JPH07153034A - 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子及びその製造方法Info
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- JPH07153034A JPH07153034A JP5296398A JP29639893A JPH07153034A JP H07153034 A JPH07153034 A JP H07153034A JP 5296398 A JP5296398 A JP 5296398A JP 29639893 A JP29639893 A JP 29639893A JP H07153034 A JPH07153034 A JP H07153034A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 金属人工格子膜の特性を生かした構成によ
り、室温・微小動作磁界で大きな磁気抵抗効果を示す磁
気抵抗効果素子を得る。 【構成】 厚さ5〜100Åの磁性薄膜層１ａと厚さ5〜100
Åの金属非磁性薄膜層２と厚さ5〜100Åの磁性薄膜層１
ｂと厚さ10〜100Åの反強磁性層３、金属非磁性層４よ
り成る構成単位を複数回積層した構造より成り、３と磁
気的に結合した１ｂの磁化容易軸と１ａのそれとがほぼ
直交している磁気抵抗効果素子。 【効果】 室温でかつ実用的な微小動作磁界でノイズが
少なく大きな磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果素子が得
られる。
り、室温・微小動作磁界で大きな磁気抵抗効果を示す磁
気抵抗効果素子を得る。 【構成】 厚さ5〜100Åの磁性薄膜層１ａと厚さ5〜100
Åの金属非磁性薄膜層２と厚さ5〜100Åの磁性薄膜層１
ｂと厚さ10〜100Åの反強磁性層３、金属非磁性層４よ
り成る構成単位を複数回積層した構造より成り、３と磁
気的に結合した１ｂの磁化容易軸と１ａのそれとがほぼ
直交している磁気抵抗効果素子。 【効果】 室温でかつ実用的な微小動作磁界でノイズが
少なく大きな磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果素子が得
られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気抵抗センサ−、磁気
抵抗ヘッド等の磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関
するものである。
抵抗ヘッド等の磁気抵抗効果素子及びその製造方法に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より磁気抵抗素子を用いた磁気抵抗
センサ−（以下ＭＲセンサ−という）、磁気抵抗ヘッド
（以下ＭＲヘッドという）の開発が進められており、磁
性体には主にNi0.8Fe0.2のパ−マロイやNi0.8Co0.2合金
膜が用いられている。これら磁気抵抗効果材料の場合は
磁気抵抗変化率（以下ＭＲ比と記す）が2.5％程度であ
り、より高感度な磁気抵抗素子を得るためにはよりＭＲ
比の大きなものが求められている。近年Cr,Ru等の金属
非磁性薄膜を介して反強磁性的結合をしている[Fe/Cr],
[Co/Ru]人工格子膜で巨大磁気抵抗効果が得られること
が発見された（フィシ゛カル レウ゛ュー レター 61 2472頁,1988年(Ph
ysical Review Letter Vol.61, p2472, 1988); 同 64 2
304頁,1990年）。又金属非磁性薄膜Cuで分離され磁気的
結合をしていない磁性薄膜Ni-FeとCoを用いた[Ni-Fe/Cu
/Co]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発見され、室温
印加磁界3kOeでＭＲ比が約10％のものが得られている
（シ゛ャーナルオフ゛ フィシ゛カル ソサイアティー オフ゛ シ゛ャハ゜ン 59 3061頁, 1
990年(Journal of Physical Society of Japan Vol.59,
p3061, 1990)）。更にCuを介して反強磁性的結合をし
ている磁性薄膜Ni-Fe-Co,Coを用いた[Ni-Fe-Co/Cu/Co],
[Ni-Fe-Co/Cu]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発見
され、室温印加磁界0.5kOeでＭＲ比が約15％のものが得
られている（電子情報通信学会技術研究報告 MR91-
9）。しかしながらこのような金属人工格子膜を磁気ヘ
ッドに使用するには更に印加磁界が小さくても動作する
ものが求められている。微小印加磁界で動作するものと
しては図４に示すようなFe-MnをNi-Fe/Cu/Ni-Feにつけ
たスピンバルブ型のものがある（シ゛ャーナル オフ゛ マク゛ネティス゛ム
アント゛ マク゛ネティック マテリアルス゛ 93 101頁 1991年(Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 93 (1991) p10
1)）。この場合動作磁界は確かに小さいもののＭＲ比は
約2％と小さい欠点がある。上記のようにNi-Fe(-Co)/Cu
は巨大磁気抵抗効果（以下ＧＭＲと呼ぶ）を示すので、
Fe-MnをＭＲ比が15％の人工格子膜[Ni-Fe-Co/Cu]等に直
接つけて微小磁界動作でＧＭＲを示す素子を得ようとし
ても、この場合やはりＭＲ比は２％程度となってしまう
問題点があった。
センサ−（以下ＭＲセンサ−という）、磁気抵抗ヘッド
（以下ＭＲヘッドという）の開発が進められており、磁
性体には主にNi0.8Fe0.2のパ−マロイやNi0.8Co0.2合金
膜が用いられている。これら磁気抵抗効果材料の場合は
磁気抵抗変化率（以下ＭＲ比と記す）が2.5％程度であ
り、より高感度な磁気抵抗素子を得るためにはよりＭＲ
比の大きなものが求められている。近年Cr,Ru等の金属
非磁性薄膜を介して反強磁性的結合をしている[Fe/Cr],
[Co/Ru]人工格子膜で巨大磁気抵抗効果が得られること
が発見された（フィシ゛カル レウ゛ュー レター 61 2472頁,1988年(Ph
ysical Review Letter Vol.61, p2472, 1988); 同 64 2
304頁,1990年）。又金属非磁性薄膜Cuで分離され磁気的
結合をしていない磁性薄膜Ni-FeとCoを用いた[Ni-Fe/Cu
/Co]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発見され、室温
印加磁界3kOeでＭＲ比が約10％のものが得られている
（シ゛ャーナルオフ゛ フィシ゛カル ソサイアティー オフ゛ シ゛ャハ゜ン 59 3061頁, 1
990年(Journal of Physical Society of Japan Vol.59,
p3061, 1990)）。更にCuを介して反強磁性的結合をし
ている磁性薄膜Ni-Fe-Co,Coを用いた[Ni-Fe-Co/Cu/Co],
[Ni-Fe-Co/Cu]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発見
され、室温印加磁界0.5kOeでＭＲ比が約15％のものが得
られている（電子情報通信学会技術研究報告 MR91-
9）。しかしながらこのような金属人工格子膜を磁気ヘ
ッドに使用するには更に印加磁界が小さくても動作する
ものが求められている。微小印加磁界で動作するものと
しては図４に示すようなFe-MnをNi-Fe/Cu/Ni-Feにつけ
たスピンバルブ型のものがある（シ゛ャーナル オフ゛ マク゛ネティス゛ム
アント゛ マク゛ネティック マテリアルス゛ 93 101頁 1991年(Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 93 (1991) p10
1)）。この場合動作磁界は確かに小さいもののＭＲ比は
約2％と小さい欠点がある。上記のようにNi-Fe(-Co)/Cu
は巨大磁気抵抗効果（以下ＧＭＲと呼ぶ）を示すので、
Fe-MnをＭＲ比が15％の人工格子膜[Ni-Fe-Co/Cu]等に直
接つけて微小磁界動作でＧＭＲを示す素子を得ようとし
ても、この場合やはりＭＲ比は２％程度となってしまう
問題点があった。
【０００３】より大きなＭＲ比を示すものとしてはスピ
ンバルブ多層膜がある（特願平５−１７００８１号）。
これは厚さ5〜100Åの第１の磁性薄膜層[A1]と厚さ5〜1
00Åの金属非磁性薄膜層[B1]と厚さ5〜100Åの第２の磁
性薄膜層[A2]と厚さ10〜100Åの反強磁性層[C]を順次積
層した構造を一つの構成要素として、この構成要素と磁
気的絶縁をすべく設けられた金属非磁性層[B2]より成る
構成単位を複数回、特に３回以上積層して成ることを特
徴とするもので、この構成により微小磁界動作が可能で
スピンバルブだけの場合よりもＭＲ比が大きい磁気抵抗
効果素子が可能となる。
ンバルブ多層膜がある（特願平５−１７００８１号）。
これは厚さ5〜100Åの第１の磁性薄膜層[A1]と厚さ5〜1
00Åの金属非磁性薄膜層[B1]と厚さ5〜100Åの第２の磁
性薄膜層[A2]と厚さ10〜100Åの反強磁性層[C]を順次積
層した構造を一つの構成要素として、この構成要素と磁
気的絶縁をすべく設けられた金属非磁性層[B2]より成る
構成単位を複数回、特に３回以上積層して成ることを特
徴とするもので、この構成により微小磁界動作が可能で
スピンバルブだけの場合よりもＭＲ比が大きい磁気抵抗
効果素子が可能となる。
【０００４】ただしこの様にして得られた膜も上述のス
ピンバルブ膜も、図５に示すように膜の印加磁界方向に
よって特性が異なり、困難軸方向は大きなＭＲ比を得る
には比較的大きな磁界を必要とし、容易軸方向は磁壁移
動によるバルクハウゼンノイズが生じ易い問題点があ
り、通常はこれを解決するために成膜後、膜の容易軸方
向に直角に磁界を印加し、反強磁性膜のブロッキング温
度ＴN以下で熱処理し磁化回転に起因するＭＲ特性を示
す素子を得る方法が取られている。このブロッキング温
度ＴNは反強磁性膜の膜厚に依存し、上記のような熱処
理を行うにはＴNは200℃以上あることが望ましく、それ
には反強磁性層の膜厚を150Å以上にする必要がある。
しかしながらこの様に厚い反強磁性層を用いると上記の
スピンバルブと金属非磁性層より成る構成単位を複数回
積層したものでもスピンバルブ自体のＭＲ比を大きく上
回る特性を示すことは困難となる問題がある。
ピンバルブ膜も、図５に示すように膜の印加磁界方向に
よって特性が異なり、困難軸方向は大きなＭＲ比を得る
には比較的大きな磁界を必要とし、容易軸方向は磁壁移
動によるバルクハウゼンノイズが生じ易い問題点があ
り、通常はこれを解決するために成膜後、膜の容易軸方
向に直角に磁界を印加し、反強磁性膜のブロッキング温
度ＴN以下で熱処理し磁化回転に起因するＭＲ特性を示
す素子を得る方法が取られている。このブロッキング温
度ＴNは反強磁性膜の膜厚に依存し、上記のような熱処
理を行うにはＴNは200℃以上あることが望ましく、それ
には反強磁性層の膜厚を150Å以上にする必要がある。
しかしながらこの様に厚い反強磁性層を用いると上記の
スピンバルブと金属非磁性層より成る構成単位を複数回
積層したものでもスピンバルブ自体のＭＲ比を大きく上
回る特性を示すことは困難となる問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来では不可
能であった微小磁界動作が可能でかつ大きなＭＲ比を示
し、バルクハウゼンノイズの少ない高感度磁気抵抗素子
とその作製を可能とするものである。
能であった微小磁界動作が可能でかつ大きなＭＲ比を示
し、バルクハウゼンノイズの少ない高感度磁気抵抗素子
とその作製を可能とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗素子は
図１に示すように厚さ5〜100Åの第１の磁性薄膜層[A1]
と厚さ5〜100Åの金属非磁性薄膜層[B1]と厚さ5〜100Å
の第２の磁性薄膜層[A2]と厚さ10〜100Åの反強磁性層
[C]を順次積層した構造を一つの構成要素として、この
構成要素間の磁気的結合を弱めるべく設けられた金属非
磁性層[B2]を介して複数個積層して成り、かつ第１と第
２の磁性薄膜層（即ち[A1]と[A2]）の磁化容易軸方向が
ほぼ直交する方向であることを特徴とするもので、この
様な磁気異方性は第１の磁性薄膜層[A1]と反強磁性層
[C]をそれぞれ成膜する際、印加磁界方向がほぼ直交す
る方向となるようにして磁界中蒸着することにより誘導
するものである。なお、図中→と◎は磁性層の磁化容易
軸方向を示している。
図１に示すように厚さ5〜100Åの第１の磁性薄膜層[A1]
と厚さ5〜100Åの金属非磁性薄膜層[B1]と厚さ5〜100Å
の第２の磁性薄膜層[A2]と厚さ10〜100Åの反強磁性層
[C]を順次積層した構造を一つの構成要素として、この
構成要素間の磁気的結合を弱めるべく設けられた金属非
磁性層[B2]を介して複数個積層して成り、かつ第１と第
２の磁性薄膜層（即ち[A1]と[A2]）の磁化容易軸方向が
ほぼ直交する方向であることを特徴とするもので、この
様な磁気異方性は第１の磁性薄膜層[A1]と反強磁性層
[C]をそれぞれ成膜する際、印加磁界方向がほぼ直交す
る方向となるようにして磁界中蒸着することにより誘導
するものである。なお、図中→と◎は磁性層の磁化容易
軸方向を示している。
【０００７】膜構成において反強磁性層としてはFe-Mn
のような金属導電性のものが望ましく、 ・磁性薄膜層[A1]及び[A2]は主成分が (NiXCo1-X)X'Fe1-X' （１） でX,X'はそれぞれ原子組成比で 0.6≦X≦1.0, 0.7≦X'≦1.0 （２） で、金属非磁性薄膜層[B1]はCu,Ag,Auのいずれかで特に
Cuが好ましい。
のような金属導電性のものが望ましく、 ・磁性薄膜層[A1]及び[A2]は主成分が (NiXCo1-X)X'Fe1-X' （１） でX,X'はそれぞれ原子組成比で 0.6≦X≦1.0, 0.7≦X'≦1.0 （２） で、金属非磁性薄膜層[B1]はCu,Ag,Auのいずれかで特に
Cuが好ましい。
【０００８】又上記のもの以外では ・磁性薄膜層[A1]及び[A2]は主成分が (CoYNi1-Y)ZFe1-Z （３） でY,Zはそれぞれ原子組成比で 0.4≦Y≦1.0、0.8≦Z≦1.0 （４） で、金属非磁性薄膜層[B1]がCu,Ag,Auのいずれかで特に
Cuが好ましい。
Cuが好ましい。
【０００９】更に ・磁性薄膜層[A1]と[A2]はそれぞれ主成分が異なる組み
合わせの上記（１）式もしくは（３）式より成るもので
もよい。
合わせの上記（１）式もしくは（３）式より成るもので
もよい。
【００１０】ここに磁性薄膜層[A1],[A2]は磁歪が小さ
くい磁性材料で、（２）式,（４）式はこの条件を満足
するのに必要な組成範囲である。磁性薄膜層[A1],[A2]
としては上記の様な３元系でなくともNi-FeやNi-Co系等
の２元系磁性薄膜層でもよい。
くい磁性材料で、（２）式,（４）式はこの条件を満足
するのに必要な組成範囲である。磁性薄膜層[A1],[A2]
としては上記の様な３元系でなくともNi-FeやNi-Co系等
の２元系磁性薄膜層でもよい。
【００１１】なお実際の素子として用いる場合パタ−ニ
ング等の技術により主にこれらの膜面に垂直方向に電流
が流れるようにすれば更に大きな出力が得られる。
ング等の技術により主にこれらの膜面に垂直方向に電流
が流れるようにすれば更に大きな出力が得られる。
【００１２】
【作用】第２の磁性層[A2]は反強磁性層[C]と磁気的に
結合して一方向異方性を示し、ある方向のスピン回転が
抑制される。これに対して第１の磁性層[A1]は金属非磁
性薄膜層[B2]によって[A2]と隔てられているため微小磁
界が印加された時[A1]のスピンは磁界方向に回転し、[A
2]は上記の反強磁性層[C]との結合によりスピンの回転
が抑制され、両磁性層のスピンの向きが反平行となり磁
気抵抗が大きくなる。磁界をある程度大きくなれば両ス
ピンは平行となり磁気抵抗は低下するため磁気抵抗変化
が得られる。このような[A1]/[B1]/[A2]/[C]といった積
層膜を単に積層するだけではより大きなＭＲ効果は得ら
れないが、これら構成単位を金属非磁性層[B2]で磁気的
に絶縁した{[A1]/[B1]/[A2]/[C]}/[B2]といったものを
複数回、特に３回以上積層することにより微小磁界で動
作するＭＲ比の大きな磁気抵抗効果素子が得られる。又
第１の磁性層[A1]と反強磁性層[C]をそれぞれ成膜する
際、印加磁界方向がほぼ直交する方向となるようにして
磁界中蒸着することにより磁性層[A1]と[A2]の磁化容易
軸はほぼ直交しており、そのＭＲ特性は磁化回転に起因
しているため、バルクハウゼンノイズが少ない磁気抵抗
素子が得られる。
結合して一方向異方性を示し、ある方向のスピン回転が
抑制される。これに対して第１の磁性層[A1]は金属非磁
性薄膜層[B2]によって[A2]と隔てられているため微小磁
界が印加された時[A1]のスピンは磁界方向に回転し、[A
2]は上記の反強磁性層[C]との結合によりスピンの回転
が抑制され、両磁性層のスピンの向きが反平行となり磁
気抵抗が大きくなる。磁界をある程度大きくなれば両ス
ピンは平行となり磁気抵抗は低下するため磁気抵抗変化
が得られる。このような[A1]/[B1]/[A2]/[C]といった積
層膜を単に積層するだけではより大きなＭＲ効果は得ら
れないが、これら構成単位を金属非磁性層[B2]で磁気的
に絶縁した{[A1]/[B1]/[A2]/[C]}/[B2]といったものを
複数回、特に３回以上積層することにより微小磁界で動
作するＭＲ比の大きな磁気抵抗効果素子が得られる。又
第１の磁性層[A1]と反強磁性層[C]をそれぞれ成膜する
際、印加磁界方向がほぼ直交する方向となるようにして
磁界中蒸着することにより磁性層[A1]と[A2]の磁化容易
軸はほぼ直交しており、そのＭＲ特性は磁化回転に起因
しているため、バルクハウゼンノイズが少ない磁気抵抗
素子が得られる。
【００１３】
（１）式のNi-richのNi-Co-Fe系合金はその組成比が
（２）式を満足するとき磁歪が小さく軟磁性を示す。そ
の代表的なものはNi0.8Co0.1Fe0.1, Ni0.8Fe0.2,Ni0.8C
o0.2等である。又更に軟磁性を改良したり耐摩耗性及び
耐食性を改良するために（１）式の組成に Nb,Mo,Cr,W,
Ru等を添加しても良い。一方（３）式を満足するCo-ric
hのCo-Ni-Fe系合金は（４）式を満足するときやはり低
磁歪となる。その代表的なものはCo0.9Fe0.1等である。
これら磁性薄膜層は組成によっては異なるが一般的には
その厚さが5Å未満ではキュリ−温度の低下により室温
での磁化の低下等が問題となり、又実用上磁気抵抗素子
は全膜厚が数百Åで用いられるため、本発明のように積
層効果を利用するには各磁性薄膜層を100Å以下にする
必要があり、大きなＭＲ効果を得るのには20〜40Åにす
ることが望ましい。
（２）式を満足するとき磁歪が小さく軟磁性を示す。そ
の代表的なものはNi0.8Co0.1Fe0.1, Ni0.8Fe0.2,Ni0.8C
o0.2等である。又更に軟磁性を改良したり耐摩耗性及び
耐食性を改良するために（１）式の組成に Nb,Mo,Cr,W,
Ru等を添加しても良い。一方（３）式を満足するCo-ric
hのCo-Ni-Fe系合金は（４）式を満足するときやはり低
磁歪となる。その代表的なものはCo0.9Fe0.1等である。
これら磁性薄膜層は組成によっては異なるが一般的には
その厚さが5Å未満ではキュリ−温度の低下により室温
での磁化の低下等が問題となり、又実用上磁気抵抗素子
は全膜厚が数百Åで用いられるため、本発明のように積
層効果を利用するには各磁性薄膜層を100Å以下にする
必要があり、大きなＭＲ効果を得るのには20〜40Åにす
ることが望ましい。
【００１４】磁性薄膜層[A1],[A2]は低磁歪の膜である
ことが必要である。これは実用上弱磁界で動作すること
が必要なのと、ＭＲヘッド等に用いた場合磁歪が大きい
とノイズの原因になるためである。この条件を満足する
ものには上記（１）式,（２）式で示されるNi-richのNi
-Fe-Co系膜がある。又これとは異なる上記（３）式,
（４）式で示される低磁歪のCo-richのCo-Ni-Fe膜を用
いても良いし、これと上記の（１）式,（２）式の磁性
薄膜層とを組み合わせて用いても良い。これらの膜は低
磁歪であるため比較的ソフトな磁気特性を示し、磁界中
蒸着により誘導磁気異方性を容易に付けることが出来る
点が特徴である。
ことが必要である。これは実用上弱磁界で動作すること
が必要なのと、ＭＲヘッド等に用いた場合磁歪が大きい
とノイズの原因になるためである。この条件を満足する
ものには上記（１）式,（２）式で示されるNi-richのNi
-Fe-Co系膜がある。又これとは異なる上記（３）式,
（４）式で示される低磁歪のCo-richのCo-Ni-Fe膜を用
いても良いし、これと上記の（１）式,（２）式の磁性
薄膜層とを組み合わせて用いても良い。これらの膜は低
磁歪であるため比較的ソフトな磁気特性を示し、磁界中
蒸着により誘導磁気異方性を容易に付けることが出来る
点が特徴である。
【００１５】これらの磁性薄膜層[A1],[A2]との間に介
在させる金属薄膜層[B1]は上記（１）式から（４）式で
示された組成の磁性薄膜層との界面での反応が少なく、
かつ非磁性であることが必要で、Cu,Ag,Au等が適してい
る。金属非磁性薄膜層[B1]の厚さが100Åより厚くなる
と素子全体のＭＲ比が大きく低下し、又金属非磁性薄膜
層[B1]が無い場合や厚さが5Å未満となると磁性薄膜層
[A1],[A2]とが互いに強磁性的に結合してしまい大きな
磁気抵抗効果は得られず、厚さは5〜30Åであることが
望ましい。
在させる金属薄膜層[B1]は上記（１）式から（４）式で
示された組成の磁性薄膜層との界面での反応が少なく、
かつ非磁性であることが必要で、Cu,Ag,Au等が適してい
る。金属非磁性薄膜層[B1]の厚さが100Åより厚くなる
と素子全体のＭＲ比が大きく低下し、又金属非磁性薄膜
層[B1]が無い場合や厚さが5Å未満となると磁性薄膜層
[A1],[A2]とが互いに強磁性的に結合してしまい大きな
磁気抵抗効果は得られず、厚さは5〜30Åであることが
望ましい。
【００１６】反強磁性層[C]と磁性層[A1]との磁気的結
合を遮断すること目的とする金属非磁性層[B2]は通常5
〜10Å程度で両層間の磁気的結合を弱めることが可能で
あるが、膜の平坦性等によってこの値は異なる。又膜厚
の上限は上記金属非磁性薄膜層[B1]同様の理由で膜厚は
100Å以下であることが必要で、大きなＭＲ効果を得る
には5〜30Åであることが望ましい。
合を遮断すること目的とする金属非磁性層[B2]は通常5
〜10Å程度で両層間の磁気的結合を弱めることが可能で
あるが、膜の平坦性等によってこの値は異なる。又膜厚
の上限は上記金属非磁性薄膜層[B1]同様の理由で膜厚は
100Å以下であることが必要で、大きなＭＲ効果を得る
には5〜30Åであることが望ましい。
【００１７】反強磁性層[C]も上記と同様の理由で厚さ
がやはり100Å以下であることが必要であるが、磁性層
[A2]と磁気的に結合して十分な一方向異方性を出すには
膜厚が通常10Å以上必要であり、望ましい厚さは40〜10
0Å、より望ましくは50〜70Åである。
がやはり100Å以下であることが必要であるが、磁性層
[A2]と磁気的に結合して十分な一方向異方性を出すには
膜厚が通常10Å以上必要であり、望ましい厚さは40〜10
0Å、より望ましくは50〜70Åである。
【００１８】以下具体的な実施例により本発明の効果の
説明を行う。 （実施例１）多元スパッタ装置を用い、一方向に500 Oe
の磁界を印加して以下に示した構成の磁気抵抗素子をガ
ラス基板上に作成した。 Ａ: [{Ni-Co-Fe(25)/Cu(20)/Co-Fe(25)/Fe-Mn(50)}/Cu
(15)]N (N=1,3,5) （( )内は厚さ(Å)を表わす。Nは繰り返し数である。） なおタ−ゲットにはそれぞれ直径80mmの Ni0.8Co0.1Fe
0.1(磁性層[A1]), Cu(非磁性金属層[B1,B2]), Co0.9Fe
0.1(磁性層[A2]), Fe50Mn50(反強磁性層[C]) を用い、
各膜厚はシャッタ−により制御した。得られた膜のＭＲ
特性を室温、印加磁界100 Oeで測定したところＭＲ比は
N=1, 3, 5 に対してそれぞれ1, 5, 7％で、ＭＲ変化が
生じる磁界幅は約 3 Oeであった。この得られたN=5に対
応する磁気抵抗効果素子のＭＲ曲線は、図５に示すよう
に困難軸方向は感度が悪く、容易軸方向は磁化回転に因
らないためＭＲの立ち上がりが急でこれはバルクハウゼ
ンノイズを生じ易い。そこで200℃で困難軸方向に500 O
e の磁界を印加して真空中で熱処理したところ、図６に
示すように単に容易軸と困難軸が反転するだけであっ
た。これはFe-Mnの膜厚が薄くそのブロッキング温度ＴN
が200℃より低くなっているためと思われる。
説明を行う。 （実施例１）多元スパッタ装置を用い、一方向に500 Oe
の磁界を印加して以下に示した構成の磁気抵抗素子をガ
ラス基板上に作成した。 Ａ: [{Ni-Co-Fe(25)/Cu(20)/Co-Fe(25)/Fe-Mn(50)}/Cu
(15)]N (N=1,3,5) （( )内は厚さ(Å)を表わす。Nは繰り返し数である。） なおタ−ゲットにはそれぞれ直径80mmの Ni0.8Co0.1Fe
0.1(磁性層[A1]), Cu(非磁性金属層[B1,B2]), Co0.9Fe
0.1(磁性層[A2]), Fe50Mn50(反強磁性層[C]) を用い、
各膜厚はシャッタ−により制御した。得られた膜のＭＲ
特性を室温、印加磁界100 Oeで測定したところＭＲ比は
N=1, 3, 5 に対してそれぞれ1, 5, 7％で、ＭＲ変化が
生じる磁界幅は約 3 Oeであった。この得られたN=5に対
応する磁気抵抗効果素子のＭＲ曲線は、図５に示すよう
に困難軸方向は感度が悪く、容易軸方向は磁化回転に因
らないためＭＲの立ち上がりが急でこれはバルクハウゼ
ンノイズを生じ易い。そこで200℃で困難軸方向に500 O
e の磁界を印加して真空中で熱処理したところ、図６に
示すように単に容易軸と困難軸が反転するだけであっ
た。これはFe-Mnの膜厚が薄くそのブロッキング温度ＴN
が200℃より低くなっているためと思われる。
【００１９】そこで上記Ａと同様の構成の磁気抵抗効果
素子を第１の磁性層[A1]を成膜中に印加する磁界方向と
反強磁性層[C]を成膜中に印加する磁界方向が直交する
ようにして作製した。得られたN=5に対応する磁気抵抗
効果素子のＭＲ曲線を図２に示す。図に示したようにこ
のＭＲ特性は磁化回転に起因しておりバルクハウゼンノ
イズは生じ難く、かつ 10 Oe の弱磁界でも感度の良好
なものが得られることがわかった。この方法では後の熱
処理が不要となる利点もある。
素子を第１の磁性層[A1]を成膜中に印加する磁界方向と
反強磁性層[C]を成膜中に印加する磁界方向が直交する
ようにして作製した。得られたN=5に対応する磁気抵抗
効果素子のＭＲ曲線を図２に示す。図に示したようにこ
のＭＲ特性は磁化回転に起因しておりバルクハウゼンノ
イズは生じ難く、かつ 10 Oe の弱磁界でも感度の良好
なものが得られることがわかった。この方法では後の熱
処理が不要となる利点もある。
【００２０】（実施例２）実施例１と同様にタ−ゲット
に直径80mmの Fe50Mn50(反強磁性層[C]), Ni0.8Fe0.15C
o0.05(磁性層[A1,A2]), Ni0.8Co0.2(磁性層[A1,A2]), C
u(非磁性金属層[B1]及び[B2])を用い、磁性層と反強磁
性層を成膜する際に印加磁界方向が直交するようにして
以下の磁気抵抗効果素子を作製した。 Ｂ: [{Ni-Fe-Co(30)/Cu(10)/Ni-Co-Fe(30)/Fe-Mn(60)}/
Cu(10)]4 Ｃ: [{Ni-Co(30)/Cu(15)/Ni-Co(30)/Fe-Mn(70)}/Cu(1
5)]3 （( )内は厚さ(Å)を表わす） これらの磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を測定したとこ
ろ、ＭＲ曲線は図２に類似のもので、ＭＲ比がそれぞれ
5％、6％で、ＭＲ変化に要する磁界はそれぞれ約10 Oe,
15 Oeであった。
に直径80mmの Fe50Mn50(反強磁性層[C]), Ni0.8Fe0.15C
o0.05(磁性層[A1,A2]), Ni0.8Co0.2(磁性層[A1,A2]), C
u(非磁性金属層[B1]及び[B2])を用い、磁性層と反強磁
性層を成膜する際に印加磁界方向が直交するようにして
以下の磁気抵抗効果素子を作製した。 Ｂ: [{Ni-Fe-Co(30)/Cu(10)/Ni-Co-Fe(30)/Fe-Mn(60)}/
Cu(10)]4 Ｃ: [{Ni-Co(30)/Cu(15)/Ni-Co(30)/Fe-Mn(70)}/Cu(1
5)]3 （( )内は厚さ(Å)を表わす） これらの磁気抵抗効果素子のＭＲ特性を測定したとこ
ろ、ＭＲ曲線は図２に類似のもので、ＭＲ比がそれぞれ
5％、6％で、ＭＲ変化に要する磁界はそれぞれ約10 Oe,
15 Oeであった。
【００２１】（実施例３）図３に示したように基板６上
にAu-Crより成る電流端子７を付けた後、実施例２のＢ
と同様の[{Ni-Fe-Co(30)/Cu(10)/Ni-Co-Fe(30)/Fe-Mn(6
0)}/Cu(10)]の構成単位１０を５回積層して磁気抵抗効
果素子部１１を作製し、図に示したようにこれをパタ−
ニングして二分し、更に膜表面に電流端子部８、９を形
成して主に膜面に垂直方向に電流が流れるような磁気抵
抗効果素子とした。この磁気抵抗効果素子の膜面に平行
に500 Oeの磁界を印加してＭＲ特性を測定したところ、
ＭＲ比が10％でＭＲ比の変化に要する磁界が 10 Oeのも
のが得られた。
にAu-Crより成る電流端子７を付けた後、実施例２のＢ
と同様の[{Ni-Fe-Co(30)/Cu(10)/Ni-Co-Fe(30)/Fe-Mn(6
0)}/Cu(10)]の構成単位１０を５回積層して磁気抵抗効
果素子部１１を作製し、図に示したようにこれをパタ−
ニングして二分し、更に膜表面に電流端子部８、９を形
成して主に膜面に垂直方向に電流が流れるような磁気抵
抗効果素子とした。この磁気抵抗効果素子の膜面に平行
に500 Oeの磁界を印加してＭＲ特性を測定したところ、
ＭＲ比が10％でＭＲ比の変化に要する磁界が 10 Oeのも
のが得られた。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明は金属人工格
子膜の特性を生かした構成により、室温・微小動作磁界
で大きな磁気抵抗効果を示す磁気抵抗素子を可能とする
もので高感度ＭＲヘッド等への応用に適したものであ
る。
子膜の特性を生かした構成により、室温・微小動作磁界
で大きな磁気抵抗効果を示す磁気抵抗素子を可能とする
もので高感度ＭＲヘッド等への応用に適したものであ
る。
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の代表的構成図
【図２】本発明の磁気抵抗効果素子のＭＲ曲線の一例を
示す図
示す図
【図３】本発明の主に膜面に垂直に電流を流す磁気抵抗
効果素子の一例を示す図
効果素子の一例を示す図
【図４】従来の磁気抵抗効果素子（スピンバルブ）の代
表的構成図
表的構成図
【図５】従来の磁気抵抗効果素子のＭＲ曲線の一例を示
す図
す図
【図６】従来の熱処理法を施した場合のＭＲ曲線の一例
を示す図
を示す図
１ａ 第１の磁性薄膜層[A1] １ｂ 第２の磁性薄膜層[A2] ２ 金属非磁性薄膜層[B1] ３ 反強磁性層[C] ４ 金属非磁性層[B2] ５,６,１６ 基板 ７,８,９ 電流端子 １０ 磁気抵抗効果素子の構成単位 １１ 磁気抵抗効果素子 １２ Fe-Mn １３,１５ Ni-Fe １４ Cu
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川分 康博 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (15)
- 【請求項１】厚さ5〜100Åの第１の磁性薄膜層と厚さ5
〜100Åの金属非磁性薄膜層と厚さ5〜100Åの第２の磁
性薄膜層と厚さ10〜100Åの反強磁性層を順次積層した
構造を一つの構成要素として、この構成要素間の磁気的
結合を弱めるべく設けられた金属非磁性層を介して複数
個積層して成り、かつ前記第１と第２の磁性薄膜層の磁
化容易軸方向がほぼ直交する方向であることを特徴とす
る磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】厚さ5〜100Åの第１の磁性薄膜層と厚さ5
〜100Åの金属非磁性薄膜層と厚さ5〜100Åの第２の磁
性薄膜層と厚さ10〜100Åの反強磁性層を順次積層した
構造を一つの構成要素として、この構成要素間の磁気的
結合を弱めるべく設けられた金属非磁性層を介して、こ
れら構成単位を３回以上積層して成り、かつ前記第１と
第２の磁性薄膜層の磁化容易軸方向がほぼ直交する方向
であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】第１の磁性薄膜層及び第２の磁性薄膜層の
厚さが20〜40Å、金属非磁性薄膜層及び金属非磁性層の
厚さが5〜30Å、反強磁性層の厚さが40〜100Åであるこ
とを特徴とする請求項１または２記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項４】第１の磁性薄膜層及び第２の磁性薄膜層が
(NiXCo1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、Xが0.6〜1.0、X'は
0.7〜1.0であることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】第１の磁性薄膜層及び第２の磁性薄膜層が
(CoYNi1-Y)ZFe1-Zを主成分とし、Yが0.4〜1.0、Zは0.8
〜1.0であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】第１の磁性薄膜層が(NiXCo1-X)X'Fe1-X'を
主成分とし、第２の磁性薄膜層が(CoYNi1-Y)ZFe1-Zを主
成分とし、Xは0.6〜1.0、X'は0.7〜1.0、Yは0.4〜1.0、
Zは0.8〜1.0であることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項７】金属非磁性薄膜層がCu,Ag,Auのいずれかで
ある請求項１〜６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項８】金属非磁性層がCuである請求項１〜６のい
ずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項９】反強磁性層がFe-Mnを主成分とする合金膜
であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項１０】磁気抵抗素子部がパタ−ニング等により
主に膜の垂直方向に電流が流れるように構成されている
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の磁気
抵抗効果素子。 - 【請求項１１】厚さ5〜100Åの第１の磁性薄膜層と厚さ
5〜100Åの金属非磁性薄膜層と厚さ5〜100Åの第２の磁
性薄膜層と厚さ10〜100Åの反強磁性層を順次積層した
構造を一つの構成要素として、この構成要素間の磁気的
結合を弱めるべく設けられた金属非磁性層を介して複数
個積層して成る磁気抵抗効果素子の作製において、前記
第１の磁性薄膜層と反強磁性層をスパッタ法等の真空蒸
着法により形成する際に磁界を印加し、その各々の印加
磁界方向がほぼ直交する方向となるようにして成膜し、
前記第１と第２の磁性薄膜層の磁化容易軸がほぼ直交し
たものを得ることを特徴とする磁気抵抗効果素子の製造
方法。 - 【請求項１２】第１の磁性薄膜層及び第２の磁性薄膜層
が(NiXCo1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、Xが0.6〜1.0、X'
は0.7〜1.0であることを特徴とする請求項１１記載の磁
気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１３】第１の磁性薄膜層及び第２の磁性薄膜層
が(CoYNi1-Y)ZFe1-Zを主成分とし、Yが0.4〜1.0、Zは0.
8〜1.0であることを特徴とする請求項１１記載の磁気抵
抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１４】第１の磁性薄膜層が(NiXCo1-X)X'Fe1-X'
を主成分とし、第２の磁性薄膜層が(CoYNi1-Y)ZFe1-Zを
主成分とし、Xは0.6〜1.0、X'は0.7〜1.0、Yは0.4〜1.
0、Zは0.8〜1.0であることを特徴とする請求項１１記載
の磁気抵抗効果素子の製造方法。 - 【請求項１５】反強磁性層がFe-Mnを主成分とする合金
膜であることを特徴とする請求項１１記載の磁気抵抗効
果素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5296398A JPH07153034A (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5296398A JPH07153034A (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07153034A true JPH07153034A (ja) | 1995-06-16 |
Family
ID=17833032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5296398A Pending JPH07153034A (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07153034A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6184680B1 (en) | 1997-03-28 | 2001-02-06 | Tdk Corporation | Magnetic field sensor with components formed on a flexible substrate |
| JP2002502549A (ja) * | 1996-05-02 | 2002-01-22 | インテグレイテッド マグニートエレクトロニクス | 巨大磁気抵抗性の全金属固体素子 |
-
1993
- 1993-11-26 JP JP5296398A patent/JPH07153034A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002502549A (ja) * | 1996-05-02 | 2002-01-22 | インテグレイテッド マグニートエレクトロニクス | 巨大磁気抵抗性の全金属固体素子 |
| US6184680B1 (en) | 1997-03-28 | 2001-02-06 | Tdk Corporation | Magnetic field sensor with components formed on a flexible substrate |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20040601 |