JP2002084014A - トンネル磁気抵抗効果素子及びこの素子を用いたデバイス - Google Patents
トンネル磁気抵抗効果素子及びこの素子を用いたデバイスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気抵抗の変化率を向上させ、検出感度等の
性能を向上させることができるトンネル磁気抵抗効果素
子及びこの素子を用いたデバイスを提供する。 【解決手段】 第２層４の絶縁膜をＺｎＯx薄膜（ｘ＝
０．９５〜１．０５）により形成することで、Ｚｎ自体
がスピンを持たず隣接する第１層３及び第３層５の磁性
原子に対して影響を与えないことから、トンネル電流の
変化率がより高いスピン配置を持つバンド構造を実現す
ることができ、検出感度等の性能が向上する。特に、第
２層４のＺｎＯx薄膜自体のバンドギャップが広く高温
においても問題なく動作させ得る上に、Ｚｎがイオン化
しやすくＺｎＯx薄膜中の酸素原子が界面において第１
層３及び第３層５中のＦｅに拡散するのを防止できるの
で、初期性能を得やすく、結果として、極めて薄膜とな
る第２層４の絶縁膜に関してそのばらつきの許容度を高
めて信頼性を向上させることができる。
性能を向上させることができるトンネル磁気抵抗効果素
子及びこの素子を用いたデバイスを提供する。 【解決手段】 第２層４の絶縁膜をＺｎＯx薄膜（ｘ＝
０．９５〜１．０５）により形成することで、Ｚｎ自体
がスピンを持たず隣接する第１層３及び第３層５の磁性
原子に対して影響を与えないことから、トンネル電流の
変化率がより高いスピン配置を持つバンド構造を実現す
ることができ、検出感度等の性能が向上する。特に、第
２層４のＺｎＯx薄膜自体のバンドギャップが広く高温
においても問題なく動作させ得る上に、Ｚｎがイオン化
しやすくＺｎＯx薄膜中の酸素原子が界面において第１
層３及び第３層５中のＦｅに拡散するのを防止できるの
で、初期性能を得やすく、結果として、極めて薄膜とな
る第２層４の絶縁膜に関してそのばらつきの許容度を高
めて信頼性を向上させることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル磁気抵抗
効果素子及びこの素子を用いた磁気センサ、磁気ヘッ
ド、磁気固体メモリデバイス等のデバイスに関する。
効果素子及びこの素子を用いた磁気センサ、磁気ヘッ
ド、磁気固体メモリデバイス等のデバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、強磁性体と絶縁膜と強磁性体との
接合構造により形成されて、両強磁性体の磁化の相対角
度に依存してトンネル効果が現れる強磁性体トンネル効
果という現象が見出され、この現象を利用したトンネル
磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の研究・開発が進めら
れている。強磁性体トンネル効果は非常に高い磁場感度
を有するため、超高密度磁気記録におけるＨＤＤ用磁気
再生ヘッドとしての利用可能性がある。この他、モータ
用磁界測定装置、ナビゲーション用地磁気センサ等の磁
気センサや、いわゆるＭＲＡＭと称される磁気固体メモ
リデバイス等への利用も可能といえる。
接合構造により形成されて、両強磁性体の磁化の相対角
度に依存してトンネル効果が現れる強磁性体トンネル効
果という現象が見出され、この現象を利用したトンネル
磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子）の研究・開発が進めら
れている。強磁性体トンネル効果は非常に高い磁場感度
を有するため、超高密度磁気記録におけるＨＤＤ用磁気
再生ヘッドとしての利用可能性がある。この他、モータ
用磁界測定装置、ナビゲーション用地磁気センサ等の磁
気センサや、いわゆるＭＲＡＭと称される磁気固体メモ
リデバイス等への利用も可能といえる。
【０００３】このようなＴＭＲ素子に関しては、例え
ば、特開平１０−９１９２５号公報、特開平１０−２５
５２３１号公報中にも記載されているように、Ｓ．Ｍae
ksawaand Ｖ．Ｇafvert等は、ＩＥＥＥ Ｔrans.Ｍag
n.,ＭＡＧ−18,707(1982)において、磁性体／絶縁体／
磁性体結合で両磁性層の磁化の相対角度に依存してトン
ネル効果が現れることが規定されることを理論的、実験
的に示している。
ば、特開平１０−９１９２５号公報、特開平１０−２５
５２３１号公報中にも記載されているように、Ｓ．Ｍae
ksawaand Ｖ．Ｇafvert等は、ＩＥＥＥ Ｔrans.Ｍag
n.,ＭＡＧ−18,707(1982)において、磁性体／絶縁体／
磁性体結合で両磁性層の磁化の相対角度に依存してトン
ネル効果が現れることが規定されることを理論的、実験
的に示している。
【０００４】特開平４−４２４１７号公報によれば、強
磁性トンネル効果膜を有するＴＭＲ素子について提案さ
れており、従来の磁気抵抗効果型ヘッドに比べて、微小
な漏洩磁束の変化を高感度、かつ、高分解能に検出でき
ること、接合面積を狭めることによりピンホールの発生
確率を低くして、再生感度を一層向上させ得る旨が記載
されている。
磁性トンネル効果膜を有するＴＭＲ素子について提案さ
れており、従来の磁気抵抗効果型ヘッドに比べて、微小
な漏洩磁束の変化を高感度、かつ、高分解能に検出でき
ること、接合面積を狭めることによりピンホールの発生
確率を低くして、再生感度を一層向上させ得る旨が記載
されている。
【０００５】また、特開平４−１０３０１４号公報によ
れば、磁性層に反強磁性体からのバイアス磁界を印加す
る強磁性トンネル効果膜及びそれを用いたＴＭＲ素子が
提案されている。
れば、磁性層に反強磁性体からのバイアス磁界を印加す
る強磁性トンネル効果膜及びそれを用いたＴＭＲ素子が
提案されている。
【０００６】さらに、Ｔ．Ｍiyazaki及びＮ．Ｔezuka等
は、Ｊ．Ｍagn.Ｍagn.Ｍater.139(1995)L231において、
Ｆｅ／Ａｌ2Ｏ3／Ｆｅトンネル接合で室温においてＭＲ
(磁気抵抗)変化率１８％が得られたことが報告されてい
る。また、Ｍ．Ｐomerantz,Ｊ．Ｃ．Ｓlocczewski及び
Ｅ．Ｓpiller等は、Ｆｅ／ａ−Ｃarbon／Ｆｅ膜につい
て報告されている。
は、Ｊ．Ｍagn.Ｍagn.Ｍater.139(1995)L231において、
Ｆｅ／Ａｌ2Ｏ3／Ｆｅトンネル接合で室温においてＭＲ
(磁気抵抗)変化率１８％が得られたことが報告されてい
る。また、Ｍ．Ｐomerantz,Ｊ．Ｃ．Ｓlocczewski及び
Ｅ．Ｓpiller等は、Ｆｅ／ａ−Ｃarbon／Ｆｅ膜につい
て報告されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来例のよう
に、この種のＴＭＲ素子の絶縁層としてはＡｌ系の酸化
物が用いられることが多い。このような構成では、十分
なＭＲ比を得る上でまだ不十分であり、改良の余地が多
分にある。
に、この種のＴＭＲ素子の絶縁層としてはＡｌ系の酸化
物が用いられることが多い。このような構成では、十分
なＭＲ比を得る上でまだ不十分であり、改良の余地が多
分にある。
【０００８】また、この種の絶縁層は、トンネル電流を
流す構造上、必然的に極めて薄い薄膜構成となるため、
その成膜性能のばらつきが素子の信頼性を左右してしま
う。
流す構造上、必然的に極めて薄い薄膜構成となるため、
その成膜性能のばらつきが素子の信頼性を左右してしま
う。
【０００９】そこで、本発明は、ＭＲ比を向上させ、検
出感度等の性能を向上させることができるトンネル磁気
抵抗効果素子及びこの素子を用いたデバイスを提供する
ことを目的とする。
出感度等の性能を向上させることができるトンネル磁気
抵抗効果素子及びこの素子を用いたデバイスを提供する
ことを目的とする。
【００１０】また、本発明は、絶縁層のばらつきの許容
度を高め、信頼性を向上させることができるトンネル磁
気抵抗効果素子及びこの素子を用いたデバイスを提供す
ることを目的とする。
度を高め、信頼性を向上させることができるトンネル磁
気抵抗効果素子及びこの素子を用いたデバイスを提供す
ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
金属性強磁性体薄膜による第１層と、非磁性の絶縁膜に
よる第２層と、金属性強磁性体薄膜による第３層との接
合構造により形成されて、前記第１層から前記第２層を
介して前記第３層にトンネル電流が流れる構造のトンネ
ル磁気抵抗効果素子であって、前記第２層の絶縁膜のス
ピン偏極率が前記第１層及び第３層のスピン偏極率の１
／１０以下であることを特徴とする。
金属性強磁性体薄膜による第１層と、非磁性の絶縁膜に
よる第２層と、金属性強磁性体薄膜による第３層との接
合構造により形成されて、前記第１層から前記第２層を
介して前記第３層にトンネル電流が流れる構造のトンネ
ル磁気抵抗効果素子であって、前記第２層の絶縁膜のス
ピン偏極率が前記第１層及び第３層のスピン偏極率の１
／１０以下であることを特徴とする。
【００１２】従って、第２層の絶縁膜のスピン偏極率が
第１層及び第３層のスピン偏極率の１／１０以下であ
り、絶縁膜が第１層及び第３層の磁性原子に対して影響
を与えないので、トンネル電流の変化率、即ち、ＭＲ比
がより高いスピン配置を持つバンド構造を実現でき、検
出感度等の性能が向上する。
第１層及び第３層のスピン偏極率の１／１０以下であ
り、絶縁膜が第１層及び第３層の磁性原子に対して影響
を与えないので、トンネル電流の変化率、即ち、ＭＲ比
がより高いスピン配置を持つバンド構造を実現でき、検
出感度等の性能が向上する。
【００１３】請求項２記載の発明は、金属性強磁性体薄
膜による第１層と、非磁性の絶縁膜による第２層と、金
属性強磁性体薄膜による第３層との接合構造により形成
されて、前記第１層から前記第２層を介して前記第３層
にトンネル電流が流れる構造のトンネル磁気抵抗効果素
子であって、前記第２層の絶縁膜がＺｎＯx薄膜（ｘ＝
０．９５〜１．０５）により形成されていることを特徴
とする。
膜による第１層と、非磁性の絶縁膜による第２層と、金
属性強磁性体薄膜による第３層との接合構造により形成
されて、前記第１層から前記第２層を介して前記第３層
にトンネル電流が流れる構造のトンネル磁気抵抗効果素
子であって、前記第２層の絶縁膜がＺｎＯx薄膜（ｘ＝
０．９５〜１．０５）により形成されていることを特徴
とする。
【００１４】従って、第２層の絶縁膜をＺｎＯx薄膜
（ｘ＝０．９５〜１．０５）により形成することで、Ｚ
ｎ自体がスピンを持たず隣接する第１層及び第３層の磁
性原子に対して影響を与えないので、トンネル電流の変
化率、即ち、ＭＲ比がより高いスピン配置を持つバンド
構造を実現でき、検出感度等の性能が向上する。また、
ＺｎＯx薄膜自体のバンドギャップが広く高温において
も問題なく動作させ得る上に、Ｚｎがイオン化しやすく
ＺｎＯx薄膜中の酸素原子が界面において第１層及び第
３層中のＦｅに拡散するのを防止できるので、初期性能
を得やすい。結果として、極めて薄膜となる絶縁膜に関
してそのばらつきの許容度を高めて信頼性を向上させる
ことができる。
（ｘ＝０．９５〜１．０５）により形成することで、Ｚ
ｎ自体がスピンを持たず隣接する第１層及び第３層の磁
性原子に対して影響を与えないので、トンネル電流の変
化率、即ち、ＭＲ比がより高いスピン配置を持つバンド
構造を実現でき、検出感度等の性能が向上する。また、
ＺｎＯx薄膜自体のバンドギャップが広く高温において
も問題なく動作させ得る上に、Ｚｎがイオン化しやすく
ＺｎＯx薄膜中の酸素原子が界面において第１層及び第
３層中のＦｅに拡散するのを防止できるので、初期性能
を得やすい。結果として、極めて薄膜となる絶縁膜に関
してそのばらつきの許容度を高めて信頼性を向上させる
ことができる。
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記第２層の
膜厚をこの膜厚とその抵抗率との積が一定となるように
可変設定することを特徴とする。
載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記第２層の
膜厚をこの膜厚とその抵抗率との積が一定となるように
可変設定することを特徴とする。
【００１６】トンネル電流のための接合面積を一定とし
た場合、絶縁膜を厚くすると信頼性は向上するが抵抗値
が増して検出精度が低下し、逆に、絶縁膜を薄くすると
抵抗値が下がって検出精度が向上するが微細なホール等
の影響で絶縁破壊が生じてしまい信頼性が低下してしま
うが、第２層の膜厚をこの膜厚とその抵抗率との積が一
定となるように可変設定することにより検出精度と信頼
性とを両立させる設計が容易となる。
た場合、絶縁膜を厚くすると信頼性は向上するが抵抗値
が増して検出精度が低下し、逆に、絶縁膜を薄くすると
