JP2961914B2 - 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果材料およびその製造方法Info
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Description
とるための磁気抵抗効果材料に関するものである。
センサ−(以下MRセンサ−という)、磁気抵抗ヘッド
(以下MRヘッドという)の開発が進められており、磁
性体には主にNi0.8Fe0.2のパ−マロイが用いられてい
る。ただしこの材料の場合は抵抗変化率(以下ΔR/R
と記す)が2.5%程度であり、より高感度な磁気抵抗素
子をうるにはよりΔR/Rの大きなものが求められて来
た。
効果が起きることが発見された(Physical Review Lett
er Vol.61, p2472, 1988)が、この材料の場合は十数kO
e以上の大きな磁界を印加しないと大きなΔR/Rが得
られず、実用性に難点があった。
(30Å)/Cu(50Å)/Co(30Å)/Cu(50Å)×15層の人工
格子膜でΔR/Rが約10%(3kOeの磁界を印加)の抵抗変
化が観測された報告がある。(1990年秋 応用物理
学会 予稿)しかしながら、膜を製作するのに高価な超
高真空蒸着装置が必要なことと、やはり3kOe程度の大き
な磁界を印加しないと大きなΔR/Rが得られない。
を解決し、実用性のある低磁界でより大きなΔR/Rを
示す磁気抵抗素子を可能とするものである。
めに本発明の磁気抵抗効果材料は以下の構成とする。す
なわち、スパッタ装置を用いてCoを主成分とし厚さが10
〜100Åの第一の磁性薄膜層とNiXFeYCoZを主成分とし厚
さが10〜100Åの第二の磁性薄膜層とをCuを主成分とし
厚さが10〜35Åの金属非磁性薄膜層を介して交互に積層
して磁気抵抗効果材料を構成する。(ただしX、Y、Zは
それぞれ、0.6≦X≦0.9、0<Y≦0.3、0.01≦Z≦0.3)
0≦Y≦0.3、0.01≦Z≦0.3である。
3は保磁力が異なりかつ金属非磁性薄膜層2によって分
離されているため、(図1b)に示したように弱い磁界
が印加されると軟磁性の磁性薄膜層3のスピンがまずそ
の方向に回転し、半硬質磁性の磁性薄膜層1のスピンは
まだ反転しない状態が生ずる。従ってこの時磁性薄膜層
1と磁性薄膜層3のスピン配列が互いに逆方向となり伝
導電子のスピン散乱が極大となって大きな磁気抵抗を示
す。更に(図1c)に示したように印加磁界を強くする
と磁性薄膜層1のスピンも反転し磁性薄膜層3と磁性薄
膜層1のスピン配列は平行となり伝導電子のスピン散乱
が小さくなり磁気抵抗は減少する。この様にして大きな
ΔR/Rが得られる訳であるが、金属非磁性薄膜層2が
無いと磁性薄膜層1と磁性薄膜層3は磁気的にカップリ
ングしてしまい(図1b)のような状態が実現できない
ため大きな磁気抵抗効果は得られない。磁性膜層3は軟
磁性を示すこととNi-Fe膜より磁気抵抗効果の大きなこ
とが望ましく、これは磁性膜層3にNi-Fe-Coを用いるこ
とにより可能となり膜全体のΔR/Rが向上される。
硬質磁性を示す。
はその組成比はNiXFe Y CoZを主成分とし、X、Y、Zはそれ
ぞれ原子組成比で、0.6≦X≦0.9、0≦Y≦0.3、0≦Z≦0.
