JP3295152B2 - 磁気抵抗効果型弱磁界センサ - Google Patents
磁気抵抗効果型弱磁界センサInfo
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- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気抵抗効果型弱磁界セ
ンサに関し、さらに詳細には、そのようなセンサを構成
する材料の層の構造に関する。
ンサに関し、さらに詳細には、そのようなセンサを構成
する材料の層の構造に関する。
【０００２】「磁気抵抗効果型センサ」という語は、磁
界の変化の関数としてそれを形成する少なくとも１つの
材料の抵抗率の変化を使用する型のセンサを特定するの
に用いられる。弱磁界は、例えば磁気記録のテープから
放射される磁界である。
界の変化の関数としてそれを形成する少なくとも１つの
材料の抵抗率の変化を使用する型のセンサを特定するの
に用いられる。弱磁界は、例えば磁気記録のテープから
放射される磁界である。
【０００３】
【従来の技術】磁気抵抗効果型のセンサとして種々のも
のが知られている。この種のセンサはテープ、ドラムお
よびフロッピーディスクのような磁気記録媒体からの読
み出しのためのシステムで用いられている。これらのセ
ンサには、モノリシック部分すなわち高い磁気抵抗を持
つ、強磁性合金から作られるブロックが含まれるが、そ
れは記録部が流れ去る間に磁気抵抗効果型センサの電気
抵抗の変化を再生する読み出しヘッドの磁気回路内に置
かれる。現在最も多く使用される合金は、高磁気抵抗を
有するＮｉＣｏ、ＮｉＦｅ（パーマロイ）のようなニッ
ケルを基材とした強磁性合金であるが、これは大気温度
で、わずか２〜３％の抵抗の相対変化しか与えない。
のが知られている。この種のセンサはテープ、ドラムお
よびフロッピーディスクのような磁気記録媒体からの読
み出しのためのシステムで用いられている。これらのセ
ンサには、モノリシック部分すなわち高い磁気抵抗を持
つ、強磁性合金から作られるブロックが含まれるが、そ
れは記録部が流れ去る間に磁気抵抗効果型センサの電気
抵抗の変化を再生する読み出しヘッドの磁気回路内に置
かれる。現在最も多く使用される合金は、高磁気抵抗を
有するＮｉＣｏ、ＮｉＦｅ（パーマロイ）のようなニッ
ケルを基材とした強磁性合金であるが、これは大気温度
で、わずか２〜３％の抵抗の相対変化しか与えない。
【０００４】より高感度のセンサが最近開発されたが、
これらはセンサの感知素子が磁気材料と非磁気材料とを
交互に積層した多重層によって構成されるときに生じる
「極めて大きい磁気抵抗」として知られる現象を用いた
ものである。この多重層では、磁気層は磁界外の強磁性
（平行）型結合部、または磁界中の反強磁性（反平行）
型結合部を有し、また１つの状態から他の状態への遷移
が小さな磁界間隔で生じる。これらの多重層センサの欠
点は、層の磁化を平行状態から反平行状態に遷移させる
「反転」のために必要とされる磁界の値が過大なことで
ある。層が正規の厚さを有しかつ相互に結合されるとき
は強い磁界が必要とされる。「反転」のエネルギーは、
１つの層を隣接する２つの層と結合させるのに用いられ
るエネルギーの和に等しい。
これらはセンサの感知素子が磁気材料と非磁気材料とを
交互に積層した多重層によって構成されるときに生じる
「極めて大きい磁気抵抗」として知られる現象を用いた
ものである。この多重層では、磁気層は磁界外の強磁性
（平行）型結合部、または磁界中の反強磁性（反平行）
型結合部を有し、また１つの状態から他の状態への遷移
が小さな磁界間隔で生じる。これらの多重層センサの欠
点は、層の磁化を平行状態から反平行状態に遷移させる
「反転」のために必要とされる磁界の値が過大なことで
ある。層が正規の厚さを有しかつ相互に結合されるとき
は強い磁界が必要とされる。「反転」のエネルギーは、
