JP2894312B2 - 強磁性トンネル効果素子並びにこれを用いた磁気ヘッド及び磁気センサ - Google Patents
強磁性トンネル効果素子並びにこれを用いた磁気ヘッド及び磁気センサInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、強磁性トンネル効
果を利用した強磁性トンネル効果素子、並びにこれを用
いた磁気ヘッド及び磁気センサに関する。
果を利用した強磁性トンネル効果素子、並びにこれを用
いた磁気ヘッド及び磁気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果素子は、外部磁場に対して
その電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用したもの
であり、磁気ヘッドや磁気センサなどに用いられるよう
になってきている。磁気ヘッドは、近年の高記録密度化
に伴い記録媒体からの漏れ磁場が小さくなる傾向にある
ので、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率を高めること
により磁場感度を高めることが要請されている。同様
に、磁気センサにおいても磁場感度を高めることが要請
されている。
その電気抵抗値が変化する磁気抵抗効果を利用したもの
であり、磁気ヘッドや磁気センサなどに用いられるよう
になってきている。磁気ヘッドは、近年の高記録密度化
に伴い記録媒体からの漏れ磁場が小さくなる傾向にある
ので、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率を高めること
により磁場感度を高めることが要請されている。同様
に、磁気センサにおいても磁場感度を高めることが要請
されている。
【０００３】最近、磁気抵抗効果素子の中でも、上部強
磁性体層／トンネルバリア層／下部強磁性体層という多
層構造からなる、強磁性トンネル効果を利用した強磁性
トンネル効果素子が注目されている。ここで、上部強磁
性体層及び下部強磁性体層における「上部」及び「下
部」とは、基板との位置関係を示す用語であり、一般
に、基板に近い側が下部、遠い側が上部である。強磁性
トンネル効果とは、トンネルバリア層を挟む一対の強磁
性体層間に電流を流す場合に、両方の強磁性体層の磁化
の相対角度に依存してトンネルバリア層を流れるトンネ
ル電流が変化する現象をいう。この場合のトンネルバリ
ア層は、薄い絶縁膜であって、トンネル効果によりスピ
ンを保存しながら電子が通過できるものである。両強磁
性体層のそれぞれの磁化の相対角度が小さければトンネ
ル確率は高くなるので両者間に流れる電流の抵抗が小さ
くなる。逆に、この相対角度が大きければトンネル確率
は低くなるので抵抗が大きくなる。
磁性体層／トンネルバリア層／下部強磁性体層という多
層構造からなる、強磁性トンネル効果を利用した強磁性
トンネル効果素子が注目されている。ここで、上部強磁
性体層及び下部強磁性体層における「上部」及び「下
部」とは、基板との位置関係を示す用語であり、一般
に、基板に近い側が下部、遠い側が上部である。強磁性
トンネル効果とは、トンネルバリア層を挟む一対の強磁
性体層間に電流を流す場合に、両方の強磁性体層の磁化
の相対角度に依存してトンネルバリア層を流れるトンネ
ル電流が変化する現象をいう。この場合のトンネルバリ
ア層は、薄い絶縁膜であって、トンネル効果によりスピ
ンを保存しながら電子が通過できるものである。両強磁
性体層のそれぞれの磁化の相対角度が小さければトンネ
ル確率は高くなるので両者間に流れる電流の抵抗が小さ
くなる。逆に、この相対角度が大きければトンネル確率
は低くなるので抵抗が大きくなる。
【０００４】強磁性トンネル効果素子は、室温での磁気
抵抗変化が大きいことから、高感度の磁気センサデバイ
ス材料として期待されている（例えば、Ｊ．Ｓ．Ｍｏｏ
ｄｅｒａ ｅｔ ａ１：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．
７４，３２７３（１９９５）など）。強磁性トンネル効
果素子の磁気抵抗変化率は、上部及び下部強磁性体層の
スピン分極率の積にほぼ比例することが理論的に示され
ている（Ｓ．Ｍａｅｋａｗａ ｅｔ ａ１．；ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｍａｇｎ．ＭＡＧ−１８，７０７
（１９８２））。そこで、両強磁性体層にはスピン分極
率の高いことで知られている鉄又は鉄を含む合金が多く
用いられている（Ｐ．Ｍ．Ｔｅｄｒｏｗｅｔ ａｌ．；
Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，７，７（１９７３））。また、
トンネルバリア層には、１ｎｍ〜２ｎｍ程度の極薄のリ
ークの少ない絶縁層が比較的容易に得られることからア
ルミニウムが一般に用いられている（例えば、前述の
Ｊ．Ｓ．Ｍｏｏｄｅｒａ ｅｔ ａｌ：Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｌｅｔｔ．７４，３２７３（１９９５）など）。
抵抗変化が大きいことから、高感度の磁気センサデバイ
ス材料として期待されている（例えば、Ｊ．Ｓ．Ｍｏｏ
ｄｅｒａ ｅｔ ａ１：Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．
７４，３２７３（１９９５）など）。強磁性トンネル効
果素子の磁気抵抗変化率は、上部及び下部強磁性体層の
スピン分極率の積にほぼ比例することが理論的に示され
ている（Ｓ．Ｍａｅｋａｗａ ｅｔ ａ１．；ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．ｏｎ Ｍａｇｎ．ＭＡＧ−１８，７０７
（１９８２））。そこで、両強磁性体層にはスピン分極
率の高いことで知られている鉄又は鉄を含む合金が多く
用いられている（Ｐ．Ｍ．Ｔｅｄｒｏｗｅｔ ａｌ．；
Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，７，７（１９７３））。また、
トンネルバリア層には、１ｎｍ〜２ｎｍ程度の極薄のリ
ークの少ない絶縁層が比較的容易に得られることからア
ルミニウムが一般に用いられている（例えば、前述の
Ｊ．Ｓ．Ｍｏｏｄｅｒａ ｅｔ ａｌ：Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｌｅｔｔ．７４，３２７３（１９９５）など）。
【０００５】図８は、従来の強磁性トンネル効果素子を
示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明す
る。
示す概略断面図である。以下、この図面に基づき説明す
る。
【０００６】従来の強磁性トンネル効果素子４８は、基
板５０上に下部強磁性体層５２が形成され、下部強磁性
体層５２上にトンネルバリア層５４を含む非磁性体層５
６が形成され、非磁性体層５６上に上部強磁性体層５８
が形成されてなるものである。下部強磁性体層５２及び
上部強磁性体層５８には、電気抵抗を検出するための電
極６２，６４が設けられている。下部強磁性体層５２の
材質は、鉄（以下「Ｆｅ」という。）又はＦｅを含む合
金である。非磁性体層５６の材質はアルミニウム（以下
「Ａｌ」という。）であり、その表面酸化層である酸化
アルミニウム（以下「Ａｌ2 Ｏ3 」という。）からトン
ネルバリア層５４が形成されている。
板５０上に下部強磁性体層５２が形成され、下部強磁性
体層５２上にトンネルバリア層５４を含む非磁性体層５
６が形成され、非磁性体層５６上に上部強磁性体層５８
が形成されてなるものである。下部強磁性体層５２及び
上部強磁性体層５８には、電気抵抗を検出するための電
極６２，６４が設けられている。下部強磁性体層５２の
材質は、鉄（以下「Ｆｅ」という。）又はＦｅを含む合
金である。非磁性体層５６の材質はアルミニウム（以下
「Ａｌ」という。）であり、その表面酸化層である酸化
アルミニウム（以下「Ａｌ2 Ｏ3 」という。）からトン
ネルバリア層５４が形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】強磁性トンネル効果素
子４８では、Ｆｅ又はＦｅを含む合金とＡｌとが直接接
する構造となっている。また、ＦｅとＡｌとは容易に合
金を生成することが知られている（例えばＡ．Ｇ．Ｃ．
Ｇｗｙｅｒ ｅｔ ａｌ．；Ｊ．Ｉｎｓｔ．Ｍｅｔａｌ
ｓ，３８，３５，（１９２７））。その結果、Ｆｅ又は
Ｆｅを含む合金上にＡｌを成膜すると、ＦｅとＡｌが反
応してＦｅＡｌ合金が生成する。
子４８では、Ｆｅ又はＦｅを含む合金とＡｌとが直接接
する構造となっている。また、ＦｅとＡｌとは容易に合
金を生成することが知られている（例えばＡ．Ｇ．Ｃ．
Ｇｗｙｅｒ ｅｔ ａｌ．；Ｊ．Ｉｎｓｔ．Ｍｅｔａｌ
