JPH0697534A - 磁気抵抗トランスデューサ - Google Patents
磁気抵抗トランスデューサInfo
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- JPH0697534A JPH0697534A JP5152321A JP15232193A JPH0697534A JP H0697534 A JPH0697534 A JP H0697534A JP 5152321 A JP5152321 A JP 5152321A JP 15232193 A JP15232193 A JP 15232193A JP H0697534 A JPH0697534 A JP H0697534A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
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- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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- G—PHYSICS
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
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- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
- G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
- G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
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- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度変化による測定誤差が小さく、構成の簡
素化された磁気抵抗トランスデューサを提供する。 【構成】 本発明のトランスデューサは、非磁性で且つ
絶縁または半導体材料中に注入された磁性材料粒子を含
む少なくとも１つの複合材料層を含む。この層には、少
なくとも一方の側面上に堆積された２つの電極が備えら
れている。粒子の磁化に影響し得る外部磁場がない場合
には、それらの磁化はランダムに配向される。十分に高
い磁場の作用下では、粒子の磁化はこの磁場の向きに沿
って配向され、この層の抵抗率は変化する。この抵抗率
を測定することにより磁場が検出される。
素化された磁気抵抗トランスデューサを提供する。 【構成】 本発明のトランスデューサは、非磁性で且つ
絶縁または半導体材料中に注入された磁性材料粒子を含
む少なくとも１つの複合材料層を含む。この層には、少
なくとも一方の側面上に堆積された２つの電極が備えら
れている。粒子の磁化に影響し得る外部磁場がない場合
には、それらの磁化はランダムに配向される。十分に高
い磁場の作用下では、粒子の磁化はこの磁場の向きに沿
って配向され、この層の抵抗率は変化する。この抵抗率
を測定することにより磁場が検出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気抵抗トランスデュー
サ、特に、磁場を検出するために使用可能な薄層ででき
た磁気抵抗トランスデューサに関する。
サ、特に、磁場を検出するために使用可能な薄層ででき
た磁気抵抗トランスデューサに関する。
【０００２】薄層磁気抵抗材料の種々の応用分野（磁気
記録用読取りヘッド、磁力計、コンパス、種々のタイプ
の検出器）において、全ての素子は“パーマロイ”Ｎｉ
80Ｆｅ20のような磁性合金の薄層で製造されている。
記録用読取りヘッド、磁力計、コンパス、種々のタイプ
の検出器）において、全ての素子は“パーマロイ”Ｎｉ
80Ｆｅ20のような磁性合金の薄層で製造されている。
【０００３】使用される典型的な現象は、
【０００４】
【数１】
【０００５】〔ここで、θは磁化方向と材料中の電流と
がなす角度であり、δは両極端の状態、即ち磁化が電流
と平行である状態と垂直である状態との間の抵抗率の相
対変化である（典型的にはδ＝０．０１）〕で表される
抵抗率をもたらす異方性磁気抵抗である。
がなす角度であり、δは両極端の状態、即ち磁化が電流
と平行である状態と垂直である状態との間の抵抗率の相
対変化である（典型的にはδ＝０．０１）〕で表される
抵抗率をもたらす異方性磁気抵抗である。
【０００６】上記タイプの薄層は素子の性能を制限する
多数の欠点を有しており、例えば以下を挙げることがで
きる。
多数の欠点を有しており、例えば以下を挙げることがで
きる。
【０００７】−抵抗率が磁化方向の関数であり、測定さ
れるべき値（外部磁場の振幅及び／または向き）に、多
くの場合に複雑な挙動法則(非線形)または場合によって
は非固有値（ヒステリシス）が関係する。
れるべき値（外部磁場の振幅及び／または向き）に、多
くの場合に複雑な挙動法則(非線形)または場合によって
は非固有値（ヒステリシス）が関係する。
【０００８】−強磁性体の磁化プロセスの不連続的及び
非決定論的な特性に本質的に関係するノイズが存在す
る：バルクハウゼンノイズ。
非決定論的な特性に本質的に関係するノイズが存在す
る：バルクハウゼンノイズ。
【０００９】−磁場方向基準が電流に関係しており、こ
れが実行制約条件となる。
れが実行制約条件となる。
【００１０】−周囲温度近傍において、上記タイプの合
金の平均抵抗率及び磁気抵抗δ（典型的に１０００ｐｐ
ｍ／℃）が温度に強く依存する。
金の平均抵抗率及び磁気抵抗δ（典型的に１０００ｐｐ
ｍ／℃）が温度に強く依存する。
【００１１】−平均抵抗率が約数十μΩ・ｃｍと低く、
測定の容易な抵抗値を得るために複雑なトランスデュー
サ形状（コイル）を必要とする。更にこれは、電流が薄
層の平面と垂直に流れる検出器を構成し得る可能性を排
除する。この可能性は、特に仏国特許出願第９０ ０９
３０１号のごとき磁気記録分野において、集積化の点で
極めて重要である。
測定の容易な抵抗値を得るために複雑なトランスデュー
サ形状（コイル）を必要とする。更にこれは、電流が薄
層の平面と垂直に流れる検出器を構成し得る可能性を排
除する。この可能性は、特に仏国特許出願第９０ ０９
３０１号のごとき磁気記録分野において、集積化の点で
極めて重要である。
【００１２】電流磁化の相対方向とは無関係に、より効
果の大きい−（周囲温度及び同じ値の飽和磁場に対し
て）δ−０．１−金属磁性多層を使用するデバイスも公
知であるが、特に温度に伴なう変化及び平均抵抗率の低
さに係わる他の上述の欠点は解消されていない。
果の大きい−（周囲温度及び同じ値の飽和磁場に対し
て）δ−０．１−金属磁性多層を使用するデバイスも公
知であるが、特に温度に伴なう変化及び平均抵抗率の低
さに係わる他の上述の欠点は解消されていない。
【００１３】２つの電極が巡回強磁性体（ｉｔｉｎｅｒ
ａｎｔ ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ）〔ここで巡回
とは、磁性移動を担う電子が導電に関与することを意味
する（典型的には３ｄ磁性金属及びそれらの合金）〕か
らなる金属／絶縁金属トンネル接合のコンダクタンス
は、障壁層の各側面における磁化ベクトルの相対的向き
に従うことも判っている。より正確には、θをこれら２
つのベクトル間の角度とし、ｄを障壁層の幅とすると、
コンダクタンスは、
ａｎｔ ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ）〔ここで巡回
とは、磁性移動を担う電子が導電に関与することを意味
する（典型的には３ｄ磁性金属及びそれらの合金）〕か
らなる金属／絶縁金属トンネル接合のコンダクタンス
は、障壁層の各側面における磁化ベクトルの相対的向き
に従うことも判っている。より正確には、θをこれら２
つのベクトル間の角度とし、ｄを障壁層の幅とすると、
コンダクタンスは、
【００１４】
【数２】
【００１５】〔ここで、λは材料に依存するトンネル長
であって、典型的には１ｎｍ≦λ≦１００ｎｍであり、
Δは０〜１の変調振幅である〕である。
であって、典型的には１ｎｍ≦λ≦１００ｎｍであり、
Δは０〜１の変調振幅である〕である。
【００１６】Ｔ．ＭＩＹＡＺＡＫＩ ｅｔ ａｌ．，
Ｊ．Ｍ．Ｍ．Ｍ．９８，Ｌ７（１９９１）によれば、こ
れまでに認められたΔの値の一覧表を含んでおり、Ｎｉ
82Ｆｅ18／Ａｌ2Ｏ3Ｃｏ接合において周囲温度で最大効
果Δ＝０．１４が推論されている。
Ｊ．Ｍ．Ｍ．Ｍ．９８，Ｌ７（１９９１）によれば、こ
れまでに認められたΔの値の一覧表を含んでおり、Ｎｉ
82Ｆｅ18／Ａｌ2Ｏ3Ｃｏ接合において周囲温度で最大効
果Δ＝０．１４が推論されている。
【００１７】同時蒸発または同時噴霧法を使用して、種
々の絶縁マトリックス（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＢＮ・・
・）中に微細磁性金属粒子を分散させた薄層を製造し得
ることも確認されている。
々の絶縁マトリックス（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＢＮ・・
・）中に微細磁性金属粒子を分散させた薄層を製造し得
ることも確認されている。
【００１８】５０容量％未満の金属相フラクションに対
して、金属相と絶縁相とを混合し得ない場合に、かかる
材料を非加熱基板上に堆積すると、非晶質（ＳｉＯ2、
Ａｌ2Ｏ3）または結晶質（ＢＮ）であり得る絶縁マトリ
ックスによって相互に完全に絶縁された直径が数十オン
グストロームの準球形粒子が得られる。かかる条件下
で、Ｊ．Ｉ．ＧＩＴＴＬＥＭＡＮらによってＰｈｙｓ，
Ｒｅｖ．Ｂ５（９），３６０９（１９７２）にＮｉ／Ｓ
ｉＯ2について実験的に示されているように、この系は
超常磁性挙動と、粒子間のトンネル効果によって支配さ
れる低磁場中での導電性とを同時に有し得る。
して、金属相と絶縁相とを混合し得ない場合に、かかる
材料を非加熱基板上に堆積すると、非晶質（ＳｉＯ2、
Ａｌ2Ｏ3）または結晶質（ＢＮ）であり得る絶縁マトリ
ックスによって相互に完全に絶縁された直径が数十オン
グストロームの準球形粒子が得られる。かかる条件下
で、Ｊ．Ｉ．ＧＩＴＴＬＥＭＡＮらによってＰｈｙｓ，
Ｒｅｖ．Ｂ５（９），３６０９（１９７２）にＮｉ／Ｓ
ｉＯ2について実験的に示されているように、この系は
超常磁性挙動と、粒子間のトンネル効果によって支配さ
れる低磁場中での導電性とを同時に有し得る。
【００１９】超常磁性とは、各磁性粒子が値ＶＭS（こ
こでＶは粒子の体積であり、ＭSは磁性材料成分の磁化
である）の古典的磁気モーメントのように挙動すること
を指し、その向きは固有時間：
こでＶは粒子の体積であり、ＭSは磁性材料成分の磁化
である）の古典的磁気モーメントのように挙動すること
を指し、その向きは固有時間：
【００２０】
【数３】
【００２１】〔ここで、τ0は、材料によってほとんど
変化しない定数であり、約１０-10ｓであり、Ｅbは種々
の磁性粒子異方性に関係する活性化エネルギである〕に
従って温度によって変動する。単軸異方性を有する粒子
においては、
変化しない定数であり、約１０-10ｓであり、Ｅbは種々
の磁性粒子異方性に関係する活性化エネルギである〕に
従って温度によって変動する。単軸異方性を有する粒子
においては、
【００２２】
【数４】
【００２３】〔ここで、Ｋuは異方性定数である〕が成
り立つ。Ｅbが粒子体積に比例するのは、異方性に伴な
う活性化エネルギの特定のケースを越えるものであるこ
とに留意されたい。
り立つ。Ｅbが粒子体積に比例するのは、異方性に伴な
う活性化エネルギの特定のケースを越えるものであるこ
とに留意されたい。
【００２４】本発明は、上記タイプの複合薄層の特性を
利用して磁気トランスデューサの製造を可能にする。
利用して磁気トランスデューサの製造を可能にする。
【００２５】従って本発明は、非磁性であり且つ絶縁性
または半導体材料中に磁性材料粒子を含む少なくとも１
つの複合材料層を有しており、前記層が２つの堆積電極
を含むことを特徴とする磁気抵抗トランスデューサに関
する。
または半導体材料中に磁性材料粒子を含む少なくとも１
つの複合材料層を有しており、前記層が２つの堆積電極
を含むことを特徴とする磁気抵抗トランスデューサに関
する。
【００２６】
【実施例】本発明の様々の目的及び特徴は、以下の説明
及び添付の図面において明らかとなるであろう。
及び添付の図面において明らかとなるであろう。
【００２７】図１ａに示した本発明の基本デバイスは、
絶縁性または半導体材料３中に注入された磁性材料粒子
２からなる複合材料層１を含む。この層１は２つの電極
４及び５間に挿入されている。抵抗測定デバイスが電極
４及び５に接続されている。
絶縁性または半導体材料３中に注入された磁性材料粒子
２からなる複合材料層１を含む。この層１は２つの電極
４及び５間に挿入されている。抵抗測定デバイスが電極
４及び５に接続されている。
【００２８】検出すべき外部磁場Ｈの作用下では、粒子
２内の磁化方向は磁場Ｈに揃えられる。種々の粒子内の
磁化方向は図１ｂに示したように均一となる。
２内の磁化方向は磁場Ｈに揃えられる。種々の粒子内の
磁化方向は図１ｂに示したように均一となる。
【００２９】より正確には、複合薄層の微小エレメント
を形成する粒子の集合体は、外部磁場の作用下ではラン
ジバン（Ｌａｎｇｅｖｉｎ）の磁化法則に従う。この完
全に可逆的な挙動（ランジバン法則は非ヒステリシスで
ある）は、系の温度が安定化するように印加された磁場
がτと比較して大きな時間スケールにおいて変化すると
きに観測される。粒子間のトンネルコンダクタンスが法
則（２）に従うならば、外部磁場は、ゼロ磁場における
ランダムで且つ変動性の構成とは対照的に磁気モーメン
トを大域的に配向することにより、材料の巨視的な抵抗
率を低下させることは明らかである。
を形成する粒子の集合体は、外部磁場の作用下ではラン
ジバン（Ｌａｎｇｅｖｉｎ）の磁化法則に従う。この完
全に可逆的な挙動（ランジバン法則は非ヒステリシスで
ある）は、系の温度が安定化するように印加された磁場
がτと比較して大きな時間スケールにおいて変化すると
きに観測される。粒子間のトンネルコンダクタンスが法
則（２）に従うならば、外部磁場は、ゼロ磁場における
ランダムで且つ変動性の構成とは対照的に磁気モーメン
トを大域的に配向することにより、材料の巨視的な抵抗
率を低下させることは明らかである。
【００３０】上記条件下で、電極４及び５に接続されて
いる抵抗測定デバイスＧは層１の抵抗率変化を検出する
ことができ、従って磁場Ｈを検出することができる。
いる抵抗測定デバイスＧは層１の抵抗率変化を検出する
ことができ、従って磁場Ｈを検出することができる。
【００３１】図１ａ及び図１ｂのデバイスは、層１の各
側面に配置されていて、層１の平面と垂直な層１の抵抗
率を測定するために使用される電極を有している。
側面に配置されていて、層１の平面と垂直な層１の抵抗
率を測定するために使用される電極を有している。
【００３２】２つの電極４’及び５’を層１の同じ側面
上に配置することもでき、これは図２に示されている。
電極４’及び５’は、層１の平面と垂直な層１の抵抗率
を測定するために使用される。
上に配置することもでき、これは図２に示されている。
電極４’及び５’は、層１の平面と垂直な層１の抵抗率
を測定するために使用される。
【００３３】磁場の関数としての抵抗率の変化は、図３
に示した変化則に従う。従って本発明者らは、変化が直
線的な領域において動作するよう計画し、優れた検出感
度を与える。これは、曲線上の直線部分において動作し
得るように、連続磁場、例えば図３に示したＨbiasを与
えることにより行われる。
に示した変化則に従う。従って本発明者らは、変化が直
線的な領域において動作するよう計画し、優れた検出感
度を与える。これは、曲線上の直線部分において動作し
得るように、連続磁場、例えば図３に示したＨbiasを与
えることにより行われる。
【００３４】上記連続磁場を与える１つの方法は、図４
に示した磁化材料層６のような永久磁石を使用すること
である。この層６は、誘導される磁化強度と層１の厚さ
とに従って薄いまたは厚い層とすることができる。
に示した磁化材料層６のような永久磁石を使用すること
である。この層６は、誘導される磁化強度と層１の厚さ
とに従って薄いまたは厚い層とすることができる。
【００３５】層１内に磁場を誘導するために導電ループ
７を備えることもできる。
７を備えることもできる。
【００３６】別の構造例によれば、絶縁マトリックス中
に埋め込まれた数種のタイプの粒子でできた複合材料が
与えられる。かかる粒子は均一に分布させてもよいし、
密度を場所によって変えることもできる。
に埋め込まれた数種のタイプの粒子でできた複合材料が
与えられる。かかる粒子は均一に分布させてもよいし、
密度を場所によって変えることもできる。
【００３７】粒子タイプは、それらを製造する材料の組
成に従って変えることができる。
成に従って変えることができる。
【００３８】例えば、“硬質（ｈａｒｄ）”磁性挙動
（即ち検出されるべき磁場に低感度）を示す少なくとも
１種類の粒子と、“軟質（ｓｏｆｔ）”磁性挙動（即ち
検出されるべき磁場の作用下に磁化が容易に揃えられる
ような挙動）を示し且つ用途に関して十分に小さい緩和
時間を有する少なくとも別の種類の粒子とを選択するこ
とができる。軟質／軟質または硬質／硬質トンネル接合
が材料全体に広がらないように、平均すると１つの軟質
粒子は硬質粒子のみと隣接しており、またその逆も成り
立つ。
（即ち検出されるべき磁場に低感度）を示す少なくとも
１種類の粒子と、“軟質（ｓｏｆｔ）”磁性挙動（即ち
検出されるべき磁場の作用下に磁化が容易に揃えられる
ような挙動）を示し且つ用途に関して十分に小さい緩和
時間を有する少なくとも別の種類の粒子とを選択するこ
とができる。軟質／軟質または硬質／硬質トンネル接合
が材料全体に広がらないように、平均すると１つの軟質
粒子は硬質粒子のみと隣接しており、またその逆も成り
立つ。
【００３９】上記タイプの材料においては、硬質粒子
は、例えば以前の飽和によって定義される方向に揃う磁
化を有する。これによって、Δ／２’ではなくてΔに等
しい相対的抵抗率の変化と、印加された磁場の不均一な
関数である抵抗とを見いだすことができる。
は、例えば以前の飽和によって定義される方向に揃う磁
化を有する。これによって、Δ／２’ではなくてΔに等
しい相対的抵抗率の変化と、印加された磁場の不均一な
関数である抵抗とを見いだすことができる。
【００４０】図１〜図５に示した構造例においては、磁
性材料粒子の磁化は、ゼロ磁場下ではランダムに配向さ
れる。図６〜図８に示したケースでは、一部の粒子が配
向されている。従って、配向磁場が粒子磁化と同じ向き
に印加されるケースと、磁場が粒子磁化と反対の方向に
印加されるケースとでは抵抗率に大きな差がある。
性材料粒子の磁化は、ゼロ磁場下ではランダムに配向さ
れる。図６〜図８に示したケースでは、一部の粒子が配
向されている。従って、配向磁場が粒子磁化と同じ向き
に印加されるケースと、磁場が粒子磁化と反対の方向に
印加されるケースとでは抵抗率に大きな差がある。
【００４１】更に、磁化粒子を用いると、磁場の向きに
高感度を示す応答が得られる。しかしながらこの場合、
感度はより高い。
高感度を示す応答が得られる。しかしながらこの場合、
感度はより高い。
【００４２】粒径を変えることで粒子タイプを変えるこ
ともできる。特に、２種類の異なる粒径の粒子を使用す
ることができる。層１が強力な磁場にさらされると、最
大粒子の磁化はこの磁場に不可逆的に揃う。緩和時間は
粒子体積に指数関数的に依存することから、粒径が磁場
における応答に影響することを考慮する必要がある。
ともできる。特に、２種類の異なる粒径の粒子を使用す
ることができる。層１が強力な磁場にさらされると、最
大粒子の磁化はこの磁場に不可逆的に揃う。緩和時間は
粒子体積に指数関数的に依存することから、粒径が磁場
における応答に影響することを考慮する必要がある。
【００４３】図６に示したように、本発明によれば、大
きな粒子は、例えば規定された方向に沿った飽和した磁
場を印加すると、該方向に沿って磁化される。これは、
Δ／２ではなくてΔに等しい相対的抵抗率の変化と、印
加された磁場の不均一な関数である抵抗とを与える。
きな粒子は、例えば規定された方向に沿った飽和した磁
場を印加すると、該方向に沿って磁化される。これは、
Δ／２ではなくてΔに等しい相対的抵抗率の変化と、印
加された磁場の不均一な関数である抵抗とを与える。
【００４４】別の構造例によれば、図７に示したように
粒子タイプは形状によって異なる。特に好ましい構造方
法によれば、一部の粒子はその他の粒子よりも細長いと
いう２種類の粒子形状が与えられる。
粒子タイプは形状によって異なる。特に好ましい構造方
法によれば、一部の粒子はその他の粒子よりも細長いと
いう２種類の粒子形状が与えられる。
【００４５】最も球状からかけ離れた粒子の磁化は固定
され易い。粒子の形状因子は、緩和時間が異方性定数に
指数関数的に依存することから、磁場における応答に影
響する。
され易い。粒子の形状因子は、緩和時間が異方性定数に
指数関数的に依存することから、磁場における応答に影
響する。
【００４６】図７は、非球状粒子の主延伸軸の１つが規
定方向と平行である堆積物が磁場下にあるところを示し
ている。これを使用して、Δ／２ではなくてΔに等しい
相対的抵抗率の変化、及び、印加された磁場の不均一な
関数である抵抗を見付けることができる。
定方向と平行である堆積物が磁場下にあるところを示し
ている。これを使用して、Δ／２ではなくてΔに等しい
相対的抵抗率の変化、及び、印加された磁場の不均一な
関数である抵抗を見付けることができる。
【００４７】上記において、種々の粒子の分布は特定さ
れておらず、この構成はランダムであると仮定すること
ができる。
れておらず、この構成はランダムであると仮定すること
ができる。
【００４８】しかしながら本発明によれば、層１中の粒
子は所定の分布に従って配置することができる。特に図
８においては、異なるタイプの粒子の層が交互に与えら
れている。
子は所定の分布に従って配置することができる。特に図
８においては、異なるタイプの粒子の層が交互に与えら
れている。
【００４９】例えば、検出すべき磁場に低感度の固定磁
化を有する粒子２０と、検出すべき磁場に高感度の磁化
を有する粒子２１とを与えることにより、一部は粒子２
０を含み、その他は粒子２１を含む異なる層を得ること
ができる。十分に薄い層を製造するならば、層の平面に
垂直な方向に沿って、各粒子２１の近傍には粒子２０し
かなく、またこの逆も成り立つデバイスを得ることがで
きる。このようにすると、同じタイプの粒子間のトンネ
ル接合が材料全体に広がることがない。
化を有する粒子２０と、検出すべき磁場に高感度の磁化
を有する粒子２１とを与えることにより、一部は粒子２
０を含み、その他は粒子２１を含む異なる層を得ること
ができる。十分に薄い層を製造するならば、層の平面に
垂直な方向に沿って、各粒子２１の近傍には粒子２０し
かなく、またこの逆も成り立つデバイスを得ることがで
きる。このようにすると、同じタイプの粒子間のトンネ
ル接合が材料全体に広がることがない。
【００５０】本発明の磁気抵抗トランスデューサは、特
定の材料層を用いることにより以下の利点を有する。
定の材料層を用いることにより以下の利点を有する。
【００５１】−抵抗率：
【００５２】
【数５】
【００５３】例えば金属の容量フラクションを選択する
ことにより粒子の平均間隔＜ｄ＞を堆積中に変化させ得
るので、抵抗率は可変である。従って、約１００Ω・ｃ
ｍ13の値が得ることができ、これは垂直方向の搬送に使
用することを可能にし、また、平行搬送においてはコイ
ルタイプ形状は不要となる。
ことにより粒子の平均間隔＜ｄ＞を堆積中に変化させ得
るので、抵抗率は可変である。従って、約１００Ω・ｃ
ｍ13の値が得ることができ、これは垂直方向の搬送に使
用することを可能にし、また、平行搬送においてはコイ
ルタイプ形状は不要となる。
【００５４】−周波数が、
【００５５】
【数６】
【００５６】より小さい可変磁場に対するバルクハウゼ
ンタイプのノイズのない非ヒステリシス磁気挙動であ
る。
ンタイプのノイズのない非ヒステリシス磁気挙動であ
る。
【００５７】上記周波数は、Ｎｉ80Ｆｅ20に類似の組成
を有する（Ｆｅ、Ｎｉ）合金のような異方性の極めて低
い材料を選択するならば、直径が約１０ｎｍの粒子に対
して約１００ＭＨｚとなり得る。従って、高スループッ
ト記録装置における読取りヘッドのような必然的に短い
応答時間を有する検出器において使用することが考えら
れる。
を有する（Ｆｅ、Ｎｉ）合金のような異方性の極めて低
い材料を選択するならば、直径が約１０ｎｍの粒子に対
して約１００ＭＨｚとなり得る。従って、高スループッ
ト記録装置における読取りヘッドのような必然的に短い
応答時間を有する検出器において使用することが考えら
れる。
【００５８】−典型的な値が４００程度であるべき透磁
率。これは、直径１０ｎｍのＮｉ80Ｆｅ20粒子の集合体
が約１０Ｏｅ（ランジバン法則に従う）で飽和されるべ
きであり、飽和磁化は１０ ０００Ｇであり、磁性材料
の４０容量％フラクションが、独立粒子間のトンネル効
果によって支配される伝導性にかなり適合すると見られ
ることを踏まえている。磁気記録のための読取りヘッド
におけるようなトランスデューサと磁気回路との効率的
な結合を可能とする。
率。これは、直径１０ｎｍのＮｉ80Ｆｅ20粒子の集合体
が約１０Ｏｅ（ランジバン法則に従う）で飽和されるべ
きであり、飽和磁化は１０ ０００Ｇであり、磁性材料
の４０容量％フラクションが、独立粒子間のトンネル効
果によって支配される伝導性にかなり適合すると見られ
ることを踏まえている。磁気記録のための読取りヘッド
におけるようなトランスデューサと磁気回路との効率的
な結合を可能とする。
【００５９】−結果的に、低磁場における磁気抵抗。ゼ
ロ磁場においては隣り合った粒子間の相対的磁化の方向
の分布が均一であり、また、飽和条件下では（即ち上述
のごとき１０Ｏｅ以上の磁場が与えられた場合には）、
全ての磁化が外部磁場に揃い、従って相互に平行であ
る。理論的モデルでは、かかる条件下でΔ／２に等しい
相対的抵抗率の変化が得られることが示されている。公
知の系において最大マグニュードオーダは７％である
が、接合の電子構造の細部に大きく影響されるので、は
るかに高い値を除外することはできない。
ロ磁場においては隣り合った粒子間の相対的磁化の方向
の分布が均一であり、また、飽和条件下では（即ち上述
のごとき１０Ｏｅ以上の磁場が与えられた場合には）、
全ての磁化が外部磁場に揃い、従って相互に平行であ
る。理論的モデルでは、かかる条件下でΔ／２に等しい
相対的抵抗率の変化が得られることが示されている。公
知の系において最大マグニュードオーダは７％である
が、接合の電子構造の細部に大きく影響されるので、は
るかに高い値を除外することはできない。
【００６０】−磁気抵抗及び抵抗率が実際に温度と無関
係である。クーロンブロック現象（Ｃｏｕｌｏｍｂ ｂ
ｌｏｃｋｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）は、直径が約
１００ｎｍの粒子に対しては無視し得るようになり、ト
ンネル効果は実際に温度と無関係である。
係である。クーロンブロック現象（Ｃｏｕｌｏｍｂ ｂ
ｌｏｃｋｉｎｇ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ）は、直径が約
１００ｎｍの粒子に対しては無視し得るようになり、ト
ンネル効果は実際に温度と無関係である。
【００６１】−磁性金属多層について言えば、磁気抵抗
が、磁化に対する電流の向きと無関係である。
が、磁化に対する電流の向きと無関係である。
【００６２】図１に示したようなデバイスは、回転支持
体に固定させた基板が幾つかのソースを連続的に通過す
るようにスパッタリングすることにより製造することが
できる。例えば、第１ソースは磁性材料の１つと絶縁材
料とを含み、第２ソースは第２磁性材料及び同じ絶縁材
料を含む。或いは、異なる粒径を得るために、２つのタ
ーゲットは同じ材料を異なる濃度で含む。
体に固定させた基板が幾つかのソースを連続的に通過す
るようにスパッタリングすることにより製造することが
できる。例えば、第１ソースは磁性材料の１つと絶縁材
料とを含み、第２ソースは第２磁性材料及び同じ絶縁材
料を含む。或いは、異なる粒径を得るために、２つのタ
ーゲットは同じ材料を異なる濃度で含む。
【００６３】図９は、磁気読取りヘッドの製造における
本発明の磁気抵抗トランスデューサへの応用を示す。
本発明の磁気抵抗トランスデューサへの応用を示す。
【００６４】この読取りヘッドは、空隙３２によって分
離された２つの磁極３０及び３１を有する。磁極３０及
び３１は、本発明のトランスデューサがその間に直列に
挿入されている磁気回路３３及び３４によって接続され
ている。このトランスデューサは、２つの電極４及び５
間に挿入された複合材料層を含む。
離された２つの磁極３０及び３１を有する。磁極３０及
び３１は、本発明のトランスデューサがその間に直列に
挿入されている磁気回路３３及び３４によって接続され
ている。このトランスデューサは、２つの電極４及び５
間に挿入された複合材料層を含む。
【００６５】磁気情報を担う記録支持体が空隙３２の前
方を通過すると、支持体は磁気回路３３及び３４内に閉
じ込められた磁場を誘導する。トランスデューサ１、
４、５はこの磁場を受け、抵抗測定装置Ｇが抵抗の変化
を測定する。
方を通過すると、支持体は磁気回路３３及び３４内に閉
じ込められた磁場を誘導する。トランスデューサ１、
４、５はこの磁場を受け、抵抗測定装置Ｇが抵抗の変化
を測定する。
【００６６】図１０は、非磁性材料で製造された層４２
によって分離された２つの磁性材料層４３及び４４を含
む薄層における磁気ヘッドの構造例を示す。
によって分離された２つの磁性材料層４３及び４４を含
む薄層における磁気ヘッドの構造例を示す。
【００６７】層４３及び４４の端部４０及び４１がヘッ
ドの磁極を形成しており、空隙層４２によって分離され
ている。例えば層４３及び４４の一方が中断され、中断
部分内に本発明の層４５を含む。層４５は、この層の抵
抗率を測定するために使用される電極４６及び４７を備
えている。
ドの磁極を形成しており、空隙層４２によって分離され
ている。例えば層４３及び４４の一方が中断され、中断
部分内に本発明の層４５を含む。層４５は、この層の抵
抗率を測定するために使用される電極４６及び４７を備
えている。
【００６８】図１１は、基本磁気ヘッドのマトリックス
構成を含む平面形磁気ヘッドを示している。
構成を含む平面形磁気ヘッドを示している。
【００６９】各基本磁気ヘッドは、空隙１０によって分
離された２つの磁極１１及び１２を含んでいる。アセン
ブリは、本発明の材料、即ち非磁性材料中に注入された
磁性材料でできた粒子を含む材料でできた少なくとも１
つの層５６によって支持されている。層５６の各側面に
置かれた電極Ｘ１及びＹ２は、その抵抗率を測定するた
めに使用される。図１１に示したマトリックス構成にお
いては、電極Ｙ２は、層５６と、電極Ｙ２と垂直な列を
なす極との間に配置されており、電極Ｘ１は、層５６
と、層５６の他方の側面上で行をなす極との間に配置さ
れている。
離された２つの磁極１１及び１２を含んでいる。アセン
ブリは、本発明の材料、即ち非磁性材料中に注入された
磁性材料でできた粒子を含む材料でできた少なくとも１
つの層５６によって支持されている。層５６の各側面に
置かれた電極Ｘ１及びＹ２は、その抵抗率を測定するた
めに使用される。図１１に示したマトリックス構成にお
いては、電極Ｙ２は、層５６と、電極Ｙ２と垂直な列を
なす極との間に配置されており、電極Ｘ１は、層５６
と、層５６の他方の側面上で行をなす極との間に配置さ
れている。
【００７０】上記説明において、検出すべき磁場に高感
度を示す粒子は超常磁性体であると考えられるが、それ
らは極めて低い保磁場を有することも考えられる。
度を示す粒子は超常磁性体であると考えられるが、それ
らは極めて低い保磁場を有することも考えられる。
【００７１】この場合、低磁場内での磁化の向きの不規
則性はもはや温度変化に起因するものではなく、前記軟
質粒子の“磁化容易（ｅａｓｙ）”軸の異方性分布に起
因するものである。
則性はもはや温度変化に起因するものではなく、前記軟
質粒子の“磁化容易（ｅａｓｙ）”軸の異方性分布に起
因するものである。
【００７２】例えば、磁性材料粒子はＮｉ1-x，Ｆ
ｅ1-x、Ｎｉ1-x-y、ＦｅxＣｏyのようなＮｉ、Ｃｏ、Ｆ
ｅの合金粒子、または“硬質”磁性材料に対しては。マ
トリックス、即ちこれらの粒子を取り巻く材料はＳｉＯ
2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＡｓＧａ・・・とする
ことができる。
ｅ1-x、Ｎｉ1-x-y、ＦｅxＣｏyのようなＮｉ、Ｃｏ、Ｆ
ｅの合金粒子、または“硬質”磁性材料に対しては。マ
トリックス、即ちこれらの粒子を取り巻く材料はＳｉＯ
2、Ａｌ2Ｏ3、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＡｓＧａ・・・とする
ことができる。
【図１ａ】本発明のトランスデューサの基本実施例の図
である。
である。
【図１ｂ】本発明のトランスデューサの別の基本実施例
の図である。
の図である。
【図２】本発明のトランスデューサの更に別の基本実施
例の図である。
例の図である。
【図３】図１及び図２のトランスデューサの動作曲線を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図４】連続磁場を印加する方法を備えた本発明のトラ
ンスデューサの図である。
ンスデューサの図である。
【図５】連続磁場を印加する別の方法を備えた本発明の
トランスデューサの図である。
トランスデューサの図である。
【図６】一部の粒子がその他の粒子よりも大きいデバイ
スを示す図である。
スを示す図である。
【図７】種々の形状の粒子を含むデバイスの図である。
【図８】種々のタイプの粒子が層状に分布されているデ
バイスを示す図である。
バイスを示す図である。
【図９】本発明のトランスデューサを適用した磁気ヘッ
ドの構造例を示す図である。
ドの構造例を示す図である。
【図１０】本発明のトランスデューサを適用した別の磁
気ヘッドの構造例を示す図である。
気ヘッドの構造例を示す図である。
【図１１】基本磁気ヘッドのマトリックス構成を含む平
面形磁気ヘッドを示す図である。
面形磁気ヘッドを示す図である。
１ 複合材料層 ２ 磁性材料粒子 ３ 絶縁または半導体材料層 ４，５ 電極
【手続補正書】
【提出日】平成５年７月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
Claims (18)
- 【請求項１】 非磁性であり且つ絶縁性または半導体材
料中に磁性材料粒子を含む少なくとも１つの複合材料層
を含んでおり、前記層が、該層の少なくとも一方の側面
上に配置された２つの電極を含むことを特徴とする磁気
抵抗トランスデューサ。 - 【請求項２】 前記２つの電極が前記層の同じ側面上に
配置されており、該層の平面と平行な抵抗率を測定する
ために使用される請求項１に記載のトランスデューサ。 - 【請求項３】 前記２つの電極が前記層の各側面上に配
置されており、該層の平面と垂直な抵抗率を測定するた
めに使用される請求項１に記載のトランスデューサ。 - 【請求項４】 前記磁性材料粒子が超常磁性である請求
項１に記載のトランスデューサ。 - 【請求項５】 前記磁性材料粒子が極めて低い保磁場を
有する請求項１に記載のトランスデューサ。 - 【請求項６】 永久分極磁場を与える方法を有する請求
項１に記載のトランスデューサ。 - 【請求項７】 永久磁石を含む請求項６に記載のトラン
スデューサ。 - 【請求項８】 前記永久磁石が薄い磁性材料層からなる
請求項７に記載のトランスデューサ。 - 【請求項９】 前記永久磁石が、直流電流が流れる導電
ループを含んでいる請求項７に記載のトランスデュー
サ。 - 【請求項１０】 前記粒子が全て同じ材料でできている
請求項１に記載のトランスデューサ。 - 【請求項１１】 前記粒子が均一に分布されている請求
項１に記載のトランスデューサ。 - 【請求項１２】 検出すべき磁場に低感度の材料ででき
ている第１タイプの粒子と、その磁化が検出すべき磁場
に揃えられる材料でできている第２タイプの粒子との少
なくとも２種類の粒子を含んでいる請求項１に記載のト
ランスデューサ。 - 【請求項１３】 前記第１タイプ及び第２タイプの粒子
が平均すれば交互になるように分布されている請求項１
２に記載のトランスデューサ。 - 【請求項１４】 前記粒子が、前記第１タイプ及び第２
タイプの粒子が電極と平行な層を交互に形成するように
分布されている請求項１３に記載のトランスデューサ。 - 【請求項１５】 前記第１タイプの粒子が、規定方向と
平行な永久磁化特性を有している請求項１２に記載のト
ランスデューサ。 - 【請求項１６】 前記第１タイプの粒子が、前記第２タ
イプの粒子よりも大きい請求項１２に記載のトランスデ
ューサ。 - 【請求項１７】 前記第１タイプの粒子が非球形であ
り、一方、前記第２タイプの粒子が実質的に球形である
請求項１２に記載のトランスデューサ。 - 【請求項１８】 請求項１から１７のいずれか一項に記
載のトランスデューサを備えた磁気読取りヘッドであっ
て、空隙によって分離された２つの磁極を含んでおり、
前記磁極が、磁気抵抗トランスデューサを直列に含む磁
気回路を介して接続されている磁気読取りヘッド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9207626A FR2692711B1 (fr) | 1992-06-23 | 1992-06-23 | Transducteur magnetoresistif. |
| FR9207626 | 1992-06-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0697534A true JPH0697534A (ja) | 1994-04-08 |
| JP3383007B2 JP3383007B2 (ja) | 2003-03-04 |
Family
ID=9431051
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15232193A Expired - Fee Related JP3383007B2 (ja) | 1992-06-23 | 1993-06-23 | 磁気抵抗トランスデューサ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5463516A (ja) |
| EP (1) | EP0577469B1 (ja) |
| JP (1) | JP3383007B2 (ja) |
| DE (1) | DE69327367T2 (ja) |
| FR (1) | FR2692711B1 (ja) |
| NO (1) | NO932295L (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JPH06326377A (ja) * | 1993-04-30 | 1994-11-25 | Internatl Business Mach Corp <Ibm> | 粒状多層磁気抵抗センサ |
| US6183890B1 (en) | 1997-10-23 | 2001-02-06 | Nec Corporation | Magneto-resistance effect device and method of manufacturing the same |
| JP2007258402A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 磁気センサ |
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| US5773156A (en) * | 1995-01-26 | 1998-06-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element |
| US5767673A (en) * | 1995-09-14 | 1998-06-16 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising a manganite magnetoresistive element and magnetically soft material |
| JP3293437B2 (ja) * | 1995-12-19 | 2002-06-17 | 松下電器産業株式会社 | 磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド及びメモリー素子 |
| US6064552A (en) * | 1997-03-18 | 2000-05-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive head having magnetic yoke and giant magnetoresistive element such that a first electrode is formed on the giant magnetoresistive element which in turn is formed on the magnetic yoke which acts as a second electrode |
| DE69820524T2 (de) * | 1997-05-09 | 2004-09-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki | Magnetisches Element und Magnetkopf oder Speicherelement die dieses Element verwenden |
| JPH1125425A (ja) * | 1997-06-27 | 1999-01-29 | Sony Corp | 磁気ヘッド |
| FR2774207B1 (fr) | 1998-01-27 | 2000-04-28 | Thomson Csf | Dispositif d'inscription/lecture optique d'un support d'information |
| EP1048026A1 (en) * | 1998-08-25 | 2000-11-02 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Thin film shielded magnetic read head device |
| JP3477638B2 (ja) | 1999-07-09 | 2003-12-10 | 科学技術振興事業団 | 強磁性２重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス |
| JP3604617B2 (ja) * | 2000-06-12 | 2004-12-22 | 富士通株式会社 | 磁気検出素子 |
| FR2830971B1 (fr) * | 2001-10-12 | 2004-03-12 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif magnetoresistif a vanne de spin a performances ameliorees |
| ATE385048T1 (de) * | 2003-08-05 | 2008-02-15 | Fiat Ricerche | Verfahren zur herstellung von magnetfeld- detektionsbauelementen und entsprechende bauelemente |
| FR2891917B1 (fr) * | 2005-10-07 | 2008-01-11 | Billanco | Capteurs de champ magnetique et de courant, procede de commande et noyau magnetique pour ces capteurs |
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