JP2021097217A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

Abstract

【課題】磁歪を低減できる磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】この磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間にある非磁性層と、を備え、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち少なくとも一方は、結晶領域とアモルファス領域とを有するホイスラー合金層を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子に関する。

磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果により積層方向の抵抗値が変化する素子である。磁気抵抗効果素子は、２つの強磁性層とこれらに挟まれた非磁性層とを備える。非磁性層に導体が用いられた磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子と言われ、非磁性層に絶縁層（トンネルバリア層、バリア層）が用いられた磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子と言われる。磁気抵抗効果素子は、磁気センサ、高周波部品、磁気ヘッド及び不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）等の様々な用途への応用が可能である。

特許文献１には、ホイスラー合金層とＣｏ系アモルファス金属層とを有する磁気リード・ヘッドが記載されている。特許文献１には、Ｃｏ系アモルファス金属層が磁気抵抗効果素子に生じる磁歪を低減することが記載され、ホイスラー合金層とＣｏ系アモルファス金属層とが磁気的に結合することで高いＭＲ比を実現できることが記載されている。磁歪は、磁気リード・ヘッドのノイズの原因である。

特開２０１０−１４６６５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の磁気リード・ヘッドは、磁化自由層がホイスラー合金層とＣｏ系アモルファス金属層という異なる２層の積層体からなる。異なる層が積層されると、これらの層の界面において原子拡散等が生じる。例えば、他の層からホイスラー合金にボロン等が拡散すると、ホイスラー合金のスピン分極率が低下し、磁気抵抗効果素子のＭＲ比が低下する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、磁歪を低減できる磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。

（１）第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間にある非磁性層と、を備え、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち少なくとも一方は、結晶領域とアモルファス領域とを有するホイスラー合金層を有する。

（２）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ホイスラー合金層は、前記結晶領域と前記アモルファス領域とが混在していてもよい。

（３）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ホイスラー合金層のうち前記非磁性層に接する第１界面は、前記結晶領域の割合が前記アモルファス領域の割合より多くてもよい。

（４）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ホイスラー合金層のうち前記非磁性層に接する第１界面は、前記結晶領域からなってもよい。

（５）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１強磁性層が磁化固定層であり、前記第２強磁性層が磁化自由層であり、前記第２強磁性層が前記ホイスラー合金層を有してもよい。

（６）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１強磁性層が磁化固定層であり、前記第２強磁性層が磁化自由層であり、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層がいずれも前記ホイスラー合金層を有し、前記第１強磁性層における前記ホイスラー合金層は、前記第２強磁性層における前記ホイスラー合金層より前記結晶領域の割合が多くてもよい。

（７）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、基板をさらに有し、前記第１強磁性層は、前記第２強磁性層より前記基板の近くにあってもよい。

（８）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記結晶領域は複数の結晶粒からなり、前記複数の結晶粒のうち少なくとも一つの結晶粒の結晶軸の方向は、他の結晶粒の結晶軸の方向と異なってもよい。

（９）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ホイスラー合金層のうち前記非磁性層に接する第１界面は、前記第１界面と反対側の第２界面より前記結晶領域の割合が多くてもよい。

（１０）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１界面から前記第２界面に向かうにつれて、前記結晶領域の割合が減少してもよい。

（１１）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ホイスラー合金層を構成するホイスラー合金は、Ｃｏ_２Ｙ_αＺ_βで表記され、前記Ｙは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒからなる群から選択された１種以上の元素であり、前記Ｚは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅからなる群から選択された１種以上の元素であり、α＋β＞２を満たしてもよい。

（１２）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子は、第３強磁性層をさらに備え、前記第３強磁性層は、前記ホイスラー合金層の前記非磁性層と対向する面と反対側の面に接し、前記第３強磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ−Ａ合金を含み、前記第３強磁性層に含まれるＡ元素は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択されるいずれか１つ以上の元素であってもよい。

（１３）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第３強磁性層は、少なくとも一部が結晶化しており、前記第３強磁性層の結晶領域の少なくとも一部は、前記ホイスラー合金層の結晶領域と格子整合していてもよい。

（１４）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子は、第４強磁性層をさらに備え、前記第４強磁性層は、前記ホイスラー合金層と前記非磁性層との間にあり、前記第４強磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ−Ａ合金を含み、前記第４強磁性層に含まれるＡ元素は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択されるいずれか１つ以上の元素であってもよい。

（１５）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第４強磁性層の膜厚は、前記第４強磁性層を構成する材料のスピン拡散長以下であってもよい。

（１６）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子は、第２非磁性層をさらに備え、前記第２非磁性層は、前記第３強磁性層の前記非磁性層と対向する面と反対側の面に接し、前記第２非磁性層は、Ｂと、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択されるいずれかの元素と、を含んでもよい。

本発明に係る磁気抵抗効果素子は、磁歪が低減されている。

第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 ホイスラー合金の結晶構造を示す図である。 第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための断面図である。 第１変形例にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 第２変形例にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 第３変形例にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 適用例１にかかる磁気記録素子の断面図である。 適用例２にかかる磁気記録素子の断面図である。 適用例３にかかる磁気記録素子の断面図である。 適用例４にかかる磁壁移動素子の断面図である。 適用例５にかかる高周波デバイスの断面図である。

以下、本実施形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本実施形態の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。まず方向について定義する。各層が積層されている方向を、積層方向という場合がある。また積層方向と交差し、各層が広がる方向を面内方向という場合がある。

図１に示す磁気抵抗効果素子１０は、第１強磁性層１と第２強磁性層２と非磁性層３とを備える。非磁性層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間にある。以下、第１強磁性層１及び第２強磁性層２のそれぞれを区別しない場合に、単に強磁性層という場合がある。

磁気抵抗効果素子１０は、第１強磁性層１の磁化と第２強磁性層２の磁化の相対角の変化を抵抗値変化として出力する。第２強磁性層２の磁化は、例えば、第１強磁性層１の磁化より動きやすい。所定の外力を加えた場合に、第１強磁性層１の磁化の向きは変化せず（固定され）、第２強磁性層２の磁化の向きは変化する。第１強磁性層１の磁化の向きに対して第２強磁性層２の磁化の向きが変化することで、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値は変化する。この場合、第１強磁性層１は磁化固定層と言われ、第２強磁性層２は磁化自由層と言われる場合がある。第１強磁性層１は、磁化の安定性を高めるために、第２強磁性層２より下地となる基板側にあることが好ましい。

