JP2000174359A - Reluctance element - Google Patents

Reluctance element

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JP2000174359A
JP2000174359A JP10349839A JP34983998A JP2000174359A JP 2000174359 A JP2000174359 A JP 2000174359A JP 10349839 A JP10349839 A JP 10349839A JP 34983998 A JP34983998 A JP 34983998A JP 2000174359 A JP2000174359 A JP 2000174359A
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JP
Japan
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magnetic
film
magnetic film
magnetoresistive element
composite perovskite
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JP10349839A
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Japanese (ja)
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Shin Fukushima
伸 福島
Yuzo Kamiguchi
裕三 上口
Hiromi Yuasa
裕美 湯浅
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain significant in-plane reluctance variation by composing the magnetic film of a reluctance element of a composite perovskite oxide composed of specified elements, thereby enhancing the spin polarization rate. SOLUTION: A lower magnetic film 2 of Sr2FeReO6 is deposited on an SrTiO3 substrate 1 through RF sputtering and an upper magnetic film 4 of Sr2FeReO6 is deposited thereon through an SrTiO3 insulation layer 3. These magnetic films 3, 4 are composed of a composite perovskite oxide shownby A2+xtm'1+yTM '1+zO6-δ. In the formula, A is one kind selected from among Ca, Sr, Ba, tm' is one kind selected from among Mn, Ni, Co, Cr, Mg, and TM' is Re, δ is oxygen deficiency, and -0.2<x<0.2, -0.2<y<0.2, -0.2<z<0.2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は磁性体膜に磁場を印
加した際の磁気抵抗の変化を利用した磁気抵抗素子に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive element utilizing a change in magnetoresistance when a magnetic field is applied to a magnetic film.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、磁気抵抗特に巨大磁気抵抗を利用
した磁気抵抗素子には、金属磁性体/金属非磁性体の積
層膜による面内磁気抵抗変化や金属磁性体/絶縁体の積
層膜によるスピン偏極トンネル効果による磁気抵抗変化
を利用したGMR(Giant magneto resistive)素子
やTMR(Tunneling magneto resistive)素子など
があり、主に磁気ヘッドに応用されている。さらには上
記のような積層膜による磁気抵抗変化を利用したMRA
M(Magneto resistive random access memory)な
どが検討されている。
2. Description of the Related Art At present, a magnetoresistive element utilizing a magnetoresistance, in particular, a giant magnetoresistance, has an in-plane magnetoresistance change due to a laminated film of a metal magnetic material / metal nonmagnetic material and a laminated film of a metal magnetic material / insulator. There are a GMR (Giant magneto resistive) element and a TMR (Tunneling magneto resistive) element utilizing a magnetoresistance change due to a spin-polarized tunnel effect, and are mainly applied to a magnetic head. Furthermore, MRA utilizing the magnetoresistance change due to the above-mentioned laminated film
M (Magneto resistive random access memory) and the like are being studied.

【0003】しかしながらこれらの従来の磁気抵抗素子
に用いられている金属磁性体、例えばFe,Ni,C
o,パーマロイ等は、もともとスピン偏極率が低いた
め、磁場印加による、面内磁気抵抗変化やスピン偏極ト
ンネル効果に起因する磁気抵抗変化が大きく取れないと
いう問題がある。また、その抵抗率自体が過小であると
いう問題点がある。
However, metal magnetic materials used in these conventional magnetoresistive elements, for example, Fe, Ni, C
Since o, permalloy, and the like originally have a low spin polarization, there is a problem that a change in in-plane magnetoresistance or a magnetoresistance change due to a spin polarization tunnel effect due to application of a magnetic field cannot be obtained. There is also a problem that the resistivity itself is too small.

【0004】これらの問題点を解決するために、用いる
磁性体にいわゆる半金属を用いるという提案がなされて
いる。半金属はスピン偏極率が高く、またもともとの抵
抗率が高いため磁気抵抗素子として用いやすい性能を得
ることができる。ここでいう半金属にはドープしたLa
MnOなどの磁性を有する導電性ペロブスカイト酸化
物などが挙げられる。
[0004] In order to solve these problems, it has been proposed to use a so-called semimetal for the magnetic material to be used. Since the semimetal has a high spin polarization and a high original resistivity, it can provide performance that is easy to use as a magnetoresistive element. The semi-metal here is doped La
A conductive perovskite oxide having magnetism such as MnO 3 may be used.

【0005】しかしながらこれらの導電性ペロブスカイ
ト酸化物では一般に磁気転移点(Tc)が低いという問
題点がある。例えば、上記LaMnO系の磁気転移点
は室温直上にあり、実際の磁気抵抗素子に応用できない
という問題点がある。一方、抵抗率も高く、磁気転移点
も高い物質として、マグネタイトFeやその誘導
体などの導電性磁性酸化物があり、これらを磁気抵抗素
子に用いる提案もなされている。
However, these conductive perovskite oxides generally have a problem that the magnetic transition point (Tc) is low. For example, there is a problem that the magnetic transition point of the LaMnO 3 system is just above room temperature and cannot be applied to an actual magnetoresistive element. On the other hand, as a substance having a high resistivity and a high magnetic transition point, there is a conductive magnetic oxide such as magnetite Fe 3 O 4 or a derivative thereof, and proposals have been made to use these for a magnetoresistive element.

【0006】しかし、これらの物質における電気伝導は
局在した電子の熱活性化型であり、磁性体自体の面内磁
気抵抗変化は小さい。またマグネタイトFeと絶
縁膜の積層膜におけるスピン偏極トンネル効果に起因す
る磁気抵抗変化も通常の金属磁性体を用いた場合と異な
り、空間的に局在化したアップスピン、ダウンスピン双
方の寄与を同時に観測するために、磁場印加による大き
な変化が得られないという問題点がある。
However, the electric conduction in these substances is of a thermally activated type of localized electrons, and the in-plane magnetoresistance change of the magnetic substance itself is small. In addition, the magnetoresistance change due to the spin-polarized tunnel effect in the laminated film of the magnetite Fe 3 O 4 and the insulating film is different from the case of using the usual metallic magnetic material, and both the spatially localized up spin and down spin are different. There is a problem that a large change due to the application of a magnetic field cannot be obtained because the contribution of the magnetic field is simultaneously observed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたごとく、ス
ピン偏極率が高く大きな面内磁気抵抗変化やスピン偏極
トンネルに起因する磁気抵抗変化を示し、また高い磁気
転移点を有し、かつ抵抗率も適当な磁性体は未だ得られ
ておらず、室温を中心とする実用温度範囲で良好な磁気
抵抗特性を有する磁気抵抗素子は得られていなかった。
As described above, as described above, the spin polarization ratio is high, a large in-plane magnetoresistance change or a magnetoresistance change caused by a spin polarization tunnel is exhibited, and a high magnetic transition point is obtained. A magnetic material having an appropriate resistivity has not yet been obtained, and a magnetoresistive element having good magnetoresistance characteristics in a practical temperature range centered on room temperature has not been obtained.

【0008】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、スピン偏極率が高く大きな面内磁気抵抗変化やスピ
ン偏極トンネルによる磁気抵抗変化を示し、また高い磁
気転移点を有し、かつ抵抗率も適当な磁性体膜を用い、
室温を中心とする実用温度範囲で良好な磁気抵抗特性を
有する磁気抵抗素子を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, has a high spin polarization rate, shows a large in-plane magnetoresistance change and a magnetoresistance change due to a spin polarization tunnel, and has a high magnetic transition point. Using a magnetic film with an appropriate resistivity,
It is an object of the present invention to provide a magnetoresistive element having good magnetoresistance characteristics in a practical temperature range centered on room temperature.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも磁
性体膜を備えた磁気抵抗素子において、磁性体膜が実質
的に一般式(1) A2+xtm′1+yTM′1+z
6−δ(AはCa,Sr,Baより選ばれた少なくと
も一種、tm′は、Mn,Ni,Co,Cr,Mgより
選ばれた少なくとも一種、TM′はRe、-0.2<x<0.
2、-0.2<y<0.2、-0.2<z<0.2、δは酸素欠損量)で示さ
れる複合ペロブスカイト酸化物よりなることを特徴とす
る磁気抵抗素子である。上記磁気抵抗素子においては、
少なくとも二層の磁性体膜間に絶縁体膜を有し磁性体膜
間のスピン偏極トンネル効果により動作することが望ま
しい。
According to the present invention, in a magnetoresistive element having at least a magnetic film, the magnetic film substantially has the general formula (1) A 2 + x tm ′ 1 + y TM ′ 1 + z
O 6−δ (A is at least one kind selected from Ca, Sr, Ba, tm ′ is at least one kind selected from Mn, Ni, Co, Cr, Mg, TM ′ is Re, −0.2 <x <0 .
2, -0.2 <y <0.2, -0.2 <z <0.2, where δ is the amount of oxygen deficiency). In the above magnetoresistive element,
It is desirable to have an insulator film between at least two magnetic films and operate by a spin-polarized tunnel effect between the magnetic films.

【0010】また、本発明は少なくとも磁性体膜を備え
た磁気抵抗素子において、磁性体膜が一般式(2)A
2+xtm1+yTM1+z6−δ(AはCa,S
r,Baより選ばれた少なくとも一種、tmは、Fe,
Mn,Ni,Co,Cr,Mgより選ばれた少なくとも
一種、TMはMo,Reから選ばれた少なくとも一種、
-0.2<x<0.2、-0.2<y<0.2、-0.2<x<0.2、δは酸素欠損
量)で示される複合ペロブスカイト酸化物よりなり、か
つ格子歪を有することを特徴とする磁気抵抗素子であ
る。ここで磁性体膜の格子歪は、格子定数の異なる基板
に複合ペロブスカイト酸化物をエピタキシャル成長させ
ることにより得られたものであることが望ましい。ま
た、磁性体膜の面内格子定数が同組成を有するバルク材
料の格子定数の99.5%以下あるいは100.5%以
上の値を有することが望ましい。また、上記磁気抵抗素
子においては、少なくとも二層の磁性体膜間に絶縁体膜
を有し磁性体膜間のスピン偏極トンネル効果により動作
することが望ましい。
Further, according to the present invention, in a magnetoresistive element having at least a magnetic film, the magnetic film may be represented by the general formula (2) A
2 + x tm 1 + y TM 1 + z O 6-δ (A is Ca, S
At least one selected from r and Ba, tm is Fe,
At least one selected from Mn, Ni, Co, Cr, Mg; TM is at least one selected from Mo, Re;
A magnetoresistive element comprising a composite perovskite oxide represented by -0.2 <x <0.2, -0.2 <y <0.2, -0.2 <x <0.2, and δ is the amount of oxygen deficiency), and having lattice distortion. It is. Here, it is desirable that the lattice strain of the magnetic film is obtained by epitaxially growing a composite perovskite oxide on substrates having different lattice constants. Further, it is desirable that the in-plane lattice constant of the magnetic film has a value of 99.5% or less or 100.5% or more of the lattice constant of the bulk material having the same composition. Further, in the above-described magnetoresistive element, it is desirable that an insulator film is provided between at least two magnetic films and the device operates by a spin-polarized tunnel effect between the magnetic films.

