JP2002057381A - トンネル接合膜 - Google Patents
トンネル接合膜Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、欠陥が少なく、且つ安定で薄いトン
ネル絶縁層を有するトンネル接合膜を提供することを目
的とする。 【解決手段】 上部磁性層と下部磁性層とそれに挟まれ
た絶縁層からなり、トンネル型の磁気抵抗効果を示すト
ンネル接合膜において、絶縁層がＭｇＦ２、ＣａＦ２、
ＳｒＦ２、ＢａＦ２のフッ化物絶縁体からなり、且つ結
晶相であることを特徴とするトンネル接合膜。
ネル絶縁層を有するトンネル接合膜を提供することを目
的とする。 【解決手段】 上部磁性層と下部磁性層とそれに挟まれ
た絶縁層からなり、トンネル型の磁気抵抗効果を示すト
ンネル接合膜において、絶縁層がＭｇＦ２、ＣａＦ２、
ＳｒＦ２、ＢａＦ２のフッ化物絶縁体からなり、且つ結
晶相であることを特徴とするトンネル接合膜。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高感度磁気セン
サ、高密度磁気記録用磁気ヘッドまたは高速高容量の磁
気メモリに用いられる、トンネル型の磁気抵抗効果を示
すトンネル接合膜に関するものである。
サ、高密度磁気記録用磁気ヘッドまたは高速高容量の磁
気メモリに用いられる、トンネル型の磁気抵抗効果を示
すトンネル接合膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報の大容量・高速化に伴い、磁
気記録の分野においても、さらなる記録密度の高密度化
が求められている。また、半導体メモリーにおいても、
高容量化はもちろんのこと、高速化の要求も非常に強
い。磁気トンネル接合膜は、磁気ヘッド等の磁気センサ
または磁気メモリ（ＭＲＡＭ）への応用によって、上記
の要請に対応できる新素子として注目され、基礎および
応用の両面から盛んに研究されている。トンネル接合膜
は、２つの強磁性体電極とそれに挟まれた薄い絶縁層を
含む素子である。絶縁層はトンネルバリアを形成し、そ
の厚さは電子の量子力学的トンネル効果が起こりうるの
に十分なほど薄く、絶縁層を通過するトンネル電子の伝
導率が、２つの強磁性体電極の磁気モーメントの相対的
向きによって変化し、トンネル型の磁気抵抗効果を示
す。トンネル接合膜を磁気ヘッドなどの素子に用いる際
には、磁界の変化によって効率よく磁気抵抗（ＭＲ）変
化を起こさせるために、強磁性電極の磁気特性を制御し
たり、硬磁性体や反強磁性体によって、一方の強磁性体
電極のスピンを固定するなどの工夫がなされている。
気記録の分野においても、さらなる記録密度の高密度化
が求められている。また、半導体メモリーにおいても、
高容量化はもちろんのこと、高速化の要求も非常に強
い。磁気トンネル接合膜は、磁気ヘッド等の磁気センサ
または磁気メモリ（ＭＲＡＭ）への応用によって、上記
の要請に対応できる新素子として注目され、基礎および
応用の両面から盛んに研究されている。トンネル接合膜
は、２つの強磁性体電極とそれに挟まれた薄い絶縁層を
含む素子である。絶縁層はトンネルバリアを形成し、そ
の厚さは電子の量子力学的トンネル効果が起こりうるの
に十分なほど薄く、絶縁層を通過するトンネル電子の伝
導率が、２つの強磁性体電極の磁気モーメントの相対的
向きによって変化し、トンネル型の磁気抵抗効果を示
す。トンネル接合膜を磁気ヘッドなどの素子に用いる際
には、磁界の変化によって効率よく磁気抵抗（ＭＲ）変
化を起こさせるために、強磁性電極の磁気特性を制御し
たり、硬磁性体や反強磁性体によって、一方の強磁性体
電極のスピンを固定するなどの工夫がなされている。
【０００３】これらのトンネル接合膜では、絶縁層材料
としてＡｌ２Ｏ３等の酸化物が用いられている。大きな
ＭＲ変化を得るためには、ピンホール等の欠陥が無く極
めて平坦な良質な絶縁層の作製が必要である。ところ
が、従来絶縁層に用いられているＡｌ２Ｏ３等の酸化物
は、アモルファス構造であるため欠陥が入りやすく、良
質な絶縁層の形成が困難なので、技術的に良質な絶縁層
の作製が重要となっている。
としてＡｌ２Ｏ３等の酸化物が用いられている。大きな
ＭＲ変化を得るためには、ピンホール等の欠陥が無く極
めて平坦な良質な絶縁層の作製が必要である。ところ
が、従来絶縁層に用いられているＡｌ２Ｏ３等の酸化物
は、アモルファス構造であるため欠陥が入りやすく、良
質な絶縁層の形成が困難なので、技術的に良質な絶縁層
の作製が重要となっている。
【０００４】トンネル接合膜はその構造上、電気抵抗が
非常に大きい。また、微細化によって接合面積が小さく
なるため、素子の電気抵抗が増大する。磁気ヘッドやＭ
ＲＡＭとして用いることを考えると、電気抵抗が大きい
とノイズが増大する等の問題が発生するため、適当な
値、好ましくは１０ｋΩ以下に設定することが必要であ
る。適当な電気抵抗のトンネル接合膜を得るためには、
絶縁層を薄くする必要がある。しかし、欠陥が無く良質
で薄い絶縁層を形成することは技術的に非常に困難であ
る。
非常に大きい。また、微細化によって接合面積が小さく
なるため、素子の電気抵抗が増大する。磁気ヘッドやＭ
ＲＡＭとして用いることを考えると、電気抵抗が大きい