以下、第１強磁性層１が磁化固定層、第２強磁性層２が磁化自由層として説明するが、この関係は逆でもよい。また磁気抵抗効果素子１０は、第１強磁性層１の磁化と第２強磁性層２の磁化の相対角の変化を抵抗値変化として出力するため、第１強磁性層１の磁化と第２強磁性層２の磁化がいずれも動く構成（すなわち、第１強磁性層１と第２強磁性層２がいずれも磁化自由層）でもよい。

所定の外力を印加した際の第１強磁性層１の磁化と第２強磁性層２の磁化との動きやすさの差は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との保磁力の違いにより生じる。例えば、第２強磁性層２の厚みを第１強磁性層１の厚みより薄くすると、第２強磁性層２の保磁力が第１強磁性層１の保磁力より小さくなる。また例えば、第１強磁性層１の非磁性層３と反対側の面に、スペーサ層を介して、反強磁性層を設けてもよい。第１強磁性層１、スペーサ層、反強磁性層は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）となる。シンセティック反強磁性構造は、スペーサ層を挟む２つの磁性層からなる。第１強磁性層１と反強磁性層とが反強磁性カップリングすることで、反強磁性層を有さない場合より第１強磁性層１の保磁力が大きくなる。反強磁性層は、例えば、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等である。スペーサ層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む。

第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、強磁性体を含む。図１に示す磁気抵抗効果素子１０の第１強磁性層１は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群より選ばれる金属、これらの金属を一以上の含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ及びＮのうち少なくとも一種の元素とが含まれる合金を含む。例えば、第１強磁性層１は、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂである。第１強磁性層１は、ホイスラー合金からなってもよい。

図１に示す磁気抵抗効果素子１０は、第２強磁性層２（磁化自由層）がホイスラー合金を含むホイスラー合金層を含む。ホイスラー合金層は、例えばホイスラー合金からなる。また第２強磁性層２は、例えば、ホイスラー合金層からなる。

ホイスラー合金は、ＸＹＺまたはＸ_２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物である。Ｘ_２ＹＺで表記される強磁性のホイスラー合金は、フルホイスラー合金と言われ、ＸＹＺで表記される強磁性のホイスラー合金は、ハーフホイスラー合金と言われる。ハーフホイスラー合金は、フルホイスラー合金のＸサイトの原子の一部が空格子となったものである。いずれも、典型的には、ｂｃｃ構造を基本とした金属間化合物である。

図２は、ホイスラー合金の結晶構造の一例である。図２（ａ）〜（ｃ）は、フルホイスラー合金の結晶構造の一例であり、図２（ｄ）〜（ｆ）は、ハーフホイスラー合金の結晶構造の一例である。

図２（ａ）は、Ｌ２_１構造と言われる。Ｌ２_１構造は、Ｘサイトに入る元素、Ｙサイトに入る元素、及び、Ｚサイトに入る元素が固定されている。図２（ｂ）は、Ｌ２_１構造由来のＢ２構造と言われる。Ｂ２構造は、Ｙサイトに入る元素とＺサイトに入る元素とが混在し、Ｘサイトに入る元素が固定されている。図２（ｃ）は、Ｌ２_１構造由来のＡ２構造と言われる。Ａ２構造は、Ｘサイトに入る元素とＹサイトに入る元素とＺサイトに入る元素とが混在している。

図２（ｄ）は、Ｃ１_ｂ構造と言われる。Ｃ１_ｂ構造は、Ｘサイトに入る元素、Ｙサイトに入る元素、及び、Ｚサイトに入る元素が固定されている。図２（ｅ）は、Ｃ１_ｂ構造由来のＢ２構造と言われる。Ｂ２構造は、Ｙサイトに入る元素とＺサイトに入る元素とが混在し、Ｘサイトに入る元素が固定されている。図２（ｆ）は、Ｃ１_ｂ構造由来のＡ２構造と言われる。Ａ２構造は、Ｘサイトに入る元素とＹサイトに入る元素とＺサイトに入る元素とが混在している。

フルホイスラー合金においてはＬ２_１構造＞Ｂ２構造＞Ａ２構造の順に結晶性が高く、ハーフホイスラー合金においてはＣ１_ｂ構造＞Ｂ２構造＞Ａ２構造の順に、結晶性が高い。これらの結晶構造は結晶性の良さに違いはあるが、いずれも結晶である。アモルファスのホイスラー合金は、上記のいずれの結晶構造も確認されないが、化学量論組成式がＸＹＺまたはＸ_２ＹＺを満たす。

ここでＸは周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、ＹはＭｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属又はＸの元素種であり、ＺはＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。フルホイスラー合金は、例えば、Ｃｏ_２ＦｅＳｉ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ、Ｃｏ_２ＦｅＧａ、Ｃｏ_２ＦｅＡｌ、Ｃｏ_２ＦｅＧｅ_ｘＧａ_１−ｘ、Ｃｏ_２ＭｎＧｅ_ｘＧａ_１−ｘ、Ｃｏ_２ＭｎＳｉ、Ｃｏ_２ＭｎＧｅ、Ｃｏ_２ＭｎＧａ、Ｃｏ_２ＭｎＳｎ、Ｃｏ_２ＭｎＡｌ、Ｃｏ_２ＣｒＡｌ、Ｃｏ_２ＶＡｌ、Ｃｏ_２Ｍｎ_１−ａＦｅ_ａＡｌ_ｂＳｉ_１−ｂ等である。ハーフホイスラー合金は、例えば、ＮｉＭｎＳｅ、ＮｉＭｎＴｅ、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、ＣｏＦｅＳｂ、ＮｉＦｅＳｂ、ＲｈＭｎＳｂ、ＣｏＭｎＳｂ、ＩｒＭｎＳｂ、ＮｉＣｒＳｂである。

