JP2743806B2 - 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果膜およびその製造方法Info
- Publication number
- JP2743806B2 JP2743806B2 JP5334312A JP33431293A JP2743806B2 JP 2743806 B2 JP2743806 B2 JP 2743806B2 JP 5334312 A JP5334312 A JP 5334312A JP 33431293 A JP33431293 A JP 33431293A JP 2743806 B2 JP2743806 B2 JP 2743806B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- magnetic
- film
- magnetic field
- magnetic thin
- 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 - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気媒体等において、
磁界強度を信号として読みとるための磁気抵抗効果素子
に用いる磁気抵抗効果膜に関し、更に詳しくは、小さい
外部磁場で抵抗変化率が大きい磁気抵抗効果膜に関する
ものである。
磁界強度を信号として読みとるための磁気抵抗効果素子
に用いる磁気抵抗効果膜に関し、更に詳しくは、小さい
外部磁場で抵抗変化率が大きい磁気抵抗効果膜に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気センサーの高感度化、及び磁
気記録における高密度化が進められており、これに伴い
磁気抵抗効果型磁気センサー（以下、ＭＲセンサーとい
う）及び磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッド
という）の開発が盛んに進められている。ＭＲセンサー
もＭＲヘッドも、磁性材料からなる読み取りセンサー部
の抵抗変化により、外部磁界信号を読みだすわけである
が、ＭＲセンサー及びＭＲヘッドは、再生出力が記録媒
体との相対速度に依存しないことから、ＭＲセンサーで
は高感度が、ＭＲヘッドでは高密度磁気記録においても
高い出力が得られるという特長がある。
気記録における高密度化が進められており、これに伴い
磁気抵抗効果型磁気センサー（以下、ＭＲセンサーとい
う）及び磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッド
という）の開発が盛んに進められている。ＭＲセンサー
もＭＲヘッドも、磁性材料からなる読み取りセンサー部
の抵抗変化により、外部磁界信号を読みだすわけである
が、ＭＲセンサー及びＭＲヘッドは、再生出力が記録媒
体との相対速度に依存しないことから、ＭＲセンサーで
は高感度が、ＭＲヘッドでは高密度磁気記録においても
高い出力が得られるという特長がある。
【０００３】最近、非磁性薄膜を介して積層された少な
くとも２層の磁性薄膜を有しており、一方の磁性薄膜に
反強磁性薄膜を隣接して設けることで抗磁力を与え、非
磁性薄膜を介して隣接した他方の磁性薄膜と異なった外
部磁界で磁化回転させることで抵抗変化させる磁気抵抗
効果膜がある（フィジカル レビューＢ（Ｐｈｙｓ．Ｒ
ｅｖ．Ｂ）第４３巻、１２９７頁、１９９１年、特開平
４−３５８３１０号公報）。
くとも２層の磁性薄膜を有しており、一方の磁性薄膜に
反強磁性薄膜を隣接して設けることで抗磁力を与え、非
磁性薄膜を介して隣接した他方の磁性薄膜と異なった外
部磁界で磁化回転させることで抵抗変化させる磁気抵抗
効果膜がある（フィジカル レビューＢ（Ｐｈｙｓ．Ｒ
ｅｖ．Ｂ）第４３巻、１２９７頁、１９９１年、特開平
４−３５８３１０号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記先願の磁
気抵抗効果素子においても、小さい外部磁場で動作する
とは言え、実用的なセンサー、磁気ヘッドとして使用す
る場合、容易軸方向に信号磁界が印加される必要があ
り、センサーとして用いる場合ゼロ磁場前後で抵抗変化
を示さないことおよび、非直線性が現れるという問題が
あった。
気抵抗効果素子においても、小さい外部磁場で動作する
とは言え、実用的なセンサー、磁気ヘッドとして使用す
る場合、容易軸方向に信号磁界が印加される必要があ
り、センサーとして用いる場合ゼロ磁場前後で抵抗変化
を示さないことおよび、非直線性が現れるという問題が
あった。
【０００５】また、非磁性層を介して隣あう磁性層間に
強磁性的な相互作用があり、ＭＲ曲線における直線域が
ゼロ磁場からシフトしてしまうという問題があった。
強磁性的な相互作用があり、ＭＲ曲線における直線域が
ゼロ磁場からシフトしてしまうという問題があった。
【０００６】さらに、反強磁性薄膜としてＦｅＭｎとい
う耐蝕性の悪い材料を用いる必要があり、実用化に際し
て添加物を加えるあるいは保護膜をつけるなどの施策を
必要とするという問題があった。
う耐蝕性の悪い材料を用いる必要があり、実用化に際し
て添加物を加えるあるいは保護膜をつけるなどの施策を
必要とするという問題があった。
【０００７】一方、反強磁性薄膜として耐食性の優れた
酸化物反強磁性体を室温で成膜する場合、バイアス磁界
が小さく隣接する磁性体の保磁力が大きくなり、磁性層
