CN112349831B - 磁阻效应元件以及惠斯勒合金 - Google Patents

磁阻效应元件以及惠斯勒合金 Download PDF

Info

Publication number
CN112349831B
CN112349831B CN202010777715.3A CN202010777715A CN112349831B CN 112349831 B CN112349831 B CN 112349831B CN 202010777715 A CN202010777715 A CN 202010777715A CN 112349831 B CN112349831 B CN 112349831B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
ferromagnetic layer
alloy
effect element
elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010777715.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112349831A (zh
Inventor
犬伏和海
中田胜之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to CN202311133595.3A priority Critical patent/CN117082959A/zh
Publication of CN112349831A publication Critical patent/CN112349831A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112349831B publication Critical patent/CN112349831B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0052—Manufacturing aspects; Manufacturing of single devices, i.e. of semiconductor magnetic sensor chips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/18—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being compounds
    • H01F10/193—Magnetic semiconductor compounds
    • H01F10/1936—Half-metallic, e.g. epitaxial CrO2 or NiMnSb films
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/325—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being noble metal
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10—Magnetoresistive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/20—Spin-polarised current-controlled devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00—Hall-effect devices
    • H10N52/101—Semiconductor Hall-effect devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N52/00—Hall-effect devices
    • H10N52/80—Constructional details
    • H10N52/85—Magnetic active materials

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Abstract

本发明提供一种难以通过退火改变状态的磁阻效应元件以及惠斯勒合金。该磁阻效应元件具备第一铁磁性层、第二铁磁性层、以及位于所述第一铁磁性层与所述第二铁磁性层之间的非磁性层，所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一个是由Co2FeαZβ表示的合金的元素的一部分被取代元素取代的惠斯勒合金，Z是选自Al、Si、Ga、Ge和Sn中的一种以上的元素，α和β满足2.3≤α+β、α<β且0.5<α<1.9，所述取代元素是选自第4族到第10族的元素中的比Fe熔点高的元素中的一种以上的元素。