【0011】また、本発明は少なくとも磁性体膜を備え
た磁気抵抗素子において、磁性体膜が実質的に一般式
(2)A2+xtm1+yTM1+z6−δ(AはC
a,Sr,Baより選ばれた少なくとも一種、tmは、
Fe,Mn,Ni,Co,Cr,Mg,より選ばれた少
なくとも一種、TMはMo,Reから選ばれた少なくと
も一種、-0.2<x<0.2,-0.2<y<0.2,-0.2<x<0.2,δは酸素
欠損量)で示された磁性を有する複合ペロブスカイト酸
化物からなる粒子が絶縁体中に分散されてなることを特
徴とする磁気抵抗素子である。上記磁気抵抗素子におい
て、粒子間のスピン偏極トンネル効果により動作するこ
とが望ましい。
Further, the present invention relates to a magnetoresistive element having at least a magnetic film, wherein the magnetic film substantially has the general formula (2) A 2 + x tm 1 + yTM 1 + z O 6-δ (A is C
tm is at least one kind selected from a, Sr, and Ba.
At least one selected from Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Mg, TM is at least one selected from Mo and Re, -0.2 <x <0.2, -0.2 <y <0.2, -0.2 <x < (0.2, δ is the amount of oxygen deficiency). A magnetoresistive element characterized in that particles composed of a composite perovskite oxide having magnetism indicated by () are dispersed in an insulator. In the above-described magnetoresistive element, it is desirable to operate by a spin polarization tunnel effect between particles.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】[1] 本発明の磁気抵抗素子に用
いられる磁性体膜は実質的に一般式(1)A 2+x
m′1+yTM′1+z6―δ(AはCa,Sr,B
aより選ばれた少なくとも一種、tm′はMn,Ni,
Co,Cr,Mgより選ばれた少なくとも一種、TM′
はRe、-0.2<x<0.2,-0.2<y<0.2,-0.2<Z<0.2,δは酸素
欠損量、)で表される複合ぺロブスカイト酸化物よりな
ることを特徴とする。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [1] For use in a magnetoresistive element of the present invention
The magnetic film to be used has substantially the general formula (1) A 2 + xt
m '1 + yTM '1 + zO6-δ(A is Ca, Sr, B
at least one selected from a, tm 'is Mn, Ni,
At least one selected from Co, Cr and Mg, TM '
Is Re, -0.2 <x <0.2, -0.2 <y <0.2, -0.2 <Z <0.2, δ is oxygen
Deficiency, the composite perovskite oxide
It is characterized by that.

【0013】一般式(1)において組成のずれや酸素欠
損量を表すx、y、z、δは望ましくは0に近い値であ
るが、上記の範囲にある任意の値であってもよい。
In the general formula (1), x, y, z, and δ representing the composition deviation and the amount of oxygen deficiency are preferably values close to 0, but may be any values within the above range.

【0014】一般式(1)で示される複合ぺロブスカイ
ト酸化物は、スピン偏極率が高く大きな面内磁気抵抗変
化やスピン偏極トンネルによる磁気抵抗変化を示し、ま
た高い磁気転移点を有する。かつ導電性を有しつつ抵抗
率も高いという特性を有する。したがって磁気抵抗素子
の磁性体膜として用いた場合には、該磁気抵抗素子は、
室温を中心とする実用温度範囲で優れた磁気抵抗特性を
示す。
The composite perovskite oxide represented by the general formula (1) has a high spin polarization, shows a large in-plane magnetoresistance change and a magnetoresistance change due to a spin polarization tunnel, and has a high magnetic transition point. In addition, it has the property of having high resistivity while having conductivity. Therefore, when used as a magnetic film of a magnetoresistive element, the magnetoresistive element is
It shows excellent magnetoresistance characteristics in a practical temperature range centered on room temperature.

【0015】一般式(1)の複合ぺロブスカイト酸化物
のうち、AがBa、tm′がFe、TM′がReである
ものは334Kのネール点を持つフェリ磁性体であり導電性
を示す。また同様にAがSr、tm′がFe、TM′が
Reであるものは、411Kのネール点を有する導電性磁性
酸化物である。両者ともその電子構造に起因して非常に
高いスピン偏極率を有しているため、磁気抵抗素子材料
として特に優れた特性を有するものであり好ましい。
Among the composite perovskite oxides of the general formula (1), those in which A is Ba, tm 'is Fe, and TM' is Re are ferrimagnetic materials having a Neel point of 334 K and exhibit conductivity. Similarly, those in which A is Sr, tm 'is Fe, and TM' is Re are conductive magnetic oxides having a Neel point of 411K. Since both have a very high spin polarization due to their electronic structures, they have particularly excellent properties as magnetoresistive element materials and are therefore preferable.

【0016】[2] また、一般式(1)で示される組成
範囲を含む一般式(2)A2+xtm1+yTM1+z
6−δ(BはCa,Sr,Baより選ばれた少なくと
も一種、tmは、Fe,Mn,Ni,Co,Cr,Mg
より選ばれた少なくとも一種、TMはMo,Reから選
ばれた少なくとも一種、-0.2<x<0.2、-0.2<y<0.2、-0.
2<Z<0.2、δは酸素欠損量)で示される複合ペロブスカ
イト酸化物は、かつ格子歪、特に好ましくは格子定数の
異なる基板上に複合ペロブスカイト酸化物をエピタキシ
ャル成長させることにより得られた格子歪を導入するこ
とにより、磁気転移点や磁性をさらに上昇させることが
できる。また一般式(2)で示される複合ペロブスカイ
ト酸化物のうちバルク材料では絶縁体であるものであっ
ても導電性を生じせしめることができる。
[2] Further, the general formula (2) including the composition range represented by the general formula (1) A 2 + x tm 1 + y TM 1 + z
O 6-δ (B is at least one kind selected from Ca, Sr and Ba, and tm is Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Mg
At least one selected from Mo and Re; -0.2 <x <0.2, -0.2 <y <0.2, -0.
2 <Z <0.2, δ is an oxygen deficiency), and the composite perovskite oxide has a lattice strain, particularly preferably a lattice strain obtained by epitaxially growing the composite perovskite oxide on a substrate having a different lattice constant. By introducing, the magnetic transition point and the magnetism can be further increased. Further, among the composite perovskite oxides represented by the general formula (2), even if the bulk material is an insulator, conductivity can be generated.

【0017】一般式(2)において組成のずれや酸素欠
損量をあらわすx、y、z、δは望ましくは0に近い値
であるが、上記の範囲にある任意の値であってもよい。
In the general formula (2), x, y, z, and δ representing the composition deviation and the oxygen deficiency are preferably values close to 0, but may be any values in the above range.

【0018】例えば、一般式(2)で示される複合ペロ
ブスカイト酸化物のうち、AがBa、tmがMn、TM
がReの化合物(TN=105K)、AがBa、tmがCo、
TMがReの化合物(TN=40K)、AがBa、tmがN
i、TMがReの化合物(TN=18K)(()内はバルク材
料の磁気転移温度)などの複合ペロブスカイト酸化物は
バルク材料では絶縁体であることが知られているが、こ
れを格子定数がわずかに異なり格子ミスマッチを有する
基板上にエピタキシャル成長させることで導入した人為
的な格子歪により導電性を得ることができる。磁気転移
点もバルク材料より上昇し、磁気抵抗素子の磁性体膜と
して用いることが可能になる。
For example, in the composite perovskite oxide represented by the general formula (2), A is Ba, tm is Mn, TM
Is a compound of Re (TN = 105K), A is Ba, tm is Co,
TM is a compound of Re (TN = 40K), A is Ba, tm is N
It is known that composite perovskite oxides such as compounds with i and TM of Re (TN = 18K) (in () are the magnetic transition temperature of the bulk material) are insulators in the bulk material. However, conductivity can be obtained due to artificial lattice strain introduced by epitaxial growth on a substrate having a lattice mismatch. The magnetic transition point is also higher than that of the bulk material, and can be used as a magnetic film of a magnetoresistive element.

【0019】また例えば一般式(2)で示される複合ペ
ロブスカイト酸化物のうち、AがBa、tmがMg、T
MがReの化合物、AがBa、tmがCo、TMがRe
の化合物はバルクでは非磁性絶縁体であるが、これらも
上記の如く人為的に導入された格子歪によって導電性と
磁性を発現させることが可能である。
For example, in the composite perovskite oxide represented by the general formula (2), A is Ba, tm is Mg, T
M is a compound of Re, A is Ba, tm is Co, and TM is Re.
Are bulky non-magnetic insulators, but they can also exhibit conductivity and magnetism due to artificially introduced lattice strain as described above.

【0020】磁性体膜に導入される格子歪量は目的とす
る素子の形式や使用温度により任意の値をとることが可
能だが、金属化や磁気転移点の有効な上昇を行うには、
磁性膜の格子定数がもともとのバルク材料の格子定数か
ら0.5%以上の変化していることが望ましい。すなわ
ち磁性体膜の面内格子定数が、同組成を有するバルク材
料の格子定数の99.5%以下あるいは100.5%以
上の値を有することが望ましい。
The lattice strain introduced into the magnetic film can take an arbitrary value depending on the type of the target device and the operating temperature. However, in order to effectively increase the metallization and the magnetic transition point,
It is desirable that the lattice constant of the magnetic film is changed by 0.5% or more from the lattice constant of the original bulk material. That is, it is desirable that the in-plane lattice constant of the magnetic film has a value of 99.5% or less or 100.5% or more of the lattice constant of the bulk material having the same composition.

【0021】もともと、十分に高い磁気転移点を有する
AがSr、tmがFe、TMがMoで示される化合物の
場合にはより小さい格子歪量でも十分な特性が得られる
ものの、転移温度の十分な上昇には上記格子歪量を得る
ことが必要である。
In the case of a compound having a sufficiently high magnetic transition point, A is Sr, tm is Fe, and TM is Mo, sufficient characteristics can be obtained even with a small lattice strain. It is necessary to obtain the above-mentioned amount of lattice distortion for a significant increase.

【0022】一般式(2)で示される化合物で人為的に
導入された格子歪により、絶縁体であっても導電性を発
現させることができるのは以下の理由による。
The reason why the compound represented by the general formula (2) can exhibit conductivity even in an insulator due to artificially introduced lattice strain is as follows.

【0023】一般にAtmTMO系化合物(tmは
Fe,Co,Mn,NiあるいはMg、TMはReある
いはMo)はtm上に局在したd電子とTM上に局在し
たd電子間で反強磁性結合を示しており、これら局在電
子は各々のサイトでの熱活性型の電気伝導を示す。ここ
でAFeReOやAFeMoOの場合にはFe
イオンの3d非占有軌道(最小エネルギ非占有軌道LU
MO)とRe,Moの5d、4d占有軌道(最大エネル
ギ占有軌道HOMO)のエネルギが接近しているために
混成して有限のバンド幅を有するバンドを形成し導電性
を示す。この電気伝導に関与する伝導電子は、Fe上に
局在した他の3d電子と反平行スピンを有しており、伝
導電子のスピン偏極率は事実上1に近い非常に高いもの
となっている。
In general, an A 2 tmTMO 6 compound (tm is Fe, Co, Mn, Ni or Mg, and TM is Re or Mo) is a reaction between a d electron localized on tm and a d electron localized on TM. This indicates ferromagnetic coupling, and these localized electrons exhibit thermally activated electrical conduction at each site. Here, in the case of A 2 FeReO 3 or A 2 FeMoO 3 ,
3d unoccupied orbit (minimum energy unoccupied orbit LU)
MO) and the energy of the 5d and 4d occupied orbits (the maximum energy occupied orbital HOMO) of Re and Mo are hybridized to form a band having a finite bandwidth and exhibit conductivity. The conduction electrons involved in this electric conduction have antiparallel spins with other 3d electrons localized on Fe, and the spin polarization of the conduction electrons is very high, close to 1 in effect. I have.

【0024】他の絶縁体の場合はtm非占有軌道LUM
OとTM占有軌道HOMOのエネルギ差が大きく、混成
軌道を形成できないために電子は各イオン上に局在する
と考えられる。
For other insulators, tm unoccupied orbit LUM
Since the energy difference between O and the TM occupied orbital HOMO is large and a hybrid orbital cannot be formed, electrons are considered to be localized on each ion.

【0025】しかるに適当な基板との格子定数ミスマッ
チを設定したエピタキシャル成長等によって適当な格子
歪を与えることにより、これらtm非占有軌道LUMO
やTM非占有軌道HOMOあるいはtm上HOMOとT
M上LUMOのエネルギを変化させることが可能であ
り、適当な格子歪を導入してこれらの軌道の混成ひいて
は導電性を発現させることが可能になる。
However, by giving an appropriate lattice strain by epitaxial growth or the like in which a lattice constant mismatch with an appropriate substrate is set, these tm unoccupied orbits LUMO
Or TM unoccupied orbit HOMO or HOMO and T on tm
It is possible to change the energy of the LUMO on M, and to introduce an appropriate lattice strain to allow hybridization of these orbitals and, thereby, conductivity.

【0026】このように基板等との格子定数ミスマッチ
を利用してバルク材料では絶縁体であるAtmTMO
系化合物で導電性を示す薄膜を得ることができる。ま
た、この時にはtm電子とTM電子のトランスファーが
増大するために、バルク材料では磁気転移温度が低い物
質でも、高い磁気転移温度を得ることができる。
As described above, by utilizing the lattice constant mismatch with the substrate or the like, the bulk material is an insulator A 2 tmTMO.
Thin film can be obtained that exhibits conductivity at 6 compounds. At this time, since the transfer of tm electrons and TM electrons increases, a high magnetic transition temperature can be obtained even with a bulk material having a low magnetic transition temperature.

【0027】この格子歪によるトランスファーの変化
は、もともと非磁性絶縁性の複合ペロブスカイト酸化物
を金属化し、磁性体化することに用いることができるだ
けではなく、もともと電気伝導と磁気秩序を示す物質で
もさらに磁気転移点を上昇させることができる。
The change in the transfer due to the lattice strain can be used not only to metallize a non-magnetic insulating composite perovskite oxide to make it a magnetic material, but also to use a substance which originally exhibits electric conduction and magnetic order. The magnetic transition point can be raised.

【0028】例えば、バルク材料では450Kの磁気転
移点を持つAがSr、tmがFe、TMがMoは室温で
の磁気抵抗効果が既に報告されているが、実際の素子動
作保証温度である85℃等、室温以上の温度においては
十分な磁気抵抗変化を得ることができない。この物質を
格子ミスマッチのある基板上に成膜し、面内圧縮、ある
いは面内格子定数を広げることで格子歪を導入し、さら
に高い磁気転移温度、ひいてはより高温で高い磁気抵抗
変化を得ることもできる。
For example, in the bulk material, A having a magnetic transition point of 450 K is Sr, tm is Fe, and TM is Mo. The magnetoresistance effect at room temperature has already been reported. At a temperature higher than room temperature such as ° C., a sufficient magnetoresistance change cannot be obtained. This substance is deposited on a substrate with a lattice mismatch, and lattice distortion is introduced by in-plane compression or expansion of the in-plane lattice constant to obtain a higher magnetic transition temperature and, consequently, a higher magnetoresistance change at a higher temperature. Can also.

【0029】このような基板との格子ミスマッチによる
酸化物の物性変化はBaTiOやBa1−xSr
iOのような誘電体でもよく知られた現象であり、こ
の場合は誘電体膜の強誘電秩序温度(キュリー点)を格
子歪によって大きく変化させることができる(Jpn.J.Ap
pl.Phys.,33,part1,P5297, K.Abe, et al.,(1994))。
Such a change in the physical properties of the oxide due to lattice mismatch with the substrate is caused by BaTiO 3 or Ba 1-x Sr x T
This is a well-known phenomenon even for a dielectric such as iO 3. In this case, the ferroelectric ordering temperature (Curie point) of the dielectric film can be greatly changed by lattice distortion (Jpn.J.Ap.
pl.Phys., 33, part1, P5297, K. Abe, et al., (1994)).

【0030】また本発明と同様な磁性導電性ペロブスカ
イト酸化物SrRuOにおいても格子歪による磁気転
移点の変化が顕著に現われることが知られている(App
l.Phys.Lett.,73,P1200,N.Fukushima et al.,(1998))
このような格子ミスマッチによる格子歪を持つ磁性体膜
を得るためには、バルク状の一般式(2)で示される化
合物とは異なる格子定数を有する基板にMBEやMOC
VD、またLASER蒸着、スパッタ法等各種の成膜方
法を用いて成膜することによって得ることができる。特
に格子歪が緩和することなく、比較的厚い膜を形成する
ためには、成膜時の飛来粒子エネルギが比較的大きなス
パッタ法による成膜がより有効である。
It is also known that the magnetically conductive perovskite oxide SrRuO 3 similar to the present invention has a remarkable change in magnetic transition point due to lattice distortion (App.
l.Phys.Lett., 73, P1200, N.Fukushima et al., (1998))
In order to obtain a magnetic film having lattice distortion due to such lattice mismatch, MBE or MOC is applied to a bulk substrate having a lattice constant different from that of the compound represented by the general formula (2).
It can be obtained by forming a film using various film forming methods such as VD, LASER evaporation, and sputtering. In particular, in order to form a relatively thick film without relaxing lattice distortion, it is more effective to form a film by a sputtering method in which the flying particle energy during film formation is relatively large.

【0031】特にこれらの格子歪を導入するには、バル
ク状の一般式(2)で示される複合ペロブスカイト酸化
物とは異なる格子定数を有する基板上にエピタキシャル
成長により成膜することが有効である。
In particular, in order to introduce these lattice strains, it is effective to form a film by epitaxial growth on a substrate having a lattice constant different from that of the bulk composite perovskite oxide represented by the general formula (2).

【0032】用いる基板にはたとえばSTOやMgOな
どの単結晶基板、Si上にSrTiOやTiNやTi
1−xAlNなどのバリア層を設けた膜、Si上にC
oSiやTi1−xAlN等のバリア層を設けた
膜、また更に中間層としてSrRuOやLaRu
,La1−xSrCoOなどの導電性ペロブス
カイト化合物膜、またFeなどの各種フェライト
からなる膜などを設けた基板を用いることができる。ま
た、Si上に磁気抵抗素子を作成する目的で、Si上に
エピタキシャル成長させたSrTiOなどの絶縁膜
上、あるいはSi上にエピタキシャル成長させたTiN
膜やTi1−xAlN膜上などに当該磁性体をエピタ
キシャル成長させてもよい。ここで用いる中間層に反強
磁性体や強磁性体を用いることによりGMR素子やTM
R素子において磁性体膜の一方を固着化することもでき
る。
The substrate to be used is, for example, a single crystal substrate such as STO or MgO, or SrTiO 3 , TiN or Ti on Si.
A film provided with a barrier layer such as 1-x Al x N, C on Si
A film provided with a barrier layer such as oSi 2 or Ti 1-x Al x N, or as an intermediate layer SrRuO 3 or LaRu
A substrate provided with a conductive perovskite compound film such as O 3 or La 1-x Sr x CoO 3, or a film made of various ferrites such as Fe 3 O 4 can be used. For the purpose of forming a magneto-resistive element on Si, an insulating film such as SrTiO 3 epitaxially grown on Si or TiN epitaxially grown on Si is used.
The magnetic body such as a film or a Ti 1-x Al x N film may be epitaxially grown. By using an antiferromagnetic material or a ferromagnetic material for the intermediate layer used here, a GMR element or a TM
In the R element, one of the magnetic films can be fixed.

