JP3544638B2 - 磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気メモリ - Google Patents
磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気メモリ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は垂直磁気異方性を有する磁性層を用いた磁気抵抗効果素子および該素子を用いた磁気メモリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気磁性層と非磁性層を積層して得られる巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子やトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子は、従来の異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）素子と比較して大きな磁気抵抗変化率を有することから、磁気センサーとして高い性能が期待できる。
【０００３】
ＧＭＲ素子については既にハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の再生用磁気ヘッドとして実用化されており、他方、ＴＭＲ素子はＧＭＲ素子よりも更に高い磁気抵抗変化率を有することから、磁気ヘッドのみならず、磁気メモリへの応用も考えられている。
【０００４】
従来のＴＭＲ素子の基本的な構成例として、特開平９―１０６５１４号公報に示されている例を図１１示す。
【０００５】
図１１に示すように、ＴＭＲ素子は、第１の磁性層６１、絶縁層６２、第２の磁性層６３、反強磁性層６４を積層したものである。ここで、第１の磁性層６１および第２の磁性層６３は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、或はこれらの合金からなる強磁性体であり、反強磁性層６４は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ等であり、絶縁層６２はＡｌ2Ｏ3である。
【０００６】
なお、図１１の絶縁層６２をＣｕ等の導電性を有する非磁性層に置き換えるとＧＭＲ素子となる。
【０００７】
従来のＧＭＲ素子およびＴＭＲ素子では、磁性層部分の磁化が面内方向であるため、狭トラック幅の磁気ヘッドや高集積化磁気メモリのように素子寸法が微細化すると、端部磁極で生じる反磁界の影響を強く受けるようになる。このため磁性層の磁化方向が不安定となり、均一な磁化を維持することが困難になり、磁気ヘッドおよび磁気メモリの動作不良を発生させることになる。
【０００８】
これを解決する方法として、垂直磁気異方性を有する磁性層を用いた磁気抵抗効果素子が特開平１１―２１３６５０号公報に開示されている。この公開公報に開示されている素子構造を図１２に示す。
【０００９】
図１２に示すように、磁気抵抗効果素子は、低い保磁力を有する垂直磁化膜からなる第１の磁性層７１と、高い保磁力を有する垂直磁化膜からなる第２の磁性層７３の間に非磁性層７２が挟まれた構造をしている。なお、第１の磁性層および第２の磁性層には希土類−遷移元素合金のフェリ磁性膜、ガーネット膜、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏなどが用いられている。
【００１０】
この場合、端部磁極は磁性膜表面に生じることから、素子の微細化に伴う反磁界の増加は抑えられる。従って、磁性膜の垂直磁気異方性エネルギーが端部磁極による反磁界エネルギーよりも十分大きければ、素子が微細化された場合でも磁化を垂直方向に安定化させることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記磁気抵抗効果素子において、磁性膜中の磁化が端部磁極による反磁界エネルギーの影響に打ち勝って、安定に垂直方向を向くためには、磁性膜の垂直磁気異方性エネルギーはできる限り大きい方が好ましいが、この場合、通常保磁力も同時に増大する。従って、従来の十分安定化した垂直磁化膜を有する磁気抵抗効果素子を磁気メモリに応用した場合には、記録層の保磁力が大きくなりすぎて、記録電流により発生する磁界により磁化反転を行うことが困難になってしまう。
【００１２】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、磁化反転可能な程度の保磁力を有し、記録層に記憶された磁化情報を安定に保つことのできる磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気メモリを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成させるものであって、本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層から構成され、前記第１および第２の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第１の磁性層は、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、
前記第２の磁性層は、前記第１の磁性層が、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の前記磁界を受けたとき、磁化方向が反転しない程度に高い保磁力を有すると共に、前記第１の磁性層の磁化方向を反転させない程度に低い飽和磁化を有する強磁性体で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層から構成され、前記第１および第２の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第1の磁性層は、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、少なくとも軽希土類金属を含む希土類−遷移金属からなる非晶質合金膜で構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、前記第２の磁性層は、前記第１の磁性層が、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の前記磁界を受けたとき、磁化方向が反転しない程度に高い保磁力を有すると共に、前記第１の磁性層の磁化方向を反転させない程度に低い飽和磁化を有する強磁性体で構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、前記第２の磁性層は室温付近に補償点を有するフェリ磁性体で構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、前記第２の磁性層は、少なくとも重希土類金属を含む希土類−遷移金属からなる非晶質合金膜で構成されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層から構成され、前記第１および第２の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第１の磁性層は、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、