ホイスラー合金層に含まれるホイスラー合金は、例えば、Ｃｏ_２Ｙ_αＺ_βで表記される。Ｙは、例えば、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒからなる群から選択された１種以上の元素であり、Ｚは、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅからなる群から選択された１種以上の元素であり、α＋β＞２を満たす。Ｙは、Ｆｅが特に好ましい。αは、例えば、０．５＜α＜１．９であり、好ましくは０．８＜α＜１．３３であり、より好ましくは０．９＜α＜１．２である。βは、例えば、α＜β＜２αであり、α＜β＜１．５αである。

化学量論組成のフルホイスラー合金は、Ｃｏ_２ＹＺで表記される。α＋β＞２を満たすと、Ｃｏ組成比がＹサイトの元素より相対的に少なくなる。Ｃｏ組成比がＹサイトの元素より相対的に少ないと、Ｙサイトの元素がＸサイト（Ｃｏが入るサイト）の元素と置換されるアンチサイトを避けることができる。アンチサイトは、ホイスラー合金のフェルミレベルを変動させる。フェルミレベルが変動すると、ホイスラー合金のハーフメタル性が低下し、スピン分極率が低下する。スピン分極率の低下は、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比の低下の原因となる。

また、α＋β＞２．３を満たすことが更に好ましい。α＋β＞２．３を満たすことで、Ｃｏ組成比がＹサイトの元素より更に相対的に少なくなる。Ｃｏ組成比がＹサイトの元素より更に相対的に少ないと、Ｙサイトの元素がＸサイト（Ｃｏが入るサイト）の元素と置換されるアンチサイトを更に避けることができる。アンチサイトは、ホイスラー合金のフェルミレベルを変動させる。フェルミレベルが変動すると、ホイスラー合金のハーフメタル性が低下し、スピン分極率が低下する。スピン分極率の低下は、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比の低下の原因となる。

ホイスラー合金層は、結晶領域とアモルファス領域とを有する。ホイスラー合金層は、例えば、結晶領域とアモルファス領域とが混在している。結晶領域及びアモルファス領域は、一部が層状に存在してもよい。ホイスラー合金層は、結晶領域がアモルファス領域内に点在していてもよいし、アモルファス領域が結晶領域内に点在していてもよい。

結晶領域は、原子が規則的に配列された結晶構造を有する領域である。アモルファス領域は、原子の規則的な配列が確認されない領域である。結晶領域は、例えば、複数の結晶粒からなってもよい。複数の結晶粒のうち少なくとも一つの結晶粒の結晶軸の方向は、例えば、他の結晶粒の結晶軸の方向と異なる。また例えば、複数の結晶粒のそれぞれの結晶軸の方向が異なってもよい。結晶粒界では粒界抵抗が生じるため、結晶領域が複数の結晶粒からなるとホイスラー合金層全体の抵抗値が増加する。強磁性層の抵抗が増加すると、磁気抵抗効果素子のＭＲ比が大きくなる。

ホイスラー合金が結晶化しているか否かは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像（例えば高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡像：HAADF−STEM像）又は透過型電子線を用いた電子線回折像により判断できる。ホイスラー合金が結晶化していると、例えばＴＥＭで撮影したHAADF−STEM像で原子が規則的に配列している状態が確認できる。より詳細には、HAADF−STEM像のフーリエ変換像に、ホイスラー合金の結晶構造に由来するスポットが現れる。またホイスラー合金が結晶化していると、電子線回折像において（００１）面、（００２）面、（１１０）面、（１１１）面のうち少なくとも一つの面からの回折スポットが確認できる。少なくともいずれかの手段で結晶化が確認できた場合、ホイスラー合金の少なくとも一部が結晶化していると言える。

また、ホイスラー合金の結晶構造は、ＸＲＤ（Ｘ線回折法）、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子回折法）等により測定可能である。例えば、ＸＲＤの場合、ホイスラー合金がＬ２_１構造の場合、（２００）及び（１１１）ピークを示すが、Ｂ２構造の場合、（２００）ピークは示すが、（１１１）ピークは示さない。例えば、ＲＨＥＥＤの場合、ホイスラー合金がＬ２_１構造の場合、（２００）ストリーク及び（１１１）ストリークを示すが、Ｂ２構造の場合、（２００）ストリークは示すが、（１１１）ストリークは示さない。

磁気抵抗効果素子を構成する各層の組成分析は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）を用いて行うことができる。また、ＥＤＳ線分析を行えば、例えば、各材料の膜厚方向の組成分布を確認することができる。

また、ホイスラー合金の組成は、ＸＲＦ（蛍光Ｘ線法）、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析法、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）、ＡＥＳ（オージェ電子分光法）等により測定可能である。

ホイスラー合金層がアモルファス領域を有すると、強磁性層に生じる磁歪が低減される。磁歪は、強磁性体の磁化の変化により形状に歪みが生じる現象である。磁歪は、磁化の向きの変化によりスピン間の相互作用が変化し、それに伴い、弾性エネルギーが変化することで生じる。磁歪は、一般に結晶性が高いほど大きくなる。アモルファス領域が磁歪を緩和することで、ホイスラー合金層全体の磁歪が低減される。

ホイスラー合金層は、非磁性層３に接する。以下、ホイスラー合金層のうち非磁性層３に接する面を第１界面、第１界面と反対側の面を第２界面と称する。第２強磁性層２がホイスラー合金層からなる場合、第２強磁性層２の第１面２ａが第１界面であり、第２面２ｂが第２界面である。

第１界面は、例えば、結晶領域の割合がアモルファス領域の割合より多く、結晶領域からなってもよい。第１界面における結晶領域とアモルファス領域との割合は、磁気抵抗効果素子１０を積層方向に沿って切断した断面のＴＥＭ画像から判断する。具体的には、以下の手順で判断する。まず磁気抵抗効果素子１０を任意の１０か所で切断し、それぞれの第１界面におけるＴＥＭ画像をえる。それぞれのＴＥＭ画像において、上記の判断基準に従い、結晶領域とアモルファス領域の割合を求める。１０枚のＴＥＭ画像のうち６枚以上において結晶領域の割合がアモルファス領域の割合より多い場合、第１界面における結晶領域の割合がアモルファス領域の割合より多いとみなす。また１０枚のＴＥＭ画像全ての第１界面において結晶領域しか確認されない場合は、第１界面が結晶領域からなるとみなす。

