JP3277898B2 - Magnetoresistance effect element - Google Patents

Magnetoresistance effect element

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JP3277898B2 JP24459298A JP24459298A JP3277898B2 JP 3277898 B2 JP3277898 B2 JP 3277898B2 JP 24459298 A JP24459298 A JP 24459298A JP 24459298 A JP24459298 A JP 24459298A JP 3277898 B2 JP3277898 B2 JP 3277898B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気センサや磁気
ヘッドなどに用いられる、磁気抵抗効果を利用した磁気
抵抗効果素子に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive element using a magnetoresistive effect, which is used for a magnetic sensor, a magnetic head, and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】磁気抵抗効果素子は、薄膜ヘッドを構成
可能なものとして期待されているが、従来の磁気抵抗効
果素子では、主に磁壁の移動に基づく磁化反転機構のみ
を利用して磁場変化を検出するものであったため、特に
低磁場での高感度の磁場検出を行うことができなかっ
た。而して、最近、鉄とクロムからなる多層膜人工格子
で巨大な磁気抵抗効果(GMR)が発見され、その効果
を応用する技術が注目されている。以下では次の従来の
主要な磁気抵抗効果素子について述べる。 (1)強結合型GMR多層膜素子 (2)弱結合型GMR多層膜素子 (3)非結合型GMR多層膜素子 (4)スピン偏極トンネル素子 (5)グラニュラー型素子
2. Description of the Related Art A magnetoresistive element is expected to be capable of forming a thin film head. However, in a conventional magnetoresistive element, a magnetic field change is performed mainly by using only a magnetization reversal mechanism based on movement of a domain wall. In particular, high-sensitivity magnetic field detection in a low magnetic field could not be performed. Recently, a giant magnetoresistance effect (GMR) has been discovered in a multilayer artificial lattice made of iron and chromium, and a technique for applying the effect has been attracting attention. Hereinafter, the following conventional main magnetoresistive elements will be described. (1) Strongly-coupled GMR multilayer device (2) Weakly-coupled GMR multilayer device (3) Non-coupled GMR multilayer device (4) Spin-polarized tunnel device (5) Granular device

【0003】(1)強結合型GMR多層膜素子の代表的
な構造は、膜厚数nmの強磁性金属膜と非強磁性体膜
(たとえばCr)とを交互に多層積層したものである。
強い印加磁場の下で、Crを隔てた上下の強磁性体層内
のスピンが平行のときは電子に対するスピン散乱は減少
し磁気抵抗は低くなる。逆に印加磁場が弱く、上下の強
磁性体層のスピンが反平行となるときは、磁気抵抗は高
い値をとる。磁気抵抗には異方性があり、電流を膜に平
行に流して磁気抵抗を測定する場合(CIP )と垂直に
流す場合(CPP)の2通りが考えられる。一般にCP
Pの方がスピン散乱の頻度が高く磁気抵抗比はCIPよ
りも高くなる。この素子の磁気抵抗比は、一般に低温で
100%以上と高いが、それは0ガウスでの抵抗と約1
0000−20000ガウスでの抵抗比の値である。し
たがって、単位磁場あたりの磁気抵抗比は0.01%/
Gauss程度でそれほど感度はよくない。強結合型G
MR多層膜素子の磁気飽和特性と磁場−抵抗比(ΔR/
R)特性を図13に示す。この場合の磁気抵抗比曲線
は、零磁場付近に1つのピ−クを持つ1重ピーク構造で
ある。図示されるように、低磁場領域における感度は高
磁場領域におけるそれよりも高くなっているがまだ十分
に高いものではない。
(1) A typical structure of a strong coupling type GMR multilayer film element is a multilayer structure in which a ferromagnetic metal film and a non-ferromagnetic film (for example, Cr) having a thickness of several nm are alternately laminated.
Under a strong applied magnetic field, when the spins in the upper and lower ferromagnetic layers separated by Cr are parallel, spin scattering for electrons decreases and the magnetoresistance decreases. Conversely, when the applied magnetic field is weak and the spins of the upper and lower ferromagnetic layers are antiparallel, the magnetoresistance takes a high value. Magnetoresistance has anisotropy, and two cases are considered: a case where a current is caused to flow in parallel to the film to measure the magnetoresistance (CIP) and a case where the current is caused to flow perpendicularly (CPP). Generally CP
P has a higher spin scattering frequency and a higher magnetoresistance ratio than CIP. The magnetoresistance ratio of this device is generally as high as 100% or more at low temperatures, but it is equal to the resistance at 0 Gauss.
It is the value of the resistance ratio at 0000-20000 gauss. Therefore, the magnetoresistance ratio per unit magnetic field is 0.01% /
The sensitivity is not so good at about Gauss. Strong coupling type G
The magnetic saturation characteristic and the magnetic field-resistance ratio (ΔR /
R) The characteristics are shown in FIG. In this case, the magnetoresistance ratio curve has a single peak structure having one peak near the zero magnetic field. As shown, the sensitivity in the low magnetic field region is higher than that in the high magnetic field region, but not yet sufficiently high.

【0004】(2)弱結合型のGMR素子は、強結合型
の構造と類似しているが、非強磁性体層が強結合型のそ
れよりも厚く、強磁性体層間の相互作用が弱くなってい
る。この場合の磁気特性には、図14に示されるよう
に、ヒステリシス特性が見られ、磁気抵抗曲線は2つの
保磁力に相当する磁場でピークを示す2重ピーク特性を
持っている。
(2) The GMR element of the weak coupling type is similar to the structure of the strong coupling type, but the non-ferromagnetic layer is thicker than that of the strong coupling type, and the interaction between the ferromagnetic layers is weak. Has become. As shown in FIG. 14, the magnetic characteristics in this case show hysteresis characteristics, and the magnetoresistance curve has a double peak characteristic showing a peak at a magnetic field corresponding to two coercive forces.

【0005】(3)非結合型素子は、保磁力の異なった
2種類の磁性材料を含むもので、例えば(Cu(5n
m)/Co(3nm)/Cu(5nm)/NiFe (3
nm ))×15層構造のように、保磁力の小さいNiF
e(パーマロイ)層と保磁力の大きいCo層を交互に含
む多層積層膜で構成される(カッコ内の数字は膜厚)。
この場合のM−H曲線は、低磁場領域で磁化反転するパ
ーマロイ層を含んでいることにより、図15に示される
ように、くびれ特性を示す。この素子の磁気抵抗特性は
この磁化の変化を反映して低磁場で大きな抵抗の変化が
生じる。
[0005] (3) The non-coupling type element contains two kinds of magnetic materials having different coercive forces.
m) / Co (3 nm) / Cu (5 nm) / NiFe (3
nm)) NiF having a small coercive force like a × 15 layer structure.
An e (permalloy) layer and a Co layer having a large coercive force are alternately formed of a multilayer laminated film (the number in parentheses is the film thickness).
The MH curve in this case shows a constriction characteristic as shown in FIG. 15 by including the permalloy layer whose magnetization is reversed in the low magnetic field region. The magnetoresistance characteristic of this element reflects a change in the magnetization and causes a large change in resistance in a low magnetic field.

