JP2003086864A - 磁気抵抗効果素子および磁気ヘッド - Google Patents
磁気抵抗効果素子および磁気ヘッドInfo
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
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- H—ELECTRICITY
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- 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】２層の磁性層の保磁力、材料によらず、低い磁
界を検出できる強磁性トンネル効果を利用した磁気抵抗
効果素子を実現する。 【解決手段】反強磁性層／磁性層／中間層／磁性層から
なる磁気抵抗効果素子を電極層間に形成した強磁性トン
ネル効果を利用した磁気抵抗効果素子とする。
界を検出できる強磁性トンネル効果を利用した磁気抵抗
効果素子を実現する。 【解決手段】反強磁性層／磁性層／中間層／磁性層から
なる磁気抵抗効果素子を電極層間に形成した強磁性トン
ネル効果を利用した磁気抵抗効果素子とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高い磁気抵抗効果を
有する強磁性トンネル効果膜に関し、特に磁気ディスク
装置などに用いる再生用磁気ヘッドに適した磁気抵抗効
果素子に関する。
有する強磁性トンネル効果膜に関し、特に磁気ディスク
装置などに用いる再生用磁気ヘッドに適した磁気抵抗効
果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】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、磁気抵抗効果材料としては、Ｎｉ
−２０ａｔ％Ｆｅ合金薄膜が用いられている。しかし、
Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金薄膜を用いた磁気抵抗効果素
子は、バルクハウゼンノイズなどのノイズを示すことが
多く、他の磁気抵抗効果材料の研究も進められている。
最近、スエザワ(Y.Suezawa)らによるプロシーディング
ス オブ ザ インターナショナル シンポジウム オ
ン フィジックス オブ マグネティック マテリアル
ス（Proceedingsof the International Symposium
on Physics of Magnetic Materials)，３０３〜３
０６ページ（１９８７年）に記載の「エフェクト オブ
スピン・ディペンデント トンネリング オン ザ
マグネティック プロパティスオブ マルチレイヤード
フェロマグネティック シンフィルムス（Effect of
Spin-dependent Tunneling on the Magnetic Prop
erties of Multilayered Ferromagnetic Thin Fil
ms)」のように、強磁性トンネル効果を示すＮｉ／Ｎｉ
Ｏ／Ｃｏ多層膜が報告されている。この多層膜の抵抗変
化率は、室温で、１％程度である。
ドとして、磁気抵抗効果を用いた磁気ヘッドの研究が進
められている。現在、磁気抵抗効果材料としては、Ｎｉ
−２０ａｔ％Ｆｅ合金薄膜が用いられている。しかし、
Ｎｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金薄膜を用いた磁気抵抗効果素
子は、バルクハウゼンノイズなどのノイズを示すことが
多く、他の磁気抵抗効果材料の研究も進められている。
最近、スエザワ(Y.Suezawa)らによるプロシーディング
ス オブ ザ インターナショナル シンポジウム オ
ン フィジックス オブ マグネティック マテリアル
