JP2002141581A

JP2002141581A - 交換結合膜

Info

Publication number: JP2002141581A
Application number: JP2001151461A
Authority: JP
Inventors: Susumu Hashimoto; 進橋本; Yuzo Kamiguchi; 裕三上口; Hitoshi Iwasaki; 仁志岩崎; Masashi Sahashi; 政司佐橋; Atsuhito Sawabe; 厚仁澤邊
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-03-03
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】良好な交換結合性を有し、かつ耐食性に優れる
交換結合膜を提供する。【解決手段】組成がＰｔ_100-zＭｎ_z（ここで、ｚは、４
０＜ｚ≦７５）で表され、かつ結晶構造が正方晶系であ
る反強磁性膜と、前記反強磁性膜と積層形成されたＦｅ
Ｃｏ合金からなる強磁性膜とを備えることを特徴とする
交換結合膜。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反強磁性体膜と強
磁性体膜との交換結合を用いた交換結合膜、およびこの
交換結合膜を具備してなる磁界検出用センサーや再生用
磁気ヘッド等の磁気抵抗効果素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】以前より高密度磁気記録における再生用
磁気ヘッドとして、磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッ
ドの研究が進められている。現在、磁気抵抗効果素子材
料としては８０原子％Ｎｉ−２０原子％Ｆｅ（通称；パ
ーマロイ）合金薄膜が用いられているが、近年これに替
る材料として（Ｃｏ／Ｃｕ）等の巨大磁気抵抗効果を示
す人工格子膜やスピンバルブ膜が注目されている。

【０００３】しかし、これらの材料を用いた磁気抵抗効
果膜は磁区を持つため、これに起因するバルクハウゼン
ノイズが実用化の上で大きな問題となっており、磁気抵
抗効果膜を単磁区化する方法が種々検討されている。そ
の一つに強磁性体である磁気抵抗効果膜と反強磁性体膜
との交換結合を用いて磁気抵抗効果膜の磁区を特定方向
に制御する方法があり、ここでの反強磁性体材料として
はγ−ＦｅＭｎ合金が従来より広く知られている（たと
えば、米国特許第４１０３３１５号明細書および米国特
許第５０１４１４７号明細書）。しかしながら、γ−Ｆ
ｅＭｎ合金は耐食性、特に耐酸化性に問題があり、経時
的に磁気抵抗効果膜との交換結合力が劣化するという問
題がある。

【０００４】また、反強磁性体膜としてＭｎＰｔ、Ｍｎ
Ｒｈ合金など他のγ−Ｍｎ合金を用いた例や酸化物系の
ＮｉＯなどを用いた例なども米国特許第４１０３３１５
号に開示されている。しかし、これらγ−Ｍｎ合金は強
磁性体膜との交換結合力が十分でなく、またＮｉＯなど
の酸化物系は熱安定性に劣り１００℃以上程度の高温下
での強磁性体膜との交換結合力が不安定である。さらに
ＮｉＯなどの電気抵抗の高い絶縁性酸化物系では、この
部分から直接電極を取り出すことができないため素子構
造が複雑になるという問題もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、たと
えば磁気抵抗効果素子のバルクハウゼンノイズの低減
等、強磁性体膜との交換結合を得るために用いられてき
た従来の反強磁性体膜は、その耐食性、熱安定性や強磁
性体膜との交換結合力等に問題があった。

【０００６】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、良好な交換結合力を有し、かつ耐食
性に優れた反強磁性体膜を備えた交換結合膜およびこの
交換結合膜を具備してなり、安定した出力を長期間に亘
って得ることのできる磁気抵抗効果素子を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、組成がＰｔ_100-zＭｎ_z（ここで、ｚは、４
０＜ｚ≦７５）で表され、かつ結晶構造が正方晶系であ
る反強磁性膜と、前記反強磁性膜と積層形成されたＦｅ
Ｃｏ合金からなる強磁性膜とを備えることを特徴とする
交換結合膜を提供する。

