JP3344691B2 - ペロブスカイト・マンガネート材料にもとづく新規な磁気抵抗素子 - Google Patents
ペロブスカイト・マンガネート材料にもとづく新規な磁気抵抗素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気データ記憶装
置に広く使用される磁気抵抗薄膜材料及び素子に関し、
特に、大きな低磁場磁気抵抗応答を有する素子の形成に
おける、添加（doped）ペロブスカイト・マンガネート
（manganate）薄膜の利用技術に関する。
置に広く使用される磁気抵抗薄膜材料及び素子に関し、
特に、大きな低磁場磁気抵抗応答を有する素子の形成に
おける、添加（doped）ペロブスカイト・マンガネート
（manganate）薄膜の利用技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗素子は最新のディスク・ドライ
ブの読取りヘッドに広く使用される。これらを磁気ラン
ダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）・チップにおいて
使用する試験的な作業も始まった。高密度記憶アプリケ
ーションでは、大きな磁気抵抗変調が重要である。密度
及びコストの点で、既存のスタティック・ランダム・ア
クセス・メモリ（ＳＲＡＭ）に対抗するＭＲＡＭ技術で
は、とりわけ２０Ｏｅ以下の磁場内で２０％を越える抵
抗変調を達成することが必要である。最近、磁気抵抗セ
ンサが、例えば自動車産業など、磁場センシングの他の
領域においても潜在的に使用され得ることが判明した。
高感度の磁気抵抗素子に対する強い期待が寄せられてい
る。
ブの読取りヘッドに広く使用される。これらを磁気ラン
ダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）・チップにおいて
使用する試験的な作業も始まった。高密度記憶アプリケ
ーションでは、大きな磁気抵抗変調が重要である。密度
及びコストの点で、既存のスタティック・ランダム・ア
クセス・メモリ（ＳＲＡＭ）に対抗するＭＲＡＭ技術で
は、とりわけ２０Ｏｅ以下の磁場内で２０％を越える抵
抗変調を達成することが必要である。最近、磁気抵抗セ
ンサが、例えば自動車産業など、磁場センシングの他の
領域においても潜在的に使用され得ることが判明した。
高感度の磁気抵抗素子に対する強い期待が寄せられてい
る。
【０００３】高磁気抵抗センサとしての使用が考慮され
る素子には、金属多重層（例えば、R．L．Whiteによ
る、"Giant magnetoresistance materials and their p
otential as read head sensors"、IEEE Trans．Magn．
（USA）30、346（１９９４年））、金属ベースのスピン
・バルブ（例えば、D．E．Heim、R．E．Fontana、C．Ts
ang、V．S．Speriosu、B．A．Gurney、M．L．Williams
による、"Design and operation of spin valve sensor
s"、IEEE Trans．Magn．（USA）、316（１９９４
年））、及び金属−絶縁体−金属スピン依存トンネル・
バルブ（例えば、J．C．Slonczewskiによる、"Magnetic
Bubble Tunnel Detector"、IBM Technical Disclosure
Bulletin、Vol．19、No 6、page 2328、（１９７６
年）、及びJ．Moodera、Terrilyn M．Wong、Lisa R．
Kinder及びR．Meserveyによる、"Large magnetoresista
nce at room temperature in ferromagnetic thin film
tunnel junctions"、Phys．Rev．Lett．74、3273（１
９９５年））が含まれる。前記の論文は、本発明に参考
文献として組み込まれるものである。これらの技術によ
り獲得され、報告された最大の飽和磁気抵抗変調は実験
室環境において、２５％以下のオーダである。これらの
技術における磁気抵抗の改善は、これまでに漸次達成さ
れてきた。
る素子には、金属多重層（例えば、R．L．Whiteによ
る、"Giant magnetoresistance materials and their p
otential as read head sensors"、IEEE Trans．Magn．
（USA）30、346（１９９４年））、金属ベースのスピン
・バルブ（例えば、D．E．Heim、R．E．Fontana、C．Ts
ang、V．S．Speriosu、B．A．Gurney、M．L．Williams
による、"Design and operation of spin valve sensor
s"、IEEE Trans．Magn．（USA）、316（１９９４
年））、及び金属−絶縁体−金属スピン依存トンネル・
バルブ（例えば、J．C．Slonczewskiによる、"Magnetic
Bubble Tunnel Detector"、IBM Technical Disclosure
Bulletin、Vol．19、No 6、page 2328、（１９７６
年）、及びJ．Moodera、Terrilyn M．Wong、Lisa R．
Kinder及びR．Meserveyによる、"Large magnetoresista
nce at room temperature in ferromagnetic thin film
tunnel junctions"、Phys．Rev．Lett．74、3273（１
９９５年））が含まれる。前記の論文は、本発明に参考
文献として組み込まれるものである。これらの技術によ
り獲得され、報告された最大の飽和磁気抵抗変調は実験
室環境において、２５％以下のオーダである。これらの
技術における磁気抵抗の改善は、これまでに漸次達成さ
れてきた。
【０００４】強い磁気抵抗材料の新たなクラスが過去２
年の間に報告された（例えば、S．Jin、T．H．Tiefel、
M．McCormack、R．A．Fastnacht、R．Ramesh、L．H．Ch
enによる、"Thousandfold change in resistivity in m
agnetoresistive La-Ca-Mn-Ofilms"、Science 264、413
（１９９４年）、及びR．von Helmolt、J．Wecker、B．
Holzapfel、L．Schultz、K．Samwerによる、"Giant neg
ative magnetoresistance in perovskite La2/3Ba1/3Mn
Ox"、Phys．Rev．Lett．71、2331（１９９３年）を参
照）。前記の論文は、本発明に参考文献として組み込ま
れる。２桁の大きさの抵抗変調がこれらの論文内で見い
出される。しかしながら、今日までの全ての研究は、こ
れらの大きな抵抗変化を誘起するために数テスラのオー
ダの大きな磁場が必要となることを示している。これら
の材料の低磁場磁気抵抗は極小のままである。それ故、
これらの材料が読取りヘッド及びＭＲＡＭアプリケーシ
ョンにおいて、微小信号に対する磁気抵抗磁場センサと
して有用か否かは明確でない。
年の間に報告された（例えば、S．Jin、T．H．Tiefel、
