JPH0849062A - 磁気抵抗効果膜 - Google Patents

磁気抵抗効果膜

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JPH0849062A
JPH0849062A JP6183722A JP18372294A JPH0849062A JP H0849062 A JPH0849062 A JP H0849062A JP 6183722 A JP6183722 A JP 6183722A JP 18372294 A JP18372294 A JP 18372294A JP H0849062 A JPH0849062 A JP H0849062A
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JP
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ferromagnetic thin
film layer
film
magnetic field
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Toshio Tanuma
俊雄 田沼
Minoru Kume
実 久米
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非磁性金属薄膜５によって仕切られた第１の
強磁性薄膜層４及び第２の強磁性薄膜層６からなるサン
ドイッチ構造を有する磁気抵抗硬化膜において、高い磁
気抵抗変化（ＭＲ比）及び高い磁界感度を得る。 【構成】 第１の強磁性薄膜層４と、第２の強磁性薄膜
層６とが、反強磁性的な磁気結合作用を示し、外部磁化
の変化に伴い、第１の強磁性薄膜層４及び第２の強磁性
薄膜層６の磁化がスピンフロップ的転移を伴い変化する
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気媒体からの情報信
号を読み出すための磁気抵抗効果型磁気ヘッド（ＭＲヘ
ッド）や磁気センサ（ＭＲセンサ）等の磁気抵抗効果素
子（ＭＲ素子）に使用される磁気抵抗効果膜に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果素子は、磁場印加による磁
性体の電気抵抗の変化を検出して磁界強度やその変化を
測定するものであり、一般に磁気抵抗変化率が大きく、
かつ磁界感度がよい、すなわち動作磁界が小さいことが
要求される。
【０００３】近年、高い磁気抵抗変化率を有し、かつ高
い磁界感度を有する磁気抵抗効果素子として、非磁性体
金属の薄膜層によって仕切られた第１及び第２の強磁性
薄膜層を有するサンドイッチ膜構造の磁気抵抗効果膜を
用いた磁気抵抗効果素子が提案されている。これらの磁
気抵抗効果素子においては、各強磁性層の磁化反転のず
れを利用して、磁化の平行及び反平行状態を実現するス
ピンバルブ効果を利用している。例えば、特開平４−３
５８３１０号公報には、非磁性金属体の薄膜層によって
仕切られた第１の強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層の
サンドイッチ膜構造を有し、第１の強磁性薄膜層と第２
の強磁性薄膜層の保磁力を異ならせた磁気抵抗効果素子
が開示されている。
【０００４】このような磁気抵抗効果素子においては、
上述のようなスピンバルブ効果を利用しており、保磁力
の違いに起因する強磁性層間の磁化の平行及び反平行状
態を実現し、これによって磁気抵抗変化を生じさせてい
る。このようなスピンバルブ効果を有した磁気抵抗効果
素子では、非磁性金属体薄膜の両側に位置する強磁性層
間の磁気的な結合作用をできるかぎり排除する必要があ
る。すなわち、第１の強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜
層の磁気特性が互いに相互干渉せずに独立して変化する
ことにより、高い磁気抵抗変化（高ＭＲ比）及び高い磁
界感度（低Ｈｓ）を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層の間における磁気的
な相互作用を少なくするためには、この間に介在する非
磁性金属薄膜の膜厚を十分に厚くする必要がある。とこ
ろが、非磁性金属薄膜の膜厚を厚くすると、強磁性層の
界面で主に生じると考えられているスピン依存散乱を受
ける伝導電子の非磁性金属薄膜中の全伝導電子に占める
割合が低下する。従って、非磁性金属薄膜の伝導電子に
与える第１及び第２の強磁性薄膜層の磁化変化の影響が
小さくなり、高い磁気抵抗変化を得ることができないと
いう問題を生じた。
【０００６】また逆に非磁性金属薄膜層の膜厚を薄くす
ると、第１の強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層の間の
