JP2002190631A - 磁気抵抗素子とその製造方法、および化合物磁性薄膜の形成方法 - Google Patents
磁気抵抗素子とその製造方法、および化合物磁性薄膜の形成方法Info
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- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気抵抗素子の耐熱性、磁界シフト量等を改
善する。 【解決手段】 固定磁性層が、少なくとも１層の非磁性
体層と、この非磁性体層を挟持する磁性体層とからなる
多層膜であり、上記磁性体層が、上記非磁性体層を介し
て互いに静磁結合している磁気抵抗素子を提供する。こ
の素子は、改善された耐熱性を有する。また、本発明
は、固定磁性層が、上記多層膜であって負の磁気結合を
生じさせるように静磁結合または反強磁性結合した磁気
抵抗素子を提供する。この素子は、磁界シフト量を低減
する。また、本発明は、中間層を挟持する磁性層の少な
くとも一方が、(100)、(110)または(111)面を配向面と
する酸化物フェライトを含み、この配向面内に外部磁場
を導入する磁気抵抗素子を提供する。この素子は、高い
磁気抵抗変化率を示す。
善する。 【解決手段】 固定磁性層が、少なくとも１層の非磁性
体層と、この非磁性体層を挟持する磁性体層とからなる
多層膜であり、上記磁性体層が、上記非磁性体層を介し
て互いに静磁結合している磁気抵抗素子を提供する。こ
の素子は、改善された耐熱性を有する。また、本発明
は、固定磁性層が、上記多層膜であって負の磁気結合を
生じさせるように静磁結合または反強磁性結合した磁気
抵抗素子を提供する。この素子は、磁界シフト量を低減
する。また、本発明は、中間層を挟持する磁性層の少な
くとも一方が、(100)、(110)または(111)面を配向面と
する酸化物フェライトを含み、この配向面内に外部磁場
を導入する磁気抵抗素子を提供する。この素子は、高い
磁気抵抗変化率を示す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光磁気ディスク、
ハードディスク、デジタルデータストリーマ（DDS）、
デジタルＶＴＲ等の磁気記録装置の再生ヘッド、回転速
度検出用の磁気センサー、磁気ランダム・アクセス・メ
モリ（ＭＲＡＭ）等に使用される磁気抵抗素子に関する
ものである。
ハードディスク、デジタルデータストリーマ（DDS）、
デジタルＶＴＲ等の磁気記録装置の再生ヘッド、回転速
度検出用の磁気センサー、磁気ランダム・アクセス・メ
モリ（ＭＲＡＭ）等に使用される磁気抵抗素子に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＰＰ（Current Perpendicular to the
Plane）−ＧＭＲ素子は、導電体である中間層を挟んだ
強磁性層間のスピン依存散乱を利用した磁気抵抗素子で
あり、ＴＭＲ素子は、絶縁体であるごく薄い中間層を挟
んだ強磁性層間のスピントンネル伝導を利用した磁気抵
抗素子である。いずれの素子でも、電流は多層体の膜面
に対して垂直方向に流される。これらの素子では、磁化
相対角の変化の再現性を高めるために、強磁性層の一方
が、例えばFeMnやIrMnのような反強磁性層と積層した固
定磁性層とされることがある。また、反強磁性層に、例
えばCo/Ru/Coのような反強磁性結合を含む積層フェリ構
造を積層すると、固定磁性層の固定磁界をさらに高める
ことができる。
Plane）−ＧＭＲ素子は、導電体である中間層を挟んだ
強磁性層間のスピン依存散乱を利用した磁気抵抗素子で
あり、ＴＭＲ素子は、絶縁体であるごく薄い中間層を挟
んだ強磁性層間のスピントンネル伝導を利用した磁気抵
抗素子である。いずれの素子でも、電流は多層体の膜面
に対して垂直方向に流される。これらの素子では、磁化
相対角の変化の再現性を高めるために、強磁性層の一方
が、例えばFeMnやIrMnのような反強磁性層と積層した固
定磁性層とされることがある。また、反強磁性層に、例
えばCo/Ru/Coのような反強磁性結合を含む積層フェリ構
造を積層すると、固定磁性層の固定磁界をさらに高める
ことができる。
【０００３】強磁性材料としては、バンド計算によりス
ピン分極率が100％と予想されているハーフメタル材料
が注目されている。特にＴＭＲ素子では、強磁性体中の
スピン分極率が高いほど、高い磁気抵抗変化率が得られ
る。
ピン分極率が100％と予想されているハーフメタル材料
が注目されている。特にＴＭＲ素子では、強磁性体中の
スピン分極率が高いほど、高い磁気抵抗変化率が得られ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】磁気抵抗素子を、磁気
ヘッド、ＭＲＡＭのメモリ素子等へと応用する場合に
は、高い耐熱性が要求される。例えば、ＴＭＲ素子をＭ
ＲＡＭに用いる場合には、半導体プロセスにおける水素
シンターやパッシベーション作製プロセスで400℃程度
の熱処理が行われる。
ヘッド、ＭＲＡＭのメモリ素子等へと応用する場合に
は、高い耐熱性が要求される。例えば、ＴＭＲ素子をＭ
ＲＡＭに用いる場合には、半導体プロセスにおける水素
シンターやパッシベーション作製プロセスで400℃程度
の熱処理が行われる。
【０００５】しかし、反強磁性層を含む素子を300℃程
度以上に加熱すると、反強磁性層に含まれるMnの拡散に
よって、磁性層のスピン分極率が低下し、反強磁性層の
組成ずれによる固定磁界が低下するため、磁気抵抗変化
率が低下する（S.Cardoso et.al. J.Appl.Phys.87,6058
(2000)）。反強磁性体に積層フェリ構造を積層した素
子においても、熱処理により積層フェリ構造の層構造が
乱れるため、固定磁界の増大が望めない。このように磁
気抵抗素子には、耐熱性の改善が求められている。耐熱
性の向上は、膜面方向に電流を流すＣＩＰ（Current in
Plane）−ＧＭＲ素子にも求められている。
度以上に加熱すると、反強磁性層に含まれるMnの拡散に
よって、磁性層のスピン分極率が低下し、反強磁性層の
組成ずれによる固定磁界が低下するため、磁気抵抗変化
率が低下する（S.Cardoso et.al. J.Appl.Phys.87,6058
(2000)）。反強磁性体に積層フェリ構造を積層した素
子においても、熱処理により積層フェリ構造の層構造が
乱れるため、固定磁界の増大が望めない。このように磁
気抵抗素子には、耐熱性の改善が求められている。耐熱
性の向上は、膜面方向に電流を流すＣＩＰ（Current in
Plane）−ＧＭＲ素子にも求められている。
【０００６】また、ハーフメタル材料を用いた素子から
は、室温で高い磁気抵抗変化率が未だ得られていない。
特に、酸化物であるハーフメタル材料を酸化物ターゲッ
トを用いたスパッタリング法により形成する場合には、
酸素量が化学量論比からずれやすく、良質な磁性薄膜を
得ることが困難である。ハーフメタル材料を用いた磁気
抵抗素子からは、さらに高い磁気抵抗変化率が得られる
可能性がある。
は、室温で高い磁気抵抗変化率が未だ得られていない。
特に、酸化物であるハーフメタル材料を酸化物ターゲッ
トを用いたスパッタリング法により形成する場合には、
酸素量が化学量論比からずれやすく、良質な磁性薄膜を
得ることが困難である。ハーフメタル材料を用いた磁気
抵抗素子からは、さらに高い磁気抵抗変化率が得られる
可能性がある。
【０００７】さらに、特にＴＭＲ素子においては、外部
磁界に対する応答についての非対称性が大きくなること
があり、問題となっている。
磁界に対する応答についての非対称性が大きくなること
があり、問題となっている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の側面によ
れば、中間層と、この中間層を挟持する一対の磁性層と
を含み、これら磁性層の一方が、他方の磁性層よりも外
部磁界に対して磁化回転しにくい固定磁性層であり、こ
の固定磁性層が、少なくとも１層の非磁性体層と、この
非磁性体層を挟持する磁性体層とからなる多層膜であっ
て、上記磁性体層が、上記非磁性体層を介して互いに静
磁結合していることを特徴とする磁気抵抗素子が提供さ
れる。
れば、中間層と、この中間層を挟持する一対の磁性層と
を含み、これら磁性層の一方が、他方の磁性層よりも外
部磁界に対して磁化回転しにくい固定磁性層であり、こ
の固定磁性層が、少なくとも１層の非磁性体層と、この
非磁性体層を挟持する磁性体層とからなる多層膜であっ
て、上記磁性体層が、上記非磁性体層を介して互いに静
磁結合していることを特徴とする磁気抵抗素子が提供さ
れる。
【０００９】磁性体層内の磁化が、非磁性層を介して互
いに略反平行となり、互いの静磁エネルギーを閉磁する
こと、すなわち静磁結合をすることにより、他方の磁性
層（自由磁性層）の磁界シフトの原因となる漏れ磁界が
抑制される。従来用いられてきた反強磁性結合を利用し
た積層フェリ構造においても、磁化の向きは反平行とな
る。しかし、積層フェリ構造は、ＲＫＫＹ効果（Ruderm
an-Kittel-Kasuya-Yoshida effect）を利用しているた
めに、非磁性体層の厚みに敏感である。これに対し、静
磁結合を利用すると厚み依存性が比較的小さい。また、
反強磁性結合を利用する場合よりは、非磁性体層自体を
厚くできる。これらにより、静磁結合を利用すると、素
子の熱安定性を改善できる。
いに略反平行となり、互いの静磁エネルギーを閉磁する
こと、すなわち静磁結合をすることにより、他方の磁性
層（自由磁性層）の磁界シフトの原因となる漏れ磁界が
抑制される。従来用いられてきた反強磁性結合を利用し
た積層フェリ構造においても、磁化の向きは反平行とな
る。しかし、積層フェリ構造は、ＲＫＫＹ効果（Ruderm
an-Kittel-Kasuya-Yoshida effect）を利用しているた
めに、非磁性体層の厚みに敏感である。これに対し、静
磁結合を利用すると厚み依存性が比較的小さい。また、
反強磁性結合を利用する場合よりは、非磁性体層自体を
厚くできる。これらにより、静磁結合を利用すると、素
