JPH0950608A - スピンバルブ素子 - Google Patents
スピンバルブ素子Info
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- JPH0950608A JPH0950608A JP19986595A JP19986595A JPH0950608A JP H0950608 A JPH0950608 A JP H0950608A JP 19986595 A JP19986595 A JP 19986595A JP 19986595 A JP19986595 A JP 19986595A JP H0950608 A JPH0950608 A JP H0950608A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 良好な軟磁気特性と共に高いＭＲ比を得るこ
とができるスピンバルブ素子を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ製の基板１上には主にＮｉ−Ｆｅ，
Ｃｏ等の結晶質、又はＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔ
ａ，Ｒｅ又はＭｏ）等の非晶質の金属磁性材料を積層し
た磁性自由層２が形成されており、該磁性自由層２上に
はＣｕ，Ａｕ又はＡｇ等，他層より電気抵抗が小さい材
料を用いた非磁性導電層３が共にスパッタリングによっ
て形成されている。非磁性導電層３上にはＣｏを９０原
子％以上含むＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又
はＭｏ）の非晶質層41が積層されており、該非晶質層41
上にはＮｉＦｅの軟磁性材料を用いた結晶質層42が積層
されており、非晶質層41及び結晶質層42によって磁性固
定層４が形成されている。そして、磁性固定層４の結晶
質層42上にはＦｅＭｎの反強磁性層５が形成されてお
り、反強磁性層５上にはＴａといった保護層６が形成さ
れている。
とができるスピンバルブ素子を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ製の基板１上には主にＮｉ−Ｆｅ，
Ｃｏ等の結晶質、又はＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔ
ａ，Ｒｅ又はＭｏ）等の非晶質の金属磁性材料を積層し
た磁性自由層２が形成されており、該磁性自由層２上に
はＣｕ，Ａｕ又はＡｇ等，他層より電気抵抗が小さい材
料を用いた非磁性導電層３が共にスパッタリングによっ
て形成されている。非磁性導電層３上にはＣｏを９０原
子％以上含むＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又
はＭｏ）の非晶質層41が積層されており、該非晶質層41
上にはＮｉＦｅの軟磁性材料を用いた結晶質層42が積層
されており、非晶質層41及び結晶質層42によって磁性固
定層４が形成されている。そして、磁性固定層４の結晶
質層42上にはＦｅＭｎの反強磁性層５が形成されてお
り、反強磁性層５上にはＴａといった保護層６が形成さ
れている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗センサの
感受部に用いられるスピンバルブ素子に関する。
感受部に用いられるスピンバルブ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来のスピンバルブ素子を利用し
た磁気抵抗（以下ＭＲという）センサの要部を示す斜視
図であり、図中11は基板である。基板11上には平断面視
が矩形の２電極部17，17が互いに所定の間隙を隔てて基
板11の一端から他端に向かって形成してある。両電極部
17，17の一端近傍の間隙には、図中白抜き矢符で示した
信号磁場ＨS を検出すべく、短冊状に複数の層を積層し
たスピンバルブ素子16が所要の素子高さｈとなるように
形成してあり、該スピンバルブ素子16の信号磁場ＨS に
対向する面は基板11の一端面と面一にしてある。このス
ピンバルブ素子16には両電極部17，17によってセンス電
流ＩS が通流してある。
た磁気抵抗（以下ＭＲという）センサの要部を示す斜視
図であり、図中11は基板である。基板11上には平断面視
が矩形の２電極部17，17が互いに所定の間隙を隔てて基
板11の一端から他端に向かって形成してある。両電極部
17，17の一端近傍の間隙には、図中白抜き矢符で示した
信号磁場ＨS を検出すべく、短冊状に複数の層を積層し
たスピンバルブ素子16が所要の素子高さｈとなるように
形成してあり、該スピンバルブ素子16の信号磁場ＨS に
対向する面は基板11の一端面と面一にしてある。このス
ピンバルブ素子16には両電極部17，17によってセンス電
流ＩS が通流してある。
