JP2001298223A - 磁気抵抗素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 記録媒体からの微弱な磁気信号を室温でも高
感度に検出できると共に発熱を生じないようにする。 【解決手段】 多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜
（但し、０．２＜ｘ＜１）２から成るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗素子に関
する。さらに詳述すると、本発明は磁気抵抗素子を構成
する材質の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録装置で記録媒体に記録された磁
気信号を読み出す読出部材として、磁気抵抗素子（以
下、ＭＲ素子と略称する）が利用されている。ＭＲ素子
の材質としては、通常パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）が使
用されている。

【０００３】近年、磁気記録装置の記録容量増大への要
求は強く、その記録密度の増大を決める要因は現在では
ほとんどＭＲ素子の分解能に左右されている。そのた
め、現在利用されているＭＲ素子より、さらに高感度で
小型化が可能なＭＲ素子の開発が要請されている。

【０００４】このような状況において、１９８８年には
M.N.Baibichらにより、ＦｅとＣｏの超格子薄膜による
いわゆる巨大磁気抵抗効果が発表された（Phsy.Rev.Let
t.６１（１９８８）２４７２−２４７５ｐ）。この超格
子薄膜では、４．２Ｋの温度および約２Ｔの磁場という
条件で抵抗値が半減することが観測された。

【０００５】また、この報告の後に、京大の新庄らによ
り、パーマロイ層とＣｏ層を組み合わせた超格子薄膜が
研究された（J.Phys.Soc.Jpn.５９（１９９０）３０６
１−３０６４ｐ）。この超格子薄膜では、室温および数
１０ｍＴの磁場という条件で抵抗値に９．９％の減少が
観測された。

【０００６】さらに、ＩＢＭのB.Dieny らにより、パー
マロイとＦｅＭｎ合金などとの超格子が研究された（Ph
sy.Rev.B４３（８）（１９９１）１２９７−１３００
ｐ）。この超格子では、室温および１ｍＴの磁場という
条件で５％の抵抗変化が観測された。

【０００７】上述したパーマロイに他の物質を組み合わ
せた超格子では、いずれの場合も単なるパーマロイの場
合より大きな磁気抵抗効果が得られている。現在では、
これらの研究結果から得られた材料が磁気記録装置にお
ける磁気信号の読み出しに用いられるようになってい
る。これにより、ハードディスクなどの磁気記録装置の
記録容量は数倍に増大している。

【０００８】一方、酸化物材料でも、A.Urushibaraらに
より、マンガン酸化物Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３のｘ＝
０．１７前後の組成をもつ単結晶が巨大な磁気抵抗効果
を示すことを見い出した（Phys.Rev.B,vol.５１,no.２
０，８８〜９４ｐ）。この単結晶は３００Ｋ近傍に強磁
性転移点（Ｔｃ）を持つ。そして、その転移点より低い
温度および１０Ｔ以上の磁場という条件で、数１０％も
の抵抗値が減少することが観測された。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たＦｅとＣｏの超格子薄膜では、室温に近付くと急速に
抵抗値が減少しなくなる上に２Ｔという強い磁場が必要
であるため、記録媒体からの例えば１ｍＴ程度の微弱な
磁気信号を検出する用途には適さない。

【００１０】そして、パーマロイ製の磁気抵抗素子では
バイアス磁界を形成する必要が有り、この磁気バイアス
を電流により発生させると発熱を伴ってしまうので、放
熱部材等を要して磁気記録装置が大型化してしまう。

【００１１】また、パーマロイ層とＣｏ層を組み合わせ
た超格子薄膜では、数１０ｍＴの磁場が必要であるた
め、記録媒体からの微弱な磁気信号を検出する用途には
適さない。

【００１２】さらに、パーマロイとＦｅＭｎ合金などと
の超格子では、抵抗変化が５％程度に止まってしまうの
で、ＭＲ素子の高感度化は困難であった。

【００１３】また、マンガン酸化物Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭ
ｎＯ_３のｘ＝０．１７前後の組成をもつ単結晶では、１
０Ｔ以上の強い磁場が必要であるため、記録媒体からの
微弱な磁気信号を検出する用途には適さない。