子の熱安定性を改善できる。
【００１０】本発明の第２の側面によれば、中間層と、
この中間層を挟持する一対の磁性層とを含み、これら磁
性層の一方が、他方の磁性層よりも外部磁界に対して磁
化回転しにくい固定磁性層であり、この固定磁性層が、
少なくとも１層の非磁性体層と、この非磁性体層を挟持
する磁性体層とからなる多層膜であって、上記磁性体層
が、上記非磁性体層を介して互いに静磁結合または反強
磁性結合しており、中間層側よりｍ（ｍは１以上の整
数）番目に配置された上記磁性体層を磁性体層ｍとし、
上記磁性体層ｍの平均飽和磁化および平均膜厚をそれぞ
れＭｍ、ｄｍとし、ｍが奇数である磁性体層におけるＭ
ｍ×ｄｍの総和をＭｄｏ、ｍが偶数であるＭｍ×ｄｍの
総和をＭｄｅとすると、 0.5＜Ｍｄｅ／Ｍｄｏ＜１、 が成立することを特徴とする磁気抵抗素子が提供され
る。
この中間層を挟持する一対の磁性層とを含み、これら磁
性層の一方が、他方の磁性層よりも外部磁界に対して磁
化回転しにくい固定磁性層であり、この固定磁性層が、
少なくとも１層の非磁性体層と、この非磁性体層を挟持
する磁性体層とからなる多層膜であって、上記磁性体層
が、上記非磁性体層を介して互いに静磁結合または反強
磁性結合しており、中間層側よりｍ（ｍは１以上の整
数）番目に配置された上記磁性体層を磁性体層ｍとし、
上記磁性体層ｍの平均飽和磁化および平均膜厚をそれぞ
れＭｍ、ｄｍとし、ｍが奇数である磁性体層におけるＭ
ｍ×ｄｍの総和をＭｄｏ、ｍが偶数であるＭｍ×ｄｍの
総和をＭｄｅとすると、 0.5＜Ｍｄｅ／Ｍｄｏ＜１、 が成立することを特徴とする磁気抵抗素子が提供され
る。
【００１１】この素子では、固定磁性層を構成する磁性
体層は、反強磁性結合または静磁結合により、非磁性体
層を介して、磁化が反平行状態にある。固定磁性層の漏
れ磁界を完全に解消するには、Ｍｄｅ／Ｍｄｏ＝１とす
るべきである。しかし、後述する実験の結果、特にＴＭ
Ｒ素子において、固定磁性層と自由磁性層との間に正の
磁気結合が生じることが確認された。この結合は、外部
磁界に対する磁気抵抗の応答に非対称性を生じさせる。
上記素子では、敢えてＭｄｅ／Ｍｄｏ＜１として、正の
磁気結合を打ち消す漏れ磁界を発生させている（負の磁
気結合を生じさせている）ため、非対称性を改善でき
る。漏れ磁界が大きすぎると負の結合側に非対称性が生
じるため、Ｍｄｅ／Ｍｄｏ≧0.6が特に好適である。
体層は、反強磁性結合または静磁結合により、非磁性体
層を介して、磁化が反平行状態にある。固定磁性層の漏
れ磁界を完全に解消するには、Ｍｄｅ／Ｍｄｏ＝１とす
るべきである。しかし、後述する実験の結果、特にＴＭ
Ｒ素子において、固定磁性層と自由磁性層との間に正の
磁気結合が生じることが確認された。この結合は、外部
磁界に対する磁気抵抗の応答に非対称性を生じさせる。
上記素子では、敢えてＭｄｅ／Ｍｄｏ＜１として、正の
磁気結合を打ち消す漏れ磁界を発生させている（負の磁
気結合を生じさせている）ため、非対称性を改善でき
る。漏れ磁界が大きすぎると負の結合側に非対称性が生
じるため、Ｍｄｅ／Ｍｄｏ≧0.6が特に好適である。
【００１２】本発明の第３の側面によれば、中間層と、
この中間層を挟持する一対の磁性層とを含み、この磁性
層の少なくとも一方が、(100)、(110)または(111)面配
向した酸化物フェライトを含み、上記面内に外部磁場を
導入することにより電気抵抗の変化を検知することを特
徴とする磁気抵抗素子が提供される。外部磁場は、(10
0)、(110)または(111)面内の磁化容易軸方向に導入する
ことが好ましいが、各面は、面内において無配向であっ
てもよい。
この中間層を挟持する一対の磁性層とを含み、この磁性
層の少なくとも一方が、(100)、(110)または(111)面配
向した酸化物フェライトを含み、上記面内に外部磁場を
導入することにより電気抵抗の変化を検知することを特
徴とする磁気抵抗素子が提供される。外部磁場は、(10
0)、(110)または(111)面内の磁化容易軸方向に導入する
ことが好ましいが、各面は、面内において無配向であっ
てもよい。
【００１３】酸化物フェライトには、MnZnフェライト、
NiZnフェライト、マグネタイト（Fe 3O4）等が含まれ
る。酸化物フェライトが、配向成長している場合には、
(100)、(110)または(111)面での磁気抵抗変化率が比較
的高い。また、特にエピタキシャル成長している場合に
は、磁化容易軸方向に外部磁場を導入することにより、
外部磁場に対する磁気抵抗変化の磁化応答性が高くな
る。
NiZnフェライト、マグネタイト（Fe 3O4）等が含まれ
る。酸化物フェライトが、配向成長している場合には、
(100)、(110)または(111)面での磁気抵抗変化率が比較
的高い。また、特にエピタキシャル成長している場合に
は、磁化容易軸方向に外部磁場を導入することにより、
外部磁場に対する磁気抵抗変化の磁化応答性が高くな
る。
【００１４】本発明のさらに別の側面からは、上記素子
の製造に適した方法が提供される。この方法は、中間層
と、この中間層を挟持する一対の磁性層とを含み、この
磁性層の少なくとも一方が酸化物フェライトを含む磁気
抵抗素子の製造方法であって、上記酸化物フェライト
を、酸化物ターゲットを用いるスパッタリング法によ
り、上記酸化物フェライトを形成すべき面を含む基体に
バイアス電圧を印加しながら形成することにより、上記
酸化物ターゲットから上記記酸化物フェライトへと供給
される酸素の量を調整することを特徴とする。
の製造に適した方法が提供される。この方法は、中間層
と、この中間層を挟持する一対の磁性層とを含み、この
磁性層の少なくとも一方が酸化物フェライトを含む磁気
抵抗素子の製造方法であって、上記酸化物フェライト
を、酸化物ターゲットを用いるスパッタリング法によ
り、上記酸化物フェライトを形成すべき面を含む基体に
バイアス電圧を印加しながら形成することにより、上記
酸化物ターゲットから上記記酸化物フェライトへと供給
される酸素の量を調整することを特徴とする。
【００１５】酸化物ターゲットを用いたスパッタリング
法では、微妙な組成ずれが生じやすく、このずれが素子
の特性を劣化させる。上記方法によれば、組成の制御が
容易となるため、素子の再現性を高めることができる。
上記方法は、その他の化合物磁性薄膜にも適用できる。
即ち、本発明のさらに別の側面によれば、化合物磁性薄
膜を、化合物ターゲットを用いるスパッタリング法によ
り、上記化合物磁性薄膜を形成すべき面を含む基体にバ
イアス電圧を印加しながら形成することにより、上記化
合物ターゲットから上記化合物磁性薄膜へと供給される
酸素および窒素から選ばれる少なくとも一方の量を調整
することを特徴とする化合物磁性薄膜の形成方法が提供
される。この方法によれば、所望の化学量論比を有する
化合物磁性薄膜を再現性よく得ることができる。
法では、微妙な組成ずれが生じやすく、このずれが素子
の特性を劣化させる。上記方法によれば、組成の制御が
容易となるため、素子の再現性を高めることができる。
上記方法は、その他の化合物磁性薄膜にも適用できる。
即ち、本発明のさらに別の側面によれば、化合物磁性薄
膜を、化合物ターゲットを用いるスパッタリング法によ
り、上記化合物磁性薄膜を形成すべき面を含む基体にバ
イアス電圧を印加しながら形成することにより、上記化
合物ターゲットから上記化合物磁性薄膜へと供給される
酸素および窒素から選ばれる少なくとも一方の量を調整
することを特徴とする化合物磁性薄膜の形成方法が提供
される。この方法によれば、所望の化学量論比を有する
化合物磁性薄膜を再現性よく得ることができる。
【００１６】なお、本発明の素子は、上記に記載した複
数の側面を同時に備えていてもよい。本発明の素子は、
より多くの層を含んでいてもよく、例えば、２以上の非
磁性層とこれを挟持する磁性層が配置されていても構わ
ない。
数の側面を同時に備えていてもよい。本発明の素子は、
より多くの層を含んでいてもよく、例えば、２以上の非
磁性層とこれを挟持する磁性層が配置されていても構わ
ない。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について説明する。本発明の第１の側面により提供され
る耐熱性を改善した磁気抵抗素子では、磁性体層間の静
磁結合を実現するために非磁性体層の厚みを適切に調整
することが望まれる。非磁性体層の好ましい厚みは、非
磁性体の種類によるが、静磁結合が反強磁性結合に対し
て有意な効果を持つには1.5ｎｍ以上が好適であり、静
磁結合を支配的とするためには、2.6ｎｍ以上が好まし
い。非磁性体層の厚みが10ｎｍを超えると静磁結合が次
第に弱くなる。
について説明する。本発明の第１の側面により提供され
る耐熱性を改善した磁気抵抗素子では、磁性体層間の静
磁結合を実現するために非磁性体層の厚みを適切に調整
することが望まれる。非磁性体層の好ましい厚みは、非
磁性体の種類によるが、静磁結合が反強磁性結合に対し
て有意な効果を持つには1.5ｎｍ以上が好適であり、静
磁結合を支配的とするためには、2.6ｎｍ以上が好まし
い。非磁性体層の厚みが10ｎｍを超えると静磁結合が次
第に弱くなる。
【００１８】上記素子では、素子面積は、10μｍ2以
下、特に１μｍ2以下が好ましい。ここで、素子面積と
は、中間層において、電流が流れる方向に垂直な面の面
積、垂直電流型の素子では中間層の膜面の面積、を指
す。この面積が10μｍ2以下となる程度にまで素子を微
細化すると、磁性体層において、面積に対する厚みが相
対的に大きくなる。このため、磁性体層１層当たりの反
磁界が大きくなり、この層１層当たりの静磁エネルギー
が大きくなる。磁性体層は静磁エネルギーを減少させる
ために互いの磁化方向を反平行状態にしようとするか
ら、静磁エネルギーの増大は、磁化の反平行状態を安定
化する。磁化方向をさらに安定化させるために、固定磁
性層の面形状に形状異方性を与えてもよい。好ましい面
形状は、短軸に対する長軸の比を２以上とすることが好
ましい。面の形状自体に制限はなく、例えば長方形、菱
形、楕円体とすればよい。
下、特に１μｍ2以下が好ましい。ここで、素子面積と
は、中間層において、電流が流れる方向に垂直な面の面
