JPH0950613A - 磁気抵抗効果素子及び磁界検出装置 - Google Patents
磁気抵抗効果素子及び磁界検出装置Info
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- JPH0950613A JPH0950613A JP7218051A JP21805195A JPH0950613A JP H0950613 A JPH0950613 A JP H0950613A JP 7218051 A JP7218051 A JP 7218051A JP 21805195 A JP21805195 A JP 21805195A JP H0950613 A JPH0950613 A JP H0950613A
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- Y10T428/1129—Super lattice [e.g., giant magneto resistance [GMR] or colossal magneto resistance [CMR], etc.]
Abstract
(57)【要約】
【課題】 非磁性体層と磁性体層とを順次積層した磁気
抵抗効果膜を線形応答性を持つＭＲ素子において、不可
欠なバイアス磁界を印加する際に、ＭＲ曲線の線形性を
保持し、ダイナミックレンジを十分とし、また磁気抵抗
効果膜及びバイアス磁界印加用の媒体層を同一の膜厚構
成としても素子幅によって素子特性が安定であるＭＲ素
子、及びこれを用いた磁界検出装置を提供すること。 【解決手段】 隣り合う磁性体層が反強磁性的に結合し
た磁性体層（例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金層等の軟磁性
体層）12ａと非磁性体層（例えばＣｕ層等の非磁性導体
層）12ｂとの積層体によって形成された磁気抵抗効果膜
（ＭＲ膜）12と、この磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を
印加するためのバイアス用軟磁性体層（例えばＳＡＬ
層）14とを有し、このバイアス媒体層の面内の異方性磁
界（Ｈｋ）が ５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15Ｏｅ である磁気抵抗効果素子。
抵抗効果膜を線形応答性を持つＭＲ素子において、不可
欠なバイアス磁界を印加する際に、ＭＲ曲線の線形性を
保持し、ダイナミックレンジを十分とし、また磁気抵抗
効果膜及びバイアス磁界印加用の媒体層を同一の膜厚構
成としても素子幅によって素子特性が安定であるＭＲ素
子、及びこれを用いた磁界検出装置を提供すること。 【解決手段】 隣り合う磁性体層が反強磁性的に結合し
た磁性体層（例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金層等の軟磁性
体層）12ａと非磁性体層（例えばＣｕ層等の非磁性導体
層）12ｂとの積層体によって形成された磁気抵抗効果膜
（ＭＲ膜）12と、この磁気抵抗効果膜にバイアス磁界を
印加するためのバイアス用軟磁性体層（例えばＳＡＬ
層）14とを有し、このバイアス媒体層の面内の異方性磁
界（Ｈｋ）が ５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15Ｏｅ である磁気抵抗効果素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気抵抗効果素子
及び磁界検出装置に関するものである。
及び磁界検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗効果を有する磁気抵抗効果膜
は、磁界を検出する磁気抵抗効果素子として、磁気セン
サ、磁気ヘッド、回転検出素子、位置検出素子等の分野
において盛んに用いられている。
は、磁界を検出する磁気抵抗効果素子として、磁気セン
サ、磁気ヘッド、回転検出素子、位置検出素子等の分野
において盛んに用いられている。
【０００３】磁気抵抗効果素子を磁気センサ等の磁界検
出装置として応用するには、磁場に対する十分な感度を
得、また十分な線形応答性を得るために、磁気抵抗効果
素子に流すセンス電流と、磁気抵抗効果素子の磁化のな
す角度を45度程度にするバイアス磁界印加手段とが必要
である。
出装置として応用するには、磁場に対する十分な感度を
得、また十分な線形応答性を得るために、磁気抵抗効果
素子に流すセンス電流と、磁気抵抗効果素子の磁化のな
す角度を45度程度にするバイアス磁界印加手段とが必要
である。
【０００４】このようなバイアス磁界印加手段として
は、磁気抵抗効果を有する磁性層、磁気的な絶縁層及び
軟磁性体層を順次積層した構造でバイアス磁界を印加で
きることが知られている（例えば、N. Smith, IEEE Tra
ns. on Magn., MAG-23, 259(1987))。
は、磁気抵抗効果を有する磁性層、磁気的な絶縁層及び
軟磁性体層を順次積層した構造でバイアス磁界を印加で
きることが知られている（例えば、N. Smith, IEEE Tra
ns. on Magn., MAG-23, 259(1987))。
【０００５】即ち、図９に示す磁気抵抗効果素子10は、
ガラス、フェライト等からなる絶縁性基板１上にスパッ
タ法又は蒸着法によって強磁性体からなるＭＲ層２（磁
気抵抗効果層、例えば、膜厚20〜50nmのＮｉ−Ｆｅ合
金）を形成し、このＭＲ層２上にＴｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔ
ａ等の磁気的な絶縁層３を同様の方法で形成し、更にこ
の絶縁層３上にＮｉ−Ｆｅ合金又は非晶質軟磁性体層
（ＳＡＬ層）４を同様の方法で形成し、端子電極５ａ−
５ｂ間にセンス電流Ｉを供給するものである。
ガラス、フェライト等からなる絶縁性基板１上にスパッ
