CN112349832A - 磁阻效应元件以及惠斯勒合金 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够进一步增大MR比(磁阻变化率)和RA(面电阻)的磁阻效应元件。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由下述通式(1)所表示的惠斯勒合金构成。Co2FeαXβ……(1)式(1)中，X表示选自Mn、Cr、Si、Al、Ga和Ge中的一种以上的元素，α和β表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9的数。

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可以有利地用于磁阻效应元件等的利用了磁性的元件或装置的惠斯勒合金。
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。
即使在GMR元件中，在元件的垂直于膜面方向流通电流的电流垂直平面型巨磁阻(CPP-GMR)元件作为下一代硬盘用磁头备受瞩目。在该CPP-GMR中，为了提高MR比(磁阻变化率)，在铁磁性层中广泛地利用惠斯勒合金。
在非专利文献1中，公开了一种使用作为惠斯勒合金的Co2FeGa0.5Ge0.5合金作为铁磁性层的材料，使用Ag作为非磁性层的材料，并且在铁磁性层与非磁性层之间，插入NiAl层的结构的CPP-GMR元件。在该非专利文献1中，公开了一种MR比为77％，RA(面电阻)为33.4mΩ·μm2的CPP-GMR元件。
在非专利文献2中，公开了一种能够用作记录密度为2Tbit/in2的硬盘的磁头的CPP-GMR元件的条件。在该非专利文献2中，公开了示出当将通过自旋转移转矩的临界电流密度Jc设定为2.5×107A/cm2时、设定为5.0×107A/cm2时、以及设定为1.0×108A/cm2时的CPP-GMR的MR比与RA的关系的图表。
现有技术文件
非专利文件
非专利文献1：Appl.Phys.Lett.108,102408(2016)
非专利文献2：IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS,VOL.46,NO.6,JUNE 2010的图5
发明内容
发明想要解决的技术问题
伴随着近年来对硬盘的低电压化和省电力化的要求，在硬盘用磁头中期望进一步低消耗电力化。上述非专利文献1中公开的MR比为77％、RA为33.4mΩ·μm2的CPP-GMR元件，根据上述非专利文献2的图5的图表，可以在临界电流密度Jc为5.0～10×107A/cm2的硬盘中使用，但是不能在临界电流密度Jc低于5.0～10×107A/cm2的硬盘中使用。即，为了能够在临界电流密度Jc低于5.0～10×107A/cm2的硬盘中使用，需要进一步提高CPP-GMR元件的MR比或者增大RA。但是，在CPP-GMR元件中，存在通常当增大RA时，MR比有降低的倾向的问题。
另外，不仅限于硬盘，在磁阻存储器(MRAM)等中，在RA大的情况下，也需要高的MR比。
本发明是鉴于这样的现有的情况而提出的，其技术问题在于，提供一种能够进一步增大MR比(磁阻变化率)和RA(面电阻)的磁阻效应元件以及能够有利地适用于磁阻效应元件等的利用了磁性的元件或装置的惠斯勒合金。
用于解决技术问题的技术手段
本发明者们发现，通过使用由通式Co2FeαXβ(式中，X表示选自Mn、Cr、Si、Al、Ga和Ge中的一种以上的元素，α和β表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9的数。)所表示的惠斯勒合金作为铁磁性层的材料，能够进一步增大磁阻效应元件的MR比和RA。因此，为了解决上述技术问题，本发明提供以下的技术手段。
[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包含由下述通式(1)所表示的惠斯勒合金。
Co2FeαXβ……(1)
(式(1)中，X表示选自Mn、Cr、Si、Al、Ga和Ge中的一种以上的元素，α和β表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9的数。)
[2]在上述[1]所述的方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述惠斯勒合金是由下述通式(2)所表示的合金。
Co2FeαGaγYβ-γ……(2)
(式(2)中，Y表示选自Mn、Cr、Si、Al和Ge中的一种以上的元素，α、β和γ表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9、0.1≤γ的数。)
[3]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述通式(2)中的β和γ表示满足2×γ<β的数。
[4]在上述[1]所述的方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述惠斯勒合金是由下述通式(3)所表示的合金。
Co2FeαGeδZβ-δ……(3)
(式(3)中，Z表示选自Mn、Cr、Si、Al和Ga中的一种以上的元素，α、β和δ表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9、0.1≤δ的数。)
[5]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述通式(3)中的β和δ表示满足2×δ>β的数。
[6]在上述[1]所述的方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述惠斯勒合金是由下述通式(4)所表示的合金。
Co2FeαGaγGeδ……(4)
(式(4)中，α、γ和δ表示满足2.3≤α+γ+δ、α<γ+δ、且0.5<α<1.9、0.1≤γ、0.1≤δ的数。)
[7]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述通式(4)中的γ和δ表示满足γ<δ的数。
[8]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述通式(4)中的α、γ和δ表示满足2.3≤α+γ+δ<2.66的数。
[9]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述通式(4)中的α、γ和δ表示满足2.45<α+γ+δ<2.66的数。
[10]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述通式(4)中的δ表示满足0.63<δ<1.26的数。
[11]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述通式(4)中的δ表示满足0.84<δ<1.26的数。
[12]在上述[1]所述的方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述惠斯勒合金是由下述通式(5)表示的合金。
Co2FeαGaγGeδMnε……(5)
(式(5)中，α、γ、δ和ε表示满足2.3≤α+γ+δ+ε、α<γ+δ+ε、且0.5<α<1.9、0.1≤γ、0.1≤δ、0.1≤ε的数。)
[13]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述通式(5)中的δ和ε表示满足δ<ε的数。
[14]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述通式(5)中的ε表示满足0.38<ε<0.76的数。
[15]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。
[16]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所述非磁性层之间以及在所述第二铁磁性层与所述非磁性层之间，分别具备有包含NiAl合金的NiAl层。
[17]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。
[18]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述NiAl合金中，含有的Ni比Al更多。
[19]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述NiAl合金中，含有的Al比Ni更多。
[20]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一个是包含两层以上的铁磁性层的层叠体，所述两层以上的铁磁性层中的与所述非磁性层相接的所述铁磁性层的Fe浓度比与所述非磁性层侧为相反侧的所述铁磁性层的Fe浓度高。
[21]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一个是包含两层以上的铁磁性层的层叠体，所述两层以上的铁磁性层分别包含Ge，并且所述两层以上的铁磁性层中的与所述非磁性层相接的所述铁磁性层的Ge浓度比与所述非磁性层侧为相反侧的所述铁磁性层的Ge浓度低。
[22]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一个是包含两层以上的铁磁性层的层叠体，所述两层以上的铁磁性层分别包含Ga，并且所述两层以上的铁磁性层中的与所述非磁性层相接的所述铁磁性层的Ga浓度比与所述非磁性层侧为相反侧的所述铁磁性层的Ga浓度高。
[23]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一个是包含两层以上的铁磁性层的层叠体，所述两层以上的铁磁性层中的与所述非磁性层相接的所述铁磁性层的有序度比与所述非磁性层侧为相反侧的所述铁磁性层的有序度高。
[24]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，可以构成为：所述第一铁磁性层和所述第二铁磁性层中的至少一个在与所述非磁性层侧相反侧具备包含Ni的层。
[25]在上述方式所涉及的磁阻效应元件中，第二方式所涉及的惠斯勒合金可以构成为由以下的通式(1)表示。
Co2FeαXβ……(1)
(式(1)中，X表示选自Mn、Cr、Si、Al、Ga和Ge中的一种以上的元素，α和β表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9的数。)
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够进一步增大MR比(磁阻变化率)和RA(面电阻)的磁阻效应元件以及可以有利地利用于磁阻效应元件等利用了磁的元件或装置中的惠斯勒合金。
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2是示出惠斯勒合金的晶体结构的一例的示意图，图2的(a)～图2的(c)是全惠斯勒合金的晶体结构的一例，图2的(d)～图2的(f)是半惠斯勒合金的晶体结构的一例。
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是绘制了实施例1～6和比较例1～3中制作的磁阻效应元件的MR比和RA的图表。
图13是实施例7中制作的磁阻效应元件的截面图。
图14是实施例7中制作的磁阻效应元件的截面图、以及在层叠方向上切断该磁阻效应元件所得的截面的元素分布图。
图15A是在层叠方向上切断实施例7中制作的磁阻效应元件所得的截面的STEM图像。
图15B是由图15A的TEM像中的1～8所示的区域的电子衍射图像。
符号的说明
101、102、103、104……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；30A……非磁性层侧第一铁磁性层；30B……基板侧第一铁磁性层；40……第一NiAl层；50……非磁性层；60……第二NiAl层；70……第二铁磁性层；70A……非磁性层侧第二铁磁性层；70B……盖层侧第二铁磁性层；80……盖层；91……第一插入层；92……第二插入层；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；DW……磁畴壁。
具体实施方式
在下文中，对于本发明，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发明的特征，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、尺寸等仅是一个例子，本发明不限于此，能够在不改变其要旨的范围内适当改变来实施。
[第一实施方式]
图1是本发明的第一实施方式所涉及的磁阻效应元件的截面图。图1是沿着磁阻效应元件101的各层的层叠方向切断磁阻效应元件101的截面图。磁阻效应元件101是在基板10上依次层叠有基底层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的层叠体。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容易地形成有外延生长膜。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的种类根据制品的目的而不同。在制品是MRAM的情况下，基板10例如是具有电路结构的Si基板。在制品是磁头的情况下，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是在基板10上依次层叠有第一基底层21、第二基底层22和第三基底层23的三层结构的层叠体。
第一基底层21发挥作为缓和基板10的晶格常数和第二基底层22的晶格常数的差的缓冲层的功能。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。
另外，作为第一基底层21的材料，例如，可以使用由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发挥作为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的功能。第二基底层22包含例如MgO、TiN和NiTa合金中的至少一种。另外，例如，可以使用包含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发挥作为缓和第二基底层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的功能。第三基底层23由于可以用作用于流通检测用电流的电极，可以是包含金属元素，例如，Ag、Au、Cu、Cr、V、Al、W和Pt中的至少一种金属元素的层。另外，也可以是包含具有通过流通电流时的自旋霍尔效应能够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，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、或者是包含这些金属元素的两种以上的材料的层叠体。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。
此外，基底层20通过发挥作为缓和基板10和第一铁磁性层30的晶格常数之差的缓冲层的功能，从而可以用于提高形成于基底层20之上的上部的层的结晶性。根据需要，可以省略第一基底层21、第二基底层22、第三基底层23中的任一个。另外，根据需要，可以以相同的材料形成第一基底层21、第二基底层22、第三基底层23中的任意个。另外，根据需要，可以通过多次层叠等来进一步增加各基底层。
(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。通过第二铁磁性层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，从而磁阻效应元件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，因第一铁磁性层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)。合成反铁磁性结构包含夹持间隔层的两个磁性层。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。通过厚度产生矫顽力差的方法不需要反铁磁性层等的会成为寄生电阻的原因的附加的层。另一方面，通过SAF结构产生矫顽力差的方法可以提高第一铁磁性层30的磁化的取向性。
第一铁磁性层30和第二铁磁性层70分别包含由下述通式(1)所表示的惠斯勒合金。优选第1铁磁性层30和第2铁磁性层70分别由下述通式(1)所表示的惠斯勒合金构成。然而，第一铁磁性层30和第二铁磁性层70可以包含不可避免的杂质。不可避免的杂质是在制造材料或制造工序中不可避免地混入的杂质。不可避免的杂质包含构成除第一铁磁性层30和第二铁磁性层70之外的其它层的元素。
Co2FeαXβ……(1)
(式(1)中，X表示选自Mn、Cr、Si、Al、Ga和Ge中的一种以上的元素，α和β表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9的数。)
惠斯勒合金是携带在合金中流通的电流的电子仅具有向上或向下的自旋，并且自旋极化率表示为理想情况下的100％的半金属。惠斯勒合金通常是Co2FeαXβ(α＝β＝1)的组成，并且具有被称为L21结构的排列结构。相对于此，在通式(1)的惠斯勒合金中，α和β被设定为2.3≤α+β，偏离化学计量组成。认为通过使用从化学计量组成偏离的惠斯勒合金作为第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的材料，从而可以得到MR比和RA大的磁阻效应元件101。然而，如果惠斯勒合金的组成过度地大幅偏离化学计量组成，则L21结构中可能会产生缺陷，并且提高磁阻效应元件101的MR比和RA的效果可能会降低。因此，α+β优选为2.3≤α+β<2.66，特别优选为2.45<α+β<2.66。此外，α是当Co原子的数目被设定为2时的Fe原子的数目，β是当Co原子的数目被设定为2时的X成分的原子的数目。
另外，在通式(1)的惠斯勒合金中，α和β被设定为α<β。由此，可以抑制Fe原子取代Co原子位点的反位点。由此，抑制了由Fe原子取代Co原子位点的反位点引起的费米能级的波动，并且可以稳定地发挥惠斯勒合金作为半金属的特性。因此，磁阻效应元件101的MR比提高。然而，如果β过大，即，X成分比Fe大得过多，则L21结构中可能会产生缺陷，并且提高磁阻效应元件101的MR比的效果可能会降低。α和β优选为α<β<2×α、特别优选为α<β<1.5×α。
此外，在通式(1)的惠斯勒合金中，α被设定为0.5<α<1.9。由此，可以确保惠斯勒合金的高的自旋极化率。因此，磁阻效应元件101的MR比变大。为了一边维持提高磁阻效应元件101的MR比的效果，一边抑制Fe原子取代Co原子位点的反位点，α优选为0.8<α<1.33、特别优选为0.9<α<1.2。
X成分是选自Mn、Cr、Si、Al、Ga和Ge中的一种以上的元素。在这些元素中，优选Mn、Ga和Ge。
通式(1)的惠斯勒合金例如优选由下述通式(2)所表示的合金。
Co2FeαGaγYβ-γ……(2)
(式(2)中，Y表示选自Mn、Cr、Si、Al和Ge中的一种以上的元素，α、β和γ表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9、0.1≤γ的数。)
由于当Co原子的数目被设定为2时，通式(2)的惠斯勒合金包含0.1个以上的Ga原子，因此，即使在低温下也能够有序化。因此，使用了通式(2)的惠斯勒合金的磁阻效应元件101在元件整体中可以抑制原子相互扩散，提高MR比。
在通式(2)的惠斯勒合金中，优选β和γ为满足2×γ<β的数，即，优选Ga原子的数目比Y成分的原子的数目少。由此，可以抑制由于Ga原子的数目变得过多从而导致Ga扩散到其它的层。
另外，通式(1)的惠斯勒合金例如优选为由下述通式(3)所表示的合金。
Co2FeαGeδZβ-δ……(3)
(式(3)中，Z表示选自Mn、Cr、Si、Al和Ga中的一种以上的元素，α、β和δ表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9、0.1≤δ的数。)
由于当Co原子的数目被设定为2时，通式(3)的惠斯勒合金包含0.1个以上的Ge原子。Ge是半导体元素，起到增加惠斯勒合金的电阻率的作用。因此，使用了通式(3)的惠斯勒合金的磁阻效应元件101的RA变得更大。
在通式(3)的惠斯勒合金中，优选β和δ为满足2×δ＞β的数，即，优选Ge原子的数目比Z成分的原子的数目多。由此，可以更可靠地得到Ge原子的效果。但是，如果Ge的含量变得过多，则惠斯勒合金的电阻率变得过大，成为磁阻效应元件101的寄生电阻成分，有可能降低磁阻效应。因此，δ更优选为0.63<δ<1.26、特别优选为0.84<δ<1.26。
此外，通式(1)的惠斯勒合金例如优选为由下述通式(4)所表示的合金。
Co2FeαGaγGeδ……(4)
(式(4)中，α、γ和δ表示满足2.3≤α+γ+δ、α<γ+δ、且0.5<α<1.9、0.1≤γ、0.1≤δ的数。)
通式(4)的惠斯勒合金是含有Ga和Ge作为通式(1)的惠斯勒合金的X成分的合金。因此，通式(4)中的γ+δ相当于通式(1)中的β。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。因此，在使用了通式(4)的惠斯勒合金的磁阻效应元件101中，由于上述的Ga和Ge的协同效果，MR比和RA进一步变大。
在通式(4)中，γ和δ优选为满足γ<δ的数，即，优选Ge原子的数目比Ga原子的数目多。另外，δ更优选为0.63<δ<1.26，特别优选为0.84<δ<1.26。通过使γ和δ满足该关系，从而进一步发挥Ga和Ge的效果，磁阻效应元件101的MR比和RA进一步变大。
另外，在通式(4)中，α、γ和δ优选为2.3≤α+γ+δ<2.66、特别优选为2.45<α+γ+δ<2.66。通过使α、γ和δ满足该关系，从而磁阻效应元件101的MR比和RA进一步变大。
此外，通式(1)的惠斯勒合金例如优选为由下述通式(5)所表示的合金。
Co2FeαGaγGeδMnε……(5)
(式(5)中，α、γ、δ和ε表示满足2.3≤α+γ+δ+ε、α<γ+δ+ε、且0.5<α<1.9、0.1≤γ、0.1≤δ、0.1≤ε的数。)
通式(4)的惠斯勒合金是含有Ga、Ge和Mn作为通式(1)的惠斯勒合金的X成分的合金。因此，通式(5)中的γ+δ+ε相当于通式(1)中的β。
Mn通过与Ga和Ge共存，从而具有使磁阻效应元件101的MR比和RA变大的效果。另外，Mn原子取代Co原子位点的反位点不妨碍半金属特性。在通式(5)中，δ和ε优选为满足δ<ε的数，即，Mn原子的数目比Ge原子的数目多。另外，γ和δ优选为满足δ<γ的数，即，Ga原子的数目比Ge原子的数目多。具体而言，优选当γ、δ和ε分别满足：γ满足0.4<γ<0.6，δ满足0.2<δ<0.4，ε满足0.38<ε<0.76。通过使γ、δ和ε满足该关系，从而进一步发挥Ga、Ge和Mn的效果，磁阻效应元件101的MR比和RA进一步变大。
另外，在通式(5)中，α、γ、δ和ε优选为2.3≤α+γ+δ+ε<2.66、特别优选为2.45<α+γ+δ+ε<2.66。通过使α、γ、δ和ε满足该关系，从而磁阻效应元件101的MR比和RA进一步变大。
第一铁磁性层30和第二铁磁性层70可以是分别为单层，也可以是两层以上的层叠体。在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70是层叠体的情况下，各个铁磁性层的组成或有序度可以不同。在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70是层叠体的情况下，两层以上的铁磁性层中的与非磁性层50相接的铁磁性层的Fe浓度优选和与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的Fe浓度相等或为其以上。但是，与非磁性层50相接的铁磁性层的Fe浓度优选相对于与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的Fe浓度为三倍以下。另外，当两层以上的铁磁性层分别包含Ge时，两层以上的铁磁性层中的与非磁性层50相接的铁磁性层的Ge浓度优选和与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的Ge浓度相等或为其以下。但是，与非磁性层50相接的铁磁性层的Ge浓度优选相对于与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的Ge浓度为1/3以上。此外，当两层以上的铁磁性层分别包含Ga时，两层以上的铁磁性层中的与非磁性层50相接的铁磁性层的Ga浓度优选与与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的Ga浓度相等或为其以上。但是，与非磁性层50相接的铁磁性层的Ga浓度优选相对于与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的Ga浓度为3倍以下。另外进一步，两层以上的铁磁性层中的与非磁性层50相接的铁磁性层的有序度优选比与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的有序度高。
在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70为单层的情况下，与非磁性层50相接的面的Fe浓度优选和与非磁性层50侧为相反侧的面的Fe浓度相等或为其以上。但是，与非磁性层50相接的层的Fe浓度优选相对于与非磁性层50侧为相反侧的面的Fe浓度为三倍以下。另外，当第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70包含Ge时，与非磁性层50相接的面的Ge浓度优选和与非磁性层50侧为相反侧的面的Ge浓度相等或为其以下。但是，与非磁性层50相接的面的Ge浓度优选相对于与非磁性层50侧为相反侧的面的Ge浓度为1/3以上。此外，当第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70包含Ga时，与非磁性层50相接的面的Ga浓度优选和与非磁性层50侧为相反侧的面的Ga浓度相等或为其以上。但是，与非磁性层50相接的面的Ga浓度优选相对于与非磁性层50侧为相反侧的面的Ga浓度为3倍以下。另外进一步，第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的与非磁性层50相接的面的有序度优选比与非磁性层50侧为相反侧的面的有序度高。
在此，对铁磁性层的有序度进行说明。图2是示出惠斯勒合金的晶体结构的一例的示意图，其中，(a)～(c)是全惠斯勒合金的晶体结构的一例，(d)～(f)是半惠斯勒合金的晶体结构的一例。
图2(a)所示的晶体结构被称为L21结构。L21结构固定有进入P位点的元素、进入Q位点的元素、以及进入R位点的元素。图2(b)所示的晶体结构被称为来自L21结构的B2结构。B2结构中，进入Q位点的元素和进入R位点的元素混合存在，并且进入P位点的元素被固定。图2(c)所示的晶体结构被称为来自L21结构的A2结构。A2结构中，进入P位点的元素、进入Q位点的元素和进入R位点的元素混合存在。
图2(d)所示的晶体结构被称为C1b结构。C1b结构中，进入P位点的元素、进入Q位点的元素和进入R位点的元素被固定。图2(e)所示的晶体结构被称为来自C1b结构的B2结构。B2结构中，进入Q位点的元素和进入R位点的元素混合存在，并且进入P位点的元素被固定。图2(f)所示的晶体结构被称为来自C1b结构的A2结构。A2结构中，进入P位点的元素、进入Q位点的元素和进入R位点的元素混合存在。
在全惠斯勒合金中，有序度以L21结构>B2结构>A2结构的顺序变高，在半惠斯勒合金中，有序度以C1b结构>B2结构>A2结构的顺序变高。尽管这些晶体结构的有序度不同，但是均为晶体。
在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70是单层的情况下，与非磁性层50相接的面的Fe浓度优选比与非磁性层50侧为相反侧的面的Fe浓度高。另外，当第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70包含Ge时，与非磁性层50相接的面的Ge浓度优选比与非磁性层50侧为相反侧的面的Ge浓度低。此外，当第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70包含Ga时，与非磁性层50相接的面的Ga浓度优选比与非磁性层50侧为相反侧的面的Ga浓度高。再者，与非磁性层50相接的面的有序度优选比与非磁性层50侧为相反侧的面的有序度高。
构成第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的惠斯勒合金结晶化。惠斯勒合金是否结晶化，可以通过透射型电子显微镜(TEM)图像(例如高角散射环形暗场扫描透射显微镜图像：HAADF-STEM图像)或者使用了透射型电子束的电子束衍射图像来判断。当惠斯勒合金结晶化时，可以在例如由TEM拍摄的HAADF-STEM图像中确认原子有序地排列的状态。更具体地，在HAADF-STEM图像的傅立叶变换图像中，出现来自惠斯勒合金的晶体结构的斑点。另外，当惠斯勒合金结晶化时，可以在电子衍射图像中确认来自(001)面、(002)面、(110)面和(111)面中的至少一个面的衍射点。在以至少任意种手段能够确认结晶化的情况下，可以说，惠斯勒合金的至少一部分结晶化。
另外，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)等来测量。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，但在B2结构的情况下，显示(200)条纹但不显示(111)条纹。
构成磁阻效应元件的各层的组成分析可以使用能量分散型X射线分析(EDS)进行。另外，如果进行EDS射线分析，例如，可以确认各材料的膜厚方向的组成分布。
另外，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)发光光谱分析法、SIMS(二次离子质谱法)、AES(俄歇电子能谱法)等来测量。
(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发挥作为缓和第一铁磁性层30与非磁性层50的格子不匹配的缓冲层的功能，第二NiAl层60发挥作为缓和非磁性层50与第二铁磁性层70的格子不匹配的缓冲层的功能。通过该第一NiAl层40和第二NiAl层60的功能，从而使磁阻效应元件101的MR比进一步提高。
第一NiAl层40和第二NiAl层60分别优选厚度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)的电子中可能会产生自旋散射。当厚度t在该范围内时，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的格子不匹配降低，并且非磁性层50与第二铁磁性层70的格子不匹配降低。其结果，磁阻效应变得特别大。
第一NiAl层40和第二NiAl层60分别优选为由NiAl合金构成的层。第一NiAl层40和第二NiAl层60可以包含不可避免的杂质。不可避免的杂质包含构成除了第一NiAl层40和第二NiAl层60之外的其它的层的元素。另外，NiAl合金中所包含的Ni和Al的比例，可以相同，也可以不同。Ni和Al的比例优选为以摩尔比计为1:3～3:1的范围内。另外，第一NiAl层40和第二NiAl层60的Ni和Al的比例可以不同。例如，第一NiAl层40可以含有比Ni更多的Al，第二NiAl层60可以含有比Al更多的Ni。
(非磁性层)
非磁性层50包含非磁性的金属。非磁性层50优选由非磁性的金属构成。然而，非磁性层可以包含不可避免的杂质。不可避免的杂质包含构成除了非磁性层50之外的其它的层的元素。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Ag、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。
(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、或者包含两种以上的这些金属元素的材料的层叠体。
本实施方式的磁阻效应元件101的第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中的至少一个可以在与非磁性层50侧相反的侧具备包含Ni的层。即，可以在第一铁磁性层30与基板10(当具备基底层20时为基底层20)之间和/或第二铁磁性层70与盖层80之间插入有包含Ni的插入层。第一铁磁性层30与基板10(或基底层20)之间的插入层(第一插入层)和第二铁磁性层70与盖层80之间的插入层(第二插入层)优选由Ni构成。然而，第一插入层和第二插入层可以包含不可避免的杂质。不可避免的杂质包含构成除了第一插入层和第二插入层之外的其它的层的元素。
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。第一插入层和第二插入层的成膜方法，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。
第一NiAl层40和第二NiAl层60中的Ni和Al的比例可以通过共溅射法来调整。例如，含有的Ni较多的NiAl层可以通过使用了NiAl合金靶和Ni靶的共溅射法来成膜。同样地，含有的Al较多的NiAl层可以通过使用了NiAl合金靶和Al靶的共溅射法来成膜。
在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70是层叠体的情况下，铁磁性层的组成可以通过共溅射法来调整。例如，对于铁浓度不同的两层铁磁性层来说，可以通过使用了CoFeGaGe合金靶的溅射法来成膜一层，并通过使用了CoFeGaGe合金靶和Fe靶的共溅射法来成膜另一层从而得到。
在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70为单层的情况下，铁磁性层的组成可以通过使用了CoFeGaGe合金靶和Fe靶的共溅射法来调整。例如，在与非磁性层50相接的面和与非磁性层50侧为相反侧的面上铁浓度不同的铁磁性层可以通过使CoFeGaGe合金靶的成膜能量恒定，并且一边使Fe靶的成膜能量连续地变化一边成膜，从而得到第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70中的具有铁浓度梯度的铁磁性层。
在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70是层叠体的情况下，铁磁性层的有序度可以通过成膜的热处理来调整。当将成膜后的铁磁性层在相对高温下进行热处理时，可以获得有序度高的铁磁性层，当将成膜后的铁磁性层在相对低温下热处理时，可以获得有序度低的铁磁性层。由于有序度和热处理的温度的关系因铁磁性层的材料或厚度而不同，因此热处理温度不能一律设定为恒定，但是为了获得有序度高的铁磁性层，优选将热处理温度设定为400℃以上且700℃以下的范围内。
本实施方式所涉及的磁阻效应元件101例如可以用作通过在磁阻效应元件101的垂直于膜面方向上流通电流，从而表现磁阻效应的CPP-GMR(电流垂直平面型巨磁阻元件)。
由于如上构成的本实施方式的磁阻效应元件101中，是使用由上述通式(1)～(5)中的任一个所表示的特定的惠斯勒合金来形成第一铁磁性层30和第二铁磁性层70，因此，在第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中可以确保高的自旋极化率，还具有比较高的电阻率。因此，磁阻效应元件101的MR比(磁阻变化率)和RA(面电阻)进一步变大。因此，通过将磁阻效应元件101用作CPP-GMR元件(电流垂直平面型巨磁阻元件)，从而可以降低操作时的电流密度。
另外，在本实施方式的磁阻效应元件101中，可以获得以下的作用效果。此外，即使在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70的材料是化学计量组成的惠斯勒合金的磁阻效应元件的情况下，也可以获得以下的作用效果。
另外，在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70是层叠体的情况下，通过将两层以上的铁磁性层中的与非磁性层50相接的铁磁性层的Fe浓度设定为比与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的Fe浓度高，从而使与非磁性层50的界面附近的磁化稳定。其结果，磁阻效应元件101的MR比提高。特别地，通过使第一铁磁性层30的与非磁性层50相接的铁磁性层的Fe浓度比基板10侧的铁磁性层的Fe浓度高，从而可以更容易地获得该效果。
另外，在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70是层叠体的情况下，当两层以上的铁磁性层分别包含Ge时，通过使两层以上的铁磁性层中的与非磁性层50相接的铁磁性层的Ge浓度比与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的Ge浓度低，从而使与非磁性层50的界面附近的磁化稳定。其结果，磁阻效应元件101的MR比提高。特别地，通过使第一铁磁性层30的与非磁性层50相接的铁磁性层的Ge浓度比基板10侧的铁磁性层的Ge浓度低，从而可以更容易地获得该效果。
另外，在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70是层叠体的情况下，当两层以上的铁磁性层分别包含Ga时，通过使两层以上的铁磁性层中的与非磁性层50相接的铁磁性层的Ga浓度比与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的Ga浓度高，从而可以增大与非磁性层50的界面电阻。其结果，RA变大，并且磁阻效应元件101的MR比提高。特别地，通过使第一铁磁性层30和第二铁磁性层70两者的与非磁性层50相接的铁磁性层的Ga浓度提高，从而可以更容易地获得该效果。
另外，在第一铁磁性层30和/或第二铁磁性层70是层叠体的情况下，通过将两层以上的铁磁性层中的与非磁性层50相接的铁磁性层的有序度设定为比与非磁性层50侧为相反侧的铁磁性层的有序度高，从而可以增加与非磁性层50的界面附近的自旋极化率。其结果，磁阻效应元件101的MR比增加。特别地，通过使第二铁磁性层70的与非磁性层50相接的铁磁性层的有序度比盖层80侧的铁磁性层的有序度高，从而可以更容易地获得该效果。
另外，通过使第一NiAl层40或第二NiAl层60含有的Ni比Al更多，从而可以提高与非磁性层50的界面电阻。另一方面，通过使第一NiAl层40或第二NiAl层60含有的Al比Ni更多，从而可以降低第一NiAl层40或第二NiAl层60的电阻率，并且可以降低GMR结构的磁阻效应元件101的寄生电阻。
再者，通过使第一NiAl层40和第二NiAl层60中的一个含有的Ni比Al更多，另一个含有的Al比Ni更多，从而可以提高与非磁性层50的界面电阻，并且，可以降低第一NiAl层40或第二NiAl层60的电阻率，并且可以更加可靠地降低GMR结构的磁阻效应元件101的寄生电阻。特别地，通过使第一NiAl层40含有的Al比Ni更多，且使第二NiAl层60含有的Ni比Al更多，从而可以更容易地获得该效果。
另外，通过使第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中的至少一个在与非磁性层50侧相反的侧具备包含Ni的层(插入层)，从而可以抑制基底层20和第一铁磁性层30、或者第二铁磁性层70与盖层80的原子相互扩散。
[第二实施方式]
图3是本发明的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，在这一点上，与图1所示的磁阻效应元件101不同。因此，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。
由于本实施方式的磁阻效应元件102使用特定的惠斯勒合金来形成第一铁磁性层30和第二铁磁性层70，因此可以获得与第一实施方式相同的效果。另外，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和第二铁磁性层70直接接触。由此，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，并且可以使磁阻效应元件的厚度变薄。由此，可以作为适合于高记录密度的厚度薄的磁阻效应元件。另外，由于不需要形成第一NiAl层40和第二NiAl层60的工序，因此可以简化制造工序。
[第三实施方式]
图4是本发明的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在基底层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发挥作为提高层叠于基底层20上的第一铁磁性层30的结晶性的晶种层的功能。作为第四基底层24的材料，例如，可以使用包含Co和Fe的合金。报告有构成第一铁磁性层30的惠斯勒合金在层叠界面附近磁化的稳定性较低。另一方面，含有Co和Fe的合金的磁化稳定性高，并且与构成第一铁磁性层30的惠斯勒合金的格子匹配性也高。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中，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作为一个示例，并且在不脱离本发明宗旨的范围内，可以进行结构的附加、省略、替换以及其它的变更。
例如，在各实施方式所涉及的磁阻效应元件101、102、103中，对第一铁磁性层30和第二铁磁性层70这两者使用特定的惠斯勒合金来形成，但是本发明不限于此。只要第一铁磁性层30和第二铁磁性层70中的至少一个使用特定的惠斯勒合金来形成即可。在这种情况下，形成另一个第一铁磁性层30或第二铁磁性层70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、或者包含有这些金属和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。
此外，在各实施方式所涉及的磁阻效应元件101、102、103中，非磁性层50是由非磁性的金属构成的层，但是本发明不限于此。作为非磁性层50的材料，可以使用绝缘体或半导体。
此外，各实施方式所涉及的磁阻效应元件101、102、103的使用方式不限于CPP-GMR元件(电流垂直平面型巨磁阻元件)。磁阻效应元件101、102、103例如可以用作通过在磁阻效应元件101的层叠面方向流通电流，从而使磁阻效应表现的CIP-GMR元件(面内通电型巨磁阻效应元件)。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。此外，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，并且使XY平面平行于磁记录介质W的主面。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，并且能够在从磁记录介质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方向飞行。磁头210具有作为磁传感器起作用的磁阻效应元件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。
磁记录部对磁记录介质W的记录层W1施加磁场，确定记录层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，受到记录层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。
此外，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，可以将第一铁磁性层30设置于离开磁记录介质W的位置。
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，可以将电源230和测量部240连接于第三基底层23来代替第一铁磁性层30。另外，在盖层80具有导电性的情况下，可以将电源230和测量部240连接于盖层80来替代第二铁磁性层70。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。通过使第一铁磁性层30的磁化的方向与第二铁磁性层70的磁化的方向的相对角度变化，从而磁阻效应元件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。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。
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，可以将测量部240连接于盖层80来代替第二铁磁性层70。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。自旋通过自旋电流从第三基底层23注入于第一铁磁性层30。
注入于第一铁磁性层30中的自旋将自旋轨道转矩(SOT)赋予第一铁磁性层30的磁化。第一铁磁性层30接受自旋轨道转矩(SOT)从而磁化反转。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。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。
以上，对本实施方式的磁阻效应元件进行了说明，但是由上述通式(1)所表示的本实施方式所涉及的惠斯勒合金的用途不限于磁阻效应元件。本实施方式的惠斯勒合金例如也可以作为自旋流磁化旋转元件的铁磁性层、具有磁畴壁移动元件的磁畴壁的磁性层的材料来适用。
[自旋流磁化旋转元件]
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。在自旋流磁化旋转元件300中，第一铁磁性层30是由上述通式(1)所表示的惠斯勒合金。
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的磁化的磁化方向根据自旋轨道转矩(SOT)而发生变化。
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，透射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来使用。
[磁畴壁移动元件(磁畴壁移动式磁记录元件)]
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。此外，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，记录在第一铁磁性层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。
当磁畴壁DW移动时第一铁磁性层401中的第一磁畴401A与第二磁畴401B的比率变化。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，并且当从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，并且当从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、或者通过施加外部磁场而移动。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，从而磁畴壁DW沿-X方向移动。
磁畴壁移动型磁记录元件400优选MR比大，且RA大。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之差变大，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。
作为第一铁磁性层401的材料，例如，可以使用上述通式(1)所表示的惠斯勒合金。如上所述，使用了由上述通式(1)所表示的惠斯勒合金的磁阻效应元件的MR比大，并且RA大。作为第一铁磁性层401的材料，通过使用上述通式(1)所表示的惠斯勒合金，从而可以增加磁畴壁移动型磁记录元件400的MR比和RA。
第二铁磁性层402例如可以使用选自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。具体地，可以列举Co-Fe、Co-Fe-B、Ni-Fe。作为第二铁磁性层402的材料，可以使用由上述通式(1)所表示的惠斯勒合金。
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。
[磁畴壁移动元件(磁性细线装置)]
图10是适用例6所涉及的磁畴壁移动元件(磁性细线装置)的截面图。
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能够在磁记录介质510的面内方向施加脉冲电流的方式，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。第二磁畴511B通过磁记录磁头520生成。
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磁头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，可以使用由上述通式(1)所表示的惠斯勒合金。由此，可以增加磁性细线装置500的RA。
作为基底层512的材料，优选其至少一部分使用作为氧化物绝缘体的铁氧体，更具体地，优选使用软铁氧体。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。
[磁畴壁移动元件(磁畴壁移动型空间光调制器)]
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。此外，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，例如在-Z方向取向。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使用。
作为光调制层630的材料，可以使用由上述通式(1)所表示的惠斯勒合金。由此，可以增加磁畴壁位移型空间光调制器600的RA，并且可以减慢磁畴壁DW的移动速度。其结果，能够精密地控制磁畴壁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。
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层，厚度10nm
第二基底层22：CoFe层，厚度10nm
第三基底层23：Ag层，厚度100nm
第一铁磁性层30：Co2Fe1.03Ga0.41Ge0.86层，厚度10nm
第一NiAl层40：厚度0.21nm
非磁性层50：Ag层，厚度5nm
第二NiAl层60：厚度0.21nm
第二铁磁性层70：Co2Fe1.03Ga0.41Ge0.86层，厚度8nm
盖层80：Ru层，厚度5nm
第一基底层21(MgO层)是将基板10加热至600℃，并通过电子束蒸镀法来成膜。将成膜了第一基底层21的基板在600℃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(Co2Fe1.03Ga0.41Ge0.86)。第一铁磁性层30的成膜是通过使用了Co2Fe1Ga0.5Ge0.5合金靶和Ge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(Co2Fe1.03Ga0.41Ge0.86)。将成膜了第二铁磁性层70的基板10在550℃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，通过电子束蒸镀法成膜了盖层80(Ru层)。如此，制作了图1所示的磁阻效应元件101。
(实施例2、3、比较例1)
除了将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的组成改变成下述表1所示的组成之外其它与实施例1同样地制作了磁阻效应元件101。此外，通过Ge靶的共溅射法调整了第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的组成。
(评价)
分别测量了实施例1～3和比较例1中制作的磁阻效应元件的MR比(磁阻变化率)和RA(面电阻)。其结果在下述的表1中示出。
在MR比的评价中，使用EB光刻、离子铣削等的精细加工技术，形成了适合于测量的接合部。在磁阻效应元件101的接合部沿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的施加电压，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时的电阻值、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时的电阻值，并通过下述的式从获得的电阻值算出MR比。MR比的测定在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时的电阻值，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时的电阻值。
RA通过第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的磁化的方向为平行时的电阻值RP与通过精细加工形成的接合部的面积A的乘积来求得。
[表1]
Figure BDA0002619089270000311
由表1的结果可知，Fe的含量α和X成分的含量β满足本发明的范围的实施例1～3的磁阻效应元件，与Fe的含量α和X成分的含量β在本发明的范围之外的比较例1的磁阻效应元件相比，RA和MR比显示出较大的值。
(实施例4)
除了未设置第一NiAl层40和第二NiAl层60之外，其它与实施例1同样地制作了图3所示的磁阻效应元件102。
(实施例5、比较例2)
除了将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的组成改变成下述的表2所示的组成之外，其它与实施例4同样地制作了磁阻效应元件102。此外，通过Ge靶的共溅射法调整了第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的组成。
(评价)
分别通过上述的方法测量了实施例4～5和比较例2中制作的磁阻效应元件的MR比和RA。在下述的表2中示出其结果。
[表2]
Figure BDA0002619089270000321
由表2的结果可知，即使在不具有第一NiAl层40和第二NiAl层60的磁阻效应元件中，Fe的含量α和X成分的含量β满足本发明的范围的实施例4～5的磁阻效应元件与Fe的含量α和X成分的含量β在本发明的范围之外的比较例2的磁阻效应元件相比，RA和MR比显示出较大的值。
(实施例6)
除了在基底层20设置厚度为10nm的CoFe层作为第四基底层、将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70设定为Co2Fe1.02Ga0.40Ge0.22Mn0.76层、以及将第二铁磁性层70的厚度设定为5nm之外，其它与实施例1同样地制作了图4所示的磁阻效应元件103。
通过使用了Co2Fe1Ga0.5Ge0.5合金靶和Mn靶作为靶的共溅射法进行了第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的成膜。
(比较例3)
除了将第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的组成改变成下述的表3所示的组成之外，其它与实施例6同样地制作了磁阻效应元件103。此外，通过Mn靶的共溅射法调整了第一铁磁性层30和第二铁磁性层70的组成。
(评价)
分别通过上述的方法测定了实施例6和比较例3中制作的磁阻效应元件的MR比和RA。将其结果在下述的表3中示出。
[表3]
Figure BDA0002619089270000331
由表3的结果可知，即使在具有第四基底层24的磁阻效应元件中，Fe的含量α和X成分的含量β满足本发明的范围的实施例6的磁阻效应元件，与Fe的含量α和X成分的含量β在本发明的范围之外的比较例3的磁阻效应元件相比，RA和MR比显示出较大的值。
在图12中示出绘制了实施例1～6和比较例1～3中制作的磁阻效应元件的MR比(磁阻变化率)和RA(面电阻)的图表。该图12是在非专利文献2的图5中示出的图表上绘制了实施例1～6和比较例1～3中制作的磁阻效应元件和非专利文献1中记载的CPP-GMR元素的MR比和RA的图表。
从图11的图表可知，实施例1～6中获得的磁阻效应元件与比较例1～3中获得的磁阻效应元件相比，MR比和RA较大。特别地，可知实施例3中获得的磁阻效应元件能够在临界电流密度Jc为2.5～5.0×107A/cm2下工作。
(实施例7)
如下述的方式制作了图13所示的磁阻效应元件104。磁阻效应元件104的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：
第二基底层22：Cr层，厚度10nm
第三基底层23：Ag层，厚度100nm
第一插入层91：Ni层，厚度为0.21nm
第一铁磁性层30
基板侧第一铁磁性层30B：Co2Fe1.03Ga0.41Ge0.86层，厚度7nm
非磁性层侧第一铁磁性层30A：Co2Fe1.13Ga0.41Ge0.76层，厚度3nm
第一NiAl层40：厚度0.21nm
非磁性层50：Ag层，厚度5nm
第二NiAl层60：厚度0.21nm
第二铁磁性层70
非磁性层侧第二铁磁性层70A：Co2Fe1.03Ga0.41Ge0.86层，厚度4nm
盖层侧的第二铁磁性层70B：Co2Fe1.03Ga0.41Ge0.86层，厚度4nm
第二插入层92：Ni层，厚度为0.21nm
盖层80：Ru层，厚度5nm
为了使基板10表面的平坦性提高，将基板10加热至600℃，保持30分钟之后，放冷至室温。然后，在基板10上通过溅射法成膜了第二基底层22(Cr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)，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上的基底层20上，成膜了第一插入层91(Ni层)。第一插入层91的成膜通过溅射法进行。
在第一插入层91上，成膜了7nm的基板侧第一铁磁性层30B(Co2Fe1.03Ga0.41Ge0.86)。基板侧第一铁磁性层30B的成膜是通过使用了Co2Fe1Ga0.5Ge0.5合金靶和Ge靶作为靶的共溅射法来进行的。
在基板侧第一铁磁性层30B上，成膜了3nm的非磁性层侧第一铁磁性层30A(Co2Fe1.13Ga0.41Ge0.76)。非磁性层侧第一铁磁性层30A的成膜是通过使用了Co2Fe1Ga0.5Ge0.5合金靶和Ge靶、以及Fe靶作为靶的共溅射法来进行的。
将成膜了包含基板侧第一铁磁性层30B和非磁性层侧第一铁磁性层30A的第一铁磁性层30的基板10在600℃下加热15分钟，然后，放冷至室温。
在第一铁磁性层30上，通过溅射法成膜了第一NiAl层40。第一NiAl层40的成膜通过使用了Ni50Al50合金靶和Al靶作为靶的共溅射法来进行。此时，以使第一NiAl层40的主要组成成为Al。
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)。
接下来，在非磁性层50上，通过溅射法成膜了第二NiAl层60。第二NiAl层60的成膜通过使用Ni50Al50合金靶和Ni靶作为靶的共溅射法来进行。此时，以使第二NiAl层60的主要组成成为Ni。
然后，在第二NiAl层60上，成膜了4nm的非磁性层侧第二铁磁性层70A(Co2Fe1.03Ga0.41Ge0.86)。非磁性层侧第二铁磁性层70A的成膜通过使用了Co2Fe1Ga0.5Ge0.5合金靶和Ge靶作为靶的共溅射法来进行。然后，将成膜了非磁性层侧第二铁磁性层70A的基板10在500℃下加热15分钟，然后，放冷至室温。
在非磁性层侧第二铁磁性层70A上，成膜了4nm的盖层侧第二铁磁性层70B(Co2Fe1.03Ga0.41Ge0.86)。盖层侧第二铁磁性层70B的成膜通过使用了Co2Fe1Ga0.5Ge0.5合金靶和Ge靶作为靶的共溅射法来进行。然后，将成膜了盖层侧第二铁磁性层70B的基板10在450℃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，成膜了第二插入层92(Ni层)。第二插入层92的成膜通过溅射法来进行。最后，在第二插入层92(Ni层)上，通过溅射法成膜了盖层80(Ru层)。如此，制作了图13所示的磁阻效应元件104。
