일반기술

소자 크기 변화에 무관하게 작고 안정한 바이어스 자기장을 갖는 자기 저항 구조

본 발명은 자기 기록 디스크 드라이브 또는 자기 랜덤 액세스 메모리(자기 메모리)(MAGNETIC RANDOM ACCESS MEMORY) 디바이스 기술에 관한 것으로, 구체적으로는 이러한 자기 기록 디스크 드라이브의 자기 저항 센서나 자기 랜덤 액세스 메모리 디바이스의 자기기억소자(DRAM 의 캐패시터에 대응되는 역할을 하는)에 적용되는 스핀 밸브(SPIN VALVE) 또는 터널접합(TUNNERL JUNCTION) 자기 저항(MAGNETORESISTANCE) 구조에 관한 것이다. 자기 기록 디스크 드라이브나 자기 랜덤액세스 메모리 디바이스를 작동시킬 때에 자기 바이어스 포인트(MAGNETIC BIAS POINT) 조절이 중요한 요소가 된다. 자기 바이어스 포인트는 자기 저항 전달 곡선(MAGNETORESISTIVE TRANSFER CURVE)의 중간지점으로 정의된다. 자기 저항 전달 곡선은 대개 자기 기록 디스크 드라이브에 대해서는 선형의 모습을 하며, 자기 랜덤 액세스 메모리에 대해서는 직각 모양을 한다. 기존에 사용되는 합성 반강자성체 기반의 스핀 밸브{SYNTHETIC ANTIFERROMAGNET-BASED SPIN-VALVES(SSV)} 자기 저항 구조에서 고정층(PINNED LAYER)이 COFE / RU / COFE 의 세층 구조로 되어 있는 것을 COFE / RU / COFE / RU / COFE 로 변경하여 SSV의 자기 바이어스 포인트 조절이 용이하게 된다. 즉, 개량된 합성 반강자성체 기반 스핀 밸브(MODIFIED SSV: MSSV) 자기 저항의 구조는 자유층(FREE LAYER)(NIFE / COFE) / 사이층(SPACER) (CU) / 고정층(COFE / RU / COFE / RU / COFE) / 반강자성체층(IRMN)을 포함하게 된다. 터널 접합 자기저항 구조에서는 사이층으로 AL2O3가 사용된다. 단위 셀의 크기가 감소할수록 SSV의 경우에는 바이어스 포인트가 고정층의 두 번째 COFE층의 정자기 자기장 (MAGNETOSTSTIC FIELD)으로 인해 지수함수적(EXPONENTIALLY)으로 증가하게 된다. 반면에 MSSV 에서는 단위 셀의 크기에 관계없이 거의 일정하게 0값을 유지한다. 또한 MSSV에서는 바이어스 포인트를 고정층의 세번째 COFE층의 두께를 변화시켜서 조절할 수 있다. 더우기, MSSV 의 유효 교환 자기장 (EFFECTIVE EXCHANGE FIELD)은 SSV의 유효 교환 자기장보다 훨씬 더 크다.기판위에 형성되어 있고 비자성 사이층으로 분리되어 있는 자유층과 고정층을 포함하는 스핀 밸브 자기 저항 구조에 있어서, 기판; 상기 기판 상부에 형성된 자유층, 상기 자유층 상부에 형성된 비자성 전도성재료로 이루어진 사이층; 상기 사이층 상부에 제3 강자성층, 제2 강자성층, 제1 강자성층 및, 상기 제3 강자성층과 상기 제2 강자성층 사이에 위치하여 상기 제3 강자성층과 상기 제2 강자성층을 분리하는 제2 반평행 결합층과 상기 제2 강자성층과 상기 제1 강자성층 사이에 위치하여 상기 제2 강자성층과 상기 제1 강자성층을 분리하는 제1 반평행 결합층으로 이루어진 고정층; 상기 고정층의 상기 제1 강자성층 상부에 형성된 반강자성층을 포함함을 특징으로 하는 스핀 밸브 자기 저항 구조.