間の磁化反平行状態が得難いという問題があった。
酸化物反強磁性体を室温で成膜する場合、バイアス磁界
が小さく隣接する磁性体の保磁力が大きくなり、磁性層
間の磁化反平行状態が得難いという問題があった。
【０００８】素子としてパターニングした場合、磁性層
間の静磁的な相互作用が現れ、直線的に抵抗変化する領
域がシート状膜の場合に比べシフトしてしまうという問
題があった。
間の静磁的な相互作用が現れ、直線的に抵抗変化する領
域がシート状膜の場合に比べシフトしてしまうという問
題があった。
【０００９】本発明の目的は、ゼロ磁場前後で直線的に
抵抗変化し、しかも耐蝕性に優れた磁気抵抗効果膜を提
供することにある。
抵抗変化し、しかも耐蝕性に優れた磁気抵抗効果膜を提
供することにある。
【００１０】
【課題を解決する為の手段】本発明は、基板上に非磁性
薄膜を介して積層した複数の磁性薄膜からなり、非磁性
薄膜を介して隣あう一方の磁性薄膜に反強磁性薄膜が隣
接して設けてあり、この反強磁性薄膜の隣接する磁性薄
膜に対するバイアス磁界をＨ r 、他方の磁性薄膜の保持
力をＨ C2 としたとき、Ｈ C2 ＜Ｈ r ある磁気抵抗効果膜に
おいて、前記反強磁性薄膜がＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｆｅ
2 Ｏ 3 ，ＦｅＯ，ＣｒＯから選ばれる少なくとも２種から
なる超格子であることを特徴とする磁気抵抗効果膜であ
る。
薄膜を介して積層した複数の磁性薄膜からなり、非磁性
薄膜を介して隣あう一方の磁性薄膜に反強磁性薄膜が隣
接して設けてあり、この反強磁性薄膜の隣接する磁性薄
膜に対するバイアス磁界をＨ r 、他方の磁性薄膜の保持
力をＨ C2 としたとき、Ｈ C2 ＜Ｈ r ある磁気抵抗効果膜に
おいて、前記反強磁性薄膜がＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｆｅ
2 Ｏ 3 ，ＦｅＯ，ＣｒＯから選ばれる少なくとも２種から
なる超格子であることを特徴とする磁気抵抗効果膜であ
る。
【００１１】
【００１２】本発明の磁性薄膜に用いる磁性体の種類は
特に制限されないが、具体的には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，
Ｍｎ，Ｃｒ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｅ，Ｇ
ｄ等が好ましい。また、これらの元素を含む合金や化合
物としては、例えばＦｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｃ
ｏ，Ｆｅ−Ｇｄ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍ
ｏ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ（センダスト）, Ｆｅ−Ｙ，Ｆｅ
−Ｍｎ，Ｃｒ−Ｓｂ，Ｃｏ系アモルファス, Ｃｏ−Ｐ
ｔ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｃ，Ｍｎ−Ｓｂ，Ｎｉ−Ｍｎ，
フェライト等が好ましい。
特に制限されないが、具体的には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，
Ｍｎ，Ｃｒ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｅ，Ｇ
ｄ等が好ましい。また、これらの元素を含む合金や化合
物としては、例えばＦｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｃ
ｏ，Ｆｅ−Ｇｄ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍ
ｏ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ（センダスト）, Ｆｅ−Ｙ，Ｆｅ
−Ｍｎ，Ｃｒ−Ｓｂ，Ｃｏ系アモルファス, Ｃｏ−Ｐ
ｔ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｃ，Ｍｎ−Ｓｂ，Ｎｉ−Ｍｎ，
フェライト等が好ましい。
【００１３】本発明ではこれらの磁性体から選択して磁
性薄膜を形成する。特に、反強磁性薄膜と隣接していな
い磁性薄膜の異方性磁界ＨK2が保磁力ＨC2より大きい材
料を選択することにより、実現できる。
性薄膜を形成する。特に、反強磁性薄膜と隣接していな
い磁性薄膜の異方性磁界ＨK2が保磁力ＨC2より大きい材
料を選択することにより、実現できる。
【００１４】また、異方性磁界は膜厚を薄くすることに
よっても大きくできる。例えば、ＮｉＦｅを１０オング
ストローム程度の厚さにすると異方性磁界ＨK2を保磁力
ＨC2より大きくすることができる。
よっても大きくできる。例えば、ＮｉＦｅを１０オング
ストローム程度の厚さにすると異方性磁界ＨK2を保磁力
ＨC2より大きくすることができる。
【００１５】さらに、このような磁気抵抗効果膜は、磁
性薄膜の磁化容易軸が印加される信号磁界方向に対して
垂直方向になっていて、印加信号磁界方向の磁性薄膜の
保磁力がＨC2＜ＨK2＜Ｈr になるように前記磁性薄膜を
磁場中成膜することにより製造できる。具体的には、反
強磁性膜と隣あう軟磁性膜の容易軸と非磁性層を介して
隣あう磁性膜の容易磁化方向が直交するように成膜中磁