とノイズが増大する等の問題が発生するため、適当な
値、好ましくは１０ｋΩ以下に設定することが必要であ
る。適当な電気抵抗のトンネル接合膜を得るためには、
絶縁層を薄くする必要がある。しかし、欠陥が無く良質
で薄い絶縁層を形成することは技術的に非常に困難であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これまでにトンネル接
合膜に用いられているＡｌ２Ｏ３等の絶縁層はアモルフ
ァス構造であるため、ピンホール等の欠陥が入りやす
く、良質な絶縁層の作製が困難である。また、素子の電
気抵抗を下げるために、絶縁層を薄く形成することが非
常に難しい。本発明は、上記の事情を鑑みてなされたも
ので、良質で薄い絶縁層を容易に得ることを目標とす
る。
合膜に用いられているＡｌ２Ｏ３等の絶縁層はアモルフ
ァス構造であるため、ピンホール等の欠陥が入りやす
く、良質な絶縁層の作製が困難である。また、素子の電
気抵抗を下げるために、絶縁層を薄く形成することが非
常に難しい。本発明は、上記の事情を鑑みてなされたも
ので、良質で薄い絶縁層を容易に得ることを目標とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の事情を
鑑みて鋭意努力した結果なされたものである。Ｍｇ
Ｆ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２等のフッ化物は、
Ａｌ２Ｏ３等の酸化物と同様に絶縁体である。また、ス
パッタ法や真空蒸着法等の成膜法によって、結晶構造の
薄い膜が得られることが明らかになった。このように、
トンネル接合膜の絶縁層にフッ化物を用いることによっ
て、欠陥の少ない良質なトンネルバリアが形成される。
鑑みて鋭意努力した結果なされたものである。Ｍｇ
Ｆ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２等のフッ化物は、
Ａｌ２Ｏ３等の酸化物と同様に絶縁体である。また、ス
パッタ法や真空蒸着法等の成膜法によって、結晶構造の
薄い膜が得られることが明らかになった。このように、
トンネル接合膜の絶縁層にフッ化物を用いることによっ
て、欠陥の少ない良質なトンネルバリアが形成される。
【０００７】上部磁性層および下部磁性層には、強磁性
金属であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびそれらの合金が用い
られる。一方、トンネル接合膜では、絶縁層を挟む磁性
体電極のスピン分極率（Ｐ）が大きい場合に大きなＭＲ
が得られることが知られている。大きなＰを有する磁性
体として、マグネタイト、二酸化クロム、ＮｉＭｎＳ
ｂ、ＰｔＭｎＳｂ、および（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３等のハ
ーフメタルが知られている。これらのハーフメタルは、
全体がほぼエピタキシャルに近い場合に大きなＰを示
す。しかし、絶縁層がアモルファスである場合は、その
上に磁性体電極をエピタキシャル成長させることは困難
である。ところが絶縁層が結晶相であれば、これと格子
整合するハーフメタルをエピタキシャル成長させること
は容易である。 また結晶相のＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ｓ
ｒＦ２、ＢａＦ２以外にも絶縁性を示す結晶相のフッ化
物は非常に多く知られており、上部磁性層および下部磁
性層に用いる強磁性電極材料と格子整合するこれらのフ
ッ化物を絶縁層に用いることによって、全体がエピタキ
シャルに成長し大きなＭＲ比を示すトンネル接合膜が得
られる。
金属であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびそれらの合金が用い
られる。一方、トンネル接合膜では、絶縁層を挟む磁性
体電極のスピン分極率（Ｐ）が大きい場合に大きなＭＲ
が得られることが知られている。大きなＰを有する磁性
体として、マグネタイト、二酸化クロム、ＮｉＭｎＳ
ｂ、ＰｔＭｎＳｂ、および（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３等のハ
ーフメタルが知られている。これらのハーフメタルは、
全体がほぼエピタキシャルに近い場合に大きなＰを示
す。しかし、絶縁層がアモルファスである場合は、その
上に磁性体電極をエピタキシャル成長させることは困難
である。ところが絶縁層が結晶相であれば、これと格子
整合するハーフメタルをエピタキシャル成長させること
は容易である。 また結晶相のＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ｓ
ｒＦ２、ＢａＦ２以外にも絶縁性を示す結晶相のフッ化
物は非常に多く知られており、上部磁性層および下部磁
性層に用いる強磁性電極材料と格子整合するこれらのフ
ッ化物を絶縁層に用いることによって、全体がエピタキ
シャルに成長し大きなＭＲ比を示すトンネル接合膜が得
られる。
【０００８】本発明の特徴とするところは次の通りであ
る。第１発明は、上部磁性層と下部磁性層とそれに挟ま
れた絶縁層からなり、トンネル型の磁気抵抗効果を示す
