JP3514863B2 - 磁気抵抗効果多層膜、磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果素子の製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果多層膜、磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果素子の製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録媒体等の磁界
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効果素子と、それに好
適な磁気抵抗効果多層膜と、上記磁気抵抗効果素子の製
造方法に関するものである。
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効果素子と、それに好
適な磁気抵抗効果多層膜と、上記磁気抵抗効果素子の製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気センサの高感度化や磁気記録
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、ＭＲ
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得られるという特長がある。
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、ＭＲ
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得られるという特長がある。
【０００３】しかし、従来の異方性磁気抵抗効果による
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。
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。
【０００４】ところで、金属の原子径オーダーの厚さの
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。
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。
【０００５】そこで、このような事情から、非磁性層を
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。
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。
【０００６】ａ．Journal of The Physical Society of
Japan, 59(1990)3061 T.Shinjo and H.Yamamoto
Japan, 59(1990)3061 T.Shinjo and H.Yamamoto
【０００７】［Ｃｏ（３０）／Ｃｕ（５０）／ＮｉＦｅ
（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。
（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。
【０００８】ｂ．Journal of Magnetism and Magnetic
Materials, 99(1991)243 H.Ymamamoto, T.Okuyama, H.Dohnomae and T.Shinjo
Materials, 99(1991)243 H.Ymamamoto, T.Okuyama, H.Dohnomae and T.Shinjo
【０００９】ａに加えて構造解析結果、ＭＲ変化率や比
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。
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。
【００１０】このような３元系人工格子磁性多層膜で
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。
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。
【００１１】ところで、実際の超高密度磁気記録におけ
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に近く、磁場感度
が低く、超高密度磁気記録の読み出し用ＭＲヘッドとし
ては適さない。
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に近く、磁場感度
が低く、超高密度磁気記録の読み出し用ＭＲヘッドとし
ては適さない。
【００１２】このような特性を解決する手段として、特
開平６−３１８５１５号公報では、「強磁性層と非強磁
性層とを交互に積層してなる磁気抵抗効果膜を備えた磁
気抵抗素子において、隣接する前記強磁性層と前記非強
磁性層の界面が前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して傾斜
しており、且つ、電流が前記磁気抵抗効果膜内を前記界
面と交差して流れることを特徴する磁気抵抗効果素子」
を提案している。
開平６−３１８５１５号公報では、「強磁性層と非強磁
性層とを交互に積層してなる磁気抵抗効果膜を備えた磁
気抵抗素子において、隣接する前記強磁性層と前記非強
磁性層の界面が前記磁気抵抗効果膜の膜面に対して傾斜
しており、且つ、電流が前記磁気抵抗効果膜内を前記界
面と交差して流れることを特徴する磁気抵抗効果素子」
を提案している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
許公報で提案された磁気抵抗素子は、その多層構造の磁
気抵抗効果膜を、例えば次のようにして製造しなければ
ならず、製造が極めて困難であり、現実的でない。
許公報で提案された磁気抵抗素子は、その多層構造の磁
気抵抗効果膜を、例えば次のようにして製造しなければ
ならず、製造が極めて困難であり、現実的でない。
【００１４】まず、スパッタ法を用いて、成膜用のシリ
コン基板の表面（上面）に、厚さ１５Ａのコバルト（Ｃ
ｏ）層と厚さ９Ａの銅（Ｃｕ）層を交互に３０周期、積
層する。これによって、基板上に、多層構造の磁気抵抗
効果膜が得られる。
コン基板の表面（上面）に、厚さ１５Ａのコバルト（Ｃ
ｏ）層と厚さ９Ａの銅（Ｃｕ）層を交互に３０周期、積
層する。これによって、基板上に、多層構造の磁気抵抗
効果膜が得られる。
【００１５】次に、磁気抵抗効果膜の表面にノブラック
系フォトレジストの膜を形成した後、そのレジスト膜を
熱軟化させることにより、テーパのついたマスクを形成
する。このマスクは、膜の右端から左端（上記公報の図
面において、以下同じ）に向かって厚さが徐々に減少し
ている。
系フォトレジストの膜を形成した後、そのレジスト膜を
熱軟化させることにより、テーパのついたマスクを形成
する。このマスクは、膜の右端から左端（上記公報の図
面において、以下同じ）に向かって厚さが徐々に減少し
ている。
【００１６】続いて、テーパつきマスクの上からアルゴ
ンイオンＡｒ+ を照射し、磁気抵抗効果膜のイオンミリ
ングを行なう。その結果、膜の左端側が右端側に比べて
多く除去される。残った膜の全体は１０μm で、その厚
さはマスクの形状を反映して右端から左端に向かって減
少する。
ンイオンＡｒ+ を照射し、磁気抵抗効果膜のイオンミリ
ングを行なう。その結果、膜の左端側が右端側に比べて
多く除去される。残った膜の全体は１０μm で、その厚
さはマスクの形状を反映して右端から左端に向かって減
少する。
【００１７】こうして得たテーパつきの磁気抵抗効果膜
の表面に、ＣＶＤ法等により、基体となる厚さ０．１mm
のアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜を被着する。基体は、膜の
傾斜した面（これは新たに第１の膜面となる）にほぼ均
一な厚さで形成される。
の表面に、ＣＶＤ法等により、基体となる厚さ０．１mm
のアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）膜を被着する。基体は、膜の
傾斜した面（これは新たに第１の膜面となる）にほぼ均
一な厚さで形成される。
【００１８】次に、シリコン基板の裏面（下面）に、ノ
ブラック系フォトレジストの膜を形成した後、そのレジ
スト膜を熱軟化させることにより、上記と同様のテーパ
つきマスク（図示せず）を形成する。このマスクの断面
形状は、上記のシリコン基板の表面（上面）に形成され
たマスクとは逆に、左端から右端に向かって厚さが減少
するテーパとなっている。両マスクのテーパ度は同一で
ある。
ブラック系フォトレジストの膜を形成した後、そのレジ
スト膜を熱軟化させることにより、上記と同様のテーパ
つきマスク（図示せず）を形成する。このマスクの断面
形状は、上記のシリコン基板の表面（上面）に形成され
たマスクとは逆に、左端から右端に向かって厚さが減少
するテーパとなっている。両マスクのテーパ度は同一で
ある。
【００１９】続いて、基板の裏面に形成したマスクの下
からアルゴンイオンＡｒ+ を照射し、基板と磁気抵抗効
果膜のイオンミリングを行なう。その結果、基板は完全
に除去され、また、膜はマスク形状を反映してテーパ状
に除去される。これによって形成される膜の傾斜した面
は、新たに第２の膜面となる。こうして、第１の膜面と
第２の膜面が平行で厚さが均一の磁気抵抗効果膜が、基
体に固着された状態で得られる。
からアルゴンイオンＡｒ+ を照射し、基板と磁気抵抗効
果膜のイオンミリングを行なう。その結果、基板は完全
に除去され、また、膜はマスク形状を反映してテーパ状
に除去される。これによって形成される膜の傾斜した面
は、新たに第２の膜面となる。こうして、第１の膜面と
第２の膜面が平行で厚さが均一の磁気抵抗効果膜が、基
体に固着された状態で得られる。
【００２０】以上のように上記特許公報で提案された磁
気抵抗素子における磁気抵抗効果膜を形成するには、マ
スクを用いたイオンミリングを２回行なわなければなら
ないことなど、工程が多く、しかも困難な作業を伴い、
現実的でない。また、上記特許公報で提案された磁気抵
抗素子においては、隣接する強磁性層と非強磁性層の界
面が磁気抵抗効果膜の膜面に対して傾斜しているが、製
造上等の問題からこの傾斜角を３０°程度以上にできな
いので、伝導電子の上記界面における垂直成分の増大を
あまり期待できないという問題も有している。
気抵抗素子における磁気抵抗効果膜を形成するには、マ
スクを用いたイオンミリングを２回行なわなければなら