界を９０度回転させる、あるいは磁場中で基板を９０度
回転させることにより実現される。
性薄膜の磁化容易軸が印加される信号磁界方向に対して
垂直方向になっていて、印加信号磁界方向の磁性薄膜の
保磁力がＨC2＜ＨK2＜Ｈr になるように前記磁性薄膜を
磁場中成膜することにより製造できる。具体的には、反
強磁性膜と隣あう軟磁性膜の容易軸と非磁性層を介して
隣あう磁性膜の容易磁化方向が直交するように成膜中磁
界を９０度回転させる、あるいは磁場中で基板を９０度
回転させることにより実現される。
【００１６】また、反強磁性薄膜に隣接する磁性薄膜の
保持力は基板温度を１５０〜３００℃として反強磁性体
と連続して成膜することにより小さくすることが可能で
ある。
保持力は基板温度を１５０〜３００℃として反強磁性体
と連続して成膜することにより小さくすることが可能で
ある。
【００１７】各磁性薄膜の膜厚の上限は、４００オング
ストロームである。一方、磁性薄膜の厚さの下限は特に
ないが、４オングストローム以下はキュリー点が室温よ
り低くなって実用性がなくなる。また、厚さを４オング
ストローム以上とすれば、膜厚を均一に保つことが容易
となり、膜厚も良好となる。また、飽和磁化の大きさが
小さくなりすぎることもない。膜厚を４００オングスト
ローム以上としても効果は落ちないが、膜厚の増加に伴
って効果が増大することもなく、膜の作製上無駄が多
く、不経済である。
ストロームである。一方、磁性薄膜の厚さの下限は特に
ないが、４オングストローム以下はキュリー点が室温よ
り低くなって実用性がなくなる。また、厚さを４オング
ストローム以上とすれば、膜厚を均一に保つことが容易
となり、膜厚も良好となる。また、飽和磁化の大きさが
小さくなりすぎることもない。膜厚を４００オングスト
ローム以上としても効果は落ちないが、膜厚の増加に伴
って効果が増大することもなく、膜の作製上無駄が多
く、不経済である。
【００１８】非磁性薄膜は、保磁力の異なる磁性薄膜間
の磁気相互作用を弱める役割をはたす材料であり、その
種類に特に制限はなく、各種金属ないし半金属非磁性体
及び非金属非磁性体から適宜選択すればよい。
の磁気相互作用を弱める役割をはたす材料であり、その
種類に特に制限はなく、各種金属ないし半金属非磁性体
及び非金属非磁性体から適宜選択すればよい。
【００１９】金属非磁性体としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃ
ｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，
Ｈｆ，Ｓｂ，Ｚｒ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｐｂ等及びこれ
らの合金が好ましい。半金属非磁性体としては、ＳｉＯ
2 ，ＳｉＯ，ＳｉＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｔ
ｉＮ等及びこれらに別の元素を添加したものが好まし
い。
ｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，
Ｈｆ，Ｓｂ，Ｚｒ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｐｂ等及びこれ
らの合金が好ましい。半金属非磁性体としては、ＳｉＯ
2 ，ＳｉＯ，ＳｉＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｔ
ｉＮ等及びこれらに別の元素を添加したものが好まし
い。
【００２０】実験結果より非磁性薄膜の厚さは、２０〜
３５オングストロームが望ましい。一般に膜厚が４０オ
ングストロームを越えると、非磁性薄膜により抵抗が決
ってしまい、スピンに依存する散乱効果が相対的に小さ
くなってしまい、その結果、磁気抵抗変化率が小さくな
ってしまう。一方、膜厚が２０オングストローム以下に
なると、磁性薄膜間の磁気相互作用が大きくなりすぎ、
また磁気的な直接接触状態（ピンホール）の発生が避け
られないことから、両磁性薄膜の磁化方向が相異なる状
態が生じにくくなる。
３５オングストロームが望ましい。一般に膜厚が４０オ
ングストロームを越えると、非磁性薄膜により抵抗が決
ってしまい、スピンに依存する散乱効果が相対的に小さ
くなってしまい、その結果、磁気抵抗変化率が小さくな
ってしまう。一方、膜厚が２０オングストローム以下に
なると、磁性薄膜間の磁気相互作用が大きくなりすぎ、
また磁気的な直接接触状態（ピンホール）の発生が避け
られないことから、両磁性薄膜の磁化方向が相異なる状
態が生じにくくなる。
【００２１】磁性又は非磁性薄膜の膜厚は、透過型電子
顕微鏡、走査型電子顕微鏡、オージェ電子分光分析等に
より測定することができる。また、薄膜の結晶構造は、
Ｘ線回折や高速電子線回折等により確認することができ
る。
顕微鏡、走査型電子顕微鏡、オージェ電子分光分析等に
より測定することができる。また、薄膜の結晶構造は、
Ｘ線回折や高速電子線回折等により確認することができ
る。
【００２２】本発明の磁気抵抗効果素子において、人工
格子膜の繰り返し積層回数Ｎに特に制限はなく、目的と
する磁気抵抗変化率等に応じて適宜選定すればよい。し
かし、反強磁性薄膜の比抵抗値が大きく、積層する効果
が損なわれるため、反強磁性層／磁性層／非磁性層／磁
性層／非磁性層／磁性層／反強磁性層とする構造に置き
換えられるのが好ましい。
