JP2022016846A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

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勝之 中田
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Abstract

【課題】ＭＲ比が大きな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、下地層と、保護層と、前記下地層と前記保護層との間にあり、第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層を前記下地層に近い側から順に備える積層体と、前記下地層と前記第１強磁性層との間、又は、前記第２強磁性層と前記保護層との間にある中間層と、を備え、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち前記中間層と接する強磁性層は、Ｃｏ基を含むホイスラー合金であり、前記中間層の主成分は、前記Ｃｏ基を含むホイスラー合金を構成する元素のうちＣｏ以外の元素である。【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、ホイスラー合金を含む磁気抵抗効果素子が記載されている。特許文献１に記載のホイスラー合金は、Ａｇからなる下地層と直接接している。
特開２０１２－１９０９１４号公報
特許文献１に記載の磁気抵抗効果素子は、ホイスラー合金を構成する元素と下地層を構成するＡｇとがアニールにより相互拡散する。そのため、特許文献１に記載の磁気抵抗効果素子は、期待したＭＲ比を達成することができない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ＭＲ比が大きな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の態様に係る磁気抵抗効果素子は、下地層と、保護層と、前記下地層と前記保護層との間にあり、第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層を前記下地層に近い側から順に備える積層体と、前記下地層と前記第１強磁性層との間、又は、前記第２強磁性層と前記保護層との間にある中間層と、を備え、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち前記中間層と接する強磁性層は、Ｃｏ基を含むホイスラー合金であり、前記中間層の主成分は、前記Ｃｏ基を含むホイスラー合金を構成する元素のうちＣｏ以外の元素である。
（２）上記態様に係る磁気抵抗効果素子において、前記中間層は、前記下地層と前記第１強磁性層との間、及び、前記第２強磁性層と前記保護層との間にあってもよい。
（３）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記下地層と前記第１強磁性層との間にある第１中間層は、前記第２強磁性層と前記保護層との間にある第２中間層より厚くてもよい。
（４）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記下地層と前記第１強磁性層との間にある第１中間層と、前記第２強磁性層と前記保護層との間にある第２中間層とは、構成元素又は構成元素の組成比が異なってもよい。
（５）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記中間層は、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂからなる群から選択される１つ以上の元素を含んでもよい。
（６）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記中間層は、ＧａとＧｅとのうちの少なくとも一方と、前記中間層に接する層を構成する元素と、を含んでもよい。
（７）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記中間層は、ＧａとＧｅとのうちの少なくとも一方と、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、を含んでもよい。
（８）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記中間層は、ＧａとＧｅとのうちの少なくとも一方と、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、を含んでもよい。
（９）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記中間層は、ＧａとＧｅとを共に含んでもよい。
（１０）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記中間層は、ＧａとＧｅとのうちの少なくとも一方を含み、前記中間層に含まれるＧａとＧｅの組成比率はそれぞれ５０％未満であってもよい。
（１１）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記中間層は、ＧａとＧｅとを共に含み、前記中間層において、Ｇｅの組成比は、Ｇａの組成比より多くてもよい。
（１２）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記Ｇｅの組成比は、前記Ｇａの組成比の２倍以上であってもよい。
（１３）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記中間層の結晶構造は、ｆｃｃ構造又はｂｃｃ構造であってもよい。
（１４）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記中間層の厚みは、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち薄い方の膜厚の半分以下であってもよい。