積、垂直電流型の素子では中間層の膜面の面積、を指
す。この面積が10μｍ2以下となる程度にまで素子を微
細化すると、磁性体層において、面積に対する厚みが相
対的に大きくなる。このため、磁性体層１層当たりの反
磁界が大きくなり、この層１層当たりの静磁エネルギー
が大きくなる。磁性体層は静磁エネルギーを減少させる
ために互いの磁化方向を反平行状態にしようとするか
ら、静磁エネルギーの増大は、磁化の反平行状態を安定
化する。磁化方向をさらに安定化させるために、固定磁
性層の面形状に形状異方性を与えてもよい。好ましい面
形状は、短軸に対する長軸の比を２以上とすることが好
ましい。面の形状自体に制限はなく、例えば長方形、菱
形、楕円体とすればよい。
【００１９】本発明の第２の側面により提供される磁気
抵抗素子を用いると、磁気抵抗の応答の非対称性を改善
できる。この素子では、具体的には、自由磁性層の磁界
シフト量の絶対値を自由磁性層の保磁力の50％以下、例
えば20(Oe)以下、さらに３(Oe)以下、特に実質的に０Oe
にまで低減できる。ここで、磁界シフト量とは、磁界
（Ｈ）と磁化（Ｍ）との関係を示す磁化−磁界曲線（Ｍ
−Ｈ曲線）において、磁化が０（Ｍ＝０）となる２つの
磁界をＨ1、Ｈ2としたときに、以下の式により定まるｓ
である（図１参照）。 ｓ＝（Ｈ1＋Ｈ2）／２
抵抗素子を用いると、磁気抵抗の応答の非対称性を改善
できる。この素子では、具体的には、自由磁性層の磁界
シフト量の絶対値を自由磁性層の保磁力の50％以下、例
えば20(Oe)以下、さらに３(Oe)以下、特に実質的に０Oe
にまで低減できる。ここで、磁界シフト量とは、磁界
（Ｈ）と磁化（Ｍ）との関係を示す磁化−磁界曲線（Ｍ
−Ｈ曲線）において、磁化が０（Ｍ＝０）となる２つの
磁界をＨ1、Ｈ2としたときに、以下の式により定まるｓ
である（図１参照）。 ｓ＝（Ｈ1＋Ｈ2）／２
【００２０】なお、磁気抵抗素子においては、自由磁性
層が磁化回転し、固定磁性層が磁化回転しない範囲の磁
界における抵抗−磁界曲線において、抵抗が最大値と最
小値の平均値をとる２つの磁界が、自由磁性層のＭ−Ｈ
曲線における２つの磁界（Ｈ 1、Ｈ2）に実質的に対応し
ている。
層が磁化回転し、固定磁性層が磁化回転しない範囲の磁
界における抵抗−磁界曲線において、抵抗が最大値と最
小値の平均値をとる２つの磁界が、自由磁性層のＭ−Ｈ
曲線における２つの磁界（Ｈ 1、Ｈ2）に実質的に対応し
ている。
【００２１】上記素子では、磁界シフト量が上記程度に
小さくなるように、Ｍｄｅ／Ｍｄｏの値を適宜調整すれ
ばよい。したがって、Ｍｄｅ／Ｍｄｏの値は、用いる素
子に生じる正の磁気結合の程度により相違するが、通
常、好ましくは0.5〜0.9程度である。
小さくなるように、Ｍｄｅ／Ｍｄｏの値を適宜調整すれ
ばよい。したがって、Ｍｄｅ／Ｍｄｏの値は、用いる素
子に生じる正の磁気結合の程度により相違するが、通
常、好ましくは0.5〜0.9程度である。
【００２２】固定磁性層を構成する磁性体層が、いずれ
も軟磁性層であると、外部磁界に対して容易に回転して
しまう。このため、固定磁性層を構成する磁性体層の少
なくとも１層は、高保磁力、例えば500(Oe)（39.8ｋＡ
／ｍ）以上の保磁力を有することが好ましい。好ましい
高保磁力材料としては、CoPt、FePt、CoCrPt、CoTaPt、
FeTaPt、FeCrPt等が挙げられる。
も軟磁性層であると、外部磁界に対して容易に回転して
しまう。このため、固定磁性層を構成する磁性体層の少
なくとも１層は、高保磁力、例えば500(Oe)（39.8ｋＡ
／ｍ）以上の保磁力を有することが好ましい。好ましい
高保磁力材料としては、CoPt、FePt、CoCrPt、CoTaPt、
FeTaPt、FeCrPt等が挙げられる。
【００２３】反強磁性層を用いることにより、反平行状
態で結合した磁化を安定化させてもよい。この場合、本
発明の上記素子は、さらに反強磁性層を含み、この反強
磁性層が固定磁性層と磁気的に結合した素子となる。反
強磁性体としては、FeMn、IrMn等のMn含有反強磁性体に
加え、組成式Cr100-xMex（Meは、Re、RuおよびRhから選
ばれる少なくとも１種、0.1≦Ｘ≦20）により表されるC
r含有反強磁性体を用いてもよい。好ましいMn含有強磁
性体の１つとして、組成式Mn100-xMex（Meは、Pdおよび
Ptから選ばれた少なくとも１種、40≦Ｘ≦55）により表
される貴金属系反強磁性体を例示できる。
態で結合した磁化を安定化させてもよい。この場合、本
発明の上記素子は、さらに反強磁性層を含み、この反強
磁性層が固定磁性層と磁気的に結合した素子となる。反
強磁性体としては、FeMn、IrMn等のMn含有反強磁性体に
加え、組成式Cr100-xMex（Meは、Re、RuおよびRhから選
ばれる少なくとも１種、0.1≦Ｘ≦20）により表されるC
r含有反強磁性体を用いてもよい。好ましいMn含有強磁
性体の１つとして、組成式Mn100-xMex（Meは、Pdおよび
Ptから選ばれた少なくとも１種、40≦Ｘ≦55）により表
される貴金属系反強磁性体を例示できる。
【００２４】なお、反強磁性体の結晶性を高めるため
に、反強磁性体層を、反強磁性体と類似の結晶構造およ
び／または格子定数を有する下地層上に形成してもよ
い。例えば反強磁性体がPtMnまたはPtPdMnである場合に
は、NiFeまたはNiFeCrを下地層に用いるとよい。
に、反強磁性体層を、反強磁性体と類似の結晶構造およ
び／または格子定数を有する下地層上に形成してもよ
い。例えば反強磁性体がPtMnまたはPtPdMnである場合に
は、NiFeまたはNiFeCrを下地層に用いるとよい。
【００２５】本発明の第３の側面により提供される磁気
抵抗素子の好ましい形態を、以下に例示する。例えば、
基板または下地層上に、(110)面にエピタキシャル成長
したマグネタイトの場合、この面内における<100>軸方
向を０度とし、(110)面内において、30度以上150度以下
の範囲内に外部磁場を導入して、磁気抵抗の変化を検知
するとよい。このように外部磁場を導入すると、磁気抵
抗変化の磁化応答性が高くなる。この形態は、結晶磁気
異方性エネルギーのうち、少なくともＫ1が負、好まし
くはＫ2も負の値を有する酸化物フェライトに適してい
る。Ｋ1が正、好ましくはＫ2も正の値を有する酸化物フ
ェライトの場合には、<100>軸方向を０度とし、(110)面
内において、170度以上190度以下の範囲内に外部磁場を
導入するとよい。
抵抗素子の好ましい形態を、以下に例示する。例えば、
基板または下地層上に、(110)面にエピタキシャル成長
したマグネタイトの場合、この面内における<100>軸方
向を０度とし、(110)面内において、30度以上150度以下
の範囲内に外部磁場を導入して、磁気抵抗の変化を検知
するとよい。このように外部磁場を導入すると、磁気抵
抗変化の磁化応答性が高くなる。この形態は、結晶磁気
異方性エネルギーのうち、少なくともＫ1が負、好まし
くはＫ2も負の値を有する酸化物フェライトに適してい
る。Ｋ1が正、好ましくはＫ2も正の値を有する酸化物フ
ェライトの場合には、<100>軸方向を０度とし、(110)面
内において、170度以上190度以下の範囲内に外部磁場を
導入するとよい。
【００２６】一方、(100)面にエピタキシャル成長した
マグネタイトの場合、この面内における<100>軸方向を
０度とし、(100)面内において、40度以上50度以下また
は130度以上140度以下の範囲内に外部磁場を導入すると
よい。この形態は、結晶磁気異方性エネルギーのうち、
Ｋ1が負、好ましくはＫ2も負の値を有する酸化物フェラ
イトに適している。Ｋ1が正、好ましくはＫ2も正の値を
有する酸化物フェライトの場合は、<100>軸方向を０度
とし、(100)面内において、85度以上95度以下または175
度以上185度以下の範囲内に外部磁場を導入するとよ
い。
マグネタイトの場合、この面内における<100>軸方向を
０度とし、(100)面内において、40度以上50度以下また
は130度以上140度以下の範囲内に外部磁場を導入すると
よい。この形態は、結晶磁気異方性エネルギーのうち、
Ｋ1が負、好ましくはＫ2も負の値を有する酸化物フェラ
イトに適している。Ｋ1が正、好ましくはＫ2も正の値を
有する酸化物フェライトの場合は、<100>軸方向を０度
とし、(100)面内において、85度以上95度以下または175
度以上185度以下の範囲内に外部磁場を導入するとよ
い。
【００２７】(111)面にエピタキシャル成長したマグネ
タイトの場合は、この面内において、任意の範囲の角度
内に外部磁場を導入して磁気抵抗の変化を検知すれば、
高い磁化応答性が得られる。<110>軸方向を０度とし、
(111)面内において、30度、90度または150度を含む範
囲、好ましくは実質的に左記いずれかの角度から外部磁
場を導入するとさらによい。この好ましい形態は、少な
くともＫ2が負の値を有する酸化物フェライトについて
共通する。少なくともＫ2が正である場合には、<110>軸
方向を０度とし、(111)面内において、０度、60度また
は120度を含む範囲、好ましくは実質的に左記いずれか
の角度から外部磁場を導入するとさらによい。
タイトの場合は、この面内において、任意の範囲の角度
内に外部磁場を導入して磁気抵抗の変化を検知すれば、
高い磁化応答性が得られる。<110>軸方向を０度とし、
(111)面内において、30度、90度または150度を含む範
囲、好ましくは実質的に左記いずれかの角度から外部磁
場を導入するとさらによい。この好ましい形態は、少な
くともＫ2が負の値を有する酸化物フェライトについて
共通する。少なくともＫ2が正である場合には、<110>軸
方向を０度とし、(111)面内において、０度、60度また
は120度を含む範囲、好ましくは実質的に左記いずれか
の角度から外部磁場を導入するとさらによい。
【００２８】(100)面、(110)面または(111)面に配向
し、かつ面内においては無配向となるように成長したマ
グネタイトでは、各面内において、任意の範囲の角度内
に外部磁場を導入すればよい。特に、Fe3O4の面方向の
