldstärke. Ein Paar von Partikeln mit einer Breite von 2 um und einer Dicke von 20 Å erzeugt zum Beispiel eine magnetostatische Feldstärke von etwa 15 Oersted (Oe) (aus Fig. 3); in ähnlicher Weise erzeugt auch ein Paar von Partikeln mit einer Breite von 1 um und einer Dicke von 10 Å eine magnetostatische Feldstärke von etwa 15 Oe.
Nunmehr auch auf die Fig. 4, 5 und 6 bezugnehmend, beinhaltet eine magnetische Mehrschichtstruktur 40 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung zwei benachbarte Schichten 47, 51 aus ferromagnetischem Material, die durch eine Abstandshalterschicht 49 aus nicht-magnetischem Material getrennt sind, eine Deckschicht 53 sowie eine Unterschicht 45, die auf einer Schicht 43 aus Siliciumdioxid (SiO) über einem geeigneten Substrat 41 aufgebracht ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform weist zum Beispiel die Struktur Ta(50 Å)/NiFe(20 Å)/Ag(40 Å)/NiFe(20 Å)/Ta(40 Å)/SiO&sub2;(700 Å)/Si auf. Die Ta-Deckschicht 53 schützt die magnetischen Schichten vor Korrosion und anderen unerwünschten Beeinflussungen, die aus einem Einwirken der Atmosphäre oder einer nachfolgenden Bearbeitung resultieren können. Die Ta-Unterschicht 45 präpariert die Oberfläche der Siliciumdioxid-Schicht 43 für die Deposition der magnetischen Schicht 47 und fördert außerdem die Bildung der gewünschten kristallinen und magnetischen Eigenschaften in der magnetischen Schicht. In Abhängigkeit von den für die magnetischen Schichten verwendeten Materialien ist möglicherweise die Deckschicht und/oder die Unterschicht nicht erforderlich.
Die magnetische Schichtstruktur 40 wird dann strukturiert und geätzt, wie in Fig. 5 gezeigt, um ein Punktfeld 50 zu erzeugen, wie in Fig. 6 dargestellt. Die magnetische Struktur wird dann bis zu der Oberfläche der Siliciumdioxid-Schicht 43 heruntergeätzt, um ein Feld von magnetischen Punkten 55 zu bilden, wobei jeder Punkt die in Fig. 4 gezeigte Schichtstruktur aufweist. Über dem Punktfeld wird dann eine Leitungsschicht 57 aus einem elektrisch leitfähigen Material aufgebracht, welche die Zwischenräume 59 zwischen den Punkten 55 füllt, um elektrische Leitfähigkeit durch die Struktur hindurch bereitzustellen. Die Hauptabmessung (Durchmesser) der Punkte 55 beträgt vorzugsweise 2,0 um oder weniger. Wenngleich die Fig. 5 und 6 zeigen, dass die Trennung zwischen den Punkten 55 in der Größenordnung des Punktdurchmessers liegt, liegen die Punkte vorzugsweise so dicht zusammen, wie es praktisch erreichbar ist, ohne dass sie sich in physikalischem Kontakt befinden, wobei eine ausreichende Trennung bereitgestellt wird, um die gewünschte magnetostatische Kopplung zwischen ferromagnetischen Schichten an den Kanten bereitzustellen. Wenn die Punkte 55 in Kontakt zueinander sind oder nicht ausreichend getrennt sind, können unerwünschte Austausch- oder magnetostatische Wechselwirkungen auftreten, die zu einem geringen Signal-zu-Rausch-Verhältnis und reduzierter Empfindlichkeit führen. Das strukturierte Punktfeld 50 kann unter Verwendung allgemein bekannter Photolithographie- und Ätztechniken, wie Abtragen mit Ionen (RIE) oder Nassätzen, erzeugt werden.