タ法又は蒸着法によって強磁性体からなるＭＲ層２（磁
気抵抗効果層、例えば、膜厚20〜50nmのＮｉ−Ｆｅ合
金）を形成し、このＭＲ層２上にＴｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔ
ａ等の磁気的な絶縁層３を同様の方法で形成し、更にこ
の絶縁層３上にＮｉ−Ｆｅ合金又は非晶質軟磁性体層
（ＳＡＬ層）４を同様の方法で形成し、端子電極５ａ−
５ｂ間にセンス電流Ｉを供給するものである。
【０００６】センス電流ＩはＭＲ層２、磁気的な絶縁層
３、軟磁性体層４にそれぞれ分流し、ＭＲ層２及び磁気
的な絶縁層３を流れる電流によって、軟磁性体層４の面
内を通りかつセンス電流Ｉと垂直方向の磁界が発生し、
この磁界によって、軟磁性体層４の磁化方向が回転す
る。そして、この軟磁性体層４の磁化によって生じる磁
界と、磁気的な絶縁層３及び軟磁性体層４に流れる電流
が生ずる磁界とが、ＭＲ層２の面内で前記の軟磁性体層
４の面内の磁界とは逆向きの磁界を生じ、この磁界がバ
イアス磁界として作用する。
３、軟磁性体層４にそれぞれ分流し、ＭＲ層２及び磁気
的な絶縁層３を流れる電流によって、軟磁性体層４の面
内を通りかつセンス電流Ｉと垂直方向の磁界が発生し、
この磁界によって、軟磁性体層４の磁化方向が回転す
る。そして、この軟磁性体層４の磁化によって生じる磁
界と、磁気的な絶縁層３及び軟磁性体層４に流れる電流
が生ずる磁界とが、ＭＲ層２の面内で前記の軟磁性体層
４の面内の磁界とは逆向きの磁界を生じ、この磁界がバ
イアス磁界として作用する。
【０００７】従来、上記磁気抵抗効果膜（ＭＲ層２）と
しては、主にＮｉ−Ｆｅ合金膜（いわゆるパーマロイ
膜）が使用されてきた。しかし、パーマロイ膜の磁気抵
抗変化率は小さく、今後一層の高密度磁気記録を図るに
は、感度が不十分となると思われる。
しては、主にＮｉ−Ｆｅ合金膜（いわゆるパーマロイ
膜）が使用されてきた。しかし、パーマロイ膜の磁気抵
抗変化率は小さく、今後一層の高密度磁気記録を図るに
は、感度が不十分となると思われる。
【０００８】一方、近年、異種の金属を数原子層ずつ交
互に積層した人工格子膜構造の多層磁気抵抗効果膜が注
目されている。その中で、Ｆｅからなる強磁性膜とＣｒ
からなる導体膜（非磁性膜）との積層体からなる人工格
子膜において、数十％もの磁気抵抗変化率（以下、「巨
大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果」と称することがある。）が
得られることが報告され、磁気抵抗効果素子への応用が
期待されている（フィジカル・レビュー・レターズ、61
巻、2472ページ、1988年）。
互に積層した人工格子膜構造の多層磁気抵抗効果膜が注
目されている。その中で、Ｆｅからなる強磁性膜とＣｒ
からなる導体膜（非磁性膜）との積層体からなる人工格
子膜において、数十％もの磁気抵抗変化率（以下、「巨
大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果」と称することがある。）が
得られることが報告され、磁気抵抗効果素子への応用が
期待されている（フィジカル・レビュー・レターズ、61
巻、2472ページ、1988年）。
【０００９】その後、Ｆｅ層とＣｒ層の組み合わせ以外
にも、強磁性膜をＣｏ層、非磁性膜をＣｕ層とした組み
合わせでも巨大磁気抵抗効果が得られることが報告され
ている（フィジカル・レビュー・レターズ、66巻、2152
ページ、1991年）。
にも、強磁性膜をＣｏ層、非磁性膜をＣｕ層とした組み
合わせでも巨大磁気抵抗効果が得られることが報告され
ている（フィジカル・レビュー・レターズ、66巻、2152
ページ、1991年）。
【００１０】なお、上記のように強磁性膜と非磁性膜と
が交互に積層されてなる人工格子膜構造の多層磁気抵抗
効果膜において、巨大磁気抵抗効果が観測される原因と
しては、導体中の伝導電子を介して強磁性膜間でＲＫＫ
Ｙ（ルーダーマン・キッテル・糟谷・芳田）相互作用が
働き、相対する強磁性膜が反強磁性的に結合することに
よって反平行スピンの状態が発生し、その結果スピン依
存散乱が生じるためであると考えられている。
が交互に積層されてなる人工格子膜構造の多層磁気抵抗
効果膜において、巨大磁気抵抗効果が観測される原因と
しては、導体中の伝導電子を介して強磁性膜間でＲＫＫ
Ｙ（ルーダーマン・キッテル・糟谷・芳田）相互作用が
働き、相対する強磁性膜が反強磁性的に結合することに
よって反平行スピンの状態が発生し、その結果スピン依
存散乱が生じるためであると考えられている。
【００１１】このような巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ
膜をＭＲ層２に使用する場合、磁場感度が最も高い非磁
性層厚でも、飽和磁界（Ｈｓ）が50Ｏｅ以上あり、しか
も非磁性層との積層膜であるために飽和磁化が 0.2Ｔ程
度と小さい。これに通常の飽和磁化が 0.8Ｔ程度のパー
マロイ等の軟磁性体をＳＡＬ膜として用いてバイアスを
印加すると、磁化がＧＭＲ膜に比べて例えば４倍程度大
きいため、磁気抵抗効果素子として一般的な寸法である
例えば厚さ数十nm、幅数μｍにした場合は、ＳＡＬ層と
ＧＭＲ層とでは反磁界による影響が非常に異なる。
膜をＭＲ層２に使用する場合、磁場感度が最も高い非磁
性層厚でも、飽和磁界（Ｈｓ）が50Ｏｅ以上あり、しか
も非磁性層との積層膜であるために飽和磁化が 0.2Ｔ程
度と小さい。これに通常の飽和磁化が 0.8Ｔ程度のパー
マロイ等の軟磁性体をＳＡＬ膜として用いてバイアスを
印加すると、磁化がＧＭＲ膜に比べて例えば４倍程度大
きいため、磁気抵抗効果素子として一般的な寸法である
例えば厚さ数十nm、幅数μｍにした場合は、ＳＡＬ層と
ＧＭＲ層とでは反磁界による影響が非常に異なる。
【００１２】即ち、磁気抵抗効果素子として一般的な形
状にしたときのＳＡＬ層及びＧＭＲ層の磁化反転領域の
広がりは、ＳＡＬ層又はＧＭＲ層の膜本来の異方性磁界
