CN111525026A - 磁阻效应元件 - Google Patents

Abstract

本发明的磁阻效应元件具备：第一铁磁性层；第二铁磁性层；以及位于上述第一铁磁性层和上述第二铁磁性层之间的非磁性间隔层，上述第一铁磁性层和上述第二铁磁性层中的至少一层包含具有半惠斯勒型晶体结构的金属化合物，上述金属化合物包含功能材料和构成上述半惠斯勒型晶体结构的单位晶格的X原子、Y原子和Z原子，上述功能材料比上述X原子、上述Y原子和上述Z原子中的任一原子的原子序数都小。

Description

磁阻效应元件

技术领域

本发明涉及一种磁阻效应元件。

背景技术

已知有由铁磁性层和非磁性层的多层膜构成的巨磁阻(GMR)元件、以及非磁性层使用了绝缘层(隧道势垒层、势垒层)的隧道磁阻(TMR)元件。GMR元件和TMR元件作为磁传感器、磁头、高频部件和磁随机存取存储器(MRAM)用的元件备受瞩目。磁阻效应元件具有作为性能指数之一的磁阻效应比(MR比)，并且正在进行提高磁阻效应比(MR比)的开发。据称，当铁磁性层使用高自旋极化材料时，会提高MR比，惠斯勒合金是高自旋极化材料的一个例子。

非专利文献[1]公开了一种由NiMnSb/Ag/NiMnSb所示的GMR元件，其使用作为惠斯勒合金之一的具有半惠斯勒型晶体结构的NiMnSb作为铁磁性层，并且使用Ag作为非磁性层。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：Scientific Reports 5.18387(2015)

发明内容

发明想要解决的技术问题

非专利文献[1]所记载的磁阻效应元件的MR比在室温下至多为8％，无法得到如期待的程度的MR比。其原因之一可以认为半惠斯勒型晶体结构具有空晶格。空晶格被认为是晶体结构变形的原因，并且晶体结构的变形使MR比降低。

本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于：提供一种能够提高MR比的磁阻效应元件。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的发明人进行深入研究，其结果发现，向构成铁磁性层的材料中添加规定的元素时，铁磁性层的晶体结构稳定化，并且磁阻效应元件的MR比提高。即，本发明为了解决上述技术问题，提供以下的技术方案。

(1)第一方式所涉及的磁阻效应元件具备：第一铁磁性层；第二铁磁性层；以及位于上述第一铁磁性层和上述第二铁磁性层之间的非磁性间隔层，上述第一铁磁性层和上述第二铁磁性层中的至少一层包含具有半惠斯勒型晶体结构的金属化合物，上述金属化合物包含功能材料和构成上述半惠斯勒型晶体结构的单位晶格的X原子、Y原子和Z原子，上述功能材料比上述X原子、上述Y原子和上述Z原子中的任一原子的原子序数都小。通过满足该构成，具有半惠斯勒型晶体结构的金属化合物维持高自旋极化率，晶体结构稳定化。其结果，磁阻效应元件的MR比提高。

(2)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述功能材料可以是选自B、C、N和F中的1种以上的原子。通过满足该构成，晶体结构更加稳定化。其结果，磁阻效应元件的MR比提高。

(3)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述金属化合物中的上述功能材料的组成比可以为0.1at％(0.1mol％)以上且7at％(7mol％)以下。通过满足该构成，晶体结构更加稳定化。其结果，磁阻效应元件的MR比提高。

(4)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述功能材料可以是硼，上述金属化合物中的上述功能材料的组成比可以为0.1at％以上且9.8at％以下。

(5)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述功能材料可以是碳，上述金属化合物中的上述功能材料的组成比可以为0.11at％以上且8.8at％以下。

(6)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述功能材料可以是氮，上述金属化合物中的上述功能材料的组成比可以为0.09at％以上且7.2at％以下。

(7)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述功能材料可以是氟，上述金属化合物中的上述功能材料的组成比可以为0.13at％以上且7.2at％以下。

(8)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述X原子可以是选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt、Au中的1种以上的原子，上述Y原子可以是选自Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Hf、Ta、Gd、Tb、Dy、Hd、Er、Fe、Tm、Yb、Lu中的1种以上的原子，上述Z原子可以是选自Al、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd、Bi、Se、Te中的1种以上的原子。当满足该构成时，在满足惠斯勒合金的组成的构成中晶体结构容易稳定化，并且容易制作。

(9)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述X原子可以是选自Ni、Pd、Pt、Co、Rh中的1种以上的原子，上述Y原子可以是选自Mn、Cr、Fe、V中的1种以上的原子，上述Z原子可以是选自Se、Te、Sb中的1种以上的原子。当满足该构成时，第一铁磁性层和/或第二铁磁性层所包含的铁磁性惠斯勒合金的自旋极化率变高，并且磁阻效应元件的MR比变大。

(10)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述金属化合物可以具有C1b结构或者B2结构的晶体结构。当满足该构成时，第一铁磁性层和/或第二铁磁性层所包含的铁磁性惠斯勒合金的自旋极化率变高，并且磁阻效应元件的MR比变大。

(11)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述第一铁磁性层和上述第二铁磁性层中的一层可以包含具有半惠斯勒型晶体结构的金属化合物，另一层可以包含具有全惠斯勒型晶体结构的金属化合物，上述具有全惠斯勒型晶体结构的金属化合物可以包含上述X原子、上述Y原子和上述Z原子。当满足该构成时，能够进一步提高第一铁磁性层和第二铁磁性层中的至少一层的自旋极化率，并且磁阻效应元件的MR比变大。

(12)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述具有全惠斯勒型晶体结构的金属化合物可以由组成式Co₂L_αM_β表示，上述L原子可以包含Mn和Fe中的至少1种，上述α可以满足0.7<α<1.6，上述M原子可以包含Al、Si、Ge、Ga中的至少1种，上述β可以满足0.65<β<1.35。当满足该构成时，第一铁磁性层和第二铁磁性层中的至少一层的自旋极化率进一步提高，并且磁阻效应元件的MR比变大。

(13)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，在上述第一铁磁性层和上述第二铁磁性层中的至少一层与上述非磁性间隔层之间可以具有插入层，上述插入层可以具有Co、Fe或者CoFe合金。当满足该构成时，插入层消除了铁磁性层与非磁性层的界面处的不匹配，并且铁磁性层的磁化稳定性提高。其结果，磁阻效应元件的MR比的温度依赖性变小。

(14)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述插入层的膜厚可以为0.2nm以上且1.2nm以下。当满足该构成时，能够在维持了MR比的温度依赖性的情况下得到高的MR比。

(15)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述非磁性间隔层可以是金属。当满足该构成时，磁阻效应元件显示低RA且高的MR比。

(16)在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，上述非磁性间隔层可以是Ag或者Ag合金。当满足该构成时，磁阻效应元件显示低RA且更高的MR比。

发明效果

根据本发明，能够提高磁阻效应元件的MR比。

附图说明

图1是本实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面示意图。

图2是本实施方式所涉及的惠斯勒合金的晶体结构的示意图。

图3是具有本实施方式所涉及的磁阻效应元件的磁阻设备的示意图。

符号说明

1……第一铁磁性层

2……第二铁磁性层

3……隧道势垒层

10……磁阻效应元件

11……第二配线

12……电极

13……电源

14……电压计

15……第一配线

20……磁阻效应元件设备

具体实施方式

在下文中，一边适当地参照附图，一边对本发明进行详细地说明。为了便于理解本发明的特征，以下的说明中所使用的附图存在将成为特征的部分放大表示的情况，并且各构成要素的尺寸比率等有时与实际不同。在以下的说明中所例示的材料、尺寸等作为一例，本发明不限于此，并且能够在不变更其要旨的范围内适当地改变来实施。

[磁阻效应元件]

图1是本实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面示意图。图1所示的磁阻效应元件10具备第一铁磁性层1、第二铁磁性层2和非磁性间隔层3。另外，磁阻效应元件10除了这些层之外，还可以具有覆盖层、基底层等。在下文中，有时将与第一铁磁性层1展开的面内正交的方向称为层叠方向。

(第一铁磁性层、第二铁磁性层)

第一铁磁性层1和第二铁磁性层2均包含铁磁性体，并且均具有磁化。磁阻效应元件10输出这些磁化的相对角变化作为电阻值变化。例如，如果将第二铁磁性层2的磁化的方向固定于一个方向，并且将第一铁磁性层1的磁化的方向设为相对于第二铁磁性层2的磁化的方向为可变的方向，则第一铁磁性层1的磁化的方向相对于第二铁磁性层2的磁化的方向发生变化。其结果，2个磁化的相对角变化，并且磁阻效应元件10的电阻值改变。第一铁磁性层1的厚度例如为1nm～20nm，第二铁磁性层2的厚度例如为1nm～20nm。通常将磁化的方向固定的层称为固定层，通常将磁化的方向可变的层称为自由层。第一铁磁性层1和第二铁磁性层2均可以由多个层构成。在下文中，将以第一铁磁性层1为自由层、以第二铁磁性层为固定层的情况为例进行说明。

第一铁磁性层1和第二铁磁性层2中的至少一层包含铁磁性惠斯勒合金，优选实际上由铁磁性惠斯勒合金构成。铁磁性惠斯勒合金具有在化学计量组成中组成式由XYZ所示的半惠斯勒型晶体结构、和在化学计量组成中组成式由X₂YZ所示的全惠斯勒型晶体结构。第一铁磁性层1和第二铁磁性层2中的至少一层包含具有半惠斯勒型晶体结构的金属化合物。第一铁磁性层1和第二铁磁性层2中的至少一层例如由具有半惠斯勒型晶体结构的金属化合物构成。金属化合物例如是在与层叠方向交叉的面内展开的金属化合物层。金属化合物包含X原子、Y原子、Z原子和功能材料。X原子、Y原子和Z原子由组成式所示的那样，是构成半惠斯勒型晶体结构的单位晶格的各个原子。功能材料是比X原子、Y原子和Z原子中的任一原子的原子序数都小的原子。功能材料不限于1种原子，也可以是2种以上。功能材料例如是Li、Be、B、C、N、O、F、Na、Mg。功能材料的尺寸小，并且主要侵入到半惠斯勒型晶体结构的晶格之间。由于功能材料不使半惠斯勒型晶体结构产生大的变形地侵入到空晶格点，因此使半惠斯勒型晶体结构稳定化。其结果，磁阻效应元件10的磁阻效应变大。

此处，“在化学计量组成中组成式由XYZ或X₂YZ所示”不限于化合物是化学计量组成的情况，也可以是非化学计量组成。即，在组成式为XYZ的情况下，X原子、Y原子和Z原子的比例不必严格为1:1:1。在组成式为X₂YZ的情况下，X原子、Y原子和Z原子的比例不必严格为2:1:1。

功能材料可以是选自B、C、N、F中的1种以上。这些原子可以使半惠斯勒型晶体结构稳定化，并且可以使第一铁磁性层1和第二铁磁性层2中的至少一层的晶体结构更加稳定化。

根据功能材料的下述的定义的组成比可以为0.1at％以上且7at％以下。

当功能材料是硼(B)时，金属化合物中的功能材料的组成比例如为0.1at％以上且9.8at％以下、优选为0.6at％以上且9.8at％以下、更优选为3.9at％以上且7.3at％以下。

当功能材料为碳(C)时，金属化合物中的功能材料的组成比例如为0.11at％以上且8.8at％以下、优选为4.2at％以上且8.8at％以下、更优选为5.6at％以上且6.3at％以下。

当功能材料为氮(N)时，金属化合物中的功能材料的组成比例如为0.09at％以上且7.2at％以下、优选为3.2at％以上且7.2at％以下、更优选为4.7at％以上5.7at％以下。

当功能材料为氟(F)时，金属化合物中的功能材料的组成比例如为0.13at％以上且7.2at％以下、优选为0.9at％以上且7.2at％以下、更优选为3.7at％以上且4.7at％以下。

构成半惠斯勒型晶体结构的单位晶格的X原子例如为选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt、Au中的1种以上的原子。构成半惠斯勒型晶体结构的单位晶格的Y原子例如为选自Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Hf、Ta、Gd、Tb、Dy、Hd、Er、Fe、Tm、Yb、Lu中的1种以上的原子。其中，排除X原子和Y原子均为Fe原子的情况。构成半惠斯勒型晶体结构的单位晶格的Z原子例如为选自Al、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd、Bi、Se、Te中的1种以上的原子。

X原子优选为选自Ni、Pd、Pt、Co、Rh中的1种以上的原子。Y原子优选为选自Mn、Cr、Fe、V中的1种以上的原子。Z原子优选为选自Se、Te、Sb中的1种以上的原子。半惠斯勒型晶体结构(XYZ)的金属化合物例如为NiMnSe、NiMnTe、NiMnSb、PtMnSb、PdMnSb、CoFeSb、NiFeSb、RhMnSb、CoMnSb、IrMnSb、NiCrSb。

半惠斯勒合金例如包含A2结构、B2结构、Cl_b结构中的任意晶体结构。此处，“包含任意晶体结构”例如也包含Cl_b结构的一部分变成A2结构或B2结构的情况。

在此，一边使用图2一边对半惠斯勒合金和后述的全惠斯勒合金的晶体结构进行说明。

图2A、图2B、图2C是由X₂YZ的组成式所示的化合物(全惠斯勒合金)容易选择的晶体结构的示意图。图2D、图2E、图2F是由XYZ的组成式所示的化合物(半惠斯勒合金)容易选择的晶体结构的示意图。

图2A是L2₁结构，图2D是C1_b结构，在这些结构中，X原子、Y原子、Z原子收容在规定的位点。L2₁结构的单位晶格由4个面心立方晶格(fcc)构成，除去其中的1个X原子的结构为C1_b结构。因此，C1_b结构与L2₁结构相比，具有空晶格点。

图2B是来自L2₁结构的B2结构，图2E是来自C1_b结构的B2结构。在这些晶体结构中，X原子收容在规定的位点，但是Y原子和Z原子均未收容在最稳定化的位点，而是随机地收容在各自的位点。即，Y原子和Z原子收容在特定的位点的概率受到了干扰。图2C是来自L2₁结构的A2结构，图2F是来自C1_b结构的A2结构。在这些晶体结构中，X原子、Y原子和Z原子均未收容在最稳定化的位点，而是随机地收容在各自的位点。即，X原子、Y原子和Z原子收容在特定的位点的概率受到了干扰。在由X₂YZ的组成式所示的化合物中，结晶性以L2₁结构＞B2结构＞A2结构的顺序增高。在由XYZ的组成式所示的化合物中，结晶性以C1_b结构＞B2结构＞A2结构的顺序增高。半惠斯勒合金的晶体结构优选为Cl_b结构或B2结构。

另外，第一铁磁性层1和第二铁磁性层2中的一层可以包含具有半惠斯勒型晶体结构的金属化合物，另一层可以包含具有组成式由X₂YZ所示的全惠斯勒型晶体结构的金属化合物。第一铁磁性层1和第二铁磁性层2中的一层可以由具有全惠斯勒型晶体结构的金属化合物构成。

