JP2000340859A - 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、及びメモリ−素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、及びメモリ−素子Info
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- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
- H01F10/3281—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn only by use of asymmetry of the magnetic film pair itself, i.e. so-called pseudospin valve [PSV] structure, e.g. NiFe/Cu/Co
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の磁気抵抗効果素子では得られない大き
なＭＲ比と高出力の薄膜磁気ヘッドを得る。更にメモリ
−素子を可能とする。 【解決手段】 磁性層にスピン分極率が高く、抵抗の高
い酸化物磁性膜を用い、膜面に垂直に電流を流して大き
なＭＲ比を示す磁気抵抗効果素子を得る。更にこれを用
いて磁気抵抗効果型ヘッドとメモリ−素子を構成する。
なＭＲ比と高出力の薄膜磁気ヘッドを得る。更にメモリ
−素子を可能とする。 【解決手段】 磁性層にスピン分極率が高く、抵抗の高
い酸化物磁性膜を用い、膜面に垂直に電流を流して大き
なＭＲ比を示す磁気抵抗効果素子を得る。更にこれを用
いて磁気抵抗効果型ヘッドとメモリ−素子を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は外部磁界に対して磁
気抵抗変化により大きな出力を生ずる磁気抵抗効果素子
と、それを用いて構成される磁気抵抗効果型ヘッド及び
メモリ−素子に関するものである。
気抵抗変化により大きな出力を生ずる磁気抵抗効果素子
と、それを用いて構成される磁気抵抗効果型ヘッド及び
メモリ−素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、ハードディスクドライブの高密度
化は著しく、媒体に記録された磁化を読みとる再生磁気
ヘッドの進歩も著しい。中でも巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）
効果を利用したスピンバルブと呼ばれる磁気抵抗効果素
子（MR素子）は、現在用いられている磁気抵抗効果型ヘ
ッド(MRヘッド)の感度を大幅に上昇されるものとして盛
んに研究されている。又ＧＭＲ膜を用いたメモリ−素子
も提案されている。
化は著しく、媒体に記録された磁化を読みとる再生磁気
ヘッドの進歩も著しい。中でも巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）
効果を利用したスピンバルブと呼ばれる磁気抵抗効果素
子（MR素子）は、現在用いられている磁気抵抗効果型ヘ
ッド(MRヘッド)の感度を大幅に上昇されるものとして盛
んに研究されている。又ＧＭＲ膜を用いたメモリ−素子
も提案されている。
【０００３】ＧＭＲ膜を用いたＭＲ素子の基本原理は
[磁性層／非磁性層／磁性層]より構成される積層膜にお
いて、二つの磁性層の磁化方向が平行の場合は抵抗が低
く、反平行の場合は抵抗が高くなることを利用するもの
である。
[磁性層／非磁性層／磁性層]より構成される積層膜にお
いて、二つの磁性層の磁化方向が平行の場合は抵抗が低
く、反平行の場合は抵抗が高くなることを利用するもの
である。
【０００４】スピンバルブは、非磁性層を介して２つの
強磁性体層が配置され、一方の磁性層（固定層）の磁化
方向を磁化回転抑制層（ピンニング層）による交換ハ゛イア
ス磁界で固定し（この時の強磁性体層と磁化回転抑制層
を合わせて交換結合膜と呼ぶ）、もう一方の磁性層（自
由層）の磁化方向を外部磁界に応じて比較的自由に動か
すことにより、固定層と自由層の磁化方向の相対角度を
変化させて、電気抵抗の変化を生じさせるものである。
強磁性体層が配置され、一方の磁性層（固定層）の磁化
方向を磁化回転抑制層（ピンニング層）による交換ハ゛イア
ス磁界で固定し（この時の強磁性体層と磁化回転抑制層
を合わせて交換結合膜と呼ぶ）、もう一方の磁性層（自
由層）の磁化方向を外部磁界に応じて比較的自由に動か
すことにより、固定層と自由層の磁化方向の相対角度を
変化させて、電気抵抗の変化を生じさせるものである。
【０００５】スピンバルブ膜に用いられる材料として
は、当初、磁性膜としてNi-Fe膜、非磁性膜としてCu、
磁化回転抑制層としてFe-Mnを用いたもので磁気抵抗変
化率(MR比)が約2%のものが提案された（シ゛ャーナル オフ゛マク゛ネ
ティス゛ム アント゛ マク゛ネティック マテリアルス゛ 93 第101項 (1991年) (J
ournal of Magnetism and Magnetic Materials 93,p10
1,1991)）。このように、磁化回転抑制層としてFeMn膜
を用いたものはMR比が小さく、またブロッキング温度
（磁化回転抑制層による固定層の磁化固定効果が無くな
る温度）が十分高くなく、またFeMn自体に耐食性に難点
があるので、種種の磁化回転抑制層を用いたスピンバル
ブ膜が提案されている。中でも、PtMn系はＭＲ比はさほ
ど大きくないものの耐食性と熱的安定性が良く、NiOや
α-Fe2O3等の酸化物を磁化回転抑制層として用いたスピ
ンバルブ膜は熱的安定性に課題があるものの、MR比が15
%以上の大きなものが得られ、研究開発が進められてい
る。
は、当初、磁性膜としてNi-Fe膜、非磁性膜としてCu、
磁化回転抑制層としてFe-Mnを用いたもので磁気抵抗変
化率(MR比)が約2%のものが提案された（シ゛ャーナル オフ゛マク゛ネ
ティス゛ム アント゛ マク゛ネティック マテリアルス゛ 93 第101項 (1991年) (J
ournal of Magnetism and Magnetic Materials 93,p10
1,1991)）。このように、磁化回転抑制層としてFeMn膜
を用いたものはMR比が小さく、またブロッキング温度
（磁化回転抑制層による固定層の磁化固定効果が無くな
る温度）が十分高くなく、またFeMn自体に耐食性に難点
があるので、種種の磁化回転抑制層を用いたスピンバル
ブ膜が提案されている。中でも、PtMn系はＭＲ比はさほ
ど大きくないものの耐食性と熱的安定性が良く、NiOや
α-Fe2O3等の酸化物を磁化回転抑制層として用いたスピ
ンバルブ膜は熱的安定性に課題があるものの、MR比が15
%以上の大きなものが得られ、研究開発が進められてい
る。
【０００６】更に大きなＭＲ比を得る方法として、[磁
性層／非磁性層／磁性層]から成る磁気抵抗効果素子部
の非磁性層にAl2O3等の酸化物膜を用い（注：磁性層部
は金属膜）、この素子部の上下に電極を設けてトンネル
効果を利用するものが研究されており、これらはＴＭＲ
膜とも呼ばれている。又これに磁化回転抑制層を付けた
スピンバルブ型ＴＭＲ膜も研究されており、ＴＭＲ膜で
はＭＲ比が20％以上のものが得られている。
性層／非磁性層／磁性層]から成る磁気抵抗効果素子部
の非磁性層にAl2O3等の酸化物膜を用い（注：磁性層部
は金属膜）、この素子部の上下に電極を設けてトンネル
効果を利用するものが研究されており、これらはＴＭＲ
膜とも呼ばれている。又これに磁化回転抑制層を付けた
スピンバルブ型ＴＭＲ膜も研究されており、ＴＭＲ膜で
はＭＲ比が20％以上のものが得られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＴＭＲ
膜においては上記酸化物非磁性層は均質で膜厚が一定の
1nm程度の超薄膜であることが必要で、量産性や再現性
に課題がある。又ＴＭＲ膜を実用デバイスに用いるには
素子抵抗が高すぎるため、低抵抗化が必要であり、かつ
素子が均一なインピ−ダンスを有することが課題であっ
た。
膜においては上記酸化物非磁性層は均質で膜厚が一定の
1nm程度の超薄膜であることが必要で、量産性や再現性
に課題がある。又ＴＭＲ膜を実用デバイスに用いるには
素子抵抗が高すぎるため、低抵抗化が必要であり、かつ
素子が均一なインピ−ダンスを有することが課題であっ
た。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の非磁性層に高抵抗
の酸化物膜を用いた従来のＴＭＲ膜とは全く異なり、本
発明は非磁性層に金属膜を用い、磁性層の少なくとも一
