JPH0757933A - 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 - Google Patents

磁気抵抗効果膜及びその製造方法

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JPH0757933A
JPH0757933A JP5201522A JP20152293A JPH0757933A JP H0757933 A JPH0757933 A JP H0757933A JP 5201522 A JP5201522 A JP 5201522A JP 20152293 A JP20152293 A JP 20152293A JP H0757933 A JPH0757933 A JP H0757933A
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film
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artificial lattice
lattice film
sputtering
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JP5201522A
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Kiyoshi Kagawa
潔 香川
Hiroshi Kano
博司 鹿野
Akihiko Okabe
明彦 岡部
Junko Suzuki
淳子 鈴木
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Sony Corp
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安定に巨大磁気抵抗効果を得ることが可能な
磁気抵抗効果膜及びその製造方法を提供する。 【構成】 導体層と磁性体層とが交互に積層されてなる
人工格子膜よりなる磁気抵抗効果膜において、人工格子
膜中の酸素量を7原子%以下とする。人工格子膜中の酸
素量を7原子%以下にするには、バックグラウンド真空
度を良くする、あるいはスパッタガス中に水素ガスを導
入する。水素ガスの導入量は、スパッタガス中0.01
〜50%とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、人工格子膜構造を有し
巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜及びその製造方
法に関するものであり、特に磁気センサや磁気ディスク
駆動装置用再生ヘッド等に適した高感度の磁気抵抗効果
膜及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、磁気抵抗効果膜としては、Fe−
Ni合金膜(いわゆるパーマロイ膜)等が使用されてき
たが、それらの膜の磁気抵抗変化率は最大でも数%程度
しかなく、磁気抵抗効果素子として使用する場合、十分
な感度とは言えない。
【0003】一方、近年、異種の金属を数原子層ずつ交
互に積層した人工格子膜が注目されており、その中で、
磁性体層(Fe)と導体層(Cr)よりなる人工格子膜
において、数十%もの磁気抵抗変化率(以下、巨大磁気
抵抗効果と言う。)が報告され、磁気抵抗効果素子への
応用が期待されている(フィジカル・レビュー・レター
ズ、61巻、2472ページ、1988年)。
【0004】また、FeとCrの組み合わせ以外にも、
磁性体層をCo、導体層をCuとした組み合わせでも巨
大磁気抵抗効果が報告されている(フィジカル・レビュ
ー・レターズ、66巻、2152ページ、1991年)。
【0005】しかしながら、人工格子膜の巨大磁気抵抗
効果は再現性に乏しく、例えば成膜装置が異なると巨大
磁気抵抗効果が発生しない場合や、また同一の成膜装置
で同一の条件で成膜を行っても巨大磁気抵抗効果が発生
しない場合が多いというように、安定した膜の作製が困
難であるという欠点を有する。
【0006】前述の再現性不良を解消するために、Fe
の下地膜を敷く方法も提案されているが(フィジカル・
レビュー・レターズ、66巻、2152ページ、1991年)、こ
れらの下地膜はシャント抵抗として働いてしまうため、
下地膜の無い場合に比べて磁気抵抗変化率が減少してし
まうという問題がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、人工格
子膜構造を有する磁気抵抗効果膜においては、安定に巨
大磁気抵抗効果を得ることが困難であり、下地膜等を用
いることのない抜本的な改善が望まれている。そこで本
発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたもの
であって、安定に巨大磁気抵抗効果を得ることが可能な
磁気抵抗効果膜を提供することを目的とし、さらにはそ
の製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】人工格子膜で巨大な磁気
抵抗効果が観測される原因としては、導体層中の伝導電
子を介し、磁性層間でRKKY(ルーダーマン、キッテ
ル、糟谷、芳田)相互作用が働き、相対する磁性体層が
反強磁性的に結合し、スピン依存散乱が生じるためと考
えられている。
【0009】本発明者らは、人工格子膜中に成膜時に取
り込まれる酸素量がこの相互作用の大きさに大きな影響
を与え、その結果、巨大磁気抵抗効果の発現に大きく影
響することを見出した。本発明は、かかる知見に基づい
て完成されたものである。すなわち、本発明の磁気抵抗
効果膜は、導体層と磁性体層とが交互に積層されてなる
人工格子膜よりなり、前記人工格子膜中の酸素量が7原
子%以下であることを特徴とするものである。
【0010】また、本発明の製造方法は、導体層と磁性
体層をスパッタリングにより交互に積層し人工格子膜構
造を形成する磁気抵抗効果膜の製造方法において、スパ
ッタリングガスが水素ガスを0.01%以上、50%以
下の割合で含むことを特徴とするものである。
【0011】本発明が適用される磁気抵抗効果膜は、人
工格子膜構造を有する磁気抵抗効果膜であり、例えば主
にCu、Ag、Cr、Rhもしくはこれらの合金よりな
る導体層と、Co、Fe、Niもしくはこれらの合金よ
りなる磁性体層とが交互に積層されてなる人工格子膜で
ある。
【0012】本発明においては、前記人工格子膜中に含
まれる酸素量を7原子%以下とする。人工格子膜中に含
まれる酸素量が7原子%を越えると、巨大磁気抵抗効果
を安定に得ることは難しい。
【0013】人工格子膜中に含まれる酸素量を7原子%
以下とする具体的方法としては、スパッタリングの際の
バックグラウンド真空度を良くする方法や、スパッタ雰
囲気中に水素ガスを導入する方法が挙げられる。前者の
場合、スパッタ装置にもよるが、バックグラウンド真空
度を4.5×10-4Paよりも良くすれば良い。後者の
場合、水素ガスをスパッタガス中に0.01%以上添加
すれば良い。ただし、水素ガスの添加量が50%を越え
ると、膜質が損なわれ磁気抵抗効果率が低下するので、
50%以下、好ましくは10%以下とする。
【0014】
【作用】導体層と磁性体層を交互に積層してなる人工格
子膜中の酸素量を7原子%以下とすることにより、巨大
磁気抵抗効果が安定に得られる。また、スパッタリング
装置のバックグラウンド真空度を良くすることにより、
あるいはスパッタガス中に水素を導入することで、成膜
される人工格子膜中の酸素量が抑制される。
【0015】
【実施例】以下、本発明を適用した実施例について、具
体的な実験結果を基に詳細に説明する。
【0016】実施例1 図1に示すように、スライドガラス基板1上に、DCマ
グネトロン型スパッタ装置を使用して磁性体層2および
導体層3を100周期積層した。
【0017】成膜に使用したDCマグネトロン型スパッ
タ装置は、図2に示すように、真空容器15内にCuタ
ーゲット11とCoターゲット12を備えた2元スパッ
タ装置であり、各ターゲットに対向してそれぞれシャッ
タ13が設けられている。基板を支持固定する基板ホル
ダ14は、ヒータ17によって加熱されるとともに、タ
ーンテーブル16によって回転操作され、上記Cuター
ゲット11とCoターゲット12上を交互に通過する。
【0018】スパッタ条件は次の通りである。 バックグラウンド真空度:1.3×10-4〜9×10-4
Pa 基板温度:室温 スパッタガス圧:0.5Pa スパッタガス:Ar スパッタガス流量:100sccm 積層法:Co、Cu2元による回転スパッタ 成膜速度:Co、Cuともに2〜2.5nm/秒 膜構成:(Co1nm /Cu1nm 100
【0019】本実施例においては、成膜前の排気によっ
て得られるバックグラウンド真空度を変えて人工格子膜
を作製した。このときの人工格子膜中の酸素濃度とバッ
クグラウンド真空度との関係を次の表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】この表1から、成膜前のバックグラウンド
真空度を変えることは、人工格子膜中に取り込まれる酸
素濃度を変えることにほかならないことがわかる。
【0022】バックグラウンド真空度を変えて人工格子
膜を作製した場合の、バックグラウンド真空度と磁気抵
抗変化率との関係を図3に示す。バックグラウンド真空
度が良くなると、磁気抵抗変化率が増加することがわか
る。特にバックグラウンド真空度が4.5×10-4Pa
より悪くなると磁気抵抗変化率は急激に減少する。この
バックグラウンド真空度4.5×10-4Paは、表1か
ら人工格子膜中の酸素濃度7原子%に相当する。
【0023】従って、安定に大きな磁気抵抗変化率を得
るには、例えばバックグラウンド真空度を良くすること
によって、人工格子膜中の酸素濃度を7原子%以下に規
制する必要があると言える。
【0024】なお、上述した実験において、磁気抵抗変
化率の測定は、幅5mm、長さ25mmの試料で行い、
4端子法にて抵抗を測定した。磁気抵抗変化率ΔR/R
0 は、ある外部磁場での抵抗値をR、外部磁場10kO
eでの抵抗値をR0 として、計算式ΔR/R0 =(R−
0 )/R0 に従い計算した。また、膜中の酸素濃度は
電子線プローブマイクロアナリシスによって測定した。
【0025】実施例2 本実施例は、スパッタガスに水素ガスを添加した場合の
効果を調べたものである。
【0026】作製した人工格子膜の構成は、実施例1と
同様、図1に示す通りである。本実施例では、スライド
ガラス1上に、DCマグネトロンスパッタ装置を使用し
て、Coからなる磁性体層2(層厚1.0nm)及びC
uからなる導体層3(層厚1.0nm)を15周期積層
した。スパッタリングガスには、ArとH2 の混合ガス
を使用し、全ガス圧は0.5Pa、成膜速度は0.1〜
0.5nm/秒とした。
【0027】スパッタガス中のH2 濃度を変えて成膜し
た場合の磁気抵抗変化率の測定結果を図4に、スパッタ
ガス中のH2 濃度と人工格子膜中の酸素量の関係を表2
に示す。
【0028】
【表2】
【0029】図4に示したように、0.01%以上の水
素ガス添加により、磁気抵抗効果率は純Arの場合に比
べて増加していることがわかる。水素ガスの濃度が約1
%の場合に磁気抵抗変化率が最大となっている。さらに
水素ガス濃度が高い領域では、50%添加までは無添加
の場合より大きな磁気抵抗変化率が得られるが、磁気抵
抗変化率が濃度に比例して減少してくるため、水素ガス
濃度は10%以下に設定することが望ましい。
【0030】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明においては、人工格子膜中の酸素量を7原子%以下と
しているので、安定に巨大磁気抵抗効果が得られる磁気
抵抗効果膜を提供することが可能である。また、本発明
の製造方法によれば、人工格子膜中の酸素量を抑制する
ことができ、巨大磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果膜
を安定に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】人工格子膜の構成を示す要部概略断面図であ
る。
【図2】スパッタ装置の概略構成を示す模式図である。
【図3】バックグラウンド真空度と成膜される人工格子
膜の磁気抵抗変化率の関係を示す特性図である。
【図4】スパッタガス中の水素ガス濃度と成膜される人
工格子膜の磁気抵抗変化率の関係を示す特性図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 43/02 Z 9274−4M (72)発明者 鈴木 淳子 東京都品川区北品川6丁目7番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導体層と磁性体層とが交互に積層されて
    なる人工格子膜よりなり、 前記人工格子膜中の酸素量が7原子%以下であることを
    特徴とする磁気抵抗効果膜。
  2. 【請求項2】 導体層と磁性体層をスパッタリングによ
    り交互に積層し人工格子膜構造を形成する磁気抵抗効果
    膜の製造方法において、 スパッタリングガスが水素ガスを0.01%以上、50
    %以下の割合で含むことを特徴とする磁気抵抗効果膜の
    製造方法。
JP5201522A 1993-08-13 1993-08-13 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 Withdrawn JPH0757933A (ja)

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