JP2504234B2 - 磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法Info
- Publication number
- JP2504234B2 JP2504234B2 JP1299338A JP29933889A JP2504234B2 JP 2504234 B2 JP2504234 B2 JP 2504234B2 JP 1299338 A JP1299338 A JP 1299338A JP 29933889 A JP29933889 A JP 29933889A JP 2504234 B2 JP2504234 B2 JP 2504234B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- thin film
- nife
- dispersion
- magnetic anisotropy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、強磁性磁気抵抗効果(以下、MR効果と略
す)を利用して磁界を検出する磁気抵抗効果素子(以
下、MR素子と略す)に用いる強磁性磁気抵抗効果薄膜
(以下、MR膜と略す)およびその製造方法に関するもの
である。
す)を利用して磁界を検出する磁気抵抗効果素子(以
下、MR素子と略す)に用いる強磁性磁気抵抗効果薄膜
(以下、MR膜と略す)およびその製造方法に関するもの
である。
(従来の技術) MR効果を用いて磁界を検出するMR素子は、磁気センサ
ー、磁気ヘッド、回転検出素子、位置検出素子などとし
て現在盛んに用いられている。一般にMR素子材料として
挙げられるNiFeは、異方性磁界が4Oe程度と小さく非常
に良好な軟磁気特性を示す。このため磁気記録の分野に
おいては、微弱な信号磁界を読み出すMRヘッド用材料に
適しているとされてきた。しかし、今後さらに進展する
ことが予想される高記録密度化に対応するためには、よ
り大きなMR比を持つ材料が必要である。NiFeよりもMR比
が大きい材料としてNiCoが挙げられるが、異方性磁界の
値が大きく高感度MR素子には適していない。そこで、Ni
Feと、NiCoもしくはCo系合金を互いに積層させて高感度
MR材料を得ることが試みられている(特開昭64-64383号
広報)。この文献では各層厚を1nmから50nmの間に規定
している。
ー、磁気ヘッド、回転検出素子、位置検出素子などとし
て現在盛んに用いられている。一般にMR素子材料として
挙げられるNiFeは、異方性磁界が4Oe程度と小さく非常
に良好な軟磁気特性を示す。このため磁気記録の分野に
おいては、微弱な信号磁界を読み出すMRヘッド用材料に
適しているとされてきた。しかし、今後さらに進展する
ことが予想される高記録密度化に対応するためには、よ
り大きなMR比を持つ材料が必要である。NiFeよりもMR比
が大きい材料としてNiCoが挙げられるが、異方性磁界の
値が大きく高感度MR素子には適していない。そこで、Ni
Feと、NiCoもしくはCo系合金を互いに積層させて高感度
MR材料を得ることが試みられている(特開昭64-64383号
広報)。この文献では各層厚を1nmから50nmの間に規定
している。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら実際に、規定された各層厚(1〜50nm)
を持つNiFe/NiCo積層膜を作製し、磁気特性、MR特性を
測定したところ、試料によっては実用上問題となる磁気
異方性の分散が、NiFeに比べて大きいことが判明した。
ここで、磁気異方性分散の指標として、次の量を用い
た。
を持つNiFe/NiCo積層膜を作製し、磁気特性、MR特性を
測定したところ、試料によっては実用上問題となる磁気
異方性の分散が、NiFeに比べて大きいことが判明した。
ここで、磁気異方性分散の指標として、次の量を用い
た。
ΔR0/ΔRMAX≡(R0−R⊥)/(R‖−R⊥) R0:外部磁界がゼロの状態における電気抵抗値 R⊥:磁化の方向と電流方向が90°である場合の電気抵
抗値 R‖:磁化の方向と電流方向が平行である場合の電気抵
抗値 ΔR0/ΔRMAX値が1であるということは、R0=R‖で
あるから、外部磁界がゼロの状態において磁気異方性の
分散が無いことを意味している。
抗値 R‖:磁化の方向と電流方向が平行である場合の電気抵
抗値 ΔR0/ΔRMAX値が1であるということは、R0=R‖で