方に、あるいは全てに比較的高抵抗のＭFe2Ｏ4（ＭはF
e,Co,Niから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）を
主成分とする膜を用いて磁気抵抗効果素子を構成する。
ＭがFeの場合は比較的低抵抗となり、ＭがNi,Coとなる
に従って比較的高抵抗となるので、組成を適当に選ぶこ
とにより素子のインピ−ダンスの調整が可能である。
の酸化物膜を用いた従来のＴＭＲ膜とは全く異なり、本
発明は非磁性層に金属膜を用い、磁性層の少なくとも一
方に、あるいは全てに比較的高抵抗のＭFe2Ｏ4（ＭはF
e,Co,Niから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）を
主成分とする膜を用いて磁気抵抗効果素子を構成する。
ＭがFeの場合は比較的低抵抗となり、ＭがNi,Coとなる
に従って比較的高抵抗となるので、組成を適当に選ぶこ
とにより素子のインピ−ダンスの調整が可能である。
【０００９】特に上記の二つの磁性層の一方が外部磁界
に対して磁化回転し易く、他方が磁化回転し難いものと
すれば磁気抵抗効果素子が構成される。上記ＭFe2Ｏ4膜
でＭがFe-richであれば磁化回転し易く、ＭがCo-richで
あれば磁化回転し難いのでこの様な構成は容易に実現さ
れる。
に対して磁化回転し易く、他方が磁化回転し難いものと
すれば磁気抵抗効果素子が構成される。上記ＭFe2Ｏ4膜
でＭがFe-richであれば磁化回転し易く、ＭがCo-richで
あれば磁化回転し難いのでこの様な構成は容易に実現さ
れる。
【００１０】又一方の磁性層が磁化回転抑制層（ピンニ
ング層）と磁気的に結合して固定層を構成して、スピン
バルブ型としても良い。磁化回転抑制層としてはＰ-Mn
系（ＰはPt,Ni,Pd,Ir,Rh,Ru,Crから選ばれる１種もしく
は２種以上の元素）合金より成るものが望ましい。
ング層）と磁気的に結合して固定層を構成して、スピン
バルブ型としても良い。磁化回転抑制層としてはＰ-Mn
系（ＰはPt,Ni,Pd,Ir,Rh,Ru,Crから選ばれる１種もしく
は２種以上の元素）合金より成るものが望ましい。
【００１１】又これら磁気抵抗効果素子の磁性層は界面
磁性膜とＭFe2Ｏ4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種もし
くは２種以上の元素）磁性膜との積層膜より構成されて
も良い。
磁性膜とＭFe2Ｏ4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種もし
くは２種以上の元素）磁性膜との積層膜より構成されて
も良い。
【００１２】これにより非磁性層との界面やピンニング
層との界面に相性の良い金属磁性膜を用いることが可能
となる。
層との界面に相性の良い金属磁性膜を用いることが可能
となる。
【００１３】又ＭFe2Ｏ4酸化物磁性膜だけでは抵抗が高
くなりすぎる場合はこのような積層膜とし、ＭFe2Ｏ4酸
化物磁性膜の膜厚を薄くすることより低抵抗化が可能で
ある。
くなりすぎる場合はこのような積層膜とし、ＭFe2Ｏ4酸
化物磁性膜の膜厚を薄くすることより低抵抗化が可能で
ある。
【００１４】更にこの界面磁性膜が[磁性膜／非磁性膜
／磁性膜]から成り、非磁性膜を介して二つの磁性膜が
反強磁性的に結合している構成とすると、微細パタ−ン
化した場合、反磁界係数が大きくなる問題を、酸化物磁
性膜とこの界面磁性膜を構成する二つの磁性膜の膜厚、
飽和磁化等を調整することにより、全体での反磁界係数
の大きさを小さくすることで解決することが可能で、デ
バイスを作製した場合、磁界感度を向上することが出来
る。
／磁性膜]から成り、非磁性膜を介して二つの磁性膜が
反強磁性的に結合している構成とすると、微細パタ−ン
化した場合、反磁界係数が大きくなる問題を、酸化物磁
性膜とこの界面磁性膜を構成する二つの磁性膜の膜厚、
飽和磁化等を調整することにより、全体での反磁界係数
の大きさを小さくすることで解決することが可能で、デ
バイスを作製した場合、磁界感度を向上することが出来
る。
【００１５】これら磁気抵抗効果素子にシールド部を具
備すれば、シ−ルド型磁気抵抗効果ヘッドが構成され、
又これら磁気抵抗効果素子に検知すべき磁界を磁気抵抗
素子部に導入するヨ−クを具備すればヨ−ク型磁気抵抗
効果ヘッドやヨ−クを具備した磁気抵抗効果素子が構成
される。
備すれば、シ−ルド型磁気抵抗効果ヘッドが構成され、
又これら磁気抵抗効果素子に検知すべき磁界を磁気抵抗
素子部に導入するヨ−クを具備すればヨ−ク型磁気抵抗
効果ヘッドやヨ−クを具備した磁気抵抗効果素子が構成
される。
【００１６】これら磁気抵抗効果素子に情報を記録する
ための磁界を発生させる導体線、及びこれら磁気抵抗効
果素子の磁気抵抗変化により情報読み出しするための導
体線を具備すればメモリ−素子が構成される。
ための磁界を発生させる導体線、及びこれら磁気抵抗効
果素子の磁気抵抗変化により情報読み出しするための導
体線を具備すればメモリ−素子が構成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下本発明の磁気抵抗効果素子、
磁気抵抗効果型ヘッド、メモリ−素子を図面に基づいて
説明する。
磁気抵抗効果型ヘッド、メモリ−素子を図面に基づいて
説明する。
【００１８】図１に本発明の磁気抵抗効果素子の構成を
示す断面図の一例を示す。図１は、非磁性層２によって
磁気的に隔離された二つの酸化物磁性層１,３より成る
磁気抵抗効果素子を示す。酸化物磁性層１,３は主とし
てＭFe2Ｏ4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種もしくは２
種以上の元素）より構成される。
示す断面図の一例を示す。図１は、非磁性層２によって
磁気的に隔離された二つの酸化物磁性層１,３より成る
磁気抵抗効果素子を示す。酸化物磁性層１,３は主とし
てＭFe2Ｏ4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種もしくは２
種以上の元素）より構成される。
【００１９】酸化物磁性層は膜厚を変えたり組成を変え
たりすることにより、外部磁界により一方が磁化回転し
易く、他方がそうでないもの、あるいは保磁力が小さい
ものとそうでないものとにすることが可能である。これ
により外部磁界に対して二つの磁性層の磁化方向のなす
角度が変化し、これに応じて抵抗変化が生ずる。従って
図１の積層膜に電極を設け、電流を流し、外部磁界によ
り抵抗が変化する現象を電圧変化で読みとることにより
磁気抵抗効果素子となる。
たりすることにより、外部磁界により一方が磁化回転し
易く、他方がそうでないもの、あるいは保磁力が小さい
ものとそうでないものとにすることが可能である。これ
により外部磁界に対して二つの磁性層の磁化方向のなす
角度が変化し、これに応じて抵抗変化が生ずる。従って
図１の積層膜に電極を設け、電流を流し、外部磁界によ
り抵抗が変化する現象を電圧変化で読みとることにより
磁気抵抗効果素子となる。
【００２０】図２は図１の積層膜に更に磁化回転抑制層
４を設けて酸化物磁性層３と交換結合させることにより
酸化物磁性層３の磁化回転を抑制し、酸化物磁性膜１は
容易に磁化回転する膜とすることにより、図１と同様の
原理により磁気抵抗効果素子とするものである。 この
場合は酸化物磁性層１と３は軟磁気特性に優れたもので
あれば、全く同一のものでもかまわない。
４を設けて酸化物磁性層３と交換結合させることにより
酸化物磁性層３の磁化回転を抑制し、酸化物磁性膜１は
容易に磁化回転する膜とすることにより、図１と同様の
原理により磁気抵抗効果素子とするものである。 この
場合は酸化物磁性層１と３は軟磁気特性に優れたもので
あれば、全く同一のものでもかまわない。
【００２１】図３は酸化物磁性層と非磁性層の界面に、
あるいは酸化物磁性層と磁化回転抑制層との間に界面磁
性層５を設けた構成のものである。これにより非磁性層
との界面やピンニング層との界面に相性の良い金属磁性
膜を用いることが可能となる。図３では全ての界面に界
面磁性層を入れた構成としたが、必ずしもこの様な構成
とする必要はなく、一箇所だけでも良い。又磁化回転抑
制層の無い図１の構成のものにこの構成を適用してもか
まわない。
あるいは酸化物磁性層と磁化回転抑制層との間に界面磁
性層５を設けた構成のものである。これにより非磁性層
との界面やピンニング層との界面に相性の良い金属磁性
膜を用いることが可能となる。図３では全ての界面に界
面磁性層を入れた構成としたが、必ずしもこの様な構成
とする必要はなく、一箇所だけでも良い。又磁化回転抑
制層の無い図１の構成のものにこの構成を適用してもか
まわない。
【００２２】又図３の１酸化物磁性層の上にこの界面磁
性層を用いても良い。
性層を用いても良い。
【００２３】更に図では界面磁性層が酸化物磁性層より
薄くしているが、素子全体の抵抗を下げたい場合は酸化
物磁性層を薄くして、界面磁性層をこれより厚くしても
良い。
薄くしているが、素子全体の抵抗を下げたい場合は酸化
物磁性層を薄くして、界面磁性層をこれより厚くしても
良い。
【００２４】図５は検知すべき外部磁界Ｈを透磁率の高
い磁性膜で構成されるヨ−ク６により磁気抵抗素子部に
導くことにより磁気抵抗効果素子の感度を向上させるも
のである。基本的にはヨ−ク部６は磁界Ｈが磁化回転が
容易な磁性層に導かれるように配置される。図５では磁
化回転抑制層４のあるものについて示したが、これが無
い図１の構成にヨ−ク部６を設けたものでも良い。
い磁性膜で構成されるヨ−ク６により磁気抵抗素子部に
導くことにより磁気抵抗効果素子の感度を向上させるも
のである。基本的にはヨ−ク部６は磁界Ｈが磁化回転が
容易な磁性層に導かれるように配置される。図５では磁
化回転抑制層４のあるものについて示したが、これが無
い図１の構成にヨ−ク部６を設けたものでも良い。
【００２５】以上述べたような本発明の磁気抵抗効果素
子を用いて、磁気抵抗効果型ヘッドを構成することがで
きる。図に示したものはセンサ−等の磁気抵抗効果素子
として使用できるし、ヨ−クの形状により読み取るべき
信号磁界の領域を規制することにより磁気抵抗効果型ヘ
ッドともなるものである。
子を用いて、磁気抵抗効果型ヘッドを構成することがで
きる。図に示したものはセンサ−等の磁気抵抗効果素子
として使用できるし、ヨ−クの形状により読み取るべき
信号磁界の領域を規制することにより磁気抵抗効果型ヘ
ッドともなるものである。
【００２６】図６に磁気抵抗効果型ヘッドの構成の一例
を示す。図６において記録は巻き線部８に電流を流し、
それにより発生する磁界を記録用磁極７で導き、記録ギ
ャップからの漏れ磁界により媒体への信号の記録を行
う。信号の再生は上部および下部のシールド部10,13に
よって決まるシ−ルドギャップ内に設けられた磁気抵抗
効果素子部12に媒体からの磁界が入り、磁界による素子
部12の抵抗変化により信号の再生がなされる。図６では
素子部12の膜面に垂直に電流を流す構成のものを一例と
して示しており、電流は電極11を通してシ−ルドとリ−
ドを兼用したシ−ルド部10,13を流れる構成としてい
る。
を示す。図６において記録は巻き線部８に電流を流し、
それにより発生する磁界を記録用磁極７で導き、記録ギ
ャップからの漏れ磁界により媒体への信号の記録を行
う。信号の再生は上部および下部のシールド部10,13に
よって決まるシ−ルドギャップ内に設けられた磁気抵抗
効果素子部12に媒体からの磁界が入り、磁界による素子
部12の抵抗変化により信号の再生がなされる。図６では
素子部12の膜面に垂直に電流を流す構成のものを一例と
して示しており、電流は電極11を通してシ−ルドとリ−
ドを兼用したシ−ルド部10,13を流れる構成としてい
る。
【００２７】図７にこれら磁気抵抗効果膜を用いたメモ
リ−素子の構成の一例を示す。図７において、磁気抵抗
効果素子部12を構成する二つの磁性層のうち一方は外部
磁界により磁化反転し易く、他方は反転し難いものを用
い、情報の記録は情報記録用導体線14に電流を流し、発
生する磁界により磁化回転し易い方の磁化を反転して情
報の記録を行う。情報の読み出しは導体線14に逆向きの
電流を流し、この時情報読出用導体線15と電極11を通じ
て接続された磁気抵抗効果素子部12に抵抗変化が生ずる
か否かで情報の読み出しを行う。
リ−素子の構成の一例を示す。図７において、磁気抵抗
効果素子部12を構成する二つの磁性層のうち一方は外部
磁界により磁化反転し易く、他方は反転し難いものを用
い、情報の記録は情報記録用導体線14に電流を流し、発
生する磁界により磁化回転し易い方の磁化を反転して情
報の記録を行う。情報の読み出しは導体線14に逆向きの
電流を流し、この時情報読出用導体線15と電極11を通じ
て接続された磁気抵抗効果素子部12に抵抗変化が生ずる
か否かで情報の読み出しを行う。
【００２８】又磁気抵抗効果素子部12の磁性層が保磁力
は異なるものの、二つとも磁化反転可能なものとし、導
体線14に大きな電流を流して両方の磁性層を磁化反転し
て情報を記録し、再生は導体線14に逆方向の弱い電流を
流して保磁力の小さい磁性層のみの磁化を反転し、その
時の抵抗変化により情報を読み出しても良い。この場合
は前述の場合と異なり、情報の記録には保磁力の大きい
磁性層の磁化反転を用い、情報の読み出しには保磁力の
小さい磁性層の磁化反転のみを用いるので非破壊読み出
しが可能となる。
は異なるものの、二つとも磁化反転可能なものとし、導
体線14に大きな電流を流して両方の磁性層を磁化反転し
て情報を記録し、再生は導体線14に逆方向の弱い電流を
流して保磁力の小さい磁性層のみの磁化を反転し、その
時の抵抗変化により情報を読み出しても良い。この場合
は前述の場合と異なり、情報の記録には保磁力の大きい
磁性層の磁化反転を用い、情報の読み出しには保磁力の
小さい磁性層の磁化反転のみを用いるので非破壊読み出
しが可能となる。
【００２９】以上図に示した磁気抵抗効果素子部の磁性
層の少なくとも一方、あるいは全てに比較的高抵抗のＭ
Fe2Ｏ4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種もしくは２種以
上の元素）を主成分とする膜を用いることが望ましい。
ＭがFeの場合は比較的低抵抗（〜10-3Ωcm）となり、Ｍ
がNi,Coとなるに従って比較的高抵抗（103〜107Ωcm）
となるので、組成を適当に選ぶことにより10-3〜107Ωc
mと広範にわたる素子のインピ−ダンスの調整が可能で
ある。実際[金属磁性層／Al2O3／金属磁性層]より構成
されるトンネル型磁気抵抗効果素子においては膜面に垂
直に電流を流して使用するが、抵抗が1010Ωcmと通常の
デバイスに使用するにはインピ−ダンスが高すぎる問題
点があり、実用化の阻害要因となっている。これに対し
て本発明は上述のようにインピ−ダンスが広範囲で調整
可能である特長を有する。
層の少なくとも一方、あるいは全てに比較的高抵抗のＭ
Fe2Ｏ4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種もしくは２種以
上の元素）を主成分とする膜を用いることが望ましい。
ＭがFeの場合は比較的低抵抗（〜10-3Ωcm）となり、Ｍ
がNi,Coとなるに従って比較的高抵抗（103〜107Ωcm）
となるので、組成を適当に選ぶことにより10-3〜107Ωc
mと広範にわたる素子のインピ−ダンスの調整が可能で
ある。実際[金属磁性層／Al2O3／金属磁性層]より構成
されるトンネル型磁気抵抗効果素子においては膜面に垂
直に電流を流して使用するが、抵抗が1010Ωcmと通常の
デバイスに使用するにはインピ−ダンスが高すぎる問題
点があり、実用化の阻害要因となっている。これに対し
て本発明は上述のようにインピ−ダンスが広範囲で調整
可能である特長を有する。
【００３０】上記ＭFe2Ｏ4膜でＭがFe-richであれば磁
化回転し易く、ＭがCo-richであれば磁化回転し難いの
で、FeとCoの組成を調整することにより保磁力の調整が
可能であり、る。これらの酸化物磁性膜はスピン分極率
Ｐが極めて高く、磁性層／非磁性層界面でのスピン散乱
に起因する大きな磁気抵抗変化が得られるため、磁気抵
抗効果素子用の磁性膜としては理想的なものである。
化回転し易く、ＭがCo-richであれば磁化回転し難いの
で、FeとCoの組成を調整することにより保磁力の調整が
可能であり、る。これらの酸化物磁性膜はスピン分極率
Ｐが極めて高く、磁性層／非磁性層界面でのスピン散乱
に起因する大きな磁気抵抗変化が得られるため、磁気抵
抗効果素子用の磁性膜としては理想的なものである。
【００３１】又これら磁気抵抗効果素子の磁性層は界面
磁性膜とＭFe2Ｏ4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種もし
くは２種以上の元素）磁性膜との積層膜より構成されて
も良い。これにより非磁性層との界面やピンニング層と
の界面に相性の良い金属磁性膜を用いることが可能とな
る。具体的にはCo, CoFe, NiFe, NiCoFe等の合金膜があ
げられる。
磁性膜とＭFe2Ｏ4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種もし
くは２種以上の元素）磁性膜との積層膜より構成されて
も良い。これにより非磁性層との界面やピンニング層と
