JP3024612B2 - 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
（ＭＲ素子）に係り、特に磁気抵抗効果を用いて磁気記
憶媒体から所定の記憶情報を再生する機能を備えた磁気
抵抗効果素子（ＭＲ素子）に関するものである。
（ＭＲ素子）に係り、特に磁気抵抗効果を用いて磁気記
憶媒体から所定の記憶情報を再生する機能を備えた磁気
抵抗効果素子（ＭＲ素子）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）は、従来
より、磁気センサや磁気ヘッド，或いはＬＳＩメモリな
どに広く利用されている。又、近時にあっては、ＧＭＲ
（巨大磁気抵抗効果）が見いだされ、その工業応用可能
範囲が広まっている。
より、磁気センサや磁気ヘッド，或いはＬＳＩメモリな
どに広く利用されている。又、近時にあっては、ＧＭＲ
（巨大磁気抵抗効果）が見いだされ、その工業応用可能
範囲が広まっている。
【０００３】磁気抵抗効果の起源はスピン散乱であるこ
とは、従来よりよく知られている。即ち、このスピン散
乱の現象にあって、アップスピンの電子は、アップスピ
ンの電子に対する散乱確率が低く、ダウンスピンの電子
に対する散乱確率が高い事に起因する。換言すると、ア
ップスピン電子がアップスピンの磁区中で散乱確率が低
いのに対して、異なるスピンの磁区中での散乱確率が高
いために磁気抵抗効果が発生する。
とは、従来よりよく知られている。即ち、このスピン散
乱の現象にあって、アップスピンの電子は、アップスピ
ンの電子に対する散乱確率が低く、ダウンスピンの電子
に対する散乱確率が高い事に起因する。換言すると、ア
ップスピン電子がアップスピンの磁区中で散乱確率が低
いのに対して、異なるスピンの磁区中での散乱確率が高
いために磁気抵抗効果が発生する。
【０００４】従って、スピン散乱の違いによってＭＲ効
果を得るためには、ある外部磁場の変化にしたがって磁
化の方向が変化し、ＭＲ素子のなかではアップスピンの
ドメインとダウンスピンのドメインが共存する状態（そ
れぞれのドメインで磁化の方向が異なる状態）が形成さ
れなくてはならない。
果を得るためには、ある外部磁場の変化にしたがって磁
化の方向が変化し、ＭＲ素子のなかではアップスピンの
ドメインとダウンスピンのドメインが共存する状態（そ
れぞれのドメインで磁化の方向が異なる状態）が形成さ
れなくてはならない。
【０００５】特に、各磁気ドメインが互いに反平行の磁
化方向をもった時にＭＲ効果は最大値を示し、反平行状
態をいかに低い外部磁場で実現できるかがＭＲ素子の高
感度化につながり重要な素子パラメータである。
化方向をもった時にＭＲ効果は最大値を示し、反平行状
態をいかに低い外部磁場で実現できるかがＭＲ素子の高
感度化につながり重要な素子パラメータである。
【０００６】このスピンが反平行にある状態を形成する
ために、これまで構造上の違いで幾つかの方法が報告さ
れている。例えば、このようなＭＲ効果の利用した素子
としては、従来より、グラニュラー膜によるＭＲ素
子、金属多層膜によるＭＲ素子、トンネルバリヤを
介したサンドイッチ構造によるスピンバルブ型のＭＲ素
子（磁気バルブ）、等が知られている。
ために、これまで構造上の違いで幾つかの方法が報告さ
れている。例えば、このようなＭＲ効果の利用した素子
としては、従来より、グラニュラー膜によるＭＲ素
子、金属多層膜によるＭＲ素子、トンネルバリヤを
介したサンドイッチ構造によるスピンバルブ型のＭＲ素
子（磁気バルブ）、等が知られている。
【０００７】これを更に詳述する。まず、グラニュラ
ー膜を用いたグラニュラー型ＭＲ素子では、例えば特開
平６−３１８７４９号公報にあるように、非磁性層中に
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉなどの強磁性体を析出させたグラニュ
ラー膜を用いる。
ー膜を用いたグラニュラー型ＭＲ素子では、例えば特開
平６−３１８７４９号公報にあるように、非磁性層中に
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉなどの強磁性体を析出させたグラニュ
ラー膜を用いる。
【０００８】これらの典型的な素子の基本構造とそのＭ
Ｒ特性（磁気抵抗変化特性）を、図７（Ａ）（Ｂ）に示
す。この内、図７（Ａ）に示すグラニュラー型ＭＲ素子
１０１の基本構造において、析出粒子の大きさは１〔ｎ
ｍ〕から５０〔ｎｍ〕程度で、粒子間の距離は１〔ｎ
ｍ〕から１０〔ｎｍ〕程度である。図７（Ｂ）はそのＭ
Ｒ特性を示す。そして、その製造方法としては、合金か
らの熱平行状態から冷却して析出させる方法や、スパッ
タ蒸着中の非平行状態で析出させる方法など種々ある。
Ｒ特性（磁気抵抗変化特性）を、図７（Ａ）（Ｂ）に示
す。この内、図７（Ａ）に示すグラニュラー型ＭＲ素子
１０１の基本構造において、析出粒子の大きさは１〔ｎ
ｍ〕から５０〔ｎｍ〕程度で、粒子間の距離は１〔ｎ
ｍ〕から１０〔ｎｍ〕程度である。図７（Ｂ）はそのＭ
Ｒ特性を示す。そして、その製造方法としては、合金か
らの熱平行状態から冷却して析出させる方法や、スパッ
タ蒸着中の非平行状態で析出させる方法など種々ある。
【０００９】ところで、この析出形態、即ち析出粒子の
形状と大きさ、およびその方向は不規則となる。具体的
には、析出の条件によって析出粒子が長楕円になったり
して、その時の粒子の大きさは不揃いとなる。一方、こ
の粒子の大きさは不揃いが幸いして、各析出粒子に一軸
異方性や保磁力の差が生じてＭＲ効果を生じる。同時
に、析出粒子のサイズが小さいために、磁化反転のため
の外部磁場が低くてすむことから、前述したように低磁
場で動作するという利点がある。
形状と大きさ、およびその方向は不規則となる。具体的
には、析出の条件によって析出粒子が長楕円になったり
して、その時の粒子の大きさは不揃いとなる。一方、こ
の粒子の大きさは不揃いが幸いして、各析出粒子に一軸
異方性や保磁力の差が生じてＭＲ効果を生じる。同時
に、析出粒子のサイズが小さいために、磁化反転のため
の外部磁場が低くてすむことから、前述したように低磁
場で動作するという利点がある。
【００１０】次に、上記の金属多層膜によるＭＲ効果
に関しては、従来より多くの論文が出されていて、例え
ばフィジカル・レビュー・レターの１９８８年６１巻２
１号２４７２頁には、鉄とクロムの多層膜によるＧＭＲ
効果が開示されている。
に関しては、従来より多くの論文が出されていて、例え
ばフィジカル・レビュー・レターの１９８８年６１巻２
１号２４７２頁には、鉄とクロムの多層膜によるＧＭＲ
効果が開示されている。
【００１１】この金属多層膜型のＭＲ素子，即ち強結合
人工格子型ＧＭＲ素子１０２の構造とそのＭＲ特性（磁
気抵抗変化特性）を、図８（Ａ）（Ｂ）に示す。
人工格子型ＧＭＲ素子１０２の構造とそのＭＲ特性（磁
気抵抗変化特性）を、図８（Ａ）（Ｂ）に示す。
【００１２】ここで、図８（Ａ）に示すＧＭＲ素子は、
強磁性の鉄が３〔ｎｍ〕，非磁性のクロムが０．９〔ｎ
ｍ〕の非常に薄い膜をそれぞれ交互に６０回積層した人
工多層膜で構成されている。この種のＧＭＲ素子１０２
では、強磁性の鉄は非磁性のクロムで仕切られている
が、クロムの厚さが大変薄いために、それぞれの鉄の磁
化はクロム層を介して磁気的に結合している。図８
（Ｂ）に、この場合のＭＲ特性を示す。
強磁性の鉄が３〔ｎｍ〕，非磁性のクロムが０．９〔ｎ