【0006】(4)スピン偏極トンネル素子では、例え
ばNi−NiO−CoやNi−NiO−Niに見られる
ように強磁性金属層を薄膜の絶縁体膜で隔てた構造を採
用している。このトンネル磁気抵抗効果を利用する場
合、一般にはこの積層膜構造に垂直方向に電流を流す。
この素子構造の場合、素子の膜厚寸法に比べ膜面方向の
サイズがかなり大きくなっており、素子の抵抗値が低い
ため測定がやや困難になる。また、絶縁体膜の膜厚制御
も困難で磁気抵抗の再現性もあまり良くない。
(4) The spin-polarized tunnel element employs a structure in which a ferromagnetic metal layer is separated by a thin insulating film as seen in, for example, Ni-NiO-Co or Ni-NiO-Ni. When utilizing the tunnel magnetoresistance effect, generally, a current is caused to flow in a direction perpendicular to the laminated film structure.
In the case of this element structure, the size in the film surface direction is considerably larger than the film thickness dimension of the element, and the measurement becomes somewhat difficult because the resistance value of the element is low. Also, it is difficult to control the thickness of the insulator film, and the reproducibility of the magnetoresistance is not very good.

【0007】(5)グラニュラー型素子とは銀や銅など
の非強磁性金属中に鉄やコバルトなどの強磁性体粒子が
析出している構造である。弱磁場領域では、個々の粒子
の磁化は、ランダムな方位を向いており、粒子径が10
nm程度以下の場合には、超常磁性状態となっている
(保磁力が非常に小さく磁化が磁場にほぼ比例する)。
数千ガウス程度の磁場を印加すれば、この素子のスピン
は整列し磁化は飽和する。磁気抵抗比はCo16Cu84
場合で約8%、磁場感度は0.001%/Gaussで
ある。この感度は、強結合のGMR素子に比べると1桁
小さい。また、保磁力等の磁化特性も現時点では、まだ
十分制御できる段階ではない。
(5) The granular element has a structure in which ferromagnetic particles such as iron and cobalt are precipitated in a non-ferromagnetic metal such as silver and copper. In the weak magnetic field region, the magnetization of each particle is oriented in a random direction, and the particle diameter is 10
In the case of about nm or less, a superparamagnetic state is established (the coercive force is very small and the magnetization is almost proportional to the magnetic field).
When a magnetic field of about several thousand gauss is applied, the spins of this element are aligned and the magnetization is saturated. The magnetoresistance ratio is about 8% for Co 16 Cu 84 and the magnetic field sensitivity is 0.001% / Gauss. This sensitivity is one order of magnitude lower than that of a strongly coupled GMR element. In addition, magnetization characteristics such as coercive force are not yet at a stage where they can be sufficiently controlled.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたよ
うに、例えば、強(弱)結合型GMR素子においては、
強磁性体のスピンがそろって磁気抵抗が最小になる磁場
と強磁性体の磁気モーメントのベクトル和が近似的に0
で磁気抵抗が最大になる磁場の差が数テスラ程度であり
低磁場領域における磁場感度が低い。また、これらの素
子の保磁力、飽和磁化、強磁性体粒子の磁区構造を材料
パラメータとはある程度独立に、精密に制御することは
困難であった。また、上述のグラニュラー型素子では高
い保磁力を持つことが実験で観測されているが、磁場感
度が強(弱)結合型GMR素子以上に低い上に、この素
子も強(弱)結合型GMR素子と同様磁区構造や磁気特
性を制御して所望の素子を実現するに至っていない。す
なわち、いずれのGMR素子の場合にも、特に低磁場に
おける磁場感度が不足しておりその向上が望まれてい
る。更なる課題は、保磁力、飽和磁化、磁区の構造等、
磁気特性に密接に関連する素子特性パラメータを材料パ
ラメータとはある程度独立に制御できるようにすること
である。
As described in the prior art, for example, in a strong (weak) coupling type GMR element,
The vector sum of the magnetic field where the spin of the ferromagnetic material is aligned and the magnetic resistance is minimized and the magnetic moment of the ferromagnetic material are approximately 0
The magnetic field difference at which the magnetic resistance is maximized is about several Tesla, and the magnetic field sensitivity in a low magnetic field region is low. In addition, it has been difficult to precisely control the coercive force, saturation magnetization, and magnetic domain structure of the ferromagnetic particles of these elements to some extent independently of the material parameters. It has been observed in experiments that the above-mentioned granular element has a high coercive force. However, the magnetic field sensitivity is lower than that of the strong (weak) coupled GMR element, and this element also has a strong (weak) coupled GMR element. As in the case of the element, the desired magnetic element has not been realized by controlling the magnetic domain structure and magnetic characteristics. That is, in any of the GMR elements, the magnetic field sensitivity particularly in a low magnetic field is insufficient, and improvement thereof is desired. Further issues include coercive force, saturation magnetization, domain structure, etc.
It is an object of the present invention to control element characteristic parameters closely related to magnetic characteristics to some extent independently of material parameters.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明による磁気抵抗効果素子は、 磁性材料を
含んで形成された、複数個の第1の構造物により構成さ
れる第1の群と、 磁性材料を含んで形成された、第
1の構造物とは構造若しくは材料が異なることにより異
なった保磁力を有する1乃至複数個の第2の構造物によ
り構成される第2の群と、を有し、第1の群に属する第
1の構造物と第2の群に属する第2の構造物とが電気的
に接続されていることを特徴としている。また、上記の
課題を解決するためのもう一つの本発明による磁気抵抗
効果素子は、 磁性材料を含んで形成された、1個の
第1の構造物により構成される第1の群と、 磁性材
料を含んで形成された、第1の構造物とは構造が異なる
ことにより異なった保磁力を有する1乃至複数個の第2
の構造物により構成される第2の群と、を有し、第1の
群に属する第1の構造物と第2の群に属する第2の構造
物とが電気的に接続されていることを特徴としている。
Means for Solving the Problems The magnetoresistance effect element according to the present invention for solving the aforementioned problem, is formed to include a magnetic material, the first composed of several first structure double And a first structure formed by including a magnetic material, wherein the first structure has one or more second structures having different coercive forces due to different structures or materials. And a first structure belonging to the first group and a second structure belonging to the second group are electrically connected. In order to solve the above-mentioned problem, another magnetoresistive effect element according to the present invention comprises: a first group formed of one first structure , which is formed by including a magnetic material; One or more second structures, each of which has a different coercive force due to a different structure from the first structure, including a material.
A first group belonging to the first group and a second group belonging to the second group are electrically connected to each other. It is characterized by.

【0010】[0010]

【作用】第1の構造物を例えば単磁区構造の島状領域に
よって構成するとき、磁化の方向は低磁場により容易に
反転させることが可能になり、磁気飽和特性を図1
(a)に示すようにして保磁力を例えばH1と低く抑え
ることができる。また、第2の構造物を例えば磁化の方
向が一方向に規制された磁性膜細線によって構成すると
き、磁化の方向は単磁区構造の島状領域のものより反転
し難くなり、磁気飽和特性を図1(b)に示すようにし
て保磁力を例えばH2と高く保持することが可能にな
る。したがって、図1(a)の磁気飽和特性を有する第
1の構造物と図1(b)の磁気飽和特性を示す第2の構
造物とが混在する素子においては、図2(a)に示され
る磁気飽和特性を持つことになる。その結果、図2
(b)に示されるように、−H2〜−H1(またはH1
〜H2)の範囲の磁場において大きな抵抗変化を得るこ
とができ、高い磁気測定感度を実現することができる。
When the first structure is constituted by, for example, island regions having a single magnetic domain structure, the direction of magnetization can be easily reversed by a low magnetic field, and the magnetic saturation characteristics can be reduced.
As shown in (a), the coercive force can be kept low, for example, to H1. Further, when the second structure is formed of, for example, a magnetic film thin line in which the direction of magnetization is regulated in one direction, the direction of magnetization is less likely to be reversed than that of the island region of the single magnetic domain structure, and the magnetic saturation characteristic is reduced. As shown in FIG. 1B, the coercive force can be maintained as high as, for example, H2. Therefore, in an element in which the first structure having the magnetic saturation characteristic shown in FIG. 1A and the second structure having the magnetic saturation characteristic shown in FIG. 1B are mixed, an element shown in FIG. Magnetic saturation characteristics. As a result, FIG.
As shown in (b), -H2 to -H1 (or H1
To H2), a large resistance change can be obtained in a magnetic field in the range, and high magnetic measurement sensitivity can be realized.

【0011】ここで、第1、第2の構造物の保磁力H
1、H2は、その平面的な形状のみならずピッチ、膜厚
および材料を選択することによっても適宜の値に設定す
ることが可能である。したがって、2つの構造物の保磁
力H1、H2を適切に設定して高感度で検出することの
できる磁場強度の範囲を適宜に選択することが可能であ
る。例えば、第1の構造物の保磁力H1を低く設定する
ことにより、任意の低磁場における磁場感度を向上させ
ることことができる。保磁力が異なる2種の構造物から
磁気抵抗効果素子を構成する例を拡張して保磁力が互い
に異なるn種構造物を用いて磁気抵抗効果素子を構成す
ることができる。このようにすることにより、低磁場か
ら高磁場に渡る広い範囲において高感度を示す磁気抵抗
効果素子を実現することができる。
Here, the coercive force H of the first and second structures is
1, H2 can be set to an appropriate value not only by its planar shape but also by selecting a pitch, a film thickness and a material. Therefore, it is possible to appropriately set the coercive forces H1 and H2 of the two structures and appropriately select a range of the magnetic field intensity that can be detected with high sensitivity. For example, by setting the coercive force H1 of the first structure low, the magnetic field sensitivity at an arbitrary low magnetic field can be improved. By expanding the example in which the magnetoresistive element is formed from two types of structures having different coercive forces, the magnetoresistive element can be formed using n-type structures having different coercive forces. By doing so, it is possible to realize a magnetoresistive element exhibiting high sensitivity in a wide range from a low magnetic field to a high magnetic field.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図3(a)は、本発明の第
1の実施の形態を示す平面図であり、図3(b)は図3
(a)のA−A′線での断面図である。絶縁性の若しく
は表面が絶縁膜によって被覆された基板1上に磁性材料
層である島状領域2と細線3とを形成する。ここで、検
出すべき磁場の方向は細線3の長手方向が想定されてい
る。この場合に、島状領域2の行の並びと細線3とが交
互に配置されている。そして、島状領域と細線とは連結
部4によって電気的に接続されており、これにより全体
が一つの導電体層として形成されている。図3(b)に
示されるように、島状領域2間や島状領域2と細線との
間の領域を絶縁膜5によって埋め込むことができる。島
状領域2と細線3は、強結合型若しくは弱結合型などの
GMR多層膜とすることができるが、単層の強磁性体膜
であってもよい。単層の強磁性体膜とする場合には膜厚
を一定以上とすることにより磁化の方向を基板面に対し
垂直方向とすることができる。GMR多層膜を用いる場
合、積層の回数を増加すれば、スピン方向の一致/不一
致の頻度が増加し単層の強磁性体膜の場合に比較して大
きな磁気抵抗変化が得られる。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3A is a plan view showing the first embodiment of the present invention, and FIG.
It is sectional drawing in the AA 'line of (a). An island-shaped region 2 and a thin wire 3 which are magnetic material layers are formed on a substrate 1 having an insulating property or a surface covered with an insulating film. Here, the direction of the magnetic field to be detected is assumed to be the longitudinal direction of the fine wire 3. In this case, the rows of the island-shaped regions 2 and the thin lines 3 are alternately arranged. The island-shaped region and the thin line are electrically connected by the connecting portion 4, whereby the whole is formed as one conductor layer. As shown in FIG. 3B, the region between the island regions 2 and the region between the island regions 2 and the fine lines can be buried with the insulating film 5. The island region 2 and the thin wire 3 may be a GMR multilayer film of a strong coupling type or a weak coupling type, but may be a single-layer ferromagnetic film. When a single-layer ferromagnetic film is used, the direction of magnetization can be made perpendicular to the substrate surface by setting the film thickness to a certain value or more. In the case of using a GMR multilayer film, if the number of times of lamination is increased, the frequency of coincidence / mismatch of spin directions is increased, and a large change in magnetoresistance is obtained as compared with a single-layer ferromagnetic film.

【0013】島状領域は単磁区構造となるように形状を
設定することが出来るが、多磁区構造であってもよい。
細線3は、磁化の方向が細線の長手方向に規制されるよ
うにその細線幅を設定することが望ましい。磁性体膜上
の適宜箇所に、この磁気抵抗効果素子に電流を供給する
ための一対の電流端子6と、電圧を検出するための一対
の電圧端子7とが形成される。これらの端子は、電圧端
子を挟むように一直線上に配置してもよい。ここで、各
磁性体膜間を絶縁膜5によって埋め込まない場合には、
電流端子6と電圧端子7とは島状領域2および細線3の
側面をも覆うように形成される。
Although the shape of the island-shaped region can be set so as to have a single magnetic domain structure, it may be a multi-domain structure.
It is desirable to set the width of the thin wire 3 so that the direction of magnetization is regulated in the longitudinal direction of the thin wire. A pair of current terminals 6 for supplying a current to the magnetoresistive element and a pair of voltage terminals 7 for detecting a voltage are formed at appropriate positions on the magnetic film. These terminals may be arranged in a straight line so as to sandwich the voltage terminal. Here, when the space between the magnetic films is not buried with the insulating film 5,
The current terminal 6 and the voltage terminal 7 are formed so as to cover the side surfaces of the island region 2 and the thin wire 3 as well.

【0014】図4(a)は、本発明の第2の実施の形態
を示す平面図であり、図4(b)は図4(a)のB−
B′線での断面図である。図4において、図3の実施の
形態での部分と同等の部分には同一の参照番号が付され
ているので、重複する説明は省略するが、本実施の形態
においては、島状領域2と細線とを接続する連結部4が
削除されている。この場合、全体に導電性を付与するた
めに、全表面を被覆するように非強磁性体膜からなる導
電体層8が形成されている。この実施の形態では、導電
体層8の適宜箇所が電流端子6および電圧端子7として
用いられる。この場合に、導電体層8そのものの一部を
端子として用いることもできるが、導電体層8の端子形
成領域にAu膜などの低抵抗金属膜を形成するようにし
てもよい。
FIG. 4A is a plan view showing a second embodiment of the present invention, and FIG.
It is sectional drawing in the B 'line. In FIG. 4, the same reference numerals are given to the same parts as the parts in the embodiment of FIG. 3, and the duplicate description will be omitted. The connecting portion 4 for connecting the thin line is omitted. In this case, a conductive layer 8 made of a non-ferromagnetic film is formed so as to cover the entire surface in order to impart conductivity to the whole. In this embodiment, appropriate portions of the conductor layer 8 are used as the current terminal 6 and the voltage terminal 7. In this case, a part of the conductor layer 8 itself can be used as a terminal, but a low resistance metal film such as an Au film may be formed in a terminal formation region of the conductor layer 8.

【0015】図5(a)は、本発明の第3の実施の形態
を示す平面図である。この場合のB−B′線での断面図
も、第2の実施の形態の場合と同様に、図4(b)に示
したものとなる。第1、第2の実施の形態では、島状領
域2の行方向の並びと細線3とが交互に配置されていた
が、この第3の実施の形態では、島状領域の形成領域と
細線の形成領域とが分離されて設けられている。このよ
うに、島状領域と細線とを完全に分離することにより細
線と島列の相互作用を緩和することができ、より急速に
(低い磁場領域で)磁化反転を起こさせることができ
る。
FIG. 5A is a plan view showing a third embodiment of the present invention. The cross-sectional view taken along the line BB 'in this case is the same as that of the second embodiment, as shown in FIG. 4B. In the first and second embodiments, the arrangement of the island-shaped regions 2 in the row direction and the thin lines 3 are arranged alternately. In the third embodiment, however, the formation region of the island-shaped regions and the thin line 3 are arranged. Are formed separately from each other. As described above, by completely separating the island-shaped region and the fine line, the interaction between the fine line and the island line can be relaxed, and the magnetization reversal can be caused more rapidly (in a low magnetic field region).

【0016】図5(b)は、本発明の第4の実施の形態
を示す平面図である。本実施の形態では、島状領域2お
よび細線3に意図的にくびれ部2a、3aを導入してい
る。このくびれ部2a、3の近傍では、曲率が大きく
スピン偏極電子の密度が高いために、くびれ部前後に磁
極が形成される。従って細長い島の真中にくびれ部を1
つ入れると一つの島状領域に2個の双極子が存在するこ
とになる。同様に、細長い細線にN個のくびれ部を形成
した場合は、細線内にN+1個の双極子が形成されるこ
とになる。このくびれ構造は、電子線リソグラフィ、フ
ォトリソグラフィ等によって直接くびれ構造を書き込む
方法、若しくは、適度に近接したドットを描画し少しオ
ーバードーズ気味に露光することによりドット同士を連
結させる方法などを用いて形成することができる。
FIG. 5B is a plan view showing a fourth embodiment of the present invention. In the present embodiment, constrictions 2a, 3a are intentionally introduced into the island-shaped region 2 and the thin line 3. In the vicinity of the constrictions 2a and 3a, a magnetic pole is formed before and after the constriction because the curvature is large and the density of spin-polarized electrons is high. Therefore, a constriction is placed in the middle of the elongated island.
When inserted, two dipoles exist in one island region. Similarly, when N constrictions are formed in an elongated thin line, N + 1 dipoles are formed in the thin line. This constricted structure is formed by a method of writing the constricted structure directly by electron beam lithography, photolithography, etc., or a method of drawing dots that are appropriately close and exposing them slightly overdose to connect the dots to each other can do.

【0017】図6(a)は、本発明の第5の実施の形態
を示す平面図である。この実施の形態では、島状領域2
は円形に形成されている。そして、磁場Hの方向に走る
細線3は連結部3bに互いに接続されている。この実施
の形態では、島状領域2の電気的な接続を確保するため
に、少なくとも格子状磁性体膜の開口部上には導電体膜
が形成される。このパターンでは、磁場を図に示すよう
に印加すると磁場に垂直方向を向いている連結部3bと
円形の島状領域3はいずれも低磁場で磁化反転し、磁場
に平行に向いている細線の保磁力だけが大きい。
FIG. 6A is a plan view showing a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the island-shaped region 2
Is formed in a circular shape. The thin wires 3 running in the direction of the magnetic field H are connected to each other at the connecting portion 3b. In this embodiment, a conductor film is formed at least on the opening of the lattice-shaped magnetic film in order to secure electrical connection between the island regions 2. In this pattern, when a magnetic field is applied as shown in the figure, the coupling portion 3b and the circular island-shaped region 3 which are oriented in the direction perpendicular to the magnetic field both undergo magnetization reversal at a low magnetic field, and the thin line which is oriented parallel to the magnetic field is formed. Only coercive force is large.

【0018】図6(b)は、本発明の第6の実施の形態
を示す平面図である。この実施の形態では、2つの大き
な多磁区島状領域2b間に多数の細線3が接続される。
一般に一辺の寸法が数十ミクロン以上の強磁性体膜の薄
膜(膜厚は任意)は多磁区(マルチドメイン)に分かれ
る。この多磁区構造の典型的なヒステリシスループは磁
壁の移動により図1(a)に示されるように低い磁場で
急速に磁化反転する。この場合の保磁力H1は、30ガ
ウス程度である。一方例えば幅80nmでピッチ400
nmの鉄の細線の保磁力H2は、約800ガウスである
〔図1(b)参照〕。
FIG. 6B is a plan view showing a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, a large number of fine wires 3 are connected between two large multi-domain island regions 2b.
In general, a thin film (arbitrarily thick) of a ferromagnetic film having a side of several tens of microns or more is divided into multi-domains (multi-domains). In a typical hysteresis loop of this multi-domain structure, the magnetization is rapidly reversed at a low magnetic field as shown in FIG. The coercive force H1 in this case is about 30 Gauss. On the other hand, for example, with a width of 80 nm and a pitch of 400
The coercive force H2 of a thin iron wire of nm is about 800 Gauss [see FIG. 1 (b)].

【0019】図7(a)は、本発明の第7の実施の形態
を示す平面図である。なお、図7、図8に示す例では、
同一基板上に島状領域の外に細線ないし長尺の島領域が
形成されているのであるが、図示は短形の島状領域のみ
に留める。図7(a)の例では、基板1上に円筒型島状
領域2cがマトリックス状に配置されている。この島状
領域は、リソグラフィによってこのパターンまたは逆パ
ターンを形成しエッチング法ないしリフトオフ法を用い
て形成することも出来るが、斜め被着法を用いて形成す
ることもできる。後者の場合には、リソグラフィ法を用
いて例えば直径50nmの開口を有する高さ300nm
程度のレジストパターンを形成し、スパッタ装置の基板
ホルダーを回転させながら強磁性体材料をスパッタす
る。この場合にイオンビームとターゲット(例えば鉄)
とを結ぶ直線とターゲットと基板ホルダーを結ぶ直線が
例えば30度の角度をなすようにターゲットを設置す
る。スパッタ後、アセトン等でリフトオフすれば円筒型
の島状領域が完成する。
FIG. 7A is a plan view showing a seventh embodiment of the present invention. In the examples shown in FIGS. 7 and 8,
Although a thin line or a long island region is formed on the same substrate outside the island region, only the short island region is shown in the figure. In the example of FIG. 7A, cylindrical island-shaped regions 2c are arranged on the substrate 1 in a matrix. This island-shaped region can be formed by using an etching method or a lift-off method by forming this pattern or an inverse pattern by lithography, or can be formed by using an oblique deposition method. In the latter case, for example, using a lithography method, a height of 300 nm having an opening having a diameter of 50 nm is used.
A ferromagnetic material is sputtered while forming a resist pattern of a degree and rotating the substrate holder of the sputtering apparatus. In this case the ion beam and the target (eg iron)
The target is set so that the straight line connecting the target and the straight line connecting the target and the substrate holder forms an angle of, for example, 30 degrees. After the sputtering, if lift-off is performed with acetone or the like, a cylindrical island region is completed.

【0020】図7(b)は本発明の第8の実施の形態を
示す断面図であって、基板1上に半球型島状領域2dが
配置されている。この半球型島状領域の平面的配置は図
7(a)に示す場合と同様である。この島状領域の形成
方法は、上記した図7(a)の円筒型の場合と同様であ
るが但しレジストの膜厚を円筒型を形成する場合よりも
低くする。すなわち、例えば直径50nmの開口を有す
る100nm厚のレジスト膜を設け、斜め回転スパッタ
蒸着の後にリフトオフを行って半球型島状領域を形成す
る。
FIG. 7B is a sectional view showing an eighth embodiment of the present invention, in which a hemispherical island region 2 d is arranged on a substrate 1. The planar arrangement of the hemispherical island regions is the same as that shown in FIG. The method of forming the island-shaped region is the same as that of the above-described cylindrical type shown in FIG. 7A, except that the resist film thickness is made lower than that in the case of forming the cylindrical type. That is, for example, a resist film having a thickness of 100 nm having an opening having a diameter of 50 nm is provided, and lift-off is performed after oblique rotation sputtering deposition to form a hemispherical island region.

【0021】島状領域の配置は、図8(a)〜(f)の
中から適宜に選択することができる。(a)は正方格
子、(b)は矩形格子、(c)は六方格子、(d)はひ
し形格子、(e)は1次元格子、(f)は同心円配置で
ある。島状領域の形状は、矩形、円形の外、図8(a)
に示すように十文字であってもよい。さらには、星形や
正多角形などであってもよい。
The arrangement of the island regions can be appropriately selected from FIGS. 8 (a) to 8 (f). (A) is a square lattice, (b) is a rectangular lattice, (c) is a hexagonal lattice, (d) is a diamond lattice, (e) is a one-dimensional lattice, and (f) is a concentric arrangement. The shape of the island region is not a rectangle or a circle, and FIG.
As shown in FIG. Further, the shape may be a star or a regular polygon.

【0022】次に、図9を参照して磁性体膜の上下面に
対をなす電流端子および電圧端子を形成する例について
説明する。図3〜図5に示した例では、電流端子6と電
圧端子は磁性体膜の上表面のみに形成していた。すなわ
ち、電流が素子の平面方向のに流れるいわゆるCIP構
造であった。この構造を、電流を素子面の垂直方向に流
すようにしていわゆるCPP構造に変更してもよい。こ
の場合には、基板1上に下部導電体層9を形成し、ま
た、磁性体膜(2、3)の上面に上部導電体層10を形
成する。そして、上下の導電体層に一対の電流端子6を
設けるとともに上下の導電体層に一対の電圧端子7を設
ける。この場合に、導電体層9、10そのものの一部を
端子として用いることもできるが、導電体層9、10の
端子形成領域にAu膜などの低抵抗金属膜を形成するよ
うにしてもよい。
Next, an example in which a pair of current terminals and voltage terminals are formed on the upper and lower surfaces of the magnetic film will be described with reference to FIG. In the examples shown in FIGS. 3 to 5, the current terminal 6 and the voltage terminal are formed only on the upper surface of the magnetic film. That is, it has a so-called CIP structure in which current flows in the plane direction of the element. This structure may be changed to a so-called CPP structure in which a current flows in a direction perpendicular to the element surface. In this case, the lower conductor layer 9 is formed on the substrate 1, and the upper conductor layer 10 is formed on the upper surfaces of the magnetic films (2, 3). Then, a pair of current terminals 6 are provided on the upper and lower conductor layers, and a pair of voltage terminals 7 are provided on the upper and lower conductor layers. In this case, a part of the conductor layers 9 and 10 itself can be used as a terminal, but a low-resistance metal film such as an Au film may be formed in a terminal formation region of the conductor layers 9 and 10. .

【0023】島状領域の磁気特性はそのサイズを変更す
ることによってコントロールすることができる。例えば
サイズ100nm×50nmの島(長手方向が磁場の方
向)を、磁場の方向のサイズを増大し、150nm×5
0nmとすれば、素子の保磁力は大きくなる。つまりこ
のサイズ領域で磁気抵抗素子として低磁場での感度を向
上させるためには、島の磁場方向のサイズを小さくすれ
ばよく、また高磁場での感度を増加させるためには磁場
方向のサイズを大きくすればよい。また、島状領域の配
置パターンのピッチが同じでパターンのサイズが磁気的
相互作用が及ばない程小さければ互いの島領域間の磁気
的カップリングがなく素子の保磁力が小さくなる。逆に
ピッチが同じでサイズを大きくすれば、島領域同士のダ
イポール相互作用が強くなり、素子の保磁力が増加す
る。
The magnetic properties of the island region can be controlled by changing its size. For example, an island having a size of 100 nm × 50 nm (the longitudinal direction is the direction of the magnetic field) is increased to 150 nm × 5
If it is 0 nm, the coercive force of the element will be large. In other words, in order to improve the sensitivity in a low magnetic field as a magnetoresistive element in this size region, the size of the island in the magnetic field direction may be reduced, and in order to increase the sensitivity in a high magnetic field, the size in the magnetic field direction is increased. You just need to increase it. If the pitch of the arrangement patterns of the island regions is the same and the size of the pattern is small enough to prevent magnetic interaction, there is no magnetic coupling between the island regions, and the coercive force of the element decreases. Conversely, if the pitch is the same and the size is increased, the dipole interaction between the island regions becomes stronger, and the coercive force of the element increases.

【0024】以上では、島状領域の形状とその材料とし
ては1種類のものを考えたが、例えばN種類の矩形列を
作製すればN段のデジタル的なステップを実現でき(保
磁力がN種類ある)低磁場のみならず高磁場領域におい
ても高感度な磁気抵抗素子を実現することができる。ま
た、異なる材料を用いて複数種の島を形成することによ
って複数の保磁力の島を実現することができる。さら
に、材料とサイズの組み合わせにより異なる保磁力を実
現するようにしてもよい。
In the above, one type of island-shaped region and its material have been considered. For example, if N types of rectangular rows are formed, N digital steps can be realized (the coercive force is N). It is possible to realize a magnetoresistive element having high sensitivity not only in a low magnetic field but also in a high magnetic field region. Further, by forming a plurality of types of islands using different materials, a plurality of islands having a coercive force can be realized. Further, different coercive forces may be realized by combinations of materials and sizes.

【0025】例えば、鉄の大きな島領域間に小さなパー
マロイの島領域を設けるようにすることができる。この
場合、2回のリソグラフィプロセスを要するが、小さい
島がパーマロイなので素子の保磁力(10ガウス程度に
なる)が下がり素子をすべて鉄で作製する場合よりも感
度が向上する。また、鉄とコバルトの2種の矩形列を作
製し、この上を覆った素子においては、鉄のスピンがそ
ろった場合(H>100ガウス)に磁気抵抗が最小とな
り、両者のスピンが反平行の低磁場領域(40Gaus
s<H<100Gauss)で磁気抵抗は最大となる。
For example, a small permalloy island region may be provided between large iron island regions. In this case, two lithography processes are required, but since the small island is permalloy, the coercive force (about 10 gauss) of the element is reduced, and the sensitivity is improved as compared with the case where the element is entirely made of iron. Further, in a device in which two kinds of rectangular rows of iron and cobalt were produced and overlaid thereon, when the spins of iron were uniform (H> 100 gauss), the magnetic resistance was minimized, and the spins of both were antiparallel. Low magnetic field region (40 Gauss
When s <H <100 Gauss), the magnetic resistance becomes maximum.

【0026】また、素子の保磁力を下げるためには、島
領域に熱処理を加えることも有効である。一方、細線な
いし長尺島状領域については、印加される磁場の方向に
針状に強磁性体材料を加工すれば、最高2500ガウス
程度にまで保磁力を高めることが可能である。
In order to lower the coercive force of the element, it is also effective to apply a heat treatment to the island region. On the other hand, the coercive force of a thin wire or a long island region can be increased up to about 2500 gauss by processing the ferromagnetic material in a needle shape in the direction of the applied magnetic field.

【0027】[0027]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 [第1の実施例]図10、図11は本発明の第1の実施
例を説明するための工程順の断面図と工程順の平面図で
ある。シリコン基板101上にシリコン酸化膜102を
形成しその上に、電子ビーム露光用の高感度レジスト膜
(感度:300μC/cm2 )103を200nmの膜
厚に、さらにその上に電子ビーム露光用の低感度レジス
ト膜(感度:400μC/cm2 )104を50nmの
膜厚に形成した〔図10(a)〕。このように下層に高
感度のレジスト膜を用いたのは電子ビーム露光後の現像
により末広がりの開口を形成してリフトオフを容易にす
るためである。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. [First Embodiment] FIGS. 10 and 11 are a sectional view and a plan view in the order of steps for explaining a first embodiment of the present invention. A silicon oxide film 102 is formed on a silicon substrate 101, and a high-sensitivity resist film (sensitivity: 300 μC / cm 2 ) 103 for electron beam exposure is formed on the silicon oxide film 102 to a thickness of 200 nm. A low-sensitivity resist film (sensitivity: 400 μC / cm 2 ) 104 was formed to a thickness of 50 nm (FIG. 10A). The reason why the high-sensitivity resist film is used as the lower layer is to form a divergent opening by development after electron beam exposure to facilitate lift-off.

【0028】次に、電子ビームにより島及び細線のパタ
ーンの描画を行った(電流:100pA、加速電圧:5
0keV、基本ドーズ量:400μC/cm2 )。描画
した矩形パターンは、2.5mm×1mmのパターン形
成領域〔図11(a)参照〕に対して、50nm×50
nm、ピッチは400nmである。幅50nmの細線パ
ターンは矩形列の隙間に描画した。描画後、メチルイソ
ブチルケトンとイソプロピルアルコールの混合液(混合
比1:1)中で現像を約30秒行った。その後、現像液
を蒸発させるために、窒素ガス中で約30分ベーキング
を行った〔図10(b)〕。
Next, island and fine line patterns were drawn by an electron beam (current: 100 pA, acceleration voltage: 5).
0 keV, basic dose: 400 μC / cm 2 ). The drawn rectangular pattern has a size of 50 nm × 50 mm with respect to a 2.5 mm × 1 mm pattern formation region (see FIG. 11A).
nm, and the pitch is 400 nm. The fine line pattern having a width of 50 nm was drawn in the gap between the rectangular rows. After drawing, development was performed for about 30 seconds in a mixed solution of methyl isobutyl ketone and isopropyl alcohol (mixing ratio 1: 1). Thereafter, in order to evaporate the developing solution, baking was performed in nitrogen gas for about 30 minutes (FIG. 10B).

【0029】その後、イオンビームスパッタリング法で
強磁性体膜を含む多層膜の成膜を行った。多層膜構造
は、鉄とクロムをそれぞれの膜厚を3nm、1nmにし
て交互に合計50層積層した。そして、鉄は酸化して酸
化鉄に変換されるとその部分で単位体積あたりの磁気モ
ーメントが純鉄の約1/4になってしまうので、これを
防ぐため、最上層の鉄の上にPtを3nm被覆した〔図
10(c)〕。
Thereafter, a multilayer film including a ferromagnetic film was formed by ion beam sputtering. In the multilayer structure, a total of 50 layers of iron and chromium were alternately laminated with the respective film thicknesses of 3 nm and 1 nm. Then, when iron is oxidized and converted into iron oxide, the magnetic moment per unit volume at that portion becomes about 1/4 of that of pure iron. (FIG. 10 (c)).

【0030】その後、アセトン中でリフトオフを行い、
島および細線を形成した〔図10(d)、図11
(a)〕。次に、試料上に再び膜厚200nmの電子ビ
ーム露光用レジスト膜を形成し、電子ビームリソグラフ
ィにより、導電体層形成領域と4端子形成部分に幅10
0nmと500μm×500μmのサイズに開口を有す
るレジスト膜を形成した。次いで、Ptを20nmスパ
ッタし、その後リフトオフを行って4端子形成領域に5
00μm×500μmの導電パターンを有する幅100
μmの導電体層108を形成した〔図11(b)〕。次
に、試料上に、再び膜厚1μmのレジストを塗布し、電
子ビーム露光の後に現像を行って電極形成領域に500
μm×500μmの開口を形成した。次に、金を厚さ1
00nmスパッタ成膜し、リフトオフを行って、1対の
電流供給端子109と1対の電圧検出端子110を形成
した〔図11(c)〕。
Thereafter, lift-off is performed in acetone,
An island and a thin line were formed [FIG. 10 (d), FIG.
(A)]. Next, a resist film for electron beam exposure having a thickness of 200 nm is formed again on the sample, and a width of 10 mm is formed between the conductor layer forming region and the four terminal forming portion by electron beam lithography.
A resist film having an opening of 0 nm and a size of 500 μm × 500 μm was formed. Next, Pt is sputtered to a thickness of 20 nm, and then lift-off is performed, so that 5
Width 100 having a conductive pattern of 00 μm × 500 μm
A conductor layer 108 having a thickness of μm was formed (FIG. 11B). Next, a resist having a film thickness of 1 μm is applied again on the sample, and development is performed after electron beam exposure, so that 500
An opening of μm × 500 μm was formed. Next, apply gold to thickness 1
A pair of current supply terminals 109 and a pair of voltage detection terminals 110 were formed by sputtering a film of 00 nm and performing lift-off (FIG. 11C).

【0031】このようにして作製された本実施例磁気抵
抗効果素子について、測定・評価を行った。その結果、
この素子においては、磁場H1(60ガウス)で方形の
磁化が磁場と同じ向きに反転し、この状況を反映して磁
気抵抗は、磁場H1で不連続的なジャンプが起きる(1
00オームから150オームすなわちMR比50%、磁
気感度0.83%/ガウス)ことが分かった。このジャ
ンプの大きさは、素子全体の強磁性体の体積における矩
形の全体積に比例していた。さらに磁場を印加し細線の
磁化が反転するまで(磁場H2まで、120ガウス)素
子の磁化の変化はあまりなく磁気抵抗はほぼ一定で、H
2で素子中のすべてのスピンが磁場方向に揃い磁気抵抗
が急激に低下した(150オームから100オーム)。
Measurement and evaluation were performed on the magnetoresistive element of this example manufactured as described above. as a result,
In this device, the rectangular magnetization is reversed in the same direction as the magnetic field in the magnetic field H1 (60 Gauss), and the magnetoresistance reflects a discontinuous jump in the magnetic field H1 (1).
From 00 ohms to 150 ohms, ie MR ratio 50%, magnetic sensitivity 0.83% / Gauss). The magnitude of this jump was proportional to the total volume of the rectangle in the ferromagnetic volume of the entire device. Further, until the magnetization of the fine wire is reversed by applying a magnetic field (up to the magnetic field H2, 120 gauss), the magnetization of the element does not change much and the magnetoresistance is almost constant.
In No. 2, all the spins in the element were aligned in the direction of the magnetic field, and the magnetoresistance dropped sharply (from 150 ohm to 100 ohm).

【0032】[第2の実施例]第2の実施例では、第1
の実施例の島領域の50nm×50nmのパターンを5
0nm×100nmとした(100nmが磁場の方
向)。それ以外は第1の実施例と同様である。本実施例
により作製された素子においては、磁場H1(65ガウ
ス)で矩形の磁化が磁場と同じ向きに反転し、磁気抵抗
は100オームから150オームに変化した。
[Second Embodiment] In the second embodiment, the first
The 50 nm × 50 nm pattern of the island region of
0 nm × 100 nm (100 nm is the direction of the magnetic field). Other than that, it is the same as the first embodiment. In the device manufactured according to this example, the rectangular magnetization was reversed in the same direction as the magnetic field by the magnetic field H1 (65 Gauss), and the magnetoresistance changed from 100 ohms to 150 ohms.

【0033】[第3の実施例]第3の実施例では、第1
の実施例の島領域の400nmのピッチを200nmと
した。それ以外は第1の実施例と同様である。本実施例
により作製された素子においては、磁場H1(65ガウ
ス)で矩形の磁化が磁場と同じ向きに反転し、磁気抵抗
は100オームから150オームに変化した。
[Third Embodiment] In the third embodiment, the first
The pitch of 400 nm of the island region of the example of Example was set to 200 nm. Other than that, it is the same as the first embodiment. In the device manufactured according to this example, the rectangular magnetization was reversed in the same direction as the magnetic field by the magnetic field H1 (65 Gauss), and the magnetoresistance changed from 100 ohms to 150 ohms.

【0034】[第4の実施例]第4の実施例では、第1
の実施例の島領域の50nm×50nmのパターンを5
0nm×100nmとし(100nmが磁場の方向)、
そして島領域のピッチを200nmとした。それ以外は
第1の実施例と同様である。本実施例により作製された
素子においては、磁場H1(70ガウス)で矩形の磁化
が磁場と同じ向きに反転し、磁気抵抗は100オームか
ら150オームに変化した。
[Fourth Embodiment] In the fourth embodiment, the first
The 50 nm × 50 nm pattern of the island region of
0 nm x 100 nm (100 nm is the direction of the magnetic field)
The pitch of the island region was set to 200 nm. Other than that, it is the same as the first embodiment. In the device manufactured according to this example, the rectangular magnetization was reversed in the same direction as the magnetic field by the magnetic field H1 (70 Gauss), and the magnetoresistance changed from 100 ohms to 150 ohms.

【0035】[第5の実施例]図12は、本発明の第5
の実施例を説明するための工程順断面図である。シリコ
ン基板101上にシリコン酸化膜102を形成しその上
にスパッタ法により鉄を20nmの膜厚に堆積してFe
膜111を形成し、その上にさらにPtを2nmの膜厚
にスパッタ成膜してPt膜112を形成した。その上に
電子ビーム露光用高分解能レジスト(カリックスクスア
レーン)を1μmの厚さに塗布して、レジスト膜113
を形成した〔図12(a)〕。
[Fifth Embodiment] FIG. 12 shows a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view in the order of steps for explaining the example. A silicon oxide film 102 is formed on a silicon substrate 101, and iron is deposited on the silicon oxide film 102 to a thickness of 20 nm by sputtering.
A film 111 was formed, and Pt was further formed thereon by sputtering to a thickness of 2 nm to form a Pt film 112. A high-resolution resist for electron beam exposure (calixscus arene) is applied thereon to a thickness of 1 μm, and a resist film 113 is formed.
Was formed [FIG. 12 (a)].

【0036】次に、電子ビームで島および細線のパター
ンを描画し(加速電圧50keV、ビーム電流100p
A)、現像を行った。描画した矩形パターンは、2.5
mm×1mmのパターン形成領域に対して、50nm×
50nm、ピッチは400nmである。幅50nmの細
線パターンは矩形列間である〔図12(b)〕。次に、
Arガスを用いたイオンミリングによりPt膜とFe膜
のパターニングを行った(Arガス圧:5×10-5To
rr、時間:約45秒)。イオンミリングは、Pt、鉄
を順次エッチングしシリコン基板が現れた時点で停止し
た。レジスト膜を厚めに(1μm)に形成したのは矩形
パターンの鉄がエッチングされないようにするためであ
る〔図12(c)〕。次に、島および細線上に残存した
レジスト膜113を酸素プラズマウオッシャーで除去し
た〔図12(d)〕。その後、図11を参照して説明し
た第1の実施例と同様の方法とパターンで導電体層と端
子の形成を行って本実施例の磁気抵抗効果素子の作製を
完了させた。
Next, island and fine line patterns are drawn by an electron beam (acceleration voltage 50 keV, beam current 100 p
A), development was performed. The drawn rectangular pattern is 2.5
50nm × 1mm for pattern formation area
The pitch is 50 nm and the pitch is 400 nm. The fine line pattern having a width of 50 nm is between rectangular columns [FIG. 12 (b)]. next,
The Pt film and the Fe film were patterned by ion milling using Ar gas (Ar gas pressure: 5 × 10 −5 To).
rr, time: about 45 seconds). Ion milling was stopped when Pt and iron were sequentially etched and a silicon substrate appeared. The reason why the resist film was formed thick (1 μm) is to prevent the rectangular pattern of iron from being etched (FIG. 12C). Next, the resist film 113 remaining on the islands and the fine lines was removed with an oxygen plasma washer (FIG. 12D). Thereafter, a conductor layer and terminals were formed in the same manner and in the same pattern as in the first embodiment described with reference to FIG. 11, thereby completing the manufacture of the magnetoresistive element of this embodiment.

【0037】[第6の実施例]第6の実施例では、第5
の実施例の島領域の50nm×50nmのパターンを5
0nm×100nmとした(100nmが磁場の方
向)。それ以外は第5の実施例と同様である。
[Sixth Embodiment] In the sixth embodiment, the fifth embodiment
The 50 nm × 50 nm pattern of the island region of
0 nm × 100 nm (100 nm is the direction of the magnetic field). Other than that, it is the same as the fifth embodiment.

【0038】[第7の実施例]第7の実施例では、第5
の実施例の島領域の400nmのピッチを200nmと
した。それ以外は第5の実施例と同様である。
[Seventh Embodiment] In the seventh embodiment, the fifth embodiment
The pitch of 400 nm of the island region of the example of Example was set to 200 nm. Other than that, it is the same as the fifth embodiment.

【0039】[第8の実施例]第8の実施例では、第5
の実施例の島領域の50nm×50nmのパターンを5
0nm×100nmとし(100nmが磁場の方向)、
そして島領域のピッチを200nmとした。それ以外は
第5の実施例と同様である。
[Eighth Embodiment] In the eighth embodiment, the fifth embodiment
The 50 nm × 50 nm pattern of the island region of
0 nm x 100 nm (100 nm is the direction of the magnetic field)
The pitch of the island region was set to 200 nm. Other than that, it is the same as the fifth embodiment.

【0040】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発
明の要旨を変更しない範囲内において適宜の変更が可能
なものである。例えば、多層膜は例えばCo/Cr、C
o/Cu、Fe/Cuなどの強磁性体材料と非強磁性体
材料とを交互に積層したものであってもよい。また、実
施例では電子ビーム露光用のレジストを用いてパターン
ニングを行っていたが他の種類のレジストを用いてもよ
い。
The preferred embodiment has been described above.
The present invention is not limited to these examples, and can be appropriately changed without changing the gist of the present invention. For example, the multilayer film is made of, for example, Co / Cr, C
A ferromagnetic material such as o / Cu or Fe / Cu and a non-ferromagnetic material may be alternately laminated. Further, in the embodiment, the patterning is performed using the resist for the electron beam exposure, but another type of resist may be used.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気抵抗
効果素子は、形状若しくは材料等が異なることにより、
保磁力が異なるようになされた少なくとも2群の磁性材
料層を有しそれらを導電的に接続したものであるので、
保磁力を任意に設定することができ任意の磁場での磁気
抵抗比を高くすることができる。そのため、本発明によ
れば、特に低磁場領域での磁場感度を向上させることが
できる。
As described above, the magnetoresistive effect element of the present invention has different shapes, materials, and the like.
Since it has at least two groups of magnetic material layers with different coercive forces and conductively connected them,
The coercive force can be set arbitrarily, and the magnetoresistance ratio at an arbitrary magnetic field can be increased. Therefore, according to the present invention, the magnetic field sensitivity particularly in a low magnetic field region can be improved.

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

【図1】 本発明の機能を説明するためのM−H特性
図。
FIG. 1 is an MH characteristic diagram for explaining functions of the present invention.

【図2】 本発明の機能を説明するためのM−H特性図
と磁気抵抗特性図。
FIG. 2 is an MH characteristic diagram and a magnetoresistive characteristic diagram for explaining functions of the present invention.

【図3】 本発明の第1の実施の形態を説明するための
平面図と断面図。
FIG. 3 is a plan view and a cross-sectional view for explaining the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第2の実施の形態を説明するための
平面図と断面図。
FIG. 4 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a second embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の第3、第4の実施の形態を説明する
ための平面図。
FIG. 5 is a plan view for explaining third and fourth embodiments of the present invention.

【図6】 本発明の第5、第6の実施の形態を説明する
ための平面図。
FIG. 6 is a plan view for explaining fifth and sixth embodiments of the present invention.

【図7】 本発明の第7の実施の形態を説明するための
平面図と本発明の第8の実施の形態を説明するための断
面図。
FIG. 7 is a plan view for explaining a seventh embodiment of the present invention and a cross-sectional view for explaining an eighth embodiment of the present invention.

【図8】 本発明において用いられる島状領域の配置と
形状を説明するための平面図。
FIG. 8 is a plan view for explaining the arrangement and shape of an island region used in the present invention.

【図9】 本発明の素子における電流端子と電圧端子の
配置を説明するための断面図。
FIG. 9 is a sectional view for explaining the arrangement of current terminals and voltage terminals in the device of the present invention.

【図10】 本発明の第1の実施例を説明するための工
程順の断面図。
FIG. 10 is a cross-sectional view in the order of steps for explaining the first embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の第1の実施例を説明するための工
程順の平面図。
FIG. 11 is a plan view in the order of steps for explaining the first embodiment of the present invention.

【図12】 本発明の第5の実施例を説明するための工
程順の断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view in the order of steps for explaining a fifth embodiment of the present invention.

【図13】 強結合型のGMR素子のM−H特性図と磁
気抵抗特性図。
FIG. 13 is an MH characteristic diagram and a magnetoresistive characteristic diagram of a strong coupling type GMR element.

【図14】 弱結合型のGMR素子のM−H特性図と磁
気抵抗特性図。
FIG. 14 is an MH characteristic diagram and a magnetoresistive characteristic diagram of a weakly coupled GMR element.

【図15】 非結合型のGMR素子のM−H特性図と磁
気抵抗特性図。
FIG. 15 is a MH characteristic diagram and a magnetoresistive characteristic diagram of a non-coupled GMR element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 島状領域 2a くびれ部 2b 多磁区島状領域 2c 円筒型島状領域 2d 半球型島状領域 3 細線 3a くびれ部 3b 連結部 4 連結部 5 絶縁膜 6 電流端子 7 電圧端子 8 導電体層 9 下部導電体層 10 上部導電体層 101 シリコン基板 102 シリコン酸化膜 103 高感度レジスト膜 104 低感度レジスト膜 105 多層Fe/Cr膜 106 島状領域 107 パターン形成領域 108 導電体層 109 電流供給端子 110 電圧検出端子 111 Fe膜 112 Pt膜 113 レジスト膜 REFERENCE SIGNS LIST 1 substrate 2 island-shaped region 2a constricted portion 2b multi-domain island-shaped region 2c cylindrical island-shaped region 2d hemispherical island-shaped region 3 thin wire 3a constricted portion 3b connecting portion 4 connecting portion 5 insulating film 6 current terminal 7 voltage terminal 8 conductor Layer 9 Lower conductor layer 10 Upper conductor layer 101 Silicon substrate 102 Silicon oxide film 103 High-sensitivity resist film 104 Low-sensitivity resist film 105 Multi-layer Fe / Cr film 106 Island region 107 Pattern formation region 108 Conductor layer 109 Current supply terminal 110 voltage detection terminal 111 Fe film 112 Pt film 113 resist film

───────────────────────────────────────────────────── 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 H01F 10/00 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 43/08 G01R 33/09 G11B 5/39 H01F 10/00 JICST file (JOIS)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】磁性材料を含んで形成された、複数個の第
1の構造物により構成される第1の群と、 磁性材料を含んで形成された、第1の構造物とは構造若
しくは材料が異なることにより異なった保磁力を有する
1乃至複数個の第2の構造物により構成される第2の群
と、 を少なくとも有し、第1の群に属する第1の構造物と第
2の群に属する第2の構造物とが電気的に接続されてい
ることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
1. A first group comprising a plurality of first structures formed including a magnetic material, and a first group formed including a magnetic material, wherein the first group is a structure or A second group comprising one or more second structures having different coercive forces due to different materials; and a first group belonging to the first group and a second group comprising the second group. A magnetoresistance effect element electrically connected to a second structure belonging to the group of.
【請求項2】第1の構造物および第2の構造物とは構造
若しくは材料が異なることによりこれらとは異なる保磁
力を有している構造物からなる群を1乃至複数種更に有
しており、これらの群に属する構造物も第1および第2
の構造物に電気的に接続されていることを特徴とする請
求項1記載の磁気抵抗効果素子。
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising one or more types of structures having different coercive forces from the first structure and the second structure due to a difference in structure or material. And the structures belonging to these groups are also the first and second structures.
2. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein said magnetoresistive element is electrically connected to said structure.
【請求項3】異なる群に属する構造物同士では互いに膜
厚を異にしていることを特徴とする請求項1または2記
載の磁気抵抗効果素子。
3. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the structures belonging to different groups have different thicknesses.
【請求項4】第1の構造物が、円筒形若しくは半球状を
有する島状領域であることを特徴とする請求項1記載の
磁気抵抗効果素子。
4. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the first structure is an island region having a cylindrical or hemispherical shape.
【請求項5】第2の構造物が、一定幅の若しくは幅が狭
くなるくびれ部が周期的に形成されている細線であるこ
とを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗効果素子。
5. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the second structure is a fine wire in which a narrow portion having a constant width or a narrow width is formed periodically.
【請求項6】第2の構造物が、容易磁化方向と難磁化方
向とを有している磁性細線であることを特徴とする請求
項1記載の磁気抵抗効果素子。
6. A second structure is, magnetoresistance effect element according to claim 1, characterized in that the magnetic wire having a direction of easy magnetization and the flame magnetization direction.
【請求項7】第1、第2の構造物が、基板面に対して垂
直方向に磁化されることを特徴とする請求項1記載の磁
気抵抗効果素子。
7. The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the first and second structures are magnetized in a direction perpendicular to a substrate surface.
【請求項8】前記第1および第2の群に属する各構造物
が、磁性体膜からなる連結部によって接続されることに
よって各構造物間の電気的な接続が図られていることを
特徴とする請求項1載の磁気抵抗効果素子。
8. An electrical connection between the respective structures belonging to the first and second groups by connecting the structures by a connecting portion formed of a magnetic film. the magnetoresistive element according to claim 1 Symbol mounting and.
【請求項9】前記第1および第2の群に属する各構造物
が、導電性膜によって被覆されることによって各構造物
間の電気的な接続が図られていることを特徴とする請求
項1記載の磁気抵抗効果素子。
9. An electrical connection between each of the structures belonging to the first and second groups by covering the structures with a conductive film. 2. The magnetoresistance effect element according to 1.
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