格子膜の繰り返し積層回数Ｎに特に制限はなく、目的と
する磁気抵抗変化率等に応じて適宜選定すればよい。し
かし、反強磁性薄膜の比抵抗値が大きく、積層する効果
が損なわれるため、反強磁性層／磁性層／非磁性層／磁
性層／非磁性層／磁性層／反強磁性層とする構造に置き
換えられるのが好ましい。
【００２３】なお、最上層の磁性薄膜の表面には、窒化
珪素や酸化珪素等の酸化防止膜が設けられてもよく、電
極引出しのための金属導電層が設けられてもよい。
珪素や酸化珪素等の酸化防止膜が設けられてもよく、電
極引出しのための金属導電層が設けられてもよい。
【００２４】本発明の磁性薄膜に用いる反強磁性体の種
類は具体的には、ＮｉＯ，ＣｏＯ，ＦｅＯ，Ｆｅ
2 Ｏ3 ，ＭｎＯ，Ｃｒ，ＣｒＯが好ましい。
類は具体的には、ＮｉＯ，ＣｏＯ，ＦｅＯ，Ｆｅ
2 Ｏ3 ，ＭｎＯ，Ｃｒ，ＣｒＯが好ましい。
【００２５】本発明ではこれらの反強磁性体から選択し
て磁性薄膜を形成する。反強磁性薄膜の上限は、１００
０オングストロームである。一方、反強磁性体膜の厚さ
の下限は特にはないが、結晶配向性が隣接する磁性層へ
の交換結合磁界の大きさに大きく影響するため、結晶配
向性が良くなる１００オングストローム以上とすること
が好ましい。また、基板温度を１５０〜３００℃とする
ことにより、結晶性が改善されバイアス磁界が上昇す
る。
て磁性薄膜を形成する。反強磁性薄膜の上限は、１００
０オングストロームである。一方、反強磁性体膜の厚さ
の下限は特にはないが、結晶配向性が隣接する磁性層へ
の交換結合磁界の大きさに大きく影響するため、結晶配
向性が良くなる１００オングストローム以上とすること
が好ましい。また、基板温度を１５０〜３００℃とする
ことにより、結晶性が改善されバイアス磁界が上昇す
る。
【００２６】成膜は、蒸着法、スパッタリング法、分子
線エピタキシー法（ＭＢＥ）等の方法で行う。また、基
板としては、ガラス、Ｓｉ，ＭｇＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｇａ
Ａｓ，フェライト，ＣａＴｉＯ等を用いることができ
る。
線エピタキシー法（ＭＢＥ）等の方法で行う。また、基
板としては、ガラス、Ｓｉ，ＭｇＯ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｇａ
Ａｓ，フェライト，ＣａＴｉＯ等を用いることができ
る。
【００２７】また、本発明では上記の反強磁性体から２
種以上を選択して超格子構造とすることにより、隣接す
る軟磁性層のバイアス磁界を制御することができる。制
御の方法は積層周期を１０〜２０オングストロームとす
ることによりバイアス磁界が最大となり、積層周期を増
加させることによりその値を連続的に低下させることが
可能である。
種以上を選択して超格子構造とすることにより、隣接す
る軟磁性層のバイアス磁界を制御することができる。制
御の方法は積層周期を１０〜２０オングストロームとす
ることによりバイアス磁界が最大となり、積層周期を増
加させることによりその値を連続的に低下させることが
可能である。
【００２８】また、軟磁性層と直接隣あう反強磁性体を
入れ換えることによりバイアス磁界を変化させることが
可能である。これにより、非磁性層を介して隣あう磁性
層間の強磁性的な相互作用が制御され、パターニングし
た場合の磁性層間の静磁的な相互作用を打ち消すように
磁性層間の強磁性的相互作用を最適化することができ
る。
入れ換えることによりバイアス磁界を変化させることが
可能である。これにより、非磁性層を介して隣あう磁性
層間の強磁性的な相互作用が制御され、パターニングし
た場合の磁性層間の静磁的な相互作用を打ち消すように
磁性層間の強磁性的相互作用を最適化することができ
る。
【００２９】なお、磁気抵抗効果素子中に存在する磁性
薄膜の磁気特性を直接測定することはできないので、通
常、下記のようにして測定する。測定すべき磁性薄膜
を、磁性薄膜の合計厚さが５００〜１０００オングスト
ローム程度になるまで非磁性薄膜と交互に成膜して測定
用サンプルを作製し、これについて磁気特性を測定す
る。この場合、磁性薄膜の厚さ、非磁性薄膜の厚さ及び
非磁性薄膜の組成は、磁気抵抗効果測定素子におけるも
のと同じにする。
薄膜の磁気特性を直接測定することはできないので、通
常、下記のようにして測定する。測定すべき磁性薄膜
を、磁性薄膜の合計厚さが５００〜１０００オングスト
ローム程度になるまで非磁性薄膜と交互に成膜して測定
用サンプルを作製し、これについて磁気特性を測定す
る。この場合、磁性薄膜の厚さ、非磁性薄膜の厚さ及び
非磁性薄膜の組成は、磁気抵抗効果測定素子におけるも
のと同じにする。
【００３０】
【作用】本発明の磁気抵抗効果膜では、一方の磁性薄膜
に隣接して反強磁性薄膜が形成されていて、交換バイア
ス力が働いていることが必須である。その理由は、本発
明の原理が隣合った磁性薄膜の磁化の向きが互いに逆向
きに向いたとき、最大の抵抗を示すことにあるからであ
る。すなわち、本発明では図１で示すごとく外部磁場が
磁性薄膜の異方性磁界と反強磁性薄膜の隣接する磁性薄
膜に対するバイアス磁界の間（ＨK2＜Ｈ＜Ｈr）である
とき、隣合った磁性薄膜の磁化の方向が互いに逆向きに
なり、抵抗が増大する。
に隣接して反強磁性薄膜が形成されていて、交換バイア
ス力が働いていることが必須である。その理由は、本発
明の原理が隣合った磁性薄膜の磁化の向きが互いに逆向
きに向いたとき、最大の抵抗を示すことにあるからであ
