JP2545935B2 - 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
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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）に関するものである。
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）に関するものである。
（従来の技術） 周知の如く、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。このMR
素子の主要部分であるMR膜には、NiFeまたはNiCo合金薄
膜が広く用いられてきた。特に、NiFeは、異方性磁界が
40e程度と小さく、非常に良好な軟磁気特性を示すた
め、外部からの印加磁界に対する磁化の応答が良く、例
えば、MR効果を用いて微弱な信号磁界を読み出すMRヘッ
ドには最適であるとされてきた。
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。このMR
素子の主要部分であるMR膜には、NiFeまたはNiCo合金薄
膜が広く用いられてきた。特に、NiFeは、異方性磁界が
40e程度と小さく、非常に良好な軟磁気特性を示すた
め、外部からの印加磁界に対する磁化の応答が良く、例
えば、MR効果を用いて微弱な信号磁界を読み出すMRヘッ
ドには最適であるとされてきた。
（発明が解決しようとする課題） ところで、現在、MR素子の高感度・高出力化が重要な
課題となっている。特に磁気記録の分野において、記録
密度の向上のためには、MRヘッドの磁界感度を高め、再
生出力を大きくすることが急務である。このためには、
MR膜において、より大きなMR比Δρ／ρ（最大比抵抗変
化量Δρと比抵抗の平均値の比）と良好な軟磁気特性が
必要とされる。特に、MRヘッドにおいては、磁界に対す
る線形応答性が必要とされるため、バイアス磁界をMR膜
に印加するが、その際、バイアスのかかり易さの点か
ら、MR膜の異方性磁界は約10Oe以下であることが望まし
い。
課題となっている。特に磁気記録の分野において、記録
密度の向上のためには、MRヘッドの磁界感度を高め、再
生出力を大きくすることが急務である。このためには、
MR膜において、より大きなMR比Δρ／ρ（最大比抵抗変
化量Δρと比抵抗の平均値の比）と良好な軟磁気特性が
必要とされる。特に、MRヘッドにおいては、磁界に対す
る線形応答性が必要とされるため、バイアス磁界をMR膜
に印加するが、その際、バイアスのかかり易さの点か
ら、MR膜の異方性磁界は約10Oe以下であることが望まし
い。
従来のMR膜であるNiFeよりも大きなΔρ／ρを持つ系
としてはNiCoが知られている（フジツウ サイエンス
アンド テクニカル ジャーナル、1974年、123ペー
ジ）が、磁気異方性が強く（異方性磁界〜200e）、軟磁
気特性がNiFeに較べてかなり劣っているため、高感度・
高出力のMR材料としては利用できないという問題点があ
った。
としてはNiCoが知られている（フジツウ サイエンス
アンド テクニカル ジャーナル、1974年、123ペー
ジ）が、磁気異方性が強く（異方性磁界〜200e）、軟磁
気特性がNiFeに較べてかなり劣っているため、高感度・
高出力のMR材料としては利用できないという問題点があ
った。
本発明は、以上の点に鑑み、NiFeよりも大きなMR比を
持ち、しかも異方性磁界の値が小さく良好な軟磁気特性
を示し、高感度・高出力のMR素子に適するMR材料を提供
しようとするものである。
持ち、しかも異方性磁界の値が小さく良好な軟磁気特性
を示し、高感度・高出力のMR素子に適するMR材料を提供
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、Ni、Fe、Coを主成分とし、
Niの組成比が80重量％以上83重量％以下であり、しかも
Coの組成比が６重量％以上９重量％以下であることを特
徴としている。
Niの組成比が80重量％以上83重量％以下であり、しかも
Coの組成比が６重量％以上９重量％以下であることを特
徴としている。
また、本発明のMR膜の製造にあたって、Ni、Fe、Coを
主成分とするMR膜の作製時でパタン化工程の前に200℃
以上400℃未満の熱処理を行うことによって、MR比5.1％
以上のMR膜を得ることができる。なお、熱処理によって
はMR膜の異方性磁界は影響を受けることがなく、第２図
に示すように本発明のMR膜では10Oe以下を実現できる。
主成分とするMR膜の作製時でパタン化工程の前に200℃
以上400℃未満の熱処理を行うことによって、MR比5.1％
以上のMR膜を得ることができる。なお、熱処理によって
はMR膜の異方性磁界は影響を受けることがなく、第２図
に示すように本発明のMR膜では10Oe以下を実現できる。
（作用） 本発明において、Ni、Fe、Coを主成分とする合金膜を
採用し、組成範囲を上記の如く限定した理由、およびMR
膜に熱処理を施すことを指定した理由について述べる。
採用し、組成範囲を上記の如く限定した理由、およびMR
膜に熱処理を施すことを指定した理由について述べる。
MR材料として用いられるNiFe（Ni:80〜83重量％）合
金は、比較的大きなMR比と、低磁歪および良好な軟磁気
特性を有している。一方、NiとCoが同様の組成比を持つ
NiCo合金は、非常に大きなMR比を示すが、軟磁気特性は
NiFeに較べてかなり劣っている。それ故、Ni、Fe、Coを
主成分とし、Niの組成比が80〜83重量％である合金薄膜
においては、Co濃度を選択することによって、NiFeの持
つ良好な軟磁気特性を保ちつつ、NiCoの持つ大きなMR比
を実現する可能性が考えられる。
金は、比較的大きなMR比と、低磁歪および良好な軟磁気
特性を有している。一方、NiとCoが同様の組成比を持つ
NiCo合金は、非常に大きなMR比を示すが、軟磁気特性は
NiFeに較べてかなり劣っている。それ故、Ni、Fe、Coを
主成分とし、Niの組成比が80〜83重量％である合金薄膜
においては、Co濃度を選択することによって、NiFeの持
つ良好な軟磁気特性を保ちつつ、NiCoの持つ大きなMR比
を実現する可能性が考えられる。
第１図に、この三元合金膜におけるCo濃度とMR比Δρ
／ρとの関係を示す。各Co濃度の膜において、熱処理後
のΔρ／ρ（○）は、熱処理前のΔρ／ρ（●）よりも
大きくなっている。また、熱処理後の膜においては、Co
濃度が６重量％以上では、Δρ／ρはほとんど変化しな
いことがわかる。なお、熱処理温度に関しては200℃か
ら400℃の間で、ほとんど同じ処理効果が得られる。一
般に蒸着直後の膜においては、多分に含まれる構造欠陥
によって、MR比の値は、本来膜が持っている値よりも小
さくなっているが、アニールすることによって構造欠陥
が解消し、本来の値に戻ると考えられている。よって、
Co濃度が６重量％以上の膜では、本来のMR比には、ほと
んど差がみられないと結論できる。
／ρとの関係を示す。各Co濃度の膜において、熱処理後
のΔρ／ρ（○）は、熱処理前のΔρ／ρ（●）よりも
大きくなっている。また、熱処理後の膜においては、Co
濃度が６重量％以上では、Δρ／ρはほとんど変化しな
いことがわかる。なお、熱処理温度に関しては200℃か
ら400℃の間で、ほとんど同じ処理効果が得られる。一
般に蒸着直後の膜においては、多分に含まれる構造欠陥
によって、MR比の値は、本来膜が持っている値よりも小
さくなっているが、アニールすることによって構造欠陥
が解消し、本来の値に戻ると考えられている。よって、
Co濃度が６重量％以上の膜では、本来のMR比には、ほと
んど差がみられないと結論できる。
次に、第２図に、Co濃度と異方性磁界との関係を示
す。異方性磁界はCo濃度の増加とともに増大する。特
に、Co濃度が９重量％あたりで増加の割合が大きくなっ
ており、それ以上のCo濃度の膜においては、異方性磁界
はNiFeの３倍以上の大きな値となっており、MR材料には
適さないことがわかる。なお、異方性磁界の値は熱処理
によって変化せず、熱処理は磁気異方性に悪影響を及ぼ
さないことがわかる。
す。異方性磁界はCo濃度の増加とともに増大する。特
に、Co濃度が９重量％あたりで増加の割合が大きくなっ
ており、それ以上のCo濃度の膜においては、異方性磁界
はNiFeの３倍以上の大きな値となっており、MR材料には
適さないことがわかる。なお、異方性磁界の値は熱処理
によって変化せず、熱処理は磁気異方性に悪影響を及ぼ
さないことがわかる。
以上の実験事実から、Ni、Fe、Coを主成分とし、Niの
組成比が80重量％以上83重量％以下の合金薄膜におい
て、Co濃度を６重量％以上９重量％以下とすることによ
って、NiCoと同程度の大きなMR比を持ち、しかも異方性
磁界の値がNiFeと同程度であって良好な軟磁気特性を示
し、高感度・高出力のMR素子に適するMR材料を得ること
ができる。また、成膜直後の、多くの構造欠陥を含むMR
膜に熱処理を施すことによって、異方性磁界の値に悪影
響を及ぼすことなく、膜本来のMR比を得ることができ
る。
組成比が80重量％以上83重量％以下の合金薄膜におい
て、Co濃度を６重量％以上９重量％以下とすることによ
って、NiCoと同程度の大きなMR比を持ち、しかも異方性
磁界の値がNiFeと同程度であって良好な軟磁気特性を示
し、高感度・高出力のMR素子に適するMR材料を得ること
ができる。また、成膜直後の、多くの構造欠陥を含むMR
膜に熱処理を施すことによって、異方性磁界の値に悪影
響を及ぼすことなく、膜本来のMR比を得ることができ
る。
本発明によるNi、Fe、Coを主成分とする合金薄膜にお
いては、適度な量のCo添加によって伝導電子散乱の異方
性が極大化し、NiCoと同程度のMR比を持つに至ったもの
と考えられる。また、構造欠陥を多く含む膜において
は、熱処理が施されることにより、構造欠陥が解消さ
れ、本来のMR比を示すことになると考えられる。さら
に、本発明において軟磁気特性が良好である理由につい
て考察するため、膜の磁気特性に大きな影響を与える結
晶粒の状態を、FE−SEMを用いて観察した。第１表に、C
o濃度と結晶粒径の関係を示す。
いては、適度な量のCo添加によって伝導電子散乱の異方
性が極大化し、NiCoと同程度のMR比を持つに至ったもの
と考えられる。また、構造欠陥を多く含む膜において
は、熱処理が施されることにより、構造欠陥が解消さ
れ、本来のMR比を示すことになると考えられる。さら
に、本発明において軟磁気特性が良好である理由につい
て考察するため、膜の磁気特性に大きな影響を与える結
晶粒の状態を、FE−SEMを用いて観察した。第１表に、C
o濃度と結晶粒径の関係を示す。
一般に、薄膜を構成する結晶粒が小さいほど、結晶磁
気異方性が抑制され、軟磁気特性は良好となると考えら
れている。NiCo膜においては、結晶粒径はNiFe膜と較べ
て非常に大きくなっており、第２図に示したように異方
性磁界が非常に大きくなってしまうことが理解できる。
一方、Co6重量％の膜においては、結晶粒径はNiFeと同
程度である。その結果、磁気異方性が小さく、軟磁気特
性がほとんど劣化しないものと考えられる。
気異方性が抑制され、軟磁気特性は良好となると考えら
れている。NiCo膜においては、結晶粒径はNiFe膜と較べ
て非常に大きくなっており、第２図に示したように異方
性磁界が非常に大きくなってしまうことが理解できる。
一方、Co6重量％の膜においては、結晶粒径はNiFeと同
程度である。その結果、磁気異方性が小さく、軟磁気特
性がほとんど劣化しないものと考えられる。
このように、本発明によるMR膜は、良好な軟磁気特性
を保ちつつ、大きなMR比を示し、MR材料として優れた特
性を発揮するにいたる。
を保ちつつ、大きなMR比を示し、MR材料として優れた特
性を発揮するにいたる。
（実施例１） 第３図に、本発明の一実施例を示す。
第３図において、ガラス基板１上に、MR膜２として膜
厚1500ÅのNi82Fe12Co6（重量％）膜を蒸着した。その
後真空中（５×10-7Torr）にて熱処理（320℃−２時
間）を行った。次に、この膜上にAu3を蒸着した（膜厚
は2400Å）。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に加工した。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。
厚1500ÅのNi82Fe12Co6（重量％）膜を蒸着した。その
後真空中（５×10-7Torr）にて熱処理（320℃−２時
間）を行った。次に、この膜上にAu3を蒸着した（膜厚
は2400Å）。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に加工した。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。
このように作製したMR素子において、磁界印加を永久
磁石によって行い、電気抵抗を４端子法によって測定す
ることにより、MR比Δρ／ρを測定したところ、5.1％
という高い値が得られた。また、試料振動型磁力計を用
いて測定した異方性磁界の値は7.80eであり、バイアス
のかかり易さおよび磁界検出感度の点から望ましい値と
なっていることがわかった。
磁石によって行い、電気抵抗を４端子法によって測定す
ることにより、MR比Δρ／ρを測定したところ、5.1％
という高い値が得られた。また、試料振動型磁力計を用
いて測定した異方性磁界の値は7.80eであり、バイアス
のかかり易さおよび磁界検出感度の点から望ましい値と
なっていることがわかった。
このように、本実施例において作製されたMR素子は、
非常に大きなMR比および良好な軟磁気特性を示すことが
わかった。そこで、この素子に数Oeのオーダーで変化す
る外部磁界を印加したところ、従来に較べて、より高い
磁界検出感度と、より高い出力を得ることができた。
非常に大きなMR比および良好な軟磁気特性を示すことが
わかった。そこで、この素子に数Oeのオーダーで変化す
る外部磁界を印加したところ、従来に較べて、より高い
磁界検出感度と、より高い出力を得ることができた。
（実施例２） 第３図において、MR膜２を５×10-3TorrのArガス中、
放電電力5.0W/cm2スパッタ法で成膜し、他は、実施例１
と全く同様にしてMR素子を作製した。本実施例において
も実施例１と同様に、大きなMR比および良好な軟磁気特
性が得られ、高磁界検出感度と高出力を得ることができ
た。
放電電力5.0W/cm2スパッタ法で成膜し、他は、実施例１
と全く同様にしてMR素子を作製した。本実施例において
も実施例１と同様に、大きなMR比および良好な軟磁気特
性が得られ、高磁界検出感度と高出力を得ることができ
た。
（発明の効果） 以上のように、本発明の磁気抵抗効果薄膜は、Ni、F
e、Coを主成分とし、Niの組成比を80重量％以上83重量
％以下とし、しかもCoの組成比が６重量％以上９重量％
以下とすることによって、NiCoと同程度の大きなMR比を
示し、しかも異方性磁界の値はNiFeと同程度に小さくな
り、高感度・高出力のMR素子に適したものである。
e、Coを主成分とし、Niの組成比を80重量％以上83重量
％以下とし、しかもCoの組成比が６重量％以上９重量％
以下とすることによって、NiCoと同程度の大きなMR比を
示し、しかも異方性磁界の値はNiFeと同程度に小さくな
り、高感度・高出力のMR素子に適したものである。
また本発明のMR膜の製造方法においては、Ni、Fe、Co
を主成分とするMR膜の作製時に、200℃以上400℃未満の
熱処理を行うことによって、成膜直後に多く含まれる構
造欠陥を解消し、膜本来のMR比を引き出すことができ
る。
を主成分とするMR膜の作製時に、200℃以上400℃未満の
熱処理を行うことによって、成膜直後に多く含まれる構
造欠陥を解消し、膜本来のMR比を引き出すことができ
る。
第１図、第２図は本発明にかかわるMR膜の基礎特性を示
す図である。第３図は本発明の一実施例を示す図であ
る。 図において、 1:ガラス基板、2:MR膜、2:Au膜、5:感磁部分である矩形
状パターン、6:電極。
す図である。第３図は本発明の一実施例を示す図であ
る。 図において、 1:ガラス基板、2:MR膜、2:Au膜、5:感磁部分である矩形
状パターン、6:電極。
Claims (2)
- 【請求項１】Ni、Fe、Coを主成分とする磁気抵抗効果薄
膜において、Niの組成比が80重量％以上83重量％以下で
あり、しかもCoの組成比が６重量％以上９重量％以下で
あり、MR比が5.1％以上、異方性磁界が10Oe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】Niの組成比が80重量％以上83重量％以下で
あり、しかもCoの組成比が６重量％以上９重量％以下で
あるNi、Fe、Coを主成分とする磁気抵抗効果薄膜の製造
方法において、200℃以上400℃未満の熱処理の工程を前
記磁気抵抗効果薄膜のパタン化工程の前に含むことを特
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 |
|---|---|---|---|
| JP63174742A JP2545935B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP63174742A JP2545935B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0223680A JPH0223680A (ja) | 1990-01-25 |
| JP2545935B2 true JP2545935B2 (ja) | 1996-10-23 |
Family
ID=15983883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63174742A Expired - Lifetime JP2545935B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 磁気抵抗効果薄膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2545935B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7830143B2 (en) | 2006-03-10 | 2010-11-09 | Nec Corporation | Magnetic sensor, method of manufacturing the same, and electronic device |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09283735A (ja) * | 1996-04-10 | 1997-10-31 | Nec Corp | 集積化磁気センサ及びその製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927587A (ja) * | 1982-08-05 | 1984-02-14 | Akai Electric Co Ltd | 磁気抵抗素子用磁性薄膜の製造方法 |
| JPS60200935A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-11 | Hitachi Ltd | 磁気抵抗効果合金膜およびその製造方法 |
| JPS61144893A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-02 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | 磁気抵抗素子 |
-
1988
- 1988-07-12 JP JP63174742A patent/JP2545935B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5927587A (ja) * | 1982-08-05 | 1984-02-14 | Akai Electric Co Ltd | 磁気抵抗素子用磁性薄膜の製造方法 |
| JPS60200935A (ja) * | 1984-03-23 | 1985-10-11 | Hitachi Ltd | 磁気抵抗効果合金膜およびその製造方法 |
| JPS61144893A (ja) * | 1984-12-18 | 1986-07-02 | Aichi Tokei Denki Co Ltd | 磁気抵抗素子 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7830143B2 (en) | 2006-03-10 | 2010-11-09 | Nec Corporation | Magnetic sensor, method of manufacturing the same, and electronic device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0223680A (ja) | 1990-01-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |