JP3264600B2 - Multilayer film for magnetoresistive element and method for adjusting magnetization of magnetic layer - Google Patents

Multilayer film for magnetoresistive element and method for adjusting magnetization of magnetic layer

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JP3264600B2 JP07686295A JP7686295A JP3264600B2 JP 3264600 B2 JP3264600 B2 JP 3264600B2 JP 07686295 A JP07686295 A JP 07686295A JP 7686295 A JP7686295 A JP 7686295A JP 3264600 B2 JP3264600 B2 JP 3264600B2
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    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ヘッド、位置セン
サ、回転センサ等に用いられる磁気抵抗効果素子用の多
膜に関する。
The present invention relates to a magnetic head, the position sensor, relates to a multilayer film for a magnetic resistance effect element used in the rotation sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の用途に用いられている磁
気抵抗(MR)効果材料として、Ni-Fe合金薄膜
(パーマロイ薄膜)が知られているが、パーマロイ薄膜
の抵抗変化率は2〜3%が一般的である。従って、今
後、磁気記録における線記録密度およびトラック密度の
向上あるいは磁気センサにおける高分解能化に対応する
ためには、より抵抗変化率(MR比)の大きい磁気抵抗
効果材料が望まれている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a Ni—Fe alloy thin film (permalloy thin film) is known as a magnetoresistive (MR) effect material used for this kind of application. 3% is common. Therefore, a magnetoresistive material having a higher resistance change rate (MR ratio) is desired in the future to improve the linear recording density and track density in magnetic recording or to increase the resolution in a magnetic sensor.

【0003】ところで近年、巨大磁気抵抗効果と呼ばれ
る現象が、Fe/Cr交互積層膜、あるいは、Co/C
u交互積層膜などの多層薄膜で発見されている。これら
の多層薄膜においては、FeやCoなどからなる各強磁
性金属層の磁化がCrやCuなどからなる非磁性金属層
を介して磁気的な相互作用を起こし、積層された上下の
強磁性金属層の磁化が、外部磁場のない時、反平行状態
を保つように結合している。即ち、これらの構造におい
ては、非磁性金属層を介して交互に積層された強磁性金
属層が、一層毎に磁化の向きを反対方向に向けて積層さ
れている。そして、これらの構造においては、適当な外
部磁界が印加されると、各強磁性金属層の磁化の向きが
同じ方向に揃うように変化する。
[0003] In recent years, a phenomenon called giant magnetoresistive effect is caused by the Fe / Cr alternately laminated film or the Co / C
It has been found in multilayer thin films such as u-alternate stacked films. In these multilayer thin films, the magnetization of each ferromagnetic metal layer made of Fe or Co causes a magnetic interaction via a non-magnetic metal layer made of Cr, Cu, or the like, and the upper and lower ferromagnetic metal layers are stacked. The magnetizations of the layers are coupled to remain antiparallel in the absence of an external magnetic field. That is, in these structures, the ferromagnetic metal layers alternately stacked via the non-magnetic metal layer are stacked with the direction of magnetization directed in the opposite direction for each layer. In these structures, when an appropriate external magnetic field is applied, the direction of magnetization of each ferromagnetic metal layer changes so as to be aligned in the same direction.

【0004】前記の構造において、各強磁性金属層の磁
化が反平行状態の場合と平行状態の場合では、Fe強磁
性金属層とCr非磁性金属層の界面、あるいは、Co強
磁性金属層とCu非磁性金属層の界面における伝導電子
の散乱のされ方が、伝導電子のスピンに依存して異なる
といわれている。従ってこの機構に基づくと、各強磁性
金属層の磁化の向きが反平行状態の時は電気抵抗が高
く、平行状態の時は電気抵抗が低くなり、抵抗変化率と
して従来のパーマロイ薄膜を上回る、いわゆる、巨大磁
気抵抗効果を発生する。このように、これらの多層薄膜
は、従来のNi-Feの単層薄膜とは根本的に異なるM
R発生機構を有している。
In the above structure, when the magnetization of each ferromagnetic metal layer is in the antiparallel state and in the parallel state, the interface between the Fe ferromagnetic metal layer and the Cr nonmagnetic metal layer or the Co ferromagnetic metal layer It is said that the way in which conduction electrons are scattered at the interface of the Cu non-magnetic metal layer differs depending on the spin of conduction electrons. Therefore, based on this mechanism, when the direction of magnetization of each ferromagnetic metal layer is in an anti-parallel state, the electric resistance is high, and when it is in a parallel state, the electric resistance is low, and the resistance change rate exceeds the conventional permalloy thin film, A so-called giant magnetoresistance effect occurs. As described above, these multilayer thin films are fundamentally different from the conventional single-layer thin film of Ni—Fe.
It has an R generation mechanism.

【0005】しかしながら、これらの多層膜において
は、各強磁性金属層の磁化の向きを反平行とするように
作用する強磁性金属層間の磁気的相互作用が強すぎるた
めに、各強磁性金属層の磁化の向きを平行に揃えるため
には、非常に大きな外部磁界を作用させなくてはならな
い問題がある。従って、強い磁界をかけないと大きな抵
抗変化が起こらないことになり、磁気ヘッドなどのよう
に磁気記録媒体からの微小な磁界を検出する装置に適用
した場合に満足な高い感度が得られないという問題があ
った。
However, in these multilayer films, since the magnetic interaction between the ferromagnetic metal layers that acts to make the magnetization directions of the ferromagnetic metal layers antiparallel is too strong, There is a problem that an extremely large external magnetic field must be applied to make the magnetization directions parallel to each other. Therefore, a large change in resistance does not occur unless a strong magnetic field is applied, and satisfactory high sensitivity cannot be obtained when applied to an apparatus for detecting a minute magnetic field from a magnetic recording medium such as a magnetic head. There was a problem.

【0006】この問題を解決するためには、強磁性金属
層間に働く磁気的な相互作用を過度に強くしないよう
に、CrやCuなどからなる非磁性金属層の厚さを調整
し、各強磁性金属層の磁化の向きの相対的な方向を磁気
的相互作用とは別の方法により制御することが有効と思
われる。従来、このような磁化の相対的な方向制御技術
として、FeMnなどの反強磁性層を設けることによ
り、一方の強磁性金属層の磁化の向きを固定し、この強
磁性金属層の磁化の向きが外部磁界に対して動き難いよ
うに構成し、他方の強磁性金属層の磁化の向きを自由に
動けるように構成することにより、微小な磁界による動
作を可能にした技術が提案されている。
In order to solve this problem, the thickness of the nonmagnetic metal layer made of Cr, Cu, or the like is adjusted so that the magnetic interaction acting between the ferromagnetic metal layers is not excessively increased. It seems effective to control the relative direction of the magnetization of the magnetic metal layer by a method different from the magnetic interaction. Conventionally, an antiferromagnetic layer such as FeMn is provided as such a relative magnetization direction control technique to fix the magnetization direction of one ferromagnetic metal layer and to set the magnetization direction of this ferromagnetic metal layer. There has been proposed a technology in which the device is configured to be hard to move with respect to an external magnetic field, and configured to be able to freely move the direction of magnetization of the other ferromagnetic metal layer, thereby enabling operation with a minute magnetic field.

【0007】図12は、特開平6ー60336号公報に
開示されているこの種の技術を応用した構造の磁気抵抗
センサの一例を示すものである。図12に示す磁気抵抗
センサAは、非磁性の基板30に、第1の磁性層31と
非磁性スペーサ32と第2の磁性層33と反強磁性層3
4を積層して構成されるものであり、第2の磁性層33
の磁化の向きBが反強磁性層34による磁気的交換結合
により固定されるとともに、第1の磁性層31の磁化の
向きCが、印加磁界がない時に第2の磁性層33の磁化
の向きBに対して直角に向けられている。ただし、この
第1の磁性層31の磁化の向きCは固定されないので外
部磁界により回転できるようになっている。
FIG. 12 shows an example of a magnetoresistive sensor having a structure to which this kind of technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-60336 is applied. The magnetoresistive sensor A shown in FIG. 12 includes a first magnetic layer 31, a nonmagnetic spacer 32, a second magnetic layer 33, and an antiferromagnetic layer 3 on a nonmagnetic substrate 30.
4 and the second magnetic layer 33
Is fixed by magnetic exchange coupling by the antiferromagnetic layer 34, and the direction C of magnetization of the first magnetic layer 31 is changed to the direction of magnetization of the second magnetic layer 33 when there is no applied magnetic field. It is oriented at right angles to B. However, since the direction C of magnetization of the first magnetic layer 31 is not fixed, the first magnetic layer 31 can be rotated by an external magnetic field.

【0008】図12に示す構造に対して印加磁界hを付
加すると、印加磁界hの方向に応じて第1の磁性層31
の磁化の向きCが点線矢印の如く回転するので、第1の
磁性層31と第2の磁性層33との間で磁化に方向の角
度差が生じることになるために、抵抗変化が起こり、こ
れにより磁場検出ができるようになる。
When an applied magnetic field h is added to the structure shown in FIG. 12, the first magnetic layer 31 is changed according to the direction of the applied magnetic field h.
Is rotated as indicated by the dotted arrow, and a difference in direction occurs in the magnetization between the first magnetic layer 31 and the second magnetic layer 33, so that a resistance change occurs. Thereby, the magnetic field can be detected.

