專利名稱：：磁致電阻器件和磁致電阻磁頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般涉及磁致電阻器件和磁致電阻磁頭。特別是本發(fā)明涉及在弱磁場(chǎng)下磁致電阻變化極大的磁致電阻器件，以及涉及采用這種磁致電阻器件構(gòu)成的磁致電阻磁頭，適合用于高密度磁記錄和重放過程。使用磁致電阻器件的磁致電阻傳感器(以下簡(jiǎn)稱為“MR傳感器”)和磁致電阻磁頭(以下簡(jiǎn)稱為“MR磁頭”)已經(jīng)得到開發(fā)。通常，主要采用Ni0.8Fe0.2制成的坡莫合金和Ni0.8Co0.2制成的合金膜作為這些器件的磁性材料。這些磁致電阻材料的磁致電阻變化比(以下簡(jiǎn)稱為“MR比”)約為2.5％。為了開發(fā)呈現(xiàn)高敏感性的磁致電阻器件，需要具有高M(jìn)R比的磁致電阻材料。近來發(fā)現(xiàn)[Fe/Cr]和[Co/Ru]多層在強(qiáng)磁場(chǎng)(約1-10千奧斯特(kOes))中呈現(xiàn)巨磁致電阻效應(yīng)，該多層中通過Cr或Ru制成的金屬非磁性薄膜實(shí)現(xiàn)了反鐵磁性耦合(PhysicalReviewLetterVol.61，p.2472，1988；和PhysicalReviewLetterVol.64，p.2304，1990)。但是，由于為了獲得大的MR變化，這些人造多層需要強(qiáng)度為幾至幾十kOes的磁場(chǎng)，所以這種人造多層不能實(shí)際應(yīng)用于磁頭等。此外，還發(fā)現(xiàn)[Ni-Fe/Cu/Co]人造多層呈現(xiàn)巨磁致電阻效應(yīng)，該多層采用具有不同矯頑力的Ni-Fe和Co制成的磁性薄膜，其中它們由Cu制成的金屬非磁性薄膜隔開，相互并不磁性耦合，獲得了在室溫施加強(qiáng)度約為0.5kOe的磁場(chǎng)時(shí)具有約8％的MR比的磁致電阻材料(JoumalofPhysicalSocietyofJapan，Vol.59，p.3061，1990)。但是使用這種類型的磁致電阻材料時(shí)，為了獲得大的MR變化要求磁場(chǎng)強(qiáng)度約為100Oes。此外，其磁致電阻從負(fù)磁場(chǎng)向正磁場(chǎng)非對(duì)稱地變化，亦即，其磁致電阻呈現(xiàn)較差的線性。于是，這種磁致電阻材料的性能不適于實(shí)際使用。而且，還發(fā)現(xiàn)[Ni-Fe-Co/Cu/Co]和[Ni-Fe-Co/Cu]人造多層呈現(xiàn)巨磁致電阻效應(yīng)，該多層采用Ni-Fe-Co和Co制成的磁性薄膜，其中通過Cu實(shí)現(xiàn)了RKKY型反鐵磁性耦合，獲得了在室溫施加強(qiáng)度約為0.5kOe的磁場(chǎng)時(shí)具有約15％的MR比的磁致電阻材料(TechnicalReportbyTHEINSTITUTEOFELECTRONICS，INFORMATIONANDCOMMUNICATIONENGINEERSofJapan，MR91-9)但是使用這種類型的磁致電阻材料時(shí)，其磁致電阻從零磁場(chǎng)向正磁場(chǎng)基本線性變化，該材料具有的性能基本適合用于MR傳感器。除此之外，為了獲得大MR比，也需要約強(qiáng)度為50Oes磁場(chǎng)。于是，這種特性不適合MR磁頭的應(yīng)用，該磁頭工作所要求的磁場(chǎng)最大在約20Oes，更小最好。作為即使施加極弱磁場(chǎng)也能工作的薄膜，已經(jīng)提出自旋閥式薄膜，其中作為反鐵磁性材料的Fe-Mn附著于Ni-Fe/Cu/Ni-Fe結(jié)構(gòu)上(JoumalofMagnetismandMagneticMaterials93，p.101，1991)。這種類型的磁致電阻材料的工作磁場(chǎng)實(shí)際較弱，而且觀察到了良好的線性。但是，其MR比較小約為2％，而且Fe-Mn膜的耐蝕性較差，奈耳溫度(有序溫度)低。因此，這種器件的特性呈現(xiàn)不利的較大溫度依賴性。而且，還提出了具有Ni-Fe/Cu/Co-Pt等結(jié)構(gòu)的自旋閥膜，采用例如Co-Pt的硬磁材料代替反鐵磁性材料。在這種情況，以等于或小于硬磁材料的矯頑力，旋轉(zhuǎn)軟磁材料層的磁化方向，由此產(chǎn)生平行磁化狀態(tài)和反平行磁化狀態(tài)。但是即使采用這種結(jié)構(gòu)，仍難以改善軟磁材料層的性能。于是，這種結(jié)構(gòu)也未得到實(shí)用。此外，作為提高自旋閥膜的MR比的措施，還提出了如下結(jié)構(gòu)，例如通過把低電阻金屬制成的低電阻背層附著于自旋閥膜后背而形成的Cu/Ni-Fe/Cu/Ni-Fe/Fe-Mn(美國專利5,422,571)。這種結(jié)構(gòu)期望通過增長(zhǎng)具有特定自旋方向的電子的平均自由路徑來提高M(jìn)R比。傳統(tǒng)的自旋閥式MR器件，無論器件是采用反鐵磁性材料的類型還是采用硬磁層的類型，均存在即使其磁場(chǎng)敏感性優(yōu)異、其MR比也低的問題。同樣，即使提供低電阻背層也不能滿意地提高M(jìn)R比。推測(cè)這是因?yàn)樽孕y式MR器件的較小厚度易于引起電子在器件表面上的彌散性散射。對(duì)這種現(xiàn)象可以更具體說明如下。巨磁致電阻效應(yīng)原本起源于磁性層與非磁性層之間界面上的電子的與自旋相關(guān)的散射。因此，為了提高散射發(fā)生的可能性，重要的是降低與非自旋相關(guān)的散射發(fā)生的可能性并增長(zhǎng)電子的平均自由路徑。在自旋閥膜中，待堆疊的磁性層和非磁性層的數(shù)量較少。因此，自旋閥膜的膜厚度通常小于(例如在20nm至50nm的范圍內(nèi))反鐵磁性耦合式巨磁致電阻膜。因此，在這種膜表面上電子被散射的可能性高，電子的平均自由路徑短。這是自旋閥膜的MR比變低的主要原因。一般，薄膜表面具有某種在幾十nm數(shù)量級(jí)的不平整度，這與傳導(dǎo)電子的波長(zhǎng)(即費(fèi)米波長(zhǎng))的數(shù)量級(jí)基本相同。在這種情形，傳導(dǎo)電子在膜表面上被彌散性散射。通常，在彌散性散射的情形，電子的自旋方向不能保持。本發(fā)明的磁致電阻器件包括至少兩個(gè)其間夾有非磁性層而堆疊的磁性層；和形成傳導(dǎo)電子的金屬反射層，與磁性層的最外兩層中至少之一接觸，金屬反射層與最外磁性層的一個(gè)表面接觸，該表面與最外磁性層的與非磁性層接觸的另一表面相反，在保持電子的自旋方向時(shí)金屬反射層易于反射傳導(dǎo)電子。在一個(gè)實(shí)施例中，磁致電阻器件還包括位于金屬反射層與磁性層之間的非磁性層。在另一實(shí)施例中，非磁性層主要由Cu構(gòu)成，金屬反射層主要由Ag、Au、Bi、Sn和Pb中的至少一種構(gòu)成。在另一實(shí)施例中，通過非磁性層與金屬反射層接觸的磁性層主要由富Co的Co-Fe合金構(gòu)成。在另一實(shí)施例中，磁性層包括至少兩層磁性層和主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成的中間磁性層，中間磁性層通過非磁性層與金屬反射層接觸。