JP3070667B2 - Magnetoresistive element - Google Patents
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- 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
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、高記録密度化及び
高感度化を可能としたスピンバルブ型の磁気抵抗効果素
子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spin-valve magnetoresistive element capable of achieving high recording density and high sensitivity.
【０００２】[0002]
【従来の技術】磁気記録方式において記録情報を検出す
るための磁気抵抗効果素子が知られている。この磁気抵
抗効果素子は、記録マークから漏れ出た磁界を電気抵抗
値変化に変換する効果、いわゆる磁気抵抗効果（ＭＲ効
果）を利用したものである。2. Description of the Related Art A magnetoresistive element for detecting recorded information in a magnetic recording system is known. This magnetoresistive effect element utilizes an effect of converting a magnetic field leaked from a recording mark into a change in electric resistance, that is, a so-called magnetoresistive effect (MR effect).
【０００３】一方、大容量磁気記録を実現するために
は、記録の高密度化が必要である。記録を高密度にする
ためには、記録マークを小さくすることが有効な手段で
ある。そして、記録マークが小さくなると磁界が減少す
ることから、高密度に記録した情報を読み出すために
は、高感度に検出できる磁気抵抗効果素子が必要にな
る。このような観点から、磁界の変化を高感度に検出す
るために、磁気抵抗効果素子の材料や構成などについて
研究開発が進められている。On the other hand, in order to realize large-capacity magnetic recording, it is necessary to increase the recording density. In order to increase the recording density, it is effective to reduce the size of the recording mark. Since the magnetic field decreases as the size of the recording mark decreases, a magnetoresistive element that can be detected with high sensitivity is required to read information recorded at high density. From such a viewpoint, in order to detect a change in the magnetic field with high sensitivity, research and development on the material and configuration of the magnetoresistive effect element are being advanced.
【０００４】こうしたなかで、スピンバルブ型の磁気抵
抗効果素子は、磁界の変化に対する電気抵抗変化が従来
の磁気抵抗効果素子と比較して数倍大きいことから、次
世代の高記録密度用磁気ヘッドを構成する要素として重
要視されている。このスピンバルブ型の磁気抵抗効果素
子は、外部磁界に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効
果膜（以下「ＭＲ膜」という。）と、ＭＲ膜の磁区を安
定化させるバイアス膜と、バイアス膜とＭＲ膜との間に
介挿された非磁性膜とを備えたものである。ＭＲ膜の代
表的なものには、軟磁気特性に優れたパーマロイ膜（Ｎ
ｉＦｅ合金薄膜）がある。また、バイアス膜には、室温
以上にネール温度のある反強磁性膜と強磁性膜とを積層
させた２層膜が用いられる。この強磁性膜にはパーマロ
イ薄膜又はＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅ膜といった軟磁性材料
が用いられており、反強磁性膜には金属薄膜及び酸化物
薄膜が開発されている。反強磁性材料としては、鉄マン
ガン合金やニッケルマンガン合金、ニッケル酸化物、コ
バルト酸化物等が主として用いられている。Under these circumstances, the spin-valve type magnetoresistive element has a change in electric resistance with respect to a change in the magnetic field which is several times larger than that of the conventional magnetoresistive element. Is regarded as an important component of The spin-valve magnetoresistive element includes a magnetoresistive film (hereinafter referred to as an “MR film”) whose electric resistance changes according to an external magnetic field, a bias film for stabilizing magnetic domains of the MR film, and a bias film. And a non-magnetic film interposed between the MR film and the MR film. Typical MR films include a permalloy film (N) having excellent soft magnetic properties.
iFe alloy thin film). Further, as the bias film, a two-layer film in which an antiferromagnetic film having a Neel temperature higher than room temperature and a ferromagnetic film are stacked is used. A soft magnetic material such as a permalloy thin film or a Co-10 at% Fe film is used for the ferromagnetic film, and a metal thin film and an oxide thin film have been developed for the antiferromagnetic film. As antiferromagnetic materials, iron manganese alloys, nickel manganese alloys, nickel oxides, cobalt oxides and the like are mainly used.