抵抗値が下がって検出精度が向上するが微細なホール等
の影響で絶縁破壊が生じてしまい信頼性が低下してしま
うが、第２層の膜厚をこの膜厚とその抵抗率との積が一
定となるように可変設定することにより検出精度と信頼
性とを両立させる設計が容易となる。
【００１７】請求項４記載の発明は、請求項１ないし３
の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果素子におい
て、前記第１層と前記第３層との何れか一方の層の近傍
に強磁性体−反強磁性体交換結合によりバイアス磁界を
付与する反強磁性体を備えることを特徴とする。
の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果素子におい
て、前記第１層と前記第３層との何れか一方の層の近傍
に強磁性体−反強磁性体交換結合によりバイアス磁界を
付与する反強磁性体を備えることを特徴とする。
【００１８】従って、反強磁性体を利用したいわゆるス
ピンバルブ構造とすることより、ＭＲ比をより一層向上
させることができる。
ピンバルブ構造とすることより、ＭＲ比をより一層向上
させることができる。
【００１９】請求項５記載の発明は、請求項１ないし４
の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果素子におい
て、前記第１層と前記第３層との少なくとも一方の層の
近傍にその層の磁区を固定するための磁界を与える硬磁
性膜を備えることを特徴とする。
の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果素子におい
て、前記第１層と前記第３層との少なくとも一方の層の
近傍にその層の磁区を固定するための磁界を与える硬磁
性膜を備えることを特徴とする。
【００２０】従って、第１層又は第３層の磁区制御を硬
磁性膜を利用して行うことにより、ノイズの発生を抑制
でき、性能向上を図ることができる。
磁性膜を利用して行うことにより、ノイズの発生を抑制
でき、性能向上を図ることができる。
【００２１】請求項６記載の発明の磁気センサは、請求
項１ないし５の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果
素子を感磁部に有し、前記トンネル磁気抵抗効果素子の
前記第１層及び第３層の磁化状態によって流れるトンネ
ル電流が変化することにより磁界を検出することを特徴
とする。
項１ないし５の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果
素子を感磁部に有し、前記トンネル磁気抵抗効果素子の
前記第１層及び第３層の磁化状態によって流れるトンネ
ル電流が変化することにより磁界を検出することを特徴
とする。
【００２２】従って、請求項１ないし５の何れか一に記
載のトンネル磁気抵抗効果素子を感磁部に有するので、
磁気抵抗の変化率が高く、トンネル電流の変化による磁
界検出感度の高い高性能な磁気センサを提供することが
できる。
載のトンネル磁気抵抗効果素子を感磁部に有するので、
磁気抵抗の変化率が高く、トンネル電流の変化による磁
界検出感度の高い高性能な磁気センサを提供することが
できる。
【００２３】請求項７記載の発明は、請求項６記載の磁
気センサにおいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子に交
流のトンネル電流を付与し、前記第１層及び第３層の磁
化状態によって流れる交流のトンネル電流が変化するこ
とにより磁界を検出することを特徴とする。
気センサにおいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子に交
流のトンネル電流を付与し、前記第１層及び第３層の磁
化状態によって流れる交流のトンネル電流が変化するこ
とにより磁界を検出することを特徴とする。
【００２４】従って、交流のトンネル電流は磁気抵抗の
変化率によって直流時の場合と同様に変化し、その変化
率も向上するので、高精度な検出が可能な磁気センサを
提供することができる。第１層、第３層に用いる磁性体
を変えることで、高周波領域でも用いることが可能なこ
とから、特に、外部磁界の検知を高周波キャリア成分を
重畳させた交流のトンネル電流に基づき行わせること
で、より高精度な検出が可能な磁気センサを提供するこ
とができる。
変化率によって直流時の場合と同様に変化し、その変化
率も向上するので、高精度な検出が可能な磁気センサを
提供することができる。第１層、第３層に用いる磁性体
を変えることで、高周波領域でも用いることが可能なこ
とから、特に、外部磁界の検知を高周波キャリア成分を
重畳させた交流のトンネル電流に基づき行わせること
で、より高精度な検出が可能な磁気センサを提供するこ
とができる。
【００２５】請求項８記載の発明は、請求項７記載の磁
気センサにおいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子をイ
ンピーダンスを一致させた伝送線路上の一部に配設した
ことを特徴とする。
気センサにおいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子をイ
ンピーダンスを一致させた伝送線路上の一部に配設した
ことを特徴とする。
【００２６】従って、高周波キャリア成分を重畳させて
検出する場合や高速で信号を検出する場合には、当該ト
ンネル磁気抵抗効果素子を含む伝送線路部や接続用配線
部を構成する伝送線路部のインピーダンスを一致させる
ことで、通電する高周波電流の損失を低く抑えることが
可能となり、高感度・高機能な感磁部を持つ磁気センサ
を提供することができる。
検出する場合や高速で信号を検出する場合には、当該ト
ンネル磁気抵抗効果素子を含む伝送線路部や接続用配線
部を構成する伝送線路部のインピーダンスを一致させる
ことで、通電する高周波電流の損失を低く抑えることが
可能となり、高感度・高機能な感磁部を持つ磁気センサ
を提供することができる。
【００２７】請求項９記載の発明は、請求項７又は８記
載の磁気センサにおいて、前記伝送線路上の一部に設け
られて前記トンネル磁気抵抗効果素子に対する反射波と
進行波とを分離する方向性結合器と、この方向性結合器
の出力側に設けられて分離された前記反射波の強度と前
記進行波の強度とを各々検知する高周波検知器と、これ
らの高周波検知器により検知された前記反射波の強度と
前記進行波の強度との比により交流のトンネル電流の変
化を検出する演算回路と、を備えることを特徴とする。
載の磁気センサにおいて、前記伝送線路上の一部に設け
られて前記トンネル磁気抵抗効果素子に対する反射波と
進行波とを分離する方向性結合器と、この方向性結合器
の出力側に設けられて分離された前記反射波の強度と前
記進行波の強度とを各々検知する高周波検知器と、これ
らの高周波検知器により検知された前記反射波の強度と
前記進行波の強度との比により交流のトンネル電流の変
化を検出する演算回路と、を備えることを特徴とする。
【００２８】従って、伝送線路の途中に方向性結合器を
設けて反射波と進行波とに分離し、各々の強度を高周波
検知器により検知してその比をとることにより、インピ
ーダンスのずれをＳ−パラメータ法によって検出するこ
とができ、インピーダンス変化の検出精度を高め、磁気
センサとしての感度をさらに向上させることができる。
設けて反射波と進行波とに分離し、各々の強度を高周波
検知器により検知してその比をとることにより、インピ
ーダンスのずれをＳ−パラメータ法によって検出するこ
とができ、インピーダンス変化の検出精度を高め、磁気
センサとしての感度をさらに向上させることができる。
【００２９】請求項１０記載の発明は、請求項８記載の
磁気センサにおいて、前記伝送線路上の一部に薄膜で形
成されて前記トンネル磁気抵抗効果素子に対する反射波
と進行波とを分離する方向性結合器と、この方向性結合
器の出力側に設けられて分離された前記反射波の強度と
前記進行波の強度とを各々検知する高周波検知器と、こ
れらの高周波検知器により検知された前記反射波の強度
と前記進行波の強度との比により交流のトンネル電流の
変化を検出する演算回路と、を備えることを特徴とす
る。
磁気センサにおいて、前記伝送線路上の一部に薄膜で形
成されて前記トンネル磁気抵抗効果素子に対する反射波
と進行波とを分離する方向性結合器と、この方向性結合
器の出力側に設けられて分離された前記反射波の強度と
前記進行波の強度とを各々検知する高周波検知器と、こ
れらの高周波検知器により検知された前記反射波の強度
と前記進行波の強度との比により交流のトンネル電流の
変化を検出する演算回路と、を備えることを特徴とす
る。
【００３０】従って、方向性結合器をバルクに代えて薄
膜で形成した場合にも請求項９記載の発明の磁気センサ
の場合と同様な作用効果が得られる。
膜で形成した場合にも請求項９記載の発明の磁気センサ
の場合と同様な作用効果が得られる。
【００３１】請求項１１記載の発明の磁気ヘッドは、請
求項１ないし５の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効
果素子を感磁部に有し、前記トンネル磁気抵抗効果素子
の前記第１層及び第３層の磁化状態によって流れるトン
ネル電流が変化することにより磁界を検出することを特
徴とする。
求項１ないし５の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効
果素子を感磁部に有し、前記トンネル磁気抵抗効果素子
の前記第１層及び第３層の磁化状態によって流れるトン
ネル電流が変化することにより磁界を検出することを特
徴とする。
【００３２】従って、請求項１ないし５の何れか一に記
載のトンネル磁気抵抗効果素子を感磁部に有するので、
磁気抵抗の変化率が高く、トンネル電流の変化による磁
界検出感度の高い高性能な再生用の磁気ヘッドを提供す
ることができる。
載のトンネル磁気抵抗効果素子を感磁部に有するので、
磁気抵抗の変化率が高く、トンネル電流の変化による磁
界検出感度の高い高性能な再生用の磁気ヘッドを提供す
ることができる。
【００３３】請求項１２記載の発明は、請求項１１記載
の磁気ヘッドにおいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子
に交流のトンネル電流を付与し、前記第１層及び第３層
の磁化状態によって流れる交流のトンネル電流が変化す
ることにより磁界を検出することを特徴とする。
の磁気ヘッドにおいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子
に交流のトンネル電流を付与し、前記第１層及び第３層
の磁化状態によって流れる交流のトンネル電流が変化す
ることにより磁界を検出することを特徴とする。
【００３４】従って、交流のトンネル電流は磁気抵抗の
変化率によって直流時の場合と同様に変化し、その変化
率も向上するので、高精度な検出が可能な磁気センサを
提供することができる。第１層、第３層に用いる磁性体
を変えることで、高周波領域でも用いることが可能なこ
とから、特に、外部磁界の検知を高周波キャリア成分を
重畳させた交流のトンネル電流に基づき行わせること
で、より高精度な検出が可能な再生用の磁気ヘッドを提
供することができる。
変化率によって直流時の場合と同様に変化し、その変化
率も向上するので、高精度な検出が可能な磁気センサを
提供することができる。第１層、第３層に用いる磁性体
を変えることで、高周波領域でも用いることが可能なこ
とから、特に、外部磁界の検知を高周波キャリア成分を
重畳させた交流のトンネル電流に基づき行わせること
で、より高精度な検出が可能な再生用の磁気ヘッドを提
供することができる。
【００３５】請求項１３記載の発明は、請求項１２記載
の磁気ヘッドにおいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子
をインピーダンスを一致させた伝送線路上の一部に配設
したことを特徴とする。
の磁気ヘッドにおいて、前記トンネル磁気抵抗効果素子
をインピーダンスを一致させた伝送線路上の一部に配設
したことを特徴とする。
【００３６】従って、高周波キャリア成分を重畳させて
検出する場合や高速で信号を検出する場合には、当該ト
ンネル磁気抵抗効果素子を含む伝送線路部や接続用配線
部を構成する伝送線路部のインピーダンスを一致させる
ことで、通電する高周波電流の損失を低く抑えることが
可能となり、高感度・高機能な感磁部を持つ磁気ヘッド
を提供することができる。
検出する場合や高速で信号を検出する場合には、当該ト
ンネル磁気抵抗効果素子を含む伝送線路部や接続用配線
部を構成する伝送線路部のインピーダンスを一致させる
ことで、通電する高周波電流の損失を低く抑えることが
