JP2001077442A - メモリー素子 - Google Patents

メモリー素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小磁界動作が可能で比較的大きなＭＲ比を
示す高感度磁気抵抗素子および磁気抵抗効果型ヘッドを
提供する。半導体を用いない非破壊読み出しが可能な不
揮発性のメモリー素子および増幅素子を提供する。 【解決手段】 基板と、その基板の上に形成された多層
構造であって、硬質磁性膜と、軟磁性膜と、その硬質磁
性膜とその軟磁性膜とを分離する非磁性金属膜とを含む
多層構造とを有する磁気抵抗効果素子であって、その硬
質磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有しており、その
硬質磁性膜の磁化容易軸方向は検知すべき磁界の方向と
実質的に一致する磁気抵抗効果素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素
子、これを用いた磁気ヘッド、メモリー素子、及び増幅
素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より磁気抵抗効果素子を用いた磁気
抵抗センサー（以下ＭＲセンサーという）、磁気抵抗ヘ
ッド（以下ＭＲヘッドという）の開発が進められてい
る。磁気抵抗効果素子とは、外部から印加される磁界に
応じて電気抵抗を変化させる素子をいう。磁気抵抗効果
素子の特性は、通常、磁気抵抗変化率（以下ＭＲ比と略
す）によって示される。ＭＲ比は次式で定義される。
【０００３】ＭＲ比（％）＝（Ｒ（最大値）−Ｒ（最小
値））／Ｒ（最小値）×１００ なお、Ｒ（最大値）およびＲ（最小値）は、磁気抵抗効
果素子に磁界を印加していった場合の磁気抵抗効果素子
の抵抗の最大値および最小値を示す。従来、磁気抵抗効
果素子の材料としては、磁性体に主にNi0.8Fe0.2のパー
マロイが用いられている。これら磁気抵抗効果材料の場
合はＭＲ比が2.5％程度であり、より高感度なＭＲセン
サーおよびＭＲヘッドを開発するためには、より大きな
ＭＲ比を示す磁気抵抗素子が求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年Cr,Ru等の金属非
磁性薄膜を介して反強磁性的結合をしている[Fe/Cr],[C
o/Ru]人工格子膜が強磁場（1〜10 kOe）で巨大磁気抵抗
効果を示すことが発見された（フィシ゛カル レウ゛ュー レター 61
第2472頁 (1988年); 同 64 第2304頁 (1990) (Physic
al Review Letter Vo l.61, p2472, 1988; 同 Vol.64,
p2304,1990)）。しかしながら、これらの人工格子膜は
大きなＭＲ変化を得るのに数kOe〜数10kOeの磁界を必要
とし、磁気ヘッド等の用途には実用的でない。
【０００５】また金属非磁性薄膜Cuで分離され磁気的結
合をしていない保磁力の異なる磁性薄膜Ni-FeとCoを用
いた[Ni-Fe/Cu/Co]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が
発見され、室温印加磁界0.5kOeでＭＲ比が約8％のもの
が得られている（シ゛ャーナル オフ゛ フィシ゛カル ソサイアティー オフ゛ シ゛ャハ
゜ン 59 第3061頁 (1990年) (Journal of Physical Socie
ty of Japan Vol.59, p3061, 1990)）。しかしながら、
図１１に示したこのタイプの典型的ＭＲ曲線からわかる
ように、大きなＭＲ変化を得るのに約100 Oeの磁界を必
要とし、かつＭＲも磁界が負から正にわたって非対称な
変化をして直線性が悪いため実用的には使いにくい特性
となっている。
【０００６】更にCuを介したＲＫＫＹ的反強磁性的結合
をしている磁性薄膜Ni-Fe-Co,Coを用いた[Ni-Fe-Co/Cu/
Co],[Ni-Fe-Co/Cu]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が
発見され、室温印加磁界0.5kOeでＭＲ比が約15％のもの
が得られている（電子情報通信学会技術研究報告 MR91-
9）。しかしながら、図１２に示したこのタイプの典型
的ＭＲ曲線からわかるように、ＭＲ変化は磁界零から正
にわたってほぼ直線的に変化しＭＲセンサーには十分実
用的な特性を示すものの、やはり大きなＭＲ変化を得る
のに50 Oe程度の磁界を必要とし、少なくとも20 Oe以下
の動作が要求されるＭＲ磁気ヘッドに使用するには不十
分である。
【０００７】微小印加磁界で動作するものとしては反強
磁性材料のFe-MnをNi-Fe/Cu/Ni-Feにつけたスピンバル
ブ型のものが提案されている（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頁 (1991年) (Journal o
f Magnetism and MagneticMaterials 93,p101,199
1)）。図１３に示したこのタイプの典型的ＭＲ曲線から
わかるように、動作磁界は確かに小さく、直線性も良い
もののＭＲ比は約２％と小さく、Fe-Mn膜の耐蝕性の問
題点やFe-Mn薄膜のネール温度が低いために、素子の特
性の温度依存性が大きい欠点があった。
【０００８】一方磁気抵抗効果を用いたメモリー素子と
しては従来のＭＲ（磁気抵抗効果）材料であるNi-FeやN
i-Fe-CoをTaNを介して積層したNi-Fe(-Co)/TaN/Ni-Fe(-
Co)より成る導体部（センスライン）を用いたメモリー
素子が提案されている（USP4,754,431 及び IEEE Tran
s. Magn. Vol.27, NO.6, 1991, pp5520-5522）。これら
はＭＲ材料として従来材料を用いているためＭＲ変化率
は2-3％で、情報読み出し時の出力が小さい点と本質的
に非破壊読み出しが困難である欠点がある。
【０００９】本発明は、微小磁界動作が可能で比較的大
きなＭＲ比を示す高感度磁気抵抗素子および磁気抵抗効
果型ヘッドを提供することを目的とする。また、本発明
は、半導体を用いない非破壊読み出しが可能な不揮発性
のメモリー素子および増幅素子を提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果素
子は、基板と、該基板の上に形成された多層構造であっ
て、硬質磁性膜と、軟磁性膜と、該硬質磁性膜と該軟磁
性膜とを分離する非磁性金属膜とを含む多層構造と、を
有する磁気抵抗効果素子であって、該硬質磁性膜の磁化
曲線は良好な角型性を有しており、該硬質磁性膜の磁化
容易軸方向は検知すべき磁界の方向と実質的に一致し、
そのことによって上記目的が達成される。
【００１１】前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟
磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層した構造
を有してもよい。
【００１２】前記硬質磁性膜の両側もしくは片側に磁性
膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1〜2nm
であり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Feのうち少なくとも１
種の元素を主成分としてもよい。
【００１３】前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟
磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを
複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００１４】前記硬質磁性膜と前記非磁性金属膜との界
面と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち少
なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性
膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCoを主成
分としてもよい。
【００１５】前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟
磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを
複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００１６】前記軟磁性膜はNiXCoYFeZを主成分とし、
原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.3であ
ってもよい。
【００１７】前記軟磁性膜はNiX'CoY'FeZ'を主成分し、
原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜0.5で
あってもよい。
【００１８】前記軟磁性膜は非晶質磁性膜であってもよ
い。
【００１９】前記非磁性金属膜はCu,Ag,Auのいずれかで
あってもよい。
【００２０】前記非磁性金属膜はCuであってもよい。
【００２１】前記非磁性金属膜の厚さは1nm以上、10nm
以下であってもい。
【００２２】前記硬質磁性膜はCoとＭとを主成分とし、
ＭはPtもしくはPt,Cr,Taより成る群より選ばれる２種以
上の元素であることが好ましい。
【００２３】前記硬質磁性膜はCoPtより成ってもよい。
【００２４】前記軟磁性膜はNiXFe1-X，（NiXCo1-X）X'
Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜はCoYFe1-Yを主成
分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．０、
Ｙは０．３〜０．７であってもよい。前記非磁性金属膜
がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００２５】前記軟磁性膜はNiXFe1-X，（NiXCo1-X）X'
Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜は（CoZFe1-Z）Z'
Ｖ1-Z'を主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．
７〜１．０、Ｚは０．３〜０．７、Ｚ’は０．９〜０．
９８であってもよい。
【００２６】前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのい
ずれかであってもよい。
【００２７】前記基板上に形成された前記多層構造にお
いて、前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFeを主成
分とし、前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主成分と
し、前記非磁性金属膜はCuを主成分としその膜厚は2〜1
0nmであって、該多層構造のそれぞれの膜は、(100)面が
膜面に垂直方向に該基板上にエピタキシャルに積層され
ており、前記検知すべき磁界方向は、概略該非磁性金属
膜の[011]方向であってもよい。
【００２８】前記基板はSi(100)単結晶基板であって、
前記多層構造はCuを主成分とする下地層を介して該基板
上に形成されていてもよい。
【００２９】前記基板上に形成された前記多層構造にお
いて、前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFeを主成
分とし、前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主成分と
し、前記非磁性金属膜はCuを主成分としその膜厚は2〜1
0nmである第１の非磁性体金属膜っと、該第１の膜に挿
入された膜厚0.1〜0.4nmのAgまたはAuを主成分とする第
２の非磁性金属膜とを有してもよい。
【００３０】前記多層構造のそれぞれの膜は、(100)面
が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに積層
され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金属膜
の[011]方向であってもよい。
【００３１】前記基板はSi(100)単結晶基板であって、
前記多層構造はCuを主成分とする下地層を介して該基板
上に形成されていてもよい。
【００３２】前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主成分
とし、その膜厚は1〜10nmであって、前記非磁性金属膜
を介して少なくとも２層以上連続し、前記硬質磁性膜は
CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とし、該硬質磁性膜と
該連続した軟磁性膜とが該非磁性金属膜を介して積層さ
れていてもよい。
【００３３】前記非磁性金属膜はCuを主成分としてもよ
い。
【００３４】前記非磁性金属膜のうち、前記連続した軟
磁性膜の間の該非磁性金属膜はCuを主成分とする単一の
膜であり、該軟磁性膜と前記硬質磁性膜との間の非磁性
金属膜はCuを主成分とした膜の中間に、AgまたはAuから
なる膜を有してもよい。
【００３５】前記多層構造のそれぞれの膜は、(100)面
が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに積層
され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金属膜
の[011]方向であってもよい。
【００３６】次に本発明の別の構成の磁気抵抗効果素子
においては、非磁性金属膜を介して磁性膜を積層した多
層膜に積層した多層膜において、膜厚１〜１０ｎｍのＮ
ｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とする軟磁性膜が非
磁性金属膜を介して少なくとも２層以上連続しており、
ＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とする硬質
磁性膜と前記連続した軟磁性膜が非磁性金属膜を介して
積層した構成をとることを特徴とする。
【００３７】前記構成においては、軟磁性膜と硬質磁性
膜との間の非磁性金属膜の膜厚が、連続した軟磁性膜の
間および連続した硬質磁性膜の間の非磁性金属膜の膜厚
よりも厚いことが望ましい。
【００３８】前記構成においては、軟磁性膜と硬質磁性
膜との間の非磁性金属膜の膜厚を３ｎｍ以上とすること
が望ましい。
【００３９】前記構成においては、非磁性金属膜はＣｕ
を主成分とすることが望ましい。
【００４０】前記構成においては、多層膜が、（１０
０）面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに成長され、
検知すべき磁界方向が概略Ｃｕ膜の［０１１］方向とな
るように構成されていることが望ましい。
【００４１】前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主成分
とし、その膜厚は1〜10nmであって、該軟磁性膜は前記
非磁性金属膜を介して少なくとも２層以上連続してお
り、前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFeを主成分
とし、その膜厚は1〜10nmであって、該硬質磁性膜は前
記非磁性金属膜を介して少なくとも２層以上連続してお
り、該連続した軟磁性膜と該連続した硬質磁性膜とは前
記非磁性金属膜を介して交互に繰り返し積層されてお
り、該軟磁性膜と該硬質磁性膜との間の該非磁性金属膜
の膜厚は、該連続した軟磁性膜の間および該連続した硬
質磁性膜の間の該非磁性金属膜の膜厚よりも厚い構成で
あってもよい。
【００４２】前記非磁性金属膜はCuを主成分としてもよ
い。
【００４３】前記非磁性金属膜のうち、前記連続した軟
磁性膜の間および前記連続した硬質磁性膜の間の該非磁
性金属膜はCuを主成分とする単一の膜であり、前記軟磁
性膜と前記硬質磁性膜の間の該非磁性金属膜はCuを主成
分とした膜の中間に、AgまたはAuからなる膜を有しても
よい。
【００４４】前記多層構造のそれぞれの膜は、(100)面
が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに積層
され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金属膜
の[011]方向であってもよい。
【００４５】前記硬質磁性膜の角型比が0.7以上である
ことが好ましい。
【００４６】前記多層構造を流れる電流の方向は、前記
多層構造の膜面に対して実質的に垂直であってもよい。
【００４７】本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、基板
と、該基板の上に形成された多層構造であって、硬質磁
性膜と、軟磁性膜と、該硬質磁性膜と該軟磁性膜とを分
離する非磁性金属膜とを含む多層構造と、磁気媒体から
の信号磁界を該軟磁性膜に導くヨークと、を有する磁気
抵抗効果型ヘッドであって、該硬質磁性膜の磁化曲線は
良好な角型性を有しており、該硬質磁性膜の磁化容易軸
方向は該ヨークに導かれる信号磁界の方向と実質的に一
致し、そのことによって上記目的が達成される。前記多
層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟磁性膜と前記非磁性
金属膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００４８】前記硬質磁性膜と前記非磁性金属膜との界
面と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち少
なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性
膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Fe
のうち少なくとも１種の元素を主成分としてもよい。
【００４９】前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟
磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを
複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００５０】前記硬質磁性膜の両側もしくは片側に磁性
膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1〜1nm
であり、かつ、該磁性膜はCoを主成分としてもよい。
【００５１】前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟
磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを
複数回だけ積層した構造を有していてもよい。
【００５２】前記軟磁性膜はNiXCoYFeZを主成分とし、
原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.3であ
ってもい。
【００５３】前記軟磁性膜はNiX'CoY'FeZ'を主成分し、
原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜0.5で
あってもよい。
【００５４】前記軟磁性膜は非晶質磁性膜であってもよ
い。
【００５５】前記非磁性金属膜はCu,Ag,Auのいずれかで
あってもよい。
【００５６】前記非磁性金属膜はCuであることが好まし
い。
【００５７】前記非磁性金属膜の厚さは1nm以上、10nm
以下であってもよい。
【００５８】前記硬質磁性膜はCoとＭを主成分とし、Ｍ
はPtもしくはPt,Cr,Taより成る群より選ばれる２種以上
の元素であることが好ましい。
【００５９】前記硬質磁性膜はCoPtより成ってもよい。
【００６０】前記軟磁性膜はNiXFe1-X，（NiXCo1-X）X'
Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜はCoYFe1-Yを主成
分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．０、
Ｙは０．３〜０．７であってもよい。前記非磁性金属膜
がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００６１】前記軟磁性膜はNiXFe1-X，（NiXCo1-X）X'
Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜は（CoZFe1-Z）Z'
Ｖ1-Z'を主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．
７〜１．０、Ｚは０．３〜０．７、Ｚ’は０．９〜０．
９８であってもよい。
【００６２】前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのい
ずれかであってもよい。
【００６３】前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFe
を主成分とし、前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主成
分とし、前記非磁性金属膜はCuを主成分とし、その膜厚
は2〜10nmであって、それぞれの膜の[100]方位が膜面に
垂直方向に基板にエピタキシャルに積層され、前記信号
磁界の方向は概略該非磁性金属膜の[011]方向であって
もよい。
【００６４】前記硬質磁性膜の角型比は0.7以上である
ことが好ましい。
【００６５】前記多層構造を流れる電流の方向は、前記
多層構造の膜面に対し実質的に垂直であってもよい。
【００６６】本発明のメモリーは、第１磁性膜と、第２
磁性膜と、該第１磁性膜と該第２磁性膜とを分離する非
磁性金属膜とを含む磁気抵抗変化部と、情報記録のため
の第１電流と情報読み出しのための第２電流とを流す導
体線であって、該第１電流及び該第２電流によって生じ
る磁界が該磁気抵抗変化部に作用する導体線とを有する
メモリー素子であって、該第１磁性膜の磁化曲線は良好
な角型性を有しており、該第１磁性膜は、該第１電流に
よって生じる磁界により該第１磁性膜の磁化を反転しう
る保磁力であって、該第２電流によって生じる磁界によ
り該第１磁性膜の磁化を反転しえない保磁力を有してお
り、該第２磁性膜は、該第２電流によって生じる磁界に
よって生じる磁界により該第２磁性膜の磁化を反転しう
る保磁力を有しており、これにより、該メモリー素子に
記録された情報を非破壊的に読み出す不揮発性のメモリ
ー素子であって、そのことによって上記目的が達成され
る。
【００６７】前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と
前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層
した構造を有していもよい。
【００６８】前記第１磁性膜の両側もしくは片側に磁性
膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1〜2nm
であり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Feのうち少なくとも１
種の元素を主成分としてもよい。
【００６９】前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と
前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁
性膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００７０】前記第１磁性膜と前記非磁性金属膜との界
面と前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち
少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁
性膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCoを主
成分としてもよい。
【００７１】前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と
前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁
性膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００７２】前記磁気抵抗変化部は、複数の第１磁性膜
を含んでおり、該複数の第１磁性膜のそれぞれの保磁力
は互いに異なっていてもよい。
【００７３】前記第１磁性膜の磁化容易軸方向は、前記
導体線を流れる前記第１電流及び前記第２電流によって
生じる磁界の方向と実質的に一致してもよい。
【００７４】前記第２磁性膜はNiXCoYFeZを主成分と
し、原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.3
であってもよい。
【００７５】前記第２磁性膜はNiX'CoY'FeZ'を主成分
し、原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜
0.5であってもよい。
【００７６】前記第２磁性膜は非晶質磁性膜であっても
よい。
【００７７】前記非磁性金属膜はCu,Ag,Auのいずれかで
あってもよい。
【００７８】前記非磁性金属膜はCuであることが好まし
い。
【００７９】前記非磁性金属膜の厚さは1nm以上、10nm
以下であってもよい。
【００８０】前記第１磁性膜はCoとＭを主成分とし、Ｍ
はPt、もしくはPt,Cr,Taの群より選ばれる２種以上の元
素であることが好ましい。
【００８１】前記第１磁性膜は半硬質磁性膜であっても
よい。
【００８２】前記第２磁性膜はNiXFe1-X，（NiXCo1-X）
X'Fe1-X'を主成分とし、前記第１磁性膜はCoYFe1-Yを主
成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．
０、Ｙは０．３〜０．７であってもよい。前記非磁性金
属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００８３】前記第２磁性膜はNiXFe1-X，（NiXCo1-X）
X'Fe1-X'を主成分とし、前記第１磁性膜は（CoZFe1-Z）
Z'Ｖ1-Z'を主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は
０．７〜１．０、Ｚは０．３〜０．７、Ｚ’は０．９〜
０．９８であってもよい。
【００８４】前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのい
ずれかであってもよい。
【００８５】前記第１磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFe
を主成分とし、前記第２磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主
成分とし、前記非磁性金属膜はCuを主成分とし、その膜
厚は2〜10nmであって、それぞれの膜は(100)面は膜面に
垂直方向に基板上にエピタキシャルに積層され、前記第
１電流によって生じる磁界の方向が概略該非磁性金属膜
の膜面内[011]方向であってもよい。
【００８６】前記第１磁性膜の角型比は0.7以上である
ことが好ましい。
【００８７】本発明の増幅素子は、第１磁性膜と、第２
磁性膜と、該第１磁性膜と該第２磁性膜とを分離する非
磁性金属膜とを含む磁気抵抗変化部と、信号電流を流す
導体線であって、該信号電流によって生じる磁界が該磁
気抵抗変化部に作用する導体線と、を有する増幅素子で
あって、該第１磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有し
ており、該第１磁性膜は、該信号電流によって生じる磁
界により該第１磁性膜の磁化が反転しえない保磁力を有
しており、該第２磁性膜は、該信号電流によって生じる
磁界により該第２磁性膜の磁化が反転しうる保磁力を有
し、そのことによって上記目的が達成される。
【００８８】前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と
前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層
した構造を有していてもよい。
【００８９】前記第１磁性膜の両側もしくは片側に磁性
膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1〜2nm
であり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Feのうち少なくとも１
種の元素を主成分としてもよい。
【００９０】前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と
前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁
性膜とを複数回だけ積層した構造を有していてもよい。
【００９１】前記第１磁性膜と前記非磁性金属膜との界
面と前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち
少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁
性膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCoを主
成分としてもよい。
【００９２】前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と
前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁
性膜とを複数回だけ積層した構造を有していてもよい。
【００９３】前記第２磁性膜はNiXCoYFeZを主成分と
し、原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0. 4、Zは0〜0.3
であってもよい。
【００９４】前記第２磁性膜はNiX'CoY'FeZ'を主成分
し、原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜
0.5であってもよい。
【００９５】前記第２磁性膜は非晶質磁性膜であっても
よい。
【００９６】前記非磁性金属膜はCu,Ag,Auのいずれかで
あってもよい。
【００９７】前記非磁性金属膜がCuであることが好まし
い。
【００９８】前記非磁性金属膜の厚さが1nm以上、10nm
以下であってもよい。
【００９９】前記第１磁性膜は硬質磁性膜であってもよ
い。
【０１００】前記第１磁性膜はCoとＭを主成分とし、Ｍ
はPt、もしくはPt,Cr,Taの群より選ばれる２種以上の元
素であってもよい。
【０１０１】前記第２磁性膜はNiXFe1-X，（NiXCo1-X）
X'Fe1-X'を主成分とし、前記第１磁性膜はCoYFe1-Yを主
成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．
０、Ｙは０．３〜０．７であってもよい。
【０１０２】前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのい
ずれかであってもよい。
【０１０３】前記第２磁性膜はNiXFe1-X，（NiXCo1-X）
X'Fe1-X'を主成分とし、前記第１磁性膜は（CoZFe1-Z）
Z'Ｖ1-Z'を主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は
０．７〜１．０、Ｚは０．３〜０．７、Ｚ’は０．９〜
０．９８であってもよい。
【０１０４】前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのい
ずれかであってもよい。
【０１０５】前記第１磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFe
を主成分とし、前記第２磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主
成分とし、前記非磁性金属膜はCuを主成分とし、その膜
厚は2〜10nmであって、それぞれの膜の[100]方位が膜面
に垂直方向に基板にエピタキシャルに積層され、前記信
号電流によって生じる磁界の方向は概略該非磁性金属膜
の[011]方向であってもよい。 前記第１磁性膜の角型
比は0.7以上であることが好ましい。
【０１０６】以下、作用について説明する。
【０１０７】本発明の磁気抵抗効果素子は、硬質磁性膜
と非磁性金属膜と軟磁性膜とを含む多層構造を有してい
る。硬質磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有してお
り、硬質磁性膜の磁化は弱磁界では反転しない。軟磁性
膜の磁化は弱磁界でも容易に反転可能である。非磁性金
属膜は硬質磁性膜と軟磁性膜との間に設けられており、
それによって、硬質磁性膜と軟磁性膜との間の磁気的結
合が弱められる。また、硬質磁性膜の磁化容易軸方向が
検知すべき磁界の方向と実質的に一致するように硬質磁
性膜が形成されている。
【０１０８】硬質磁性膜を強磁界により一方向に磁化し
た場合において、硬質磁性膜が磁化された方向とは逆の
方向の弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加される
と、硬質磁性膜の磁化は反転されないが、軟磁性膜の磁
化は信号磁界の方向に反転され、硬質磁性膜の磁化の方
向と軟磁性膜の磁化の方向とが反平行となる。この状態
にある磁気抵抗効果素子を流れる電流の電子は、主に硬
質磁性膜／非磁性金属膜／軟磁性膜の界面に於いて磁気
的散乱を受けので、磁気抵抗効果素子の抵抗が増加す
る。一方、硬質磁性膜が磁化された方向と同一の方向の
弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、硬質
磁性膜の磁化の方向と軟磁性膜の磁化の方向とは平行と
なるので、上述した磁気的錯乱が低減され、磁気抵抗効
果素子の抵抗が減少する。また、硬質磁性膜はその磁化
容易軸方向が検知すべき磁界の方向と実質的に一致する
ように構成されているので、高い感度を有する。
【０１０９】また、上記の多層構造を非磁性金属膜を介
して複数回積層することにより、それぞれの膜と膜との
界面は、磁気的散乱を増加するように作用するので、さ
らに大きなＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子が得られ
る。
【０１１０】
【発明の実施の形態】本発明は、従来のFe-Mn等の反強
磁性膜を用いたスピンバルブと異なり、一方向に着磁さ
れた硬質磁性膜が上記の反強磁性膜と類似の働きをする
ハード膜スピンバルブ及びその多層膜を用いた磁気抵抗
効果素子に関する。
【０１１１】図１（ａ）は、本発明による磁気抵抗効果
素子の構成を示す。その磁気抵抗効果素子は、基板７
と、基板７の上に形成された多層構造とを有している。
その多層構造は、硬質磁性膜１と非磁性金属膜２と軟磁
性膜３とを含んでいる。本明細書では、このような多層
構造を有する素子部を磁気抵抗素子部という。硬質磁性
膜１の磁化曲線は良好な角型性を有しており、硬質磁性
膜１の磁化は弱磁界では反転しない。また、硬質磁性膜
１の磁化容易軸方向が検知すべき磁界の方向と実質的に
一致するように硬質磁性膜１が形成される。「検知すべ