【００１４】そこで、本発明は、記録媒体からの微弱な
磁気信号を室温でも高感度に検出でき発熱も生じない磁
気抵抗素子を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】ところで、H.Y.Hwangら
は、マンガン酸化物において、Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３Ｍ
ｎＯ_３セラミックスの粒界にできるトンネル層を介して
流れる電流は、スピン偏向トンネルの効果で微弱な磁気
に対して急激な抵抗減少をすることを報告している（Sp
in-Polarized Intergrain Tunneling in Ｌａ_２／３Ｓ
ｒ_１／３ＭｎＯ _３：Phys.Rev.Lett.Vol.７７，No.１
０，２０４１−２０４４ｐ）。ここでの抵抗減少は、具
体的には５Ｋで約２０％、１００Ｋで約１０％、２００
Ｋで約３％であった。

【００１６】このＬａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３セラミ
ックス（多結晶体）６は、図２に示すように直径数μｍ
〜数１０μｍの微結晶（粒子）３と、微結晶３の間に介
在する結晶粒界４とから成る。電流は、微結晶３から微
結晶３へ結晶粒界４を介してトンネル電流として通過し
ていく。

【００１７】そして、Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３セ
ラミックスでは、図３に示すように上向きのスピンをも
つ電子に対する伝導帯（Conduction Band）７と下向き
のスピンをもつ電子に対する伝導帯８とのエネルギーレ
ベルに大きな差が生じる。強磁性体ではこのようにスピ
ンの向きによって伝導帯のエネルギーレベルに差ができ
るが、Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３では通常の強磁性
金属に比べて大きく、２．５ｅＶもあり各伝導帯７，８
にエネルギー的に重なりがなくなっている。これによ
り、上向きのスピンに対する伝導帯７には電子が存在す
るが、反対向きのスピンをもつ伝導帯８には電子が存在
せず空いている。そのため、隣接する微結晶（強磁性
体）が反対向き磁界を持つと電子が粒界を通過できる確
率が小さくなるので、抵抗値が高いものとなる。

【００１８】ここで、Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３セ
ラミックスに磁界を掛けると、微結晶のスピンの方向が
同じ方向を向き始めて上向きスピンの領域が増してくる
ので、トンネル電流が流れ易くなる。この抵抗変化の割
合いは、トンネルする回数が増すとその回数だけ倍増さ
れる。ただし、このトンネル効果による抵抗の変化は、
ｋＴ（ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度）に反比例し
て温度が高くなると減少する。

【００１９】また、Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３セラ
ミックスでは、図４に示すように、磁束密度Ｂが０より
僅かに大きくなるとトンネル効果による磁気抵抗効果で
電気抵抗が急激に減少する（図中０〜Ｂ_１の範囲）。そ
の後、さらに磁束密度がＢ_１より増加したとき、微結晶
内部の磁気抵抗効果のみとなり、電気抵抗の変化は小さ
くなる。

【００２０】トンネル効果による急激な変化量は、例え
ば５Ｋでは磁束密度が数ｍＴで２０％を超えるが、２８
０Ｋ（約７℃）では６．４ｍＴの磁束密度で１．６％程
度と小さくなってしまう。このため、このままでは記録
媒体からの微弱な磁気信号を室温で高感度に検出するこ
とは困難である。

【００２１】そこで、本願の発明者が鋭意研究を重ねた
結果、このＬａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３セラミックス
は、粒界構造および結晶粒子の大きさなどを精密に制御
することにより、全抵抗値に占める粒界の抵抗の割合を
増加させることができることを見い出した。これによ
り、トンネル効果による変化を数１０倍に増大できる可
能性を持つことが判明した。

【００２２】すなわち、図２に示すようなＬａ_１−ｘＳ
ｒ_ｘＭｎＯ_３セラミックス６は直径１０μｍ程度の微結
晶３の集合であり、また電流が通れない空隙を数％含ん
でいる。それに対して、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３多結
晶薄膜では、微結晶の直径は薄膜の厚さ（例えば０．１
μｍ）と同程度になるので、粒界の密度はセラミックス
の場合に比べて数１０倍となり、空隙もないことから電
気抵抗への粒界の効果が約２桁増大すると考えられる。

【００２３】かかる知見に基づいて発明された請求項１
記載の磁気抵抗素子は、多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎ
Ｏ_３薄膜（但し、０．２＜ｘ＜１）から成るようにして
いる。

【００２４】したがって、導電性強磁性酸化物であるＬ
ａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３の全抵抗のうちで粒界による抵
抗の割合を増してトンネル効果による変化を飛躍的に増
大することができるので、１ｍＴ程度の微弱な磁気に対
して室温でも１０％を超える抵抗値の減少を生ずること
ができるようになる。これにより、微弱な磁気信号を室
温でも高感度に検出できる磁気抵抗素子を得ることがで
きる。