の界面に相性の良い金属磁性膜を用いることが可能とな
る。具体的にはCo, CoFe, NiFe, NiCoFe等の合金膜があ
げられる。
【００３２】又酸化物磁性層だけではインピ−ダンスが
まだ高い場合には、磁性層部をＭFe 2Ｏ4酸化物磁性膜と
上述の界面磁性膜との積層膜とし、ＭFe2Ｏ4酸化物磁性
膜の膜厚を薄くすることより低インピ−ダンス化が可能
である。
まだ高い場合には、磁性層部をＭFe 2Ｏ4酸化物磁性膜と
上述の界面磁性膜との積層膜とし、ＭFe2Ｏ4酸化物磁性
膜の膜厚を薄くすることより低インピ−ダンス化が可能
である。
【００３３】更にこの界面磁性膜が[磁性膜／非磁性膜
／磁性膜]から成り、非磁性膜を介して二つの磁性膜が
反強磁性的に結合している構成とすると、微細パタ−ン
化した場合、反磁界係数が大きくなる問題を、酸化物磁
性膜とこの界面磁性膜を構成する二つの磁性膜の膜厚、
飽和磁化等を調整することにより、全体での反磁界係数
の大きさを小さくすることにより解決することが可能
で、デバイスを作製した場合、磁界感度を向上すること
が出来る。この場合の交換結合用非磁性膜としてはRu,I
r等が適している。
／磁性膜]から成り、非磁性膜を介して二つの磁性膜が
反強磁性的に結合している構成とすると、微細パタ−ン
化した場合、反磁界係数が大きくなる問題を、酸化物磁
性膜とこの界面磁性膜を構成する二つの磁性膜の膜厚、
飽和磁化等を調整することにより、全体での反磁界係数
の大きさを小さくすることにより解決することが可能
で、デバイスを作製した場合、磁界感度を向上すること
が出来る。この場合の交換結合用非磁性膜としてはRu,I
r等が適している。
【００３４】磁化回転抑制層としては金属膜としては不
規則合金系のIr-Mn,Rh-Mn,Ru-Mn,Cr-Pt-Mn等があり、磁
界中で成膜することにより磁性膜と交換結合させること
ができ工程が簡便となる利点がある。これらの膜を用い
て素子を形成する場合は図４とは上下逆の構成とするこ
とが望ましい。一方規則合金系のNi-Mn,Pt-(Pd)-Mn等は
規則化のための熱処理が必要であるが、熱的安定性に優
れている。一般的にはこれらも素子に用いる場合は図５
とは上下逆の構成で使用するがが、Pt-Mn系は上下どち
らでも使用出来き、図５の構造としても良い。この系は
ピンニング効果も大きく、かつ熱的にも安定である等の
望ましい特長を有する。以上の金属膜を磁化回転抑制層
に用い、磁性層にも金属膜を用いた素子は大きなＭＲ比
が得られない欠点があったが、本発明はこの欠点を補い
磁化回転抑制層にこれら金属系を用いても大きなＭＲ比
を得ることが可能である。
規則合金系のIr-Mn,Rh-Mn,Ru-Mn,Cr-Pt-Mn等があり、磁
界中で成膜することにより磁性膜と交換結合させること
ができ工程が簡便となる利点がある。これらの膜を用い
て素子を形成する場合は図４とは上下逆の構成とするこ
とが望ましい。一方規則合金系のNi-Mn,Pt-(Pd)-Mn等は
規則化のための熱処理が必要であるが、熱的安定性に優
れている。一般的にはこれらも素子に用いる場合は図５
とは上下逆の構成で使用するがが、Pt-Mn系は上下どち
らでも使用出来き、図５の構造としても良い。この系は
ピンニング効果も大きく、かつ熱的にも安定である等の
望ましい特長を有する。以上の金属膜を磁化回転抑制層
に用い、磁性層にも金属膜を用いた素子は大きなＭＲ比
が得られない欠点があったが、本発明はこの欠点を補い
磁化回転抑制層にこれら金属系を用いても大きなＭＲ比
を得ることが可能である。
【００３５】非磁性層としては、Cu,Ag,Auなどがある
が、特にCuが優れている。非磁性層の膜厚としては、磁
性層間の相互作用を弱くするために少なくとも0.9nm以
上は必要である。又この非磁性層の膜厚が3nm以下の場
合は膜の平坦性が重要で、平坦性が悪いと、非磁性層で
磁気的に分離されているはずの二つの磁性層間に磁気的
結合が生じてＭＲ比の劣化と感度の低下が生ずる。
が、特にCuが優れている。非磁性層の膜厚としては、磁
性層間の相互作用を弱くするために少なくとも0.9nm以
上は必要である。又この非磁性層の膜厚が3nm以下の場
合は膜の平坦性が重要で、平坦性が悪いと、非磁性層で
磁気的に分離されているはずの二つの磁性層間に磁気的
結合が生じてＭＲ比の劣化と感度の低下が生ずる。
【００３６】シ−ルド型磁気抵抗効果ヘッドやヨ−ク型
磁気抵抗効果ヘッドにおいては、シ−ルド材やヨ−ク材
に、Fe-Si-Al、Ni-Fe(-Co)、Co-Nb-Zr、Co-Ta-Zr、Fe-T
a-N合金などの軟磁性膜が使われる。Fe-Si-Alは基板上
に付けられたものが市販されており、Ni-Fe(-Co)系はメ
ッキ法で作製でき、Co-(Nb,Ta)-Zr系は耐食性に優れ異
方性の制御性が良く、Fe-Ta-N系は高温熱処理に強い特
長がある。
磁気抵抗効果ヘッドにおいては、シ−ルド材やヨ−ク材
に、Fe-Si-Al、Ni-Fe(-Co)、Co-Nb-Zr、Co-Ta-Zr、Fe-T
a-N合金などの軟磁性膜が使われる。Fe-Si-Alは基板上
に付けられたものが市販されており、Ni-Fe(-Co)系はメ
ッキ法で作製でき、Co-(Nb,Ta)-Zr系は耐食性に優れ異
方性の制御性が良く、Fe-Ta-N系は高温熱処理に強い特
長がある。
【００３７】又メモリ−素子においては導体線はAl, A
u, Cu, Ag等の金属導体線で構成され、磁気抵抗効果素
子部の電極材料は抵抗があまり高くないものが望まし
い。
u, Cu, Ag等の金属導体線で構成され、磁気抵抗効果素
子部の電極材料は抵抗があまり高くないものが望まし
い。
【００３８】
【実施例】本発明の磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効
果型ヘッドについて以下具体的な実施例を用いて説明す
る。
果型ヘッドについて以下具体的な実施例を用いて説明す
る。
【００３９】（実施例１）多元スパッタリング装置を用
いて図１に示した構成の磁気抵抗効果素子を作製した。
基板にはSiを用い、磁性層用のターケ゛ットには焼結したNi
0.5Fe2.5O4、Co0.5Fe2.5O4を用い、又非磁性層用にはCu
タ−ゲットを用いた。真空チャンバー内を1x10-8Torr以
下まで排気した後、Arガスを0.8mTorrになるように流し
ながら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成の磁気抵抗
効果素子を作製した。 試料A Ni0.5Fe2.5O4(30)/Cu(25)/Co0.5Fe2.5O4(20)
（()内は膜厚nmを示す） 試料Aの磁化曲線を室温で200kA/mの磁界を印可して磁界
振動磁力計で測定したところ、保磁力が異なる２種類の
磁性層からなる積層膜特有の２段曲線を示した。この磁
気抵抗効果素子の上下に電極を設けて、そのMR特性を室
温で最高200kA/mの磁界を印可して測定した。その結果
ＭＲ比は30%と極めて高い値を示した。
いて図１に示した構成の磁気抵抗効果素子を作製した。
基板にはSiを用い、磁性層用のターケ゛ットには焼結したNi
0.5Fe2.5O4、Co0.5Fe2.5O4を用い、又非磁性層用にはCu
タ−ゲットを用いた。真空チャンバー内を1x10-8Torr以
下まで排気した後、Arガスを0.8mTorrになるように流し
ながら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成の磁気抵抗
効果素子を作製した。 試料A Ni0.5Fe2.5O4(30)/Cu(25)/Co0.5Fe2.5O4(20)
（()内は膜厚nmを示す） 試料Aの磁化曲線を室温で200kA/mの磁界を印可して磁界
振動磁力計で測定したところ、保磁力が異なる２種類の
磁性層からなる積層膜特有の２段曲線を示した。この磁
気抵抗効果素子の上下に電極を設けて、そのMR特性を室
温で最高200kA/mの磁界を印可して測定した。その結果
ＭＲ比は30%と極めて高い値を示した。
【００４０】（実施例２）実施例１と同様に多元スパッ
タリング装置を用いて図２に示した構成の磁気抵抗効果
素子を作製した。基板にはSiを用い、磁性層用のタ−ゲ
ットには焼結したNi0.1Fe2.9O4、Co0.2Fe2.8O4を用い、
又非磁性層用にはCuを、磁化回転抑制層にはIrMnタ−ゲ
ットを用いた。真空チャンバー内を1x10-8Torr以下まで
排気した後、Arガスを0.8mTorrになるように流しなが
ら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成の磁気抵抗効果
素子を作製した。 試料B Ni0.1Fe2.9O4(50)/Cu(22)/Co0.2Fe2.8O4(20)/I
