JP3285937B2 - 磁性多層膜および磁気抵抗変化素子ならびにそれらの製造方法 - Google Patents
磁性多層膜および磁気抵抗変化素子ならびにそれらの製造方法Info
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Description
強度を信号として読み取るための磁気抵抗変化素子のう
ち、特に小さな磁場変化を大きな電気抵抗変化信号とし
て読み取ることのできる磁気抵抗変化素子と、それに好
適な磁性多層膜と、それらの製造方法とに関するもので
ある。
における高密度化が進められており、これに伴い磁気抵
抗変化を用いた磁気抵抗効果型磁気センサ(以下、、M
Rセンサという。)や、磁気抵抗効果型磁気ヘッド(以
下、MRヘッドという。)の開発が盛んに進められてい
る。MRセンサもMRヘッドも、磁性材料を用いた読み
取りセンサ部の抵抗変化により、外部磁界信号を読み出
すものであるが、MRセンサやMRヘッドでは、記録媒
体との相対速度が再生出力に依存しないことから、MR
センサでは高感度が、MRヘッドでは高密度磁気記録に
おいても高い出力がが得られるという特長がある。
Ni0.8 Fe0.2 (パーマロイ)やNiCo等磁性体を
利用したMRセンサでは、抵抗変化率△R/Rがせいぜ
い2〜5%位と小さく、数GBPIオーダーの超高密度
記録の読み出し用MRヘッド材料としては感度が不足す
る。
薄膜が周期的に積層された構造をもつ人工格子は、バル
ク状の金属とは異なった特性を示すために、近年注目さ
れてきている。このような人工格子の1種として、基板
上に強磁性金属薄膜と反強磁性金属薄膜とを交互に積層
した磁性多層膜があり、これまで、鉄−クロム型、ニッ
ケル−クロム型および鉄−マンガン型(特開昭60−1
89906号公報)等の磁性多層膜が知られている。こ
のうち、鉄−クロム型(Fe/Cr)については、超低
温(4.2K)において40%を超える磁気抵抗変化を
示すという報告がある(Phys. Rev. Lett 第61巻、2
472頁、1988年)。しかし、この人工格子磁性多
層膜では最大抵抗変化の起きる外部磁場(動作磁界強
度)が十数kOe 〜数十kOe と大きく、このままでは実用
性がない。この他、Co/Cu,Co/Ag等の人工格
子磁性多層膜も提案されているが、これらでも動作磁場
強度が大きすぎる。
介して保磁力の異なる2つの磁性層を積層した誘導フェ
リ磁性による巨大MR変化を示す3元系人工格子磁性多
層膜が提案されている。例えば、この出願の先願である
特願平3−78824号では、非磁性層を介して隣合う
磁性薄膜のHcが異なっており、各層の厚さが200A
以下であるものが提案されている。また、下記の文献が
発表されている。
Japan, 59(1990)3061 T.Shinjo and H.Yamamoto
(30)/Cu(50)]×15[( )内は各層の膜
厚(A )、×の数値は繰り返り数、以下同]において印
加磁場3kOe で9.9%、500Oeでは約8.5%のM
R変化率を得ている。
Materials, 99(1991)243 H.Ymamamoto, T.Okuyama and T.Shinjo
抵抗の温度変化、外部磁場の角度による変化、MR曲線
のマイナーループ、積層回数依存性、Cu層厚依存性、
磁化曲線の変化について述べられている。
MAG−91−161 星野、細江、神保、神田、綱島、内山
iFe層厚依存性について追試している。加えて磁化曲
線から外挿して疑似的に求めたCoのHcのCu層厚依
存性の結果がある。またNiFe(30)−Cu(32
0)とCo(30)−Cu(320)から求めたそれぞ
れの磁化曲線を合成してNiFe(30)−Cu(16
0)−Co(30)−Cu(160)の磁化曲線と比較
している。この場合はCu中間厚が3元系人工格子のも
のと違うので、直接角型比とHcとを比較することはで
きない。
MAG−91−242 奥山、山本、新庄
ての現像論的解析が述べられている。Hcの小さなNi
Fe層の磁気モーメントの回転につれてMRも同様に変
化し、人工的に生成されたスピンの反平行状態によって
巨大MR現象が発現することが確認されている。また、
この現像はNiFe等の異方性MR効果とは異なること
がMRの印加磁場角度変化の違いによって証明されてい
る。
は、Fe/Cr,Co/Cu,Co/Ag等に比較して
MR変化率の大きさは劣るものの、数100Oe以下の印
加磁場で10%程度の巨大なMR変化率を示している。
しかし、これらの文献等で開示されている内容は数10
〜100Oe程度の印加磁場でのMR変化についてのみで
ある。
るMRヘッド材料としては印加磁場0から40〜50Oe
までのMR変化曲線が重要である。しかし、これら従来
の3元系人工格子は、印加磁場0でのMR変化はあまり
増加しておらず、ほとんど0に近い。MR変化の増加率
は60Oe程度で最大となり、このとき9%程度のMR変
化率を示す。すなわち、変化曲線の立ち上がりが遅い。
一方、パーマロイ(NiFe)の場合は、0磁場におけ
るMR変化の傾きはほぼ0であり、ほとんどMR変化率
はかわらず、MR変化率の微分値は0に近い。
eFe等では、Ti等の比抵抗の小さなシャント層を設
けて動作点をシフトさせて用いている。また、このシャ
ントそうに加えてCoZrMo、NiFeRh等の比抵
抗の大きな軟磁性材料のソフトフィルムバイアス層を設
けてバイアス磁界を印加して用いている。しかし、この
ようなバイアス層をもつ構造は、工程が複雑となり、特
性を安定させることが困難であり、コストアップを招
く。またMR変化曲線のなだらかなところを使うことに
なるのでS/Nの低下等を招く。
造をとりパターニング、平坦化等の工程でレジスト材料
のベーキングやキュア等の熱処理を必要とし、350℃
程度の耐熱性が必要である。しかし、従来の3元系人工
格子磁性多層膜では、このような熱処理で特性が劣化し
てしまう。
磁場が例えば0〜40Oe程度のきわめて小さい範囲で直
線的なMR変化の立ち上がり特性を示し、耐熱温度の高
い磁性多層膜とそれを用いた磁気抵抗変化素子と、それ
らの製造方法とを提供することである。
(1)〜(5)の本発明により達成される。 (1) 非磁性薄膜を介して積層された少なくとも2層
の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性
薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第1の磁
性薄膜の角型比SQ1 が0.7〜1.0であり、保磁力
の大きい第2の磁性薄膜の角型比SQ2 が0.1〜0.