１つの層を隣接する２つの層と結合させるのに用いられ
るエネルギーの和に等しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、磁気抵抗効
果型弱磁界センサ、特に遷移エネルギーが小でありかつ
弱い磁界の測定に適している多層構造物を提案するもの
である。
果型弱磁界センサ、特に遷移エネルギーが小でありかつ
弱い磁界の測定に適している多層構造物を提案するもの
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によるセンサは少
なくとも１つのセルを有するが、その中に磁気材料の３
つの層とそれらの層間に介在する２つの非磁気材料の層
とが混在している。２つの非磁気材料の厚さは異なり、
中央磁気層が隣接する第１磁気材料層と反強磁性的に結
合され、かつ隣接する第２磁気材料層と強磁性的に結合
され、中央層の磁化の配向にかかわらず、２つの結合の
内の１つはフラストレーションを起こし、すなわちそれ
は他の磁界相互作用および結合がないときに必要なもの
に対応しない。
なくとも１つのセルを有するが、その中に磁気材料の３
つの層とそれらの層間に介在する２つの非磁気材料の層
とが混在している。２つの非磁気材料の厚さは異なり、
中央磁気層が隣接する第１磁気材料層と反強磁性的に結
合され、かつ隣接する第２磁気材料層と強磁性的に結合
され、中央層の磁化の配向にかかわらず、２つの結合の
内の１つはフラストレーションを起こし、すなわちそれ
は他の磁界相互作用および結合がないときに必要なもの
に対応しない。
【０００７】さらに詳述すると、本発明は少なくとも３
つの磁気材料層と、隣接する２つの磁気材料層間に介挿
された非磁気材料層とによって形成される金属多重層を
備えた磁気抵抗効果型弱磁界センサに関し、金属多重層
内の中央層である第２磁気材料層の結合が、第１磁気材
料層に対しては反強磁性型であり、また第３磁気材料層
に対しては強磁性型であり、それによってこのセンサで
測定される磁界のいかんにかかわらず結合のフラストレ
ーションの現象が生じる。
つの磁気材料層と、隣接する２つの磁気材料層間に介挿
された非磁気材料層とによって形成される金属多重層を
備えた磁気抵抗効果型弱磁界センサに関し、金属多重層
内の中央層である第２磁気材料層の結合が、第１磁気材
料層に対しては反強磁性型であり、また第３磁気材料層
に対しては強磁性型であり、それによってこのセンサで
測定される磁界のいかんにかかわらず結合のフラストレ
ーションの現象が生じる。
【０００８】
【実施例】図１は大きな磁気抵抗を持つ多層構造体の一
部を示すものである。この構造体はそれ自体公知のもの
であるが、本発明によるセンサの基本を構成する。剛性
を有する基板（図示されていない）の上に、例えばカソ
ード・スプレイすることによって、磁気材料層１，３，
５と、隣接する磁気材料層間に介挿された非磁気材料層
２，４とからなる単結晶多層構造体が形成されている。
部を示すものである。この構造体はそれ自体公知のもの
であるが、本発明によるセンサの基本を構成する。剛性
を有する基板（図示されていない）の上に、例えばカソ
ード・スプレイすることによって、磁気材料層１，３，
５と、隣接する磁気材料層間に介挿された非磁気材料層
２，４とからなる単結晶多層構造体が形成されている。
【０００９】最も頻繁に使用される非磁気材料はＣｕ、
Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、ＶａおよびＴｉである。磁気
材料はとりわけＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏであり、また最も普通
の組合せはＦｅ／Ｃｒ、Ｃｏ／Ａｕ、Ｆｅ／Ｃｕである
が、Ｇｄ／Ｙ、Ｇｄ／Ｄｙ、Ｄｙ／Ｙ、Ｙ／Ｅｒなどの
ような希土類の組合せも本発明のために用いることがで
きる。