在另一實(shí)施例中，通過非磁性層與金屬反射層接觸的磁性層，包括至少兩個(gè)主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成的中間磁性層，其間夾置有軟磁層。在另一實(shí)施例中，金屬反射層具有平滑表面。在另一實(shí)施例中，至少金屬反射層的部分表面的平滑度在幾十nm的數(shù)量級(jí)。在另一實(shí)施例中，至少10％的金屬反射層表面是不平整度約在三埃或以下的平滑表面。在另一實(shí)施例中，直接與金屬反射層接觸的磁性層主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成。在另一實(shí)施例中，磁性層包括至少兩層磁性層和主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成的中間磁性層，中間磁性層直接與金屬反射層接觸。在另一實(shí)施例中，直接與金屬反射層接觸的磁性層，包括至少兩個(gè)主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成的中間磁性層，其間夾置有軟磁層。在另一實(shí)施例中，至少兩個(gè)磁性層中的至少一個(gè)具有與其他磁性層的矯頑力不同的矯頑力。在另一實(shí)施例中，磁致電阻器件包括通過非磁性層堆疊的第1和第2磁性層；與第1磁性層的一個(gè)表面接觸地形成的反鐵磁性層，該表面與第1磁性層的與非磁性層接觸的另一表面相反；和與第2磁性層的一個(gè)表面接觸地形成的金屬反射層，該表面與第2磁性層的與非磁性層接觸的另一表面相反。在另一實(shí)施例中，反鐵磁性層是氧化物。在另一實(shí)施例中，反鐵磁性層由Ni-O制成。在另一實(shí)施例中，反鐵磁性層由α-Fe2O3制成。在另一實(shí)施例中，第2磁性層包括通過非磁性層堆疊的兩個(gè)或更多的磁性層。在另一實(shí)施例中，反鐵磁性層在基片上外延生長(zhǎng)。在另一實(shí)施例中，磁致電阻器件包括如下結(jié)構(gòu)，按如下順序堆疊的第1磁性層、非磁性層、第2磁性層、反鐵磁性層和金屬反射層。在另一實(shí)施例中，磁致電阻器件還包括位于反鐵磁性層與金屬反射層之間的非磁性層。在另一實(shí)施例中，反鐵磁性層由Ir-Mn合金制成。在另一實(shí)施例中，磁致電阻器件包括如下結(jié)構(gòu)，直接在基片表面上或者通過底層在基片上，按如下順序堆疊的第1反鐵磁性層、磁性層、非磁性層、軟磁層、非磁性層、磁性層、第2反鐵磁性層和金屬反射層。在另一實(shí)施例中，磁致電阻器件還包括位于第2反鐵磁性層與金屬反射層之間的非磁性層。在另一實(shí)施例中，第2反鐵磁性層由Ir-Mn合金制成。在另一實(shí)施例中，第1反鐵磁性層是氧化物。在另一實(shí)施例中，第1反鐵磁性層由Ni-O制成。在另一實(shí)施例中，軟磁層包括通過非磁性層堆疊的兩個(gè)或更多的磁性層。在另一實(shí)施例中，第1和第2反鐵磁性層中的至少一個(gè)由Ir-Mn合金制成。在另一實(shí)施例中，第1反鐵磁性層由α-Fe2O3制成。在另一實(shí)施例中，第1反鐵磁性層在基片上外延生長(zhǎng)。在另一實(shí)施例中，磁致電阻器件包括如下結(jié)構(gòu)，直接在基片表面上或者通過底層在基片上，按如下順序堆疊的金屬反射層、第1反鐵磁性層、磁性層、非磁性層、軟磁層、非磁性層、磁性層、第2反鐵磁性層和金屬反射層。在另一實(shí)施例中，磁致電阻器件還包括位于第1反鐵磁性層與金屬反射層之間、和/或位于第2反鐵磁性層與金屬反射層之間的非磁性層。在另一實(shí)施例中，非磁性層在基片上外延生長(zhǎng)。在另一實(shí)施例中，非磁性層的(100)面垂直于薄層的生長(zhǎng)方向外延生長(zhǎng)。在另一實(shí)施例中，非磁性層通過Pt底層在MgO(100)基片上外延生長(zhǎng)。本發(fā)明的磁致電阻磁頭包括磁致電阻器件，包括至少兩個(gè)其間夾有非磁性層而堆疊的磁性層，和傳導(dǎo)電子的金屬反射層，形成為與磁性層的最外兩層中至少之一接觸，金屬反射層與最外磁性層的一個(gè)表面接觸，該表面與最外磁性層的與非磁性層接觸的另一表面相反，在保持電子的自旋方向時(shí)金屬反射層易于反射傳導(dǎo)電子；和向磁致電阻器件提供電流的磁頭部分。具有磁致電阻器件的最小矯頑力的磁性層的易磁化軸或者與反鐵磁性層接觸的磁性層的易磁化軸，垂直于待檢測(cè)的信號(hào)磁場(chǎng)的方向。以下，將說明本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的功能或效果。本發(fā)明的磁致電阻器件的特征在于包括金屬反射層，其在自旋閥膜表面上保持電子自旋方向時(shí)，易于引起鏡面散射。金屬反射層應(yīng)具有可被認(rèn)為是幾十nm數(shù)量級(jí)的平滑度。在此情形，傳導(dǎo)電子在膜表面產(chǎn)生彈性散射(鏡面散射)，保存了傳導(dǎo)電子的自旋方向，并可實(shí)現(xiàn)與其平均自由路徑變短所實(shí)現(xiàn)的相同效果。結(jié)果，提高了MR比。金屬反射層最好由Ag、Au、Bi、Sn或Pb這些材料制成。這些材料有利于形成幾十nm數(shù)量級(jí)的平滑度，與通常用做自旋閥膜的材料例如Ni、Fe、Cu和Co不同。這些材料中，以Ag和Au為好，Ag最有效。使用Ag或Au時(shí)，(111)面更易于平滑，更容易獲得可被認(rèn)為是幾十nm數(shù)量級(jí)的平滑度的表面。于是，(111)面最好平行于基片表面。更好地，在金屬反射層與自旋閥膜(的磁性層)之間插入Cu等制成的非磁性層。非磁性層不僅對(duì)金屬反射層表面的平滑起緩沖層的作用，而且還增加了在非磁性層與磁性層之間界面的與自旋相關(guān)的散射。此外，最好在磁性層與金屬反射層之間提供Co層。提供該層是為了通過增強(qiáng)在磁性層與非磁性層(即金屬反射層)之間的界面的與自旋相關(guān)的散射來提高M(jìn)R比。更好地是在單晶基片上外延生長(zhǎng)整個(gè)自旋閥膜。而且，本發(fā)明的磁致電阻器件最好構(gòu)成為磁致電阻器件部分的軟磁層的易磁化軸垂直于待檢測(cè)的信號(hào)磁場(chǎng)的方向。本發(fā)明的磁致電阻磁頭的特征在于除了磁致電阻器件之外，還包括引線部分。于是，這里說明的本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)提供具有高M(jìn)R比的磁致電阻器件和使用該器件的磁致電阻磁頭，(2)提供其中電子具有長(zhǎng)的平均自由路徑自旋閥式磁致電阻器件，和使用該器件的磁致電阻磁頭，(3)提供自旋閥式磁致電阻器件，其中在磁性層與非磁性層之間的界面電子發(fā)生與自旋相關(guān)的散射的可能性高，和使用該器件的磁致電阻磁頭。通過閱讀和了解以下參考附圖所做的具體說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將可知曉本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點(diǎn)。圖1A～1C是本發(fā)明的磁致電阻器件的實(shí)施例的剖面圖。圖2A和2B是本發(fā)明的磁致電阻器件的另一實(shí)施例的剖面圖。