构成全惠斯勒型晶体结构的单位晶格的X原子、Y原子和Z原子与构成半惠斯勒型晶体结构的单位晶格的X原子、Y原子和Z原子同样。X原子例如是选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt、Au中的1种以上的原子。Y原子是选自Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Hf、Ta、Gd、Tb、Dy、Hd、Er、Fe、Tm、Yb、Lu中的1种以上的原子，Z原子是选自Al、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd、Bi中的1种以上的原子。全惠斯勒型晶体结构(X₂YZ)的金属化合物例如可以列举Co₂FeSi、Co₂FeGe、Co₂FeGa、Co₂MnSi、Co₂Mn_1-aFe_aAl_bSi_1-b、Co₂FeGe_1-cGa_c等。

全惠斯勒型晶体结构(X₂YZ)的金属化合物例如可以是Co₂L_αM_β。L原子是上述Y原子的一个方式，并且例如是Mn和Fe中的至少1个以上的原子。M原子是上述Z原子的一个方式，并且是选自Si、Al、Ga、Ge中的1个以上的原子。另外，Co₂L_αM_β满足0.7＜α＜1.6，满足0.65＜β＜1.35。

Co₂L_αM_β所示的惠斯勒合金具有高的自旋极化率。因此，磁阻效应元件10显示大的磁阻效应。另外，当满足0.7＜α＜1.6且0.65＜β＜1.35的条件时，惠斯勒合金的晶格常数与满足化学计量组成的情况下的晶格常数的差较小。因此，第一铁磁性层1和/或第二铁磁性层2与非磁性间隔层3之间的晶格不匹配变小。其结果，磁阻效应元件显示高的MR比。其中，惠斯勒合金也可以不必须满足0.7＜α＜1.6且0.65＜β＜1.35的条件。

全惠斯勒型晶体结构的惠斯勒合金包含A2结构、B2结构或L2₁结构的晶体结构。B2结构的惠斯勒合金显示比A2结构的惠斯勒合合金更高的自旋极化率。L2₁结构的惠斯勒合金显示比B2结构的惠斯勒合金更高的自旋极化率。

另外，第一铁磁性层1和第二铁磁性层2中的至少一层可以包含不是惠斯勒合金的铁磁性材料。铁磁性材料例如是软磁性材料。铁磁性材料例如是在与层叠方向交叉的面内展开的铁磁性层。铁磁性材料例如是选自Cr、Mn、Co、Fe和Ni中的金属、包含1种以上的这些金属的合金、以及包含这些金属与B、C和N中的至少1种以上的元素的合金等。具体而言，铁磁性材料例如是Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe。

当层叠上述惠斯勒合金和Co、Fe或CoFe合金时，能够提高惠斯勒合金的磁化的稳定性。此外，可以在第一铁磁性层1与非磁性间隔层3之间，和/或在第二铁磁性层2与非磁性间隔层3之间设置插入层。插入层包含例如Co、Fe或CoFe合金。插入层例如也可以由Co、Fe或CoFe合金构成。插入层优选为Co_xFe_1-x(0.5≤x≤0.8)。插入层的膜厚优选为0.2nm以上且1.2nm以下。插入层提高了第一铁磁性层1与非磁性间隔层3之间、和/或第二铁磁性层2与非磁性间隔层3之间的晶格匹配性。另外，由于插入层薄，能够抑制因插入层引起的自旋散射。

为了使第二铁磁性层2成为固定层，使第二铁磁性层2的矫顽力大于第一铁磁性层1的矫顽力。当使IrMn、PtMn等的反铁磁性材料邻接于第二铁磁性层2时，第二铁磁性层2的矫顽力变大。另外，为了防止第二铁磁性层2的泄漏磁场影响第一铁磁性层1，可以将第二铁磁性层2设为合成铁磁性耦合的结构。

(非磁性间隔层)

非磁性间隔层3例如由绝缘体构成。在该情况下，非磁性间隔层3成为隧道势垒层。用于非磁性间隔层3的绝缘体例如是TiO₂、HfO₂、Al₂O₃、SiO₂、MgO、ZnAl₂O₄、γ-Al₂O₃、MgGa₂O₄、MgAl₂O₄等。另外，绝缘体可以是以上述任一种作为主成分的混晶结构。另外，绝缘体除了这些之外，还可以是Al、Si、Mg的一部分被Zn、Be等置换的材料。即使在这些材料中，当使用MgO或MgAl₂O₄时，非磁性间隔层3显示相干隧道效应，并且磁阻效应元件10显示高的MR比。非磁性间隔层3例如可以由金属构成。在该情况下，金属例如是包含Cu、Au、Ag、Cr、V、Al、W和Pt中的至少1种金属元素的合金等。此外，非磁性间隔层3可以由半导体构成。在该情况下，半导体例如是Si、Ge、ZnO、GaO、InSnO、InZnO、CuInSe₂、CuGaSe₂、Cu(In、Ga)Se₂等。

为了使磁阻效应元件10的RA(面积电阻)变小，并且获得高的MR比，非磁性间隔层3优选由金属构成。

非磁性间隔层3可以是Ag或Ag合金。在非磁性间隔层3是Ag或Ag合金的情况下，铁磁性层的费米(Fermi)面与非磁性间隔层的费米面之间的匹配度良好，并且磁阻效应元件显示更高的MR比。Ag合金例如是Ag_1-xSn_x、Ag_1-xMg_x、Ag_1-xZn_x、Ag_1-xAl_x等。在此，x的范围例如是0＜x＜0.25。当x的范围为该范围时，铁磁性层与非磁性间隔层3之间的晶格失配度变小，并且各层的费米面的匹配度良好。

在非磁性间隔层3由绝缘材料构成的情况下，优选将其膜厚设为0.4nm以上且3nm以下。在非磁性间隔层3由金属构成的情况下，优选将其膜厚设为1nm以上且10nm以下。在非磁性间隔层3由半导体构成的情况下，优选将其膜厚设为0.6nm以上且5nm以下。由此，磁阻效应元件的MR比变高。

(元件的形状、尺寸)

构成磁阻效应元件10的包含第一铁磁性层1、非磁性间隔层3和第二铁磁性层2的层叠体，通过公知的光刻法(电子束光刻法等)和干法蚀刻(Ar离子铣削等)被微细加工成柱状的形状。俯视层叠体时的形状可以设为圆形、四边形、三角形、多边形等各种形状，但是就对称性而言优选为圆形。即，层叠体优选为圆柱形状。

在层叠体为圆柱形状的情况下，俯视时的直径优选为80nm以下、更优选为60nm以下、进一步优选为30nm以下。当直径为80nm以下时，则难以在铁磁性层中形成畴(Domain)结构，并且不需要考虑在铁磁性层内与自旋极化不同的成分。此外，当直径为30nm以下时，铁磁性层成为单一畴结构，并且改善了磁化反转速度和概率。另外，在小型化了的磁阻效应元件中，低电阻化的需求特别强烈。

(其它)

在本实施方式中，作为磁阻效应元件10，列举了将第一铁磁性层1设为自由层，将第二铁磁性层2设为固定层的顶销(top-pin)结构的例子。然而，磁阻效应元件10的结构不限于这种情况，也可以是底销(bottom-pin)结构。

如上所述，本实施方式所涉及的磁阻效应元件10包含具有半惠斯勒型的金属化合物，该金属化合物包含规定的功能材料。功能材料通过侵入空晶格来提高半惠斯勒型晶体结构的稳定性。另外，由于功能材料不会使半惠斯勒型晶体结构的晶体结构发生大的变形，因此可以维持半惠斯勒型晶体结构的金属化合物原来所显示的高自旋极化率。其结果，本实施方式涉及的磁阻效应元件10与不包含功能材料的情况相比，MR比提高。

本实施方式所涉及的磁阻效应元件能够作为磁传感器或MRAM等的存储器来使用。

[磁阻效应元件的制造方法]

接着，对磁阻效应元件的制造方法进行说明。

本实施方式所涉及的磁阻效应元件的制造方法具有层叠第一铁磁性层1、非磁性间隔层3和第二铁磁性层2的工序。这些层可以使用溅射法、蒸镀法、激光烧蚀法、分子束外延(MBE)法等公知的方法来成膜。