き磁界の方向」は、典型的には、磁気抵抗効果素子に印
加される信号磁界の方向と同一である。しかし、例外的
に、検知すべき磁界の方向と磁気抵抗効果素子に印加さ
れる信号磁界の方向とが異なる場合もあり得る。例え
ば、Ｌ字状のヨークによって外部からの信号磁界の方向
が曲げられる場合などがこの場合に該当する。非磁性金
属膜２は、硬質磁性膜１と軟磁性膜３との間の磁気的結
合を弱めるように硬質磁性膜１と軟磁性膜３との間に設
けられている。軟磁性膜３の磁化は弱磁界でも容易に反
転可能である。軟磁性膜３は、非磁性金属膜２によって
硬質磁性膜１との磁気的結合から隔離されている。
【０１１２】本明細書では、20 Oe以上の保磁力を有す
る磁性膜を「硬質磁性膜」といい、20 Oe未満の保磁力
を有する磁性膜を「軟磁性膜」という。100 Oe未満の保
磁力を有する硬質磁性膜を、特に、「半硬質磁性膜」と
いう。また、本明細書で用いられる保磁力の値は、低周
波数の交流（典型的には60Hz）での測定値である。
【０１１３】ただし、本実施例において重要な事は、保
磁力の異なる２種類の磁性膜を用いることであって、こ
の時、保磁力の大なる膜を硬質磁性膜とよび、保磁力の
小なる方の膜を軟磁性膜とよぶものであり、上記定義は
必ずしも重要な事ではない。
【０１１４】しかしながら、この硬質磁性膜には磁化曲
線が良好な角形性を有することが要求される。
【０１１５】なお、素子として用いる場合は一般的には
全膜厚が５０ｎｍ程度あるいはそれ以下で用いないと、
抵抗変化分が検出出来ないので、磁性膜の膜厚は２０ｎ
ｍ以下であることが望ましい。
【０１１６】硬質磁性膜１を強磁界により一方向に磁化
した場合において、硬質磁性膜１が磁化された方向とは
逆の方向の弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加され
ると、硬質磁性膜１の磁化は反転されないが、軟磁性膜
３の磁化は信号磁界の方向に反転される。その結果、硬
質磁性膜１の磁化の方向と軟磁性膜３の磁化の方向とは
反平行となる。このように硬質磁性膜１の磁化の方向と
軟磁性膜３の磁化の方向とが反平行となることにより、
磁気抵抗効果素子を流れる電流の電子は主に硬質磁性膜
１／非磁性金属膜２／軟磁性膜３の界面に於いて磁気的
散乱を受ける。その結果、磁気抵抗効果素子の抵抗が増
加する。一方、硬質磁性膜１が磁化された方向と同一の
方向の弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加される
と、硬質磁性膜１の磁化の方向と軟磁性膜３の磁化の方
向とは平行となる。その結果、上述した磁気的錯乱が低
減されるので、磁気抵抗効果素子の抵抗が減少する。こ
のような原理に従い、磁気抵抗効果素子は、信号磁界の
変化に応じて電気抵抗を変化させる。
【０１１７】図１（ｂ）は、本発明による磁気抵抗効果
素子の他の構成を示す。図１（ｂ）に示される磁気抵抗
効果素子は、図１（ａ）に示される[硬質磁性膜１／非
磁性金属膜２／軟磁性膜３]の構造を非磁性金属膜２を
介して複数回だけ積層した構造を有する。このような積
層構造は、[硬質磁性膜１／非磁性金属膜２／軟磁性膜
３／非磁性金属膜２]N（Ｎは繰り返し数）と表わされ
る。このような積層構造を採用することにより、それぞ
れの膜と膜との界面での磁気的散乱は増加する。従っ
て、より大きなＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子が得ら
れる。さらに、リソグラフィー等によりこのように積層
した磁気抵抗素子部の膜面に垂直方向に電流が流れるよ
うにすれば、それぞれの膜と膜との界面での磁気的散乱
はさらに増加する。従って、さらに大きなＭＲ比を有す
る磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１１８】図３は、本発明による磁気抵抗効果型ヘッ
ドの構成を示す。基板７は、フェライト７−１、もしく
は非磁性基板上に形成されたCoNbZr等のCo系アモルファ
ス材料やＮｉＦｅ等の高透磁率膜７−１と、絶縁膜７−
２とを含んでおり、基板７の上に磁気抵抗素子部１０が
形成されている。磁気抵抗素子部１０は、図１（ａ）又
は図１（ｂ）に示される磁気抵抗効果素子の多層構造と
同様の構造を有する。磁気抵抗素子部１０の上には絶縁
膜６が形成される。絶縁膜６の上には磁気媒体からの信
号磁束を軟磁性膜３に導くヨーク４が形成される。ただ
し、磁気抵抗素子部１０が磁気媒体からの信号磁束を検
知しやすい位置に配置される場合には、ヨーク４は必ず
しも必要ではない。また、バルクハウゼンノイズを低減
するためには、軟磁性膜３の磁化容易軸方向が磁気抵抗
効果素子に印加される信号磁界の方向に直交するように
軟磁性膜３が形成されることが望ましい。磁気抵抗素子
部１０は、ヨーク４により導かれる弱い信号磁界に応じ
て磁気抵抗素子部１０の電気抵抗を変化させる。
【０１１９】なお、必要に応じて、上述した多層構造を
有する磁気抵抗素子部にバイアスを印加するためのバイ
アス磁界用の導体線をその磁気抵抗素子部の近傍に設け
てもよいし、その磁気抵抗素子部のうち少なくとも軟磁
性膜３を単磁区化するために、その磁気抵抗素子部の端
部に反強磁性体膜や硬質磁性膜を付けた構成としてもよ
い。
【０１２０】図４は、本発明によるメモリー素子の構成
を示す。そのメモリー素子は、磁気抵抗変化部１１と、
電流を流す導体線５とを有している。導体線５は、導体
線５に流れる電流によって生じる磁界が磁気抵抗変化部
１１に作用するように磁気抵抗変化部１１の近傍に配置
される。磁気抵抗変化部１１と導体線５とは、絶縁膜６
によって絶縁されている。
【０１２１】磁気抵抗変化部１１は、磁性膜１’と非磁
性金属膜２と軟磁性膜３とを含んでいる。磁性膜１’の
磁化曲線は良好な角型性を有しており、磁性膜１’の磁
化は弱磁界では反転しない。非磁性金属膜２は、磁性膜
１’と軟磁性膜３との間の磁気的結合を弱めるように磁
性膜１’と軟磁性膜３との間に設けられている。軟磁性
膜３の磁化は弱磁界でも容易に反転可能である。軟磁性
膜３は、非磁性金属膜２によって磁性膜１’との磁気的
結合から隔離されている。
【０１２２】磁性膜１’は、軟磁性膜３の保磁力より大
きい保磁力を有している。さらに、磁性膜１’は、導体
線５に流れる電流により生じる最大の磁界より小さい磁
界により磁化反転しうる保磁力を有することが必要であ
る。磁性膜１’の磁化の方向に応じてメモリー素子に記
録される情報を表現するためである。磁性膜１’は、そ
れの保磁力より強い磁界により磁化されると、それの保
磁力より小さい磁界によっては磁化反転しない。
【０１２３】さらに、図４に示される[磁性膜１’／非
磁性金属膜２／軟磁性膜３]の構造を非磁性金属膜２を
介して複数回だけ積層した構造を有するように磁気抵抗
変化部１１を構成することにより、より大きなＭＲ比を
有するメモリー素子を得ることができる。
【０１２４】次に、本発明によるメモリー素子の動作を
説明する。
【０１２５】メモリー素子に情報を記録する場合には、
情報記録のための電流が導体線５に流される。この情報
記録のための電流によって生じる磁界により磁性膜１’
および軟磁性膜３の磁化が反転される。磁性膜１’に
は、磁性膜１’の磁化の方向に応じて情報が記録され
る。例えば、磁性膜１’の磁化が図６（ａ）に示される
右向き矢印に沿った方向である場合には、記録される情
報は”１”であり、磁性膜１’の磁化が図６（ａ）に示
される左向き矢印に沿った方向である場合には、記録さ
れる情報は”０”である。
【０１２６】メモリー素子から情報を読み出すために、
情報読み出しのための弱電流が使用される。この情報読
み出しのための弱電流により、磁性膜１’の磁化の方向
とは逆の方向の弱磁界が磁気抵抗変化部１１に印加され
ると、磁性膜１’の磁化は反転しないが、軟磁性膜３の
磁化はその弱磁界の方向に反転する。その結果、磁性膜
１’の磁化の方向と軟磁性膜３の磁化の方向とが反平行
となるので、磁気抵抗変化部１１の抵抗が増加する。一
方、情報読み出しのための弱電流により、磁性膜１’の
磁化の方向と同一の方向の弱磁界が磁気抵抗変化部１１
に印加されると、磁性膜１’の磁化は反転しないが、軟
磁性膜３の磁化はその弱磁界の方向に反転する。その結
果、磁性膜１’の磁化の方向と軟磁性膜３の磁化の方向
とは平行となるので、磁気抵抗変化部１１の抵抗が減少
する。
【０１２７】メモリー素子から情報を読み出す場合に
は、情報読み出しのための弱電流がある方向に導体線５
に流され（弱電流による初期化）、その後、情報読み出
しのための弱電流がその方向と逆の方向に導体線５に流
される（弱電流反転）。例えば、図６（ｂ）は、紙面に
垂直に紙面の裏面から表面に向かって弱電流を導体線５
に流す場合（弱電流による初期化）を示し、図６（ｃ）
は、紙面に垂直に紙面の表面から裏面に向かって弱電流
を導体線５に流す場合（弱電流反転）を示している。
【０１２８】磁性膜１’に記録された情報は、磁気抵抗
変化部１１の抵抗の変化として検知される。例えば、磁
性体１’に記録された情報が”１”である場合には、弱
電流による初期化の場合より弱電流反転の場合の方が磁
気抵抗変化部１１の抵抗が増加し、磁性体１’に記録さ
れた情報が”０”である場合には、弱電流による初期化
の場合より弱電流反転の場合の方が磁気抵抗変化部１１
の抵抗が減少する（図６（ｄ））。このようにして、磁
性膜１’に記録された情報を非破壊的に読み出すことが
実現される。なお、上記の弱電流はパルス型の弱電流で
もよい。
【０１２９】図５は、本発明によるメモリー素子の他の
構成を示す。図５に示されるメモリー素子は、図４に示
される[磁性膜１’／非磁性金属膜２／軟磁性膜３]の構
造を非磁性金属膜２を介して複数回だけ積層した構造を
有する。さらに、その積層構造に含まれる複数の磁性膜
１’の保磁力は互いに異なっている。所定の信号磁界に
対して磁化反転を生じない磁性膜１’の数を所定の値に
対応づけることにより、その複数の磁性膜１’に多値情
報を記録することが可能となる。このようにして多値情
報を記録可能なメモリー素子が実現される。例えば、そ
のようなメモリー素子は、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示
されるように動作する。
【０１３０】本発明による増幅素子の構成は、磁性膜
１’の保磁力を除き、本発明によるメモリー素子の構成
と同一である。従って、ここでは詳しい説明は省略す
る。
【０１３１】次に、本発明による増幅素子の動作を説明
する。
【０１３２】はじめに、増幅素子は初期化される（図８
（ａ））。すなわち、強い電流パルスを導体線５に流す
ことにより、磁性膜１’の磁化が一方向に固定される。
増幅素子は、磁性膜１’の磁化容易軸方向が強い電流パ
ルスによって発生する磁界の方向に実質的に一致するよ
うに構成される。
【０１３３】次に、増幅動作をするために、入力電圧に
比例した弱電流が導体線５に流される（図８（ｂ））。
交流弱電流によって生じる弱磁界により、磁性膜１’の
磁化回転（もしくは磁壁移動）は発生しないが、軟磁性
膜３の磁化回転（もしくは磁壁移動）は発生する。従っ
て、［磁性膜１’／非磁性金属膜／軟磁性膜３］を含む
磁気抵抗変化部１１の抵抗は、磁性膜１’の磁化の方向
と軟磁性膜３の磁化の方向とがなす角度に応じて変化す
る。これにより、増幅された出力が得られる（図８
（ｃ））。
【０１３４】本発明によるメモリー素子では磁性膜１’
が大きな保磁力を有する硬質磁性膜であることは必要と
されない点で、本発明によるメモリー素子は本発明によ
る磁気抵抗効果型ヘッドとは異なっている。本発明によ
るメモリー素子では、磁性膜１’は軟磁性膜３より大き
な保磁力を有する半硬質磁性膜であれば足りる。メモリ
ー素子に情報を書き込む際、磁性膜１’の磁化を反転さ
せる必要があるためである。なお、信頼性の観点からは
磁性膜１’は硬質磁性膜であることが望ましいが、情報
記録のための電流を低減するという観点からは磁性膜
１’は半硬質磁性膜であることが望ましい。
【０１３５】本発明による増幅素子では、磁性膜１’は
硬質磁性膜であることが望ましい。信号磁界により磁性
体１’の磁化が反転しないことが必要であるからであ
る。しかし、実用上では、磁性膜１’は、硬質磁性膜で
なくとも磁化曲線の角型性が良好な磁性膜であれば支障
はない。増幅動作時に導体線５に流れる信号電流は小さ
く、その信号電流によって生じる磁界も小さいからであ
る。
【０１３６】さらに、上述した磁気抵抗効果素子、磁気
抵抗効果型ヘッド、メモリー素子および増幅素子におい
て、磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と非磁性金属膜２
との界面と、軟磁性膜３と非磁性金属膜２との界面のう
ち少なくとも一方に磁性膜３’を挿入してもよい。この
場合、磁性膜３’はCoを主成分とする磁性膜であること
が好ましく、磁性膜３’の厚さは0.1〜1nmであることが
好ましい。磁性膜３’の厚さが0.1nm以下である場合に
は、ＭＲ比を向上させる効果が少ない。一方、磁性膜
３’を軟磁性膜３の界面に1nmを越えて付けることは望
ましくない。軟磁性膜３の軟磁気特性を劣化させるから
である。このような磁性膜３’を挿入することにより、
それぞれの膜の界面での磁気的散乱がより多くなる。そ
の結果、より大きなＭＲ比を有する素子が得られる。
【０１３７】あるいは、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜
１’）と非磁性金属膜２の界面に磁性膜３’を挿入して
もよい。磁性膜３’は硬質磁性膜１（もしくは磁性膜
１’）の両側もしくは片側に設けられる。この場合、磁
性膜３’の厚さは0.1から2nmの範囲にあればよく、磁性
膜３’の組成はCo,Ni,Feのうち少なくとも１種の元素を
主成分とするものであればよい。磁性膜３’の厚さが0.
1nmより小さい場合には、ＭＲ比を向上させる効果が少
ない。一方、磁性膜３’の厚さが2nm以上である場合に
は、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）の磁化曲線の
角型性や保磁力が劣化しやすい。特に、磁気抵抗効果素
子を磁気ヘッド等に使用する場合には、磁性膜３’の膜
厚は1nm以下であることが望ましい。磁性膜１の磁化曲
線は良好な角型性を有しており、かつ、磁性膜１は比較
的大きな保磁力を有する硬質磁性膜である必要があるか
らである。
【０１３８】図２（ａ）は、図１（ａ）に示されるサン
ドイッチタイプの磁気抵抗効果素子において、硬質磁性
膜１（もしくは磁性膜１’）と非磁性金属膜２の界面に
磁性膜３’を挿入した例を示す。
【０１３９】図２（ｂ）は、図１（ｂ）に示される積層
タイプの磁気抵抗効果素子において、硬質磁性膜１（も
しくは磁性膜１’）と非磁性金属膜２の界面に磁性膜
３’を挿入した例を示す。図２（ｂ）では、硬質磁性膜
１（もしくは磁性膜１’）の両面に磁性膜３’を設けた
構成となっている。しかし、硬質磁性膜１（もしくは磁
性膜１’）の片面のみに磁性膜３’を設けた構成として
もよい。図２（ｂ）に示される磁気抵抗効果素子は、図
２（ａ）に示される磁気抵抗効果素子に比較して、より
大きなＭＲ比を示す。
【０１４０】なお、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示さ
れるような積層タイプの磁気抵抗効果素子を使用する場
合には、電子の平均自由行程を配慮して、硬質磁性膜１
（もしくは磁性膜１’）と非磁性金属膜２と軟磁性膜３
と磁性膜３’のそれぞれの膜厚はあまり厚くしないこと
が好ましい。また、ＭＲ比は構成要素の積層回数ととも
に増加するが効果が顕著にでるのは3回以上で、10回以
上ではほぼ飽和する傾向を示す。シート抵抗を考慮する
と、膜面に垂直方向に電流を流して使用する場合を除い
て、積層回数は5回以下であることが望ましい。
【０１４１】硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）の磁
化曲線は良好な角型性を有している必要がある。本明細
書では、「良好な角型性」とは角型比Ｓ（＝残留磁化／
飽和磁化）が0.7以上あると定義する。
【０１４２】図９（ａ）〜図９（ｃ）は、硬質磁性膜１
（もしくは磁性膜１’）の角型比Ｓと本発明による磁気
抵抗効果素子のＭＲ曲線との関係を示す。図９（ａ）〜
図９（ｃ）からわかるように、角型比Ｓが0.7より小さ
い場合には、零磁界近傍のＭＲ曲線が劣化する。零磁界
近傍のＭＲ曲線の劣化は、磁気抵抗効果型ヘッドや増幅
素子の再生感度や線形性を劣化させる原因となり、磁性
膜１’の磁化反転誤動作により記録再生時のメモリー素
子の誤動作を発生させる原因となる。このように、硬質
磁性膜１（もしくは磁性膜１’）は一方向に着磁するこ
とによりその磁化状態を保持して弱い磁界では磁化反転
しない特性を有することが大切である。
【０１４３】本発明による磁気抵抗効果型ヘッドでは、
磁性膜１の磁化は一方向に固定される。従って、磁性膜
１は、大きな保磁力を有する硬質磁性膜であることが必
要で、同一組成のもののバルク状態もしくは厚膜状態で
の保磁力が500 Oe以上であることが好ましい。また、磁
性膜１は、耐蝕性の良好なものが望ましい。磁性膜１の
一例としてはCo0.75Pt0.25, Co0.84Ta0.02Cr0.14, Co
0.78Pt0.10Cr0.12, Co0. 5Fe0.5等があげられ、保磁力、
耐食性の観点からはCoPtが、またＭＲ比の観点からはCo
Feが現段階では最も適した材料である。これらの膜のキ
ュリー温度は、従来のスピンバルブで用いるFe-Mn膜の
ネール温度に比べて十分高く、特性の温度依存性も比較
的小さく出来る利点がある。
【０１４４】本発明によるメモリー素子では、磁性膜
１’の磁化曲線が良好な角型性を有することは重要であ
るものの、磁性膜１’の保磁力はさほど必要とされな
い。情報記録時には導体線に電流を流して磁性膜１’の
磁化を反転させる必要があるからである。従って、磁性
膜１’は、Co0.5Fe0.5やCo等の半硬質磁性膜でも良い。
磁性膜１’の保磁力は膜厚によっても調整可能である。
この用途の場合には、磁性膜１’は、膜厚を3nm以下と
した半硬質磁性膜のCo0.8Pt0.2等でも良い。
【０１４５】本発明による増幅素子では、磁性膜１’の