ス（Proceedingsof the International Symposium
on Physics of Magnetic Materials)，３０３〜３
０６ページ（１９８７年）に記載の「エフェクト オブ
スピン・ディペンデント トンネリング オン ザ
マグネティック プロパティスオブ マルチレイヤード
フェロマグネティック シンフィルムス（Effect of
Spin-dependent Tunneling on the Magnetic Prop
erties of Multilayered Ferromagnetic Thin Fil
ms)」のように、強磁性トンネル効果を示すＮｉ／Ｎｉ
Ｏ／Ｃｏ多層膜が報告されている。この多層膜の抵抗変
化率は、室温で、１％程度である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記Ｎｉ／ＮｉＯ／Ｃ
ｏ多層膜では、上記スエザワらの論文に記載のように、
異なる保持力を持つＮｉ層とＣｏ層の間にＮｉＯ層を形
成している。このような多層膜において電気抵抗の変化
する原因は以下のように考えられる。Ｎｉ層とＣｏ層の
保磁力が異なるため、磁界の大きさを変化させた場合、
ある磁界のところで、片方の層の磁化の向きが磁界の向
きに変化する。しかし、他方の層の保磁力は磁界よりも
大きいため、その層の磁化の向きは変化しない。さら
に、磁界が大きくなり、両方の保磁力よりも大きくなっ
た時、残りの層の磁化の向きも変化し、両層の磁化の向
きは平行になる。すなわち、両層の保磁力の間の大きさ
の磁界では、両層の磁界の向きは、互いに、反平行であ
る。また、この磁界の範囲以外では、磁化の向きは平行
である。ＮｉＯ層をトンネル電流が流れる場合、上記磁
性層の磁化の向きが、互いに、反平行である時より、磁
化の向きが平行である時の方が、コンダクタンスは高
い。このため、磁界の大きさによって、素子の電気抵抗
が変化するものと考えられる。
ｏ多層膜では、上記スエザワらの論文に記載のように、
異なる保持力を持つＮｉ層とＣｏ層の間にＮｉＯ層を形
成している。このような多層膜において電気抵抗の変化
する原因は以下のように考えられる。Ｎｉ層とＣｏ層の
保磁力が異なるため、磁界の大きさを変化させた場合、
ある磁界のところで、片方の層の磁化の向きが磁界の向
きに変化する。しかし、他方の層の保磁力は磁界よりも
大きいため、その層の磁化の向きは変化しない。さら
に、磁界が大きくなり、両方の保磁力よりも大きくなっ
た時、残りの層の磁化の向きも変化し、両層の磁化の向
きは平行になる。すなわち、両層の保磁力の間の大きさ
の磁界では、両層の磁界の向きは、互いに、反平行であ
る。また、この磁界の範囲以外では、磁化の向きは平行
である。ＮｉＯ層をトンネル電流が流れる場合、上記磁
性層の磁化の向きが、互いに、反平行である時より、磁
化の向きが平行である時の方が、コンダクタンスは高
い。このため、磁界の大きさによって、素子の電気抵抗
が変化するものと考えられる。
【０００４】上記のような、強磁性トンネル膜を磁気ヘ
ッドへ適用する場合を考えた場合、磁気ヘッドが低い磁
界を検出する必要がある。しかし、上記多層膜の磁性層
の保磁力は数十Ｏｅであり、従って、数十Ｏｅ以下の磁
界は検出できない。
ッドへ適用する場合を考えた場合、磁気ヘッドが低い磁
界を検出する必要がある。しかし、上記多層膜の磁性層
の保磁力は数十Ｏｅであり、従って、数十Ｏｅ以下の磁
界は検出できない。
【０００５】本発明の目的は、上述の強磁性トンネル素
子を磁気ヘッドに適用する時の問題を解消し、低い磁界
を検出できる磁気抵抗効果素子を提供することにある。
子を磁気ヘッドに適用する時の問題を解消し、低い磁界
を検出できる磁気抵抗効果素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、強磁性ト