圖3是本發(fā)明的磁致電阻器件的又一實(shí)施例的剖面圖。圖4A和4B是本發(fā)明的磁致電阻器件的再一實(shí)施例的剖面圖。圖5是本發(fā)明的磁致電阻器件的又一實(shí)施例的剖面圖。圖6是本發(fā)明的磁致電阻器件的示例性構(gòu)成的剖面圖。以下，將參考本發(fā)明的磁致電阻器件和磁致電阻磁頭。圖1A至5是展示本發(fā)明磁致電阻器件的示例性實(shí)施例的剖面圖。這些圖中，圖1A至3中展示了采用硬磁層的自旋閥膜(即具有分別不同的矯頑力的兩種磁性層)的實(shí)例。此情況中，具有較大矯頑力的磁性層被稱為“硬磁層”，具有較小矯頑力的磁性層被稱為“軟磁層”。圖1A所示的本發(fā)明的磁致電阻器件具有如下結(jié)構(gòu)，通過底層2在基片1上，按以下順序堆疊的軟磁層3、非磁性層4、硬磁層5和金屬反射層6。在傳統(tǒng)的自旋閥器件中，不設(shè)置金屬反射層，在其表面上代之以形成保護(hù)層。在形成MR磁頭時(shí)，采用絕緣層等作為屏蔽氣隙材料。Ni-Co-Fe合金一般適合作為自旋閥膜的軟磁層3的材料。Ni-Co-Fe膜最好是表示為NixCoyFez的富Ni軟磁層，其具有的原子組成滿足以下范圍0.6≤x≤0.90≤y≤0.40≤z≤0.3或者是表示為Nix’Coy’Fez’的富Co軟磁層，其具有的原子組成滿足以下范圍0≤x’≤0.40.2≤y’≤0.950≤z’≤0.5具有這些組成的膜呈現(xiàn)MR傳感器或MR磁頭所需要的低磁致伸縮特性(1×10-5)。另外，軟磁層3也可是由Co-Mn-B、Co-Fe-B、Co-Nb-Zr、Co-Nb-B等制成的非晶膜。軟磁層3的膜厚度最好約在1nm至10nm的范圍。原因如下。如果膜過厚，則MR比因分路效應(yīng)而降低。另一方面，如果膜過薄，則其軟磁性能降低。厚度約在2nm至5nm更好，約在2nm至3nm最好。硬磁層5最好由具有約為0.7以上的矩形比的鐵磁性材料制成，約為0.85更好。這里，“矩形比”可以表示為剩余磁場(chǎng)Mr與飽和磁場(chǎng)Ms的比(＝Mr/Ms)。如果硬磁層5的矩形比小，則在硬磁層5與軟磁層3之間不能建立全平行磁化狀態(tài)或者全反平行磁化狀態(tài)。于是，需要使用具有大矩形比的硬磁層。作為用于硬磁層5的材料，Co族材料包括Co、Co-Fe合金和Co-Pt合金呈現(xiàn)優(yōu)異的性能。Co和Co-Fe合金特別適合。硬磁層5的膜厚度最好約在1nm至10nm的范圍內(nèi)。原因如下。如果膜過厚，則MR比因分路效應(yīng)而降低。另一方面，如果膜過薄，則其磁性能降低。厚度約在1nm至5nm的范圍內(nèi)更好。Cu、Ag、Au、Ru等可以用做硬磁層5與軟磁層3之間的非磁性層4的材料。這些材料中，Cu最適于使用。為了減弱兩個(gè)磁性層5和3之間的交互作用，非磁性層4的厚度要求至少約在1.5nm以上，約在1.8nm以上更好。但是，如果非磁性層4變得過厚，則其MR比降低。于是，非磁性層4的厚度應(yīng)約在10nm以下，約在3nm以下更好。此外，向非磁性層4插入厚度約為1nm以下的另一非磁性層，有利于降低硬磁層5與軟磁層3之間的磁耦合。例如，代替形成Cu制成的單層非磁性層4，非磁性層可以具有多層結(jié)構(gòu)，例如Cu/Ag/Cu、Cu/Ag和Ag/Cu/Ag。待插入的非磁性層最好由Ag、Au等制成。此時(shí)，多層非磁性層的膜厚度應(yīng)大約等于單層非磁性層4。待插入非磁性層4的非磁性層的膜厚度至多約為1nm，最好約在0.4nm以下。另外，在磁性層(即軟磁層3或硬磁層5)與非磁性層4之間的界面插入中間磁性層，有利于進(jìn)一步提高M(jìn)R比。但是，如果中間磁性層過厚，則MR比的磁場(chǎng)敏感性降低。因此，中間磁性層的膜厚度應(yīng)在2nm以下，最好在1.8nm以下。另一方面，為了使中間磁性層有效地作用，其膜厚度應(yīng)至少約在0.2nm，最好約在0.8nm以上。Co或富Co的Co-Fe合金適合用做中間磁性層的材料。制造多晶膜時(shí)，除非按下述形成外延膜，否則采用具有相對(duì)平滑表面的材料例如玻璃、Si或Al2O3-TiC作為基片。制造MR磁頭時(shí)，使用Al2O3-TiC基片。提供底層2用于改善整個(gè)MR器件部分(從軟磁層3至金屬反射層6)的結(jié)晶性，并提高其MR比，其通常由Ta制成。制造MR磁頭時(shí)，在基片1上形成了SiO2、Al2O3等制成的絕緣層和Ni-Fe等制成的下屏蔽層之后，再形成Ta制成的底層2。根據(jù)本發(fā)明，為了進(jìn)一步提高M(jìn)R比，除了自旋閥膜的上述基本結(jié)構(gòu)、包括軟磁層3、非磁性層4和硬磁層5之外，還形成金屬反射層6。但是對(duì)于金屬反射層6，傳導(dǎo)電子會(huì)在硬磁層5的表面上產(chǎn)生彌散性散射，從而丟失關(guān)于自旋極化的信息。巨磁致電阻效應(yīng)產(chǎn)生于傳導(dǎo)電子與自旋相關(guān)的散射。于是，如果在表面的自旋信息丟失或減少，則MR比降低。這就是傳統(tǒng)自旋閥膜不能獲得大MR比的原因。相反，在包括金屬反射層6的本發(fā)明磁致電阻器件中，大量傳導(dǎo)電子在金屬反射層6表面上鏡面散射。因此，保存了大量的自旋信息。當(dāng)電子按此方式在薄膜表面鏡面散射時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)與堆疊多對(duì)磁性層和非磁性層所實(shí)現(xiàn)的相同的效果。結(jié)果，提高了MR比。為了產(chǎn)生鏡面散射，當(dāng)結(jié)合電子波長(zhǎng)評(píng)價(jià)表面不平整度時(shí)(即在幾埃數(shù)量級(jí)上)，薄膜表面應(yīng)具有平滑界面(表面)。這里，“平滑表面”是指無不平整度的整體平滑表面。但是，即使表面具有幾nm數(shù)量級(jí)的大不平整度時(shí)，只要該表面的至少一部分可認(rèn)為是10-1nm數(shù)量級(jí)的平滑度，該表面就仍可認(rèn)為是平滑的。具體地，在“平滑表面”中，具有約0.3nm以下的不平整度并具有約10nm×10nm面積的超平滑表面應(yīng)占據(jù)至少約10％，最好約在整個(gè)表面的20％?；诖四康?，需要選擇特殊材料。Ag、Au、Bi、Sn、Pb等用做金屬反射層的材料為好。與經(jīng)常用于自旋閥膜的材料如Ni、Fe、Cu和Co不同，這些材料易于產(chǎn)生可認(rèn)為具有幾十nm數(shù)量級(jí)平滑度的表面。這些材料中，Ag和Au是優(yōu)異的，Ag是最有效的。特別是使用Ag或Au時(shí)，(111)面最易于是平滑的，易于獲得可認(rèn)為具有幾十nm數(shù)量級(jí)平滑度的表面。于是，(111)面應(yīng)平行于薄膜表面。如果金屬反射層過厚，則MR比因分路效應(yīng)而降低。因此，金屬反射層的厚度應(yīng)在約10nm以下，在約3nm以下更好。但是，如果金屬反射層過薄，則其效果變?nèi)酢Ｓ谑?，金屬反射層的厚度需要至少在約0.5nm，在約1nm更好。此外，如果在金屬反射層6與硬磁層5之間插入非磁性層7，如圖1B所示，則MR比會(huì)進(jìn)一步提高。當(dāng)磁性層5由Co族材料制成，而且金屬反射層6由例如Ag、Au等材料制成，在其間插入由Cu等制成的非磁性層7特別有效。非磁性層7不僅使金屬反射層6表面更平滑，而且還增加了與自旋相關(guān)的散射。這是因?yàn)樵诖判詫优c非磁性層之間的界面待產(chǎn)生的與自旋相關(guān)的散射，在Co/Cu界面的大于在Co/Ag界面的。從此現(xiàn)象來看，當(dāng)磁性層5由Co之外的材料制成，通過在非磁性層7與磁性層5之間插入Co，或者插入Co或Co-Fe合金制成的中間磁性層，可以獲得呈現(xiàn)大MR比的膜。中間磁性層的厚度最好等于待在磁性層(即軟磁層3或硬磁層5)與非磁性層4之間插入的中間磁性層的厚度。非磁性層7的優(yōu)選材料與非磁性層4相同。非磁性層7的膜厚度應(yīng)約為2nm以下，約為1nm以下更好。為了提高M(jìn)R比，厚度應(yīng)至少約在0.5nm。圖1A展示了通過底層2在基片1上，按以下順序形成軟磁層3、非磁性層4、硬磁層5和金屬反射層6的情形。應(yīng)注意，對(duì)于提高磁致電阻器件的MR比，設(shè)置底層2是可選擇的。另外，本發(fā)明可適用于圖1C所示情形，其中按與圖1A和1B所示情形相反的順序堆疊四層3-6。此外，可以在圖2B所示的兩種磁性層上設(shè)置兩個(gè)金屬反射層6，來代替如圖1A-1C和2A所示的在兩種單一磁性層(即軟磁層3或硬磁層5)上設(shè)置單一金屬反射層6。在后者情形，與在兩種單一磁性層上設(shè)置單一金屬反射層的情形相比，可增強(qiáng)電子鏡面散射的效果和MR比提高的效果。圖3展示了在雙重自旋閥膜的兩個(gè)表面上設(shè)置金屬反射層6的情形。在具有由硬磁層5、非磁性層4、軟磁層3、非磁性層4和硬磁層5構(gòu)成結(jié)構(gòu)的所謂雙重自旋閥膜中，與具有由硬磁層5、非磁性層4和軟磁層3構(gòu)成簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的自旋閥膜相比，由于磁性層/非磁性層界面數(shù)量增加，所以其MR比也可提高。金屬反射層6也可有效地用于這種雙重自旋閥膜。此外，在一個(gè)表面上設(shè)置金屬反射層的情形，雖然效果滿意度較低，但仍能實(shí)現(xiàn)一定程度的效果。通過在金屬反射層6與磁性層(即軟磁層3或硬磁層5)之間插入非磁性層，進(jìn)一步提高M(jìn)R比，這一事實(shí)對(duì)于圖1A-圖5所示的所有情形都是正確的。無論磁致電阻器件是多晶膜還是單晶膜，均可實(shí)現(xiàn)上述效果。如果磁致電阻器件是外延膜(或者單晶膜)，通過設(shè)置金屬反射層6可以實(shí)現(xiàn)特別顯著的效果。這是因?yàn)榻饘俜瓷鋵?是外延膜時(shí)，增強(qiáng)了在表面上的鏡面散射。可以采用各種方法形成外延膜。任何情況下，最好使用MgO、Si等制成的基片。使用MgO(100)基片或Si(111)基片更好。在使用MgO(100)基片時(shí)，最好形成Pt層作為第1底層，然后形成Cu層作為第2底層。Pt層的膜厚度最好在5nm-50nm的范圍內(nèi)。之后，形成圖1B所示的器件。此時(shí)，如果非磁性層7由Cu制成，金屬反射層6由Ag制成，則這些層的晶格常數(shù)相互極為不同。因此，Ag層的次要部分具有(100)取向，但其主要部分具有易于實(shí)現(xiàn)晶格匹配的(111)取向。Ag層具有高度平滑的表面，其中易于引起鏡面散射，有利地極大提高了MR比。使用Si(111)基片時(shí)，在不設(shè)置任何底層的基片上直接形成Ag層，然后在其上依次堆疊Cu非磁性層、Ni-Fe軟磁層、Cu非磁性層、Co硬磁層、Cu非磁性層和Ag金屬反射層。此時(shí)，基片上的Ag層膜厚度應(yīng)至少約在5nm，最大約為10nm。在以上說明中，已經(jīng)針對(duì)包括硬磁層的自旋閥膜使用金屬反射層的本發(fā)明應(yīng)用情況做了說明。另外，本發(fā)明也可應(yīng)用于包括反鐵磁性層的自旋閥膜。在這種情況，與反鐵磁性層接觸的磁性層的磁化方向被固定。另一方面，不與反鐵磁性層接觸的磁性層的磁化方向根據(jù)外磁場(chǎng)的施加而變化，從而改變其磁致電阻。因此，無論提高相對(duì)于外磁場(chǎng)的磁場(chǎng)敏感性，使用軟磁層作為不與反鐵磁性層接觸的磁性層。圖4A和4B和圖5展示了示例情況圖4A展示了通過底層2在基片1上，按如下順序堆疊金屬反射層6、軟磁層3、非磁性層4、磁性層8和反鐵磁性層9的結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)自旋閥膜中，不設(shè)置圖4A所示金屬反射層6。金屬反射層6按與使用硬磁層的自旋閥膜相同的方式，有利地提高了自旋閥膜整體的MR比。因此，金屬反射層的優(yōu)選厚度和優(yōu)選材料與上述相同。而且，按與使用硬磁層的自旋閥膜相同的方式，在金屬反射層6與軟磁層3之間插入非磁性層是有效的。圖4A展示了由金屬反射層6開始結(jié)構(gòu)堆疊的情形。相反，可以按如下順序進(jìn)行結(jié)構(gòu)的堆疊，反鐵磁性層9、磁性層8、非磁性層4、軟磁層3和金屬反射層6，如圖4B所示。Fe-Mn、Ni-Mn、Pd-Mn、Pt-Mn，Ir-Mn、Fe-Ir等可以用做金屬反鐵磁性層9的材料。這些材料中，F(xiàn)e-Mn是最經(jīng)常用于傳統(tǒng)的自旋閥膜。但是，此材料從材料的耐蝕性等來看在實(shí)用中存在某些問題。在耐蝕性方面，例如Ir-Mn材料特別適合。IrzMn1-z的適當(dāng)原子組成比是0.1≤z≤0.5。另外，各種氧化物例如Ni-O、Co-O、Ni-O/Co-O、Co-Ni-O、Fe-O適合用做反鐵磁性層9的材料。這些氧化物中，Ni-O和α-Fe2O3特別適合。如果良好使用其絕緣性能，則這些絕緣體可實(shí)現(xiàn)相當(dāng)大的MR比。此外，使用磁致電阻器件作為MR磁頭時(shí)，反鐵磁性層9可以用做部分屏蔽氣隙部件。反鐵磁性層9由α-Fe2O3制成時(shí)，如果采用藍(lán)寶石(11-20)基片(通稱為A面)作為基片1，則可在基片上外延生長(zhǎng)α-Fe2O3膜。如果在其上再形成Ni-Fe合金層，則可在膜平面內(nèi)的方向施加單軸各向異性。因此，可以制成大MR比的樣品。圖4A展示了在自旋閥膜的軟磁層上設(shè)置金屬反射層的情形，該自旋閥膜具有軟磁層、非磁性層、磁性層和反鐵磁性層的結(jié)構(gòu)。另外，金屬反射層可以設(shè)置在反鐵磁性層上。在此情形，要求使用具有導(dǎo)電性的金屬反鐵磁性層作為反鐵磁性層，反鐵磁性層的膜厚度應(yīng)盡可能地小。從這點(diǎn)來看，例如Ir-Mn材料適合用做反鐵磁性材料。反鐵磁性層的膜厚度最好約在5nm-10nm的范圍內(nèi)。作為磁性層8的材料，Co、Ni-Fe、Ni-Fe-Co等特別適合。雙重自旋閥結(jié)構(gòu)，包括第1反鐵磁性層9-1、磁性層8、非磁性層4、軟磁層3、非磁性層4、磁性層8和第2反鐵磁性層9-2，也適合用做采用反鐵磁性層的自旋閥膜，其方式與采用硬磁層的自旋閥膜相同。在此情形，如果在至少一個(gè)反鐵磁性層表面上設(shè)置金屬反射層，如圖5所示，則可有利地提高M(jìn)R比。在此情形，與金屬反射層6接觸的反鐵磁性層(如圖5中的9-2)最好由金屬反鐵磁性材料例如Ir-Mn制成。