る。すなわち、本発明では図１で示すごとく外部磁場が
磁性薄膜の異方性磁界と反強磁性薄膜の隣接する磁性薄
膜に対するバイアス磁界の間（ＨK2＜Ｈ＜Ｈr）である
とき、隣合った磁性薄膜の磁化の方向が互いに逆向きに
なり、抵抗が増大する。
【００３１】ここで、外部磁場、保磁力及び磁化の方向
の関係を説明する。
の関係を説明する。
【００３２】図１に示すように、反強磁性膜の隣接する
磁性薄膜に対するバイアス磁界をＨr、他方の磁性薄膜
の保磁力をＨc2、異方性磁界をＨK2とする（０＜ＨK2＜
Ｈr）。最初、外部磁場ＨをＨ＜−ＨK2となるように印
可しておく（Ｉ）。この時、磁性薄膜２及び３の磁化方
向はＨと同じ−（負）方向に向いている。次に外部磁場
を弱めていくと−ＨK2＜Ｈ＜ＨK2（ＩＩ）において磁性
薄膜２の磁化は＋方向に回転し、ＨK2＜Ｈ＜Ｈrの領域
（ＩＩＩ）では、磁性薄膜２及び３の磁化方向は互いに
逆向きになる。更に外部磁場を大きくしたＨr＜Ｈの領
域（ＩＶ）では、磁性薄膜３の磁化も反転し、磁性薄膜
２及び３の磁化方向は＋方向に揃って向く。
磁性薄膜に対するバイアス磁界をＨr、他方の磁性薄膜
の保磁力をＨc2、異方性磁界をＨK2とする（０＜ＨK2＜
Ｈr）。最初、外部磁場ＨをＨ＜−ＨK2となるように印
可しておく（Ｉ）。この時、磁性薄膜２及び３の磁化方
向はＨと同じ−（負）方向に向いている。次に外部磁場
を弱めていくと−ＨK2＜Ｈ＜ＨK2（ＩＩ）において磁性
薄膜２の磁化は＋方向に回転し、ＨK2＜Ｈ＜Ｈrの領域
（ＩＩＩ）では、磁性薄膜２及び３の磁化方向は互いに
逆向きになる。更に外部磁場を大きくしたＨr＜Ｈの領
域（ＩＶ）では、磁性薄膜３の磁化も反転し、磁性薄膜
２及び３の磁化方向は＋方向に揃って向く。
【００３３】図２に示すように、この膜の抵抗は磁性薄
膜２及び３の相対的な磁化方向によって変化し、ゼロ磁
場前後で直線的に変化し、領域（ＩＩＩ）で最大の値
（Ｒma x ）をとるようになる。
膜２及び３の相対的な磁化方向によって変化し、ゼロ磁
場前後で直線的に変化し、領域（ＩＩＩ）で最大の値
（Ｒma x ）をとるようになる。
【００３４】図３に本発明の磁気抵抗センサの実施例の
立体展開図を示す。非磁性層を介した磁性層間の容易軸
方向を直交させ、媒体からの信号磁界を磁性層２の容易
磁化方法に対し垂直となるように設定する。このとき磁
性層３は隣接する反強磁性層５により一軸異方性が付与
されている。そして、上記のように、磁性層２の磁化方
向が信号磁界に応答して回転することにより抵抗が変化
し磁場を検知する。
立体展開図を示す。非磁性層を介した磁性層間の容易軸
方向を直交させ、媒体からの信号磁界を磁性層２の容易
磁化方法に対し垂直となるように設定する。このとき磁
性層３は隣接する反強磁性層５により一軸異方性が付与
されている。そして、上記のように、磁性層２の磁化方
向が信号磁界に応答して回転することにより抵抗が変化
し磁場を検知する。
【００３５】
【実施例】本発明の磁気抵抗効果素子を添付図面を参照
して説明する。図４は、本発明の実施例である人工格子
膜１の断面図である。図４において、人工格子膜６は、
反強磁性体薄膜５を形成した基板４上に磁性薄膜２, ３
を有し、隣接する２層の磁性薄膜の間に、非磁性薄膜１
を有する。
して説明する。図４は、本発明の実施例である人工格子
膜１の断面図である。図４において、人工格子膜６は、
反強磁性体薄膜５を形成した基板４上に磁性薄膜２, ３
を有し、隣接する２層の磁性薄膜の間に、非磁性薄膜１
を有する。
【００３６】以下、本発明を具体的な実験結果により請
求項で示した材料について全て実施例で説明する。
求項で示した材料について全て実施例で説明する。
【００３７】基板としてガラス基板４を用い、真空装置
の中に入れ、１０-7Ｔｏｒｒまで真空引きを行う。基板
温度を２００℃に上昇させ、反強磁性薄膜を５００オン
グストロームの厚さで形成し、続いてＮｉＦｅを成膜す
る。なお、ＮｉＦｅの酸化防止膜としてＮｉを１０オン
グストローム程度反強磁性体とＮｉＦｅ間に挿入しても
よい。上記のように２００℃で交換結合膜を形成後、基
板温度を再び室温に戻し非磁性層および磁性層を形成し
磁気抵抗効果膜とする。そして、以下に示す人工格子膜
は、約２．２〜３．５オングストローム／秒の成膜速度
で成膜を行った。
の中に入れ、１０-7Ｔｏｒｒまで真空引きを行う。基板
温度を２００℃に上昇させ、反強磁性薄膜を５００オン
グストロームの厚さで形成し、続いてＮｉＦｅを成膜す
る。なお、ＮｉＦｅの酸化防止膜としてＮｉを１０オン
グストローム程度反強磁性体とＮｉＦｅ間に挿入しても
よい。上記のように２００℃で交換結合膜を形成後、基
板温度を再び室温に戻し非磁性層および磁性層を形成し
磁気抵抗効果膜とする。そして、以下に示す人工格子膜
は、約２．２〜３．５オングストローム／秒の成膜速度
で成膜を行った。
【００３８】なお、例えばＮｉＯ（５００）／Ｎｉ（１
０）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（３０）／ＮｉＦｅ
（１００）と表示されている場合、基板上にＮｉＯ薄膜
を５００オングストロームの厚さで形成した後、１０オ
ングストローム厚のＮｉ、１００オングストロームのＮ
ｉ８０％−Ｆｅ２０％の合金薄膜、３０オングストロー
ム厚のＣｕ薄膜、１００オングストローム厚のＮｉ８０
％−Ｆｅ２０％薄膜を順次成膜することを意味する。
０）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（３０）／ＮｉＦｅ
（１００）と表示されている場合、基板上にＮｉＯ薄膜
を５００オングストロームの厚さで形成した後、１０オ
ングストローム厚のＮｉ、１００オングストロームのＮ
ｉ８０％−Ｆｅ２０％の合金薄膜、３０オングストロー
ム厚のＣｕ薄膜、１００オングストローム厚のＮｉ８０
％−Ｆｅ２０％薄膜を順次成膜することを意味する。
【００３９】磁化の測定は、振動型磁力計により行っ
た。抵抗測定は、試料から０．３×１０ｍｍ2の形状の
サンプルを作製し、外部磁界を面内に電流と垂直方向に
なるようにかけながら、−５００〜５００Ｏｅまで変化
させたときの抵抗を４端子法により測定し、その抵抗か
ら磁気抵抗変化率ΔＲ/ Ｒを求めた。抵抗変化率ΔＲ/
Ｒは、最大抵抗値をＲmax、最小抵抗値をＲminとし、次
式により計算した。
た。抵抗測定は、試料から０．３×１０ｍｍ2の形状の
サンプルを作製し、外部磁界を面内に電流と垂直方向に
なるようにかけながら、−５００〜５００Ｏｅまで変化
させたときの抵抗を４端子法により測定し、その抵抗か
ら磁気抵抗変化率ΔＲ/ Ｒを求めた。抵抗変化率ΔＲ/
Ｒは、最大抵抗値をＲmax、最小抵抗値をＲminとし、次
式により計算した。
【００４０】
【数１】ΔＲ／Ｒ＝(Ｒ max −R min )／R min ×100％ 作製した人工格子はＮｉＯ（５００）／ＮｉＦｅ（１０
０）／Ｃｕ（２５）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（２
０）ＮｉＯ（５００）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（３
０）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（２０）ＮｉＯ（５０
０）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（３５）／ＮｉＦｅ
（１００）／Ｃｕ（２０）ＮｉＯ（５００）／Ｎｉ（１
０）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（３０）／ＮｉＦｅ
（１００）／Ｃｕ（２０）である。非磁性層厚を３０オ
ングストロームとすることにより３．５％程度の抵抗変
化率が得られる。この人工格子膜のＢＨ曲線及びMR曲線
は図５，６のようになる。
０）／Ｃｕ（２５）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（２
０）ＮｉＯ（５００）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（３
０）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（２０）ＮｉＯ（５０
０）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（３５）／ＮｉＦｅ
（１００）／Ｃｕ（２０）ＮｉＯ（５００）／Ｎｉ（１
０）／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（３０）／ＮｉＦｅ
（１００）／Ｃｕ（２０）である。非磁性層厚を３０オ
ングストロームとすることにより３．５％程度の抵抗変
化率が得られる。この人工格子膜のＢＨ曲線及びMR曲線
は図５，６のようになる。
【００４１】尚、本実施例ではＮｉＯのみについて記述
したが、ＮｉＯをＣｏＯ，ＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｃｒ
Ｏ，ＭｎＯ，Ｃｒで置き換えたものでも、本実例と同様
の結果が得られた。
したが、ＮｉＯをＣｏＯ，ＦｅＯ，Ｆｅ2 Ｏ3 ，Ｃｒ
Ｏ，ＭｎＯ，Ｃｒで置き換えたものでも、本実例と同様
の結果が得られた。
【００４２】成膜は具体的には、ガラス基板両脇にＳｍ
Ｃｏ磁石を配置し、ガラス基板と平行に数十Ｏｅ程度の
外部磁場が印加されているような状態で行った。この試
料のＢ−Ｈ曲線を測定すると成膜中磁場印加方向が人工
格子ＮｉＦｅ層の磁化容易軸となる。
Ｃｏ磁石を配置し、ガラス基板と平行に数十Ｏｅ程度の
外部磁場が印加されているような状態で行った。この試
料のＢ−Ｈ曲線を測定すると成膜中磁場印加方向が人工
格子ＮｉＦｅ層の磁化容易軸となる。
【００４３】
【発明の効果】ゼロ磁場前後で直線的に抵抗変化し、し
かも耐蝕性に優れた人工格子磁気抵抗効果膜を得ること
ができる。
かも耐蝕性に優れた人工格子磁気抵抗効果膜を得ること
ができる。
【図１】本発明の磁気抵抗効果膜の作用原理を説明する
Ｂ−Ｈ曲線である。
Ｂ−Ｈ曲線である。
【図２】本発明の磁気抵抗効果膜の作用原理を説明する
Ｒ−Ｈ曲線である。
Ｒ−Ｈ曲線である。
【図３】本発明の磁気抵抗センサの実施例の立体展開図
である。
である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果膜の一部省略側面図であ
る。
る。
【図５】本発明の磁気抵抗効果膜のＢ−Ｈ曲線である。
【図６】本発明の磁気抵抗効果膜のＭＲ曲線である。
1 非磁性薄膜 2 磁性薄膜 3 磁性薄膜 4 基板 5 反強磁性薄膜 6 人工格子膜
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に非磁性薄膜を介して積層した複
数の磁性薄膜からなり、非磁性薄膜を介して隣あう一方
