JPH09116212A - 粒子分散型磁気抵抗体とその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気センサ、磁気ヘッド、位置センサ、回転
センサなどの磁気抵抗効果素子として用いることができ
る高感度の粒子分散型磁気抵抗体１０を得る。 【解決手段】 基板１上に、マトリクス相２を形成する
Ｃｕと、これと相分離するＣｒとから、Ｃｕマトリクス
相２とＣｒ分散粒子とからなりこのＣｒ分散粒子の表層
の一部がマトリクス相２から露出した単層膜を形成し、
次いでこの単層膜からＣｒ粒子を選択的に除去し、この
Ｃｒ粒子が除去された空孔に、強磁性体Ｃｏを充填す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気センサ、磁気
ヘッド、位置センサ、回転センサなどの磁気抵抗効果素
子として用いることができる粒子分散型磁気抵抗体に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年になって、磁気センサや磁気ヘッド
の小型高性能化を達成するものとして、磁気抵抗効果
（以下、「ＭＲ効果」という）を発現する材料（以下、
「磁気抵抗体」という）が注目を集めている。これらの
磁気抵抗体のうち、特に外部磁界変動に対して大きい電
気抵抗変化をもたらす効果が巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ
効果）と呼ばれ、これを実現するためのさまざまな研究
開発が行われている。

【０００３】この磁気抵抗体は、一般に、強磁性体が非
磁性導電体に媒介されて不連続相を形成した構造を有す
るものであり、外部磁界の変動に対応して電流方向の電
気抵抗を変化させる性質（ＭＲ効果）を有するものであ
る。この磁気抵抗体の構成は、磁性材料の不連続相を形
成する方式によって大別すると、非磁性導電体の媒体相
と強磁性体相とを薄膜状に積層した多層薄膜型のもの
と、非磁性導電体のマトリクス相中に強磁性体粒子を分
散粒子として分散させた粒子分散型のものとがある。

【０００４】従来から磁気抵抗体としてはＮｉＦｅ合金
（パーマロイ）薄膜などが知られているが、パーマロイ
薄膜の磁気抵抗変化率は高々２％〜３％程度に過ぎな
い。そこで、このＭＲ効果を応用して磁気ヘッドの狭ト
ラック化や磁気センサの高分解能化を実現するために
は、更に磁気抵抗変化率（ＭＲ比）が大きいＭＲ効果材
料が求められた。

【０００５】近年、いわゆる巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ
効果）と呼ばれる現象が、Ｆｅ／Ｃｒ系またはＣｏ／Ｃ
ｕ系などの多層薄膜からなる人工格子において発見され
た（M.N.Baibich他、Physical Review Letter、６１
（１９８８）２４７２、D.H.Mosca他、Journal of Magn
etism and Magnetic Materials、９４（１９９１）Ｌ１
参照）。これらの人工格子薄膜では、Ｆｅ／Ｃｒの界
面、またはＣｏ／Ｃｕの界面における伝導電子のスピン
に依存した散乱がＧＭＲ効果に寄与しているといわれて
おり、従来のＮｉＦｅ系の磁気抵抗効果とは発現機構が
根本的に異なっている。これらの多層薄膜では、１０％
以上のＭＲ比が得られているが、多層構造を形成すため
製造プロセスが複雑で工業生産には至っていない。

【０００６】その後、図１７に示すように、Ｃｕあるい
はＡｇのマトリクス相３０中に粒径数ｎｍの超微細なＣ
ｏ（またはＦｅやＮｉ）の粒子３１を析出させた単層膜
において同様のＧＭＲ効果が観測された（A.E.Berkowit
z他、Physical Review Letter、６８（１９９２）３７
４５、J.Q.Xiao他、Physical Review Letter、６８（１
９９２）３４７９参照）。

【０００７】この粒子分散型磁気抵抗体におけるＭＲ効
果の発現は、マトリクス相と分散粒子との界面における
伝導電子のスピンに依存すると言われており、分散粒子
の径を超微細に保ったまま、分散粒子数を増やすことが
できればＭＲ比は向上することがわかっている。このた
め、非磁性導電体のマトリクス相中に超微細な強磁性体
の粒子を高濃度に分散させる技術が求められた。

【０００８】粒子分散型磁気抵抗体を製造する方法とし
て、一般的には、基板上に非磁性導電体と、この非磁性
導電体との相互溶解度が非常に小さい強磁性体との合金
膜をスパッタにより形成し、その後の熱処理により、強
磁性体微粒子が分散した薄膜が得られる。また、非磁性
導電体と強磁性体とを混合し、融点以上に加熱した後急
冷し、次いで熱処理することで、分散微粒子を得ること
もできる（潟岡、他、日本金属学会１９９３年春期大会
概要（１１２）、Ｐ８０（１３１）参照）。更に、特開
平７−５８３７５号公報は、図１８に示すように、基板
３２上に加熱冷却法またはスパッタ法によって強磁性体
の不連続相３３を形成し、この上に非磁性導電体の相３
４を被着して成膜する方法を提案している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の粒子分
散型磁気抵抗体を製造するいずれの方法も、例えば非磁
性導電体と強磁性体との間に相互溶解性がある場合には
適用が不可能となる。特に、粒子分散型磁気抵抗体にお
ける分散粒子の粒径は、数ｎｍという超微細なものであ
るから、相互溶解性がたとえ小さいとしても、一部の分
散粒子はマトリクス相中に吸収され、粒子濃度が低下す
ることになる。この濃度低下を補う意味で、強磁性体の
量を増やすと、スパッタ法によっても加熱冷却法によっ
ても、強磁性体相が巨大粒子化したり連続相を形成した
りして、高濃度の超微細粒子の分散状態を得ることがで
きない。

【００１０】また、磁気抵抗体がＭＲ効果を発現する
際、前記の粒子分散型磁気抵抗体は、ＭＲ効果は大きい
が強い外部磁界が要求されることが知られている。この
観点から、広範な強さの外部磁界に対して大きいＭＲ効
果を発現する磁気抵抗体が強く求められている。

【００１１】本発明は上記の問題を解決するためになさ
れたものであり、従ってその目的は、非磁性導電体と強
磁性体とが互いに相溶性であっても、マトリクス相中に
高濃度の強磁性体粒子を分散させることができる粒子分
散型磁気抵抗体（以下、単に「磁気抵抗体」という）の
製造方法、ならびに広範な外部磁界変動に対して大きい
ＭＲ効果を発現する磁気抵抗体とその製造方法を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、請求項１
において、マトリクス相を形成する非磁性導電体と、こ
れと相分離する分離性金属とを用い、相分離成膜法によ
り、基板上に、非磁性導電体のマトリクス相と分離性金
属の分散粒子とからなりこの分散粒子の表層の一部がマ
トリクス相から露出した単層膜を形成し、次いでエッチ
ングにより、この単層膜から分離性金属の分散粒子を選
択的に除去し、次いで、前記の分散粒子が除去された空
孔に、前記非磁性導電体との組合せにおいて磁気抵抗効
果を発現する強磁性体を充填する単層膜磁気抵抗体の製
法を提供することによって解決できる。

【００１３】この製法によれば、最初にマトリクス相を
形成する非磁性導電体と、これと相分離する分離性金属
とを用いて成膜し、生成した分離性金属粒子を強磁性体
で置換することになるので、マトリクス相を形成する非
磁性導電体とこれに分散させる強磁性体とがたとえ相溶
性であっても、強磁性体の分散微粒子がマトリクス相に
吸収されることなく高濃度にマトリクス相中に分散した
磁気抵抗体を製造することができる。

【００１４】また上記の課題は、請求項２において、強
磁性体と、これと相分離する媒体金属とを用い、相分離
成膜法により、基板上に、媒体金属のマトリクス相と強
磁性体の分散粒子とからなりこの分散粒子の表層の一部
が基板に接合した単層膜を形成し、次いでエッチングに
より、この単層膜から媒体金属のマトリクス相を選択的
に除去し、次いで、前記の媒体金属が除去された空隙部
に、前記強磁性体との組合せにおいて磁気抵抗効果を発
現する非磁性導電体を充填する単層膜磁気抵抗体の製法
を提供することによって解決できる。

【００１５】この製法によれば、最初に強磁性体と、こ
れと相分離する媒体金属とを用いて成膜し、生成した媒
体金属相を非磁性導電体のマトリクス相で置換すること
になるので、マトリクス相を形成する非磁性導電体とこ
れに分散させる強磁性体とがたとえ相溶性であっても、
強磁性体の分散微粒子がマトリクス相に吸収されること
なく高濃度にマトリクス相中に分散した磁気抵抗体を製
造することができる。

【００１６】本発明はまた請求項３において、複数の単
層膜磁気抵抗体が積層されてなる多層膜磁気抵抗体を製
造するに際して、上記いずれかの製法により製造された
単層膜磁気抵抗体の上に、非磁性導電体からなる隔離層
を介しまたは介さずに、マトリクス相を形成する非磁性
導電体と、これと相分離する分離性金属とを用い、相分
離成膜法により、非磁性導電体のマトリクス相と分離性
金属の分散粒子とからなりこの分散粒子の表層の一部が
マトリクス相から露出した単層膜を形成し、次いでエッ
チングにより、この単層膜から分離性金属の分散粒子を
選択的に除去し、次いで、前記の分散粒子が除去された
空孔に、前記非磁性導電体との組合せにおいて磁気抵抗
効果を発現する強磁性体を充填する操作を１回以上繰り
返す多層膜磁気抵抗体の製法を提供する。

【００１７】本発明はまた請求項４において、複数の単
層膜磁気抵抗体が積層されてなる多層膜磁気抵抗体を製
造するに際して、上記いずれかの製法により製造された
単層膜磁気抵抗体の上に、非磁性導電体からなる隔離層
を介しまたは介さずに、強磁性体と、これと相分離する
媒体金属とを用い、相分離成膜法により、媒体金属のマ
トリクス相と強磁性体の分散粒子とからなりこの分散粒
子の表層の一部が基板に接合した単層膜を形成し、次い
でエッチングにより、この単層膜から媒体金属のマトリ
クス相を選択的に除去し、次いで、前記の媒体金属が除
去された空隙部に、前記強磁性体との組合せにおいて磁
気抵抗効果を発現する非磁性導電体を充填する操作を１
回以上繰り返す多層膜磁気抵抗体の製法を提供する。

【００１８】本発明はまた請求項５において、複数の単
層膜磁気抵抗体が積層されてなる多層膜磁気抵抗体を製
造するに際して、少なくとも一組の隣接する単層膜粒子
分散型磁気抵抗体におけるそれぞれのマトリクス相を形
成する非磁性導電体および分散粒子を形成する強磁性体
のいずれか一方または双方を互いに異なるものとする多
層膜磁気抵抗体の製法を提供する。

【００１９】これらの多層膜磁気抵抗体の製法により製
造された多層膜磁気抵抗体は、強磁性体粒子が膜層ごと
に整然と配列した格子体を形成するので、ＭＲ効果の発
現機構が異なるさまざまな磁気抵抗体として利用するこ
とができる。すなわち、この多層膜磁気抵抗体におい
て、各層のマトリクス相と強磁性体粒子とを同質のもの
とすれば、例えばＣｏ／Ｃｕ系においてＭＲ効果が向上
した不連続結合型の磁気抵抗体が得られ、また各層のマ
トリクス相は同質とし、強磁性体粒子を異なる材質にす
れば、例えばＣｕ／Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ系などの不連
続非結合型の磁気抵抗体が得られる。

【００２０】前記の各製法において、非磁性導電体は、
Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、またはこれらの少なく
とも１種を含む合金のいずれかであり、強磁性体は、Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、またはこれらの少なくとも１種を含む
合金のいずれかであることが好ましい。

【００２１】前記の各製法において、相分離成膜法とし
ては、マトリクス相形成材と分散粒子形成材とを基板状
にスパッタして成膜し、次いで熱処理するスパッタ法
か、またはマトリクス相形成材と分散粒子形成材とを混
合し、融点以上に加熱した後急冷し、次いで熱処理する
急冷法を採用することが好ましい。

【００２２】本発明はまた、請求項９において、前記製
法で形成する強磁性体の分散粒子が、保磁力が異なる強
磁性体からなる少なくとも２層を含むものである磁気抵
抗体の製法を提供する。特に、強磁性体の分散粒子が、
ＣｏまたはＣｏ合金からなる強磁性体層とＦｅ、Ｎｉ、
またはＮｉＦｅからなる強磁性体層との２層を含むもの
であることが好ましい。この製法を用いれば、新規な構
造を有する磁気抵抗体を製造することができる。

【００２３】従って本発明は更に、請求項１１におい
て、非磁性導電体からなるマトリクス相と、このマトリ
クス相に分散した強磁性体の粒子とからなる粒子分散型
磁気抵抗体であって、マトリクス相の非磁性導電体がＣ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、またはこれらの少なくと
も１種を含む合金であり、強磁性体粒子がＣｏまたはＣ
ｏ合金からなる強磁性体層とＦｅ、Ｎｉ、またはＮｉＦ
ｅからなる強磁性体層との２層を含む磁気抵抗体を提供
する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を用いて説明する。図１（ａ）は、以下に示す実施例
１または実施例２の製法によって製造された単層膜磁気
抵抗体の一例を示す平面図、図１（ｂ）はその断面図で
ある。図１（ａ）（ｂ）において、この磁気抵抗体１０
は、基板１上に形成された薄膜であって、非磁性導電体
からなるマトリクス相２と、このマトリクス相に分散し
た強磁性体の粒子（以下、「磁性粒子」という）３とか
らなっている。図１（ａ）（ｂ）に示す例の磁気抵抗体
１０において、マトリクス相を形成する非磁性導電体は
Ｃｕであり、磁性粒子を形成する強磁性体はＣｏであ
る。

【００２５】（実施例１）本発明の請求項１に従えば、
上記の単層膜磁気抵抗体１０は、図２〜図５に示す方法
により製造される。図２において、Ｓｉまたはガラスな
どの非磁性非導電性基板１上に、マトリクス相２を形成
する非磁性導電体であるＣｕと、これと相分離する分離
性金属であるＣｒとをスパッタして薄膜１１を形成す
る。この薄膜の厚みは、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内、好
ましくは５ｎｍ〜８ｎｍの範囲内に調節される。次いで
この薄膜１１を熱処理（アニール）すると、ＣｒはＣｕ
と相溶性がないから、媒体中でＣｒ原子が島状に凝集
し、分散粒子４を形成する。Ｃｒ／Ｃｕの混合比および
熱処理の条件を好適に制御すれば、分散粒子４は、膜厚
の範囲内で成長し、分散粒子４の表層の一部がマトリク
ス相２から露出するようになる。

【００２６】次に、Ｃｒ粒子４を溶解除去するために化
学的エッチングを施す。この化学的エッチングは、例え
ば、塩酸、硫酸、硝酸などの強酸性水溶液またはそれら
の混合水溶液、またはＮａＯＨ、ＫＯＨなどの強アルカ
リ水溶液などを用いることによって容易に行うことがで
きる。これによって、図３に示すように、薄膜１２に
は、外方に開口した空孔５が形成される。

【００２７】次に、図４に示すように、空孔５が形成さ
れたマトリクス相２の表面に、メッキ技術またはＣＶＤ
法を用いて、強磁性体であるＣｏを被着させる。この被
着の程度は、Ｃｏ相６が空孔５を充填し、更にマトリク
ス相２の表面にＣｏ被膜１３を形成する程度とする。

【００２８】次に、図５に示すように、Ｃｏ被膜１３
を、例えばイオンエッチング法などの物理的エッチング
により除去すれば、非磁性導電体であるＣｕからなるマ
トリクス相２と、このマトリクス相２に分散したＣｏか
らなる磁性粒子３とからなる磁気抵抗体の薄膜１０が得
られる。

【００２９】上記の磁気抵抗体の製法によれば、マトリ
クス相２を形成する非磁性導電体と磁性粒子３を形成す
る強磁性体との、ＭＲ効果の観点から最適な組合せを、
これら相互の相溶性を考慮することなく、選定すること
ができる。また、マトリクス相２を形成する非磁性導電
体と相溶性がない分離性金属を選択して空孔５を形成す
るので、マトリクス相２の空孔率を任意に選定すること
ができ、従って、この空孔に充填する強磁性体粒子の濃
度を任意に設計することができる。

【００３０】図２〜図５を用いて説明した上記の磁気抵
抗体の製法において、採用した加工技術は、いずれも好
適なものではあるが例示のためのものであって、他の、
一般に基板技術として知られている細密加工技術が適宜
に採用できる。また、上記の製法の変形も可能である。
例えば、図２に示した薄膜１１を成膜するに先だって、
基板上に非磁性電気絶縁性の酸素含有金属被膜を形成す
ることができる。これは、例えば酸素雰囲気下にＣｕを
スパッタすることなどにより可能である。この酸素含有
金属被膜は、基板１と磁気抵抗薄膜１０との間に介在し
て緩衝層を形成する。更に、Ｔａ、Ｚｎ、Ｈｆなどの金
属緩衝層を用いて、その上に成長する金属層の結晶配向
を制御することもできる。

【００３１】基板１上に、分離性金属粒子４とマトリク
ス相２とからなる薄膜１１を形成するに際しては、スパ
ッタの代わりに急冷法を採用することもできる。急冷法
とは、例えば潟岡、他、日本金属学会１９９３年春期大
会概要（１１２）、Ｐ８０（１３１）に記載されている
ように、マトリクス材とこのマトリクス材に関して相分
離傾向を有する粒子材とを混合し、融点以上に加熱、液
体化し、急冷することによりアモルファス状の非平衡状
態を得て、次いで熱処理を行うことにより粒子の析出、
凝集、分散を生じさせる技術である。

【００３２】また、単層膜の磁気抵抗体の場合は、図４
に示した表層のＣｏ被膜１３を除去する代わりに、酸化
処理を行ってもよい。これによって被膜１３は導電性が
低下し、かつ硬度が向上するので、磁気抵抗体のＭＲ効
果を阻害せず、保護層として利用できるようになる。

【００３３】本発明において、マトリクス相を形成する
非磁性導電体は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、また
はこれらの少なくとも１種を含む合金のいずれかであ
り、磁性粒子を形成する強磁性体は、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ
またはこれらの少なくとも１種を含む合金のいずれかで
あることが好ましい。Ｃｏ、Ｆｅ、またはＮｉの少なく
とも１種を含む合金の例としては、ＮｉＦｅ、ＮｉＣ
ｏ、ＣｏＺｒ、ＣｏＭｏＮｂ、ＮｉＦｅＣｏなどを挙げ
ることができる。

【００３４】非磁性導電体と強磁性体との組合せは、設
計された条件の中で最高のＭＲ効果を発現するように選
定されるべきである。一般には、非磁性導電体としてＣ
ｕまたはＡｇを用い、強磁性体としてＣｏまたはその合
金を用いることが好ましい。Ｃｏ合金の例としては、例
えばＣｏＦｅ（成分比９０：１０）などが好適に使用で
きる。

【００３５】図２に示した製造段階において、マトリク
ス相２を形成する非磁性導電体に分散させる分離性金属
は、選定された非磁性導電体に、少なくとも固相におい
て相分離を起こすものである。そして、化学的エッチン
グによって選択的に薄膜から除去できるものであれば、
いずれのものであってもよい。最適の分離性金属は、選
定された非磁性導電体に対して実験的に決定される。例
えば分離性金属がＣｕまたはＡｇである場合にはＣｒ、
Ｃｏ、Ｆｅなどが好適に使用できる。

【００３６】マトリクス相２に分散させる分離性金属粒
子４の粒径（サイズ）は、本発明の方法において強磁性
体粒子３の粒径を決定する基礎となるので重要である。
この粒径は、分離性金属粒子４粒子の表層の一部がマト
リクス相２の膜面から露出する程度に調節される。

【００３７】またマトリクス相２と分離性金属粒子４と
の割合は、本発明の方法において、マトリクス相２と磁
性粒子３との割合を決定する基礎となるので重要であ
る。この割合は、マトリクス相：分離性金属粒子の容量
比で８：２ないし２：８の範囲内とすることが好まし
い。分離性金属粒子が８：２未満では、充分なＭＲ効果
が得られず、２：８を越えると、互いに連続した空孔５
が多く形成されるようになって好ましくない。

【００３８】（実施例２）本発明の請求項２に従う単層
膜磁気抵抗体の製法の一実施例を、図６〜図９に示す。
図６において、Ｓｉまたはガラスなどの非磁性非導電性
基板１上に、強磁性体であるＣｏと、これと相分離する
媒体金属であるＡｇまたはＰｂとをスパッタして薄膜１
４を形成する。この薄膜の厚みは１ｎｍ〜１０ｎｍの範
囲内、好ましくは５ｎｍ〜８ｎｍの範囲内に調節され
る。次いでこの薄膜１４を熱処理（アニール）すると、
ＣｏはＡｇまたはＰｂと相溶性がないから、媒体金属相
７中でＣｏ原子が島状に凝集し、磁性粒子３を形成す
る。Ｃｏ／ＡｇまたはＰｂの混合比および熱処理の条件
を好適に制御すれば、磁性粒子３は、膜厚の範囲内で成
長し、磁性粒子３の表層の一部が基板１に接合するよう
になる。

【００３９】次に、媒体金属相７を溶解除去するために
化学的エッチングを施す。この化学的エッチングは、例
えば、塩酸、硫酸、硝酸などの強酸性水溶液またはそれ
らの混合水溶液、またはＮａＯＨ、ＫＯＨなどの強アル
カリ水溶液などを用いることによって容易に行うことが
できる。これによって、図７に示すように、媒体金属相
７が存在した部分は空隙部８となり、磁性粒子３は基板
１の表面に接合したまま残留する。

【００４０】次に、図８に示すように、空隙部８に、前
記強磁性体Ｃｏとの組合せにおいて磁気抵抗効果を発現
する非磁性導電体であるＣｕのマトリクス相２を形成す
る。この形成は、メッキ技術またはＣＶＤ法を用いて行
うことができる。このＣｕ相２の厚みは、空隙部８を充
填し、更に磁性粒子３の上層にＣｕ被膜１６が形成され
る程度とする。

【００４１】次に、図９に示すように、Ｃｕ被膜１６
を、例えばイオンエッチング法などの物理的エッチング
により除去すれば、非磁性導電体であるＣｕからなるマ
トリクス相２と、このマトリクス相２に分散したＣｏの
磁性粒子３とからなる磁気抵抗体の薄膜１０が得られ
る。

【００４２】上記の磁気抵抗体の製法によれば、マトリ
クス相２を形成する非磁性導電体と磁性粒子３を形成す
る強磁性体との、ＭＲ効果の観点から最適な組合せを、
これら相互の相溶性を考慮することなく、選定すること
ができる。また、磁性粒子３を形成する強磁性体と相溶
性がない媒体金属を選択して空隙部を形成するので、マ
トリクス相２の占有空間に相当する空隙部の大きさを任
意に選定することができ、従って、マトリクス相２に対
する磁性粒子３の濃度を任意に設計することができる。

【００４３】図６〜図９を用いて説明した上記の磁気抵
抗体の製法において、採用した加工技術は、いずれも好
適なものではあるが例示のためのものであって、他の、
一般に基板技術として知られている細密加工技術が任意
に採用できる。また、上記の製法の変形も可能である。
例えば、図６に示したＣｏと媒体金属ＡｇまたはＰｂと
からなる薄膜１４を形成するに先だって、基板上に非磁
性電気絶縁性の酸素含有金属被膜を形成することができ
る。この酸素含有金属被膜は、基板１と磁気抵抗薄膜１
０との間に介在して緩衝層を形成する。

【００４４】基板１上に、磁性粒子３と媒体金属相７と
からなる薄膜１４を形成するに際しては、実施例１の場
合と同様に、スパッタの代わりに急冷法を採用すること
もできる。

【００４５】また、単層膜の磁気抵抗体の場合は、図８
に示した表層のＣｕ被膜１６を除去する代わりに酸化処
理を行ってもよい。これによって被膜１６は導電性が低
下し、硬度が向上するので、磁気抵抗体のＭＲ効果を阻
害せず、保護層として利用できるようになる。

【００４６】（実施例３）本発明の請求項３に従う多層
膜磁気抵抗体の製法の一実施例を、図１０〜図１２によ
って説明する。この磁気抵抗体の製法は、実施例１また
は実施例２で製造した単層膜磁気抵抗体の上に、実施例
１と同様の方法を複数回繰り返して、２層以上の単層膜
磁気抵抗体が積層された多層膜磁気抵抗体を製造するこ
とを目的とする。

【００４７】まず、実施例１または実施例２の方法によ
って基板１の上に単層の磁気抵抗体１０を形成する。次
いでこの磁気抵抗体１０の表面に、図１０に示すよう
に、マトリクス相２を形成するＣｕと、分離性金属であ
るＣｒとをスパッタして薄膜１７を形成する。この薄膜
１７の厚みは１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内、好ましくは５
ｎｍ〜８ｎｍの範囲内に調節される。次いでこの薄膜１
７を熱処理（アニール）すると、Ｃｕ媒体中でＣｒ原子
が島状に凝集し、分散粒子４を形成する。Ｃｒ／Ｃｕの
混合比および熱処理の条件を好適に制御すれば、分散粒
子４は、膜厚の範囲内で成長し、分散粒子４の表層の一
部がマトリクス相２から露出するようになる。

【００４８】次に、Ｃｒの分散粒子４を溶解除去するた
めに実施例１と同様にして化学的エッチングを施す。こ
れによって、薄膜１７には、外方に開口した空孔が形成
される。次に、図１１に示すように、空孔が形成された
マトリクス相２の表面に、メッキ技術またはＣＶＤ法を
用いて、強磁性体であるＣｏを被着させる。この被着の
程度は、Ｃｏ相６が空孔を充填し、更にマトリクス相２
の表面にＣｏ被膜１８を形成する程度とする。

【００４９】次に、図１２に示すように、Ｃｏ被膜１８
を、実施例１と同様に例えば物理的エッチングにより除
去すれば、非磁性導電体であるＣｕからなるマトリクス
相２と、このマトリクス相２に分散した強磁性体である
Ｃｏの磁性粒子３とからなる２層が積層された多層磁気
抵抗体２０が得られる。

【００５０】上記の製法において、第１層と第２層との
界面で、それぞれのマトリクス相中の磁性粒子３が接触
することを避ける場合には、第１層と第２層との界面に
非磁性導電体（Ｃｕ）からなる隔離層（図示せず）を形
成してもよい。

【００５１】この多層磁気抵抗体２０は、実質的には、
第１層と第２層の同質のマトリクス相２が一体化されて
いるので、磁性粒子３の粒径は元のままで、膜厚が厚く
された磁気抵抗体に相当する。この方法を繰り返せば、
磁性粒子３は所定の粒径を保ったまま、任意の膜厚を有
する磁気抵抗膜を製造することができる。この製法で製
造された多層膜磁気抵抗体は、同質の磁性粒子３が膜層
ごとに整然と配列した格子体を形成しているので、例え
ばＣｏ／Ｃｕ系において、ＭＲ効果がより向上した不連
続結合型の磁気抵抗体となる。

【００５２】上記の請求項３に基づく製法は、実施例１
または実施例２の単層膜磁気抵抗体１０の上に、非磁性
導電体（Ｃｕ）と分離性金属（Ｃｒ）とからなる薄膜を
形成するものであるが、請求項４に従う製法によれば、
詳細な説明は省略するが、実施例１または実施例２の単
層膜磁気抵抗体１０の上に、実施例２に示した方法と同
様にして、強磁性体（Ｃｏ）と媒体金属（ＡｇまたはＰ
ｂ）とからなる薄膜を形成し、実施例２と同様にして、
この媒体金属相を非磁性導電体で置換しても、実質的に
同様な多層膜磁気抵抗体を製造することができる。

【００５３】上記実施例３においては、多層膜のそれぞ
れを形成する非磁性導電体（Ｃｕ）と強磁性体（Ｃｏ）
とは、同質のものを用いたが、これらは各層において同
じであっても異なっていてもよい。例えば第１層が非磁
性導電体（Ｃｕ）と強磁性体（Ｃｏ）との組合せからな
り、第２層が非磁性導電体（Ｃｕ）と強磁性体（ＮｉＦ
ｅ）との組合せからなっていてもよい。

【００５４】（実施例４）次に、本発明の請求項９に従
う磁気抵抗体の製法の一実施例を、図１３〜図１５によ
って、また、この製法によって製造される請求項１１に
従う磁気抵抗体の一実施例を図１６に示す。図１３にお
いて、実施例１と同様にして、非磁性非導電性の基板１
上に、マトリクス相２を形成する非磁性導電体であるＣ
ｕと、分離性金属であるＣｒとをスパッタして、厚みが
１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内、好ましくは５ｎｍ〜８ｎｍ
の範囲内の薄膜を形成し、この薄膜を熱処理（アニー
ル）して、Ｃｒ原子を島状に凝集させて分散粒子を形成
し、次いでこの分散粒子を化学的エッチングにより溶解
除去して、外方に開口した空孔５が形成されたＣｕの薄
膜１２を形成する。

【００５５】次に、図１４に示すように、空孔５が形成
されたマトリクス相２の表面に、メッキ技術またはＣＶ
Ｄ法を用いて、硬磁性材であるＣｏを被着させる。この
被着の程度は、被着されたＣｏ相６が空孔５の壁面を覆
う被膜を形成し、空孔５になお、二次空孔９が残留する
程度とする。このとき、マトリクス相２の表面にも、そ
れに対応した厚みのＣｏ被膜１３が形成される。

【００５６】次に、図１５に示すように、二次空孔９が
形成された薄膜の表面に、メッキ技術またはＣＶＤ法を
用いて、軟磁性材であるＮｉＦｅを被着させる。この被
着の程度は、ＮｉＦｅ相２０が二次空孔９に充填される
程度とする。このとき、薄膜上層のＣｏ被膜１３上に
も、それに対応した厚みのＮｉＦｅ被膜２１が形成され
る。

【００５７】ここで、硬磁性材料とは一般に、外部磁界
が除去されても保磁力が大きく、永久磁石的な磁性材料
であり、軟磁性材料とは高透磁率材料とも呼ばれ、外部
磁界の強さの変化に敏感に反応して磁化を変化させる磁
性材料である。

【００５８】次に、これらのＮｉＦｅ被膜２１とＣｏ被
膜１３とを、物理的エッチングなどによって除去し、マ
トリクス相２の表面を露出させれば、図１６に示すよう
に、Ｃｕのマトリクス相２と、このマトリクス相２に分
散した磁性粒子２２とからなり、この磁性粒子２２がＣ
ｏの強磁性体層６とＮｉＦｅの強磁性体層２０との２層
からなる磁気抵抗体２３が得られる。

【００５９】ここに得られた磁気抵抗体２３は、磁性粒
子２２が、強い外部磁界に対して大きいＭＲ効果を発現
するＣｏ層６と、ＭＲ効果そのものは小さいが弱い外部
磁界にも反応するＮｉＦｅ層２０とから構成されている
ので、広範な強さの外部磁界に対してＭＲ効果を発現す
ることができるものとなる。

【００６０】

【発明の効果】本発明の磁気抵抗体の製法は、請求項１
において、非磁性導電体からなるマトリクス相と、この
マトリクス相に分散した磁性粒子とからなる単層膜の磁
気抵抗体を製造するに際して、マトリクス相を形成する
非磁性導電体と、これと相分離する分離性金属とを用
い、相分離成膜法により、基板上に、非磁性導電体のマ
トリクス相と分離性金属の分散粒子とからなりこの分散
粒子の表層の一部がマトリクス相から露出した単層膜を
形成し、次いでエッチングしてこの単層膜から分離性金
属の分散粒子を選択的に除去し、次いで、前記の分散粒
子が除去された空孔に、強磁性体を充填するものである
ので、マトリクス相を形成する非磁性導電体とこれに分
散させる強磁性体とがたとえ相溶性であっても、強磁性
体の分散微粒子がマトリクス相に吸収されることなく、
高濃度にマトリクス相中に分散したＭＲ効果の大きい磁
気抵抗体を製造することができる。

【００６１】本発明の磁気抵抗体の製法は、請求項２に
おいて、強磁性体と、これと相分離する媒体金属とを用
い、相分離成膜法により、基板上に、媒体金属のマトリ
クス相と強磁性体の分散粒子とからなりこの分散粒子の
表層の一部が基板に接合した単層膜を形成し、次いでエ
ッチングにより、この単層膜から媒体金属のマトリクス
相を選択的に除去し、次いで、前記の媒体金属が除去さ
れた空隙部に、前記強磁性体との組合せにおいて磁気抵
抗効果を発現する非磁性導電体を充填するものであるの
で、実質的に請求項１の場合と同様の効果が得られる。

【００６２】本発明の磁気抵抗体の製法は、請求項３ま
たは請求項４において、上記いずれかの製法により製造
された単層膜磁気抵抗体の上に、実質的に上記いずれか
の単層膜磁気抵抗体の製法と同様な操作を繰り返すこと
によって、複数の単層膜磁気抵抗体が積層されてなる多
層膜磁気抵抗体を製造するものであるので、磁性粒子が
膜層ごとに整然と配列した格子体を形成し、ＭＲ効果の
発現機構が異なるさまざまな磁気抵抗体として利用する
ことができるようになる。すなわち、この多層膜磁気抵
抗体において、各層のマトリクス相と磁性粒子とを同質
のものとすれば、例えばＣｏ／Ｃｕ系においてＭＲ効果
がより向上した不連続結合型の磁気抵抗体が得られ、ま
た各層のマトリクス相は同質とし、磁性粒子を異なる材
質にすれば、例えばＣｕ／Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ系など
の不連続非結合型の磁気抵抗体が得られる。

【００６３】本発明の磁気抵抗体の製法は、請求項９に
おいて、磁性粒子を、保磁力が異なる強磁性体からなる
少なくとも２層を含むものとするので、本発明は請求項
１１において、非磁性導電体からなるマトリクス相と、
このマトリクス相に分散した磁性粒子とからなる磁気抵
抗体であって、マトリクス相の非磁性導電体がＣｕ、Ａ
ｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、またはこれらの少なくとも１種
を含む合金であり、強磁性体粒子がＣｏまたはＣｏ合金
からなる強磁性体層とＦｅ、Ｎｉ、またはＮｉＦｅから
なる強磁性体層との２層を含む磁気抵抗体を提供する。
この磁気抵抗体は、広範な外部磁界変動に対して大きい
ＭＲ効果を発現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態により製造された磁気抵
抗体を示す、（ａ）平面図と（ｂ）断面図である。

【図２】 上記の磁気抵抗体を製造する一過程を示す断
面図。

【図３】 上記の磁気抵抗体を製造する他の一過程を示
す断面図。

【図４】 上記の磁気抵抗体を製造する更に他の一過程
を示す断面図。

【図５】 上記の磁気抵抗体を製造する更に他の一過程
を示す断面図。

【図６】 磁気抵抗体を製造する他の一実施形態におけ
る一過程を示す断面図。

【図７】 上記の実施形態における他の一過程を示す断
面図。

【図８】 上記の実施形態における更に他の一過程を示
す断面図。

【図９】 上記の製法により製造された磁気抵抗体を示
す断面図。

【図１０】 磁気抵抗体を製造する他の一実施形態にお
ける一過程を示す断面図。

【図１１】 上記の実施形態における他の一過程を示す
断面図。

【図１２】 上記の製法により製造された磁気抵抗体を
示す断面図。

【図１３】 磁気抵抗体を製造する他の一実施形態にお
ける一過程を示す断面図。

【図１４】 上記の実施形態における他の一過程を示す
断面図。

【図１５】 上記の実施形態における更に他の一過程を
示す断面図。

【図１６】 上記の製法により製造された磁気抵抗体を
示す断面図。

【図１７】 一般的な粒子分散型磁気抵抗体を示す平面
図。

【図１８】 粒子分散型磁気抵抗体の一従来例を示す断
面図。

【符号の説明】

１……基板 ２……マトリクス相 ３……磁性粒子 １０……磁気抵抗体

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に設けられた非磁性導電体からな
   るマトリクス相と、このマトリクス相に分散した強磁性
   体の粒子とからなる単層膜の粒子分散型磁気抵抗体を製
   造するに際して、マトリクス相を形成する非磁性導電体
   と、これと相分離する分離性金属とを用い、相分離成膜
   法により、基板上に、非磁性導電体のマトリクス相と分
   離性金属の分散粒子とからなりこの分散粒子の表層の一
   部がマトリクス相から露出した単層膜を形成し、次いで
   エッチングにより、この単層膜から分離性金属の分散粒
   子を選択的に除去し、次いで、前記の分散粒子が除去さ
   れた空孔に、前記非磁性導電体との組合せにおいて磁気
   抵抗効果を発現する強磁性体を充填することを特徴とす
   る粒子分散型磁気抵抗体の製法。
2. 【請求項２】 基板上に設けられた非磁性導電体からな
   るマトリクス相と、このマトリクス相に分散した強磁性
   体の粒子とからなる単層膜の粒子分散型磁気抵抗体を製
   造するに際して、強磁性体と、これと相分離する媒体金
   属とを用い、相分離成膜法により、基板上に、媒体金属
   のマトリクス相と強磁性体の分散粒子とからなりこの分
   散粒子の表層の一部が基板に接合した単層膜を形成し、
   次いでエッチングにより、この単層膜から媒体金属のマ
   トリクス相を選択的に除去し、次いで、前記の媒体金属
   が除去された空隙部に、前記強磁性体との組合せにおい
   て磁気抵抗効果を発現する非磁性導電体を充填すること
   を特徴とする粒子分散型磁気抵抗体の製法。
3. 【請求項３】 複数の単層膜粒子分散型磁気抵抗体が積
   層されてなる多層膜粒子分散型磁気抵抗体を製造するに
   際して、請求項１または請求項２に記載の製法により製
   造された単層膜粒子分散型磁気抵抗体の上に、非磁性導
   電体からなる隔離層を介しまたは介さずに、マトリクス
   相を形成する非磁性導電体と、これと相分離する分離性
   金属とを用い、相分離成膜法により、非磁性導電体のマ
   トリクス相と分離性金属の分散粒子とからなりこの分散
   粒子の表層の一部がマトリクス相から露出した単層膜を
   形成し、次いでエッチングにより、この単層膜から分離
   性金属の分散粒子を選択的に除去し、次いで、前記の分
   散粒子が除去された空孔に、前記非磁性導電体との組合
   せにおいて磁気抵抗効果を発現する強磁性体を充填する
   操作を１回以上繰り返すことを特徴とする粒子分散型磁
   気抵抗体の製法。
4. 【請求項４】 複数の単層膜粒子分散型磁気抵抗体が積
   層されてなる多層膜粒子分散型磁気抵抗体を製造するに
   際して、請求項１または請求項２に記載の製法により製
   造された単層膜粒子分散型磁気抵抗体の上に、非磁性導
   電体からなる隔離層を介しまたは介さずに、強磁性体
   と、これと相分離する媒体金属とを用い、相分離成膜法
   により、媒体金属のマトリクス相と強磁性体の分散粒子
   とからなりこの分散粒子の表層の一部が基板に接合した
   単層膜を形成し、次いでエッチングにより、この単層膜
   から媒体金属のマトリクス相を選択的に除去し、次い
   で、前記の媒体金属が除去された空隙部に、前記強磁性
   体との組合せにおいて磁気抵抗効果を発現する非磁性導
   電体を充填する操作を１回以上繰り返すことを特徴とす
   る粒子分散型磁気抵抗体の製法。
5. 【請求項５】 複数の単層膜粒子分散型磁気抵抗体が積
   層されてなる多層膜粒子分散型磁気抵抗体を製造するに
   際して、少なくとも一組の隣接する単層膜粒子分散型磁
   気抵抗体におけるそれぞれのマトリクス相を形成する非
   磁性導電体および分散粒子を形成する強磁性体のいずれ
   か一方または双方を互いに異なるものとすることを特徴
   とする請求項３または請求項４に記載の粒子分散型磁気
   抵抗体の製法。
6. 【請求項６】 非磁性導電体がＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐ
   ｄ、Ｒｈ、またはこれらの少なくとも１種を含む合金の
   いずれかであり、強磁性体がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、または
   これらの少なくとも１種を含む合金のいずれかであるこ
   とを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項
   に記載の粒子分散型磁気抵抗体の製法。
7. 【請求項７】 前記の相分離成膜法が、マトリクス相形
   成材と分散粒子形成材とを基板状にスパッタして成膜
   し、次いで熱処理する方法であることを特徴とする請求
   項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の粒子分散型
   磁気抵抗体の製法。
8. 【請求項８】 前記の相分離成膜法が、マトリクス相形
   成材と分散粒子形成材とを混合し、融点以上に加熱した
   後急冷し、次いで熱処理する方法であることを特徴とす
   る請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の粒子
   分散型磁気抵抗体の製法。
9. 【請求項９】 強磁性体の分散粒子が、保磁力が異なる
   強磁性体からなる少なくとも２層を含むものであること
   を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に
   記載の粒子分散型磁気抵抗体の製法。
10. 【請求項１０】 強磁性体の分散粒子が、ＣｏまたはＣ
    ｏ合金からなる強磁性体層とＦｅ、Ｎｉ、またはＮｉＦ
    ｅからなる強磁性体層との２層を含むものであることを
    特徴とする請求項９に記載の粒子分散型磁気抵抗体の製
    法。
11. 【請求項１１】 非磁性導電体からなるマトリクス相
    と、このマトリクス相に分散した強磁性体の粒子とから
    なる粒子分散型磁気抵抗体であって、マトリクス相の非
    磁性導電体がＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、またはこ
    れらの少なくとも１種を含む合金であり、強磁性体粒子
    がＣｏまたはＣｏ合金からなる強磁性体層とＦｅ、Ｎ
    ｉ、またはＮｉＦｅからなる強磁性体層との２層を含む
    ことを特徴とする粒子分散型磁気抵抗体。