あるから、外部磁界がゼロの状態において磁気異方性の
分散が無いことを意味している。
ΔR0/ΔRMAX値が1に比べて小さくなるほど、その膜
の磁気異方性の分散は大きい。磁気異方性分散が大きい
場合、外部磁界が印加されていない状態においては、磁
化が電流方向から大きくばらついている。そのため膜の
電気抵抗は最大値R‖(磁化が電流方向と平行である場
合の電気抵抗値)よりも小さくなり、外部磁界変化によ
る実質的な電気抵抗変化は磁気異方性分散がない場合に
比べて小さくなってしまう。さらに、磁気異方性分散が
大きい膜は、R-H特性(外部磁界に対して電気抵抗が示
す特性)におけるヒステリシスが大きくなり、出力の不
安定化またはノイズが増加するといった問題点があっ
た。
の磁気異方性の分散は大きい。磁気異方性分散が大きい
場合、外部磁界が印加されていない状態においては、磁
化が電流方向から大きくばらついている。そのため膜の
電気抵抗は最大値R‖(磁化が電流方向と平行である場
合の電気抵抗値)よりも小さくなり、外部磁界変化によ
る実質的な電気抵抗変化は磁気異方性分散がない場合に
比べて小さくなってしまう。さらに、磁気異方性分散が
大きい膜は、R-H特性(外部磁界に対して電気抵抗が示
す特性)におけるヒステリシスが大きくなり、出力の不
安定化またはノイズが増加するといった問題点があっ
た。
本発明は、以上の点を鑑み、磁気異方性分散が小さ
く、しかもNiFeよりも大きなMR比を持つMR膜を提供しよ
うとするものである。
く、しかもNiFeよりも大きなMR比を持つMR膜を提供しよ
うとするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明のMR膜においては、NiFeを主成分とする合金層
とNiCoを主成分とする合金層が交互に積み重なった積層
膜において、積層周期(Ni82Fe12層厚とNi80Co20層厚と
の和)が6nm以上かつ12nm以下であることを特徴とす
る。
とNiCoを主成分とする合金層が交互に積み重なった積層
膜において、積層周期(Ni82Fe12層厚とNi80Co20層厚と
の和)が6nm以上かつ12nm以下であることを特徴とす
る。
また、本発明のMR膜の製造方法においては、NiFeを主
成分とする合金層を形成する第1の工程と、NiCoを主成
分とする合金層を形成する第2の工程とを交互に繰り返
し磁気抵抗効果薄膜を形成する方法において、前記第
1、および第2の工程における各合金層の成膜中の基板
温度が20℃から250℃の範囲に保持されていることを特
徴としている。
成分とする合金層を形成する第1の工程と、NiCoを主成
分とする合金層を形成する第2の工程とを交互に繰り返
し磁気抵抗効果薄膜を形成する方法において、前記第
1、および第2の工程における各合金層の成膜中の基板
温度が20℃から250℃の範囲に保持されていることを特
徴としている。
(作用) 多層膜の磁気特性は膜の積層構造によって大きく変化
するが、種々のNiFe/NiCo積層膜を検討した結果、ΔR0
/ΔRMAX値は膜の積層周期に大きく依存することがわか
った。また、特開昭64-64383号公報では成膜条件に対す
る規定はないが、実際にいくつかの成膜条件で作製した
ところ、成膜基板温度が磁気異方性分散に大きな影響を
及ぼすことがわかった。従って、磁気異方性分散の小さ
な積層膜を得るためには、積層周期および成膜基板温度
を最適化しなければならない。
するが、種々のNiFe/NiCo積層膜を検討した結果、ΔR0
/ΔRMAX値は膜の積層周期に大きく依存することがわか
った。また、特開昭64-64383号公報では成膜条件に対す
る規定はないが、実際にいくつかの成膜条件で作製した
ところ、成膜基板温度が磁気異方性分散に大きな影響を
及ぼすことがわかった。従って、磁気異方性分散の小さ
な積層膜を得るためには、積層周期および成膜基板温度
を最適化しなければならない。
本発明の磁気抵抗効果薄膜においては、磁気異方性分
散の小さいNiFe層と、NiFeよりも大きなMR比を示すが磁
気異方性分散の大きいNiCo層を交互に積層させている。
この結果、MR比はNiFe薄膜よりも大きい値を示し、しか
も積層周期を十分小さく(12nm以下)設定しているた
め、NiFe層とNiCo層の界面での磁気的相互作用が各層全
体に影響し、磁気異方性分散がNiFe薄膜と同程度に小さ
く抑えられている。しかしながら積層周期を6nm未満の
値に設定した場合、成膜後の膜は一様に合金化してしま