【０００５】ところが、金属材料である鉄マンガン合金
などは、耐酸化性に著しく劣るために磁気ヘッド加工プ
ロセスに耐えることができず、また長期信頼性の保証が
できないといった問題のあることが明らかになってい
る。そのため現在では、耐酸化性に優れた酸化物材料で
あるニッケル酸化物やコバルト酸化物が利用される場合
が多い。ニッケル酸化物膜は主として磁区を安定化する
ために、コバルト酸化物膜は保磁力の調節のために用い
られており、両者を組み合わせたニッケル酸化物／コバ
ルト酸化物２層膜をバイアス膜として用いた良好な磁気
抵抗効果素子が開発されている。[0005] However, it is apparent that iron-manganese alloys and the like, which are metallic materials, have problems that they cannot withstand the magnetic head processing process due to extremely poor oxidation resistance, and cannot guarantee long-term reliability. Has become. Therefore, at present, nickel oxide and cobalt oxide, which are oxide materials having excellent oxidation resistance, are often used. The nickel oxide film is mainly used for stabilizing the magnetic domain, and the cobalt oxide film is used for adjusting the coercive force. A nickel oxide / cobalt oxide two-layer film combining the two is used as a bias film. Good magnetoresistance effect elements have been developed.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところで、磁気抵抗効
果素子のデバイス特性で重要な指標は、磁区の安定化を
表す因子すなわち交換結合磁界である。この交換結合磁
界はバイアス膜からＭＲ膜に印加される磁界の強さを表
している。この磁界の影響で磁区の動きが固定されるこ
とにより、磁壁移動の履歴に起源を持つバルクハウゼン
ノイズを低減することができる。したがって、十分な大
きさの交換結合磁界をＭＲ膜に印加できるバイアス膜
が、磁気抵抗効果素子には不可欠となる。An important index in device characteristics of a magnetoresistive element is a factor representing stabilization of a magnetic domain, that is, an exchange coupling magnetic field. This exchange coupling magnetic field indicates the strength of the magnetic field applied from the bias film to the MR film. By fixing the movement of the magnetic domain under the influence of this magnetic field, Barkhausen noise originating from the history of domain wall movement can be reduced. Therefore, a bias film that can apply a sufficiently large exchange coupling magnetic field to the MR film is indispensable for the magnetoresistance effect element.
【０００７】しかしながら、従来の強磁性／反強磁性膜
からなるバイアス膜（以下「２層膜」という。）では、
試料作製時に着磁される磁気異方性の安定性が低いた
め、交換結合磁界が外部磁界の影響で容易に変化してし
まうという問題があった。However, in a conventional bias film composed of a ferromagnetic / antiferromagnetic film (hereinafter referred to as a "two-layer film"),
Since the stability of the magnetic anisotropy magnetized at the time of sample preparation is low, there is a problem that the exchange coupling magnetic field is easily changed by the influence of the external magnetic field.
【０００８】[0008]
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、交換結合磁界
が外部磁界の影響を受けにくくするための新しい構造の
バイアス膜を作製することにより、外部磁界に影響され
ない安定に動作する磁気抵抗効果素子を提供することに
ある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a bias film having a new structure for making the exchange coupling magnetic field less susceptible to the influence of an external magnetic field. It is to provide an element.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】反強磁性マトリクス中に
強磁性クラスターを分散させたグラニュラー膜をバイア
ス膜として形成することにより、外部磁界による影響の
ないスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子が得られる。そ
の理由は、この反強磁性マトリクス／強磁性クラスター
界面で交換磁気異方性が発生することによって、従来の
２層膜と比較して実効的な界面の面積が増加するからで
ある。これにより、交換磁気異方性による一方向異方性
の強度が増すので、交換結合磁界が安定化する。By forming, as a bias film, a granular film in which ferromagnetic clusters are dispersed in an antiferromagnetic matrix, a spin-valve magnetoresistive element which is not affected by an external magnetic field can be obtained. . The reason is that the generation of exchange magnetic anisotropy at the antiferromagnetic matrix / ferromagnetic cluster interface increases the effective interface area as compared with the conventional two-layer film. Thereby, the strength of the unidirectional anisotropy due to the exchange magnetic anisotropy increases, and the exchange coupling magnetic field is stabilized.