（Ｈｋ）又は飽和磁界（Ｈｓ）と形状による反磁界との
和になる。従って、磁化反転領域の広がりは、ＳＡＬ層
では、高々数Ｏｅ程度のＨｋと形状によって大きな影響
を受ける数十Ｏｅの反磁界との和であるので、形状によ
って大きく変わるのに対して、ＧＭＲ層では50Ｏｅ以上
の形状によらない膜本来のＨｓと低い磁化（Ｍｓ）によ
る小さな反磁界との和なので、形状による変化は小さ
い。
状にしたときのＳＡＬ層及びＧＭＲ層の磁化反転領域の
広がりは、ＳＡＬ層又はＧＭＲ層の膜本来の異方性磁界
（Ｈｋ）又は飽和磁界（Ｈｓ）と形状による反磁界との
和になる。従って、磁化反転領域の広がりは、ＳＡＬ層
では、高々数Ｏｅ程度のＨｋと形状によって大きな影響
を受ける数十Ｏｅの反磁界との和であるので、形状によ
って大きく変わるのに対して、ＧＭＲ層では50Ｏｅ以上
の形状によらない膜本来のＨｓと低い磁化（Ｍｓ）によ
る小さな反磁界との和なので、形状による変化は小さ
い。
【００１３】ＳＡＬ方式のバイアス印加法では、ＳＡＬ
層及びＧＭＲ層それぞれの磁化反転部は、ＧＭＲ層では
ＳＡＬ層からＳＡＬ層の反磁界程度の磁界によって、ま
たＳＡＬ層ではＧＭＲ層の反磁界程度の磁界とＧＭＲ層
を流れる電流の作る磁界によって、それぞれ零磁場付近
から逆向きにシフトする。このときに、上記した理由か
ら、ＳＡＬ層の磁化反転領域のシフトが十分ではなく、
ＧＭＲ層の磁化反転領域と重なると、図３で後述するよ
うに、磁気抵抗曲線（ＭＲ曲線）にＳＡＬ層の磁化反転
に対応する平坦部が現れ、ダイナミックレンジが不足す
る。
層及びＧＭＲ層それぞれの磁化反転部は、ＧＭＲ層では
ＳＡＬ層からＳＡＬ層の反磁界程度の磁界によって、ま
たＳＡＬ層ではＧＭＲ層の反磁界程度の磁界とＧＭＲ層
を流れる電流の作る磁界によって、それぞれ零磁場付近
から逆向きにシフトする。このときに、上記した理由か
ら、ＳＡＬ層の磁化反転領域のシフトが十分ではなく、
ＧＭＲ層の磁化反転領域と重なると、図３で後述するよ
うに、磁気抵抗曲線（ＭＲ曲線）にＳＡＬ層の磁化反転
に対応する平坦部が現れ、ダイナミックレンジが不足す
る。
【００１４】これを回避するために、ＧＭＲ層を流れる
電流を増やすことによってＳＡＬ層の磁化反転領域のシ
フト量を増やすこと（即ち、図３に示した平坦部を右へ
ずらすこと）には、発熱による温度上昇による素子特性
の劣化、及び電流によるマイグレーションによる限界が
ある。
電流を増やすことによってＳＡＬ層の磁化反転領域のシ
フト量を増やすこと（即ち、図３に示した平坦部を右へ
ずらすこと）には、発熱による温度上昇による素子特性
の劣化、及び電流によるマイグレーションによる限界が
ある。
【００１５】また、この飽和磁化のアンバランスによっ
て、ＳＡＬ層及びＧＭＲ層の厚さ等が一定の構成で素子
幅を変えると、反磁界の影響の違いから、ＳＡＬ層とＧ
ＭＲ層の磁化反転部の重なりかたは大きく異なる。この
結果、例えば素子幅を２、５、10μｍと変えたときにＳ
ＡＬ層の磁化反転によるＭＲ曲線の平坦部が零磁場付近
に近づくことがあり、これではＭＲ素子の寿命の間に素
子特性が劇的に変化し、問題となる。
て、ＳＡＬ層及びＧＭＲ層の厚さ等が一定の構成で素子
幅を変えると、反磁界の影響の違いから、ＳＡＬ層とＧ
ＭＲ層の磁化反転部の重なりかたは大きく異なる。この
結果、例えば素子幅を２、５、10μｍと変えたときにＳ
ＡＬ層の磁化反転によるＭＲ曲線の平坦部が零磁場付近
に近づくことがあり、これではＭＲ素子の寿命の間に素
子特性が劇的に変化し、問題となる。
【００１６】この飽和磁化のアンバランスを克服するた
めに、例えばパーマロイにＴａ等を入れて、磁化を下げ
ようとすると、それに伴ってキュリー点が下がるので、
十分なバイアス電流を通じると、それに伴う温度の上昇
によってＭＲ曲線のピークのシフト量が減少していくの
で、限界がある。
めに、例えばパーマロイにＴａ等を入れて、磁化を下げ
ようとすると、それに伴ってキュリー点が下がるので、
十分なバイアス電流を通じると、それに伴う温度の上昇
によってＭＲ曲線のピークのシフト量が減少していくの
で、限界がある。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、非磁
性体層と磁性体層とを順次積層した磁気抵抗効果膜を有
し、線形応答性を持つＭＲ素子において、不可欠なバイ
アス磁界を印加する際に、ＭＲ曲線の線形性を保持し、
ダイナミックレンジを十分とし、また磁気抵抗効果膜及
びバイアス磁界印加用の媒体層を同一の膜厚構成として
も素子幅によって素子特性が安定であるＭＲ素子、及び
これを用いた磁界検出装置を提供することにある。
性体層と磁性体層とを順次積層した磁気抵抗効果膜を有
し、線形応答性を持つＭＲ素子において、不可欠なバイ
アス磁界を印加する際に、ＭＲ曲線の線形性を保持し、
ダイナミックレンジを十分とし、また磁気抵抗効果膜及
びバイアス磁界印加用の媒体層を同一の膜厚構成として
も素子幅によって素子特性が安定であるＭＲ素子、及び
これを用いた磁界検出装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、隣り合
う磁性体層が反強磁性的に結合した磁性体層（例えばＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金層等の軟磁性体層）と非磁性体層
（例えばＣｕ層等の非磁性導体層）との積層体によって
形成された磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）と、この磁気抵抗
効果膜にバイアス磁界を印加するためのバイアス用軟磁
性体層（例えばＳＡＬ層）とを有し、このバイアス用軟
磁性体層の面内の異方性磁界（Ｈｋ）が ５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15Ｏｅ である磁気抵抗効果素子に係るものである。
う磁性体層が反強磁性的に結合した磁性体層（例えばＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金層等の軟磁性体層）と非磁性体層
（例えばＣｕ層等の非磁性導体層）との積層体によって
形成された磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）と、この磁気抵抗
効果膜にバイアス磁界を印加するためのバイアス用軟磁
性体層（例えばＳＡＬ層）とを有し、このバイアス用軟
磁性体層の面内の異方性磁界（Ｈｋ）が ５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15Ｏｅ である磁気抵抗効果素子に係るものである。
【００１９】本発明によれば、５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15Ｏｅと
Ｈｋの比較的大きなＳＡＬ層を用いるので、ＭＲ膜との
組み合わせでもＳＡＬ層の磁化反転部がＭＲ曲線で平坦
部として現れないことが判明した。従って、広い磁場範
囲でＭＲ曲線の直線部が得られる。
Ｈｋの比較的大きなＳＡＬ層を用いるので、ＭＲ膜との
組み合わせでもＳＡＬ層の磁化反転部がＭＲ曲線で平坦
部として現れないことが判明した。従って、広い磁場範
囲でＭＲ曲線の直線部が得られる。
【００２０】これについては、図１に示すシミュレーシ
ョンの結果、Ｈｋ＜５Ｏｅでは、ＭＲ曲線の零磁場近傍
に折れ曲がりが現れ、15Ｏｅ＜Ｈｋでは素子としての磁
場感度が損なわれるという結果を得ている。
ョンの結果、Ｈｋ＜５Ｏｅでは、ＭＲ曲線の零磁場近傍
に折れ曲がりが現れ、15Ｏｅ＜Ｈｋでは素子としての磁
場感度が損なわれるという結果を得ている。
【００２１】本発明者は、ＳＡＬ層のＨｋを５〜15Ｏｅ
と従来のもの（数Ｏｅ以下、例えば１Ｏｅ）よりも大き
くすることが、磁場感度を著しく損なうことなく線形な
磁気抵抗効果を得るのに重要であることをつき止めたの
である。
と従来のもの（数Ｏｅ以下、例えば１Ｏｅ）よりも大き
くすることが、磁場感度を著しく損なうことなく線形な
磁気抵抗効果を得るのに重要であることをつき止めたの
である。
【００２２】
【発明の実施の形態】本発明のＭＲ素子は、５Ｏｅ≦Ｈ
ｋ≦15ＯｅのＳＡＬ層と、非磁性導体層及び軟磁性体層
を順次積層した構造のＧＭＲ膜との組み合わせを特徴と
するものであるが、図６に示すように、非磁性導体層と
軟磁性体層の積層膜は、非磁性導体層の厚さと共に、隣
り合う軟磁性体層が反強磁性的に結合した領域と強磁性
的に結合した領域とがあり、反強磁性的に結合した領域
では、ＧＭＲ効果が現れ、強磁性的に結合した領域では
５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15Ｏｅの強磁性体として振る舞う。従っ
て、上記の５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15ＯｅのＳＡＬ層は、非磁性
導体層の厚みを設定して、隣り合う軟磁性体層が強磁性
的に結合した、非磁性導体層と軟磁性体層を順次積層し
た膜を用いることによって簡単に実現できる。
ｋ≦15ＯｅのＳＡＬ層と、非磁性導体層及び軟磁性体層
を順次積層した構造のＧＭＲ膜との組み合わせを特徴と
するものであるが、図６に示すように、非磁性導体層と
軟磁性体層の積層膜は、非磁性導体層の厚さと共に、隣
り合う軟磁性体層が反強磁性的に結合した領域と強磁性
的に結合した領域とがあり、反強磁性的に結合した領域
では、ＧＭＲ効果が現れ、強磁性的に結合した領域では
５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15Ｏｅの強磁性体として振る舞う。従っ
て、上記の５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15ＯｅのＳＡＬ層は、非磁性
導体層の厚みを設定して、隣り合う軟磁性体層が強磁性
的に結合した、非磁性導体層と軟磁性体層を順次積層し
た膜を用いることによって簡単に実現できる。
【００２３】即ち、磁気抵抗効果膜においては、隣り合
う磁性体層（軟磁性体層）が反強磁性的に結合するよう
に非磁性体層（非磁性導体層）の厚みが設定されると共
に、隣り合う磁性体層（軟磁性体層）が強磁性的に結合
した磁性体層（軟磁性体層）と非磁性体層との積層体に
よってバイアス用軟磁性体層（ＳＡＬ層）が形成され、
このバイアス用軟磁性体層において、隣り合う軟磁性体
層が強磁性的に結合するように非磁性体層の厚みが設定
される。
う磁性体層（軟磁性体層）が反強磁性的に結合するよう
に非磁性体層（非磁性導体層）の厚みが設定されると共
に、隣り合う磁性体層（軟磁性体層）が強磁性的に結合
した磁性体層（軟磁性体層）と非磁性体層との積層体に
よってバイアス用軟磁性体層（ＳＡＬ層）が形成され、
このバイアス用軟磁性体層において、隣り合う軟磁性体
層が強磁性的に結合するように非磁性体層の厚みが設定
される。
【００２４】このように、隣り合う軟磁性体層が強磁性
的に結合した、非磁性導体層と軟磁性体層の積層膜をＳ
ＡＬ層として用いた場合には、ＧＭＲ膜をスパッタ法又
は蒸着法等によって成膜した場合と同じターゲット又は
蒸着源を用いることができるので、新たにターゲット又
は蒸着源を用意する必要はない。また、ＳＡＬ層全体と
しての飽和磁化は、積層される一層毎の軟磁性体層の厚
さを変えることによって自由に変えることができるの
で、キュリー点を下げることなく飽和磁化をＧＭＲ層と
合わせたＳＡＬ層を得ることができる。
的に結合した、非磁性導体層と軟磁性体層の積層膜をＳ
ＡＬ層として用いた場合には、ＧＭＲ膜をスパッタ法又
は蒸着法等によって成膜した場合と同じターゲット又は
蒸着源を用いることができるので、新たにターゲット又
は蒸着源を用意する必要はない。また、ＳＡＬ層全体と
しての飽和磁化は、積層される一層毎の軟磁性体層の厚
さを変えることによって自由に変えることができるの
で、キュリー点を下げることなく飽和磁化をＧＭＲ層と
合わせたＳＡＬ層を得ることができる。
【００２５】なお、上記の磁性体層を構成する材料とし
ては、Ｃｕ等からなる非磁性体層と交互に積層されるこ
とによって巨大磁気抵抗効果を示すことが知られている
材料、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ等
が挙げられるが、Ｎｉ膜とＦｅ膜との積層体又はＮｉ−
Ｆｅ系合金膜で形成してもよい。また、磁気抵抗効果膜
とバイアス媒体層との間には、Ｔａ、Ｔｉ等の磁気的絶
縁層を設けることができる。
ては、Ｃｕ等からなる非磁性体層と交互に積層されるこ
とによって巨大磁気抵抗効果を示すことが知られている
材料、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｃｏ等
が挙げられるが、Ｎｉ膜とＦｅ膜との積層体又はＮｉ−
Ｆｅ系合金膜で形成してもよい。また、磁気抵抗効果膜
とバイアス媒体層との間には、Ｔａ、Ｔｉ等の磁気的絶
縁層を設けることができる。
【００２６】また、上記のような磁気抵抗効果膜は非磁
性基板上に成膜されてよいが、こうした非磁性基板とし
ては、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板や、この基板上を更にＡ
ｌ2Ｏ3 コーティングしたものが代表的である。その
他、ガラス、ホトセラム、石英ガラス、ポリイミド等か
らなる基板や、エピタキシャル成長を考慮して単結晶の
ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＭｇＯ基板等を使用することも可能で
ある。
性基板上に成膜されてよいが、こうした非磁性基板とし
ては、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ基板や、この基板上を更にＡ
ｌ2Ｏ3 コーティングしたものが代表的である。その
他、ガラス、ホトセラム、石英ガラス、ポリイミド等か
らなる基板や、エピタキシャル成長を考慮して単結晶の
ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＭｇＯ基板等を使用することも可能で
ある。
【００２７】但し、非磁性基板のヤング率は、１×109
Ｎｍ-2以上であることが好ましい。ヤング率がこれより
小さいと、磁気抵抗効果素子に外力が加わったとき、磁
気抵抗効果膜に歪みが生じ、磁気抵抗効果が劣化し易く
なる。
Ｎｍ-2以上であることが好ましい。ヤング率がこれより
小さいと、磁気抵抗効果素子に外力が加わったとき、磁
気抵抗効果膜に歪みが生じ、磁気抵抗効果が劣化し易く
なる。
【００２８】なお、磁気抵抗効果は、４端子法にて磁気
抵抗を測定し、その変化率（Δρ／ρ0 ）を算出するこ
とによって求められる（以下、同様）。
抵抗を測定し、その変化率（Δρ／ρ0 ）を算出するこ
とによって求められる（以下、同様）。
【００２９】本発明はまた、上記の構成からなる磁気抵
抗効果素子を有する磁界検出装置、例えば再生ヘッドも
提供するものである。
抗効果素子を有する磁界検出装置、例えば再生ヘッドも
提供するものである。
【００３０】
【実施例】以下、本発明を適用した具体的な実施例につ
いて図面を参照しながら説明する。
いて図面を参照しながら説明する。
【００３１】実施例１ 図４及び図５に示すＭＲ素子20は、ガラス基板11上に、
ＧＭＲ層12として厚さ１nmのＦｅ25Ｎｉ45Ｃｏ30層12ａ
と厚さ 2.3nmのＣｕ層12ｂとを12周期積層し、更に磁気
的絶縁層13としてＴａを10nm、ＳＡＬ層14として厚さ１
nmのＦｅ25Ｎｉ45Ｃｏ30層14ａと厚さ 1.5nmのＣｕ層14
ｂとを12周期積層した。この積層のＳＡＬ層14のＨｋは
10Ｏｅであった。なお、各積層体の積層周期はそれぞれ
12周期であるが、図４には概略的に示している。
ＧＭＲ層12として厚さ１nmのＦｅ25Ｎｉ45Ｃｏ30層12ａ
と厚さ 2.3nmのＣｕ層12ｂとを12周期積層し、更に磁気
的絶縁層13としてＴａを10nm、ＳＡＬ層14として厚さ１
nmのＦｅ25Ｎｉ45Ｃｏ30層14ａと厚さ 1.5nmのＣｕ層14
ｂとを12周期積層した。この積層のＳＡＬ層14のＨｋは
10Ｏｅであった。なお、各積層体の積層周期はそれぞれ
12周期であるが、図４には概略的に示している。
【００３２】このＭＲ素子20は、上記の各層を薄膜プロ
セスによって成膜し、２、３、５μｍ幅のストライプに
それぞれ加工した３種を作製し、電極15ａ、15ｂとして
素子の両端部のみにＣｒ５nmとＡｕ 100nmとを積層して
成膜したものである。以上の各層の成膜はすべてＤＣマ
グネトロンスパッタによった。
セスによって成膜し、２、３、５μｍ幅のストライプに
それぞれ加工した３種を作製し、電極15ａ、15ｂとして
素子の両端部のみにＣｒ５nmとＡｕ 100nmとを積層して
成膜したものである。以上の各層の成膜はすべてＤＣマ
グネトロンスパッタによった。
【００３３】図２は、この実施例による上記した幅２、
３、５μｍの各素子の幅方向に磁界21（図５参照）を印
加したときに得られたＭＲ曲線である。この図から、Ｍ
Ｒ曲線にＳＡＬ層14の磁化反転に対応する平坦部は現れ
ないことがわかる。これは、図６で説明したように、Ｇ
ＭＲ層12、ＳＡＬ層14の各非磁性体（Ｃｕ）層の膜厚
を、前者では軟磁性体層12ａの反強磁性的結合を生じる
ように 2.3nmに、後者では軟磁性体層14ａの強磁性的結
合が生じるように 1.5nmにそれぞれ設定しているためで
ある。
３、５μｍの各素子の幅方向に磁界21（図５参照）を印
加したときに得られたＭＲ曲線である。この図から、Ｍ
Ｒ曲線にＳＡＬ層14の磁化反転に対応する平坦部は現れ
ないことがわかる。これは、図６で説明したように、Ｇ
ＭＲ層12、ＳＡＬ層14の各非磁性体（Ｃｕ）層の膜厚
を、前者では軟磁性体層12ａの反強磁性的結合を生じる
ように 2.3nmに、後者では軟磁性体層14ａの強磁性的結
合が生じるように 1.5nmにそれぞれ設定しているためで
ある。
【００３４】また、図２から、ＧＭＲ層12、ＳＡＬ層14
の膜厚の構成が同一でも、素子幅（特に接触型のＭＲセ
ンサーの寿命の間に、磁気記録媒体により膜が幅方向に
一部削り取られて変わる、いわゆるデプスに対応す
る。）によって素子特性として重要な零磁場近傍の線形
性には大きな変化は見られないことが明らかである。
の膜厚の構成が同一でも、素子幅（特に接触型のＭＲセ
ンサーの寿命の間に、磁気記録媒体により膜が幅方向に
一部削り取られて変わる、いわゆるデプスに対応す
る。）によって素子特性として重要な零磁場近傍の線形
性には大きな変化は見られないことが明らかである。
【００３５】次に、比較のために、ＧＭＲ層とＨｋが１
ＯｅのＦｅ19Ｎｉ76Ｔａ5 のＳＡＬ層との組み合わせで
の結果を示す。素子構成は図９に示したように、ＳＡＬ
層４として厚さ35nmのＦｅ19Ｎｉ76Ｔａ5 の単層を用い
た他は、実施例１と全く同じ構成であった。
ＯｅのＦｅ19Ｎｉ76Ｔａ5 のＳＡＬ層との組み合わせで
の結果を示す。素子構成は図９に示したように、ＳＡＬ
層４として厚さ35nmのＦｅ19Ｎｉ76Ｔａ5 の単層を用い
た他は、実施例１と全く同じ構成であった。
【００３６】図３には、この比較例による上記した幅
２、３、５μｍの各素子の幅方向に磁界21を印加したと
きのＭＲ曲線を示している。ＭＲ曲線には、ＳＡＬ層４
の磁化反転に伴う平坦部が現れてダイナミックレンジを
制限し、またＧＭＲ層、ＳＡＬ層の膜厚の構成が同一で
も磁気記録媒体で削り取られることにより素子幅が変化
し、素子幅によって零磁場近傍の線形性及びＳＡＬ層の
磁化反転に伴う平坦部の現れる磁場領域が変わって、素
子特性が急変する。
２、３、５μｍの各素子の幅方向に磁界21を印加したと
きのＭＲ曲線を示している。ＭＲ曲線には、ＳＡＬ層４
の磁化反転に伴う平坦部が現れてダイナミックレンジを
制限し、またＧＭＲ層、ＳＡＬ層の膜厚の構成が同一で
も磁気記録媒体で削り取られることにより素子幅が変化
し、素子幅によって零磁場近傍の線形性及びＳＡＬ層の
磁化反転に伴う平坦部の現れる磁場領域が変わって、素
子特性が急変する。
【００３７】図１のデータから、図４に示したと同様の
素子構成において、素子幅を５μｍと一定にし、５Ｏｅ
≦Ｈｋ≦15ＯｅとＨｋの比較的大きなＳＡＬ層を用い、
ＧＭＲ層と組み合わせたところ、ＳＡＬ層の磁化反転部
がＭＲ曲線で平坦部として現れないことが判明した。従
って、広い磁場範囲でＭＲ曲線の直線部が得られ、素子
としての磁場感度も向上する。即ち、Ｈｋが５Ｏｅ〜15
ＯｅのＳＡＬ層を用いると、−30Ｏｅ〜30Ｏｅの外部磁
界の範囲で 1.5％以上のＭＲ変化率を保って直線部が得
られる。
素子構成において、素子幅を５μｍと一定にし、５Ｏｅ
≦Ｈｋ≦15ＯｅとＨｋの比較的大きなＳＡＬ層を用い、
ＧＭＲ層と組み合わせたところ、ＳＡＬ層の磁化反転部
がＭＲ曲線で平坦部として現れないことが判明した。従
って、広い磁場範囲でＭＲ曲線の直線部が得られ、素子
としての磁場感度も向上する。即ち、Ｈｋが５Ｏｅ〜15
ＯｅのＳＡＬ層を用いると、−30Ｏｅ〜30Ｏｅの外部磁
界の範囲で 1.5％以上のＭＲ変化率を保って直線部が得
られる。
【００３８】なお、図１、図２、図３のＭＲ曲線は、い
ずれも、磁気抵抗効果素子でエレクトロマイグレーショ
ンが問題とならない範囲の最大の電流密度である 107Ａ
/cm2程度の電流密度となるように、各素子幅で電流値を
調整して得られた結果である。
ずれも、磁気抵抗効果素子でエレクトロマイグレーショ
ンが問題とならない範囲の最大の電流密度である 107Ａ
/cm2程度の電流密度となるように、各素子幅で電流値を
調整して得られた結果である。
【００３９】以上に示したように、本発明に基づけば、
非磁性導体層と軟磁性体層を順次積層したＧＭＲ層を線
形応答性を持つＭＲ素子として用いる場合、不可欠なバ
イアス磁界を印加する際に、ＭＲ曲線に線形性を損なっ
たり、ダイナミックレンジを制限するＳＡＬ層の磁化反
転に対応する平坦部を生じることがなく、また、同一の
ＧＭＲ層、ＳＡＬ層の膜厚の構成で素子幅によって素子
特性が安定となり、接触型のＭＲセンサでも使用中の素
子特性の変化のおそれの少ないＭＲ素子が実現される。
非磁性導体層と軟磁性体層を順次積層したＧＭＲ層を線
形応答性を持つＭＲ素子として用いる場合、不可欠なバ
イアス磁界を印加する際に、ＭＲ曲線に線形性を損なっ
たり、ダイナミックレンジを制限するＳＡＬ層の磁化反
転に対応する平坦部を生じることがなく、また、同一の
ＧＭＲ層、ＳＡＬ層の膜厚の構成で素子幅によって素子
特性が安定となり、接触型のＭＲセンサでも使用中の素
子特性の変化のおそれの少ないＭＲ素子が実現される。
【００４０】実施例２ 図７及び図８は、実施例１のＭＲ素子20をハードディス
クドライブ用の記録／再生一体型薄膜ヘッドにおける再
生ヘッドに用いた例を示している。この再生ヘッドは素
子20に電極15ａ及び15ｂを接続して、その上下を磁性シ
ールド19で挟み込んだ構造からなっている。そして、そ
の再生ヘッドは磁気記録媒体24からの信号磁界21を再生
する機能を有するものである。なお、図中の＋、−は各
磁化領域での磁極、矢印22は磁化スピンの方向、23は媒
体との対向面（ＡＢＳ面）である。
クドライブ用の記録／再生一体型薄膜ヘッドにおける再
生ヘッドに用いた例を示している。この再生ヘッドは素
子20に電極15ａ及び15ｂを接続して、その上下を磁性シ
ールド19で挟み込んだ構造からなっている。そして、そ
の再生ヘッドは磁気記録媒体24からの信号磁界21を再生
する機能を有するものである。なお、図中の＋、−は各
磁化領域での磁極、矢印22は磁化スピンの方向、23は媒
体との対向面（ＡＢＳ面）である。
【００４１】このような再生ヘッドを用いて再生動作を
行うには、対向面23を磁気テープ等の磁気記録媒体24の