【０００８】本発明において、反強磁性体膜を構成する
合金のＭｎの一部が、遷移金属、希土類金属および半金
属からなる群の中から選ばれる少なくとも１種の元素に
より置換され得る。

【０００９】また、本発明は、組成がＮ_100-zＭｎ_z（Ｎ
はＣｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｇ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｉｒの
うちから選ばれた少なくとも１種で２４≦ｚ≦７５、あ
るいはＮはＰｄ、Ｐｔのうちから選ばれた少なくとも１
種で２４≦ｚ＜３５または４０＜ｚ≦７５）で表され、
かつ結晶構造が正方晶系である反強磁性体膜と、この反
強磁性体膜と積層形成された強磁性体膜とを備える交換
結合膜、および組成がＣｒ_100-xＭ_x（Ｍは周期律表３ｂ
族元素、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖのうちから選
ばれた少なくとも１種で０＜ｘ＜３０で表される反強磁
性体膜と、この反強磁性体膜と積層形成された強磁性体
膜とを備えることを特徴とする交換結合膜、さらにはこ
れら交換結合膜と前記交換結合膜のうち少なくとも強磁
性体膜に電流を通電するための電極とが基板上に形成さ
れた磁気抵抗効果素子を提供する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の第１の交換結合膜は、Ｎ_100- _zＭｎ_z反強
磁性体膜と、前記反強磁性体膜と積層形成された強磁性
体膜とを備えることを特徴とする。ここで、ＮがＣｕ、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ａｇ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｉｒの内から選
ばれた少なくとも１種の金属である場合、ｚは２４≦ｚ
≦７５の範囲である。なお、数値は原子％を表す。ｚ＜
２４ではネール温度が室温以下となるため、交換結合が
得られなくなる。一方、ｚ＞７５ではＭｎ量が多くなり
耐蝕性が劣化してしまうため好ましくない。より好まし
くは４０＜ｚ≦７０である。これらの金属は、反強磁性
体膜のネール温度を好ましい範囲にまで低下させる点で
特に好ましい成分である。

【００１１】また、ＮがＰｄ、Ｐｔのうちから選ばれた
少なくとも１種である場合には、ｚは２４≦ｚ＜３５ま
たは４０＜ｚ≦７５の範囲である。すなわち、ｚ＜２４
ではネール温度が室温以下となるため交換結合が得られ
なくなり、ｚ＞７５ではＭｎ量が多くなり耐食性が低下
する。さらにこの場合、３５≦ｚ≦４０ではＮ_100-zＭ
ｎ_z（ＮがＰｄ、Ｐｔのうちから選ばれた少なくとも１
種）の結晶構造が歪んだ面心立方構造となり、成膜時に
膜に大きな歪が加わり、反強磁性体膜と強磁性体膜との
間で膜の剥離が発生するため好ましくない、より好まし
くは４０＜ｚ≦７５の範囲である。これらの金属は、反
強磁性体膜と強磁性体膜との格子整合性の点で特に好ま
しい成分である。

【００１２】さらに本発明において、Ｎの一部をＦｅ、
Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種（Ｎ´）で置換してもよ
い。置換量はＮ_100-yＮ´_yで表した場合、０＜ｙ＜３０
であることが好ましい。より好ましくは１≦ｙ≦１０で
ある。なお、数値は原子％を表す。このようにＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉの少なくとも１種でＮの一部を置換することに
より、反強磁性体膜中に、たとえばＮｉ₅₀Ｐｔ₅₀、Ｆｅ
₂₅Ｐｔ₇₅、Ｆｅ₅₀Ｒｈ₅₀などのＮＮ´反強磁性相、Ｎｉ
₅₀Ｍｎ₅₀、Ｆｅ₅₀Ｍｎ₅₀、Ｃｏ₅₀Ｍｎ₅₀などのＭｎＮ´
反強磁性相、Ｎｉ₇₅Ｐｔ₂₅、Ｃｏ₅₀Ｐｔ₅₀、Ｆｅ₅₀Ｐｄ
₅₀などのＮＮ´強磁性相が形成され、これらの相とＮＭ
ｎ反強磁性相との磁気的な相互作用によりネール温度を
制御することができる。なお本発明では、同様に、Ｎの
一部を希土類金属やＡｓ、Ｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、グラファイ
ト等の半金属で置換することも可能である。