8であり、前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれ
ぞれ200A 以下であり、保磁力の小さい第1の磁性薄
膜の厚さをt1 、保磁力の大きい第2の磁性薄膜の厚さ
をt2 としたとき、4A ≦t2 <30A 、20A <t
1 、t1 >t2 である磁性多層膜を成膜したのち、50
0℃以下の温度で熱処理を行う磁性多層膜の製造方法。 (2) 基板上に、非磁性薄膜を介して少なくとも2層
の磁性薄膜を成膜し、その後500℃以下の温度で熱処
理を行い、前記非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保
磁力が異なっており、保磁力の小さい第1の磁性薄膜の
角型比SQ1 が0.7〜1.0であり、保磁力の大きい
第2の磁性薄膜の角型比SQ2 が0.1〜0.8であ
り、前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ2
00A 以下であり、保磁力の小さい第1の磁性薄膜の厚
さをt1 、保磁力の大きい第2の磁性薄膜の厚さをt2
としたとき、4A ≦t2 <30A 、20A <t1 、t1
>t2 である磁性多層膜を形成する磁性多層膜の製造方
法。 (3) 基板上に、磁性多層膜を成膜し、この磁性多層
膜が非磁性薄膜を介して積層された少なくとも2層の磁
性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜
の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第1の磁性薄
膜の角型比SQ1 が0.7〜1.0であり、保磁力の大
きい第2の磁性薄膜の角型比SQ2 が0.1〜0.8で
あり、前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ
200A 以下であり、保磁力の小さい第1の磁性薄膜の
厚さをt1 、保磁力の大きい第2の磁性薄膜の厚さをt
2 としたとき、4A ≦t2 <30A 、20A <t1 、t
1 >t2 であり、その後500℃以下の温度で熱処理を
行う磁気抵抗変化素子の製造方法。 (4) 基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも2層の
磁性薄膜を成膜し、その後500℃以下の温度で熱処理
を行い、前記非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁
力が異なっており、保磁力の小さい第1の磁性薄膜の角
型比SQ1 が0.7〜1.0であり、保磁力の大きい第
2の磁性薄膜の角型比SQ2 が0.1〜0.8であり、
前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ200
A 以下であり、保磁力の小さい第1の磁性薄膜の厚さを
t1 、保磁力の大きい第2の磁性薄膜の厚さをt2 とし
たとき、4A ≦t2 <30A 、20A <t1 、t1 >t
2 である磁性多層膜を形成する磁気抵抗変化素子の製造
方法。 (5) 4A ≦t2 ≦28A 、22A ≦t1 、t1 ≧
1.05t2 である上記(2)の磁性多層膜の製造方
法。
らのリニアリティーが良好で大きな傾きをもつMR曲線
と高い耐熱性を得るためには、上記の文献でa〜dに示
されているHcの差だけでは不十分である。このような
良好な立ち上がり特性と高い耐熱性を得るためには、本
発明に従い、第1および第2の磁性薄膜の角型比を規制
し、しかもこれらの膜厚を規制しなければならない。そ
して、このような本発明の角型比や膜厚の関係は、磁気
文献a〜dや、上記のこの出願の先願等には記載されて
いない。
に説明する。本発明では、非磁性薄膜を介して隣合った
磁性薄膜の保磁力は互いに異なっていることが必要であ
る。その理由は、本発明の原理が、隣合った磁性層の磁
化の向きがズレているとき、伝導電子がスピンに依存し
た散乱を受け、抵抗が増え、磁化の向きが互いに逆向き
に向いたとき、最大の抵抗を示すことにあるからであ
る。すなわち、本発明では、図2で示すように外部磁場
が第1の磁性薄膜の保磁力Hc1 と第2の磁性薄膜層の
保磁力Hc2 の間(Hc1 <H<Hc2 )であるとき、
隣合った磁性層の磁化の方向が互いに逆向きの成分が生
じ、抵抗が増大するのである。
磁場、保磁力および磁化の方向の関係を説明する。図1
は、本発明の実施例である人工格子磁性多層膜1の断面
図である。図1において、人工格子磁性多層膜1は、基
板4上に磁性薄膜M1 ,M2…,Mn-1 ,Mn を有し、
隣接する2層の磁性薄膜の間に、非磁性薄膜N1 ,N2
…,Nn-2 ,Nn-1 を有する。
磁性薄膜のみを有する場合について説明する。図2に示
されるように、2種類の磁性薄膜層、のHcをそれ
ぞれHc1 およびHc2 とする(0<Hc1 <Hc
2 )。最初、外部磁場Hを、H<−Hm(Hmは、第2の
磁性薄膜の磁化が飽和する外部磁界である。)となる
ようにかけておく。第1および第2磁性薄膜層、の
磁化方向は、Hと同じ−(負)方向に向いている。次に
外部磁場を上げていくと、H<Hc1 の領域(I)で
は、まだ両磁性薄膜の磁化方向は一方向を向いている。
外部磁場を上げてHc1 <H<Hmの領域(II)になる
と、磁性薄膜の1部の磁化方向が反転をはじめ、磁性
薄膜、の磁化方向は互いに逆向きの成分が生じる。
さらに外部磁場を大きくしたHm<Hの領域(III )で
は、磁性薄膜、の磁化方向は、+方向に揃って向
く。
<Hの領域(IV)では磁性薄膜、の磁化方向は+
方向のままであるが、−Hc2<H<Hc2の領域
(V)では、磁性薄膜層の磁化方向は一方向に反転を
はじめ、磁性薄膜、の磁化方向が互いに逆向きの成
分が生じる。さらに、H<−Hmの領域(VI)では、
磁性薄膜、の磁化方向は一方向に揃って向く。この
磁性薄膜、の磁化方向が互いに逆向きになっている
領域(II)および(V)で、伝導電子がスピンに依存
した散乱を受け、抵抗は大きくなる。第1の磁性薄膜
に例えばHcの小さなNi0.8Fe0.2(Hc数O
e)を選び、第2磁性薄膜層にHcのやや大きい例え
ばCo(Hc数+Oe)を選ぶことにより、外部磁場H
c2付近の小外部磁場で大きな抵抗変化率を示すMR素
子が得られる。
特に制限されないが、具体的には、Fe,Ni,Co,
Mn,Cr,Dy,Er,Nd,Tb,Tm,Ce,G
d等が好ましい。また、これらの元素を含む合金や化合
物としては、例えば、Fe−Si,Fe−Ni,Fe−
Co,Fe−Al,Fe−Al−Si(センダスト
等),Fe−Y,Fe−Gd,Fe−Mn,Co−N
i,Cr−Sb,Fe系アモルファス合金、Co系アモ
ルファス合金、Co−Pt,Fe−Al,Fe−C,M
n−Sb,Ni−Mn,Co−O,Ni−O,Fe−
O,Fe−Al−Si−N,Ni−F,フェライト等が
好ましい。本発明では、これらの磁性材料のうちから保
磁力の異なる2種またはそれ以上を選択して磁性薄膜を
形成する。
る。一方、磁性薄膜の厚さの下限は特にないが、4A 未
満ではキューリー点が室温より低くなって実用性がなく
なってくる。また、厚さを4A 以上とすれば、膜厚を均
一に保つことが容易となり、膜質も良好となる。また、
飽和磁化の大きさが小さくなりすぎることもない。膜厚
を200A より大としても効果は落ちないが、膜厚の増
加に伴って効果が増大することもなく、膜の作製上無駄
が多く、不経済である。
子における外部磁界強度や要求される抵抗変化率等に応
じて、例えば0.001Oe〜10kOe 、特に0.01〜
1000Oeの範囲から適宜選択すればよい。また、隣接
する磁性薄膜の保磁力の比は、1.2:1〜100:
1、特に1.5:1〜100:1より好ましくは2:1
〜80:1、特に3:1〜60:1、さらに好ましくは
5:1〜50:1、特に6:1〜30:1であることが
好ましい。比が大きすぎるとMR曲線がブロードになっ
てしまい、また小さすぎるとHcの差が近すぎ、反平行
状態が有効に働かなくなってしまう。
果素子中に存在する磁性薄膜の磁気特性を直接測定する
ことはできないので、通常、下記のようにして測定す
る。すなわち、測定すべき磁性薄膜を、磁性薄膜の合計
厚さが200〜400A 程度になるまで非磁性薄膜と交
互に蒸着して測定用サンプルを作製し、これについて磁
気特性を測定する。この際、磁性薄膜の厚さ、非磁性薄
膜の厚さおよび非磁性薄膜の組成は、磁気抵抗効果測定
素子におけるものと同じものとする。
高いMR曲線と高い耐熱性を得るために、Hcの小さい
第1の磁性薄膜とHcの大きい第2の磁性薄膜との0磁
場での残留磁化Mr、すなわち角型比SQ=Mr/Ms
を制御する第1の磁性薄膜では、0.7≦SQ1 ≦1.
0、好ましくは0.8≦SQ1 ≦1.0とし、第2の磁
性薄膜では、0.1≦SQ2 ≦0.8、好ましくは0.
3≦SQ2 ≦0.8とする。第1の磁性薄膜は、0磁場
近傍でのMR変化の立ち上がりを規定するものであるの
で角型比はより1.0に近いほどよい。0.7より小さ
くなるとMR変化曲線の立ち上がりがブロードになり、
結果的にMR変化率が小さくなる。
近で磁化が残留磁化(Mr)より小さくなっているほう
がよい。例えば角型比が0.7の場合、1方向にそろっ
ていた両磁性薄膜の磁化は、0磁場では第2の磁性薄膜
の30%が磁化反転する。その結果、0磁場において部
分的に反平行状態を示す部分が生成し、このスピンに依
存したMR変化が生じる。従って、第2の磁性薄膜の角
型比を選択することにより0磁場で直線的に変化するM
R曲線を自由に設計することができる。
の膜厚を最適化することにより、より積極的に角型比す
なわちMR変化曲線の立ち上り特性と耐熱性とを制御す
る。今、上記の文献a〜dに示されるほとんどの具体例
と同様、第1および第2の磁性薄膜の厚さを同一とする
ときには、膜厚が厚くなるほど両薄膜の角型比はともに
1.0に近づく。このため磁化曲線では明確な磁化の折
れ曲がりを示さない。その結果、MR変化曲線は数10
Oeで始めて立ち上がる0磁場での直線性の悪いものにな
ってしまう。従って、磁性薄膜の膜厚は両方とも薄い方
が直線性がよく、良好な立ち上がり特性を示す。ただ
し、両薄膜とも、例えば10A 程度と薄い場合、耐熱性
に問題がある。より具体的には350℃程度で真空中で
加熱を行うと、第2の磁性薄膜では角型比の劣化による
影響は余り受けないが、第1の磁性薄膜では角型比の劣
化が激しい。第1の磁性薄膜は厚くした方が角型が1.
0に近づく。従って、第2の磁性薄膜とは独立に第1の
磁性薄膜を多少厚くした方が、プロセスでの熱処理後の
MR特性がよいものが得られる。そして、第1の磁性薄
膜の熱処理後の角型比の劣化を抑えて耐熱性を向上させ
るのである。
特に0.3〜0.8であることが好ましい。
との規制に加えて、第1および第2の磁性薄膜の膜厚を
それぞれt2 およびt1 としたとき、4A ≦t2 <30
A 、20A <t1 ≦200A かつt2 <t1 、より好ま
しくは、4A ≦t2 ≦28A 、22A ≦t1 ≦100A
かつ1.05t2 <t1 に規制する。t2 が30A 以上
となると第2の磁性薄膜の角型が大きくなってしまい、
直線性が失われ、立ち上がり特性が悪くなる。ただし、
t2 が4A 未満では、前記のとおり連続膜の形成が不可
能となる。t1 が20A 未満となると耐熱性が悪化す
る。なお、t1 の上限は直線性の点で200A 、特に1
00A が望ましい。さらに、t2 ≧t1 となると、耐熱
性が悪化し、その他0磁場でのMR変化の直線性も失わ
れるし、また、MR変化率も小さくなってしまう。
型比と膜厚とを規制することにより、成膜直後の磁性多
層膜は、5%以上、特に6〜10%の高いMR変化率と
ともに、0磁場にてリニアリティーが高く、勾配の大き
いMR変化を示す。より具体的には、印加磁場−3Oe〜
+3OeまでのMR変化率の差は0.5%以上、通常0.
5〜1%程度となり、超高密度記録の読み出し用のMR
ヘッドとして十分な特性が得られる。
1 を規制するので、耐熱性が向上し、熱処理による特性
劣化、特にMR変化率の劣化がきわめて少なくなる。す
なわち、例えば真空中、350℃までの熱処理によって
もMR変化率を熱処理前の75%以上に維持することが
でき、4.5%以上、特に5%以上のMR変化率を示
す。この熱処理は前記のとおり、例えばMRヘッドの製
造プロセスにて生じるものであるが、条件を選択すれ
ば、印加磁場−3Oe〜+3OeまでのMR変化率の差で表
わされる0磁場での傾きはかえって向上することもあ
り、熱処理前の25%減から100%増へ値とすること
ができ、超高密度磁気記録の読み出し用MRヘッドに必
要な0.5%以上、例えば0.5〜1%の傾きを熱処理
後も示すことができる。なお、熱処理後、SQ1 は0.
7〜1.0、特に0.8〜1.0、SQ2 は0.1〜
0.8、特に0.3〜0.8の値を維持する。
薄膜間の磁気相互作用を弱める役割をはたす材料であ
り、その種類に特に制限はなく各種金属ないし半金属非
磁性体や非金属非磁性体から適宜選択すればよい。金属
非磁性体としては、Au,Ag,Cu,Pt,Al,M
g,Mo,Zn,Nb,Ta,V,Hf,Sb,Zr,
Ga,Ti,Sn,Pb等やこれらの合金が好ましい。
半金属非磁性体としては、Si,Ge,C,B等やこれ
らに別の元素を添加したものが好ましい。非金属非磁性
体としては、SiO2 ,SiO,SiN,Al2 O3 ,
ZnO,MgO,TiN等やこれらに別の元素を添加し
たものが好ましい。
しい。一般に膜厚が200A を超えると、抵抗は非磁性
薄膜により決定してしまい、スピン散乱を設ける割合が
小さくなってしまい、その結果、磁気抵抗変化率が小さ
くなってしまう。一方、膜厚が小さすぎると、磁性薄膜
間の磁気相互作用が大きくなり過ぎ、両磁性薄膜の磁化
方向が相異なる状態が生じにくくなるとともに、連続膜
の形成が困難となるので、膜厚は4A 以上が好ましい。
なお、磁性薄膜や非磁性薄膜の膜厚は、透過型電子顕微
鏡、走査型電子顕微鏡、オージェ電子分光分析等により
測定することができる。また、薄膜の結晶構造は、X線
回折や高速電子線回折等により確認することができる。
り返し積層回数nに特に制限はなく、目的とする磁気抵
抗変化率等に応じて適宜選択すればよいが、十分な磁気
抵抗変化率を得るためには、nを3以上にするのが好ま
しい。また、積層数を増加するに従って、抵抗変化率も
増加するが、生産性が悪くなり、さらにnが大きすぎる
と素子全体の抵抗が低くなりすぎて実用上の不便が生じ
ることから、通常、nを50以下とするのが好ましい。
なお、長周期構造は、小角X線回折パターンにて、くり
返し周期に応じた1次2次ピーク等の出現により確認す
ることができる。
磁力の異なる2種類の磁性薄膜だけを用いているが、保
磁力がそれぞれ異なる3種以上の磁性薄膜を用いれば、
磁化方向が逆転する外部磁界を2箇所以上設定でき、動
作磁界強度の範囲を拡大することができる。
との表面エネルギーの違いを緩和し、両者のぬれ性を向
上し、広い範囲で平坦な界面をもった積層構造を実現さ
せるため、磁性多層膜の下地層として、10〜100A
程度のCr、Fe、Co、Ni、W、Ti、V、Mnあ
るいはこれらの合金の薄膜を設けてもよい。さらに、最
上層の磁性薄膜の表面には、窒化ケイ素や酸化ケイ素等
の酸化防止膜が設けられてもよく、電極引出のための金
属導電層が設けられてもよい。磁性多層膜の成膜は、蒸
着法、スパッタリング法、分子線エピタキシー法(MB
E)等の方法で行う。また、基板としては、ガラス、ケ
イ素、MgO、GaAs、フェライト、CaTiO等を
用いることができる。
工格子磁性多層膜)を用いて磁気抵抗変化素子、例えば
MRヘッドを構成するときの例が示される。両図に示さ
れる磁気抵抗変化素子10は、上記の人工格子磁性多層
膜1を絶縁層5内に形成して、人工格子磁性多層膜1に
測定電流を流すための例えばCu、Ag、Au等の電極
3,3と、例えばTi等のシャント層2とを接続してい
る。また、人工格子磁性多層膜1は、例えばセンダス
ト、パーマロイ等のシールド6,6で被われている。さ
らに図4の例では、シャント層2下方に、例えばCoZ
rMo、NiFeRh等の比抵抗の大きな軟磁性材料の
バイアス磁界印加層7が設けられている。ただし、本発
明の磁性多層膜では、0磁場での立ち上がり特性が良好
であるので、このバイアス磁界印加手段は設けなくてよ
い。
っては、工程中パターニング、平坦化等の工程でベーキ
ング、アニーリング、レジストのキュア等の熱処理を必
要とする。しかし、本発明の多層膜は耐熱性が良好であ
るので、500℃以下、一般に50〜400℃、50〜
350℃間程度の熱処理に十分対応できる。熱処理は通
常真空中、不活性ガス雰囲気中、大気中等で行えばよ
い。
細に説明する。 実施例1 基板としてガラス基板4を用い、超高真空蒸着装置の中
に入れ、10-9〜10-10 Torrまで真空引きを行った。
基板温度は室温に保ったまま基板を回転させながら、以
下の組成をもつ人工格子磁性多層膜1を作成した。この
際、磁界を基板の面内方向に印加しながら、約0.3A
/秒の成膜速度で、分子線エピタキシー法(MBE)に
よる蒸着を行った。
磁気抵抗変化率を下記表1に示す。なお、表1におい
て、例えばサンプルNo. 1は、[Ni0.8 Fe0.2 (2
3)/Cu(50)/Co(10)/Cu(50)]×
10であって、23A 厚のNi80%−Fe20%のパ
ーマロイ磁性(NiFe)合金の第1の磁性薄膜、50
A 厚のCuの非磁性薄膜、10A 厚のCoの第2の磁性
薄膜および50A 厚のCuの非磁性薄膜を順次蒸着する
工程を10回くり返したことを意味する。各サンプルの
繰り直し数はともに10回としたので、これを(Cu,
Co/t2 ,NiFe/t1 )の順で(50,10,2
3)と表1に記載した。なお、各サンプルとも、下地層
として50A のCr層を介在させた。
磁力計により行った。抵抗測定は、表1に示される構成
の試料から0.5×10mmの形状のサンプルを作成し、
外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけなが
ら、−300〜300Oeまで変化させたときの抵抗を4
端子法により測定し、その抵抗から比抵抗の最小値ρsa
t およびMR変化率ΔR/Rを求めた。MR変化率ΔR
/Rは、最大抵抗値をRmax 、最小抵抗値をRmin と
し、次式により計算した:ΔR/R=(Rmax −Rmin
)×100/Rmin (%)。また、印加磁場−3Oe〜
3OeまでのMR変化率の差を求め、これを0磁場での傾
きとし、立ち上がり特性を評価した。この値は前記のと
おり0.5%以上あることが必要である。
たは第2の磁性薄膜(NiFe)と、非磁性薄膜(C
u)とを用い、上記の条件で2元系の人工格子を作成
し、それぞれの角型比およびその相対比を求めた。これ
らの結果(初期特性)を表1に示す。
時間熱処理した。熱処理後の角型比、ρsat と、MR変
化率、0磁場の傾き、そしてそれらの変化率を表2に示
す。
も、本発明のサンプルNo. 1〜6のみが0.5%以上の
0磁場の傾きと、5%以上のMR変化率を示すことがわ
かる。
のサンプルNo. 3のB−Hループが示される。また、図
6にはサンプルNo. 3の、また図7には比較サンプルN
o. 7の成膜直後および熱処理後のMR変化曲線が示さ
れる。さらに、図8、図9にサンプルNo. 1の成膜直後
および熱処理後のX線回折パターンを示す。この図か
ら、成膜直後、熱処理後とも長周期構造が維持されてい
ることがわかる。
い抵抗変化率をもつ磁性多層膜が得られる。しかも、0
磁場での立ち上がり特性はきわめて良好であり、きわめ
て高い耐熱性を示す。従って高感度のMRセンサおよび
高密度磁気記録が可能なMRヘッド等のすぐれた磁気抵
抗変化素子を提供することができる。
ある。
略正面図である。
省略正面図である。
−H曲線である。
R変化曲線を示すグラフである。
R変化曲線を示すグラフである。
ーンを示すグラフである。
ーンを示すグラフである。
Claims (5)
- 【請求項1】 非磁性薄膜を介して積層された少なくと
も2層の磁性薄膜を有し、 この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異な
っており、 保磁力の小さい第1の磁性薄膜の角型比SQ1 が0.7
〜1.0であり、保磁力の大きい第2の磁性薄膜の角型
比SQ2 が0.1〜0.8であり、 前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ200
A 以下であり、 保磁力の小さい第1の磁性薄膜の厚さをt1 、保磁力の
大きい第2の磁性薄膜の厚さをt2 としたとき、4A ≦
t2 <30A 、20A <t1 、t1 >t2 である磁性多
層膜を成膜したのち、500℃以下の温度で熱処理を行
う磁性多層膜の製造方法。 - 【請求項2】 基板上に、非磁性薄膜を介して少なくと
も2層の磁性薄膜を成膜し、その後500℃以下の温度
で熱処理を行い、 前記非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異な
っており、 保磁力の小さい第1の磁性薄膜の角型比SQ1 が0.7
〜1.0であり、保磁力の大きい第2の磁性薄膜の角型
比SQ2 が0.1〜0.8であり、 前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ200
A 以下であり、 保磁力の小さい第1の磁性薄膜の厚さをt1 、保磁力の
大きい第2の磁性薄膜の厚さをt2 としたとき、4A ≦
t2 <30A 、20A <t1 、t1 >t2 である磁性多
層膜を形成する磁性多層膜の製造方法。 - 【請求項3】 基板上に、磁性多層膜を成膜し、 この磁性多層膜が非磁性薄膜を介して積層された少なく
とも2層の磁性薄膜を有し、 この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異な
っており、 保磁力の小さい第1の磁性薄膜の角型比SQ1 が0.7
〜1.0であり、保磁力の大きい第2の磁性薄膜の角型
比SQ2 が0.1〜0.8であり、 前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ200
A 以下であり、 保磁力の小さい第1の磁性薄膜の厚さをt1 、保磁力の
大きい第2の磁性薄膜の厚さをt2 としたとき、4A ≦
t2 <30A 、20A <t1 、t1 >t2 であり、 その後500℃以下の温度で熱処理を行う磁気抵抗変化
素子の製造方法。 - 【請求項4】 基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも
2層の磁性薄膜を成膜し、その後500℃以下の温度で
熱処理を行い、 前記非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異な
っており、 保磁力の小さい第1の磁性薄膜の角型比SQ1 が0.7
〜1.0であり、保磁力の大きい第2の磁性薄膜の角型
比SQ2 が0.1〜0.8であり、 前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ200
A 以下であり、 保磁力の小さい第1の磁性薄膜の厚さをt1 、保磁力の
大きい第2の磁性薄膜の厚さをt2 としたとき、4A ≦
t2 <30A 、20A <t1 、t1 >t2 である磁性多
層膜を形成する磁気抵抗変化素子の製造方法。 - 【請求項5】 4A ≦t2 ≦28A 、22A ≦t1 、t
1 ≧1.05t2 である請求項2の磁性多層膜の製造方
法。
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