可能となり、高感度・高機能な感磁部を持つ磁気ヘッド
を提供することができる。
【００３７】請求項１４記載の発明は、請求項１２又は
１３記載の磁気ヘッドにおいて、前記トンネル磁気抵抗
効果素子に対する反射波と進行波とを分離する方向性結
合器と、この方向性結合器の出力側に設けられて分離さ
れた前記反射波の強度と前記進行波の強度とを各々検知
する高周波検知器と、これらの高周波検知器により検知
された前記反射波の強度と前記進行波の強度との比によ
り交流のトンネル電流の変化を検出する演算回路と、を
備えることを特徴とする。
１３記載の磁気ヘッドにおいて、前記トンネル磁気抵抗
効果素子に対する反射波と進行波とを分離する方向性結
合器と、この方向性結合器の出力側に設けられて分離さ
れた前記反射波の強度と前記進行波の強度とを各々検知
する高周波検知器と、これらの高周波検知器により検知
された前記反射波の強度と前記進行波の強度との比によ
り交流のトンネル電流の変化を検出する演算回路と、を
備えることを特徴とする。
【００３８】従って、伝送線路の途中に方向性結合器を
設けて反射波と進行波とに分離し、各々の強度を高周波
検知器により検知してその比をとることにより、インピ
ーダンスのずれをＳ−パラメータ法によって検出するこ
とができ、インピーダンス変化の検出精度を高め、磁気
ヘッドとしての感度をさらに向上させることができる。
設けて反射波と進行波とに分離し、各々の強度を高周波
検知器により検知してその比をとることにより、インピ
ーダンスのずれをＳ−パラメータ法によって検出するこ
とができ、インピーダンス変化の検出精度を高め、磁気
ヘッドとしての感度をさらに向上させることができる。
【００３９】請求項１５記載の発明は、請求項１３記載
の磁気ヘッドにおいて、前記伝送線路上の一部に薄膜で
形成されて前記トンネル磁気抵抗効果素子に対する反射
波と進行波とを分離する方向性結合器と、この方向性結
合器の出力側に設けられて分離された前記反射波の強度
と前記進行波の強度とを各々検知する高周波検知器と、
これらの高周波検知器により検知された前記反射波の強
度と前記進行波の強度との比により交流のトンネル電流
の変化を検出する演算回路と、を備えることを特徴とす
る。
の磁気ヘッドにおいて、前記伝送線路上の一部に薄膜で
形成されて前記トンネル磁気抵抗効果素子に対する反射
波と進行波とを分離する方向性結合器と、この方向性結
合器の出力側に設けられて分離された前記反射波の強度
と前記進行波の強度とを各々検知する高周波検知器と、
これらの高周波検知器により検知された前記反射波の強
度と前記進行波の強度との比により交流のトンネル電流
の変化を検出する演算回路と、を備えることを特徴とす
る。
【００４０】従って、方向性結合器をバルクに代えて薄
膜で形成した場合にも請求項１５記載の発明の磁気ヘッ
ドの場合と同様な作用効果が得られる。
膜で形成した場合にも請求項１５記載の発明の磁気ヘッ
ドの場合と同様な作用効果が得られる。
【００４１】請求項１６記載の発明の磁気固体メモリデ
バイスは、請求項１ないし５の何れか一に記載のトンネ
ル磁気抵抗効果素子を記録部に有し、前記トンネル磁気
抵抗効果素子の前記第１層及び第３層の磁化状態によっ
て流れるトンネル電流が変化することで記憶機能及び信
号処理機能を有することを特徴とする。
バイスは、請求項１ないし５の何れか一に記載のトンネ
ル磁気抵抗効果素子を記録部に有し、前記トンネル磁気
抵抗効果素子の前記第１層及び第３層の磁化状態によっ
て流れるトンネル電流が変化することで記憶機能及び信
号処理機能を有することを特徴とする。
【００４２】従って、請求項１ないし５の何れか一に記
載のトンネル磁気抵抗効果素子を記録部に有するので、
磁気抵抗の変化率が高く、トンネル電流の変化を利用し
た記憶機能及び信号処理機能に関して高性能な磁気固体
メモリデバイスを提供することができる。
載のトンネル磁気抵抗効果素子を記録部に有するので、
磁気抵抗の変化率が高く、トンネル電流の変化を利用し
た記憶機能及び信号処理機能に関して高性能な磁気固体
メモリデバイスを提供することができる。
【００４３】請求項１７記載の発明は、請求項１６記載
の磁気固体メモリデバイスにおいて、前記トンネル磁気
抵抗効果素子に交流のトンネル電流を付与し、前記第１
層及び第３層の磁化状態によって流れる交流のトンネル
電流が変化することで記憶機能及び信号処理機能を有す
ることを特徴とする。
の磁気固体メモリデバイスにおいて、前記トンネル磁気
抵抗効果素子に交流のトンネル電流を付与し、前記第１
層及び第３層の磁化状態によって流れる交流のトンネル
電流が変化することで記憶機能及び信号処理機能を有す
ることを特徴とする。
【００４４】従って、交流のトンネル電流は磁気抵抗の
変化率によって直流時の場合と同様に変化し、その変化
率も向上するので、トンネル電流の変化を利用した記憶
機能及び信号処理機能に関して高性能な磁気固体メモリ
デバイスを提供することができる。第１層、第３層に用
いる磁性体を変えることで、高周波領域でも用いること
が可能なことから、特に、外部磁界の検知を高周波キャ
リア成分を重畳させた交流のトンネル電流に基づき行わ
せることで、より高性能な磁気固体メモリデバイスを提
供することができる。
変化率によって直流時の場合と同様に変化し、その変化
率も向上するので、トンネル電流の変化を利用した記憶
機能及び信号処理機能に関して高性能な磁気固体メモリ
デバイスを提供することができる。第１層、第３層に用
いる磁性体を変えることで、高周波領域でも用いること
が可能なことから、特に、外部磁界の検知を高周波キャ
リア成分を重畳させた交流のトンネル電流に基づき行わ
せることで、より高性能な磁気固体メモリデバイスを提
供することができる。
【００４５】請求項１８記載の発明は、請求項１７記載
の磁気固体メモリデバイスにおいて、前記トンネル磁気
抵抗効果素子をインピーダンスを一致させた伝送線路上
の一部に配設したことを特徴とする。
の磁気固体メモリデバイスにおいて、前記トンネル磁気
抵抗効果素子をインピーダンスを一致させた伝送線路上
の一部に配設したことを特徴とする。
【００４６】従って、高周波キャリア成分を重畳させて
記憶機能及び信号処理機能を発揮させる場合や高速処理
を行わせる場合には、当該トンネル磁気抵抗効果素子を
含む伝送線路部や接続用配線部を構成する伝送線路部の
インピーダンスを一致させることで、通電する高周波電
流の損失を低く抑えることが可能となり、高速度・高機
能な記録部を持つ磁気固体メモリデバイスを提供するこ
とができる。
記憶機能及び信号処理機能を発揮させる場合や高速処理
を行わせる場合には、当該トンネル磁気抵抗効果素子を
含む伝送線路部や接続用配線部を構成する伝送線路部の
インピーダンスを一致させることで、通電する高周波電
流の損失を低く抑えることが可能となり、高速度・高機
能な記録部を持つ磁気固体メモリデバイスを提供するこ
とができる。
【００４７】請求項１９記載の発明は、請求項１７又は
１８記載の磁気固体メモリデバイスにおいて、前記トン
ネル磁気抵抗効果素子に対する反射波と進行波とを分離
する方向性結合器と、この方向性結合器の出力側に設け
られて分離された前記反射波の強度と前記進行波の強度
とを各々検知する高周波検知器と、これらの高周波検知
器により検知された前記反射波の強度と前記進行波の強
度との比により交流のトンネル電流の変化を検出する演
算回路と、を備えることを特徴とする。
１８記載の磁気固体メモリデバイスにおいて、前記トン
ネル磁気抵抗効果素子に対する反射波と進行波とを分離
する方向性結合器と、この方向性結合器の出力側に設け
られて分離された前記反射波の強度と前記進行波の強度
とを各々検知する高周波検知器と、これらの高周波検知
器により検知された前記反射波の強度と前記進行波の強
度との比により交流のトンネル電流の変化を検出する演
算回路と、を備えることを特徴とする。
【００４８】従って、伝送線路の途中に方向性結合器を
設けて反射波と進行波とに分離し、各々の強度を高周波
検知器により検知してその比をとることにより、インピ
ーダンスのずれをＳ−パラメータ法によって検出するこ
とができ、インピーダンス変化の検出精度を高め、磁気
固体メモリデバイスとしての機能をさらに向上させるこ
とができる。
設けて反射波と進行波とに分離し、各々の強度を高周波
検知器により検知してその比をとることにより、インピ
ーダンスのずれをＳ−パラメータ法によって検出するこ
とができ、インピーダンス変化の検出精度を高め、磁気
固体メモリデバイスとしての機能をさらに向上させるこ
とができる。
【００４９】請求項２０記載の発明は、請求項１８記載
の磁気固体メモリデバイスにおいて、前記伝送線路上の
一部に薄膜で形成されて前記トンネル磁気抵抗効果素子
に対する反射波と進行波とを分離する方向性結合器と、
この方向性結合器の出力側に設けられて分離された前記
反射波の強度と前記進行波の強度とを各々検知する高周
波検知器と、これらの高周波検知器により検知された前
記反射波の強度と前記進行波の強度との比により交流の
トンネル電流の変化を検出する演算回路と、を備えるこ
とを特徴とする。
の磁気固体メモリデバイスにおいて、前記伝送線路上の
一部に薄膜で形成されて前記トンネル磁気抵抗効果素子
に対する反射波と進行波とを分離する方向性結合器と、
この方向性結合器の出力側に設けられて分離された前記
反射波の強度と前記進行波の強度とを各々検知する高周
波検知器と、これらの高周波検知器により検知された前
記反射波の強度と前記進行波の強度との比により交流の
トンネル電流の変化を検出する演算回路と、を備えるこ
とを特徴とする。
【００５０】従って、方向性結合器をバルクに代えて薄
膜で形成した場合にも請求項１９記載の発明の磁気固体
メモリデバイスの場合と同様な作用効果が得られる。
膜で形成した場合にも請求項１９記載の発明の磁気固体
メモリデバイスの場合と同様な作用効果が得られる。
【００５１】
【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
ないし図６に基づいて説明する。本実施の形態は、ＴＭ
Ｒ素子（トンネル磁気抵抗効果素子）１に関するもの
で、基本的には、図４に示すように絶縁性の基板２上に
積層させた金属性強磁性体薄膜による第１層３と、絶縁
膜による第２層４と、金属性強磁性体薄膜による第３層
５との所定のパターンの接合構造により形成されて、第
１層３から第２層４を介して第３層５にトンネル電流が
流れる構造の素子である。
ないし図６に基づいて説明する。本実施の形態は、ＴＭ
Ｒ素子（トンネル磁気抵抗効果素子）１に関するもの
で、基本的には、図４に示すように絶縁性の基板２上に
積層させた金属性強磁性体薄膜による第１層３と、絶縁
膜による第２層４と、金属性強磁性体薄膜による第３層
５との所定のパターンの接合構造により形成されて、第
１層３から第２層４を介して第３層５にトンネル電流が
流れる構造の素子である。
【００５２】このようなＴＭＲ素子１に関する詳細構成
をその作製方法を含めて説明する。まず、図１に示すよ
うに、石英、ガラス等の絶縁性の基板２上に第１層３と
してＦｅ−Ｃｏ50膜をスパッタリング法により成膜す
る。
をその作製方法を含めて説明する。まず、図１に示すよ
うに、石英、ガラス等の絶縁性の基板２上に第１層３と
してＦｅ−Ｃｏ50膜をスパッタリング法により成膜す
る。
【００５３】次に、半導体製造工程に用いられる一般的
なフォトリソグラフィ技術とＣＦ4＋Ｈ2を用いたＲＩＥ
法（反応性イオンエッチング法）により、第１層３を図
２に示すようにパターン化する。ここでは、ＴＭＲ素子
１の電極の一例として機能させるため、幅１μｍ×長さ
１ｍｍのパターン形状とした。
なフォトリソグラフィ技術とＣＦ4＋Ｈ2を用いたＲＩＥ
法（反応性イオンエッチング法）により、第１層３を図
２に示すようにパターン化する。ここでは、ＴＭＲ素子
１の電極の一例として機能させるため、幅１μｍ×長さ
１ｍｍのパターン形状とした。
【００５４】ここに、第１層３としては、導電性金属部
材であれば、目的とする磁界強度に応じて抗磁力を選択
することでよく、上例のＦｅ−Ｃｏ50膜以外に、Ｆｅ20
−Ｎｉ80膜、ＣｕＭｏパーマロイ膜、ＣｏＦｅＢアモル
ファス膜、ＦｅＳｉＣｏＢアモルファス膜などでもよ
い。なお、Ｆｅ−Ｃｏ50膜やパーマロイ膜に関してはメ
ッキ法によって作製するようにしてもよい。また、本実
施の形態では、比較的空間分解能の広い磁気センサへの
適用を考えて膜厚を１００ｎｍとしたが、磁気ヘッド等
へ応用する場合であれば膜厚を１０ｎｍ程度としてもよ
く、感度その他の条件に応じて適宜設定することにより
対応可能である。
材であれば、目的とする磁界強度に応じて抗磁力を選択
することでよく、上例のＦｅ−Ｃｏ50膜以外に、Ｆｅ20
−Ｎｉ80膜、ＣｕＭｏパーマロイ膜、ＣｏＦｅＢアモル