【００１０】従来の２層膜では、この交換結合磁界すな
わち一方向磁気異方性の方向及び安定性を決める交換磁
気異方性が、２層間の界面近傍数ｎｍの範囲にのみ作用
する。このとき、２層膜を数ｎｍ程度の膜厚とすると、
膜の均一性が悪いために磁気相互作用が分断されるか、
又は島状の組織となって結晶粒そのものが孤立化する。
このため、２層膜は、磁気的性質が均一となる程度の膜
厚が必要である。しかし、磁気的に均一化する膜厚は１
０ｎｍ程度であることから、十分な膜厚とすると今度は
交換結合磁界の及ばない範囲にも強磁性膜が存在するこ
とになる。交換磁気異方性の及ぶ範囲を超えた膜厚の部
分は、容易に外部磁界方向に向いてしまう。すると、こ
の磁界方向を向いたことの影響で、交換磁気異方性が変
化し交換結合磁界が外部磁界に対して不安定になる。In the conventional two-layer film, the exchange coupling magnetic field, ie, the exchange magnetic anisotropy which determines the direction and stability of the one-way magnetic anisotropy, acts only in the range of several nm near the interface between the two layers. At this time, if the two-layer film has a thickness of about several nm,
If the magnetic interaction is disrupted due to poor film uniformity,
Alternatively, the crystal grains themselves become an island-like structure and become isolated.
For this reason, the two-layer film needs to have such a thickness that the magnetic properties become uniform. However, the magnetically uniform film thickness is 1
Since the thickness is about 0 nm, if the film thickness is made sufficient, the ferromagnetic film will be present even in a range beyond the exchange coupling magnetic field. A portion having a film thickness exceeding the range of the exchange magnetic anisotropy easily faces the direction of the external magnetic field. Then, under the influence of the orientation of the magnetic field, the exchange magnetic anisotropy changes and the exchange coupling magnetic field becomes unstable with respect to the external magnetic field.
【００１１】一方、反強磁性体をマトリクスとし、この
中に数ｎｍ単位の強磁性クラスターを埋め込んだグラニ
ュラー構造では、強磁性クラスター内部のほとんどの磁
気モーメントが交換磁気異方性の影響で着磁された一方
向に配列する。このため、外部磁界の影響が著しく低減
され、交換結合磁界も安定すると考えられる。このと
き、マトリクス材料として反強磁性酸化物を用いれば、
ＭＲ膜のシャント効果によって磁気抵抗率を高くとるこ
とが可能であり、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の動
作特性を向上できる。On the other hand, in a granular structure in which an antiferromagnetic material is used as a matrix and ferromagnetic clusters of several nanometers are embedded therein, most of the magnetic moments inside the ferromagnetic cluster are magnetized by the influence of exchange magnetic anisotropy. Arranged in one direction. Therefore, it is considered that the influence of the external magnetic field is significantly reduced and the exchange coupling magnetic field is also stabilized. At this time, if an antiferromagnetic oxide is used as the matrix material,
The shunt effect of the MR film makes it possible to increase the magnetoresistance, thereby improving the operation characteristics of the spin valve type magnetoresistance effect element.
【００１２】[0012]
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る磁気抵抗効
果素子の一実施形態を示す概略断面図である。本実施形
態の磁気抵抗効果素子１０は、外部磁界に応じて電気抵
抗が変化するＭＲ膜１２と、強磁性クラスター１４を反
強磁性マトリクス１６中に分散させたものであってＭＲ
膜１２の磁区を安定化させるバイアス膜としてのグラニ
ュラー膜１８と、グラニュラー膜１８とＭＲ膜１２との
間に介挿された非磁性膜２０とを基本的に備えている。
反強磁性マトリクス１６中に、直径数１０ｎｍの強磁性
クラスター１４が分散している。磁気抵抗効果素子１０
は、基板２２上に形成されている。ＭＲ膜１２、非磁性
膜２０及びグラニュラー膜１６の基板２２に対する積層
順序は、図面と逆にしてもよい。非磁性膜２０は、例え
ば銅である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing an embodiment of a magnetoresistance effect element according to the present invention. The magnetoresistive effect element 10 of the present embodiment has an MR film 12 whose electric resistance changes according to an external magnetic field, and a ferromagnetic cluster 14 dispersed in an antiferromagnetic matrix 16.