トンネル接合膜において、絶縁層がフッ化物絶縁体から
なり、且つ結晶相であることを特徴とするトンネル接合
膜に関する。
る。第１発明は、上部磁性層と下部磁性層とそれに挟ま
れた絶縁層からなり、トンネル型の磁気抵抗効果を示す
トンネル接合膜において、絶縁層がフッ化物絶縁体から
なり、且つ結晶相であることを特徴とするトンネル接合
膜に関する。
【０００９】第２発明は、絶縁層がＭｇＦ２、Ｃａ
Ｆ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２のフッ化物絶縁体からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載のトンネル接合膜に関す
る。
Ｆ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２のフッ化物絶縁体からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載のトンネル接合膜に関す
る。
【００１０】第３発明は、上部磁性層および下部磁性層
がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉまたはそれらの合金からなることを
特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル接
合膜に関する。
がＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉまたはそれらの合金からなることを
特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル接
合膜に関する。
【００１１】第４発明は、上部磁性層および下部磁性層
が、マグネタイト、二酸化クロム、ＮｉＭｎＳｂ、Ｐｔ
ＭｎＳｂおよび（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３のハーフメタルか
らなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
れか１項に記載のトンネル接合膜に関する。
が、マグネタイト、二酸化クロム、ＮｉＭｎＳｂ、Ｐｔ
ＭｎＳｂおよび（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３のハーフメタルか
らなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいず
れか１項に記載のトンネル接合膜に関する。
【００１２】第５発明は、下部磁性層、絶縁層および上
部磁性層が格子整合し、全体がエピタキシャル成長した
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１
項に記載のトンネル接合膜に関する。
部磁性層が格子整合し、全体がエピタキシャル成長した
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１
項に記載のトンネル接合膜に関する。
【００１３】第６発明は、請求項１ないし請求項４のい
ずれか１項に記載のトンネル接合膜からなる磁気センサ
に関する。
ずれか１項に記載のトンネル接合膜からなる磁気センサ
に関する。
【００１４】第７発明は、請求項１ないし請求項４のい
ずれか１項に記載のトンネル接合膜からなる磁気記録用
磁気ヘッドに関する。
ずれか１項に記載のトンネル接合膜からなる磁気記録用
磁気ヘッドに関する。
【００１５】第８発明は、請求項１ないし請求項４のい
ずれか１項に記載のトンネル接合膜からなる磁気メモリ
に関する。
ずれか１項に記載のトンネル接合膜からなる磁気メモリ
に関する。
【００１６】
【発明の実施の形態】次に、本発明を適用したトンネル
接合膜の実施例として、図面を参照しながら説明する。
接合膜の実施例として、図面を参照しながら説明する。
【００１７】トンネル接合膜は、図１に示すように、基
本的には、一対の磁性層１、２を、非常に薄い絶縁層３
を介し接合してなるものである。
本的には、一対の磁性層１、２を、非常に薄い絶縁層３
を介し接合してなるものである。
【００１８】本例では、基板材の上に下部磁性層１、強
磁性トンネル接合のための絶縁層３、上部磁性層２が順
次形成されている。
磁性トンネル接合のための絶縁層３、上部磁性層２が順
次形成されている。
【００１９】上記の上部磁性層１および下部磁性層２
は、磁性体、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉまたはそれらの合
金により形成されている。また、絶縁層３は、フッ化物
絶縁体、例えばＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、または
ＢａＦ２で形成されており、その厚さは、トンネル電流
が流れることが可能な厚さ（数ｎｍ）である。
は、磁性体、例えばＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉまたはそれらの合
金により形成されている。また、絶縁層３は、フッ化物
絶縁体、例えばＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、または