ファス膜、ＦｅＳｉＣｏＢアモルファス膜などでもよ
い。なお、Ｆｅ−Ｃｏ50膜やパーマロイ膜に関してはメ
ッキ法によって作製するようにしてもよい。また、本実
施の形態では、比較的空間分解能の広い磁気センサへの
適用を考えて膜厚を１００ｎｍとしたが、磁気ヘッド等
へ応用する場合であれば膜厚を１０ｎｍ程度としてもよ
く、感度その他の条件に応じて適宜設定することにより
対応可能である。
【００５５】つづいて、図３に示すように、このような
第１層３の上に第２層４の絶縁膜としてＺｎＯ薄膜をス
パッタリング法により所定のパターンで成膜する。より
具体的には、第２層４のスピン偏極率が第１層３及び第
３層５のスピン偏極率の１／１０以下となるように設定
されている。また、ＺｎＯx薄膜（ｘ＝０．９５〜１．
０５）とされている。
第１層３の上に第２層４の絶縁膜としてＺｎＯ薄膜をス
パッタリング法により所定のパターンで成膜する。より
具体的には、第２層４のスピン偏極率が第１層３及び第
３層５のスピン偏極率の１／１０以下となるように設定
されている。また、ＺｎＯx薄膜（ｘ＝０．９５〜１．
０５）とされている。
【００５６】即ち、ＴＭＲの理論式は、通常、第1の強
磁性体層の分極率Ｐ１、第3の強磁性体の分極率Ｐ２と
すると、ＭＲ比は、 ２Ｐ１・Ｐ２／（１−Ｐ１・Ｐ２） とされている。しかしながら、これを実現する上で、第
2層の絶縁層内には一部強磁性体原子の混入が避けられ
ない。特に、界面においては、この影響が出やすい。本
実施の形態では、絶縁層界面も含んだ絶縁層の改質を目
的とし、その指標としてスピン偏極率を選んだものであ
る。スパッタ成膜条件と熱処理条件とを選ぶと、第２層
４のスピン偏極率を第１層３及び第３層５のスピン偏極
率の１／１０以下とできることが分かり、このときにＭ
Ｒ効果が発現しており、磁気センサ等に用いることが可
能となったものである。
磁性体層の分極率Ｐ１、第3の強磁性体の分極率Ｐ２と
すると、ＭＲ比は、 ２Ｐ１・Ｐ２／（１−Ｐ１・Ｐ２） とされている。しかしながら、これを実現する上で、第
2層の絶縁層内には一部強磁性体原子の混入が避けられ
ない。特に、界面においては、この影響が出やすい。本
実施の形態では、絶縁層界面も含んだ絶縁層の改質を目
的とし、その指標としてスピン偏極率を選んだものであ
る。スパッタ成膜条件と熱処理条件とを選ぶと、第２層
４のスピン偏極率を第１層３及び第３層５のスピン偏極
率の１／１０以下とできることが分かり、このときにＭ
Ｒ効果が発現しており、磁気センサ等に用いることが可
能となったものである。
【００５７】特に、ＺｎＯを成膜する際に気をつけなけ
ればならないのはその酸化度である。良好な絶縁性能を
有し、ＭＲ比が現れるのは（ＺｎＯx薄膜としたとき
に）、ｘ＝０．９５〜１．０５の範囲であって、それ以
外では導電性が大きく現れたものである。
ればならないのはその酸化度である。良好な絶縁性能を
有し、ＭＲ比が現れるのは（ＺｎＯx薄膜としたとき
に）、ｘ＝０．９５〜１．０５の範囲であって、それ以
外では導電性が大きく現れたものである。
【００５８】第１層３のようなＣｏ合金の場合には、六
方晶系をとることが多いので、ＺｎＯ薄膜層も六方晶系
である分、結晶性が増加するとともに、この後、第２層
４上に積層させる第３層５のＣｏ系合金薄膜の結晶性も
高めることができるメリットがある。本実施の形態で
は、ＺｎＯ薄膜層による第２層４の膜厚を１〜１０ｎｍ
とした。なお、この第２層４の成膜法としては、ＣＶＤ
法（化学気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャ
ル法）であってもよい。
方晶系をとることが多いので、ＺｎＯ薄膜層も六方晶系
である分、結晶性が増加するとともに、この後、第２層
４上に積層させる第３層５のＣｏ系合金薄膜の結晶性も
高めることができるメリットがある。本実施の形態で
は、ＺｎＯ薄膜層による第２層４の膜厚を１〜１０ｎｍ
とした。なお、この第２層４の成膜法としては、ＣＶＤ
法（化学気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャ
ル法）であってもよい。
【００５９】この後、図４に示すように、第２層４上に
第３層５として第１層３と同じＦｅ−Ｃｏ50膜を再び膜
厚１００ｎｍ成膜し、例えば、第１層３のパターンと直
交するパターンにパターン化する。もっとも、第３層５
はこのように第１層３と同一の薄膜としてもよいが、異
なっていてもよく、例えば、Ｆｅ90Ｎｉ10膜、Ｆｅ20−
Ｎｉ80膜、ＣｕＭｏパーマロイ膜、Ｃｏ92Ｚｒ3Ｎｂ5ア
モルファス薄膜、ＦｅＳｉＣｏＢアモルファス膜などで
もよい。
第３層５として第１層３と同じＦｅ−Ｃｏ50膜を再び膜
厚１００ｎｍ成膜し、例えば、第１層３のパターンと直
交するパターンにパターン化する。もっとも、第３層５
はこのように第１層３と同一の薄膜としてもよいが、異
なっていてもよく、例えば、Ｆｅ90Ｎｉ10膜、Ｆｅ20−
Ｎｉ80膜、ＣｕＭｏパーマロイ膜、Ｃｏ92Ｚｒ3Ｎｂ5ア
モルファス薄膜、ＦｅＳｉＣｏＢアモルファス膜などで
もよい。
【００６０】このような構成のＴＭＲ素子１によれば、
第２層４の絶縁膜として用いたＺｎＯ中のＺｎ自体はス
ピンを持たず、隣接する第１層３、第３層５の主として
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉといった磁性原子に対して影響を与え
ず、この第２層４のスピン濃度（スピン偏極率）を減ら
して（具体的には、第１層３、第３層５に比較して１／
１０以下）、よりトンネル電流の変化率が高いスピン配
置を持つバンド構造を実現できる。また、ＺｎＯ自体の
バンドギャップは３．１〜３．２ｅＶと広く、高温度に
おいても問題なく動作させることが可能となる。化学的
にＺｎは隣接する第１層３、第３層５の磁性層内に存在
する磁性原子Ｆｅよりもイオン化しやすく、界面におい
てＺｎＯ中の酸素原子がＦｅに拡散するのを防止する効
果があり、初期性能を得やすいというメリットもある。
第２層４の絶縁膜として用いたＺｎＯ中のＺｎ自体はス
ピンを持たず、隣接する第１層３、第３層５の主として
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉといった磁性原子に対して影響を与え
ず、この第２層４のスピン濃度（スピン偏極率）を減ら
して（具体的には、第１層３、第３層５に比較して１／
１０以下）、よりトンネル電流の変化率が高いスピン配
置を持つバンド構造を実現できる。また、ＺｎＯ自体の
バンドギャップは３．１〜３．２ｅＶと広く、高温度に
おいても問題なく動作させることが可能となる。化学的
にＺｎは隣接する第１層３、第３層５の磁性層内に存在
する磁性原子Ｆｅよりもイオン化しやすく、界面におい
てＺｎＯ中の酸素原子がＦｅに拡散するのを防止する効
果があり、初期性能を得やすいというメリットもある。
【００６１】ところで、図５にこのようなＴＭＲ素子１
に対する試験回路構成例を示す。第１層３の一端と第３
層５の一端との間に直流電源６を接続し、第１層３の他
端と第３層５の他端との間に微小電流計７を接続するこ
とで、第１層３から第２層４を介して第３層５に直流の
トンネル電流を流した場合の電流の変化を微小電流計７
により検出する構成である。この検出動作において、当
該ＴＭＲ素子１には一様な外部磁界が印加される。この
ような試験回路により測定したところ、磁気抵抗の変化
率（ＭＲ比）としては、１５％以上の変化率が得られ、
条件次第ではさらに大きな変化率が得られたものであ
る。
に対する試験回路構成例を示す。第１層３の一端と第３
層５の一端との間に直流電源６を接続し、第１層３の他
端と第３層５の他端との間に微小電流計７を接続するこ
とで、第１層３から第２層４を介して第３層５に直流の
トンネル電流を流した場合の電流の変化を微小電流計７
により検出する構成である。この検出動作において、当
該ＴＭＲ素子１には一様な外部磁界が印加される。この
ような試験回路により測定したところ、磁気抵抗の変化
率（ＭＲ比）としては、１５％以上の変化率が得られ、
条件次第ではさらに大きな変化率が得られたものであ
る。
【００６２】また、本実施の形態の場合、第２層４の絶
縁膜（ＺｎＯ薄膜）の膜厚を一定とすることで信頼性を
向上させる素子仕様と、第２層４の絶縁膜（ＺｎＯ薄
膜）の膜厚をその抵抗率との積が常に一定となるように
可変設定することでトンネル電流の検出回路を含めた精
度の向上を図る素子仕様とをとれる。トンネル電流のた
めの接合面積（第１〜第３層３，４，５の重なり部分の
面積）を一定とした場合、例えば、第２層４の絶縁膜の
膜厚を厚くすると図６（ａ）中に示すように、信頼性は
向上するが抵抗値が増して検出回路の精度は低下してし
まう。逆に、第２層４の絶縁膜の膜厚を薄くすると図６
（ｂ）中に示すように、抵抗値が下がって検出回路の精
度は高まるが、微細なホール等の影響で絶縁破壊が起き
てしまい信頼性が低下する。この点、第２層４の絶縁膜
の膜厚ｔと標準接合面積当たりの抵抗値ｒとの積Ｑが、
ｔ＊ｒ＝Ｑ＝一定となるようにして膜厚ｔを可変設定し
た場合には図６（ｂ）に示すように、精度＊信頼性はほ
ぼ一定値となる。つまり、精度と信頼性とを両立させる
ための設計が容易となる。
縁膜（ＺｎＯ薄膜）の膜厚を一定とすることで信頼性を
向上させる素子仕様と、第２層４の絶縁膜（ＺｎＯ薄
膜）の膜厚をその抵抗率との積が常に一定となるように
可変設定することでトンネル電流の検出回路を含めた精
度の向上を図る素子仕様とをとれる。トンネル電流のた
めの接合面積（第１〜第３層３，４，５の重なり部分の
面積）を一定とした場合、例えば、第２層４の絶縁膜の
膜厚を厚くすると図６（ａ）中に示すように、信頼性は
向上するが抵抗値が増して検出回路の精度は低下してし
まう。逆に、第２層４の絶縁膜の膜厚を薄くすると図６
（ｂ）中に示すように、抵抗値が下がって検出回路の精
度は高まるが、微細なホール等の影響で絶縁破壊が起き
てしまい信頼性が低下する。この点、第２層４の絶縁膜
の膜厚ｔと標準接合面積当たりの抵抗値ｒとの積Ｑが、
ｔ＊ｒ＝Ｑ＝一定となるようにして膜厚ｔを可変設定し
た場合には図６（ｂ）に示すように、精度＊信頼性はほ
ぼ一定値となる。つまり、精度と信頼性とを両立させる
ための設計が容易となる。
【００６３】本実施の形態のＴＭＲ素子１は、特に形状
等を図示しないが、その強磁性トンネル効果を利用する
ことで、ＨＤＤ再生用の磁気ヘッド、ナビゲーション用
地磁気センサ等の磁気センサ、或いは、磁気固体記憶デ
バイス（ＭＲＡＭ）等の各種デバイスに適用可能であ
る。そして、各々の用途に応じて外形、寸法その他の事
項が適宜設定される。磁気センサや磁気ヘッドの場合に
は、ＴＭＲ素子１を感磁部に有し、ＴＭＲ素子１の第１
層３及び第３層５の磁化状態によって流れるトンネル電
流が変化することにより磁界を検出する。また、磁気固
体記憶デバイスの場合には、ＴＭＲ素子１を記録部に有
し、ＴＭＲ素子１の第１層３及び第３層５の磁化状態に
よって流れるトンネル電流が変化することで記憶機能及
び信号処理機能を有することとなる。何れにしても、前
述したようなＴＭＲ素子１を備えているので、信頼性が
高く、高感度、高機能なデバイスとなる。
等を図示しないが、その強磁性トンネル効果を利用する
ことで、ＨＤＤ再生用の磁気ヘッド、ナビゲーション用
地磁気センサ等の磁気センサ、或いは、磁気固体記憶デ
バイス（ＭＲＡＭ）等の各種デバイスに適用可能であ
る。そして、各々の用途に応じて外形、寸法その他の事
項が適宜設定される。磁気センサや磁気ヘッドの場合に
は、ＴＭＲ素子１を感磁部に有し、ＴＭＲ素子１の第１
層３及び第３層５の磁化状態によって流れるトンネル電
流が変化することにより磁界を検出する。また、磁気固
体記憶デバイスの場合には、ＴＭＲ素子１を記録部に有
し、ＴＭＲ素子１の第１層３及び第３層５の磁化状態に
よって流れるトンネル電流が変化することで記憶機能及
び信号処理機能を有することとなる。何れにしても、前
述したようなＴＭＲ素子１を備えているので、信頼性が
高く、高感度、高機能なデバイスとなる。
【００６４】なお、本実施の形態では、第２層４の絶縁
膜をＺｎＯ薄膜により形成したが、この他、Ａｌ2Ｏ3、
Ａｌ薄膜表面に熱処理等で形成したＡｌ2Ｏ3膜、Ａｌ−
Ｏ膜、Ｃｕ−Ｏ膜等であってもよい。要は、そのスピン
偏極率が第１層３、第３層５のスピン偏極率に比べて低
く、１／１０以下であればよい。
膜をＺｎＯ薄膜により形成したが、この他、Ａｌ2Ｏ3、
Ａｌ薄膜表面に熱処理等で形成したＡｌ2Ｏ3膜、Ａｌ−
Ｏ膜、Ｃｕ−Ｏ膜等であってもよい。要は、そのスピン
偏極率が第１層３、第３層５のスピン偏極率に比べて低
く、１／１０以下であればよい。
【００６５】本発明の第二の実施の形態を図７に基づい
て説明する。本実施の形態は、第一の実施の形態に示し
たようなＴＭＲ素子１において第１層３の近傍となる下
