JPH0728059B2 - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

磁気抵抗効果素子

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JPH0728059B2
JPH0728059B2 JP60105539A JP10553985A JPH0728059B2 JP H0728059 B2 JPH0728059 B2 JP H0728059B2 JP 60105539 A JP60105539 A JP 60105539A JP 10553985 A JP10553985 A JP 10553985A JP H0728059 B2 JPH0728059 B2 JP H0728059B2
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00Galvanomagnetic devices
    • H10N50/10Magnetoresistive devices

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  • Hall/Mr Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は磁気的情報を強磁性合金薄膜の磁気抵抗効果を
利用して電気的信号に変換する磁気抵抗効果素子(以
下、MR素子と称す)に関する。
(従来技術とその問題点) MR素子は、高感度化、低消費電力が可能で、用途に応じ
た形状に形成し易い等の多くの利点があり、近年、磁気
センサー、高記録密度用磁気ヘッドとしての開発が活発
に進められている。
この種のMR素子の、基本的構成を第4図に示す。第4図
(a)、(b)はそれぞれMR素子の平面図及び正面図を
示す。図において、パーマロイ等の磁気抵抗効果を有す
る短冊状強磁性合金薄膜1はその長手方向両端に、強磁
性合金薄膜1にセンス電流を供給するための電極2が接
続されている。かかる構成のMR素子は、外部からの信号
磁界により強磁性合金薄膜1の磁化が回転し、その回転
角に応じて、抵抗が変化する。従って、電極2から一定
に調整されたセンス電流を供給すると、抵抗変化に応じ
た出力電圧が得られる。即ち、外部信号磁界に対応する
電気的信号が得られる。
しかし、かかる構成のMR素子は、信号磁界の影響によっ
て、強磁性合金薄膜1に磁壁3が形成されるために時間
と共に再生出力が変動したり該磁壁3が不規則な動きを
するためバルクハウゼンノイズが発生することがある。
これらは、磁壁3の存在によって、外部磁界により磁化
の回転が強磁性合金薄膜1の全域で様とならず、局所的
に不規則な変化を示すことに起因している。
この様な問題をなくすには、強磁性合金薄膜1の手長
(L)方向永久磁石等の手段により数Oeのバイアス磁界
を印加し、磁壁3を消滅させる方法が知られている。し
かし、この方法は、磁界印加手段を具備する必要性か
ら、電磁変換器としての小型化が困難になる。特にMR素
子を磁気ヘッドとして使用する場合は、磁気シールド等
の他の磁性体とも併用するため、磁界印加手段を具備す
ることさえ困難となる。更に、強磁性合金薄膜1の長手
方向にバイアス磁界を印加すると、強磁性合金薄膜1の
磁化がバイアス磁界の方向に束縛されるため、信号磁界
に対する感度が劣化する。
又、磁界3を消滅させる他の方法に強磁性合金薄膜1の
アスペクト比(MR素子の長さL/MR素子の幅W)を増大さ
せることが知られている(例えば、信学技報Vol84,No13
8(1984)15〜21ページ)。この方法によれば、アスペ
クト比を3以上に設定することにより、少なくとも、強
磁性合金薄膜1の中央部に存在する磁壁は消滅する。し
かし、強磁性合金薄膜1の長手方向の両端(電極2でお
おわれた領域)近傍には、依然として、磁壁が存在し、
この領域の磁壁の移動によって、MR素子の出力には、再
生出力の変動、バルクハウゼンノイズの発生が見られ
る。
(発明の目的) 本発明は、このような欠点を招来することなく再生出力
を安定化し、バルクハウゼンノイズを低減させた磁気抵
抗効果素子を提供することにある。
(発明の構成) 上記目的を達成するため、本発明は、磁気抵抗効果を有
する短冊状の強磁性合金薄膜と、前記強磁性合金薄膜の
長手方向の両端部に少なくとも1対の電極部を備えた磁
気抵抗効果素子において、前記電極部は前記強磁性薄膜
上に、非磁性材料からなる導体膜と導電性の軟磁性膜が
順次積層された構成を有し、前記導体膜および前記軟磁
性膜に流れる電流が発生する磁界、および前記軟磁性膜
との静磁気的結合とにより、前記強磁性合金薄膜の電極
部の磁化を幅方向に飽和させている。
(構成の詳細の説明) 本発明は、上述の様なMR素子の電極構成をとることによ
り従来技術の問題点を解決しました。即ち、本発明で
は、軟磁性膜と強磁性合金薄膜とを静磁気的に結合さ
せ、電極部分における強磁性合金薄膜の幅方向の反磁界
を転減させるとともに、軟磁性膜及び導体膜にセンス電
流を分流させ、該分流センス電流によって強磁性合金薄
膜の幅方向に発生する磁界を利用して、強磁性合金薄膜
の長手方向両端の磁化を幅方向に飽和させている。従っ
て、強磁性合金薄膜の長手方向の両端に磁壁が発生する
ことがなくなる。即ち、磁壁の存在による再生出力の変
動、及び磁壁の移動によるバルクハウゼン雑音の発生が
抑制できる。
以下、本発明を実施例を示す図面を用いて、更に詳細に
説明する。
(実施例) 第1図は、本発明によるMR素子の第1の実施例を示す図
で、第1図(a),(b)はそれぞれ平面図及び正面図
を示す。
図において、NiFe、NiCo合金等の磁気抵抗効果を有する
材料から成る短冊状の強磁性合金薄膜1の長手方向の両
端に、Ti、Ta、Mo等の非磁性材料からなる導体膜4が積
層してある。更に、該導体膜4の上に、軟磁性アモルフ
ァス合金(例えば、CoZr、CoTa等のCo−メタル系アモル
ファス)、パーマロイ等の導電性を有する軟磁性膜5が
積層してある。導体膜4の厚みは、強磁性合金薄膜1と
軟磁性膜5が静磁気的な結合が行える範囲に選定され
る。例えば、100Å及至2000Å程度の厚みが良い。又、
軟磁性膜5の厚みは、強磁性合金薄膜1の厚み及び飽和
磁化に応じて決定される。強磁性合金薄膜1の厚み、飽
和磁化をそれぞれ、T1、M1とおき、軟磁性膜5の厚み、
飽和磁化をそれぞれ、t2、M2とおくと、t1M1<t2M2の条
件を満せば良い。例えば強磁性合金薄膜1としてt1=40
0Å、M1=800emu/ccのパーマロイ合金を用い、軟磁性膜
5として、M2=1100emu/ccのCoZrアモルファス軟磁性体
を用いると、その厚みt2は300Å以上に設定すれば良
い。続いて、図において、軟磁性膜5の上にはAu、Cu、
Al等の良導電性の電極2が接続してある。電極2は軟磁
性膜5より小さい面積で、しかも、軟磁性膜5のMR素子
1の中央部寄り側が露出される様に被着されている。
かかる構成のMR素子において、電極2からセンス電流Is
が供給されると、電極2と軟磁性膜5の接続面から、セ
ンス電流Isは強磁性合金薄膜1、導体膜4、軟磁性膜5
を、それぞれの固有抵抗及び厚みに応じて強磁性合金薄
膜1の長手方向に平行に分流し、軟磁性膜5、導体膜4
の強磁性合金薄膜1の中央部側の端部から再び、強磁性
合金薄膜1に集中して流れる様になる。軟磁性膜5、導
体膜4に分流したセンス電流は、その回りに強磁性合金
薄膜1の膜面内を通る磁界HBを発生する。該磁界HBは、
軟磁性膜5が積層された強磁性合金薄膜1の長手方向両
端部の磁化を強磁性合金薄膜へ幅方向に励磁する。しか
も、この領域は、軟磁性膜5の静磁気的結合によって、
幅方向の反磁界が大きく軽減されているため、弱い磁界
HBであっても、強磁性合金薄膜1の磁化をその幅方向に
飽和させることができる。
尚、軟磁性膜5は、それ自体の磁気抵抗効果がによる抵
抗変化が小さくなる様な材料、膜厚が選ばれる。例え
ば、Co−メタル系アモルファス軟磁性体は、極めて磁気
抵抗効果が小さく、零となる組成も選択できる。又パー
マロイ合金は、強磁性合金薄膜1と同等の磁気抵抗効果
を有するが、強磁性合金薄膜1と同等膜厚よりも充分大
きな膜厚に設定することにより、抵抗変化は極めて小さ
くできる。この様に軟磁性膜5の膜厚を大きく設定する
ことは、前述した様に、強磁性合金薄膜1との静磁気的
結合を強固にし、強磁性合金薄膜1の反磁界を軽減する
のに有効であるし、しかも軟磁性膜5の電気抵抗が低下
する分だけ、センス電流Isが多く分流し、磁界HBが増加
する効果もある。従って、強磁性合金薄膜1の磁化をそ
の幅方向に更に、飽和させやすくする。
第1図は、軟磁性膜5の上部に電極2を積層した構成を
有するMR素子を示すが、上述した様に、軟磁性膜5の膜
厚を充分大きく設定し、電気抵抗を低下させれば、電極
2は実質的に不要になる。この様な電極構成を有する本
発明によるMR素子の実施例を第2図に示す。第2図にお
いて、電極2は、軟磁性膜5と同じ材料で構成されてい
る。軟磁性膜5の膜厚は、強磁性合金薄膜1より大きく
設定されその電気抵抗は強磁性合金薄膜1の抵抗値より
も充分小さく、例えば1/10程度の大きさになる様に設定
される。これによって、軟磁性膜5(電極2)の磁気抵
抗効果による抵抗変化を極めて小さくできる。無論軟磁
性膜5(電極2)としてCo−メタル系アモルファス膜等
のように、磁気抵抗効果が極めて小さい材料を選択すれ
ば、更に、軟磁性膜5(電極2)の抵抗変化は無視でき
る。
第2図(a)、(b)の様な構成では、第1図に示す電
極2が不要となるため、MR素子の製造プロセスが簡便に
なる。
第3図(a)、(b)に本発明の更に、他の実施例を示
す。第3図は、米国特許3813692号に開示されたいわゆ
るシャントバイアス型MR素子に本発明を適用した実施例
である。第3図では、第1図と違って強磁性合金薄膜1
の全面に導体膜4が積層されている。電極2から供給さ
れるセンス電流Isは、軟磁性膜5が積層された強磁性合
金薄膜1の長手方向両端では、該軟磁性膜5、導体膜4
及び強磁性合金薄膜1に分流するが、強磁性合金薄膜1
の中央部(軟磁性膜5が積層されていない領域)では導
体膜4及び強磁性合金薄膜1に分流する。軟磁性膜5及
び導体膜4中の分流センス電流は、第1図の実施例と同
様、強磁性合金薄膜1の幅方向に磁界HBを発生し、軟磁
性膜5が積層されたMR素子1の長手方向両端の磁化を幅
方向に飽和させる。一方、強磁性合金薄膜1の中央部に
おける導体膜4に分流するセンス電流は、強磁性合金薄
膜1の幅方向に磁界Hを発生する。この磁界Hは、強磁
性合金薄膜1の中央部(軟磁性膜5が積層されていない
領域)の磁化を所定の方向にバイアスするのに用いられ
る。この様に強磁性合金薄膜1の磁化をバイアスするこ
とにより、外部信号磁界に対する強磁性合金薄膜1の応
答が線形化することができる。第3図の実施例では、MR
素子を線形応答するためのバイアス手段が、強磁性合金
薄膜1と軟磁性膜5とを静磁気結合さるための導体膜4
としても機能するため、MR素子の製造プロセスが簡便に
なる。
(発明の効果) 以上、述べたように、本発明のMR素子では、軟磁性膜5
の膜厚を強磁性合金薄膜1の膜厚よりも大きく設定して
いるので、軟磁性膜5と強磁性合金薄膜1との静磁気的
結合を強固にし、強磁性合金薄膜1の反磁界を軽減する
のに有効であるし、しかも、軟磁性膜5の電気抵抗が低
下する分だけ、センス電流Isが多く分流し、磁界Hsが増
加する効果もある。したがって、強磁性合金薄膜1の磁
化をその幅方向に飽和させやすくするので、バルクハウ
ゼン雑音の発生が抑制できる。
更に、軟磁性膜5は、電極2としての機能、導体膜4
は、MR素子を線形応答させるバイアス手段としての機能
も併用させることができるため、MR素子の構造が極め
て、簡単になり、従って製造プロセスが簡便になるとい
う利点が生じる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、(b)は本発明による磁気抵抗効果素子
の第1の実施例を示す図、第2図(a)、(b)は本発
明による磁気抵抗効果素子の第2の実施例を示す図、第
3図(a)、(b)は本発明による磁気抵抗効果素子の
第3の実施例を示す図、第4図(a)、(b)は従来技
術による磁気抵抗効果素子を示す図である。 図において 1……強磁性合金薄膜、2……電極、3……磁壁、4…
…導体膜、5……軟磁性膜

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁気抵抗効果を有する短冊状の強磁性合金
    薄膜と、前記強磁性合金薄膜の長手方向の両端部に少な
    くとも1対の電極部を備えた磁気抵抗効果素子におい
    て、前記電極部は前記強磁性薄膜上に、非磁性材料から
    なる導体膜と導電性の軟磁性膜が順次積層された構成を
    有し、前記導体膜および前記軟磁性膜に流れる電流が発
    生する磁界、および前記軟磁性膜との静磁気的結合とに
    より、前記強磁性合金薄膜の電極部の磁化を幅方向に飽
    和させたことを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 【請求項2】電極部には、軟磁性膜上に電極が形成され
    ている特許請求の範囲第1項記載の磁気抵抗効果素子。
  3. 【請求項3】電極部を構成する導体膜が強磁性合金薄膜
    上の全面に形成されている範囲第1項又は第2項記載の
    磁気抵抗効果素子。
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