JP7434962B2 - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
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Description
本発明は、磁気抵抗効果素子に関する。
磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果により積層方向の抵抗値が変化する素子である。磁気抵抗効果素子は、２つの強磁性層とこれらに挟まれた非磁性層とを備える。非磁性層に導体が用いられた磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子と言われ、非磁性層に絶縁層（トンネルバリア層、バリア層）が用いられた磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子と言われる。磁気抵抗効果素子は、磁気センサ、高周波部品、磁気ヘッド及び不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）等の様々な用途への応用が可能である。
特許文献１には、ホイスラー合金を強磁性層に用いた磁気抵抗効果素子を備える磁気センサが記載されている。ホイスラー合金は高いスピン分極率を有し、磁気センサの出力信号が増加することが期待される。一方で、特許文献１には、高温又は所定の結晶性を有する厚い下地基板上に成膜しないと、ホイスラー合金が結晶化しにくいことが記載されている。特許文献１には、高温での成膜や厚い下地基板は磁気センサの出力低下の原因となりえることが記載されている。特許文献１は、強磁性層を非結晶層と結晶層との積層構造とすることで、磁気センサの出力が大きくなることが記載されている。
磁気センサの出力信号の大きさは、磁気抵抗効果素子の磁気抵抗変化率（ＭＲ比）に依存する。一般に、非磁性層を挟む強磁性層の結晶性が高い方が、ＭＲ比が大きくなる傾向にある。特許文献１に記載の磁気抵抗効果素子は、非磁性層を挟む強磁性層がアモルファスであり、十分大きなＭＲ比を得ることが難しい。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、大きなＭＲ比を実現できる磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
（１）第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子は、少なくとも一方がホイスラー合金層を含む第１強磁性層及び第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間にある第１非磁性層と、前記ホイスラー合金層のいずれかの面に接し、積層面に対して不連続な部分を有する第２非磁性層と、を備え、前記第２非磁性層は、前記第１非磁性層とは異なる材料からなり、（００１）配向したＭｇを含む酸化物である。
（２）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、積層方向からの平面視で、前記第２非磁性層が占める割合が１０％以上８０％以下であってもよい。
（３）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、積層方向からの平面視で、前記第２非磁性層が占める割合が２０％以上６０％以下であってもよい。
（４）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ホイスラー合金層は、（００１）方向に主配向していてもよい。
（５）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第２非磁性層は、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｎｉからなる群から選択されるいずれかの元素を含んでもよい。
（６）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ホイスラー合金層は、組成式Ｃｏ２ＹαＺβで表記され、前記Ｙは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒからなる群から選択された１種以上の元素であり、前記Ｚは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅからなる群から選択された１種以上の元素であり、α＋β＞２を満たしてもよい。
（７）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ＹがＦｅであり、前記ＺがＧａ及びＧｅであってもよい。
（８）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ホイスラー合金層は、組成式Ｃｏ２ＦｅαＧａβ１Ｇｅβ２で表記され、α＋β１＋β２≧２．３、α＜β１＋β２、０．５＜α＜１．９、０．１≦β１、０．１≦β２を満たしてもよい。
（９）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１非磁性層は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒからなる群から選択されるいずれかの元素を含む金属又は合金であってもよい。
（１０）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子は、基板をさらに有し、前記基板は、前記第１強磁性層、前記第２強磁性層、前記第１非磁性層及び前記第２非磁性層が積層される下地であり、前記基板は、アモルファスであってもよい。
本発明に係る磁気抵抗効果素子は、大きなＭＲ比を示す。
以下、本実施形態について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本実施形態の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
「第１実施形態」
図１は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。まず方向について定義する。各層が積層されている方向を、積層方向という場合がある。また積層方向と交差し、各層が広がる方向を面内方向という場合がある。
図１は、第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。まず方向について定義する。各層が積層されている方向を、積層方向という場合がある。また積層方向と交差し、各層が広がる方向を面内方向という場合がある。
図１に示す磁気抵抗効果素子１０は、第１強磁性層１と第２強磁性層２と第１非磁性層３と第２非磁性層４とを備える。
磁気抵抗効果素子１０は、第１強磁性層１の磁化と第２強磁性層２の磁化の相対角の変化を抵抗値変化として出力する。第２強磁性層２の磁化は、例えば、第１強磁性層１の磁化より動きやすい。所定の外力を加えた場合に、第１強磁性層１の磁化の向きは変化せず（固定され）、第２強磁性層２の磁化の向きは変化する。第１強磁性層１の磁化の向きに対して第２強磁性層２の磁化の向きが変化することで、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値は変化する。この場合、第１強磁性層１は磁化固定層と言われ、第２強磁性層２は磁化自由層と言われる場合がある。以下、第１強磁性層１が磁化固定層、第２強磁性層２が磁化自由層として説明するが、この関係は逆でもよい。
所定の外力を印加した際の第１強磁性層１の磁化と第２強磁性層２の磁化との動きやすさの差は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との保磁力の違いにより生じる。例えば、第２強磁性層２の厚みを第１強磁性層１の厚みより薄くすると、第２強磁性層２の保磁力が第１強磁性層１の保磁力より小さくなる。また例えば、第１強磁性層１の第１非磁性層３と反対側の面に、スペーサ層を介して、反強磁性層を設けてもよい。第１強磁性層１、スペーサ層、反強磁性層は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）となる。シンセティック反強磁性構造は、スペーサ層を挟む２つの磁性層からなる。第１強磁性層１と反強磁性層とが反強磁性カップリングすることで、反強磁性層を有さない場合より第１強磁性層１の保磁力が大きくなる。反強磁性層は、例えば、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等である。スペーサ層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む。
第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、強磁性体を含む。図１に示す第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、ホイスラー合金層をいずれも含む。第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、例えば、ホイスラー合金層からなる。ホイスラー合金層は、少なくとも一部が結晶化している。ホイスラー合金層は、例えば、全てが結晶化していてもよい。
ホイスラー合金が結晶化しているか否かは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像（例えば高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡像：HAADF－STEM像）又は透過型電子線を用いた電子線回折像により判断できる。ホイスラー合金が結晶化していると、例えばHAADF－STEM像で原子が規則的に配列している状態が確認できる。より詳細には、HAADF－STEM像のフーリエ変換像に、ホイスラー合金の結晶構造に由来するスポットが現れる。またホイスラー合金が結晶化していると、電子線回折像において（００１）面、（００２）面、（１１０）面、（１１１）面のうち少なくとも一つの面からの回折スポットが確認できる。少なくともいずれかの手段で結晶化が確認できた場合、ホイスラー合金の少なくとも一部が結晶化していると言える。
ホイスラー合金層は、例えば、（００１）方向に主配向（もしくは優先配向ともいう）している。（００１）方向に主配向しているとは、ホイスラー合金層を構成する結晶の主の結晶方向が（００１）方向であること意味する。例えば、ホイスラー合金層が複数の結晶粒からなる場合、それぞれの結晶粒の結晶方向が異なる場合がある。この場合、それぞれの結晶粒における結晶の配向方向の合成ベクトルの方向が（００１）方向に対して傾き２５°以内の範囲にある場合、（００１）方向に主配向していると言える。構成する結晶の配向方向が揃ったホイスラー合金層は、結晶性が高く、このホイスラー合金を含む磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比は高い。また、（００１）方向と等価と考えられる配向方向も（００１）配向に含まれるものとする。すなわち、（００１）配向には、（００１）配向、（０１０）配向、（１００）配向およびこれらと正反対の配向方向の全てが含まれるものとする。
ホイスラー合金は、ＸＹＺまたはＸ２ＹＺの化学組成をもつ金属間化合物である。Ｘ２ＹＺで表記される強磁性のホイスラー合金は、フルホイスラー合金と言われ、ＸＹＺで表記される強磁性のホイスラー合金は、ハーフホイスラー合金と言われる。ハーフホイスラー合金は、フルホイスラー合金のＸサイトの原子の一部が空格子となったものである。いずれも、典型的には、ｂｃｃ構造を基本とした金属間化合物である。
図２は、ホイスラー合金の結晶構造の一例である。図２（ａ）～（ｃ）は、フルホイスラー合金の結晶構造の一例であり、図２（ｄ）～（ｆ）は、ハーフホイスラー合金の結晶構造の一例である。
図２（ａ）は、Ｌ２１構造と言われる。Ｌ２１構造は、Ｘサイトに入る元素、Ｙサイトに入る元素、及び、Ｚサイトに入る元素が固定されている。図２（ｂ）は、Ｌ２１構造由来のＢ２構造と言われる。Ｂ２構造は、Ｙサイトに入る元素とＺサイトに入る元素とが混在し、Ｘサイトに入る元素が固定されている。図２（ｃ）は、Ｌ２１構造由来のＡ２構造と言われる。Ａ２構造は、Ｘサイトに入る元素とＹサイトに入る元素とＺサイトに入る元素とが混在している。
図２（ｄ）は、Ｃ１ｂ構造と言われる。Ｃ１ｂ構造は、Ｘサイトに入る元素、Ｙサイトに入る元素、及び、Ｚサイトに入る元素が固定されている。図２（ｅ）は、Ｃ１ｂ構造由来のＢ２構造と言われる。Ｂ２構造は、Ｙサイトに入る元素とＺサイトに入る元素とが混在し、Ｘサイトに入る元素が固定されている。図２（ｆ）は、Ｃ１ｂ構造由来のＡ２構造と言われる。Ａ２構造は、Ｘサイトに入る元素とＹサイトに入る元素とＺサイトに入る元素とが混在している。
フルホイスラー合金においてはＬ２１構造＞Ｂ２構造＞Ａ２構造の順に結晶性が高く、ハーフホイスラー合金においてはＣ１ｂ構造＞Ｂ２構造＞Ａ２構造の順に、結晶性が高い。これらの結晶構造は結晶性の良さに違いはあるが、いずれも結晶である。従って、第１強磁性層１と第２強磁性層２はそれぞれ、例えば、上記のいずれかの結晶構造を有する。第１強磁性層１と第２強磁性層２のそれぞれの結晶構造は、例えば、Ｌ２１構造またはＢ２構造である。
ここでＸは周期表上でＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、あるいはＣｕ族の遷移金属元素または貴金属元素であり、ＹはＭｎ、Ｖ、ＣｒあるいはＴｉ族の遷移金属又はＸの元素種であり、ＺはＩＩＩ族からＶ族の典型元素である。フルホイスラー合金は、例えば、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＧｅｘＧａ１－ｘ、Ｃｏ２ＭｎＧｅｘＧａ１－ｘ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＣｒＡｌ、Ｃｏ２ＶＡｌ、Ｃｏ２Ｍｎ１－ａＦｅａＡｌｂＳｉ１－ｂ等である。ハーフホイスラー合金は、例えば、ＮｉＭｎＳｅ、ＮｉＭｎＴｅ、ＮｉＭｎＳｂ、ＰｔＭｎＳｂ、ＰｄＭｎＳｂ、ＣｏＦｅＳｂ、ＮｉＦｅＳｂ、ＲｈＭｎＳｂ、ＣｏＭｎＳｂ、ＩｒＭｎＳｂ、ＮｉＣｒＳｂである。
ホイスラー合金層の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）を用いて行うことができる。また、ＥＤＳ線分析を行えば、例えば、各材料の膜厚方向の組成分布を確認することができる。磁気抵抗効果素子１０のホイスラー合金層以外の層の組成も、同様にＥＤＳを用いて評価できる。
ホイスラー合金層に含まれるホイスラー合金は、例えば、Ｃｏ２ＹαＺβで表記されるものでもよい。Ｙは、例えば、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｃｒからなる群から選択された１種以上の元素であり、Ｚは、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅからなる群から選択された１種以上の元素であり、α＋β＞２を満たす。Ｙは、Ｆｅが特に好ましく、ＺはＧａ及びＧｅが特に好ましい。
化学量論組成のフルホイスラー合金は、Ｃｏ２ＹＺで表記される。α＋β＞２を満たすと、Ｃｏ組成比がＹサイトとＺサイトの元素の組成比の合計より相対的に少なくなる。Ｃｏ組成比がＹサイトとＺサイトの元素の組成比の合計より相対的に少ないと、ＹサイトとＺサイトの元素がＸサイトの元素（Ｃｏ）に置換されるアンチサイトを避けることができる。アンチサイトは、ホイスラー合金のフェルミレベルを変動させる。フェルミレベルが変動すると、ホイスラー合金のハーフメタル性が低下し、スピン分極率が低下する。スピン分極率の低下は、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比の低下の原因となる。
ホイスラー合金層に含まれるホイスラー合金は、例えば、Ｃｏ２ＦｅαＧａβ１Ｇｅβ２で表記されるものでもよい。組成式は、α＋β１＋β２≧２．３、α＜β１＋β２、０．５＜α＜１．９、０．１≦β１、０．１≦β２を満たしてもよい。
第１非磁性層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に挟まれる。第１非磁性層３は、例えば、非磁性の金属からなる。第１非磁性層３は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒからなる群から選択されるいずれかの元素を含む金属又は合金である。これらの元素を含む金属又は合金は導電性に優れ、磁気抵抗効果素子１０の面積抵抗（以下、ＲＡと称する）を下げる。第１非磁性層３は、例えば、主の構成元素としてＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒからなる群より選ばれるいずれかの元素を含む。主の構成元素とは、組成式において、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒが占める割合が５０％以上となることを意味する。第１非磁性層３は、Ａｇを含むことが好ましく、主の構成元素としてＡｇを含むことが好ましい。Ａｇはスピン拡散長が長いため、Ａｇを用いた磁気抵抗効果素子１０は、大きなＭＲ比を示す。
第１非磁性層３は、例えば、厚みが１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内である。第１非磁性層３は、第１強磁性層１と第２強磁性層２との磁気的な結合を阻害する。
第１非磁性層３は、絶縁体又は半導体でもよい。非磁性の絶縁体は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、およびこれらのＡｌ、Ｓｉ、Ｍｇの一部がＺｎ、Ｂｅ等に置換された材料である。これらの材料は、バンドギャップが大きく、絶縁性に優れる。第１非磁性層３が非磁性の絶縁体からなる場合、第１非磁性層３はトンネルバリア層である。非磁性の半導体は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２等である。
第２非磁性層４は、ホイスラー合金層のいずれかの面に接する。図１に示す第２非磁性層４は、第１強磁性層１及び第２強磁性層２の第１非磁性層３側の面に接している。
図３は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０を面内方向に沿い、第２非磁性層４を通る面で切断した断面図である。第２非磁性層４は、積層面に対して不連続な部分を有する。図３に示す第２非磁性層４は、積層面に対して点在している。図３に示す場合、隣接する第２非磁性層４の間に第１非磁性層３が存在する部分が、不連続な部分である。また第２非磁性層４の平面視形状は、図３に限られない。図４は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０を面内方向に沿い、第２非磁性層４を通る面で切断した別の例の断面図である。図４に示す第２非磁性層４は、一部に開口を有する。開口は、第１非磁性層３で埋まっている。図４に示す場合、第１非磁性層３が存在する第２非磁性層４の開口部分が、不連続な部分である。第２非磁性層４が不連続な部分を有することで、磁気抵抗効果素子１０のＲＡが低下する。
積層方向からの平面視で、第２非磁性層４が占める割合は、例えば、１０％以上８０％以下であり、好ましくは２０％以上６０％以下である。
第２非磁性層４は、第１非磁性層３とは異なる材料からなる。第２非磁性層４は、Ｍｇを含む酸化物からなる。Ｍｇを含む酸化物は、結晶性を有し、（００１）配向している。Ｍｇを含む酸化物は、例えば、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４である。Ｍｇを含む酸化物は、好ましくはＭｇＯである。ＭｇＯは結晶の自己配向性が高い。
第２非磁性層４は、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｎｉからなる群から選択されるいずれかの元素を含んでもよい。これらの元素は、結晶構造に取り込まれてもよいし、添加物として含有されていてもよい。例えば、ＭｇＯがこれらの元素を添加物として有してもよい。これらの元素は、第２非磁性層４の抵抗を下げ、磁気抵抗効果素子１０のＲＡを低くする。
第２非磁性層４の厚みは、例えば、１ｎｍ以下であり、０．１０ｎｍ以上である。
磁気抵抗効果素子１０は、上述の第１強磁性層１、第２強磁性層２、第１非磁性層３、第２非磁性層４以外の層を有してもよい。例えば、第１強磁性層１の第１非磁性層３と反対側の面に下地層を有してもよく、第２強磁性層２の第１非磁性層３と反対側の面にキャップ層を有してもよい。下地層及びキャップ層は、第１強磁性層１及び第２強磁性層２の結晶の配向性を高める。下地層及びキャップ層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕを含む。
次いで、磁気抵抗効果素子１０の製造方法について説明する。図５及び図６は、第１実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の製造方法を説明するための模式図である。
まず成膜の下地となる基板Ｓｕｂを準備する。基板Ｓｕｂは、結晶性を有しても、アモルファスでもよい。結晶性を有する基板としては、例えば、金属酸化物単結晶、シリコン単結晶、サファイア単結晶がある。アモルファスの基板としては、例えば、熱酸化膜付シリコン単結晶、ガラス、セラミック、石英がある。
次いで、基板Ｓｕｂ上に、第１強磁性層１１、第１層１３Ａを順に積層する。これらの層は、例えば、スパッタリング法で成膜される。第１強磁性層１１は、上記の第１強磁性層１と同じ材料からなる。第１強磁性層１１は、例えば、ホイスラー合金からなる。第１層１３Ａは、例えばＭｇとＡｇの合金であり、ＭｇとＡｇの合金をターゲットとしてスパッタリングすることで成膜される。
第１層１３Ａを成膜した後に、微量の酸素雰囲気下で、第１層１３Ａを酸化する。第１層１３Ａを構成する元素のうち酸化されやすいＭｇは酸化されてＭｇＯとなり、酸化されにくいＡｇは酸化されずに（もしくは厳密には酸化されているが、実質的には導電性を保ったままで）残る。その結果、第１層１３Ａは、第１領域１４と第２領域１５に区分される。第１領域１４は酸化により形成されたＭｇＯであり、第２領域１５は、例えば、酸化されなかったＡｇである。第１領域１４を構成するＭｇＯは、自己配向性が高く、（００１）方向に配向した結晶となる。
酸化の方法は、特に問わない。例えば、チャンバー内に酸素を導入することにより第１層１３Ａを酸化させてもよいし、希ガスと酸素からなるプラズマによって第１層１３Ａを酸化させてもよいし、イオンビームの照射により第１層１３Ａを酸化させてもよい。
また、たとえばＭｇＯとＡｇとを同時に成膜し、第１領域１４を直接形成してもよい。この場合、酸化は省略できる。
次いで、第１層１３Ａ上に、第２層１３Ｂ、第３層１３Ｃを成膜する。これらの層は、例えば、スパッタリング法で成膜される。第２層１３Ｂは、例えば、Ａｇからなる。第３層１３Ｃは、例えば、ＭｇとＡｇの合金であり、ＭｇとＡｇの合金をターゲットとしてスパッタリングすることで成膜される。
第３層１３Ｃを成膜後に、第１層１３Ａと同様に、酸素雰囲気中で第３層１３Ｃを酸化する。第３層１３Ｃは、第１層１３Ａと同様に、第１領域１４と第２領域１５に区分される。第１領域１４は酸化により形成されたＭｇＯであり、第２領域１５は、例えば、酸化されなかったもしくは酸化度合が弱いＡｇである。第１領域１４を構成するＭｇＯは、自己配向性が高く、（００１）方向に配向した結晶となる。
次いで、第３層１３Ｃ上に、第２強磁性層１２を積層する。第２強磁性層１２は、上記の第２強磁性層２と同じ材料からなる。第２強磁性層１２は、例えば、ホイスラー合金からなる。第２強磁性層１２は、例えば、スパッタリング法で成膜される。
次いで、基板Ｓｕｂ上に積層した積層体をアニールする。アニールの温度は、例えば、３００℃以下であり、例えば、２５０℃以上３００℃以下である。
積層体をアニールすると、第１強磁性層１１及び第２強磁性層１２は結晶化する。第１強磁性層１１及び第２強磁性層１２が、低いアニール温度でも結晶化するのは、第１領域１４が存在するためである。第１領域１４は、自己配向性を有し、結晶化している。アニールによって第１強磁性層１１及び第２強磁性層１２の原子が再配列する際、第１強磁性層１１及び第２強磁性層１２を構成する原子は、隣接する第１領域１４の結晶配列の影響を受けて配列する。そのため、第１強磁性層１１及び第２強磁性層１２の規則的な配列が促され、第１強磁性層１１及び第２強磁性層１２が低温度下でも結晶化する。
上述のように、第１強磁性層１１及び第２強磁性層１２は結晶化することで第１強磁性層１及び第２強磁性層２となり、第２層１３Ｂ及び第２領域１５は第１非磁性層３となり、第１領域１４は第２非磁性層４となる。その結果、図１に示す磁気抵抗効果素子１０が得られる。
上記の例では、第１領域１４及び第２領域１５を構成する物質の酸化のしやすさの違いを用いて形成したが、フォトリソグラフィーの技術を用いてこれらの領域を形成してもよい。
上述のように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の製造方法を用いると、下地の結晶構造によらず、ホイスラー合金を結晶化させることができる。ここでは、磁気抵抗効果素子１０の製造方法の過程の一つとして紹介したが、上記の方法は単体の強磁性層の結晶化の方法にも適用できる。例えば、ホイスラー合金層に自己配向性を有する酸化膜を積層し、これらを加熱することで、結晶性を有するホイスラー合金を得ることができる。
本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０の製造方法において、第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、３００℃以下という低温で結晶化する。３００℃以下であれば、例えば磁気ヘッドの他の構成要素を作製した後に、アニールを行っても、他の構成要素（例えば、磁気シールド）への悪影響を低減できる。したがって、アニールを行うタイミングが制限されず、磁気ヘッド等の素子の製造が容易になる。
また本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０は、第１非磁性層３を挟む第１強磁性層１及び第２強磁性層２が結晶化している。そのため、第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、高いスピン分極率を示す。その結果、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０は、高いＭＲ比を示す。
さらに、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０において、第２非磁性層４は一部に不連続な部分を有する。第２非磁性層４が積層面全面に存在すると、磁気抵抗効果素子１０のＲＡが大きくなる。第２非磁性層４の一部で不連続であることで、磁気抵抗効果素子１０のＲＡが低下する。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
例えば、図７は、第１変形例にかかる磁気抵抗効果素子１０Ａの断面図である。図７に示す磁気抵抗効果素子１０Ａは、第２非磁性層４が第２強磁性層２のみに接している。図７では、第２強磁性層２のみに第２非磁性層４が接する例を示したが、第１強磁性層１のみに第２非磁性層４が接してもよい。この場合、第２非磁性層４と接しない方の強磁性層は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群より選ばれる金属、これらの金属を一以上の含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ及びＮのうち少なくとも一種の元素とが含まれる合金でもよく、ホイスラー合金でもよい。例えば、第２非磁性層４と接しない方の強磁性層の組成は、Ｃｏ－Ｆｅ、Ｃｏ－Ｆｅ－Ｂである。
また例えば、図８は、第２変形例にかかる磁気抵抗効果素子１０Ｂの断面図である。図８では、下地層５及びキャップ層６を同時に図示する。図８に示す磁気抵抗効果素子１０Ｂは、第２非磁性層４が、第１強磁性層１及び第２強磁性層２のそれぞれの両面と接している。第２非磁性層４が第１強磁性層１及び第２強磁性層２の両面と接すると、アニール時に第１強磁性層１及び第２強磁性層２の結晶化が進み、第１強磁性層１及び第２強磁性層２の結晶性が向上する。
また例えば、図９は、第３変形例にかかる磁気抵抗効果素子１０Ｃの断面図である。図９では、下地層５及びキャップ層６を同時に図示する。図９に示す磁気抵抗効果素子１０Ｃは、第２非磁性層４が、第１強磁性層１及び第２強磁性層２の第１非磁性層３と接する面と反対側の面に形成されている。
上記に、第１変形例から第３変形例を示したが、これらもあくまで本実施形態に係る磁気抵抗効果素子の一例である。例えば、第１変形例から第３変形例の特徴的な構成をそれぞれ組み合わせてもよい。
上記の磁気抵抗効果素子１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、様々な用途に用いることができる。磁気抵抗効果素子１０、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、例えば、磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリ、高周波フィルタなどに適用できる。
次に、本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の適用例について説明する。なお、以下の適用例では、磁気抵抗効果素子１０を用いているが、磁気抵抗効果素子はこれに限定されるものではない。
図１０は、適用例１にかかる磁気記録素子１００の断面図である。図１０は、積層方向に沿って磁気抵抗効果素子１０を切断した断面図である。
図１０に示すように、磁気記録素子１００は、磁気ヘッドＭＨと磁気記録媒体Ｗとを有する。図１０において、磁気記録媒体Ｗが延在する一方向をＸ方向とし、Ｘ方向と垂直な方向をＹ方向とする。ＸＹ面は、磁気記録媒体Ｗの主面と平行である。磁気記録媒体Ｗと磁気ヘッドＭＨとを結ぶ方向であって、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とする。
磁気ヘッドＭＨは、エアベアリング面（Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ：媒体対向面）Ｓが磁気記録媒体Ｗの表面と対向している。磁気ヘッドＭＨは、磁気記録媒体Ｗから一定の距離で離れた位置にて、磁気記録媒体Ｗの表面に沿って、矢印＋Ｘと矢印－Ｘの方向に移動する。磁気ヘッドＭＨは、磁気センサとして作用する磁気抵抗効果素子１０と磁気記録部（不図示）とを有する。抵抗測定器２１は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値を測定する。
磁気記録部は、磁気記録媒体Ｗの記録層Ｗ１に磁場を印加し、記録層Ｗ１の磁化の向きを決定する。すなわち、磁気記録部は、磁気記録媒体Ｗの磁気記録を行う。磁気抵抗効果素子１０は、磁気記録部によって書き込まれた記録層Ｗ１の磁化の情報を読み取る。
磁気記録媒体Ｗは、記録層Ｗ１と裏打ち層Ｗ２とを有する。記録層Ｗ１は磁気記録を行う部分であり、裏打ち層Ｗ２は書込み用の磁束を再び磁気ヘッドＭＨに還流させる磁路（磁束の通路）である。記録層Ｗ１は、磁気情報を磁化の向きとして記録している。
磁気抵抗効果素子１０の第２強磁性層２は、例えば、磁化自由層である。このため、エアベアリング面Ｓに露出した第２強磁性層２は、対向する磁気記録媒体Ｗの記録層Ｗ１に記録された磁化の影響を受ける。例えば、図１０においては、記録層Ｗ１の＋ｚ方向に向いた磁化の影響を受けて、第２強磁性層２の磁化の向きが＋ｚ方向を向く。この場合、磁化固定層である第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが平行となる。
ここで、第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが平行の場合の抵抗と、第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが反平行の場合の抵抗とは異なる。平行の場合の抵抗値と反平行の場合の抵抗値の差が大きいほど、磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比は大きくなる。本実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０は、結晶化したホイスラー合金を含み、ＭＲ比が大きい。したがって、抵抗測定器２１によって、記録層Ｗ１の磁化の情報を抵抗値変化として正確に読み出すことができる。
磁気ヘッドＭＨの磁気抵抗効果素子１０の形状は特に制限はない。例えば、磁気抵抗効果素子１０の第１強磁性層１に対する磁気記録媒体Ｗの漏れ磁場の影響を避けるために、第１強磁性層１を磁気記録媒体Ｗから離れた位置に設置してもよい。
図１１は、適用例２にかかる磁気記録素子１０１の断面図である。図１１は、積層方向に沿って磁気記録素子１０１を切断した断面図である。
図１１に示すように、磁気記録素子１０１は、磁気抵抗効果素子１０と電源２２と測定部２３とを有する。電源２２は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向に電位差を与える。電源２２は、例えば、直流電源である。測定部２３は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値を測定する。
電源２２により第１強磁性層１と第２強磁性層２との間に電位差が生じると、磁気抵抗効果素子１０の積層方向に電流が流れる。電流は、第１強磁性層１を通過する際にスピン偏極し、スピン偏極電流となる。スピン偏極電流は、第１非磁性層３及び第２非磁性層４を介して、第２強磁性層２に至る。第２強磁性層２の磁化は、スピン偏極電流によるスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を受けて磁化反転する。第１強磁性層１の磁化の向きと第２強磁性層２の磁化の向きとの相対角が変化することで、磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値が変化する。磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値は、測定部２３で読み出される。すなわち、図１１に示す磁気記録素子１０１は、スピントランスファートルク（ＳＴＴ）型の磁気記録素子である。
図１１に示す磁気記録素子１０１は、結晶化したホイスラー合金を含み、ＭＲ比が大きい磁気抵抗効果素子１０を備えるため、データを正確に記録できる。
図１２は、適用例３にかかる磁気記録素子１０２の断面図である。図１２は、積層方向に沿って磁気記録素子１０２を切断した断面図である。
図１２に示すように、磁気記録素子１０２は、磁気抵抗効果素子１０とスピン軌道トルク配線８と電源２２と測定部２３とを有する。スピン軌道トルク配線８は、例えば、第２強磁性層２に接する。スピン軌道トルク配線８は、面内方向の一方向に延びる。電源２２は、スピン軌道トルク配線８の第１端と第２端とに接続されている。第１端と第２端とは、平面視で磁気抵抗効果素子１０を挟む。電源２２は、スピン軌道トルク配線８に沿って書き込み電流を流す。測定部２３は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値を測定する。
電源２２によりスピン軌道トルク配線８の第１端と第２端との間に電位差を生み出すと、スピン軌道トルク配線８の面内方向に電流が流れる。スピン軌道トルク配線８は、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する。スピン軌道トルク配線８は、例えば、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する金属、合金、金属間化合物、金属硼化物、金属炭化物、金属珪化物、金属燐化物のいずれかを含む。例えば、配線は、最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号３９以上の原子番号を有する非磁性金属を含む。
スピン軌道トルク配線８の面内方向に電流が流れると、スピン軌道相互作用によりスピンホール効果が生じる。スピンホール効果は、移動するスピンが電流の流れ方向と直交する方向に曲げられる現象である。スピンホール効果は、スピン軌道トルク配線８内にスピンの偏在を生み出し、スピン軌道トルク配線８の厚み方向にスピン流を誘起する。スピンは、スピン流によってスピン軌道トルク配線８から第２強磁性層２に注入される。
第２強磁性層２に注入されたスピンは、第２強磁性層２磁化にスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を与える。第２強磁性層２は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）を受けて、磁化反転する。第１強磁性層１の磁化の向きと第２強磁性層２の磁化の向きとの相対角が変化することで、磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値が変化する。磁気抵抗効果素子１０の積層方向の抵抗値は、測定部２３で読み出される。すなわち、図１２に示す磁気記録素子１０２は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）型の磁気記録素子である。
図１２に示す磁気記録素子１０２は、結晶化したホイスラー合金を含み、ＭＲ比が大きい磁気抵抗効果素子１０を備えるため、データを正確に記録できる。
図１３は、適用例４にかかる磁壁移動素子（磁壁移動型磁気記録素子）の断面図である。磁壁移動素子１０３は、磁気抵抗効果素子１０と第１磁化固定層２４と第２磁化固定層２５とを有する。磁気抵抗効果素子１０は、第１強磁性層１と第２強磁性層２と第１非磁性層３と第２非磁性層４からなる。図１３において、第１強磁性層１が延びる方向をＸ方向とし、Ｘ方向と垂直な方向をＹ方向とし、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とする。
第１磁化固定層２４及び第２磁化固定層２５は、第２強磁性層２の第１端と第２端に接続されている。第１端と第２端は、Ｘ方向に第１強磁性層１及び第１非磁性層３を挟む。
第２強磁性層２は、内部の磁気的な状態の変化により情報を磁気記録可能な層である。第２強磁性層２は、内部に第１磁区ＭＤ１と第２磁区ＭＤ２とを有する。第２強磁性層２のうち第１磁化固定層２４又は第２磁化固定層２５とＺ方向に重なる位置の磁化は、一方向に固定される。第１磁化固定層２４とＺ方向に重なる位置の磁化は例えば＋Ｚ方向に固定され、第２磁化固定層２５とＺ方向に重なる位置の磁化は例えば－Ｚ方向に固定される。その結果、第１磁区ＭＤ１と第２磁区ＭＤ２との境界に磁壁ＤＷが形成される。第２強磁性層２は、磁壁ＤＷを内部に有するができる。図１３に示す第２強磁性層２は、第１磁区ＭＤ１の磁化ＭＭＤ１が＋Ｚ方向に配向し、第２磁区ＭＤ２の磁化ＭＭＤ２が－Ｚ方向に配向している。
磁壁移動素子１０３は、第２強磁性層２の磁壁ＤＷの位置によって、データを多値又は連続的に記録できる。第２強磁性層２に記録されたデータは、読み出し電流を印加した際に、磁壁移動素子１０３の抵抗値変化として読み出される。
第２強磁性層２における第１磁区ＭＤ１と第２磁区ＭＤ２との比率は、磁壁ＤＷが移動すると変化する。第１強磁性層１の磁化Ｍ１は、例えば、第１磁区ＭＤ１の磁化ＭＭＤ１と同じ方向（平行）であり、第２磁区ＭＤ２の磁化ＭＭＤ２と反対方向（反平行）である。磁壁ＤＷが＋Ｘ方向に移動し、ｚ方向からの平面視で第１強磁性層１と重畳する部分における第１磁区ＭＤ１の面積が広くなると、磁壁移動素子１０３の抵抗値は低くなる。反対に、磁壁ＤＷが－Ｘ方向に移動し、Ｚ方向からの平面視で第１強磁性層１と重畳する部分における第２磁区ＭＤ２の面積が広くなると、磁壁移動素子１０３の抵抗値は高くなる。
磁壁ＤＷは、第２強磁性層２のＸ方向に書込み電流を流す、又は、外部磁場を印加することによって移動する。例えば、第２強磁性層２の＋Ｘ方向に書込み電流（例えば、電流パルス）を印加すると、電子は電流と逆の－Ｘ方向に流れるため、磁壁ＤＷは－Ｘ方向に移動する。第１磁区ＭＤ１から第２磁区ＭＤ２に向って電流が流れる場合、第２磁区ＭＤ２でスピン偏極した電子は、第１磁区ＭＤ１の磁化ＭＭＤ１を磁化反転させる。第１磁区ＭＤ１の磁化ＭＭＤ１が磁化反転することで、磁壁ＤＷが－Ｘ方向に移動する。
図１３に示す磁壁移動素子１０３は、結晶化したホイスラー合金を含み、ＭＲ比が大きい磁気抵抗効果素子１０を備えるため、データを正確に記録できる。
図１４は、適用例５にかかる高周波デバイス１０４の模式図である。図１４に示すように、高周波デバイス１０４は、磁気抵抗効果素子１０と直流電源２６とインダクタ２７とコンデンサ２８と出力ポート２９と配線３０，３１を有する。
配線３０は、磁気抵抗効果素子１０と出力ポート２９とを繋ぐ。配線３１は、配線３０から分岐し、インダクタ２７及び直流電源２６を介し、グラウンドＧへ至る。直流電源２６、インダクタ２７、コンデンサ２８は、公知のものを用いることができる。インダクタ２７は、電流の高周波成分をカットし、電流の不変成分を通す。コンデンサ２８は、電流の高周波成分を通し、電流の不変成分をカットする。インダクタ２７は高周波電流の流れを抑制したい部分に配設し、コンデンサ２８は直流電流の流れを抑制したい部分に配設する。
磁気抵抗効果素子１０に含まれる強磁性層に交流電流または交流磁場を印加すると、第２強磁性層２の磁化は歳差運動する。第２強磁性層２の磁化は、第２強磁性層２に印加される高周波電流又は高周波磁場の周波数が、第２強磁性層２の強磁性共鳴周波数の近傍の場合に強く振動し、第２強磁性層２の強磁性共鳴周波数から離れた周波数ではあまり振動しない。この現象を強磁性共鳴現象という。
磁気抵抗効果素子１０の抵抗値は、第２強磁性層２の磁化の振動により変化する。直流電源２６は、磁気抵抗効果素子１０に直流電流を印加する。直流電流は、磁気抵抗効果素子１０の積層方向に流れる。直流電流は、配線３０，３１、磁気抵抗効果素子１０を通りグラウンドＧへ流れる。磁気抵抗効果素子１０の電位は、オームの法則に従い変化する。磁気抵抗効果素子１０の電位の変化（抵抗値の変化）に応じて高周波信号が出力ポート２９から出力される。
図１４に示す高周波デバイス１０４は、結晶化したホイスラー合金を含み、抵抗値の変化幅が大きい磁気抵抗効果素子１０を備えるため、大きな出力の高周波信号を発信できる。
（実施例１）
実施例１として、図１に示す磁気抵抗効果素子１０を作製した。下地層及びキャップ層はＲｕとし、第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、組成比がＣｏ２ＦｅＧａ０．５Ｇｅ０．８のホイスラー合金とした。第１非磁性層３はＡｇとし、第２非磁性層４はＭｇＯとした。
実施例１として、図１に示す磁気抵抗効果素子１０を作製した。下地層及びキャップ層はＲｕとし、第１強磁性層１及び第２強磁性層２は、組成比がＣｏ２ＦｅＧａ０．５Ｇｅ０．８のホイスラー合金とした。第１非磁性層３はＡｇとし、第２非磁性層４はＭｇＯとした。
実施例１に係る磁気抵抗効果素子１０は、下記手順で作製した。まずアモルファスの基板上に、スパッタリングによりＲｕ下地層を製膜した。次いで、上記組成の第１強磁性層を成膜した。この時点で、第１強磁性層は、アモルファスであった。
次いで、第１強磁性層上に、ＭｇとＡｇの合金のターゲットを用いて、厚さ０．５ｎｍの合金膜をスパッタリングした。ＭｇとＡｇの合金のターゲットにおけるＭｇとＡｇとの組成比は、原子百分率でＭｇ：Ａｇ＝５０：５０である。次いで、酸素雰囲気下で作製された合金膜を酸化した。酸化の結果、Ｍｇの一部がＭｇＯとなった。
次いで、Ａｇの層と、ＭｇとＡｇの合金層を順に積層した。Ａｇの層の厚さは４ｎｍであり、ＭｇとＡｇの合金層の厚さは０．５ｎｍとした。次いで、再度、酸素雰囲気下で作製された合金膜を酸化し、ＭｇとＡｇの合金層のＭｇの部分を酸化した。
再度に上記組成の第２強磁性層を成膜し、次いでＲｕキャップ層を成膜し、積層体をアニールした。アニールは、３００℃の条件で５（時間行った。アニールにより第１強磁性層１及び第２強磁性層２は結晶化した。
作製した磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比とＲＡ（面抵抗）とを測定した。ＭＲ比は、磁気抵抗効果素子の積層方向に一定電流を流した状態で、外部から磁気抵抗効果素子１０に磁場を掃引しながら磁気抵抗効果素子１０への印加電圧を電圧計によってモニターすることにより、磁気抵抗効果素子１０の抵抗値変化を測定した。第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが平行の場合の抵抗値と、第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが反平行の場合の抵抗値とを測定し、得られた抵抗値から下記の式より算出した。ＭＲ比の測定は、３００Ｋ（室温）で行った。
ＭＲ比（％）＝（ＲＡＰ－ＲＰ）／ＲＰ×１００
ＲＰは、第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが平行の場合の抵抗値であり、ＲＡＰは、第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが反平行の場合の抵抗値である。
ＭＲ比（％）＝（ＲＡＰ－ＲＰ）／ＲＰ×１００
ＲＰは、第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが平行の場合の抵抗値であり、ＲＡＰは、第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが反平行の場合の抵抗値である。
ＲＡは、第１強磁性層１と第２強磁性層２の磁化の向きが平行の場合の抵抗ＲＰと、磁気抵抗効果素子１０の面内方向の面積Ａの積により求めた。
実施例１に係る磁気抵抗効果素子１０のＭＲ比は１９．８％であり、ＲＡは０．１４Ω・μｍ２であった。
（実施例２～７）
実施例２～７は、磁気抵抗効果素子１０を平面視した際の第２非磁性層４が占める割合を変えた点が実施例１と異なる。実施例２～８は、ＭｇとＡｇの合金層におけるＭｇとＡｇとの組成比を変えることで、平面視した際の第２非磁性層４が占める割合を変更した。
実施例２は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が５％であった。
実施例３は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が１０％であった。
実施例４は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が２０％であった。
実施例５は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が３０％であった。
実施例６は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が６０％であった。
実施例７は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が８０％であった。
実施例８は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が９０％であった。
実施例２～７は、磁気抵抗効果素子１０を平面視した際の第２非磁性層４が占める割合を変えた点が実施例１と異なる。実施例２～８は、ＭｇとＡｇの合金層におけるＭｇとＡｇとの組成比を変えることで、平面視した際の第２非磁性層４が占める割合を変更した。
実施例２は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が５％であった。
実施例３は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が１０％であった。
実施例４は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が２０％であった。
実施例５は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が３０％であった。
実施例６は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が６０％であった。
実施例７は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が８０％であった。
実施例８は、積層方向からの平面視で第２非磁性層４が占める割合が９０％であった。
実施例２に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は７．５％であり、ＲＡは０．０８９Ω・μｍ２であった。
実施例３に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は１０．１％であり、ＲＡは０．０９Ω・μｍ２であった。
実施例４に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は１６．１％であり、ＲＡは０．１Ω・μｍ２であった。
実施例５に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は１７．５％であり、ＲＡは０．１１Ω・μｍ２であった。
実施例６に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は２１％であり、ＲＡは０．１５Ω・μｍ２であった。
実施例７に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は１１．５％であり、ＲＡは０．２Ω・μｍ２であった。
実施例８に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は７．２％であり、ＲＡは０．３２Ω・μｍ２であった。
実施例３に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は１０．１％であり、ＲＡは０．０９Ω・μｍ２であった。
実施例４に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は１６．１％であり、ＲＡは０．１Ω・μｍ２であった。
実施例５に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は１７．５％であり、ＲＡは０．１１Ω・μｍ２であった。
実施例６に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は２１％であり、ＲＡは０．１５Ω・μｍ２であった。
実施例７に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は１１．５％であり、ＲＡは０．２Ω・μｍ２であった。
実施例８に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は７．２％であり、ＲＡは０．３２Ω・μｍ２であった。
（実施例９）
実施例９は、図９に示す磁気抵抗効果素子１０を作製した。製造方法は、第２非磁性層４が、第１強磁性層１及び第２強磁性層２の第１非磁性層３と接する面と反対側の面に形成されている点が実施例１と異なる。
実施例９は、図９に示す磁気抵抗効果素子１０を作製した。製造方法は、第２非磁性層４が、第１強磁性層１及び第２強磁性層２の第１非磁性層３と接する面と反対側の面に形成されている点が実施例１と異なる。
下地層５は、まずＲｕを２０ｎｍの厚さで成膜し、その後、ＲｕとＭｇそれぞれのターゲットから同時にスパッタし、厚さ０．５ｎｍの金属膜を成膜した。ＲｕとＭｇの混合比は、原子百分率でＲｕ：Ｍｇ＝５０：５０となるよう、ＲｕターゲットおよびＭｇターゲットに印加する電力を調整した。その後、下地層を酸素雰囲気下で酸化することで、Ｍｇの部分が酸化され、当該酸化部分が、第２非磁性層４として形成された。
キャップ層６は、まず、第２強磁性層２を成膜した後に、ＲｕとＭｇそれぞれのターゲットから同時にスパッタし、厚さ０．５ｎｍの金属膜を成膜した。ＲｕとＭｇの混合比は、原子百分率でＲｕ：Ｍｇ＝５０：５０となるよう、ＲｕターゲットおよびＭｇターゲットに印加する電力を調整した。その後、酸素雰囲気下で酸化することで、Ｍｇの部分が酸化され、当該酸化部分が、第２非磁性層４として形成された。その後、Ｒｕを２０ｎｍ成膜した。
実施例９に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は１７．８％であり、ＲＡは０．１３Ω・μｍ２であった。
（比較例１）
比較例１は、第２非磁性層を設けなかった点が実施例１と異なる。比較例１では、第１強磁性層１を成膜後に、Ａｇの層を厚さは４ｎｍで成膜し、その上に第２強磁性層２を成膜した。
比較例１は、第２非磁性層を設けなかった点が実施例１と異なる。比較例１では、第１強磁性層１を成膜後に、Ａｇの層を厚さは４ｎｍで成膜し、その上に第２強磁性層２を成膜した。
比較例１に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は３．６％であり、ＲＡは０．０８Ω・μｍ２であった。
（比較例２）
比較例２は、第２非磁性層が不連続部分を有さず、積層面に対して一様な層とした点が実施例１と異なる。比較例２では、第１強磁性層１を成膜後に、厚さ０．５ｎｍのＭｇＯの層、厚さ４ｎｍのＡｇの層、厚さ０．５ｎｍのＭｇＯの層を順に成膜し、その上に第２強磁性層２を成膜した。
比較例２は、第２非磁性層が不連続部分を有さず、積層面に対して一様な層とした点が実施例１と異なる。比較例２では、第１強磁性層１を成膜後に、厚さ０．５ｎｍのＭｇＯの層、厚さ４ｎｍのＡｇの層、厚さ０．５ｎｍのＭｇＯの層を順に成膜し、その上に第２強磁性層２を成膜した。
比較例２に係る磁気抵抗効果素子のＭＲ比は４．２％であり、ＲＡは０．５Ω・μｍ２であった。
１，１１…第１強磁性層、２，１２…第２強磁性層、３…第１非磁性層、４…第２非磁性層、５…下地層、６…キャップ層、８…スピン軌道トルク配線、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…磁気抵抗効果素子、１３Ａ…第１層、１３Ｂ…第２層、１３Ｃ…第３層、１４…第１領域、１５…第２領域、２１…抵抗測定器、２２…電源、２３…測定部、２４…第１磁化固定層、２５…第２磁化固定層、２６…直流電源、２７…インダクタ、２８…コンデンサ、２９…出力ポート、３０，３１…配線、１００，１０１，１０２…磁気記録素子、１０３…磁壁移動素子、１０４…高周波デバイス、ＤＷ…磁壁、ＭＤ１…第１磁区、ＭＤ２…第２磁区、Ｓｕｂ…基板
Claims (6)
- 少なくとも一方がホイスラー合金層を含む第１強磁性層及び第２強磁性層と、
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間で、積層方向と直交する全面に亘って広がる第１非磁性層と、
前記ホイスラー合金層のいずれかの面に接し、積層面に対して不連続な部分を有する第２非磁性層と、を備え、
前記第１非磁性層は、非磁性金属からなり、
前記第２非磁性層は、前記第１非磁性層とは異なる材料からなり、（００１）配向したＭｇを含む酸化物であり、
積層方向からの平面視で、前記第２非磁性層が占める割合が１０％以上８０％以下である、磁気抵抗効果素子。 - 積層方向からの平面視で、前記第２非磁性層が占める割合が２０％以上６０％以下である、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記ホイスラー合金層は、（００１）方向に主配向している、請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第２非磁性層は、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｎｉからなる群から選択されるいずれかの元素を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 前記第１非磁性層は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒからなる群から選択されるいずれかの元素を含む金属又は合金である、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
- 基板をさらに有し、
前記基板は、前記第１強磁性層、前記第２強磁性層、前記第１非磁性層及び前記第２非磁性層が積層される下地であり、
前記基板は、アモルファスである、請求項１～５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
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