ｓ，３８，３５，（１９２７））。その結果、Ｆｅ又は
Ｆｅを含む合金上にＡｌを成膜すると、ＦｅとＡｌが反
応してＦｅＡｌ合金が生成する。
【０００８】一方、非磁性体層５６が厚いと非磁性体層
５６でスピンが散乱されて磁気抵抗効果が小さくなるた
め、Ａｌは１０ｎｍ以下にしなければならない。このよ
うな薄いＡｌの下部界面でＦｅとＡｌとが反応しＦｅＡ
ｌ合金が生成すると、Ａｌ表面にもＦｅＡｌが露出す
る。すると、ＦｅＡｌの露出箇所は、ＦｅＡｌがＡｌよ
りも酸化しにくいため、トンネルバリア層５４を形成せ
ずに上部強磁性体層５８と接触することにより、トンネ
ルバリア層５４にピンホールが発生する。トンネルバリ
ア層５４にピンホールが生じると、トンネル電流以外の
リーク電流がピンホールを介して上部強磁性体層５８と
下部強磁性体層５２との間に流れることになる。このリ
ーク電流は磁化の影響を受けないので、ピンホールによ
るリーク電流が存在すれば、その分、磁気抵抗変化率が
低下する。
５６でスピンが散乱されて磁気抵抗効果が小さくなるた
め、Ａｌは１０ｎｍ以下にしなければならない。このよ
うな薄いＡｌの下部界面でＦｅとＡｌとが反応しＦｅＡ
ｌ合金が生成すると、Ａｌ表面にもＦｅＡｌが露出す
る。すると、ＦｅＡｌの露出箇所は、ＦｅＡｌがＡｌよ
りも酸化しにくいため、トンネルバリア層５４を形成せ
ずに上部強磁性体層５８と接触することにより、トンネ
ルバリア層５４にピンホールが発生する。トンネルバリ
ア層５４にピンホールが生じると、トンネル電流以外の
リーク電流がピンホールを介して上部強磁性体層５８と
下部強磁性体層５２との間に流れることになる。このリ
ーク電流は磁化の影響を受けないので、ピンホールによ
るリーク電流が存在すれば、その分、磁気抵抗変化率が
低下する。
【０００９】したがって、大きな磁気抵抗変化率を得る
ためには、トンネルバリア層５４でのピンホールの発生
を抑制する必要がある。しかし、従来の強磁性トンネル
効果素子４８では、Ｆｅ又はＦｅを含む合金とＡｌとの
合金化を防ぐことができなかったため、高い磁気抵抗変
化率を得ることは困難であった。
ためには、トンネルバリア層５４でのピンホールの発生
を抑制する必要がある。しかし、従来の強磁性トンネル
効果素子４８では、Ｆｅ又はＦｅを含む合金とＡｌとの
合金化を防ぐことができなかったため、高い磁気抵抗変
化率を得ることは困難であった。
【００１０】
【発明の目的】本発明の目的は、下部強磁性体層と非磁
性体層との反応を防ぐことによってトンネルバリア層で
のピンホールの発生を抑制し、これにより大きな磁気抵
抗変化率を実現した、強磁性トンネル効果素子、並びに
これを用いた磁気ヘッド及び磁気センサを提供すること
にある。
性体層との反応を防ぐことによってトンネルバリア層で
のピンホールの発生を抑制し、これにより大きな磁気抵
抗変化率を実現した、強磁性トンネル効果素子、並びに
これを用いた磁気ヘッド及び磁気センサを提供すること
にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る強磁性トン
ネル効果素子は、基板上に下部強磁性体層が形成され、
この下部強磁性体層上にトンネルバリア層を含む非磁性
体層が形成され、この非磁性体層上に上部強磁性体層が
形成されてなるものである。そして、非磁性体層と下部
強磁性体層との間に、非磁性体層及び下部強磁性体層の
どちらとも合金を形成しない不活性金属層を介挿させた
ことを特徴としている。
ネル効果素子は、基板上に下部強磁性体層が形成され、
この下部強磁性体層上にトンネルバリア層を含む非磁性
体層が形成され、この非磁性体層上に上部強磁性体層が
形成されてなるものである。そして、非磁性体層と下部
強磁性体層との間に、非磁性体層及び下部強磁性体層の
どちらとも合金を形成しない不活性金属層を介挿させた
ことを特徴としている。
【００１２】以下に、各層の材質を例示する。下部強磁
性体層は、Ｆｅ又はＦｅを含む合金である。非磁性体層
は、ＡｌとＡｌ2 Ｏ3 とからなり、このＡｌ2 Ｏ3 がト
ンネルバリア層である。不活性金属層は、ビスマス、カ
ドミウム、鉛及びタリウム（以下、それぞれ「Ｂｉ」、
「Ｃｄ」、「Ｐｂ」及び「Ｔｌ」という。）の中から選
ばれた一つ、又は二つ以上の合金である。
性体層は、Ｆｅ又はＦｅを含む合金である。非磁性体層
は、ＡｌとＡｌ2 Ｏ3 とからなり、このＡｌ2 Ｏ3 がト
ンネルバリア層である。不活性金属層は、ビスマス、カ
ドミウム、鉛及びタリウム（以下、それぞれ「Ｂｉ」、
「Ｃｄ」、「Ｐｂ」及び「Ｔｌ」という。）の中から選
ばれた一つ、又は二つ以上の合金である。
【００１３】例えば、Ｆｅ又はＦｅを含む合金からなる
下部強磁性体層とＡｌからなる非磁性体層との間に、Ｂ
ｉ、Ｃｄ、Ｐｂ及びＴｌの中から選ばれた一つ、又は二
つ以上の合金からなる不活性金属層を介挿したとする。
下部強磁性体層とＡｌからなる非磁性体層との間に、Ｂ
ｉ、Ｃｄ、Ｐｂ及びＴｌの中から選ばれた一つ、又は二
つ以上の合金からなる不活性金属層を介挿したとする。
【００１４】この場合、不活性金属層は、Ｆｅ及びＡｌ
のどちらとも反応しない。したがって、下部強磁性体層
のＦｅと非磁性体層のＡｌとの間での合金化が阻止され
る。これによって、ピンホールのないＡｌ2 Ｏ3 からな
るトンネルバリア層を形成することができるので、トン
ネルバリア層におけるリーク電流の発生が抑制されるこ
とから、磁気抵抗変化率を高めた強磁性トンネル効果素
子を作製することができる。
のどちらとも反応しない。したがって、下部強磁性体層
のＦｅと非磁性体層のＡｌとの間での合金化が阻止され
る。これによって、ピンホールのないＡｌ2 Ｏ3 からな
るトンネルバリア層を形成することができるので、トン
ネルバリア層におけるリーク電流の発生が抑制されるこ
とから、磁気抵抗変化率を高めた強磁性トンネル効果素
子を作製することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る強磁性トン
ネル効果素子の一実施形態を示す概略断面図である。以
下、この図面に基づき説明する。ただし、図８と同一部
分は同一符号を付すことにより重複説明を省略する。
ネル効果素子の一実施形態を示す概略断面図である。以
下、この図面に基づき説明する。ただし、図８と同一部
分は同一符号を付すことにより重複説明を省略する。
【００１６】本実施形態の強磁性トンネル効果素子１０
は、基板５０上に下部強磁性体層５２が形成され、下部
強磁性体層５２上にトンネルバリア層５４を含む非磁性
体層５６が形成され、非磁性体層５６上に上部強磁性体
層５８が形成されてなるものである。そして、非磁性体
層５６と下部強磁性体層５２との間に、非磁性体層５６
及び下部強磁性体層５２のどちらとも合金を形成しない
不活性金属層１２を介挿させたことを特徴としている。
は、基板５０上に下部強磁性体層５２が形成され、下部
強磁性体層５２上にトンネルバリア層５４を含む非磁性
体層５６が形成され、非磁性体層５６上に上部強磁性体
層５８が形成されてなるものである。そして、非磁性体
層５６と下部強磁性体層５２との間に、非磁性体層５６
及び下部強磁性体層５２のどちらとも合金を形成しない
不活性金属層１２を介挿させたことを特徴としている。
【００１７】基板５０は、例えばシリコンからなり、表
面に電気絶縁膜としての熱酸化膜が形成されたもの等で
ある。下部強磁性体層５２の材質は、Ｆｅ又はＦｅを含
む合金である。非磁性体層５６の材質はＡｌであり、そ
の表面酸化層であるＡｌ2 Ｏ3 からトンネルバリア層５
４が形成されている。不活性金属層１２は、ＦｅともＡ
ｌとも反応しない金属であるＢｉ（又はＣｄ，Ｐｂ，Ｔ
ｌ、又はこれら４種のいずれかの金属を構成要素とする
合金）である。
面に電気絶縁膜としての熱酸化膜が形成されたもの等で
ある。下部強磁性体層５２の材質は、Ｆｅ又はＦｅを含
む合金である。非磁性体層５６の材質はＡｌであり、そ
の表面酸化層であるＡｌ2 Ｏ3 からトンネルバリア層５
４が形成されている。不活性金属層１２は、ＦｅともＡ
ｌとも反応しない金属であるＢｉ（又はＣｄ，Ｐｂ，Ｔ
ｌ、又はこれら４種のいずれかの金属を構成要素とする
合金）である。
【００１８】次に、以下の測定で使用する強磁性トンネ
ル効果素子１０の作製方法について説明する。
ル効果素子１０の作製方法について説明する。
【００１９】まず、シリコン上に膜厚３００ｎｍの熱酸
化シリコン層を形成した基板５０上に下部強磁性体層５
２としてＦｅをＤＣ（直流）スパッタ法により、基板温
度２００℃で厚さ５０ｎｍに成膜した。続いて、下部強
磁性体層５２の上に、不活性金属層１２としてＢｉを真
空蒸着法により厚さ１ｎｍで成膜した。続いて、不活性
金属層１２の上にＡｌを真空蒸着法により厚さ２ｎｍで
成膜し、その後、大気中に２４時間放置して表面を１〜
２ｎｍ酸化することにより、トンネルバリア層５４を含
む非磁性体層５６を形成した。Ａｌの酸化膜表面層がト
ンネルバリア層５４となる。続いて、トンネルバリア層