rMn(15) この磁気抵抗効果素子の上下に電極を設けて、そのMR特
性を室温で最高200kA/mの磁界を印可して測定した。そ
の結果ＭＲ比は28%と極めて高い値を示した。
タリング装置を用いて図２に示した構成の磁気抵抗効果
素子を作製した。基板にはSiを用い、磁性層用のタ−ゲ
ットには焼結したNi0.1Fe2.9O4、Co0.2Fe2.8O4を用い、
又非磁性層用にはCuを、磁化回転抑制層にはIrMnタ−ゲ
ットを用いた。真空チャンバー内を1x10-8Torr以下まで
排気した後、Arガスを0.8mTorrになるように流しなが
ら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成の磁気抵抗効果
素子を作製した。 試料B Ni0.1Fe2.9O4(50)/Cu(22)/Co0.2Fe2.8O4(20)/I
rMn(15) この磁気抵抗効果素子の上下に電極を設けて、そのMR特
性を室温で最高200kA/mの磁界を印可して測定した。そ
の結果ＭＲ比は28%と極めて高い値を示した。
【００４１】（実施例３）実施例１と同様に多元スパッ
タリング装置を用いて図３に示した構成の磁気抵抗効果
素子を作製した。基板にはSiを用い、磁性層用のタ−ゲ
ットには焼結したNi0.1Fe2.9O4、Co0.2Fe2.8O4を用い、
又非磁性層用にはCuタ−ゲットを、磁化回転抑制層には
IrMnを、界面磁性層にはCo0.9Fe0.1を用いた。真空チャ
ンバー内を1x10-8Torr以下まで排気した後、Arガスを0.
8mTorrになるように流しながら、スハ゜ッタリンク゛法を用い
て、下記の構成の磁気抵抗効果素子を作製した。 試料C Ni0.1Fe2.9O4(50)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(22)/Co
0.9Fe0.1(2)/Co0.2Fe2.8O4(20)/Co0.9Fe0.1(2)/IrMn(1
5) この磁気抵抗効果素子の上下に電極を設けて、そのMR特
性を室温で最高200kA/mの磁界を印可して測定した。そ
の結果ＭＲ比は32%と極めて高い値を示した。
タリング装置を用いて図３に示した構成の磁気抵抗効果
素子を作製した。基板にはSiを用い、磁性層用のタ−ゲ
ットには焼結したNi0.1Fe2.9O4、Co0.2Fe2.8O4を用い、
又非磁性層用にはCuタ−ゲットを、磁化回転抑制層には
IrMnを、界面磁性層にはCo0.9Fe0.1を用いた。真空チャ
ンバー内を1x10-8Torr以下まで排気した後、Arガスを0.
8mTorrになるように流しながら、スハ゜ッタリンク゛法を用い
て、下記の構成の磁気抵抗効果素子を作製した。 試料C Ni0.1Fe2.9O4(50)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(22)/Co
0.9Fe0.1(2)/Co0.2Fe2.8O4(20)/Co0.9Fe0.1(2)/IrMn(1
5) この磁気抵抗効果素子の上下に電極を設けて、そのMR特
性を室温で最高200kA/mの磁界を印可して測定した。そ
の結果ＭＲ比は32%と極めて高い値を示した。
【００４２】（実施例４）実施例１と同様に多元スパッ
タリング装置を用いて類似の構成の磁気抵抗効果素子を
作製した。基板にはSiを用い、磁性層用のタ−ゲットに
は焼結したFe3O4を用い、又非磁性層用にはCuタ−ゲッ
トを、磁化回転抑制層にはPtMnを、界面磁性層にはCo
0.9Fe0.1とNi0.8Fe0.2を用いた。真空チャンバー内を1x
10-8Torr以下まで排気した後、Arガスを0.8mTorrになる
ように流しながら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成
の磁気抵抗効果素子を成膜し、280℃で磁界中熱処理を
行った。 試料C’ Ni0.8Fe0.2(2)/Fe3O4(1)/Co0.9Fe0.1(0.5)/Cu(2.2)/Co
0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(1)/Co0.9Fe0.1(2)/PtMn(15) この磁気抵抗効果素子の上下に電極を設けて、そのMR特
性を室温で最高200kA/mの磁界を印可して測定した。そ
の結果ＭＲ比は40%と極めて高い値を示した。
タリング装置を用いて類似の構成の磁気抵抗効果素子を
作製した。基板にはSiを用い、磁性層用のタ−ゲットに
は焼結したFe3O4を用い、又非磁性層用にはCuタ−ゲッ
トを、磁化回転抑制層にはPtMnを、界面磁性層にはCo
0.9Fe0.1とNi0.8Fe0.2を用いた。真空チャンバー内を1x
10-8Torr以下まで排気した後、Arガスを0.8mTorrになる
ように流しながら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成
の磁気抵抗効果素子を成膜し、280℃で磁界中熱処理を
行った。 試料C’ Ni0.8Fe0.2(2)/Fe3O4(1)/Co0.9Fe0.1(0.5)/Cu(2.2)/Co
0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(1)/Co0.9Fe0.1(2)/PtMn(15) この磁気抵抗効果素子の上下に電極を設けて、そのMR特
性を室温で最高200kA/mの磁界を印可して測定した。そ
の結果ＭＲ比は40%と極めて高い値を示した。
【００４３】（実施例５）実施例１と同様に多元スパッ
タリング装置を用いて図１と図２に示した構成の２種類
の磁気抵抗効果素子を作製した。基板にはSiを用い、磁
性層用のターケ゛ットには焼結したNi0.2Fe2.8O4、Co0.2Fe2.8
O4を用い、又非磁性層用にはCuを、磁化回転抑制層とし
てはPtMnタ−ゲットを用いた。真空チャンバー内を1x10
-8Torr以下まで排気した後、Arガスを0.8mTorrになるよ
うに流しながら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成の
磁気抵抗効果素子を作製した。 試料D Ni0.2Fe2.8O4(50)/Cu(25)/Co0.2Fe2.8O4(20) 試料E Ni0.2Fe2.8O4(50)/Cu(25)/Co0.2Fe2.8O4(20)/P
tMn(20) 成膜後試料Eは280℃で磁界中熱処理を施し、PtMnの規則
化を行った。
タリング装置を用いて図１と図２に示した構成の２種類
の磁気抵抗効果素子を作製した。基板にはSiを用い、磁
性層用のターケ゛ットには焼結したNi0.2Fe2.8O4、Co0.2Fe2.8
O4を用い、又非磁性層用にはCuを、磁化回転抑制層とし
てはPtMnタ−ゲットを用いた。真空チャンバー内を1x10
-8Torr以下まで排気した後、Arガスを0.8mTorrになるよ
うに流しながら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成の
磁気抵抗効果素子を作製した。 試料D Ni0.2Fe2.8O4(50)/Cu(25)/Co0.2Fe2.8O4(20) 試料E Ni0.2Fe2.8O4(50)/Cu(25)/Co0.2Fe2.8O4(20)/P
tMn(20) 成膜後試料Eは280℃で磁界中熱処理を施し、PtMnの規則
化を行った。
【００４４】本発明の試料番号Bの磁気抵抗効果素子を
用いて図５に示した構成の磁気抵抗効果型ヘッドを作製
した（ただし試料Dを用いたものは磁化回転抑制層はな
い）。この時ヨ−クには軟磁気特性に優れたCoNbZrアモ
ルファス合金膜を用いた。この構成とすることにより、
ヨ−クのない試料D及びEの磁気抵抗効果素子に比べてヨ
−クのあるものは外部磁界が10 Oeの時の感度がどちら
も約３倍高くなることがわかった。
用いて図５に示した構成の磁気抵抗効果型ヘッドを作製
した（ただし試料Dを用いたものは磁化回転抑制層はな
い）。この時ヨ−クには軟磁気特性に優れたCoNbZrアモ
ルファス合金膜を用いた。この構成とすることにより、
ヨ−クのない試料D及びEの磁気抵抗効果素子に比べてヨ
−クのあるものは外部磁界が10 Oeの時の感度がどちら
も約３倍高くなることがわかった。
【００４５】（実施例６）実施例１と同様に多元スパッ
タリング装置を用いて図３に示した構成の磁気抵抗効果
素子を作製した。基板にはSiを用い、磁性層用のタ−ゲ
ットには焼結したNi0.1Fe2.9O4、Co0.1Fe2.9O4を用い、
又非磁性層用にはCuタ−ゲットを、磁化回転抑制層には
PtMnを、界面磁性層にはCo0.9Fe0.1を用いた。真空チャ
ンバー内を1x10-8Torr以下まで排気した後、Arガスを0.