磁化は一方向に固定される。従って、磁性膜１’は、保
磁力の大きい硬質磁性材料であることが望ましい。しか
し、実用上は、磁性膜１’は、半硬質磁性材料であって
も良い。導体線５に流れる信号電流が小さいため、その
信号電流によって生じる磁界も小さいからである。
【０１４６】軟磁性膜３は、磁気抵抗変化が生じやすく
低磁界で磁化反転しやすい膜であることが必要である。
また、軟磁性膜３は低磁歪の膜であることが好ましい。
これは実用上磁歪が大きいとノイズの原因となりやす
く、素子を作製した際に特性のばらつきが生じるからで
ある。この条件を満足するためには NiXCoYFeZ --- (1) を主成分とし、原子組成比が X=0.6〜0.9、Y=0〜0.4、Z=0〜0.3 --- (1') のNi-richの軟磁性膜を使用することが望ましく、その
代表的なものにはNi0.8Fe0.15Co0.05, Ni0.8Fe0.1C
o0.1, Ni0.68Co0.2Fe0.12等がある。また、軟磁気特性
ではこれらよりやや劣るものの、これらより大きな磁気
抵抗変化が得られる NiX'CoY'FeZ' --- (2) を主成分し、原子組成比が X'=0〜0.4、Y'=0.2〜0.95、Z=0〜0.5 --- (2') のCo-richの磁性膜を用いても良く、その代表的なもの
はCo0.44Fe0.3Ni0.26, Co0.6Fe0.2Ni0.2, Co0.7Fe0.2Ni
0.1 等がある。これらの膜はその組成比が(1')(2')式を
満足する時、センサーやＭＲヘッド等の磁気抵抗効果素
子に要求される低磁歪（1x10-5の程度かそれ以下）特性
を示す。
【０１４７】あるいは、軟磁性膜３はCo系非晶質合金膜
でもよい。Co系非晶質合金膜は、上述した軟磁性膜材料
に比べてやや比抵抗が高い欠点はあるものの、極めて弱
い磁界でも磁化反転が可能であり、ほぼ零磁歪で高透磁
率であるという特長を有する。Co系非晶質合金膜の代表
的なものはCo0.75Fe0.05B0.2である。
【０１４８】非磁性金属膜２は、硬質磁性膜１（もしく
は磁性膜１’）との界面および軟磁性膜３との界面での
反応が少なく固溶し難いものが望ましい。また、非磁性
金属膜２は、磁性膜／非磁性金属膜の平坦で明確な界面
が得られるものである必要がある。さらに、非磁性金属
膜２は、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と軟磁性
膜３の間の磁気的結合を断つために非磁性であることが
必要である。非磁性金属膜２としては、Cu,Ag,Au等が適
しており、特にＭＲ特性的にはCuが望ましい。非磁性金
属膜２の厚さが10nmより厚くなると素子全体のＭＲ変化
率が低下する。従って、非磁性金属膜２の厚さは10nm以
下とする必要があり、5nm以下とすることが好ましい。
一方、非磁性金属膜２の厚さが1nm未満となると硬質磁
性膜１（もしくは磁性膜１’）と軟磁性膜３とが磁気的
に結合してしまいため、大きな磁気抵抗効果は得られな
い。
【０１４９】硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と非
磁性金属膜２との間、又は軟磁性膜３と非磁性金属膜２
の間に挿入される磁性膜３’は磁気抵抗効果を増大させ
る。この効果を得るためには、磁性膜３’はCo、もしく
はNi,Co,Feのうち少なくとも１種の元素を主成分とする
ものが望ましく、Co、Co0.9Fe0.1や、前記の軟磁性膜３
のCo0.44Fe0.30Ni0.26, Co0.6Ni0.2Fe0.2, Co0.7Fe0.2N
i0.1等でも良い。
【０１５０】図３に示される磁気ヘッドのヨーク４は、
軟磁性で高透磁率のものが望ましく、Co系非晶質磁性合
金膜が適しており、一例としてはCo0.82Nb0.12Zr0.06等
があげられる。
【０１５１】図４に示されるメモリー素子（もしくは増
幅素子）の導体線５は、磁界発生用の低抵抗金属膜線で
ある。マトリックス状にメモリー素子を配置する場合に
は、図１５（ａ）に示されるように導体線が互いに交差
しないタイプのものでもよいし、図１５（ｂ）に示され
るように導体線が素子上で互いに交差するタイプのもの
でもよい。
【０１５２】図１５（ａ）において、Ｍij（ｉ＝１〜
３；ｊ＝１〜３）は磁気抵抗変化部を表し、Ｗ1〜Ｗ3は
導体線（ワード線）を表し、Ｓ1〜Ｓ3は磁気抵抗変化部
Ｍij（図中の黒部）とシャント用の導体部（図中の白
部）とからなるセンス線を表す。例えば、磁気抵抗変化
部Ｍ11に情報を記録する場合には、ワード線Ｗ1とセン
ス線Ｓ1とに電流が流される。その結果、ワード線Ｗ1と
センス線Ｓ1とに流れる電流によって生じる合成磁界に
より磁気抵抗変化部Ｍ11に情報が書き込まれる。磁気抵
抗変化部Ｍ11に記録された情報を再生する場合には、ワ
ード線Ｗ1にパルス電流が流される。ワード線Ｗ1に流れ
る電流により生じるセンス線Ｓ1の抵抗変化を検出する
ことにより、磁気抵抗変化部Ｍ11に記録された情報が読
み出される。
【０１５３】図１５（ｂ）において、Ｍij（ｉ＝１〜
２；ｊ＝１〜３）は磁気抵抗変化部を表し、Ｗ1〜Ｗ3お
よびＷ’1およびＷ’2は導体線（ワード線）を表し、Ｓ
1およびＳ2は磁気抵抗変化部Ｍij（図中の黒部）とシャ
ント用の導体部（図中の白部）とからなるセンス線を表
す。例えば、磁気抵抗変化部Ｍ11に情報を記録する場合
には、ワード線Ｗ1とワード線Ｗ’1とに電流が流され
る。その結果、ワード線Ｗ1とワード線Ｗ’1とに流れる
電流によって生じる合成磁界により磁気抵抗変化部Ｍ11
に情報が書き込まれる。磁気抵抗変化部Ｍ11に記録され
た情報を再生する場合には、ワード線Ｗ1にパルス電流
が流される。ワード線Ｗ1に流れる電流により生じるセ
ンス線Ｓ1の抵抗変化を検出することにより、磁気抵抗
変化部Ｍ11に記録された情報が読み出される。
【０１５４】以下、実施例について本発明を説明する。
【０１５５】（実施例１）ターゲットに Ni0.68Co0.2Fe
0.12(軟磁性膜３), Cu(非磁性金属膜２), Co0.75Pt0.25
(硬質磁性膜１)を用い（組成はすべて原子％）、多元ス
パッタ装置により基板上に図１（ａ）に示されたような
サンドイッチタイプの Ａ：基板／CoNiFe(15)／Cu(2.2)／CoPt(10) （( )内は
厚さ(nm)を表わす）及び図１（ｂ）に示されたような積
層タイプの Ａ'：基板／[CoNiFe(3)／Cu(2.2)／C oPt(5)／Cu(2.2)]
5 の磁気抵抗素子を作製した。なお各膜厚はシャッターで
制御し、硬質磁性膜１のCoPtを着磁し、素子のＭＲ特性
を室温、印加磁界100 Oeで測定したところＭＲ比はＡ、
Ａ'を用いたものでそれぞれ4, 6％、ＭＲ変化が生じる
磁界幅はそれぞれ3, 5 Oeであった。図１１の単に保磁
力の異なる磁性膜を用いた場合に比べて、本発明のもの
は微小磁界動作が可能で直線性が改善されており、図１
２の反強磁性結合タイプのものに比べては本発明のもの
は動作磁界が小さく、又図１３の反強磁性膜を用いたス
ピンバルブのものに比べて、本発明のものはＭＲ比が向
上していることがわかる。
【０１５６】（実施例２）実施例１と同様にターゲット
に Co0.75Pt0.25(硬質磁性膜１), Co0.7Ni0.1Fe0 .2(軟
磁性膜３), Cu(非磁性金属膜２)を用いて硬質磁性膜
１、非磁性金属膜２、軟磁性膜３、非磁性金属膜２を順
次成膜し Ｂ：基板／[NiCoFe(6)／Cu(2.2)／CoPt(5)／Cu(2.2)]20 なる多層膜を作製し、硬質磁性膜１のCoPtを着磁し、更
にリソグラフィー技術を用いてこれを25μm x 25μmの
柱状形状とし、リソグラフィーを用いた４端子法により
そのＭＲ特性を測定したところ、印加磁界100 OeでＭＲ
比は18％で、ＭＲ変化が生じる磁界幅は20 Oeであっ
た。
【０１５７】（実施例３）フェライト(７−１)と絶縁膜
（７−２）より成る基板上にターゲットにCo0.75Pt0.25
(硬質磁性膜１), Cu(非磁性金属膜２), Ni0.68Co0.2Fe
0.12(軟磁性膜３)を用いて硬質磁性膜１、非磁性金属膜
２、軟磁性膜３を多元スパッタ装置を用いて順次成膜
し、硬質磁性膜１のCoPtを着磁し、更にこの上にターゲ
ットにSiO2(絶縁膜６), Co0.82Nb0.12Zr0.06(ヨーク４)
を用いて絶縁膜６とCoNbZrを成膜し、リソグラフィーに
よりパターニングしてヨーク部４を作製し、下記の構成 Ｃ：基板／CoPt(15)／Cu(2.2)／NiCoFe(15)／SiO2(100)
／CoNbZr(1000)及び Ｃ'：基板／[CoPt(5)／Cu(2.2)／NiCoFe(4)／Cu(2.2)]3
／SiO2(100)／CoNbZr(1000) より成る、図３に示すような磁気抵抗効果型ヘッド（Ｍ
Ｒヘッド）を作製した。
【０１５８】比較のため従来材料のNi0.80Fe0.20を磁気
抵抗効果膜に、Co0.82Nb0.12Zr0.06をヨークに用いた従
来構成のＭＲヘッドを作製した。この従来構成のＭＲヘ
ッドと本発明によるＭＲヘッドとに100 Oeの交流信号磁
界を印加して両ヘッドの再生出力比較を行ったところ、
Ｃ及びＣ'の構成の本発明のＭＲヘッドは比較用の従来
ヘッドに比べてそれぞれ約1.5, 3倍の出力を示すことが
わかった。
【０１５９】（実施例４）ターゲットに Co0.8Pt0.2(磁
性膜１’), Co0.7Ni0.1Fe0.2(軟磁性膜３), Cu(非磁性
金属膜２)を用いて硬質磁性膜１、非磁性金属膜２、軟
磁性膜３を順次成膜し、図１（ａ）に示されたようなサ
ンドイッチタイプの Ｄ：[CoNiFe(10)／Cu(2.2)／CoPt(2)] なる磁気抵抗変化部を作製した。図１４は、この磁気抵
抗変化部のＭＲ曲線を示す。この磁気抵抗変化部の上に
SiO2膜絶縁膜を成膜し、更に導体線用のAuCrを成膜し、
図４に示したようなメモリー素子を作製した。
【０１６０】このメモリー素子の動作を確認すべく、図
６（ａ）に示す様に導体線５に電流を流して磁性膜１’
を一方向に磁化し、次に図６（ｂ）に示す様に導体線５
に弱電流を流して軟磁性膜３を一方向に揃えた後、図６
（ｃ）に示す様に導体線５の弱電流を反転してその時の
磁気抵抗変化部の抵抗変化を測定したところ、図６
（ｄ）に示す様に硬質磁性膜１に記録された磁化方向に
よってこの抵抗変化が＋（増）か、−（減）かに明確に
変化することを確認した。
【０１６１】（実施例５）ターゲットに Co0.78Pt0.10C
r0.12(硬質磁性膜１), Ni0.8Fe0.15Co0.05(軟磁性膜
３), Cu(非磁性金属膜２)を用いて硬質磁性膜１、非磁
性金属膜２、軟磁性膜３を順次成膜し、 Ｅ：[CoPtCr(5)／Cu(2.3)／NiFeCo(10)] なる磁気抵抗変化部を作製し、続いてSiO2膜絶縁膜をこ
の上に成膜し、更に導体線用のAuCrを成膜し、増幅素子
を作製した。
【０１６２】この増幅素子の動作を確認すべく、図８
（ａ）に示す様に導体線５に強電流を流して硬質磁性膜
１を一方向に磁化し、次に図８（ｂ）に示す様に導体線
５に入力交流電圧を印加し弱電流を流して軟磁性膜３の
磁化回転を生じさせ、磁気抵抗変化部に電圧を印加して
おき、この磁気抵抗変化部の抵抗変化による出力電圧変
化を測定したところ、図８（ｃ）に示す様に入力電圧が
増幅されることを確認した。
【０１６３】（実施例６）ターゲットに Ni0.68Co0.2Fe
0.12(軟磁性膜３), Co(磁性膜３’), Cu(非磁性金属膜
２), Co0.75Pt0.25(硬質磁性膜１)を用い（組成はすべ
て原子％）、多元スパッタ装置により基板上にサンドイ
ッチタイプの Ｆ：基板／NiCoFe(10)／Co(0.2)／Cu(2)／Co(0.2)／CoP
t(3) （( )内は厚さ(nm)を表わす）及び積層タイプの Ｆ'：基板／[NiCoFe(3)／Co(0.2)／Cu(2)／Co(0.2)／Co
Pt(3)／Co(0.2)／Cu(2)]N／NiCoFe(3)(N=5,Nは積層繰り
返し数） の磁気抵抗素子を作製した。なお各膜厚はシャッターで
制御し、硬質磁性膜１のCoPtを着磁し、素子のＭＲ特性
を室温、印加磁界100 Oeで測定したところＭＲ比はＦ、
Ｆ'を用いたものでそれぞれ6, 8％、ＭＲ変化が生じる
磁界幅はそれぞれ3, 5 Oeであった。図１０に積層タイ
プのものの典型的なＭＲ曲線の一例を示した。
【０１６４】（実施例７）ターゲットに Ni0.68Co0.2Fe
0.12(軟磁性膜３), Co0.70Fe0.20Ni0.10(磁性膜３’),
Cu(非磁性金属膜２), Co0.75Pt0.25(硬質磁性膜１)を用
い（組成はすべて原子％）、多元スパッタ装置により基
板上に図２（ａ）に示されたようなサンドイッチタイプ
の Ｇ：基板／NiCoFe(15)／Cu(2.3)／CoNiFe(0.5)／CoPt(1
0) （( )内は厚さ(nm)を表わす）及び図２（ｂ）に示さ
れたような積層タイプの Ｇ'：基板／[NiCoFe(7)／Cu(2.2)／CoNiFe(0.5)／CoPt
(4)／CoNiFe(0.5)／Cu(2.2)]N(N=5,Nは積層繰り返し
数） の磁気抵抗素子を作製した。なお各膜厚はシャッターで
制御し、硬質磁性膜１のCoPtを着磁し、素子のＭＲ特性
を室温、印加磁界100 Oeで測定したところＭＲ比はＧ、
Ｇ'を用いたものでそれぞれ6, 9％、ＭＲ変化が生じる
磁界幅はそれぞれ3, 5 Oeで、比較として作製した界面
にCo70Fe20Ni10(磁性膜３’)を挿入しなかったもののＭ
Ｒ変化はそれぞれ4, 6％でこれより低いことがわかっ
た。
【０１６５】（実施例８）フェライト(７−１)と絶縁膜
（７−２）より成る基板上にターゲットにCo0.75Pt0.25
(硬質磁性膜１), Cu(非磁性金属膜２), Ni0.68Co0.2Fe
0.12(軟磁性膜３）、Co（磁性膜３’)を用いて多元スパ
ッタ装置により、磁気抵抗素子部 Ｈ：[NiCoFe(7)／Cu(2.1)／Co(0.4)／CoPt(4)／Co(0.4)
／Cu(2.1)]3 を作製した後、硬質磁性膜１のCoPtを着磁し、更にこの
上にターゲットにSiO2(絶縁膜６), Co0.82Nb0.12Zr0.06
を用いて絶縁膜６とCoNbZrを成膜し、リソグラフィーに
よりパターニングしてヨーク部４を作製し、下記の構成 Ｉ：基板／[NiCoFe(7)／Cu(2.1)／Co(0.4)／CoPt(4)／C
o(0.4)／Cu(2.1)]3／SiO2(100)／CoNbZr(1000) より成る、図３に示すような磁気抵抗効果型ヘッド（Ｍ
Ｒヘッド）を作製した。
【０１６６】比較のため従来材料のNi0.80Fe0.20を磁気
抵抗効果膜に、Co0.82Nb0.12Zr0.06をヨークに用いた従
来構成のＭＲヘッドを作製した。この従来構成のＭＲヘ
ッドと上記の本発明によるＭＲヘッドとに100 Oeの交流
信号磁界を印加して両ヘッドの再生出力比較を行ったと
ころ、Ｉの構成の本発明のＭＲヘッドは比較用の従来ヘ
ッドに比べて約 4倍の出力を示すことがわかった。
【０１６７】（実施例９）ターゲットに Co0.8Pt0.2(磁
性膜１’), Co0.6Ni0.2Fe0.2(軟磁性膜３、磁性膜
３’), Cu(非磁性金属膜２)を用いて硬質磁性膜１、非
磁性金属膜２、軟磁性膜３を順次成膜し、図２（ａ）に
示されたようなサンドイッチタイプの Ｊ：[CoNiFe(10)／Cu(2)／CoNiFe(0.7)／CoPt(2)] なる磁気抵抗変化部を作製し、続いてSiO2膜絶縁膜をこ
の上に成膜し、更に導体線用のAuCrを成膜し、メモリー
素子を作製した。
【０１６８】このメモリー素子の動作を確認すべく、図
６（ａ）に示す様に導体線５に強電流を流して磁性膜
１’を一方向に磁化し、次に図６（ｂ）に示す様に導体
線５に弱電流を流して軟磁性膜３を一方向に揃えた後、
図６（ｃ）に示す様に導体線５の弱電流を反転してその
時の磁気抵抗変化部の抵抗変化を測定したところ、図６
（ｄ）に示す様に磁性膜１’に記録された磁化方向によ
ってこの抵抗変化が＋（増）か、−（減）かに明確に変
化することを確認した。又この出力は従来のNiFeを用い
たメモリー素子に比べて1.5倍以上であることがわかっ
た。なお、本実施例の場合、図６（ａ）〜図６（ｃ）の
１’は本実施例の磁性膜１’と磁性膜３’を合わせたも
のに対応する。
【０１６９】次に磁気抵抗変化部を Ｊ’：[CoNiFe(6)／Cu(2)／CoNiFe(0.6)／CoPt(2)／CoN
iFe(0.6)／Cu(2)]5 なる積層膜として同様にメモリー素子を作製し、同様の
動作実験をしたところこＪを用いたものよりＪ’を用い
たものの方が情報読み出し時の出力電圧が約2倍高くな
ることを確認した。
【０１７０】（実施例１０）ターゲットに Co0.80Pt
0.20, Co0.86Cr0.12Ta0.02, Fe0.5Ni0.5（磁性膜１、
１'、１"), Cu（非磁性金属膜２)、Ni0.68Co0.2Fe
0.12(軟磁性膜３)を用いて積層タイプの Ｋ：[CoPt(3)／Cu(2.2)／NiCoFe(4)／Cu(2.2)／CoCrTa
(3)／Cu(2.2)／NiCoFe(4)／Cu(2.2)／NiFe(3)／Cu(2.2)
／NiFeCo(4)] なる磁気抵抗変化部を作製し、続いてSiO2膜絶縁膜をこ
の上に成膜し、更に導体線用のAuCrを成膜し、図５に示
したようなメモリー素子を作製した。
【０１７１】このメモリー素子の動作を確認すべく、図
７（ａ）に示す様に導体線５に電流を流して３種類の磁
性膜１、１'、１"と軟磁性膜を磁化反転して情報を記録
したものと、磁性膜１、１'（ CoPt, CoCrTa）の保磁力
よりは小さく、磁性膜１"（NiFe）の保磁力よりは大き
い磁界を発生させ、磁性膜１"（NiFe） と 軟磁性膜３
（NiCoFe）を磁化反転させて情報を記録したものとを用
意した。次に図７（ｂ）に示すように弱電流パルスを導
体線５に流して軟磁性膜のみを磁化反転し、その時の磁
気抵抗素子部の抵抗変化を測定したところ、図７（ｃ）
に示す様に情報記録時に磁化反転した磁性膜（１、
１'、１"）の数によってこの抵抗変化の大きさが異なり
多重記録が可能なことを確認した。
【０１７２】次に、実施例１１〜１７に、本発明の他の
磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、及びメモリ
ー素子の実施例を示す。また、増幅素子についての実施
例は示さないが、上述したように、メモリー素子と同様
にして構成することができる。
【０１７３】これらの実施例の磁気抵抗効果素子は、図
１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、保磁力の
異なる厚さ１〜２０nmの軟磁性膜２１と厚さ１〜２０nm
の硬質磁性膜２３とを交互に積層し、積層される軟磁性
膜及び硬質磁性膜２１，２３の相互間に厚さ１〜１０nm
の非磁性金属膜２２を介在させた構造を有している。た
だし、軟磁性膜２１は主成分が （ＮｉXＣｏ1-X）X'Ｆｅ1-X' −−−−−−（３） であり、Ｘ，Ｘ’はそれぞれ原子組成比で ０．６≦Ｘ≦１．０ ０．７≦Ｘ’≦１．０ −−−−−−（４） である。
【０１７４】また、硬質磁性膜２３としては、抵抗変化
率ΔＲ／Ｒが比較的大きなＣｏＦｅ系でも良く、その主
成分は ＣｏYＦｅ1-Y −−−−−−（５） で、Ｙは原子組成比で ０．３≦Ｙ≦０．７ −−−−−−（６） である。
【０１７５】また、ＣｏＦｅ系にＶを添加したものは角
型比が０．９以上と非常に角型性が良く、その主成分は （ＣｏZＦｅ1-Z）Z'Ｖ1-Z' −−−−−−（７） で、Ｚ，Ｚ’はそれぞれ原子組成比で ０．３≦Ｚ≦０．７ ０．９≦Ｚ’≦０．９８ −−−−−−（８） である。特にＶを０．９≦Ｚ’≦０．９８の間で添加し
た場合、図１７に示すように添加量が少ないとき（０．
０２〜０．０４％）はＭＲ曲線の飽和磁界（Ｈｓ）が減
少し、メモリー素子として用いるに最適な特性を示し、
添加量が多いとき（０．０５〜０．１）はＭＲ曲線の飽
和磁界（Ｈｓ）が増加し、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗
効果型ヘッドに最適な特性を示す。
【０１７６】非磁性金属膜２２としては、Ｎｉ−Ｃｏ−
Ｆｅ系磁性材料と界面での反応が少ないものが必要でＣ
ｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかが適している。
【０１７７】ここで、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果
型ヘッドの場合には、上記の軟磁性膜２１は、磁歪が小
さくかつ保磁力が小さな角型比の良い軟磁性材料であ
り、硬質磁性膜２３は、保磁力は比較的大きく、角型比
の良い半硬質磁性、硬質磁性材料である。
【０１７８】また、軟磁性膜２１としては、上記のよう
な３元系でなくとも、軟磁性を示し、かつ抵抗変化率Δ
Ｒ／Ｒが比較的大きなＮｉ−Ｆｅ系やＮｉ−Ｃｏ系の２
元系磁性膜でもよい。
【０１７９】例えば、軟磁性膜２１としては、主成分が ＮｉxＦｅ1-X −−−−−−−−（９） で、Ｘは原子組成比で ０．７≦Ｘ≦０．９ −−−−−−−−（１０） でも良い。また、軟磁性膜２１としては、主成分が ＮｉXＣｏ1-X −−−−−−−−（１１） で、Ｘは原子組成比で ０．６≦Ｘ≦０．９ −−−−−−−−（１２） でも良い。
【０１８０】また、軟磁性膜２１と硬質磁性膜２３を非
磁性金属膜２２を介して積層する場合、軟磁性膜２１を
硬質磁性膜２３よりも厚くすると図１８に示すような微
小磁界で大きなＭＲ比が得られる。
【０１８１】軟磁性膜２１と硬質磁性膜２３とは、保磁
力が異なり、かつ非磁性金属膜２２によって分離されて
いるため、弱い磁界Ｈが印加されると、図１６（ａ）お
よび図１６（ｂ）に示したように軟磁性の軟磁性膜２１
のスピンがまずその方向に回転し（矢印Ａ1で示す）、
硬質磁性膜または半硬質磁性の硬質磁性膜２３のスピン
はまだ反転しない状態が生ずる（矢印Ｂ1で示す）。従
って、このとき軟磁性膜２１と硬質磁性膜２３のスピン
配列が互いに逆方向となり、伝導電子のスピン散乱が極
大となって大きな電気抵抗値を示す。
【０１８２】さらに、印加磁界を強くすると、図１６
（ｂ）に示したように硬質磁性膜２３のスピンも反転す
る（矢印Ｂ2で示す）。従って、軟磁性膜２１と硬質磁
性膜２３のスピン配列は平行となり、伝導電子のスピン
散乱が小さくなり、電気抵抗値は減少する。
【０１８３】図１９は上記した磁気抵抗効果素子におい
て、磁界Ｈを変化させたときの抵抗変化率ΔＲ／Ｒの変
化を示しており、図１９における（１９ａ）の位置は図
１６（ａ）の状態に対応し、図１９における（１９ｂ）
の位置は図１６（ｂ）の位置に対応する。なお、各磁界
Ｈの強さに対応した電気抵抗値をＲPとし、電気抵抗の
最小値をＲminとした時に、次式 ΔＲ／Ｒ＝｛（ＲP−Ｒmin）／Ｒmin｝×１００[％] −−−−（１３） にしたがって算出し、それを磁界Ｈ−抵抗変化率ΔＲ／
Ｒの特性としてグラフ化したものである。
【０１８４】このようにして、磁界Ｈが比較的小さい領
域において、大きな抵抗変化率ΔＲ／Ｒが得られるわけ
であるが、非磁性金属膜２２がないと、軟磁性膜２１と
硬質磁性膜２３とが磁気的にカップリングしてしまい、
図１６（ａ）のような状態が実現できないため、大きな
磁気抵抗効果は得られない。
【０１８５】また、軟磁性膜２１は磁歪が小さいことが
望ましい。これはＭＲヘッド等に用いた場合には磁歪が
大きいとノイズの原因となるためである。
【０１８６】第（３）式のＮｉ−リッチのNi-Co-Fe系合
金は、その組成比が第（４）式を満足するときに、磁歪
が小さく軟磁性を示す。その代表的なものはNi0.8Co0.1
Fe0. 1,Ni0.8Fe0.2等である。またさらに、軟磁性を改良
したり、耐摩耗性および耐食性を改良するために、第
（４）式の組成にＮｂ，Ｍｏ、Ｃｒ，Ｗ，Ｒｕ等を添加
しても良い。
【０１８７】また、第（５）式で示されるＣｏＦｅ系合
金は、第（６）式を満足するときに、角型性が良く、か
つ半硬質磁性または硬質磁性を示す。
【０１８８】その上、第（７）式で示されるＣｏＦｅ系
合金に、第（８）式を満足するようにＶを添加したもの
は、添加するＶの量によって自由に保磁力の大きさを変
えられ、かつ角型性を良くすることができる。
【０１８９】このように組成を選ぶことにより、保磁力
の異なる軟磁性膜および硬質磁性膜２１，２３が得られ
る。これら軟磁性膜および硬質磁性膜２１，２３は、そ
の厚さが１nm 未満ではキュリー温度の低下による室温
での磁化の低減等が問題となる。
【０１９０】また実用上、磁気抵抗効果素子は全膜厚が
数十nmで用いられるため、この発明のように積層効果を
利用するには、各磁性膜２１，２３を２０nm以下にする
必要がある。その上、軟磁気特性を示す軟磁性膜２１は
半硬質磁気特性または硬質磁気特性を示す硬質磁性膜２
３よりも一層の膜厚を厚くした場合、軟磁気特性が改善
され微小磁界での立ち上がりが急峻になる。しかし、そ
の効果は２０nm以上では変わらない。従って、これら磁
性膜２１，２３の厚さは１〜２０nmとすることが望まし
い。
【０１９１】これらの磁性膜２１，２３の間に介在させ
る非磁性金属膜２２としては、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系磁性
膜と界面での反応が少なく、かつ非磁性であることが必
要で、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等が適している。この非磁性金
属膜２２の厚さは１nm未満では軟磁性膜および硬質磁性
膜２１，２３が磁気的にカップリングをして、図１６
（ａ）のように保磁力の異なる軟磁性膜２１と硬質磁性
膜２３のスピンが反平行となる状態の実現が困難とな
る。
【０１９２】また、厚さが１０nmを超えると、この磁気
抵抗効果を示さない金属非磁性膜層２２部分の電気抵抗
が磁気抵抗効果素子全体の抵抗変化を低減させることに
なる。従って、非磁性金属膜２２の厚さは１〜１０nmと
することが望ましい。
【０１９３】上述した磁気抵抗効果素子を磁気抵抗効果
型薄膜磁気ヘッド、メモリー素子及び増幅素子に適用す
ることができる。
【０１９４】（実施例１１）スパッタ装置を用いて以下
に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料No. Ａ２〜Ｃ
２）をガラス基板上に作製した。
【０１９５】 Ａ２：[Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Fe(14)/Cu(2)] Ｂ２：[Co-Fe(3)/Au(2)/Ni-Co(14)/Au(2)] Ｃ２：[Co-Fe(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)] なお、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃ
ｏ−Ｆｅの組成はＮｉ0.8Ｆｅ0.2，Ｎｉ0.8Ｃｏ0.2，Ｎ
ｉ0.8Ｃｏ0.1Ｆｅ0.1，Ｃｏ0.5−Ｆｅ0.5を用い、膜厚
はパワーとシャッタースピードで制御した。
【０１９６】同様に、ターゲットにＣｏ0.5Ｆｅ0.5，Ｎ
ｉ0.7Ｃｏ0.2Ｆｅ0.1を用いて、以下に示した構成の磁
気抵抗効果素子（試料No.Ｄ２〜Ｆ２）をガラス基板上
に作製した。
【０１９７】 Ｄ２：[Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] Ｅ２：[Co-Fe(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)] Ｆ２：[Co-Fe(3)/Au(2)/Ni-Co-Fe(14)/Au(2)] を作製した。
【０１９８】得られた試料No.Ａ２〜Ｆ２の磁気抵抗効
果素子の諸特性（室温における抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び
立ち上がり部分のスイッチング磁界Ｈｔ）を表１に示
す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、
電気抵抗の測定については、表１に示される試料を用い
て外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、
磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を４端子法に
より測定した。
【０１９９】
【表１】
【０２００】なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜
膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表１中の膜の
スイッチング磁界Ｈｔは磁化困難軸方向の値である。
【０２０１】上記の表１から、この実施例の磁気抵抗効
果素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔＲ／Ｒを有し、か
つ立ち上がりのスイッチング磁界Ｈｔも比較的小さく実
用的な特性を示すことが明かである。
【０２０２】（実施例１２）同様にスパッタ装置を用い
て以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料No.Ａ３
〜Ｃ３）をガラス基板上に作製した。
【０２０３】 Ａ３：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Fe(14)/Cu(2)] Ｂ３：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co(14)/Cu(2)] Ｃ３：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] なお、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃ
ｏ−Ｆｅ−Ｖの組成はＮｉ0.8Ｆｅ0.2，Ｎｉ0.8Ｃ
ｏ0.2，Ｎｉ0.8Ｃｏ0.1Ｆｅ0.1，Ｃｏ0.5Ｆｅ0.46Ｖ
0.04を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御
した。
【０２０４】同様に、ターゲットにＣｏ0.49Ｆｅ0.46Ｖ
0.05，Ｎｉ0.7Ｃｏ0.2Ｆｅ0.1を用いて、以下に示した
構成の磁気抵抗効果素子（試料No.Ｄ３〜Ｆ３）をガラ
ス基板上に作製した。
【０２０５】 Ｄ３：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] Ｅ３：[Co-Fe-V(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)] Ｆ３：[Co-Fe-V(3)/Au(2)/Ni-Co-Fe(14)/Au(2)] を作製した。
【０２０６】得られた試料No.Ａ３〜Ｆ３の磁気抵抗効
果素子の諸特性（室温における抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び
立ち上がり部分のスイッチング磁界Ｈｔ）を表２に示
す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、
電気抵抗の測定については、表２に示される試料を用い
て外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、
磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を４端子法に
より測定した。
【０２０７】
【表２】
【０２０８】なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜
膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表２中の膜の
スイッチング磁界Ｈｔは磁化困難軸方向の値である。
【０２０９】上記の表２から、この実施例の磁気抵抗効
果素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔＲ／Ｒを有し、か
つ立ち上がりのスイッチング磁界Ｈｔも比較的小さく実
用的な特性を示すことが明かである。
【０２１０】（実施例１３）同様にスパッタ装置を用い
て以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料No.Ａ４
〜Ｃ４）をガラス基板上に作製した。
【０２１１】 Ａ４：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Fe(14)/Cu(2)] Ｂ４：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co(14)/Cu(2)] Ｃ４：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] なお、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃ
ｏ−Ｆｅ−Ｖの組成はＮｉ0.8Ｆｅ0.2，Ｎｉ0.8Ｃ
ｏ0.2，Ｎｉ0.8Ｃｏ0.1Ｆｅ0.1，Ｃｏ0.52Ｆｅ0.39Ｖ
0.09を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御
した。
【０２１２】同様に、ターゲットにＣｏ0.52Ｆｅ0.31Ｖ
0.07，Ｎｉ0.7Ｃｏ0.2Ｆｅ0.1を用いて、以下に示した
構成の磁気抵抗効果素子（試料No.Ｄ４〜Ｆ４）をガラ
ス基板上に作製した。
【０２１３】 Ｄ４：[Co-Fe-V(3)/Au(2)/Ni-Co-Fe(14)/Au(2)] Ｅ４：[Co-Fe-V(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)] Ｆ４：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] を作製した。
【０２１４】得られた試料No.Ａ４〜Ｆ４の磁気抵抗効
果素子の諸特性（室温における抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び
立ち上がり部分のスイッチング磁界Ｈｔ，素子の飽和磁
界Ｈｓ）を表３に示す。磁化測定は振動型磁力計によっ
て測定した。また、電気抵抗の測定については、表３に
示される試料を用いて外部磁界を面内に電流と垂直方向
になるようにかけ、磁界を変化させたときの電気抵抗値
の変化を４端子法により測定した。
【０２１５】
【表３】
【０２１６】なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜
膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表３中の膜の
スイッチング磁界Ｈｔは磁化困難軸方向、飽和磁界Ｈｓ
は磁化容易軸方向の値である。
【０２１７】上記の表３から、この実施例の磁気抵抗効
果素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔＲ／Ｒを有し、か
つ立ち上がりのスイッチング磁界Ｈｔも比較的小さく、
また大きな飽和磁界Ｈｓを得ることができ磁気抵抗効果
素子及び磁気抵抗効果型ヘッドに実用的な特性を示すこ
とが明かである。
【０２１８】（実施例１４）同様にスパッタ装置を用い
て以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料No.Ａ５
〜Ｃ５）をガラス基板上に作製した。
【０２１９】 Ａ５：[Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] Ｂ５：[Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe (6)/Cu(2)] Ｃ５：[Co-Fe(6)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(3)/Cu(2)] なお、Ｃｏ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅの組成は、Ｃｏ
0.5Ｆｅ0.5，Ｎｉ0.8Ｃｏ0.1Ｆｅ0.1を用い、膜厚はパ
ワーとシャッタースピードで制御した。