ンネル効果を示す多層膜について鋭意研究を重ねた結
果、磁性膜を軟磁性材料とし、一方の磁性層に反強磁性
体からのバイアス磁界を印加し、磁性層の磁化の方向を
制御することができることを明らかにし、本発明を完成
するに至った。
ンネル効果を示す多層膜について鋭意研究を重ねた結
果、磁性膜を軟磁性材料とし、一方の磁性層に反強磁性
体からのバイアス磁界を印加し、磁性層の磁化の方向を
制御することができることを明らかにし、本発明を完成
するに至った。
【０００７】すなわち、強磁性トンネル効果膜の２層の
磁性層の保磁力が大きく異ならなくても（２層の材料が
同じであっても）、一方の磁性層に反強磁性体からのバ
イアス磁界を印加すると、両層の磁化の向きが変化する
磁界を変えることができる。このため、ある磁界の範囲
内では、両層の磁化の向きは反平行、その範囲以外で
は、両層の磁化の向きは平行となり、磁気抵抗効果を示
すようになる。
磁性層の保磁力が大きく異ならなくても（２層の材料が
同じであっても）、一方の磁性層に反強磁性体からのバ
イアス磁界を印加すると、両層の磁化の向きが変化する
磁界を変えることができる。このため、ある磁界の範囲
内では、両層の磁化の向きは反平行、その範囲以外で
は、両層の磁化の向きは平行となり、磁気抵抗効果を示
すようになる。
【０００８】また、上記強磁性トンネル効果膜の少なく
とも一部を非磁性金属上に形成することにより、磁気記
録媒体に対向する磁性層の面積を小さくすることがで
き、狭い領域の磁界を検出することが可能となる。
とも一部を非磁性金属上に形成することにより、磁気記
録媒体に対向する磁性層の面積を小さくすることがで
き、狭い領域の磁界を検出することが可能となる。
【０００９】上述のように、強磁性トンネル効果膜の２
層の磁性層の保磁力が大きく異ならなくても（２層の材
料が同じであっても）、一方の磁性層に反強磁性体から
のバイアス磁界を印加すると、両層の磁化の向きが変化
する磁界を変えることができる。このため、ある磁界の
範囲内では、両層の磁化の向きは反平行、その範囲以外
では、両層の磁化の向きは平行となり、磁気抵抗効果を
示すようになる。
層の磁性層の保磁力が大きく異ならなくても（２層の材
料が同じであっても）、一方の磁性層に反強磁性体から
のバイアス磁界を印加すると、両層の磁化の向きが変化
する磁界を変えることができる。このため、ある磁界の
範囲内では、両層の磁化の向きは反平行、その範囲以外
では、両層の磁化の向きは平行となり、磁気抵抗効果を
示すようになる。
【００１０】また、上記強磁性トンネル効果膜の少なく
とも一部を非磁性金属上に形成することにより、磁気記
録媒体に対向する磁性層の面積を小さくすることがで
き、狭い領域の磁界を検出することが可能となる。
とも一部を非磁性金属上に形成することにより、磁気記
録媒体に対向する磁性層の面積を小さくすることがで
き、狭い領域の磁界を検出することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施例を挙げ、
図表を参照しながらさらに具体的に説明する。
図表を参照しながらさらに具体的に説明する。
【００１２】（実施例１）強磁性トンネル効果膜の作製
にはイオンビーム・スパッタリング装置を用いた。スパ
ッタリングは以下の条件で行った。
にはイオンビーム・スパッタリング装置を用いた。スパ
ッタリングは以下の条件で行った。
【００１３】イオンガス・・・Ａｒ
装置内Ａｒガス圧力・・・２.５×１０-2Ｐａ
蒸着用イオンガス加速電圧・・・１２００Ｖ
蒸着用イオンガスイオン電流・・・１２０ｍＡ
ターゲット基板間距離・・・１２７ｍｍ
基板にはコーニング社製７０５９ガラスを用いた。
【００１４】図１に、本発明の強磁性トンネル効果膜の
一例を示す。本実施例における強磁性トンネル効果膜は
基板１１上に、膜厚１００ｎｍのＦｅ−１.０ａｔ％