Nunmehr auch auf die Fig. 7 und 8 bezugnehmend, wurden Testproben hergestellt, die magnetische Filme mit der Mehrschichtstruktur, den Materialien und Abmessungen, wie vorstehend erörtert, und mit einer Überschicht 57 aus Tantal (Ta) von 500 Å enthielten, und die Magnetoresistenz wurde gemessen. Fig. 7a stellt die Magnetoresistenz in Abhängigkeit von der Stärke des angelegten Magnetfeldes entlang sowohl der magnetisch harten als auch weichen Achse für einen strukturierten Film 50 graphisch dar, wobei die Überschicht aus Ta als Leitungsschicht diente. In ähnlicher Weise ist Fig. 7b eine graphische Darstellung der Magnetoresistenz in Abhängigkeit von der Stärke des angelegten Magnetfeldes entlang sowohl der magnetisch harten als auch weichen Achse für einen unstrukturierten Film 40. Der anisotrope MR-Effekt (AMR) ist die Differenz zwischen den Kurven 81 und 83 für den parallelen beziehungsweise senkrechten Fall. Der MR-Rieseneffekt (GMR) ist die Mittelung der zwei Kurven 81, 83. Der unstrukturierte Film 40 zeigt hauptsächlich einen AMR-Effekt mit einer kleinen GMR- Komponente. Im Gegensatz dazu zeigt der strukturierte Film 50 hauptsächlich einen GMR-Effekt mit einer kleinen AMR- Komponente. Der strukturierte Film zeigt eine geringe oder keine Hysterese, während der unstrukturierte Film eine beträchtliche Hysterese entlang der weichen Achse zeigt. Die gemessene Größe des MR-Effekts sowohl in den strukturierten als auch den unstrukturierten Testfilmen ist aufgrund von Stromnebenschlüssen aus der Ta-Überschicht und einem schlechten elektrischen Kontakt zwischen der magnetischen Mehrschichtstruktur und der Ta-Überschicht gering. Dabei handelt es sich um Prozessprobleme, die in praktischen MR- Sensorbauelementen ohne Weiteres gelöst werden. In darübergeschichteten, unstrukturierten magnetischen Filmen mit der gleichen oder einer ähnlichen Struktur ist bekannt, dass die Größe des AMR-Effekts etwa 0,2 Prozent bis 0,4 Prozent beträgt. In dem strukturierten Testfilm 50 beträgt der AMR- Effekt ungefähr 7,6 Prozent des GMR-Effektes, was einen GMR- Effekt von 2,5 Prozent bis 5,0 Prozent impliziert. Die Größe des MR-Effektes, DeltaR/R, welche die Mehrschichtstruktur zeigt, ist hauptsächlich durch die Wahl der verwendeten Materialien und die Dicke der magnetischen und nichtmagnetischen Schichten festgelegt.
Die Fig. 8a, 8b, 8c und 8d stellen die Magnetisierung (M/Mg) in Abhängigkeit von der angelegten Feldstärke (H) in Richtung der harten und der weichen Achse für den strukturierten Film 50 beziehungsweise den unstrukturierten Film 40 graphisch dar. Da die Menge an magnetischem Material, die in den Testfilmen gemessen wurde, extrem gering war, wird ein signifikanter Betrag an Hintergrundrauschen mit den gemessenen Daten beobachtet, insbesondere bei dem strukturierten Film 50. Der unstrukturierte Film 40 zeigt eine typische Hystereseschleife für die harte und die weiche Achse für eine ferromagnetisch gekoppelte Mehrschichtstruktur mit einem induzierten Anisotropie-Feld von etwa 3 Oe. Die Daten für den mit einem Punktfeld strukturierten Film 50 sind jedoch charakteristisch für eine antiferromagnetisch geordnete Mehrschichtstruktur mit einem Wechselwirkungsfeld (äquivalent zu dem Sättigungsfeld) von ungefähr 20 Oe, das konsistent mit dem Sättigungsfeld der in den Fig. 7a und 7b gezeigten Magnetoresistenzkurven ist. Für alle untersuchten strukturierten Testfilme wurde eine geringe oder keine Hysterese und eine nahezu lineare Abhängigkeit von M/Ms von H beobachtet, insbesondere entlang der harten Achse. Die durch die Fig. 7a und 7b gezeigten Daten legen nahe, dass die magnetischen Schichten einzelne magnetische Domänen sind.