Ａｇ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、ＶａおよびＴｉである。磁気
材料はとりわけＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏであり、また最も普通
の組合せはＦｅ／Ｃｒ、Ｃｏ／Ａｕ、Ｆｅ／Ｃｕである
が、Ｇｄ／Ｙ、Ｇｄ／Ｄｙ、Ｄｙ／Ｙ、Ｙ／Ｅｒなどの
ような希土類の組合せも本発明のために用いることがで
きる。
【００１０】層１から５までの厚さは一様であり（付着
の精度に関連した非一様性を除く）、また約５オングス
トロームから１００オングストロームまでの範囲内であ
り、したがって磁界がないときは、磁気材料層１，３，
５は反強磁性型の結合を有する。この型の結合は、図１
に３つの矢印記号６，７，８によって具体的に示されて
いるが、外部磁界がないときは、磁気材料層１の磁化が
例えば図の右手に向けられるならば（矢印６）、隣接す
る磁気材料層３（非磁気層２は磁化されない）は左手
（矢印７）に向けられ、したがって反平行であり、また
磁気材料層５の磁化は再度右手（矢印８）に向けられ、
その結果再び前の磁気材料層３に関して反平行である。
磁界がないときに磁気材料層１，３，５における磁化の
状態は反平行配列である。
の精度に関連した非一様性を除く）、また約５オングス
トロームから１００オングストロームまでの範囲内であ
り、したがって磁界がないときは、磁気材料層１，３，
５は反強磁性型の結合を有する。この型の結合は、図１
に３つの矢印記号６，７，８によって具体的に示されて
いるが、外部磁界がないときは、磁気材料層１の磁化が
例えば図の右手に向けられるならば（矢印６）、隣接す
る磁気材料層３（非磁気層２は磁化されない）は左手
（矢印７）に向けられ、したがって反平行であり、また
磁気材料層５の磁化は再度右手（矢印８）に向けられ、
その結果再び前の磁気材料層３に関して反平行である。
磁界がないときに磁気材料層１，３，５における磁化の
状態は反平行配列である。
【００１１】磁気材料層１，３，５に平行な磁界の効果
により、図１の反平行配列（反強磁性結合）の状態は図
２に具体的に示される平行配列（強磁性結合）の状態に
変わり、この場合、磁化状態はすべて同じ配向を有す
る。反平行配列の状態から平行配列の状態への遷移は、
磁界の微小間隔に生じる。
により、図１の反平行配列（反強磁性結合）の状態は図
２に具体的に示される平行配列（強磁性結合）の状態に
変わり、この場合、磁化状態はすべて同じ配向を有す
る。反平行配列の状態から平行配列の状態への遷移は、
磁界の微小間隔に生じる。
【００１２】多層構造体の電気抵抗は、配列の状態によ
り変わる。電流を伝導する電子は、２つの値、＋1/2 ま
たは−1/2 を有しかつその軸の回りの電子の回転方向に
対応するスピンを有する。説明を簡潔化するために、こ
れら２つの型の電子を「ハイ」電子および「ロー」電子
と称することにする。反平行状態の多重層（図１）で
は、「ハイ」電子は「ハイ」磁化状態（矢印６，８）を
持つ層との境界部で拡散され、また「ロー」電子は「ロ
ー」磁化状態（矢印７）を持つ層との境界部で拡散され
る。かくして、磁気材料層１，３，５はすべて電流の通
過に対して同じ「ハイ」値の抵抗を有し、さらに多重層
の抵抗はハイである。対照的に、平行状態の多重層では
（図２）、「ハイ」電子は「ハイ」層の上に拡散される
が、「ロー」電子はどんな層の上にも拡散されない（逆
もまた同じである）。したがって、「ロー」電子は多重
層にロー抵抗をもたらす。これは多重層構造体のある一
定の特徴でのみ「巨大磁気抵抗」と呼ばれ、また制限さ
れた磁界における磁界の変化による抵抗の変化が磁気抵
抗効果によってセンサの目的に使用できるような材料の
性質と呼ばれる磁気抵抗である。
り変わる。電流を伝導する電子は、２つの値、＋1/2 ま
たは−1/2 を有しかつその軸の回りの電子の回転方向に
対応するスピンを有する。説明を簡潔化するために、こ