ｍ〕の非常に薄い膜をそれぞれ交互に６０回積層した人
工多層膜で構成されている。この種のＧＭＲ素子１０２
では、強磁性の鉄は非磁性のクロムで仕切られている
が、クロムの厚さが大変薄いために、それぞれの鉄の磁
化はクロム層を介して磁気的に結合している。図８
（Ｂ）に、この場合のＭＲ特性を示す。
【００１３】そして、外部磁場がゼロ磁場の時、鉄の磁
化は一層置きに反平行となっていて、ゼロ磁場の時に、
膜に対して垂直に流れる電流に対して大きな磁気抵抗を
観測することができる。この場合、多層膜の各面に対し
て平行な外部磁場が与えられると、鉄の磁化は外部磁場
に揃うように反転し、全ての鉄層が揃うと磁気抵抗は最
少となる。
化は一層置きに反平行となっていて、ゼロ磁場の時に、
膜に対して垂直に流れる電流に対して大きな磁気抵抗を
観測することができる。この場合、多層膜の各面に対し
て平行な外部磁場が与えられると、鉄の磁化は外部磁場
に揃うように反転し、全ての鉄層が揃うと磁気抵抗は最
少となる。
【００１４】更に又、上記のスピンバルブ型ＭＲ素子
１０３に関しては、例えば、ソリッド・ステート・コミ
ュニケーション１９８４年、５０巻５３３頁には、磁気
的に自由なパーマロイ層と鉄・マンガン層で磁気的にピ
ン止めされたパーマロイ層との保磁力の差を利用した三
層構造のＭＲ素子が提案され、スピンバルブと名付けら
れている。
１０３に関しては、例えば、ソリッド・ステート・コミ
ュニケーション１９８４年、５０巻５３３頁には、磁気
的に自由なパーマロイ層と鉄・マンガン層で磁気的にピ
ン止めされたパーマロイ層との保磁力の差を利用した三
層構造のＭＲ素子が提案され、スピンバルブと名付けら
れている。
【００１５】このスピンバルブ型ＭＲ素子１０３の構造
とそのＭＲ特性を図９（Ａ）（Ｂ）に示す。そして、こ
の図９（Ａ）において、三層構造膜の面内を流れる電流
はそれぞれの層を散乱しながら流れ、そして、反平行磁
気ドメインで散乱されるときに磁気抵抗効果が生じる。
とそのＭＲ特性を図９（Ａ）（Ｂ）に示す。そして、こ
の図９（Ａ）において、三層構造膜の面内を流れる電流
はそれぞれの層を散乱しながら流れ、そして、反平行磁
気ドメインで散乱されるときに磁気抵抗効果が生じる。
【００１６】同様の考え方で、図７（Ａ）の積層型ＭＲ
素子と図８（Ａ）のスピンバルブ型ＭＲ素子（磁気バル
ブ型のＭＲ素子）とを組み合わせて、図１０（Ａ）に示
すような保持力の異なる磁性材料を積層したスピンバル
ブ積層型ＭＲ素子１０４なども提案されている。符号１
０４Ａはこの場合の単位ユニットを示す。又、図１０
（Ｂ）はその特性を示す。又、これ以外にも、保磁力層
の厚さや材料を変えたり、中間に酸化アルミニウムのト
ンネルバリアを挟んだりして、素子特性の改良が種々試
みられている。
素子と図８（Ａ）のスピンバルブ型ＭＲ素子（磁気バル
ブ型のＭＲ素子）とを組み合わせて、図１０（Ａ）に示
すような保持力の異なる磁性材料を積層したスピンバル
ブ積層型ＭＲ素子１０４なども提案されている。符号１
０４Ａはこの場合の単位ユニットを示す。又、図１０
（Ｂ）はその特性を示す。又、これ以外にも、保磁力層
の厚さや材料を変えたり、中間に酸化アルミニウムのト
ンネルバリアを挟んだりして、素子特性の改良が種々試
みられている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例にあって、例えばのグラニュラー膜を用いた
グラニュラー型ＭＲ素子１０１では、非磁性電気導電体
層中にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉなどの強磁性体を析出させる手
法を用いているが、この場合、強磁性体の析出に際して
は自然の析出にまかせた方法を採用しているため、微妙
な保磁力の差や析出粒子密度を制御することは困難であ
り、製品化に際しては均一性に難点があり、本来のＭＲ
効果を十分に発揮し得ないという不都合があった。
た従来例にあって、例えばのグラニュラー膜を用いた
グラニュラー型ＭＲ素子１０１では、非磁性電気導電体
層中にＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉなどの強磁性体を析出させる手
法を用いているが、この場合、強磁性体の析出に際して
は自然の析出にまかせた方法を採用しているため、微妙
な保磁力の差や析出粒子密度を制御することは困難であ
り、製品化に際しては均一性に難点があり、本来のＭＲ
効果を十分に発揮し得ないという不都合があった。
【００１８】また、この金属多層膜型のＭＲ素子１０２
では、最大で２００％以上に及ぶ大きなＧＭＲ効果が観
測されるものの、流す電流の方向が面垂直であり、素子
加工が困難であること、実際の素子のサイズは数十ミク
ロン角で面垂直方向に僅かに０．２４ミクロンしかない
ので、その素子の抵抗は数１０マイクロオーム程度と大
変低いこと、又更には、磁化反転に必要な外部磁場が数
テスラにもなり、実用的な感度ではないことなど、ＭＲ
素子としての実用化に際しては多くの問題点を備えてい
る。
では、最大で２００％以上に及ぶ大きなＧＭＲ効果が観
測されるものの、流す電流の方向が面垂直であり、素子
加工が困難であること、実際の素子のサイズは数十ミク
ロン角で面垂直方向に僅かに０．２４ミクロンしかない
ので、その素子の抵抗は数１０マイクロオーム程度と大
変低いこと、又更には、磁化反転に必要な外部磁場が数
テスラにもなり、実用的な感度ではないことなど、ＭＲ
素子としての実用化に際しては多くの問題点を備えてい
る。
【００１９】
【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、とくに磁性材料による極微小のドットアレー
が非磁性の電極材料（電気導電体）によって埋め込まれ
た構造を持つ磁気抵抗効果素子において、比較的容易に
ナノメートルサイズの磁気ドメインを人工的にその形状
を制御すると共に、これらの微少磁気ドットをアレー状
に配置し、これによって高感度で高利得の磁気抵抗効果
素子を（ＭＲ素子）を提供することを、その目的とす
る。
を改善し、とくに磁性材料による極微小のドットアレー
が非磁性の電極材料（電気導電体）によって埋め込まれ
た構造を持つ磁気抵抗効果素子において、比較的容易に
ナノメートルサイズの磁気ドメインを人工的にその形状
を制御すると共に、これらの微少磁気ドットをアレー状
に配置し、これによって高感度で高利得の磁気抵抗効果
素子を（ＭＲ素子）を提供することを、その目的とす
る。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、磁性材料による極微小ドットが非磁性
の電気導電体（例えばアルミニウム皮膜）によって埋め
込まれた構造であって外部磁場に対して磁気抵抗効果を
生じる磁気抵抗効果素子において、磁性ドットは形状及
び寸法が周期的に配列された二次元ドットアレー構造で
ある、という構成を採っている。
め、本発明では、磁性材料による極微小ドットが非磁性
の電気導電体（例えばアルミニウム皮膜）によって埋め
込まれた構造であって外部磁場に対して磁気抵抗効果を
生じる磁気抵抗効果素子において、磁性ドットは形状及
び寸法が周期的に配列された二次元ドットアレー構造で
ある、という構成を採っている。
【００２１】ここで、磁性ドットは、各行毎に形状及び
寸法の異なる少なくとも二種類の磁性ドットで形成され