第１界面における結晶領域の割合が高まると、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比が向上する。磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比は、第１強磁性層１及び第２強磁性層２のスピン分極率が高いと向上する。ホイスラー合金は、高いスピン分極率を有するという特徴を有する。ホイスラー合金の結晶性が高いほど、ホイスラー合金は理論値に近い高いスピン分極率を示す。非磁性層３に隣接する第１界面の結晶性が高いと、ホイスラー合金の高いスピン分極率が第１界面において維持され、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比が向上する。

また結晶領域の抵抗値は、アモルファス領域の抵抗値より低い。磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比を測定するための読み出し電流は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向に流れる。結晶領域の割合がアモルファス領域の割合より多い場合、第１界面のうちスピン分極率の高い結晶領域に読み出し電流が集中することで、出力される磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比が大きくなる。

また第１界面は、例えば、第２界面より結晶領域の割合が高い。例えば、第１界面から第２界面に向かうにつれて結晶領域の割合が減少する。磁気抵抗効果素子１０は、非磁性層３を挟む２つの強磁性層の磁化の相対角の違いを抵抗値として出力する。非磁性層３に接する第１界面における磁化の変化が、磁気抵抗効果素子のＭＲ比に与える影響は、非磁性層３から遠い第２界面における磁化の変化より大きい。非磁性層に接する第１界面の結晶性が高い磁気抵抗効果素子１０は、フェルミ面近傍におけるスピン分極率が高く、大きなＭＲ比を示す。

第１界面における結晶領域の割合は、上述の１０枚のＴＥＭ画像のそれぞれの第１界面における結晶領域の割合の平均値であり、第２界面における結晶領域の割合は、上述の１０枚のＴＥＭ画像のそれぞれの第２界面における結晶領域の割合の平均値である。

非磁性層３は、例えば、非磁性の金属からなる。非磁性層３は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒからなる群から選択されるいずれかの元素を含む金属又は合金である。非磁性層３は、例えば、主の構成元素としてＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒからなる群より選ばれるいずれかの元素を含む。主の構成元素とは、組成式において、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒが占める割合が５０％以上となることを意味する。非磁性層３は、Ａｇを含むことが好ましく、主の構成元素としてＡｇを含むことが好ましい。Ａｇはスピン拡散長が長いため、Ａｇを用いた磁気抵抗効果素子１０は、大きなＭＲ比を示す。

非磁性層３は、例えば、厚みが１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内である。非磁性層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との磁気的な結合を阻害する。

非磁性層３は、絶縁体又は半導体でもよい。非磁性の絶縁体は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、およびこれらのＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部がＺｎ、Ｂｅ等に置換された材料である。これらの材料は、バンドギャップが大きく、絶縁性に優れる。非磁性層３が非磁性の絶縁体からなる場合、非磁性層３はトンネルバリア層である。非磁性の半導体は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＧａＳｅ_２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２等である。

次いで、磁気抵抗効果素子１０の製造方法について説明する。図３は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の製造方法を説明するための模式図である。まず成膜の下地となる基板を準備する。基板は、結晶性を有しても、アモルファスでもよい。結晶性を有する基板としては、例えば、金属酸化物単結晶、シリコン単結晶、サファイア単結晶、セラミックがある。アモルファスの基板としては、例えば、熱酸化膜付シリコン単結晶、ガラス、石英がある。

次いで、基板上に、強磁性層１１を成膜する。強磁性層１１は、例えば、例えば、スパッタリング法で成膜される。強磁性層１１は、第１強磁性層１と同様の材料からなる。強磁性層１１は、成膜後にアニールされる。以下、強磁性層１１のアニールを第１アニールと称する。第１アニールにより強磁性層１１は結晶化し、第１強磁性層１となる。第１アニールの温度は、例えば、３００℃より高い温度である。

次いで、強磁性層１１の上に、非磁性層１３及び強磁性層１２Ａを成膜する。強磁性層１２Ａは、成膜後にアニールされる。以下、強磁性層１２Ａのアニールを第２アニールと称する。第２アニールの温度は、第１アニールの温度より低い。第２アニールの温度は、例えば、３００℃である。第２アニールにより強磁性層１２Ａの一部が結晶化する。第２アニールの温度は第１アニールの温度より低く、強磁性層１２Ａの中には結晶化しないアモルファスの領域が残る。

次いで、強磁性層１２Ａの上に、強磁性層１２Ｂを成膜する。強磁性層１２Ｂは、成膜後にアニールされる。以下、強磁性層１２Ｂのアニールを第３アニールと称する。第３アニールの温度は、第２アニールの温度より低い。第３アニールの温度は、例えば、２００℃以上３００℃未満であり、例えば２５０℃である。第３アニールにより強磁性層１２Ｂの一部が結晶化する。第３アニールの温度は第２アニールの温度より低く、強磁性層１２Ｂの結晶性は強磁性層１２Ａの結晶性より低くなる。

上記の手順により、強磁性層１１は第１強磁性層１に、非磁性層１３は非磁性層３に、強磁性層１２Ａ及び強磁性層１２Ｂは第２強磁性層２となり、磁気抵抗効果素子１０が作製される。強磁性層１２Ａの結晶性は強磁性層１２Ｂの結晶性より高く、第１界面における結晶領域の割合は第２界面より高くなる。また第１界面における結晶領域の割合は、第２アニールの温度によって自由に制御できる。

本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０は、第２強磁性層２がアモルファス領域を含むホイスラー合金層を有することで、磁歪を低減できる。磁歪は、磁気センサのノイズの原因となるため、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０によれば、感度の高い磁気センサを得ることができる。また第２強磁性層２は、ホイスラー合金層の中にアモルファス領域が含まれるため、製造時のアニール等により他の層の原子が拡散により侵入してこない。他の層からの原子拡散は、ホイスラー合金のスピン分極率の低下の原因となる。本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０は、ホイスラー合金層が高いスピン分極率が示し、大きなＭＲ比を示す。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。

上記の磁気抵抗効果素子は、第２強磁性層２のみがホイスラー合金層を有する場合を例示したが、第１強磁性層１がホイスラー合金層を有してもよい。第１強磁性層１がホイスラー合金層からなる場合、第１強磁性層１の第１面１ａが第１界面であり、第２面１ｂが第２界面である。第１面１ａは、第１強磁性層１の非磁性層３側の面であり、第２面１ｂは、第１強磁性層１の第１面１ａと反対側の面である。