ないことなど、工程が多く、しかも困難な作業を伴い、
現実的でない。また、上記特許公報で提案された磁気抵
抗素子においては、隣接する強磁性層と非強磁性層の界
面が磁気抵抗効果膜の膜面に対して傾斜しているが、製
造上等の問題からこの傾斜角を３０°程度以上にできな
いので、伝導電子の上記界面における垂直成分の増大を
あまり期待できないという問題も有している。
【００２１】そこで、本発明の目的は、印加磁場が例え
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、磁場感度が高い磁気抵抗
効果多層膜とそれを用いた磁気抵抗効果素子と、この磁
気抵抗効果素子の製造方法とを提供することである。
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、磁場感度が高い磁気抵抗
効果多層膜とそれを用いた磁気抵抗効果素子と、この磁
気抵抗効果素子の製造方法とを提供することである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（９）の本発明により達成される。 （１） 基板上に、非磁性層を介して設層された少なく
とも２層の磁性層を有する磁気抵抗効果多層膜におい
て、前記磁性層と非磁性層の各界面が、Ｘ方向およびＹ
方向に波打っており、前記ＸおよびＹ方向の波のうち少
なくとも一方向の波が、その平均高さをｈ、磁気抵抗効
果多層膜の全厚をＤ、および非磁性層１層の層厚をｄと
したとき、２ｄ≦Ｄ−ｈ≦９Ｄ／１０を満足し、前記Ｘ
およびＹ方向の波のうち少なくとも一方向の波が、その
平均周期をλ、平均高さをｈとしたとき、０．７≦λ／
ｈ≦３．５を満足する磁気抵抗効果多層膜。 （２） 前記波が、基板上に多数の微小な凸部を形成
し、その上に磁性層と非磁性層を設層することにより形
成されたものである上記（１）の磁気抵抗効果多層膜。 （３） 前記凸部の形状が半球状、半楕円面状、双曲面
状または正弦波面状である上記（２）の磁気抵抗効果多
層膜。 （４） 前記波が、基板表面に、１方向に延びる多数の
第１平行溝と、この第１平行溝と交差する方向に延びる
多数の第２平行溝とを形成し、その上に磁性層と非磁性
層を設層することにより形成されたものである上記
（１）の磁気抵抗効果多層膜。 （５） 前記溝の断面形状が、半楕円形、双曲線状、正
弦波状、Ｕ字形またはＶ字形である上記（４）の磁気抵
抗効果多層膜。 （６） 前記波が周期的な波である上記（１）ないし
（５）のいずれかの磁気抵抗効果多層膜。 （７） 上記（１）ないし（６）のいずれかの磁気抵抗
効果多層膜を感磁部に備える磁気抵抗効果素子。 （８） 上記（１）ないし（６）の磁気抵抗効果多層膜
を感磁部に備える磁気抵抗効果素子であって、測定電流
の流れる方向と前記１方向の波の方向を一致させた磁気
抵抗効果素子。 （９） 上記（２）または（３）の磁気抵抗効果多層膜
を有する上記（７）または（８）の磁気抵抗効果素子を
製造する方法であって、磁気抵抗効果素子の感磁部分で
ある磁気抵抗効果多層膜の下地部分に対応する基板の表
面部分に、その表面のＸおよびＹ方向に分布する多数の
微小凸部または凹部、あるいはこれらの双方を形成し、
その上に磁性層と非磁性層を交互に設層して、磁気抵抗
効果多層膜を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法。
（１）〜（９）の本発明により達成される。 （１） 基板上に、非磁性層を介して設層された少なく
とも２層の磁性層を有する磁気抵抗効果多層膜におい
て、前記磁性層と非磁性層の各界面が、Ｘ方向およびＹ
方向に波打っており、前記ＸおよびＹ方向の波のうち少
なくとも一方向の波が、その平均高さをｈ、磁気抵抗効
果多層膜の全厚をＤ、および非磁性層１層の層厚をｄと
したとき、２ｄ≦Ｄ−ｈ≦９Ｄ／１０を満足し、前記Ｘ
およびＹ方向の波のうち少なくとも一方向の波が、その
平均周期をλ、平均高さをｈとしたとき、０．７≦λ／
ｈ≦３．５を満足する磁気抵抗効果多層膜。 （２） 前記波が、基板上に多数の微小な凸部を形成
し、その上に磁性層と非磁性層を設層することにより形
成されたものである上記（１）の磁気抵抗効果多層膜。 （３） 前記凸部の形状が半球状、半楕円面状、双曲面
状または正弦波面状である上記（２）の磁気抵抗効果多
層膜。 （４） 前記波が、基板表面に、１方向に延びる多数の
第１平行溝と、この第１平行溝と交差する方向に延びる
多数の第２平行溝とを形成し、その上に磁性層と非磁性
層を設層することにより形成されたものである上記
（１）の磁気抵抗効果多層膜。 （５） 前記溝の断面形状が、半楕円形、双曲線状、正
弦波状、Ｕ字形またはＶ字形である上記（４）の磁気抵
抗効果多層膜。 （６） 前記波が周期的な波である上記（１）ないし
（５）のいずれかの磁気抵抗効果多層膜。 （７） 上記（１）ないし（６）のいずれかの磁気抵抗
効果多層膜を感磁部に備える磁気抵抗効果素子。 （８） 上記（１）ないし（６）の磁気抵抗効果多層膜
を感磁部に備える磁気抵抗効果素子であって、測定電流
の流れる方向と前記１方向の波の方向を一致させた磁気
抵抗効果素子。 （９） 上記（２）または（３）の磁気抵抗効果多層膜
を有する上記（７）または（８）の磁気抵抗効果素子を
製造する方法であって、磁気抵抗効果素子の感磁部分で
ある磁気抵抗効果多層膜の下地部分に対応する基板の表
面部分に、その表面のＸおよびＹ方向に分布する多数の
微小凸部または凹部、あるいはこれらの双方を形成し、
その上に磁性層と非磁性層を交互に設層して、磁気抵抗
効果多層膜を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【００２３】
【作用】本発明においては、単に、基板の表面に、多数
の微小な半球状等の凹凸を形成しさえすれば、後は、従
来の成膜方法と同じ方法で磁気抵抗効果多層膜を成膜す
ることができるので、極めて容易に磁気抵抗効果多層
膜、ひいては磁気抵抗効果素子を製造することができ
る。また、本発明の磁気抵抗効果多層膜においては、以
上のようにして製造されるので、磁性層と非磁性層の界
面が極めて微細に波打つので、電流が極めて多くの界面
を貫通し、しかもこの界面と膜面のなす角度を大きく設
定することができるので、伝導電子の上記界面に対して
の垂直成分が大きく増大し、したがって、磁気抵抗変化
率も向上する。
の微小な半球状等の凹凸を形成しさえすれば、後は、従
来の成膜方法と同じ方法で磁気抵抗効果多層膜を成膜す
ることができるので、極めて容易に磁気抵抗効果多層
膜、ひいては磁気抵抗効果素子を製造することができ
る。また、本発明の磁気抵抗効果多層膜においては、以
上のようにして製造されるので、磁性層と非磁性層の界
面が極めて微細に波打つので、電流が極めて多くの界面
を貫通し、しかもこの界面と膜面のなす角度を大きく設
定することができるので、伝導電子の上記界面に対して
の垂直成分が大きく増大し、したがって、磁気抵抗変化
率も向上する。
【００２４】なお、基板表面に多数の平行な畝を形成
し、この上に磁気抵抗効果多層膜を形成して、上記界面
をうねらせ、電流が貫通する界面数を増大する方法も考
えられるが、この場合には、電流方向と上記畝の方向を
直角に設定しなければならないので、製造に制限が加わ
る。
し、この上に磁気抵抗効果多層膜を形成して、上記界面
をうねらせ、電流が貫通する界面数を増大する方法も考
えられるが、この場合には、電流方向と上記畝の方向を
直角に設定しなければならないので、製造に制限が加わ
る。
【００２５】
【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。
に説明する。
【００２６】本発明の磁気抵抗効果多層膜は、基板上
に、非磁性層を介して設層された少なくとも２層の磁性
層を有し、上記磁性層と非磁性層の各界面が、Ｘおよび
Ｙ方向に波打っていることを必要とする。波を構成する
線分は、全てが直線であっても、曲線であってもよく、
また、それらの混合であってもよい。例えば、磁気抵抗
効果多層膜のある垂直断面で見た界面が、３角波形状、
４角波形状等の波の形状がすべて直線で構成されたも
の、連続した半円形からなる波状、連続した半楕円形か
らなる波状、連続した双曲線形からなる波状、正弦波状
等の波の形状がすべて曲線で構成されたもの、波の側辺
が湾曲し、上面および下面が直線状の波状、上部のみが
半円形等の曲線で形成され、他がすべて直線で形成され
たもの等のどのような形状であってもよい。要するに、
膜面の面方向（広がりの方向）の任意の方向に延びる直
線に対して上記界面の波の各成分（各凸凹）の一部が交
差してさえすればい。したがって、上記の波は、規則的
なものでも、不規則なものであってもよい。換言すれ
ば、上記の波は、周期性をもっていても、なくてもよ
い。
に、非磁性層を介して設層された少なくとも２層の磁性
層を有し、上記磁性層と非磁性層の各界面が、Ｘおよび
Ｙ方向に波打っていることを必要とする。波を構成する
線分は、全てが直線であっても、曲線であってもよく、
また、それらの混合であってもよい。例えば、磁気抵抗
効果多層膜のある垂直断面で見た界面が、３角波形状、
４角波形状等の波の形状がすべて直線で構成されたも
の、連続した半円形からなる波状、連続した半楕円形か
らなる波状、連続した双曲線形からなる波状、正弦波状
等の波の形状がすべて曲線で構成されたもの、波の側辺
が湾曲し、上面および下面が直線状の波状、上部のみが
半円形等の曲線で形成され、他がすべて直線で形成され
たもの等のどのような形状であってもよい。要するに、
膜面の面方向（広がりの方向）の任意の方向に延びる直
線に対して上記界面の波の各成分（各凸凹）の一部が交
差してさえすればい。したがって、上記の波は、規則的
なものでも、不規則なものであってもよい。換言すれ
ば、上記の波は、周期性をもっていても、なくてもよ
い。
【００２７】以上のように、磁気抵抗効果多層膜の磁性
層と非磁性層の間の各界面を波打たせるには、その表面
のＸＹ方向に分布する多数の微小凸部または凹部、ある
いはこれらの双方を形成し、その上に磁性層と非磁性層
を交互に設層すればよい。
層と非磁性層の間の各界面を波打たせるには、その表面
のＸＹ方向に分布する多数の微小凸部または凹部、ある
いはこれらの双方を形成し、その上に磁性層と非磁性層
を交互に設層すればよい。
【００２８】上記凸部の形状は、半球状（この例を図１
に示した。この図において、符号１が基板であり、符号
２が凸部である。以下、これを第１形状基板と称するこ
とがある）、円錐状、円錐台状、４角錐状（この例を、
図２に示した。これを第２形状基板と称することがあ
る）、４角錐台状、半楕円面状、双曲面状、正弦波面状
あるいはこれらの形状の少なくとも１部が変形した形状
等とすることができる。また、凹部は、基板表面に、１
方向に延びる多数の第１平行溝と、この第１平行溝と交
差する方向に延びる多数の第２平行溝であることが好ま
しく、その断面形状は、半楕円形、双曲線状、正弦波
状、Ｕ字形またはＶ字形等であることが好ましい。
に示した。この図において、符号１が基板であり、符号
２が凸部である。以下、これを第１形状基板と称するこ
とがある）、円錐状、円錐台状、４角錐状（この例を、
図２に示した。これを第２形状基板と称することがあ
る）、４角錐台状、半楕円面状、双曲面状、正弦波面状
あるいはこれらの形状の少なくとも１部が変形した形状
等とすることができる。また、凹部は、基板表面に、１
方向に延びる多数の第１平行溝と、この第１平行溝と交
差する方向に延びる多数の第２平行溝であることが好ま
しく、その断面形状は、半楕円形、双曲線状、正弦波
状、Ｕ字形またはＶ字形等であることが好ましい。
【００２９】上記界面の波においては、上記ＸおよびＹ
方向の波のうち少なくとも一方向の波が、その平均高さ
をｈ、磁気抵抗効果多層膜の全厚をＤ、および非磁性層
の層厚をｄとしたとき、２ｄ≦Ｄ−ｈ≦９Ｄ／１０であ
る。
方向の波のうち少なくとも一方向の波が、その平均高さ
をｈ、磁気抵抗効果多層膜の全厚をＤ、および非磁性層
の層厚をｄとしたとき、２ｄ≦Ｄ−ｈ≦９Ｄ／１０であ
る。
【００３０】以下その理由を説明するが、簡単のため、
磁性層１０（１０−１および１０−２）と非磁性層２０
の間の界面３０の形状を、図３に示すように、磁気抵抗
効果多層膜ｍｒの１方向の垂直断面で見たとき、上記１
方向の垂直断面が周期的な３角波形状であるとして説明
する。
磁性層１０（１０−１および１０−２）と非磁性層２０
の間の界面３０の形状を、図３に示すように、磁気抵抗
効果多層膜ｍｒの１方向の垂直断面で見たとき、上記１
方向の垂直断面が周期的な３角波形状であるとして説明
する。
【００３１】Ｄとｈとの条件を考える。全層厚がＤの
時、少なくとも（つまり最小の単位では）３つの層が含
まれる。すなわち、第１の磁性層１０−１、非磁性層２
０、第２の磁性層１０−２である。ここで、Ｌ＝Ｄ−ｈ
は電圧が印加されたときに電子がその電位差に沿って直
線的に移動できる膜厚方向の距離を表す。このとき、Ｌ
が小さくなると電子は作製された波ｈに邪魔をされ、波
の形状で物理的に散乱されてしまう。すなわち、比抵抗
が急激に増加してしまいＭＲ変化率が小さくなってしま
う。このＬは２ｄ以上であることが必要である。この大
きなＭＲ変化を起こすメカニズムとしては、電子が相対
角度をもった異なる磁性層を多数回横切ることによる。
したがって、最小構成としては非磁性層と磁性層との間
の界面で電子が散乱を受ければよいから磁性層厚は関係
しない。最も薄い場合は非磁性層ｄの２倍の厚みがあれ
ばよい。２ｄよりＬが小さくなってしまうと比抵抗が大
きくなり大きなＭＲ変化が得られなくなる。好ましくは
３ｄ以上、より好ましくは４ｄ以上である。
時、少なくとも（つまり最小の単位では）３つの層が含
まれる。すなわち、第１の磁性層１０−１、非磁性層２
０、第２の磁性層１０−２である。ここで、Ｌ＝Ｄ−ｈ
は電圧が印加されたときに電子がその電位差に沿って直
線的に移動できる膜厚方向の距離を表す。このとき、Ｌ
が小さくなると電子は作製された波ｈに邪魔をされ、波
の形状で物理的に散乱されてしまう。すなわち、比抵抗
が急激に増加してしまいＭＲ変化率が小さくなってしま
う。このＬは２ｄ以上であることが必要である。この大
きなＭＲ変化を起こすメカニズムとしては、電子が相対
角度をもった異なる磁性層を多数回横切ることによる。
したがって、最小構成としては非磁性層と磁性層との間
の界面で電子が散乱を受ければよいから磁性層厚は関係
しない。最も薄い場合は非磁性層ｄの２倍の厚みがあれ
ばよい。２ｄよりＬが小さくなってしまうと比抵抗が大
きくなり大きなＭＲ変化が得られなくなる。好ましくは
３ｄ以上、より好ましくは４ｄ以上である。
【００３２】また、上限は９Ｄ／１０である。この値
は、大きくなっていても、理想的に磁気抵抗効果多層膜
が形成されていれば、実質的にＬを流れる電流は常に同
様の磁気的な散乱を受け、大きなＭＲ変化を示す。しか
し、あまりこの値が大きくなってしまうと、相対的にｈ
が小さくなってしまうので、９Ｄ／１０以下である。
は、大きくなっていても、理想的に磁気抵抗効果多層膜
が形成されていれば、実質的にＬを流れる電流は常に同
様の磁気的な散乱を受け、大きなＭＲ変化を示す。しか
し、あまりこの値が大きくなってしまうと、相対的にｈ
が小さくなってしまうので、９Ｄ／１０以下である。
【００３３】また、上記波の平均的な周期λも大切であ
る。これは、波の高さによって平均周期が規定される。
すなわち、０．７≦λ／ｈ≦３．５である。これは実験
の結果、波を生じさせる凹凸の寸法とその平均距離を様
々に変化させて評価した結果、この範囲の時に電子はほ
ぼ３０〜７０度の角度をもって界面に入射し、その結
果、平坦な界面をもつ場合と比較して大きなＭＲ変化率
とＭＲ傾きが得られた。これより小さくなると積層した
多層膜の構造の欠陥が増加しその結果ＭＲ変化率が小さ
くなる。また、これより大きくなると波が穏やかになり
実質的に界面を多数回電子が横切ることが少なくなる。
したがって大きなＭＲ変化が得られなくなる。なお、上
記Ｄは、１００〜２００００Ａ程度、ｈは３０〜１００
００Ａ程度、λは２０〜５００００Ａ程度が好ましい。
る。これは、波の高さによって平均周期が規定される。
すなわち、０．７≦λ／ｈ≦３．５である。これは実験
の結果、波を生じさせる凹凸の寸法とその平均距離を様
々に変化させて評価した結果、この範囲の時に電子はほ
ぼ３０〜７０度の角度をもって界面に入射し、その結
果、平坦な界面をもつ場合と比較して大きなＭＲ変化率
とＭＲ傾きが得られた。これより小さくなると積層した
多層膜の構造の欠陥が増加しその結果ＭＲ変化率が小さ
くなる。また、これより大きくなると波が穏やかになり
実質的に界面を多数回電子が横切ることが少なくなる。
したがって大きなＭＲ変化が得られなくなる。なお、上
記Ｄは、１００〜２００００Ａ程度、ｈは３０〜１００
００Ａ程度、λは２０〜５００００Ａ程度が好ましい。
【００３４】本発明の磁性薄膜に用いる磁性体の種類は
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。
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。
【００３５】各磁性薄膜の膜厚の上限は、２００A であ
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。
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。
【００３６】用いる非磁性層は、磁性層間の磁気相互作
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、Ａ
ｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｎ
ｂ，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、ＳｉＯ
2 ，ＳｉＯ，ＳｉＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｔ
ｉＮ等やこれらに別の元素を添加したものが好ましい。
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、Ａ
ｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｎ
ｂ，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、ＳｉＯ
2 ，ＳｉＯ，ＳｉＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，Ｔ
ｉＮ等やこれらに別の元素を添加したものが好ましい。
【００３７】非磁性層の厚さは、２００A 以下が望まし
い。一般に層厚が２００A を超えると、抵抗は非磁性層
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、層厚が小さすぎると、磁性層間の磁
気相互作用が大きくなり過ぎ、両磁性層の磁化方向が相
異なる状態が生じにくくなるとともに、連続層の形成が
困難となるので、層厚は４A 以上が好ましい。なお、磁
性層や非磁性層の層厚は、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、層の結晶構造は、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。
い。一般に層厚が２００A を超えると、抵抗は非磁性層
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、層厚が小さすぎると、磁性層間の磁
気相互作用が大きくなり過ぎ、両磁性層の磁化方向が相
異なる状態が生じにくくなるとともに、連続層の形成が
困難となるので、層厚は４A 以上が好ましい。なお、磁
性層や非磁性層の層厚は、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、層の結晶構造は、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。
【００３８】上記磁気抵抗効果多層膜において、磁性層
の層数は、２〜１００程度、非磁性層の層数は１〜９９
程度であることが好ましい。その理由は、積層数が増加
するに従って、ＭＲ変化率は増加するが、同時に生産性
が悪くなり、コストアップにつながり、また、応用上は
薄いほど記録感度の高い磁気抵抗効果素子が作製できる
ことから、上限は上述の程度とする。
の層数は、２〜１００程度、非磁性層の層数は１〜９９
程度であることが好ましい。その理由は、積層数が増加
するに従って、ＭＲ変化率は増加するが、同時に生産性
が悪くなり、コストアップにつながり、また、応用上は
薄いほど記録感度の高い磁気抵抗効果素子が作製できる
ことから、上限は上述の程度とする。
【００３９】以上のように磁性層と非磁性層の間の各界
面をＸおよびＹ方向に波打たせることにより、成膜直後
の磁気抵抗効果多層膜は、４〜２０％程度の高い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、ＭＲ傾き
（微分値ＭＲ変化率）が０．３〜０．９％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。
面をＸおよびＹ方向に波打たせることにより、成膜直後
の磁気抵抗効果多層膜は、４〜２０％程度の高い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、ＭＲ傾き
（微分値ＭＲ変化率）が０．３〜０．９％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。
【００４０】本発明では、非磁性層（以下、この層を非
磁性薄膜と称することもある）を介して隣合った磁性層
（以下、この層を磁性薄膜と称することもある）の保磁
力は互いに異なっていることが好ましい。その理由は、
本発明の原理の１つが、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、図５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（Ｈｃ
1 ＜Ｈ＜Ｈｃ2 ）であるとき、隣合った磁性薄膜の磁化
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。
磁性薄膜と称することもある）を介して隣合った磁性層
（以下、この層を磁性薄膜と称することもある）の保磁
力は互いに異なっていることが好ましい。その理由は、
本発明の原理の１つが、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、図５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（Ｈｃ
1 ＜Ｈ＜Ｈｃ2 ）であるとき、隣合った磁性薄膜の磁化
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。
【００４１】ここで、３元系人工格子多層磁性膜の外部
磁場、保磁力および磁化の方向の関係を説明する。図４
は、本発明による人工格子磁性多層膜１０１の１例の断
面図である。図４において、人工格子磁性多層膜１０１
は、基板１０４上に磁性薄膜Ｍ1 ，Ｍ2 …，Ｍn-1 ，Ｍ
n 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。
磁場、保磁力および磁化の方向の関係を説明する。図４
は、本発明による人工格子磁性多層膜１０１の１例の断
面図である。図４において、人工格子磁性多層膜１０１
は、基板１０４上に磁性薄膜Ｍ1 ，Ｍ2 …，Ｍn-1 ，Ｍ
n 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。
【００４２】今、簡素化して、保磁力の異なる２種類の
磁性薄膜のみを有する場合について説明する。図５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 ）。また、第１の磁性薄膜の異方性磁界をＨｋ、第
２の磁性薄膜の磁化が飽和する外部磁界をＨｍとす
る。最初、外部磁場Ｈを、Ｈ＜−Ｈcm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＜−Ｈｋ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−Ｈｋ＜Ｈ＜Ｈｃ2 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。そしてＨ
ｋ＜Ｈ＜Ｈｃ2 の範囲で磁性薄膜、の磁化方向は完
全に反平行となる０さらに外部磁場を大きくしたＨcm＜
Ｈの領域（III ）では、磁性薄膜、の磁０方向は、
＋方向に揃って向く。
磁性薄膜のみを有する場合について説明する。図５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 ）。また、第１の磁性薄膜の異方性磁界をＨｋ、第
２の磁性薄膜の磁化が飽和する外部磁界をＨｍとす
る。最初、外部磁場Ｈを、Ｈ＜−Ｈcm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＜−Ｈｋ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−Ｈｋ＜Ｈ＜Ｈｃ2 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。そしてＨ
ｋ＜Ｈ＜Ｈｃ2 の範囲で磁性薄膜、の磁化方向は完
全に反平行となる０さらに外部磁場を大きくしたＨcm＜
Ｈの領域（III ）では、磁性薄膜、の磁０方向は、
＋方向に揃って向く。
【００４３】今度は外部磁場Ｈを減少させると、Ｈｋ＜
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、−Ｈｍ＜Ｈ＜Ｈｋ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＜−Ｈcm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。領域（II）のうち、−Ｈｋ＜Ｈ＜Ｈ
ｋの範囲において、磁性薄膜はほとんど磁化反転はし
ないが、磁性薄膜は直線的にその磁化を増加させるた
め、磁性薄膜の磁化変化に対応し、スピンに依存した
散乱を受ける伝導電子の割合が徐々に大きくなる。すな
わち、第１の磁性薄膜に例えばＨｃの小さなＮｉ0.8
Ｆｅ0.2 （Ｈｃ2 数Oe以下）を選び、適当なＨｋを付与
し、第２磁性薄膜層にＨｃのやや大きく、かつ角型比
の大きい、例えばＣｏ（Ｈｃ3 数十Oe）を選ぶことによ
り、Ｈｋ付近以下の数Oe〜数１０Oeの範囲の小外部磁場
で大きな抵抗変化率を示すＭＲ素子が得られる。
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、−Ｈｍ＜Ｈ＜Ｈｋ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＜−Ｈcm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。領域（II）のうち、−Ｈｋ＜Ｈ＜Ｈ
ｋの範囲において、磁性薄膜はほとんど磁化反転はし
ないが、磁性薄膜は直線的にその磁化を増加させるた
め、磁性薄膜の磁化変化に対応し、スピンに依存した
散乱を受ける伝導電子の割合が徐々に大きくなる。すな
わち、第１の磁性薄膜に例えばＨｃの小さなＮｉ0.8
Ｆｅ0.2 （Ｈｃ2 数Oe以下）を選び、適当なＨｋを付与
し、第２磁性薄膜層にＨｃのやや大きく、かつ角型比
の大きい、例えばＣｏ（Ｈｃ3 数十Oe）を選ぶことによ
り、Ｈｋ付近以下の数Oe〜数１０Oeの範囲の小外部磁場
で大きな抵抗変化率を示すＭＲ素子が得られる。
【００４４】各磁性層（薄膜）の保磁力Ｈｃは、適用さ
れる素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、例えば上記のように、０．００１Oe〜１０
kOe、特に０．０１〜１０００Oeの範囲から適宜選択す
ればよい。これは、隣接する磁性層（薄膜）の保磁力を
異ならせない場合も、異ならせる場合も同じである。ま
た、隣接する磁性薄膜の保磁力を異ならせる場合の比Ｈ
ｃ2 ／Ｈｃ1 は、１．２〜１００、特に１．５〜１００
より好ましくは２〜８０、特に３〜６０、さらに好まし
くは５〜５０、特に６〜３０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。
れる素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、例えば上記のように、０．００１Oe〜１０
kOe、特に０．０１〜１０００Oeの範囲から適宜選択す
ればよい。これは、隣接する磁性層（薄膜）の保磁力を
異ならせない場合も、異ならせる場合も同じである。ま
た、隣接する磁性薄膜の保磁力を異ならせる場合の比Ｈ
ｃ2 ／Ｈｃ1 は、１．２〜１００、特に１．５〜１００
より好ましくは２〜８０、特に３〜６０、さらに好まし
くは５〜５０、特に６〜３０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。
【００４５】なお、Ｈｃ等の磁気特性の測定に際して
は、磁気抵抗効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。
は、磁気抵抗効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。
【００４６】本発明では、０磁場からリニアリティーの
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
を制御することが好ましい。第１の磁性薄膜では、好ま
しくは０．０１≦ＳＱ1 ≦０．５、より好ましくは０．
０１≦ＳＱ1 ≦０．４、特に０．０１≦ＳＱ1 ≦０．３
とし、第２の磁性薄膜では、０．７≦ＳＱ2 ≦１．０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、その角型比ＳＱ1
は小さいほどよい。より詳細には、ＳＱ1 が小さければ
０磁場付近で磁化は漸次回転し、反平行状態が漸次増加
していくので、０磁場をはさんで直線的なＭＲ曲線とす
ることができる。そして、ＳＱ1 が０．５より大きくな
ると直線的なＭＲ変化が得られにくくなる。ただし、Ｓ
Ｑ1 の製造上の限界は０．０１程度までである。
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
を制御することが好ましい。第１の磁性薄膜では、好ま
しくは０．０１≦ＳＱ1 ≦０．５、より好ましくは０．
０１≦ＳＱ1 ≦０．４、特に０．０１≦ＳＱ1 ≦０．３
とし、第２の磁性薄膜では、０．７≦ＳＱ2 ≦１．０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、その角型比ＳＱ1
は小さいほどよい。より詳細には、ＳＱ1 が小さければ
０磁場付近で磁化は漸次回転し、反平行状態が漸次増加
していくので、０磁場をはさんで直線的なＭＲ曲線とす
ることができる。そして、ＳＱ1 が０．５より大きくな
ると直線的なＭＲ変化が得られにくくなる。ただし、Ｓ
Ｑ1 の製造上の限界は０．０１程度までである。
【００４７】このような第１の磁性薄膜と組み合わせる
第２の磁性薄膜は、０磁場付近で角形比ＳＱ2 が１に近
いほどよい。角型比を０．７以上にすれば０磁場近傍で
のＭＲ変化の立ち上がりはシャープになり、大きなＭＲ
変化率を得ることができる。なお、第１の磁性薄膜の異
方性磁界Ｈｋは１〜２０Oe、より好ましくは２〜１２O
e、特に３〜１０Oeとすることが好ましい。Ｈｋ＞２０
では直線性を示す磁場の範囲は広がるが、ＭＲ曲線の傾
きが小さくなり、分解能が落ちてしまう。またＨｋ＜１
Oeでは直線性を示す磁場の範囲が狭くなり、ＭＲ素子と
しての機能を果たさなくなってくる。
第２の磁性薄膜は、０磁場付近で角形比ＳＱ2 が１に近
いほどよい。角型比を０．７以上にすれば０磁場近傍で
のＭＲ変化の立ち上がりはシャープになり、大きなＭＲ
変化率を得ることができる。なお、第１の磁性薄膜の異
方性磁界Ｈｋは１〜２０Oe、より好ましくは２〜１２O
e、特に３〜１０Oeとすることが好ましい。Ｈｋ＞２０
では直線性を示す磁場の範囲は広がるが、ＭＲ曲線の傾
きが小さくなり、分解能が落ちてしまう。またＨｋ＜１
Oeでは直線性を示す磁場の範囲が狭くなり、ＭＲ素子と
しての機能を果たさなくなってくる。
【００４８】なお、ＳＱ2 ／ＳＱ1 は２〜１００、特に
２〜５０であることが好ましい。
２〜５０であることが好ましい。
【００４９】そして、さらに第１および第２の磁性薄膜
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
ることが好ましい。今、上記の文献ａおよびｂ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、Ｍ
Ｒ変化曲線は数１０Oe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。
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
ることが好ましい。今、上記の文献ａおよびｂ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、Ｍ
Ｒ変化曲線は数１０Oe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。
【００５０】すなわち、ＳＱ1 とＳＱ2 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ｄ2 お
よびｄ1 としたとき、４A ≦ｄ2 ＜３０A 、２０A ＜ｄ
1 ≦２００A かつｄ2 ＜ｄ1 、より好ましくは、４A ≦
ｄ2 ≦２８A 、２２A ≦ｄ1 ≦１００A かつ１．０５ｄ
2 ＜ｄ1 に規制することが好ましい。ｄ2 が３０A 以上
となると全体の比抵抗が増大し、結果的にＭＲ変化率が
小さくなってしまう。ただし、ｄ2 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。ｄ1 が２０A
未満となると耐熱性が悪化する。
て、第１および第２の磁性薄膜の膜厚をそれぞれｄ2 お
よびｄ1 としたとき、４A ≦ｄ2 ＜３０A 、２０A ＜ｄ
1 ≦２００A かつｄ2 ＜ｄ1 、より好ましくは、４A ≦
ｄ2 ≦２８A 、２２A ≦ｄ1 ≦１００A かつ１．０５ｄ
2 ＜ｄ1 に規制することが好ましい。ｄ2 が３０A 以上
となると全体の比抵抗が増大し、結果的にＭＲ変化率が
小さくなってしまう。ただし、ｄ2 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。ｄ1 が２０A
未満となると耐熱性が悪化する。
【００５１】なお、ｄ1 の上限は直線性の点で２００A
、特に１００A が望ましい。さらに、ｄ2 ≧ｄ1 とな
ると、耐熱性が悪化し、製造プロセス中で熱が加わる工
程を通過した後に、ＭＲ変化率が小さくなってしまう。
、特に１００A が望ましい。さらに、ｄ2 ≧ｄ1 とな
ると、耐熱性が悪化し、製造プロセス中で熱が加わる工
程を通過した後に、ＭＲ変化率が小さくなってしまう。
【００５２】このように第１および第２の磁性薄膜の角
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、より高いＭＲ変化率とともに、０磁場にてリニ
アリティーがより高く、勾配のより大きいＭＲ変化を示
す。
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、より高いＭＲ変化率とともに、０磁場にてリニ
アリティーがより高く、勾配のより大きいＭＲ変化を示
す。
【００５３】また、本発明では、上記のとおりｄ2 、ｄ
1 を規制すれば、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７０％以上に維持することがで
き、５％以上、特に６％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％増の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１〜２％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０．０１〜０．５、Ｓ
Ｑ2 は０．７〜１．０の値を維持する。
1 を規制すれば、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７０％以上に維持することがで
き、５％以上、特に６％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％増の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１〜２％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０．０１〜０．５、Ｓ
Ｑ2 は０．７〜１．０の値を維持する。
【００５４】本発明において、人工格子磁性多層膜の繰
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２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。
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２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。
【００５５】特に１Ｇｂｉｔ／ｉｎ2 を越えるような超
高密度磁気記録に用いるようなＭＲヘッドに適用する場
合には、上記ｎが５以下で、磁性多層膜を構成する各層
は薄いほどよい。これは、シールド長が小さくなり、よ
り高密度の信号読み出しが可能になるからである。しか
し、あまり薄すぎるとそれぞれの層に要求される軟磁気
特性や強磁性、反強磁性等の特性が失われてしまい、耐
熱性も不良になる。本発明では磁性層の積層数を少なく
することを特徴とするが、この場合、各々の磁性層が十
分に機能しないと良好な磁気抵抗効果特性は実現できな
い。また、磁性層の積層数が少ない磁性多層膜では、各
々の層間にはたらく静磁結合および直接交換相互作用が
実質的に小さくなるので、積層数が多く厚い磁性多層膜
に比べ磁性層を厚くしてもよいが、各々の層厚があまり
厚いと、２種の磁性層のスピンのなす相対角度によって
伝導電子が散乱される確率が減ってしまい、磁気抵抗効
果が逆に小さくなる。また、比抵抗自体も大きくなり、
応用上都合が悪い。非磁性金属層が厚すぎると、伝導電
子がほとんどこの非磁性金属層内を流れてしまい、磁性
層で散乱される割合が減ってしまうので、ＭＲ変化率が
小さくなってしまう。一方、非磁性金属層が薄すぎると
磁性層間の磁気的相互作用が大きくなりすぎ、両磁性層
の磁化方向が相異なる状態が生じにくくなってしまう。
このようなことから、上記ｎが５以下の磁性多層膜で
は、第１の磁性層の厚さをｄ1 、第２の磁性層の厚さを
ｄ1 、非磁性金属層の厚さをｄとしたとき、 １０A ≦ｄ1 ≦８０A 、 ２０A ≦ｄ2 ≦９０A 、 ２０A ≦ｄ≦９０A とし、好ましくは ２０A ≦ｄ1,ｄ2,ｄ≦８０A とし、より好ましくは ２０A ≦ｄ1,ｄ2,ｄ≦７０A とする。なお、各層の厚さは、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、各層の結晶構造は、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。
高密度磁気記録に用いるようなＭＲヘッドに適用する場
合には、上記ｎが５以下で、磁性多層膜を構成する各層
は薄いほどよい。これは、シールド長が小さくなり、よ
り高密度の信号読み出しが可能になるからである。しか
し、あまり薄すぎるとそれぞれの層に要求される軟磁気
特性や強磁性、反強磁性等の特性が失われてしまい、耐
熱性も不良になる。本発明では磁性層の積層数を少なく
することを特徴とするが、この場合、各々の磁性層が十
分に機能しないと良好な磁気抵抗効果特性は実現できな
い。また、磁性層の積層数が少ない磁性多層膜では、各
々の層間にはたらく静磁結合および直接交換相互作用が
実質的に小さくなるので、積層数が多く厚い磁性多層膜
に比べ磁性層を厚くしてもよいが、各々の層厚があまり
厚いと、２種の磁性層のスピンのなす相対角度によって
伝導電子が散乱される確率が減ってしまい、磁気抵抗効
果が逆に小さくなる。また、比抵抗自体も大きくなり、
応用上都合が悪い。非磁性金属層が厚すぎると、伝導電
子がほとんどこの非磁性金属層内を流れてしまい、磁性
層で散乱される割合が減ってしまうので、ＭＲ変化率が
小さくなってしまう。一方、非磁性金属層が薄すぎると
磁性層間の磁気的相互作用が大きくなりすぎ、両磁性層
の磁化方向が相異なる状態が生じにくくなってしまう。
このようなことから、上記ｎが５以下の磁性多層膜で
は、第１の磁性層の厚さをｄ1 、第２の磁性層の厚さを
ｄ1 、非磁性金属層の厚さをｄとしたとき、 １０A ≦ｄ1 ≦８０A 、 ２０A ≦ｄ2 ≦９０A 、 ２０A ≦ｄ≦９０A とし、好ましくは ２０A ≦ｄ1,ｄ2,ｄ≦８０A とし、より好ましくは ２０A ≦ｄ1,ｄ2,ｄ≦７０A とする。なお、各層の厚さは、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、各層の結晶構造は、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。
【００５６】伝導電子の散乱に寄与しているのは第１の
磁性層と第２の磁性層の両者のスピンである。最も効率
よく散乱が起きるのは、この両者のスピンの大きさが同
程度のときである。つまり、層数Ｎ1 の第１の磁性層が
もつ磁化の全量と、層数Ｎ2の第２の磁性層がもつ磁化
の全量とが同程度であることがよい。Ｎ1 ＞Ｎ2 なの
で、第１の磁性層の１層あたりの磁化量を第２の磁性層
の１層あたりの磁化量よりも小さくしたほうが、散乱が
より効率よく行われる。具体的には、第１の磁性層１層
あたりの磁化量をＭ1 、第２の磁性層１層あたりの磁化
量をＭ2 としたとき、 ０．３≦Ｍ1 ／Ｍ2 ≦０．８、 好ましくは ０．４≦Ｍ1 ／Ｍ2 ≦０．８ となるように各磁性層１層あたりの厚さを調整すれば、
伝導電子の散乱効率が良好となる。すなわち、磁性多層
膜中において伝導電子の散乱に寄与しない領域を減らす
