JP3483895B2 - 磁気抵抗効果膜 - Google Patents
磁気抵抗効果膜Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気抵抗効果を有する人
工格子膜に関する。
工格子膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】物質の電気抵抗率ρは、一定温度下でそ
れぞれ固有の値を有するが、外部磁界の印加によりその
値が変わる。この現象は、磁気抵抗効果と呼ばれ、ホー
ル効果と同じく電流磁気効果の１つである。
れぞれ固有の値を有するが、外部磁界の印加によりその
値が変わる。この現象は、磁気抵抗効果と呼ばれ、ホー
ル効果と同じく電流磁気効果の１つである。
【０００３】この磁気抵抗効果は、磁気センサ、磁気ヘ
ッド（ＭＲヘッド）などの磁気抵抗素子に応用されてい
る。磁気抵抗効果を示す材料としては、半導体及び磁性
体が知られている。
ッド（ＭＲヘッド）などの磁気抵抗素子に応用されてい
る。磁気抵抗効果を示す材料としては、半導体及び磁性
体が知られている。
【０００４】このうち半導体は一般的に温度に対する物
性変化が大きいため、その使用温度の上限は１００℃前
後に限定されている。これに対して、強磁性体は温度係
数が小さく、その使用温度の上限は原理的にはキュリー
点であり、半導体に比べはるかに高温まで使用できる。
しかも、強磁性体は薄膜化及び微細加工が容易であるた
め、強磁性体からなる磁気抵抗素子は、磁荷間距離がμ
ｍオーダーの短い場合にも有効に磁場を検出することが
できる。
性変化が大きいため、その使用温度の上限は１００℃前
後に限定されている。これに対して、強磁性体は温度係
数が小さく、その使用温度の上限は原理的にはキュリー
点であり、半導体に比べはるかに高温まで使用できる。
しかも、強磁性体は薄膜化及び微細加工が容易であるた
め、強磁性体からなる磁気抵抗素子は、磁荷間距離がμ
ｍオーダーの短い場合にも有効に磁場を検出することが
できる。
【０００５】強磁性体において被検出磁界が比較的弱い
場合に観察できる磁気抵抗効果は、磁化方向と電流方向
とのなす角度によって電気抵抗が変化するという特徴を
持っている。この現象は、特に異方性磁気抵抗効果と呼
ばれている。一般の強磁性体金属においては、電気抵抗
は、磁化方向と電流方向とが平行のとき最大、両者が直
交したとき最小となる。異方性磁気抵抗効果の大きさを
表わす量としては、Δρ＝ρparallel−ρ
perpendicular と印加磁場ゼロのときの抵抗ρ0 との比
Δρ／ρ0 が用いられる。室温におけるΔρ／ρ0 が大
きい材料としては、Ｎｉ−Ｃｏ系、Ｎｉ−Ｆｅ系合金が
知られている。これらのΔρ／ρ0 は２．５〜６．５％
程度である。
場合に観察できる磁気抵抗効果は、磁化方向と電流方向
とのなす角度によって電気抵抗が変化するという特徴を
持っている。この現象は、特に異方性磁気抵抗効果と呼
ばれている。一般の強磁性体金属においては、電気抵抗
は、磁化方向と電流方向とが平行のとき最大、両者が直
交したとき最小となる。異方性磁気抵抗効果の大きさを
表わす量としては、Δρ＝ρparallel−ρ
perpendicular と印加磁場ゼロのときの抵抗ρ0 との比
Δρ／ρ0 が用いられる。室温におけるΔρ／ρ0 が大
きい材料としては、Ｎｉ−Ｃｏ系、Ｎｉ−Ｆｅ系合金が
知られている。これらのΔρ／ρ0 は２．５〜６．５％
程度である。
【０００６】これに対して、近年、強磁性層と非強磁性
層とを交互に積層し隣接する強磁性層の磁化が反平行に
なるようにカップリングした人工格子膜では、大きな磁
気抵抗効果が現われることが発見され、注目されている
（Phys. Rev. Lett., Vol.61, p.2472(1988)）。その例
として、Ｆｅ（強磁性層）／Ｃｒ（非強磁性層）などの
人工格子膜が知られている。ガラス基板上に形成された
Ｆｅ／Ｃｒ人工格子膜の場合、印加磁場ゼロのときの抵
抗をρ0 、磁化が飽和したときの抵抗をρsとして表わ
される抵抗の変化率（ρs −ρ0 ）／ρ0は、室温で
８．４％、７７Ｋで２６．４％と非常に大きい値を示す
（日本応用磁気学会誌 vol.14, p.351(1990)）。しか
し、これらの人工格子膜の飽和磁場（抵抗変化率が飽和
するのに要する外部磁場）は、室温で１０ｋＯｅ以上で
あり、磁気センサや磁気ヘッドとして要求される実用領
域をはるかに超えている。
層とを交互に積層し隣接する強磁性層の磁化が反平行に
なるようにカップリングした人工格子膜では、大きな磁
気抵抗効果が現われることが発見され、注目されている
（Phys. Rev. Lett., Vol.61, p.2472(1988)）。その例
として、Ｆｅ（強磁性層）／Ｃｒ（非強磁性層）などの
人工格子膜が知られている。ガラス基板上に形成された
Ｆｅ／Ｃｒ人工格子膜の場合、印加磁場ゼロのときの抵
抗をρ0 、磁化が飽和したときの抵抗をρsとして表わ
される抵抗の変化率（ρs −ρ0 ）／ρ0は、室温で
８．４％、７７Ｋで２６．４％と非常に大きい値を示す
（日本応用磁気学会誌 vol.14, p.351(1990)）。しか
し、これらの人工格子膜の飽和磁場（抵抗変化率が飽和
するのに要する外部磁場）は、室温で１０ｋＯｅ以上で
あり、磁気センサや磁気ヘッドとして要求される実用領
域をはるかに超えている。
【０００７】更に、Ｆｅ／Ｃｒ以外に大きな磁気抵抗効
果を示す人工格子膜として、Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｃｏ／
Ｃｕ系（J. Phys. Soc. Jap. 59(1990) 3061）、又はＮ
ｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ／ＦｅＭｎ系（35th Annua
l Conference on Magnetism and Magnetic Materials,
1990）などが見出されている。
果を示す人工格子膜として、Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｃｏ／
Ｃｕ系（J. Phys. Soc. Jap. 59(1990) 3061）、又はＮ
ｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ／ＦｅＭｎ系（35th Annua
l Conference on Magnetism and Magnetic Materials,
1990）などが見出されている。
【０００８】これらの人工格子膜はＣｏやＦｅＭｎ／Ｎ
ｉ−Ｆｅなどのハード層（磁気異方性の大きな層）と、
Ｎｉ−Ｆｅ（パーマロイ）のソフト層（磁気異方性の小
さな層）からなる２種類の強磁性層が持つ異方性の大き
さの差を利用して、磁化過程の途中で磁化の反平行状態
をつくり出すことにより、大きな磁気抵抗効果を得るも
のである。しかし、Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ系の
磁気抵抗効果は磁場に対して大きなヒステリシスを示す
ため、これをできるだけ小さくすることが実用上の課題
となる。一方、Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ／ＦｅＭ
ｎ系は１５Ｏｅまでの弱磁場でヒステリシスが小さく、
外部磁場変化ΔＨに対して抵抗変化率Δρ／ρ0 が急峻
（ステップ状）に変化する点では実用上好ましい。ただ
し、磁気抵抗効果の種々の応用を考えると、外部磁場変
化に対して、抵抗変化率がステップ状に変化するより
も、任意の傾きを持って変化するだけでなく、制御でき
ることが好ましい。
ｉ−Ｆｅなどのハード層（磁気異方性の大きな層）と、
Ｎｉ−Ｆｅ（パーマロイ）のソフト層（磁気異方性の小
さな層）からなる２種類の強磁性層が持つ異方性の大き
さの差を利用して、磁化過程の途中で磁化の反平行状態
をつくり出すことにより、大きな磁気抵抗効果を得るも
のである。しかし、Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ系の
磁気抵抗効果は磁場に対して大きなヒステリシスを示す
ため、これをできるだけ小さくすることが実用上の課題
となる。一方、Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅ／ＦｅＭ
ｎ系は１５Ｏｅまでの弱磁場でヒステリシスが小さく、
外部磁場変化ΔＨに対して抵抗変化率Δρ／ρ0 が急峻
（ステップ状）に変化する点では実用上好ましい。ただ
し、磁気抵抗効果の種々の応用を考えると、外部磁場変
化に対して、抵抗変化率がステップ状に変化するより
も、任意の傾きを持って変化するだけでなく、制御でき
ることが好ましい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、飽和
磁場が小さく、抵抗変化率Δρ／ρ0 の磁場変化ΔＨに
対する勾配（Δρ／ρ0 ）／ΔＨが任意に制御された磁
気抵抗効果を示す人工格子膜を提供することにある。
磁場が小さく、抵抗変化率Δρ／ρ0 の磁場変化ΔＨに
対する勾配（Δρ／ρ0 ）／ΔＨが任意に制御された磁
気抵抗効果を示す人工格子膜を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗効果膜
は、非単結晶基板上に交互に積層された強磁性層と非磁
性層とを含み、電流が通電される磁気抵抗効果膜であっ
て、前記非磁性層を介して隣り合う２つの強磁性層に、
膜面に平行な同一方向に一軸磁気異方性が導入されてお
り、磁化が互いに反平行のときに電気抵抗が最大にな
り、磁化が平行にそろったときに電気抵抗が最小になる
ことを特徴とする。
は、非単結晶基板上に交互に積層された強磁性層と非磁
性層とを含み、電流が通電される磁気抵抗効果膜であっ
て、前記非磁性層を介して隣り合う２つの強磁性層に、
膜面に平行な同一方向に一軸磁気異方性が導入されてお
り、磁化が互いに反平行のときに電気抵抗が最大にな
り、磁化が平行にそろったときに電気抵抗が最小になる
ことを特徴とする。
【００１１】本発明において、強磁性層としては、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの遷移元素、並びにこれらの合金及
び化合物から選択される少なくとも１種が用いられる。
非強磁性層としては、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕなどの遷移
金属およびこれらの合金から選択される少なくとも１種
が用いられる。なお、各層は結晶質でも非晶質でもよ
い。強磁性層の膜厚は０．５〜２０ｎｍ、非強磁性層の
膜厚は０．５〜２０ｎｍ、これらの積層膜の全膜厚は３
０〜５００ｎｍであることが好ましい。
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉなどの遷移元素、並びにこれらの合金及
び化合物から選択される少なくとも１種が用いられる。
非強磁性層としては、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｕなどの遷移
金属およびこれらの合金から選択される少なくとも１種
が用いられる。なお、各層は結晶質でも非晶質でもよ
い。強磁性層の膜厚は０．５〜２０ｎｍ、非強磁性層の
膜厚は０．５〜２０ｎｍ、これらの積層膜の全膜厚は３
０〜５００ｎｍであることが好ましい。
【００１２】本発明において、人工格子膜とは、異種の
膜がコヒーレントに積層されたものだけでなく、異種の
膜がコヒーレントでなくても数ｎｍ〜１０ｎｍの精度で
膜厚が制御されて積層された多層膜を含む。
膜がコヒーレントに積層されたものだけでなく、異種の
膜がコヒーレントでなくても数ｎｍ〜１０ｎｍの精度で
膜厚が制御されて積層された多層膜を含む。
【００１３】本発明の人工格子膜を構成する強磁性層に
は、膜面に平行なある一定の方位に一軸性の磁気異方性
が導入されている。強磁性層の膜面に平行なある一定の
方位に一軸磁気異方性が導入するには、以下のような方
法が用いられる。例えば、スパッタリングなどによる成
膜時に膜面に平行に２０〜５００Ｏｅの磁場を印加する
ことにより一軸磁気異方性を導入できる。また、成膜後
の強磁性層を磁場中熱処理することにより一軸磁気異方
性を導入できる。
は、膜面に平行なある一定の方位に一軸性の磁気異方性
が導入されている。強磁性層の膜面に平行なある一定の
方位に一軸磁気異方性が導入するには、以下のような方
法が用いられる。例えば、スパッタリングなどによる成
膜時に膜面に平行に２０〜５００Ｏｅの磁場を印加する
ことにより一軸磁気異方性を導入できる。また、成膜後
の強磁性層を磁場中熱処理することにより一軸磁気異方
性を導入できる。
【００１４】本発明に係る人工格子膜において、強磁性
層の電気抵抗は、磁化が互いに反平行にカップリングし
たときに最大になり、平行にそろったときに最小にな
る。Ｆｅ／Ｃｒ系人工格子膜などの場合には、非強磁性
層（Ｃｒ）を介した強磁性層間の反平行結合そのものに
より、強磁性層間の磁化の反平行状態が得られる。ま
た、ハード層及びソフト層の２種の強磁性層がもつ磁気
異方性の差を利用した人工格子膜では、磁化過程の途中
で強磁性層間の磁化の反平行状態が起こる。そして、強
磁性層間の磁化の反平行状態は、外部磁場によって平行
状態に変化する。その結果、強磁性層の電気抵抗が変化
する。
層の電気抵抗は、磁化が互いに反平行にカップリングし
たときに最大になり、平行にそろったときに最小にな
る。Ｆｅ／Ｃｒ系人工格子膜などの場合には、非強磁性
層（Ｃｒ）を介した強磁性層間の反平行結合そのものに
より、強磁性層間の磁化の反平行状態が得られる。ま
た、ハード層及びソフト層の２種の強磁性層がもつ磁気
異方性の差を利用した人工格子膜では、磁化過程の途中
で強磁性層間の磁化の反平行状態が起こる。そして、強
磁性層間の磁化の反平行状態は、外部磁場によって平行
状態に変化する。その結果、強磁性層の電気抵抗が変化
する。
【００１５】従来のように、無磁場中で非単結晶基板例
えばガラス基板上に成膜された人工格子膜では、強磁性
層は反磁界のために面内に磁化容易軸を持つが、その方
向は面内で等方的であり、種々の方向に磁化容易軸が存
在する。
えばガラス基板上に成膜された人工格子膜では、強磁性
層は反磁界のために面内に磁化容易軸を持つが、その方
向は面内で等方的であり、種々の方向に磁化容易軸が存
在する。
【００１６】これに対して、Ｆｅ／Ｃｒ系のような層間
の反強磁性結合を利用した人工格子膜に一軸磁気異方性
を導入した場合、強磁性層の磁化容易軸方向は膜面内で
ある１つの方向となる。したがって、その方向に被検出
外部磁場が印加されるようにして抵抗を測定すれば、無
磁場中で成膜されて磁化容易軸方向が面内で等方的な人
工格子膜と比較して、飽和磁場が低減する。また、一軸
磁気異方性の方向が被検出外部磁場の方向に対してある
角度θをなすようにして抵抗を測定すれば、飽和磁場は
大きくなるが、抵抗変化率Δρ／ρ0 の磁場変化ΔＨに
対する勾配（Δρ／ρ0 ）／ΔＨを緩やかにでき、外部
磁場の大きさを検出するのに好都合となる。また、ソフ
ト層とハード層とを組合せた人工格子膜の場合には、両
者への一軸磁気異方性による磁化容易軸の導入の仕方に
２通りの組み合わせがある。
の反強磁性結合を利用した人工格子膜に一軸磁気異方性
を導入した場合、強磁性層の磁化容易軸方向は膜面内で
ある１つの方向となる。したがって、その方向に被検出
外部磁場が印加されるようにして抵抗を測定すれば、無
磁場中で成膜されて磁化容易軸方向が面内で等方的な人
工格子膜と比較して、飽和磁場が低減する。また、一軸
磁気異方性の方向が被検出外部磁場の方向に対してある
角度θをなすようにして抵抗を測定すれば、飽和磁場は
大きくなるが、抵抗変化率Δρ／ρ0 の磁場変化ΔＨに
対する勾配（Δρ／ρ0 ）／ΔＨを緩やかにでき、外部
磁場の大きさを検出するのに好都合となる。また、ソフ
ト層とハード層とを組合せた人工格子膜の場合には、両
者への一軸磁気異方性による磁化容易軸の導入の仕方に
２通りの組み合わせがある。
【００１７】その１つは、ソフト層及びハード層ともに
同一方向の一軸磁気異方性を導入する方法である。この
場合には、前記と同様に、一軸磁気異方性の方向に被検
出外部磁場が印加されるようにして抵抗を測定すれば飽
和磁場が低減し、しかもヒステリシスを小さくすること
ができる。また、一軸磁気異方性の方向が被検出外部磁
場の方向に対してある角度θをなすようにして抵抗を測
定すれば抵抗変化率Δρ／ρ0 の磁場変化ΔＨに対する
勾配を緩やかにでき外部磁場の大きさを検出するのに好
都合となる。
同一方向の一軸磁気異方性を導入する方法である。この
場合には、前記と同様に、一軸磁気異方性の方向に被検
出外部磁場が印加されるようにして抵抗を測定すれば飽
和磁場が低減し、しかもヒステリシスを小さくすること
ができる。また、一軸磁気異方性の方向が被検出外部磁
場の方向に対してある角度θをなすようにして抵抗を測
定すれば抵抗変化率Δρ／ρ0 の磁場変化ΔＨに対する
勾配を緩やかにでき外部磁場の大きさを検出するのに好
都合となる。
【００１８】２つめは、ソフト層とハード層とで異なる
方向に一軸磁気異方性を導入する方法である。この場
合、特にソフト層の一軸磁気異方性の方向が被検出外部
磁場の方向に対してある角度θをなすようにして測定す
れば、抵抗変化率Δρ／ρ0 の磁場変化ΔＨに対する勾
配を制御できる。また、θ＝０°として測定することに
より、ステップ状の磁気抵抗変化を得ることもできる。
方向に一軸磁気異方性を導入する方法である。この場
合、特にソフト層の一軸磁気異方性の方向が被検出外部
磁場の方向に対してある角度θをなすようにして測定す
れば、抵抗変化率Δρ／ρ0 の磁場変化ΔＨに対する勾
配を制御できる。また、θ＝０°として測定することに
より、ステップ状の磁気抵抗変化を得ることもできる。
【００１９】前述したいずれの場合でも、抵抗変化率Δ
ρ／ρ0 の磁場変化ΔＨに対する勾配（Δρ／ρ0 ）／
ΔＨは、導入された一軸磁気異方性の方向と外部磁場の
方向とのなす角度θ＝０°のとき最も大きく急勾配にな
り、θ＝９０°のとき最も緩やかな勾配になる。そし
て、外部磁場の大きさを検出するのに好都合な勾配を得
るには、３０°≦θ≦９０°とすることが好ましい。
ρ／ρ0 の磁場変化ΔＨに対する勾配（Δρ／ρ0 ）／
ΔＨは、導入された一軸磁気異方性の方向と外部磁場の
方向とのなす角度θ＝０°のとき最も大きく急勾配にな
り、θ＝９０°のとき最も緩やかな勾配になる。そし
て、外部磁場の大きさを検出するのに好都合な勾配を得
るには、３０°≦θ≦９０°とすることが好ましい。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００２１】
［実施例１］
図１（ａ）に本実施例において用いられたイオンビーム
スパッタ装置を示す。チャンバー１の排気口２は図示し
ない真空ポンプに接続され、チャンバー１内の圧力は圧
力ゲージ３により測定される。チャンバー１内には基板
ホルダ４が設置され、この基板ホルダ４に基板５が保持
される。基板ホルダ４内にはヒータ６が設けられ、基板
ホルダ４付近には冷却水７が流されており、基板ホルダ
４及び基板５の温度を調節できる。基板ホルダ４の温度
は熱電対８により測定される。基板５の付近には、磁場
印加手段９が設けられ、基板５の表面に形成される膜の
面内方向に磁場が印加される。基板５の前面にはシャッ
ター１０が設けられている。基板５に対向する位置には
ターゲットホルダ１１が回転可能に設けられ、その表面
に複数のターゲット１２が取り付けられる。ターゲット
ホルダ１１は冷却水１３により冷却される。ターゲット
１２に対向する位置にはイオンガン１４が設けられ、イ
オンガン１４にはＡｒガス１５が供給される。
スパッタ装置を示す。チャンバー１の排気口２は図示し
ない真空ポンプに接続され、チャンバー１内の圧力は圧
力ゲージ３により測定される。チャンバー１内には基板
ホルダ４が設置され、この基板ホルダ４に基板５が保持
される。基板ホルダ４内にはヒータ６が設けられ、基板
ホルダ４付近には冷却水７が流されており、基板ホルダ
４及び基板５の温度を調節できる。基板ホルダ４の温度
は熱電対８により測定される。基板５の付近には、磁場
印加手段９が設けられ、基板５の表面に形成される膜の
面内方向に磁場が印加される。基板５の前面にはシャッ
ター１０が設けられている。基板５に対向する位置には
ターゲットホルダ１１が回転可能に設けられ、その表面
に複数のターゲット１２が取り付けられる。ターゲット
ホルダ１１は冷却水１３により冷却される。ターゲット
１２に対向する位置にはイオンガン１４が設けられ、イ
オンガン１４にはＡｒガス１５が供給される。
【００２２】磁場印加手段９としては、図１（ｂ）に示
すように１対の永久磁石１６を設けてもよいし、図１
（ｃ）に示すように２対のヘルムホルツコイル１７ａ、
１７ｂを設けてもよい。図１（ｃ）の場合、２対のヘル
ムホルツコイル１７ａ、１７ｂのいずれを用いるかによ
り、磁場を印加する方向を互いに直交する方向に変化さ
せることができる。
すように１対の永久磁石１６を設けてもよいし、図１
（ｃ）に示すように２対のヘルムホルツコイル１７ａ、
１７ｂを設けてもよい。図１（ｃ）の場合、２対のヘル
ムホルツコイル１７ａ、１７ｂのいずれを用いるかによ
り、磁場を印加する方向を互いに直交する方向に変化さ
せることができる。
【００２３】図１（ａ）に示すイオンビームスパッタ装
置を用い、Ｆｅ／Ｃｒからなる人工格子膜を作製した。
基板５として石英ガラスを用いた。ターゲットホルダ１
１にＦｅ及びＣｒの２種のターゲット１２を取り付け
た。チャンバー１内を真空度２×１０-7Ｔｏｒｒまで排
気した後、イオンガン１４にＡｒガスを導入して分圧を
３×１０-4Ｔｏｒｒに設定し、Ａｒをイオン化して５０
０ｅＶに加速してターゲット１２に照射した。基板温度
は室温から４００℃まで変化させた。２種のターゲット
を所定時間ごとに回転させることによって、Ｆｅ層とＣ
ｒ層とを交互に積層して人工格子膜を作製した。この成
膜時に、図１（ｂ）に示す１対の永久磁石１６により膜
に１００Ｏｅの磁場を印加して膜面内に一軸磁気異方性
を導入した（実施例１）。 また、比較のために、永久磁石を用いずに無磁場中で成
膜した以外は、前記と同様にして人工格子膜を作製した
（比較例１）。
置を用い、Ｆｅ／Ｃｒからなる人工格子膜を作製した。
基板５として石英ガラスを用いた。ターゲットホルダ１
１にＦｅ及びＣｒの２種のターゲット１２を取り付け
た。チャンバー１内を真空度２×１０-7Ｔｏｒｒまで排
気した後、イオンガン１４にＡｒガスを導入して分圧を
３×１０-4Ｔｏｒｒに設定し、Ａｒをイオン化して５０
０ｅＶに加速してターゲット１２に照射した。基板温度
は室温から４００℃まで変化させた。２種のターゲット
を所定時間ごとに回転させることによって、Ｆｅ層とＣ
ｒ層とを交互に積層して人工格子膜を作製した。この成
膜時に、図１（ｂ）に示す１対の永久磁石１６により膜
に１００Ｏｅの磁場を印加して膜面内に一軸磁気異方性
を導入した（実施例１）。 また、比較のために、永久磁石を用いずに無磁場中で成
膜した以外は、前記と同様にして人工格子膜を作製した
（比較例１）。
【００２４】得られた人工格子膜に関して、Ｆｅの膜厚
をｔFe（ｎｍ）、Ｃｒの膜厚をｔCr（ｎｍ）、Ｆｅ層と
Ｃｒ層とを１ペアとしたときの繰り返し数をｎとし、こ
の人工格子膜を（ｔFe／ｔCr）n と表示する。本実施例
では、（ｔFe／ｔCr）n ＝（２．７／１．３）7 の人工
格子膜を作製した。
をｔFe（ｎｍ）、Ｃｒの膜厚をｔCr（ｎｍ）、Ｆｅ層と
Ｃｒ層とを１ペアとしたときの繰り返し数をｎとし、こ
の人工格子膜を（ｔFe／ｔCr）n と表示する。本実施例
では、（ｔFe／ｔCr）n ＝（２．７／１．３）7 の人工
格子膜を作製した。
【００２５】図２（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ比較例１
及び実施例１の人工格子膜の磁化曲線を示す。図２
（ａ）及び（ｂ）から、飽和磁場は、無磁場中で作製さ
れた比較例１の人工格子膜では２．５ｋＯｅ以上である
のに対し、磁場中で作製された実施例１の人工格子膜で
は１．６ｋＯｅであることがわかる。このように実施例
１では膜面内に一軸磁気異方性が導入されているので、
飽和磁場が小さくなっている。
及び実施例１の人工格子膜の磁化曲線を示す。図２
（ａ）及び（ｂ）から、飽和磁場は、無磁場中で作製さ
れた比較例１の人工格子膜では２．５ｋＯｅ以上である
のに対し、磁場中で作製された実施例１の人工格子膜で
は１．６ｋＯｅであることがわかる。このように実施例
１では膜面内に一軸磁気異方性が導入されているので、
飽和磁場が小さくなっている。
【００２６】図３（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ比較例１
及び実施例１の人工格子膜の磁気抵抗効果を示す。測定
に際しては、電流の方向は被検出外部磁場の方向と平行
にした。また、磁場中で成膜された実施例１の人工格子
膜については、一軸磁気異方性の方向が被検出外部磁場
の方向となるようにして測定した。図３（ａ）及び
（ｂ）からわかるように、抵抗変化率が飽和する外部磁
場は、比較例１の人工格子膜では３ｋＯｅ付近、実施例
１の人工格子膜では２ｋＯｅ以下である。図２（ａ）及
び（ｂ）の結果と同様に、実施例１では膜面内に一軸磁
気異方性が導入されているので、飽和磁場が小さくなっ
ている。なお、電流の方向と磁場の方向とを直交させて
測定した場合にも、図３（ａ）及び（ｂ）と同様な結果
が得られた。
及び実施例１の人工格子膜の磁気抵抗効果を示す。測定
に際しては、電流の方向は被検出外部磁場の方向と平行
にした。また、磁場中で成膜された実施例１の人工格子
膜については、一軸磁気異方性の方向が被検出外部磁場
の方向となるようにして測定した。図３（ａ）及び
（ｂ）からわかるように、抵抗変化率が飽和する外部磁
場は、比較例１の人工格子膜では３ｋＯｅ付近、実施例
１の人工格子膜では２ｋＯｅ以下である。図２（ａ）及
び（ｂ）の結果と同様に、実施例１では膜面内に一軸磁
気異方性が導入されているので、飽和磁場が小さくなっ
ている。なお、電流の方向と磁場の方向とを直交させて
測定した場合にも、図３（ａ）及び（ｂ）と同様な結果
が得られた。
【００２７】
［実施例２］
実施例１と同様にして、石英ガラス基板上に、強磁性層
として膜厚３ｎｍの表１に示す非晶質合金及び非強磁性
層として膜厚１ｎｍのＣｕを交互に積層し、全膜厚５０
ｎｍの人工格子膜を作製した。これらの人工格子膜の比
抵抗及び抵抗変化率を室温において４端子法で測定した
結果を表１に示す。
として膜厚３ｎｍの表１に示す非晶質合金及び非強磁性
層として膜厚１ｎｍのＣｕを交互に積層し、全膜厚５０
ｎｍの人工格子膜を作製した。これらの人工格子膜の比
抵抗及び抵抗変化率を室温において４端子法で測定した
結果を表１に示す。
【００２８】表１に示されるように、例えば試料番号５
の非晶質合金を用いた人口格子膜の比抵抗は１３０μΩ
−ｃｍである。この値は、非晶質合金単独の場合に比べ
若干大きい。また、低磁場（数百Ｏｅ）で抵抗変化率が
飽和し、そのときの変化率は約１０％であった。この変
化率を比抵抗の変化量に換算すると１３μΩ−ｃｍであ
る。したがって、これを磁気抵抗素子として応用した場
合、抵抗の変化に伴って大きな出力が得られる。このこ
とは、磁気抵抗素子を実用化する上で大きな利点とな
る。
の非晶質合金を用いた人口格子膜の比抵抗は１３０μΩ
−ｃｍである。この値は、非晶質合金単独の場合に比べ
若干大きい。また、低磁場（数百Ｏｅ）で抵抗変化率が
飽和し、そのときの変化率は約１０％であった。この変
化率を比抵抗の変化量に換算すると１３μΩ−ｃｍであ
る。したがって、これを磁気抵抗素子として応用した場
合、抵抗の変化に伴って大きな出力が得られる。このこ
とは、磁気抵抗素子を実用化する上で大きな利点とな
る。
【００２９】
【表１】
【００３０】
［実施例３］
実施例１と同様にして、石英ガラス基板上に、強磁性層
として膜厚３ｎｍの表１の試料番号４の非晶質合金及び
非強磁性層として実施例２のＣｕの代わりに膜厚１ｎｍ
のＣｒを交互に積層し、全膜厚５０ｎｍの人工格子膜を
作製した。
として膜厚３ｎｍの表１の試料番号４の非晶質合金及び
非強磁性層として実施例２のＣｕの代わりに膜厚１ｎｍ
のＣｒを交互に積層し、全膜厚５０ｎｍの人工格子膜を
作製した。
【００３１】この人工格子膜の比抵抗及び抵抗変化率を
室温において４端子法で測定した結果、比抵抗は１６０
μΩ−ｃｍ、抵抗変化率は７％（飽和磁場は３００Ｏ
ｅ）であった。
室温において４端子法で測定した結果、比抵抗は１６０
μΩ−ｃｍ、抵抗変化率は７％（飽和磁場は３００Ｏ
ｅ）であった。
【００３２】
［実施例４］
実施例１と同様にして、石英ガラス基板上に、強磁性層
として膜厚２ｎｍの表２に示すＦｅ基合金及び比強磁性
層として膜厚１．２ｎｍのＣｒを交互に積層し、全膜厚
６４ｎｍの人工格子膜を作製した。
として膜厚２ｎｍの表２に示すＦｅ基合金及び比強磁性
層として膜厚１．２ｎｍのＣｒを交互に積層し、全膜厚
６４ｎｍの人工格子膜を作製した。
【００３３】得られた人工格子膜について、容易軸方向
（θ＝０°）及び困難軸方向（θ＝９０°）に外部磁場
を印加した場合の飽和磁場を測定した。比較のために、
無磁場中で成膜された人工格子膜についての飽和磁場を
示す。
（θ＝０°）及び困難軸方向（θ＝９０°）に外部磁場
を印加した場合の飽和磁場を測定した。比較のために、
無磁場中で成膜された人工格子膜についての飽和磁場を
示す。
【００３４】表２からわかるように、本発明に係る人工
格子膜について容易軸の方向（一軸磁気異方性の方向）
に外部磁場を印加すれば、無磁場中で成膜され一軸磁気
異方性が導入されていない人工格子膜と比較して、飽和
磁場を小さくできる。また、本発明に係る人工格子膜に
ついて困難軸の方向（一軸磁気異方性に直交する方向）
に外部磁場を印加すれば、飽和磁場が大きくなる。この
ことから、θ＝０°〜９０°の間でθを変化させること
により、飽和磁場の大きさを制御できることがわかる。
格子膜について容易軸の方向（一軸磁気異方性の方向）
に外部磁場を印加すれば、無磁場中で成膜され一軸磁気
異方性が導入されていない人工格子膜と比較して、飽和
磁場を小さくできる。また、本発明に係る人工格子膜に
ついて困難軸の方向（一軸磁気異方性に直交する方向）
に外部磁場を印加すれば、飽和磁場が大きくなる。この
ことから、θ＝０°〜９０°の間でθを変化させること
により、飽和磁場の大きさを制御できることがわかる。
【００３５】
【表２】
【００３６】
［実施例５］
磁場を印加しなかった以外は実施例１と同様な方法で、
石英ガラス基板（室温）上に、（ｔFe／ｔCr）n ＝
（２．５／１．３）30のＦｅ／Ｃｒ人工格子膜を作製し
た。この人工格子膜の飽和磁場を測定したところ、２．
７ｋＯｅであった。
石英ガラス基板（室温）上に、（ｔFe／ｔCr）n ＝
（２．５／１．３）30のＦｅ／Ｃｒ人工格子膜を作製し
た。この人工格子膜の飽和磁場を測定したところ、２．
７ｋＯｅであった。
【００３７】次に、この人工格子膜を、真空中、４５０
℃で磁場中熱処理した。得られた人工格子膜について
は、容易軸方向に外部磁場を印加したときの飽和磁場は
２．２ｋＯｅに減少し、困難軸方向に外部磁場を印加し
たときの飽和磁場は３．２ｋＯｅになった。
℃で磁場中熱処理した。得られた人工格子膜について
は、容易軸方向に外部磁場を印加したときの飽和磁場は
２．２ｋＯｅに減少し、困難軸方向に外部磁場を印加し
たときの飽和磁場は３．２ｋＯｅになった。
【００３８】
［実施例６］
図１（ａ）のイオンビームスパッタ装置を用い、図４に
示す人工格子膜を作製した。基板として石英ガラス、タ
ーゲットとしてＣｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅを用いた。基板
ホルダの付近には、図１（ｂ）に示すように１対の永久
磁石１６を対向する位置に配置し、１００Ｏｅの磁場中
で成膜した。
示す人工格子膜を作製した。基板として石英ガラス、タ
ーゲットとしてＣｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅを用いた。基板
ホルダの付近には、図１（ｂ）に示すように１対の永久
磁石１６を対向する位置に配置し、１００Ｏｅの磁場中
で成膜した。
【００３９】この人工格子膜は、石英ガラス基板２１上
に、膜厚２．５ｎｍのＣｏ層２２、膜厚５ｎｍのＣｕ層
２３、膜厚２ｎｍのＮｉ層２４と膜厚２ｎｍのＦｅ層２
５とが交互に積層された（Ｎｉ／Ｆｅ）n 層２６、膜厚
５ｎｍのＣｕ層２３が順次積層され、この積層構造がＮ
層繰り返して形成された構造を有している。
に、膜厚２．５ｎｍのＣｏ層２２、膜厚５ｎｍのＣｕ層
２３、膜厚２ｎｍのＮｉ層２４と膜厚２ｎｍのＦｅ層２
５とが交互に積層された（Ｎｉ／Ｆｅ）n 層２６、膜厚
５ｎｍのＣｕ層２３が順次積層され、この積層構造がＮ
層繰り返して形成された構造を有している。
【００４０】この人工格子膜を［（Ｎｉ／Ｆｅ）n ／Ｃ
ｕ／Ｃｏ／Ｃｕ］N と表記する。この人工格子膜では、
（Ｎｉ／Ｆｅ）n 層はソフト層、Ｃｕ層は非強磁性層、
Ｃｏ層はハード層である。
ｕ／Ｃｏ／Ｃｕ］N と表記する。この人工格子膜では、
（Ｎｉ／Ｆｅ）n 層はソフト層、Ｃｕ層は非強磁性層、
Ｃｏ層はハード層である。
【００４１】この人工格子膜について、一軸磁気異方性
の方向と被検出外部磁場の方向とを平行として、±１０
Ｏｅのマイナーループで磁気抵抗効果を測定した結果を
図５に示す。図５から、多少のヒステリシスは観察され
るものの、抵抗変化率は磁場に対してステップ状に変化
することがわかる。
の方向と被検出外部磁場の方向とを平行として、±１０
Ｏｅのマイナーループで磁気抵抗効果を測定した結果を
図５に示す。図５から、多少のヒステリシスは観察され
るものの、抵抗変化率は磁場に対してステップ状に変化
することがわかる。
【００４２】
［実施例７］
図１（ａ）のイオンビームスパッタ装置を用い、図６に
示す人工格子膜を作製した。基板として石英ガラス、タ
ーゲットとしてパーマロイ（Ｎｉ80Ｆｅ20）、Ｃｕ、Ｃ
ｏ、Ｇｄ−Ｃｏ化合物、Ａｇを用いた。成膜時の基板温
度は、１５０〜４００℃とした。基板ホルダの付近に
は、図１（ｃ）に示す２対のヘルムホルツコイル１７
ａ、１７ｂを配置し、１００Ｏｅの磁場中で成膜した。
示す人工格子膜を作製した。基板として石英ガラス、タ
ーゲットとしてパーマロイ（Ｎｉ80Ｆｅ20）、Ｃｕ、Ｃ
ｏ、Ｇｄ−Ｃｏ化合物、Ａｇを用いた。成膜時の基板温
度は、１５０〜４００℃とした。基板ホルダの付近に
は、図１（ｃ）に示す２対のヘルムホルツコイル１７
ａ、１７ｂを配置し、１００Ｏｅの磁場中で成膜した。
【００４３】この人工格子膜は、石英ガラス基板２１上
に、パーマロイ（Ｎｉ80Ｆｅ20）層３２、Ｃｕ層３３、
Ｃｏ層３４、Ｇｄ−Ｃｏ層３５、Ａｇ層３６が順次積層
された構造を有している。
に、パーマロイ（Ｎｉ80Ｆｅ20）層３２、Ｃｕ層３３、
Ｃｏ層３４、Ｇｄ−Ｃｏ層３５、Ａｇ層３６が順次積層
された構造を有している。
【００４４】この人工格子膜を、パーマロイ／Ｃｕ／
（Ｃｏ／Ｇｄ−Ｃｏ）／Ａｇと表記する。この人工格子
膜では、パーマロイはソフト層、Ｃｕは非強磁性層、Ｃ
ｏはハード層、Ｇｄ−ＣｏはＣｏに対して交換異方性
（exchangeanisotropy)を付与する作用を有し、Ａｇは
保護膜である。
（Ｃｏ／Ｇｄ−Ｃｏ）／Ａｇと表記する。この人工格子
膜では、パーマロイはソフト層、Ｃｕは非強磁性層、Ｃ
ｏはハード層、Ｇｄ−ＣｏはＣｏに対して交換異方性
（exchangeanisotropy)を付与する作用を有し、Ａｇは
保護膜である。
【００４５】ヘルムホルツコイル１７ａ、１７ｂのどち
らを使用するかを選択することにより、図７（ａ）、
（ｂ）に示す２通りの組み合わせで一軸磁気異方性を導
入した。図７において、一軸磁気異方性の方向を実線矢
印で表示している。すなわち、図７（ａ）ではソフト層
に導入された一軸磁気異方性の方向とハード層に導入さ
れた一軸磁気異方性の方向とは平行である。一方、図７
（ｂ）ソフト層に導入された一軸磁気異方性の方向とハ
ード層に導入された一軸磁気異方性の方向とは直交して
いる。
らを使用するかを選択することにより、図７（ａ）、
（ｂ）に示す２通りの組み合わせで一軸磁気異方性を導
入した。図７において、一軸磁気異方性の方向を実線矢
印で表示している。すなわち、図７（ａ）ではソフト層
に導入された一軸磁気異方性の方向とハード層に導入さ
れた一軸磁気異方性の方向とは平行である。一方、図７
（ｂ）ソフト層に導入された一軸磁気異方性の方向とハ
ード層に導入された一軸磁気異方性の方向とは直交して
いる。
【００４６】得られた各人工格子膜の磁気抵抗効果を±
２０Ｏｅのマイナーループで測定した。測定の際には、
ハード層に導入された一軸磁気異方性の方向と外部磁場
の方向（図中破線矢印で表示）とを平行にした。したが
って、測定時のソフト層の一軸磁気異方性の方向と外部
磁場の方向とのなす角度θは０°又は９０°である。こ
れらの結果をそれぞれ図８（ａ）、（ｂ）に示す。
２０Ｏｅのマイナーループで測定した。測定の際には、
ハード層に導入された一軸磁気異方性の方向と外部磁場
の方向（図中破線矢印で表示）とを平行にした。したが
って、測定時のソフト層の一軸磁気異方性の方向と外部
磁場の方向とのなす角度θは０°又は９０°である。こ
れらの結果をそれぞれ図８（ａ）、（ｂ）に示す。
【００４７】図８（ａ）、（ｂ）から明らかなように、
抵抗変化率の磁場に対する勾配（Δρ／ρ0 ）／ΔＨ
は、θ＝０°のとき最も急峻でステップ状の変化を示
し、θ＝９０°のとき最も緩やかになる。このことか
ら、ソフト層の一軸磁気異方性の方向を外部磁場の方向
に対して任意の角度θに設定することにより、抵抗変化
率の磁場に対する勾配（Δρ／ρ0 ）／ΔＨを制御でき
ることがわかる。
抵抗変化率の磁場に対する勾配（Δρ／ρ0 ）／ΔＨ
は、θ＝０°のとき最も急峻でステップ状の変化を示
し、θ＝９０°のとき最も緩やかになる。このことか
ら、ソフト層の一軸磁気異方性の方向を外部磁場の方向
に対して任意の角度θに設定することにより、抵抗変化
率の磁場に対する勾配（Δρ／ρ0 ）／ΔＨを制御でき
ることがわかる。
【００４８】
［実施例８］
図１（ａ）のイオンビームスパッタ装置を用い、図９に
示す人工格子膜を作製した。基板として石英ガラス、タ
ーゲットとしてＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｇｄ−Ｃｏ化
合物、Ａｇを用いた。基板ホルダの付近には、図１
（ｃ）に示す２対のヘルムホルツコイル１７ａ、１７ｂ
を配置し、１００Ｏｅの磁場中で成膜した。この人工格
子膜は、石英ガラス基板２１上に、Ｎｉ層４２とＦｅ層
４３とが交互に積層された（Ｎｉ／Ｆｅ）n 層４４、Ｃ
ｕ層４５、Ｃｏ層４６、Ｇｄ−Ｃｏ層４７、Ａｇ層４８
が順次積層された構造を有している。
示す人工格子膜を作製した。基板として石英ガラス、タ
ーゲットとしてＮｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｇｄ−Ｃｏ化
合物、Ａｇを用いた。基板ホルダの付近には、図１
（ｃ）に示す２対のヘルムホルツコイル１７ａ、１７ｂ
を配置し、１００Ｏｅの磁場中で成膜した。この人工格
子膜は、石英ガラス基板２１上に、Ｎｉ層４２とＦｅ層
４３とが交互に積層された（Ｎｉ／Ｆｅ）n 層４４、Ｃ
ｕ層４５、Ｃｏ層４６、Ｇｄ−Ｃｏ層４７、Ａｇ層４８
が順次積層された構造を有している。
【００４９】この人工格子膜を（Ｎｉ／Ｆｅ）n ／Ｃｕ
／（Ｃｏ／Ｇｄ−Ｃｏ）／Ａｇと表記する。この人工格
子膜では（Ｎｉ／Ｆｅ）n はソフト層、Ｃｕは非強磁性
層、Ｃｏはハード層、Ｇｄ−ＣｏはＣｏに対して交換異
方性（exchange anisotropy)を付与する作用を有し、Ａ
ｇは保護膜である。
／（Ｃｏ／Ｇｄ−Ｃｏ）／Ａｇと表記する。この人工格
子膜では（Ｎｉ／Ｆｅ）n はソフト層、Ｃｕは非強磁性
層、Ｃｏはハード層、Ｇｄ−ＣｏはＣｏに対して交換異
方性（exchange anisotropy)を付与する作用を有し、Ａ
ｇは保護膜である。
【００５０】実施例７と同様に、ヘルムホルツコイル１
７ａ、１７ｂのどちらを使用するかを選択することによ
り、ソフト層及びハード層に図７（ａ）、（ｂ）に示す
２通りの組み合わせで一軸磁気異方性を導入して、人工
格子膜を作製した。
７ａ、１７ｂのどちらを使用するかを選択することによ
り、ソフト層及びハード層に図７（ａ）、（ｂ）に示す
２通りの組み合わせで一軸磁気異方性を導入して、人工
格子膜を作製した。
【００５１】得られた各人工格子膜の磁気抵抗効果を±
２０Ｏｅのマイナーループで測定した。測定時の外部磁
場の方向はハード層に導入された一軸磁気異方性の方向
と一致させた。この場合にも、実施例７（図８（ａ）、
（ｂ））と同様な結果が得られ、しかも実施例７と比較
してヒステリシスはわずかに小さかった。
２０Ｏｅのマイナーループで測定した。測定時の外部磁
場の方向はハード層に導入された一軸磁気異方性の方向
と一致させた。この場合にも、実施例７（図８（ａ）、
（ｂ））と同様な結果が得られ、しかも実施例７と比較
してヒステリシスはわずかに小さかった。
【００５２】
［実施例９］
以上の実施例では、イオンビームスパッタ装置を用いて
人工格子膜を製造したが、他の装置例えばＲＦマグネト
ロンスパッタ装置を用いても人工格子膜を製造できる。
人工格子膜を製造したが、他の装置例えばＲＦマグネト
ロンスパッタ装置を用いても人工格子膜を製造できる。
【００５３】図１０に本実施例において用いられたＲＦ
マグネトロンスパッタ装置を示す。チャンバー５１内の
雰囲気は排気口５２から排気され、チャンバー５１内に
はガス導入口５３からＡｒガスが導入される。チャンバ
ー５１の上部には基板５４が保持される。チャンバー５
１の下部には基板５４に対向するようにターゲット５５
が保持され、ターゲット５５の基板５４側の面にはシャ
ッター５６が設けられている。ターゲット５５には高周
波電源５７からマッチングボックス５８を介して電界が
印加される。また、マグネット５９によりターゲット５
５と基板５４との間の空間に磁界が印加される。
マグネトロンスパッタ装置を示す。チャンバー５１内の
雰囲気は排気口５２から排気され、チャンバー５１内に
はガス導入口５３からＡｒガスが導入される。チャンバ
ー５１の上部には基板５４が保持される。チャンバー５
１の下部には基板５４に対向するようにターゲット５５
が保持され、ターゲット５５の基板５４側の面にはシャ
ッター５６が設けられている。ターゲット５５には高周
波電源５７からマッチングボックス５８を介して電界が
印加される。また、マグネット５９によりターゲット５
５と基板５４との間の空間に磁界が印加される。
【００５４】図１０のＲＦマグネトロンスパッタ装置を
用い、Ｆｅ／Ｃｒからなる人工格子膜を作製した。基板
５４としてＭｇＯ、ターゲット５６としてＦｅとＣｒと
を用いた。まず、５×１０-6Ｔｏｒｒの真空度まで排気
した。次に、Ｆｅ及びＣｒの成膜条件を表３に示す２種
の条件に設定し、それぞれのターゲット５６のシャッタ
ー５７を交互に開閉して成膜し、（ｔFe／ｔCr）n ＝
（２．７／１．３）10で表わされるＡ試料、Ｂ試料の２
種の人工格子膜を作製した。
用い、Ｆｅ／Ｃｒからなる人工格子膜を作製した。基板
５４としてＭｇＯ、ターゲット５６としてＦｅとＣｒと
を用いた。まず、５×１０-6Ｔｏｒｒの真空度まで排気
した。次に、Ｆｅ及びＣｒの成膜条件を表３に示す２種
の条件に設定し、それぞれのターゲット５６のシャッタ
ー５７を交互に開閉して成膜し、（ｔFe／ｔCr）n ＝
（２．７／１．３）10で表わされるＡ試料、Ｂ試料の２
種の人工格子膜を作製した。
【００５５】
【表３】
【００５６】以上のようにして作製された各人工格子膜
のＸ線回折パターンを図１１（ａ）及び（ｂ）に示す。
Ａ試料では人工格子膜の周期性を反映して３次のピーク
まで観測されている。Ｂ試料では２次のピークしか観測
できなかった。これらの結果から、Ａ試料ではＦｅとＣ
ｒとの界面状態は比較的シャープであり、界面における
Ｆｅ原子とＣｒ原子との混合はわずかであることがわか
る。一方、Ｂ試料では３次のピークが認められないこと
から、Ｆｅ、Ｃｒ界面で原子どうしの混合が起きている
ことがわかる。
のＸ線回折パターンを図１１（ａ）及び（ｂ）に示す。
Ａ試料では人工格子膜の周期性を反映して３次のピーク
まで観測されている。Ｂ試料では２次のピークしか観測
できなかった。これらの結果から、Ａ試料ではＦｅとＣ
ｒとの界面状態は比較的シャープであり、界面における
Ｆｅ原子とＣｒ原子との混合はわずかであることがわか
る。一方、Ｂ試料では３次のピークが認められないこと
から、Ｆｅ、Ｃｒ界面で原子どうしの混合が起きている
ことがわかる。
【００５７】図１２（ａ）、（ｂ）にＡ試料の人工格子
膜について、磁場の方向と電流の方向とを直交させた場
合及び両者の方向を平行にした場合の磁気抵抗効果を示
す。図１２（ａ）、（ｂ）から明らかなように、磁場の
方向と電流の方向とを直交させた場合（ａ）は、磁場の
方向と電流の方向とが平行である場合（ｂ）と比較し
て、抵抗変化率が高い。図１２（ａ）では、３ｋＯｅの
磁場を印加した場合に、１０％の抵抗変化率を示してい
る。
膜について、磁場の方向と電流の方向とを直交させた場
合及び両者の方向を平行にした場合の磁気抵抗効果を示
す。図１２（ａ）、（ｂ）から明らかなように、磁場の
方向と電流の方向とを直交させた場合（ａ）は、磁場の
方向と電流の方向とが平行である場合（ｂ）と比較し
て、抵抗変化率が高い。図１２（ａ）では、３ｋＯｅの
磁場を印加した場合に、１０％の抵抗変化率を示してい
る。
【００５８】図示しないが、Ｂ試料の場合には、磁場の
方向と電流の方向とが垂直か平行かによって抵抗変化率
の符号が異なっていた。また、抵抗変化率の大きさは
０．５％以下と非常にわずかであった。これらの結果
は、Ｎｉなどの強磁性体で一般的に観測される磁気抵抗
効果を示しており、人工格子膜としての効果が現われて
いないことがわかる。
方向と電流の方向とが垂直か平行かによって抵抗変化率
の符号が異なっていた。また、抵抗変化率の大きさは
０．５％以下と非常にわずかであった。これらの結果
は、Ｎｉなどの強磁性体で一般的に観測される磁気抵抗
効果を示しており、人工格子膜としての効果が現われて
いないことがわかる。
【００５９】以上の結果から、ＲＦマグネトロンスパッ
タ装置による一般的な金属薄膜の成膜条件（Ａｒ圧力３
〜５×１０-3Ｔｏｒｒ、成膜速度０．１ｎｍ／ｓｅｃ以
上）では、基板へ到達する金属原子のエネルギーが高す
ぎるため、基板上での原子の移動が起こりやすくなり、
積層膜中の原子のミキシングが生じ、シャープな界面を
もつ人工格子膜が得られなくなることがわかる。
タ装置による一般的な金属薄膜の成膜条件（Ａｒ圧力３
〜５×１０-3Ｔｏｒｒ、成膜速度０．１ｎｍ／ｓｅｃ以
上）では、基板へ到達する金属原子のエネルギーが高す
ぎるため、基板上での原子の移動が起こりやすくなり、
積層膜中の原子のミキシングが生じ、シャープな界面を
もつ人工格子膜が得られなくなることがわかる。
【００６０】これに対して、Ａ試料の成膜条件のよう
に、スパッタリングが可能な範囲で出力を低下させれ
ば、界面のシャープな人工格子膜が得られやすい。具体
的には、成膜時の高周波電力をＦｅの場合４００Ｗ以
下、Ｃｒの場合２００Ｗ以下とすることが好ましい。た
だし、出力を極端に小さくすると安定した成膜速度が得
られなくなるため、成膜時の高周波電力をＦｅの場合２
００Ｗ以上、Ｃｒの場合５０Ｗ以上とすることが好まし
い。また、前記と同様の理由により、Ａｒ圧力を７×１
０-3Ｔｏｒｒ以上にして、基板に到達する金属原子のエ
ネルギーを低減させることも有効である。
に、スパッタリングが可能な範囲で出力を低下させれ
ば、界面のシャープな人工格子膜が得られやすい。具体
的には、成膜時の高周波電力をＦｅの場合４００Ｗ以
下、Ｃｒの場合２００Ｗ以下とすることが好ましい。た
だし、出力を極端に小さくすると安定した成膜速度が得
られなくなるため、成膜時の高周波電力をＦｅの場合２
００Ｗ以上、Ｃｒの場合５０Ｗ以上とすることが好まし
い。また、前記と同様の理由により、Ａｒ圧力を７×１
０-3Ｔｏｒｒ以上にして、基板に到達する金属原子のエ
ネルギーを低減させることも有効である。
【００６１】
【発明の効果】以上詳述したように本発明の人工格子膜
は、飽和磁場が小さく、抵抗変化率Δρ／ρ0 の磁場変
化ΔＨに対する勾配（Δρ／ρ0）／ΔＨを任意に制御
できる。
は、飽和磁場が小さく、抵抗変化率Δρ／ρ0 の磁場変
化ΔＨに対する勾配（Δρ／ρ0）／ΔＨを任意に制御
できる。
【図１】（ａ）は本発明の実施例において用いられたイ
オンビームスパッタ装置の構成図、（ｂ）及び（ｃ）は
基板周辺の磁場印加手段の配置を示す平面図。
オンビームスパッタ装置の構成図、（ｂ）及び（ｃ）は
基板周辺の磁場印加手段の配置を示す平面図。
【図２】（ａ）は比較例１の人工格子膜の磁化曲線を示
す図、（ｂ）は実施例１の人工格子膜の磁化曲線を示す
図。
す図、（ｂ）は実施例１の人工格子膜の磁化曲線を示す
図。
【図３】（ａ）は比較例１の人工格子膜の磁気抵抗効果
を示す図、（ｂ）は実施例１の人工格子膜の磁気抵抗効
果を示す図。
を示す図、（ｂ）は実施例１の人工格子膜の磁気抵抗効
果を示す図。
【図４】実施例６の人工格子膜の構成を示す図。
【図５】実施例６の人工格子膜の磁気抵抗効果を示す
図。
図。
【図６】実施例７の人工格子膜の構成を示す図。
【図７】実施例７の人工格子膜について、（ａ）はソフ
ト層に導入された一軸磁気異方性の方向とハード層に導
入された一軸磁気異方性の方向とが平行であることを示
す説明図、（ｂ）はソフト層に導入された一軸磁気異方
性の方向とハード層に導入された一軸磁気異方性の方向
とが直交することを示す説明図。
ト層に導入された一軸磁気異方性の方向とハード層に導
入された一軸磁気異方性の方向とが平行であることを示
す説明図、（ｂ）はソフト層に導入された一軸磁気異方
性の方向とハード層に導入された一軸磁気異方性の方向
とが直交することを示す説明図。
【図８】（ａ）は実施例７の図７（ａ）に示す人工格子
膜の磁気抵抗効果を示す図、（ｂ）は実施例７の図７
（ｂ）に示す人工格子膜の磁気抵抗効果を示す図。
膜の磁気抵抗効果を示す図、（ｂ）は実施例７の図７
（ｂ）に示す人工格子膜の磁気抵抗効果を示す図。
【図９】実施例８の人工格子膜の構成を示す図。
【図１０】実施例９において用いられたＲＦマグネトロ
ンスパッタ装置の構成図。
ンスパッタ装置の構成図。
【図１１】実施例９において２種の成膜条件で作製され
た人工格子膜について、（ａ）はＡ試料のＸ線回折パタ
ーンを示す図、（ｂ）はＢ試料のＸ線回折パターンを示
す図。
た人工格子膜について、（ａ）はＡ試料のＸ線回折パタ
ーンを示す図、（ｂ）はＢ試料のＸ線回折パターンを示
す図。
【図１２】実施例９のＡ試料について、（ａ）は磁場の
方向と電流の方向とが直交する場合の磁気抵抗効果を示
す図、（ｂ）は磁場の方向と電流の方向とが平行の場合
の磁気抵抗効果を示す図。
方向と電流の方向とが直交する場合の磁気抵抗効果を示
す図、（ｂ）は磁場の方向と電流の方向とが平行の場合
の磁気抵抗効果を示す図。
１…チャンバー、２…排気口、３…圧力ゲージ、４…基
板ホルダ、５…基板、６…ヒータ、７…冷却水、８…熱
電対、９…磁場印加手段、１０…シャッター、１１…タ
ーゲットホルダ、１２…ターゲット、１３…冷却水、１
４…イオンガン、１５…Ａｒガス、１６…永久磁石、１
７ａ、１７ｂ…ヘルムホルツコイル、２１…石英ガラス
基板、２２…Ｃｏ層、２３…Ｃｕ層、２４…Ｎｉ層、２
５…Ｆｅ層、２６…（Ｎｉ／Ｆｅ）n 層、３２…パーマ
ロイ層、３３…Ｃｕ層、３４…Ｃｏ層、３５…Ｇｄ−Ｃ
ｏ層、３６…Ａｇ層、４２…Ｎｉ層、４３…Ｆｅ層、４
４…（Ｎｉ／Ｆｅ）n 層、４５…Ｃｕ層、４６…Ｃｏ
層、４７…Ｇｄ−Ｃｏ層、４８…Ａｇ層、５１…チャン
バー、５２…排気口、５３…ガス導入口、５４…基板、
５５…ターゲット、５６…シャッター、５７…高周波電
源、５８…マッチングボックス、５９…マグネット。
板ホルダ、５…基板、６…ヒータ、７…冷却水、８…熱
電対、９…磁場印加手段、１０…シャッター、１１…タ
ーゲットホルダ、１２…ターゲット、１３…冷却水、１
４…イオンガン、１５…Ａｒガス、１６…永久磁石、１
７ａ、１７ｂ…ヘルムホルツコイル、２１…石英ガラス
基板、２２…Ｃｏ層、２３…Ｃｕ層、２４…Ｎｉ層、２
５…Ｆｅ層、２６…（Ｎｉ／Ｆｅ）n 層、３２…パーマ
ロイ層、３３…Ｃｕ層、３４…Ｃｏ層、３５…Ｇｄ−Ｃ
ｏ層、３６…Ａｇ層、４２…Ｎｉ層、４３…Ｆｅ層、４
４…（Ｎｉ／Ｆｅ）n 層、４５…Ｃｕ層、４６…Ｃｏ
層、４７…Ｇｄ−Ｃｏ層、４８…Ａｇ層、５１…チャン
バー、５２…排気口、５３…ガス導入口、５４…基板、
５５…ターゲット、５６…シャッター、５７…高周波電
源、５８…マッチングボックス、５９…マグネット。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 柚須 圭一郎
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝総合研究所内
(72)発明者 猪俣 浩一郎
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝総合研究所内
(56)参考文献 特開 平２−159486（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−159487（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−159488（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−93915（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−244007（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−64484（ＪＰ，Ａ)
Claims (7)
- 【請求項１】 非単結晶基板上に交互に積層された強磁
性層と非磁性層とを含み、電流が通電される磁気抵抗効
果膜であって、前記非磁性層を介して隣り合う２つの強
磁性層に、膜面に平行な同一方向に一軸磁気異方性が導
入されており、磁化が互いに反平行のときに電気抵抗が
最大になり、磁化が平行にそろったときに電気抵抗が最
小になることを特徴とする磁気抵抗効果膜。 - 【請求項２】 前記非磁性層を介して隣り合う２つの強
磁性層に導入された前記一軸磁気異方性の方向が、被検
出外部磁場の方向に対して所定の角度θをなしており、
抵抗変化率のΔρ／ρ0の磁場変化ΔＨに対する勾配が
調整されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気
抵抗効果膜。 - 【請求項３】 前記非磁性層を介して隣り合う２つの強
磁性層に導入された前記一軸磁気異方性の方向が、被検
出外部磁場の方向に対して３０°〜９０°の角度をなす
ことを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項４】 前記強磁性層の厚さが０．５〜２０ｎｍ
であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項５】 前記非磁性層の厚さが０．５〜２０ｎｍ
であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに
記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項６】 前記非磁性層は、金属および合金からな
る群より選択されることを特徴とする請求項１ないし５
のいずれかに記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の磁
気抵抗効果膜を備えることを特徴とする磁気ヘッド。
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