【0033】基板と磁性体膜の格子ミスマッチを最適化
する手段として一般式(2)の構成元素Aをイオン半径
の異なるアルカリ土類で置換してもよい。たとえばSr
FeMoOのSrの一部をイオン半径の大きなBa
で置換することにより、より大きな格子定数を得ること
ができ、またイオン半径が小さなCaで一部置換するこ
とでより小さな格子定数を得ることもできる。
As a means for optimizing the lattice mismatch between the substrate and the magnetic film, the constituent element A of the general formula (2) may be replaced with alkaline earth having a different ionic radius. For example, Sr
2 A part of Sr of FeMoO 6 was converted to Ba having a large ion radius.
, A larger lattice constant can be obtained, and a smaller lattice constant can be obtained by partially substituting Ca with a small ionic radius.

【0034】さらに置換する元素として希土類を導入す
ることも可能である。希土類元素置換では上記イオン半
径の違いによる格子定数、ひいては格子ミスマッチの効
果が得られるとともに、tm、TMイオンの形式電荷を
変化させることができるため、電気伝導特性や磁気特性
に大きな変化を与え、GMR、TMR素子の特性を最適
化することが可能となる。
It is also possible to introduce a rare earth as a substituting element. In the rare earth element substitution, the effect of the lattice constant due to the difference in ionic radius and the lattice mismatch is obtained, and the tm and the formal charge of the TM ion can be changed. It is possible to optimize the characteristics of the GMR and TMR elements.

【0035】[3] 以上[1]、[2]で述べた如くの
本発明に係る磁性体膜を用いて磁気抵抗素子を作成する
場合、本発明に係る磁性体膜と非磁性金属膜の積層膜と
し、面内抵抗変化を用いるいわゆるGMR素子を作成す
ることが可能である。
[3] When a magnetoresistive element is formed using the magnetic film according to the present invention as described in [1] and [2] above, the magnetic film according to the present invention and the non-magnetic metal film are used. It is possible to form a so-called GMR element using the in-plane resistance change as a laminated film.

【0036】また磁性体膜と非磁性絶縁膜、さらに磁性
体膜を積層し、磁性体間の層間トンネル電流の変化を利
用するTMR素子を作成することも可能である。このよ
うなTMR素子においては、磁性体膜の少なくとも一方
に本発明に係る磁性体膜を用いる。
It is also possible to laminate a magnetic film, a non-magnetic insulating film, and a magnetic film to produce a TMR element utilizing a change in interlayer tunnel current between magnetic materials. In such a TMR element, the magnetic film according to the present invention is used for at least one of the magnetic films.

【0037】このようなTMR素子においては上下の磁
性体膜には本発明に係る複合ペロブスカイト酸化物のう
ち同種のものを用いて、形状異方性等を利用して上下の
磁性体膜の保磁力を異なるものとすることも可能である
が、本発明に係る複合ペロブスカイト酸化物のうち異な
る組成の磁性体を用いて保磁力の違いを設定することも
可能である。さらに上下の磁性体膜の一方の磁性体膜と
して本発明に係る磁性体膜を用い、他方にCo、Fe、
Co−Fe、Ni−Feなどの金属磁性体膜を用いるこ
とや、また金属磁性体膜のほかにLaMnO系、Tl
Mn酸化物系、Fe系の磁性体膜を用いることも
もちろん可能である。さらに上下磁性体の保磁力を異な
る値に設定する方法として、片方の磁性体に近接して強
磁性体、反強磁性体からなる固着層を設けることやある
いは各種磁性体に適当な不純物を添加することによって
保磁力を調整することもできる。
In such a TMR element, the same upper and lower magnetic films of the composite perovskite oxide according to the present invention are used as the upper and lower magnetic films, and the upper and lower magnetic films are preserved by utilizing shape anisotropy and the like. Although it is possible to make the magnetic force different, it is also possible to set the difference in coercive force by using magnetic materials having different compositions in the composite perovskite oxide according to the present invention. Further, the magnetic film according to the present invention is used as one of the upper and lower magnetic films, and Co, Fe,
It is possible to use a metal magnetic film such as Co—Fe or Ni—Fe, or to use a LaMnO 3 -based, Tl
Of course, it is also possible to use a Mn oxide-based or Fe 3 O 4 -based magnetic film. Furthermore, as a method of setting the coercive force of the upper and lower magnetic materials to different values, providing a fixed layer made of a ferromagnetic material and an antiferromagnetic material in close proximity to one magnetic material, or adding appropriate impurities to various magnetic materials By doing so, the coercive force can be adjusted.

【0038】TMR素子においては前記非磁性絶縁膜と
してはSrTiOなどの絶縁性ぺロブスカイト化合物
が望ましい。
In the TMR element, the nonmagnetic insulating film is preferably made of an insulating perovskite compound such as SrTiO 3 .

【0039】[4] また、本発明の磁気抵抗素子に用
いられる磁性体膜は、一般式(2)で示された磁性を有
する複合ペロブスカイト酸化物を含み、かつ前記磁性を
有する複合ペロブスカイト酸化物からなる粒子が絶縁体
中に分散されてなるものであってもよい。
[4] The magnetic film used in the magnetoresistive element of the present invention contains the composite perovskite oxide having magnetism represented by the general formula (2), and the composite perovskite oxide having the magnetism May be dispersed in an insulator.

【0040】磁性を有する複合ペロブスカイト酸化物か
らなる粒子の特に好ましい組成は、SrFeMo
、SrFeReO、Sr2−xBaFeMo
、Sr2−xBaFeReO(0≦x≦2)な
どが挙げられ、それにより転移温度が高く磁気抵抗変化
率が大きなグラニュラーTMR素子となる。
A particularly preferred composition of the particles composed of the magnetic composite perovskite oxide is Sr 2 FeMo.
O 6 , Sr 2 FeReO 6 , Sr 2-x Ba x FeMo
O 6 , Sr 2-x Ba x FeReO 6 (0 ≦ x ≦ 2) and the like, whereby a granular TMR element having a high transition temperature and a large magnetoresistance ratio is obtained.

【0041】一般に、一般式(2)の複合ペロブスカイ
ト酸化物ではtm、TMの2種のBサイトイオンが通常
秩序化されており、tm、TMが交互に整列した結晶を
形成している。バルク材料ではこの状態すなわち規則相
が本来の結晶構造であるが、膜の作成条件によりtm、
TMがランダムに存在する不規則相を作成することがで
き、さらに数Aから数10Aの不規則相からなる層に隔
てられた数10Aから数100A径の規則相からなる微
細構造を有する膜を作成することも可能である。
Generally, in the composite perovskite oxide of the general formula (2), two kinds of B site ions of tm and TM are usually ordered, and a crystal in which tm and TM are alternately arranged is formed. In the bulk material, this state, that is, the ordered phase has the original crystal structure, but tm,
It is possible to form a random phase in which TM exists at random, and further form a film having a microstructure composed of a regular phase having a diameter of several tens to several hundreds of atoms separated by a layer composed of several tens to several tens of irregular phases. It can also be created.

【0042】上記規則相は導電性磁性相であるが、不規
則相では電気伝導に必須なtm−TMネットワークが分
断されているために絶縁性を示し、また磁気転移点が低
下したり非磁性になったりしている。
The above-mentioned ordered phase is a conductive magnetic phase. In the irregular phase, the tm-TM network essential for electric conduction is cut off, so that the ordered phase exhibits insulating properties. It has become.

【0043】上記規則相と不規則相が混合した構造を有
する複合ペロブスカイト薄膜では、導伝性磁性ドメイン
相が薄い絶縁性非磁性バウンダリ相で隔てられた構造を
有していることになり、磁性金属微粒子を絶縁膜中に分
散させた分散膜と同様、この膜の電気伝導は導電性磁性
ドメイン間のスピン偏極トンネルで記述することができ
る。
In the composite perovskite thin film having a structure in which the ordered phase and the disordered phase are mixed, the conductive magnetic domain phase has a structure in which the conductive magnetic domain phase is separated by a thin insulating nonmagnetic boundary phase. Like a dispersion film in which metal fine particles are dispersed in an insulating film, the electric conduction of this film can be described by a spin-polarized tunnel between conductive magnetic domains.

【0044】この場合には外部磁界による各ドメイン間
の磁化方向の反転によるさらに大きな磁気抵抗や別途設
けた導電性磁性電極膜とのトンネルを利用して大きな磁
気抵抗変化率を得ることができ、さらにドメイン径やバ
ウンダリ相の厚さ、導電性を制御することにより当該ド
メイン構造膜の電気抵抗を任意に設定できることから、
用途に適した抵抗率並びに抵抗変化率を有する磁気抵抗
素子を得ることが可能になる。
In this case, it is possible to obtain a larger magnetoresistance by reversing the magnetization direction between the respective domains due to the external magnetic field and a larger magnetoresistance change rate by utilizing a tunnel with a separately provided conductive magnetic electrode film. Furthermore, since the electric resistance of the domain structure film can be arbitrarily set by controlling the domain diameter, the thickness of the boundary phase, and the conductivity,
It is possible to obtain a magnetoresistive element having a resistivity and a resistance change rate suitable for the application.

【0045】このような一般式(2)で示される複合ペ
ロブスカイト酸化物の規則相と不規則相からなるドメイ
ン構造の磁気抵抗膜は、一般式(2)の組成を有する磁
性体膜の成膜条件を適当に設定することでも容易に得ら
れるが、たとえばtm>Tmあるいはtm<TMのよう
にわずかな組成ずれを導入したりtmとして用いるFe
などの磁性元素にわずかな量のMg、Yなどの非磁性元
素を導入することでさらに容易に実現することができ
る。
Such a magnetoresistive film having a domain structure composed of an ordered phase and an irregular phase of the composite perovskite oxide represented by the general formula (2) is formed by forming a magnetic film having the composition represented by the general formula (2). Although it can be easily obtained by appropriately setting the conditions, for example, a slight composition deviation such as tm> Tm or tm <TM is introduced, or Fe used as tm is used.
It can be more easily realized by introducing a small amount of a non-magnetic element such as Mg or Y into a magnetic element such as.

【0046】以上では一般式(2)で示される複合ペロ
ブスカイト酸化物の規則相と不規則相からなるドメイン
構造の磁気抵抗膜を用いた素子について説明したが、も
ちろんこの複合ペロブスカイト導電性磁性体を他の絶縁
体に分散させたグラニュラー構造であってもよい。この
とき絶縁体としては各種絶縁体を用いることが出来る
が、SiO、Al、SrTiOあるいは各種
のガラスなどが望ましい。
In the above, an element using a magnetoresistive film having a domain structure composed of a regular phase and an irregular phase of the composite perovskite oxide represented by the general formula (2) has been described. A granular structure dispersed in another insulator may be used. At this time, various insulators can be used as the insulator, but SiO 2 , Al 2 O 3 , SrTiO 3, or various types of glass are preferable.

【0047】このような磁性体膜を用いて磁気抵抗素子
を作成する際には、磁性体膜中の各ドメインの保磁力を
変化させることによりドメイン間のトンネル電流が磁場
によって変化する現象を利用してもよいし、またこの磁
性体膜に磁性体電極を設け、電極と磁性体膜中の磁性ド
メイン間の磁化方向変化によりトンネル電流が変化する
現象を利用してもよい。また上記二つの現象による効果
を併せ持つ磁気抵抗素子を作成することももちろん可能
である。
When a magnetoresistive element is formed using such a magnetic film, a phenomenon in which a tunnel current between domains is changed by a magnetic field by changing a coercive force of each domain in the magnetic film is used. Alternatively, a magnetic electrode may be provided on the magnetic film, and a phenomenon in which a tunnel current changes due to a change in the magnetization direction between the electrode and the magnetic domain in the magnetic film may be used. Of course, it is also possible to create a magnetoresistive element having the effects of the above two phenomena.

【0048】ここで用いる磁性体電極としては、上記複
合ペロブスカイト酸化物のうち同種の磁性体を用いるこ
と、複合ペロブスカイト酸化物のうち異なる組成の磁性
体を用いることも可能である。
As the magnetic electrode used here, it is possible to use the same kind of magnetic substance among the above-mentioned composite perovskite oxides, and to use magnetic substances having different compositions among the composite perovskite oxides.

【0049】さらに両方あるいは一方の磁性体電極とし
てCo,Fe、Co−Fe、Ni−Feなどの金属磁性
体を用いることや、また金属磁性体のほかにLaMnO
系、TlMn酸化物系、Fe系の磁性体を用い
ることももちろん可能である。
Further, a metal magnetic material such as Co, Fe, Co—Fe, or Ni—Fe may be used as both or one of the magnetic material electrodes.
Of course, it is also possible to use a magnetic material of a 3 system, a TlMn oxide system, or a Fe 3 O 4 system.

【0050】[5] 以上のように本発明になる磁気抵
抗素子は高い温度で大きな磁気抵抗変化を有する磁気ヘ
ッド等を容易に提供するものであるが、この磁気抵抗素
子をLSIメモリに適用し、磁気抵抗変化を用いた記憶
素子や演算素子に用いることはもちろん可能である。
[5] As described above, the magnetoresistive element according to the present invention easily provides a magnetic head or the like having a large magnetoresistance change at a high temperature, but this magnetoresistive element is applied to an LSI memory. Of course, it can be used for a storage element or an arithmetic element using a change in magnetoresistance.

【0051】さらに本発明に係る磁性体膜はDRAM等
のメモリに用いられている薄膜キャパシタのリーク電流
を低減するのにも有効に用いることができる。これらの
デバイスに用いられるキャパシタでは静電容量増加のた
めに極めて薄い誘電体膜を用いたキャパシタが必要であ
るが、こうしたキャパシタではトンネル電流によるリー
ク増大が問題になる場合もある。このようなキャパシタ
の電極材料として本発明に係る磁性体膜を用い、上下電
極を反平行の磁化を与えておくとトンネル電流の低減に
極めて効果的である。
Further, the magnetic film according to the present invention can be effectively used for reducing a leak current of a thin film capacitor used for a memory such as a DRAM. In a capacitor used in these devices, a capacitor using an extremely thin dielectric film is required to increase the capacitance. However, in such a capacitor, an increase in leakage due to a tunnel current may be a problem. If the magnetic film according to the present invention is used as the electrode material of such a capacitor and the upper and lower electrodes are given antiparallel magnetization, it is extremely effective in reducing the tunnel current.

【0052】またこのようなトンネル電流の磁化方向依
存を記憶、演算に用いることももちろん可能である。
Further, it is of course possible to use the dependence of the tunnel current on the magnetization direction for storage and calculation.

【0053】[0053]

【実施例】以下実施例を用いて本発明を詳細に説明す
る。 (実施例1、比較例1、比較例2)SrFeReO
膜を磁性体膜に用いたトンネル磁気抵抗素子(TMR素
子)を作製した。図1は実施例1におけるTMR素子の
模式図である。SrTiO 基板(STO基板)1上
に、SrFeMoO下部磁性体膜2が積層され、さ
らにSrTiO絶縁層3、SrFeMoO上部磁
性体膜4の順に積層されている。
The present invention will be described in detail with reference to the following examples.
You. (Example 1, Comparative Example 1, Comparative Example 2) Sr2FeReO6
Tunneling magnetoresistive element (TMR element)
Child). FIG. 1 shows the TMR element according to the first embodiment.
It is a schematic diagram. SrTiO 3On the substrate (STO substrate) 1
And Sr2FeMoO3The lower magnetic film 2 is laminated,
And SrTiO3Insulating layer 3, Sr2FeMoO3Upper magnet
Are stacked in this order.

【0054】まず、STO基板1上に通常のRFスパッ
タを用いてSrFeReO下部磁性体膜2を100
0A堆積した。この上部にSrTiO絶縁層3を60
A堆積しさらに同じくSrFeReO上部磁性体膜
4を600A堆積した。
First, the Sr 2 FeReO 6 lower magnetic film 2 was formed on the STO substrate 1 by using ordinary RF sputtering.
OA was deposited. An SrTiO 3 insulating layer 3 is placed on this
A, and an upper magnetic film 4 of Sr 2 FeReO 6 was deposited at 600 A in the same manner.

【0055】各層は基板のSTO(100)面上にエピ
タキシャル成長していることをRHEED,XRDで確
認した。
It was confirmed by RHEED and XRD that each layer was epitaxially grown on the STO (100) plane of the substrate.

【0056】上部磁性体膜4をイオンミリングを用いて
30ミクロンx30ミクロンのサイズに加工し4.2K
〜500Kまでの種々の温度で磁場中(磁場は膜面に平
行)における上下磁性体膜間のトンネル電流変化を測定
した。
The upper magnetic film 4 is processed into a size of 30 μm × 30 μm by ion milling to obtain 4.2 K.
Changes in tunnel current between the upper and lower magnetic films in a magnetic field (magnetic field is parallel to the film surface) at various temperatures up to 500 K were measured.

【0057】図2は実施例1になるTMR素子の室温で
の磁場による抵抗変化率ΔR/Rpを示す特性図であ
る。(ここでΔRは磁場による抵抗変化分であり、Rp
は零磁場中抵抗である)室温でも非常に大きな抵抗変化
が得られていることが分かる。ここで上下磁性体膜が反
転する保磁力が異なるのは、膜の形状異方性によるもの
と考えている。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the resistance change rate ΔR / Rp of the TMR element according to the first embodiment at room temperature due to a magnetic field. (Where ΔR is the resistance change due to the magnetic field, Rp
Is a resistance in a zero magnetic field). It can be seen that a very large resistance change is obtained even at room temperature. Here, it is considered that the difference in the coercive force at which the upper and lower magnetic films are reversed is due to the shape anisotropy of the film.

【0058】一方、比較例1として上部磁性体膜2と下
部磁性体膜4にLa0.7Sr0. MnOを用いた
以外は実施例1と同様なTMR素子を作製した。
On the other hand, as Comparative Example 1, La 0.7 Sr 0. A TMR element similar to that of Example 1 was produced except that 3 MnO 3 was used.

【0059】比較例2として基板1と絶縁膜3としてM
gO、上部磁性体膜2と下部磁性体膜4にFe
用いた以外は実施例1と同様なTMR素子を作製した。
As Comparative Example 2, the substrate 1 and the insulating film 3
A TMR element similar to that of Example 1 was produced except that gO and Fe 3 O 4 were used for the upper magnetic film 2 and the lower magnetic film 4.

【0060】実施例1、比較例1及び比較例2のTMR
素子について4.2K〜400Kまでの種々の温度でト
ンネル電流変化を測定した。図3は実施例1、比較例
1、2における抵抗変化率の温度依存性を示す特性図を
示している。図3中5は実施例1、6は比較例2、7は
比較例2の特性を示す。
TMR of Example 1, Comparative Examples 1 and 2
The tunnel current change was measured for the device at various temperatures from 4.2K to 400K. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the temperature dependence of the resistance change rate in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. In FIG. 3, 5 indicates the characteristics of Example 1, 6 indicates the characteristics of Comparative Example 2, and 7 indicates the characteristics of Comparative Example 2.

【0061】実施例1においては400Kまでの各温度
で大きなTMR変化が得られたのに対し、比較例1では
150K以上の温度ではTMR変化が得られず、比較例
2においては160K以上ではトンネル電流が観測不可
能なほど小さなTMR変化しか得られなかった。
In Example 1, a large TMR change was obtained at each temperature up to 400 K, whereas in Comparative Example 1, no TMR change was obtained at a temperature of 150 K or more, and in Comparative Example 2, a tunnel change was observed at 160 K or more. Only a small change in TMR was obtained such that the current was not observable.

【0062】本発明になるTMR素子磁性体膜に高い磁
気転移温度を持つ磁性電気伝導複合ペロブスカイト酸化
物を用いているため、広い温度範囲で高い磁気抵抗変化
を示していることが分かる。 (実施例2)BaFeReO膜を磁性体膜に用いた
TMR素子を作製した。TMR素子の構成は図1に示し
たものと同様であった。また、上部磁性体膜4及び下部
磁性体膜2をBaFeReOからなる膜とした以外
は実施例1と同様であった。
It can be seen that the magneto-conductive composite perovskite oxide having a high magnetic transition temperature is used for the magnetic film of the TMR element according to the present invention, so that it shows a high magnetoresistance change over a wide temperature range. Example 2 A TMR element using a Ba 2 FeReO 6 film as a magnetic film was manufactured. The configuration of the TMR element was the same as that shown in FIG. Further, it was the same as Example 1 except that the upper magnetic film 4 and the lower magnetic film 2 were made of Ba 2 FeReO 6 .

【0063】各層は基板のSTO(100)面上にエピ
タキシャル成長していることをRHEED,XRDで確
認した。
It was confirmed by RHEED and XRD that each layer was epitaxially grown on the STO (100) plane of the substrate.

【0064】上部磁性体膜をイオンミリングを用いて3
0ミクロン×30ミクロンのサイズに加工し、4.2K
〜400Kまでの種々の温度で磁場中(磁場は膜面に平
行)における上下磁性体膜間のトンネル電流変化を測定
した。その結果400Kまでの各温度で大きなTMR変
化が得られた。 (実施例3)SrFeMoO膜を磁性体膜に用いた
TMR素子を作製した。TMR素子の構成は図1に示し
たものと同様であった。STO基板1上に通常のRFス
パッタを用いてSrFeMoO下部磁性体膜2を1
000A堆積した。この時のSrFeMoO下部磁
性体膜2の面内格子定数はSTO基板にエピタキシャル
成長することにより、本来のバルクの値7.86Aから
7.81Aに減少し、これに伴って面に垂直方向の格子
定数はバルク値7.89Aから8.02Aに延伸してい
ることがXRDにより判明した。この磁性体膜の磁化測
定をSQUID磁化率系を用いておこない、この磁性体
膜の磁気転移点が約520Kにあることが判明した。S
FeMoOはバルクでは約450Kの磁気転移点
を有することが知られており、この転移温度上昇は、エ
ピタキシャル成長による格子歪に起因するものと考えら
れる。
The upper magnetic film is formed by ion milling.
Processed to a size of 0 micron x 30 micron, 4.2K
Changes in tunnel current between the upper and lower magnetic films in a magnetic field (magnetic field is parallel to the film surface) at various temperatures up to 400 K were measured. As a result, a large TMR change was obtained at each temperature up to 400K. Example 3 A TMR element using a Sr 2 FeMoO 6 film as a magnetic film was manufactured. The configuration of the TMR element was the same as that shown in FIG. The Sr 2 FeMoO 6 lower magnetic film 2 is formed on the STO substrate 1 by using ordinary RF sputtering.
000 A was deposited. At this time, the in-plane lattice constant of the Sr 2 FeMoO 6 lower magnetic film 2 is reduced from the original bulk value of 7.86 A to 7.81 A by epitaxial growth on the STO substrate. It was found by XRD that the lattice constant of was extended from a bulk value of 7.89 A to 8.02 A. The magnetization of this magnetic film was measured using a SQUID susceptibility system, and it was found that the magnetic transition point of this magnetic film was at about 520K. S
It is known that r 2 FeMoO 6 has a magnetic transition point of about 450 K in bulk, and this transition temperature rise is considered to be caused by lattice distortion due to epitaxial growth.

【0065】さらにこの上部にとしてSrTiO絶縁
層3を60A堆積しさらに同じくSrFeMoO
部磁性体膜4を600A堆積した。各層は基板のSTO
(100)面上にエピタキシャル成長していることをR
HEED,XRDで確認した。
Further, an SrTiO 3 insulating layer 3 was deposited thereon at a thickness of 60 A, and an Sr 2 FeMoO 6 upper magnetic film 4 was deposited at a thickness of 600 A. Each layer is the STO of the substrate
The fact that epitaxial growth is on the (100) plane
HEED and XRD confirmed.

【0066】上部磁性体膜4をイオンミリングを用いて
30ミクロンx30ミクロンのサイズに加工し磁場中
(磁場は膜面に平行)における上下磁性体膜間のトンネ
ル電流変化を測定した。
The upper magnetic film 4 was processed into a size of 30 μm × 30 μm by ion milling, and a change in tunnel current between the upper and lower magnetic films in a magnetic field (the magnetic field was parallel to the film surface) was measured.

【0067】4.2K〜500Kまでの種々の温度で磁
場中(磁場は膜面に平行)における上下磁性体膜間のト
ンネル電流変化を測定した。その結果500Kまでの各
温度で大きなTMR変化が得られた。 (実施例4)実施例4はバルクでは本来半導体的電気伝
導を示すAtmTMO系化合物を用い、エピタキシ
ャル成長によって人為的に導入した格子歪を導入した磁
性体膜が導電性が発現することを確認した。さらに該磁
性体膜を用いたTMR素子を作製した。
The change in tunnel current between the upper and lower magnetic films in a magnetic field (the magnetic field is parallel to the film surface) was measured at various temperatures from 4.2K to 500K. As a result, a large TMR change was obtained at each temperature up to 500K. (Embodiment 4) In Embodiment 4, an A 2 tmTMO 6 -based compound which inherently exhibits semiconductor-like electrical conductivity is used in bulk, and it is shown that a magnetic film into which lattice strain introduced artificially by epitaxial growth exhibits conductivity. confirmed. Further, a TMR element using the magnetic film was manufactured.

【0068】まず、BaCoReO膜を多元RFス
パッタを用いてSTO基板上に500A成膜した。この
時の面内格子定数は8.01A、基板面垂直方向の格子
定数は8.12Aとなり、バルク結晶が格子定数8.0
78Aの立方晶であるのに対して、得られた磁性体膜が
大きく歪んだ正方晶となっていることをXRDを用いて
確認した。
First, a Ba 2 CoReO 6 film was formed to a thickness of 500 A on an STO substrate by using multiple RF sputtering. At this time, the in-plane lattice constant is 8.01 A, the lattice constant in the direction perpendicular to the substrate surface is 8.12 A, and the bulk crystal has a lattice constant of 8.0.
It was confirmed by XRD that the obtained magnetic film was a highly distorted tetragonal crystal, while the cubic crystal was 78A.

【0069】この磁性体膜の電気伝導ならびに磁気特性
を通常の4端子法ならびにSQUID磁化率計を用いて
調べたところ、この磁性体膜は導電性を示し、TN=4
00Kのフェリ磁性であることが判明した。この物質の
バルク結晶が半導体でTN=40Kであることに対し、
エピタキシャル成長によって人為的に導入された格子歪
によって上記特性が得られたものと考えられる。
When the electric conductivity and magnetic properties of the magnetic film were examined using a usual four-terminal method and a SQUID magnetometer, the magnetic film showed conductivity and TN = 4
It was found to be 00K ferrimagnetic. While the bulk crystal of this material is a semiconductor with TN = 40K,
It is considered that the above characteristics were obtained due to lattice strain artificially introduced by epitaxial growth.

【0070】上記の如くにして形成したBaCoRe
磁性体膜を上部磁性体膜及び下部磁性体膜とした以
外は実施例1と同様にTMR素子を作製し、磁気抵抗効
果を測定したところ、実施例1のSrFeReO
用いたTMR素子と同様の結果が得られた。 (実施例5)磁性を有するSrFeMoOからなる
粒子が絶縁体中に分散された構造ドメイン構造膜を用い
た粒子間TMR素子を作製した。TMR素子の構成を図
6に示す。STO基板10上にSrFeMoO磁性
体膜12をRFスパッタを用いて300A堆積した。こ
の時のスパッタ条件を調整することにより、作成したS
FeMoO膜12はFe/Moの秩序化したドメ
イン8がFe/Moがランダムに分布した不規則配列領
域9で分離されているドメイン構造を取っていることを
X線回折、電子線回折等の手法を用いて確認した。
The Ba 2 CoRe formed as described above
A TMR element was manufactured and the magnetoresistance effect was measured in the same manner as in Example 1 except that the O 6 magnetic film was changed to the upper magnetic film and the lower magnetic film, and the Sr 2 FeReO 6 of Example 1 was used. The same result as that of the TMR element was obtained. Particles consisting of Sr 2 FeMoO 6 with (Example 5) Magnetic was produced between particles TMR element using a structural domain structure film dispersed in an insulator. FIG. 6 shows the configuration of the TMR element. An Sr 2 FeMoO 6 magnetic film 12 was deposited on the STO substrate 10 by 300 A using RF sputtering. By adjusting the sputtering conditions at this time, the S
The r 2 FeMoO 6 film 12 has a domain structure in which ordered domains 8 of Fe / Mo are separated by an irregular array region 9 in which Fe / Mo is randomly distributed. Confirmed using such techniques.

【0071】磁性体膜をイオンミリングを用いて30ミ
クロンx30ミクロンのサイズに加工し、4.2K〜4
00Kまでの種々の温度で磁性体膜の電気抵抗の印加磁
場依存性を測定したところ、4.2Kから400Kの温
度範囲で大きな磁気抵抗変化が得られることを確認し
た。これはグレインの保磁力が各グレイン間で異なるこ
とに起因し、グレイン間のスピン偏極トンネル電流が大
きく変化したことによる。
The magnetic material film was processed into a size of 30 μm × 30 μm by ion milling,
When the applied magnetic field dependence of the electric resistance of the magnetic film was measured at various temperatures up to 00K, it was confirmed that a large magnetoresistance change was obtained in the temperature range from 4.2K to 400K. This is due to the fact that the coercive force of the grains differs between the grains, and that the spin-polarized tunnel current between the grains has changed significantly.

【0072】なお、この磁性体膜の抵抗率は室温で10
ミリohmcmと比較的高く、小型のGMR素子を作成した
際にも回路構成上使いやすい抵抗値の素子を作成するこ
とができる。
The resistivity of this magnetic film is 10 at room temperature.
Even when a small GMR element having a relatively high millimeter ohmcm is manufactured, an element having a resistance value which is easy to use in terms of a circuit configuration can be manufactured.

