JP2018022542A - 磁気抵抗素子、当該磁気抵抗素子を用いた磁気ヘッド及び磁気再生装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、bcc基の構造を持つホイスラー合金とfcc構造をもつAgやCuの格子歪みとそれらの結晶方位による磁気伝導依存性のために、理論計算から予測されるほどの磁気抵抗出力が得られていない。
本発明の磁気抵抗素子は、例えば図1に示すように、ホイスラー合金よりなる下部強磁性層13と上部強磁性層15、及び当該下部強磁性層13と上部強磁性層15に挟まれたスペーサ層14とを備える磁気抵抗素子において、スペーサ層14がMg1−xTixOy(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)を含んでなることを特徴とする。
本発明の磁気抵抗素子において、好ましくは、前記スペーサ層がMg1−xTixOy(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)の上下の両層に伝導性非磁性金属層を配置している非磁性スペーサ層であるとよい。
本発明の磁気抵抗素子において、好ましくは、前記伝導性非磁性金属または伝導性非磁性金属層は、Ag、Mg、Al、Zn、Ti、V、およびCuから選ばれる少なくとも一つの非磁性金属元素からなるとよい。
本発明の磁気抵抗素子において、好ましくは、前記Mg1−xTixOy(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)がMg0.2Ti0.8Oであるとよい。
本発明の磁気抵抗素子において、好ましくは、例えば図1に示すように、基板11の上に形成される下地層12であって、ホイスラー合金を所定の結晶方向にエピタキシャル成長させる下地層12と、下地層12に積層された上記の磁気抵抗素子であって、下地層12はAg、Al、Cu、Au、Crからなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属又は合金を含み、前記ホイスラー合金のエピタキシャル成長する結晶方向は(001)方向であるとよい。
本発明の磁気抵抗素子において、好ましくは、下部強磁性層13と上部強磁性層15は、B2規則構造又はL21規則構造の少なくとも一方を持つホイスラー強磁性合金からなると共に、前記ホイスラー強磁性合金がCo2Fe(GaxGex−1)(0.25<x<0.6)、Co2FeAl1−xSix(0.0≦x≦1.0)、Co2Fe1−xMnxSi(0.0≦x≦1.0)、又はCo2Fe1−xMnxGe(0.0≦x≦1.0)から選ばれたホイスラー強磁性合金を含むとよい。
本発明の磁気抵抗素子において、好ましくは、さらに、上部強磁性層15に積層された、表面保護用のキャップ層16を有すると共に、キャップ層16はAg、Al、Cu、Au、RuおよびPtからなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属又は合金よりなるとよい。
本発明の磁気抵抗素子において、好ましくは、さらに、上部強磁性層15の上又は下部強磁性層13の下に設けられたピニング層であって、前記ピニング層はIrMn合金、PtMn合金等の反強磁性体の層であるとよい。
このように構成された磁気抵抗素子においては、交換異方性によって上部強磁性層の磁化反転を抑えることにより、上部強磁性層と下部強磁性層が反平行に磁化した状態を安定化することができる。
ここで、Co2Fe(GaxGex−1)において、Gaの割合xが0.25以下の場合と、Gaの割合xが0.6以上の場合は、ともにスピン分極率が低下するため磁気抵抗が低下するという不都合がある。好ましくは、(GaxGex−1)でのGaの割合xは、0.25と0.6の間がよく、更に好ましくは0.45と0.55の間である。
従って、本発明のMTOを用いたCPPGMR素子を作製することができ、高い磁気抵抗出力を提供できる。また本発明の磁気抵抗素子を用いた磁気ヘッド及び磁気再生装置に用いて好適である。
図1は、本発明の一実施の形態による磁気抵抗素子の構造模式図である。図において、磁気抵抗素子は、基板11、下地層12、下部強磁性層13、スペーサ層14、上部強磁性層15、キャップ層16がこの順で積層されている。
なお、配向層を下地層12の下側に設けても良い。配向層は、ホイスラー合金層を(100)方向に配向させる作用を持つもので、例えばMgO、TiN、NiTa合金の少なくとも一種類を含むものを用いる。
スペーサ層14の厚さは、例えば0.1nmから20nmであるため、これら金属間化合物は一個ないし200個程度の金属原子層を形成している。
CFGG薄膜の結晶構造の改善のため、上部CFGG層を製膜後、スパッタ室内で真空中にて550℃でアニールを行い、その後Ag(5)/Ru(8)を積層させた。
磁気抵抗変化率43%、単位素子面積当たりの抵抗変化量として、ΔRA=90mΩ・μm2という値が得られた。
また、上記実施例では、伝導性非磁性金属層14a、14cとして、MgTiO層の両側にAg層を配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、この層は伝導性のある非磁性金属であればよく、Agの他に、Mg、Al、Zn、Ti、V、Cu、でもよい。また、伝導性非磁性金属層14a、14cとMgTiO層は、明確な3層構造のスペーサ(例えば、Ag/MTO/Ag)でもよく、また3層構造に明確に分離されていない層構造であって、Mg1−xTixOyと伝導性非磁性金属が混ざっている組織による層構造でもよい。
12a、12b 下地層
13 下部強磁性層
14a、14b、14c スペーサ層
15 上部強磁性層
16a、16b キャップ層
Claims (15)
- ホイスラー合金よりなる下部強磁性層と上部強磁性層、及び当該下部強磁性層と上部強磁性層との間に挟まれたスペーサ層とを備える磁気抵抗素子において、前記スペーサ層がMg1−xTixOy(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)を含んでなることを特徴とする磁気抵抗素子。
- 前記スペーサ層がMg1−xTixOy(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)と伝導性非磁性金属からなる非磁性スペーサ層であることを特徴とする請求項1に記載の磁気抵抗素子。
- 前記スペーサ層がMg1−xTixOy(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)の上下の両層に伝導性非磁性金属層を配置している非磁性スペーサ層であることを特徴とする請求項1及び2に記載の磁気抵抗素子。
- 前記伝導性非磁性金属または伝導性非磁性金属層は、Ag、Mg、Al、Zn、Ti、V、およびCuから選ばれる少なくとも一つの非磁性金属元素からなることを特徴とする請求項2または3に記載の磁気抵抗素子。
- 前記Mg1−xTixOy(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)がMg0.2Ti0.8Oであることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の磁気抵抗素子。
- 更に基板を備え、前記基板は表面酸化Si基板、シリコン基板、ガラス基板、金属基板、MgO基板の少なくとも一種類であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の磁気抵抗素子。
- 前記基板の上に形成される下地層であって、ホイスラー合金を所定の結晶方向にエピタキシャル成長させる前記下地層と、
前記下地層に積層された請求項1乃至5の何れか1項に記載する磁気抵抗素子であって、
前記下地層はAg、Al、Cu、Au、Crからなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属又は合金を含み、前記ホイスラー合金のエピタキシャル成長する結晶方向は(001)方向であることを特徴とする請求項6に記載の磁気抵抗素子。 - 前記下部強磁性層と上部強磁性層は、Co2ABの組成式で表されるホイスラー合金であって、前記AはCr、Mn、Fe、またはこれらのうちの2種類以上を合計の量が1になるように混合したもの、前記BはAl、Si、Ga、Ge、In、Sn、またはこれらのうちの2種類以上を合計の量が1になるように混合したものを含むことを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の磁気抵抗素子。
- 前記下部強磁性層と上部強磁性層は、B2規則構造又はL21規則構造の少なくとも一方を持つホイスラー強磁性合金からなると共に、前記ホイスラー強磁性合金がCo2Fe(GaxGex−1)(0.25<x<0.6)、Co2FeAl1−xSix(0.0≦x≦1.0)、Co2Fe1−xMnxSi(0.0≦x≦1.0)、又はCo2Fe1−xMnxGe(0.0≦x≦1.0)から選ばれたホイスラー強磁性合金を含むことを特徴とする請求項8に記載の磁気抵抗素子。
- さらに、磁気抵抗測定用の電極である下地層を、前記下地層と前記下部強磁性層との間に挟んで設けたことを特徴とする請求項1乃至9の何れか1項に記載の磁気抵抗素子。
- さらに、前記上部強磁性層に積層された、表面保護用のキャップ層を有すると共に、
前記キャップ層はAg、Al、Cu、Au、RuおよびPtからなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属又は合金よりなることを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の磁気抵抗素子。 - さらに、前記上部強磁性層の上又は下部強磁性層の下に設けられたピニング層を有すると共に、
前記ピニング層はIrMn合金、PtMn合金等の反強磁性体の層であることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の磁気抵抗素子。 - ホイスラー合金薄膜間にスペーサ層を配した構造を持つ電流垂直型巨大磁気抵抗(CPPGMR)素子であって、
前記ホイスラー合金薄膜が、B2規則構造又はL21規則構造の少なくとも一方を持つホイスラー強磁性合金からなると共に、前記ホイスラー強磁性合金がCo2Fe(GaxGex−1)(0.25<x<0.6)、Co2FeAl1−xSix(0.0≦x≦1.0)、Co2Fe1−xMnxSi(0.0≦x≦1.0)、又はCo2Fe1−xMnxGe(0.0≦x≦1.0)から選ばれたホイスラー強磁性合金であり、
前記スペーサ層がMg1−xTixOy(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)を含んでなることを特徴とする電流垂直型巨大磁気抵抗(CPPGMR)素子。 - 請求項1乃至12の何れか1項に記載の磁気抵抗素子又は請求項13に記載の電流垂直型巨大磁気抵抗素子を用いたことを特徴とする磁気ヘッド。
- 請求項14に記載の磁気ヘッドを用いたことを特徴とする磁気再生装置。
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JP2012204683A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
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JP2012204683A (ja) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | 磁気抵抗素子および磁気メモリ |
JP2015082338A (ja) * | 2013-10-24 | 2015-04-27 | エイチジーエスティーネザーランドビーブイ | 磁気的安定性を向上させた逆平行フリー(apf)構造を有する平面垂直通電型(cpp)磁気抵抗(mr)センサ |
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