【０２２０】同様に、ターゲットにＣｏ0.5Ｆｅ0.5，Ｎ
ｉ0.7Ｃｏ0.2Ｆｅ0.1を用いて、以下に示した構成の磁
気抵抗効果素子（試料No.Ｄ５〜Ｆ５）をガラス基板上
に作製した。
【０２２１】 Ｄ５：[Co-Fe(3)/Au(2)/Ni-Co-Fe(14)/Au(2)] Ｅ５：[Co-Fe(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)] Ｆ５：[Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] を作製した。
【０２２２】得られた試料No.Ａ５〜Ｆ５の磁気抵抗効
果素子の諸特性（室温における抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び
立ち上がり部分のスイッチング磁界Ｈｔ）を表４に示
す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、
電気抵抗の測定については、表４に示される試料を用い
て外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、
磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を４端子法に
より測定した。
【０２２３】
【表４】
【０２２４】なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜
膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表４中の膜の
スイッチング磁界Ｈｔは磁化困難軸方向の値である。
【０２２５】以上の結果から、軟磁性膜を半硬磁性膜よ
りも厚くすることで立ち上がりが急峻になり、立ち上が
りの保磁力が小さくなった。したがって、高感度な磁気
抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド及びメモリーとして
実用的な特性が得られるのは明かである。
【０２２６】（実施例１５）同様にスパッタ装置を用い
て以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料No.Ａ６
〜Ｃ６）をガラス基板上に作製した。
【０２２７】 Ａ６：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Fe(14)/Cu(2)] Ｂ６：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co(14)/Cu(2)] Ｃ６：[Co-Fe-V(3)/Cu(2) /Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] なお、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃ
ｏ−Ｆｅ−Ｖの組成はＮｉ0.8Ｆｅ0.2，Ｎｉ0.8Ｃ
ｏ0.2，Ｎｉ0.8Ｃｏ0.1Ｆｅ0.1，Ｃｏ0.49Ｆｅ0.49Ｖ
0.02を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御
した。
【０２２８】同様に、ターゲットにＣｏ0.48Ｆｅ0.49Ｖ
0.03，Ｎｉ0.7Ｃｏ0.2Ｆｅ0.1を用いて、以下に示した
構成の磁気抵抗効果素子（試料No.Ｄ６〜Ｆ６）をガラ
ス基板上に作製した。
【０２２９】 Ｄ６：[Co-Fe-V(3)/Au(2)/Ni-Co-Fe(14)/Au(2)] Ｅ６：[Co-Fe-V(3)/Ag(2)/Ni-Co-Fe(14)/Ag(2)] Ｆ６：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] を作製した。
【０２３０】得られた試料No.Ａ６〜Ｆ６の磁気抵抗効
果素子の諸特性（室温における抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び
立ち上がり部分のスイッチング磁界Ｈｔ，素子の飽和磁
界Ｈｓ）を表５に示す。磁化測定は振動型磁力計によっ
て測定した。また、電気抵抗の測定については、表５に
示される試料を用いて外部磁界を面内に電流と垂直方向
になるようにかけ、磁界を変化させたときの電気抵抗値
の変化を４端子法により測定した。
【０２３１】
【表５】
【０２３２】なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜
膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表５中の膜の
スイッチング磁界Ｈｔは磁化困難軸方向、飽和磁界Ｈｓ
は磁化容易軸方向の値である。
【０２３３】上記の表５から、この実施例のメモリ素子
用磁気抵抗効果型素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔＲ
／Ｒを有し、かつ立ち上がりのスイッチング磁界Ｈｔも
比較的小さく、また小さな飽和磁界Ｈｓを得ることがで
きメモリ素子に実用的な特性を示すことが明かである。
【０２３４】（実施例１６）次に上記の磁気抵抗効果素
子を用いてＭＲヘッドを作製した。ヘッド作製に用いた
磁気抵抗効果薄膜は次の通りである。
【０２３５】 Ａ７：[Ni-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] Ｂ７：[Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] Ｃ７：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] これに用いたＮｉ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−
Ｖ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅの組成はＮｉ0.5Ｆｅ0.5，Ｃｏ
0.5Ｆｅ0.5，Ｃｏ0.52Ｆｅ0.39Ｖ0.09，Ｎｉ0.7Ｃｏ0.2
Ｆｅ0.1である。
【０２３６】 得られた諸特性（抵抗変化率ΔＲ／Ｒ，出
力比）を表６に示す。
【０２３７】
【表６】
【０２３８】なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタした。また、積層周期は３周期とした。表６の抵抗
変化率ΔＲ／Ｒはヘッドを作製する前のものである。ま
た出力比は従来のＭＲヘッドと比較したものである。上
記の表６から、この実施例のＭＲヘッドは、従来のＭＲ
ヘッドよりも大きな出力が得られることが明かである。 （実施例１７）次に上記の磁気抵抗効果素子を用いてリ
ソグラフィー技術を用いて図４に示すようなメモリー素
子を作製した。メモリー素子作製に用いた磁気抵抗効果
薄膜は次の通りである。
【０２３９】 Ａ８：[Ni-Fe (3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] Ｂ８：[Co-Fe(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] Ｃ８：[Co-Fe-V(3)/Cu(2)/Ni-Co-Fe(14)/Cu(2)] これに用いたＮｉ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−
Ｖ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅの組成はＮｉ0.5Ｆｅ0.5，Ｃｏ
0.5Ｆｅ0.5，Ｃｏ0.49Ｆｅ0.49Ｖ0.02，Ｎｉ0.7Ｃｏ0.2
Ｆｅ0.1である。
【０２４０】測定はまず、導体線５に＋１００ｍＡの電
流を流し半硬質磁性膜１の磁化を一方向に磁化させ情報
記録を行い、情報読みだしは軟磁性膜３が動作する±５
０ｍＡの電流信号を導体線５に流し、その時の抵抗変化
（電圧変化）をオシロスコープで測定した。その出力波
形を図２０（ａ）に示す。次に、図２０（ａ）とは反対
の−１００ｍＡの電流を導体線５に流し、反対に磁化さ
せ情報記録を行い、情報読みだしは±５０ｍＡの電流信
号を導体線５に流し、同様に抵抗変化（電圧変化）をオ
シロスコープで測定した。その出力波形を図２０（ｂ）
に示す。これらの実験から、情報記録・再生が可能であ
ることは明かである。
【０２４１】以下の実施例１８〜２３に、エピタキシャ
ルに形成された非磁性金属膜及び磁性膜を有する磁気抵
抗効果素子の実施例を示す。
【０２４２】これらの実施例の磁気抵抗効果素子は、基
板上に、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬質磁
性膜と、NiFeまたはNiFeCoを主成分とする軟磁性膜を、
膜厚2〜10nmのCuを主成分とする非磁性金属膜を介し
て、(100)面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに積層
されており、検知すべき磁界方向が概略Cu膜の[011]方
向となるように構成されていることを特徴とする。
【０２４３】軟磁性膜としては、NiFeまたはNiFeCoを主
成分とするものが望ましく、原子組成比としては、NixC
oyFez(0.6≦x≦0.9, 0≦y≦0.4, 0≦z≦0.3)のNi-rich
の軟磁性膜、もしくはNix'Coy'Fez'(0≦x'≦0.4, 0.2≦
y'≦0.95, 0≦z'≦0.5)のCo-rich膜を用いるのが望まし
い。これらの組成の膜はセンサーやMRヘッド用として要
求される低磁歪（1×10-5の程度かそれ以下）特性を有
する。
【０２４４】また、硬質磁性膜としてはCoを主成分とす
る膜、望ましくはCoPtを主成分とする膜がよい。CoPt膜
はCo膜に比べて保磁力が大きく磁化が反転しにくいの
で、硬質磁性膜として優れている。CoPt膜の原子組成比
としては、Co1-xPtx(0≦x≦0.4)とするのがよい。x＞0.
4の場合にはMR比が低下するので好ましくない。またあ
る場合には硬質磁性膜として、CoFe膜を用いるのがよ
い。この膜を用いると保磁力が比較的小さい値を取る。
そうすると例えば、メモリー素子として用いた場合に書
き込みが容易となり、書き込み時の導体線に流す電流値
を低く押さえることができる。Co1-xFex膜の原子組成比
としては、x=0.5付近が最も適しており、0.3≦x≦0.7の
範囲がよく、望ましくは0.4≦x≦0.6の範囲がよい。
【０２４５】また前記構成においては、基板上または基
板上の適当な下地層上に、軟磁性膜から形成した構成と
しても、硬質磁性膜から形成した構成としても良い。繰
り返しの積層回数としては、２〜１０回程度が望まし
い。積層回数が１回ではMR変化率が小さく、積層回数が
１０回を越えると動作磁界が大きくなる。
【０２４６】また前記構成においては、Au,Cr等、表面
に適当な保護層を設けて表面磁性層の酸化等の劣化を防
ぐことが望ましい。
【０２４７】また前記構成においては、Si(100)単結晶
基板上に、Cuを主成分とする下地層を介して形成されて
いることが好ましい。この時Cu下地層の膜厚としては、
少なくとも1nm以上、厚くても50nm以下とするべきであ
る。更に好ましくは5〜50nm程度が適当である。Cu層が1
nm以下ではその上に形成する磁性膜がエピタキシャルに
形成されない。またCu層の膜厚が50nm以上の場合には下
地層の抵抗が小さくなりすぎて、素子の抵抗が低下する
可能性がある。
【０２４８】次に本発明の別の構成の磁気抵抗効果素子
においては、基板上に、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成
分とする硬質磁性層と、NiFeまたはNiFeCoを主成分とす
る軟磁性層を、膜厚2〜10nmのCuを主成分とする非磁性
中間層を介して積層した多層膜において、非磁性中間層
に更に膜厚0.1〜0.4nmのAgまたはAuを主成分とする第二
の非磁性中間層を挿入することを特徴とする。
【０２４９】また前記第２の非磁性層においては、Agを
主成分とすることがより好ましい。
【０２５０】また前記多層膜が、(100) 面が膜面に垂直
方向にエピタキシャルに成長し、検知すべき磁界方向が
概略多層膜の[011]方向となるように構成されているこ
とが望ましい。
【０２５１】また前期多層膜がSi(100)単結晶基板上
に、Cuを主成分とする下地層を介して形成されているこ
とが望ましい。
【０２５２】次に本発明の別の構成の磁気抵抗効果素子
においては、非磁性層を介して磁性層を積層した多層膜
において、膜厚1〜10nmのNiFeまたはNiFeCoを主成分と
する軟磁性層が非磁性層を介して少なくとも２層以上連
続しており、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬
質磁性層と前記連続した軟磁性層が非磁性層を介して積
層した構成をとることを特徴とする。
【０２５３】前記構成においては、軟磁性層と硬質磁性
層間の非磁性層の膜厚が、連続した軟磁性層間および連
続した硬質磁性層間の非磁性層の膜厚よりも厚いことが
望ましい。
【０２５４】前記構成においては、非磁性層がCuを主成
分とすることが望ましい。
【０２５５】また前記構成においては、非磁性層のう
ち、軟磁性層間のものはCuを主成分とする単層からな
り、軟磁性層と硬質磁性層間のものはCuを主成分とした
層の中間に、AgまたはAuを挿入した構成とすることが望
ましい。
【０２５６】前記構成においては、多層膜が、(100)面
が膜面に垂直方向にエピタキシャルに成長し、検知すべ
き磁界方向が概略Cu膜の[011]方向となるように構成さ
れていることが望ましい。
【０２５７】次に本発明の別の構成においては、非磁性
層を介して磁性層を積層した多層膜において、膜厚1〜1
0nmのNiFeまたはNiFeCoを主成分とする軟磁性層が非磁
性層を介して少なくとも２層以上連続しており、膜厚1
〜10nmのCoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬質磁
性層が非磁性層を介して少なくとも２層以上連続してお
り、前記連続した軟磁性層と硬質磁性層が非磁性層を介
して積層した構成をとり、軟磁性層と硬質磁性層間の非
磁性層の膜厚が、連続した軟磁性層間および連続した硬
質磁性層間の非磁性層の膜厚よりも厚いことを特徴とす
る。
【０２５８】前記構成においては、非磁性層がCuを主成
分とすることが望ましい。
【０２５９】また前記構成においては、非磁性層のう
ち、連続した軟磁性層間および連続した硬質磁性層間の
ものはCuを主成分とする単層からなり、軟磁性層と硬質
磁性層間のものはCuを主成分とした層の中間に、Agまた
はAuを挿入した構成が望ましい。
【０２６０】また前記構成においては、多層膜が、(10
0)面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに成長し、検知
すべき磁界方向が概略多層膜の[011]方向となるように
構成されていることが望ましい。
【０２６１】本発明の磁気メモリー素子は、前述の磁気
抵抗効果素子をメモリー素子に応用したものであり、基
本的な構成としては、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分
とする硬質磁性層と、NiFeまたはNiFeCoを主成分とする
軟磁性層を、膜厚2〜10nmのCuを主成分とする非磁性中
間層を介して、(100)面が膜面に垂直方向にエピタキシ
ャルに積層された素子部分と、素子部分の近傍に電気的
絶縁膜を介して設けられた導体線からなり、記録すべき
磁化の方向が概略Cu膜の膜面内[011]方向となるように
構成されていることを特徴とする。
【０２６２】本発明の増幅素子は、前述の磁気抵抗効果
素子を増幅素子に応用したものであり、基本的な構成と
しては、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬質磁
性層と、NiFeまたはNiFeCoを主成分とする軟磁性層を、
膜厚2〜10nmのCuを主成分とする非磁性中間層を介し
て、(100)面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに積層
された素子部分と、素子部分の近傍に電気的絶縁膜を介
して設けられた導体線からなり、動作する磁性層の磁化
の方向が概略Cu膜の[011]方向となるように構成されて
いることを特徴とする。
【０２６３】本発明の磁気ヘッドは、前述の磁気抵抗効
果素子を磁気ヘッドに応用したものであり、基本的な構
成としては、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬
質磁性層と、NiFeまたはNiFeCoを主成分とする軟磁性層
を、膜厚2〜10nmのCuを主成分とする非磁性中間層を介
して、(100)面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに積
層された素子部分と、素子部分と共通の磁路を形成すべ
く設けられたヨークからなり、動作する磁性層の磁化の
方向が概略Cu膜の[011]方向となるように構成されてい
ることを特徴とする。
【０２６４】以下の実施例の構成によれば、基板にエピ
タキシャルに結晶が成長しているために、島状成長など
不均一な薄膜成長が起こりにくい。人工格子の磁気抵抗
効果においては、磁性膜と非磁性金属膜の界面の寄与が
大きいとされているが、エピタキシャル膜は均一な結晶
成長のために平坦な界面が実現され、大きな磁気抵抗効
果が得られる。また結晶面の(100)面が基板面に平行な
[NiFe/Cu]、[Co/Cu]エピタキシャル膜は、(111)膜に比
べて磁性相関の結合が弱く、低磁場で磁化反転を起こす
ためには(100)方位が適している。(100)エピタキシャル
膜をMR素子として利用する場合、磁界を概略Cu層の膜面
内[011]方向に印加する必要がある。(100)エピタキシャ
ル膜は、膜面内[011]方向にNiFeやNiFeCo層の磁化容易
軸があるため、その方向に磁界を印加して測定した方
が、動作磁界を低下でき、MR値も大きくなる。
【０２６５】エピタキシャル膜を作製する基板としては