【０００３】図６は図５に示したスピンバルブ素子16の
拡大縦断面図である。基板11上にはＮｉ−Ｆｅ（パーマ
ロイ），Ｃｏ，Ｆｅ又はＮｉ等の金属磁性材料が積層さ
れてなり、外部磁場によって磁化される磁性自由層12、
Ｃｕ，Ａｕ又はＡｇ等，他層より電気抵抗率が小さい材
料を用いた非磁性導電層13、及び前述した金属磁性材料
と同じ材料を用い、交換結合によってその磁化が固定さ
れた磁性固定層14がこの順に形成されている。これによ
って、前述したセンス電流ＩS の殆どは非磁性導電層13
内を流れる。そして、磁性固定層14上にはＦｅ−Ｍｎ又
はＮｉＯ等が積層されてなり、後述する如く磁性固定層
14の磁化方向を決定する反強磁性層15が形成されてい
る。
拡大縦断面図である。基板11上にはＮｉ−Ｆｅ（パーマ
ロイ），Ｃｏ，Ｆｅ又はＮｉ等の金属磁性材料が積層さ
れてなり、外部磁場によって磁化される磁性自由層12、
Ｃｕ，Ａｕ又はＡｇ等，他層より電気抵抗率が小さい材
料を用いた非磁性導電層13、及び前述した金属磁性材料
と同じ材料を用い、交換結合によってその磁化が固定さ
れた磁性固定層14がこの順に形成されている。これによ
って、前述したセンス電流ＩS の殆どは非磁性導電層13
内を流れる。そして、磁性固定層14上にはＦｅ−Ｍｎ又
はＮｉＯ等が積層されてなり、後述する如く磁性固定層
14の磁化方向を決定する反強磁性層15が形成されてい
る。
【０００４】反強磁性層15を構成する複数の原子層内で
は原子間の磁化を平行にする正の交換相互作用が働いて
いる一方、原子層間では原子間の磁化を反平行にする負
の交換相互作用が働いている。このため、反強磁性層15
はその外部に磁極を形成しないが、その内部には、交互
に磁化の向きが１８０°異なる複数の層が形成されてい
る。なお、反強磁性層15の磁化の方向は素子高さｈの方
向になるようにしてある。このような反強磁性層15に前
述した磁性固定層14が隣接している。そして、磁性固定
層14は隣接原子の磁化と交換結合するため、磁性固定層
14の磁化は反強磁性層15内の磁性固定層14に隣接する原
子層の磁化方向と同じ方向に固定される。
は原子間の磁化を平行にする正の交換相互作用が働いて
いる一方、原子層間では原子間の磁化を反平行にする負
の交換相互作用が働いている。このため、反強磁性層15
はその外部に磁極を形成しないが、その内部には、交互
に磁化の向きが１８０°異なる複数の層が形成されてい
る。なお、反強磁性層15の磁化の方向は素子高さｈの方
向になるようにしてある。このような反強磁性層15に前
述した磁性固定層14が隣接している。そして、磁性固定
層14は隣接原子の磁化と交換結合するため、磁性固定層
14の磁化は反強磁性層15内の磁性固定層14に隣接する原
子層の磁化方向と同じ方向に固定される。
【０００５】一方、磁性自由層12は前述した如く磁化さ
れた磁性固定層14とは非磁性導電層13で隔てられている
ため、外部磁場によって自由に磁化することができ、信
号磁場ＨS の向きに応じてスピンバルブ素子16の素子高
さｈの方向に磁化される。この磁性自由層12の磁化の向
きと磁性固定層14の磁化の向きとが同じであるとき、Ｍ
Ｒセンサにおける電気抵抗が小さく、磁性自由層12の磁
化の向きと磁性固定層14の磁化の向きとが異なるとき、
ＭＲセンサにおける電気抵抗が大きい。このようなスピ
ンバルブ作用を備える素子は、磁場によって電気抵抗が
変化するＭＲ効果が他のＭＲ素子より高いという優れた
効果がある。そして、電極部17，17間の電圧の変化を検
出することによって信号磁場ＨS を電気信号として再生
する。
れた磁性固定層14とは非磁性導電層13で隔てられている
ため、外部磁場によって自由に磁化することができ、信
号磁場ＨS の向きに応じてスピンバルブ素子16の素子高
さｈの方向に磁化される。この磁性自由層12の磁化の向
きと磁性固定層14の磁化の向きとが同じであるとき、Ｍ
Ｒセンサにおける電気抵抗が小さく、磁性自由層12の磁
化の向きと磁性固定層14の磁化の向きとが異なるとき、
ＭＲセンサにおける電気抵抗が大きい。このようなスピ
ンバルブ作用を備える素子は、磁場によって電気抵抗が
変化するＭＲ効果が他のＭＲ素子より高いという優れた
効果がある。そして、電極部17，17間の電圧の変化を検
出することによって信号磁場ＨS を電気信号として再生
する。
【０００６】このようなスピンバルブ素子16にあって
は、ＭＲ比（ＭＲ比＝ΔＲ／Ｒmin ×１００；但し、
Ｒ：電気抵抗，Ｒmin ：最低電気抵抗，Δ：変化量）を
向上させて、ＭＲセンサの再生出力電圧を増加させるべ
く、磁性自由層12及び磁性固定層14の両磁性層の改良が
鋭意行われている。
は、ＭＲ比（ＭＲ比＝ΔＲ／Ｒmin ×１００；但し、
Ｒ：電気抵抗，Ｒmin ：最低電気抵抗，Δ：変化量）を
向上させて、ＭＲセンサの再生出力電圧を増加させるべ
く、磁性自由層12及び磁性固定層14の両磁性層の改良が
鋭意行われている。
【０００７】両磁性層12，14に用いられる代表的な磁性