【００２５】ここで、ｘを０．２以下とすると、図５に
示すように、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３の組成が強磁性
金属だけでなく強磁性絶縁体も含むように成ってしまい
感度が低下してしまうと共に、キューリ点（Ｔｃ）が約
３００Ｋ以下になって動作温度が低くなってしまうの
で、磁気抵抗素子として好ましくない。

【００２６】また、キューリ点が高い組成であるほど動
作温度が高くなる。このため、動作温度の確保および組
成の均一性の観点から、ｘの大きさとしては、より好ま
しくは０．２＜ｘ＜０．５であり、更に好ましくは請求
項２記載のように１／３≦ｘ≦０．４であって、最も好
ましくはｘ＝１／３である。特に、１／３≦ｘ≦０．
４、あるいはｘ＝１／３とした場合は、Ｔｃが３７０Ｋ
程度の最高値に達するので、磁気抵抗素子の動作温度を
最高にできる。

【００２７】さらに、本発明の磁気抵抗素子ではトンネ
ル効果を利用しているので、図４に示すように磁束密度
Ｂが０を僅かでも超えれば大きな抵抗変化ρ／ρ_０を得
ることができる。このため、パーマロイ製の磁気抵抗素
子には必要であるバイアス磁界を形成する必要が無いの
で、磁気バイアスを形成するときに起きる電流による発
熱の問題を解決することができる。

【００２８】ところで、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜
を形成する基板としてＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３と同じ
ペロブスカイト形結晶構造のもの（例えばＳｒＴｉＯ_３
やＬａＡｌＯ_３）や岩塩形結晶構造のＭｇＯなどを利用
すると、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３と結晶構造が同じで
あると共に格子定数が近いので、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎ
Ｏ_３薄膜がエピタキシャル成長してしまう。このため、
薄膜が単結晶性になってしまい粒界面が形成されないの
で、トンネル障壁ができずトンネル抵抗が生じなくな
る。すなわち、図４中でのトンネル効果による磁気抵抗
効果を示す範囲（０〜Ｂ_１）の挙動が起きずに、電気抵
抗の変化の小さい部分（Ｂ_１〜）のみの挙動に成ってし
まい、高感度の磁気抵抗素子を得ることができない。

【００２９】そこで、請求項３記載の発明は、請求項１
または２記載の磁気抵抗素子において、多結晶性Ｌａ
_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜は、サファイアの（１１０
２）面（即ち、Ｒ面）の単結晶基板に形成されたものに
している。

【００３０】したがって、サファイアは６方晶系の対称
性を有するので、サファイア製の基板上では多結晶性Ｌ
ａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜はエピタキシャル成長する
ことが無く、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３セラミックスを
形成する場合と同様の多結晶性に形成される。よって、
Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜は多結晶性であることか
ら多くの粒界面を有するので、トンネル障壁が形成され
てトンネル効果による抵抗変化を生じさせることができ
る。

【００３１】また、請求項４記載の発明は、請求項１ま
たは２記載の磁気抵抗素子において、多結晶性Ｌａ
_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜は、多結晶性あるいは双晶性
の基板に形成されたものにしている。

【００３２】したがって、これらの基板上でも多結晶性
Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜はエピタキシャル成長す
ることが無いので、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３セラミッ
クスを形成する場合と同様の多結晶性に形成される。よ
って、多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜でのトン
ネル効果による抵抗変化を生じさせることができる。

【００３３】また、請求項５記載の発明は、請求項１ま
たは２記載の磁気抵抗素子において、ＳｒＴｉＯ_３単結
晶の（１１０）面の基板上に中間層としてＢａ_２ＹＣｕ
_３Ｏ _７薄膜を形成し、該Ｂａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜上に多
結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜が形成されるよう
にしている。さらに、請求項６記載の発明は、請求項１
または２記載の磁気抵抗素子において、ＬａＡｌＯ_３単
結晶の（１１０）面の基板上に中間層としてＢａ_２ＹＣ
ｕ_３Ｏ_７薄膜を形成し、該Ｂａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜上に
多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜が形成されるよ
うにしている。

【００３４】ここで、ＳｒＴｉＯ_３単結晶あるいはＬａ
ＡｌＯ_３単結晶の（１１０）面の基板上にＢａ_２ＹＣｕ
_３Ｏ_７を堆積して厚さ数１０ｎｍのＢａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７
薄膜を形成すると、図６に示すように＜１００＞に沿っ
て（即ち、＜１１０＞方向に対して垂直に）亀裂９がで
きる。このため、このＢａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜１０上に
Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３を堆積させると亀裂９の部分
の段差によってトンネル障壁が形成されると考えられ
る。よって、多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜で
のトンネル効果による抵抗変化を生じさせることができ
る。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。図１に本
発明の磁気抵抗素子１の実施形態を示す。この磁気抵抗
素子１は、多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜（但
し、０．２＜ｘ＜１）２から成るようにしている。この
ため、微結晶３の直径は薄膜２の厚さ（例えば０．１μ
ｍ）と同程度になるので、粒界４の密度はＬａ_１−ｘＳ
ｒ_ｘＭｎＯ_３セラミックスの場合に比べて数１０倍とな
り、空隙もないことから電気抵抗への粒界４の効果が約
２桁増大することになる。よって、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭ
ｎＯ_３の全抵抗のうちで粒界４による抵抗の割合を増し
てトンネル効果による変化を増大することができるの
で、１ｍＴ程度の微弱な磁気に対して室温でも１０％を
超える抵抗値の減少を生ずることができるようになる。
これにより、記録媒体に記録された磁気信号を読み出す
読出装置に適した高感度のＭＲ素子１を得ることができ
る。しかも、従来の磁気センサのような磁気バイアスを
必要としないので、磁気バイアス形成時の電熱発生が無
く、磁気記録装置の記録密度を増大させる上で大変有利
になる。

【００３６】そして、この多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭ
ｎＯ_３薄膜２では、ｘ＝１／３としている。すなわち、
薄膜２をＬａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３の組成としてい
る。これにより、図５に示すようにＴｃが約３７０Ｋで
最高値に達するので、磁気抵抗素子１の動作温度を最も
高くすることができる。

【００３７】また、この多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎ
Ｏ_３薄膜２は、サファイアの（１１０２）面の単結晶基
板５に形成されている。すなわち、本実施形態では、磁
気抵抗素子１は多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜
２と基板５とを備えたものとしている。このため、サフ
ァイア（Ａｌ_２Ｏ_３）は６方晶系の対称性を有するの
で、サファイアの（１１０２）面の単結晶基板５上では
多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ _ｘＭｎＯ_３薄膜２はエピタキシ
ャル成長することが無く、Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３セ
ラミックスを形成する場合と同様の多結晶性に形成され
る。よって、この多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄
膜２は多くの粒界４面を有するので、トンネル効果によ
る抵抗変化を生じさせることができる。

【００３８】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、本実施形態ではサファイア製の基板５を
使用しているが、これには限られず例えば２４度ずれた
方位を持つ結晶の双晶のＳｒＴｉＯ_３の基板５、あるい
は多結晶性の基板５を使用するようにしても良い。いず
れの場合も、多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜は
基板５上でエピタキシャル成長することが無いので、Ｌ
ａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３セラミックスを形成する場合と
同様の多結晶性に形成することができ、トンネル効果を
生じさせて高感度の磁気抵抗素子１を得ることができ
る。

【００３９】また、トンネル効果を生じさせて高感度の
磁気抵抗素子１を得るためには基板５に形成されたＬａ
_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２が多結晶性になれば良いの
で、例えばＳｒＴｉＯ_３単結晶基板にダイヤモンド針等
により直線状の傷を付けることにより結晶の規則性を破
壊しておき、この傷の上にＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３を
堆積させて多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２を
形成するようにしても良い。さらには、単結晶基板であ
ってもＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２と格子定数が大
きく異なっていたり、あるいは結晶構造が異なっている
もの（例えば（１１０）ＭｇＯなど）を利用しても良
い。これらによっても、基板５に形成されたＬａ_１−ｘ
Ｓｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２を多結晶性にすることができる。

【００４０】また、ＳｒＴｉＯ_３単結晶あるいはＬａＡ
ｌＯ_３単結晶の（１１０）面の基板上に中間層としてＢ
ａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜を形成することにより、基板５を
形成するようにしても良い。この場合、Ｂａ_２ＹＣｕ_３
Ｏ_７薄膜上に多結晶性Ｌａ_{１ −ｘ}Ｓｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２
を形成する。すなわち、ＳｒＴｉＯ_３単結晶あるいはＬ
ａＡｌＯ_３単結晶の（１１０）面の基板上にＢａ_２ＹＣ
ｕ_３Ｏ_７を厚さ数１０ｎｍ堆積してＢａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７
薄膜を形成する。これにより、Ｂａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜
１０には、図６に示すように＜１００＞に沿って亀裂９
ができる。この亀裂９のギャップは数ｎｍと小さいが、
この上にＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３を厚さ数１００ｎｍ
堆積させるとギャップの部分の段差によってＬａ_１−ｘ
Ｓｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２にトンネル障壁ができると考えら
れる。よって、多結晶性Ｌａ_{１− ｘ}Ｓｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜
２でのトンネル効果による抵抗変化を生じさせることが
できる。

