JP4051729B2 - 磁気抵抗材料及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外部磁界の変化に対応して電気抵抗が変化する磁気抵抗材料に関し、特に、外部磁界の変化に対する感度が良好であり磁界の極性を容易に検出することができる磁気抵抗材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外部磁界の変化に対応して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果（ＭＲ効果）を示す磁気抵抗材料は、主に磁気記録再生装置のヘッド及び磁界検出のセンサ等に使用されている。従来、磁気抵抗材料には、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）等の合金が使用されているが、パーマロイ系合金の磁気抵抗効果は十分ではなく、より磁界感度が高く、僅かな磁界変化に対して電気抵抗が鋭敏に変化する磁気抵抗材料が要望されている。
【０００３】
磁化が固定された第１の強磁性層と磁化が固定されていない第２の強磁性層との間に非磁性の金属層を設けると、外部磁界の変化により第２の強磁性層の磁化が回転し、第１の強磁性層の磁化と第２の強磁性層の磁化とのなす角度の変化に応じて磁気抵抗が変化することが知られている。この構造はスピンバルブ構造と呼ばれ、低磁場でも磁化を飽和させることができるので、磁気抵抗素子として有効である。
【０００４】
そこで、スピンバルブ構造を有する磁気抵抗センサ及び磁気抵抗ヘッドが提案されている（特開平６−６０３３６号公報及び特開平７−１２９９２８号公報）。
【０００５】
特開平６−６０３３６号公報に記載された磁気抵抗センサにおいては、磁化が固定された第１の強磁性層と、外部磁場が印加されない状態で第１の強磁性層の磁化に対してほぼ直交する方向を向く磁化を有する第２の強磁性層と、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に設けられた非磁性金属層とからスピンバルブ構造が形成されている。更に、第１の強磁性層の磁化を定位置に固定するために、第１の強磁性層の保磁力は第２の強磁性層のそれよりも大きい。第１の強磁性層の磁化は、例えば、非磁性金属層と接している面の裏側の面にＦｅＭｎ合金層等の交換バイアス材料を隣接させることにより固定されている。
【０００６】
この磁気抵抗センサにおいては、外部から磁場が印加されると第２の強磁性層の磁化が回転する。そして、第１の強磁性層の磁化と第２の強磁性層の磁化とのなす角度が変化し、磁気抵抗センサの電気抵抗が変化する。
【０００７】
また、特開平７−１２９９２８号公報に記載された磁気抵抗ヘッドにおいては、磁化が固定された第１の強磁性層と、磁化が固定されていない第２の強磁性層と、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に設けられた非磁性金属層とからスピンバルブ構造が形成されている。そして、各強磁性層の厚さを規定することにより、大きな磁気抵抗効果を再現性よく得ている。
【０００８】
しかし、これらのスピンバルブ構造を有する磁気抵抗素子においては、ノイズが発生しやすいという欠点がある。また、耐熱性が低く、製造工程に加熱工程が含まれると、製品の品質が安定しない。
【０００９】
磁気抵抗変化の検出において、ノイズが小さい磁気抵抗材料として、磁性金属粒子が非磁性の母相中に析出しているグラニュラ構造が知られている。
【００１０】
例えば、Ａｇ母相中にＦｅＣｏ合金磁性粒子を析出させた磁気抵抗材料が提案されている（特開平７−２５４５２０号公報）。図５（ａ）及び（ｂ）は特開平７−２５４５２０号公報に記載された磁気抵抗材料を示す図であって、（ａ）は外部磁場が印加されていない場合を示す模式図であり、（ｂ）は図中の左から右へ外部から磁場が印加されている場合を示す模式図である。なお、図５（ａ）及び（ｂ）中の２点鎖線は自由電子の移動軌跡を模式的に示している。この磁気抵抗材料においては、図５（ａ）に示すように、外部から磁場が印加されていない場合に導電体で非磁性であるＡｇ母相１１中にＦｅＣｏ合金磁性粒子１２がその磁気モーメントを相互に不規則に配向させて均一に析出している。そして、外部から磁界が印加されると、図５（ｂ）に示すように、不規則に配列した磁気モーメントが磁場印加方向に平行に配向する。外部から磁場が印加されていない場合と印加されている場合とで、磁場が印加されている場合の方がより電気抵抗が低くなる。
【００１１】
しかし、この磁気抵抗材料においては、不規則に配向した状態から１方向へ配向した状態へと磁気モーメントが回転するだけであるので、反強磁性的に磁気モーメントが配向するスピンバルブ構造を有する磁気抵抗材料と比して、得られる磁気抵抗効果は低かった。また、外部磁界の極性の違いを検出するためには、バイアス磁界を印加する必要がある。
【００１２】
また、外部からのバイアス磁界を不必要とする構造を有する磁気抵抗材料が提案されている（特開平９−６３８２３号公報）。この磁気抵抗材料においては、使用される外部磁場の大きさの範囲内において磁化の向きが変化しない高保磁力の磁性粒子と、印加される外部磁場の大きさに対応して磁化の向きが変化する低保磁力の磁性粒子とが非磁性の母相中に析出している。更に、高保磁力の磁性粒子の自発磁化は１方向に配向して固定されている。このため、外部からバイアス磁界を印加することなく、磁場変化の際にその極性の変化を検出することができると共に、高い感度で磁場変化を検出することができる。
【００１３】
しかし、この磁気抵抗材料を製造する際には、同一の母相中に高保磁力の磁性粒子と低保磁力の磁性粒子とを同時に磁気的に分離して析出させる必要がある。このため、この磁気抵抗材料の製造は困難である。
【００１４】
また、低磁場における感度を向上させた巨大磁気抵抗素子が提供されている（特開平９−５０６１４号公報）。この巨大磁気抵抗素子においては、スピンバルブ構造のように、磁性層と非磁性層との積層体が形成されており、磁性層は５５乃至８０ａｔ％の磁性金属粒子を含有するグラニュラ構造を有する。そして、磁性粒子が析出している磁性層間に反強磁性結合を発現させることにより磁気抵抗効果を得ている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−５０６１４号公報に記載された磁気抵抗素子においても、特開平７−２５４５２０号公報に記載された磁気抵抗材料と同様に、磁性粒子の磁気モーメントが不規則に配向した状態から１方向へ配向した状態へと回転するだけであるので、得られる磁界感度は十分ではない。更に、外部磁界の極性を検出するためにはバイアス磁界を印加する必要があるという問題点がある。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、外部磁界の変化に対する磁界感度が良好であり、好ましくは外部磁界の極性も検出することができる磁気抵抗材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気抵抗材料の製造方法は、基板上に強磁性金属を含有する第１の薄膜を形成する工程と、前記第１の薄膜上に非磁性層を形成する工程と、前記非磁性層上に強磁性金属を含有し前記第１の薄膜とは異なる組成を有する第２の薄膜を形成する工程と、熱処理を行い、前記第１の薄膜中に第１の磁性粒子を析出させると同時に、前記第２の薄膜中に第２の磁性粒子を析出させる工程と、前記第１の薄膜の保磁力及び前記第２の薄膜の保磁力より大きい磁場を膜厚方向と直交する方向から印加し前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜のうち高い保磁力を有する薄膜中の磁性粒子の磁気モーメントを膜厚方向と直交する１方向に配向させて固定する工程とを有し、前記第１の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｂ （Ｃｏ １００−ａ Ｆｅ ａ ） ｂ 、前記第２の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｄ （Ｃｏ １００−ｃ Ｆｅ ｃ ） ｄ であり、前記ａの値は１０より大きく４５未満、前記ｂの値は３５より大きく５５未満、前記ｃの値は４５乃至５５、前記ｄの値は２４乃至３５であることを特徴とする。
【００２６】
なお、前記第１の磁性粒子は硬磁性材料からなり、前記第２の磁性粒子は軟磁性材料からなり、前記磁場を印加する工程により前記第１の磁性粒子の磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されることが望ましい。
【００２７】
本発明に係る他の磁気抵抗材料の製造方法は、基板上に強磁性金属を含有する第１の薄膜を形成する工程と、前記第１の薄膜上に非磁性層を形成する工程と、前記非磁性層上に強磁性金属を含有し前記第１の薄膜とは異なる組成を有する第２の薄膜を形成する工程と、熱処理を行い、前記第１の薄膜中に第１の磁性粒子を析出させると同時に、前記第２の薄膜中に第２の磁性粒子を析出させる工程と、前記第１の薄膜の保磁力及び前記第２の薄膜の保磁力より大きい磁場を膜厚方向と直交する方向から印加し前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜のうち高い保磁力を有する薄膜中の磁性粒子の磁気モーメントを膜厚方向と直交する１方向に配向させて固定する工程とを有し、前記第１の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｄ （Ｃｏ １００−ｃ Ｆｅ ｃ ） ｄ 、前記第２の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｂ （Ｃｏ １００−ａ Ｆｅ ａ ） ｂ であり、前記ａの値は１０より大きく４５未満、前記ｂの値は３５より大きく５５未満、前記ｃの値は４５乃至５５、前記ｄの値は２４乃至３５であることを特徴とする。
【００３０】
なお、前記第１の薄膜の厚さが５乃至１００Å、前記第２の薄膜の厚さが５乃至１００Å、前記非磁性層の厚さが１乃至５０Åであることが望ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決するため、鋭意実験研究を重ねた結果、グラニュラ構造を有し磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されている高保磁力層とグラニュラ構造を有し高保磁力層より小さな保磁力を有する低保磁力層との間に非磁性層を設けることにより、高い磁界感度を有する磁気抵抗材料が得られることを見出した。
【００３２】
以下、本発明の実施例に係る磁気抵抗材料ついて、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）乃至（ｃ）は本発明の実施例に係る磁気抵抗材料中の磁性粒子の磁気モーメントの向きを示す図であって、（ａ）は磁場が印加されていないときの模式図、（ｂ）は高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと順方向に磁場が印加されているときの模式図、（ｃ）は高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと逆方向に磁場が印加されているときの模式図である。本実施例に係る磁気抵抗材料においては、高保磁力層１と高保磁力層１の保磁力より低い保磁力を有する低保磁力層２とが交互にそれらの間に非磁性層３を設けて積層されている。そして、磁性層の総層数が４層、非磁性層の総層数が３層となっている。そして、高保磁力層１中には硬磁性材料からなる磁性粒子４ａが析出しており、低保磁力層２中には軟磁性材料からなる磁性粒子４ｂが析出している。更に、この磁気抵抗材料が使用される磁場の範囲では磁性粒子４ａの磁気モーメントの方向が変化しない程度に高保磁力層１は磁化されており、磁性粒子４ａの磁気モーメントは膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されている。そして、磁気抵抗材料に外部から磁場が印加されていないときには、図１（ａ）に示すように、低保磁力層２中の磁性粒子４ｂの磁気モーメントは不規則に配向している。
【００３３】
そして、磁気抵抗材料に外部から磁性粒子４ａの磁気モーメントと順方向に磁場が印加されると、図１（ｂ）に示すように、磁性粒子４ｂの磁気モーメントが外部磁場と順方向、つまり、磁性粒子４ａの磁気モーメントと順方向に配向する。このため、全ての磁性粒子の磁気モーメントが１方向に配向するので、磁気抵抗材料中の電気抵抗が磁場が印加されていないときと比して低くなる。
【００３４】
一方、磁気抵抗材料に外部から磁性粒子４ａの磁気モーメントと逆方向に磁場が印加されると、図１（ｃ）に示すように、磁性粒子４ｂの磁気モーメントが外部磁場と順方向、つまり、磁性粒子４ａの磁気モーメントと逆方向に配向する。このため、磁性粒子４ａの磁気モーメントと磁性粒子４ｂの磁気モーメントとが相互に反平行に配向するので、磁気抵抗材料中の電気抵抗が磁場が印加されていないときと比して高くなる。
【００３５】
なお、高保磁力層の保磁力が外部磁場の大きさよりも小さい場合、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントに対して逆方向に外部磁場が印加されたときに、この磁気モーメントが反転してしまう。一方、低保磁力層の保磁力が外部磁場の大きさよりも大きい場合、低保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントの方向が変化しにくい。従って、広い範囲の外部磁場を検出できるようにするためには、高保磁力層の保磁力はより大きく、低保磁力層の保磁力はより小さいことが好ましい。
【００３６】
また、高保磁力層の厚さ及び低保磁力層の厚さは５乃至１００Åであることが好ましい。高保磁力層の厚さ又は低保磁力層の厚さが５Å未満であると、磁気抵抗変化が発現しにくくなる。一方、高保磁力層の厚さ又は低保磁力層の厚さが１００Åを超えると、層中のみを流れる電流が多くなり、高保持力層と低保持力層と間の相互作用が低下し、ＭＲ特性が単独層のみが形成されたときの特性に近くなるか、又は各層の特性の和に近くなる。このため、バイアス量が小さくなる。従って、高保磁力層の厚さ及び低保磁力層の厚さは１層あたり５乃至１００Åであることが好ましい。
【００３７】
一方、非磁性層の厚さは１乃至５０Åであることが好ましい。非磁性層の厚さが１Å未満であると、磁性層間の磁気的な結合が十分には防がれず、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントが低保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントに不要な影響を及ぼす。一方、非磁性層の厚さが５０Åを超えると、高保持力層と低保持力層との間の相互作用が低下してＭＲ効果が低下し、磁界感度が低下することがある。従って、非磁性層の厚さは１乃至５０Åであることが好ましい。
【００３８】
高保磁力層には、例えば、下記化学式１に示す原子比組成を有する合金が使用される。
【００３９】
【化１】
Ａｇ100-b（Ｃｏ100-aＦｅa）b
但し、１０＜ａ＜４５であり、３５＜ｂ＜５５である。
【００４０】
上記化学式１におけるａの値又はｂの値が上記範囲から外れると、磁界感度が０．０５％／Ｏｅ未満となることがあり、十分な磁気抵抗効果を得にくい。従って、ａの値が１０＜ａ＜４５であり、ｂの値が３５＜ｂ＜５５であることが望ましい。
【００４１】
一方、低保磁力層には、例えば、下記化学式２に示す原子比組成を有する合金が使用される。
【００４２】
【化２】
Ａｇ100-d（Ｃｏ100-cＦｅc）d
但し、４５≦ｃ≦５５であり、２４≦ｄ≦３５である。
【００４３】
上記化学式２におけるｃの値又はｄの値が上記範囲から外れると、磁界感度が０．０５％／Ｏｅ未満となることがあり、十分な磁気抵抗効果を得にくい。従って、ｃの値が４５≦ｃ≦５５であり、ｄの値が２４≦ｄ≦３５であることが望ましい。
【００４４】
なお、高磁性層、低磁性層の母相であるＡｇ中には、Ｃｕがその固溶限（１４原子％）まで固溶していてもよい。
【００４５】
また、非磁性層中にＢ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷ等の元素が含有されていると、軟磁性層中のＦｅＣｏ磁性粒子の軟磁性特性が向上する。
【００４６】
次に、本発明の実施例に係る磁気抵抗材料から得られるＭＲ曲線について説明する。図２（ａ）及び（ｂ）は横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、本発明の実施例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示す概念図であって、（ａ）は高保磁力層の保磁力Ｈc1より小さく低保磁力層の保磁力Ｈc2より大きな磁場が印加された場合を示すものであり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すものである。なお、図２（ａ）及び（ｂ）中において、横軸の正の領域では高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと逆方向の磁場が印加されており、横軸の負の領域では高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと順方向の磁場が印加されている。磁気抵抗材料にＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合には、図２（ａ）に示すように、印加磁場の大きさが小さい範囲において、ＭＲ曲線の勾配が大きい。これは僅かな磁場の変化により大きく磁気抵抗が変化することを示している。更に、横軸の正の領域では印加磁場が０のときよりもＭＲ比が大きく、横軸の負の領域では印加磁場が０のときよりもＭＲ比が小さい。これは印加磁場の極性の変化をＭＲ比の増減により容易に検出できることを示している。
【００４７】
一方、磁気抵抗材料にＨc1より大きな磁場が印加された場合には、図２（ｂ）に示すように、印加磁場の大きさが小さい範囲においてＭＲ曲線の勾配が大きいものの、縦軸に関して対称なＭＲ曲線となる。これは、Ｈc1よりも印加磁場が大きいので、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントの方向が反転することが可能となるためである。この場合には、印加磁場の極性を検出することは困難である。
【００４８】
図３（ａ）及び（ｂ）は横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、高保磁力層のみからなる比較例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示す概念図であって、（ａ）はＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合を示すものであり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すものである。なお、図３（ａ）及び（ｂ）中において、横軸の正の領域では高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと逆方向の磁場が印加されており、横軸の負の領域では高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと順方向の磁場が印加されている。磁気抵抗材料にＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合には、図３（ａ）に示すように、ＭＲ比の変化が極めて小さく磁気抵抗変化を検出することが困難である。また、磁気抵抗材料にＨc1より大きな磁場が印加された場合には、図３（ｂ）に示すように、Ｈc1付近でのＭＲ比の変化は大きいものの、実際に使用される印加磁場の大きさが小さい範囲におけるＭＲ比の変化は小さい。このため、実用には適さない。
【００４９】
図４（ａ）及び（ｂ）は横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、低保磁力層のみからなる比較例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示す図であって、（ａ）はＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合を示すグラフ図であり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すグラフ図である。なお、図４（ａ）及び（ｂ）中において、横軸の正の領域と負の領域とでは印加磁場の方向が逆転している。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、低保磁力層のみが形成されている場合には、ＭＲ曲線の大きさは印加磁場の大きさに依存している。そして、実際に使用される印加磁場の大きさが小さい範囲におけるＭＲ曲線の勾配は比較的大きいものの、図２（ａ）に示したＭＲ曲線と比較すると小さい。また、印加磁場の極性を検出することは困難である。
【００５０】
本実施例においては、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されているので、外部磁界の大きさにより磁気抵抗が著しく変化する。このため、磁気抵抗の感度が高い。また、磁性層がグラニュラ構造を有するので、スピンバルブ構造を有する磁気抵抗材料と比してノイズを低減することができる。更に、検出される外部磁場の方向により磁気抵抗の増減が異なるので、容易に外部磁場の極性を検出することができる。また、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されており、セルフバイアス機能を有するので、バイアス手段を設ける必要がない。
【００５１】
なお、磁気抵抗材料には高保磁力層と低保磁力層との間に非磁性層が挟まれた積層体が１個以上設けられていればよく、その総層数は限定されない。特に、全体の厚さを１００乃至１０００Åとすることにより、磁気抵抗素子として安定した構造となる。
【００５２】
また、図１(ａ)乃至(ｃ)においては、高保磁力層１の上に低保磁力層２が設けられた積層体が２個積層されているが、高保磁力層１と低保磁力層２との上下関係が逆となっていてもよい。
【００５３】
次に、磁気抵抗材料の製造方法について説明する。先ず、基板の上に上記化学式１に示す原子比組成を有する第１の準安定層をスパッタ又は蒸着等の薄膜の作製方法により５乃至１００Åの厚さで形成する。
【００５４】
次に、第１の準安定層の上にＡｇ又はアルミナ等からなる非磁性層をスパッタ又は蒸着等の薄膜の作製方法により１乃至５０Åの厚さで形成する。
【００５５】
更に、前記非磁性層の上に上記化学式２に示す原子比組成を有する第２の準安定層をスパッタ又は蒸着等の薄膜の作製方法により５乃至１００Åの厚さで形成する。
【００５６】
そして、例えば、１２０乃至３３０℃で熱処理することにより、第１及び第２の準安定層中に磁性粒子を析出させる。こうして、第１の準安定層がグラニュラ構造を有する高保磁力層となり、第２の準安定層がグラニュラ構造を有し高保磁力層の保磁力よりも低い保磁力を有する低保磁力層となる。
【００５７】
更に、膜厚方向と直交する１方向から高保持力層の保磁力よりも大きな外部磁場を印加し、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントを外部磁場の方向に配向させる。
【００５８】
なお、前述の製造方法においては、高保磁力層となる第１の準安定層を最初に基板上に形成したが、低保磁力層となる第２の準安定層を最初に形成し、その後に非磁性層と第１の準安定層とを順に形成してもよい。
【００５９】
また、低保磁力層としてＡｇ−ＮｉＦｅ系合金からなる層を使用することもできる。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる実施例と比較して具体的に説明する。
【００６１】
先ず、下記表１及び２に示す原子比組成を有する高保磁力層及び低保磁力層並びにこれらに挟まれた非磁性層からなる各実施例及び比較例の磁気抵抗材料を作製した。製造方法は以下のとおりである。先ず、コーニング社製＃７０５９ガラス上にメタルマスクを配置した。次に、Ａｇ−ＦｅＣｏ系合金の複合ターゲットを使用して、ガス圧が３ｍＴｏｒｒのＡｒガス中でスパッタリングにより高保持力層を形成した。そして、Ａｇのターゲットを使用して、上述と同じ雰囲気でスパッタリングにより非磁性層を高保持力層の上に形成した。更に、Ａｇ−ＦｅＣｏ系合金の複合ターゲットを使用して、上述と同じ雰囲気でスパッタリングにより低保持力層を非磁性層の上に形成した。以降、全体の厚さが５００Å程度となるまで、ガラス上に高保持力層、非磁性層、低保持力層、非磁性層、高保持力層の順で各層を形成した。但し、比較例１７においては、２層の高保磁力層に非磁性層が挟まれており、比較例１８においては、２層の低保磁力層に非磁性層が挟まれている。なお、非磁性層はＡｇからなる。また、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントは膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されている。
【００６２】
【表１】
【００６３】
【表２】
【００６４】
次に、作製された各実施例及び比較例の磁気抵抗材料について、長さが２０ｍｍで幅が１ｍｍの抵抗測定用パターンを作製した。そして、直流四端子法として、抵抗測定用パターンの長手方向の両端に電流計の端子を接続し、中央部に電圧計の端子を接続した。次いで、抵抗測定用パターンの左右に磁気コイルを配置し、室温でこの磁気コイルにより１ｋＯｅの磁界を印加した。更に、磁界を−２５Ｏｅから２５Ｏｅまで変化させ、このときの電圧の変化を電圧計により測定し、磁気感度を算出した。なお、基準電圧は磁界が０Ｏｅのときの電圧である。この結果を下記表３に示す。
【００６５】
【表３】
【００６６】
上記表３に示すように、実施例１乃至１６においては、磁気抵抗材料は適切な構造を有するので、磁界感度が良好であった。特に、実施例１乃至３においては、高保磁力層及び低保磁力層が適切な組成からなると共に、各層の厚さが適切なものなので磁界感度が極めて良好であった。
【００６７】
一方、比較例１７においては、唯一の磁性層である高保磁力層の磁気モーメントが固定されているので、磁気モーメントの変化が発現せず、磁界感度を測定することはできなかった。
【００６８】
比較例１８においては、磁気モーメントが固定された高保磁力層が設けられていないので、外部磁界の極性を検出することができなかった。
【００６９】
比較例１９においては、高保持力層のみが形成されているので、磁気モーメントの変化が発現せず、磁界感度を測定することはできなかった。
【００７０】
比較例２０においては、磁気モーメントが固定された高保磁力層が設けられていないので、外部磁界の極性を検出することができなかった。
【００７１】
比較例２１においては、高保持力層と低保持力層との間に非磁性層が設けられていないので、磁界感度が低かった。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定された磁性粒子が析出している高保磁力層と、高保磁力層の保磁力より低い保磁力を有する低保磁力層と、高保磁力層と低保磁力層とから磁気抵抗材料が構成されているので、外部磁界の変化に対する磁界感度が良好である。更に、磁気抵抗の増減により外部磁界の極性を容易に検出することができる。また、高保持力層と低保持力層とを繰り返し積層し、全体の厚さを１００乃至１０００Åとすることにより、ＭＲ効果を向上させることができる。更に、非磁性層に適切な元素を含有させることにより、低保持力層中の磁性粒子の軟磁気特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る磁気抵抗材料中の磁性粒子の磁気モーメントの向きを示す図であって、（ａ）は磁場が印加されていないときの模式図、（ｂ）は高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと順方向に磁場が印加されているときの模式図、（ｃ）は高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと逆方向に磁場が印加されているときの模式図である。
【図２】横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、本発明の実施例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示すグラフ図であって、（ａ）は高保磁力層の保磁力Ｈc1より小さく低保磁力層の保磁力Ｈc2より大きな磁場が印加された場合を示すものであり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すものである。
【図３】横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、高保磁力層のみからなる比較例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示すグラフ図であって、（ａ）はＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合を示すものであり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すものである。
【図４】横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、低保磁力層のみからなる比較例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示すグラフ図であって、（ａ）はＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合を示すものであり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すものである。
【図５】特開平７−２５４５２０号公報に記載されている磁気抵抗材料を示す図であって、（ａ）は外部磁場が印加されていない場合を示す模式図であり、（ｂ）は図中の左から右へ外部から磁場が印加されている場合を示す模式図である。
【符号の説明】
１；高保磁力層、 ２；低保磁力層、 ３；非磁性層、 ４ａ、４ｂ；磁性粒子、 １１；Ａｇ母相、 １２；ＦｅＣｏ合金磁性粒子
【発明の属する技術分野】
本発明は外部磁界の変化に対応して電気抵抗が変化する磁気抵抗材料に関し、特に、外部磁界の変化に対する感度が良好であり磁界の極性を容易に検出することができる磁気抵抗材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
外部磁界の変化に対応して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果（ＭＲ効果）を示す磁気抵抗材料は、主に磁気記録再生装置のヘッド及び磁界検出のセンサ等に使用されている。従来、磁気抵抗材料には、パーマロイ（ＮｉＦｅ合金）等の合金が使用されているが、パーマロイ系合金の磁気抵抗効果は十分ではなく、より磁界感度が高く、僅かな磁界変化に対して電気抵抗が鋭敏に変化する磁気抵抗材料が要望されている。
【０００３】
磁化が固定された第１の強磁性層と磁化が固定されていない第２の強磁性層との間に非磁性の金属層を設けると、外部磁界の変化により第２の強磁性層の磁化が回転し、第１の強磁性層の磁化と第２の強磁性層の磁化とのなす角度の変化に応じて磁気抵抗が変化することが知られている。この構造はスピンバルブ構造と呼ばれ、低磁場でも磁化を飽和させることができるので、磁気抵抗素子として有効である。
【０００４】
そこで、スピンバルブ構造を有する磁気抵抗センサ及び磁気抵抗ヘッドが提案されている（特開平６−６０３３６号公報及び特開平７−１２９９２８号公報）。
【０００５】
特開平６−６０３３６号公報に記載された磁気抵抗センサにおいては、磁化が固定された第１の強磁性層と、外部磁場が印加されない状態で第１の強磁性層の磁化に対してほぼ直交する方向を向く磁化を有する第２の強磁性層と、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に設けられた非磁性金属層とからスピンバルブ構造が形成されている。更に、第１の強磁性層の磁化を定位置に固定するために、第１の強磁性層の保磁力は第２の強磁性層のそれよりも大きい。第１の強磁性層の磁化は、例えば、非磁性金属層と接している面の裏側の面にＦｅＭｎ合金層等の交換バイアス材料を隣接させることにより固定されている。
【０００６】
この磁気抵抗センサにおいては、外部から磁場が印加されると第２の強磁性層の磁化が回転する。そして、第１の強磁性層の磁化と第２の強磁性層の磁化とのなす角度が変化し、磁気抵抗センサの電気抵抗が変化する。
【０００７】
また、特開平７−１２９９２８号公報に記載された磁気抵抗ヘッドにおいては、磁化が固定された第１の強磁性層と、磁化が固定されていない第２の強磁性層と、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間に設けられた非磁性金属層とからスピンバルブ構造が形成されている。そして、各強磁性層の厚さを規定することにより、大きな磁気抵抗効果を再現性よく得ている。
【０００８】
しかし、これらのスピンバルブ構造を有する磁気抵抗素子においては、ノイズが発生しやすいという欠点がある。また、耐熱性が低く、製造工程に加熱工程が含まれると、製品の品質が安定しない。
【０００９】
磁気抵抗変化の検出において、ノイズが小さい磁気抵抗材料として、磁性金属粒子が非磁性の母相中に析出しているグラニュラ構造が知られている。
【００１０】
例えば、Ａｇ母相中にＦｅＣｏ合金磁性粒子を析出させた磁気抵抗材料が提案されている（特開平７−２５４５２０号公報）。図５（ａ）及び（ｂ）は特開平７−２５４５２０号公報に記載された磁気抵抗材料を示す図であって、（ａ）は外部磁場が印加されていない場合を示す模式図であり、（ｂ）は図中の左から右へ外部から磁場が印加されている場合を示す模式図である。なお、図５（ａ）及び（ｂ）中の２点鎖線は自由電子の移動軌跡を模式的に示している。この磁気抵抗材料においては、図５（ａ）に示すように、外部から磁場が印加されていない場合に導電体で非磁性であるＡｇ母相１１中にＦｅＣｏ合金磁性粒子１２がその磁気モーメントを相互に不規則に配向させて均一に析出している。そして、外部から磁界が印加されると、図５（ｂ）に示すように、不規則に配列した磁気モーメントが磁場印加方向に平行に配向する。外部から磁場が印加されていない場合と印加されている場合とで、磁場が印加されている場合の方がより電気抵抗が低くなる。
【００１１】
しかし、この磁気抵抗材料においては、不規則に配向した状態から１方向へ配向した状態へと磁気モーメントが回転するだけであるので、反強磁性的に磁気モーメントが配向するスピンバルブ構造を有する磁気抵抗材料と比して、得られる磁気抵抗効果は低かった。また、外部磁界の極性の違いを検出するためには、バイアス磁界を印加する必要がある。
【００１２】
また、外部からのバイアス磁界を不必要とする構造を有する磁気抵抗材料が提案されている（特開平９−６３８２３号公報）。この磁気抵抗材料においては、使用される外部磁場の大きさの範囲内において磁化の向きが変化しない高保磁力の磁性粒子と、印加される外部磁場の大きさに対応して磁化の向きが変化する低保磁力の磁性粒子とが非磁性の母相中に析出している。更に、高保磁力の磁性粒子の自発磁化は１方向に配向して固定されている。このため、外部からバイアス磁界を印加することなく、磁場変化の際にその極性の変化を検出することができると共に、高い感度で磁場変化を検出することができる。
【００１３】
しかし、この磁気抵抗材料を製造する際には、同一の母相中に高保磁力の磁性粒子と低保磁力の磁性粒子とを同時に磁気的に分離して析出させる必要がある。このため、この磁気抵抗材料の製造は困難である。
【００１４】
また、低磁場における感度を向上させた巨大磁気抵抗素子が提供されている（特開平９−５０６１４号公報）。この巨大磁気抵抗素子においては、スピンバルブ構造のように、磁性層と非磁性層との積層体が形成されており、磁性層は５５乃至８０ａｔ％の磁性金属粒子を含有するグラニュラ構造を有する。そして、磁性粒子が析出している磁性層間に反強磁性結合を発現させることにより磁気抵抗効果を得ている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−５０６１４号公報に記載された磁気抵抗素子においても、特開平７−２５４５２０号公報に記載された磁気抵抗材料と同様に、磁性粒子の磁気モーメントが不規則に配向した状態から１方向へ配向した状態へと回転するだけであるので、得られる磁界感度は十分ではない。更に、外部磁界の極性を検出するためにはバイアス磁界を印加する必要があるという問題点がある。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、外部磁界の変化に対する磁界感度が良好であり、好ましくは外部磁界の極性も検出することができる磁気抵抗材料及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る磁気抵抗材料の製造方法は、基板上に強磁性金属を含有する第１の薄膜を形成する工程と、前記第１の薄膜上に非磁性層を形成する工程と、前記非磁性層上に強磁性金属を含有し前記第１の薄膜とは異なる組成を有する第２の薄膜を形成する工程と、熱処理を行い、前記第１の薄膜中に第１の磁性粒子を析出させると同時に、前記第２の薄膜中に第２の磁性粒子を析出させる工程と、前記第１の薄膜の保磁力及び前記第２の薄膜の保磁力より大きい磁場を膜厚方向と直交する方向から印加し前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜のうち高い保磁力を有する薄膜中の磁性粒子の磁気モーメントを膜厚方向と直交する１方向に配向させて固定する工程とを有し、前記第１の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｂ （Ｃｏ １００−ａ Ｆｅ ａ ） ｂ 、前記第２の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｄ （Ｃｏ １００−ｃ Ｆｅ ｃ ） ｄ であり、前記ａの値は１０より大きく４５未満、前記ｂの値は３５より大きく５５未満、前記ｃの値は４５乃至５５、前記ｄの値は２４乃至３５であることを特徴とする。
【００２６】
なお、前記第１の磁性粒子は硬磁性材料からなり、前記第２の磁性粒子は軟磁性材料からなり、前記磁場を印加する工程により前記第１の磁性粒子の磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されることが望ましい。
【００２７】
本発明に係る他の磁気抵抗材料の製造方法は、基板上に強磁性金属を含有する第１の薄膜を形成する工程と、前記第１の薄膜上に非磁性層を形成する工程と、前記非磁性層上に強磁性金属を含有し前記第１の薄膜とは異なる組成を有する第２の薄膜を形成する工程と、熱処理を行い、前記第１の薄膜中に第１の磁性粒子を析出させると同時に、前記第２の薄膜中に第２の磁性粒子を析出させる工程と、前記第１の薄膜の保磁力及び前記第２の薄膜の保磁力より大きい磁場を膜厚方向と直交する方向から印加し前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜のうち高い保磁力を有する薄膜中の磁性粒子の磁気モーメントを膜厚方向と直交する１方向に配向させて固定する工程とを有し、前記第１の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｄ （Ｃｏ １００−ｃ Ｆｅ ｃ ） ｄ 、前記第２の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｂ （Ｃｏ １００−ａ Ｆｅ ａ ） ｂ であり、前記ａの値は１０より大きく４５未満、前記ｂの値は３５より大きく５５未満、前記ｃの値は４５乃至５５、前記ｄの値は２４乃至３５であることを特徴とする。
【００３０】
なお、前記第１の薄膜の厚さが５乃至１００Å、前記第２の薄膜の厚さが５乃至１００Å、前記非磁性層の厚さが１乃至５０Åであることが望ましい。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本願発明者等が前記課題を解決するため、鋭意実験研究を重ねた結果、グラニュラ構造を有し磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されている高保磁力層とグラニュラ構造を有し高保磁力層より小さな保磁力を有する低保磁力層との間に非磁性層を設けることにより、高い磁界感度を有する磁気抵抗材料が得られることを見出した。
【００３２】
以下、本発明の実施例に係る磁気抵抗材料ついて、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）乃至（ｃ）は本発明の実施例に係る磁気抵抗材料中の磁性粒子の磁気モーメントの向きを示す図であって、（ａ）は磁場が印加されていないときの模式図、（ｂ）は高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと順方向に磁場が印加されているときの模式図、（ｃ）は高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと逆方向に磁場が印加されているときの模式図である。本実施例に係る磁気抵抗材料においては、高保磁力層１と高保磁力層１の保磁力より低い保磁力を有する低保磁力層２とが交互にそれらの間に非磁性層３を設けて積層されている。そして、磁性層の総層数が４層、非磁性層の総層数が３層となっている。そして、高保磁力層１中には硬磁性材料からなる磁性粒子４ａが析出しており、低保磁力層２中には軟磁性材料からなる磁性粒子４ｂが析出している。更に、この磁気抵抗材料が使用される磁場の範囲では磁性粒子４ａの磁気モーメントの方向が変化しない程度に高保磁力層１は磁化されており、磁性粒子４ａの磁気モーメントは膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されている。そして、磁気抵抗材料に外部から磁場が印加されていないときには、図１（ａ）に示すように、低保磁力層２中の磁性粒子４ｂの磁気モーメントは不規則に配向している。
【００３３】
そして、磁気抵抗材料に外部から磁性粒子４ａの磁気モーメントと順方向に磁場が印加されると、図１（ｂ）に示すように、磁性粒子４ｂの磁気モーメントが外部磁場と順方向、つまり、磁性粒子４ａの磁気モーメントと順方向に配向する。このため、全ての磁性粒子の磁気モーメントが１方向に配向するので、磁気抵抗材料中の電気抵抗が磁場が印加されていないときと比して低くなる。
【００３４】
一方、磁気抵抗材料に外部から磁性粒子４ａの磁気モーメントと逆方向に磁場が印加されると、図１（ｃ）に示すように、磁性粒子４ｂの磁気モーメントが外部磁場と順方向、つまり、磁性粒子４ａの磁気モーメントと逆方向に配向する。このため、磁性粒子４ａの磁気モーメントと磁性粒子４ｂの磁気モーメントとが相互に反平行に配向するので、磁気抵抗材料中の電気抵抗が磁場が印加されていないときと比して高くなる。
【００３５】
なお、高保磁力層の保磁力が外部磁場の大きさよりも小さい場合、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントに対して逆方向に外部磁場が印加されたときに、この磁気モーメントが反転してしまう。一方、低保磁力層の保磁力が外部磁場の大きさよりも大きい場合、低保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントの方向が変化しにくい。従って、広い範囲の外部磁場を検出できるようにするためには、高保磁力層の保磁力はより大きく、低保磁力層の保磁力はより小さいことが好ましい。
【００３６】
また、高保磁力層の厚さ及び低保磁力層の厚さは５乃至１００Åであることが好ましい。高保磁力層の厚さ又は低保磁力層の厚さが５Å未満であると、磁気抵抗変化が発現しにくくなる。一方、高保磁力層の厚さ又は低保磁力層の厚さが１００Åを超えると、層中のみを流れる電流が多くなり、高保持力層と低保持力層と間の相互作用が低下し、ＭＲ特性が単独層のみが形成されたときの特性に近くなるか、又は各層の特性の和に近くなる。このため、バイアス量が小さくなる。従って、高保磁力層の厚さ及び低保磁力層の厚さは１層あたり５乃至１００Åであることが好ましい。
【００３７】
一方、非磁性層の厚さは１乃至５０Åであることが好ましい。非磁性層の厚さが１Å未満であると、磁性層間の磁気的な結合が十分には防がれず、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントが低保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントに不要な影響を及ぼす。一方、非磁性層の厚さが５０Åを超えると、高保持力層と低保持力層との間の相互作用が低下してＭＲ効果が低下し、磁界感度が低下することがある。従って、非磁性層の厚さは１乃至５０Åであることが好ましい。
【００３８】
高保磁力層には、例えば、下記化学式１に示す原子比組成を有する合金が使用される。
【００３９】
【化１】
Ａｇ100-b（Ｃｏ100-aＦｅa）b
但し、１０＜ａ＜４５であり、３５＜ｂ＜５５である。
【００４０】
上記化学式１におけるａの値又はｂの値が上記範囲から外れると、磁界感度が０．０５％／Ｏｅ未満となることがあり、十分な磁気抵抗効果を得にくい。従って、ａの値が１０＜ａ＜４５であり、ｂの値が３５＜ｂ＜５５であることが望ましい。
【００４１】
一方、低保磁力層には、例えば、下記化学式２に示す原子比組成を有する合金が使用される。
【００４２】
【化２】
Ａｇ100-d（Ｃｏ100-cＦｅc）d
但し、４５≦ｃ≦５５であり、２４≦ｄ≦３５である。
【００４３】
上記化学式２におけるｃの値又はｄの値が上記範囲から外れると、磁界感度が０．０５％／Ｏｅ未満となることがあり、十分な磁気抵抗効果を得にくい。従って、ｃの値が４５≦ｃ≦５５であり、ｄの値が２４≦ｄ≦３５であることが望ましい。
【００４４】
なお、高磁性層、低磁性層の母相であるＡｇ中には、Ｃｕがその固溶限（１４原子％）まで固溶していてもよい。
【００４５】
また、非磁性層中にＢ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷ等の元素が含有されていると、軟磁性層中のＦｅＣｏ磁性粒子の軟磁性特性が向上する。
【００４６】
次に、本発明の実施例に係る磁気抵抗材料から得られるＭＲ曲線について説明する。図２（ａ）及び（ｂ）は横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、本発明の実施例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示す概念図であって、（ａ）は高保磁力層の保磁力Ｈc1より小さく低保磁力層の保磁力Ｈc2より大きな磁場が印加された場合を示すものであり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すものである。なお、図２（ａ）及び（ｂ）中において、横軸の正の領域では高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと逆方向の磁場が印加されており、横軸の負の領域では高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと順方向の磁場が印加されている。磁気抵抗材料にＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合には、図２（ａ）に示すように、印加磁場の大きさが小さい範囲において、ＭＲ曲線の勾配が大きい。これは僅かな磁場の変化により大きく磁気抵抗が変化することを示している。更に、横軸の正の領域では印加磁場が０のときよりもＭＲ比が大きく、横軸の負の領域では印加磁場が０のときよりもＭＲ比が小さい。これは印加磁場の極性の変化をＭＲ比の増減により容易に検出できることを示している。
【００４７】
一方、磁気抵抗材料にＨc1より大きな磁場が印加された場合には、図２（ｂ）に示すように、印加磁場の大きさが小さい範囲においてＭＲ曲線の勾配が大きいものの、縦軸に関して対称なＭＲ曲線となる。これは、Ｈc1よりも印加磁場が大きいので、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントの方向が反転することが可能となるためである。この場合には、印加磁場の極性を検出することは困難である。
【００４８】
図３（ａ）及び（ｂ）は横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、高保磁力層のみからなる比較例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示す概念図であって、（ａ）はＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合を示すものであり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すものである。なお、図３（ａ）及び（ｂ）中において、横軸の正の領域では高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと逆方向の磁場が印加されており、横軸の負の領域では高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと順方向の磁場が印加されている。磁気抵抗材料にＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合には、図３（ａ）に示すように、ＭＲ比の変化が極めて小さく磁気抵抗変化を検出することが困難である。また、磁気抵抗材料にＨc1より大きな磁場が印加された場合には、図３（ｂ）に示すように、Ｈc1付近でのＭＲ比の変化は大きいものの、実際に使用される印加磁場の大きさが小さい範囲におけるＭＲ比の変化は小さい。このため、実用には適さない。
【００４９】
図４（ａ）及び（ｂ）は横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、低保磁力層のみからなる比較例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示す図であって、（ａ）はＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合を示すグラフ図であり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すグラフ図である。なお、図４（ａ）及び（ｂ）中において、横軸の正の領域と負の領域とでは印加磁場の方向が逆転している。図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、低保磁力層のみが形成されている場合には、ＭＲ曲線の大きさは印加磁場の大きさに依存している。そして、実際に使用される印加磁場の大きさが小さい範囲におけるＭＲ曲線の勾配は比較的大きいものの、図２（ａ）に示したＭＲ曲線と比較すると小さい。また、印加磁場の極性を検出することは困難である。
【００５０】
本実施例においては、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されているので、外部磁界の大きさにより磁気抵抗が著しく変化する。このため、磁気抵抗の感度が高い。また、磁性層がグラニュラ構造を有するので、スピンバルブ構造を有する磁気抵抗材料と比してノイズを低減することができる。更に、検出される外部磁場の方向により磁気抵抗の増減が異なるので、容易に外部磁場の極性を検出することができる。また、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されており、セルフバイアス機能を有するので、バイアス手段を設ける必要がない。
【００５１】
なお、磁気抵抗材料には高保磁力層と低保磁力層との間に非磁性層が挟まれた積層体が１個以上設けられていればよく、その総層数は限定されない。特に、全体の厚さを１００乃至１０００Åとすることにより、磁気抵抗素子として安定した構造となる。
【００５２】
また、図１(ａ)乃至(ｃ)においては、高保磁力層１の上に低保磁力層２が設けられた積層体が２個積層されているが、高保磁力層１と低保磁力層２との上下関係が逆となっていてもよい。
【００５３】
次に、磁気抵抗材料の製造方法について説明する。先ず、基板の上に上記化学式１に示す原子比組成を有する第１の準安定層をスパッタ又は蒸着等の薄膜の作製方法により５乃至１００Åの厚さで形成する。
【００５４】
次に、第１の準安定層の上にＡｇ又はアルミナ等からなる非磁性層をスパッタ又は蒸着等の薄膜の作製方法により１乃至５０Åの厚さで形成する。
【００５５】
更に、前記非磁性層の上に上記化学式２に示す原子比組成を有する第２の準安定層をスパッタ又は蒸着等の薄膜の作製方法により５乃至１００Åの厚さで形成する。
【００５６】
そして、例えば、１２０乃至３３０℃で熱処理することにより、第１及び第２の準安定層中に磁性粒子を析出させる。こうして、第１の準安定層がグラニュラ構造を有する高保磁力層となり、第２の準安定層がグラニュラ構造を有し高保磁力層の保磁力よりも低い保磁力を有する低保磁力層となる。
【００５７】
更に、膜厚方向と直交する１方向から高保持力層の保磁力よりも大きな外部磁場を印加し、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントを外部磁場の方向に配向させる。
【００５８】
なお、前述の製造方法においては、高保磁力層となる第１の準安定層を最初に基板上に形成したが、低保磁力層となる第２の準安定層を最初に形成し、その後に非磁性層と第１の準安定層とを順に形成してもよい。
【００５９】
また、低保磁力層としてＡｇ−ＮｉＦｅ系合金からなる層を使用することもできる。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる実施例と比較して具体的に説明する。
【００６１】
先ず、下記表１及び２に示す原子比組成を有する高保磁力層及び低保磁力層並びにこれらに挟まれた非磁性層からなる各実施例及び比較例の磁気抵抗材料を作製した。製造方法は以下のとおりである。先ず、コーニング社製＃７０５９ガラス上にメタルマスクを配置した。次に、Ａｇ−ＦｅＣｏ系合金の複合ターゲットを使用して、ガス圧が３ｍＴｏｒｒのＡｒガス中でスパッタリングにより高保持力層を形成した。そして、Ａｇのターゲットを使用して、上述と同じ雰囲気でスパッタリングにより非磁性層を高保持力層の上に形成した。更に、Ａｇ−ＦｅＣｏ系合金の複合ターゲットを使用して、上述と同じ雰囲気でスパッタリングにより低保持力層を非磁性層の上に形成した。以降、全体の厚さが５００Å程度となるまで、ガラス上に高保持力層、非磁性層、低保持力層、非磁性層、高保持力層の順で各層を形成した。但し、比較例１７においては、２層の高保磁力層に非磁性層が挟まれており、比較例１８においては、２層の低保磁力層に非磁性層が挟まれている。なお、非磁性層はＡｇからなる。また、高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントは膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されている。
【００６２】
【表１】
【表２】
次に、作製された各実施例及び比較例の磁気抵抗材料について、長さが２０ｍｍで幅が１ｍｍの抵抗測定用パターンを作製した。そして、直流四端子法として、抵抗測定用パターンの長手方向の両端に電流計の端子を接続し、中央部に電圧計の端子を接続した。次いで、抵抗測定用パターンの左右に磁気コイルを配置し、室温でこの磁気コイルにより１ｋＯｅの磁界を印加した。更に、磁界を−２５Ｏｅから２５Ｏｅまで変化させ、このときの電圧の変化を電圧計により測定し、磁気感度を算出した。なお、基準電圧は磁界が０Ｏｅのときの電圧である。この結果を下記表３に示す。
【００６５】
【表３】
上記表３に示すように、実施例１乃至１６においては、磁気抵抗材料は適切な構造を有するので、磁界感度が良好であった。特に、実施例１乃至３においては、高保磁力層及び低保磁力層が適切な組成からなると共に、各層の厚さが適切なものなので磁界感度が極めて良好であった。
【００６７】
一方、比較例１７においては、唯一の磁性層である高保磁力層の磁気モーメントが固定されているので、磁気モーメントの変化が発現せず、磁界感度を測定することはできなかった。
【００６８】
比較例１８においては、磁気モーメントが固定された高保磁力層が設けられていないので、外部磁界の極性を検出することができなかった。
【００６９】
比較例１９においては、高保持力層のみが形成されているので、磁気モーメントの変化が発現せず、磁界感度を測定することはできなかった。
【００７０】
比較例２０においては、磁気モーメントが固定された高保磁力層が設けられていないので、外部磁界の極性を検出することができなかった。
【００７１】
比較例２１においては、高保持力層と低保持力層との間に非磁性層が設けられていないので、磁界感度が低かった。
【００７２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定された磁性粒子が析出している高保磁力層と、高保磁力層の保磁力より低い保磁力を有する低保磁力層と、高保磁力層と低保磁力層とから磁気抵抗材料が構成されているので、外部磁界の変化に対する磁界感度が良好である。更に、磁気抵抗の増減により外部磁界の極性を容易に検出することができる。また、高保持力層と低保持力層とを繰り返し積層し、全体の厚さを１００乃至１０００Åとすることにより、ＭＲ効果を向上させることができる。更に、非磁性層に適切な元素を含有させることにより、低保持力層中の磁性粒子の軟磁気特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る磁気抵抗材料中の磁性粒子の磁気モーメントの向きを示す図であって、（ａ）は磁場が印加されていないときの模式図、（ｂ）は高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと順方向に磁場が印加されているときの模式図、（ｃ）は高保磁力層中の磁性粒子の磁気モーメントと逆方向に磁場が印加されているときの模式図である。
【図２】横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、本発明の実施例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示すグラフ図であって、（ａ）は高保磁力層の保磁力Ｈc1より小さく低保磁力層の保磁力Ｈc2より大きな磁場が印加された場合を示すものであり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すものである。
【図３】横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、高保磁力層のみからなる比較例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示すグラフ図であって、（ａ）はＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合を示すものであり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すものである。
【図４】横軸に印加磁場をとり縦軸にＭＲ比をとって、低保磁力層のみからなる比較例に係る磁気抵抗材料のＭＲ曲線を示すグラフ図であって、（ａ）はＨc1より小さくＨc2より大きな磁場が印加された場合を示すものであり、（ｂ）はＨc1より大きな磁場が印加された場合を示すものである。
【図５】特開平７−２５４５２０号公報に記載されている磁気抵抗材料を示す図であって、（ａ）は外部磁場が印加されていない場合を示す模式図であり、（ｂ）は図中の左から右へ外部から磁場が印加されている場合を示す模式図である。
【符号の説明】
１；高保磁力層、 ２；低保磁力層、 ３；非磁性層、 ４ａ、４ｂ；磁性粒子、 １１；Ａｇ母相、 １２；ＦｅＣｏ合金磁性粒子
Claims (4)
- 基板上に強磁性金属を含有する第１の薄膜を形成する工程と、前記第１の薄膜上に非磁性層を形成する工程と、前記非磁性層上に強磁性金属を含有し前記第１の薄膜とは異なる組成を有する第２の薄膜を形成する工程と、熱処理を行い、前記第１の薄膜中に第１の磁性粒子を析出させると同時に、前記第２の薄膜中に第２の磁性粒子を析出させる工程と、前記第１の薄膜の保磁力及び前記第２の薄膜の保磁力より大きい磁場を膜厚方向と直交する方向から印加し前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜のうち高い保磁力を有する薄膜中の磁性粒子の磁気モーメントを膜厚方向と直交する１方向に配向させて固定する工程とを有し、前記第１の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｂ （Ｃｏ １００−ａ Ｆｅ ａ ） ｂ 、前記第２の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｄ （Ｃｏ １００−ｃ Ｆｅ ｃ ） ｄ であり、前記ａの値は１０より大きく４５未満、前記ｂの値は３５より大きく５５未満、前記ｃの値は４５乃至５５、前記ｄの値は２４乃至３５であることを特徴とする磁気抵抗材料の製造方法。
- 基板上に強磁性金属を含有する第１の薄膜を形成する工程と、前記第１の薄膜上に非磁性層を形成する工程と、前記非磁性層上に強磁性金属を含有し前記第１の薄膜とは異なる組成を有する第２の薄膜を形成する工程と、熱処理を行い、前記第１の薄膜中に第１の磁性粒子を析出させると同時に、前記第２の薄膜中に第２の磁性粒子を析出させる工程と、前記第１の薄膜の保磁力及び前記第２の薄膜の保磁力より大きい磁場を膜厚方向と直交する方向から印加し前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜のうち高い保磁力を有する薄膜中の磁性粒子の磁気モーメントを膜厚方向と直交する１方向に配向させて固定する工程とを有し、前記第１の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｄ （Ｃｏ １００−ｃ Ｆｅ ｃ ） ｄ 、前記第２の薄膜の原子比組成がＡｇ １００−ｂ （Ｃｏ １００−ａ Ｆｅ ａ ） ｂ であり、前記ａの値は１０より大きく４５未満、前記ｂの値は３５より大きく５５未満、前記ｃの値は４５乃至５５、前記ｄの値は２４乃至３５であることを特徴とする磁気抵抗材料の製造方法。
- 前記第１の磁性粒子は硬磁性材料からなり、前記第２の磁性粒子は軟磁性材料からなり、前記磁場を印加する工程により前記第１の磁性粒子の磁気モーメントが膜厚方向と直交する１方向に配向して固定されることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗材料の製造方法。
- 前記第１の薄膜の厚さが５乃至１００Å、前記第２の薄膜の厚さが５乃至１００Å、前記非磁性層の厚さが１乃至５０Åであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁気抵抗材料の製造方法。
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