平均結晶幅を10ｎｍ以下とすれば、見かけ上の結晶磁気
異方性エネルギーが小さくなるために、磁気的にソフト
なFe3O4、またはFe3O4を主成分とする強磁性体とするこ
とができる。これは、Fe 3O4に限らず、酸化物フェライ
ト全体に共通する。
し、かつ面内においては無配向となるように成長したマ
グネタイトでは、各面内において、任意の範囲の角度内
に外部磁場を導入すればよい。特に、Fe3O4の面方向の
平均結晶幅を10ｎｍ以下とすれば、見かけ上の結晶磁気
異方性エネルギーが小さくなるために、磁気的にソフト
なFe3O4、またはFe3O4を主成分とする強磁性体とするこ
とができる。これは、Fe 3O4に限らず、酸化物フェライ
ト全体に共通する。
【００２９】なお、酸化物フェライトと接する中間層
に、ｄ電子を含む元素を含有させると磁気抵抗の変化率
が大きくなる傾向が見られる。ｄ電子を含む元素とは、
周期律表の原子番号が２１番以降の元素である。
に、ｄ電子を含む元素を含有させると磁気抵抗の変化率
が大きくなる傾向が見られる。ｄ電子を含む元素とは、
周期律表の原子番号が２１番以降の元素である。
【００３０】酸化物フェライトのように酸素および／ま
たは窒素と遷移金属とを含有する化合物磁性薄膜を、化
合物磁性ターゲットを用いたスパッタリング法により形
成する場合には、酸素や窒素の組成ずれが生じやすい。
しかし、化合物磁性薄膜を形成する基板または下地層に
バイアスを印加して薄膜に含まれる酸素および／または
窒素の量を制御しながら成膜すると、再現性が高く化合
物磁性薄膜を形成できる。この方法は、不活性ガスとと
もに酸素および／または窒素を含むスパッタリングガス
を用いる反応性スパッタリング法と併用してもよい。
たは窒素と遷移金属とを含有する化合物磁性薄膜を、化
合物磁性ターゲットを用いたスパッタリング法により形
成する場合には、酸素や窒素の組成ずれが生じやすい。
しかし、化合物磁性薄膜を形成する基板または下地層に
バイアスを印加して薄膜に含まれる酸素および／または
窒素の量を制御しながら成膜すると、再現性が高く化合
物磁性薄膜を形成できる。この方法は、不活性ガスとと
もに酸素および／または窒素を含むスパッタリングガス
を用いる反応性スパッタリング法と併用してもよい。
【００３１】バイアスの印加は、例えば、基板を電気
的にグランドから浮かして、放電電力、ガス圧力等によ
り定まるプラズマ密度条件により印加されるバイアスを
制御する、基板を電気的にグランドから浮かして、外
部の電源により直流（ＤＣ）または高周波（ＲＦ）バイ
アスを印加することによって行えばよい。ＲＦバイアス
の周波数は、通常使用されている範囲であればよく、例
えば10ＭＨｚ以上とすればよい。
的にグランドから浮かして、放電電力、ガス圧力等によ
り定まるプラズマ密度条件により印加されるバイアスを
制御する、基板を電気的にグランドから浮かして、外
部の電源により直流（ＤＣ）または高周波（ＲＦ）バイ
アスを印加することによって行えばよい。ＲＦバイアス
の周波数は、通常使用されている範囲であればよく、例
えば10ＭＨｚ以上とすればよい。
【００３２】この方法は、ＲＦスパッタリング法、例え
ばＲＦマグネトロンスパッタリング法に適している。こ
れらのスパッタリング法に適用する場合は、ターゲット
とする化合物磁性体にＲＦ電圧を印加しながら、基板に
ＤＣまたはＲＦバイアスを印加して成膜すればよい。タ
ーゲットおよび基板へのＲＦ電圧供給は、膜最表面の磁
気劣化層の形成を抑制するために、同期させることが好
ましい。
ばＲＦマグネトロンスパッタリング法に適している。こ
れらのスパッタリング法に適用する場合は、ターゲット
とする化合物磁性体にＲＦ電圧を印加しながら、基板に
ＤＣまたはＲＦバイアスを印加して成膜すればよい。タ
ーゲットおよび基板へのＲＦ電圧供給は、膜最表面の磁
気劣化層の形成を抑制するために、同期させることが好
ましい。
【００３３】この成膜方法は、酸化物フェライト等の酸
化物磁性薄膜の形成に特に適している。一般に、酸化物
磁性ターゲットは、比較的電気抵抗が高く、これを用い
て無バイアスで成膜すると、酸素が過剰に供給される傾
向がある。膜中の酸素を低減するためには負バイアスの
印加が有効であり、電気抵抗が高い膜であるためＲＦバ
イアスの適用が好ましい。ただし、酸化物フェライトを
含む上記素子の製造方法が、上記成膜方法に制限される
わけではない。例えば、酸素量を化学量論比以下とした
化合物磁性ターゲットを用い、通常のスパッタリング法
による組成ずれを利用してもよい。また、上記ターゲッ
トを用い、不足酸素を反応性スパッタリング法により補
ってもよい。
化物磁性薄膜の形成に特に適している。一般に、酸化物
磁性ターゲットは、比較的電気抵抗が高く、これを用い
て無バイアスで成膜すると、酸素が過剰に供給される傾
向がある。膜中の酸素を低減するためには負バイアスの
印加が有効であり、電気抵抗が高い膜であるためＲＦバ
イアスの適用が好ましい。ただし、酸化物フェライトを
含む上記素子の製造方法が、上記成膜方法に制限される
わけではない。例えば、酸素量を化学量論比以下とした
化合物磁性ターゲットを用い、通常のスパッタリング法
による組成ずれを利用してもよい。また、上記ターゲッ
トを用い、不足酸素を反応性スパッタリング法により補
ってもよい。
【００３４】なお、化合物磁性薄膜の結晶性を高めるた
めには、基板温度を250℃以上700℃以下とするとよい。
基板の加熱には、バイアスを印加するため、輻射加熱が
適している。
めには、基板温度を250℃以上700℃以下とするとよい。
基板の加熱には、バイアスを印加するため、輻射加熱が
適している。
【００３５】以上説明した磁気抵抗素子は、特に多層膜
の膜面に垂直に電流を流す垂直電流型素子（ＣＰＰ−Ｇ
ＭＲ素子、ＴＭＲ素子）に有用であるが、膜面方向に電
流を流す素子（ＣＩＰ−ＧＭＲ素子）にも効果がある。
の膜面に垂直に電流を流す垂直電流型素子（ＣＰＰ−Ｇ
ＭＲ素子、ＴＭＲ素子）に有用であるが、膜面方向に電
流を流す素子（ＣＩＰ−ＧＭＲ素子）にも効果がある。
【００３６】ＴＭＲ素子の中間層としては、酸素、窒
素、炭素および硼素から選ばれる少なくとも１種の元素
を含む絶縁体または半導体を用いればよい。好ましい材
料としては、SiO2、SiC、 Si3N4、Al2O3、AlN、Cr2O3、
TiC、HfO2、HfN、HfC、Ta2O5、TaN、TaC、BN, B4C、DLC
（タ゛イヤモント゛・ライク・カーホ゛ン）、C60、これらの混合物が挙げ
られる。
素、炭素および硼素から選ばれる少なくとも１種の元素
を含む絶縁体または半導体を用いればよい。好ましい材
料としては、SiO2、SiC、 Si3N4、Al2O3、AlN、Cr2O3、
TiC、HfO2、HfN、HfC、Ta2O5、TaN、TaC、BN, B4C、DLC
（タ゛イヤモント゛・ライク・カーホ゛ン）、C60、これらの混合物が挙げ
られる。
【００３７】ＧＭＲ素子の中間層としては、遷移金属元
素を含む導電体を用いればよい。遷移金属と、酸素、窒
素および炭素から選ばれる少なくとも１種とを含む導電
性化合物を用いてもよい。また、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子と
する場合には、素子面積（電流が通過する中間層の面
積）を0.1μｍ2以下とするとよい。素子面積を制限する
ことにより、素子抵抗が上昇し、同時に耐熱性も向上す
るからである。中間層としては、特に、V、Nb、Ta、C
r、Mo、W、Cu、Ag、Au、Ru、Rh、Ir、ReおよびOsから選
ばれる少なくとも１種が好ましい。これらの金属を導電
性を失わない程度に酸化、窒化または炭化してもよい。
また、遷移金属Ｘと化合物Ｒ（SiO2、SiC、Si3N4、Al2O
3、AlN、Cr2O3、Cr2N、TiO、TiN、TiC、HfO2、HfN、Hf
C、Ta2O5、TaN、TaC、BNおよびB4Cから選ばれる少なく
とも１種）との混合物を用いてもよい。また、Ｘ／Ｒの
ように２層以上の多層膜とすると、素子抵抗および耐熱
性が向上することがある。
素を含む導電体を用いればよい。遷移金属と、酸素、窒
素および炭素から選ばれる少なくとも１種とを含む導電
性化合物を用いてもよい。また、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子と
する場合には、素子面積（電流が通過する中間層の面
積）を0.1μｍ2以下とするとよい。素子面積を制限する
ことにより、素子抵抗が上昇し、同時に耐熱性も向上す
るからである。中間層としては、特に、V、Nb、Ta、C
r、Mo、W、Cu、Ag、Au、Ru、Rh、Ir、ReおよびOsから選
ばれる少なくとも１種が好ましい。これらの金属を導電
性を失わない程度に酸化、窒化または炭化してもよい。
また、遷移金属Ｘと化合物Ｒ（SiO2、SiC、Si3N4、Al2O
3、AlN、Cr2O3、Cr2N、TiO、TiN、TiC、HfO2、HfN、Hf
C、Ta2O5、TaN、TaC、BNおよびB4Cから選ばれる少なく
とも１種）との混合物を用いてもよい。また、Ｘ／Ｒの
ように２層以上の多層膜とすると、素子抵抗および耐熱
性が向上することがある。
【００３８】非磁性体層には、非磁性の導電性材料を用
いればよい。磁性体層を静磁結合させる非磁性体層の好
ましい材料としては、例えば、Ti、Zr、Hf、V、Nb、T
a、Cr、Mo、W、Al、Rh、Pt、Pd等が挙げられる。磁性体
層を反強磁性結合させる非磁性体層の好ましい材料とし
ては、例えば、Cr、Cu、Ag、Au、Ru、Rh、Ir、Re、Os等
が挙げられる。
いればよい。磁性体層を静磁結合させる非磁性体層の好
ましい材料としては、例えば、Ti、Zr、Hf、V、Nb、T
a、Cr、Mo、W、Al、Rh、Pt、Pd等が挙げられる。磁性体
層を反強磁性結合させる非磁性体層の好ましい材料とし
ては、例えば、Cr、Cu、Ag、Au、Ru、Rh、Ir、Re、Os等
が挙げられる。
【００３９】反強磁性結合に好ましい非磁性体層の厚み
は、材料により相違するが、概ね0.2〜1.3ｎｍ程度であ
る。この厚みは、例えば非磁性体がCrである場合には0.