另一方面，不與金屬反射層6接觸的反鐵磁性層(如圖5中的9-1)適合由絕緣反鐵磁性材料制成，例如氧化物如Ni-O。在此情形，如果在金屬反射層與反鐵磁性層之間設(shè)置非磁性層，則非磁性層可進(jìn)一步有利地提高M(jìn)R比?？梢圆捎脼R射法或者蒸發(fā)法形成上述各層2-8和基片中的每一個(gè)。在各種情況下，可以制造本發(fā)明的磁致電阻器件?？梢允褂酶鞣N濺射技術(shù)包括DC濺射、RF濺射、和離子束濺射。這些技術(shù)中的任意一種均可制造本發(fā)明的磁致電阻器件。另一方面，使用蒸發(fā)法時(shí)，超高真空蒸發(fā)技術(shù)特別適合。使用上述本發(fā)明的磁致電阻器件可以形成磁致電阻磁頭(以下簡(jiǎn)稱為“MR磁頭”)。硬膜偏磁式MR磁頭的示例性結(jié)構(gòu)如圖6所示。如圖6所示，形成MR器件部分20，以便置于上屏蔽氣隙14與下屏蔽氣隙11之間。由Al2O3、SiO2等制成的絕緣膜適合用做屏蔽氣隙14和11。在下屏蔽氣隙11的外側(cè)和上屏蔽氣隙14的外側(cè)上再分別形成一對(duì)屏蔽10和15。由Ni-Fe合金等制成的軟磁層用做屏蔽10和15。為了控制MR器件部分20的磁疇，由Co-Pt合金等制成的硬膜形成施加偏置磁場(chǎng)的硬偏磁部分12。這里，硬膜用于施加偏置磁場(chǎng)。另外，也可使用反鐵磁性材料例如Fe-Mn。MR器件部分20分別通過屏蔽氣隙11和14與屏蔽10和15電絕緣。經(jīng)過引線部分13施加電流，可以檢測(cè)MR器件部分20中的電阻變化。為了在不久的將來實(shí)現(xiàn)用于硬盤驅(qū)動(dòng)器的超高密度，需要減小MR器件20的記錄波長(zhǎng)。因此，圖6所示的屏蔽10和15之間的距離d需要減小，由此需要MR器件部分20的厚度減小，正如圖6清楚可見。MR器件部分20的厚度應(yīng)最大約為20nm。此外，為了在軟磁層的磁化方向反向時(shí)防止產(chǎn)生巴克豪森躁聲，圖6所示MR器件20最好按如下構(gòu)成，圖1A-圖5所示軟磁層3的易磁化軸的方向垂直于待檢測(cè)信號(hào)磁場(chǎng)的方向。以下，將說明本發(fā)明的磁致電阻器件和磁致電阻磁頭的特定實(shí)施例。實(shí)施例1采用MgO(100)單晶基片作為基片1，利用超高真空蒸發(fā)法，制造采用硬磁層的圖1A-1C所示類型的自旋閥器件，評(píng)價(jià)其MR性能。采用Ni0.8Fe0.2合金(其中組成表示為原子組成比)作為軟磁層3，Co作為硬磁層5，Cu作為非磁性層4，Ag或Au作為金屬反射層6。采用電子束蒸發(fā)源作為淀積Ni-Fe、Co的蒸發(fā)源，采用K電池作為Cu、Ag和Au的蒸發(fā)源。首先，在超高真空蒸發(fā)設(shè)備中，把MgO基片1的溫度保持在約500℃，從而在基片上外延生長(zhǎng)約10nm厚的Pt膜作為第1底層。然后，在基片1的溫度降至室溫后，形成約5nm厚的Cu層作為第2底層。通過在約200℃加熱樣品約30分鐘，使樣品表面條件改善，在室溫形成下表1-1所示的自旋閥膜。Cu底層形成之后在約200℃進(jìn)行的熱處理，對(duì)于獲得平滑表面是非常重要的。這是因?yàn)樵谖催M(jìn)行熱處理的底層上形成自旋閥膜時(shí)MR比小。應(yīng)予注意，表1中，從所有自旋閥膜中省略了包括MgO/Pt(10nm)/Cu(5nm)的底層部分。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的RHEED(反射高能電子衍射)圖形，在所有樣品A1-A6中，對(duì)于Ni-Fe、Cu、Co和Pt在平行于基片表面(或者膜表面)的方向生長(zhǎng)(100)面，而對(duì)于Ag和Au在平行于膜表面的方向主要生長(zhǎng)(111)面。利用隧道掃描電鏡(STM)觀察制造的器件表面。結(jié)果，在樣品A4中，在10×10nm的觀察范圍內(nèi)，形成了具有數(shù)量級(jí)約為0.2nm的不平整度的高度平坦表面的部分占據(jù)了整個(gè)表面的50％以上。另一方面，按相同方法觀察到的器件表面粗糙度對(duì)于樣品A3約為0.7nm，對(duì)于樣品A2約為0.3nm。根據(jù)直流四端法通過在室溫施加強(qiáng)度約為500Oe(40kA/m)的外磁場(chǎng)，評(píng)價(jià)所制造的器件性能。評(píng)價(jià)結(jié)果也示于表1-1。從表1-1可見，具有簡(jiǎn)單自旋閥結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)樣品(即樣品A1)的MR比低。另一方面，具有圖1A所示結(jié)構(gòu)的本發(fā)明樣品(即樣品A2)的MR比提高約1％，該結(jié)構(gòu)中對(duì)于樣品A1的結(jié)構(gòu)附加設(shè)置Ag層作為金屬反射層。但是，即使象在對(duì)比例中用Cu層等置換Ag制金屬反射層(即樣品A3)，與傳統(tǒng)樣品(即樣品A1)相比，其MR比反而降低。但是，如果在樣品A3結(jié)構(gòu)的Cu層上附加設(shè)置Ag層，如圖1B所示，則此例(即樣品A4)的MR比比樣品A2大很多。即使形成Au層來代替樣品A4的Ag層，也能實(shí)現(xiàn)與樣品A4基本相同的效果，此例(即樣品A6)的MR比也高。除此之外，如果采用Pt代替Ag，則對(duì)比例(即樣品A5)的MR比低。在上述實(shí)例中，在形成硬磁層之前形成軟磁層。但是，即使在形成軟磁層之前形成硬磁層，如圖1C所示，也能實(shí)現(xiàn)相同的效果。這種情況的結(jié)果示于表1-2。應(yīng)予注意，表1-2中，與表1-1相同，從整個(gè)自旋閥樣品中也省略了包括MgO/Pt(10nm)/Cu(5nm)的底層部分。</tables>從表1-2可見，硬磁層設(shè)置成更靠近基片的本發(fā)明樣品(即樣品A8和A9)的MR比大于傳統(tǒng)的自旋閥膜(即樣品A7)。上述實(shí)例中，假定金屬反射層設(shè)置在硬磁層上。但是，金屬反射層設(shè)置在軟磁層上，如圖2A所示，也可獲得相同的效果。制造如下表1-3所示自旋閥器件，按與表1-1和1-2相同的方法評(píng)價(jià)其MR比。</tables>從表1-3所示結(jié)果清楚可見，本發(fā)明樣品(即樣品A11和A13)的MR比大于傳統(tǒng)樣品(即樣品A10和A12)。表1-3中，結(jié)構(gòu)的堆疊從硬磁層開始。但即使從軟磁層開始結(jié)構(gòu)的堆疊，也能按相同的方式制造樣品及評(píng)價(jià)其性能。結(jié)果示于以下表1-4。從表1-4所示結(jié)果清楚可見，本發(fā)明樣品(即樣品A15和A17)的MR比大于傳統(tǒng)樣品(即樣品A14和A16)。接著，在按與表1-1相同方式形成底層之后，形成圖3所示類型的雙重自旋閥膜。樣品結(jié)構(gòu)和MR比測(cè)量結(jié)果示于以下表1-5。從表1-5所示結(jié)果清楚可見，本發(fā)明的自旋閥器件樣品(即樣品A19和A20)的MR比大于傳統(tǒng)樣品(即樣品A18)。