【００１３】また、Ｍｎの一部を同様の遷移金属、希土
類金属や半金属の少なくとも１種（Ｍ’）で置換しても
良い。置換量は上述のＮの置換と同様に３０原子％程度
まで許容される。この場合も、反強磁性体膜中にＮＭ’
の強磁性相や非磁性相、ＭｎＭ’の反強磁性相、強磁性
相、常磁性相や非磁性相が形成され、これらの相とＮＭ
ｎの反強磁性相との相互作用によりネール温度を制御す
ることができる。なお本発明の交換結合膜では、反強磁
性体膜のネール温度が１００〜５００℃、さらには２５
０〜４００℃の範囲内に設定されることが好ましい。

【００１４】本発明において、Ｎ_100-zＭｎ_z反強磁性体
膜の結晶構造を正方晶系に規定した理由は、正方晶系と
することにより面内方向にスピンを揃えることができ、
強磁性体膜との良好な交換結合力が得られるためであ
る。このとき配向方位は特に規定されない。

【００１５】次に本発明の第２の交換結合膜は、Ｃｒ
_100-xＭ_x反強磁性体膜と、前記反強磁性体膜と積層形成
された強磁性体膜とを備えることを特徴とする。このCr
を主体とした反強磁性体膜を備える交換結合膜では、Ｎ
_100-zＭｎ_z系の反強磁性体膜を備える交換結合膜に比較
して耐食性および反強磁性体膜と強磁性体膜との格子整
合性を大幅に向上させることができる。ここで、Ｍは周
期律表３ｂ族元素、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖの
うちから選ばれた少なくとも１種であり、ｘは０＜ｘ＜
３０の範囲である。なお、数値は原子％を表す。ｘ＝０
ではネール温度が室温近傍（３１１Ｋ）となるために交
換結合力が得られなくなる。またｘが３０以上では、Ｍ
がＣｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、
Ｏｓ、Ｉｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖの場合、ネール温度
が室温以下となり室温で交換結合力が得られなくなり、
Ｍが周期律表３ｂ族元素の場合、逆にネール温度が８０
０Ｋを越えてしまい反強磁性体膜への一軸異方性の付与
が困難となるため、やはり十分に大きな交換結合力が得
られなくなる。十分に大きな交換結合力を得るための、
より好ましいｘの範囲は１≦ｘ≦１０である。

【００１６】第２の交換結合膜において、上述したよう
にＭは周期律表３ｂ族元素のうちから選ばれた少なくと
も１種、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｏｓ、Ｉｒのうちから選ばれた少なくとも１種の
貴金属元素、またはＭｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｖのうちから選
ばれた少なくとも１種の遷移金属元素であるが、これら
の中でも周期律表３ｂ族元素であるＡｌ、Ｇａ、Ｉｎの
うちから選ばれた少なくとも１種が室温で十分な交換結
合力を得るために特に好ましい。しかもＡｌ、Ｇａ、Ｉ
ｎは、少量で反強磁性体膜のネール温度を好ましい範囲
に制御できるので、純Ｃｒが本来有する強磁性体膜との
良好な格子整合性をさほど損なうことなく、交換結合力
の十分大きな交換結合膜を作製することが可能である。
なお、本発明の第２の交換結合膜では、反強磁性体膜の
結晶構造は立方晶系、正方晶系など特に限定されない。