8〜1.3ｎｍが、Ruである場合には0.2〜0.5ｎｍまたは0.
6〜1.0ｎｍが、Irである場合に0.3〜0.5ｎｍが、Rhであ
る場合には0.4〜0.8ｎｍが、それぞれ特に好ましい。
は、材料により相違するが、概ね0.2〜1.3ｎｍ程度であ
る。この厚みは、例えば非磁性体がCrである場合には0.
8〜1.3ｎｍが、Ruである場合には0.2〜0.5ｎｍまたは0.
6〜1.0ｎｍが、Irである場合に0.3〜0.5ｎｍが、Rhであ
る場合には0.4〜0.8ｎｍが、それぞれ特に好ましい。
【００４０】磁性体層の材料および厚みには特に制限は
なく、従来から用いられてきた材料や厚みを適用すれば
よい。なお、静磁結合を用いる場合は、磁性体層の厚み
を1.5〜20ｎｍとするとよい。1.5ｎｍよりも薄くなると
静磁結合による静磁エネルギーの低下が小さく、20ｎｍ
よりも厚くなると各磁性体層からの漏れ磁界が閉磁され
にくくなるからである。
なく、従来から用いられてきた材料や厚みを適用すれば
よい。なお、静磁結合を用いる場合は、磁性体層の厚み
を1.5〜20ｎｍとするとよい。1.5ｎｍよりも薄くなると
静磁結合による静磁エネルギーの低下が小さく、20ｎｍ
よりも厚くなると各磁性体層からの漏れ磁界が閉磁され
にくくなるからである。
【００４１】磁性層は、少なくとも中間層との界面から
0.5nm以内の領域では、以下の材料から構成することが
好ましい。CoNbZr、CoTaZr、CoFeB、CoTi、CoZr、CoN
b、CoMoBZr、CoVZr、CoMoSiZr、CoMoZr、CoMoVZrまたは
CoMnB等のCo系アモルファス材料、FeSiNb、Fe(Si,Al,
Ta,Nb,Ti)N等のFe系微結晶材料、Fe、CoおよびNiから
選ばれる強磁性元素を50wt％以上含む材料、例えばFeCo
合金, NiFe合金、NiFeCo合金、またはFeCr、FeSiAl、Fe
Si、FeAl、FeCoSi、FeCoAl、FeCoSiAl、FeCoTi、Fe(Ni)
Co)Pt、Fe(Ni)(Co)Pd、Fe(Ni)(Co)Rh、Fe(Ni)(Co)Ir、F
e(Ni)(Co)Ru等の強磁性、もしくは希薄磁性合金、Fe
N、FeTiN、FeAlN、FeSiN、FeTaN、FeCoN、FeCoTiN、FeC
oAlN、FeCoSiN、FeCoTaN等の窒化物、Fe3O4、XMnSb
(Xは、Ni、CuおよびPtから選ばれる少なくとも１種)、L
aSrMnO、LaCaSrMnO、CrO2等ハーフメタリック材料、
ペロブスカイト型酸化物、MnZnフェライト、NiZnフェラ
イト等のスピネル型酸化物、ガーネット型酸化物。こ
れらを50wt％以上含む強磁性体またはフェリ磁性体とし
てもよい。なお、本明細書においてカッコ内の元素また
は層は、任意の元素または層である。
0.5nm以内の領域では、以下の材料から構成することが
好ましい。CoNbZr、CoTaZr、CoFeB、CoTi、CoZr、CoN
b、CoMoBZr、CoVZr、CoMoSiZr、CoMoZr、CoMoVZrまたは
CoMnB等のCo系アモルファス材料、FeSiNb、Fe(Si,Al,
Ta,Nb,Ti)N等のFe系微結晶材料、Fe、CoおよびNiから
選ばれる強磁性元素を50wt％以上含む材料、例えばFeCo
合金, NiFe合金、NiFeCo合金、またはFeCr、FeSiAl、Fe
Si、FeAl、FeCoSi、FeCoAl、FeCoSiAl、FeCoTi、Fe(Ni)
Co)Pt、Fe(Ni)(Co)Pd、Fe(Ni)(Co)Rh、Fe(Ni)(Co)Ir、F
e(Ni)(Co)Ru等の強磁性、もしくは希薄磁性合金、Fe
N、FeTiN、FeAlN、FeSiN、FeTaN、FeCoN、FeCoTiN、FeC
oAlN、FeCoSiN、FeCoTaN等の窒化物、Fe3O4、XMnSb
(Xは、Ni、CuおよびPtから選ばれる少なくとも１種)、L
aSrMnO、LaCaSrMnO、CrO2等ハーフメタリック材料、
ペロブスカイト型酸化物、MnZnフェライト、NiZnフェラ
イト等のスピネル型酸化物、ガーネット型酸化物。こ
れらを50wt％以上含む強磁性体またはフェリ磁性体とし
てもよい。なお、本明細書においてカッコ内の元素また
は層は、任意の元素または層である。
【００４２】本発明により提供される各素子の構成を図
２に例示する。この素子では、基板１４上に、下部電極
兼下地層１３、第１磁性層１７、中間層１６、第２磁性
層１５、上部電極１１がこの順に積層されている。磁性
層と中間層とからなるメサ型の素子部は、層間絶縁膜１
２により囲まれている。第１、第２のいずれの磁性層が
自由磁性層（固定磁性層）であってもよく、またはいず
れの磁性層が酸化物フェライトを含んでいてもよい。磁
性層、中間層は多層膜であってもよく、さらに反強磁性
層等その他の層が配置されていてもよい。素子の構成
は、図２の例示に制限されない。
２に例示する。この素子では、基板１４上に、下部電極
兼下地層１３、第１磁性層１７、中間層１６、第２磁性
層１５、上部電極１１がこの順に積層されている。磁性
層と中間層とからなるメサ型の素子部は、層間絶縁膜１
２により囲まれている。第１、第２のいずれの磁性層が
自由磁性層（固定磁性層）であってもよく、またはいず
れの磁性層が酸化物フェライトを含んでいてもよい。磁
性層、中間層は多層膜であってもよく、さらに反強磁性
層等その他の層が配置されていてもよい。素子の構成
は、図２の例示に制限されない。
【００４３】磁性層等の各層は、従来から知られている
各種の気相成膜法により形成すればよい。気相成膜法と
しては、イオンビームデポジション（ＩＢＤ）、クラス
ターイオンビーム、ＲＦ、ＤＣ、ＥＣＲ、ヘリコン、Ｉ
ＣＰ、対向ターゲット等の各種スパッタリング法、ＭＢ
Ｅ法、イオンプレーティング法等が挙げられる。これら
のＰＶＤ法に加え、特に層間絶縁膜の作製にはＣＶＤ法
（化学蒸着法）を用いてもよい。
各種の気相成膜法により形成すればよい。気相成膜法と
しては、イオンビームデポジション（ＩＢＤ）、クラス
ターイオンビーム、ＲＦ、ＤＣ、ＥＣＲ、ヘリコン、Ｉ
ＣＰ、対向ターゲット等の各種スパッタリング法、ＭＢ
Ｅ法、イオンプレーティング法等が挙げられる。これら
のＰＶＤ法に加え、特に層間絶縁膜の作製にはＣＶＤ法
（化学蒸着法）を用いてもよい。
【００４４】酸化物等の化合物である中間層は、化学ビ
ームエピタキシ法、ガスソースＭＢＥ法、反応性蒸着
法、反応性スパッタリング法等を用いれば、直接成膜で
きる。プラズマの発生を伴う方法（例えば反応性スパッ
タリング法）により中間層を形成する場合には、露出し
た磁性層表面の酸化等を抑制するために、磁性層上に、
予めバリア層を形成しておくとよい。バリア層として
は、Al、Si、Ti、Ta、Hf、Nb、V、Cr等のごく薄い層、
例えば１原子〜数原子層程度の層、が適している。プラ
ズマの発生を伴わない反応性蒸着法等により、１原子層
程度の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物層等を成膜して
磁性層を保護してもよい。化合物である中間層は、直接
成膜するのではなく、中間層を構成する元素（例えばA
l）を磁性層上に成膜し、これを酸素等を含む反応ガス
の原子、分子、イオン（プラズマ）、ラジカル等の雰囲
気に、適当な分圧、反応温度および時間だけ曝すことで
化合物（例えばAl2O3）としてもよい。成膜／酸化等の
プロセスを複数回繰り返して所望の厚みの中間層として
もよい。
ームエピタキシ法、ガスソースＭＢＥ法、反応性蒸着
法、反応性スパッタリング法等を用いれば、直接成膜で
きる。プラズマの発生を伴う方法（例えば反応性スパッ
タリング法）により中間層を形成する場合には、露出し
た磁性層表面の酸化等を抑制するために、磁性層上に、
予めバリア層を形成しておくとよい。バリア層として
は、Al、Si、Ti、Ta、Hf、Nb、V、Cr等のごく薄い層、
例えば１原子〜数原子層程度の層、が適している。プラ
ズマの発生を伴わない反応性蒸着法等により、１原子層
程度の酸化物、窒化物、炭化物、硼化物層等を成膜して
磁性層を保護してもよい。化合物である中間層は、直接
成膜するのではなく、中間層を構成する元素（例えばA
l）を磁性層上に成膜し、これを酸素等を含む反応ガス
の原子、分子、イオン（プラズマ）、ラジカル等の雰囲
気に、適当な分圧、反応温度および時間だけ曝すことで
化合物（例えばAl2O3）としてもよい。成膜／酸化等の
プロセスを複数回繰り返して所望の厚みの中間層として
もよい。
【００４５】素子部をメサ型に加工する方法も特に制限
されず、通常の微細加工プロセスで用いられるイオンミ
リング、ＲＩＥ、ＥＢ、ＦＩＢ等の物理的または化学的
エッチング法や、フォトリソグラフィー技術を用いれば
よい。また、下部電極の平坦化のために、ＣＭＰ法、ク
ラスターイオンビームエッチング法を用いて表面処理す
ると、磁気抵抗変化率の向上に効果がある。
されず、通常の微細加工プロセスで用いられるイオンミ
リング、ＲＩＥ、ＥＢ、ＦＩＢ等の物理的または化学的
