JP6774124B2 - Magneto-resistive element, magnetic head and magnetic reproduction device using the magnetoresistive element - Google Patents

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Description

本発明は、強磁性金属/非磁性金属/強磁性金属の3層構造を持つ薄膜の面直方向磁気抵抗効果(CPPGMR)を利用した素子に関し、特に当該非磁性金属層としてMgTiO層の上下の両層に伝導性非磁性金属層を配置している非磁性スペーサ層を用いた磁気抵抗素子に関する。 The present invention relates to an element utilizing the plane-directed magnetic resistance effect (CPPGMR) of a thin film having a three-layer structure of ferromagnetic metal / non-magnetic metal / ferromagnetic metal, and particularly above and below the MgTIO layer as the non-magnetic metal layer. The present invention relates to a magnetic resistance element using a non-magnetic spacer layer in which a conductive non-magnetic metal layer is arranged on both layers.

面直方向磁気抵抗効果(Current perpendicular to plane Giant Magnetoresistance; CPPGMR)を利用した素子は、強磁性金属/非磁性金属/強磁性金属の3層構造を持つ薄膜よりなるもので、磁気ディスク用読み取りヘッド用として期待されている。強磁性金属としてスピン分極率の大きなホイスラー合金を用いた素子について研究がなされており、スペーサ層(非磁性金属の層)として面心立方格子構造(face-centered cubic; fcc)金属であるCuを用いることが、例えば特許文献1、2で提案されている。ま
た、磁性層にホイスラー合金CoFeGa0.5Ge0.5(CFGG)を用い、スペーサ層として面心立方格子構造金属であるAgを用いることが、例えば非特許文献1、2で提案されている。
The element utilizing the Current perpendicular to plane Giant Magnetoresistance (CPPGMR) is composed of a thin film having a three-layer structure of ferromagnetic metal / non-magnetic metal / ferromagnetic metal, and is a reading head for magnetic disks. Expected for use. Research has been conducted on devices using a Whistler alloy with a large spin polarization rate as a ferromagnetic metal, and Cu, which is a face-centered cubic (fcc) metal, is used as a spacer layer (layer of non-magnetic metal). It is proposed to be used, for example, in Patent Documents 1 and 2. Further, it has been proposed in Non-Patent Documents 1 and 2, for example, that a Whistler alloy Co 2 FeGa 0.5 Ge 0.5 (CFGG) is used for the magnetic layer and Ag, which is a face-centered cubic lattice structure metal, is used as the spacer layer. ing.

さらに、非特許文献3では、AgやCuのfcc構造をもつスペーサ層を用いた場合、強磁性層のホイスラー合金の方位により磁気抵抗出力が大きく変わることが開示されている。これは、bcc基のホイスラー合金とfccのAgやCuの格子歪みがホイスラー合金の結晶方位によって大きく変わるためで、その結果Agを使った場合はホイスラー合金の(001)面、Cuを使った場合はホイスラー合金の(011)面がスペーサ層と界面を構成する場合に高い磁気抵抗が得られることが開示されている。ここで、(001)や(011)はミラー指数で、結晶の格子中における結晶面や方向を記述するための指数である。
しかしながら、bcc基の構造を持つホイスラー合金とfcc構造をもつAgやCuの格子歪みとそれらの結晶方位による磁気伝導依存性のために、理論計算から予測されるほどの磁気抵抗出力が得られていない。
Further, Non-Patent Document 3 discloses that when a spacer layer having an fcc structure of Ag or Cu is used, the magnetoresistive output changes significantly depending on the orientation of the Whistler alloy of the ferromagnetic layer. This is because the lattice strain of the bcc-based Whistler alloy and fcc Ag or Cu changes greatly depending on the crystal orientation of the Whistler alloy. As a result, when Ag is used, the (001) plane of the Whistler alloy is used, and when Cu is used. Discloses that high reluctance can be obtained when the (011) plane of the Whistler alloy forms an interface with the spacer layer. Here, (001) and (011) are Miller indexes, which are indexes for describing the crystal plane and the direction in the lattice of the crystal.
However, due to the lattice strain of the Whistler alloy having a bcc group structure and the Ag and Cu having a fcc structure and the magnetic conduction dependence due to their crystal orientations, the reluctance output as predicted from the theoretical calculation is obtained. Absent.

これに対してホイスラー合金と同じbcc基の結晶構造を持つL2規則合金Cu2RhSn、あるいはB2型規則合金NiAlをスペーサ層に用いた方が、バンド構造の界面での整合性が向上しより大きな磁気抵抗効果が得られるとの理論的予測が存在している。そこで、この理論的予測に基づいて研究が行われてきており、本発明者らの提案にかかる特許文献3、4には、ホイスラー合金を磁性層にL2型あるいはB2型規則合金をスペーサ層に用いたCPPGMRが開示されている。しかしながら、特許文献3、4の発明で
は、理論計算から予測されるほどの効果は得られていない。この原因として、これらの合金には比較的重い元素Rh・Sn、あるいは磁性元素Niが含まれるため、強いスピン軌道散乱やスピン散乱の効果により磁気抵抗効果が弱められていると考えられる。
On the other hand, when the L2 1 ordered alloy Cu2RhSn or the B2 type ordered alloy NiAl having the same bcc group crystal structure as the Whistler alloy is used for the spacer layer, the consistency at the interface of the band structure is improved and the magnetism is larger. There is a theoretical prediction that a resistance effect will be obtained. Therefore, research has been conducted based on this theoretical prediction, and in Patent Documents 3 and 4 according to the proposals of the present inventors, a Whistler alloy is used as a magnetic layer and an L2 1 type or B2 type ordered alloy is used as a spacer layer. The CPPGMR used in the above is disclosed. However, in the inventions of Patent Documents 3 and 4, the effect as predicted from the theoretical calculation is not obtained. It is considered that the reason for this is that since these alloys contain relatively heavy elements Rh and Sn or magnetic elements Ni, the magnetoresistive effect is weakened by the effects of strong spin-orbit scattering and spin scattering.

特開2007−59927号公報JP-A-2007-59927 特開2008−52840号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-52840 特開2010−212631号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-212631 特許第5245179号公報Japanese Patent No. 5245179 WO2016/017612 A1WO2016 / 017612 A1

Appl. Phys. Lett. 98, 152501 (2011).Appl. Phys. Lett. 98, 152501 (2011). J. Appl. Phys. 113, 043901 (2013).J. Appl. Phys. 113, 043901 (2013). Jiamin Chen, Songtian Li, T. Furubayashi, Y. K. Takahashi and K. Hono, J. Appl. Phys. 115, 233905 (2014)Jiamin Chen, Songtian Li, T. Furubayashi, Y. K. Takahashi and K. Hono, J. Appl. Phys. 115, 233905 (2014)

本発明は、上記の課題を解決したもので、強磁性金属/非磁性金属/強磁性金属の3層構造を持つ薄膜の面直方向磁気抵抗効果(CPPGMR)を利用した素子において、従来構造よりも高い磁気抵抗出力を発現する磁気抵抗素子を提供することを課題としている。 The present invention solves the above-mentioned problems, and is a device utilizing the orthogonal magnetoresistive effect (CPPGMR) of a thin film having a three-layer structure of ferromagnetic metal / non-magnetic metal / ferromagnetic metal, as compared with the conventional structure. Another object of the present invention is to provide a magnetoresistive element that exhibits a high magnetoresistive output.

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成とした面直方向磁気抵抗素子である。
本発明の面直方向磁気抵抗素子は、例えば図1に示すように、ホイスラー合金よりなる下部強磁性層13と上部強磁性層15、及び当該下部強磁性層13と上部強磁性層15に挟まれたスペーサ層14とを備える面直方向磁気抵抗素子において、スペーサ層14がMg1−xTi(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)と伝導性非磁性金属からなる非磁性スペーサ層であると共に、窒素元素を含有する界面保護層を有しないことを特徴とする。
The present invention is a face- to- plane magnetoresistive element having the following configuration in order to solve the above problems.
As shown in FIG. 1, for example, the plane-directed magnetic resistance element of the present invention is sandwiched between the lower ferromagnetic layer 13 and the upper ferromagnetic layer 15 made of a Whistler alloy, and the lower ferromagnetic layer 13 and the upper ferromagnetic layer 15. in the orthogonal direction magnetoresistive element and a spacer layer 14, a spacer layer 14 Mg 1-x Ti x O y (0.5 ≦ x ≦ 1.0,0.8 ≦ y ≦ 1.2) and It is a non-magnetic spacer layer made of a conductive non-magnetic metal and does not have an interfacial protection layer containing a nitrogen element .

ここで、伝導性非磁性金属は、スペーサ層14のMg1−xTiの上下の両側を伝導性非磁性金属層で挟んだ3層構造スペーサ(例えば、Ag/MTO/Ag)でもよく、また3層構造に明確に分離されていない層構造であって、Mg1−xTiと伝導性非磁性金属が混ざっている組織による層構造でもよい。
本発明の面直方向磁気抵抗素子は、例えば図1に示すように、ホイスラー合金よりなる下部強磁性層13と上部強磁性層15、及び当該下部強磁性層13と上部強磁性層15に挟まれたスペーサ層14とを備える面直方向磁気抵抗素子において、スペーサ層14がMg 1−x Ti (0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)と、当該Mg1−xTiの上下の両層に伝導性非磁性金属層を、配置している非磁性スペーサ層であると共に、窒素元素を含有する界面保護層を有しないことを特徴とする。 本発明の面直方向磁気抵抗素子において、好ましくは、前記伝導性非磁性金属または伝導性非磁性金属層は、Ag、Mg、Al、Zn、Ti、V、およびCuから選ばれる少なくとも一つの非磁性金属元素からなるとよい。
本発明の面直方向磁気抵抗素子において、好ましくは、前記Mg1−xTi(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)がMg0.2Ti0.8Oであるとよい。
Here, the conductive nonmagnetic metal, but across the sides of the upper and lower Mg 1-x Ti x O y of the spacer layer 14 of conductive nonmagnetic metal layer 3-layer structure spacers (e.g., Ag / MTO / Ag) It may be a layer structure that is not clearly separated into a three-layer structure and has a structure in which Mg 1-x T x Oy and a conductive non-magnetic metal are mixed.
As shown in FIG. 1, for example, the plane-directed magnetic resistance element of the present invention is sandwiched between the lower ferromagnetic layer 13 and the upper ferromagnetic layer 15 made of a Whistler alloy, and the lower ferromagnetic layer 13 and the upper ferromagnetic layer 15. in the orthogonal direction magnetoresistive element and a spacer layer 14, a spacer layer 14 Mg 1-x Ti x O y (0.5 ≦ x ≦ 1.0,0.8 ≦ y ≦ 1.2) and , characterized in that the two layers of the upper and lower of the Mg 1-x Ti x O y conductive nonmagnetic metallic layer, along with a non-magnetic spacer layer which are arranged, does not have an interface protective layer containing nitrogen element And. In the plane-directed magnetic resistance element of the present invention, preferably, the conductive non-magnetic metal or the conductive non-magnetic metal layer is at least one non-magnetic material selected from Ag, Mg, Al, Zn, Ti, V, and Cu. It should consist of magnetic metal elements.
In the orthogonal direction magnetoresistive element of the present invention, preferably, the Mg 1-x Ti x O y (0.5 ≦ x ≦ 1.0,0.8 ≦ y ≦ 1.2) is Mg 0.2 Ti It should be 0.8 O.

本発明の面直方向磁気抵抗素子は、例えば図1に示すように、表面酸化Si基板、シリコン基板、ガラス基板、金属基板、MgO基板の少なくとも一種類である基板11と、基板11の上に形成される下地層12と、下地層12に積層された上記の面直方向磁気抵抗素子であって、下地層12はAg、Al、Cu、Au、Crからなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属又は合金を含み、前記ホイスラー合金のエピタキシャル成長する結晶方向は(001)方向であることを特徴とする。
As shown in FIG. 1, for example, the surface orthogonal magnetoresistive element of the present invention is placed on a substrate 11 which is at least one type of a surface oxide Si substrate, a silicon substrate, a glass substrate, a metal substrate, and an MgO substrate, and a substrate 11. The base layer 12 to be formed and the above-mentioned magnetoresistive sensor in the plane direction laminated on the base layer 12, and the base layer 12 is at least one type selected from the group consisting of Ag, Al, Cu, Au, and Cr. It is characterized in that the crystal direction for epitaxial growth of the Whistler alloy is the (001) direction .

本発明の面直方向磁気抵抗素子において、好ましくは、下部強磁性層13と上部強磁性層15は、CoABの組成式で表されるホイスラー合金であって、前記AはCr、Mn、Fe、またはこれらのうちの2種類以上を合計の量が1になるように混合したもの、前記BはAl、Si、Ga、Ge、In、Sn、またはこれらのうちの2種類以上を合計の量が1になるように混合したものを含むとよい。
本発明の面直方向磁気抵抗素子において、好ましくは、下部強磁性層13と上部強磁性層15は、B2規則構造又はL2規則構造の少なくとも一方を持つホイスラー強磁性合金からなると共に、前記ホイスラー強磁性合金がCoFe(GaGe 1−x )(0.25<x<0.6)、CoFeAl1−xSi(0.0≦x≦1.0)、CoFe1−xMnSi(0.0≦x≦1.0)、又はCoFe1−xMnGe(0.0≦x≦1.0)から選ばれたホイスラー強磁性合金を含むとよい。
In the plane-directed magnetoresistive element of the present invention, preferably, the lower ferromagnetic layer 13 and the upper ferromagnetic layer 15 are Whistler alloys represented by the composition formula of Co 2 AB, and A is Cr, Mn, Fe, or a mixture of two or more of these so that the total amount is 1, said B is Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, or two or more of these are total. It is preferable to include a mixture so that the amount becomes 1.
In the orthogonal direction magnetoresistive element of the present invention, preferably with the lower ferromagnetic layer 13 and the upper ferromagnetic layer 15 is made of a Heusler ferromagnetic alloy having at least one of the B2 ordered structure or L2 1 ordered structure, Heusler Ferromagnetic alloys are Co 2 Fe (Ga x Ge 1-x ) (0.25 <x <0.6), Co 2 FeAl 1-x Si x (0.0 ≦ x ≦ 1.0), Co 2 Fe. Including a Whistler ferromagnetic alloy selected from 1-x Mn x Si (0.0 ≦ x ≦ 1.0) or Co 2 Fe 1-x Mn x Ge (0.0 ≦ x ≦ 1.0) Good.

本発明の面直方向磁気抵抗素子において、好ましくは、さらに、磁気抵抗測定用の電極である下地層12bを、下地層12と下部強磁性層13との間に挟んで設けるとよい。
本発明の面直方向磁気抵抗素子において、好ましくは、さらに、上部強磁性層15に積層された、表面保護用のキャップ層16を有すると共に、キャップ層16はAg、Al、Cu、Au、RuおよびPtからなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属又は合金よりなるとよい。
本発明の面直方向磁気抵抗素子において、好ましくは、さらに、上部強磁性層15の上又は下部強磁性層13の下に設けられたピニング層であって、前記ピニング層はIrMn合金、PtMn合金等の反強磁性体の層であるとよい。
このように構成された面直方向磁気抵抗素子においては、交換異方性によって上部強磁性層の磁化反転を抑えることにより、上部強磁性層と下部強磁性層が反平行に磁化した状態を安定化することができる。
In the orthogonal magnetoresistive element of the present invention, it is preferable that a base layer 12b, which is an electrode for measuring magnetic resistance, is further sandwiched between the base layer 12 and the lower ferromagnetic layer 13.
In the face-to-plane magnetoresistive element of the present invention, preferably, the cap layer 16 for surface protection laminated on the upper ferromagnetic layer 15 is provided, and the cap layer 16 is Ag, Al, Cu, Au, Ru. And at least one metal or alloy selected from the group consisting of Pt.
In the plane-directed magnetoresistive element of the present invention, a pinning layer provided above the upper ferromagnetic layer 15 or below the lower ferromagnetic layer 13, and the pinning layer is an IrMn alloy or a PtMn alloy. It is preferable that the layer is an antiferromagnetic material such as.
In the plane-directed magnetic resistance element configured in this way, the state in which the upper ferromagnetic layer and the lower ferromagnetic layer are magnetized antiparallel is stabilized by suppressing the magnetization reversal of the upper ferromagnetic layer by exchange anisotropy. Can be magnetized.

本発明の面直方向磁気抵抗(CPPGMR)素子は、例えば図1に示すように、ホイスラー合金薄膜(13、15)間にスペーサ層14を配した構造を有し、前記ホイスラー合金薄膜が、B2規則構造又はL2規則構造の少なくとも一方を持つホイスラー強磁性合金からなると共に、当該ホイスラー強磁性合金が、CoFe(GaGe 1−x )(0.25<x<0.6)、CoFeAl1−xSi(0.0≦x≦1.0)、CoFe1−xMnSi(0.0≦x≦1.0)、又はCoFe1−xMnGe(0.0≦x≦1.0)から選ばれたホイスラー強磁性合金であり、スペーサ層14がMg1−xTi(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)と伝導性非磁性金属からなると共に、窒素元素を含有する界面保護層を有しないことを特徴とする。
ここで、CoFe(GaGe 1−x )において、Gaの割合xが0.25以下の場合と、Gaの割合xが0.6以上の場合は、ともにスピン分極率が低下するため磁気抵抗が低下するという不都合がある。好ましくは、(GaGe 1−x )でのGaの割合xは、0.25と0.6の間がよく、更に好ましくは0.45と0.55の間である。
As shown in FIG. 1, for example, the plane-directed magnetic resistance (CPPGMR) element of the present invention has a structure in which a spacer layer 14 is arranged between whistler alloy thin films (13, 15), and the Whistler alloy thin film is B2. It is composed of a Heusler ferromagnetic alloy having at least one of a regular structure or an L2 1 regular structure, and the Whistler ferromagnetic alloy is Co 2 Fe (Ga x Ge 1-x ) (0.25 <x <0.6). Co 2 FeAl 1-x Si x (0.0 ≦ x ≦ 1.0), Co 2 Fe 1-x Mn x Si (0.0 ≦ x ≦ 1.0), or Co 2 Fe 1-x Mn x Ge is a Heusler ferromagnetic alloy selected from (0.0 ≦ x ≦ 1.0), the spacer layer 14 Mg 1-x Ti x O y (0.5 ≦ x ≦ 1.0,0.8 ≦ It is characterized in that it is composed of y ≦ 1.2) and a conductive non-magnetic metal, and does not have an interface protection layer containing a nitrogen element .
Here, in Co 2 Fe (Ga x Ge 1-x ), the spin polarizability decreases both when the ratio x of Ga is 0.25 or less and when the ratio x of Ga is 0.6 or more. There is an inconvenience that the magnetic resistance decreases. Preferably, the proportion x of Ga at (Ga x Ge 1-x ) is preferably between 0.25 and 0.6, more preferably between 0.45 and 0.55.

本発明では従来例のような比較的重い元素Rh・Snや磁性元素Niを含まず、電気抵抗率が低くスペーサ層に適した材料として、Mg1−xTi(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)をスペーサ層に用いることによりAgスペーサ層を用いた場合よりも高い磁気抵抗変化量を得ることができる。
従って、本発明のMTOを用いたCPPGMR素子を作製することができ、高い磁気抵抗出力を提供できる。また本発明の磁気抵抗素子を用いた磁気ヘッド及び磁気再生装置に用いて好適である。
In the present invention, Mg 1-x Ti x Oy (0.5 ≤ x) is used as a material that does not contain the relatively heavy elements Rh / Sn and the magnetic element Ni as in the conventional example, has a low electrical resistivity, and is suitable for the spacer layer. By using ≤1.0, 0.8≤y≤1.2) for the spacer layer, a higher amount of change in magnetoresistance than when the Ag spacer layer is used can be obtained.
Therefore, the CPPGMR element using the MTO of the present invention can be manufactured, and a high magnetoresistive output can be provided. Further, it is suitable for use in a magnetic head and a magnetic reproduction device using the magnetoresistive element of the present invention.

本発明の一実施の形態による磁気抵抗素子の構造模式図である。It is a structural schematic diagram of the magnetoresistive element by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態によるCPPGMR素子に、磁界に対する電気抵抗測定用の電極を付加した素子の断面模式図である。It is sectional drawing which added the electrode for electric resistance measurement with respect to the magnetic field to the CPPGMR element by one Embodiment of this invention. Mg0.2Ti0.8O(MTO)をスペーサ層に用いた素子の、電気抵抗および素子面積当たり電気抵抗の印可磁界に対する依存性を説明する図である。It is a figure explaining the dependence of the electric resistance and the electric resistance per element area with respect to the applied magnetic field of the element which used Mg 0.2 Ti 0.8 O (MTO) for the spacer layer. Mg0.2Ti0.8O(MTO)をスペーサ層に用いた素子の断面透過電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型X線分析法によって得られた、素子中の各元素の分布図を示す。The distribution diagram of each element in the device obtained by the energy dispersive X-ray analysis method using the cross-sectional transmission electron microscope of the device using Mg 0.2 Ti 0.8 O (MTO) as the spacer layer is shown. MTO層の膜厚に対する磁気抵抗変化率の説明図である。It is explanatory drawing of the magnetic resistance change rate with respect to the film thickness of the MTO layer. MTO層の膜厚に対する素子単位面積当たり電気抵抗変化量の説明図である。It is explanatory drawing of the electric resistance change amount per element unit area with respect to the film thickness of the MTO layer.

以下、図面を用いて本発明を説明する。
図7は、本発明の一実施の形態による磁気抵抗素子の構造模式図である。図において、磁気抵抗素子は、基板11、下地層12、下部強磁性層13、スペーサ層14、上部強磁性層15、キャップ層16がこの順で積層されている。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a schematic structural diagram of a magnetoresistive element according to an embodiment of the present invention. In the figure, in the magnetoresistive element, the substrate 11, the base layer 12, the lower ferromagnetic layer 13, the spacer layer 14, the upper ferromagnetic layer 15, and the cap layer 16 are laminated in this order.

基板11には、例えば単結晶MgO基板が用いられるが、特に単結晶MgO基板に限られるものではなく、ホイスラー合金層が多結晶となるSiや金属・合金等を基板として使ってもよい。基板11としては、表面酸化Si基板が安価でよいが、半導体製造用のシリコン基板でも良く、またガラス基板や金属基板でもよい。これらの材料を基板11に用いても、磁気抵抗素子として高い磁気抵抗比がえられる。 For the substrate 11, for example, a single crystal MgO substrate is used, but the substrate is not particularly limited to the single crystal MgO substrate, and Si, a metal, an alloy or the like in which the Whistler alloy layer is polycrystalline may be used as the substrate. As the substrate 11, a surface oxide Si substrate may be inexpensive, but a silicon substrate for semiconductor manufacturing may be used, or a glass substrate or a metal substrate may be used. Even if these materials are used for the substrate 11, a high magnetoresistive ratio can be obtained as a magnetoresistive element.

下地層12は、磁気抵抗測定用の電極となるもので、例えばAg、Al、Cu、Au、Cr等の少なくとも一種類を含む金属や、これら金属元素の合金が用いられる。なお、下地層12は、さらに下地層12bの下に別の下地層12aを追加した二層構造や、三層以上の多層構造としてもよい。
なお、配向層を下地層12の下側に設けても良い。配向層は、ホイスラー合金層を(100)方向に配向させる作用を持つもので、例えばMgO、TiN、NiTa合金の少なくとも一種類を含むものを用いる。
The base layer 12 serves as an electrode for measuring magnetic resistance, and for example, a metal containing at least one kind such as Ag, Al, Cu, Au, and Cr, or an alloy of these metal elements is used. The base layer 12 may have a two-layer structure in which another base layer 12a is further added under the base layer 12b, or a multi-layer structure having three or more layers.
The alignment layer may be provided below the base layer 12. The alignment layer has an action of orienting the Whistler alloy layer in the (100) direction, and for example, a layer containing at least one of MgO, TiN, and NiTa alloy is used.

下部強磁性層13と上部強磁性層15は、CoABの組成式で表されるホイスラー合金であって、AはCr、Mn、Fe、またはこれらのうちの2種類以上を合計の量が1になるように混合したもの、BはAl、Si、Ga、Ge、In、Sn、またはこれらのうちの2種類以上を合計の量が1になるように混合したものを含む。ホイスラー合金としては、CoFe(GaGe 1−x )(0.25<x<0.6)(CFGG)が特に好ましいが、これまでCPPGMRで大きな磁気抵抗変化量×素子面積ΔRAが得られているCoFeAl1−xSi(0.0≦x≦1.0)、CoFe1−xMnSi(0.0≦x≦1.0)、又はCoFe1−xMnGe(0.0≦x≦1.0)でもよい。上部強磁性層及び下部強磁性層は1種類のホイスラー合金を用いてもよく、2種類以上のホイスラー合金や他の金属や合金を組み合わせてもよい。
The lower ferromagnetic layer 13 and the upper ferromagnetic layer 15 are Whistler alloys represented by the composition formula of Co 2 AB, and A is Cr, Mn, Fe, or two or more of these in a total amount. B is a mixture of Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, or two or more of these so as to have a total amount of 1. As the whisler alloy, Co 2 Fe (Ga x Ge 1-x ) (0.25 <x <0.6) (CFGG) is particularly preferable, but up to now, a large amount of change in magnetic resistance × element area ΔRA has been obtained by CPPGMR. Co 2 FeAl 1-x Si x (0.0 ≦ x ≦ 1.0), Co 2 Fe 1-x Mn x Si (0.0 ≦ x ≦ 1.0), or Co 2 Fe 1- It may be x Mn x Ge (0.0 ≦ x ≦ 1.0). For the upper ferromagnetic layer and the lower ferromagnetic layer, one kind of Whistler alloy may be used, or two or more kinds of Whistler alloys or other metals or alloys may be combined.

スペーサ層14は、下部強磁性層13と上部強磁性層15との接触面に、それぞれ非磁性金属を用いた伝導性非磁性金属層14a、14cを有しているとよい。スペーサ層14は、伝導性非磁性金属層14a、14cで挟まれた中間層14bが、Mg1−xTi(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)であるとよい。ここで、xが0.5以下の場合は、中間層14bで導電性を得るのが困難になる。xが1.0の場合は、Tiとなり、Mgを含有しない二元元素組成物となる。yが0.8未満の場合は、中間層14bの電気抵抗率が低すぎるため磁気抵抗変化量が小さくなるという不都合がある。yが1.2超えの場合は、中間層14bの電気抵抗率が高すぎて十分な導電性が得られないという不都合がある。
スペーサ層14の厚さは、例えば0.1nmから20nmであるため、これら金属間化合物は一個ないし200個程度の金属原子層を形成している。
The spacer layer 14 may have conductive non-magnetic metal layers 14a and 14c using non-magnetic metals on the contact surfaces between the lower ferromagnetic layer 13 and the upper ferromagnetic layer 15, respectively. The spacer layer 14 is conductive nonmagnetic metal layer 14a, an intermediate layer 14b sandwiched by 14c is, Mg 1-x Ti x O y (0.5 ≦ x ≦ 1.0,0.8 ≦ y ≦ 1. 2) is preferable. Here, when x is 0.5 or less, it becomes difficult to obtain conductivity in the intermediate layer 14b. When x is 1.0, it becomes Ti x Oy , and the binary element composition does not contain Mg. When y is less than 0.8, there is an inconvenience that the amount of change in magnetic resistance becomes small because the electrical resistivity of the intermediate layer 14b is too low. If y exceeds 1.2, there is a disadvantage that the electrical resistivity of the intermediate layer 14b is too high to obtain sufficient conductivity.
Since the thickness of the spacer layer 14 is, for example, 0.1 nm to 20 nm, these intermetallic compounds form about 1 to 200 metal atomic layers.

キャップ層16は表面の保護のための金属又は合金よりなる。キャップ層16には、例えばAg、Al、Cu、Au、Cr 等の少なくとも一種類を含む金属や、これら金属元素の合金が用いられる。下地層12、スペーサ層14及びキャップ層16の各層は、それぞれ1種類の材料を用いても良いし、2種類以上の材料を積層させたものでもよい。 The cap layer 16 is made of a metal or alloy for surface protection. For the cap layer 16, for example, a metal containing at least one kind such as Ag, Al, Cu, Au, Cr and the like, and an alloy of these metal elements are used. Each of the base layer 12, the spacer layer 14, and the cap layer 16 may use one kind of material, or may be a laminate of two or more kinds of materials.

図1は、本発明の一実施の形態によるCPPGMR素子の断面模式図である。図2は、本発明の一実施の形態によるCPPGMR素子に、磁界に対する電気抵抗測定用の電極を付加した素子の断面模式図である。図2において、基板11として単結晶MgO基板、下地層12にはCr、Agを下から積層させたもの、下部強磁性層13と上部強磁性層15にはホイスラー合金CoFeGa0.5Ge0.5(CFGG)を用いている。また、スペーサ層14については、伝導性非磁性金属層14a、14cにはAg、中間層14bにはMg0.2Ti0.8O(MTO)を用いている。キャップ層16にはAgとRuを下から積層させたものを用いている。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a CPPGMR device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a CPPGMR device according to an embodiment of the present invention to which an electrode for measuring electrical resistance to a magnetic field is added. In FIG. 2, a single crystal MgO substrate is used as the substrate 11, Cr and Ag are laminated from below on the base layer 12, and a Whistler alloy Co 2 FeGa 0.5 Ge is formed on the lower ferromagnetic layer 13 and the upper ferromagnetic layer 15. 0.5 (CFGG) is used. As for the spacer layer 14, Ag is used for the conductive non-magnetic metal layers 14a and 14c, and Mg 0.2 Ti 0.8 O (MTO) is used for the intermediate layer 14b. The cap layer 16 is made by laminating Ag and Ru from below.

図2に示す素子においては、MgO基板板上に下から、Cr(10)/Ag(100)/CFGG(10)/Ag(1)/MTO(2.2)/Ag(1)/CFGG(10)/Ag(5)/Ru(8)、括弧内の数字は膜厚(nm)、の膜構成でスパッタ法により製膜を行った。
CFGG薄膜の結晶構造の改善のため、上部CFGG層を製膜後、スパッタ室内で真空中にて550℃でアニールを行い、その後Ag(5)/Ru(8)を積層させた。
In the element shown in FIG. 2, from the bottom on the MgO substrate plate, Cr (10) / Ag (100) / CFGG (10) / Ag (1) / MTO (2.2) / Ag (1) / CFGG ( The film was formed by a sputtering method with a film structure of 10) / Ag (5) / Ru (8) and the number in parentheses is the film thickness (nm).
In order to improve the crystal structure of the CFGG thin film, the upper CFGG layer was formed, annealed at 550 ° C. in a vacuum in a sputtering chamber, and then Ag (5) / Ru (8) was laminated.

次に、図2の素子構造の詳細を説明する。なお、図2において、前記図1と同一作用をするものには同一符号を付して説明を省略する。図において、酸化シリコン層17は、図1に示す下部強磁性層13、スペーサ層14、上部強磁性層15、キャップ層16の周囲に設けられるもので、Agの下地層12bの上に積層されている。銅電極層18は、酸化シリコン層17とキャップ層16の上に積層されている。定電流源19は、導線20a、20bによってAgの下地層12bと銅電極層18に接続されており、CPPGMR素子の膜面の垂直方向に定電流を流す。電圧計21は、導線22a、22bによってAgの下地層12bと銅電極層18に接続されており、CPPGMR素子の膜面の垂直方向に発生する電圧を測定する。定電流源19の電流値と、電圧計21の測定電圧値から、CPPGMR素子の膜面の垂直方向の電気抵抗が測定できるため、CPPGMR素子の磁界に対する電気抵抗の変化を調べることができる。 Next, the details of the element structure of FIG. 2 will be described. In FIG. 2, those having the same action as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In the figure, the silicon oxide layer 17 is provided around the lower ferromagnetic layer 13, the spacer layer 14, the upper ferromagnetic layer 15, and the cap layer 16 shown in FIG. 1, and is laminated on the base layer 12b of Ag. ing. The copper electrode layer 18 is laminated on the silicon oxide layer 17 and the cap layer 16. The constant current source 19 is connected to the base layer 12b of Ag and the copper electrode layer 18 by the conducting wires 20a and 20b, and a constant current flows in the direction perpendicular to the film surface of the CPPGMR element. The voltmeter 21 is connected to the base layer 12b of Ag and the copper electrode layer 18 by the conducting wires 22a and 22b, and measures the voltage generated in the direction perpendicular to the film surface of the CPPGMR element. Since the electrical resistance in the direction perpendicular to the film surface of the CPPGMR element can be measured from the current value of the constant current source 19 and the measured voltage value of the voltmeter 21, the change in the electrical resistance of the CPPGMR element with respect to the magnetic field can be investigated.

このように構成された素子について、膜面に垂直方向の電気抵抗を測定するため、図2に示すような微細加工を行い、さらに電極を付け、面内方向に印可した磁界に対する電気抵抗の変化を調べた。図3は、素子の単位面積当たり電気抵抗Rと単位素子面積当たりの電気抵抗RAを外部磁場Hexに対してプロットした図である。 In order to measure the electrical resistance of the element configured in this way in the direction perpendicular to the film surface, fine processing as shown in FIG. 2 is performed, electrodes are further attached, and the change in electrical resistance with respect to the magnetic field applied in the in-plane direction. I checked. FIG. 3 is a diagram in which the electric resistance R per unit area of the element and the electric resistance RA per unit area of the element are plotted against the external magnetic field Hex.

図3は、Mg0.2Ti0.8O(MTO)をスペーサ層に用いた素子の、印加磁場に対する電気抵抗×素子面積の変化を説明する一例図で、横軸が印加磁場H(kA/m)、縦軸が電気抵抗[Ω]及び電気抵抗×素子面積[mΩ・μm]である。印加磁場H(kA/m)を−80kA/mから+80kA/mまで増加させると、−80kA/mから−40kA/mまでは207[mΩ・μm]程度、−40kA/mから−8kA/mまでは207から236[mΩ・μm]程度まで漸増し、−8kA/mから+1kA/mまではステップ状に236から297[mΩ・μm]程度まで増加し、+1kA/mから+4kA/mまでは297[mΩ・μm]程度でほぼ一定値を示す。さらに印加磁場を増大させると+4kA/mから+20kA/mまでは297から255[mΩ・μm]まで漸減した後、+20kA/m付近で213[mΩ・μm]に減少し、+20kA/mから+40kA/mまでは213から208[mΩ・μm]に漸減し、+40kA/mから+80kA/mまでは再び207[mΩ・μm]程度となっている。印加磁場H(kA/m)を+80kA/mから−80kA/mまで減少させると、印加磁場Hが0kA/mを中心線として、印加磁場Hを増加させる場合とほぼ対称な曲線となっている。
磁気抵抗変化率43%、単位素子面積当たりの抵抗変化量として、ΔRA=90mΩ・μmという値が得られた。
FIG. 3 is an example diagram for explaining the change in electrical resistance × element area with respect to the applied magnetic field of an element using Mg 0.2 Ti 0.8 O (MTO) as the spacer layer, and the horizontal axis is the applied magnetic field H (kA). / M), the vertical axis is electrical resistance [Ω] and electrical resistance × element area [mΩ · μm 2 ]. When the applied magnetic field H (kA / m) is increased from -80 kA / m to + 80 kA / m, it is about 207 [mΩ · μm 2 ] from -80 kA / m to -40 kA / m, and from -40 kA / m to -8 kA / m. From 207 to 236 [mΩ · μm 2 ], gradually increase from -8 kA / m to + 1 kA / m, stepwise increase from 236 to 297 [mΩ · μm 2 ], and from + 1 kA / m to + 4 kA / m. Up to m, it shows an almost constant value at about 297 [mΩ · μm 2 ]. When the applied magnetic field is further increased, it gradually decreases from 297 to 255 [mΩ · μm 2 ] from + 4 kA / m to + 20 kA / m, then decreases to 213 [mΩ · μm 2 ] near + 20 kA / m, and from + 20 kA / m. Up to + 40 kA / m, it gradually decreases from 213 to 208 [mΩ · μm 2 ], and from + 40 kA / m to + 80 kA / m, it becomes about 207 [mΩ · μm 2 ] again. When the applied magnetic field H (kA / m) is decreased from +80 kA / m to -80 kA / m, the applied magnetic field H has a curve substantially symmetric with the case where the applied magnetic field H is increased with 0 kA / m as the center line. ..
A value of ΔRA = 90 mΩ · μm 2 was obtained as the magnetic resistance change rate of 43% and the resistance change amount per unit element area.

図4は、図3に示した素子の断面透過電子顕微鏡を用いたエネルギー分散型X線分析法によって得られた、素子中の各元素Ag、O、Mg、Tiの分布図を示す。スペーサ層がAgとMTOからなることが示されている。ただし、その構造はAg/MTO/Agの3層構造という設計とは異なり、Agがほぼ1層に集まりまた場所による不均一も見られる。このことは製膜後のアニールによって原子が拡散したことによるものと考えられる。しかしながら、このような構造でも大きなΔRAが得られており、AgとMTOからなるスペーサ層を用いることが有効であることを示している。 FIG. 4 shows a distribution diagram of each element Ag, O, Mg, and Ti in the device obtained by the energy dispersive X-ray analysis method using the cross-section transmission electron microscope of the device shown in FIG. It has been shown that the spacer layer consists of Ag and MTO. However, the structure is different from the design of the three-layer structure of Ag / MTO / Ag, and Ag is gathered in almost one layer and non-uniformity is observed depending on the location. It is considered that this is due to the diffusion of atoms by annealing after film formation. However, a large ΔRA was obtained even with such a structure, indicating that it is effective to use a spacer layer composed of Ag and MTO.

実施例1と同じ構造の素子において、スペーサ層をMTOの膜厚を変化させその影響を調べた。すなわち、MgO基板板上に下から、Cr(10)/Ag(100)/CFGG(10)/Ag(1)/MTO(t)/Ag(1)/CFGG(10)/Ag(5)/Ru(8)、括弧内の数字は膜厚(nm)、の膜構成でスパッタ法により製膜を行った。実施例1と同じ条件で熱処理および微細加工を行い、電気抵抗の磁界依存性を測定した。 In the device having the same structure as that of Example 1, the influence of the spacer layer was investigated by changing the film thickness of MTO. That is, from the bottom on the MgO substrate plate, Cr (10) / Ag (100) / CFGG (10) / Ag (1) / MTO (t) / Ag (1) / CFGG (10) / Ag (5) / The film was formed by a sputtering method with a film structure of Ru (8) and the number in parentheses is the film thickness (nm). Heat treatment and microfabrication were performed under the same conditions as in Example 1, and the magnetic field dependence of the electrical resistance was measured.

磁気抵抗変化率を中間層14bであるMTO層の厚さtMTO(nm)に対してプロットしたものを図5に示す。tMTO=2.2nmの時に、平均値30%という最大の磁気抵抗変化率が得られた。また、最大の磁気抵抗変化率として平均値20%を境界値とすると、2.1nm≦tMTO≦2.4nmの範囲が好ましい。さらに、最大の磁気抵抗変化率として平均値10%を境界値とすると、2.0nm≦tMTO≦2.7nmの範囲が好ましい。また、単位素子面積当たりの抵抗変化量ΔRAをtMTO(nm)に対してプロットしたものを図6に示す。tMTO=2.1nmの時に、平均値87mΩ・μmとい
う最大のΔRAが得られた。
FIG. 5 shows a plot of the rate of change in magnetoresistance with respect to the thickness t MTO (nm) of the MTO layer which is the intermediate layer 14b. When t MTO = 2.2 nm, the maximum reluctance rate of change of 30% on average was obtained. Further, assuming that the average value of 20% is set as the boundary value as the maximum rate of change in magnetic resistance, the range of 2.1 nm ≦ t MTO ≦ 2.4 nm is preferable. Further, assuming that the average value of 10% is set as the boundary value as the maximum rate of change in magnetic resistance, the range of 2.0 nm ≦ t MTO ≦ 2.7 nm is preferable. Further, FIG. 6 shows a plot of the resistance change amount ΔRA per unit element area with respect to t MTO (nm). When t MTO = 2.1 nm, the maximum ΔRA with an average value of 87 mΩ · μm 2 was obtained.

スペーサ層に挿入した伝導性非磁性金属層14a、14cとしてのAg層の効果を調べるため、中間層14bであるMTOのみをスペーサ層に用いた素子を作成した。すなわち、MgO基板板上に下から、Cr(10)/Ag(100)/CFGG(10)/MTO(3.3)/CFGG(10)/Ag(5)/Ru(8)、括弧内の数字は膜厚(nm)、の膜構成でスパッタ法により製膜を行った。実施例1、2と同様の熱処理および微細加工を行い印可磁界に対する電気抵抗の依存性を測定した。その結果、磁気抵抗変化率は0.3%と、実施例1、2と比較して低い値であった。 In order to investigate the effect of the Ag layer as the conductive non-magnetic metal layers 14a and 14c inserted into the spacer layer, an element using only the MTO which is the intermediate layer 14b as the spacer layer was prepared. That is, from the bottom on the MgO substrate plate, Cr (10) / Ag (100) / CFGG (10) / MTO (3.3) / CFGG (10) / Ag (5) / Ru (8), in parentheses. The number is the film thickness (nm), and the film was formed by the sputtering method. The same heat treatment and microfabrication as in Examples 1 and 2 were performed, and the dependence of the electric resistance on the applied magnetic field was measured. As a result, the rate of change in magnetic resistance was 0.3%, which was lower than that of Examples 1 and 2.

なお、上記の実施の形態においては、(001)方向に配向したエピタキシャル膜を示しているが、結晶方位はこれに限られるものではなく、(110)、(111)、(211)等の適宜の方向に配向したエピタキシャル膜でもよい。また基板の構造は単結晶に限られるものではなく多結晶でもよい。多結晶の場合においても結晶方位は(001)、(110)、(111)、(211)等の適宜の方向に配向していてもよく、あるいは全く配向していなくてもよい。 In the above embodiment, the epitaxial film oriented in the (001) direction is shown, but the crystal orientation is not limited to this, and (110), (111), (211) and the like are appropriately used. It may be an epitaxial film oriented in the direction of. Further, the structure of the substrate is not limited to a single crystal, but may be a polycrystal. Even in the case of polycrystal, the crystal orientation may be oriented in an appropriate direction such as (001), (110), (111), (211), or may not be oriented at all.

図1に示す構造に加え、上部強磁性層の上にピニング層としてIrMn合金、PtMn合金等の反強磁性体の層を追加し、交換異方性によって上部強磁性層の磁化反転を抑えることにより、上部強磁性層と下部強磁性層が反平行に磁化した状態を安定化することができる。ピニング層は下部強磁性層の下に挿入してもよい。
また、上記実施例では、伝導性非磁性金属層14a、14cとして、MgTiO層の両側にAg層を配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、この層は伝導性のある非磁性金属であればよく、Agの他に、Mg、Al、Zn、Ti、V、Cu、でもよい。また、伝導性非磁性金属層14a、14cとMgTiO層は、明確な3層構造のスペーサ(例えば、Ag/MTO/Ag)でもよく、また3層構造に明確に分離されていない層構造であって、Mg1−xTiと伝導性非磁性金属が混ざっている組織による層構造でもよい。
In addition to the structure shown in FIG. 1, a layer of antiferromagnets such as IrMn alloy and PtMn alloy is added as a pinning layer on the upper ferromagnetic layer, and the magnetization reversal of the upper ferromagnetic layer is suppressed by exchange anisotropy. Therefore, it is possible to stabilize the state in which the upper ferromagnetic layer and the lower ferromagnetic layer are magnetized antiparallel. The pinning layer may be inserted below the lower ferromagnetic layer.
Further, in the above embodiment, Ag layers are arranged on both sides of the MgTIO layer as the conductive non-magnetic metal layers 14a and 14c, but the present invention is not limited to this, and this layer is conductive. Any non-magnetic metal may be used, and in addition to Ag, Mg, Al, Zn, Ti, V, Cu may be used. Further, the conductive non-magnetic metal layers 14a and 14c and the MgTIO layer may be spacers having a clear three-layer structure (for example, Ag / MTO / Ag), or have a layer structure that is not clearly separated into the three-layer structure. Further, a layer structure having a structure in which Mg 1-x T x Oy and a conductive non-magnetic metal are mixed may be used.

本発明の面直方向磁気抵抗効果(CPPGMR)を利用した素子は、磁気ディスク用読み取りヘッド用として使用するのに適しており、また微細な磁性情報の検出にも利用できる。 The element utilizing the surface orthogonal magnetoresistive effect (CPPGMR) of the present invention is suitable for use as a reading head for a magnetic disk, and can also be used for detecting fine magnetic information.

11 基板
12a、12b 下地層
13 下部強磁性層
14a、14b、14c スペーサ層
15 上部強磁性層
16a、16b キャップ層

11 Substrate 12a, 12b Underlayer 13 Lower ferromagnetic layers 14a, 14b, 14c Spacer layer 15 Upper ferromagnetic layers 16a, 16b Cap layer

Claims (14)

ホイスラー合金よりなる下部強磁性層と上部強磁性層、及び当該下部強磁性層と上部強磁性層との間に挟まれたスペーサ層とを備える面直方向磁気抵抗素子において、
前記スペーサ層がMg1−xTi(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)と伝導性非磁性金属からなる非磁性スペーサ層であると共に、窒素元素を含有する界面保護層を有しないことを特徴とする面直方向磁気抵抗素子。
In a plane-directed magnetic resistance element provided with a lower ferromagnetic layer and an upper ferromagnetic layer made of a Whisler alloy and a spacer layer sandwiched between the lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer.
Together with the spacer layer is a Mg 1-x Ti x O y nonmagnetic spacer layer made of (0.5 ≦ x ≦ 1.0,0.8 ≦ y ≦ 1.2) and the conductive non-magnetic metal, nitrogen A face- to- plane magnetoresistive element that does not have an element-containing interfacial protective layer .
前記伝導性非磁性金属は、Ag、Mg、Al、Zn、Ti、V、およびCuから選ばれる少なくとも一つの非磁性金属元素からなることを特徴とする請求項に記載の面直方向磁気抵抗素子。 The plane perpendicular magnetic resistance according to claim 1 , wherein the conductive non-magnetic metal is composed of at least one non-magnetic metal element selected from Ag, Mg, Al, Zn, Ti, V, and Cu. element. ホイスラー合金よりなる下部強磁性層と上部強磁性層、及び当該下部強磁性層と上部強磁性層との間に挟まれたスペーサ層とを備える面直方向磁気抵抗素子において、
前記スペーサ層がMg1−xTi(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)と、当該Mg 1−x Ti の上下の両層に伝導性非磁性金属層を、配置している非磁性スペーサ層であると共に、窒素元素を含有する界面保護層を有しないことを特徴とする面直方向磁気抵抗素子。
In a plane-directed magnetic resistance element provided with a lower ferromagnetic layer and an upper ferromagnetic layer made of a Whisler alloy and a spacer layer sandwiched between the lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer.
The spacer layer is, Mg and 1-x Ti x O y ( 0.5 ≦ x ≦ 1.0,0.8 ≦ y ≦ 1.2), both layers of the upper and lower of the Mg 1-x Ti x O y the orthogonal direction magnetoresistive element characterized by having no conductive nonmagnetic metallic layer, along with a non-magnetic spacer layer which is arranged, the interface protective layer containing nitrogen element.
前記伝導性非磁性金属層は、Ag、Mg、Al、Zn、Ti、V、およびCuから選ばれる少なくとも一つの非磁性金属元素からなることを特徴とする請求項に記載の面直方向磁気抵抗素子。 The plane perpendicular magnetism according to claim 3 , wherein the conductive non-magnetic metal layer is composed of at least one non-magnetic metal element selected from Ag, Mg, Al, Zn, Ti, V, and Cu. Resistive element. 前記Mg1−xTi(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)がMg0.2Ti0.8Oであることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の面直方向磁気抵抗素子。 Claim 1 characterized in that the Mg 1-x Ti x O y (0.5 ≦ x ≦ 1.0, 0.8 ≦ y ≦ 1.2) is Mg 0.2 Ti 0.8 O. Item 4. The orthogonal magnetoresistive element according to any one of 4 to 4. 表面酸化Si基板、シリコン基板、ガラス基板、金属基板、MgO基板の少なくとも一種類である基板と、
前記基板の上に形成される下地層と、 前記下地層に積層された請求項1乃至5の何れか1項に記載する面直方向磁気抵抗素子であって、
前記下地層はAg、Al、Cu、Au、Crからなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属又は合金を含み、前記ホイスラー合金のエピタキシャル成長する結晶方向は(001)方向であることを特徴とする面直方向磁気抵抗素子。
Surface oxide substrate, silicon substrate, glass substrate, metal substrate, MgO substrate, which is at least one type of substrate,
The surface orthogonal magnetoresistive element according to any one of claims 1 to 5 , wherein the base layer is formed on the substrate and the base layer is laminated.
The underlying layer includes Ag, Al, Cu, Au, at least one metal or alloy selected from the group consisting of Cr, crystal direction of epitaxial growth of the Heusler alloy is characterized by a (001) direction Planodirectional magnetic resistance element.
前記下部強磁性層と上部強磁性層は、CoABの組成式で表されるホイスラー合金であって、前記AはCr、Mn、Fe、またはこれらのうちの2種類以上を合計の量が1になるように混合したもの、前記BはAl、Si、Ga、Ge、In、Sn、またはこれらのうちの2種類以上を合計の量が1になるように混合したものを含むことを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の面直方向磁気抵抗素子。 The lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer are Whistler alloys represented by the composition formula of Co 2 AB, and the total amount of A is Cr, Mn, Fe, or two or more of these. The B is characterized by containing Al, Si, Ga, Ge, In, Sn, or a mixture of two or more of these so that the total amount is 1. The surface perpendicular magnetic resistance element according to any one of claims 1 to 6 . 前記下部強磁性層と上部強磁性層は、B2規則構造又はL2規則構造の少なくとも一方を持つホイスラー強磁性合金からなると共に、前記ホイスラー強磁性合金がCoFe(GaGe 1−x )(0.25<x<0.6)、CoFeAl1−xSi(0.0≦x≦1.0)、CoFe1−xMnSi(0.0≦x≦1.0)、又はCoFe1−xMnGe(0.0≦x≦1.0)から選ばれたホイスラー強磁性合金を含むことを特徴とする請求項8に記載の面直方向磁気抵抗素子。 The lower ferromagnetic layer and the upper ferromagnetic layer, it becomes a Heusler ferromagnetic alloy having at least one of the B2 ordered structure or L2 1 ordered structure, the Heusler ferromagnetic alloy Co 2 Fe (Ga x Ge 1 -x) (0.25 <x <0.6), Co 2 FeAl 1-x Si x (0.0 ≦ x ≦ 1.0), Co 2 Fe 1-x Mn x Si (0.0 ≦ x ≦ 1. 0), or the plane-directed magnetic resistance according to claim 8, which comprises a Whistler ferromagnetic alloy selected from Co 2 Fe 1-x Mn x Ge (0.0 ≦ x ≦ 1.0). element. さらに、磁気抵抗測定用の電極である下地層を、前記下地層と前記下部強磁性層との間に挟んで設けたことを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の面直方向磁気抵抗素子。 The surface according to any one of claims 1 to 8 , wherein a base layer, which is an electrode for measuring magnetic resistance, is provided between the base layer and the lower ferromagnetic layer. Linear magnetoresistive element. さらに、前記上部強磁性層に積層された、表面保護用のキャップ層を有すると共に、
前記キャップ層はAg、Al、Cu、Au、RuおよびPtからなる群から選ばれた少なくとも一種類の金属又は合金よりなることを特徴とする請求項1乃至の何れか1項に記載の面直方向磁気抵抗素子。
Further, it has a cap layer for surface protection laminated on the upper ferromagnetic layer, and also has a cap layer for surface protection.
The surface according to any one of claims 1 to 9 , wherein the cap layer is made of at least one kind of metal or alloy selected from the group consisting of Ag, Al, Cu, Au, Ru and Pt. Linear magnetoresistive element.
さらに、前記上部強磁性層の上又は下部強磁性層の下に設けられたピニング層を有すると共に、
前記ピニング層はIrMn合金、PtMn合金等の反強磁性体の層であることを特徴とする請求項1乃至1の何れか1項に記載の面直方向磁気抵抗素子。
Further, it has a pinning layer provided above or below the upper ferromagnetic layer, and also has a pinning layer.
The pinning layer IrMn alloy, the orthogonal direction magnetoresistive element according to any one of claims 1 to 1 0, characterized in that a layer of antiferromagnetic material such as PtMn alloy.
ホイスラー合金薄膜間にスペーサ層を配した構造を持つ面直方向磁気抵抗(CPPGMR)素子であって、
前記ホイスラー合金薄膜が、B2規則構造又はL2規則構造の少なくとも一方を持つホイスラー強磁性合金からなると共に、前記ホイスラー強磁性合金がCoFe(GaGe 1−x )(0.25<x<0.6)、CoFeAl1−xSi(0.0≦x≦1.0)、CoFe1−xMnSi(0.0≦x≦1.0)、又はCoFe1−xMnGe(0.0≦x≦1.0)から選ばれたホイスラー強磁性合金であり、
前記スペーサ層がMg1−xTi(0.5≦x≦1.0,0.8≦y≦1.2)と伝導性非磁性金属からなると共に、窒素元素を含有する界面保護層を有しないことを特徴とする面直方向磁気抵抗(CPPGMR)素子。
A surface orthogonal reluctance (CPPGMR) element having a structure in which a spacer layer is arranged between thin films of Heusler alloy.
The Whistler alloy thin film is composed of a Whistler ferromagnetic alloy having at least one of a B2 regular structure and an L2 1 regular structure, and the Whistler ferromagnetic alloy is Co 2 Fe (Ga x Ge 1-x ) (0.25 <x). <0.6), Co 2 FeAl 1-x Si x (0.0 ≦ x ≦ 1.0), Co 2 Fe 1-x Mn x Si (0.0 ≦ x ≦ 1.0), or Co 2 A Whistler ferromagnetic alloy selected from Fe 1-x Mn x Ge (0.0 ≦ x ≦ 1.0).
Together with the spacer layer is formed of Mg 1-x Ti x O y (0.5 ≦ x ≦ 1.0,0.8 ≦ y ≦ 1.2) and the conductive non-magnetic metal, surface protection containing nitrogen element A plane perpendicular reluctance (CPPGMR) element, characterized by having no layers .
請求項1乃至11の何れか1項に記載の面直方向磁気抵抗素子又は請求項1に記載の面直方向磁気抵抗素子を用いたことを特徴とする磁気ヘッド。 Magnetic head characterized by using a surface direction perpendicular magnetoresistive element according to the orthogonal direction magnetoresistive element or Claim 1 2 according to any one of claims 1 to 11. 請求項13に記載の磁気ヘッドを用いたことを特徴とする磁気再生装置。
A magnetic reproduction device according to claim 13 , wherein the magnetic head is used.
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