8mTorrになるように流しながら、スハ゜ッタリンク゛法を用い
て、下記の構成の磁気抵抗効果素子を作製した。 試料F Ni0.1Fe2.9O4(50)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(22)/Co
0.9Fe0.1(2)/Co0.1Fe2.9O4(20)/Co0.9Fe0.1(2)/PtMn(2
0) この磁気抵抗効果素子を用いて図に示すようなシ−ルド
型の磁気抵抗効果ヘッドを作製した。基板としてはAl2O
3-TiC基板を用い、シールド材にはNi0.8Fe0.2合金を用
い、絶縁膜にはAl2O3を用いた。電極にはAuを用いた。
自由層Ni0.1Fe2. 9O4(50)/Co0.9Fe0.1(2)の磁化容易方向
が検知すべき信号磁界方向と垂直になるように、固定層
Co0.9Fe0.1(2)/Co0.2Fe2.8O4(20)/Co0.9Fe0.1(2)/IrMn
(15)の磁化容易軸の方向が検知すべき信号磁界方向と平
行になるように磁性膜に異方性を付与した。この方法
は、磁気抵抗効果素子を作成後、まず、磁界中280℃で
熱処理して、固定層の容易方向を規定した後、更に、20
0℃で上記と直交する方向に磁界を印加して熱処理し、
自由層の容易軸を規定した。
タリング装置を用いて図３に示した構成の磁気抵抗効果
素子を作製した。基板にはSiを用い、磁性層用のタ−ゲ
ットには焼結したNi0.1Fe2.9O4、Co0.1Fe2.9O4を用い、
又非磁性層用にはCuタ−ゲットを、磁化回転抑制層には
PtMnを、界面磁性層にはCo0.9Fe0.1を用いた。真空チャ
ンバー内を1x10-8Torr以下まで排気した後、Arガスを0.
8mTorrになるように流しながら、スハ゜ッタリンク゛法を用い
て、下記の構成の磁気抵抗効果素子を作製した。 試料F Ni0.1Fe2.9O4(50)/Co0.9Fe0.1(2)/Cu(22)/Co
0.9Fe0.1(2)/Co0.1Fe2.9O4(20)/Co0.9Fe0.1(2)/PtMn(2
0) この磁気抵抗効果素子を用いて図に示すようなシ−ルド
型の磁気抵抗効果ヘッドを作製した。基板としてはAl2O
3-TiC基板を用い、シールド材にはNi0.8Fe0.2合金を用
い、絶縁膜にはAl2O3を用いた。電極にはAuを用いた。
自由層Ni0.1Fe2. 9O4(50)/Co0.9Fe0.1(2)の磁化容易方向
が検知すべき信号磁界方向と垂直になるように、固定層
Co0.9Fe0.1(2)/Co0.2Fe2.8O4(20)/Co0.9Fe0.1(2)/IrMn
(15)の磁化容易軸の方向が検知すべき信号磁界方向と平
行になるように磁性膜に異方性を付与した。この方法
は、磁気抵抗効果素子を作成後、まず、磁界中280℃で
熱処理して、固定層の容易方向を規定した後、更に、20
0℃で上記と直交する方向に磁界を印加して熱処理し、
自由層の容易軸を規定した。
【００４６】これらのヘッドに、センス電流として直流
電流を流し、約3kA/mの交流信号磁界を印加してヘッド
の出力を評価した。その結果本発明のヘッドの出力は、
磁気抵抗効果素子としてNiFeを用いた市販のＡＭＲヘッ
ドの出力に比べて約５倍高いことがわかった。
電流を流し、約3kA/mの交流信号磁界を印加してヘッド
の出力を評価した。その結果本発明のヘッドの出力は、
磁気抵抗効果素子としてNiFeを用いた市販のＡＭＲヘッ
ドの出力に比べて約５倍高いことがわかった。
【００４７】（実施例７）実施例１と同様に多元スパッ
タリング装置を用いて図１と図２に示した構成の２種類
の磁気抵抗効果素子を作製した。基板にはSiを用い、磁
性層用のターケ゛ットには焼結したNi0.1Fe2.9O4とCo0.1Fe2.9
O4を用い、又非磁性層用にはCuを、磁化回転抑制層とし
てはIrMnを、界面磁性層用としてNi0.8Fe0.2, Co0.9Fe
0.1をタ−ゲットを用いた。真空チャンバー内を1x10-8T
orr以下まで排気した後、Arガスを0.8mTorrになるよう
に流しながら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成の磁
気抵抗効果素子を作製した。 試料G Ni0.1Fe2.9O4(50)/Ni0.8Fe0.2(2)/Cu(25)/Co
0.9Fe0.1(1)/Co0.1Fe2.9O4(50) 試料H Ni0.1Fe2.9O4(50)/Ni0.8Fe0.2(2)/Cu(25)/Co
0.9Fe0.1(1)/Ni0.1Fe2.9O4(20)/Co0.9Fe0.1(2)/IrMn(1
5) これら磁気抵抗効果素子G,Hを用いて、図７に示したよ
うなメモリ−素子を作製した。導体線にはAuを用い、情
報読出用導体線と磁気抵抗効果素子部とを接合する電極
にはPtを用いた。又情報記録用導体線と磁気抵抗効果素
子部及び情報読出用導体線部との絶縁にはAl2O3を用い
た。
タリング装置を用いて図１と図２に示した構成の２種類
の磁気抵抗効果素子を作製した。基板にはSiを用い、磁
性層用のターケ゛ットには焼結したNi0.1Fe2.9O4とCo0.1Fe2.9
O4を用い、又非磁性層用にはCuを、磁化回転抑制層とし
てはIrMnを、界面磁性層用としてNi0.8Fe0.2, Co0.9Fe
0.1をタ−ゲットを用いた。真空チャンバー内を1x10-8T
orr以下まで排気した後、Arガスを0.8mTorrになるよう
に流しながら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成の磁
気抵抗効果素子を作製した。 試料G Ni0.1Fe2.9O4(50)/Ni0.8Fe0.2(2)/Cu(25)/Co
0.9Fe0.1(1)/Co0.1Fe2.9O4(50) 試料H Ni0.1Fe2.9O4(50)/Ni0.8Fe0.2(2)/Cu(25)/Co
0.9Fe0.1(1)/Ni0.1Fe2.9O4(20)/Co0.9Fe0.1(2)/IrMn(1
5) これら磁気抵抗効果素子G,Hを用いて、図７に示したよ
うなメモリ−素子を作製した。導体線にはAuを用い、情
報読出用導体線と磁気抵抗効果素子部とを接合する電極
にはPtを用いた。又情報記録用導体線と磁気抵抗効果素
子部及び情報読出用導体線部との絶縁にはAl2O3を用い
た。
【００４８】試料Gを用いたメモリ−素子において情報
記録用導体線にパルス電流を流して0→ +40→ 0 Oeの磁
界を発生させて、磁性層の磁化反転を行った後、同様に
情報記録用導体線にパルス電流を流して約0 → -20→ +
20→ 0 Oeの磁界を発生させてNi0.1Fe2.9O4(50)/Ni0.8F
e0.2(2)部のみの磁化反転を行い、その時の抵抗変化を
情報読出線部の電圧変化により観測したところ、明確な
抵抗変化が生じることがわかった。この弱いパルス電流
により何回でも同様の出力変化が生じて非破壊読み出し
が可能であることがわかった。又パルス電流を流して0
→ -40→ 0 Oeの磁界を発生させて、磁性層の磁化反転
を行った後、同様に情報記録用導体線にパルス電流を流
して約0 → -20→ +20→ 0 Oeの磁界を発生させてNi0.1
Fe2.9O4(50)/Ni0.8 Fe0.2(2)部のみの磁化反転を行
い、その時の抵抗変化を情報読出線部の電圧変化により
観測したところ、上述とは逆方向の出力変化が生じて、
記録された情報の識別がなされることがわかった。
記録用導体線にパルス電流を流して0→ +40→ 0 Oeの磁
界を発生させて、磁性層の磁化反転を行った後、同様に
情報記録用導体線にパルス電流を流して約0 → -20→ +
20→ 0 Oeの磁界を発生させてNi0.1Fe2.9O4(50)/Ni0.8F
e0.2(2)部のみの磁化反転を行い、その時の抵抗変化を
情報読出線部の電圧変化により観測したところ、明確な
抵抗変化が生じることがわかった。この弱いパルス電流
により何回でも同様の出力変化が生じて非破壊読み出し
が可能であることがわかった。又パルス電流を流して0
→ -40→ 0 Oeの磁界を発生させて、磁性層の磁化反転
を行った後、同様に情報記録用導体線にパルス電流を流
して約0 → -20→ +20→ 0 Oeの磁界を発生させてNi0.1
Fe2.9O4(50)/Ni0.8 Fe0.2(2)部のみの磁化反転を行
い、その時の抵抗変化を情報読出線部の電圧変化により
観測したところ、上述とは逆方向の出力変化が生じて、
記録された情報の識別がなされることがわかった。
【００４９】試料Hを用いたメモリ−素子において情報
記録用導体線にパルス電流を流して0→ +20→ 0 Oeの磁
界を発生させて、磁性層の磁化反転を行った後、同様に
情報記録用導体線にパルス電流を流して約0 → -20→ 0
Oeの磁界を発生させてNi0.1Fe2.9O4(50)/Ni0.8Fe
0.2(2)部のみの磁化反転を行い、その時の抵抗変化を情
報読出線部の電圧変化により観測したところ、明確な抵
抗変化が生じることがわかった。又パルス電流を流して
0→ -20→ 0 Oeの磁界を発生させて、磁性層の磁化反転
を行った後、同様に情報記録用導体線にパルス電流を流
して約0 → -20→ 0Oeの磁界を発生させ、その時の抵抗
変化を情報読出線部の電圧変化により観測したところ、
上述とは異なり出力変化が生じず、記録された情報の識
別がなされることがわかった。
記録用導体線にパルス電流を流して0→ +20→ 0 Oeの磁
界を発生させて、磁性層の磁化反転を行った後、同様に
情報記録用導体線にパルス電流を流して約0 → -20→ 0
Oeの磁界を発生させてNi0.1Fe2.9O4(50)/Ni0.8Fe
0.2(2)部のみの磁化反転を行い、その時の抵抗変化を情