【0009】次に、一方の磁性層の磁化の向きを固定
し、他方の磁性層の磁化の向きを自由とした構成の磁気
抵抗センサBの他の例として、図13に示すように、基
板35上に、NiOの反強磁性層36と、Ni-Feの
磁性層37と、Cuの非磁性金属層38と、Ni-Fe
の磁性層39と、Cuの非磁性金属層40と、Ni-F
eの磁性層41と、FeMnの反強磁性層42とを順次
積層した構造が知られている。この例の構造において
は、反強磁性層36、42によりそれらに隣接する強磁
性金属層37、41の磁化がそれぞれ固定され、強磁性
金属層37、41の間に非磁性金属層38、40を介し
て挟まれた強磁性金属層39の磁化が外部磁界に応じて
回転可能に構成されている。
Next, as another example of a magnetoresistive sensor B having a configuration in which the magnetization direction of one magnetic layer is fixed and the magnetization direction of the other magnetic layer is free, as shown in FIG. An antiferromagnetic layer 36 of NiO, a magnetic layer 37 of Ni—Fe, a nonmagnetic metal layer 38 of Cu,
Magnetic layer 39, Cu non-magnetic metal layer 40, Ni-F
A structure is known in which a magnetic layer 41 of e and an antiferromagnetic layer 42 of FeMn are sequentially stacked. In the structure of this example, the magnetizations of the ferromagnetic metal layers 37 and 41 adjacent thereto are fixed by the antiferromagnetic layers 36 and 42, and the nonmagnetic metal layers 38 and 40 are interposed between the ferromagnetic metal layers 37 and 41. The magnetization of the ferromagnetic metal layer 39 sandwiched therebetween is rotatable in accordance with an external magnetic field.

【0010】図12あるいは図13に示す構造の磁気抵
抗センサであると、微小な印加磁界の変化に対して磁気
抵抗センサAあるいは磁気抵抗センサBの電気抵抗が感
度良く変化する。また、第1の磁性層2としてNi-F
eなどの軟磁性材料を用いると、その軟磁性を利用で
き、ヒステリシスが少ないなどの利点を有する。
In the case of the magnetoresistive sensor having the structure shown in FIG. 12 or 13, the electric resistance of the magnetoresistive sensor A or the magnetoresistive sensor B changes with high sensitivity to a small change in the applied magnetic field. Further, Ni—F is used as the first magnetic layer 2.
When a soft magnetic material such as e is used, the soft magnetism can be used, and there are advantages such as low hysteresis.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1
2、あるいは図13に示す構造の磁気抵抗センサは、F
eMnの反強磁性層34で隣接する第2の磁性層33の
磁化を固定するか、上下のFeMnとNiOの反強磁性
層36、42でそれらの間の強磁性金属層37、41の
磁化を固定し、それらの間の磁性層39の磁化を自由に
する構造であるので巨大磁気抵抗効果に寄与するNi-
Fe(磁性層)/Cu(非磁性金属層)の界面の数を多
くできない制約があり、MR比の大きさに制約を生じる
問題があった。従って、図12あるいは図13に示す構
造において、10%を超えるような大きなMR比は、構
造上到底実現できない問題がある。また、反強磁性層3
4、36の構成材料として用いられるFeMnは、耐食
性および耐環境性の面から見て不利な問題がある。
However, FIG.
2 or the magnetoresistive sensor having the structure shown in FIG.
The magnetization of the adjacent second magnetic layer 33 is fixed by the antiferromagnetic layer 34 of eMn, or the magnetization of the ferromagnetic metal layers 37, 41 between them by the upper and lower FeMn and NiO antiferromagnetic layers 36, 42. Is fixed and the magnetization of the magnetic layer 39 between them is free, so that Ni-
There is a restriction that the number of interfaces of Fe (magnetic layer) / Cu (non-magnetic metal layer) cannot be increased, and there is a problem that the magnitude of the MR ratio is restricted. Therefore, in the structure shown in FIG. 12 or FIG. 13, there is a problem that a large MR ratio exceeding 10% cannot be realized at all. The antiferromagnetic layer 3
FeMn used as a constituent material of Nos. 4 and 36 has disadvantageous problems in terms of corrosion resistance and environmental resistance.

【0012】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、図12あるいは図13に示す従来構造ではできな
かった磁性層の多層膜構造を実現できる積層構造にする
ことにより、従来構造では得られなかった高いMR比を
得ることができると同時に、場合によっては、耐食性、
耐環境性の面で問題があった反強磁性材料を用いる必要
が無い磁気抵抗効果素子用多層膜および磁性層の磁化の
調整方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and has a multilayer structure capable of realizing a multilayer structure of magnetic layers which cannot be achieved by the conventional structure shown in FIG. 12 or FIG. High MR ratios can be obtained, while at the same time, in some cases, corrosion resistance,
It is an object of the present invention to provide a multilayer film for a magnetoresistive effect element and a method for adjusting the magnetization of a magnetic layer, in which it is not necessary to use an antiferromagnetic material having a problem in terms of environmental resistance.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記課題を解決するために、複数の強磁性金属層の間に非
磁性金属層を挟んで積層することで反強磁性結合させた
反強磁性結合ユニットと、複数の非磁性金属層の間に強
磁性金属層を挟んで積層することで反強磁性結合ユニッ
トと弱強磁性結合させた弱強磁性結合ユニットを基板上
に積層してなる積層膜とされ、該積層膜の最上層と最下
層の少なくとも一方に反強磁性層が追加されてなるもの
である。また、本発明は複数の強磁性金属層の間に非磁
性金属層を挟んで積層することで反強磁性結合させた反
強磁性結合ユニットと、複数の非磁性金属層の間に強磁
性金属層を挟んで積層することで反強磁性結合ユニット
と弱強磁性結合させた弱強磁性結合ユニットを基板上に
積層してなる構造において、前記弱強磁性結合ユニット
上に、複数の強磁性金属層の間に複数の非磁性金属層を
挟んで積層することで反強磁性結合された復反強磁性ユ
ニットと、複数の非磁性金属層の間に強磁性金属層を挟
んで積層することで前記復反強磁性結合ユニットと弱強
磁性結合させた復弱強磁性結合ユニットとをそれぞれ一
層以上積層してなる構造にすることもできる。
According to the first aspect of the present invention, in order to achieve the above object, antiferromagnetic coupling is achieved by stacking a nonmagnetic metal layer between a plurality of ferromagnetic metal layers. An antiferromagnetic coupling unit and a weak ferromagnetic coupling unit, which is weakly ferromagnetically coupled with an antiferromagnetic coupling unit by laminating a ferromagnetic metal layer between a plurality of nonmagnetic metal layers, are stacked on a substrate. And the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated film.
An antiferromagnetic layer is added to at least one of the layers . In addition, the present invention provides a method in which non-magnetic
Antiferromagnetically coupled by stacking conductive metal layers
Ferromagnetic coupling between the ferromagnetic coupling unit and multiple non-magnetic metal layers
Antiferromagnetic coupling unit
Weak ferromagnetic coupling unit with weak ferromagnetic coupling on substrate
In the laminated structure, a deferred antiferromagnetic unit antiferromagnetically coupled by laminating a plurality of nonmagnetic metal layers between a plurality of ferromagnetic metal layers on the weak ferromagnetic coupling unit. By stacking a ferromagnetic metal layer between a plurality of non-magnetic metal layers, the antiferromagnetic coupling unit and the weak ferromagnetic coupling unit weakly ferromagnetically coupled are each laminated one or more times. It can also be structured.

【0014】次に、先の構造において、強磁性金属層を
Co、NiFe合金、CoFeNi合金から選択された
1種以上から構成し、非磁性金属層をAu、Ag、Cu
から選択された1種以上から構成しても良い。 また、
先の構造の磁気抵抗効果素子用多層膜において、積層膜
の最上層と最下層の少なくとも一方に反強磁性層を追加
しても良い。更に、先の磁気抵抗効果素子用多層膜にお
いて、反強磁性層をFeMn、NiO、NiMnから選
択される1種以上から構成しても良い。
Next, in the above structure, the ferromagnetic metal layer is made of at least one selected from the group consisting of Co, NiFe alloy and CoFeNi alloy, and the nonmagnetic metal layer is made of Au, Ag and Cu.
Alternatively, it may be composed of one or more types selected from. Also,
In the multilayer film for a magnetoresistive element having the above structure, an antiferromagnetic layer may be added to at least one of the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated film. Further, in the above-mentioned multilayer film for a magnetoresistive element, the antiferromagnetic layer may be made of one or more selected from FeMn, NiO, and NiMn.

【0015】次に、先の構造の磁気抵抗効果素子用多層
膜において、積層膜の最上層と最下層の少なくとも一方
に、硬質磁性材料からなる高保磁力磁性層を追加して設
けても良い。また、先に記載の高保磁力磁性層が、Co
Cr合金、CoCrTa合金、CoPt合金から選択さ
れる1種以上からなるものでも良い。更に、先に記載の
磁気抵抗効果素子用多層膜において、強磁性金属層の厚
さが10〜30オングストロームの範囲、反強磁性結合
ユニット中の非磁性金属層の厚さが7〜11オングスト
ロームの範囲、それ以外の非磁性金属層の厚さが20〜
50オングストロームの範囲に形成されてなるものでも
良い。
Next, in the multilayer film for a magnetoresistive element having the above structure, a high coercive force magnetic layer made of a hard magnetic material may be additionally provided on at least one of the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated film. Further, the high coercive force magnetic layer described above is made of Co
It may be composed of at least one selected from a Cr alloy, a CoCrTa alloy, and a CoPt alloy. Further, in the multilayer film for a magnetoresistive element described above, the thickness of the ferromagnetic metal layer is in the range of 10 to 30 Å, and the thickness of the nonmagnetic metal layer in the antiferromagnetic coupling unit is in the range of 7 to 11 Å. Range, the thickness of the other nonmagnetic metal layer is 20 to
It may be formed in the range of 50 angstroms.