Si(100)単結晶が適している。Si基板は半導体素子製造
用に大量に生産されているので安価に入手可能である。
Si(100)基板をフッ酸で処理して表面の酸化膜を取り除
くと、Cuを室温でエピタキシャルに成長させることが可
能である。この方法は、Si基板をあらかじめ真空中で高
温に加熱したりする必要がないので優れている。下地の
Cu層の膜厚としては、1〜50nm、更に好ましくは5〜50nm
程度が適当である。1nm以下ではCu上にエピタキシャル
に素子を作製するのが困難であり、50 nm以上ではCu層
が抵抗が低いためにMR比が低下してしまう。
【０２６６】磁気抵抗効果素子のエピタキシャル成長を
利用する製造方法としては、スパッタリング法、真空蒸
着法等の薄膜製造方法が優れている。特に真空蒸着法を
用いた場合には、通常ガラス基板上に薄膜を製造する
と、結晶粒が島状に成長しやすく、平滑な界面が形成さ
れにくい。上記の本発明の製造方法を用いれば、単結晶
基板上にエピタキシャルに薄膜を形成するので、平滑な
磁性膜/非磁性金属膜の界面を形成でき、大きなMR比を
実現することができる。
【０２６７】また、本発明の磁気抵抗効果素子の非磁性
金属膜としては、Cu層が適している。Cu層の膜厚が薄い
と磁性膜間の相互作用が大きくなり、磁気抵抗素子の動
作磁界が増大するので、少なくとも2nm以上、望ましく
は5nm以上必要である。またCu層の膜厚が10nm以上にな
ると電子の平均自由行程を考慮すると、磁気抵抗比が低
下するので、それ以下とする必要がある。Cu層中にAg
層、Au層を0.1〜0.4nm挿入すると、MR値はほとんど変化
せずに動作磁界が低下する。この原因としては、磁性相
関の相互作用は非磁性金属膜の伝導電子を介して行われ
るが、Cu層中に別の原子層を導入することにより、Cu層
の波動関数が乱され、磁性相関の相互作用が低下し、磁
性膜がそれぞれ独立に回転しやすくなるためと考えられ
る。挿入する磁性膜としては、Ag層でもAu層でもよい
が、望ましくはAg層がよい。膜厚としては、少なくとも
0.1nm以上あれば効果があるが、効果が大きいのは0.2nm
以上である。また0.4nm以下の膜厚であればMR値の低下
はほとんどないが、それ以上ではエピタキシャルの配向
性が大きく乱れ、MR値は低下し、磁性膜の結晶異方性も
低下する。
【０２６８】また本発明の磁性膜の膜厚としては、1〜1
0nmとするのがよい。特に軟磁性膜は膜厚が薄いと軟磁
気特性が劣化するので少なくとも1nm以上望ましくは3nm
以上の膜厚とするのがよい。また電子の平均自由行程を
考慮すると、[硬質磁性膜/非磁性金属膜/軟磁性膜]を非
磁性金属膜を介して２層以上積層する場合には各磁性膜
の膜厚は10nm以下とすることが望ましい。
【０２６９】また本発明の別の磁気抵抗効果素子は、図
２３に示すように、磁性膜を非磁性金属膜を介して積層
する際、２層以上連続した軟磁性膜を用いる。そうして
この連続した軟磁性膜間の非磁性金属膜の膜厚に適当な
ものを選ぶことにより、軟磁性膜間の結合を強磁性的な
ものとすることができる。そうすると単に一層の膜厚の
厚い軟磁性膜を用いた場合よりも、軟磁性膜の保磁力を
小さくすることができ、従って、より小さい磁界で動作
するMR素子を作製可能である。また一層の膜厚の厚い軟
磁性膜に比べ、連続した軟磁性膜は、磁性膜/非磁性金
属膜の界面数が増加するためMR比が増加する。連続した
軟磁性膜間の膜厚としては、軟磁性膜間に強磁性結合を
おこすのに適当な膜厚で、0.2〜0.7nmまたは1.1〜1.7nm
程度、より望ましくは、0.5nmまたは1.5nm程度が良い。
【０２７０】また本発明の別の磁気抵抗効果素子は、図
２４に示すように、磁性膜を非磁性金属膜を介して積層
する際、２層以上連続した軟磁性膜及び２層以上連続し
た硬質磁性膜を用いる。軟磁性膜を連続して用いること
により、上記と同様な効果を期待できる。また硬質磁性
膜を連続して用いることにより、一層の厚い硬質磁性膜
を用いる場合に比べて、磁性膜/非磁性金属膜の界面数
を増加させ、MR比を増加させることができる。硬質磁性
膜間の非磁性金属膜の膜厚としては、軟磁性膜間の非磁
性金属膜の膜厚と同様で、硬質磁性膜間に強磁性結合を
おこすのに適当な膜厚で、0.2〜0.7nmまたは1.1〜1.7nm
程度、より望ましくは、0.5nmまたは1.5nm程度が良い。
【０２７１】また本発明の磁気抵抗効果素子はメモリー
素子や増幅素子の応用に適している。図２６に本発明の
磁気抵抗効果素子のMR曲線の一例を示す。高抵抗の状態
と低抵抗の状態が小さな磁界で角形性よく切り替わって
いることがわかる。従ってこのような膜をメモリー素子
として用いると、信頼性の高い記録および読み出しが可
能である。また増幅素子として用いた場合には安定した
出力を得ることができる。また本発明のメモリー素子は
膜厚を変化させたり、CoPt膜の組成を変化させることに
より、硬質磁性膜１０１の保磁力をある程度自由に変化
させることができる。従って、導体線５の書き込み能力
に応じて適当な大きさの保磁力の硬質磁性膜を作製する
ことができる。
【０２７２】絶縁層６としては[硬質磁性膜１０１／非
磁性金属膜１０２／軟磁性膜１０３]よりなる素子部を
磁化する導体線５が近くなるようできるだけ薄いほうが
望ましい。導体線５が近ければ近いほど同じ電流で大き
な磁界を発生する事が可能となり、また少ない電流で素
子部を磁化する事ができる。しかし、発熱による特性劣
化や絶縁性の問題より膜厚は最低5nm以上必要で、硬質
磁性材料5を磁化させる（情報を書き込む）ための磁化
を発生できる磁界範囲から１μｍ以下が望ましい。絶縁
材料としては加工性、平坦性などからSiO2が特に良い
が、絶縁性が取れるものであればどんな材料でもかまわ
ない。
【０２７３】導体線５はメモリー素子として使用する場
合は、図４に示すようにストライプ状に形成いてもよ
い。また、マトリックス的にメモリー素子を配置する場
合には、図１５（ａ）に示したように交差しないもので
も良いし、図１５（ｂ）に示したように素子上で交差す
るタイプのものでも良い。
【０２７４】また本発明の磁気抵抗効果素子は前述のよ
うに、低磁界で大きな磁気抵抗変化を生じるので、磁気
ヘッドへの応用に適している。ただし、本発明の磁気抵
抗効果素子は、エピタキシャル膜を用いているため、従
来のフェライト基板上には作製が困難であり、磁気ヘッ
ドの構成上、特別な配慮が必要である。図２９に本発明
の磁気ヘッドの基本的な構成の一例を示す。図ではMR素
子がSi基板１０７上に作製されており、そのうえに絶縁
膜１１０が形成されている。絶縁膜の材料としては、Al
2O3等種種あるが、SiO2が優れている。絶縁膜の上には
さらにヨーク１１１が形成されている。ヨーク１１１は
MR素子１０９と、絶縁膜が薄くなっている部分で磁気的
につながっており、ともに磁路を形成する。ヨークの材
料としては、軟磁性で高透磁率のものが望ましく、一例
としてはCo系の非晶質磁性膜があげられる。磁気記録媒
体から漏れる磁束は、図では左側から直接MR素子に入
り、電気信号に変換される。
【０２７５】（実施例１８）基板としてSi(100)単結晶
を用い、超高真空蒸着装置を用いて磁気抵抗効果素子を
作製した。まず、Si(100) 基板を7%フッ酸溶液で処理し
て、表面の酸化膜を取り除き、純水で基板をよく洗浄し
た。これを超高真空蒸着装置の中に挿入して、約2×10
-9Torrの真空中で以下の構成のCu下地層および積層膜を
形成した。
【０２７６】Ａ９:Si(100)/Cu(50)/[Co(3)/Cu(6)/NiFe
(3)/Cu(6)]10（( )内は厚さ(nm)を表わす。但し、Si(10
0)は単結晶基板を表す。上付きの数字10は[ ]内を１０
回繰り返して積層したことを示す。） このとき、蒸発源としてはCuはクヌーセンセルを用い、
Co,NiFeは電子ビーム蒸発源を用いた。クヌーセンセル
は高融点の物質を蒸発させるのは困難であるが、安定し
た蒸発速度で蒸着する事ができ高品位の薄膜を得るのに
適している。したがってCuや後で述べるAgはクヌーセン
セルを利用することが望ましい。NiFeはあらかじめ作製
したNi0.8Fe0.2(組成は原子数比）合金の蒸発源を用い
た。膜がエピタキシャルに成長しているかどうかは製膜
中RHEED（反射高速電子線回折）を用いてモニターし
た。その結果、膜面垂直方向ではSi(100)//Cu(100)//Co
(100)//NiFe(100)、膜面内では、Si[001]//Cu[011]//Co
[011]//NiFe[011]の関係でエピタキシャルに成長してい
た。また作製後X線回折で確かめたところ、Cuの(200)の
鋭いピークはみられたが、(111)および(220)に相当する
ピークはみられなかった。比較のため、ガラス基板上に
Cr下地を5nm形成した後、同じ構成の磁気抵抗効果素子
を形成した。磁気抵抗効果は室温で最大500Oeの印加磁
界で４端子法を用いて測定した。この際、磁界は基板表
面でCu膜の膜面内[001]および[011]方向の２方向に磁界
を印加して測定した。その結果を図２７（ａ）に示す。
図２７（ａ）で横軸は外部より印加した磁界であり、縦
軸はMR比を表している。また図２７（ａ）で実線は磁界
をCu膜の[011]方向に印加して測定した結果であり、点
線は[001]方向に印加して測定した結果である。図２７
（ａ）で[011]方向に磁界を印加した場合、MR比が大き
くかつ、急峻に抵抗が変化していることがわかる。また
これをガラス基板上に作製した膜のMR曲線（図２７
（ｂ））と比較すると、抵抗変化の直線性がよく、かつ
原点付近で急峻に変化していることがわかる。図２７
（ｂ）の場合は基板のどちらの方向に磁界を印加しても
磁界の方向による依存性はほとんどみられなかった。な
お図２７（ａ）の場合、下地のCu層の膜厚が厚いために
MR比が小さくなっているが、下地層を薄くすることによ
り、MR比を大きくすることができる。実際、下地Cu層の
膜厚を5nmとして実施例Ａ９と同様にして素子を作製す
ると、結晶性は多少低下するが、MR比は約10%でMR曲線
の形はほぼ図２７（ａ）と同様の素子を得ることができ
た。
【０２７７】以上は硬質磁性膜としてCo層を用いた場合
について説明したが、CoPt層を用いるとさらにMR比を大
きくすることができる。CoPt層を用いる際には、CoとPt
の蒸発源を別々に用いて、同時蒸着し、原子組成がだい
たいCo0.8Pt0.2となるようにした。このようにして作製
した Ａ９':Si(100)/Cu(50)/[CoPt(3)/Cu(6)/NiFe(3)/Cu(6)]
10 のMR比は8%程度でありＡ９に比べて１％程度上昇した。
【０２７８】（実施例１９）実施例１８と同様の方法
で、図２２のタイプの Ｂ９:Si(100)/Cu(50)/[Co(3)/Cu(2.5-x/2)/Ag(x)/Cu(2.
5-x/2)/NiFe(3)/Cu(2.5-x/2)/Ag(x)/Cu(2.5-x/2)]10 膜を作製した。このときAgはCuと同様にクヌーセンセル
を用いて蒸着した。クヌーセンセルはこのように薄い膜
を精度よく作製するのに適している。Ｂ９において、x=
0, 0.1, 0.2, 0.4とした場合のMR曲線を図２８（ａ）〜
図２８（ｄ）に示す。Agの膜厚が0.1,0.2nmのものは、
[011]方位で測定すると、MR曲線が原点近傍で急速に立
ち上がっていることがわかる。Ag厚0.4nm以上では結晶
性が乱されMR比が低下するとともに、方向性がなくな
る。Ｂ９の膜のx=0.2,Cu下地を5nmとすることにより、
最大のMR曲線の傾きMR/ΔH=1.3%/Oeを得た。
【０２７９】また、サンドイッチタイプの Ｃ９:Si(100)/Cu(5)/NiFe(10)/Cu(5)/Co(10) Ｄ９:Si(100)/Cu(5)/NiFe(10)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.
4)/Co(10) 膜においても、ガラス基板上に作製した。
【０２８０】 比較例:ガラス/Cr(5)/NiFe(10)/Cu(5)/Co(10) と比較すると、比較例のMR比が1.5%であるのに対してＣ
９,Ｄ９はそれぞれ3.5%,4.3%と大幅に改善された。
【０２８１】軟質磁性膜/非磁性金属膜の界面にCo層を
挿入することもMR比を大きくする効果がある。このよう
にして作製した磁気抵抗効果素子、 Ｃ９':Si(100)/Cu(5)/NiFe(10-t)/Co(t)/Cu(5)/Co(10) を作製した。この膜のMR比は、t=0.2,0.5, 1.0, 2.0に
対してそれぞれ、4.0, 5.0, 4.5, 3.5%であった。挿入
するCoの膜厚としては、0.1nm以上1.0nm以下がよい。以
上はサンドイッチ膜について説明したが、多層積層膜に
対しても、界面へのCo挿入は効果がある。
【０２８２】また以上の例では軟磁性膜としてはNi0.8F
e0.2膜を用いたがNiFeCo膜を用いると、さらにMR比を向
上させることができる。例えばをＣ９膜のNiFe層をNi
0.7Co0 .1Fe0.2膜と置き換えた構成の膜はMR比が4.5%と
約1%増加した。
【０２８３】またこれらの膜上にスパッタ法でSiO2絶縁
膜および導体線用のAu/Cr膜を続けて製膜し、メモリー
素子を作製した。このメモリー素子の動作を確認すべ
く、図６（ａ）に示すように導体線５に強電流を流して
硬質磁性膜１’（１０１）を一方向に磁化し、次に図６
（ｂ）に示すように導体線５に弱電流を流して軟磁性膜
３（１０３）を一方向に揃えた後、図６Ｃに示すように
導体線５の弱電流を反転してその時の磁気抵抗素子部の
抵抗変化を測定したところ、図６（ｄ）に示す様に硬質
磁性膜１’（１０１）に記録された磁化方向によってこ
の抵抗変化が＋（増加）か、−（減少）かに明確に変化
する事を確認した。そしてこの変化量が比較例に比べ
て、Ｃ９が約２倍、Ｄ９が約３倍であった。さらにＤ９
の膜において、硬質磁性膜としてCoではなくCo0.5Fe0.5
膜を用いて全くＤ９膜と同様の方法で、メモリー素子を
作製すると、変化量は比較例に比べて４倍であった。
【０２８４】以上は図４に示すような[硬質磁性膜/非磁
性金属膜/軟磁性膜]のいわゆるサンドイッチタイプにつ
いて説明したが、図２５に示すような多層タイプや図２
１〜図２４に示すタイプにも本発明は有効である。ただ
しメモリー素子として利用する場合には角形性が大変重
要であり、図４に示すサンドイッチタイプで、非磁性金
属膜をCu/Ag/Cuとした膜がよい。
【０２８５】また図４および図６では、導体線５は１本
の線から構成されているが、２本以上の導体線がある場
合も本発明は有効である。例えばマトリックス上に配置
された導体線の１つの格子点で、その２本の導体線を流
れる電流による形成される合成磁界でその格子点に書き
込むことなどが考えられる。
【０２８６】さらに同じ素子を増幅素子として動作を確
認する実験を行った。図８（ａ）に示すように導体線５
に強電流を流して半硬質磁性膜１’（１０１）を一方向
に磁化し、次に図８（ｂ）に示すように導体線５に入力
交流電圧を印加しておき、この導体部の抵抗変化による
出力電圧変化を測定したところ、図８（ｃ）に示すよう
に入力電圧が増幅されることを確認した。出力電圧の大
きさを比較すると、比較例に比べてＣ９,Ｄ９はそれぞ
れ２、３倍であった。またＣ９，Ｄ９は比較例に比べて
ノイズが低かった。
【０２８７】また、実施例Ｃ９の膜を用いて、スパッタ
法を用いてSiO2絶縁膜およびCo0. 8 2Nb0.12Zr0.06ヨー
ク膜を作製し、磁気ヘッドとして試作した。その結果、
本発明の磁気ヘッドの出力は、同様にして記録した従来
のNiFeを用いて作製した磁気ヘッドの出力の約２倍であ
った。
【０２８８】（実施例２０）実施例１８および実施例１
９と同様にして、図２３のタイプの Ｅ９:Si(100)/Cu(5)/NiFe(3)/Cu(0.5)/NiFe(3)/Cu(0.5)
/NiFe(3)/Cu(5)/Co(10) Ｆ９:Si(100)/Cu(5)/NiFe(3)/Cu(0.5)/NiFe(3)/Cu(0.5)
/NiFe(3)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.4)/Co(10) を作製した。Ｅ９およびＦ９のMR比はそれぞれ5, 6%
と、Ｃ９,Ｄ９の膜のMR比を上回っている。
【０２８９】（実施例２１）実施例１８〜実施例２０と
同様にして、図２４のタイプの Ｇ９:Si(100)/Cu(5)/[Co(3)/Cu(1.5)/Co(3)/Cu(6)/NiFe
(3)/Cu(1.5)/NiFe(3)/Cu(6)]3 Ｈ９:Si(100)/Cu(5)/[Co(3)/Cu(1.5)/Co(3)/Cu(2.4)/Ag
(0.2)/Cu(2.4)/NiFe(3)/Cu(1.5)/NiFe(3)/Cu(6)]3 膜を作製した。Ｇ９膜のMR比は10 Oeで約10%を示した。
Ｈ９膜のMR比は10 Oeで12%を示した。
【０２９０】（実施例２２）実施例１８〜実施例２１と
同様の方法を用い、ガラス基板上に、 Ｉ９:ガラス/Cr(5)/[CoPt(3)/Cu(5)/NiFeCo(3)/Cu(1.5)
/NiFeCo(3)/Cu(5)]3 Ｊ９:ガラス/Cr(5)/[CoPt(1.5)/Cu(0.5)/CoPt(1.5)/Cu
(5)/NiFeCo(3)/Cu(1.5)/NiFeCo(3)/Cu(5)]3 比較例:ガラス/Cr(5)/[CoPt(3)/Cu(5)/NiFeCo(6)/Cu
(5)]3 を作製した。なお、Co0.9Pt0.1(原子組成比)は、CoとPt
をそれぞれ別々の蒸発源から同時に蒸発させた。Ni0.3F
e0.5Co0.2は合金蒸発源を用いた。これらの膜のMR比を
測定したところ、比較例のMR比が4%であるのに対してい
Ｉ９,Ｊ９膜のMR比はそれぞれ、6,7%であった。
【０２９１】（実施例２３）実施例１８〜実施例２２と
同様な方法で、硬質磁性膜としてはCo0.8Pt0.2膜、軟磁
性膜としては、Ni0.3Co0.6Fe0.1膜を用いた。ガラス基
板上に、 比較例:ガラス/[CoPt(3)/Cu(5)/NiFeCo(3)/Cu(5)]2 Ｋ９:ガラス/[CoPt(3)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.4)/NiFeC
