JPH09129446A - 酸化物磁性体及びその製造方法 - Google Patents
酸化物磁性体及びその製造方法Info
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Abstract
を低減する。 【解決手段】 1)ペロブスカイト型混合原子価Mn系
酸化物磁性体膜の表面に反強磁性体膜を形成してなる酸
化物磁性体, 2)前記反強磁性体膜が同型の母相Mn系酸化物反強磁
性体膜である前記1記載の酸化物磁性体, 3)前記1記載のペロブスカイト型混合原子価Mn系酸
化物磁性体膜の下側にも反強磁性体膜を形成してなる酸
化物磁性体, 4) ペロブスカイト型混合原子価のそれぞれの母相M
n系酸化物反強磁性体を積層し, 熱処理することにより
界面層に混合原子価Mn系酸化物磁性体を形成する酸化
物磁性体の製造方法。
Description
体の磁気抵抗変化における外部飽和磁場(Hs )を低減
させるためのMn系酸化物磁性体およびその製造方法に
関する。
ッド(MRヘッド)としてスピンバルブ, 金属人工格
子, グラニュラー, Mn系酸化物磁性体などが有望視さ
れている。このなかでMn系酸化物磁性体は他の物質と
比較してMR比が室温で10倍程にもなる。しかし, 磁
気抵抗変化に対し外部飽和磁場(Hs)が6T(Tesla)
程になり高磁場下での読み出しとなってしまう。よって
他の物質のように0.1 T程まで低減させる必要がある。
カイト型混合原子価Mn系酸化物磁性体の製造方法とし
ては, 薄膜の場合は, Mn系酸化物磁性体と格子定数が
類似のMgO,Sr Ti O3 など誘電単結晶基板上にス
パッタ, レーザ蒸着などの方法を用いて堆積させること
により作製する。
n系酸化物磁性体の単膜では磁気抵抗変化に対し外部飽
和磁場(Hs)が6T程と大きく, 実用化には困難であ
る。
飽和磁場(Hs)を低減できるMn系酸化物磁性体およ
びその製造方法を提供することである。
の表面に反強磁性体膜を形成してなる酸化物磁性体,あ
るいは 2)前記反強磁性体膜が同型の母相Mn系酸化物反強磁
性体膜である前記1記載の酸化物磁性体,あるいは 3)前記1記載のペロブスカイト型混合原子価Mn系酸
化物磁性体膜の下側にも反強磁性体膜を形成してなる酸
化物磁性体,あるいは 4) ペロブスカイト型混合原子価のそれぞれの母相M
n系酸化物反強磁性体を積層し, 熱処理することにより
界面層に混合原子価Mn系酸化物磁性体を形成する酸化
物磁性体の製造方法により達成される。
般的な性質を説明する。ペロブスカイト型Mn系酸化物
LaMnO3 はキャリア電子がなく反強磁性体である。
この状態では,Mn原子は価数が3+のMn3+イオンと
なっており,Mn原子のd電子4つの内3つはエネルギ
ーの低い準位(局在スピン準位)に入り,束縛状態のス
ピンであるため局在スピンと呼ばれている。残りの1つ
の電子はエネルギーが高い準位(伝導電子準位)に入り
伝導電子となり得るが,各Mn原子に1個存在するの
で,スピンが互いに逆向きの反強磁性状態となり,伝導
が不可能となる。また,各Mn原子の局在スピンと伝導
電子はフント結合と呼ばれる交換結合が働いており,局
在スピンのスピン方向と伝導電子のスピン方向は同じと
なる。
をドープ(固溶)していくとキャリア電子が出現し,強
磁性体となる。La3+に対してSr2+と価数が1つ少な
いため,Srのドープ量に比例してMn原子の価数が4
+のMn4+イオンが出現してくる。Mn4+イオンはMn
3+イオンに対して伝導電子が1個少なくなった局在スピ
ンのみの状態である。このとき,Mn原子は,価数が3
+のMn3+イオンと価数が4+のMn4+イオンが混在し
ており,混合原子価と呼ばれている。
キャリア電子がなく反強磁性体である。これを他方の母
相と考えてLaをドープしてキャリア電子を出現させて
強磁性体を得ることができる。
することにより,Mn系酸化物磁性体は界面から数原子
層(単位格子の大きさは3.87Å) がピン層となり,残り
のピンされていない層がフリー層となる。
磁性体の磁気抵抗変化出現の起源はある角度をなすMn
3+イオンの局在スピンとMn4+イオン局在スピンが磁場
の印加により平行となり, Mn3+イオンの3d電子が移
動しやすくなることにより抵抗が小さくなることによる
ものである。
困難であるため外部飽和磁場が6T程を必要とする。従
って, スピンバルブのようにあらかじめ数原子層にわた
って磁場印加方向に局在スピンをピンさせておき, 残り
のピンされていないフリー層を磁場の印加により磁場印
加方向へ向けさせることで局在スピン同士が平行になる
ことを容易にし, 外部飽和磁場(Hs)を低減させるこ
とが可能となる。
せる方法は, Mn系酸化物磁性体の表面層として反強磁
性体を積層することにより得ることができる。また, 反
強磁性体として, 同型の母相Mn系酸化物反強磁性体を
用いることにより, 良質な積層が可能となる。
強磁性体を形成することによりピンさせる効果を高める
ことができる。一方, 混合原子価のそれぞれの母相Mn
系酸化物反強磁性体を積層し, 熱処理することにより界
面層に混合原子価Mn系酸化物磁性体を形成する製造方
法により,堆積回数を減少することができる。
であるペロブスカイト型混合原子価Mn系酸化物磁性体
の表面層として反強磁性体を積層し, 磁場印加方向に局
在スピンをピンさせることにより局在スピン同士が平行
になることを容易し, 低Hs化が可能となる。
を参照して説明する。図1のように単結晶MgO基板1
上に強磁性体のペロブスカイト型混合原子価Mn系酸化
物磁性薄膜2としてLa0.7 Sr0.3 MnO3 膜が堆積
され, さらにその表面層として同型の母相Mn系酸化物
反強磁性薄膜3としてLaMnO3 膜を有する作製をし
ている。
る。 (a)マルチターゲットが可能なイオンビームスパッ夕
装置において,La0.7 Sr0.3 MnO3 のターゲット
及びLaMnO3 のターゲットを設置する。
は,La2 O3 ,Sr(CO)3 ,MnO2 の,LaMn
O3 のターゲットはLa2 O3 ,MnO2 の粉末を用い
て化学量論的組成に混合し,焼成することにより作製し
た上記Mn系酸化物を直径4 〜5 インチ, 厚さ 2〜5 mm
の円板上に加圧整形し,1400℃で酸素中で12時間の熱処
理をして焼結したものを使用する。
によりLa0.7 Sr0.3 MnO3 からなる強磁性体のペ
ロブスカイト型混合原子価Mn系酸化物磁性薄膜2を堆
積する。
同様にLaMnO3 からなる同型の母相Mn系酸化物反
強磁性薄膜3をLa0.7 Sr0.3 MnO3 膜上に堆積す
る。スパッタ条件は以下のようである。
膜としてLaMnO3膜を堆積し, 次いでLa0.7 Sr
0.3 MnO3 からなる強磁性体のペロブスカイト型Mn
系酸化物磁性薄膜 2を堆積し,更にLaMnO3 からな
るMn系酸化物反強磁性薄膜 3を堆積した場合は請求項
3の実施の形態となる。
方の母相Mn系酸化物反強磁性薄膜LaMnO3 を堆積
し, 他方の母相Mn系酸化物反強磁性薄膜SrMnO3
を積層した後, 熱処理することにより,その界面にペロ
ブスカイト型混合原子価Mn系酸化物磁性薄膜としてL
a0.7 Sr0.3 MnO3 膜を製造する。
界面に混合原子価Mn系酸化物が形成される。LaMn
O3 とSrMnO3 の膜厚が同一の場合は等拡散度によ
りLa0.5 Sr0.5 MnO3 が形成されるが,膜厚を LaMnO3 :SrMnO3 =1:1.8475 とすると,Laの方が拡散度がSrの0.7/0.3 倍とな
り, La0.7 Sr0.3 MnO3 が選択的に形成される。
2を参照して説明する。Mn系酸化物磁性体の結晶構造
は,磁性に寄与するMnと酸素からなる磁性層Mn−層
と,磁性に寄与しないでキャリアの調整に寄与する非磁
性層La−O層またはSr−O層の積層構造と見ること
ができる。MnはMn4+通常であり,Srがドープされ
た部分がMn3+である。
と同方向に飽和磁場まで印加し, La0.7 Sr0.3 Mn
O3 の強磁性体のすべてのMnイオン局在スピンを磁場
方向に向けさせる。その後, 磁場をゼロにすると図2
(a)のようにMn系酸化物強磁性薄膜2は金属人工格
子のように磁性層のMn−O層4と非磁性層のLa(S
r)−O層5が交互に積層した構造を原子オーダで有す
るため, 反強磁性層/強磁性層の界面において交換結合
が働き, 反強磁性層近傍の数原子層にわたってMnイオ
ン局在スピンは全磁場方向にピンされた状態となる。
スピンがある程度傾いた状態(スピン同士が非平行)と
なる。この状態ではMnイオンの3d電子が移動しにく
く抵抗が大きい。
ように傾いていた局在スピンが印加磁場方向に磁化さ
れ, 3d電子が移動し易くなり抵抗が小さくなる。反強
磁性薄膜がない状態ではスピンの熱的揺らぎなどによ
り, 印加磁場方向へ磁化する応答が緩やかとなる。そこ
で予め局在スピンをピンさせておくことにより, 反強磁
性薄膜がない場合においてある程度磁場が印加された状
態からの出発となり低Hs化が可能となる。
磁性体であるペロブスカイト型混合原子価Mn系酸化物
磁性体の表面層としてに反強磁性体を積層し, 低Hs化
が可能となることによって, 磁気抵抗ヘッドに応用して
その高感度化に寄与するところが大きい。
に関する説明図
3 ) 3 Mn系酸化物反強磁性薄膜(LaMnO3 ) 4 磁性Mn−O層 5 非磁性La(Sr)−O層
Claims (4)
- 【請求項1】 ペロブスカイト型混合原子価Mn系酸化
物磁性体膜の表面に反強磁性体膜を形成してなることを
特徴とする酸化物磁性体。 - 【請求項2】 前記反強磁性体膜が同型の母相Mn系酸
化物反強磁性体膜であることを特徴とする請求項1記載
の酸化物磁性体。 - 【請求項3】 請求項1記載のペロブスカイト型混合原
子価Mn系酸化物磁性体膜の下側にも反強磁性体膜を形
成してなることを特徴とする酸化物磁性体。 - 【請求項4】 ペロブスカイト型混合原子価のそれぞれ
の母相Mn系酸化物反強磁性体を積層し, 熱処理するこ
とにより界面層に混合原子価Mn系酸化物磁性体を形成
することを特徴とする酸化物磁性体の製造方法。
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JP27889695A JP3593761B2 (ja) | 1995-10-26 | 1995-10-26 | 酸化物磁性体及びその製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1995
- 1995-10-26 JP JP27889695A patent/JP3593761B2/ja not_active Expired - Fee Related
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