JPH0870149A - 磁気抵抗素子 - Google Patents
磁気抵抗素子Info
- Publication number
- JPH0870149A JPH0870149A JP6205394A JP20539494A JPH0870149A JP H0870149 A JPH0870149 A JP H0870149A JP 6205394 A JP6205394 A JP 6205394A JP 20539494 A JP20539494 A JP 20539494A JP H0870149 A JPH0870149 A JP H0870149A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- ferromagnetic thin
- film
- magnetic field
- ferromagnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Abstract
(57)【要約】
【目的】 室温における抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が１０
％以上であって弱磁場における感度が良好で、安定して
使用可能な室温での磁場範囲を有効磁場範囲の２倍以上
とする。またその動作点を偏倚させる必要がなく、構造
が簡単で小型化し得る。 【構成】 第１強磁性薄膜１１と第２強磁性薄膜１２と
を薄い絶縁層を含む非磁性膜１３を挟んで接合し、これ
により生じる強磁性トンネル接合を利用した磁気抵抗素
子１０に関し、薄膜１１の磁化容易軸方向の保磁力が薄
膜１２の磁化容易軸方向の保磁力より大きく、薄膜１１
がＦｅもしくはＦｅとＣｏを主成分とし、薄膜１２がＦ
ｅを主成分とし、かつ絶縁層を含む非磁性膜１３が非磁
性金属膜を酸化させた酸化層を含むことを特徴とする。
％以上であって弱磁場における感度が良好で、安定して
使用可能な室温での磁場範囲を有効磁場範囲の２倍以上
とする。またその動作点を偏倚させる必要がなく、構造
が簡単で小型化し得る。 【構成】 第１強磁性薄膜１１と第２強磁性薄膜１２と
を薄い絶縁層を含む非磁性膜１３を挟んで接合し、これ
により生じる強磁性トンネル接合を利用した磁気抵抗素
子１０に関し、薄膜１１の磁化容易軸方向の保磁力が薄
膜１２の磁化容易軸方向の保磁力より大きく、薄膜１１
がＦｅもしくはＦｅとＣｏを主成分とし、薄膜１２がＦ
ｅを主成分とし、かつ絶縁層を含む非磁性膜１３が非磁
性金属膜を酸化させた酸化層を含むことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気エンコーダ、磁気ヘ
ッド、磁気バブル検出器等の感磁部に適した磁気抵抗素
子に関する。更に詳しくは強磁性トンネル接合による磁
気抵抗効果を利用して磁気信号を検出する磁気抵抗素子
に関するものである。
ッド、磁気バブル検出器等の感磁部に適した磁気抵抗素
子に関する。更に詳しくは強磁性トンネル接合による磁
気抵抗効果を利用して磁気信号を検出する磁気抵抗素子
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６に示すように、磁気抵抗素子として
実用的に用いられている素子の感磁部１は、単層の磁気
抵抗効果を有する強磁性薄膜を一定幅のストライプ状に
加工した後、その長手方向（ｙ方向）の両端に電極２，
３を形成して作られる。これらの電極２，３に一定の電
流を流し、感磁部１の幅方向（ｘ方向）に検出すべき磁
場を与えたときの電極２，３間の電圧に基づいて算出さ
れた抵抗値から磁場が検出される。図７に示すように、
従来の磁気抵抗素子は電流の流れる方向に直交する磁場
の大きさによって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が最大２〜６
％変化する特性を有する。
実用的に用いられている素子の感磁部１は、単層の磁気
抵抗効果を有する強磁性薄膜を一定幅のストライプ状に
加工した後、その長手方向（ｙ方向）の両端に電極２，
３を形成して作られる。これらの電極２，３に一定の電
流を流し、感磁部１の幅方向（ｘ方向）に検出すべき磁
場を与えたときの電極２，３間の電圧に基づいて算出さ
れた抵抗値から磁場が検出される。図７に示すように、
従来の磁気抵抗素子は電流の流れる方向に直交する磁場
の大きさによって抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）が最大２〜６
％変化する特性を有する。
【０００３】一方、２つの強磁性薄膜を薄い絶縁層を挟
んで接合した素子において、強磁性薄膜間に一定のトン
ネル電流を流し、この状態で強磁性薄膜の膜面に平行に
異なる磁場を与えたときの抵抗の変化により、この素子
に新しい磁気抵抗効果があることが報告されている（S.
Maekawa and U.Gafvert, IEEE Trans. Magn. MAG-18(19
82) 707）。本発明者らは、上記２つの強磁性薄膜を薄
い絶縁層を含む非磁性膜を挟んで接合し、これにより生
じる強磁性トンネル接合を利用し、２つの強磁性薄膜は
それぞれの磁化容易軸が互いに直交するように配置して
設けられ、一方の強磁性薄膜の磁化容易軸方向の保磁力
がもう一方の強磁性薄膜の磁化容易軸方向の保磁力より
２倍以上大きい磁気抵抗素子を発明し、特許出願した
（特願平３−１８６８０７）。この強磁性トンネル接合
を利用した磁気抵抗素子は室温において抵抗変化率（Δ
Ｒ／Ｒ）が２％以上であって弱磁場における感度が良好
で、安定して使用可能な磁場範囲を有効磁場範囲の２倍
以上にすることができる特長を有する。
んで接合した素子において、強磁性薄膜間に一定のトン
ネル電流を流し、この状態で強磁性薄膜の膜面に平行に
異なる磁場を与えたときの抵抗の変化により、この素子
に新しい磁気抵抗効果があることが報告されている（S.