地層としてＦｅＭｎ薄膜による反強磁性体層８を設けた
ものである。この反強磁性体層８の成膜及びパターン形
成は、第１層３等の他の磁性薄膜と同様に、スパッタリ
ング法により成膜し、フォトリソエッチング法によりパ
ターン化した。なお、反強磁性体層８としては、ＩｒＭ
ｎ等のＭｎ系の合金やＣｒ系の合金薄膜等であってもよ
い。
て説明する。本実施の形態は、第一の実施の形態に示し
たようなＴＭＲ素子１において第１層３の近傍となる下
地層としてＦｅＭｎ薄膜による反強磁性体層８を設けた
ものである。この反強磁性体層８の成膜及びパターン形
成は、第１層３等の他の磁性薄膜と同様に、スパッタリ
ング法により成膜し、フォトリソエッチング法によりパ
ターン化した。なお、反強磁性体層８としては、ＩｒＭ
ｎ等のＭｎ系の合金やＣｒ系の合金薄膜等であってもよ
い。
【００６６】これにより、本実施の形態のＴＭＲ素子１
はいわゆるスピンバルブ構造のＴＭＲ素子となり、第1
層３とこの反強磁性体層８との強磁性体−反強磁性体交
換結合でバイアス磁界を与えることができ、磁気抵抗Ｍ
Ｒの変化率が一層高まる素子となる。よって、磁気セン
サ、磁気ヘッド、或いは、磁気固体メモリデバイス等に
適用した場合のデバイス性能を一層向上させることがで
きる。
はいわゆるスピンバルブ構造のＴＭＲ素子となり、第1
層３とこの反強磁性体層８との強磁性体−反強磁性体交
換結合でバイアス磁界を与えることができ、磁気抵抗Ｍ
Ｒの変化率が一層高まる素子となる。よって、磁気セン
サ、磁気ヘッド、或いは、磁気固体メモリデバイス等に
適用した場合のデバイス性能を一層向上させることがで
きる。
【００６７】なお、本実施の形態では、反強磁性体層８
を第１層３の下地層として形成することにより第１層３
の近傍に位置させたが、積層構造に限らず、反強磁性体
層８が強磁性体−反強磁性体交換結合をなし得る程度に
第１層３の近傍に位置していればよい。また、第１層３
側に代えて、第３層５側の近傍に設けるようにしてもよ
い。
を第１層３の下地層として形成することにより第１層３
の近傍に位置させたが、積層構造に限らず、反強磁性体
層８が強磁性体−反強磁性体交換結合をなし得る程度に
第１層３の近傍に位置していればよい。また、第１層３
側に代えて、第３層５側の近傍に設けるようにしてもよ
い。
【００６８】本発明の第三の実施の形態を図８に基づい
て説明する。本実施の形態は、第一の実施の形態に示し
たようなＴＭＲ素子１において第１層３の近傍に位置さ
せて基板２上にＣｏＣｒ薄膜による硬磁性膜９を設けた
ものである。この硬磁性膜９の成膜及びパターン形成
は、第１層３等の他の磁性薄膜と同様に、スパッタリン
グ法により成膜し、フォトリソエッチング法によりパタ
ーン化した。本実施の形態では、第１層３に平行なパタ
ーン形状に形成されている。なお、硬磁性膜９として
は、ＣｏＰｔ等のＣｏ系の合金やＦｅ系の合金薄膜等で
あってもよく、必要に応じて、酸化物系薄膜により形成
するようにしてもよい。
て説明する。本実施の形態は、第一の実施の形態に示し
たようなＴＭＲ素子１において第１層３の近傍に位置さ
せて基板２上にＣｏＣｒ薄膜による硬磁性膜９を設けた
ものである。この硬磁性膜９の成膜及びパターン形成
は、第１層３等の他の磁性薄膜と同様に、スパッタリン
グ法により成膜し、フォトリソエッチング法によりパタ
ーン化した。本実施の形態では、第１層３に平行なパタ
ーン形状に形成されている。なお、硬磁性膜９として
は、ＣｏＰｔ等のＣｏ系の合金やＦｅ系の合金薄膜等で
あってもよく、必要に応じて、酸化物系薄膜により形成
するようにしてもよい。
【００６９】本実施の形態によれば、硬磁性膜９が第１
層３に平行なパターン形状としてその近傍に形成されて
いるので、この第１層３の磁区制御（磁区の固定）を硬
磁性膜９により行うことができ、第１層３の磁化状態が
関与する検出動作等におけるノイズの発生を抑制でき、
結果的に素子の性能を向上させることができる。よっ
て、磁気センサ、磁気ヘッド、或いは、磁気固体メモリ
デバイス等に適用した場合のデバイス性能を一層向上さ
せることができる。
層３に平行なパターン形状としてその近傍に形成されて
いるので、この第１層３の磁区制御（磁区の固定）を硬
磁性膜９により行うことができ、第１層３の磁化状態が
関与する検出動作等におけるノイズの発生を抑制でき、
結果的に素子の性能を向上させることができる。よっ
て、磁気センサ、磁気ヘッド、或いは、磁気固体メモリ
デバイス等に適用した場合のデバイス性能を一層向上さ
せることができる。
【００７０】なお、本実施の形態では、第１層３の近傍
に硬磁性膜９を設けるようにしたが、第３層５の近傍、
或いは、第１層３と第３層５との各々の近傍に硬磁性膜
を設けるようにしてもよい。この際、第１層３下又は第
３層５上に非磁性層を介在させて硬磁性膜を積層させる
ことで近傍に位置させるようにしてもよい。
に硬磁性膜９を設けるようにしたが、第３層５の近傍、
或いは、第１層３と第３層５との各々の近傍に硬磁性膜
を設けるようにしてもよい。この際、第１層３下又は第
３層５上に非磁性層を介在させて硬磁性膜を積層させる
ことで近傍に位置させるようにしてもよい。
【００７１】本発明の第四の実施の形態を図９に基づい
て説明する。本実施の形態は、ＴＭＲ素子による外部磁
界の検知を交流、特に高周波キャリア成分を重畳させて
おこなうことで、より高精度化を図ったものである。本
実施の形態では、例えば、高周波キャリア成分のキャリ
ア周波数を６００ＭＨｚとして与えるものとする。基本
的に、磁化状態でＴＭＲ素子の交流のトンネル電流は磁
気抵抗の変化率（ＭＲ比）によって、直流のトンネル電
流の場合と同様に変化し、その変化率も向上するので、
高精度な検出が可能となる。第１層３、第３層５に用い
る磁性体を変えることで、高周波領域でも用いることが
可能なことから、特に、本実施の形態のように、外部磁
界の検知を高周波キャリア成分を重畳させた交流のトン
ネル電流に基づき行わせることで、より高精度な検出が
可能となる。
て説明する。本実施の形態は、ＴＭＲ素子による外部磁
界の検知を交流、特に高周波キャリア成分を重畳させて
おこなうことで、より高精度化を図ったものである。本
実施の形態では、例えば、高周波キャリア成分のキャリ
ア周波数を６００ＭＨｚとして与えるものとする。基本
的に、磁化状態でＴＭＲ素子の交流のトンネル電流は磁
気抵抗の変化率（ＭＲ比）によって、直流のトンネル電
流の場合と同様に変化し、その変化率も向上するので、
高精度な検出が可能となる。第１層３、第３層５に用い
る磁性体を変えることで、高周波領域でも用いることが
可能なことから、特に、本実施の形態のように、外部磁
界の検知を高周波キャリア成分を重畳させた交流のトン
ネル電流に基づき行わせることで、より高精度な検出が
可能となる。
【００７２】以下、本実施の形態におけるＴＭＲ素子１
１の構成をその作製方法を含めて説明する。まず、第一
の実施の形態の場合と同様に、石英、ガラスなどの絶縁
性の基板１２上に、図９（ａ）に示すように、Ａｌ等の
非磁性金属膜１３を用いて配線用伝送線路及びパッド部
を形成する。本実施の形態では、伝送線路構造としてコ
ープレーナ型に適用しており、幅方向に見ると、中心導
体部１３ｂを左右両側の外導体部１３ａ，１３ｃで挟む
如く３分割構造とされ、各々長さ方向両端にパッド１３
ｄ，１３ｅ，１３ｆを有し、長さ方向に見ると、入力用
パッド部１３Ａ、中心導体部１３ｂにＦｅ−Ｃｏ50膜を
有するコープレーナ伝送線路部１３Ｂ、出力用パッド部
１３Ｃの３つの領域を有する所定のパターン形状とされ
ている。このようなパターン形状は、前述した第一の実
施の形態における第１層３、第３層５の場合と同様に、
非磁性金属膜１３をスパッタリング法により成膜した
後、フォトリソグラフィ法とエッチングとを用いて形成
する。Ａｌによる非磁性金属膜１３の成膜は蒸着法等で
あってもよい。また，非磁性金属膜１３としてはＣｕ，
Ａｇ，Ａｕ或いはその合金等であってもよい。
１の構成をその作製方法を含めて説明する。まず、第一
の実施の形態の場合と同様に、石英、ガラスなどの絶縁
性の基板１２上に、図９（ａ）に示すように、Ａｌ等の
非磁性金属膜１３を用いて配線用伝送線路及びパッド部
を形成する。本実施の形態では、伝送線路構造としてコ
ープレーナ型に適用しており、幅方向に見ると、中心導
体部１３ｂを左右両側の外導体部１３ａ，１３ｃで挟む
如く３分割構造とされ、各々長さ方向両端にパッド１３
ｄ，１３ｅ，１３ｆを有し、長さ方向に見ると、入力用
パッド部１３Ａ、中心導体部１３ｂにＦｅ−Ｃｏ50膜を
有するコープレーナ伝送線路部１３Ｂ、出力用パッド部
１３Ｃの３つの領域を有する所定のパターン形状とされ
ている。このようなパターン形状は、前述した第一の実
施の形態における第１層３、第３層５の場合と同様に、
非磁性金属膜１３をスパッタリング法により成膜した
後、フォトリソグラフィ法とエッチングとを用いて形成
する。Ａｌによる非磁性金属膜１３の成膜は蒸着法等で
あってもよい。また，非磁性金属膜１３としてはＣｕ，
Ａｇ，Ａｕ或いはその合金等であってもよい。
【００７３】このようにパターン形成された非磁性金属
膜１３の上に、前述したコープレーナ伝送線路部１３Ｂ
を形成するための金属性強磁性体薄膜であるＦｅ−Ｃｏ
50膜による第１層１４をスパッタリング法により成膜す
る。もっとも、この第１層１４としては、導電性金属材
料であれば、目的とする磁界強度に応じて抗磁力を選択
すればよく、Ｆｅ−Ｃｏ50膜以外にＦｅ20−Ｎｉ80膜、
ＣｕＭｏパーマロイ膜、ＣｏＦｅＢアモルファス膜、Ｆ
ｅＳｉＣｏＢアモルファス薄膜等であってもよい。
膜１３の上に、前述したコープレーナ伝送線路部１３Ｂ
を形成するための金属性強磁性体薄膜であるＦｅ−Ｃｏ
50膜による第１層１４をスパッタリング法により成膜す
る。もっとも、この第１層１４としては、導電性金属材
料であれば、目的とする磁界強度に応じて抗磁力を選択
すればよく、Ｆｅ−Ｃｏ50膜以外にＦｅ20−Ｎｉ80膜、
ＣｕＭｏパーマロイ膜、ＣｏＦｅＢアモルファス膜、Ｆ
ｅＳｉＣｏＢアモルファス薄膜等であってもよい。
【００７４】次に、半導体製造工程に用いられる一般的
なフォトリソグラフィ技術とＣＦ4＋Ｈ2を用いたＲＩＥ
法により、成膜された第１層１４を図９（ａ）に示すよ
うにパターン化する。これにより、コープレーナ伝送線
路部１３Ｂの中心導体部パターン及びグランド部（基板
裏面側）を形成する。構成としては、中心導体部１３ｂ
のみを磁性体として形成するようにしてもよい。この中
心導体部１３ｂのパターン、形状は目的にもよるが、こ
こでは直線状であって、かつ、ＴＭＲ素子として機能で
きる幅１０μｍ×長さ１ｍｍに形成する。もっとも、こ
のパターン化のためのエッチングはエッチング液に王水
等を用いたウェットエッチング法でもよい。
なフォトリソグラフィ技術とＣＦ4＋Ｈ2を用いたＲＩＥ
法により、成膜された第１層１４を図９（ａ）に示すよ
うにパターン化する。これにより、コープレーナ伝送線
路部１３Ｂの中心導体部パターン及びグランド部（基板
裏面側）を形成する。構成としては、中心導体部１３ｂ
のみを磁性体として形成するようにしてもよい。この中
心導体部１３ｂのパターン、形状は目的にもよるが、こ
こでは直線状であって、かつ、ＴＭＲ素子として機能で
きる幅１０μｍ×長さ１ｍｍに形成する。もっとも、こ
のパターン化のためのエッチングはエッチング液に王水
等を用いたウェットエッチング法でもよい。
【００７５】つづいて、図９（ｂ）に示すように、第２
層１５の絶縁膜としてＡｌ2Ｏ3薄膜をスパッタリング法
により成膜する。ここでは、膜厚１〜５ｎｍとして成膜
した。なお、この第２層１５の成膜法としては、ＣＶＤ
法やＭＢＥ法であってもよい。この後、前述の如く一般
的なフォトリソグラフィ技術とＣＦ4＋Ｈ2を用いたＲＩ
Ｅ法により、成膜された第２層１５を図９（ｂ）に示す
ように第１層１４上の所望の位置にパターン化する。
層１５の絶縁膜としてＡｌ2Ｏ3薄膜をスパッタリング法
により成膜する。ここでは、膜厚１〜５ｎｍとして成膜
した。なお、この第２層１５の成膜法としては、ＣＶＤ
法やＭＢＥ法であってもよい。この後、前述の如く一般
的なフォトリソグラフィ技術とＣＦ4＋Ｈ2を用いたＲＩ
Ｅ法により、成膜された第２層１５を図９（ｂ）に示す
ように第１層１４上の所望の位置にパターン化する。
【００７６】なお、第２層１５の絶縁膜としてはＡｌ2
Ｏ3薄膜に限らず、第一の実施の形態で前述したような
ＺｎＯ薄膜の他、Ａｌ薄膜表面に熱処理等で形成したＡ
ｌ2Ｏ3膜、Ａｌ−Ｏ膜、Ｃｕ−Ｏ膜等であってもよい。
要は、そのスピン偏極率が第１層３、第３層５のスピン
偏極率に比べて低く、１／１０以下であればよい。
Ｏ3薄膜に限らず、第一の実施の形態で前述したような
ＺｎＯ薄膜の他、Ａｌ薄膜表面に熱処理等で形成したＡ
ｌ2Ｏ3膜、Ａｌ−Ｏ膜、Ｃｕ−Ｏ膜等であってもよい。
