JP5413646B2 - ホイスラー合金材料、磁気抵抗素子および磁気デバイス - Google Patents

ホイスラー合金材料、磁気抵抗素子および磁気デバイス Download PDF

Info

Publication number
JP5413646B2
JP5413646B2 JP2009077606A JP2009077606A JP5413646B2 JP 5413646 B2 JP5413646 B2 JP 5413646B2 JP 2009077606 A JP2009077606 A JP 2009077606A JP 2009077606 A JP2009077606 A JP 2009077606A JP 5413646 B2 JP5413646 B2 JP 5413646B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heusler alloy
alloy material
magnetoresistive element
magnetization
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009077606A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010229477A (ja
Inventor
幹彦 大兼
丈 佐藤
崇秀 窪田
博 永沼
康夫 安藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2009077606A priority Critical patent/JP5413646B2/ja
Publication of JP2010229477A publication Critical patent/JP2010229477A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5413646B2 publication Critical patent/JP5413646B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Description

本発明は、磁気センサー等の磁気デバイスに使われる磁気抵抗素子の磁化自由層あるいは磁化固定層に用いることが出来るホイスラー合金材料、その材料を用いた磁気抵抗素子および磁気デバイスに関するものである。
二つの磁性体の磁化の相対角度によって抵抗値が変化する磁気抵抗素子を、微弱な磁場の検出を可能にする磁気センサーに応用することは、スピントロニクス分野における大きな目標の一つである。
磁気センサーの出力性能は、（磁気抵抗(MR)比／自由層の異方性磁界の２倍(2Hk)）で表される。従って、センサー出力を向上させるためには、MR比を大きくするための高スピン分極率と、Hkを小さくするための低磁気異方性とを兼ね備えた磁性材料が不可欠である。
スピン分極率が大きい磁性材料として、ハーフメタル材料に非常に大きな期待が集まっている。ハーフメタルとは、フェルミエネルギー近傍において片方のスピンバンドのみにエネルギーギャップを有する特殊な磁性材料であり、完全にスピン分極した伝導電子を具える。
室温で実用に供するのに十分なキュリー温度を有するハーフメタル材料として、ホイスラー合金が有望であり、これまでに、Co2MnSi組成のホイスラー合金を用いた磁気抵抗素子において、巨大なMR比が観測されている（例えば、特許文献１、２、３、または非特許文献１参照）。
しかし、従来のCo2MnSi組成のホイスラー合金は、異方性磁界が数十Oe以上と大きく、センサー応用の磁気抵抗素子には不向きであった。従って、高スピン分極率を維持しつつ、磁気異方性の小さいホイスラー合金が切望されている。
特開２００７−３０００２５号公報 特開２００８−２１８６４０号公報 特開２００８−２１８６４１号公報
S.Tsunegi, Y. Sakuraba, M. Oogane, K. Takanashi, Y. Ando, "Large tunnelmagnetoresistance in magnetic tunnel junctions using a Co2MnSiHeusler alloy electrode and a MgO barrier", Appl. Phys. Lett., 2008年, 93, p.112506
本発明の目的は、高スピン分極率かつ低磁気異方性を有することで、高磁界感度な磁気抵抗素子の磁化自由層または磁化固定層に適用可能なホイスラー合金材料、そのホイスラー合金材料を用いた磁気抵抗素子および磁気デバイスを提供することにある。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、高スピン分極率と低磁気異方性を兼備するホイスラー合金材料、および、そのホイスラー合金材料を用いた磁気抵抗素子を作製することに成功した。本発明に係るホイスラー合金材料は、Co2(FexMn1-x)Si合金（x=0.1〜0.9）の組成比を有することを特徴とする。
本発明に係る、ホイスラー合金材料は熱処理プロセスを経ていることが好ましい。
本発明に係る、ホイスラー合金材料は酸化マグネシウムまたはクロムから成る下地層を介して基材の上に形成されていることが好ましい。
本発明に係る磁気抵抗素子は、強磁性金属磁化固定層／中間層／強磁性金属磁化自由層から成り、前記磁化固定層と前記磁化自由層との磁化の相対角度により抵抗が変化し、本発明に係るホイスラー合金材料を前記磁化自由層および前記磁化固定層の少なくとも一方に用いたことを特徴とする。また、本発明に係る磁気抵抗素子は、前記中間層として酸化アルミニウム、または、酸化マグネシウムを用い、前記磁化自由層あるいは前記磁化固定層として本発明に係るホイスラー合金材料を用いたトンネル磁気抵抗素子から成ることが好ましい。
本発明に係る磁気デバイスは、本発明に係る磁気抵抗素子を用いることを特徴とする。
したがって、本発明に係るホイスラー合金材料を、磁気抵抗素子の磁化自由層または磁化固定層に用いることで、高MR比および低Hkを呈する高磁界感度磁気抵抗素子を実現できる。また、この磁気抵抗素子は、例えば磁気センサーなどの磁気デバイスに使用することができる。
本発明によれば、高スピン分極率かつ低磁気異方性を有することで、高磁界感度な磁気抵抗素子の磁化自由層または磁化固定層に適用可能なホイスラー合金材料、そのホイスラー合金材料を用いた磁気抵抗素子および磁気デバイスを提供することができる。
本発明の実施の形態のCo2(FexMn1-x)Siホイスラー合金材料を示す模式断面図である。 図１に示すホイスラー合金材料を使用した、MgO（１０ｎｍ）／Co2(FexMn1-x)Siホイスラー合金材料（３０ｎｍ）／Ta（５ｎｍ）試料の異方性磁界（Hk）の組成依存性を示すグラフである。 本発明の実施の形態のCo2(FexMn1-x)Siホイスラー合金材料を用いた磁気抵抗素子を示す模式断面図である。 図３に示すホイスラー合金材料を使用した、Cr（４０ｎｍ）／Co2(FexMn1-x)Siホイスラー合金材料（３０ｎｍ）／Al-O（１．３ｎｍ）／CoFe（１０ｎｍ）磁気抵抗素子のMR比の組成依存性を示すグラフである。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、超高真空スパッタ法により下地層／Co2(FeｘMn1-ｘ)Siホイスラー合金材料／保護層の試料を作製した。なお、図１に示す一例では、下地層は酸化マグネシウム（MgO）から成っている。
図２に、下地層としてMgO（１０ｎｍ）を用い、保護層にTa（５ｎｍ）を用いたCo2(FexMn1-x)Siホイスラー合金材料の異方性磁界の組成x依存性を示す。なお、作製したホイスラー合金は５００℃以下の温度で熱処理プロセスを施している。
図２から、x=0.1以上の組成領域ではHkの値が15 Oe以下と小さくなっており、低磁気異方性を呈するホイスラー合金として好ましい態様であることが分かる。
図３に示すように、超高真空スパッタ法により下地層／Co2(FeｘMn1-ｘ)Siホイスラー合金材料／絶縁層／上部強磁性材料の磁気抵抗素子を作製した。
図４に、下地層にCr、絶縁層にAl-O、上部強磁性材料にCoFeを用いた、Cr（４０ｎｍ）／Co2(FexMn1-x)Si（３０ｎｍ）／Al-O（１．３ｎｍ）／CoFe（１０ｎｍ）磁気抵抗素子のMR比の組成x依存性を示す。
図４から、x=0.0〜0.9の領域ではMR比が大きいことが分かる。MR比は、MR比＝2PCFMSPCoFe／（１−PCFMSPCoFe）（PCFMS、PCoFeはそれぞれCo2FexMn1-xSiおよびCoFeのスピン分極率）の関係にあることから、Co2FexMn1-xSiはx=0.0〜0.9の組成領域で高スピン分極率を呈するホイスラー合金として好ましい態様であることが分かる。
図２および図４から、Co2FexMn1-xSiはx=0.1〜0.9の組成領域において、低異方性磁界と高スピン分極率とを兼ね備えており、高磁界感度磁気抵抗素子を実現するための最良の態様であることが分かる。
以上、発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明の内容は上記に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更か可能である。

Claims (6)

  1. Co2(FexMn1-x)Si合金（x=0.1〜0.9）の組成比を有することを、特徴とするホイスラー合金材料。
  2. 熱処理プロセスを経ていることを、特徴とする請求項１記載のホイスラー合金材料。
  3. 酸化マグネシウムまたはクロムから成る下地層を介して基材の上に形成されていることを、特徴とする請求項１または２記載のホイスラー合金材料。
  4. 強磁性金属磁化固定層／中間層／強磁性金属磁化自由層から成り、前記磁化固定層と前記磁化自由層との磁化の相対角度により抵抗が変化する磁気抵抗素子において、
    請求項１、２または３記載のホイスラー合金材料を、前記磁化自由層および前記磁化固定層の少なくとも一方に用いたことを、
    特徴とする磁気抵抗素子。
  5. 前記中間層として酸化アルミニウム、または、酸化マグネシウムを用い、前記磁化自由層あるいは前記磁化固定層として請求項１、２または３に記載のホイスラー合金材料を用いたトンネル磁気抵抗素子から成ることを、特徴とする請求項４記載の磁気抵抗素子。
  6. 請求項４または５に記載の磁気抵抗素子を用いることを、特徴とする磁気デバイス。
JP2009077606A 2009-03-26 2009-03-26 ホイスラー合金材料、磁気抵抗素子および磁気デバイス Active JP5413646B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009077606A JP5413646B2 (ja) 2009-03-26 2009-03-26 ホイスラー合金材料、磁気抵抗素子および磁気デバイス

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009077606A JP5413646B2 (ja) 2009-03-26 2009-03-26 ホイスラー合金材料、磁気抵抗素子および磁気デバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010229477A JP2010229477A (ja) 2010-10-14
JP5413646B2 true JP5413646B2 (ja) 2014-02-12

Family

ID=43045561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009077606A Active JP5413646B2 (ja) 2009-03-26 2009-03-26 ホイスラー合金材料、磁気抵抗素子および磁気デバイス

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5413646B2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5723591B2 (ja) * 2010-12-28 2015-05-27 株式会社日立製作所 熱電変換材料と電界印加型熱電変換素子
JP2012190914A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Tohoku Univ 磁気抵抗効果素子および磁気デバイス
JP5663422B2 (ja) * 2011-07-11 2015-02-04 株式会社日立製作所 熱電変換素子
WO2014163121A1 (ja) * 2013-04-05 2014-10-09 独立行政法人物質・材料研究機構 電流垂直型磁気抵抗効果素子
WO2017029720A1 (ja) * 2015-08-19 2017-02-23 株式会社日立製作所 磁気センサ及びその製造方法
US10566015B2 (en) * 2016-12-12 2020-02-18 Western Digital Technologies, Inc. Spin transfer torque (STT) device with template layer for heusler alloy magnetic layers
US10867625B1 (en) 2019-03-28 2020-12-15 Western Digital Technologies, Inc Spin transfer torque (STT) device with template layer for Heusler alloy magnetic layers

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1295712C (zh) * 2001-02-23 2007-01-17 国际商业机器公司 具有巨磁电阻和旋转极化通道的化合物,及其生产方法和应用
JP2005116703A (ja) * 2003-10-06 2005-04-28 Alps Electric Co Ltd 磁気検出素子
JP2007189039A (ja) * 2006-01-13 2007-07-26 Alps Electric Co Ltd トンネル型磁気検出素子及びその製造方法
JP4953064B2 (ja) * 2006-12-25 2012-06-13 独立行政法人物質・材料研究機構 ホイスラー合金とそれを用いたｔｍｒ素子又はｇｍｒ素子
JP4742276B2 (ja) * 2007-03-26 2011-08-10 国立大学法人東京工業大学 強磁性体の形成方法並びにトランジスタ及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010229477A (ja) 2010-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tudu et al. Recent developments in perpendicular magnetic anisotropy thin films for data storage applications
JP5413646B2 (ja) ホイスラー合金材料、磁気抵抗素子および磁気デバイス
US9373777B2 (en) Co/Ni multilayers with improved out-of-plane anisotropy for magnetic device applications
JP4582488B2 (ja) 磁性薄膜及びそれを用いた磁気抵抗効果素子並びに磁気デバイス
US8987848B2 (en) Co/Ni multilayers with improved out-of-plane anisotropy for magnetic device applications
US8852760B2 (en) Free layer with high thermal stability for magnetic device applications by insertion of a boron dusting layer
JP5579175B2 (ja) 磁気抵抗効果素子及びそれを用いたランダムアクセスメモリ
JP5527669B2 (ja) 強磁性トンネル接合体およびそれを用いた磁気抵抗効果素子
RU2599948C2 (ru) Самоотносимый элемент магнитной оперативной памяти, содержащий синтетический запоминающий слой
WO2009110119A1 (ja) 強磁性トンネル接合素子および強磁性トンネル接合素子の駆動方法
Ota et al. Flexible CoFeB/MgO-based magnetic tunnel junctions annealed at high temperature (≥ 350° C)
JP2005228998A (ja) 磁性薄膜及びそれを用いた磁気抵抗効果素子並びに磁気デバイス
Tao et al. Transport Properties in Sputtered CoFeB/MgAl 2 O 4/CoFeB Magnetic Tunnel Junctions
Singh et al. Four logic states of tunneling magnetoelectroresistance in ferromagnetic shape memory alloy based multiferroic tunnel junctions
Zhang et al. Large Perpendicular Exchange Bias in CoFeB/MgO Systems Pinned by a Bottom IrMn Layer via an Interfacial CoFe/Ta Composite Layer
JP5057338B2 (ja) 反平行結合膜構造体、トンネル磁気抵抗素子および磁気デバイス
JP2008218641A (ja) トンネル磁気抵抗効果素子
JP2002359413A (ja) 強磁性トンネル磁気抵抗素子
WO2011062005A1 (ja) 強磁性トンネル接合素子
Ohdaira et al. Spin transistor based on double tunnel junctions using half-metallic Co2MnSi electrodes
JP2008218640A (ja) トンネル磁気抵抗効果素子
Balkashin et al. Spin-valve effects in point contacts to exchange biased Co40Fe40B20 films
Bai et al. Heusler Compounds in Magnetic Data Storage
JP2011014602A (ja) 二重障壁強磁性トンネル接合および磁気デバイス

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120215

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20120216

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130927

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131001

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131007

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20131008

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131029

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131030

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5413646

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250