It basically includes a granular film 18 as a bias film for stabilizing magnetic domains of the film 12, and a nonmagnetic film 20 interposed between the granular film 18 and the MR film 12.
In the antiferromagnetic matrix 16, ferromagnetic clusters 14 having a diameter of several tens of nm are dispersed. Magnetoresistive element 10
Are formed on the substrate 22. The order of laminating the MR film 12, the nonmagnetic film 20, and the granular film 16 on the substrate 22 may be reversed from the drawing. The non-magnetic film 20 is, for example, copper.
【００１３】[0013]
【実施例１】グラニュラー膜からなるバイアス膜を作製
する方法としては、クラスターイオンビーム法が有効で
ある。まず、酸化物系の反強磁性体ニッケル酸化物と金
属強磁性体であるパーマロイとをそれぞれ異なる蒸発源
に入れ、ニッケル酸化物の蒸発率を高く、パーマロイの
蒸発率を低く設定して同時蒸着する。蒸発率を様々に変
えることで、パーマロイクラスターのサイズを調整する
ことができる。Embodiment 1 A cluster ion beam method is effective as a method for manufacturing a bias film made of a granular film. First, the oxide antiferromagnetic material nickel oxide and the metal ferromagnetic material permalloy are placed in different evaporation sources, and the evaporation rate of nickel oxide is set high and the evaporation rate of permalloy is set low, and simultaneous evaporation is performed. I do. By varying the evaporation rate, the size of the permalloy cluster can be adjusted.
【００１４】パーマロイクラスターのサイズとしてその
直径を測定し、これと交換結合磁界の関係を示したのが
図２である。クラスターサイズが３０ｎｍのとき最大と
なり、それ以下では急激に減少、それ以上では徐々に減
少する。FIG. 2 shows the relationship between the diameter of the permalloy cluster and the exchange coupling magnetic field measured. When the cluster size is 30 nm, the maximum is reached, and when the cluster size is less than 30 nm, it rapidly decreases, and when it is larger, it gradually decreases.
【００１５】また、交換結合磁界はニッケル酸化物の格
子歪みに依存する。ニッケル酸化物の格子歪みは菱面体
構造の結晶軸のなす角度で表すことができるので、成膜
条件を変化させることで結晶軸のなす角度を変化させ、
クラスターサイズ３０ｎｍのパーマロイを埋め込んだと
きの交換結合磁界の関係を示したのが図３である。格子
歪みの増加とともに単調に交換結合磁界が増加する。The exchange coupling magnetic field depends on the lattice distortion of nickel oxide. Since the lattice distortion of nickel oxide can be represented by the angle formed by the crystal axes of the rhombohedral structure, the angle formed by the crystal axes is changed by changing the film forming conditions,
FIG. 3 shows the relationship of the exchange coupling magnetic field when a permalloy having a cluster size of 30 nm is embedded. As the lattice distortion increases, the exchange coupling magnetic field increases monotonically.
【００１６】次にグラニュラー膜の磁界に対する安定性
を調べた。結晶軸のなす角度６３゜という格子歪みの大
きいニッケル酸化物をマトリクスとし、パーマロイのク
ラスターサイズを３０ｎｍとしたグラニュラー膜に対し
て、外部から５００Ｏｅの磁界を印加したときの交換結
合磁界の時間変化を示したのが図４である。従来の２層
膜の結果と比較すると、同じレベルの交換結合磁界にま
で変化するのに要する時間が一桁長くなっていることが
わかる。Next, the stability of the granular film with respect to the magnetic field was examined. The time change of the exchange coupling magnetic field when a magnetic field of 500 Oe is externally applied to a granular film in which a nickel oxide having a large lattice distortion of 63 ° formed by a crystal axis and a permalloy cluster size of 30 nm is applied from the outside. FIG. 4 shows this. Compared with the result of the conventional two-layer film, it can be seen that the time required to change to the same level of the exchange coupling magnetic field is increased by one digit.