材料としては、Ｎｉ−Ｆｅ又はＣｏが挙げられる。Ｎｉ
−Ｆｅは軟磁気特性に優れた材料であり、両磁性層12，
14にＮｉ−Ｆｅを用いた場合、数Ｏｅ（エルステッド）
の小さな磁場でＭＲ効果を生じるが、ＭＲ比が４％程度
と比較的小さい。一方、両磁性層12，14にＣｏを用いた
場合、ＭＲ比は８％以上と大きいが、Ｃｏは軟磁気特性
が悪いためＭＲ効果を生じるには５０Ｏｅ以上の大きな
磁場が必要であるという問題がある。
材料としては、Ｎｉ−Ｆｅ又はＣｏが挙げられる。Ｎｉ
−Ｆｅは軟磁気特性に優れた材料であり、両磁性層12，
14にＮｉ−Ｆｅを用いた場合、数Ｏｅ（エルステッド）
の小さな磁場でＭＲ効果を生じるが、ＭＲ比が４％程度
と比較的小さい。一方、両磁性層12，14にＣｏを用いた
場合、ＭＲ比は８％以上と大きいが、Ｃｏは軟磁気特性
が悪いためＭＲ効果を生じるには５０Ｏｅ以上の大きな
磁場が必要であるという問題がある。
【０００８】そのため、良好な軟磁気特性が必要である
磁性自由層12にＮｉ−Ｆｅを用い、磁性自由層12ほど良
好な軟磁気特性が必要でない磁性固定層14にＣｏを用い
ることによって、両磁性層にＮｉ−Ｆｅを用いた場合と
同程度の磁場でＭＲ効果を生じるが、ＭＲ比を６％程度
にまで改善したスピンバルブ素子が提案されている。
磁性自由層12にＮｉ−Ｆｅを用い、磁性自由層12ほど良
好な軟磁気特性が必要でない磁性固定層14にＣｏを用い
ることによって、両磁性層にＮｉ−Ｆｅを用いた場合と
同程度の磁場でＭＲ効果を生じるが、ＭＲ比を６％程度
にまで改善したスピンバルブ素子が提案されている。
【０００９】また、Ｎｉ−Ｆｅの磁性自由層12と非磁性
導電層13との間にＣｏの磁性自由層12を介装させること
によって、８％程度のＭＲ比を得ると共に、ＭＲ効果を
誘起するための磁場を１０Ｏｅ以下にまで改善したスピ
ンバルブ素子も提案されている。更に、磁性自由層12と
してＣｏ系非晶質を用いたスピンバルブ素子が提案され
ている。このスピンバルブ素子にあっては、Ｃｏ系非晶
質としてＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（Ｍ＝Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｍ
ｏ）を使用すると、Ｃｏの含有量を９０％以上にするこ
とができるため、Ｃｏと同程度のＭＲ比を得ることがで
きると共に、非晶質であるため良好な軟磁気特性を得る
ことができる。
導電層13との間にＣｏの磁性自由層12を介装させること
によって、８％程度のＭＲ比を得ると共に、ＭＲ効果を
誘起するための磁場を１０Ｏｅ以下にまで改善したスピ
ンバルブ素子も提案されている。更に、磁性自由層12と
してＣｏ系非晶質を用いたスピンバルブ素子が提案され
ている。このスピンバルブ素子にあっては、Ｃｏ系非晶
質としてＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（Ｍ＝Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｅ，Ｍ
ｏ）を使用すると、Ｃｏの含有量を９０％以上にするこ
とができるため、Ｃｏと同程度のＭＲ比を得ることがで
きると共に、非晶質であるため良好な軟磁気特性を得る
ことができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のス
ピンバルブ素子にあっては、磁気固定層にＣｏを用いた
場合、反強磁性層との交換結合によって磁気固定層の軟
磁気特性が著しく劣下し、磁気固定層の磁化の固定が不
十分になり、スピンバルブ素子の信頼性が低下するとい
う問題があった。これに対して、前述した磁性自由層と
同様に、Ｎｉ−Ｆｅの磁性固定層と非磁性導電層との間
にＣｏの磁性自由層を介装させたスピンバルブ素子が実
用化されているが、磁性固定層の軟磁気特性は十分では
ない。一方、Ｃｏ系非晶質は、反強磁性層との交換結合
を生じないため磁性固定層に用いることはできない。
ピンバルブ素子にあっては、磁気固定層にＣｏを用いた
場合、反強磁性層との交換結合によって磁気固定層の軟
磁気特性が著しく劣下し、磁気固定層の磁化の固定が不
十分になり、スピンバルブ素子の信頼性が低下するとい
う問題があった。これに対して、前述した磁性自由層と
同様に、Ｎｉ−Ｆｅの磁性固定層と非磁性導電層との間
にＣｏの磁性自由層を介装させたスピンバルブ素子が実
用化されているが、磁性固定層の軟磁気特性は十分では
ない。一方、Ｃｏ系非晶質は、反強磁性層との交換結合
を生じないため磁性固定層に用いることはできない。
【００１１】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは磁性固定層である第
２磁性層が結晶質層及び非晶質層を備え、反強磁性層を
前記結晶質層上に形成することによって、良好な軟磁気
特性と共に高いＭＲ比を得ることができるスピンバルブ
素子を提供することにある。
であって、その目的とするところは磁性固定層である第
２磁性層が結晶質層及び非晶質層を備え、反強磁性層を
前記結晶質層上に形成することによって、良好な軟磁気
特性と共に高いＭＲ比を得ることができるスピンバルブ
素子を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】第１発明に係るスピンバ
ルブ素子は、基板上に外部磁場によって磁化される第１
磁性層と、非磁性導電層と、隣接する磁性層の磁化と交
換結合する第２磁性層と、予め磁化されている反強磁性
層とがこの順番に形成されているスピンバルブ素子にお
いて、前記第２磁性層は結晶質層及び非晶質層を備え、
前記反強磁性層は前記結晶質層の上に形成されているこ
とを特徴とする。
ルブ素子は、基板上に外部磁場によって磁化される第１
磁性層と、非磁性導電層と、隣接する磁性層の磁化と交
換結合する第２磁性層と、予め磁化されている反強磁性
層とがこの順番に形成されているスピンバルブ素子にお
いて、前記第２磁性層は結晶質層及び非晶質層を備え、
前記反強磁性層は前記結晶質層の上に形成されているこ
とを特徴とする。
【００１３】第２発明に係るスピンバルブ素子は、第１
発明において、前記結晶質層はＮｉ−Ｆｅであり、前記
非晶質層はＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又は
Ｍｏ）であり、前記反強磁性層はＦｅ−Ｍｎであること
を特徴とする。
発明において、前記結晶質層はＮｉ−Ｆｅであり、前記
非晶質層はＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又は
Ｍｏ）であり、前記反強磁性層はＦｅ−Ｍｎであること
を特徴とする。
【００１４】反強磁性層として代表的なＦｅ−Ｍｎに
は、面心立方（ｆｃｃ）構造であり反強磁性を示すγ相
と、反強磁性を示さないα相との２つの結晶構造があ
る。そして、Ｆｅ−ＭｎはＮｉ−Ｆｅのようなｆｃｃ構
造の下地の上に形成した場合はγ相であり、ガラス又は
非晶質のような結晶構造を持たない下地の上に形成した
場合はα相になる。このように、Ｆｅ−Ｍｎの結晶構造
は下地の結晶構造によって定まる。前述した如く、Ｃｏ
系非晶質が反強磁性層との交換結合を生じないのは、Ｃ
ｏ系非晶質上に形成された反強磁性層の結晶構造がα相
になっているためである。
は、面心立方（ｆｃｃ）構造であり反強磁性を示すγ相
と、反強磁性を示さないα相との２つの結晶構造があ
る。そして、Ｆｅ−ＭｎはＮｉ−Ｆｅのようなｆｃｃ構
造の下地の上に形成した場合はγ相であり、ガラス又は
非晶質のような結晶構造を持たない下地の上に形成した
場合はα相になる。このように、Ｆｅ−Ｍｎの結晶構造
は下地の結晶構造によって定まる。前述した如く、Ｃｏ
系非晶質が反強磁性層との交換結合を生じないのは、Ｃ
ｏ系非晶質上に形成された反強磁性層の結晶構造がα相
になっているためである。
【００１５】図２は異なる組成の磁性層上にＦｅ−Ｍｎ
の反強磁性層を形成し、磁場の強度を変化させたとき
の、磁性層の磁化の変化を測定したグラフであり、縦軸
は磁化を、また横軸は磁場の強さをそれぞれ示してい
る。図２中、（ａ）はその厚みが５０Åとなるように形
成したＮｉ−Ｆｅ結晶質の磁性層であり、（ｂ）はその
厚みが５０Åとなるように形成したＣｏ−Ｚｒ−Ｍｏ非
晶質の磁性層であり、（ｃ）はその厚みが３０Åとなる
ように堆積したＣｏ−Ｚｒ−Ｍｏの非晶質層上にその厚
みが２０Åとなるように堆積したＮｉ−Ｆｅの結晶質層
を形成した磁性層である。なお、反強磁性層はそれぞ
れ、その厚みが１５０Åとなるように形成した。
の反強磁性層を形成し、磁場の強度を変化させたとき
の、磁性層の磁化の変化を測定したグラフであり、縦軸
は磁化を、また横軸は磁場の強さをそれぞれ示してい
る。図２中、（ａ）はその厚みが５０Åとなるように形
成したＮｉ−Ｆｅ結晶質の磁性層であり、（ｂ）はその
厚みが５０Åとなるように形成したＣｏ−Ｚｒ−Ｍｏ非
晶質の磁性層であり、（ｃ）はその厚みが３０Åとなる
ように堆積したＣｏ−Ｚｒ−Ｍｏの非晶質層上にその厚
みが２０Åとなるように堆積したＮｉ−Ｆｅの結晶質層
を形成した磁性層である。なお、反強磁性層はそれぞ
れ、その厚みが１５０Åとなるように形成した。
【００１６】図２（ａ）及び（ｃ）から明らかな如く、
結晶質の下地の上に反強磁性層を形成した場合、磁性層
の磁化は交換結合によって反強磁性層の磁化に固定され
るため、外部磁場による磁性層の磁化の変化は磁場の強
度０からずれた位置で生じている。一方、図２（ｂ）か
ら明らかな如く、非晶質の下地の上に反強磁性層を形成
した場合、磁性層は反強磁性層の磁化と交換結合してい
ないため、外部磁場による磁性層の磁化の変化は磁場の
強度０の位置で生じている。
結晶質の下地の上に反強磁性層を形成した場合、磁性層
の磁化は交換結合によって反強磁性層の磁化に固定され
るため、外部磁場による磁性層の磁化の変化は磁場の強
度０からずれた位置で生じている。一方、図２（ｂ）か
ら明らかな如く、非晶質の下地の上に反強磁性層を形成
した場合、磁性層は反強磁性層の磁化と交換結合してい
ないため、外部磁場による磁性層の磁化の変化は磁場の
強度０の位置で生じている。
【００１７】本発明に係るスピンバルブ素子にあって
は、磁化固定層である第２磁性層は結晶質層及び非晶質
層を備え、反強磁性層は前記結晶質層の上に形成されて
いるため、結晶質層の上に形成される反強磁性層のＦｅ
−Ｍｎはγ相となり、図２（ｂ）の如く、第２磁性層の
交換結合を誘起することができる。
は、磁化固定層である第２磁性層は結晶質層及び非晶質
層を備え、反強磁性層は前記結晶質層の上に形成されて
いるため、結晶質層の上に形成される反強磁性層のＦｅ
−Ｍｎはγ相となり、図２（ｂ）の如く、第２磁性層の
交換結合を誘起することができる。
【００１８】一方、結晶質層と非晶質層とはお互い磁気
的に強く結合して１つの磁性層として振る舞い、１つの
磁気特性を示す。ここで、結晶質層としてＮｉ−Ｆｅ
を、また、非晶質層としてＣｏ系非晶質を用いた場合、
お互いに良好な軟磁気特性を示すため、磁気特性は劣下
せず、反強磁性層との交換結合による磁化は十分に固定
される。また、Ｃｏ系非晶質であるＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（Ｍ
はＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）にあっては、Ｃｏを９０
原子％以上にすることができるため、高いＭＲ比を得ら
れる。
的に強く結合して１つの磁性層として振る舞い、１つの
磁気特性を示す。ここで、結晶質層としてＮｉ−Ｆｅ
を、また、非晶質層としてＣｏ系非晶質を用いた場合、
お互いに良好な軟磁気特性を示すため、磁気特性は劣下
せず、反強磁性層との交換結合による磁化は十分に固定
される。また、Ｃｏ系非晶質であるＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（Ｍ
はＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）にあっては、Ｃｏを９０
原子％以上にすることができるため、高いＭＲ比を得ら
れる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係るスピ
ンバルブ素子の模式的断面図である。Ｓｉ製の基板１上
には主にＮｉ−Ｆｅ（パーマロイ），Ｃｏ等の結晶質、
又はＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）
等の非晶質の金属磁性材料を堆積した磁性自由層２が形
成されており、該磁性自由層２上にはＣｕ，Ａｕ又はＡ
ｇ等，他層より電気抵抗率が小さい材料を用いた非磁性
導電層３が共にスパッタリングによって形成されてい
る。
に基づいて具体的に説明する。図１は本発明に係るスピ
ンバルブ素子の模式的断面図である。Ｓｉ製の基板１上
には主にＮｉ−Ｆｅ（パーマロイ），Ｃｏ等の結晶質、
又はＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）
等の非晶質の金属磁性材料を堆積した磁性自由層２が形
成されており、該磁性自由層２上にはＣｕ，Ａｕ又はＡ
ｇ等，他層より電気抵抗率が小さい材料を用いた非磁性
導電層３が共にスパッタリングによって形成されてい
る。
【００２０】非磁性導電層３上にはＣｏを９０原子％以
上含むＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭ
ｏ）の非晶質層41が堆積されており、該非晶質層41上に
はＮｉＦｅの軟磁性材料を用いた結晶質層42が堆積され
ており、非晶質層41及び結晶質層42によって磁性固定層
４が形成されている。そして、磁性固定層４の結晶質層
42上にはＦｅＭｎの反強磁性層５が形成されており、反
強磁性層５上にはＴａといった保護層６が形成されてい
る。
上含むＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭ
ｏ）の非晶質層41が堆積されており、該非晶質層41上に
はＮｉＦｅの軟磁性材料を用いた結晶質層42が堆積され
ており、非晶質層41及び結晶質層42によって磁性固定層
４が形成されている。そして、磁性固定層４の結晶質層
42上にはＦｅＭｎの反強磁性層５が形成されており、反
強磁性層５上にはＴａといった保護層６が形成されてい
る。
【００２１】このように、反強磁性層５はｆｃｃ構造で
ある結晶質層42を下地として形成されているため、反強
磁性層５もｆｃｃ構造となり、磁性固定層４の交換結合
を誘起して該磁性固定層４の磁化を固定する。また、Ｃ
ｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）の非晶
質層41，及びＮｉＦｅの結晶質層42は磁気的に強く結合
して良好な軟磁気特性を示す。一方、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｍ
（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）の非晶質層41はＣｏ
を９０原子％以上含むため高いＭＲ比が得られる。
ある結晶質層42を下地として形成されているため、反強
磁性層５もｆｃｃ構造となり、磁性固定層４の交換結合
を誘起して該磁性固定層４の磁化を固定する。また、Ｃ
ｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）の非晶
質層41，及びＮｉＦｅの結晶質層42は磁気的に強く結合
して良好な軟磁気特性を示す。一方、Ｃｏ−Ｚｒ−Ｍ
（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）の非晶質層41はＣｏ
を９０原子％以上含むため高いＭＲ比が得られる。
【００２２】
【実施例】次に比較試験を実施した結果について説明す
る。比較試験は４プローブ法によってＭＲ比及び電気抵
抗変化磁場を測定することによって行った。
る。比較試験は４プローブ法によってＭＲ比及び電気抵
抗変化磁場を測定することによって行った。
【００２３】図４は４プローブ法の実施態様を示す模式
図であり、図中10は試料である。試料10はその磁性固定
層の磁化方向が矢符方向となるようにセットしてある。
試料10上には４つのプローブ33，34，35，36が前述した
磁化方向と直交する方向に所定間隔を隔てて一列に配置
してあり、各プローブ33，34，35，36の下端は試料10の
表面に接触してある。外側の２つのプローブ33，34には
直流電源32から１ｍＡのセンス電流が通流してあり、内
側の２つのプローブ35，36は外側のプローブ33，34間の
電圧を測定すべく電圧計31に接続してある。そして、図
中白抜き矢符で示した如く、磁性固定層の磁化方向と同
じ方向の外部磁場を試料に印加し、印加した外部磁場を
掃引させたときの外側のプローブ33，34間の電圧の変化
から次の（１）式に基づいてＭＲ比を算出した。 ＭＲ比＝ΔＲ／Ｒmin ×１００ …（１） 但し、 Ｒ：電気抵抗 Ｒmin ：最低電気抵抗 Δ：変化量
図であり、図中10は試料である。試料10はその磁性固定
層の磁化方向が矢符方向となるようにセットしてある。
試料10上には４つのプローブ33，34，35，36が前述した
磁化方向と直交する方向に所定間隔を隔てて一列に配置
してあり、各プローブ33，34，35，36の下端は試料10の
表面に接触してある。外側の２つのプローブ33，34には
直流電源32から１ｍＡのセンス電流が通流してあり、内
側の２つのプローブ35，36は外側のプローブ33，34間の
電圧を測定すべく電圧計31に接続してある。そして、図
中白抜き矢符で示した如く、磁性固定層の磁化方向と同
じ方向の外部磁場を試料に印加し、印加した外部磁場を
掃引させたときの外側のプローブ33，34間の電圧の変化
から次の（１）式に基づいてＭＲ比を算出した。 ＭＲ比＝ΔＲ／Ｒmin ×１００ …（１） 但し、 Ｒ：電気抵抗 Ｒmin ：最低電気抵抗 Δ：変化量
【００２４】また、定電流における電圧の変化，即ち外
側のプローブ33，34間の電気抵抗が変化するときの外部
磁場の強さを電気抵抗変化磁場（Ｏｅ）とし、図３に示
した如く、電気抵抗変化磁場も比較した。
側のプローブ33，34間の電気抵抗が変化するときの外部
磁場の強さを電気抵抗変化磁場（Ｏｅ）とし、図３に示
した如く、電気抵抗変化磁場も比較した。
【００２５】比較結果を次の表１に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】表１において、本発明例のスピンバルブ素
子は、基板上に磁性自由層としてＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（Ｍは
Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）をその厚みが６０Åとなる
ように堆積し、その上に非磁性導電層としてＣｕをその
厚みが２０Åとなるように堆積した。そして、磁性固定
層の非晶質層としてＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，
Ｒｅ又はＭｏ）をその厚みが３０Åとなるように堆積し
た後、結晶質層としてＮｉ80Ｆｅ20（Ｎｉ−８０原子
％，Ｆｅ−２０原子％の合金）を２０Åとなるように堆
積した。磁性自由層及び磁性固定層の非晶質層における
Ｃｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）の詳
細は、本発明例１ではＣｏ90Ｚｒ3 Ｎｂ7であり、本発
明例２ではＣｏ90Ｚｒ3 Ｔａ7 であり、本発明例３では
Ｃｏ90Ｚｒ 8 Ｒｅ2 であり、本発明例４ではＣｏ90Ｚｒ
3.5 Ｍｏ6.5 である。この結晶質層の上に反強磁性層と
してＦｅ50Ｍｎ50をその厚みが１５０Åとなるように堆
積し、保護層としてＴａを１５Åとなるように堆積し
た。なお、スピンバルブ素子の製造中、基板１に平行に
４００Ｏｅの平行磁場を印加しており、この方向に磁性
固定層の磁化が固定されている。
子は、基板上に磁性自由層としてＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（Ｍは
Ｎｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）をその厚みが６０Åとなる
ように堆積し、その上に非磁性導電層としてＣｕをその
厚みが２０Åとなるように堆積した。そして、磁性固定
層の非晶質層としてＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，
Ｒｅ又はＭｏ）をその厚みが３０Åとなるように堆積し
た後、結晶質層としてＮｉ80Ｆｅ20（Ｎｉ−８０原子
％，Ｆｅ−２０原子％の合金）を２０Åとなるように堆
積した。磁性自由層及び磁性固定層の非晶質層における
Ｃｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又はＭｏ）の詳
細は、本発明例１ではＣｏ90Ｚｒ3 Ｎｂ7であり、本発
明例２ではＣｏ90Ｚｒ3 Ｔａ7 であり、本発明例３では
Ｃｏ90Ｚｒ 8 Ｒｅ2 であり、本発明例４ではＣｏ90Ｚｒ
3.5 Ｍｏ6.5 である。この結晶質層の上に反強磁性層と
してＦｅ50Ｍｎ50をその厚みが１５０Åとなるように堆
積し、保護層としてＴａを１５Åとなるように堆積し
た。なお、スピンバルブ素子の製造中、基板１に平行に
４００Ｏｅの平行磁場を印加しており、この方向に磁性
固定層の磁化が固定されている。
【００２８】一方、従来例のスピンバルブ素子は、Ｓｉ
製の基板上に磁性自由層，Ｃｕの非磁性導電層，磁性固
定層及びＦｅ50Ｍｎ50の反強磁性層、Ｔａの保護層をこ
の順に、その厚みが各々６０Å，２０Å，５０Å，１５
０Å，１５Åとなるように積層させており、磁性自由層
及び磁性固定層には従来例１ではＮｉ80Ｆｅ20を、また
従来例２ではＣｏを用いた。
製の基板上に磁性自由層，Ｃｕの非磁性導電層，磁性固
定層及びＦｅ50Ｍｎ50の反強磁性層、Ｔａの保護層をこ
の順に、その厚みが各々６０Å，２０Å，５０Å，１５
０Å，１５Åとなるように積層させており、磁性自由層
及び磁性固定層には従来例１ではＮｉ80Ｆｅ20を、また
従来例２ではＣｏを用いた。
【００２９】表１から明らかな如く、本発明例１〜４で
は何れの場合でもＭＲ比が７．４〜７．６と、磁性自由
層及び磁性固定層にＣｏを用いた従来例２のＭＲ比７．
６〜８．０と略同じであり、高いＭＲ比が実現されてい
る。また、本発明例１〜４では何れの場合でも電気抵抗
変化磁場は２〜３Ｏｅであり、良好な軟磁気特性を示す
Ｎｉ−Ｆｅを用いた従来例１の電気抵抗変化磁場と同じ
であり、小さな信号磁場でＭＲ効果を奏することが分か
る。一方、従来例１は電気抵抗変化磁場は小さいもの
の、ＭＲ比は３．６〜３．８と本発明例１〜４の７．４
〜７．６に比べて略１／２である。また、従来例２はＭ
Ｒ比は高いものの、電気抵抗変化磁場は３０〜５０Ｏｅ
と本発明例１〜４の２〜３Ｏｅの十数倍も大きいもので
あった。
は何れの場合でもＭＲ比が７．４〜７．６と、磁性自由
層及び磁性固定層にＣｏを用いた従来例２のＭＲ比７．
６〜８．０と略同じであり、高いＭＲ比が実現されてい
る。また、本発明例１〜４では何れの場合でも電気抵抗
変化磁場は２〜３Ｏｅであり、良好な軟磁気特性を示す
Ｎｉ−Ｆｅを用いた従来例１の電気抵抗変化磁場と同じ
であり、小さな信号磁場でＭＲ効果を奏することが分か
る。一方、従来例１は電気抵抗変化磁場は小さいもの
の、ＭＲ比は３．６〜３．８と本発明例１〜４の７．４
〜７．６に比べて略１／２である。また、従来例２はＭ
Ｒ比は高いものの、電気抵抗変化磁場は３０〜５０Ｏｅ
と本発明例１〜４の２〜３Ｏｅの十数倍も大きいもので
あった。
【００３０】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明に係るスピン
バルブ素子にあっては、良好な軟磁気特性と共に高いＭ
Ｒ比を得ることができるため、小さな信号磁場によって
高い再生出力電圧を発生することができる等、本発明は
優れた効果を奏する。
バルブ素子にあっては、良好な軟磁気特性と共に高いＭ
Ｒ比を得ることができるため、小さな信号磁場によって
高い再生出力電圧を発生することができる等、本発明は
優れた効果を奏する。
【図１】本発明に係るスピンバルブ素子の模式的断面図
である。
である。
【図２】異なる組成の磁性固定層上にＦｅ−Ｍｎの反強