磁化方向が変化する磁化自由層（第２強磁性層２）は、磁歪が生じやすい。これに対し、磁化方向が変化しにくい磁化固定層（第１強磁性層１）は、磁歪が生じにくい。しかしながら、磁化固定層であっても、まったく磁歪が生じないというわけではない。したがって、第１強磁性層１がホイスラー合金層を有することで、磁気抵抗効果素子１０の磁歪は低減する。

また第１強磁性層１及び第２強磁性層２が、いずれもホイスラー合金層を有してもよい。この場合、第１強磁性層１（本実施形態では磁化固定層）におけるホイスラー合金層は、例えば、第２強磁性層（本実施形態では磁化自由層）におけるホイスラー合金層より結晶領域の割合が多いことが好ましい。磁化固定層は、磁化の方向が変化しないため、磁歪が生じにくい。これに対し、磁化自由層は、磁化の方向が変化するため、磁歪が生じやすい。磁歪が生じやすい磁化自由層におけるホイスラー合金層のアモルファス領域の割合を増やすことで、磁歪をアモルファス領域で効率的に緩和し、磁気抵抗効果素子１０全体としての磁歪を低減できる。

第１強磁性層１がホイスラー合金層を有する場合は、第１アニールの温度を低く設定することで、第１強磁性層１内にアモルファス領域を形成できる。また強磁性層１１を成膜した後に、表面にレーザー等を照射することで、第１強磁性層１の第１界面における結晶領域の割合を増やすことができる。

図４は、第１変形例に係る磁気抵抗効果素子１５の断面図である。磁気抵抗効果素子１５は、第３強磁性層４をさらに有する点が、磁気抵抗効果素子１０と異なる。第３強磁性層４は、ホイスラー合金層の非磁性層３と対向する面と反対側の面に接する。図４は、第２強磁性層２がホイスラー合金層である場合の例であり、第２強磁性層２の非磁性層３と対向する面と反対側の面に、第３強磁性層４がある。また第１強磁性層１がホイスラー合金層の場合は、第１強磁性層１の非磁性層３と対向する面と反対側に第３強磁性層４がある。

第３強磁性層４は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ−Ａ合金である。Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ−Ａとは、コバルト、鉄、ボロン、及びＡ元素を含む合金であればよく、それぞれの組成比は問わない。Ａ元素は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択されるいずれか１つ以上の元素である。Ａ元素は、ＣｏＦｅＢの結晶構造内に侵入していていても、ＣｏＦｅＢの結晶のいずれかの元素と置換されていてもよい。Ａ元素は、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｔａからなる群から選択されるいずれかの元素であることが好ましく、Ｔａであることが特に好ましい。

Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ−Ａ合金は、成膜時にアモルファスである。Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ−Ａ合金は、成膜後のアニールによって一部結晶化するが、アモルファスの領域を含む。アモルファスの領域を含む第３強磁性層４がホイスラー合金層と接することで、磁気抵抗効果素子１５全体での磁歪がより抑制される。

第３強磁性層４のうち結晶化している領域（以下、結晶領域と称する）の少なくとも一部は、例えば、ホイスラー合金層の結晶領域と格子整合している。格子整合するとは、異なる層の界面において、原子が積層方向に連続的に配列していることを意味する。異なる層の界面における格子整合度は、例えば、５％以内である。格子整合度は、一方の層の格子定数を基準とした際の他方の層の格子定数のずれの程度である。第３強磁性層４とホイスラー合金層とが格子整合すると、界面における電子散乱が減少し、磁気抵抗効果素子１５の寄生抵抗を下げることができる。

またＡ元素は、ボロンを引き寄せる性質を有する。Ａ元素のうちＴｉ、Ｒｕ、Ｔａは、特にこの性質が強い。第３強磁性層４がＡ元素を含むと、アニール時に第３強磁性層４中に含まれるボロンが、ホイスラー合金層へ拡散することが抑制される。

図５は、第２変形例に係る磁気抵抗効果素子１６の断面図である。磁気抵抗効果素子１６は、第４強磁性層５をさらに有する点が、磁気抵抗効果素子１５と異なる。第４強磁性層５は、ホイスラー合金層の非磁性層３と対向する面に接する。図５は、第２強磁性層２がホイスラー合金層である場合の例であり、第２強磁性層２と非磁性層３との間に、第４強磁性層５がある。また第１強磁性層１がホイスラー合金層の場合は、第１強磁性層１と非磁性層３との間に第４強磁性層５がある。

第４強磁性層５は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ−Ａ合金を含み、第３強磁性層４と同様の材料からなる。第４強磁性層５は、ホイスラー合金層と非磁性層３との間の界面抵抗を大きくし、磁気抵抗効果素子１６のＭＲ比を大きくする。第４強磁性層５の膜厚は、例えば、第４強磁性層５を構成する材料のスピン拡散長以下である。磁気抵抗効果素子１５のＭＲ比は、非磁性層３を挟む２つの強磁性層の磁化の相対角によって決まる。第４強磁性層５の膜厚が厚いと、第４強磁性層５が磁気抵抗効果素子１５のＭＲ比に寄与する割合が高まるが、第４強磁性層５が十分薄いことで、スピン分極率が高い第２強磁性層２（ホイスラー合金層）の寄与を高めることができる。

図６は、第３変形例に係る磁気抵抗効果素子１７の断面図である。磁気抵抗効果素子１７は、第２非磁性層６をさらに有する点が、磁気抵抗効果素子１５と異なる。第２非磁性層６は、第３強磁性層４のホイスラー合金層と対向する面と反対側の面に接する。図６は、第２強磁性層２がホイスラー合金層である場合の例であり、第３強磁性層４の第２強磁性層２と反対側の面に第２非磁性層６がある。

第２非磁性層６は、ボロンと、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択されるいずれかの元素と、を含む。
Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕは、上述のＡ元素と同じである。ただし、第２非磁性層６に含まれるＡ元素と、第３強磁性層４に含まれるＡ元素は同じである必要はない。