エッチング法や、フォトリソグラフィー技術を用いれば
よい。また、下部電極の平坦化のために、ＣＭＰ法、ク
ラスターイオンビームエッチング法を用いて表面処理す
ると、磁気抵抗変化率の向上に効果がある。
【００４６】
【実施例】（実施例１）マグネトロンスパッタリング法
によりSi熱酸化基板上に以下のサンプルを作製した。
によりSi熱酸化基板上に以下のサンプルを作製した。
【００４７】（サンプル１）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe
(3)/Al2O3(1)/CoFe(3)/Ru(0.8)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta
(3) （サンプル２）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/Al2O3(1)/
CoFe(7)/Ta(3) （サンプル３）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/Al2O3(1)/
CoFe(3)/Ta(3)/CoFe(10)/Ta(3) （サンプル４）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/Al2O3(1)/
CoFe(3)/Ta(3)/CoPt(4.4)/Ta(3) （サンプル５）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/Al2O3(1)/
CoFe(3)/Ta(3)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3) （サンプル６）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/Cu(2.2)/C
oFe(3)/Ta(3)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)
(3)/Al2O3(1)/CoFe(3)/Ru(0.8)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta
(3) （サンプル２）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/Al2O3(1)/
CoFe(7)/Ta(3) （サンプル３）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/Al2O3(1)/
CoFe(3)/Ta(3)/CoFe(10)/Ta(3) （サンプル４）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/Al2O3(1)/
CoFe(3)/Ta(3)/CoPt(4.4)/Ta(3) （サンプル５）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/Al2O3(1)/
CoFe(3)/Ta(3)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3) （サンプル６）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe(3)/Cu(2.2)/C
oFe(3)/Ta(3)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)
【００４８】カッコ内の数値は膜厚である（単位：nm、
以下同様）。ここで、Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)は下部電極兼
下地層、CoFe(3)/Ru(0.8)/CoFe(3)/PtMn(20)は積層フェ
リ構造を用いた固定磁性層、CoFe(3)/Ta(3)/CoPt(4.
4)、CoFe(3)/Ta(3)/CoFe(3) またはCoFe(3)/Ta(3)/CoFe
(10)は静磁結合を用いた固定磁性層、Al2O3またはCuは
中間層、残りが自由磁性層（ただし、最表面Ta(3)は保
護膜）である。なお、CoPt(4.4)の保磁力は500(Oe)であ
る。
以下同様）。ここで、Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)は下部電極兼
下地層、CoFe(3)/Ru(0.8)/CoFe(3)/PtMn(20)は積層フェ
リ構造を用いた固定磁性層、CoFe(3)/Ta(3)/CoPt(4.
4)、CoFe(3)/Ta(3)/CoFe(3) またはCoFe(3)/Ta(3)/CoFe
(10)は静磁結合を用いた固定磁性層、Al2O3またはCuは
中間層、残りが自由磁性層（ただし、最表面Ta(3)は保
護膜）である。なお、CoPt(4.4)の保磁力は500(Oe)であ
る。
【００４９】上記を成膜した後、400℃、5ｋOe（398ｋ
Ａ／ｍ）の磁界中、1.5時間の熱処理を行った。次い
で、各多層膜を、ステッパを用いて、中間層において電
流が流れる素子面積が0.1〜20μｍ2、この層の面の形状
比が４：１となるようにメサ型に微細加工した。引き続
き、層間絶縁膜および上部電極を形成して垂直電流型の
磁気抵抗素子とした。なお、素子の長手方向と熱処理時
の磁場印加方向とは同一方向とした。
Ａ／ｍ）の磁界中、1.5時間の熱処理を行った。次い
で、各多層膜を、ステッパを用いて、中間層において電
流が流れる素子面積が0.1〜20μｍ2、この層の面の形状
比が４：１となるようにメサ型に微細加工した。引き続
き、層間絶縁膜および上部電極を形成して垂直電流型の
磁気抵抗素子とした。なお、素子の長手方向と熱処理時
の磁場印加方向とは同一方向とした。
【００５０】こうして得た各素子に、素子形状の長手方
向に±1000（Oe）（79.6ｋＡ／ｍ）の外部磁場を印加す
ることで測定した磁気抵抗変化率（ＭＲ値）を示す。
向に±1000（Oe）（79.6ｋＡ／ｍ）の外部磁場を印加す
ることで測定した磁気抵抗変化率（ＭＲ値）を示す。
【００５１】
【表１】
（ＭＲ値：％） ―――――――――――――――――――――――――――――――――― サンプル 素子面積（μｍ2） 番号 0.1 0.5 ２ １０ ２０ ―――――――――――――――――――――――――――――――――― １ １６ １７ １８ １９ ２０ ２ ２５ ２１ １８ １５ １２ ３ ３５ ３１ ２３ ２０ １７ ４ ３６ ３５ ２９ ２７ ２６ ５ ４０ ３９ ３４ ３２ ２９ ６ ２７ ２５ ２２ ２０ １３ ――――――――――――――――――――――――――――――――――
（ＭＲ値：％） ―――――――――――――――――――――――――――――――――― サンプル 素子面積（μｍ2） 番号 0.1 0.5 ２ １０ ２０ ―――――――――――――――――――――――――――――――――― １ １６ １７ １８ １９ ２０ ２ ２５ ２１ １８ １５ １２ ３ ３５ ３１ ２３ ２０ １７ ４ ３６ ３５ ２９ ２７ ２６ ５ ４０ ３９ ３４ ３２ ２９ ６ ２７ ２５ ２２ ２０ １３ ――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００５２】積層フェリ構造を含むサンプル１、形状異
方性による保磁力差を利用したサンプル２と比較して、
素子面積が10μｍ2以下では、サンプル３〜６のＭＲ値
が高くなった。サンプル２と比較して、サンプル３〜６
のＭＲ値が高いのは、静磁結合により自由磁性層への漏
れ磁界の影響が低減したためと考えられる。サンプル４
および５では、反強磁性体または高保磁力磁性体を用い
ているために、ＭＲ値の素子面積依存性が小さくなって
いる。Cuを中間層に用いたサンプル６は、反強磁性体を
含んでいるが、素子面積が小さくなるにつれて面積当た
りの電流が実質的に増えるために、素子面積依存性が高
くなる。
方性による保磁力差を利用したサンプル２と比較して、
素子面積が10μｍ2以下では、サンプル３〜６のＭＲ値
が高くなった。サンプル２と比較して、サンプル３〜６
のＭＲ値が高いのは、静磁結合により自由磁性層への漏
れ磁界の影響が低減したためと考えられる。サンプル４
および５では、反強磁性体または高保磁力磁性体を用い
ているために、ＭＲ値の素子面積依存性が小さくなって
いる。Cuを中間層に用いたサンプル６は、反強磁性体を
含んでいるが、素子面積が小さくなるにつれて面積当た
りの電流が実質的に増えるために、素子面積依存性が高
くなる。
【００５３】次に、下記の膜構成において、非磁性体層
であるTaの膜厚Ｘを変化させたときのＭＲ値を調べた。
表２に結果を示す。熱処理条件を含め、上記と同様の条
件で作製し、素子形状比も４：１とした。素子面積は0.
1μｍ2とした。
であるTaの膜厚Ｘを変化させたときのＭＲ値を調べた。
表２に結果を示す。熱処理条件を含め、上記と同様の条
件で作製し、素子形状比も４：１とした。素子面積は0.