の磁性薄膜に反強磁性薄膜が隣接して設けてあり、この
反強磁性薄膜の隣接する磁性薄膜に対するバイアス磁界
をＨr、他方の磁性薄膜の保持力をＨC2としたとき、Ｈ
C2＜Ｈrある磁気抵抗効果膜において、前記反強磁性薄
膜がＮｉＯ，ＣｏＯ，Ｆｅ2Ｏ3，ＦｅＯ，ＣｒＯから選
ばれる少なくとも２種からなる超格子であることを特徴
とする磁気抵抗効果膜。 - 【請求項２】 前記非磁性層の厚みが２０〜３５オング
ストロームであることを特徴とする請求項１記載の磁気
抵抗効果膜。 - 【請求項３】 前記反強磁性薄膜のバイアス磁界を
Ｈr、他方の磁性薄膜の保磁力をＨC2、異方性磁界をＨ
K2としたとき、ＨC2＜ＨK2＜Ｈrであることを特徴とす
る請求項１または２記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項４】 前記磁性薄膜の種類がＮｉＦｅ，ＮｉＦ
ｅＣｏ合金及びこれらの合金を主成分とすることを特徴
とする請求項１または２または３記載の磁気抵抗効果
膜。 - 【請求項５】 基板温度を１５０〜３００℃に加熱して
反強磁性薄膜およびそれに隣接する磁性薄膜を成膜する
ことを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果膜の製造
方法。 - 【請求項６】 非磁性薄膜を介して隣あう磁性薄膜の容
易軸方向が直交するように、成膜中印加磁界を９０度回
転させることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果
膜の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5334312A JP2743806B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5334312A JP2743806B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07202292A JPH07202292A (ja) | 1995-08-04 |
| JP2743806B2 true JP2743806B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=18275950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5334312A Expired - Lifetime JP2743806B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2743806B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2738312B2 (ja) * | 1994-09-08 | 1998-04-08 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 |
| JPH0983039A (ja) * | 1995-09-14 | 1997-03-28 | Nec Corp | 磁気抵抗効果素子 |
| EP0794581A4 (en) * | 1995-09-21 | 1999-10-06 | Tdk Corp | MAGNETIC CONVERTER |
| JPH09205234A (ja) * | 1996-01-26 | 1997-08-05 | Nec Corp | 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果センサ |
| JPH09274710A (ja) * | 1996-04-04 | 1997-10-21 | Fujitsu Ltd | スピンバルブ磁気抵抗効果ヘッドとその製造方法及び磁気記録装置 |
| JPH10198927A (ja) * | 1997-01-08 | 1998-07-31 | Nec Corp | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 |
| JP2914339B2 (ja) * | 1997-03-18 | 1999-06-28 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果素子並びにそれを用いた磁気抵抗効果センサ及び磁気抵抗検出システム |
| JP2933056B2 (ja) * | 1997-04-30 | 1999-08-09 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム |
| JP2950284B2 (ja) | 1997-05-14 | 1999-09-20 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果素子、並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム |
| JP2970590B2 (ja) | 1997-05-14 | 1999-11-02 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム |
| JPH11161921A (ja) | 1997-12-01 | 1999-06-18 | Nec Corp | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 |