【0016】次に、先に記載の磁気抵抗効果素子用多層
膜において、最下層の反強磁性結合ユニットに2つの強
磁性金属層が具備され、復反強磁性結合ユニットに3つ
の強磁性金属層が具備されてなり、復反強磁性結合ユニ
ットと復弱強磁性結合ユニットが交互に複数積層されて
なる構成でも良い
Next, in the multilayer film for a magnetoresistive element described above, the lowermost antiferromagnetic coupling unit is provided with two ferromagnetic metal layers, and the reverse antiferromagnetic coupling unit is provided with three ferromagnetic metal layers. A layer may be provided, and a plurality of antiferromagnetic coupling units and weak ferromagnetic coupling units may be alternately stacked .

【0017】次に本発明は、複数の強磁性金属層の間に
非磁性金属層を挟んで積層することで反強磁性結合させ
た反強磁性結合ユニットと、複数の非磁性金属層の間に
強磁性金属層を挟んで積層することで前記反強磁性結合
ユニットと弱強磁性結合させた弱強磁性結合ユニットが
基板上に積層されてなり、前記弱強磁性結合ユニット内
の強磁性金属層は磁化の向きを外部磁場に合わせて磁化
反転が可能であり、前記反強磁性結合ユニットと弱強磁
性結合ユニットと復反強磁性結合ユニットと復弱強磁性
結合ユニットを具備する積層体の最上層と最下層の少な
くとも一方に、反強磁性層と高保磁力磁性層のどちらか
一方が追加して設けられ、反強磁性層または高保磁力磁
性層に接する強磁性金属層が単磁区化されてなることを
特徴とする。
Next, the present invention relates to the method of
Antiferromagnetic coupling by stacking nonmagnetic metal layers
Between the antiferromagnetic coupling unit and multiple non-magnetic metal layers
The antiferromagnetic coupling is achieved by stacking ferromagnetic metal layers
Weak ferromagnetic coupling unit with weak ferromagnetic coupling
Laminated on the substrate, in the weak ferromagnetic coupling unit.
Ferromagnetic metal layer is magnetized according to the external magnetic field
Reversible, and the antiferromagnetic coupling unit
Coupling unit and antiferromagnetic coupling unit and reversible ferromagnetism
The top and bottom layers of the laminate with the coupling unit
At least one of the antiferromagnetic layer and the high coercivity magnetic layer
One is additionally provided with an antiferromagnetic layer or high coercivity
That the ferromagnetic metal layer in contact with the conductive layer is
Features.

【0018】[0018]

【作用】本発明においては、反強磁性結合ユニットと弱
強磁性結合ユニットが基板上に積層されているので、反
強磁性結合ユニット中の強磁性金属層の磁化の向きを固
定し、弱強磁性結合ユニット中の強磁性金属層の磁化の
向きを外部磁場に応じて回転させることができる。そし
て、本発明の構造は、繰り返し多数積層することが自由
にできるので、巨大磁気抵抗効果を発揮する強磁性金属
層と非磁性金属層の界面を積層体中に多数形成すること
ができる。よって大きなMR比を得ることができる。
In the present invention, since the antiferromagnetic coupling unit and the weak ferromagnetic coupling unit are stacked on the substrate, the direction of magnetization of the ferromagnetic metal layer in the antiferromagnetic coupling unit is fixed, The direction of magnetization of the ferromagnetic metal layer in the magnetic coupling unit can be rotated according to an external magnetic field. In the structure of the present invention, a large number of layers can be freely stacked repeatedly, so that a large number of interfaces between a ferromagnetic metal layer exhibiting a giant magnetoresistance effect and a nonmagnetic metal layer can be formed in the multilayer body. Therefore, a large MR ratio can be obtained.

【0019】以下に本発明について更に詳細に説明す
る。図1は本発明に係る磁気抵抗効果素子用多層膜の一
構造例を示すもので、この例の磁気抵抗効果素子用多層
膜は、非磁性体の基板K上にバッファ層が形成され、
その上に多数の磁性層と非磁性金属層が積層されて構成
されている。なお、このバッファ層Jは、その上に積層
される層の結晶配向性を整えるための下地層であるの
で、場合によっては省略することもできる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. FIG. 1 shows a structural example of a multilayer film for a magnetoresistive element according to the present invention. In the multilayer film for a magnetoresistive element of this example, a buffer layer J is formed on a non-magnetic substrate K,
A large number of magnetic layers and non-magnetic metal layers are laminated thereon. The buffer layer J is an underlayer for adjusting the crystal orientation of the layer laminated thereon, and may be omitted in some cases.

【0020】前記バッファ層J上には、強磁性金属層1
と非磁性金属層2と強磁性金属層3と非磁性金属層4と
強磁性金属層5と非磁性金属層6と強磁性金属層7と非
磁性金属層8と強磁性金属層9と非磁性金属層10と強
磁性金属層11と非磁性金属層12と強磁性金属層13
が順次積層され、強磁性金属層13上には、再び、非磁
性金属層6と強磁性金属層7と非磁性金属層8と強磁性
金属層9と非磁性金属層10と強磁性金属層11と非磁
性金属層12と強磁性金属層13が順次積層されてい
る。
On the buffer layer J, a ferromagnetic metal layer 1
The nonmagnetic metal layer 2, the ferromagnetic metal layer 3, the nonmagnetic metal layer 4, the ferromagnetic metal layer 5, the nonmagnetic metal layer 6, the ferromagnetic metal layer 7, the nonmagnetic metal layer 8, the ferromagnetic metal layer 9, Magnetic metal layer 10, ferromagnetic metal layer 11, non-magnetic metal layer 12, and ferromagnetic metal layer 13
Are sequentially stacked, and on the ferromagnetic metal layer 13, the nonmagnetic metal layer 6, the ferromagnetic metal layer 7, the nonmagnetic metal layer 8, the ferromagnetic metal layer 9, the nonmagnetic metal layer 10, the ferromagnetic metal layer 11, a nonmagnetic metal layer 12 and a ferromagnetic metal layer 13 are sequentially stacked.

【0021】前記基板Kは、ガラス、Si、Al23
TiC、SiC、Al23とTiCの燒結体、非磁性フ
ェライトなどに代表される非磁性材料から構成されてい
る。前記強磁性金属層1、3、5、7、9、11、13
は、Co、NiFe合金、CoNiFe合金などの磁気
抵抗変化率の大きな強磁性金属材料から構成されるが、
これらの中でも磁気抵抗変化率の大きなCoからなるこ
とがより好ましい。前記非磁性金属層2、4、6、8、
10、12は、Au、Ag、Cuなどの非磁性金属材料
から構成されるが、これらの中でもCuからなることが
最も好ましい。また、各強磁性金属層1、3、5、7、
9、11、13の厚さは10〜30オングストローム程
度、反強磁性ユニット中の非磁性金属層2、8、10の
厚さは7〜11オングストローム程度、それ以外の非磁
性金属層4、6、12の厚さは20〜50オングストロ
ーム程度とされている。
The substrate K is made of glass, Si, Al 2 O 3 ,
TiC, SiC, Al 2 O 3 and sintered body of TiC, and a non-magnetic material typified by a non-magnetic ferrite. The ferromagnetic metal layers 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13
Is composed of a ferromagnetic metal material having a large magnetoresistance change rate, such as Co, a NiFe alloy, or a CoNiFe alloy.
Among these, it is more preferable to be made of Co having a large magnetoresistance change rate. The nonmagnetic metal layers 2, 4, 6, 8,
Numerals 10 and 12 are made of a nonmagnetic metal material such as Au, Ag, and Cu, and among them, Cu is most preferable. Further, each of the ferromagnetic metal layers 1, 3, 5, 7,
The thickness of 9, 11, 13 is about 10 to 30 Å, the thickness of the nonmagnetic metal layers 2, 8, 10 in the antiferromagnetic unit is about 7 to 11 Å, and the other nonmagnetic metal layers 4, 6 , 12 have a thickness of about 20 to 50 angstroms.

【0022】図1に示す積層構造においては、非磁性金
属層2を挟んで強磁性金属層1、3を積層することで2
層構造の反強磁性結合ユニットaが形成され、強磁性金
属層5を挟んで非磁性金属層4、6を積層することで弱
強磁性結合ユニットbが構成されている。ここで、前記
弱強磁性結合ユニットbが形成されるのは、強磁性金属
層5の上下に位置する非磁性金属層4、6の厚さが十分
に厚く形成されているために、強磁性金属層5の上下に
位置する強磁性金属層7、3の強磁性金属層5に対する
磁気的結合力が弱くなるためである。
In the laminated structure shown in FIG. 1, the ferromagnetic metal layers 1 and 3 are
An antiferromagnetic coupling unit a having a layer structure is formed, and the nonmagnetic metal layers 4 and 6 are stacked with the ferromagnetic metal layer 5 interposed therebetween to form a weak ferromagnetic coupling unit b. Here, the weak ferromagnetic coupling unit b is formed because the nonmagnetic metal layers 4 and 6 located above and below the ferromagnetic metal layer 5 are formed sufficiently thick. This is because the magnetic coupling force of the ferromagnetic metal layers 7 and 3 located above and below the metal layer 5 to the ferromagnetic metal layer 5 becomes weak.

【0023】また、強磁性金属層7と非磁性金属層8と
強磁性金属層9と非磁性金属層10と強磁性金属層11
とを積層することで3層構造の復反強磁性結合ユニット
dが構成され、非磁性金属層12と強磁性金属層13と
非磁性金属層6を積層することで復弱強磁性結合ユニッ
トeが形成され、更にその上に、強磁性金属層7と非磁
性金属層8と強磁性金属層9と非磁性金属層10と強磁
性金属層11とを積層することで3層構造の復反強磁性
結合ユニットdが構成されている。
The ferromagnetic metal layer 7, the nonmagnetic metal layer 8, the ferromagnetic metal layer 9, the nonmagnetic metal layer 10, and the ferromagnetic metal layer 11
And a non-magnetic metal layer 12, a ferromagnetic metal layer 13 and a non-magnetic metal layer 6 to form a weak ferromagnetic coupling unit e. Is formed thereon, and a ferromagnetic metal layer 7, a non-magnetic metal layer 8, a ferromagnetic metal layer 9, a non-magnetic metal layer 10, and a ferromagnetic metal layer 11 are stacked thereon to form a three-layer structure. A ferromagnetic coupling unit d is configured.

【0024】図1に示す構造においては、強磁性金属層
1、3を非磁性金属層2を介して積層しているので、反
強磁性結合(AF結合)が成立し、2層構造の第1の反
強磁性結合ユニットaが構成され、強磁性金属層1、3
の磁化の向きが動き難くされている。この第1の反強磁
性結合ユニットaの上に積層されたのは、弱い強磁性結
合がなされている第1の弱強磁性結合ユニットbである
ので、このユニット内の強磁性金属層5は外部の弱い磁
場で容易に反転する磁化反転可能な層(いわゆるフリー
レイヤー:図1に符号Fで示す)となる。これにより、
強磁性金属層1、3と強磁性金属層5の磁化反転挙動に
差が生じ、従って図12と図13に示す従来構造のFe
Mnからなる反強磁性層を用いなくとも感度が良く、抵
抗変化率の大きい膜を作成できることになる。従って耐
食性、耐環境性の面でも有利になる。
In the structure shown in FIG. 1, since the ferromagnetic metal layers 1 and 3 are laminated via the non-magnetic metal layer 2, antiferromagnetic coupling (AF coupling) is established, and the two-layer structure 1 antiferromagnetic coupling unit a, and the ferromagnetic metal layers 1 and 3
Is hard to move. Since the first weak ferromagnetic coupling unit b having weak ferromagnetic coupling is stacked on the first antiferromagnetic coupling unit a, the ferromagnetic metal layer 5 in this unit is It becomes a layer capable of reversing magnetization (a so-called free layer: indicated by a symbol F in FIG. 1) that is easily reversed by an external weak magnetic field. This allows
A difference occurs in the magnetization reversal behavior between the ferromagnetic metal layers 1 and 3 and the ferromagnetic metal layer 5, so that the conventional structure shown in FIGS.
Even without using an antiferromagnetic layer made of Mn, a film having good sensitivity and a large resistance change rate can be formed. Therefore, it is advantageous in terms of corrosion resistance and environmental resistance.

【0025】次に、この第1の弱強磁性結合ユニットb
の上に設けられた強磁性金属層3層構造の反強磁性結合
ユニットdは、強磁性金属層を3層有するがために、反
強磁性結合ユニットdの最上層の強磁性金属層11の磁
化と最下層の強磁性金属層7の磁化が図1の矢印に示す
如く同じ方向を向くようになる。従って、この上下の強
磁性金属層7、11の磁化とその上の弱強磁性結合ユニ
ットeの磁化は何層重ねても(積層数nを大きくして
も)、同じ方向に揃うことになる。
Next, the first weak ferromagnetic coupling unit b
Since the antiferromagnetic coupling unit d having a three-layer structure of ferromagnetic metal layers provided above has three ferromagnetic metal layers, the uppermost ferromagnetic metal layer 11 of the antiferromagnetic coupling unit d The magnetization and the magnetization of the lowermost ferromagnetic metal layer 7 are directed in the same direction as shown by the arrow in FIG. Therefore, the magnetization of the upper and lower ferromagnetic metal layers 7 and 11 and the magnetization of the weak ferromagnetic coupling unit e thereon are aligned in the same direction no matter how many layers are stacked (even if the number n of stacked layers is increased). .

【0026】従って反強磁性結合ユニットdと弱強磁性
結合ユニットeを繰り返すことにより、抵抗変化率を増
加させることが可能になる。なお、復反強磁性結合ユニ
ットdと復弱強磁性結合ユニットeの積層回数を大きく
した場合に、外部磁界が0の時の自発磁化の配列が徐々
に崩れてくることが考えられるが、この問題は磁界中成
膜処理や磁界中熱処理などを適宜行うことにより容易に
調整し、解決することができる。
Therefore, by repeating the antiferromagnetic coupling unit d and the weak ferromagnetic coupling unit e, the rate of change in resistance can be increased. When the number of laminations of the antiferromagnetic coupling unit d and the weak ferromagnetic coupling unit e is increased, the arrangement of the spontaneous magnetization when the external magnetic field is 0 is considered to gradually collapse. The problem can be easily adjusted and solved by appropriately performing film formation processing in a magnetic field, heat treatment in a magnetic field, and the like.

【0027】なお、図1に示す構造では、強磁性金属層
1と非磁性金属層2と強磁性金属層3と非磁性金属層4
と強磁性金属層5が積層されて基本ユニットEが構成さ
れ、更に、非磁性金属層6と強磁性金属層7と非磁性金
属層8と強磁性金属層9と非磁性金属層10と強磁性金
属層11と非磁性金属層12と強磁性金属層13が積層
されて積層ユニットGが構成され、この積層ユニットG
が、基本ユニットEの上に2つ積層された構造になって
いるが、積層ユニットGの積層数は任意の数で差し支え
ない。この積層数をある程度多くすれば大きなMR比を
得易くなる。
In the structure shown in FIG. 1, the ferromagnetic metal layer 1, the nonmagnetic metal layer 2, the ferromagnetic metal layer 3, and the nonmagnetic metal layer 4
And a ferromagnetic metal layer 5 are laminated to form a basic unit E. Further, the nonmagnetic metal layer 6, the ferromagnetic metal layer 7, the nonmagnetic metal layer 8, the ferromagnetic metal layer 9, the nonmagnetic metal layer 10, and the The magnetic metal layer 11, the nonmagnetic metal layer 12, and the ferromagnetic metal layer 13 are laminated to form a laminated unit G.
Has a structure in which two units are stacked on the basic unit E, but the number of stacked units G may be any number. If the number of layers is increased to some extent, a large MR ratio can be easily obtained.

【0028】図2は、図1に示す構造の磁気抵抗効果素
子用多層膜に対して図1の右向き(図中の→向き)の外
部磁界を印加した状態を示すものである。この図から明
らかなように、磁化の反転が容易な強磁性金属層5、1
3、13(いわゆるフリーレイヤー)の磁化はいずれも
図1の状態から反転している。そして、この状態では積
層体全体の電気抵抗ρは図1の場合よりも大きくなり、
巨大磁気抵抗効果を発揮する。
FIG. 2 shows a state in which an external magnetic field is applied to the multilayer film for a magnetoresistive element having the structure shown in FIG. As is clear from this figure, the ferromagnetic metal layers 5 and 1 in which the magnetization is easily inverted.
The magnetizations of the layers 3 and 13 (so-called free layers) are both reversed from the state shown in FIG. Then, in this state, the electric resistance ρ of the entire laminate becomes larger than that of FIG.
Exhibits a giant magnetoresistance effect.

【0029】次に図1に示す構造の磁気抵抗効果素子用
多層膜を形成するには、スパッタ装置などの成膜装置を
用いて容易に行うことができるが、中でも図1に示す積
層構造であれば、ターゲットを3種類揃えた簡単な成膜
装置で十分に成膜することができる。
Next, a multilayer film for a magnetoresistive element having the structure shown in FIG. 1 can be easily formed by using a film forming apparatus such as a sputtering apparatus. If it is, a simple film forming apparatus having three types of targets can sufficiently form a film.

【0030】次に図3は、図1に示す構造の磁気抵抗効
果素子用多層膜の最上層および最下層にNiOなどの反
強磁性体からなる反強磁性層15を更に追加して設けた
構造を示す。なお、効果は弱まるものの反強磁性層はど
ちらか一方でも良い。この構造においては、最上層の反
強磁性層15によってその下の強磁性金属層9を単磁区
化した構造になっている。また、最下層の反強磁性層H
によってその上の強磁性金属層1も単磁区化されてい
る。なお、図4に示すように、反強磁性層に接するの
は、反強磁性結合ユニットではなく、単なる一層の強磁
性膜1、9のみの構造としても良い。
Next, FIG. 3 shows that an antiferromagnetic layer 15 made of an antiferromagnetic material such as NiO is additionally provided on the uppermost layer and the lowermost layer of the multilayer film for a magnetoresistive element having the structure shown in FIG. The structure is shown. Although the effect is weakened, either one of the antiferromagnetic layers may be used. This structure has a structure in which the ferromagnetic metal layer 9 thereunder is made into a single magnetic domain by the uppermost antiferromagnetic layer 15. Further, the lowermost antiferromagnetic layer H
Thereby, the ferromagnetic metal layer 1 thereon is also made into a single magnetic domain. As shown in FIG. 4, the structure in which only the one ferromagnetic films 1 and 9 are in contact with the antiferromagnetic layer may be used instead of the antiferromagnetic coupling unit.

【0031】この例の構造は、抵抗変化率をより大きく
することを目的とするものである。通常、磁性層が積層
された構造においては、各磁性層を構成する膜がその膜
面内で複数の磁区を構成し、磁区どうしで異なる磁化の
向きを有しつつエネルギー的に安定になろうとする。従
って図1の構造を適用しても、各磁性層の全体が単磁区
化せずに複数の磁区に別れ、結果的に膜面内で半分程度
の面積部分しか巨大磁気抵抗変化に寄与しなくなる場合
が考えられる。これを改善するために図3または図4の
構造が有効となる。即ち、最上層の反強磁性層15およ
び最下層の反強磁性層Hとの界面における交換結合力に
よって隣接した強磁性金属層9および1を強制的に単磁
区化するとこの単磁区化された強磁性金属層9および1
に対して他の強磁性金属層も磁気的に弱く強磁性結合し
ているので、他の強磁性金属層も順次同じように単磁区
化する。
The structure of this example aims at increasing the rate of change in resistance. Usually, in a structure in which magnetic layers are stacked, a film constituting each magnetic layer constitutes a plurality of magnetic domains in the film plane, and the magnetic domains are energetically stable while having different magnetization directions among the magnetic domains. I do. Therefore, even when the structure of FIG. 1 is applied, the entire magnetic layer is not divided into a single magnetic domain but divided into a plurality of magnetic domains. As a result, only about half the area within the film surface contributes to the giant magnetoresistance change. The case is conceivable. In order to improve this, the structure shown in FIG. 3 or FIG. 4 is effective. That is, when the adjacent ferromagnetic metal layers 9 and 1 are forcibly made into a single magnetic domain by the exchange coupling force at the interface with the uppermost antiferromagnetic layer 15 and the lowermost antiferromagnetic layer H, the single magnetic domain is formed. Ferromagnetic metal layers 9 and 1
On the other hand, the other ferromagnetic metal layers are also weakly magnetically and ferromagnetically coupled, so that the other ferromagnetic metal layers are also sequentially converted into single magnetic domains.