要は、そのスピン偏極率が第１層３、第３層５のスピン
偏極率に比べて低く、１／１０以下であればよい。
【００７７】このように第２層１５を成膜し、パターン
化した後、保護絶縁層としてＳｉＯ 2膜（或いは、Ｓｉ
窒化膜）を成膜し、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法
により第２層１５上にスルーホール（図示せず）を形成
する。
化した後、保護絶縁層としてＳｉＯ 2膜（或いは、Ｓｉ
窒化膜）を成膜し、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ法
により第２層１５上にスルーホール（図示せず）を形成
する。
【００７８】このように第２層１５を形成した後、図９
（ｃ）に示すように、第３層１６として第１層１４と同
じく金属性強磁性体薄膜であるＦｅ−Ｃｏ50膜を再び成
膜する。この第３層１６としてはＦｅ−Ｃｏ50膜以外に
Ｆｅ90Ｎｉ10膜、Ｆｅ20−Ｎｉ80膜、ＣｕＭｏパーマロ
イ膜、Ｃｏ92Ｚｒ3Ｎｂ5アモルファス薄膜、ＦｅＳｉＣ
ｏＢアモルファス膜などでもよい。そして、第１層１４
と同様の工程を経て、伝送線路部１３Ｂ中の中心導体部
１３ｂを形成する。なお、必要に応じて、基板裏面側の
グランドパターンまで形成する工程をとれる。このよう
に第３層１６を成膜し、パターン化した後、保護絶縁層
としてＳｉＯ2膜（或いは、Ｓｉ3Ｎ4等のＳｉ窒化膜）
をスパッタリング法により成膜する。
（ｃ）に示すように、第３層１６として第１層１４と同
じく金属性強磁性体薄膜であるＦｅ−Ｃｏ50膜を再び成
膜する。この第３層１６としてはＦｅ−Ｃｏ50膜以外に
Ｆｅ90Ｎｉ10膜、Ｆｅ20−Ｎｉ80膜、ＣｕＭｏパーマロ
イ膜、Ｃｏ92Ｚｒ3Ｎｂ5アモルファス薄膜、ＦｅＳｉＣ
ｏＢアモルファス膜などでもよい。そして、第１層１４
と同様の工程を経て、伝送線路部１３Ｂ中の中心導体部
１３ｂを形成する。なお、必要に応じて、基板裏面側の
グランドパターンまで形成する工程をとれる。このよう
に第３層１６を成膜し、パターン化した後、保護絶縁層
としてＳｉＯ2膜（或いは、Ｓｉ3Ｎ4等のＳｉ窒化膜）
をスパッタリング法により成膜する。
【００７９】なお、第２層１５の絶縁膜のエッチングと
しては、ウェットエッチングでもよいが、基板１２もエ
ッチングされてしまう場合には基板１２の裏面側をレジ
ストなどにより保護する必要がある。基板１２として
は、石英以外の絶縁性基板やポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）やポリイミドなどのフレキシブルな絶縁性
基板であってもよい。
しては、ウェットエッチングでもよいが、基板１２もエ
ッチングされてしまう場合には基板１２の裏面側をレジ
ストなどにより保護する必要がある。基板１２として
は、石英以外の絶縁性基板やポリエチレンテレフタレー
ト（ＰＥＴ）やポリイミドなどのフレキシブルな絶縁性
基板であってもよい。
【００８０】また、本実施の形態では、伝送線路部１３
Ｂがコープレーナ型の場合への適用例として説明した
が、この他、マイクロストリップ型、トリプレート型等
の伝送線路形態の場合であってもよい。また、中心導体
部１３ｂを磁性金属薄膜とし、外導体部（マイクロスト
リップ型の場合にはグランドプレーン）１３ａ，１３ｃ
を非磁性金属とする構成であってもよい。
Ｂがコープレーナ型の場合への適用例として説明した
が、この他、マイクロストリップ型、トリプレート型等
の伝送線路形態の場合であってもよい。また、中心導体
部１３ｂを磁性金属薄膜とし、外導体部（マイクロスト
リップ型の場合にはグランドプレーン）１３ａ，１３ｃ
を非磁性金属とする構成であってもよい。
【００８１】本実施の形態のように、高周波キャリア成
分を重畳させることで高周波をキャリアとして用いる場
合や、高速で信号を検出するためには、ＴＭＲ素子１１
の中心導体部１３ｂを含む伝送線路部１３Ｂ及び接続配
線部１３Ａ，１３Ｃを構成する伝送線路のインピーダン
スを一致させることで、通電する高周波電流の損失の低
下を容易に実現できる。この結果、磁気センサ、磁気ヘ
ッド、磁気固体メモリデバイス等に適用した場合、より
一層の高感度化、高機能化が可能となる。
分を重畳させることで高周波をキャリアとして用いる場
合や、高速で信号を検出するためには、ＴＭＲ素子１１
の中心導体部１３ｂを含む伝送線路部１３Ｂ及び接続配
線部１３Ａ，１３Ｃを構成する伝送線路のインピーダン
スを一致させることで、通電する高周波電流の損失の低
下を容易に実現できる。この結果、磁気センサ、磁気ヘ
ッド、磁気固体メモリデバイス等に適用した場合、より
一層の高感度化、高機能化が可能となる。
【００８２】本発明の第五の実施の形態を図１０ないし
図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、デバイス
の一例として磁気センサ２１への適用例を示し、図１０
はその等価回路を示している。
図１２に基づいて説明する。本実施の形態は、デバイス
の一例として磁気センサ２１への適用例を示し、図１０
はその等価回路を示している。
【００８３】この磁気センサ２１は測定磁界の感磁部に
ＴＭＲ素子２２を配置させて高周波源２３から高周波キ
ャリアを重畳させる方式において、その伝送線路２４中
に反射波と透過波（進行波）とを分離するための方向性
結合器２５を設け、かつ、この方向性結合器２５の出力
側において分離された反射波の強度と透過波の強度とを
各々検知する高周波検知器２６，２７と、これらの高周
波検知器２６，２７により検知されたそれらの強度の比
により交流のトンネル電流の変化を検出する演算回路２
８とが設けられている。方向性結合器２５はバルクであ
っても薄膜であってもよい。
ＴＭＲ素子２２を配置させて高周波源２３から高周波キ
ャリアを重畳させる方式において、その伝送線路２４中
に反射波と透過波（進行波）とを分離するための方向性
結合器２５を設け、かつ、この方向性結合器２５の出力
側において分離された反射波の強度と透過波の強度とを
各々検知する高周波検知器２６，２７と、これらの高周
波検知器２６，２７により検知されたそれらの強度の比
により交流のトンネル電流の変化を検出する演算回路２
８とが設けられている。方向性結合器２５はバルクであ
っても薄膜であってもよい。
【００８４】これにより、高周波源２３によってＴＭＲ
素子２２に高周波キャリアを重畳させた場合に、方向性
結合器２５で分離された反射波、進行波の各々の強度を
高周波検知器２６，２７により検知し、その比を演算回
路２８でとることにより、インピーダンスの比を検知す
ることが可能である。即ち、インピーダンスのずれをＳ
−パラメータ法により検知可能である。このインピーダ
ンス変化の検知精度を高めることにより磁気センサ２１
としての感度を向上させることができる。
素子２２に高周波キャリアを重畳させた場合に、方向性
結合器２５で分離された反射波、進行波の各々の強度を
高周波検知器２６，２７により検知し、その比を演算回
路２８でとることにより、インピーダンスの比を検知す
ることが可能である。即ち、インピーダンスのずれをＳ
−パラメータ法により検知可能である。このインピーダ
ンス変化の検知精度を高めることにより磁気センサ２１
としての感度を向上させることができる。
【００８５】ところで、本実施の形態の磁気センサ２１
のより具体的な実装構成例を図１１及び図１２により説
明する。まず、図１１はマイクロストリップ型の伝送線
路２４及び方向性結合器２５を含む基板２９上のＴＭＲ
素子２２の構成を示している。即ち、絶縁性の基板２９
上において、非磁性金属膜３０を用いてマイクロストリ
ップ型の伝送線路２４の中心導体部３０ａ、外導体部３
０ｂを平行に形成するが、中心導体部３０ａをＶ字状に
屈曲させることにより伝送線路２４の一部に方向性結合
器２５を形成する。そして、中心導体部３０ａの一端を
進行波検知用パッド３０ｃとし、他端を反射波検知用パ
ッド３０ｄとする。また、外導体部３０ｂ上にはＴＭＲ
素子２２を形成する他、その一端を入力用パッド部３０
ｅとし、他端を出力用パッド部３０ｆとする。なお、基
板２９の裏面側にはグランドプレーン（図示せず）が形
成されている。
のより具体的な実装構成例を図１１及び図１２により説
明する。まず、図１１はマイクロストリップ型の伝送線
路２４及び方向性結合器２５を含む基板２９上のＴＭＲ
素子２２の構成を示している。即ち、絶縁性の基板２９
上において、非磁性金属膜３０を用いてマイクロストリ
ップ型の伝送線路２４の中心導体部３０ａ、外導体部３
０ｂを平行に形成するが、中心導体部３０ａをＶ字状に
屈曲させることにより伝送線路２４の一部に方向性結合
器２５を形成する。そして、中心導体部３０ａの一端を
進行波検知用パッド３０ｃとし、他端を反射波検知用パ
ッド３０ｄとする。また、外導体部３０ｂ上にはＴＭＲ
素子２２を形成する他、その一端を入力用パッド部３０
ｅとし、他端を出力用パッド部３０ｆとする。なお、基
板２９の裏面側にはグランドプレーン（図示せず）が形
成されている。
【００８６】このような基板２９を図１２に示すように
ＰＣ板３２上に実装し、このＰＣ板３２上に各々実装さ
せた高周波源２３、高周波検知器２６，２７及び演算回
路２８と各々コネクタ３３を介して接続ケーブル３４に
より接続することにより小型の磁気センサ２１が完成す
る。なお、３５は終端抵抗である。また、図１２では電
源部及び電源ケーブルは省略している。
ＰＣ板３２上に実装し、このＰＣ板３２上に各々実装さ
せた高周波源２３、高周波検知器２６，２７及び演算回
路２８と各々コネクタ３３を介して接続ケーブル３４に
より接続することにより小型の磁気センサ２１が完成す
る。なお、３５は終端抵抗である。また、図１２では電
源部及び電源ケーブルは省略している。
【００８７】本実施の形態では、伝送線路２４をマイク
ロストリップ型として構成したが、平行線路型、トリプ
レート型、コープレーナ型等の伝送線路形態であっても
よい。
ロストリップ型として構成したが、平行線路型、トリプ
レート型、コープレーナ型等の伝送線路形態であっても
よい。
【００８８】なお、これらの実施の形態では、ＴＭＲ素
子を磁気センサ、磁気ヘッド、或いは、磁気固体メモリ
デバイス等のデバイスへ適用し得る旨、説明したが、高
感度な高周波電流プローブとしても利用可能である。ま
た、電子式複写機、ファクシミリ、印刷機、パソコン等
のＯＡ機器、家庭用電気器機、産業器機等、各種電気・
電子危機からの電磁ノイズを検知し、また、装置内に内
在させるプリント配線基板等からのノイズを検知し、そ
の対策に用いるＥＭＣ規制対策や電磁生涯対策検査機器
にも応用可能である。
子を磁気センサ、磁気ヘッド、或いは、磁気固体メモリ
デバイス等のデバイスへ適用し得る旨、説明したが、高
感度な高周波電流プローブとしても利用可能である。ま
た、電子式複写機、ファクシミリ、印刷機、パソコン等
のＯＡ機器、家庭用電気器機、産業器機等、各種電気・
電子危機からの電磁ノイズを検知し、また、装置内に内
在させるプリント配線基板等からのノイズを検知し、そ
の対策に用いるＥＭＣ規制対策や電磁生涯対策検査機器
にも応用可能である。
【００８９】
【発明の効果】請求項１記載の発明のトンネル磁気抵抗
効果素子によれば、第２層の非磁性の絶縁膜のスピン偏
極率を第１層及び第３層のスピン偏極率の１／１０以下
としたので、絶縁膜が第１層及び第３層の磁性原子に対
して影響を与えないので、トンネル電流の変化率、即
ち、ＭＲ比がより高いスピン配置を持つバンド構造を実
現することができ、検出感度等の性能を向上させること
ができる。
効果素子によれば、第２層の非磁性の絶縁膜のスピン偏
極率を第１層及び第３層のスピン偏極率の１／１０以下
としたので、絶縁膜が第１層及び第３層の磁性原子に対
して影響を与えないので、トンネル電流の変化率、即
ち、ＭＲ比がより高いスピン配置を持つバンド構造を実
現することができ、検出感度等の性能を向上させること
ができる。
【００９０】請求項２記載の発明のトンネル磁気抵抗効
果素子によれば、第２層の非磁性の絶縁膜をＺｎＯx薄
膜（ｘ＝０．９５〜１．０５）により形成したので、Ｚ
ｎ自体がスピンを持たず隣接する第１層及び第３層の磁
性原子に対して影響を与えないことから、トンネル電流
の変化率、即ち、ＭＲ比がより高いスピン配置を持つバ
ンド構造を実現することができ、検出感度等の性能を向
上させることができる。また、ＺｎＯx薄膜自体のバン
ドギャップが広く高温においても問題なく動作させ得る
上に、Ｚｎがイオン化しやすくＺｎＯx薄膜中の酸素原
子が界面において第１層及び第３層中のＦｅに拡散する
のを防止できるので、初期性能を得やすく、結果とし
て、極めて薄膜となる絶縁膜に関してそのばらつきの許
容度を高めて信頼性を向上させることができる。
果素子によれば、第２層の非磁性の絶縁膜をＺｎＯx薄