1μｍ2とした。
【００５４】（サンプル７）Ta(3)/Cu(50)/Ta(3)/CoFe
(3)/Al2O3(1)/CoFe(3)/Ta(X)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)
(3)/Al2O3(1)/CoFe(3)/Ta(X)/CoFe(3)/PtMn(20)/Ta(3)
【００５５】
【表２】 ――――――――――――――――――――――――――― Ta膜厚(ｎｍ) ＭＲ（％） ――――――――――――――――――――――――――― １ ２０ 1.5 ３５ ３ ４０ ５ ４１ １０ ３５ ２０ ２５ ―――――――――――――――――――――――――――
【００５６】非磁性体層の膜厚が静磁結合が支配的とな
る範囲（好ましくは2.6〜10ｎｍ程度）であるときに、
高いＭＲ値が得られた。同様の実験の結果、磁性体層の
好ましい厚みは、1.5〜20ｎｍの範囲であった。また、
同様の実験を、上記に例示した各種強磁性体、各種非磁
性体、各種高保磁力材料（反強磁性体）についても、同
様の傾向が測定される。
る範囲（好ましくは2.6〜10ｎｍ程度）であるときに、
高いＭＲ値が得られた。同様の実験の結果、磁性体層の
好ましい厚みは、1.5〜20ｎｍの範囲であった。また、
同様の実験を、上記に例示した各種強磁性体、各種非磁
性体、各種高保磁力材料（反強磁性体）についても、同
様の傾向が測定される。
【００５７】(実施例２)Si熱酸化基板上に以下の膜構成
を有する素子を作製した。
を有する素子を作製した。
【００５８】Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/CoFe(3)/Ru(0.7)/Co
Fe(3)/Al2O3/CoFe(3)/NiFe(4)/Ta(3)
Fe(3)/Al2O3/CoFe(3)/NiFe(4)/Ta(3)
【００５９】Al2O3層の形成のために成膜したAlの膜厚
を変えて、それぞれについてＭＨカーブを測定し、磁界
シフト量を求めた。結果を図３に示す。Alの膜厚が薄く
なるにつれて、磁界シフト量は大きくなった。この理由
の詳細は明らかではないが、Al2O3層が薄くなるにつれ
て、自由磁性層と固定磁性層との間のオレンジピールカ
ップリングにより、両磁性層の間に正の磁気結合が生じ
たと考えられる。
を変えて、それぞれについてＭＨカーブを測定し、磁界
シフト量を求めた。結果を図３に示す。Alの膜厚が薄く
なるにつれて、磁界シフト量は大きくなった。この理由
の詳細は明らかではないが、Al2O3層が薄くなるにつれ
て、自由磁性層と固定磁性層との間のオレンジピールカ
ップリングにより、両磁性層の間に正の磁気結合が生じ
たと考えられる。
【００６０】次に、Al膜厚を0.7nmとして、以下の膜構
成を有する素子を作製した。
成を有する素子を作製した。
【００６１】(サンプル１１)Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/CoFe
(3)/Ru(0.7)/CoFe(5)/Al2O3/CoFe(3)/NiFe(4)/Ta(3) (サンプル１２)Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/CoFe(5)/Ru(0.7)/
CoFe(3)/Al2O3/CoFe(3)/NiFe(4)/Ta(3)
(3)/Ru(0.7)/CoFe(5)/Al2O3/CoFe(3)/NiFe(4)/Ta(3) (サンプル１２)Ta(3)/Cu(500)/Ta(3)/CoFe(5)/Ru(0.7)/
CoFe(3)/Al2O3/CoFe(3)/NiFe(4)/Ta(3)
【００６２】両素子についてＭＨカーブを測定したとこ
ろ、磁界シフト量は、サンプル１１では抑制され、サン
プル１２ではむしろ増大する傾向が見られた。さらにサ
ンプル１１について、多層膜をメサ型に加工してＭＲ値
を測定したところ、ＲＡ（規格化接合抵抗）15Ωμｍ2
で30％のＭＲ値を得た。磁界シフト量は、ほぼ０(Oe)に
抑制されていた。
ろ、磁界シフト量は、サンプル１１では抑制され、サン
プル１２ではむしろ増大する傾向が見られた。さらにサ
ンプル１１について、多層膜をメサ型に加工してＭＲ値
を測定したところ、ＲＡ（規格化接合抵抗）15Ωμｍ2
で30％のＭＲ値を得た。磁界シフト量は、ほぼ０(Oe)に
抑制されていた。
【００６３】このように、特に中間層の膜厚が薄い場合
には、中間層側の磁性体層の飽和磁化と膜厚との積がよ
り大きいと磁界シフトを抑制できる。さらに詳細な実験
の結果、上記Ｍｄｅ／Ｍｄｏが0.5を越え１未満である
ときに、磁界シフトが少ない磁気抵抗素子が得られるこ
とが確認できた。
には、中間層側の磁性体層の飽和磁化と膜厚との積がよ
り大きいと磁界シフトを抑制できる。さらに詳細な実験
の結果、上記Ｍｄｅ／Ｍｄｏが0.5を越え１未満である
ときに、磁界シフトが少ない磁気抵抗素子が得られるこ
とが確認できた。
【００６４】（実施例３）Fe3O4ターゲットを用いた、
ＲＦマグネトロンスパッタリング法により、Si熱酸化基
板上に室温でFe酸化物を成膜した。成膜時には、０、５
または10ＷでＲＦバイアスを印加した。こうして成膜し
たFe酸化物膜のＸ線回折の結果を図４に示す。ＲＦバイ
アスが０ＷではFe2O3が、５ＷではFe3O4が、10ＷではFe
Oがそれぞれ成膜されており、バイアスを増すにつれて
酸素量は減少した。Fe3O4は、基板面に平行に(111)面が
観察され、(111)面配向していることが確認された。ま
た、ＭＨカーブの測定等から、膜面内では無配向である
ことも確認された。基板温度を変化させてFe3O4を形成
したところ、基板温度が250℃〜700℃の範囲内で、高い
結晶性を有するFe3O4を容易に作製できることが確認さ
れた。
ＲＦマグネトロンスパッタリング法により、Si熱酸化基
板上に室温でFe酸化物を成膜した。成膜時には、０、５
または10ＷでＲＦバイアスを印加した。こうして成膜し
たFe酸化物膜のＸ線回折の結果を図４に示す。ＲＦバイ
アスが０ＷではFe2O3が、５ＷではFe3O4が、10ＷではFe
Oがそれぞれ成膜されており、バイアスを増すにつれて
酸素量は減少した。Fe3O4は、基板面に平行に(111)面が
観察され、(111)面配向していることが確認された。ま
た、ＭＨカーブの測定等から、膜面内では無配向である
ことも確認された。基板温度を変化させてFe3O4を形成
したところ、基板温度が250℃〜700℃の範囲内で、高い
結晶性を有するFe3O4を容易に作製できることが確認さ
れた。
【００６５】Si熱酸化基板上に、基板温度を300℃と
し、膜厚300ｎｍのPt膜を成膜し、バイアス５Ｗの条件
で、膜厚50ｎｍのFe3O4膜を成膜した。次いで、基板温
度を室温に戻した後、Al2O3膜を形成し、さらに膜厚20
ｎｍのCoFe膜を積層した。この多層膜のＭＲ値を測定し
たところ３％程度であった。この値は、印加磁界の方向
によらず一定であった。
し、膜厚300ｎｍのPt膜を成膜し、バイアス５Ｗの条件
で、膜厚50ｎｍのFe3O4膜を成膜した。次いで、基板温
度を室温に戻した後、Al2O3膜を形成し、さらに膜厚20
ｎｍのCoFe膜を積層した。この多層膜のＭＲ値を測定し
たところ３％程度であった。この値は、印加磁界の方向
によらず一定であった。
【００６６】MgO基板(100)、(110)または(111)面上に、
上記と同様にして多層膜を形成した。各多層膜のＭＨカ
ーブと微細加工した後のＭＲカーブを図５〜７に示す。
図５では(100)面内の<100>または<010>軸方向に、図６
では(110)面内の<110>または<001>軸方向に、図７では
(111)面内の任意の方位から、それぞれ外部磁場を印加
したときの結果が示されている。
上記と同様にして多層膜を形成した。各多層膜のＭＨカ
ーブと微細加工した後のＭＲカーブを図５〜７に示す。
図５では(100)面内の<100>または<010>軸方向に、図６
では(110)面内の<110>または<001>軸方向に、図７では
(111)面内の任意の方位から、それぞれ外部磁場を印加
したときの結果が示されている。
【００６７】最も高いＭＲは、(110)面の<110>軸方向に
外部磁場を印加したときに得られた。この結果は、それ
ぞれの膜面内での異方性エネルギー分布図（図８）から
わかるように、磁化容易軸方向とみなせる方向に外部磁
界を印加すると最も高いＭＲが得られることを示唆して
いる。Fe3O4のように、高いスピン分極率を持ちなが
ら、比較的結晶磁気異方性が大きい材料をデバイスとし
て用いる場合には、磁化困難軸方向を用いると、実用的
な磁場範囲では磁気飽和しない。このため、高いＭＲを
得ることが困難となる。
外部磁場を印加したときに得られた。この結果は、それ
ぞれの膜面内での異方性エネルギー分布図（図８）から
わかるように、磁化容易軸方向とみなせる方向に外部磁
界を印加すると最も高いＭＲが得られることを示唆して
いる。Fe3O4のように、高いスピン分極率を持ちなが
ら、比較的結晶磁気異方性が大きい材料をデバイスとし
て用いる場合には、磁化困難軸方向を用いると、実用的
な磁場範囲では磁気飽和しない。このため、高いＭＲを
得ることが困難となる。
【００６８】さらに、酸化物フェライトと接する部分に
ｄ電子を含む元素（例えばTa）を含有する中間層を用い
て上記と同様の実験を行ったところ、さらにＭＲが向上
した。
ｄ電子を含む元素（例えばTa）を含有する中間層を用い
て上記と同様の実験を行ったところ、さらにＭＲが向上
した。
【００６９】
【発明の効果】本発明によれば、固定磁性層に静磁結合
を導入した磁気抵抗素子とすることにより、耐熱性が向
上する。また、本発明によれば、固定磁性層を構成する
磁性体層に敢えて負の結合を生じさせた磁気抵抗素子と
することにより、磁界シフト量を低減できる。さらに、
本発明によれば、酸化物フェライトへの外部磁界の印加
方向を特定することにより、高いＭＲを有する磁気抵抗
素子を提供できる。また、本発明によれば、基板にバイ
アスを印加して酸素等の含有量を調整することにより、
特性に優れた化合物磁性薄膜、例えば酸化物フェライ
ト、を再現性よく成膜することができる。
を導入した磁気抵抗素子とすることにより、耐熱性が向
上する。また、本発明によれば、固定磁性層を構成する