強磁性的（フェロ的）な磁気結合が生じ、第１の強磁性
薄膜層と第２の強磁性薄膜層の磁化反転の独立性が低下
し、高い磁気抵抗変化を得ることができないという問題
を生じた。
【０００７】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、高い磁気抵抗変化（高ＭＲ比）を有し、か
つ、高い磁界感度（低Ｈｓ）特性を有する磁気抵抗効果
膜を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に従う第１の局面
の磁気抵抗効果膜は、基体上に設けられる第１の強磁性
薄膜層と、第１の強磁性薄膜層上に設けられる非磁性金
属薄膜と、非磁性金属薄膜上に設けられ第１の強磁性薄
膜層と異なる保磁力を有する第２の強磁性薄膜層とを備
え、第１の強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層の磁化が
外部磁界の変化によりスピンフロップ的転移を伴って変
化することを特徴としている。
【０００９】本発明に従う第２の局面の磁気抵抗効果膜
は、基体上に設けられる第１の強磁性薄膜層と、第１の
強磁性薄膜層上に設けられる非磁性金属薄膜と、非磁性
金属薄膜上に設けられ第１の強磁性薄膜層と異なる保磁
力を有する第２の強磁性薄膜層とを備え、Ｘ線回折パタ
ーンにおいて面心立方構造の回折ピークを示すことを特
徴としている。
【００１０】本発明における第１の強磁性薄膜層及び第
２の強磁性薄膜層を形成する磁性体は、例えば、Ｃｏ、
Ｆｅ、Ｎｉ、及びこれらの合金であるＮｉＦｅ、ＮｉＣ
ｏ及びＦｅＣｏなどの磁性体から構成することができ、
これらの磁性体層を複数積層させた積層構造の強磁性薄
膜層であってもよい。具体的には、ＮｉＦｅ／Ｃｏ積層
膜、及びＦｅ／Ｃｏ積層膜などが含まれる。
【００１１】本発明において、第１の強磁性薄膜層と第
２の強磁性薄膜層は、異なる保磁力を有する。このよう
な異なる保磁力は、例えば、第１の強磁性薄膜層と第２
の強磁性薄膜層に用いられる強磁性材料をそれぞれ軟磁
性材料と硬磁性材料から選択するなど、異なる磁性材料
を採用する方法や、同一の磁性材料においても、酸化ま
たは窒化などによりその構造を変化させて保磁力を異な
らせる方法などを採用することができる。
【００１２】第１の強磁性薄膜層及び第２の強磁性薄膜
層の膜厚は、特に限定されるものではないが、第１の強
磁性薄膜層としてＮｉＦｅ膜を採用する場合には、その
膜厚は４０Å〜１００Åであることが好ましい。この範
囲を採用することにより、高いＭＲ比を有し、かつ単位
磁界あたりの高い磁気抵抗変化率を得ることができる。
【００１３】本発明における非磁性金属薄膜は、第１の
強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層とを仕切る薄膜層で
ある。非磁性材料としては、高導電性の金属が好まし
く、Ａｕ、Ａｇのような貴金属、及びＣｕ、Ｐｔ及びＰ
ｄなどが用いられる。感度及び価格面からはＣｕが特に
好ましい。
【００１４】本発明において非磁性金属薄膜の膜厚は、
第１の強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層とが反強磁性
的な磁気結合作用を示すような膜厚に設定される。非磁
性金属薄膜の膜厚が薄すぎると、第１の強磁性薄膜層と
第２の強磁性薄膜層との結合作用が強くなり、強い強磁
性結合（フェロ結合）を示す場合がある。非磁性金属薄
膜の好ましい膜厚は、非磁性金属薄膜の材質や膜構造
等、並びに第１及び第２の強磁性薄膜層の材質や膜構造
等により異なるが、非磁性金属薄膜としてＣｕを用いる
場合には、一般に約２０Å以上の膜厚が好ましい。また
膜厚の好ましい上限値も、各薄膜の材質や膜構造等によ
り異なるが、一般に膜厚が約６０Åより大きくなると、
単位磁界あたり高い磁気抵抗変化率が得られるものの、
ＭＲ比が低くなる傾向にあるので、高いＭＲ比を得るた
めには、約６０Å以下が好ましい。
【００１５】また、本発明者らの経験によれば、第１の
強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層とを反強磁性的な磁
気結合によって結合するには、第１の強磁性薄膜層とし
て、面心立方構造を有する強磁性薄膜層を形成すること
が好ましい。このような第１の強磁性薄膜層を形成する
ことにより、この上に形成する非磁性金属薄膜及び第２
の強磁性薄膜層を、同様に面心立方構造とすることがで
き、第１の強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層との相互
作用を強めることができるものと思われる。
【００１６】また、非磁性金属薄膜により仕切られる第
１の強磁性薄膜層及び第２の強磁性薄膜層から構成され
るサンドイッチ構造膜を、複数積層させても、高いＭＲ
比及び高い磁界感度を得ることができる。
【００１７】また本発明において用いられる基体の材質