ＢａＦ２で形成されており、その厚さは、トンネル電流
が流れることが可能な厚さ（数ｎｍ）である。
【００２０】上述構成のトンネル接合膜の磁性層１、２
および絶縁層３は、スパッタ法によって作製した。以下
に製造方法の詳細を説明する。
および絶縁層３は、スパッタ法によって作製した。以下
に製造方法の詳細を説明する。
【００２１】成膜には、複数のターゲットを用いて同時
に成膜が可能な、ＲＦ多元スパッタ装置を用いた。スパ
ッタは、純Ａｒガスを用い、基板にはコーニング＃７０
５９ガラスを用いた。ターゲットは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、マグネタイト、
ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、およびＢａＦ２円板を
用いた。
に成膜が可能な、ＲＦ多元スパッタ装置を用いた。スパ
ッタは、純Ａｒガスを用い、基板にはコーニング＃７０
５９ガラスを用いた。ターゲットは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、マグネタイト、
ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、およびＢａＦ２円板を
用いた。
【００２２】始めに、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ合
金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、あるいはマグネタイトターゲット
直上に基板を固定し、下部磁性層２を作製した。その
後、基板ホルダーを回転させ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ｓ
ｒＦ２あるいはＢａＦ２ターゲット直上に基板を固定し
て、絶縁層３を作製し、再びＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ−
Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、あるいはマグネタイトター
ゲット直上に基板を移動させて固定して上部磁性層１を
作製した。それぞれの層の作製は、同一チャンバー内で
連続して行った。
金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、あるいはマグネタイトターゲット
直上に基板を固定し、下部磁性層２を作製した。その
後、基板ホルダーを回転させ、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ｓ
ｒＦ２あるいはＢａＦ２ターゲット直上に基板を固定し
て、絶縁層３を作製し、再びＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ−
Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、あるいはマグネタイトター
ゲット直上に基板を移動させて固定して上部磁性層１を
作製した。それぞれの層の作製は、同一チャンバー内で
連続して行った。
【００２３】以上によって、図１に示す構成のトンネル
接合膜が作製される。
接合膜が作製される。
【００２４】図２は、Ｆｅ−Ｃｏ合金からなる下部磁性
層２上に、ＭｇＦ２からなる絶縁層３を作製し、上部磁
性層１を作製する前の状態で、Ｘ−ｒａｙ回折法によっ
て絶縁層３の構造を評価した結果である。ＭｇＦ２から
の鋭い回折線が観察され、絶縁層３が結晶相であること
が分かる。
層２上に、ＭｇＦ２からなる絶縁層３を作製し、上部磁
性層１を作製する前の状態で、Ｘ−ｒａｙ回折法によっ
て絶縁層３の構造を評価した結果である。ＭｇＦ２から
の鋭い回折線が観察され、絶縁層３が結晶相であること
が分かる。
【００２５】本発明のトンネル接合膜において得られた
磁界−抵抗変化の一例として、下部磁性層２および上部
磁性層１がＦｅからなり、絶縁層３がＭｇＦ２からなる
トンネル接合膜のＭＲ曲線を図３に示す。磁界の変化に
対して３．８％の磁気抵抗変化が得られており、磁気ト
ンネリング効果が観測された。
磁界−抵抗変化の一例として、下部磁性層２および上部
磁性層１がＦｅからなり、絶縁層３がＭｇＦ２からなる
トンネル接合膜のＭＲ曲線を図３に示す。磁界の変化に
対して３．８％の磁気抵抗変化が得られており、磁気ト
ンネリング効果が観測された。
【００２６】表１には、本発明の代表的なトンネル接合
膜の特性を示した。
膜の特性を示した。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【発明の効果】本発明のトンネル接合膜は、絶縁層を薄
い結晶相のフッ化物とすることにより、欠陥の少ない良
質なトンネルバリアが形成される。 これによって、特
性の安定性、特性の向上が達成され、磁気ヘッド、磁気
センサまたは磁気メモリ等への応用に好適であり、本発
明の工業的意義は大きい。
い結晶相のフッ化物とすることにより、欠陥の少ない良
質なトンネルバリアが形成される。 これによって、特
