CN110224060A - 磁阻效应元件 - Google Patents

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中田胜之
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Abstract

本发明提供一种磁阻效应大的磁阻效应元件，其使用含有Mn的赫斯勒合金作为磁阻层的铁磁性层。本发明所涉及的磁阻效应元件具备：作为磁化自由层发挥功能的第一铁磁性层、作为磁化固定层发挥功能的第二铁磁性层和设置在第一铁磁性层和第二铁磁性层之间的非磁性间隔层，其中第一铁磁性层和第二铁磁性层中的至少一个包含式(1)所表示的赫斯勒合金。X2MnαZβ……(1)式中，X表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，Z表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，并且2/3<α+β<2。

Description

磁阻效应元件
技术领域
本发明涉及磁阻效应元件。
背景技术
磁阻效应元件在诸如磁传感器的磁性器件中的应用受人期待。非专利文献1中记载的磁阻效应元件包括第一半金属铁磁性层、第二半金属铁磁性层、以及夹在第一半金属铁磁性层和第二半金属铁磁性层之间的非磁性金属体层(非磁性间隔层)。这三层构成磁阻层。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：T.Iwase et.al.，“Large Interface Spin-Asymmetry andMagnetoresistance in Fully Epitaxial Co2MnSi/Ag/Co2MnSi Current-Perpendicular-to-plane Magnetoresistive Devices”，Applied physics Express，Vol.2，No.6，063003(2009)
发明内容
发明要解决的技术问题
在非专利文献1中记载的磁阻效应元件中，第一半金属铁磁性层和第二半金属铁磁性层中的至少一个由赫斯勒(Heusler)合金(CoMnSi)构成，非磁性间隔层由Ag构成。此外，赫斯勒合金中包含的Co、Mn和Si具有对应于化学计量(Co:Mn:Si＝50.4:25.0:24.6(＝2:0.99:0.98))的组成。在制造磁阻效应元件时，由于进行了使赫斯勒合金的晶体有序化的热处理(退火处理)，因此赫斯勒合金的Mn有时会扩散到非磁性间隔层中。当Mn扩散到非磁性间隔层中时，会产生磁阻效应元件的磁阻效应降低的问题。期望能够抑制赫斯勒合金中包含的Mn向非磁性间隔层的扩散。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种磁阻效应大的磁阻效应元件，其使用含有Mn的赫斯勒合金作为磁阻层的铁磁性层。
用于解决技术问题的手段
本发明的一个实施方式涉及的磁阻效应元件，具备：作为磁化自由层发挥功能的第一铁磁性层、作为磁化固定层发挥功能的第二铁磁性层、以及设置在第一铁磁性层和第二铁磁性层之间的非磁性间隔层，其中，第一铁磁性层和第二铁磁性层中的至少一个包含式(1)表示的赫斯勒合金，
X2MnαZβ (1)
式(1)中，X表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，Z表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，并且2/3<α+β<2。
根据该磁阻效应元件，在赫斯勒合金X2MnαZβ中，α+β<2，X2MnαZβ中Mn和Z所占的合计比例小于1/2，因此赫斯勒合金X2MnαZβ难以含有过剩的Mn。因此，Mn容易进入正确的Mn位点，另一方面由于难以过剩含有Mn，X容易进入Mn位而形成XMn反位点，能够抑制Mn扩散到非磁性间隔层。此外，在赫斯勒合金X2MnαZβ中，2/3<α+β，赫斯勒合金X2MnαZβ中Mn和Z所占的合计比例大于1/4。因此，由于赫斯勒合金X2MnαZβ的组成与对应于化学计量的组成没有大幅偏离，因此自旋极化率容易增加。本发明能够提供一种磁阻效应大的磁阻效应元件。
在本发明的一个实施方式涉及的磁阻效应元件中，在式(1)中可以进一步满足β<(2+α)/3。
根据该磁阻效应元件，由于赫斯勒合金X2MnαZβ中Z所占的比例小于1/4，Mn容易进入Z位点并形成MnZ反位点。Mn的移动更容易残留在赫斯勒合金X2MnαZβ层的晶体结构内，从而进一步抑制Mn向赫斯勒合金层以外的区域的扩散。
在本发明的一个实施方式涉及的磁阻效应元件中，在式(1)中可以进一步满足β>α。
根据该磁阻效应元件，满足β>α并且Mn少于Z，从而进一步抑制了Mn向非磁性间隔层的移动。
在本发明的一个实施方式涉及的磁阻效应元件中，式(1)中的Z可以是Si。
根据该磁阻效应元件，当赫斯勒合金含有Si时，居里温度升高，因此即使在室温下也可以获得高磁阻效应。
在本发明的一个实施方式涉及的磁阻效应元件中，可以进一步具备：作为磁化自由层的第三铁磁性层和作为磁化固定层的第四铁磁性层中的至少一个，第三铁磁性层和第四铁磁性层包含式(2)所表示的赫斯勒合金，第一铁磁性层设置在第三铁磁性层和非磁性间隔层之间，第二铁磁性层设置在第四铁磁性层和非磁性间隔层之间，
D2MnδEθ……(2)
式(2)中，D表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，E表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，并且2<δ+θ<2.6。
根据该磁阻效应元件，在赫斯勒合金D2MnδEθ中，当2<δ+θ<2.6时，随着DMn反位点和DE反位点等反位点的形成，对自旋极化率的影响减少，第三铁磁性层和第四铁磁性层变得容易维持半金属特性。因此，第三铁磁性层与第一铁磁性层一起作为磁化自由层发挥功能，并且磁化自由层的自旋极化率增大。另外，第四铁磁性层与第二铁磁性层一起作为磁化固定层发挥功能，并且磁化固定层的自旋极化率增大。另一方面，在赫斯勒合金D2MnδEθ中，2<δ+θ<2.6，因此第三铁磁性层和第四铁磁性层具有过剩的Mn。在该磁阻效应元件中，设置在第三铁磁性层和非磁性间隔层之间的第一铁磁性层能够抑制Mn从第三铁磁性层到非磁性间隔层的移动。另外，设置在第四铁磁性层和非磁性间隔层之间的第二铁磁性层能够抑制Mn从第四铁磁性层到非磁性隔离层的移动。
本发明的另一实施方式涉及的磁阻效应元件具备：作为磁化自由层发挥作用的第一铁磁性层、作为磁化固定层发挥作用的第二铁磁性层、以及设置在第一铁磁性层和第二铁磁性层之间的非磁性间隔层，其中第一铁磁性层和第二铁磁性层中的至少一个包含式(3)表示的赫斯勒合金。