Description

磁阻效应元件以及惠斯勒合金
技术领域
本发明涉及一种磁阻效应元件以及惠斯勒合金。
本申请要求基于2019年8月8日在日本提交的日本专利申请特愿2019-146332号的优先权，并且在此引用其内容。
背景技术
磁阻效应元件是层叠方向的电阻值根据磁阻效应而变化的元件。磁阻效应元件具备两个铁磁性层和被它们夹持的非磁性层。在非磁性层使用了导体的磁阻效应元件被称为巨磁阻(GMR)元件，在非磁性层使用了绝缘层(隧道势垒层、势垒层)的磁阻效应元件被称为隧道磁阻(TMR)元件。磁阻效应元件可以应用于磁传感器、高频部件、磁头以及非易失性随机存取存储器(MRAM)等的各种用途。
在非专利文献1中，公开了在GMR元件的铁磁性层使用作为惠斯勒合金的Co2FeGa0.5Ge0.5合金的例子。
现有技术文件
非专利文件
非专利文献1：Appl.Phys.Lett.108,102408(2016).
发明内容
发明想要解决的技术问题
惠斯勒合金正在作为在室温下达成100％自旋极化率的可能性高的材料而被研究。惠斯勒合金作为自旋极化率大，并且在理论上能够表现出大的磁阻变化率(MR比)的材料而备受期待。但是，即使将惠斯勒合金用于磁阻效应元件的铁磁性层，磁阻效应元件也无法达成预想的MR比。
本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于，提供一种难以通过退火改变状态的磁阻效应元件以及惠斯勒合金。
用于解决技术问题的技术手段
磁阻效应元件在制造过程中受到退火处理。磁阻效应元件例如为了提高各层的结晶性而被施加退火处理、或者在安装于集成电路时被施加退火处理。构成惠斯勒合金的元素可能在退火时发生元素扩散，并且在组成或晶体结构中发生变化。惠斯勒合金的组成或晶体结构的变化是磁阻效应元件的MR比降低的原因。因此，本发明者们发现，通过用比Fe熔点高的元素取代构成惠斯勒合金的元素的一部分，从而使惠斯勒合金的状态变得难以通过退火而改变，并且磁阻效应元件的MR比变得难以降低。为了解决上述技术问题，本发明提供以下手段。
[1]第一方式所涉及的磁阻效应元件，其具备：第一铁磁性层、第二铁磁性层、以及位于所述第一铁磁性层与所述第二铁磁性层之间的非磁性层，所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一个是由Co2FeαZβ表示的合金的元素的一部分被取代元素取代的惠斯勒合金，Z是选自Al、Si、Ga、Ge和Sn中的一种以上的元素，α和β满足2.3≤α+β、α<β且0.5<α<1.9，所述取代元素是选自第4族到第10族的元素中的比Fe熔点高的元素中的一种以上的元素。
[2]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，所述惠斯勒合金可以由下述通式(1)表示：
Co2(Fe1-aY1a)αZβ……(1)
式(1)中，Y1是所述取代元素，并且a满足0<a<0.5。
[3]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，所述取代元素可以是选自Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt中的一种以上的元素。
[4]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，所述取代元素可以是选自Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt中的一种以上的元素。
[5]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，所述惠斯勒合金可以由下述通式(2)表示：
Co2(Fe1-aY1a)α(Ga1-bZ1b)β……(2)
式(2)中，Y1是所述取代元素，Z1是选自Al、Si、Ge和Sn中的一种以上的元素，并且满足0<a<0.5、0.1≤β(1-b)。
[6]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，所述通式(2)中的b可以满足b>0.5。
[7]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，所述惠斯勒合金可以由下述通式(3)表示：
Co2(Fe1-aY1a)α(Ge1-cZ2c)β……(3)
式(3)中，Y1是所述取代元素，Z2是选自Al、Si、Ga和Sn中的一种以上的元素，并且满足0<a<0.5、0.1≤β(1-c)。
[8]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，所述通式(3)中的c可以满足c<0.5。
[9]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，所述Z2可以是Ga。
[10]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，所述α和β可以满足2.3≤α+β<2.66。
[11]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，所述α和β可以满足2.45≤α+β<2.66。
[12]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为所述非磁性层包含Ag。
[13]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为在所述第一铁磁性层与非磁性层之间以及在所述第二铁磁性层与非磁性层之间，分别进一步具有包含NiAl合金的NiAl层。
[14]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为所述NiAl层的厚度t为0<t≤0.63nm。
[15]第二方式所涉及的惠斯勒合金中，由Co2FeαZβ表示的合金的元素的一部分被取代元素取代，Z是选自Al、Si、Ga、Ge和Sn中的一种以上的元素，α和β满足2.3≤α+β、α<β且0.5<α<1.9，所述取代元素是选自第4族到第10族的元素中的比Fe熔点高的元素中的一种以上的元素。
发明的效果
可以得到难以通过退火改变状态的惠斯勒合金。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面图。
图2A是由X2YZ的组成式所表示的惠斯勒合金的晶体结构的一例，即，L21结构。
图2B是由X2YZ的组成式所表示的惠斯勒合金的晶体结构的一例，即，来自L21结构的B2结构。
图2C是由X2YZ的组成式所表示的惠斯勒合金的晶体结构的一例，即，来自L21结构的A2结构。
图3是第二实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面图。
图4是第三实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面图。
图5是适用例1所涉及的磁记录装置的截面图。
图6是适用例2所涉及的磁记录装置的截面图。
图7是适用例3所涉及的磁记录装置的截面图。
图8是适用例4所涉及的自旋流磁化旋转元件的截面图。
图9是适用例5所涉及的磁畴壁移动元件的截面图。
图10是适用例6所涉及的磁畴壁移动元件的截面图。
图11是适用例7所涉及的磁畴壁移动元件的立体图。
图12是适用例8所涉及的高频设备的截面图。
符号的说明
101、102、103……磁阻效应元件；10……基板；20……基底层；21……第一基底层；22……第二基底层；23……第三基底层；24……第四基底层；30……第一铁磁性层；40……第一NiAl层；50……非磁性层；60……第二NiAl层；70……第二铁磁性层；80……盖层；201……磁记录装置；202、203……磁记录元件；210……磁头；220……电阻测量器；230……电源；240……测量部；300……自旋流磁化旋转元件；400……磁畴壁移动型磁记录元件；401……第一铁磁性层；402……第二铁磁性层；403……非磁性层；404……第一磁化固定层；405……第二磁化固定层；500……磁性细线装置；510……磁记录媒体；511……磁性细线；511A……第一磁畴；511B……第二磁畴；512……基底层；513……基板；520……磁记录磁头；530……脉冲电源；600……磁畴壁移动型空间光调制器；610……第一磁化固定层；620……第二磁化固定层；630……光调制层；631、636……重叠区域；632、635……初始磁畴区域；633、634……磁畴变化区域；700……高频设备；701……直流电源；702……电感器；703……电容器；704……输出端口；705、706……配线；DW……磁畴壁。
具体实施方式
在下文中，对于本实施方式，一边适当地参照附图一边进行详细说明。对于在以下的说明中使用的附图而言，有时为了便于理解本实施方式的特征，方便起见，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。在以下的说明中例示出的材料、尺寸等仅作为一例，本发明不限于此，能够在不改变其要旨的范围内进行适当改变来实施。
[第一实施方式]
图1是第一实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面图。图1是在磁阻效应元件的各层的层叠方向上切断磁阻效应元件101的截面图。磁阻效应元件101在基板10上具有基底层20、第一铁磁性层30、第一NiAl层40、非磁性层50、第二NiAl层60、第二铁磁性层70和盖层80。非磁性层50位于第一铁磁性层30与第二铁磁性层70之间。第一NiAl层40位于第一铁磁性层30与非磁性层50之间，第二NiAl层60位于非磁性层50与第二铁磁性层70之间。
(基板)
基板10是构成磁阻效应元件101的台基的部分。基板10优选使用平坦性优异的材料。基板10包含例如金属氧化物单晶、硅单晶、带热氧化膜的硅单晶、蓝宝石单晶、陶瓷、石英以及玻璃。基板10中所包含的材料只要是具有适度的机械强度，并且适合于热处理或精细加工的材料，则没有特别限定。作为金属氧化物单晶，例如，可以列举MgO单晶。包含MgO单晶的基板，例如可以使用溅射法在其上容易地形成外延生长膜。使用了该外延生长膜的磁阻效应元件显示大的磁阻特性。基板10的种类根据产品的目的而不同。在产品是MRAM的情况下，基板10例如是具有电路结构的Si基板。在产品是磁头的情况下，基板10例如是易于加工的AlTiC基板。
(基底层)
基底层20位于基板10和第一铁磁性层30之间。基底层20例如从靠近基板10的位置起依次具有第一基底层21、第二基底层22和第三基底层23。
第一基底层21是缓和基板10的晶格常数和第二基底层22的晶格常数之差的缓冲层。第一基底层21的材料可以是导电性的材料、绝缘性的材料中的任一种。第一基底层21的材料根据基板10的材料和第二基底层22的材料而不同，但是例如是具有(001)取向的NaCl结构的化合物。具有NaCl结构的化合物例如是包含选自Ti、Zr、Nb、V、Hf、Ta、Mo、W、B、Al、Ce中的至少一种元素的氮化物，或者是包含选自Mg、Al、Ce中的至少一种元素的氧化物。
第一基底层21的材料，例如可以是由ABO3的组成式所表示的(002)取向的钙钛矿系导电性氧化物。钙钛矿系导电性氧化物包含例如选自Sr、Ce、Dy、La、K、Ca、Na、Pb、Ba中的至少一种元素作为位点A，包含例如选自Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ga、Nb、Mo、Ru、Ir、Ta、Ce、Pb中的至少一种元素作为位点B的氧化物。
第二基底层22是提高层叠于第二基底层22之上的上部的层的结晶性的晶种层。第二基底层22包含例如MgO、TiN和NiTa合金中的至少一种。第二基底层22例如是包含Co和Fe的合金。包含Co和Fe的合金例如是Co-Fe、Co-Fe-B。
第三基底层23是缓和第二基底层22的晶格常数和第一铁磁性层30的晶格常数之差的缓冲层。在第三基底层23作为用于流通检测用电流的电极使用的情况下，例如包含金属元素。金属元素例如是Ag、Au、Cu、Cr、V、Al、W和Pt中的至少一种。第三基底层23可以是包含具有通过流通电流时的自旋霍尔效应从而产生自旋流的功能的金属、合金、金属间化合物、金属硼化物、金属碳化物、金属硅化物、金属磷化物中的任意种的层。此外，第三基底层23例如可以是具有(001)取向的四方晶结构或立方晶结构，并且包含选自Al、Cr、Fe、Co、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au、Mo、W、Pt中的至少一种元素的层。第三基底层23可以是这些金属元素的合金、或者是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可以包含有立方晶系的AgZn合金、AgMg合金、CoAl合金、FeAl合金和NiAl合金。
