JP6586974B2 - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

Description

本発明は、磁化自由層を含む磁気抵抗効果素子に関する。

外部磁場を検出する磁場検出装置として、ホール素子や磁気抵抗効果素子を利用したものが知られている（例えば特許文献１参照）。

国際公開２００８／１４６８０９号

ところで、このような磁場検出装置における磁場検出精度の向上が求められている。したがって、より低い飽和磁場の磁化自由層を有する磁気抵抗効果素子を提供することが望ましい。

本発明の一実施態様としての第１の磁気抵抗効果素子は、第１の面に沿って延在する磁化自由層と、第１の面に沿って延在すると共に磁化自由層に積層された介在層と、第１の面に沿って延在すると共に介在層を介して磁化自由層と反対側に設けられた磁化固着層とを有する。ここで磁化自由層は、第１の面に対する最大の傾斜角度が４２°以下である端面を含んでいる。

本発明の一実施態様としての第１の磁気抵抗効果素子では、磁化自由層が、第１の面に対する最大の傾斜角度が４２°以下である端面を含むようにしたので、磁化自由層の形状異方性の影響が緩和され、外部磁場に追随しにくい端面近傍に位置する磁化の量が減る。

本発明の一実施態様としての第２の磁気抵抗効果素子は、第１の面に沿って延在する磁化自由層と、第１の面に沿って延在すると共に磁化自由層に積層された介在層と、第１の面に沿って延在すると共に介在層を介して磁化自由層と反対側に設けられた磁化固着層と を有する。ここで磁化自由層は、第１の面に対する最小の傾斜角度が２５°以下である端面を含んでいる。

本発明の一実施態様としての第２の磁気抵抗効果素子では、磁化自由層が、第１の面に対する最小の傾斜角度が２５°以下である端面を含むようにしたので、磁化自由層の形状異方性の影響が緩和され、外部磁場に追随しにくい端面近傍に位置する磁化の量が減る。

本発明の一実施態様としての第３の磁気抵抗効果素子は、第１の面に沿って延在する磁化自由層と、第１の面に沿って延在すると共に磁化自由層に積層された介在層と、第１の面に沿って延在すると共に介在層を介して磁化自由層と反対側に設けられた磁化固着層と を有する。ここで磁化自由層は、実質的に一定の第１の厚さを有する平坦部分と、端面を含むと共に平坦部分から離れるほど減少する第２の厚さを有する傾斜部分とをさらに含み、 下記の条件式（１）を満たすものである。

Ｌ２＊（Ｌ１）²≧０.４ ……（１）
但し、Ｌ１は磁化自由層の平坦部分における第１の面に沿った長さであり、Ｌ２は磁化自由層の傾斜部分における第１の面に沿った長さである。

本発明の一実施態様としての第３の磁気抵抗効果素子では、条件式（１）を満たすようにしたので、磁化自由層の形状異方性の影響が緩和され、外部磁場に追随しにくい端面近傍に位置する磁化の量が減る。

本発明の一実施態様としての第４の磁気抵抗効果素子は、第１の面に沿って延在する磁化自由層と、第１の面に沿って延在すると共に磁化自由層に積層された介在層と、第１の面に沿って延在すると共に介在層を介して磁化自由層と反対側に設けられた磁化固着層とを有する。ここで、磁化自由層の第１の面に沿った面積は、介在層に対し最も近い位置において最小である。

本発明の一実施態様としての第４の磁気抵抗効果素子では、磁化自由層の第１の面に沿った面積が、介在層に対し最も近い位置において最小となっているので、外部磁場に追随しにくい端面近傍に位置する磁化を介在層から遠ざけることができる。

本発明の一実施の形態としての磁気抵抗効果素子によれば、磁化自由層の形状異方性の影響を抑制し、磁化自由層におけるより低い飽和磁場を実現できる。なお、本発明の効果はこれに限定されるものではなく、以下に記載のいずれの効果であってもよい。

本発明の一実施の形態としての磁気抵抗効果素子を含む磁気抵抗効果デバイスの全体構成を表す斜視図である。 図１に示した磁気抵抗効果素子の一部における断面形状を表す模式図である。 図１に示した磁化自由層における磁化の様子を模式的に表す断面図である。 参考例としての磁化自由層における磁化の様子を模式的に表す断面図である。 図３Ｂに示した磁化自由層における磁化の様子を模式的に表す第１の平面図である。 図３Ｂに示した磁化自由層における磁化の様子を模式的に表す第２の平面図である。 図３Ｂに示した磁化自由層における磁化の様子を模式的に表す第３の平面図である。 変形例としての磁気抵抗効果素子を含む磁気抵抗効果デバイスの全体構成表す斜視図である。 実験例１における端面の最大の傾斜角度と角度誤差との関係を表す特性図である。 実験例２における端面の最小の傾斜角度と角度誤差との関係を表す特性図である。 実験例３における磁化自由層の膜厚と磁化自由層の飽和磁場との関係を表す特性図である。 実験例４における磁化自由層の膜厚と磁化自由層の抵抗変化率との関係を表す特性図である。 実験例５における磁化自由層の長さと磁化自由層の飽和磁場との関係を表す特性図である。 実験例６における磁化自由層の平坦部分の長さおよび傾斜部分の長さと磁化自由層の飽和磁場との関係を表す特性図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．一実施の形態
２．実験例
３．その他の変形例

＜１．一実施の形態＞
［磁気抵抗効果デバイスの構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの斜視図である。この磁気抵抗効果デバイスは、例えば磁気抵抗効果素子１と、上部電極５と、下部電極６とを有している。

この磁気抵抗効果デバイスは、自らに及ぶ検出対象磁場である外部磁場の有無およびその外部磁場の強度などを検出するものであり、例えば電子コンパスや角度検出センサなどに搭載されるものである。外部磁場の印加方向は、例えばＸ軸方向である。

上部電極５および下部電極６は、いずれもＸ軸方向およびＹ軸方向の双方に広がる一対の電極であり、磁気抵抗効果素子１を構成する各層の積層方向（Ｚ軸方向）において磁気抵抗効果素子１を挟んで配設されている。すなわち、上部電極５および下部電極６は、磁気抵抗効果素子１に対し、磁気抵抗効果素子１を構成する各層の面と交差する方向、例えば、磁気抵抗効果素子１を構成する各層の面に対して垂直をなす方向（すなわち厚さ方向）に信号電流を流すように機能する。上部電極５および下部電極６は、例えばＡｌ（アルミニウム），Ｔａ（タンタル），Ｃｕ（銅），Ａｕ（金），ＡｕＣｕ（金銅合金）もしくはＲｕ（ルテニウム）を主たる材料として含む単層膜、またはこれらを主たる材料として含む単層膜を２以上積層してなる積層膜により構成されることが好ましい。なお、ＸＹ面が本発明の「第１の面」に対応する一具体例である。

磁気抵抗効果素子１は、例えば磁化固着層２と介在層３と磁化自由層４とが下部電極６の上に順に積層された積層体を有するものである。

磁化固着層２は、例えば強磁性体材料を主たる材料として含んでおり、その磁化方向が実質的に一方向に固着されている。磁化固着層２に含まれる上記強磁性体材料としては、例えばＦｅ（鉄），Ｃｏ（コバルト）もしくはＮｉ（ニッケル）の単体、またはニッケルと鉄との合金、鉄とコバルトとの合金、もしくは鉄とコバルトとＢ（ボロン）との合金などの、高スピン分極率材料が好ましい。そのような高スピン分極率材料を選択することにより、磁気抵抗効果素子１における高い磁気抵抗変化率が得られるからである。

さらに、磁化固着層２を構成する強磁性材料として、例えばＣｏ，ＣｏＣｒ系合金，Ｃｏ多層膜，ＣｏＣｒＰｔ系合金，ＦｅＰｔ系合金，希土類を含むＳｍＣｏ系合金またはＴｂＦｅＣｏ系合金、などを用いることもできる。これらの強磁性材料を主たる構成材料として含む磁化固着層２は、膜面法線方向に沿って固着された磁化を有することとなる。膜面法線方向に沿って固着された磁化を有する磁化固着層２を構成する強磁性材料としては、上記のもののほか、例えばＣｏ／Ｐｔ人工格子膜，Ｃｏ／Ｐｄ人工格子膜，Ｆｅ／Ｐｄ人工格子膜およびＦｅＢなどが挙げられる。また、磁化固着層２は、ホイスラー合金を主たる材料として含むようにしてもよい。磁化固着層２の膜厚は、例えば１ｎｍ〜１０ｎｍ程度とすることができる。また、磁化固着層２の磁化を安定化するために、磁化固着層２の、介在層３と反対側の面と接するように反強磁性層をさらに設けるようにしてもよい。あるいは結晶構造や形状などに起因する磁気異方性を利用して磁化固着層２の磁化を安定化するようにしてもよい。そのような反強磁性層の構成材料としては、例えばＦｅＯ，ＣｏＯ，ＮｉＯ，ＣｕＦｅＳ₂，ＩｒＭｎ，ＦｅＭｎ，ＰｔＭｎ，Ｃｒ（クロム）またはＭｎ（マンガン）などを用いることができる。

なお、磁化固着層２は、一対の強磁性膜と、それらの間に挿入された非磁性導電膜とを含み、それら一対の強磁性膜が反強磁性結合するようにしたシンセティック構造を有するものであってもよい。その場合、磁化固着層２は、一対の強磁性膜の各々の厚さと、それらの間に挿入された非磁性導電膜の厚さとを調節することにより、反強磁性層を用いずに磁化固着層２の磁化を安定化させた、セルフピン構造を有するようにしてもよい。

介在層３は、磁化固着層２と磁化自由層４の間に配置される。磁気抵抗効果素子１では、磁化固着層２の磁化と磁化自由層４の磁化とが介在層３を介して相互作用することにより磁気抵抗効果が得られる。介在層３は、導電体、絶縁体、半導体によって構成される層、もしくは、絶縁体中に導体によって構成される通電点を含む層（電流狭窄層）により構成される。

介在層３として適用される非磁性導電材料としては、例えば銅，Ａｇ（銀），金またはルテニウムなどが挙げられる。介在層３がそのような非磁性導電材料からなる場合、磁気抵抗効果素子１は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto-Resistive）効果を発現する。その際、介在層３の膜厚は、例えば０．５ｎｍ〜３．５ｎｍ程度とするとよい。

介在層３として適用される非磁性絶縁材料としては、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ （アルミナ）またはＭｇＯ（酸化マグネシウム）などが挙げられる。介在層３がそのような非磁性絶縁材料からなる場合、磁気抵抗効果素子１はトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：Tunneling Magneto-Resistive）効果を発現する。その際、磁化固着層２と磁化自由層４との間にコヒーレントトンネル効果が発現するように介在層３の膜厚が調整される。介在層３の膜厚は、例えば０．５ｎｍ〜３．５ｎｍ程度とするとよい。

介在層３として適用される非磁性半導体材料としては、例えばＺｎＯ，Ｉｎ₂ Ｏ₃ ,ＳｎＯ_{2 ,}ＩＴＯ、ＧａＯ_xまたはＧａ₂Ｏ_xなどが挙げられる。その場合の介在層３の膜厚は、例えば１．０ｎｍ〜４．０ｎｍ程度とすることが望ましい。

介在層３として適用される電流狭窄層としては、Ａｌ₂ Ｏ₃ またはＭｇＯなどからなる非磁性絶縁体中に、ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＳｉ，ＣｏＭｎＧｅ，ＣｏＭｎＳｉ，ＣｏＭｎＡｌ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ａｕ，Ｃｕ，ＡｌまたはＭｇなどの導体によって構成される通電点を設けるようにした構造を有するものが好ましい。この場合、介在層３の膜厚は、０．５ｎｍ〜２．０ｎｍ程度とすることが好ましい。

磁化自由層４は、外部印加磁場もしくはスピン偏極電子によって変化する磁化方向を有するものであり、強磁性材料により構成されている。磁化自由層４を構成する強磁性材料としては、例えばＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＦｅＢ，ＣｏＦｅＳｉ，ＣｏＭｎＧｅ，ＣｏＭｎＳｉまたはＣｏＭｎＡｌなどが挙げられる。これらの強磁性材料を主たる構成材料として含む場合、膜面内方向に沿って磁化容易軸を有することとなる。磁化自由層４は、例えば１ｎｍから２０ｎｍ程度の厚さを有するとよい。特に、６ｎｍ以上１３ｎｍ以下の厚さを有するとよい。

磁化自由層４は、図２に示したように、ＸＹ面に対する最大の傾斜角度θ２が４２°以下である端面４１を含んでいる。また、端面４１は、ＸＹ面に対する最小の傾斜角度θ１が２５°以下である。具体的には、端面４１は、端面４１と底面４２とが交差する位置Ｐ１においてＸＹ面に対する最小の傾斜角度θ１（≦２５°）を有し、端面４１と上面４３とが交差する位置Ｐ２においてＸＹ面に対する最大の傾斜角度θ２（≦４２°）を有している。また、磁化自由層４は、実質的に一定の厚さＴ１を有する平坦部分Ｒ１と、端面４１を含むと共に平坦部分Ｒ１から離れるほど減少する厚さＴ２を有する傾斜部分Ｒ２とをさらに含んでいる。なお、図２は、図１に示した磁気抵抗効果素子１の一部における断面形状を表す模式図である。ＸＹ面に沿った検出対象磁場の方向（Ｘ軸方向）において例えば６μｍ以下の長さＬ１を平坦部分Ｒ１が有する場合に、後述するように磁化自由層４の端面４１を傾斜させることの効果が顕著になる。

ここで、磁化自由層４の平坦部分Ｒ１におけるＸＹ面に沿った長さをＬ１とし、磁化自由層４の傾斜部分Ｒ２におけるＸＹ面に沿った長さをＬ２とすると、磁化自由層４は 下記の条件式（１）を満たしているとよい。

Ｌ２＊（Ｌ１）²≧０.４ ……（１）

磁化自由層４は、ＸＹ面に沿って広がると共に介在層３と向かい合う底面４２と、ＸＹ面に沿って広がると共に介在層３と反対側に位置する上面４３とをさらに含んでいる。ここで、端面４１のうち、端面４１と底面４２とが交差する位置Ｐ１と端面４１と上面４３とが交差する位置Ｐ２との間の部分は、ＸＹ面と直交するＹＺ面において位置Ｐ１と位置Ｐ２とを繋ぐ直線Ｌ１２上の位置よりも後退しているとよい（図２参照）。すなわち、端面４１は、外側に向けて凹形状となっているとよい。端面４１がそのような凹形状を有することにより、端面４１のうちの介在層３に近接した位置Ｐ１の近傍における傾斜角が、端面４１のうちの他の部分（例えば位置Ｐ２の近傍）の傾斜角よりも小さくなる。このため、磁化自由層４における介在層３近傍の形状異方性に起因する出力のヒステリシスを、より効果的に低減できるからである。

また、上部電極５と磁気抵抗効果素子１との間、および下部電極６と磁気抵抗効果素子１との間に、それぞれキャップ層、シード層またはバッファー層を配設してもよい。キャップ層、シード層またはバッファー層としては、Ｒｕ，Ｔａ，ＣｕもしくはＣｒなどからなる単層膜、またはそれらの単層膜が複数積層されてなる積層膜などが挙げられる。キャップ層、シード層またはバッファー層の膜厚は、いずれも１ｎｍ〜２０ｎｍ程度とすることが好ましい。

ここで、図１では磁気抵抗効果素子１が円錐台形状を有し、磁化自由層４のＸＹ面に沿った形状（平面形状）が円形状である場合を例示したが、その平面形状は特にこれに限定されず、例えば楕円形状や四角形状であってもよい。

［磁気抵抗効果デバイスの作用および効果］
次に、磁気抵抗効果デバイスの作用および効果について、図３Ａ〜図３Ｃならびに図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。図３Ａは磁気抵抗効果素子１における磁化自由層４の端面４１の近傍を拡大して表した断面図であり、ＸＺ断面における磁化の大きさの分布および磁化の方向を模式的に表したものである。図３Ｂは、一定の厚さを有する、参考例としての磁化自由層１０４の端面１４１の近傍を拡大して表した断面図である。図４Ａ〜図４Ｃは、いずれも、参考例としての磁化自由層１０４のＸＹ面内における磁化の大きさの分布および磁化の方向を模式的に表したものであある。図３Ａおよび図３Ｂならびに図４Ａ〜図４Ｃでは、矢印の長さが磁化の大きさを表すと共に矢印の方向が磁化の方向を表している。

この磁気抵抗効果デバイスは、例えば＋Ｘ方向に沿ったバイアス磁場Ｈｂが印加された状態で使用される。図３Ｂおよび図４Ａは、例えば＋Ｘ方向のバイアス磁場Ｈｂのみが印加され、検出対象磁場Ｈｓが零（０）である場合のＸＹ面内における磁化自由層１０４の磁化の様子を表している。この場合、磁化自由層１０４は、主たる磁化成分としてバイアス磁場Ｈｂと実質的に同じ方向（＋Ｘ方向）の磁化Ｍ１を有する。主たる磁化成分とは、磁化自由層１０４における全てのスピンの総和と考えることもできる。但し、ＸＹ平面内における磁化自由層１０４の形状異方性に起因して、例えばＸ軸方向の両端部Ｒ１０２，Ｒ１０３には、端面１４１に沿った磁化Ｍ２（Ｍ２Ａ〜Ｍ２Ｄ）および磁化Ｍ３（Ｍ３Ａ〜Ｍ３Ｄ）が存在している。図４Ａでは、磁化Ｍ２Ａ〜Ｍ２Ｄおよび磁化Ｍ３Ａ〜Ｍ３Ｄは実質的に同じ大きさであり、磁化Ｍ２Ａ，Ｍ２Ｂ，Ｍ３Ｃ，Ｍ３Ｄがおおよそ＋Ｙ方向を向き、磁化Ｍ２Ｃ，Ｍ２Ｄ，Ｍ３Ａ，Ｍ３Ｂがおおよそ-Ｙ方向を向いている状態を表している。

図４Ａの状態の磁化自由層１０４に対し、例えば＋Ｙ方向へ検出対象磁場Ｈｓを印加すると、図４Ｂに示したように、＋Ｘ方向に向いていた磁化Ｍ１がやや＋Ｙ方向へ傾くこととなる。また、おおよそ−Ｙ方向を向いていた磁化Ｍ２Ｃおよび磁化Ｍ３Ｂが、おおよそ＋Ｙ方向へ向くように反転することとなる。その後、検出対象磁場Ｈｓの印加を停止すると、図４Ｃに示したように、＋Ｘ方向から＋Ｙ方向へやや傾いていた磁化Ｍ１が、バイアス磁場Ｈｂに沿った＋Ｘ方向へ戻ることとなる。しかしながら、磁化Ｍ２Ｃおよび磁化Ｍ３Ｂは、おおよそ＋Ｙ方向へ向いた状態が維持されることがある。その場合、磁化Ｍ２Ｃおよび磁化Ｍ３Ｂは、検出対象磁場Ｈｓに追随しない磁化成分として磁化自由層１０４の全体の磁化の方向に影響を与え、結果として出力信号の誤差となる。

そこで、本実施の形態では、図３Ａに示したように、磁化自由層４の端部を傾斜部分Ｒ２とし、先端部Ｒ２１に向かうほど徐々に厚さを薄くするようにしている。ところが図３Ｂに示した参考例としての磁化自由層１０４では、端面１４１に至るまで実質的に一定の厚さを有するので、端面１４１の近傍の端部Ｒ１０２（Ｒ１０３）において、バイアス磁場Ｈｂと異なる方向の磁化Ｍ２（Ｍ３）がより多く存在している。これに対し、本実施の形態の磁化自由層４では、その端部が傾斜部分Ｒ２となっていることで、形状異方性の影響が及ぶ範囲をより小さくすることができる。このため、磁化自由層４の全体に対する磁化Ｍ２（Ｍ３）の存在割合を、磁化自由層１０４における磁化Ｍ２（Ｍ３）の存在割合よりも小さくすることができる。その結果、磁化自由層４を有する磁気抵抗効果素子１では、磁化自由層１０４を有する場合と比較して検出対象磁場Ｈｓに追随しない磁化成分を減少させることができ、出力信号の誤差を低減することができる。

このように、本実施の形態では、磁化自由層４が、その延在するＸＹ面に対して傾斜する端面４１を有するようにしたので、磁化自由層４の形状異方性の影響が緩和され、端面４１の静磁エネルギーを低減することができ、検出対象磁場Ｈｓに追随しにくい端面４１の近傍に位置する磁化の量を減少させることができる。その結果、磁化自由層４におけるより低い飽和磁場を実現でき、磁気抵抗効果素子１からの出力信号の誤差を低減することができる。特に、ＸＹ面に沿った検出対象磁場の方向（Ｘ軸方向）において６μｍ以下の長さＬ１（図１）を平坦部分Ｒ１が有する場合に、上述した磁化自由層４の端面４１を傾斜させることの効果が顕著になる。

また、本実施の形態では、磁化自由層４の平坦部分Ｒ１におけるＸＹ面に沿った長さをＬ１とし、磁化自由層４の傾斜部分Ｒ２におけるＸＹ面に沿った長さをＬ２としたとき、磁化自由層４が条件式（１）を満たすようにすると、検出対象磁場Ｈｓに追随しにくい端面４１の近傍に位置する磁化の量をより減少させることができる。その結果、磁気抵抗効果素子１からの出力信号の誤差をより低減することができる。

＜２．実験例＞
（実験例１）
次に、上記第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１について、端面４１の最大の傾斜角度θ２と、所定の強度の信号磁場を磁気抵抗効果素子１に印加した際に検出される信号磁場の角度についての角度誤差との関係を調査した。その結果を図６Ａに示す。図６Ａにおいて、横軸は磁化自由層４の端面４１の最大の傾斜角度θ２［°］であり、縦軸は磁気抵抗効果素子１により検出される信号磁場の角度誤差［°］である。ここでは、２０ｍＴ，２１ｍＴ，２２ｍＴおよび２３ｍＴの４水準の信号磁場強度について調査した。また、端面４１の最大の傾斜角度θ２については３０°，４２°，４７°および５４°の４水準とした。また、磁化固着層２は、例えば一対のＦｅＣｏ膜と、それら一対のＦｅＣｏ膜の間に挿入されたＲｕ膜との積層構造を有する。磁化固着層２の厚さは５ｎｍとした。磁化固着層２における、介在層３と反対側の面と接するように反強磁性層をさらに設けた。介在層３の構成材料はＭｇＯとし、介在層３の厚さは３ｎｍとした。磁化自由層４の構成材料はＦｅＣｏおよびＮｉＦｅとし、磁化自由層４の厚さは１８ｎｍとした。

図６Ａに示したように、端面４１の最大の傾斜角度θ２が４２°以下であれば、信号磁場の強度によらず、角度誤差を低減できることが確認された。

（実験例２）
次に、上記第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１について、端面４１の最小の傾斜角度θ１と、所定の強度の信号磁場を磁気抵抗効果素子１に印加した際に検出される信号磁場の角度についての角度誤差との関係を調査した。その結果を図６Ｂに示す。図６Ｂにおいて、横軸は磁化自由層４の端面４１の最小の傾斜角度θ１［°］であり、縦軸は磁気抵抗効果素子１により検出される信号磁場の角度誤差［°］である。ここでの実験条件は上記実験例１と同様とした。

図６Ｂに示したように、端面４１の最小の傾斜角度θ１が２５°以下であれば、信号磁場の強度によらず、角度誤差を低減できることが確認された。

（実験例３）
次に、上記第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１について、磁化自由層４の膜厚Ｔ１［ｎｍ］と磁化自由層４の飽和磁場［ｍＴ］との関係を調査した。その結果を図７Ａに示す。図７Ａにおいて、横軸は磁化自由層４の膜厚Ｔ１［ｎｍ］であり、縦軸は磁化自由層４の飽和磁場［ｍＴ］である。ここでは、端面４１の最大の傾斜角度θ２を３１°とし、端面４１の最小の傾斜角度θ１を１６°とし、膜厚Ｔ１を７ｎｍ，１３ｎｍおよび１９ｎｍとしたことを除き、他の実験条件は上記実験例１と同様とした。

図７Ａに示したように、膜厚Ｔ１が１３ｎｍ以下であれば、磁化自由層４の飽和磁場を１２ｍＴ以下とすることができることが確認された。

（実験例４）
次に、上記第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１について、磁化自由層４の膜厚Ｔ１［ｎｍ］と磁化自由層４の抵抗変化率（ＭＲ比）［％］との関係を調査した。その結果を図７Ｂに示す。図７Ｂにおいて、横軸は磁化自由層４の膜厚Ｔ１［ｎｍ］であり、縦軸は磁化自由層４のＭＲ比［A.U.］である。ここでは磁歪を０とした。また、端面４１の最大の傾斜角度θ２を３１°とし、端面４１の最小の傾斜角度θ１を１６°とし、膜厚Ｔ１を５ｎｍから１６ｎｍの範囲で変化させたことを除き、他の実験条件は上記実験例１と同様とした。なお、ＭＲ比については、膜厚Ｔ１が１６ｎｍのときの値を１００として任意単位で表している。

図７Ｂに示したように、膜厚Ｔ１が６ｎｍ以上であれば、比較的高く安定した磁化自由層４のＭＲ比が得られることが確認された。したがって、図７Ａに示した実験例３と図７Ｂに示した実験例４とを参照すると、膜厚Ｔ１が６ｎｍ以上１３ｎｍ以下であれば、磁歪を低く維持しつつ、感度（ＭＲ比）の向上と出力誤差（飽和磁場）の低減との両立が図れることがわかった。

（実験例５）
次に、上記第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１について、磁化自由層４の長さＬ１［ｎｍ］と磁化自由層４の飽和磁場［ｍＴ］との関係を調査した。その結果を図７Ｃに示す。図７Ｃにおいて、横軸は磁化自由層４の長さＬ１［μｍ］であり、縦軸は磁化自由層４の飽和磁場［ｍＴ］である。ここでは、端面４１の最大の傾斜角度θ２を３１°とし、端面４１の最小の傾斜角度θ１を１６°とし、膜厚Ｔ１を７ｎｍ，１３ｎｍおよび１９ｎｍとしたことを除き、他の実験条件は上記実験例１と同様とした。

図７Ｃに示したように、長さＬ１が６μｍ以下の場合に、磁化自由層４の飽和磁場が急激に増大することが確認された。したがって、本願発明は、長さＬ１が６μｍ以下の場合に、端面４１の最大の傾斜角度θ２や端面４１の最小の傾斜角度θ１を制御することの効果が期待できる。

（実験例６）
次に、上記第１の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子１について、磁化自由層４の長さＬ２［μｍ］と磁化自由層４の長さＬ１［μｍ］の２乗との積［μｍ³］と磁化自由層４の飽和磁場［ｍＴ］との関係を調査した。その結果を図８に示す。図８において、横軸はＬ２＊（Ｌ１）²［μｍ³］であり、縦軸は磁化自由層４の飽和磁場［ｍＴ］である。ここでは、端面４１の最大の傾斜角度θ２を１６°から５０°の範囲で変化させ、端面４１の最小の傾斜角度θ１を６°から４０°の範囲で変化させた。膜厚Ｔ１を７ｎｍ，１３ｎｍおよび１９ｎｍとしたことを除き、他の実験条件は上記実験例１と同様とした。

図８に示したように、Ｌ２＊（Ｌ１）²≧０.４であれば、磁化自由層４の飽和磁場を１２ｍＴ以下とすることができることが確認された。

＜３．その他の変形例＞
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、下部電極６の上に磁化固着層２と介在層３と磁化自由層４とを順に積層した磁気抵抗効果素子１を例示したが、本発明の磁気抵抗効果素子はこれに限定されない。本発明の磁気抵抗効果素子は、例えば図５に示した変形例としての磁気抵抗効果素子１Ａのように、ＸＹ面に沿って延在する基体１０の上に、下部電極６を介して磁化自由層４と介在層３と磁化固着層２とを順に積層した磁気抵抗効果素子１Ａを備えたものであってもよい。

１０…基体、１，１Ａ…磁気抵抗効果素子、２…磁化固着層、３…介在層、４…磁化自由層、４１…端面、５…上部電極、６…下部電極。

Claims (7)

1. 第１の面に沿って延在する磁化自由層と、
   前記第１の面に沿って延在すると共に前記磁化自由層に積層された介在層と、
   前記第１の面に沿って延在すると共に前記介在層を介して前記磁化自由層と反対側に設けられた磁化固着層と
   を有し、
   前記磁化自由層は、
   一定の第１の厚さを有する平坦部分と、
   端面を含むと共に前記平坦部分から離れるほど減少する第２の厚さを有する傾斜部分と
   をさらに含み、
   下記の条件式（１）を満たす
   磁気抵抗効果素子。
   Ｌ２＊（Ｌ１）²≧０.４ ……（１）
   但し、
   Ｌ１：磁化自由層の平坦部分における第１の面に沿った長さ
   Ｌ２：磁化自由層の傾斜部分における第１の面に沿った長さ
2. 前記磁化自由層は、
   前記第１の面に沿って広がると共に前記介在層と向かい合う第１の主面と、
   前記第１の面に沿って広がると共に前記介在層と反対側に位置する第２の主面と
   をさらに含み、
   前記端面のうち、前記端面と前記第１の主面とが交差する第１の位置と前記端面と前記第２の主面とが交差する第２の位置との間の部分は、前記第１の面と直交する第２の面において前記第１の位置と前記第２の位置とを繋ぐ直線上の位置よりも後退している
   請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
3. 前記介在層は、非磁性かつ導電性の第１の材料または非磁性かつ非導電性の第２の材料からなる
   請求項１または請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
4. 前記磁化自由層は、
   前記第１の面と直交する厚さ方向において６ｎｍ以上１３ｎｍ以下の厚さを有する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
5. 前記磁化自由層は、前記第１の面に沿った検知対象磁場の方向において６μｍ以下の長さを有する
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
6. 前記磁化自由層の前記第１の面に沿った面積は、前記介在層に対し最も近い位置において最小である
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁気抵抗効果素子。
7. 前記磁化自由層の前記第１の面に沿った面積は、前記介在層へ近づくほど縮小している
   請求項６記載の磁気抵抗効果素子。

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