X2(MnεGη)αZβ……(3)
式(3)中，X表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，G表示Fe和Cr中的至少一种元素，G含Fe时X不含Fe，Z表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，2/3<α+β<2，0<ε<1且0<η<1。
根据该磁阻效应元件，在赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ中，α+β<2，且0<ε<1，X2(MnεGη)αZβ中Mn和Z所占的合计比例小于1/2，因此，赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ难以含有过剩的Mn。因此，Mn容易进入正确的Mn位点，同时由于难以过剩地含有Mn，X进入Mn位点而容易形成XMn反位点，能够抑制Mn扩散到非磁性间隔层。另外，在赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ中，2/3<α+β，赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ中所占的Mn、G以及Z的合计的比例大于1/4。因此，由于可以使赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ的组成不大幅偏离化学计量相对应的组成，因此自旋极化率容易增加。能够提供一种磁阻效应大的磁阻效应元件。
在本发明的另一实施方式涉及的磁阻效应元件中，在式(3)中可以进一步满足β<(2+α)/3。
根据该磁阻效应元件，赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ中所占的Z的比例小于1/4，因此Mn容易进入Z位点并形成MnZ反位点。Mn的移动更容易残留在赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ层的晶体结构中，从而能进一步抑制Mn向赫斯勒合金层以外的区域扩散。
在本发明的另一实施方式涉及的磁阻效应元件中，在式(3)中可以进一步满足β>α。
根据该磁阻效应元件，满足β>α、0<ε<1并且Mn少于Z，从而能进一步抑制Mn向非磁性间隔层的移动。
在本发明的另一实施方式涉及的磁阻效应元件中，式(3)中的Z可以是Si。
根据该磁阻效应元件，当赫斯勒合金含有Si时，居里温度升高，因此即使在室温下也可以获得高磁阻效应。
在本发明的另一实施方式涉及的磁阻效应元件中，可以进一步具备：作为磁化自由层的第三铁磁性层和作为磁化固定层的第四铁磁性层中的至少一个，并且第三铁磁性层和第四铁磁性层包含式(4)表示的赫斯勒合金，第一铁磁性层可以设置在第三铁磁性层和非磁性间隔层之间，第二铁磁性层可以设置在第四铁磁性层和非磁性间隔层之间。
D2(MnεGη)δEθ……(4)
在式(4)中，D表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，G表示Fe和Cr中的至少一种元素，G含Fe时D不含Fe，E表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，2<δ+θ<2.6，0<ε<1且0<η<1。
根据该磁阻效应元件，在赫斯勒合金D2(MnεGη)δEθ中，当2<δ+θ<2.6时，伴随DMn反位点和DE反位点等反位点的形成，对自旋极化率的影响减少，第三铁磁性层和第四铁磁性层变得容易维持半金属特性。因此，第三铁磁性层与第一铁磁性层一起作为磁化自由层发挥作用，并且磁化自由层的自旋极化率增大。另外，第四铁磁性层与第二铁磁性层一起作为磁化固定层发挥作用，并且磁化固定层的自旋极化率增大。另一方面，在赫斯勒合金D2(MnεGη)δEθ中，当2<δ+θ<2.6时，第三铁磁性层和第四铁磁性层可以具有过剩的Mn。在该磁阻效应元件中，设置在第三铁磁性层和非磁性间隔层之间的第一铁磁性层能够抑制Mn从第三铁磁性层到非磁性间隔层的移动。另外，设置在第四铁磁性层和非磁性间隔层之间的第二铁磁性层能够抑制Mn从第四铁磁性层到非磁性间隔层的移动。
在本发明涉及的磁阻效应元件中，非磁性间隔层可以包含式(A)表示的Ag或含Ag金属。
AgγL1–γ……(A)
在式(A)中，L表示选自Al、Cu、Ga、Ge、As、Y、La、Sm、Yb以及Pt中的至少一种元素，并且0<γ≤1。
根据该磁阻效应元件，非磁性间隔层包含式(A)表示的Ag或含Ag金属，并且Ag或含Ag金属的晶格常数可以通过改变元素的L和/或γ的值来进行调整。通过该晶格常数的调整，能够减少非磁性间隔层与第一铁磁性层和/或第二铁磁性层之间的晶格失配(latticemismatch)。通过减少晶格失配，第一铁磁性层和/或第二铁磁性层与非磁性间隔层的结晶性提高，从而发挥更大的磁阻效应。
发明效果
根据本发明，可以提供一种磁阻效应大的磁阻效应元件，其使用含有Mn的赫斯勒合金作为磁阻层的铁磁性层。
附图说明
图1是示出实施方式涉及的磁阻效应元件的截面的图。
图2(a)是示意性地示出赫斯勒合金Co2MnαSiβ中α和β的值与区域I～区域V之间的关系的图；图2(b)是示意性地示出赫斯勒合金Co2MnαSiβ中α和β的值与区域I～区域VI之间的关系的图。
图3是示出实施方式的变形例涉及的磁阻效应元件的截面的图。
图4是示出另一实施方式涉及的磁阻效应元件的截面的图。
图5是示出另一实施方式的变形例涉及的磁阻效应元件的截面的图。
图6是示出能够评价实施例涉及的磁阻效应元件的MR比的磁阻器件的图。
图7(a)是示出实施例1涉及的磁阻效应元件的截面的图；图7(b)是示出实施例3涉及的磁阻效应元件的截面的图；图7(c)是示出实施例5涉及的磁阻效应元件的截面的图。
图8是示出实施例6涉及的磁阻效应元件的截面的图。
符号说明
1、1p、1q、1r……磁阻效应元件
10、10p、10q、10r……基板
20、20p、20q、20r……基底层
30、30p、30q、30r……磁阻层
31、31p、31q、31r……第一铁磁性层
32、32p、32q、32r……第二铁磁性层
33p、33r……第三铁磁性层
34p、34r……第四铁磁性层
36、36p、36q、36r……非磁性间隔层
具体实施方式
以下参照附图，对用于实施本发明的实施方式进行详细说明。在各附图中，在可能的情况下对相同的要素采用相同的符号。另外，附图中的构成要素内和构成要素之间的尺寸比例分别任意设定，以便于查看附图。
图1是示出实施方式所涉及的磁阻效应元件的横截面的图。磁阻效应元件1依次具备基板10、基底层20、磁阻层30以及盖层40。