膜（ｘ＝０．９５〜１．０５）により形成したので、Ｚ
ｎ自体がスピンを持たず隣接する第１層及び第３層の磁
性原子に対して影響を与えないことから、トンネル電流
の変化率、即ち、ＭＲ比がより高いスピン配置を持つバ
ンド構造を実現することができ、検出感度等の性能を向
上させることができる。また、ＺｎＯx薄膜自体のバン
ドギャップが広く高温においても問題なく動作させ得る
上に、Ｚｎがイオン化しやすくＺｎＯx薄膜中の酸素原
子が界面において第１層及び第３層中のＦｅに拡散する
のを防止できるので、初期性能を得やすく、結果とし
て、極めて薄膜となる絶縁膜に関してそのばらつきの許
容度を高めて信頼性を向上させることができる。
【００９１】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は２記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、第２層
の膜厚をこの膜厚とその抵抗率との積が一定となるよう
に可変設定させるようにしたので、検出精度と信頼性と
を両立させる設計が容易となる。
は２記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、第２層
の膜厚をこの膜厚とその抵抗率との積が一定となるよう
に可変設定させるようにしたので、検出精度と信頼性と
を両立させる設計が容易となる。
【００９２】請求項４記載の発明によれば、請求項１な
いし３の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果素子に
おいて、反強磁性体を利用したいわゆるスピンバルブ構
造とすることより、ＭＲ比をより一層向上させることが
できる。
いし３の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果素子に
おいて、反強磁性体を利用したいわゆるスピンバルブ構
造とすることより、ＭＲ比をより一層向上させることが
できる。
【００９３】請求項５記載の発明によれば、請求項１な
いし４の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果素子に
おいて、第１層又は第３層の磁区制御を硬磁性膜を利用
して行うようにしたので、ノイズの発生を抑制でき、性
能向上を図ることができる。
いし４の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果素子に
おいて、第１層又は第３層の磁区制御を硬磁性膜を利用
して行うようにしたので、ノイズの発生を抑制でき、性
能向上を図ることができる。
【００９４】請求項６記載の発明の磁気センサによれ
ば、請求項１ないし５の何れか一に記載のトンネル磁気
抵抗効果素子を感磁部に有するので、磁気抵抗の変化率
が高く、トンネル電流の変化による磁界検出感度の高い
高性能な磁気センサを提供することができる。
ば、請求項１ないし５の何れか一に記載のトンネル磁気
抵抗効果素子を感磁部に有するので、磁気抵抗の変化率
が高く、トンネル電流の変化による磁界検出感度の高い
高性能な磁気センサを提供することができる。
【００９５】請求項７記載の発明によれば、請求項６記
載の磁気センサにおいて、トンネル磁気抵抗効果素子に
交流のトンネル電流を付与し、第１層及び第３層の磁化
状態によって流れる交流のトンネル電流が変化すること
により磁界を検出するようにしたので、交流のトンネル
電流は磁気抵抗の変化率によって直流時の場合と同様に
変化し、その変化率も向上するので、高精度な検出が可
能な磁気センサを提供することができる。第１層、第３
層に用いる磁性体を変えることで、高周波領域でも用い
ることが可能なことから、特に、外部磁界の検知を高周
波キャリア成分を重畳させた交流のトンネル電流に基づ
き行わせることで、より高精度な検出が可能な磁気セン
サを提供することができる。
載の磁気センサにおいて、トンネル磁気抵抗効果素子に
交流のトンネル電流を付与し、第１層及び第３層の磁化
状態によって流れる交流のトンネル電流が変化すること
により磁界を検出するようにしたので、交流のトンネル
電流は磁気抵抗の変化率によって直流時の場合と同様に
変化し、その変化率も向上するので、高精度な検出が可
能な磁気センサを提供することができる。第１層、第３
層に用いる磁性体を変えることで、高周波領域でも用い
ることが可能なことから、特に、外部磁界の検知を高周
波キャリア成分を重畳させた交流のトンネル電流に基づ
き行わせることで、より高精度な検出が可能な磁気セン
サを提供することができる。
【００９６】請求項８記載の発明によれば、請求項７記
載の磁気センサにおいて、高周波キャリア成分を重畳さ
せて検出する場合や高速で信号を検出する場合には、当
該トンネル磁気抵抗効果素子を含む伝送線路部や接続用
配線部を構成する伝送線路部のインピーダンスを一致さ
せることで、通電する高周波電流の損失を低く抑えるこ
とが可能となり、高感度・高機能な感磁部を持つ磁気セ
ンサを提供することができる。
載の磁気センサにおいて、高周波キャリア成分を重畳さ
せて検出する場合や高速で信号を検出する場合には、当
該トンネル磁気抵抗効果素子を含む伝送線路部や接続用
配線部を構成する伝送線路部のインピーダンスを一致さ
せることで、通電する高周波電流の損失を低く抑えるこ
とが可能となり、高感度・高機能な感磁部を持つ磁気セ
ンサを提供することができる。
【００９７】請求項９記載の発明によれば、請求項７又
は８記載の磁気センサにおいて、伝送線路の途中に方向
性結合器を設けて反射波と進行波とに分離し、各々の強
度を高周波検知器により検知してその比をとるようにし
たので、インピーダンスのずれをＳ−パラメータ法によ
って検出することができ、インピーダンス変化の検出精
度を高め、磁気センサとしての感度をさらに向上させる
ことができる。
は８記載の磁気センサにおいて、伝送線路の途中に方向
性結合器を設けて反射波と進行波とに分離し、各々の強
度を高周波検知器により検知してその比をとるようにし
たので、インピーダンスのずれをＳ−パラメータ法によ
って検出することができ、インピーダンス変化の検出精
度を高め、磁気センサとしての感度をさらに向上させる
ことができる。
【００９８】請求項１０記載の発明によれば、請求項８
記載の磁気センサにおいて、方向性結合器をバルクに代
えて薄膜で形成した場合にも請求項９記載の発明の磁気
センサの場合と同様な作用効果が得られる。
記載の磁気センサにおいて、方向性結合器をバルクに代
えて薄膜で形成した場合にも請求項９記載の発明の磁気
センサの場合と同様な作用効果が得られる。
【００９９】請求項１１記載の発明の磁気ヘッドによれ
ば、請求項１ないし５の何れか一に記載のトンネル磁気
抵抗効果素子を感磁部に有するので、磁気抵抗の変化率
が高く、トンネル電流の変化による磁界検出感度の高い
高性能な再生用の磁気ヘッドを提供することができる。
ば、請求項１ないし５の何れか一に記載のトンネル磁気
抵抗効果素子を感磁部に有するので、磁気抵抗の変化率
が高く、トンネル電流の変化による磁界検出感度の高い
高性能な再生用の磁気ヘッドを提供することができる。
【０１００】請求項１２記載の発明によれば、請求項１
１記載の磁気ヘッドにおいて、トンネル磁気抵抗効果素
子に交流のトンネル電流を付与し、第１層及び第３層の
磁化状態によって流れる交流のトンネル電流が変化する
ことにより磁界を検出するようにしたので、交流のトン
ネル電流は磁気抵抗の変化率によって直流時の場合と同
様に変化し、その変化率も向上することから、高精度な
検出が可能な磁気センサを提供することができる。第１
層、第３層に用いる磁性体を変えることで、高周波領域
でも用いることが可能なことから、特に、外部磁界の検
知を高周波キャリア成分を重畳させた交流のトンネル電
流に基づき行わせることで、より高精度な検出が可能な
再生用の磁気ヘッドを提供することができる。
１記載の磁気ヘッドにおいて、トンネル磁気抵抗効果素
子に交流のトンネル電流を付与し、第１層及び第３層の
磁化状態によって流れる交流のトンネル電流が変化する
ことにより磁界を検出するようにしたので、交流のトン
ネル電流は磁気抵抗の変化率によって直流時の場合と同
様に変化し、その変化率も向上することから、高精度な
検出が可能な磁気センサを提供することができる。第１
層、第３層に用いる磁性体を変えることで、高周波領域
でも用いることが可能なことから、特に、外部磁界の検
知を高周波キャリア成分を重畳させた交流のトンネル電
流に基づき行わせることで、より高精度な検出が可能な
再生用の磁気ヘッドを提供することができる。
【０１０１】請求項１３記載の発明によれば、請求項１
２記載の磁気ヘッドにおいて、高周波キャリア成分を重
畳させて検出する場合や高速で信号を検出する場合に
は、当該トンネル磁気抵抗効果素子を含む伝送線路部や
接続用配線部を構成する伝送線路部のインピーダンスを
一致させることで、通電する高周波電流の損失を低く抑
えることが可能となり、高感度・高機能な感磁部を持つ
磁気ヘッドを提供することができる。
２記載の磁気ヘッドにおいて、高周波キャリア成分を重
畳させて検出する場合や高速で信号を検出する場合に
は、当該トンネル磁気抵抗効果素子を含む伝送線路部や
接続用配線部を構成する伝送線路部のインピーダンスを
一致させることで、通電する高周波電流の損失を低く抑
えることが可能となり、高感度・高機能な感磁部を持つ
磁気ヘッドを提供することができる。
【０１０２】請求項１４記載の発明によれば、請求項１
２又は１３記載の磁気ヘッドにおいて、伝送線路の途中
に方向性結合器を設けて反射波と進行波とに分離し、各
々の強度を高周波検知器により検知してその比をとるこ
とにより、インピーダンスのずれをＳ−パラメータ法に
よって検出することができ、インピーダンス変化の検出
精度を高め、磁気ヘッドとしての感度をさらに向上させ
ることができる。
２又は１３記載の磁気ヘッドにおいて、伝送線路の途中
に方向性結合器を設けて反射波と進行波とに分離し、各
々の強度を高周波検知器により検知してその比をとるこ
とにより、インピーダンスのずれをＳ−パラメータ法に
よって検出することができ、インピーダンス変化の検出
精度を高め、磁気ヘッドとしての感度をさらに向上させ
ることができる。
【０１０３】請求項１５記載の発明によれば、請求項１
３記載の磁気ヘッドにおいて、方向性結合器をバルクに
代えて薄膜で形成した場合にも請求項１５記載の発明の
磁気ヘッドの場合と同様な作用効果が得られる。
３記載の磁気ヘッドにおいて、方向性結合器をバルクに
代えて薄膜で形成した場合にも請求項１５記載の発明の
磁気ヘッドの場合と同様な作用効果が得られる。
【０１０４】請求項１６記載の発明の磁気固体メモリデ
バイスによれば、請求項１ないし５の何れか一に記載の
トンネル磁気抵抗効果素子を記録部に有するので、磁気
抵抗の変化率が高く、トンネル電流の変化を利用した記
憶機能及び信号処理機能に関して高性能な磁気固体メモ
リデバイスを提供することができる。
バイスによれば、請求項１ないし５の何れか一に記載の
トンネル磁気抵抗効果素子を記録部に有するので、磁気
抵抗の変化率が高く、トンネル電流の変化を利用した記
憶機能及び信号処理機能に関して高性能な磁気固体メモ
リデバイスを提供することができる。
【０１０５】請求項１７記載の発明によれば、請求項１
６記載の磁気固体メモリデバイスにおいて、トンネル磁
気抵抗効果素子に交流のトンネル電流を付与し、第１層
及び第３層の磁化状態によって流れる交流のトンネル電
流が変化することで記憶機能及び信号処理機能を有する
ようにしたので、交流のトンネル電流は磁気抵抗の変化
率によって直流時の場合と同様に変化し、その変化率も
向上することから、トンネル電流の変化を利用した記憶
機能及び信号処理機能に関して高性能な磁気固体メモリ
デバイスを提供することができる。第１層、第３層に用
いる磁性体を変えることで、高周波領域でも用いること
が可能なことから、特に、外部磁界の検知を高周波キャ
リア成分を重畳させた交流のトンネル電流に基づき行わ
せることで、より高性能な磁気固体メモリデバイスを提
供することができる。
６記載の磁気固体メモリデバイスにおいて、トンネル磁
気抵抗効果素子に交流のトンネル電流を付与し、第１層
及び第３層の磁化状態によって流れる交流のトンネル電
流が変化することで記憶機能及び信号処理機能を有する
ようにしたので、交流のトンネル電流は磁気抵抗の変化
率によって直流時の場合と同様に変化し、その変化率も
向上することから、トンネル電流の変化を利用した記憶
機能及び信号処理機能に関して高性能な磁気固体メモリ
デバイスを提供することができる。第１層、第３層に用
いる磁性体を変えることで、高周波領域でも用いること
が可能なことから、特に、外部磁界の検知を高周波キャ
リア成分を重畳させた交流のトンネル電流に基づき行わ