基底层20发挥作为缓和基板10和第一铁磁性层30的晶格常数之差的缓冲层的功能，并且提高形成于基底层20之上的上部的层的结晶性。可以去除第一基底层21、第二基底层22以及第三基底层23。即，可以没有基底层20，也可以是一层或两层。另外，第一基底层21、第二基底层22以及第三基底层23中的任意个可以用相同的材料来形成。另外，基底层20可以不限于三层，也可以是四层以上。
(第一铁磁性层、第二铁磁性层)
第一铁磁性层30和第二铁磁性层70是磁性体。第一铁磁性层30和第二铁磁性层70分别具有磁化。磁阻效应元件101输出第一铁磁性层30的磁化与第二铁磁性层70的磁化的相对角的变化作为电阻值变化。
第二铁磁性层70的磁化例如比第一铁磁性层30的磁化更容易移动。在施加了规定的外力的情况下，第一铁磁性层30的磁化的方向不发生变化(被固定)，第二铁磁性层70的磁化的方向发生变化。由于第二铁磁性层70的磁化的方向相对于第一铁磁性层30的磁化的方向发生变化，因此磁阻效应元件101的电阻值发生变化。在这种情况下，第一铁磁性层30可以被称为磁化固定层，第二铁磁性层70可以被称为磁化自由层。在下文中，将以第一铁磁性层30为磁化固定层、以第二铁磁性层70为磁化自由层的情况为例进行说明，但是该关系可以相反。
在施加了规定的外力时的第一铁磁性层30的磁化与第二铁磁性层70的磁化之间的移动容易度之差，由第一铁磁性层30的磁化与第二铁磁性层70的矫顽力之差引起。例如，当使第二铁磁性层70的厚度比第一铁磁性层30的厚度薄时，第二铁磁性层70的矫顽力变得比第一铁磁性层30的矫顽力小。另外，例如，在第一铁磁性层30的与非磁性层50为相反侧的面上，经由间隔层而设置反铁磁性层。第一铁磁性层30、间隔层、反铁磁性层成为合成反铁磁性结构(SAF结构)。合成反铁磁性结构由夹持间隔层的两个磁性层构成。通过第一铁磁性层30与反铁磁性层进行反铁磁性耦合，从而第一铁磁性层30的矫顽力变得比不具有反铁磁性层的情况下的矫顽力大。反铁磁性层例如是IrMn、PtMn等。间隔层例如包含选自Ru、Ir、Rh中的至少一种。
第一铁磁性层30和第二铁磁性层70是惠斯勒合金。惠斯勒合金是通过非磁性层50的电子仅为向上或向下的自旋，并且自旋极化率表示为理想情况下的100％的半金属。
由X2YZ表示的铁磁性的惠斯勒合金被称为全惠斯勒合金，并且是基于bcc结构的典型的金属间化合物。由X2YZ表示的铁磁性的惠斯勒合金具有L21结构、B2结构和A2结构中的任意种的晶体结构。在由X2YZ的组成式所表示的化合物中，结晶性以L21结构>B2结构>A2结构的顺序变高。
图2A～C是由X2YZ的组成式所表示的惠斯勒合金的晶体结构的一例，图2A是L21结构的惠斯勒合金的晶体，图2B是来自L21结构的B2结构，图2C是来自L21结构的A2结构。L21结构固定有进入X位点的元素、进入Y位点的元素、以及进入Z位点的元素。B2结构中进入Y位点的元素和进入Z位点的元素混合存在，并且进入X位点的元素被固定。A2结构中，进入X位点的元素、进入Y位点的元素和进入Z位点的元素混合存在。
在本实施方式所涉及的惠斯勒合金中，α和β为2.3≤α+β。α是在取代前的状态下将Co元素的数目设定为2时的Fe元素的数目，β是在取代前的状态下将Co元素的数目设定为2时的Z元素的数目。在取代后的状态下，例如，是将Co元素的数目设定为2时的Fe元素以及取代元素的数目，β是将Co元素的数目设定为2时的后述的Z元素的数目。本实施方式所涉及的惠斯勒合金偏离图2A所示的X2YZ惠斯勒合金的化学计量组成(α+β＝2)。如后述的实施例所示，如果一旦使惠斯勒合金的组成偏离化学计量组成，则具有即使在退火处理之后也维持MR比的倾向。通过使α+β的值相对于化学计量组成为过剩，从而存在即使在发生元素扩散的情况下也维持MR比的可能性。α+β优选为2.3≤α+β<2.66、特别优选为2.45<α+β<2.66。
在本实施方式所涉及的惠斯勒合金中，α和β满足α<β的关系。Fe元素有时取代Co元素位点的元素。将Fe元素取代Co元素位点称为反位点。反位点会使惠斯勒合金的费米能级发生变动。当费米能级发生变动时，惠斯勒合金的半金属性能降低，并且自旋极化率降低。自旋极化率的降低是磁阻效应元件101的MR比降低的原因。α和β优选为α<β<2×α、特别优选为α<β<1.5×α。通过使β相对于α不会变得过大，从而可以抑制惠斯勒合金的晶体结构被打乱，并且可以抑制磁阻效应元件101的MR比的降低。
另外，在本实施方式所涉及的惠斯勒合金中，α满足0.5<α<1.9的关系。为了抑制反位点，α优选为0.8<α<1.33、特别优选为0.9<α<1.2。
另外，在本实施方式所涉及的惠斯勒合金中，由Co2FeαZβ所表示的合金的元素的一部分被取代元素取代。Z元素是选自Al、Si、Ga、Ge和Sn中的一种以上的元素。取代元素取代Co元素、Fe元素和Z元素中的任意种。取代元素主要取代Fe元素。
取代元素主要是选自元素周期表的第4族(IVB族)到第10族(VIII族)的元素中的比Fe熔点高的元素中的一种以上的元素。取代元素例如是选自Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt中的一种以上的元素。另外，取代元素优选为选自Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt中的一种以上的元素。第4族到第10族的元素即使取代Fe元素，也能够维持惠斯勒合金的晶体结构。另外，有元素周期表的周期越大，熔点越高的倾向。
此处，熔点是指该元素形成晶体，并且作为单体的金属存在时的熔点。例如，Fe的熔点为1538℃。另外，将第4族到第10族的元素各自的熔点在以下的表1中示出。
[表1]
通过用第4族到第10族的元素中的比Fe熔点高的元素来取代惠斯勒合金的一部分，从而可以提高惠斯勒合金整体的熔点，并且可以抑制构成惠斯勒合金的元素的扩散。
本实施方式的惠斯勒合金例如由以下通式(1)表示：
Co2(Fe1-aY1a)αZβ……(1)
式(1)中，Y1是取代元素。a满足0<a<0.5。
另外，本实施方式的惠斯勒合金例如可以由下述通式(2)表示：
Co2(Fe1-aY1a)α(Ga1-bZ1b)β……(2)
式(2)中，Y1是取代元素，Z1是选自Al、Si、Ge和Sn中的一种以上的元素。通式(2)满足0<a<0.5、0.1≤β(1-b)。通式(2)对应于通式(1)中的Z元素的一部分为Ga的情况。
Ga有助于低温下的惠斯勒合金的晶体结构的有序化。当将Co元素的数设定为2时，如果含有0.1以上的Ga，则惠斯勒合金即使在低温下也容易有序化。当惠斯勒合金的晶体结构有序化时，构成元素向其它的层的元素扩散变得困难。另一方面，Ga元素的存在比优选比Z1元素的存在比小。即，优选满足b>0.5。Ga的熔点低，当惠斯勒合金中所含有的Ga过多时，有可能惠斯勒合金的熔点降低，并且Ga可能扩散至其它的层。
另外，本实施方式的惠斯勒合金例如可以由下述通式(3)表示：
Co2(Fe1-aY1a)α(Ge1-cZ2c)β……(3)
式(3)中，Y1是取代元素，Z2是选自Al、Si、Ga和Sn中的一种以上的元素。通式(3)满足0<a<0.5、0.1≤β(1-c)。
Ge是半导体元素，并且起到增大惠斯勒合金的电阻率的作用。当惠斯勒合金包含Ge时，磁阻效应元件的面电阻(RA)变大。例如，要求后述的磁畴壁驱动元件等的RA大。当将Co元素的数设定为2时，优选包含有0.1以上的Ge元素。Ge元素的存在比优选比Z2元素的存在比多。即，优选满足c<0.5。另一方面，当Ge元素的存在比过大时，惠斯勒合金的电阻率变大，并且成为磁阻效应元件101的寄生电阻成分。β(1-c)更优选为0.63<β(1-c)<1.26，特别优选为0.84<β(1-c)<1.26。
另外，在上述通式(3)中，Z2元素可以为Ga。在这种情况下，通式(3)由下述通式(4)表示：
Co2(Fe1-aY1a)α(Ge1-cGac)β……(4)
式(4)中，Y1是取代元素。通式(4)满足0<a<0.5、0.1≤β(1-c)、0.1≤βc。
通式(4)的惠斯勒合金包含Ga和Ge作为Z元素。通式(4)的惠斯勒合金由于Ga和Ge的协同效果，作为半金属特性变强且自旋极化率提高。使用了通式(4)的惠斯勒合金的磁阻效应元件101由于上述的Ga和Ge的协同效果，MR比变得更大。
在通式(4)中，Ge元素的存在比优选比Ga元素的存在比多。另外，通式(4)更优选满足0.63<β(1-c)<1.26，特别优选满足0.84<β(1-c)<1.26。
另外，在上述通式(3)中，Z2元素可以为Ga和Mn。在这种情况下，通式(3)由下述通式(5)表示：
Co2(Fe1-aY1a)α(Ge1-cGadMne)β……(5)
式(5)中，Y1是取代元素。通式(5)满足0<a<0.5、d+e＝c>0、0.1≤β(1-c)、0.1≤βd、0.1≤βe。
Mn通过与Ga和Ge共存，从而具有增大磁阻效应元件101的MR比的效果。另外，即使Mn元素取代Co元素位点，也难以降低半金属特性。在通式(5)中，优选Mn元素的存在比比Ge元素的存在比多。另外，优选Ga元素的存在比比Ge元素的存在比多。具体地，优选分别满足：β(1-c)满足0.4<β(1-c)<0.6、βd满足0.2<βd<0.4、βe满足0.65<βe<0.80。当惠斯勒合金包含Ga、Ge和Mn时，发挥由各自的元素引起的效果，磁阻效应元件101的MR比进一步变大。
在本实施方式所涉及的惠斯勒合金中，惠斯勒合金的一部分被第4族到第10族的元素中的比Fe熔点高的元素取代，并且，惠斯勒合金整体的熔点变高。其结果，即使施加退火等的处理，构成惠斯勒合金的元素也难以扩散至其它的层。也就是说，惠斯勒合金即使经过退火等，组成或晶体结构也难以改变，并且可以维持状态。
在此，以第一铁磁性体层30和第二铁磁性体层70这两者为特定的惠斯勒合金的情况为例进行说明，但是也可以第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中的仅任意一个为特定的惠斯勒合金。在这种情况下，形成第一铁磁性层30或第二铁磁性层70中的另一个的铁磁性材料例如包含：选自Cr、Mn、Co、Fe和Ni中的金属、包含这些金属中的一种以上的合金、或者包含这些金属和B、C和N中的至少一种元素的合金。在这些铁磁性材料中，优选Co-Fe、Co-Fe-B。
惠斯勒合金的组成可以通过XRF(荧光X射线法)、ICP(电感耦合等离子体)发光光谱法、EDS(能量色散型X射线谱法)、SIMS(二次离子质谱法)、AES(俄歇电子能谱法)等来测量。
惠斯勒合金的晶体结构可以通过XRD(X射线衍射法)、RHEED(反射高速电子衍射法)等来测定。例如，当通过XRD测量时，在惠斯勒合金是L21结构的情况下，显示(200)和(111)峰，在B2结构的情况下，显示(200)峰而不显示(111)峰。例如，当通RHEED测量时，在惠斯勒合金具有L21结构的情况下，显示(200)条纹和(111)条纹，在B2结构的情况下，显示(200)条纹，但不显示(111)条纹。
取代元素的位点特定能够通过XAS(X射线吸收光谱法)、XMCD(X射线磁圆二色性)、NMR(核磁共振法)等来测量。例如，在XAS的情况下，只要能够看见Co或Fe的吸收端即可。
上述组成、上述晶体结构、上述位点特定可以在磁阻效应元件101的制作中(in-situ)或者制作后进行分析，也可以通过在基材上仅形成惠斯勒合金来进行分析。在后者的情况下，选择由不包含惠斯勒合金中所包含的元素的材料构成的基材，并且作为惠斯勒合金的膜厚，根据分析仪器的分辨率优选做成2nm至50nm的程度。
(第一NiAl层、第二NiAl层)
第一NiAl层40和第二NiAl层60是包含NiAl合金的层。第一NiAl层40是缓和第一铁磁性层30与非磁性层50的晶格不匹配的缓冲层。第二NiAl层60是缓和非磁性层50与第二铁磁性层70的晶格不匹配的缓冲层。
第一NiAl层40和第二NiAl层60，例如，各自的厚度t为0<t≤0.63nm。如果厚度t变得过厚，则在从第一铁磁性层30(第二铁磁性层70)移动至第二铁磁性层70(第一铁磁性层30)的电子中可能会被自旋散射。通过厚度t在该范围内，在移动的电子中自旋散射可以被抑制，第一铁磁性层30与非磁性层50的晶格不匹配降低，并且非磁性层50与第二铁磁性层70的晶格不匹配降低。当各层的晶格不匹配性变小时，磁阻效应元件101的MR比提高。
(非磁性层)
非磁性层50由非磁性的金属构成。非磁性层50的材料例如是Cu、Au、Ag、Al、Cr等。非磁性层50优选包含选自Cu、Au、Ag、Al、Cr中的一种以上的元素作为主要的构成元素。主要的构成元素是指，在组成式中，Cu、Au、Ag、Al、Cr所占的比例为50％以上。非磁性层50优选包含Ag，并且优选包含Ag作为主要的构成元素。由于Ag的自旋扩散长度长，因此使用了Ag的磁阻效应元件101的MR比变得更大。
非磁性层50例如厚度在1nm以上且10nm以下的范围内。非磁性层50妨碍第一铁磁性层30与第二铁磁性层70的磁耦合。
另外，非磁性层50可以是绝缘体或半导体。非磁性的绝缘体例如是Al2O3、SiO2、MgO、MgAl2O4以及它们的Al、Si、Mg的一部分被取代成Zn、Be等的材料。这些材料的带隙大，并且绝缘性优异。在非磁性层50由非磁性的绝缘体构成的情况下，非磁性层50是隧道势垒层。非磁性的半导体例如是Si、Ge、CuInSe2、CuGaSe2、Cu(In,Ga)Se2等。
(盖层)
盖层80位于磁阻效应元件101的与基板10相反的一侧。盖层80为了保护第二铁磁性层70而设置。盖层80抑制来自第二铁磁性层70的原子的扩散。另外，盖层80还有助于磁阻效应元件101的各层的晶体取向性。当具有盖层80时，第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的磁化稳定化，并且可以提高磁阻效应元件101的MR比。
盖层80为了可以用作用于流通检测用电流的电极，优选包含导电性高的材料。盖层80可以包含例如Ru、Ag、Al、Cu、Au、Cr、Mo、Pt、W、Ta、Pd和Ir中的一种以上的金属元素、这些金属元素的合金、或者由这些金属元素的两种以上构成的材料的层叠体。
接下来，对本实施方式所涉及的磁阻效应元件101的制造方法进行说明。磁阻效应元件101例如通过在基板10上，依次层叠基底层20(第一基底层21、第二基底层22、第三基底层23)、第一铁磁性层30、第一NiAl层40、非磁性层50、第二NiAl层60、第二铁磁性层70、盖层80而获得。各层的成膜方法，例如可以使用溅射法、蒸镀法、激光烧蚀法和分子束外延(MBE)法。
另外，在基底层20的形成之后，或者在第二铁磁性层70的层叠之后，可以对基板10进行退火。通过退火提高各层的结晶性。
构成磁阻效应元件101的由第一铁磁性层30、非磁性层50和第二铁磁性层70构成的层叠体是柱状的形状。俯视层叠体时得到的形状可以设定为圆形、四边形、三角形、多边形等的各种形状，并且可以通过光刻或离子束蚀刻等的公知的方法来制作。
如上所述，本实施方式所涉及的磁阻效应元件101将上述的惠斯勒合金用于第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中的至少一个。如上所述，本实施方式所涉及的惠斯勒合金即使经过退火等，也难以使组成或晶体结构改变，并且可以维持状态。惠斯勒合金的组成或晶体结构的变化使惠斯勒合金的自旋极化率降低，成为磁阻效应元件的MR比降低的原因。由于惠斯勒合金即使经过退火的处理也难以改变状态，因此磁阻效应元件101的MR比提高。
[第二实施方式]
图3是第二实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面图。磁阻效应元件102不具有第一NiAl层40和第二NiAl层60，在这一方面，与图1所示的磁阻效应元件101不同。在图3中，对于与图1相同的结构，赋予相同的符号，并省略其说明。
第二实施方式的磁阻效应元件102的第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中的至少一个是上述的惠斯勒合金。第二实施方式的磁阻效应元件102起到与第一实施方式的磁阻效应元件101相同的效果。另外第二实施方式的磁阻效应元件102不具有第一NiAl层和第二NiAl层，并且第一铁磁性层30、非磁性层50与第二铁磁性层70直接接触。磁阻效应由夹持非磁性层的两个铁磁性层的磁化方向的相对角的变化产生。通过由第一铁磁性层30和第二铁磁性层70直接夹持非磁性层50，从而可以提高MR比。另外，表现磁阻效应的层成为第一铁磁性层30、第二铁磁性层70和非磁性层50这三层，并且磁阻效应元件102整体的厚度变薄。如果使一个磁阻效应元件102的厚度变薄，则可以在相同的区域内设置多个元件，从而成为适用于高记录密度的元件。另外，由于不需要形成第一NiAl层40和第二NiAl层60的工序，因此制造工序简化。
[第三实施方式]
图4是第三实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面图。磁阻效应元件103中，基底层20具有第四基底层24，在这一方面与图1所示的磁阻效应元件101不同。因此，在图4中，对于与图1相同的结构，赋予相同的符号，并省略其说明。
第四基底层24配置于第三基底层23与第一铁磁性层30之间。第四基底层24作为提高层叠于基底层20上的第一铁磁性层30的结晶性的晶种层发挥功能。第四基底层24例如可以是包含Co和Fe的合金。在第一铁磁性层30是惠斯勒合金的情况下，层叠界面附近的磁化的稳定性低。另一方面，含有Co和Fe的合金的磁化的稳定性高，并且与构成第一铁磁性层30的惠斯勒合金的晶格匹配性也高。由于在第四基底层24使用了包含Co和Fe的合金的磁阻效应元件103比构成第一铁磁性层30的惠斯勒合金的磁化更加稳定，因此即使在室温下，MR比也提高。包含Co和Fe的合金例如是Co-Fe或Co-Fe-B。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了详细说明，但是各实施方式中的各结构以及它们的组合等是一个示例，可以在不脱离本发明的宗旨的范围内，进行结构的附加、省略、取代以及其它的变更。
各实施方式所涉及的磁阻效应元件101、102、103可以被用于各种用途。各实施方式所涉及的磁阻效应元件101、102、103例如可以适用于磁头、磁传感器、磁存储器、高频滤波器等。
接下来，对本实施方式所涉及的磁阻效应元件的适用例进行说明。此外，在以下的适用例中，作为磁阻效应元件，使用了第一实施方式的磁阻效应元件101，但是磁阻效应元件不限于此，例如，使用第二实施方式的磁阻效应元件102和第三实施方式的磁阻效应元件103也可以获得相同的效果。
图5是适用例1所涉及的磁记录装置的截面图。图5是沿着磁阻效应元件的各层的层叠方向切断磁阻效应元件101的截面图。
如图5所示，磁记录装置201具有磁头210和磁记录介质W。在图5中，将磁记录介质W延伸的一个方向设定为X方向，将垂直于X方向的方向设定为Y方向。XY平面与磁记录介质W的主面平行。另外，将连结磁记录介质W和磁头210的方向，即，相对于XY平面垂直的方向设定为Z方向。
磁头210的空气轴承面(Air Bearing Surface：介质相对面)S与磁记录介质W的表面相对。磁头210在从磁记录介质W分开一定的距离的位置，沿着磁记录介质W的表面，朝向箭头+X和箭头-X方向移动。磁头210具有用作磁传感器的磁阻效应元件101和磁记录部(未图示)。磁阻效应元件101的第一铁磁性层30和第二铁磁性层70连接有电阻测量器220。
磁记录部将磁场施加于磁记录介质W的记录层W1，决定记录层W1的磁化的方向。即，磁记录部进行磁记录介质W的磁记录。磁阻效应元件101读取由磁记录部写入的记录层W1的磁化的信息。
磁记录介质W具有记录层W1和衬底层W2。记录层W1是进行磁记录的部分，衬底层W2是使写入用的磁通再次回流至磁头210的磁路(磁通的通路)。记录层W1将磁信息记录为磁化的方向。
磁阻效应元件101的第二铁磁性层70是自由磁化层。因此，露出于空气轴承面S的第二铁磁性层70受到记录于相对的磁记录介质W的记录层W1的磁化的影响。例如，在图5中，受到录层W1的朝向+z方向的磁化的影响，第二铁磁性层70的磁化的方向朝向+z方向。在这种情况下，作为磁化固定层的第一铁磁性层30与第二铁磁性层70的磁化的方向平行。
这里，当第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的磁化的方向为平行时的电阻与当第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的磁化的方向为反向平行时的电阻不同。因此，通过由电阻测量装置220测量第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的电阻，从而可以读取记录层W1的磁化的信息作为电阻值变化。
对磁头210的磁阻效应元件101的形状没有特别限制。例如，为了避免磁记录介质W的泄漏磁场对磁阻效应元件101的第一铁磁性层30的影响，可以在将第一铁磁性层30设置于从磁记录介质W分开的位置。
用于磁头210的磁阻效应元件101的第一铁磁性层30和第二铁磁性层70是上述的惠斯勒合金，并且MR比大。磁头210通过磁阻效应元件101的电阻值的变化来读出数据，并且当磁阻效应元件101的MR比变大时，难以发生数据的错误识别等。
图6是适用例2所涉及的磁记录装置的截面图。图6是沿着磁阻效应元件的各层的层叠方向切断磁阻效应元件101的截面图。
如图6所示，磁记录元件202具有磁阻效应元件101、连接于磁阻效应元件101的第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的电源230、以及测量部240。在基底层20的第三基底层23具有导电性的情况下，可以替代第一铁磁性层30而将电源230和测量部240连接于第三基底层23。另外，在盖层80具有导电性的情况下，可以替代第二铁磁性层70将电源230和测量部240连接于盖层80。电源230在磁阻效应元件101的层叠方向上赋予电位差。测量部240测量磁阻效应元件101的层叠方向上的电阻值。
当通过电源230在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70之间产生电位差时，电流在磁阻效应元件101的层叠方向上流动。电流在通过第一铁磁性层30时自旋极化，并成为自旋极化电流。自旋极化电流经由非磁性层50而到达第二铁磁性层70。第二铁磁性层70的磁化受到由自旋极化电流引起的自旋转移扭矩(STT)而发生磁化反转。即，图6所示的磁记录元件202是自旋转移扭矩(STT)型的磁记录元件。
通过使第一铁磁性层30的磁化的方向与第二铁磁性层70的磁化的方向之间的相对角变化，从而磁阻效应元件101的层叠方向的电阻值发生变化。磁记录元件202通过测量部240来读出磁阻效应元件101的层叠方向的电阻值。磁阻效应元件101的第一铁磁性层30和第二铁磁性层70是上述的惠斯勒合金，并且MR比大。当磁阻效应元件101的MR比大时，表示为“1”的数据的电阻值与表示为“0”的数据的电阻值之间的差变大，并且可以抑制数据的错误读取。
图7是适用例3所涉及的磁记录装置的截面图。图7是沿着磁阻效应元件的各层的层叠方向切断磁阻效应元件101的截面图。
如图7所示，磁记录元件203具有磁阻效应元件101、连接于磁阻效应元件101的第三基底层23的两端的电源230、以及连接于第三基底层23和第二铁磁性层70的测量部240。第三基底层23构成为包含具有通过使电流流通时的自旋霍尔效应产生自旋电流的功能的金属、合金、金属间化合物、金属硼化物、金属碳化物、金属硅化物和金属磷化物中的任意种的层。第三基底层23例如构成为在最外壳中包含具有具有d电子或f电子的原子序数为39以上的非磁性金属的层。另外，在盖层80具有导电性的情况下，可以替代第二铁磁性层70而将测量部240连接于盖层80。电源230连接于第三基底层23的第一端和第二端。电源230在第三基极层23的一个端部(第一端)和与第一端为相反侧的端部(第二端)之间的面内方向上赋予电位差。测量部240测量磁阻效应元件101的层叠方向的电阻值。在图7所示的磁阻效应元件101中，将第一铁磁性层30设定为磁化自由层，将第二铁磁性层70设定为磁化固定层。
当通过电源230在第三基底层23的第一端与第二端之间产生电位差时，电流沿着第三基底层23流动。当电流沿着第三基底层23流动时，由于自旋轨道相互作用而产生自旋霍尔效应。自旋霍尔效应是一种移动的自旋在与电流的流动方向正交的方向上弯曲的现象。自旋霍尔效应在第三基底层23中产生自旋的偏在，并且在第三基底层23的厚度方向上引发自旋电流。自旋通过自旋流从第三基底层23注入于第一铁磁性层30。
注入于第一铁磁性层30中的自旋对第一铁磁性层30的磁化赋予自旋轨道转矩(SOT)。第一铁磁性层30接受自旋轨道转矩(SOT)并磁化反转。即，图7所示的磁记录元件203是自旋轨道转矩(SOT)型的磁记录元件。
通过使第一铁磁性层30的磁化的方向和第二铁磁性层70的磁化的方向变化，从而使磁阻效应元件101的层叠方向的电阻值变化。磁阻效应元件101的层叠方向的电阻值由测量部240读出。磁阻效应元件101的第一铁磁性层30和第二铁磁性层70为上述的惠斯勒合金，并且MR比大。当磁阻效应元件101的MR比大时，表示为“1”的数据的电阻值与表示为“0”的数据的电阻值之间的差变大，并且可以抑制数据的错误读取。
图8是适用例4所涉及的自旋流磁化旋转元件的截面图。
自旋流磁化旋转元件300是从图7所示的磁记录元件203去除了第一NiAl层40、非磁性层50、第二NiAl层60、第二铁磁性层70和盖层80的元件。
当通过电源230在第三基底层23的第一端和第二端之间产生电位差时，电流沿着第三基底层23流动。当电流沿着第三基底层23流动时，由于自旋轨道相互作用而产生自旋霍尔效应。从第三基底层23注入的自旋对第一铁磁性层30的磁化赋予自旋轨道转矩(SOT)。第一铁磁性层30的磁化根据自旋轨道转矩(SOT)而磁化方向发生变化。
当第一铁磁性层30的磁化方向发生变化时，反射光的偏向由于磁克尔效应而发生变化。另外，当第一铁磁性层30的磁化的方向发生变化时，透过光的偏向由于磁法拉第磁效应而发生变化。自旋流磁化旋转元件300可以作为利用了磁克尔效应或磁性法拉第效应的光学元件使用。
在自旋流磁化旋转元件300中，第一铁磁性层30是上述的惠斯勒合金。上述的惠斯勒合金即使在经过退火等，组成或晶体结构也难以发生变化，并且可以保持特性。通常，与FeCo合金相比，惠斯勒合金的阻尼常数较小，并且容易磁化旋转。通过维持惠斯勒合金的特性，可以以较小的电流密度使第一铁磁性层30的磁化方向变化。
图9是适用例5所涉及的磁畴壁移动元件(磁畴壁移动型磁记录元件)的截面图。
磁畴壁移动型磁记录元件400具有第一铁磁性层401、第二铁磁性层402、非磁性层403、第一磁化固定层404和第二磁化固定层405。在图9中，将第一铁磁性层401延伸的方向设定为X方向，将垂直于X方向的方向设定为Y方向，将相对于XY平面垂直的方向设定为Z方向。
非磁性层403在Z方向上被第一铁磁性层401和第二铁磁性层402夹持。第一磁化固定层404和第二磁化固定层405在X方向上在夹持第二铁磁性层402和非磁性层403的位置处，连接于第一铁磁性层401。
第一铁磁性层401是能够通过内部的磁性的状态的变化来磁记录信息的层。第一铁磁性层401在内部具有第一磁畴401A和第二磁畴401B。第一铁磁性层401中的与第一磁化固定层404或第二磁化固定层405在Z方向上重叠的位置的磁化被固定于一个方向。与第一磁化固定层404在Z方向上重叠的位置的磁化例如被固定于+Z方向，与第二磁化固定层405在Z方向上重叠的位置的磁化例如被固定于-Z方向。其结果，在第一磁畴401A和第二磁畴401B之间的边界处形成了磁畴壁DW。第一铁磁性层401可以在内部具有磁畴壁DW。在图9所示的第一铁磁性层401中，第一磁畴401A的磁化M401A沿+Z方向取向，第二磁畴401B的磁化M401B沿-Z方向取向。
磁畴壁移动型磁记录元件400可以根据第一铁磁性层401的磁畴壁DW的位置，多值或连续地记录数据。当施加读取电流时，记录于第一铁磁性层401中的数据被读取作为磁畴壁移动型磁记录元件400的电阻值变化。
第一铁磁性层401中的第一磁畴401A与第二磁畴401B的比率在磁畴壁DW移动时变化。第二铁磁性层402的磁化M402例如与第一磁畴401A的磁化M401A为相同方向(平行)，与第二磁畴401B的磁化M401B为相反方向(反向平行)。当磁畴壁DW在+X方向上移动，并且从z方向的俯视时与第二铁磁性层402重叠的部分中的第一磁畴401A的面积增大时，磁畴壁移动型磁记录元件400的电阻值变低。相反地，当磁畴壁DW沿-X方向移动，并且从Z方向俯视时与第二铁磁性层402重叠的部分中的第二磁畴401B的面积增大时，磁畴壁移动型磁记录元件400的电阻值变高。
磁畴壁DW通过在第一铁磁性层401的X方向上流通写入电流、或者施加外部磁场来移动。例如，当在第一铁磁性层401的+X方向上施加写入电流(例如，电流脉冲)时，由于电子在与电流相反的-X方向上流动，因此磁畴壁DW在-X方向上移动。在从第一磁畴401A向第二磁畴401B流通电流的情况下，在第二磁畴401B中自旋极化的电子使第一磁畴401A的磁化M401A磁化反转。通过使第一磁畴401A的磁化M401A磁化反转，磁畴壁DW沿-X方向移动。
作为第一铁磁性层401和第二铁磁性层402的材料，例如，可以使用上述的惠斯勒合金。第一铁磁性层401和第二铁磁性层402中的任一个，例如，可以是选自Cr、Mn、Co、Fe和Ni中的金属、包含这些金属中的一种以上的合金、包含有这些金属与B、C和N中的至少一种以上的元素的合金等。具体而言，可以列举Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe。
非磁性层403可以使用与上述非磁性层50相同的材料。第一磁化固定层404和第二磁化固定层405可以使用与第二铁磁性层402相同的材料。第一磁化固定层404和第二磁化固定层405可以是SAF结构。
磁畴壁移动型磁记录元件400的第一铁磁性层401和第二铁磁性层402中的至少一个是上述的惠斯勒合金，并且显示高的MR比。当磁畴壁移动型磁记录元件400的MR比大时，磁畴壁移动型磁记录元件400的电阻值的最大值和最小值的差变大，数据的可靠性提高。另外，当磁畴壁移动型磁记录元件400的RA大时，磁畴壁DW的移动速度变慢，并且可以更加模拟地记录数据。为了增大磁畴壁移动型磁记录元件400的RA，优选第一铁磁性层401和第二铁磁性层402中的至少一个满足通式(3)。
图10是适用例6所涉及的磁畴壁移动元件(磁性细线装置)的立体图。
如图10所示，磁性细线装置500具备磁记录介质510、磁记录磁头520和脉冲电源530。磁记录磁头520设置于磁记录介质510上的规定的位置。脉冲电源530以使脉冲电流可以施加于磁记录介质510的面内方向的方式，连接于磁记录介质510。此外，在图10中，将磁记录介质510延伸的一个方向设定为X方向，将垂直于X方向的方向设定为Y方向，将相对于XY平面垂直的方向设定为Z方向。
磁记录介质510具有磁性细线511、基底层512和基板513。基底层512层叠于基板513上，磁性细线511层叠于基底层512上。磁性细线511为X方向的长度比Y方向的宽度长的细线状。
磁性细线511由能够在长度方向的一部分形成磁化方向与其它的部分不同的磁畴的磁性材料形成。磁性细线511例如具有第一磁畴511A和第二磁畴511B。第二磁畴511B的磁化M511B在与第一磁畴511A的磁化M511A不同的方向取向。在第一磁畴511A和第二磁畴511B之间，形成有磁畴壁DW。通过磁记录头520生成第二磁畴511B。
磁性细线装置500一边通过从脉冲电源530提供的脉冲电流使磁性细线511的磁畴壁DW断续地平移移动，一边通过使用磁记录头520所产生的磁场或自旋注入磁化反转来使磁性细线511的第二磁畴511B的位置改变，从而进行数据的写入。写入于磁性细线装置500的数据可以利用磁阻变化或磁光学变化来读出。在使用磁阻变化的情况下，在与磁性细线511相对的位置夹持非磁性层而设置铁磁性层。磁阻变化伴随着铁磁性层的磁化与磁性细线511的磁化的相对角度的差异而产生。
作为磁性细线511的材料，使用上述的惠斯勒合金。当磁性细线511是上述的惠斯勒合金时，可以抑制由退火等引起的惠斯勒合金的性能的降低。例如，与FeCo合金相比，惠斯勒合金的阻尼常数较小，并且容易磁化旋转，因此可以以小电流密度来使磁畴壁DW移动。另外，当将满足通式(3)的惠斯勒合金用于磁性细线511时，可以增加磁性细线装置500的RA。
作为基底层512的材料，优选至少一部分使用作为氧化物绝缘体的铁氧体，更具体而言为软铁氧体。作为软铁氧体，可以使用Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体、Mn-Ni铁氧体、Ni-Zn-Co铁氧体。由于软铁氧体磁导率高，因此，由磁记录磁头520产生的磁场的磁通集中，从而可以有效地形成第二磁畴511B。基板513可以使用与上述基板10相同的材料。
图11是适用例7所涉及的磁畴壁移动元件(磁畴壁移动型空间光调制器)的立体图。
如图11所示，磁畴壁移动型空间光调制器600具有第一磁化固定层610、第二磁化固定层620和光调制层630。在图11中，将光调制层630延伸的一个方向设定为X方向，将垂直于X方向的方向设定为Y方向，将相对于XY平面垂直的方向设定为Z方向。
第一磁化固定层610的磁化M610和第二磁化固定层620的磁化M620沿不同的方向取向。例如，第一磁化固定层610的磁化M610沿+Z方向取向，第二磁化固定层620的磁化M620沿-Z方向取向。
光调制层630可以区分为重叠区域631、636；初始磁畴区域632、635；磁畴变化区域633、634。
重叠区域631是与第一磁化固定层610在Z方向上重叠的区域，重叠区域636是与第二磁化固定层620在Z方向上重叠的区域。重叠区域631的磁化M631受到来自第一磁化固定层610的泄漏磁场的影响，例如固定于+Z方向。重叠区域636的磁化M636受到来自第二磁化固定层620的泄漏磁场的影响，例如固定于-Z方向。
初始磁畴区632、635是受到来自第一磁化固定层610或第二磁化固定层620的泄漏磁场的影响，并且磁化固定于与重叠区域631、636不同的方向的区域。初始磁畴区域632的磁化M632受到来自第一磁化固定层610的泄漏磁场的影响，例如固定于-Z方向。初始磁畴区域635的磁化M635受到来自第二磁化固定层620的泄漏磁场的影响，例如固定于+Z方向。
磁畴变化区域633、634是磁畴壁DW可以移动的区域。磁畴变化区域633的磁化M633和磁畴变化区域634的磁化M634夹持磁畴壁DW并在相反方向上取向。磁畴变化区域633的磁化M633受到初始磁畴区域632的影响，例如取向于-Z方向。磁畴变化区域634的磁化M634受到初始磁畴区域635的泄漏磁场的影响，例如固定于+Z方向。磁畴变化区域633和磁畴变化区域634之间的边界成为磁畴壁DW。磁畴壁DW通过在光调制层630的X方向上流通写入电流、或者通过施加外部磁场来移动。
磁畴壁移动型空间光调制器600一边使磁畴壁DW断续地移动，一边使磁畴壁DW的位置变化。然后，相对于光调制层630入射光L1，并且评价由光调制层630反射的光L2。由磁化的取向方向不同的部分反射的光L2的偏向状态不同。磁畴壁移动型空间光调制器600可以作为利用了光L2的偏向状态的差异的映像显示装置来使用。
作为光调制层630的材料，可以使用由上述的惠斯勒合金。在上述的惠斯勒合金中，通过退火等从而构成惠斯勒合金的元素难以扩散，并且性能难以降低。例如，与FeCo合金相比，惠斯勒合金的阻尼常数较小，并且容易磁化旋转，因此可以以小电流密度来使磁畴壁DW移动。另外，当将满足通式(3)的惠斯勒合金用于光调制层630时，可以增加磁畴壁位移型空间光调制器600的RA。其结果，能够更精密地控制磁畴壁DW的位置，并且能够进行更高清晰度的映像显示。
第一磁化固定层610和第二磁化固定层620可以使用与上述第一磁化固定层404和第二磁化固定层405相同的材料。
图12是适用例8所涉及的高频设备的立体图。
如图12所示，高频设备700具有磁阻效应元件101、直流电源701、电感器702、电容器703、输出端口704以及配线705、706。
配线705连结磁阻效应元件101和输出端口704。配线706从配线705分支，并且经由电感器702和直流电源701而到达地线G。直流电源701、电感器702和电容器703可以使用公知的器件。电感器702切断电流的高频分量，并且流通电流的恒定分量。电容器703流通电流的高频分量，并且切断电流的恒定分量。电感器702配设于希望抑制高频电流的流动的部分，电容器703配置于希望抑制直流电流的流动的部分。
当对磁阻效应元件101中所包含的铁磁性层施加交流电流或交流磁场时，第二铁磁性层70的磁化进行岁差运动(precession motion)。在施加于第二铁磁性层70的高频电流或高频磁场的频率在第二铁磁性层70的铁磁性共振频率的附近的情况下，第二铁磁性层70的磁化强烈振动，并且在偏离第二铁磁性层70的铁磁性共振频率的频率下几乎不振动。该现象称为铁磁性共振现象。
磁阻效应元件101的电阻值根据第二铁磁性层70的磁化的振动而变化。直流电源701向磁阻效应元件101施加直流电流。在磁阻效应元件101的层叠方向上流动直流电流。直流电流通过配线706、705、以及磁阻效应元件101向地线G流动。磁阻效应元件101的电位根据欧姆定律而变化。根据磁阻效应元件101的电位的变化(电阻值的变化)，从输出端口704输出高频信号。
第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中的至少一个是上述的惠斯勒合金。在上述的惠斯勒合金中，构成惠斯勒合金的元素难以通过退火等扩散，并且性能难以降低。例如，惠斯勒合金与FeCo合金相比，阻尼常数较小，并且能够以更少的能量来使磁化进行岁差运动。另外，通过使磁阻效应元件101的MR比大，从而可以使从磁阻效应元件101振荡的高频信号的强度增大。
实施例
(实施例1)
如下述的方式制作了图1所示的磁阻效应元件101。各层的结构如下所述。
基板10：MgO单晶基板，厚度0.5mm
基底层20：
第一基底层21：MgO，厚度10nm
第二基底层22：CoFe，厚度10nm
第三基底层23：Ag，厚度50nm
第一铁磁性层30：Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge0.85，厚度15nm；
第一NiAl层40：厚度0.21nm
非磁性层50：Ag，厚度5nm
第二NiAl层60：厚度0.21nm
第二铁磁性层70：Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge0.85，厚度5nm
盖层80：Ru层，厚度5nm
第一基底层21(MgO层)是将基板10加热至500℃，并通过溅射法来成膜。将成膜了第一基底层21的基板在500℃下保持15分钟之后，放冷至室温。然后，在第一基底层21上通过溅射法成膜了第二基底层22(CoFe层)。接下来，在第二基底层22上通过溅射法成膜了第三基底层23(Ag层)，并且成膜了基底层20。将成膜了基底层20的基板10在300℃下加热15分钟，然后，放冷至室温。
放冷后，在成膜于基板10的基底层20上，成膜了第一铁磁性层30(Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge0.85)。第一铁磁性层30的成膜是通过使用了CoFeGaGe合金靶和Ta靶作为靶的共溅射法来进行的。
在第一铁磁性层30上，通过溅射法成膜了第一NiAl层40。接下来，在第一NiAl层40上，通过溅射法成膜了非磁性层50(Ag层)。然后，在非磁性层50上，与第一NiAl层40同样地成膜了第二NiAl层60。然后，在第二NiAl层60上，与第一铁磁性层30同样地成膜了第二铁磁性层70(Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge0.85)。将成膜了第二铁磁性层70的基板10在500℃下加热15分钟，然后，放冷至室温。
放冷后，在成膜于基板10的第二铁磁性层70上，通过溅射法成膜了盖层80(Ru层)。如此，制作了图1所示的磁阻效应元件101。
此外，将成膜于硅基板上的铁磁性层单膜通过ICP发光分光分析法来求得第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的薄膜组成，并且确定了期望的薄膜组成的成膜条件。
还测量了制作的磁阻效应元件101的MR比。在磁阻效应元件101的层叠方向流通了一定电流的状态下，通过一边从外部对磁阻效应元件101扫掠磁场，一边通过电压计监视向磁阻效应元件101施加的电压，从而测量了磁阻效应元件101的电阻值变化。测定第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的磁化的方向为平行的情况下的电阻值、以及第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的磁化的方向为反平行的情况下的电阻值，并从获得的电阻值通过下述式子计算了MR比。MR比的测量在300K(室温)下进行。
MR比(％)＝(RAP-RP)/RP×100
RP是第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的磁化的方向为平行的情况下的电阻值，RAP是第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的磁化的方向为反平行的情况下的电阻值。
(实施例2～实施例6)
实施例2～6中，在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中改变了取代Fe元素的取代元素，在这一方面与实施例1不同。实施例2将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9W0.1)1.03Ga0.42Ge0.85。实施例3将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Nb0.1)1.03Ga0.42Ge0.85。实施例4将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Mo0.1)1.03Ga0.42Ge0.85。实施例5将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9V0.1)1.03Ga0.42Ge0.85。实施例6将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Cr0.1)1.03Ga0.42Ge0.85。
(实施例7～实施例10)
实施例7～10中，在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中改变了取代Fe元素的取代元素的比率，在这一方面与实施例1不同。实施例7将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.8Ta0.2)1.03Ga0.42Ge0.85。实施例8将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.7Ta0.3)1.03Ga0.42Ge0.85。实施例9将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.6Ta0.4)1.03Ga0.42Ge0.85。实施例10将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.5Ta0.5)1.03Ga0.42Ge0.85。
(实施例11～实施例14)
实施例11～实施例14中，在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中改变了Ge元素相对于Ga元素的比率，在这一方面，与实施例1不同。实施例11将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge1.00。实施例12将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge1.10。实施例13将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge1.20。实施例14将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge1.30。
(实施例15、实施例16)
实施例15、实施例16中，在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中将Ga元素和Ge元素的一部分取代成Mn元素，在这一方面与实施例1不同。实施例15将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.41Ge0.21Mn0.80。实施例16将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.41Ge0.21Mn0.65。
(比较例1)
比较例1中，在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中未取代Fe元素，在这一方面与实施例1不同。比较例1将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2Fe1.03Ga0.42Ge0.85。
(比较例2)
比较例2中，在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中各元素的构成比率与实施例1不同。比较例2将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.67Ge0.6。
(比较例3)
比较例3中，在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中改变各元素的构成比率并且未取代Fe元素，在这一方面与实施例1不同。比较例3将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2Fe1.03Ga0.67Ge0.6。
(比较例4)
比较例4中，在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中改变了Ge元素相对于Ga元素的比率，在这一方面与实施例1不同。比较例4将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge0.75。
实施例1～实施例16以及比较例1～比较例4的MR比的结果在以下的表2中示出。如表2所示，实施例1～16的磁阻效应元件中的任一个与比较例1～4的磁阻效应元件相比，MR比均大。即，可以说实施例1～16的磁阻效应元件即使在500℃下经过15分钟的退火处理，MR比也可以维持高的状态，并且可以说惠斯勒合金不会通过退火而改变状态。
[表2]
组成式 MR比
实施例1 Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge0.85 30.2
实施例2 Co2(Fe0.9W0.1)1.03Ga0.42Ge0.85 32.5
实施例3 Co2(Fe0.9Nb0.1)1.03Ga0.42Ge0.85 28.3
实施例4 Co2(Fe0.9Mo0.1)1.03Ga0.42Ge0.85 29.4
实施例5 Co2(Fe0.9V0.1)1.03Ga0.42Ge0.85 26.3
实施例6 Co2(Fe0.9Cr0.1)1.03Ga0.42Ge0.85 26.1
实施例7 Co2(Fe0.8Ta0.2)1.03Ga0.42Ge0.85 31.6
实施例8 Co2(Fe0.7Ta0.3)1.03Ga0.42Ge0.85 30.5
实施例9 Co2(Fe0.6Ta0.4)1.03Ga0.42Ge0.85 28.4
实施例10 Co2(Fe0.5Ta0.5)1.03Ga0.42Ge0.85 21.0
实施例11 Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge1.00 31.1
实施例12 Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge1.10 31.3
实施例13 Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge1.20 28.8
实施例14 Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge1.30 21.1
实施例15 Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.41Ge0.21Mn0.80 25.3
实施例16 Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.41Ge0.21Mn0.65 22.8
比较例1 Co2Fe1.03Ga0.42Ge0.85 20.2
比较例2 Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.67Ge0.60 19.2
比较例3 Co2Fe1.03Ga0.67Ge0.60 16.5
比较例4 Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge0.75 20.4
(实施例17～实施例21)
实施例17～实施例21中，将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2(Fe0.9Ta0.1)1.03Ga0.42Ge0.85，并且改变了第一NiAl层40和第二NiAl层60的厚度，在这一方面与实施例1不同。实施例17将第一NiAl层40和第二NiAl层60的厚度设定为0nm(未进入)。实施例18将第一NiAl层40和第二NiAl层60的厚度设定为0.42nm。实施例19将第一NiAl层40和第二NiAl层60的厚度设定为0.63nm。实施例20将第一NiAl层40和第二NiAl层60的厚度设定为0.84nm。实施例21将第一NiAl层40和第二NiAl层60的厚度设定为1.05nm。
实施例17～实施例21的MR比的结果在以下的表3中示出。如表3所示，实施例17～21的磁阻效应元件中的任一个与比较例1～4的磁阻效应元件相比，MR比均大。即，可以说实施例17～21的磁阻效应元件通过设定为使用了第一NiAl层40和第二NiAl层60的构造，从而可以使MR比提高，并且，即使在500℃下经过15分钟的退火处理，MR比也可以维持高的状态，并且可以说惠斯勒合金不会通过退火而改变状态。
[表3]
/>

