JPH04223306A - 磁性多層膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気抵抗効果素子に好
適な磁性多層膜に関する。

【０００２】

【従来の技術およびその課題】半導体ホ−ル素子、半導
体磁気抵抗効果素子、強磁性磁気抵抗効果素子等の磁電
変換素子が、無接点スイッチや、被測定物の運動を一旦
永久磁石の運動に変えて計測する位置検出器や回転検出
器に利用されている。中でも強磁性磁気抵抗効果を利用
した磁気抵抗効果素子は小さい磁界強度に対しても感度
が良く、また磁束応答型であるので、低速磁界変化でも
精度の高い測定が可能で、また薄膜技術を用いて小さい
サイズに作製できる等の利点を持ち、上記の用途には非
常に適しているため広く利用されている。従来、このよ
うな磁気抵抗効果素子にはＮｉＦｅ合金やＮｉＣｏ合金
の磁性薄膜が用いられており、いわゆる異方性磁気抵抗
効果を利用している。しかし、従来の異方性磁気抵抗効
果を利用した磁性薄膜の磁気抵抗変化率は２〜５％であ
り、さらに磁気抵抗変化率の大きい磁性薄膜が求められ
てきた。

【０００３】最近、ＮｉＦｅ薄膜とＣｏ薄膜を交互に積
層し、各積層磁性薄膜層間に非磁性薄膜層を介在させた
磁性多層膜において、室温で１０％程度の大きな磁気抵
抗変化率が得られることが発見された（山本他、第１４
回日本応用磁気学会学術講演会）。しかし、この磁性多
層膜は数１０　Ｏｅ　以上の外部磁界が加わるとヒステ
リシスを生じ、磁気抵抗効果素子としての動作が不安定
であるといった問題点があった。本発明はこのような従
来の問題点を解決するためになされたもので、大きな磁
気抵抗効果を安定に得ることのできる磁性多層膜を提供
することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、基体上に保持
力の異なる２種類の磁性薄膜層を交互に積層し、各積層
磁性薄膜層間に非磁性薄膜層を介在させた構造からなる
磁性多層膜において、前記２種類の磁性薄膜層の一方が
ＣｏＰｔを主成分とする材料よりなることを特徴とする
磁性多層膜である。

【０００５】以下、図面を参照して本発明をさらに詳細
に説明する。図１は本発明の磁性多層膜の基本的構成を
示す断面図である。基板１上にＣｏＰｔまたはＣｏＰｔ
を主成分とする合金からなる第１の磁性薄膜層２と該磁
性薄膜層２よりも保磁力の小さい第２の磁性薄膜層３を
交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁性薄膜層４を
介在させることによって構成される。図１では基板上に
ＣｏＰｔ系の磁性薄膜層２から積層を開始し、最後が保
磁力の小さい磁性薄膜層３で終わる構成になっているが
、本発明の効果は磁性薄膜層２と３の積層順序にはよら
ない。

【０００６】本発明に係わる基板１の材料には、ガラス
，Ｓｉ，Ａｌ２Ｏ３　，ＴｉＣ，ＳｉＣ，Ａｌ２Ｏ３　
とＴｉＣとの焼結体，フェライト等を用いることができ
る。 磁性薄膜層２の材料には、ＣｏとＰｔの広い組成範囲か
ら選択できるが、Ｐｔ組成を１０原子％以上，３５原子
％以下とすることによって、特に大きな効果が得られる
。また、磁性薄膜層３には種々の強磁性材料を用いるこ
とができるが、軟磁気特性に優れたＮｉＦｅ，ＦｅＡｌ
Ｓｉ，窒化鉄，ＣｏＺｒ等のＣｏ基アモルファス合金，
あるいはこれらに添加物を加えたものが特に適している
。これら磁性層の厚さは２００オングストロ―ム以下、
好ましくは　１００オングストロ―ム以下とする。 厚さが前記範囲を超えても本発明の効果に向上はみられ
ず、生産性を低下させる。なお、磁性薄膜の厚さの下限
は特にないが、厚さを４オングストロ―ム以上とすれば
膜厚を均一に保つことが容易となり、膜質も良好となる
。

【０００７】また、本発明に係わる非磁性薄膜層４は磁
性薄膜層２と３の磁気相互作用を弱める役割を果たす導
電材料で、具体的にはＡｕ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｐｔあるいは
これらに添加物を加えたものを用いることができる。上
記の２種類の強磁性材料と非磁性金属材料とを３基の蒸
発源を持つ真空蒸着装置、もしくは３基のタ−ゲットを
持つスパッタリング装置で蒸発させ、３基の蒸発源のシ
ャッターを交互に開閉したり、あるいは基板を３基の蒸
発源上を交互に通過させることによって、基板上に３種
類の材料を交互に積層させることができる。本発明の磁
性多層膜では、隣接する磁性薄膜層間に非磁性薄膜が存
在し、これら隣接する磁性薄膜の保磁力が互いに異なる
構成となっている。そして、磁性層の片方をＣｏＰｔを
主成分とすることにより、極めて大きな磁気抵抗変化が
安定に得られる。

【０００８】

【作用】本発明の磁性多層膜の作用を以下に説明する。 説明を簡単にするために、磁性薄膜Ｍ１　、非磁性薄膜
および磁性薄膜Ｍ２　がこの順序に積層されている積層
体について考える。磁性薄膜層Ｍ１　，Ｍ２　の保磁力
をＨｃ１、Ｈｃ２（０＜Ｈｃ１＜Ｈｃ２）とする。図２
（ａ）に示すように、初め外部磁場Ｈを　Ｈ＜−Ｈｃ２
　となるように印加し、次いで外部磁界を　Ｈ＞Ｈｃ２
　まで増加させ、さらに　Ｈ＜−Ｈｃ２　まで減少させ
ると、Ｍ１およびＭ２の磁化方向、すなわちスピンの方
向は、図２（ａ）の丸で囲んだ部分に示されるように変
化する。外部磁界Ｈの変化が　Ｈｃ１→Ｈｃ２　の時、
および　−Ｈｃ１→−Ｈｃ２　の時は、Ｍ１の磁化方向
はＭ２の磁化方向と逆になる。そして、Ｍ１の磁化方向
がＭ２の磁化方向と逆向きであると、すなわち、Ｍ１に
おけるスピンの向きがＭ２におけるスピンの向きと逆で
あると、この積層体に電流を流した時に伝導電子がスピ
ン散乱され、積層体の電気抵抗が増加する。結果として
、この積層体の磁気抵抗変化は図２（ｂ）に示すような
２つの山を持つ形状となる。

【０００９】ここで、このような磁性多層膜を磁気抵抗
効果素子として用いるためには、比較的小さい磁界で急
峻な磁気抵抗変化が得られる　−Ｈｃ１＜Ｈ＜Ｈｃ１　
の磁界範囲で動作させることが望ましい。これより大き
な磁界、特にＨｃ２，−Ｈｃ２を超える磁界が加わると
、図２の磁気抵抗変化の片方の山からもう片方の山に移
ることになり、磁気抵抗の増加を生じる磁界の方向が逆
転してしまい、磁気抵抗効果素子としての動作が不安定
となる。よってＨｃ２の値は大きい方が望ましい。この
ような事態は磁気抵抗効果素子として、自動車，電気機
械等の雑音磁界の大きい環境で使用する場合には容易に
起こり得る。しかし、　１００オングストロ―ム以下の
薄膜で大きなＨｃが得られる材料は少なく、また結晶構
造によっては積層した場合に界面が粗くなり、磁気抵抗
特性が低下してしまう。本発明においては、この材料と
してＣｏＰｔを主成分とする磁性薄膜を用いることによ
り、特に優れた特性が得られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。３
基の蒸発源を用いた電子ビ―ム真空蒸着法により、表１
に示す２種類の磁性薄膜層と非磁性薄膜層とを交互に連
続的に積層し、厚さ４００オングストロ―ム前後の多層
膜を作製し、実施例１〜４とした。また、磁性薄膜とし
てＣｏＰｔ以外の材料を用いた他は実施例と同じ方法で
磁性多層膜を作製し、比較例１〜４とした。基板にはガ
ラス基板を用い、基板温度は　１００℃とした。成膜速
度は０．１ｎｍ／秒とし、各蒸発源のシャッタの開閉時
間を変えて各層の膜厚を制御した。蒸着中の真空度は５
×１０−８Ｔｏｒｒであった。

【００１１】これらの多層膜の磁気抵抗効果を測定する
ため、多層膜上に、厚さ　０．２μｍのＡｕを蒸着法に
より成膜し、フォトリソグラフィ−技術とイオンエッチ
ング技術を用いて幅１０μｍ　の細線状にパタ−ン化し
た。 次に、検出部分の長さ　５００μｍ　のみＡｕ層を化学
エッチングにより除去して、残りのＡｕ膜を電極とした
。 これらの試料に５ｍＡの定電流を印加し、２端子法で抵
抗−磁界特性を測定した。抵抗−磁界特性は最大の抵抗
変化率と抵抗変化不安定となる最大磁界（Ｈｍａｘ　）
で代表させた。表１の測定結果から明らかなように、本
発明の磁性多層膜は、抵抗変化率がＣｏＰｔ以外の磁性
薄膜層を用いた磁性多層膜と同等以上であり、かつＨｍ
ａｘ　が格段に大きいので、磁気抵抗効果素子とした場
合、極めて高い安定性を有する。

【００１２】（以下余白）

【表１】

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁性多層
膜は、極めて大きな磁気抵抗変化が安定に得られ、高出
力の磁気抵抗効果素子に好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁性多層膜の一例の断面図である。

【図２】本発明の磁性多層膜の外部磁界に対する磁化変
化と磁気抵抗変化を示す図である。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　第１の磁性薄膜層 ３　　第２の磁性薄膜層 ４　　非磁性薄膜層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基体上に保持力の異なる２種類の磁性
   薄膜層を交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁性薄
   膜層を介在させた構造からなる磁性多層膜において、２
   種類の磁性薄膜層の一方がＣｏＰｔを主成分とする材料
   よりなることを特徴とする磁性多層膜。