報読出線部の電圧変化により観測したところ、明確な抵
抗変化が生じることがわかった。又パルス電流を流して
0→ -20→ 0 Oeの磁界を発生させて、磁性層の磁化反転
を行った後、同様に情報記録用導体線にパルス電流を流
して約0 → -20→ 0Oeの磁界を発生させ、その時の抵抗
変化を情報読出線部の電圧変化により観測したところ、
上述とは異なり出力変化が生じず、記録された情報の識
別がなされることがわかった。
【００５０】以上より本発明の磁気抵抗効果素子を用い
てメモリ−素子が構成可能なことがわかった。試料Gを
用いた例では非破壊読み出しが可能となり、試料Hを用
いた例では非破壊読み出しは出来ないものの、弱い電流
での動作が可能であることがこれらメモリ−素子の特徴
である。
てメモリ−素子が構成可能なことがわかった。試料Gを
用いた例では非破壊読み出しが可能となり、試料Hを用
いた例では非破壊読み出しは出来ないものの、弱い電流
での動作が可能であることがこれらメモリ−素子の特徴
である。
【００５１】（実施例８）実施例１と同様に多元スパッ
タリング装置を用いて図４の構成の磁気抵抗効果素子を
作製した。基板にはSiを用い、磁性層用のタ−ゲットに
は焼結したFe3O4を用い、又非磁性層用にはCuタ−ゲッ
トを、磁化回転抑制層にはPtMnを、界面磁性層にはRuを
介して反強磁性的に交換結合したCo0.9Fe0.1とNi0.8Fe
0.2を用いた。真空チャンバー内を1x10-8Torr以下まで
排気した後、Arガスを0.8mTorrになるように流しなが
ら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成の磁気抵抗効果
素子を成膜し、280℃で磁界中熱処理を行った。 試料I Ni0.8Fe0.2(2)/Ru(0.7)/Ni0.8Fe0.2(1)/Fe2O
3(0.6)/Co0.9Fe0.1(1)/Cu(2.2)/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)
/Co0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(0.6)Co0.9Fe0.1(2)/PtMn(15) この磁気抵抗効果素子の上下に電極を設けて、そのMR特
性を室温で最高200kA/mの磁界を印可して測定した。そ
の結果ＭＲ比は36%と極めて高い値を示した。
タリング装置を用いて図４の構成の磁気抵抗効果素子を
作製した。基板にはSiを用い、磁性層用のタ−ゲットに
は焼結したFe3O4を用い、又非磁性層用にはCuタ−ゲッ
トを、磁化回転抑制層にはPtMnを、界面磁性層にはRuを
介して反強磁性的に交換結合したCo0.9Fe0.1とNi0.8Fe
0.2を用いた。真空チャンバー内を1x10-8Torr以下まで
排気した後、Arガスを0.8mTorrになるように流しなが
ら、スハ゜ッタリンク゛法を用いて、下記の構成の磁気抵抗効果
素子を成膜し、280℃で磁界中熱処理を行った。 試料I Ni0.8Fe0.2(2)/Ru(0.7)/Ni0.8Fe0.2(1)/Fe2O
3(0.6)/Co0.9Fe0.1(1)/Cu(2.2)/Co0.9Fe0.1(2)/Ru(0.7)
/Co0.9Fe0.1(2)/Fe3O4(0.6)Co0.9Fe0.1(2)/PtMn(15) この磁気抵抗効果素子の上下に電極を設けて、そのMR特
性を室温で最高200kA/mの磁界を印可して測定した。そ
の結果ＭＲ比は36%と極めて高い値を示した。
【００５２】作製したこの素子を用いて実施例５と同様
な方法で磁気ヘッドを作製し、センス電流として約1kA/
mの交流信号磁界を印加してこの膜を用いたヘッドと実
施例５のヘッドの出力を比較した。その結果このヘッド
の出力は、実施例５のヘッドよりも更に感度が高くなる
ことがわかった。
な方法で磁気ヘッドを作製し、センス電流として約1kA/
mの交流信号磁界を印加してこの膜を用いたヘッドと実
施例５のヘッドの出力を比較した。その結果このヘッド
の出力は、実施例５のヘッドよりも更に感度が高くなる
ことがわかった。
【００５３】又この膜を用いて実施例６と同様な方法で
メモリ−素子を作製した。このメモリ−素子と実施例６
のメモリ−素子の反転磁界を測定したところ、同じ形状
の素子であれば、このメモリ−素子の反転磁界は実施例
６のそれより小さくなることがわかった。
メモリ−素子を作製した。このメモリ−素子と実施例６
のメモリ−素子の反転磁界を測定したところ、同じ形状
の素子であれば、このメモリ−素子の反転磁界は実施例
６のそれより小さくなることがわかった。
【００５４】
【発明の効果】本発明の磁気抵抗効果素子は従来のもの
に比べて大きなＭＲ比を実現し、これを用いることによ
り高出力の磁気抵抗効果型ヘッドとメモリ−素子を可能
とするものである。
に比べて大きなＭＲ比を実現し、これを用いることによ
り高出力の磁気抵抗効果型ヘッドとメモリ−素子を可能
とするものである。
【００５５】又これらをにより超高密度のハ−ドディス
クや、省エネで不揮発性の固体メモリ−である磁気ＲＡ
Ｍが実現され、ＶＴＲやモバイル機器のストレイジデバ
イスやメモリ−デバイスとして使用出来る。
クや、省エネで不揮発性の固体メモリ−である磁気ＲＡ
Ｍが実現され、ＶＴＲやモバイル機器のストレイジデバ
イスやメモリ−デバイスとして使用出来る。
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
【図２】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の断面の模式図
【図５】本発明のヨ−ク型磁気抵抗効果型ヘッドの一例
を示す図
を示す図
【図６】本発明のシ−ルド型磁気抵抗効果型ヘッドの一
例を示す図
例を示す図
【図７】本発明のメモリ−素子の一例を示す図
１ 酸化物磁性層 ２ 非磁性層 ３ 酸化物磁性層 ４ 磁化回転抑制層 ５ 界面磁性層 ６ ヨ−ク部 ７ 記録用磁極 ８ 巻き線部 ９ 絶縁膜 １０ 上部シ−ルド部 １１ 電極部 １２ 磁気抵抗効果素子部 １３ 下部シールド部 １４ 情報記録用導体線 １５ 情報読出用導体線
フロントページの続き (72)発明者 松川 望 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 足立 秀明 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5D034 BA04 BA05 BA08 BB12 CA08 5E049 AB04 AB09 AC00 AC05 BA12 BA16 DB02 DB12
Claims (20)
- 【請求項１】 非磁性層を介して積層された二つの磁性
層の積層膜[磁性層１／非磁性層／磁性層２]を主構成要
素とする磁気抵抗効果素子において、前記磁性層の少な
くとも一方がＭFe2Ｏ4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種
もしくは２種以上の元素）を主成分として構成されるこ
とを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 特に二つの磁性膜ＭFe2Ｏ4（ＭはFe,Co,
Niから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）の組成が
異なることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項３】 特に二つの磁性層の一方が外部磁界に対
して磁化回転し易く、他方が磁化回転し難いことを特徴
とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 特に一方の磁性層が磁化回転抑制層（ピ
ンニング層）と磁気的に結合して固定層を構成している
ことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項５】 特に磁性層が界面磁性膜とＭFe2Ｏ4（Ｍ
はFe,Co,Niから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）
磁性膜との積層膜より構成されることを特長とする請求
項１〜４のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 特に界面磁性膜がFe,Co,Niから選ばれる
１種もしくは２種以上の元素より成ることを特徴とする
請求項５記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】 特に界面磁性膜が[磁性膜／非磁性膜／磁
性膜]から成り、非磁性膜を介して二つの磁性膜が反強
磁性的に結合していることを特徴とする請求項５，６記
載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 特に磁化回転抑制層がＰ-Mn系（ＰはPt,
Ni,Pd,Ir,Rh,Ru,Crから選ばれる１種もしくは２種以上
の元素）合金より成ることを特長とする請求項３または
４記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】 特に非磁性層を介して積層された二つの
磁性層の積層膜[磁性層１／非磁性層／磁性層２]の膜面
の主に垂直方向に電流を流す構造とすることを特徴とす
る請求項１〜８のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載の磁気
抵抗効果素子に、更にシールド部を具備してなる磁気抵
抗効果型ヘッド。 - 【請求項１１】 請求項１〜９のいずれかに記載の磁気
抵抗効果素子に、更に検知すべき磁界を磁気抵抗素子部