3を満足する組成領域で磁歪が小さく軟磁性を示し、よ
り好ましくは0.6≦X≦0.9、0<Y≦0.25、0<Z≦0.25で
ある。又磁気抵抗効果を考慮すると、Ni-Fe系よりもNi-
Fe-Co系の方が膜全体としてのΔR/Rが大きくなり0.0
1≦Zとする必要がある。これらの条件を満足する代表的
なものはNi0.8Fe0.15Co0.05である。又更に軟磁性を改
良したり耐摩耗性及び耐食性を改良するためにNb,Mo,C
r,W,Ru等を添加しても良い。これら磁性薄膜層はその厚
さが10Å未満ではキュリ−温度の低下による室温での磁
化の低減等が問題となり、又実用上磁気抵抗素子は全膜
厚が数百Åで用いられるため、本発明のように積層効果
を利用するには各磁性薄膜層を少なくとも100Å以下に
する必要がある。従ってこれら磁性薄膜層の厚さは10〜
100Åとすることが望ましい。
膜はNi-Fe-Co系磁性薄膜と界面での反応が少なくかつ非
磁性であることが必要で、Cuが適している。このCu層の
厚さは20Åぐらいが最適で、10Å未満では2種類の磁性
薄膜層が磁気的にカップリングをして(図1b)のよう
に保磁力の異なる磁性薄膜層1と3のスピンが反平行と
なる状態の実現が困難となる。又理由はさだかでないが
以下に述べる(実施例1)の(図2)のようにΔR/R
の値はCu層の厚さによって(RKKY的な)振動を示
し、35Åを越えると極大の第2ピ−クを越えて磁気抵抗
効果が低減し、極大の第1ピ−クまでを利用する場合は
Cu層の厚さは25Å以下とすることがより望ましい。
説明を行う。 (実施例1)多元RFスパッタ装置を用いて、タ−ゲッ
トとして、Co、Cu、Ni0.8Fe0.15Co0 .05を用いスパッタ
装置内部を2×10-7Torrに排気した後、Arガスを導入して
8×10 -3Torrとし、スパッタ法により順次以下に示した
構成の磁気抵抗素子をガラス基板上に作製した。
間とシャッタ−により制御し、総厚約0.2μmの膜を作製
した。
示した。なお、ΔR/Rは300Oeの印加磁界にて測定
した。(図2)より明らかなように、ΔR/Rの極大値
はCu層が20Å付近に存在し、次に第2の極大値はCu層が
30Å付近に存在し、更に第3の極大値はCu層が40Å付近
に存在していることが分かった。従って最大のΔR/R
を得ようとすると、Cu層が20Å付近が最適となる。
タ−ゲットとして、Co、Cu、Ni0.8Fe0.15Co0.05を用いC
u層の厚さを一定とし磁性層の厚さを変えた膜をスパッ
タ法により(実施例1)と同様に作製した。
0.8Fe0.15Co0.05の代わりに従来材料であるNi0.8Fe0.2
を使用した試料のΔR/Rは8.8%であり、又Ni0.8Fe
0.19Co0.01を使用した試料のΔR/Rは12%であったこ
とより、より大きなΔR/Rを得る観点からもCoが不可
欠である。
真空蒸着装置を用いず、通常のスパッタ装置により作製
出来る事、又、ΔR/Rの極大値は従来Cu層が50Å付近
に存在していたのに対し20Å付近に存在し、室温でかつ
実用的な印加磁界で大きな磁気抵抗効果を示す磁気抵抗
素子を可能とするもので、高感度MRヘッドやMRセン
サ−等への応用に適したものである。
ける各磁性層のスピンの配列方向を示す断面図 (c)は十分大きい印加磁界における各磁性層のスピン
の配列方向を示す断面図
す図
Claims (5)
- 【請求項1】 Coを主成分とし厚さが10〜100Åの第一
の磁性薄膜層とNiXFeYCoZを主成分とし厚さが10〜100Å
の第二の磁性薄膜層とをCuを主成分とし厚さが10〜35Å
の金属非磁性薄膜層を介して交互に積層してなる磁気抵
抗効果材料。ただしX、Y、Zはそれぞれ、0.6≦X≦0.9、
0<Y≦0.3、0.01≦Z≦0.3 - 【請求項2】 Coを主成分とし厚さが10〜100Åの第一
の磁性薄膜層とNiXFeYCoZを主成分とし厚さが10〜100Å
の第二の磁性薄膜層とをCuを主成分とし厚さが10〜25Å
の金属非磁性薄膜層を介して交互に積層してなる磁気抵
抗効果材料。ただしX、Y、Zはそれぞれ、0.6≦X≦0.9、
0<Y≦0.25、0.01<Z≦0.25 - 【請求項3】 請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果材
料を製造するにあたって、金属磁性薄膜層、金属非磁性
薄膜層を多元スパッタ装置を用いて逐次積層して形成す
ることを特徴とする磁気抵抗効果材料の製造方法。 - 【請求項4】 請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果材
料を用いた磁気抵抗センサー。 - 【請求項5】 請求項1又は2に記載の磁気抵抗効果材
料を用いた磁気抵抗ヘッド。
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Publication Number | Publication Date |
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- 1991-03-08 JP JP3043305A patent/JP2961914B2/ja not_active Expired - Fee Related
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