专利名称：磁阻装置及/或多磁阻装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种广泛用于例如再现例如磁盘、光磁盘、磁带等类似物的磁介质上记录的信息的磁头、用于在汽车等类似设备上使用的磁传感器、和磁随机存取存储器(MRAM)的磁阻元件。
作为提供比转阀型GMR的MR比还要高的MR比的元件，使用TMR(隧穿磁阻)效应的TMR元件和使用磁金属/转移金属仿真点阵(artificial lattice)的CPP(电流垂直于平面)GMR元件现在正被研究。
CPP GMR元件工作原理与上述的转阀型GMR元件的工作原理基本相同。然而，在CPP GMR元件中，电流沿垂直于层表面的方向流动。TMR元件是使用电子的一隧穿(tunneling)概率的新的磁阻元件，该隧穿概率根据插入一隧穿绝缘层中的两铁磁层之间的相对磁化角而改变。在TMR元件中，电流沿垂直于层表面的方向流动。象上述的CPP GMR元件。在本说明书中，其中电流沿垂直于层表面的方向流动的TMR元件和CPP GMR元件将被集中地称之为“垂直电流型磁阻元件”。
已建议有用于磁头的垂直型磁阻元件的各种结构。公开号为11-213349的日本专利申请建议一种屏蔽型磁头，其包括有替代转阀型GMR元件的TMR元件，并包括有一磁导。公开号为11-25425的日本专利申请建议一种磁头，其包括在垂直于一磁记录介质的表面的方向上形成的一轭内的一TMR元件。
当TMR元件被用于磁头时，存在几个问题，由于TMR元件的实质上较高的结阻抗，生成有热噪声且TMR元件与用于驱动TMR元件的电路不匹配。
为了减少结阻抗而增大TMR元件的面积造成另一问题难以减小磁头的尺寸。TMR元件的面积的增大还造成另一问题难以提高磁头的灵敏度，因为当记录密度被提高时，从磁记录介质的表面泄漏的磁通量增大。
为了减小结阻抗而减小TMR元件的隧穿绝缘层的厚度还造成以下问题。这样的减小加强了插在隧穿绝缘层中的铁磁层之间的磁结合。因此，难以实现理想的相对磁化角，使得难以提供高MR比。
为了改善磁头的灵敏度而减小TMR元件和磁记录介质之间的距离造成一问题TMR元件与磁记录介质的接触产生温度峰值。
使用垂直电流型磁阻元件的上述常规结构具有脉冲幅度不对称的问题且可能不期望地出现侧读取。
尺寸的正被减小的磁头和MRAM中的一个共同问题是当在TMR元件中流动的电流量增加时，根据电流生成的磁场致使对自由层(或磁场传感部分)的磁化方向产生不良好的影响。
TMR元件具有一固有的偏置电压依赖性的问题使得当施加在TMR元件上的偏置电压增大时，MR比被减小。
为了在一垂直电流型磁阻元件上施加一偏磁场，需要提供一个用于生成一偏磁场的反铁磁部件或需要提供一磁体，通过在一磁场中加热处理该磁体来提供一个形成带有各向异性的垂直电流型磁阻元件。
在本发明的一实施例中，该第一导体和第二导体被相互平行地定位。
在本发明的一实施例中，该磁阻元件基本上是U形。
在本发明的一实施例中，该第一导体和第二导体被相互扭绞地定位。
根据本发明的另一方面，一种磁阻元件，包括一垂直电流型磁阻元件；用于使一电流流入该垂直电流型磁阻元件的第一导体；和用于使该电流流出该垂直电流型磁阻元件的第二导体。该第一导体根据该电流生成第一磁场。
该第二导体根据该电流生成第二磁场。该第一导体和第二导体被定位以使第二磁场抵消第一磁场的至少一部分。
在本发明的一实施例中，该第一导体和第二导体被相互平行地定位。
根据本发明的再另一方面，一种多元件磁阻装置，包括响应于一特定外部磁场的第一垂直电流型磁阻元件；响应于该特定外部磁场的第二垂直电流型磁阻元件；和该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件设置在其上的一轭。
在本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括一用于将该第一垂直电流型磁阻元件的输出和该第二垂直电流型磁阻元件的输出相加以使检测该特定外部磁场的加法器。
在本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括一用于将将该第一垂直电流型磁阻元件的输出和该第二垂直电流型磁阻元件的输出相减以使检测该特定外部磁场的减法器。
在本发明的一实施例中，各该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件包括一固定层，该固定层的磁化方向不会发生改变，即使该特定外部磁场的量值被改变，且在该固定层和该轭之间设置一非磁性层。该轭起到一自由层的作用，其磁化方向根据该特定的外部磁场的量值的变化而改变。
根据本发明的再另一方面，一种多元件磁阻装置，包括响应于一特定外部磁场的第一垂直电流型磁阻元件；响应于该特定外部磁场的第二垂直电流型磁阻元件；该第一垂直电流型磁阻元件根据其中的电流生成一第一磁场。该第二垂直电流型磁阻元件根据其中的电流生成一第二磁场。该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件被定位以使该第一磁场和第二磁场起到施加在该多元件磁阻装置上的一偏磁场的作用。
在本发明的一实施例中，该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件被串联地相互电连接。
在本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括一第一导体，用于使电流流入该第一垂直电流型磁阻元件；第二导体，用于使该电流流出该第一垂直电流型磁阻元件以流入该第二垂直电流型磁阻元件；和第三导体，用于使该电流流出该第二垂直电流型磁阻元件。
在本发明的一实施例中，相对于第二导体，该第一垂直电流型磁阻元件被定位在与该第二垂直电流型磁阻元件相同的一侧上。
在本发明的一实施例中，相对于第二导体，该第一垂直电流型磁阻元件被定位在与该第二垂直电流型磁阻元件相反的一侧上。
在本发明的一实施例中，该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件被并联地相互电连接。
在本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括一第一导体，用于使电流流入该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件；及第二导体，用于使该电流流出该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件。
在本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括一第一导体，用于使电流流入该第一垂直电流型磁阻元件；第二导体，用于使该电流流出该第一垂直电流型磁阻元件；第三导体，用于使电流流入该第二垂直电流型磁阻元件；和第四导体，用于使该电流流出该第二垂直电流型磁阻元件。该第一导体根据其中流动的电流生成一第一磁场。该第二导体根据其中流动的电流生成一第二磁场。该第一导体和第二导体被定位以使该第一磁场和第二磁场起到施加在该第一垂直电流型磁阻元件上的一偏磁场的作用。该第三导体根据其中流动的电流生成一第三磁场。该第四导体根据其中流动的电流生成一第四磁场。该第三导体和第四导体被定位以使该第三磁场和第四磁场起到施加在该第二垂直电流型磁阻元件上的一偏磁场的作用。
在本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括一第一导体，用于使电流流入该第一垂直电流型磁阻元件；第二导体，用于使该电流流出该第一垂直电流型磁阻元件；第三导体，用于使电流流入该第二垂直电流型磁阻元件；和第四导体，用于使该电流流出该第二垂直电流型磁阻元件。该第一导体根据其中流动的电流生成一第一磁场。该第二导体根据其中流动的电流生成一第二磁场。该第一导体和第二导体被定位以使该第一磁场和第二磁场相互抵消。该第三导体根据其中流动的电流生成一第三磁场。该第四导体根据其中流动的电流生成一第四磁场。该第三导体和第四导体被定位以使该第三磁场和第四磁场相互抵消。
在本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括其上设置有该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件的一轭。
在本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括相对于该轭，设置在与该第一和第二垂直电流型磁阻元件相反侧上的一基底。
在本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括相对于该第一和第二垂直电流型磁阻元件，设置在与该轭相反侧上的一基底。
在本发明的一实施例中，该轭是一水平轭。
在本发明的一实施例中，该轭是一垂直轭。
在本发明的一实施例中，各该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件包括反铁磁层；一固定层；和相对于该固定层，设置在与该反铁磁层相反侧上的一非磁性层。
本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括一用于将该第一垂直电流型磁阻元件的输出和该第二垂直电流型磁阻元件的输出相加以使检测该特定外部磁场的加法器。
本发明的一实施例中，该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件具有相互不同的极性。
在本发明的一实施例中，该多元件磁阻装置还包括一用于将将该第一垂直电流型磁阻元件的输出和该第二垂直电流型磁阻元件的输出相减以使检测该特定外部磁场的减法器。
本发明的一实施例中，该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件具有相互不同的极性。
本发明的一实施例中，该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件检测至少两磁体之间的一相对磁化角的改变作为电子的隧穿概率的变化。
本发明的一实施例中，该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件检测至少两磁体之间的一相对磁化角的改变作为电子的平均自由行程的变化。
根据本发明的再另一方面，一种磁性随机存取存储器，包括一多元件磁阻装置，该多元件磁阻装置包括响应于一特定外部磁场的第一垂直电流型磁阻元件；响应于该特定外部磁场的第二垂直电流型磁阻元件；该第一垂直电流型磁阻元件根据其中的一电流生成一第一磁场。该第二垂直电流型磁阻元件根据其中的一电流生成一第二磁场。该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件被定位以使该第一磁场和第二磁场起到施加在该多元件磁阻装置上的一偏磁场的作用。
在本发明的一实施例中，该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件被串联地相互电连接。