| JP2008218641A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-09-18 | Tohoku Univ | トンネル磁気抵抗効果素子 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60154339A (ja) * | 1984-01-23 | 1985-08-14 | Ricoh Co Ltd | 光磁気記録媒体 |
| JPS60189906A (ja) * | 1984-03-12 | 1985-09-27 | Toshiba Corp | 強磁性薄膜 |
| JP3022023B2 (ja) * | 1992-04-13 | 2000-03-15 | 株式会社日立製作所 | 磁気記録再生装置 |
| US5373238A (en) * | 1992-11-06 | 1994-12-13 | International Business Machines Corporation | Four layer magnetoresistance device and method for making a four layer magnetoresistance device |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP5334312A patent/JP2743806B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日本金属学会会報２６〔１０〕（１９８７）坂東尚周、「酸化物を中心とした人工格子の生成と構造」ｐ．７８３−７９２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07202292A (ja) | 1995-08-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3088478B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| KR100192192B1 (ko) | 자기저항 효과막, 이를 제조하는 방법 및 자기저항효과소자 | |
| JP2738312B2 (ja) | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 | |
| JP2748876B2 (ja) | 磁気抵抗効果膜 | |
| JP3411626B2 (ja) | 磁性多層膜および磁気抵抗効果素子ならびにそれらの製造方法 | |
| JP3207477B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| JP2901501B2 (ja) | 磁性多層膜およびその製造方法ならびに磁気抵抗効果素子 | |
| JP2743806B2 (ja) | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 | |
| JP2924798B2 (ja) | 磁気抵抗効果薄膜 | |
| JP3088519B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| JPH10188235A (ja) | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 | |
| JP2629583B2 (ja) | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 | |
| KR100266518B1 (ko) | 자기저항효과막및그의제조방법 | |
| JP3247535B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| JP2961914B2 (ja) | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 | |
| JP2738295B2 (ja) | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 | |
| EP0578196B1 (en) | Magnetoresistive elements and method of fabricating the same | |
| US6001430A (en) | Magnetoresistance effect film and production process thereof | |
| JP2957233B2 (ja) | 磁性多層膜 | |
| JP2674532B2 (ja) | 磁気抵抗効果型磁気ヘッド | |
| JP2964690B2 (ja) | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 | |
| JPH1154323A (ja) | 磁区制御膜 | |
| JPH09330505A (ja) | 磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッド |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980106 |