JPH08279115A - Multilayered film for magneto-resistance effect element and adjustment of magnetization of magnetic layer - Google Patents

Multilayered film for magneto-resistance effect element and adjustment of magnetization of magnetic layer

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JPH08279115A
JPH08279115A JP7686295A JP7686295A JPH08279115A JP H08279115 A JPH08279115 A JP H08279115A JP 7686295 A JP7686295 A JP 7686295A JP 7686295 A JP7686295 A JP 7686295A JP H08279115 A JPH08279115 A JP H08279115A
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magnetic
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博 関
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Abstract

PURPOSE: To obtain multilayered films having a high resistance change rate by laminating diamagnetic bonding units laminated with ferromagnetic metallic layers and nonmagnetic metallic layers and weakly ferromagnetic units laminated with the ferromagnetic metallic layers and nonmagnetic metallic layers on a substrate. CONSTITUTION: The antiferromagnetic bonding unit (a) having a two-layered structure is formed by laminating the ferromagnetic metallic layers 1, 3 across the nonmagnetic metallic layer 2. The weakly ferromagnetic bonding unit (b) is formed by laminating the nonmagnetic metallic layers 4, 6 across the ferromagnetic metallic layer 5. The double antiferromagnetic bonding unit (d) having a three-layered structure is formed by laminating the ferromagnetic metallic layer 7, the nonmagnetic metallic layer 8, the ferromagnetic metallic layer 9, the nonmagnetic metallic layer 10 and the ferromagnetic metallic layer 11. Further, the double weakly ferromagnetic bonding unit (e) is formed by laminating the nonmagnetic metallic layer 12, the ferromagnetic metallic layer 13 and the nonmagnetic metallic layer 6. The films having the high resistance change rate are obtd. by forming the antiferromagnetic bonding. The resistance change rate is increased by repeating the antiferromagnetic bonding units and the weakly ferromagnetic bonding units.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、磁気ヘッド、位置セン
サ、回転センサ等に用いられる磁気抵抗効果素子用の多
層膜および磁性層の磁化の調整方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multilayer film for a magnetoresistive element used in a magnetic head, a position sensor, a rotation sensor, etc., and a method for adjusting the magnetization of a magnetic layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の用途に用いられている磁
気抵抗(MR)効果材料として、Ni-Fe合金薄膜
(パーマロイ薄膜)が知られているが、パーマロイ薄膜
の抵抗変化率は2〜3%が一般的である。従って、今
後、磁気記録における線記録密度およびトラック密度の
向上あるいは磁気センサにおける高分解能化に対応する
ためには、より抵抗変化率(MR比)の大きい磁気抵抗
効果材料が望まれている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a Ni--Fe alloy thin film (permalloy thin film) has been known as a magnetoresistive (MR) effect material used for this kind of application, and the resistance change rate of the permalloy thin film is 2 to 2. 3% is typical. Therefore, in the future, a magnetoresistive effect material having a larger resistance change ratio (MR ratio) is desired in order to cope with the improvement of the linear recording density and the track density in the magnetic recording or the higher resolution of the magnetic sensor.

【0003】ところで近年、巨大磁気抵抗効果と呼ばれ
る現象が、Fe/Cr交互積層膜、あるいは、Co/C
u交互積層膜などの多層薄膜で発見されている。これら
の多層薄膜においては、FeやCoなどからなる各強磁
性金属層の磁化がCrやCuなどからなる非磁性金属層
を介して磁気的な相互作用を起こし、積層された上下の
強磁性金属層の磁化が、外部磁場のない時、反平行状態
を保つように結合している。即ち、これらの構造におい
ては、非磁性金属層を介して交互に積層された強磁性金
属層が、一層毎に磁化の向きを反対方向に向けて積層さ
れている。そして、これらの構造においては、適当な外
部磁界が印加されると、各強磁性金属層の磁化の向きが
同じ方向に揃うように変化する。
By the way, in recent years, a phenomenon called a giant magnetoresistive effect is caused by an alternating laminated film of Fe / Cr or Co / C.
It has been found in multilayer thin films such as u alternating laminated films. In these multilayer thin films, the magnetization of each ferromagnetic metal layer made of Fe, Co, etc. causes a magnetic interaction through the nonmagnetic metal layer made of Cr, Cu, etc. The magnetizations of the layers are coupled so that they remain antiparallel in the absence of an external magnetic field. That is, in these structures, the ferromagnetic metal layers that are alternately stacked with the non-magnetic metal layer in between are layered so that the magnetization directions are opposite to each other. Then, in these structures, when an appropriate external magnetic field is applied, the magnetization directions of the ferromagnetic metal layers change so as to be aligned in the same direction.

【0004】前記の構造において、各強磁性金属層の磁
化が反平行状態の場合と平行状態の場合では、Fe強磁
性金属層とCr非磁性金属層の界面、あるいは、Co強
磁性金属層とCu非磁性金属層の界面における伝導電子
の散乱のされ方が、伝導電子のスピンに依存して異なる
といわれている。従ってこの機構に基づくと、各強磁性
金属層の磁化の向きが反平行状態の時は電気抵抗が高
く、平行状態の時は電気抵抗が低くなり、抵抗変化率と
して従来のパーマロイ薄膜を上回る、いわゆる、巨大磁
気抵抗効果を発生する。このように、これらの多層薄膜
は、従来のNi-Feの単層薄膜とは根本的に異なるM
R発生機構を有している。
In the above structure, when the magnetizations of the respective ferromagnetic metal layers are in the antiparallel state and the parallel state, the interface between the Fe ferromagnetic metal layer and the Cr nonmagnetic metal layer or the Co ferromagnetic metal layer is used. It is said that the scattering of conduction electrons at the interface of the Cu nonmagnetic metal layer differs depending on the spin of the conduction electrons. Therefore, based on this mechanism, the electric resistance is high when the magnetization directions of the ferromagnetic metal layers are in the antiparallel state, and the electric resistance is low when the magnetization directions are in the parallel state, and the resistance change rate exceeds that of the conventional permalloy thin film. The so-called giant magnetoresistive effect is generated. Thus, these multi-layer thin films are fundamentally different from conventional Ni-Fe single-layer thin films by M
It has an R generation mechanism.

【0005】しかしながら、これらの多層膜において
は、各強磁性金属層の磁化の向きを反平行とするように
作用する強磁性金属層間の磁気的相互作用が強すぎるた
めに、各強磁性金属層の磁化の向きを平行に揃えるため
には、非常に大きな外部磁界を作用させなくてはならな
い問題がある。従って、強い磁界をかけないと大きな抵
抗変化が起こらないことになり、磁気ヘッドなどのよう
に磁気記録媒体からの微小な磁界を検出する装置に適用
した場合に満足な高い感度が得られないという問題があ
った。
However, in these multilayer films, the magnetic interaction between the ferromagnetic metal layers that act so as to make the magnetization directions of the ferromagnetic metal layers antiparallel to each other is too strong. There is a problem in that a very large external magnetic field must be applied in order to make the magnetization directions of the two parallel. Therefore, a large change in resistance does not occur unless a strong magnetic field is applied, and satisfactory high sensitivity cannot be obtained when applied to a device that detects a minute magnetic field from a magnetic recording medium such as a magnetic head. There was a problem.

【0006】この問題を解決するためには、強磁性金属
層間に働く磁気的な相互作用を過度に強くしないよう
に、CrやCuなどからなる非磁性金属層の厚さを調整
し、各強磁性金属層の磁化の向きの相対的な方向を磁気
的相互作用とは別の方法により制御することが有効と思
われる。従来、このような磁化の相対的な方向制御技術
として、FeMnなどの反強磁性層を設けることによ
り、一方の強磁性金属層の磁化の向きを固定し、この強
磁性金属層の磁化の向きが外部磁界に対して動き難いよ
うに構成し、他方の強磁性金属層の磁化の向きを自由に
動けるように構成することにより、微小な磁界による動
作を可能にした技術が提案されている。
In order to solve this problem, the thickness of the non-magnetic metal layer made of Cr, Cu or the like is adjusted so that the magnetic interaction acting between the ferromagnetic metal layers is not excessively strengthened. It seems effective to control the relative direction of the magnetization of the magnetic metal layer by a method other than the magnetic interaction. Conventionally, as a technique for controlling the relative direction of such magnetization, by providing an antiferromagnetic layer such as FeMn, the direction of magnetization of one ferromagnetic metal layer is fixed, and the direction of magnetization of this ferromagnetic metal layer is fixed. A technique has been proposed which enables operation by a minute magnetic field by making the magnetic field hard to move with respect to an external magnetic field and by freely moving the magnetization direction of the other ferromagnetic metal layer.

【0007】図12は、特開平6ー60336号公報に
開示されているこの種の技術を応用した構造の磁気抵抗
センサの一例を示すものである。図12に示す磁気抵抗
センサAは、非磁性の基板30に、第1の磁性層31と
非磁性スペーサ32と第2の磁性層33と反強磁性層3
4を積層して構成されるものであり、第2の磁性層33
の磁化の向きBが反強磁性層34による磁気的交換結合
により固定されるとともに、第1の磁性層31の磁化の
向きCが、印加磁界がない時に第2の磁性層33の磁化
の向きBに対して直角に向けられている。ただし、この
第1の磁性層31の磁化の向きCは固定されないので外
部磁界により回転できるようになっている。
FIG. 12 shows an example of a magnetoresistive sensor having a structure to which this type of technology disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-60336 is applied. The magnetoresistive sensor A shown in FIG. 12 includes a nonmagnetic substrate 30, a first magnetic layer 31, a nonmagnetic spacer 32, a second magnetic layer 33, and an antiferromagnetic layer 3.
And a second magnetic layer 33.
Direction B is fixed by magnetic exchange coupling by the antiferromagnetic layer 34, and the direction C of magnetization of the first magnetic layer 31 is fixed to the direction of magnetization of the second magnetic layer 33 when there is no applied magnetic field. It is oriented at a right angle to B. However, since the magnetization direction C of the first magnetic layer 31 is not fixed, it can be rotated by an external magnetic field.

【0008】図12に示す構造に対して印加磁界hを付
加すると、印加磁界hの方向に応じて第1の磁性層31
の磁化の向きCが点線矢印の如く回転するので、第1の
磁性層31と第2の磁性層33との間で磁化に方向の角
度差が生じることになるために、抵抗変化が起こり、こ
れにより磁場検出ができるようになる。
When an applied magnetic field h is applied to the structure shown in FIG. 12, the first magnetic layer 31 changes depending on the direction of the applied magnetic field h.
Since the direction C of magnetization of the first magnetic layer 31 rotates as indicated by a dotted arrow, a difference in direction of magnetization occurs between the first magnetic layer 31 and the second magnetic layer 33, resulting in a resistance change. This enables magnetic field detection.

【0009】次に、一方の磁性層の磁化の向きを固定
し、他方の磁性層の磁化の向きを自由とした構成の磁気
抵抗センサBの他の例として、図13に示すように、基
板35上に、NiOの反強磁性層36と、Ni-Feの
磁性層37と、Cuの非磁性金属層38と、Ni-Fe
の磁性層39と、Cuの非磁性金属層40と、Ni-F
eの磁性層41と、FeMnの反強磁性層42とを順次
積層した構造が知られている。この例の構造において
は、反強磁性層36、42によりそれらに隣接する強磁
性金属層37、41の磁化がそれぞれ固定され、強磁性
金属層37、41の間に非磁性金属層38、40を介し
て挟まれた強磁性金属層39の磁化が外部磁界に応じて
回転可能に構成されている。
Next, as another example of the magnetoresistive sensor B in which the magnetization direction of one magnetic layer is fixed and the magnetization direction of the other magnetic layer is free, as shown in FIG. 35, a NiO antiferromagnetic layer 36, a Ni—Fe magnetic layer 37, a Cu nonmagnetic metal layer 38, and a Ni—Fe layer 35.
Magnetic layer 39 of Cu, non-magnetic metal layer 40 of Cu, and Ni-F
A structure in which a magnetic layer 41 of e and an antiferromagnetic layer 42 of FeMn are sequentially stacked is known. In the structure of this example, the magnetizations of the ferromagnetic metal layers 37 and 41 adjacent to the antiferromagnetic layers 36 and 42 are fixed, and the nonmagnetic metal layers 38 and 40 are interposed between the ferromagnetic metal layers 37 and 41. The magnetization of the ferromagnetic metal layer 39 sandwiched by the magnets is configured to be rotatable according to an external magnetic field.

【0010】図12あるいは図13に示す構造の磁気抵
抗センサであると、微小な印加磁界の変化に対して磁気
抵抗センサAあるいは磁気抵抗センサBの電気抵抗が感
度良く変化する。また、第1の磁性層2としてNi-F
eなどの軟磁性材料を用いると、その軟磁性を利用で
き、ヒステリシスが少ないなどの利点を有する。
In the magnetoresistive sensor having the structure shown in FIG. 12 or FIG. 13, the electric resistance of the magnetoresistive sensor A or the magnetoresistive sensor B changes with high sensitivity to a minute change in the applied magnetic field. In addition, as the first magnetic layer 2, Ni-F is used.
When a soft magnetic material such as e is used, the soft magnetism can be utilized, and there are advantages such as less hysteresis.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図1
2、あるいは図13に示す構造の磁気抵抗センサは、F
eMnの反強磁性層34で隣接する第2の磁性層33の
磁化を固定するか、上下のFeMnとNiOの反強磁性
層36、42でそれらの間の強磁性金属層37、41の
磁化を固定し、それらの間の磁性層39の磁化を自由に
する構造であるので巨大磁気抵抗効果に寄与するNi-
Fe(磁性層)/Cu(非磁性金属層)の界面の数を多
くできない制約があり、MR比の大きさに制約を生じる
問題があった。従って、図12あるいは図13に示す構
造において、10%を超えるような大きなMR比は、構
造上到底実現できない問題がある。また、反強磁性層3
4、36の構成材料として用いられるFeMnは、耐食
性および耐環境性の面から見て不利な問題がある。
However, as shown in FIG.
2, or the magnetoresistive sensor having the structure shown in FIG.
The antiferromagnetic layer 34 of eMn fixes the magnetization of the adjacent second magnetic layer 33, or the antiferromagnetic layers 36 and 42 of FeMn and NiO above and below magnetize the ferromagnetic metal layers 37 and 41 between them. Is fixed and the magnetization of the magnetic layer 39 between them is made free, so that Ni- which contributes to the giant magnetoresistive effect
There is a restriction that the number of Fe (magnetic layer) / Cu (non-magnetic metal layer) interfaces cannot be increased, and there is a problem that the MR ratio is restricted. Therefore, in the structure shown in FIG. 12 or FIG. 13, there is a problem that a large MR ratio exceeding 10% cannot be realized due to the structure. In addition, the antiferromagnetic layer 3
FeMn used as a constituent material for Nos. 4 and 36 has disadvantages in terms of corrosion resistance and environment resistance.

【0012】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、図12あるいは図13に示す従来構造ではできな
かった磁性層の多層膜構造を実現できる積層構造にする
ことにより、従来構造では得られなかった高いMR比を
得ることができると同時に、場合によっては、耐食性、
耐環境性の面で問題があった反強磁性材料を用いる必要
が無い磁気抵抗効果素子用多層膜および磁性層の磁化の
調整方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and is obtained in a conventional structure by forming a laminated structure capable of realizing a multilayer film structure of a magnetic layer, which was not possible in the conventional structure shown in FIG. 12 or FIG. It is possible to obtain a high MR ratio that was not achieved, and at the same time, in some cases, corrosion resistance,
An object of the present invention is to provide a multilayer film for a magnetoresistive effect element and a method for adjusting the magnetization of a magnetic layer, which does not require the use of an antiferromagnetic material having a problem in terms of environment resistance.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は前
記課題を解決するために、複数の強磁性金属層の間に非
磁性金属層を挟んで積層することで反強磁性結合させた
反強磁性結合ユニットと、複数の非磁性金属層の間に強
磁性金属層を挟んで積層することで反強磁性結合ユニッ
トと弱強磁性結合させた弱強磁性結合ユニットを基板上
に積層してなるものである。また、この構造において、
前記弱強磁性結合ユニット上に、複数の強磁性金属層の
間に複数の非磁性金属層を挟んで積層することで反強磁
性結合された復反強磁性ユニットと、複数の非磁性金属
層の間に強磁性金属層を挟んで積層することで前記復反
強磁性結合ユニットと弱強磁性結合させた復弱強磁性結
合ユニットとをそれぞれ一層以上積層してなる構造にす
ることもできる。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 is antiferromagnetically coupled by laminating a non-magnetic metal layer between a plurality of ferromagnetic metal layers. An antiferromagnetic coupling unit and a weak ferromagnetic coupling unit, which is weakly ferromagnetically coupled with the antiferromagnetic coupling unit by sandwiching the ferromagnetic metal layer between a plurality of nonmagnetic metal layers, are laminated on the substrate. It will be. Also, in this structure,
On the weak ferromagnetic coupling unit, a plurality of nonmagnetic metal layers are sandwiched between a plurality of ferromagnetic metal layers to form an antiferromagnetically coupled antiferromagnetic unit, and a plurality of nonmagnetic metal layers. It is also possible to form a structure in which one or more layers of the antiferromagnetically coupled unit and the weakly ferromagnetically coupled unit that are weakly ferromagnetically coupled are laminated by sandwiching the ferromagnetic metal layer between them.

【0014】次に、先の構造において、強磁性金属層を
Co、NiFe合金、CoFeNi合金から選択された
1種以上から構成し、非磁性金属層をAu、Ag、Cu
から選択された1種以上から構成しても良い。 また、
先の構造の磁気抵抗効果素子用多層膜において、積層膜
の最上層と最下層の少なくとも一方に反強磁性層を追加
しても良い。更に、先の磁気抵抗効果素子用多層膜にお
いて、反強磁性層をFeMn、NiO、NiMnから選
択される1種以上から構成しても良い。
Next, in the above structure, the ferromagnetic metal layer is composed of at least one selected from Co, NiFe alloy, and CoFeNi alloy, and the nonmagnetic metal layer is Au, Ag, Cu.
You may comprise from 1 or more types selected from. Also,
In the multilayer film for a magnetoresistive element having the above structure, an antiferromagnetic layer may be added to at least one of the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated film. Furthermore, in the above-described multilayer film for a magnetoresistive effect element, the antiferromagnetic layer may be composed of at least one selected from FeMn, NiO, and NiMn.

【0015】次に、先の構造の磁気抵抗効果素子用多層
膜において、積層膜の最上層と最下層の少なくとも一方
に、硬質磁性材料からなる高保磁力磁性層を追加して設
けても良い。また、先に記載の高保磁力磁性層が、Co
Cr合金、CoCrTa合金、CoPt合金から選択さ
れる1種以上からなるものでも良い。更に、先に記載の
磁気抵抗効果素子用多層膜において、強磁性金属層の厚
さが10〜30オングストロームの範囲、反強磁性結合
ユニット中の非磁性金属層の厚さが7〜11オングスト
ロームの範囲、それ以外の非磁性金属層の厚さが20〜
50オングストロームの範囲に形成されてなるものでも
良い。
Next, in the multilayer film for a magnetoresistive effect element having the above structure, a high coercive force magnetic layer made of a hard magnetic material may be additionally provided on at least one of the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated film. The high coercive force magnetic layer described above is Co
It may be one or more selected from a Cr alloy, a CoCrTa alloy, and a CoPt alloy. Furthermore, in the multilayer film for a magnetoresistive effect element described above, the thickness of the ferromagnetic metal layer is in the range of 10 to 30 Å, and the thickness of the nonmagnetic metal layer in the antiferromagnetic coupling unit is 7 to 11 Å. Range, other than the thickness of the non-magnetic metal layer is 20 ~
It may be formed in the range of 50 Å.

【0016】次に、先に記載の磁気抵抗効果素子用多層
膜において、最下層の反強磁性結合ユニットに2つの強
磁性金属層が具備され、復反強磁性結合ユニットに3つ
の強磁性金属層が具備されてなり、復反強磁性結合ユニ
ットと復弱強磁性結合ユニットが交互に複数積層されて
なる構成でも良い。また、先に記載の磁気抵抗効果素子
用多層膜において、外部磁界が低い状態では電気抵抗が
急激に増加し、外部磁界が更に高い状態では電気抵抗が
緩やかに減少する特性を示すことが好ましい。
Next, in the multilayer film for a magnetoresistive effect element described above, two ferromagnetic metal layers are provided in the bottom antiferromagnetic coupling unit, and three ferromagnetic metal layers are provided in the reverse antiferromagnetic coupling unit. A layer may be provided, and a plurality of reverse antiferromagnetic coupling units and weak weak ferromagnetic coupling units may be alternately laminated. Further, it is preferable that the multilayer film for a magnetoresistive effect element described above exhibits a characteristic that the electric resistance sharply increases when the external magnetic field is low, and the electric resistance gradually decreases when the external magnetic field is higher.

【0017】次に本発明方法は、複数の強磁性金属層で
非磁性金属層を挟んで反強磁性結合させた反強磁性結合
ユニットを構成し、複数の非磁性金属層の間に強磁性金
属層を挟んで先の反強磁性結合ユニットと弱強磁性結合
させた弱強磁性結合ユニットを構成するとともに、両ユ
ニットを積層し、弱強磁性結合ユニット内の強磁性金属
層の磁化の向きを外部磁場に合わせて変更可能にするも
のである。前記の方法において、反強磁性結合ユニット
と弱強磁性結合ユニットと復反強磁性結合ユニットと復
弱強磁性結合ユニットを具備する積層体の最上層と最下
層の少なくとも一方に、反強磁性層と高保磁力磁性層の
どちらか一方を追加して設け、反強磁性層または高保磁
力磁性層に接する強磁性金属層を単磁区化することもで
きる。
Next, according to the method of the present invention, an antiferromagnetic coupling unit in which a nonmagnetic metal layer is sandwiched between a plurality of ferromagnetic metal layers and antiferromagnetically coupled is formed, and a ferromagnetic material is provided between the plurality of nonmagnetic metal layers. A weak ferromagnetic coupling unit is formed by weakly ferromagnetically coupling with the above antiferromagnetic coupling unit with a metal layer sandwiched between them, and both units are stacked, and the direction of magnetization of the ferromagnetic metal layer in the weak ferromagnetic coupling unit. Can be changed according to the external magnetic field. In the above method, at least one of an uppermost layer and a lowermost layer of a laminated body including an antiferromagnetic coupling unit, a weak ferromagnetic coupling unit, a deferred antiferromagnetic coupling unit, and a deweak ferromagnetic coupling unit is an antiferromagnetic layer. It is also possible to additionally provide either one of the magnetic layer and the high coercive force magnetic layer to make the ferromagnetic metal layer in contact with the antiferromagnetic layer or the high coercive force magnetic layer into a single magnetic domain.

【0018】[0018]

【作用】本発明においては、反強磁性結合ユニットと弱
強磁性結合ユニットが基板上に積層されているので、反
強磁性結合ユニット中の強磁性金属層の磁化の向きを固
定し、弱強磁性結合ユニット中の強磁性金属層の磁化の
向きを外部磁場に応じて回転させることができる。そし
て、本発明の構造は、繰り返し多数積層することが自由
にできるので、巨大磁気抵抗効果を発揮する強磁性金属
層と非磁性金属層の界面を積層体中に多数形成すること
ができる。よって大きなMR比を得ることができる。
In the present invention, since the antiferromagnetic coupling unit and the weak ferromagnetic coupling unit are laminated on the substrate, the direction of magnetization of the ferromagnetic metal layer in the antiferromagnetic coupling unit is fixed and weak The magnetization direction of the ferromagnetic metal layer in the magnetic coupling unit can be rotated according to an external magnetic field. Further, since the structure of the present invention can be freely laminated in large numbers, it is possible to form a large number of interfaces between the ferromagnetic metal layer and the non-magnetic metal layer exhibiting the giant magnetoresistive effect in the laminate. Therefore, a large MR ratio can be obtained.

【0019】以下に本発明について更に詳細に説明す
る。図1は本発明に係る磁気抵抗効果素子用多層膜の一
構造例を示すもので、この例の磁気抵抗効果素子用多層
膜は、非磁性体の基板K上にバッファ層Hが形成され、
その上に多数の磁性層と非磁性金属層が積層されて構成
されている。なお、このバッファ層Jは、その上に積層
される層の結晶配向性を整えるための下地層であるの
で、場合によっては省略することもできる。
The present invention will be described in more detail below. FIG. 1 shows an example of the structure of the multilayer film for a magnetoresistive element according to the present invention. In the multilayer film for a magnetoresistive element of this example, a buffer layer H is formed on a non-magnetic substrate K,
A large number of magnetic layers and non-magnetic metal layers are laminated on top of this. Since the buffer layer J is a base layer for adjusting the crystal orientation of the layer laminated thereon, it may be omitted in some cases.

【0020】前記バッファ層J上には、強磁性金属層1
と非磁性金属層2と強磁性金属層3と非磁性金属層4と
強磁性金属層5と非磁性金属層6と強磁性金属層7と非
磁性金属層8と強磁性金属層9と非磁性金属層10と強
磁性金属層11と非磁性金属層12と強磁性金属層13
が順次積層され、強磁性金属層13上には、再び、非磁
性金属層6と強磁性金属層7と非磁性金属層8と強磁性
金属層9と非磁性金属層10と強磁性金属層11と非磁
性金属層12と強磁性金属層13が順次積層されてい
る。
The ferromagnetic metal layer 1 is formed on the buffer layer J.
A non-magnetic metal layer 2, a ferromagnetic metal layer 3, a non-magnetic metal layer 4, a ferromagnetic metal layer 5, a non-magnetic metal layer 6, a ferromagnetic metal layer 7, a non-magnetic metal layer 8 and a non-ferromagnetic metal layer 9. Magnetic metal layer 10, ferromagnetic metal layer 11, non-magnetic metal layer 12, and ferromagnetic metal layer 13
Are sequentially laminated, and again on the ferromagnetic metal layer 13, the non-magnetic metal layer 6, the ferromagnetic metal layer 7, the non-magnetic metal layer 8, the ferromagnetic metal layer 9, the non-magnetic metal layer 10, and the ferromagnetic metal layer. 11, a non-magnetic metal layer 12, and a ferromagnetic metal layer 13 are sequentially stacked.

【0021】前記基板Kは、ガラス、Si、Al23
TiC、SiC、Al23とTiCの燒結体、非磁性フ
ェライトなどに代表される非磁性材料から構成されてい
る。前記強磁性金属層1、3、5、7、9、11、13
は、Co、NiFe合金、CoNiFe合金などの磁気
抵抗変化率の大きな強磁性金属材料から構成されるが、
これらの中でも磁気抵抗変化率の大きなCoからなるこ
とがより好ましい。前記非磁性金属層2、4、6、8、
10、12は、Au、Ag、Cuなどの非磁性金属材料
から構成されるが、これらの中でもCuからなることが
最も好ましい。また、各強磁性金属層1、3、5、7、
9、11、13の厚さは10〜30オングストローム程
度、反強磁性ユニット中の非磁性金属層2、8、10の
厚さは7〜11オングストローム程度、それ以外の非磁
性金属層4、6、12の厚さは20〜50オングストロ
ーム程度とされている。
The substrate K is made of glass, Si, Al 2 O 3 ,
It is composed of a non-magnetic material typified by a sintered body of TiC, SiC, Al 2 O 3 and TiC, and non-magnetic ferrite. The ferromagnetic metal layers 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13
Is composed of a ferromagnetic metal material having a large rate of change in magnetoresistance such as Co, NiFe alloy, and CoNiFe alloy.
Among these, Co having a large rate of change in magnetic resistance is more preferable. The non-magnetic metal layers 2, 4, 6, 8,
Although 10 and 12 are composed of a non-magnetic metal material such as Au, Ag and Cu, it is most preferred to be composed of Cu among these. In addition, each of the ferromagnetic metal layers 1, 3, 5, 7,
The thickness of 9, 11, and 13 is about 10 to 30 angstroms, the thickness of the nonmagnetic metal layers 2, 8 and 10 in the antiferromagnetic unit is about 7 to 11 angstroms, and the other nonmagnetic metal layers 4 and 6 are , 12 has a thickness of about 20 to 50 angstroms.

【0022】図1に示す積層構造においては、非磁性金
属層2を挟んで強磁性金属層1、3を積層することで2
層構造の反強磁性結合ユニットaが形成され、強磁性金
属層5を挟んで非磁性金属層4、6を積層することで弱
強磁性結合ユニットbが構成されている。ここで、前記
弱強磁性結合ユニットbが形成されるのは、強磁性金属
層5の上下に位置する非磁性金属層4、6の厚さが十分
に厚く形成されているために、強磁性金属層5の上下に
位置する強磁性金属層7、3の強磁性金属層5に対する
磁気的結合力が弱くなるためである。
In the laminated structure shown in FIG. 1, by stacking the ferromagnetic metal layers 1 and 3 with the non-magnetic metal layer 2 sandwiched therebetween, 2
The antiferromagnetic coupling unit a having a layered structure is formed, and the nonmagnetic metal layers 4 and 6 are laminated with the ferromagnetic metal layer 5 sandwiched therebetween to form the weak ferromagnetic coupling unit b. Here, the weak ferromagnetic coupling unit b is formed because the non-magnetic metal layers 4 and 6 located above and below the ferromagnetic metal layer 5 are formed sufficiently thick. This is because the ferromagnetic metal layers 7 and 3 located above and below the metal layer 5 have a weak magnetic coupling force with the ferromagnetic metal layer 5.

【0023】また、強磁性金属層7と非磁性金属層8と
強磁性金属層9と非磁性金属層10と強磁性金属層11
とを積層することで3層構造の復反強磁性結合ユニット
dが構成され、非磁性金属層12と強磁性金属層13と
非磁性金属層6を積層することで復弱強磁性結合ユニッ
トeが形成され、更にその上に、強磁性金属層7と非磁
性金属層8と強磁性金属層9と非磁性金属層10と強磁
性金属層11とを積層することで3層構造の復反強磁性
結合ユニットdが構成されている。
The ferromagnetic metal layer 7, the nonmagnetic metal layer 8, the ferromagnetic metal layer 9, the nonmagnetic metal layer 10 and the ferromagnetic metal layer 11 are also included.
And the anti-ferromagnetic coupling unit d having a three-layer structure is formed by laminating and the non-magnetic metal layer 12, the ferromagnetic metal layer 13, and the non-magnetic metal layer 6 are laminated. Is formed, and the ferromagnetic metal layer 7, the non-magnetic metal layer 8, the ferromagnetic metal layer 9, the non-magnetic metal layer 10 and the ferromagnetic metal layer 11 are further laminated thereon to restore the three-layer structure. A ferromagnetic coupling unit d is constructed.

【0024】図1に示す構造においては、強磁性金属層
1、3を非磁性金属層2を介して積層しているので、反
強磁性結合(AF結合)が成立し、2層構造の第1の反
強磁性結合ユニットaが構成され、強磁性金属層1、3
の磁化の向きが動き難くされている。この第1の反強磁
性結合ユニットaの上に積層されたのは、弱い強磁性結
合がなされている第1の弱強磁性結合ユニットbである
ので、このユニット内の強磁性金属層5は外部の弱い磁
場で容易に反転する磁化反転可能な層(いわゆるフリー
レイヤー:図1に符号Fで示す)となる。これにより、
強磁性金属層1、3と強磁性金属層5の磁化反転挙動に
差が生じ、従って図12と図13に示す従来構造のFe
Mnからなる反強磁性層を用いなくとも感度が良く、抵
抗変化率の大きい膜を作成できることになる。従って耐
食性、耐環境性の面でも有利になる。
In the structure shown in FIG. 1, since the ferromagnetic metal layers 1 and 3 are laminated with the non-magnetic metal layer 2 in between, antiferromagnetic coupling (AF coupling) is established, and the two-layered structure is used. 1 antiferromagnetic coupling unit a is configured, and the ferromagnetic metal layers 1, 3
The direction of magnetization is hard to move. Stacked on the first antiferromagnetic coupling unit a is the first weak ferromagnetic coupling unit b having weak ferromagnetic coupling, so that the ferromagnetic metal layer 5 in this unit is It becomes a layer (so-called free layer: indicated by symbol F in FIG. 1) that can be easily reversed by a weak external magnetic field. This allows
There is a difference in the magnetization reversal behavior between the ferromagnetic metal layers 1 and 3 and the ferromagnetic metal layer 5, and thus the Fe of the conventional structure shown in FIGS.
Even if the antiferromagnetic layer made of Mn is not used, a film having high sensitivity and a large resistance change rate can be formed. Therefore, it is also advantageous in terms of corrosion resistance and environment resistance.

【0025】次に、この第1の弱強磁性結合ユニットb
の上に設けられた強磁性金属層3層構造の反強磁性結合
ユニットdは、強磁性金属層を3層有するがために、反
強磁性結合ユニットdの最上層の強磁性金属層11の磁
化と最下層の強磁性金属層7の磁化が図1の矢印に示す
如く同じ方向を向くようになる。従って、この上下の強
磁性金属層7、11の磁化とその上の弱強磁性結合ユニ
ットeの磁化は何層重ねても(積層数nを大きくして
も)、同じ方向に揃うことになる。
Next, the first weak ferromagnetic coupling unit b
Since the antiferromagnetic coupling unit d having a three-layer structure of the ferromagnetic metal layer provided on the top has three ferromagnetic metal layers, the uppermost ferromagnetic metal layer 11 of the antiferromagnetic coupling unit d is The magnetization and the magnetization of the lowermost ferromagnetic metal layer 7 are oriented in the same direction as shown by the arrow in FIG. Therefore, the magnetizations of the upper and lower ferromagnetic metal layers 7 and 11 and the magnetization of the weak ferromagnetic coupling unit e thereon are aligned in the same direction regardless of how many layers are stacked (the number n of stacked layers is increased). .

【0026】従って反強磁性結合ユニットdと弱強磁性
結合ユニットeを繰り返すことにより、抵抗変化率を増
加させることが可能になる。なお、復反強磁性結合ユニ
ットdと復弱強磁性結合ユニットeの積層回数を大きく
した場合に、外部磁界が0の時の自発磁化の配列が徐々
に崩れてくることが考えられるが、この問題は磁界中成
膜処理や磁界中熱処理などを適宜行うことにより容易に
調整し、解決することができる。
Therefore, the resistance change rate can be increased by repeating the antiferromagnetic coupling unit d and the weak ferromagnetic coupling unit e. When the number of stacks of the anti-ferromagnetic coupling unit d and the weakly ferromagnetic coupling unit e is increased, it is considered that the arrangement of the spontaneous magnetization when the external magnetic field is 0 gradually collapses. The problem can be easily adjusted and solved by appropriately performing film formation processing in a magnetic field or heat treatment in a magnetic field.

【0027】なお、図1に示す構造では、強磁性金属層
1と非磁性金属層2と強磁性金属層3と非磁性金属層4
と強磁性金属層5が積層されて基本ユニットEが構成さ
れ、更に、非磁性金属層6と強磁性金属層7と非磁性金
属層8と強磁性金属層9と非磁性金属層10と強磁性金
属層11と非磁性金属層12と強磁性金属層13が積層
されて積層ユニットGが構成され、この積層ユニットG
が、基本ユニットEの上に2つ積層された構造になって
いるが、積層ユニットGの積層数は任意の数で差し支え
ない。この積層数をある程度多くすれば大きなMR比を
得易くなる。
In the structure shown in FIG. 1, the ferromagnetic metal layer 1, the nonmagnetic metal layer 2, the ferromagnetic metal layer 3 and the nonmagnetic metal layer 4 are used.
And the ferromagnetic metal layer 5 are laminated to form a basic unit E, and further, the nonmagnetic metal layer 6, the ferromagnetic metal layer 7, the nonmagnetic metal layer 8, the ferromagnetic metal layer 9, the nonmagnetic metal layer 10 and the strong magnetic layer 10. The magnetic metal layer 11, the non-magnetic metal layer 12, and the ferromagnetic metal layer 13 are laminated to form a laminated unit G.
However, although two are stacked on the basic unit E, the number of stacked layers of the stacked unit G may be any number. If the number of stacked layers is increased to some extent, a large MR ratio can be easily obtained.

【0028】図2は、図1に示す構造の磁気抵抗効果素
子用多層膜に対して図1の右向き(図中の→向き)の外
部磁界を印加した状態を示すものである。この図から明
らかなように、磁化の反転が容易な強磁性金属層5、1
3、13(いわゆるフリーレイヤー)の磁化はいずれも
図1の状態から反転している。そして、この状態では積
層体全体の電気抵抗ρは図1の場合よりも大きくなり、
巨大磁気抵抗効果を発揮する。
FIG. 2 shows a state in which an external magnetic field in the rightward direction (→ direction in the figure) of FIG. 1 is applied to the multilayer film for a magnetoresistive element having the structure shown in FIG. As is clear from this figure, the ferromagnetic metal layers 5 and 1 whose magnetization can be easily reversed
The magnetizations of 3 and 13 (so-called free layer) are all reversed from the state of FIG. Then, in this state, the electric resistance ρ of the entire laminated body becomes larger than that in the case of FIG.
Exhibits a giant magnetoresistive effect.

【0029】次に図1に示す構造の磁気抵抗効果素子用
多層膜を形成するには、スパッタ装置などの成膜装置を
用いて容易に行うことができるが、中でも図1に示す積
層構造であれば、ターゲットを3種類揃えた簡単な成膜
装置で十分に成膜することができる。
Next, a multi-layered film for a magnetoresistive effect element having the structure shown in FIG. 1 can be easily formed by using a film forming apparatus such as a sputtering apparatus. Among them, the laminated structure shown in FIG. If so, it is possible to sufficiently form a film with a simple film forming apparatus having three kinds of targets.

【0030】次に図3は、図1に示す構造の磁気抵抗効
果素子用多層膜の最上層および最下層にNiOなどの反
強磁性体からなる反強磁性層15を更に追加して設けた
構造を示す。なお、効果は弱まるものの反強磁性層はど
ちらか一方でも良い。この構造においては、最上層の反
強磁性層15によってその下の強磁性金属層9を単磁区
化した構造になっている。また、最下層の反強磁性層H
によってその上の強磁性金属層1も単磁区化されてい
る。なお、図4に示すように、反強磁性層に接するの
は、反強磁性結合ユニットではなく、単なる一層の強磁
性膜1、9のみの構造としても良い。
Next, in FIG. 3, an antiferromagnetic layer 15 made of an antiferromagnetic material such as NiO is additionally provided on the uppermost layer and the lowermost layer of the multilayer film for a magnetoresistive effect element having the structure shown in FIG. The structure is shown. Although the effect is weakened, either one of the antiferromagnetic layers may be used. In this structure, the ferromagnetic metal layer 9 below the uppermost antiferromagnetic layer 15 is made into a single magnetic domain. In addition, the bottom antiferromagnetic layer H
The ferromagnetic metal layer 1 thereabove is also made into a single magnetic domain. As shown in FIG. 4, the structure in which the antiferromagnetic layer is in contact with the antiferromagnetic coupling unit is not limited to the antiferromagnetic coupling unit, and only one layer of the ferromagnetic films 1 and 9 may be used.

【0031】この例の構造は、抵抗変化率をより大きく
することを目的とするものである。通常、磁性層が積層
された構造においては、各磁性層を構成する膜がその膜
面内で複数の磁区を構成し、磁区どうしで異なる磁化の
向きを有しつつエネルギー的に安定になろうとする。従
って図1の構造を適用しても、各磁性層の全体が単磁区
化せずに複数の磁区に別れ、結果的に膜面内で半分程度
の面積部分しか巨大磁気抵抗変化に寄与しなくなる場合
が考えられる。これを改善するために図3または図4の
構造が有効となる。即ち、最上層の反強磁性層15およ
び最下層の反強磁性層Hとの界面における交換結合力に
よって隣接した強磁性金属層9および1を強制的に単磁
区化するとこの単磁区化された強磁性金属層9および1
に対して他の強磁性金属層も磁気的に弱く強磁性結合し
ているので、他の強磁性金属層も順次同じように単磁区
化する。
The structure of this example is intended to increase the resistance change rate. Usually, in a structure in which magnetic layers are laminated, the film forming each magnetic layer forms a plurality of magnetic domains within the film plane, and the magnetic domains may have different magnetization directions and be stable in terms of energy. To do. Therefore, even if the structure of FIG. 1 is applied, each magnetic layer is not divided into a single magnetic domain but is divided into a plurality of magnetic domains, and as a result, only about half the area in the film surface contributes to the giant magnetoresistance change. There are cases. In order to improve this, the structure of FIG. 3 or 4 is effective. That is, when the adjacent ferromagnetic metal layers 9 and 1 are forcibly made into a single magnetic domain by the exchange coupling force at the interface with the uppermost antiferromagnetic layer 15 and the lowermost antiferromagnetic layer H, this single magnetic domain is formed. Ferromagnetic metal layers 9 and 1
On the other hand, the other ferromagnetic metal layers are magnetically weakly and ferromagnetically coupled, so that the other ferromagnetic metal layers are sequentially made into a single magnetic domain in the same manner.

【0032】なお、この単磁区化作用を利用するのであ
れば、最上層あるいは最下層に設けるのは、反強磁性層
に限らず、例えば硬磁性材料層を設けても良い。この硬
磁性材料層として具体的にはCoCr合金、CoCrT
a合金、CoCrNi合金、CoCrMo合金、CoP
t合金などを用いることができる。
If this single domain effect is utilized, the uppermost layer or the lowermost layer is not limited to the antiferromagnetic layer, but a hard magnetic material layer may be provided, for example. The hard magnetic material layer is specifically a CoCr alloy, CoCrT
a alloy, CoCrNi alloy, CoCrMo alloy, CoP
A t alloy or the like can be used.

【0033】更に詳しく説明すると、図5に示すように
1つの強磁性金属層13を上から見た場合にこの強磁性
金属層13が2つの磁区に分かれると、矢印Oと矢印Q
に示すように別々の向きの磁化が形成されて磁気エネル
ギー的に安定し、これに伴って反強磁性結合ユニットd
の上層および下層の強磁性金属層の磁化の向きは、それ
ぞれ磁区毎に矢印Pと矢印Rのようになる。この状態の
強磁性金属層13に図6に示す如く右向きの矢印Xで示
す磁界が印加された場合、強磁性金属層13の上半分の
磁区の磁化の相対的方向は変わらずに、下半分の磁区の
磁化の相対方向のみ変化し、この部分が巨大磁気抵抗効
果に寄与するようになる。従って強磁性金属層13の半
分の面積の部分のみが巨大磁気抵抗効果に寄与するので
MR比が大きくならない。よってこの問題を解決するた
めには、前記構造の如く反強磁性層15を設けて強磁性
金属層9を単磁区化すれば良い。同様に、最下層の反強
磁性層Hを設けて強磁性層1、9を単磁区化しても良
い。
More specifically, as shown in FIG. 5, when one ferromagnetic metal layer 13 is viewed from above, the ferromagnetic metal layer 13 is divided into two magnetic domains, an arrow O and an arrow Q.
As shown in FIG. 5, magnetizations in different directions are formed and magnetic energy is stabilized, and accordingly, the antiferromagnetic coupling unit d
The magnetization directions of the upper and lower ferromagnetic metal layers are as shown by arrows P and R for each magnetic domain. When a magnetic field indicated by the arrow X pointing to the right is applied to the ferromagnetic metal layer 13 in this state as shown in FIG. 6, the relative direction of magnetization of the upper half magnetic domain of the ferromagnetic metal layer 13 does not change, but the lower half Only the relative direction of the magnetization of the magnetic domain of is changed, and this portion comes to contribute to the giant magnetoresistive effect. Therefore, only the half area of the ferromagnetic metal layer 13 contributes to the giant magnetoresistive effect, and the MR ratio does not increase. Therefore, in order to solve this problem, the antiferromagnetic layer 15 is provided as in the above structure to make the ferromagnetic metal layer 9 into a single magnetic domain. Similarly, the lowermost antiferromagnetic layer H may be provided to make the ferromagnetic layers 1 and 9 into a single magnetic domain.

【0034】次に前記の構造において、各層の厚さを前
記の範囲に限定した理由について説明する。前記の構造
のように強磁性金属層と非磁性金属層の組み合わせによ
り構成される磁気抵抗効果素子用多層膜においては、磁
性層間の磁気モーメントが伝導電子を媒介とした間接交
換結合状態を示す。この間接交換結合にあっては、非磁
性金属層の層厚によって交換結合係数Jが正負の間を振
動し、正の場合は強磁性結合、負の場合は反強磁性結合
となる。
Next, the reason why the thickness of each layer is limited to the above range in the above structure will be described. In the multilayer film for a magnetoresistive effect element, which has a combination of a ferromagnetic metal layer and a non-magnetic metal layer as in the above structure, the magnetic moment between the magnetic layers exhibits an indirect exchange coupling state through conduction electrons. In this indirect exchange coupling, the exchange coupling coefficient J oscillates between positive and negative depending on the layer thickness of the non-magnetic metal layer, and when it is positive, it is ferromagnetic coupling, and when it is negative, it is antiferromagnetic coupling.

【0035】図7はCo層とCu層を繰り返し積層した
構造のCo/Cu多層膜のCu層厚を変化させた際のM
R比の変化を示した実験データである。Cu層厚が9オ
ングストロームおよび20オングストロームでCo層が
反強磁性結合状態となり、MR変化が大きくなる状態が
明らかである。本発明の構造においては、反強磁性結合
ユニットa、d中のCo-Co層間は強い反強磁性結合
となる必要があるため、図1に示す構造の非磁性金属層
2、8、10の厚さは図3の最大ピーク9オングストロ
ームの部分を利用し、7〜11オングストロームの範囲
とすることが好ましい。
FIG. 7 shows M when the Cu layer thickness of a Co / Cu multilayer film having a structure in which a Co layer and a Cu layer are repeatedly laminated is changed.
It is the experimental data which showed the change of R ratio. It is clear that when the Cu layer thickness is 9 angstroms and 20 angstroms, the Co layer is in an antiferromagnetically coupled state and the MR change is large. In the structure of the present invention, the Co—Co layers in the antiferromagnetic coupling units a and d need to have strong antiferromagnetic coupling, so that the nonmagnetic metal layers 2, 8 and 10 of the structure shown in FIG. The thickness utilizes the maximum peak of 9 angstroms in FIG. 3, and is preferably in the range of 7 to 11 angstroms.

【0036】また、図1の構造の弱強磁性結合ユニット
b、eにおいては、弱い強磁性結合となるような厚さの
非磁性金属層4、6、12とすることが必要である。こ
れらの非磁性金属層4、6、12が厚すぎて弱強磁性結
合ユニットb、eの強磁性金属層5、13が自由な磁化
状態となると、強磁性金属層5、13が膜面内で複数の
磁区を有することになり、複数の磁区を持った状態で安
定してしまう。このようになると、図4と図5を元に先
に説明した場合と同様に、外部磁界印加時に巨大磁気抵
抗効果を発揮させるための強磁性金属層の面積が半減し
てしまう。更に、強磁性金属層が複数の磁区に分かれる
と磁壁を有することになるが、磁壁を有すると、強磁性
金属層が弱い外部磁場で反転する時にバルクハウゼンノ
イズを生じる原因となる。
In the weak ferromagnetic coupling units b and e having the structure shown in FIG. 1, it is necessary to form the nonmagnetic metal layers 4, 6 and 12 having such a thickness as to achieve weak ferromagnetic coupling. When these nonmagnetic metal layers 4, 6, 12 are too thick and the ferromagnetic metal layers 5, 13 of the weak ferromagnetic coupling units b, e are in a free magnetization state, the ferromagnetic metal layers 5, 13 are in-plane. Since it has a plurality of magnetic domains, it becomes stable in a state having a plurality of magnetic domains. In this case, as in the case described above with reference to FIGS. 4 and 5, the area of the ferromagnetic metal layer for exhibiting the giant magnetoresistive effect when an external magnetic field is applied is halved. Further, when the ferromagnetic metal layer is divided into a plurality of magnetic domains, it has a magnetic domain wall. However, the magnetic domain layer causes Barkhausen noise when the ferromagnetic metal layer is inverted by a weak external magnetic field.

【0037】以上のことから、非磁性金属層4、6、1
2は厚すぎないことが必要であり、また、強い交換結合
は容易な磁化反転の妨げとなるので、薄すぎても好まし
くない。従って、非磁性金属層4、6、12の厚さは、
20〜50オングストロームが好ましく、25〜30オ
ングストロームの厚さが更に好ましい。
From the above, the non-magnetic metal layers 4, 6, 1
2 must be not too thick, and strong exchange coupling hinders easy magnetization reversal. Therefore, the thickness of the non-magnetic metal layers 4, 6, 12 is
20-50 angstroms are preferred, and 25-30 angstroms thickness is more preferred.

【0038】次に強磁性金属層1、3、5、7の厚さで
あるが、本発明のような多層構造の積層膜であると、各
層の界面がシャープであることが要求されるので、配向
性が良く、しかも、層間はコヒーレントな結晶接合性を
もつ状態が望ましい。このため、薄すぎると膜の連続性
の悪いアイランド状態になり、また、厚すぎると積層体
の上層に行くに従って界面の凹凸が大きくなり、好まし
くない。従って、10〜50オングストロームの範囲が
好ましく、15〜30オングストロームの範囲がより好
ましい。
Next, regarding the thicknesses of the ferromagnetic metal layers 1, 3, 5, and 7, in the case of a laminated film having a multilayer structure as in the present invention, it is required that the interfaces between the layers be sharp. It is desirable that the layer has good orientation and coherent crystal bonding between layers. For this reason, if it is too thin, the film will be in an island state with poor continuity, and if it is too thick, the unevenness of the interface will increase toward the upper layer of the laminate, which is not preferable. Therefore, the range of 10 to 50 angstroms is preferable, and the range of 15 to 30 angstroms is more preferable.

【0039】なお、以上説明した各層の厚さは、Co/
Cu多層膜の実験データによるものであり、非磁性金属
層がCuであり、強磁性金属層がCo、NiFe合金、
CoNiFe合金の場合はMR比の振動の際1のピーク
が9オングストローム前後であることを確認している
が、その他の組み合わせの材料の場合はMR比の第1ピ
ークの厚さは異なるので、その他の組み合わせの材料の
場合は、第1ピーク値を与える厚さに設定すれば良い。
従って非磁性金属層の厚さを7〜11オングストローム
の範囲とすることが好ましい。
The thickness of each layer described above is Co /
According to the experimental data of the Cu multilayer film, the non-magnetic metal layer is Cu, the ferromagnetic metal layer is Co, NiFe alloy,
In the case of CoNiFe alloy, it has been confirmed that the peak of 1 is around 9 angstrom when the MR ratio vibrates. However, in the case of materials of other combinations, the thickness of the first peak of the MR ratio is different. In the case of the material of the combination of, the thickness may be set to give the first peak value.
Therefore, it is preferable to set the thickness of the non-magnetic metal layer in the range of 7 to 11 angstroms.

【0040】[0040]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。FeとCoとCuの各ターゲットを備えた
高周波マグネトロンスパッタ装置を用いて、シリコン単
結晶あるいはガラスからなる図8に示す基板20上に、
Feバッファ層21とCo層22とCu層23とCo層
24とCu層25とCo層26を図8に示すように積層
し、磁気抵抗効果素子用多層膜を得た。成膜の際のスパ
ッタの条件は、RFパワーをFe,Coについては20
0W、Cuは100Wとし、Arガス圧を1mTorr
とした。各層の厚さは、Feバッファ層21を50オン
グストローム、Co層22、24、26を15オングス
トローム、強磁性結合ユニット中のCu層23を9オン
グストローム、弱強磁性結合ユニットのCu層25を3
0オングストロームとした。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Using a high frequency magnetron sputtering apparatus equipped with each target of Fe, Co and Cu, on a substrate 20 shown in FIG. 8 made of silicon single crystal or glass,
The Fe buffer layer 21, the Co layer 22, the Cu layer 23, the Co layer 24, the Cu layer 25 and the Co layer 26 were laminated as shown in FIG. 8 to obtain a multilayer film for a magnetoresistive effect element. The sputtering conditions during film formation are RF power of 20 for Fe and Co.
0 W, Cu 100 W, Ar gas pressure 1 mTorr
And The thickness of each layer is 50 Å for the Fe buffer layer 21, 15 Å for the Co layers 22, 24 and 26, 9 Å for the Cu layer 23 in the ferromagnetic coupling unit, and 3 for the Cu layer 25 of the weak ferromagnetic coupling unit.
It was set to 0 angstrom.

【0041】図8に示す構造の磁気抵抗効果素子用多層
膜の磁化曲線を図9に示す。Co層26のソフトな磁化
反転領域と、反転磁界の大きなCo層22、24による
特徴的なMHカーブが得られた。また、図10は、図8
に示す構造の磁気抵抗効果素子用多層膜の抵抗変化曲線
を示す。この図において、実用的な磁界変化感度を示す
領域は、図10の太線で示す領域であり、ΔR/R0
抵抗変化率を示すと、5.7%の値を示した。この構造
においては、外部磁界が低い状態では電気抵抗が急激に
増加し、外部磁界が更に高い状態では電気抵抗が緩やか
に減少する特性を示すことが明らかであり、微小磁界を
検出するための磁気抵抗効果素子として有効であること
が明らかになった。
FIG. 9 shows the magnetization curve of the multilayer film for a magnetoresistive effect element having the structure shown in FIG. A characteristic MH curve due to the soft magnetization reversal region of the Co layer 26 and the Co layers 22 and 24 having a large reversal magnetic field was obtained. In addition, FIG.
3 shows a resistance change curve of the multilayer film for a magnetoresistive effect element having the structure shown in FIG. In this figure, the region showing the practical magnetic field change sensitivity is the region shown by the thick line in FIG. 10, and the resistance change rate by ΔR / R 0 showed a value of 5.7%. In this structure, it is clear that the electric resistance rapidly increases when the external magnetic field is low, and the electric resistance gradually decreases when the external magnetic field is higher. It became clear that it is effective as a resistance effect element.

【0042】また、この構造に対し、Feバッファ層2
1の代わりに、反強磁性層としての厚さ300オングス
トロームのNiO層を設け、磁場中で成膜したところ、
ΔR/Rで示される抵抗変化率で6.8%を示した。更
に、NiOの反強磁性層の代わりに厚さ50オングスト
ロームのCoPt層を成膜した試料にあっては、着磁し
て評価したところ、ΔR/Rで示される抵抗変化率で
6.2%を示した。
Further, with respect to this structure, the Fe buffer layer 2
Instead of 1, a NiO layer having a thickness of 300 angstroms was provided as an antiferromagnetic layer, and the film was formed in a magnetic field.
The rate of resistance change represented by ΔR / R was 6.8%. Furthermore, the sample in which a CoPt layer having a thickness of 50 angstrom was formed instead of the antiferromagnetic layer of NiO was magnetized and evaluated, and the resistance change rate indicated by ΔR / R was 6.2%. showed that.

【0043】次に、図8に示す構造の上に、図1の符号
Gで示す積層ユニットを一層あるいは多数層積層して試
料を作成し、各試料の特性を評価する試験を行った。こ
の積層ユニットGは、Cu(30)/Co(15)/C
u(9)/Co(15)/Cu(9)/Co(15)/
Cu(30)/Co(15)の構造とした。従って全体
の構造は以下に示す式で表されるものである。なお、式
中で( )内の数値で示される厚さの単位は全てオング
ストロームである。 ガラス基板/Fe(50)/Co(15)/Cu(9)
/Co(15)/Cu(30)/Co(15)/[Cu
(30)/Co(15)/Cu(9)/Co(15)/
Cu(9)/Co(15)/Cu(30)/Co(1
5)]n ただしこの式において、n=0、1、2、3、4とす
る。
Next, on the structure shown in FIG. 8, one or a plurality of laminated units indicated by reference symbol G in FIG. 1 were laminated to prepare samples, and tests were conducted to evaluate the characteristics of each sample. This laminated unit G is made of Cu (30) / Co (15) / C
u (9) / Co (15) / Cu (9) / Co (15) /
The structure was Cu (30) / Co (15). Therefore, the entire structure is represented by the formula shown below. In the formula, the unit of thickness indicated by the numerical value in () is angstrom. Glass substrate / Fe (50) / Co (15) / Cu (9)
/ Co (15) / Cu (30) / Co (15) / [Cu
(30) / Co (15) / Cu (9) / Co (15) /
Cu (9) / Co (15) / Cu (30) / Co (1
5)] n However, in this equation, n = 0, 1, 2, 3, 4.

【0044】以上の式で示される構造において、n=0
の場合の全体の厚さは134オングストローム、n=1
の場合の全体の厚さは272オングストローム、n=2
の場合は410オングストローム、n=3の場合は54
8オングストローム、n=4の場合は686オングスト
ロームであった。前記の各厚さの磁気抵抗効果素子用多
層膜の抵抗変化率ΔR/R0(但し、ΔRは図10で定
義された値)を求めた結果を図11に示す。図11から
明らかなように、繰り返し数n=2までは、ΔR/R0
値は増加する傾向にあるが、それ以上の積層構造にして
も得られる抵抗変化率の値は飽和する傾向があることが
明らかになった。
In the structure represented by the above formula, n = 0
The total thickness is 134 Å, n = 1
, The total thickness is 272 Å, n = 2
For 410 Å, for n = 3 54
8 angstroms, 686 angstroms when n = 4. FIG. 11 shows the results of obtaining the resistance change rate ΔR / R 0 (where ΔR is the value defined in FIG. 10) of the multilayer film for a magnetoresistive effect element of each thickness described above. As is clear from FIG. 11, the value of ΔR / R 0 tends to increase up to the number of repetitions n = 2, but the value of the resistance change rate obtained tends to be saturated even if the number of stacked layers is more than that. It became clear.

【0045】次に前記の構造の磁気抵抗効果素子用多層
膜において、各層の構成材料を適宜変更して作成したも
のの特性を測定した結果を以下の表1に示す。表1にお
いて、ΔHの値は、図10中に示したように、ΔRを読
み取る際の磁界変化量を示すものであり、小さい方が抵
抗変化率が大となるために好ましい。
Next, Table 1 below shows the results of measuring the characteristics of the multilayer film for a magnetoresistive effect element having the above-described structure, prepared by appropriately changing the constituent materials of the respective layers. In Table 1, the value of ΔH indicates the amount of change in the magnetic field when reading ΔR, as shown in FIG. 10, and the smaller the value, the better the rate of change in resistance.

【0046】[0046]

【表1】 [Table 1]

【0047】表1に示す通り本発明構造において優れた
抵抗変化率が得られた。また、弱強磁性結合ユニットの
強磁性金属層はCoに限らず、NiFe合金やNiFe
Co合金でも良いことが明らかになった。更に、非磁性
金属層もCuに限らず、AuやAgでも良いことが明ら
かになった。
As shown in Table 1, in the structure of the present invention, an excellent rate of resistance change was obtained. Further, the ferromagnetic metal layer of the weak ferromagnetic coupling unit is not limited to Co, but may be a NiFe alloy or NiFe.
It has become clear that a Co alloy is also acceptable. Further, it has been clarified that the nonmagnetic metal layer is not limited to Cu, and Au or Ag may be used.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、強
磁性金属層と非磁性金属層を積層した反強磁性結合ユニ
ットと、強磁性金属層と非磁性金属層を積層した弱強磁
性結合ユニットを基板上に積層しているので、反強磁性
ユニット中の強磁性金属層の磁化の向きを固定し、弱強
磁性ユニット中の強磁性金属層の磁化の向きを外部磁場
に応じて回転できる構造となる。従って弱強磁性ユニッ
トの磁化を回転させていない状態と回転させた後の状態
で抵抗変化を生じさせることができ、この抵抗変化は、
強磁性金属層と非磁性金属層との界面の伝導電子の挙動
に起因する巨大磁気抵抗変化となるので、大きなMR比
を得ることができる。従って大きなMR比を示す優れた
磁気抵抗効果素子用多層膜を提供することができる。ま
た、前記の構造に対し、復反強磁性結合ユニットと復弱
強磁性結合ユニットをそれぞれ必要層数自由に積層でき
るので、複数層積層することで、巨大磁気抵抗変化に起
因する強磁性層と非磁性層の界面数を増加させることが
でき、これにより従来構造よりもMR比の大きな磁気抵
抗効果素子用多層膜が得られる。
As described above, according to the present invention, an antiferromagnetic coupling unit in which a ferromagnetic metal layer and a nonmagnetic metal layer are laminated, and a weak ferromagnetic layer in which a ferromagnetic metal layer and a nonmagnetic metal layer are laminated. Since the coupling unit is laminated on the substrate, the direction of magnetization of the ferromagnetic metal layer in the antiferromagnetic unit is fixed, and the direction of magnetization of the ferromagnetic metal layer in the weak ferromagnetic unit is adjusted according to the external magnetic field. It has a rotatable structure. Therefore, it is possible to cause a resistance change in a state where the magnetization of the weak ferromagnetic unit is not rotated and a state after the magnetization is rotated.
Since a giant magnetoresistance change occurs due to the behavior of conduction electrons at the interface between the ferromagnetic metal layer and the nonmagnetic metal layer, a large MR ratio can be obtained. Therefore, it is possible to provide an excellent multilayer film for a magnetoresistive effect element which exhibits a large MR ratio. In addition, in the above structure, the anti-ferromagnetic coupling unit and the weakly-weak ferromagnetic coupling unit can be stacked freely in the required number of layers. Therefore, by stacking a plurality of layers, a ferromagnetic layer caused by a giant magnetoresistance change can be formed. The number of interfaces of the non-magnetic layer can be increased, and as a result, a multilayer film for a magnetoresistive element having a larger MR ratio than that of the conventional structure can be obtained.

【0049】前記強磁性金属層として具体的には、C
o、NiFe合金、CoFeNi合金から選択された1
種以上を用いることができ、非磁性金属層として具体的
には、Au、Ag、Cuから選択された1種以上を用い
ることができる。
Concretely, as the ferromagnetic metal layer, C
o, selected from NiFe alloy, CoFeNi alloy 1
One or more kinds can be used, and specifically, one or more kinds selected from Au, Ag, and Cu can be used as the nonmagnetic metal layer.

【0050】次に、反強磁性結合ユニットと弱強磁性結
合ユニットからなる積層構造の最上層と最下層の少なく
とも一方に反強磁性層を設けることにより、その反強磁
性層に当接する強磁性金属層を単磁区化することがで
き、これにより強磁性層に複数の磁区が形成されること
を防止できる。このように最上層あるいは最下層の強磁
性層を単磁区化できるならば、その層に磁気的に結合す
る他の強磁性層も単磁区化することができるので、各強
磁性層の全域で確実に巨大磁気抵抗効果を発揮させるこ
とができ、大きなMR比を生じさせることができる。こ
のように強磁性層を単磁区化するための反強磁性層とし
て具体的には、FeMn、NiO、NiMnなどを用い
ることができる。
Next, an antiferromagnetic layer is provided on at least one of the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated structure composed of the antiferromagnetically coupled unit and the weakly ferromagnetically coupled unit, so that the ferromagnetic material contacting the antiferromagnetic layer is provided. The metal layer can be made to have a single magnetic domain, which can prevent a plurality of magnetic domains from being formed in the ferromagnetic layer. In this way, if the uppermost or lowermost ferromagnetic layer can be made into a single magnetic domain, the other ferromagnetic layers magnetically coupled to that layer can also be made into a single magnetic domain, so that the entire area of each ferromagnetic layer is The giant magnetoresistive effect can be surely exhibited, and a large MR ratio can be generated. Specifically, FeMn, NiO, NiMn, or the like can be used as the antiferromagnetic layer for making the ferromagnetic layer into a single magnetic domain.

【0051】また、当接する強磁性金属層を単磁区化す
るための構造として、先の反強磁性層の代わりに、高保
磁力磁性層を用いることもできる。この場合においても
同様に、当接する強磁性金属層を単磁区化することがで
き、その場合に具体的に用いるものとして、CoCr合
金、CoCrTa合金、CoCrNi合金、CoCrM
o合金、CoPt合金などを用いることができる。
Further, as a structure for converting the abutting ferromagnetic metal layer into a single magnetic domain, a high coercive force magnetic layer can be used instead of the above antiferromagnetic layer. In this case as well, the abutting ferromagnetic metal layer can be made to have a single magnetic domain, and in this case, a CoCr alloy, a CoCrTa alloy, a CoCrNi alloy, a CoCrM is specifically used.
An o alloy, a CoPt alloy, or the like can be used.

【0052】次に前記の構造において、強磁性金属層と
非磁性金属層を積層する場合、弱強磁性結合ユニットに
おいて強磁性金属層どうしを確実に弱結合させるために
は、それらの間に介在させる非磁性層の厚さを20〜5
0オングストロームの範囲とすることが好ましい。ま
た、反強磁性結合ユニットにおいて強磁性金属層どうし
を確実に反強磁性結合させるためには、非磁性層の厚さ
を7〜11オングストロームの範囲とすることが好まし
い。更に、いずれの場合においても、積層部分の界面の
状態や成膜状態を安定にするとともに、各層の結晶構造
を整えるためには、強磁性金属層の厚さを10〜30オ
ングストロームの範囲とすることが好ましい。
Next, in the above structure, when the ferromagnetic metal layer and the non-magnetic metal layer are laminated, in order to surely weakly couple the ferromagnetic metal layers in the weak ferromagnetic coupling unit, there is an interposition therebetween. The thickness of the non-magnetic layer is 20 to 5
It is preferably in the range of 0 angstrom. Further, in order to ensure the antiferromagnetic coupling between the ferromagnetic metal layers in the antiferromagnetic coupling unit, it is preferable that the thickness of the nonmagnetic layer be in the range of 7 to 11 angstroms. Further, in any case, the thickness of the ferromagnetic metal layer is set in the range of 10 to 30 angstroms in order to stabilize the state of the interface of the laminated portion and the film formation state and to arrange the crystal structure of each layer. It is preferable.

【0053】次に前記のような構造の磁気抵抗効果素子
用多層膜を構成することで、外部磁界が低い状態では電
気抵抗が急激に増加し、外部磁界が更に高い状態では電
気抵抗が緩やかに減少する特性を示す磁気抵抗効果素子
用多層膜を得ることができ、この特性の磁気抵抗効果素
子用多層膜を用いることで低い外部磁界でも敏感に反応
する磁気抵抗材料を提供できる。
Next, by forming the multilayer film for a magnetoresistive effect element having the above-described structure, the electric resistance sharply increases when the external magnetic field is low, and gradually decreases when the external magnetic field is higher. It is possible to obtain a multilayer film for a magnetoresistive effect element that exhibits a decreasing characteristic, and by using a multilayer film for a magnetoresistive effect element having this characteristic, it is possible to provide a magnetoresistive material that reacts sensitively even in a low external magnetic field.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る磁気抵抗効果素子用多層膜の一構
造例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one structural example of a multilayer film for a magnetoresistive effect element according to the present invention.

【図2】図1に示す構造に外部磁界を印加した状態を示
す断面図である。
2 is a cross-sectional view showing a state in which an external magnetic field is applied to the structure shown in FIG.

【図3】本発明に係る磁気抵抗効果素子用多層膜の第2
の構造例を示す断面図である。
FIG. 3 is a second multilayer film for a magnetoresistive effect element according to the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a structural example of FIG.

【図4】本発明に係る磁気抵抗効果素子用多層膜の第3
の構造例を示す断面図である。
FIG. 4 is a third multilayer film for a magnetoresistive effect element according to the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a structural example of FIG.

【図5】強磁性金属膜が2つの磁区に分かれた場合であ
って外部磁界が印加されていない状態において生じる磁
化の方向を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing the direction of magnetization that occurs when the ferromagnetic metal film is divided into two magnetic domains and no external magnetic field is applied.

【図6】強磁性金属膜が2つの磁区に分かれた場合であ
って外部磁界が印加された状態において生じる磁化の方
向を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the direction of magnetization that occurs when an external magnetic field is applied when the ferromagnetic metal film is divided into two magnetic domains.

【図7】Co/Cu多層膜における非磁性金属層の厚さ
とMR比の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the MR ratio and the thickness of a nonmagnetic metal layer in a Co / Cu multilayer film.

【図8】実施例で製造した磁気抵抗効果素子用多層膜の
一構造例を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing one structural example of a multilayer film for a magnetoresistive effect element manufactured in an example.

【図9】実施例で得られた磁気抵抗効果素子用多層膜の
磁化曲線を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a magnetization curve of a multilayer film for a magnetoresistive effect element obtained in an example.

【図10】実施例で得られた磁気抵抗効果素子用多層膜
の抵抗変化曲線を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a resistance change curve of a multilayer film for a magnetoresistive effect element obtained in an example.

【図11】実施例で得られた磁気抵抗効果素子用多層膜
の抵抗変化率を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a resistance change rate of the multilayer film for a magnetoresistive effect element obtained in the example.

【図12】従来の磁気抵抗効果素子用多層膜の第1の例
を示す分解図である。
FIG. 12 is an exploded view showing a first example of a conventional multilayer film for a magnetoresistive effect element.

【図13】従来の磁気抵抗効果素子用多層膜の第2の例
を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a second example of a conventional multilayer film for a magnetoresistive effect element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

K 基板、 J バッファ層、 E 基本ユニット、 G 積層ユニット、 H 反強磁性層、 1、3、5、7、9、11、13 強磁性金属層、 2、4、6、8、10、12 非磁性金属層、 a 反強磁性結合ユニット、 b 弱強磁性結合ユニット、 d 復反強磁性結合ユニット、 e 復弱強磁性結合ユニット、 K substrate, J buffer layer, E basic unit, G laminated unit, H antiferromagnetic layer, 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13 Ferromagnetic metal layer, 2, 4, 6, 8, 10, 12 Non-magnetic metal layer, a antiferromagnetically coupled unit, b weakly ferromagnetically coupled unit, d backward antiferromagnetically coupled unit, e backwardly weakly ferromagnetically coupled unit,

フロントページの続き (72)発明者 長谷川 直也 東京都大田区雪谷大塚町1番7号 アルプ ス電気株式会社内Front page continuation (72) Inventor Naoya Hasegawa 1-7 Yukiya Otsuka-cho, Ota-ku, Tokyo Alps Electric Co., Ltd.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の強磁性金属層の間に非磁性金属層
を挟んで積層することで反強磁性結合させた反強磁性結
合ユニットと、複数の非磁性金属層の間に強磁性金属層
を挟んで積層することで前記反強磁性結合ユニットと弱
強磁性結合させた弱強磁性結合ユニットが基板上に積層
されてなることを特徴とする磁気抵抗効果素子用多層
膜。
1. An antiferromagnetic coupling unit, which is antiferromagnetically coupled by laminating a nonmagnetic metal layer between a plurality of ferromagnetic metal layers, and a ferromagnetic metal between the plurality of nonmagnetic metal layers. A multilayer film for a magnetoresistive element, characterized in that the antiferromagnetic coupling unit and the weak ferromagnetic coupling unit weakly ferromagnetically coupled by laminating the layers are laminated on a substrate.
【請求項2】 前記弱強磁性結合ユニット上に、複数の
強磁性金属層の間に複数の非磁性金属層を挟んで積層す
ることで反強磁性結合された復反強磁性結合ユニット
と、複数の非磁性金属層の間に強磁性金属層を挟んで積
層することで前記復反強磁性結合ユニットと弱強磁性結
合させた復弱強磁性結合ユニットが、それぞれ一層以上
積層されてなることを特徴とする請求項1記載の磁気抵
抗効果素子用多層膜。
2. An antiferromagnetic coupling unit antiferromagnetically coupled by stacking a plurality of nonmagnetic metal layers between a plurality of ferromagnetic metal layers on the weak ferromagnetic coupling unit, A ferromagnetic metal layer is sandwiched between a plurality of nonmagnetic metal layers to form a weakly ferromagnetically coupled unit that is weakly ferromagnetically coupled to the antiferromagnetically coupled unit. The multilayer film for a magnetoresistive effect element according to claim 1.
【請求項3】 強磁性金属層が、Co、NiFe合金、
CoFeNi合金から選択された1種以上からなり、非
磁性金属層が、Au、Ag、Cuから選択された1種以
上からなることを特徴とする請求項1または2に記載の
磁気抵抗効果素子用多層膜。
3. The ferromagnetic metal layer comprises Co, NiFe alloy,
3. The magnetoresistive effect element according to claim 1 or 2, wherein the non-magnetic metal layer is made of at least one selected from a CoFeNi alloy, and the non-magnetic metal layer is made of at least one selected from Au, Ag, and Cu. Multilayer film.
【請求項4】 請求項1、2、3のいずれかに記載の磁
気抵抗効果素子用多層膜において、積層膜の最上層と最
下層の少なくとも一方に反強磁性層が追加されてなるこ
とを特徴とする磁気抵抗効果素子用多層膜。
4. The multilayer film for a magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein an antiferromagnetic layer is added to at least one of the uppermost layer and the lowermost layer of the laminated film. A characteristic multilayer film for a magnetoresistive effect element.
【請求項5】 請求項4記載の磁気抵抗効果素子用多層
膜において、反強磁性層が、FeMn、NiO、NiM
nから選択される1種以上からなることを特徴とする磁
気抵抗効果素子用多層膜。
5. The multilayer film for a magnetoresistive effect element according to claim 4, wherein the antiferromagnetic layer is FeMn, NiO or NiM.
A multi-layer film for a magnetoresistive effect element, comprising at least one selected from n.
【請求項6】 請求項1、2、3のいずれかに記載の磁
気抵抗効果素子用多層膜において、積層膜の最上層と最
下層の少なくとも一方に、硬質磁性材料からなる高保磁
力磁性層が追加されてなることを特徴とする磁気抵抗効
果素子用多層膜。
6. The multilayer film for a magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein a high coercive force magnetic layer made of a hard magnetic material is provided on at least one of an uppermost layer and a lowermost layer of the laminated film. A multilayer film for a magnetoresistive effect element, which is characterized by being added.
【請求項7】 請求項6記載の高保磁力磁性層が、Co
Cr合金、CoCrTa合金、CoCrNi合金、Co
CrMo合金、CoPt合金から選択される1種以上か
らなることを特徴とする磁気抵抗効果素子用多層膜。
7. The high coercive force magnetic layer according to claim 6,
Cr alloy, CoCrTa alloy, CoCrNi alloy, Co
A multilayer film for a magnetoresistive effect element, comprising at least one selected from a CrMo alloy and a CoPt alloy.
【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の磁気抵
抗効果素子用多層膜において、強磁性金属層の厚さが1
0〜30オングストロームの範囲、反強磁性結合ユニッ
ト中の非磁性金属層の厚さが7〜11オングストローム
の範囲、それ以外の非磁性金属層の厚さが20〜50オ
ングストロームの範囲に形成されてなることを特徴とす
る磁気抵抗効果素子用多層膜。
8. The multilayer film for a magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the ferromagnetic metal layer has a thickness of 1 or less.
The thickness of the non-magnetic metal layer in the antiferromagnetic coupling unit is in the range of 7 to 11 angstroms, and the thickness of the other non-magnetic metal layer is in the range of 20 to 50 angstroms. A multilayer film for a magnetoresistive effect element, characterized in that
【請求項9】 請求項2〜7のいずれかに記載の磁気抵
抗効果素子用多層膜において、最下層の反強磁性結合ユ
ニットに2つの強磁性金属層が具備され、復反強磁性結
合ユニットに3つの強磁性金属層が具備されてなり、復
反強磁性結合ユニットと復弱強磁性結合ユニットが交互
に複数積層されてなることを特徴とする磁気抵抗効果素
子用多層膜。
9. The multi-layer film for a magnetoresistive effect element according to claim 2, wherein the bottommost antiferromagnetic coupling unit is provided with two ferromagnetic metal layers. 3. A multilayer film for a magnetoresistive effect element, comprising: three ferromagnetic metal layers, and a plurality of alternating anti-ferromagnetic coupling units and weak-weak ferromagnetic coupling units are alternately laminated.
【請求項10】 請求項1〜8のいずれかに記載の磁気
抵抗効果素子用多層膜において、外部磁界が低い状態で
は電気抵抗が急激に増加し、外部磁界が更に高い状態で
は電気抵抗が緩やかに減少する特性を示すことを特徴と
する磁気抵抗効果素子用多層膜。
10. The multilayer film for a magnetoresistive effect element according to claim 1, wherein the electric resistance rapidly increases when the external magnetic field is low, and the electric resistance is gentle when the external magnetic field is higher. A multilayer film for a magnetoresistive effect element, which is characterized by exhibiting a characteristic of decreasing in
【請求項11】 複数の強磁性金属層で非磁性金属層を
挟んで反強磁性結合させた反強磁性結合ユニットを構成
し、複数の非磁性金属層の間に強磁性金属層を挟んで前
記反強磁性結合ユニットと弱強磁性結合させた弱強磁性
結合ユニットを構成するとともに、両ユニットを積層
し、弱強磁性結合ユニット内の強磁性金属層の磁化の向
きを外部磁場に合わせて変更可能にすることを特徴とす
る磁性層の磁化の調整方法。
11. An antiferromagnetic coupling unit in which a nonmagnetic metal layer is sandwiched between a plurality of ferromagnetic metal layers to form an antiferromagnetic coupling unit, and a ferromagnetic metal layer is sandwiched between a plurality of nonmagnetic metal layers. A weak ferromagnetic coupling unit is formed by weakly ferromagnetically coupling with the antiferromagnetic coupling unit, both units are laminated, and the magnetization direction of the ferromagnetic metal layer in the weak ferromagnetic coupling unit is adjusted to an external magnetic field. A method for adjusting the magnetization of a magnetic layer, which is changeable.
【請求項12】 請求項11記載の磁性層の磁化の調整
方法において、反強磁性結合ユニットと弱強磁性結合ユ
ニットと復反強磁性結合ユニットと復弱強磁性結合ユニ
ットを具備する積層体の最上層と最下層の少なくとも一
方に、反強磁性層と高保磁力磁性層のどちらか一方を追
加して設け、反強磁性層または高保磁力磁性層に接する
強磁性金属層を単磁区化することを特徴とする磁性層の
磁化の調整方法。
12. The method of adjusting the magnetization of a magnetic layer according to claim 11, wherein a laminated body including an antiferromagnetic coupling unit, a weak ferromagnetic coupling unit, a reversion antiferromagnetic coupling unit, and a reweak ferromagnetic coupling unit is provided. An antiferromagnetic layer or a high coercive force magnetic layer is additionally provided on at least one of the uppermost layer and the lowermost layer, and the ferromagnetic metal layer in contact with the antiferromagnetic layer or the high coercive force magnetic layer is formed into a single magnetic domain. A method of adjusting the magnetization of a magnetic layer, characterized in that.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003536267A (en) * 2000-06-21 2003-12-02 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Magnetic multilayer structure with improved magnetic field range
US6893740B2 (en) 2002-04-24 2005-05-17 Alps Electric Co., Ltd. CPP type magnetoresistive sensor including pinned magnetic layer provided with hard magnetic region
EP2539896A4 (en) * 2010-02-22 2015-06-03 Integrated Magnetoelectronics A high gmr structure with low drive fields

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