５４上に、上部強磁性体層５８として鉄コバルト合金
（組成比１対１）をＤＣスパッタ法により、基板温度は
室温で１００ｎｍの厚さに積層した。
化シリコン層を形成した基板５０上に下部強磁性体層５
２としてＦｅをＤＣ（直流）スパッタ法により、基板温
度２００℃で厚さ５０ｎｍに成膜した。続いて、下部強
磁性体層５２の上に、不活性金属層１２としてＢｉを真
空蒸着法により厚さ１ｎｍで成膜した。続いて、不活性
金属層１２の上にＡｌを真空蒸着法により厚さ２ｎｍで
成膜し、その後、大気中に２４時間放置して表面を１〜
２ｎｍ酸化することにより、トンネルバリア層５４を含
む非磁性体層５６を形成した。Ａｌの酸化膜表面層がト
ンネルバリア層５４となる。続いて、トンネルバリア層
５４上に、上部強磁性体層５８として鉄コバルト合金
（組成比１対１）をＤＣスパッタ法により、基板温度は
室温で１００ｎｍの厚さに積層した。
【００２０】図２は、強磁性トンネル効果素子１０の磁
気抵抗効果を測定する方法を示す概略上面図である。以
下、図１及び図２に基づき説明する。
気抵抗効果を測定する方法を示す概略上面図である。以
下、図１及び図２に基づき説明する。
【００２１】下部強磁性体層５２を一定幅のストライプ
状に加工し、その上にその幅よりも一辺の大きな長方形
の不活性金属層１２、非磁性体層５６及びトンネルバリ
ア層５４を成膜し、その上に下部強磁性体層５２に直交
するように一定幅のストライプ状である上部強磁性体層
５８を成膜する。これらの加工は成膜時にメタルマスク
を用いることで実現される。
状に加工し、その上にその幅よりも一辺の大きな長方形
の不活性金属層１２、非磁性体層５６及びトンネルバリ
ア層５４を成膜し、その上に下部強磁性体層５２に直交
するように一定幅のストライプ状である上部強磁性体層
５８を成膜する。これらの加工は成膜時にメタルマスク
を用いることで実現される。
【００２２】磁気抵抗を測定する際には、基板５０に対
して水平方向に磁場を印加し、トンネルバリア層５４を
通過するように下部強磁性体層５２の一端から上部強磁
性体層５８の一端へと電流を流し、下部強磁性体層５２
及び上部強磁性体層５８の他端の電圧を測定する直流四
端子法を用いる。
して水平方向に磁場を印加し、トンネルバリア層５４を
通過するように下部強磁性体層５２の一端から上部強磁
性体層５８の一端へと電流を流し、下部強磁性体層５２
及び上部強磁性体層５８の他端の電圧を測定する直流四
端子法を用いる。
【００２３】図３は、強磁性トンネル効果素子１０のヒ
ステリシス曲線を示すグラフである。以下、図１乃至図
３に基づき説明する。
ステリシス曲線を示すグラフである。以下、図１乃至図
３に基づき説明する。
【００２４】図３から明らかなように、下部強磁性体層
５２と上部強磁性体層５８との間に保持力に差があるこ
とを示す二段型のループ曲線が得られている。下部強磁
性体層５２の単層での保持力が１０Ｏｅであり、上部強
磁性体層５８の単層での保持力が４０Ｏｅである。この
二段型のループ曲線は、印加磁場Ｈが１０Ｏｅ〜４０Ｏ
ｅの範囲及び−１０Ｏｅ〜−４０Ｏｅの範囲では、下部
強磁性体層５２と上部強磁性体層５８との磁化の向きが
反平行であることを示している。この他の印加磁場の場
合には、両者の磁化の向きは平行である。強磁性トンネ
ル効果素子１０においては、下部強磁性体層５２及び上
部強磁性体層５８の磁化の向きが、反平行の場合にはト
ンネル電流が流れにくくすなわち抵抗が高くなり、平行
の場合には抵抗が低くなる。
５２と上部強磁性体層５８との間に保持力に差があるこ
とを示す二段型のループ曲線が得られている。下部強磁
性体層５２の単層での保持力が１０Ｏｅであり、上部強
磁性体層５８の単層での保持力が４０Ｏｅである。この
二段型のループ曲線は、印加磁場Ｈが１０Ｏｅ〜４０Ｏ
ｅの範囲及び−１０Ｏｅ〜−４０Ｏｅの範囲では、下部
強磁性体層５２と上部強磁性体層５８との磁化の向きが
反平行であることを示している。この他の印加磁場の場
合には、両者の磁化の向きは平行である。強磁性トンネ
ル効果素子１０においては、下部強磁性体層５２及び上
部強磁性体層５８の磁化の向きが、反平行の場合にはト
ンネル電流が流れにくくすなわち抵抗が高くなり、平行
の場合には抵抗が低くなる。
【００２５】図４は、強磁性トンネル効果素子１０の室
温における磁気抵抗曲線を示すグラフである。以下、図
１、図２及び図４に基づき説明する。
温における磁気抵抗曲線を示すグラフである。以下、図