たものである。又は、磁性ドットは、各行毎に飽和磁化
が異なる少なくとも二種類の磁性ドットで形成されたも
のである。また、二種類の磁性ドットを、円形状の磁性
ドットと、この円形状の磁性ドットよりも飽和磁化の大
きい楕円形状の磁性ドットとしたものとしてもよい。
寸法の異なる少なくとも二種類の磁性ドットで形成され
たものである。又は、磁性ドットは、各行毎に飽和磁化
が異なる少なくとも二種類の磁性ドットで形成されたも
のである。また、二種類の磁性ドットを、円形状の磁性
ドットと、この円形状の磁性ドットよりも飽和磁化の大
きい楕円形状の磁性ドットとしたものとしてもよい。
【００２２】更に、楕円形状ドットは、長軸が同一線上
で一方向を向いて並べられ且つ各長軸の一端部と他端部
とが同一線上にて接近して配置されているものとしても
よい。また、円形状の磁性ドットは、他の円形状の磁性
ドットおよび楕円形状の磁性ドットとの離間距離を、前
記長軸の一端部と他端部との離間距離よりも大きく設定
したものとしてもよい。更にまた、磁性材料による極微
小のドットアレーが非磁性の電気導電体によって埋め込
まれた構造を持つ磁気抵抗効果素子において、極微小の
ドットを二次元ドットアレーに配置する構造を有すると
共に、第一の電気導電体、電子トンネルバリヤ及び第二
の電気導電体からなる三層によって、隣接するドット同
士が接続されているものとしてもよい。
で一方向を向いて並べられ且つ各長軸の一端部と他端部
とが同一線上にて接近して配置されているものとしても
よい。また、円形状の磁性ドットは、他の円形状の磁性
ドットおよび楕円形状の磁性ドットとの離間距離を、前
記長軸の一端部と他端部との離間距離よりも大きく設定
したものとしてもよい。更にまた、磁性材料による極微
小のドットアレーが非磁性の電気導電体によって埋め込
まれた構造を持つ磁気抵抗効果素子において、極微小の
ドットを二次元ドットアレーに配置する構造を有すると
共に、第一の電気導電体、電子トンネルバリヤ及び第二
の電気導電体からなる三層によって、隣接するドット同
士が接続されているものとしてもよい。
【００２３】この場合、本発明では、素子形成過程の最
終段において、外部磁場として二次元ドットアレーの一
方の方向に外部磁界が印加され、形状の異なる大小すべ
ての磁性ドットの磁化が一方の方向に揃える。ここで、
外部磁界をなくしても、各磁性ドットは強磁性体（例え
ば鉄）を素材としているので、磁化の方向は例えば左向
きに揃ったままである。
終段において、外部磁場として二次元ドットアレーの一
方の方向に外部磁界が印加され、形状の異なる大小すべ
ての磁性ドットの磁化が一方の方向に揃える。ここで、
外部磁界をなくしても、各磁性ドットは強磁性体（例え
ば鉄）を素材としているので、磁化の方向は例えば左向
きに揃ったままである。
【００２４】次に、二次元ドットアレーの他方の方向に
外部磁界を印加する。この場合、ドット形状に依存する
保持力の異方性の差があるために、小さい形状の磁性ド
ットが先に他方の方向にその磁化が変化する。一方、大
きい磁性ドットは保持力が大きく磁化反転しない（磁化
保持ドット：図１では、この場合の状態を示す）。かか
る事態が発生すると、実は、この状態がスピン散乱を一
番大きく引き起こす。
外部磁界を印加する。この場合、ドット形状に依存する
保持力の異方性の差があるために、小さい形状の磁性ド
ットが先に他方の方向にその磁化が変化する。一方、大
きい磁性ドットは保持力が大きく磁化反転しない（磁化
保持ドット：図１では、この場合の状態を示す）。かか
る事態が発生すると、実は、この状態がスピン散乱を一
番大きく引き起こす。
【００２５】外部磁場に対するＭＲ素子の感度は、この
素子形状の場合、小さい磁性ドット２の磁化反転を起こ
す外部磁場で与えられる。このようなＭＲ素子では、ド
ットアレーの並べ方と、小さい磁性ドット（磁化反転ド
ット）の形状でＭＲ素子の特性を任意に制御することが
可能となる。又、ドット密度をあげることで、磁気散乱
を増やしてＭＲ効率を改善することができる。
素子形状の場合、小さい磁性ドット２の磁化反転を起こ
す外部磁場で与えられる。このようなＭＲ素子では、ド
ットアレーの並べ方と、小さい磁性ドット（磁化反転ド
ット）の形状でＭＲ素子の特性を任意に制御することが
可能となる。又、ドット密度をあげることで、磁気散乱
を増やしてＭＲ効率を改善することができる。
【００２６】又、このような二次元平面に形成されたＭ
Ｒ素子では、当該ＭＲ素子の抵抗を電流経路の形状で任
意に制御することが可能であり、低抵抗のＭＲ素子から
高抵抗のＭＲ素子まで任意制御が可能となる。
Ｒ素子では、当該ＭＲ素子の抵抗を電流経路の形状で任
意に制御することが可能であり、低抵抗のＭＲ素子から
高抵抗のＭＲ素子まで任意制御が可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を、
図１に基づいて説明する。
図１に基づいて説明する。
【００２８】まず最初に、本実施の形態の全体像を説明
すると、図１に示す本実施形態は、その骨子として、磁
性材料による極微小ドット（磁性ドット）１，２を二次
元ドットアレー１０に配置する素子構造を備えている。
又、この二次元ドットアレー１０は、非磁性の電極材料
である電気導電体（例えば、図２に示すアルミニウム皮
膜２３）によって埋め込まれ、外部磁場に対して磁気抵
抗効果（ＭＲ効果）を生じる構造となっている。
すると、図１に示す本実施形態は、その骨子として、磁
性材料による極微小ドット（磁性ドット）１，２を二次
元ドットアレー１０に配置する素子構造を備えている。
又、この二次元ドットアレー１０は、非磁性の電極材料
である電気導電体（例えば、図２に示すアルミニウム皮
膜２３）によって埋め込まれ、外部磁場に対して磁気抵
抗効果（ＭＲ効果）を生じる構造となっている。
【００２９】外部磁場に対するＭＲ（磁気抵抗効果）感
度を良好にするためには、弱磁場で容易に磁化反転する
微少磁性ドット（例えば、鉄磁化反転ドット）が有効で
ある。ここで、磁性ドットのサイズが数１０〔ｎｍ〕程
度であると、ドット内部を一つのドメインが占有するた
め、図１に示すシングルドメインの磁気ドット１，２に
することができる。これらの微少の磁気ドット１，２を
アレー状に配置することで、高感度で且つ高利得のＭＲ
素子を提供するのが、本発明の意図するところである。
度を良好にするためには、弱磁場で容易に磁化反転する
微少磁性ドット（例えば、鉄磁化反転ドット）が有効で
ある。ここで、磁性ドットのサイズが数１０〔ｎｍ〕程
度であると、ドット内部を一つのドメインが占有するた
め、図１に示すシングルドメインの磁気ドット１，２に
することができる。これらの微少の磁気ドット１，２を
アレー状に配置することで、高感度で且つ高利得のＭＲ
素子を提供するのが、本発明の意図するところである。
【００３０】さて、電子のスピンモーメントは、一般的
な電子散乱に比べて長い距離保存される。即ち、電子の
スピンモーメントは、スピン拡散長が長い。今、アップ
スピンの電子がアップスピンの磁気ドメインに進入する
と、そこでの磁気散乱確率は少ない。反対に、アップス
ピンの電子がダウンスピンの磁気ドメインに進入する
と、そこでの磁気散乱確率は高い。
な電子散乱に比べて長い距離保存される。即ち、電子の
スピンモーメントは、スピン拡散長が長い。今、アップ
スピンの電子がアップスピンの磁気ドメインに進入する
と、そこでの磁気散乱確率は少ない。反対に、アップス
ピンの電子がダウンスピンの磁気ドメインに進入する
と、そこでの磁気散乱確率は高い。
【００３１】又、通電中、電子がここで述べているよう
なＭＲ素子（ドットアレーが埋設された極薄い薄膜）中
を進むときには、多数回の電子散乱を受けながら進行す
る。これが通常の電気抵抗として観測されるが、更に、
磁気ドメイン（磁気ドット１，２）での磁気散乱が、Ｍ
Ｒ効果として観測されることになる。
なＭＲ素子（ドットアレーが埋設された極薄い薄膜）中
を進むときには、多数回の電子散乱を受けながら進行す
る。これが通常の電気抵抗として観測されるが、更に、
磁気ドメイン（磁気ドット１，２）での磁気散乱が、Ｍ
Ｒ効果として観測されることになる。
【００３２】ここで、効率良くＭＲ効果を引き出すに
は、いかに効率良く磁気ドメインでの磁気散乱を起こさ
せるようなドット形状とその配置を行うかが、重要とな
る。本実施形態では、二次元ドットアレーを構成するド
ットは、形状の異なる二種類の磁性ドット１，２で構成
されている。即ち、図１に示すように、これらの磁性ド
ット１，２は、楕円形状の磁性ドット１および円形状の
磁性ドット２で構成され、二種類の磁性ドット１，２が
交互に配列された二次元ドットアレー構造を備えてい
る。
は、いかに効率良く磁気ドメインでの磁気散乱を起こさ
せるようなドット形状とその配置を行うかが、重要とな
る。本実施形態では、二次元ドットアレーを構成するド
ットは、形状の異なる二種類の磁性ドット１，２で構成
されている。即ち、図１に示すように、これらの磁性ド
ット１，２は、楕円形状の磁性ドット１および円形状の
磁性ドット２で構成され、二種類の磁性ドット１，２が
交互に配列された二次元ドットアレー構造を備えてい
る。
【００３３】又、二次元ドットアレー１０を構成する各
磁性ドット１，２は、材料の異なる（磁性磁化の異な
る）二種類の磁性ドットで構成してもよい。この場合の
二次元ドットアレー構造は、各磁性ドットの飽和磁化が
異なる磁性ドットが交互に配列された構造とする。
磁性ドット１，２は、材料の異なる（磁性磁化の異な
る）二種類の磁性ドットで構成してもよい。この場合の
二次元ドットアレー構造は、各磁性ドットの飽和磁化が
異なる磁性ドットが交互に配列された構造とする。
【００３４】図１に、磁性ドットの飽和磁化が異なる二
種類の磁性ドット１，２が交互に配列された二次元ドッ
トアレー１０を模式的に表した構成図を示す。ここで、
符号３はクロム（Ｃｒ）層を示す。
種類の磁性ドット１，２が交互に配列された二次元ドッ
トアレー１０を模式的に表した構成図を示す。ここで、
符号３はクロム（Ｃｒ）層を示す。
【００３５】この図１において、まず最初に、外部磁場
として左向きの磁場が印加され、大小すべての磁性ドッ
ト１，２の磁化が左向きに揃ったと考える。次に、外部
磁場をなくしても、各磁性ドット１，２は強磁性体（例
えば鉄）を素材としているので、磁化の方向は例えば左
向きに揃ったままである。
として左向きの磁場が印加され、大小すべての磁性ドッ
ト１，２の磁化が左向きに揃ったと考える。次に、外部
磁場をなくしても、各磁性ドット１，２は強磁性体（例
えば鉄）を素材としているので、磁化の方向は例えば左
向きに揃ったままである。
【００３６】そこで、図１に於いて、右向きの外部磁場
を印加すると、ドット形状に依存する保持力の異方性の
差があるために、小さい円形状の磁性ドット２が先に右
向きにその磁化が変化する。しかし、長楕円の磁性ドッ
ト１は保持力が大きく磁化反転しない（図１では、この
場合の状態を示す）。実は、この状態がスピン散乱を一
番大きく引き起こす。
を印加すると、ドット形状に依存する保持力の異方性の
差があるために、小さい円形状の磁性ドット２が先に右
向きにその磁化が変化する。しかし、長楕円の磁性ドッ
ト１は保持力が大きく磁化反転しない（図１では、この
場合の状態を示す）。実は、この状態がスピン散乱を一
番大きく引き起こす。
【００３７】外部磁場に対するＭＲ素子の感度は、この
素子形状の場合、小さい磁性ドット２の磁化反転を起こ
す外部磁場で与えられる。このようなＭＲ素子では、ド
ットアレーの並べ方と、小さい磁性ドット（磁化反転ド
ット）の形状でＭＲ素子の特性を任意に制御することが
可能となる。又、ドット密度をあげることで、磁気散乱
を増やしてＭＲ効率を改善する事が可能である。
素子形状の場合、小さい磁性ドット２の磁化反転を起こ
す外部磁場で与えられる。このようなＭＲ素子では、ド
ットアレーの並べ方と、小さい磁性ドット（磁化反転ド
ット）の形状でＭＲ素子の特性を任意に制御することが
可能となる。又、ドット密度をあげることで、磁気散乱
を増やしてＭＲ効率を改善する事が可能である。
【００３８】又、このような二次元平面に形成されたＭ
Ｒ素子では、当該ＭＲ素子の抵抗を電流経路の形状で任
意に制御することが可能であり、低抵抗のＭＲ素子から
高抵抗のＭＲ素子まで任意制御が可能である。
Ｒ素子では、当該ＭＲ素子の抵抗を電流経路の形状で任
意に制御することが可能であり、低抵抗のＭＲ素子から
高抵抗のＭＲ素子まで任意制御が可能である。
【００３９】この点は、前述した従来例における積層膜
型のＭＲ素子では、膜面垂直方向の電子伝導を利用して
いるため素子加工が困難であると同時に、素子抵抗が数
１０マイクロオーム程度と非常に低抵抗であることが問
題であったのに対して、本実施形態（ドットアレーＭＲ
素子）にあっては、素子抵抗の点で他のエレクトロニク
ス回路との整合性に対して非常に有利である。
型のＭＲ素子では、膜面垂直方向の電子伝導を利用して
いるため素子加工が困難であると同時に、素子抵抗が数
１０マイクロオーム程度と非常に低抵抗であることが問
題であったのに対して、本実施形態（ドットアレーＭＲ
素子）にあっては、素子抵抗の点で他のエレクトロニク
ス回路との整合性に対して非常に有利である。
【００４０】更に、ドットアレーＭＲ素子を構成するド
ットは、磁気特性の異なる二種類もしくはそれ以上の材
料を組み合わせて作成することも可能である。
ットは、磁気特性の異なる二種類もしくはそれ以上の材
料を組み合わせて作成することも可能である。
【００４１】例えば、前述した従来例の図８に示す積層
構造のように、ドットのサイズを同一にして飽和磁化率
の異なる磁性材料，例えばパーマロイなどを組み合わせ
てドットアレーを構成しても、図１で述べたのと同様の
ＭＲ効果を得ることが可能である。この場合、素子特性
の最適化のためには、材料の最適化とドット形状の最適
化が有効である。
構造のように、ドットのサイズを同一にして飽和磁化率
の異なる磁性材料，例えばパーマロイなどを組み合わせ
てドットアレーを構成しても、図１で述べたのと同様の
ＭＲ効果を得ることが可能である。この場合、素子特性
の最適化のためには、材料の最適化とドット形状の最適
化が有効である。
【００４２】次に、極微少ドットアレーが非磁性の電気
導電体２１（電極材料）によって埋め込まれた構造を持
つこと、また、ＭＲ素子に於いて、前述した磁性ドット
１，２と電気導電体２１との間に電子トンネルバリヤが
形成されていること等も、ＭＲ特性の向上に際しては効
果的である。
導電体２１（電極材料）によって埋め込まれた構造を持
つこと、また、ＭＲ素子に於いて、前述した磁性ドット
１，２と電気導電体２１との間に電子トンネルバリヤが
形成されていること等も、ＭＲ特性の向上に際しては効
果的である。
【００４３】また、上述した実施形態で開示した微少ド
ットアレーによるＭＲ素子では、通常の電子散乱と磁気
散乱が混在した状態でＭＲ素子特性が得られていたが、
これらの電気抵抗成分をトンネル効果を用いて分離し、
更に高いＭＲ効果を得るようにすることが可能である。
ットアレーによるＭＲ素子では、通常の電子散乱と磁気
散乱が混在した状態でＭＲ素子特性が得られていたが、
これらの電気抵抗成分をトンネル効果を用いて分離し、
更に高いＭＲ効果を得るようにすることが可能である。
【００４４】図５（Ａ）（Ｂ）に、酸化アルミニウムの
トンネル障壁を取り入れたＭＲ素子の概略構造およびそ
の製法を示す（詳細後述）。かかる手法のものは、ドー
ラン法を利用して各磁性ドット１，２をトンネル接合を
介して結合させることによって、ＭＲ素子の抵抗値から
電子散乱効果を取りさることができる。この場合、ＭＲ
素子の抵抗値は、トンネル接合の接合抵抗と磁気散乱に
よる抵抗が支配的となる。
トンネル障壁を取り入れたＭＲ素子の概略構造およびそ
の製法を示す（詳細後述）。かかる手法のものは、ドー
ラン法を利用して各磁性ドット１，２をトンネル接合を
介して結合させることによって、ＭＲ素子の抵抗値から
電子散乱効果を取りさることができる。この場合、ＭＲ
素子の抵抗値は、トンネル接合の接合抵抗と磁気散乱に
よる抵抗が支配的となる。
【００４５】
【実施例】図１は、鉄のドット素子１，２上にクロム層
３を蒸着した場合のＭＲ素子の構造を示すものである。
そして、この場合の素子を実際に作成した時の製造プロ
セスの具体例を、図２に示す。
３を蒸着した場合のＭＲ素子の構造を示すものである。
そして、この場合の素子を実際に作成した時の製造プロ
セスの具体例を、図２に示す。
【００４６】素子構造の作製方法は、図２に示すよう
に、最初、表面酸化シリコン基板２１上に１０〔ｎｍ〕
の厚さを有するＦｅの薄膜（以下、「鉄」という）２２
と、厚さ２〔ｎｍ〕のアルミニウムの薄膜（以下、「ア
ルミニウム」という）２３を積層したものとをスパッタ
で作製する（図２（ａ）参照）。
に、最初、表面酸化シリコン基板２１上に１０〔ｎｍ〕
の厚さを有するＦｅの薄膜（以下、「鉄」という）２２
と、厚さ２〔ｎｍ〕のアルミニウムの薄膜（以下、「ア
ルミニウム」という）２３を積層したものとをスパッタ
で作製する（図２（ａ）参照）。
【００４７】これに超高分解能ネガレジスト（カリック
スアレーン）と電子線露光をもってドットパターンを形
成し、レジストパターンを形成する（図２（ｂ）参
照）。そして、このレジストパターン２４を、塩素を用
いたＥＣＲエッチングでアルミニウムに転写する（図２
（ｃ）参照）。
スアレーン）と電子線露光をもってドットパターンを形
成し、レジストパターンを形成する（図２（ｂ）参
照）。そして、このレジストパターン２４を、塩素を用
いたＥＣＲエッチングでアルミニウムに転写する（図２
（ｃ）参照）。
【００４８】次に、この状態で酸素プラズマ・アッシャ
ー処理する（図２（ｄ）参照）。これによって有機レジ
ストは除去され、同時にレジストの下のアルミニウム２
３は酸化されて下地の鉄２２（磁性ドット１又は２）を
ミリングするためのハードマスクとなる。同時に、この
アルミ膜（アルミニウム２３）は後に鉄表面の絶縁膜の
役割も果たす。
ー処理する（図２（ｄ）参照）。これによって有機レジ
ストは除去され、同時にレジストの下のアルミニウム２
３は酸化されて下地の鉄２２（磁性ドット１又は２）を
ミリングするためのハードマスクとなる。同時に、この
アルミ膜（アルミニウム２３）は後に鉄表面の絶縁膜の
役割も果たす。
【００４９】このようにして形成された酸化アルミニウ
ムのハードマスクをもとに、Ａｒイオンミリングで鉄２
２を素材とした磁性ドット１，２を形成する（図２
（ｅ）参照）。その後、表面にクロムの薄膜２５をスパ
ッタし、デバイス形状に加工することで、二次元ドット
アレーによるＭＲ素子を得る（図２（ｆ）参照）。
ムのハードマスクをもとに、Ａｒイオンミリングで鉄２
２を素材とした磁性ドット１，２を形成する（図２
（ｅ）参照）。その後、表面にクロムの薄膜２５をスパ
ッタし、デバイス形状に加工することで、二次元ドット
アレーによるＭＲ素子を得る（図２（ｆ）参照）。
【００５０】このＭＲ素子に於いては、大きい方の鉄２
２の磁性ドット１のサイズは長軸８０〔ｎｍ〕，短軸３
０〔ｎｍ〕で、小さい方の鉄の磁性ドット２は長軸５０
〔ｎｍ〕，短軸３０〔ｎｍ〕である。
２の磁性ドット１のサイズは長軸８０〔ｎｍ〕，短軸３
０〔ｎｍ〕で、小さい方の鉄の磁性ドット２は長軸５０
〔ｎｍ〕，短軸３０〔ｎｍ〕である。
【００５１】また、両方の磁性ドット１，２とも１００
〔ｎｍ〕ピッチの周期で配置した。これらドットサイズ
では各磁性ドットとも単一の磁気ドメインとなる。大き
い磁性ドット２はその長軸が一方向を向いて並んでお
り、さらに長軸同士が接近している。このため、この並
んだ方向に対して強く磁気的結合していて、強い一軸異
方性を有している。
〔ｎｍ〕ピッチの周期で配置した。これらドットサイズ
では各磁性ドットとも単一の磁気ドメインとなる。大き
い磁性ドット２はその長軸が一方向を向いて並んでお
り、さらに長軸同士が接近している。このため、この並
んだ方向に対して強く磁気的結合していて、強い一軸異
方性を有している。
【００５２】これに対し、大きい方の磁性ドット１の短
軸方向は離れていることから、これらの方向の磁気的結
合力は弱い。又、小さい方の磁性ドット２は軸長の異方
性は少なく、形状が円に近いために磁気的にはソフトで
ある。即ち、大きい磁性ドット１では、一度、長軸の何
れかの方向で磁化した後は外部磁場が反転しても容易に
は磁化反転しない。しかしながら、小さい方の磁性ドッ
ト２は磁場反転に対して容易に磁化反転を起こす。これ
により、高感度のＧＭＲ素子となっている。
軸方向は離れていることから、これらの方向の磁気的結
合力は弱い。又、小さい方の磁性ドット２は軸長の異方
性は少なく、形状が円に近いために磁気的にはソフトで
ある。即ち、大きい磁性ドット１では、一度、長軸の何
れかの方向で磁化した後は外部磁場が反転しても容易に
は磁化反転しない。しかしながら、小さい方の磁性ドッ
ト２は磁場反転に対して容易に磁化反転を起こす。これ
により、高感度のＧＭＲ素子となっている。
【００５３】又、上記ＭＲ素子のＭＲ特性では、図３に
示すように２００ガウスの磁場でＭＲ比８０〔％〕を得
ることができた。また、外部磁場の方向異方性は、図４
に示すように、ドットの長軸方向に対して＋２３度から
−２３度の範囲（図４中における有効範囲）内で強いＧ
ＭＲ外部磁場方向依存性を示す。
示すように２００ガウスの磁場でＭＲ比８０〔％〕を得
ることができた。また、外部磁場の方向異方性は、図４
に示すように、ドットの長軸方向に対して＋２３度から
−２３度の範囲（図４中における有効範囲）内で強いＧ
ＭＲ外部磁場方向依存性を示す。
【００５４】更に、これらの磁気ドットの形状は円形状
もしくは楕円形状のみである必要はなく、四角形若しく
は三角形のドット（図示せず）を用いてもＭＲ素子とし
て利用できる。特に、三角形状の磁気ドットを用いたＭ
Ｒ素子では、ＭＲ素子の外部磁場の感度に対して三回、
対象の方向に感度の極大を持たせることができる。
もしくは楕円形状のみである必要はなく、四角形若しく
は三角形のドット（図示せず）を用いてもＭＲ素子とし
て利用できる。特に、三角形状の磁気ドットを用いたＭ
Ｒ素子では、ＭＲ素子の外部磁場の感度に対して三回、
対象の方向に感度の極大を持たせることができる。
【００５５】これは、楕円形状の磁気ドットを用いたＭ
Ｒ素子では外部磁場の方向が二方向に感度極大を持つの
に対して、素子応用上の応用範囲を広げ得る。
Ｒ素子では外部磁場の方向が二方向に感度極大を持つの
に対して、素子応用上の応用範囲を広げ得る。
【００５６】更に又、小さい方の磁性ドット２の磁化反
転に対応した外部磁場がＧＭＲ素子の磁場感度となる
が、ドットの短軸長軸の形状異方性を調整することで、
感度特性を任意に制御することができる。更に、本実施
例におけるＭＲ素子では、積層型のＭＲ素子とは異な
り、基板面内の電気伝導で素子が動作している。
転に対応した外部磁場がＧＭＲ素子の磁場感度となる
が、ドットの短軸長軸の形状異方性を調整することで、
感度特性を任意に制御することができる。更に、本実施
例におけるＭＲ素子では、積層型のＭＲ素子とは異な
り、基板面内の電気伝導で素子が動作している。
【００５７】又、本実施例におけるＭＲ素子は、素子の
幅をかなり狭くすることができるので、素子の抵抗は面
垂直型のＧＭＲ素子に対して圧倒的に高く設定でき有利
である。更に、本実施例におけるＭＲ素子では、素子の
厚さ（クロムの厚さ）は約２０〔ｎｍ〕で、素子の幅は
２ミクロンに設定することができる。
幅をかなり狭くすることができるので、素子の抵抗は面
垂直型のＧＭＲ素子に対して圧倒的に高く設定でき有利
である。更に、本実施例におけるＭＲ素子では、素子の
厚さ（クロムの厚さ）は約２０〔ｎｍ〕で、素子の幅は
２ミクロンに設定することができる。
【００５８】このため、前述した従来例では、積層型で
素子抵抗がマイクロオームであるのに対して、本実施例
におけるＭＲ素子の抵抗は数百オームとなっている。こ
のことは、ＬＳＩメモリ素子とのマッチングにおいて大
変有利である。
素子抵抗がマイクロオームであるのに対して、本実施例
におけるＭＲ素子の抵抗は数百オームとなっている。こ
のことは、ＬＳＩメモリ素子とのマッチングにおいて大
変有利である。
【００５９】次に、本発明におけるＭＲ素子のいくつか
のバリエーション（他の実施形態）について説明する。
のバリエーション（他の実施形態）について説明する。
【００６０】図５乃至図６に示すものは、ドットアレー
中の磁性ドットとしての鉄ドット３０（図１における符
号１又は２に相当）がトンネル接合でそれぞれ結合され
ているもので、ドットアレーをトンネル接合でネットワ
ークした形になっている。そして、この例の具体的な製
造方法はドーラン法を応用したもので、１回のレジスト
プロセスで素子を作成することが可能であり、生産性が
よい。
中の磁性ドットとしての鉄ドット３０（図１における符
号１又は２に相当）がトンネル接合でそれぞれ結合され
ているもので、ドットアレーをトンネル接合でネットワ
ークした形になっている。そして、この例の具体的な製
造方法はドーラン法を応用したもので、１回のレジスト
プロセスで素子を作成することが可能であり、生産性が
よい。
【００６１】この図５乃至図６において、まず、二層Ｐ
ＭＭＡレジストもしくはＧｅとＭＰＰＡレジストによっ
て、ステンシルマスク３８を作成する。上部に位置する
ＰＭＭＡもしくはＧｅ（図示せず）がステンシルマスク
３８であり、下部に位置するＰＭＭＡ（図示せず）によ
って中空に保持されている。
ＭＭＡレジストもしくはＧｅとＭＰＰＡレジストによっ
て、ステンシルマスク３８を作成する。上部に位置する
ＰＭＭＡもしくはＧｅ（図示せず）がステンシルマスク
３８であり、下部に位置するＰＭＭＡ（図示せず）によ
って中空に保持されている。
【００６２】ステンシルマスク３８の平面図を、図６に
示す。この図６において、符号３８Ａは図１における大
きい形状の磁性ドット１に相当する鉄ドット３０Ａを形
成するための貫通穴を示す。また、符号３８Ｂは図１に
おける小さい形状の磁性ドット２に相当する鉄ドット３
０Ａを形成するための貫通穴を示す。
示す。この図６において、符号３８Ａは図１における大
きい形状の磁性ドット１に相当する鉄ドット３０Ａを形
成するための貫通穴を示す。また、符号３８Ｂは図１に
おける小さい形状の磁性ドット２に相当する鉄ドット３
０Ａを形成するための貫通穴を示す。
【００６３】そして、最初に、基板５０上に鉄ドット素
材としての鉄３０が、ステンシルマスク３８を介して基
板５０上に垂直蒸着され、これによって磁性ドットとし
ての鉄ドット３０Ａ（図１中の符号１又は２に相当）が
形成される。
材としての鉄３０が、ステンシルマスク３８を介して基
板５０上に垂直蒸着され、これによって磁性ドットとし
ての鉄ドット３０Ａ（図１中の符号１又は２に相当）が
形成される。
【００６４】次に、アルミニウム３１を左斜めから斜め
蒸着する。この場合、アルミニウム３１の蒸着工程にあ
って、鉄ドット３０Ａ（図１中の磁性ドット１又は２に
相当）には、ステンシルマスク３８で半分覆われながら
アルミニウム皮膜３１Ａが形成される。つづいて、酸素
をわずかに真空雰囲気中に導入すると、アルミニウム皮
膜３１Ａの表面には酸化アルミニウムのトンネルバリア
が形成される。
蒸着する。この場合、アルミニウム３１の蒸着工程にあ
って、鉄ドット３０Ａ（図１中の磁性ドット１又は２に
相当）には、ステンシルマスク３８で半分覆われながら
アルミニウム皮膜３１Ａが形成される。つづいて、酸素
をわずかに真空雰囲気中に導入すると、アルミニウム皮
膜３１Ａの表面には酸化アルミニウムのトンネルバリア
が形成される。
【００６５】次に、アルミニウム３２を右側から斜め蒸
着すると、酸化アルミニウムによるトンネルバリアを介
してアルミニウム皮膜３１Ａとアルミニウム皮膜３２Ａ
とが接合され、同時に隣合った鉄ドット３０Ａ（図１中
の磁性ドット１又は２に相当）同士が酸化アルミニウム
３１Ａ，３２Ａのトンネル接合で配線される。
着すると、酸化アルミニウムによるトンネルバリアを介
してアルミニウム皮膜３１Ａとアルミニウム皮膜３２Ａ
とが接合され、同時に隣合った鉄ドット３０Ａ（図１中
の磁性ドット１又は２に相当）同士が酸化アルミニウム
３１Ａ，３２Ａのトンネル接合で配線される。
【００６６】この作業を右左及び前後の合計４回繰り返
すと、大小の鉄ドット３０Ａ（図１中の磁性ドット１又
は２に相当）同士が酸化アルミニウムによるトンネル接
合でネットワークされたトンネル接合ドットアレーが形
成される。このトンネル接合ドットアレーを用いること
で、低磁場で良好なＧＭＲ特性を得ることができた。
すと、大小の鉄ドット３０Ａ（図１中の磁性ドット１又
は２に相当）同士が酸化アルミニウムによるトンネル接
合でネットワークされたトンネル接合ドットアレーが形
成される。このトンネル接合ドットアレーを用いること
で、低磁場で良好なＧＭＲ特性を得ることができた。
【００６７】以上のように、ドット形状と材質を制御す
ることで、非常に良好な特性を示すＭＲ素子を作成する
ことができ、その素子特性は、磁性ドットおよびアルミ
ニウム皮膜３１Ａ，３２Ａの形成時に任意にかつ容易に
制御することが可能となっている。そして、このような
二次元ドットアレーによるＧＭＲ素子は、単独で磁気ヘ
ッドや磁気センサー等へ応用されるが、それ以外にもＳ
ｉ（シリコン）がデバイスと相性が良いことから、磁気
記憶型ランダムアクセスメモリ（Ｍ−ＲＡＭ）に応用す
ることができる。
ることで、非常に良好な特性を示すＭＲ素子を作成する
ことができ、その素子特性は、磁性ドットおよびアルミ
ニウム皮膜３１Ａ，３２Ａの形成時に任意にかつ容易に
制御することが可能となっている。そして、このような
二次元ドットアレーによるＧＭＲ素子は、単独で磁気ヘ
ッドや磁気センサー等へ応用されるが、それ以外にもＳ
ｉ（シリコン）がデバイスと相性が良いことから、磁気
記憶型ランダムアクセスメモリ（Ｍ−ＲＡＭ）に応用す
ることができる。
【００６８】
【発明の効果】本発明は、上述したように構成され機能
するので、これによると、微少磁気ドットをアレー状に
配置したので、高感度で且つ高利得のＭＲ素子を得るこ
とができ、前述したように素子の幅を狭く形成し得るの
で、当該素子の抵抗を前述した従来例における面垂直型
のＧＭＲ素子の場合に比較して圧倒的に高く設定するこ
とがき、又、例えば前述した従来例における積層型の素
子抵抗がマイクロオーム単位であるに対して当該素子で
は数百オームの素子抵抗を得ることができ、このため、
例えばＬＳＩメモリ素子とのマッチングにおいて従来に
ない有利さを備えており、これがため、その応用範囲は
単体の磁気センサーから、磁気記憶装置の磁気ヘッド，
更には磁気ＲＡＭなどのデータ保持型超高集積記憶素子
への応用が可能となるという従来にない優れた磁気抵抗
効果素子（ＭＲ素子）およびその製造方法を提供するこ
とができる。
するので、これによると、微少磁気ドットをアレー状に
配置したので、高感度で且つ高利得のＭＲ素子を得るこ
とができ、前述したように素子の幅を狭く形成し得るの
で、当該素子の抵抗を前述した従来例における面垂直型
のＧＭＲ素子の場合に比較して圧倒的に高く設定するこ
とがき、又、例えば前述した従来例における積層型の素
子抵抗がマイクロオーム単位であるに対して当該素子で
は数百オームの素子抵抗を得ることができ、このため、
例えばＬＳＩメモリ素子とのマッチングにおいて従来に
ない有利さを備えており、これがため、その応用範囲は
単体の磁気センサーから、磁気記憶装置の磁気ヘッド，
更には磁気ＲＡＭなどのデータ保持型超高集積記憶素子
への応用が可能となるという従来にない優れた磁気抵抗
効果素子（ＭＲ素子）およびその製造方法を提供するこ
とができる。
【図１】本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の素子を形成するための工程の一例を示す
説明図であり、（ａ）〜（ｆ）の順に進行する。
説明図であり、（ａ）〜（ｆ）の順に進行する。
【図３】図１に示す実施形態における磁気抵抗変化を示
す線図である。
す線図である。
【図４】図１に示す素子の外部磁界に対する方向依存性
を示す線図である。
を示す線図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す図で、図５（Ａ）
はドットアレー中のドット同志がトンネル接続で結合さ
れている場合，およびその製法を示す説明図、図５
（Ｂ）はその等価回路を示す模式的な説明図である。
はドットアレー中のドット同志がトンネル接続で結合さ
れている場合，およびその製法を示す説明図、図５
（Ｂ）はその等価回路を示す模式的な説明図である。
【図６】図５（Ａ）中に開示したステンシルマスクを示
す説明図である。
す説明図である。
【図７】従来例（グラニュラー型ＧＭＲ素子）を示す
図で、図７（Ａ）はその概略構成図、図７（Ｂ）はその
特性を示す線図である。
図で、図７（Ａ）はその概略構成図、図７（Ｂ）はその
特性を示す線図である。
【図８】従来例（強結合人工格子型ＧＭＲ素子）を示
す図で、図８（Ａ）はその概略構成図、図８（Ｂ）はそ
の特性を示す線図である。
す図で、図８（Ａ）はその概略構成図、図８（Ｂ）はそ
の特性を示す線図である。
【図９】従来例（スピンバルブ型ＭＲ素子）を示す図
で、図９（Ａ）はその概略構成図、図９（Ｂ）はその特
性を示す線図である。
で、図９（Ａ）はその概略構成図、図９（Ｂ）はその特
性を示す線図である。
【図１０】その他の従来例（スピンバルブ積層型ＭＲ素
子）を示す図で、図１０（Ａ）はその概略構成図、図１
０（Ｂ）はその特性を示す線図である。
子）を示す図で、図１０（Ａ）はその概略構成図、図１
０（Ｂ）はその特性を示す線図である。
１，２ 磁性ドット ３ クロム（Ｃｒ）層 １０ 二次元ドットアレー ３０Ａ 磁性ドットとしての鉄ドット ３１Ａ，３２Ａ アルミニウム皮膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 43/08 G01R 33/09 G11B 5/39 G11C 11/14 H01L 43/12
Claims (8)
- 【請求項１】 磁性材料による極微小の磁性ドットが非
磁性の電気導電体によって埋め込まれた構造であって外
部磁場に対して磁気抵抗効果を生じる磁気抵抗効果素子
において、 前記磁性ドットは、形状及び寸法が周期的
に配列された二次元ドットアレー構造であるとともに、
各行毎に形状及び寸法の異なる少なくとも二種類の磁性
ドットで形成されたことを特徴とする磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項２】 磁性材料による極微小の磁性ドットが非
磁性の電気導電体によって埋め込まれた構造であって外
部磁場に対して磁気抵抗効果を生じる磁気抵抗効果素子
において、 前記磁性ドットは、形状及び寸法が周期的
に配列された二次元ドットアレー構造であるとともに、
各行毎に飽和磁化が異なる少なくとも二種類の磁性ドッ
トで形成されたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 前記二種類の磁性ドットを、円形状の磁
性ドットと、この円形状の磁性ドットよりも飽和磁化の
大きい楕円形状の磁性ドットとしたことを特徴とする請
求項１又は２記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 前記楕円形状ドットは、長軸が同一線上
で一方向を向いて並べられ且つ各長軸の一端部と他端部
とが同一線上にて接近して配置されていることを特徴と
する請求項３記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 前記円形状の磁性ドットは、他の円形状
の磁性ドットおよび前記楕円形状の磁性ドットとの離間
距離を、前記長軸の一端部と他端部との離間距離よりも
大きく設定したことを特徴とする請求項４記載の磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項６】 磁性材料による極微小のドットアレーが
非磁性の電気導電体によって埋め込まれた構造を持つ磁
気抵抗効果素子において、 前記極微小のドットを二次元ドットアレーに配置する構
造を有すると共に、 第一の前記電気導電体、電子トンネルバリヤ及び第二の
前記電気導電体からなる三層によって、隣接する前記ド
ット同士が接続されていることを特徴とした磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項７】 前記磁性ドットが基板上に形成されてい
ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記
載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 磁性材料による極微小のドットアレーが
非磁性の電気導電体によって埋め込まれた構造を持つ磁
気抵抗効果素子において、 前記非磁性の電気導電体をアルミニウムで構成すると共
に、前記ドットアレーを構成する各磁性ドットへの皮膜
の形成に際しては、まず、前記各磁性ドット形成後に真
空雰囲気中で当該各磁性ドットの一方の側を所定のマス
クによって半分覆いつつアルミニウム皮膜を蒸着し、 次に、前記各磁性ドットの他方の側を所定のマスクによ
って半分覆いつつ真空雰囲気中でアルミニウム皮膜を蒸
着し、 前記各アルミニウム皮膜の形成直後に、それぞれ前記真
空雰囲気中に酸化皮膜形成用の酸素を導入して前記各ア
ルミニウム皮膜の表面に酸化アルミニウムのトンネルバ
リアを形成し、 これによって、隣接する磁気ドット相互間が酸化アルミ
ニウムによるトンネルバリアを介してトンネル接合で配
線されることを特徴とした磁気抵抗効果素子の製造方
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9291339A JP3024612B2 (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 |
| EP98119768A EP0911892A3 (en) | 1997-10-23 | 1998-10-22 | Magneto-resistance effect device and method of manufacturing the same |
| US09/176,797 US6183890B1 (en) | 1997-10-23 | 1998-10-22 | Magneto-resistance effect device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9291339A JP3024612B2 (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11126931A JPH11126931A (ja) | 1999-05-11 |
| JP3024612B2 true JP3024612B2 (ja) | 2000-03-21 |
Family
ID=17767649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9291339A Expired - Fee Related JP3024612B2 (ja) | 1997-10-23 | 1997-10-23 | 磁気抵抗効果素子およびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6183890B1 (ja) |
| EP (1) | EP0911892A3 (ja) |
| JP (1) | JP3024612B2 (ja) |
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| JP4073002B2 (ja) * | 2002-03-27 | 2008-04-09 | キヤノン株式会社 | 磁気記録媒体の作製方法 |
| US7207098B2 (en) * | 2003-06-27 | 2007-04-24 | Seagate Technology Llc | Hard mask method of forming a reader of a magnetic head |
| US7672086B1 (en) * | 2004-04-28 | 2010-03-02 | Western Digital (Fremont), Llc | Method and system for providing a magnetic element having a current confined layer |
| EP1814172A1 (en) * | 2006-01-27 | 2007-08-01 | IEE International Electronics & Engineering S.A.R.L. | Magnetic field sensing element |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP3532607B2 (ja) | 1993-03-12 | 2004-05-31 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子 |
| US5585196A (en) | 1993-03-12 | 1996-12-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element |
| US5585198A (en) | 1993-10-20 | 1996-12-17 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Magnetorsistance effect element |
| EP0629998A2 (en) | 1993-06-18 | 1994-12-21 | International Business Machines Corporation | Magnetoresistive film, method of its fabrication and magnetoresistive sensor |
| JPH07312312A (ja) | 1993-10-20 | 1995-11-28 | Sanyo Electric Co Ltd | 磁気抵抗効果素子 |
| JPH08225871A (ja) | 1994-11-02 | 1996-09-03 | Alps Electric Co Ltd | 磁気抵抗効果材料および磁気抵抗効果多層膜 |
| JP3262695B2 (ja) | 1995-10-09 | 2002-03-04 | アルプス電気株式会社 | 磁気抵抗体とその製造方法 |
| JP3286131B2 (ja) | 1995-10-13 | 2002-05-27 | アルプス電気株式会社 | 粒子分散型磁気抵抗体とその製法 |
-
1997
- 1997-10-23 JP JP9291339A patent/JP3024612B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-10-22 EP EP98119768A patent/EP0911892A3/en not_active Withdrawn
- 1998-10-22 US US09/176,797 patent/US6183890B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
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| EP0911892A2 (en) | 1999-04-28 |
| EP0911892A3 (en) | 1999-10-13 |
| JPH11126931A (ja) | 1999-05-11 |
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|---|---|---|---|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19991221 |
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