記録トラックに対向させる。そして、電極15ａ−15ｂ間
に磁気抵抗効果素子20を通してセンス電流Ｉを流し、磁
気記録媒体24の記録トラックに記録された磁界の向きの
変化によって生じる磁気抵抗の変化を電極15ａ及び15ｂ
間の電圧変化として検出する。このヘッドの再生特性
は、実施例１で述べた素子特性によって大きく向上して
いる。
行うには、対向面23を磁気テープ等の磁気記録媒体24の
記録トラックに対向させる。そして、電極15ａ−15ｂ間
に磁気抵抗効果素子20を通してセンス電流Ｉを流し、磁
気記録媒体24の記録トラックに記録された磁界の向きの
変化によって生じる磁気抵抗の変化を電極15ａ及び15ｂ
間の電圧変化として検出する。このヘッドの再生特性
は、実施例１で述べた素子特性によって大きく向上して
いる。
【００４２】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可
能である。
の実施例は本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可
能である。
【００４３】例えば、上述のＭＲ素子又はヘッドにおい
て、その層構成の積層数や各層の厚み、材質等は上述し
たものに限定されることはない。ＳＡＬ層については特
に、Ｈｋを５〜15Ｏｅの範囲内で非磁性体層の厚みを設
定することができ、また磁性体層の厚みによって飽和磁
化を変化させてＧＭＲ層の飽和磁化に合わせることがで
きる。また、上述したＳＡＬ層14とＧＭＲ層12とを上下
逆に（即ち、ＳＡＬ層14を下側に、ＧＭＲ層12を上側
に）配置してもよい。
て、その層構成の積層数や各層の厚み、材質等は上述し
たものに限定されることはない。ＳＡＬ層については特
に、Ｈｋを５〜15Ｏｅの範囲内で非磁性体層の厚みを設
定することができ、また磁性体層の厚みによって飽和磁
化を変化させてＧＭＲ層の飽和磁化に合わせることがで
きる。また、上述したＳＡＬ層14とＧＭＲ層12とを上下
逆に（即ち、ＳＡＬ層14を下側に、ＧＭＲ層12を上側
に）配置してもよい。
【００４４】また、上述のヘッドの構造は磁界検出ヘッ
ドとして種々の用途に適用できるように変形することが
できる。
ドとして種々の用途に適用できるように変形することが
できる。
【００４５】なお、上述の実施例ではＤＣマグネトロン
スパッタ法を使用したが、他のスパッタ法で成膜しても
よい。また、スパッタ法に限らず、蒸着法等で成膜して
もよい。
スパッタ法を使用したが、他のスパッタ法で成膜しても
よい。また、スパッタ法に限らず、蒸着法等で成膜して
もよい。
【００４６】
【発明の作用効果】本発明は上述した如く、隣り合う磁
性体層が反強磁性的に結合した磁性体層（例えばＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金層等の軟磁性体層）と非磁性体層（例え
ばＣｕ層等の非磁性体層）との積層体によって形成され
た磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）と、この磁気抵抗効果膜に
バイアス磁界を印加するためのバイアス用軟磁性体層
（例えばＳＡＬ層）とを有し、このバイアス用軟磁性体
層の面内の異方性磁界（Ｈｋ）が５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15Ｏｅ
と比較的大きいために、このＨｋのＳＡＬ層とＭＲ層と
の組み合わせでもＳＡＬ層の磁化反転部がＭＲ曲線で平
坦部として現れない。従って、広い磁場範囲でＭＲ曲線
の直線部が得られる。
性体層が反強磁性的に結合した磁性体層（例えばＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金層等の軟磁性体層）と非磁性体層（例え
ばＣｕ層等の非磁性体層）との積層体によって形成され
た磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜）と、この磁気抵抗効果膜に
バイアス磁界を印加するためのバイアス用軟磁性体層
（例えばＳＡＬ層）とを有し、このバイアス用軟磁性体
層の面内の異方性磁界（Ｈｋ）が５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15Ｏｅ
と比較的大きいために、このＨｋのＳＡＬ層とＭＲ層と
の組み合わせでもＳＡＬ層の磁化反転部がＭＲ曲線で平
坦部として現れない。従って、広い磁場範囲でＭＲ曲線
の直線部が得られる。
【図１】磁気抵抗効果素子のバイアス用軟磁性体層（Ｓ
ＡＬ層）の異方性磁界（Ｈｋ）による磁気抵抗効果特性
を比較して示すグラフである。
ＡＬ層）の異方性磁界（Ｈｋ）による磁気抵抗効果特性
を比較して示すグラフである。
【図２】他のＨｋでの図１と同様のグラフである。
【図３】Ｈｋが小さい従来のＳＡＬ層を用いたときの磁
気抵抗効果特性を示すグラフである。
気抵抗効果特性を示すグラフである。
【図４】本発明に基づく磁気抵抗効果素子の一例を示す
概略断面図（図５のIV−IV線断面図）である。
概略断面図（図５のIV−IV線断面図）である。
【図５】図４の平面図である。
【図６】磁気抵抗効果素子における、非磁性導体層の厚
みによる磁気抵抗効果の変化を示すグラフである。
みによる磁気抵抗効果の変化を示すグラフである。
【図７】磁気抵抗効果素子を用いた再生ヘッドの要部斜
視図である。
視図である。
【図８】磁気記録媒体による信号磁界の作用を示す概略
斜視図である。
斜視図である。
【図９】従来の磁気抵抗効果素子を示す概略断面図であ
る。
る。
２、12・・・磁気抵抗効果膜 ３、13・・・磁気的絶縁層 ４、14・・・軟磁性体層又はＳＡＬ層 ５ａ、５ｂ、15ａ、15ｂ・・・電極 10、20・・・磁気抵抗効果素子 12ａ、14ａ・・・軟磁性体層 12ｂ、14ｂ・・・非磁性体層 21・・・磁界（外部磁界又は信号磁界） 23・・・対向面 24・・・磁気記録媒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鹿野 博司 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (6)
- 【請求項１】 隣り合う磁性体層が反強磁性的に結合し
た磁性体層と非磁性体層との積層体によって形成された
磁気抵抗効果膜と、この磁気抵抗効果膜にバイアス磁界
を印加するためのバイアス用軟磁性体層とを有し、この
バイアス用軟磁性体層の異方性磁界（Ｈｋ）が ５Ｏｅ≦Ｈｋ≦15Ｏｅ である磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 磁気抵抗効果膜において、隣り合う磁性
体層が反強磁性的に結合するように非磁性体層の厚みが
設定されている、請求項１に記載した磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項３】 隣り合う磁性体層が強磁性的に結合した
磁性体層と非磁性体層との積層体によってバイアス用軟
磁性体層が形成されている、請求項１に記載した磁気抵
抗効果素子。 - 【請求項４】 バイアス用軟磁性体層において、隣り合
う磁性体層が強磁性的に結合するように非磁性体層の厚
みが設定されている、請求項３に記載した磁気抵抗効果
素子。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１項に記載した
磁気抵抗効果素子を有する磁界検出装置。 - 【請求項６】 再生ヘッドとして構成された、請求項５
に記載した磁界検出装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218051A JPH0950613A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 磁気抵抗効果素子及び磁界検出装置 |
| US08/690,756 US5828526A (en) | 1995-08-03 | 1996-08-01 | Magnetoresistance effect element and magnetic field detection device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7218051A JPH0950613A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 磁気抵抗効果素子及び磁界検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0950613A true JPH0950613A (ja) | 1997-02-18 |
Family
ID=16713890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7218051A Pending JPH0950613A (ja) | 1995-08-03 | 1995-08-03 | 磁気抵抗効果素子及び磁界検出装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5828526A (ja) |
| JP (1) | JPH0950613A (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2914339B2 (ja) * | 1997-03-18 | 1999-06-28 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果素子並びにそれを用いた磁気抵抗効果センサ及び磁気抵抗検出システム |
| KR100434484B1 (ko) * | 1997-12-30 | 2004-07-16 | 삼성전자주식회사 | 소프트 어제이션트 레이어로 바이어스된 자기 저항 헤드 |
| US5920446A (en) * | 1998-01-06 | 1999-07-06 | International Business Machines Corporation | Ultra high density GMR sensor |
| US6583971B1 (en) * | 1999-03-09 | 2003-06-24 | Sae Magnetics (Hk) Ltd. | Elimination of electric-pop noise in MR/GMR device |
| DE19924756A1 (de) * | 1999-05-29 | 2000-11-30 | Bosch Gmbh Robert | Magnetoresistives Element |
| US6288981B1 (en) * | 2000-07-18 | 2001-09-11 | Hitachi, Ltd. | Magneto-optical recording device using magneto-resistive head |
| US6905780B2 (en) * | 2001-02-01 | 2005-06-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Current-perpendicular-to-plane-type magnetoresistive device, and magnetic head and magnetic recording-reproducing apparatus using the same |
| JP4024499B2 (ja) * | 2001-08-15 | 2007-12-19 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド及び磁気再生装置 |
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