１、図２及び図４に基づき説明する。
【００２６】図４に示すように、印加磁場Ｈが１０Ｏｅ
〜４０Ｏｅの範囲及び−１０Ｏｅ〜−４０Ｏｅの範囲で
は、下部強磁性体層５２と上部強磁性体層５８との磁化
の向きが反平行になったことに対応して抵抗が高くな
り、磁気抵抗変化率△Ｒ／Ｒとして最大２０％が得られ
ていることがわかる。
〜４０Ｏｅの範囲及び−１０Ｏｅ〜−４０Ｏｅの範囲で
は、下部強磁性体層５２と上部強磁性体層５８との磁化
の向きが反平行になったことに対応して抵抗が高くな
り、磁気抵抗変化率△Ｒ／Ｒとして最大２０％が得られ
ていることがわかる。
【００２７】従来の強磁性トンネル効果素子として例え
ば「Ｊ．Ｓ．Ｍｏｏｄｅｒａ ｅｔａ１：Ｐｈｙｓ．Ｒ
ｅｖ．Ｌｅｔｔ．７４，３２７３（１９９５）」に記載
されているものの室温における磁気抵抗変化率△Ｒ／Ｒ
は、最大１１．８％である。これに比べて、強磁性トン
ネル効果素子１０では、十分に高い磁気抵抗変化率△Ｒ
／Ｒが得られている。
ば「Ｊ．Ｓ．Ｍｏｏｄｅｒａ ｅｔａ１：Ｐｈｙｓ．Ｒ
ｅｖ．Ｌｅｔｔ．７４，３２７３（１９９５）」に記載
されているものの室温における磁気抵抗変化率△Ｒ／Ｒ
は、最大１１．８％である。これに比べて、強磁性トン
ネル効果素子１０では、十分に高い磁気抵抗変化率△Ｒ
／Ｒが得られている。
【００２８】これは、下部強磁性体層５２と非磁性体層
５６との間にＢｉからなる不活性金属層１２を挟んだこ
とにより、下部強磁性体層５２のＦｅと非磁性体層５６
のＡｌとの間の合金化を防ぐことができたためと考えら
れる。
５６との間にＢｉからなる不活性金属層１２を挟んだこ
とにより、下部強磁性体層５２のＦｅと非磁性体層５６
のＡｌとの間の合金化を防ぐことができたためと考えら
れる。
【００２９】図５は、強磁性トンネル効果素子１０のオ
ージェ電子分光による分析結果を示すグラフである。図
６は、従来の強磁性トンネル効果素子のオージェ電子分
光による分析結果を示すグラフである。以下、図１、図
５及び図６に基づき説明する。なお、図６に示す従来の
強磁性トンネル効果素子は、強磁性トンネル効果素子１
０の構造及び製造工程において、不活性金属層１２を形
成しなかったものである。
ージェ電子分光による分析結果を示すグラフである。図
６は、従来の強磁性トンネル効果素子のオージェ電子分
光による分析結果を示すグラフである。以下、図１、図
５及び図６に基づき説明する。なお、図６に示す従来の
強磁性トンネル効果素子は、強磁性トンネル効果素子１
０の構造及び製造工程において、不活性金属層１２を形
成しなかったものである。
【００３０】ＡＥＳの深さ方向分析とは、試料をアルゴ
ンイオンによりスパッタエッチングしながら、電子線を
試料表面に照射したときに放出されるオージェ電子のエ
ネルギー強度（信号強度）を分析し、試料深さ方向の組
成分析をするものである。当分析では、３ｋｅＶで加速
したアルゴンイオンを１０秒間照射してエッチングする
ごとに、電子線を試料表面に照射して分析した。図５及
び図６において、横軸は分析時間（左側ほど試料表面に
近い）、縦軸はそれぞれの元素の信号強度を示す。
ンイオンによりスパッタエッチングしながら、電子線を
試料表面に照射したときに放出されるオージェ電子のエ
ネルギー強度（信号強度）を分析し、試料深さ方向の組
成分析をするものである。当分析では、３ｋｅＶで加速
したアルゴンイオンを１０秒間照射してエッチングする
ごとに、電子線を試料表面に照射して分析した。図５及
び図６において、横軸は分析時間（左側ほど試料表面に
近い）、縦軸はそれぞれの元素の信号強度を示す。
【００３１】図５から明らかなように、強磁性トンネル
効果素子１０では、Ｂｉ層を境にしてＡｌ層とＦｅ層が
はっきりと分かれているので、両者が合金化していない
ことがわかる。これに対して、図６から明らかなよう
に、従来の強磁性トンネル効果素子では、Ａｌ層とＦｅ
層とが互いの膜表面まで混じり合っているので、Ａｌと
Ｆｅが合金化していることがわかる。
効果素子１０では、Ｂｉ層を境にしてＡｌ層とＦｅ層が
はっきりと分かれているので、両者が合金化していない
ことがわかる。これに対して、図６から明らかなよう
に、従来の強磁性トンネル効果素子では、Ａｌ層とＦｅ
層とが互いの膜表面まで混じり合っているので、Ａｌと
Ｆｅが合金化していることがわかる。
【００３２】なお、本実施形態では、強磁性体層をＤＣ
スパッタ法で成膜し、非磁性体層をＲＦスパッタ法で成