【００４１】さらに、本実施形態では磁気抵抗素子１は
多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２と基板５とを
備えたものとしているが、これには限られず少なくとも
多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２が有れば良
い。例えば、多結晶性Ｌａ_{１− ｘ}Ｓｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２
を一旦は基板５に作成しておき、作成後に剥ぎ取って多
結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２のみを磁気抵抗
素子１として使用するようにしても良い。本発明の磁気
抵抗素子１ではパーマロイ製の磁気抵抗素子１と異なり
バイアス磁界を必要としないので、少なくとも多結晶性
Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜２が有れば磁気抵抗素子
１として機能させることができる。よって、磁気抵抗素
子１の構成を簡素化し得る。

【００４２】

【実施例】基板ホルダ上にサファイア単結晶基板を取り
付けて４００℃〜６００℃に加熱した。この基板を２個
のカソードの直上に交互に数秒づつ停止させて、ＬａＭ
ｎＯ_３およびＳｒＭｎＯ_２の２種類のターゲットよりＬ
ａ−Ｓｒ−Ｍｎ−Ｏを堆積させ、これを繰り返して行っ
た。その後、この基板をＯ_２気流中において１３００℃
で１時間熱処理した。なお、基板としてはガラスについ
ても検討したが、石英ガラスでも１０００℃以上での熱
処理に耐えられないので使用できなかった。

【００４３】スパッタによる堆積時間をＬａＭｎＯ_３：
ＳｒＭｎＯ_２＝１０秒：９秒として、１００回繰り返し
た。これにより、約０．２μｍの厚さの薄膜を得た。Ｘ
線回折の結果、この薄膜はＬａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ
_３の組成の多結晶薄膜であった。

【００４４】そして、磁気抵抗効果を測定した結果、図
４の磁気抵抗効果の部分（図中０〜Ｂ_１）の変化は、３
００Ｋにおいては４．２ｍＴに対して１０．３％（１ｍ
Ｔでは２．４５％）であり、２００Ｋでは１５．４ｍＴ
に対して３７．７％（１ｍＴでは２．４７％）であっ
た。

【００４５】この変化率は、計算上の値（約３０％）よ
り小さかった。また、この多結晶性Ｌａ_２／３Ｓｒ
_１／３ＭｎＯ_３薄膜２による抵抗変化率は１ｍＴで２．
４５〜２．４７％であり、パーマロイの超格子薄膜の抵
抗変化率（１ｍＴで５．５％）より小さかった。

【００４６】その一方、多結晶性Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３
ＭｎＯ_３薄膜２のＥＰＭＡ（電子プローブ微小部分析
法）による分析結果では、Ｍｎが過剰であることが判明
した。このため、多結晶性Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ
_３薄膜２の実際の組成がＬａ_{２ ／３}Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３
からずれていることにより、この多結晶性Ｌａ_２／３Ｓ
ｒ_１／３ＭｎＯ_３薄膜２を利用した実際の抵抗変化率が
理論値よりも低くなったと考えられる。さらに、多結晶
性Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３薄膜２がＭｎ過剰の組
成になった理由は、多結晶性Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３Ｍｎ
Ｏ_３薄膜２の形成にスパッタ法を利用したためであると
考えられる。そこで、この多結晶性Ｌａ_{２ ／３}Ｓｒ
_１／３ＭｎＯ_３薄膜２をパルスレーザによる蒸着で作成
することにより、正確にＬａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３
の組成の多結晶性Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３薄膜２
を得ることができる。これにより、この多結晶性Ｌａ
_２／３Ｓｒ _１／３ＭｎＯ_３薄膜２による抵抗変化率を大
きくすることができる。さらに、今後の薄膜の製作技術
の進歩により組成を完全に近付けることができるように
なれば、本発明のＭＲ素子１の特性は改善されると考え
られる。