【0073】図4及び図5は実施例5の磁性体膜を説明
する模式図である。図4は均一な長距離秩序を持つA
tmTMO複合ペロブスカイトの結晶構造を示す概念
図で、黒点はAtmO領域、白点はATMO領域を
示す。結晶のほぼ全域が均一なAtmTMO構造の
磁性導電性を示す領域となっている。図5は実施例5に
なるドメイン構造を有するAtmTMO複合ペロブ
スカイトを示す概念図で、均一なAtmTMO構造
の磁性導電性領域(斜線部分)がtm/TMが不均一で
絶縁性を示すバウンダリー領域で隔てられていることが
分かる。電気伝導はドメイン間のスピン選択トンネルで
発現し、したがって高い磁気抵抗効果が得られている。 (実施例6)実施例6は実施例5で示したTMR素子と
同様の構成を有する。実施例5の磁性膜と、電極材料と
して磁性金属あるいは導電性磁性酸化物を用い、電極・
膜中ドメイン間のTMRを利用するものである。電極材
料として長距離秩序を有するSrFeReO膜、磁
性体膜として実施例5と同様なドメイン構造のSr
eReO膜を用いTMR素子を構成した。ここで磁性
電極膜、ドメイン構造膜は基板垂直方向に積層しても良
いが、面内に微小磁性膜と電極を作成したplanar型でも
よい。実施例と同様のTMR測定を行ったところ、磁場
に対してより分解能の高いTMRデバイスを得ることが
できた。 (実施例7)実施例7は絶縁性マトリックス中に磁性導
電性複合ペロブスカイトを分散させたグラニュラー膜に
よる磁気抵抗効果素子の例である。下部電極としてCo
膜を作成し、この上部に比較的高いスパッタ圧力中でな
らびにSiOをスパッタすることによりSiOマト
リックス中に50〜100AのSrFeReO微粒
子が分散したグラニュラー膜(膜厚1000A)を作成
した。上部電極として均質なSrFeReO膜を堆
積し、この膜の磁場中トンネル電流を測定したところ、
実施例1と同等の抵抗変化率を得た。さらにグラニュラ
ー膜を構成する粒子をSrFeMoOならびにSr
FeMoOの2種としたところ、より低磁場で大き
な変化率を得ることもできた。
FIGS. 4 and 5 are schematic views for explaining the magnetic film of the fifth embodiment. FIG. 4 shows A 2 having uniform long-range order.
In conceptual diagram showing a crystal structure of TmTMO 6 complex perovskite, black spots ATMO 3 region, white dots indicate the ATMO 3 region. Almost the entire region of the crystal is a region exhibiting a uniform magnetic conductivity of the A 2 tmTMO 6 structure. FIG. 5 is a conceptual diagram showing an A 2 tmTMO 6 composite perovskite having a domain structure according to Example 5, in which the magnetic conductive region (shaded portion) of the uniform A 2 tmTMO 6 structure has non-uniform tm / TM and insulating properties. It can be seen that they are separated by the boundary region indicating. Electric conduction occurs in spin-selective tunnels between the domains, and thus a high magnetoresistance effect is obtained. (Embodiment 6) Embodiment 6 has the same configuration as the TMR element shown in Embodiment 5. Using the magnetic film of Example 5 and a magnetic metal or a conductive magnetic oxide as an electrode material,
It utilizes TMR between domains in the membrane. Sr 2 FeReO 6 film having long-range order as an electrode material, and Sr 2 F having a domain structure similar to that of Example 5 as a magnetic film.
A TMR element was constructed using the eReO 6 film. Here, the magnetic electrode film and the domain structure film may be laminated in a direction perpendicular to the substrate, or may be a planar type in which a fine magnetic film and an electrode are formed in a plane. When the same TMR measurement was performed as in the example, a TMR device having higher resolution with respect to the magnetic field could be obtained. (Embodiment 7) Embodiment 7 is an example of a magnetoresistive element using a granular film in which a magnetic conductive composite perovskite is dispersed in an insulating matrix. Co as the lower electrode
A film was formed, and a granular film (thickness: 1000 A) in which 50 to 100 A of Sr 2 FeReO 6 fine particles were dispersed in a SiO 2 matrix was formed by sputtering a relatively high sputtering pressure and SiO 2 on the film. . A homogeneous Sr 2 FeReO 6 film was deposited as an upper electrode, and the tunnel current of this film in a magnetic field was measured.
A resistance change rate equivalent to that of Example 1 was obtained. Further, the particles constituting the granular film are Sr 2 FeMoO 6 and Sr
When two types of 2FeMoO 6 were used, a large rate of change could be obtained at a lower magnetic field.

【0074】図6は実施例7になるグラニュラー膜磁気
抵抗素子を示す模式図である。図中8はAtmTMO
磁性体からなる分散微粒子、9はSiO等からなる
分散媒体、10、11は電極膜である。 (実施例8)実施例8は本発明になるTMR素子をSi
基板上で微細加工を用いて作成した例である。まず自然
酸化膜を除去したSi単結晶プラグ上にTiNあるいは
AlNを添加して耐酸化性を向上させたTi0.9Al
0.1N膜をRFマグネトロンスパッタによって200
A堆積した。この際基板温度を650度Cとすることで
このTi(Al)N膜はSi状にエピタキシャル成長し
ていることをRHEED,XRDにより確認した。さら
にこの上部に下部磁性体膜としてSrFeMoO
バリア層としてSrTiO,上部磁性体膜としてSr
FeMoOをそれぞれ400A,100A,200A
エピタキシャル成長により堆積し、RIEならびにイオ
ンミリングを用いて加工した。さらにこの上部に絶縁膜
としてdTEOS、および信号線としてAl配線を施
し、図7に示す磁気メモリセルを作成した。図7は実施
例8に示すSi上に作成したTMRデバイスの概念図で
ある。図中12は単結晶Siプラグ、13はTi(A
l)Nバリア層、14は下部磁性体膜、15はSTOバ
リア層、16は上部磁性体膜、17はTEOS絶縁膜、
18は信号読み出しAl配線、19は磁場印加用信号配
線である。このデバイスの磁気特性を測定したところ、
上下の磁性体膜の磁気転移温度は490℃とバルクの値
より高いキュリー点を有し、磁性体膜の保磁力は上下そ
れぞれ200エルステッド、500エルステッドである
ことを確認した。このデバイスの信号線に適当な電流を
印加することにより上部磁性体の磁化方向を反転させる
ことで上下磁性体間のTMR電流を変化させ、不揮発性
磁気メモリ(MRAM)やスピントランジスタの回路要
素として用いることが可能である。 (実施例9)実施例9は本発明になるTMR素子をSi
基板上で微細加工を用いて作成した例である。まず自然
酸化膜を除去したSi基板上にTi0.9Al0.1
膜をRFマグネトロンスパッタによって200A堆積し
た。この際基板温度を650度CとすることでこのTi
AlN膜はSi状にエピタキシャル成長していることを
RHEED,XRDにより確認した。さらにこの上部に
に下部磁性体膜としてSrFeMoO、バリア層・
中間磁性体膜としてSrFeReO擬グラニュラー
膜,上部磁性体膜としてSrFeMoOをそれぞれ4
00A,500A,200A堆積し、RIEならびにイ
オンミリングを用いて加工した。さらにこの上部に絶縁
膜としてdTEOS、および信号線としてAl配線を施
し、図7に示す磁気メモリセルを作成した。このデバイ
スの磁気特性を測定したところ、上下の磁性体膜の磁気
転移温度は490℃、中間磁性体膜は480℃とバルク
の値より高いキュリー点を有し、磁性体膜の保磁力は上
下それぞれ200エルステッド、500エルステッドで
あることを確認した。中間層は前述したように保磁力の
異なる導電性磁性ドメインが非磁性・絶縁性ドメインで
隔てられている構造を有しており、信号線に与えられた
電流に起因する磁界に対してより大きなTMR変化率を
得ることができる。このデバイスの信号線に適当な電流
を印加することにより上部磁性体の磁化方向を反転させ
ることで上下磁性体間のTMR電流を変化させ、不揮発
性磁気メモリ(MRAM)やスピントランジスタの回路
要素として用いることが可能である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a granular film magnetoresistive element according to the seventh embodiment. 8 in the figure is A 2 tmTMO
6 are dispersed fine particles made of a magnetic material, 9 is a dispersion medium made of SiO 2 or the like, and 10 and 11 are electrode films. (Embodiment 8) In Embodiment 8, a TMR element according to the present invention is
This is an example in which fine processing is performed on a substrate. First, Ti 0.9 Al in which oxidation resistance is improved by adding TiN or AlN on the Si single crystal plug from which the natural oxide film has been removed.
The 0.1 N film was formed by RF magnetron sputtering to 200
A was deposited. At this time, it was confirmed by RHEED and XRD that the Ti (Al) N film was epitaxially grown in a Si shape by setting the substrate temperature to 650 ° C. Furthermore, Sr 2 FeMoO 6 as a lower magnetic film on this
SrTiO 3 as a barrier layer, Sr as an upper magnetic film
FeMoO 6 at 400A, 100A, 200A respectively
It was deposited by epitaxial growth and processed using RIE and ion milling. Further, dTEOS as an insulating film and Al wiring as a signal line were formed on the upper portion, thereby producing a magnetic memory cell shown in FIG. FIG. 7 is a conceptual diagram of a TMR device created on Si shown in Example 8. In the figure, 12 is a single crystal Si plug, 13 is Ti (A
1) N barrier layer, 14 is a lower magnetic film, 15 is an STO barrier layer, 16 is an upper magnetic film, 17 is a TEOS insulating film,
Reference numeral 18 denotes a signal readout Al wiring, and 19 denotes a magnetic field application signal wiring. When we measured the magnetic properties of this device,
It was confirmed that the magnetic transition temperature of the upper and lower magnetic films was 490 ° C., which is higher than the bulk value, and the coercive force of the magnetic film was 200 Oe and 500 Oe, respectively. By applying an appropriate current to the signal line of this device, the magnetization direction of the upper magnetic body is reversed to change the TMR current between the upper and lower magnetic bodies, and as a circuit element of a nonvolatile magnetic memory (MRAM) or a spin transistor. It can be used. (Embodiment 9) In Embodiment 9, the TMR element according to the present invention is made of Si.
This is an example in which fine processing is performed on a substrate. First, Ti 0.9 Al 0.1 N was placed on the Si substrate from which the natural oxide film had been removed.
The film was deposited at 200 A by RF magnetron sputtering. At this time, by setting the substrate temperature to 650 ° C., the Ti
It was confirmed by RHEED and XRD that the AlN film was epitaxially grown in a Si shape. On top of this, Sr 2 FeMoO 6 as a lower magnetic film and a barrier layer
Sr 2 FeReO 6 pseudo-granular film as an intermediate magnetic film, and SrFeMoO 6 as an upper magnetic film
00A, 500A, and 200A were deposited and processed using RIE and ion milling. Further, dTEOS as an insulating film and Al wiring as a signal line were formed on the upper portion, thereby producing a magnetic memory cell shown in FIG. When the magnetic characteristics of this device were measured, the magnetic transition temperature of the upper and lower magnetic films was 490 ° C., the intermediate magnetic film was 480 ° C. and had a Curie point higher than the bulk value, and the coercive force of the magnetic film was lower and higher. It was confirmed that they were 200 Oersted and 500 Oersted, respectively. The intermediate layer has a structure in which conductive magnetic domains having different coercive forces are separated by non-magnetic / insulating domains as described above, and is larger than a magnetic field caused by a current applied to a signal line. The TMR change rate can be obtained. By applying an appropriate current to the signal line of this device, the magnetization direction of the upper magnetic body is reversed to change the TMR current between the upper and lower magnetic bodies, and as a circuit element of a nonvolatile magnetic memory (MRAM) or a spin transistor. It can be used.

