JP4981249B2

JP4981249B2 - 磁気抵抗効果素子

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Publication number: JP4981249B2
Application number: JP2004372015A
Authority: JP
Inventors: 昇岩田; 善照村上
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: JP2006179719A

Description

本発明は、例えば、ハードディスクや磁気テープ等の磁気記録媒体に記録された磁気記録情報の読み出しや、ＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）等に用いられる磁気抵抗効果素子に関する。

近年、高密度化するハードディスクや磁気テープ等の磁気記録媒体に記録された磁気記録情報を読み出すために、磁界の変化を抵抗変化に変換して高感度に検出できる磁気抵抗効果素子が広く用いられている。そのうち、高い磁気抵抗効果（ＭＲ比）が得られ、実用的な分解能が得られる磁気抵抗効果素子として、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：Giant magneto-resistance）素子や、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ：Tunneling magneto-resistance）素子が知られ、再生用磁気ヘッドに採用されつつある。これらの磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化量を表すＭＲ比としては、数％から数十％のものが報告されている。一方、磁気記録媒体の更なる高密度化に対応して、更に高い分解能、すなわち、高いＭＲ比が得られる素子が求められており、その候補としてバリスティック磁気抵抗効果（ＢＭＲ：Ballistic magneto-resistance）素子が提案されている。

上記ＢＭＲ素子は、電子が量子力学的な振る舞いをし、散乱から開放される「バリスティック伝導」現象を利用している。このバリスティック伝導現象は、電子が通過する伝導体のサイズが、電子の自由行程以下となると現れることが一般に知られている。これは、電子の自由行程以下の伝導体格子には電子が影響を受けずに（散乱されることなく）伝導することに起因している。このように、バリスティック伝導は極めて小さな伝導体サイズにおいて起こる現象であって、例えば、上記伝導体が金属である場合には、上記バリスティック伝導が現れるサイズは３０ｎｍ以下程度であるとされている。
また、上記のバリスティック伝導が生じる系においては、伝導体の抵抗はオームの法則に従わず、ｈ／ｅ²（ｈ：プランク定数、ｅ：電子素量）程度となることが知られている。

上記ＢＭＲ素子は、ここで説明したバリスティック伝導が生じる微小サイズ（微小径）の伝導体を介して電子を通過させることで、電子が伝導体通過時にエネルギーを失うことなく、１次元的な伝導をすることを利用している。すなわち、電子が持つスピンの情報が散乱によって損なわれることなく伝導するので、高いＭＲ比が得られる磁気抵抗効果素子を実現できることになる。

その一例として、非特許文献１には、数百％ものＭＲ比が得られるＢＭＲ素子が報告されている。非特許文献１において、ＢＭＲ素子は、電子がバリスティックな伝導をする磁性体（Ｎｉ）からなる原子サイズオーダーの電流路、具体的には径が１０ｎｍから３０ｎｍの微小接点を有している。このＢＭＲ素子は、上記微小接点を電子が通過するバリスティックな伝導特性を示し、その結果として高いＭＲ比が得られる。この非特許文献１は、上記微小接点を電子がバリスティックに通過する際に、微小接点両側に形成された磁性体の磁化方向が、互いに略平行か略反平行か（言い換えれば、磁壁を生じているか否か）によって素子の抵抗値が大きく変化（数百％）すること、具体的には、微小接点を挟んだ両側磁性体の磁化が平行な場合には素子抵抗が低く、反平行な場合には素子抵抗が高くなることを開示している。このように高いＭＲ比が得られるのは、微小接点をバリスティックに伝導した電子が反平行な磁化状態である場合には、磁壁が存在する箇所を電子が通り抜けようとする際に、電子自らのスピンの向きを磁壁内の磁化方向に合わせて回転させる必要があるため、磁化が平行な状態（磁壁が存在しない状態）に比べて大きなエネルギーロスを生じてしまい磁壁を容易に通過することができないからである。すなわち、微小接点の近傍ないしは微小接点内に磁壁が生じることで、微小接点を通過する電子数が減少し、素子の電気抵抗が高くなることに起因している。

このような微小接点が存在しない場合、すなわち電子がバリスティックな伝導をせず散乱的な伝導をする場合には、導入された電子のうちの一部だけがこのような磁化の平行／反平行に伴う素子の抵抗変化に寄与し、他の大部分の電子は反射されるか散乱されるため、大きな磁気抵抗変化が得られない。これに対し、非特許文献１のＢＭＲ素子のように、電子がバリスティックな伝導をする微小接点が存在する場合には、数百％にも及ぶ磁気抵抗変化が得られることになる。なお、非特許文献１に記載された技術では、ＢＭＲ素子の作製に当たって、電子がバリスティックな伝導をする微小接点を得るために、Ｎｉのメッキ液中でＮｉを電気化学的に成長させ、微小接点が形成された時点で成長を止める方法（いわゆる電着法）が用いられている。

また、非特許文献１以外の微小接点を形成する方法として、細いＮｉ線を引き延ばして微小接点を形成する方法（例えば、非特許文献２）によっても高い磁気抵抗変化が得られることが知られている。

また、特許文献１には、バリスティックな伝導を可能にする１００ｎｍ以下の幅及び厚みを有する伝導体（炭素チューブ又はＳｉ細線）が２つの磁性体間に配置されたＢＭＲ素子が開示されている。このＢＭＲ素子では、上記２つの磁性体の磁化相対角の変化により、素子の抵抗が変化する。

N.Garcia et al.: Appl. Phys. Lett., 79, 4550 (2001) N.Garcia et al.: Phys. Rev. Lett., 82, 2923 (1999) 特開２００３−８１０５号公報

しかしながら、非特許文献１及び２に記載のＢＭＲ素子は、いずれも微小接点を１つしか有していない。そのため、微小接点に大きな電流が流れやすく、その結果、微小接点周辺に多量のジュール熱が発生して素子が破壊されてしまうおそれがある。

また、非特許文献１及び２に記載のＢＭＲ素子は、いわゆる電着法や引き延ばし法で製造されるものであるため、ＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドに代表される現行の再生用ＭＲヘッドと同じ薄膜形成プロセスを利用した方法、すなわち、基板上に薄層を順次積層する方法で製造することが不可能であって、量産性に難がある。

また、特許文献１に記載の磁気抵抗素子では、２つの磁性体の間に非磁性の伝導体が介在しており、磁性体同士が直接接していないために、大きな磁気抵抗効果を得ることが難しい。具体的には、磁性体間の距離が大きくなるために、伝導体の微細な凹凸形状や、結晶欠陥によって電子が減衰してしまい、バリスティックな伝導を十分に伝えることが困難である。加えて、磁性体同士が接触していないために２つの磁性体間に磁壁が形成されることが無く、電子が磁壁を通過する際に生じる大きな磁気抵抗を得ることができない。したがって、２つの磁性体の相対角度が変わった場合に得られる磁気抵抗効果が小さくなってしまう。なお、特許文献１の図８（ｄ）及び（ｅ）には、磁性体同士が直接接触している様子が描かれているが、これを実現するための具体的な製法についての記載は一切されていない。

さらには、特許文献１に記載の磁気抵抗素子は、非特許文献１及び２と同様に、ＧＭＲヘッドやＴＭＲヘッドに代表される現行の再生用ＭＲヘッドと同じ薄膜形成プロセスを利用した方法、すなわち、基板上に薄層を順次積層する方法で製造することが困難である。なお、特許文献１の図８には積層体でのバリスティックな伝導を用いた磁気抵抗効果素子の構成が示されているが、これを実現するための具体的な製法についての記載は一切されていない。

本発明の目的は、大きな磁気抵抗効果を得ることが可能で、微小接点周辺に発生するジュール熱によって破壊されにくく、かつ、量産に適した構造を有する磁気抵抗効果素子を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の磁気抵抗効果素子は、第１電極層及び第１磁性層を含む第１積層体と、第２電極層及び第２磁性層を含む第２積層体とを備えている。そして、前記第１磁性層及び前記第２磁性層のそれぞれの表面に複数の凸部が形成されており、前記第１磁性層の前記凸部と前記第２磁性層の前記凸部とが複数の微小接点において互いに接触することによって前記複数の微小接点を通過する互いに並列な複数の微小電流路が形成されるように、前記第１積層体と前記第２積層体とが対向配置されている。さらに、前記第１積層体が、前記第１電極層を挟んで前記第１磁性層と対向しておりかつ複数の凸部が表面に形成された基板をさらに含んでいる。

上記構成によると、第１磁性層とこれと微小接点において直接接触した第２磁性層とに跨るように微小電流路が形成されているために、微小接点近傍に磁壁を形成することができる。したがって、磁壁の有無によって大きな磁気抵抗効果を得ることができる。また、複数の微小電流路が互いに並列に形成されていることによって、２つの電極層の間を流れる電流が複数の微小電流路に分流するために、微小電流路が一つだけの場合に比べて素子抵抗を小さくすることができる。したがって、微小電流路に流れるジュール熱で素子が破壊されるのを抑止することができる。さらに、２つの磁性層と２つの電極層とが積層された構造を有しているために、従来のＭＲ素子（ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子）の製造に用いられる薄膜形成プロセス、すなわち、基板上に薄層を順次積層する方法を用いて磁気抵抗効果素子を量産することが可能になる。
しかも、第１磁性層及び第２磁性層のそれぞれの表面に複数の凸部が形成されており、第１磁性層の凸部と第２磁性層の凸部とが複数の微小接点において互いに接触することによって複数の微小接点が形成されている。これにより、微小電流路を容易に形成することができる。

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記第１電極層と前記第１磁性層との間に、複数の島状粒が均一に分散配置されていてよい。あるいは、本発明の磁気抵抗効果素子の参考例においては、前記第１積層体が、前記第１電極層と前記第１磁性層との間に形成されておりかつ前記第１電極層よりも表面粗度が大きい高表面粗度膜をさらに含んでいてもよい。上記構成により、第１磁性層の表面に容易に複数の凸部を形成することが可能となる。なお、前記高表面粗度膜が、Ａｌ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＰｂからなる群より選択された一又は複数の低融点金属材料を含んでいることが好ましい。

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記基板の表面に形成された前記凸部が、前記基板の表面上において均一に分散した複数の島状粒からなっていてよい。これによると、第１磁性層の表面に容易に複数の凸部を形成することが可能となる。

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記第１積層体が、前記基板と前記第１電極層との間に形成された第１シード層をさらに備えていることが好ましい。上記構成により、基板と第１電極層との密着性を高めることができる。また、シード層上に形成される各層の結晶粒径や結晶構造、表面粗度を制御することができる。

本発明の磁気抵抗効果素子においては、前記微小接点の周囲が絶縁体で覆われていることが好ましい。これによると、微小接点が大気に触れることによって生じる微小接点付近の酸化や窒化による劣化を防止することができる。また、放熱性が高まるために耐久性が向上する。この場合、前記絶縁体が、金属酸化物又は金属窒化物であってよい。

本発明の参考例として、磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板上に第１電極層を形成する工程と、前記第１電極層上に、複数の凸部を表面に有する第１磁性層を形成する工程と、第２電極層上に、複数の凸部を表面に有する第２磁性層を形成する工程と、前記第２電極層と前記第２磁性層とを含む積層体を前記第１磁性層上に配置して前記第１磁性層の前記凸部と前記第２磁性層の前記凸部とを複数の微小接点において互いに接触させることによって、前記複数の微小接点を通過する互いに並列な複数の微小電流路を形成する工程とを備えてよい。

この構成によると、第１磁性層とこれと微小接点において直接接触した第２磁性層とに跨るように微小電流路が形成されるために、大きな磁気抵抗効果を得ることができる。また、互いに並列な複数の微小電流路が形成されるので、２つの電極層の間を流れる電流が複数の微小電流路に分流する。したがって、微小電流路が一つだけの場合に比べて素子抵抗を小さくすることができ、微小電流路に流れるジュール熱で素子が破壊されるのを抑止することができる。さらに、従来のＭＲ素子（ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子）を製造するときと同様に基板上に薄層を順次積層するので、量産が可能となる。

この場合、前記微小電流路を形成する工程において、前記第１電極層と前記第２電極層との間を流れる電流値が最適となるように調整しつつ前記第１磁性層と前記第２磁性層とを互いに接近する方向に押圧することが好ましい。これによって、第１磁性層と第２磁性層との間に確実に微小接点を形成することができるため、良品率を高くすることができる。

別の観点において、本発明の参考例として、磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板上に第１電極層を形成する工程と、前記第１電極層上に、複数の凸部を表面に有する第１磁性層を形成する工程と、複数の微小接点において前記第１磁性層の前記凸部と互いに接触する複数の凸部を表面に有する第２磁性層を前記第１磁性層上に形成することによって、前記複数の微小接点を通過する互いに並列な複数の微小電流路を形成する工程と、前記第２磁性層上に第２電極層を形成する工程とを備えてよい。

この構成によると、第１磁性層とこれと微小接点において直接接触した第２磁性層とに跨るように微小電流路が形成されるために、大きな磁気抵抗効果を得ることができる。また、互いに並列な複数の微小電流路が形成されるので、２つの電極層の間を流れる電流が複数の微小電流路に分流する。したがって、微小電流路が一つだけの場合に比べて素子抵抗を小さくすることができ、微小電流路に流れるジュール熱で素子が破壊されるのを抑止することができる。さらに、従来のＭＲ素子を製造するときと同様に基板上に薄層を順次積層するので、量産が可能となる。加えて、積層体を第１磁性層上に配置する必要がなく一連の層形成工程だけで製造可能であるために、容易かつ短時間での製造が可能となる。

本発明の参考例として、磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記第１磁性層を形成する工程において、層面法線方向に突出した複数の前記凸部を表面に有するように前記第１磁性層を形成するものであってよい。これによると、微小接点を容易に形成することができる。

この場合、前記第１磁性層の前記凸部を被覆する絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の一部を除去して、前記第１磁性層の前記凸部を部分的に前記絶縁層から露出させる工程とをさらに備えていてよい。これによると、ナノオーダーの微小接点を極めて簡易に形成することができると共に、微小電流路が絶縁層によって覆われた構造を容易に形成することができる。

前記絶縁層をエッチング又は逆スパッタによって除去すると、真空チャンバ内で微小接点を形成することができるので、製造過程における微小接点の劣化を抑えることができる。

あるいは、この場合、前記第１磁性層を被覆する絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の一部を除去して、前記第１磁性層を部分的に前記絶縁層から露出させる工程とをさらに備えていてよい。これによると、ナノオーダーの微小接点を極めて簡易に形成することができると共に、微小電流路が絶縁層によって覆われた構造を容易に形成することができる。

前記絶縁層を微小探針によって除去すると、微小接点を簡易に形成することができる。

さらに別の観点において、本発明の参考例として、磁気抵抗効果素子の製造方法は、基板上に第１電極層を形成する工程と、前記第１電極層上に、層面法線方向に突出した複数の凸部を表面に有する第１磁性層を形成する工程と、第２電極層上に、複数の凸部を表面に有する第２磁性層を形成する工程と、前記第１磁性層及び第２磁性層の少なくともいずれか一方を被覆する絶縁層を形成する工程と、前記第２電極層と前記第２磁性層とを含む積層体を前記第１磁性層上に配置して前記絶縁層の物理的な破壊に伴って前記第１磁性層の前記凸部と前記第２磁性層の前記凸部とを複数の微小接点において互いに接触させることによって、前記複数の微小接点を通過する互いに並列な複数の微小電流路を形成する工程とを備えてよい。