【００４７】また、パーマロイの超格子薄膜の抵抗変化
率は、バイアス磁界を加えて変化を最大にしたときの値
である。これに対し、本発明の磁気抵抗素子１ではトン
ネル効果を利用しているので、図４に示すように磁束密
度Ｂが極めて小さい状態から大きな抵抗変化ρ／ρ_０を
得ることができる。よって、本発明の磁気抵抗素子１に
よれば、バイアス磁界を形成する必要が無いので、磁界
形成時の電熱発生を防止すると共に磁気抵抗素子１の構
成を簡素化することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の磁気抵抗素子によれば、多結晶性Ｌａ_１−ｘＳ
ｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜（但し、０．２＜ｘ＜１）から成るよ
うにしているので、１ｍＴ程度の微弱な磁気に対して室
温でも１０％を超える抵抗値の減少を生ずることができ
るようになる。これにより、記録媒体からの微弱な磁気
信号を室温でも高感度に検出できる磁気抵抗素子を得る
ことができる。

【００４９】しかも、本発明の磁気抵抗素子ではトンネ
ル効果を利用しており磁束密度がほぼ０の極めて小さい
状態から大きな抵抗変化を得ることができるので、パー
マロイ等の従来の磁気センサと異なって磁気バイアスを
不要にすることができる。このため、本発明の磁気抵抗
素子を磁気記録装置の信号読み出しセンサに用いると
き、磁気バイアスを形成するときに起きる電流による発
熱の問題が解決されるため、磁気記録装置の記録密度を
増大させる上で大変有利となる。

【００５０】また、請求項２記載の磁気抵抗素子によれ
ば、１／３≦ｘ≦０．４であるので、図５に示すように
キューリ点（Ｔｃ）が３７０Ｋ程度の最高値に達する。
このため、磁気抵抗素子の動作温度を最高にでき、室温
でも高感度に動作可能にすることができる。

【００５１】一方、請求項３および請求項４記載の磁気
抵抗素子によれば、Ｌａ_１−ｘＳｒ _ｘＭｎＯ_３薄膜を多
結晶性にできるので、トンネル効果による抵抗変化を生
じさせることができる。

【００５２】また、請求項５記載および請求項６記載の
磁気抵抗素子によれば、Ｂａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜の亀裂
の部分の段差によってトンネル障壁が形成されるので、
トンネル効果による抵抗変化を生じさせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気抵抗素子を示す縦断面側面図であ
る。

【図２】Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３セラミックスの組成
を示す模式図である。

【図３】スピン偏向トンネル効果の原理を示すグラフで
ある。

【図４】１３００℃で焼結したＬａ_２／３Ｓｒ_１／３Ｍ
ｎＯ_３セラミックスの磁気抵抗効果について、磁束密度
Ｂと（磁界を掛けた時の抵抗率ρ）／（磁界を掛けない
時の抵抗率ρ_０）との関係を示す図である。

【図５】多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜の組成
について、ｘと温度との関係を示す図である。

【図６】ＳｒＴｉＯ_３単結晶あるいはＬａＡｌＯ_３単結
晶の（１１０）面上にＢａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜を堆積し
て成る基板を示す平面図である。

【符号の説明】

１ 磁気抵抗素子 ２ 多結晶性Ｌａ_２／３Ｓｒ_１／３ＭｎＯ_３薄膜 ３ 微結晶 ４ 粒界 ５ 基板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜
   （但し、０．２＜ｘ＜１）から成ることを特徴とする磁
   気抵抗素子。
2. 【請求項２】 前記多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３
   薄膜は、１／３≦ｘ≦０．４を満たす組成であることを
   特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子。
3. 【請求項３】 前記多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３
   薄膜は、サファイアの（１１０２）面の単結晶基板に形
   成されたものであることを特徴とする請求項１または２
   記載の磁気抵抗素子。
4. 【請求項４】 前記多結晶性Ｌａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３
   薄膜は、多結晶性あるいは双晶性の基板に形成されたも
   のであることを特徴とする請求項１または２記載の磁気
   抵抗素子。
5. 【請求項５】 ＳｒＴｉＯ_３単結晶の（１１０）面の基
   板上に中間層としてＢａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜を形成し、
   該Ｂａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜上に前記多結晶性Ｌａ_１−ｘ
   Ｓｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜が形成されていることを特徴とする
   請求項１または２記載の磁気抵抗素子。
6. 【請求項６】 ＬａＡｌＯ_３単結晶の（１１０）面の基
   板上に中間層としてＢａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜を形成し、
   該Ｂａ_２ＹＣｕ_３Ｏ_７薄膜上に前記多結晶性Ｌａ_１−ｘ
   Ｓｒ_ｘＭｎＯ_３薄膜が形成されていることを特徴とする
   請求項１または２記載の磁気抵抗素子。