【００１７】このように、ニッケル酸化物マトリクスに
パーマロイクラスターを埋め込んだグラニュラー膜を作
製することによって、交換結合磁界制御が容易で磁界に
対して安定なバイアス膜が得られた。As described above, by producing a granular film in which permalloy clusters are embedded in a nickel oxide matrix, a bias film which can easily control an exchange coupling magnetic field and is stable against a magnetic field was obtained.
【００１８】[0018]
【実施例２】実施例１で述べたクラスターサイズや、構
造歪みを誘起する成膜方法としては、クラスターイオン
ビーム法のほかにイオンビームスパッタ法がある。この
方法では、投入パワー、成膜ガス圧を調節することによ
って入射粒子のサイズ、エネルギーを調節することがで
きる。実施例１と同様にクラスターサイズとニッケル酸
化物の格子歪みを変化させて、交換結合磁界との関係を
調べた。Embodiment 2 As a film formation method for inducing the cluster size and the structural distortion described in Embodiment 1, there is an ion beam sputtering method in addition to the cluster ion beam method. In this method, the size and energy of the incident particles can be adjusted by adjusting the input power and the film forming gas pressure. As in Example 1, the relationship between the exchange coupling magnetic field and the cluster size was changed by changing the lattice size of the nickel oxide.
【００１９】図５はパーマロイのクラスターサイズと交
換結合磁界、図６は格子歪みと交換結合磁界の関係を示
した図である。この場合は、パーマロイのクラスターサ
イズが４０ｎｍのときに交換結合磁界が最大となる。交
換結合磁界のクラスターサイズ依存性及び格子歪み依存
性は実施例１と同様である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the permalloy cluster size and the exchange coupling magnetic field, and FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the lattice distortion and the exchange coupling magnetic field. In this case, the exchange coupling magnetic field becomes maximum when the permalloy cluster size is 40 nm. The cluster size dependence and the lattice distortion dependence of the exchange coupling magnetic field are the same as in the first embodiment.
【００２０】次にグラニュラー膜の磁界に対する安定性
を調べた。結晶軸のなす角度６３゜という格子歪みの大
きいニッケル酸化物をマトリクスとし、パーマロイのク
ラスターサイズを４０ｎｍとしたグラニュラー膜に対し
て、外部から５００Ｏｅの磁界を印加したときの交換結
合磁界の時間変化を示したのが図７である。従来の２層
膜の結果と比較すると、同じレベルの交換結合磁界にま
で変化するのに要する時間が一桁長くなっていることが
わかる。Next, the stability of the granular film with respect to the magnetic field was examined. The time change of the exchange coupling magnetic field when a magnetic field of 500 Oe is applied from the outside to a granular film in which a nickel oxide having a large lattice distortion of 63 ° formed by a crystal axis and a permalloy cluster size of 40 nm is applied from the outside. FIG. 7 shows this. Compared with the result of the conventional two-layer film, it can be seen that the time required to change to the same level of the exchange coupling magnetic field is increased by one digit.
【００２１】このように、イオンビームスパッタ法を用
いてニッケル酸化物マトリクスにパーマロイクラスター
を埋め込んだグラニュラー膜を作製することによって、
交換結合磁界制御が容易で磁界に対して安定なバイアス
膜が得られた。As described above, by manufacturing a granular film in which a permalloy cluster is embedded in a nickel oxide matrix by using the ion beam sputtering method,
A bias film which was easy to control the exchange coupling magnetic field and was stable against the magnetic field was obtained.
【００２２】[0022]
【実施例３】ニッケル酸化物膜をマトリクスとし、強磁
性クラスターをパーマロイからＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅに
変えてグラニュラー膜を作製した。Example 3 A granular film was prepared by using a nickel oxide film as a matrix and changing the ferromagnetic cluster from permalloy to Co-10 at% Fe.