膜したが、他の成膜方法、例えば真空蒸着法やＣＶＤ法
を用いて成膜しても、上述と同様の結果を得ることがで
きる。また、下部強磁性体層をＦｅを含む合金、例えば
パーマロイ（ＦｅＮｉ合金）などにした場合でも同様の
効果が得られる。さらに、Ｂｉ層の代わりにＣｄ、Ｐ
ｂ、Ｔｌのうちのいずれか一つ、又はＢｉ、Ｃｄ、Ｐ
ｂ、Ｔｌを構成要素とする合金を用いても同様の効果が
得られる。
スパッタ法で成膜し、非磁性体層をＲＦスパッタ法で成
膜したが、他の成膜方法、例えば真空蒸着法やＣＶＤ法
を用いて成膜しても、上述と同様の結果を得ることがで
きる。また、下部強磁性体層をＦｅを含む合金、例えば
パーマロイ（ＦｅＮｉ合金）などにした場合でも同様の
効果が得られる。さらに、Ｂｉ層の代わりにＣｄ、Ｐ
ｂ、Ｔｌのうちのいずれか一つ、又はＢｉ、Ｃｄ、Ｐ
ｂ、Ｔｌを構成要素とする合金を用いても同様の効果が
得られる。
【００３３】図７は、本発明に係る磁気ヘッドの一実施
形態を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき
説明する。
形態を示す概略断面図である。以下、この図面に基づき
説明する。
【００３４】本実施形態の磁気ヘッド２０は、強磁性ト
ンネル効果素子１０（図１）の両側に一対の磁気シール
ド２２，２４を配設し、更に、磁気シールド２４の外側
に書き込み用磁気ポール２６と書き込み用磁気コイル２
８とを配設してある。磁気ヘッド２０によれば、磁気抵
抗変化率の高い強磁性トンネル効果素子１０を用いるこ
とにより、より高密度での磁気記録に対応できることと
なった。
ンネル効果素子１０（図１）の両側に一対の磁気シール
ド２２，２４を配設し、更に、磁気シールド２４の外側
に書き込み用磁気ポール２６と書き込み用磁気コイル２
８とを配設してある。磁気ヘッド２０によれば、磁気抵
抗変化率の高い強磁性トンネル効果素子１０を用いるこ
とにより、より高密度での磁気記録に対応できることと
なった。
【００３５】また、強磁性トンネル効果素子１０を用い
て、磁場感度のよい磁気センサも作製することができ
る。この場合、強磁性トンネル効果素子１０をそのまま
磁気センサとして用いることもできる。
て、磁場感度のよい磁気センサも作製することができ
る。この場合、強磁性トンネル効果素子１０をそのまま
磁気センサとして用いることもできる。
【００３６】なお、本発明においては、上部強磁性体の
材料、強磁性トンネル効果素子の形状などは、上述の実
施形態に限定されることはない。
材料、強磁性トンネル効果素子の形状などは、上述の実
施形態に限定されることはない。
【００３７】
【発明の効果】本発明に係る強磁性トンネル効果素子に
よれば、非磁性体層と下部強磁性体層との間に不活性金
属層を介挿させたことにより、下部強磁性体層と非磁性
体層との間の合金化を防ぐことができる。したがって、
ピンホールのないトンネルバリア層を形成できるので、
トンネルバリア層におけるリーク電流の発生を抑制で
き、これにより磁気抵抗変化率の向上を達成できる。
よれば、非磁性体層と下部強磁性体層との間に不活性金
属層を介挿させたことにより、下部強磁性体層と非磁性
体層との間の合金化を防ぐことができる。したがって、
ピンホールのないトンネルバリア層を形成できるので、
トンネルバリア層におけるリーク電流の発生を抑制で
き、これにより磁気抵抗変化率の向上を達成できる。
【００３８】また、本発明に係る磁気ヘッド及び磁気セ
ンサによれば、本発明に係る強磁性トンネル効果素子を
用いたことにより、高感度化を達成できるので、より高
密度の磁気記録媒体にも対応できる。
ンサによれば、本発明に係る強磁性トンネル効果素子を
用いたことにより、高感度化を達成できるので、より高
密度の磁気記録媒体にも対応できる。
【図１】本発明に係る強磁性トンネル効果素子の一実施
形態を示す概略断面図である。
形態を示す概略断面図である。
【図２】図１の強磁性トンネル効果素子の磁気抵抗効果
を測定する方法を示す概略上面図である。
を測定する方法を示す概略上面図である。
【図３】図１の強磁性トンネル効果素子のヒステリシス
曲線を示すグラフである。
曲線を示すグラフである。
【図４】図１の強磁性トンネル効果素子の室温における
磁気抵抗曲線を示すグラフである。
磁気抵抗曲線を示すグラフである。
【図５】図１の強磁性トンネル効果素子におけるオージ
ェ電子分光による分析結果を示すグラフである。
ェ電子分光による分析結果を示すグラフである。