Nunmehr auch auf die Fig. 9a und 9b bezugnehmend, sind Punktfelder nicht die einzigen Strukturen, von denen erwartet wird, dass sie die vorstehend erörterten GMR-Effekte zeigen. Im Allgemeinen tritt in einer Mehrschichtstruktur immer dann eine antiferromagnetische magnetostatische Wechselwirkung zwischen magnetischen Schichten auf, wenn eine Diskontinuität oder ein Bruch in der Mehrfachschicht derart vorliegt, dass irgendeine Komponente der Vorzugsrichtung der Magnetisierung (wie durch eine gewisse Anisotropie der Struktur festgelegt, z. B. Gestalt, kristalline Struktur, Oberflächenmerkmal oder induziert) senkrecht zu dieser Diskontinuität verläuft. Nahezu die einzige bemusterte Struktur, die nicht dazu tendiert, sich antiferromagnetisch zu ordnen, ist eine langgezogene Linienstruktur mit Kanten, die überall parallel verlaufen, und einer weichen Achse entlang der Länge der Linie, zum Beispiel die typische MR-Streifenstruktur des Standes der Technik. Die Frequenz und Abmessung der Diskontinuitäten bestimmen das Wechselwirkungsfeld zwischen Schichten. In einigen Strukturen kann sich ein komplexes Mehrdomänenverhalten zeigen. Von anderen Strukturen, wie einem Feld 91 von Löchern oder anderen Öffnungen 93, die in dem Mehrschichtfilm ausgebildet sind, wie in Fig. 9a gezeigt, oder Linien mit modulierter Breite, wie das Feld 92 von verbundenen oder verknüpften Punkten 94, wie in Fig. 9b gezeigt, wird erwartet, dass sie einfache GMR- Bauelemente im großen Maßstab bereitstellen, die zusätzlich zu MR-Leseköpfen, die in magnetischen Aufzeichnungssystemen verwendet werden, Anwendung finden können.
Nunmehr auch bezugnehmend auf Fig. 10 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die magnetische Struktur 42 ist der Mehrschichtstruktur 40 ähnlich, die unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wurde, und beinhaltet benachbarte Schichten 47 und 51 aus magnetischem Material, die durch eine nicht-magnetische Abstandshalterschicht 49 getrennt sind. Die Magnetoresistenz der Struktur wird durch die Hinzufügung einer sehr dünnen Schicht aus magnetischem Material an den Grenzflächen zwischen den magnetischen Schichten 47, 51 und der Abstandshalterschicht 49 gesteigert. Eine dünne Schicht 46, 48 aus Kobalt (Co), die an den Grenzflächen zwischen den NiFe-Schichten 47, 51 und der Abstandshalterschicht 49 der Struktur 40 ausgebildet ist, erhöht zum Beispiel die beobachtete Magnetoresistenz der Struktur.
Nunmehr auch bezugnehmend auf Fig. 11, beinhaltet eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine magnetische Mehrschichtstruktur aus n magnetischen Schichten mit der allgemeinen Struktur
wobei x, y = 10 Å bis 400 Å, n = 2 bis 10 und
d. h. die Gesamtdicke der geradzahligen Schichten ist gleich der Gesamtdicke der ungeradzahligen Schichten. Zum Beispiel sind magnetische Schichten 127, 131, 135, 139 aus NiFe abwechselnd mit nicht-magnetischen Abstandshalterschichten 129, 133, 137 aus Ag mit einer Deckschicht 141 und einer Unterschicht 125 aus Ta auf einer Oberflächenschicht 123 aus SiO über einem geeigneten Substrat 121 aus Si ausgebildet. Für das magnetische Schichtmaterial kann jegliches geeignete ferromagnetische Material, wie Fe, Ni, Co oder deren Legierungen verwendet werden. In ähnlicher Weise kann jegliches geeignete nichtmagnetische Material, wie zum Beispiel Au oder Cu, für das nicht-magnetische Material der Abstandshalterschicht verwendet werden. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben, werden Felder von Punkten oder anderen geeigneten Formen mit einer Hauptabmessung von 10,0 um oder weniger unter Verwendung photolithographischer und Abtrag- oder Ätztechniken hergestellt, wobei die maximale Länge so beschränkt ist, dass die Netto-Wechselwirkung zwischen den Schichten antiferromagnetisch ist (wie zum Beispiel in Fig. 3 gezeigt). Dann wird eine Leitungsschicht (wie in Fig. 5 gezeigt) über dem Punktfeld aufgebracht, welche die Zwischenräume zwischen den Punkten in dem Feld füllt, um elektrische Leitfähigkeit über die Struktur hinweg bereitzustellen. Andere strukturierte Felder, wie zum Beispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 9a und 9b vorstehend beschrieben, sind ebenfalls geeignet. In bemusterten Strukturen, die innerhalb der magnetischen Schichten Kontinuität beibehalten, wie das Feld 91 von Löchern oder die Linie mit modulierter Breite 92, ist eine Leitungsschicht 57 nicht erforderlich. Für bemusterte Strukturen dieses Typs ist möglicherweise nur eine Deckschicht erforderlich.
Nunmehr auch auf Fig. 12 bezugnehmend, ist ein magnetischer MR- Sensor gezeigt, der ein Mehrschicht-Abtastelement gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Der MR-Sensor 150 beinhaltet eine Vormagnetisierungsschicht 153 aus einem magnetischen Material, eine nicht-magnetische Abstandshalterschicht 155 und eine mehrlagige MR-Sensorschicht 157, die auf einem geeigneten Substrat 151 aufgebracht ist. Das Substrat 151 kann aus Glas, Saphir, Quarz, Magnesiumoxid, Silicium, Siliciumdioxid, Al&sub2;O&sub3;-TiC oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Zuerst wird eine Unterschicht 152 über dem Substrat 151 aufgebracht. Der Zweck der Unterschicht 152 besteht darin, die Textur, Kornabmessung und Morphologie der nachfolgend aufgebrachten magnetischen Schichten 153 und 155 zu optimieren. Die Unterschicht 152 muss einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen, um elektrische Stromnebenschlusseffekte zu minimieren. Im Allgemeinen sind zum Beispiel nicht-magnetische Materialien mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand, wie Tantal (Ta), Ruthenium (Ru) oder Aluminiumoxid, geeignete Materialien für die Unterschicht 152. Eine Deckschicht 159 aus Ta oder einem anderen geeigneten Material, wie zum Beispiel SiO&sub2; oder AlO&sub2;, wird über der MR- Sensorschicht 157 aufgebracht, um einen Korrosionsschutz und eine Isolation zu nachfolgenden Schichten und Prozessschritten bereitzustellen.
Die mehrlagige MR-Sensorschicht 157 beinhaltet alternierende magnetische und nicht-magnetische Schichten, die zum Beispiel in ein Punktfeld strukturiert wurden, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 4, 5, 10 und 11 beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die MR-Sensorschicht 157 ein einziges, im Allgemeinen quadratisches oder rechteckiges Punktelement mit der geeigneten Länge und Breite, wie durch die gewünschte Datenspurbreite und die Anforderung zur Bereitstellung eines antiferromagnetischen Wechselwirkungsfeldes zwischen den magnetischen Schichten festgelegt. Die mehrlagige MR-Sensorschicht 157 beinhaltet vorzugsweise 1 bis 10 Doppelschichten aus magnetischem und nicht-magnetischem Material, die über einer Basisschicht aus magnetischem Material aufgebracht sind. Die magnetischen Schichten bestehen aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise NiFe, können jedoch aus jedem beliebigen geeigneten ferromagnetischen Material bestehen, wie zum Beispiel Ni, Co, Fe und ferromagnetischen Legierungen basierend auf Ni, Fe oder Co. Die Abstandshalterschichten bestehen vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen, metallischen, leitfähigen Material, wie zum Beispiel Au, Ag oder Cu, können jedoch aus jedem beliebigen nicht-magnetischen Material bestehen, das eine geeignete Leitfähigkeit aufweist oder dünn genug ist, um eine Transmission von Leitungselektronen zu erlauben.
Die Vormagnetisierungsschicht 153 stellt ein transversales Vormagnetisierungsfeld für die MR-Sensorschicht 157 bereit, um eine lineare Antwort für den Sensor zu liefern. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, kann die Vormagnetisierungsschicht aus einem magnetisch harten Material (harte Vormagnetisierung) bestehen, wie zum Beispiel CoPt oder CoPtCr, oder aus einem magnetisch weichen Material (weiche Vormagnetisierung), wie zum Beispiel NiFe oder NiFeRh. Die Abstandshalterschicht 155 dient dazu, die Vormagnetisierungsschicht 153 von der MR- Abtastschicht 157 magnetisch zu entkoppeln und außerdem die Textur, Kornabmessung und Morphologie der MR-Abtastschicht zu optimieren. Die Abstandshalterschicht 155 sollte aus einem nicht-magnetischen Material mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand bestehen, wie Ta, Zr, Ti, Y, Hf oder einem anderen geeigneten Material mit der gewünschten kristallinen Struktur.
Eine bevorzugte Ausführungsform des MR-Sensors 150 beinhaltet eine strukturierte mehrlagige MR-Sensorschicht 157 aus 5 Doppelschichten aus NiFe (20 Å)/Ag(35 Å) auf einer Basisschicht aus NiFe(20 Å), eine Schicht 153 mit weicher Vormagnetisierung aus NiFe, die auf einer Unterschicht 152 aus Al&sub2;O&sub3; aufgebracht ist und durch eine Abstandshalterschicht 155 aus Ta mit einer Dicke von ungefähr 50 Å von der MR-Sensorschicht 157 getrennt ist. Der MR-Sensor 150 wird durch Sputterdeposition oder einen anderen geeigneten Depositionsprozess, wie auf dem Fachgebiet bekannt, auf einem keramischen Substrat 151 aufgebracht. Die Dicke der Unterschicht 152 liegt vorzugsweise im Bereich von 100 Å bis 500 Å. Die Dicke der NiFe-Schicht 153 mit weicher Vormagnetisierung liegt im Bereich von 50 Å bis 300 Å, vorzugsweise von 100 Å. Leiteranschlüsse 161 aus Cu oder einem anderen geeigneten Material, wie Ta, Ag oder Au, die auf gegenüberliegenden Enden des MR-Sensors 150 ausgebildet sind, verbinden den MR-Sensor mit einer Stromquelle 163 und einem Signalabtastschaltungsaufbau 165 über Leitungsleiterelemente 167. Die Stromquelle 163 stellt für den MR-Sensor 150 einen Abtaststrom bereit, der die Änderungen des Widerstands des MR- Sensorelements 157 abtastet, wenn ein externes Magnetfeld angelegt wird. Eine Deckschicht 159 aus einem Material mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand, wie zum Beispiel Ta oder Zr, kann ebenfalls über der MR-Sensorschicht 157 aufgebracht werden.

Claims

1. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor mit einer ersten und einer zweiten Schicht (31, 33) aus ferromagnetischem Material, die durch eine Schicht (35) aus nichtmagnetischem Material getrennt sind, was eine magnetische Mehr Schicht Struktur (30) bildet, wobei die erste und die zweite ferromagnetische Schicht durch magnetostatische Kopplung an gegenüberliegenden Kanten derselben antiferromagnetisch gekoppelt sind, die Magnetisierung in der ersten ferromagnetischen Schicht (31) im Wesentlichen antiparallel zu der Magnetisierung in der zweiten ferromagnetischen Schicht (33) orientiert ist, die Richtung der Magnetisierung in jeder ferromagnetischen Schicht in Reaktion auf ein angelegtes Magnetfeld rotiert, der Widerstand des magnetoresistiven Sensors als Funktion der Änderung des Winkels zwischen den Magnetisierungsrichtungen in benachbarten ferromagnetischen Schichten variiert,

wobei der magnetoresistive Mehrschichtsensor dadurch gekennzeichnet ist, dass

die magnetische Mehrschichtstruktur (30) so strukturiert ist, dass sie ein Feld mit mehreren Elementen bildet, wobei jedes Element des Feldes von benachbarten Elementen beabstandet ist, jedes Element des Feldes die gleiche Schichtstruktur wie die magnetische Mehrschichtstruktur (30) aufweist, eine Leitungsschicht aus elektrisch leitfähigem Material über dem Feld ausgebildet ist, welche die Zwischenräume zwischen den Elementen füllt, um elektrische Leitfähigkeit zwischen den Elementen in der Ebene der magnetischen Mehrschichtstruktur (30) bereitzustellen.

2. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 1, wobei jedes Element des Feldes eine gewünschte Form aufweist, wobei die größte Abmessung in der Ebene der magnetischen Mehrschichtstruktur 10,0 Mikrometer oder weniger beträgt.

3. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei jedes Element eine im Wesentlichen kreisförmige Gestalt aufweist.

4. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes Element eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt aufweist.

5. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 1, wobei die magnetische Mehrschichtstruktur (30) so strukturiert ist, dass sie ein Feld von Diskontinuitäten bildet, die senkrecht zu den ferromagnetischen Schichten verlaufen und die Richtung der magnetischen Anisotropie in jeder ferromagnetischen Schicht unterbrechen.

6. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 5, wobei die magnetische Mehrschichtstruktur (30) so strukturiert ist, dass ein Feld von Öffnungen durch die magnetische Mehrschichtstruktur (30) hindurch gebildet ist.

7. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 6, wobei das Feld von Öffnungen ein Feld von im Wesentlichen kreisförmigen Löchern durch die magnetische Mehrschichtstruktur (30) hindurch bildet.

8. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 6, wobei die magnetische Mehrschichtstruktur (30) so strukturiert ist, dass wenigstens ein Streifen mit einer modulierten Breite gebildet ist.

9. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 8, wobei der Streifen mit der modulierten Breite ein Feld von verbundenen, im Wesentlichen kreisförmigen Elementen beinhaltet.

10. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei jede magnetische Mehrschichtstruktur (30) ein im Wesentlichen kreisförmiges Element mit einem maximalen Durchmesser von 10,0 Mikrometern beinhaltet.

11. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die magnetische Mehrschichtstruktur (30) eine im Wesentlichen rechteckige Gestalt aufweist, deren größte Abmessung 10 Mikrometer oder weniger beträgt.

12. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das ferromagnetische Material ein Material beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen, Kobalt, Nickel, Nickel- Eisen und ferromagnetischen Legierungen auf der Basis von Eisen, Kobalt, Nickel oder Nickel-Eisen besteht.

13. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die nicht-magnetische Abstandshalterschicht ein elektrisch leitfähiges Material beinhaltet.

14. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 13, wobei das elektrisch leitfähige Material ein Material ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silber, Gold, Kupfer und Ruthenium sowie leitfähigen Legierungen von Silber, Gold, Kupfer oder Ruthenium besteht.

15. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 1, wobei die Leitungsschicht ein nicht-magnetisches, elektrisch leitfähiges Material beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chrom, Tantal, Silber, Gold, Kupfer, Aluminium und Ruthenium besteht.

16. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor mit:

einem Substrat;

einer Isolationsschicht, die auf einer Hauptoberfläche des Substrats aufgebracht ist;

einer Vormagnetisierungsschicht aus einem magnetischen Material, die auf der Isolationsschicht aufgebracht ist;

einem magnetoresistiven Sensor nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch;

einer Deckschicht, die über der oberen Schicht der magnetischen Mehrschichtstruktur (30) ausgebildet ist; und

einer Abstandshalterschicht aus einem nicht-magnetischen Material, die auf der Vormagnetisierungsschicht aufgebracht und zwischen der Vormagnetisierungsschicht und dem magnetoresistiven Abtastelement angeordnet ist, um die Vormagnetisierungsschicht von dem magnetoresistiven Abtastelement magnetisch zu entkoppeln.

17. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 17, wobei das Feld aus mehreren Elementen eine aus einem Bereich von 1 bis 10 ausgewählte Anzahl von Schichten beinhaltet.

18. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Vormagnetisierungsschicht eine Schicht aus einem magnetisch weichen Material beinhaltet, um das Vormagnetisierungsfeld bereitzustellen.

19. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach Anspruch 16, 17, oder 18, wobei die Vormagnetisierungsschicht eine Schicht aus einem magnetisch harten Material beinhaltet, um das Vormagnetisierungsfeld bereitzustellen.

20. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach den Ansprüchen 16 bis 19, wobei die ferromagnetischen Schichten eine Dicke im Bereich von etwa 10 Ångström bis etwa 100 Ångström aufweisen.

21. Magnetoresistiver Mehrschichtsensor nach den Ansprüchen 16 bis 19, wobei die nicht-magnetischen Schichten eine Dicke im Bereich von etwa 10 Ångström bis etwa 400 Ångström aufweisen.

22. Magnetisches Speichersystem mit:

einem magnetischen Speichermedium mit einer Mehrzahl von Spuren, die auf einer Oberfläche desselben definiert sind, um Daten aufzuzeichnen;

einem magnetischen Messwandler, der während einer Relativbewegung zwischen dem magnetischen Messwandler und dem magnetischen Speichermedium in einer dicht beabstandeten Position bezüglich des magnetischen Speichermediums gehalten wird, wobei der magnetische Messwandler einen magnetoresistiven Mehrschichtsensor nach Anspruch 16 bis 21 beinhaltet;

Aktuatormitteln, die mit dem magnetischen Messwandler gekoppelt sind, um den magnetischen Messwandler zu ausgewählten Datenspuren auf dem magnetischen Speichermedium zu bewegen; und

Detektionsmitteln, die mit dem magnetoresistiven Mehrschichtsensor gekoppelt sind, um Widerstandsänderungen in dem magnetoresistiven Abtastelement in Reaktion auf angelegte Magnetfelder zu detektieren, die repräsentativ für Datenbits sind, die in dem magnetischen Speichermedium aufgezeichnet sind, das von dem magnetoresistiven Mehrschichtsensor abgetastet wird.

23. Verfahren zur Herstellung eines magnetoresistiven Mehrschichtbauelements, das die Schritte umfasst:

Bilden einer Basisschicht aus ferromagnetischem Material auf einem geeigneten Substrat;

Bilden einer Mehrzahl von Doppelschichten, wobei jede Doppelschicht eine erste Schicht aus einem nichtmagnetischen Material und eine zweite Schicht aus dem ferromagnetischen Material beinhaltet, die über der ersten Schicht ausgebildet ist, wobei die Mehrzahl von Doppelschichten über der Basisschicht aus dem ferromagnetischen Material ausgebildet ist;

Strukturieren der resultierenden magnetischen Mehrschichtstruktur (30), die ein Feld aus mehreren Elementen bildet, wobei jedes Element des Feldes von benachbarten Elementen beabstandet ist, wobei jedes Element des Feldes die gleiche Schichtstruktur wie die magnetische Mehrschichtstruktur (30) auf weist; und

Bilden einer Leitungsschicht aus elektrisch leitfähigem Material über dem Feld, das die Zwischenräume zwischen den Elementen füllt, um elektrische Leitfähigkeit zwischen den Elementen in der Ebene der magnetischen Mehrschichtstruktur (30) bereitzustellen.