JP2964690B2 - 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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気媒体より信号を読み
とるための磁気抵抗効果材料に関するものである。
とるための磁気抵抗効果材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より磁気抵抗素子を用いた磁気抵抗
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。
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。
【０００３】近年[Fe/Cr]人工格子膜で大きな磁気抵抗
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。
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。
【０００４】また、超高真空蒸着装置を用いNi0.8Fe0.2
(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）。
(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）。
【０００５】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。
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。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
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にしようとするものである。
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にしようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の磁気抵抗効果材料は以下の構成とする。
めに本発明の磁気抵抗効果材料は以下の構成とする。
【０００８】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Niを50原
子%以上含むNi-Coからなる厚さが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。
分とし厚さが10〜100Åの第一の磁性薄膜層とNiを50原
子%以上含むNi-Coからなる厚さが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。
【０００９】
【作用】保磁力が異なり、金属非磁性薄膜層によって分
離された二つの磁性薄膜層は、弱い磁界が印加されると
保磁力の小さい方の磁性薄膜層のスピンがまず印加磁界
の方向に回転し、保磁力の大きい方の磁性薄膜層のスピ
ンはまだ反転しない状態が生ずる。この時二つの磁性薄
膜層のスピン配列は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。印加磁界
を増加すると保磁力の大きい方の磁性薄膜層のスピンも
反転し二つの磁性薄膜層のスピン配列は互いに平行とな
り伝導電子のスピン散乱が小さくなって磁気抵抗が減少
する。この様にして大きなΔＲ／Ｒが得られる。金属非
磁性薄膜層が無いと二つの磁性薄膜層は磁気的にカップ
リングしてしまい逆向きのスピン配列状態が実現できな
いため大きな磁気抵抗効果が得られない。保磁力の小さ
い方の磁性薄膜層に要求される特性としては小さい印加
磁界で動作する軟磁気特性と大きい磁気抵抗効果であ
り、磁性膜層にNi-Coを用いることで実現され膜全体の
ΔＲ／Ｒが向上される。
離された二つの磁性薄膜層は、弱い磁界が印加されると
保磁力の小さい方の磁性薄膜層のスピンがまず印加磁界
の方向に回転し、保磁力の大きい方の磁性薄膜層のスピ
ンはまだ反転しない状態が生ずる。この時二つの磁性薄
膜層のスピン配列は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。印加磁界
を増加すると保磁力の大きい方の磁性薄膜層のスピンも
反転し二つの磁性薄膜層のスピン配列は互いに平行とな
り伝導電子のスピン散乱が小さくなって磁気抵抗が減少
する。この様にして大きなΔＲ／Ｒが得られる。金属非
磁性薄膜層が無いと二つの磁性薄膜層は磁気的にカップ
リングしてしまい逆向きのスピン配列状態が実現できな
いため大きな磁気抵抗効果が得られない。保磁力の小さ
い方の磁性薄膜層に要求される特性としては小さい印加
磁界で動作する軟磁気特性と大きい磁気抵抗効果であ
り、磁性膜層にNi-Coを用いることで実現され膜全体の
ΔＲ／Ｒが向上される。
【００１０】
【実施例】磁性薄膜層１はCoを主成分とするもので、半
硬質磁性を示す。
硬質磁性を示す。
【００１１】磁性薄膜層３のNi-richのNi-Co系合金の組
成比はNiとCoからなり、Niは原子組成比で、50%以下で
はより大きな印加磁界でないと大きなΔＲ／Ｒを示さ
ず、90%以上では大きなΔＲ／Ｒが得られない。代表的
な組成はNi0.8Co0.2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の元素を微量添加し
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。
成比はNiとCoからなり、Niは原子組成比で、50%以下で
はより大きな印加磁界でないと大きなΔＲ／Ｒを示さ
ず、90%以上では大きなΔＲ／Ｒが得られない。代表的
な組成はNi0.8Co0.2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の元素を微量添加し
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。
【００１２】これらの磁性薄膜の間に介在させる金属薄
膜はNi-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。
膜はNi-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。
【００１３】以下具体的な実施例により本発明の効果の
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、Ni0.8Co0.2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6×10-3T
orr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。
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、Ni0.8Co0.2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6×10-3T
orr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。
【００１４】 [Co(30)/Cu(0〜35)/NiCo(30)/Cu(0〜35)] （( )内は厚さ(Å)を表わす）、又各膜厚はスパッタ時
間とシャッタ−により制御し、総厚約0.2μmの膜を作製
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。
【００１５】得られた磁気抵抗材料の特性を（図２）に
示す。なお、ΔＲ／Ｒは３００Oeの磁界を印加して測定
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。
示す。なお、ΔＲ／Ｒは３００Oeの磁界を印加して測定
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。
【００１６】（実施例２）ＲＦスパッタ装置を用いて、
タ−ゲットとして、Co、Cu、Ni0.8Co0.2を用いCu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。
タ−ゲットとして、Co、Cu、Ni0.8Co0.2を用いCu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。
【００１７】得られた膜の特性を（表１）に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】なお、参考までにNo.Bと同じ構成で、Ni
0.8Co0.2の代わりに従来材料であるNi 0.8Fe0.2を使用し
た試料のΔＲ／Ｒは8.8%であったことより、より大きな
ΔＲ／Ｒを得る観点からNi-Co系合金が優れている。
0.8Co0.2の代わりに従来材料であるNi 0.8Fe0.2を使用し
た試料のΔＲ／Ｒは8.8%であったことより、より大きな
ΔＲ／Ｒを得る観点からNi-Co系合金が優れている。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明は高価な超高
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。
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気抵抗材料の動作原理を示す図 （ａ）は印加磁界とΔＲ／Ｒの関係を示す図 （ｂ）はΔＲ／Ｒがピークを示す低い印加磁界近傍にお
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
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
【図２】（実施例１）における磁気抵抗材料の特性を示
す図
す図
１ 磁性薄膜層 ２ 金属非磁性薄膜層 ３ 磁性薄膜層
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 43/08 G11B 5/39 H01F 10/16 H01F 41/18 H01L 43/12
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、Niを50原子%以上含むNi-Coよりなり、
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。 - 【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Niを50原子%以上含むNi-Coよりなり、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。 - 【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。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3100673A JP2964690B2 (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 |
| US07/840,821 US5277991A (en) | 1991-03-08 | 1992-02-25 | Magnetoresistive materials |
| DE69200169T DE69200169T3 (de) | 1991-03-08 | 1992-03-06 | Magnetresistive Materialien. |
| EP92103874A EP0503499B2 (en) | 1991-03-08 | 1992-03-06 | Magnetoresistive materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3100673A JP2964690B2 (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04329683A JPH04329683A (ja) | 1992-11-18 |
| JP2964690B2 true JP2964690B2 (ja) | 1999-10-18 |
Family
ID=14280284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3100673A Expired - Fee Related JP2964690B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-05-02 | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2964690B2 (ja) |
-
1991
- 1991-05-02 JP JP3100673A patent/JP2964690B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04329683A (ja) | 1992-11-18 |
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