性の安定性、特性の向上が達成され、磁気ヘッド、磁気
センサまたは磁気メモリ等への応用に好適であり、本発
明の工業的意義は大きい。
【図１】本発明を適用したトンネル接合膜の構成例を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】Ｆｅ−Ｃｏ磁性層上に作製したＭｇＦ２絶縁層
の構造を示すＸ線回折図形である。
の構造を示すＸ線回折図形である。
【図３】本発明のトンネル接合膜の磁気抵抗曲線の一例
を示す特性図である。
を示す特性図である。
Claims (8)
- 【請求項１】上部磁性層と下部磁性層と、それらに挟ま
れた絶縁層とからなるトンネル型の磁気抵抗効果を示す
トンネル接合膜において、該絶縁層がフッ化物絶縁体か
らなり、且つ結晶相であることを特徴とするトンネル接
合膜。 - 【請求項２】絶縁層が、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、Ｓｒ
Ｆ２、ＢａＦ２のフッ化物絶縁体からなることを特徴と
する請求項１に記載のトンネル接合膜。 - 【請求項３】上部磁性層および下部磁性層が、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉまたはそれらの合金からなることを特徴とする
請求項１または請求項２に記載のトンネル接合膜。 - 【請求項４】上部磁性層および下部磁性層が、マグネタ
イト、二酸化クロム、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂおよ
び（ＬａＳｒ）ＭｎＯ３のハーフメタルからなることを
特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記
載のトンネル接合膜。 - 【請求項５】下部磁性層、絶縁層および上部磁性層が格
子整合し、全体がエピタキシャル成長したことを特徴と
する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のト
ンネル接合膜。 - 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれか１項に
記載のトンネル接合膜からなる磁気センサ。 - 【請求項７】請求項１ないし請求項５のいずれか１項に
記載のトンネル接合膜からなる磁気記録用磁気ヘッド。 - 【請求項８】請求項１ないし請求項５のいずれか１項に
記載のトンネル接合膜からなる磁気メモリ。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000275666A JP2002057381A (ja) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | トンネル接合膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000275666A JP2002057381A (ja) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | トンネル接合膜 |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2002057381A true JP2002057381A (ja) | 2002-02-22 |
Family
ID=18761254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000275666A Withdrawn JP2002057381A (ja) | 2000-08-08 | 2000-08-08 | トンネル接合膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002057381A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1381087A2 (en) | 2002-07-10 | 2004-01-14 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Solid-state image pick-up device |
| KR20110108673A (ko) * | 2010-03-29 | 2011-10-06 | 삼성전자주식회사 | 자기 메모리 소자 및 그 형성방법 |
| WO2012023252A1 (ja) * | 2010-08-17 | 2012-02-23 | パナソニック株式会社 | 磁気トンネル接合素子 |
| WO2023276224A1 (ja) * | 2021-06-29 | 2023-01-05 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 磁気抵抗素子、磁気センサ、および磁気メモリ |
-
2000
- 2000-08-08 JP JP2000275666A patent/JP2002057381A/ja not_active Withdrawn
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