實(shí)施例2采用Si(111)單晶基片通過超高真空蒸發(fā)法，制備具有Ni-Fe/Cu/Co基本結(jié)構(gòu)的自旋閥器件，如圖2B所示。首先，把Si基片浸入HF水溶液，去除其表面上的自然氧化層，然后把基片裝入超高真空蒸發(fā)設(shè)備。按照上述實(shí)施例1的方法形成各個(gè)薄膜。具體地，在Si基片上外延生長(zhǎng)約7nm厚的Ag層作為金屬反射層。然后，把基片溫度在約100℃保持約20分鐘。之后，基片溫度降至室溫，形成約5nm厚Cu層作為非磁性層。接著，基片再次加熱至約200℃，保溫約20分鐘。在形成Ag層和Cu層之后進(jìn)行的熱處理對(duì)獲得平滑表面具有明顯效果。之后，基片溫度降至室溫，然后形成Ni-Fe/Cu/Co/Cu/Ag結(jié)構(gòu)。如此制備的自旋閥膜結(jié)構(gòu)和按與第1實(shí)施例相同的方式測(cè)量的MR比示于以下表2。應(yīng)予注意，從整個(gè)自旋閥膜中省略了包括Si/Ag(7nm)/Cu(5nm)的公共底層部分。</tables>表2中，由于其底層是金屬反射層所以樣品B1的MR比是普通一例。但是，在自旋閥膜兩個(gè)表面形成金屬反射層時(shí)，如圖2B所示的例子(即樣品B2)，MR比提高。如果在Co制磁性層和Ag制金屬反射層之間插入Cu層作為非磁性層，則MR比進(jìn)一步提高(即樣品B3)。應(yīng)予注意，可以在自旋閥膜的各個(gè)表面上形成不同材料或不同厚度的金屬反射層。例如，在樣品B4中，金屬反射層之一可以是在硅基片上外延生長(zhǎng)的銀層，而另一金屬反射層可以是金層。實(shí)施例3通過使用六個(gè)靶的RF磁控管濺射設(shè)備，經(jīng)過厚度約為3nm的Ta底層，在水冷玻璃基片上制備圖4A所示類型的磁致電阻器件。按各種方式改變?nèi)鐖D4A所示金屬反射層的組成，制備各種器件，按與第1實(shí)施例相同的方式測(cè)量MR比。結(jié)果示于以下表3(其中各合金組成由靶的原子組成比代表)。正如從表3可知，本發(fā)明的自旋閥器件(即樣品C3-C8)的MR比大于傳統(tǒng)例(即樣品C1和C2)。Au、Ag、Bi、Sn或Pb適合用做金屬反射層的材料。這些材料中，金和銀特別適合，銀尤為適合。接著，采用本發(fā)明的樣品C3和C4和傳統(tǒng)樣品C1作為MR器件部分，形成圖6所示類型的MR磁頭，評(píng)價(jià)MR磁頭的性能。此時(shí)，基片由Al2O3-TiC制成，上下屏蔽10和15由Ni0.8Fe0.2合金制成，硬偏磁部分12由Co-Pt合金制成，引線部分13由Au制成。此外，按如下方式確定各向異性，即軟磁層的易磁化軸方向和從反鐵磁性層接受了交換各向異性的磁性層的易磁化軸方向，分別垂直和平行于待檢測(cè)信號(hào)磁場(chǎng)的方向。在此方法中，淀積磁性層時(shí)，利用永磁體在膜內(nèi)期望施加各向異性的方向上施加磁場(chǎng)。當(dāng)通過對(duì)這些磁頭施加約200Oe的AC信號(hào)磁場(chǎng)，測(cè)量這些MR磁頭的輸出時(shí)，本發(fā)明的MR磁頭(積樣品C3和C4)的輸出，比采用樣品C1的傳統(tǒng)MR磁頭相比分別約大30％和60％。實(shí)施例4通過使用六個(gè)靶的RF磁控管濺射設(shè)備，按與第3實(shí)施例相同的方式，在水冷玻璃基片上制備圖4B所示類型的磁致電阻器件。按與第1實(shí)施例相同的方式測(cè)量MR比。結(jié)果示于以下表4-1(其中各合金組成由靶的原子組成比代表)。</tables>正如從表4-1可知，采用金屬反射層的本發(fā)明的自旋閥器件(即樣品D2和D4)的MR比大于傳統(tǒng)自旋閥膜例(即樣品D1和D3)。按與表4-1所示樣品整體相同的方式，在反鐵磁性層上制備包括金屬反射層的自旋閥膜。</tables>正如從表4-2可知，采用金屬反射層的本發(fā)明自旋閥器件(即樣品D6和D8)的MR比大于傳統(tǒng)例的自旋閥膜(即樣品D5和D7)。接著，采用本發(fā)明的樣品D2和D4和傳統(tǒng)樣品D1作為MR器件部分，形成圖6所示類型的MR磁頭，評(píng)價(jià)MR磁頭的性能。此時(shí)，基片由Al2O3-TiC制成，上下屏蔽10和15由Ni0.8Fe0.2合金制成，作為絕緣膜的NiO膜(約50nm)與器件部分共同用于下屏蔽氣隙11，上屏蔽氣隙14由Al2O3制成，硬偏磁部分12由Co-Pt合金制成，引線部分13由Au制成。此外，按如下方式確定各向異性，即軟磁層的易磁化軸方向和從反鐵磁性層接受了交換各向異性的磁性層的易磁化軸方向，分別垂直和平行于待檢測(cè)信號(hào)磁場(chǎng)的方向。在此方法中，淀積磁性層時(shí)，利用永磁體在膜內(nèi)期望施加各向異性的方向上施加磁場(chǎng)。當(dāng)通過對(duì)這些磁頭施加約200Oe的AC信號(hào)磁場(chǎng)，測(cè)量這些MR磁頭的輸出時(shí)，本發(fā)明的MR磁頭(即樣品D2和D4)的輸出，比采用樣品D1的傳統(tǒng)MR磁頭相比分別約大35％和50％。實(shí)施例5通過使用六個(gè)靶的RF磁控管濺射設(shè)備，在水冷玻璃基片上制備圖5所示類型的磁致電阻器件。按與第1實(shí)施例相同的方式測(cè)量MR比。結(jié)果示于以下表5(其中各合金組成由靶的原子組成比代表)。正如從表5可知，采用金屬反射層的本發(fā)明自旋閥器件(即樣品E2和E4)的MR比大于傳統(tǒng)例的自旋閥膜(即樣品E1和E3)。接著，采用本發(fā)明的樣品E2和E4和傳統(tǒng)樣品E1作為MR器件部分，形成圖6所示類型的MR磁頭，評(píng)價(jià)MR磁頭的性能。此時(shí)，基片由Al2O3-TiC制成，上下屏蔽10和15由Ni0.8Fe0.2合金制成，作為絕緣膜的NiO膜(約50nm)與器件部分共同用于下屏蔽氣隙11，上屏蔽氣隙14由Al2O3制成，硬偏磁部分12由Co-Pt合金制成，引線部分13由Au制成。此外，按如下方式確定各向異性，即軟磁層的易磁化軸方向和從反鐵磁性層接受了交換各向異性的磁性層的易磁化軸方向，分別垂直和平行于待檢測(cè)信號(hào)磁場(chǎng)的方向。在此方法中，淀積磁性層時(shí)，利用永磁體在膜內(nèi)期望施加各向異性的方向上施加磁場(chǎng)。當(dāng)通過對(duì)這些磁頭施加約200Oe的AC信號(hào)磁場(chǎng)，測(cè)量這些MR磁頭的輸出時(shí)，本發(fā)明的MR磁頭(即樣品E2和E4)的輸出，比采用樣品E1的傳統(tǒng)MR磁頭相比分別約大40％和80％。實(shí)施例6通過使用六個(gè)靶的RF磁控管濺射設(shè)備，在水冷玻璃基片上制備表6所示類型的磁致電阻器件。按與第1實(shí)施例相同的方式測(cè)量MR比。結(jié)果示于以下表6(其中各合金組成由靶的原子組成比代表)。正如從表6可知，采用金屬反射層的本發(fā)明自旋閥器件(即樣品F2和F4)的MR比大于傳統(tǒng)例的自旋閥膜(即樣品F1和F3)。實(shí)施例7通過使用六個(gè)靶的RF磁控管濺射設(shè)備，在水冷玻璃基片上制備圖4B所示類型的磁致電阻器件。按與第1實(shí)施例相同的方式測(cè)量MR比。結(jié)果示于以下表7(其中各合金組成由靶的原子組成比代表)。