Maekawa and U.Gafvert, IEEE Trans. Magn. MAG-18(19
82) 707）。本発明者らは、上記２つの強磁性薄膜を薄
い絶縁層を含む非磁性膜を挟んで接合し、これにより生
じる強磁性トンネル接合を利用し、２つの強磁性薄膜は
それぞれの磁化容易軸が互いに直交するように配置して
設けられ、一方の強磁性薄膜の磁化容易軸方向の保磁力
がもう一方の強磁性薄膜の磁化容易軸方向の保磁力より
２倍以上大きい磁気抵抗素子を発明し、特許出願した
（特願平３−１８６８０７）。この強磁性トンネル接合
を利用した磁気抵抗素子は室温において抵抗変化率（Δ
Ｒ／Ｒ）が２％以上であって弱磁場における感度が良好
で、安定して使用可能な磁場範囲を有効磁場範囲の２倍
以上にすることができる特長を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の磁気抵抗素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は室温で高々
６％であり、強磁性トンネル接合によるものは室温で高
々３％程度であった。このため、従来の磁気抵抗素子は
磁気を検出するに十分な信号出力を得ることが困難で、
温度変化による抵抗変化を取り除くために差動出力構造
にしなければならず、複雑な構造となる不具合があっ
た。また図６に示した強磁性磁気抵抗素子は、図７の磁
気抵抗曲線Ａに示すように弱磁場範囲Ｂにおける抵抗変
化率の変化が小さく感度が良くない不具合があった。ま
た曲線Ａがゼロ磁場を中心にしてほぼ左右対称であっ
て、磁場方向に対する極性がないため、従来の磁気抵抗
素子はその動作点をゼロ磁場ではなく、図の矢印Ｃに示
す付近に偏倚させて用いられる。この動作点を偏倚させ
るために従来より磁性膜の近くにバイアス用の磁石を設
けているが、この方法ではバイアス用磁石の分だけスペ
ースを要し、構造が複雑化し小型化できないとともにコ
スト高になる問題点があった。
の磁気抵抗素子の抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は室温で高々
６％であり、強磁性トンネル接合によるものは室温で高
々３％程度であった。このため、従来の磁気抵抗素子は
磁気を検出するに十分な信号出力を得ることが困難で、
温度変化による抵抗変化を取り除くために差動出力構造
にしなければならず、複雑な構造となる不具合があっ
た。また図６に示した強磁性磁気抵抗素子は、図７の磁
気抵抗曲線Ａに示すように弱磁場範囲Ｂにおける抵抗変
化率の変化が小さく感度が良くない不具合があった。ま
た曲線Ａがゼロ磁場を中心にしてほぼ左右対称であっ
て、磁場方向に対する極性がないため、従来の磁気抵抗
素子はその動作点をゼロ磁場ではなく、図の矢印Ｃに示
す付近に偏倚させて用いられる。この動作点を偏倚させ
るために従来より磁性膜の近くにバイアス用の磁石を設
けているが、この方法ではバイアス用磁石の分だけスペ
ースを要し、構造が複雑化し小型化できないとともにコ
スト高になる問題点があった。
【０００５】本発明の目的は、室温における抵抗変化率
（ΔＲ／Ｒ）が１０％以上であって、弱磁場における感
度が良好である強磁性トンネル接合を利用した磁気抵抗
素子を提供することにある。また本発明の別の目的は、
その動作点を偏倚させる必要がなく、構造が簡単で小型
化し得る磁気抵抗素子を提供することにある。
（ΔＲ／Ｒ）が１０％以上であって、弱磁場における感
度が良好である強磁性トンネル接合を利用した磁気抵抗
素子を提供することにある。また本発明の別の目的は、
その動作点を偏倚させる必要がなく、構造が簡単で小型
化し得る磁気抵抗素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、強磁性体
金属において伝導電子がスピン偏極を起こしているた
め、フェルミ面における上向きスピンと下向きスピンの
電子状態が異なっており、このような強磁性体金属を用
いて、強磁性体と絶縁体と強磁性体からなる強磁性トン
ネル接合を作ると、伝導電子はそのスピンを保ったまま
トンネルするため、両磁性層の磁化状態によってトンネ
ル確率が変化し、それがトンネル抵抗の変化となって現
れると考え、この点に着目して本発明に到達した。
金属において伝導電子がスピン偏極を起こしているた
め、フェルミ面における上向きスピンと下向きスピンの
電子状態が異なっており、このような強磁性体金属を用
いて、強磁性体と絶縁体と強磁性体からなる強磁性トン
ネル接合を作ると、伝導電子はそのスピンを保ったまま
トンネルするため、両磁性層の磁化状態によってトンネ
ル確率が変化し、それがトンネル抵抗の変化となって現
れると考え、この点に着目して本発明に到達した。
【０００７】即ち、図１に示すように、本発明は第１強
磁性薄膜１１と第２強磁性薄膜１２とを薄い絶縁層を含
む非磁性膜１３を挟んで接合し、これにより生じる強磁
性トンネル接合を利用した磁気抵抗素子１０の改良であ
る。その特徴ある構成は、第１強磁性薄膜１１の磁化容
易軸方向の保磁力が第２強磁性薄膜１２の磁化容易軸方
向の保磁力より大きく、第１強磁性薄膜１１がＦｅもし
くはＦｅとＣｏを主成分とし、第２強磁性薄膜１２がＦ
ｅを主成分とし、かつ絶縁層を含む非磁性膜１３が非磁
性金属膜を酸化させた酸化層を含むことにある。
磁性薄膜１１と第２強磁性薄膜１２とを薄い絶縁層を含
む非磁性膜１３を挟んで接合し、これにより生じる強磁
性トンネル接合を利用した磁気抵抗素子１０の改良であ
る。その特徴ある構成は、第１強磁性薄膜１１の磁化容
易軸方向の保磁力が第２強磁性薄膜１２の磁化容易軸方
向の保磁力より大きく、第１強磁性薄膜１１がＦｅもし
くはＦｅとＣｏを主成分とし、第２強磁性薄膜１２がＦ
ｅを主成分とし、かつ絶縁層を含む非磁性膜１３が非磁
性金属膜を酸化させた酸化層を含むことにある。
【０００８】以下、本発明を詳述する。図１及び図２に
示すように、基板１６上で薄い絶縁層を含む非磁性膜１
３を挟んで強磁性トンネル接合した強磁性薄膜１１及び
１２に電極１４及び１５をそれぞれ設け、両電極１４，
１５間に電流を流すと、両電極１４，１５間に流れるト
ンネル電流は２つの強磁性薄膜１１，１２の磁化の向き
の相互関係によって異なり、磁化の向きが変わると抵抗
値が変化する磁気抵抗効果が現れる。即ち、図２の実線
矢印で示すように強磁性薄膜１１，１２の磁化の向きＭ
1，Ｍ2が直交するときの抵抗値をＲ0とすると、強磁性
薄膜１１，１２の磁化の向きがそれぞれ同一方向である
とき（Ｍ2を破線矢印で示す）には抵抗値は［Ｒ0−ΔＲ
／２］となり、強磁性薄膜１１，１２の磁化の向きが互
いに反対方向であるとき（Ｍ2を一点鎖線矢印で示す）
には抵抗値は［Ｒ0＋ΔＲ／２］となる。
示すように、基板１６上で薄い絶縁層を含む非磁性膜１
３を挟んで強磁性トンネル接合した強磁性薄膜１１及び
１２に電極１４及び１５をそれぞれ設け、両電極１４，
１５間に電流を流すと、両電極１４，１５間に流れるト
ンネル電流は２つの強磁性薄膜１１，１２の磁化の向き
の相互関係によって異なり、磁化の向きが変わると抵抗
値が変化する磁気抵抗効果が現れる。即ち、図２の実線
矢印で示すように強磁性薄膜１１，１２の磁化の向きＭ
1，Ｍ2が直交するときの抵抗値をＲ0とすると、強磁性
薄膜１１，１２の磁化の向きがそれぞれ同一方向である
とき（Ｍ2を破線矢印で示す）には抵抗値は［Ｒ0−ΔＲ
／２］となり、強磁性薄膜１１，１２の磁化の向きが互
いに反対方向であるとき（Ｍ2を一点鎖線矢印で示す）
には抵抗値は［Ｒ0＋ΔＲ／２］となる。
【０００９】本発明の第一の特徴ある構成は、この強磁
性トンネル接合による磁気抵抗効果現象を有効に利用す
るために、２つの強磁性薄膜１１，１２の磁化容易軸方
向の保磁力に差を設けた点にある。上述のように２つの
強磁性薄膜１１，１２の磁化の向きが外部磁場を与えな
い状態で直交していれば、両薄膜間の抵抗値はＲ0とな
るが、外部磁場の方向を保磁力の大きな強磁性薄膜１１
の磁化の向きＭ1にとり、磁場を大きくしていくと、保
磁力の小さな強磁性薄膜１２の磁化の向きＭ２は徐々に
外部磁場の方向に向い、最終的には図２の破線矢印に示
すように外部磁場方向と一致する。また外部磁場の方向
を磁化の向きＭ１と反対にとり、磁場を大きくしていく
と、保磁力の小さな強磁性薄膜１２の磁化の向きＭ2は
同様に図２の一点鎖線矢印に示すように外部磁場方向と
一致する。しかし、外部磁場の方向が保磁力の大きな強
磁性薄膜１１の磁化の向きＭ1とは逆でしかもその保磁
力より大きいときには、強磁性薄膜１１の磁化の向きＭ
1が反転し、抵抗値は［Ｒ0＋ΔＲ／２］から［Ｒ0−Δ
Ｒ／２］になってしまい、極性の検知ができなくなる。
性トンネル接合による磁気抵抗効果現象を有効に利用す
るために、２つの強磁性薄膜１１，１２の磁化容易軸方
向の保磁力に差を設けた点にある。上述のように２つの
強磁性薄膜１１，１２の磁化の向きが外部磁場を与えな
い状態で直交していれば、両薄膜間の抵抗値はＲ0とな
るが、外部磁場の方向を保磁力の大きな強磁性薄膜１１
の磁化の向きＭ1にとり、磁場を大きくしていくと、保
磁力の小さな強磁性薄膜１２の磁化の向きＭ２は徐々に
外部磁場の方向に向い、最終的には図２の破線矢印に示
すように外部磁場方向と一致する。また外部磁場の方向
を磁化の向きＭ１と反対にとり、磁場を大きくしていく
と、保磁力の小さな強磁性薄膜１２の磁化の向きＭ2は
同様に図２の一点鎖線矢印に示すように外部磁場方向と
一致する。しかし、外部磁場の方向が保磁力の大きな強
磁性薄膜１１の磁化の向きＭ1とは逆でしかもその保磁
力より大きいときには、強磁性薄膜１１の磁化の向きＭ
1が反転し、抵抗値は［Ｒ0＋ΔＲ／２］から［Ｒ0−Δ
Ｒ／２］になってしまい、極性の検知ができなくなる。
【００１０】このため、強磁性薄膜１１及び１２の磁化
容易軸方向の保磁力を２倍以上異ならせることが好まし
い。これにより、図４に示すように可逆的に特性が変化
して磁気抵抗素子として安定な磁場範囲Ｄを有効磁場範
囲Ｅの２倍以上広く確保することができる。ここで磁気
抵抗素子として安定な磁場範囲Ｄとは、保磁力の小さな
強磁性薄膜１２の磁化の向きが変わり、かつ保磁力の大
きな強磁性薄膜１１の磁化の向きの変わらない外部磁場
の範囲をいい、有効磁場範囲Ｅとは磁場により抵抗変化
率が変化する範囲をいう。
容易軸方向の保磁力を２倍以上異ならせることが好まし
い。これにより、図４に示すように可逆的に特性が変化
して磁気抵抗素子として安定な磁場範囲Ｄを有効磁場範
囲Ｅの２倍以上広く確保することができる。ここで磁気
抵抗素子として安定な磁場範囲Ｄとは、保磁力の小さな
強磁性薄膜１２の磁化の向きが変わり、かつ保磁力の大
きな強磁性薄膜１１の磁化の向きの変わらない外部磁場
の範囲をいい、有効磁場範囲Ｅとは磁場により抵抗変化
率が変化する範囲をいう。
【００１１】本発明の第二の特徴ある構成は、磁化容易
軸方向の保磁力の大きい第１強磁性薄膜１１がＦｅもし
くはＦｅとＣｏを主成分とし、磁化容易軸方向の保磁力
の小さい第２強磁性薄膜１２がＦｅを主成分とすること
にある。双方の強磁性薄膜の主成分をＦｅとする場合に
は、第１強磁性薄膜１１の形成時の基板温度より第２強
磁性薄膜１２の形成時の基板温度を高くして双方の強磁
性薄膜１１，１２をそれぞれ形成することが好ましい。
これにより２つの強磁性薄膜が同じＦｅ単層膜であって
も２つの保磁力に差を設けることができる。第１強磁性
薄膜の磁化容易軸方向の保磁力を大きくする成分上の別
の手段として、第２強磁性薄膜１２の主成分をＦｅのみ
にし、第１強磁性薄膜の主成分をＦｅとＣｏにする方法
がある。Ｃｏ成分が多くなると磁化異方性が出易く保磁
力が大きくなる性質を利用したものである。この方法と
前述した強磁性薄膜形成時の基板温度を第２強磁性薄膜
の方を高くする方法とを組合せてもよい。ここで主成分
の割合は、第１強磁性薄膜の場合ＦｅとＣｏの合計が８
０ａｔ％以上であって、第２強磁性薄膜の場合Ｆｅが８
０ａｔ％以上であることが好ましい。
軸方向の保磁力の大きい第１強磁性薄膜１１がＦｅもし
くはＦｅとＣｏを主成分とし、磁化容易軸方向の保磁力
の小さい第２強磁性薄膜１２がＦｅを主成分とすること
にある。双方の強磁性薄膜の主成分をＦｅとする場合に
は、第１強磁性薄膜１１の形成時の基板温度より第２強
磁性薄膜１２の形成時の基板温度を高くして双方の強磁
性薄膜１１，１２をそれぞれ形成することが好ましい。
これにより２つの強磁性薄膜が同じＦｅ単層膜であって
も２つの保磁力に差を設けることができる。第１強磁性
薄膜の磁化容易軸方向の保磁力を大きくする成分上の別
の手段として、第２強磁性薄膜１２の主成分をＦｅのみ
にし、第１強磁性薄膜の主成分をＦｅとＣｏにする方法
がある。Ｃｏ成分が多くなると磁化異方性が出易く保磁
力が大きくなる性質を利用したものである。この方法と
前述した強磁性薄膜形成時の基板温度を第２強磁性薄膜
の方を高くする方法とを組合せてもよい。ここで主成分
の割合は、第１強磁性薄膜の場合ＦｅとＣｏの合計が８
０ａｔ％以上であって、第２強磁性薄膜の場合Ｆｅが８
０ａｔ％以上であることが好ましい。
【００１２】本発明の第三の特徴ある構成は、強磁性薄
膜１１及び１２に挟まれる絶縁層を含む非磁性膜１３が
非磁性金属膜を酸化させた酸化層を含むことにある。こ
の非磁性膜１３層は数１０オングストローム程度の均一
な層である。絶縁層としてはＡｌ2Ｏ3層、ＮｉＯ層等が
挙げられる。Ａｌ2Ｏ3層が絶縁性が高く緻密であるため
好ましい。強磁性薄膜１１及び１２に挟まれる膜は電子
がスピンを保持してトンネルするために非磁性でなけれ
ばならない。非磁性膜の全部が絶縁層であっても、その
一部が絶縁層であってもよい。一部を絶縁層にしてその
厚みを極小にすることにより、磁気抵抗効果を更に高め
ることができる。非磁性金属膜を酸化させた酸化層にす
る例としては、Ａｌ膜の一部を空気中で酸化させてＡｌ
2Ｏ3層を形成する例が挙げられる。
膜１１及び１２に挟まれる絶縁層を含む非磁性膜１３が
非磁性金属膜を酸化させた酸化層を含むことにある。こ
の非磁性膜１３層は数１０オングストローム程度の均一
な層である。絶縁層としてはＡｌ2Ｏ3層、ＮｉＯ層等が
挙げられる。Ａｌ2Ｏ3層が絶縁性が高く緻密であるため
好ましい。強磁性薄膜１１及び１２に挟まれる膜は電子
がスピンを保持してトンネルするために非磁性でなけれ
ばならない。非磁性膜の全部が絶縁層であっても、その
一部が絶縁層であってもよい。一部を絶縁層にしてその
厚みを極小にすることにより、磁気抵抗効果を更に高め
ることができる。非磁性金属膜を酸化させた酸化層にす
る例としては、Ａｌ膜の一部を空気中で酸化させてＡｌ
2Ｏ3層を形成する例が挙げられる。
【００１３】本発明の２つの強磁性薄膜１１，１２の磁
化容易軸Ｍ1，Ｍ2は必ずしも互いに直交させなくてもよ
いが、直交させる場合には次の方法による。即ち、図１
に示すように強磁性薄膜１１，１２をイオンビーム蒸着
法、真空蒸着法、スパッタリング法等により形成すると
きに、エッチングにより、或いは基板にマスクをかぶせ
ることにより、ストライプ状にかつこれらの長手方向が
互いに直交するように磁場中でそれぞれ形成し、着膜時
の磁場の方向を薄膜の長手方向にする。この方法で作ら
れた強磁性薄膜１１，１２は各磁化方向が安定な状態と
なり、これにより図３の磁気抵抗曲線に示されるヒステ
リシス現象を小さくすることができる。特に第２強磁性
薄膜の成膜時にＮｉを添加すると、図３の磁気抵抗曲線
に示されるヒステリシス現象をより一層小さくすること
ができる。
化容易軸Ｍ1，Ｍ2は必ずしも互いに直交させなくてもよ
いが、直交させる場合には次の方法による。即ち、図１
に示すように強磁性薄膜１１，１２をイオンビーム蒸着
法、真空蒸着法、スパッタリング法等により形成すると
きに、エッチングにより、或いは基板にマスクをかぶせ
ることにより、ストライプ状にかつこれらの長手方向が
互いに直交するように磁場中でそれぞれ形成し、着膜時
の磁場の方向を薄膜の長手方向にする。この方法で作ら
れた強磁性薄膜１１，１２は各磁化方向が安定な状態と
なり、これにより図３の磁気抵抗曲線に示されるヒステ
リシス現象を小さくすることができる。特に第２強磁性
薄膜の成膜時にＮｉを添加すると、図３の磁気抵抗曲線
に示されるヒステリシス現象をより一層小さくすること
ができる。
【００１４】薄膜１１及び１２を作る順序としては、図
１に示すように、先ずガラス等の基板１６上に第２強磁
性薄膜１２を形成し、第２強磁性薄膜１２の中央部に薄
い絶縁層を含む非磁性膜１３を着膜し、この非磁性膜１
３上に第１強磁性薄膜１１を形成する。或いは第１強磁
性薄膜１１を先に形成し、次いで非磁性膜１３を形成
し、最後に第２強磁性薄膜１２を形成してもよい。特に
第２強磁性薄膜１２の上にスパッタリング法によりＡｌ
膜を形成した後、このＡｌ膜を酸化させてその表面にＡ
ｌ2Ｏ3層を形成することにより上記非磁性膜１３を作る
と、非磁性膜１３を均一で緻密にすることができる。
１に示すように、先ずガラス等の基板１６上に第２強磁
性薄膜１２を形成し、第２強磁性薄膜１２の中央部に薄
い絶縁層を含む非磁性膜１３を着膜し、この非磁性膜１
３上に第１強磁性薄膜１１を形成する。或いは第１強磁
性薄膜１１を先に形成し、次いで非磁性膜１３を形成
し、最後に第２強磁性薄膜１２を形成してもよい。特に
第２強磁性薄膜１２の上にスパッタリング法によりＡｌ
膜を形成した後、このＡｌ膜を酸化させてその表面にＡ
ｌ2Ｏ3層を形成することにより上記非磁性膜１３を作る
と、非磁性膜１３を均一で緻密にすることができる。
【００１５】また、２つの強磁性薄膜１１，１２間に生
じる磁気抵抗効果のみを有効に検出するために、第１強
磁性薄膜１１の一端と第２強磁性薄膜１２の一端に両薄
膜に一定電流を流すための第１電極１４，１５をそれぞ
れ設け、第１強磁性薄膜１１の他端と第２強磁性薄膜１
２の他端に両薄膜間に印加された電圧を測定するための
第２電極１７，１８をそれぞれ設けることが好ましい。
じる磁気抵抗効果のみを有効に検出するために、第１強
磁性薄膜１１の一端と第２強磁性薄膜１２の一端に両薄
膜に一定電流を流すための第１電極１４，１５をそれぞ
れ設け、第１強磁性薄膜１１の他端と第２強磁性薄膜１
２の他端に両薄膜間に印加された電圧を測定するための
第２電極１７，１８をそれぞれ設けることが好ましい。
【００１６】
【作用】本発明の磁気抵抗素子は、２つの強磁性薄膜
の主成分となる磁性材料として、フェルミ面における上
下スピンの偏極量が大きいＦｅを選定し、Ｃｏを第２成
分として選定し、また例えばＡｌ2Ｏ3層のような緻密
で均一な薄い絶縁層をＡｌ膜のような非磁性金属膜を酸
化させることにより形成して、磁化状態によって変化す
るトンネル電流による抵抗値の差を大きくし、かつ磁化
状態によらず絶縁層を通して流れる電流による抵抗値を
小さくする、上記及びの構成により、伝導電子のス
ピンを保持して絶縁層をトンネルすることにより生じる
強磁性トンネル効果が顕著に現れ、抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）は図３に示すように１０％を越えるようになる。更
に本発明の磁気抵抗素子は、２つの強磁性薄膜の磁化容
易軸方向の保磁力差を２倍以上にした場合には、磁場に
よる磁化状態を有効に利用して図４の磁気抵抗曲線に示
すように有効磁場範囲Ｅの２倍以上の安定な磁場範囲Ｄ
が室温において得られる。同時にこの磁気抵抗曲線はゼ
ロ磁場を中心としたほぼ対称な２つの方形波状の波形を
有する曲線となる。
の主成分となる磁性材料として、フェルミ面における上
下スピンの偏極量が大きいＦｅを選定し、Ｃｏを第２成
分として選定し、また例えばＡｌ2Ｏ3層のような緻密
で均一な薄い絶縁層をＡｌ膜のような非磁性金属膜を酸
化させることにより形成して、磁化状態によって変化す
るトンネル電流による抵抗値の差を大きくし、かつ磁化
状態によらず絶縁層を通して流れる電流による抵抗値を
小さくする、上記及びの構成により、伝導電子のス
ピンを保持して絶縁層をトンネルすることにより生じる
強磁性トンネル効果が顕著に現れ、抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）は図３に示すように１０％を越えるようになる。更
に本発明の磁気抵抗素子は、２つの強磁性薄膜の磁化容
易軸方向の保磁力差を２倍以上にした場合には、磁場に
よる磁化状態を有効に利用して図４の磁気抵抗曲線に示
すように有効磁場範囲Ｅの２倍以上の安定な磁場範囲Ｄ
が室温において得られる。同時にこの磁気抵抗曲線はゼ
ロ磁場を中心としたほぼ対称な２つの方形波状の波形を
有する曲線となる。
【００１７】
【発明の効果】以上述べたように、強磁性トンネル接合
を利用した従来の磁気抵抗素子の抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）が室温で高々３％程度であり、また実用化されてい
る強磁性体磁気抵抗素子で高々６％程度であったもの
が、本発明の磁気抵抗素子によれば室温でも１０％以上
の抵抗変化率が得られ、しかも２つの強磁性薄膜に磁化
容易軸方向の保磁力に設けることにより、有効磁場範囲
より広い安定な磁場範囲が室温で得られる。特に、本発
明の磁気抵抗素子は弱磁場における抵抗変化率の変化が
大きいため、磁場の変化を感度よく検出することがで
き、従来の磁気抵抗素子と異なり動作点を偏倚させるた
めに磁石を用いてバイアス磁場を与える必要がなく、構
造が簡単で小型化し得る利点がある。これにより、磁気
エンコーダ、磁気ヘッド、磁気バブル検出器等の磁気を
検出する素子として好適に利用することができる。
を利用した従来の磁気抵抗素子の抵抗変化率（ΔＲ／
Ｒ）が室温で高々３％程度であり、また実用化されてい
る強磁性体磁気抵抗素子で高々６％程度であったもの
が、本発明の磁気抵抗素子によれば室温でも１０％以上
の抵抗変化率が得られ、しかも２つの強磁性薄膜に磁化
容易軸方向の保磁力に設けることにより、有効磁場範囲
より広い安定な磁場範囲が室温で得られる。特に、本発
明の磁気抵抗素子は弱磁場における抵抗変化率の変化が
大きいため、磁場の変化を感度よく検出することがで
き、従来の磁気抵抗素子と異なり動作点を偏倚させるた
めに磁石を用いてバイアス磁場を与える必要がなく、構
造が簡単で小型化し得る利点がある。これにより、磁気
エンコーダ、磁気ヘッド、磁気バブル検出器等の磁気を
検出する素子として好適に利用することができる。
【００１８】
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。図１に示す
ように、真空蒸着によりガラス基板１６の上にマスクを
用いて幅１ｍｍ、長さ１８ｍｍのストライプ状で厚さ１
００ｎｍのＦｅ薄膜１２を作製した。その際この薄膜１
２の保磁力を小さくするために基板温度を２００℃とし
た。またこのときの蒸着速度は０．３〜０．６ｎｍ／秒
で真空度は約１０-6Ｔｏｒｒであった。次いでこのＦｅ
薄膜１２の中心部に厚さ５ｎｍで直径５ｍｍのＡｌ膜１
３を高周波スパッタリングにより着膜させた。その際の
アルゴン圧は１．５ｍＴｏｒｒ、投入電力は４．４Ｗ／
ｃｍ2、スパッタリング速度は０．５６ｎｍ／秒であっ
た。このＡｌ膜１３を空気中に２４時間放置して表面を
酸化させ、薄いＡｌ2Ｏ3からなる絶縁層を形成した。更
にこの上にＦｅ薄膜１２と長手方向同士が直交するよう
に、マスクを用いて上記のＦｅ薄膜１２と同形同大のス
トライプ状のＦｅ薄膜１１をこの膜の保磁力を大きくす
るために基板温度を室温にした以外は、Ｆｅ薄膜１２と
同一条件で作製した。このときのＦｅ薄膜１１の磁化容
易軸Ｍ1はストライプの長手方向となるようにした。
ように、真空蒸着によりガラス基板１６の上にマスクを
用いて幅１ｍｍ、長さ１８ｍｍのストライプ状で厚さ１
００ｎｍのＦｅ薄膜１２を作製した。その際この薄膜１
２の保磁力を小さくするために基板温度を２００℃とし
た。またこのときの蒸着速度は０．３〜０．６ｎｍ／秒
で真空度は約１０-6Ｔｏｒｒであった。次いでこのＦｅ
薄膜１２の中心部に厚さ５ｎｍで直径５ｍｍのＡｌ膜１
３を高周波スパッタリングにより着膜させた。その際の
アルゴン圧は１．５ｍＴｏｒｒ、投入電力は４．４Ｗ／
ｃｍ2、スパッタリング速度は０．５６ｎｍ／秒であっ
た。このＡｌ膜１３を空気中に２４時間放置して表面を
酸化させ、薄いＡｌ2Ｏ3からなる絶縁層を形成した。更
にこの上にＦｅ薄膜１２と長手方向同士が直交するよう
に、マスクを用いて上記のＦｅ薄膜１２と同形同大のス
トライプ状のＦｅ薄膜１１をこの膜の保磁力を大きくす
るために基板温度を室温にした以外は、Ｆｅ薄膜１２と
同一条件で作製した。このときのＦｅ薄膜１１の磁化容
易軸Ｍ1はストライプの長手方向となるようにした。
【００１９】Ｆｅ薄膜１１と１２の各一端に電極１４及
び１５を設け、それぞれの他端に電極１７及び１８を設
けて磁気抵抗素子１０を得た。温度２５℃において、基
板１６の表面に平行にかつ磁化容易軸Ｍ1に対して平行
に磁場Ｈを磁気抵抗素子１０に与え、電極１４及び１５
に一定電流を流し、電極１７及び１８によりＦｅ薄膜１
１と１２の間の電圧を測定した。この電流値と電圧値よ
り素子１０の抵抗を算出した。
び１５を設け、それぞれの他端に電極１７及び１８を設
けて磁気抵抗素子１０を得た。温度２５℃において、基
板１６の表面に平行にかつ磁化容易軸Ｍ1に対して平行
に磁場Ｈを磁気抵抗素子１０に与え、電極１４及び１５
に一定電流を流し、電極１７及び１８によりＦｅ薄膜１
１と１２の間の電圧を測定した。この電流値と電圧値よ
り素子１０の抵抗を算出した。
【００２０】図４の磁気抵抗曲線に示すように、磁場Ｈ
の強さを変えたときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は最大で
１８％の極めて高い値であった。図４の範囲Ｅが磁場に
よりΔＲ／Ｒが変化する有効磁場範囲であり、範囲Ｄが
保磁力の大きなＦｅ薄膜１１がその磁化の向きを変えな
い磁気抵抗素子として安定な磁場範囲である。範囲Ｄを
越えた磁場が磁気抵抗素子に与えられると、保磁力の大
きなＦｅ薄膜１１の磁化は磁場方向に向くようになり、
ΔＲ／Ｒの値は小さくなる。この挙動は図５の磁化曲線
に示される。図４及び図５から本実施例の磁気抵抗素子
１０は安定な磁場範囲Ｄが有効磁場範囲Ｅの２〜３倍あ
ることが判る。
の強さを変えたときの抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）は最大で
１８％の極めて高い値であった。図４の範囲Ｅが磁場に
よりΔＲ／Ｒが変化する有効磁場範囲であり、範囲Ｄが
保磁力の大きなＦｅ薄膜１１がその磁化の向きを変えな
い磁気抵抗素子として安定な磁場範囲である。範囲Ｄを
越えた磁場が磁気抵抗素子に与えられると、保磁力の大
きなＦｅ薄膜１１の磁化は磁場方向に向くようになり、
ΔＲ／Ｒの値は小さくなる。この挙動は図５の磁化曲線
に示される。図４及び図５から本実施例の磁気抵抗素子
１０は安定な磁場範囲Ｄが有効磁場範囲Ｅの２〜３倍あ
ることが判る。
【００２１】図３に示すように、この安定な磁場範囲Ｄ
でΔＲ／Ｒを測定してみたところ、この磁気抵抗曲線か
らこの素子１０は弱磁場での感度が高く、しかも曲線は
ゼロ磁場に関して非対称であるため、特別にバイアス磁
場を与えなくても磁場Ｈの方向を検出することができ
た。なお、図３の磁気抵抗曲線ではヒステリシス現象が
みられたが、第２強磁性薄膜１２を作製するときに磁場
を与えるか、ストライプ幅を小さくするか、或いはＦｅ
にＮｉ等を添加すれば、磁化容易軸Ｍ2がストライプの
長手方向となり、更に２つの磁化容易軸が完全に直交す
れば、この現象はなくヒステリシス現象は小さくなっ
て、微小な磁場の大きさを正確に測定できるようにな
り、実用上好ましい。
でΔＲ／Ｒを測定してみたところ、この磁気抵抗曲線か
らこの素子１０は弱磁場での感度が高く、しかも曲線は
ゼロ磁場に関して非対称であるため、特別にバイアス磁
場を与えなくても磁場Ｈの方向を検出することができ
た。なお、図３の磁気抵抗曲線ではヒステリシス現象が
みられたが、第２強磁性薄膜１２を作製するときに磁場
を与えるか、ストライプ幅を小さくするか、或いはＦｅ
にＮｉ等を添加すれば、磁化容易軸Ｍ2がストライプの
長手方向となり、更に２つの磁化容易軸が完全に直交す
れば、この現象はなくヒステリシス現象は小さくなっ
て、微小な磁場の大きさを正確に測定できるようにな
り、実用上好ましい。
【図１】本発明実施例の強磁性トンネル接合を利用した
磁気抵抗素子の斜視図。
磁気抵抗素子の斜視図。
【図２】本発明の強磁性トンネル接合を利用した磁気抵
抗素子の原理を示す斜視図。
抗素子の原理を示す斜視図。
【図３】本発明実施例の磁気抵抗素子の可逆領域Ｄにお
ける磁気抵抗曲線図。
ける磁気抵抗曲線図。
【図４】その磁気抵抗曲線図。
【図５】その磁化曲線図。
【図６】従来例の強磁性磁気抵抗効果を利用した磁気抵
抗素子の斜視図。
抗素子の斜視図。
【図７】その磁気抵抗曲線。
１０ 磁気抵抗素子 １１ 第１強磁性薄膜 １２ 第２強磁性薄膜 １３ 非磁性膜 １４，１５ 第１電極 １６ 基板 １７，１８ 第２電極
Claims (7)
- 【請求項１】 第１強磁性薄膜(11)と第２強磁性薄膜(1
2)とを薄い絶縁層を含む非磁性膜(13)を挟んで接合し、
これにより生じる強磁性トンネル接合を利用した磁気抵
抗素子(10)において、 前記第１強磁性薄膜(11)の磁化容易軸方向の保磁力が前
記第２強磁性薄膜(12)の磁化容易軸方向の保磁力より大
きく、 前記第１強磁性薄膜(11)がＦｅもしくはＦｅとＣｏを主
成分とし、 前記第２強磁性薄膜(12)がＦｅを主成分とし、かつ前記
絶縁層を含む非磁性膜(13)が非磁性金属膜を酸化させた
酸化層を含むことを特徴とする磁気抵抗素子。 - 【請求項２】 第１強磁性薄膜(11)の磁化容易軸方向の
保磁力が第２強磁性薄膜(12)の磁化容易軸方向の保磁力
より２倍以上大きい請求項１記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項３】 基板(16)上に第１及び第２強磁性薄膜(1
1,12)を形成する場合で前記第１及び第２強磁性薄膜(1
1,12)の主成分をそれぞれＦｅとするときに前記第１強
磁性薄膜(11)の形成時の基板温度より第２強磁性薄膜(1
2)の形成時の基板温度を高くして前記第１及び第２強磁
性薄膜(11,12)がそれぞれ形成された請求項１又は２記
載の磁気抵抗素子。 - 【請求項４】 非磁性金属膜がＡｌからなり、その酸化
層がＡｌ2Ｏ3からなる請求項１記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項５】 非磁性金属膜がスパッタリング法により
作製された請求項１記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項６】 非磁性膜(13)の全部が絶縁層である請求
項１記載の磁気抵抗素子。 - 【請求項７】 非磁性膜(13)の一部が絶縁層である請求
項１記載の磁気抵抗素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6205394A JPH0870149A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 磁気抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6205394A JPH0870149A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 磁気抵抗素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0870149A true JPH0870149A (ja) | 1996-03-12 |
Family
ID=16506103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6205394A Withdrawn JPH0870149A (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 磁気抵抗素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0870149A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997039488A1 (en) * | 1996-04-17 | 1997-10-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Geometrically enhanced magnetoresistance in trilayer tunnel junctions |
| US6174736B1 (en) | 1997-12-12 | 2001-01-16 | Nec Corporation | Method of fabricating ferromagnetic tunnel junction device |
| US6341053B1 (en) | 1997-10-30 | 2002-01-22 | Nec Corporation | Magnetic tunnel junction elements and their fabrication method |
| JP2002520884A (ja) * | 1998-07-20 | 2002-07-09 | モトローラ・インコーポレイテッド | 低い面抵抗を有するｍｔｊおよびそれを製造する方法 |
| JP2002207071A (ja) * | 2001-01-10 | 2002-07-26 | Tohoku Ricoh Co Ltd | 磁気検知素子及びこの素子を用いた方位検知システム |
| US6452204B1 (en) | 1998-12-08 | 2002-09-17 | Nec Corporation | Tunneling magnetoresistance transducer and method for manufacturing the same |
| US6639766B2 (en) | 1997-12-05 | 2003-10-28 | Nec Corporation | Magneto-resistance effect type composite head and production method thereof |
| US6661225B2 (en) | 2002-01-23 | 2003-12-09 | Denso Corporation | Revolution detecting device |
| JP2004335699A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Tohoku Ricoh Co Ltd | 磁気センサ及び磁気エンコーダ |
| WO2011141969A1 (ja) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | 株式会社日立製作所 | 磁界角計測装置およびこれを用いた回転角計測装置 |
-
1994
- 1994-08-30 JP JP6205394A patent/JPH0870149A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997039488A1 (en) * | 1996-04-17 | 1997-10-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Geometrically enhanced magnetoresistance in trilayer tunnel junctions |
| US6341053B1 (en) | 1997-10-30 | 2002-01-22 | Nec Corporation | Magnetic tunnel junction elements and their fabrication method |
| US6639766B2 (en) | 1997-12-05 | 2003-10-28 | Nec Corporation | Magneto-resistance effect type composite head and production method thereof |
| US6174736B1 (en) | 1997-12-12 | 2001-01-16 | Nec Corporation | Method of fabricating ferromagnetic tunnel junction device |
| JP2002520884A (ja) * | 1998-07-20 | 2002-07-09 | モトローラ・インコーポレイテッド | 低い面抵抗を有するｍｔｊおよびそれを製造する方法 |
| JP4897140B2 (ja) * | 1998-07-20 | 2012-03-14 | エバースピン テクノロジーズ インコーポレイテッド | 低い面抵抗を有するｍｔｊを製造する方法 |
| US6452204B1 (en) | 1998-12-08 | 2002-09-17 | Nec Corporation | Tunneling magnetoresistance transducer and method for manufacturing the same |
| JP2002207071A (ja) * | 2001-01-10 | 2002-07-26 | Tohoku Ricoh Co Ltd | 磁気検知素子及びこの素子を用いた方位検知システム |
| JP4575602B2 (ja) * | 2001-01-10 | 2010-11-04 | 東北リコー株式会社 | 磁気検知素子 |
| US6661225B2 (en) | 2002-01-23 | 2003-12-09 | Denso Corporation | Revolution detecting device |
| JP2004335699A (ja) * | 2003-05-07 | 2004-11-25 | Tohoku Ricoh Co Ltd | 磁気センサ及び磁気エンコーダ |
| WO2011141969A1 (ja) * | 2010-05-14 | 2011-11-17 | 株式会社日立製作所 | 磁界角計測装置およびこれを用いた回転角計測装置 |
| US9506997B2 (en) | 2010-05-14 | 2016-11-29 | Hitachi, Ltd. | Magnetic-field-angle measurement apparatus and rotational-angle measurement apparatus using same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6577124B2 (en) | Magnetic field sensor with perpendicular axis sensitivity, comprising a giant magnetoresistance material or a spin tunnel junction | |
| US7660081B2 (en) | Superparamagnetic platelets field sensing devices | |
| US20030070497A1 (en) | Rotation angle sensor capable of accurately detecting rotation angle | |
| JP3596600B2 (ja) | 磁気センサ及び同磁気センサの製造方法 | |
| US6771472B1 (en) | Structure to achieve thermally stable high sensitivity and linear range in bridge GMR sensor using SAF magnetic alignments | |
| US6291993B1 (en) | Magnetic field sensor and method for making same | |
| JP3466470B2 (ja) | 薄膜磁気抵抗素子 | |
| JPH0870149A (ja) | 磁気抵抗素子 | |
| US20050105221A1 (en) | Magnetoresistive-effect thin film, magnetoresistive-effect element, and magnetoresistive-effect magnetic head | |
| US9304176B2 (en) | Thin-film magnetic sensor including a GMR film and method for manufacturing the same | |
| JPH0870148A (ja) | 磁気抵抗素子 | |
| JP3035836B2 (ja) | 磁気抵抗素子 | |
| JP6775854B2 (ja) | 磁気素子 | |
| JP3035838B2 (ja) | 磁気抵抗複合素子 | |
| JP2000298162A (ja) | 磁気検出素子とその製造方法及び磁気検出装置 | |
| JP3282444B2 (ja) | 磁気抵抗素子 | |
| JPH09251618A (ja) | 磁気センサ | |
| JP3593463B2 (ja) | 強磁性トンネル効果素子およびそれを用いた磁気装置 | |
| JP2001217478A (ja) | 磁気抵抗素子 | |
| JPH07297465A (ja) | 絶縁ピン留め層を備えた巨大磁気抵抗センサ | |
| JP3449160B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及びそれを用いた回転センサ | |
| JP2000091664A (ja) | 磁気デバイス | |
| JP3378549B2 (ja) | 磁気ヘッド | |
| JPH04339309A (ja) | 多層磁気抵抗効果膜を用いた磁気抵抗効果素子 | |
| JP2001274477A (ja) | 磁気抵抗素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011106 |