JPH0766033A - 磁気抵抗素子ならびにその磁気抵抗素子を用いた磁性薄膜メモリおよび磁気抵抗センサ - Google Patents

磁気抵抗素子ならびにその磁気抵抗素子を用いた磁性薄膜メモリおよび磁気抵抗センサ

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JPH0766033A
JPH0766033A JP5214123A JP21412393A JPH0766033A JP H0766033 A JPH0766033 A JP H0766033A JP 5214123 A JP5214123 A JP 5214123A JP 21412393 A JP21412393 A JP 21412393A JP H0766033 A JPH0766033 A JP H0766033A
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magnetic layer
magnetic
alloy
magnetoresistive element
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Yuji Kawano
裕司 川野
Tatsuya Fukami
達也 深見
Motohisa Taguchi
元久 田口
Kazuhiko Tsutsumi
和彦 堤
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 充分低磁界で高い抵抗変化率がえられると共
に、所望の抵抗変化特性がえられる、磁性薄膜メモリや
磁気抵抗センサ用のＭＲ素子を提供する。 【構成】 第１磁性層１と第２磁性層２とのあいだに非
磁性層４を挟んだ基本的に３層構造で形成される。たと
えば磁性薄膜メモリ用のＭＲ素子とするばあいには第１
磁性層１と第２磁性層２の磁化方向が、印加磁界が０の
ときに平行または反平行になるように各磁性層を形成す
る。また、必要に応じ第１磁性層１や第２磁性層２にバ
ッファ層６やキャップ層７などの付加層が設けられ、Ｍ
Ｒ効果を向上させたり、両磁性層の反転磁界を制御する
ことができる。さらに非磁性層と第３磁性層を積層し、
基本的に５層構造としても充分低磁界で高いＭＲ効果を
有するＭＲ素子がえられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気抵抗効果を有する磁
気抵抗素子ならびにそれを用いた磁性薄膜メモリおよび
磁気抵抗センサに関する。さらに詳しくは、磁性層のあ
いだに非磁性層が介在せられた基本的に３層構造または
５層構造からなる磁気抵抗素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】物質の電気抵抗率が外部磁界の印加によ
り変化する現象を磁気抵抗効果（以下、ＭＲ効果とい
う）と呼び、この効果を示す材料として従来より半導体
および磁性体が知られている。
【０００３】このうち一般の強磁性体は電気抵抗率が磁
化方向と電流方向とのなす角度をθとしてｃｏｓ2θで
変化する効果、いわゆる異方性磁気抵抗効果（以下、Ａ
ＭＲ効果という）を示す。この効果が大きな材料として
はＮｉ−Ｆｅ系合金などがあり、抵抗変化率として約３
％程度がえられている。従来の磁気抵抗素子（以下、Ｍ
Ｒ素子という）はこのＡＭＲ効果を利用しており、比較
的低磁界で動作するが、抵抗変化率が小さく、より大き
な抵抗変化率を示すものが求められている。
【０００４】最近、ＡＭＲ効果より高いＭＲ効果がえら
れることが、磁性層71と非磁性層72とを交互に積層した
多層構造膜（図２０参照）において発見され、注目を集
めている。これは巨大磁気抵抗効果（以下、ＧＭＲ効果
という）と呼ばれている。このＧＭＲ効果はＡＭＲ効果
と異なり電流方向には無関係で、隣接した磁性層間の磁
化の相対角度によってＭＲ効果が生じ、抵抗値は互いに
磁化が反平行配列のばあいに最大、平行配列のばあいに
最小になる。ここに反平行とは２つの磁性層の磁化の向
きが逆向きの配列をいい、平行とは２つの磁性層の磁化
の向きが同じ向きの配列をいう。
【０００５】ＧＭＲ効果を利用したＭＲ素子としては、
Ｆｅ／Ｃｒ多層構造膜が知られている（たとえば、フィ
ジカル レビュー レター（Phys.Rev.Lett.）61巻第21
号、1988年、2472〜2475頁参照）。Ｆｅ／Ｃｒ多層構造
膜では非磁性層（Ｃｒ層）72を介した磁性層（Ｆｅ層）
71間の反強磁性的な相互作用により、印加磁界がゼロで
あるばあいに磁化の反平行配列が実現され、印加磁界が
磁化が飽和する大きさであるばあいに磁化の平行配列が
実現されることにより、ＧＭＲ効果がえられる。しか
し、磁性層間の相互作用のため10ｋＯｅ（室温）以上の
印加磁界（飽和磁界）が必要であり、実用において大き
な障害になるという問題がある。
【０００６】またＧＭＲ効果を利用したＭＲ素子の他の
例としては、ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ多層構造膜が
知られている（たとえば、ジャーナル オブ ザ フィ
ジカル ソサイアティ オブ ジャパン（Journal of T
he Physical Society of Japan）59巻第９号、1990年９
月、3061〜3064頁参照）。この多層構造膜は２種類の磁
性層の保磁力差を利用してＧＭＲ効果をえている。すな
わち、非磁性層（Ｃｕ層）の厚さをたとえば５ｎｍ程度
に充分に厚くして磁性層間の相互作用を基本的になくし
た状態で、磁気的にソフトな層（ＮｉＦｅ層）とハード
な層（Ｃｏ層）が印加磁界の大きさにより反平行配列を
実現している。しかし、この多層構造膜は磁性層間の相
互作用をなくする必要から非磁性層の厚さをあまり薄く
することができない。したがってこの多層構造膜の抵抗
変化率には限界がある。また、ソフト層およびハード層
の磁化過程に依存し、印加磁界に対する抵抗変化を積極
的に制御できていない。また、ＭＲ素子は磁性薄膜メモ
リや磁気抵抗センサ（以下、ＭＲセンサという）などの
使用目的に応じて、印加磁界に対する磁気抵抗曲線（以
下、ＭＲ曲線という）の形状を変えられることが好まし
い。
【０００７】また、特開平4-358310号公報に示されてい
る３層構造のＭＲ素子の例としては、非磁性金属体の薄
膜層によって仕切られた強磁性体の第１磁性体および第
２磁性体から構成され、印加磁界がゼロであるばあいに
強磁性体の第１薄膜層と第２薄膜層の磁化の方向が、互
いに直交するようにしたＭＲセンサが示されている。こ
の磁気抵抗センサは印加磁界がゼロ近傍で、抵抗変化が
強磁性体の磁化方向の回転によってある傾きをもつこと
が示されている。さらには、ＭＲ効果をＡＭＲ効果とＧ
ＭＲ効果の合算でうることを特徴としており、特性上、
センサとして好適であるが、抵抗変化率が小さい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来のＡＭＲ効果を利
用した単層のＭＲ素子は電気抵抗変化率が小さいという
問題がある。
【０００９】また、Ｆｅ／Ｃｒなどの多層構造膜による
ＧＭＲ効果を利用したＭＲ素子は数ｋＯｅ以上の大きな
印加磁界を必要とし、実用的でなく、またＮｉＦｅ／Ｃ
ｕ／Ｃｏ／Ｃｕなどの多層構造膜による磁性層の保磁力
差によるＧＭＲ効果を利用したＭＲ素子は非磁性層の厚
さをあまり薄くすることができないので、抵抗変化率の
絶対値に限界があるという問題がある。
【００１０】本発明はこのような問題を解決して、小さ
な磁界の変化で大きな電気抵抗変化率がえられるＧＭＲ
効果を利用した磁性薄膜メモリ用ＭＲ素子およびそのＭ
Ｒ素子を利用した磁性薄膜メモリを提供することを目的
とする。
【００１１】本発明の他の目的は小さな磁界の変化に対
して大きな電気抵抗変化率がえられるＧＭＲ効果を有す
るＭＲ素子およびそのＭＲ素子を利用した磁気抵抗セン
サを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明のＭＲ素子は、基
板上に第１磁性層および第２磁性層が非磁性層を介在さ
せて基本的に３層構造で設けられ、印加磁界がゼロであ
るばあいに、第１磁性層および第２磁性層の磁化の方向
が互いに平行または反平行であることを特徴とする。
【００１３】前記基板と第１磁性層とのあいだにバッフ
ァ層が設けられていることが好ましい。
【００１４】また、前記第２磁性層上にキャップ層が設
けられていることが好ましい。
【００１５】さらに、前記基板と第１磁性層とのあいだ
にバッファ層が設けられ、かつ、前記第２磁性層の上に
キャップ層が設けられていることが好ましい。
【００１６】さらに、前記バッファ層および／または前
記キャップ層が磁性体からなり、該バッファ層および／
またはキャップ層によりこれらの層がそれぞれ隣接する
前記第１磁性および／または第２磁性層の磁化を制御
し、前記第１磁性層と第２磁性層の磁化の反転磁界に差
を生じさせることが好ましい。
【００１７】また、前記非磁性層の厚さが、１〜４ｎｍ
の範囲内であることが好ましい。
【００１８】前記非磁性層は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ、ＣｒまたはＩｒからなることが好ましい。
【００１９】また、前記第１磁性層および第２磁性層
が、それぞれＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ
−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、
Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金
またはＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金のいずれかからなることが
好ましい。
【００２０】また、請求項９記載のＭＲ素子は、基板上
に第１磁性層および第２磁性層が非磁性層を介在させて
基本的に３層構造で設けられ、該第１磁性層および第２
磁性層がそれぞれＦｅ1-xＣｏx（0.5≦ｘ≦1.0）からな
り、前記基板と第１磁性層とのあいだにバッファ層が設
けられ、および／または前記第２磁性層の上にキャップ
層が設けられていることを特徴とする。
【００２１】前記バッファ層および／または前記キャッ
プ層が磁性体からなり、該バッファ層および／またはキ
ャップ層によりこれらの層がそれぞれ隣接する第１磁性
層および／または第２磁性層の磁化を制御し、前記第１
磁性層と第２磁性層の反転磁界に差を生じさせることが
好ましい。
【００２２】また、前記非磁性層はＣｕからなり、その
厚さが１〜４ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００２３】また、請求項２、４または９記載のＭＲ素
子において前記バッファ層は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｉ
−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−
Ｆｅ−Ｃｏ合金、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、Ｆｅ−Ｍｎ
合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合
金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒまたは
Ｈｆからなることが好ましい。
【００２４】さらに、請求項３、４または９記載のＭＲ
素子において前記キャップ層は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍ
ｎ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合
金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、
Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｆ
ｅ−Ｈｆ−Ｃ合金またはＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金からなる
ことが好ましい。
【００２５】さらに、請求項１４記載のＭＲ素子は、第
１磁性層と第２磁性層とのあいだ、および第２磁性層と
第３磁性層とのあいだにそれぞれ非磁性層を介在させた
基本的に５層構造がこの順に基板上に設けられ、印加磁
界がゼロであるばあいに、前記第１磁性層および第３磁
性層の磁化の方向が互いに平行で、かつ、前記第２磁性
層の磁化の方向が、前記第１磁性層および第３磁性層の
磁化の方向と直交する方向であることを特徴とする。
【００２６】前記基本的に５層構造の第２磁性層の磁化
の向きの変化により電気抵抗変化を生じさせることがで
きる。
【００２７】また、同様に基本的に５層構造の第１磁性
層および第３磁性層の磁化の向きの変化により電気抵抗
変化を生じさせることができる。
【００２８】さらに、請求項１４記載のＭＲ素子におい
て、前記基板と第１磁性層とのあいだにバッファ層が設
けられていることが好ましい。
【００２９】また、請求項１４記載のＭＲ素子におい
て、第３磁性層上にキャップ層が設けられていることが
好ましい。
【００３０】さらに、請求項１４記載のＭＲ素子におい
て、前記基板と第１磁性層とのあいだにバッファ層が設
けられ、かつ、第３磁性層上にキャップ層が設けられて
いることが好ましい。
【００３１】また、前記バッファ層および／またはキャ
ップ層により、これらの層が隣接する第１磁性層および
／または第３磁性層の磁化を制御し、該第１磁性層およ
び／または第３磁性層と第２磁性層の磁化の反転磁界に
差を生じさせることが好ましい。
【００３２】請求項２１記載のＭＲ素子は第１磁性層と
第２磁性層とのあいだ、および第２磁性層と第３磁性層
とのあいだにそれぞれ非磁性層が介在せられた基本的に
５層構造がこの順に基板上に積層され、前記基板と第１
磁性層とのあいだにバッファ層が設けられていることを
特徴とする。
【００３３】また請求項２２記載のＭＲ素子は第１磁性
層と第２磁性層とのあいだ、および第２磁性層と第３磁
性層とのあいだにそれぞれ非磁性層が介在せられた基本
的に５層構造がこの順に基板上に積層され、前記第３磁
性層上にキャップ層が設けられていることを特徴とす
る。
【００３４】さらに請求項２３記載のＭＲ素子は第１磁
性層と第２磁性層とのあいだ、および第２磁性層と第３
磁性層とのあいだにそれぞれ非磁性層が介在せられた基
本的に５層構造がこの順に基板上に積層され、前記基板
と第１磁性層とのあいだにバッファ層が設けられ、か
つ、第３磁性層上にキャップ層が設けられていることを
特徴とする。
【００３５】請求項２１、２２または２３記載のＭＲ素
子において、前記バッファ層および／またはキャップ層
により、それらの層が隣接する第１磁性層および／また
は第３磁性層の磁化を制御し、該第１磁性層および／ま
たは第３磁性層と第２磁性層の磁化の反転磁界に差を生
じさせることが好ましい。
【００３６】さらに請求項１７、１９、２１または２３
記載のＭＲ素子において、前記バッファ層は、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃ
ｏ合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、ＮｉＯ、ＦｅＯ、Ｃｏ
Ｏ、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合
金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金、Ｃｏ−Ｚｒ
−Ｎｂ合金、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔ
ａ、ＺｒまたはＨｆからなることが好ましい。
【００３７】さらに請求項１８、１９、２２または２３
記載のＭＲ素子において、前記キャップ層は、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆ
ｅ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、ＮｉＯ、Ｆｅ
Ｏ、ＣｏＯ、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−
Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金またはＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ
合金からなることが好ましい。
【００３８】さらに請求項１４、２１、２２または２３
記載のＭＲ素子において、前記非磁性層の厚さが１〜４
ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００３９】さらに請求項１４、２１、２２または２３
記載のＭＲ素子において、前記非磁性層が、Ｃｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、ＣｒまたはＩｒからなることが
好ましい。
【００４０】さらに請求項１４、２１、２２または２３
記載のＭＲ素子において、前記第１磁性層、第２磁性層
および第３磁性層は、それぞれＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ
−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−
Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｆ
ｅ−Ｈｆ−Ｃ合金またはＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金のいずれ
かからなることが好ましい。
【００４１】本発明の磁性薄膜メモリは、請求項１記載
の磁気抵抗素子と、該磁気抵抗素子に磁界を印加する手
段と、前記磁気抵抗素子を流れる電流を生じさせる手段
と、前記磁気抵抗素子の電気抵抗の変化を検出する手段
とが具備されていることを特徴とする。
【００４２】また本発明のＭＲセンサは、請求項９記載
の磁気抵抗素子と、該磁気抵抗素子を流れる電流を生じ
させる手段と、被検出磁界の関数として前記磁気抵抗素
子の電気抵抗の変化を検出する手段とが具備されている
ことを特徴とする。
【００４３】さらに前記ＭＲセンサは、印加磁界がゼロ
であるばあいに、第１磁性層および第２磁性層の磁化の
方向が、互いに直交する方向であることを特徴とする。
【００４４】また請求項３３記載のＭＲセンサは、請求
項１４記載の磁気抵抗素子と、該磁気抵抗素子を流れる
電流を生じさせる手段と、被検出磁界の関数として前記
磁気抵抗素子の電気抵抗の変化を検出する手段とが具備
されていることを特徴とする。
【００４５】
【作用】本発明によればＭＲ素子を第１磁性層、非磁性
層、第２磁性層からなる基本的に３層構造とすることに
よって、磁性層間の相互作用を小さくし、非磁性層の厚
さを薄くしたばあいでも充分な低磁界で高いＭＲ効果を
うることができる。また、第１磁性層と第２磁性層の磁
化の方向が互いに平行または反平行になるようにしたの
で、磁性薄膜メモリとして好適なＭＲ特性がえられる。
【００４６】また、基板と第１磁性層とのあいだにバッ
ファ層を介在させることにより、バッファ層によって第
１磁性層の磁化を制御させることができると共に、ＭＲ
効果を増強できる。
【００４７】さらに第２磁性層の上にキャップ層を設け
ることにより、第２磁性層の磁化を制御させることがで
きると共に、ＭＲ素子の酸化防止などの保護層としても
利用することができる。
【００４８】また、バッファ層およびキャップ層の両方
に磁性層を用いることにより、第１磁性層および第２磁
性層両方の磁化を制御し、両層の反転磁界の差を任意に
設定することができる。
【００４９】さらに、磁性層にＦｅ1-xＣｏx（0.5≦ｘ
≦1.0）、非磁性層にＣｕを用いることにより、非常に
大きなＭＲ効果がえられると共に、磁性層に接して設け
られるバッファ層やキャップ層などの付加層により各磁
性層の磁化を制御できるので、磁界０を中心としたある
磁界範囲に対して抵抗変化が線形であるようなＭＲセン
サとして好適なＭＲ特性がえられる。
【００５０】またＭＲ素子を第１磁性層、非磁性層、第
２磁性層、非磁性層、第３磁性層の基本的に５層構造に
することによって各磁性層間の相互作用を小さくし、非
磁性層の厚さを薄くしたばあいでも充分な低磁界で高い
ＭＲ効果をうることができる。また第１および第３磁性
層と第２磁性層の磁化の方向を直交させることにより、
線形性の優れたＭＲセンサとして使用できる。
【００５１】さらに、５層構造のＭＲ素子においても第
１磁性層と基板とのあいだにバッファ層を設けおよび／
または第３磁性層の上にキャップ層を設けることによっ
て、第１磁性層および／または第３磁性層の磁化を制御
させることができると共に、ＭＲ効果の増強やＭＲ素子
の酸化防止などの保護をすることができる。
【００５２】
【実施例】つぎに、本発明のＭＲ素子ならびにそのＭＲ
素子を用いた磁性薄膜メモリおよびＭＲセンサの実施例
について説明する。
【００５３】前述のように、磁性層と非磁性層とを交互
に多数層積層して、非磁性層を介して隣り合う磁性層の
磁化の向きの相対角度によって現われるＧＭＲ効果を利
用することが考えられている。本発明者らはさらに磁気
抵抗変化率の大きいＭＲ素子をうるために鋭意検討を重
ねた結果、磁性層と非磁性層を多数層積層するのではな
く、２つの磁性層のあいだに非磁性層を介在させた基本
的に３層構造とすることで磁性層間の相互作用を基本的
になくし、一方の磁性層をソフトな磁性層とし、他方の
磁性層を相対的にハードにすることにより反転磁界に差
をつけて、５〜30Ｏｅの低い磁界で抵抗変化率の大きい
ＭＲ素子がえられることを見出したのものである。すな
わち、ＧＭＲ効果を示す多層構造膜について積層周期数
を変えたときの磁性層間の反強磁性的な相互作用を調べ
た結果を図１９に示す。図１９において横軸は磁性層と
非磁性層の１組を１周期として積層された周期数Ｎを示
し、縦軸は磁性層間の反強磁性的相互作用を積層周期数
Ｎが１５のときを１として相対的に示した値（任意単
位）である。図１９から明らかなように、積層周期数が
増えるに従って急激に磁性層間の相互作用が増加する。
そのため従来は非磁性層の厚さを５ｎｍ程度以上に厚く
して相互作用をなくするように試みていたが、それでも
相互作用の影響を完全には除去できないと共に、非磁性
層が厚くなるため抵抗変化率の低下を招いていたもので
ある。
【００５４】本発明のＭＲ素子の基本構造を図１に示
す。図１において、ガラス板、シリコン基板、タンタル
オキサイドなどの酸化物板などからなる基板８上に第１
磁性層１および第２磁性層２が非磁性層４を介して積層
されている。第１磁性層１または第２磁性層２としては
たとえば、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏの３ｄ遷移金属とこれらの
合金であるＮｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｆ
ｅ−Ｃｏ合金が適しており、とくにＦｅ−Ｃｏ合金（Ｃ
ｏ50〜100原子％）は後述する非磁性層４と協同して高
いＭＲ効果を示す好ましい材料である。また、Ｆｅ−Ｐ
ｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金などのハードな磁性材料である
永久磁石合金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ
合金などのソフトな磁性材料であるＦｅ系あるいはＣｏ
系非晶質合金も好適である。第１磁性層１と第２磁性層
２は反転磁界に差があればよく、従って第１磁性層１と
第２磁性層２との組合せは、たとえば一方の第１磁性層
１がソフトであれば、他方の第２磁性層２は前記材料の
なかで相対的にハードであればよい。また、後述する図
６および図８に示されるように、第１磁性層１または第
２磁性層２と交換結合する磁性層であるバッファ層６ま
たはキャップ層７が設けられ、それらによって第１磁性
層１と第２磁性層２の反転磁界に差を生じさせてもよ
い。第１磁性層１および第２磁性層２の厚さはそれぞれ
概して15ｎｍ程度までが好ましい。厚すぎると電流の分
流効果が顕著になってＭＲ効果が低下する。
【００５５】また、非磁性層４としては高導電性の金属
が好ましくたとえば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの貴金属や
Ｒｈ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｉｒが前記各磁性層１、２と協同し
適している。非磁性層４の厚さは概して１〜４ｎｍ程度
が好ましい。薄すぎると第１磁性層１および第２磁性層
２間の相互作用が大きくなるため本発明の効果を失い、
厚すぎると電流の分流効果が顕著になってＭＲ効果が低
下する。
【００５６】本発明に係るＭＲ素子の各層は、スパッタ
法や高真空蒸着法などのような任意の薄膜作製法により
作製することができる。各層の厚さの制御は、時間制御
されたシャッター開閉などにより行う。また、各磁性層
１、２の磁気異方性の導入は、たとえば成膜中に膜面内
に50〜500Ｏｅ程度の磁界を印加することにより、ある
いは成膜後の磁場中熱処理により導入される。
【００５７】本発明に係る磁性薄膜メモリに使用される
ＭＲ素子は、第１磁性層１および第２磁性層２の磁化の
方向が、印加磁界がゼロであるばあいには、互いに平行
または反平行になるようにする必要がある。たとえば、
第１磁性層１としてＮｉ66Ｆｅ16Ｃｏ18を約5.0ｎｍの
厚さに設け、非磁性層４としてＣｕを約2.2ｎｍの厚さ
に設け、第２磁性層２としてＣｏを約5.0ｎｍの厚さに
設ける。第１磁性層１および第２磁性層２は磁化容易軸
が互いに平行になるように作製してある。このＭＲ素子
の振動試料型磁力計（ＶＳＭ）による磁化曲線を図２に
示す。磁界は磁化容易軸方向に印加して測定している。
印加磁界がゼロであるばあいに、第１磁性層１および第
２磁性層２の磁化の方向が互いに平行あるいは反平行の
状態が実現されている。第１磁性層１の磁化の反転磁界
は約６Ｏｅである。第２磁性層２の磁化の反転磁界は約
80Ｏｅである。また、図３はこの素子のＭＲ曲線であ
る。このときも磁界は磁化容易軸方向に印加して測定し
ている。磁化曲線とＭＲ曲線がよく対応していることか
ら、第１磁性層１および第２磁性層２の磁化の方向がそ
れぞれ独立に動き、前記抵抗変化率は基本的に第１磁性
層１の磁化の方向によりえられることが明らかである。
すなわち、約６Ｏｅの低磁界で、８％の大きな抵抗変化
率が実現されている。ここで、ＭＲ素子の電気抵抗は、
第１磁性層１と第２磁性層２の磁化方向の相対角度によ
り変化する。反平行配列のばあいに最大、平行配列のば
あいに最小になる。ここで用いた素子では、第１磁性層
１と第２磁性層２の磁化方向が平行配列のばあいの抵抗
率ρ0と反平行配列のばあいの抵抗率ρ1は大きく異な
り、 （ρ1−ρ0）／ρ0＝0.08 の関係がある。すなわち、抵抗変化率は８％である。
【００５８】つぎに、このＭＲ素子がマトリックス状に
配列され、第１磁性層の磁化の方向により情報を記録す
る磁性薄膜メモリについて図４、５を参照しながら説明
する。図４、５はそれぞれ本発明の磁性薄膜メモリの異
なる実施例の説明図で、それぞれ（ａ）は平面説明図、
（ｂ）はそれぞれ（ａ）のＩ−Ｉ線またはII−II線断面
説明図である。この磁性薄膜メモリはマトリックス状に
並べられた各ＭＲ素子11、12・・・と、各ＭＲ素子11、
12・・・に磁界を印加する手段として、たとえば縦方向
に並ぶ各ＭＲ素子11、12・・・に近接して設けられたワ
ード線Ｗ１、Ｗ２・・・および横方向に並ぶ各ＭＲ素子
11、12・・・を連結するセンス線Ｓ１、Ｓ２・・・と、
ＭＲ素子11、12・・・を流れる電流を生じさせる手段と
して、たとえば前述のセンス線Ｓ１、Ｓ２・・・に接続
される電源（図示せず）と、ＭＲ素子11、12・・・の抵
抗率の変化を検出する手段、たとえば電流の変化または
電圧の変化を測定する器具（図示せず）とからなってい
る。
【００５９】なお、以下の説明で上下、左右とは図４、
５における紙面上での上下、左右をいう。ＭＲ素子の磁
化容易軸方向はセンス線Ｓ１と平行になるようにしてあ
る。すなわち、図４、５では左右方向に磁化容易軸があ
る。記録状態は第１磁性層の磁化の方向が左を向いた状
態“０”と、右を向いた状態“１”である。第２磁性層
の磁化の方向はどちらの状態でも左を向いている。すな
わち、第１磁性層の磁化の方向で記録状態は決定され
る。
【００６０】つぎにこのような記録がなされる過程を具
体的に説明する。
【００６１】たとえば、図４、５においてＭＲ素子11に
ランダムアクセス記録を行いたいときには、ワード線Ｗ
１とセンス線Ｓ１に電流を流してやる。ワード線Ｗ１に
流れる記録ワード電流は、ＭＲ素子11の位置で左右方向
の記録ワード磁界約５Ｏｅを発生する。左向きか右向き
かは、記録ワード電流を上向きに流すか、下向きに流す
かによって決定される。他方、センス線Ｓ１に流れる記
録センス電流は、ＭＲ素子11の位置で上下方向の記録セ
ンス磁界約５Ｏｅを発生する。記録ワード電流と異なり
流れる方向は一方向でよく、たとえば、その方向を記録
センス磁界が上向きになるようにとる。さて、ＭＲ素子
11には記録センス磁界と記録ワード磁界が印加される。
磁界印加前の第１磁性層の磁化は左向きであっても右向
きであっても、あとの記録過程には無関係である。記録
ワード磁界が左向きのときには、記録センス磁界と記録
ワード磁界の合成磁界は左上方向である。このとき、第
１磁性層の磁化も左上を向く。そして印加磁界を取り去
ると（電流を止めると）、第１磁性層の磁化は磁化容易
軸方向である左方向を向き安定になり、“０”の記録が
完了する。他方、記録ワード磁界が右向きのときには、
記録センス磁界と記録ワード磁界の合成磁界は右上方向
である。このときには、印加磁界を取り去ると、第１磁
性層の磁化は右を向き安定になり、“１”の記録が完了
する。以上のように、記録ワード電流の向きを記録した
い２ビット情報に応じて変えることで、左向きあるいは
右向きの記録が可能である。また、ＭＲ素子11以外にも
磁界が印加されるＭＲ素子があるが、これらには記録セ
ンス磁界か、記録ワード磁界のどちらか一方のみしか印
加されないため、第１磁性層の磁化反転を起こすには不
充分であり、磁界印加時には磁化が少し傾くことはあっ
ても、磁界を取り去れば、最初の磁化（記録）状態に戻
る。第２磁性層の磁化に関しては、反転磁界が充分に大
きいため常に左向きのままである。以上が記録の原理で
ある。
【００６２】つぎに再生の原理について述べる。
【００６３】たとえば、ＭＲ素子11をランダムアクセス
再生したいときには、センス線Ｓ１とワード線Ｗ１に電
流を流してやる。このとき、センス線Ｓ１に流れる再生
センス電流およびワード線Ｗ１に流れる再生ワード電流
は、それぞれＭＲ素子11の位置に再生センス磁界、再生
ワード磁界を生じる。再生センス磁界、再生ワード磁界
の大きさはいずれも約５Ｏｅと、記録センス磁界や記録
ワード磁界と等しく設定してあるので、記録時と同じよ
うにＭＲ素子11以外の素子の磁化はこれらの印加磁界に
より反転しない。再生ワード磁界は右向きに設定してあ
る。第１磁性層の磁化が左向きの記録“０”に対して
は、第１磁性層の磁化は右向きに反転する。そしてセン
ス線の両端の電圧を観測しておけば、このとき電圧変化
は抵抗変化に比例するので、第１磁性層の磁化反転によ
る抵抗変化を観測できる。観測後は再生ワード磁界を左
向きにし、第１磁性層の磁化を元の左向きに戻す。一
方、第１磁性層の磁化が右向きの記録“１”に対して
は、磁化反転は起こらず、もちろんセンス線上で電圧変
化は観測されない。以上より、左向きの磁化に対しての
み、大きな電圧変化を生じることがわかる。図４に示す
ように、センス線上には複数個のＭＲ素子が直列につな
がっているが、ＭＲ素子11以外の素子の磁化は、再生ワ
ード磁界が印加されていないので変化はなく、再生には
寄与しない。すなわち、ＭＲ素子11のみが選択的に再生
される。以上が再生の原理である。
【００６４】また、前述の基本的に３層構造のＭＲ素子
について、本発明者らがさらに鋭意検討を重ねた結果、
第１磁性層１および第２磁性層２としてＦｅ1-xＣｏ
x（0.5≦ｘ≦1.0）を用いることにより10〜22％の高い
抵抗変化率がえられ、しかも後述する図６および図８に
示されるように、バッファ層６やキャップ層７を第１磁
性層１または第２磁性層２に交換結合するように設ける
ことにより、第１磁性層１および第２磁性層２の磁化の
反転磁界を決定できる。このばあい、非磁性層４として
はとくにＣｕが好ましく、Ｃｕ以外にもＡｇ、Ａｕ、Ｒ
ｈ、Ｒｕ、Ｃｒ、Ｉｒなどであれば、高いＭＲ効果をう
るのに好ましい。このばあいの各磁性層１、２の厚さと
しては、バッファ層６またはキャップ層７の付加やそれ
らの厚さに関わるが、それぞれ概して15ｎｍ程度までの
厚さにおいて効果的にＭＲ効果をうることができる。第
１磁性層１および第２磁性層２が厚すぎると電流の分流
によりＭＲ効果が低下する。非磁性層４の厚さとしては
１〜４ｎｍ程度が好ましい。非磁性層４が薄すぎると第
１磁性層１および第２磁性層２間の相互作用が大きくな
り、厚すぎると電流の分流によりＭＲ効果が低下する。
【００６５】また、基本的に３層構造のＭＲ素子につい
て、両磁性層１、２にＦｅ1-xＣｏx（0.5≦ｘ≦1.0）を
用い、非磁性層４にＣｕを用いた最もＭＲ効果の高いＭ
Ｒ素子は、第１磁性層１および／または第２磁性層２に
それぞれ交換結合するようにバッファ層６および／また
はキャップ層７が設けられ、バッファ層６および／また
はキャップ層７により第１磁性層１および／または第２
磁性層２の磁化を制御することにより、充分低磁界で線
形性のよい高いＭＲ効果がえられることを見出した。と
くに、印加磁界がゼロであるばあいに、２つの磁性層
１、２の磁化の方向が直交に近いＭＲ素子については、
これを用いることにより高感度のＭＲセンサがえられ
る。
【００６６】本発明のＭＲセンサを構成する基本的に３
層構造のＭＲ素子は、印加磁界がゼロであるばあいの各
磁性層１、２の磁化方向を除いて、磁性薄膜メモリを構
成するＭＲ素子と基本的に同一である。したがって、各
層の材料や層構成などは両者全く同様に選び、作製でき
る。
【００６７】さらに本発明者らが鋭意検討を重ねた結
果、３つの磁性層１ａ、２ａ、３ａ間にそれぞれ非磁性
層４、５を介在させた基本的に５層構造（図15参照）に
することによっても充分低磁界で高いＭＲ効果がえられ
ることを見出した。すなわち、第１磁性層１ａと第３磁
性層３ａの磁化方向を同じ向きにし、第２磁性層２ａの
磁化をそれらとは独立にして第１磁性層１ａと第３磁性
層３ａの組と第２磁性層２ａのいずれか一方をソフトな
磁性層とし、反転磁界に差をつけて他方を相対的にハー
ドな磁性層とすることにより、充分低磁界で高いＭＲ効
果をうることができる。なお、基本的に５層構造のＭＲ
素子においても後述するように第１磁性層１ａおよび第
３磁性層３ａの外側にバッファ層６やキャップ層７など
の付加層が設けられることにより、ＭＲ効果の増強や第
１磁性層１ａおよび／または第３磁性層３ａと第２磁性
層２ａの磁化の反転磁界に差を生じさせることができ
る。とくに印加磁界がゼロであるばあいに、２組の磁性
層１ａ、３ａと２ａの磁化の方向が直交であることが望
ましいが、必ずしも直交でなくても直交に近ければ、線
形性のよい高感度のＭＲセンサがえられる。
【００６８】本発明のＭＲセンサを構成する５層構造の
ＭＲ素子は、層構成（層数、各層の厚さ）や印加磁界が
ゼロであるばあいの各磁性層の磁化方向に若干の差があ
るものの、磁性薄膜メモリを構成するＭＲ素子と基本的
に同一である。したがって、各層の材料は両者全く同様
に選び、作製できる。
【００６９】以上説明した本発明に係るＭＲ素子は、素
子を構成する第１磁性層、第２磁性層、第３磁性層の磁
性層間の交換結合力が働かないかまたは弱く、その大き
さは素子を構成する各層の材料の組合せや層厚を選択す
ることにより高いＭＲ効果がえられる。さらに、ＭＲ効
果の磁界に対する感度も、素子を構成する各層の材料の
組合せや層厚にも依存する。たとえば、Ｃｕは一般に前
記各磁性層と協同し、Ｆｅ−Ｃｏ合金／Ｃｕ以外にも、
Ｎｉ／Ｃｕ、Ｆｅ／Ｃｕ、Ｎｉ−Ｃｏ合金／Ｃｕなどの
組合せも非常に優れている。また、ＡｇやＡｕに関して
もＣｕと同様、殆どの磁性層と協同する。またＲｕは一
般にＮｉ、ＦｅおよびＣｏの３ｄ遷移金属とこれらの合
金であるＮｉ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｆｅ合金およびＮｉ−
Ｆｅ−Ｃｏ合金などとの相性がよく、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ
合金とも協同する。ＲｈおよびＩｒに関してもほぼ同様
である。さらにＣｒについてはＦｅ／ＣｒやＣｏ／Ｃｒ
などの組合せがとくに優れている。
【００７０】つぎに具体的な実施例により本発明のＭＲ
素子、磁性薄膜メモリおよび磁気抵抗センサについて、
さらに詳細に説明する。
【００７１】［実施例１〜８］図１に示されるＭＲ素子
として、第１磁性層１および第２磁性層２の材料を変え
てその特性を調べた。
【００７２】まず、実施例１として各層の材料および厚
さをつぎのように構成した。
【００７３】 第１磁性層 Ｎｉ66Ｆｅ16Ｃｏ18 5.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.2ｎｍ 第２磁性層 Ｃｏ 5.0ｎｍ 第１磁性層１および第２磁性層２には膜面内の同じ方向
に磁化容易軸をつけた。その磁化容易軸方向に磁界を印
加すると、図２〜３に示される磁化曲線およびＭＲ曲線
えられた。第１磁性層１の磁化の反転磁界は約６Ｏｅ、
第２磁性層２の磁化の反転磁界は約80Ｏｅであり、第１
磁性層１および第２磁性層２のそれぞれ独立の磁化反転
により約８％の抵抗変化があった。本実施例では、第１
磁性層１には第２磁性層２のＣｏ層よりソフトなＮｉ66
Ｆｅ16Ｃｏ18層を用いている。これにより、第１磁性層
１と第２磁性層２の磁化の反転磁界の差が生じ、磁化の
反平行配列を実現している。
【００７４】本実施例のＭＲ素子の構成は非常に簡素だ
が、本発明のＭＲ素子の基本となる構成の一つで、抵抗
変化率および磁界感度（前記抵抗変化率をうるのに必要
な最低の磁界）において優れた特性がえられる。第１磁
性層１および第２磁性層２の材料を変えた実施例２〜８
の結果を表１に示す。なお、いずれのばあいも非磁性層
としてＣｕ（約2.2ｎｍ厚）を用いた。
【００７５】
【表１】 ［実施例９］本実施例は図６に示されるように、基板８
と第１磁性層１とのあいだにバッファ層６が設けられて
いるものである。バッファ層６の第１の機能としては、
第１磁性層１と交換結合し、第１磁性層１を第２磁性層
２に比べて相対的にソフトあるいはハードにし両磁性層
１、２の反転磁界に差を生じさせることである。その結
果、第１磁性層１には非磁性層４との相性がよく、ＭＲ
効果を最大にすることができる材料を選ぶことができ
る。また、第２の機能はＭＲ効果を増強することであ
る。すなわち、バッファ層６を選択することにより、Ｍ
Ｒ素子を構成する各層の結晶構造、結晶粒度、組織など
を最適化することができる。また、各層間の界面を比較
的平滑にすることができ、この平滑な界面は非常に薄い
非磁性層４において重要になる。
【００７６】この第１の機能および第２の機能を共に満
たす材料としては、たとえばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ−
Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｆ
ｅ−Ｃｏ合金のほか、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金
などのハードな磁性材料である永久磁石合金、Ｆｅ−Ｈ
ｆ−Ｃ合金、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金などのソフトな磁性
材料であるＦｅ系またはＣｏ系非晶質合金があげられ
る。また、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯなどの反強磁性体酸
化物、Ｆｅ−Ｍｎ合金などの反強磁性体合金は、Ｆｅ−
Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金などと同様に、第１磁性層１
をハードにする材料として効果的である。
【００７７】さらに第１磁性層１および第２磁性層２の
ソフトおよびハードまたはハードおよびソフトの関係が
第１磁性層１および第２磁性層２でそれぞれえられれ
ば、バッファ層６は前記第２の機能のみを満たせばよ
く、このばあいには磁性体でなく非磁性体のたとえばＣ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｈｆ
などを使用することができる。
【００７８】いずれのばあいでもバッファ層６の適当な
厚さは、ＭＲ素子を流れる電流のバッファ層６への分流
効果を最小にするためにできるだけ薄くする必要があ
り、同時に連続層を保証し、バッファ層６上の各層の状
態を最適化することができる厚さを確保しなければなら
ない。したがって、たとえばつぎに述べる実施例９で、
バッファ層６の厚さを種々変えたときのバッファ層６の
厚さに対する抵抗の変化率（ＭＲ効果）を図７に示すよ
うに、３〜７ｎｍ程度の範囲の厚さが有効である。バッ
ファ層の種類により多少異なるが、その厚さは概して３
〜15ｎｍの範囲で効果が認められる。
【００７９】具体例として、ガラス基板８上につぎに示
す構造のＭＲ素子を作製した（実施例９）。
【００８０】 バッファ層 Ｎｉ80Ｆｅ20 5.0ｎｍ 第１磁性層 Ｃｏ 1.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.2ｎｍ 第２磁性層 Ｃｏ 5.0ｎｍ また、バッファ層６、第１磁性層１および第２磁性層２
は磁気異方性を有し、その磁化容易軸は共に同じ方向に
なるように作製した。バッファ層６と第１磁性層１との
あいだには強い交換結合力が働き、両層１、６の磁化方
向は常に平行になっている。一方、第１磁性層１と第２
磁性層２は非磁性層４で隔てられているため、交換結合
力は働かないか、または極めて弱い。したがって、バッ
ファ層６と第１磁性層１の磁化方向は常に同時に動き、
第２磁性層の磁化はそれとは独立に動く。したがって、
磁化方向の動きについて考えたばあい、我々が示す構成
は基本的には第１磁性層１、非磁性層４および第２磁性
層２の３層構造と考えてよい。
【００８１】このＭＲ素子の特性は、前述の図２〜３に
示したのと同様の特性で約８Ｏｅの低磁界で15％の大き
な抵抗変化率がえられた。
【００８２】［実施例１０〜１７］基板８と第１磁性層
１とのあいだにバッファ層６を設ける他の実施例につい
て説明する。
【００８３】バッファ層６、第１磁性層１および第２磁
性層２として種々の磁性材料を使用し、その特性結果を
表２に示す。なお、それぞれの磁性層１、２およびバッ
ファ層６には膜面内の同じ方向に磁化容易軸をつけ、非
磁性層４としては、いずれのばあいもＣｕ層を約2.2μ
ｍの厚さで設けた。また、その磁化容易軸方向に磁界を
印加すると、図３と同じ形のＭＲ曲線がえられた。すな
わち、バッファ層６と第１磁性層１は強い交換結合力に
より磁化方向は同じ方向を向き、これらと非磁性層４で
隔てられた第２磁性層２は、第１磁性層１との交換結合
力が働かないか、または極めて弱いために、独立に磁化
した。磁化の反転磁界は約５〜30Ｏｅであった。
【００８４】これらのＭＲ素子ではさらに大きなＭＲ効
果が認められ、約８〜22％もの抵抗変化率がえられた。
このように、バッファ層６としてＦｅ層などを用いるこ
とにより、ＭＲ効果はかなり増強する。
【００８５】
【表２】 ［実施例１８］バッファ層６として非磁性体のＣｒを約
5.0ｎｍの厚さだけ設け、つぎの構成の３層構造ＭＲ素
子を作製した。バッファ層６として非磁性体を使用する
ばあいはもっぱらＭＲ効果の増強が目的である。このた
めつぎの各層の構成に示すように、第１磁性層１および
第２磁性層２として、それらの磁化の反転磁界に差があ
る磁性材料を用いている。その結果、磁界感度は６Ｏｅ
で、抵抗変化率は11％であった。
【００８６】 バッファ層 Ｃｒ 5.0ｎｍ 第１磁性層 Ｎｉ80Ｆｅ20 1.5ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.2ｎｍ 第２磁性層 Ｃｏ 5.0ｎｍ 第１磁性層１としてはバッファ層６と相性のよい材料を
選ぶとよい。
【００８７】［実施例１９］本実施例は図８に断面説明
図が示されるように、第２磁性層２の上にキャップ層７
が設けられているところに特徴がある。図８に示される
例ではバッファ層６が第１磁性層１と基板８とのあいだ
に設けられているが、この例ではバッファ層６は必ずし
も必要な要素ではない。キャップ層７の機能は第２磁性
層２の磁化の反転磁界を第１磁性層１の反転磁界と異な
らせるることである。すなわち、前述のバッファ層６が
第１磁性層１の磁化の反転磁界を第２磁性層２の磁化の
反転磁界と異ならせる機能を有していたのと同様の機能
を有する。したがって、キャップ層７がＭＲ効果の増強
というバッファ層６の機能を備える材料であるばあいに
は、基板８上に必要充分な厚さをもって、キャップ層７
から順次積層する逆構造体も作製することができる。
【００８８】キャップ層７としての効果がある材料とし
ては、バッファ層６と同様に、たとえばＮｉ、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合
金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金のほか、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃ
ｏ−Ｐｔ合金などのハードな磁性材料である永久磁石合
金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金などの
ソフトな磁性材料であるＦｅ系またはＣｏ系非晶質合金
があげられる。また、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯなどの反
強磁性体酸化物、Ｆｅ−Ｍｎ合金などの反強磁性体合金
は、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金などと同様に、第
２磁性層２をハードにする材料として効果的である。こ
れらの磁性体のばあいには、前述のように、キャップ層
７の磁化により第２磁性層２の磁化を制御することがで
きる。また、キャップ層７はＭＲ素子の酸化防止などの
保護層としての機能も発揮する。
【００８９】具体例としてつぎの構成のＭＲ素子をガラ
ス基板上に作製した。
【００９０】 バッファ層 Ｆｅ 4.0ｎｍ 第１磁性層 Ｆｅ10Ｃｏ90 1.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.2ｎｍ 第２磁性層 Ｆｅ10Ｃｏ90 1.0ｎｍ キャップ層 Ｎｉ66Ｆｅ16Ｃｏ18 4.0ｎｍ バッファ層６、第１磁性層１、第２磁性層２およびキャ
ップ層７にはそれぞれ膜面内の同じ方向に磁化容易軸を
つけた。その磁化容易軸方向に磁界を印加すると、図３
と同じ形のＭＲ曲線がえられた。すなわち、バッファ層
６と第１磁性層１のあいだおよびキャップ層７と第２磁
性層２とのあいだはそれぞれ強い交換結合力により、磁
化の方向は同じ方向を向く。さらに、第１磁性層１と第
２磁性層２は非磁性層４で隔てられているため、それぞ
れ独立に磁化する。磁化方向の動きについて考えたばあ
い、基本的にはやはり第１磁性層１、非磁性層４および
第２磁性層２の３層構造と考えてよい。また、Ｆｅ層の
方がＮｉ66Ｆｅ16Ｃｏ18層よりもハードであるため、第
１磁性層１は第２磁性層２よりもハードになり、磁化の
反転磁界はそれぞれ約25Ｏｅおよび約７Ｏｅである。し
たがって、小さな磁界範囲（＜25Ｏｅ）では、第２磁性
層２の磁化方向のみが動く。
【００９１】図９に±10Ｏｅの範囲で磁化容易軸方向に
磁界を印加したときのＭＲ曲線を示す。これは第２磁性
層の磁化の変化によるものである。このＭＲ素子では、
約20％もの抵抗変化率がえられた。
【００９２】［実施例２０〜２９］実施例１９のように
高いＭＲ効果がえられる一つの大きな要因は、磁性層と
非磁性層との組合せである。本発明者らは非磁性層がＣ
ｕ層のばあいには、磁性層としてＦｅ1-xＣｏxを用いる
とＣｏの原子比率ｘの値により大きな抵抗変化が生じる
ことを見出した。たとえば、実施例１９において磁性層
としてＦｅ1-xＣｏxを用いたばあい、Ｃｏの原子比率ｘ
に対して抵抗変化率は図１０のように変化する。図１０
において、横軸はＣｏの比率ｘを示し、縦軸はｘ＝0.9
の値を１とした相対的な値で示してある（任意単位）。
図１０より明らかなように、ｘの範囲は、0.5≦ｘ≦1.0
が好ましい。この傾向はバッファ層６やキャップ層７の
材料にほとんど依存しないので、高いＭＲ効果を維持し
つつ、バッファ層６およびキャップ層７により、第１磁
性層１および第２磁性層２の磁化方向の反転磁界を決定
することができる。以下の表３には、磁性層／非磁性層
の組合せをＦｅ10Ｃｏ90（1.0ｎｍ厚）／Ｃｕ（2.2ｎｍ
厚）／Ｆｅ10Ｃｏ90（1.0ｎｍ厚）としたばあいの、バ
ッファ層６およびキャップ層７の組合せによる幾つかの
例を示した。
【００９３】
【表３】 表３から明らかなように、第１磁性層１および第２磁性
層２としてＦｅ10Ｃｏ90を使用し、非磁性層４としてＣ
ｕを用いることにより高い抵抗変化率がえられると共
に、バッファ層６およびキャップ層７の材料を選択する
ことにより、磁界感度も選定できる。
【００９４】［実施例３０〜３１］本発明のＭＲ素子
は、基本的には第１磁性層１と第２磁性層２間の結合力
が弱いため、各磁性層１、２の磁化の反転磁界に差をつ
けることにより容易にＧＭＲ効果がえられる。その有効
な方法としては、第１磁性層１または第２磁性層２の一
方の磁化を磁界に対して固定することが好ましい。
【００９５】たとえば、図８の構成でバッファ層６また
はキャップ層７に、高い保磁力を有する材料、とくに永
久磁石、たとえばＣｏ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金など
を用い、着磁するとよい。つぎに、その具体例を示す
（実施例３０）。
【００９６】 第１磁性層 Ｎｉ80Ｆｅ20 5.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.2ｎｍ 第２磁性層 Ｎｉ80Ｆｅ20 2.0ｎｍ キャップ層 Ｃｏ80Ｐｔ20 4.0ｎｍ 第１磁性層１およびキャップ層７には膜面内の同じ方向
に磁化容易軸をつけた。キャップ層７のＣｏ80Ｐｔ20層
は永久磁石であり、第２磁性層２とのあいだには強い交
換結合力が働くため、第２磁性層２の磁化は磁界に対し
て固定される。
【００９７】また、バッファ層６またはキャップ層７
に、隣接する第１または第２の磁性層１、２に対し交換
異方性をもたらす反強磁性体、たとえばＮｉＯ、Ｆｅ
Ｏ、ＣｏＯなどの酸化物やＦｅ−Ｍｎ合金などを用いて
もよい。つぎに、その具体例を示す（実施例３１）。
【００９８】 第１磁性層 Ｎｉ80Ｆｅ20 5.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.2ｎｍ 第２磁性層 Ｎｉ80Ｆｅ20 2.0ｎｍ キャップ層 ＮｉＯ 8.0ｎｍ 第１磁性層１およびキャップ層７には膜面内の同じ方向
に磁化容易軸をつけた。キャップ層７のＮｉＯ層は反強
磁性体であり、第２磁性層２とのあいだには強い交換結
合力が働くため、第２磁性層２の磁化方向は磁界に対し
て固定される。
【００９９】［実施例３２］本実施例は図１１にその断
面構造を示すように、第１磁性層１とバッファ層６との
あいだに中間補助層９が設けられ、第１磁性層１の磁化
を制御するものである。すなわち、バッファ層６として
は、ＭＲ素子を構成する各層の結晶構造、結晶粒度、組
織などの最適化や界面の平坦化などの機能をもたせ、第
１磁性層１の磁化方向を中間補助層９により制御するも
のである。
【０１００】この中間補助層９としては前述のバッファ
層やキャップ層として用いられるソフトまたはハードの
性質を有する磁性材料を使用することができ、３〜15ｎ
ｍの厚さに形成されることが望ましい。薄すぎると膜の
連続性が損なわれ、かつ各層の状態を最適化できなくな
り、厚すぎると電流の分流効果が大きくなりＭＲ効果を
低下させる。
【０１０１】具体例としてつぎの構成のＭＲ素子を作製
した。
【０１０２】 バッファ層 Ｈｆ 5.0ｎｍ 中間補助層 Ｆｅ50Ｍｎ50 7.0ｎｍ 第１磁性層 Ｎｉ80Ｆｅ20 3.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.2ｎｍ 第２磁性層 Ｎｉ80Ｆｅ20 4.0ｎｍ 中間補助層９および第２磁性層２には膜面内の同じ方向
に磁化容易軸をつけた。中間補助層９のＦｅ50Ｍｎ50層
は反強磁性体であり、第１磁性層１とのあいだには強い
交換結合力が働くため、第１磁性層１はハードになる。
すなわち、中間補助層９は第１磁性層１の磁化の制御を
目的とした付加層である。磁化の動きについて考えたば
あい、基本的にはやはり第１磁性層１、非磁性層４およ
び第２磁性層２の３層構造と考えてよい。本実施例の特
性を調べた結果、磁界感度が ６Ｏｅで、抵抗変化率は
６％であった。
【０１０３】［実施例３３］実施例９に示す構造のＭＲ
素子を図４（ａ）、（ｂ）に示すようにマトリックス状
に並べて、各素子に磁界を印加する手段として横方向に
並ぶ各ＭＲ素子11、12・・・、21、22・・・をそれぞれ
センス線Ｓ１、Ｓ２・・・で連結し、縦方向に並ぶ各Ｍ
Ｒ素子11、21・・・、12、22・・・に近接してそれぞれ
ワード線Ｗ１、Ｗ２・・・を配設して電流を流し、セン
ス線を介して各ＭＲ素子11、12・・・に電流を生じさ
せ、その電流に基づき各ＭＲ素子の抵抗変化を検出する
磁性薄膜メモリを形成した。この際ＭＲ素子の各磁性層
の磁化容易軸をセンス線Ｓ１・・・と平行になるように
形成した。その結果、前述のように、第２磁性層の磁化
方向は常に左を向き、第１磁性層の磁化方向が左を向い
た状態“０”と右を向いた状態“１”によりメモリを構
成でき、ワード磁界およびセンス磁界を共に６Ｏｅにす
ることで、その合成磁界により記録再生をすることがで
きた。
【０１０４】本実施例ではＭＲ素子11、12・・・の磁化
容易軸の方向をセンス線Ｓ１、Ｓ２・・・に平行になる
ようにしたが、ワード線Ｗ１、Ｗ２・・・に平行になる
ように配列することもできる。このばあいには、センス
電流の向きを変化させて、すなわち、ワード線方向に印
加磁界の向きを変化させて記録を行うことにより、本実
施例と同様に記録、再生をすることができる。
【０１０５】［実施例３４］図５（ａ）、（ｂ）は本発
明の磁性薄膜メモリの他の実施例を示す構成図であり、
実施例３３の図４（ａ）、（ｂ）と比較すると、ＭＲ素
子11、12・・・が空間的に４角形の素子にパターニング
されずに、帯状にパターニングされているもので、他の
構成は実施例３３と同じである。しかしセンス線Ｓ１、
Ｓ２・・・をＭＲ素子11、12・・・よりも良導体で作製
し、かつ膜厚を厚くすれば、センス線Ｓ１、Ｓ２・・・
がある部分は、ほとんどの電流がＭＲ素子11、12・・・
ではなくセンス線Ｓ１、Ｓ２・・・を流れる。したがっ
て、再生時にはＭＲ素子11、12・・・は交換的に分離さ
れていなくても、抵抗変化を与えるＭＲ素子11、12・・
・は実効的に４角形のチップ状の素子と考えられる。ま
た、このような構成の方がセンス線Ｓ１、Ｓ２・・・と
ＭＲ素子11、12・・・との接触がえられやすく、さら
に、段差が生じないなどのプロセス上の利点もある。
【０１０６】［実施例３５］実施例１〜３２において
は、ＭＲ素子は磁気記録素子として使われたが、本実施
例においては磁界感知素子として使われる。
【０１０７】ＭＲ効果を用いた磁界センサであるＭＲセ
ンサとして必要な特性は、図１２に示すように、磁界０
を中心としたある磁界範囲±Ｈ0の磁界に対して、抵抗
変化が線形な特性をもつことである。
【０１０８】ＭＲセンサとしての基本的な構成を図１３
に示す。ＭＲ素子10の両端には、ＭＲ素子10に電流を流
す引き出し線61、62が設けられており、ＭＲ素子10に電
流を生じさせる手段、たとえば電源（図示せず）と、Ｍ
Ｒ素子10の電気抵抗率の変化を検出する手段、たとえば
電流変化や電圧変化を検出する器具（図示せず）とから
なっている。ＭＲ素子10は本実施例では実施例１９と同
様に図８に示された構成である。各層の材料および層厚
を以下に示す。
【０１０９】 バッファ層 Ｆｅ 4.0ｎｍ 第１磁性層 Ｆｅ10Ｃｏ90 1.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.2ｎｍ 第２磁性層 Ｆｅ10Ｃｏ90 1.0ｎｍ キャップ層 Ｎｉ66Ｆｅ16Ｃｏ18 4.0ｎｍ バッファ層６と第１磁性層１、第２磁性層２とキャップ
層７には、それぞれ膜面内の同じ方向に磁化容易軸をつ
ける。そしてこのばあい、バッファ層６とキャップ層７
（または、第１磁性層１と第２磁性層２）の磁化容易軸
は、互いに直交する方向とする。
【０１１０】実施例１９でも述べたように、Ｆｅ層の方
がＮｉ66Ｆｅ16Ｃｏ18よりもハードであるため、第１磁
性層１は第２磁性層２よりもハードであり、それぞれの
磁化容易軸方向に磁界を印加したばあいの磁化の反転磁
界は、それぞれ約25Ｏｅおよび約７Ｏｅである。したが
って、小さな磁界範囲（＜25Ｏｅ）では、第２磁性層２
の磁化のみが動く。
【０１１１】図１４に±10Ｏｅの範囲でのＭＲ曲線を示
す。磁界印加方向は第１磁性層１の磁化容易軸に平行で
ある。磁界０では、第２磁性層２の磁化方向は第１磁性
層１に垂直であり、磁界が印加されると膜面内でその磁
化方向が回転し、第１磁性層１の磁化の方向との相対角
度の変化により抵抗変化が生じる。ほぼ磁界０を中心に
±４Ｏｅの範囲で線形な抵抗変化が観測でき、単位磁界
当りの抵抗変化率は約２％／Ｏｅと大きな値を示した。
【０１１２】さらに、この磁界範囲で磁界を千回以上往
復させたところ、正確に図１４のＭＲ曲線を繰り返した
ので、ＭＲセンサとして充分な特性を有していることが
わかった。
【０１１３】［実施例３６］以上の各実施例では、基本
的に３層構造のＭＲ素子を用いたが、ここでは基本的に
５層構造のＭＲ素子の一例を示す。図１５はこのＭＲ素
子の断面説明図である。各層の材料および層厚を以下に
示す。
【０１１４】 バッファ層 Ｆｅ 4.0ｎｍ 第１磁性層 Ｃｏ 1.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.5ｎｍ 第２磁性層 Ｎｉ80Ｆｅ15Ｃｏ5 5.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.5ｎｍ 第３磁性層 Ｃｏ 1.0ｎｍ キャップ層 Ｆｅ 4.0ｎｍ バッファ層６と第１磁性層１ａ、第３磁性層３ａとキャ
ップ層７とはそれぞれ強い交換結合力で結ばれている。
したがって、磁化方向の動きという点において、それぞ
れ２層で単層と同じ振舞をするため、基本的にこのＭＲ
素子は５層構造と考えられる。
【０１１５】ここでバッファ層６およびキャップ層７の
Ｆｅ層には膜面内の同じ方向に磁化容易軸がつけられ、
第２磁性層２ａには膜面内で、かつＦｅ層に垂直の方向
に磁化容易軸がつけられている。バッファ層６と第１磁
性層１ａの磁化は一緒に動き、その磁化容易軸方向の磁
化の反転磁界は約３０Ｏｅである。第３磁性層３ａとキ
ャップ層７も同じく、約30Ｏｅの磁化の反転磁界をも
つ。一方、第２磁性層２ａは独立に磁化し、すなわち、
周りの磁性層からの交換結合力は非磁性層４、５である
Ｃｕ層が厚いためほとんど働かない。以上の特性を各層
が有するので、小さな磁界範囲（＜30Ｏｅ）では、ソフ
トな層の第２磁性層２の磁化方向のみが動く。
【０１１６】図１６に±10Ｏｅの範囲でのＭＲ曲線を示
す。磁界印加方向はＦｅ層の磁化容易軸に平行である。
磁界０では、第２磁性層２ａの磁化方向はＦｅ層に垂直
であり、磁界が印加されると膜面内でその磁化方向が回
転し、Ｆｅ層の磁化との相対角度の変化より抵抗の変化
が生じる。磁界０を中心に±２Ｏｅの範囲で線形な抵抗
変化を観測でき、単位磁界当りの抵抗変化率は４％／Ｏ
ｅと大きな値を示した。
【０１１７】本実施例においても、実施例３５と同様
に、ＭＲ素子の両端に電流を生じさせる手段が接続さ
れ、ＭＲ素子の電気抵抗率の変化を検出する手段が接続
されることによりＭＲセンサが構成され、±２Ｏｅの範
囲で磁界を千回以上往復させたところ、正確に図１６の
曲線を繰り返したので、このばあいもＭＲセンサに適し
た特性を有している。
【０１１８】［実施例３７］実施例３６では、第１磁性
層１ａおよび第３磁性層３ａがハードな層、第２磁性層
２ａがソフトな層であるＭＲ素子について示した。すな
わち、第２磁性層２ａの磁化方向の変化により抵抗変化
をえていた。しかし、第１磁性層１ａおよび第３磁性層
３ａがソフトな層、第２磁性層２ａがハードな層であっ
てももちろんかまわない。このばあい、第１磁性層１ａ
および第３磁性層３ａの磁化方向の変化により抵抗変化
をうることになる。つぎに示す実施例は、その一例であ
る。
【０１１９】 バッファ層 Ｆｅ 4.0ｎｍ 第１磁性層 Ｆｅ83.5Ｈｆ5.9Ｃ10.6 4.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.5ｎｍ 第２磁性層 Ｃｏ 3.0ｎｍ 非磁性層 Ｃｕ 2.5ｎｍ 第３磁性層 Ｆｅ83.5Ｈｆ5.9Ｃ10.6 4.0ｎｍ キャップ層 Ｆｅ 4.0ｎｍ バッファ層６およびキャップ層７のＦｅ層には膜面内の
同じ方向に磁化容易軸がつけられ、第２磁性層２ａには
膜面内で、かつＦｅ層の磁化容易軸と垂直の方向に磁化
容易軸がつけられている。バッファ層６と第１磁性層１
ａの磁化方向および第３磁性層３ａとキャップ層７の磁
化方向は一緒に動く。一方、第２磁性層２ａは独立に磁
化し、磁化容易軸方向の磁化の反転磁界は約80Ｏｅであ
る。すなわち、周りの磁性層１ａ、３ａからの交換結合
力は非磁性層４、５であるＣｕ層が厚いためほとんど働
かない。以上の特性を各層が有するので、小さな磁界範
囲（＜80Ｏｅ）では、ソフトな層の第１磁性層１ａおよ
び第３磁性層３ａの磁化の方向のみが動く。
【０１２０】磁界を±10Ｏｅの範囲で第２磁性層２ａの
磁化容易軸方向に磁界を印加すると、図１６と同じ形の
ＭＲ曲線がえられる。磁界０では、第１磁性層１ａおよ
び第３磁性層３ａの磁化方向は第２磁性層２ａに垂直で
あり、磁界が印加されると膜面内でその磁化方向が回転
し、第２磁性層２ａの磁化との相対角度の変化より抵抗
の変化が生じる。磁界０を中心に±２Ｏｅの範囲で線形
な抵抗変化を観測でき、単位磁界当りの抵抗変化率は２
％／Ｏｅと大きな値を示した。
【０１２１】［実施例３８］実施例９に示す構造のＭＲ
素子で非磁性層４の膜厚を種々変化させて非磁性層４の
膜厚に対するＭＲ効果を調べた。図１７において、横軸
は非磁性層の膜厚、縦軸は抵抗変化率を非磁性層の厚さ
が1.0ｎｍの値を１として相対的に示した値（任意単
位）である。その結果を図１７に示す。この結果からも
明らかなように、非磁性層４の膜厚が厚くなるにしたが
って急速に抵抗変化率が低下する。ＭＲ素子を流れる電
流の非磁性層４への分流効果より最大の膜厚は約４ｎｍ
までである。一方膜厚の薄い方はあまり薄くなると磁性
層１、２間の交換結合が大きくなって抵抗変化率が減少
し、最小の膜厚は約１ｎｍが限度であ。その結果、非磁
性層の厚さは約１〜４ｎｍの範囲が好ましい。
【０１２２】［実施例３９］実施例９に示す構造のＭＲ
素子で、第２磁性層２の膜厚に対するＭＲ効果を調べ
た。その結果、図１８に示す結果になった。図１８にお
いて横軸は第２磁性層２の膜厚、縦軸は抵抗変化率を第
２磁性層２の膜厚が10ｎｍの値を１として相対的に示し
た値（任意単位）である。図１８から明らかなように、
ＭＲ効果は第２磁性層２の膜厚にも依存している。バッ
ファ層６やキャップ層７の有無や厚さにも依存するが、
第１磁性層も含めて、概して電流の分流効果が顕著にな
る約15ｎｍ以下にすることが好ましい。
【０１２３】
【発明の効果】本発明のＭＲ素子は、第１磁性層および
第２磁性層とのあいだに非磁性層を介在させた基本的に
３層構造からなるか、または、第１磁性層と第２磁性層
とのあいだおよび第２磁性層と第３磁性層とのあいだに
それぞれ非磁性層を介在させた基本的に５層構造からな
っている。この素子構成にすることにより、充分低磁界
で、かつ、このような簡素な構成では驚くべき大きな抵
抗変化率がえられる。
【０１２４】さらには、磁性層に隣接する付加層（バッ
ファ層、キャップ層または中間補助層）を設けることに
よりＭＲ素子の特性を増強し、かつ制御することができ
る。
【０１２５】また、本発明の磁性薄膜メモリは、本発明
のＭＲ素子によって初めて実現される、ＧＭＲ効果を用
いた新規な磁気記録装置である。また、本発明のＭＲセ
ンサは従来のＭＲセンサに比較し、被検出磁界および抵
抗変化率において、非常に高感度で線形性のよい特性が
えられ、僅かの磁界の変化でも正確に検知することがで
きる改良された磁界感知装置がえられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＭＲ素子の一実施例である３層構造の
ＭＲ素子の断面説明図である。
【図２】本発明の磁性薄膜メモリを構成するＭＲ素子の
一実施例の磁化曲線を示す図である。
【図３】本発明の磁性薄膜メモリを構成するＭＲ素子の
一実施例のＭＲ曲線を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明の磁性薄膜メモリの一実施例の
構成図、（ｂ）はそのＩ−Ｉ線断面説明図である。
【図５】（ａ）は本発明の磁性薄膜メモリの他の実施例
の構成図、（ｂ）はそのII−II線断面説明図である。
【図６】本発明のＭＲ素子の他の実施例であるバッファ
層が付加された３層構造のＭＲ素子の断面説明図であ
る。
【図７】実施例９のＭＲ素子において、バッファ層の膜
厚に対するＭＲ効果の関係を示す図である。
【図８】本発明のＭＲ素子のさらに他の実施例であるバ
ッファ層およびキャップ層が付加された３層構造のＭＲ
素子の断面説明図である。
【図９】実施例１９のＭＲ素子のＭＲ曲線（マイナール
ープ）を示す図である。
【図１０】実施例１９のＭＲ素子において、磁性層にＦ
ｅ1-xＣｏx、非磁性層にＣｕを用いた例のＣｏの比率ｘ
に対するＭＲ効果の関係を示す図である。
【図１１】本発明のＭＲ素子の他の実施例である中間補
助層が設けられたＭＲ素子の断面説明図である。
【図１２】磁界センサを構成するＭＲ素子として必要な
ＭＲ曲線を示す図である。
【図１３】本発明のＭＲセンサの一実施例の構成図であ
る。
【図１４】実施例３５のＭＲ素子のＭＲ曲線（マイナー
ループ）を示す図である。
【図１５】本発明のＭＲ素子のさらに他の実施例である
バッファ層およびキャップ層が付加された５層構造のＭ
Ｒ素子の断面説明図である。
【図１６】実施例３６のＭＲ素子のＭＲ曲線（マイナー
ループ）を示す図である。
【図１７】実施例９のＭＲ素子において、非磁性層の厚
さに対するＭＲ効果の関係を示す図である。
【図１８】実施例９のＭＲ素子において、磁性層の厚さ
に対するＭＲ効果の関係を示す図である。
【図１９】ＧＭＲ効果を示す多層構造膜の積層周期を変
えたときの磁性層間の相互作用を示す図である。
【図２０】従来のＧＭＲ効果を示す多層構造膜の断面説
明図である。
【符号の説明】
１、１ａ 第１磁性層 ２、２ａ 第２磁性層 ３ａ 第３磁性層 ４、５ 非磁性層 ６ バッファ層 ７ キャップ層 ８ 基板
───────────────────────────────────────────────────── 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 43/08 Ｚ (72)発明者 堤 和彦 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電機 株式会社材料デバイス研究所内

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に第１磁性層および第２磁性層が
    非磁性層を介在させて基本的に３層構造で設けられ、印
    加磁界がゼロであるばあいに、第１磁性層および第２磁
    性層の磁化の方向が互いに平行または反平行である磁気
    抵抗素子。
  2. 【請求項２】 前記基板と第１磁性層とのあいだにバッ
    ファ層が設けられてなる請求項１記載の磁気抵抗素子。
  3. 【請求項３】 前記第２磁性層上にキャップ層が設けら
    れてなる請求項１記載の磁気抵抗素子。
  4. 【請求項４】 前記基板と第１磁性層とのあいだにバッ
    ファ層が設けられ、かつ、前記第２磁性層の上にキャッ
    プ層が設けられてなる請求項１記載の磁気抵抗素子。
  5. 【請求項５】 前記バッファ層および／または前記キャ
    ップ層が磁性体からなり、該バッファ層および／または
    キャップ層によりこれらの層がそれぞれ隣接する前記第
    １磁性層および／または第２磁性層の磁化を制御し、前
    記第１磁性層と第２磁性層の反転磁界に差を生じさせた
    請求項２、３または４記載の磁気抵抗素子。
  6. 【請求項６】 前記非磁性層の厚さが１〜４ｎｍの範囲
    内である請求項１記載の磁気抵抗素子。
  7. 【請求項７】 前記非磁性層が、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｒ
    ｈ、Ｒｕ、ＣｒまたはＩｒからなる請求項１記載の磁気
    抵抗素子。
  8. 【請求項８】 前記第１磁性層および第２磁性層がそれ
    ぞれＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合
    金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｐ
    ｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金またはＣ
    ｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金のいずれかからなる請求項１記載の
    磁気抵抗素子。
  9. 【請求項９】 基板上に第１磁性層および第２磁性層が
    非磁性層を介在させて基本的に３層構造で設けられ、該
    第１磁性層および第２磁性層がそれぞれＦｅ1-xＣｏ
    x（0.5≦ｘ≦1.0）からなり、前記基板と第１磁性層と
    のあいだにバッファ層が設けられ、および／または前記
    第２磁性層の上にキャップ層が設けられてなる磁気抵抗
    素子。
  10. 【請求項１０】 前記バッファ層および／または前記キ
    ャップ層が磁性体からなり、該バッファ層および／また
    はキャップ層によりこれらの層がそれぞれ隣接する第１
    磁性層および／または第２磁性層の磁化を制御し、前記
    第１磁性層と第２磁性層の反転磁界に差を生じさせた請
    求項９記載の磁気抵抗素子。
  11. 【請求項１１】 前記非磁性層がＣｕからなり、その厚
    さが１〜４ｎｍの範囲内である請求項９記載の磁気抵抗
    素子。
  12. 【請求項１２】 前記バッファ層が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
    ｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合
    金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、
    Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃ
    ｏ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ
    合金、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚ
    ｒまたはＨｆからなる請求項２、４または９記載の磁気
    抵抗素子。
  13. 【請求項１３】 前記キャップ層が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
    ｏ、Ｍｎ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃ
    ｏ合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、ＮｉＯ、ＦｅＯ、Ｃｏ
    Ｏ、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合
    金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金またはＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金か
    らなる請求項３、４または９記載の磁気抵抗素子。
  14. 【請求項１４】 第１磁性層と第２磁性層とのあいだ、
    および第２磁性層と第３磁性層とのあいだにそれぞれ非
    磁性層を介在させた基本的に５層構造がこの順に基板上
    に設けられ、印加磁界がゼロであるばあいに、前記第１
    磁性層および第３磁性層の磁化の方向が互いに平行で、
    かつ、前記第２磁性層の磁化の方向が、前記第１磁性層
    および第３磁性層の磁化の方向と直交する方向である磁
    気抵抗素子。
  15. 【請求項１５】 第２磁性層の磁化の向きの変化により
    電気抵抗変化を生じせしめる請求項１４記載の磁気抵抗
    素子。
  16. 【請求項１６】 第１磁性層および第３磁性層の磁化の
    向きの変化により電気抵抗変化を生じせしめる請求項１
    ４記載の磁気抵抗素子。
  17. 【請求項１７】 前記基板と第１磁性層とのあいだにバ
    ッファ層が設けられてなる請求項１４記載の磁気抵抗素
    子。
  18. 【請求項１８】 第３磁性層上にキャップ層が設けられ
    てなる請求項１４記載の磁気抵抗素子。
  19. 【請求項１９】 前記基板と第１磁性層とのあいだにバ
    ッファ層が設けられ、かつ、第３磁性層上にキャップ層
    が設けれてなる請求項１４記載の磁気抵抗素子。
  20. 【請求項２０】 前記バッファ層および／またはキャッ
    プ層により、これらの層が隣接する第１磁性層および／
    または第３磁性層の磁化を制御し、該第１磁性層および
    ／または第３磁性層と第２磁性層の磁化の反転磁界に差
    を生じさせた請求項１７、１８または１９記載の磁気抵
    抗素子。
  21. 【請求項２１】 第１磁性層と第２磁性層とのあいだ、
    および第２磁性層と第３磁性層とのあいだにそれぞれ非
    磁性層が介在せられた基本的に５層構造がこの順に基板
    上に積層され、前記基板と第１磁性層とのあいだにバッ
    ファ層が設けられてなる磁気抵抗素子。
  22. 【請求項２２】 第１磁性層と第２磁性層とのあいだ、
    および第２磁性層と第３磁性層とのあいだにそれぞれ非
    磁性層が介在せられた基本的に５層構造がこの順に基板
    上に積層され、前記第３磁性層上にキャップ層が設けら
    れてなる磁気抵抗素子。
  23. 【請求項２３】 第１磁性層と第２磁性層とのあいだ、
    および第２磁性層と第３磁性層とのあいだにそれぞれ非
    磁性層を介在させた基本的に５層構造がこの順に基板上
    に積層され、前記基板と第１磁性層とのあいだにバッフ
    ァ層が設けられ、かつ、第３磁性層上にキャップ層が設
    けられてなる磁気抵抗素子。
  24. 【請求項２４】 前記バッファ層および／またはキャッ
    プ層により、それらの層が隣接する第１磁性層および／
    または第３磁性層の磁化を制御し、該第１磁性層および
    ／または第３磁性層と第２磁性層の磁化の反転磁界に差
    を生じさせた請求項２１、２２または２３記載の磁気抵
    抗素子。
  25. 【請求項２５】 前記バッファ層が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
    ｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合
    金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、ＮｉＯ、ＦｅＯ、ＣｏＯ、
    Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｃｒ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃ
    ｏ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｎｂ
    合金、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚ
    ｒまたはＨｆからなる請求項１７、１９、２１または２
    ３記載の磁気抵抗素子。
  26. 【請求項２６】 前記キャップ層が、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
    ｏ、Ｍｎ、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃ
    ｏ合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金、ＮｉＯ、ＦｅＯ、Ｃｏ
    Ｏ、Ｆｅ−Ｍｎ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合
    金、Ｆｅ−Ｈｆ−Ｃ合金またはＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金か
    らなる請求項１８、１９、２２または２３記載の磁気抵
    抗素子。
  27. 【請求項２７】 前記非磁性層の厚さが１〜４ｎｍの範
    囲内である請求項１４、２１、２２または２３記載の磁
    気抵抗素子。
  28. 【請求項２８】 前記非磁性層が、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、
    Ｒｈ、Ｒｕ、ＣｒまたはＩｒからなる請求項１４、２
    １、２２または２３記載の磁気抵抗素子。
  29. 【請求項２９】 前記第１磁性層、第２磁性層および第
    ３磁性層が、それぞれＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ合
    金、Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃ
    ｏ合金、Ｆｅ−Ｐｔ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｈｆ
    −Ｃ合金またはＣｏ−Ｚｒ−Ｎｂ合金のいずれかからな
    る請求項１４、２１、２２または２３記載の磁気抵抗素
    子。
  30. 【請求項３０】 請求項１記載の磁気抵抗素子と、該磁
    気抵抗素子に磁界を印加する手段と、前記磁気抵抗素子
    を流れる電流を生じさせる手段と、前記磁気抵抗素子の
    電気抵抗の変化を検出する手段とが具備されてなる磁性
    薄膜メモリ。
  31. 【請求項３１】 請求項９記載の磁気抵抗素子と、該磁
    気抵抗素子を流れる電流を生じさせる手段と、被検出磁
    界の関数として前記磁気抵抗素子の電気抵抗の変化を検
    出する手段とが具備されてなる磁気抵抗センサ。
  32. 【請求項３２】 請求項３１記載の磁気抵抗センサにお
    いて、印加磁界がゼロであるばあいに、第１磁性層およ
    び第２磁性層の磁化の方向が、互いに直交する方向であ
    る磁気抵抗センサ。
  33. 【請求項３３】 請求項１４記載の磁気抵抗素子と、該
    磁気抵抗素子を流れる電流を生じさせる手段と、被検出
    磁界の関数として前記磁気抵抗素子の電気抵抗の変化を
    検出する手段とが具備されてなる磁気抵抗センサ。
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