M．McCormack、R．A．Fastnacht、R．Ramesh、L．H．Ch
enによる、"Thousandfold change in resistivity in m
agnetoresistive La-Ca-Mn-Ofilms"、Science 264、413
（１９９４年）、及びR．von Helmolt、J．Wecker、B．
Holzapfel、L．Schultz、K．Samwerによる、"Giant neg
ative magnetoresistance in perovskite La2/3Ba1/3Mn
Ox"、Phys．Rev．Lett．71、2331（１９９３年）を参
照）。前記の論文は、本発明に参考文献として組み込ま
れる。２桁の大きさの抵抗変調がこれらの論文内で見い
出される。しかしながら、今日までの全ての研究は、こ
れらの大きな抵抗変化を誘起するために数テスラのオー
ダの大きな磁場が必要となることを示している。これら
の材料の低磁場磁気抵抗は極小のままである。それ故、
これらの材料が読取りヘッド及びＭＲＡＭアプリケーシ
ョンにおいて、微小信号に対する磁気抵抗磁場センサと
して有用か否かは明確でない。
【０００５】磁気抵抗は、材料の電気抵抗の磁場依存性
を指し示す。通常の強磁性金属は、数パーセントの磁気
抵抗を示す。
を指し示す。通常の強磁性金属は、数パーセントの磁気
抵抗を示す。
【０００６】巨大磁気抵抗効果は、金属強磁性多重層及
び（または）粒状の薄膜内で獲得される比較的大きな磁
気抵抗効果を指し示す。代表的な巨大磁気抵抗多重層
は、１０+2Ｏｅのオーダの磁場の印加の下で、１０％近
辺の磁気抵抗変調を有する。
び（または）粒状の薄膜内で獲得される比較的大きな磁
気抵抗効果を指し示す。代表的な巨大磁気抵抗多重層
は、１０+2Ｏｅのオーダの磁場の印加の下で、１０％近
辺の磁気抵抗変調を有する。
【０００７】超巨大磁気抵抗効果は、添加ペロブスカイ
ト・マンガネートにおける２倍を十分に上回る大きな抵
抗変化を指し示し、これは磁場の印加の下では数桁の大
きさになる。抵抗のこうした大きな変化のために要求さ
れる磁場は、通常、かなり高く、数テスラまたは１０+4
Ｏｅ乃至１０+5Ｏｅの範囲である。
ト・マンガネートにおける２倍を十分に上回る大きな抵
抗変化を指し示し、これは磁場の印加の下では数桁の大
きさになる。抵抗のこうした大きな変化のために要求さ
れる磁場は、通常、かなり高く、数テスラまたは１０+4
Ｏｅ乃至１０+5Ｏｅの範囲である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、添加
ペロブスカイト・マンガネート薄膜を強磁性要素として
用い、３層構造を通じて電流が輸送される、３層薄膜磁
気抵抗素子を提供することである。
ペロブスカイト・マンガネート薄膜を強磁性要素として
用い、３層構造を通じて電流が輸送される、３層薄膜磁
気抵抗素子を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】スピン依存輸送が、中間
の障壁層を両側から挟むマンガネート磁性層の両薄膜か
ら成る３層薄膜磁気抵抗素子構造により実現される。こ
の薄膜構造の最上部及び最下部の両磁性層がそれぞれ異
なる有効飽和保磁力を有し、強いスピン分極を示す。こ
の障壁層の材料は、両磁気薄膜層間の磁気交換結合を崩
壊し、それにより、各層の磁気モーメント回転を磁気交
換結合力によるロックから開放して相互に自由に回転さ
せると同時に、障壁層を横断する電流の通流を可能にさ
せる金属材料または絶縁材料から構成される。
の障壁層を両側から挟むマンガネート磁性層の両薄膜か
ら成る３層薄膜磁気抵抗素子構造により実現される。こ
の薄膜構造の最上部及び最下部の両磁性層がそれぞれ異
なる有効飽和保磁力を有し、強いスピン分極を示す。こ
の障壁層の材料は、両磁気薄膜層間の磁気交換結合を崩
壊し、それにより、各層の磁気モーメント回転を磁気交
換結合力によるロックから開放して相互に自由に回転さ
せると同時に、障壁層を横断する電流の通流を可能にさ
せる金属材料または絶縁材料から構成される。
【００１０】好適な実施例では、障壁層を両側から挟む
最上部及び最下部の両磁性層が、それらの伝導電子の強
いスピン分極を有する強磁性導体、すなわちペロブスカ
イト構造マンガネート磁性層から形成される。２つの層
の各有効飽和保磁力が、これらの要素の形状を制御する
か、またはこれらの要素を異なる異方性エネルギーを有
する材料により形成することにより異なるようにされ
る。この３層薄膜磁気抵抗素子を有効飽和保磁力と同じ
オーダーの大きさの磁場に曝すと、両磁性層間で磁気モ
ーメントの相対的回転が生じる。障壁層を横断するスピ
ン依存輸送作用は、磁気モーメントの相対的配向に依存
する電気伝導率を有する。従って、磁気抵抗効果が現れ
る。
最上部及び最下部の両磁性層が、それらの伝導電子の強
いスピン分極を有する強磁性導体、すなわちペロブスカ
イト構造マンガネート磁性層から形成される。２つの層
の各有効飽和保磁力が、これらの要素の形状を制御する
か、またはこれらの要素を異なる異方性エネルギーを有
する材料により形成することにより異なるようにされ
る。この３層薄膜磁気抵抗素子を有効飽和保磁力と同じ
オーダーの大きさの磁場に曝すと、両磁性層間で磁気モ
ーメントの相対的回転が生じる。障壁層を横断するスピ
ン依存輸送作用は、磁気モーメントの相対的配向に依存
する電気伝導率を有する。従って、磁気抵抗効果が現れ
る。
【００１１】上下の電極の磁化の相対回転を生じるため
に要求される磁場の大きさは、電極の飽和保磁力のオー
ダである。マンガネート薄膜では、これは材料の選択及
び動作温度に依存して、通常、１Ｏｅ乃至５００Ｏｅの
オーダである。この比較的低い磁場のスケール（磁界の
大きさの程度）は以前よりも著しく低い磁界において磁
気抵抗の観測を可能にし、マンガネートから成る磁気抵
抗素子をセンサ・アプリケーションにとって魅力的なも
のにする。マンガネート材料の電子構造では上下の電極
間の磁化の角度が変化するとき、その伝導電子が強くス
ピン分極されて、大きな磁気抵抗変調を生じやすい。こ
のことは、こうしたセンサ素子が低磁界に応答できるこ
とを意味する。現実的には、このことは記憶媒体の高記
録密度、並びにメモリ・アプリケーションの低電力要求
に関連付けられる。
に要求される磁場の大きさは、電極の飽和保磁力のオー
ダである。マンガネート薄膜では、これは材料の選択及
び動作温度に依存して、通常、１Ｏｅ乃至５００Ｏｅの
オーダである。この比較的低い磁場のスケール（磁界の
大きさの程度）は以前よりも著しく低い磁界において磁
気抵抗の観測を可能にし、マンガネートから成る磁気抵
抗素子をセンサ・アプリケーションにとって魅力的なも
のにする。マンガネート材料の電子構造では上下の電極
間の磁化の角度が変化するとき、その伝導電子が強くス
ピン分極されて、大きな磁気抵抗変調を生じやすい。こ
のことは、こうしたセンサ素子が低磁界に応答できるこ
とを意味する。現実的には、このことは記憶媒体の高記
録密度、並びにメモリ・アプリケーションの低電力要求
に関連付けられる。
【００１２】１実施例では、素子が既知のフォトリソグ
ラフィ技術を用いて、最初に酸化物ペロブスカイト材料
の３つの層を順次付着することにより製作される。それ
らの３つの層は、第１層が５００ のＬａ0.67Ｃａ0.33
ＭｎＯ3（ＬＣＭＯ）、分離層としての第２層が、約５
０ のＳｒＴｉＯ3（ＳＴＯ）、そして最上部要素とし
ての第３層が、別の３００ のＬａ0.67Ｃａ0.33ＭｎＯ
3である。
ラフィ技術を用いて、最初に酸化物ペロブスカイト材料
の３つの層を順次付着することにより製作される。それ
らの３つの層は、第１層が５００ のＬａ0.67Ｃａ0.33
ＭｎＯ3（ＬＣＭＯ）、分離層としての第２層が、約５
０ のＳｒＴｉＯ3（ＳＴＯ）、そして最上部要素とし
ての第３層が、別の３００ のＬａ0.67Ｃａ0.33ＭｎＯ
3である。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の構造の要素を示
す。最下部接触電極１及び最上部接触電極６が、２つの
強磁性薄膜すなわち要素２及び４のスタックを通じて接
続され、これらの要素が、それらの間に配置される通常
の金属または絶縁層から成る要素３により分離される。
最下部接触電極１は基板９上に載置され得る。電極１及
び基板９が一体であってもよい。基板９として考慮され
る材料には、例えばＳｉ及びＳｒＴｉＯ3が含まれる。
す。最下部接触電極１及び最上部接触電極６が、２つの
強磁性薄膜すなわち要素２及び４のスタックを通じて接
続され、これらの要素が、それらの間に配置される通常
の金属または絶縁層から成る要素３により分離される。
最下部接触電極１は基板９上に載置され得る。電極１及
び基板９が一体であってもよい。基板９として考慮され
る材料には、例えばＳｉ及びＳｒＴｉＯ3が含まれる。
【００１４】層３の機能は、２つの強磁性層２及び４の
間の交換結合を破壊することである。層３の基本的な特
性は前述の機能を達成し、層２と層４との間の電気路を
保持することである。概念的には金属の使用が可能であ
るが、現在考慮される材料には、ＳｒＴｉＯ3などの酸
化物の薄層が含まれる。
間の交換結合を破壊することである。層３の基本的な特
性は前述の機能を達成し、層２と層４との間の電気路を
保持することである。概念的には金属の使用が可能であ
るが、現在考慮される材料には、ＳｒＴｉＯ3などの酸
化物の薄層が含まれる。
【００１５】要素５は、要素４上に載置する保護層であ
る。１実施例では、層５は銀であり、薄膜要素２、３及
び４の付着後に薄膜要素４上の本来の位置に形成され
る。保護層５はリソグラフィに関連する劣化から、ペロ
ブスカイト薄膜表面を保護し、同時に金属とペロブスカ
イト・マンガネートとの間の接触抵抗を最小に維持す
る。ペロブスカイト・マンガネートは最も一般的に使用
されるリードと薄い酸化物界面層を形成する傾向があ
り、こうしたリードは、銅やアルミニウムなどの酸化さ
れ得る金属を含む。こうした界面は接触抵抗の増大を生
じる。従って、界面を純粋に且つ低抵抗に維持するため
に銀、金または白金などの貴金属（通常の条件下で酸化
しない金属）の保護層が使用される。金属リードとマン
ガネート柱との間の接触抵抗をできる限り低く維持し、
測定抵抗が接触抵抗によってではなく、柱抵抗自身によ
り支配されるようにすることが重要である（接触抵抗は
通常、大きな磁気抵抗効果を有さず、従って磁気抵抗を
低減する）。
る。１実施例では、層５は銀であり、薄膜要素２、３及
び４の付着後に薄膜要素４上の本来の位置に形成され
る。保護層５はリソグラフィに関連する劣化から、ペロ
ブスカイト薄膜表面を保護し、同時に金属とペロブスカ
イト・マンガネートとの間の接触抵抗を最小に維持す
る。ペロブスカイト・マンガネートは最も一般的に使用
されるリードと薄い酸化物界面層を形成する傾向があ
り、こうしたリードは、銅やアルミニウムなどの酸化さ
れ得る金属を含む。こうした界面は接触抵抗の増大を生
じる。従って、界面を純粋に且つ低抵抗に維持するため
に銀、金または白金などの貴金属（通常の条件下で酸化
しない金属）の保護層が使用される。金属リードとマン
ガネート柱との間の接触抵抗をできる限り低く維持し、
測定抵抗が接触抵抗によってではなく、柱抵抗自身によ
り支配されるようにすることが重要である（接触抵抗は
通常、大きな磁気抵抗効果を有さず、従って磁気抵抗を
低減する）。
【００１６】また、層６と層４との間の低抵抗接触を形
成可能な場合、層５を排除することも可能である。この
構造では、要素２及び４は添加ペロブスカイト・マンガ
ネートの強磁性薄膜である。要素４は、要素２と同一の
材料を用いて形成されても、そうでなくてもよい。従っ
て、例えば層２及び層４の両方が添加マンガネート・ペ
ロブスカイト材料であっても、或いはそれらの一方が添
加マンガネート・ペロブスカイト材料であり、他方が高
度なスピン分極を示す異なる強磁性要素または化合物で
あってもよい。３層薄膜から開始して柱８（要素２、３
及び４を含む）がフォトリソグラフィを用いて形成され
る。最上部及び最下部電極（１及び６）がシリコン酸化
物などの酸化物材料層（図１では便宜上示されていな
い）により、物理的に分離される。
成可能な場合、層５を排除することも可能である。この
構造では、要素２及び４は添加ペロブスカイト・マンガ
ネートの強磁性薄膜である。要素４は、要素２と同一の
材料を用いて形成されても、そうでなくてもよい。従っ
て、例えば層２及び層４の両方が添加マンガネート・ペ
ロブスカイト材料であっても、或いはそれらの一方が添
加マンガネート・ペロブスカイト材料であり、他方が高
度なスピン分極を示す異なる強磁性要素または化合物で
あってもよい。３層薄膜から開始して柱８（要素２、３
及び４を含む）がフォトリソグラフィを用いて形成され
る。最上部及び最下部電極（１及び６）がシリコン酸化
物などの酸化物材料層（図１では便宜上示されていな
い）により、物理的に分離される。
【００１７】添加ペロブスカイト・マンガネートは、そ
の組成がＡxＢyＭｎＯ3-dの材料のクラスを指し示し、
ＡはＬａ、Ｐｒ、Ｙなどの三価の希土類元素であり、Ｂ
はＣａまたはＳｒなどの二価のアルカリ土類元素であ
り、ｘ及びｙはペロブスカイト構造が安定で（ペロブス
カイト構造として維持される）、材料が所望の電子及び
磁気特性を有する範囲内で選択され、ｄは酸素空格子点
の添加（oxygen vacancydoping）を指し示す。
の組成がＡxＢyＭｎＯ3-dの材料のクラスを指し示し、
ＡはＬａ、Ｐｒ、Ｙなどの三価の希土類元素であり、Ｂ
はＣａまたはＳｒなどの二価のアルカリ土類元素であ
り、ｘ及びｙはペロブスカイト構造が安定で（ペロブス
カイト構造として維持される）、材料が所望の電子及び
磁気特性を有する範囲内で選択され、ｄは酸素空格子点
の添加（oxygen vacancydoping）を指し示す。
【００１８】本発明を実験的に検証するために、図１に
示される特定の素子が使用された。ＬＣＭＯ／ＳＴＯ／
ＬＣＭＯの薄膜３層がレーザ・アブレーションを用い
て、化学量ターゲットからＳｒＴｉＯ3（１００）基板
上に形成された。基板がＬＣＭＯの付着のために７００
°Ｃに、またＳＴＯの付着のために６００°Ｃに保持さ
れた。３層薄膜が付着室から取り出される以前に約２０
０ の銀の接触／保護層５が、本来の位置に被覆され
る。これはリード電極６と最上部要素４との良好なオー
ミック接触を保証し、同時に酸化物の薄膜をフォトリソ
グラフィに関連する劣化から保護するために実施され
る。図１の素子外観を有するこうした構造の形成は、既
知のフォトリソグラフィ技術を用いて達成される。
示される特定の素子が使用された。ＬＣＭＯ／ＳＴＯ／
ＬＣＭＯの薄膜３層がレーザ・アブレーションを用い
て、化学量ターゲットからＳｒＴｉＯ3（１００）基板
上に形成された。基板がＬＣＭＯの付着のために７００
°Ｃに、またＳＴＯの付着のために６００°Ｃに保持さ
れた。３層薄膜が付着室から取り出される以前に約２０
０ の銀の接触／保護層５が、本来の位置に被覆され
る。これはリード電極６と最上部要素４との良好なオー
ミック接触を保証し、同時に酸化物の薄膜をフォトリソ
グラフィに関連する劣化から保護するために実施され
る。図１の素子外観を有するこうした構造の形成は、既
知のフォトリソグラフィ技術を用いて達成される。
【００１９】図１の素子の温度依存抵抗が図２に示され
る。この素子の柱８は、約７μｍの有効径を有するほぼ
８角形形状であった。図中、温度依存のベース電極比抵
抗（点線）も比較のために示される。全てのデータがゼ
ロ印加磁場の下で取得される。冷却サイクルにおける２
つのトレース（下向きの矢印により示される）は、磁場
に晒された履歴無しに室温で開始された。加温サイクル
における２つのトレース（上向きの矢印）は、サンプル
が１２０Ｏｅ乃至１５０Ｏｅの大きさの磁場サイクルに
数時間晒された後、最大約２００°Ｋのサンプル温度ま
で測定される。これらの２つの加温トレースが得られる
以前にサイクル磁場が続いて取り除かれ、サンプルが２
０°Ｋまで冷却された。柱抵抗の温度依存性はベース電
極のそれとは著しく異なり、従ってベース電極内に広が
る電流が測定された柱抵抗に多大に貢献するとは考えに
くい。柱抵抗は磁場に晒された履歴に依存するものと思
われ、抵抗のスピン依存変調の可能性を示唆する。
る。この素子の柱８は、約７μｍの有効径を有するほぼ
８角形形状であった。図中、温度依存のベース電極比抵
抗（点線）も比較のために示される。全てのデータがゼ
ロ印加磁場の下で取得される。冷却サイクルにおける２
つのトレース（下向きの矢印により示される）は、磁場
に晒された履歴無しに室温で開始された。加温サイクル
における２つのトレース（上向きの矢印）は、サンプル
が１２０Ｏｅ乃至１５０Ｏｅの大きさの磁場サイクルに
数時間晒された後、最大約２００°Ｋのサンプル温度ま
で測定される。これらの２つの加温トレースが得られる
以前にサイクル磁場が続いて取り除かれ、サンプルが２
０°Ｋまで冷却された。柱抵抗の温度依存性はベース電
極のそれとは著しく異なり、従ってベース電極内に広が
る電流が測定された柱抵抗に多大に貢献するとは考えに
くい。柱抵抗は磁場に晒された履歴に依存するものと思
われ、抵抗のスピン依存変調の可能性を示唆する。
【００２０】図３乃至図５は、サンプルが１２０Ｏｅの
オーダのスイープ磁場に晒されたときの、異なる温度に
おける抵抗の相対変化を示す。測定は柱を１μＡに電流
バイアスし、次に磁場がスイープされ、サンプル温度が
変化するときに柱にかかる電圧低下をモニタすることに
より達成される。磁場依存の抵抗変調は２００°Ｋより
僅かに高い温度において最初に顕著となる。２００°Ｋ
以下で得られたトレースでは、通常、数十度の狭い温度
範囲内で幾つかのスイッチング事象を時折観測すること
ができ、概略放物線状のかなり滑らかな負の磁気抵抗ス
ロープの頂上に進む。しかしながら、１７０°Ｋ以下に
冷却されると異なるタイプの磁場依存応答が始まる。こ
れはランダム電信雑音として最初に明らかにされる。サ
ンプルが１０１°Ｋ乃至８９°Ｋの温度領域まで冷却さ
れると、応答は印加磁場により駆動される明確に規定さ
れたスイッチング事象に落ち着く（図４参照）。８９°
Ｋ以下の温度では、このスイッチング方法はその低抵抗
状態に固定される。更に低い温度では、図５に５７°Ｋ
において得られたデータにより示されるように異なるス
イッチング事象が始まる。
オーダのスイープ磁場に晒されたときの、異なる温度に
おける抵抗の相対変化を示す。測定は柱を１μＡに電流
バイアスし、次に磁場がスイープされ、サンプル温度が
変化するときに柱にかかる電圧低下をモニタすることに
より達成される。磁場依存の抵抗変調は２００°Ｋより
僅かに高い温度において最初に顕著となる。２００°Ｋ
以下で得られたトレースでは、通常、数十度の狭い温度
範囲内で幾つかのスイッチング事象を時折観測すること
ができ、概略放物線状のかなり滑らかな負の磁気抵抗ス
ロープの頂上に進む。しかしながら、１７０°Ｋ以下に
冷却されると異なるタイプの磁場依存応答が始まる。こ
れはランダム電信雑音として最初に明らかにされる。サ
ンプルが１０１°Ｋ乃至８９°Ｋの温度領域まで冷却さ
れると、応答は印加磁場により駆動される明確に規定さ
れたスイッチング事象に落ち着く（図４参照）。８９°
Ｋ以下の温度では、このスイッチング方法はその低抵抗
状態に固定される。更に低い温度では、図５に５７°Ｋ
において得られたデータにより示されるように異なるス
イッチング事象が始まる。
【００２１】これらの磁場誘起抵抗変化は、ＳＴＯ障壁
層を横断するスピン依存輸送に起因すると考えられる。
ＳＴＯ障壁を横断する輸送コンダクタンスは、２つのＬ
ＣＭＯ層内部のローカル磁区の相対角度に関連する。マ
イクロマグネティックス（微小磁性物質）が、柱内の２
つのＬＣＭＯ層の磁区構造、並びに磁気モーメントの相
対配向を制御する。一方の電極内の磁区構成の他方に対
する変化は柱の全体的な抵抗の変化を誘起する。スイッ
チング事象を誘起するために観測された磁場の大きさ
は、１０２Oｅのオーダである。これは別の測定におけ
るＬＣＭＯ膜の飽和保磁力と一致し、磁区の回転との関
連付けを示唆する。図３乃至図５の多くの異なるスイッ
チング事象は、柱が複数の磁気状態を含むことを示唆す
る。従って、複数の磁区が柱内に存在するらしい。図６
及び図７に示されるように、絶対抵抗をプロットすると
抵抗値でほぼ２倍のスイッチング振幅が観測された。図
３乃至図５に示される現象は、柱構造部分のスイッチン
グだけであることがほぼ確かである。単一の磁区柱は確
かに顕著に大きな抵抗変調振幅を生じると言えよう。
層を横断するスピン依存輸送に起因すると考えられる。
ＳＴＯ障壁を横断する輸送コンダクタンスは、２つのＬ
ＣＭＯ層内部のローカル磁区の相対角度に関連する。マ
イクロマグネティックス（微小磁性物質）が、柱内の２
つのＬＣＭＯ層の磁区構造、並びに磁気モーメントの相
対配向を制御する。一方の電極内の磁区構成の他方に対
する変化は柱の全体的な抵抗の変化を誘起する。スイッ
チング事象を誘起するために観測された磁場の大きさ
は、１０２Oｅのオーダである。これは別の測定におけ
るＬＣＭＯ膜の飽和保磁力と一致し、磁区の回転との関
連付けを示唆する。図３乃至図５の多くの異なるスイッ
チング事象は、柱が複数の磁気状態を含むことを示唆す
る。従って、複数の磁区が柱内に存在するらしい。図６
及び図７に示されるように、絶対抵抗をプロットすると
抵抗値でほぼ２倍のスイッチング振幅が観測された。図
３乃至図５に示される現象は、柱構造部分のスイッチン
グだけであることがほぼ確かである。単一の磁区柱は確
かに顕著に大きな抵抗変調振幅を生じると言えよう。
【００２２】ＬＳＭＯ／ＳＴＯ／ＬＳＭＯの薄膜３層
が、前述のＬＣＭＯ／ＳＴＯ／ＬＣＭＯを形成するとき
に使用された方法と同じ方法を用いて、レーザ・アブレ
ーションにより用意された。ＬＳＭＯはＬａ0.67Ｓｒ
0.33ＭｎＯ3-dである。個々の層の厚さは、前述のＬＣ
ＭＯ／ＳＴＯ／ＬＣＭＯ素子の厚さと類似であった。図
８乃至図１１には、４つの異なる温度における３μｍ×
５．５μｍのサイズのＬＳＭＯ／ＳＴＯ／ＬＳＭＯ柱の
抵抗の相対変化が磁場の関数として示される。４．２°
Ｋにおいて最大２倍の大きな磁気抵抗が、比較的適度な
磁場の下で観測された。抵抗対印加磁場曲線の形状（図
８乃至図１１参照）は、金属電極ベースの磁気トンネル
・バルブにおいて観測されたものと類似である。これら
の結果は、低温におけるＬＳＭＯ／ＳＴＯ／ＬＳＭＯト
ンネル・バルブ素子の動作を例証するものである。
が、前述のＬＣＭＯ／ＳＴＯ／ＬＣＭＯを形成するとき
に使用された方法と同じ方法を用いて、レーザ・アブレ
ーションにより用意された。ＬＳＭＯはＬａ0.67Ｓｒ
0.33ＭｎＯ3-dである。個々の層の厚さは、前述のＬＣ
ＭＯ／ＳＴＯ／ＬＣＭＯ素子の厚さと類似であった。図
８乃至図１１には、４つの異なる温度における３μｍ×
５．５μｍのサイズのＬＳＭＯ／ＳＴＯ／ＬＳＭＯ柱の
抵抗の相対変化が磁場の関数として示される。４．２°
Ｋにおいて最大２倍の大きな磁気抵抗が、比較的適度な
磁場の下で観測された。抵抗対印加磁場曲線の形状（図
８乃至図１１参照）は、金属電極ベースの磁気トンネル
・バルブにおいて観測されたものと類似である。これら
の結果は、低温におけるＬＳＭＯ／ＳＴＯ／ＬＳＭＯト
ンネル・バルブ素子の動作を例証するものである。
【００２３】図１２は、レーザ・アブレーションにより
成長された１００ｎｍの厚さのＬＳＭＯ膜の磁化対温度
の関係を示す。この膜は室温において強磁性を示し、こ
れは４．２°Ｋの時の磁化の約６０％の磁化を有し、こ
の材料を用いて室温動作を可能にする。ＬＳＭＯ材料の
低い飽和保磁力に関連付けられる高温動作は、これらの
材料を用いる素子を低磁場センサとして魅力的なものに
する。
成長された１００ｎｍの厚さのＬＳＭＯ膜の磁化対温度
の関係を示す。この膜は室温において強磁性を示し、こ
れは４．２°Ｋの時の磁化の約６０％の磁化を有し、こ
の材料を用いて室温動作を可能にする。ＬＳＭＯ材料の
低い飽和保磁力に関連付けられる高温動作は、これらの
材料を用いる素子を低磁場センサとして魅力的なものに
する。
【００２４】ＳｒＴｉＯ3基板上に成長されるＬＳＭＯ
のエピタキシャル膜の飽和保磁力は、室温において非常
に低い（約１０Ｏｅ）ことが観測された。（１１０）方
向が、これらの膜内の容易軸方向であることが見い出さ
れた。振動サンプル磁力計により測定される通常のＬＳ
ＭＯ膜のヒステリシス・ループが図１３に示される。断
続成長条件（約１０％の厚みの付着、及び約６０秒の休
止の繰り返し）の下で成長される膜が図１４に示される
ように、飽和保磁力における更に小さな値（＜１Ｏｅ）
を示した。
のエピタキシャル膜の飽和保磁力は、室温において非常
に低い（約１０Ｏｅ）ことが観測された。（１１０）方
向が、これらの膜内の容易軸方向であることが見い出さ
れた。振動サンプル磁力計により測定される通常のＬＳ
ＭＯ膜のヒステリシス・ループが図１３に示される。断
続成長条件（約１０％の厚みの付着、及び約６０秒の休
止の繰り返し）の下で成長される膜が図１４に示される
ように、飽和保磁力における更に小さな値（＜１Ｏｅ）
を示した。
【００２５】最上部及び最下部の強磁性要素の磁区特性
は、磁気抵抗の大きさ及び観測される磁場依存性を制御
する上で非常に重要である。単結晶及び多結晶ＳｒＴｉ
Ｏ3基板上に成長されるＬＳＭＯ膜の磁区特性を研究す
るために、カー（Kerr）顕微鏡検査が室温において実施
された。その結果、これらの膜内の磁区境界が応力誘起
微小クラックまたは粒界などの人工的に生成された構造
欠陥に沿って、容易に拘束され得ることが判明した。
は、磁気抵抗の大きさ及び観測される磁場依存性を制御
する上で非常に重要である。単結晶及び多結晶ＳｒＴｉ
Ｏ3基板上に成長されるＬＳＭＯ膜の磁区特性を研究す
るために、カー（Kerr）顕微鏡検査が室温において実施
された。その結果、これらの膜内の磁区境界が応力誘起
微小クラックまたは粒界などの人工的に生成された構造
欠陥に沿って、容易に拘束され得ることが判明した。
【００２６】基板との熱膨張不整合によるクラックを含
むＬＳＭＯの厚い（３６０ｎｍ）単結晶膜が観測され
た。カー顕微鏡検査は、磁区がクラックにより制限され
ることを示している。図１５乃至図１７は、厚い（３６
０ｎｍ）ＬＳＭＯサンプルの一部を示し、そこではクラ
ックがほとんど左から右に走り、長い矩形領域を規定し
ている。図１５は、偏光カー顕微鏡を通じて観察される
サンプルの光学画像である。図１６は、±６Ｏｅの小磁
場に対応するカー応答を示す。直立の壁が矩形領域の中
心に移動する様子が見い出される（壁の飽和保磁力は約
４Ｏｅ）。矩形領域の幾つかは、完全に反転している。
図１５及び図１６の円で囲まれた領域内の磁化が図１７
に図式的に示される。ここで矢印は磁化方向を示す。
むＬＳＭＯの厚い（３６０ｎｍ）単結晶膜が観測され
た。カー顕微鏡検査は、磁区がクラックにより制限され
ることを示している。図１５乃至図１７は、厚い（３６
０ｎｍ）ＬＳＭＯサンプルの一部を示し、そこではクラ
ックがほとんど左から右に走り、長い矩形領域を規定し
ている。図１５は、偏光カー顕微鏡を通じて観察される
サンプルの光学画像である。図１６は、±６Ｏｅの小磁
場に対応するカー応答を示す。直立の壁が矩形領域の中
心に移動する様子が見い出される（壁の飽和保磁力は約
４Ｏｅ）。矩形領域の幾つかは、完全に反転している。
図１５及び図１６の円で囲まれた領域内の磁化が図１７
に図式的に示される。ここで矢印は磁化方向を示す。
【００２７】対照的にクラックの無い膜（＜１００ｎ
ｍ）の磁区は小さく、２つの（１１０）容易軸の分散に
より規定される（図１８乃至図２２参照）。図１８乃至
図２２は、薄い（５０ｎｍ）ＬＳＭＯサンプルの残留磁
気状態のカー画像、並びにそれらの解説を示す。Ｈは磁
場が印加される方向の軸を示し、Ｍは測定される磁化成
分を示す。図１８のコントラストは一様であり、従って
磁化の水平成分は図１９に示されるように一様である。
図２０のコントラストは、黒から白に速やかに変化して
おり、これは図２１に示されるように磁化の垂直成分が
交互することを示す。図２２はこれらの２つの結果を合
わせたものであり、磁化が２つの（１１０）軸の間を交
互することを示す。
ｍ）の磁区は小さく、２つの（１１０）容易軸の分散に
より規定される（図１８乃至図２２参照）。図１８乃至
図２２は、薄い（５０ｎｍ）ＬＳＭＯサンプルの残留磁
気状態のカー画像、並びにそれらの解説を示す。Ｈは磁
場が印加される方向の軸を示し、Ｍは測定される磁化成
分を示す。図１８のコントラストは一様であり、従って
磁化の水平成分は図１９に示されるように一様である。
図２０のコントラストは、黒から白に速やかに変化して
おり、これは図２１に示されるように磁化の垂直成分が
交互することを示す。図２２はこれらの２つの結果を合
わせたものであり、磁化が２つの（１１０）軸の間を交
互することを示す。
【００２８】多結晶膜の場合、飽和保磁力は粒子配向と
共に変化し、平均値は約２５Ｏｅである。これらの膜で
は粒界が粒子間で磁区を結合することができる。また、
１つの粒子内に複数の磁区を有することも可能である。
図２３は、多結晶ＬＳＭＯサンプルのカーＭＨループを
示す。図２４は、サンプルの飽和保磁点付近（図２３
で"ｃｐ"により示される）のカー画像を示す。平均して
粒子の半分がスイッチした。図１８乃至図２２の場合同
様、Ｈは磁場が印加される方向の軸を示し、Ｍは測定さ
れる磁化成分を示す。要素２０は磁性材料の列を規定す
る。電流が電極２１からこの列に供給される。
共に変化し、平均値は約２５Ｏｅである。これらの膜で
は粒界が粒子間で磁区を結合することができる。また、
１つの粒子内に複数の磁区を有することも可能である。
図２３は、多結晶ＬＳＭＯサンプルのカーＭＨループを
示す。図２４は、サンプルの飽和保磁点付近（図２３
で"ｃｐ"により示される）のカー画像を示す。平均して
粒子の半分がスイッチした。図１８乃至図２２の場合同
様、Ｈは磁場が印加される方向の軸を示し、Ｍは測定さ
れる磁化成分を示す。要素２０は磁性材料の列を規定す
る。電流が電極２１からこの列に供給される。
【００２９】顕微鏡検査の研究の結果、導電チャネルが
磁気界面から成るか、または磁区境界から成るかに従っ
て後述する２つの追加の素子構造が可能であることが分
かった。これらの素子構造では、伝導電子が強い原子内
フント交換（Hund's exchange）により、一様な磁性層
内または磁区の内側でほぼ完全に分極される。電子波が
磁性層界面または磁区境界付近を移動するにつれて、導
電チャネルの比抵抗が強い逆方向反射により大きくな
る。マンガネートの低い飽和保磁力のために適度に低い
磁場（数１０Ｏｅ）の印加により、各磁性層または磁区
の磁気モーメントが容易に平行にスイッチする。これは
トンネル・バルブ構造に類似である。その結果、小磁場
における電子波伝播のため、抵抗の低下が著しく大きく
なる。スイッチング動作温度は強磁性転位温度よりも数
１０度低いので、熱安定性も改善される筈である。
磁気界面から成るか、または磁区境界から成るかに従っ
て後述する２つの追加の素子構造が可能であることが分
かった。これらの素子構造では、伝導電子が強い原子内
フント交換（Hund's exchange）により、一様な磁性層
内または磁区の内側でほぼ完全に分極される。電子波が
磁性層界面または磁区境界付近を移動するにつれて、導
電チャネルの比抵抗が強い逆方向反射により大きくな
る。マンガネートの低い飽和保磁力のために適度に低い
磁場（数１０Ｏｅ）の印加により、各磁性層または磁区
の磁気モーメントが容易に平行にスイッチする。これは
トンネル・バルブ構造に類似である。その結果、小磁場
における電子波伝播のため、抵抗の低下が著しく大きく
なる。スイッチング動作温度は強磁性転位温度よりも数
１０度低いので、熱安定性も改善される筈である。
【００３０】第１の型の構造は、両磁性層及び金属層か
ら成り、電流がこれらの層に対して垂直に流れる垂直超
格子構造である。トンネル接合のように両マンガネート
層は僅かに異なる飽和保磁力を有する。金属層はＳｒＲ
ｕＯ３、または格子整合され多重層上にエピタキシャル
成長され得る他のペロブスカイト型材料である。印加磁
場が両方のマンガネート層の飽和保磁力よりも高いと
き、両方の層の磁化方向が互いに平行になる。電子が自
由に界面を横断して移動でき低抵抗となる。印加磁場が
これらの磁性層の各飽和保磁力の中間の値に低下される
とき、低い方の飽和保磁力を有するマンガネート層がス
イッチする。その結果生じる逆平行の磁気構成が、界面
において強いスピン依存散乱を生じて高抵抗をもたら
す。こうした構造は低磁場センサにおいて有用である。
ら成り、電流がこれらの層に対して垂直に流れる垂直超
格子構造である。トンネル接合のように両マンガネート
層は僅かに異なる飽和保磁力を有する。金属層はＳｒＲ
ｕＯ３、または格子整合され多重層上にエピタキシャル
成長され得る他のペロブスカイト型材料である。印加磁
場が両方のマンガネート層の飽和保磁力よりも高いと
き、両方の層の磁化方向が互いに平行になる。電子が自
由に界面を横断して移動でき低抵抗となる。印加磁場が
これらの磁性層の各飽和保磁力の中間の値に低下される
とき、低い方の飽和保磁力を有するマンガネート層がス
イッチする。その結果生じる逆平行の磁気構成が、界面
において強いスピン依存散乱を生じて高抵抗をもたら
す。こうした構造は低磁場センサにおいて有用である。
【００３１】第２の型の構造は、電子ビーム及び光学リ
ソグラフィにより製作される準１次元（１Ｄ）ワイヤ
（幅０．１μｍ乃至１μｍ）である。導電路に沿って、
基板が人工的にまたは多結晶ＳｒＴｉＯ３基板を用いる
ことにより生成され得る構造欠陥の高度な集中を有す
る。前述したように、こうした基板上に付着されたマン
ガネート膜はピン止めされる多数の磁区境界を発達させ
るものと期待される。準１Ｄの閉じこめ磁場が、伝導電
子に多くの欠陥境界を横断させるように強制する。その
結果、磁区境界において強いスピン依存散乱を起こし高
いゼロ磁場比抵抗を生じる。低飽和保磁力のために、弱
い印加磁場が各磁区の磁化を１Ｄワイヤに沿って整列さ
せる支援をし、比抵抗を著しく低下させる。ＬＳＭＯの
ような材料では、磁気抵抗は室温（Ｔｃ＝３８０Ｋ）に
おいて、弱い温度依存性を示すに過ぎないはずである。
こうした構造もまた、低磁場センサにおいて有用な筈で
ある。
ソグラフィにより製作される準１次元（１Ｄ）ワイヤ
（幅０．１μｍ乃至１μｍ）である。導電路に沿って、
基板が人工的にまたは多結晶ＳｒＴｉＯ３基板を用いる
ことにより生成され得る構造欠陥の高度な集中を有す
る。前述したように、こうした基板上に付着されたマン
ガネート膜はピン止めされる多数の磁区境界を発達させ
るものと期待される。準１Ｄの閉じこめ磁場が、伝導電
子に多くの欠陥境界を横断させるように強制する。その
結果、磁区境界において強いスピン依存散乱を起こし高
いゼロ磁場比抵抗を生じる。低飽和保磁力のために、弱
い印加磁場が各磁区の磁化を１Ｄワイヤに沿って整列さ
せる支援をし、比抵抗を著しく低下させる。ＬＳＭＯの
ような材料では、磁気抵抗は室温（Ｔｃ＝３８０Ｋ）に
おいて、弱い温度依存性を示すに過ぎないはずである。
こうした構造もまた、低磁場センサにおいて有用な筈で
ある。
【００３２】図１の素子は、例えば磁場センサとして有
用である。特に磁場センサは、磁気記録読取りヘッドと
して使用され得る。こうしたヘッドについては、例えば
D．Markham及びF．Jeffersによる"Magnetoresistive he
ad technology"（Proceedings of the Electrochemical
Society、Vol．90-8、pp．185-204）で述べられてい
る。更に図１の装置は、磁気ランダム・アクセス・メモ
リ素子のデータ記憶素子としても使用され得る。
用である。特に磁場センサは、磁気記録読取りヘッドと
して使用され得る。こうしたヘッドについては、例えば
D．Markham及びF．Jeffersによる"Magnetoresistive he
ad technology"（Proceedings of the Electrochemical
Society、Vol．90-8、pp．185-204）で述べられてい
る。更に図１の装置は、磁気ランダム・アクセス・メモ
リ素子のデータ記憶素子としても使用され得る。
【００３３】以上、３層に関して述べてきたが、こうし
た３層は基本素子及び基本構成ブロックを形成する。基
本構成ブロック上に、層２−３−４−３−２を含む構造
などの多層構造が載置される。特定の構造が柱として、
従って円形断面を意味するように述べられたが、こうし
た構造に限られるものではない。こうした構造は、素子
により要求され製作可能な任意の断面形状であってよ
い。
た３層は基本素子及び基本構成ブロックを形成する。基
本構成ブロック上に、層２−３−４−３−２を含む構造
などの多層構造が載置される。特定の構造が柱として、
従って円形断面を意味するように述べられたが、こうし
た構造に限られるものではない。こうした構造は、素子
により要求され製作可能な任意の断面形状であってよ
い。
【００３４】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
の事項を開示する。
【００３５】（１）第１のまたは最下部の薄膜磁性層
と、第２のまたは中間の層と、第３のまたは最上部の薄
膜磁性層と、を含み、前記第１または第３の層の少なく
とも一方が添加マンガネート・ペロブスカイトである、
３層薄膜磁気抵抗素子。 （２）前記第１または第３の層の他方も添加マンガネー
ト・ペロブスカイトである、前記（１）記載の３層薄膜
磁気抵抗素子。 （３）前記第１または第３の層の前記他方が、高度なス
ピン分極を示す強磁性材料である、前記（１）記載の３
層薄膜磁気抵抗素子。 （４）前記第２の層が、前記第１の層と前記第３の層と
の間の磁気交換結合を崩壊するが、それらの層を横断す
る電流の通過を許可する材料である、前記（１）記載の
３層薄膜磁気抵抗素子。 （５）前記第２の層が絶縁トンネル障壁である、前記
（１）記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （６）前記第２の層がペロブスカイト酸化物ＳｒＴｉＯ
3である、前記（１）記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （７）前記第１及び第３の層がＬＣＭＯであり、前記第
２の層がＳＴＯである、前記（１）記載の３層薄膜磁気
抵抗素子。 （８）前記第１及び第３の層がＬＳＭＯであり、前記第
２の層がＳＴＯである、前記（１）記載の３層薄膜磁気
抵抗素子。 （９）前記第１の磁性層が基板上に配置される、前記
（１）記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （１０）前記基板がシリコンである、前記（９）記載の
３層薄膜磁気抵抗素子。 （１１）前記基板がＳｒＴｉＯ3である、前記（９）記
載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （１２）第１の接触電極と、第１のまたは最下部の薄膜
磁性層と、第２のまたは中間の層と、第３のまたは最上
部の薄膜磁性層と、第２の接触電極と、を含み、前記第
１または第３の層の少なくとも一方が添加マンガネート
・ペロブスカイトである、３層薄膜磁気抵抗素子。 （１３）前記第１または第３の層の他方も添加マンガネ
ート・ペロブスカイトである、前記（１２）記載の３層
薄膜磁気抵抗素子。 （１４）前記第１または第３の層の前記他方が、高度な
スピン分極を示す強磁性材料である、前記（１２）記載
の３層薄膜磁気抵抗素子。 （１５）前記第２の層が、前記第１の層と前記第３の層
との間の磁気交換結合を崩壊するが、それらの層を横断
する電流の通過を許可する材料である、前記（１２）記
載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （１６）前記第２の層が絶縁トンネル障壁である、前記
（１２）記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （１７）前記第２の層がペロブスカイト酸化物ＳｒＴｉ
Ｏ3である、前記（１２）記載の３層薄膜磁気抵抗素
子。 （１８）前記第１及び第３の層がＬＣＭＯであり、前記
第２の層がＳＴＯである、前記（１２）記載の３層薄膜
磁気抵抗素子。 （１９）前記第１及び第３の層がＬＳＭＯであり、前記
第２の層がＳＴＯである、前記（１２）記載の３層薄膜
磁気抵抗素子。 （２０）前記第３の磁性層と前記第２の接触電極との間
に保護層を含む、前記（１２）記載の３層薄膜磁気抵抗
素子。 （２１）前記第１の磁性層が基板上に配置される、前記
（１２）記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （２２）前記基板がシリコンである、前記（１２）記載
の３層薄膜磁気抵抗素子。 （２３）前記基板がＳｒＴｉＯ3である、前記（１２）
記載の３層薄膜磁気抵抗素子。
と、第２のまたは中間の層と、第３のまたは最上部の薄
膜磁性層と、を含み、前記第１または第３の層の少なく
とも一方が添加マンガネート・ペロブスカイトである、
３層薄膜磁気抵抗素子。 （２）前記第１または第３の層の他方も添加マンガネー
ト・ペロブスカイトである、前記（１）記載の３層薄膜
磁気抵抗素子。 （３）前記第１または第３の層の前記他方が、高度なス
ピン分極を示す強磁性材料である、前記（１）記載の３
層薄膜磁気抵抗素子。 （４）前記第２の層が、前記第１の層と前記第３の層と
の間の磁気交換結合を崩壊するが、それらの層を横断す
る電流の通過を許可する材料である、前記（１）記載の
３層薄膜磁気抵抗素子。 （５）前記第２の層が絶縁トンネル障壁である、前記
（１）記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （６）前記第２の層がペロブスカイト酸化物ＳｒＴｉＯ
3である、前記（１）記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （７）前記第１及び第３の層がＬＣＭＯであり、前記第
２の層がＳＴＯである、前記（１）記載の３層薄膜磁気
抵抗素子。 （８）前記第１及び第３の層がＬＳＭＯであり、前記第
２の層がＳＴＯである、前記（１）記載の３層薄膜磁気
抵抗素子。 （９）前記第１の磁性層が基板上に配置される、前記
（１）記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （１０）前記基板がシリコンである、前記（９）記載の
３層薄膜磁気抵抗素子。 （１１）前記基板がＳｒＴｉＯ3である、前記（９）記
載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （１２）第１の接触電極と、第１のまたは最下部の薄膜
磁性層と、第２のまたは中間の層と、第３のまたは最上
部の薄膜磁性層と、第２の接触電極と、を含み、前記第
１または第３の層の少なくとも一方が添加マンガネート
・ペロブスカイトである、３層薄膜磁気抵抗素子。 （１３）前記第１または第３の層の他方も添加マンガネ
ート・ペロブスカイトである、前記（１２）記載の３層
薄膜磁気抵抗素子。 （１４）前記第１または第３の層の前記他方が、高度な
スピン分極を示す強磁性材料である、前記（１２）記載
の３層薄膜磁気抵抗素子。 （１５）前記第２の層が、前記第１の層と前記第３の層
との間の磁気交換結合を崩壊するが、それらの層を横断
する電流の通過を許可する材料である、前記（１２）記
載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （１６）前記第２の層が絶縁トンネル障壁である、前記
（１２）記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （１７）前記第２の層がペロブスカイト酸化物ＳｒＴｉ
Ｏ3である、前記（１２）記載の３層薄膜磁気抵抗素
子。 （１８）前記第１及び第３の層がＬＣＭＯであり、前記
第２の層がＳＴＯである、前記（１２）記載の３層薄膜
磁気抵抗素子。 （１９）前記第１及び第３の層がＬＳＭＯであり、前記
第２の層がＳＴＯである、前記（１２）記載の３層薄膜
磁気抵抗素子。 （２０）前記第３の磁性層と前記第２の接触電極との間
に保護層を含む、前記（１２）記載の３層薄膜磁気抵抗
素子。 （２１）前記第１の磁性層が基板上に配置される、前記
（１２）記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 （２２）前記基板がシリコンである、前記（１２）記載
の３層薄膜磁気抵抗素子。 （２３）前記基板がＳｒＴｉＯ3である、前記（１２）
記載の３層薄膜磁気抵抗素子。
【図１】本発明の磁気抵抗素子構造の斜視図である。
【図２】磁場に晒される前後の、図１の素子の抵抗の温
度依存性を示す図である。
度依存性を示す図である。
【図３】温度１８５°Ｋにおける素子の相対抵抗変化率
を印加磁場の関数として示す図である。
を印加磁場の関数として示す図である。
【図４】温度１０１°Ｋにおける素子の相対抵抗変化率
を印加磁場の関数として示す図である。
を印加磁場の関数として示す図である。
【図５】温度５７°Ｋにおける素子の相対抵抗変化率を
印加磁場の関数として示す図である。
印加磁場の関数として示す図である。
【図６】温度９０．６°Ｋにおける素子の絶対抵抗値を
印加磁場の関数として示す図である。
印加磁場の関数として示す図である。
【図７】温度８３．８°Ｋにおける素子の絶対抵抗値を
印加磁場の関数として示す図である。
印加磁場の関数として示す図である。
【図８】温度１９１°Ｋにおける素子の電流−電圧（Ｉ
−Ｖ）特性を示す図である。
−Ｖ）特性を示す図である。
【図９】温度１３５°Ｋにおける素子の電流−電圧（Ｉ
−Ｖ）特性を示す図である。
−Ｖ）特性を示す図である。
【図１０】温度７６°Ｋにおける素子の電流−電圧（Ｉ
−Ｖ）特性を示す図である。
−Ｖ）特性を示す図である。
【図１１】温度４．２°Ｋにおける素子の電流−電圧
（Ｉ−Ｖ）特性を示す図である。
（Ｉ−Ｖ）特性を示す図である。
【図１２】典型的なＬＳＭＯ膜の磁化（Ｍ）を温度の関
数として示す図である。
数として示す図である。
【図１３】室温における典型的なＬＳＭＯ薄膜のヒステ
リシス・ループを示す図である。
リシス・ループを示す図である。
【図１４】断続成長条件の下での、典型的なＬＳＭＯ薄
膜の室温ヒステリシス・ループを示す図である。
膜の室温ヒステリシス・ループを示す図である。
【図１５】厚いＬＳＭＯサンプルの光学画像を示す図で
ある。
ある。
【図１６】厚いＬＳＭＯサンプルのカー画像を示す図で
ある。
ある。
【図１７】厚いＬＳＭＯサンプルの光学画像及びカー画
像の解説図である。
像の解説図である。
【図１８】薄膜ＬＳＭＯサンプルの残留磁気状態におけ
るカー画像を示す図である。
るカー画像を示す図である。
【図１９】薄膜ＬＳＭＯサンプルの残留磁気状態におけ
るカー画像の解説図である。
るカー画像の解説図である。
【図２０】薄膜ＬＳＭＯサンプルの残留磁気状態におけ
るカー画像を示す図である。
るカー画像を示す図である。
【図２１】薄膜ＬＳＭＯサンプルの残留磁気状態におけ
るカー画像の解説図である。
るカー画像の解説図である。
【図２２】薄膜ＬＳＭＯサンプルの残留磁気状態におけ
るカー画像の解説図である。
るカー画像の解説図である。
【図２３】多結晶ＬＳＭＯサンプルのカーＭＨループを
示す図である。
示す図である。
【図２４】多結晶ＬＳＭＯサンプルのカー画像を示す図
である。
である。
１、６ 接触電極 ２、４ 強磁性薄膜 ３ 分離層 ５ 保護層 ８ 柱 ９ 基板 ２０ 磁性材料の列 ２１ 電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラナバ・ガプタ アメリカ合衆国10989、ニューヨーク州 バレー・コテージ、フラワー・レーン ７ (72)発明者 ガン・キアノ アメリカ合衆国02806、ロード・アイラ ンド州バーリントン、カレッジ・レーン 16 (72)発明者 フィリップ・ルイス・スローイロウド アメリカ合衆国10598、ニューヨーク州 ヨークタウン・ハイツ、バルドウィン・ ロード 1916 (72)発明者 フィリッペ・ピィ・レコエア フランス、フレース、アリー・グロスパ ミー 44 (56)参考文献 特開 平６−237022（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−211286（ＪＰ，Ａ) (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)
Claims (10)
- 【請求項１】第１の薄膜磁性層、該層上の障壁層および
該層上の第２の薄膜磁性層から成る３層薄膜磁気抵抗素
子であって、 前記第１及び第２の磁性層は、それぞれ異なる有効飽和
保磁力を有し、その両方が添加マンガネート・ペロブス
カイト構造材料から構成されるか、叉は、その一方が添
加マンガネート・ペロブスカイト構造材料で、他方が全
体的にスピン分極を示す強磁性要素若しくはその化合物
から構成されており、 前記障壁層は、前記第１及び第２の磁性層間の磁気交換
結合を崩壊すると同時に、障壁層を横断する電流の通流
を可能にさせる金属材料または絶縁材料から構成されて
いる、 有効飽和保磁力と同じオーダーの大きさの印加磁場で両
磁性層の磁化の相対的回転を生じさせることを特徴とす
る３層薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項２】前記第１の磁性層の下に第１の接触電極が
設けられ、前記第２の磁性層上に第２の接触電極が設け
られている請求項１に記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項３】前記第２の磁性層及び前記第２の接触電極
の間に保護層が設けられている請求項２に記載の３層薄
膜磁気抵抗素子。 - 【請求項４】前記障壁層が絶縁トンネル障壁である請求
項１，２叉は３に記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項５】前記障壁層がペロブスカイト酸化物ＳｒＴ
ｉＯ３である請求項１，２，３叉は４に記載の３層薄膜
磁気抵抗素子。 - 【請求項６】前記第１及び第２の磁性層がＬＣＭＯであ
り、前記障壁層がＳＴＯである請求項１，２，３叉は４
に記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項７】前記第１及び第２の磁性層がＬＳＭＯであ
り、前記障壁層がＳＴＯである請求項１，２，３叉は４
に記載の３層薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項８】前記第１の磁性層が基板上に配置される請
求項２，３，４，５，６叉は７記載の３層薄膜磁気抵抗
素子。 - 【請求項９】前記基板がシリコンである請求項８記載の
３層薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項１０】前記基板がＳｒＴｉＯ３である請求項８
記載の３層薄膜磁気抵抗素子。
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