o(3)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.4)]2 Ｌ９:ガラス/[CoPt(3)/Cu(2.4)/Au(0.2)/Cu(2.4)/NiFeC
o(3)/Cu(2.4)/Au(0.2)/Cu(2.4)]2 を作製した。これらの磁気抵抗効果素子のMR比を、実施
例１８と同様の方法で測定した。その結果、MR曲線の最
大の傾斜角が、比較例では0.4%/Oe程度であるが、サン
プルＫ９では0.7%/Oe、サンプルＬ９では0.6%/Oeと、MR
曲線の原点付近立ち上がりが急激となった。
【０２９２】これの磁気抵抗効果素子を用いて、先の実
施例で示したように、磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー
及び増幅素子を得ることができる。
【０２９３】実施例２４〜２９に、本発明による磁気抵
抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッドの他の構成を説
明する。
【０２９４】（実施例２４）ターゲットにＮｉ0.68Ｃｏ
0.2Ｆｅ0.12（軟磁性膜２０４），Ｃｕ（非磁性金属膜
２０３），Ｃｏ0.75Ｐｔ0.25（硬質磁性膜２０１）、Ｃ
ｏ（半硬質磁性膜２０２）を用い（組成はすべて原子
％）、多元スパッタ装置により基板上に図３０（ａ）に
示されたようなサンドイッチタイプの Ａ１０：基板/NiCoFe(10)/Co(0.2)/Cu(2)/Co(0.2)/CoPt
(3)（（）内は厚さ（ｎｍ）を表す） 図３０（ｂ）示されたにような積層タイプの Ａ１０’：基板/[NiCoFe(3)/Co(0.2)/Cu(2)/Co(0.2)/Co
Pt(3)/Co(0.2)/Cu(2)/Co(0.2)]5/NiCoFe(3) 図３１タイプの、 Ｂ１０：基板/NiCoFe(10)/Cu(2)/CoPt(3)/Cu(2)/NiCoFe
(10) 図３２（ａ）タイプの Ｃ１０：基板/CoPt(10)/Cu(2)/NiCoFe(3)/Cu(2)/NiCoFe
(3)/Cu(2)/CoPt(10) 図３２（ｂ）に示すような積層タイプの Ｃ１０’：基板/[CoPt(3)/Cu(2)/NiCoFe(3)/Cu(2)/NiCo
Fe(3)/Cu(2)]5/CoPt(3) の磁気抵抗効果素子を作製した。なお各膜厚はシャッタ
ーで制御し、硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着磁し、素
子のＭＲ特性を室温、印加磁界１００ Ｏｅで測定した
ところＭＲ比はＡ１０、Ａ１０’、Ｂ１０、Ｃ１０、Ｃ
１０’を用いたものでそれぞれ、６，８，５，５，７
％、ＭＲ変化が生じる磁界幅はそれぞれ３，５，３，
４，６ Ｏｅであった。図１０に積層タイプのものの典
型的ＭＲ曲線の一例を示した。図１１の単に保磁力の異
なる磁性膜を用いた場合に比べて、本発明のものは微小
磁界動作が可能で直線性が改善されており、図１２の反
強磁性結合タイプのものに比べて本発明のものは動作磁
界が小さく、図１３の反強磁性膜を用いたスピンバルブ
のものに比べて、本発明のものはＭＲ比が向上している
ことがわかる。
【０２９５】（実施例２５）ターゲットにＮｉ0.8Ｆｅ
0.2（軟磁性膜２０４），Ｃｕ（非磁性金属膜２０３）
Ｃｏ0.75Ｐｔ0.25（硬質磁性膜２０１）、Ｃｏ（半硬質
磁性膜２０２）を用い（組成はすべて原子％）、実施例
２４と同様にして、多元スパッタ装置により基板上に図
３０（ａ）に示されたようなサンドイッチタイプの Ｄ１０：基板/NiFe(10)/Co(t)/Cu(2.2)/Co(t)/CoPt(5)
（（）内は厚さ（ｎｍ）を表わす） を成膜した。半硬質磁性膜２０２の膜厚ｔは表７に示す
ように、０から１．５ｎｍまで変化させた。硬質磁性膜
２０１のＣｏＰｔを着磁し、磁気抵抗効果素子を作製し
た。得られた素子のＭＲ特性を室温、１００ Ｏｅの印
加磁界で測定した結果を表７に示す。表７から、Ｃｏ膜
を挿入したものは、挿入しないもの（ｔ＝０のサンプ
ル）に比べてＭＲ比が大きくなっていることがわかる。
またＣｏ膜の膜厚の増加するにともないＭＲ比が上昇す
るが、同時に、ＭＲ変化が生じる磁界幅（図１０のＡＢ
間の磁界変化を示す）が増加する。従って磁気へッドと
して使用する場合、Ｃｏ膜の膜厚は、０．１〜１ｎｍ、
望ましくは０．１〜０．５ｎｍとするのがよい。
【０２９６】
【表７】
【０２９７】以上は、硬質磁性膜と非磁性金属膜との界
面、および軟磁性膜と非磁性金属膜との界面の両方に同
じ膜厚でＣｏ膜を挿入する場合に付いて説明したが、ど
ちらか一方の界面にＣｏ膜を挿入しても、両方に挿入す
る場合より効果は低いがＭＲ比を大きくする効果があ
る。また両方のＣｏ膜の膜厚が異なる場合にも本発明は
有効である。いずれの場合にも、軟磁性膜と非磁性金属
膜との界面のＣｏ膜の膜厚は、軟磁性膜の磁化反転を容
易にするために、１ｎｍ以下とするのが望ましい。また
硬質磁性膜と非磁性金属膜との界面のＣｏ膜の膜厚は、
硬質磁性膜の磁化反転をし難くするために、２ｎｍ以下
とするのが望ましい。
【０２９８】（実施例２６）ターゲットにＣｏ0.82Ｎｂ
0.12Ｚｒ0.06（軟磁性膜２０４），Ｃｕ（非磁性金属膜
２０３），Ｃｏ0.75Ｐｔ0.25（硬質磁性膜２０１）を用
い（組成はすべて原子％）、実施例２４と同様に多元ス
パッタ装置により基板上に、 Ｅ１０：基板/CoNbZr(15)/Cu(2.2)/CoPt(3)/Cu(2.2)/Co
NbZr(15) を成膜した。硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着磁し、図
３１に示すような構成の磁気抵抗効果素子を作製した。
得られた素子のＭＲ特性を室温、印加磁界１００Ｏｅで
測定したところＥ１０を用いたもののＭＲ比は５％で、
ＭＲ変化が生じる磁界幅は２ Ｏｅであった。
【０２９９】（実施例２７）ターゲットにＦｅ85Ｓｉ
9.6Ａｌ5.4（軟磁性膜２０４、この場合のみ重量％）Ｃ
ｕ（非磁性金属膜２０３），Ｃｏ0.75Ｐｔ0.25（硬質磁
性膜２０１）を用い、実施例２４と同様に多元スパッタ
装置により基板上に Ｆ１０：基板/CoPt(10)/Cu(2.2)/FeSiAl(15)/Cu(2.2)/C
oPt(10) を成膜した。硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着磁し、図
３２（ａ）に示すような構成の磁気抵抗効果素子を作製
した。得られた素子のＭＲ特性を室温、印加磁界１００
Ｏｅで測定したところＭＲ比は４％で、ＭＲ変化が生
じる磁界幅は３ Ｏｅであった。
【０３００】（実施例２８）実施例２４と同様にターゲ
ットにＣｏ0.75Ｐｔ0.25（硬質磁性膜２０１）,Ｃｏ
（半硬質磁性膜２０２），Ｃｏ0.7Ｆｅ0.2Ｎｉ0.1（軟
磁性膜２０４），Ｃｕ（非磁性金属膜２０３）を用いて
硬質磁性膜２０１、非磁性金属膜２０３、軟磁性膜２０
４を順次成膜し Ｇ１０：基板/[CoFeNi(6)/Co(0.2)/Cu(2.2)/CoPt(5)/Cu
(2.2)/Co(0.2)]20 なる多層膜を作製し、硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着
磁し、更にリソグラフィー技術を用いてこれを２５μｍ
×２５μｍの柱状形状とし、４端子法によりそのＭＲ特
性を測定したところ、印加磁界１００ ＯｅでＭＲ比は
２０％で、ＭＲ変化が生じる磁界幅は２０ Ｏｅであっ
た。
【０３０１】（実施例２９）フェライト（７−１）と絶
縁膜（７−２）より成る基板上に、ターゲットにＣｏ
0.75Ｐｔ0.25（硬質磁性膜２０１），Ｃｏ（半硬質磁性
膜２０２），Ｃｕ（非磁性金属膜２０３）、Ｎｉ0.68Ｃ
ｏ0.2Ｆｅ0.12（軟磁性膜２０４）を用いて硬質磁性膜
２０１、半硬質磁性膜２０２、非磁性金属膜２０３、軟
磁性膜２０４を多元スパッタ装置を用いて順次成膜し、
硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着磁し、更にこの上にタ
ーゲットにＳｉ０2（絶縁膜６）、Ｃｏ0.82Ｎｂ0.12Ｚ
ｒ0.06（ヨーク４）を用いて絶縁膜６とＣｏＮｂＺｒを
成膜し、リソグラフィーによりパターニングしてヨーク
部４を作製し、図３０（ａ）のタイプの、 Ｈ１０：基板/CoPt(15)/Co(0.5)/C u(2.2)/Co(0.5)/NiC
oFe(15)/Si02(100)/CoNbZr(1000) 図３０（ｂ）のタイプの、 Ｈ１０’：基板/[CoPt(5)/Co(0.3)/Cu(2.2)/Co(0.3)/Ni
CoFe(4)/Co(0.3)/Cu(2.2)/Co(0.3)]3/Si02(100)/CoNbZr
(1000) 図３１のタイプの Ｉ１０：基板/NiCoFe(10)/Cu(2)/CoPt(5)/Cu(2)/NiCoFe
(10) 図３２（ａ）のタイプの Ｊ１０：基板/CoPt(10)/Cu(2)/NiCoFe(3)/Cu(2)/NiCoFe
(3)/Cu(2)/CoPt(10) 図３２（ｂ）に示すような積層タイプの Ｊ１０’：基板/[CoPt(3)/Cu(2)/NiCoFe(3)/Cu(2)/NiCo
Fe(3)/Cu(2)]3/CoPt(3) より成る、図３に示すような磁気抵抗効果型ヘッド（Ｍ
Ｒヘッド）を作製した。
【０３０２】比較のため従来材科のＮｉ0.80Ｆｅ0.20を
磁気抵抗効果膜に、Ｃｏ0.82Ｎｂ0. 12Ｚｒ0.06をヨーク
に用いた従来構成のＭＲヘッドを作製した。このＭＲへ
ッドと上記の本発明ＭＲへッドとに１００ Ｏｅの交流
信号磁界を印加して両ヘッドの再生出力比較を行ったと
ころ、Ｈ１０、Ｈ１０’、Ｉ１０、Ｊ１０，Ｊ１０’の
構成の本発明のＭＲヘッドは比較用の従来へッドに比べ
てそれぞれ約１．８、４、２、２．３、４．２倍の出力
を示すことがわかった。
【０３０３】
【発明の効果】本発明の磁気抵抗効果素子は、低磁場で
大きな磁気抵抗変化を示す。さらに、本発明の磁気抵抗
効果素子は、室温で大きな磁気抵抗効果を示すとともに
磁歪が小さい。
【０３０４】従って、本発明の磁気抵抗効果素子を磁気
ヘッド、磁気メモリー及び増幅素子に適用することによ
って、高感度で高出力なヘッド、書き込みが容易で信頼
性の高い磁気メモリー、高出力で信頼性の高い増幅素子
を得ることができる。さらに、飽和磁界Ｈｓを下げるこ
とによって記録・再生可能なメモリー素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気抵抗効果素子の構成を示す図
である。（ａ）は、サンドイッチタイプの磁気抵抗効果
素子の構成を示し、（ｂ）は、積層タイプの磁気抵抗効
果素子の構成を示す。
【図２】本発明による磁気抵抗効果素子の他の構成を示
す図である。（ａ）は、サンドイッチタイプの磁気抵抗
効果素子の構成を示し、（ｂ）は、積層タイプの磁気抵
抗効果素子の構成を示す。
【図３】本発明による磁気抵抗効果型ヘッドの構成を示
す図である。
【図４】本発明によるメモリー素子及び増幅素子の構成
を示す図である。
【図５】本発明による多値情報を記録可能なメモリー素
子の構成を示す図である。
【図６】本発明によるメモリー素子の動作を説明するた
めの図である。
【図７】本発明による多値情報を記録可能なメモリー素
子の動作を説明するための図である。
【図８】本発明による増幅素子の動作を説明するための
図である。
【図９】硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）の磁化曲
線の角型性と本発明による磁気抵抗効果素子のＭＲ曲線
との関係を示す図である。
【図１０】本発明による[NiFeCo/Cu/CoPt/Cu]の構造を
有する磁気抵抗効果素子のＭＲ曲線を示す図である。
【図１１】従来技術である、保磁力の異なる磁性膜を用
いた[NiFe/Cu/Co/Cu]人工格子膜のＭＲ曲線を示す図で
ある。
【図１２】従来技術である、反強磁性結合タイプ[NiFeC
o/Cu/Co/Cu]人工格子膜のＭＲ曲線を示す図である。
【図１３】従来技術である、反強磁性膜を用いた[NiFe/
Cu/NiFe/FeMn]スピンバルブ膜のＭＲ曲線を示す図であ
る。
【図１４】本発明によるメモリー素子の磁気抵抗変化部
のＭＲ曲線を示す図である。
【図１５】本発明によるメモリー素子の導体線の配置例
を示す図である。
【図１６】本発明の磁気抵抗効果素子の構成および各磁
性膜のスピンの配列方向を示す部分断面図である。
【図１７】本発明のＶ添加による飽和磁界Ｈｓの変化を
示すＭＲ曲線を示す図である。
【図１８】本発明の磁性膜１，３の厚さによるＭＲ曲線
の変化を示す図である。
【図１９】磁気抵抗効果素子における磁界Ｈと抵抗変化
率ΔＲ／Ｒとの関係を示す特性図である。
【図２０】本発明のメモリー素子の入力・出力特性を示
す図である。
【図２１】本発明の磁気抵抗効果素子の断面図の１例で
ある。
【図２２】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面図の一
例である。
【図２３】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面図の一
例である。
【図２４】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面図の一
例である。
【図２５】本発明の素子部を多層化したメモリー素子お
よび増幅素子の構成図である。
【図２６】本発明のSi(100)/Cu(5)/N iFe(10)/Cu(2.4)/
Ag(0.2)/Cu(2.4)/Co(10)のMR曲線を示す図である。
【図２７】本発明の（ａ）実施例A9および(b)比較例、
ガラス/Cr(5)/[Co(3)/Cu(6)/NiFe(3)/Cu(6)]10のMR曲線
を示す図である。
【図２８】実施例B9のMR曲線を示す図である。(a)x=0,
(b)x=0.1, (c)x=0.2,(d)x=0.4。
【図２９】本発明の磁気ヘッドの一実施例の構成を示す
図である。
【図３０】本発明による磁気抵抗効果素子の他の構成を
示す図である。（ａ）は、サンドイッチタイプの磁気抵
抗効果素子の構成を示し、（ｂ）は、積層タイプの磁気
抵抗効果素子の構成を示す。
【図３１】本発明による磁気抵抗効果素子の他の構成を
示す図である。
【図３２】本発明による磁気抵抗効果素子の他の構成を
示す図である。（ａ）は、サンドイッチタイプの磁気抵
抗効果素子の構成を示し、（ｂ）は、積層タイプの磁気
抵抗効果素子の構成を示す。
【符号の説明】 １ 硬質磁性膜 ２ 非磁性金属膜 ３ 軟磁性膜 ７ 基板
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 10/16 Ｈ０１Ｆ 10/16 Ｈ０１Ｌ 27/105 Ｈ０１Ｌ 27/10 ４４７ (31)優先権主張番号 特願平6−176822 (32)優先日 平成６年７月28日(1994．7．28) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平6−178078 (32)優先日 平成６年７月29日(1994．7．29) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平6−187484 (32)優先日 平成６年８月９日(1994．8．9) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平6−190457 (32)優先日 平成６年８月12日(1994．8．12) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平6−303615 (32)優先日 平成６年12月７日(1994．12．7) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平6−313147 (32)優先日 平成６年12月16日(1994．12．16) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平7−51630 (32)優先日 平成７年３月10日(1995．3．10) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平7−53067 (32)優先日 平成７年３月13日(1995．3．13) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 里見 三男 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 川分 康博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第一磁性膜と第二磁性膜と、前記第一磁
    性膜と前記第二磁性膜を分離する非磁性膜とを含み、前
    記第一磁性膜と前記第二磁性膜との間が非交換結合タイ
    プの磁気抵抗変化部と、情報記録のための第一電流と情
    報読み出しのための第二電流とを流す導体線とを有する
    素子をマトリックス状に配列したメモリー素子であっ
    て、 前記第一磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有してお
    り、前記第一磁性膜は、前記第一電流によって生じる磁
    界により前記第一磁性膜の磁化を反転しうるが、前記第
    二電流によって生じる磁界では前記第一磁性膜の磁化を
    反転しえない保磁力を有しており、 前記第二磁性膜は、前記第一電流によって生じる磁界お
    よび前記第二電流によって生じる磁界により前記第二磁
    性膜の磁化を反転しうる保磁力を有していることを特徴
    とするメモリー素子。
  2. 【請求項２】 前記磁気抵抗変化部は[第一磁性膜／非
    磁性膜／第二磁性膜]という基本構成を非磁性膜を介し
    て複数回積層した構造を有しており、前記複数の第一磁
    性膜の保磁力は互いに異なっている、請求項１に記載の
    メモリー素子。
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