磁性層を形成し、磁場の強度を変化させたときの、磁性
固定層の磁化の変化を測定したグラフである。
磁性層を形成し、磁場の強度を変化させたときの、磁性
固定層の磁化の変化を測定したグラフである。
【図３】電気抵抗変化磁場を説明するグラフである。
【図４】４プローブ法の実施態様を示す模式図である。
【図５】従来のスピンバルブ素子を利用した磁気抵抗セ
ンサの要部を示す斜視図である。
ンサの要部を示す斜視図である。
【図６】図５に示したスピンバルブ素子の拡大縦断面図
である。
である。
１ 基板 ２ 磁性自由層 ３ 非磁性導電層 ４ 磁性固定層 ５ 反強磁性層 ４１ 非晶質層 ４２ 結晶質層
Claims (2)
- 【請求項１】 基板上に外部磁場によって磁化される第
１磁性層と、非磁性導電層と、隣接する磁性層の磁化と
交換結合する第２磁性層と、予め磁化されている反強磁
性層とがこの順番に形成されているスピンバルブ素子に
おいて、 前記第２磁性層は結晶質層及び非晶質層を備え、前記反
強磁性層は前記結晶質層の上に形成されていることを特
徴とするスピンバルブ素子。 - 【請求項２】 前記結晶質層はＮｉ−Ｆｅであり、前記
非晶質層はＣｏ−Ｚｒ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｔａ，Ｒｅ又は
Ｍｏ）であり、前記反強磁性層はＦｅ−Ｍｎである請求
項１記載のスピンバルブ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19986595A JPH0950608A (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | スピンバルブ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19986595A JPH0950608A (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | スピンバルブ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0950608A true JPH0950608A (ja) | 1997-02-18 |
Family
ID=16414935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19986595A Pending JPH0950608A (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | スピンバルブ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0950608A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100376028B1 (ko) * | 1999-03-02 | 2003-03-15 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 자기 저항 효과 소자 및 그 제조 방법 |
| KR20030073600A (ko) * | 2002-03-12 | 2003-09-19 | 학교법인고려중앙학원 | 스핀밸브형 자기저항소자 |
| WO2004109820A1 (en) * | 2003-06-05 | 2004-12-16 | Korea University Foundation | MAGNETIC TUNNEL JUNCTIONS INCORPORATING AMORPHOUS CoNbZr ALLOYS AND NANO-OXIDE LAYERS |
-
1995
- 1995-08-04 JP JP19986595A patent/JPH0950608A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100376028B1 (ko) * | 1999-03-02 | 2003-03-15 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 자기 저항 효과 소자 및 그 제조 방법 |
| KR20030073600A (ko) * | 2002-03-12 | 2003-09-19 | 학교법인고려중앙학원 | 스핀밸브형 자기저항소자 |
| WO2004109820A1 (en) * | 2003-06-05 | 2004-12-16 | Korea University Foundation | MAGNETIC TUNNEL JUNCTIONS INCORPORATING AMORPHOUS CoNbZr ALLOYS AND NANO-OXIDE LAYERS |
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