に導入するヨ−クを具備してなる磁気抵抗効果型ヘッ
ド。 - 【請求項１２】 情報を記録するための磁界を発生させ
る導体線、情報を記録するために設けられた非磁性層を
介して積層された二つの磁性層の積層膜[磁性層１／非
磁性層／磁性層２]及びこの積層膜の磁気抵抗変化より
情報読み出しするための導体線を主構成要素とするメモ
リ−素子において、該磁性層の少なくとも一方がＭFe2
Ｏ4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種もしくは２種以上
の元素）を主成分として構成されることを特徴とするメ
モリ−素子。 - 【請求項１３】 特に二つの磁性膜ＭFe2Ｏ4（ＭはFe,C
o,Niから選ばれる１種もしくは２種以上の元素）の組成
が異なることを特徴とする請求項１２記載のメモリー素
子。 - 【請求項１４】 特に二つの磁性層の保磁力が異なるこ
とを特徴とする特許請求項１２記載のメモリ−素子。 - 【請求項１５】 特に一方の磁性層が磁化回転抑制層
（ピンニング層）と磁気的に結合して固定層を構成して
いることを特徴とする請求項１２記載のメモリ−素子。 - 【請求項１６】 特に磁性層が界面磁性膜とＭFe2Ｏ
4（ＭはFe,Co,Niから選ばれる１種もしくは２種以上の
元素）磁性膜との積層膜より構成されることを特長とす
る請求項１０〜１５のいずれかに記載のメモリ−素子。 - 【請求項１７】 特に界面磁性膜がFe,Co,Niから選ばれ
る１種もしくは２種以上の元素より成ることを特徴とす
る請求項１６記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１８】 特に界面磁性膜が[磁性膜／非磁性膜
／磁性膜]から成り、非磁性膜を介して二つの磁性膜が
反強磁性的に結合していることを特徴とする請求項１
６，１７記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１９】 特に磁化回転抑制層がＰ-Mn系（ＰはP
t,Ni,Pd,Ir,Rh,Ru,Crから選ばれる１種もしくは２種以
上の元素）合金より成ることを特長とする請求項１２〜
１６のいずれかに記載のメモリ−素子。 - 【請求項２０】 特に非磁性層を介して積層された二つ
の磁性層の積層膜[磁性層１／非磁性層／磁性層２]の膜
面の主に垂直方向に電流を流す構造とすることを特徴と
する請求項１２〜１９のいずれかに記載のメモリー素
子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32403799A JP4572434B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-11-15 | 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、及びメモリ−素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7738499 | 1999-03-23 | ||
| JP11-77384 | 1999-03-23 | ||
| JP32403799A JP4572434B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-11-15 | 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、及びメモリ−素子 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000340859A true JP2000340859A (ja) | 2000-12-08 |
| JP2000340859A5 JP2000340859A5 (ja) | 2006-11-09 |
| JP4572434B2 JP4572434B2 (ja) | 2010-11-04 |
Family
ID=26418478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32403799A Expired - Fee Related JP4572434B2 (ja) | 1999-03-23 | 1999-11-15 | 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、及びメモリ−素子 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4572434B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002099906A1 (fr) * | 2001-06-04 | 2002-12-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Element magnetoresistant, element de memorisation par magnetoresistance et memoire magnetique |
| JP2005505932A (ja) * | 2001-10-12 | 2005-02-24 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | スピンバルブを有した磁気抵抗デバイスならびに改良された性能 |
| US7265948B2 (en) | 2001-07-17 | 2007-09-04 | Hitachi Global Storage Technologies Japan, Ltd., | Magnetoresistive element with oxide magnetic layers and metal magnetic films deposited thereon |
| US7477490B2 (en) * | 2004-06-30 | 2009-01-13 | Seagate Technology Llc | Single sensor element that is naturally differentiated |
| JP2016063088A (ja) * | 2014-09-18 | 2016-04-25 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 磁気トンネル接合素子及び磁気ランダムアクセスメモリ |
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|---|---|---|---|---|
| JPH08504303A (ja) * | 1993-10-06 | 1996-05-07 | フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェン ノートシャップ | 磁気抵抗デバイス及び斯種のデバイスを用いる磁気ヘッド |
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| JPH10135038A (ja) * | 1996-10-31 | 1998-05-22 | Nec Corp | 磁気抵抗効果素子及びこれを用いた磁気抵抗効果センサ |
| WO2001031357A1 (en) * | 1999-10-28 | 2001-05-03 | Seagate Technology Llc | Spin-valve sensor |
| JP2001237471A (ja) * | 1999-03-02 | 2001-08-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気抵抗効果型ヘッド、磁気記録装置、磁気抵抗効果メモリ素子 |
-
1999
- 1999-11-15 JP JP32403799A patent/JP4572434B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2001237471A (ja) * | 1999-03-02 | 2001-08-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気抵抗効果素子とその製造方法、磁気抵抗効果型ヘッド、磁気記録装置、磁気抵抗効果メモリ素子 |
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| JP2005505932A (ja) * | 2001-10-12 | 2005-02-24 | コミツサリア タ レネルジー アトミーク | スピンバルブを有した磁気抵抗デバイスならびに改良された性能 |
| US7830640B2 (en) | 2001-10-12 | 2010-11-09 | Commissariat A L'energie Atomique | Spin valve magnetoresistive device with conductive-magnetic material bridges in a dielectric or semiconductor layer alternatively of magnetic material |
| US7477490B2 (en) * | 2004-06-30 | 2009-01-13 | Seagate Technology Llc | Single sensor element that is naturally differentiated |
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