JP2000156532A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
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- H01F10/26—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by the substrate or intermediate layers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い磁気感度を有し、微弱磁場を検知する磁
気センサ等として有効である磁気抵抗効果素子を提供す
る。 【解決手段】 表面に原子層レベルステップを持つ酸化
物基板上に、強磁性酸化物薄膜をエピタキシャル成長す
る際に、自発的に導入される結晶粒界を磁気抵抗発生部
として利用する磁気抵抗効果素子である。
気センサ等として有効である磁気抵抗効果素子を提供す
る。 【解決手段】 表面に原子層レベルステップを持つ酸化
物基板上に、強磁性酸化物薄膜をエピタキシャル成長す
る際に、自発的に導入される結晶粒界を磁気抵抗発生部
として利用する磁気抵抗効果素子である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高い磁気感度を有
し、微弱磁場を検知する磁気センサ等として有効である
磁気抵抗効果素子に関するものである。
し、微弱磁場を検知する磁気センサ等として有効である
磁気抵抗効果素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】次世代の高密度磁気記録装置の実現に
は、微弱な磁場を検知する小型の磁気センサが不可欠で
ある。最近では、従来より広く利用されてきた誘導型読
み取り磁気ヘッドにかわり、金属や合金の磁気抵抗（Ｍ
Ｒ）効果を利用したＭＲヘッドが使われるようになり、
誘導型読み取りでは困難であった高密度磁気記録が可能
となってきている。しかし、これらの金属や合金の磁気
抵抗効果の大きさは抵抗変化率で１％程度であるため、
更なる高密度磁気記録には使用できないことが明白であ
る。
は、微弱な磁場を検知する小型の磁気センサが不可欠で
ある。最近では、従来より広く利用されてきた誘導型読
み取り磁気ヘッドにかわり、金属や合金の磁気抵抗（Ｍ
Ｒ）効果を利用したＭＲヘッドが使われるようになり、
誘導型読み取りでは困難であった高密度磁気記録が可能
となってきている。しかし、これらの金属や合金の磁気
抵抗効果の大きさは抵抗変化率で１％程度であるため、
更なる高密度磁気記録には使用できないことが明白であ
る。
【０００３】これに対する一つの回答として、最近注目
を集めている巨大磁気抵抗酸化物を読み取りヘッドに使
うことが検討されはじめている。特に、例えば「 Physi
calreview Letters」、第77巻、2041ページなどで報告
されたような、強磁性を示すペロブスカイト型酸化物Ｌ
ａ1-X ＳｒX ＭｎＯ3 多結晶試料などで見られる結晶粒
界での巨大な（10％以上）弱磁場磁気抵抗効果は、高感
度磁気センサへの応用に最も有望と考えられる。その磁
気抵抗効果を最大限に引き出そうとした試みの一つとし
て、２つの強磁性薄膜の間に絶縁体薄膜を挟んだいわゆ
るトンネル接合素子で、80％以上の磁気抵抗効果が得ら
れたことが「Physical Review B 」第54巻、8357ページ
に報告されている。
を集めている巨大磁気抵抗酸化物を読み取りヘッドに使
うことが検討されはじめている。特に、例えば「 Physi
calreview Letters」、第77巻、2041ページなどで報告
されたような、強磁性を示すペロブスカイト型酸化物Ｌ
ａ1-X ＳｒX ＭｎＯ3 多結晶試料などで見られる結晶粒
界での巨大な（10％以上）弱磁場磁気抵抗効果は、高感
度磁気センサへの応用に最も有望と考えられる。その磁
気抵抗効果を最大限に引き出そうとした試みの一つとし
て、２つの強磁性薄膜の間に絶縁体薄膜を挟んだいわゆ
るトンネル接合素子で、80％以上の磁気抵抗効果が得ら
れたことが「Physical Review B 」第54巻、8357ページ
に報告されている。
【０００４】一方、近年の酸化物薄膜成長技術の著しい
発展により、基板と完全に格子整合した良質なエピタキ
シャル成長薄膜が酸化物においても得られるようになっ
てきた。この薄膜は、基板表面上に、基板の結晶学的構
造（以下結晶構造と記す）に起因する原子スケールの段
差（以下ステップと記す）が存在した場合ですら、その
ステップの状態をそのまま引き継いで成長を続けること
が「Science 」第 266巻、1540ページなどに示されてい
る。この時に、成長させる薄膜の結晶構造および成膜条
件によって、ステップ直上以外の部分は完全に単結晶と
なっていて、ステップ部だけに薄膜表面に平行な方向の
原子配列の周期性が乱れた、いわゆるアンチフェーズド
メインバウンダリーが存在する膜を得ることができる。
発展により、基板と完全に格子整合した良質なエピタキ
シャル成長薄膜が酸化物においても得られるようになっ
てきた。この薄膜は、基板表面上に、基板の結晶学的構
造（以下結晶構造と記す）に起因する原子スケールの段
差（以下ステップと記す）が存在した場合ですら、その
ステップの状態をそのまま引き継いで成長を続けること
が「Science 」第 266巻、1540ページなどに示されてい
る。この時に、成長させる薄膜の結晶構造および成膜条
件によって、ステップ直上以外の部分は完全に単結晶と
なっていて、ステップ部だけに薄膜表面に平行な方向の
原子配列の周期性が乱れた、いわゆるアンチフェーズド
メインバウンダリーが存在する膜を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述のトンネル接合素
子における最大の問題点は、素子の作成が容易でない点
にある。即ちトンネル接合の場合、強磁性薄膜に挟まれ
た絶縁体薄膜の厚さは、数ナノメートル（ｎｍ）以下で
あることが望ましいが、そのような薄い絶縁体薄膜を、
電流の短絡無しに作成することは非常に難しい。また、
素子構造が複雑であるため、作成のための加工プロセス
も煩雑になり、高度なプロセス最適化が必要とされる。
これらの問題点は、素子サイズが小さくなるほどより一
層顕著になると考えられるため、高密度磁気記録用読み
取りヘッドへのトンネル接合素子の応用は、かなり困難
であるといわざるを得ない。
子における最大の問題点は、素子の作成が容易でない点
にある。即ちトンネル接合の場合、強磁性薄膜に挟まれ
た絶縁体薄膜の厚さは、数ナノメートル（ｎｍ）以下で
あることが望ましいが、そのような薄い絶縁体薄膜を、
電流の短絡無しに作成することは非常に難しい。また、
素子構造が複雑であるため、作成のための加工プロセス
も煩雑になり、高度なプロセス最適化が必要とされる。
これらの問題点は、素子サイズが小さくなるほどより一
層顕著になると考えられるため、高密度磁気記録用読み
取りヘッドへのトンネル接合素子の応用は、かなり困難
であるといわざるを得ない。
【０００６】そこで、本発明の目的は、マンガン系ペロ
ブスカイトに代表される強磁性酸化物の粒界で起こる巨
大な磁気抵抗効果を、容易に高感度磁気センサに応用す
る手段を提供することにある。特に素子への加工プロセ
スを大幅に簡便化し、大量生産にも対応できる手法を提
供する。
ブスカイトに代表される強磁性酸化物の粒界で起こる巨
大な磁気抵抗効果を、容易に高感度磁気センサに応用す
る手段を提供することにある。特に素子への加工プロセ
スを大幅に簡便化し、大量生産にも対応できる手法を提
供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、結晶粒界で大
きな磁気抵抗効果を示す強磁性酸化物を応用した磁気抵
抗効果素子を提案するものであって、表面に原子層レベ
ルのステップを持つ酸化物基板上に、強磁性酸化物薄膜
をエピタキシャル成長させる際に、薄膜内の基板ステッ
プ直上にアンチフェーズドメインバウンダリーが自発的
に形成され、これに直交する方向で電気抵抗を測ること
により、大きな磁気抵抗効果が得られることを見いだし
たものである。
きな磁気抵抗効果を示す強磁性酸化物を応用した磁気抵
抗効果素子を提案するものであって、表面に原子層レベ
ルのステップを持つ酸化物基板上に、強磁性酸化物薄膜
をエピタキシャル成長させる際に、薄膜内の基板ステッ
プ直上にアンチフェーズドメインバウンダリーが自発的
に形成され、これに直交する方向で電気抵抗を測ること
により、大きな磁気抵抗効果が得られることを見いだし
たものである。
【０００８】このような効果が得られる強磁性酸化物材
料と酸化物基板の組み合わせとしては、強磁性酸化物材
料として ＲＥ3-X ＡＥX Ｍｎ2 Ｏ7 （ＲＥは少なくとも一種の希土類元素（Ｙ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）からなり、ＡＥは少なく
とも一種のアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂ
ａ）からなる。）を、表面に原子層ステップを持つ酸化
物基板として、ＳｒＴｉＯ3 の〈１００〉基板を用いる
組み合わせか、強磁性酸化物材料として ＡＥ2-X ＲＥX ＦｅＭＯ6 （ＲＥは少なくとも一種の希土類元素（Ｙ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）、ＡＥは少なくとも一種
のアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）、Ｍは
ＭｏもしくはＲｅからなる。）を、表面に原子層ステッ
プを持つ酸化物基板として、ＳｒＴｉＯ3 の〈１１１〉
基板を用いる組み合わせを利用できる。
料と酸化物基板の組み合わせとしては、強磁性酸化物材
料として ＲＥ3-X ＡＥX Ｍｎ2 Ｏ7 （ＲＥは少なくとも一種の希土類元素（Ｙ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）からなり、ＡＥは少なく
とも一種のアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂ
ａ）からなる。）を、表面に原子層ステップを持つ酸化
物基板として、ＳｒＴｉＯ3 の〈１００〉基板を用いる
組み合わせか、強磁性酸化物材料として ＡＥ2-X ＲＥX ＦｅＭＯ6 （ＲＥは少なくとも一種の希土類元素（Ｙ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）、ＡＥは少なくとも一種
のアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）、Ｍは
ＭｏもしくはＲｅからなる。）を、表面に原子層ステッ
プを持つ酸化物基板として、ＳｒＴｉＯ3 の〈１１１〉
基板を用いる組み合わせを利用できる。
【０００９】また、前者の、酸化物基板としてＳｒＴｉ
Ｏ3 の〈１００〉基板を用いる場合には、化学的表面処
理により基板最表面の原子層をＴｉＯ2 に規定すること
が本発明の効果を最大限に引き出すのに有効である。一
方、後者の、酸化物基板としてＳｒＴｉＯ3 の〈１１
１〉基板を用いる場合には、ＡＥ2-X ＲＥX ＦｅＭＯ6
を成長させる前にＦｅＯ2 面で終端したＳｒＦｅＯ3 薄
膜をバッファーとして成膜することが有効である。
Ｏ3 の〈１００〉基板を用いる場合には、化学的表面処
理により基板最表面の原子層をＴｉＯ2 に規定すること
が本発明の効果を最大限に引き出すのに有効である。一
方、後者の、酸化物基板としてＳｒＴｉＯ3 の〈１１
１〉基板を用いる場合には、ＡＥ2-X ＲＥX ＦｅＭＯ6
を成長させる前にＦｅＯ2 面で終端したＳｒＦｅＯ3 薄
膜をバッファーとして成膜することが有効である。
【００１０】
【作用】強磁性酸化物材料としてＳｒ2 ＦｅＭｏＯ
6 （ＡＥ2-X ＲＥX ＦｅＭＯ6 におけるＸ＝０で、ＡＥ
＝Ｓｒ、Ｍ＝Ｍｏ）を、表面に原子層ステップを持つ酸
化物基板としてＳｒＴｉＯ3 の〈１１１〉基板を用いる
組み合わせを例にして以下に説明する。図１は、Ｓｒ2
ＦｅＭｏＯ6 で見られるアンチフェーズドメインバウン
ダリーの模式図であって、正八面体は、Ｆｅ6 もしくは
ＭｏＯ6 からなる正八面体を示したものである。黒い大
きな球はそれらの正八面体の中心にある鉄原子を、小さ
な球はモリブデン原子をあらわしている。理想的な結晶
構造では鉄原子を中心とする正八面体とモリブデン原子
を中心とする正八面体が交互に並んでいることになる
が、基板のステップ部分にある灰色の丸の両型では原子
配列が乱れ、モリブデン同士が隣り合っている。図１に
示すようにＳｒＴｉＯ3 の〈１１１〉面上にエピタキシ
ャル成長させたＳｒ2 ＦｅＭｏＯ6 薄膜においては、基
板の原子層ステップの直上で鉄原子とモリブデン原子の
並びがずれている。即ち、この境界面上では理想的な結
晶構造における（−Ｆｅ−Ｏ−Ｍｏ−Ｏ−）の結合鎖が
とぎれ、Ｆｅ−Ｏ−Ｆｅあるいは、Ｍｏ−Ｏ−Ｍｏの配
列となっている。この薄膜に対しフォトリソグラフィー
により、図２に示すような抵抗測定パターンを電流の向
きが基板ステップに垂直になるような向きで形成して、
その電気抵抗率を測定する。Ｓｒ2 ＦｅＭｏＯ6 は、フ
ェリ磁性体であるため、結晶が理想的な場合にはすべて
のＦｅのスピンは同じ向きにそろっているが、この薄膜
では前述のように鉄原子とモリブデン原子の配列が崩れ
ているので、この境界部で磁化の方向が互いに反転する
ようになる。この強磁性体内の伝導電子スピンが著しく
大きい偏極率、（液体ヘリウム温度に近い低温ではほぼ
100 ％、300 Ｋにおいても60〜70％）を持っている為
に、この状態では境界部の電気抵抗は最大となる。この
素子に磁場を加えると、数10ガウス程度の磁場で境界部
の両側の磁化の向きをそろえることができる。この時に
は、境界での電気抵抗は低下し、両側の磁化の向きが完
全にそろったときに極小となる。薄膜の成長条件を最適
にした場合ではこの抵抗変化率は、 100ガウス以下の磁
場で50％を超えるものになる。
6 （ＡＥ2-X ＲＥX ＦｅＭＯ6 におけるＸ＝０で、ＡＥ
＝Ｓｒ、Ｍ＝Ｍｏ）を、表面に原子層ステップを持つ酸
化物基板としてＳｒＴｉＯ3 の〈１１１〉基板を用いる
組み合わせを例にして以下に説明する。図１は、Ｓｒ2
ＦｅＭｏＯ6 で見られるアンチフェーズドメインバウン
ダリーの模式図であって、正八面体は、Ｆｅ6 もしくは
ＭｏＯ6 からなる正八面体を示したものである。黒い大
きな球はそれらの正八面体の中心にある鉄原子を、小さ
な球はモリブデン原子をあらわしている。理想的な結晶
構造では鉄原子を中心とする正八面体とモリブデン原子
を中心とする正八面体が交互に並んでいることになる
が、基板のステップ部分にある灰色の丸の両型では原子
配列が乱れ、モリブデン同士が隣り合っている。図１に
示すようにＳｒＴｉＯ3 の〈１１１〉面上にエピタキシ
ャル成長させたＳｒ2 ＦｅＭｏＯ6 薄膜においては、基
板の原子層ステップの直上で鉄原子とモリブデン原子の
並びがずれている。即ち、この境界面上では理想的な結
晶構造における（−Ｆｅ−Ｏ−Ｍｏ−Ｏ−）の結合鎖が
とぎれ、Ｆｅ−Ｏ−Ｆｅあるいは、Ｍｏ−Ｏ−Ｍｏの配
列となっている。この薄膜に対しフォトリソグラフィー
により、図２に示すような抵抗測定パターンを電流の向
きが基板ステップに垂直になるような向きで形成して、
その電気抵抗率を測定する。Ｓｒ2 ＦｅＭｏＯ6 は、フ
ェリ磁性体であるため、結晶が理想的な場合にはすべて
のＦｅのスピンは同じ向きにそろっているが、この薄膜
では前述のように鉄原子とモリブデン原子の配列が崩れ
ているので、この境界部で磁化の方向が互いに反転する
ようになる。この強磁性体内の伝導電子スピンが著しく
大きい偏極率、（液体ヘリウム温度に近い低温ではほぼ
100 ％、300 Ｋにおいても60〜70％）を持っている為
に、この状態では境界部の電気抵抗は最大となる。この
素子に磁場を加えると、数10ガウス程度の磁場で境界部
の両側の磁化の向きをそろえることができる。この時に
は、境界での電気抵抗は低下し、両側の磁化の向きが完
全にそろったときに極小となる。薄膜の成長条件を最適
にした場合ではこの抵抗変化率は、 100ガウス以下の磁
場で50％を超えるものになる。
【００１１】
【実施例】以下、実施例において本発明を具体的に説明
する。
する。
【００１２】実施例１ 基板方位〈１１１〉方向にカットしたＳｒＴｉＯ3 基板
を、Ａｒ気流中で1000℃、２時間アニール処理を行うこ
とにより、基板のカット面の〈１１１〉からのわずかな
ずれを反映した、平行な原子層ステップを表面に持つ基
板を得た。この基板上に、レーザーアブレーション法に
よりＳｒＦｅＯ3 薄膜を、40Å成膜した。この厚さは、
ＳｒＦｅＯ3 結晶単位胞の10周期分に相当する。具体的
には、まずＳｒＦｅＯ3 なる組成を持つ酸化物多結晶体
を直径20ｍｍ、厚さ 5ｍｍのペレットに成形してターゲ
ットとした。このターゲットを真空チャンバー内に設置
した後、集光したＫｒＦパルスエキシマレーザを照射
し、ターゲットに対向して置かれた基板にＳｒＦｅＯ3
薄膜を成長させた。この時の基板の温度は 900℃とし、
チャンバー内の酸素圧は10-6Torrとした。またターゲッ
ト表面上でのエキシマレーザのエネルギー密度は、１パ
ルスあたり1000mJ/cm2、パルス繰り返し周期は５Hzとし
た。次に、ターゲットをＳｒ2 ＦｅＭｏＯ6 に代え、同
様な手続きで薄膜を成長させた。成長条件は基板温度 9
30℃、酸素分圧１×10-6Torr、レーザーパワー１パルス
あたり1000mJ/cm2、繰返し周期５Hzとした。Ｓｒ2 Ｆｅ
ＭｏＯ6 膜厚は 500Å程度とした。作成した薄膜を、通
常のフォトリソグラフィー技術により、図２のような４
端子抵抗測定素子に加工した。この際、電流を流す向き
（図中(1) −(4) ）がＳｒＴｉＯ3 基板上のステップエ
ッジの方向（図中(2) −(3) ）に直交するようにパター
ンを生成した。(1) −(4) の間に電流を流し、(2) −
(3) 間の電圧を測定する。磁気抵抗効果は、素子を電磁
石内におき、電磁石内の磁場の強さを変えながら素子の
電気抵抗を測定することにより、測定した。図３に、27
℃で測定した磁気抵抗測定の結果を示す。この素子の電
気抵抗率は磁場の無い場合に最も大きく、磁場を加える
にしたがって低下した。磁場の大きさが 100ガウスの時
に、電気抵抗率は磁場の無い場合の約50％まで低下し
た。
を、Ａｒ気流中で1000℃、２時間アニール処理を行うこ
とにより、基板のカット面の〈１１１〉からのわずかな
ずれを反映した、平行な原子層ステップを表面に持つ基
板を得た。この基板上に、レーザーアブレーション法に
よりＳｒＦｅＯ3 薄膜を、40Å成膜した。この厚さは、
ＳｒＦｅＯ3 結晶単位胞の10周期分に相当する。具体的
には、まずＳｒＦｅＯ3 なる組成を持つ酸化物多結晶体
を直径20ｍｍ、厚さ 5ｍｍのペレットに成形してターゲ
ットとした。このターゲットを真空チャンバー内に設置
した後、集光したＫｒＦパルスエキシマレーザを照射
し、ターゲットに対向して置かれた基板にＳｒＦｅＯ3
薄膜を成長させた。この時の基板の温度は 900℃とし、
チャンバー内の酸素圧は10-6Torrとした。またターゲッ
ト表面上でのエキシマレーザのエネルギー密度は、１パ
ルスあたり1000mJ/cm2、パルス繰り返し周期は５Hzとし
た。次に、ターゲットをＳｒ2 ＦｅＭｏＯ6 に代え、同
様な手続きで薄膜を成長させた。成長条件は基板温度 9
30℃、酸素分圧１×10-6Torr、レーザーパワー１パルス
あたり1000mJ/cm2、繰返し周期５Hzとした。Ｓｒ2 Ｆｅ
ＭｏＯ6 膜厚は 500Å程度とした。作成した薄膜を、通
常のフォトリソグラフィー技術により、図２のような４
端子抵抗測定素子に加工した。この際、電流を流す向き
（図中(1) −(4) ）がＳｒＴｉＯ3 基板上のステップエ
ッジの方向（図中(2) −(3) ）に直交するようにパター
ンを生成した。(1) −(4) の間に電流を流し、(2) −
(3) 間の電圧を測定する。磁気抵抗効果は、素子を電磁
石内におき、電磁石内の磁場の強さを変えながら素子の
電気抵抗を測定することにより、測定した。図３に、27
℃で測定した磁気抵抗測定の結果を示す。この素子の電
気抵抗率は磁場の無い場合に最も大きく、磁場を加える
にしたがって低下した。磁場の大きさが 100ガウスの時
に、電気抵抗率は磁場の無い場合の約50％まで低下し
た。
【００１３】実施例２ 前記実施例１の手法に準じて同様に、原子層ステップを
持つように表面処理を行ったＳｒＴｉＯ3 〈１１１〉基
板上に、ＳｒＦｅＯ3 薄膜を成膜した。次に、ターゲッ
トをＳｒ2 ＦｅＲｅＯ6 なる組成の化合物焼結体に代
え、基板温度 850℃、酸素分圧10-6Torr、エキシマレー
ザのエネルギー密度１パルスあたり1000mJ/cm2、パルス
繰り返し周期５Hz条件で、Ｓｒ2 ＦｅＲｅＯ6 薄膜を 5
00Åの厚さで堆積させた。そして、前記実施例１と同様
な４端子抵抗測定素子を作製し、27℃において磁気抵抗
効果の測定を行った結果、100 ガウスにおいて 60 ％の
抵抗減少が確認された。
持つように表面処理を行ったＳｒＴｉＯ3 〈１１１〉基
板上に、ＳｒＦｅＯ3 薄膜を成膜した。次に、ターゲッ
トをＳｒ2 ＦｅＲｅＯ6 なる組成の化合物焼結体に代
え、基板温度 850℃、酸素分圧10-6Torr、エキシマレー
ザのエネルギー密度１パルスあたり1000mJ/cm2、パルス
繰り返し周期５Hz条件で、Ｓｒ2 ＦｅＲｅＯ6 薄膜を 5
00Åの厚さで堆積させた。そして、前記実施例１と同様
な４端子抵抗測定素子を作製し、27℃において磁気抵抗
効果の測定を行った結果、100 ガウスにおいて 60 ％の
抵抗減少が確認された。
【００１４】実施例３ 前記実施例１，２の手法に準じて同様に、原子層ステッ
プを持つように処理を行ったＳｒＴｉＯ3 〈１１１〉基
板上に、ＳｒＦｅＯ3 薄膜を成膜した。次に、ターゲッ
トをＳｒ1.8 Ｌａ0.2 ＦｅＭｏＯ6 なる組成の化合物焼
結体に代え、基板温度は 930℃、酸素分圧は10-6Torr、
エキシマレーザのエネルギー密度１パルスあたり 1000m
J/cm2 、パルス繰り返し周期 ５Hz条件で、同組成の薄
膜を 500Åの厚さで堆積した。そして、前記実施例１，
２と同様な４端子抵抗測定素子を作製し、27℃において
磁気抵抗効果の測定を行った結果、100 ガウスにおいて
55 ％の抵抗減少が確認された。
プを持つように処理を行ったＳｒＴｉＯ3 〈１１１〉基
板上に、ＳｒＦｅＯ3 薄膜を成膜した。次に、ターゲッ
トをＳｒ1.8 Ｌａ0.2 ＦｅＭｏＯ6 なる組成の化合物焼
結体に代え、基板温度は 930℃、酸素分圧は10-6Torr、
エキシマレーザのエネルギー密度１パルスあたり 1000m
J/cm2 、パルス繰り返し周期 ５Hz条件で、同組成の薄
膜を 500Åの厚さで堆積した。そして、前記実施例１，
２と同様な４端子抵抗測定素子を作製し、27℃において
磁気抵抗効果の測定を行った結果、100 ガウスにおいて
55 ％の抵抗減少が確認された。
【００１５】実施例４ 基板方位〈１００〉にカットしたＳｒＴｉＯ3 基板をｐ
Ｈ4.2 のＮＨ4 Ｆ- ＨＦ混合液でエッチングし、真空チ
ャンバーに導入し、酸素１ｍTorrの雰囲気中、800℃で1
0分間の熱処理を行うことにより、最表面原子層が完全
にＴｉＯ2 面で覆われ、かつ基板のカット面の〈１０
０〉からのわずかなずれを反映した、平行な原子層ステ
ップを表面に持つ図４に示すような基板を得た。図４
中、ステップエッジ方向は斜め約30度方向でステップ間
隔は約60nm。ステップ間隔は基板のＯＦＦ角で決まり任
意に調節できる。ステップ位置で磁気抵抗は発生するた
めステップ間隔を調節することで磁気抵抗の大きさを調
整することができる。この基板上に、レーザーアブレー
ション法によりＬａ1.2 Ｓｒ1.8 Ｍｎ2 Ｏ7薄膜を結晶
単位胞の10周期、100 Åの厚さに成膜した。具体的に
は、まずＬａ1.2 Ｓｒ1.8 Ｍｎ2 Ｏ7 なる組成の酸化物
多結晶体を直径20mm，厚さ５mmのペレットに成形しター
ゲットとした。このターゲットを真空チャンバー内に設
置した後、ＫｒＦパルスエキシマレーザを照射し、ター
ゲットに対向しておかれた基板にＬａ1.2 Ｓｒ1.8 Ｍｎ
2 Ｏ7 薄膜を成長させた。この時の基板の温度は970 ℃
とし、チャンバー内の酸素圧は100 ｍTorrとした。また
ターゲット表面上でのエキシマレーザのエネルギー密度
は１パルスあたり２J/cm2 、パルス繰り返し周期は10Hz
とした。作成した薄膜を、通常のフォトリソグラフィー
技術により、図５のような４端子抵抗測定素子に加工し
た。この際、電流を流す向きがＳｒＴｉＯ3 基板上のス
テップエッジの方向に直交するようにパターンを生成し
た。具体的には、薄膜作成後原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
にてステップエッジの方向を確認した後、その方向に図
中Ａ−Ｆが、その垂直方向（ステップをまたぐ方向）に
図中Ｄ−Ｇが形成されるようにフォトレジストパターン
を生成する。薄膜は塩酸または王水を用いることによっ
て、容易にエッチングすることができる。最後にアセト
ンでフォトレジストを溶解することにより、素子を完成
させた。磁気抵抗効果は、素子を電磁石内におき電磁石
内の磁場の強さを変えながら素子の電気抵抗を測定する
ことにより、測定した。図６に、-200℃で測定した磁気
抵抗測定の結果を示す。この素子の電気抵抗率は磁場の
無い場合に最も大きく、磁場を加えるにしたがって低下
した。磁場の大きさが 100ガウスの時に、電気抵抗率は
磁場の無い場合の約30％まで低下した。
Ｈ4.2 のＮＨ4 Ｆ- ＨＦ混合液でエッチングし、真空チ
ャンバーに導入し、酸素１ｍTorrの雰囲気中、800℃で1
0分間の熱処理を行うことにより、最表面原子層が完全
にＴｉＯ2 面で覆われ、かつ基板のカット面の〈１０
０〉からのわずかなずれを反映した、平行な原子層ステ
ップを表面に持つ図４に示すような基板を得た。図４
中、ステップエッジ方向は斜め約30度方向でステップ間
隔は約60nm。ステップ間隔は基板のＯＦＦ角で決まり任
意に調節できる。ステップ位置で磁気抵抗は発生するた
めステップ間隔を調節することで磁気抵抗の大きさを調
整することができる。この基板上に、レーザーアブレー
ション法によりＬａ1.2 Ｓｒ1.8 Ｍｎ2 Ｏ7薄膜を結晶
単位胞の10周期、100 Åの厚さに成膜した。具体的に
は、まずＬａ1.2 Ｓｒ1.8 Ｍｎ2 Ｏ7 なる組成の酸化物
多結晶体を直径20mm，厚さ５mmのペレットに成形しター
ゲットとした。このターゲットを真空チャンバー内に設
置した後、ＫｒＦパルスエキシマレーザを照射し、ター
ゲットに対向しておかれた基板にＬａ1.2 Ｓｒ1.8 Ｍｎ
2 Ｏ7 薄膜を成長させた。この時の基板の温度は970 ℃
とし、チャンバー内の酸素圧は100 ｍTorrとした。また
ターゲット表面上でのエキシマレーザのエネルギー密度
は１パルスあたり２J/cm2 、パルス繰り返し周期は10Hz
とした。作成した薄膜を、通常のフォトリソグラフィー
技術により、図５のような４端子抵抗測定素子に加工し
た。この際、電流を流す向きがＳｒＴｉＯ3 基板上のス
テップエッジの方向に直交するようにパターンを生成し
た。具体的には、薄膜作成後原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）
にてステップエッジの方向を確認した後、その方向に図
中Ａ−Ｆが、その垂直方向（ステップをまたぐ方向）に
図中Ｄ−Ｇが形成されるようにフォトレジストパターン
を生成する。薄膜は塩酸または王水を用いることによっ
て、容易にエッチングすることができる。最後にアセト
ンでフォトレジストを溶解することにより、素子を完成
させた。磁気抵抗効果は、素子を電磁石内におき電磁石
内の磁場の強さを変えながら素子の電気抵抗を測定する
ことにより、測定した。図６に、-200℃で測定した磁気
抵抗測定の結果を示す。この素子の電気抵抗率は磁場の
無い場合に最も大きく、磁場を加えるにしたがって低下
した。磁場の大きさが 100ガウスの時に、電気抵抗率は
磁場の無い場合の約30％まで低下した。
【００１６】
【発明の効果】本発明による磁気抵抗効果素子は、薄膜
を一度加工するだけの簡単なプロセスで作成でき、50％
以上の高い磁気感度を有することから、微弱磁界の検出
素子として有効であることが示された。したがって、本
発明の磁気抵抗効果素子は、高い磁気感度を有し、微弱
磁場を検知する磁気センサ等として有効である。また、
特に素子への加工プロセスを大幅に簡便化したので、大
量生産にも対応でき、工業生産性も高いものである。
を一度加工するだけの簡単なプロセスで作成でき、50％
以上の高い磁気感度を有することから、微弱磁界の検出
素子として有効であることが示された。したがって、本
発明の磁気抵抗効果素子は、高い磁気感度を有し、微弱
磁場を検知する磁気センサ等として有効である。また、
特に素子への加工プロセスを大幅に簡便化したので、大
量生産にも対応でき、工業生産性も高いものである。
【図１】本発明に用いられるＳｒ2 ＦｅＭｏＯ6 のアン
チフェーズドメインバウンダリー部を概念的に示す斜視
図である。
チフェーズドメインバウンダリー部を概念的に示す斜視
図である。
【図２】本発明による磁気センサの一例である４端子抵
抗素子を模式的に示す平面図である。
抗素子を模式的に示す平面図である。
【図３】Ｓｒ2 ＦｅＭｏＯ6 を用いた本発明による磁気
センサの電気抵抗と外部磁場の関係を示すグラフであ
る。
センサの電気抵抗と外部磁場の関係を示すグラフであ
る。
【図４】本発明で用いたＳｒＴｉＯ3 基板のＡＦＭ観察
の例を示す電子顕微鏡写真である。
の例を示す電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施例４で用いた磁気センサの一例で
ある磁気抵抗異方性測定用４端子マスクを模式的に示す
平面図である。
ある磁気抵抗異方性測定用４端子マスクを模式的に示す
平面図である。
【図６】本発明の実施例４で用いた磁気センサーの抵抗
率の磁場による変化の一例を示すグラフである。
率の磁場による変化の一例を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (74)上記４名の代理人 100061642 弁理士 福田 武通 （外２名） (71)出願人 000001144 工業技術院長 東京都千代田区霞が関１丁目３番１号 (74)上記１名の復代理人 100061642 弁理士 福田 武通 （外３名） (72)発明者 眞子 隆志 東京都港区芝５丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 小西 義則 東京都千代田区有楽町１丁目12番１号 富 士電機株式会社内 (72)発明者 川崎 雅司 茨城県つくば市東１−１−４ 工業技術院 産業技術融合領域研究所内 (72)発明者 十倉 好紀 茨城県つくば市東１−１−４ 工業技術院 産業技術融合領域研究所内 (72)発明者 小林 啓一郎 東京都千代田区丸の内２丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 和泉 真 茨城県つくば市東１−１−４ 工業技術院 産業技術融合領域研究所内 Ｆターム(参考） 5E049 AB01 AB10 AC00 AC05 BA16
Claims (5)
- 【請求項１】 結晶粒界で大きな磁気抵抗効果を示す強
磁性酸化物を応用した磁気抵抗効果素子であり、表面に
原子層レベルステップを持つ酸化物基板上に、強磁性酸
化物薄膜をエピタキシャル成長させ、その際に導入され
る結晶粒界を磁気抵抗発生部として利用することを特徴
とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 請求項１において、結晶粒界で大きな磁
気抵抗効果を示す強磁性酸化物材料として、 ＲＥ3-X ＡＥX Ｍｎ2 Ｏ7 （ＲＥは少なくとも一種の希土類元素（Ｙ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）からなり、 ＡＥは少なくとも一種のアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａ）からなる。）を、表面に原子層ステッ
プを持つ酸化物基板として、ＳｒＴｉＯ3 の〈１００〉
基板を用いることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 請求項１において、結晶粒界で大きな磁
気抵抗効果を示す強磁性酸化物材料として、 ＡＥ2-X ＲＥX ＦｅＭＯ6 （ＲＥは少なくとも一種の希土類元素（Ｙ，Ｌａ，Ｃ
ｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈ
ｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）、 ＡＥは少なくとも一種のアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｓｒ，Ｂａ）、 ＭはＭｏもしくはＲｅからなる。）を、表面に原子層ス
テップを持つ酸化物基板として、ＳｒＴｉＯ3 の〈１１
１〉基板を用いることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 請求項２において、ＳｒＴｉＯ3 の〈１
００〉基板表面をすべてＴｉＯ2 層にするような化学的
表面処理を行うことにより、その上に堆積する強磁性薄
膜内で基板のステップ位置に、格子不整合を生じ易くす
ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 請求項３において、ＳｒＴｉＯ3 の〈１
１１〉基板上に強磁性薄膜を堆積する前に、ＳｒＦｅＯ
3 薄膜を堆積することにより、その上に堆積する強磁性
薄膜内で基板のステップ位置に、格子不整合を生じ易く
することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34486198A JP3240310B2 (ja) | 1998-11-19 | 1998-11-19 | 磁気抵抗効果素子 |
| EP99307640A EP1003047B1 (en) | 1998-11-19 | 1999-09-28 | Magneto-resistance effect element |
| DE69924586T DE69924586T2 (de) | 1998-11-19 | 1999-09-28 | Magnetowiderstandseffektelement |
| US09/408,125 US6330135B1 (en) | 1998-11-19 | 1999-09-29 | Magneto-resistance effect element based on a ferromagnetic oxide thin film on a stepped layer oxide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34486198A JP3240310B2 (ja) | 1998-11-19 | 1998-11-19 | 磁気抵抗効果素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000156532A true JP2000156532A (ja) | 2000-06-06 |
| JP3240310B2 JP3240310B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=18372566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34486198A Expired - Lifetime JP3240310B2 (ja) | 1998-11-19 | 1998-11-19 | 磁気抵抗効果素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6330135B1 (ja) |
| EP (1) | EP1003047B1 (ja) |
| JP (1) | JP3240310B2 (ja) |
| DE (1) | DE69924586T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008135541A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Canon Inc | 磁性膜及びその製造方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ATE446581T1 (de) * | 2004-03-12 | 2009-11-15 | Trinity College Dublin | Magnetoresistives medium |
| WO2013058044A1 (ja) * | 2011-10-19 | 2013-04-25 | 富士電機株式会社 | 強相関不揮発メモリー素子 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1222893A (en) * | 1982-03-08 | 1987-06-16 | Tsuyoshi Masumoto | Nickel-based alloy |
| JPS59162254A (ja) * | 1983-03-01 | 1984-09-13 | Takeshi Masumoto | 加工性に優れたＦｅ基合金材料 |
| JPS6450575A (en) * | 1987-08-21 | 1989-02-27 | Nec Corp | Substrate for electronic device |
| JPH01241876A (ja) * | 1988-03-23 | 1989-09-26 | Nec Corp | 電子デバイス用基板 |
-
1998
- 1998-11-19 JP JP34486198A patent/JP3240310B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-09-28 EP EP99307640A patent/EP1003047B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1999-09-28 DE DE69924586T patent/DE69924586T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1999-09-29 US US09/408,125 patent/US6330135B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008135541A (ja) * | 2006-11-28 | 2008-06-12 | Canon Inc | 磁性膜及びその製造方法 |
| JP4701155B2 (ja) * | 2006-11-28 | 2011-06-15 | キヤノン株式会社 | 磁性膜及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1003047B1 (en) | 2005-04-06 |
| JP3240310B2 (ja) | 2001-12-17 |
| EP1003047A2 (en) | 2000-05-24 |
| DE69924586D1 (de) | 2005-05-12 |
| US6330135B1 (en) | 2001-12-11 |
| DE69924586T2 (de) | 2006-03-02 |
| EP1003047A3 (en) | 2001-04-25 |
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