れら２つの型の電子を「ハイ」電子および「ロー」電子
と称することにする。反平行状態の多重層（図１）で
は、「ハイ」電子は「ハイ」磁化状態（矢印６，８）を
持つ層との境界部で拡散され、また「ロー」電子は「ロ
ー」磁化状態（矢印７）を持つ層との境界部で拡散され
る。かくして、磁気材料層１，３，５はすべて電流の通
過に対して同じ「ハイ」値の抵抗を有し、さらに多重層
の抵抗はハイである。対照的に、平行状態の多重層では
（図２）、「ハイ」電子は「ハイ」層の上に拡散される
が、「ロー」電子はどんな層の上にも拡散されない（逆
もまた同じである）。したがって、「ロー」電子は多重
層にロー抵抗をもたらす。これは多重層構造体のある一
定の特徴でのみ「巨大磁気抵抗」と呼ばれ、また制限さ
れた磁界における磁界の変化による抵抗の変化が磁気抵
抗効果によってセンサの目的に使用できるような材料の
性質と呼ばれる磁気抵抗である。
【００１３】図３は、磁界による抵抗と、異なるクロム
厚さを有するＦｅ／Ｃｒ多重層の３つの構造体につい
て、磁界Ｈの関数として、磁界作用下の抵抗と磁界非作
用下の抵抗との比Ｒ／ＲH=0 の変化を示すものである。
図から分かるように、このシステムでは、磁気抵抗比Ｒ
／ＲH=0 は約１と０．５との間で変わるが、この変化は
対照的に、この例の２０キロガウス（ｋＧ）の逆の強力
な磁界のコストで得られる。
厚さを有するＦｅ／Ｃｒ多重層の３つの構造体につい
て、磁界Ｈの関数として、磁界作用下の抵抗と磁界非作
用下の抵抗との比Ｒ／ＲH=0 の変化を示すものである。
図から分かるように、このシステムでは、磁気抵抗比Ｒ
／ＲH=0 は約１と０．５との間で変わるが、この変化は
対照的に、この例の２０キロガウス（ｋＧ）の逆の強力
な磁界のコストで得られる。
【００１４】これがこれらのセンサの主な欠点である。
なすわち平行／反平行の反転を得るのに要する飽和磁界
Ｈｓの過大な値は、極めて大きい磁気抵抗によって構成
される有利を相対的なものにする。飽和磁界Ｈｓを減少
させるために、層間の距離を増加させることによって結
合の力を減少させることができるが、磁気抵抗が極めて
速やかに減少するのは、導電性金属の容積が電子の拡散
される境界の数を増加させずに増加されるからである。
なすわち平行／反平行の反転を得るのに要する飽和磁界
Ｈｓの過大な値は、極めて大きい磁気抵抗によって構成
される有利を相対的なものにする。飽和磁界Ｈｓを減少
させるために、層間の距離を増加させることによって結
合の力を減少させることができるが、磁気抵抗が極めて
速やかに減少するのは、導電性金属の容積が電子の拡散
される境界の数を増加させずに増加されるからである。
【００１５】本発明の１つの狙いは、一定の金属多重
層、すなわち層間の磁気結合のフラストレーションとい
う特性を使用する極めて弱い磁界によって作動する磁気
抵抗効果型センサである。これは、これらのセンサの飽
和磁界Ｈｓを減少させることができる。
層、すなわち層間の磁気結合のフラストレーションとい
う特性を使用する極めて弱い磁界によって作動する磁気
抵抗効果型センサである。これは、これらのセンサの飽
和磁界Ｈｓを減少させることができる。
【００１６】金属層構造体の磁気抵抗が、少なくともあ
る特定の組合せの材料について、非磁気材料層の厚さの
関数として発振の現象を受けることは、ごく最近の知識
の事柄である。さらに特定すると、結合の性質は連続磁
気層間の強磁性または反強磁性がそれらの間の非磁気材
料の厚さに左右されるかどうかによる。
る特定の組合せの材料について、非磁気材料層の厚さの
関数として発振の現象を受けることは、ごく最近の知識
の事柄である。さらに特定すると、結合の性質は連続磁
気層間の強磁性または反強磁性がそれらの間の非磁気材
料の厚さに左右されるかどうかによる。
【００１７】図４は、オングストロームで表わした銅層
の厚さｔCuの関数として、材料Ｃｏ／ＣｕおよびＦｅ／
Ｃｕの２つの組合せに関する磁気抵抗ＭＲの発振のこの
型の２つの例を示すものである。ここで、銅層は多重層
中に一様な厚さを有する。磁化は反平行の形（反磁性結
合）に、微小な銅の厚さ（Ｃｏ／Ｃｕでは１０オングス
トローム以下で、Ｆｅ／Ｃｕでは１５オングストローム
以下）であり、またそのとき、銅の厚さが増加するとき
平行の形（強磁性結合）を取る。さらに銅の厚さを（そ
れぞれ１５オングストロームおよび２０オングストロー
ム以上まで）増加させることによって、システムは反平
行の形に戻り、工程はこの方法で連続する。
の厚さｔCuの関数として、材料Ｃｏ／ＣｕおよびＦｅ／
Ｃｕの２つの組合せに関する磁気抵抗ＭＲの発振のこの
型の２つの例を示すものである。ここで、銅層は多重層
中に一様な厚さを有する。磁化は反平行の形（反磁性結
合）に、微小な銅の厚さ（Ｃｏ／Ｃｕでは１０オングス
トローム以下で、Ｆｅ／Ｃｕでは１５オングストローム
以下）であり、またそのとき、銅の厚さが増加するとき
平行の形（強磁性結合）を取る。さらに銅の厚さを（そ
れぞれ１５オングストロームおよび２０オングストロー
ム以上まで）増加させることによって、システムは反平
行の形に戻り、工程はこの方法で連続する。
【００１８】層と層との間の磁気結合の性質での発振の
この現象は、磁気抵抗を減少させずに磁気層間の固定を
減少させる本発明のセンサに使用される。図５は、この
磁気抵抗センサの基本的なセルを示す。
この現象は、磁気抵抗を減少させずに磁気層間の固定を
減少させる本発明のセンサに使用される。図５は、この
磁気抵抗センサの基本的なセルを示す。
【００１９】図１の構造体と同様に、このセルの構造
は、３つの磁気材料層９，１１および１３と、隣接する
磁気材料層間に介挿された非磁気材料層１０および１２
とによって形成される金属多重層であるという特質を有
する。この多重層を支持する基板は図示されていない。
またそれは、次の図にも示されていない。好適な磁気材
料（９，１１，１３）は鉄、コバルト、ニッケルであ
り、また好適な非磁気材料（１０，１２）は銅、銀、
金、マンガン、クロム、バナジウムまたはチタンであ
る。
は、３つの磁気材料層９，１１および１３と、隣接する
磁気材料層間に介挿された非磁気材料層１０および１２
とによって形成される金属多重層であるという特質を有
する。この多重層を支持する基板は図示されていない。
またそれは、次の図にも示されていない。好適な磁気材
料（９，１１，１３）は鉄、コバルト、ニッケルであ
り、また好適な非磁気材料（１０，１２）は銅、銀、
金、マンガン、クロム、バナジウムまたはチタンであ
る。
【００２０】本発明によるセンサの第１の特徴は、いろ
いろな磁気層を結合する相互作用の配列にある。結合フ
ラストレーションは飽和磁界を減少させ、したがって反
転エネルギーを減少させるように作用する。こうするに
は、第１の非磁気材料層、例えば層１０、の厚さｅ1 が
定められ、その結果第２磁気材料層、セルの中央層、す
なわち層１１は第１磁気材料層９との反強磁性結合を有
する。同様に、第２の非磁気材料層の厚さｅ2 が定めら
れるので、同じ第２磁気材料層１１は第３磁気材料層１
３との強磁性結合を有し、この結合は前の反強磁性結合
よりも少し弱い。だが、さらに、第１および第３磁気材
料層９，１３はそれらの強い抗電界に対して選ばれるの
で、これら２つの層の磁化（矢印６および８）は強磁性
構造でブロックされる。つまり、層９および１３の磁化
がブロックされるので、また３つの磁気材料層間の結合
の性質が２つの非磁気材料層の厚さｅ1 およびｅ2 によ
って制御されるので、２つの結合の内の１つは必ず磁化
の配向にかかわらずフラストレーションが起こされる。
いろな磁気層を結合する相互作用の配列にある。結合フ
ラストレーションは飽和磁界を減少させ、したがって反
転エネルギーを減少させるように作用する。こうするに
は、第１の非磁気材料層、例えば層１０、の厚さｅ1 が
定められ、その結果第２磁気材料層、セルの中央層、す
なわち層１１は第１磁気材料層９との反強磁性結合を有
する。同様に、第２の非磁気材料層の厚さｅ2 が定めら
れるので、同じ第２磁気材料層１１は第３磁気材料層１
３との強磁性結合を有し、この結合は前の反強磁性結合
よりも少し弱い。だが、さらに、第１および第３磁気材
料層９，１３はそれらの強い抗電界に対して選ばれるの
で、これら２つの層の磁化（矢印６および８）は強磁性
構造でブロックされる。つまり、層９および１３の磁化
がブロックされるので、また３つの磁気材料層間の結合
の性質が２つの非磁気材料層の厚さｅ1 およびｅ2 によ
って制御されるので、２つの結合の内の１つは必ず磁化
の配向にかかわらずフラストレーションが起こされる。
【００２１】ここで説明されるているケースでは、フラ
ストレーションが結合１１−１３に関するのは、それが
結合９−１１より少し弱くなるように選ばれたからであ
るが、厚さｅ1 およびｅ2 および材料の選択は反対の状
況を生じることがある。
ストレーションが結合１１−１３に関するのは、それが
結合９−１１より少し弱くなるように選ばれたからであ
るが、厚さｅ1 およびｅ2 および材料の選択は反対の状
況を生じることがある。
【００２２】本発明によるセンサの第２の特徴は、磁気
材料の選択に関するものである。第１磁気材料が第２非
磁気材料と交互に位置するＦｅ／Ｃｕのようなシステム
は、それが磁気材料層９／１１と１３／１１との間の２
つの結合の内の１つについてフラストレーションを伴う
厚さｅ1 、ｅ2 に対応するならば、本発明の分野に属す
る。
材料の選択に関するものである。第１磁気材料が第２非
磁気材料と交互に位置するＦｅ／Ｃｕのようなシステム
は、それが磁気材料層９／１１と１３／１１との間の２
つの結合の内の１つについてフラストレーションを伴う
厚さｅ1 、ｅ2 に対応するならば、本発明の分野に属す
る。
【００２３】しかし、本発明によれば、図５に示すよう
な基本的セルでは、第１および第３磁気材料層９，１３
は「ハード」磁気材料、すなわち強い抗電界を持つ材料
で作られる。センサの正規な動作において、感知すべき
磁界はあまりにも弱すぎるので、強磁性形状でブロック
される２つの層の磁化を逆にする。
な基本的セルでは、第１および第３磁気材料層９，１３
は「ハード」磁気材料、すなわち強い抗電界を持つ材料
で作られる。センサの正規な動作において、感知すべき
磁界はあまりにも弱すぎるので、強磁性形状でブロック
される２つの層の磁化を逆にする。
【００２４】セルに対して中央の第２磁気材料層１１
は、弱い飽和磁界を有する、すなわち逆の弱磁界型の
「ソフト」磁気材料から作るのが望ましい。それは例え
ば鉄である。
は、弱い飽和磁界を有する、すなわち逆の弱磁界型の
「ソフト」磁気材料から作るのが望ましい。それは例え
ば鉄である。
【００２５】中央層１１の磁化が反平行位置（反強磁
性）から平行位置（強磁性）まで変わるときに大きな磁
気抵抗が現われる。この順列を必要とする磁界は、結合
のフラストレーションによりそれぞれ反強磁性および強
磁性結合に対応するエネルギーＥafとＥf との間の差に
等しい２つの位置間のエネルギーの差によって定められ
る。その結果、極めて低い磁界によって高い磁気抵抗が
生ずる。すなわち本発明によるセンサは弱い磁界に対し
て敏感である。対照的に、結合フラストレーションを用
いない既知のセンサでは、逆のエネルギーはエネルギー
ＥafとＥf との和に等しく、これらのセンサは敏感では
ない。
性）から平行位置（強磁性）まで変わるときに大きな磁
気抵抗が現われる。この順列を必要とする磁界は、結合
のフラストレーションによりそれぞれ反強磁性および強
磁性結合に対応するエネルギーＥafとＥf との間の差に
等しい２つの位置間のエネルギーの差によって定められ
る。その結果、極めて低い磁界によって高い磁気抵抗が
生ずる。すなわち本発明によるセンサは弱い磁界に対し
て敏感である。対照的に、結合フラストレーションを用
いない既知のセンサでは、逆のエネルギーはエネルギー
ＥafとＥf との和に等しく、これらのセンサは敏感では
ない。
【００２６】図６は基本的セル構造を示すものである。
事実、磁気抵抗性センサには多数の同様なセル、すなわ
ち３０層とか、４０層、６０層などの例が頻繁に見られ
る。これは図６が本発明によるセンサの領域のみを示す
理由であり、その基板は図示されていない。
事実、磁気抵抗性センサには多数の同様なセル、すなわ
ち３０層とか、４０層、６０層などの例が頻繁に見られ
る。これは図６が本発明によるセンサの領域のみを示す
理由であり、その基板は図示されていない。
【００２７】多数の層のこのさらに一般的な場合では、
センサはＡ、Ｂ…と集合的に示されたセルの積重体を単
位とし、それを積層することによって形成されるが、そ
の場合、セルの第３磁気材料層（１３，２３）はそれぞ
れ次のセルの第１磁気材料層を構成する。非磁気材料層
の積重ねの順序は、厚さがｅ1 、ｅ2 、ｅ1 、ｅ2 、ｅ
1 …型またはｅ1 、ｅ2 、ｅ2 、ｅ1 、ｅ2 …型の順を
形成するようにされるが、ｅ1 の厚さを持つ２つの層
は、そのとき「ソフト」材料（１１，２１）で作られた
対応する層がフラストレーションを起こさないように相
互に隣接しなければならない。それによってセンサは感
度を失うからである。厚さｅ1 およびｅ2の順序の変化
は、「ハード」磁気材料層（９，１３，２３）および
「ソフト」磁気材料層（１１，１２）の積重ねの順序の
どのような変化をも伴わない。
センサはＡ、Ｂ…と集合的に示されたセルの積重体を単
位とし、それを積層することによって形成されるが、そ
の場合、セルの第３磁気材料層（１３，２３）はそれぞ
れ次のセルの第１磁気材料層を構成する。非磁気材料層
の積重ねの順序は、厚さがｅ1 、ｅ2 、ｅ1 、ｅ2 、ｅ
1 …型またはｅ1 、ｅ2 、ｅ2 、ｅ1 、ｅ2 …型の順を
形成するようにされるが、ｅ1 の厚さを持つ２つの層
は、そのとき「ソフト」材料（１１，２１）で作られた
対応する層がフラストレーションを起こさないように相
互に隣接しなければならない。それによってセンサは感
度を失うからである。厚さｅ1 およびｅ2の順序の変化
は、「ハード」磁気材料層（９，１３，２３）および
「ソフト」磁気材料層（１１，１２）の積重ねの順序の
どのような変化をも伴わない。
【００２８】さらに一般的に述べれば、本発明による磁
気抵抗センサは三重の交互配置構造を持っている。
気抵抗センサは三重の交互配置構造を持っている。
【００２９】磁気材料層は非磁気材料層と交互に配置さ
れ、磁気材料層の中で、強い抗電界を持つ「ハード」型
材料は弱い飽和電界を持つ「ソフト」型材料と交互に配
置され、非磁気材料層の中で、厚さが変わるので、磁気
材料層間の結合は交互に強磁性型および反強磁性型とな
る。
れ、磁気材料層の中で、強い抗電界を持つ「ハード」型
材料は弱い飽和電界を持つ「ソフト」型材料と交互に配
置され、非磁気材料層の中で、厚さが変わるので、磁気
材料層間の結合は交互に強磁性型および反強磁性型とな
る。
【００３０】本発明による磁気抵抗センサは、磁気記録
の読み出しに特に好適に使用される。
の読み出しに特に好適に使用される。
【図１】反強磁性型の結合を示す大きな磁気抵抗を持つ
多層構造体の縦断面図。
多層構造体の縦断面図。
【図２】強磁性型の結合を示す大きな磁気抵抗を持つ多
層構造体の縦断面図。
層構造体の縦断面図。
【図３】磁気抵抗の変化を磁界の関数として示す曲線
図。
図。
【図４】磁気抵抗の変化を非磁気材料の厚さの関数とし
て示す曲線図。
て示す曲線図。
【図５】基本セルの形をした本発明による磁気抵抗効果
型の多層構造体を示す図。
型の多層構造体を示す図。
【図６】基本セルのシステムの形をした本発明による磁
気抵抗効果型の多層構造体を示す図。
気抵抗効果型の多層構造体を示す図。
１ 磁気材料層 ２ 非磁気材料層 ３ 磁気材料層 ４ 非磁気材料層 ５ 磁気材料層 ９ 磁気材料層（ハード磁気材料層） １０ 非磁気材料層 １１ 磁気材料層（ソフト磁気材料層） １２ 非磁気材料層 １３ 磁気材料層（ハード磁気材料層） ２１ 磁気材料層（ソフト磁気材料層） ２３ 磁気材料層（ハード磁気材料層）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−96510（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−52111（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−67820（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−100202（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−212402（ＪＰ，Ａ) Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ ｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．58，Ｎｏ．20, ｐｐ．2306−2308 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 43/08 G01R 33/09 G11B 5/39 H01F 10/32 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (7)
- 【請求項１】少なくとも３つの磁気材料層と、隣接する
２つの磁気材料層間に介挿された非磁気材料層とによっ
て形成される金属多重層を備え、金属多重層中の中央層
である第２磁気材料層の結合が第１磁気材料層に対して
は反強磁性型であって、第３磁気材料層に対しては強磁
性型であり、それにより、測定される磁界のいかんにか
かわらず結合のフラストレーション現象を生じることを
特徴とする磁気抵抗効果型弱磁界センサ。 - 【請求項２】第１非磁気材料層の厚さが第１磁気材料層
と第２磁気材料層との間の反強磁性結合に対して選定さ
れ、また第２非磁気材料層の厚さは第２磁気材料層と第
３磁気材料層との間の強磁性結合に対して選定されるこ
とを特徴とする請求項１による弱磁界センサ。 - 【請求項３】金属多重層において、磁気材料層は強い保
磁力を持つ「ハード」型材料と弱い飽和磁化を持つ「ソ
フト」型材料とが交互に配置されていることを特徴とす
る請求項１による弱磁界センサ。 - 【請求項４】「ハード」型磁気材料層の磁化はそれらの
強い保磁力によってブロックされることを特徴とする請
求項３による弱磁界センサ。 - 【請求項５】「ソフト」型磁気材料層は、隣接する非磁
気材料層の厚さにより磁気結合が「フラストレーショ
ン」される磁気材料層であることを特徴とする請求項３
による弱磁界センサ。 - 【請求項６】「ハード」磁気材料はＣｏおよびＮｉの中
から選択され、「ソフト」磁気材料はＦｅおよびＮｉＦ
ｅの中から選択され、また非磁気材料はＣｕ、Ａｇ、Ａ
ｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、ＶおよびＴｉの中から選択されること
を特徴とする請求項３による弱磁界センサ。 - 【請求項７】磁気材料および非磁気材料と、 「ハード」磁気材料および「ソフト」磁気材料と、 選択された厚さを持つ複数の非磁気材料との三重の交互
配置構造を持っており、「ソフト」材料層の結合の内の
一方は反強磁性であり、他方は強磁性であることを特徴
とする請求項１〜６のいずれかによる弱磁界センサ。
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