Claims (15)

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与所述第二铁磁性层之间的非磁性层，
所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一个是由Co2FeαZβ表示的合金的元素的一部分被取代元素取代的惠斯勒合金，
所述取代元素取代Fe元素，
在取代后，α是将Co元素的数目设定为2时的Fe元素以及取代元素的数目之和，Z是选自Al、Si、Ga、Ge和Sn中的一种以上的元素，α和β满足2.3≤α+β、α<β且0.5<α<1.9，
所述取代元素是选自第4族到第10族的元素中的比Fe熔点高的元素中的一种以上的元素。
2.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述惠斯勒合金由下述通式(1)表示：
Co2(Fe1-aY1a)αZβ……(1)
式(1)中，Y1是所述取代元素，并且
a满足0<a<0.5。
3.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述取代元素是选自Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt中的一种以上的元素。
4.根据权利要求3所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述取代元素是选自Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt中的一种以上的元素。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述惠斯勒合金由下述通式(2)表示：
Co2(Fe1-aY1a)α(Ga1-bZ1b)β……(2)
式(2)中，Y1是所述取代元素，Z1是选自Al、Si、Ge和Sn中的一种以上的元素，并且
满足0<a<0.5、0.1≤β(1-b)。
6.根据权利要求5所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(2)中的b满足b>0.5。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述惠斯勒合金由下述通式(3)表示：
Co2(Fe1-aY1a)α(Ge1-cZ2c)β……(3)
式(3)中，Y1是所述取代元素，Z2是选自Al、Si、Ga和Sn中的一种以上的元素，并且
满足0<a<0.5、0.1≤β(1-c)。
8.根据权利要求7所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(3)中的c满足c<0.5。
9.根据权利要求7或8所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述Z2是Ga。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述α和β满足2.3≤α+β<2.66。
11.根据权利要求10所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述α和β满足2.45≤α+β<2.66。
12.根据权利要求1～4中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述非磁性层包含Ag。
13.根据权利要求1～4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与非磁性层之间以及在所述第二铁磁性层与非磁性层之间，分别进一步具有包含NiAl合金的NiAl层。
14.根据权利要求13所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述NiAl层的厚度t为0<t≤0.63nm。
15.一种惠斯勒合金，其特征在于，
由Co2FeαZβ表示的合金的元素的一部分被取代元素取代，
所述取代元素取代Fe元素，
在取代后，α是将Co元素的数目设定为2时的Fe元素以及取代元素的数目之和，
Z是选自Al、Si、Ga、Ge和Sn中的一种以上的元素，α和β满足2.3≤α+β、α<β且0.5<α<1.9，
所述取代元素是选自第4族到第10族的元素中的比Fe熔点高的元素中的一种以上的元素。
CN202010777715.3A 2019-08-08 2020-08-05 磁阻效应元件以及惠斯勒合金 Active CN112349831B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311133595.3A CN117082959A (zh) 2019-08-08 2020-08-05 磁阻效应元件以及惠斯勒合金