【0032】なお、この単磁区化作用を利用するのであ
れば、最上層あるいは最下層に設けるのは、反強磁性層
に限らず、例えば硬磁性材料層を設けても良い。この硬
磁性材料層として具体的にはCoCr合金、CoCrT
a合金、CoCrNi合金、CoCrMo合金、CoP
t合金などを用いることができる。
If this single domain action is utilized, the uppermost layer or the lowermost layer is not limited to the antiferromagnetic layer, but may be a hard magnetic material layer, for example. As the hard magnetic material layer, specifically, a CoCr alloy, CoCrT
a alloy, CoCrNi alloy, CoCrMo alloy, CoP
A t alloy or the like can be used.

【0033】更に詳しく説明すると、図5に示すように
1つの強磁性金属層13を上から見た場合にこの強磁性
金属層13が2つの磁区に分かれると、矢印Oと矢印Q
に示すように別々の向きの磁化が形成されて磁気エネル
ギー的に安定し、これに伴って反強磁性結合ユニットd
の上層および下層の強磁性金属層の磁化の向きは、それ
ぞれ磁区毎に矢印Pと矢印Rのようになる。この状態の
強磁性金属層13に図6に示す如く右向きの矢印Xで示
す磁界が印加された場合、強磁性金属層13の上半分の
磁区の磁化の相対的方向は変わらずに、下半分の磁区の
磁化の相対方向のみ変化し、この部分が巨大磁気抵抗効
果に寄与するようになる。従って強磁性金属層13の半
分の面積の部分のみが巨大磁気抵抗効果に寄与するので
MR比が大きくならない。よってこの問題を解決するた
めには、前記構造の如く反強磁性層15を設けて強磁性
金属層9を単磁区化すれば良い。同様に、最下層の反強
磁性層Hを設けて強磁性層1、9を単磁区化しても良
い。
More specifically, as shown in FIG. 5, when one ferromagnetic metal layer 13 is divided into two magnetic domains when one ferromagnetic metal layer 13 is viewed from above, arrows O and Q
As shown in (1), magnetizations in different directions are formed and become stable in terms of magnetic energy, and accordingly, the antiferromagnetic coupling unit d
The magnetization directions of the upper and lower ferromagnetic metal layers are as indicated by arrows P and R for each magnetic domain. When a magnetic field indicated by a rightward arrow X is applied to the ferromagnetic metal layer 13 in this state as shown in FIG. 6, the relative direction of the magnetization of the upper half magnetic domain of the ferromagnetic metal layer 13 does not change, and the lower half does not change. Only the relative direction of magnetization of the magnetic domain changes, and this portion contributes to the giant magnetoresistance effect. Therefore, only a half area of the ferromagnetic metal layer 13 contributes to the giant magnetoresistance effect, so that the MR ratio does not increase. Therefore, in order to solve this problem, the ferromagnetic metal layer 9 may be formed into a single magnetic domain by providing the antiferromagnetic layer 15 as in the above structure. Similarly, the lowermost antiferromagnetic layer H may be provided to form the ferromagnetic layers 1 and 9 into a single magnetic domain.

【0034】次に前記の構造において、各層の厚さを前
記の範囲に限定した理由について説明する。前記の構造
のように強磁性金属層と非磁性金属層の組み合わせによ
り構成される磁気抵抗効果素子用多層膜においては、磁
性層間の磁気モーメントが伝導電子を媒介とした間接交
換結合状態を示す。この間接交換結合にあっては、非磁
性金属層の層厚によって交換結合係数Jが正負の間を振
動し、正の場合は強磁性結合、負の場合は反強磁性結合
となる。
Next, the reason why the thickness of each layer in the above structure is limited to the above range will be described. In the multilayer film for a magnetoresistive element composed of a combination of a ferromagnetic metal layer and a nonmagnetic metal layer as in the above structure, the magnetic moment between the magnetic layers shows an indirect exchange coupling state mediated by conduction electrons. In this indirect exchange coupling, the exchange coupling coefficient J oscillates between positive and negative depending on the thickness of the non-magnetic metal layer. Ferromagnetic coupling occurs when positive and antiferromagnetic coupling occurs when negative.

【0035】図7はCo層とCu層を繰り返し積層した
構造のCo/Cu多層膜のCu層厚を変化させた際のM
R比の変化を示した実験データである。Cu層厚が9オ
ングストロームおよび20オングストロームでCo層が
反強磁性結合状態となり、MR変化が大きくなる状態が
明らかである。本発明の構造においては、反強磁性結合
ユニットa、d中のCo-Co層間は強い反強磁性結合
となる必要があるため、図1に示す構造の非磁性金属層
2、8、10の厚さは図3の最大ピーク9オングストロ
ームの部分を利用し、7〜11オングストロームの範囲
とすることが好ましい。
FIG. 7 is a graph showing the M / M ratio when the Cu layer thickness of a Co / Cu multilayer film having a structure in which a Co layer and a Cu layer are repeatedly laminated is changed.
It is experimental data which showed the change of R ratio. When the thickness of the Cu layer is 9 angstroms and 20 angstroms, the Co layer is in an antiferromagnetic coupling state, and the state where the MR change is large is apparent. In the structure of the present invention, since strong antiferromagnetic coupling is required between the Co—Co layers in the antiferromagnetic coupling units a and d, the nonmagnetic metal layers 2, 8, and 10 of the structure shown in FIG. The thickness is preferably in the range of 7 to 11 angstroms, utilizing the maximum peak of 9 angstroms in FIG.

【0036】また、図1の構造の弱強磁性結合ユニット
b、eにおいては、弱い強磁性結合となるような厚さの
非磁性金属層4、6、12とすることが必要である。こ
れらの非磁性金属層4、6、12が厚すぎて弱強磁性結
合ユニットb、eの強磁性金属層5、13が自由な磁化
状態となると、強磁性金属層5、13が膜面内で複数の
磁区を有することになり、複数の磁区を持った状態で安
定してしまう。このようになると、図4と図5を元に先
に説明した場合と同様に、外部磁界印加時に巨大磁気抵
抗効果を発揮させるための強磁性金属層の面積が半減し
てしまう。更に、強磁性金属層が複数の磁区に分かれる
と磁壁を有することになるが、磁壁を有すると、強磁性
金属層が弱い外部磁場で反転する時にバルクハウゼンノ
イズを生じる原因となる。
Further, in the weak ferromagnetic coupling units b and e having the structure shown in FIG. 1, it is necessary to form the nonmagnetic metal layers 4, 6, and 12 having a thickness such that weak ferromagnetic coupling is achieved. When the nonmagnetic metal layers 4, 6, and 12 are too thick and the ferromagnetic metal layers 5, 13 of the weak ferromagnetic coupling units b, e are in a free magnetization state, the ferromagnetic metal layers 5, 13 become in-plane. Therefore, the magnetic field has a plurality of magnetic domains, and the state is stabilized with the plurality of magnetic domains. In this case, the area of the ferromagnetic metal layer for exhibiting the giant magnetoresistance effect when an external magnetic field is applied is reduced by half, as in the case described above with reference to FIGS. Furthermore, when the ferromagnetic metal layer is divided into a plurality of magnetic domains, it has a domain wall. When the ferromagnetic metal layer has a domain wall, it causes Barkhausen noise when the ferromagnetic metal layer is inverted by a weak external magnetic field.

【0037】以上のことから、非磁性金属層4、6、1
2は厚すぎないことが必要であり、また、強い交換結合
は容易な磁化反転の妨げとなるので、薄すぎても好まし
くない。従って、非磁性金属層4、6、12の厚さは、
20〜50オングストロームが好ましく、25〜30オ
ングストロームの厚さが更に好ましい。
From the above, the nonmagnetic metal layers 4, 6, 1
2 must not be too thick, and strong exchange coupling hinders easy magnetization reversal. Therefore, the thickness of the nonmagnetic metal layers 4, 6, 12 is
Preferably, the thickness is between 20 and 50 angstroms, more preferably between 25 and 30 angstroms.

【0038】次に強磁性金属層1、3、5、7の厚さで
あるが、本発明のような多層構造の積層膜であると、各
層の界面がシャープであることが要求されるので、配向
性が良く、しかも、層間はコヒーレントな結晶接合性を
もつ状態が望ましい。このため、薄すぎると膜の連続性
の悪いアイランド状態になり、また、厚すぎると積層体
の上層に行くに従って界面の凹凸が大きくなり、好まし
くない。従って、10〜50オングストロームの範囲が
好ましく、15〜30オングストロームの範囲がより好
ましい。
Next, regarding the thicknesses of the ferromagnetic metal layers 1, 3, 5, and 7, a multilayer film having a multilayer structure as in the present invention is required to have a sharp interface between each layer. It is desirable that the layers have good orientation and have coherent crystal bonding between the layers. For this reason, if the thickness is too small, an island state with poor continuity of the film is obtained, and if the thickness is too large, the unevenness of the interface increases toward the upper layer of the laminate, which is not preferable. Therefore, a range of 10 to 50 angstroms is preferable, and a range of 15 to 30 angstroms is more preferable.

【0039】なお、以上説明した各層の厚さは、Co/
Cu多層膜の実験データによるものであり、非磁性金属
層がCuであり、強磁性金属層がCo、NiFe合金、
CoNiFe合金の場合はMR比の振動の際1のピーク
が9オングストローム前後であることを確認している
が、その他の組み合わせの材料の場合はMR比の第1ピ
ークの厚さは異なるので、その他の組み合わせの材料の
場合は、第1ピーク値を与える厚さに設定すれば良い。
従って非磁性金属層の厚さを7〜11オングストローム
の範囲とすることが好ましい。
The thickness of each layer described above is Co /
According to experimental data of a Cu multilayer film, the nonmagnetic metal layer is Cu, the ferromagnetic metal layer is Co, a NiFe alloy,
In the case of the CoNiFe alloy, it was confirmed that the peak of 1 at the time of oscillation of the MR ratio was around 9 angstroms. However, in the case of materials of other combinations, the thickness of the first peak of the MR ratio was different. In the case of the material of the combination of the above, the thickness may be set to give the first peak value.
Therefore, it is preferable that the thickness of the nonmagnetic metal layer be in the range of 7 to 11 Å.

【0040】[0040]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。FeとCoとCuの各ターゲットを備えた
高周波マグネトロンスパッタ装置を用いて、シリコン単
結晶あるいはガラスからなる図8に示す基板20上に、
Feバッファ層21とCo層22とCu層23とCo層
24とCu層25とCo層26を図8に示すように積層
し、磁気抵抗効果素子用多層膜を得た。成膜の際のスパ
ッタの条件は、RFパワーをFe,Coについては20
0W、Cuは100Wとし、Arガス圧を1mTorr
とした。各層の厚さは、Feバッファ層21を50オン
グストローム、Co層22、24、26を15オングス
トローム、強磁性結合ユニット中のCu層23を9オン
グストローム、弱強磁性結合ユニットのCu層25を3
0オングストロームとした。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Using a high-frequency magnetron sputtering apparatus provided with each target of Fe, Co, and Cu, a substrate 20 shown in FIG.
The Fe buffer layer 21, the Co layer 22, the Cu layer 23, the Co layer 24, the Cu layer 25, and the Co layer 26 were stacked as shown in FIG. 8 to obtain a multilayer film for a magnetoresistive element. Sputtering conditions at the time of film formation are as follows.
0 W, Cu is 100 W, and Ar gas pressure is 1 mTorr.
And The thickness of each layer is 50 Å for the Fe buffer layer 21, 15 Å for the Co layers 22, 24 and 26, 9 Å for the Cu layer 23 in the ferromagnetic coupling unit, and 3 Å for the Cu layer 25 in the weak ferromagnetic coupling unit.
0 angstrom.

【0041】図8に示す構造の磁気抵抗効果素子用多層
膜の磁化曲線を図9に示す。Co層26のソフトな磁化
反転領域と、反転磁界の大きなCo層22、24による
特徴的なMHカーブが得られた。また、図10は、図8
に示す構造の磁気抵抗効果素子用多層膜の抵抗変化曲線
を示す。この図において、実用的な磁界変化感度を示す
領域は、図10の太線で示す領域であり、ΔR/R0
抵抗変化率を示すと、5.7%の値を示した。この構造
においては、外部磁界が低い状態では電気抵抗が急激に
増加し、外部磁界が更に高い状態では電気抵抗が緩やか
に減少する特性を示すことが明らかであり、微小磁界を
検出するための磁気抵抗効果素子として有効であること
が明らかになった。
FIG. 9 shows a magnetization curve of the multilayer film for a magnetoresistive element having the structure shown in FIG. A characteristic MH curve was obtained by the soft magnetization reversal region of the Co layer 26 and the Co layers 22 and 24 having a large reversal magnetic field. FIG. 10 corresponds to FIG.
3 shows a resistance change curve of the multilayer film for a magnetoresistive element having the structure shown in FIG. In this figure, the area showing the practical magnetic field change sensitivity is the area shown by the thick line in FIG. 10, and when the resistance change rate is shown by ΔR / R 0 , the value is 5.7%. It is clear that this structure exhibits a characteristic in which the electric resistance increases rapidly when the external magnetic field is low, and the electric resistance gradually decreases when the external magnetic field is higher. It became clear that it was effective as a resistance effect element.

【0042】また、この構造に対し、Feバッファ層2
1の代わりに、反強磁性層としての厚さ300オングス
トロームのNiO層を設け、磁場中で成膜したところ、
ΔR/Rで示される抵抗変化率で6.8%を示した。更
に、NiOの反強磁性層の代わりに厚さ50オングスト
ロームのCoPt層を成膜した試料にあっては、着磁し
て評価したところ、ΔR/Rで示される抵抗変化率で
6.2%を示した。
Further, in contrast to this structure, the Fe buffer layer 2
In place of 1, a NiO layer having a thickness of 300 Å as an antiferromagnetic layer was provided and formed in a magnetic field.
The resistance change rate indicated by ΔR / R was 6.8%. Further, in a sample in which a 50 angstrom thick CoPt layer was formed instead of the NiO antiferromagnetic layer, the sample was magnetized and evaluated. As a result, the resistance change rate indicated by ΔR / R was 6.2%. showed that.

【0043】次に、図8に示す構造の上に、図1の符号
Gで示す積層ユニットを一層あるいは多数層積層して試
料を作成し、各試料の特性を評価する試験を行った。こ
の積層ユニットGは、Cu(30)/Co(15)/C
u(9)/Co(15)/Cu(9)/Co(15)/
Cu(30)/Co(15)の構造とした。従って全体
の構造は以下に示す式で表されるものである。なお、式
中で( )内の数値で示される厚さの単位は全てオング
ストロームである。 ガラス基板/Fe(50)/Co(15)/Cu(9)
/Co(15)/Cu(30)/Co(15)/[Cu
(30)/Co(15)/Cu(9)/Co(15)/
Cu(9)/Co(15)/Cu(30)/Co(1
5)]n ただしこの式において、n=0、1、2、3、4とす
る。
Next, on the structure shown in FIG. 8, one or more lamination units indicated by reference symbol G in FIG. 1 were laminated to prepare samples, and a test was conducted to evaluate the characteristics of each sample. This laminated unit G is composed of Cu (30) / Co (15) / C
u (9) / Co (15) / Cu (9) / Co (15) /
The structure was Cu (30) / Co (15). Therefore, the entire structure is represented by the following formula. Note that all units of thickness indicated by numerical values in parentheses in the formula are Angstroms. Glass substrate / Fe (50) / Co (15) / Cu (9)
/ Co (15) / Cu (30) / Co (15) / [Cu
(30) / Co (15) / Cu (9) / Co (15) /
Cu (9) / Co (15) / Cu (30) / Co (1
5)] n However, in this equation, n = 0, 1, 2, 3, and 4.

【0044】以上の式で示される構造において、n=0
の場合の全体の厚さは134オングストローム、n=1
の場合の全体の厚さは272オングストローム、n=2
の場合は410オングストローム、n=3の場合は54
8オングストローム、n=4の場合は686オングスト
ロームであった。前記の各厚さの磁気抵抗効果素子用多
層膜の抵抗変化率ΔR/R0(但し、ΔRは図10で定
義された値)を求めた結果を図11に示す。図11から
明らかなように、繰り返し数n=2までは、ΔR/R0
値は増加する傾向にあるが、それ以上の積層構造にして
も得られる抵抗変化率の値は飽和する傾向があることが
明らかになった。
In the structure represented by the above formula, n = 0
Is 134 Angstroms, n = 1
Is 272 Å, n = 2
Is 410 angstroms for n, 54 for n = 3
8 angstrom and 686 angstrom when n = 4. FIG. 11 shows the result of calculating the resistance change rate ΔR / R 0 (where ΔR is a value defined in FIG. 10) of the multilayer film for the magnetoresistive element of each thickness described above. As is clear from FIG. 11, the value of ΔR / R 0 tends to increase up to the repetition number n = 2, but the value of the rate of change in resistance obtained even with a laminated structure having a larger number tends to be saturated. It turned out that there was.

【0045】次に前記の構造の磁気抵抗効果素子用多層
膜において、各層の構成材料を適宜変更して作成したも
のの特性を測定した結果を以下の表1に示す。表1にお
いて、ΔHの値は、図10中に示したように、ΔRを読
み取る際の磁界変化量を示すものであり、小さい方が抵
抗変化率が大となるために好ましい。
Next, Table 1 shows the results of measuring the characteristics of the multilayer film for a magnetoresistive element having the above-mentioned structure, which was prepared by appropriately changing the constituent materials of each layer. In Table 1, the value of ΔH indicates the amount of change in the magnetic field when ΔR is read, as shown in FIG. 10, and a smaller value is preferable because the rate of change in resistance becomes larger.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】表1に示す通り本発明構造において優れた
抵抗変化率が得られた。また、弱強磁性結合ユニットの
強磁性金属層はCoに限らず、NiFe合金やNiFe
Co合金でも良いことが明らかになった。更に、非磁性
金属層もCuに限らず、AuやAgでも良いことが明ら
かになった。
As shown in Table 1, excellent resistance change rates were obtained in the structure of the present invention. Further, the ferromagnetic metal layer of the weak ferromagnetic coupling unit is not limited to Co, but may be a NiFe alloy or a NiFe alloy.
It became clear that a Co alloy could be used. Further, it has been clarified that the nonmagnetic metal layer is not limited to Cu but may be Au or Ag.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、強
磁性金属層と非磁性金属層を積層した反強磁性結合ユニ
ットと、強磁性金属層と非磁性金属層を積層した弱強磁
性結合ユニットを基板上に積層しているので、反強磁性
ユニット中の強磁性金属層の磁化の向きを固定し、弱強
磁性ユニット中の強磁性金属層の磁化の向きを外部磁場
に応じて回転できる構造となる。従って弱強磁性ユニッ
トの磁化を回転させていない状態と回転させた後の状態
で抵抗変化を生じさせることができ、この抵抗変化は、
強磁性金属層と非磁性金属層との界面の伝導電子の挙動
に起因する巨大磁気抵抗変化となるので、大きなMR比
を得ることができる。従って大きなMR比を示す優れた
磁気抵抗効果素子用多層膜を提供することができる。ま
た、前記の構造に対し、復反強磁性結合ユニットと復弱
強磁性結合ユニットをそれぞれ必要層数自由に積層でき
るので、複数層積層することで、巨大磁気抵抗変化に起
因する強磁性層と非磁性層の界面数を増加させることが
でき、これにより従来構造よりもMR比の大きな磁気抵
抗効果素子用多層膜が得られる。更に、反強磁性結合ユ
ニットと弱強磁性結合ユニットからなる積層構造の最上
層と最下層の少なくとも一方に反強磁性層を設けること
により、その反強磁性層に当接する強磁性金属層を単磁
区化することができ、これにより強磁性層に複数の磁区
が形成されることを防止できる。このように最上層ある
いは最下層の強磁性層を単磁区化できるならば、その層
に磁気的に結合する他の強磁性層も単磁区化することが
できるので、各強磁性層の全域で確実に巨大磁気抵抗効
果を発揮させることができ、大きなMR比を生じさせる
ことができる。
As described above, according to the present invention, an antiferromagnetic coupling unit in which a ferromagnetic metal layer and a nonmagnetic metal layer are laminated, and a weak ferromagnetic coupling unit in which a ferromagnetic metal layer and a nonmagnetic metal layer are laminated. Since the coupling unit is stacked on the substrate, the magnetization direction of the ferromagnetic metal layer in the antiferromagnetic unit is fixed, and the magnetization direction of the ferromagnetic metal layer in the weak ferromagnetic unit is adjusted according to the external magnetic field. It becomes a structure that can be rotated. Therefore, a resistance change can be caused in a state in which the magnetization of the weak ferromagnetic unit is not rotated and in a state after the magnetization is rotated.
Since a giant magnetoresistance change is caused by the behavior of conduction electrons at the interface between the ferromagnetic metal layer and the nonmagnetic metal layer, a large MR ratio can be obtained. Therefore, it is possible to provide an excellent multilayer film for a magnetoresistive element exhibiting a large MR ratio. In addition, since the antiferromagnetic coupling unit and the weak ferromagnetic coupling unit can be stacked in a required number of layers, respectively, with respect to the above structure, by stacking a plurality of layers, a ferromagnetic layer caused by a giant magnetoresistance change can be obtained. The number of interfaces of the nonmagnetic layer can be increased, whereby a multilayer film for a magnetoresistive element having a higher MR ratio than that of the conventional structure can be obtained. In addition, antiferromagnetic coupling
The top of the laminated structure consisting of a knit and a weak ferromagnetic coupling unit
Providing an antiferromagnetic layer on at least one of the layer and the bottom layer
Makes the ferromagnetic metal layer in contact with the antiferromagnetic layer
Partitioning, which allows the ferromagnetic layer to have multiple domains.
Can be prevented from being formed. This is the top layer
If the lowermost ferromagnetic layer can be made into a single magnetic domain,
Other ferromagnetic layers that are magnetically coupled to the
To ensure a giant magnetoresistance effect over the entire area of each ferromagnetic layer.
Results in a large MR ratio
be able to.

【0049】前記強磁性金属層として具体的には、C
o、NiFe合金、CoFeNi合金から選択された1
種以上を用いることができ、非磁性金属層として具体的
には、Au、Ag、Cuから選択された1種以上を用い
ることができる。
As the ferromagnetic metal layer, specifically, C
o, one selected from NiFe alloy and CoFeNi alloy
More than one kind can be used, and specifically, one or more kinds selected from Au, Ag, and Cu can be used as the nonmagnetic metal layer.

【0050】前記のように強磁性層を単磁区化するため
の反強磁性層として具体的には、FeMn、NiO、N
iMnなどを用いることができる。
As described above , specifically, FeMn, NiO, N
iMn or the like can be used.

【0051】また、当接する強磁性金属層を単磁区化す
るための構造として、先の反強磁性層の代わりに、高保
磁力磁性層を用いることもできる。この場合においても
同様に、当接する強磁性金属層を単磁区化することがで
き、その場合に具体的に用いるものとして、CoCr合
金、CoCrTa合金、CoCrNi合金、CoCrM
o合金、CoPt合金などを用いることができる。
Further, as a structure for converting the contacting ferromagnetic metal layer into a single magnetic domain, a high coercive force magnetic layer can be used instead of the antiferromagnetic layer. Also in this case, similarly, the contacting ferromagnetic metal layer can be made into a single magnetic domain. In this case, specifically, CoCr alloy, CoCrTa alloy, CoCrNi alloy, CoCrM
An o alloy, a CoPt alloy, or the like can be used.

【0052】次に前記の構造において、強磁性金属層と
非磁性金属層を積層する場合、弱強磁性結合ユニットに
おいて強磁性金属層どうしを確実に弱結合させるために
は、それらの間に介在させる非磁性層の厚さを20〜5
0オングストロームの範囲とすることが好ましい。ま
た、反強磁性結合ユニットにおいて強磁性金属層どうし
を確実に反強磁性結合させるためには、非磁性層の厚さ
を7〜11オングストロームの範囲とすることが好まし
い。更に、いずれの場合においても、積層部分の界面の
状態や成膜状態を安定にするとともに、各層の結晶構造
を整えるためには、強磁性金属層の厚さを10〜30オ
ングストロームの範囲とすることが好ましい。
Next, in the above structure, when a ferromagnetic metal layer and a non-magnetic metal layer are laminated, in order to surely weakly couple the ferromagnetic metal layers in the weak ferromagnetic coupling unit, an intervening layer is provided between them. The thickness of the nonmagnetic layer to be
It is preferable that the thickness be in the range of 0 Å. Further, in order to ensure antiferromagnetic coupling between the ferromagnetic metal layers in the antiferromagnetic coupling unit, the thickness of the nonmagnetic layer is preferably in the range of 7 to 11 angstroms. Further, in any case, the thickness of the ferromagnetic metal layer is in the range of 10 to 30 Å in order to stabilize the state of the interface and the film formation state of the laminated portion and adjust the crystal structure of each layer. Is preferred.

【0053】次に前記のような構造の磁気抵抗効果素子
用多層膜を構成することで、外部磁界が低い状態では電
気抵抗が急激に増加し、外部磁界が更に高い状態では電
気抵抗が緩やかに減少する特性を示す磁気抵抗効果素子
用多層膜を得ることができ、この特性の磁気抵抗効果素
子用多層膜を用いることで低い外部磁界でも敏感に反応
する磁気抵抗材料を提供できる。
Next, by forming a multilayer film for a magnetoresistive effect element having the above-described structure, the electric resistance sharply increases when the external magnetic field is low, and gradually decreases when the external magnetic field is higher. A multilayer film for a magnetoresistive element having a decreasing characteristic can be obtained, and by using the multilayer film for a magnetoresistive element having such characteristics, a magnetoresistive material which is sensitive to a low external magnetic field can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る磁気抵抗効果素子用多層膜の一構
造例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one structural example of a multilayer film for a magnetoresistive effect element according to the present invention.

【図2】図1に示す構造に外部磁界を印加した状態を示
す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a state where an external magnetic field is applied to the structure shown in FIG. 1;

【図3】本発明に係る磁気抵抗効果素子用多層膜の第2
の構造例を示す断面図である。
FIG. 3 shows a second example of the multilayer film for a magnetoresistive element according to the present invention.
It is sectional drawing which shows the structural example of.

【図4】本発明に係る磁気抵抗効果素子用多層膜の第3
の構造例を示す断面図である。
FIG. 4 shows a third example of the multilayer film for a magnetoresistive effect element according to the present invention.
It is sectional drawing which shows the structural example of.

【図5】強磁性金属膜が2つの磁区に分かれた場合であ
って外部磁界が印加されていない状態において生じる磁
化の方向を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the direction of magnetization that occurs when the ferromagnetic metal film is divided into two magnetic domains and no external magnetic field is applied.

【図6】強磁性金属膜が2つの磁区に分かれた場合であ
って外部磁界が印加された状態において生じる磁化の方
向を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the direction of magnetization generated when a ferromagnetic metal film is divided into two magnetic domains and an external magnetic field is applied.

【図7】Co/Cu多層膜における非磁性金属層の厚さ
とMR比の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the thickness of a nonmagnetic metal layer and the MR ratio in a Co / Cu multilayer film.

【図8】実施例で製造した磁気抵抗効果素子用多層膜の
一構造例を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing one structural example of a multilayer film for a magnetoresistive effect element manufactured in an example.

【図9】実施例で得られた磁気抵抗効果素子用多層膜の
磁化曲線を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a magnetization curve of a multilayer film for a magnetoresistive effect element obtained in an example.

【図10】実施例で得られた磁気抵抗効果素子用多層膜
の抵抗変化曲線を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a resistance change curve of a multilayer film for a magnetoresistive effect element obtained in an example.

【図11】実施例で得られた磁気抵抗効果素子用多層膜
の抵抗変化率を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a resistance change rate of the multilayer film for a magnetoresistive effect element obtained in the example.

【図12】従来の磁気抵抗効果素子用多層膜の第1の例
を示す分解図である。
FIG. 12 is an exploded view showing a first example of a conventional multilayer film for a magnetoresistive effect element.

【図13】従来の磁気抵抗効果素子用多層膜の第2の例
を示す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view showing a second example of a conventional multilayer film for a magnetoresistive element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

K 基板、 J バッファ層、 E 基本ユニット、 G 積層ユニット、 H 反強磁性層、 1、3、5、7、9、11、13 強磁性金属層、 2、4、6、8、10、12 非磁性金属層、 a 反強磁性結合ユニット、 b 弱強磁性結合ユニット、 d 復反強磁性結合ユニット、 e 復弱強磁性結合ユニット、 K substrate, J buffer layer, E basic unit, G stacked unit, H antiferromagnetic layer, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 ferromagnetic metal layer, 2, 4, 6, 8, 10, 12 Nonmagnetic metal layer, a antiferromagnetic coupling unit, b weak ferromagnetic coupling unit, d antiferromagnetic coupling unit, e reversible ferromagnetic coupling unit,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 直也 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アル プス電気株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−14710(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 5/39 G11B 5/127 H01F 10/28 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naoya Hasegawa 1-7 Yukitani Otsuka-cho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd. (56) References JP-A-7-114710 (JP, A) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G11B 5/39 G11B 5/127 H01F 10/28

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 複数の強磁性金属層の間に非磁性金属層
を挟んで積層することで反強磁性結合させた反強磁性結
合ユニットと、複数の非磁性金属層の間に強磁性金属層
を挟んで積層することで前記反強磁性結合ユニットと弱
強磁性結合させた弱強磁性結合ユニットが基板上に積層
されて積層膜とされ、該積層膜の最上層と最下層の少な
くとも一方に反強磁性層が追加されてなることを特徴と
する磁気抵抗効果素子用多層膜。
An anti-ferromagnetic coupling unit that is anti-ferromagnetically coupled by stacking a non-magnetic metal layer between a plurality of ferromagnetic metal layers, and a ferromagnetic metal between the plurality of non-magnetic metal layers By laminating the layers, a weak ferromagnetic coupling unit weakly ferromagnetically coupled with the antiferromagnetic coupling unit is laminated on a substrate to form a laminated film, and a small number of uppermost and lowermost layers of the laminated film are formed.
A multilayer film for a magnetoresistive element, wherein an antiferromagnetic layer is added to at least one of the layers.
【請求項2】 複数の強磁性金属層の間に非磁性金属層
を挟んで積層することで反強磁性結合させた反強磁性結
合ユニットと、複数の非磁性金属層の間に強磁性金属層
を挟んで積層することで前記反強磁性結合ユニットと弱
強磁性結合させた弱強磁性結合ユニットが基板上に積層
され、前記弱強磁性結合ユニット上に、複数の強磁性金
属層の間に複数の非磁性金属層を挟んで積層することで
反強磁性結合された復反強磁性結合ユニットと、複数の
非磁性金属層の間に強磁性金属層を挟んで積層すること
で前記復反強磁性結合ユニットと弱強磁性結合させた復
弱強磁性結合ユニットが、それぞれ一層以上積層されて
なることを特徴とする磁気抵抗効果素子用多層膜。
2. A non-magnetic metal layer between a plurality of ferromagnetic metal layers.
Antiferromagnetic coupling with antiferromagnetic coupling by stacking
Metal unit and a ferromagnetic metal layer between the non-magnetic metal layers
The antiferromagnetic coupling unit is weakened by stacking
Ferromagnetically coupled weak ferromagnetic coupling unit stacked on substrate
A deferral antiferromagnetic coupling unit that is antiferromagnetically coupled by stacking a plurality of nonmagnetic metal layers between a plurality of ferromagnetic metal layers on the weak ferromagnetic coupling unit; The ferromagnetic coupling unit and the weak ferromagnetic coupling unit weakly ferromagnetically coupled by laminating a ferromagnetic metal layer between the magnetic metal layers are characterized by being laminated one or more times. magnetic resistance effect element for the multi-layer film you.
【請求項3】 強磁性金属層が、Co、NiFe合金、
CoFeNi合金から選択された1種以上からなり、非
磁性金属層が、Au、Ag、Cuから選択された1種以
上からなることを特徴とする請求項1または2に記載の
磁気抵抗効果素子用多層膜。
3. The ferromagnetic metal layer comprises Co, a NiFe alloy,
3. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the nonmagnetic metal layer is made of one or more selected from a CoFeNi alloy, and the nonmagnetic metal layer is made of one or more selected from Au, Ag, and Cu. Multilayer film.
【請求項4】 請求項2、3のいずれかに記載の磁気抵
抗効果素子用多層膜において、積層膜の最上層と最下層
の少なくとも一方に反強磁性層が追加されてなることを
特徴とする磁気抵抗効果素子用多層膜。
4. The multilayer film for a magnetoresistive element according to claim 2 , wherein an antiferromagnetic layer is added to at least one of an uppermost layer and a lowermost layer of the laminated film. Multilayer film for a magnetoresistive element.
【請求項5】 請求項1又は4記載の磁気抵抗効果素
子用多層膜において、反強磁性層が、FeMn、Ni
O、NiMnから選択される1種以上からなることを特
徴とする磁気抵抗効果素子用多層膜。
5. A method according to claim 1 or multilayer film for a magnetic resistance effect element according to 4, the antiferromagnetic layer, FeMn, Ni
A multilayer film for a magneto-resistance effect element, comprising at least one selected from O and NiMn.
【請求項6】 請求項1、2、3のいずれかに記載の磁
気抵抗効果素子用多層膜において、積層膜の最上層と最
下層の少なくとも一方に、硬質磁性材料からなる高保磁
力磁性層が追加されてなることを特徴とする磁気抵抗効
果素子用多層膜。
6. The multilayer film for a magnetoresistive element according to claim 1, wherein a high coercive force magnetic layer made of a hard magnetic material is provided on at least one of an uppermost layer and a lowermost layer of the multilayer film. A multilayer film for a magnetoresistive element, which is added.
【請求項7】 請求項6記載の高保磁力磁性層が、Co
Cr合金、CoCrTa合金、CoCrNi合金、Co
CrMo合金、CoPt合金から選択される1種以上か
らなることを特徴とする磁気抵抗効果素子用多層膜。
7. The high coercive force magnetic layer according to claim 6, wherein
Cr alloy, CoCrTa alloy, CoCrNi alloy, Co
A multilayer film for a magnetoresistive element, comprising at least one selected from a CrMo alloy and a CoPt alloy.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の磁気抵
抗効果素子用多層膜において、強磁性金属層の厚さが1
0〜30オングストロームの範囲、反強磁性結合ユニッ
ト中の非磁性金属層の厚さが7〜11オングストローム
の範囲、それ以外の非磁性金属層の厚さが20〜50オ
ングストロームの範囲に形成されてなることを特徴とす
る磁気抵抗効果素子用多層膜。
8. The multilayer film for a magnetoresistive element according to claim 1, wherein the thickness of the ferromagnetic metal layer is 1
The thickness of the non-magnetic metal layer in the antiferromagnetic coupling unit is in the range of 7 to 11 angstroms, and the thickness of the other non-magnetic metal layers is in the range of 20 to 50 angstroms. A multilayer film for a magnetoresistive element, comprising:
【請求項9】 請求項2又は4に記載の磁気抵抗効果素
子用多層膜において、最下層の反強磁性結合ユニットに
2つの強磁性金属層が具備され、復反強磁性結合ユニッ
トに3つの強磁性金属層が具備されてなり、復反強磁性
結合ユニットと復弱強磁性結合ユニットが交互に複数積
層されてなることを特徴とする磁気抵抗効果素子用多層
膜。
9. The multilayer film for a magnetoresistive effect element according to claim 2, wherein the lowermost antiferromagnetic coupling unit includes two ferromagnetic metal layers, and the reverse antiferromagnetic coupling unit includes three ferromagnetic metal layers. A multilayer film for a magnetoresistive element, comprising: a ferromagnetic metal layer; and a plurality of alternating antiferromagnetic coupling units and weak ferromagnetic coupling units stacked alternately.
【請求項10】 複数の強磁性金属層の間に非磁性金属
層を挟んで積層することで反強磁性結合させた反強磁性
結合ユニットと、複数の非磁性金属層の間に強磁性金属
層を挟んで積層することで前記反強磁性結合ユニットと
弱強磁性結合させた弱強磁性結合ユニットが基板上に積
層されてなり、前記弱強磁性結合ユニット内の強磁性金
属層は磁化の向きを外部磁場に合わせて磁化反転が可能
であり、前記反強磁性結合ユニットと弱強磁性結合ユニ
ットと復反強磁性結合ユニットと復弱強磁性結合ユニッ
トを具備する積層体の最上層と最下層の少なくとも一方
に、反強磁性層と高保磁力磁性層のどちらか一方が追加
して設けられ、反強磁性層または高保磁力磁性層に接す
る強磁性金属層が単磁区化されてなることを特徴とする
磁気抵抗効果素子用多層膜。
10. A non-magnetic metal between a plurality of ferromagnetic metal layers.
Antiferromagnetic coupled antiferromagnetically by stacking layers
Ferromagnetic metal between the coupling unit and multiple non-magnetic metal layers
By stacking layers, the antiferromagnetic coupling unit and
Weak ferromagnetic coupling unit with weak ferromagnetic coupling
The ferromagnetic gold in the weakly ferromagnetic coupling unit
The magnetization reversal of the metal layer is possible by adjusting the magnetization direction to the external magnetic field
And the antiferromagnetic coupling unit and the weak ferromagnetic coupling unit
Unit, antiferromagnetic coupling unit, and weak ferromagnetic coupling unit.
At least one of the uppermost layer and the lowermost layer of the laminate having the
Either antiferromagnetic layer or high coercivity magnetic layer added
In contact with the antiferromagnetic layer or the high coercivity magnetic layer
Characterized in that the ferromagnetic metal layer has a single magnetic domain.
Multilayer film for magnetoresistive element.
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