第２非磁性層６は、例えば、非磁性の金属である。第２非磁性層６は、例えば、Ａ元素により構成された金属又は合金に、ボロンが添加されたものである。第２非磁性層６は、好ましくは、Ａ元素のうちＴｉ、Ｒｕ、Ｔａからなる群から選択されるいずれかの元素を含む。第２非磁性層６は、例えば、Ｔｉ、Ｒｕ、Ｔａからなる群から選択されるいずれかの元素を含む金属又は合金に、ボロン又はカーボンが添加されたものである。

第２非磁性層６は、例えば、成膜工程時にはボロンを含まない。つまりアニール工程前の第２非磁性層６は、例えば、Ａ元素の金属又は合金である。上述のようにＡ元素は、ボロンを引き寄せる性質を有する。第２非磁性層６は、アニール時にＡ元素がボロンを引き寄せ、ボロンを含有する。

第２非磁性層６は、アニール時にボロンがホイスラー合金層（例えば、第２強磁性層２）及び非磁性層３に拡散することを抑制する。ホイスラー合金層がボロンを含むと、ホイスラー合金層の結晶性が低下し、磁気抵抗効果素子１７のＭＲ比が低下する。また非磁性層３がボロンを含むと、非磁性層３の結晶性が低下し、磁気抵抗効果素子１７のＭＲ比が低下する。すなわち、第２非磁性層６は、第３強磁性層４に含まれるボロンが、ホイスラー合金層及び非磁性層３に拡散することを防ぎ、磁気抵抗効果素子１７のＭＲ比の低下を抑制する。

第１変形例から第３変形例のそれぞれの構成（第３強磁性層４、第４強磁性層５、第２非磁性層６）は、単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。また第１強磁性層１及び第２強磁性層２がそれぞれホイスラー合金層を含む場合は、それぞれ２層以上であってもよい。

上記の磁気抵抗効果素子１０、１５、１６、１７は、様々な用途に用いることができる。磁気抵抗効果素子１０、１５，１６，１７は、例えば、磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリ、高周波フィルタなどに適用できる。

次に、本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の適用例について説明する。なお、以下の適用例では、磁気抵抗効果素子として、磁気抵抗効果素子１０を用いているが、磁気抵抗効果素子はこれに限定されるものではない。

図７は、適用例１にかかる磁気記録素子１００の断面図である。図７は、積層方向に沿って磁気抵抗効果素子１０を切断した断面図である。

図７に示すように、磁気記録素子１００は、磁気ヘッドＭＨと磁気記録媒体Ｗとを有する。図７において、磁気記録媒体Ｗが延在する一方向をＸ方向とし、Ｘ方向と垂直な方向をＹ方向とする。ＸＹ面は、磁気記録媒体Ｗの主面と平行である。磁気記録媒体Ｗと磁気ヘッドＭＨとを結ぶ方向であって、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とする。

磁気ヘッドＭＨは、エアベアリング面（Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ：媒体対向面）Ｓが磁気記録媒体Ｗの表面と対向している。磁気ヘッドＭＨは、磁気記録媒体Ｗから一定の距離で離れた位置にて、磁気記録媒体Ｗの表面に沿って、矢印＋Ｘと矢印−Ｘの方向に移動する。磁気ヘッドＭＨは、磁気センサとして作用する磁気抵抗効果素子１０と磁気記録部（不図示）とを有する。抵抗測定器２１は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値を測定する。

磁気記録部は、磁気記録媒体Ｗの記録層Ｗ１に磁場を印加し、記録層Ｗ１の磁化の向きを決定する。すなわち、磁気記録部は、磁気記録媒体Ｗの磁気記録を行う。磁気抵抗効果素子１０は、磁気記録部によって書き込まれた記録層Ｗ１の磁化の情報を読み取る。

磁気記録媒体Ｗは、記録層Ｗ１と裏打ち層Ｗ２とを有する。記録層Ｗ１は磁気記録を行う部分であり、裏打ち層Ｗ２は書込み用の磁束を再び磁気ヘッドＭＨに還流させる磁路（磁束の通路）である。記録層Ｗ１は、磁気情報を磁化の向きとして記録している。

磁気抵抗効果素子１０の第２強磁性層２は、例えば、磁化自由層である。このため、エアベアリング面Ｓに露出した第２強磁性層２は、対向する磁気記録媒体Ｗの記録層Ｗ１に記録された磁化の影響を受ける。例えば、図７においては、記録層Ｗ１の＋Ｚ方向に向いた磁化の影響を受けて、第２強磁性層２の磁化の向きが＋Ｚ方向を向く。この場合、磁化固定層である第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが平行となる。

ここで、第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが平行の場合の抵抗と、第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが反平行の場合の抵抗とは異なる。平行の場合の抵抗値と反平行の場合の抵抗値の差が大きいほど、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比は大きくなる。本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０は、結晶化したホイスラー合金を含み、ＭＲ比が大きい。したがって、抵抗測定器２１によって、記録層Ｗ１の磁化の情報を抵抗値変化として正確に読み出すことができる。

磁気ヘッドＭＨの磁気抵抗効果素子１０の形状は特に制限はない。例えば、磁気抵抗効果素子１０の第１強磁性層１に対する磁気記録媒体Ｗの漏れ磁場の影響を避けるために、第１強磁性層１を磁気記録媒体Ｗから離れた位置に設置してもよい。

図８は、適用例２にかかる磁気記録素子１０１の断面図である。図８は、積層方向に沿って磁気記録素子１０１を切断した断面図である。

図８に示すように、磁気記録素子１０１は、磁気抵抗効果素子１０と電源２２と測定部２３とを有する。電源２２は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向に電位差を与える。電源２２は、例えば、直流電源である。測定部２３は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値を測定する。

電源２２により第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に電位差が生じると、磁気抵抗効果素子１０の積層方向に電流が流れる。電流は、第１強磁性層１を通過する際にスピン偏極し、スピン偏極電流となる。スピン偏極電流は、非磁性層３を介して、第２強磁性層２に至る。第２強磁性層２の磁化は、スピン偏極電流によるスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を受けて磁化反転する。第１強磁性層１の磁化の向きと第２強磁性層２の磁化の向きとの相対角が変化することで、磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値が変化する。磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値は、測定部２３で読み出される。すなわち、図８に示す磁気記録素子１０１は、スピントランスファートルク（ＳＴＴ）型の磁気記録素子である。