正如從表7可知，采用金屬反射層的本發(fā)明自旋閥器件(即樣品G2、G4和G5)的MR比大于傳統(tǒng)例的自旋閥膜(即樣品G1和G3)。與樣品G4相比，樣品G5呈現(xiàn)基本相同的MR比，但是樣品G5的軟磁層的矯頑力從約100Oe下降至約50Oe。通過按此方式形成通過非磁性層堆疊的兩層或更多層軟磁層，可以改善其軟磁性能，提高磁場(chǎng)敏感性。接著，采用本發(fā)明的樣品G2和G4和傳統(tǒng)樣品G1作為MR器件部分，形成圖6所示類型的MR磁頭，評(píng)價(jià)MR磁頭的性能。此時(shí)，基片由Al2O3-TiC制成，上下屏蔽10和15由Ni0.8Fe0.2合金制成，作為絕緣膜的Fe2O3膜(約50nm)與器件部分共同用于下屏蔽氣隙11，上屏蔽氣隙14由Al2O3制成，硬偏磁部分12由Co-Pt合金制成，引線部分13由Au制成。此外，按如下方式確定各向異性，即軟磁層的易磁化軸方向和從反鐵磁性層接受了交換各向異性的磁性層的易磁化軸方向，分別垂直和平行于待檢測(cè)信號(hào)磁場(chǎng)的方向。在此方法中，淀積磁性層時(shí)，利用永磁體在膜內(nèi)期望施加各向異性的方向上施加磁場(chǎng)。當(dāng)通過對(duì)這些磁頭施加約200Oe的AG信號(hào)磁場(chǎng)，測(cè)量這些MR磁頭的輸出時(shí)，本發(fā)明的MR磁頭(即樣品G2和G4)的輸出，比采用樣品G1的傳統(tǒng)MR磁頭相比分別約大30％和45％。實(shí)施例8通過使用六個(gè)靶的RF磁控管濺射設(shè)備，在水冷玻璃基片上制備圖5所示類型的磁致電阻器件。按與第1實(shí)施例相同的方式測(cè)量MR比。結(jié)果示于以下表8(其中各合金組成由靶的原子組成比代表)。正如從表8可知，采用金屬反射層的本發(fā)明自旋閥器件(即樣品H2、H4和H5)的MR比大于傳統(tǒng)例的自旋閥膜(即樣品H1和H3)。與樣品H4相比，樣品H5呈現(xiàn)基本相同的MR比，但是樣品H5的軟磁層的矯頑力從約90Oe下降至約30Oe。通過按此方式形成通過非磁性層堆疊的兩層或更多層軟磁層，可以改善其軟磁性能，提高磁場(chǎng)敏感性。接著，采用本發(fā)明的樣品H2和H4和傳統(tǒng)樣品H1作為MR器件部分，形成圖6所示類型的MR磁頭，評(píng)價(jià)MR磁頭的性能。此時(shí)，基片由Al2O3-TiC制成，上下屏蔽10和15由Ni0.8Fe0.2合金制成，作為絕緣膜的Fe2O3膜(約50nm)與器件部分共同用于下屏蔽氣隙11，上屏蔽氣隙14由Al2O3制成，硬偏磁部分12由Co-Pt合金制成，引線部分13由Au制成。此外，按如下方式確定各向異性，即軟磁層的易磁化軸方向和從反鐵磁性層接受了交換各向異性的磁性層的易磁化軸方向，分別垂直和平行于待檢測(cè)信號(hào)磁場(chǎng)的方向。在此方法中，淀積磁性層時(shí)，利用永磁體在膜內(nèi)期望施加各向異性的方向上施加磁場(chǎng)。當(dāng)通過對(duì)這些磁頭施加約200Oe的AC信號(hào)磁場(chǎng)，測(cè)量這些MR磁頭的輸出時(shí)，本發(fā)明的MR磁頭(即樣品H2和H4)的輸出，比采用樣品H1的傳統(tǒng)MR磁頭相比分別約大30％和70％。實(shí)施例9通過RF濺射法在藍(lán)寶石(11-20)基片上形成厚約100nm的α-Fe2O3膜。之后把樣品輸送至超高真空蒸發(fā)設(shè)備，通過RHEED分析。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在與基片相同的取向已經(jīng)外延生長(zhǎng)了α-Fe2O3膜。接著，在超高真空蒸發(fā)設(shè)備中制備Co、Cu、Ni-Fe、Cu和Ag膜，按與實(shí)施例1相同的方式評(píng)價(jià)其MR性能。結(jié)果示于以下表9。正如從表9可知，采用金屬反射層的本發(fā)明自旋閥器件(即樣品I2和I4)的MR比大于傳統(tǒng)例的自旋閥膜(即樣品I1和I3)。此外，從本發(fā)明的實(shí)例(即樣品I5和I6)結(jié)果還可清楚可見，通過在非磁性層與磁性層之間插入中間磁性層可進(jìn)一步提高M(jìn)R比。另一方面，傳統(tǒng)例中(即樣品I7)，與樣品I3相比，MR比很難改變。這大概是因?yàn)樵贑u表面上很難產(chǎn)生電子鏡面散射，所以在Co/Cu界面很難提高與自旋相關(guān)的散射。在本發(fā)明的實(shí)例(即樣品I5和I6)中，中間磁性層由Co制成。但是，使用富Co的Co-Fe合金也可實(shí)現(xiàn)相同的效果。實(shí)施例10按與實(shí)施例9相同的方式，通過RF濺射法在藍(lán)寶石(11-20)基片上外延生長(zhǎng)厚約50nm的α-Fe2O3膜。接著，利用相同的RF濺射法制備Co、Cu、Ni-Fe、Cu、Ag和Ir-Mn膜，按與實(shí)施例1相同的方式評(píng)價(jià)其MR性能。結(jié)果示于以下表10。正如從表10可知，采用金屬反射層的本發(fā)明自旋閥器件(即樣品J2和J4)的MR比大于傳統(tǒng)例的自旋閥膜(即樣品J1和J3)。從以上說明可知，本發(fā)明的自旋閥式磁致電阻器件可以獲得比傳統(tǒng)自旋閥式磁致電阻器件大的MR比。于是，如果本發(fā)明的磁致電阻器件用于MR磁頭，則可獲得大的重放輸出。在不脫離本發(fā)明的范圍和精髓的條件下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將可了解和易于做出各種其他改進(jìn)。因此，權(quán)利要求書的范圍并不傾向限制于上述說明，而是應(yīng)對(duì)權(quán)利要求書做廣泛解釋。權(quán)利要求1.一種磁致電阻器件包括至少兩個(gè)其間夾有非磁性層而堆疊的磁性層；和形成傳導(dǎo)電子的金屬反射層，與磁性層的最外兩層中至少之一接觸，金屬反射層與最外磁性層的一個(gè)表面接觸，該表面與最外磁性層的與非磁性層接觸的另一表面相反，在保持電子的自旋方向時(shí)金屬反射層易于反射傳導(dǎo)電子。2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，還包括位于金屬反射層與磁性層之間的非磁性層。3.根據(jù)權(quán)利要求2的磁致電阻器件，其中非磁性層主要由Cu構(gòu)成，金屬反射層主要由Ag、Au、Bi、Sn和Pb中的至少一種構(gòu)成。4.根據(jù)權(quán)利要求2的磁致電阻器件，其中通過非磁性層與金屬反射層接觸的磁性層主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成。5.根據(jù)權(quán)利要求2的磁致電阻器件，其中磁性層包括至少兩層磁性層和主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成的中間磁性層，中間磁性層通過非磁性層與金屬反射層接觸。6.根據(jù)權(quán)利要求2的磁致電阻器件，其中通過非磁性層與金屬反射層接觸的磁性層，包括至少兩個(gè)主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成的中間磁性層，其間夾置有軟磁層。