基板10包括例如金属氧化物单晶、硅单晶、具有热氧化膜的硅单晶、蓝宝石单晶、陶瓷、石英和玻璃。包含于基板10中的材料只要具有适当的机械强度并且适合于热处理或精细加工即可，没有特别限制。作为金属氧化物单晶，例如可以列举MgO单晶，并且通过含有MgO单晶的基板，例如，可使用溅射法容易地形成外延生长膜。该外延生长膜可以显示大的磁阻特性。
基底层20用于提高磁阻层30的结晶性，并且能够成为用于测定磁阻特性的电极。基底层20可以含有由例如Ag、Au、Cu、Cr、V、Al、W以及Pt中的至少一种金属元素、或者这些金属元素的合金、或者由这些金属元素中的两种以上构成的材料的层叠体。金属元素的合金例如包括立方晶系的AgZn合金、AgMg合金以及NiAl合金。根据需要，可以在基底层20和基板10之间设置用于控制上部的层的晶体取向的晶体取向层。晶体取向层包含例如MgO、TiN以及NiTa合金中的至少一种。
磁阻层30具备：作为磁化自由层的第一铁磁性层31、作为磁化固定层的第二铁磁性层32、设置在第一铁磁性层31和第二铁磁性层32之间的非磁性间隔层36。第二铁磁性层32例如设置在非磁性间隔层36之上。
作为磁化自由层发挥功能的第一铁磁性层31由软磁材料制成，并且磁化方向实质上不固定。因此，当对测定对象施加外部磁场时，在其方向上磁化方向容易改变。作为磁化固定层发挥功能的第二铁磁性层32的磁化方向比第一铁磁性层31相对于外部磁场的磁化方向更难改变。优选第二铁磁性层32的磁化方向相对于测定对象的外部磁场实质上固定，并且相对于测定对象的外部磁场实质上不变化。通过在磁阻层30上施加外部磁场并且第一铁磁性层31和第二铁磁性层32的相对磁化方向改变，磁阻层30的电阻值改变，从而发挥磁阻效应。
第一铁磁性层31和第二铁磁性层32中的至少一个包含式(1)表示的赫斯勒合金。
X2MnαZβ……(1)
式(1)中，X表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，Z表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，并且2/3<α+β<2。
在本实施方式中，式(1)中的X可以是Co。在赫斯勒合金中，当X是Co时，由于居里温度足够高于室温，即使在室温下也可以获得高磁阻效应。另外，在式(1)中，Z可以是Si。由于当赫斯勒合金含有Si时居里温度升高，即使在室温下也可以获得高磁阻效应。
图2(a)是示意性地示出式(1)所表示的赫斯勒合金的一种的Co2MnαSiβ中α和β的值与区域I～区域V之间的关系的图。在图2(a)中，横轴上的α在0<α<2的范围内变化，纵轴上的β在0<β<2的范围内变化。
赫斯勒合金Co2MnαSiβ可以具有表示α+β＝2的边界线B1，表示β＝(2+α)/3的边界线B2，以及表示α+β＝2/3的边界线B3。边界线B1对应于Co2MnαSiβ中Mn和Si所占的合计比例为1/2的组成。边界线B2对应于Co2MnαSiβ中Si所占的比例为1/4的组成。边界线B3对应于Co2MnαSiβ中Mn和Si所占的合计比例为1/4的组成。通过这些边界线B1～B3，将赫斯勒合金Co2MnαSiβ区分为区域I～区域V。
区域I和区域II由边界线B1规定，并且都是满足2<α+β的区域。区域I可以通过边界线B2与区域II区分开，区域I是满足2<α+β和β>(2+α)/3的区域。区域II是满足2<α+β且β<(2+α)/3的区域。在区域I和区域II中，Co2MnαSiβ中Mn和Si所占的合计比例大于1/2，并且赫斯勒合金Co2MnαSiβ容易具有过剩的Mn。由于Mn过剩，因此Mn不仅进入Mn位点，而且容易移动到Mn位点以外的位置。例如，进行Mn进入Si位点的MnSi反位点的形成，和/或进行Mn进入Co位点的MnCo反位点的形成。此外，过剩的Mn例如容易扩散到非磁性间隔层36中。
区域III由边界线B3规定，并且是满足α+β<2/3的区域。在区域III中α+β<2/3的范围内，赫斯勒合金Co2MnαSiβ中Mn和Si所占的合计比例小于1/4。因此，在区域III中，由于赫斯勒合金Co2MnαSiβ的组成大大偏离对应于化学计量的组成，因此难以提高自旋极化率。
区域IV和区域V由边界线B1和边界线B3规定，并且都是满足2/3<α+β<2的区域。区域IV通过边界线B2与区域V相区别，区域IV满足2/3<α+β<2且β>(2+α)/3。区域V满足2/3<α+β<2且β<(2+α)/3。在区域IV和区域V中，由于α+β<2并且Co2MnαSiβ中Mn和Si所占的合计比例小于1/2，因此赫斯勒合金Co2MnαSiβ难以具有过剩的Mn。在区域IV和区域V中，Mn容易正确地进入Mn位点，而不包含过剩的Mn，Co容易进入Mn位点而形成CoMn反位点，Mn向非磁性间隔层36的扩散受到抑制。另外，在区域IV和区域V中，赫斯勒合金Co2MnαSiβ中Mn和Si所占的合计比例大于1/4。因此，赫斯勒合金Co2MnαSiβ的组成与对应于化学计量的组成没有很大偏离，因此自旋极化率容易增加。本发明能够提供磁阻效应大的磁阻效应元件1。
在区域IV中，与区域V相比较，Co2MnαSiβ中Si所占的比例不同。在区域IV中，满足β>(2+α)/3，Co2MnαSiβ中Si所占的比例大于1/4。在区域V中，满足β<(2+α)/3，Co2MnαSiβ中Si所占的比例小于1/4。
在区域IV中，由于Co2MnαSiβ中Si所占的比例大于1/4，Si容易进入Mn并形成SiMn反位点。在区域V中，由于Co2MnαSiβ中Si所占的比例小于1/4，因此Mn容易进入Si而形成MnSi反位点。在区域V中，Mn的移动更容易保留在赫斯勒合金Co2MnαSiβ层的晶体结构中，从而进一步抑制了Mn向赫斯勒合金层以外的区域的扩散。
图2(b)是示意性地示出赫斯勒合金Co2MnαSiβ中α和β的值与区域I～区域VI之间的关系的图，是相对于图2(a)加上β＝α的边界线B4、区域VI的图。如图2(b)所示，赫斯勒合金Co2MnαSiβ通过β＝α的边界线B4在区域V中进一步具有区域VI。区域VI是满足2/3<α+β<2且β<(2+α)/3并且还满足β>α的区域。在区域VI中，由于满足β>α并且Mn少于Si，因此进一步抑制了Mn向非磁性间隔层36的移动，从而磁阻效应进一步增大。
在本实施方式中，在第一铁磁性层31和第二铁磁性层32中，赫斯勒合金的晶体结构可以具有A2结构B2结构或L21结构。相较于具有A2结构的赫斯勒合金，具有B2结构的赫斯勒合金具有更高的自旋极化率因而优选，相较于具有B2结构的赫斯勒合金，具有L21结构的赫斯勒合金具有更高的自旋极化率因而更优选。
在赫斯勒合金中，B2结构和L21结构的赫斯勒合金特别地具有有序的晶体结构，因此在制造磁阻效应元件1时，进行使赫斯勒合金的晶体有序化的热处理(退火处理)。当进行热处理时，赫斯勒合金的Mn容易扩散到非磁性间隔层36中，但在本实施方式中，包含式(1)表示的赫斯勒合金X2MnαZβ。因此，如上所述，抑制了赫斯勒合金的Mn扩散到非磁性间隔层36中，并且热处理后的磁阻效应元件1表现出大的磁阻效应。
