JPH0832141A - 人工格子薄膜磁気センサ - Google Patents
人工格子薄膜磁気センサInfo
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- JPH0832141A JPH0832141A JP6157763A JP15776394A JPH0832141A JP H0832141 A JPH0832141 A JP H0832141A JP 6157763 A JP6157763 A JP 6157763A JP 15776394 A JP15776394 A JP 15776394A JP H0832141 A JPH0832141 A JP H0832141A
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- magnetic layer
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- H10B61/00—Magnetic memory devices, e.g. magnetoresistive RAM [MRAM] devices
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
- G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
- G01R33/09—Magnetoresistive devices
- G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/3227—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films
- H01F10/3231—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films via a non-magnetic spacer
-
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- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来にくらべ、磁気抵抗変化率の大きい磁気
センサを提供する。 【構成】 磁化された物体からの磁気信号を電気信号に
変換して物体の運動状態を検出する領域が、磁性材料の
超薄膜からなる第１および第２の磁性層とその間に形成
された非磁性材料の超薄膜からなる中間非磁性層とを含
む積層構造からなる。特に、第１および第２の磁性層の
膜厚が、３ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であり、中間非磁性
層の膜厚が、３ｎｍ以上となっている。具体的な積層構
造として、第１および第２の磁性層には一原子層毎に積
層したニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、あるいはＮｉＦ
ｅ合金層を、また非磁性層には１３層原子以上に積層さ
れた銀（Ａｇ）が用いられる。
センサを提供する。 【構成】 磁化された物体からの磁気信号を電気信号に
変換して物体の運動状態を検出する領域が、磁性材料の
超薄膜からなる第１および第２の磁性層とその間に形成
された非磁性材料の超薄膜からなる中間非磁性層とを含
む積層構造からなる。特に、第１および第２の磁性層の
膜厚が、３ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であり、中間非磁性
層の膜厚が、３ｎｍ以上となっている。具体的な積層構
造として、第１および第２の磁性層には一原子層毎に積
層したニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、あるいはＮｉＦ
ｅ合金層を、また非磁性層には１３層原子以上に積層さ
れた銀（Ａｇ）が用いられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気センサに関し、特
に超薄膜の積層体である人工格子による薄膜を備えた磁
気センサに関する。
に超薄膜の積層体である人工格子による薄膜を備えた磁
気センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の薄膜磁気センサとしては、例え
ば特公昭５４−４１３３５号公報に開示されているよう
に、強磁性体薄膜特有の磁気抵抗効果膜一層を応用し、
特有のパターン形状に加工することによって、出力を得
ようとするものがある。
ば特公昭５４−４１３３５号公報に開示されているよう
に、強磁性体薄膜特有の磁気抵抗効果膜一層を応用し、
特有のパターン形状に加工することによって、出力を得
ようとするものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の薄膜磁
気センサは、強磁性体薄膜の特有の性質である異方性磁
気抵抗効果を利用しただけのものであるため、おのずか
ら出力特性は、材料の結晶パラメータから算出される磁
気抵抗変化率ΔＲ／Ｒに依存する。しかも、この数値
は、例えばＴ．Ｒ．ＭｃＧｕｉｒｅ ａｎｄ Ｒ．Ｉ．
Ｐｏｔｔｅｒ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｍａｇ， Ｍ
ａｇ−１１， ＮＯ．４， ＰＩＯ１８（１９７５）Ｐ
１０１８「Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏｒ
ｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉ
ｃ ３ｄ Ａｌｌｏｙｓ」に記載されているように、室
温において最大のものでも６．５％にすぎない。
気センサは、強磁性体薄膜の特有の性質である異方性磁
気抵抗効果を利用しただけのものであるため、おのずか
ら出力特性は、材料の結晶パラメータから算出される磁
気抵抗変化率ΔＲ／Ｒに依存する。しかも、この数値
は、例えばＴ．Ｒ．ＭｃＧｕｉｒｅ ａｎｄ Ｒ．Ｉ．
Ｐｏｔｔｅｒ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ｍａｇ， Ｍ
ａｇ−１１， ＮＯ．４， ＰＩＯ１８（１９７５）Ｐ
１０１８「Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｍａｇｎｅｔｏｒ
ｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉ
ｃ ３ｄ Ａｌｌｏｙｓ」に記載されているように、室
温において最大のものでも６．５％にすぎない。
【０００４】また、従来の薄膜磁気センサは、大きな磁
気抵抗変化率△Ｒ／Ｒを得るためには、低温にするか、
膜のパターン幅を極端に広くとるか、あるいは、膜厚を
非常に厚くするなどの方法しかとることができず、しか
も、それらの可変幅は、常温に固定した場合、たかだか
１〜２％程度でしかない。
気抵抗変化率△Ｒ／Ｒを得るためには、低温にするか、
膜のパターン幅を極端に広くとるか、あるいは、膜厚を
非常に厚くするなどの方法しかとることができず、しか
も、それらの可変幅は、常温に固定した場合、たかだか
１〜２％程度でしかない。
【０００５】被検出媒体の磁化強度の検出感度は、上記
磁気抵抗変化率△Ｒ／Ｒに依存するので、この値が小さ
いと十分な精度で運動状態を検出することができないと
いう欠点を有する。
磁気抵抗変化率△Ｒ／Ｒに依存するので、この値が小さ
いと十分な精度で運動状態を検出することができないと
いう欠点を有する。
【０００６】本発明の目的は上記問題に鑑みて、従来に
くらべ磁気抵抗変化率が格段に大きく、検出感度に優れ
た磁気センサを提供する。
くらべ磁気抵抗変化率が格段に大きく、検出感度に優れ
た磁気センサを提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の欠点を解決するた
めに、本発明の薄膜センサは、磁化された物体からの磁
気信号を電気信号に変換して、物体の運動状態を検出す
る領域が、磁性材料の超薄膜からなる第１の磁性層と、
非磁性材料の超薄膜からなる中間非磁性層と、磁性材料
の超薄膜からなる第２の磁性層とを含む積層構造である
ことを特徴としている。
めに、本発明の薄膜センサは、磁化された物体からの磁
気信号を電気信号に変換して、物体の運動状態を検出す
る領域が、磁性材料の超薄膜からなる第１の磁性層と、
非磁性材料の超薄膜からなる中間非磁性層と、磁性材料
の超薄膜からなる第２の磁性層とを含む積層構造である
ことを特徴としている。
【０００８】本発明の磁気センサは、上記構成において
特に、第１の磁性層および第２の磁性層の膜厚が、３ｎ
ｍ以上、１０ｎｍ以下であり、中間非磁性層の膜厚が、
３ｎｍ以上であることを特徴としている。
特に、第１の磁性層および第２の磁性層の膜厚が、３ｎ
ｍ以上、１０ｎｍ以下であり、中間非磁性層の膜厚が、
３ｎｍ以上であることを特徴としている。
【０００９】具体的な積層構造として、第１の磁性層お
よび第２の磁性層には一原子層毎に積層したニッケル
（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、あるいはＮｉＦｅ合金層を、ま
た非磁性層には１３層原子以上に積層された銀（Ａｇ）
が用いられる。
よび第２の磁性層には一原子層毎に積層したニッケル
（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、あるいはＮｉＦｅ合金層を、ま
た非磁性層には１３層原子以上に積層された銀（Ａｇ）
が用いられる。
【００１０】集積回路と同一のチップ上にこれを形成す
る場合には、バイポーラ、あるいはＭＯＳによってすで
に形成されている基板上に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ
膜）などの絶縁層を介して絶縁層上に上記積層膜が形成
される。そして、あらかじめ絶縁層に設けてあったスル
ーホールを介して集積回路部分と接続される。
る場合には、バイポーラ、あるいはＭＯＳによってすで
に形成されている基板上に、シリコン窒化膜（ＳｉＮ
膜）などの絶縁層を介して絶縁層上に上記積層膜が形成
される。そして、あらかじめ絶縁層に設けてあったスル
ーホールを介して集積回路部分と接続される。
【００１１】
【作用】本発明の磁気センサは、磁性層、および非磁性
層の各々超薄膜を積層することによって、抗磁力（Ｈ
Ｃ）を用意に制御することが可能となる。ある２種類の
磁性層、Ａ、Ｂ、による超薄膜積層構造を有する人工格
子薄膜ＷのＨＣは、ＨＷＣ＝ｆ（ＨＣＡ，ＨＣＢ，Ｍ
Ａ，ＭＢの）関数によって表現される。このときＨＣ
Ａ、ＨＣＢはＡ、Ｂ、それぞれの層における保磁力を表
わし、ＭＡ、ＭＢはそれぞれの層における磁気モーメン
トを表わす。
層の各々超薄膜を積層することによって、抗磁力（Ｈ
Ｃ）を用意に制御することが可能となる。ある２種類の
磁性層、Ａ、Ｂ、による超薄膜積層構造を有する人工格
子薄膜ＷのＨＣは、ＨＷＣ＝ｆ（ＨＣＡ，ＨＣＢ，Ｍ
Ａ，ＭＢの）関数によって表現される。このときＨＣ
Ａ、ＨＣＢはＡ、Ｂ、それぞれの層における保磁力を表
わし、ＭＡ、ＭＢはそれぞれの層における磁気モーメン
トを表わす。
【００１２】また、本構造の積層薄膜の組み合わせを変
えることによって、または各層の膜厚を調整することに
よって、Ｂ−Ｈ磁化曲線の形状を制御することができ
る。すなわち上述したＨＣ値の制御によって、単純矩形
的なＢ−Ｈ曲線の形状も調整可能であるし、かつ単純矩
形の形状のものから、２ステップにより磁化が進行し、
各々マイナーループを呈するような、磁化曲線にも調整
することが可能である。
えることによって、または各層の膜厚を調整することに
よって、Ｂ−Ｈ磁化曲線の形状を制御することができ
る。すなわち上述したＨＣ値の制御によって、単純矩形
的なＢ−Ｈ曲線の形状も調整可能であるし、かつ単純矩
形の形状のものから、２ステップにより磁化が進行し、
各々マイナーループを呈するような、磁化曲線にも調整
することが可能である。
【００１３】さらに、本センサは、従来からあったセン
サ、例えば特公昭５４−４１３３５号公報に開示されて
いるような素子のように、強磁性体薄膜の異方性磁気抵
抗効果を応用しているのではなく、電子スピン、ｕｐス
ピン、ｄｏｗｎスピンのそれぞれの電導電子の散乱の度
合いによって、抵抗変化を引き起こす巨大磁気抵抗効果
をその起源としている。これにより、磁気抵抗値変化率
△Ｒ／Ｒも、従来の様な材料物性によって、ほぼ決まっ
てしまう値ではなく、（３〜４％程度）１０％以上の値
も得ることができる。
サ、例えば特公昭５４−４１３３５号公報に開示されて
いるような素子のように、強磁性体薄膜の異方性磁気抵
抗効果を応用しているのではなく、電子スピン、ｕｐス
ピン、ｄｏｗｎスピンのそれぞれの電導電子の散乱の度
合いによって、抵抗変化を引き起こす巨大磁気抵抗効果
をその起源としている。これにより、磁気抵抗値変化率
△Ｒ／Ｒも、従来の様な材料物性によって、ほぼ決まっ
てしまう値ではなく、（３〜４％程度）１０％以上の値
も得ることができる。
【００１４】
【実施例】図１は、Ａｇ（１００）基板、あるいはＧａ
Ａｓ（１００）などの表面が平滑な単結晶基板上に磁性
層および非磁性層を成長させた人工格子積層膜の断面図
を示す。ここで、薄膜を成長させる方法としては、１０
のマイナス１０乗 Ｔｏｒｒ程度の真空下においてＭＢ
Ｅ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）
やスパッタリングなど、いずれの手法でも良い。但し、
積層界面の状態を平滑にし、均質な膜が成長可能な条件
が選択されている。
Ａｓ（１００）などの表面が平滑な単結晶基板上に磁性
層および非磁性層を成長させた人工格子積層膜の断面図
を示す。ここで、薄膜を成長させる方法としては、１０
のマイナス１０乗 Ｔｏｒｒ程度の真空下においてＭＢ
Ｅ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）
やスパッタリングなど、いずれの手法でも良い。但し、
積層界面の状態を平滑にし、均質な膜が成長可能な条件
が選択されている。
【００１５】本実施例においては、基板上に１０原子層
のＦｅ（１０１）、１５原子層のＡｇ（Ｖｏ２）および
上層に６原子層の（１０３）＋１３原子層のＮｉ（１０
４）を連続して成長させている。Ａｇは、中間層とし
て、下層のＦｅ、および上層のＦｅ／Ｎｉ中の磁気カッ
プリングを制御するために用いられている。特に、ここ
では、カップリングを起こさせない様に１３原子層以上
の厚さに積層させている。 Ｆｅ、およびＦｅ／Ｎｉの
磁性層はそれぞれ、１０原子層（６＋１３原子層）程度
の膜厚に制御される。本系のカップリングエネルギー
は、０．００５ｅｒｇｓ／ｃｍ２とたいへん小さい。こ
のため、磁化曲線は、図２に示されるようにそれぞれの
磁性層のＨＣを明瞭に表した形の複数のステップを有す
る形状を呈する。図２において、ＨＣ１は、下層の磁性
層であるＦｅの保磁力を示しＨＣ２については上層の磁
性層であるＦｅ／Ｎｉの保磁力を示す。また、円中の矢
印２０１はＦｅ層における磁化方向、２０２は、Ｎｉ／
Ｆｅ層の磁化方向を示す。
のＦｅ（１０１）、１５原子層のＡｇ（Ｖｏ２）および
上層に６原子層の（１０３）＋１３原子層のＮｉ（１０
４）を連続して成長させている。Ａｇは、中間層とし
て、下層のＦｅ、および上層のＦｅ／Ｎｉ中の磁気カッ
プリングを制御するために用いられている。特に、ここ
では、カップリングを起こさせない様に１３原子層以上
の厚さに積層させている。 Ｆｅ、およびＦｅ／Ｎｉの
磁性層はそれぞれ、１０原子層（６＋１３原子層）程度
の膜厚に制御される。本系のカップリングエネルギー
は、０．００５ｅｒｇｓ／ｃｍ２とたいへん小さい。こ
のため、磁化曲線は、図２に示されるようにそれぞれの
磁性層のＨＣを明瞭に表した形の複数のステップを有す
る形状を呈する。図２において、ＨＣ１は、下層の磁性
層であるＦｅの保磁力を示しＨＣ２については上層の磁
性層であるＦｅ／Ｎｉの保磁力を示す。また、円中の矢
印２０１はＦｅ層における磁化方向、２０２は、Ｎｉ／
Ｆｅ層の磁化方向を示す。
【００１６】このとき、ＨＣ２以上の磁界強度、すなわ
ちＨＣ（Ｆｅ／Ｎｅ）以上の磁界下では、分離された２
つの磁性層の磁化の向きは、外部磁界の向きと一致し、
かつ磁性層間の磁化の向きも、平行（同一方向）に揃っ
ている。一方、ＨＧとＨＣ２の中間の磁界強度において
は、保持力の小さなＦｅ層のみが磁化され、Ｆｅ／Ｎｉ
層が磁化されていない状態であるため、これら２層間の
磁化方向は非平行となっている。
ちＨＣ（Ｆｅ／Ｎｅ）以上の磁界下では、分離された２
つの磁性層の磁化の向きは、外部磁界の向きと一致し、
かつ磁性層間の磁化の向きも、平行（同一方向）に揃っ
ている。一方、ＨＧとＨＣ２の中間の磁界強度において
は、保持力の小さなＦｅ層のみが磁化され、Ｆｅ／Ｎｉ
層が磁化されていない状態であるため、これら２層間の
磁化方向は非平行となっている。
【００１７】上下両層の磁化方向の平行、非平行それぞ
れの状態におけるＭａｇｍｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃ
ｅについては、既にＲ．Ｅ．Ｃａｍｌｅｙらにより、
「Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒ
ｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｍａｇｎ
ｅｔｉｃ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉ
ｔｈ Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｕｐ
ｌｉｎｇ」Ｆｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ ｖｏｌ ６
３．ＮＯ．６（１９８９）、Ｐ６６４が発表されてい
る。Ｂｏｌｔｚｍａｎの輸送方程式を解くことによっ
て、計算することができ、図３はその計算例を示すもの
である。ここでは、計算を単純化するためにＡ（磁性
層：ＮｉＦｅ）／Ｂ（非磁性層：Ａｇ）／Ａ（磁性層：
ＮｉＦｅ）としている。図中で３０１、および３０２
は、磁性層ＮｉＦｅとして、３０３は、非磁性層の１０
ＡのＡｇとする。
れの状態におけるＭａｇｍｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃ
ｅについては、既にＲ．Ｅ．Ｃａｍｌｅｙらにより、
「Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒ
ｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｍａｇｎ
ｅｔｉｃ Ｌａｙｅｒｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉ
ｔｈ Ａｎｔｉｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｕｐ
ｌｉｎｇ」Ｆｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ ｖｏｌ ６
３．ＮＯ．６（１９８９）、Ｐ６６４が発表されてい
る。Ｂｏｌｔｚｍａｎの輸送方程式を解くことによっ
て、計算することができ、図３はその計算例を示すもの
である。ここでは、計算を単純化するためにＡ（磁性
層：ＮｉＦｅ）／Ｂ（非磁性層：Ａｇ）／Ａ（磁性層：
ＮｉＦｅ）としている。図中で３０１、および３０２
は、磁性層ＮｉＦｅとして、３０３は、非磁性層の１０
ＡのＡｇとする。
【００１８】図３からわかるように、磁性層の膜厚が０
〜１０ｎｍまでの範囲全域に渡って、１０％を超える磁
気抵抗変化率を得ることができる。これに対して、非磁
性層Ａｇの膜厚が５ｎｍより薄い場合、上層、および下
層の磁性層どうしが反強磁性結合をすることによって、
磁化曲線において、明瞭にＨＣ１、ＨＣ２のステップを
示すことができない。また、Ｂｏｌｔｚｍａｎの輸送方
程式によれば、図３に示されるように、磁性層の厚さと
しては、ほぼ５ｎｍが最大の磁気抵抗変化率を示し、厚
くなるに従って減少傾向を示す。
〜１０ｎｍまでの範囲全域に渡って、１０％を超える磁
気抵抗変化率を得ることができる。これに対して、非磁
性層Ａｇの膜厚が５ｎｍより薄い場合、上層、および下
層の磁性層どうしが反強磁性結合をすることによって、
磁化曲線において、明瞭にＨＣ１、ＨＣ２のステップを
示すことができない。また、Ｂｏｌｔｚｍａｎの輸送方
程式によれば、図３に示されるように、磁性層の厚さと
しては、ほぼ５ｎｍが最大の磁気抵抗変化率を示し、厚
くなるに従って減少傾向を示す。
【００１９】一方、成膜プロセス上、３ｎｍ以下の膜厚
設定は、制御が困難であり、現実的ではない。したがっ
て、理想的磁化曲線形状、および磁気抵抗特性の両方を
得ることが出来る範囲として磁性層として３ｎｍ〜１０
ｎｍを選定すればよい。なお、本実施例で、５ｎｍ〜７
ｎｍの範囲をあえて用いないのは、反磁界を抑えるため
と、比抵抗をできるだけ大きくする等の設計的要因によ
る。このため、非磁性層としては、５ｎｍ以上の膜厚が
望ましい。
設定は、制御が困難であり、現実的ではない。したがっ
て、理想的磁化曲線形状、および磁気抵抗特性の両方を
得ることが出来る範囲として磁性層として３ｎｍ〜１０
ｎｍを選定すればよい。なお、本実施例で、５ｎｍ〜７
ｎｍの範囲をあえて用いないのは、反磁界を抑えるため
と、比抵抗をできるだけ大きくする等の設計的要因によ
る。このため、非磁性層としては、５ｎｍ以上の膜厚が
望ましい。
【００２０】図４は抵抗率（あるいは抵抗値Ｒ）の変化
と、ＨＣ１、ＨＣ２を含む磁界強度との関係を相対的に
表したものである。図４で示される通り、ＨＣ＞ＨＣ
２、あるいは、ＨＣ＜ＨＣ１の状態とＨＣ１≦ＨＣ≦Ｈ
Ｃ２との状態では、明瞭な抵抗率の違いが現れる。
と、ＨＣ１、ＨＣ２を含む磁界強度との関係を相対的に
表したものである。図４で示される通り、ＨＣ＞ＨＣ
２、あるいは、ＨＣ＜ＨＣ１の状態とＨＣ１≦ＨＣ≦Ｈ
Ｃ２との状態では、明瞭な抵抗率の違いが現れる。
【００２１】上層、下層のＦｅ、およびＮｉ／Ｆｅ層の
保磁力（抗磁力）はそれぞれ、ＨＣ１、ＨＣ２であり、
十分大きな（１００ Ｏｅ以上）差がある。このとき、
中間層、のＡｇ層が１３原子層より薄い場合は、Ｆｅ層
とＮｉ／Ｆｅ層との間の反強磁性カップリングを起こす
ため、磁化曲線を描くと、ＨＣ１、ＨＣ２に明瞭なステ
ップは認められない。すなわち、ＨＣ１＝ＨＣ２である
ような物質の磁化曲線と同一のものと見なされる。Ａｇ
層を１３原子層、積層することにより初めてＦｅ〜Ｎｉ
／Ｆｅ間の反強磁性カップリングを弱めることが出来、
複数のマイナーループを有し、ＨＣ１、ＨＣ２をそれぞ
れ明瞭に示すことの出来る磁化曲線を示すことが可能と
なる。
保磁力（抗磁力）はそれぞれ、ＨＣ１、ＨＣ２であり、
十分大きな（１００ Ｏｅ以上）差がある。このとき、
中間層、のＡｇ層が１３原子層より薄い場合は、Ｆｅ層
とＮｉ／Ｆｅ層との間の反強磁性カップリングを起こす
ため、磁化曲線を描くと、ＨＣ１、ＨＣ２に明瞭なステ
ップは認められない。すなわち、ＨＣ１＝ＨＣ２である
ような物質の磁化曲線と同一のものと見なされる。Ａｇ
層を１３原子層、積層することにより初めてＦｅ〜Ｎｉ
／Ｆｅ間の反強磁性カップリングを弱めることが出来、
複数のマイナーループを有し、ＨＣ１、ＨＣ２をそれぞ
れ明瞭に示すことの出来る磁化曲線を示すことが可能と
なる。
【００２２】図５には、実際に磁界一電気の変換を行う
場合の基本回路が示されている。（ａ）は、最もシンプ
ルなもので、直列接続された２つの素子５０１、５０２
の中点の出力端子１７より、出力を電圧として、取り出
す構造で素子５０１には、電源端子、素子５０２にはグ
ランド端子が接続されている。（ｂ）は（ａ）を２つ組
み合わせて、ブリッジ構造にしたものであり、同様に
２、３を電源端子、１１、１２をグランド端子、１８、
１９を出力端子としており、（ａ）の場合に比較してよ
り大きな出力を得るために用いられる配置である。
（ｃ）は２本の人工格子素子５０７、および５０８がト
ランジスタ５１３および５４１のコレクタ側に接続さ
れ、トランジスタ５１３、５１４、５１５によってカレ
ントミラー回路が構成された場合に示す。
場合の基本回路が示されている。（ａ）は、最もシンプ
ルなもので、直列接続された２つの素子５０１、５０２
の中点の出力端子１７より、出力を電圧として、取り出
す構造で素子５０１には、電源端子、素子５０２にはグ
ランド端子が接続されている。（ｂ）は（ａ）を２つ組
み合わせて、ブリッジ構造にしたものであり、同様に
２、３を電源端子、１１、１２をグランド端子、１８、
１９を出力端子としており、（ａ）の場合に比較してよ
り大きな出力を得るために用いられる配置である。
（ｃ）は２本の人工格子素子５０７、および５０８がト
ランジスタ５１３および５４１のコレクタ側に接続さ
れ、トランジスタ５１３、５１４、５１５によってカレ
ントミラー回路が構成された場合に示す。
【００２３】このとき得られる出力の大きさは（ｂ）の
場合と同等であり、人工格子素子が２本で済むため
（ｂ）に比べて、小型にできるメリットがある。（ｄ）
は、（ｃ）をさらに、特性改善したものである。（ｃ）
の回路に５１０、５１２の人工素子格子をトランジスタ
５１６、５１７のエミッタ側に付加した構造となってい
る。 通常、人工格子素子５０９、５１２が同相で変化
し、これらと、逆位相で５１０と５１１が変化するよう
にマグネットに対して配置される。この場合は、磁一電
変化効率は大幅に向上し、出力の大きさは（ｃ）、およ
び（ｂ）の３倍以上に達する。
場合と同等であり、人工格子素子が２本で済むため
（ｂ）に比べて、小型にできるメリットがある。（ｄ）
は、（ｃ）をさらに、特性改善したものである。（ｃ）
の回路に５１０、５１２の人工素子格子をトランジスタ
５１６、５１７のエミッタ側に付加した構造となってい
る。 通常、人工格子素子５０９、５１２が同相で変化
し、これらと、逆位相で５１０と５１１が変化するよう
にマグネットに対して配置される。この場合は、磁一電
変化効率は大幅に向上し、出力の大きさは（ｃ）、およ
び（ｂ）の３倍以上に達する。
【００２４】図６は、超薄膜を積層した人工格子膜を半
導体回路と集積化した場合の実施例を示す。図６におい
て、シリコン（Ｓｉ）基板６０１の内部にはバイポーラ
型、またはＭＯＳ型集積回路６０２が形成され、６０２
の上面には、Ｓｉ−Ｎからなる絶縁膜が形成されてい
る。この絶縁膜上には、人工格子膜６Ａ１とＡｕ膜６Ａ
２との積層膜からなる導体配線６Ａが形成されている。
導体回路と集積化した場合の実施例を示す。図６におい
て、シリコン（Ｓｉ）基板６０１の内部にはバイポーラ
型、またはＭＯＳ型集積回路６０２が形成され、６０２
の上面には、Ｓｉ−Ｎからなる絶縁膜が形成されてい
る。この絶縁膜上には、人工格子膜６Ａ１とＡｕ膜６Ａ
２との積層膜からなる導体配線６Ａが形成されている。
【００２５】図７は図６の要部の拡大断面図を示したも
のである。図７において、Ｓｉ基板６０１内には、拡散
層１ａ、Ｐ層１ｂ、Ｎ層１ＣおよびＡｌからなる電極配
線層１ｄが形成されて集積回路６０２が構成されてい
る。集積回路６０２上には接続パッド６０４、６０６を
除く部分にＳｉＮからなる絶縁膜６０８が形成され、こ
の集積回路６０２上の絶縁膜６０８上には電極配線層１
ｄに近接してこの電極配線層１ｄよりも膜厚の厚い導体
配線６Ａが蒸着などの手段により形成されている。さら
に、この導体配線６Ａ上には、表面保護膜９が形成され
ている。この場合、電極配線層１ｄの膜厚をＴ１とし、
導体配線６Ａの膜厚をＴ２としたとき、Ｔ２＞１．３Ｔ
１ の関係を維持して導体配線６Ａが設定されている。
のである。図７において、Ｓｉ基板６０１内には、拡散
層１ａ、Ｐ層１ｂ、Ｎ層１ＣおよびＡｌからなる電極配
線層１ｄが形成されて集積回路６０２が構成されてい
る。集積回路６０２上には接続パッド６０４、６０６を
除く部分にＳｉＮからなる絶縁膜６０８が形成され、こ
の集積回路６０２上の絶縁膜６０８上には電極配線層１
ｄに近接してこの電極配線層１ｄよりも膜厚の厚い導体
配線６Ａが蒸着などの手段により形成されている。さら
に、この導体配線６Ａ上には、表面保護膜９が形成され
ている。この場合、電極配線層１ｄの膜厚をＴ１とし、
導体配線６Ａの膜厚をＴ２としたとき、Ｔ２＞１．３Ｔ
１ の関係を維持して導体配線６Ａが設定されている。
【００２６】なお、上述の本発明の一実施例において、
中間非磁性層として銀以外に銅、パラジウム、チタンで
も同様の効果を得ることが可能である。
中間非磁性層として銀以外に銅、パラジウム、チタンで
も同様の効果を得ることが可能である。
【００２７】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の薄膜セ
ンサは、磁化された物体からの磁気信号を電気信号に変
換して、物体の運動状態を検出する領域が、磁性材料の
超薄膜からなる第１の磁性層と、非磁性材料の超薄膜か
らなる中間非磁性層と、磁性材料の超薄膜からなる第２
の磁性層とを含む積層構造とし、特に、第１の磁性層お
よび第２の磁性層の膜厚を３ｎｍ以上、１０ｎｍ以下と
し、中間非磁性層の膜厚を３ｎｍ以上とした超薄膜構造
を採用することにより、従来よりも格段に大きい磁気抵
抗変化率を得ることができる。これにより、高い運動状
態の検出が可能になる。
ンサは、磁化された物体からの磁気信号を電気信号に変
換して、物体の運動状態を検出する領域が、磁性材料の
超薄膜からなる第１の磁性層と、非磁性材料の超薄膜か
らなる中間非磁性層と、磁性材料の超薄膜からなる第２
の磁性層とを含む積層構造とし、特に、第１の磁性層お
よび第２の磁性層の膜厚を３ｎｍ以上、１０ｎｍ以下と
し、中間非磁性層の膜厚を３ｎｍ以上とした超薄膜構造
を採用することにより、従来よりも格段に大きい磁気抵
抗変化率を得ることができる。これにより、高い運動状
態の検出が可能になる。
【図１】本発明の磁気センサの積層構造の断面を示す図
である。
である。
【図２】図１の人工格子におけるＢ−Ｈ曲線を示す図で
ある。
ある。
【図３】ボルツマンの輸送方程式によるシミュレーショ
ン例を示す図である。
ン例を示す図である。
【図４】本発明の磁気センサにおけるＲ−Ｈ曲線の例を
示す図である。
示す図である。
【図５】本発明の磁気センサに適用される磁界−電気変
換回路の一例を示す図である。
換回路の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施例の超薄膜を積層した人工格子
膜を半導体回路と集積化した場合の上面図を示す。
膜を半導体回路と集積化した場合の上面図を示す。
【図７】図６の要部の拡大断面図を示したものである。
【図８】本発明の他の実施例の超薄膜を積層した人工格
子膜を半導体回路と集積化した場合の上面図を示す。
子膜を半導体回路と集積化した場合の上面図を示す。
１０１ Ｆｅ層 １０２ Ａｇ層 １０３ Ｆｅ層 １０４ Ｎｉ層 １０５ 基板 ２０１ Ｆｅ層の磁化 ２０２ Ｎｉ／Ｆｅ層の磁化 ３０１、３０２ 磁性層 ３０３ 非磁性層 １、２、３、４、５、６、７、８、９ 電源端子 １０、１１、１２、１３、１４、１５、１６ Ｇ端子 １７、１８、１９、２０、２１、２２、２３ 出力端子 ５０１〜５１２ 人工格子素子 ５１３〜５１７ トランジスタ ６０１ Ｓｉ基板 ６０２ 集積回路 １ａ 拡散層 １ｂ Ｐ層 １Ｃ Ｎ層 １ｄ 電極配線層 ６Ａ 導体配線 ６Ａ１ 人工格子膜 ６Ａ２ Ａｕ膜 ６０４ 接続パッド ６０５ 人工格子膜 ６０６ 接続パッド ６０７ 電極端子 ６０８ 絶縁膜 ６０９ 表面保護膜
Claims (9)
- 【請求項１】 磁化された物体からの磁気信号を電気信
号に変換して、前記物体の運動状態を検出する磁気セン
サにおいて、 前記磁気信号を電気信号に変換する領域が、磁性材料か
らなる第１の磁性層と、 磁性材料の超薄膜からなる第２の磁性層と、 前記第１の磁性層と前記第２の磁性層の間に形成され
た、非磁性材料からなる中間非磁性層とを含む積層構造
であることを特徴とする磁気センサ。 - 【請求項２】 前記第１の磁性層および前記第２の磁性
層の膜厚が、３ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であることを特
徴とする「請求項２」記載の磁気センサ。 - 【請求項３】 前記中間非磁性層の膜厚が、５ｎｍ以上
であることを特徴とする「請求項２」記載の磁気セン
サ。 - 【請求項４】 前記第１の磁性層および前記第２の磁性
層がニッケルからなることを特徴とする「請求項３」記
載の磁気センサ。 - 【請求項５】 前記第１の磁性層および前記第２の磁性
層が鉄からなることを特徴とする「請求項３」記載の磁
気センサ。 - 【請求項６】 前記第１の磁性層および前記第２の磁性
層がニッケル・鉄合金からなることを特徴とする「請求
項３」記載の磁気センサ。 - 【請求項７】 前記中間非磁性層が銀からなることを特
徴とする「請求項３」記載の磁気センサ。 - 【請求項８】 前記中間非磁性層が銅またはパラジウム
またはチタンからなることを特徴とする「請求項３」記
載の磁気センサ。 - 【請求項９】 前記前記積層構造は、回路が形成された
ウェハ上に、前記回路上の絶縁膜を介して形成されてい
ることを特徴とする「請求項３」記載の磁気センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6157763A JPH0832141A (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | 人工格子薄膜磁気センサ |
| US08/500,831 US5637906A (en) | 1994-07-11 | 1995-07-11 | Multi layer thin film magnetic sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6157763A JPH0832141A (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | 人工格子薄膜磁気センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0832141A true JPH0832141A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=15656788
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6157763A Pending JPH0832141A (ja) | 1994-07-11 | 1994-07-11 | 人工格子薄膜磁気センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5637906A (ja) |
| JP (1) | JPH0832141A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6208176B1 (en) * | 1998-09-17 | 2001-03-27 | General Motors Corporation | Adaptive driver circuit for semiconductor magnetoresistors |
| KR20010075246A (ko) * | 1999-07-22 | 2001-08-09 | 요트.게.아. 롤페즈 | 자기 터널 접합소자의 제조방법 |
| DE10110292C1 (de) * | 2001-02-26 | 2002-10-02 | Dresden Ev Inst Festkoerper | Stromabhängiges resistives Bauelement |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03156391A (ja) * | 1989-11-14 | 1991-07-04 | Tdk Corp | 磁気検出装置 |
| JPH05114761A (ja) * | 1991-10-23 | 1993-05-07 | Res Inst For Prod Dev | 磁気抵抗効果素子 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5441335A (en) * | 1977-09-03 | 1979-04-02 | Pola Kasei Kogyo Kk | Cosmetics |
| US5500633A (en) * | 1992-08-03 | 1996-03-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element |
| TW265440B (ja) * | 1993-04-30 | 1995-12-11 | Ibm |
-
1994
- 1994-07-11 JP JP6157763A patent/JPH0832141A/ja active Pending
-
1995
- 1995-07-11 US US08/500,831 patent/US5637906A/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03156391A (ja) * | 1989-11-14 | 1991-07-04 | Tdk Corp | 磁気検出装置 |
| JPH05114761A (ja) * | 1991-10-23 | 1993-05-07 | Res Inst For Prod Dev | 磁気抵抗効果素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5637906A (en) | 1997-06-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
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