せることで、より高性能な磁気固体メモリデバイスを提
供することができる。
【０１０６】請求項１８記載の発明によれば、請求項１
７記載の磁気固体メモリデバイスにおいて、高周波キャ
リア成分を重畳させて記憶機能及び信号処理機能を発揮
させる場合や高速処理を行わせる場合には、当該トンネ
ル磁気抵抗効果素子を含む伝送線路部や接続用配線部を
構成する伝送線路部のインピーダンスを一致させること
で、通電する高周波電流の損失を低く抑えることが可能
となり、高速度・高機能な記録部を持つ磁気固体メモリ
デバイスを提供することができる。
７記載の磁気固体メモリデバイスにおいて、高周波キャ
リア成分を重畳させて記憶機能及び信号処理機能を発揮
させる場合や高速処理を行わせる場合には、当該トンネ
ル磁気抵抗効果素子を含む伝送線路部や接続用配線部を
構成する伝送線路部のインピーダンスを一致させること
で、通電する高周波電流の損失を低く抑えることが可能
となり、高速度・高機能な記録部を持つ磁気固体メモリ
デバイスを提供することができる。
【０１０７】請求項１９記載の発明によれば、請求項１
７又は１８記載の磁気固体メモリデバイスにおいて、伝
送線路の途中に方向性結合器を設けて反射波と進行波と
に分離し、各々の強度を高周波検知器により検知してそ
の比をとることにより、インピーダンスのずれをＳ−パ
ラメータ法によって検出することができ、インピーダン
ス変化の検出精度を高め、磁気固体メモリデバイスとし
ての機能をさらに向上させることができる。
７又は１８記載の磁気固体メモリデバイスにおいて、伝
送線路の途中に方向性結合器を設けて反射波と進行波と
に分離し、各々の強度を高周波検知器により検知してそ
の比をとることにより、インピーダンスのずれをＳ−パ
ラメータ法によって検出することができ、インピーダン
ス変化の検出精度を高め、磁気固体メモリデバイスとし
ての機能をさらに向上させることができる。
【０１０８】請求項２０記載の発明によれば、請求項１
８記載の磁気固体メモリデバイスにおいて、方向性結合
器をバルクに代えて薄膜で形成した場合にも請求項１９
記載の発明の磁気固体メモリデバイスの場合と同様な作
用効果が得られる。
８記載の磁気固体メモリデバイスにおいて、方向性結合
器をバルクに代えて薄膜で形成した場合にも請求項１９
記載の発明の磁気固体メモリデバイスの場合と同様な作
用効果が得られる。
【図１】本発明の第一の実施の形態を示す第１層が成膜
された基板の縦断正面図である。
された基板の縦断正面図である。
【図２】第1層のパターン形状を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は縦断正面図である。
図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図３】第１層上に成膜された第２層のパターン形状を
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図４】第２層上に成膜された第３層のパターン形状を
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図５】測定試験回路を示す平面図である。
【図６】絶縁層の膜厚可変に応じた検出回路の精度、信
頼性の特性を示す特性図である。
頼性の特性を示す特性図である。
【図７】本発明の第二の実施の形態のＴＭＲ素子を示
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図８】本発明の第三の実施の形態のＴＭＲ素子を示
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
し、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断正面図である。
【図９】本発明の第四の実施の形態のＴＭＲ素子をその
作製工程順に示す平面図である。
作製工程順に示す平面図である。
【図１０】本発明の第五の実施の形態の磁気センサを示
す等価回路図である。
す等価回路図である。
【図１１】そのＴＭＲ素子部を示す平面図である。
【図１２】磁気センサ全体の実装構成例を示す概略平面
図である。
図である。
１ トンネル磁気抵抗効果素子 ３ 第１層 ４ 第２層 ５ 第３層 ８ 反強磁性体 ９ 硬磁性膜 １１ トンネル磁気抵抗効果素子 １４ 第１層 １５ 第２層 １６ 第３層 ２１ 磁気センサ ２２ トンネル磁気抵抗効果素子 ２４ 伝送線路 ２５ 方向性結合器 ２６，２７ 高周波検知器 ２８ 演算回路
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 10/32 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ Ｆターム(参考） 2G017 AA00 AB07 AC09 AD55 AD65 5D034 BA03 BA05 BA15 BB14 CA08 5E049 AA04 AA09 BA12 CB02
Claims (20)
- 【請求項１】 金属性強磁性体薄膜による第１層と、非
磁性の絶縁膜による第２層と、金属性強磁性体薄膜によ
る第３層との接合構造により形成されて、前記第１層か
ら前記第２層を介して前記第３層にトンネル電流が流れ
る構造のトンネル磁気抵抗効果素子であって、前記第２
層の絶縁膜のスピン偏極率が前記第１層及び第３層のス
ピン偏極率の１／１０以下であることを特徴とするトン
ネル磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 金属性強磁性体薄膜による第１層と、非
磁性の絶縁膜による第２層と、金属性強磁性体薄膜によ
る第３層との接合構造により形成されて、前記第１層か
ら前記第２層を介して前記第３層にトンネル電流が流れ
る構造のトンネル磁気抵抗効果素子であって、前記第２
層の絶縁膜がＺｎＯx薄膜（ｘ＝０．９５〜１．０５）
により形成されていることを特徴とするトンネル磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項３】 前記第２層の膜厚をこの膜厚とその抵抗
率との積が一定となるように可変設定することを特徴と
する請求項１又は２記載のトンネル磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 前記第１層と前記第３層との何れか一方
の層の近傍に強磁性体−反強磁性体交換結合によりバイ
アス磁界を付与する反強磁性体を備えることを特徴とす
る請求項１ないし３の何れか一に記載のトンネル磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項５】 前記第１層と前記第３層との少なくとも
一方の層の近傍にその層の磁区を固定するための磁界を
与える硬磁性膜を備えることを特徴とする請求項１ない
し４の何れか一に記載のトンネル磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 請求項１ないし５の何れか一に記載のト
ンネル磁気抵抗効果素子を感磁部に有し、前記トンネル
磁気抵抗効果素子の前記第１層及び第３層の磁化状態に
よって流れるトンネル電流が変化することにより磁界を
検出することを特徴とする磁気センサ。 - 【請求項７】 前記トンネル磁気抵抗効果素子に交流の
トンネル電流を付与し、前記第１層及び第３層の磁化状
態によって流れる交流のトンネル電流が変化することに
より磁界を検出することを特徴とする請求項６記載の磁
気センサ。 - 【請求項８】 前記トンネル磁気抵抗効果素子をインピ
ーダンスを一致させた伝送線路上の一部に配設したこと
を特徴とする請求項７記載の磁気センサ。 - 【請求項９】 前記伝送線路上の一部に設けられて前記
トンネル磁気抵抗効果素子に対する反射波と進行波とを
分離する方向性結合器と、この方向性結合器の出力側に
設けられて分離された前記反射波の強度と前記進行波の
強度とを各々検知する高周波検知器と、これらの高周波
検知器により検知された前記反射波の強度と前記進行波
の強度との比により交流のトンネル電流の変化を検出す
る演算回路と、を備えることを特徴とする請求項７又は
８記載の磁気センサ。 - 【請求項１０】 前記伝送線路上の一部に薄膜で形成さ
れて前記トンネル磁気抵抗効果素子に対する反射波と進
行波とを分離する方向性結合器と、この方向性結合器の
出力側に設けられて分離された前記反射波の強度と前記
進行波の強度とを各々検知する高周波検知器と、これら
の高周波検知器により検知された前記反射波の強度と前
記進行波の強度との比により交流のトンネル電流の変化
を検出する演算回路と、を備えることを特徴とする請求
項８記載の磁気センサ。 - 【請求項１１】 請求項１ないし５の何れか一に記載の
トンネル磁気抵抗効果素子を感磁部に有し、前記トンネ
ル磁気抵抗効果素子の前記第１層及び第３層の磁化状態
によって流れるトンネル電流が変化することにより磁界
を検出することを特徴とする磁気ヘッド。 - 【請求項１２】 前記トンネル磁気抵抗効果素子に交流
のトンネル電流を付与し、前記第１層及び第３層の磁化
状態によって流れる交流のトンネル電流が変化すること
により磁界を検出することを特徴とする請求項１１記載
の磁気ヘッド。 - 【請求項１３】 前記トンネル磁気抵抗効果素子をイン
ピーダンスを一致させた伝送線路上の一部に配設したこ
とを特徴とする請求項１２記載の磁気ヘッド。 - 【請求項１４】 前記トンネル磁気抵抗効果素子に対す
る反射波と進行波とを分離する方向性結合器と、この方
向性結合器の出力側に設けられて分離された前記反射波
の強度と前記進行波の強度とを各々検知する高周波検知
器と、これらの高周波検知器により検知された前記反射
波の強度と前記進行波の強度との比により交流のトンネ
ル電流の変化を検出する演算回路と、を備えることを特
徴とする請求項１２又は１３記載の磁気ヘッド。 - 【請求項１５】 前記伝送線路上の一部に薄膜で形成さ
れて前記トンネル磁気抵抗効果素子に対する反射波と進
行波とを分離する方向性結合器と、この方向性結合器の
出力側に設けられて分離された前記反射波の強度と前記
進行波の強度とを各々検知する高周波検知器と、これら
の高周波検知器により検知された前記反射波の強度と前
記進行波の強度との比により交流のトンネル電流の変化
を検出する演算回路と、を備えることを特徴とする請求
項１３記載の磁気ヘッド。 - 【請求項１６】 請求項１ないし５の何れか一に記載の
トンネル磁気抵抗効果素子を記録部に有し、前記トンネ
ル磁気抵抗効果素子の前記第１層及び第３層の磁化状態
によって流れるトンネル電流が変化することで記憶機能
及び信号処理機能を有することを特徴とする磁気固体メ
モリデバイス。 - 【請求項１７】 前記トンネル磁気抵抗効果素子に交流
のトンネル電流を付与し、前記第１層及び第３層の磁化
状態によって流れる交流のトンネル電流が変化すること
で記憶機能及び信号処理機能を有することを特徴とする
請求項１６記載の磁気固体メモリデバイス。 - 【請求項１８】 前記トンネル磁気抵抗効果素子をイン
ピーダンスを一致させた伝送線路上の一部に配設したこ
とを特徴とする請求項１７記載の磁気固体メモリデバイ
ス。 - 【請求項１９】 前記トンネル磁気抵抗効果素子に対す
る反射波と進行波とを分離する方向性結合器と、この方
向性結合器の出力側に設けられて分離された前記反射波
の強度と前記進行波の強度とを各々検知する高周波検知
器と、これらの高周波検知器により検知された前記反射
波の強度と前記進行波の強度との比により交流のトンネ
ル電流の変化を検出する演算回路と、を備えることを特
徴とする請求項１７又は１８記載の磁気固体メモリデバ
イス。 - 【請求項２０】 前記伝送線路上の一部に薄膜で形成さ
れて前記トンネル磁気抵抗効果素子に対する反射波と進
行波とを分離する方向性結合器と、この方向性結合器の
出力側に設けられて分離された前記反射波の強度と前記
進行波の強度とを各々検知する高周波検知器と、これら
の高周波検知器により検知された前記反射波の強度と前
記進行波の強度との比により交流のトンネル電流の変化
を検出する演算回路と、を備えることを特徴とする請求
項１８記載の磁気固体メモリデバイス。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000269472A JP2002084014A (ja) | 2000-09-06 | 2000-09-06 | トンネル磁気抵抗効果素子及びこの素子を用いたデバイス |
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ID=18756071
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