在本发明的一实施例中，该磁性随机存取存储器还包括一第一导体，用于使电流流入该第一垂直电流型磁阻元件；第二导体，用于使该电流流出该第一垂直电流型磁阻元件以流入该第二垂直电流型磁阻元件；和第三导体，用于使该电流流出该第二垂直电流型磁阻元件在本发明的一实施例中，相对于第二导体，该第一垂直电流型磁阻元件被设置在与该第二垂直电流型磁阻元件相反的一侧上。
这样，本发明具有以下的优点提供了(1)用于调节施加在其中的一垂直电流型磁阻元件上的一偏磁场的一磁阻元件和一多元件磁阻装置；(2)具有高灵敏度的一垂直电流型磁阻元件上的一偏磁场的一磁阻元件和一多元件磁阻装置；(3)用于减少由一磁头和一磁记录介质的接触所产生的温度峰值的一磁阻元件和一多元件磁阻装置；(4)用于提供一高输出的一紧凑的磁阻元件和一紧凑的多元件磁阻装置；和(5)用于防止脉冲幅度不对称和不对称的侧读取的一磁阻元件和一多元件磁阻装置。
通过以下结合附图进行详细描述，对于本领域的熟练技术人员来说，本发明的这些及其他优点将变得显然。
图1A是根据本发明的第一例的一磁阻元件的截面视图；图1B是处于没有施加偏磁场的一垂直电流型磁阻元件的MR-H曲线图；图1C是处于施加有偏磁场的一垂直电流型磁阻元件的MR-H曲线图；图2是根据本发明的第一例的另一磁阻元件的截面视图；图3是根据本发明的第一例的再另一磁阻元件的截面视图；图4是根据本发明的第一例的一多元件磁阻装置的截面视图；图5是说明其中生成有一偏磁场的图4中所示的该多元件磁阻装置的平面视图；图6是根据本发明的第一例的另一多元件磁阻装置的截面视图；图7是其中串联连接有垂直电流型磁阻元件的根据本发明的第一例的一多元件磁阻装置的截面视图；图8是说明其中生成有一偏磁场的图7中所示的该多元件磁阻装置的平面视图；图9是根据本发明的第一例的再另一多元件磁阻装置的截面视图；图10是其中串联连接有垂直电流型磁阻元件的根据本发明的第一例的另一多元件磁阻装置的截面视图；图11是其中串联连接有垂直电流型磁阻元件的根据本发明的第一例的再另一多元件磁阻装置的截面视图；图12是说明制造根据本发明的第一例的一多元件磁阻装置的步骤的截面视图；图13是说明制造根据本发明的第一例的一多元件磁阻装置的步骤的截面视图；图14是说明制造根据本发明的第一例的一多元件磁阻装置的步骤的截面视图；图15是说明制造根据本发明的第一例的一多元件磁阻装置的步骤的截面视图；图16是说明制造根据本发明的第一例的一多元件磁阻装置的步骤的截面视图；图17是包括有根据本发明的第一例的一多元件磁阻装置的一MRAM的存储器单元的截面视图；图18是根据本发明的第二例的一多元件磁阻装置的等距图，包括相对于一轭在一基底的相反侧上的垂直电流型磁阻元件；图19A是图18中所示的平行于一外部磁场的该多元件磁阻装置的截面视图；图19B是图18中所示的垂直于一外部磁场的该多元件磁阻装置的截面视图；图20A是说明如何在图18中所述的多元件磁阻装置中连接这些垂直电流型磁阻元件的截面视图；图20B是图18中所示的该多元件磁阻装置的一部分的截面视图；图21A是说明图18中所示的该多元件磁阻装置的加法操作的视图；图21B是说明图18中所示的该多元件磁阻装置的加法操作的视图；图21C是说明图18中所示的该多元件磁阻装置的加法操作的视图；图22示出了一常规的磁阻装置；图23A是说明图18中所示的该多元件磁阻装置的减法操作的视图23B是说明图18中所示的该多元件磁阻装置的减法操作的视图；图23C是说明图18中所示的该多元件磁阻装置的减法操作的视图；图23D是图18中所示的该多元件磁阻装置的一部分的替代结构的截面视图；图24是根据本发明的第二例的另一多元件磁阻装置的等距图，包括相对于一轭在一基底的相反侧上的垂直电流型磁阻元件；图25A是平行于图24中所示的一外部磁场的图24中所示的该多元件磁阻装置的截面视图；图25B是垂直于图24中所示的一外部磁场的图24中所示的该多元件磁阻装置的截面视图；图26是说明如何在图24中所示的多元件磁阻装置中连接这些垂直电流型磁阻元件的截面视图；图27A是说明图24中所示的该多元件磁阻装置的加法操作的视图；图27B是说明图24中所示的该多元件磁阻装置的加法操作的视图；图27C是说明图24中所示的该多元件磁阻装置的加法操作的视图；图28A是说明图24中所示的该多元件磁阻装置的减法操作的视图28B是说明图24中所示的该多元件磁阻装置的减法操作的视图；图28C是说明图24中所示的该多元件磁阻装置的减法操作的视图；图29是根据本发明的第三例的一多元件磁阻装置的等距图，包括插入在一轭和一基底之间的垂直电流型磁阻元件；图30A是平行于图29中所示的一外部磁场的图29中所示的该多元件磁阻装置的截面视图；图30B是垂直于图29中所示的一外部磁场的图29中所示的该多元件磁阻装置的截面视图；图31是图29中所示的该多元件磁阻装置的另一垂直截面视图；图32是说明如何在图29中所示的多元件磁阻装置中连接这些垂直电流型磁阻元件的截面视图；图33是在图29中所示的多元件磁阻装置的一部分的截面视图；图34是在图29中所示的多元件磁阻装置的一部分的另一结构的截面视图；图35A是根据本发明的第三例的另一多元件磁阻装置的水平截面视图，包括插入在一轭和一基底之间的垂直电流型磁阻元件；图35B是图35A中所示的该多元件磁阻装置的垂直截面视图；图36是根据本发明的第三例的再另一多元件磁阻装置的等距图，包括插入在一轭和一基底之间的垂直电流型磁阻元件；图37A是图36中所示的该多元件磁阻装置的水平截面视图37B是图36中所示的该多元件磁阻装置的垂直截面视图；及图38是根据本发明的第三例的再另一多元件磁阻装置的等距图，包括插入在一轭和一基底之间的垂直电流型磁阻元件。
以下，将描述施加在该垂直电流型磁阻元件101上的一偏磁场。
该偏磁场以基本垂直于外部磁场108的方向作用在该垂直电流型磁阻元件101上。图1B是处于没有施加偏磁场的该垂直电流型磁阻元件101的MR-H曲线图。图1C是处于施加有偏磁场的该垂直电流型磁阻元件101的MR-H曲线图。在图1B和1C中，该水平轴代表待被该垂直电流型磁阻元件101检测的外部磁场的量值(H)，及垂直轴代表该垂直电流型磁阻元件101的磁阻的量值。
参见图1B，在偏磁场没有施加于该垂直电流型磁阻元件101上的状态下，该垂直电流型磁阻元件101示出MR-H曲线1。MR-H曲线1形成在外部磁场量值H1至外部磁场量值H2范围内的一磁滞11。当外部磁场108的量值小于外部磁场量值H1时，该垂直电流型磁阻元件101具有磁阻R1。当外部磁场108的量值大于外部磁场量值H2时，该垂直电流型磁阻元件101具有大于磁阻R1的磁阻R2。
参见图1C，在偏磁场沿基本上垂直于外部磁场108的方向施加于该垂直电流型磁阻元件101上的状态下，该垂直电流型磁阻元件101示出MR-H曲线2。MR-H曲线2具有比MR-H曲线1小的磁滞。MR-H曲线2相对于垂直轴的倾斜角θ2大于MR-H曲线1相对于垂直轴的倾斜角θ1。结果，该垂直电流型磁阻元件101可呈现为MR-H曲线2，该MR-H曲线2具有小于MR-H曲线1的磁滞且在大于图1B中所示的H1至H2的范围的外部磁场H3至外部磁场H4的范围内是线性的。当外部磁场108的量值小于外部磁场量值H3时，该垂直电流型磁阻元件101具有磁阻R1。当外部磁场108的量值大于外部磁场量值H4时，该垂直电流型磁阻元件101具有大于磁阻R1的磁阻R2。
具有这样一结构的磁阻元件100以下述方式操作。
再参见图1A，一电流沿箭头106a的方向在导体102中流动，并从该垂直电流型磁阻元件101的一表面流入其中。然后，电流沿垂直于该垂直电流型磁阻元件101中包括的该多个层的一表面的箭头106b流动。该电流从另一表面流出该垂直电流型磁阻元件101并沿与导体102中相反的方向的箭头106C的方向在导体103中流动。
根据电流沿箭头106a的方向在导体102中流动，导体102生成第一磁场。根据电流沿与导体102中的相反的箭头106C的方向在导体103中流动，导体103生成第二磁场。通过将该第一和第二磁场合成所得到的一合成磁场104沿垂直于图1A的纸面的方向从该纸的前表面作用至该纸的后表面。因此，该合成磁场104沿基本垂直于外部磁场108的方向作用于该垂直电流型磁阻元件101上。这样，该合成磁场104起到在该垂直电流型磁阻元件101上的一偏磁场的作用。
如上所述，根据第一例的磁阻元件100包括导体102和103。该导体102和103被定位以使通过将根据在导体102中流动的电流所生成的第一磁场和根据在导体103中流动的电流所生成的第二磁场合成所得到的合成磁场104基本上垂直于外部磁场108。该合成磁场104起到在该垂直电流型磁阻元件101上的一偏磁场的作用。因此，不象现有技术中那样，不需要设置一个用于生成一偏磁场的反铁磁部件或者不需要设置一个磁体，通过在一磁场中热处理该磁体而形成具有各向异性的该垂直电流型磁阻元件101。结果，通过一比现有技术简单的结构，一偏磁场可被导致以作用在该垂直电流型磁阻元件101上。
用于设置一个用于生成一偏磁场的反铁磁部件和/或设置一个磁体，通过在一磁场中热处理该磁体而形成具有各向异性的该垂直电流型磁阻元件101的结构可与第一例的结构相组合。通过这样一组合，磁阻元件100的该垂直电流型磁阻元件101可具有更加令人满意的MR-H曲线。
通过与在该垂直电流型磁阻元件101中流动的电流分离的一电流，可生成施加在该垂直电流型磁阻元件101上的一偏磁场。在此情况下，该偏磁场可被稳定地提供而不管该垂直电流型磁阻元件101的量值。
图2是根据本发明的第一例的另一磁阻元件200的截面视图。与图1A中相同的元件用相同的参考数字表示且省略对其的描述。该磁阻元件200包括一垂直电流型磁阻元件101。该垂直电流型磁阻元件101包括多个叠放层。该多个层的一表面相对于一外部磁场108成基本上45度的倾斜角。该垂直电流型磁阻元件101的一表面具有设置在其上的一导体102A。该导体102A沿垂直于图2的纸面的方向，沿着该垂直电流型磁阻元件101的表面，从纸的前表面延伸至纸的后表面。该垂直电流型磁阻元件101的另一表面具有设置在其上的一导体103A。该导体103A沿着该垂直电流型磁阻元件101的表面朝向图2的纸面的右边延伸。这样，导体102A和103A被定位以使相互绞和。
具有这样一结构的磁阻元件200以下述方式操作。
一电流沿垂直于图2A的纸面的方向从该纸的后表面到该纸的前表面地在导体102A中流动，并从该垂直电流型磁阻元件101的一表面流入其中。然后，电流沿垂直于该垂直电流型磁阻元件101中包括的该多个层的一表面的箭头106Ab流动。该电流从另一表面流出该垂直电流型磁阻元件101并沿箭头106AC的方向在导体103A中流动。
根据电流在导体102A中流动，导体102A生成第三磁场。根据电流在导体103A中流动，导体103A生成第四磁场。通过将该第三和第四磁场合成所得到的一合成磁场104A沿相对于导体102A和103A基本上倾斜45度的方向施加，如图2所示。因此，该合成磁场104A沿基本垂直于外部磁场108A的方向作用于该垂直电流型磁阻元件101上。这样，该合成磁场104A起到在该垂直电流型磁阻元件101上的一偏磁场的作用。