Ｃ合金からなる下部磁性層１２、膜厚１０ｎｍのＡｌ2
Ｏ3からなる中間層１３、膜厚１００ｎｍのＦｅ−１.０
ａｔ％ Ｃ合金からなる上部磁性層１４、膜厚５０ｎｍ
のＣｒからなる反強磁性層１５を順に形成したものであ
る。
一例を示す。本実施例における強磁性トンネル効果膜は
基板１１上に、膜厚１００ｎｍのＦｅ−１.０ａｔ％
Ｃ合金からなる下部磁性層１２、膜厚１０ｎｍのＡｌ2
Ｏ3からなる中間層１３、膜厚１００ｎｍのＦｅ−１.０
ａｔ％ Ｃ合金からなる上部磁性層１４、膜厚５０ｎｍ
のＣｒからなる反強磁性層１５を順に形成したものであ
る。
【００１５】上記強磁性トンネル効果膜の磁化曲線をＢ
−Ｈカーブトレーサを用いて４.２Ｋの温度で測定し
た。測定した磁化曲線を図２に示す。同図に示すよう
に、下部磁性層１２および上部磁性層１４の保磁力は、
ともに、７Ｏｅである。しかし、上部磁性層１４には反
強磁性層１５からのバイアス磁界が印加されており、磁
化の向きが変化する磁界の大きさが、高磁界側にシフト
している。このため、負の磁界から正の磁界の方に磁界
を増加する場合、７〜２４Ｏｅの磁界の範囲で下部磁性
層１２および上部磁性層１４の磁化の向きは互いに反平
行であり、それ以外の範囲では、磁化の向きは互いに平
行である。また、正の磁界から負の磁界の方に磁界を減
少する場合、−７〜１０Ｏｅの磁界の範囲で下部磁性層
１２および上部磁性層１４の磁化の向きは互いに反平行
であり、それ以外の範囲では、磁化の向きは互いに平行
である。
−Ｈカーブトレーサを用いて４.２Ｋの温度で測定し
た。測定した磁化曲線を図２に示す。同図に示すよう
に、下部磁性層１２および上部磁性層１４の保磁力は、
ともに、７Ｏｅである。しかし、上部磁性層１４には反
強磁性層１５からのバイアス磁界が印加されており、磁
化の向きが変化する磁界の大きさが、高磁界側にシフト
している。このため、負の磁界から正の磁界の方に磁界
を増加する場合、７〜２４Ｏｅの磁界の範囲で下部磁性
層１２および上部磁性層１４の磁化の向きは互いに反平
行であり、それ以外の範囲では、磁化の向きは互いに平
行である。また、正の磁界から負の磁界の方に磁界を減
少する場合、−７〜１０Ｏｅの磁界の範囲で下部磁性層
１２および上部磁性層１４の磁化の向きは互いに反平行
であり、それ以外の範囲では、磁化の向きは互いに平行
である。
【００１６】上記の磁化が反平行になる磁界では、強磁
性トンネル効果膜の電気抵抗は高く、磁化が平行になる
磁界では、電気抵抗が低くなるものと考えられる。
性トンネル効果膜の電気抵抗は高く、磁化が平行になる
磁界では、電気抵抗が低くなるものと考えられる。
【００１７】そこで、上記強磁性トンネル効果膜の電気
抵抗の変化を調べるために、図３のような素子を作製し
た。上記素子の作製プロセスを以下に述べる。まず、非
磁性基板上に幅１０μｍ、厚さ１００ｎｍのＣｕ電極３
１をイオンビームスパッタリング法およびイオンミリン
グ法で形成する。次に、Ｃｕ電極３１の上に、１０μｍ
×１０μｍ×膜厚１００ｎｍのＦｅ−１.０ａｔ％Ｃ合
金からなる下部磁性層３２、１０μｍ×１０μｍ×膜厚
１０ｎｍのＡｌ2Ｏ3からなる中間層３３、１０μｍ×１
０μｍ×膜厚１００ｎｍのＦｅ−１.０ａｔ％Ｃ合金か
らなる上部磁性層３４、１０μｍ×１０μｍ×膜厚５０
ｎｍのＣｒからなる反強磁性層３５を順に形成する。次
に、段差を樹脂で平坦化し、反強磁性層３５に接触する
ように、Ｃｕ電極３６を形成する。
抵抗の変化を調べるために、図３のような素子を作製し
た。上記素子の作製プロセスを以下に述べる。まず、非
磁性基板上に幅１０μｍ、厚さ１００ｎｍのＣｕ電極３
１をイオンビームスパッタリング法およびイオンミリン
グ法で形成する。次に、Ｃｕ電極３１の上に、１０μｍ
×１０μｍ×膜厚１００ｎｍのＦｅ−１.０ａｔ％Ｃ合
金からなる下部磁性層３２、１０μｍ×１０μｍ×膜厚
１０ｎｍのＡｌ2Ｏ3からなる中間層３３、１０μｍ×１
０μｍ×膜厚１００ｎｍのＦｅ−１.０ａｔ％Ｃ合金か
らなる上部磁性層３４、１０μｍ×１０μｍ×膜厚５０
ｎｍのＣｒからなる反強磁性層３５を順に形成する。次
に、段差を樹脂で平坦化し、反強磁性層３５に接触する
ように、Ｃｕ電極３６を形成する。
【００１８】ヘルムホルツコイルを用いて、Ｃｕ電極の
長手方向と直角の面内方向に磁界を印加し、電気抵抗の
変化を調べた。測定は、４.２Ｋの温度で行った。磁界
と電気抵抗の変化との関係を図４に示す。同図のよう
に、磁界の強さによって、素子の電気抵抗が変化する。
最大の抵抗変化率は約３.６％であった。電気抵抗が最
大になる磁界の値は、０Ｏｅおよび１６Ｏｅ程度であ
り、従来の強磁性トンネル効果膜よりも低い。これは、
本発明の強磁性トンネル効果膜が比較的保磁力の低い磁
性層のみを用いているためである。従来の強磁性トンネ
ル効果膜は、２層の磁性層の保持力を異なる値にしなけ
ればならなかったため、素子の動作する磁界が大きくな
っていた。本発明の強磁性トンネル効果膜は低い磁界で
動作するため、これを用いた磁気抵抗効果素子は、従来
の素子よりも磁気ヘッドに有利である。
長手方向と直角の面内方向に磁界を印加し、電気抵抗の
変化を調べた。測定は、４.２Ｋの温度で行った。磁界
と電気抵抗の変化との関係を図４に示す。同図のよう
に、磁界の強さによって、素子の電気抵抗が変化する。
最大の抵抗変化率は約３.６％であった。電気抵抗が最
大になる磁界の値は、０Ｏｅおよび１６Ｏｅ程度であ
り、従来の強磁性トンネル効果膜よりも低い。これは、
本発明の強磁性トンネル効果膜が比較的保磁力の低い磁
性層のみを用いているためである。従来の強磁性トンネ
ル効果膜は、２層の磁性層の保持力を異なる値にしなけ
ればならなかったため、素子の動作する磁界が大きくな
っていた。本発明の強磁性トンネル効果膜は低い磁界で
動作するため、これを用いた磁気抵抗効果素子は、従来
の素子よりも磁気ヘッドに有利である。
【００１９】また、本発明の強磁性トンネル効果膜は、
軟磁性膜だけで構成されている。軟磁性膜は磁気異方性
の分散が小さく、このため、各磁性層の微小な部分の磁
化の方向が、きちんと、平行、反平行の角度を取り、中
間の角度を取りにくい。強磁性トンネル効果は、各磁性
層の磁化の向きのなす方向に依存するので、中間の角度
を取りにくい、本発明のような、軟磁性膜のみで構成さ
れている強磁性トンネル効果膜の抵抗変化率は比較的高
いものとなる。
軟磁性膜だけで構成されている。軟磁性膜は磁気異方性
の分散が小さく、このため、各磁性層の微小な部分の磁
化の方向が、きちんと、平行、反平行の角度を取り、中
間の角度を取りにくい。強磁性トンネル効果は、各磁性
層の磁化の向きのなす方向に依存するので、中間の角度
を取りにくい、本発明のような、軟磁性膜のみで構成さ
れている強磁性トンネル効果膜の抵抗変化率は比較的高
いものとなる。
【００２０】また、本発明のように、磁気抵抗効果膜の
すくなくとも一部を非磁性金属上に形成することによ
り、流した電流がすべて中間層を通るようになり、効果
的に磁気抵抗効果を検出することができる。また、磁気
ヘッドへの応用を考えると、本発明のように、磁気抵抗
効果膜のすくなくとも一部を非磁性金属上に形成するこ
とにより、磁気記録媒体に対向する磁性層の断面積を小
さくすることができ、狭い領域の磁界を検出することが
可能となる。これに対し、従来の強磁性トンネル素子
は、Y. Suezawaらによる Proceedings of the Internat
ional Symposium onphysics of Magnetic Materials,
３０３〜３０６ページ（１９８７年）に記載の「Effect
of Spin-dependent Tunneling on the Magnetic Prope
rties of Multilayered Ferromagnetic Thin Films」の
ように、上部磁性層と下部磁性層が互いに直交する長方
形であるため、磁気記録媒体に対向する磁性層の断面積
が大きく、狭い領域の磁界を検出することが困難であっ
た。
すくなくとも一部を非磁性金属上に形成することによ
り、流した電流がすべて中間層を通るようになり、効果
的に磁気抵抗効果を検出することができる。また、磁気
ヘッドへの応用を考えると、本発明のように、磁気抵抗
効果膜のすくなくとも一部を非磁性金属上に形成するこ
とにより、磁気記録媒体に対向する磁性層の断面積を小
さくすることができ、狭い領域の磁界を検出することが
可能となる。これに対し、従来の強磁性トンネル素子
は、Y. Suezawaらによる Proceedings of the Internat
ional Symposium onphysics of Magnetic Materials,
３０３〜３０６ページ（１９８７年）に記載の「Effect
of Spin-dependent Tunneling on the Magnetic Prope
rties of Multilayered Ferromagnetic Thin Films」の
ように、上部磁性層と下部磁性層が互いに直交する長方
形であるため、磁気記録媒体に対向する磁性層の断面積
が大きく、狭い領域の磁界を検出することが困難であっ
た。
【００２１】また、本実施例では、磁性層として、Ｆｅ
−１.０ａｔ％ Ｃ合金層、中間層として、Ａｌ2Ｏ3層を
用いたが、磁性層として、他の磁性材料、中間層として
他の絶縁材料を用いても同様の効果がある。また、反強
磁性層についても、磁気抵抗効果を測定する温度以上の
ネール点をもつ反強磁性材料であれば、磁気抵抗効果が
得られる。
−１.０ａｔ％ Ｃ合金層、中間層として、Ａｌ2Ｏ3層を
用いたが、磁性層として、他の磁性材料、中間層として
他の絶縁材料を用いても同様の効果がある。また、反強
磁性層についても、磁気抵抗効果を測定する温度以上の
ネール点をもつ反強磁性材料であれば、磁気抵抗効果が
得られる。
【００２２】また、本実施例では、上部磁性層の上に反
強磁性層を形成したが、反強磁性層は下部磁性層の下に
形成しても同様の効果がある。
強磁性層を形成したが、反強磁性層は下部磁性層の下に
形成しても同様の効果がある。
【００２３】（実施例２）実施例１と同様の方法で、磁
気抵抗効果素子を作製した。磁性層として、Ｆｅ−１.
０ａｔ％ Ｃ合金層、中間層として、Ａｌ2Ｏ3を用い
た。反強磁性層としては、Ｃｒ−１ａｔ％Ｒｕ合金、Ｃ
ｒ−２５ａｔ％Ａｕ合金を用いた。本実施例の磁気抵抗
効果素子における電気抵抗変化率は、室温で、Ｃｒ−１
ａｔ％Ｒｕ合金を用いた場合、１.５％、Ｃｒ−２５ａ
ｔ％Ａｕ合金を用いた場合、１.８％であった。また、
電気抵抗が最大になる磁界は、実施例１の素子とほぼ同
じ磁界であった。
気抵抗効果素子を作製した。磁性層として、Ｆｅ−１.
０ａｔ％ Ｃ合金層、中間層として、Ａｌ2Ｏ3を用い
た。反強磁性層としては、Ｃｒ−１ａｔ％Ｒｕ合金、Ｃ
ｒ−２５ａｔ％Ａｕ合金を用いた。本実施例の磁気抵抗
効果素子における電気抵抗変化率は、室温で、Ｃｒ−１
ａｔ％Ｒｕ合金を用いた場合、１.５％、Ｃｒ−２５ａ
ｔ％Ａｕ合金を用いた場合、１.８％であった。また、
電気抵抗が最大になる磁界は、実施例１の素子とほぼ同
じ磁界であった。
【００２４】（実施例３）実施例１と同様の方法で、磁
気抵抗効果素子を作製した。磁性層として、Ｆｅ−１.
０ａｔ％Ｃ合金層、中間層として、Ａｌ2Ｏ3層を用い
た。反強磁性層としては、Ｆｅ−５０ａｔ％Ｍｎ合金を
用いた。また、Ｆｅ−１.０ａｔ％Ｃ合金層とＦｅ−５
０ａｔ％Ｍｎ合金層の間には、膜厚５ｎｍのＮｉ−２０
ａｔ％Ｆｅ合金層を設けた。この理由は以下のとおりで
ある。
気抵抗効果素子を作製した。磁性層として、Ｆｅ−１.
０ａｔ％Ｃ合金層、中間層として、Ａｌ2Ｏ3層を用い
た。反強磁性層としては、Ｆｅ−５０ａｔ％Ｍｎ合金を
用いた。また、Ｆｅ−１.０ａｔ％Ｃ合金層とＦｅ−５
０ａｔ％Ｍｎ合金層の間には、膜厚５ｎｍのＮｉ−２０
ａｔ％Ｆｅ合金層を設けた。この理由は以下のとおりで
ある。
【００２５】Ｆｅ−５０ａｔ％Ｍｎ合金層は、体心立方
構造の材料の上に形成すると、α相の構造になりやす
い。α相の構造のＦｅ−Ｍｎ系合金のネール点は室温よ
りも低い。これに対し、Ｆｅ−５０ａｔ％Ｍｎ合金層
は、面心立方構造の材料の上に形成すると、γ相の構造
になりやすい。γ相の構造Ｆｅ−Ｍｎ系合金のネール点
は室温よりも高い。従って、室温で動作する磁気抵抗効
果素子を得るため、Ｆｅ−１.０ａｔ％Ｃ合金層とＦｅ
−５０ａｔ％Ｍｎ合金層の間に、面心立方構造のＮｉ−
２０ａｔ％Ｆｅ合金層を設けた。
構造の材料の上に形成すると、α相の構造になりやす
い。α相の構造のＦｅ−Ｍｎ系合金のネール点は室温よ
りも低い。これに対し、Ｆｅ−５０ａｔ％Ｍｎ合金層
は、面心立方構造の材料の上に形成すると、γ相の構造
になりやすい。γ相の構造Ｆｅ−Ｍｎ系合金のネール点
は室温よりも高い。従って、室温で動作する磁気抵抗効
果素子を得るため、Ｆｅ−１.０ａｔ％Ｃ合金層とＦｅ
−５０ａｔ％Ｍｎ合金層の間に、面心立方構造のＮｉ−
２０ａｔ％Ｆｅ合金層を設けた。
【００２６】本実施例の磁気抵抗効果素子における電気
抵抗変化率は、室温で、１.６％であった。また、電気
抵抗が最大になる磁界は、実施例１の素子とほぼ同じ磁
界であった。
抵抗変化率は、室温で、１.６％であった。また、電気
抵抗が最大になる磁界は、実施例１の素子とほぼ同じ磁
界であった。
【００２７】
【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、強磁性トン
ネル効果膜の２層の磁性層の保磁力が大きく異ならなく
ても（２層の材料が同じであっても）、一方の磁性層に
反強磁性体からのバイアス磁界を印加すると、両層の磁
化の向きが変化する磁界を変えることができ、磁気抵抗
効果を示すようになる。また、上記強磁性トンネル効果
膜の少なくとも一部を非磁性金属上に形成することによ
り、磁気記録媒体に対向する磁性層の面積を小さくする
ことができ、狭い領域の磁界を検出することが可能とな
る。
ネル効果膜の２層の磁性層の保磁力が大きく異ならなく
ても（２層の材料が同じであっても）、一方の磁性層に
反強磁性体からのバイアス磁界を印加すると、両層の磁
化の向きが変化する磁界を変えることができ、磁気抵抗
効果を示すようになる。また、上記強磁性トンネル効果
膜の少なくとも一部を非磁性金属上に形成することによ
り、磁気記録媒体に対向する磁性層の面積を小さくする
ことができ、狭い領域の磁界を検出することが可能とな
る。
【図１】本発明の強磁性トンネル膜の断面構造の概略
図。
図。
【図２】本発明の強磁性トンネル膜の磁化曲線の図。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の概略図。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子に印加する磁界と抵
抗変化率との関係を示すグラフの図。
抗変化率との関係を示すグラフの図。
１１…基板、１２…下部磁性層、１３…中間層、１４…
上部磁性層、１５…反強磁性層、３１…Ｃｕ電極、３２
…下部磁性層、３３…中間層、３４…上部磁性層、３５
…反強磁性層、３６…Ｃｕ電極。
上部磁性層、１５…反強磁性層、３１…Ｃｕ電極、３２
…下部磁性層、３３…中間層、３４…上部磁性層、３５
…反強磁性層、３６…Ｃｕ電極。
─────────────────────────────────────────────────────
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 Ｈ０１Ｆ 41/30
41/30 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ
(72)発明者 田辺 英男
東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
(72)発明者 清水 昇
東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
(72)発明者 高野 公史
東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地
株式会社日立製作所中央研究所内
Ｆターム(参考） 2G017 AA01 AC09 AD55 AD62 AD63
AD65
5D034 BA03 BA04 CA00 CA04 CA08
5E049 AA01 AA09 AC00 AC05 BA12
CB02 GC06
Claims (10)
- 【請求項１】第1の金属層と、第２の磁性層と、該第１
の磁性層と該第２の磁性層との間に形成された磁気抵抗
効果膜とを備え、前記磁気抵抗効果膜は、第１の磁性層
と、第２の磁性層と、該第１の磁性層と第２の磁性層と