【００２３】交換結合磁界とクラスターサイズの関係は
図８のようになった。交換結合磁界はＣｏ−１０ａｔ％
Ｆｅクラスターのサイズが２０ｎｍのときに最大とな
り、それ以下のサイズでは急激に減少、それ以上では徐
々に減少した。FIG. 8 shows the relationship between the exchange coupling magnetic field and the cluster size. Exchange coupling magnetic field is Co-10at%
The maximum value was obtained when the size of the Fe cluster was 20 nm. The size was sharply reduced when the size was smaller than that, and gradually decreased when the size was smaller than 20 nm.
【００２４】結晶軸のなす角度６３゜という格子歪みの
大きいニッケル酸化物をマトリクスとし、Ｃｏ−１０ａ
ｔ％Ｆｅクラスターのサイズを２０ｎｍとしたグラニュ
ラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁界を印加した
ときの交換結合磁界の時間変化を示したのが図９であ
る。従来の２層膜の結果と比較すると、同じレベルの交
換結合磁界にまで変化するのに要する時間が一桁長くな
っていることがわかる。A matrix is made of nickel oxide having a large lattice distortion of an angle of 63 ° formed by crystal axes, and Co-10a
FIG. 9 shows a time change of the exchange coupling magnetic field when a magnetic field of 500 Oe is applied from the outside to the granular film in which the size of the t% Fe cluster is 20 nm. Compared with the result of the conventional two-layer film, it can be seen that the time required to change to the same level of the exchange coupling magnetic field is increased by one digit.
【００２５】このように、ニッケル酸化物マトリクスに
パーマロイクラスターを埋め込んだグラニュラー膜を作
製することによって、交換結合磁界制御が容易で磁界に
対して安定なバイアス膜が得られた。なお、この場合
は、クラスターイオンビーム法、又はイオンビームスパ
ッタ法のいずれの成膜方法でも、同様の磁気特性、磁気
安定性が得られた。As described above, by producing a granular film in which a permalloy cluster is embedded in a nickel oxide matrix, a bias film which can easily control an exchange coupling magnetic field and is stable against a magnetic field was obtained. In this case, the same magnetic properties and magnetic stability were obtained by either the cluster ion beam method or the ion beam sputtering method.
【００２６】[0026]
【実施例４】反強磁性マトリクスをコバルト酸化物と
し、強磁性クラスターをパーマロイとしたグラニュラー
膜をクラスターイオンビーム法で作製した。Example 4 A granular film having cobalt oxide as an antiferromagnetic matrix and permalloy as a ferromagnetic cluster was produced by a cluster ion beam method.
【００２７】コバルト酸化物と金属強磁性体であるパー
マロイとをそれぞれ異なる蒸発源に入れ、ニッケル酸化
物の蒸発率を高く、パーマロイの蒸発率を低く設定して
同時蒸着した。パーマロイクラスターのサイズと交換結
合磁界の関係を示したのが図１０である。クラスターサ
イズが３０ｎｍのとき最大となり、それ以下では急激に
減少、それ以上では徐々に減少する。Cobalt oxide and permalloy, which is a metal ferromagnetic material, were placed in different evaporation sources, and the evaporation rate of nickel oxide was set to be high and the evaporation rate of permalloy was set to be low. FIG. 10 shows the relationship between the size of the permalloy cluster and the exchange coupling magnetic field. When the cluster size is 30 nm, the maximum is reached, and when the cluster size is less than 30 nm, it rapidly decreases, and when it is larger, it gradually decreases.
【００２８】次にグラニュラー膜の磁界に対する安定性
を調べた。パーマロイのクラスターサイズを３０ｎｍと
したグラニュラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁
界を印加したときの交換結合磁界の時間変化を示したの
が図１１である。従来の２層膜の結果と比較すると、同
じレベルの交換結合磁界にまで変化するのに要する時間
が一桁長くなっていることがわかる。Next, the stability of the granular film to the magnetic field was examined. FIG. 11 shows a time change of the exchange coupling magnetic field when a magnetic field of 500 Oe is externally applied to a granular film having a permalloy cluster size of 30 nm. Compared with the result of the conventional two-layer film, it can be seen that the time required to change to the same level of the exchange coupling magnetic field is increased by one digit.
【００２９】このように、コバルト酸化物マトリクスに
パーマロイクラスターを埋め込んだグラニュラー膜を作
製することによって、交換結合磁界制御が容易で磁界に
対して安定なバイアス膜が得られた。As described above, by producing a granular film in which permalloy clusters are embedded in a cobalt oxide matrix, a bias film which can easily control an exchange coupling magnetic field and is stable against a magnetic field was obtained.
【００３０】[0030]
【発明の効果】本発明によれば、グラニュラー膜を用い
たバイアス膜を用いることにより、高出力で外部磁界に
対して安定なスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を作製す
ることができた。According to the present invention, a spin-valve magnetoresistive element having high output and being stable against an external magnetic field can be manufactured by using a bias film using a granular film.
【図１】本発明に係る磁気抵抗効果素子の一実施形態を
示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing one embodiment of a magnetoresistance effect element according to the present invention.
【図２】クラスターイオンビームで作製したニッケル酸
化物にパーマロイクラスターを分散させたグラニュラー
膜における、パーマロイクラスターのサイズと交換結合
磁界との関係を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the relationship between permalloy cluster size and exchange coupling magnetic field in a granular film in which permalloy clusters are dispersed in nickel oxide prepared by a cluster ion beam.
【図３】クラスターサイズ３０ｎｍのパーマロイを分散
させたグラニュラー膜における、ニッケル酸化物の結晶
軸のなす角度と交換結合磁界との関係を示すグラフであ
る。FIG. 3 is a graph showing a relationship between an angle formed by a crystal axis of nickel oxide and an exchange coupling magnetic field in a granular film in which permalloy having a cluster size of 30 nm is dispersed.
【図４】結晶軸のなす角度６３゜のニッケル酸化物のマ
トリクスに３０ｎｍのパーマロイクラスターを分散させ
たグラニュラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁界
を印加したときの交換結合磁界と磁界印加時間の関係を
示すグラフである。FIG. 4 shows an exchange coupling magnetic field and a magnetic field application time when a magnetic field of 500 Oe is externally applied to a granular film in which a permalloy cluster of 30 nm is dispersed in a matrix of nickel oxide having an angle of 63 ° formed by crystal axes. It is a graph which shows a relationship.
【図５】イオンビームスパッタ法で作製したグラニュラ
ー膜における、パーマロイクラスターのサイズと交換結
合磁界の関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the size of a permalloy cluster and an exchange coupling magnetic field in a granular film produced by an ion beam sputtering method.
【図６】イオンビームスパッタ法で作製したグラニュラ
ー膜における、クラスターサイズを４０ｎｍとしたパー
マロイを埋め込んだニッケル酸化物の結晶軸のなす角度
と交換結合磁界の関係を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a relationship between an angle formed by a crystal axis of nickel oxide embedded with permalloy having a cluster size of 40 nm and an exchange coupling magnetic field in a granular film manufactured by an ion beam sputtering method.
【図７】イオンビームスパッタ法で作製した結晶軸のな
す角度６３゜のニッケル酸化物のマトリクスに４０ｎｍ
のパーマロイクラスターを分散させたグラニュラー膜に
対して、外部から５００Ｏｅの磁界を印加したときの交
換結合磁界と磁界印加時間の関係を示すグラフである。FIG. 7 shows that a nickel oxide matrix formed by an ion beam sputtering method and having an angle of 63 ° formed by a crystal axis has a thickness of 40 nm.
7 is a graph showing a relationship between an exchange coupling magnetic field and a magnetic field application time when a magnetic field of 500 Oe is externally applied to a granular film in which permalloy clusters are dispersed.
【図８】ニッケル酸化物膜をマトリクスとし、強磁性ク
ラスターをＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅとしたグラニュラー膜
における、交換結合磁界とクラスターサイズの関係を示
すグラフである。FIG. 8 is a graph showing a relationship between an exchange coupling magnetic field and a cluster size in a granular film in which a nickel oxide film is a matrix and a ferromagnetic cluster is Co-10 at% Fe.