(评价方法)

此外，测定了所制作的磁阻效应元件10的MR比。图3是从层叠方向俯视用于MR比的测定的磁阻效应设备时的示意图。磁阻效应元件10设置于第一配线15和第二配线11交叉的位置。将磁阻效应元件10制成直径为80nm的圆柱形状。然后，电极12设置于第一配线15，电极12与电源13和电压计14连接。当通过电源13施加电压时，电流沿磁阻效应元件10的层叠方向流通。此时的磁阻效应元件10的电位差由电压计14监控。然后，通过一边从外部向磁阻效应元件10扫掠磁场，一边将电流或电压施加给磁阻效应元件，来观测磁阻效应元件的电阻变化。

MR比通常由以下的式表示。

MR比(％)＝(R_AP-R_P)/R_P×100

R_P是在第一铁磁性层1和第二铁磁性层2的磁化的方向为平行的情况下的电阻，R_AP是在第一铁磁性层1和第二铁磁性层2的磁化的方向为反向平行的情况下的电阻。

关于第一铁磁性层1和第二铁磁性层2的组成分析，使用聚焦离子束制作薄片样品，通过透射型电子显微镜(TEM)中的能量色散型X射线分析(EDS)来进行分析。例如，当设功能材料为B时，B的组成比由原子组成百分比(at％)定义，设为100דB原子数”/(“X原子数”+“Y原子数”+“Z原子数”+“B原子数”)。另外，分析方法不限于此，也可以使用二次离子质谱法(SIMS)、原子探针法、电子能量损失谱法(EELS)进行分析。

TEM-EDS的分析结果是减去测定元素的背景信号所得到的值。

实施例

(实施例1-1)

将图1所示的磁阻效应元件10制作于MgO(001)基板上。首先，在基板上依次层叠20nm的Cr、40nm的Ag作为基底层(兼作下述的第一配线15)，并且层叠30nm的NiMnSbB作为第一铁磁性层1。接下来，在第一铁磁性层1上，层叠5nm的Ag作为非磁性间隔层3。接下来，在非磁性间隔层3上层叠6nm的NiMnSbB作为第二铁磁性层2，并且将Ru成膜20nm作为覆盖层(兼作下述的第二配线11)，得到了磁阻效应元件10。基板上的各层的制作，通过溅射法进行，并且将Ar用作溅射气体。另外，NiMnSbB的成膜通过NiMnSb靶和B靶的同时溅射来进行。在形成该磁阻效应元件之后，在磁场中进行热处理，对第一铁磁性层1和第二铁磁性层2赋予了单轴磁各向异性。在该磁场中的热处理中，将热处理温度设为300℃，将施加磁场的强度设为5kOe(399kA/m)。

使用上述所说明的方法，测定了第一铁磁性层1和第二铁磁性层2中所包含的B的组成比以及磁阻效应元件的MR比。

第一铁磁性层1和第二铁磁性层2中所包含的B的组成比为0.1at％。在此，B的组成比的测定通过聚焦离子束制作薄片样品，通过透射型电子显微镜(TEM)中的能量色散型X射线分析(EDS)来进行。

(实施例1-2～1-7)

除了改变实施例1-1的NiMnSb靶和B靶的同时溅射的条件，并改变NiMnSb中所包含的B的组成比之外，利用与实施例1-1相同的条件制作磁阻效应元件10。另外，以与实施例1-1相同的步骤，分别测定B的组成比和MR比。将其结果示于表1。

(比较例1-1)

对于实施例1-1的制作条件，除了不使用B靶而仅使用NiMnSb靶制作第一铁磁性层1和第二铁磁性层2以外，利用与实施例1-1相同的条件制作磁阻效应元件10。另外，以与实施例1-1相同的步骤，分别测定B的组成比和MR比。将其结果示于表1。其中，比较例1-1的B的组成比为检出界限以下(0.01at％以下)。

[表1]

(实施例2-1～2-7)

除了通过NiMnSb靶和C靶的同时溅射来制作第一铁磁性层1和第二铁磁性层2以外，利用与实施例1-1相同的条件制作磁阻效应元件10。

[表2]

(实施例3-1～3-7)

除了通过由Ar和氮的混合气体进行的NiMnSb靶的溅射来制作第一铁磁性层1和第二铁磁性层2以外，利用与实施例1-1相同的条件制作磁阻效应元件10。其中，氮的组成比通过Ar和氮的分压比来控制。

[表3]

(实施例4-1～4-7)

除了通过由Ar和氟的混合气体进行的NiMnSb靶的溅射来制作第一铁磁性层1和第二铁磁性层2以外，利用与实施例1-1相同的条件制作磁阻效应元件10。其中，氟的组成比被Ar和氟的分压比控制。

[表4]

Claims (16)

1.一种磁阻效应元件，其特征在于，

具备：

第一铁磁性层；

第二铁磁性层；以及

位于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，

所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一层包含具有半惠斯勒型晶体结构的金属化合物，

所述金属化合物包含功能材料和构成所述半惠斯勒型晶体结构的单位晶格的X原子、Y原子和Z原子，

所述功能材料比所述X原子、所述Y原子和所述Z原子中的任一原子的原子序数都小。

2.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述功能材料是选自B、C、N和F中的1种以上的原子。

3.根据权利要求1或2所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述金属化合物中的所述功能材料的组成比为0.1at％以上且7at％以下。

4.根据权利要求1或2所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述功能材料是硼，

所述金属化合物中的所述功能材料的组成比为0.1at％以上且9.8at％以下。

5.根据权利要求1或2所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述功能材料是碳，

所述金属化合物中的所述功能材料的组成比为0.11at％以上且8.8at％以下。

6.根据权利要求1或2所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述功能材料是氮，

所述金属化合物中的所述功能材料的组成比为0.09at％以上且7.2at％以下。

7.根据权利要求1或2所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述功能材料是氟，

所述金属化合物中的所述功能材料的组成比为0.13at％以上且7.2at％以下。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述X原子是选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Ir、Pt、Au中的1种以上的原子，

所述Y原子是选自Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Hf、Ta、Gd、Tb、Dy、Hd、Er、Fe、Tm、Yb、Lu中的1种以上的原子，

所述Z原子是选自Al、Si、Ga、Ge、As、In、Sn、Sb、Tl、Pd、Bi、Se、Te中的1种以上的原子。

9.根据权利要求8所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述X原子是选自Ni、Pd、Pt、Co、Rh中的1种以上的原子，

所述Y原子是选自Mn、Cr、Fe、V中的1种以上的原子，

所述Z原子是选自Se、Te、Sb中的1种以上的原子。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述金属化合物具有C1_b结构或者B2结构的晶体结构。

11.根据权利要求1～10中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的一层包含具有半惠斯勒型晶体结构的金属化合物，另一层包含具有全惠斯勒型晶体结构的金属化合物，

所述具有全惠斯勒型晶体结构的金属化合物包含所述X原子、所述Y原子和所述Z原子。

12.根据权利要求11所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述具有全惠斯勒型晶体结构的金属化合物由化学式Co₂L_αM_β表示，

所述L原子包含Mn和Fe中的至少一种原子，

所述M原子包含Al、Si、Ge、Ga中的至少一种原子，

所述α满足0.7<α<1.6，

所述β满足0.65<β<1.35。

13.根据权利要求1～12中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，

在所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一层与所述非磁性间隔层之间具有插入层，

所述插入层具有Co、Fe或者CoFe合金。

14.根据权利要求13所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述插入层的膜厚为0.2nm以上且1.2nm以下。

15.根据权利要求1～14中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述非磁性间隔层是金属。

16.根据权利要求15所述的磁阻效应元件，其特征在于，

所述非磁性间隔层是Ag或者Ag合金。

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