の間に形成された酸化アルミニウムを含有する中間層
と、該第１の磁性層の中間層と対向する側とは反対側の
面に形成された反強磁性層とを有し、上記中間層を通っ
て上記第１の磁性層及び第２の磁性層間にトンネル電流
が流れ、外部磁界が印加されると上記第２の磁性層の磁
化方向は変化することを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】上記中間層は、Ａｌ２Ｏ３を含有すること
を特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】上記第１の金属層及び第２の金属層は、非
磁性金属層であることを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】上記中間層を通って上記第１の磁性層およ
び第２の磁性層間にトンネル電流が流れるときに、上記
磁気抵抗効果膜の電気抵抗率が、上記第１の磁性層およ
び第２の磁性層の磁化の向きが平行の時より上記第１の
磁性層および第２の磁性層の磁化の向きが反平行の時の
方が高い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項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】前記反強磁性層は、前記第１の磁性層へバ
イアス磁界を印加する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項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】第1の金属層と、第２の磁性層と、該第１
の磁性層と該第２の磁性層との間に形成された磁気抵抗
効果膜とを備え、前記磁気抵抗効果膜は、第１の磁性層
と、第２の磁性層と、該第１の磁性層と第２の磁性層と
の間に形成された酸化アルミニウムを含有する中間層
と、該第１の磁性層の中間層と対向する側とは反対側の
面に形成された反強磁性層とを有し、上記中間層を通っ
て上記第１の磁性層及び第２の磁性層間にトンネル電流
が流れ、外部磁界が印加されると上記第２の磁性層の磁
化方向は変化することを特徴とする磁気抵抗効果素子を
備える磁気ヘッド。 - 【請求項７】上記中間層は、Ａｌ２Ｏ３を含有すること
を特徴とする請求項６記載の磁気ヘッド。 - 【請求項８】上記第１の金属層及び第２の金属層は、非
磁性金属層であることを特徴とする請求項６又は請求項
７に記載の磁気ヘッド。 - 【請求項９】上記中間層を通って上記第１の磁性層およ
び第２の磁性層間にトンネル電流が流れるときに、上記
磁気抵抗効果膜の電気抵抗率が、上記第１の磁性層およ
び第２の磁性層の磁化の向きが平行の時より上記第１の
磁性層および第２の磁性層の磁化の向きが反平行の時の
方が高いことを特徴とする請求項６ないし請求項８のい
ずれか１項に記載の磁気ヘッド。 - 【請求項１０】前記反強磁性層は、前記第１の磁性層へ
バイアス磁界を印加することを特徴とする請求項６ない
し請求項９のいずれか１項に記載の磁気ヘッド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002143988A JP2003086864A (ja) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | 磁気抵抗効果素子および磁気ヘッド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002143988A JP2003086864A (ja) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | 磁気抵抗効果素子および磁気ヘッド |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000027200A Division JP3634997B2 (ja) | 1990-08-22 | 2000-01-31 | 磁気ヘッドの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003086864A true JP2003086864A (ja) | 2003-03-20 |
Family
ID=19194613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002143988A Pending JP2003086864A (ja) | 2002-05-20 | 2002-05-20 | 磁気抵抗効果素子および磁気ヘッド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003086864A (ja) |
-
2002
- 2002-05-20 JP JP2002143988A patent/JP2003086864A/ja active Pending
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