【図９】クラスターイオンビーム法で作製した結晶軸の
なす角度６３゜のニッケル酸化物のマトリクスに４０ｎ
ｍのＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅクラスターを分散させたグラ
ニュラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁界を印加
したときの交換結合磁界と磁界印加時間の関係を示すグ
ラフである。FIG. 9 shows that 40n is formed on a nickel oxide matrix having an angle of 63 ° formed by a crystal axis formed by a cluster ion beam method.
5 is a graph showing the relationship between an exchange coupling magnetic field and a magnetic field application time when a magnetic field of 500 Oe is externally applied to a granular film in which m Co-10 at% Fe clusters are dispersed.
【図１０】クラスターイオンビームで作製したコバルト
酸化物マトリクス中にパーマロイクラスターを分散させ
たグラニュラー膜における、パーマロイクラスターのサ
イズと交換結合磁界の関係を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing a relationship between permalloy cluster size and exchange coupling magnetic field in a granular film in which permalloy clusters are dispersed in a cobalt oxide matrix prepared by a cluster ion beam.
【図１１】クラスターイオンビーム法で作製したコバル
ト酸化物マトリクスに３０ｎｍのパーマロイクラスター
を分散させたグラニュラー膜に対して、外部から５００
Ｏｅの磁界を印加したときの交換結合磁界と磁界印加時
間の関係を示すグラフである。FIG. 11 shows that a granular film obtained by dispersing a permalloy cluster of 30 nm in a cobalt oxide matrix manufactured by a cluster ion beam method is 500
It is a graph which shows the relationship between the exchange coupling magnetic field at the time of applying an Oe magnetic field, and a magnetic field application time.
１０ 磁気抵抗効果素子 １２ 磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜） １４ 強磁性クラスター １６ 反強磁性マトリクス １８ グラニュラー膜 ２０ 非磁性膜 ２２ 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Magnetoresistive element 12 Magnetoresistive film (MR film) 14 Ferromagnetic cluster 16 Antiferromagnetic matrix 18 Granular film 20 Nonmagnetic film 22 Substrate
Claims (6)
気抵抗効果膜と、強磁性クラスターを反強磁性マトリク
ス中に分散させたものであって前記磁気抵抗効果膜の磁
区を安定化させるバイアス膜としてのグラニュラー膜
と、このグラニュラー膜と前記磁気抵抗効果膜との間に
介挿された非磁性膜とを備えた磁気抵抗効果素子。1. A magnetoresistive film whose electric resistance changes according to an external magnetic field, and a bias in which ferromagnetic clusters are dispersed in an antiferromagnetic matrix and which stabilizes magnetic domains of the magnetoresistive film. A magnetoresistive element comprising: a granular film as a film; and a non-magnetic film interposed between the granular film and the magnetoresistive film.
物であり、前記強磁性クラスターがパーマロイである、
請求項１記載の磁気抵抗効果素子。2. The antiferromagnetic matrix is nickel oxide, and the ferromagnetic cluster is permalloy.
The magnetoresistance effect element according to claim 1.
物であり、前記強磁性クラスターがＣｏ−１０ａｔ％Ｆ
ｅである、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。3. The antiferromagnetic matrix is nickel oxide, and the ferromagnetic cluster is Co-10 at% F.
The magnetoresistance effect element according to claim 1, wherein e is e.
物であり、前記強磁性クラスターがパーマロイである、
請求項１記載の磁気抵抗効果素子。4. The antiferromagnetic matrix is cobalt oxide and the ferromagnetic cluster is permalloy.
The magnetoresistance effect element according to claim 1.
ビーム法で成膜されたものである、請求項１，２，３又
は４記載の磁気抵抗効果素子。5. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein said granular film is formed by a cluster ion beam method.
ッタ法で成膜されたものである、請求項１，２，３又は
４記載の磁気抵抗効果素子。6. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein said granular film is formed by an ion beam sputtering method.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP9030524A JP3070667B2 (en) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | Magnetoresistive element |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP9030524A JP3070667B2 (en) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | Magnetoresistive element |
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ID=12306209
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- 1997-02-14 JP JP9030524A patent/JP3070667B2/en not_active Expired - Fee Related
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