【００１７】一方、本発明の交換結合膜において、強磁
性体膜とは強磁性を発現する膜であり、特に限定されな
いが、磁気抵抗効果素子に用いる場合、飽和磁界の小さ
いパーマロイ等の磁気抵抗効果膜や、巨大磁気抵抗効果
を示すたとえばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの強磁性金属、これら
の合金であるＦｅＮｉ、ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＮｉならび
にこれらの強磁性金属合金に磁気特性の向上を目的とし
て第３元素や第４元素を添加した合金と非磁性金属、合
金からなる人工格子膜やスピンバルブ膜、グラニュラー
磁性合金膜等が挙げられる。また、このような強磁性体
膜と反強磁性体膜は少なくとも一部が積層形成されて、
交換結合していれば良い。

【００１８】なお本発明の交換結合膜では、反強磁性体
膜の膜厚は、反強磁性を発現する範囲であれば特に限定
されない。しかし、大きな交換結合力を得るためには、
反強磁性体膜の膜厚が強磁性体膜の膜厚よりも厚いこと
が望ましい。

【００１９】また本発明の第１および第２の交換結合膜
においては、反強磁性体膜と強磁性体膜との界面にγ−
Ｍｎ合金、Ｃｏ−Ｃｒ合金、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、
Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｏｓ、Ｉｒのうちから選ばれ
た少なくとも１種からなる中間層を５ｎｍ以下の厚さに
形成してもよい。すなわちこのような中間層を形成する
ことで、反強磁性体膜と強磁性体膜との交換結合力の大
きさを制御することができ、さらに中間層上に反強磁性
体膜を形成する場合は、反強磁性体膜の結晶性の向上も
期待できる。しかしながら中間層の厚さが５ｎｍを越え
ると、中間層が非磁性相の場合には、反強磁性体膜と強
磁性体膜との交換結合力が弱くなる。

【００２０】本発明の交換結合膜は、蒸着法、スパッタ
法、ＭＢＥ法など公知の成膜方法を用いてたとえば基板
上に形成される。このとき反強磁性体膜に一軸磁気異方
性を付与するために、磁界中で成膜、熱処理を行っても
よい。また基板としてはガラス、樹脂などの非晶質基板
や、Ｓｉ、ＭｇＯ、各種フェライトなどの単結晶基板、
配向基板、焼結基板など特に限定されず、さらに反強磁
性体膜や強磁性体膜の結晶性を向上させるために、基板
上に１〜１００ｎｍの厚さの下地層を設けてもよい。下
地層は結晶性を向上させるものであれば特に限定されな
いが、たとえばＰｄやＰｔなど貴金属やＣｏＺｒＮｂ等
の非晶質金属を用いることができる。このとき下地層
は、強磁性体膜や反強磁性体膜に対する磁気的な影響が
小さい方が好ましいが、必ずしも非磁性体である必要は
ない。

【００２１】さらにこのような本発明の交換結合膜に対
し、少なくとも強磁性体膜に電流を通電するための電極
をたとえばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌやこれらの合金で形
成すれば、本発明の磁気抵抗効果素子を容易に得ること
ができる。ここで電極は強磁性体膜に直接接触する形態
でも、反強磁性体膜等を介する形態でも良い。

【００２２】このように本発明の交換結合膜は、磁界検
出用センサー、再生用磁気ヘッドなどの磁気抵抗効果素
子を用いた種々のデバイスに応用できる。

【００２３】なお、本発明の磁気抵抗効果素子におい
て、反強磁性体膜と強磁性体膜との交換結合力は強磁性
体膜におけるバルクハウゼンノイズ除去に限らず、人工
格子膜やスピンバルブ膜に対する磁化固着などに供され
てもよい。

【００２４】

【実施例】次に本発明を実施例を用いて説明する。実施例１ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて反強磁性体膜と
強磁性体膜とからなる本発明の交換結合膜を作製した。
膜の断面図を図１に示す。具体的にはガラス基板１上
に、組成がＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀（８０原子％Ｎｉ−２０原子％
Ｆｅ）で表される強磁性体膜２を３０ｎｍの厚さに、組
成がＰｄ_100-zＭｎ_z（ｚ＝２０、２４、４１、５０、７
５、８０）で表される反強磁性体膜３を３０ｎｍの厚さ
にそれぞれ磁界中で成膜した。このとき基板の加熱は特
に行わなかった。得られた反強磁性体膜についてＸ線回
折で結晶構造とその配向方位を調べたところ、結晶構造
が正方晶で（１０１）配向していることが確認された。

【００２５】ここで、反強磁性体膜の組成がＰｄ₅₀Ｍｎ
₅₀の場合における磁化容易軸方向ａ（成膜時の磁界方
向）と磁化困難軸方向ｂの磁化曲線を図２に示す。この
とき、磁化０における両者の磁界の大きさの差ｃが交換
バイアス磁界（Ｈｕａ）となる。さらにＭｎ量ｚと交換
バイアス磁界の関係を図３に示す。この図から２４≦ｚ
≦７５の範囲で交換バイアス磁界が１６００（Ａ／ｍ）
以上と従来のγ−ＦｅＭｎ反強磁性体膜と比較して遜色
ない値が得られることがわかる。一方、ｚがこの範囲か
ら外れると交換バイアス磁界の値は著しく低下すること
が確認された。なお、３５≦ｚ≦４０の範囲は優れた交
換バイアス磁界を示したが、反強磁性体膜と強磁性体膜
との膜剥離がみられた。

【００２６】また、これと反強磁性体膜、強磁性体膜の
組成が異なる本発明の交換結合膜を、反強磁性体膜の膜
厚を４０ｎｍ、強磁性体膜の膜厚を１０ｎｍとして作製
したときの交換バイアス磁界を表１に示す。表１より明
らかなように、反強磁性体膜や強磁性体膜の組成を変え
ても、十分に大きな交換バイアス磁界の値が得られた。
なお、表１中には反強磁性体膜のネール温度Ｔ_Nを併せ
て示したが、Ｎ_100-zＭｎ_z反強磁性体膜のＮがＲｈ、Ｒ
ｕの場合はＮがＰｄ、Ｐｔの場合よりも、ネール温度Ｔ
_Nが好ましい値にまで低下していることがわかる。

【００２７】

【表１】

【００２８】実施例２実施例１と同様の方法で、強磁性体膜としてＮｉ₈₀Ｆｅ
₂₀（８０原子％Ｎｉ−２０原子％Ｆｅ）を、反強磁性体
膜としてＮの一部をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１種
で置換した（Ｐｄ_100-yＮ´_y）₅₈Ｍｎ₄₂（Ｎ´はＦｅ、
Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１種、０＜ｙ＜３０）をそれぞ
れ３０ｎｍの厚さにガラス基板上に成膜して本発明の交
換結合膜を作製し、その交換バイアス磁界を測定した。
いずれの場合も５００（Ａ／ｍ）以上の交換バイアス磁
界が確認された。

【００２９】また、磁化率の温度変化より反強磁性体膜
のネール温度を測定した。その１例として、（Ｐｄ₈₀Ｎ
ｉ₂₀）₅₈Ｍｎ₄₂とＰｄ₅₈Ｍｎ₄₂の磁化率と温度の関係を
図４に示す。ここで磁化率のピークとなっている温度Ｔ
_Nがネール温度である。同様にして各組成におけるネー
ル温度を測定した結果を図５に示す。この図よりＰｄの
一部をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの少なくとも１種で置換するこ
とによりネール温度が低下していた。たとえば、Ｎ´を
Ｎｉ、ｙを１０としたときのネール温度は４４０℃で、
ｙが０のときの５６０℃と比較して１００℃以上低下さ
せることができる。このようなネール温度の低下効果
は、図５に示される通りＦｅが一番大きく、ついでＣ
ｏ、Ｎｉとなっている。さらに、Ｍｎの一部をＦｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ等の遷移金属、Ｌａ、Ｓｍ等Ｙを含む希土類金
属、Ａｓ、Ｂ、Ｓｎ、Ｓｂ、グラファイト等半金属と置
換したときや、貴金属ＮとＭｎのそれぞれ一部を上述の
元素を置換したものについても同様にネール温度低下の
効果が得られた。また、相対湿度が９０％、温度が９０
℃の大気中に４８時間放置した後の交換バイアス磁界は
初期値の９０％以上の値を示した。

【００３０】実施例３実施例１と同様の方法で、強磁性体膜としてＮｉ₈₀Ｆｅ
₂₀を、反強磁性体膜としてＰｔ₅₈Ｍｎ₄₂をそれぞれ３０
ｎｍ、ＭｇＯ（１００）、（１１０）、（１１１）、サ
ファイヤＣ面、ガラスの各基板上に成膜して本発明の交
換結合膜を作製し、その交換バイアス磁界を測定した。
比較例として反強磁性体膜にγ−ＦｅＭｎを用いたもの
についても同様に測定した。

【００３１】その結果交換バイアス磁界は、反強磁性体
膜をＰｔ₅₈Ｍｎ₄₂としたとき、基板によらず測定された
が、γ−ＦｅＭｎとしたときにはＭｇＯ（１１１）、サ
ファイヤＣ面、ガラスのときにのみ確認されたに過ぎな
かった。これは本発明のＰｔ ₅₈Ｍｎ₄₂が正方晶であるこ
とによるものである。すなわちγ−ＦｅＭｎの場合には
面心立方の（１１１）に優先配向したときのみに十分な
交換結合力が得られるが、本発明のＮ_100-zＭｎ_zは、特
に配向方位を規定する必要がないことがわかる。また、
γ−ＰｔＭｎについても同様の評価を行ったところ、γ
−ＦｅＭｎと同様に特定面においてしか交換バイアス磁
界は確認されなかった。また、その値も、約１００（Ａ
／ｍ）程度と交換結合膜に用いる上で十分とはいえなか
った。

【００３２】実施例４実施例１と同様の方法で、強磁性体膜として膜厚１０ｎ
ｍのＣｏ₈₅Ｆｅ₈Ｐｄ₇（８５原子％Ｃｏ−８原子％Ｆｅ
−７原子％Ｐｄ）を、反強磁性体膜として膜厚４０ｎｍ
のＣｒ_100-xＡｌ_x（ｘ＝０、２、５、１０、１８、２
５、３５）を成膜して本発明の交換結合膜を作製した。
このときのＡｌ量ｘと交換バイアス磁界の関係を図６に
示す。

【００３３】この図から、Ａｌ量ｘが０＜ｘ＜３０の範
囲で従来のγ−ＦｅＭｎ反強磁性体膜と比較して遜色な
い交換バイアス磁界の値を示し、特に１≦ｘ≦１０の範
囲で交換バイアス磁界２０００（Ａ／ｍ）以上の極めて
大きな交換結合力が得られることがわかる。一方、ｘが
この範囲から外れると１６０（Ａ／ｍ）以上の交換バイ
アス磁界は確認できなかった。さらにＡｌをＧａ、Ｉ
ｎ、Ｒｅに置き換えた場合についても同様の方法で交換
バイアス磁界の大きさを調べたが、いずれの場合も０＜
ｘ＜３０の範囲でＡｌの場合と同様に良好な交換バイア
ス磁界が確認された。

【００３４】実施例５実施例１と同様の方法で、強磁性体膜として膜厚１０ｎ
ｍのＣｏ₈₉Ｆｅ₉Ｐｄ₂（８９原子％Ｃｏ−９原子％Ｆｅ
−２原子％Ｐｄ）を、反強磁性体膜として膜厚４０ｎｍ
のＣｒ_100-xＶ_x（ｘ＝０、１、５、１０、１８、２５、
４０）を成膜して本発明の交換結合膜を作製した。Ｖ量
ｘと交換バイアス磁界の関係を図７に示す。

【００３５】この図から、Ｖ量ｘが０＜ｘ＜３０の範囲
で従来のγ−ＦｅＭｎ反強磁性体膜と比較して遜色ない
交換バイアス磁界の値を示し、特に１≦ｘ≦１０の範囲
で交換バイアス磁界１６００（Ａ／ｍ）以上の極めて大
きな交換結合力が得られることがわかる。一方、ｘがこ
の範囲から外れると１６０（Ａ／ｍ）以上の交換バイア
ス磁界は確認できなかった。さらにＶをＦｅ、Ｃｏ、Ａ
ｕ、Ｒｈ、Ｍｎに置き換えた場合についても本実施例と
同様の方法で交換バイアス磁界の大きさを調べたが、い
ずれの場合も０＜ｘ＜３０の範囲でＶの場合と同様に良
好な交換バイアス磁界が確認された。

【００３６】実施例６実施例１と同様の方法で、強磁性体膜として膜厚１０ｎ
ｍのＣｏ₈₅Ｆｅ₈Ｐｄ₇（８５原子％Ｃｏ−８原子％Ｆｅ
−７原子％Ｐｄ）を、反強磁性体膜として膜厚３０ｎｍ
のＣｒ₉₈Ａｌ₂を成膜して本発明の交換結合膜を作製す
る際、その界面に膜厚が１０ｎｍまでのＣｏ−Ｃｒ合金
を中間層として形成し、交換バイアス磁界の大きさを調
べた。その結果をＣｏ−Ｃｒ合金膜厚と交換バイアス磁
界の関係として図８に示す。

【００３７】図示されるように、膜厚５ｎｍのＣｏ−Ｃ
ｒ合金膜を中間層として形成すると、中間層がない場合
の２４００（Ａ／ｍ）（＝３０（Ｏｅ））に比較して、
交換バイアス磁界が向上する。一方、中間層の膜厚が５
ｎｍを越えると交換バイアス磁界は減少し、１０ｎｍで
１６００（Ａ／ｍ）（＝２０（Ｏｅ））となる。このこ
とから、５ｎｍ以下の中間層を形成することで、交換バ
イアス磁界が改善される。さらに、同一の方法でγ−Ｍ
ｎ合金、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｇ、
Ａｕ、Ｏｓ、Ｉｒのうちから選ばれた少なくとも１種か
らなる中間層を５ｎｍ以下の厚さに形成した結果につい
ても調べたが、いずれも同様な効果が得られた。

【００３８】実施例７実施例１で十分な交換バイアス磁界が得られたＰｄ₅₀Ｍ
ｎ₅₀の反強磁性体膜と強磁性体膜との交換結合膜を用い
て本発明の磁気抵抗効果素子を作製した。その磁気抵抗
効果素子の断面図を図９に示す。具体的に、ガラス基板
４には＃７０５９ガラス（コーニングジャパン社）、強
磁性体膜５には膜厚が２０ｎｍのＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀（８０原
子％Ｎｉ−２０原子％Ｆｅ）と膜厚が１０ｎｍのＣｏ₉₀
Ｆｅ₁₀（９０原子％Ｃｏ−１０原子％Ｆｅ）の２種類、
電極６には膜厚が２０μｍのＣｕをそれぞれ用いた。な
お反強磁性体膜７と反強磁性体膜８との間隔は０．１ｍ
ｍとした。また強磁性体膜５と反強磁性体膜７、８につ
いては、磁界中で成膜を行い、膜に一軸異方性を付与し
強磁性体膜５の単磁区化をはかった後、通常の半導体プ
ロセスを用いて素子の加工を行ない、磁気抵抗効果素子
を得た。

【００３９】得られた磁気抵抗効果素子に外部から磁界
を印加して、その磁界応答特性を調べたところ、Ｔｉな
どの保護膜が形成されたγ−ＦｅＭｎ反強磁性体膜を用
いた以外は全く同様の磁気抵抗効果素子と同程度の安定
した出力が得られ、なおかつ磁壁移動に伴うバルクハウ
ゼンノンズの発生もみられなかった。

【００４０】実施例８実施例１と同様の方法で、強磁性体膜として膜厚１０ｎ
ｍのＮｉ₈₀Ｆｅ₂₀（８０原子％Ｎｉ−２０原子％Ｆｅ）
を、反強磁性体膜として膜厚４０ｎｍのＰｄ₅₀Ｍｎ₅₀、
Ｐｄ₆₇Ｍｎ₃₃、Ｐｔ₅₀Ｍｎ₅₀、Ｃｒ₉₅Ａｌ₅、Ｃｒ₉₀Ｇ
ａ₁₀、Ｃｒ₉₈Ｍｎ₂を成膜して交換結合膜をそれぞれ作
製した。また比較例として反強磁性体膜にＰｔ₁₇Ｍ
ｎ₈₃、Ｐｄ₂₀Ｍｎ₈₀、Ｃｒ₅₀Ｍｎ₅₀、Ｐｄ₂₃Ｍｎ₇₇を、
および従来のγ−ＦｅＭｎを用いて上述と同一の交換結
合膜をそれぞれ作製した。

【００４１】得られた交換結合膜を相対湿度が９０％、
温度が９０℃の大気中に放置して４８時間後の腐食ピッ
ト発生状況を調べた。その結果を図１０に示す。図１０
より本発明による交換結合膜は、腐食ピット発生確率が
大幅に小さく腐食ピットの発生がほとんど見られず、耐
食性に優れていた。また、放置後の交換バイアス磁界を
測定したところ初期値に対して、比較例はＰｔ₁₇Ｍ
ｎ₈₃、Ｐｄ₂₀Ｍｎ₈₀、Ｃｒ ₅₀Ｍｎ₅₀、Ｐｄ₂₃Ｍｎ₇₇で５
０％、従来のγ−ＦｅＭｎを用いた例は１０％であった
が、実施例８のそれぞれの交換結合膜は９０％以上の交
換バイアス磁界を示した。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の交換結合膜
は、良好な交換結合力を有し、かつ耐食性、熱安定性に
も優れ、さらにこのような交換結合膜を具備してなる本
発明の磁気抵抗効果素子においては、安定した出力を長
期間に亘って得ることができ、その工業的価値は大なる
ものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の交換結合膜を示す断面図である。

【図２】実施例１における磁化曲線を示す図である。

【図３】実施例１における組成と交換バイアス磁界の関
係を示す図である。

【図４】実施例２における磁化率と温度変化の関係を示
す図である。

【図５】実施例２における組成とネール温度の関係を示
す図である。

【図６】実施例４における組成と交換バイアス磁界の関
係を示す図である。

【図７】実施例５における組成と交換バイアス磁界の関
係を示す図である。

【図８】Ｃｏ−Ｃｒ合金膜厚と交換バイアス磁界の関係
を示す図である。

【図９】本発明の磁気抵抗効果素子の断面を示す断面図
である。

【図１０】交換結合膜における腐食ピット発生状況を示
す図である。

【符号の説明】

１、４…ガラス基板２、５…強磁性体膜３、７、８…反強磁性体膜６…電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩崎仁志神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者佐橋政司神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者澤邊厚仁神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 2G017 AD55 AD62 AD65 5D034 BA03 BA12 CA04 CA08 DA07 5E049 AA01 AA04 AA09 AC05 BA12 DB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】組成がＰｔ_100-zＭｎ_z（ここで、ｚは、
４０＜ｚ≦７５）で表され、かつ結晶構造が正方晶系で
ある反強磁性膜と、前記反強磁性膜と積層形成されたＦ
ｅＣｏ合金からなる強磁性膜とを備えることを特徴とす
る交換結合膜。
【請求項２】Ｍｎの一部が、遷移金属、希土類金属お
よび半金属からなる群の中から選ばれる少なくとも１種
の元素により置換されていることを特徴とする請求項１
に記載の交換結合膜。