7.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，其中金屬反射層具有平滑表面。8.根據(jù)權(quán)利要求7的磁致電阻器件，其中至少金屬反射層的部分表面的平滑度在幾十nm的數(shù)量級(jí)。9.根據(jù)權(quán)利要求8的磁致電阻器件，其中至少10％的金屬反射層表面是不平整度約在0.3nm以下的平滑表面。10.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，其中非磁性層主要由Cu構(gòu)成，金屬反射層主要由Ag、Au、Bi、Sn和Pb中的至少一種構(gòu)成。11.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，其中直接與金屬反射層接觸的磁性層主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成。12.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，其中磁性層包括至少兩層磁性層和主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成的中間磁性層，中間磁性層直接與金屬反射層接觸。13.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，其中直接與金屬反射層接觸的磁性層，包括至少兩個(gè)主要由Co或富Co的Co-Fe合金構(gòu)成的中間磁性層，其間夾置有軟磁層。14.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，其中至少兩個(gè)磁性層中的至少一個(gè)具有與其他磁性層的矯頑力不同的矯頑力。15.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，包括通過非磁性層堆疊的第1和第2磁性層；與第1磁性層的一個(gè)表面接觸地形成的反鐵磁性層，該表面與第1磁性層的與非磁性層接觸的另一表面相反；和與第2磁性層的一個(gè)表面接觸地形成的金屬反射層，該表面與第2磁性層的與非磁性層接觸的另一表面相反。16.根據(jù)權(quán)利要求15的磁致電阻器件，還包括位于金屬反射層與磁性層之間的非磁性層。17.根據(jù)權(quán)利要求15的磁致電阻器件，其中反鐵磁性層是氧化物。18.根據(jù)權(quán)利要求15的磁致電阻器件，其中反鐵磁性層由Ni-O制成。19.根據(jù)權(quán)利要求15的磁致電阻器件，其中反鐵磁性層由α-Fe2O3制成。20.根據(jù)權(quán)利要求15的磁致電阻器件，其中第2磁性層包括通過非磁性層堆疊的兩個(gè)或更多的磁性層。21.根據(jù)權(quán)利要求15的磁致電阻器件，其中反鐵磁性層在基片上外延生長(zhǎng)。22.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，包括如下結(jié)構(gòu)，按如下順序堆疊的第1磁性層、非磁性層、第2磁性層、反鐵磁性層和金屬反射層。23.根據(jù)權(quán)利要求22的磁致電阻器件，還包括位于反鐵磁性層與金屬反射層之間的非磁性層。24.根據(jù)權(quán)利要求23的磁致電阻器件，其中反鐵磁性層由Ir-Mn合金制成。25.根據(jù)權(quán)利要求22的磁致電阻器件，其中反鐵磁性層由Ir-Mn合金制成。26.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，包括如下結(jié)構(gòu)，直接在基片表面上或者通過底層在基片上，按如下順序堆疊的第1反鐵磁性層、磁性層、非磁性層、軟磁層、非磁性層、磁性層、第2反鐵磁性層和金屬反射層。27.根據(jù)權(quán)利要求26的磁致電阻器件，還包括位于第2反鐵磁性層與金屬反射層之間的非磁性層。28.根據(jù)權(quán)利要求27的磁致電阻器件，其中第2反鐵磁性層由Ir-Mn合金制成。29.根據(jù)權(quán)利要求26的磁致電阻器件，其中第1反鐵磁性層是氧化物。30.根據(jù)權(quán)利要求26的磁致電阻器件，其中第1反鐵磁性層由Ni-O制成。31.根據(jù)權(quán)利要求26的磁致電阻器件，其中軟磁層包括通過非磁性層堆疊的兩個(gè)或更多的磁性層。32.根據(jù)權(quán)利要求30的磁致電阻器件，其中第1和第2反鐵磁性層中的至少一個(gè)由Ir-Mn合金制成。33.根據(jù)權(quán)利要求26的磁致電阻器件，其中第1反鐵磁性層由α-Fe2O3制成。34.根據(jù)權(quán)利要求33的磁致電阻器件，其中第1反鐵磁性層在基片上外延生長(zhǎng)。35.根據(jù)權(quán)利要求26的磁致電阻器件，其中第2反鐵磁性層由Ir-Mn合金制成。36.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，包括如下結(jié)構(gòu)，直接在基片表面上或者通過底層在基片上，按如下順序堆疊的金屬反射層、第1反鐵磁性層、磁性層、非磁性層、軟磁層、非磁性層、磁性層、第2反鐵磁性層和金屬反射層。37.根據(jù)權(quán)利要求36的磁致電阻器件，還包括位于第1反鐵磁性層與金屬反射層之間、和/或位于第2反鐵磁性層與金屬反射層之間的非磁性層。38.根據(jù)權(quán)利要求1的磁致電阻器件，其中非磁性層在基片上外延生長(zhǎng)。39.根據(jù)權(quán)利要求38的磁致電阻器件，其中非磁性層的(100)面垂直于薄層的生長(zhǎng)方向外延生長(zhǎng)。40.根據(jù)權(quán)利要求39的磁致電阻器件，其中非磁性層通過Pt底層在MgO(100)基片上外延生長(zhǎng)。41.一種磁致電阻磁頭，包括磁致電阻器件，包括至少兩個(gè)其間夾有非磁性層而堆疊的磁性層，和傳導(dǎo)電子的金屬反射層，形成為與磁性層的最外兩層中至少之一接觸，金屬反射層與最外磁性層的一個(gè)表面接觸，該表面與最外磁性層的與非磁性層接觸的另一表面相反，在保持電子的自旋方向時(shí)金屬反射層易于反射傳導(dǎo)電子；和向磁致電阻器件提供電流的磁頭部分，其中具有磁致電阻器件的最小矯頑力的磁性層的易磁化軸或者與反鐵磁性層接觸的磁性層的易磁化軸，垂直于待檢測(cè)的信號(hào)磁場(chǎng)的方向。全文摘要本發(fā)明的磁致電阻器件包括:至少兩個(gè)其間夾有非磁性層而堆疊的磁性層;和形成傳導(dǎo)電子的金屬反射層,與磁性層的最外兩層中至少之一接觸。金屬反射層與最外磁性層的一個(gè)表面接觸,該表面與最外磁性層的與非磁性層接觸的另一表面相反。在保持電子的自旋方向時(shí)金屬反射層易于反射傳導(dǎo)電子。文檔編號(hào)G11B5/31GK1189675SQ9712617公開日1998年8月5日申請(qǐng)日期1997年11月28日優(yōu)先權(quán)日1996年11月28日發(fā)明者川分康博,榊間博,里見三男申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社