（１５）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記下地層と前記保護層とのうち前記中間層と接する層は、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂ、Ｃ、Ｔｉ、Ｔａからなる群から選択される１つ以上の元素を含んでもよい。
（１６）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子は、前記下地層を支持する基板をさらに備え、前記基板はアモルファスであってもよい。
（１７）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子は、前記第１強磁性層と前記非磁性層との間、又は、前記非磁性層と前記第２強磁性層との間に、層間層をさらに備え、前記層間層は、Ｇａ及びＧｅと、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、を含んでもよい。
本発明に係る磁気抵抗効果素子は、ＭＲ比が大きい。
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、基板Ｓｂと下地層４と保護層５と積層体Ｌと第１中間層６と第２中間層７とを備える。
基板Ｓｂは、結晶性を有する基板でも、アモルファスの基板でもよい。結晶性を有する基板は、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、セラミックである。アモルファスの基板は、例えば、熱酸化膜付シリコン単結晶、ガラス、石英である。基板Ｓｂがアモルファスだと、基板Ｓｂの結晶構造が積層体Ｌの結晶構造に与える影響を低減できる。磁気抵抗効果素子１０は、基板Ｓｂを除いて用いてもよい。
積層体Ｌ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。第１強磁性層１は、第２強磁性層２より下地層４の近くにある。
積層体Ｌ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。
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、Ｃｏ基を有するホイスラー合金である。Ｃｏ基を有するホイスラー合金とは、結晶構造を構成する元素の一つとしてＣｏ元素を含むホイスラー合金である。
ホイスラー合金は、ＸＹＺまたはＸ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物である。Ｘ２ＹＺ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、Ｌ２１構造と言われる。Ｌ２１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、Ｌ２１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、Ｌ２１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、Ｃ１ｂ構造と言われる。Ｃ１ｂ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、Ｃ１ｂ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、Ｃ１ｂ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Ｌ２１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Ｃ１ｂ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Ｘ２ＹＺを満たす。
ここでＸは、Ｃｏである。Ｙは、周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｖ、Ｃｒ又はＴｉ族の遷移金属又は貴金属である。Ｚは、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂから選択される１つ以上の元素である。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、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＧｅｘＧａ１－ｘ、Ｃｏ２ＭｎＧｅｘＧａ１－ｘ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＣｒＡｌ、Ｃｏ２ＶＡｌ、Ｃｏ２Ｍｎ１－ａＦｅａＡｌｂＳｉ１－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。
ホイスラー合金は、例えば、Ｃｏ２ＹαＺβ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種以上の元素である。上記組成式におけるαとβは、α＋β＞２を満たすことが好ましく、α＋β＞２．３を満たすことがさらに好ましい。Ｙは、Ｆｅが特に好ましい。
αとβが上記関係を満たすと、Ｃｏ組成比がＹサイトとＺサイトの元素の合計より相対的に少なくなる。Ｃｏ組成比がＹサイトとＺサイトの元素の合計より相対的に少ないと、Ｃｏのアンチサイトを抑制できる。Ｃｏのアンチサイトとは、Ｃｏが本来存在すべきＸサイトから他のサイトに侵入し、例えばＹサイトやＺサイトの元素と置き換わることである。Ｃｏのアンチサイトは、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。
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、主成分として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。主成分とは、組成式において所定の元素が占める割合が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、主成分として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、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、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、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等である。
下地層４は、基板Ｓｂと第１強磁性層１との間に位置している。下地層４は、下地層４の上に積層される上部の層の結晶性を高めるシード層である。下地層４は、単層でも複数層でもよい。下地層４は、検出用電流を流すための電極として利用してもよい。
下地層４は、例えば、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂ、Ｃ、Ｔｉ、Ｔａからなる群から選択される１つ以上の元素を含む。下地層４は、例えば、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、Ｂ、Ｃ、Ｔｉ、Ｔａからなる群から選択される１つ以上の元素と、を含んでもよい。
下地層４は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ａｌ、Ｗ、及びＰｔの少なくとも一つの金属元素を含む。また下地層４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層であってもよい。さらに下地層４は、（００１）配向した正方晶構造又は立方晶構造を有し、かつＡｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔの群から選択される少なくとも１つの元素を含む層であってもよい。下地層４は、これらの金属元素の合金、又はこれら金属元素の２種類以上を含む材料の積層体であってもよい。金属元素の合金には、例えば、立方晶系のＡｇＺｎ合金、ＡｇＭｇ合金、ＣｏＡｌ合金、ＦｅＡｌ合金及びＮｉＡｌ合金が含まれる。
保護層５は、積層体Ｌの上にある。保護層５は、第２強磁性層２を保護する。保護層５は、キャップ層ともいわれる。保護層５は、第２強磁性層２からの原子の拡散を抑制する。保護層５は、積層体Ｌの各層の結晶配向性にも寄与する。第１強磁性層１及び第２強磁性層２の磁化は、保護層５があると安定化し、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比が向上する。保護層５は、単層でも複数層でもよい。保護層５は、検出用電流を流すための電極として利用してもよい。
保護層５は、例えば、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂ、Ｃ、Ｔｉ、Ｔａからなる群から選択される１つ以上の元素を含む。保護層５は、例えば、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、Ｂ、Ｃ、Ｔｉ、Ｔａからなる群から選択される１つ以上の元素と、を含んでもよい。保護層５は、例えば、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｄ、及びＩｒから選択される１つ以上の元素を含んでもよい。保護層５は、例えば、上記の元素の単体金属、上記の元素を含む合金、又は上記の元素を含む層の積層体でもよい。
第１中間層６は、下地層４と第１強磁性層１との間にある。第１中間層６は、下地層４及び第１強磁性層１に接する。第１中間層６は、下地層４と第１強磁性層１との間の元素の相互拡散を防ぐ。
第１中間層６は、第１強磁性層１を構成するＣｏ基を含むホイスラー合金を構成する元素のうちＣｏ以外の元素を主成分として含む。例えば、Ｃｏ基を含むホイスラー合金がＣｏ２ＹαＺβで表記される場合、第１中間層６は主成分としてＹ元素とＺ元素とのうち少なくとも一方を有する。主成分とは、上述のように、組成式において所定の元素が占める割合が５０％以上であることを意味する。例えば、Ｃｏ基を含むホイスラー合金がＣｏ２ＹαＺβで表記される場合、第１中間層６の構成元素のうちの５０％以上がＹ元素であってもよいし、５０％以上がＺ元素であってもよいし、Ｙ元素とＺ元素の合計が構成元素の５０％以上を占めていてもよい。
第１中間層６が上記材料を主成分として含むと、第１強磁性層１のアンチサイトを抑制できる。第１中間層６を構成する元素の一部は、隣接する第１強磁性層１へ拡散する。第１中間層６を構成する主成分はＹ元素又はＺ元素であり、これらの元素の一部が第１強磁性層１へ拡散する。これらの元素が第１強磁性層１へ拡散すると、第１強磁性層１内におけるＣｏの存在比が低下する。上述のようにアンチサイトは、Ｃｏが本来存在すべきＸサイトから他のサイトへ移動することで生じる。第１強磁性層１内におけるＣｏの存在比が低いと、Ｃｏが他のサイトへ移動する前に他のサイトが埋まる確率が高まり、アンチサイトを抑制できる。
また第１中間層６が上記材料を主成分として含むと、第１強磁性層１の結晶性が向上する。第１中間層６と第１強磁性層１の構成元素が類似することで、第１中間層６と第１強磁性層１との間の格子整合性が高まるためである。
第１中間層６は、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂからなる群から選択される１つ以上の元素を含んでもよい。これらの元素は、例えば、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ等より融点が低く、拡散しやすい。第１強磁性層１を構成するホイスラー合金は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎ等を含む場合が多い。すなわち、第１強磁性層１から第１中間層６への元素拡散を抑制できる。また第１中間層６から第１強磁性層１にこれらの元素が拡散することで、第１強磁性層１におけるＣｏのアンチサイトを抑制できる。
また例えば、第１中間層６は、ＧａとＧｅとのうちの少なくとも一方と、第１中間層６に接する下地層４又は第１強磁性層１に含まれる元素と、を含んでもよい。第１中間層６を構成する元素が、隣接する下地層４及び第１強磁性層１を構成する元素と類似すると、第１中間層６と隣接する層との界面が連続的に繋がり、第１中間層６の結晶性が向上する。第１中間層６の結晶性が高いほど、積層体Ｌの結晶性が高くなる。