この構成によると、第１磁性層とこれと微小接点において直接接触した第２磁性層とに跨るように微小電流路が形成されるために、大きな磁気抵抗効果を得ることができる。また、互いに並列な複数の微小電流路が形成されるので、２つの電極層の間を流れる電流が複数の微小電流路に分流する。したがって、微小電流路が一つだけの場合に比べて素子抵抗を小さくすることができ、微小電流路に流れるジュール熱で素子が破壊されるのを抑止することができる。さらに、従来のＭＲ素子（ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子）を製造するときと同様に基板上に薄層を順次積層するので、量産が可能となる。さらに、ナノオーダーの微小接点を極めて簡易に形成することができると共に、微小電流路が絶縁層によって覆われた構造を容易に形成することができる。しかも、絶縁層の一部を除去する工程が不要であるために、簡易に製造することが可能である。

本発明の参考例として、磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記基板上に、少なくとも前記基板よりも表面粗度が大きい高表面粗度膜を形成する工程と、前記基板の一部及び前記高表面粗度膜をエッチングによって除去し、主面法線方向に突出した凸部を前記基板の表面に形成する工程とをさらに備えていてよい。これによると、基板の表面に凸部を容易に形成することができる。

本発明の参考例として、磁気抵抗効果素子の製造方法は、前記第１磁性層の下地層として、前記第１電極層の表面よりも表面粗度が大きい高表面粗度膜を形成する工程をさらに備えていてよい。これによると、第１磁性層に容易に凸部を形成することができる。

この場合、前記高表面粗度膜の下地層に対して、前記下地層の濡れ性を低下させる前処理を施す工程をさらに備えており、前記高表面粗度膜を形成する工程において、Ａｌ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＰｂからなる群より選択された一又は複数の低融点金属材料からなる前記高表面粗度膜を形成することが好ましい。これによると、高表面粗度膜の下地層の表面エネルギーが高くなる。そのため、続いて形成される低融点金属材料からなる高表面粗度膜の表面が基板主面法線方向にアスペクト比の高い凹凸形状となり、微小接点を形成しやすくなる。

あるいは、この場合、前記高表面粗度膜の下地層上に表面の濡れ性を前記下地層よりも低下させる膜を形成する工程をさらに備えており、前記高表面粗度膜を形成する工程において、Ａｌ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＰｂからなる群より選択された一又は複数の低融点金属材料からなる前記高表面粗度膜を形成することが好ましい。これによると、高表面粗度膜の下地層の表面エネルギーが高くなる。そのため、続いて形成される低融点金属材料からなる高表面粗度膜の表面が基板主面法線方向にアスペクト比の高い凹凸形状となり、微小接点を形成しやすくなる。さらに、高表面粗度膜の下地層を大気暴露する必要がないために、容易かつ短時間での製造が可能となる。

前記低融点金属材料は、９９．９％以上の純度を有していることが好ましい。これによると、低融点金属材料が凝集しやすくなり、高表面粗度膜の表面がよりアスペクト比の高い凹凸形状となる。なお、さらに低融点金属材料を凝集させるために、前記低融点金属材料は、９９．９９％以上の純度を有していることが好ましく、９９．９９９％以上の純度を有していることがより好ましい。

＜第１実施形態＞
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子を示す模式断面図である。図１において、２つの積層体１、２を互いに接合するための樹脂接着剤の図示を省略している（後述する第２〜第７実施形態においても同様）。

図１に示すＢＭＲ素子１０は、積層体１と積層体２とが対向配置されたものである。積層体１において、基板１ａの上面には、シード層１ｂ、電極層１ｃ、高表面粗度膜１ｄ、磁性層１ｅが、この順に形成されている。積層体２において、基板２ａの下面には、シード層２ｂ、電極層２ｃ、高表面粗度膜２ｄ、磁性層２ｅが、この順に形成されている。積層体１と積層体２とは、磁性層１ｅと磁性層２ｅとの接触位置（多数の微小接点３）の平均位置を中心に対称配置されている。電極層１ｃ及び電極層２ｃには、両者間に電圧を印加するための電源４が配線を介して接続されている。

基板１ａ、２ａとしては、表面粗度の小さなものが望ましい。具体的には、Ｓｉ基板や表面を熱酸化処理したＳｉ基板、Ａｌ₂Ｏ₃（アルミナ）基板、ＭｇＯ基板などを基板１ａ、２ａとして用いることができる。また、基板１ａ、２ａは、その上に形成される各層の応力で変形しないように、０．３ｍｍ以上の厚さを有している。

シード層１ｂ、２ｂは、基板１ａ、２ａと電極層１ｃ、２ｃとの密着性を高める目的、又は、シード層１ｂ、２ｂ上に形成される種々の層の結晶粒径や結晶構造、表面粗度を制御するために形成されるものであって、例えば、Ｔａ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｆｅ及びＣｏを一又は複数含む金属材料を用いることができる。

電極層１ｃ、２ｃは、ＢＭＲ素子１０の外部から電圧を印加することで、電流（電子）をＢＭＲ素子１０の積層方向に流すために用いられる。電極層１ｃ、２ｃを構成する材料としては、電気抵抗の低い材料、例えば、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕやこれらの元素を含む金属材料が適している。

高表面粗度膜１ｄ、２ｄは、これらの下地層となる電極層１ｃ、２ｃの表面よりも表面粗度が大きい膜であり、電極層１ｃ、２ｃの表面よりも磁性層１ｅ、２ｅに対する濡れ性の悪い（表面張力が大きい）材料からなる。高表面粗度膜１ｄ、２ｄを構成する材料としては、高純度かつ低融点の金属を用いることが望ましい。具体的には、高表面粗度膜１ｄ、２ｄは、純度９９．９９９％以上のＡｌ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂに代表される低融点の金属が、不純物の少ない雰囲気中で電極層１ｃ、２ｃ上に成膜されたものである。

電極層１ｃ、２ｃの表面に対しては、高表面粗度膜１ｄ、２ｄに対する濡れ性を低下させる前処理が施されている。これによって、高表面粗度膜１ｄ、２ｄがより表面粗度の大きな層となっている。ここで言う前処理とは、例えば、（１）電極層１ｃ、２ｃが形成された基板１ａ、２ａを大気暴露する、（２）酸素雰囲気又は窒素雰囲気に曝す、（３）酸素雰囲気又は窒素雰囲気中で生成したプラズマに曝す、のいずれかの処理のことである。これらの前処理のうち一つ又は複数の処理を組合せて行い、電極層１ｃ、２ｃの表面に、酸素、窒素又は水分を吸着させるか、電極層１ｃ、２ｃの極表層部を酸化物又は窒化物にすることによって、表面粗度の大きな電極層１ｃ、２ｃを実現できる。このような表面の前処理を行った表面エネルギーの高い電極層１ｃ、２ｃ上に高表面粗度膜１ｄ、２ｄとして、低融点金属（Ａｌ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ等）が形成されているので、基板主面法線方向にアスペクト比の高い凹凸形状となった表面を有し、電極層１ｃ、２ｃの表面よりも大きな表面粗度の高表面粗度膜１ｄ、２ｄが形成されている。

高表面粗度膜１ｄ、２ｄは、電極層１ｃ、２ｃ表面上において連続した層である必要はない。すなわち、電極層１ｃ、２ｃ表面上において島状に成長し、島同士が部分的に、又は完全に接触していない状態であっても構わない。また、高表面粗度膜１ｄ、２ｄの表面粗度は、算術平均粗さＲａが１．０ｎｍ以上であることが特に望ましい。以下の説明中でも同様である。

磁性層１ｅ、２ｅの表面には、高表面粗度膜１ｄ、２ｄの表面の凹凸形状を反映して、多数の凸部が形成されている。そして、磁性層１ｅ、２ｅの互いの凸部同士が、多数の微小接点３において接触している。この微小接点３は、電子がバリスティックな伝導をする微小電流路の一部となっている。つまり、ＢＭＲ素子１０には、互いに並列な多数の微小電流路が形成されている。図１は、ＢＭＲ素子１０を模式的に示したものであって、実際のＢＭＲ素子１０において図示されているような微小接点３が形成されているわけではない。すなわち、磁性層１ｅ、２ｅの互いの凸部同士が接触して微小接点３を形成している箇所と、磁性層１ｅ、２ｅの互いの凸部同士が接触していない箇所とが存在していても構わない。

磁性層１ｅ、２ｅは、微小接点３を挟んで平行又は反平行な磁化状態を作り、微小接点３を通過する電子に対する抵抗を制御するための層であり、例えば、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＮｉ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＰｔ，ＣｏＦｅＰｔ等の金属、又はスピン偏極率の大きな材料であるハーフメタル材料等を用いて形成することができる。

なお、磁性層１ｅ、２ｅは、微小接点３付近だけが局所的に磁性体化したものであってもよい。つまり、磁性層１ｅ、２ｅは、必ずしもバルクや薄層の状態において磁性体でなくても構わない。

磁性層１ｅが磁化反転する際の磁界の大きさは、磁性層２ｅが磁化反転する際の磁界の大きさと相違している。つまり、磁性層１ｅは、磁性層２ｅとは異なる保磁力を有している。このような構成は、（１）磁性層１ｅと磁性層２ｅとを保磁力の異なる材料で形成する、（２）磁性層１ｅの膜厚や面積を磁性層２ｅとは異なるものとする、（３）磁性層１ｅ及び磁性層２ｅのいずれか一方の磁性層に接して、又は、非磁性体を挟んで、磁性層に一方向異方性を与える層（例えば反強磁性体層や、反強磁性体と強磁性体とが積層された層）を形成する、のいずれかによって実現されている。このように、磁性層１ｅと磁性層２ｅとは、磁化反転するときの磁界の大きさが異なる状態、すなわち、「見かけ上の保磁力が異なる状態」になっている。

上記の磁性層１ｅと磁性層２ｅのうち、見かけ上の保磁力が小さい方を磁化自由層とし、これを磁化反転させることによって磁気抵抗効果を得るが、上記磁化反転は、磁化自由層の保磁力よりも大きな外部磁界を印加し、この外部磁界の印加方向を反転させることによって実現できる。または、高い電流密度を有する電流を素子に瞬間的または連続的に加えることで、外部磁界無しで磁化反転を行う、いわゆる電流注入磁化反転によって実現するものであっても良い。

微小接点３においてバリスティックな電子伝導を生じさせるために、磁性層１ｅ、２ｅ中の不純物は、できるだけ少ないことが望ましい。このために、磁性層１ｅ、２ｅの材料として純度が９９．９９９％以上の材料が選択されており、かつ、磁性層１ｅ、２ｅは不純物の少ない雰囲気中で形成されている。

次に、図１に示すＢＭＲ素子１０の製造方法について説明する。図２は、ＢＭＲ素子１０の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、以下の文中に示す膜厚は、基板上に各材料の層を１００ｎｍ程度の厚さで形成し、触針式段差計を用いてその厚さを測定し、測定された厚さと成膜時間とから算出した成膜レートを基に算出されたものである。また、以下に示すマグネトロンスパッタリング装置は、Ｃｕ，Ａｌ，ＮｉＦｅ、ＮｉＣｒＦｅをターゲットとして有する成層チャンバを備えたものであり、各層は、いずれもＡｒガス雰囲気中でＤＣスパッタリングによって形成する。Ａｌターゲットには純度９９．９９９％のものを用いる。

まず、基板１ａとして表面を熱酸化処理したＳｉ基板を用い、上述のスパッタリング装置内で１×１０^-6Ｐａまで真空引きした後、Ａｒガスを導入し、１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＮｉＣｒＦｅターゲットに給電し、ＮｉＣｒＦｅからなるシード層１ｂを５ｎｍの厚さで基板１ａ上に形成する（図２（ａ））。

続いて、Ｃｕターゲットに給電し、Ｃｕからなる電極層１ｃを１００ｎｍの厚さでシード層１ｂ上に形成する。電極層１ｃは、算術平均粗さＲａが０．３ｎｍの比較的平坦な表面を有している（図２（ｂ））。

次に、高表面粗度膜１ｄを形成する前に、上述した３つの前処理（１）〜（３）の１つとして基板１ａを一旦大気暴露することで、電極層１ｃ上に、水分、酸素、窒素からなる不純物を付着させた後、再度スパッタリング装置に入れて１×１０^-6Ｐａまで真空引きし、Ａｒガスを導入して１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＡｌターゲットに給電し、Ａｌからなる高表面粗度膜１ｄを厚さ５ｎｍで電極層１ｃ上に形成する。このとき、高表面粗度膜１ｄの表面は平均粒径が３０ｎｍ、算術平均粗さＲａが１．１ｎｍの凹凸形状をしており、電極層１ｃの表面粗度よりも大きな表面粗度を有している（図２（ｃ））。図３には、高表面粗度膜１ｄの表面をＡＦＭ（Atomic Force Microscope：原子間力顕微鏡）で観察した結果を示す。本実施形態では、低融点金属材料であるＡｌの純度を９９．９９９％以上としているので、Ａｌが凝集しやすくなり、高表面粗度膜１ｄの表面に非常に高いアスペクト比の凹凸形状が形成される。

続いて、ＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層１ｅを厚さ５ｎｍとなるように形成する。このとき、磁性層１ｅの表面は、高表面粗度膜１ｄの表面形状を反映し、同じく、平均粒径が３０ｎｍ、算術平均粗さＲａが１．１ｎｍの凹凸形状を有している。このように、磁性層１ｅの下地層として高表面粗度膜１ｄを形成することによって、磁性層１ｅの表面に凹凸形状を容易に形成することが可能となっている。ここまでの工程によって、積層体１が完成する（図２（ｄ））。以上と同様の工程を行うことで、積層体２（ただし、磁性層２ｅの厚さを３ｎｍとしている）を完成させる。

次に、図４に示す接合装置２０を用いて、磁性層１ｅと磁性層２ｅとの表面同士を対向させた状態で積層体１と積層体２とを接触させる（図２（ｅ））。接合装置２０は、積層体１、２を保持するための保持部材２１、２２と、保持部材２１、２２がそれぞれ取り付けられる下板２３及び上板２４と、下板２３と上板２４との間の距離を変化させることができる摺動部２５、２６とを有している。摺動部２５、２６は、それぞれ、挿入部２５ａ及び挿入部２５ａが挿入される筒状の被挿入部２５ｂ、挿入部２６ａ及び挿入部２６ａが挿入される筒状の被挿入部２６ｂからなり、下板２３と上板２４とを平行に保持したまま摺動自在なものである。

ここで、具体的に、積層体１と積層体２とを接触させる方法について述べる。まず、保持部材２１に積層体１を、保持部材２２に積層体２をそれぞれ磁性層１ｅ、２ｅが対向するように取り付け、さらに保持部材２１を下板２３に、保持部材２２を上板２４にそれぞれ取り付ける。このとき、積層体１と積層体２とは、それぞれの層面のうち平坦な層面同士が平行になっている。したがって、積層体１と積層体２との平坦な層面同士を、平行な状態を保持したままで接近させることができる。次に、電極層１ｃ、２ｃ間を電気回路２７で接続する。この電気回路２７は、電極層１ｃ、２ｃ間に電圧を印加するための電圧源と、電気回路２７を流れた電流量を検出するための電流計とを有している。そして、電極層１ｃと電極層２ｃとの間に電圧を印加しながら、電流計で電流値を測定し、接合装置２０の摺動部２５、２６を動作させて、下板２３と上板２４とを接近させる。印加した電圧と、測定した電流値とから求められる素子抵抗（印加電圧値÷測定電流値）の値が、電子がバリスティックな伝導をする場合の抵抗値であるｈ／ｅ²オーダー（ｈ：プランク定数、ｅ：電気素量）、すなわち２．５８×１０⁴Ωオーダー以下となった時点（微小接点３が層面内に形成された時点）で、積層体１と積層体２とを接近させるのを止める。そして、さらに、電極層１ｃ及び電極層２ｃに、両者間に電圧を印加するための電源４を配線を介して接続する（図２（ｅ）に図示せず）。ここまでの工程によって、図１に示したようなＢＭＲ素子１０が完成する。

続いて、積層体１、２が接合装置２０に保持されている状態において、シード層１ｂ、２ｂ、電極層１ｃ、２ｃ、高表面粗度膜１ｄ、２ｄ及び磁性層１ｅ、２ｅの側面が完全に被覆されるように、基板１ａと基板２ａとの間に樹脂接着剤６を塗布する。樹脂接着剤としては、液体樹脂接着剤や、ＵＶ硬化樹脂接着剤を用いることができる。そして、樹脂接着剤６を硬化させることによって、積層体１と積層体２とを接合する（図２（ｆ））。樹脂接着剤６は、高表面粗度膜１ｄ、２ｄ及び磁性層１ｅ、２ｅの側面を完全に被覆しているものの、シード層１ｂ、２ｂ及び電極層１ｃ、２ｃの側面を被覆していなくてもよい。なお、積層体１及び積層体２を接合装置２０に取り付ける前や、積層体１及び積層体２を接合装置２０に取り付けた後であって両者を接近させる前に樹脂接着剤６を塗布してもよい。

このように、微小接点３の周囲が樹脂接着剤６に囲まれて固定されているので、大気中の酸素や窒素による微小接点３及びその周辺の変質を抑え、ＢＭＲ素子１０の耐久性を高めることができる。上述した樹脂接着剤６による積層体１、２の接合処理は、以下の各実施形態や各変形例や各参考例においても用いられることが好ましい。

このようにして製造されたＢＭＲ素子１０において、電極層１ｃと電極層２ｃとの間に電圧を印加してＢＭＲ素子１０に層厚方向の電流を流し、ＭＲ比を測定した結果、２０％のＭＲ比が得られた。このＭＲ比は、再生用磁気ヘッドとして用いるためには十分かつ実用的な値である。

次に、ＢＭＲ素子１０の動作について説明する。ＢＭＲ素子１０においては、磁性層１ｅと磁性層２ｅとに保磁力の違いを生じさせている。これにより、２つの磁性層１ｅ及び磁性層２ｅのうち、保磁力の小さい磁性層は、保磁力の大きな磁性層が磁化反転する磁界よりも小さな磁界で磁化反転する。これによって、２つの磁性層１ｅ及び磁性層２ｅにおける磁化の反平行状態（磁壁が存在する状態）を実現でき、微小接点付近に電子の伝導を妨げる（電気抵抗を大きくする）磁壁が形成される。

ＢＭＲ素子１０の電極層１ｃと電極層２ｃとの間に電源４によって電圧を印加し、電極層１ｃから電極層２ｃに向かって層厚方向に電子を移動させると、電極層１ｃを出た電子は、高表面粗度膜１ｄ、磁性層１ｅを順に通って微小接点３に到達する。このとき、微小接点３は電子がバリスティックな伝導特性を示す程度、すなわち、１０ｎｍから３０ｎｍ程度の径を有しており、電子は微小接点３を通過して磁性層２ｅに流入する。磁性層２ｅに流入した電子は、高表面粗度膜２ｄを通過して電極層２ｃに達する。ここで、磁性層１ｅの磁化方向と磁性層２ｅの磁化方向とが互いに略平行な場合（磁壁が存在しない場合）、電子は容易に磁性層２ｅへと入ることができるが、磁性層１ｅの磁化方向と磁性層２ｅの磁化方向とが互いに略反平行である場合（磁壁が存在する場合）には、微小接点３近傍又は微小接点３内に生じる磁壁によって電子が抵抗を受け、容易に磁性層２ｅに流入することができなくなる。このように、ＢＭＲ素子１０は、磁性層１ｅ、２ｅの磁化方向が互いに略平行であるか、略反平行であるか、すなわち、微小接点３近傍又は微小接点３内に磁壁が有るか無いかによって、大きな素子抵抗変化を生じることになる。なお、伝動電子が電極層２ｃから電極層１ｃへ移動するように電圧を印加しても同様の現象を発生させることができる。このように層面に対して垂直に電流が流れるＢＭＲ素子を、ＣＰＰ(Current perpendicular to plane)型のＢＭＲ素子という。

ＢＭＲ素子１０は、層厚方向にバリスティックな電子伝導を生じる微小接点３を含みかつ互いに並列な複数の微小電流路が形成された構成となっている。このことにより、ＢＭＲ素子１０は、微小接点３が１個だけ形成されたＢＭＲ素子に比べて、微小接点３の個数分電流が流れやすく、素子抵抗が小さい。したがって、各微小接点３で発生するジュール熱を低く抑えることができ、ジュール熱によって素子が破壊されることがない。そのため、ＢＭＲ素子１０は、高密度な磁気記録情報を読み出すべく高周波動作が要求されるために多量のジュール熱を発生する磁気ヘッドとして用いるのに適している。

また、ＢＭＲ素子１０においては、電極層１ｃと電極層２ｃとの間を流れる電流が、多数の微小接点３に分散されるため、大きな電流に対する耐性が高い。つまり、微小接点３が１個だけ形成されたＢＭＲ素子よりも大きな電流を流すことができるために、ＢＭＲ素子１０によると微小接点３の個数分大きな信号出力が得られる。

さらに、磁性層１ｅと磁性層２ｅとが微小接点３において直接接する構成であるため、微小接点３近傍に磁壁を形成することが可能である。このため、磁壁の有無（微小接点３を挟む両側の磁化が互いに平行か反平行か）によって大きな磁気抵抗変化が得られる。

加えて、ＢＭＲ素子１０は、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子に代表される従来のＭＲ素子作製に用いられる薄層形成プロセス、すなわち、基板上に薄層を順次積層する方法を用いて形成できる。したがって、容易に量産可能であって、ハードディスクに代表される磁気記録媒体の記録情報を読み出す再生用磁気ヘッドとして好適なＢＭＲ素子を大量に供給することが可能となる。

さらに、積層体１上に積層体２を配置すると共に、接合装置２０を用いて２つの電極層１ｃ、２ｃ間の電流値を測定しながら素子抵抗値が最適となるように積層体１と積層体２との離隔距離を調整しているので、電子がバリスティックな伝動特性を示す微小電流路３を磁性層１ｅと磁性層２ｅとの間に確実に形成することができ、良品率を高くすることができる。

また、本実施形態によるＢＭＲ素子１０は、例えば反強磁性体を用いた磁化固定層を容易に積層形成することができる構造を有しているので、高いＭＲ比が得られるスピンバルブ型のＢＭＲ素子を実現することが可能であるという利点がある。

さらに、２つの電極層１ｃ、２ｃが形成されているので、容易な電極取り出しが可能である実用的なＢＭＲ素子１０となっている。

本実施形態のＢＭＲ素子１０の変形例の一つとして、図５に示すＢＭＲ素子３０が挙げられる。このＢＭＲ素子３０は、電極層３１ｃ、３２ｃが、シード層３１ｂ、３２ｂ上だけではなく、それぞれ、基板３１ａ及びシード層３１ｂの側面、基板３２ａ及びシード層３２ｂの側面をも被覆するように凹形状に形成されている点において、ＢＭＲ素子１０と異なる。ＢＭＲ素子３０の高表面粗度膜３１ｄ、３２ｄ、磁性層３１ｅ、３２ｅや微小接点３３、電源３４は、ＢＭＲ素子１０の高表面粗度膜１ｄ、２ｄ、磁性層１ｅ、２ｅや微小接点３、電源４とそれぞれ同構成であるので、説明を省略する。これにより、図６に示すように、電源３４と電極層３１ｃ、３２ｃとを接続するための配線の電気接点を、電極層３１ｃ、３２ｃの側面に設けることができる。したがって、図６に示すように、高表面粗度膜３１ｄ、３２ｄ及び磁性層３１ｅ、３２ｅの側面が被覆されるように電極層３１ｃ、３２ｃの対向面間を樹脂接着剤３６で埋め込むことが可能となり、積層体３１と積層体３２とを強固に接合することが可能となる。言い換えると、積層体１と積層体２とを強固に接合するために電極層３１ｃ、３２ｃの対向面間を樹脂接着剤３６で埋め込んだとしても、容易に電極層３１ｃ、３２ｃに電源３４との接続のための電気接点を設けることができる。

本実施形態のＢＭＲ素子１０の別の変形例として、磁性層１ｅ、２ｅの磁化を固定する磁化固定層（図示せず）をさらに設けたものが挙げられる。具体的には、高表面粗度膜１ｄと磁性層１ｅとの間、又は、高表面粗度膜２ｄと磁性層２ｅとの間に磁化固定層を形成する。この磁化固定層は、磁性層１ｅ又は磁性層２ｅと交換結合する反強磁性層であってもよく、非磁性層を介して磁性層１ｅ又は磁性層２ｅと反強磁性結合する強磁性層であってもよい。磁性層１ｅ又は磁性層２ｅと交換結合する反強磁性層としては、ＭｎＰｔやＭｎＩｒ等の反強磁性層を用いることが望ましい。磁性層１ｅ又は磁性層２ｅと非磁性層を介して反強磁性結合する強磁性層を形成する場合には、非磁性層としてＲｕやＴｉ、Ｔａを用い、強磁性層にＣｏやＦｅ、Ｎｉを含む層を用いることができる。

なお、上記反強磁性膜を強磁性膜と積層した状態で２００℃から３００℃程度の温度下で一方向に固定した磁界の中において磁界中アニールを行うことによって、反強磁性膜に隣接する強磁性膜に対して一方向異方性を付与することができる。これにより、磁性層１ｅ又は磁性層２ｅの磁化が一方向に固定される。

本実施形態のＢＭＲ素子１０において、高表面粗度膜１ｄ、２ｄに形成された凸部の高さや磁性層１ｅ、２ｅに形成された凸部の高さは、均一である必要はない。すなわち、磁性層１ｅ、２ｅに形成されたすべての凸部に微小接点３が形成されている必要はない。

さらに、上述したシード層１ｂとシード層２ｂ、電極層１ｃと電極層２ｃ、高表面粗度膜１ｄと高表面粗度膜２ｄ、磁性層１ｅと磁性層２ｅは、それぞれ異なる材料からなるものであってもよいし、それぞれ異なる厚さを有していてもよい。また、シード層１ｂ、２ｂは、基板１ａ、２ａと電極層１ｃ、２ｃとの密着性が高い場合や、基板１ａ、２ａ上に電極層１ｃ、２ｃを直接形成しても電極層１ｃ、２ｃの表面が比較的平滑となる場合には、形成しなくてもよい。加えて、高表面粗度膜１ｄと高表面粗度膜２ｄとは、必ずしも両方が形成される必要はなく、いずれか一方のみを形成しても構わない。

積層体１と積層体２との接合方法は、電子がバリスティックに伝導する微小接点３が形成されるように磁性層１ｅと磁性層２ｅとが直接接触する方法であればよく、上記の接合方法以外の方法であっても構わない。例えば、磁性層１ｅと磁性層２ｅとの表面同士が対向するように積層体１上に積層体２を乗せた後、接合面に接着剤を塗布して固定するような簡易な方法であってもよい。

また、上記の接合方法では、接合装置２０を用いて、保持部材２１、２２に積層体１、２をそれぞれ取り付けているが、保持部材２１、２２を用いずに、積層体１、２を上板２４及び下板２３に直接固定する方法を用いても構わない。

上述した本実施形態のＢＭＲ素子１０及びその製造方法の変形例は、以下の各実施形態や各変形例や各参考例においても適宜応用することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図７は、本実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、第１実施形態と同様の部分については、説明を省略することがある。

図７に示すＢＭＲ素子４０は、凸部が形成された２つの磁性層の互いの対向面にさらに絶縁層が形成されている点で、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と異なる。ＢＭＲ素子４０においては、基板４１ａ上に、シード層４１ｂ、電極層４１ｃ、高表面粗度膜４１ｄ、磁性層４１ｅ及び絶縁層４１ｆが順次積層された積層体４１と、基板４２ａ上に、シード層４２ｂ、電極層４２ｃ、高表面粗度膜４２ｄ、磁性層４２ｅ及び絶縁層４２ｆが順次積層された積層体４２とが対向配置されている。電極層４１ｃと電極層４２ｃとの間には、これらの間に電圧を印加するための電源４４が配線を介して接続されている。

絶縁層４１ｆ、４２ｆは、それぞれ、磁性層４１ｅ、４２ｅの凸部が形成された互いの対向面を被覆している。磁性層４１ｅ及び磁性層４２ｅは、凸部の先端近傍に対応して絶縁層４１ｆ及び絶縁層４２ｆに部分的に形成された破壊領域に対応した多数の微小接点４３において、互いに直接接触している。微小接点４３は、電子がバリスティックな伝導をする微小電流路の一部となっている。微小電流路は、磁性層４１ｅと磁性層４２ｅとに跨って、互いに並列となるように多数形成されている。絶縁層４１ｆ及び絶縁層４２ｆは、図４に示した接合装置２０を用いて積層体４１と積層体４２とを対向させて接合する際に、電子がバリスティックな伝導を行うことができる１０ｎｍから３０ｎｍの径を超えるサイズの微小接点が形成されないようにすると共に、大気暴露による酸化のために磁性層４１ｅ及び磁性層４２ｅが変質するのを防止するための層である。さらに、絶縁層４１ｆ、４２ｆを形成する際にその厚さを調整することで、微小接点４３の断面積を制御することができるので、微小接点４３を確実に形成することができる。

絶縁層４１ｆ、４２ｆには、例えば、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＭｇＯ等の酸化物や窒化物、ＵＶ効果樹脂や接着剤などのプラスチックを用いることができる。絶縁層４１ｆ、４２ｆは、微小接点４３を流れるべき電流が絶縁層４１ｆ、４２ｆを通ってリークしてしまうことを抑制するため、微小接点４３の抵抗値よりも大きな抵抗値を有する材料からなる必要がある。したがって、絶縁性の高いＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯに代表される金属酸化物材料や、ＳｉＮやＡｌＮに代表される金属窒化物材料を用いることが特に望ましい。なお、絶縁層４１ｆと絶縁層４２ｆは互いに異なる材料で形成されていてもよいし、互いに異なる厚さであってもよい。

次に、ＢＭＲ素子４０の製造方法について説明する。図８は、ＢＭＲ素子４０の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、ＢＭＲ素子４０の製造方法は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０の製造工程と磁性層４１ｅを形成する工程（図２（ａ）〜（ｄ））までは同様であるので、そこまでの説明を省略する。

図２（ｄ）に示す積層体の状態において、ＡｒとＮ₂の混合ガス雰囲気中でＡｌターゲットに１ｋＷの電力を給電し、ＲＦスパッタリングによって厚さ５ｎｍの磁性層４１ｅの表面に厚さ５ｎｍの絶縁層４１ｆを積層し、積層体４１を形成する。ここで、チャンバ内にＮ₂ガスを導入したことによって反応性スパッタリングとなり、Ａｌが窒化され、絶縁層４１ｆは絶縁性を示すＡｌＮ層となっている（図８（ａ））。

次に、積層体４１の製造工程と同様の工程で、積層体４２を形成する（図８（ｂ））。なお、積層体４２は、厚さ３ｎｍの磁性層４２ｅの表面に厚さ５ｎｍのＡｌＮからなる絶縁層４２ｆが積層されている点において、積層体４１と異なる。

続いて、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様の接合方法（図２（ｅ）の説明参照）によって、積層体４１と積層体４２とを接合させる。このとき、本実施形態では、磁性層４１ｅ、４２ｅの表面に、絶縁層４１ｆ、４２ｆがそれぞれ形成されているため、２つの磁性層４１ｅ、４２ｅ同士を接触させようとしても、２つの磁性層４１ｅ、４２ｅ同士を接触させることができない。したがって、電極層４１ｃと電極層４２ｃとの間に電圧を印加したとしても、これらの間には、ほとんど電流が流れない。しかしながら、さらに積層体４１と積層体４２とを近づけると、絶縁層４１ｆと絶縁層４２ｆとが押し付けられて磁性層４１ｅ、４２ｅの凸部に対応する個所が物理的に破壊される。その結果、絶縁層４１ｆ及び絶縁層４２ｆに被覆されていた磁性層４１ｅと磁性層４２ｅとが多数の微小接点４３において互いに接触する。これらの工程により、多数の微小接点４３を有するＢＭＲ素子４０を形成することができる（図８（ｃ））。

このようにして作製したＢＭＲ素子４０について、電極層４１ｃと電極層４２ｃとの間に電圧を印加してＢＭＲ素子４０に層厚方向の電流を流し、ＭＲ比を測定した結果、２２％のＭＲ比が得られた。このＭＲ比は、再生用磁気ヘッドとして用いるためには十分かつ実用的な値である。

ＢＭＲ素子４０の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態のＢＭＲ素子４０によると、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様の効果を得ることができる。それに加えて、絶縁層４１ｆ、４２ｆが存在することにより、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０に比べ、接合時の積層体１と積層体２との接近に伴う測定電流値の増加が緩やかになり、電子がバリスティックな伝導をする場合の抵抗値であるｈ／ｅ²オーダー、すなわち１０⁴Ωオーダー以下となった時点（微小接点４３が形成された時点）で積層体４１、４２同士の接近を止めることが容易である。したがって、ＢＭＲ素子４０は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０に比べ、容易に作製できる。さらに、絶縁層４１ｆ、４２ｆを物理的に破壊しているので、絶縁層４１ｆ、４２ｆをエッチングなどの工程において除去する必要がない。したがって、比較的簡易に製造することができる。

また、絶縁層４１ｆ、４２ｆによって微小接点４３が取り囲まれているので、大気中の酸素や窒素等による酸化や窒化を抑止でき、また、微小接点４３での放熱性が高まるために、ＢＭＲ素子４０の素子抵抗値の不可逆変化に代表される特性劣化が第１実施形態のＢＭＲ素子１０よりも生じにくい。また、接着剤による接合後のＢＭＲ素子４０に外部から振動を与えた場合の経年劣化も生じにくくなる。このように、ＢＭＲ素子４０は、耐久性に優れている。かかる効果は、絶縁層４１ｆ、４２ｆが金属酸化物又は金属窒化物からなることで、より一層顕著なものとなる。

なお、本実施形態のＢＭＲ素子４０では、２つの磁性層４１ｅ、４２ｅを共に絶縁層４１ｆ、４２ｆで被覆したが、２つの磁性層４１ｅ、４２ｅのいずれか一方だけを絶縁層で被覆するようにしてもよい。

また、本実施形態のＢＭＲ素子４０では、絶縁層４１ｆ、４２ｆをスパッタリングによって形成したが、例えば液体樹脂や、ＵＶ硬化樹脂、樹脂接着剤によって絶縁層４１ｆ、４２ｆを形成してもよい。樹脂接着剤によって絶縁層４１ｆ、４２ｆを形成すれば、接合時に周囲から接着剤を塗布する必要が無くなり、工程が簡略化できるとともに、素子製造の再現性が高まる。あるいは、絶縁層４１ｆ、４２ｆをスパッタリングによって形成しておき、絶縁層４１ｆ、４２ｆの各表面上に、液体樹脂やＵＶ硬化樹脂、樹脂接着剤を塗布してＢＭＲ素子を形成しても構わない。

なお、上述の第２実施形態のＢＭＲ素子４０の変形例は、各実施形態や各変形例や各参考例においても適宜応用することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図９は、本実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、第１及び第２実施形態と同様の部分については、説明を省略することがある。

図９に示すＢＭＲ素子５０は、電極層と高表面粗度膜との間にさらに表面改質層が形成されている点で、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と異なる。ＢＭＲ素子５０においては、基板５１ａ上に、シード層５１ｂ、電極層５１ｃ、表面改質層５１ｇ、高表面粗度膜５１ｄ及び磁性層５１ｅが順次積層された積層体５１と、基板５２ａ上に、シード層５２ｂ、電極層５２ｃ、表面改質層５２ｇ、高表面粗度膜５２ｄ及び磁性層５２ｅが順次積層された積層体５２とが対向配置されている。電極層５１ｃと電極層５２ｃとの間には、これらの間に電圧を印加するための電源５４が配線を介して接続されている。

表面改質層５１ｇ、５２ｇは、電極層５１ｃ、５２ｃの表面よりも高表面粗度膜５１ｄ、５２ｄに対する濡れ性を低下させる（表面エネルギーを大きくし、後から形成される高表面粗度膜５１ｄ、５２ｄの表面張力を大きくする）ために形成するものである。具体的には、金属酸化物や金属窒化物を表面改質層５１ｇ、５２ｇとして用いることができる。ただし、金属酸化物や金属窒化物からなる表面改質層５１ｇ、５２ｇが素子抵抗を大きくしてしまうことを防ぐために、表面改質層５１ｇ、５２ｇは５ｎｍ以下程度の厚さとすることが望ましい。また、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）に代表される導電性酸化物やＴｉＮ（窒化チタン）に代表される導電性窒化物を、表面改質層５１ｇ、５２ｇの材料として用いてもよい。

次に、ＢＭＲ素子５０の製造方法について説明する。図１０は、ＢＭＲ素子５０の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、ＢＭＲ素子５０の製造方法は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０の製造工程と電極層５１ｃを形成する工程（図２（ａ）〜（ｂ））までは同様であるので、そこまでの説明を省略する。本実施形態で用いられるＡｌターゲットは、純度９９．９９９％のものである。また、スパッタリング装置の成層チャンバには、第１実施形態で示した各ターゲットの他にＣｏＦｅターゲットも備え付けられている。

図２（ｂ）に示す積層体の状態において、大気暴露を行わず、１×１０^-1ＰａのＡｒとＯ₂ガスの混合ガス雰囲気中で、まずＣｏＦｅターゲットに電力を給電し、濡れ性を悪くするためのＣｏＦｅＯからなる表面改質層５１ｇを電極層５１ｃ上に厚さ１ｎｍとなるように形成する（図１０（ａ））。

続いて、Ａｌターゲットに給電し、表面改質層５１ｇ上にＡｌからなる高表面粗度膜５１ｄを厚さ２ｎｍとなるように形成する（図１０（ｂ））。このとき、高表面粗度膜５１ｄはＣｏＦｅＯに対して濡れ性が悪いために、島状成長し、平均粒径が１５０ｎｍ、算術平均粗さＲａが３．２ｎｍのアスペクト比の高い凹凸形状となる。図１１には、高表面粗度膜５１ｄの表面をＡＦＭで観察した結果を示す。

続いて、ＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層５１ｅを厚さ５ｎｍとなるように形成する（図１０（ｃ））。このとき、磁性層５１ｅの表面は、高表面粗度膜５１ｄの表面形状を反映し、平均粒径が１５０ｎｍ、算術平均粗さＲａが３．２ｎｍの凹凸形状を有している。

次に、積層体５１の製造工程と同様の工程で、積層体５２を形成する（図１０（ｄ））。なお、積層体５２は、厚さ３ｎｍの磁性層５２ｅの表面に厚さ５ｎｍのＡｌＮからなる絶縁層５２ｆが積層されている点において、積層体５１と異なる。

続いて、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様の接合方法（図２（ｅ）の説明参照）によって、積層体５１と積層体５２とを接合させる。磁性層５１ｅと磁性層５２ｅとが多数の微小接点５３において互いに接触する。これらの工程により、多数の微小接点５３を有するＢＭＲ素子５０を形成することができる（図１０（ｅ））。

このようにして作製したＢＭＲ素子５０について、電極層５１ｃ、５２ｃ間に電圧を印加してＢＭＲ素子５０に層厚方向の電流を流し、ＭＲ比を測定した結果、２５％のＭＲ比が得られた。このＭＲ比は、再生用磁気ヘッドとして用いるためには十分かつ実用的な値である。

なお、ＢＭＲ素子５０の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態のＢＭＲ素子５０は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様の効果を奏する上、表面改質層５１ｇ、５２ｇ上に良質の高表面粗度膜５１ｄ、５２ｄを形成できるので、多数の微小接点５３を並列に形成するのに適した磁性層５１ｅ、５２ｅを高表面粗度膜５１ｄ、５２ｄ上に形成することができる。したがって、ＢＭＲ素子５０の特性は良好である。

また、本実施形態のＢＭＲ素子５０の製造方法によると、下地層である表面改質層５１ｇ、５２ｇを大気暴露することなく高表面粗度膜５１ｄ、５２ｄを形成できるので、スパッタリング装置の成層チャンバを大気開放してから真空引きを行うといった第１実施形態で行う必要があるＢＭＲ素子１０の製造プロセスを省略でき、より容易にＢＭＲ素子を作製できる。

なお、本実施形態では、下地層である表面改質層５１ｇ、５２ｇを大気暴露せずに高表面粗度膜５１ｄ、５２ｄを形成したが、表面改質層５１ｇ、５２ｇの少なくとも一つを大気暴露した後に、高表面粗度膜５１ｄ、５２ｄを形成してもよい。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図１２は、本実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、第１〜第３実施形態と同様の部分については、説明を省略することがある。

図１２に示すＢＭＲ素子６０は、凸部が形成された２つの磁性層の互いの対向面にさらに絶縁層が形成されている点で、第３実施形態に係るＢＭＲ素子５０と異なる。ＢＭＲ素子６０においては、基板６１ａ上に、シード層６１ｂ、電極層６１ｃ、表面改質層６１ｇ、高表面粗度膜６１ｄ、磁性層６１ｅ及び絶縁層６１ｆが順次積層された積層体６１と、基板６２ａ上に、シード層６２ｂ、電極層６２ｃ、表面改質層６２ｇ、高表面粗度膜６２ｄ、磁性層６２ｅ及び絶縁層６２ｆが順次積層された積層体６２とが対向配置されている。電極層６１ｃと電極層６２ｃとの間には、これらの間に電圧を印加するための電源６４が配線を介して接続されている。

絶縁層６１ｆ及び絶縁層６２ｆは、それぞれ、磁性層６１ｅ、６２ｅの凸部が形成された互いの対向面を被覆している。磁性層６１ｅ及び磁性層６２ｅは、凸部の先端近傍に対応して絶縁層６１ｆ及び絶縁層６２ｆに部分的に形成された破壊領域に対応した多数の微小接点６３において、互いに直接接触している。微小接点６３は、電子がバリスティックな伝導をする微小電流路の一部となっている。微小電流路は、磁性層６１ｅと磁性層６２ｅとに跨って、互いに並列となるように多数形成されている。

次に、ＢＭＲ素子６０の製造方法について説明する。図１３は、ＢＭＲ素子４０の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、ＢＭＲ素子６０の製造方法は、第３実施形態に係るＢＭＲ素子５０の製造工程と磁性層を形成する工程（図１０（ａ）〜（ｄ））までは同様であるので、そこまでの説明を省略する。

図１０（ｃ）に示す積層体の状態において、ＡｒとＮ₂の混合ガス雰囲気中でＡｌターゲットに１ｋＷの電力を給電し、ＲＦスパッタリングによって厚さ５ｎｍの磁性層６１ｅの表面に厚さ５ｎｍのＡｌＮからなる絶縁層６１ｆを積層し、積層体６１を形成する。ここで、チャンバ内にＮ₂ガスを導入したことによって反応性スパッタリングとなり、Ａｌが窒化され、絶縁層６１ｆは絶縁性を示すＡｌＮ層となっている（図１３（ａ））。

次に、積層体６１の製造工程と同様の工程で、積層体６２を形成する（図１３（ｂ））。なお、積層体６２は、厚さ３ｎｍの磁性層６２ｅの表面に厚さ５ｎｍのＡｌＮからなる絶縁層６２ｆを積層している点において、積層体６１と異なる。

続いて、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様の接合方法（図２（ｅ）の説明参照）によって、積層体６１と積層体６２とを接合させる。このとき、本実施形態では、磁性層６１ｅ、６２ｅの表面に、絶縁層６１ｆ、６２ｆがそれぞれ形成されているため、２つの磁性層６１ｅ、６２ｅ同士を接触させようとしても、２つの磁性層６１ｅ、６２ｅ同士を接触させることができない。したがって、電極層６１ｃと電極層６２ｃとの間に電圧を印加したとしても、これらの間には、ほとんど電流が流れない。しかしながら、さらに積層体６１と積層体６２とを近づけると、絶縁層６１ｆと絶縁層６２ｆとが押し付けられて磁性層６１ｅ、６２ｅの凸部に対応する個所が物理的に破壊される。その結果、絶縁層６１ｆ及び絶縁層６２ｆに被覆されていた磁性層６１ｅと磁性層６２ｅとが多数の微小接点６３において互いに接触する。これらの工程により、多数の微小接点６３を有するＢＭＲ素子６０を形成することができる（図１３（ｃ））。

このようにして作製したＢＭＲ素子６０について、電極層６１ｃと電極層６２ｃとの間に電圧を印加してＢＭＲ素子６０に層厚方向の電流を流し、ＭＲ比を測定した結果、２６％のＭＲ比が得られた。このＭＲ比は、再生用磁気ヘッドとして用いるためには十分かつ実用的な値である。

ＢＭＲ素子６０の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態のＢＭＲ素子６０によると、第１〜３実施形態に係るＢＭＲ素子１０、４０、５０と同様の効果を得ることができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図１４は、本実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、第１実施形態と同様の部分については、説明を省略することがある。

図１４に示すＢＭＲ素子７０は、電極層の表面上に多数の島状粒が均一に分散配置されており、その上に高表面粗度膜が形成されている点で、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と異なる。ＢＭＲ素子７０においては、基板７１ａ上に、シード層７１ｂ、電極層７１ｃ、多数の島状粒７６、高表面粗度膜７１ｄ及び磁性層７１ｅが順次積層された積層体７１と、基板７２ａ上に、シード層７２ｂ、電極層７２ｃ、多数の島状粒７７、高表面粗度膜７２ｄ及び磁性層７２ｅが順次積層された積層体７２とが対向配置されている。電極層７１ｃと電極層７２ｃとの間には、これらの間に電圧を印加するための電源７４が配線を介して接続されている。

電極層７１ｃ、７２ｃ上に均一に分散して島状粒７６、７７が形成されていることによって、高表面粗度膜７１ｄ、７２ｄの表面の凹凸形状、すなわち、結晶粒径や表面粗度、結晶構造を制御することができる。島状粒７６、７７には、例えば、Ｔａ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｗ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｆｅを一又は複数含む金属材料を用いることができる。これらの金属材料は融点が高いために、電極層７１ｃ、７２ｃ表面において粒子同士の結合ならびに凝集が起こりにくい。従って、電極層７１ｃ、７２ｃ表面上にほぼ均一に分散配置される。続いて形成される高表面粗度膜７１ｄおよび７２ｄは、スパッタ粒子として電極層７１ｃ、７２ｃ表面に付着した後、凝集しようとするが、電極層７１ｃ、７２ｃ表面上の島状粒７６、７７が存在する部分とは金属同士であるために濡れ性が良いために、存在確率が高まり、一方、島状粒７６，７７が存在しない部分（一旦大気暴露された電極層７１ｃ、７２ｃの表面が現れている）では、界面に水分や酸素や窒素が存在するために濡れ性が悪く、存在確率が低くなる。この結果、島状粒７６、７７は高表面粗度膜７１ｄ、７２ｄの凹凸形状の成長核となり、島状粒７６，７７が無い場合に比べて、均一な凹凸形状を実現することができる。なお、具体的には、島状粒７６、７７は、１ｎｍ以下の膜厚で形成することが望ましい。このようにして形成された島状粒７６、７７は、図１４に示すように、電極層７１ｃ、７２ｃ上に島状に、かつ、基板上にほぼ均一に分散配置されるようにして成長し、続いて形成される高表面粗度膜７１ｄ、７２ｄの凹凸形状の成長核となる。これによって、高表面粗度膜７１ｄ、７２ｄの膜面内に凹凸形状が均一に分散して成長するとともに、個々の凹凸形状が均一になる効果が得られる。

次に、ＢＭＲ素子７０の製造方法について説明する。図１５は、ＢＭＲ素子７０の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、ＢＭＲ素子７０の製造方法は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０の製造工程と電極層７１ｃを形成する工程（図２（ａ）〜（ｂ））までは同様であるので、そこまでの説明を省略する。

図２（ｂ）に示す積層体の状態において、第１実施形態と同様に大気暴露を行って電極層７１ｃ上に水分、酸素、窒素からなる不純物を付着させた後、再度スパッタリング装置に入れて１×１０^-6Ｐａまで真空引きし、Ａｒガスを導入して１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＴａターゲットに給電し、Ｔａからなる島状粒７６を厚さ０．３ｎｍで電極層７１ｃ上に形成する。このとき、形成されたＴａは融点が高く、基板表面において粒子同士の凝集が起こりにくいために、基板上にほぼ均一な分布確率で付着し、かつ島状に形成される（図１５（ａ））。

続いて、同じく１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＡｌターゲットに給電し、Ａｌからなる高表面粗度膜７１ｄを厚さ５ｎｍで電極層１ｃ上に形成する。このとき、高表面粗度膜７１ｄは均一分散した島状粒７６を核として成長し、その表面は平均粒径が２０ｎｍ、算術平均粗さＲａが０．９ｎｍの凹凸形状をしており、第１実施形態の高表面粗度膜１ｄに比べて個々の凹凸の高さばらつきおよび粒径ばらつきが小さく、より均一な凹凸形状となっている（図１５（ｂ））。

続いて、ＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層７１ｅを厚さ５ｎｍとなるように形成する。このとき、磁性層７１ｅの表面は、高表面粗度膜７１ｄの表面形状を反映し、同じく、平均粒径が２０ｎｍ、算術平均粗さＲａが０．９ｎｍの凹凸形状を有している。

このように、高表面粗度膜７１ｄの下地層として島状粒７６を形成することによって、磁性層７１ｅ表面における凹凸形状を制御し、より均一な凹凸形状を形成することが可能となっている。ここまでの工程によって、積層体７１が完成する（図１５（ｃ））。以上と同様の工程を行うことで、積層体７２（ただし、磁性層７２ｅの厚さを３ｎｍとしている）を完成させる。

続いて、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様の接合方法（図２（ｅ）の説明参照）によって、積層体７１と積層体７２とを接合させる。磁性層７１ｅと磁性層７２ｅとが多数の微小接点７３において互いに接触する。これらの工程により、多数の微小接点７３を有するＢＭＲ素子７０を形成することができる（図１５（ｄ））。

なお、ＢＭＲ素子７０の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態のＢＭＲ素子７０は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様の効果を奏する上、複数の島状粒７６、７７が電極層７１ｃ、７２ｃ表面上に均一に分散配置されているので、磁性層７１ｅ、７２ｅの突起形状の均一化、分布配列の均一化を図ることが可能になる。このように凹凸形状が均一に形成された結果、ＢＭＲ素子として機能する微小接点の数が増え、電流が素子を分散して流れるので、ＢＭＲ素子７０は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０に比べて、電流耐性に優れており特性劣化が少なくなる。従って、本実施形態のＢＭＲ素子７０は素子の劣化を抑制できる効果がある。

なお、本実施形態では、２つの電極層７１ｃ、７２ｃ表面上に共に島状粒７６、７７を均一に分散形成したが、２つの電極層７１ｃ、７２ｃのどちらか一方の表面上だけに島状粒７６、７７を形成するようにしてもよい。

＜第１参考例＞
次に、本発明の第１参考例に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図１６は、本参考例に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、上記各実施形態と同様の部分については、説明を省略することがある。

図１６に示すＢＭＲ素子８０においては、基板８１ａ上に、シード層８１ｂ、電極層８１ｃ、高表面粗度膜８１ｄ、磁性層８１ｅ及び絶縁層８１ｆが順次積層されている。絶縁層８１ｆの表面はほぼ平面となっている。絶縁層８１ｆ上には、磁性層８６及び電極層８７が順次形成されている。電極層８１ｃと電極層８７との間には、これらの間に電圧を印加するための電源８４が配線を介して接続されている。磁性層８６及び電極層８７は、それぞれ、磁性層８１ｅ及び電極層８１ｃと同様の材料で構成されている。

磁性層８１ｅの表面には、高表面粗度膜８１ｄの表面の凹凸形状を反映して、多数の凸部が形成されている。絶縁層８１ｆは、磁性層８１ｅの凹凸面を被覆している。絶縁層８１ｆは、磁性層８１ｅの表面粗度を、絶縁層８１ｆを成層する際の回り込み（ステップカバレッジ）によって緩和し、磁性層８１ｅの表面粗度よりも小さな表面粗度を実現するものである。なお、ステップカバレッジとは、例えば、ターゲットから磁性層８１ｅへ向かって飛来するスパッタ粒子が、磁性層８１ｅ平面に対して入射角度の分布を有するために生じる現象であって、磁性層８１ｅ平面に対して低角度で入射した粒子によって、大きな凹凸形状が緩和される。このようなステップカバレッジを利用して表面粗度を小さくする効果を得るために、絶縁層８１ｆの材料として比較的小さな結晶粒を作る材料を選択する必要がある。例えば、絶縁層８１ｆの材料としては、高融点金属材料や、金属化合物材料、酸化物材料、窒化物材料を用いることが望ましい。ただし、絶縁層８１ｆには、作製したＢＭＲ素子８０の微小接点８３を電子が流れる際に、電子が微小接点８３以外の領域からリークするのを防ぐ目的もあるため、絶縁層８１ｆの材料としては微小接点８３の抵抗値よりも高い抵抗値を示す材料、すなわち酸化物又は窒化物を選択して用いることが望ましい。具体的には、ＳｉＯ₂やＳｉＮ、Ａｌ₂Ｏ₃やＡｌＮ、Ｔａ₂Ｏ₅を絶縁層８１ｆの材料として用いることが望ましい。これらの材料を絶縁層８１ｆの材料として選択した場合、スパッタ装置の特性にもよるが、１００ｎｍ以上の厚さで絶縁層８１ｆを形成することで、磁性層８１ｅの表面よりも平坦性の高い、すなわち表面粗度の小さい表面を得ることができる。

絶縁層８１ｆからは、磁性層８１ｅの凸部の頂点近傍がわずかに露出している。したがって、磁性層８１ｅ及び磁性層８６は、磁性層８１ｅの露出領域に対応した多数の微小接点８３において互いに直接接触している。微小接点８３は、電子がバリスティックな伝導をする微小電流路の一部となっている。微小電流路は、磁性層８１ｅと磁性層８６とに跨って、互いに並列となるように多数形成されている。

次に、ＢＭＲ素子８０の製造方法について説明する。図１７は、ＢＭＲ素子８０の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、ＢＭＲ素子８０の製造方法は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０の製造工程と磁性層を形成する工程（図２（ａ）〜（ｄ））までは同様であるので、そこまでの説明を省略する。本参考例に示すＢＭＲ素子８０の形成には、Ｃｕ，Ａｌ，ＮｉＦｅ，ＮｉＣｒＦｅ，ＳｉＯ_２のターゲットを有する成層チャンバを備えたマグネトロンスパッタリング装置を用いる。なお、各層の形成はいずれもＡｒガス雰囲気中で行い、ＳｉＯ_２を除いてはＤＣスパッタリングによって行う。ＳｉＯ_２の形成は、ＲＦスパッタリングによって行う。また、Ａｌターゲットには純度９９．９９９％のものを用いる。

図２（ｄ）に示す積層体の状態において、ＳｉＯ₂ターゲットに給電し、ＳｉＯ₂からなる絶縁層８１ｆを厚さ２５０ｎｍとなるように形成する。絶縁層８１ｆの表面形状は、平均粒経が３０ｎｍ、算術平均粗さＲａが０．７ｎｍであり、ステップカバレッジにより磁性層８１ｅの表面よりも平坦な表面が形成される（図１７（ａ））。

ここで基板８１ａから絶縁層８１ｆまでの積層体８１を一旦大気暴露した後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置に積層体８１を入れ、１×１０^-4Ｐａまで真空引きした後、ＣＦ₄ガス、Ｃ₂Ｆ₆ガス又はＣＨＦ₃ガスを導入してプラズマを発生させ、絶縁層８１ｆをハーフエッチングする。すなわち、予め求めておいた絶縁層８１ｆのエッチングレートを基に、磁性層８１ｅの凸部の頂点近傍が現れるまで絶縁層８１ｆを除去する（図１７（ｂ））。なお、ＲＩＥ装置の代わりにスパッタリング装置を用い、Ａｒガス雰囲気中で逆スパッタを行い、Ａｒイオンによって絶縁層８１ｆを物理的に削ることによって、磁性層８１ｅの凸部の頂点近傍を露出させてもよい。このようにして、エッチングを施した後の絶縁層８１ｆは、磁性層８１ｅの凸部の頂点近傍（微小接点８３となる部位）を除いて凸部を取り囲むように残留することになる。したがって、磁性層８１ｅの微小接点８３付近は、絶縁層８１ｆによって大気中の酸素や窒素による変質から守られる。

続いて、積層体８１を再びスパッタリング装置内に入れ、１×１０^-6Ｐａまで真空引きし、Ａｒガスを導入して１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層８６を積層体８１上に厚さ３ｎｍとなるように形成する（図１７（ｃ））。これにより、磁性層８１ｆと磁性層８６とが多数の微小接点８３において接触する。

続いて、Ｃｕターゲットに給電し、Ｃｕからなる電極層８７を１００ｎｍの厚さで磁性層８６上に形成する（図１７（ｄ））。

このようにして作製したＢＭＲ素子８０について、電極層８１ｃ、８７間に電圧を印加してＢＭＲ素子８０に層厚方向の電流を流し、ＭＲ比を測定した結果、１２％のＭＲ比が得られた。このＭＲ比は、再生用磁気ヘッドとして用いるためには十分かつ実用的な値である。

なお、ＢＭＲ素子８０の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本参考例のＢＭＲ素子８０では、絶縁層８１ｆ上に磁性層８６が形成され、磁性層８６と磁性層８１ｅとが、電子がバリスティックな伝導をする多数の微小接点８３において接触しているので、この微小接点８３を挟んで平行又は反平行な磁化状態が形成される。したがって、微小接点８３を通過する電子に対する抵抗を制御することができる。そのほか、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様の効果を奏する。さらに、絶縁層８１ｆが微小接点８３周辺部を取り囲んでいるので、酸化や窒化によって微小接点８３及びその周辺が変質するのを抑制することができる。

さらに、絶縁層８１ｆの一部をエッチングによって除去しているので、製造途中のＢＭＲ素子８０を真空チャンバから取り出すことなく微小接点８３を形成することができる。したがって、製造過程における微小接点８３の劣化を抑えることができる。

また、本参考例の製造方法によると、ナノオーダーの微小接点１１３を極めて簡易に形成することができる。さらに、微小接点１１３の大きさを制御できるため、ＢＭＲ素子１１０の素子特性のばらつきを小さくすることができる。

加えて、本参考例の製造方法によると、上述した第１〜第５実施形態のように２つの積層体を互いに対向するように重ね合わせる工程が不要であって、一連の層形成工程だけでＢＭＲ素子８０の製造が可能であるため、容易かつ短時間でのＢＭＲ素子８０の製造が可能となる。

なお、本参考例の変形例として、以下のものが挙げられる。ＲＩＥ装置からスパッタリング装置に基板を移送する際、大気開放中に磁性層８１ｅが酸化、窒化等の影響を受けてしまう場合には、磁性層８６を形成するのに先立って、磁性層８１ｅ表面に形成された酸化物や窒化物を取り除くための逆スパッタ処理を行っても構わない。

また、本参考例では絶縁層８１ｆの不必要な部分を除去するためにリアクティブイオンエッチングを行っているが、各層を形成したスパッタリング装置内においてＡｒガス雰囲気中で逆スパッタを施す方法で絶縁層８１ｆを部分的に除去してもよい。この方法によれば、積層体８１が大気暴露されないため、移送中の層表面への不純物付着を防ぐことができる。さらには、イオンミリングや、機械研磨で除去しても構わない。

これらの変形例は、各実施形態や各変形例や各参考例において、適宜応用することができる。

＜第２参考例＞
次に、本発明の第２参考例に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図１８は、本参考例に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、上記各実施形態や参考例と同様の部分については、説明を省略することがある。

図１８に示すＢＭＲ素子９０は、電極層と高表面粗度膜との間に第３実施形態で説明したものと同様の表面改質層が形成されている点で、第１参考例に係るＢＭＲ素子８０と異なる。ＢＭＲ素子９０においては、基板９１ａ上に、シード層９１ｂ、電極層９１ｃ、表面改質層９１ｇ、高表面粗度膜９１ｄ、磁性層９１ｅ及び絶縁層９１ｆが順次積層されている。絶縁層９１ｆの表面はほぼ平面となっている。絶縁層９１ｆ上には、磁性層９６及び電極層９７が順次形成されている。電極層９１ｃと電極層９７との間には、これらの間に電圧を印加するための電源９４が配線を介して接続されている。磁性層９６及び電極層９７は、それぞれ、磁性層９１ｅ及び電極層９１ｃと同様の材料で構成されている。磁性層９１ｅ及び磁性層９６は、磁性層９１ｅの絶縁層９１ｆからの露出領域に対応した多数の微小接点９３において互いに直接接触している。

表面改質層９１ｇは、電極層９１ｃの表面よりも高表面粗度膜９１ｄに対する濡れ性を低下させる（表面エネルギーを大きくし、後から形成される高表面粗度膜９１ｄの表面張力を大きくする）ために形成するものである。具体的には、金属酸化物や金属窒化物を表面改質層９１ｇとして用いることができる。

次に、ＢＭＲ素子９０の製造方法について説明する。図１９は、ＢＭＲ素子９０の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０の製造工程と電極層を形成する工程（図２（ａ）〜（ｂ））までは同様であるので、そこまでの説明を省略する。なお、本参考例で用いられるＡｌターゲットは、純度９９．９９９％のものである。また、スパッタリング装置の成層チャンバには、第１実施形態で示した各ターゲットの他にＣｏＦｅターゲットも備え付けられている。

図２（ｂ）に示す積層体の状態において、大気暴露を行わず、１×１０^-1ＰａのＡｒとＯ₂ガスの混合ガス雰囲気中で、まずＣｏＦｅターゲットに４００Ｗの電力を給電し、濡れ性を悪くするためのＣｏＦｅＯからなる表面改質層９１ｇを電極層９１ｃ上に厚さ１ｎｍとなるように形成する（図１９（ａ））。

続いて、Ａｌターゲットに給電し、Ａｌからなる高表面粗度膜９１ｄを表面改質層９１ｇ上に厚さ２ｎｍとなるように形成する（図１９（ｂ））。このとき、高表面粗度膜９１ｄは島状成長し、平均粒径が１５０ｎｍ、算術平均粗さＲａが３．２ｎｍの凹凸形状を形成し、図１１に示したＡＦＭで観察した結果と同様の表面が得られた。

続いて、ＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層９１ｅを高表面粗度膜９１ｄ上に厚さ５ｎｍとなるように形成する（図１９（ｃ））。このとき、磁性層９１ｅの表面は、高表面粗度膜９１ｄの表面形状を反映し、平均粒径が１５０ｎｍ、算術平均粗さＲａが３．２ｎｍの凹凸形状となっている。

次に、ＳｉＯ₂ターゲットに給電し、ＳｉＯ₂からなる絶縁層９１ｆを磁性層９１ｅ上に厚さ２５０ｎｍとなるように形成する。絶縁層９１ｆの表面形状は、平均粒経が３０ｎｍ、算術平均粗さＲａが０．７ｎｍであり、ステップカバレッジにより磁性層９１ｅの表面よりも平坦な表面となっている（図１９（ｄ））。

ここで基板９１ａから絶縁層９１ｆまでの積層体９１を一旦大気暴露した後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置に積層体９１を入れ、１×１０^-4Ｐａまで真空引きした後、ＣＦ₄ガス、Ｃ₂Ｆ₆ガス又はＣＨＦ₃ガスを導入してプラズマを発生させ、絶縁層９１ｆをハーフエッチングする。すなわち、予め求めておいた絶縁層９１ｆのエッチングレートを基に、磁性層９１ｅの凸部の頂点近傍が現れるまで絶縁層９１ｆを除去する（図１９（ｅ））。なお、ＲＩＥ装置の代わりにスパッタリング装置を用い、Ａｒガス雰囲気中で逆スパッタを行い、Ａｒイオンによって絶縁層９１ｆを物理的に削ることによって、磁性層８１ｅの凸部の頂点近傍を露出させてもよい。このようにして、エッチングを施した後の絶縁層９１ｆは、磁性層９１ｅの凸部の頂点近傍（微小接点９３となる部位）を除いて凸部を取り囲むように残留することになる。したがって、磁性層９１ｅの微小接点９３付近は、絶縁層９１ｆによって大気中の酸素や窒素による変質から守られる。

続いて、積層体９１を再びスパッタリング装置内に入れ、１×１０^-6Ｐａまで真空引きし、Ａｒガスを導入して１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層９６を積層体９１上に厚さ３ｎｍとなるように形成する（図１９（ｆ））。これにより、磁性層９１ｆと磁性層９６とが多数の微小接点９３において接触する。

続いて、Ｃｕターゲットに給電し、Ｃｕからなる電極層９７を１００ｎｍの厚さで磁性層９６上に形成する（図１９（ｇ））。

このようにして作製したＢＭＲ素子９０について、電極層９１ｃと電極層９７との間に電圧を印加してＢＭＲ素子９０に層厚方向の電流を流し、ＭＲ比を測定した結果、１４％のＭＲ比が得られた。このＭＲ比は、再生用磁気ヘッドとして用いるためには十分かつ実用的な値である。

なお、ＢＭＲ素子９０の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本参考例のＢＭＲ素子９０によると、第１参考例に係るＢＭＲ素子８０と同様の効果を得ることができる上、表面改質層９１ｇ上に良質の高表面粗度膜９１ｄを形成できる。したがって、磁性層９１ｅの表面に適度な凹凸形状を形成することができ、磁性層９１ｅと磁性層９６とを多数の微小接点９３において確実に接触させることが可能となる。

＜第３参考例＞
次に、本発明の第３参考例に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図２０は、本参考例に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、上記各実施形態や参考例と同様の部分については、説明を省略することがある。

図２０に示すＢＭＲ素子１００は、電極層１０１ｃの表面上に、第５実施形態に係るＢＭＲ素子７０で説明したものと同様の複数の島状粒１０８が均一に分散され、その上に高表面粗度膜１０１ｄが形成されている点で、第１参考例に係るＢＭＲ素子８０と異なる。図２０に示すＢＭＲ素子１００においては、基板１０１ａ上に、シード層１０１ｂ、電極層１０１ｃ、多数の島状粒１０８、高表面粗度膜１０１ｄ、磁性層１０１ｅ及び絶縁層１０１ｆが順次積層されている。絶縁層１０１ｆの表面はほぼ平面となっている。絶縁層１０１ｆ上には、磁性層１０６及び電極層１０７が順次形成されている。電極層１０１ｃと電極層１０７との間には、これらの間に電圧を印加するための電源１０４が配線を介して接続されている。磁性層１０６及び電極層１０７は、それぞれ、磁性層１０１ｅ及び電極層１０１ｃと同様の材料で構成されている。

電極層１０１ｃ上に均一に分散して島状粒１０８が形成されていることによって、高表面粗度膜１０１ｄの表面の凹凸形状、すなわち、結晶粒径や表面粗度、結晶構造を制御することができる。島状粒１０８には、例えば、Ｔａ，Ｔｉ，Ｒｕ，Ｗ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｆｅを一又は複数含む金属材料を用いることができる。これらの金属材料は融点が高いために、電極層１０１ｃ表面において粒子同士の結合ならびに凝集が起こりにくい。従って、電極層１０１ｃ表面上にほぼ均一に分散配置される。続いて形成される高表面粗度膜１０１ｄは、スパッタ粒子として電極層１０１ｃ表面に付着した後、凝集しようとするが、電極層１０１ｃ表面上の島状粒１０８が存在する部分とは金属同士であるために濡れ性が良いために、存在確率が高まり、一方、島状粒１０８が存在しない部分（一旦大気暴露された電極層１０１ｃの表面が現れている）では、界面に水分や酸素や窒素が存在するために濡れ性が悪く、存在確率が低くなる。この結果、島状粒１０８は高表面粗度膜１０１ｄの凹凸形状の成長核となり、島状粒１０８が無い場合に比べて、均一な凹凸形状を実現することができる。なお、具体的には、島状粒１０８は、１ｎｍ以下の膜厚で形成することが望ましい。このようにして形成された島状粒１０８は、図２０に示すように、電極層１０１ｃ上に島状に、かつ、基板上にほぼ均一に分散配置されるようにして成長し、続いて形成される高表面粗度膜１０１ｄの凹凸形状の成長核となる。これによって、高表面粗度膜１０１ｄの膜面内に凹凸形状が均一に分散して成長するとともに、個々の凹凸形状が均一になる効果が得られる。

次に、ＢＭＲ素子１００の製造方法について説明する。図２１は、ＢＭＲ素子１００の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０の製造工程と電極層を形成する工程（図２（ａ）〜（ｂ））までは同様の工程であるので、そこまでの説明を省略する。

図２（ｂ）に示す積層体の状態において、第１実施形態と同様に大気暴露を行って電極層１０１ｃ上に水分、酸素、窒素からなる不純物を付着させた後、再度スパッタリング装置に入れて１×１０^-6Ｐａまで真空引きし、Ａｒガスを導入して１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＴａターゲットに給電し、Ｔａからなる島状粒１０８を厚さ０．３ｎｍで電極層１０１ｃ上に形成する。このとき、形成されたＴａは融点が高く、基板表面において粒子同士の凝集が起こりにくいために、基板上にほぼ均一な分布確率で付着し、かつ島状に形成される（図２１（ａ））。

続いて、同じく１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＡｌターゲットに給電し、Ａｌからなる高表面粗度膜１０１ｄを厚さ５ｎｍで電極層１ｃ上に形成する。このとき、高表面粗度膜１０１ｄは均一分散した島状粒１０８を核として成長し、その表面は平均粒径が２０ｎｍ、算術平均粗さＲａが０．９ｎｍの凹凸形状をしており、第１実施形態の高表面粗度膜１ｄに比べて個々の凹凸の高さばらつきおよび粒径ばらつきが小さく、より均一な凹凸形状となっている（図２１（ｂ））。

続いて、ＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層１０１ｅを厚さ５ｎｍとなるように形成する。このとき、磁性層１０１ｅの表面は、高表面粗度膜１０１ｄの表面形状を反映し、同じく、平均粒径が２０ｎｍ、算術平均粗さＲａが０．９ｎｍの凹凸形状を有している（図２１（ｃ））。

このように、高表面粗度膜１０１ｄの下地層として島状粒１０８を形成することによって、磁性層１０１ｅ表面における凹凸形状を制御し、より均一な凹凸形状を形成することが可能となっている。

続いて、第１参考例と同様にＳｉＯ_２ターゲットに給電し、ＳｉＯ_２からなる絶縁層１０１ｆを厚さ２５０ｎｍとなるように形成する。絶縁層１０１ｆの表面形状は、平均粒経が２０ｎｍ、算術平均粗さＲａが０．５ｎｍであり、ステップカバレッジにより磁性層１０１ｅの表面よりも平坦な表面が形成される（図２１（ｄ））。

ここで続いて、第１参考例と同様に基板１０１ａから絶縁層１０１ｆまでの積層体１０１を一旦大気暴露した後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置に積層体１０１を入れ、１×１０^−４Ｐａまで真空引きした後、ＣＦ_４ガス、Ｃ_２Ｆ_６ガス又はＣＨＦ_３ガスを導入してプラズマを発生させ、絶縁層１０１ｆをハーフエッチングする。すなわち、予め求めておいた絶縁層１０１ｆのエッチングレートを基に、磁性層１０１ｅの凸部の頂点近傍が現れるまで絶縁層１０１ｆを除去する（図２１（ｅ））。なお、ＲＩＥ装置の代わりにスパッタリング装置を用い、Ａｒガス雰囲気中で逆スパッタを行い、Ａｒイオンによって絶縁層１０１ｆを物理的に削ることによって、磁性層１０１ｅの凸部の頂点近傍を露出させてもよい。このようにして、エッチングを施した後の絶縁層１０１ｆは、磁性層１０１ｅの凸部の頂点近傍（微小接点１０３となる部位）を除いて凸部を取り囲むように残留することになる。したがって、磁性層１０１ｅの微小接点１０３付近は、絶縁層１０１ｆによって大気中の酸素や窒素による変質から守られる。

続いて、積層体１０１を再びスパッタリング装置内に入れ、１×１０^-6Ｐａまで真空引きし、Ａｒガスを導入して１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層１０６を積層体１０１上に厚さ３ｎｍとなるように形成する（図２１（ｆ））。これにより、磁性層１０１ｆと磁性層１０６とが多数の微小接点１０３において接触する。

続いて、Ｃｕターゲットに給電し、Ｃｕからなる電極層１０７を１００ｎｍの厚さで磁性層１０６上に形成する。これらの工程により、多数の微小接点１０３を有するＢＭＲ素子１００を形成することができる（図２１（ｇ））。

なお、ＢＭＲ素子１００の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本参考例のＢＭＲ素子１００は、第５実施形態に係るＢＭＲ素子７０と同様の効果を得ることができる上、複数の島状粒１０８が電極層１０１ｃ表面上に均一に分散形成されているので、磁性層１０１ｅの突起形状の均一化、分布配列の均一化を図ることが可能になる。このように凹凸形状が均一に形成された結果、ＢＭＲ素子として機能する微小接点の数が増え、電流が素子を分散して流れるので、ＢＭＲ素子１００は、第１参考例で示した素子８０に比べて、電流耐性に優れており特性劣化が少なくなる。従って、本参考例のＢＭＲ素子１００は素子の劣化を抑制できる効果がある。

＜第４参考例＞
次に、本発明の第４参考例に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図２２は、本参考例に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、上記各実施形態や参考例と同様の部分については、説明を省略することがある。

図２２に示すＢＭＲ素子１１０においては、基板１１１ａ上に、シード層１１１ｂ、電極層１１１ｃ、磁性層１１１ｅ及び絶縁層１１１ｆが順次積層されている。磁性層１１１ｅの表面は平坦であるが、絶縁層１１１ｆは表面に凹凸形状を有している。絶縁層１１１ｆ上には、磁性層１１６及び電極層１１７が順次形成されている。電極層１１１ｃと電極層１１７との間には、これらの間に電圧を印加するための電源１１４が配線を介して接続されている。磁性層１１６及び電極層１１７は、それぞれ、磁性層１１１ｅ及び電極層１１１ｃと同様の材料で構成されている。

絶縁層１１１ｆの凹部の底点近傍からは、磁性層１１１ｅがわずかに露出している。そして、磁性層１１１ｅ及び絶縁層１１１ｆ上に形成された磁性層１１６は、磁性層１１１ｅの露出領域に対応した多数の微小接点１１３において互いに直接接触している。微小接点１１３は、電子がバリスティックな伝導をする微小電流路の一部となっている。微小電流路は、磁性層１１１ｅと磁性層１１６とに跨って、互いに並列となるように多数形成されている。

次に、ＢＭＲ素子１１０の製造方法について説明する。図２２は、ＢＭＲ素子１１０の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、ＢＭＲ素子１１０の製造方法は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０の製造工程と電極層を形成する工程（図２（ａ）〜（ｂ））までは同様であるので、そこまでの説明を省略する。また、本参考例においては、Ｃｕ，ＮｉＦｅ，ＮｉＣｒＦｅ，ＳｉＯ_２のターゲットを有する成層チャンバを備えたマグネトロンスパッタリング装置を用いる。なお、各層の形成はいずれもＡｒガス雰囲気中で行い、ＳｉＯ_２を除いてはＤＣスパッタリングによって行う。ＳｉＯ_２の形成は、ＲＦスパッタリングによって行う。

図２（ｂ）に示す積層体の状態において、大気暴露を行わず、ＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層１１１ｅを電極層１１１ｃ上に厚さ５ｎｍとなるように形成する（図２３（ａ））。

続いて、ＳｉＯ₂ターゲットに給電し、ＳｉＯ₂からなる絶縁層１１１ｆを磁性層１１１ｅ上に厚さ５０ｎｍとなるように形成する（図２３（ｂ））。形成された絶縁層１１１ｆは、平坦な表面を有している。

ここで基板１１１ａから絶縁層１１１ｆまでの積層体１１１を一旦大気暴露した後、ＡＦＭのＸ−Ｙステージに取付けた後、絶縁層１１１ｆの表面に対して鉛直にＡＦＭの微小探針１１８（先端曲率半径５ｎｍ）を押し当てる。このとき、微小探針１１８が絶縁層１１１ｆの厚さと同じ５０ｎｍだけ押し込まれるように、かつ、磁性層１１１ｅが露出する領域の径が１０ｎｍから３０ｎｍ以下となるように、微小探針１１８の押し付け圧力及び押し込み深さを調整する。これにより、絶縁層１１１ｆが局所的に削り取られて絶縁層１１１ｆに凹部が形成され、その底点近傍から磁性層１１１ｅが部分的に露出する。なお、押し付け圧力を決定するためには、例えば、絶縁層１１１ｆが削り取られた個所を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）で観察し、磁性層１１１ｅの露出径が１０ｎｍから３０ｎｍ以下となるように圧力や押し込み深さを調整する。このようにＸ−Ｙステージの移動と微小探針１１８による押し込み加工とを繰り返し行うことで、局所的に多数削り取られた領域を有しかつ削り取られた領域から磁性層１１１ｅが露出した絶縁層１１１ｆを形成する（図２３（ｃ））。

続いて、積層体１１１を再びスパッタリング装置内に入れ、１×１０^-6Ｐａまで真空引きし、Ａｒガスを導入して１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層１１６を磁性層１１１ｅ上に厚さ３ｎｍとなるように形成する。このとき、絶縁層１１１ｆの凹部内に入り込むように形成された磁性層１１６が、絶縁層１１１ｆの凹部底点近傍から露出した磁性層１１１ｅと多数の微小接点１１３において接触する。（図２３（ｄ））。

続いて、Ｃｕターゲットに給電し、Ｃｕからなる電極層１１７を１００ｎｍの厚さで磁性層１１６上に形成する（図２３（ｅ））。

このようにして作製したＢＭＲ素子１１０について、電極層１１１ｃと電極層１１７との間に電圧を印加してＢＭＲ素子１１０に層厚方向の電流を流し、ＭＲ比を測定した結果、２８％のＭＲ比が得られた。

なお、ＢＭＲ素子１１０の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本参考例のＢＭＲ素子１１０によると、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様の効果を得ることができる上、微小接点１１３の周辺部が絶縁層１１１ｆによって取り囲まれているので、大気暴露による微小接点１１３の劣化を抑止できる。

なお、本参考例において、ＡＦＭからスパッタ装置に基板を移送する際、大気開放中に磁性層１１１ｅが酸化、窒化等の影響を受けてしまう場合には、磁性層１１６を形成するのに先立って、磁性層１１１ｅ表面に形成された酸化物や窒化物を取り除くための逆スパッタ処理を行っても構わない。

また本参考例では、絶縁層１１１ｆの加工にＡＦＭを用いたが、微小探針を有する装置であればよく、例えば走査トンネル顕微鏡の微小探針を用いても構わない。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図２４は、本実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、上記各実施形態や各参考例と同様の部分については、説明を省略することがある。

図２４に示すＢＭＲ素子１２０においては、表面が凹凸形状を有する基板１２１ａ上に、シード層１２１ｂ、電極層１２１ｃ及び磁性層１２１ｅが順次積層された積層体１２１と、表面が凹凸形状を有する基板１２２ａ上に、シード層１２２ｂ、電極層１２２ｃ及び磁性層１２２ｅが順次積層された積層体１２２とが対向配置されている。電極層１２１ｃと電極層１２２ｃとの間には、これらの間に電圧を印加するための電源１２４が配線を介して接続されている。

シード層１２１ｂ、１２２ｂ、電極層１２１ｃ、１２２ｃ及び磁性層１２１ｅ、１２２ｅの表面には、基板１２１ａ、１２２ａの表面の凹凸形状を反映して、多数の凸部が形成されている。そして、磁性層１２１ｅ、１２２ｅの互いの凸部同士が、多数の微小接点１２３において接触している。この微小接点１２３は、電子がバリスティックな伝導をする微小電流路の一部となっている。つまり、ＢＭＲ素子１２０には、互いに並列な多数の微小電流路が形成されている。

次に、ＢＭＲ素子１２０の製造方法について説明する。図２５は、ＢＭＲ素子１２０の製造方法を工程順に示す断面図である。

まず、大気暴露によって水分、酸素、窒素からなる不純物が付着しており、かつ、表面が熱酸化処理されたＳｉ基板を基板１２１ａとして用い、スパッタリング装置内で１×１０^-6Ｐａまで真空引きした後、Ａｒガスを導入し、１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中で純度９９．９９９％のＡｌからなる前処理層１２６を基板１２１ａ上に厚さ５ｎｍとなるように形成する。前処理層１２６の表面は、平均粒径が３０ｎｍ、算術平均粗さＲａが１．１ｎｍの凹凸形状を有している（図２５（ａ））。

続いて、基板１２１ａを一旦大気暴露した後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置に基板１２１ａを入れ、１×１０^-4Ｐａまで真空引きした後、例えばＣＦ₄ガスを導入してプラズマを発生させ、前処理層１２６をエッチングにより除去する。この際、前処理層１２６が完全に除去された後もさらにエッチングを続けて基板１２１ａを表面から除去する。その結果、基板１２１ａの表面には、前処理層１２６の凹凸形状が転写されて、算術平均粗さＲａが１．５ｎｍの凹凸形状が形成される（図２５（ｂ））。

ここで、エッチングは、例えばリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用い、ＣＦ₄やＣ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃ガス等の雰囲気中において、前処理層１２６及び基板１２１ａが前処理層１２６の表面側から除去されるように行う。または、スパッタリング装置を用い、Ａｒガス雰囲気中で逆スパッタを行い、Ａｒイオンによって前処理層１２６及び基板１２１ａを物理的に削ってもよい。前処理層１２６の凹凸形状を基板１２１ａに効率的に転写するためには、より異方性の高いエッチング方法を選択することが望ましい。

また、前処理層１２６に比べて基板１２１ａのエッチングレートが高くなるように、基板１２１ａの材料、前処理層１２６の材料、及び、エッチング方法を選択すれば、前処理層１２６に形成された凹凸形状よりも強調されたアスペクト比の高い突起を基板１２１ａに形成することができる。このようにエッチングレートを選択することによって、より小さな微小接点１２３を有するＢＭＲ素子を形成することができる。具体的には、例えば基板１２１ａとしてＳｉ基板又はＳｉＯ₂基板を用い、前処理層１２６にＡｌを用いる。エッチング方法としてＣＦ₄やＣ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃ガスを用いたＲＩＥ法を用いれば、ＳｉやＳｉＯ₂に比べてＡｌのエッチングレートが極めて遅いため、基板１２１ａの表面にアスペクト比の大きな凹凸形状を形成できる。

次に、基板１２１ａを再びスパッタリング装置内に入れ、１×１０^-6Ｐａまで真空引きし、Ａｒガスを導入して１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＮｉＣｒＦｅからなるシード層１２１ｂを基板１２１ａ上に厚み５ｎｍとなるように形成する（図２５（ｃ））。しかる後、Ｃｕからなる電極層１２１ｃをシード層１２１ｂ上に厚み１００ｎｍとなるように形成する（図２５（ｄ））。さらに、ＮｉＦｅからなる磁性層１２１ｅを電極層１２１ｃ上に厚さ５ｎｍとなるように形成する。ここまでの工程によって、基板１２１ａ、シード層１２１ｂ、電極層１２１ｃ及び磁性層１２１ｅからなる積層体１２１が形成される（図２５（ｅ））。

そして、積層体１２１を形成するのと同様の工程で、基板１２２ａ、シード層１２２ｂ、電極層１２２ｃ及び磁性層１２２ｅからなる積層体１２２を形成する（図２５（ｆ））。

続いて、図４に示した接合装置２０を用いて、第１実施形態で説明したのと同様の手順で、磁性層１２１ｅと磁性層１２２ｅとの層面同士を対向させた状態で積層体１２１と積層体１２２とを接触させる（図２５（ｇ））。このとき、２つの電極層１２１ｃ、１２２ｃ間を流れる電流を測定しつつ積層体１２１と積層体１２２との距離を調整することで、確実に微小接点１２３を形成することができる。その後、樹脂接着剤（図示せず）で積層体１２１と積層体１２２とを接合する。

このようにして作製したＢＭＲ素子１２０について、２つの電極層１２１ｃ、１２２ｃ間に電圧を印加してＢＭＲ素子１２０に層厚方向の電流を流し、ＭＲ比を測定した結果、２２％のＭＲ比が得られた。このＭＲ比は、再生用磁気ヘッドとして用いるためには十分かつ実用的な値である。

なお、ＢＭＲ素子１２０の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態のＢＭＲ素子１２０によると、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様の効果を得ることができる上、容易に微小接点１２３を形成できる。

また、基板１２１ａ、１２２ａに直接凸部が形成されているので、高表面粗度膜を形成しなくとも磁性層１２１ｅ、１２２ｅの表面を凹凸形状とすることができる。したがって、ＢＭＲ素子１２０の積層膜数が少なくて済み、抵抗値を小さくすることができ、その結果、素子の特性向上に寄与することができる。そして、基板１２１ａ、１２２ａに直接凸部が形成された上記のような構造を、エッチング又は逆スパッタという方法を用いることによって比較的容易に形成することができる。

なお、この凹凸形状を有する前処理層１２６は、基板１２１ａを大気暴露せずに、上述した表面改質層を基板１２１ａに形成した後、この表面改質層の上に形成してもよい。また、基板１２１ａ上に、前処理層１２６の凹凸形状、すなわち、結晶粒径や表面粗度、結晶構造を制御する目的で、まず粒形状制御層を形成し、その後、前処理層１２６、又は、表面改質層と前処理層１２６とを形成してもよい。なお、上記エッチングを施した後の基板１２１ａ表面には、前処理層１２６や表面改質層、粒形状制御層が残留していてもよく、完全に取り除かれていてもよい。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図２６は、本実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、上記各実施形態や各参考例と同様の部分については、説明を省略することがある。

図２６に示すＢＭＲ素子１３０は、磁性層１３１ｅ、１３２ｅの表面にさらに第２実施形態で説明したものと同様の絶縁層１３１ｆ、１３２ｆが形成されている点で、第６実施形態に係るＢＭＲ素子１２０と異なる。図２６に示すＢＭＲ素子１３０においては、表面が凹凸形状を有する基板１３１ａ上に、シード層１３１ｂ、電極層１３１ｃ、磁性層１３１ｅ及び絶縁層１３１ｆが順次積層された積層体１３１と、表面が凹凸形状を有する基板１３２ａ上に、シード層１３２ｂ、電極層１３２ｃ、磁性層１３２ｅ及び絶縁層１３２ｆが順次積層された積層体１３２とが対向配置されている。電極層１３１ｃと電極層１３２ｃとの間には、これらの間に電圧を印加するための電源１３４が配線を介して接続されている。

シード層１３１ｂ、１３２ｂ、電極層１３１ｃ、１３２ｃ及び磁性層１３１ｅ、１３２ｅの表面には、基板１３１ａ、１３２ａの表面の凹凸形状を反映して、多数の凸部が形成されている。絶縁層１３１ｆ、１３２ｆは、それぞれ、磁性層１３１ｅ、１３２ｅの凸部が形成された互いの対向面を被覆している。磁性層１３１ｅ及び磁性層１３２ｅは、凸部の先端近傍に対応して絶縁層１３１ｆ及び絶縁層１３２ｆに部分的に形成された破壊領域に対応した多数の微小接点１３３において、互いに直接接触している。微小接点１３３は、電子がバリスティックな伝導をする微小電流路の一部となっている。微小電流路は、磁性層１３１ｅと磁性層１３２ｅとに跨って、互いに並列となるように多数形成されている。絶縁層１３１ｆ及び絶縁層１３２ｆは、図４に示した接合装置２０を用いて積層体１３１と積層体１３２とを対向させて接合する際に、電子がバリスティックな伝導を行うことができる１０ｎｍから３０ｎｍの径を超えるサイズの微小接点が形成されないようにすると共に、大気暴露による酸化のために磁性層１３１ｅ及び磁性層１３２ｅが変質するのを防止するための層である。さらに、絶縁層１３１ｆ、１３２ｆを形成する際にその厚さを調整することで、微小接点１３３の断面積を制御することができるので、微小接点１３３を確実に形成することができる。

次に、ＢＭＲ素子１３０の製造方法について説明する。図２７は、ＢＭＲ素子１３０の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、第６実施形態に係るＢＭＲ素子１２０の製造工程と磁性層を形成する工程（図２５（ａ）〜（ｅ））までは同様であるので、そこまでの説明を省略する。

図２５（ｅ）に示す積層体の状態において、ＡｒとＮ₂の混合ガス雰囲気中でＡｌターゲットに１ｋＷの電力を給電し、ＲＦスパッタリングによって厚さ５ｎｍの磁性層１３１ｅの表面上に厚さ５ｎｍのＡｌＮからなる絶縁層１３１ｆを成膜することによって、積層体１３１を形成する。ここで、チャンバ内にＮ₂ガスを導入したことによって反応性スパッタリングとなり、Ａｌが窒化され、絶縁層１３１ｆは絶縁性を示すＡｌＮ層となっている（図２７（ａ））。

次に、積層体１３１の製造工程と同様の工程で、積層体１３２を形成する（図２７（ｂ））。なお、積層体１３２は、厚さ３ｎｍの磁性層１３２ｅの表面に厚さ５ｎｍのＡｌＮからなる絶縁層１３２ｆが積層されている点において、積層体１３１と異なる。

続いて、第２実施形態に係るＢＭＲ素子４０と同様の接合方法によって、積層体１３１と積層体１３２とを接合させる。このとき、磁性層１３１ｅ、１３２ｅの表面に、絶縁層１３１ｆ、１３２ｆがそれぞれ形成されているため、２つの磁性層１３１ｅ、１３２ｅ同士を接触させようとしても、２つの磁性層１３１ｅ、１３２ｅ同士を接触させることができない。したがって、電極層１３１ｃと電極層１３２ｃとの間に電圧を印加したとしても、これらの間には、ほとんど電流が流れない。しかしながら、さらに積層体１３１と積層体１３２とを近づけると、絶縁層１３１ｆと絶縁層１３２ｆとが押し付けられて磁性層１３１ｅ、１３２ｅの凸部に対応する個所が物理的に破壊される。その結果、絶縁層１３１ｆ及び絶縁層１３２ｆに被覆されていた磁性層１３１ｅと磁性層１３２ｅとが多数の微小接点１３３において互いに接触する。これらの工程により、多数の微小接点１３３を有するＢＭＲ素子１３０を形成することができる（図８（ｃ））。

このようにして作製したＢＭＲ素子１３０について、電極層１３１ｃと電極層１３２ｃ間に電圧を印加してＢＭＲ素子１３０に層厚方向の電流を流し、ＭＲ比を測定した結果、２６％のＭＲ比が得られた。このＭＲ比は、再生用磁気ヘッドとして用いるためには十分かつ実用的な値である。

なお、ＢＭＲ素子１３０の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態のＢＭＲ素子１３０によると、第６実施形態に係るＢＭＲ素子１２０及び第２施形態に係るＢＭＲ素子４０と同様の効果を得ることができる。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の第７実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子について説明する。図２８は、本実施形態に係るバリスティック磁気抵抗効果素子の模式断面図である。なお、上記各実施形態や各参考例と同様の部分については、説明を省略することがある。

図２８に示すＢＭＲ素子１４０においては、表面が凹凸形状を有する基板１４１ａ上に、シード層１４１ｂ、電極層１４１ｃ、磁性層１４１ｅ及び絶縁層１４１ｆが順次積層されている。絶縁層１４１ｆの表面はほぼ平面となっている。絶縁層１４１ｆ上には、磁性層１４６及び電極層１４７が順次形成されている。電極層１４１ｃと電極層１４７との間には、これらの間に電圧を印加するための電源１４４が配線を介して接続されている。磁性層１４６及び電極層１４７は、それぞれ、磁性層１４１ｅ及び電極層１４１ｃと同様の材料で構成されている。

シード層１４１ｂ、電極層１４１ｃ及び磁性層１４１ｅの表面には、基板１４１ａの表面の凹凸形状を反映して、多数の凸部が形成されている。絶縁層１４１ｆは、磁性層１４１ｅの凸部が形成された表面を被覆している。絶縁層１４１ｆは、磁性層１４１ｅの表面粗度を、絶縁層１４１ｆを成層する際の回り込み（ステップカバレッジ）によって緩和し、磁性層１４１ｅの表面粗度よりも小さな表面粗度を実現するものである。絶縁層１４１ｆからは、磁性層１４１ｅの凸部の頂点近傍がわずかに露出している。したがって、磁性層１４１ｅ及び磁性層１４６は、磁性層１４１ｅの露出領域に対応した多数の微小接点１４３において互いに直接接触している。微小接点１４３は、電子がバリスティックな伝導をする微小電流路の一部となっている。微小電流路は、磁性層１４１ｅと磁性層１４６とに跨って、互いに並列となるように多数形成されている。

次に、ＢＭＲ素子１４０の製造方法について説明する。図２９は、ＢＭＲ素子１４０の製造方法を工程順に示す断面図である。なお、第６実施形態に係るＢＭＲ素子１２０の製造工程と磁性層を形成する工程（図２５（ａ）〜（ｅ））までは同様であるので、そこまでの説明を省略する。

図２５（ｅ）に示す積層体の状態において、ＳｉＯ₂ターゲットに給電し、ＳｉＯ₂からなる絶縁層１４１ｆを厚み２５０ｎｍとなるように磁性層１４１ｅ上に形成する。絶縁層１４１ｆの表面形状は、平均粒経が３０ｎｍ、算術平均粗さＲａが０．７ｎｍであり、ステップカバレッジにより磁性層１４１ｅの表面よりも平坦な表面となっている（図２９（ａ））。

ここで基板１４１ａから絶縁層１４１ｆまでの積層体１４１を一旦大気暴露した後、ＲＩＥ装置に積層体１４１を入れ、１×１０^-4Ｐａまで真空引きした後、ＣＦ₄ガス、Ｃ₂Ｆ₆ガス又はＣＨＦ₃ガスを導入してプラズマを発生させ、絶縁層１４１ｆをハーフエッチングする。すなわち、予め求めておいた絶縁層１４１ｆのエッチングレートを基に、磁性層１４１ｅの凸部の頂点近傍が現れるまで絶縁層１４１ｆを除去する（図２９（ｂ））。なお、ＲＩＥ装置の代わりにスパッタリング装置を用い、Ａｒガス雰囲気中で逆スパッタを行い、Ａｒイオンによって絶縁層１４１ｆを物理的に削ることによって、磁性層１４１ｅの凸部の頂点近傍を露出させてもよい。このようにして、エッチングを施した後の絶縁層１４１ｆは、磁性層１４１ｅの凸部の頂点近傍（微小接点１４３となる部位）を除いて凸部を取り囲むように残留することになる。したがって、磁性層１４１ｅの微小接点１４３付近は、絶縁層１４１ｆによって大気中の酸素や窒素による変質から守られる。

続いて、積層体１４１を再びスパッタリング装置内に入れ、１×１０^-6Ｐａまで真空引きし、Ａｒガスを導入して１×１０^-1ＰａのＡｒ雰囲気中でＮｉＦｅターゲットに給電し、ＮｉＦｅからなる磁性層１４６を積層体１４１上に厚さ３ｎｍとなるように形成する（図２９（ｃ））。これにより、磁性層１４１ｆと磁性層１４６とが多数の微小接点１４３において接触する。

続いて、Ｃｕターゲットに給電し、Ｃｕからなる電極層１４７を１００ｎｍの厚さで磁性層１４６上に形成する（図２９（ｄ））。

このようにして作製したＢＭＲ素子１４０について、電極層４１ｃと電極層４２ｃとの間に電圧を印加してＢＭＲ素子１４０に層厚方向の電流を流し、ＭＲ比を測定した結果、１２％のＭＲ比が得られた。このＭＲ比は、再生用磁気ヘッドとして用いるためには十分かつ実用的な値である。

なお、ＢＭＲ素子１４０の動作は、第１実施形態に係るＢＭＲ素子１０と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態のＢＭＲ素子１４０は、第６実施形態に係るＢＭＲ素子１２０及び第１参考例に係るＢＭＲ素子８０と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更を上述の実施の形態に施すことが可能なものである。例えば、上記各実施形態において、各層の間に別の層が設けられていてもよい。さらに、上記各実施形態において、各層が複数の材料を積層することによって形成された複合層であってもよい。

また、上記各実施形態において、磁気抵抗効果を得るために、微小接点を挟む２つの磁性体の磁化方向が、必ずしも完全なる平行／反平行状態を形成しなくても構わない。例えば、外部磁界の印加方向によって微小接点近傍に９０度磁壁が形成された状態と１８０度磁壁が形成された状態とを切り替えて用いても良い。すなわち、２つの磁性層の磁化の相対角度を変化させることで微小接点近傍の磁化状態が変化し、磁気抵抗効果が得られるものであればどのような形態を利用しても構わない。

上記各実施形態に記載された各層の材料及びその形成方法は一例に過ぎず、各層は様々な公知の材料を用いて様々な公知の方法で形成することが可能である。例えば、高表面粗度膜には、純度９９．９９９％以上のＡｌ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂに代表される低融点の金属を用いたが、これら低融点の金属の純度は必ずしも９９．９９９％以上である必要はなく、９９．９９％以上又は９９．９％以上の純度のものでもよい。これらの純度の低融点金属を用いても、高表面粗度膜の表面に凹凸形状を有する磁性層を形成でき、凹凸形状を用いた微小接点が形成できる。また、本発明によるＢＭＲ素子は、磁気ヘッドとしてだけではなく、ＭＲＡＭの要素としても使用可能である。

そのほか、本発明は、以下のような態様を含んでいる。
(1) 互いに並列な複数の微小電流路を有しているのであれば、磁性層が電極層などのその他の層と積層された構造となっていなくてもよい。
(2) 磁性層を挟む２つの電極層の間に層厚方向の電流が流れるような構造であれば、互いに並列な複数の微小電流路を有していなくてもよい。つまり、この場合、微小電流路を１つだけ有していてもよい。上記微小電流路を１つだけ形成するには、例えば、第４参考例においてＡＦＭの微小探針１１８を用いて絶縁層１１１ｆを局所的に削り取る箇所を１箇所とすることで実現できる。または、第１実施形態から第５実施形態及び第１参考例から第３参考例において、高表面粗度膜を形成する代わりに、電極層上に単一ドットを形成し、これに続いて磁性層を形成する方法で実現できる。さらには、同じく第１実施形態から第５実施形態及び第１参考例から第３参考例において、高表面粗度膜および磁性層を形成する代わりに、電極層上に単一磁性ドットを形成する方法を用いても実現できる。上記単一ドットや単一磁性ドットは、例えば、イオンビーム源を用い、形成しようとするドットの材料を含んだ反応性ガス雰囲気中でイオンビームを基板表面に照射することで、照射領域において化学反応を起こすことで反応性ガスに含まれたドットの材料が固化して形成できる。

本発明の第１実施形態に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図１に描かれたＢＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。第１実施形態に係るＢＭＲ素子の高表面粗度膜の表面をＡＦＭで観察した結果を示す写真である。図１に描かれたＢＭＲ素子の製造に用いた接合装置の構成図である。本発明の第１実施形態に係るＢＭＲ素子の変形例を示す図である。本発明の第１実施形態に係るＢＭＲ素子の別の変形例を示す図である。本発明の第２実施形態に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図７に描かれたＢＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。本発明の第３実施形態に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図９に描かれたＢＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。図９に描かれたＢＭＲ素子の高表面粗度膜の表面をＡＦＭで観察した結果を示す写真である。本発明の第４実施形態に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図１２に描かれたＢＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。本発明の第５実施形態に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図１４に描かれたＢＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。本発明の第１参考例に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図１６に描かれたＢＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。本発明の第２参考例に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図１８に描かれたＢＭＲ素子の製造工程の一つを示す断面図であって、図２（ｂ）に示す積層体において、電極層上に表面改質層を形成した状態を示す断面図である。図１９（ａ）に示す表面改質層上に高表面粗度膜を形成した状態を示す断面図である。図１９（ｂ）に示す高表面粗度膜上に磁性層を形成した状態を示す断面図である。図１９（ｃ）に示す磁性層上に絶縁層を形成した状態を示す断面図である。図１９（ｄ）に示す絶縁層をハーフエッチングした状態を示す断面図である。図１９（ｅ）に示す絶縁層上に磁性層をさらに形成した状態を示す断面図である。図１９（ｆ）に示す最上層の磁性層上に電極層をさらに形成した状態を示す断面図である。本発明の第３参考例に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図２０に描かれたＢＭＲ素子の製造工程の一つを示す断面図であって、図２（ｂ）に示す積層体において、電極層上に島状粒を形成した状態を示す断面図である。図２１（ａ）に示す電極層及び島状粒上に高表面粗度膜を形成した状態を示す断面図である。図２１（ｂ）に示す高表面粗度膜上に磁性層を形成した状態を示す断面図である。図２１（ｃ）に示す磁性層上に絶縁層を形成した状態を示す断面図である。図２１（ｄ）に示す絶縁層をハーフエッチングした状態を示す断面図である。図２１（ｅ）に示す絶縁層上にさらに磁性層を形成した状態を示す断面図である。図２１（ｆ）に示す最上層の磁性層上に電極層をさらに形成した状態を示す断面図である。本発明の第４参考例に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図２２に描かれたＢＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。本発明の第６実施形態に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図２４に描かれたＢＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。本発明の第７実施形態に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図２６に描かれたＢＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。本発明の第５参考例に係るＢＭＲ素子の模式断面図である。図２８に描かれたＢＭＲ素子の製造方法を工程順に示す断面図である。

符号の説明

１、２、４１、４２、５１、５２、６１、６２、７１、７２、８１、９１、１０１、１１１、１２１、１２２、１３１、１３２、１４１積層体
１ａ、２ａ、３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ、５１ａ、５２ａ、６１ａ、６２ａ、７１ａ、７２ａ、８１ａ、９１ａ、１０１ａ、１１１ａ、１２１ａ、１２２ａ、１３１ａ、１３２ａ、１４１ａ基板
１ｂ、２ｂ、３１ｂ、３２ｂ、４１ｂ、４２ｂ、５１ｂ、５２ｂ、６１ｂ、６２ｂ、７１ｂ、７２ｂ、８１ｂ、９１ｂ、１０１ｂ、１１１ｂ、１２１ｂ、１２２ｂ、１３１ｂ、１３２ｂ、１４１ｂシード層
１ｃ、２ｃ、３１ｃ、３２ｃ、４１ｃ、４２ｃ、５１ｃ、５２ｃ、６１ｃ、６２ｃ、７１ｃ、７２ｃ、８１ｃ、９１ｃ、９６、１０１ｃ、１０６、１１１ｃ、１１６、１２１ｃ、１２２ｃ、１３１ｃ、１３２ｃ、１４１ｃ電極層
１ｅ、２ｅ、３１ｅ、３２ｅ、４１ｅ、４２ｅ、５１ｅ、５２ｅ、６１ｅ、６２ｅ、７１ｅ、７２ｅ、８１ｅ、９１ｅ、９６、１０１ｅ、１０６、１１１ｅ、１１６、１２１ｅ、１２２ｅ、１３１ｅ、１３２ｅ、１４１ｅ、１４６磁性層
１ｄ、２ｄ、３１ｄ、３２ｄ、４１ｄ、４２ｄ、５１ｄ、５２ｄ、６１ｄ、６２ｄ、７１ｄ、７２ｄ、８１ｄ、９１ｄ、１０１ｄ高表面粗度膜
３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、１０３、１１３、１２３、１３３、１４３微小接点
４、３４、４４、５４、６４、７４、８４、９４、１０４、１１４、１２４、１３４、１４４電源
６、３６樹脂接着剤
１０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１１０、１２０、１３０、１４０ＢＭＲ素子
２０接合装置
４１ｆ、４２ｆ、５２ｆ、６１ｆ、６２ｆ、８１ｆ、９１ｆ、１０１ｆ、１１１ｆ、１３１ｆ、１３２ｆ、１４１ｆ絶縁層
７６、７７、１０８島状粒

Claims

第１電極層及び第１磁性層を含む第１積層体と、
第２電極層及び第２磁性層を含む第２積層体とを備えており、
前記第１磁性層及び前記第２磁性層のそれぞれの表面に複数の凸部が形成されており、
前記第１磁性層の前記凸部と前記第２磁性層の前記凸部とが複数の微小接点において互いに接触することによって前記複数の微小接点を通過する互いに並列な複数の微小電流路が形成されるように、前記第１積層体と前記第２積層体とが対向配置されており、
前記第１積層体が、前記第１電極層を挟んで前記第１磁性層と対向しておりかつ複数の凸部が表面に形成された基板をさらに含んでいる磁気抵抗効果素子。
前記第１電極層と前記第１磁性層との間に、複数の島状粒が均一に分散配置されている請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
前記基板の表面に形成された前記凸部が、前記基板の表面上において均一に分散した複数の島状粒からなる請求項１又は２記載の磁気抵抗効果素子。
前記第１積層体が、前記基板と前記第１電極層との間に形成されたシード層をさらに備えている請求項１〜３のいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子。
前記微小接点の周囲が絶縁体で覆われている請求項１〜４のいずれか１項記載の磁気抵抗効果素子。
前記絶縁体が、金属酸化物又は金属窒化物である請求項５記載の磁気抵抗効果素子。