前記第２の磁性層は室温付近に補償点を有するフェリ磁性体で構成されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記非磁性層は絶縁体で構成されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも第１の磁性層、第１の非磁性層、第２の磁性層、第２の非磁性層、第３の磁性層から構成され、前記第１乃至第３の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第２の磁性層は、その第２の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、
前記第１および第３の磁性層は、前記第２の磁性層が、その第２の磁性層の磁化方向が反転する程度の前記磁界を受けたとき、磁化方向が反転しない程度に高い保磁力を有すると共に、前記第２の磁性層の磁化方向を反転させない程度に低い飽和磁化を有する強磁性体で構成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の磁気メモリは、前記磁気抵抗効果素子を用いたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図をもとに本発明について詳細に説明する。
【００２３】
［実施例１］図１に実施例１の磁気抵抗効果素子の概略構成図を示す。
【００２４】
図１において、本発明の磁気抵抗効果素子は、第１の磁性層１１、非磁性層１２、第２の磁性層１３で構成される。第１の磁性層１１および第２の磁性層１３は、いずれも希土類金属（ＲＥ）と鉄族遷移金属（ＴＭ）の非晶質合金垂直磁化膜からなる。
【００２５】
第１の磁性層１１をメモリ層とすると、第１の磁性層は書込み磁界により書換えできる程度に保磁力Ｈｃが低くかつ垂直磁気異方性を保持できる大きさの磁気異方性エネルギーを有している必要がある。一方、第２の磁性層１３は第１の磁性層１１への影響を低減できかつ外部磁界の影響を受けないように、飽和磁化Ｍｓが小さくかつ保磁力Ｈｃが大きいものが好ましい。
【００２６】
そこで、第１の磁性層１１の材料について考察する。
【００２７】
まず、ＣｏＣｒ系合金を例に結晶質の材料について考察する。日本応用磁気学会誌 Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．１、ｐｐ．２５−３３（２０００）には、ＣｏＣｒ系合金としてＣｏＣｒＴａ単層膜の飽和磁化Ｍｓ、保磁力Ｈｃ、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＴａ組成依存性（Ｔａ組成：０〜１０ａｔ．％）が示されている。これによると、上記組成範囲内では、ＣｏＣｒＴａ膜は垂直磁気異方性を維持しているが、保磁力Ｈｃの大きさは、約８００〜２４００Ｏｅと大きな値を示している。
【００２８】
また、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥と保磁力Ｈｃとの傾向は似かより、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥が増大すると、保磁力Ｈｃも増大する傾向にある。一方、保磁力Ｈｃを小さくすると、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥も小さくなってしまう。
【００２９】
次に、ＴｂＣｏ合金を例に重希土類を含む希土類−遷移金属非晶質合金について考察する。日本応用磁気学会誌 Ｖｏｌ．１０、Ｎｏ．２、ｐｐ．１７９−１８２（１９９６）には、ＴｂＣｏ単層膜の飽和磁化Ｍｓ、保磁力Ｈｃ、磁気異方性エネルギーＫｕのＴｂ組成依存性が示されている。これによると、ＴｂＣｏ合金が垂直磁化膜となるＴｂ組成は１３〜３１原子％であるが、ＴｂＣｏ合金が垂直磁気異方性を維持するＴｂ組成範囲での保磁力は、３ｋＯｅ以上と大きなものとなってしまう。
【００３０】
上述のように、ＴｂＣｏ或はＣｏＣｒといった結晶質合金或いは重希土類を含む希土類−遷移金属非晶質合金の垂直磁化膜では、本発明のメモリ層として適当な垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥を維持するためには保磁力Ｈｃが大きくなってしまう。一方、所望の保磁力Ｈｃに到達させるためには垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥も低下させることになってしまい、垂直磁気異方性を満足させることができない。
【００３１】
次に、ＰｒＣｏ非晶質合金やＴｂＰｒＣｏ非晶質合金を例に軽希土類を含む希土類−遷移金属非晶質合金について考察する。図２にＰｒＣｏ非晶質合金膜の保磁力Ｈｃの組成依存性を示す。ＰｒＣｏ非晶質合金膜の保磁力ＨｃはＰｒ組成にほとんど依存せず、１００Ｏｅ程度であり、これは磁気メモリでの記録電流磁界で十分反転可能な値である。図３にＰｒＣｏ非晶質合金膜の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＰｒ組成依存性を示す。垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥はＰｒＣｏ非晶質合金膜が有する固有の垂直磁気異方性エネルギーＫｕから反磁界エネルギー２πＭｓ2を引いた値であり、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥が正の値を取る時ＰｒＣｏ非晶質合金膜の磁化は垂直方向が安定となる。従って、Ｐｒ組成が約２０原子％以上では垂直磁化膜となり、特にＰｒ組成が約２０〜３０原子％の範囲では大きな垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥の値が得られ、安定した垂直磁化膜となることがわかる。
【００３２】
図４にＴｂＰｒＣｏ非晶質合金膜の保磁力ＨｃのＲＥ組成依存性を示す。また、図５にＴｂＰｒＣｏ非晶質合金膜の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＲＥ組成依存性を示す。なお、希土類元素（ＲＥ）内のＴｂとＰｒの相対組成比はＴｂ：Ｐｒ＝１：１近傍である。第１の磁性層１１としては磁気メモリでの記録電流磁界で十分反転可能な保磁力Ｈｃであることを必要とするため、希土類（ＲＥ）組成は図４から１５原子％以下或いは３５原子％以上となる。一方、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥は図５で示されている組成範囲ではいずれも正の値を示しており、特に１０〜３０原子％の範囲で安定した垂直磁化膜となることが分かる。