再次参照图1，对磁阻效应元件1进行说明。磁阻层30在第一铁磁性层31和第二铁磁性层32之间具备非磁性间隔层36，非磁性间隔层36能够包含式(A)表示的Ag或含Ag金属。
AgγL1-γ……(A)
该式(A)中，L是选自Al、Cu、Ga、Ge、As、Y、La、Sm、Yb以及Pt中的至少一种元素，并且0<γ≤1。
非磁性间隔层36包含式(A)表示的Ag或含Ag金属，Ag或含Ag的金属可以通过改变元素L和/或γ的值来调整晶格常数。通过调整该晶格常数，可以减小非磁性间隔层36与第一铁磁性层31和/或第二铁磁性层32之间的晶格失配。由于晶格失配减小，第一铁磁性层31和/或第二铁磁性层32与非磁性间隔层36的结晶性得到改善，因此能够发挥更大的磁阻效应。
此外，非磁性间隔层36的Ag或含Ag金属易于采取面心立方晶格结构(fcc结构)。因此，可以以非常高的晶体质量层叠非磁性间隔层36与第一铁磁性层31以及第二铁磁性层32。当第一铁磁性层31和第二铁磁性层32也采用fcc结构时，这种效果特别显着。
非磁性间隔层36除了式(A)表示的Ag或含Ag的金属之外，还可以包含诸如Cr、Au、V、W、NiAl、AgZn、AgMg或非磁性赫斯勒合金等金属。
在磁阻层30中，非磁性间隔层36的厚度例如为1nm以上且10nm以下。第一铁磁性层31的厚度例如为1nm以上且20nm以下。第二铁磁性层32的厚度例如为1nm以上且20nm以下。
磁阻层30根据需要具有反铁磁性层35，反铁磁性层35例如设置在与第二铁磁性层32的非磁性间隔层36侧相反的一侧的面上。反铁磁性层35通过与第二铁磁性层32交换耦合并赋予第二铁磁性层32单向各向异性，用于实际固定第二铁磁性层32的磁化方向。作为反铁磁性层35的材料，例如可以举出FeMn合金、PtMn合金、PtCrMn合金、NiMn合金、IrMn合金、NiO、Fe2O3。反铁磁性层35的厚度为例如5nm～15nm。
关于第一铁磁性层31和第二铁磁性层32，例如，通过改变这些层的厚度等方法，使第二铁磁性层32的矫顽力大于第一铁磁性层31的矫顽力且具有的大小为第二铁磁性层32的磁化方向相对于测定对象的外部磁场实质性地固定的程度时，也可以未必设置反铁磁性层35。
在磁阻层30中，由于第一铁磁性层31和第二铁磁性层32中的一个是磁化自由层而另一个是磁化固定层即可，所以可以第一铁磁性层31是磁化固定层，第二铁磁性层32是磁化自由层。在这种情况下，反铁磁性层35可设置在第一铁磁性层31的与非磁性间隔层36侧相对侧的面上。
盖层40是为了保护磁阻层30而设置。盖层40可以包含由Ru、Ag、Al、Cu、Au、Cr、Mo、Pt、W、Ta、Pd以及Ir的一种以上的金属元素、这些金属元素的合金、或者两种以上的这些金属元素所构成的材料的层叠体。盖层40上也可以设置上部电极，用于电流沿着层叠方向在磁阻效应元件1中流动。
磁阻效应元件1可以通过例如，诸如溅射法和电子束蒸镀法的制造方法，在基板10上形成从基底层20到盖层40的各层来制造。在形成各层时，可以根据需要进行热处理，并且可以进一步根据需要，进行用于赋予单向各向异性的磁场施加处理。在施加磁场时，可以同时进行热处理。另外，磁阻效应元件1可以通过使用了电子束等的光刻和使用了Ar离子等的干法蚀刻(dry etching)来精细加工成能够评估磁阻特性的形状。磁阻效应元件1是沿着层叠方向(垂直于各层的膜表面的方向)流动检测电流的CPP(Current Perpendicular toPlane，垂直于平面的电流)结构的磁阻效应元件。
图3是示出实施方式的变形例所涉及的磁阻效应元件的截面的图。磁阻效应元件1p例如具备基板10p、基底层20p、磁阻层30p以及盖层40p。基板10p可以与磁阻效应元件1的基板10相同，并且基底层20p可以与磁阻效应元件1的基底层20相同。另外，盖层40p可以与磁阻效应元件1的盖层40相同。
磁阻层30p具有作为磁化自由层的第一铁磁性层31p、作为磁化固定层的第二铁磁性层32p、以及设置在第一铁磁性层31p和第二铁磁性层32p之间的非磁性间隔层36p。第二铁磁性层32p例如设置在非磁性间隔层36p之上。第一铁磁性层31p和第二铁磁性层32p中的至少一个包含式(1)表示的赫斯勒合金。非磁性间隔层36p可以包括式(A)表示的Ag或含Ag金属。
在本变形例中，磁阻层30p还可以具备第三铁磁性层33p和第四铁磁性层34p中的至少一个。第三铁磁性层33p与第一铁磁性层31p一起作为磁化自由层发挥作用，并且第四铁磁性层34p与第二铁磁性层32p一起作为磁化固定层发挥作用。在磁阻效应元件1p中，例如，第一铁磁性层31p设置在第三铁磁性层33p和非磁性间隔层36p之间。第二铁磁性层32p例如设置在第四铁磁性层34p和非磁性间隔层36p之间。
在磁阻层30p中，第三铁磁性层33p和第四铁磁性层34p可以包括式(2)表示的赫斯勒合金。
D2MnδEθ……(2)
式(2)中，D表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，E表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素。此外，式(2)中的δ和θ可以是2<δ+θ<2.6。在本实施方式中，式(2)中，X可以为Co，Z可以为Si。
在式(2)表示的赫斯勒合金Co2MnδSiθ中，当Co进入Mn位点形成CoMn反位点时，自旋极化率降低。另一方面，在Mn进入Co位点形成MnCo反位点时、以及Si进入Co位点形成SiCo反位点时，对自旋极化率的影响理论上较低。
在赫斯勒合金Co2MnδSiθ中，当δ+θ≤2时，Co2MnαSiβ中Co所占的比例大于1/2，形成CoMn反位点。因此，当δ+θ≤2时，自旋极化率降低。另一方面，当2<δ+θ时，形成Mn进入Co位点的MnCo反位点和/或Si进入Co位点的SiCo反位点，因此对自旋极化率的影响降低。在赫斯勒合金Co2MnδSiθ中，当2.6≤δ+θ时，赫斯勒合金的磁化量减小。
因此，在赫斯勒合金Co2MnδSiθ中，当2<δ+θ<2.6时，随着反位点的形成，对自旋极化率的影响减小，第三铁磁性层33p和第四铁磁性层34p变得容易维持半金属特性。因此，第三铁磁性层33p与第一铁磁性层31p一起作为磁化自由层发挥作用，并且磁化自由层的自旋极化率增大。另外，第四铁磁性层34p与第二铁磁性层32p一起作为磁化固定层发挥作用，并且磁化固定层的自旋极化率增大。磁阻效应元件1p能够发挥大的磁阻效应。
在第三铁磁性层33p和第四铁磁性层34p中，因为赫斯勒合金Co2MnδSiθ中的2<δ+θ<2.6，因此Co2MnαSiβ中Mn和Si所占的合计比例大于1/2。因此，第三铁磁性层33p和第四铁磁性层34p的赫斯勒合金Co2MnδSiθ具有过剩的Mn。在本变形例中，设置在第三铁磁性层33p和非磁性间隔层36p之间的第一铁磁性层31p能够抑制从第三铁磁性层33p到非磁性间隔层36p的Mn的移动。设置在第四铁磁性层34p和非磁性间隔层36p之间的第二铁磁性层32p能够抑制从第四铁磁性层34p到非磁性间隔层36p的Mn的移动。
第一铁磁性层31p的厚度例如为1nm～20nm。第二铁磁性层32p的厚度例如为1nm～20nm。第三铁磁性层33p的厚度例如为1nm～20nm。第四铁磁性层34p的厚度例如为1nm～20nm。非磁性间隔层36p的厚度例如为1nm以上且10nm以下。
图4是示出另一实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面的图。磁阻效应元件1q依次具备基板10q、基底层20q、磁阻层30q以及盖层40q。
磁阻层30q具备作为磁化自由层的第一铁磁性层31q、作为磁化固定层的第二铁磁性层32q、设置在第一铁磁性层31q和第二铁磁性层32q之间的且非磁性间隔层36q。第二铁磁性层32q例如设置在非磁性间隔层36q上。
第一铁磁性层31q和第二铁磁性层32q中的至少一个包含式(3)表示的赫斯勒合金。
X2(MnεGη)αZβ……(3)
在式(3)中，X表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，G表示Fe和Cr中的至少一种元素。但是，当G含有Fe时，X不含Fe。即，X表示选自Co、Ni、Ru以及Rh中的至少一种元素。Z表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，2/3<α+β<2，0<ε<1且0<η<1。
在磁阻效应元件1q中，基板10q、基底层20q、磁阻层30q以及盖层40q可以分别与磁阻效应元件1的基板10、基底层20、磁阻层30以及盖层40相同。
在磁阻层30q中，只要第一铁磁性层31q和第二铁磁性层32q中的一个是磁化自由层而另一个是磁化固定层即可，因此可以第一铁磁性层31q是磁化固定层，第二铁磁性层32q是磁化自由层。在这种情况下，反铁磁性层35q设置在第一铁磁性层31q的与非磁性间隔层36q相反侧的表面上。第一铁磁性层31q和第二铁磁性层32q可以通过CoMnSi合金靶和Fe靶的共溅射法形成。例如，可通过在成膜时的溅射输出来控制第一铁磁性层31q和第二铁磁性层32q中的Fe的组成比率。
在本实施方式中，式(3)中的X可以是Co。在赫斯勒合金中，当X是Co时，由于居里温度足够高于室温，即使在室温下也可以获得高磁阻效应。而且，在式(3)中，Z可以是Si。由于当赫斯勒合金含有Si时居里温度升高，即使在室温下也可以获得高磁阻效应。
在磁阻效应元件1q的赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ中，可以适用磁阻效应元件1的赫斯勒合金Co2MnαSiβ中的α和β的值与磁阻效应的大小之间的关系。换言之，可以将图2(a)和图2(b)中的α和β的值与区域I～区域V之间的关系应用于磁阻效应元件1q的赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ。
因此，根据该磁电阻效应元件1q，在赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ中，α+β<2，0<ε<1，X2(MnεGη)αZβ中Mn和Z所占的合计比例小于1/2，因此赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ难以具有过剩的Mn。因此，Mn容易正确地进入Mn位点，同时由于难以过剩地含有Mn，X容易进入Mn位而形成XMn反位点，能够抑制Mn扩散到非磁性间隔层。此外，在赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ中，2/3<α+β，赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ中Mn及G和Z所占的合计比例可以大于1/4。因此，由于赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ的组成与对应于化学计量的组成偏离不大，因此自旋极化率容易增加。本发明能够提供磁阻效应大的磁阻效应元件。
在本变形例所涉及的磁阻效应元件1q中，在式(3)中可以进一步满足β<(2+α)/3。根据磁阻效应元件1q，由于赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ中所占的Z的比例小于1/4，因此Mn容易进入Z位点并形成MnZ反位点。Mn的移动更容易残留在赫斯勒合金X2(MnεGη)αZβ层的晶体结构中，因此能够进一步抑制Mn扩散到赫斯勒合金层以外。
在本变形例所涉及的磁阻效应元件1q中，在式(3)中可以进一步满足β>α。根据该磁阻效应元件1q，满足β>α和0<ε<1并且Mn小于Z，因此能够进一步抑制Mn向非磁性间隔层的移动。
在本变形例所涉及的磁阻效应元件1q中，在式(3)中的Z可以是Si。根据该磁阻效应元件1q，当赫斯勒合金含有Si时，居里温度升高，因此即使在室温下也可以获得高磁阻效应。
图5是示出另一实施方式的变形例所涉及的磁阻效应元件的截面的图。磁阻效应元件1r例如具备基板10r、基底层20r、磁阻层30r以及盖层40r。在磁阻效应元件1r中，基板10r、基底层20r、磁阻层30r以及盖层40r分别与磁阻效应元件1的基板10、基底层20、磁阻层30以及盖层40相同。
磁阻层30r具有作为磁化自由层的第一铁磁性层31r、作为磁化固定层的第二铁磁性层32r、以及设置在第一铁磁性层31r和第二铁磁性层32r之间的非磁性间隔层36r。第二铁磁性层32r例如设置在非磁性间隔层36r上。第一铁磁性层31r和第二铁磁性层32r中的至少一个包含式(3)表示的赫斯勒合金。非磁性间隔层36r可以包括式(A)表示的Ag或含Ag金属。
在本变形例中，磁阻层30r还可以包括第三铁磁性层33r和第四铁磁性层34r中的至少一个。第三铁磁性层33r与第一铁磁性层31r一起作为磁化自由层发挥作用，第四铁磁性层34r与第二铁磁性层32r一起作为磁化固定层发挥作用。在磁阻效应元件1r中，例如，第一铁磁性层31r设置在第三铁磁性层33r和非磁性间隔层36r之间。第二铁磁性层32r例如设置在第四铁磁性层34r和非磁性间隔层36r之间。
在磁阻层30r中，第三铁磁性层33r和第四铁磁性层34r可以包括式(4)表示的赫斯勒合金。
D2(MnεGη)δEθ……(4)
在式(4)中，D表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，G表示Fe和Cr中的至少一种元素，G含Fe时，D不含Fe。即，D表示选自Co、Ni、Ru以及Rh中的至少一种元素。E表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，2<δ+θ<2.6，0<ε<1且0<η<1。在本变形例中，在式(4)中，X可以是Co，Z可以是Si。
在式(4)表示的赫斯勒合金Co2(MnεGη)δSiθ中，与赫斯勒合金Co2MnδSiθ一样，当2<δ+θ<2.6时，随着反位点的形成，对自旋极化率的影响减小，第三铁磁性层33r和第四铁磁性层34r变得容易维持半金属特性。因此，第三铁磁性层33r与第一铁磁性层31r一起作为磁化自由层发挥作用，并且磁化自由层的自旋极化率增大。另外，第四铁磁性层34r与第二铁磁性层32r一起作为磁化固定层发挥作用，并且磁化固定层的自旋极化率增大。磁阻效应元件1r可以发挥出大的磁阻效应。
在第三铁磁性层33r和第四铁磁性层34r中，赫斯勒合金Co2MnδSiθ中，2<δ+θ<2.6，因此使得Co2(MnεGη)αSiβ中Mn与G和Si所占的合计比例大于1/2。因此，第三铁磁性层33r和第四铁磁性层34r的赫斯勒合金Co2(MnεGη)δSiθ可以具有过剩的Mn。在本实施方式中，设置在第三铁磁性层33r和非磁性间隔层36r之间的第一铁磁性层31r可以抑制Mn从第三铁磁性层33r到非磁性间隔层36r的移动。另外，设置在第四铁磁性层34r和非磁性间隔层36r之间的第二铁磁性层32r可以抑制Mn从第四铁磁性层34r到非磁性间隔层36r的移动。
第一铁磁性层31r的厚度例如为1nm～20nm。第二铁磁性层32r的厚度例如为1nm～20nm。第三铁磁性层33r的厚度例如为1nm～20nm。第四铁磁性层34r的厚度例如为1nm～20nm。非磁性间隔层36r的厚度例如为1nm以上且10nm以下。
在本变形例所涉及的磁阻效应元件1r中，非磁性间隔层可以包含式(A)表示的Ag或含Ag金属。
AgγL1-γ……(A)
在式(A)中，L表示选自Al、Cu、Ga、Ge、As、Y、La、Sm、Yb以及Pt中的至少一种元素，并且0<γ≤1。
根据该磁阻效应元件1r，非磁性间隔层36r包含式(A)表示的Ag或含Ag金属，并且Ag或含Ag金属的晶格常数可以通过改变元素的L和/或γ的值进行调整。通过调整其晶格常数，可以减少非磁性间隔层36r与第一铁磁性层31r和/或第二铁磁性层32r之间的晶格失配。通过晶格失配的减少，第一铁磁性层31r和/或第二铁磁性层32r和非磁性间隔层36r的结晶性提高，因此发挥更大的磁阻效应。
实施例
以下，通过本发明的实施例和比较例进一步说明磁阻效应元件，但是本发明不限于下述例子。
表1是一并示出如下所述制造的实施例1和实施例2、以及比较例和比较例2涉及的磁阻效应元件中的α、β、α+β、(2+α)/3的值，以及磁阻比(MR比)(％)的表。
磁阻效应元件中的MR比通过测定的磁阻的大小估算。MR比以百分比表示，并且通过以下式(5)获得。
MR比(％)＝((RAP-RP)/RP)×100(％)……(5)
在该式(5)中，RAP是当第一铁磁性层的磁化方向和第二铁磁性层的磁化方向反平行时的磁阻效应元件的电阻的大小。另外，RP是当第一铁磁性层的磁化方向和第二铁磁性层的磁化方向平行时的磁阻效应元件的电阻的大小。
图6是示出能够评估磁阻效应元件的MR比的磁阻器件的图。磁阻器件50具备：第一电极层51、与该第一电极层51一起夹着磁阻效应元件1的第二电极层52。磁阻效应元件1被精细加工成适于测定磁阻特性的形状。第一电极层51连接到磁阻效应元件1的基板10上的基底层20，第二电极层52连接到磁阻效应元件1的盖层40。磁阻器件还包括电源53和电压表54，电源53和电压表54都连接到第一电极层51和第二电极层52。通过电源53在层叠方向上向磁阻效应元件1施加电流，并且此时的施加到磁阻效应元件1的电压可以由电压计54监控。在沿层叠方向向磁阻效应元件1流入恒定电流的状态下，一边从外部对磁阻效应元件1扫略磁场，一边通过电压计54监视施加到磁阻效应元件1的电压，从而可以测定电阻效应元件1的电阻变化。由此，根据电阻变化的测定结果，可以计算磁阻效应元件1的MR比。
[实施例1]
图7(a)是示出实施例1所涉及的磁阻效应元件的截面的图。在实施例1中，磁阻效应元件1a通过以下步骤制造。即，首先，在MgO基板60a上形成基底层70a。具体而言，通过电子束蒸镀法在MgO基板60a上形成MgO缓冲层71a(厚度10nm)。形成MgO缓冲层71a时的温度为600℃。在形成MgO缓冲层71a之后，进行热处理(温度600℃)。随后，通过溅射法在MgO缓冲层71a上形成CoFe籽晶层72a(厚度10nm)。形成CoFe籽晶层72a时的温度设为室温。不进行CoFe籽晶层72a后的热处理。随后，在CoFe籽晶层72a上形成Ag缓冲层73a(厚度100nm)。形成Ag缓冲层73a时的温度设为室温。在形成Ag缓冲层73a之后，进行了热处理(温度300℃)。随后，在Ag缓冲层73a上形成CoFe缓冲层74a(厚度10nm)。形成CoFe缓冲层74a时的温度设为室温。不进行形成CoFe缓冲层74a后的热处理。
随后，通过溅射法在基底层70a上形成磁阻层80a。具体而言，在基底层70a的CoFe缓冲层74a上依次形成第一铁磁性层81a(厚度10nm)、以及作为非磁性间隔层82a的Ag层(厚度5nm)。形成这两层时的温度设为室温。在形成这两层之后不进行热处理。随后，在非磁性间隔层82a上形成第二铁磁性层83a(厚度为3nm)。形成第二铁磁性层83a时的温度设为室温。在形成第二铁磁性层83a之后，进行了热处理(温度550℃)。第一铁磁性层81a和第二铁磁性层83a均为Co2MnαSiβ层，α和β的值如表1所示设定。
随后，通过电子束蒸镀法在磁阻层80a上形成盖层90a。具体而言，在磁阻层80a的第二铁磁性层83a上形成作为盖层90a的Ru层(厚度5nm)。形成盖层90a时的温度设为室温。不进行形成盖层90a之后的热处理。
[实施例2]
在实施例2中，通过与实施例1中相同的制作和估算步骤来进行磁阻效应元件的制作和MR比的估算。实施例2中的第一铁磁性层和第二铁磁性层均为Co2MnαSiβ层，α和β的值如表1所示。
[比较例1、2]
在比较例1和比较例2中，通过与实施例1中相同的制作和估算步骤进行磁阻效应元件的制作和MR比的估算。比较例1和2中的第一铁磁性层和第二铁磁性层均为Co2MnαSiβ层，α和β的值如表1所示。
[表1]
α β α+β (2+α)/3 MR比(％)
实施例1 0.62 0.82 1.44 0.87 17.5
实施例2 0.9 0.82 1.72 0.97 12.8
比较例1 1.2 0.82 2.02 1.07 10.4
比较例2 1.4 0.82 2.22 1.13 6.7
如表1所示，实施例1和实施例2所涉及的磁阻效应元件具有比比较例1和比较例2所涉及的磁阻效应元件更大的MR比。另外，实施例1所涉及的磁阻效应元件具有比实施例2所涉及的磁阻效应元件更大的MR比。在实施例1和2中，满足2/3<α+β<2，并且满足β<(2+α)/3。在实施例1中，进一步满足β>α。
表2是一并示出了实施例3和4、以及比较例3涉及的磁阻效应元件中的α、β、α+β、(2+α)/3的值、以及MR比(％)的表格。
[实施例3]
图7(b)是表示实施例3所涉及的磁阻效应元件的截面的图。在实施例3中，通过以下步骤制作了磁阻效应元件1b。即，首先，在MgO基板60b上形成了基底层70b。具体而言，通过电子束蒸镀法在MgO基板60b上形成MgO缓冲层71b(厚度10nm)。形成MgO缓冲层71b时的温度设为400℃。不进行形成MgO缓冲层71b之后的热处理。随后，通过溅射法在MgO缓冲层71b上形成了CoFe缓冲层72b(厚度为30nm)。形成CoFe缓冲层72b时的温度设为室温。在形成CoFe缓冲层72b之后，进行了热处理(温度500℃)。
随后，通过溅射法在基底层70b上形成了磁阻层80b。具体而言，在基底层70b的CoFe缓冲层72b上形成第一铁磁性层81b(厚度3nm)。形成第一铁磁性层81b时的温度设为室温。在形成第一铁磁性层81b之后，进行了热处理(温度500℃)。随后，在第一铁磁性层81b上形成了作为非磁性间隔层82b的Ag层(厚度5nm)。形成非磁性间隔层82b时的温度设为室温。在形成非磁性间隔层82b之后不进行热处理。随后，在非磁性间隔层82b上形成第二铁磁性层83b(厚度3nm)。形成第二铁磁性层83b时的温度设为室温。在形成第二铁磁性层83b之后，进行了热处理(温度500℃)。随后，通过溅射法在第二铁磁性层83b上依次形成了CoFe缓冲层84b(厚度1.1nm)、作为反铁磁性层85b的IrMn层(厚度10nm)。形成这两层时的温度设为室温。在形成这两层之后不进行热处理。第一铁磁性层81b和第二铁磁性层83b均为Co2MnαSiβ层，α和β的值如表2所示设定。
随后，通过溅射法在磁阻层80b上形成盖层90b。具体而言，在磁阻层80b的反铁磁性层85b上形成作为盖层90b的Ru层(厚度5nm)。形成盖层90b时的温度设为室温。不进行形成盖层90b之后的热处理。
在实施例3中，在形成磁阻效应元件1b之后进行磁场中的热处理，以对第二铁磁性层赋予单向各向异性。该磁场中的热处理中的热处理温度设为325℃，施加的磁场强度为5kOe(399kA/m)。
[实施例4]
在实施例4中，通过与实施例3中相同的制作和估算步骤进行磁阻效应元件的制作和MR比的估算。实施例4中的第一铁磁性层和第二铁磁性层均为Co2MnαSiβ层，α和β的值如表2所示设定。
[比较例3]
在比较例3中，通过与实施例3中相同的制作和估算步骤进行磁阻效应元件的制作和MR比的估算。比较例3中的第一铁磁性层和第二铁磁性层均为Co2MnαSiβ层，α和β的值如表2所示设定。
[表2]
α β α+β (2+α)/3 MR比(％)
实施例3 0.74 0.9 1.64 0.91 8.9
实施例4 1.0 0.9 1.9 1.0 6.2
比较例3 1.24 0.9 2.14 1.08 4.9
如表2所示，实施例3和实施例4所涉及的磁阻效应元件具有比比较例3所涉及的磁阻效应元件更大的MR比。另外，实施例3所涉及的磁阻效应元件具有比实施例4所涉及的磁阻效应元件更大的MR比。在实施例3和4中，满足2/3<α+β<2，并且满足β<(2+α)/3。在实施例3中，进一步满足β>α。
[实施例5]
图7(c)是示出实施例5的磁阻效应元件的截面的图。在实施例5中，通过以下步骤制造了磁阻效应元件1c。即，首先，通过与实施例1中相同的步骤在MgO基板60c上形成基底层70c。随后，通过溅射法在基底层70c上形成磁阻层80c。具体而言，在基底层70c的CoFe缓冲层74c上依次形成第三铁磁性层81c(厚度10nm)、第一铁磁性层82c(厚度1.1nm)、作为非磁性间隔层83c的Ag层(厚度5nm)、以及第二铁磁性层84c(厚度1.1nm)。形成这四层时的温度设为室温。在形成这四层之后不进行热处理。随后，在第二铁磁性层84c上形成第四铁磁性层85c(厚度3nm)。形成第四铁磁性层85c时的温度设为室温。在形成第四铁磁性层85c之后，进行了热处理(温度550℃)。第一铁磁性层82c和第二铁磁性层84c均为Co2MnαSiβ层，α的值为0.68，β的值为0.82。另外，第三铁磁性层81c和第四铁磁性层85c都做成Co2MnδSiθ层。在第三铁磁性层81c和第四铁磁性层85c，δ的值设为1.4，θ的值设为0.82。
随后，通过电子束蒸镀法在磁阻层80c上形成盖层90c。具体而言，在磁阻层80c的第四铁磁性层85c上形成了作为盖层90c的Ru层(厚度5nm)。形成盖层90c时的温度设为室温。在形成盖层90c之后不进行热处理。
[实施例6]
图8是示出实施例6所涉及的磁阻效应元件的截面的图。在实施例6中，通过以下步骤制造了磁阻效应元件1d。即，首先，在MgO基板60d上形成基底层70d。具体而言，通过电子束蒸镀法在MgO基板60d上形成MgO缓冲层71d(厚度10nm)。形成MgO缓冲层71d时的温度设为600℃。在形成MgO缓冲层71d之后，进行了热处理(温度600℃)。随后，通过溅射法在MgO缓冲层71d上形成CoFe籽晶层72d(厚度10nm)。形成CoFe籽晶层72d时的温度设为室温。在形成CoFe籽晶层72d之后不进行热处理。随后，在CoFe籽晶层72d上形成了Ag缓冲层73d(厚度100nm)。形成Ag缓冲层73d时的温度设为室温。在形成Ag缓冲层73d之后，进行了热处理(温度300℃)。随后，在Ag缓冲层73d上形成了CoFe缓冲层74d(厚度10nm)。形成CoFe缓冲层74d时的温度设为室温。在形成了CoFe缓冲层74d之后不进行热处理。
随后，通过溅射法在基底层70d上形成磁阻层80d。具体而言，在基底层70d的CoFe缓冲层74d上依次形成第一铁磁性层81d(厚度10nm)、以及作为非磁性间隔层82d的Ag层(厚度5nm)。第一铁磁性层81d通过CoMnSi合金靶和Fe靶的共溅射方法形成。将形成第一铁磁性层81d和非磁性间隔层82d两层时的温度设为室温，并且形成这两层之后不进行热处理。随后，在非磁性间隔层82d上形成第二铁磁性层83d(厚度3nm)。第二铁磁性层83d通过CoMnSi合金靶和Fe靶的共溅射方法形成。通过成膜时的溅射输出来控制第一铁磁性层81d和第二铁磁性层83d中的Fe的组成比。形成第二铁磁性层83d时的温度设为室温。在形成第二铁磁性层83d之后，进行了热处理(温度550℃)。第一铁磁性层81d和第二铁磁性层83d都是Co2(MnεFeη)αSiβ层，并且ε、η、α以及β的值如表3所示设定。
随后，通过电子束蒸镀法在磁阻层80d上形成盖层90d。具体而言，在磁阻层80d的第二铁磁性层83d上形成作为盖层90d的Ru层(厚度5nm)。形成盖层90d时的温度设为室温。在形成盖层90d之后不进行热处理。
[比较例4～6]
在比较例4～比较例6中，通过与实施例6中相同的制作和估算步骤进行磁阻效应元件的制作和MR比的估算。比较例4～比较例6中的第一铁磁性层和第二铁磁性层均为Co2(MnεFeη)αSiβ层，ε、η、α以及β的值如表3所示设定。
[表3]
如表3所示，实施例6所涉及的磁阻效应元件具有比比较例4～比较例6所涉及的磁阻效应元件更大的MR比。在实施例6中，满足2/3<α+β<2并且满足β<(2+α)/3。
[实施例7]
在实施例7中，通过除了在形成第二铁磁性层83d之后，在575℃的温度下进行热处理之外，其它与实施例6中相同的制作和估算步骤进行了磁阻效应元件的制作和MR比的估算。实施例7中的第一铁磁性层和第二铁磁性层均做成与实施例6中相同的Co2(MnεFeη)αSiβ层。第一铁磁性层和第二铁磁性层中的ε、η、α以及β的值均如表4所示设定。
[比较例7]
在比较例7中，通过与实施例7中相同的制作和估算步骤进行磁阻效应元件的制作和MR比的估算。第一铁磁性层和第二铁磁性层中的ε、η、α以及β的值均如表4所示设定。
[表4]
ε η α β α+β (2+α)/3 MR比(％)
实施例7 0.64 0.36 1.00 0.82 1.82 1.00 20.2
比较例7 0.64 0.74 1.36 0.82 2.18 1.12 15.4
如表4所示，实施例7涉及的磁阻效应元件具有比比较例7所涉及的磁阻效应元件更大的MR比。在实施例7中，满足2/3<α+β<2，并且满足β<(2+α)/3。
如表3和4所示，即使在形成第二铁磁性层83d之后进行的热处理的温度从实施例6中的550℃变为实施例7中的575℃，实施例7的MR比与实施例6的MR都超过20％。
综上，尽管已经通过实施方式、变形例以及实施例对本发明进行了说明，但是本发明并不限于这些实施方式、变形例以及实施例，各种变形方式修改都是可能的。例如，上述实施方式的磁阻效应元件1可以不是CPP结构，而具有沿层叠面方向流动检测用电流的CIP(平面内电流)结构。
产业上的利用可能性
根据本实施方式可以提供一种磁阻效应大的磁阻效应元件，其使用包含Mn的赫斯勒合金作为磁阻层的铁磁性层。

Claims (11)

1.一种磁阻效应元件，其中，
具备：
作为磁化自由层发挥功能的第一铁磁性层、
作为磁化固定层发挥功能的第二铁磁性层、以及
设置在所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间的非磁性间隔层，
其中，所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一个包含式(1)表示的赫斯勒合金，
X2MnαZβ……(1)
式中，X表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，Z表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，并且2/3<α+β<2。
2.根据权利要求1记载的磁阻效应元件，其中，
所述式(1)中，β<(2+α)/3。
3.根据权利要求1或2记载的磁阻效应元件，其中，
所述式(1)中，β>α。
4.根据权利要求1～3中任一项记载的磁阻效应元件，其中，
所述式(1)中，Z为Si。
5.根据权利要求1～4中任一项记载的磁阻效应元件，其中，
进一步具备：第三铁磁性层和第四铁磁性层中的至少一个，该第三铁磁性层与所述第一铁磁性层一起作为磁化自由层发挥功能，该第四铁磁性层与所述第二铁磁性层一起作为磁化固定层发挥功能，
所述第三铁磁性层和所述第四铁磁性层包含式(2)所表示的赫斯勒合金，
所述第一铁磁性层设置在所述第三铁磁性层和所述非磁性间隔层之间，
所述第二铁磁性层设置在所述第四铁磁性层和所述非磁性间隔层之间，
D2MnδEθ……(2)
式中，D表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，E表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，并且2<δ+θ<2.6。
6.一种磁阻效应元件，其中，
具备：
作为磁化自由层发挥功能的第一铁磁性层、
作为磁化固定层发挥功能的第二铁磁性层、以及
设置在所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层之间的非磁性间隔层，
其中，所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一个包含式(3)表示的赫斯勒合金，
X2(MnεGη)αZβ……(3)
式中，X表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，G表示Fe和Cr中的至少一种元素，且G含Fe时X不含Fe，Z表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，2/3<α+β<2，0<ε<1且0<η<1。
7.根据权利要求6记载的磁阻效应元件，其中，
所述式(3)中，β<(2+α)/3。
8.根据权利要求6或7记载的磁阻效应元件，其中，
所述式(3)中，β>α。
9.根据权利要求6～8中任一项记载的磁阻效应元件，其中，
所述式(3)中，Z为Si。
10.根据权利要求6～9中任一项记载的磁阻效应元件，其中，
进一步具备：第三铁磁性层和第四铁磁性层中的至少一个，该第三铁磁性层与所述第一铁磁性层一起作为磁化自由层发挥功能，该第四铁磁性层与所述第二铁磁性层一起作为磁化固定层发挥功能，
所述第三铁磁性层和所述第四铁磁性层包含式(4)表示的赫斯勒合金，
所述第一铁磁性层设置在所述第三铁磁性层和所述非磁性间隔层之间，
所述第二铁磁性层设置在所述第四铁磁性层和所述非磁性间隔层之间，
D2(MnεGη)δEθ……(4)
式中，D表示选自Co、Ni、Fe、Ru以及Rh中的至少一种元素，G表示Fe和Cr中的至少一种元素，且G包含Fe时D不含Fe，E表示选自Si、Al、Ga、Ge、Sb以及Sn中的至少一种元素，2<δ+θ<2.6，0<ε<1且0<η<1。
11.根据权利要求1～10中任一项记载的磁阻效应元件，其中，
所述非磁性间隔层包含式(A)表示的Ag或含Ag金属，
AgγL1–γ……(A)
式中，L表示选自Al、Cu、Ga、Ge、As、Y、La、Sm、Yb以及Pt中的至少一种元素，并且0<γ≤1。
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