JPH08316549A - 磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー素子、及び増幅素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー素子、及び増幅素子Info
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Abstract
示す高感度磁気抵抗素子および磁気抵抗効果型ヘッドを
提供する。半導体を用いない非破壊読み出しが可能な不
揮発性のメモリー素子および増幅素子を提供する。 【構成】 基板と、その基板の上に形成された多層構造
であって、硬質磁性膜と、軟磁性膜と、その硬質磁性膜
とその軟磁性膜とを分離する非磁性金属膜とを含む多層
構造とを有する磁気抵抗効果素子であって、その硬質磁
性膜の磁化曲線は良好な角型性を有しており、その硬質
磁性膜の磁化容易軸方向は検知すべき磁界の方向と実質
的に一致する磁気抵抗効果素子。
Description
れを用いた磁気ヘッド、メモリー素子、及び増幅素子に
関するものである。
抵抗センサー(以下MRセンサーという)、磁気抵抗ヘ
ッド(以下MRヘッドという)の開発が進められてい
る。磁気抵抗効果素子とは、外部から印加される磁界に
応じて電気抵抗を変化させる素子をいう。磁気抵抗効果
素子の特性は、通常、磁気抵抗変化率(以下MR比と略
す)によって示される。MR比は次式で定義される。
値))/R(最小値)×100 なお、R(最大値)およびR(最小値)は、磁気抵抗効
果素子に磁界を印加していった場合の磁気抵抗効果素子
の抵抗の最大値および最小値を示す。従来、磁気抵抗効
果素子の材料としては、磁性体に主にNi0.8Fe0.2のパー
マロイが用いられている。これら磁気抵抗効果材料の場
合はMR比が2.5%程度であり、より高感度なMRセン
サーおよびMRヘッドを開発するためには、より大きな
MR比を示す磁気抵抗素子が求められる。
磁性薄膜を介して反強磁性的結合をしている[Fe/Cr],[C
o/Ru]人工格子膜が強磁場(1〜10 kOe)で巨大磁気抵抗
効果を示すことが発見された(フィシ゛カル レウ゛ュー レター 61
第2472頁 (1988年); 同 64 第2304頁 (1990) (Physic
al Review Letter Vol.61, p2472, 1988; 同 Vol.64, p
2304,1990))。しかしながら、これらの人工格子膜は大
きなMR変化を得るのに数kOe〜数10kOeの磁界を必要と
し、磁気ヘッド等の用途には実用的でない。
合をしていない保磁力の異なる磁性薄膜Ni-FeとCoを用
いた[Ni-Fe/Cu/Co]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が
発見され、室温印加磁界0.5kOeでMR比が約8%のもの
が得られている(シ゛ャーナル オフ゛ フィシ゛カル ソサイアティー オフ゛ シ゛ャハ
゜ン 59 第3061頁 (1990年) (Journal of Physical Socie
ty of Japan Vol.59, p3061, 1990))。しかしながら、
図11に示したこのタイプの典型的MR曲線からわかる
ように、大きなMR変化を得るのに約100 Oeの磁界を必
要とし、かつMRも磁界が負から正にわたって非対称な
変化をして直線性が悪いため実用的には使いにくい特性
となっている。
をしている磁性薄膜Ni-Fe-Co,Coを用いた[Ni-Fe-Co/Cu/
Co],[Ni-Fe-Co/Cu]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が
発見され、室温印加磁界0.5kOeでMR比が約15%のもの
が得られている(電子情報通信学会技術研究報告 MR91-
9)。しかしながら、図12に示したこのタイプの典型
的MR曲線からわかるように、MR変化は磁界零から正
にわたってほぼ直線的に変化しMRセンサーには十分実
用的な特性を示すものの、やはり大きなMR変化を得る
のに50 Oe程度の磁界を必要とし、少なくとも20 Oe以下
の動作が要求されるMR磁気ヘッドに使用するには不十
分である。
磁性材料のFe-MnをNi-Fe/Cu/Ni-Feにつけたスピンバル
ブ型のものが提案されている(シ゛ャーナル オフ゛ マク゛ネティス゛ム ア
ント゛マク゛ネティック マテリアルス゛ 93 第101頁 (1991年) (Journal o
f Magnetism and MagneticMaterials 93,p101,199
1))。図13に示したこのタイプの典型的MR曲線から
わかるように、動作磁界は確かに小さく、直線性も良い
もののMR比は約2%と小さく、Fe-Mn膜の耐蝕性の問
題点やFe-Mn薄膜のネール温度が低いために、素子の特
性の温度依存性が大きい欠点があった。
しては従来のMR(磁気抵抗効果)材料であるNi-FeやN
i-Fe-CoをTaNを介して積層したNi-Fe(-Co)/TaN/Ni-Fe(-
Co)より成る導体部(センスライン)を用いたメモリー
素子が提案されている(USP4,754,431 及び IEEE Tran
s. Magn. Vol.27, NO.6, 1991, pp5520-5522)。これら
はMR材料として従来材料を用いているためMR変化率
は2-3%で、情報読み出し時の出力が小さい点と本質的
に非破壊読み出しが困難である欠点がある。
きなMR比を示す高感度磁気抵抗素子および磁気抵抗効
果型ヘッドを提供することを目的とする。また、本発明
は、半導体を用いない非破壊読み出しが可能な不揮発性
のメモリー素子および増幅素子を提供することを目的と
する。
子は、基板と、該基板の上に形成された多層構造であっ
て、硬質磁性膜と、軟磁性膜と、該硬質磁性膜と該軟磁
性膜とを分離する非磁性金属膜とを含む多層構造と、を
有する磁気抵抗効果素子であって、該硬質磁性膜の磁化
曲線は良好な角型性を有しており、該硬質磁性膜の磁化
容易軸方向は検知すべき磁界の方向と実質的に一致し、
そのことによって上記目的が達成される。
磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層した構造
を有してもよい。
膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1〜2nm
であり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Feのうち少なくとも1
種の元素を主成分としてもよい。
磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを
複数回だけ積層した構造を有してもよい。
面と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち少
なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性
膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCoを主成
分としてもよい。
磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを
複数回だけ積層した構造を有してもよい。
原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.3であ
ってもよい。
原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜0.5で
あってもよい。
い。
あってもよい。
以下であってもい。
MはPtもしくはPt,Cr,Taより成る群より選ばれる2種以
上の元素であることが好ましい。
Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜はCoYFe1-Yを主成
分とし、Xは0.6〜1.0、X’は0.7〜1.0、
Yは0.3〜0.7であってもよい。前記非磁性金属膜
がCu,Ag,Auのいずれかであってもよい。
Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜は(CoZFe1-Z)Z'
V1-Z'を主成分とし、Xは0.6〜1.0、X’は0.
7〜1.0、Zは0.3〜0.7、Z’は0.9〜0.
98であってもよい。
ずれかであってもよい。
いて、前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFeを主成
分とし、前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主成分と
し、前記非磁性金属膜はCuを主成分としその膜厚は2〜1
0nmであって、該多層構造のそれぞれの膜は、(100)面が
膜面に垂直方向に該基板上にエピタキシャルに積層され
ており、前記検知すべき磁界方向は、概略該非磁性金属
膜の[011]方向であってもよい。
前記多層構造はCuを主成分とする下地層を介して該基板
上に形成されていてもよい。
いて、前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFeを主成
分とし、前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主成分と
し、前記非磁性金属膜はCuを主成分としその膜厚は2〜1
0nmである第1の非磁性体金属膜っと、該第1の膜に挿
入された膜厚0.1〜0.4nmのAgまたはAuを主成分とする第
2の非磁性金属膜とを有してもよい。
が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに積層
され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金属膜
の[011]方向であってもよい。
前記多層構造はCuを主成分とする下地層を介して該基板
上に形成されていてもよい。
とし、その膜厚は1〜10nmであって、前記非磁性金属膜
を介して少なくとも2層以上連続し、前記硬質磁性膜は
CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とし、該硬質磁性膜と
該連続した軟磁性膜とが該非磁性金属膜を介して積層さ
れていてもよい。
い。
磁性膜の間の該非磁性金属膜はCuを主成分とする単一の
膜であり、該軟磁性膜と前記硬質磁性膜との間の非磁性
金属膜はCuを主成分とした膜の中間に、AgまたはAuから
なる膜を有してもよい。
が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに積層
され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金属膜
の[011]方向であってもよい。
においては、非磁性金属膜を介して磁性膜を積層した多
層膜に積層した多層膜において、膜厚1〜10nmのN
iFeまたはNiFeCoを主成分とする軟磁性膜が非
磁性金属膜を介して少なくとも2層以上連続しており、
CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬質
磁性膜と前記連続した軟磁性膜が非磁性金属膜を介して
積層した構成をとることを特徴とする。
膜との間の非磁性金属膜の膜厚が、連続した軟磁性膜の
間および連続した硬質磁性膜の間の非磁性金属膜の膜厚
よりも厚いことが望ましい。
膜との間の非磁性金属膜の膜厚を3nm以上とすること
が望ましい。
を主成分とすることが望ましい。
0)面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに成長され、
検知すべき磁界方向が概略Cu膜の[011]方向とな
るように構成されていることが望ましい。
とし、その膜厚は1〜10nmであって、該軟磁性膜は前記
非磁性金属膜を介して少なくとも2層以上連続してお
り、前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFeを主成分
とし、その膜厚は1〜10nmであって、該硬質磁性膜は前
記非磁性金属膜を介して少なくとも2層以上連続してお
り、該連続した軟磁性膜と該連続した硬質磁性膜とは前
記非磁性金属膜を介して交互に繰り返し積層されてお
り、該軟磁性膜と該硬質磁性膜との間の該非磁性金属膜
の膜厚は、該連続した軟磁性膜の間および該連続した硬
質磁性膜の間の該非磁性金属膜の膜厚よりも厚い構成で
あってもよい。
い。
磁性膜の間および前記連続した硬質磁性膜の間の該非磁
性金属膜はCuを主成分とする単一の膜であり、前記軟磁
性膜と前記硬質磁性膜の間の該非磁性金属膜はCuを主成
分とした膜の中間に、AgまたはAuからなる膜を有しても
よい。
が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに積層
され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金属膜
の[011]方向であってもよい。
ことが好ましい。
多層構造の膜面に対して実質的に垂直であってもよい。
と、該基板の上に形成された多層構造であって、硬質磁
性膜と、軟磁性膜と、該硬質磁性膜と該軟磁性膜とを分
離する非磁性金属膜とを含む多層構造と、磁気媒体から
の信号磁界を該軟磁性膜に導くヨークと、を有する磁気
抵抗効果型ヘッドであって、該硬質磁性膜の磁化曲線は
良好な角型性を有しており、該硬質磁性膜の磁化容易軸
方向は該ヨークに導かれる信号磁界の方向と実質的に一
致し、そのことによって上記目的が達成される。
磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層した構造
を有してもよい。
面と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち少
なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性
膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Fe
のうち少なくとも1種の元素を主成分としてもよい。
磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを
複数回だけ積層した構造を有してもよい。
膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1〜1nm
であり、かつ、該磁性膜はCoを主成分としてもよい。
磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを
複数回だけ積層した構造を有していてもよい。
原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.3であ
ってもい。
原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜0.5で
あってもよい。
い。
あってもよい。
い。
以下であってもよい。
はPtもしくはPt,Cr,Taより成る群より選ばれる2種以上
の元素であることが好ましい。
Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜はCoYFe1-Yを主成
分とし、Xは0.6〜1.0、X’は0.7〜1.0、
Yは0.3〜0.7であってもよい。前記非磁性金属膜
がCu,Ag,Auのいずれかであってもよい。
Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜は(CoZFe1-Z)Z'
V1-Z'を主成分とし、Xは0.6〜1.0、X’は0.
7〜1.0、Zは0.3〜0.7、Z’は0.9〜0.
98であってもよい。
ずれかであってもよい。
を主成分とし、前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主成
分とし、前記非磁性金属膜はCuを主成分とし、その膜厚
は2〜10nmであって、それぞれの膜の[100]方位が膜面に
垂直方向に基板にエピタキシャルに積層され、前記信号
磁界の方向は概略該非磁性金属膜の[011]方向であって
もよい。
ことが好ましい。
多層構造の膜面に対し実質的に垂直であってもよい。
磁性膜と、該第1磁性膜と該第2磁性膜とを分離する非
磁性金属膜とを含む磁気抵抗変化部と、情報記録のため
の第1電流と情報読み出しのための第2電流とを流す導
体線であって、該第1電流及び該第2電流によって生じ
る磁界が該磁気抵抗変化部に作用する導体線とを有する
メモリー素子であって、該第1磁性膜の磁化曲線は良好
な角型性を有しており、該第1磁性膜は、該第1電流に
よって生じる磁界により該第1磁性膜の磁化を反転しう
る保磁力であって、該第2電流によって生じる磁界によ
り該第1磁性膜の磁化を反転しえない保磁力を有してお
り、該第2磁性膜は、該第2電流によって生じる磁界に
よって生じる磁界により該第2磁性膜の磁化を反転しう
る保磁力を有しており、これにより、該メモリー素子に
記録された情報を非破壊的に読み出す不揮発性のメモリ
ー素子であって、そのことによって上記目的が達成され
る。
前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層
した構造を有していもよい。
膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1〜2nm
であり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Feのうち少なくとも1
種の元素を主成分としてもよい。
前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁
性膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
面と前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち
少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁
性膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCoを主
成分としてもよい。
前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁
性膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
を含んでおり、該複数の第1磁性膜のそれぞれの保磁力
は互いに異なっていてもよい。
導体線を流れる前記第1電流及び前記第2電流によって
生じる磁界の方向と実質的に一致してもよい。
し、原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.3
であってもよい。
し、原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜
0.5であってもよい。
よい。
あってもよい。
い。
以下であってもよい。
はPt、もしくはPt,Cr,Taの群より選ばれる2種以上の元
素であることが好ましい。
よい。
X'Fe1-X'を主成分とし、前記第1磁性膜はCoYFe1-Yを主
成分とし、Xは0.6〜1.0、X’は0.7〜1.
0、Yは0.3〜0.7であってもよい。前記非磁性金
属膜がCu,Ag,Auのいずれかであってもよい。
X'Fe1-X'を主成分とし、前記第1磁性膜は(CoZFe1-Z)
Z'V1-Z'を主成分とし、Xは0.6〜1.0、X’は
0.7〜1.0、Zは0.3〜0.7、Z’は0.9〜
0.98であってもよい。
ずれかであってもよい。
を主成分とし、前記第2磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主
成分とし、前記非磁性金属膜はCuを主成分とし、その膜
厚は2〜10nmであって、それぞれの膜は(100)面は膜面に
垂直方向に基板上にエピタキシャルに積層され、前記第
1電流によって生じる磁界の方向が概略該非磁性金属膜
の膜面内[011]方向であってもよい。
ことが好ましい。
磁性膜と、該第1磁性膜と該第2磁性膜とを分離する非
磁性金属膜とを含む磁気抵抗変化部と、信号電流を流す
導体線であって、該信号電流によって生じる磁界が該磁
気抵抗変化部に作用する導体線と、を有する増幅素子で
あって、該第1磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有し
ており、該第1磁性膜は、該信号電流によって生じる磁
界により該第1磁性膜の磁化が反転しえない保磁力を有
しており、該第2磁性膜は、該信号電流によって生じる
磁界により該第2磁性膜の磁化が反転しうる保磁力を有
し、そのことによって上記目的が達成される。
前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層
した構造を有していてもよい。
膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1〜2nm
であり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Feのうち少なくとも1
種の元素を主成分としてもよい。
前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁
性膜とを複数回だけ積層した構造を有していてもよい。
面と前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち
少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁
性膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCoを主
成分としてもよい。
前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁
性膜とを複数回だけ積層した構造を有していてもよい。
し、原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.3
であってもよい。
し、原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜
0.5であってもよい。
よい。
あってもよい。
い。
以下であってもよい。
い。
はPt、もしくはPt,Cr,Taの群より選ばれる2種以上の元
素であってもよい。
X'Fe1-X'を主成分とし、前記第1磁性膜はCoYFe1-Yを主
成分とし、Xは0.6〜1.0、X’は0.7〜1.
0、Yは0.3〜0.7であってもよい。
ずれかであってもよい。
X'Fe1-X'を主成分とし、前記第1磁性膜は(CoZFe1-Z)
Z'V1-Z'を主成分とし、Xは0.6〜1.0、X’は
0.7〜1.0、Zは0.3〜0.7、Z’は0.9〜
0.98であってもよい。
ずれかであってもよい。
を主成分とし、前記第2磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主
成分とし、前記非磁性金属膜はCuを主成分とし、その膜
厚は2〜10nmであって、それぞれの膜の[100]方位が膜面
に垂直方向に基板にエピタキシャルに積層され、前記信
号電流によって生じる磁界の方向は概略該非磁性金属膜
の[011]方向であってもよい。 前記第1磁性膜の角型
比は0.7以上であることが好ましい。
磁性金属膜と軟磁性膜とを含む多層構造を有している。
硬質磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有しており、硬
質磁性膜の磁化は弱磁界では反転しない。軟磁性膜の磁
化は弱磁界でも容易に反転可能である。非磁性金属膜は
硬質磁性膜と軟磁性膜との間に設けられており、それに
よって、硬質磁性膜と軟磁性膜との間の磁気的結合が弱
められる。また、硬質磁性膜の磁化容易軸方向が検知す
べき磁界の方向と実質的に一致するように硬質磁性膜が
形成されている。
た場合において、硬質磁性膜が磁化された方向とは逆の
方向の弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加される
と、硬質磁性膜の磁化は反転されないが、軟磁性膜の磁
化は信号磁界の方向に反転され、硬質磁性膜の磁化の方
向と軟磁性膜の磁化の方向とが反平行となる。この状態
にある磁気抵抗効果素子を流れる電流の電子は、主に硬
質磁性膜/非磁性金属膜/軟磁性膜の界面に於いて磁気
的散乱を受けので、磁気抵抗効果素子の抵抗が増加す
る。一方、硬質磁性膜が磁化された方向と同一の方向の
弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、硬質
磁性膜の磁化の方向と軟磁性膜の磁化の方向とは平行と
なるので、上述した磁気的錯乱が低減され、磁気抵抗効
果素子の抵抗が減少する。また、硬質磁性膜はその磁化
容易軸方向が検知すべき磁界の方向と実質的に一致する
ように構成されているので、高い感度を有する。
して複数回積層することにより、それぞれの膜と膜との
界面は、磁気的散乱を増加するように作用するので、さ
らに大きなMR比を有する磁気抵抗効果素子が得られ
る。
いたスピンバルブと異なり、一方向に着磁された硬質磁
性膜が上記の反強磁性膜と類似の働きをするハード膜ス
ピンバルブ及びその多層膜を用いた磁気抵抗効果素子に
関する。
素子の構成を示す。その磁気抵抗効果素子は、基板7
と、基板7の上に形成された多層構造とを有している。
その多層構造は、硬質磁性膜1と非磁性金属膜2と軟磁
性膜3とを含んでいる。本明細書では、このような多層
構造を有する素子部を磁気抵抗素子部という。硬質磁性
膜1の磁化曲線は良好な角型性を有しており、硬質磁性
膜1の磁化は弱磁界では反転しない。また、硬質磁性膜
1の磁化容易軸方向が検知すべき磁界の方向と実質的に
一致するように硬質磁性膜1が形成される。「検知すべ
き磁界の方向」は、典型的には、磁気抵抗効果素子に印
加される信号磁界の方向と同一である。しかし、例外的
に、検知すべき磁界の方向と磁気抵抗効果素子に印加さ
れる信号磁界の方向とが異なる場合もあり得る。例え
ば、L字状のヨークによって外部からの信号磁界の方向
が曲げられる場合などがこの場合に該当する。非磁性金
属膜2は、硬質磁性膜1と軟磁性膜3との間の磁気的結
合を弱めるように硬質磁性膜1と軟磁性膜3との間に設
けられている。軟磁性膜3の磁化は弱磁界でも容易に反
転可能である。軟磁性膜3は、非磁性金属膜2によって
硬質磁性膜1との磁気的結合から隔離されている。
る磁性膜を「硬質磁性膜」といい、20 Oe未満の保磁力
を有する磁性膜を「軟磁性膜」という。100 Oe未満の保
磁力を有する硬質磁性膜を、特に、「半硬質磁性膜」と
いう。また、本明細書で用いられる保磁力の値は、低周
波数の交流(典型的には60Hz)での測定値である。
磁力の異なる2種類の磁性膜を用いることであって、こ
の時、保磁力の大なる膜を硬質磁性膜とよび、保磁力の
小なる方の膜を軟磁性膜とよぶものであり、上記定義は
必ずしも重要な事ではない。
線が良好な角形性を有することが要求される。
全膜厚が50nm程度あるいはそれ以下で用いないと、
抵抗変化分が検出出来ないので、磁性膜の膜厚は20n
m以下であることが望ましい。
した場合において、硬質磁性膜1が磁化された方向とは
逆の方向の弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加され
ると、硬質磁性膜1の磁化は反転されないが、軟磁性膜
3の磁化は信号磁界の方向に反転される。その結果、硬
質磁性膜1の磁化の方向と軟磁性膜3の磁化の方向とは
反平行となる。このように硬質磁性膜1の磁化の方向と
軟磁性膜3の磁化の方向とが反平行となることにより、
磁気抵抗効果素子を流れる電流の電子は主に硬質磁性膜
1/非磁性金属膜2/軟磁性膜3の界面に於いて磁気的
散乱を受ける。その結果、磁気抵抗効果素子の抵抗が増
加する。一方、硬質磁性膜1が磁化された方向と同一の
方向の弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加される
と、硬質磁性膜1の磁化の方向と軟磁性膜3の磁化の方
向とは平行となる。その結果、上述した磁気的錯乱が低
減されるので、磁気抵抗効果素子の抵抗が減少する。こ
のような原理に従い、磁気抵抗効果素子は、信号磁界の
変化に応じて電気抵抗を変化させる。
素子の他の構成を示す。図1(b)に示される磁気抵抗
効果素子は、図1(a)に示される[硬質磁性膜1/非
磁性金属膜2/軟磁性膜3]の構造を非磁性金属膜2を
介して複数回だけ積層した構造を有する。このような積
層構造は、[硬質磁性膜1/非磁性金属膜2/軟磁性膜
3/非磁性金属膜2]N(Nは繰り返し数)と表わされ
る。このような積層構造を採用することにより、それぞ
れの膜と膜との界面での磁気的散乱は増加する。従っ
て、より大きなMR比を有する磁気抵抗効果素子が得ら
れる。さらに、リソグラフィー等によりこのように積層
した磁気抵抗素子部の膜面に垂直方向に電流が流れるよ
うにすれば、それぞれの膜と膜との界面での磁気的散乱
はさらに増加する。従って、さらに大きなMR比を有す
る磁気抵抗効果素子が得られる。
ドの構成を示す。基板7は、フェライト7−1、もしく
は非磁性基板上に形成されたCoNbZr等のCo系アモルファ
ス材料やNiFe等の高透磁率膜7−1と、絶縁膜7−
2とを含んでおり、基板7の上に磁気抵抗素子部10が
形成されている。磁気抵抗素子部10は、図1(a)又
は図1(b)に示される磁気抵抗効果素子の多層構造と
同様の構造を有する。磁気抵抗素子部10の上には絶縁
膜6が形成される。絶縁膜6の上には磁気媒体からの信
号磁束を軟磁性膜3に導くヨーク4が形成される。ただ
し、磁気抵抗素子部10が磁気媒体からの信号磁束を検
知しやすい位置に配置される場合には、ヨーク4は必ず
しも必要ではない。また、バルクハウゼンノイズを低減
するためには、軟磁性膜3の磁化容易軸方向が磁気抵抗
効果素子に印加される信号磁界の方向に直交するように
軟磁性膜3が形成されることが望ましい。磁気抵抗素子
部10は、ヨーク4により導かれる弱い信号磁界に応じ
て磁気抵抗素子部10の電気抵抗を変化させる。
有する磁気抵抗素子部にバイアスを印加するためのバイ
アス磁界用の導体線をその磁気抵抗素子部の近傍に設け
てもよいし、その磁気抵抗素子部のうち少なくとも軟磁
性膜3を単磁区化するために、その磁気抵抗素子部の端
部に反強磁性体膜や硬質磁性膜を付けた構成としてもよ
い。
を示す。そのメモリー素子は、磁気抵抗変化部11と、
電流を流す導体線5とを有している。導体線5は、導体
線5に流れる電流によって生じる磁界が磁気抵抗変化部
11に作用するように磁気抵抗変化部11の近傍に配置
される。磁気抵抗変化部11と導体線5とは、絶縁膜6
によって絶縁されている。
性金属膜2と軟磁性膜3とを含んでいる。磁性膜1’の
磁化曲線は良好な角型性を有しており、磁性膜1’の磁
化は弱磁界では反転しない。非磁性金属膜2は、磁性膜
1’と軟磁性膜3との間の磁気的結合を弱めるように磁
性膜1’と軟磁性膜3との間に設けられている。軟磁性
膜3の磁化は弱磁界でも容易に反転可能である。軟磁性
膜3は、非磁性金属膜2によって磁性膜1’との磁気的
結合から隔離されている。
きい保磁力を有している。さらに、磁性膜1’は、導体
線5に流れる電流により生じる最大の磁界より小さい磁
界により磁化反転しうる保磁力を有することが必要であ
る。磁性膜1’の磁化の方向に応じてメモリー素子に記
録される情報を表現するためである。磁性膜1’は、そ
れの保磁力より強い磁界により磁化されると、それの保
磁力より小さい磁界によっては磁化反転しない。
磁性金属膜2/軟磁性膜3]の構造を非磁性金属膜2を
介して複数回だけ積層した構造を有するように磁気抵抗
変化部11を構成することにより、より大きなMR比を
有するメモリー素子を得ることができる。
説明する。
情報記録のための電流が導体線5に流される。この情報
記録のための電流によって生じる磁界により磁性膜1’
および軟磁性膜3の磁化が反転される。磁性膜1’に
は、磁性膜1’の磁化の方向に応じて情報が記録され
る。例えば、磁性膜1’の磁化が図6(a)に示される
右向き矢印に沿った方向である場合には、記録される情
報は”1”であり、磁性膜1’の磁化が図6(a)に示
される左向き矢印に沿った方向である場合には、記録さ
れる情報は”0”である。
情報読み出しのための弱電流が使用される。この情報読
み出しのための弱電流により、磁性膜1’の磁化の方向
とは逆の方向の弱磁界が磁気抵抗変化部11に印加され
ると、磁性膜1’の磁化は反転しないが、軟磁性膜3の
磁化はその弱磁界の方向に反転する。その結果、磁性膜
1’の磁化の方向と軟磁性膜3の磁化の方向とが反平行
となるので、磁気抵抗変化部11の抵抗が増加する。一
方、情報読み出しのための弱電流により、磁性膜1’の
磁化の方向と同一の方向の弱磁界が磁気抵抗変化部11
に印加されると、磁性膜1’の磁化は反転しないが、軟
磁性膜3の磁化はその弱磁界の方向に反転する。その結
果、磁性膜1’の磁化の方向と軟磁性膜3の磁化の方向
とは平行となるので、磁気抵抗変化部11の抵抗が減少
する。
は、情報読み出しのための弱電流がある方向に導体線5
に流され(弱電流による初期化)、その後、情報読み出
しのための弱電流がその方向と逆の方向に導体線5に流
される(弱電流反転)。例えば、図6(b)は、紙面に
垂直に紙面の裏面から表面に向かって弱電流を導体線5
に流す場合(弱電流による初期化)を示し、図6(c)
は、紙面に垂直に紙面の表面から裏面に向かって弱電流
を導体線5に流す場合(弱電流反転)を示している。
変化部11の抵抗の変化として検知される。例えば、磁
性体1’に記録された情報が”1”である場合には、弱
電流による初期化の場合より弱電流反転の場合の方が磁
気抵抗変化部11の抵抗が増加し、磁性体1’に記録さ
れた情報が”0”である場合には、弱電流による初期化
の場合より弱電流反転の場合の方が磁気抵抗変化部11
の抵抗が減少する(図6(d))。このようにして、磁
性膜1’に記録された情報を非破壊的に読み出すことが
実現される。なお、上記の弱電流はパルス型の弱電流で
もよい。
構成を示す。図5に示されるメモリー素子は、図4に示
される[磁性膜1’/非磁性金属膜2/軟磁性膜3]の構
造を非磁性金属膜2を介して複数回だけ積層した構造を
有する。さらに、その積層構造に含まれる複数の磁性膜
1’の保磁力は互いに異なっている。所定の信号磁界に
対して磁化反転を生じない磁性膜1’の数を所定の値に
対応づけることにより、その複数の磁性膜1’に多値情
報を記録することが可能となる。このようにして多値情
報を記録可能なメモリー素子が実現される。例えば、そ
のようなメモリー素子は、図7(a)〜図7(c)に示
されるように動作する。
1’の保磁力を除き、本発明によるメモリー素子の構成
と同一である。従って、ここでは詳しい説明は省略す
る。
する。
(a))。すなわち、強い電流パルスを導体線5に流す
ことにより、磁性膜1’の磁化が一方向に固定される。
増幅素子は、磁性膜1’の磁化容易軸方向が強い電流パ
ルスによって発生する磁界の方向に実質的に一致するよ
うに構成される。
比例した弱電流が導体線5に流される(図8(b))。
交流弱電流によって生じる弱磁界により、磁性膜1’の
磁化回転(もしくは磁壁移動)は発生しないが、軟磁性
膜3の磁化回転(もしくは磁壁移動)は発生する。従っ
て、[磁性膜1’/非磁性金属膜/軟磁性膜3]を含む
磁気抵抗変化部11の抵抗は、磁性膜1’の磁化の方向
と軟磁性膜3の磁化の方向とがなす角度に応じて変化す
る。これにより、増幅された出力が得られる(図8
(c))。
が大きな保磁力を有する硬質磁性膜であることは必要と
されない点で、本発明によるメモリー素子は本発明によ
る磁気抵抗効果型ヘッドとは異なっている。本発明によ
るメモリー素子では、磁性膜1’は軟磁性膜3より大き
な保磁力を有する半硬質磁性膜であれば足りる。メモリ
ー素子に情報を書き込む際、磁性膜1’の磁化を反転さ
せる必要があるためである。なお、信頼性の観点からは
磁性膜1’は硬質磁性膜であることが望ましいが、情報
記録のための電流を低減するという観点からは磁性膜
1’は半硬質磁性膜であることが望ましい。
硬質磁性膜であることが望ましい。信号磁界により磁性
体1’の磁化が反転しないことが必要であるからであ
る。しかし、実用上では、磁性膜1’は、硬質磁性膜で
なくとも磁化曲線の角型性が良好な磁性膜であれば支障
はない。増幅動作時に導体線5に流れる信号電流は小さ
く、その信号電流によって生じる磁界も小さいからであ
る。
抵抗効果型ヘッド、メモリー素子および増幅素子におい
て、磁性膜1(もしくは磁性膜1’)と非磁性金属膜2
との界面と、軟磁性膜3と非磁性金属膜2との界面のう
ち少なくとも一方に磁性膜3’を挿入してもよい。この
場合、磁性膜3’はCoを主成分とする磁性膜であること
が好ましく、磁性膜3’の厚さは0.1〜1nmであることが
好ましい。磁性膜3’の厚さが0.1nm以下である場合に
は、MR比を向上させる効果が少ない。一方、磁性膜
3’を軟磁性膜3の界面に1nmを越えて付けることは望
ましくない。軟磁性膜3の軟磁気特性を劣化させるから
である。このような磁性膜3’を挿入することにより、
それぞれの膜の界面での磁気的散乱がより多くなる。そ
の結果、より大きなMR比を有する素子が得られる。
1’)と非磁性金属膜2の界面に磁性膜3’を挿入して
もよい。磁性膜3’は硬質磁性膜1(もしくは磁性膜
1’)の両側もしくは片側に設けられる。この場合、磁
性膜3’の厚さは0.1から2nmの範囲にあればよく、磁性
膜3’の組成はCo,Ni,Feのうち少なくとも1種の元素を
主成分とするものであればよい。磁性膜3’の厚さが0.
1nmより小さい場合には、MR比を向上させる効果が少
ない。一方、磁性膜3’の厚さが2nm以上である場合に
は、硬質磁性膜1(もしくは磁性膜1’)の磁化曲線の
角型性や保磁力が劣化しやすい。特に、磁気抵抗効果素
子を磁気ヘッド等に使用する場合には、磁性膜3’の膜
厚は1nm以下であることが望ましい。磁性膜1の磁化曲
線は良好な角型性を有しており、かつ、磁性膜1は比較
的大きな保磁力を有する硬質磁性膜である必要があるか
らである。
ドイッチタイプの磁気抵抗効果素子において、硬質磁性
膜1(もしくは磁性膜1’)と非磁性金属膜2の界面に
磁性膜3’を挿入した例を示す。
タイプの磁気抵抗効果素子において、硬質磁性膜1(も
しくは磁性膜1’)と非磁性金属膜2の界面に磁性膜
3’を挿入した例を示す。図2(b)では、硬質磁性膜
1(もしくは磁性膜1’)の両面に磁性膜3’を設けた
構成となっている。しかし、硬質磁性膜1(もしくは磁
性膜1’)の片面のみに磁性膜3’を設けた構成として
もよい。図2(b)に示される磁気抵抗効果素子は、図
2(a)に示される磁気抵抗効果素子に比較して、より
大きなMR比を示す。
れるような積層タイプの磁気抵抗効果素子を使用する場
合には、電子の平均自由行程を配慮して、硬質磁性膜1
(もしくは磁性膜1’)と非磁性金属膜2と軟磁性膜3
と磁性膜3’のそれぞれの膜厚はあまり厚くしないこと
が好ましい。また、MR比は構成要素の積層回数ととも
に増加するが効果が顕著にでるのは3回以上で、10回以
上ではほぼ飽和する傾向を示す。シート抵抗を考慮する
と、膜面に垂直方向に電流を流して使用する場合を除い
て、積層回数は5回以下であることが望ましい。
化曲線は良好な角型性を有している必要がある。本明細
書では、「良好な角型性」とは角型比S(=残留磁化/
飽和磁化)が0.7以上あると定義する。
(もしくは磁性膜1’)の角型比Sと本発明による磁気
抵抗効果素子のMR曲線との関係を示す。図9(a)〜
図9(c)からわかるように、角型比Sが0.7より小さ
い場合には、零磁界近傍のMR曲線が劣化する。零磁界
近傍のMR曲線の劣化は、磁気抵抗効果型ヘッドや増幅
素子の再生感度や線形性を劣化させる原因となり、磁性
膜1’の磁化反転誤動作により記録再生時のメモリー素
子の誤動作を発生させる原因となる。このように、硬質
磁性膜1(もしくは磁性膜1’)は一方向に着磁するこ
とによりその磁化状態を保持して弱い磁界では磁化反転
しない特性を有することが大切である。
磁性膜1の磁化は一方向に固定される。従って、磁性膜
1は、大きな保磁力を有する硬質磁性膜であることが必
要で、同一組成のもののバルク状態もしくは厚膜状態で
の保磁力が500 Oe以上であることが好ましい。また、磁
性膜1は、耐蝕性の良好なものが望ましい。磁性膜1の
一例としてはCo0.75Pt0. 25, Co0.84Ta0.02Cr0.14, Co
0.78Pt0.10Cr0.12, Co0. 5Fe0.5等があげられ、保磁力、
耐食性の観点からはCoPtが、またMR比の観点からはCo
Feが現段階では最も適した材料である。これらの膜のキ
ュリー温度は、従来のスピンバルブで用いるFe-Mn膜の
ネール温度に比べて十分高く、特性の温度依存性も比較
的小さく出来る利点がある。
1’の磁化曲線が良好な角型性を有することは重要であ
るものの、磁性膜1’の保磁力はさほど必要とされな
い。情報記録時には導体線に電流を流して磁性膜1’の
磁化を反転させる必要があるからである。従って、磁性
膜1’は、Co0.5Fe0.5やCo等の半硬質磁性膜でも良い。
磁性膜1’の保磁力は膜厚によっても調整可能である。
この用途の場合には、磁性膜1’は、膜厚を3nm以下と
した半硬質磁性膜のCo0.8Pt0.2等でも良い。
磁化は一方向に固定される。従って、磁性膜1’は、保
磁力の大きい硬質磁性材料であることが望ましい。しか
し、実用上は、磁性膜1’は、半硬質磁性材料であって
も良い。導体線5に流れる信号電流が小さいため、その
信号電流によって生じる磁界も小さいからである。
低磁界で磁化反転しやすい膜であることが必要である。
また、軟磁性膜3は低磁歪の膜であることが好ましい。
これは実用上磁歪が大きいとノイズの原因となりやす
く、素子を作製した際に特性のばらつきが生じるからで
ある。この条件を満足するためには NiXCoYFeZ --- (1) を主成分とし、原子組成比が X=0.6〜0.9、Y=0〜0.4、Z=0〜0.3 --- (1') のNi-richの軟磁性膜を使用することが望ましく、その
代表的なものにはNi0.8Fe0.15Co0.05, Ni0.8Fe0.1C
o0.1, Ni0.68Co0.2Fe0.12等がある。また、軟磁気特性
ではこれらよりやや劣るものの、これらより大きな磁気
抵抗変化が得られる NiX'CoY'FeZ' --- (2) を主成分し、原子組成比が X'=0〜0.4、Y'=0.2〜0.95、Z=0〜0.5 --- (2') のCo-richの磁性膜を用いても良く、その代表的なもの
はCo0.44Fe0.3Ni0.26, Co0.6Fe0 .2Ni0.2, Co0.7Fe0.2Ni
0.1 等がある。これらの膜はその組成比が(1')(2')式を
満足する時、センサーやMRヘッド等の磁気抵抗効果素
子に要求される低磁歪(1x10-5の程度かそれ以下)特性
を示す。
でもよい。Co系非晶質合金膜は、上述した軟磁性膜材料
に比べてやや比抵抗が高い欠点はあるものの、極めて弱
い磁界でも磁化反転が可能であり、ほぼ零磁歪で高透磁
率であるという特長を有する。Co系非晶質合金膜の代表
的なものはCo0.75Fe0.05B0.2である。
は磁性膜1’)との界面および軟磁性膜3との界面での
反応が少なく固溶し難いものが望ましい。また、非磁性
金属膜2は、磁性膜/非磁性金属膜の平坦で明確な界面
が得られるものである必要がある。さらに、非磁性金属
膜2は、硬質磁性膜1(もしくは磁性膜1’)と軟磁性
膜3の間の磁気的結合を断つために非磁性であることが
必要である。非磁性金属膜2としては、Cu,Ag,Au等が適
しており、特にMR特性的にはCuが望ましい。非磁性金
属膜2の厚さが10nmより厚くなると素子全体のMR変化
率が低下する。従って、非磁性金属膜2の厚さは10nm以
下とする必要があり、5nm以下とすることが好ましい。
一方、非磁性金属膜2の厚さが1nm未満となると硬質磁
性膜1(もしくは磁性膜1’)と軟磁性膜3とが磁気的
に結合してしまいため、大きな磁気抵抗効果は得られな
い。
磁性金属膜2との間、又は軟磁性膜3と非磁性金属膜2
の間に挿入される磁性膜3’は磁気抵抗効果を増大させ
る。この効果を得るためには、磁性膜3’はCo、もしく
はNi,Co,Feのうち少なくとも1種の元素を主成分とする
ものが望ましく、Co、Co0.9Fe0.1や、前記の軟磁性膜3
のCo0.44Fe0.30Ni0.26, Co0.6Ni0.2Fe0.2, Co0.7Fe0.2N
i0.1等でも良い。
軟磁性で高透磁率のものが望ましく、Co系非晶質磁性合
金膜が適しており、一例としてはCo0.82Nb0.12Zr0.06等
があげられる。
幅素子)の導体線5は、磁界発生用の低抵抗金属膜線で
ある。マトリックス状にメモリー素子を配置する場合に
は、図15(a)に示されるように導体線が互いに交差
しないタイプのものでもよいし、図15(b)に示され
るように導体線が素子上で互いに交差するタイプのもの
でもよい。
3;j=1〜3)は磁気抵抗変化部を表し、W1〜W3は
導体線(ワード線)を表し、S1〜S3は磁気抵抗変化部
Mij(図中の黒部)とシャント用の導体部(図中の白
部)とからなるセンス線を表す。例えば、磁気抵抗変化
部M11に情報を記録する場合には、ワード線W1とセン
ス線S1とに電流が流される。その結果、ワード線W1と
センス線S1とに流れる電流によって生じる合成磁界に
より磁気抵抗変化部M11に情報が書き込まれる。磁気抵
抗変化部M11に記録された情報を再生する場合には、ワ
ード線W1にパルス電流が流される。ワード線W1に流れ
る電流により生じるセンス線S1の抵抗変化を検出する
ことにより、磁気抵抗変化部M11に記録された情報が読
み出される。
2;j=1〜3)は磁気抵抗変化部を表し、W1〜W3お
よびW’1およびW’2は導体線(ワード線)を表し、S
1およびS2は磁気抵抗変化部Mij(図中の黒部)とシャ
ント用の導体部(図中の白部)とからなるセンス線を表
す。例えば、磁気抵抗変化部M11に情報を記録する場合
には、ワード線W1とワード線W’1とに電流が流され
る。その結果、ワード線W1とワード線W’1とに流れる
電流によって生じる合成磁界により磁気抵抗変化部M11
に情報が書き込まれる。磁気抵抗変化部M11に記録され
た情報を再生する場合には、ワード線W1にパルス電流
が流される。ワード線W1に流れる電流により生じるセ
ンス線S1の抵抗変化を検出することにより、磁気抵抗
変化部M11に記録された情報が読み出される。
0.12(軟磁性膜3), Cu(非磁性金属膜2), Co0.75Pt0.25
(硬質磁性膜1)を用い(組成はすべて原子%)、多元ス
パッタ装置により基板上に図1(a)に示されたような
サンドイッチタイプの A:基板/CoNiFe(15)/Cu(2.2)/CoPt(10) (( )内は
厚さ(nm)を表わす) 及び図1(b)に示されたような積層タイプの A':基板/[CoNiFe(3)/Cu(2.2)/CoPt(5)/Cu(2.2)]5 の磁気抵抗素子を作製した。なお各膜厚はシャッターで
制御し、硬質磁性膜1のCoPtを着磁し、素子のMR特性
を室温、印加磁界100 Oeで測定したところMR比はA、
A'を用いたものでそれぞれ4, 6%、MR変化が生じる
磁界幅はそれぞれ3, 5 Oeであった。図11の単に保磁
力の異なる磁性膜を用いた場合に比べて、本発明のもの
は微小磁界動作が可能で直線性が改善されており、図1
2の反強磁性結合タイプのものに比べては本発明のもの
は動作磁界が小さく、又図13の反強磁性膜を用いたス
ピンバルブのものに比べて、本発明のものはMR比が向
上していることがわかる。
に Co0.75Pt0.25(硬質磁性膜1), Co0.7Ni0.1Fe0 .2(軟
磁性膜3), Cu(非磁性金属膜2)を用いて硬質磁性膜
1、非磁性金属膜2、軟磁性膜3、非磁性金属膜2を順
次成膜し B:基板/[NiCoFe(6)/Cu(2.2)/CoPt(5)/Cu(2.2)]20 なる多層膜を作製し、硬質磁性膜1のCoPtを着磁し、更
にリソグラフィー技術を用いてこれを25μm x 25μmの
柱状形状とし、リソグラフィーを用いた4端子法により
そのMR特性を測定したところ、印加磁界100 OeでMR
比は18%で、MR変化が生じる磁界幅は20 Oeであっ
た。
(7−2)より成る基板上にターゲットにCo0.75Pt0.25
(硬質磁性膜1), Cu(非磁性金属膜2), Ni0.68Co0.2Fe
0.12(軟磁性膜3)を用いて硬質磁性膜1、非磁性金属膜
2、軟磁性膜3を多元スパッタ装置を用いて順次成膜
し、硬質磁性膜1のCoPtを着磁し、更にこの上にターゲ
ットにSiO2(絶縁膜6), Co0.82Nb0.12Zr0. 06(ヨーク4)
を用いて絶縁膜6とCoNbZrを成膜し、リソグラフィーに
よりパターニングしてヨーク部4を作製し、下記の構成 C:基板/CoPt(15)/Cu(2.2)/NiCoFe(15)/SiO2(100)
/CoNbZr(1000) 及び C':基板/[CoPt(5)/Cu(2.2)/NiCoFe(4)/Cu(2.2)]3
/SiO2(100)/CoNbZr(1000) より成る、図3に示すような磁気抵抗効果型ヘッド(M
Rヘッド)を作製した。
抵抗効果膜に、Co0.82Nb0.12Zr0.06をヨークに用いた従
来構成のMRヘッドを作製した。この従来構成のMRヘ
ッドと本発明によるMRヘッドとに100 Oeの交流信号磁
界を印加して両ヘッドの再生出力比較を行ったところ、
C及びC'の構成の本発明のMRヘッドは比較用の従来
ヘッドに比べてそれぞれ約1.5, 3倍の出力を示すことが
わかった。
性膜1’), Co0.7Ni0.1Fe0.2(軟磁性膜3), Cu(非磁性
金属膜2)を用いて硬質磁性膜1、非磁性金属膜2、軟
磁性膜3を順次成膜し、図1(a)に示されたようなサ
ンドイッチタイプの D:[CoNiFe(10)/Cu(2.2)/CoPt(2)] なる磁気抵抗変化部を作製した。図14は、この磁気抵
抗変化部のMR曲線を示す。この磁気抵抗変化部の上に
SiO2膜絶縁膜を成膜し、更に導体線用のAuCrを成膜し、
図4に示したようなメモリー素子を作製した。
6(a)に示す様に導体線5に電流を流して磁性膜1’
を一方向に磁化し、次に図6(b)に示す様に導体線5
に弱電流を流して軟磁性膜3を一方向に揃えた後、図6
(c)に示す様に導体線5の弱電流を反転してその時の
磁気抵抗変化部の抵抗変化を測定したところ、図6
(d)に示す様に硬質磁性膜1に記録された磁化方向に
よってこの抵抗変化が+(増)か、−(減)かに明確に
変化することを確認した。
r0.12(硬質磁性膜1), Ni0.8Fe0.15Co0.05(軟磁性膜
3), Cu(非磁性金属膜2)を用いて硬質磁性膜1、非磁
性金属膜2、軟磁性膜3を順次成膜し、 E:[CoPtCr(5)/Cu(2.3)/NiFeCo(10)] なる磁気抵抗変化部を作製し、続いてSiO2膜絶縁膜をこ
の上に成膜し、更に導体線用のAuCrを成膜し、増幅素子
を作製した。
(a)に示す様に導体線5に強電流を流して硬質磁性膜
1を一方向に磁化し、次に図8(b)に示す様に導体線
5に入力交流電圧を印加し弱電流を流して軟磁性膜3の
磁化回転を生じさせ、磁気抵抗変化部に電圧を印加して
おき、この磁気抵抗変化部の抵抗変化による出力電圧変
化を測定したところ、図8(c)に示す様に入力電圧が
増幅されることを確認した。
0.12(軟磁性膜3), Co(磁性膜3’), Cu(非磁性金属膜
2), Co0.75Pt0.25(硬質磁性膜1)を用い(組成はすべ
て原子%)、多元スパッタ装置により基板上にサンドイ
ッチタイプの F:基板/NiCoFe(10)/Co(0.2)/Cu(2)/Co(0.2)/CoP
t(3) (( )内は厚さ(nm)を表わす) 及び積層タイプの F':基板/[NiCoFe(3)/Co(0.2)/Cu(2)/Co(0.2)/Co
Pt(3)/Co(0.2)/Cu(2)]N/NiCoFe(3)(N=5,Nは積層繰り
返し数) の磁気抵抗素子を作製した。なお各膜厚はシャッターで
制御し、硬質磁性膜1のCoPtを着磁し、素子のMR特性
を室温、印加磁界100 Oeで測定したところMR比はF、
F'を用いたものでそれぞれ6, 8%、MR変化が生じる
磁界幅はそれぞれ3, 5 Oeであった。図10に積層タイ
プのものの典型的なMR曲線の一例を示した。
0.12(軟磁性膜3), Co0.70Fe0.20Ni0.10(磁性膜3’),
Cu(非磁性金属膜2), Co0.75Pt0.25(硬質磁性膜1)を用
い(組成はすべて原子%)、多元スパッタ装置により基
板上に図2(a)に示されたようなサンドイッチタイプ
の G:基板/NiCoFe(15)/Cu(2.3)/CoNiFe(0.5)/CoPt(1
0) (( )内は厚さ(nm)を表わす) 及び図2(b)に示されたような積層タイプの G':基板/[NiCoFe(7)/Cu(2.2)/CoNiFe(0.5)/CoPt
(4)/CoNiFe(0.5)/Cu(2.2)]N(N=5,Nは積層繰り返し
数) の磁気抵抗素子を作製した。なお各膜厚はシャッターで
制御し、硬質磁性膜1のCoPtを着磁し、素子のMR特性
を室温、印加磁界100 Oeで測定したところMR比はG、
G'を用いたものでそれぞれ6, 9%、MR変化が生じる
磁界幅はそれぞれ3, 5 Oeで、比較として作製した界面
にCo70Fe20Ni10(磁性膜3’)を挿入しなかったもののM
R変化はそれぞれ4, 6%でこれより低いことがわかっ
た。
(7−2)より成る基板上にターゲットにCo0.75Pt0.25
(硬質磁性膜1), Cu(非磁性金属膜2), Ni0.68Co0.2Fe
0.12(軟磁性膜3)、Co(磁性膜3’)を用いて多元スパ
ッタ装置により、磁気抵抗素子部 H:[NiCoFe(7)/Cu(2.1)/Co(0.4)/CoPt(4)/Co(0.4)
/Cu(2.1)]3 を作製した後、硬質磁性膜1のCoPtを着磁し、更にこの
上にターゲットにSiO2(絶縁膜6), Co0.82Nb0.12Zr0.06
を用いて絶縁膜6とCoNbZrを成膜し、リソグラフィーに
よりパターニングしてヨーク部4を作製し、下記の構成 I:基板/[NiCoFe(7)/Cu(2.1)/Co(0.4)/CoPt(4)/C
o(0.4)/Cu(2.1)]3/SiO2(100)/CoNbZr(1000) より成る、図3に示すような磁気抵抗効果型ヘッド(M
Rヘッド)を作製した。
抵抗効果膜に、Co0.82Nb0.12Zr0.06をヨークに用いた従
来構成のMRヘッドを作製した。この従来構成のMRヘ
ッドと上記の本発明によるMRヘッドとに100 Oeの交流
信号磁界を印加して両ヘッドの再生出力比較を行ったと
ころ、Iの構成の本発明のMRヘッドは比較用の従来ヘ
ッドに比べて約 4倍の出力を示すことがわかった。
性膜1’), Co0.6Ni0.2Fe0.2(軟磁性膜3、磁性膜
3’), Cu(非磁性金属膜2)を用いて硬質磁性膜1、非
磁性金属膜2、軟磁性膜3を順次成膜し、図2(a)に
示されたようなサンドイッチタイプの J:[CoNiFe(10)/Cu(2)/CoNiFe(0.7)/CoPt(2)] なる磁気抵抗変化部を作製し、続いてSiO2膜絶縁膜をこ
の上に成膜し、更に導体線用のAuCrを成膜し、メモリー
素子を作製した。
6(a)に示す様に導体線5に強電流を流して磁性膜
1’を一方向に磁化し、次に図6(b)に示す様に導体
線5に弱電流を流して軟磁性膜3を一方向に揃えた後、
図6(c)に示す様に導体線5の弱電流を反転してその
時の磁気抵抗変化部の抵抗変化を測定したところ、図6
(d)に示す様に磁性膜1’に記録された磁化方向によ
ってこの抵抗変化が+(増)か、−(減)かに明確に変
化することを確認した。又この出力は従来のNiFeを用い
たメモリー素子に比べて1.5倍以上であることがわかっ
た。なお、本実施例の場合、図6(a)〜図6(c)の
1’は本実施例の磁性膜1’と磁性膜3’を合わせたも
のに対応する。
iFe(0.6)/Cu(2)]5 なる積層膜として同様にメモリー素子を作製し、同様の
動作実験をしたところこJを用いたものよりJ’を用い
たものの方が情報読み出し時の出力電圧が約2倍高くな
ることを確認した。
0.20, Co0.86Cr0.12Ta0.02, Fe0.5Ni0.5(磁性膜1、
1'、1"), Cu(非磁性金属膜2)、Ni0.68Co0.2Fe
0.12(軟磁性膜3)を用いて積層タイプの K:[CoPt(3)/Cu(2.2)/NiCoFe(4)/Cu(2.2)/CoCrTa
(3)/Cu(2.2)/NiCoFe(4)/Cu(2.2)/NiFe(3)/Cu(2.2)
/NiFeCo(4)] なる磁気抵抗変化部を作製し、続いてSiO2膜絶縁膜をこ
の上に成膜し、更に導体線用のAuCrを成膜し、図5に示
したようなメモリー素子を作製した。
7(a)に示す様に導体線5に電流を流して3種類の磁
性膜1、1'、1"と軟磁性膜を磁化反転して情報を記録
したものと、磁性膜1、1'( CoPt, CoCrTa)の保磁力
よりは小さく、磁性膜1"(NiFe)の保磁力よりは大き
い磁界を発生させ、磁性膜1"(NiFe) と 軟磁性膜3
(NiCoFe)を磁化反転させて情報を記録したものとを用
意した。次に図7(b)に示すように弱電流パルスを導
体線5に流して軟磁性膜のみを磁化反転し、その時の磁
気抵抗素子部の抵抗変化を測定したところ、図7(c)
に示す様に情報記録時に磁化反転した磁性膜(1、
1'、1")の数によってこの抵抗変化の大きさが異なり
多重記録が可能なことを確認した。
磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、及びメモリ
ー素子の実施例を示す。また、増幅素子についての実施
例は示さないが、上述したように、メモリー素子と同様
にして構成することができる。
16(a)および図16(b)に示すように、保磁力の
異なる厚さ1〜20nmの軟磁性膜21と厚さ1〜20nm
の硬質磁性膜23とを交互に積層し、積層される軟磁性
膜及び硬質磁性膜21,23の相互間に厚さ1〜10nm
の非磁性金属膜22を介在させた構造を有している。た
だし、軟磁性膜21は主成分が (NiXCo1-X)X'Fe1-X' −−−−−−(3) であり、X,X’はそれぞれ原子組成比で 0.6≦X≦1.0 0.7≦X’≦1.0 −−−−−−(4) である。
率ΔR/Rが比較的大きなCoFe系でも良く、その主
成分は CoYFe1-Y −−−−−−(5) で、Yは原子組成比で 0.3≦Y≦0.7 −−−−−−(6) である。
型比が0.9以上と非常に角型性が良く、その主成分は (CoZFe1-Z)Z'V1-Z' −−−−−−(7) で、Z,Z’はそれぞれ原子組成比で 0.3≦Z≦0.7 0.9≦Z’≦0.98 −−−−−−(8) である。特にVを0.9≦Z’≦0.98の間で添加し
た場合、図17に示すように添加量が少ないとき(0.
02〜0.04%)はMR曲線の飽和磁界(Hs)が減
少し、メモリー素子として用いるに最適な特性を示し、
添加量が多いとき(0.05〜0.1)はMR曲線の飽
和磁界(Hs)が増加し、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗
効果型ヘッドに最適な特性を示す。
Fe系磁性材料と界面での反応が少ないものが必要でC
u,Ag,Auのいずれかが適している。
型ヘッドの場合には、上記の軟磁性膜21は、磁歪が小
さくかつ保磁力が小さな角型比の良い軟磁性材料であ
り、硬質磁性膜23は、保磁力は比較的大きく、角型比
の良い半硬質磁性、硬質磁性材料である。
な3元系でなくとも、軟磁性を示し、かつ抵抗変化率Δ
R/Rが比較的大きなNi−Fe系やNi−Co系の2
元系磁性膜でもよい。
磁性金属膜22を介して積層する場合、軟磁性膜21を
硬質磁性膜23よりも厚くすると図18に示すような微
小磁界で大きなMR比が得られる。
力が異なり、かつ非磁性金属膜22によって分離されて
いるため、弱い磁界Hが印加されると、図16(a)お
よび図16(b)に示したように軟磁性の軟磁性膜21
のスピンがまずその方向に回転し(矢印A1で示す)、
硬質磁性膜または半硬質磁性の硬質磁性膜23のスピン
はまだ反転しない状態が生ずる(矢印B1で示す)。従
って、このとき軟磁性膜21と硬質磁性膜23のスピン
配列が互いに逆方向となり、伝導電子のスピン散乱が極
大となって大きな電気抵抗値を示す。
(b)に示したように硬質磁性膜23のスピンも反転す
る(矢印B2で示す)。従って、軟磁性膜21と硬質磁
性膜23のスピン配列は平行となり、伝導電子のスピン
散乱が小さくなり、電気抵抗値は減少する。
て、磁界Hを変化させたときの抵抗変化率ΔR/Rの変
化を示しており、図19における(19a)の位置は図
16(a)の状態に対応し、図19における(19b)
の位置は図16(b)の位置に対応する。なお、各磁界
Hの強さに対応した電気抵抗値をRPとし、電気抵抗の
最小値をRminとした時に、次式 ΔR/R={(RP−Rmin)/Rmin}×100[%] −−−−(13) にしたがって算出し、それを磁界H−抵抗変化率ΔR/
Rの特性としてグラフ化したものである。
域において、大きな抵抗変化率ΔR/Rが得られるわけ
であるが、非磁性金属膜22がないと、軟磁性膜21と
硬質磁性膜23とが磁気的にカップリングしてしまい、
図16(a)のような状態が実現できないため、大きな
磁気抵抗効果は得られない。
望ましい。これはMRヘッド等に用いた場合には磁歪が
大きいとノイズの原因となるためである。
金は、その組成比が第(4)式を満足するときに、磁歪
が小さく軟磁性を示す。その代表的なものはNi0.8Co0.1
Fe0. 1,Ni0.8Fe0.2等である。またさらに、軟磁性を改良
したり、耐摩耗性および耐食性を改良するために、第
(4)式の組成にNb,Mo、Cr,W,Ru等を添加
しても良い。
金は、第(6)式を満足するときに、角型性が良く、か
つ半硬質磁性または硬質磁性を示す。
合金に、第(8)式を満足するようにVを添加したもの
は、添加するVの量によって自由に保磁力の大きさを変
えられ、かつ角型性を良くすることができる。
の異なる軟磁性膜および硬質磁性膜21,23が得られ
る。これら軟磁性膜および硬質磁性膜21,23は、そ
の厚さが1nm 未満ではキュリー温度の低下による室温
での磁化の低減等が問題となる。
数十nmで用いられるため、この発明のように積層効果を
利用するには、各磁性膜21,23を20nm以下にする
必要がある。その上、軟磁気特性を示す軟磁性膜21は
半硬質磁気特性または硬質磁気特性を示す硬質磁性膜2
3よりも一層の膜厚を厚くした場合、軟磁気特性が改善
され微小磁界での立ち上がりが急峻になる。しかし、そ
の効果は20nm以上では変わらない。従って、これら磁
性膜21,23の厚さは1〜20nmとすることが望まし
い。
る非磁性金属膜22としては、Ni−Fe−Co系磁性
膜と界面での反応が少なく、かつ非磁性であることが必
要で、Cu,Ag,Au等が適している。この非磁性金
属膜22の厚さは1nm未満では軟磁性膜および硬質磁性
膜21,23が磁気的にカップリングをして、図16
(a)のように保磁力の異なる軟磁性膜21と硬質磁性
膜23のスピンが反平行となる状態の実現が困難とな
る。
抵抗効果を示さない金属非磁性膜層22部分の電気抵抗
が磁気抵抗効果素子全体の抵抗変化を低減させることに
なる。従って、非磁性金属膜22の厚さは1〜10nmと
することが望ましい。
型薄膜磁気ヘッド、メモリー素子及び増幅素子に適用す
ることができる。
に示した構成の磁気抵抗効果素子(試料No. A2〜C
2)をガラス基板上に作製した。
o−Feの組成はNi0.8Fe0.2,Ni0.8Co0.2,N
i0.8Co0.1Fe0.1,Co0.5−Fe0.5を用い、膜厚
はパワーとシャッタースピードで制御した。
i0.7Co0.2Fe0.1を用いて、以下に示した構成の磁
気抵抗効果素子(試料No.D2〜F2)をガラス基板上
に作製した。
果素子の諸特性(室温における抵抗変化率ΔR/R及び
立ち上がり部分のスイッチング磁界Ht)を表1に示
す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、
電気抵抗の測定については、表1に示される試料を用い
て外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、
磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を4端子法に
より測定した。
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜
膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表1中の膜の
スイッチング磁界Htは磁化困難軸方向の値である。
果素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔR/Rを有し、か
つ立ち上がりのスイッチング磁界Htも比較的小さく実
用的な特性を示すことが明かである。
て以下に示した構成の磁気抵抗効果素子(試料No.A3
〜C3)をガラス基板上に作製した。
o−Fe(14)/Cu(2)] なお、Ni−Fe,Ni−Co,Ni−Co−Fe,C
o−Fe−Vの組成はNi0. 8Fe0.2,Ni0.8Co
0.2,Ni0.8Co0.1Fe0.1,Co0.5Fe0.46V0.04
を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御し
た。
0.05,Ni0.7Co0.2Fe0.1を用いて、以下に示した
構成の磁気抵抗効果素子(試料No.D3〜F3)をガラ
ス基板上に作製した。
果素子の諸特性(室温における抵抗変化率ΔR/R及び
立ち上がり部分のスイッチング磁界Ht)を表2に示
す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、
電気抵抗の測定については、表2に示される試料を用い
て外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、
磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を4端子法に
より測定した。
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜
膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表2中の膜の
スイッチング磁界Htは磁化困難軸方向の値である。
果素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔR/Rを有し、か
つ立ち上がりのスイッチング磁界Htも比較的小さく実
用的な特性を示すことが明かである。
て以下に示した構成の磁気抵抗効果素子(試料No.A4
〜C4)をガラス基板上に作製した。
o−Fe−Vの組成はNi0. 8Fe0.2,Ni0.8C
o0.2,Ni0.8Co0.1Fe0.1,Co0.52Fe0.39V
0.09を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御
した。
0.07,Ni0.7Co0.2Fe0.1を用いて、以下に示した
構成の磁気抵抗効果素子(試料No.D4〜F4)をガラ
ス基板上に作製した。
果素子の諸特性(室温における抵抗変化率ΔR/R及び
立ち上がり部分のスイッチング磁界Ht,素子の飽和磁
界Hs)を表3に示す。磁化測定は振動型磁力計によっ
て測定した。また、電気抵抗の測定については、表3に
示される試料を用いて外部磁界を面内に電流と垂直方向
になるようにかけ、磁界を変化させたときの電気抵抗値
の変化を4端子法により測定した。
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜
膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表3中の膜の
スイッチング磁界Htは磁化困難軸方向、飽和磁界Hs
は磁化容易軸方向の値である。
果素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔR/Rを有し、か
つ立ち上がりのスイッチング磁界Htも比較的小さく、
また大きな飽和磁界Hsを得ることができ磁気抵抗効果
素子及び磁気抵抗効果型ヘッドに実用的な特性を示すこ
とが明かである。
て以下に示した構成の磁気抵抗効果素子(試料No.A5
〜C5)をガラス基板上に作製した。
0.5Fe0.5,Ni0.8Co0.1Fe0.1を用い、膜厚はパ
ワーとシャッタースピードで制御した。
i0.7Co0.2Fe0.1を用いて、以下に示した構成の磁
気抵抗効果素子(試料No.D5〜F5)をガラス基板上
に作製した。
果素子の諸特性(室温における抵抗変化率ΔR/R及び
立ち上がり部分のスイッチング磁界Ht)を表4に示
す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、
電気抵抗の測定については、表4に示される試料を用い
て外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、
磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を4端子法に
より測定した。
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜
膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表4中の膜の
スイッチング磁界Htは磁化困難軸方向の値である。
りも厚くすることで立ち上がりが急峻になり、立ち上が
りの保磁力が小さくなった。したがって、高感度な磁気
抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド及びメモリーとして
実用的な特性が得られるのは明かである。
て以下に示した構成の磁気抵抗効果素子(試料No.A6
〜C6)をガラス基板上に作製した。
o−Fe(14)/Cu(2)] なお、Ni−Fe,Ni−Co,Ni−Co−Fe,C
o−Fe−Vの組成はNi0. 8Fe0.2,Ni0.8Co
0.2,Ni0.8Co0.1Fe0.1,Co0.49Fe0.49V0.02
を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御し
た。
0.03,Ni0.7Co0.2Fe0.1を用いて、以下に示した
構成の磁気抵抗効果素子(試料No.D6〜F6)をガラ
ス基板上に作製した。
果素子の諸特性(室温における抵抗変化率ΔR/R及び
立ち上がり部分のスイッチング磁界Ht,素子の飽和磁
界Hs)を表5に示す。磁化測定は振動型磁力計によっ
て測定した。また、電気抵抗の測定については、表5に
示される試料を用いて外部磁界を面内に電流と垂直方向
になるようにかけ、磁界を変化させたときの電気抵抗値
の変化を4端子法により測定した。
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜
膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表5中の膜の
スイッチング磁界Htは磁化困難軸方向、飽和磁界Hs
は磁化容易軸方向の値である。
用磁気抵抗効果型素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔR
/Rを有し、かつ立ち上がりのスイッチング磁界Htも
比較的小さく、また小さな飽和磁界Hsを得ることがで
きメモリ素子に実用的な特性を示すことが明かである。
子を用いてMRヘッドを作製した。ヘッド作製に用いた
磁気抵抗効果薄膜は次の通りである。
V,Ni−Co−Feの組成はNi0.5Fe0.5,Co
0.5Fe0.5,Co0.52Fe0.39V0.09,Ni0.7Co0.2
Fe0.1である。
力比)を表6に示す。
性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパ
ッタした。また、積層周期は3周期とした。表6の抵抗
変化率ΔR/Rはヘッドを作製する前のものである。ま
た出力比は従来のMRヘッドと比較したものである。上
記の表6から、この実施例のMRヘッドは、従来のMR
ヘッドよりも大きな出力が得られることが明かである。 (実施例17)次に上記の磁気抵抗効果素子を用いてリ
ソグラフィー技術を用いて図4に示すようなメモリー素
子を作製した。メモリー素子作製に用いた磁気抵抗効果
薄膜は次の通りである。
V,Ni−Co−Feの組成はNi0.5Fe0.5,Co
0.5Fe0.5,Co0.49Fe0.49V0.02,Ni0.7Co0.2
Fe0.1である。
流を流し半硬質磁性膜1の磁化を一方向に磁化させ情報
記録を行い、情報読みだしは軟磁性膜3が動作する±5
0mAの電流信号を導体線5に流し、その時の抵抗変化
(電圧変化)をオシロスコープで測定した。その出力波
形を図20(a)に示す。次に、図20(a)とは反対
の−100mAの電流を導体線5に流し、反対に磁化さ
せ情報記録を行い、情報読みだしは±50mAの電流信
号を導体線5に流し、同様に抵抗変化(電圧変化)をオ
シロスコープで測定した。その出力波形を図20(b)
に示す。これらの実験から、情報記録・再生が可能であ
ることは明かである。
ルに形成された非磁性金属膜及び磁性膜を有する磁気抵
抗効果素子の実施例を示す。
板上に、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬質磁
性膜と、NiFeまたはNiFeCoを主成分とする軟磁性膜を、
膜厚2〜10nmのCuを主成分とする非磁性金属膜を介し
て、(100)面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに積層
されており、検知すべき磁界方向が概略Cu膜の[011]方
向となるように構成されていることを特徴とする。
成分とするものが望ましく、原子組成比としては、NixC
oyFez(0.6≦x≦0.9, 0≦y≦0.4, 0≦z≦0.3)のNi-rich
の軟磁性膜、もしくはNix'Coy'Fez'(0≦x'≦0.4, 0.2≦
y'≦0.95, 0≦z'≦0.5)のCo-rich膜を用いるのが望まし
い。これらの組成の膜はセンサーやMRヘッド用として要
求される低磁歪(1×10-5の程度かそれ以下)特性を有
する。
る膜、望ましくはCoPtを主成分とする膜がよい。CoPt膜
はCo膜に比べて保磁力が大きく磁化が反転しにくいの
で、硬質磁性膜として優れている。CoPt膜の原子組成比
としては、Co1-xPtx(0≦x≦0.4)とするのがよい。x>0.
4の場合にはMR比が低下するので好ましくない。またあ
る場合には硬質磁性膜として、CoFe膜を用いるのがよ
い。この膜を用いると保磁力が比較的小さい値を取る。
そうすると例えば、メモリー素子として用いた場合に書
き込みが容易となり、書き込み時の導体線に流す電流値
を低く押さえることができる。Co1-xFex膜の原子組成比
としては、x=0.5付近が最も適しており、0.3≦x≦0.7の
範囲がよく、望ましくは0.4≦x≦0.6の範囲がよい。
板上の適当な下地層上に、軟磁性膜から形成した構成と
しても、硬質磁性膜から形成した構成としても良い。繰
り返しの積層回数としては、2〜10回程度が望まし
い。積層回数が1回ではMR変化率が小さく、積層回数が
10回を越えると動作磁界が大きくなる。
に適当な保護層を設けて表面磁性層の酸化等の劣化を防
ぐことが望ましい。
基板上に、Cuを主成分とする下地層を介して形成されて
いることが好ましい。この時Cu下地層の膜厚としては、
少なくとも1nm以上、厚くても50nm以下とするべきであ
る。更に好ましくは5〜50nm程度が適当である。Cu層が1
nm以下ではその上に形成する磁性膜がエピタキシャルに
形成されない。またCu層の膜厚が50nm以上の場合には下
地層の抵抗が小さくなりすぎて、素子の抵抗が低下する
可能性がある。
においては、基板上に、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成
分とする硬質磁性層と、NiFeまたはNiFeCoを主成分とす
る軟磁性層を、膜厚2〜10nmのCuを主成分とする非磁性
中間層を介して積層した多層膜において、非磁性中間層
に更に膜厚0.1〜0.4nmのAgまたはAuを主成分とする第二
の非磁性中間層を挿入することを特徴とする。
主成分とすることがより好ましい。
方向にエピタキシャルに成長し、検知すべき磁界方向が
概略多層膜の[011]方向となるように構成されているこ
とが望ましい。
に、Cuを主成分とする下地層を介して形成されているこ
とが望ましい。
においては、非磁性層を介して磁性層を積層した多層膜
において、膜厚1〜10nmのNiFeまたはNiFeCoを主成分と
する軟磁性層が非磁性層を介して少なくとも2層以上連
続しており、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬
質磁性層と前記連続した軟磁性層が非磁性層を介して積
層した構成をとることを特徴とする。
層間の非磁性層の膜厚が、連続した軟磁性層間および連
続した硬質磁性層間の非磁性層の膜厚よりも厚いことが
望ましい。
分とすることが望ましい。
ち、軟磁性層間のものはCuを主成分とする単層からな
り、軟磁性層と硬質磁性層間のものはCuを主成分とした
層の中間に、AgまたはAuを挿入した構成とすることが望
ましい。
が膜面に垂直方向にエピタキシャルに成長し、検知すべ
き磁界方向が概略Cu膜の[011]方向となるように構成さ
れていることが望ましい。
層を介して磁性層を積層した多層膜において、膜厚1〜1
0nmのNiFeまたはNiFeCoを主成分とする軟磁性層が非磁
性層を介して少なくとも2層以上連続しており、膜厚1
〜10nmのCoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬質磁
性層が非磁性層を介して少なくとも2層以上連続してお
り、前記連続した軟磁性層と硬質磁性層が非磁性層を介
して積層した構成をとり、軟磁性層と硬質磁性層間の非
磁性層の膜厚が、連続した軟磁性層間および連続した硬
質磁性層間の非磁性層の膜厚よりも厚いことを特徴とす
る。
分とすることが望ましい。
ち、連続した軟磁性層間および連続した硬質磁性層間の
ものはCuを主成分とする単層からなり、軟磁性層と硬質
磁性層間のものはCuを主成分とした層の中間に、Agまた
はAuを挿入した構成が望ましい。
0)面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに成長し、検知
すべき磁界方向が概略多層膜の[011]方向となるように
構成されていることが望ましい。
抵抗効果素子をメモリー素子に応用したものであり、基
本的な構成としては、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分
とする硬質磁性層と、NiFeまたはNiFeCoを主成分とする
軟磁性層を、膜厚2〜10nmのCuを主成分とする非磁性中
間層を介して、(100)面が膜面に垂直方向にエピタキシ
ャルに積層された素子部分と、素子部分の近傍に電気的
絶縁膜を介して設けられた導体線からなり、記録すべき
磁化の方向が概略Cu膜の膜面内[011]方向となるように
構成されていることを特徴とする。
素子を増幅素子に応用したものであり、基本的な構成と
しては、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬質磁
性層と、NiFeまたはNiFeCoを主成分とする軟磁性層を、
膜厚2〜10nmのCuを主成分とする非磁性中間層を介し
て、(100)面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに積層
された素子部分と、素子部分の近傍に電気的絶縁膜を介
して設けられた導体線からなり、動作する磁性層の磁化
の方向が概略Cu膜の[011]方向となるように構成されて
いることを特徴とする。
果素子を磁気ヘッドに応用したものであり、基本的な構
成としては、CoまたはCoPtまたはCoFeを主成分とする硬
質磁性層と、NiFeまたはNiFeCoを主成分とする軟磁性層
を、膜厚2〜10nmのCuを主成分とする非磁性中間層を介
して、(100)面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに積
層された素子部分と、素子部分と共通の磁路を形成すべ
く設けられたヨークからなり、動作する磁性層の磁化の
方向が概略Cu膜の[011]方向となるように構成されてい
ることを特徴とする。
タキシャルに結晶が成長しているために、島状成長など
不均一な薄膜成長が起こりにくい。人工格子の磁気抵抗
効果においては、磁性膜と非磁性金属膜の界面の寄与が
大きいとされているが、エピタキシャル膜は均一な結晶
成長のために平坦な界面が実現され、大きな磁気抵抗効
果が得られる。また結晶面の(100)面が基板面に平行な
[NiFe/Cu]、[Co/Cu]エピタキシャル膜は、(111)膜に比
べて磁性相関の結合が弱く、低磁場で磁化反転を起こす
ためには(100)方位が適している。(100)エピタキシャル
膜をMR素子として利用する場合、磁界を概略Cu層の膜面
内[011]方向に印加する必要がある。(100)エピタキシャ
ル膜は、膜面内[011]方向にNiFeやNiFeCo層の磁化容易
軸があるため、その方向に磁界を印加して測定した方
が、動作磁界を低下でき、MR値も大きくなる。
Si(100)単結晶が適している。Si基板は半導体素子製造
用に大量に生産されているので安価に入手可能である。
Si(100)基板をフッ酸で処理して表面の酸化膜を取り除
くと、Cuを室温でエピタキシャルに成長させることが可
能である。この方法は、Si基板をあらかじめ真空中で高
温に加熱したりする必要がないので優れている。下地の
Cu層の膜厚としては、1〜50nm、更に好ましくは5〜50nm
程度が適当である。1nm以下ではCu上にエピタキシャル
に素子を作製するのが困難であり、50 nm以上ではCu層
が抵抗が低いためにMR比が低下してしまう。
利用する製造方法としては、スパッタリング法、真空蒸
着法等の薄膜製造方法が優れている。特に真空蒸着法を
用いた場合には、通常ガラス基板上に薄膜を製造する
と、結晶粒が島状に成長しやすく、平滑な界面が形成さ
れにくい。上記の本発明の製造方法を用いれば、単結晶
基板上にエピタキシャルに薄膜を形成するので、平滑な
磁性膜/非磁性金属膜の界面を形成でき、大きなMR比を
実現することができる。
金属膜としては、Cu層が適している。Cu層の膜厚が薄い
と磁性膜間の相互作用が大きくなり、磁気抵抗素子の動
作磁界が増大するので、少なくとも2nm以上、望ましく
は5nm以上必要である。またCu層の膜厚が10nm以上にな
ると電子の平均自由行程を考慮すると、磁気抵抗比が低
下するので、それ以下とする必要がある。Cu層中にAg
層、Au層を0.1〜0.4nm挿入すると、MR値はほとんど変化
せずに動作磁界が低下する。この原因としては、磁性相
関の相互作用は非磁性金属膜の伝導電子を介して行われ
るが、Cu層中に別の原子層を導入することにより、Cu層
の波動関数が乱され、磁性相関の相互作用が低下し、磁
性膜がそれぞれ独立に回転しやすくなるためと考えられ
る。挿入する磁性膜としては、Ag層でもAu層でもよい
が、望ましくはAg層がよい。膜厚としては、少なくとも
0.1nm以上あれば効果があるが、効果が大きいのは0.2nm
以上である。また0.4nm以下の膜厚であればMR値の低下
はほとんどないが、それ以上ではエピタキシャルの配向
性が大きく乱れ、MR値は低下し、磁性膜の結晶異方性も
低下する。
0nmとするのがよい。特に軟磁性膜は膜厚が薄いと軟磁
気特性が劣化するので少なくとも1nm以上望ましくは3nm
以上の膜厚とするのがよい。また電子の平均自由行程を
考慮すると、[硬質磁性膜/非磁性金属膜/軟磁性膜]を非
磁性金属膜を介して2層以上積層する場合には各磁性膜
の膜厚は10nm以下とすることが望ましい。
23に示すように、磁性膜を非磁性金属膜を介して積層
する際、2層以上連続した軟磁性膜を用いる。そうして
この連続した軟磁性膜間の非磁性金属膜の膜厚に適当な
ものを選ぶことにより、軟磁性膜間の結合を強磁性的な
ものとすることができる。そうすると単に一層の膜厚の
厚い軟磁性膜を用いた場合よりも、軟磁性膜の保磁力を
小さくすることができ、従って、より小さい磁界で動作
するMR素子を作製可能である。また一層の膜厚の厚い軟
磁性膜に比べ、連続した軟磁性膜は、磁性膜/非磁性金
属膜の界面数が増加するためMR比が増加する。連続した
軟磁性膜間の膜厚としては、軟磁性膜間に強磁性結合を
おこすのに適当な膜厚で、0.2〜0.7nmまたは1.1〜1.7nm
程度、より望ましくは、0.5nmまたは1.5nm程度が良い。
24に示すように、磁性膜を非磁性金属膜を介して積層
する際、2層以上連続した軟磁性膜及び2層以上連続し
た硬質磁性膜を用いる。軟磁性膜を連続して用いること
により、上記と同様な効果を期待できる。また硬質磁性
膜を連続して用いることにより、一層の厚い硬質磁性膜
を用いる場合に比べて、磁性膜/非磁性金属膜の界面数
を増加させ、MR比を増加させることができる。硬質磁性
膜間の非磁性金属膜の膜厚としては、軟磁性膜間の非磁
性金属膜の膜厚と同様で、硬質磁性膜間に強磁性結合を
おこすのに適当な膜厚で、0.2〜0.7nmまたは1.1〜1.7nm
程度、より望ましくは、0.5nmまたは1.5nm程度が良い。
素子や増幅素子の応用に適している。図26に本発明の
磁気抵抗効果素子のMR曲線の一例を示す。高抵抗の状態
と低抵抗の状態が小さな磁界で角形性よく切り替わって
いることがわかる。従ってこのような膜をメモリー素子
として用いると、信頼性の高い記録および読み出しが可
能である。また増幅素子として用いた場合には安定した
出力を得ることができる。また本発明のメモリー素子は
膜厚を変化させたり、CoPt膜の組成を変化させることに
より、硬質磁性膜101の保磁力をある程度自由に変化
させることができる。従って、導体線5の書き込み能力
に応じて適当な大きさの保磁力の硬質磁性膜を作製する
ことができる。
磁性金属膜102/軟磁性膜103]よりなる素子部を
磁化する導体線5が近くなるようできるだけ薄いほうが
望ましい。導体線5が近ければ近いほど同じ電流で大き
な磁界を発生する事が可能となり、また少ない電流で素
子部を磁化する事ができる。しかし、発熱による特性劣
化や絶縁性の問題より膜厚は最低5nm以上必要で、硬質
磁性材料5を磁化させる(情報を書き込む)ための磁化
を発生できる磁界範囲から1μm以下が望ましい。絶縁
材料としては加工性、平坦性などからSiO2が特に良い
が、絶縁性が取れるものであればどんな材料でもかまわ
ない。
合は、図4に示すようにストライプ状に形成いてもよ
い。また、マトリックス的にメモリー素子を配置する場
合には、図15(a)に示したように交差しないもので
も良いし、図15(b)に示したように素子上で交差す
るタイプのものでも良い。
うに、低磁界で大きな磁気抵抗変化を生じるので、磁気
ヘッドへの応用に適している。ただし、本発明の磁気抵
抗効果素子は、エピタキシャル膜を用いているため、従
来のフェライト基板上には作製が困難であり、磁気ヘッ
ドの構成上、特別な配慮が必要である。図29に本発明
の磁気ヘッドの基本的な構成の一例を示す。図ではMR素
子がSi基板107上に作製されており、そのうえに絶縁
膜110が形成されている。絶縁膜の材料としては、Al
2O3等種種あるが、SiO2が優れている。絶縁膜の上には
さらにヨーク111が形成されている。ヨーク111は
MR素子109と、絶縁膜が薄くなっている部分で磁気的
につながっており、ともに磁路を形成する。ヨークの材
料としては、軟磁性で高透磁率のものが望ましく、一例
としてはCo系の非晶質磁性膜があげられる。磁気記録媒
体から漏れる磁束は、図では左側から直接MR素子に入
り、電気信号に変換される。
を用い、超高真空蒸着装置を用いて磁気抵抗効果素子を
作製した。まず、Si(100) 基板を7%フッ酸溶液で処理し
て、表面の酸化膜を取り除き、純水で基板をよく洗浄し
た。これを超高真空蒸着装置の中に挿入して、約2×10
-9Torrの真空中で以下の構成のCu下地層および積層膜を
形成した。
(3)/Cu(6)]10(( )内は厚さ(nm)を表わす。但し、Si(10
0)は単結晶基板を表す。上付きの数字10は[ ]内を10
回繰り返して積層したことを示す。) このとき、蒸発源としてはCuはクヌーセンセルを用い、
Co,NiFeは電子ビーム蒸発源を用いた。クヌーセンセル
は高融点の物質を蒸発させるのは困難であるが、安定し
た蒸発速度で蒸着する事ができ高品位の薄膜を得るのに
適している。したがってCuや後で述べるAgはクヌーセン
セルを利用することが望ましい。NiFeはあらかじめ作製
したNi0.8Fe0 .2(組成は原子数比)合金の蒸発源を用い
た。膜がエピタキシャルに成長しているかどうかは製膜
中RHEED(反射高速電子線回折)を用いてモニターし
た。その結果、膜面垂直方向ではSi(100)//Cu(100)//Co
(100)//NiFe(100)、膜面内では、Si[001]//Cu[011]//Co
[011]//NiFe[011]の関係でエピタキシャルに成長してい
た。また作製後X線回折で確かめたところ、Cuの(200)の
鋭いピークはみられたが、(111)および(220)に相当する
ピークはみられなかった。比較のため、ガラス基板上に
Cr下地を5nm形成した後、同じ構成の磁気抵抗効果素子
を形成した。磁気抵抗効果は室温で最大500Oeの印加磁
界で4端子法を用いて測定した。この際、磁界は基板表
面でCu膜の膜面内[001]および[011]方向の2方向に磁界
を印加して測定した。その結果を図27(a)に示す。
図27(a)で横軸は外部より印加した磁界であり、縦
軸はMR比を表している。また図27(a)で実線は磁界
をCu膜の[011]方向に印加して測定した結果であり、点
線は[001]方向に印加して測定した結果である。図27
(a)で[011]方向に磁界を印加した場合、MR比が大き
くかつ、急峻に抵抗が変化していることがわかる。また
これをガラス基板上に作製した膜のMR曲線(図27
(b))と比較すると、抵抗変化の直線性がよく、かつ
原点付近で急峻に変化していることがわかる。図27
(b)の場合は基板のどちらの方向に磁界を印加しても
磁界の方向による依存性はほとんどみられなかった。な
お図27(a)の場合、下地のCu層の膜厚が厚いために
MR比が小さくなっているが、下地層を薄くすることによ
り、MR比を大きくすることができる。実際、下地Cu層の
膜厚を5nmとして実施例A9と同様にして素子を作製す
ると、結晶性は多少低下するが、MR比は約10%でMR曲線
の形はほぼ図27(a)と同様の素子を得ることができ
た。
について説明したが、CoPt層を用いるとさらにMR比を大
きくすることができる。CoPt層を用いる際には、CoとPt
の蒸発源を別々に用いて、同時蒸着し、原子組成がだい
たいCo0.8Pt0.2となるようにした。このようにして作製
した A9':Si(100)/Cu(50)/[CoPt(3)/Cu(6)/NiFe(3)/Cu(6)]
10 のMR比は8%程度でありA9に比べて1%程度上昇した。
で、図22のタイプの B9:Si(100)/Cu(50)/[Co(3)/Cu(2.5-x/2)/Ag(x)/Cu(2.
5-x/2)/NiFe(3)/Cu(2.5-x/2)/Ag(x)/Cu(2.5-x/2)]10 膜を作製した。このときAgはCuと同様にクヌーセンセル
を用いて蒸着した。クヌーセンセルはこのように薄い膜
を精度よく作製するのに適している。B9において、x=
0, 0.1, 0.2, 0.4とした場合のMR曲線を図28(a)〜
図28(d)に示す。Agの膜厚が0.1,0.2nmのものは、
[011]方位で測定すると、MR曲線が原点近傍で急速に立
ち上がっていることがわかる。Ag厚0.4nm以上では結晶
性が乱されMR比が低下するとともに、方向性がなくな
る。B9の膜のx=0.2,Cu下地を5nmとすることにより、
最大のMR曲線の傾きMR/ΔH=1.3%/Oeを得た。
4)/Co(10) 膜においても、ガラス基板上に作製した。
9,D9はそれぞれ3.5%,4.3%と大幅に改善された。
挿入することもMR比を大きくする効果がある。このよう
にして作製した磁気抵抗効果素子、 C9':Si(100)/Cu(5)/NiFe(10-t)/Co(t)/Cu(5)/Co(10) を作製した。この膜のMR比は、t=0.2,0.5, 1.0, 2.0に
対してそれぞれ、4.0, 5.0, 4.5, 3.5%であった。挿入
するCoの膜厚としては、0.1nm以上1.0nm以下がよい。以
上はサンドイッチ膜について説明したが、多層積層膜に
対しても、界面へのCo挿入は効果がある。
e0.2膜を用いたがNiFeCo膜を用いると、さらにMR比を向
上させることができる。例えばをC9膜のNiFe層をNi
0.7Co0 .1Fe0.2膜と置き換えた構成の膜はMR比が4.5%と
約1%増加した。
膜および導体線用のAu/Cr膜を続けて製膜し、メモリー
素子を作製した。このメモリー素子の動作を確認すべ
く、図6(a)に示すように導体線5に強電流を流して
硬質磁性膜1’(101)を一方向に磁化し、次に図6
(b)に示すように導体線5に弱電流を流して軟磁性膜
3(103)を一方向に揃えた後、図6Cに示すように
導体線5の弱電流を反転してその時の磁気抵抗素子部の
抵抗変化を測定したところ、図6(d)に示す様に硬質
磁性膜1’(101)に記録された磁化方向によってこ
の抵抗変化が+(増加)か、−(減少)かに明確に変化
する事を確認した。そしてこの変化量が比較例に比べ
て、C9が約2倍、D9が約3倍であった。さらにD9
の膜において、硬質磁性膜としてCoではなくCo0.5Fe0.5
膜を用いて全くD9膜と同様の方法で、メモリー素子を
作製すると、変化量は比較例に比べて4倍であった。
性金属膜/軟磁性膜]のいわゆるサンドイッチタイプにつ
いて説明したが、図25に示すような多層タイプや図2
1〜図24に示すタイプにも本発明は有効である。ただ
しメモリー素子として利用する場合には角形性が大変重
要であり、図4に示すサンドイッチタイプで、非磁性金
属膜をCu/Ag/Cuとした膜がよい。
の線から構成されているが、2本以上の導体線がある場
合も本発明は有効である。例えばマトリックス上に配置
された導体線の1つの格子点で、その2本の導体線を流
れる電流による形成される合成磁界でその格子点に書き
込むことなどが考えられる。
認する実験を行った。図8(a)に示すように導体線5
に強電流を流して半硬質磁性膜1’(101)を一方向
に磁化し、次に図8(b)に示すように導体線5に入力
交流電圧を印加しておき、この導体部の抵抗変化による
出力電圧変化を測定したところ、図8(c)に示すよう
に入力電圧が増幅されることを確認した。出力電圧の大
きさを比較すると、比較例に比べてC9,D9はそれぞ
れ2、3倍であった。またC9,D9は比較例に比べて
ノイズが低かった。
法を用いてSiO2絶縁膜およびCo0.82Nb0.12Zr0.06ヨーク
膜を作製し、磁気ヘッドとして試作した。その結果、本
発明の磁気ヘッドの出力は、同様にして記録した従来の
NiFeを用いて作製した磁気ヘッドの出力の約2倍であっ
た。
9と同様にして、図23のタイプの E9:Si(100)/Cu(5)/NiFe(3)/Cu(0.5)/NiFe(3)/Cu(0.5)
/NiFe(3)/Cu(5)/Co(10) F9:Si(100)/Cu(5)/NiFe(3)/Cu(0.5)/NiFe(3)/Cu(0.5)
/NiFe(3)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.4)/Co(10) を作製した。E9およびF9のMR比はそれぞれ5, 6%
と、C9,D9の膜のMR比を上回っている。
同様にして、図24のタイプの G9:Si(100)/Cu(5)/[Co(3)/Cu(1.5)/Co(3)/Cu(6)/NiFe
(3)/Cu(1.5)/NiFe(3)/Cu(6)]3 H9:Si(100)/Cu(5)/[Co(3)/Cu(1.5)/Co(3)/Cu(2.4)/Ag
(0.2)/Cu(2.4)/NiFe(3)/Cu(1.5)/NiFe(3)/Cu(6)]3 膜を作製した。G9膜のMR比は10 Oeで約10%を示した。
H9膜のMR比は10 Oeで12%を示した。
同様の方法を用い、ガラス基板上に、 I9:ガラス/Cr(5)/[CoPt(3)/Cu(5)/NiFeCo(3)/Cu(1.5)
/NiFeCo(3)/Cu(5)]3 J9:ガラス/Cr(5)/[CoPt(1.5)/Cu(0.5)/CoPt(1.5)/Cu
(5)/NiFeCo(3)/Cu(1.5)/NiFeCo(3)/Cu(5)]3 比較例:ガラス/Cr(5)/[CoPt(3)/Cu(5)/NiFeCo(6)/Cu
(5)]3 を作製した。なお、Co0.9Pt0.1(原子組成比)は、CoとPt
をそれぞれ別々の蒸発源から同時に蒸発させた。Ni0.3F
e0.5Co0.2は合金蒸発源を用いた。これらの膜のMR比を
測定したところ、比較例のMR比が4%であるのに対してい
I9,J9膜のMR比はそれぞれ、6,7%であった。
同様な方法で、硬質磁性膜としてはCo0.8Pt0.2膜、軟磁
性膜としては、Ni0.3Co0.6Fe0.1膜を用いた。ガラス基
板上に、 比較例:ガラス/[CoPt(3)/Cu(5)/NiFeCo(3)/Cu(5)]2 K9:ガラス/[CoPt(3)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.4)/NiFeC
o(3)/Cu(2.4)/Ag(0.2)/Cu(2.4)]2 L9:ガラス/[CoPt(3)/Cu(2.4)/Au(0.2)/Cu(2.4)/NiFeC
o(3)/Cu(2.4)/Au(0.2)/Cu(2.4)]2 を作製した。これらの磁気抵抗効果素子のMR比を、実施
例18と同様の方法で測定した。その結果、MR曲線の最
大の傾斜角が、比較例では0.4%/Oe程度であるが、サン
プルK9では0.7%/Oe、サンプルL9では0.6%/Oeと、MR
曲線の原点付近立ち上がりが急激となった。
施例で示したように、磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー
及び増幅素子を得ることができる。
抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッドの他の構成を説
明する。
0.2Fe0.12(軟磁性膜204),Cu(非磁性金属膜
203),Co0.75Pt0.25(硬質磁性膜201)、C
o(半硬質磁性膜202)を用い(組成はすべて原子
%)、多元スパッタ装置により基板上に図30(a)に
示されたようなサンドイッチタイプの A10:基板/NiCoFe(10)/Co(0.2)/Cu(2)/Co(0.2)/CoPt
(3)(()内は厚さ(nm)を表す) 図30(b)示されたにような積層タイプの A10’:基板/[NiCoFe(3)/Co(0.2)/Cu(2)/Co(0.2)/Co
Pt(3)/Co(0.2)/Cu(2)/Co(0.2)]5/NiCoFe(3) 図31タイプの、 B10:基板/NiCoFe(10)/Cu(2)/CoPt(3)/Cu(2)/NiCoFe
(10) 図32(a)タイプの C10:基板/CoPt(10)/Cu(2)/NiCoFe(3)/Cu(2)/NiCoFe
(3)/Cu(2)/CoPt(10) 図32(b)に示すような積層タイプの C10’:基板/[CoPt(3)/Cu(2)/NiCoFe(3)/Cu(2)/NiCo
Fe(3)/Cu(2)]5/CoPt(3) の磁気抵抗効果素子を作製した。なお各膜厚はシャッタ
ーで制御し、硬質磁性膜201のCoPtを着磁し、素
子のMR特性を室温、印加磁界100 Oeで測定した
ところMR比はA10、A10’、B10、C10、C
10’を用いたものでそれぞれ、6,8,5,5,7
%、MR変化が生じる磁界幅はそれぞれ3,5,3,
4,6 Oeであった。図10に積層タイプのものの典
型的MR曲線の一例を示した。図11の単に保磁力の異
なる磁性膜を用いた場合に比べて、本発明のものは微小
磁界動作が可能で直線性が改善されており、図12の反
強磁性結合タイプのものに比べて本発明のものは動作磁
界が小さく、図13の反強磁性膜を用いたスピンバルブ
のものに比べて、本発明のものはMR比が向上している
ことがわかる。
0.2(軟磁性膜204),Cu(非磁性金属膜203)
Co0. 75Pt0.25(硬質磁性膜201)、Co(半硬質
磁性膜202)を用い(組成はすべて原子%)、実施例
24と同様にして、多元スパッタ装置により基板上に図
30(a)に示されたようなサンドイッチタイプの D10:基板/NiFe(10)/Co(t)/Cu(2.2)/Co(t)/CoPt(5)
(()内は厚さ(nm)を表わす) を成膜した。半硬質磁性膜202の膜厚tは表7に示す
ように、0から1.5nmまで変化させた。硬質磁性膜
201のCoPtを着磁し、磁気抵抗効果素子を作製し
た。得られた素子のMR特性を室温、100 Oeの印
加磁界で測定した結果を表7に示す。表7から、Co膜
を挿入したものは、挿入しないもの(t=0のサンプ
ル)に比べてMR比が大きくなっていることがわかる。
またCo膜の膜厚の増加するにともないMR比が上昇す
るが、同時に、MR変化が生じる磁界幅(図10のAB
間の磁界変化を示す)が増加する。従って磁気へッドと
して使用する場合、Co膜の膜厚は、0.1〜1nm、
望ましくは0.1〜0.5nmとするのがよい。
面、および軟磁性膜と非磁性金属膜との界面の両方に同
じ膜厚でCo膜を挿入する場合に付いて説明したが、ど
ちらか一方の界面にCo膜を挿入しても、両方に挿入す
る場合より効果は低いがMR比を大きくする効果があ
る。また両方のCo膜の膜厚が異なる場合にも本発明は
有効である。いずれの場合にも、軟磁性膜と非磁性金属
膜との界面のCo膜の膜厚は、軟磁性膜の磁化反転を容
易にするために、1nm以下とするのが望ましい。また
硬質磁性膜と非磁性金属膜との界面のCo膜の膜厚は、
硬質磁性膜の磁化反転をし難くするために、2nm以下
とするのが望ましい。
0.12Zr0.06(軟磁性膜204),Cu(非磁性金属膜
203),Co0.75Pt0.25(硬質磁性膜201)を用
い(組成はすべて原子%)、実施例24と同様に多元ス
パッタ装置により基板上に、 E10:基板/CoNbZr(15)/Cu(2.2)/CoPt(3)/Cu(2.2)/Co
NbZr(15) を成膜した。硬質磁性膜201のCoPtを着磁し、図
31に示すような構成の磁気抵抗効果素子を作製した。
得られた素子のMR特性を室温、印加磁界100Oeで
測定したところE10を用いたもののMR比は5%で、
MR変化が生じる磁界幅は2 Oeであった。
9.6Al5.4(軟磁性膜204、この場合のみ重量%)C
u(非磁性金属膜203),Co0.75Pt0.25(硬質磁
性膜201)を用い、実施例24と同様に多元スパッタ
装置により基板上に F10:基板/CoPt(10)/Cu(2.2)/FeSiAl(15)/Cu(2.2)/C
oPt(10) を成膜した。硬質磁性膜201のCoPtを着磁し、図
32(a)に示すような構成の磁気抵抗効果素子を作製
した。得られた素子のMR特性を室温、印加磁界100
Oeで測定したところMR比は4%で、MR変化が生
じる磁界幅は3 Oeであった。
ットにCo0.75Pt0.25(硬質磁性膜201),Co
(半硬質磁性膜202),Co0.7Fe0.2Ni0.1(軟
磁性膜204),Cu(非磁性金属膜203)を用いて
硬質磁性膜201、非磁性金属膜203、軟磁性膜20
4を順次成膜し G10:基板/[CoFeNi(6)/Co(0.2)/Cu(2.2)/CoPt(5)/Cu
(2.2)/Co(0.2)]20 なる多層膜を作製し、硬質磁性膜201のCoPtを着
磁し、更にリソグラフィー技術を用いてこれを25μm
×25μmの柱状形状とし、4端子法によりそのMR特
性を測定したところ、印加磁界100 OeでMR比は
20%で、MR変化が生じる磁界幅は20 Oeであっ
た。
縁膜(7−2)より成る基板上に、ターゲットにCo
0.75Pt0.25(硬質磁性膜201),Co(半硬質磁性
膜202),Cu(非磁性金属膜203)、Ni0.68C
o0.2Fe0.12(軟磁性膜204)を用いて硬質磁性膜
201、半硬質磁性膜202、非磁性金属膜203、軟
磁性膜204を多元スパッタ装置を用いて順次成膜し、
硬質磁性膜201のCoPtを着磁し、更にこの上にタ
ーゲットにSi02(絶縁膜6)、Co0.82Nb0.12Z
r0.06(ヨーク4)を用いて絶縁膜6とCoNbZrを
成膜し、リソグラフィーによりパターニングしてヨーク
部4を作製し、図30(a)のタイプの、 H10:基板/CoPt(15)/Co(0.5)/Cu(2.2)/Co(0.5)/NiCo
Fe(15)/Si02(100)/CoNbZr(1000) 図30(b)のタイプの、 H10’:基板/[CoPt(5)/Co(0.3)/Cu(2.2)/Co(0.3)/Ni
CoFe(4)/Co(0.3)/Cu(2.2)/Co(0.3)]3/Si02(100)/CoNbZr
(1000) 図31のタイプの I10:基板/NiCoFe(10)/Cu(2)/CoPt(5)/Cu(2)/NiCoFe
(10) 図32(a)のタイプの J10:基板/CoPt(10)/Cu(2)/NiCoFe(3)/Cu(2)/NiCoFe
(3)/Cu(2)/CoPt(10) 図32(b)に示すような積層タイプの J10’:基板/[CoPt(3)/Cu(2)/NiCoFe(3)/Cu(2)/NiCo
Fe(3)/Cu(2)]3/CoPt(3) より成る、図3に示すような磁気抵抗効果型ヘッド(M
Rヘッド)を作製した。
磁気抵抗効果膜に、Co0.82Nb0.12Zr0. 06をヨーク
に用いた従来構成のMRヘッドを作製した。このMRへ
ッドと上記の本発明MRへッドとに100 Oeの交流
信号磁界を印加して両ヘッドの再生出力比較を行ったと
ころ、H10、H10’、I10、J10,J10’の
構成の本発明のMRヘッドは比較用の従来へッドに比べ
てそれぞれ約1.8、4、2、2.3、4.2倍の出力
を示すことがわかった。
大きな磁気抵抗変化を示す。さらに、本発明の磁気抵抗
効果素子は、室温で大きな磁気抵抗効果を示すとともに
磁歪が小さい。
ヘッド、磁気メモリー及び増幅素子に適用することによ
って、高感度で高出力なヘッド、書き込みが容易で信頼
性の高い磁気メモリー、高出力で信頼性の高い増幅素子
を得ることができる。さらに、飽和磁界Hsを下げるこ
とによって記録・再生可能なメモリー素子が得られる。
である。(a)は、サンドイッチタイプの磁気抵抗効果
素子の構成を示し、(b)は、積層タイプの磁気抵抗効
果素子の構成を示す。
す図である。(a)は、サンドイッチタイプの磁気抵抗
効果素子の構成を示し、(b)は、積層タイプの磁気抵
抗効果素子の構成を示す。
す図である。
を示す図である。
子の構成を示す図である。
めの図である。
子の動作を説明するための図である。
図である。
線の角型性と本発明による磁気抵抗効果素子のMR曲線
との関係を示す図である。
有する磁気抵抗効果素子のMR曲線を示す図である。
いた[NiFe/Cu/Co/Cu]人工格子膜のMR曲線を示す図で
ある。
o/Cu/Co/Cu]人工格子膜のMR曲線を示す図である。
Cu/NiFe/FeMn]スピンバルブ膜のMR曲線を示す図であ
る。
のMR曲線を示す図である。
を示す図である。
性膜のスピンの配列方向を示す部分断面図である。
示すMR曲線を示す図である。
の変化を示す図である。
率ΔR/Rとの関係を示す特性図である。
す図である。
ある。
例である。
例である。
例である。
よび増幅素子の構成図である。
g(0.2)/Cu(2.4)/Co(10)のMR曲線を示す図である。
ガラス/Cr(5)/[Co(3)/Cu(6)/NiFe(3)/Cu(6)]10のMR曲線
を示す図である。
(b)x=0.1, (c)x=0.2,(d)x=0.4。
図である。
示す図である。(a)は、サンドイッチタイプの磁気抵
抗効果素子の構成を示し、(b)は、積層タイプの磁気
抵抗効果素子の構成を示す。
示す図である。
示す図である。(a)は、サンドイッチタイプの磁気抵
抗効果素子の構成を示し、(b)は、積層タイプの磁気
抵抗効果素子の構成を示す。
Claims (96)
- 【請求項1】 基板と、 該基板の上に形成された多層構造であって、硬質磁性膜
と、軟磁性膜と、該硬質磁性膜と該軟磁性膜とを分離す
る非磁性金属膜とを含む多層構造とを有する磁気抵抗効
果素子であって、該硬質磁性膜の磁化曲線は良好な角型
性を有しており、該硬質磁性膜の磁化容易軸方向は検知
すべき磁界の方向と実質的に一致する磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項2】 前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記
軟磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層した構
造を有している請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項3】 前記硬質磁性膜の両側もしくは片側に磁
性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1〜2
nmであり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Feのうち少なくとも
1種の元素を主成分とする請求項1に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項4】 前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記
軟磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜と
を複数回だけ積層した構造を有している請求項3に記載
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項5】 前記硬質磁性膜と前記非磁性金属膜との
界面と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち
少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁
性膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCoを主
成分とする請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項6】 前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記
軟磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜と
を複数回だけ積層した構造を有している請求項5に記載
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項7】 前記軟磁性膜はNiXCoYFeZを主成分と
し、原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.3
である請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項8】 前記軟磁性膜はNiX'CoY'FeZ'を主成分
し、原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜
0.5である請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項9】 前記軟磁性膜は非晶質磁性膜である請求
項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項10】 前記非磁性金属膜はCu,Ag,Auのいずれ
かである請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項11】 前記非磁性金属膜はCuである請求項1
に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項12】 前記非磁性金属膜の厚さは1nm以上、1
0nm以下である請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項13】 前記硬質磁性膜はCoとMとを主成分と
し、MはPtもしくはPt,Cr,Taより成る群より選ばれる2
種以上の元素を示す請求項1に記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項14】 前記硬質磁性膜はCoPtより成る請求項
1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項15】 前記軟磁性膜はNiXFe1-X,(NiXC
o1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜はCoYFe
1-Yを主成分とし、Xは0.6〜1.0、X’は0.7
〜1.0、Yは0.3〜0.7である請求項1に記載の
磁気抵抗効果素子。 - 【請求項16】 前記非磁性金属膜がCu,Ag,Au
のいずれかである請求項15に記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項17】 前記軟磁性膜はNiXFe1-X,(NiXC
o1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜は(CoZF
e1-Z)Z'V1-Z'を主成分とし、Xは0.6〜1.0、
X’は0.7〜1.0、Zは0.3〜0.7、Z’は
0.9〜0.98である請求項1に記載の磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項18】 前記非磁性金属膜がCu,Ag,Au
のいずれかである請求項17に記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項19】 前記基板上に形成された前記多層構造
において、前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFeを
主成分とし、前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主成分
とし、前記非磁性金属膜はCuを主成分としその膜厚は2
〜10nmであって、 該多層構造のそれぞれの膜は、(100)面が膜面に垂直方
向に該基板上にエピタキシャルに積層されており、 前記検知すべき磁界方向は、概略該非磁性金属膜の[01
1]方向である請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項20】 前記基板はSi(100)単結晶基板であっ
て、前記多層構造はCuを主成分とする下地層を介して該
基板上に形成されている請求項19に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項21】 前記基板上に形成された前記多層構造
において、前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFeを
主成分とし、前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主成分
とし、 前記非磁性金属膜はCuを主成分としその膜厚は2〜10nm
である第1の非磁性体金属膜っと、該第1の膜に挿入さ
れた膜厚0.1〜0.4nmのAgまたはAuを主成分とする第2の
非磁性金属膜とを有する請求項1に記載の磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項22】 前記多層構造のそれぞれの膜は、(10
0)面が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに
積層され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金
属膜の[011]方向である請求項21に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項23】 前記基板はSi(100)単結晶基板であっ
て、前記多層構造はCuを主成分とする下地層を介して該
基板上に形成されている請求項22に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項24】 前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主
成分とし、その膜厚は1〜10nmであって、前記非磁性金
属膜を介して少なくとも2層以上連続し、 前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFeを主成分と
し、該硬質磁性膜と該連続した軟磁性膜とが該非磁性金
属膜を介して積層されている請求項1に記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項25】 前記非磁性金属膜はCuを主成分とする
請求項24に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項26】 前記非磁性金属膜のうち、前記連続し
た軟磁性膜の間の該非磁性金属膜はCuを主成分とする単
一の膜であり、該軟磁性膜と前記硬質磁性膜との間の非
磁性金属膜はCuを主成分とした膜の中間に、AgまたはAu
からなる膜を有する請求項24に記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項27】 前記多層構造のそれぞれの膜は、(10
0)面が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに
積層され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金
属膜の[011]方向である請求項24に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項28】 前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを主
成分とし、その膜厚は1〜10nmであって、該軟磁性膜は
前記非磁性金属膜を介して少なくとも2層以上連続して
おり、 前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたはCoFeを主成分と
し、その膜厚は1〜10nmであって、該硬質磁性膜は前記
非磁性金属膜を介して少なくとも2層以上連続してお
り、 該連続した軟磁性膜と該連続した硬質磁性膜とは前記非
磁性金属膜を介して交互に繰り返し積層されており、 該軟磁性膜と該硬質磁性膜との間の該非磁性金属膜の膜
厚は、該連続した軟磁性膜の間および該連続した硬質磁
性膜の間の該非磁性金属膜の膜厚よりも厚い請求項1に
記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項29】 前記非磁性金属膜はCuを主成分とする
請求項28に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項30】 前記非磁性金属膜のうち、前記連続し
た軟磁性膜の間および前記連続した硬質磁性膜の間の該
非磁性金属膜はCuを主成分とする単一の膜であり、前記
軟磁性膜と前記硬質磁性膜の間の該非磁性金属膜はCuを
主成分とした膜の中間に、AgまたはAuからなる膜を有す
る請求項28に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項31】 前記多層構造のそれぞれの膜は、(10
0)面が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに
積層され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金
属膜の[011]方向である請求項28に記載の磁気抵抗効
果素子。 - 【請求項32】 前記硬質磁性膜の角型比が0.7以上で
ある請求項1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項33】 前記多層構造を流れる電流の方向は、
前記多層構造の膜面に対して実質的に垂直である請求項
1に記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項34】 基板と、 該基板の上に形成された多層構造であって、硬質磁性膜
と、軟磁性膜と、該硬質磁性膜と該軟磁性膜とを分離す
る非磁性金属膜とを含む多層構造と、 磁気媒体からの信号磁界を該軟磁性膜に導くヨークとを
有する磁気抵抗効果型ヘッドであって、該硬質磁性膜の
磁化曲線は良好な角型性を有しており、該硬質磁性膜の
磁化容易軸方向は該ヨークに導かれる信号磁界の方向と
実質的に一致する磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項35】 前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前
記軟磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層した
構造を有している請求項34に記載の磁気抵抗効果型ヘ
ッド。 - 【請求項36】 前記硬質磁性膜と前記非磁性金属膜と
の界面と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のう
ち少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該
磁性膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCo,N
i,Feのうち少なくとも1種の元素を主成分とする請求項
34に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項37】 前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前
記軟磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜
とを複数回だけ積層した構造を有している請求項36に
記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項38】 前記硬質磁性膜の両側もしくは片側に
磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1
〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCoを主成分とする請求
項34に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項39】 前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前
記軟磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜
とを複数回だけ積層した構造を有している請求項38に
記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項40】 前記軟磁性膜はNiXCoYFeZを主成分と
し、原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.3
である請求項34に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項41】 前記軟磁性膜はNiX'CoY'FeZ'を主成分
し、原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0〜
0.5である請求項34に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項42】 前記軟磁性膜は非晶質磁性膜である請
求項34に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項43】 前記非磁性金属膜はCu,Ag,Auのいずれ
かである請求項34に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項44】 前記非磁性金属膜はCuである請求項3
4に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項45】 前記非磁性金属膜の厚さは1nm以上、1
0nm以下である請求項34に記載の磁気抵抗効果型ヘッ
ド。 - 【請求項46】 前記硬質磁性膜はCoとMを主成分と
し、MはPtもしくはPt,Cr,Taより成る群より選ばれる2
種以上の元素を示す請求項34に記載の磁気抵抗効果型
ヘッド。 - 【請求項47】 前記硬質磁性膜はCoPtより成る請求項
34に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項48】 前記軟磁性膜はNiXFe1-X,(NiXC
o1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜はCoYFe
1-Yを主成分とし、Xは0.6〜1.0、X’は0.7
〜1.0、Yは0.3〜0.7である請求項34に記載
の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項49】 前記非磁性金属膜がCu,Ag,Au
のいずれかである請求項48に記載の磁気抵抗効果型ヘ
ッド。 - 【請求項50】 前記軟磁性膜はNiXFe1-X,(NiXC
o1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、前記硬質磁性膜は(CoZF
e1-Z)Z'V1-Z'を主成分とし、Xは0.6〜1.0、
X’は0.7〜1.0、Zは0.3〜0.7、Z’は
0.9〜0.98である請求項34に記載の磁気抵抗効
果型ヘッド。 - 【請求項51】 前記非磁性金属膜がCu,Ag,Au
のいずれかである請求項50に記載の磁気抵抗効果型ヘ
ッド。 - 【請求項52】 前記硬質磁性膜はCoまたはCoPtまたは
CoFeを主成分とし、前記軟磁性膜はNiFeまたはNiFeCoを
主成分とし、前記非磁性金属膜はCuを主成分とし、その
膜厚は2〜10nmであって、それぞれの膜の[100]方位が膜
面に垂直方向に基板にエピタキシャルに積層され、前記
信号磁界の方向は概略該非磁性金属膜の[011]方向であ
る請求項34に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項53】 前記硬質磁性膜の角型比は0.7以上で
ある請求項34に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項54】 前記多層構造を流れる電流の方向は、
前記多層構造の膜面に対し実質的に垂直である請求項3
4に記載の磁気抵抗効果型ヘッド。 - 【請求項55】 第1磁性膜と、第2磁性膜と、該第1
磁性膜と該第2磁性膜とを分離する非磁性金属膜とを含
む磁気抵抗変化部と、 情報記録のための第1電流と情報読み出しのための第2
電流とを流す導体線であって、該第1電流及び該第2電
流によって生じる磁界が該磁気抵抗変化部に作用する導
体線とを有するメモリー素子であって、該第1磁性膜の
磁化曲線は良好な角型性を有しており、該第1磁性膜
は、該第1電流によって生じる磁界により該第1磁性膜
の磁化を反転しうる保磁力であって、該第2電流によっ
て生じる磁界により該第1磁性膜の磁化を反転しえない
保磁力を有しており、該第2磁性膜は、該第2電流によ
って生じる磁界によって生じる磁界により該第2磁性膜
の磁化を反転しうる保磁力を有しており、これにより、
該メモリー素子に記録された情報を非破壊的に読み出す
不揮発性のメモリー素子。 - 【請求項56】 前記磁気抵抗変化部は、前記第1磁性
膜と前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ
積層した構造を有している請求項55に記載のメモリー
素子。 - 【請求項57】 前記第1磁性膜の両側もしくは片側に
磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1
〜2nmであり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Feのうち少なく
とも1種の元素を主成分とする請求項55に記載のメモ
リー素子。 - 【請求項58】 前記磁気抵抗変化部は、前記第1磁性
膜と前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入され
た磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有している請求
項57に記載のメモリー素子。 - 【請求項59】 前記第1磁性膜と前記非磁性金属膜と
の界面と前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜との界面の
うち少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、
該磁性膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCo
を主成分とする請求項55に記載のメモリー素子。 - 【請求項60】 前記磁気抵抗変化部は、前記第1磁性
膜と前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入され
た磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有している請求
項59に記載のメモリー素子。 - 【請求項61】 前記磁気抵抗変化部は、複数の第1磁
性膜を含んでおり、該複数の第1磁性膜のそれぞれの保
磁力は互いに異なっている請求項56に記載のメモリー
素子。 - 【請求項62】 前記第1磁性膜の磁化容易軸方向は、
前記導体線を流れる前記第1電流及び前記第2電流によ
って生じる磁界の方向と実質的に一致する請求項55に
記載のメモリー素子。 - 【請求項63】 前記第2磁性膜はNiXCoYFeZを主成分
とし、原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.
3である請求項55に記載のメモリー素子。 - 【請求項64】 前記第2磁性膜はNiX'CoY'FeZ'を主成
分し、原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0
〜0.5である請求項55に記載のメモリー素子。 - 【請求項65】 前記第2磁性膜は非晶質磁性膜である
請求項55に記載のメモリー素子。 - 【請求項66】 前記非磁性金属膜はCu,Ag,Auのいずれ
かである請求項55に記載のメモリー素子。 - 【請求項67】 前記非磁性金属膜はCuである請求項5
5に記載のメモリー素子。 - 【請求項68】 前記非磁性金属膜の厚さは1nm以上、1
0nm以下である請求項55に記載のメモリー素子。 - 【請求項69】 前記第1磁性膜はCoとMを主成分と
し、MはPt、もしくはPt,Cr,Taの群より選ばれる2種以
上の元素を示す請求項55に記載のメモリー素子。 - 【請求項70】 前記第1磁性膜は半硬質磁性膜である
請求項55に記載のメモリー素子。 - 【請求項71】 前記第2磁性膜はNiXFe1-X,(NiXCo
1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、前記第1磁性膜はCoYFe
1-Yを主成分とし、Xは0.6〜1.0、X’は0.7
〜1.0、Yは0.3〜0.7である請求項55に記載
のメモリー素子。 - 【請求項72】 前記非磁性金属膜がCu,Ag,Au
のいずれかである請求項71に記載のメモリー素子。 - 【請求項73】 前記第2磁性膜はNiXFe1-X,(NiXCo
1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、前記第1磁性膜は(CoZFe
1-Z)Z'V1-Z'を主成分とし、Xは0.6〜1.0、
X’は0.7〜1.0、Zは0.3〜0.7、Z’は
0.9〜0.98である請求項55に記載のメモリー素
子。 - 【請求項74】 前記非磁性金属膜がCu,Ag,Au
のいずれかである請求項73に記載のメモリー素子。 - 【請求項75】 前記第1磁性膜はCoまたはCoPtまたは
CoFeを主成分とし、前記第2磁性膜はNiFeまたはNiFeCo
を主成分とし、前記非磁性金属膜はCuを主成分とし、そ
の膜厚は2〜10nmであって、それぞれの膜は(100)面は膜
面に垂直方向に基板上にエピタキシャルに積層され、前
記第1電流によって生じる磁界の方向が概略該非磁性金
属膜の膜面内[011]方向である請求項55に記載のメモ
リー素子。 - 【請求項76】 前記第1磁性膜の角型比は0.7以上で
ある請求項55に記載のメモリー素子。 - 【請求項77】 第1磁性膜と、第2磁性膜と、該第1
磁性膜と該第2磁性膜とを分離する非磁性金属膜とを含
む磁気抵抗変化部と、 信号電流を流す導体線であって、該信号電流によって生
じる磁界が該磁気抵抗変化部に作用する導体線とを有す
る増幅素子であって、該第1磁性膜の磁化曲線は良好な
角型性を有しており、該第1磁性膜は、該信号電流によ
って生じる磁界により該第1磁性膜の磁化が反転しえな
い保磁力を有しており、該第2磁性膜は、該信号電流に
よって生じる磁界により該第2磁性膜の磁化が反転しう
る保磁力を有している増幅素子。 - 【請求項78】 前記磁気抵抗変化部は、前記第1磁性
膜と前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ
積層した構造を有している請求項77に記載の増幅素
子。 - 【請求項79】 前記第1磁性膜の両側もしくは片側に
磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは0.1
〜2nmであり、かつ、該磁性膜はCo,Ni,Feのうち少なく
とも1種の元素を主成分とする請求項77に記載の増幅
素子。 - 【請求項80】 前記磁気抵抗変化部は、前記第1磁性
膜と前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入され
た磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有している請求
項79に記載の増幅素子。 - 【請求項81】 前記第1磁性膜と前記非磁性金属膜と
の界面と前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜との界面の
うち少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、
該磁性膜の厚さは0.1〜1nmであり、かつ、該磁性膜はCo
を主成分とする請求項77に記載の増幅素子。 - 【請求項82】 前記磁気抵抗変化部は、前記第1磁性
膜と前記第2磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入され
た磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有している請求
項81に記載の増幅素子。 - 【請求項83】 前記第2磁性膜はNiXCoYFeZを主成分
とし、原子組成比でXは0.6〜0.9、Yは0〜0.4、Zは0〜0.
3である請求項77に記載の増幅素子。 - 【請求項84】 前記第2磁性膜はNiX'CoY'FeZ'を主成
分し、原子組成比でX'は0〜0.4、Y'は0.2〜0.95、Zは0
〜0.5である請求項77に記載の増幅素子。 - 【請求項85】 前記第2磁性膜は非晶質磁性膜である
請求項77に記載の増幅素子。 - 【請求項86】 前記非磁性金属膜はCu,Ag,Auのいずれ
かである請求項77に記載の増幅素子。 - 【請求項87】 前記非磁性金属膜がCuである請求項7
7に記載の増幅素子。 - 【請求項88】 前記非磁性金属膜の厚さが1nm以上、1
0nm以下である請求項77に記載の増幅素子。 - 【請求項89】 前記第1磁性膜は硬質磁性膜である請
求項77に記載の増幅素子。 - 【請求項90】 前記第1磁性膜はCoとMを主成分と
し、MはPt、もしくはPt,Cr,Taの群より選ばれる2種以
上の元素を示す請求項77に記載の増幅素子。 - 【請求項91】 前記第2磁性膜はNiXFe1-X,(NiXCo
1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、前記第1磁性膜はCoYFe
1-Yを主成分とし、Xは0.6〜1.0、X’は0.7
〜1.0、Yは0.3〜0.7である請求項77に記載
の増幅素子。 - 【請求項92】 前記非磁性金属膜がCu,Ag,Au
のいずれかである請求項91に記載の増幅素子。 - 【請求項93】 前記第2磁性膜はNiXFe1-X,(NiXCo
1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、前記第1磁性膜は(CoZFe
1-Z)Z'V1-Z'を主成分とし、Xは0.6〜1.0、
X’は0.7〜1.0、Zは0.3〜0.7、Z’は
0.9〜0.98である請求項77に記載の増幅素子。 - 【請求項94】 前記非磁性金属膜がCu,Ag,Au
のいずれかである請求項93に記載の増幅素子。 - 【請求項95】 前記第1磁性膜はCoまたはCoPtまたは
CoFeを主成分とし、前記第2磁性膜はNiFeまたはNiFeCo
を主成分とし、前記非磁性金属膜はCuを主成分とし、そ
の膜厚は2〜10nmであって、それぞれの膜の[100]方位が
膜面に垂直方向に基板にエピタキシャルに積層され、前
記信号電流によって生じる磁界の方向は概略該非磁性金
属膜の[011]方向である請求項77に記載の増幅素子。 - 【請求項96】 前記第1磁性膜の角型比は0.7以上で
ある請求項77に記載の増幅素子。
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