図８に示す磁気記録素子１０１は、第２強磁性層２がアモルファスのホイスラー合金を含み、磁歪が低減されているため、データの安定性に優れる。

図９は、適用例３にかかる磁気記録素子１０２の断面図である。図９は、積層方向に沿って磁気記録素子１０２を切断した断面図である。

図９に示すように、磁気記録素子１０２は、磁気抵抗効果素子１０とスピン軌道トルク配線８と電源２２と測定部２３とを有する。スピン軌道トルク配線８は、例えば、第２強磁性層２に接する。スピン軌道トルク配線８は、面内方向の一方向に延びる。電源２２は、スピン軌道トルク配線８の第１端と第２端とに接続されている。第１端と第２端とは、平面視で磁気抵抗効果素子１０を挟む。電源２２は、スピン軌道トルク配線８に沿って書き込み電流を流す。測定部２３は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値を測定する。

電源２２によりスピン軌道トルク配線８の第１端と第２端との間に電位差を生み出すと、スピン軌道トルク配線８の面内方向に電流が流れる。スピン軌道トルク配線８は、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する。スピン軌道トルク配線８は、例えば、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する金属、合金、金属間化合物、金属硼化物、金属炭化物、金属珪化物、金属燐化物のいずれかを含む。例えば、配線は、最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号３９以上の原子番号を有する非磁性金属を含む。

スピン軌道トルク配線８の面内方向に電流が流れると、スピン軌道相互作用によりスピンホール効果が生じる。スピンホール効果は、移動するスピンが電流の流れ方向と直交する方向に曲げられる現象である。スピンホール効果は、スピン軌道トルク配線８内にスピンの偏在を生み出し、スピン軌道トルク配線８の厚み方向にスピン流を誘起する。スピンは、スピン流によってスピン軌道トルク配線８から第２強磁性層２に注入される。

第２強磁性層２に注入されたスピンは、第２強磁性層２の磁化にスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を与える。第２強磁性層２は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）を受けて、磁化反転する。第１強磁性層１の磁化の向きと第２強磁性層２の磁化の向きとの相対角が変化することで、磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値が変化する。磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値は、測定部２３で読み出される。すなわち、図９に示す磁気記録素子１０２は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）型の磁気記録素子である。

図９に示す磁気記録素子１０２は、第２強磁性層２がアモルファスのホイスラー合金を含み、磁歪が低減されているため、データの安定性に優れる。

図１０は、適用例４にかかる磁壁移動素子（磁壁移動型磁気記録素子）の断面図である。磁壁移動素子１０３は、磁気抵抗効果素子１０と第１磁化固定層２４と第２磁化固定層２５とを有する。磁気抵抗効果素子１０は、第１強磁性層１と第２強磁性層２と非磁性層３からなる。図１０において、第２強磁性層２が延びる方向をＸ方向とし、Ｘ方向と垂直な方向をＹ方向とし、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とする。

第１磁化固定層２４及び第２磁化固定層２５は、第２強磁性層２の第１端と第２端に接続されている。第１端と第２端は、Ｘ方向に第１強磁性層１及び非磁性層３を挟む。

第２強磁性層２は、内部の磁気的な状態の変化により情報を磁気記録可能な層である。第２強磁性層２は、内部に第１磁区ＭＤ１と第２磁区ＭＤ２とを有する。第２強磁性層２のうち第１磁化固定層２４又は第２磁化固定層２５とＺ方向に重なる位置の磁化は、一方向に固定される。第１磁化固定層２４とＺ方向に重なる位置の磁化は例えば＋Ｚ方向に固定され、第２磁化固定層２５とＺ方向に重なる位置の磁化は例えば−Ｚ方向に固定される。その結果、第１磁区ＭＤ１と第２磁区ＭＤ２との境界に磁壁ＤＷが形成される。第２強磁性層２は、磁壁ＤＷを内部に有するができる。図１０に示す第２強磁性層２は、第１磁区ＭＤ１の磁化Ｍ_ＭＤ１が＋Ｚ方向に配向し、第２磁区ＭＤ２の磁化Ｍ_ＭＤ２が−Ｚ方向に配向している。

磁壁移動素子１０３は、第２強磁性層２の磁壁ＤＷの位置によって、データを多値又は連続的に記録できる。第２強磁性層２に記録されたデータは、読み出し電流を印加した際に、磁壁移動素子１０３の抵抗値変化として読み出される。

第２強磁性層２における第１磁区ＭＤ１と第２磁区ＭＤ２との比率は、磁壁ＤＷが移動すると変化する。第１強磁性層１の磁化Ｍ_１は、例えば、第１磁区ＭＤ１の磁化Ｍ_ＭＤ１と同じ方向（平行）であり、第２磁区ＭＤ２の磁化Ｍ_ＭＤ２と反対方向（反平行）である。磁壁ＤＷが＋Ｘ方向に移動し、Ｚ方向からの平面視で第１強磁性層１と重畳する部分における第１磁区ＭＤ１の面積が広くなると、磁壁移動素子１０３の抵抗値は低くなる。反対に、磁壁ＤＷが−Ｘ方向に移動し、Ｚ方向からの平面視で第１強磁性層１と重畳する部分における第２磁区ＭＤ２の面積が広くなると、磁壁移動素子１０３の抵抗値は高くなる。

磁壁ＤＷは、第２強磁性層２のＸ方向に書込み電流を流す、又は、外部磁場を印加することによって移動する。例えば、第２強磁性層２の＋Ｘ方向に書込み電流（例えば、電流パルス）を印加すると、電子は電流と逆の−Ｘ方向に流れるため、磁壁ＤＷは−Ｘ方向に移動する。第１磁区ＭＤ１から第２磁区ＭＤ２に向って電流が流れる場合、第２磁区ＭＤ２でスピン偏極した電子は、第１磁区ＭＤ１の磁化Ｍ_ＭＤ１を磁化反転させる。第１磁区ＭＤ１の磁化Ｍ_ＭＤ１が磁化反転することで、磁壁ＤＷが−Ｘ方向に移動する。

図１０に示す磁壁移動素子１０３は、第２強磁性層２がアモルファスのホイスラー合金を含み、磁歪が低減されているため、データの安定性に優れる。

図１１は、適用例５にかかる高周波デバイス１０４の模式図である。図１１に示すように、高周波デバイス１０４は、磁気抵抗効果素子１０と直流電源２６とインダクタ２７とコンデンサ２８と出力ポート２９と配線３０，３１を有する。

配線３０は、磁気抵抗効果素子１０と出力ポート２９とを繋ぐ。配線３１は、配線３０から分岐し、インダクタ２７及び直流電源２６を介し、グラウンドＧへ至る。直流電源２６、インダクタ２７、コンデンサ２８は、公知のものを用いることができる。インダクタ２７は、電流の高周波成分をカットし、電流の不変成分を通す。コンデンサ２８は、電流の高周波成分を通し、電流の不変成分をカットする。インダクタ２７は高周波電流の流れを抑制したい部分に配設し、コンデンサ２８は直流電流の流れを抑制したい部分に配設する。

磁気抵抗効果素子１０に含まれる強磁性層に交流電流または交流磁場を印加すると、第２強磁性層２の磁化は歳差運動する。第２強磁性層２の磁化は、第２強磁性層２に印加される高周波電流又は高周波磁場の周波数が、第２強磁性層２の強磁性共鳴周波数の近傍の場合に強く振動し、第２強磁性層２の強磁性共鳴周波数から離れた周波数ではあまり振動しない。この現象を強磁性共鳴現象という。

磁気抵抗効果素子１０の抵抗値は、第２強磁性層２の磁化の振動により変化する。直流電源２６は、磁気抵抗効果素子１０に直流電流を印加する。直流電流は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向に流れる。直流電流は、配線３０，３１、磁気抵抗効果素子１０を通りグラウンドＧへ流れる。磁気抵抗効果素子１０の電位は、オームの法則に従い変化する。磁気抵抗効果素子１０の電位の変化（抵抗値の変化）に応じて高周波信号が出力ポート２９から出力される。

図１１に示す高周波デバイス１０４は、第２強磁性層２がアモルファスのホイスラー合金を含み、磁歪が低減されているため、ノイズが少なく特定の周波数の高周波信号を発信できる。

１…第１強磁性層、１ａ，２ａ…第１面、１ｂ，２ｂ…第２面、２…第２強磁性層、３，１３…非磁性層、４…第３強磁性層、５…第４強磁性層、６…第２非磁性層、８…スピン軌道トルク配線、１０，１５，１６，１７…磁気抵抗効果素子、１１，１２Ａ，１２Ｂ…強磁性層、２１…抵抗測定器、２２…電源、２３…測定部、２４…第１磁化固定層、２５…第２磁化固定層、２６…直流電源、２７…インダクタ、２８…コンデンサ、２９…出力ポート、３０，３１…配線、１００，１０１，１０２…磁気記録素子、１０３…磁壁移動素子、１０４…高周波デバイス、ＤＷ…磁壁、ＭＤ１…第１磁区、ＭＤ２…第２磁区、Ｓｕｂ…基板

Claims (16)

1. 第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間にある非磁性層と、を備え、
   前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち少なくとも一方は、結晶領域とアモルファス領域とを有するホイスラー合金層を有する、磁気抵抗効果素子。
2. 前記ホイスラー合金層は、前記結晶領域と前記アモルファス領域とが混在している、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記ホイスラー合金層のうち前記非磁性層に接する第１界面は、前記結晶領域の割合が前記アモルファス領域の割合より多い、請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記ホイスラー合金層のうち前記非磁性層に接する第１界面は、前記結晶領域からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
5. 前記第１強磁性層が磁化固定層であり、前記第２強磁性層が磁化自由層であり、
   前記第２強磁性層が前記ホイスラー合金層を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
6. 前記第１強磁性層が磁化固定層であり、前記第２強磁性層が磁化自由層であり、
   前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層がいずれも前記ホイスラー合金層を有し、
   前記第１強磁性層における前記ホイスラー合金層は、前記第２強磁性層における前記ホイスラー合金層より前記結晶領域の割合が多い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
7. 基板をさらに有し、
   前記第１強磁性層は、前記第２強磁性層より前記基板の近くにある、請求項５又は６に記載の磁気抵抗効果素子。
8. 前記結晶領域は複数の結晶粒からなり、
   前記複数の結晶粒のうち少なくとも一つの結晶粒の結晶軸の方向は、他の結晶粒の結晶軸の方向と異なる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
9. 前記ホイスラー合金層のうち前記非磁性層に接する第１界面は、前記第１界面と反対側の第２界面より前記結晶領域の割合が多い、請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
10. 前記第１界面から前記第２界面に向かうにつれて、前記結晶領域の割合が減少する、請求項９に記載の磁気抵抗効果素子。
11. 前記ホイスラー合金層を構成するホイスラー合金は、Ｃｏ_２Ｙ_αＺ_βで表記され、
    前記Ｙは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒからなる群から選択された１種以上の元素であり、
    前記Ｚは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅからなる群から選択された１種以上の元素であり、
    α＋β＞２を満たす、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
12. 第３強磁性層をさらに備え、
    前記第３強磁性層は、前記ホイスラー合金層の前記非磁性層と対向する面と反対側の面に接し、
    前記第３強磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ−Ａ合金を含み、
    前記第３強磁性層に含まれるＡ元素は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択されるいずれか１つ以上の元素である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
13. 前記第３強磁性層は、少なくとも一部が結晶化しており、
    前記第３強磁性層の結晶領域の少なくとも一部は、前記ホイスラー合金層の結晶領域と格子整合している、請求項１２に記載の磁気抵抗効果素子。
14. 第４強磁性層をさらに備え、
    前記第４強磁性層は、前記ホイスラー合金層と前記非磁性層との間にあり、
    前記第４強磁性層は、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ−Ａ合金を含み、
    前記第４強磁性層に含まれるＡ元素は、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択されるいずれか１つ以上の元素である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
15. 前記第４強磁性層の膜厚は、前記第４強磁性層を構成する材料のスピン拡散長以下である、請求項１４に記載の磁気抵抗効果素子。
16. 第２非磁性層をさらに備え、
    前記第２非磁性層は、前記第３強磁性層の前記非磁性層と対向する面と反対側の面に接し、
    前記第２非磁性層は、Ｂと、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択されるいずれかの元素と、を含む、請求項１２又は１３に記載の磁気抵抗効果素子。

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