用树脂填埋所获得的磁阻效应元件104，沿着层叠方向切断磁阻效应元件104，并且研磨了切断面。对于从第三基底层23到盖层80的各层的切断面，使用EDS(能量色散型X射线谱仪)，测绘了Fe、Co、Ga、Ge、Ru、Ag、Ni、Al的各元素。各元素的分布图在图14中示出。在图14中，(a)是磁阻效应元件104的截面图，(b)是磁阻效应元件104的切断面的Fe、Co、Ga、Ge、Ru、Ag的分布图，(c)是磁阻效应元件104的切断面的Ni和Al的分布图。在(b)和(c)的分布图中，横轴表示以第三基底层23的某一点为起点0的层叠方向的距离。纵轴是原子％。根据图13的元素的分布图，可以确认从第三基底层23朝向盖层80成膜有：含有Ag的层(第三基底层23)、含有Ni的层(第一插入层91)、含有Co、Fe、Ga、Ge的层(第一铁磁性层30)、含有的Ni比Al更多的NiAl层(第一NiAl层40)、含有Ag的层(非磁性层50)、含有的Al比Ni更多的NiAl层(第二NiAl层60)、含有Co、Fe、Ga、Ge的层(第二铁磁性层70)、含有Ni的层(第二插入层92)、含有Ru的层(盖层80)。另外，可以确认第一铁磁性层30的非磁性层侧第一铁磁性层30A与基板侧第一铁磁性层30B相比，Ge浓度低，Fe浓度高。另外，可以观察到第一铁磁性层30的非磁性层侧第一铁磁性层30A在非磁性层50的附近具有Ga浓度增加的倾向。另外，对于第二铁磁性层70的非磁性层侧第二铁磁性层70A，也可以观察到在非磁性层50的附近具有Ga浓度增加的倾向。
另外，使用ADF-STEM(环形暗场-扫描透射型电子显微镜)法来观察树脂填埋了的磁阻效应元件104的切断面，使用CBED(聚焦电子衍射)法得到切断面的微小区域的电子衍射图像并鉴定了晶体结构。其结果在图15A和图15B中示出。图15A是磁阻效应元件的切断面的STEM图像，图15B是由图15A的TEM像中的1～8所示的区域的电子衍射图像。1～4所示的区域是第一铁磁性层30内的区域，5所示的区域是非磁性层50内的区域，6～8所示的区域是第二铁磁性层70内的区域。其结果，第一铁磁性层30、第二铁磁性层70中分别可以确认来自B2结构的(001)面的衍射斑。即，确认了具有包含B2结构(CsCl结构)的有序度的晶体结构。另外，第一铁磁性层30的基板侧第一铁磁性层30B以及非磁性层侧第一铁磁性层30A分别除了可以确认来自B2结构的(001)面的衍射斑，还可以确认来自比B2结构的有序度更高的L21结构的(111)面的衍射斑。即，确认了具有包含L21结构的有序度的晶体结构。

Claims (25)

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包含由下述通式(1)所表示的惠斯勒合金：
Co2FeαXβ……(1)
式(1)中，X表示选自Mn、Cr、Si、Al、Ga和Ge中的一种以上的元素，α和β表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9的数。
2.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述惠斯勒合金是由下述通式(2)所表示的合金：
Co2FeαGaγYβ-γ……(2)
式(2)中，Y表示选自Mn、Cr、Si、Al和Ge中的一种以上的元素，α、β和γ表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9、0.1≤γ的数。
3.根据权利要求2所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(2)中的β和γ表示满足2×γ<β的数。
4.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述惠斯勒合金是由下述通式(3)所表示的合金：
Co2FeαGeδZβ-δ……(3)
式(3)中，Z表示选自Mn、Cr、Si、Al和Ga中的一种以上的元素，α、β和δ表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9、0.1≤δ的数。
5.根据权利要求4所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(3)中的β和δ表示满足2×δ>β的数。
6.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述惠斯勒合金是由下述通式(4)所表示的合金：
Co2FeαGaγGeδ……(4)
式(4)中，α、γ和δ表示满足2.3≤α+γ+δ、α<γ+δ、且0.5<α<1.9、0.1≤γ、0.1≤δ的数。
7.根据权利要求6所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(4)中的γ和δ表示满足γ<δ的数。
8.根据权利要求6或7所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(4)中的α、γ和δ表示满足2.3≤α+γ+δ<2.66的数。
9.根据权利要求8所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(4)中的α、γ和δ表示满足2.45<α+γ+δ<2.66的数。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(4)中的δ表示满足0.63<δ<1.26的数。
11.根据权利要求10所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(4)中的δ表示满足0.84<δ<1.26的数。
12.根据权利要求1所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述惠斯勒合金是由下述通式(5)表示的合金：
Co2FeαGaγGeδMnε……(5)
式(5)中，α、γ、δ和ε表示满足2.3≤α+γ+δ+ε、α<γ+δ+ε、且0.5<α<1.9、0.1≤γ、0.1≤δ、0.1≤ε的数。
13.根据权利要求12所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(5)中的δ和ε表示满足δ<ε的数。
14.根据权利要求12或13所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述通式(5)中的ε表示满足0.38<ε<0.76的数。
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，
所述非磁性层包含Ag。
16.根据权利要求1～15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所述非磁性层之间以及在所述第二铁磁性层与所述非磁性层之间，分别具备有包含NiAl合金的NiAl层。
17.根据权利要求16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。
18.根据权利要求16或17所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述NiAl合金中，含有的Ni比Al更多。
19.根据权利要求16或17所述的磁阻效应元件，其特征在于，
所述NiAl合金中，含有的Al比Ni更多。
20.根据权利要求1～19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至少一个是包含两层以上的铁磁性层的层叠体，所述两层以上的铁磁性层中的与所述非磁性层相接的所述铁磁性层的Fe浓度比与所述非磁性层侧为相反侧的所述铁磁性层的Fe浓度高。
21.根据权利要求1～20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至少一个是包含两层以上的铁磁性层的层叠体，所述两层以上的铁磁性层分别包含Ge，并且所述两层以上的铁磁性层中的与所述非磁性层相接的所述铁磁性层的Ge浓度比与所述非磁性层侧为相反侧的所述铁磁性层的Ge浓度低。
22.根据权利要求1～21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至少一个是包含两层以上的铁磁性层的层叠体，所述两层以上的铁磁性层分别包含Ga，并且所述两层以上的铁磁性层中的与所述非磁性层相接的所述铁磁性层的Ga浓度比与所述非磁性层侧为相反侧的所述铁磁性层的Ga浓度高。
23.根据权利要求1～22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至少一个是包含两层以上的铁磁性层的层叠体，所述两层以上的铁磁性层中的与所述非磁性层相接的所述铁磁性层的有序度比与所述非磁性层侧为相反侧的所述铁磁性层的有序度高。
24.根据权利要求1～23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至少一个在与所述非磁性层侧相反侧具备包含Ni的层。
25.一种惠斯勒合金，其特征在于，
由以下的通式(1)表示：
Co2FeαXβ……(1)
式(1)中，X表示选自Mn、Cr、Si、Al、Ga和Ge中的一种以上的元素，α和β表示满足2.3≤α+β、α<β、且0.5<α<1.9的数。
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