い、磁気異方性分散は同組成の合金値に等しくなってし
まう。従って本発明においては、積層周期は6〜12nmに
設定されている。
散の小さいNiFe層と、NiFeよりも大きなMR比を示すが磁
気異方性分散の大きいNiCo層を交互に積層させている。
この結果、MR比はNiFe薄膜よりも大きい値を示し、しか
も積層周期を十分小さく(12nm以下)設定しているた
め、NiFe層とNiCo層の界面での磁気的相互作用が各層全
体に影響し、磁気異方性分散がNiFe薄膜と同程度に小さ
く抑えられている。しかしながら積層周期を6nm未満の
値に設定した場合、成膜後の膜は一様に合金化してしま
い、磁気異方性分散は同組成の合金値に等しくなってし
まう。従って本発明においては、積層周期は6〜12nmに
設定されている。
成膜基板温度に関しては、250℃以下に設定すること
によってNiFe層とNiCo層の相互拡散を抑え、積層周期構
造を保つことによって磁気異方性分散の増大を抑制して
いる。しかしながら成膜基板温度を20℃未満とした場
合、後の実施例で述べるように試料のMR比が従来材料で
あるNiFeの値(〜3%)よりも小さくなってしまう。従
って本発明においては、成膜基板温度は20〜250℃に設
定されている。
によってNiFe層とNiCo層の相互拡散を抑え、積層周期構
造を保つことによって磁気異方性分散の増大を抑制して
いる。しかしながら成膜基板温度を20℃未満とした場
合、後の実施例で述べるように試料のMR比が従来材料で
あるNiFeの値(〜3%)よりも小さくなってしまう。従
って本発明においては、成膜基板温度は20〜250℃に設
定されている。
(実施例) 第4図に、本発明の一実施例を示す。
第4図において、到達真空度10-10Torr台にて、ガラ
ス基板1上にNi82Fe18(重量%)層とNi80Co20(重量
%)層を交互に蒸着した。成膜中のガラス基板1の温度
(以下成膜基板温度という)を20℃とし、成膜速度を約
6Å/sとした。Ni82Fe18(重量%)層とNi80Co20(重量
%)層の層厚比を1:1とし、積層周期(Ni82Fe18層厚とN
i80Co20層厚との和)がそれぞれ3nm、6nm、12nm、20nm
である試料を作製した。総膜厚は150nmとした。
ス基板1上にNi82Fe18(重量%)層とNi80Co20(重量
%)層を交互に蒸着した。成膜中のガラス基板1の温度
(以下成膜基板温度という)を20℃とし、成膜速度を約
6Å/sとした。Ni82Fe18(重量%)層とNi80Co20(重量
%)層の層厚比を1:1とし、積層周期(Ni82Fe18層厚とN
i80Co20層厚との和)がそれぞれ3nm、6nm、12nm、20nm
である試料を作製した。総膜厚は150nmとした。
次に、これらの積層膜2上にAu3を蒸着した(膜厚は2
40nm)。さらに、このAu蒸着膜上にフォトレジストパタ
ーンを形成し、Arガス雰囲気中でイオンエッチングを行
い、感磁部分である矩形状のパターン4およびセンス電
流を供給するための電極パターン5を形成した。ここ
で、エッチング条件は、加速電圧:500V、Arガス圧力:1
×10-4Torrである。さらに、このパターン上にマスクと
なるフォトレジストパターンを形成し選択化学エッチン
グを行うことによって、MR膜を長さ2mm、幅50μmの矩
形状のパターンに露出させ、MR素子を作製した。
40nm)。さらに、このAu蒸着膜上にフォトレジストパタ
ーンを形成し、Arガス雰囲気中でイオンエッチングを行
い、感磁部分である矩形状のパターン4およびセンス電
流を供給するための電極パターン5を形成した。ここ
で、エッチング条件は、加速電圧:500V、Arガス圧力:1
×10-4Torrである。さらに、このパターン上にマスクと
なるフォトレジストパターンを形成し選択化学エッチン
グを行うことによって、MR膜を長さ2mm、幅50μmの矩
形状のパターンに露出させ、MR素子を作製した。
このように作製されたMR素子において、前述のΔR0/
ΔRMAX値を測定した結果を第1図に示す。積層周期が6n
mおよび12nmの試料においてはΔR0/ΔRMAXは0.9以上の
値となり、磁気異方性分散はほとんど無いことがわか
る。しかしながら積層周期が20nmの試料では、特開昭64
-64383号公報で規定されている積層周期範囲内であるに
もかかわらず、ΔR0/ΔRMAXが0.5程度に小さくなって
いる。すなわち磁気異方性分散が大きくMR素子材料とし
て適さない。また、積層周期3nmの試料においてもΔR0
/ΔRMAXは小さく、同組成の合金膜の値となっている。
この試料においては層間の拡散により膜全体が合金化し
ていると考えられる。
ΔRMAX値を測定した結果を第1図に示す。積層周期が6n
mおよび12nmの試料においてはΔR0/ΔRMAXは0.9以上の
値となり、磁気異方性分散はほとんど無いことがわか
る。しかしながら積層周期が20nmの試料では、特開昭64
-64383号公報で規定されている積層周期範囲内であるに
もかかわらず、ΔR0/ΔRMAXが0.5程度に小さくなって
いる。すなわち磁気異方性分散が大きくMR素子材料とし
て適さない。また、積層周期3nmの試料においてもΔR0
/ΔRMAXは小さく、同組成の合金膜の値となっている。
この試料においては層間の拡散により膜全体が合金化し
ていると考えられる。
以上のように、積層周期を6nm以上かつ12nm以下とし
て作製されたMR素子は、磁気異方性分散がほとんどなく
出力が安定している優れた素子であることがわかった。
て作製されたMR素子は、磁気異方性分散がほとんどなく
出力が安定している優れた素子であることがわかった。
次に、本発明の他の実施例について説明する。
第4図において、到達真空度10-10Torr台にて、ガラ
ス基板1上にNi82Fe18(重量%)層とNi80Co20(重量
%)層を交互に蒸着した。この際、成膜基板温度をそれ
ぞれ−100℃、20℃、150℃、250℃、350℃、400℃、と
した。成膜速度は約6Å/sである。また。Ni85Fe15(重
量%)層とNi70Co30(重量%)層の層厚をそれぞれ2n
m、4nmとし(積層周期は6nm)、総膜厚を150nmとした。
ス基板1上にNi82Fe18(重量%)層とNi80Co20(重量
%)層を交互に蒸着した。この際、成膜基板温度をそれ
ぞれ−100℃、20℃、150℃、250℃、350℃、400℃、と
した。成膜速度は約6Å/sである。また。Ni85Fe15(重
量%)層とNi70Co30(重量%)層の層厚をそれぞれ2n
m、4nmとし(積層周期は6nm)、総膜厚を150nmとした。
次に、これらの積層膜上にAu3を蒸着した(膜厚は240
nm)。さらに、このAu蒸着膜上にフォトレジストパター
ンを形成し、Arガス雰囲気中でイオンエッチングを行
い、感磁部分である矩形状のパターン4およびセンス電
流を供給するための電極パターン5を形成した。ここ
で、エッチング条件は、加速電圧:500V、Arガス圧力:1
×10-4Torrである。さらに、このパターン上にマスクと
なるフォトレジストパターンを形成し選択化学エッチン
グを行うことによって、MR膜を長さ2mm、幅50μmの矩
形状のパターンに露出させ、MR素子を作製した。
nm)。さらに、このAu蒸着膜上にフォトレジストパター
ンを形成し、Arガス雰囲気中でイオンエッチングを行
い、感磁部分である矩形状のパターン4およびセンス電
流を供給するための電極パターン5を形成した。ここ
で、エッチング条件は、加速電圧:500V、Arガス圧力:1
×10-4Torrである。さらに、このパターン上にマスクと
なるフォトレジストパターンを形成し選択化学エッチン
グを行うことによって、MR膜を長さ2mm、幅50μmの矩
形状のパターンに露出させ、MR素子を作製した。
このように作製されたMR素子において、前述のΔR0/
ΔRMAX値を測定した結果を第2図に示す。成膜基板温度
が−100℃から250℃の試料においてはΔR0/ΔRMAXは0.
9以上の値となり、磁気異方性分散はほとんど無いこと
がわかる。しかし350℃および400℃の試料ではΔR0/Δ
RMAXが0.5程度に小さくなっている。すなわち異方性分
散が大きくなっている。次に、同試料においてMR比を測
定した結果を第3図に示す。成膜基板温度−100℃の試
料においてはMR比は2.7%であり、従来材料のNiFe(150
nm厚)に比べて小さな値となっているが、成膜基板温度
20℃以上の試料においてはNiFe以上の値となっている。
ΔRMAX値を測定した結果を第2図に示す。成膜基板温度
が−100℃から250℃の試料においてはΔR0/ΔRMAXは0.
9以上の値となり、磁気異方性分散はほとんど無いこと
がわかる。しかし350℃および400℃の試料ではΔR0/Δ
RMAXが0.5程度に小さくなっている。すなわち異方性分
散が大きくなっている。次に、同試料においてMR比を測
定した結果を第3図に示す。成膜基板温度−100℃の試
料においてはMR比は2.7%であり、従来材料のNiFe(150
nm厚)に比べて小さな値となっているが、成膜基板温度
20℃以上の試料においてはNiFe以上の値となっている。
以上のように、成膜基板温度を20℃から250℃の間に
設定した作製されたMR素子は、磁気異方性分散がほとん
どなく、MR比もNiFe以上の値を持ち、出力が安定してい
る優れた素子であることがわかった。
設定した作製されたMR素子は、磁気異方性分散がほとん
どなく、MR比もNiFe以上の値を持ち、出力が安定してい
る優れた素子であることがわかった。
なお、上記実施例では、成膜方法として蒸着法を用い
たが、スパッタ法によってもかまわない。
たが、スパッタ法によってもかまわない。
(発明の効果) 上述したように、本発明のNiFe/NiCo積層膜において
は磁気異方性の分散が少ないため、この膜を用いること
によって出力の安定したMR素子を実現することができ
る。
は磁気異方性の分散が少ないため、この膜を用いること
によって出力の安定したMR素子を実現することができ
る。
第1図は本発明にかかわる積層膜の磁気異方性分散の積
層周期依存性を示す図である。また第2図、第3図はそ
れぞれ磁気異方性分散およびMR比の成膜基板温度依存性
を示す図である。また第4図は本発明の一実施例を示す
図である。 第4図において、 1:ガラス基板、2:Ni-Fe/Ni-Co積層膜(MR膜)、3:Au
膜、4:感磁部分である矩形状のパターン、5:電極であ
る。
層周期依存性を示す図である。また第2図、第3図はそ
れぞれ磁気異方性分散およびMR比の成膜基板温度依存性
を示す図である。また第4図は本発明の一実施例を示す
図である。 第4図において、 1:ガラス基板、2:Ni-Fe/Ni-Co積層膜(MR膜)、3:Au
膜、4:感磁部分である矩形状のパターン、5:電極であ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】NiFeを主成分とする合金層とNiCoを主成分
とする合金層が交互に積み重なった積層膜からなる磁気
抵抗効果薄膜において、積層周期が6nm以上かつ12nm以
下であることを特徴とする磁気抵抗効果薄膜。 - 【請求項2】NiFeを主成分とする合金層を形成する第1
の工程と、NiCoを主成分とする合金層を形成する第2の
工程とを交互に繰り返し磁気抵抗効果薄膜を形成する方
法において、前記第1、および第2の工程における各合
金層の成膜中の基板温度が20℃から250℃の範囲に保持
されていることを特徴とする磁気抵抗効果薄膜の製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1299338A JP2504234B2 (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1299338A JP2504234B2 (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03159282A JPH03159282A (ja) | 1991-07-09 |
JP2504234B2 true JP2504234B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=17871262
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1299338A Expired - Fee Related JP2504234B2 (ja) | 1989-11-17 | 1989-11-17 | 磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2504234B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111740010B (zh) * | 2020-06-18 | 2022-11-15 | 电子科技大学 | 一种基于多层磁性复合结构的各向异性磁电阻 |
-
1989
- 1989-11-17 JP JP1299338A patent/JP2504234B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH03159282A (ja) | 1991-07-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2654316B2 (ja) | 磁気抵抗センサ | |
US7026063B2 (en) | Spin-valve type magnetoresistance sensor and thin-film magnetic head | |
US6295186B1 (en) | Spin-valve magnetoresistive Sensor including a first antiferromagnetic layer for increasing a coercive force and a second antiferromagnetic layer for imposing a longitudinal bias | |
JP3447468B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法並びにそれを用いた磁気ヘッド | |
US5258884A (en) | Magnetoresistive read transducer containing a titanium and tungsten alloy spacer layer | |
US7283334B2 (en) | Method for fabricating seed layer for spin valve sensor for magnetic heads for hard disk drives | |
US20050105221A1 (en) | Magnetoresistive-effect thin film, magnetoresistive-effect element, and magnetoresistive-effect magnetic head | |
JP2001217482A (ja) | 磁気センサ及びそれを使用する磁気記憶装置 | |
JP2004164837A (ja) | ピン固定磁気層のプラズマ平滑化による強化gmr磁気ヘッド及びその製造方法 | |
US20010047930A1 (en) | Method of producing exchange coupling film and method of producing magnetoresistive sensor by using the exchange coupling film | |
EP0910800A2 (en) | A magnetic field sensor and method of manufacturing a magnetic field sensor | |
JP4038839B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 | |
JP2504234B2 (ja) | 磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法 | |
JP2008034784A (ja) | トンネル型磁気検出素子及びその製造方法 | |
KR20050051655A (ko) | 자기 저항 효과 소자, 이 제조 방법 및 사용 방법 | |
JPH0963021A (ja) | スピンバルブ構造を有する磁気抵抗効果素子及びその製造方法 | |
JP3089674B2 (ja) | 反強磁性膜及びこれを用いた磁気ヘッド | |
JPH08235540A (ja) | 多層磁気抵抗効果膜および磁気ヘッド | |
US8124253B2 (en) | Tunneling magnetic sensing element including MGO film as insulating barrier layer | |
JP2002280641A (ja) | 交換結合膜及び前記交換結合膜を用いた磁気検出素子 | |
JP3028585B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
JPH042185A (ja) | 磁気抵抗効果薄膜 | |
JPH10289421A (ja) | 磁気抵抗効果多層膜の製造方法 | |
JP2545935B2 (ja) | 磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法 | |
JP2001006932A (ja) | 磁気抵抗効果膜とこれを用いた磁気読取りセンサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |