JPH06237022A

JPH06237022A - 磁気検出装置

Info

Publication number: JPH06237022A
Application number: JP5020975A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Chiyabara; 健一茶原; Toshiyuki Ono; 俊之大野; Masahiro Kasai; 昌弘葛西; Yoko Sugaya; 庸子菅家; Yuzo Kozono; 裕三小園
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-02-09
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 1994-08-23
Anticipated expiration: 2017-11-18
Also published as: JP3345072B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高感度を有する磁気検出装置を提供する。【構成】酸化物磁気抵抗効果膜を有する磁気抵抗効果素
子。【効果】高感度を有する磁気検出装置を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気検出装置に関し、
特に高感度磁気検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気抵抗効果膜を用いた磁気検出に関し
ては以下のような従来技術がある。アイイーイー
トランスアクションオンマグネティクス第１８巻
第２号３月（１９８２）７０７〜７０８頁 (IEEE T
ransaction on Magnetics,Vol.Mag-18，No.2March(198
2) p.707-708)にはＮｉ／ＮｉＯ／Ｎｉ３層膜による磁
気検出の記載がある。ジャーナルオブザフィジカ
ルソサイエティオブジャパン第５９巻３０６１
〜３０６４頁には、磁気特性の異なる金属磁性膜を非磁
性膜を介して積層したものが記載されている。フィジカ
ルレビューＢ４３号１２９７〜１３００頁（Physic
al review,B43,1297〜1300）には、ＦｅＭｎ反強磁性膜
を強磁性／非磁性多層膜にしものが記載されている。第
６９回日本応用磁気学会研究会資料(１９９１）の２１
〜２６頁には、Ｆｅ（３０Å）／Ｃｒ（９Å）／Ｆｅ
（３０Å）を用いた磁気検出が記載されている。また、
特開平２−61572号広報には、強磁性膜／非磁性膜／強
磁性膜／反強磁性膜を用いた磁気センサについての記載
がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、磁気抵抗効果素
子を有する磁気検出装置においては、十分な検出感度を
有する磁気抵抗効果膜が得られなかった。また、大きな
磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果多層膜においては、
多層膜各層の膜厚が数１０Å以下と薄いことによるピン
ホール等により多層構造の作製，素子特性の安定性，制
御性に困難があった。

【０００４】本発明の目的は、磁気抵抗効果素子を有す
る磁気検出装置に対して、高感度の磁気検出能力を有
し、かつ、単純な素子構造を有する磁気抵抗効果膜を提
供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、磁気抵抗効
果素子を有する磁気検出装置における課題として、磁気
検出感度の向上を目的としている。

【０００６】本発明では第１に、磁気抵抗効果素子を構
成する磁気抵抗効果膜に酸化物磁気抵抗効果膜を用い
る。ここで、酸化物磁気抵抗効果膜とは、膜を使用する
温度で磁気抵抗効果を示す強磁性あるいは弱強磁性の酸
化物膜であって、その比抵抗が１〜５００ｍΩcmと電気
伝導性の高いことが好ましい。

【０００７】本発明の酸化物磁気抵抗効果膜はまた、単
体磁性体であって磁場と電流の方向によらない等方的
な、あるいは異方性の小さい磁気抵抗効果を示す磁性材
料を用いる。ここで、等方的なあるいは異方性の小さい
磁気抵抗効果とは、磁気抵抗効果膜が単体磁性体からな
る磁気抵抗効果膜であって、磁気抵抗効果膜に流された
抵抗変化検出用の電流方向と、記録媒体あるいは磁界発
生体から漏洩する磁界方向とのなす角度に依存しない、
あるいは依存性の小さい磁気抵抗効果を示すことであ
る。これまで、単層磁性膜の磁気抵抗効果は抵抗変化検
出用の電流方向と、記録媒体あるいは磁界発生体から漏
洩する磁界方向とのなす角度に依存した異方性磁気抵抗
効果を示した。異方性磁気抵抗効果では、電流方向と磁
界方向が平行な場合、磁気抵抗変化率は−０.５％以下
と小さかった。（ただし、磁気抵抗変化率の前に付けら
れた負号は磁場印加による抵抗の減少を表す。以下同
様。）しかし、本発明の等方的なあるいは異方性の小さ
い酸化物磁気抵抗効果では、電流方向と磁界方向の相対
角度に依らない−４〜−５０％の大きな磁気抵抗効果が
得られる。単体磁性体であって等方的なあるいは異方性
の小さい磁気抵抗効果を示す磁性材料としては、単体磁
性体内部で、抵抗変化検出用の電流が単体磁性体のスピ
ン構造に起因したスピン依存散乱を受けている磁性材料
であることが望ましい。ここで、スピン依存散乱とは、
異なる２つのスピン方向を有する物質、あるいは、特に
人工的に異なる２つのスピン方向を有する状態を実現さ
せた金属強磁性膜／金属非磁性膜／金属強磁性膜のよう
な金属多層膜の磁気抵抗効果において生じるものであっ
て、抵抗変化検出用の電流の担い手である電子の前記ス
ピンによる散乱の度合いが、異なる２つの方向を有する
スピン間のなす角度に依存して変化するという伝導電子
の散乱である。つまり、スピン間のなす角度の変化が、
磁気抵抗変化を生じさせていることになる。また、単体
磁性体であって等方的なあるいは異方性の小さい磁気抵
抗効果を示す磁性材料としては、その単体磁性体が、そ
のスピン構造において、２つの異なるスピン方向を有
し、或るスピン方向を有する磁性層と、これと異なるス
ピン方向を有する磁性層が、非磁性層を介して磁性層／
磁性層からなる多層構造を有することが好ましい。上の
ような特性を有する磁性体に、キャント磁性体（あるい
は寄生強磁性体と呼ばれる）材料がある。ここで、キャ
ント磁性体（あるいは寄生強磁性体）とは、反強磁性整
列した原子のスピンが反平行から傾き、異なる２つのス
ピン方向が生じる。そして、このスピンのなす角度に対
応した自発磁化が現われる物質である。スピンが反平行
から傾く原因としては、スピン間の二重交換相互作用あ
るいは異方性超交換相互作用、また、あるいは磁性結晶
の磁気異方性が上げられる。二重交換相互作用に原因を
持つ材料は例えばＬａ_1-xＣａ_xＭｎＯ₃(ｘ＝０〜１)，
Ｌａ_1-xＳr_xＭnＯ_３（ｘ＝０〜１），異方性超交換相互
作用に原因を持つ材料は例えばＦｅ_２Ｏ₃，ＭｎＣＯ₃，
ＹＦｅＯ₃，ＣｒＦ₃、磁気異方性に原因を持つ材料は例
えばＮｉＦ₂が上げられる。ここでは特に、二重交換相
互作用に原因を持つキャント磁性体材料を用いることが
好ましい。

【０００８】本発明の酸化物磁気抵抗効果膜はまた、磁
気抵抗効果膜の元素組成比を変化させることによって、
室温を含む広い温度範囲で磁気転移温度を連続的に変化
できる磁性材料を用いる。ここで、磁気転移温度とは、
磁気的な相転移の起こる温度であって、磁性体原子のス
ピンが無秩序配列から秩序配列へ変化する際の臨界温度
である。そして、本発明の磁性材料としては、磁気転移
温度近傍で抵抗値に、臨界磁気散乱による抵抗成分が多
く含まれる磁性材料であることが好ましい。ここで、臨
界磁気散乱とは、臨界状態での大きなスピンのゆらぎの
ために伝導電子が異常に大きい散乱を受ける現象であっ
て、一般に比抵抗は臨界磁気散乱による抵抗成分が最大
となる温度である磁気転移温度にピークのある比抵抗−
温度特性を示す。また、磁気転移温度近傍はスピンのゆ
らぎの大きい温度領域であって、外部から磁性材料に印
加された磁場によって、臨界磁気散乱による抵抗成分が
大きく変化する磁気抵抗効果の大きな温度領域である。
本発明の磁性材料としては、磁気転移温度近傍で抵抗値
に臨界磁気散乱による抵抗成分が多く含まれる磁性材料
であって、磁気転移温度近傍で磁気検出を行うことによ
り、外部から磁性材料に印加された磁場によって臨界磁
気散乱による抵抗成分が大きく変化する、つまり大きな
磁気抵抗効果の生じる磁性材料であることが好ましい。

【０００９】また、酸化物磁性体は一般式ＡＢＯ₃た
だし、Ａは３価の元素、またはアルカリ土類金属であ
る。

【００１０】ＢはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ等の磁
性元素である。で表わされるものを用いることが好まし
い。本発明に用いられる酸化物磁性体は、具体的には、
(Ｌａ,Ｃａ)₁Ｍｎ₁Ｏ_y，(Ｌａ,Ｓｒ)₁Ｍｎ₁Ｏ_y，Ｂｉ₁
Ｍｎ₁Ｏ_y，Ｂａ₁Ｆｅ₁Ｏ_y,Sr₁Ｃｏ₁Ｏ_y，(Ｌａ，Ａ)₁Ｂ
₁Ｏ_y（ＡはＢａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｃｄの少なくとも１つの
元素、ＢはＭｎ，Ｃｏの少なくとも１つの元素)、（Ｌ
ａ，Ａ)₁Ｂ₁Ｃ₁Ｏ_y（Ａは少なくとも１種以上の希土類
元素、Ｂは少なくとも１種以上のアルカリ土類元素、Ｃ
はＦｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃr，Ｃｏの少なくとも１
つの元素)、［(Ｐｒ，Ｎｄ)，(Ｂａ，Ｓｒ)］₁Ｍｎ
₁Ｏ_y，(Ｂｉ，Ｃａ)₁Ｍｎ₁Ｏ_y，Ｌａ₁(Ｍ，Ｍｎ)₁Ｏ
_y（ＭはＣｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒの少なくとも１つの元
素）、Ｇｄ₁(Ｃｏ，Ｍｎ)₁Ｏ_y，Ａ₁(Ｆｅ，Ｂ)₁Ｏ_y（Ａ
はＢａ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも１つの元素、ＢはＭ
ｏ，Ｍｎの少なくとも１つの元素)、Ｂｉ₁Ｃr₁Ｏ_y，Ｃ
ａ₁Ｒｕ₁Ｏ_y，Ａ₁(Ｂ，Ｃ)₁Ｏ_y（ＡはＢａ，Ｃａ，Ｓ
ｒ，Ｐｂの少なくとも１つの元素、ＢはＮｉ，Ｍｎ，Ｃ
r,Ｆｅの少なくとも１つの元素、ＣはＷ,Ｓｂ,Ｍｏ,Ｕ
の少なくとも１つの元素)、（Ｓｒ，Ｌａ)₁(Ｃ，Ｄ）₁
Ｏｙ（ＣはＣｏ，Ｎｉの少なくとも１つの元素、ＤはＮ
ｂ，Ｓｂ，Ｔａの少なくとも１つの元素で、ｙは２.７
〜３.３とする。)であることが好ましい。ここで、(Ａ
Ｂ)とはＡまたはＢの少なくとも一方を含むという意味
である。

【００１１】さらに、本発明は、基板上に形成した酸化
物磁気抵抗効果膜と、これの膜面方向に電流を流す手段
と発生電圧を検出する手段とを有し、酸化物磁気抵抗効
果膜が磁界を感じたときの抵抗値の変化によって磁気を
検出する磁気検出素子を提供するものである。このため
には、基板上の酸化物磁気抵抗効果膜に、膜面内長手方
向に電流を流すための２つの電流端子と、この時に発生
する電圧を検出するための２つの電圧端子を形成する。
さらに、これを支持体上に固定して、電流供給源及び電
圧検出手段に接続する。このようにして、磁界を外部か
ら酸化物磁気抵抗効果膜に印加すると、印加磁界の大き
さに応じて電圧端子間に発生する電圧が変化し、これに
よって磁界を検出することが出来る。上記端子は、電流
端子と電圧端子が同じものであってもかまわない。この
時の電圧変化率は、従来技術による磁気抵抗効果素子に
比べて一桁以上大きい−５０％にも及ぶ値である。ま
た、酸化物磁性体の比抵抗は室温ではおおよそ１０〜１
００ミリオームセンチメートルであり、発生する電圧の
絶対値も従来の磁気抵抗素子に比べて２桁以上大きな値
となる。このため、ＳＮ比の良い磁気検出素子が得られ
る。また、素子動作時の電流値を数十マイクロアンペア
程度にまで小さくすることができるので、電極部での発
熱をおさえることができ、かつ、発熱等による磁気抵抗
効果膜の劣化という問題点が解決される。

【００１２】また、本発明を磁気記録装置に用いるため
には、次のようにする。本発明による少なくとも酸化物
磁気抵抗効果膜を有する磁気検出素子に、電流を供給す
るための手段と、素子の電圧を検出するための手段を接
続し、上記磁気検出素子とは別の磁気信号を磁気記録媒
体に書き込むための素子、いわゆる記録用磁気ヘッドを
同一の支持体上に設置する。支持体は、制御部によって
制御された駆動系により、磁気記録媒体の所定の位置に
磁気記録を書き込み、または読み取りが出来るようにす
る。これにより、高密度大容量で小型の磁気記録装置が
実現可能となる。

【００１３】本発明の少なくとも酸化物磁気抵抗効果膜
を有する磁気検出素子は、大型計算機やパーソナルコン
ピューター等の演算システムの記録装置として用いるこ
とが出来る。また、光通信システムや光演算システムの
記録装置や、演算素子としての使用も可能である。

【００１４】また本発明の、少なくとも酸化物磁気抵抗
効果膜を有する磁気検出素子は、電磁石によって作られ
た高電磁界を使用する種々のシステム例えば、物理実験
用システム，ＭＲＩシステム，リニアモータカーシステ
ム等において、電磁石部分の消耗等による高電磁界の消
失，乱れ等を高感度で検出する保全システムを提供す
る。

【００１５】本発明の磁気抵抗効果素子の構成の一例
は、酸化マグネシウム基板上に単層磁性膜を作製し、磁
性膜表面に電極を配してなる磁気抵抗効果素子である。
磁性膜は基板に対しエピタキシャルな方位関係で成長し
ていることが望ましい。磁性膜の磁気特性には結晶方位
依存性があるためである。本発明の磁性膜は例えば、Ｌ
ａ_1-xＣａ_xＭｎＯ_zのようなペロブスカイト型酸化物磁
性体である。ここでｘはカルシウム組成であってｘ＝０
〜〜０.６である。磁性膜の膜厚は５０〜5000Åであ
る。この構成は、その磁気転移温度近傍での大きな磁気
抵抗変化により、高感度の磁気検出を実現するものであ
る。

【００１６】本発明では第２に、磁気抵抗効果素子を構
成する磁気抵抗効果膜に、磁気抵抗効果膜／酸化物導電
性膜／磁気抵抗効果膜からなる磁気相互作用３層膜を用
いる。ここで、上下の磁気抵抗効果膜の少なくとも一方
は、酸化物磁性体からなる酸化物磁気抵抗効果膜であっ
て、上下の磁気抵抗効果膜の両方が酸化物磁性体である
全酸化物３層膜であっても構わない。ここで、酸化物導
電性膜とは、巨視的に自発磁化を有しない薄膜材料から
なり、磁気秩序を有しないが微視的に磁性スピンを有す
る薄膜材料、あるいは磁気秩序を有するが巨視的に自発
磁化を有しない反強磁性体材料等からなる。このような
磁気抵抗効果膜／酸化物導電性膜／磁気抵抗効果膜から
なる磁気相互作用３層膜とは、中間の酸化物導電性膜を
介した、上下の磁気抵抗効果膜に含まれる磁性元素（例
えば、マンガン，コバルト，鉄など）の間に働く磁気相
互作用を利用して高感度の磁気検出を実現するものであ
る。

【００１７】以下では、単層磁性膜内でのスピンの間の
相互作用をスピン間相互作用，空間的に離れた２枚の磁
性膜のスピンの間の相互作用を磁気相互作用として区別
する。磁性膜内には磁性原子のスピンの間にスピン間相
互作用が生じており、これにより磁性膜は、強磁性や反
強磁性を示す。ある一つのスピンの向きを「＋」とし、
これと反対の向きのスピンの向きを「−」とすると、そ
れぞれのスピンが「＋」と「−」の向きに整列するような
スピン間相互作用が働いたとき、この磁性膜は反強磁性
を示し、「＋」と「＋」の向きに整列するようにスピン
間相互作用が働いたときは強磁性を示す。しかし、２枚
の磁性膜が、空間的に離れて存在している場合には、本
発明における中間層のような、一方の磁性膜のスピン間
相互作用を他方の磁性膜へ伝えるような役目を果たすも
のが必要となる。この一例が、磁気抵抗効果膜／酸化物
導電性膜／磁気抵抗効果膜３層膜であり、中間の酸化物
導電性膜を介した上下の磁気抵抗効果膜における磁気相
互作用は通常、単層磁性膜内に働くスピン間相互作用よ
り弱く、印加磁場により抵抗は大きく変化し高感度磁気
検出を実現できる。また、中間層を介して２つの磁性膜
間に磁気相互作用が生じている状態では、外部から与え
られた磁界以外の光，圧力，音などの刺激に対しても、
上述の磁気相互作用が高い感度で反応を示す。このよう
な磁気相互作用の生じている状態に電流を流すと、電子
がスピンにより散乱を受け磁気相互作用の変化が電気抵
抗の変化として検出される。本発明の磁気相互作用３層
膜は、上記電気抵抗の変化を利用して、磁界，光，圧
力，音などに対する高感度検出を実現するものである。

【００１８】また、磁性膜間の中間酸化物導電性膜は、
微視的に磁性原子を有し巨視的に自発磁化を有しない材
料であって、磁性原子のスピンや電荷に揺らぎのある材
料であることが望ましい。例えば磁気秩序を有しないが
微視的に磁性スピンを有する材料、あるいは磁気秩序を
有するが巨視的に自発磁化を有しない反強磁性体材料な
どがある。磁性膜において、スピンに働く強磁性的な力
の大きさと反強磁性的な力の大きさがほぼ同程度である
場合、１つの原子スピンに着目した場合、この原子スピ
ンは「＋」方向と、「−」方向のどちらの方向をとるか
は確定しない。このような状態を、スピンが揺らいでい
る状態という。あるいは、通常スピングラスとも呼ばれ
る状態であってもよい。本発明における磁気相互作用３
層膜は、このような中間酸化物導電性膜のスピンの揺ら
ぎが一方の磁性膜のスピン相互作用を、他方の磁性膜に
伝える作用を有することを利用したものである。

【００１９】中間の酸化物導電性膜は、ペロブスカイト
構造を有する酸化物からなることが好ましい。中間層に
用いられる材料は、一般式Ｌｎ₁Ｂ₂Ｃｕ₃Ｏ₇，Ａ₂Ｂ₄Ｃ
ｕ₃Ｏ₁₀，Ａ₂Ｂ₃Ｃｕ₂Ｏ₈，Ａ₁Ｂ₄Ｃｕ₃Ｏ₈，Ａ₁Ｂ
₃Ｃｕ₁Ｏ₁₁，Ｍ_2-xＮ_xＣｕ₁Ｏ₄（ただし、ＡはＴｌ，Ｂ
ｉ，Ｐｂの少なくとも一つの元素。Ｂは少なくとも一種
類のアルカリ土類金属。ＭはＬａまたはＮｄの何れか一
方の元素。ＮはＣｅまたはアルカリ土類金属の何れか一
種類の元素。ＬｎはＹ，希土類金属，３価元素の何れか
一つの元素。ｗは０.０５〜１.００である。）で表わさ
れるものを用いることが好ましい。更に、中間層に用い
られる材料は、具体的には、(Ｌａ_1-xＭ_x)Ｃｕ₂Ｏ₄(Ｍ
はＢａ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも１つの元素)，Ｌａ₁Ｂ
ａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇，Ｌａ₂ＮａＣｕＯ₄，Ｂｉ_0.1Ｌａ_1.8Ｓｒ
_0.1ＣｕＯ，Ｌａ₂ＣｕＯ₄，Ｌａ₂Ｂａ₃ＬｕＣｕ₆Ｏ，Ｙ
Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇，Ｙ₂Ｂａ₄Ｃｕ₈Ｏ₂₀,Ｙｂ₂Ｂａ₄Ｃｕ₇Ｏ
₁₅，Ｂｉ₂Ｓｒ₂ＣｕＯ₆，Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ₈，
Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ₁₀，Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₃Ｃｕ₄
Ｏ₁₂，Ｂａ(Ｐｂ_1-xＢi_x)Ｏ₃，(Ｂａ_1-xＫ_x)ＢｉＯ₃，
(Ｂｉ_1-xＰｄ_x)₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ，Ｂ
ｉ₂Ｓｒ_2.6Ｎｄ_0.4ＣｕＯ₈，Ｔｌ₂Ｂａ₂ＣｕＯ₆，Ｔｌ₂
Ｂａ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ₈，Ｔｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ₁₀，Ｔｌ
₁Ｂａ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ₆，Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃa₃Ｃu₄Ｏ₈,Ｔｌ₁Ｂ
ａ₃Ｃａ₂Ｃｕ₄Ｏ₁₀,Ｔl₁Ｓr₂Ｃｕ₃Ｏ,(Ｔl_0.5Ｐb_0.5)Ｓ
r₂Ｃa₂Ｃｕ₃Ｏ₈，Ｎｄ_1.6Ｓｒ_0.2Ｃｅ_0.2ＣｕＯ₄，Ｐｂ
₂Ｓｒ₂Ｙ_0.5Ｃａ_0.5Ｃｕ₃Ｏ₈，(Ｔｌ_0.75Ｂｉ_0.25)
_1.3(Ｓｒ_0.5Ｃａ_0.5)_2.7Ｃｕ₂Ｏ₈、(ただし、ｘは０.０
５〜１.０とする。)であることが好ましい。ここで、
(ＡＢ)とはＡまたはＢの少なくとも一方を含むという意
味である。

【００２０】また、中間層は、この中間層に用いられる
材料の温度を下げた場合超電導特性を示す物質であるこ
とが好ましい。本発明者等は、酸化物超電導体と磁性体
を近接させたときの相互作用を調べることは、高温超電
導の発現機構を明らかにする上で重要であると考え、こ
れまで研究を進めてきた。その結果ぺロブスカイト構造
を有するマンガン系の酸化物磁性体であるところの、Ｌ
ａ_1-xＣａ_xＭｎＯ_z（ＬＣＭＯ）及びＬａ_1-xＳｒ_xＭｎ
Ｏ_z（ＬＳＭＯ）と酸化物高温超電導体ＹＢａ₂Ｃｕ₃
Ｏ_y(ＹＢＣＯ)の間には、有る限られた磁性（ｘ＝０.２
〜０.３)の領域においてのみ磁性体中を超電導電流が流
れるという特異な近接効果が起こることを見出した。こ
の現象(近接効果)は、次の３つの点で新しい現象である
といえる。

【００２１】(1）コヒーレント長をはるかに超えるバリ
ア層を介して超電導電流が流れる。

【００２２】(2）半導体的な電気特性のバリア層を酸化
物超電導体で挟むと接合抵抗は金属的な振舞を示す。

【００２３】(3）強磁性と超電導電流が共存している。

【００２４】発明者等は、この特異な現象を解明する研
究を進めるうちに、酸化物超電導体と酸化物磁性体の間
には、室温においても既に磁気的な相互作用が生じてお
り、このため接合抵抗が金属的な特性を示すことを見出
すに至った。この発見により得られた知見をもとに本発
明の磁気相互作用３層膜を得たものである。素子として
の形成が容易であるためには、中間層の膜厚は１００〜
２５００Åと厚いことが好ましい。酸化物高温超電導体
（ＹＢＣＯ）は、このように厚く形成することができる
酸化物導電性材料である。そして、これは中間の膜に、
上述のスピン揺らぎがある材料を用いたことの効果であ
る。

【００２５】一方、中間層を挟む磁性体としては、酸化
物磁性体を用いることが好ましく、特に、ペロブスカイ
ト構造を有する酸化物磁性体を用いることが望ましい。
ここで、酸化物磁性体は、一般式ＡＢＯ₃ただし、Ａ
は３価の元素、またはアルカリ土類金属である。

【００２６】ＢはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｎ等の磁
性元素である。で表わされるものを用いることが好まし
い。本発明に用いられる酸化物磁性体は、具体的には、
(Ｌａ，Ｃａ)₁Ｍｎ₁Ｏ_y，(Ｌａ，Ｓｒ)₁Ｍｎ₁Ｏ_y，Ｂｉ
₁Ｍｎ₁Ｏ_y，Ｂａ₁Ｆｅ₁Ｏ_y，Ｓｒ₁Ｃｏ₁Ｏ_y，(Ｌａ，
Ａ)₁Ｂ₁Ｏ_y（ＡはＢａ，Ｓｒ，Ｐｂ，Ｃｄの少なくとも
１つの元素、ＢはＭｎ，Ｃｏの少なくとも１つの元
素)、(Ｌａ，Ａ)₁Ｂ₁Ｃ₁Ｏ_y(Ａは少なくとも１種以上の
希土類元素、Ｂは少なくとも１種以上のアルカリ土類元
素、ＣはＦｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｏの少なく
とも１つの元素)、［(Ｐｒ，Ｎｄ)，(Ｂａ，Ｓｒ)］₁Ｍ
ｎ₁Ｏ_y，(Ｂｉ，Ｃａ)₁Ｍｎ₁Ｏ_y，Ｌａ₁(Ｍ，Ｍｎ)₁Ｏ_y
(ＭはＣｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒの少なくとも１つの元
素)、Ｇｄ₁(Ｃｏ，Ｍｎ)₁Ｏ_y、Ａ₁(Ｆｅ，Ｂ)₁Ｏ_y(Ａは
Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも１つの元素、ＢはＭo，
Ｍｎの少なくとも１つの元素)、Ｂｉ₁Ｃｒ₁Ｏ_y、Ｃａ₁
Ｒｕ₁Ｏ_y、Ａ₁(Ｂ，Ｃ)₁Ｏ_y(ＡはＢａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｐ
ｂの少なくとも１つの元素、ＢはＮｉ，Ｍｎ，Ｃｒ,Ｆ
ｅの少なくとも１つの元素、ＣはＷ,Ｓｂ,Ｍｏ,Ｕの少
なくとも１つの元素)、(Ｓｒ，Ｌａ)₁(Ｃ，Ｄ)₁Ｏ_y（Ｃ
はＣｏ，Ｎｉの少なくとも１つの元素、ＤはＮｂ，Ｓ
ｂ，Ｔａの少なくとも１つの元素で、ｙは２.７〜３.３
とする。)であることが好ましい。ここで、(ＡＢ)とは
ＡまたはＢの少なくとも一方を含むという意味である。

【００２７】また、本発明の磁気相互作用３層膜は磁性
膜間に、ペロブスカイト構造の酸化物導電膜からなるカ
ップリング層を有することを特徴とする。ここで、カッ
プリング層とは磁性膜間に磁気相互作用が生じるよう
に、一方の磁性膜のスピンの状態を他方の磁性膜に伝え
る働きをする中間層のことである。本発明に用いた、カ
ップリング層であるところのぺロブスカイト構造を有す
る酸化物導電膜は、スピンの揺らぎを有するものであ
る。本発明者等は、酸化物超電導体を上記カップリング
層として用いることができることを、Ｍｎ系酸化物磁性
体Ｌａ_1-x(Ｓｒ，Ｃａ)_xＭｎＯ₃を障壁層とし、ＹＢａ₂
Ｃｕ₃Ｏ_y(ＹＢＣＯ)でこれを挟んだ３層構造の接合にお
いて、５０００Åと厚くかつ強磁性を示す障壁層を通し
て超伝導電流が流れるという近接効果を研究する過程に
おいてこれを見出した。この現象には、Ｌａ_1-x(Ｓｒ，
Ｃａ)_xＭｎＯ₃のスピン状態が密接にかかわっている。
ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y／Ｌａ_0.8Ｓｒ_0.2ＭｎＯ₃(ＬＳＭＯ）
／ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y３層膜と単層のＬａ_0.8Ｓｒ_0.2Ｍｎ
Ｏ₃膜のＭｎのスピンの状態の違いを調べるために、強
磁性共鳴(ＦＭＲ)ピーク幅の温度依存性を調べた。両者
の強磁性共鳴ピーク幅には以下のような顕著な違いが見
られた。ＬＳＭＯ単層膜では温度変化はほとんど見られ
ないが、３層膜の強磁性共鳴ピーク幅は温度に強く依存
し、１５０Ｋ付近で極大を示す。上記ピークの半値幅
は、スピンゆらぎの大きさを表すものであり、酸化物磁
性体が酸化物超電導体と積層されることにより、スピン
の動的性質に変化が生じていることを示す結果である。
本発明は、上記スピン状態の性質に基づいたものであ
る。

【００２８】また、本発明の磁気相互作用３層膜は酸化
物導電性膜を磁気抵抗効果膜ではさんでなる３層構造の
３層膜と、前記磁気相互作用３層膜に電流を与える手段
と、これに発生する電圧を検出する手段とを有すること
を特徴とする。上記磁気相互作用３層膜は、酸化物超電
導体膜を酸化物磁性体膜ではさんだ３層膜を作製したも
のである。従来より、数１０オングストローム程度の膜
厚の非超電導層を、超電導体ではさんだ３層構造の素子
が、ジョセフソン素子として知られていたが、本発明に
よる磁気相互作用３層膜は超電導体を非超電導体ではさ
んだ構造を持ち、構造的にもまた原理的にもこれとはま
ったく異なったものである。特に本発明においては、上
記ジョセフソン素子と違い、酸化物超電導体が超電導特
性を示す超電導遷移臨界温度よりも高い温度における、
超電導体の特性を利用することを特徴とする。特に室温
での使用が可能になる。

【００２９】また、本発明の磁気相互作用３層膜は酸化
物導電膜を磁気抵抗効果膜ではさんでなる３層膜と、前
記磁気相互作用３層膜に電流を与える手段と、これに発
生する電圧を検出する手段および外部からエネルギーを
与える手段とを有することを特徴とする。磁気相互作用
３層膜に電流を与える手段とは、一定の電流を流すこと
の出来る定電流源であり、金または銀などからなる電極
を通して、電流を供給するものである。この時に発生す
る電圧は、電圧計によってこれをモニターする。電圧を
検出するための端子と、電流を供給するための端子は同
一のものであっても構わない。上記磁気相互作用３層膜
に、外部から電磁波，磁界，光，音，圧力などのエネル
ギーを与えると、スピンの状態が高い感度を有して変化
する。この変化は、電圧の変化として読み取ることが出
来るので、高感度の検出素子としての利用が可能であ
る。また、電流を流したときに発生する電磁波を利用す
るような使用法も可能である。

【００３０】さらに、本発明は、基板上に形成した磁気
抵抗効果膜／酸化物導電性膜／磁気抵抗効果膜からなる
磁気相互作用３層膜と、これに電流を流す手段および発
生電圧を検出する手段とを有し、磁気相互作用３層膜が
磁界を感じたときの抵抗値の変化によって磁気を検出す
る磁気検出素子を提供するものである。上記の磁気相互
作用３層膜を磁気検出素子として用いる場合には、以下
のようにしてこれを用いる。磁気相互作用３層膜におい
て、上部磁気抵抗効果膜に対して電流を流すための電極
を設け、電流を供給するための手段に接続する。また、
さらに磁気相互作用３層膜に発生する電圧を検出するた
めの電極と、これを検出するための手段を接続する。上
記素子に対して、膜面に平行な磁場を印加すると、磁気
抵抗効果により発生電圧が変化する。上記発生電圧をモ
ニターすることにより、磁気検出素子としての利用が可
能である。

【００３１】さらに、本発明は、基板上に形成した磁気
抵抗効果膜／酸化物導電性膜／磁気抵抗効果膜からなる
磁気相互作用３層膜と、これの膜面方向に電流を流す手
段と発生電圧を検出する手段とを有し、磁気相互作用３
層膜が磁界を感じたときの抵抗値の変化によって磁気を
検出する磁気検出素子を提供するものである。このため
には、基板上の磁気相互作用３層膜に、膜面内長手方向
に電流を流すための２つの電流端子と、この時に発生す
る電圧を検出するための２つの電圧端子を形成する。さ
らに、これを支持体上に固定して、電流供給源及び電圧
検出手段に接続する。このようにして、磁界を外部から
磁気相互作用３層膜に印加すると、印加磁界の大きさに
応じて電圧端子間に発生する電圧が変化しこれによって
磁界を検出することが出来る。上記端子は、電流端子と
電圧端子が同じものであってもかまわない。この時の電
圧変化率は、従来技術による磁気抵抗素子に比べて一桁
以上大きい−４０％にも及ぶ値である。また、酸化物磁
性体の比抵抗は室温ではおおよそ１〜１００ミリオーム
センチメートルであり、発生する電圧の絶対値も従来の
磁気抵抗素子に比べて２桁程度大きな値となる。このた
め、ＳＮ比の良い磁気検出素子が得られる。また、素子
動作時の電流値を数十マイクロアンペア程度にまで小さ
くすることができるので、電極部での発熱をおさえるこ
とが出来、かつ、発熱等による磁気抵抗膜の劣化という
問題点が解決される。

【００３２】磁気記録再生装置の高密度大容量化を目的
とした、読み出し・書き込み分離型ヘッドである従来型
磁気抵抗ヘッドは、強磁性薄膜において薄膜の面内方向
に一軸磁気異方性が付与されている場合に、外部磁界が
膜面に対して垂直に印加されると、素子の抵抗が変化す
る現象いわゆる「磁気抵抗効果」を利用したものであ
る。そして、従来型磁気抵抗ヘッドは、磁性膜中で磁化
の方向が異なるときに生じるところの磁壁が移動する際
に発生する、いわゆるバルクハウンゼン雑音の影響を受
けやすいという問題点があった。また、従来型磁気抵抗
ヘッドに用いる強磁性体膜、すなわち磁気抵抗膜には主
としてパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）などの金属強磁性体材
料が用いられているが、これら金属磁性体はその比抵抗
が数十マイクロオームセンチメートルと非常に小さいた
め、高い再生出力を得るためには素子の磁気抵抗膜の膜
厚を数百オングストローム以下の極めて薄いものにする
か、あるいは素子に流す電流値を出来るだけ大きくする
必要がある。しかし、このような薄い膜厚の薄膜を作製
することは困難であり、膜のピンホールによる保磁力の
増大に伴う感度の低下という問題点が有った。また、大
電流を流すことには発熱等により素子の劣化を早めると
いう問題点があった。

【００３３】上記問題点を解決するために、上記従来の
単層磁性膜磁気抵抗効果とは異なる現象であるところの
巨大磁気抵抗効果を利用した磁気検出素子が提案され
た。上記巨大磁気抵抗効果とは、強磁性体／非磁性体／
強磁性体のような３層膜あるいは強磁性体／非磁性体か
らなる多層膜において、極めて大きな磁気抵抗効果が現
れる現象である。この現象は、上部と下部の強磁性体が
非磁性層を介して磁気相互作用をするために起こるもの
とされている。しかし、非磁性層の膜厚を、数１０オン
グストローム以下に薄くしなければ、巨大磁気抵抗効果
は起こらないため、ピンホール等により素子特性の制御
は困難であった。一方、本発明の磁気相互作用３層膜で
は、中間の酸化物導電性膜を５００〜２５００Åと厚く
できるため、ピンホール等による素子特性の乱れはな
い。

【００３４】さらにまた、上記磁気検出素子とは異なる
原理による磁気検出素子に、強磁性トンネル接合素子が
有る。これは、強磁性体薄膜で膜厚数十オングストロー
ムの極めて薄い絶縁物をはさんだもので、高感度かつ高
出力の磁気検出素子として利用が可能である。上記強磁
性トンネリング現象は、極低温でしか起こらないために
磁気検出素子としての応用は困難であったが、本発明に
よればこのような問題は解決し、室温での磁気検出も可
能である。

【００３５】発明者等は、高温超電導のメカニズムにつ
いての研究を進めるうちに、ぺロブスカイト構造を有す
る酸化物超電導体と酸化物磁性体の間には、１.０ミク
ロン以上にも及ぶ長距離にわたって磁気相互作用が働く
こと、及びこの磁気相互作用は超電導体が超電導状態に
転移する超電導転移臨界温度より高い温度においても作
用していることを発見した。本発明は、上記の磁気相互
作用を利用し、高感度の磁気検出素子や、これを用いた
高密度大容量の磁気記録装置の実現を可能とするもので
ある。

【００３６】また、本発明は、磁気記録媒体に記録され
た磁気信号を読み取る磁気記録再生装置であって、磁気
相互作用３層膜を有する磁気検出素子を具備し、これが
前記磁気記録媒体に記録された磁気信号を読み取る磁気
記録装置を提供するものである。また、磁気検出素子を
情報が記録された磁気記録媒体に接近させると、磁気記
録媒体からの磁界により、磁気検出素子の検出電圧が変
化し磁気記録媒体に書き込まれた情報を読み取ることが
できる。

【００３７】また、本発明は、酸化物磁性膜間に超電導
膜を有する磁気相互作用素子の使用方法であって、前記
超電導体の超電導転移臨界温度よりも高い温度で使用す
る磁気相互作用素子の使用方法を提供するものである。

【００３８】本発明の磁気相互作用素子は、大型計算機
やパーソナルコンピューター等の演算システムの記録装
置として用いることが出来る。また、光通信システムや
光演算システムの記録装置や、演算素子としての使用も
可能である。

【００３９】また、本発明を磁気記録装置に用いるため
には、次のようにする。本発明による磁気検出素子に電
流を供給するための手段と、素子の電圧を検出するため
の手段を接続し、上記磁気検出素子とは別の磁気信号を
磁気記録媒体に書き込むための素子、いわゆる記録用磁
気ヘッドを同一の支持体上に設置する。支持体は、制御
部によって制御された駆動系により、磁気記録媒体の所
定の位置に磁気記録を書き込み又は読み取りが出来るよ
うにする。これにより、高密度大容量でかつ小型の磁気
記録装置が実現可能となる。

【００４０】本発明による３層膜を素子に利用する場合
は、超電導体の超電導転移臨界温度よりも高い温度で使
用することが望ましい。この温度範囲においては、発明
者等の発見による特異な磁気相互作用が起きているから
である。本発明を、上記の温度で使用することにより、
従来になく高検出感度でかつ高出力の磁気検出素子を得
ることが出来る。

【００４１】また本発明の、少なくとも酸化物磁気抵抗
効果膜を有する磁気検出素子は、電磁石によって作られ
た高電磁界を使用する種々のシステム例えば、物理実験
用システム，ＭＲＩシステム，リニアモータカーシステ
ム等において、電磁石部分の消耗等による高電磁界の消
失，乱れ等を高感度で検出する保全システムを提供す
る。

【００４２】これらの酸化物磁性膜及び酸化物超電導膜
を、積層して３層構造の積層膜を作製するときは、スパ
ッタリング法，イオンビームスパッタリング法，真空蒸
着法などの作製法を用い、チタン酸ストロンチウム単結
晶基板，酸化マグネシウム単結晶基板，酸化ジルコニウ
ム単結晶基板，硝子基板，シリコン単結晶基板，ガリウ
ムひ素単結晶基板，ガドリニウムガリウムガーネット単
結晶基板等の上に作製する。この時の超電導層の膜厚
は、１００オングストローム以上であることが望まし
い。また、各磁性膜と各超電導膜は相互にエピタキシャ
ルな方位関係で成長していることが望ましい。磁気相互
作用の強さには、結晶方位依存性があるためである。３
層膜を作製するときは、基板温度を５００から６５０℃
の間の最適な温度に設定し、酸化性雰囲気(Ｏ₂，Ｏ₃，
Ｎ₂Ｏなど）を導入してこれを作製する。膜作製後はＯ
₂ガスを導入し、自然冷却する。スパッタリング法によ
るときは、所定の組成比の焼結体ターゲットを用い、真
空蒸着法によるときは、金属または所定の組成比の合金
蒸着源を用いる。本発明の磁気抵抗効果素子の構成の一
例は、酸化マグネシウム基板上に磁性膜／酸化物導電性
膜／磁性膜３層膜を作製し、上部磁性膜表面に電極を配
してなる磁気抵抗効果素子である。磁性膜は、Ｌａ_1-x
Ｃａ_xＭｎＯ_zペロブスカイト型酸化物磁性体であり、
酸化物導電性膜はＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_yペロブスカイト型酸
化物導電体である。ここでｘはカルシウム組成であって
ｘ＝０〜０.６である。磁性膜の膜厚は５０〜５０００
Åであり、酸化物導電性膜の膜厚は１００〜２５００Å
である。この構成は、その磁気転移温度近傍での大きな
磁気抵抗変化により、高感度の磁気検出を実現するもの
である。

【００４３】

【作用】本発明の磁気検出装置は、上記手段によって、
単純な素子構造を有し、かつ、高感度な磁気検出を実現
する。

【００４４】すなわち、本発明の磁気抵抗効果膜は、酸
化物磁性体を用いた酸化物磁気抵抗効果膜からなり、磁
気抵抗変化検出用の電流方向と記録媒体あるいは磁界発
生体から漏洩する磁界方向とに依らない等方的磁気抵抗
効果を示し、膜の元素組成を連続的に変化させることに
より、その磁気転移温度を室温を含む広い温度範囲で連
続的に変化できる磁性材料であることを特徴とする。

【００４５】この素子を記録媒体あるいは磁界発生体に
接近して配置し、記録媒体あるいは磁界発生体から磁気
抵抗効果素子に印加される磁界の大きさを、磁気抵抗効
果膜の磁気抵抗変化として検出する。また、磁気抵抗効
果素子はその磁気転移温度付近で動作させることによ
り、−５０％以上の磁気抵抗変化を示し、高感度な磁気
検出を実現することができる。

【００４６】

【実施例】本発明の具体的な実施例を図に添って説明す
る。図１は、記録再生分離型ヘッドを有する磁気記録再
生装置において、磁気検出素子に少なくとも本発明の酸
化物磁気抵抗効果膜を用いた場合の実施例である。記録
再生分離型ヘッドは、本発明の磁気抵抗効果素子を用い
た再生ヘッドと、インダクティブ型の記録用ヘッドおよ
び、漏れ磁界による再生ヘッドの混乱を防止するための
シールド部からなる。ヘッドは基体４０上に下部シール
ド３２，酸化物磁気抵抗効果膜１０，電極２０および上
部シールド３１からなる再生ヘッドと、下部磁性膜５
２，上部磁性膜５１およびこれに起磁力を印加するコイ
ル６０からなる記録ヘッドとを形成してなる。このヘッ
ドによって、記録媒体上に信号を書き込み、また記録媒
体から信号を読み取るのである。５００〜６００℃とい
う高温で酸化物磁気抵抗効果膜を作製した後に、インダ
クティブ型の記録用ヘッドを低温で作製することによ
り、記録再生分離型ヘッドの熱や応力による磁気特性の
乱れを低減できる。

【００４７】図２は本発明の、少なくとも酸化物磁気抵
抗効果膜を有する磁気抵抗効果素子を用いた、磁気記録
再生装置の再生部分の概念図である。基体４０上に、磁
気抵抗効果膜（あるいは酸化物磁気抵抗効果膜／酸化物
導電性膜／酸化物磁気抵抗効果膜３層膜）１０および電
極２０を形成し、これを記録媒体を有するディスク円盤
７１上に位置決めしてに近接し再生を行う。本発明の特
徴は、この磁気抵抗効果素子に少なくとも酸化物磁気抵
抗効果膜を用いることである。このような構成により、
記録媒体上に磁気的に記録された信号は、媒体上に漏れ
磁界８０として磁気抵抗効果膜１０に達し、−４０〜−
５０％という大きな磁気抵抗効果によって高感度な再生
出力を得ることができる。

【００４８】図３は本発明の磁気記録再生装置の構成概
念図である。記録媒体を両面に有するディスク円盤７１
をスピンドルモータ７５で回転させ、アクチュエータ７
３によってヘッドスライダー７２を記録媒体のトラック
上に誘導する。ヘッドスライダー上に形成した磁気抵抗
効果素子による再生ヘッド、および記録ヘッドはこの回
転によって記録媒体上に近接して相対運動し、信号を順
次書き込みまたは読み取る。記録信号は信号処理系７４
を通じて、記録ヘッドにて媒体上に記録し、再生ヘッド
の出力を信号処理系７４を経て記録信号として読み取
る。さらに、再生ヘッドを所望の記録トラック上へ移動
する場合、本発明の再生ヘッドからの高感度な出力を用
いてトラックの位置を検出し、アクチュエータを制御し
て、ヘッドスライダーの位置決めを行うことができる。

【００４９】本発明の、磁気抵抗効果素子の構成要素で
ある磁気抵抗効果膜は、例えばＬａ_1-xＣａ_xＭｎＯ_z磁
性膜(以下ＬＣＭＯと略す)からなる。ＬＣＭＯのスピン
構造を図４に示す。ＬＣＭＯはペロブスカイト型の結晶
構造を有し、そのスピン構造はマンガンスピンがｃ−面
内で強磁性的に整列し、非磁性のＬａ，Ｃａ−Ｏ層を介
したｃ−面間では反強磁性的に整列するものである。つ
まり、ＬＣＭＯは単体磁性体であって、スピンを有する
Ｍｎ−Ｏ面と、磁性を持たないＬｎ，Ｃａ−Ｏ面が順次
積層し、かつ、隣りあったＭｎ−Ｏ面のスピンが互いに
反平行を向いた、磁性層／非磁性層からなる多層構造を
有する系である。また、ＬＣＭＯの磁化は、マンガンイ
オン間の電子のやり取りに起因した二重交換相互作用に
よって、反強磁性的に整列したマンガンスピンが傾くこ
とによって出現する。そして、出現した磁化の大きさ
は、異なる方向を向いたマンガンスピン間のなす角度に
対応し、スピン間のなす角度が小さいほど磁化は大きく
なる。

【００５０】本発明の、磁気抵抗効果素子の構成要素で
あるＬＣＭＯ膜は、イオンビームスパッタ法により、厚
さ０.５mm ，一辺１０mmの正方形をしたＭｇＯ(１００)
単結晶基板上に、磁性膜がｃ軸配向する条件である基板
温度５８５℃で作製した。スパッタ用のターゲットに
は、径６インチ，厚さ５mmで、ランタン，カルシウム，
マンガン，酸素からなる焼結体を用いた。スパッタ用イ
オンビームにはキセノンイオンビームを用い、磁性膜作
製時の雰囲気ガス圧はキセノンガス圧が０.１０ｍTor
r、酸素ガス圧が０.１５ｍTorr である。磁性膜作製条
件の詳細を表１に示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】作製したＬＣＭＯ膜はＸ線回折により結晶
の構造と配向性を評価した。Ｘ線回折の結果により、Ｌ
ＣＭＯ膜はｃ−軸配向膜であり、ｃ−軸長は膜厚に依ら
ない一定値で７.８０Å となった。また、ＬＣＭＯ膜の
抵抗率−温度特性及び磁気抵抗効果特性は、４端子法で
測定し、磁気特性は振動試料型マグネットメータで測定
した。磁気抵抗効果特性測定時の磁場方向と磁気抵抗変
化検出用の電流方向との関係は、膜面内に磁場を印加し
磁場方向と電流方向が平行な場合(Ｈ_‖)と、膜面内に磁
場を印加し磁場方向と電流方向が直行する場合(Ｈ_⊥)、
の２通りである。図５(ａ)，(ｂ)に作製したアズデポジ
ションＬＣＭＯ膜の磁化と比抵抗の温度依存性の例を示
す。図５から分かるように、比抵抗は磁気転移温度近傍
で極大値をとった。磁気転移温度近傍で、比抵抗が極大
値をとるのは臨界状態での大きなスピンのゆらぎのため
に伝導電子が異常に大きい臨界磁気散乱を受けることに
よる。また、図６に、４.２Ｋおよび２００Ｋにおける
アズデポジションＬＣＭＯ膜の磁気抵抗効果の磁場依存
性を、磁場方向と電流方向の関係が異なる２つの場合に
ついて示す。図６に示すように、アズデポジションＬＣ
ＭＯ膜における磁気抵抗効果は、磁気抵抗変化の比較的
小さい４.２Ｋ、および磁気抵抗変化の大きい２００Ｋ
のいずれの場合でも１テスラの磁場では飽和せず、磁場
方向と電流方向のなす角度に依らない等方的な磁気抵抗
効果となった。図７にアズデポジションＬＣＭＯ膜の磁
気抵抗効果の温度依存性の例を示す。比抵抗と同じよう
に、磁気抵抗効果も磁気転移温度近傍で最大値−５０％
をとることが分かる。磁気転移温度近傍で磁気抵抗効果
が最大値をとるのは、磁気転移温度近傍はスピンのゆら
ぎの大きい温度領域であって、外部から磁性材料に印加
された磁場によって、臨界磁気散乱による抵抗成分が大
きく変化する温度領域であることによる。また、図８に
膜厚３０００ÅのアズデポジションＬＣＭＯ膜を酸素雰
囲気中で、５８０℃，２時間の酸素アニール処理をした
アニール処理ＬＣＭＯ膜の磁気抵抗効果の温度依存性を
示す。アニール処理ＬＣＭＯ膜の磁気転移温度は室温で
あり、磁気抵抗変化率は室温で最大値−１５％を取る。
このように、アニール処理ＬＣＭＯ膜は室温に大きな磁
気抵抗効果を持ち、室温での高感度な磁気検出が可能で
ある。

【００５３】

【表２】

【００５４】表２に作製したアズデポジションＬＣＭＯ
膜と、アズデポジションＬＣＭＯ膜を酸素雰囲気中で、
５８０℃，２時間の酸素アニール処理をしたアニール処
理ＬＣＭＯ膜の印加磁場１テスラにおける７７Ｋ，室
温，磁気転移温度(Ｔ_c）での磁気抵抗効果特性をまとめ
て示した。アニール処理ＬＣＭＯ膜では、膜中への酸素
の導入により、磁気転移温度は上昇しほぼ室温である。
表２に示すように、アズデポジションＬＣＭＯ膜では、
磁気転移温度近傍に−５０％前後の非常に大きな磁気抵
抗効果が生じる。一方、アニール処理ＬＣＭＯ膜では、
その磁気転移温度が室温へ移動し、室温で−１５％前後
の大きな磁気抵抗効果が生じる。以上述べてきたよう
に、ＬＣＭＯ膜では、磁気転移温度付近で磁気検出を行
えば非常に高感度な磁気検出が可能になる。

【００５５】本発明の、磁気抵抗効果素子の構成要素に
３層磁気抵抗効果膜を用いた場合の例は、例えば上下の
磁性膜にＬＣＭＯ膜、非磁性膜に酸化物超伝導材料ＹＢ
ａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y膜（以下ＹＢＣＯと略す）を用いる。磁気
抵抗効果素子の構成要素である多層磁気抵抗効果膜ＬＣ
ＭＯ／ＹＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層膜はイオンビームスパッ
タ法により、前述のＬＣＭＯ膜の作製方法と同様の方法
で行った。ただし、上下のＬＣＭＯ膜の膜厚はともに１
５００Åに固定し、中間のＹＢＣＯ層の膜厚（ｄ_y)は５
００〜６０００Åで変化させた。ＬＣＭＯ膜及びＹＢＣ
Ｏ膜の作製条件の詳細を表１に示す。ただし、ＹＢＣＯ
膜作製時のターゲットには、径６インチ，厚さ５mmで、
イットリウム，バリウム，銅，酸素からなる焼結体を用
いた。Ｘ線回折により、作製したＬＣＭＯ／ＹＢＣＯ／
ＬＣＭＯ３層膜は各層ともｃ−軸配向膜であった。ま
た、断面ＳＥＭ像の観察から、作製したＬＣＭＯ／YBCO
／ＬＣＭＯ３層膜は中間の酸化物導電性ＹＢＣＯ膜の膜
厚が５００Åと薄い場合でも、上下の磁気抵抗効果ＬＣ
ＭＯ膜の間にはピンホールはなかった。３層膜の磁気抵
抗測定，比抵抗測定，磁化測定等は、ＬＣＭＯ単層膜と
同様の方法で行った。図９にｄ_y＝１２００Å の場合の
ＬＣＭＯ／ＹＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層膜の比抵抗の温度依
存性を、ＬＣＭＯ単層膜とともに示す。ＬＣＭＯ／ＹＢ
ＣＯ／LCMO3層膜の比抵抗には、約３０Ｋに超伝導の影
響が見られた。また、ＬＣＭＯ／YBCO／ＬＣＭＯ３層膜
の磁気抵抗効果はＬＣＭＯ単層膜と同様に、１テスラの
磁場では飽和せず磁場方向と電流方向のなす角度に依ら
ない等方的な磁気抵抗効果となった。図１０にｄｙ＝５
００Å，１５００Å，２５００Åの場合のＬＣＭＯ／Ｙ
ＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層膜の印加磁場１テスラにおける磁
気抵抗変化率の温度依存性を、ＬＣＭＯ単層膜とともに
示す。図１０に示すように、ＬＣＭＯ／YBCO／ＬＣＭＯ
３層膜の磁気抵抗効果は、磁化が飽和した１４０Ｋ以下
ではＬＣＭＯ単層膜に比べ増幅され、そして中間のＹＢ
ＣＯ層の膜厚が薄くなるに従って増幅は大きくなる。図
１１にＬＣＭＯ／ＹＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層膜の印加磁場
１テスラ，温度７７Ｋにおける磁気抵抗変化率のＹＢＣ
Ｏ層の膜厚(ｄ_y）依存性を示す。図１１に示すように、
ＬＣＭＯ／ＹＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層膜の磁気抵抗効果
は、中間のＹＢＣＯ層の膜厚が薄くなるに従って大きく
なり、中間のＹＢＣＯ層の膜厚を厚くしていった場合に
は、２５００Å付近を境に急峻に減少する。また、図１
２に温度７７Ｋにおけるｄ_y＝５００Å ，１５００Å，
２５００Åの場合のＬＣＭＯ／ＹＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層
膜の磁化の磁場依存性を示す。図１２から、磁化の飽和
する飽和磁界は中間のＹＢＣＯ層の膜厚が薄くなるに従
って大きくなる。これらの結果は、厚さ２５００ÅのＹ
ＢＣＯ層を介した２つのＬＣＭＯ層間に磁気的な相互作
用が及んでいることを示している。以上述べてきたよう
に、ＬＣＭＯの磁化が飽和した温度以下では、ＬＣＭＯ
／ＹＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層膜の磁気抵抗効果はＬＣＭＯ
単層膜に比べて増幅され高感度な磁気検出が可能であ
る。

【００５６】

【表３】

【００５７】また、表３に作製したアズデポジション３
層膜およびアニール処理３層膜の印加磁場１テスラにお
ける、７７Ｋ，室温，磁気転移温度（Ｔ_c)の磁気抵抗効
果特性をまとめて示した。ただし、アニール処理は、酸
素雰囲気中で、５８０℃，２時間の酸素アニール処理で
ある。表３に示したように、アニール処理３層膜の室温
における磁気抵抗変化率は−６.４％と大きく、室温で
の高感度な磁気検出が可能である。

【００５８】図１３は、記録再生分離型ヘッドを有する
磁気記録再生装置において、磁気検出素子に少なくとも
本発明の酸化物磁気抵抗効果膜を用いた場合の実施例で
ある。記録再生分離型ヘッドは、本発明の磁気抵抗効果
素子を用いた再生ヘッドと、インダクティブ型の記録用
ヘッドおよび、漏れ磁界による再生ヘッドの混乱を防止
するためのシールド部からなる。ヘッドは基体４０上に
下部磁性膜５２，上部磁性膜５１およびこれに起磁力を
印加するコイル６０からなる記録ヘッドを形成し、その
後に下部シールド３２，酸化物磁気抵抗効果単層膜（あ
るいは酸化物磁気抵抗効果膜／酸化物導電性膜／酸化物
磁気抵抗効果膜３層膜）１０，電極２０および上部シー
ルド３１からなる再生ヘッドを形成する。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、高感度の磁気検出能力
を有し、かつ、単純な素子構造を有する磁気抵抗効果膜
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸化物磁気抵抗効果膜を用いた磁気記
録再生装置の実施例を示す図である。

【図２】本発明の酸化物磁気抵抗効果膜を用いた磁気記
録再生装置の再生部分の概念図である。

【図３】本発明の磁気記録再生装置の構成概念図であ
る。

【図４】Ｍｎ酸化物磁性体ＬＣＭＯのスピン構造を示す
図である。

【図５】ＬＣＭＯ単層膜の磁化と比抵抗の温度依存性を
示す図である。

【図６】ＬＣＭＯ単層膜の磁気抵抗効果の磁場依存性を
示す図である。

【図７】ＬＣＭＯ単層膜の磁気抵抗効果の温度依存性を
示す図である。

【図８】アニール処理ＬＣＭＯ単層膜の磁気抵抗効果の
温度依存性を示す図である。

【図９】ＬＣＭＯ／ＹＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層膜の比抵抗
の温度依存性を示す図である。

【図１０】ＬＣＭＯ／ＹＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層膜および
ＬＣＭＯ単層膜の磁気抵抗効果の温度依存性を示す図で
ある。

【図１１】ＬＣＭＯ／ＹＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層膜の磁気
抵抗効果のＹＢＣＯ層膜厚依存性を示す図である。

【図１２】ＬＣＭＯ／ＹＢＣＯ／ＬＣＭＯ３層膜の磁化
の磁場依存性を示す図である。

【図１３】本発明の酸化物磁気抵抗効果膜を用いた磁気
記録再生装置の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１０…酸化物磁気抵抗効果膜（あるいは酸化物磁気抵抗
効果膜／酸化物導電性膜／酸化物磁気抵抗効果膜３層
膜）、２０…電極、３１…上部シールド、３２…下部シ
ールド、４０…基体、５１…磁気記録用上部磁気抵抗効
果膜、５２…磁気記録用下部磁気抵抗効果膜、６０…コ
イル、７１…ディスク円盤、７２…ヘッドスライダー、
７３…アクチュエータ、７４…信号処理系、７５…スピ
ンドルモータ、８０…漏れ磁界。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｚ 9274−4Ｍ (72)発明者菅家庸子茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者小園裕三茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置で
あって、前記磁気抵抗効果素子を構成する要素として、
少なくとも酸化物磁性体からなる酸化物磁気抵抗効果膜
を有する磁気検出装置。
【請求項２】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置で
あって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素として、少な
くとも磁気抵抗効果膜／酸化物導電性膜／磁気抵抗効果
膜からなる３層膜を有し、前記磁気抵抗効果膜の少なく
とも一方が酸化物磁性体からなる酸化物磁気抵抗効果膜
である磁気検出装置。
【請求項３】請求項２において、酸化物導電性膜が巨視
的に自発磁化を有しない薄膜材料であって、磁気秩序を
有しないが微視的に磁性スピンを有する薄膜材料、ある
いは磁気秩序を有する反強磁性体材料からなる酸化物導
電性薄膜材料であることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項４】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置で
あって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素として、少な
くとも酸化物磁気抵抗効果膜／酸化物導電性膜／酸化物
磁気抵抗効果膜からなる全酸化物３層膜を有する磁気検
出装置。
【請求項５】請求項４において、酸化物導電性膜が巨視
的に自発磁化を有しない薄膜材料であって、磁気秩序を
有しないが微視的に磁性スピンを有する薄膜材料、ある
いは磁気秩序を有する反強磁性体材料からなる酸化物導
電性薄膜材料であることを特徴とする磁気検出装置。
【請求項６】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置で
あって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素である磁気抵
抗効果膜が、単体磁性体であって磁性層と非磁性層とか
らなる磁性層／非磁性層多層構造を有する磁性材料であ
る磁気検出装置。
【請求項７】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置で
あって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素である磁気抵
抗効果膜が、単体磁性体であって、磁場と電流の方向に
依らない等方的な、あるいは異方性の小さい磁気抵抗効
果膜である磁気検出装置。
【請求項８】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置で
あって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素である磁気抵
抗効果膜が、単体磁性体であって、そのスピン構造にお
いて２つの異なるスピン方向を有し、このスピン間のな
す角度に対応した磁化が誘起される磁性材料であること
を特徴とする磁気検出装置。
【請求項９】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置で
あって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素である磁気抵
抗効果膜が、単体磁性体であって、そのスピン構造にお
いて２つの異なるスピン方向を有し、このスピン間の角
度の被検出磁界によって誘起される角度変化分を磁気抵
抗変化分として磁気信号を検出する磁気検出装置。
【請求項１０】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置
であって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素である磁気
抵抗効果膜が、キャント磁性を示す磁性材料である磁気
検出装置。
【請求項１１】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置
であって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素である磁気
抵抗効果膜が、室温付近に磁気転移温度を有する磁性材
料である磁気検出装置。
【請求項１２】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置
であって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素である磁気
抵抗効果膜が、磁気検出温度付近に磁気転移温度を有す
る磁性材料である磁気検出装置。
【請求項１３】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置
であって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素である磁気
抵抗効果膜が、これを構成する元素組成比の連続的な変
化に対応して、その磁気転移温度が−２５０〜５００℃
の広い範囲で連続的に変化する磁性材料である磁気検出
装置。
【請求項１４】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置
であって、前記磁気抵抗効果素子の構成要素である磁気
抵抗効果膜が、ペロブスカイト構造を有するＬｎＭｎＯ
₃を母体とし、Ｃａ，Ｓｒの中の少なくとも１つの元素
を含み、その磁気特性を制御したペロブスカイト型酸化
物磁性体である磁気検出装置。
【請求項１５】磁気抵抗効果素子を有する磁気検出装置
であって、前記磁気抵抗効果素子を構成する要素とし
て、少なくとも酸化物磁性体からなる酸化物磁気抵抗効
果膜とこれに電流を印加する電極とを有する磁気検出装
置。