【0075】図8は実施例9に示すSi上に作成したT
MRデバイスの概念図である。図中20は単結晶Siプ
ラグ、21はTiAlNバリア層、22は下部磁性体
膜、23は擬グラニュラー中間磁性体膜層、24は上部
磁性体膜、25はTEOS絶縁膜、26は信号読み出し
Al配線、27は磁場印加用信号配線である。
FIG. 8 is a view showing the T formed on Si shown in the ninth embodiment.
It is a conceptual diagram of an MR device. In the figure, 20 is a single crystal Si plug, 21 is a TiAlN barrier layer, 22 is a lower magnetic film, 23 is a pseudo-granular intermediate magnetic film layer, 24 is an upper magnetic film, 25 is a TEOS insulating film, and 26 is a signal readout Al. The wiring 27 is a signal wiring for applying a magnetic field.

【0076】[0076]

【発明の効果】本発明によれば、スピン偏極率が高く大
きな面内磁気抵抗変化やスピン偏極トンネルによる磁気
抵抗変化を示し、また高い磁気転移点を有し、かつ抵抗
率も適当な磁性体膜を用い、室温を中心とする実用温度
範囲で良好な磁気抵抗特性を有する磁気抵抗素子を提供
することができる。
According to the present invention, the spin polarization ratio is high, showing a large in-plane magnetoresistance change and a magnetoresistance change due to the spin polarization tunnel, and has a high magnetic transition point and an appropriate resistivity. A magnetoresistive element using a magnetic film and having good magnetoresistance characteristics in a practical temperature range centered on room temperature can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1におけるTMR素子の模式図。FIG. 1 is a schematic diagram of a TMR element in Example 1.

【図2】実施例1におけるTMR素子の室温での磁場に
よる抵抗変化率ΔR/Rpを示す特性図。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing a resistance change rate ΔR / Rp of a TMR element in Example 1 due to a magnetic field at room temperature.

【図3】実施例1、比較例1、2における抵抗変化率の
温度依存性を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the temperature dependence of the rate of change of resistance in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.

【図4】均一な長距離秩序を持つAtmTMO複合
ペロブスカイトの結晶構造を示す概念図。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a crystal structure of an A 2 tmTMO 6 composite perovskite having a uniform long-range order.

【図5】実施例3におけるドメイン構造を有するA
mTMO複合ペロブスカイトの結晶構造を示す概念
図。
FIG. 5 shows A 2 t having a domain structure in Example 3.
MTMO 6 conceptual diagram showing the crystal structure of the complex perovskite.

【図6】実施例5におけるグラニュラー膜磁気抵抗素子
を示す模式図。
FIG. 6 is a schematic view showing a granular film magnetoresistive element according to a fifth embodiment.

【図7】実施例8に示すSi上に作成したTMR素子の
模式図。
FIG. 7 is a schematic diagram of a TMR element formed on Si shown in Example 8.

【図8】実施例9に示すSi上に作成したTMR素子の
模式図。
FIG. 8 is a schematic view of a TMR element formed on Si shown in Example 9.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板 2…下部磁性体膜 3…絶縁層 4…上部磁性体膜 5…実施例1 6…比較例2 7…比較例2 8…AtmTMO磁性体からなる分散微粒子 9…SiO等からなる分散媒体 10、11…電極膜 12…単結晶Siプラグ 13…Ti(Al)Nバリア層 14…下部磁性体膜 15…STOバリア層 16…上部磁性体膜 17…TEOS絶縁膜 18…信号読み出しAl配線 19…磁場印加用信号配線 20…単結晶Siプラグ 21…TiAlNバリア層 22…下部磁性体膜 23…擬グラニュラー中間磁性体膜層 24…上部磁性体膜 25…TEOS絶縁膜 26…信号読み出しAl配線 27…磁場印加用信号配線1 ... substrate 2 ... lower magnetic film 3 ... insulating layer 4 ... upper magnetic film 5 ... Example 1 6 ... Comparative Example 2 7 ... Comparative Example 2 8 ... A 2 tmTMO 6 made of a magnetic material dispersed fine particles 9 ... SiO 2 Dispersion medium composed of, for example, 10, 11, an electrode film 12, a single-crystal Si plug 13, a Ti (Al) N barrier layer 14, a lower magnetic film 15, an STO barrier layer 16, an upper magnetic film 17, a TEOS insulating film 18, and the like. Signal readout Al wiring 19 ... Signal wiring for applying a magnetic field 20 ... Single-crystal Si plug 21 ... TiAlN barrier layer 22 ... Lower magnetic film 23 ... Pseudo-granular intermediate magnetic film layer 24 ... Upper magnetic film 25 ... TEOS insulating film 26 ... Signal readout Al wiring 27 ... Signal wiring for applying magnetic field

フロントページの続き (72)発明者 湯浅 裕美 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式会 社東芝川崎事業所内 Fターム(参考) 5E049 AB03 AB09 AB10 AC00 BA12 BA16 Continued on the front page (72) Inventor Hiromi Yuasa 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa F-term in Toshiba Kawasaki Office (reference) 5E049 AB03 AB09 AB10 AC00 BA12 BA16

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも磁性体膜を備えた磁気抵抗素
子において、磁性体膜が実質的に一般式(1) A
2+xtm′1+yTM′1+z6−δ(AはCa,
Sr,Baより選ばれた少なくとも一種、tm′は、M
n,Ni,Co,Cr,Mgより選ばれた少なくとも一
種、TM′はRe、-0.2<x<0.2、-0.2<y<0.2、-0.2<z<
0.2、δは酸素欠損量)で示される複合ペロブスカイト
酸化物よりなることを特徴とする磁気抵抗素子。
1. A magnetoresistive element having at least a magnetic film, wherein the magnetic film substantially has the general formula (1) A
2 + x tm ′ 1 + y TM ′ 1 + z O 6−δ (A is Ca,
At least one selected from Sr and Ba, tm 'is M
at least one selected from n, Ni, Co, Cr and Mg, TM 'is Re, -0.2 <x <0.2, -0.2 <y <0.2, -0.2 <z <
A magnetoresistive element comprising a composite perovskite oxide represented by (0.2, δ is the amount of oxygen deficiency).
【請求項2】 少なくとも磁性体膜を備えた磁気抵抗素
子において、磁性体膜が一般式(2)A2+xtm
1+yTM1+z6−δ(AはCa,Sr,Baより
選ばれた少なくとも一種、tmは、Fe,Mn,Ni,
Co,Cr,Mgより選ばれた少なくとも一種、TMは
Mo,Reから選ばれた少なくとも一種、-0.2<x<0.
2、-0.2<y<0.2、-0.2<x<0.2、δは酸素欠損量)で示さ
れる複合ペロブスカイト酸化物よりなり、かつ格子歪を
有することを特徴とする磁気抵抗素子。
2. A magnetoresistive element having at least a magnetic film, wherein the magnetic film has a general formula (2) A 2 + x tm
1 + y1 + z O 6-δ (A is at least one selected from Ca, Sr, and Ba, and tm is Fe, Mn, Ni,
At least one selected from Co, Cr, Mg, TM is at least one selected from Mo, Re, -0.2 <x <0.
2. A magnetoresistive element comprising a composite perovskite oxide represented by -0.2 <y <0.2, -0.2 <x <0.2, and δ being the amount of oxygen deficiency) and having lattice distortion.
【請求項3】 磁性体膜の格子歪は、格子定数の異なる
基板に複合ペロブスカイト酸化物をエピタキシャル成長
させることにより得られたものであることを特徴とする
請求項2記載の磁気抵抗素子。
3. The magnetoresistive element according to claim 2, wherein the lattice strain of the magnetic film is obtained by epitaxially growing a composite perovskite oxide on substrates having different lattice constants.
【請求項4】 請求項2又は請求項3のいずれかに記載
の磁気抵抗素子において、磁性体膜の面内格子定数が同
組成を有するバルクの格子定数の99.5%以下あるい
は100.5%以上の値を有することを特徴とする磁気
抵抗素子。
4. The magnetoresistive element according to claim 2, wherein the in-plane lattice constant of the magnetic film is 99.5% or less or 100.5% or less of the lattice constant of a bulk having the same composition. % Or more.
【請求項5】 請求項1乃至請求項4の磁気抵抗素子に
おいて、少なくとも二層の磁性体膜間に絶縁体膜を有し
磁性体膜間のスピン偏極トンネル効果により動作するこ
とを特徴とする磁気抵抗素子。
5. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein an insulating film is provided between at least two magnetic films, and the device operates by a spin-polarized tunnel effect between the magnetic films. Magnetoresistive element.
【請求項6】 少なくとも磁性体膜を備えた磁気抵抗素
子において、磁性体膜が実質的に一般式(2)A2+x
tm1+yTM1+z6−δ(AはCa,Sr,Ba
より選ばれた少なくとも一種、tmは、Fe,Mn,N
i,Co,Cr,Mgより選ばれた少なくとも一種、T
MはMo,Reから選ばれた少なくとも一種、-0.2<x<
0.2,-0.2<y<0.2,-0.2<x<0.2,δは酸素欠損量)で示され
た磁性を有する複合ペロブスカイト酸化物からなる粒子
が絶縁体中に分散されてなることを特徴とする磁気抵抗
素子。
6. A magnetoresistive element having at least a magnetic film, wherein the magnetic film substantially has the general formula (2) A 2 + x
tm 1 + yTM 1 + z O 6-δ (A is Ca, Sr, Ba
Tm is at least one selected from Fe, Mn, N
at least one selected from i, Co, Cr, and Mg;
M is at least one selected from Mo and Re, -0.2 <x <
0.2, -0.2 <y <0.2, -0.2 <x <0.2, where δ is the amount of oxygen deficiency), characterized in that particles composed of a composite perovskite oxide having magnetic properties are dispersed in an insulator. Magnetic resistance element.
【請求項7】 請求項6記載の磁気抵抗素子において、
粒子間のスピン偏極トンネル効果により動作することを
特徴とする磁気抵抗素子。
7. The magnetoresistive element according to claim 6, wherein
A magnetoresistive element characterized by operating by spin-polarized tunnel effect between particles.
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