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019146332A JP6806199B1 (ja) 2019-08-08 2019-08-08 磁気抵抗効果素子およびホイスラー合金
JP2019-146332 2019-08-08

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311133595.3A Division CN117082959A (zh) 2019-08-08 2020-08-05 磁阻效应元件以及惠斯勒合金

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112349831A CN112349831A (zh) 2021-02-09
CN112349831B true CN112349831B (zh) 2023-09-26

Family

ID=71948512

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010777715.3A Active CN112349831B (zh) 2019-08-08 2020-08-05 磁阻效应元件以及惠斯勒合金
CN202311133595.3A Pending CN117082959A (zh) 2019-08-08 2020-08-05 磁阻效应元件以及惠斯勒合金

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311133595.3A Pending CN117082959A (zh) 2019-08-08 2020-08-05 磁阻效应元件以及惠斯勒合金

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11335365B2 (zh)
EP (2) EP4236664A3 (zh)
JP (1) JP6806199B1 (zh)
CN (2) CN112349831B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6962103B2 (ja) * 2017-09-26 2021-11-05 Tdk株式会社 積層体、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、センサ、高周波フィルタ及び発振素子
US11309115B2 (en) * 2019-02-05 2022-04-19 Tdk Corporation Magnetoresistance effect element
JP6806200B1 (ja) * 2019-08-08 2021-01-06 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子およびホイスラー合金
JP2021144969A (ja) * 2020-03-10 2021-09-24 キオクシア株式会社 磁気記憶装置
JP2022016846A (ja) * 2020-07-13 2022-01-25 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2739088A (en) * 1951-11-16 1956-03-20 Bell Telephone Labor Inc Process for controlling solute segregation by zone-melting
EP1571713A1 (en) * 2002-12-13 2005-09-07 Japan Science and Technology Agency Spin injection device, magnetic device using the same, magnetic thin film used in the same
CN101378072A (zh) * 2007-08-28 2009-03-04 株式会社东芝 自旋fet和磁阻元件
JP2010010720A (ja) * 2009-10-13 2010-01-14 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリ
JP2012156485A (ja) * 2011-01-07 2012-08-16 National Institute For Materials Science Ｃｏ２Ｆｅ基ホイスラー合金とこれを用いたスピントロニクス素子
JP2019062060A (ja) * 2017-09-26 2019-04-18 Tdk株式会社 積層体、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、センサ、高周波フィルタ及び発振素子

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005228998A (ja) * 2004-02-13 2005-08-25 Japan Science & Technology Agency 磁性薄膜及びそれを用いた磁気抵抗効果素子並びに磁気デバイス
JP4877575B2 (ja) * 2005-05-19 2012-02-15 日本電気株式会社 磁気ランダムアクセスメモリ
US7957107B2 (en) 2006-04-27 2011-06-07 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Current-perpendicular-to-the-plane (CPP) magnetoresistive sensor with antiparallel-free layer structure and low current-induced noise
JP2008112841A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Tdk Corp 磁気抵抗効果素子、薄膜磁気ヘッド、基体、ウェハ、ヘッドジンバルアセンブリ、ハードディスク装置
JP2009164182A (ja) * 2007-12-28 2009-07-23 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands Bv 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気記録再生装置
JP4903277B2 (ja) * 2010-01-26 2012-03-28 株式会社日立製作所 磁気抵抗効果素子、それを用いた磁気メモリセル及びランダムアクセスメモリ
US8320080B1 (en) * 2011-05-31 2012-11-27 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Three-terminal spin-torque oscillator (STO)
JP5663422B2 (ja) * 2011-07-11 2015-02-04 株式会社日立製作所 熱電変換素子
US20140166159A1 (en) * 2011-07-14 2014-06-19 Hubei Quanyang Magnetic Materials Manufacturing Co., Ltd La(fe,si)13-based magnetic refrigeration material prepared from industrial-pure mischmetal as the raw material and preparation and use thereof
US9558767B2 (en) * 2013-04-05 2017-01-31 National Institute For Materials Science Current-perpendicular-to-plane magneto-resistance effect element
US9076467B2 (en) * 2013-07-02 2015-07-07 HGST Netherlands B.V. Current-perpendicular-to-the-plane (CPP) magnetoresistive sensor with multilayer reference layer including a crystalline CoFeX layer and a Heusler alloy layer
JP2015061045A (ja) 2013-09-20 2015-03-30 株式会社東芝 スピンｍｏｓｆｅｔ
US9047892B2 (en) * 2013-10-24 2015-06-02 HGST Netherlands B.V. Current-perpendicular-to-the-plane (CPP) magnetoresistive (MR) sensor having an antiparallel free (APF) structure with improved magnetic stability
JP6135018B2 (ja) * 2014-03-13 2017-05-31 株式会社東芝 磁気抵抗素子および磁気メモリ
US9899044B2 (en) * 2014-08-01 2018-02-20 National Institute For Materials Science Magnetoresistive element, magnetic head using magnetoresistive element, and magnetic reproducing device
JP6444276B2 (ja) * 2015-07-28 2018-12-26 国立研究開発法人物質・材料研究機構 磁気抵抗素子、その用途及び製造方法、並びにホイスラー合金の製造方法
JP6130886B2 (ja) * 2015-09-16 2017-05-17 株式会社東芝 磁気素子及び記憶装置
WO2017065081A1 (ja) * 2015-10-13 2017-04-20 日立金属株式会社 熱電変換材料、その製造方法、および、熱電変換モジュール
JP2017174972A (ja) * 2016-03-24 2017-09-28 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子
CN109219849B (zh) * 2016-06-28 2023-05-30 英特尔公司 具有压电选择器的交叉点磁性随机存取存储器
JP6866694B2 (ja) * 2017-03-03 2021-04-28 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子
JP6943019B2 (ja) * 2017-05-26 2021-09-29 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、センサ、高周波フィルタ及び発振素子
US10453598B2 (en) * 2017-06-29 2019-10-22 Tdk Corporation Magnetoresistive effect element, magnetic head, sensor, high frequency filter, and oscillation element
JP2019096815A (ja) * 2017-11-27 2019-06-20 株式会社サムスン日本研究所 磁気トンネル接合素子及び磁気抵抗メモリ装置
JP6654655B2 (ja) 2018-02-19 2020-02-26 トヨタ自動車株式会社 回転電機のロータ
US11009570B2 (en) * 2018-11-16 2021-05-18 Samsung Electronics Co., Ltd. Hybrid oxide/metal cap layer for boron-free free layer
US10804671B1 (en) * 2019-01-10 2020-10-13 Magtera, Inc. Terahertz magnon generator comprising plurality of single terahertz magnon lasers
US10755733B1 (en) * 2019-03-05 2020-08-25 Sandisk Technologies Llc Read head including semiconductor spacer and long spin diffusion length nonmagnetic conductive material and method of making thereof
US11170803B1 (en) * 2019-04-05 2021-11-09 Western Digital Technologies, Inc. Magnetic recording write head with spin-torque oscillator (STO) and extended seed layer
US11264566B2 (en) * 2019-06-21 2022-03-01 Headway Technologies, Inc. Magnetic element with perpendicular magnetic anisotropy (PMA) and improved coercivity field (Hc)/switching current ratio
JP6806200B1 (ja) * 2019-08-08 2021-01-06 Tdk株式会社 磁気抵抗効果素子およびホイスラー合金
US12004355B2 (en) * 2020-10-23 2024-06-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Magnetic tunnel junction element and magnetoresistive memory device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2739088A (en) * 1951-11-16 1956-03-20 Bell Telephone Labor Inc Process for controlling solute segregation by zone-melting
EP1571713A1 (en) * 2002-12-13 2005-09-07 Japan Science and Technology Agency Spin injection device, magnetic device using the same, magnetic thin film used in the same
CN101378072A (zh) * 2007-08-28 2009-03-04 株式会社东芝 自旋fet和磁阻元件
JP2010010720A (ja) * 2009-10-13 2010-01-14 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリ
JP2012156485A (ja) * 2011-01-07 2012-08-16 National Institute For Materials Science Ｃｏ２Ｆｅ基ホイスラー合金とこれを用いたスピントロニクス素子
JP2019062060A (ja) * 2017-09-26 2019-04-18 Tdk株式会社 積層体、磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、センサ、高周波フィルタ及び発振素子

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Origin of Local Atomic Order and Disorder in Co2Fe1−xCrxSi Heusler Alloys: Theory and Experiment";Deepika Rani et al.;《PHYSICAL REVIEW APPLIED》;第第5卷卷(第第10期期);054022 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6806199B1 (ja) 2021-01-06
US11335365B2 (en) 2022-05-17
CN112349831A (zh) 2021-02-09
US20210043226A1 (en) 2021-02-11
EP4236664A2 (en) 2023-08-30
EP3772658B1 (en) 2023-07-12
EP4236664A3 (en) 2023-09-20
JP2021027280A (ja) 2021-02-22
US11694714B2 (en) 2023-07-04
EP3772658A1 (en) 2021-02-10
US20220238136A1 (en) 2022-07-28
CN117082959A (zh) 2023-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108292703B (zh) 自旋流磁化反转元件、磁阻效应元件及磁存储器
CN112349831B (zh) 磁阻效应元件以及惠斯勒合金
CN112349833B (zh) 磁阻效应元件以及惠斯勒合金
CN112349832B (zh) 磁阻效应元件以及惠斯勒合金
WO2018101028A1 (ja) スピン流磁化反転素子とその製造方法、磁気抵抗効果素子、磁気メモリ
CN113748526A (zh) 磁阻效应元件和铁磁性层的结晶方法
CN113036032A (zh) 磁阻效应元件
CN112993148A (zh) 磁阻效应元件
WO2023228308A1 (ja) 磁気抵抗効果素子
JP7435057B2 (ja) 磁気抵抗効果素子
WO2021186693A1 (ja) 磁気抵抗効果素子
JP7096198B2 (ja) 磁気抵抗効果素子
CN117135992A (zh) 磁阻效应元件及磁阻效应元件的制造方法
JP2022016846A (ja) 磁気抵抗効果素子
JP2021097217A (ja) 磁気抵抗効果素子

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant