JP3497573B2 - 交換結合膜および磁気抵抗効果素子 - Google Patents
交換結合膜および磁気抵抗効果素子Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、反強磁性体膜と強磁性
体膜との交換結合を用いた交換結合膜、およびこの交換
結合膜を具備してなる磁界検出用センサや再生用磁気ヘ
ッド等の磁気抵抗効果素子に関する。
体膜との交換結合を用いた交換結合膜、およびこの交換
結合膜を具備してなる磁界検出用センサや再生用磁気ヘ
ッド等の磁気抵抗効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】以前より高密度磁気記録における再生用
ヘッドとして、磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの
研究が進められている。現在、磁気抵抗効果素子材料と
しては80 at％Ｎｉ− 20 at％Ｆｅ（通称；パーマロ
イ）合金薄膜が用いられている。近年、これにかわる材
料として、巨大磁気抵抗効果を示す（Ｃｏ／Ｃｕ）ｎ等
の人工格子膜やスピンバルブ膜が注目されている。
ヘッドとして、磁気抵抗効果素子を用いた磁気ヘッドの
研究が進められている。現在、磁気抵抗効果素子材料と
しては80 at％Ｎｉ− 20 at％Ｆｅ（通称；パーマロ
イ）合金薄膜が用いられている。近年、これにかわる材
料として、巨大磁気抵抗効果を示す（Ｃｏ／Ｃｕ）ｎ等
の人工格子膜やスピンバルブ膜が注目されている。
【０００３】しかし、これらの材料を用いた磁気抵抗効
果膜は磁区を持つため、これに起因するバルクハウゼン
ノイズが実用化の上で大きな問題となっており、磁気抵
抗効果膜を単磁区化する方法が種々検討されている。そ
の一つに強磁性体である磁気抵抗効果膜と反強磁性体膜
との交換結合を用いて磁気抵抗効果膜の磁区を特定方向
に制御する方法があり、ここでの反強磁性体材料として
はγ−ＦｅＭｎ合金が従来より広く知られている（たと
えば、米国特許第 4103315号明細書および米国特許第 5
014147号明細書）。しかしながら、γ−ＦｅＭｎ合金は
耐食性、とくに水に対する腐食が問題であり、磁気抵抗
効果素子としての加工工程における腐食または、大気中
の水分による腐食により経時的に磁気抵抗効果膜との交
換結合力が劣化するという問題がある。
果膜は磁区を持つため、これに起因するバルクハウゼン
ノイズが実用化の上で大きな問題となっており、磁気抵
抗効果膜を単磁区化する方法が種々検討されている。そ
の一つに強磁性体である磁気抵抗効果膜と反強磁性体膜
との交換結合を用いて磁気抵抗効果膜の磁区を特定方向
に制御する方法があり、ここでの反強磁性体材料として
はγ−ＦｅＭｎ合金が従来より広く知られている（たと
えば、米国特許第 4103315号明細書および米国特許第 5
014147号明細書）。しかしながら、γ−ＦｅＭｎ合金は
耐食性、とくに水に対する腐食が問題であり、磁気抵抗
効果素子としての加工工程における腐食または、大気中
の水分による腐食により経時的に磁気抵抗効果膜との交
換結合力が劣化するという問題がある。
【０００４】また、反強磁性体膜としてＭｎＰｔ、Ｍｎ
Ｒｈ合金など他のγ−Ｍｎ合金を用いた例や酸化物系の
ＮｉＯ等を用いた例なども米国特許第 4103315号に開示
されている。しかし、これらγ−Ｍｎ合金は強磁性体と
の交換結合力が十分でなく、またＮｉＯ等の酸化物系は
熱安定性に劣り 100℃以上程度の高温下での強磁性体膜
との交換結合力が不安定である。さらに、ＮｉＯなどの
電気抵抗の高い絶縁性酸化物系では、この部分から直接
電極を取り出すことができないため素子構造が複雑にな
るという問題もある。
Ｒｈ合金など他のγ−Ｍｎ合金を用いた例や酸化物系の
ＮｉＯ等を用いた例なども米国特許第 4103315号に開示
されている。しかし、これらγ−Ｍｎ合金は強磁性体と
の交換結合力が十分でなく、またＮｉＯ等の酸化物系は
熱安定性に劣り 100℃以上程度の高温下での強磁性体膜
との交換結合力が不安定である。さらに、ＮｉＯなどの
電気抵抗の高い絶縁性酸化物系では、この部分から直接
電極を取り出すことができないため素子構造が複雑にな
るという問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、たと
えば磁気抵抗効果素子のバルクハウゼンノイズの低減
等、強磁性体膜との交換結合を得るために用いられてき
た従来の反強磁性体膜は、その耐食性に問題があった。
えば磁気抵抗効果素子のバルクハウゼンノイズの低減
等、強磁性体膜との交換結合を得るために用いられてき
た従来の反強磁性体膜は、その耐食性に問題があった。
【０００６】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、良好な交換結合力を有し、かつ耐食
性に優れた反強磁性体膜を備えた交換結合膜およびその
交換結合膜を具備してなり、安定した出力を長期間にわ
たって得ることのできる磁気抵抗効果素子を提供するこ
とを目的とする。
になされたもので、良好な交換結合力を有し、かつ耐食
性に優れた反強磁性体膜を備えた交換結合膜およびその
交換結合膜を具備してなり、安定した出力を長期間にわ
たって得ることのできる磁気抵抗効果素子を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用】本発明の交換
結合膜は、組成がＭ100-x Ｍｎx で表される反強磁性体
膜と、この反強磁性体膜と積層形成される強磁性体膜と
を備え、反強磁性体膜におけるＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｐｄ、Ｐｔから選ばれた少なくとも 1種からなり、 xの
値は、強磁性体膜側の界面近傍において 40 ＜ x≦ 60
であり、界面と反対側の面近傍において 20 ≦ x≦ 40
であることを特徴とする。
結合膜は、組成がＭ100-x Ｍｎx で表される反強磁性体
膜と、この反強磁性体膜と積層形成される強磁性体膜と
を備え、反強磁性体膜におけるＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｐｄ、Ｐｔから選ばれた少なくとも 1種からなり、 xの
値は、強磁性体膜側の界面近傍において 40 ＜ x≦ 60
であり、界面と反対側の面近傍において 20 ≦ x≦ 40
であることを特徴とする。
【０００８】本発明の磁気抵抗効果素子は、上述の交換
結合膜と、この交換結合膜のうち少なくとも強磁性体膜
に電流を通電するための電極とが基板上に形成されてな
ることを特徴とする。
結合膜と、この交換結合膜のうち少なくとも強磁性体膜
に電流を通電するための電極とが基板上に形成されてな
ることを特徴とする。
【０００９】以下、本発明を詳細に説明する。まず、本
発明の交換結合膜における反強磁性体膜はその組成がＭ
100-x Ｍｎx（ＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔから
選ばれた少なくとも 1種）からなるものであり、これら
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＰｄまたはＰｔをＭとして用いたＭ
ｎ合金は一概に大きな交換結合力を有している。ここ
で、 xの値は、強磁性体膜側の界面近傍において 40 ＜
x≦ 60 であり、界面と反対側の面近傍において 20 ≦
x≦ 40 である。なお、本発明において xの数値は原子
％を表し、近傍とは、たとえば界面より 2nm以内の範囲
をいう。このように、界面近傍とその反対側の面近傍に
おいて上述の範囲内で反強磁性体膜の組成を変えること
により、優れた交換結合力を維持しつつ耐食性を向上さ
せることができる。強磁性体膜側の界面近傍における好
ましい組成はＭとＭｎの組成比が 1対1 である。この組
成は、交換結合力、ブロッキング温度の点でとくに好ま
しい。
発明の交換結合膜における反強磁性体膜はその組成がＭ
100-x Ｍｎx（ＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔから
選ばれた少なくとも 1種）からなるものであり、これら
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＰｄまたはＰｔをＭとして用いたＭ
ｎ合金は一概に大きな交換結合力を有している。ここ
で、 xの値は、強磁性体膜側の界面近傍において 40 ＜
x≦ 60 であり、界面と反対側の面近傍において 20 ≦
x≦ 40 である。なお、本発明において xの数値は原子
％を表し、近傍とは、たとえば界面より 2nm以内の範囲
をいう。このように、界面近傍とその反対側の面近傍に
おいて上述の範囲内で反強磁性体膜の組成を変えること
により、優れた交換結合力を維持しつつ耐食性を向上さ
せることができる。強磁性体膜側の界面近傍における好
ましい組成はＭとＭｎの組成比が 1対1 である。この組
成は、交換結合力、ブロッキング温度の点でとくに好ま
しい。
【００１０】また、本発明の交換結合膜では、反強磁性
体膜の膜厚方向中央部近傍については、その組成はとく
に限定されない。しかしながら、反強磁性体膜の組成が
膜厚方向に亘って、 20 ≦ x≦ 80 の範囲内に設定され
ることが好ましい。何となれば、 80 ＜x の組成ではＭ
ｎ量が多すぎて耐食性が低下し、また x＜ 20 の組成で
はネール温度が室温以下となって交換結合が得られなく
なるおそれがあるからである。さらに好ましくは、上述
の範囲内で強磁性体膜との積層界面から遠ざかるに従い
Ｍｎ量が減少する組成変調型反強磁性体膜である。ま
た、この組成変調形態であるが、連続的な組成変化はも
ちろん好ましいが、ステップ形態の組成変化、すなわ
ち、組成の互いに異なる膜の積層膜でもよい。連続的な
組成変化は、組成を段階的に変化させた多層膜を形成し
てアニール処理をすることにより、または、多元同時成
膜等により形成することができる。ただし、本発明の交
換結合が反強磁性体膜の膜厚方向中央部近傍で最大ある
いは最小となるような組成変調形態であってもよく、要
は強磁性体との界面近傍およびその界面と反対側の面に
おいて上述の範囲にあれば、良好な耐食性、交換結合力
を発揮することができる。 本発明の交換結合膜に係わ
る強磁性体膜とは強磁性を発現する膜であり、とくに限
定されないが、磁気抵抗効果素子に用いる場合、飽和磁
界の小さいパーマロイ等の磁気抵抗効果素子や、巨大磁
気抵抗効果を示すたとえばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの強磁性金
属、これらの合金であるＦｅm Ｎｉ100-m 、Ｆｅm Ｃｏ
100-m 、Ｆｅm Ｃｏn Ｎｉ100-m-n （ m、n の数値は原
子％を表す。）ならびにこれらの強磁性金属合金に磁気
特性の向上を目的として第３元素や第４元素を添加した
合金と非磁性金属合金からなる人工格子やスピンバルブ
膜、グラニュラー磁性合金膜等があげられる。
体膜の膜厚方向中央部近傍については、その組成はとく
に限定されない。しかしながら、反強磁性体膜の組成が
膜厚方向に亘って、 20 ≦ x≦ 80 の範囲内に設定され
ることが好ましい。何となれば、 80 ＜x の組成ではＭ
ｎ量が多すぎて耐食性が低下し、また x＜ 20 の組成で
はネール温度が室温以下となって交換結合が得られなく
なるおそれがあるからである。さらに好ましくは、上述
の範囲内で強磁性体膜との積層界面から遠ざかるに従い
Ｍｎ量が減少する組成変調型反強磁性体膜である。ま
た、この組成変調形態であるが、連続的な組成変化はも
ちろん好ましいが、ステップ形態の組成変化、すなわ
ち、組成の互いに異なる膜の積層膜でもよい。連続的な
組成変化は、組成を段階的に変化させた多層膜を形成し
てアニール処理をすることにより、または、多元同時成
膜等により形成することができる。ただし、本発明の交
換結合が反強磁性体膜の膜厚方向中央部近傍で最大ある
いは最小となるような組成変調形態であってもよく、要
は強磁性体との界面近傍およびその界面と反対側の面に
おいて上述の範囲にあれば、良好な耐食性、交換結合力
を発揮することができる。 本発明の交換結合膜に係わ
る強磁性体膜とは強磁性を発現する膜であり、とくに限
定されないが、磁気抵抗効果素子に用いる場合、飽和磁
界の小さいパーマロイ等の磁気抵抗効果素子や、巨大磁
気抵抗効果を示すたとえばＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの強磁性金
属、これらの合金であるＦｅm Ｎｉ100-m 、Ｆｅm Ｃｏ
100-m 、Ｆｅm Ｃｏn Ｎｉ100-m-n （ m、n の数値は原
子％を表す。）ならびにこれらの強磁性金属合金に磁気
特性の向上を目的として第３元素や第４元素を添加した
合金と非磁性金属合金からなる人工格子やスピンバルブ
膜、グラニュラー磁性合金膜等があげられる。
【００１１】とくに、Ｆｅm Ｃｏ100-m 、Ｆｅm Ｃｏn
Ｎｉ100-m-n 、Ｆｅm Ｃｏn Ｐｄ10 0-m-n などのＣｏ系
強磁性体膜は、交換結合が消失する温度であるブロッキ
ング温度をより高めることができるので好ましい。ブロ
ッキング温度が高いと、素子構造に形成する際に熱サイ
クルを伴うプロセスにおいて交換結合力の劣化を防ぐと
いう点において効果がある。
Ｎｉ100-m-n 、Ｆｅm Ｃｏn Ｐｄ10 0-m-n などのＣｏ系
強磁性体膜は、交換結合が消失する温度であるブロッキ
ング温度をより高めることができるので好ましい。ブロ
ッキング温度が高いと、素子構造に形成する際に熱サイ
クルを伴うプロセスにおいて交換結合力の劣化を防ぐと
いう点において効果がある。
【００１２】本発明に係わる強磁性体膜と反強磁性体膜
は少なくともその一部が積層形成されて、交換結合して
いればよい。
は少なくともその一部が積層形成されて、交換結合して
いればよい。
【００１３】本発明の交換結合膜に係わる組成変調型の
反強磁性体膜は、格子整合や耐食性向上の目的から、添
加元素としてＣｕを添加することが好ましい。すなわち
組成が（ＭＭｎ）100-y Ｃｕy （ 0＜ y≦ 50 ）となる
反強磁性体膜とすることにより格子整合や耐食性がより
向上する。ここでＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔか
ら選ばれた少なくとも 1種を表し、ＭＭｎ単独における
各成分の組成は上述のようにＭ100-x Ｍｎx と表した場
合、 20 ≦ x≦ 80 の組成範囲が好ましい。なお、 yの
数値は原子％を表す。ここで、Ｃｕは界面から表面まで
一定の添加量でもよく、濃度変調していてもよい。ま
た、たとえば、交換結合力の維持、耐食性向上の観点か
ら界面近傍の反対側の表面近傍のみに添加されてもよ
い。この（ＭＭｎ）100-y Ｃｕy の組成において、 50
＜y ではＣｕ量が多すぎて十分な交換結合が得られなく
なる。十分な交換結合を得るための好ましい範囲は 0＜
y≦ 20 である。なお、本発明の交換結合膜に係わる組
成変調型の反強磁性体膜は、（ＭＭｎ）100-y Ｃｕ
y （ 0＜ y≦ 50 ）の組成においてＣｕ量のみを変化さ
せた組成変調型とすることもできる。
反強磁性体膜は、格子整合や耐食性向上の目的から、添
加元素としてＣｕを添加することが好ましい。すなわち
組成が（ＭＭｎ）100-y Ｃｕy （ 0＜ y≦ 50 ）となる
反強磁性体膜とすることにより格子整合や耐食性がより
向上する。ここでＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔか
ら選ばれた少なくとも 1種を表し、ＭＭｎ単独における
各成分の組成は上述のようにＭ100-x Ｍｎx と表した場
合、 20 ≦ x≦ 80 の組成範囲が好ましい。なお、 yの
数値は原子％を表す。ここで、Ｃｕは界面から表面まで
一定の添加量でもよく、濃度変調していてもよい。ま
た、たとえば、交換結合力の維持、耐食性向上の観点か
ら界面近傍の反対側の表面近傍のみに添加されてもよ
い。この（ＭＭｎ）100-y Ｃｕy の組成において、 50
＜y ではＣｕ量が多すぎて十分な交換結合が得られなく
なる。十分な交換結合を得るための好ましい範囲は 0＜
y≦ 20 である。なお、本発明の交換結合膜に係わる組
成変調型の反強磁性体膜は、（ＭＭｎ）100-y Ｃｕ
y （ 0＜ y≦ 50 ）の組成においてＣｕ量のみを変化さ
せた組成変調型とすることもできる。
【００１４】本発明の交換結合膜に係わる反強磁性体膜
の膜厚は、反強磁性を発現する範囲であればとくに限定
されない。しかし、大きな交換結合力を得るためには、
反強磁性体膜の膜厚が強磁性体膜の膜厚よりも厚いこと
が望ましい。さらに、強磁性体との積層界面近傍の組成
であるＭ100-x Ｍｎx （ 40 ≦ x≦ 60 ）反強磁性体膜
が、15nm以下の膜厚を有することが好ましい。
の膜厚は、反強磁性を発現する範囲であればとくに限定
されない。しかし、大きな交換結合力を得るためには、
反強磁性体膜の膜厚が強磁性体膜の膜厚よりも厚いこと
が望ましい。さらに、強磁性体との積層界面近傍の組成
であるＭ100-x Ｍｎx （ 40 ≦ x≦ 60 ）反強磁性体膜
が、15nm以下の膜厚を有することが好ましい。
【００１５】本発明の交換結合膜は、蒸着法、スパッタ
法、ＭＢＥ法など公知の成膜方法を用いてたとえば基板
上に形成される。このとき反強磁性体膜に一方向異方性
を付与するために、磁界中で成膜、熱処理を行ってもよ
い。
法、ＭＢＥ法など公知の成膜方法を用いてたとえば基板
上に形成される。このとき反強磁性体膜に一方向異方性
を付与するために、磁界中で成膜、熱処理を行ってもよ
い。
【００１６】また、基板としては、ガラス、樹脂などの
非晶質基板や、Ｓｉ、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、各種フェラ
イトなどの単結晶基板、配向基板、焼結基板などとくに
限定されず、さらに反強磁性体膜や強磁性体膜の結晶性
を向上させるために、基板上に 1〜100nm の厚さの下地
層を設けてもよい。下地層は結晶性を向上させるもので
あればとくに限定されないが、たとえば、ＰｄやＰｔな
どの貴金属やＣｏＺｒＮｂなどの非結晶金属、また面心
立方構造を持つ金属、合金等を用いることができる。
非晶質基板や、Ｓｉ、ＭｇＯ、Ａｌ2 Ｏ3 、各種フェラ
イトなどの単結晶基板、配向基板、焼結基板などとくに
限定されず、さらに反強磁性体膜や強磁性体膜の結晶性
を向上させるために、基板上に 1〜100nm の厚さの下地
層を設けてもよい。下地層は結晶性を向上させるもので
あればとくに限定されないが、たとえば、ＰｄやＰｔな
どの貴金属やＣｏＺｒＮｂなどの非結晶金属、また面心
立方構造を持つ金属、合金等を用いることができる。
【００１７】さらにこのような本発明の交換結合膜に対
し、少なくとも強磁性体膜に電流を通電するための電極
をたとえばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌやこれらの合金で形
成すれば、本発明の磁気抵抗効果素子を容易に得ること
ができる。ここで電極は強磁性体膜に直接接触する形態
でも、反強磁性体膜を介する形態でもよい。
し、少なくとも強磁性体膜に電流を通電するための電極
をたとえばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌやこれらの合金で形
成すれば、本発明の磁気抵抗効果素子を容易に得ること
ができる。ここで電極は強磁性体膜に直接接触する形態
でも、反強磁性体膜を介する形態でもよい。
【００１８】このように本発明の交換結合膜は、磁界検
出用センサー、再生用磁気ヘッドなどの磁気抵抗効果素
子を用いた種々のデバイスに応用できる。
出用センサー、再生用磁気ヘッドなどの磁気抵抗効果素
子を用いた種々のデバイスに応用できる。
【００１９】なお、本発明の磁気抵抗効果素子におい
て、反強磁性体膜と強磁性体膜との交換結合力は強磁性
体膜におけるバルクハウゼンノイズ除去に限らず、人工
格子膜やスピンバルブ膜に対する磁化固着などに供する
こともできる。
て、反強磁性体膜と強磁性体膜との交換結合力は強磁性
体膜におけるバルクハウゼンノイズ除去に限らず、人工
格子膜やスピンバルブ膜に対する磁化固着などに供する
こともできる。
【００２０】
【実施例】つぎに図面を用いて本発明を説明する。
実施例１
ＲＦマグネトロンスパッタ装置を用いて反強磁性体膜と
強磁性体膜とからなる本発明の交換結合膜を作製した。
交換結合膜の断面図を図１に示す。具体的には、サファ
イアＣ面１上に、組成がＣｏＦｅＰｄで表される強磁性
体膜２を 5nmの厚さに、組成がＦｅ50Ｍｎ50（50at％Ｆ
ｅ−50at％Ｍｎ）で表される反強磁性体膜３を 10nm の
厚さに、さらにその上に組成がＦｅ65Ｍｎ35で表される
反強磁性体膜４を 5nmの厚さにそれぞれ磁界中で成膜し
た。このとき基板の加熱はとくに行わなかった。得られ
た交換結合膜について、Ｘ線回折で結晶構造とその配向
方位を調べたところ、結晶構造が面心立方構造で、（１
１１）配向した膜であることが確認された。
強磁性体膜とからなる本発明の交換結合膜を作製した。
交換結合膜の断面図を図１に示す。具体的には、サファ
イアＣ面１上に、組成がＣｏＦｅＰｄで表される強磁性
体膜２を 5nmの厚さに、組成がＦｅ50Ｍｎ50（50at％Ｆ
ｅ−50at％Ｍｎ）で表される反強磁性体膜３を 10nm の
厚さに、さらにその上に組成がＦｅ65Ｍｎ35で表される
反強磁性体膜４を 5nmの厚さにそれぞれ磁界中で成膜し
た。このとき基板の加熱はとくに行わなかった。得られ
た交換結合膜について、Ｘ線回折で結晶構造とその配向
方位を調べたところ、結晶構造が面心立方構造で、（１
１１）配向した膜であることが確認された。
【００２１】この膜を純水中に 1時間放置して腐食ピッ
ト発生状況を調べた。その結果を図２に示す。図２より
本実施例の交換結合膜は、腐食ピット発生確率が大幅に
小さくほとんど腐食ピットは見受けられなかった。比較
例１として実施例１と同様に作製した 15nm 厚さのＦｅ
50Ｍｎ50のみを反強磁性体膜とする交換結合膜について
も、同じように純水中に 1時間放置した結果を図２に示
す。図２に示すように腐食ピット発生確率は大幅に大き
かった。なお、図３に光学顕微鏡観察した腐食ピット発
生状況を示す。図３（ａ）が本実施例、図３（ｂ）が比
較例１の結果である。腐食ピットは図の中で黒点で示し
た。このように、組成を変化させたＦｅＭｎ膜を積層膜
とすることによりＦｅＭｎ膜の耐食性が大幅に改善され
ていることがわかる。
ト発生状況を調べた。その結果を図２に示す。図２より
本実施例の交換結合膜は、腐食ピット発生確率が大幅に
小さくほとんど腐食ピットは見受けられなかった。比較
例１として実施例１と同様に作製した 15nm 厚さのＦｅ
50Ｍｎ50のみを反強磁性体膜とする交換結合膜について
も、同じように純水中に 1時間放置した結果を図２に示
す。図２に示すように腐食ピット発生確率は大幅に大き
かった。なお、図３に光学顕微鏡観察した腐食ピット発
生状況を示す。図３（ａ）が本実施例、図３（ｂ）が比
較例１の結果である。腐食ピットは図の中で黒点で示し
た。このように、組成を変化させたＦｅＭｎ膜を積層膜
とすることによりＦｅＭｎ膜の耐食性が大幅に改善され
ていることがわかる。
【００２２】実施例２
実施例１と同様の方法で交換結合膜を作製した。ここで
作製した交換結合膜の磁化容易軸方向ａ（成膜時の磁界
方向）と磁化困難軸方向ｂの磁化曲線を図４に示す。こ
のとき、図４のｃの値が交換バイアス磁界（Ｈｕａ）と
なる。本発明の交換結合膜において、Ｆｅ50Ｍｎ50のみ
を反強磁性体膜とする交換結合膜と同等の交換結合バイ
アス磁界が得られた。
作製した交換結合膜の磁化容易軸方向ａ（成膜時の磁界
方向）と磁化困難軸方向ｂの磁化曲線を図４に示す。こ
のとき、図４のｃの値が交換バイアス磁界（Ｈｕａ）と
なる。本発明の交換結合膜において、Ｆｅ50Ｍｎ50のみ
を反強磁性体膜とする交換結合膜と同等の交換結合バイ
アス磁界が得られた。
【００２３】実施例３
実施例１と同様の方法で、強磁性体膜として膜厚 5nmの
ＣｏＦｅＰｄを、反強磁性体膜として膜厚が 10nm のＮ
ｉ50Ｍｎ50および 5nmのＮｉ65Ｍｎ35を、それぞれ磁界
中成膜磁界中熱処理して交換結合膜を作製した。
ＣｏＦｅＰｄを、反強磁性体膜として膜厚が 10nm のＮ
ｉ50Ｍｎ50および 5nmのＮｉ65Ｍｎ35を、それぞれ磁界
中成膜磁界中熱処理して交換結合膜を作製した。
【００２４】得られた交換結合膜を純水中に 1時間放置
した結果、腐食ピットは殆ど見受けられなかった。比較
例２として実施例１と同様に作製した 15nm の厚さのＮ
ｉ50Ｍｎ50のみを反強磁性体膜とする交換結合膜につい
ても、同じように純水中に 1時間放置したが多くの腐食
ピットが発生していた。腐食ピット発生確率を図２に示
す。このように、組成を変化させたＮｉＭｎ膜を積層膜
とすることによりＮｉＭｎ膜の耐食性が大幅に改善され
ていることがわかる。
した結果、腐食ピットは殆ど見受けられなかった。比較
例２として実施例１と同様に作製した 15nm の厚さのＮ
ｉ50Ｍｎ50のみを反強磁性体膜とする交換結合膜につい
ても、同じように純水中に 1時間放置したが多くの腐食
ピットが発生していた。腐食ピット発生確率を図２に示
す。このように、組成を変化させたＮｉＭｎ膜を積層膜
とすることによりＮｉＭｎ膜の耐食性が大幅に改善され
ていることがわかる。
【００２５】実施例４から実施例９
実施例１と同様の方法で、表１に示す強磁性体膜および
反強磁性体膜を成膜して交換結合膜を作製した。なお、
実施例７は多元同時成膜により連続的な組成変化となる
ように反強磁性体膜を形成したものであり、表１に示す
膜厚は強磁性体膜との界面からの距離を示し、組成はそ
の距離での組成を示している。
反強磁性体膜を成膜して交換結合膜を作製した。なお、
実施例７は多元同時成膜により連続的な組成変化となる
ように反強磁性体膜を形成したものであり、表１に示す
膜厚は強磁性体膜との界面からの距離を示し、組成はそ
の距離での組成を示している。
【００２６】得られた交換結合膜を純水中に 1時間放置
した結果、腐食ピットは殆ど見受けられなかった。ま
た、界面近傍の反強磁性体膜のみを使用する交換結合膜
についても比較例３から比較例６として実施例１と同様
に作製し、同じように純水中に1時間放置したが多くの
腐食ピットが発生していた。腐食ピット発生確率を図２
に示す。なお、実施例４と比較例３とが、実施例５と比
較例４とが、実施例６と比較例５とが、実施例７と比較
例６とがそれぞれ対応する。このように、反強磁性体膜
の組成を変化させた積層膜とすることにより膜の耐食性
が大幅に改善されていることがわかる。
した結果、腐食ピットは殆ど見受けられなかった。ま
た、界面近傍の反強磁性体膜のみを使用する交換結合膜
についても比較例３から比較例６として実施例１と同様
に作製し、同じように純水中に1時間放置したが多くの
腐食ピットが発生していた。腐食ピット発生確率を図２
に示す。なお、実施例４と比較例３とが、実施例５と比
較例４とが、実施例６と比較例５とが、実施例７と比較
例６とがそれぞれ対応する。このように、反強磁性体膜
の組成を変化させた積層膜とすることにより膜の耐食性
が大幅に改善されていることがわかる。
【００２７】
【表１】
実施例１０
実施例１と同様の方法で、強磁性体膜として膜厚 5nmの
ＣｏＦｅＰｄを、反強磁性体膜として膜厚が 10nm のＦ
ｅ50Ｍｎ50および 5nmのＦｅ63.7Ｍｎ34.3Ｃｕ2 を、そ
れぞれ成膜して交換結合膜を作製した。得られた交換結
合膜について、Ｘ線回折で結晶構造とその配向方位を調
べたところ、結晶構造が面心立方構造で、（１１１）配
向した膜であることが確認された。
ＣｏＦｅＰｄを、反強磁性体膜として膜厚が 10nm のＦ
ｅ50Ｍｎ50および 5nmのＦｅ63.7Ｍｎ34.3Ｃｕ2 を、そ
れぞれ成膜して交換結合膜を作製した。得られた交換結
合膜について、Ｘ線回折で結晶構造とその配向方位を調
べたところ、結晶構造が面心立方構造で、（１１１）配
向した膜であることが確認された。
【００２８】この膜を純水中に放置して腐食ピット発生
状況を調べた。 1時間放置した後の光学顕微鏡観察した
結果、腐食ピットの発生は殆ど見られなかった。また18
時間放置した結果、比較例１の交換結合膜は膜がほぼ完
全に腐食して剥がれ落ちていたのに対して、本実施例の
交換結合膜は、腐食は進行していたが膜は一部を除いて
基板上に残っていた。このようにＣｕを添加することに
よりＦｅＭｎ膜の耐食性が大幅に改善された。
状況を調べた。 1時間放置した後の光学顕微鏡観察した
結果、腐食ピットの発生は殆ど見られなかった。また18
時間放置した結果、比較例１の交換結合膜は膜がほぼ完
全に腐食して剥がれ落ちていたのに対して、本実施例の
交換結合膜は、腐食は進行していたが膜は一部を除いて
基板上に残っていた。このようにＣｕを添加することに
よりＦｅＭｎ膜の耐食性が大幅に改善された。
【００２９】実施例１１
実施例８と同様の方法で、強磁性体膜として膜厚 5nmの
ＣｏＦｅＰｄを、反強磁性体膜として膜厚が 10nm のＦ
ｅ50Ｍｎ50および 5nmの（Ｆｅ0.65Ｍｎ0.35）100-y Ｃ
ｕy （ y＝0,1,2,5,10,15 ）を、それぞれ成膜して交換
結合膜を作製した。得られた交換結合膜を同一の純水中
に 3時間放置して光学顕微鏡により腐食ピット発生確率
を調べた。その結果を図５に示す。図５より 1at％のＣ
ｕ量の添加であっても耐食性は大幅に改善された。また
放置後の交換バイアス磁界（Ｈｕａ）も初期値に比較し
て 90 ％以上を示した。
ＣｏＦｅＰｄを、反強磁性体膜として膜厚が 10nm のＦ
ｅ50Ｍｎ50および 5nmの（Ｆｅ0.65Ｍｎ0.35）100-y Ｃ
ｕy （ y＝0,1,2,5,10,15 ）を、それぞれ成膜して交換
結合膜を作製した。得られた交換結合膜を同一の純水中
に 3時間放置して光学顕微鏡により腐食ピット発生確率
を調べた。その結果を図５に示す。図５より 1at％のＣ
ｕ量の添加であっても耐食性は大幅に改善された。また
放置後の交換バイアス磁界（Ｈｕａ）も初期値に比較し
て 90 ％以上を示した。
【００３０】実施例１２
実施例１で十分な交換バイアス磁界および耐食性が得ら
れた反強磁性体膜と強磁性体膜との交換結合膜を用いて
本発明の磁気抵抗効果素子を作製した。その磁気抵抗効
果素子の断面図を図６に示す。基板５には熱酸化された
Ｓｉウェハ、強磁性体膜６、７には膜厚がそれぞれ 5nm
と 3nmのＣｏＦｅＰｄを、反強磁性体膜８には膜厚が 1
0nm のＦｅ50Ｍｎ50および 5nmのＦｅ65Ｍｎ35を、非磁
性体膜９には膜厚 3nmのＣｕをそれぞれ用いた。また、
高抵抗軟磁性体膜１０としてＣｏＺｒＮｂ膜を 10nm 成
膜した。さらに、電極１１には、20μm のＣｕを用い、
ハード膜１２には 4nmのＣｏＰｔ膜を用いた。６、７、
８、９、１２の膜については磁界中で成膜を行い、さら
に磁界中で熱処理を行うことにより、反強磁性体膜８に
一方向異方性を付与し、強磁性体膜７の磁化を固着し
た。また、高抵抗軟磁性体膜９も磁界中で成膜し、一軸
異方性を付与しさらに、ハード膜１２を着磁することに
より、よりその高抵抗軟磁性体膜の一軸性を強めてい
る。その後、通常の半導体プロセスを用いて素子の加工
を行い磁気抵抗効果素子を得た。
れた反強磁性体膜と強磁性体膜との交換結合膜を用いて
本発明の磁気抵抗効果素子を作製した。その磁気抵抗効
果素子の断面図を図６に示す。基板５には熱酸化された
Ｓｉウェハ、強磁性体膜６、７には膜厚がそれぞれ 5nm
と 3nmのＣｏＦｅＰｄを、反強磁性体膜８には膜厚が 1
0nm のＦｅ50Ｍｎ50および 5nmのＦｅ65Ｍｎ35を、非磁
性体膜９には膜厚 3nmのＣｕをそれぞれ用いた。また、
高抵抗軟磁性体膜１０としてＣｏＺｒＮｂ膜を 10nm 成
膜した。さらに、電極１１には、20μm のＣｕを用い、
ハード膜１２には 4nmのＣｏＰｔ膜を用いた。６、７、
８、９、１２の膜については磁界中で成膜を行い、さら
に磁界中で熱処理を行うことにより、反強磁性体膜８に
一方向異方性を付与し、強磁性体膜７の磁化を固着し
た。また、高抵抗軟磁性体膜９も磁界中で成膜し、一軸
異方性を付与しさらに、ハード膜１２を着磁することに
より、よりその高抵抗軟磁性体膜の一軸性を強めてい
る。その後、通常の半導体プロセスを用いて素子の加工
を行い磁気抵抗効果素子を得た。
【００３１】得られた磁気抵抗効果素子に外部から磁界
を印加して、その磁界応答性を調べたところ、まったく
同様の磁気抵抗効果素子と同程度の安定した出力が得ら
れ、なおかつ磁壁移動に伴うバルクハウゼンノイズの発
生も見受けられなかった。また、素子として得られる生
産歩留まりも向上した。
を印加して、その磁界応答性を調べたところ、まったく
同様の磁気抵抗効果素子と同程度の安定した出力が得ら
れ、なおかつ磁壁移動に伴うバルクハウゼンノイズの発
生も見受けられなかった。また、素子として得られる生
産歩留まりも向上した。
【００３２】実施例１３
反強磁性体膜として膜厚が 10 nmのＦｅ50Ｍｎ50および
5nmのＦｅ63.7Ｍｎ34 .3Ｃｕ2 からなる積層膜を使用す
る以外は、実施例１１と同様の方法で本発明の磁気抵抗
効果素子を作製した。
5nmのＦｅ63.7Ｍｎ34 .3Ｃｕ2 からなる積層膜を使用す
る以外は、実施例１１と同様の方法で本発明の磁気抵抗
効果素子を作製した。
【００３３】得られた磁気抵抗効果素子に外部から磁界
を印加して、その磁界応答性を調べたところ、実施例１
１の磁気抵抗効果素子と同程度の安定した出力が得ら
れ、なおかつ磁壁移動に伴うバルクハウゼンノイズの発
生も見受けられなかった。また、素子として得られる生
産歩留まりも向上した。
を印加して、その磁界応答性を調べたところ、実施例１
１の磁気抵抗効果素子と同程度の安定した出力が得ら
れ、なおかつ磁壁移動に伴うバルクハウゼンノイズの発
生も見受けられなかった。また、素子として得られる生
産歩留まりも向上した。
【００３４】
【発明の効果】以上、詳述したように本発明の交換結合
膜は、反強磁性体膜を組成変調構造とすることにより、
良好な交換結合力を有し、かつ耐食性にも優れ、このよ
うな交換結合膜を具備してなる本発明の磁気抵抗効果素
子は、安定した出力を長期間にわたって得ることがで
き、その工業的価値は大なるものがある。
膜は、反強磁性体膜を組成変調構造とすることにより、
良好な交換結合力を有し、かつ耐食性にも優れ、このよ
うな交換結合膜を具備してなる本発明の磁気抵抗効果素
子は、安定した出力を長期間にわたって得ることがで
き、その工業的価値は大なるものがある。
【図１】実施例１に係わる交換結合膜の断面図である。
【図２】純水中に 1時間放置された交換結合膜の腐食ピ
ット発生確率を示す図である。
ット発生確率を示す図である。
【図３】光学顕微鏡観察した腐食ピット発生状況を示す
図である。
図である。
【図４】交換結合膜の磁化容易軸方向ａと磁化困難軸方
向ｂの磁化曲線を示す図である。
向ｂの磁化曲線を示す図である。
【図５】Ｃｕ量と腐食ピット発生確率を示す図である。
【図６】本発明の磁気抵抗効果素子の断面図である。
１………サファイアＣ面、２、６、７………強磁性体
膜、３、４、８………反強磁性体膜、５………基板、９
………非磁性体膜、１０………高抵抗軟磁性体膜、１１
………電極、１２………ハード膜。
膜、３、４、８………反強磁性体膜、５………基板、９
………非磁性体膜、１０………高抵抗軟磁性体膜、１１
………電極、１２………ハード膜。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０１Ｌ 43/10 Ｈ０１Ｌ 43/10
(72)発明者 船山 知己
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝 研究開発センター内
(72)発明者 岩崎 仁志
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝 研究開発センター内
(72)発明者 佐橋 政司
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝 研究開発センター内
(72)発明者 長谷部 裕之
神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地
株式会社東芝 研究開発センター内
(56)参考文献 特開 平６−76247（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−326807（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−267029（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01F 10/14
G11B 5/39
H01F 10/16
H01F 10/32
H01L 43/08
H01L 43/10
Claims (5)
- 【請求項１】 組成がＭ100-x Ｍｎx で表される反強磁
性体膜と、この反強磁性体膜と積層形成される強磁性体
膜とを備えた交換結合膜であって、 前記反強磁性体膜におけるＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐ
ｄ、Ｐｔから選ばれた少なくとも 1種からなり、 xの値
は、前記強磁性体膜側の界面近傍において 40 ＜x≦ 60
であり、前記界面と反対側の面近傍において 20 ≦ x
≦ 40 であることを特徴とする交換結合膜。 - 【請求項２】 請求項１記載の交換結合膜において、前
記反強磁性体膜の組成が膜厚方向を通して 20 ≦ x≦ 8
0 の範囲内で変化することを特徴とする交換結合膜。 - 【請求項３】 請求項１記載の交換結合膜において、前
記反強磁性体膜の組成が連続的に変化することを特徴と
する交換結合膜。 - 【請求項４】 請求項１記載の交換結合膜において、前
記反強磁性体膜の組成が段階的に変化することを特徴と
する交換結合膜。 - 【請求項５】 請求項１ないし請求項４記載のいずれか
１項記載の交換結合膜と、前記交換結合膜のうち少なく
とも強磁性体膜に電流を通電するための電極とが基板上
に形成されてなることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22071494A JP3497573B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 交換結合膜および磁気抵抗効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22071494A JP3497573B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 交換結合膜および磁気抵抗効果素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0888118A JPH0888118A (ja) | 1996-04-02 |
| JP3497573B2 true JP3497573B2 (ja) | 2004-02-16 |
Family
ID=16755365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22071494A Expired - Fee Related JP3497573B2 (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 交換結合膜および磁気抵抗効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3497573B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10214716A (ja) * | 1997-01-28 | 1998-08-11 | Sharp Corp | 交換結合膜およびその製造方法並びにそれを用いた磁気抵抗効果素子 |
| JPH10256038A (ja) * | 1997-03-13 | 1998-09-25 | Sharp Corp | 交換結合膜およびその製造方法並びに磁気抵抗効果素子 |
| JP3719874B2 (ja) | 1998-04-24 | 2005-11-24 | サンスター株式会社 | 口腔用組成物 |
| JP3670928B2 (ja) | 2000-04-12 | 2005-07-13 | アルプス電気株式会社 | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド |
| JP3694440B2 (ja) | 2000-04-12 | 2005-09-14 | アルプス電気株式会社 | 交換結合膜の製造方法、及び前記交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドの製造方法 |
| JP3686572B2 (ja) | 2000-04-12 | 2005-08-24 | アルプス電気株式会社 | 交換結合膜の製造方法と、前記交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子の製造方法、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッドの製造方法 |
| US6790541B2 (en) | 2000-04-12 | 2004-09-14 | Alps Electric Co., Ltd. | Exchange coupling film and electroresistive sensor using the same |
| JP3839644B2 (ja) | 2000-07-11 | 2006-11-01 | アルプス電気株式会社 | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド |
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