磁性体層に敢えて負の結合を生じさせた磁気抵抗素子と
することにより、磁界シフト量を低減できる。さらに、
本発明によれば、酸化物フェライトへの外部磁界の印加
方向を特定することにより、高いＭＲを有する磁気抵抗
素子を提供できる。また、本発明によれば、基板にバイ
アスを印加して酸素等の含有量を調整することにより、
特性に優れた化合物磁性薄膜、例えば酸化物フェライ
ト、を再現性よく成膜することができる。
【図１】 磁界シフト量ｓを説明するための図面である
【図２】 本発明の磁気抵抗素子の一例を示す断面図で
ある。
ある。
【図３】 中間層とするためのAl厚みと磁界シフト量と
の関係の例を示す図面である。
の関係の例を示す図面である。
【図４】 基板へのバイアスによって得られるFe酸化物
の結晶構造が相違することを例示するためのＸ線回折図
であり、図４（ａ）はバイアス０Ｗ、図４（ｂ）は同５
Ｗ、図４（ｃ）は同１０Ｗを印加したときの回折図であ
る。
の結晶構造が相違することを例示するためのＸ線回折図
であり、図４（ａ）はバイアス０Ｗ、図４（ｂ）は同５
Ｗ、図４（ｃ）は同１０Ｗを印加したときの回折図であ
る。
【図５】 MgO(100)面上に形成したFe3O4に特定の方向
から外部磁界を印加したときのＭＨカーブとＭＲカーブ
の一例であり、図５（ａ）は〈100〉軸方向から、図５
（ｂ）は〈010〉方向から、それぞれ外部磁界を印加し
たときの例である。
から外部磁界を印加したときのＭＨカーブとＭＲカーブ
の一例であり、図５（ａ）は〈100〉軸方向から、図５
（ｂ）は〈010〉方向から、それぞれ外部磁界を印加し
たときの例である。
【図６】 MgO(110)面上に形成したFe3O4に特定の方向
から外部磁界を印加したときのＭＨカーブとＭＲカーブ
の一例である。図６（ａ）は〈110〉軸方向から、図６
（ｂ）は〈001〉方向から、それぞれ外部磁界を印加し
たときの例である。
から外部磁界を印加したときのＭＨカーブとＭＲカーブ
の一例である。図６（ａ）は〈110〉軸方向から、図６
（ｂ）は〈001〉方向から、それぞれ外部磁界を印加し
たときの例である。
【図７】 図７（ａ）（ｂ）とも、MgO(111)面上に形成
したFe3O4に任意の方向から外部磁界を印加したときの
ＭＨカーブとＭＲカーブの一例である。
したFe3O4に任意の方向から外部磁界を印加したときの
ＭＨカーブとＭＲカーブの一例である。
【図８】 Fe3O4の各面内での異方性エネルギー分布を
示す図であり、図８（ａ）は(100)面、図８（ｂ）は（1
10）面、図８（ｃ）は(111)面についての分布図であ
る。
示す図であり、図８（ａ）は(100)面、図８（ｂ）は（1
10）面、図８（ｃ）は(111)面についての分布図であ
る。
１１ 上部電極 １２ 層間絶縁膜 １３ 下部電極兼下地層 １４ 基板 １５ 第２磁性層 １６ 中間層 １７ 第１磁性層
───────────────────────────────────────────────────── 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 41/18 Ｈ０１Ｌ 43/12 Ｈ０１Ｌ 27/105 Ｇ１１Ｂ 5/39 43/12 Ｈ０１Ｌ 27/10 ４４７ // Ｇ１１Ｂ 5/39 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 足立 秀明 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 松川 望 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 飯島 賢二 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 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 Ｆターム(参考） 2G017 AA10 AD55 4K029 AA06 BA08 BA16 BA22 BA24 BA26 BA44 BB02 BC06 CA05 DC39 EA08 5D034 BA02 BA03 5E049 AB03 BA06 BA23 DB14 GC02 5F083 FZ10 PR22
Claims (22)
- 【請求項１】 中間層と、前記中間層を挟持する一対の
磁性層とを含み、前記磁性層の一方が、他方の磁性層よ
りも外部磁界に対して磁化回転しにくい固定磁性層であ
り、前記固定磁性層が、少なくとも１層の非磁性体層
と、前記非磁性体層を挟持する磁性体層とからなる多層
膜であって、前記磁性体層が、前記非磁性体層を介して
互いに静磁結合していることを特徴とする磁気抵抗素
子。 - 【請求項２】 素子面積が10μｍ2以下である請求項１
に記載の磁気抵抗素子。ここで、素子面積とは、中間層
において、電流が流れる方向に垂直な面の面積をいう。 - 【請求項３】 中間層と、前記中間層を挟持する一対の
磁性層とを含み、前記磁性層の一方が、他方の磁性層よ
りも外部磁界に対して磁化回転しにくい固定磁性層であ
り、前記固定磁性層が、少なくとも１層の非磁性体層
と、前記非磁性体層を挟持する磁性体層とからなる多層
膜であって、前記磁性体層が、前記非磁性体層を介して
互いに静磁結合または反強磁性結合しており、中間層側
よりｍ（ｍは１以上の整数）番目に配置された前記磁性
体層を磁性体層ｍとし、前記磁性体層ｍの平均飽和磁化
および平均膜厚をそれぞれＭｍ、ｄｍとし、ｍが奇数で
ある磁性体層におけるＭｍ×ｄｍの総和をＭｄｏ、ｍが
偶数であるＭｍ×ｄｍの総和をＭｄｅとすると、 0.5＜Ｍｄｅ／Ｍｄｏ＜１ が成立することを特徴とする磁気抵抗素子。 - 【請求項４】 自由磁性層である他方の磁性層の磁界シ
フト量の絶対値が前記自由磁性層の保磁力の50％以下で
ある請求項３に記載の磁気抵抗素子。ここで、磁界シフ
ト量とは、磁界（Ｈ）と磁化（Ｍ）との関係を示す磁化
−磁界曲線（Ｍ−Ｈ曲線）において、磁化が０（Ｍ＝
０）となる２つの磁界をＨ1、Ｈ2（ただし、Ｈ1＞Ｈ2）
としたときに、以下の式により定まる量ｓである。 ｓ＝（Ｈ1＋Ｈ2）／２ - 【請求項５】 固定磁性層を構成する少なくとも１層の
磁性体層が、500(Oe)以上の保磁力を有する請求項１〜
４のいずれかに記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項６】 さらに反強磁性層を含み、前記反強磁性
層が固定磁性層と磁気的に結合している請求項１〜５の
いずれかに記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項７】 中間層と、前記中間層を挟持する一対の
磁性層とを含み、前記磁性層の少なくとも一方が、(10
0)、(110)または(111)面配向した酸化物フェライトを含
み、前記面内に外部磁場を導入することにより電気抵抗
の変化を検知することを特徴とする磁気抵抗素子。 - 【請求項８】 (100)、(110)または(111)面内の磁化容
易軸方向に外部磁場を導入する請求項７に記載の磁気抵
抗素子。 - 【請求項９】 酸化物フェライトが(110)面に配向し、
前記面内における<100>軸方向を０度として、前記(110)
面内において、30度以上150度以下の範囲に外部磁場を
導入する請求項８に記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項１０】 酸化物フェライトが(100)面に配向
し、前記面内における<100>軸方向を０度として、前記
(100)面内において、40度以上50度以下または130度以上
140度以下の範囲に外部磁場を導入する請求項８に記載
の磁気抵抗素子。 - 【請求項１１】 酸化物フェライトが(111)面に配向し
た請求項８に記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項１２】 (100)、(110)または(111)面が面内に
おいて無配向である請求項７に記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項１３】 酸化物フェライトがマグネタイトであ
る請求項７〜１２のいずれかに記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項１４】 中間層が、酸素、窒素、炭素および硼
素から選ばれる少なくとも１種の元素を含む絶縁体また
は半導体である請求項１〜１３のいずれかに記載の磁気
抵抗素子。 - 【請求項１５】 中間層が、遷移金属元素を含む導電体
である請求項１〜１３のいずれかに記載の磁気抵抗素
子。 - 【請求項１６】 素子面積が0.1μｍ2以下である請求項
１５に記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項１７】 中間層と、前記中間層を挟持する一対
の磁性層とを含み、前記磁性層の少なくとも一方が酸化
物フェライトを含む磁気抵抗素子の製造方法であって、
前記酸化物フェライトを、酸化物ターゲットを用いるス
パッタリング法により、前記酸化物フェライトを形成す
べき面を含む基体にバイアス電圧を印加しながら形成す
ることにより、前記酸化物ターゲットから前記酸化物フ
ェライトへと供給される酸素の量を調整することを特徴
とする磁気抵抗素子の製造方法。 - 【請求項１８】 高周波バイアス電圧を印加する請求項
１７に記載の磁気抵抗素子の製造方法。 - 【請求項１９】 基体の温度を250℃以上700℃以下とす
る請求項１７または１８に記載の磁気抵抗素子の製造方
法。 - 【請求項２０】 化合物磁性薄膜を、化合物ターゲット
を用いるスパッタリング法により、前記化合物磁性薄膜
を形成すべき面を含む基体にバイアス電圧を印加しなが
ら形成することにより、前記化合物ターゲットから前記
化合物磁性薄膜へと供給される酸素および窒素から選ば
れる少なくとも一方の量を調整することを特徴とする化
合物磁性薄膜の形成方法。 - 【請求項２１】 高周波バイアス電圧を印加する請求項
２０に記載の化合物磁性薄膜の形成方法。 - 【請求項２２】 基体の温度を250℃以上700℃以下とす
る請求項２０または２１に記載の化合物磁性薄膜の形成
方法。
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