また例えば、第１中間層６は、ＧａとＧｅとのうちの少なくとも一方と、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、を含んでもよい。第１中間層６がこの元素の組み合わせの場合、第１中間層６と第１強磁性層１との格子整合性が高まる。格子整合性は、第１中間層６の格子定数を基準とした際の第１強磁性層１の格子定数のずれの程度である。
また例えば、第１中間層６は、Ｇａ及びＧｅと、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、を含んでもよい。第１中間層６がこの元素の組み合わせの場合、第１中間層６と第１強磁性層１との格子整合性が高まる。また、Ｇａが第１強磁性層１に拡散することで、第１強磁性層のアップスピンバンドの状態密度が増加し、ハーフメタル特性が向上する。また、Ｇｅが第１強磁性層に拡散することで、第１強磁性層１の抵抗率が高くなる。その結果、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比が向上する。さらに、後段の元素は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素でもよい。この場合、第１中間層６と第１強磁性層１との格子定数のずれを１％未満にできる。
また第１中間層６は、ＧａとＧｅとを共に含んでもよい。第１中間層６がＧａとＧｅを共に含むと、第１中間層６が立方晶構造になりやすい。第１強磁性層１を構成するホイスラー合金の結晶構造と、第１中間層６の結晶構造が類似すると、第１強磁性層１の結晶性が向上する。第１中間層６の結晶構造は、立方晶構造の中でもｆｃｃ構造又はｂｃｃ構造が好ましい。
第１中間層６中におけるＧａおよびＧｅの組成比率は、例えば、それぞれ５０％未満である。ＧａおよびＧｅの組成比率がこの範囲内の場合、第１中間層６が立方晶構造になりやすい。
第１中間層６がＧａとＧｅとを共に含む場合、Ｇｅの組成比は、Ｇａの組成比より多いことが好ましく、Ｇａの組成比の２倍以上であることがより好ましい。Ｇｅは、抵抗率が高い。第１中間層６に含まれるＧｅが多くなると、隣接する第１強磁性層１へＧｅの拡散確率が高くなる。その結果、第１強磁性層１の抵抗率が高くなり、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比が向上する。
第１中間層６の厚みは、例えば、第１強磁性層１と第２強磁性層２とのうち薄い方の厚みの半分以下である。第１中間層６は磁気抵抗変化に直接関わる層ではなく、第１中間層６の抵抗は磁気抵抗効果素子１０の寄生抵抗となる。磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比は、寄生抵抗が小さい方が大きくなる。第１中間層６の厚みが薄いと、磁気抵抗効果素子１０の寄生抵抗が小さくなる。
第２中間層７は、第２強磁性層２と保護層５との間にある。第２中間層７は、第２強磁性層２及び保護層５に接する。第２中間層７は、第２強磁性層２と保護層５との間の元素の相互拡散を防ぐ。
第２中間層７の構成は、第１中間層６と同様である。ただし、第２中間層７と接する層は、第２強磁性層２と保護層５である。したがって、上記の第１中間層６の説明のうち「下地層４」は「保護層５」に読み替えられ、「第１強磁性層１」は「第２強磁性層２」に読み替えらえる。
第１中間層６と第２中間層７とは、厚み、構成元素、構成元素の組成比が異なってもよい。例えば、第１中間層６は、第２中間層７より厚い。
磁気抵抗効果素子１０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Ｌ２１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Ｌ２１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。
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０は、公知の方法で作製できる。例えば、各層をスパッタリング法等で順に積層することで、磁気抵抗効果素子１０が得られる。
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０は、第１中間層６及び第２中間層７によって層間の元素の相互拡散を低減でき、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。
例えば、図３に示す第１変形例に係る磁気抵抗効果素子１１及び図４に示す第２変形例に係る磁気抵抗効果素子１２のように、第１中間層６と第２中間層７とのうちいずれか一方を有していなくてもよい。
第１変形例及び第２変形例に係る磁気抵抗効果素子１１、１２の場合、第１中間層６又は第２中間層７と接しない強磁性層は、Ｃｏ基を含むホイスラー合金でなくてもよい。磁気抵抗効果素子１１の場合は、第２強磁性層２が当該強磁性層であり、磁気抵抗効果素子１２の場合は、第１強磁性層１が当該強磁性層である。この強磁性層は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群より選ばれる金属、これらの金属のうちの一つ以上を含む合金、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でもよい。Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂは、これらの一例である。
また例えば、図５に示す第３変形例に係る磁気抵抗効果素子１３のように、第１強磁性層１と非磁性層３との間に第１層間層８、第２強磁性層２と非磁性層３との間に第２層間層９を有してもよい。第１層間層８と第２層間層９とは、いずれか一方のみでもよい。
第１層間層８及び第２層間層９は、例えば、Ｇａ及びＧｅと、Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、を含む。
第１層間層８及び第２層間層９は、非磁性層３と強磁性層との間の相互拡散を抑制し、磁気抵抗効果素子１３のＭＲ比を高める。
上記の磁気抵抗効果素子１０、１１、１２、１３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６は、適用例１にかかる磁気記録素子１００の断面図である。図６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６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６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６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、第１中間層６及び第２中間層７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７は、適用例２にかかる磁気記録素子１０１の断面図である。図７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７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７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７に示す磁気記録素子１０１は、磁気抵抗効果素子１０が第１中間層６及び第２中間層７を含むことで、ＭＲ比が大きい。
図８は、適用例３にかかる磁気記録素子１０２の断面図である。図８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８に示す磁気抵抗効果素子１０は、第１強磁性層１が磁化自由層であり、第２強磁性層２が磁化固定層である。
図８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ｗＳＯＴと電源２２と測定部２３とを有する。スピン軌道トルク配線ｗＳＯＴは、例えば、下地層４に接する。スピン軌道トルク配線ｗＳＯＴを下地層４としてもよい。スピン軌道トルク配線ｗＳＯＴ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ｗＳＯＴ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ｗＳＯＴ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ｗＳＯＴ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ｗＳＯＴの面内方向に電流が流れる。スピン軌道トルク配線ｗＳＯＴ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ｗＳＯＴ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ｗＳＯＴ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ｗＳＯＴ内にスピンの偏在を生み出し、スピン軌道トルク配線ｗＳＯＴ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ｗＳＯＴから第１強磁性層１に注入される。
第１強磁性層１に注入されたスピンは、第１強磁性層１の磁化にスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を与える。第１強磁性層１は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）を受けて、磁化反転する。第２強磁性層２の磁化の向きと第１強磁性層１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１０２は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）型の磁気記録素子である。
図８に示す磁気記録素子１０２は、磁気抵抗効果素子１０が第１中間層６及び第２中間層７を含むことで、ＭＲ比が大きい。
図９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。下地層４及び第１中間層６は、例えば、第１磁化固定層２４と第２磁化固定層２５との間にあり、第２強磁性層２と重なる位置にある。図９において、第１強磁性層１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１強磁性層１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２強磁性層２及び非磁性層３を挟む。
第１強磁性層１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１強磁性層１は、内部に第１磁区ＭＤ１と第２磁区ＭＤ２とを有する。第１強磁性層１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１強磁性層１は、磁壁ＤＷを内部に有するができる。図９に示す第１強磁性層１は、第１磁区ＭＤ１の磁化ＭＭＤ１が＋Ｚ方向に配向し、第２磁区ＭＤ２の磁化ＭＭＤ２が－Ｚ方向に配向している。
磁壁移動素子１０３は、第１強磁性層１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１強磁性層１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１強磁性層１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２強磁性層２の磁化Ｍ２は、例えば、第１磁区ＭＤ１の磁化ＭＭＤ１と同じ方向（平行）であり、第２磁区ＭＤ２の磁化ＭＭＤ２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２強磁性層２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２強磁性層２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１強磁性層１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１強磁性層１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ＭＭＤ１を磁化反転させる。第１磁区ＭＤ１の磁化ＭＭＤ１が磁化反転することで、磁壁ＤＷが－Ｘ方向に移動する。
図９に示す磁壁移動素子１０３は、磁気抵抗効果素子１０が第１中間層６及び第２中間層７を含むことで、ＭＲ比が大きい。
図１０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１０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１強磁性層１の磁化は歳差運動する。第１強磁性層１の磁化は、第１強磁性層１に印加される高周波電流又は高周波磁場の周波数が、第１強磁性層１の強磁性共鳴周波数の近傍の場合に強く振動し、第１強磁性層１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１強磁性層１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１０に示す高周波デバイス１０４は、磁気抵抗効果素子１０が第１中間層６及び第２中間層７を含むことでＭＲ比が大きいため、出力振幅が大きい。
（実施例１）
図１に示す磁気抵抗効果素子１０を、各構成を以下のようにして作製した。
基板Ｓｂ：ＭｇＯ単結晶基板、厚み０．５ｍｍ
下地層４：Ａｇ層、厚み１００ｎｍ
第１中間層６：Ｆｅ０．５０Ｇａ０．１６Ｇｅ０．３４層、厚み１．１ｎｍ
第１強磁性層１：Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６層、厚み１０ｎｍ
非磁性層３：Ａｇ層、厚み５ｎｍ
第２強磁性層２：Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６層、厚み８ｎｍ
第２中間層７：Ｆｅ０．４５Ｇａ０．１１Ｇｅ０．４４層、厚み０．５６ｎｍ
保護層５：Ｒｕ層、厚み５ｎｍ
まず基板Ｓｂ上に、スパッタリング法により下地層４を成膜した。下地層４を成膜した基板Ｓｂを２５０℃で３０分間加熱し、その後、室温まで放冷した。放冷後、基板Ｓｂに成膜した下地層４の上に第１中間層６をスパッタリング法で成膜した。
次いで、第１中間層６の上に、第１強磁性層１（Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６）を成膜した。第１強磁性層１の成膜は、ターゲットとして、Ｃｏ２Ｆｅ１Ｇａ０．５Ｇｅ０．５合金ターゲットとＧｅターゲットを用いた共スパッタリング法により行った。
第１強磁性層１の上に、非磁性層３（Ａｇ層）をスパッタリング法により成膜した。次いで、非磁性層３の上に、第２強磁性層２（Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６）を第１強磁性層１と同様に成膜した。さらに第２強磁性層２の上に、第２中間層７を第１中間層６と同様に成膜した。第２中間層７を成膜した基板Ｓｂを、４５０℃で１５分間加熱し、その後、室温まで放冷した。
放冷後、基板Ｓｂに成膜した第２強磁性層２の上に、保護層５（Ｒｕ層）を電子ビーム蒸着法により成膜した。このようして、図１に示す磁気抵抗効果素子１０を作製した。
実施例１の磁気抵抗効果素子のＭＲ比（磁気抵抗変化率）を測定した。実施例１のＭＲ比は、２７％だった。
ＭＲ比の評価は、以下の手順で行った。まずＥＢリソグラフィ、イオンミリング等の微細加工技術を用い、測定に適する形状を形成した。磁気抵抗効果素子１０の積層方向に一定電流を流した状態で、外部から磁気抵抗効果素子１０に磁場を掃引しながら磁気抵抗効果素子１０への印加電圧を電圧計によってモニターすることにより、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値変化を測定した。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値と、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値とを測定し、得られた抵抗値から下記の式より算出した。ＭＲ比の測定は、３００Ｋ（室温）で行った。
ＭＲ比（％）＝（ＲＡＰ－ＲＰ）／ＲＰ×１００
ＲＰは、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値であり、ＲＡＰは、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値である。
（比較例１）
比較例１は、第１中間層６と第２中間層７を有さない点が実施例１と異なる。その他の条件は、実施例１と同様にした。比較例１の磁気抵抗効果素子のＭＲ比は、１４％だった。
（実施例２）
実施例２は、第１層間層８及び第２層間層９を有する点が実施例１と異なる。実施例２の磁気抵抗効果素子の素子構成は、図５に示される構成と同じである。第１層間層８は、組成がＦｅ０．５０Ｇａ０．１６Ｇｅ０．３４であり、厚みが１．１ｎｍである。第２層間層９は、組成がＦｅ０．４５Ｇａ０．１１Ｇｅ０．４４層であり、厚みが０．５６ｎｍである。
その他の条件は、実施例１と同様にした。実施例２の磁気抵抗効果素子のＭＲ比は、３１％だった。
（実施例３）
実施例３は、第１中間層６及び第２中間層７を構成する材料が、実施例１と異なる。第１中間層６の組成はＦｅ０．６０Ｇａ０．４であり、第２中間層７の組成はＦｅ０．６０Ｇａ０．４である。実施例１の第１中間層６及び第２中間層７はいずれもＧａ元素とＧｅ元素を含むが、実施例３の第１中間層及び第２中間層はＧａ元素を含むがＧｅ元素を含まない。その他の条件は、実施例１と同様にした。実施例３の磁気抵抗効果素子のＭＲ比は、１６％だった。
（実施例４）
実施例４は、第１中間層６及び第２中間層７を構成する材料が、実施例１と異なる。第１中間層６の組成はＦｅ０．６０Ｇｅ０．４であり、第２中間層７の組成はＦｅ０．６０Ｇｅ０．４である。実施例１の第１中間層６及び第２中間層７はいずれもＧａ元素とＧｅ元素を含むが、実施例４の第１中間層及び第２中間層はＧｅ元素を含むがＧａ元素を含まない。その他の条件は、実施例１と同様にした。実施例４の磁気抵抗効果素子のＭＲ比は、１８％だった。
（実施例５）
実施例５は、第１中間層６及び第２中間層７を構成する材料が、実施例１と異なる。第１中間層６の組成はＦｅ０．５２Ｇａ０．２８Ｇｅ０．２０であり、第２中間層７の組成はＦｅ０．５０Ｇａ０．２８Ｇｅ０．２２である。実施例１の第１中間層６及び第２中間層７は、Ｇｅの組成比がＧａの組成比より多いが、実施例５の第１中間層６及び第２中間層７は、Ｇｅの組成比がＧａの組成比より少ない。その他の条件は、実施例１と同様にした。実施例５の磁気抵抗効果素子のＭＲ比は、２２％だった。
１…第１強磁性層、２…第２強磁性層、３…非磁性層、４…下地層、５…保護層、６…第１中間層、７…第２中間層、８…第１層間層、９…第２層間層、１０，１１，１２，１３…磁気抵抗効果素子、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、Ｓｂ…基板

Claims (17)

  1. 下地層と、
    保護層と、
    前記下地層と前記保護層との間にあり、第１強磁性層、非磁性層、第２強磁性層を前記下地層に近い側から順に備える積層体と、
    前記下地層と前記第１強磁性層との間、又は、前記第２強磁性層と前記保護層との間にある中間層と、を備え、
    前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち前記中間層と接する強磁性層は、Ｃｏ基を含むホイスラー合金であり、
    前記中間層の主成分は、前記Ｃｏ基を含むホイスラー合金を構成する元素のうちＣｏ以外の元素である、磁気抵抗効果素子。
  2. 前記中間層は、前記下地層と前記第１強磁性層との間、及び、前記第２強磁性層と前記保護層との間にある、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
  3. 前記下地層と前記第１強磁性層との間にある第１中間層は、前記第２強磁性層と前記保護層との間にある第２中間層より厚い、請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 前記下地層と前記第１強磁性層との間にある第１中間層と、前記第２強磁性層と前記保護層との間にある第２中間層とは、構成元素又は構成元素の組成比が異なる、請求項２又は３に記載の磁気抵抗効果素子。
  5. 前記中間層は、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂからなる群から選択される１つ以上の元素を含む、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. 前記中間層は、ＧａとＧｅとのうちの少なくとも一方と、前記中間層に接する層を構成する元素と、を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  7. 前記中間層は、
    ＧａとＧｅとのうちの少なくとも一方と、
    Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、
    を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  8. 前記中間層は、
    ＧａとＧｅとのうちの少なくとも一方と、
    Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、
    を含む、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. 前記中間層は、ＧａとＧｅとを共に含む、請求項７又は８に記載の磁気抵抗効果素子。
  10. 前記中間層は、ＧａとＧｅとのうちの少なくとも一方を含み、
    前記中間層に含まれるＧａとＧｅの組成比率はそれぞれ５０％未満である、請求項１～９のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  11. 前記中間層は、ＧａとＧｅとを共に含み、
    前記中間層において、Ｇｅの組成比は、Ｇａの組成比より多い、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. 前記Ｇｅの組成比は、前記Ｇａの組成比の２倍以上である、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
  13. 前記中間層の結晶構造は、ｆｃｃ構造又はｂｃｃ構造である、請求項１～１２のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  14. 前記中間層の厚みは、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち薄い方の膜厚の半分以下である、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. 前記下地層と前記保護層とのうち前記中間層と接する層は、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｔｅ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｂ、Ｃ、Ｔｉ、Ｔａからなる群から選択される１つ以上の元素を含む、請求項１～１４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  16. 前記下地層を支持する基板をさらに備え、
    前記基板はアモルファスである、請求項１～１５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  17. 前記第１強磁性層と前記非磁性層との間、又は、前記非磁性層と前記第２強磁性層との間に、層間層をさらに備え、
    前記層間層は、
    Ｇａ及びＧｅと、
    Ａｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｕからなる群から選択される１つ以上の元素と、を含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
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