JPH08274386A - 磁電変換素子 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 実用においてより広範囲な温度範囲で、より
広範囲な磁界中でも安定に動作するＧＭＲ効果を用いた
磁電変換素子を提供することにある。 【構成】 基板５上に形成された、少なくとも第１磁性
層１／非磁性層３／第２磁性層２／希土類−遷移金属合
金層４より構成され、上記第２磁性層２と希土類−遷移
金属合金層４とは交換結合し、かつ第２磁性層２と希土
類−遷移金属合金層４全体の磁化容易方向が膜面内にあ
り、また希土類−遷移金属合金層４の組成は室温で希土
類優勢であり、更に非磁性層３の主成分はＣｕであっ
て、かつ層厚が１.５ｎｍ以上であるとする。
広範囲な磁界中でも安定に動作するＧＭＲ効果を用いた
磁電変換素子を提供することにある。 【構成】 基板５上に形成された、少なくとも第１磁性
層１／非磁性層３／第２磁性層２／希土類−遷移金属合
金層４より構成され、上記第２磁性層２と希土類−遷移
金属合金層４とは交換結合し、かつ第２磁性層２と希土
類−遷移金属合金層４全体の磁化容易方向が膜面内にあ
り、また希土類−遷移金属合金層４の組成は室温で希土
類優勢であり、更に非磁性層３の主成分はＣｕであっ
て、かつ層厚が１.５ｎｍ以上であるとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気抵抗効果を有する積
層膜に関し、それを用いた磁電変換素子に関する。
層膜に関し、それを用いた磁電変換素子に関する。
【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（ＭＲ）効果と呼び、この効
果を示す材料として従来より半導体及び磁性体が知られ
ている。
り変化する現象を磁気抵抗（ＭＲ）効果と呼び、この効
果を示す材料として従来より半導体及び磁性体が知られ
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のｃｏｓ2で変化す
る、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果を示す。 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％程度が得られている。従来の磁気
抵抗素子（ＭＲ素子）はこのＡＭＲ効果を基礎に作動し
たが、比較的低磁界で動作するものの抵抗変化率が小さ
く、より大きな抵抗変化率を示すものが求められてい
た。
磁化方向と電流方向とのなす角度のｃｏｓ2で変化す
る、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果を示す。 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％程度が得られている。従来の磁気
抵抗素子（ＭＲ素子）はこのＡＭＲ効果を基礎に作動し
たが、比較的低磁界で動作するものの抵抗変化率が小さ
く、より大きな抵抗変化率を示すものが求められてい
た。
【０００４】最近、ＡＭＲ効果より高いＭＲ効果が得ら
れることが、磁性層と非磁性層とを交互に積層した多層
構造膜において発見され、注目を集めている（巨大磁気
抵抗（ＧＭＲ）効果）。このＭＲ効果は電流方向には無
関係で、隣接した磁性層間の磁化の相対角度によって生
じ、抵抗値はｃｏｓで変化する。従って、互いの磁化が
反平行配列の場合に最大、平行配列の場合に最小にな
る。
れることが、磁性層と非磁性層とを交互に積層した多層
構造膜において発見され、注目を集めている（巨大磁気
抵抗（ＧＭＲ）効果）。このＭＲ効果は電流方向には無
関係で、隣接した磁性層間の磁化の相対角度によって生
じ、抵抗値はｃｏｓで変化する。従って、互いの磁化が
反平行配列の場合に最大、平行配列の場合に最小にな
る。
【０００５】このＧＭＲ効果を基礎に作動する積層膜に
関する発明が特開平４−３５８３１０号公報に開示され
ている。この発明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及び第２磁性体から構成され、印
加磁界がゼロである場合に、強磁性体の第１薄膜層と第
２薄膜層の磁化の方向が、互いに直交することを特徴と
する磁気抵抗センサに関し、印加磁界がゼロ近傍で、抵
抗変化が強磁性体の磁化の回転によってある傾きをもつ
ことが述べられている。
関する発明が特開平４−３５８３１０号公報に開示され
ている。この発明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及び第２磁性体から構成され、印
加磁界がゼロである場合に、強磁性体の第１薄膜層と第
２薄膜層の磁化の方向が、互いに直交することを特徴と
する磁気抵抗センサに関し、印加磁界がゼロ近傍で、抵
抗変化が強磁性体の磁化の回転によってある傾きをもつ
ことが述べられている。
【０００６】このＭＲセンサはスピンバルブＭＲセンサ
と呼ばれ、第２磁性層の磁化はこれに隣接する反強磁性
体層（ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ）あるいは高保磁力層（Ｃｏ
Ｐｔ、ＣｏＰｔＣｒ）との交換結合によって固定され、
磁気的に相対的にハードになることが示されている。
と呼ばれ、第２磁性層の磁化はこれに隣接する反強磁性
体層（ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ）あるいは高保磁力層（Ｃｏ
Ｐｔ、ＣｏＰｔＣｒ）との交換結合によって固定され、
磁気的に相対的にハードになることが示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらＭＲセ
ンサの交換異方性の付与層は結晶質であり、基板あるい
は下地層により第２磁性層に対する固定力が左右されや
すいこと、またブロッキング温度が比較的低く、動作温
度の上限が低いことが製造上及び実用上の問題点があっ
た。
ンサの交換異方性の付与層は結晶質であり、基板あるい
は下地層により第２磁性層に対する固定力が左右されや
すいこと、またブロッキング温度が比較的低く、動作温
度の上限が低いことが製造上及び実用上の問題点があっ
た。
【０００８】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、実用においてより広範囲な温度
範囲で、より広範囲な磁界中でも安定に動作するＧＭＲ
効果を用いた磁電変換素子を提供することにある。
ためになされたもので、実用においてより広範囲な温度
範囲で、より広範囲な磁界中でも安定に動作するＧＭＲ
効果を用いた磁電変換素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る磁
電変換素子は、少なくとも第１磁性層／非磁性層／第２
磁性層／希土類−遷移金属合金層より構成され、上記第
２磁性層と希土類−遷移金属合金層とは交換結合し、か
つ第２磁性層と希土類−遷移金属合金層全体の磁化容易
方向が膜面内にあり、また希土類−遷移金属合金層の組
成は室温で希土類優勢であり、更に非磁性層の主成分は
Ｃｕであって、かつ層厚が１.５ｎｍ以上である。
電変換素子は、少なくとも第１磁性層／非磁性層／第２
磁性層／希土類−遷移金属合金層より構成され、上記第
２磁性層と希土類−遷移金属合金層とは交換結合し、か
つ第２磁性層と希土類−遷移金属合金層全体の磁化容易
方向が膜面内にあり、また希土類−遷移金属合金層の組
成は室温で希土類優勢であり、更に非磁性層の主成分は
Ｃｕであって、かつ層厚が１.５ｎｍ以上である。
【００１０】請求項２の発明に係る磁電変換素子は、請
求項１記載の磁電変換素子において、希土類−遷移金属
合金層は希土類としてＴｂを、遷移金属としてＣｏとＦ
ｅを主成分とする。
求項１記載の磁電変換素子において、希土類−遷移金属
合金層は希土類としてＴｂを、遷移金属としてＣｏとＦ
ｅを主成分とする。
【００１１】請求項３の発明に係る磁電変換素子は、請
求項２記載の磁電変換素子において、希土類−遷移金属
合金層はＴｂＣｏxＦｅ100-xであり、ｘ≧５０（at％）
とする。
求項２記載の磁電変換素子において、希土類−遷移金属
合金層はＴｂＣｏxＦｅ100-xであり、ｘ≧５０（at％）
とする。
【００１２】請求項４の発明に係る磁電変換素子は、請
求項１記載の磁電変換素子において、希土類−遷移金属
合金層に隣接して第３磁性層を設けて基板上に形成さ
れ、少なくとも第１磁性層／非磁性層／第２磁性層／希
土類−遷移金属合金層／第３磁性層より構成される。
求項１記載の磁電変換素子において、希土類−遷移金属
合金層に隣接して第３磁性層を設けて基板上に形成さ
れ、少なくとも第１磁性層／非磁性層／第２磁性層／希
土類−遷移金属合金層／第３磁性層より構成される。
【００１３】請求項５の発明に係る磁電変換素子は、請
求項１記載の磁電変換素子において、上記第１磁性層と
第２磁性層の磁化容易軸の方向が互いに直交して磁気異
方性を付与されている。
求項１記載の磁電変換素子において、上記第１磁性層と
第２磁性層の磁化容易軸の方向が互いに直交して磁気異
方性を付与されている。
【００１４】請求項６の発明に係る磁電変換素子は、請
求項５記載の磁電変換素子において、磁気異方性の付与
が第１磁性層は成膜時に行なわれ、第２磁性層及び希土
類−遷移金属合金層は成膜後磁界中熱処理により行なわ
れる。
求項５記載の磁電変換素子において、磁気異方性の付与
が第１磁性層は成膜時に行なわれ、第２磁性層及び希土
類−遷移金属合金層は成膜後磁界中熱処理により行なわ
れる。
【００１５】請求項７の発明に係る磁電変換素子は、請
求項５記載の磁電変換素子において、第１磁性層の磁化
容易軸の直交方向に印加された磁界の強度を検知する。
求項５記載の磁電変換素子において、第１磁性層の磁化
容易軸の直交方向に印加された磁界の強度を検知する。
【００１６】
【作用】請求項１の発明における磁電変換素子は、希土
類−遷移金属合金の大きな磁気異方性により、第２磁性
層を希土類−遷移金属合金に隣接して設けること、より
広範囲な温度範囲で、より広範囲な磁気中でも第２磁性
層の磁気を固定化できる。
類−遷移金属合金の大きな磁気異方性により、第２磁性
層を希土類−遷移金属合金に隣接して設けること、より
広範囲な温度範囲で、より広範囲な磁気中でも第２磁性
層の磁気を固定化できる。
【００１７】請求項２の発明における磁電変換素子は、
希土類−遷移金属合金の組成は室温で希土類優勢である
ため高温領域において磁電変換素子の安定性の向上が図
れる。
希土類−遷移金属合金の組成は室温で希土類優勢である
ため高温領域において磁電変換素子の安定性の向上が図
れる。
【００１８】請求項３の発明における磁電変換素子は、
希土類−遷移金属合金層はＴｂＣｏxＦｅ100-xであり、
ｘ≧５０（at％）とする１００°Ｃでの磁化の反転磁界
が大きく、好適である。
希土類−遷移金属合金層はＴｂＣｏxＦｅ100-xであり、
ｘ≧５０（at％）とする１００°Ｃでの磁化の反転磁界
が大きく、好適である。
【００１９】請求項４の発明における磁電変換素子は、
第３磁性層を希土類−遷移金属合金に隣接して設けるこ
とにより膜面内の磁気異方性を大きくすることができ
る。
第３磁性層を希土類−遷移金属合金に隣接して設けるこ
とにより膜面内の磁気異方性を大きくすることができ
る。
【００２０】請求項５の発明における磁電変換素子は、
第１磁性層と第２磁性層の磁化容易軸を方向を互いに直
交させることで、リニアセンサとして線形性に優れた磁
電変換素子がえられる。
第１磁性層と第２磁性層の磁化容易軸を方向を互いに直
交させることで、リニアセンサとして線形性に優れた磁
電変換素子がえられる。
【００２１】請求項６の発明における磁電変換素子は、
希土類−遷移金属合金は非晶質であるため熱処理による
磁気異方性の付与が容易に行える。
希土類−遷移金属合金は非晶質であるため熱処理による
磁気異方性の付与が容易に行える。
【００２２】請求項７の発明における磁電変換素子は、
第１磁性層の磁化容易軸に直交する磁界成分によって第
１磁性層の磁化が回転し生じる電気抵抗変化が、検知さ
れる磁界の関数として検出される。
第１磁性層の磁化容易軸に直交する磁界成分によって第
１磁性層の磁化が回転し生じる電気抵抗変化が、検知さ
れる磁界の関数として検出される。
【００２３】請求項の発明における磁電変換素子は、
【００２４】本発明の磁電変換素子は、基板上に形成さ
れた、少なくとも第１磁性層／非磁性層／第２磁性層／
希土類−遷移金属合金層の構成を含む。上記第２磁性層
と希土類−遷移金属合金層とは交換結合し、かつ第２磁
性層と希土類−遷移金属合金層全体の磁化容易方向が膜
面内にあり、また希土類−遷移金属合金層の組成は室温
で希土類優勢であり、更に非磁性層の主成分はＣｕであ
って、 かつ層厚が１.５ｎｍ以上であることを特徴とす
る。
れた、少なくとも第１磁性層／非磁性層／第２磁性層／
希土類−遷移金属合金層の構成を含む。上記第２磁性層
と希土類−遷移金属合金層とは交換結合し、かつ第２磁
性層と希土類−遷移金属合金層全体の磁化容易方向が膜
面内にあり、また希土類−遷移金属合金層の組成は室温
で希土類優勢であり、更に非磁性層の主成分はＣｕであ
って、 かつ層厚が１.５ｎｍ以上であることを特徴とす
る。
【００２５】本発明者等はスピンバルブ膜についての研
究の結果、第２磁性層に隣接して希土類−遷移金属合金
層を設けることで、より広範囲な温度範囲で、より広範
囲な磁界中でも第２磁性層の磁化を固定できることを見
いだした。これは希土類−遷移金属合金の大きな磁気異
方性によるもので、特に組成が室温において希土類優勢
の場合には高い温度での安定性に優れ、また第３磁性層
をこれに隣接して設けることにより膜面内の磁気異方性
を大きくすることができる。
究の結果、第２磁性層に隣接して希土類−遷移金属合金
層を設けることで、より広範囲な温度範囲で、より広範
囲な磁界中でも第２磁性層の磁化を固定できることを見
いだした。これは希土類−遷移金属合金の大きな磁気異
方性によるもので、特に組成が室温において希土類優勢
の場合には高い温度での安定性に優れ、また第３磁性層
をこれに隣接して設けることにより膜面内の磁気異方性
を大きくすることができる。
【００２６】更に、希土類−遷移金属合金は非晶質であ
るため熱処理による磁気異方性の付与が容易に行える。
従って、リニアセンサとして磁界強度変化に対する抵抗
変化の線形性を確保する上では第１磁性層と第２磁性層
の磁化容易軸を直交させることが必要になるが、第１磁
性層には成膜時に磁気異方性を付与し、成膜後これと直
交する方向に第２磁性層及び希土類−遷移金属層に磁気
異方性を付与することが容易にできる。
るため熱処理による磁気異方性の付与が容易に行える。
従って、リニアセンサとして磁界強度変化に対する抵抗
変化の線形性を確保する上では第１磁性層と第２磁性層
の磁化容易軸を直交させることが必要になるが、第１磁
性層には成膜時に磁気異方性を付与し、成膜後これと直
交する方向に第２磁性層及び希土類−遷移金属層に磁気
異方性を付与することが容易にできる。
【００２７】
【実施例】以下、本発明の実施例を示す。
【００２８】実施例１．図１はこの発明の一実施例によ
る磁電変換素子の断面図である。この磁電変換素子は図
に示すようにガラス基板５上に形成され、第１磁性層１
としてＮｉ80Ｆｅ20層を７.０ｎｍ、非磁性層３として
Ｃｕ層を２.０ｎｍ、 第２磁性層２としてＣｏ層を３.
０ｎｍ、 更に希土類−遷移金属合金層４としてＴｂ28
Ｃｏ72層を７.０ｎｍの厚さで順次積層し、この上に保
護層６としてＳｉＮを約１００ｎｍの厚さで設け、構成
する。
る磁電変換素子の断面図である。この磁電変換素子は図
に示すようにガラス基板５上に形成され、第１磁性層１
としてＮｉ80Ｆｅ20層を７.０ｎｍ、非磁性層３として
Ｃｕ層を２.０ｎｍ、 第２磁性層２としてＣｏ層を３.
０ｎｍ、 更に希土類−遷移金属合金層４としてＴｂ28
Ｃｏ72層を７.０ｎｍの厚さで順次積層し、この上に保
護層６としてＳｉＮを約１００ｎｍの厚さで設け、構成
する。
【００２９】また、第１磁性層１、第２磁性層２及び希
土類−遷移金属合金層４は磁気異方性を有し、第１磁性
層１には磁界中成膜によって、第２磁性層２及び希土類
−遷移金属合金層４には成膜後磁界中熱処理によって磁
気異方性を付与した。第２磁性層２の磁化は交換結合に
よって希土類−遷移金属合金層４の磁化と同じ動きをす
るため、その磁化容易軸は希土類−遷移金属合金層４と
平行であり、また第１磁性層１の磁化容易軸とは直交す
る方向である。
土類−遷移金属合金層４は磁気異方性を有し、第１磁性
層１には磁界中成膜によって、第２磁性層２及び希土類
−遷移金属合金層４には成膜後磁界中熱処理によって磁
気異方性を付与した。第２磁性層２の磁化は交換結合に
よって希土類−遷移金属合金層４の磁化と同じ動きをす
るため、その磁化容易軸は希土類−遷移金属合金層４と
平行であり、また第１磁性層１の磁化容易軸とは直交す
る方向である。
【００３０】磁電変換素子には図２に示したように電気
伝導部８が備えられ、電源部９と検知手段１０との間に
回路が形成されている。磁電変換素子には電流が流さ
れ、第１磁性層１の磁化容易軸に直交する磁界成分によ
って第１磁性層１の磁化が回転し生じる電気抵抗変化
が、検知される磁界の関数として検出される。
伝導部８が備えられ、電源部９と検知手段１０との間に
回路が形成されている。磁電変換素子には電流が流さ
れ、第１磁性層１の磁化容易軸に直交する磁界成分によ
って第１磁性層１の磁化が回転し生じる電気抵抗変化
が、検知される磁界の関数として検出される。
【００３１】図３は、本実施例による磁電変換素子のＧ
ＭＲの感度を示す。測定温度は室温である。約０〜２０
Ｏｅの範囲で線形性に優れた感度特性が得られた。抵抗
変化率としては第１磁性層１と第２磁性層２の磁化が平
行の時の抵抗値をρ0、 反平行の時の抵抗値をρとする
と、 （ρ−ρ0）／ρ0×１００＝７.２ ［％］ である。
ＭＲの感度を示す。測定温度は室温である。約０〜２０
Ｏｅの範囲で線形性に優れた感度特性が得られた。抵抗
変化率としては第１磁性層１と第２磁性層２の磁化が平
行の時の抵抗値をρ0、 反平行の時の抵抗値をρとする
と、 （ρ−ρ0）／ρ0×１００＝７.２ ［％］ である。
【００３２】本実施例の磁電変換素子の振動試料型磁力
計（ＶＳＭ）による磁化曲線を図４に示す。磁界は第１
磁性層１の磁化容易軸に直交する方向、即ち第２磁性層
２の磁化容易軸方向に印加して測定している。測定温度
は室温である。第２磁性層２の磁化は希土類−遷移金属
合金層４の磁化と同じ動きをし、見かけ上一つの層とし
て振舞う。本実施例のＴｂＣｏ層は室温において希土類
優勢の組成であるが、隣接するＣｏ層と併せて全体とし
て遷移金属優勢の振舞いを示し、磁化の反転磁界は約１
ｋＯｅである。この反転磁界の値は非常に大きく、従来
までのスピンバルブ膜を用いた素子では実現されない。
計（ＶＳＭ）による磁化曲線を図４に示す。磁界は第１
磁性層１の磁化容易軸に直交する方向、即ち第２磁性層
２の磁化容易軸方向に印加して測定している。測定温度
は室温である。第２磁性層２の磁化は希土類−遷移金属
合金層４の磁化と同じ動きをし、見かけ上一つの層とし
て振舞う。本実施例のＴｂＣｏ層は室温において希土類
優勢の組成であるが、隣接するＣｏ層と併せて全体とし
て遷移金属優勢の振舞いを示し、磁化の反転磁界は約１
ｋＯｅである。この反転磁界の値は非常に大きく、従来
までのスピンバルブ膜を用いた素子では実現されない。
【００３３】本実施例の磁電変換素子の温度に対する安
定性を図５に示す。第２磁性層の磁化の反転磁界は温度
の上昇とともに小さくなる。しかし、１００℃において
も３００Ｏｅまで安定であり、従来までのスピンバルブ
膜を用いた素子と比較して改善されている。
定性を図５に示す。第２磁性層の磁化の反転磁界は温度
の上昇とともに小さくなる。しかし、１００℃において
も３００Ｏｅまで安定であり、従来までのスピンバルブ
膜を用いた素子と比較して改善されている。
【００３４】実施例２．図５には上記実施例構成の磁電
変換素子において、希土類−遷移金属合金層４の組成を
変えた素子の温度に対する安定性の一例を示してある。
室温では第２磁性層２の磁化の反転磁界は２ｋＯｅであ
り、また測定した全温度範囲で実施例１の磁電変換素子
より磁界に対する安定性が向上している。
変換素子において、希土類−遷移金属合金層４の組成を
変えた素子の温度に対する安定性の一例を示してある。
室温では第２磁性層２の磁化の反転磁界は２ｋＯｅであ
り、また測定した全温度範囲で実施例１の磁電変換素子
より磁界に対する安定性が向上している。
【００３５】本実施例の磁電変換素子は実施例１と同様
にガラス基板５上に形成され、第１磁性層１としてＮｉ
80Ｆｅ20層を７.０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕ層を２.
０ｎｍ、第２磁性層２としてＣｏ層を３.０ｎｍ、更に
希土類−遷移金属合金層４としてＴｂ31Ｃｏ69層を７.
０ｎｍの厚さで順次積層し、この上に保護層６としてＳ
ｉＮを約１００ｎｍの厚さで設けて構成する。
にガラス基板５上に形成され、第１磁性層１としてＮｉ
80Ｆｅ20層を７.０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕ層を２.
０ｎｍ、第２磁性層２としてＣｏ層を３.０ｎｍ、更に
希土類−遷移金属合金層４としてＴｂ31Ｃｏ69層を７.
０ｎｍの厚さで順次積層し、この上に保護層６としてＳ
ｉＮを約１００ｎｍの厚さで設けて構成する。
【００３６】比較例１．図５には上記実施例１の磁電変
換素子と本実施例２の磁電変換素子の比較のために、上
記２つの実施例の磁電変換素子において、希土類−遷移
金属合金層４の組成を室温において遷移金属優勢にした
素子の温度に対する安定性の一例も示してある。室温で
は第２磁性層２の磁化の反転磁界は１２０Ｏｅであり、
また測定した全温度範囲で上記２つの実施例の磁電変換
素子より磁界に対する安定性が悪い。
換素子と本実施例２の磁電変換素子の比較のために、上
記２つの実施例の磁電変換素子において、希土類−遷移
金属合金層４の組成を室温において遷移金属優勢にした
素子の温度に対する安定性の一例も示してある。室温で
は第２磁性層２の磁化の反転磁界は１２０Ｏｅであり、
また測定した全温度範囲で上記２つの実施例の磁電変換
素子より磁界に対する安定性が悪い。
【００３７】本比較例１の磁電変換素子はガラス基板上
に形成され、第１磁性層１としてＮｉ80Ｆｅ20層を７.
０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕ層を２.０ｎｍ、第２磁
性層２としてＣｏ層を３.０ｎｍ、更に希土類−遷移金
属合金層４としてＴｂ21Ｃｏ79層を７.０ｎｍの厚さで
順次積層し、この上に保護層としてＳｉＮを約１００ｎ
ｍの厚さで設け、構成する。
に形成され、第１磁性層１としてＮｉ80Ｆｅ20層を７.
０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕ層を２.０ｎｍ、第２磁
性層２としてＣｏ層を３.０ｎｍ、更に希土類−遷移金
属合金層４としてＴｂ21Ｃｏ79層を７.０ｎｍの厚さで
順次積層し、この上に保護層としてＳｉＮを約１００ｎ
ｍの厚さで設け、構成する。
【００３８】本比較例１の磁電変換素子においての更な
る問題は、希土類−遷移金属合金層４が膜面に垂直な方
向の磁気異方性（垂直異方性）が膜面内の磁気異方性
（面内異方性）に対して優勢になっているため、これと
交換結合している第２磁性層２にも垂直異方性が誘起さ
れることである。このためＭＲ曲線は複雑な振舞いを示
し、高いＧＭＲ効果が得られない。
る問題は、希土類−遷移金属合金層４が膜面に垂直な方
向の磁気異方性（垂直異方性）が膜面内の磁気異方性
（面内異方性）に対して優勢になっているため、これと
交換結合している第２磁性層２にも垂直異方性が誘起さ
れることである。このためＭＲ曲線は複雑な振舞いを示
し、高いＧＭＲ効果が得られない。
【００３９】本比較例１でも示されるように、希土類−
遷移金属合金層４の組成は室温において希土類優勢であ
る方が本発明の目的を達成し得る。
遷移金属合金層４の組成は室温において希土類優勢であ
る方が本発明の目的を達成し得る。
【００４０】本発明において、希土類−遷移金属合金層
４は隣接して設ける遷移金属磁性層と交換結合し、これ
らの層は磁界に対して１つの層であるかのように振舞
う。従って、組成は希土類−遷移金属合金層４とこれに
隣接する遷移金属磁性層とを併せて１つの層の組成とし
て決定される。組成の調整には希土類−遷移金属合金層
４の組成の他、希土類−遷移金属合金層４や隣接磁性層
の厚さもパラメータとなる。
４は隣接して設ける遷移金属磁性層と交換結合し、これ
らの層は磁界に対して１つの層であるかのように振舞
う。従って、組成は希土類−遷移金属合金層４とこれに
隣接する遷移金属磁性層とを併せて１つの層の組成とし
て決定される。組成の調整には希土類−遷移金属合金層
４の組成の他、希土類−遷移金属合金層４や隣接磁性層
の厚さもパラメータとなる。
【００４１】一方、希土類−遷移金属合金層４や隣接磁
性層の厚さは磁気異方性と関連する。安定性の向上に
は、希土類−遷移金属合金層４の厚さを厚くすることが
有効な方法であるが、厚さの増加に伴い垂直異方性が面
内異方性に対して優勢になってくる。希土類−遷移金属
合金層４が垂直磁化膜になってしまうと、これと交換結
合している第２磁性層にも垂直異方性が誘起され、ＧＭ
Ｒ効果が著しく減衰する。
性層の厚さは磁気異方性と関連する。安定性の向上に
は、希土類−遷移金属合金層４の厚さを厚くすることが
有効な方法であるが、厚さの増加に伴い垂直異方性が面
内異方性に対して優勢になってくる。希土類−遷移金属
合金層４が垂直磁化膜になってしまうと、これと交換結
合している第２磁性層にも垂直異方性が誘起され、ＧＭ
Ｒ効果が著しく減衰する。
【００４２】このため膜面内の磁気異方性を大きくする
ことが重要であり、一つの手段として、スパッタリング
法の様な成膜方法において膜面内に適当な大きさのバイ
アス電圧を印加した状態での成膜が有効である。
ことが重要であり、一つの手段として、スパッタリング
法の様な成膜方法において膜面内に適当な大きさのバイ
アス電圧を印加した状態での成膜が有効である。
【００４３】実施例３．更に別の有効な方法の一例を次
に示す。図６には本実施例の素子断面図を示す。
に示す。図６には本実施例の素子断面図を示す。
【００４４】上記実施例とは異なった素子構成で、本実
施例の磁電変換素子は希土類−遷移金属合金層４に隣接
して新たに第３磁性層１１が設けられる。Ｓｉ基板上に
形成され、第１磁性層としてＣｏ90Ｆｅ10層を７.０ｎ
ｍ、非磁性層としてＣｕ層を２.０ｎｍ、 第２磁性層と
してＣｏ90Ｆｅ10層を２.５ｎｍ、希土類−遷移金属合
金層としてＴｂ33（Ｃｏ90Ｆｅ10）67層を１０.０ｎ
ｍ、 更に第３磁性層１１としてＣｏ90Ｆｅ10層を２.０
ｎｍの厚さで順次積層し、 この上に保護層６としてＳ
ｉＮを約１００ｎｍの厚さで設け構成する。
施例の磁電変換素子は希土類−遷移金属合金層４に隣接
して新たに第３磁性層１１が設けられる。Ｓｉ基板上に
形成され、第１磁性層としてＣｏ90Ｆｅ10層を７.０ｎ
ｍ、非磁性層としてＣｕ層を２.０ｎｍ、 第２磁性層と
してＣｏ90Ｆｅ10層を２.５ｎｍ、希土類−遷移金属合
金層としてＴｂ33（Ｃｏ90Ｆｅ10）67層を１０.０ｎ
ｍ、 更に第３磁性層１１としてＣｏ90Ｆｅ10層を２.０
ｎｍの厚さで順次積層し、 この上に保護層６としてＳ
ｉＮを約１００ｎｍの厚さで設け構成する。
【００４５】本実施例の磁電変換素子のＶＳＭによる磁
化曲線を図７に示す。磁界は（ａ）が膜面内に、（ｂ）
が膜面垂直方向に印加して測定している。測定温度は室
温である。上記２つの実施例に比較して希土類−遷移金
属合金層の厚さを増やしたが磁気異方性は膜面内に優勢
であり、第３磁性層１１が面内異方性に有効である。
化曲線を図７に示す。磁界は（ａ）が膜面内に、（ｂ）
が膜面垂直方向に印加して測定している。測定温度は室
温である。上記２つの実施例に比較して希土類−遷移金
属合金層の厚さを増やしたが磁気異方性は膜面内に優勢
であり、第３磁性層１１が面内異方性に有効である。
【００４６】本実施例の磁電変換素子のＭＲ曲線を図８
に示す。磁界は第１磁性層の磁化容易軸に直交する方
向、即ち第２磁性層２の磁化容易軸方向に印加して測定
している。これらの磁気異方性は実施例１と同様の方法
で付与した。測定温度は室温である。本実施例のＴｂＦ
ｅＣｏ層は室温において希土類優勢の組成であるが、隣
接する両側の２つのＣｏＦｅ層と併せ全体としてほぼ補
償組成となっており、磁化の反転磁界は５ｋＯｅ以上も
ある。
に示す。磁界は第１磁性層の磁化容易軸に直交する方
向、即ち第２磁性層２の磁化容易軸方向に印加して測定
している。これらの磁気異方性は実施例１と同様の方法
で付与した。測定温度は室温である。本実施例のＴｂＦ
ｅＣｏ層は室温において希土類優勢の組成であるが、隣
接する両側の２つのＣｏＦｅ層と併せ全体としてほぼ補
償組成となっており、磁化の反転磁界は５ｋＯｅ以上も
ある。
【００４７】本実施例の磁電変換素子の温度に対する安
定性を図９に示す。かなり広い温度範囲で第２磁性層２
の磁化の反転磁界は大きく、１００℃近傍で急激に減少
するものの９００Ｏｅまで安定である。
定性を図９に示す。かなり広い温度範囲で第２磁性層２
の磁化の反転磁界は大きく、１００℃近傍で急激に減少
するものの９００Ｏｅまで安定である。
【００４８】実施例４．本実施例の磁電変換素子はＳｉ
基板５上に形成され、第１磁性層１としてＮｉ80Ｆｅ20
層を７.０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕ層を２.０ｎｍ、
第２磁性層２としてＣｏ層を２.５ｎｍ、希土類−遷移
金属合金層４としてＴｂ33Ｃｏ67層を１５.０ｎｍ、更
に第３磁性層１１としてＣｏ層を２.０ｎｍの厚さで順
次積層し、この上に保護層としてＳｉＮを約１００ｎｍ
の厚さで設け、構成する。
基板５上に形成され、第１磁性層１としてＮｉ80Ｆｅ20
層を７.０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕ層を２.０ｎｍ、
第２磁性層２としてＣｏ層を２.５ｎｍ、希土類−遷移
金属合金層４としてＴｂ33Ｃｏ67層を１５.０ｎｍ、更
に第３磁性層１１としてＣｏ層を２.０ｎｍの厚さで順
次積層し、この上に保護層としてＳｉＮを約１００ｎｍ
の厚さで設け、構成する。
【００４９】本実施例の磁電変換素子のＭＲ曲線を図１
０に示す。磁界は第１磁性層１の磁化容易軸に直交する
方向、即ち第２磁性層２の磁化容易軸方向に印加して測
定している。これらの磁気異方性は実施例１と同様の方
法で付与した。測定温度は室温である。本実施例のＴｂ
Ｃｏ層及び隣接する両側の２つのＣｏ層は全体として室
温において希土類優勢の組成となっており、特有のＭＲ
曲線が得られる。
０に示す。磁界は第１磁性層１の磁化容易軸に直交する
方向、即ち第２磁性層２の磁化容易軸方向に印加して測
定している。これらの磁気異方性は実施例１と同様の方
法で付与した。測定温度は室温である。本実施例のＴｂ
Ｃｏ層及び隣接する両側の２つのＣｏ層は全体として室
温において希土類優勢の組成となっており、特有のＭＲ
曲線が得られる。
【００５０】本実施例の磁電変換素子の温度に対する安
定性を図９に示す。ＴｂＣｏ層及び隣接する両側の２つ
のＣｏ層は全体として室温において希土類優勢の組成と
なっており、磁化の反転磁界の温度依存性は特有の曲線
になる。７０℃付近が補償温度であり、磁化の反転磁界
は発散する。このためかなり広い温度範囲で磁化の反転
磁界は大きく、１００℃近傍で急激に減少するものの、
１５０℃でも５００Ｏｅまで安定である。このように希
土類−遷移金属合金層４の組成が室温で希土類優勢の場
合、高温領域において磁電変換素子の安定性の向上が図
られる。
定性を図９に示す。ＴｂＣｏ層及び隣接する両側の２つ
のＣｏ層は全体として室温において希土類優勢の組成と
なっており、磁化の反転磁界の温度依存性は特有の曲線
になる。７０℃付近が補償温度であり、磁化の反転磁界
は発散する。このためかなり広い温度範囲で磁化の反転
磁界は大きく、１００℃近傍で急激に減少するものの、
１５０℃でも５００Ｏｅまで安定である。このように希
土類−遷移金属合金層４の組成が室温で希土類優勢の場
合、高温領域において磁電変換素子の安定性の向上が図
られる。
【００５１】上記のように、本実施例で用いられる希土
類−遷移金属合金層４は隣接して設けられた第２及び第
３磁性層２、１１と交換結合し、これらの層と併せ全体
として一つの層として振舞う。面内異方性を有しなが
ら、光磁気材料で用いられている垂直異方性をもった周
知の希土類−遷移金属合金層４と同様の、磁化の反転磁
界の温度依存性を示す。従来までこのような特性は発見
されておらず、スピンバルブ膜７を用いた素子の安定性
は非常に限定された環境においてのみ保証されていた
が、本実施例の磁電変換素子により、第２及び第３磁性
層２，１１の厚さ、希土類−遷移遷移金属合金層４の組
成及び厚さを調整することによって、スピンバルブ膜を
用いた素子の安定性は設計の自由度が大幅に向上する。
類−遷移金属合金層４は隣接して設けられた第２及び第
３磁性層２、１１と交換結合し、これらの層と併せ全体
として一つの層として振舞う。面内異方性を有しなが
ら、光磁気材料で用いられている垂直異方性をもった周
知の希土類−遷移金属合金層４と同様の、磁化の反転磁
界の温度依存性を示す。従来までこのような特性は発見
されておらず、スピンバルブ膜７を用いた素子の安定性
は非常に限定された環境においてのみ保証されていた
が、本実施例の磁電変換素子により、第２及び第３磁性
層２，１１の厚さ、希土類−遷移遷移金属合金層４の組
成及び厚さを調整することによって、スピンバルブ膜を
用いた素子の安定性は設計の自由度が大幅に向上する。
【００５２】実施例５．本実施例の磁電変換素子におい
て、希土類−遷移金属合金層４としてはＴｂＦｅＣｏ合
金が高温領域まで大きな磁気異方性を有し、素子の安定
性に高い効果がある。
て、希土類−遷移金属合金層４としてはＴｂＦｅＣｏ合
金が高温領域まで大きな磁気異方性を有し、素子の安定
性に高い効果がある。
【００５３】例えばガラス基板上に形成され、 第１磁
性層１としてＣｏ90Ｆｅ10層を７.０ｎｍ、非磁性層と
してＣｕ層を２.０ｎｍ、 第２磁性層２としてＣｏ50Ｆ
ｅ50層を２.５ｎｍ、希土類−遷移金属合金層４として
Ｔｂ33（ＣｏxＦｅ100-x）67層を１２.０ｎｍ、 更に第
３磁性層１１としてＣｏ50Ｆｅ50層を２.０ｎｍの厚さ
で順次積層し、 この上に保護層としてＳｉＮを約１０
０ｎｍの厚さで設け、構成する。
性層１としてＣｏ90Ｆｅ10層を７.０ｎｍ、非磁性層と
してＣｕ層を２.０ｎｍ、 第２磁性層２としてＣｏ50Ｆ
ｅ50層を２.５ｎｍ、希土類−遷移金属合金層４として
Ｔｂ33（ＣｏxＦｅ100-x）67層を１２.０ｎｍ、 更に第
３磁性層１１としてＣｏ50Ｆｅ50層を２.０ｎｍの厚さ
で順次積層し、 この上に保護層としてＳｉＮを約１０
０ｎｍの厚さで設け、構成する。
【００５４】図１１は本実施例の磁電変換素子の安定性
とＴｂ33（ＣｏxＦｅ100-x）67層のＣｏ濃度との関係を
示す。室温及び１００℃における第２磁性層２の磁化の
反転磁界を比較したが、ｘ≧５０（at％）を満たす合金
層が１００℃での磁化の反転磁界が大きく、好適であ
る。
とＴｂ33（ＣｏxＦｅ100-x）67層のＣｏ濃度との関係を
示す。室温及び１００℃における第２磁性層２の磁化の
反転磁界を比較したが、ｘ≧５０（at％）を満たす合金
層が１００℃での磁化の反転磁界が大きく、好適であ
る。
【００５５】実施例６．本実施例の磁電変換素子は温度
に対して高い安定性を有するため、高い環境温度におけ
る用途が広がるが、この場合層間の熱的な安定性も重要
な要素になる。非磁性層にＣｕを用いることは高いＧＭ
Ｒ効果のために必要であるが、熱的な安定性のためにあ
る特定の元素の添加が効果的である。
に対して高い安定性を有するため、高い環境温度におけ
る用途が広がるが、この場合層間の熱的な安定性も重要
な要素になる。非磁性層にＣｕを用いることは高いＧＭ
Ｒ効果のために必要であるが、熱的な安定性のためにあ
る特定の元素の添加が効果的である。
【００５６】例えば、本実施例の磁電変換素子はガラス
基板５上に形成され、第１磁性層１としてＮｉ80Ｆｅ20
層を７.０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕＡｇ層を２.０ｎ
ｍ、第２磁性層２としてＮｉ80Ｆｅ20層を３.０ｎｍ、
希土類−遷移金属合金層４としてＴｂ33（Ｃｏ90Ｆ
ｅ10）67層を１５.０ｎｍ、 更に第３磁性層１１として
Ｎｉ80Ｆｅ20層を２.０ｎｍの厚さで順次積層し、 この
上に保護層としてＳｉＮを約１００ｎｍの厚さで設け、
構成する。
基板５上に形成され、第１磁性層１としてＮｉ80Ｆｅ20
層を７.０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕＡｇ層を２.０ｎ
ｍ、第２磁性層２としてＮｉ80Ｆｅ20層を３.０ｎｍ、
希土類−遷移金属合金層４としてＴｂ33（Ｃｏ90Ｆ
ｅ10）67層を１５.０ｎｍ、 更に第３磁性層１１として
Ｎｉ80Ｆｅ20層を２.０ｎｍの厚さで順次積層し、 この
上に保護層としてＳｉＮを約１００ｎｍの厚さで設け、
構成する。
【００５７】実施例７．本実施例の磁電変換素子は相対
的にハードな第２磁性層２が磁界や温度に対して高い安
定性を有するため、第１磁性層１の選択においても自由
度が大きくなる。例えば、第１磁性層１にあまりソフト
ではない材料の選択も許され、より大きなＧＭＲ効果が
得られる材料の選択が可能になる。
的にハードな第２磁性層２が磁界や温度に対して高い安
定性を有するため、第１磁性層１の選択においても自由
度が大きくなる。例えば、第１磁性層１にあまりソフト
ではない材料の選択も許され、より大きなＧＭＲ効果が
得られる材料の選択が可能になる。
【００５８】大きなＧＭＲ効果のために磁性層／非磁性
層の組合せは重要である。非磁性層３の主成分がＣｕの
場合には、磁性層としてＦｅ1-XＣｏX層は大きな抵抗変
化を生む。Ｘの範囲は、０.５≦Ｘ≦１.０が好ましい。
層の組合せは重要である。非磁性層３の主成分がＣｕの
場合には、磁性層としてＦｅ1-XＣｏX層は大きな抵抗変
化を生む。Ｘの範囲は、０.５≦Ｘ≦１.０が好ましい。
【００５９】例えば、本実施例の磁電変換素子はガラス
基板上５に形成され、第１磁性層１としてＣｏ層を７.
０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕ層を２.０ｎｍ、第２磁
性層２としてＣｏ層を３.０ｎｍ、希土類−遷移金属合
金層４としてＴｂ33Ｃｏ67層を１５.０ｎｍ、更に第３
磁性層１１としてＣｏ層を２.０ｎｍの厚さで順次積層
し、この上に保護層としてＳｉＮを約１００ｎｍの厚さ
で設け、構成する。
基板上５に形成され、第１磁性層１としてＣｏ層を７.
０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕ層を２.０ｎｍ、第２磁
性層２としてＣｏ層を３.０ｎｍ、希土類−遷移金属合
金層４としてＴｂ33Ｃｏ67層を１５.０ｎｍ、更に第３
磁性層１１としてＣｏ層を２.０ｎｍの厚さで順次積層
し、この上に保護層としてＳｉＮを約１００ｎｍの厚さ
で設け、構成する。
【００６０】図１２は、本実施例による磁電変換素子の
ＧＭＲの感度を示す。磁界は第１磁性層１の磁化容易軸
に直交する方向、即ち第２磁性層２の磁化容易軸方向に
印加して測定している。これらの磁気異方性の付与は、
第１磁性層１には成膜時に基板を傾斜させた、いわゆる
斜め蒸着により、第２磁性層２、第３磁性層１１及び希
土類−遷移金属合金層４には成膜後磁界中熱処理によっ
て行なった。ここで斜め蒸着は第１磁性層１の成膜時の
みに適用した。測定温度は室温である。Ｃｏ層のヒステ
リシスは多少あるが、約０〜３００Ｏｅの範囲で比較的
線形性のある感度特性が得られた。抵抗変化率は９.２
％にまで増大する。
ＧＭＲの感度を示す。磁界は第１磁性層１の磁化容易軸
に直交する方向、即ち第２磁性層２の磁化容易軸方向に
印加して測定している。これらの磁気異方性の付与は、
第１磁性層１には成膜時に基板を傾斜させた、いわゆる
斜め蒸着により、第２磁性層２、第３磁性層１１及び希
土類−遷移金属合金層４には成膜後磁界中熱処理によっ
て行なった。ここで斜め蒸着は第１磁性層１の成膜時の
みに適用した。測定温度は室温である。Ｃｏ層のヒステ
リシスは多少あるが、約０〜３００Ｏｅの範囲で比較的
線形性のある感度特性が得られた。抵抗変化率は９.２
％にまで増大する。
【００６１】第１及び第２磁性層１，２は高いＧＭＲ効
果のために選ばれる必要がある。加えて、第１磁性層１
は良好な線形性、第２磁性層２は希土類−遷移金属合金
層４との大きな交換結合力などが考慮されなければなら
ない。Ｃｏ、ＦｅＣｏやＮｉＦｅの他、Ｎｉ及びＦｅの
３ｄ遷移金属とこれらの合金であるＮｉＣｏ、ＮｉＦｅ
Ｃｏが適している。また、ＦｅＨｆＣ、ＣｏＺｒＮｂ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。
果のために選ばれる必要がある。加えて、第１磁性層１
は良好な線形性、第２磁性層２は希土類−遷移金属合金
層４との大きな交換結合力などが考慮されなければなら
ない。Ｃｏ、ＦｅＣｏやＮｉＦｅの他、Ｎｉ及びＦｅの
３ｄ遷移金属とこれらの合金であるＮｉＣｏ、ＮｉＦｅ
Ｃｏが適している。また、ＦｅＨｆＣ、ＣｏＺｒＮｂ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。
【００６２】実施例８．本実施例の磁電変換素子はスピ
ンバルブ膜を用いた素子であるので、第１磁性層１と第
２磁性層２間の交換結合力の大きさは小さくなければな
らない。第１磁性層１と第２磁性層間２の交換結合力の
大きさは非磁性層の厚さによって大きく変化する。
ンバルブ膜を用いた素子であるので、第１磁性層１と第
２磁性層２間の交換結合力の大きさは小さくなければな
らない。第１磁性層１と第２磁性層間２の交換結合力の
大きさは非磁性層の厚さによって大きく変化する。
【００６３】例えば、本実施例の磁電変換素子はＳｉ基
板５上に形成され、第１磁性層１としてＮｉ80Ｆｅ20層
を７.０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕ層をｔCuｎｍ、 第
２磁性層２としてＣｏ層を２.５ｎｍ、希土類−遷移金
属合金層４としてＴｂ33Ｃｏ6 7層を１５.０ｎｍ、更に
第３磁性層１１としてＣｏ層を２.０ｎｍの厚さで順次
積層し、 この上に保護層としてＳｉＮを約１００ｎｍ
の厚さで設け、構成する。
板５上に形成され、第１磁性層１としてＮｉ80Ｆｅ20層
を７.０ｎｍ、非磁性層３としてＣｕ層をｔCuｎｍ、 第
２磁性層２としてＣｏ層を２.５ｎｍ、希土類−遷移金
属合金層４としてＴｂ33Ｃｏ6 7層を１５.０ｎｍ、更に
第３磁性層１１としてＣｏ層を２.０ｎｍの厚さで順次
積層し、 この上に保護層としてＳｉＮを約１００ｎｍ
の厚さで設け、構成する。
【００６４】図１３に非磁性層３の厚さに対する室温に
おける抵抗変化率の大きさを示す。抵抗変化率の大きさ
は非磁性層３の厚さが２.０ｎｍの場合の値を１とし
て、 相対的に表わしている。非磁性層３の厚さが非常
に薄い場合には上記交換結合力は有限の大きさをもち、
このため抵抗変化率は小さくなる。 最小の厚さは約１.
５ｎｍである。また、非磁性層３の厚さが厚くなるに従
って抵抗変化率は小さくなる。素子を流れる電流の非磁
性層３への分流効果により、非磁性層３の厚さが非常に
厚い場合には効率が悪くなり、好ましくない。
おける抵抗変化率の大きさを示す。抵抗変化率の大きさ
は非磁性層３の厚さが２.０ｎｍの場合の値を１とし
て、 相対的に表わしている。非磁性層３の厚さが非常
に薄い場合には上記交換結合力は有限の大きさをもち、
このため抵抗変化率は小さくなる。 最小の厚さは約１.
５ｎｍである。また、非磁性層３の厚さが厚くなるに従
って抵抗変化率は小さくなる。素子を流れる電流の非磁
性層３への分流効果により、非磁性層３の厚さが非常に
厚い場合には効率が悪くなり、好ましくない。
【００６５】本実施例の磁電変換素子は、スパッタ法や
高真空蒸着法などのような任意の薄膜作成法により作成
することができる。各層の層厚の制御は、時間制御され
たシャッター開閉などにより行なう。また、磁性層の磁
気異方性は、例えば成膜中に膜面内に磁界を印加するこ
とにより、あるいは蒸着粒子を基板に対して斜めに入射
させることにより、更には成膜後の磁場中熱処理により
導入される。特に、第１磁性層１は成膜中に、第２磁性
層２は成膜後磁界中熱処理による異方性の付与は本発明
において有効である。
高真空蒸着法などのような任意の薄膜作成法により作成
することができる。各層の層厚の制御は、時間制御され
たシャッター開閉などにより行なう。また、磁性層の磁
気異方性は、例えば成膜中に膜面内に磁界を印加するこ
とにより、あるいは蒸着粒子を基板に対して斜めに入射
させることにより、更には成膜後の磁場中熱処理により
導入される。特に、第１磁性層１は成膜中に、第２磁性
層２は成膜後磁界中熱処理による異方性の付与は本発明
において有効である。
【００６６】本実施例の磁電変換素子は、これを構成す
る希土類−遷移金属合金層４が非晶質であるため、第２
磁性層２に対する固定力が基板あるいは下地層の影響を
受けにくい。このためガラスやＳｉの他、任意の基板上
に形成することができる。また、基板上に希土類−遷移
金属合金層４から、あるいは必要十分の厚さをもって第
３磁性層から順次積層する逆構造体も形成することがで
きる。
る希土類−遷移金属合金層４が非晶質であるため、第２
磁性層２に対する固定力が基板あるいは下地層の影響を
受けにくい。このためガラスやＳｉの他、任意の基板上
に形成することができる。また、基板上に希土類−遷移
金属合金層４から、あるいは必要十分の厚さをもって第
３磁性層から順次積層する逆構造体も形成することがで
きる。
【００６７】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、少なくとも第
１磁性層／非磁性層／第２磁性層／希土類−遷移金属合
金層より構成され、上記第２磁性層と希土類−遷移金属
合金層とは交換結合し、かつ第２磁性層と希土類−遷移
金属合金層全体の磁化容易方向が膜面内にあり、また希
土類−遷移金属合金層の組成は室温で希土類優勢であ
り、更に非磁性層の主成分はＣｕであって、かつ層厚が
１.５ｎｍ以上としたことで、希土類−遷移金属合金の
大きな磁気異方性により、第２磁性層を希土類−遷移金
属合金に隣接して設けること、より広範囲な温度範囲
で、より広範囲な磁気中でも第２磁性層の磁化の固定は
従来素子に比べて大幅に安定化されるという効果があ
る。
１磁性層／非磁性層／第２磁性層／希土類−遷移金属合
金層より構成され、上記第２磁性層と希土類−遷移金属
合金層とは交換結合し、かつ第２磁性層と希土類−遷移
金属合金層全体の磁化容易方向が膜面内にあり、また希
土類−遷移金属合金層の組成は室温で希土類優勢であ
り、更に非磁性層の主成分はＣｕであって、かつ層厚が
１.５ｎｍ以上としたことで、希土類−遷移金属合金の
大きな磁気異方性により、第２磁性層を希土類−遷移金
属合金に隣接して設けること、より広範囲な温度範囲
で、より広範囲な磁気中でも第２磁性層の磁化の固定は
従来素子に比べて大幅に安定化されるという効果があ
る。
【００６８】請求項２の発明によれば、請求項１記載の
磁電変換素子において、希土類−遷移金属合金層は希土
類としてＴｂを、遷移金属としてＣｏとＦｅを主成分と
することで、希土類−遷移金属合金の組成は室温で希土
類優勢であるため高温領域において磁電変換素子の安定
性の向上が図れるという効果がある。
磁電変換素子において、希土類−遷移金属合金層は希土
類としてＴｂを、遷移金属としてＣｏとＦｅを主成分と
することで、希土類−遷移金属合金の組成は室温で希土
類優勢であるため高温領域において磁電変換素子の安定
性の向上が図れるという効果がある。
【００６９】請求項３の発明によれば、請求項２記載の
磁電変換素子において、希土類−遷移金属合金層はＴｂ
ＣｏxＦｅ100-xであり、ｘ≧５０（at％）とすること
で、１００°Ｃでの磁化の反転磁界が大きく、好適であ
るという効果がある。
磁電変換素子において、希土類−遷移金属合金層はＴｂ
ＣｏxＦｅ100-xであり、ｘ≧５０（at％）とすること
で、１００°Ｃでの磁化の反転磁界が大きく、好適であ
るという効果がある。
【００７０】請求項４の発明によれば、請求項１記載の
磁電変換素子において、希土類−遷移金属合金層に隣接
して第３磁性層を設けて基板上に形成され、少なくとも
第１磁性層／非磁性層／第２磁性層／希土類−遷移金属
合金層／第３磁性層より構成することで、第３磁性層を
希土類−遷移金属合金に隣接して設けることにより膜面
内の磁気異方性を大きくすることができると共に、希土
類−遷移金属合金層の組成や厚さの自由度が向上し、第
２磁性層の磁化の反転磁界の設計を容易に行えるという
効果がある。
磁電変換素子において、希土類−遷移金属合金層に隣接
して第３磁性層を設けて基板上に形成され、少なくとも
第１磁性層／非磁性層／第２磁性層／希土類−遷移金属
合金層／第３磁性層より構成することで、第３磁性層を
希土類−遷移金属合金に隣接して設けることにより膜面
内の磁気異方性を大きくすることができると共に、希土
類−遷移金属合金層の組成や厚さの自由度が向上し、第
２磁性層の磁化の反転磁界の設計を容易に行えるという
効果がある。
【００７１】請求項５の発明によれば、請求項１記載の
磁電変換素子において、上記第１磁性層と第２磁性層の
磁化容易軸の方向が互いに直交して磁気異方性を付与さ
れたことで、リニアセンサとして線形性に優れた磁電変
換素子が得られるという効果がある。
磁電変換素子において、上記第１磁性層と第２磁性層の
磁化容易軸の方向が互いに直交して磁気異方性を付与さ
れたことで、リニアセンサとして線形性に優れた磁電変
換素子が得られるという効果がある。
【００７２】請求項６の発明によれば、請求項５記載の
磁電変換素子において、磁気異方性の付与が第１磁性層
は成膜時に行なわれ、第２磁性層及び希土類−遷移金属
合金層は成膜後磁界中熱処理により行なうと、希土類−
遷移金属合金層が非晶質であるので磁気異方性は磁界中
熱処理により効果的に付与することができるという効果
がある。
磁電変換素子において、磁気異方性の付与が第１磁性層
は成膜時に行なわれ、第２磁性層及び希土類−遷移金属
合金層は成膜後磁界中熱処理により行なうと、希土類−
遷移金属合金層が非晶質であるので磁気異方性は磁界中
熱処理により効果的に付与することができるという効果
がある。
【００７３】請求項７の発明によれば、請求項５記載の
磁電変換素子において、第１磁性層の磁化容易軸の直交
方向に印加された磁界の強度を検知するようにしたの
で、第１磁性層の磁化容易軸に直交する磁界成分によっ
て第１磁性層の磁化が回転し生じる電気抵抗変化が、検
知される磁界の関数として検出されるため、非常に広い
磁界及び温度範囲において安定動作する高性能な磁気ヘ
ッドや磁界センサ等を提供できるという効果がある。
磁電変換素子において、第１磁性層の磁化容易軸の直交
方向に印加された磁界の強度を検知するようにしたの
で、第１磁性層の磁化容易軸に直交する磁界成分によっ
て第１磁性層の磁化が回転し生じる電気抵抗変化が、検
知される磁界の関数として検出されるため、非常に広い
磁界及び温度範囲において安定動作する高性能な磁気ヘ
ッドや磁界センサ等を提供できるという効果がある。
【図１】 本発明の磁電変換素子の一実施例のスピンバ
ルブ膜断面図である。
ルブ膜断面図である。
【図２】 本発明の磁電変換素子の一実施例の素子構成
図である。
図である。
【図３】 本発明の磁電変換素子の一実施例における、
室温でのＭＲの感度を示す図である。
室温でのＭＲの感度を示す図である。
【図４】 本発明の磁電変換素子の一実施例における、
室温での磁化曲線を示す図である。
室温での磁化曲線を示す図である。
【図５】 本発明の磁電変換素子を構成する希土類−遷
移金属合金層の組成が異なる場合の反転磁界の温度依存
性を説明する図である。
移金属合金層の組成が異なる場合の反転磁界の温度依存
性を説明する図である。
【図６】 本発明の磁電変換素子の他の実施例のスピン
バルブ膜断面図である。
バルブ膜断面図である。
【図７】 本発明の磁電変換素子の他の実施例におけ
る、室温での磁化曲線を示す図である。
る、室温での磁化曲線を示す図である。
【図８】 本発明の磁電変換素子の他の実施例におけ
る、室温でのＭＲ曲線を示す図。
る、室温でのＭＲ曲線を示す図。
【図９】 本発明の磁電変換素子の他の２つの実施例に
おける、温度に対する安定性を示す図である。
おける、温度に対する安定性を示す図である。
【図１０】 本発明の磁電変換素子の更に別の実施例に
おける、室温でのＭＲ曲線を示す図である。
おける、室温でのＭＲ曲線を示す図である。
【図１１】 本発明の磁電変換素子の希土類−遷移金属
合金層としてＴｂＦｅＣｏ層を用いた一実施例におけ
る、Ｃｏ濃度と安定性との関係を示す図である。
合金層としてＴｂＦｅＣｏ層を用いた一実施例におけ
る、Ｃｏ濃度と安定性との関係を示す図である。
【図１２】 本発明の磁電変換素子の更に高いＧＭＲ効
果を実現する一実施例における、室温でのＭＲの感度を
示す図である。
果を実現する一実施例における、室温でのＭＲの感度を
示す図である。
【図１３】 本発明の磁電変換素子における、非磁性層
の厚さと室温でのＭＲ効果の大きさの関係を示す図であ
る。
の厚さと室温でのＭＲ効果の大きさの関係を示す図であ
る。
１ 第１磁性層、２ 第２磁性層、３ 非磁性層、４
希土類−遷移金属層、５ 基板、６ 保護層、７ スピ
ンバルブ膜、８ 電気伝導部、９ 電源、１０電源、１
１ 第３磁性層。
希土類−遷移金属層、５ 基板、６ 保護層、７ スピ
ンバルブ膜、８ 電気伝導部、９ 電源、１０電源、１
１ 第３磁性層。
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に形成された、少なくとも第１磁
性層／非磁性層／第２磁性層／希土類−遷移金属合金層
より構成され、上記第２磁性層と希土類−遷移金属合金
層とは交換結合し、かつ第２磁性層と希土類−遷移金属
合金層全体の磁化容易方向が膜面内にあり、また希土類
−遷移金属合金層の組成は室温で希土類優勢であり、更
に非磁性層の主成分はＣｕであって、かつ層厚が１.５
ｎｍ以上であることを特徴とする磁電変換素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の磁電変換素子において、
希土類−遷移金属合金層は希土類としてＴｂを、遷移金
属としてＣｏとＦｅを主成分とすることを特徴とする磁
電変換素子。 - 【請求項３】 請求項２記載の磁電変換素子において、
希土類−遷移金属合金層はＴｂＣｏxＦｅ100-xであり、
ｘ≧５０（at％）であることを特徴とする磁電変換素
子。 - 【請求項４】 請求項１記載の磁電変換素子において、
希土類−遷移金属合金層に隣接して第３磁性層を設けて
基板上に形成され、少なくとも第１磁性層／非磁性層／
第２磁性層／希土類−遷移金属合金層／第３磁性層より
構成される磁電変換素子。 - 【請求項５】 請求項１記載の磁電変換素子において、
上記第１磁性層と第２磁性層の磁化容易軸の方向が互い
に直交して磁気異方性を付与されていることを特徴とす
る磁電変換素子。 - 【請求項６】 請求項５記載の磁電変換素子において、
磁気異方性の付与が第１磁性層は成膜時に行なわれ、第
２磁性層及び希土類−遷移金属合金層は成膜後磁界中熱
処理により行なわれることを特徴とする磁電変換素子。 - 【請求項７】 請求項５記載の磁電変換素子において、
第１磁性層の磁化容易軸の直交方向に印加された磁界の
強度を検知することを特徴とする磁電変換素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7076484A JPH08274386A (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 磁電変換素子 |
| US08/623,823 US5738938A (en) | 1995-03-31 | 1996-03-29 | Magnetoelectric transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7076484A JPH08274386A (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 磁電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08274386A true JPH08274386A (ja) | 1996-10-18 |
Family
ID=13606487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7076484A Pending JPH08274386A (ja) | 1995-03-31 | 1995-03-31 | 磁電変換素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5738938A (ja) |
| JP (1) | JPH08274386A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5991583A (en) * | 1997-03-31 | 1999-11-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Developing device |
| JP2003060261A (ja) * | 2001-08-13 | 2003-02-28 | Canon Inc | 磁気抵抗効果膜、それを備えたメモリ素子及びそれを用いたメモリ |
| JP2013219375A (ja) * | 2008-12-22 | 2013-10-24 | Fuji Electric Co Ltd | 磁気抵抗素子およびそれを用いる記憶装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5867351A (en) * | 1997-07-25 | 1999-02-02 | International Business Machines Corporation | Spin valve read head with low moment, high coercivity pinning layer |
| US6252796B1 (en) * | 1998-08-14 | 2001-06-26 | U.S. Philips Corporation | Device comprising a first and a second ferromagnetic layer separated by a non-magnetic spacer layer |
| DE10105894A1 (de) * | 2001-02-09 | 2002-09-05 | Bosch Gmbh Robert | Magnetisch sensitive Schichtanordnung |
| US6798624B2 (en) | 2001-03-15 | 2004-09-28 | Seagate Technology Llc | Magnetization sensor for sensing the write field characteristics of a perpendicular or longitudinal recording head |
| JP2002288814A (ja) * | 2001-03-22 | 2002-10-04 | Toshiba Corp | 垂直磁気記録媒体及びこれを用いた磁気記録再生装置 |
| US6600638B2 (en) | 2001-09-17 | 2003-07-29 | International Business Machines Corporation | Corrosion resistive GMR and MTJ sensors |
| US7268979B2 (en) * | 2003-07-02 | 2007-09-11 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Head with thin AFM with high positive magnetostrictive pinned layer |
| JP2007531177A (ja) * | 2004-04-02 | 2007-11-01 | Ｔｄｋ株式会社 | 磁気抵抗ヘッドを安定化させる合成フリー層 |
| US7248447B2 (en) * | 2004-05-05 | 2007-07-24 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | High Hc pinned self-pinned sensor |
| US7712100B2 (en) * | 2004-09-14 | 2010-05-04 | International Business Machines Corporation | Determining a capacity of a grid environment to handle a required workload for a virtual grid job request |
| JP2006196687A (ja) * | 2005-01-13 | 2006-07-27 | Tdk Corp | 磁気メモリ |
| US7358846B2 (en) * | 2005-06-01 | 2008-04-15 | Bernard Doudin | Magnetic spin valve with a magnetoelectric element |
| US10490732B2 (en) | 2016-03-11 | 2019-11-26 | Toshiba Memory Corporation | Magnetic memory device with sidewall layer containing boron and manufacturing method thereof |
| TWI688131B (zh) * | 2016-09-14 | 2020-03-11 | 日商東芝記憶體股份有限公司 | 半導體裝置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5159513A (en) * | 1991-02-08 | 1992-10-27 | International Business Machines Corporation | Magnetoresistive sensor based on the spin valve effect |
| US5549978A (en) * | 1992-10-30 | 1996-08-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element |
| JPH0766033A (ja) * | 1993-08-30 | 1995-03-10 | Mitsubishi Electric Corp | 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 |
-
1995
- 1995-03-31 JP JP7076484A patent/JPH08274386A/ja active Pending
-
1996
- 1996-03-29 US US08/623,823 patent/US5738938A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JP2013219375A (ja) * | 2008-12-22 | 2013-10-24 | Fuji Electric Co Ltd | 磁気抵抗素子およびそれを用いる記憶装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5738938A (en) | 1998-04-14 |
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