JPH0779034A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子Info
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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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- G—PHYSICS
- 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
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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の第１の磁性薄膜層１ａと
厚さ５〜１００Åの金属非磁性薄膜層２と厚さ５〜１０
０Åの第２の磁性薄膜層１ｂと厚さ１０〜１００Åの反
強磁性層３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４を介してこれら構成単位を複数回、望
ましくは３回以上積層して成る磁気抵抗効果素子。
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の第１の磁性薄膜層１ａと
厚さ５〜１００Åの金属非磁性薄膜層２と厚さ５〜１０
０Åの第２の磁性薄膜層１ｂと厚さ１０〜１００Åの反
強磁性層３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４を介してこれら構成単位を複数回、望
ましくは３回以上積層して成る磁気抵抗効果素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気抵抗センサー、磁気
抵抗ヘッド等の磁気抵抗効果素子に関するものである。
抵抗ヘッド等の磁気抵抗効果素子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
センサー、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
のパーマロイや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（フィジカル・レヴュー・レター６
１ 第２４７２項（１９８８年）；同６４ 第２３０４
項（１９９０年）（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ
ＬｅｔｔｅｒＶｏｌ．６１，ｐ２４７２，１９８８；同
Ｖｏｌ．６４，ｐ２３０４，１９９０））。
センサー、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
のパーマロイや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（フィジカル・レヴュー・レター６
１ 第２４７２項（１９８８年）；同６４ 第２３０４
項（１９９０年）（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ
ＬｅｔｔｅｒＶｏｌ．６１，ｐ２４７２，１９８８；同
Ｖｏｌ．６４，ｐ２３０４，１９９０））。
【０００３】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［Ｎ
ｉ−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（ジャーナル・オブ・フィジカ
ル・ソサイアティー・オブ・ジャパン５９ 第３０６１
項（１９９０年）（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉ
ｃａｌ 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，Ｃ
ｏ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１
５％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）。
合をしていない磁性薄膜Ｎｉ−ＦｅとＣｏを用いた［Ｎ
ｉ−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（ジャーナル・オブ・フィジカ
ル・ソサイアティー・オブ・ジャパン５９ 第３０６１
項（１９９０年）（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉ
ｃａｌ 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，Ｃ
ｏ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１
５％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）。
【０００４】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２に示したようなＦｅ−ＭｎをＮｉ−Ｆ
ｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅにつけたスピンバルブ型のものが
提案されている（ジャーナル・オブ・マグネティズム・
アンド・マグネティック・マテリアルズ９３ 第１０１
項（１９９１年）（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅ
ｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ ９３，ｐ１０１，１９９１））。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。
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２に示したようなＦｅ−ＭｎをＮｉ−Ｆ
ｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅにつけたスピンバルブ型のものが
提案されている（ジャーナル・オブ・マグネティズム・
アンド・マグネティック・マテリアルズ９３ 第１０１
項（１９９１年）（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅ
ｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ ９３，ｐ１０１，１９９１））。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。
【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
す新規な構成の高感度磁気抵抗素子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
す新規な構成の高感度磁気抵抗素子を可能とするもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】磁気抵抗素子は図１に示
したように、基板５上に、厚さ５〜１００Åの第１の磁
性薄膜層１ａと、厚さ５〜１００Åの金属非磁性薄膜層
２と、厚さ５〜１００Åの第２の磁性薄膜層１ｂと、厚
さ１０〜１００Åの反強磁性層３と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４より
なる構成単位を複数回、望ましくは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
作でＭＲ比が大きい磁気抵抗効果素子が可能となる。
したように、基板５上に、厚さ５〜１００Åの第１の磁
性薄膜層１ａと、厚さ５〜１００Åの金属非磁性薄膜層
２と、厚さ５〜１００Åの第２の磁性薄膜層１ｂと、厚
さ１０〜１００Åの反強磁性層３と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４より
なる構成単位を複数回、望ましくは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
作でＭＲ比が大きい磁気抵抗効果素子が可能となる。
【０００７】特に反強磁性層３としてはＦｅ−Ｍｎが望
ましく、 ・第１の磁性薄膜層１ａ及び第２の磁性薄膜層１ｂ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２及び金属非磁性層４はＣｕ，Ａ
ｇ，Ａｕのいずれかで、特にＣｕが好ましい。
ましく、 ・第１の磁性薄膜層１ａ及び第２の磁性薄膜層１ｂ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２及び金属非磁性層４はＣｕ，Ａ
ｇ，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 ・第１の磁性薄膜層１ａ及び第２の磁性薄膜層１ｂ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２及び金属非磁性層４はＣｕ，Ａ
ｇ，ＡｕのいずれかでＣｕが好ましい。
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２及び金属非磁性層４はＣｕ，Ａ
ｇ，ＡｕのいずれかでＣｕが好ましい。
【０００９】更に ・第１の磁性薄膜層１ａと第２の磁性薄膜層１ｂはそれ
ぞれ主成分が異なる組み合わせの上記（１）もしくは
（３）より成るものでもよい。
ぞれ主成分が異なる組み合わせの上記（１）もしくは
（３）より成るものでもよい。
【００１０】ここに第１の磁性薄膜層１ａ、第２の磁性
薄膜層１ｂは磁歪が小さい磁性材料で、（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。第１の磁性薄膜層１ａ、第２の磁性薄膜層１ｂとし
ては上記の様な３元系でなくともＮｉ−ＦｅやＮｉ−Ｃ
ｏ系等の２元系磁性薄膜層でもよい。
薄膜層１ｂは磁歪が小さい磁性材料で、（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。第１の磁性薄膜層１ａ、第２の磁性薄膜層１ｂとし
ては上記の様な３元系でなくともＮｉ−ＦｅやＮｉ−Ｃ
ｏ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、パター
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。
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。
【００１２】
【作用】第２の磁性薄膜層１ｂは反強磁性層３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の磁性薄膜層１ａは金
属非磁性薄膜層２によって第２の磁性薄膜層１ｂと隔て
られているため微小磁界が印加された時第１の磁性薄膜
層１ａのスピンは磁界方向に回転し、第２の磁性薄膜層
１ｂは上記の反強磁性層３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。磁界が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。
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の磁性薄膜層１ａは金
属非磁性薄膜層２によって第２の磁性薄膜層１ｂと隔て
られているため微小磁界が印加された時第１の磁性薄膜
層１ａのスピンは磁界方向に回転し、第２の磁性薄膜層
１ｂは上記の反強磁性層３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。磁界が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。
【００１３】このような［１ａ］／［２］／［１ｂ］／
［３］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、これら構成要素間の磁気的
結合を金属非磁性層４で弱めた｛［１ａ］／［２］／
［１ｂ］／［３］｝／［４］より成る構成単位を複数回
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（［］内は各符号の膜を表
わす）。金属磁性層４により各要素間の磁気的結合が弱
まったか否かは素子のＭＲ曲線より判断でき、弱まった
場合は微小磁界で反強磁性層３と接していない第１の磁
性薄膜層の磁化反転が生じ大きなＭＲ効果が得られるの
に対し、そうでない場合は微小磁界で第１の磁性薄膜層
の磁化反転は起こらず大きなＭＲ効果は得られない。
［３］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、これら構成要素間の磁気的
結合を金属非磁性層４で弱めた｛［１ａ］／［２］／
［１ｂ］／［３］｝／［４］より成る構成単位を複数回
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（［］内は各符号の膜を表
わす）。金属磁性層４により各要素間の磁気的結合が弱
まったか否かは素子のＭＲ曲線より判断でき、弱まった
場合は微小磁界で反強磁性層３と接していない第１の磁
性薄膜層の磁化反転が生じ大きなＭＲ効果が得られるの
に対し、そうでない場合は微小磁界で第１の磁性薄膜層
の磁化反転は起こらず大きなＭＲ効果は得られない。
【００１４】
（１）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，Ｎｉ0.8Ｃｏ0.2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）の組成にＮｂ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｒｕ等を添加し
ても良い。一方（３）を満足するＣｏ−ｒｉｃｈ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未満ではキュリー温度の低下により
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、従来材料のＭＲ特性を大幅に上回る
には２０〜４０Åにすることが望ましい。
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，Ｎｉ0.8Ｃｏ0.2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）の組成にＮｂ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，Ｒｕ等を添加し
ても良い。一方（３）を満足するＣｏ−ｒｉｃｈ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未満ではキュリー温度の低下により
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、従来材料のＭＲ特性を大幅に上回る
には２０〜４０Åにすることが望ましい。
【００１５】第１の磁性薄膜層１ａ、第２の磁性薄膜層
１ｂ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）、（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）、（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）、（２）式の磁性薄膜層
とを組み合わせて用いても良い。
１ｂ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）、（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）、（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）、（２）式の磁性薄膜層
とを組み合わせて用いても良い。
【００１６】これらの第１の磁性薄膜層１ａ、第２の磁
性薄膜層１ｂとの間に介在させる金属薄膜層２は上記
（１）から（４）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、Ｃ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ等が適しており、特にＭＲ特性的にはＣ
ｕが望ましい。金属非磁性薄膜層２の厚さが１００Åよ
り厚くなると素子全体のＭＲ比が低下し、又金属非磁性
薄膜層２が無い場合や厚さが５Å未満となると第１の磁
性薄膜層１ａ、第２の磁性薄膜層１ｂ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ない。
又従来材料のＭＲ特性を大幅に上回るには５〜３０Åで
あることが望ましい。
性薄膜層１ｂとの間に介在させる金属薄膜層２は上記
（１）から（４）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、Ｃ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ等が適しており、特にＭＲ特性的にはＣ
ｕが望ましい。金属非磁性薄膜層２の厚さが１００Åよ
り厚くなると素子全体のＭＲ比が低下し、又金属非磁性
薄膜層２が無い場合や厚さが５Å未満となると第１の磁
性薄膜層１ａ、第２の磁性薄膜層１ｂ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ない。
又従来材料のＭＲ特性を大幅に上回るには５〜３０Åで
あることが望ましい。
【００１７】反強磁性層３との磁気的絶縁を目的とする
金属非磁性層４は通常５〜１０Å程度で磁気的結合を弱
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２同様
の理由で膜厚は１００Å以下であることが必要で、ＭＲ
特性の観点からは金属非磁性薄膜層と同様５〜３０Åで
あることが望ましい。
金属非磁性層４は通常５〜１０Å程度で磁気的結合を弱
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２同様
の理由で膜厚は１００Å以下であることが必要で、ＭＲ
特性の観点からは金属非磁性薄膜層と同様５〜３０Åで
あることが望ましい。
【００１８】反強磁性層３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、磁性層１ｂ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、ＭＲ特性の観点からは１０
〜６０Åであることが望ましい。
やはり１００Å以下であることが必要で、磁性層１ｂ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、ＭＲ特性の観点からは１０
〜６０Åであることが望ましい。
【００１９】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製した。 Ａ’：Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（３０）／Ｃｕ（２０）／Ｃｏ
−Ｆｅ（３０）／Ｆｅ−Ｍｎ（５０） （（ ）内は厚さ（Å）を表わす）なおターゲットには
それぞれ直径８０ｍｍの Ｎｉ0.8Ｃｏ0.1Ｆｅ0.1（第１
の磁性層１ａ），Ｃｕ（非磁性金属層２），Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1（第２の磁性層１ｂ），Ｆｅ50Ｍｎ50（反強磁性
層３）を用い、各膜厚はシャッターにより制御した。得
られた膜のＭＲ特性を室温、印加磁界１００Ｏｅで測定
したところＭＲ比は２％でＭＲ変化が生じる磁界幅は５
Ｏｅあった。
説明を行う。 （実施例１）多元スパッタ装置を用いて以下に示した構
成の磁気抵抗素子をガラス基板上に作製した。 Ａ’：Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（３０）／Ｃｕ（２０）／Ｃｏ
−Ｆｅ（３０）／Ｆｅ−Ｍｎ（５０） （（ ）内は厚さ（Å）を表わす）なおターゲットには
それぞれ直径８０ｍｍの Ｎｉ0.8Ｃｏ0.1Ｆｅ0.1（第１
の磁性層１ａ），Ｃｕ（非磁性金属層２），Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1（第２の磁性層１ｂ），Ｆｅ50Ｍｎ50（反強磁性
層３）を用い、各膜厚はシャッターにより制御した。得
られた膜のＭＲ特性を室温、印加磁界１００Ｏｅで測定
したところＭＲ比は２％でＭＲ変化が生じる磁界幅は５
Ｏｅあった。
【００２０】次にＡ’を５回積層して積層膜を作製して
作製した Ａ’’：［Ａ’］5 のＭＲ特性を測定したところＭＲ比は１％以下であっ
た。
作製した Ａ’’：［Ａ’］5 のＭＲ特性を測定したところＭＲ比は１％以下であっ
た。
【００２１】そこでこの構成要素Ａ’間の磁気的結合を
弱めるべく、各Ａ’間にＣｕ層を挿入して５回積層し Ａ：［Ａ’／Ｃｕ（３０）］5 を作製してそのＭＲ特性を測定したところＭＲ比が１０
％で、かつＭＲ比が変化する磁界幅が３Ｏｅのものが得
られた。なお上記の実験でＣｕ層の厚さを５０，１００
ÅにするとＭＲ比はそれぞれ５％、３％に低下し、磁性
層の厚さを１０，５０ÅにするとＭＲ比はそれぞれ４
％、５％に低下した。又反強磁性層の厚さを７０Åにす
るとＭＲ比は５％に低下した。
弱めるべく、各Ａ’間にＣｕ層を挿入して５回積層し Ａ：［Ａ’／Ｃｕ（３０）］5 を作製してそのＭＲ特性を測定したところＭＲ比が１０
％で、かつＭＲ比が変化する磁界幅が３Ｏｅのものが得
られた。なお上記の実験でＣｕ層の厚さを５０，１００
ÅにするとＭＲ比はそれぞれ５％、３％に低下し、磁性
層の厚さを１０，５０ÅにするとＭＲ比はそれぞれ４
％、５％に低下した。又反強磁性層の厚さを７０Åにす
るとＭＲ比は５％に低下した。
【００２２】（実施例２）実施例１と同様にターゲット
に直径８０ｍｍのＦｅ50Ｍｎ50（反強磁性層３），Ｎｉ
0.8Ｃｏ0.05Ｆｅ0.15（磁性層１ａ、１ｂ），Ｎｉ0.8Ｃ
ｏ0.2（磁性層１ａ、１ｂ），Ｃｕ（非磁性金属層２、
４）を用いて Ｂ：［｛Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（２０）／Ｃｕ（２０）／Ｎ
ｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（２０）／Ｆｅ−Ｍｎ（５０）｝／Ｃｕ
（４０）］3 Ｃ：［｛Ｎｉ−Ｃｏ（４０）／Ｃｕ（２０）／Ｎｉ−Ｃ
ｏ（４０）／Ｆｅ−Ｍｎ（５０）｝／Ｃｕ（２０）］4 （（ ）内は厚さ（Å）を表わす）を作製してそのＭＲ
特性を測定したところＭＲ比がそれぞれ６％、８％で、
ＭＲ変化に要する磁界幅はそれぞれ２Ｏｅ，１０Ｏｅで
あった。
に直径８０ｍｍのＦｅ50Ｍｎ50（反強磁性層３），Ｎｉ
0.8Ｃｏ0.05Ｆｅ0.15（磁性層１ａ、１ｂ），Ｎｉ0.8Ｃ
ｏ0.2（磁性層１ａ、１ｂ），Ｃｕ（非磁性金属層２、
４）を用いて Ｂ：［｛Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（２０）／Ｃｕ（２０）／Ｎ
ｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（２０）／Ｆｅ−Ｍｎ（５０）｝／Ｃｕ
（４０）］3 Ｃ：［｛Ｎｉ−Ｃｏ（４０）／Ｃｕ（２０）／Ｎｉ−Ｃ
ｏ（４０）／Ｆｅ−Ｍｎ（５０）｝／Ｃｕ（２０）］4 （（ ）内は厚さ（Å）を表わす）を作製してそのＭＲ
特性を測定したところＭＲ比がそれぞれ６％、８％で、
ＭＲ変化に要する磁界幅はそれぞれ２Ｏｅ，１０Ｏｅで
あった。
【００２３】（実施例３）実施例１と同様にターゲット
に直径８０ｍｍの Ｎｉ0.8Ｆｅ0.15Ｃｏ0.05（第１の磁
性層１ａ），Ｃｕ（非磁性金属層２、４），Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1（第２の磁性層１ｂ），Ｆｅ50Ｍｎ50（反強磁性
層３）を用いて Ｄ：［｛Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ（２０）／Ｃｕ（１０）／Ｃ
ｏ−Ｆｅ（２０）／Ｆｅ−Ｍｎ（５０）｝／Ｃｕ（１
０）］N （（ ）内は厚さ（Å）を表わす）を作製し、そのＭＲ
特性の積層回数（Ｎ）依存性を調べた。結果を（表１）
に示す。
に直径８０ｍｍの Ｎｉ0.8Ｆｅ0.15Ｃｏ0.05（第１の磁
性層１ａ），Ｃｕ（非磁性金属層２、４），Ｃｏ0.9Ｆ
ｅ0.1（第２の磁性層１ｂ），Ｆｅ50Ｍｎ50（反強磁性
層３）を用いて Ｄ：［｛Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ（２０）／Ｃｕ（１０）／Ｃ
ｏ−Ｆｅ（２０）／Ｆｅ−Ｍｎ（５０）｝／Ｃｕ（１
０）］N （（ ）内は厚さ（Å）を表わす）を作製し、そのＭＲ
特性の積層回数（Ｎ）依存性を調べた。結果を（表１）
に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】（表１）より積層回数は３回以上であるこ
とが望ましいことがわかった。 （実施例４）図３に示したように基板３６上に、Ａｕ−
Ｃｒより成る電流端子３１を付けた後、実施例１と同様
に構成単位３４：［｛Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（３０）／Ｃｕ
（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（３０）／Ｆｅ−Ｍｎ（５０）｝
／Ｃｕ（３０）］を５回積層し磁気抵抗効果素子部３５
を作製し、図に示したようにこれをパターニングして二
分し、更に膜表面に電流端子部３２、３３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ＭＲ特性を測定したところＭＲ比が２０
％でＭＲ比の変化に要する磁界幅が３Ｏｅのものが得ら
れた。
とが望ましいことがわかった。 （実施例４）図３に示したように基板３６上に、Ａｕ−
Ｃｒより成る電流端子３１を付けた後、実施例１と同様
に構成単位３４：［｛Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（３０）／Ｃｕ
（２０）／Ｃｏ−Ｆｅ（３０）／Ｆｅ−Ｍｎ（５０）｝
／Ｃｕ（３０）］を５回積層し磁気抵抗効果素子部３５
を作製し、図に示したようにこれをパターニングして二
分し、更に膜表面に電流端子部３２、３３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ＭＲ特性を測定したところＭＲ比が２０
％でＭＲ比の変化に要する磁界幅が３Ｏｅのものが得ら
れた。
【００２６】
【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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の代表的構成図
【図２】従来のスピンバルブと呼ばれる磁気抵抗効果素
子の一例を示す図
子の一例を示す図
【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
１ａ 第１の磁性薄膜層 １ｂ 第２の磁性薄膜層 ２ 金属非磁性薄膜層 ３ 反強磁性層 ４ 金属非磁性層 ５、２４、３６ 基板 ２１ Ｆｅ−Ｍｎ ２２ Ｎｉ−Ｆｅ ２３ Ｃｕ ３１、３２、３３ 電流端子 ３４ 磁気抵抗効果素子の構成単位 ３５ 磁気抵抗効果素子部
Claims (10)
- 【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
と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
と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回以上積層して成る
ことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】第１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１０〜６０Å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は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を主成分し、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６】第１の磁性薄膜層が（ＮｉXＣｏ1-X）X'Ｆ
ｅ1-X'のとき第２の磁性薄膜層は（ＣｏYＮｉ1-Y）ZＦ
ｅ1-Zを主成分とし、第１の磁性薄膜層が（Ｃｏ YＮｉ
1-Y）ZＦｅ1-Zのとき第２の磁性薄膜層は（ＮｉXＣｏ
1-X）X'Ｆｅ1-X'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】金属非磁性薄膜層及び金属非磁性層がＣ
ｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであることを特徴とする請求
項１〜６のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項８】金属非磁性薄膜層及び金属非磁性層がＣｕ
であることを特徴とする請求項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】主に膜の垂直方向に電流が流れるように
構成された磁気抵抗素子部を有す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。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5170081A JPH0779034A (ja) | 1993-04-13 | 1993-07-09 | 磁気抵抗効果素子 |
| DE69411617T DE69411617T2 (de) | 1993-04-13 | 1994-04-13 | Element mit magnetoresistivem Effekt |
| EP94105649A EP0620572B1 (en) | 1993-04-13 | 1994-04-13 | Element having magnetoresistive effect |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8594793 | 1993-04-13 | ||
| JP5-138198 | 1993-06-10 | ||
| JP13819893 | 1993-06-10 | ||
| JP5-85947 | 1993-06-10 | ||
| JP5170081A JPH0779034A (ja) | 1993-04-13 | 1993-07-09 | 磁気抵抗効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0779034A true JPH0779034A (ja) | 1995-03-20 |
Family
ID=27305002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5170081A Pending JPH0779034A (ja) | 1993-04-13 | 1993-07-09 | 磁気抵抗効果素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0620572B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0779034A (ja) |
| DE (1) | DE69411617T2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5608593A (en) * | 1995-03-09 | 1997-03-04 | Quantum Peripherals Colorado, Inc. | Shaped spin valve type magnetoresistive transducer and method for fabricating the same incorporating domain stabilization technique |
| GB2301710B (en) * | 1995-06-01 | 1999-06-09 | Fujitsu Ltd | Giant magnetoresistance |
| DE19924756A1 (de) * | 1999-05-29 | 2000-11-30 | Bosch Gmbh Robert | Magnetoresistives Element |
| DE10105894A1 (de) * | 2001-02-09 | 2002-09-05 | Bosch Gmbh Robert | Magnetisch sensitive Schichtanordnung |
| DE10128150C1 (de) * | 2001-06-11 | 2003-01-23 | Siemens Ag | Magnetoresistives Sensorsystem |
-
1993
- 1993-07-09 JP JP5170081A patent/JPH0779034A/ja active Pending
-
1994
- 1994-04-13 EP EP94105649A patent/EP0620572B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1994-04-13 DE DE69411617T patent/DE69411617T2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69411617T2 (de) | 1998-11-12 |
| EP0620572A1 (en) | 1994-10-19 |
| DE69411617D1 (de) | 1998-08-20 |
| EP0620572B1 (en) | 1998-07-15 |
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