如上所述，根据第一例的磁阻元件200包括导体102A和103A。该导体102A和103A被定位以使通过将根据在导体102A中流动的电流所生成的第三磁场和根据在导体103A中流动的电流所生成的第四磁场合成所得到的合成磁场104A基本上垂直于外部磁场108A。该合成磁场104A起到在该垂直电流型磁阻元件101上的一偏磁场的作用。因此，提供了类似于参照图1A所述的效果。
图3是根据本发明的第一例的再另一磁阻元件300的截面视图。与图1A中相同的元件用相同的参考数字表示且省略对其的描述。
该磁阻元件300解决了以下问题。以上参照图1A所述的磁阻元件100具有以下问题。当为了改善输出而提高在该垂直电流型磁阻元件101中流动的电流量以实现磁头尺寸的减小时，作为结果，所生成的合成磁场相比于外部磁场108过大。相对于外部磁场108的量值的变化，该垂直电流型磁阻元件101的磁阻的水平(level)变化被减小。类似地，上述参照图2所述的磁阻元件200具有这样的问题当相比于外部磁场108A，所生成的合成磁场104A过大时，相对于外部磁场108的量值的变化，该垂直电流型磁阻元件101的垂直电流型磁阻的水平变化被减小。
参见图3，该磁阻元件300包括一垂直电流型磁阻元件101。该垂直电流型磁阻元件101包括多个叠放层。该多个层的一表面平行于一外部磁场108。该垂直电流型磁阻元件101的一表面上具有设置在其上的一导体102B。该导体102B沿该垂直电流型磁阻元件101的表面，以平行于该外部磁场108的方向，朝向图3的纸面的右边延伸。该垂直电流型磁阻元件101的另一表面具有设置在其上的一导体103B。该导体103B沿平行于外部磁场108的方向，与导体102B相反地，沿着该垂直电流型磁阻元件101的另一表面延伸。这样导体103B和导体102B平行。
具有这样一结构的磁阻元件300以下述方式操作。
一电流沿箭头106Ba的方向在导体102B中流动，并从该垂直电流型磁阻元件101的一表面流入其中。然后，电流沿垂直于该垂直电流型磁阻元件101中包括的该多个层的一表面的箭头106Bb流动。该电流从另一表面流出该垂直电流型磁阻元件101并沿箭头106BC的方向在导体103B中流动。这样电流以相同的方向在导体102B和导体103B中流动。
根据电流在导体102B中流动，导体102B生成第五磁场。根据电流在导体103B中流动，导体103B生成第六磁场。由于电流以相同的方向在导体102B和导体103B中流动，根据电流在导体103B中流动所生成的第六磁场抵消了根据电流在导体102B中流动所生成的第五磁场。
如上所述，根据第一例的磁阻元件300包括导体102B和103B。该导体102B和103B被定位以使根据在导体103B中流动的电流所生成的第六磁场抵消了根据在导体102B中流动的电流所生成的第五磁场。第五磁场和第六磁场的合成磁场的量值为零。这样，该合成磁场没有超过外部磁场108。结果，即使在该垂直电流型磁阻元件101中流动的电流量被增大，相对于外部磁场108的量值的变化，该垂直电流型磁阻元件101的垂直电流型磁阻的水平变化未被减小。
根据在导体103B中流动的电流生成的第六磁场不需要抵消根据在导体102B中流动的电流生成的第五磁场的全部，但可抵消第五磁场的一部分。当例如磁阻元件300被用于一磁头时，第六磁场可抵消第五磁场以使第五和第六磁场的合成磁场没有超过外部磁场108。根据本发明，第六磁场至少抵消第五磁场的一部分以使第五和第六磁场的合成磁场没有超过外部磁场108。
当作为第六磁场抵消第五磁场的结果，合成磁场的量值变为零时，在导体102B和103B中流动的电流不能提供作用在垂直电流型磁阻元件101上的偏磁场。当作为第六磁场抵消第五磁场的一部分的结果，合成磁场量值变得过小时，无法提供具有足够量值的一偏磁场。
在此情况下，通过与在该导体102B和103B中流动的电流分离的一电流，可生成施加在该垂直电流型磁阻元件101上的一偏磁场。可替换地，可通过提供一个经过热处理具有各向异性的垂直电流型磁阻元件101的磁体或通过附加地提供一反铁磁体或类似物给磁阻元件300，来生成施加在垂直电流型磁阻元件101号上的偏磁场。
当磁阻元件300被用于一MRAM时，通过抵消根据一电流生成的一磁场，提供了没有任何额外的偏磁场或移动磁场，具有令人满意的矩形形状的MR-H曲线。根据该电流生成的该磁场可被部分地抵消而不是被全部抵消。在此情况下，该部分被抵消的磁场可被用于抵抗由一不同因素生成的一偏磁场或移动磁场或被用作为用于写的偏磁场。
图1A、2和3中所示的结构之一最好根据待被施加给垂直电流型磁阻元件101的电流和外部磁场的量值而被选择。当例如该磁阻元件被用于一磁头且生成的合成磁场的量值小于该外部磁场时，最好选择磁阻元件100(图1A)或200(图2)。原因在于这些磁阻元件可通过一简单的结构，造成一偏磁场被作用于该垂直电流型磁阻元件101。当为了提高输出以解决磁头的尺寸的减小，提高待被施加给垂直电流型磁阻元件101的电流量，结果，相比于外部磁场，生成的合成磁场过大时，最好选择磁阻元件300(图3)。原因在于当防止相对于外部磁场108的量值的变化，该磁阻的水平的变化减小时，该磁阻元件300可提供一高输出。
图4是根据第一例的一多元件磁阻装置400的截面视图，且图5是该多元件磁阻装置400的平面视图。与参照图3在上所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。
该多元件磁阻装置400包括一基底401，该基底401具有平行于一外部磁场108的表面。该基底401的表面上设置有以上参照图3所述的两磁阻元件300。该两磁阻元件300在平行于外部磁场108的方向上被配置。在图4中，磁阻元件300被示出，如在图3中的箭头301的方向上所看到的。两磁阻元件300都在垂直于外部磁场108的方向上延伸。这里，为简明起见，被示出在右边上的磁阻元件300由参考数字300A表示，且垂直电流型磁阻元件101由参考数字101A表示。类似地，为简明起见，被示出在左边上的磁阻元件300由参考数字300B表示，且垂直电流型磁阻元件101由参考数字101B表示。
参见图3、4和5，该多元件磁阻装置400以下述方式操作。
在磁阻元件300A中，一电流沿箭头106Ba的方向在导体102B中流动且从在基底401该侧上的该垂直电流型磁阻元件101A的一表面流入其。然后，该电流以垂直于该垂直电流型磁阻元件101A中包括的多层的一表面的箭头106Bb的方向流离基底401。该电流从该垂直电流型磁阻元件101A的另一表面流出并沿箭头106Bc的方向在导体103B中流动。
如图5所示，根据在该垂直电流型磁阻元件101A中流动的电流，该垂直电流型磁阻元件101A生成一偏磁场604B。该偏磁场604B沿基本垂直于外部磁场108的方向作用在该磁阻元件300B的该垂直电流型磁阻元件101B上。这样，该偏磁场604B起到作用在该磁阻元件300B的该垂直电流型磁阻元件101B上的一偏磁场的作用。
还在该多元件磁阻元件300B中，一电流沿箭头106Ba的方向在导体102B中流动，并从在基底401该侧上的该垂直电流型磁阻元件101B的一表面流入其。然后，该电流以垂直于该垂直电流型磁阻元件101B中包括的多层的一表面的箭头106Bb的方向流离基底401。该电流从该垂直电流型磁阻元件101B的另一表面流出并沿箭头106Bc的方向在导体103B中流动。
如图5所示，根据在该垂直电流型磁阻元件101B中流动的电流，该垂直电流型磁阻元件101B生成一偏磁场604A。该偏磁场604A沿基本垂直于外部磁场108的方向作用在该磁阻元件300A的该垂直电流型磁阻元件101A上。这样，该偏磁场604A起到作用在该磁阻元件300A的该垂直电流型磁阻元件101A上的一偏磁场的作用。
如上所述，在多元件磁阻装置400中，该两磁场604A和604B分别作用于该垂直电流型磁阻元件101A和101B上。相比于一个偏磁场作用于两垂直电流型磁阻元件101上的情况，这样一结构改善了各垂直电流型磁阻元件101A和101B对外部磁场108的磁响应的线性。
图6是根据第一例的一多元件磁阻装置500的截面视图。与参照图4在上所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。
该多元件磁阻装置500包括一基底401，该基底401具有平行于一外部磁场108的表面。该基底401的表面上有一平行于外部磁场108延伸的导体102C。两垂直电流型磁阻元件101沿平行于外部磁场108的方向被配置在导体102C上。共同地连接至两垂直电流型磁阻元件101的一导体103C被设置在其上。该导体103C在平行于外部磁场108的方向上延伸。这样，该两垂直电流型磁阻元件101通过导体102C和103C被平行地连接。这两导体102C和103C由一磁传导层或一非磁传导层形成。这里，为简明起见，在图6中的右边上所示的垂直电流型磁阻元件101由参考数字101A表示且在图6中的左边上所示的垂直电流型磁阻元件101由参考数字101B表示。
具有这样一结构的该多元件磁阻装置500以下述方式操作。
对于垂直电流型磁阻元件101A，一电流沿箭头106Ca的方向在导体102C中流动且从在基底401该侧上的该垂直电流型磁阻元件101A的一表面流入其。然后，该电流以垂直于该垂直电流型磁阻元件101A中包括的多层的一表面的箭头106Cb的方向流离基底401。该电流从该垂直电流型磁阻元件101A的另一表面流出并沿箭头106Cc的方向在导体103C中流动。
对于垂直电流型磁阻元件101B，一电流沿箭头106Ca的方向在导体102C中流动且从在基底401该侧上的该垂直电流型磁阻元件101B的一表面流入其。然后，该电流以垂直于该垂直电流型磁阻元件101B中包括的多层的一表面的箭头106Cb的方向流离基底401。该电流从该垂直电流型磁阻元件101B的另一表面流出并沿箭头106Cc的方向在导体103C中流动。
如图5所示，根据在该垂直电流型磁阻元件101A中流动的电流，该垂直电流型磁阻元件101A生成一偏磁场604B。该偏磁场604B沿基本垂直于外部磁场108的方向作用在该垂直电流型磁阻元件101B上。这样，该偏磁场604B起到作用在该垂直电流型磁阻元件101B上的一偏磁场的作用。
如图5所示，根据在该垂直电流型磁阻元件101B中流动的电流，该垂直电流型磁阻元件101A生成一偏磁场604A。该偏磁场604A沿基本垂直于外部磁场108的方向作用在该垂直电流型磁阻元件101A上。这样，该偏磁场604A起到作用在该垂直电流型磁阻元件101A上的一偏磁场的作用。
如上所述，在多元件磁阻装置500中，该两磁场604A和604B分别作用于该垂直电流型磁阻元件101A和101B上。象多元件磁阻装置400(图4)，相比于一个偏磁场作用于两垂直电流型磁阻元件101上的情况，这样一结构改善了各垂直电流型磁阻元件101对外部磁场108的磁响应的线性。
图7是根据第一例的一多元件磁阻装置700截面视图，该多元件磁阻装置700包括串联连接的垂直电流型磁阻元件101。图8是该多元件磁阻装置700的平面视图。与以上参照图4所述的的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。这里，为简明起见，在图7的右边上所示的垂直电流型磁阻元件101由参考数字101A表示且在图6中的左边上所示的垂直电流型磁阻元件101由参考数字101B表示。