ことができる。Ｍ1 ／Ｍ2 は、各磁性層について磁化
（単位体積あたりの磁気モーメント）と厚さとの積を求
め、第１の磁性層についての積を第２の磁性層について
の積で除すればよい。各磁性層の磁化は、前述した保磁
力測定用のサンプルを用いて測定することができる。な
お、例えば、複数の第１の磁性層がすべて同じ厚さでは
ない場合には、１層あたりの磁化量は第１の磁性層の平
均厚さを用いて求める。これは、第２の磁性層について
も同様である。
磁性層と第２の磁性層の両者のスピンである。最も効率
よく散乱が起きるのは、この両者のスピンの大きさが同
程度のときである。つまり、層数Ｎ1 の第１の磁性層が
もつ磁化の全量と、層数Ｎ2の第２の磁性層がもつ磁化
の全量とが同程度であることがよい。Ｎ1 ＞Ｎ2 なの
で、第１の磁性層の１層あたりの磁化量を第２の磁性層
の１層あたりの磁化量よりも小さくしたほうが、散乱が
より効率よく行われる。具体的には、第１の磁性層１層
あたりの磁化量をＭ1 、第２の磁性層１層あたりの磁化
量をＭ2 としたとき、 ０．３≦Ｍ1 ／Ｍ2 ≦０．８、 好ましくは ０．４≦Ｍ1 ／Ｍ2 ≦０．８ となるように各磁性層１層あたりの厚さを調整すれば、
伝導電子の散乱効率が良好となる。すなわち、磁性多層
膜中において伝導電子の散乱に寄与しない領域を減らす
ことができる。Ｍ1 ／Ｍ2 は、各磁性層について磁化
（単位体積あたりの磁気モーメント）と厚さとの積を求
め、第１の磁性層についての積を第２の磁性層について
の積で除すればよい。各磁性層の磁化は、前述した保磁
力測定用のサンプルを用いて測定することができる。な
お、例えば、複数の第１の磁性層がすべて同じ厚さでは
ない場合には、１層あたりの磁化量は第１の磁性層の平
均厚さを用いて求める。これは、第２の磁性層について
も同様である。
【００５７】なお、以上の説明では、磁性薄膜として保
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。
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。
【００５８】基板材料と、上記人工格子をも含めた磁気
抵抗効果多層膜を構成する材料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、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、最上層の磁性層（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。
抵抗効果多層膜を構成する材料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、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、最上層の磁性層（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。
【００５９】次に、本発明の磁気抵抗効果多層膜の製造
方法について説明する。
方法について説明する。
【００６０】磁気抵抗効果多層膜の製造にあたっては、
まず、基板表面上に上記したような凹凸を形成する。基
板としては、ガラス、ケイ素、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ、Ｍ
ｇＯ、ＧａＡｓ、フェライト、ＣａＴｉＯ等を用いるこ
とができる。次に、上記凹凸の例として、上記図１およ
び図２に示した第１および第２形状基板の形成について
説明する。
まず、基板表面上に上記したような凹凸を形成する。基
板としては、ガラス、ケイ素、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ、Ｍ
ｇＯ、ＧａＡｓ、フェライト、ＣａＴｉＯ等を用いるこ
とができる。次に、上記凹凸の例として、上記図１およ
び図２に示した第１および第２形状基板の形成について
説明する。
【００６１】まず、図６を参照して、第１形状基板の形
成について説明する。
成について説明する。
【００６２】まず、ステップＳ１で基板１の表面処理等
の任意の処理工程のあと、その表面に硬化用レジストを
塗布し、硬化用レジスト層３を形成する。上記処理工程
としては、例えば、プラズマに曝すことによる表面のク
リーニングや活性化、表面エネルギーを下げるための界
面活性剤等でのクリーニングが挙げられる。また、硬化
用レジストとしては、ノブラック系フォトレジスト、ポ
リイミド系フォトレジスト等を用いることが好ましい。
の任意の処理工程のあと、その表面に硬化用レジストを
塗布し、硬化用レジスト層３を形成する。上記処理工程
としては、例えば、プラズマに曝すことによる表面のク
リーニングや活性化、表面エネルギーを下げるための界
面活性剤等でのクリーニングが挙げられる。また、硬化
用レジストとしては、ノブラック系フォトレジスト、ポ
リイミド系フォトレジスト等を用いることが好ましい。
【００６３】上記硬化用レジスト層３は、素子を作製す
る際の絶縁層を目的として形成されるものであり、その
厚さは、薄い程望ましく、具体的には、０．００５〜
１．０μｍ程度であることが好ましい。
る際の絶縁層を目的として形成されるものであり、その
厚さは、薄い程望ましく、具体的には、０．００５〜
１．０μｍ程度であることが好ましい。
【００６４】このように形成された硬化用レジストは硬
化される。この硬化は、例えば、１１０〜４００℃程度
の温度でのキュアによる。
化される。この硬化は、例えば、１１０〜４００℃程度
の温度でのキュアによる。
【００６５】また、硬化用レジストの代わりに、Ａｌ2
Ｏ3 、ＳｉＯ2 等の絶縁層を物理成膜してもよい。
Ｏ3 、ＳｉＯ2 等の絶縁層を物理成膜してもよい。
【００６６】次に、ステップＳ２またはステップＳ３に
移る。まず、ステップＳ２の方の工程について説明する
と、上記硬化用レジスト層３の表面に、凸部形成用のレ
ジストを塗布し、第２レジスト層４を形成する。この凸
部形成用のレジストとしては、絶縁性かつ熱硬化性を有
する材料で、上記硬化用レジストに対して、融点が低
く、濡れ性が悪いものが好ましく、具体的には、高分子
系絶縁材料やノブラック系レジスト等を使用することが
好ましい。なお、この第２レジスト層４の厚さについて
は、後に説明する。
移る。まず、ステップＳ２の方の工程について説明する
と、上記硬化用レジスト層３の表面に、凸部形成用のレ
ジストを塗布し、第２レジスト層４を形成する。この凸
部形成用のレジストとしては、絶縁性かつ熱硬化性を有
する材料で、上記硬化用レジストに対して、融点が低
く、濡れ性が悪いものが好ましく、具体的には、高分子
系絶縁材料やノブラック系レジスト等を使用することが
好ましい。なお、この第２レジスト層４の厚さについて
は、後に説明する。
【００６７】次いで、ステップＳ４で、上記第２レジス
ト層４を加熱し、レジスト材料を液状化し、その表面張
力により、多数の微細な半球状の粒子５を形成し、その
まま乾燥することにより、粒子５を硬化レジスト層３上
に固定化する。このとき、各粒子５の高さ（波の高さｈ
と同じ）や分布密度（波の平均周期λと同じ）が、磁気
抵抗効果多層膜の全厚Ｄとの関係を示す上記式（１）お
よび（２）を満足するように、上記粒子を形成する。こ
のため、上記第２レジスト層４の厚さは、このような粒
子が形成できるような厚さに設定する。具体的には、こ
の第２レジスト層４の厚さは、０．００３〜１．０μｍ
程度が好ましい。
ト層４を加熱し、レジスト材料を液状化し、その表面張
力により、多数の微細な半球状の粒子５を形成し、その
まま乾燥することにより、粒子５を硬化レジスト層３上
に固定化する。このとき、各粒子５の高さ（波の高さｈ
と同じ）や分布密度（波の平均周期λと同じ）が、磁気
抵抗効果多層膜の全厚Ｄとの関係を示す上記式（１）お
よび（２）を満足するように、上記粒子を形成する。こ
のため、上記第２レジスト層４の厚さは、このような粒
子が形成できるような厚さに設定する。具体的には、こ
の第２レジスト層４の厚さは、０．００３〜１．０μｍ
程度が好ましい。
【００６８】以上により、上記第１形状基板を形成す
る。
る。
【００６９】一方、ステップＳ３の工程の場合は、上記
硬化用レジスト層３の上に、金属、誘電体、絶縁体等の
材料の溶解物を直接極薄膜状に被着させ、その材料のも
つ表面張力により自然に多数の微細な半球状の粒子５を
形成する。
硬化用レジスト層３の上に、金属、誘電体、絶縁体等の
材料の溶解物を直接極薄膜状に被着させ、その材料のも
つ表面張力により自然に多数の微細な半球状の粒子５を
形成する。
【００７０】上記金属としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐ
ｔ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚ
ｒ，Ｃｒ等を、誘電体としては、Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｔｉ
Ｏ2 ，ＢａＴｉＯ3 ，ＳｒＴｉＯ3 等を、絶縁体として
は、ＳｉＯ、ＳｉＯ2 Ａｌ2 Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ等を
好ましく用いることができる。
ｔ，Ｗ，Ｔｉ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｖ，Ｈｆ，Ｚ
ｒ，Ｃｒ等を、誘電体としては、Ｔａ2 Ｏ5 ，Ｔｉ
Ｏ2 ，ＢａＴｉＯ3 ，ＳｒＴｉＯ3 等を、絶縁体として
は、ＳｉＯ、ＳｉＯ2 Ａｌ2 Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｇＯ等を
好ましく用いることができる。
【００７１】上記粒子の材料として金属を用いた場合に
は、この粒子の乾燥、固定化の後、ステップＳ５でその
上に絶縁層を形成する。この絶縁層の材料は、上記の粒
子で用いて望ましい絶縁材料を用いることができ、ま
た、この絶縁層の厚さは、５０〜５００Ａ程度であるこ
とが好ましい。
は、この粒子の乾燥、固定化の後、ステップＳ５でその
上に絶縁層を形成する。この絶縁層の材料は、上記の粒
子で用いて望ましい絶縁材料を用いることができ、ま
た、この絶縁層の厚さは、５０〜５００Ａ程度であるこ
とが好ましい。
【００７２】以上により第１形状基板が形成される。
【００７３】一方、第２形状基板の作製は、図７に示す
ような工程で行なわれる。
ような工程で行なわれる。
【００７４】まず、第１形状基板の作製の場合と同様、
ステップＳ１およびステップＳ２で、硬化用レジスト層
３の形成、および第２レジスト層４の形成を行なう。レ
ジストとしては、上記第１形状基板の場合と同様のもの
を用いることができる。
ステップＳ１およびステップＳ２で、硬化用レジスト層
３の形成、および第２レジスト層４の形成を行なう。レ
ジストとしては、上記第１形状基板の場合と同様のもの
を用いることができる。
【００７５】なお、第２レジスト層４の厚さは、より詳
細なパターンを形成する目的で、硬化用レジスト層３の
厚さより、薄く形成する。
細なパターンを形成する目的で、硬化用レジスト層３の
厚さより、薄く形成する。
【００７６】次いで、第２レジスト層４を、ステップＳ
３でパターンニングする。このパターンニングは、ステ
ッパー等により行うことが好ましい。このパターンニン
グにより、４角柱状の島状のレジスト部分４が所定の周
期（あるいはピッチ）で基板１のＸおよびＹ方向に配置
された状態とする。
３でパターンニングする。このパターンニングは、ステ
ッパー等により行うことが好ましい。このパターンニン
グにより、４角柱状の島状のレジスト部分４が所定の周
期（あるいはピッチ）で基板１のＸおよびＹ方向に配置
された状態とする。
【００７７】この後、ステップＳ４で、ＫＯＨやＨＦ等
のエッチング液によりエッチングを行い、ＸおよびＹ方
向に延びるＶ型溝５を形成する。更に、ステップＳ５で
エッチングを進めて、多数の微小な４角錐状の凸部６を
形成し、残った第２レジストを除去して、第２形状基板
を作製する。
のエッチング液によりエッチングを行い、ＸおよびＹ方
向に延びるＶ型溝５を形成する。更に、ステップＳ５で
エッチングを進めて、多数の微小な４角錐状の凸部６を
形成し、残った第２レジストを除去して、第２形状基板
を作製する。
【００７８】以上のようにして作製された第１あるいは
第２形状基板上に、ステップＳ６（図６および図７）
で、磁性層（薄膜）と非磁性層（薄膜）を設層して、磁
気抵抗効果多層膜を製造する。磁性層（薄膜）と非磁性
層（薄膜）の設層（成膜）は、蒸着法、スパッタリング
法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等の方法で行う。
上記の人工格子を製造する場合には、第１の磁性薄膜成
膜時に、膜面内の一方向に好ましくは１０〜３００Oeの
外部磁場を印加することが好ましい。これにより、ＳＱ
1 が低下し、Ｈｋが大きくなる。
第２形状基板上に、ステップＳ６（図６および図７）
で、磁性層（薄膜）と非磁性層（薄膜）を設層して、磁
気抵抗効果多層膜を製造する。磁性層（薄膜）と非磁性
層（薄膜）の設層（成膜）は、蒸着法、スパッタリング
法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等の方法で行う。
上記の人工格子を製造する場合には、第１の磁性薄膜成
膜時に、膜面内の一方向に好ましくは１０〜３００Oeの
外部磁場を印加することが好ましい。これにより、ＳＱ
1 が低下し、Ｈｋが大きくなる。
【００７９】図８、図９には、本発明の磁気抵抗効果多
層膜を用いて磁気抵抗効果素子、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効
果素子２００は、上記の磁気抵抗効果多層膜ｍｒまたは
人工格子磁性多層膜１０１（以下、磁気抵抗効果多層膜
ｍｒを代表させて説明する）を絶縁層２内に形成して、
磁気抵抗効果多層膜ｍｒに測定電流を流すための例えば
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の電極２０３、２０３と、例えばＴ
ｉ等のシャント層２０２とを接続している。また、磁気
抵抗効果多層膜ｍｒは、例えばセンダスト、パーマロイ
等のシールド２０６、２０６で被われている。さらに図
９の例では、シャント層２０２下方に、例えばＣｏＺｒ
Ｍｏ、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２０７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。
層膜を用いて磁気抵抗効果素子、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効
果素子２００は、上記の磁気抵抗効果多層膜ｍｒまたは
人工格子磁性多層膜１０１（以下、磁気抵抗効果多層膜
ｍｒを代表させて説明する）を絶縁層２内に形成して、
磁気抵抗効果多層膜ｍｒに測定電流を流すための例えば
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ等の電極２０３、２０３と、例えばＴ
ｉ等のシャント層２０２とを接続している。また、磁気
抵抗効果多層膜ｍｒは、例えばセンダスト、パーマロイ
等のシールド２０６、２０６で被われている。さらに図
９の例では、シャント層２０２下方に、例えばＣｏＺｒ
Ｍｏ、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２０７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。
【００８０】このような磁気抵抗効果素子の製造にあた
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。
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。
【００８１】以上のような磁気抵抗効果素子を形成する
際には、感磁部となるべき、すなわち、磁気抵抗効果多
層膜を形成する部分のみを、上記図１または２に示した
ような基板形状とし、この上にのみ磁気抵抗効果多層膜
を形成する。もしくは、基板全面に凹凸を形成し、その
上にさらに磁性多層層膜を形成したのち、所望の素子パ
ターンをレジストで保護し、その他不要な部分の多層膜
を、イオンミリング等にて除去じてもよい。感磁部分以
外の部分には、凹凸を設けず、電流の流れを妨げないよ
うにすることが望ましい。
際には、感磁部となるべき、すなわち、磁気抵抗効果多
層膜を形成する部分のみを、上記図１または２に示した
ような基板形状とし、この上にのみ磁気抵抗効果多層膜
を形成する。もしくは、基板全面に凹凸を形成し、その
上にさらに磁性多層層膜を形成したのち、所望の素子パ
ターンをレジストで保護し、その他不要な部分の多層膜
を、イオンミリング等にて除去じてもよい。感磁部分以
外の部分には、凹凸を設けず、電流の流れを妨げないよ
うにすることが望ましい。
【００８２】
【実施例】以下、本発明を具体的実施例によりさらに詳
細に説明する。
細に説明する。
【００８３】基板としてＡｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板を用
い、実施例のサンプルNo. １ないし１０用として、その
表面上に、Ａｕをゆっくりと蒸着し、表１に示すような
波の平均高さｈ、平均周期λとなるように、粒径および
密度を調節した多数の半球状の微小凸部を形成した。粒
径は主に、被着速度と被着時間とによりコントロール
し、密度は主に、被着時間によって調節した。その後、
ＳｉＯ2 層を２００Ａ形成し、絶縁層とした。一方、比
較例のサンプルNo. １１（磁気抵抗効果多層膜の各層の
界面がうね状のもの）用として、上記図２に示したの第
１形状基板の製造方法に準じた方法で、基板上に、平均
高さｈが４００Ａで平均周期λが３５０Ａの平行な多数
のうね（うねに交差する方向の垂直断面形状のみが三角
波形状であり、その方向のみに高さが変化するもの）を
形成した。また、比較例のサンプルNo. １２〜１４（磁
気抵抗効果多層膜の各層の界面が平坦なもの）として、
上記の基板をそのまま用いた。
い、実施例のサンプルNo. １ないし１０用として、その
表面上に、Ａｕをゆっくりと蒸着し、表１に示すような
波の平均高さｈ、平均周期λとなるように、粒径および
密度を調節した多数の半球状の微小凸部を形成した。粒
径は主に、被着速度と被着時間とによりコントロール
し、密度は主に、被着時間によって調節した。その後、
ＳｉＯ2 層を２００Ａ形成し、絶縁層とした。一方、比
較例のサンプルNo. １１（磁気抵抗効果多層膜の各層の
界面がうね状のもの）用として、上記図２に示したの第
１形状基板の製造方法に準じた方法で、基板上に、平均
高さｈが４００Ａで平均周期λが３５０Ａの平行な多数
のうね（うねに交差する方向の垂直断面形状のみが三角
波形状であり、その方向のみに高さが変化するもの）を
形成した。また、比較例のサンプルNo. １２〜１４（磁
気抵抗効果多層膜の各層の界面が平坦なもの）として、
上記の基板をそのまま用いた。
【００８４】次いで、以上のようにして作製した基板を
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、その上に、表１に示すような［Ｎｉ
0.8 Ｆｅ0.2 （厚さｄ２）／Ｃｕ（厚さｄ）／Ｃｏ（厚
さｄ１）／Ｃｕ（厚さｄ）］×ｎ（繰り返し周期）の組
成をもつ、全厚がＤ（ｎを変えることにより、調節し
た）の人工格子磁性多層膜のサンプルNo. １〜１４を作
製した。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。なお、ｄ１およびｄ
２は、１０〜１２０Ａの間の値とした。
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、その上に、表１に示すような［Ｎｉ
0.8 Ｆｅ0.2 （厚さｄ２）／Ｃｕ（厚さｄ）／Ｃｏ（厚
さｄ１）／Ｃｕ（厚さｄ）］×ｎ（繰り返し周期）の組
成をもつ、全厚がＤ（ｎを変えることにより、調節し
た）の人工格子磁性多層膜のサンプルNo. １〜１４を作
製した。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。なお、ｄ１およびｄ
２は、１０〜１２０Ａの間の値とした。
【００８５】
【表１】
【００８６】各サンプルについての磁気抵抗変化率およ
び磁気抵抗変化の傾きを測定した。その結果を表１に示
す。
び磁気抵抗変化の傾きを測定した。その結果を表１に示
す。
【００８７】磁化およびＢ−Ｈループの測定は、振動型
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、最大比抵抗をρmax 、最小比抵抗をρsat と
し、次式により計算した：ΔＲ／Ｒ＝（ρmax −ρsat
）×１００／ρsat （％）。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。
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、最大比抵抗をρmax 、最小比抵抗をρsat と
し、次式により計算した：ΔＲ／Ｒ＝（ρmax −ρsat
）×１００／ρsat （％）。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。
【００８８】
【発明の効果】本発明によれば、数Oe〜数十Oe程度の小
さい外部磁場で数％〜９．２％の大きい抵抗変化率をも
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る。
さい外部磁場で数％〜９．２％の大きい抵抗変化率をも
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る。
【図１】本発明の磁気抵抗効果多層膜で使用される基板
の１例を示す図である。
の１例を示す図である。
【図２】本発明の磁気抵抗効果多層膜で使用される基板
の他の例を示す図である。
の他の例を示す図である。
【図３】本発明の原理を説明するための原理図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果多層膜の１例の一部省略
断面図である。
断面図である。
【図５】図４磁気抵抗効果多層膜の作用を説明するＢ−
Ｈ曲線の模式図である。
Ｈ曲線の模式図である。
【図６】図１で示した基板の製造方法を説明するための
説明図である。
説明図である。
【図７】図２で示した基板の製造方法を説明するための
説明図である。
説明図である。
【図８】本発明の磁気抵抗変化素子の１例を示す一部省
略正面図である。
略正面図である。
【図９】本発明の磁気抵抗変化素子の他の例を示す一部
省略正面図である。
省略正面図である。
１ 基板
２ 凸部
１０ 磁性層
２０ 非磁性層
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 荒木 悟
東京都中央区日本橋一丁目13番１号 テ
ィーディーケイ株式会社内
(56)参考文献 特開 平６−69563（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−312312（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−245433（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−130337（ＪＰ，Ａ)
特許3285937（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 43/08
H01F 10/26
H01F 10/32
G11B 5/39
G01R 33/09
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (9)
- 【請求項１】 基板上に、非磁性層を介して設層された
少なくとも２層の磁性層を有する磁気抵抗効果多層膜に
おいて、前記磁性層と非磁性層の各界面が、Ｘ方向およ
びＹ方向に波打っており、 前記ＸおよびＹ方向の波のうち少なくとも一方向の波
が、その平均高さをｈ、磁気抵抗効果多層膜の全厚を
Ｄ、および非磁性層１層の層厚をｄとしたとき、２ｄ≦
Ｄ−ｈ≦９Ｄ／１０を満足し、 前記ＸおよびＹ方向の波のうち少なくとも一方向の波
が、その平均周期をλ、平均高さをｈとしたとき、０．
７≦λ／ｈ≦３．５を満足する磁気抵抗効果多層膜。 - 【請求項２】 前記波が、基板上に多数の微小な凸部を
形成し、その上に磁性層と非磁性層を設層することによ
り形成されたものである請求項１の磁気抵抗効果多層
膜。 - 【請求項３】 前記凸部の形状が半球状、半楕円面状、
双曲面状または正弦波面状である請求項２の磁気抵抗効
果多層膜。 - 【請求項４】 前記波が、基板表面に、１方向に延びる
多数の第１平行溝と、この第１平行溝と交差する方向に
延びる多数の第２平行溝とを形成し、その上に磁性層と
非磁性層を設層することにより形成されたものである請
求項１の磁気抵抗効果多層膜。 - 【請求項５】 前記溝の断面形状が、半楕円形、双曲線
状、正弦波状、Ｕ字形またはＶ字形である請求項４の磁
気抵抗効果多層膜。 - 【請求項６】 前記波が周期的な波である請求項１ない
し５のいずれかの磁気抵抗効果多層膜。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかの磁気抵抗
効果多層膜を感磁部に備える磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】 請求項１ないし６の磁気抵抗効果多層膜
を感磁部に備える磁気抵抗効果素子であって、測定電流
の流れる方向と前記１方向の波の方向を一致させた磁気
抵抗効果素子。 - 【請求項９】 請求項２または３の磁気抵抗効果多層膜
を有する請求項７または８の磁気抵抗効果素子を製造す
る方法であって、磁気抵抗効果素子の感磁部分である磁
気抵抗効果多層膜の下地部分に対応する基板の表面部分
に、その表面のＸおよびＹ方向に分布する多数の微小凸
部または凹部、あるいはこれらの双方を形成し、その上
に磁性層と非磁性層を交互に設層して、磁気抵抗効果多
層膜を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03631195A JP3514863B2 (ja) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | 磁気抵抗効果多層膜、磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| US08/594,486 US5783284A (en) | 1995-02-01 | 1996-01-31 | Magnetic multilayer film, magnetoresistance element, and method for preparing magnetoresistance element |
| US09/027,187 US6004654A (en) | 1995-02-01 | 1998-02-20 | Magnetic multilayer film, magnetoresistance element, and method for preparing magnetoresistance element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03631195A JP3514863B2 (ja) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | 磁気抵抗効果多層膜、磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213671A JPH08213671A (ja) | 1996-08-20 |
| JP3514863B2 true JP3514863B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=12466307
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03631195A Expired - Fee Related JP3514863B2 (ja) | 1995-02-01 | 1995-02-01 | 磁気抵抗効果多層膜、磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果素子の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5783284A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| US5874886A (en) * | 1994-07-06 | 1999-02-23 | Tdk Corporation | Magnetoresistance effect element and magnetoresistance device |
| US6004654A (en) * | 1995-02-01 | 1999-12-21 | Tdk Corporation | Magnetic multilayer film, magnetoresistance element, and method for preparing magnetoresistance element |
| JP4303329B2 (ja) | 1998-05-15 | 2009-07-29 | Ｔｄｋ株式会社 | 磁気抵抗効果膜の製造方法および磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法 |
| WO2000013194A1 (en) * | 1998-08-28 | 2000-03-09 | The Research Foundation Of State University Of New York | Magnetoresistive material with two metallic magnetic phases |
| US6375761B1 (en) | 1998-08-28 | 2002-04-23 | The Research Foundation Of State University Of New York | Magnetoresistive material with two metallic magnetic phases |
| JP2000331316A (ja) | 1999-05-20 | 2000-11-30 | Tdk Corp | 磁気抵抗効果型ヘッド |
| JP2001006127A (ja) | 1999-06-18 | 2001-01-12 | Tdk Corp | トンネル磁気抵抗効果型ヘッド |
| JP2001006130A (ja) | 1999-06-24 | 2001-01-12 | Tdk Corp | トンネル磁気抵抗効果型ヘッド |
| JP3592140B2 (ja) | 1999-07-02 | 2004-11-24 | Ｔｄｋ株式会社 | トンネル磁気抵抗効果型ヘッド |
| JP3400750B2 (ja) | 1999-07-23 | 2003-04-28 | ティーディーケイ株式会社 | トンネル磁気抵抗効果型ヘッドの製造方法 |
| JP3321768B2 (ja) | 1999-07-23 | 2002-09-09 | ティーディーケイ株式会社 | トンネル磁気抵抗効果素子 |
| JP3331397B2 (ja) | 1999-07-23 | 2002-10-07 | ティーディーケイ株式会社 | トンネル磁気抵抗効果素子 |
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