【００３３】
したがって、第１の磁性層１１に適する材料としては、少なくとも希土類金属としてＰｒ等の軽希土類金属を含有する二元合金（ＰｒＦｅ、ＰｒＣｏなど）、或いは三元合金（ＰｒＧｄＦｅ、ＰｒＧｄＣｏ、ＰｒＴｂＦｅ、ＰｒＴｂＣｏ、ＰｒＦｅＣｏなど）があげられる。
【００３４】
一方、重希土類金属を含むと保磁力が大きくなることが知られているので、第２の磁性層１３に適する材料としては、希土類金属として主としてＴｂ、Ｇｄ等の重希土類金属を含有する二元合金（ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＧｄＦｅ、ＧｄＣｏなど）、或いは三元合金（ＧｄＴｂＦｅ、ＧｄＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏなど）があげられる。
【００３５】
特に、第２の磁性層１３としては初期化に電磁石等の磁界発生装置を使用できることから安定性を考慮すると、保磁力Ｈｃと垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥はいずれも大きい方が望ましく、従って、ＴｂＰｒＣｏ非晶質合金膜を用いる場合には、図４および図５からＲＥ組成が１８〜３２原子％のものが好ましいことが分かる。
【００３６】
なお、第２の磁性層１３として、補償点近傍組成となるＲＥ−ＴＭ材料を選択すると、飽和磁化Ｍｓはほとんど消失し、第１の磁性層１１への影響を回避することができる。また、フェリ磁性体であることから、ＲＥおよびＴＭの各副格子の磁化は十分の大きさを維持しており、磁気抵抗効果は主にＴＭに依存すると考えられることから、飽和磁化Ｍｓが消失する補償点近傍組成においても、十分大きな磁気抵抗効果を得ることができる。
【００３７】
そして、磁気抗効果素子を磁気メモリに応用する場合、第２の磁性層１３として補償点近傍組成を選択していることから、保磁力Ｈｃが非常に大きくなるが、キュリー点近傍まで加熱しながら磁界を印可することにより、容易に初期化することができる。
【００３８】
非磁性層１２としては、従来のＧＭＲ素子で使用されているＣｕ等の導電性を有する非磁性層を用いることも、従来のＴＭＲ素子で使用されている絶縁性のＡｌ2Ｏ3膜を用いることもできる。
【００３９】
しかしながら、非磁性層として酸化膜を使用すると、磁性層に使用している希土類金属が酸化される危険性があることから、絶縁性の非磁性層としては、ＡｌＮ、ＢＮ等のような窒化膜、或いはＳｉ、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）等のような共有結合を有する絶縁膜を用いることが好ましい。
【００４０】
第１の磁性層１１および第２の磁性層１３は、磁性層の膜厚が薄くなりすぎると熱的エネルギーによる影響で超常磁性化するため、磁性層の膜厚は５０Å以上必要であり、膜厚が厚すぎると微細な素子を加工することが困難となるため、磁性層の膜厚は５０００Å以下が好ましい。
【００４１】
また、非磁性層１２の膜厚は、ＴＭＲ素子の場合には、非磁性層１２の膜厚が５Å以下であると磁性層間で電気的にショートしてしまう可能性があり、膜厚が３０Å以上である場合、電子のトンネル現象が起きにくくなってしまうため、５Å以上３０Å以下がよい。一方、ＧＭＲ素子では、非磁性層１２の膜厚が厚くなると素子抵抗が小さくなりすぎて磁気抵抗変化率も低下するため、５０Å以下がよい。
【００４２】
また、第２の磁性層１３として上記実施例のＲＥ−ＴＭ材料に限定されるものではなく、他の材料であってもを使用できることは明らかである。
【００４３】
［実施例２］図６に実施例２の磁気抵抗効果素子の概略構成図を示す。
【００４４】
図６において、本発明の磁気抵抗効果素子は、第１の磁性層２１、第１の非磁性層２２、第２の磁性層２３、第２の非磁性層２４、第３の磁性層２５で構成される。第１の磁性層２１、第２の磁性層２３および第３の磁性層２５は、いずれも希土類金属（ＲＥ）と鉄族遷移金属（ＴＭ）の非晶質合金垂直磁化膜からなる強磁性体、つまりフェリ磁性体からなる。
【００４５】
第２の磁性層２３をメモリ層とすると、第２の磁性層２３は書込み磁界により書換えできる程度に保磁力Ｈｃが低くかつ垂直磁気異方性を維持できる程度の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥を有する必要がある。一方、第１の磁性層２１および第３の磁性層２５は第２の磁性層２３への影響を低減できかつ外部磁界の影響を受けないように、飽和磁化Ｍｓが小さくかつ保磁力Ｈｃが大きいものが望ましい。
【００４６】
このため、実施例１でも述べたように、メモリ層となる第２の磁性層２３に適する材料としては、少なくとも希土類金属としてＰｒ等の軽希土類金属を含有する二元合金（ＰｒＦｅ、ＰｒＣｏなど）、或いは三元合金（ＰｒＧｄＦｅ、ＰｒＧｄＣｏ、ＰｒＴｂＦｅ、ＰｒＴｂＣｏ、ＰｒＦｅＣｏなど）があげられる。また、第１の磁性層２１および第３の磁性層２５に適する材料としては、希土類金属として主としてＴｂ、Ｇｄ等の重希土類金属を含有する二元合金（ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＧｄＦｅ、ＧｄＣｏなど）、或いは三元合金（ＧｄＴｂＦｅ、ＧｄＴｂＣｏ、ＰｒＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏなど）があげられる。
【００４７】
そこで、第２の磁性層２３としてＰｒＣｏ非晶質合金を用い、第２の磁性層２３としてＰｒＴｂＣｏ非晶質合金を用いた場合について説明する。
【００４８】
図７にＰｒＣｏ非晶質合金の室温における保磁力ＨｃのＰｒ組成依存性を示す。ＰｒＣｏ非晶質合金の保磁力Ｈｃは全Ｐｒ組成範囲で１００Ｏｅと一定値を示し、記録電流により発生する磁界により磁化反転可能である。図８にＰｒＣｏ非晶質合金の室温における垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＰｒ組成依存性を示す。垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥は、ＰｒＣｏ非晶質合金膜が有する固有の垂直磁気異方性エネルギーＫｕから反磁界エネルギー２πＭｓ2を引いた値であり、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥が正の値を取る時ＰｒＣｏ非晶質合金膜の磁化は垂直方向が安定となる。従って、Ｐｒ組成が約２０原子％以上では垂直磁化膜となり、特にＰｒ組成が約２０〜３０原子％の範囲では大きなＫ⊥の値が得られ、安定した垂直磁化膜となることがわかる。
【００４９】
また、図９にＰｒＴｂＣｏ非晶質合金の室温における保磁力Ｈｃの希土類金属（ＲＥ）組成依存性を示し、図１０にＰｒＴｂＣｏ非晶質合金の室温における垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥の希土類金属（ＲＥ）組成依存性を示す。図９から、外部磁界に対して磁性層の磁化が反転しない程度の保磁力Ｈｃの大きさを８００Ｏｅとすると、ＲＥ組成が１８〜３３原子％で上記条件を満たす。一方、図１０から、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥は図１０で示されている組成範囲ではいずれも正の値を示しており、特に１０〜３０原子％の範囲で安定した垂直磁化膜となることがわかる。
【００５０】
また、高保磁力材料（第１の磁性層２１および第３の磁性層２５）から低保磁力材料（第２の磁性層２３）への漏れ磁場の影響を低減するために、第１の磁性層２１および第３の磁性層２５として、室温付近に補償点を有するＲＥ−ＴＭ材料を用いることもできる。この場合、補償点付近で飽和磁化Ｍｓはほとんど消失するが、フェリ磁性体であることから、ＲＥおよびＴＭの各副格子の磁化は十分の大きさを維持している。また、磁気抵抗効果は主にＴＭに依存すると考えられることから、飽和磁化Ｍｓが消失する補償点近傍組成においても、十分大きな磁気抵抗効果を得ることができる。
【００５１】
そして、第１および第３の磁性層として補償点近傍組成を選択した場合、保磁力Ｈｃが非常に大きくなるが、キュリー点近傍まで加熱しながら磁界を印可することにより、容易に初期化することができる。
【００５２】
非磁性層として、従来のＧＭＲ素子で使用されているＣｕ等の導電性を有する非磁性層を用いることも、従来のＴＭＲ素子で使用されているＡｌ2Ｏ3膜を用いることもできるが、第１、第２の非磁性層として絶縁層を使用した方が大きな磁気抵抗変化率を有することができる。
【００５３】
また、非磁性層として酸化膜を使用すると、磁性層に使用している希土類金属が酸化される可能性があることから、絶縁性の非磁性層としては、ＡｌＮ、ＢＮ等のような窒化膜、或いはＳｉ、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）等のような共有結合を有する絶縁膜を用いるのがよい。
【００５４】
磁性層は、膜厚が薄くなりすぎると熱的エネルギーによる影響で超常磁性化するため、磁性層の膜厚は５０Å以上必要であり、膜厚が厚すぎると微細な素子を加工することが困難となるため、磁性層の膜厚は５０００Å以下が好ましい。
【００５５】
また、非磁性層の膜厚は、ＴＭＲ素子の場合には、膜厚が５Å以下であると磁性層間で電気的にショートしてしまう可能性があり、膜厚が３０Å以上である場合、電子のトンネル現象が起きにくくなってしまうため、５Å以上３０Å以下が好ましい。一方、ＧＭＲ素子では、膜厚が厚くなると素子抵抗が小さくなりすぎて磁気抵抗変化率も低下するため、５０Å以下が好ましい。
【００５６】
上述では、磁性層としてフェリ磁性体であるＲＥ−ＴＭ合金を使用したが、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ等の垂直磁気異方性を有する通常の強磁性体を使用することも可能である。
【００５７】
また、上記構造を有する磁気抵抗効果素子において、第１、第２および第３の磁性層として、保磁力の異なるフェリ磁性体を用いることにより、多値メモリを実現することもできる。
【００５８】
なお、実施例２の磁気抵抗効果素子は、実施例１の磁気抵抗効果素子に比べ、略２倍のＭＲ比を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、磁化反転可能な程度の保磁力を有し、記録層に記憶された磁化情報を安定に保つことのできる磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気メモリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の磁気抵抗効果素子の概略構成図である。
【図２】ＰｒＣｏ合金の保磁力ＨｃのＰｒ組成依存を示す図である。
【図３】ＰｒＣｏ合金の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＰｒ組成依存を示す図である。
【図４】ＴｂＰｒＣｏ合金の保磁力ＨｃのＲＥ組成依存を示す図である。
【図５】ＴｂＰｒＣｏ合金の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＲＥ組成依存を示す図である。
【図６】実施例２の磁気抵抗効果素子の概略構成図である。
【図７】ＰｒＣｏ合金の保磁力ＨｃのＰｒ組成依存を示す図である。
【図８】ＰｒＣｏ合金の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＰｒ組成依存を示す図である。
【図９】ＴｂＰｒＣｏ合金の保磁力ＨｃのＲＥ組成依存を示す図である。
【図１０】ＴｂＰｒＣｏ合金の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＲＥ組成依存を示す図である。
【図１１】従来のＴＭＲ素子の基本的な概略構成図である。
【図１２】従来の垂直磁化を用いた磁気抵抗効果素子の概略構成図である。
【符号の説明】
１１ 第１の磁性層
１２ 非磁性層
１３ 第２の磁性層
２１ 第１の磁性層
２２ 第１の非磁性層
２３ 第２の磁性層
２４ 第２の非磁性層
２５ 第３の磁性層
６１ 第１の磁性層
６２ 非磁性層
６３ 第２の磁性層
６４ 反強磁性層
７１ 第１の磁性層
７２ 非磁性層
７３ 第２の磁性層
【発明の属する技術分野】
本発明は垂直磁気異方性を有する磁性層を用いた磁気抵抗効果素子および該素子を用いた磁気メモリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気磁性層と非磁性層を積層して得られる巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子やトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）素子は、従来の異方性磁気抵抗効果（ＡＭＲ）素子と比較して大きな磁気抵抗変化率を有することから、磁気センサーとして高い性能が期待できる。
【０００３】
ＧＭＲ素子については既にハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の再生用磁気ヘッドとして実用化されており、他方、ＴＭＲ素子はＧＭＲ素子よりも更に高い磁気抵抗変化率を有することから、磁気ヘッドのみならず、磁気メモリへの応用も考えられている。
【０００４】
従来のＴＭＲ素子の基本的な構成例として、特開平９―１０６５１４号公報に示されている例を図１１示す。
【０００５】
図１１に示すように、ＴＭＲ素子は、第１の磁性層６１、絶縁層６２、第２の磁性層６３、反強磁性層６４を積層したものである。ここで、第１の磁性層６１および第２の磁性層６３は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、或はこれらの合金からなる強磁性体であり、反強磁性層６４は、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ等であり、絶縁層６２はＡｌ2Ｏ3である。
【０００６】
なお、図１１の絶縁層６２をＣｕ等の導電性を有する非磁性層に置き換えるとＧＭＲ素子となる。
【０００７】
従来のＧＭＲ素子およびＴＭＲ素子では、磁性層部分の磁化が面内方向であるため、狭トラック幅の磁気ヘッドや高集積化磁気メモリのように素子寸法が微細化すると、端部磁極で生じる反磁界の影響を強く受けるようになる。このため磁性層の磁化方向が不安定となり、均一な磁化を維持することが困難になり、磁気ヘッドおよび磁気メモリの動作不良を発生させることになる。
【０００８】
これを解決する方法として、垂直磁気異方性を有する磁性層を用いた磁気抵抗効果素子が特開平１１―２１３６５０号公報に開示されている。この公開公報に開示されている素子構造を図１２に示す。
【０００９】
図１２に示すように、磁気抵抗効果素子は、低い保磁力を有する垂直磁化膜からなる第１の磁性層７１と、高い保磁力を有する垂直磁化膜からなる第２の磁性層７３の間に非磁性層７２が挟まれた構造をしている。なお、第１の磁性層および第２の磁性層には希土類−遷移元素合金のフェリ磁性膜、ガーネット膜、ＰｔＣｏ、ＰｄＣｏなどが用いられている。
【００１０】
この場合、端部磁極は磁性膜表面に生じることから、素子の微細化に伴う反磁界の増加は抑えられる。従って、磁性膜の垂直磁気異方性エネルギーが端部磁極による反磁界エネルギーよりも十分大きければ、素子が微細化された場合でも磁化を垂直方向に安定化させることができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記磁気抵抗効果素子において、磁性膜中の磁化が端部磁極による反磁界エネルギーの影響に打ち勝って、安定に垂直方向を向くためには、磁性膜の垂直磁気異方性エネルギーはできる限り大きい方が好ましいが、この場合、通常保磁力も同時に増大する。従って、従来の十分安定化した垂直磁化膜を有する磁気抵抗効果素子を磁気メモリに応用した場合には、記録層の保磁力が大きくなりすぎて、記録電流により発生する磁界により磁化反転を行うことが困難になってしまう。
【００１２】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、磁化反転可能な程度の保磁力を有し、記録層に記憶された磁化情報を安定に保つことのできる磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気メモリを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成させるものであって、本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層から構成され、前記第１および第２の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第１の磁性層は、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、
前記第２の磁性層は、前記第１の磁性層が、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の前記磁界を受けたとき、磁化方向が反転しない程度に高い保磁力を有すると共に、前記第１の磁性層の磁化方向を反転させない程度に低い飽和磁化を有する強磁性体で構成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層から構成され、前記第１および第２の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第1の磁性層は、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、少なくとも軽希土類金属を含む希土類−遷移金属からなる非晶質合金膜で構成されることを特徴とする。
【００１５】
また、前記第２の磁性層は、前記第１の磁性層が、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の前記磁界を受けたとき、磁化方向が反転しない程度に高い保磁力を有すると共に、前記第１の磁性層の磁化方向を反転させない程度に低い飽和磁化を有する強磁性体で構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、前記第２の磁性層は室温付近に補償点を有するフェリ磁性体で構成されることを特徴とする。
【００１７】
また、前記第２の磁性層は、少なくとも重希土類金属を含む希土類−遷移金属からなる非晶質合金膜で構成されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層から構成され、前記第１および第２の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第１の磁性層は、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、
前記第２の磁性層は室温付近に補償点を有するフェリ磁性体で構成されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記非磁性層は絶縁体で構成されることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、少なくとも第１の磁性層、第１の非磁性層、第２の磁性層、第２の非磁性層、第３の磁性層から構成され、前記第１乃至第３の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第２の磁性層は、その第２の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、
前記第１および第３の磁性層は、前記第２の磁性層が、その第２の磁性層の磁化方向が反転する程度の前記磁界を受けたとき、磁化方向が反転しない程度に高い保磁力を有すると共に、前記第２の磁性層の磁化方向を反転させない程度に低い飽和磁化を有する強磁性体で構成されていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の磁気メモリは、前記磁気抵抗効果素子を用いたことを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図をもとに本発明について詳細に説明する。
【００２３】
［実施例１］図１に実施例１の磁気抵抗効果素子の概略構成図を示す。
【００２４】
図１において、本発明の磁気抵抗効果素子は、第１の磁性層１１、非磁性層１２、第２の磁性層１３で構成される。第１の磁性層１１および第２の磁性層１３は、いずれも希土類金属（ＲＥ）と鉄族遷移金属（ＴＭ）の非晶質合金垂直磁化膜からなる。
【００２５】
第１の磁性層１１をメモリ層とすると、第１の磁性層は書込み磁界により書換えできる程度に保磁力Ｈｃが低くかつ垂直磁気異方性を保持できる大きさの磁気異方性エネルギーを有している必要がある。一方、第２の磁性層１３は第１の磁性層１１への影響を低減できかつ外部磁界の影響を受けないように、飽和磁化Ｍｓが小さくかつ保磁力Ｈｃが大きいものが好ましい。
【００２６】
そこで、第１の磁性層１１の材料について考察する。
【００２７】
まず、ＣｏＣｒ系合金を例に結晶質の材料について考察する。日本応用磁気学会誌 Ｖｏｌ．２４、Ｎｏ．１、ｐｐ．２５−３３（２０００）には、ＣｏＣｒ系合金としてＣｏＣｒＴａ単層膜の飽和磁化Ｍｓ、保磁力Ｈｃ、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＴａ組成依存性（Ｔａ組成：０〜１０ａｔ．％）が示されている。これによると、上記組成範囲内では、ＣｏＣｒＴａ膜は垂直磁気異方性を維持しているが、保磁力Ｈｃの大きさは、約８００〜２４００Ｏｅと大きな値を示している。
【００２８】
また、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥と保磁力Ｈｃとの傾向は似かより、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥が増大すると、保磁力Ｈｃも増大する傾向にある。一方、保磁力Ｈｃを小さくすると、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥も小さくなってしまう。
【００２９】
次に、ＴｂＣｏ合金を例に重希土類を含む希土類−遷移金属非晶質合金について考察する。日本応用磁気学会誌 Ｖｏｌ．１０、Ｎｏ．２、ｐｐ．１７９−１８２（１９９６）には、ＴｂＣｏ単層膜の飽和磁化Ｍｓ、保磁力Ｈｃ、磁気異方性エネルギーＫｕのＴｂ組成依存性が示されている。これによると、ＴｂＣｏ合金が垂直磁化膜となるＴｂ組成は１３〜３１原子％であるが、ＴｂＣｏ合金が垂直磁気異方性を維持するＴｂ組成範囲での保磁力は、３ｋＯｅ以上と大きなものとなってしまう。
【００３０】
上述のように、ＴｂＣｏ或はＣｏＣｒといった結晶質合金或いは重希土類を含む希土類−遷移金属非晶質合金の垂直磁化膜では、本発明のメモリ層として適当な垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥を維持するためには保磁力Ｈｃが大きくなってしまう。一方、所望の保磁力Ｈｃに到達させるためには垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥も低下させることになってしまい、垂直磁気異方性を満足させることができない。
【００３１】
次に、ＰｒＣｏ非晶質合金やＴｂＰｒＣｏ非晶質合金を例に軽希土類を含む希土類−遷移金属非晶質合金について考察する。図２にＰｒＣｏ非晶質合金膜の保磁力Ｈｃの組成依存性を示す。ＰｒＣｏ非晶質合金膜の保磁力ＨｃはＰｒ組成にほとんど依存せず、１００Ｏｅ程度であり、これは磁気メモリでの記録電流磁界で十分反転可能な値である。図３にＰｒＣｏ非晶質合金膜の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＰｒ組成依存性を示す。垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥はＰｒＣｏ非晶質合金膜が有する固有の垂直磁気異方性エネルギーＫｕから反磁界エネルギー２πＭｓ2を引いた値であり、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥が正の値を取る時ＰｒＣｏ非晶質合金膜の磁化は垂直方向が安定となる。従って、Ｐｒ組成が約２０原子％以上では垂直磁化膜となり、特にＰｒ組成が約２０〜３０原子％の範囲では大きな垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥の値が得られ、安定した垂直磁化膜となることがわかる。
【００３２】
図４にＴｂＰｒＣｏ非晶質合金膜の保磁力ＨｃのＲＥ組成依存性を示す。また、図５にＴｂＰｒＣｏ非晶質合金膜の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＲＥ組成依存性を示す。なお、希土類元素（ＲＥ）内のＴｂとＰｒの相対組成比はＴｂ：Ｐｒ＝１：１近傍である。第１の磁性層１１としては磁気メモリでの記録電流磁界で十分反転可能な保磁力Ｈｃであることを必要とするため、希土類（ＲＥ）組成は図４から１５原子％以下或いは３５原子％以上となる。一方、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥は図５で示されている組成範囲ではいずれも正の値を示しており、特に１０〜３０原子％の範囲で安定した垂直磁化膜となることが分かる。
【００３３】
したがって、第１の磁性層１１に適する材料としては、少なくとも希土類金属としてＰｒ等の軽希土類金属を含有する二元合金（ＰｒＦｅ、ＰｒＣｏなど）、或いは三元合金（ＰｒＧｄＦｅ、ＰｒＧｄＣｏ、ＰｒＴｂＦｅ、ＰｒＴｂＣｏ、ＰｒＦｅＣｏなど）があげられる。
【００３４】
一方、重希土類金属を含むと保磁力が大きくなることが知られているので、第２の磁性層１３に適する材料としては、希土類金属として主としてＴｂ、Ｇｄ等の重希土類金属を含有する二元合金（ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＧｄＦｅ、ＧｄＣｏなど）、或いは三元合金（ＧｄＴｂＦｅ、ＧｄＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏなど）があげられる。
【００３５】
特に、第２の磁性層１３としては初期化に電磁石等の磁界発生装置を使用できることから安定性を考慮すると、保磁力Ｈｃと垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥はいずれも大きい方が望ましく、従って、ＴｂＰｒＣｏ非晶質合金膜を用いる場合には、図４および図５からＲＥ組成が１８〜３２原子％のものが好ましいことが分かる。
【００３６】
なお、第２の磁性層１３として、補償点近傍組成となるＲＥ−ＴＭ材料を選択すると、飽和磁化Ｍｓはほとんど消失し、第１の磁性層１１への影響を回避することができる。また、フェリ磁性体であることから、ＲＥおよびＴＭの各副格子の磁化は十分の大きさを維持しており、磁気抵抗効果は主にＴＭに依存すると考えられることから、飽和磁化Ｍｓが消失する補償点近傍組成においても、十分大きな磁気抵抗効果を得ることができる。
【００３７】
そして、磁気抗効果素子を磁気メモリに応用する場合、第２の磁性層１３として補償点近傍組成を選択していることから、保磁力Ｈｃが非常に大きくなるが、キュリー点近傍まで加熱しながら磁界を印可することにより、容易に初期化することができる。
【００３８】
非磁性層１２としては、従来のＧＭＲ素子で使用されているＣｕ等の導電性を有する非磁性層を用いることも、従来のＴＭＲ素子で使用されている絶縁性のＡｌ2Ｏ3膜を用いることもできる。
【００３９】
しかしながら、非磁性層として酸化膜を使用すると、磁性層に使用している希土類金属が酸化される危険性があることから、絶縁性の非磁性層としては、ＡｌＮ、ＢＮ等のような窒化膜、或いはＳｉ、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）等のような共有結合を有する絶縁膜を用いることが好ましい。
【００４０】
第１の磁性層１１および第２の磁性層１３は、磁性層の膜厚が薄くなりすぎると熱的エネルギーによる影響で超常磁性化するため、磁性層の膜厚は５０Å以上必要であり、膜厚が厚すぎると微細な素子を加工することが困難となるため、磁性層の膜厚は５０００Å以下が好ましい。
【００４１】
また、非磁性層１２の膜厚は、ＴＭＲ素子の場合には、非磁性層１２の膜厚が５Å以下であると磁性層間で電気的にショートしてしまう可能性があり、膜厚が３０Å以上である場合、電子のトンネル現象が起きにくくなってしまうため、５Å以上３０Å以下がよい。一方、ＧＭＲ素子では、非磁性層１２の膜厚が厚くなると素子抵抗が小さくなりすぎて磁気抵抗変化率も低下するため、５０Å以下がよい。
【００４２】
また、第２の磁性層１３として上記実施例のＲＥ−ＴＭ材料に限定されるものではなく、他の材料であってもを使用できることは明らかである。
【００４３】
［実施例２］図６に実施例２の磁気抵抗効果素子の概略構成図を示す。
【００４４】
図６において、本発明の磁気抵抗効果素子は、第１の磁性層２１、第１の非磁性層２２、第２の磁性層２３、第２の非磁性層２４、第３の磁性層２５で構成される。第１の磁性層２１、第２の磁性層２３および第３の磁性層２５は、いずれも希土類金属（ＲＥ）と鉄族遷移金属（ＴＭ）の非晶質合金垂直磁化膜からなる強磁性体、つまりフェリ磁性体からなる。
【００４５】
第２の磁性層２３をメモリ層とすると、第２の磁性層２３は書込み磁界により書換えできる程度に保磁力Ｈｃが低くかつ垂直磁気異方性を維持できる程度の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥を有する必要がある。一方、第１の磁性層２１および第３の磁性層２５は第２の磁性層２３への影響を低減できかつ外部磁界の影響を受けないように、飽和磁化Ｍｓが小さくかつ保磁力Ｈｃが大きいものが望ましい。
【００４６】
このため、実施例１でも述べたように、メモリ層となる第２の磁性層２３に適する材料としては、少なくとも希土類金属としてＰｒ等の軽希土類金属を含有する二元合金（ＰｒＦｅ、ＰｒＣｏなど）、或いは三元合金（ＰｒＧｄＦｅ、ＰｒＧｄＣｏ、ＰｒＴｂＦｅ、ＰｒＴｂＣｏ、ＰｒＦｅＣｏなど）があげられる。また、第１の磁性層２１および第３の磁性層２５に適する材料としては、希土類金属として主としてＴｂ、Ｇｄ等の重希土類金属を含有する二元合金（ＴｂＦｅ、ＴｂＣｏ、ＧｄＦｅ、ＧｄＣｏなど）、或いは三元合金（ＧｄＴｂＦｅ、ＧｄＴｂＣｏ、ＰｒＴｂＣｏ、ＴｂＦｅＣｏなど）があげられる。
【００４７】
そこで、第２の磁性層２３としてＰｒＣｏ非晶質合金を用い、第２の磁性層２３としてＰｒＴｂＣｏ非晶質合金を用いた場合について説明する。
【００４８】
図７にＰｒＣｏ非晶質合金の室温における保磁力ＨｃのＰｒ組成依存性を示す。ＰｒＣｏ非晶質合金の保磁力Ｈｃは全Ｐｒ組成範囲で１００Ｏｅと一定値を示し、記録電流により発生する磁界により磁化反転可能である。図８にＰｒＣｏ非晶質合金の室温における垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＰｒ組成依存性を示す。垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥は、ＰｒＣｏ非晶質合金膜が有する固有の垂直磁気異方性エネルギーＫｕから反磁界エネルギー２πＭｓ2を引いた値であり、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥が正の値を取る時ＰｒＣｏ非晶質合金膜の磁化は垂直方向が安定となる。従って、Ｐｒ組成が約２０原子％以上では垂直磁化膜となり、特にＰｒ組成が約２０〜３０原子％の範囲では大きなＫ⊥の値が得られ、安定した垂直磁化膜となることがわかる。
【００４９】
また、図９にＰｒＴｂＣｏ非晶質合金の室温における保磁力Ｈｃの希土類金属（ＲＥ）組成依存性を示し、図１０にＰｒＴｂＣｏ非晶質合金の室温における垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥の希土類金属（ＲＥ）組成依存性を示す。図９から、外部磁界に対して磁性層の磁化が反転しない程度の保磁力Ｈｃの大きさを８００Ｏｅとすると、ＲＥ組成が１８〜３３原子％で上記条件を満たす。一方、図１０から、垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥は図１０で示されている組成範囲ではいずれも正の値を示しており、特に１０〜３０原子％の範囲で安定した垂直磁化膜となることがわかる。
【００５０】
また、高保磁力材料（第１の磁性層２１および第３の磁性層２５）から低保磁力材料（第２の磁性層２３）への漏れ磁場の影響を低減するために、第１の磁性層２１および第３の磁性層２５として、室温付近に補償点を有するＲＥ−ＴＭ材料を用いることもできる。この場合、補償点付近で飽和磁化Ｍｓはほとんど消失するが、フェリ磁性体であることから、ＲＥおよびＴＭの各副格子の磁化は十分の大きさを維持している。また、磁気抵抗効果は主にＴＭに依存すると考えられることから、飽和磁化Ｍｓが消失する補償点近傍組成においても、十分大きな磁気抵抗効果を得ることができる。
【００５１】
そして、第１および第３の磁性層として補償点近傍組成を選択した場合、保磁力Ｈｃが非常に大きくなるが、キュリー点近傍まで加熱しながら磁界を印可することにより、容易に初期化することができる。
【００５２】
非磁性層として、従来のＧＭＲ素子で使用されているＣｕ等の導電性を有する非磁性層を用いることも、従来のＴＭＲ素子で使用されているＡｌ2Ｏ3膜を用いることもできるが、第１、第２の非磁性層として絶縁層を使用した方が大きな磁気抵抗変化率を有することができる。
【００５３】
また、非磁性層として酸化膜を使用すると、磁性層に使用している希土類金属が酸化される可能性があることから、絶縁性の非磁性層としては、ＡｌＮ、ＢＮ等のような窒化膜、或いはＳｉ、ダイヤモンド、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）等のような共有結合を有する絶縁膜を用いるのがよい。
【００５４】
磁性層は、膜厚が薄くなりすぎると熱的エネルギーによる影響で超常磁性化するため、磁性層の膜厚は５０Å以上必要であり、膜厚が厚すぎると微細な素子を加工することが困難となるため、磁性層の膜厚は５０００Å以下が好ましい。
【００５５】
また、非磁性層の膜厚は、ＴＭＲ素子の場合には、膜厚が５Å以下であると磁性層間で電気的にショートしてしまう可能性があり、膜厚が３０Å以上である場合、電子のトンネル現象が起きにくくなってしまうため、５Å以上３０Å以下が好ましい。一方、ＧＭＲ素子では、膜厚が厚くなると素子抵抗が小さくなりすぎて磁気抵抗変化率も低下するため、５０Å以下が好ましい。
【００５６】
上述では、磁性層としてフェリ磁性体であるＲＥ−ＴＭ合金を使用したが、ＣｏＣｒ、ＣｏＰｔ等の垂直磁気異方性を有する通常の強磁性体を使用することも可能である。
【００５７】
また、上記構造を有する磁気抵抗効果素子において、第１、第２および第３の磁性層として、保磁力の異なるフェリ磁性体を用いることにより、多値メモリを実現することもできる。
【００５８】
なお、実施例２の磁気抵抗効果素子は、実施例１の磁気抵抗効果素子に比べ、略２倍のＭＲ比を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、磁化反転可能な程度の保磁力を有し、記録層に記憶された磁化情報を安定に保つことのできる磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気メモリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の磁気抵抗効果素子の概略構成図である。
【図２】ＰｒＣｏ合金の保磁力ＨｃのＰｒ組成依存を示す図である。
【図３】ＰｒＣｏ合金の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＰｒ組成依存を示す図である。
【図４】ＴｂＰｒＣｏ合金の保磁力ＨｃのＲＥ組成依存を示す図である。
【図５】ＴｂＰｒＣｏ合金の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＲＥ組成依存を示す図である。
【図６】実施例２の磁気抵抗効果素子の概略構成図である。
【図７】ＰｒＣｏ合金の保磁力ＨｃのＰｒ組成依存を示す図である。
【図８】ＰｒＣｏ合金の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＰｒ組成依存を示す図である。
【図９】ＴｂＰｒＣｏ合金の保磁力ＨｃのＲＥ組成依存を示す図である。
【図１０】ＴｂＰｒＣｏ合金の垂直磁気異方性エネルギーＫ⊥のＲＥ組成依存を示す図である。
【図１１】従来のＴＭＲ素子の基本的な概略構成図である。
【図１２】従来の垂直磁化を用いた磁気抵抗効果素子の概略構成図である。
【符号の説明】
１１ 第１の磁性層
１２ 非磁性層
１３ 第２の磁性層
２１ 第１の磁性層
２２ 第１の非磁性層
２３ 第２の磁性層
２４ 第２の非磁性層
２５ 第３の磁性層
６１ 第１の磁性層
６２ 非磁性層
６３ 第２の磁性層
６４ 反強磁性層
７１ 第１の磁性層
７２ 非磁性層
７３ 第２の磁性層
Claims (9)
- 少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層から構成され、前記第１および第２の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第１の磁性層は、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、
前記第２の磁性層は、前記第１の磁性層が、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の前記磁界を受けたとき、磁化方向が反転しない程度に高い保磁力を有すると共に、前記第１の磁性層の磁化方向を反転させない程度に低い飽和磁化を有する強磁性体で構成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層から構成され、前記第１および第２の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第１の磁性層は、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、少なくとも軽希土類金属を含む希土類−遷移金属からなる非晶質合金膜で構成されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記第２の磁性層は、前記第１の磁性層が、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の前記磁界を受けたとき、磁化方向が反転しない程度に高い保磁力を有すると共に、前記第１の磁性層の磁化方向を反転させない程度に低い飽和磁化を有する強磁性体で構成されることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第２の磁性層は、少なくとも重希土類金属を含む希土類−遷移金属からなる非晶質合金膜で構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
- 少なくとも第１の磁性層、非磁性層、第２の磁性層から構成され、前記第１および第２の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第１の磁性層は、その第１の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、
前記第２の磁性層は室温付近に補償点を有するフェリ磁性体で構成されることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 前記第２の磁性層は室温付近に補償点を有するフェリ磁性体で構成されることを特徴とする請求項２記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記非磁性層は絶縁体で構成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子。
- 少なくとも第１の磁性層、第１の非磁性層、第２の磁性層、第２の非磁性層、第３の磁性層から構成され、前記第１乃至第３の磁性層が垂直磁気異方性を有する磁気抵抗効果素子において、
前記第２の磁性層は、その第２の磁性層の磁化方向が反転する程度の磁界を受けたとき、磁化方向が反転する程度に低い保磁力を有すると共に、前記垂直磁気異方性を保持する程度に高い磁気異方性エネルギーを有する強磁性体で構成されており、
前記第１および第３の磁性層は、前記第２の磁性層が、その第２の磁性層の磁化方向が反転する程度の前記磁界を受けたとき、磁化方向が反転しない程度に高い保磁力を有すると共に、前記第２の磁性層の磁化方向を反転させない程度に低い飽和磁化を有する強磁性体で構成されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 請求項１乃至８のいずれか１つに記載の磁気抵抗効果素子を用いたことを特徴とする磁気メモリ。
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