该多元件磁阻装置700包括一基底401，该基底401具有平行于一外部磁场108的表面。该基底401的表面上有一平行于外部磁场108延伸的导体102D。两垂直电流型磁阻元件101A和101B沿平行于外部磁场108的方向被配置在导体102D上。在垂直电流型磁阻元件101A上，一导体103Da在平行于外部磁场108，离开垂直电流型磁阻元件101B的方向上延伸。在垂直电流型磁阻元件101B上，一导体103Db在平行于外部磁场108，离开垂直电流型磁阻元件101A的方向上延伸。这样，该两垂直电流型磁阻元件101A和101B通过导体102D、103Da和103Db被串联连接。这些导体102D、103Da和103Db由一磁传导层或一非磁传导层形成。
具有这样一结构的该多元件磁阻装置700以下述方式操作。
对于垂直电流型磁阻元件101A，一电流沿箭头106Dc的方向在导体103Da中流动且从与基底401该侧相反一侧上的该垂直电流型磁阻元件101A的一表面流入其。然后，该电流以垂直于该垂直电流型磁阻元件101A中包括的多层的一表面的箭头106De的方向流向基底401。该电流从该垂直电流型磁阻元件101A的在基底401的该侧上的一表面流出并沿箭头106Da的方向在导体102D中流动。
对于垂直电流型磁阻元件101B，一电流沿箭头106Da的方向在导体102D中流动且从在基底401该侧上的该垂直电流型磁阻元件101B的一表面流入其。然后，该电流以垂直于该垂直电流型磁阻元件101B中包括的多层的一表面的箭头106Db的方向流离基底401。该电流从该垂直电流型磁阻元件101B的另一表面流出并沿箭头106Dc的方向在导体103Db中流动。
如图8所示，根据在该垂直电流型磁阻元件101A中流动的电流，该垂直电流型磁阻元件101A生成一偏磁场804B。该偏磁场804B沿基本垂直于外部磁场108的方向作用在该垂直电流型磁阻元件101B上。这样，该偏磁场604B起到作用在该垂直电流型磁阻元件101B上的一偏磁场的作用。
如图8所示，根据在该垂直电流型磁阻元件101B中流动的电流，该垂直电流型磁阻元件101B生成一偏磁场804A。该偏磁场804A沿基本垂直于外部磁场108的方向作用在该垂直电流型磁阻元件101A上。这样，该偏磁场804A起到作用在该垂直电流型磁阻元件101A上的一偏磁场的作用。
如上所述，在多元件磁阻装置700中，该两磁场804A和804B分别作用于该垂直电流型磁阻元件101A和101B上。象多元件磁阻装置400(图4)，相比于一个偏磁场作用于两垂直电流型磁阻元件101上的情况，这样一结构改善了各垂直电流型磁阻元件101对外部磁场108的磁响应的线性。
图9是根据第一例的一多元件磁阻装置900截面视图。与以上参照图4所述的的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。
不象多元件磁阻装置400，在该多元件磁阻装置900中，该磁阻元件300A被颠倒地定位以使一电流沿箭头106E的方向从一导体102E流向设置在基底401上的一导体103E。这里，为简明起见，在右边上所示的磁阻元件300由参考数字300A表示且垂直电流型磁阻元件101由参考数字101A表示。类似地，在左边上所示的磁阻元件300由参考数字300B表示且垂直电流型磁阻元件101由参考数字101B表示。
不象多元件磁阻装置700(图7)，如图8所示，根据电流在垂直电流型磁阻元件101A中流动，该垂直电流型磁阻元件101A生成一偏磁场804B。该偏磁场804B沿基本上垂直于外部磁场108的方向作用在该垂直电流型磁阻元件101B上。这样，该偏磁场804B起到作用于该垂直电流型磁阻元件101B上的一偏磁场的作用。
如图8所示，根据电流在垂直电流型磁阻元件101B中流动，该垂直电流型磁阻元件101B生成一偏磁场804A。该偏磁场804A沿基本上垂直于外部磁场108的方向作用在该垂直电流型磁阻元件101A上。这样，该偏磁场804A起到作用于该垂直电流型磁阻元件101A上的一偏磁场的作用。
如上所述，在多元件磁阻装置900中，该两磁场804A和804B分别作用于该垂直电流型磁阻元件101A和101B上。象多元件磁阻装置700(图7)，相比于一个偏磁场作用于两垂直电流型磁阻元件101上的情况，这样一结构改善了各垂直电流型磁阻元件101对外部磁场108的磁响应的线性。
图10是根据第一例的再另一多元件磁阻装置1000的截面视图，该多元件磁阻装置1000包括串联连接的垂直电流型磁阻元件101。与以上参照图4所述的的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。
该多元件磁阻装置1000包括一基底401，一导体102F设置在该基底401上，一垂直电流型磁阻元件101设置在该导体102F上，一导体103F设置在该垂直电流型磁阻元件101上，一垂直电流型磁阻元件101设置在该导体103F上，及一导体109F设置在该垂直电流型磁阻元件101上。该两垂直电流型磁阻元件101相对于该导体103F被对称地定位。即相对于导体103F，一垂直电流型磁阻元件101被定位在于另一垂直电流型磁阻元件101相反的一侧上。这样，该两垂直电流型磁阻元件101通过这些导体102F、103F和109F被串联连接。这些导体102F、103F和109F由一磁传导层或一非磁传导层形成。
在一TMR元件被用作为各垂直电流型磁阻元件101的情况下，由于这些垂直电流型磁阻元件101被串联地电连接，偏置电压被驱动用于该两垂直电流型磁阻元件101。因此，施加给各垂直电流型磁阻元件101的偏置电压是1/2。结果，偏置电压的增大减小了MR比的偏置依赖性的问题得到解决。
在CPP GMR元件被用作为各垂直电流型磁阻元件101的情况下，由于这些垂直电流型磁阻元件101被串联地电连接，整体阻抗可被增大。因此，用小量的电流可获得高输出。
图11是根据第一例的再另一多元件磁阻装置1100的截面视图，该多元件磁阻装置1100包括串联连接的垂直电流型磁阻元件101。与以上参照图4所述的的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。
如图11所示，该两垂直电流型磁阻元件101在导体103F的纵向上相互相对地被移位。在此例中，相对于导体103F，一垂直电流型磁阻元件101被定位在于另一垂直电流型磁阻元件101相反的一侧上。由于象多元件磁阻装置1000(图10)，该两垂直电流型磁阻元件101被串联连接，提供了类似于该多元件磁阻装置1000的效果。由于两垂直电流型磁阻元件101通过导体103Da、102D和103Db被串联，以上参照图7所述的多元件磁阻装置700也提供了一类似的效果。
图12至16是说明一种用于制造图10中所示的多元件磁阻装置1000的方法的截面视图。在CPP GMR元件被用作为各垂直电流型磁阻元件101的情况下，垂直电流型磁阻元件101的阻抗通过减小其面积及增大其在电流流动方向上的高度而被增大。由于石版印刷技术的限制，使用精密处理技术，产生一具有减小的面积和增大的高度以使阻抗足够高的垂直电流型磁阻元件101是困难的。因此，图12至16中所说明的方法被用于序列地形成该垂直电流型磁阻元件101同时串联地连接这些元件101，以使阻抗被逐步地提高。
参见图12和13，在基底401上形成该导体102F，并在该导体102F上形成用于第一垂直电流型磁阻元件的一材料层。在该材料层上形成用于该第一垂直电流型磁阻元件的一阻挡层(resist layer)以覆盖该材料层的一部分。该材料层的未被该阻挡层覆盖的部分通过铣被去除，从而形成第一垂直电流型磁阻元件101。然后，用于使该导体102和该导体103相互绝缘的一绝缘层被形成以使围绕该垂直电流型磁阻元件101。该阻挡层被去除以获得图13中所示的一叠层。如图14所示，该导体103F被形成在该第一该垂直电流型磁阻元件101上。
参见图15，在该导体103F上形成用于第二垂直电流型磁阻元件的一材料层。在该材料层上形成用于该第二垂直电流型磁阻元件的一阻挡层以覆盖该材料层的一部分。该材料层的未被该阻挡层覆盖的部分通过铣被去除，从而形成第二垂直电流型磁阻元件101，如图16所示。用于使该导体102和该导体103相互绝缘的一绝缘层被形成以使围绕该垂直电流型磁阻元件101。然后，该导体109F被形成在该第二垂直电流型磁阻元件101上。这样，该多元件磁阻装置1000被完成。
图17是一MRAM的一存储器单元1700的截面视图，该存储器单元1700包括一多元件磁阻装置。与以上参照图10所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。
该存储器单元1700包括一多元件磁阻装置1710。该多元件磁阻装置1710包括两垂直电流型磁阻元件101C和101D。各垂直电流型磁阻元件101C和101D例如是一TMR元件或一CPP GMR元件。在该两垂直电流型磁阻元件101C和101D之间设置有一非磁传导层1703。在该垂直电流型磁阻元件101C的与该非磁传导层1703相反的一表面上设置一非磁传导层1702。在该垂直电流型磁阻元件101D的与该非磁传导层1703相反的一表面上设置一非磁传导层1709。在与垂直电流型磁阻元件101D相反侧上的该非磁传导层1709附近设置一位线(bit line)1705。在与垂直电流型磁阻元件101C相反侧上的该非磁传导层1702附近设置一写线(write line)1704。这样，该两垂直电流型磁阻元件101C和101D通过非磁传导层1702、1703和1709被串联地电连接。该写线1704和该位线1705被设置以使插入该多元件磁阻装置1710中。
在包括该多元件磁阻装置1710的一MRAM的存储器单元1700中，在一TMR元件被用作为各垂直电流型磁阻元件101的情况下，由于这些垂直电流型磁阻元件101被串联地连接，偏置电压被驱动用于该两垂直电流型磁阻元件101。因此，施加给各垂直电流型磁阻元件101的偏置电压是1/2。结果，偏置电压的增大减小了MR比的偏置依赖性的问题得到解决。
在CPP GMR元件被用作为各垂直电流型磁阻元件101的情况下，由于这些垂直电流型磁阻元件101被串联地电连接，整体阻抗可被增大。因此，用小量的电流可获得高输出。(例2)图18是根据本发明的第二例的一多元件磁阻装置1800的等距图，该多元件磁阻装置1800包括相对于一轭在与一基底的相反侧上设置的垂直电流型磁阻元件101。换言之，相对于该轭，该基底被设置在与该垂直电流型磁阻元件101相反的一侧上。图19A是图18中所示的平行于一外部磁场108的该多元件磁阻装置1800的截面视图。图19B是垂直于该外部磁场108的该多元件磁阻装置1800的截面视图。图20A说明了如何在图18中所述的多元件磁阻装置1800中连接这些垂直电流型磁阻元件101。图20B是图18中所示的该多元件磁阻装置1800的一部分的截面视图。与以上参照图7所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。这里，为简明起见，在图19A和19B中的右边上所示的垂直电流型磁阻元件101由参考数字101A表示且在图19A和19B中的左边上所示的垂直电流型磁阻元件101由参考数字101B表示。
参见图19A、19B、20A和20B，该多元件磁阻装置1800包括一基底401，该基底401具有平行于一外部磁场108的一表面。一基本上为C形的轭1801被设置在该基底401上。该轭1801在面对一磁记录介质(未示出)的位置上具有一磁隙1801A。外部磁场108的通量线沿箭头1802的方向从该磁记录介质通过该磁隙1801A并进入在该轭1801中。在该轭1801上，设置有两垂直电流型磁阻元件101A和101B以使相对于该磁隙1801A。该两垂直电流型磁阻元件101A和101B沿箭头1802配置。相对于该轭1801，在与垂直电流型磁阻元件101相反的一侧上设置有一导体102D(图19B)。该导体102D沿外部磁场108运行的箭头1802延伸。在垂直电流型磁阻元件101A上设置一导体103Da，并在垂直电流型磁阻元件101B上设置一导体103Db。各两垂直电流型磁阻元件101A和101B包括设置在该轭1801上的一隧穿层2203(图20B)，设置在该隧穿层2203上的一固定层2202(也称之为“针层”-“pin layer”)，和插入在该固定层2202和该导体103Da或103Db之间的一反铁磁层2201。该固定层2202的磁化层不会改变，即使外部磁场108发生改变时。该轭1801起到一自由层的作用，其磁化方向根据外部磁场108的量值的改变而改变。
参见19A、19B和20A，该多元件磁阻装置1800包括一加法器2001。该垂直电流型磁阻元件101B根据该外部磁场108的量值的改变而输出一输出E1。该垂直电流型磁阻元件101A根据该外部磁场108的量值的改变而输出一输出E2。该加法器2001输出一作为输出E1和E2的相加结果的输出E3。该加法器2001是在半导体领域中经常使用的一加法电路或一加法元件。
这里，关于TMR元件的该垂直电流型磁阻元件的极性被如下地确定。一隧传电流在其间插有至少一非磁层的两磁层之间流动的情况被考虑。“相同极性”的表示意指该垂直电流型磁阻元件101A和101B都为正的或负的，且“不同极性”的表示意指一个为正的而另一个为负的。且涉及的自旋通过隧穿过程被保存。当相对于两具有相同具体外部磁场的磁层，这些传导自旋是多数(majority)自旋或少数(minority)自旋时，该极性是正的。当这样的传导自旋相对于一磁层是多数自旋且相对于另一磁层是少数自旋时，该极性是负的。
也就是说，“相同极性”意指具有相同的具体外部磁场，两磁阻元件处于高阻抗状态或处于低阻抗状态，而“不同极性”意指一个磁阻元件处于高阻抗状态且另一磁阻处于低阻抗状态。
该垂直电流型磁阻元件101A和101B具有相同的极性。当该固定层的磁化方向1911和该自由层的磁化方向1912相互平行时，该垂直电流型磁阻元件101A和101B各生成一低输出。当该固定层的磁化方向1911和该自由层的磁化方向1912相互反向平行时，该垂直电流型磁阻元件101A和101B各生成一高输出。
具有这样一结构的多元件磁阻装置1800如下所述地执行加法。
图21A说明了由该垂直电流型磁阻元件101B根据外部磁场108的量值的改变而生成的输出E1。图21B说明了由该垂直电流型磁阻元件101A根据外部磁场108的量值的改变而生成的输出E2。图21C说明了由加法器2001生成的作为输出E1和E2的相加结果的输出E3。在图21A至21C中，水平轴代表外部磁场108的量值。图21A中的垂直轴表示垂直电流型磁阻元件101B的输出。图21B中的垂直轴表示垂直电流型磁阻元件101A的输出。图21C中的垂直轴代表加法器2001。
参见图21A，垂直电流型磁阻元件101B的固定层的磁化方向1911不发生改变且恒定地被引向图21A的纸面的右边，即使外部磁场108的量值改变时。当外部磁场108的量值小于H5时，自由层的磁化方向1912被引向右边，且当外部磁场108的量值为H5或大于H5时，自由层的磁化方向1912被引向左边。这样，该自由层的磁化方向1912根据外部磁场108的量值的改变而变化。
当外部磁场108的量值小于H5时，该固定层的磁化方向1911和该自由层的磁化方向1912都被引向右边且因此相互平行。因此，输出E1为代表低电平的V0。当外部磁场108的量值为H5或更高时，磁化方向1911保持引向右边而磁化方向192被改变为引向左边。这样，磁化方向1911和1912为相互反向平行。因此，输出E1为代表高电平的V1。
参见图21B，象图20A中，当外部磁场108的量值小于H5时，该固定层的磁化方向1911和该自由层的磁化方向1912都被引向右边且因此相互平行。由于垂直电流型磁阻元件101A具有与垂直电流型磁阻元件101B相同的极性，输出E2为代表低电平的V0。当外部磁场108的量值为H5或更高时，磁化方向1911保持引向右边而磁化方向192被改变为引向左边。这样，磁化方向1911和1912为相互反向平行。于垂直电流型磁阻元件101A具有与垂直电流型磁阻元件101B相同的极性，输出E2为代表高电平的V1。
参见图21C，加法器2001将输出E1和E2相加并将相加结果输出作为输出E3。当外部磁场108的量值小于H5时，输出E3为2V0。当外部磁场108的量值为H5或更高时，输出E3为2V1。
图22示出了一常规的磁阻装置2300，其包括一垂直电流型磁阻元件101。与以上参照图19A和19B所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对其的描述。图22中的一垂直电流型磁阻元件101与图21A中所示的垂直电流型磁阻元件101B相同。即图22中所示的垂直电流型磁阻元件101的固定层的磁化方向1911不发生改变且保持引向右边，即使外部磁场108的量值改变时。当外部磁场108的量值小于H5时，自由层的磁化方向1912被引向右边，且当外部磁场108的量值为H5或大于H5时，自由层的磁化方向1912被引向左边。
当外部磁场108的量值小于H5时，磁化方向1911和磁化方向1912都被引向右边且因此相互平行。因此，垂直电流型磁阻元件101的输出为代表低电平的V0。当外部磁场108的量值为H5或更高时，磁化方向1911保持引向右边而磁化方向192被改变为引向左边。这样，磁化方向1911和1912为相互反向平行。因此，垂直电流型磁阻元件101的输出为代表高电平的V1。
包括两垂直电流型磁阻元件101的该多元件磁阻装置1800提供为包括一个垂直电流型磁阻元件101的常规的磁阻装置2300的输出的两倍的一输出2V1。相比于常规的磁阻装置2300，其中两垂直电流型磁阻元件101的输出被加在一起的该多元件磁阻装置1800可改善这些输出的非对称的程度。
下面将描述该多元件磁阻装置1800的减法操作。
该多元件磁阻装置1800可包括一减法器2002，用于通过从由垂直电流型磁阻元件101A生成的输出E2中减去由垂直电流型磁阻元件101B生成的输出E1而生成一输出E4。该减法器2001是半导体领域中经常使用的一减法电路或一减法元件。
图23A说明了由该垂直电流型磁阻元件101B根据外部磁场108的量值的改变而生成的输出E1。图23B说明了由该垂直电流型磁阻元件101A根据外部磁场108的量值的改变而生成的输出E2。图23C说明了由减法器2001生成的作为从输出E2中减去E1的相减结果的输出E4。图23A与图21A相同。
参见图23B，垂直电流型磁阻元件101A的固定层的磁化方向1911被引向左边，与图23A中所示的垂直电流型磁阻元件101B的固定层的磁化方向1911相反。当外部磁场108的量值小于H5时，垂直电流型磁阻元件101A的自由层的磁化方向1912被引向右边，且当外部磁场108的量值为H5或大于H5时，垂直电流型磁阻元件101A的自由层的磁化方向1912被引向左边。
当外部磁场108的量值小于H5时，磁化方向1911被引向左边而磁化方向1912都被引向右边。这样，磁化方向1911和1912为相互反向平行。因此，垂直电流型磁阻元件101A的输出E1为代表高电平的V1。当外部磁场108的量值为H5或大于H5时，磁化方向1911保持引向左边而磁化方向192被改变为引向左边。这样，磁化方向1911和1912为相互平行。因此，垂直电流型磁阻元件101A的输出E1为代表低电平的V0。
参见图23C，减法器2001将从输出E2中减去输出E1并将相减结果输出作为输出E4。当外部磁场108的量值小于H5时，输出E4为(V1-V0)×β。当外部磁场108的量值为H5或更高时，输出E4为-(V1-V0)×β。这里β代表被用作为减法器2002的一差分放大器的系数。
在具有相同极性的两垂直电流型磁阻元件101A和101B的输出被进行减法处理的情况下，在该两垂直电流型磁阻元件101A和101B中同时生成热波动和温度峰值，当一电流开始在垂直电流型磁阻元件101A和101B中流动时所生成的这样的热波动通过相减被抵消。且由于窄飞行高度(narrow flying height)，当该磁头和该磁记录介质相互接触时在该磁头和该磁记录介质之间生成的温度峰值通过相减也被抵消。这样，该热波动和窄飞行高度的影响可被减轻。
图23D示出了在图19A和19B中所示的多元件磁阻装置1800的一部分的另一结构。与以上参照图20B所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。图23D中所示的结构被形成如下。在导体102D被形成之后，一硬磁层或反铁磁层2301被埋置。在该层2301的一表面被平整后，该轭1801被形成。
在该多元件磁阻装置1800中，这些导体可如图4或6所示地被定位。在此情况下，可提供如图5所示的一偏磁场。可替换地，这些导体可如图7或9所示地被定位。在此情况下，可提供如图8所示的一偏磁场。
图24是根据本发明的第二例的另一多元件磁阻装置2400的等距图，该多元件磁阻装置2400包括相对于一轭在与一基底的相反侧上设置的垂直电流型磁阻元件101和101E。换言之，相对于该轭，该基底被设置在与该垂直电流型磁阻元件101和101E相反的一侧上。图25A是图24中所示的平行于一外部磁场108的该多元件磁阻装置2400的截面视图。图25B是垂直于该外部磁场108的该多元件磁阻装置2400的截面视图。图26说明了如何在多元件磁阻装置2400中连接这些垂直电流型磁阻元件101和101E。与以上参照图18、19A、19B、20A和20B所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。
参见图24、25A、25B和26，该多元件磁阻装置2400包括一基底401，该基底401具有平行于一外部磁场108的一表面。一基本上为C形的轭1801被设置在该基底401上。该轭1801在面对一磁记录介质(未示出)的位置上具有一磁隙1801A。外部磁场108的通量线沿箭头1802的方向从该磁记录介质通过该磁隙1801A并进入在该轭1801中。如图24所示，在该轭1801的两侧区域上设置有两垂直电流型磁阻元件101和101E。该垂直电流型磁阻元件101和101E相对于磁隙1801A被对称地定位。相对于该轭1801，在与垂直电流型磁阻元件101和101E相反的一侧上设置有一导体102D(图25B)。在垂直电流型磁阻元件101E上设置一导体103Da，并在垂直电流型磁阻元件101上设置一导体103Db。该轭1801起到一自由层的作用，其磁化方向根据外部磁场108的量值的改变而改变。
参见25A、25B和26，该垂直电流型磁阻元件101和101E具有不同的极性。当该固定层的磁化方向1911和该自由层的磁化方向1912相互平行时，该垂直电流型磁阻元件101生成一低输出。当该固定层的磁化方向1911和该自由层的磁化方向1912相互反向平行时，该垂直电流型磁阻元件101生成一高输出。相反，当该固定层的磁化方向1911和该自由层的磁化方向1912相互平行时，该垂直电流型磁阻元件101E生成一高输出。当该固定层的磁化方向1911和该自由层的磁化方向1912相互反向平行时，该垂直电流型磁阻元件101E生成一低输出。
该多元件磁阻装置2400包括一加法器2001，用于输出一作为垂直电流型磁阻元件101的输出E1和垂直电流型磁阻元件101E的输出E2的相加结果的输出E3。
具有这样一结构的多元件磁阻装置2400如下所述地执行加法。
图27A说明了由该垂直电流型磁阻元件101生成的输出E1。图27B说明了由该垂直电流型磁阻元件101E生成的输出E2。图27C说明了由加法器2001生成的作为输出E1和E2的相加结果的输出E3。在图27A至27C中，水平轴代表外部磁场108的量值。图27A中的垂直轴表示垂直电流型磁阻元件101的输出。图27B中的垂直轴表示垂直电流型磁阻元件101E的输出。图27C中的垂直轴代表加法器2001。
参见图27A，垂直电流型磁阻元件101的固定层的磁化方向1911不发生改变且恒定地被引向图27A的纸面的右边，即使外部磁场108的量值改变时。当外部磁场108的量值小于H5时，自由层的磁化方向1912被引向右边，且当外部磁场108的量值为H5或大于H5时，自由层的磁化方向1912被引向左边。
当外部磁场108的量值小于H5时，该固定层的磁化方向1911和该自由层的磁化方向1912相互平行。因此，输出E1为代表高电平的V1。当外部磁场108的量值为H5或更高时，磁化方向1911保持引向右边而磁化方向192被改变为引向左边。这样，磁化方向1911和1912为相互反向平行。因此，输出E1为代表低电平的V0。
参见图27B，当外部磁场108的量值小于H5时，该固定层的磁化方向1911和该自由层的磁化方向1912此相互反向平行。由于垂直电流型磁阻元件101E具有与垂直电流型磁阻元件101不同的极性，输出E2为代表高电平的V1。当外部磁场108的量值为H5或更高时，磁化方向1911保持引向右边而磁化方向1912被改变为引向左边。这样，磁化方向1911和1912为相互平行。由于垂直电流型磁阻元件101E具有与垂直电流型磁阻元件101不同的极性，输出E2为代表低电平的V0。
参见图27C，加法器2001将输出E1和E2相加并将相加结果输出作为输出E3。当外部磁场108的量值小于H5时，输出E3为2V1。当外部磁场108的量值为H5或更高时，输出E3为2V0。
在包括两垂直电流型磁阻元件101和101E的该多元件磁阻装置2400中，两垂直电流型磁阻元件101和101E的输出被加在一起。因此，象多元件磁阻装置1800(图18)，相比于常规的磁阻装置2300(图22)，这些输出的非对称的程度可被改善。
下面将描述该多元件磁阻装置2400的减法操作。
该多元件磁阻装置2400可包括一减法器2002，用于通过从由垂直电流型磁阻元件101E生成的输出E2中减去由垂直电流型磁阻元件101生成的输出E1而生成一输出E4。
图28A说明了由该垂直电流型磁阻元件101生成的输出E1。图28B说明了由该垂直电流型磁阻元件101E生成的输出E2。图28C说明了由减法器2002生成的作为从输出E2中减去E1的相减结果的输出E4。图28A与图21A相同。
参见图28B，垂直电流型磁阻元件101E的固定层的磁化方向1911被引向右边。当外部磁场108的量值小于H5时，垂直电流型磁阻元件101E的自由层的磁化方向1912被引向右边，且当外部磁场108的量值为H5或大于H5时，垂直电流型磁阻元件101E的自由层的磁化方向1912被引向左边。
当外部磁场108的量值小于H5时，磁化方向1911和磁化方向1912都被引向右边且相互平行。由于垂直电流型磁阻元件101E具有与垂直电流型磁阻元件101不同的极性，垂直电流型磁阻元件101E的输出E2为代表高电平的V1。当外部磁场108的量值为H5或大于H5时，磁化方向1911保持引向右边而磁化方向192被改变为引向左边。这样，磁化方向1911和1912为相互反向平行。由于垂直电流型磁阻元件101E具有与垂直电流型磁阻元件101不同的极性，垂直电流型磁阻元件101E的输出E2为代表低电平的V0。
参见图28C，减法器2001将从输出E2中减去输出E1并将相减结果输出作为输出E4。当外部磁场108的量值小于H5时，输出E4为(V1-V0)×β。当外部磁场108的量值为H5或更高时，输出E4为-(V1-V0)×β。这里β代表被用作为减法器2002的一差分放大器的系数。
在具有不同极性的两垂直电流型磁阻元件101A和101B的输出被进行减法处理的情况下，当一电流开始在垂直电流型磁阻元件101和101E中流动时，在该两垂直电流型磁阻元件101和101E中同时生成热波动和窄飞行高度(flying height)。由于该热波动和窄飞行高度，当该磁头和该磁记录介质相互接触时在该磁头和该磁记录介质之间生成的温度峰值通过相减被抵消。这样，该热波动和窄飞行高度的影响可被减轻。(例3)图29是根据本发明的第三例的一多元件磁阻装置2900的等距图，该多元件磁阻装置2900包括在一轭1801和一基底401之间的垂直电流型磁阻元件101和101E。换言之，相对于该垂直电流型磁阻元件101和101E，该基底401被设置在与该轭1801相反的一侧上。图30A是图29中所示的平行于一外部磁场108的该多元件磁阻装置2900的截面视图。图30B是该多元件磁阻装置2900的垂直截面视图。图31是该多元件磁阻装置2900的另一截面视图。图32说明了如何在多元件磁阻装置2900中连接这些垂直电流型磁阻元件101和101E。与以上参照图24至26所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。
不象多元件磁阻装置2400，该多元件磁阻装置2900包括在轭1801和基底401之间的垂直电流型磁阻元件101和101E。该垂直电流型磁阻元件101和101E具有相互不同的极性。
图33是图29中所示的该多元件磁阻装置2900的一部分的截面视图。如图33所示，该多元件磁阻装置2900被如下地制做。在基底401上形成一反铁磁层2201，在该反铁磁层2201上形成一固定层2202(或一针层)。在该固定层2202上形成一隧穿层2203后，在其上形成由一单或多软磁层形成的轭1801。然后，在该轭1801上形成一导体103D。
图34是图30A和30B中所示的该多元件磁阻装置2900的一部分的另一结构的截面视图。如图34所示，在形成导体103D之前，可通过石版印刷技术形成一硬磁层或反铁磁层3401。
图35A是根据第三例的另一多元件磁阻装置3500的截面视图，说明了平行于一基底的装置3500的截面。图35B是多元件磁阻装置3500的截面视图，说明了垂直于该基底的装置3500的截面。该多元件磁阻装置3500包括在一轭1801和一基底401之间的垂直电流型磁阻元件101和101E。与以上参照图18至23D所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。不象多元件磁阻装置1800，在该多元件磁阻装置2900中，该垂直电流型磁阻元件101和101E具有相互不同的极性且被设置在该轭1801和基底401之间。
图36是根据本发明的第三例的再另一多元件磁阻装置3600的等距图，该多元件磁阻装置3600包括在一轭3601和一基底401之间的垂直电流型磁阻元件101和101E。图37A是该多元件磁阻装置3600的截面视图，说明了该多元件磁阻装置3600平行于一基底。图37B是该多元件磁阻装置3600的截面视图，说明了该多元件磁阻装置3600垂直于一基底。与以上参照图29至32所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。
上述多元件磁阻装置各包括平行于基底401延伸的轭1801；即轭1801是一水平轭。本发明可应用于包括沿垂直于基底401延伸的轭3601(即一垂直轭)的该多元件磁阻装置3600。该轭3601具有一磁隙3601A。该垂直电流型磁阻元件101和101E被设置在轭3601和基底401之间。该垂直电流型磁阻元件101和101E具有相互不同的极性。
图38是根据本发明的第三例的再另一多元件磁阻装置3800的等距图，该多元件磁阻装置3800包括在一轭3801和一基底401之间的垂直电流型磁阻元件101和101E。与以上参照图29至32所述的相同元件用相同的参考数字表示且省略对它们的描述。
在上述例子中，各多元件磁阻装置通过一加法器或一减法器被连接至一外部装置。本发明并不限于这样一结构。包括串联连接或并联连接的多个垂直电流型磁阻元件的一多元件磁阻装置可被直接连接至一外部装置。
该多元件磁阻装置3800包括轭3801。该轭3801具有一磁隙3801A。如图38所示，该磁隙3801A被形成平行于基底401。该垂直电流型磁阻元件101和101E具有相互不同的极性且被设置在该轭3801和基底401之间。
将具有一轭结构的一多元件磁阻装置用于一磁头可减小温度峰值且还减小了这些输出的不对称程度。
在用于检测至少两磁体之间的相对磁化角的变化作为电子的平均自由行程的改变的一CPP GMR元件被用作为上述例子中的多元件磁阻装置的情况下，可提供改善由于这些垂直电流型磁阻元件的串联连接所造成的电阻的效果。在对两垂直电流型磁阻元件的输出进行加法或减法处理的情况下，提供了例如减小热波动和输出的不对称程度的效果。
在上述例子中，通过包括IBD(离子束沉积)、溅射、MBE和离子镀的任意真空沉积技术，可容易地形成这些磁层和导体。通过任意用于形成一复合物的有用技术可容易地形成这些非磁层，这些有用的技术包括使用一复合物自身形成一层的技术、活性(reactive)沉积、活性溅射、离子辅助(ion assisting)、CVD和使一种元素在具有适当的局部压力及在适当的温度的活性气体气氛下发生反应的技术。
在上述例子中所述的磁头和MRAM可通过普通半导体处理中所用的一物理或化学蚀刻技术，例如离子铣、RIE、FB、FIB、I/M或类似技术被制造。当在精密处理期间要求平整时，使用对应于所要求的精密处理的线宽的CMP或石版印刷术是可用的。特别当形成一磁阻元件的层时，为了改善MR比以在真空中使用群(cluster)-离子束蚀刻来平整所形成的层且然后继续形成后继层是有效的。(特殊例1)为了检查根据第一例的这些磁阻元件中的这些导体(电极)的形状和位置配置之间的关系和磁特性，分别包括如图1A、2和3所示的导体的这些磁阻元件100、200和300被制造。各垂直电流型磁阻元件101是一TMR元件且被制造以具有3μm×3μm的面积。且使用一通常的石版印刷技术制造各磁阻元件。
这些TMR元件和电极被制造以具有Si/SiO3/Ta3/Cu500(电极)/Ta3/PtMn30/CoFe3/Ru0.7/CoFe3/Al0.4(200乇；用纯氧氧化1分钟)/Al0.3(200乇；用纯氧氧化1分钟)CoFe2/NiFe5/Ta3/Cu500(电极)。该MR比是25％，且RA是25Ωμm2。为了提供具有单向的各向异性的PtMn，这些元件在真空中在280℃下被热处理3个小时。±1000(Oe)的一外部磁场沿PtMn的该单向的各向异性的方向(在图1A的纸面中到右和到左的方向)被施加且一60mA的电流被施加给该垂直电流型磁阻元件101。在这时，观察到在该磁阻元件100(图1A)和磁阻元件200(图2)中，图1C中的MR-H曲线的倾斜角θ大于没有施加电流的情况。在磁阻元件300(图3)中，外部磁场和磁阻之间的关系几乎是相同的而不管电流量的大小。
自此现象，考虑到在磁阻元件100和200中，根据在这些导体中流动的电流而生成的磁场起到施加在该TMR元件，特别是CoFe2/NiFe5的自由层上的一偏磁场的作用。以此方式，由于这些导体的一种特殊配置，垂直电流型磁阻元件101相对于外部磁场的磁阻变化的线性可使用根据在这些导体中流动的电流而生成的一偏磁场而被控制。由于这些导体的另一种特殊配置，根据在这些导体中流动的电流而生成的合成磁场可被抵消。在此情况下，一大量的电流可被施加于该垂直电流型磁阻元件101而不考虑在这些导体中流动的电流而生成的偏磁场。(特殊例2)在图4、6和7中分别示出的多元件磁阻装置400、500和700被制造。各垂直电流型磁阻元件101被制造以具有与特殊例1中相同的结构且具有3μm×3μm的面积。该MR比是25％，且RA是25Ωμm2。至于多元件磁阻装置400(图4)，各垂直电流型磁阻元件101的电流和电压被单独地测量。至于多元件磁阻装置600(图5)，两并联连接的垂直电流型磁阻元件101的电流和电压被测量。至于多元件磁阻装置700(图7)，两串联连接的垂直电流型磁阻元件101的电流和电压被测量。
对于多元件磁阻装置400，±1000(Oe)的一外部磁场沿PtMn的单向的各向异性的方向(在图4的纸面中到右和到左的方向)被施加。首先，一60mA的电流被施加给两垂直电流型磁阻元件101之一，且电压的变化被检查。得到的MR-H曲线基本上与用磁阻元件300获得的MR-H曲线(特殊例1，图3)相同。在这时，该MR比是19％。然后，一60mA的电流沿垂直于这些层的表面的方向(箭头106Bb)被施加给各两垂直电流型磁阻元件101。图1C中的MR-H曲线的倾斜角θ大于将电流施加给这些垂直电流型磁阻元件101之一的情况。
对于多元件磁阻装置500，一120mA的电流被施加给该垂直电流型磁阻元件101，观察到图1C中的MR-H曲线的倾斜角θ大于图1B。当电流量被减小到60mA时，MR-H曲线的倾斜角θ被减小。对于多元件磁阻装置700，一60mA的电流被施加给该垂直电流型磁阻元件101，观察到图1C中的MR-H曲线的倾斜角θ大于图1B。此时的该MR比是23％。
以此方式，可根据在另一垂直电流型磁阻元件中流动的电流生成作用在一垂直电流型磁阻元件上的偏磁场。考虑到这些导体对该磁场的影响、该电流的方向、该电流量和两垂直电流型磁阻元件之间的距离，通过调整该电流，可施加在相对于该外部磁场的一较佳角度中的一适当量值的偏磁场。这样，该多元件磁阻装置相对于外部磁场的磁响应的变化的线性可被改善。通过将两垂直电流型磁阻元件串联连接，可抑制该MR比的偏磁场依赖性。
作为串联连接的垂直电流型磁阻元件的另一例子，如图10所示的两垂直电流型磁阻元件101(GMR元件)被制造。通过使用一分档器(stepper)将具有200nm厚度的一Fe/Cr仿真点阵精密处理成一具有0.3μm直径的一圆柱，来制造该垂直电流型磁阻元件101。这样连接的垂直电流型磁阻元件101为CPP GMR元件。
用±1000(Oe)的一最大磁场对这些连接的垂直电流型磁阻元件101的MR比进行检查。改MR比是58％。
图12至16中所示的步骤，即将这些垂直电流型磁阻元件101和各具有200nm厚度且由Cu形成的导体102F、103F和109F叠层同时通过CMP技术对它们的表面进行平整的步骤，被进行重复以使串联连接20个垂直电流型磁阻元件101。这些连接的20个垂直电流型磁阻元件101的整体的电阻为5Ω，且它们的MR比是47％。MR比减小的原因被认为是由于这些Cu导体和垂直电流型磁阻元件101的叠层造成了这些连接的20个垂直电流型磁阻元件101的整体电阻的增大。
在垂直于基底的方向上串联连接的垂直电流型磁阻元件101和平行于基底串联连接的垂直电流型磁阻元件101的组合(图7)可提高固有地具有一低电阻的一CPP GMR元件的电阻，且对于一给定的电流量，增大了电压输出。
在如图17所示的情况下，(例如)两垂直电流型磁阻元件101(TMR元件)通过非磁传导层1702、1703和1709被串联连接，且这些连接的元件101和这些层被插入在写线1704和位线1705之间以形成一MRAM的存储器单元1700，该存储器单元1700(记录单元)具有较小水平的偏磁场依赖性。(特殊例3)在图18、19A和19B中分别示出的多元件磁阻装置1800被制造。该多元件磁阻装置1800包括在两垂直电流型磁阻元件101和基底401之间的轭1801。该两垂直电流型磁阻元件101如图20A所示地被连接。各垂直电流型磁阻元件101具有1μm×2μm的面积。该些垂直电流型磁阻元件101被定位以使其纵向垂直于磁场在轭1801中运行的方向。
各垂直电流型磁阻元件101具有图20B中所示的结构。该特殊结构为AlTic(基底)/Ta3/Cu500(电极)/Ta3/NiFe30/CoFe2/Al0.4(200乇；用纯氧氧化1分钟)/Al0.3(200乇；用纯氧氧化1分钟)CoFe3/Ru0.7/CoFe3/NiFe3/PtMn(30)/Ta3/Cu500(电极)。沿图19的纸面中向右的方向向该PtMn针层提供一磁场。该串联连接的两垂直电流型磁阻元件101的电阻为20Ω。当施加一10mA的电流时，约10(Oe)的一偏磁场被提供给各垂直电流型磁阻元件101。
为了比较，图22中所示的包括一垂直电流型磁阻元件101的常规的磁阻装置2300被制造。该垂直电流型磁阻元件101具有1μm×1μm的面积和20Ω的电阻。该多元件磁阻装置1800和该常规的磁阻装置2300各被进行一再现测试。在该再现测试中，以211Mbit/s的数据传输率再现以90KTPI(每英寸的迹道数)的迹道密度和550KBPI(每英寸的位数)的线记录密度记录在一HDD的记录介质上的信息。该磁头在该磁记录介质上方20nm。该多元件磁阻装置1800的位差错比为1×10-7而该常规的磁阻装置2300的位差错比为1×10-5。认为该多元件磁阻装置1800具有这样一低位差错比是因为例如(i)这些垂直电流型磁阻元件101的串联连接减轻了MR比的减小及(ii)由电流生成的偏磁场改善了MR-H曲线的线性。
图18、19A和19B中所示的多元件磁阻装置1800的结构具有这样一特征运行进入该两垂直电流型磁阻元件101(TMR元件)的外部磁场是同相位的。包括在该轭和该基底之间的垂直电流型磁阻元件101的多元件磁阻装置2900(图29)、3500(图35A和35B)、3600(图36)和3800(图38)基本上以与多元件磁阻装置1800相同的方式进行操作。这些多元件磁阻装置2900、3500、3600和3800提供了类似于该多元件磁阻装置1800的一极好的位差错比。这些多元件磁阻装置2900、3500、3600和3800被使用图33中所示的结构进行制造。(特殊例4)在图24、25A和25B中示出的多元件磁阻装置2400被制造。该多元件磁阻装置2400包括两垂直电流型磁阻元件101和101E，和在两垂直电流型磁阻元件101和101E与基底401之间的轭1801。该两垂直电流型磁阻元件101和101E如图26所示地被连接。各垂直电流型磁阻元件10和101E具有0.5μm×1μm的面积。该些垂直电流型磁阻元件101和101E被定位以使其纵向垂直于磁场在轭1801中运行的方向(箭头1802)。各垂直电流型磁阻元件101具有图23D中所示的结构。
参见图23D，在基底401上形成导体102D。然后，通过搬走(lift-off)石版印刷术形成该硬磁层或该反铁磁层2301以形成侧电极。然后，导体102D和层2301的表面被平整。然后，在真空中执行群离子束蚀刻以进一步平滑和清洁该表面。该TMR元件的特殊结构为AlTic(基底)/Ta3/Cu500(电极)/Ta3/NiFe30/CoFe2/Al0.4(200乇；用纯氧氧化1分钟)/Al0.25(200乇；用纯氧氧化1分钟)CoFe3/Ru0.7/CoFe3/NiFe3/PtMn(30)/Ta3/Cu500(电极)。沿外部磁场108的运行方向(箭头1802)向该PtMn针层提供该磁场。CoPt被用于该硬磁层或该反铁磁层2301。该PtMn层被提供有各向异性以使通过一垂直偏磁场备提供。两垂直电流型磁阻元件101和101E的电阻为20Ω。
如图27A和27B所示，从垂直电流型磁阻元件101和101E获得的输出相对于相同的外部磁场，具有相反的值。垂直电流型磁阻元件101的输出E1和垂直电流型磁阻元件101E的输出E2之间的差通过用作为减法器2002的一差分放大器被放大。
该多元件磁阻装置2400被进行一再现测试。在该再现测试中，以211Mbit/s的数据传输率再现以90KTPI(每英寸的迹道数)的迹道密度和550KBPI(每英寸的位数)的线记录密度记录在一HDD的记录介质上的信息。该磁头在该磁记录介质上方20nm。该多元件磁阻装置2400的位差错比为1×10-8，这甚至比用多元件磁阻装置1800所获得的值还要低。获得这样一极佳的再现输出是因为使用差分输出抵消了当磁头接触磁记录介质时由于热波动和窄飞行高度所造成的温度峰值。(特殊例5)在图29、30A和30B中示出的多元件磁阻装置2900被制造。该多元件磁阻装置2900包括两垂直电流型磁阻元件101和101E，它们被插入在基底401和轭1801之间。该两垂直电流型磁阻元件101和101E如图32所示地被连接。各垂直电流型磁阻元件10和101E具有0.5μm×1μm的面积。该些垂直电流型磁阻元件101和101E被定位以使其纵向垂直于磁场在轭1801中运行的方向(箭头1802)。各垂直电流型磁阻元件101具有图34中所示的结构。
该TMR元件的特殊结构为AlTic/Ta3/Cu500(电极)/Ta3/PtMn30/CoFe3/Ru0.7/CoFe3/Al0.4(200乇；用纯氧氧化1分钟)/Al0.25(200乇；用纯氧氧化1分钟)/CoFe2/NiFe30/Ta3/Cu500(电极)。沿外部磁场108的运行方向(箭头1802)向该PtMn针层提供该磁场。两垂直电流型磁阻元件101和101E的电阻为20Ω。
如图27A和27B所示，从垂直电流型磁阻元件101和101E获得的输出相对于相同的外部磁场，具有相反的值。垂直电流型磁阻元件101的输出E1和垂直电流型磁阻元件101E的输出E2之间的差通过用作为减法器2002的一差分放大器被放大。
该多元件磁阻装置2900被进行一再现测试。在该再现测试中，以211Mbit/s的数据传输率再现以90KTPI(每英寸的迹道数)的迹道密度和550KBPI(每英寸的位数)的线记录密度记录在一HDD的记录介质上的信息。该磁头在该磁记录介质上方20nm。该多元件磁阻装置2900的位差错比为1×10-8，这基本上与特殊例4中用多元件磁阻装置2400所获得的值一样。获得这样一极佳的再现输出是因为使用差分输出抵消了当磁头接触磁记录介质时由于热波动和窄飞行高度所造成的温度峰值。
如上所述，本发明提供了结构简单的一种磁阻元件和一种多元件磁阻装置，用于调整施加在其中一垂直电流型磁阻元件上的偏磁场。
在不脱离本发明的精神和范围的前提下，各种其他的改型对于本领域的熟练技术人员来说是显然的。因此，不期望后附的权利要求的范围仅被限于在此所作的描述而应得到广义地解释
权利要求
1.一种磁阻元件，包括；一垂直电流型磁阻元件；用于使一电流流入该垂直电流型磁阻元件的第一导体；和用于使该电流流出该垂直电流型磁阻元件的第二导体，其中该第一导体根据该电流生成第一磁场，该第二导体根据该电流生成第二磁场，及该第一导体和第二导体被定位以使第一磁场和第二磁场起到施加在该垂直电流型磁阻元件上的一偏磁场的作用。
2.根据权利要求1所述的磁阻元件，其中该第一导体和第二导体被相互平行地定位。
3.根据权利要求1所述的磁阻元件，其中该磁阻元件基本上是U形。
4.根据权利要求1所述的磁阻元件，其中该第一导体和第二导体被相互扭绞地定位。
5.一种磁阻元件，包括一垂直电流型磁阻元件；用于使一电流流入该垂直电流型磁阻元件的第一导体；和用于使该电流流出该垂直电流型磁阻元件的第二导体，其中该第一导体根据该电流生成第一磁场，该第二导体根据该电流生成第二磁场，该第一导体和第二导体被定位以使第二磁场抵消第一磁场的至少一部分。
6.根据权利要求5所述的磁阻元件，其中该第一导体和第二导体被相互平行地定位。
7.一种多元件磁阻装置，包括响应于一具体外部磁场的第一垂直电流型磁阻元件；响应于该具体外部磁场的第二垂直电流型磁阻元件；和该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件设置在其上的一轭。
8.根据权利要求7所述的多元件磁阻装置，还包括一用于将该第一垂直电流型磁阻元件的输出和该第二垂直电流型磁阻元件的输出相加以使检测该具体外部磁场的加法器。
9.根据权利要求7所述的多元件磁阻装置，还包括一用于将该第一垂直电流型磁阻元件的输出和该第二垂直电流型磁阻元件的输出相减以使检测该具体外部磁场的减法器。
10.根据权利要求7所述的多元件磁阻装置，其中各该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件包括一固定层，该固定层的磁化方向不会发生改变，即使该特定外部磁场的量值被改变，且在该固定层和该轭之间设置一非磁性层，其中，该轭起到一自由层的作用，其磁化方向根据该具体的外部磁场的量值的变化而改变。
11.一种多元件磁阻装置，包括响应于一具体外部磁场的第一垂直电流型磁阻元件；响应于该具体外部磁场的第二垂直电流型磁阻元件，其中该第一垂直电流型磁阻元件根据其中的一电流生成一第一磁场，该第二垂直电流型磁阻元件根据其中的一电流生成一第二磁场，该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件被定位以使该第一磁场和第二磁场起到施加在该多元件磁阻装置上的一偏磁场的作用。
12.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，其中该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件被串联地相互电连接。
13.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，还包括一第一导体，用于使电流流入该第一垂直电流型磁阻元件；第二导体，用于使该电流流出该第一垂直电流型磁阻元件以流入该第二垂直电流型磁阻元件；和第三导体，用于使该电流流出该第二垂直电流型磁阻元件。
14.根据权利要求13所述的多元件磁阻装置，其中相对于第二导体，该第一垂直电流型磁阻元件被定位在与该第二垂直电流型磁阻元件相同的一侧上。
15.根据权利要求13所述的多元件磁阻装置，其中相对于第二导体，该第一垂直电流型磁阻元件被定位在与该第二垂直电流型磁阻元件相反的一侧上。
16.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，其中该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件被并联地相互电连接。
17.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，还包括一第一导体，用于使电流流入该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件；及第二导体，用于使该电流流出该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件。
18.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，还包括一第一导体，用于使电流流入该第一垂直电流型磁阻元件；第二导体，用于使该电流流出该第一垂直电流型磁阻元件；第三导体，用于使电流流入该第二垂直电流型磁阻元件；和第四导体，用于使该电流流出该第二垂直电流型磁阻元件。该第一导体根据其中流动的电流生成一第一磁场，其中该第二导体根据其中流动的电流生成一第二磁场，该第一导体和第二导体被定位以使该第一磁场和第二磁场起到施加在该第一垂直电流型磁阻元件上的一偏磁场的作用，该第三导体根据其中流动的电流生成一第三磁场，该第四导体根据其中流动的电流生成一第四磁场，及该第三导体和第四导体被定位以使该第三磁场和第四磁场起到施加在该第二垂直电流型磁阻元件上的一偏磁场的作用。
19.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，还包括一第一导体，用于使电流流入该第一垂直电流型磁阻元件；第二导体，用于使该电流流出该第一垂直电流型磁阻元件；第三导体，用于使电流流入该第二垂直电流型磁阻元件；和第四导体，用于使该电流流出该第二垂直电流型磁阻元件，其中该第一导体根据其中流动的电流生成一第一磁场，该第二导体根据其中流动的电流生成一第二磁场。该第一导体和第二导体被定位以使该第一磁场和第二磁场相互抵消，该第三导体根据其中流动的电流生成一第三磁场，该第四导体根据其中流动的电流生成一第四磁场，及该第三导体和第四导体被定位以使该第三磁场和第四磁场相互抵消。
20.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，还包括其上设置有该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件的一轭
21.根据权利要求20所述的多元件磁阻装置，还包括相对于该轭，设置在与该第一和第二垂直电流型磁阻元件相反一侧上的一基底。
22.根据权利要求20所述的多元件磁阻装置，还包括相对于该第一和第二垂直电流型磁阻元件，设置在与该轭相反一侧上的一基底。
23.根据权利要求20所述的多元件磁阻装置，其中该轭是一水平轭。
24.根据权利要求20所述的多元件磁阻装置，其中该轭是一垂直轭。
25.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，其中各该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件包括一反铁磁层；一固定层；和相对于该固定层，设置在与该反铁磁层相反一侧上的一非磁性层。
26.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，还包括一用于将该第一垂直电流型磁阻元件的输出和该第二垂直电流型磁阻元件的输出相加以使检测该特定外部磁场的加法器。
27.根据权利要求26所述的多元件磁阻装置，其中该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件具有相互不同的极性。
28.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，还包括一用于将将该第一垂直电流型磁阻元件的输出和该第二垂直电流型磁阻元件的输出相减以使检测该具体外部磁场的减法器。
29.根据权利要求28所述的多元件磁阻装置，其中该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件具有相互不同的极性。
30.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，其中该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件检测至少两磁体之间的一相对磁化角的改变作为电子的隧穿概率的变化。
31.根据权利要求11所述的多元件磁阻装置，其中该第一垂直电流型磁阻元件和该第二垂直电流型磁阻元件检测至少两磁体之间的一相对磁化角的改变作为电子的平均自由行程的变化。
32.一种磁性随机存取存储器，包括一多元件磁阻装置，该多元件磁阻装置包括响应于一具体外部磁场的第一垂直电流型磁阻元件；响应于该具体外部磁场的第二垂直电流型磁阻元件，其中该第一垂直电流型磁阻元件根据其中的一电流生成一第一磁场，该第二垂直电流型磁阻元件根据其中的一电流生成一第二磁场，及该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件被定位以使该第一磁场和第二磁场起到施加在该多元件磁阻装置上的一偏磁场的作用。
33.根据权利要求32所述的磁性随机存取存储器，其中该第一垂直电流型磁阻元件和第二垂直电流型磁阻元件被串联地相互电连接。
34.根据权利要求32所述的磁性随机存取存储器，还包括一第一导体，用于使电流流入该第一垂直电流型磁阻元件；第二导体，用于使该电流流出该第一垂直电流型磁阻元件以流入该第二垂直电流型磁阻元件；和第三导体，用于使该电流流出该第二垂直电流型磁阻元件。
35.根据权利要求34所述的磁性随机存取存储器，其中相对于第二导体，该第一垂直电流型磁阻元件被设置在与该第二垂直电流型磁阻元件相反的一侧上。
全文摘要
一种磁阻元件,包括一垂直电流型磁阻元件;用于使一电流流入该垂直电流型磁阻元件的第一导体;和用于使该电流流出该垂直电流型磁阻元件的第二导体,其中该第一导体根据该电流生成第一磁场,该第二导体根据该电流生成第二磁场,该第一导体和第二导体被定位以使第一磁场和第二磁场起到施加在该垂直电流型磁阻元件上的一偏磁场的作用。
文档编号H01L43/08GK1348221SQ0113611
公开日2002年5月8日 申请日期2001年10月8日 优先权日2000年10月5日
发明者平本雅祥, 松川望, 小田川明弘, 饭岛贤二, 榊间博 申请人:松下电器产业株式会社