【図６】従来の強磁性トンネル効果素子におけるオージ
ェ電子分光による分析結果を示すグラフである。
ェ電子分光による分析結果を示すグラフである。
【図７】本発明に係る磁気ヘッドの一実施形態を示す概
略断面図である。
略断面図である。
【図８】従来の強磁性トンネル効果素子を示す概略断面
図である。
図である。
１０ 強磁性トンネル効果素子 １２ 不活性金属層 ５０ 基板 ５２ 下部強磁性体層 ５４ トンネルバリア層 ５６ 非磁性体層
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に下部強磁性体層が形成され、こ
の下部強磁性体層上にトンネルバリア層を含む非磁性体
層が形成され、この非磁性体層上に上部強磁性体層が形
成されてなる強磁性トンネル効果素子において、 前記非磁性体層と前記下部強磁性体層との間に、前記非
磁性体層及び前記下部強磁性体層のどちらとも合金を形
成しない不活性金属層を介挿させたことを特徴とする強
磁性トンネル効果素子。 - 【請求項２】 前記下部強磁性体層が鉄又は鉄を含む合
金である、請求項１記載の強磁性トンネル効果素子。 - 【請求項３】 前記非磁性体層がアルミニウムと酸化ア
ルミニウムとからなり、この酸化アルミニウムが前記ト
ンネルバリア層である、請求項１又は２記載の強磁性ト
ンネル効果素子。 - 【請求項４】 前記不活性金属層がビスマス、カドミウ
ム、鉛及びタリウムの中から選ばれた一つ又は二つ以上
の合金である、請求項１，２又は３記載の磁気抵杭効果
素子。 - 【請求項５】 請求項１，２，３，４又は５記載の強磁
性トンネル効果素子を用いて構成されたことを特徴とす
る磁気ヘッド。 - 【請求項６】 請求項１，２，３，４又は５記載の強磁
性トンネル効果素子を用いて構成されたことを特徴とす
る磁気センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1388897A JP2894312B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 強磁性トンネル効果素子並びにこれを用いた磁気ヘッド及び磁気センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1388897A JP2894312B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 強磁性トンネル効果素子並びにこれを用いた磁気ヘッド及び磁気センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10208218A JPH10208218A (ja) | 1998-08-07 |
| JP2894312B2 true JP2894312B2 (ja) | 1999-05-24 |
Family
ID=11845745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1388897A Expired - Lifetime JP2894312B2 (ja) | 1997-01-28 | 1997-01-28 | 強磁性トンネル効果素子並びにこれを用いた磁気ヘッド及び磁気センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2894312B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6452204B1 (en) * | 1998-12-08 | 2002-09-17 | Nec Corporation | Tunneling magnetoresistance transducer and method for manufacturing the same |
-
1997
- 1997-01-28 JP JP1388897A patent/JP2894312B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10208218A (ja) | 1998-08-07 |
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| Date | Code | Title | Description |
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