は、特に限定されるものではないが、好ましくは非磁性
基体が用いられる。
【００１８】
【作用】本発明の第１の局面に従う磁気抵抗効果膜は、
外部磁界の変化に伴い第１の強磁性薄膜層と第２の強磁
性薄膜層の磁化がスピンフロップ的転移に伴って変化す
る。スピンフロップ的転移は急激に生じる転移であるの
で、高い磁気抵抗変化率を得ることができ、高い磁界感
度特性を得ることができる。すなわち、本発明は、従来
のサンドイッチ構造の積層膜が第１の強磁性薄膜層と第
２の強磁性薄膜層の間で磁気的な結合相互作用をできる
だけ排除しているのに対し、第１の強磁性薄膜層と第２
の強磁性薄膜層とが反強磁性的な結合を示すことによ
り、スピンフロップ的転移を実現するものである。
【００１９】本発明の第２の局面に従う磁気抵抗効果膜
は、Ｘ回折パターンにおいて面心立方構造の回折ピーク
を示す。この第２の局面に従う磁気抵抗効果膜では、第
１の強磁性薄膜層及び第２の強磁性薄膜層並びに非磁性
金属薄膜の全てあるいは少なくとも１つが面心立方構造
を有する。これにより、積層膜全体の結晶性が制御さ
れ、非磁性金属薄膜を介して配置される第１の強磁性薄
膜層と第２の強磁性薄膜層とが反強磁性的な磁気結合作
用を示し、第１の強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層の
磁化がスピンフロップ的転移を伴い変化するものと思わ
れる。
【００２０】
【実施例】実施例１ 図１に示すような磁気抵抗効果膜を作製した。図１を参
照して、ガラス基板１の上に、ＮｉＦｅ膜２、Ｃｏ膜
３、Ｃｕ膜５及びＣｏ膜６を順次形成し積層した。図１
に示す磁気抵抗効果膜において、ＮｉＦｅ膜２及びＣｏ
膜３は、第１の強磁性薄膜層４と対応しており、Ｃｏ膜
６は第２の強磁性薄膜層に対応し、Ｃｕ膜５は非磁性金
属薄膜に対応している。膜厚は、ＮｉＦｅ膜２が６０
Å、Ｃｏ膜３が６Å、Ｃｏ膜６を４０Åとし、Ｃｕ膜５
の膜厚は２０〜４０Åの範囲で変化させた。なお、各薄
膜を作製する際、基板の一方向に磁界を印加（約６０Ｏ
ｅ）し、磁界中で成膜を行った。膜形成はスパッタリン
グ法により行った。
【００２１】図２は、Ｃｕ膜の膜厚とＭＲ比との関係を
示す図である。図２において、●印はＭＲ比測定の際の
磁界の印加方向を、試料作製時の基板磁界と平行に揃え
たときのＭＲ比を示しており、○印はＭＲ比測定の際の
磁界の印加方向を試料作製時の基板磁界と直交させたと
きのＭＲ比を示している。図２に示されるように、ＭＲ
比はＣｕ膜の膜厚に対応して変化していることがわか
る。このことから第１の強磁性薄膜層４であるＮｉＦｅ
膜２及びＣｏ膜３と、第２の強磁性薄膜層であるＣｏ膜
６とが相互作用を有し、磁気的に結合していることがわ
かる。
【００２２】図２に示されるように、特にＣｕ膜の膜厚
が２８Å付近で、測定磁界方向を試料作製時の基板磁界
と平行にして測定したときのＭＲ比が減少しており、測
定磁界を基板磁界と垂直にしたときのＭＲ比が高くなっ
ている。これは、スピン軸の回転に対応して生じている
ものと思われ、見かけの磁化容易軸方向が試料作製の際
の基板磁界方向から９０度回転したことに対応している
ものと考えられる。スピンフロップ的転移を伴うスピン
軸回転は、積層膜磁気異方性エネルギー、反強磁性結合
の強さに影響される外部磁場垂直磁化エネルギーなどの
バランスにより決定されるものである。このような見か
けの磁化容易軸方向の回転は、いわゆるスピンフロップ
的転移による第１の強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層
の磁化スピン軸の回転現象に起因するものと考えられ
る。
【００２３】図３〜図７は、試料作製時の基板磁界と平
行な方向に測定磁界を印加したときの磁気特性とＭＲ特
性を示す図である。図３はＣｕ膜厚２３Å、図４はＣｕ
膜厚２６Å、図５はＣｕ膜厚２８Å、図６はＣｕ膜厚３
０Å、図７はＣｕ膜厚３５Åに対応している。また図３
（ａ）、図４（ｃ）、図５（ｅ）、図６（ｇ）、図７
（ｉ）は、それぞれ磁化ヒステリシス曲線を示してお
り、図３（ｂ）、図４（ｄ）、図５（ｆ）、図６
（ｈ）、図７（ｊ）は、それぞれＭＲ比の磁場依存性を
示している。なお、磁化ヒステリシス曲線の縦軸は任意
単位（ａ．ｕ．）である。
【００２４】図３（ｂ）を参照して、Ｃｕ膜厚が比較的
薄いこの磁性膜では、外部磁場の変化に対して、ＭＲ比
が徐々に上昇し、ＭＲ比が最大値となった後、急減に低
下している。このような現像はスピンフロップ的転移に
対応して説明することができる。
【００２５】図９は、スピンフロップ的転移の際の磁化
の動きを模式的に説明する図である。図９において、
（Ｃｏ）は第２の強磁性薄膜層を示しており、（Ｃｏ／
ＮｉＦｅ）は第１の強磁性薄膜層を示している。（ａ）
に示す状態では、第１及び第２の強磁性薄膜層が飽和磁
化の状態であり、磁化の方向を揃えた状態である。外部
磁化の変化に伴い、（ａ）の状態から（ｂ）の状態とな
り、（ｃ）に示す状態となる。（ｃ）に示す状態では、
磁界印加方向に対し積層膜面内の垂直方向に第１の強磁
性薄膜層と第２の強磁性薄膜層の磁化方向が互いに反平
行状態となる。さらに外部磁界が変化すると、スピンフ
ロップ的転移により、（ｄ）に示すような平行に整列し
た磁化状態となる。このような（ｃ）の状態から（ｄ）
の状態への転移が、一般にスピンフロップ的転移と呼ば
れる転移である。
【００２６】図３（ａ）に示す磁化ヒステリシス曲線で
は、くびれ部分Ａと、このようなくびれ部分Ａの後に見
られる急峻な磁化反転部分Ｂが認められる。このような
くびれ部分Ａは、第１及び第２の強磁性薄膜層の保磁力
の差に基づき生じるものと思われる。また磁化反転部分
Ｂは、上記のようなスピンフロップ的転移に対応するも
のと思われる。図３（ｂ）に示されるＭＲ比の急激な減
少は、このようなスピンフロップ的転移に対応している
ものと考えられる。
【００２７】図４（ｃ）に示す磁化ヒステリシス曲線で
は、ヒステリシス曲線の途中部分において、図３（ａ）
より明確なくびれ部分Ａ、及びその後に見られる急峻な
磁化反転部分Ｂが認められる。このようなくびれ部分Ａ
は、第１及び第２の強磁性薄膜層の磁気的結合が若干弱
いためにより明確に表れるものと思われ、第１及び第２
の強磁性薄膜層の保磁力の差に基づき生じるものと思わ
れる。このようなくびれ部分を有するヒステリシス曲線
を示す積層膜においても、図３（ａ）のヒステリシス曲
線を示す積層膜と同様に、図９に示す（ａ）の状態から
（ｂ）、（ｃ）の状態にそれぞれの強磁性薄膜層の磁化
の向きが回転するものと思われる。またヒステリシス曲
線のくびれ部分は、図９（ｃ）に示す外部磁化と直交し
かつ反平行な配置をとるまでの過程において、生じるも
のと考えられ、低い保磁力の磁性層の磁化ベクトルの回
転に対応し、高い保磁力の磁性層の磁化ベクトルが回転
することに起因すると思われる。その後、スピンフロッ
プ的転移により、高い保磁力を有する磁性層の磁化ベク
トルの磁界方向の整列とともに、低い保磁力の磁性層の
磁化ベクトルも平行に整列し、膜抵抗が急激に低下する
ものと考えられる。
【００２８】図４（ｃ）のくびれ部分Ａの後に見られる
急峻な磁化反転部分Ｂは、スピンフロップ的転移により
生じたものと考えられる。図４（ｄ）は、このようなス
ピンフロップ的転移に伴う高いＭＲ比を示している。
【００２９】図５（ｅ）は、図４に示すヒステリシス曲
線と異なる曲線を示し、また図５（ｆ）も低いＭＲ比を
示している。これは、図２を参照して説明したように、
試料作製時の基板磁界と平行方向に測定磁界を印加して
測定したデータであるからであり、これと垂直な方向、
すなわち試料作製時の基板磁界と垂直な方向で測定した
場合には、図４と同様のヒステリシス曲線及びＭＲ比の
変化が得られる。後に説明する図８は、垂直方向で測定
したときのヒステリシス曲線及びＭＲ比を示している。
従って、このような磁気抵抗効果膜の場合には、基板磁
界と垂直な方向で外部磁界を測定するように設計するこ
とが好ましい。
【００３０】図６はＣｕ膜厚が３０Åである磁気抵抗効
果膜のヒステリシス曲線及びＭＲ比の変化を示してい
る。図６（ｇ）に示すヒステリシス曲線は、図４（ｃ）
に示すヒステリシス曲線と同様にくびれ部分Ａと、その
後の急峻な磁化反転部分Ｂとを有している。
【００３１】図７は、Ｃｕ膜厚が３５Åである磁気抵抗
効果膜のヒステリシス曲線及びＭＲ比の変化を示してい
る。図７（ａ）に示すヒステリシス曲線は、くびれ部分
Ａと、その後の急峻な磁化反転部分Ｂとを有している。
くびれ部分Ａは、図３（ａ）に示すくびれ部分Ａと同様
に、小さなくびれ部分となっており、Ｃｕ膜厚が３５Å
となることにより、再び磁性層間の反強磁性的結合が強
まったものと思われる。図７（ｊ）に示されるように、
ヒステリシス曲線の急峻な磁化反転部分Ｂに対応して、
大きなＭＲ比の変化が認められる。
【００３２】図８は、Ｃｕ膜厚２８Åの磁気抵抗効果膜
のヒステリシス曲線及びＭＲ比の変化を示しており、図
５で説明した磁性膜について測定磁界の印加方向を垂直
方向にして得られたデータである。図８（ａ）に示され
るように、基板磁界と垂直方向に磁場を印加した場合に
は、ヒステリシス曲線がくびれ部分Ａと、その後に続く
急峻な磁化反転部分Ｂとを有している。また、図８
（ｂ）に示されるように、高いＭＲ比を示している。
【００３３】Ｃｕ膜厚を変化させた各磁気抵抗効果膜の
単位磁界あたりの磁気抵抗変化率を測定し、この結果を
表１に示した。なお、測定磁界の印加方向は最も高いＭ
Ｒ比が得られる方向としている。これは、以後示すその
他の試料についても同様である。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１から明らかなように、本実施例の条件
ではＣｕ膜厚２３Å以上において、高い磁気抵抗変化率
が得られている。従って、約２０Å以上の膜厚で高い磁
界感度が得られるようになっていることがわかる。
【００３６】実施例２ 図１０に示すような磁気抵抗効果膜を作製した。図１０
に示すように、ガラス基板１の上に第１の強磁性薄膜層
としてのＮｉＦｅ膜（膜厚６０Å）２、非磁性金属薄膜
としてのＣｕ膜（膜厚ｘÅ）５、及び第２の強磁性薄膜
層としてのＣｏ膜（膜厚５０Å）６を順次形成して積層
した。Ｃｕ膜５の膜厚ｘは、１８から６０Åの範囲で変
化させて各磁気抵抗効果膜を作製した。
【００３７】各試料のＭＲ比及び単位磁界あたりの磁気
抵抗変化率を表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】表２に示されるように、Ｃｕ膜厚が１８Å
の試料２−１では、ＭＲ比及び磁気抵抗変化率がともに
０％であった。これは、第１及び第２の強磁性薄膜層が
互いに強い強磁性結合を示しているためと思われる。Ｃ
ｕ膜厚が２０Å以上になると、高いＭＲ比及び磁気抵抗
変化率が得られている。特にＣｕ膜厚２０〜４０Åの範
囲で高いＭＲ比及び磁気抵抗変化率が得られている。
【００４０】図１１及び図１２は、試料２−２（ｘ＝２
０Å）のヒステリシス曲線及びＭＲ比の磁場依存性を示
す図である。図１１に示されるように、ヒステリシス曲
線にくびれ部分と、その後に続く急峻な磁化反転部分が
存在している。
【００４１】図１３は、試料２−３（ｘ＝２３Å）のヒ
ステリシス曲線及びＭＲ比の磁場依存性を示す図であ
る。図１３に示されるように、この試料においてもヒス
テリシス曲線にくびれ部分と、その後に続く急峻な磁化
反転部分が存在している。また図１４に示されるよう
に、ＭＲ比が低下する際に急減な変化を示している。
【００４２】図１５及び図１６は、試料２−４（ｘ＝２
５Å）のヒステリシス曲線及びＭＲ比の磁場依存性を示
している。図１５に示されるように、このヒステリシス
曲線にもくびれ部分と、その後に続く急峻な磁化反転部
分が存在している。また図１６に示されるように、ＭＲ
比が低下する際に急減な変化を示している。
【００４３】図１７及び図１８は、試料２−５（ｘ＝３
０Å）のヒステリシス曲線及びＭＲ比の磁場依存性を示
している。図１７に示されるように、このヒステリシス
曲線にもくびれ部分と、その後に続く急峻な磁化反転部
分が存在している。図１８に示されるように、ＭＲ比が
低下する際に急減な変化を示している。
【００４４】図１９及び図２０は、試料２−６（ｘ＝４
０Å）のヒステリシス曲線及びＭＲ比の磁場依存性を示
す図である。図１９に示されるように、このヒステリシ
ス曲線にもくびれ部分と、その後に続く急峻な磁化反転
部分が存在している。図２０に示されるように、ＭＲ比
が低下する際に急減な変化を示している。
【００４５】図２１及び図２２は試料２−７（ｘ＝５０
Å）のヒステリシス曲線及びＭＲ比の磁場依存性を示し
ている。図２１に示されるように、このヒステリシス曲
線にもくびれ部分と、その後に続く急峻な磁化反転部分
が存在している。また図２２に示されるように、ＭＲ比
が低下する際に急減な変化を示している。
【００４６】図２３及び図２４は、試料２−８（ｘ＝６
０Å）のヒステリシス曲線及びＭＲ比の磁場依存性を示
している。図２３に示されるように、このヒステリシス
曲線にもくびれ部分と、その後に続く急峻な磁化反転部
分が存在している。また図２４に示されるように、ＭＲ
比が低下する際に比較的急減な変化を示している。
【００４７】図２５、図２６及び図２７は、それぞれ試
料２−３（ｘ＝２３Å）、試料２−５（ｘ＝３０Å）、
及び試料２−６（ｘ＝４０Å）のＸ線回折チャートを示
す図である。これらのＸ線回折チャートから明らかなよ
うに、これらの試料においては、４３．８°付近に回折
ピークを有している。この回折ピークはｆｃｃ構造の
（１１１）面に対応するピークである。従って、これら
各試料の積層膜はｆｃｃ構造を有している。
【００４８】次に、図１０に示すような積層構造で基板
としてガラス基板に代えてシリコン基板を用い、Ｃｕ膜
５の膜厚が３０Åすなわちｘ＝３０Åである磁気抵抗効
果膜を作製した。
【００４９】図２８及び図２９は、このようにして得ら
れた試料２−９（ｘ＝３０Å）のヒステリシス曲線及び
ＭＲ比の磁場依存性を示す図である。図２８に示される
ように、このヒステリシス曲線にもくびれ部分と、その
後に続く急峻な磁化反転部分が存在している。この試料
２−９のＭＲ比は２．７％であり、単位磁場あたりの磁
気抵抗変化率は１．２％／Ｏｅであった。
【００５０】図３０は、試料２−９のＸ線回折チャート
を示している。図３０に示されるように、５０°付近に
回折ピークが存在している。この回折ピークはｆｃｃ構
造の（２００）面に対応している。従って、この試料は
ｆｃｃ（２００）配向の構造を有していることがわか
る。
【００５１】比較例 比較例として、図３１に示すような構造を有する積層膜
を形成した。図３１を参照して、ガラス基板１の上に、
Ｆｅ膜７（膜厚６０Å）、ＮｉＦｅ膜２（膜厚６０
Å）、Ｃｕ膜５（膜厚ｔÅ）、及びＣｏ膜６（膜厚５０
Å）を順次形成し積層した。Ｃｕ膜５の厚みを２２Å
（試料７−１）、３０Å（試料７−２）、及び４０Å
（試料７−３）に変化させた。
【００５２】図３２、図３３、及び図３４は、それぞれ
試料７−１、７−２、及び７−３のＭＲ変化を示す図で
ある。図３２〜３４に示されるように、これらの試料で
は低保磁力層であるＮｉＦｅ膜２が磁化反転するとき
に、比較的急峻なＭＲ変化が認められるが、特に高保磁
力層であるＣｏ膜６の磁化反転は緩やかで、磁界感度は
非常に悪いことがわかる。
【００５３】図３５は、試料７−１のヒステリシス曲線
を示す図である。図３５に示されるように、この試料７
−１では、実施例１及び実施例２の各試料のようにくび
れ部分Ａは認められるが、その後に続く急峻な磁化反転
部分が存在しない。図３５に示すヒステリシス曲線は、
保磁力の違いを利用したスピンバルブ効果利用の磁気抵
抗効果膜と同様の変化を示しており、磁界の強さに応じ
て、平行、反平行、平行に配列する磁化過程に対応して
いるものと考えられる。また、試料７−２及び７−３
も、図３５と同様の曲線を示した。
【００５４】図３６、図３７、及び図３８は、それぞれ
試料７−１、７−２、及び７−３のＸ線回折チャートを
示す図である。これらの図から明らかなように、試料７
−１〜７−３は、何れも明確な回折ピークを示さず、非
晶質の状態である。
【００５５】試料７−１〜７−３の磁界感度（単位磁界
あたりの磁気抵抗変化率）、ＭＲ比、及び結晶性を表３
に示す。なお表３には、比較のため、本発明に従う試料
２−３、２−５及び２−６のデータも併せて示す。
【００５６】
【表３】
【００５７】表３に示されるように、試料７−１〜７−
３は、実施例２の各試料に比べると、磁界感度が小さく
なっている。これは、ヒステリシス曲線のくびれ部分の
後に存在するスピンフロップ的転移と思われる変化が、
試料７−１〜７−３に存在しないからと思われる。また
試料７−１〜７−３は、ｆｃｃ構造を有しておらず非晶
質の状態である。従って、第１の強磁性薄膜層と第２の
強磁性薄膜層の間で磁気的な作用が生じにくいものと思
われる。従って、本発明のようなスピンフロップ的転移
に対応する磁化過程の変化が生じないものと思われる。
なお、試料７−１〜７−３においてｆｃｃ構造が形成さ
れない理由について詳細は明らかではないが、おそら
く、ガラス基板上にＦｅ膜を一旦形成しており、このＦ
ｅ膜の存在により、その上に積層する膜がｆｃｃ構造と
なりにくくなっているものと思われる。
【００５８】実施例３ 図３９に示すような積層構造の磁気抵抗効果膜を作製し
た。図３９を参照して、シリコン基板１０の上に、Ｎｉ
Ｆｅ膜２、Ｃｕ膜５、及びＣｏ膜６を形成した。さらに
この上に、ＮｅＦｅ膜２、Ｃｕ膜５、及びＣｏ膜６の積
層構造を繰り返して形成した。ＮｉＦｅ膜２の膜厚は６
０Å、Ｃｕ膜５の膜厚は３０Å、Ｃｏ膜６の膜厚は５０
Åとした。
【００５９】図４０は、このようにして得られた磁気抵
抗効果膜のヒステリシス曲線を示す図である。図４０に
示されるように、このヒステリシス曲線には、２つのく
びれ部分と、それに続く急峻な磁化反転部分が存在して
いる。
【００６０】図４１は、図３９に示す磁気抵抗効果膜の
ＭＲ比の磁場依存性を示す図である。図４１に示される
ように、ＭＲ比が低下する際に急減なＭＲ変化を示して
いる。
【００６１】図４２は、図３９に示す磁気抵抗効果膜の
Ｘ線回折パターンを示す図である。図４２に示されるよ
うに、４３．８°、５０°に回折ピークが認められる。
これらのピークはｆｃｃ構造の（１１１）面及び（２０
０）面に対応しており、ｆｃｃ（１１１）面及びｆｃｃ
（２００）面の結晶配向が混在しているものと思われ
る。
【００６２】また、この実施例の磁気抵抗効果膜のＭＲ
比は、２．１％であり、単位磁界あたりの磁気抵抗変化
率は０．５７％／Ｏｅであった。従って、本発明の磁気
抵抗効果膜は、非磁性金属薄膜により仕切られる第１の
強磁性薄膜層及び第２の強磁性薄膜層から構成されるサ
ンドイッチ構造膜を複数積層させても、同様に高いＭＲ
比及び磁界感度を得ることができる。
【００６３】実施例４ 図４３に示す積層構造を有する磁気抵抗効果膜を作製し
た。図４３を参照して、ガラス基板１の上に第１の強磁
性薄膜層４としてのＮｉＦｅ膜２及びＣｏ膜３を形成
し、この上に非磁性金属薄膜としてのＣｕ膜５を形成
し、第２の強磁性薄膜層としてのＣｏ膜６を形成した。
ＮｉＦｅ膜２の膜厚は６０Åであり、Ｃｏ膜３の膜厚は
６Åであり、Ｃｕ膜５の膜厚は２６Åであり、Ｃｏ膜６
の膜厚は４０Åである。
【００６４】図４４は、図４３に示す磁気抵抗効果膜の
ヒステリシス曲線を示している。ヒステリシス曲線にく
びれ部分と、それに続く急峻な磁化反転部分が存在して
いることがわかる。
【００６５】図４５は、図４３に示す磁気抵抗効果膜の
ＭＲ比の磁場依存性を示す図である。ＭＲ比が低下する
際に急激なＭＲ変化を示すことがわかる。この実施例の
磁気抵抗効果膜のＭＲ比は、４．２％であり、単位磁界
あたりの磁気抵抗変化率は１．０％／Ｏｅであった。
【００６６】実施例５ 図４６に示すような積層構造を有する磁気抵抗効果膜を
作製した。この積層膜においては、Ｃｕ膜５が膜厚が３
０Åであること以外は、実施例４と同様の積層膜であ
る。図４７は、図４６に示す磁気抵抗効果膜のヒステリ
シス曲線を示す図である。ヒステリシス曲線にくびれ部
分と、それに続く急峻な磁化反転部分が存在している。
【００６７】図４８は、図４６に示す磁気抵抗効果膜の
ＭＲ比の磁場依存性を示す図である。この実施例の磁気
抵抗効果膜のＭＲ比は４．２％であり、単位磁界あたり
の磁気抵抗変化率は１．７５％／Ｏｅであった。
【００６８】実施例６ 次に、第１の強磁性薄膜層中のＮｉＦｅ膜の膜厚を変化
させて、ＭＲ比及び磁界感度に与える影響を検討した。
図４９に示すような積層構造を有する磁気抵抗効果膜を
作製した。Ｃｏ膜３の膜厚は６Åであり、Ｃｕ膜５の膜
厚の４０Åであり、Ｃｏ膜６の膜厚は４０Åであった。
ＮｉＦｅ膜２の膜厚を、２０、３０、４０、５０、６
０、８０、１００、及び１２０Åに変化させて、ＮｉＦ
ｅ膜の膜厚の異なる試料を作製した。
【００６９】図５０は、このようにして作製したＮｉＦ
ｅ膜の膜厚と、ＭＲ比及び単位磁界あたりの磁気抵抗変
化率との関係を示す図である。図５０に示されるよう
に、ＭＲ比は、ＮｉＦｅ膜の膜厚が３０Å以下であると
低い値となっている。またＮｉＦｅ膜の膜厚が１００Å
以上になると、磁界感度が低下している。従って、Ｎｉ
Ｆｅ膜の膜厚としては、４０〜８０Å程度が好ましいこ
とがわかる。
【００７０】以上、本発明に従う磁気抵抗効果膜におい
ては、ＭＲ比が低下する際にＭＲ比の急減な変化が認め
られる。また、本発明に従う磁気抵抗効果膜において多
くの場合磁化ヒステリシス曲線に特有のくびれ部分と、
それに続く急峻な磁化反転部分が存在する。また急減な
ＭＲ比の変化は、このようなヒステリシス曲線における
くびれ部分の後に示される。本発明者らは、このような
ＭＲ比の急減な変化は、反強磁性的な磁気結合作用を示
す第１の強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層のスピンフ
ロップ的転移に基づくものであると推測している。従っ
て、特許請求の範囲に記載されたスピンフロップ的転移
は、上記のようなＭＲ比の変化及び磁化ヒステリシス曲
線を示すことによって特定される現象であることをここ
で明らかにしておく。
【００７１】
【発明の効果】本発明に従う磁気抵抗効果膜は、高い磁
気抵抗変化すなわち高いＭＲ比を示し、単位磁界あたり
の磁気抵抗変化率も、従来にない高い値を示すものであ
る。従って、高い磁界感度を示すものであり、ＭＲヘッ
ドやＭＲセンサ等の磁気抵抗効果素子に用いられる磁気
抵抗効果膜として有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う実施例１の磁気抵抗効果膜の積層
構造を示す模式的断面図。
【図２】図１に示す実施例の積層膜構造においてＣｕ膜
の膜厚とＭＲ比との関係を示す図。
【図３】実施例１における試料１−２の磁化ヒステリシ
ス曲線（ａ）及びＭＲ比の磁場依存性（ｂ）を示す図。
【図４】実施例１における試料１−４の磁化ヒステリシ
ス曲線（ａ）及びＭＲ比の磁場依存性（ｂ）を示す図。
【図５】実施例１における試料１−５の磁化ヒステリシ
ス曲線（ａ）及びＭＲ比の磁場依存性（ｂ）を示す図。
【図６】実施例１における試料１−６の磁化ヒステリシ
ス曲線（ａ）及びＭＲ比の磁場依存性（ｂ）を示す図。
【図７】実施例１における試料１−９の磁化ヒステリシ
ス曲線（ａ）及びＭＲ比の磁場依存性（ｂ）を示す図。
【図８】測定磁場の磁化方向を、試料作製時の磁場方向
と垂直にして測定した実施例１の試料１−５のヒステリ
シス曲線（ａ）及びＭＲ比の磁場依存性（ｂ）を示す
図。
【図９】スピンフロップ的転移を説明するための模式
図。
【図１０】本発明に従う実施例２の積層膜の構造を示す
模式的断面図。
【図１１】実施例２における試料２−２の磁化ヒステリ
シス曲線を示す図。
【図１２】実施例２における試料２−２のＭＲ比の磁場
依存性を示す図。
【図１３】実施例２における試料２−３の磁化ヒステリ
シス曲線を示す図。
【図１４】実施例２における試料２−３のＭＲ比の磁場
依存性を示す図。
【図１５】実施例２における試料２−４の磁化ヒステリ
シス曲線を示す図。
【図１６】実施例２における試料２−４のＭＲ比の磁場
依存性を示す図。
【図１７】実施例２における試料２−５の磁化ヒステリ
シス曲線を示す図。
【図１８】実施例２における試料２−５のＭＲ比の磁場
依存性を示す図。
【図１９】実施例２における試料２−６の磁化ヒステリ
シス曲線を示す図。
【図２０】実施例２における試料２−６のＭＲ比の磁場
依存性を示す図。
【図２１】実施例２における試料２−７の磁化ヒステリ
シス曲線を示す図。
【図２２】実施例２における試料２−７のＭＲ比の磁場
依存性を示す図。
【図２３】実施例２における試料２−８の磁化ヒステリ
シス曲線を示す図。
【図２４】実施例２における試料２−８のＭＲ比の磁場
依存性を示す図。
【図２５】実施例２の試料２−３のＸ線回折チャートを
示す図。
【図２６】実施例２の試料２−５のＸ線回折チャートを
示す図。
【図２７】実施例２の試料２−６のＸ線回折チャートを
示す図。
【図２８】実施例２における試料２−９の磁化ヒステリ
シス曲線を示す図。
【図２９】実施例２における試料２−９のＭＲ比の磁場
依存性を示す図。
【図３０】実施例２の試料２−９のＸ線回折チャートを
示す図。
【図３１】比較例の積層膜の膜構造を示す模式的断面
図。
【図３２】比較例の試料７−１のＭＲ比の磁場依存性を
示す図。
【図３３】比較例の試料７−２のＭＲ比の磁場依存性を
示す図。
【図３４】比較例の試料７−３のＭＲ比の磁場依存性を
示す図。
【図３５】比較例の試料７−１の磁化ヒステリシス曲線
を示す図。
【図３６】比較例の試料７−１のＸ線回折チャートを示
す図。
【図３７】比較例の試料７−２のＸ線回折チャートを示
す図。
【図３８】比較例の試料７−３のＸ線回折チャートを示
す図。
【図３９】本発明に従う実施例３の積層膜の膜構造を示
す模式的断面図。
【図４０】実施例３の磁化ヒステリシス曲線を示す図。
【図４１】実施例３のＭＲ比の磁場依存性を示す図。
【図４２】実施例３のＸ線回折チャートを示す図。
【図４３】本発明に従う実施例４の積層膜の膜構造を示
す模式的断面図。
【図４４】実施例４の磁化ヒステリシス曲線を示す図。
【図４５】実施例４のＭＲ比の磁場依存性を示す図。
【図４６】本発明に従う実施例５の積層膜の膜構造を示
す模式的断面図。
【図４７】実施例５の磁化ヒステリシス曲線を示す図。
【図４８】実施例５のＭＲ比の磁場依存性を示す図。
【図４９】本発明に従う実施例６の積層膜の膜構造を示
す模式的断面図。
【図５０】実施例６においてＮｉＦｅ膜厚とＭＲ比及び
単位磁界あたりの磁気抵抗変化率との関係を示す図。
【符号の説明】
１…ガラス基板 ２…ＮｉＦｅ膜 ３…Ｃｏ膜 ４…第１の強磁性薄膜層 ５…Ｃｕ膜（非磁性金属薄膜） ６…Ｃｏ膜（第２の強磁性薄膜層） ７…Ｆｅ膜 １０…シリコン基板

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基体上に設けられる第１の強磁性薄膜層
    と、 前記第１の強磁性薄膜層上に設けられる非磁性金属薄膜
    と、 前記非磁性金属薄膜上に設けられ前記第１の強磁性薄膜
    層と異なる保磁力を有する第２の強磁性薄膜層とを備
    え、 前記第１の強磁性薄膜層と第２の強磁性薄膜層の磁化が
    外部磁界の変化によりスピンフロップ的転移を伴い変化
    する磁気抵抗効果膜。
  2. 【請求項２】 基体上に設けられる第１の強磁性薄膜層
    と、 前記第１の強磁性薄膜層上に設けられる非磁性金属薄膜
    と、 前記非磁性金属薄膜上に設けられ前記第１の強磁性薄膜
    層と異なる保磁力を有する第２の強磁性薄膜層とを備
    え、 Ｘ線回折パターンにおいて面心立方構造の回折ピークを
    示す磁気抵抗効果膜。
  3. 【請求項３】 前記非磁性金属薄膜の膜厚が約２０Å以
    上である請求項１または２に記載の磁気抵抗効果膜。
  4. 【請求項４】 前記基体上に面心立方構造を有する第１
    の強磁性薄膜層が直接形成されている請求項１〜３の何
    れか１項の記載の磁気抵抗効果膜。
  5. 【請求項５】 前記第１の強磁性薄膜層及び第２の強磁
    性薄膜層のうちの少なくとも一方がニッケル鉄合金から
    形成されている請求項１〜４の何れか１項に記載の磁気
    抵抗効果膜。
  6. 【請求項６】 前記非磁性金属薄膜が銅から形成され、
    前記第１の強磁性薄膜層及び第２の強磁性薄膜層と前記
    非磁性金属薄膜とが接する境界面の層として少なくとも
    一方にコバルト層が設けられている請求項１〜５の何れ
    か１項に記載の磁気抵抗効果膜。
  7. 【請求項７】 前記非磁性金属薄膜により仕切られる第
    １の強磁性薄膜層及び第２の強磁性薄膜層から構成され
    るサンドイッチ構造膜を１単位とし、このサンドイッチ
    構造膜が複数積層されている請求項１〜６の何れか１項
    に記載の磁気抵抗効果膜。
  8. 【請求項８】 前記基体上に第１の強磁性薄膜層として
    面心立方構造を有するニッケル鉄合金膜が形成され、そ
    の膜厚が４０Å〜１００Åである請求項１〜７の何れか
    １項に記載の磁気抵抗効果膜。
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