JPH10116728A - 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果膜及びその製造方法Info
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- JPH10116728A JPH10116728A JP8268824A JP26882496A JPH10116728A JP H10116728 A JPH10116728 A JP H10116728A JP 8268824 A JP8268824 A JP 8268824A JP 26882496 A JP26882496 A JP 26882496A JP H10116728 A JPH10116728 A JP H10116728A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ゼロ磁場前後で直線的に大きな抵抗変化を示
し、しかも耐蝕性及び耐熱性に優れた磁気抵抗効果膜を
提供する。 【解決手段】 本発明に係る磁気抵抗効果膜は、反強磁
性薄膜6と、反強磁性薄膜5に接する磁性薄膜3と、磁
性薄膜3に接する非磁性薄膜1と、非磁性薄膜1に接す
る磁性薄膜2とが少なくとも積層され、反強磁性薄膜6
のバイアス磁界をHr、磁性薄膜2の保持力をHc2と
したとき、Hc2<Hrとしたものである。反強磁性薄
膜5は、Ni酸化膜と、20〜100オングストローム
の厚みのFe酸化膜との積層体からなる。
し、しかも耐蝕性及び耐熱性に優れた磁気抵抗効果膜を
提供する。 【解決手段】 本発明に係る磁気抵抗効果膜は、反強磁
性薄膜6と、反強磁性薄膜5に接する磁性薄膜3と、磁
性薄膜3に接する非磁性薄膜1と、非磁性薄膜1に接す
る磁性薄膜2とが少なくとも積層され、反強磁性薄膜6
のバイアス磁界をHr、磁性薄膜2の保持力をHc2と
したとき、Hc2<Hrとしたものである。反強磁性薄
膜5は、Ni酸化膜と、20〜100オングストローム
の厚みのFe酸化膜との積層体からなる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録媒体等か
ら磁界強度を信号として読み取る磁気抵抗効果素子に用
いられる磁気抵抗効果膜に関し、詳しくは、小さい外部
磁界で抵抗変化率が大きい磁気抵抗効果膜に関する。
ら磁界強度を信号として読み取る磁気抵抗効果素子に用
いられる磁気抵抗効果膜に関し、詳しくは、小さい外部
磁界で抵抗変化率が大きい磁気抵抗効果膜に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、MRセンサ(又はMRヘッド)と
呼ばれる、大きな線形密度で磁性表面からデータ読み取
れる、磁気読み取り変換器が開発されている。MRセン
サは、読み取り素子によって感知される磁束の強さ及び
方向の関数としての抵抗変化を介して磁界信号を検出す
る。こうした従来のMRセンサは、読み取り素子の抵抗
の1成分が磁化方向と素子中を流れる感知電流の方向と
のなす角度の余弦の2乗に比例して変化するという、異
方性磁気抵抗(AMR)効果に基づいて動作する。AM
R効果については、D.A.トムプソン(Tompso
n)等の論文”Memory,Storage,and
Related Applications”IEE
E Trans.on Mag.MAG−11.p.1
039(1975)に詳しく述べられている。
呼ばれる、大きな線形密度で磁性表面からデータ読み取
れる、磁気読み取り変換器が開発されている。MRセン
サは、読み取り素子によって感知される磁束の強さ及び
方向の関数としての抵抗変化を介して磁界信号を検出す
る。こうした従来のMRセンサは、読み取り素子の抵抗
の1成分が磁化方向と素子中を流れる感知電流の方向と
のなす角度の余弦の2乗に比例して変化するという、異
方性磁気抵抗(AMR)効果に基づいて動作する。AM
R効果については、D.A.トムプソン(Tompso
n)等の論文”Memory,Storage,and
Related Applications”IEE
E Trans.on Mag.MAG−11.p.1
039(1975)に詳しく述べられている。
【0003】さらに最近には、積層磁気センサの抵抗変
化が、非磁性層を介する磁性層間での伝導電子のスピン
依存伝送、及びそれに付随する層界面でのスピン依存散
乱に帰される、より顕著な磁気抵抗効果が報告されてい
る。この磁気抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効果」や「ス
ピンバルブ効果」など様々な名称で呼ばれている。この
ような磁気抵抗センサは、適当な材料でできており、A
MR効果を利用するセンサで観察されるよりも、密度が
改善され、抵抗変化が大きい。この種のMRセンサで
は、非磁性層で分離された1対の強磁性体層の間の平面
内抵抗が、2つの層の磁化方向間の角度の余弦に比例し
て変化する。
化が、非磁性層を介する磁性層間での伝導電子のスピン
依存伝送、及びそれに付随する層界面でのスピン依存散
乱に帰される、より顕著な磁気抵抗効果が報告されてい
る。この磁気抵抗効果は、「巨大磁気抵抗効果」や「ス
ピンバルブ効果」など様々な名称で呼ばれている。この
ような磁気抵抗センサは、適当な材料でできており、A
MR効果を利用するセンサで観察されるよりも、密度が
改善され、抵抗変化が大きい。この種のMRセンサで
は、非磁性層で分離された1対の強磁性体層の間の平面
内抵抗が、2つの層の磁化方向間の角度の余弦に比例し
て変化する。
【0004】特開平2−61572号公報には、磁性層
間の磁化の反平行配列によって生じる、高いMR変化を
もたらす積層磁性構造が記載されている。積層構造で使
用可能な材料として、上記公報には強磁性層の遷移金属
及び合金が挙げられている。また、中間層により分離さ
れている少なくとも2層の強磁性層の一方に反強磁性層
としてFeMnが適当であることが開示されている。
間の磁化の反平行配列によって生じる、高いMR変化を
もたらす積層磁性構造が記載されている。積層構造で使
用可能な材料として、上記公報には強磁性層の遷移金属
及び合金が挙げられている。また、中間層により分離さ
れている少なくとも2層の強磁性層の一方に反強磁性層
としてFeMnが適当であることが開示されている。
【0005】特開平4−358310号公報には、非磁
性金属体の薄膜層によって仕切られた強磁性体の2層の
薄膜層を有し、印加磁界が零である場合に2つの強磁性
薄膜層の磁化方向が直交し、2つの非結合強磁性体層間
の抵抗が2つの層の磁化方向間の角度の余弦に比例して
変化し、センサ中を流れる電流の方向とは独立なMRセ
ンサが開示されている。
性金属体の薄膜層によって仕切られた強磁性体の2層の
薄膜層を有し、印加磁界が零である場合に2つの強磁性
薄膜層の磁化方向が直交し、2つの非結合強磁性体層間
の抵抗が2つの層の磁化方向間の角度の余弦に比例して
変化し、センサ中を流れる電流の方向とは独立なMRセ
ンサが開示されている。
【0006】特開平6−214837号公報では、基板
上に非磁性層を介して積層した複数の磁性薄膜からな
り、非磁性薄膜を介して隣り合う一方の軟磁性薄膜に反
強磁性薄膜が隣接して設けられており、この反強磁性薄
膜のバイアス磁界がHr、他方の軟磁性薄膜の保磁力が
Hc2(<Hr)である磁抵抗効果膜において、前記反
強磁性層がNiO,Nix Co1-x O,CoOから選ば
れる少なくとも2種からなる超格子である磁気抵抗効果
素子が開示されている。また、特開平7−136670
号公報では、特開平6−214837号公報と同じ構造
からなる磁気抵抗効果膜において、前記反強磁性層がN
iO上にCoOを10から40オングストローム積層し
た2層膜である磁気抵抗効果素子が開示されている。
上に非磁性層を介して積層した複数の磁性薄膜からな
り、非磁性薄膜を介して隣り合う一方の軟磁性薄膜に反
強磁性薄膜が隣接して設けられており、この反強磁性薄
膜のバイアス磁界がHr、他方の軟磁性薄膜の保磁力が
Hc2(<Hr)である磁抵抗効果膜において、前記反
強磁性層がNiO,Nix Co1-x O,CoOから選ば
れる少なくとも2種からなる超格子である磁気抵抗効果
素子が開示されている。また、特開平7−136670
号公報では、特開平6−214837号公報と同じ構造
からなる磁気抵抗効果膜において、前記反強磁性層がN
iO上にCoOを10から40オングストローム積層し
た2層膜である磁気抵抗効果素子が開示されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の磁
気抵抗効果素子においても、次のような問題があった。
気抵抗効果素子においても、次のような問題があった。
【0008】.小さい外部磁場で動作するとはいえ、
実用的なセンサ、磁気ヘッドとして使用する場合、容易
軸方向に信号磁界が印加される必要があり、センサとし
て用いる場合ゼロ磁場前後で抵抗変化を示さないこと、
及びバルクハウゼンジャンプなどの非直線性が現れるこ
と等の問題があった。
実用的なセンサ、磁気ヘッドとして使用する場合、容易
軸方向に信号磁界が印加される必要があり、センサとし
て用いる場合ゼロ磁場前後で抵抗変化を示さないこと、
及びバルクハウゼンジャンプなどの非直線性が現れるこ
と等の問題があった。
【0009】.非磁性層を介して隣あう磁性層間に強
磁性的な相互作用があり、MR曲線における直線域がゼ
ロ磁場からシフトしてしまうという問題があった。
磁性的な相互作用があり、MR曲線における直線域がゼ
ロ磁場からシフトしてしまうという問題があった。
【0010】.反強磁性薄膜としてFeMnという耐
蝕性の悪い材料を用いる必要があり、実用化に際して添
加物を加え又は保護膜をつけるなどの施策を必要とする
という問題があった。
蝕性の悪い材料を用いる必要があり、実用化に際して添
加物を加え又は保護膜をつけるなどの施策を必要とする
という問題があった。
【0011】.反強磁性薄膜として耐蝕性の優れたN
i酸化膜を用いる場合、バイアス磁界が小さく隣接する
軟磁性膜の保磁力が大きくなり、磁性層間の磁化反平行
状態が得難いという問題があった。
i酸化膜を用いる場合、バイアス磁界が小さく隣接する
軟磁性膜の保磁力が大きくなり、磁性層間の磁化反平行
状態が得難いという問題があった。
【0012】.Ni酸化膜を用いる場合、ブロッキン
グ温度(バイアス磁界が消失する温度)が小さく、25
0℃以上で熱処理した場合、バイアス磁界が低下すると
いう問題があった。
グ温度(バイアス磁界が消失する温度)が小さく、25
0℃以上で熱処理した場合、バイアス磁界が低下すると
いう問題があった。
【0013】.反強磁性薄膜として酸化物反強磁性膜
を用いる場合、熱処理をした時隣接する軟磁性膜が酸化
し、磁気抵抗効果膜の抵抗変化率が低下してしまうとい
う問題があった。
を用いる場合、熱処理をした時隣接する軟磁性膜が酸化
し、磁気抵抗効果膜の抵抗変化率が低下してしまうとい
う問題があった。
【0014】.基本的に磁性薄膜/非磁性薄膜/磁性
薄膜の3層における伝導電子の平均自由行程長の変化を
利用して抵抗変化を得る構造であるため、多層構造を有
するカップリング型と呼ばれる磁気抵抗効果膜に比較し
て、抵抗変化率が小さいとうい問題があった。
薄膜の3層における伝導電子の平均自由行程長の変化を
利用して抵抗変化を得る構造であるため、多層構造を有
するカップリング型と呼ばれる磁気抵抗効果膜に比較し
て、抵抗変化率が小さいとうい問題があった。
【0015】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、ゼロ磁場前後
で直線的に大きな抵抗変化を示し、しかも耐蝕性及び耐
熱性に優れた磁気抵抗効果膜を提供することにある。
で直線的に大きな抵抗変化を示し、しかも耐蝕性及び耐
熱性に優れた磁気抵抗効果膜を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気抵抗効
果膜は、反強磁性薄膜と、この反強磁性薄膜に接する第
一の磁性薄膜(軟磁性薄膜)と、この第一の磁性薄膜に
接する非磁性薄膜と、この非磁性薄膜に接する第二の磁
性薄膜(軟磁性薄膜)とが少なくとも積層され、前記反
強磁性薄膜のバイアス磁界をHr、前記第二の磁性薄膜
の保持力をHc2としたとき、Hc2<Hrとしたもの
である。反強磁性薄膜、第一の磁性薄膜、非磁性薄膜及
び第二の磁性薄膜は、基板上にこの順に反強磁性薄膜か
ら積層してもよいし、基板上にこの順とは逆に第二の磁
性薄膜から積層してもよい。そして、前記反強磁性薄膜
は、Ni酸化膜と、20〜100オングストロームの厚
みのFe酸化膜との積層体からなる。
果膜は、反強磁性薄膜と、この反強磁性薄膜に接する第
一の磁性薄膜(軟磁性薄膜)と、この第一の磁性薄膜に
接する非磁性薄膜と、この非磁性薄膜に接する第二の磁
性薄膜(軟磁性薄膜)とが少なくとも積層され、前記反
強磁性薄膜のバイアス磁界をHr、前記第二の磁性薄膜
の保持力をHc2としたとき、Hc2<Hrとしたもの
である。反強磁性薄膜、第一の磁性薄膜、非磁性薄膜及
び第二の磁性薄膜は、基板上にこの順に反強磁性薄膜か
ら積層してもよいし、基板上にこの順とは逆に第二の磁
性薄膜から積層してもよい。そして、前記反強磁性薄膜
は、Ni酸化膜と、20〜100オングストロームの厚
みのFe酸化膜との積層体からなる。
【0017】これにより、従来用いられていた場合と比
較して交換結合膜の一方向異方性が著しく上昇すると共
に熱安定性が著しく改善され、磁気抵抗効果素子の安定
動作が実現される。
較して交換結合膜の一方向異方性が著しく上昇すると共
に熱安定性が著しく改善され、磁気抵抗効果素子の安定
動作が実現される。
【0018】Ni酸化膜の膜厚は、1000オングスト
ローム以下とすることが望ましい。これ以上の膜厚とし
ても効果が劣ることはないが、磁気抵抗効果素子におけ
る読み取り精度の観点から、膜厚が増加することにより
精度が低下することにつながる。一方、Ni酸化膜の厚
さの下限は反強磁性薄膜の結晶性が隣接する磁性薄膜へ
の交換結合磁界の大きさに大きく影響するため、結晶性
が良好となる100オングストローム以上とすることが
好ましい。また、基板温度を室温から300℃として成
膜することにより、結晶性が改善されバイアス磁界が上
昇する。成膜は、蒸着、スパッタリング、分子線エピタ
キシー(MBE)等の方法で行う。また、基板として
は、石英系ガラス、Si、MgO、Al2 O3 、GaA
s、フェライト、CaTi2 O3 、BaTi2 O3 、A
l2 O3 −TiC等を用いることができる。
ローム以下とすることが望ましい。これ以上の膜厚とし
ても効果が劣ることはないが、磁気抵抗効果素子におけ
る読み取り精度の観点から、膜厚が増加することにより
精度が低下することにつながる。一方、Ni酸化膜の厚
さの下限は反強磁性薄膜の結晶性が隣接する磁性薄膜へ
の交換結合磁界の大きさに大きく影響するため、結晶性
が良好となる100オングストローム以上とすることが
好ましい。また、基板温度を室温から300℃として成
膜することにより、結晶性が改善されバイアス磁界が上
昇する。成膜は、蒸着、スパッタリング、分子線エピタ
キシー(MBE)等の方法で行う。また、基板として
は、石英系ガラス、Si、MgO、Al2 O3 、GaA
s、フェライト、CaTi2 O3 、BaTi2 O3 、A
l2 O3 −TiC等を用いることができる。
【0019】本発明では、反強磁性薄膜と磁性薄膜との
間に、3〜30オングストロームの厚みのNi,Fe,
Coの中から選ばれた一又は二以上の金属を挿入するこ
とにより、磁性薄膜の酸化が抑制され、熱処理をした時
の交換結合磁界の低下さらには抵抗変化率の低下が著し
く改善される。
間に、3〜30オングストロームの厚みのNi,Fe,
Coの中から選ばれた一又は二以上の金属を挿入するこ
とにより、磁性薄膜の酸化が抑制され、熱処理をした時
の交換結合磁界の低下さらには抵抗変化率の低下が著し
く改善される。
【0020】本発明では、反強磁性薄膜の表面粗さを2
〜15オングストロームとすることにより、その上に積
層する磁性薄膜の磁区構造が変化し、交換結合膜におけ
る保磁力が低下する。
〜15オングストロームとすることにより、その上に積
層する磁性薄膜の磁区構造が変化し、交換結合膜におけ
る保磁力が低下する。
【0021】本発明の磁性薄膜に用いる材料は、Ni,
Fe,Co,FeCo,NiFe,NiFeCoの中か
ら選ばれた一又は二以上の金属が好ましい。これによ
り、非磁性薄膜/磁性薄膜界面での伝導電子の散乱の効
果が大きく現れ、より大きな抵抗変化が得られる。
Fe,Co,FeCo,NiFe,NiFeCoの中か
ら選ばれた一又は二以上の金属が好ましい。これによ
り、非磁性薄膜/磁性薄膜界面での伝導電子の散乱の効
果が大きく現れ、より大きな抵抗変化が得られる。
【0022】本発明では上記の磁性体から選択して磁性
薄膜を形成する。特に、反強磁性薄膜と隣接していない
磁性薄膜の異方性磁界Hk2が保磁力Hc2より大きい
材料を選択することにより、実現できる。
薄膜を形成する。特に、反強磁性薄膜と隣接していない
磁性薄膜の異方性磁界Hk2が保磁力Hc2より大きい
材料を選択することにより、実現できる。
【0023】また、異方性磁界は膜厚を薄くすることに
よっても大きくできる。例えば、NiFeを10オング
ストローム程度の厚さにすると、異方性磁界Hk2を保
磁力Hc2より大きくすることができる。
よっても大きくできる。例えば、NiFeを10オング
ストローム程度の厚さにすると、異方性磁界Hk2を保
磁力Hc2より大きくすることができる。
【0024】さらに、このような磁気抵抗効果膜は、磁
性薄膜の磁化容易軸が印加される信号磁界方向に対して
垂直方向になっていて、印加信号磁界方向の磁性薄膜の
保磁力がHc2<Hk2<Hrになるように磁性薄膜を
磁場中成膜することにより製造できる。具体的には、反
強磁性膜と隣り合う磁性薄膜の容易軸とこれと非磁性層
を介して隣り合う磁性薄膜の容易磁化方向が直交するよ
うに成膜中印加磁界を90度回転させる、又は磁場中で
基板を90度回転させることにより実現される。
性薄膜の磁化容易軸が印加される信号磁界方向に対して
垂直方向になっていて、印加信号磁界方向の磁性薄膜の
保磁力がHc2<Hk2<Hrになるように磁性薄膜を
磁場中成膜することにより製造できる。具体的には、反
強磁性膜と隣り合う磁性薄膜の容易軸とこれと非磁性層
を介して隣り合う磁性薄膜の容易磁化方向が直交するよ
うに成膜中印加磁界を90度回転させる、又は磁場中で
基板を90度回転させることにより実現される。
【0025】各磁性薄膜の膜厚は、150オングストロ
ーム以下が望ましい。膜厚を150オングストローム以
上とすると、膜厚の増加に伴って電子散乱に寄与しない
領域が増加し、巨大磁気抵抗効果が小さくなってしま
う。一方、磁性薄膜の厚さの下限は特にないが、10オ
ングストローム以下は伝導電子の表面散乱の効果が大き
くなり、磁気抵抗変化が小さくなる。また、厚さを10
オングストローム以上とすれば、膜厚を均一に保つこと
が容易となり、特性も良好となる。また、飽和磁化の大
きさが小さくなりすぎることもない。
ーム以下が望ましい。膜厚を150オングストローム以
上とすると、膜厚の増加に伴って電子散乱に寄与しない
領域が増加し、巨大磁気抵抗効果が小さくなってしま
う。一方、磁性薄膜の厚さの下限は特にないが、10オ
ングストローム以下は伝導電子の表面散乱の効果が大き
くなり、磁気抵抗変化が小さくなる。また、厚さを10
オングストローム以上とすれば、膜厚を均一に保つこと
が容易となり、特性も良好となる。また、飽和磁化の大
きさが小さくなりすぎることもない。
【0026】また、反強磁性薄膜に隣接する磁性薄膜の
保磁力は、基板温度を室温から300℃として反強磁性
薄膜と連続して成膜することにより小さくすることが可
能である。
保磁力は、基板温度を室温から300℃として反強磁性
薄膜と連続して成膜することにより小さくすることが可
能である。
【0027】さらに、磁性薄膜/非磁性薄膜界面にC
o,FeCo,NiCo又はNiFeCoを挿入するこ
とにより、伝導電子の界面散乱確率が上昇しより大きな
抵抗変化を得ることが可能である。挿入する膜厚の下限
は3オングストロームである。これ以下では、挿入効果
が減少すると共に、膜厚制御も困難となる。挿入膜厚の
上限は特にはないが、40オングストローム程度が望ま
しい。これ以上にすると、磁気抵抗効果素子の動作範囲
における出力にヒステリシスが現れる。
o,FeCo,NiCo又はNiFeCoを挿入するこ
とにより、伝導電子の界面散乱確率が上昇しより大きな
抵抗変化を得ることが可能である。挿入する膜厚の下限
は3オングストロームである。これ以下では、挿入効果
が減少すると共に、膜厚制御も困難となる。挿入膜厚の
上限は特にはないが、40オングストローム程度が望ま
しい。これ以上にすると、磁気抵抗効果素子の動作範囲
における出力にヒステリシスが現れる。
【0028】さらに、このような磁気抵抗効果膜におい
て、外部磁場を検出する磁性薄膜、すなわち反強磁性薄
膜と隣接しない磁性薄膜の容易磁化方向に永久磁石薄膜
を隣接させることにより、磁区安定化が図られバルクハ
ウゼンジャンプなどの非直線的な出力が回避される。永
久磁石薄膜としては、CoCr,CoCrTa,CoC
rTaPt,CoCrPt,CoNiPt,CoNiC
r,CoCrPtSi,FeCoCr等が好ましい。そ
して、これらの永久磁石薄膜の下地層として、Crなど
が用いられてもよい。
て、外部磁場を検出する磁性薄膜、すなわち反強磁性薄
膜と隣接しない磁性薄膜の容易磁化方向に永久磁石薄膜
を隣接させることにより、磁区安定化が図られバルクハ
ウゼンジャンプなどの非直線的な出力が回避される。永
久磁石薄膜としては、CoCr,CoCrTa,CoC
rTaPt,CoCrPt,CoNiPt,CoNiC
r,CoCrPtSi,FeCoCr等が好ましい。そ
して、これらの永久磁石薄膜の下地層として、Crなど
が用いられてもよい。
【0029】非磁性薄膜は、磁性薄膜間の磁気相互作用
を弱める役割を果たす材料であり、高い磁気抵抗変化と
優れた耐熱性を得るためにCu,Au,Ag,Ruの中
から選ばれた一又は二以上の金属が好ましい。
を弱める役割を果たす材料であり、高い磁気抵抗変化と
優れた耐熱性を得るためにCu,Au,Ag,Ruの中
から選ばれた一又は二以上の金属が好ましい。
【0030】実験結果より非磁性薄膜の厚さは、20〜
35オングストロームが望ましい。一般に膜厚が40オ
ングストロームを越えると、非磁性薄膜により抵抗が決
まってしまい、スピンに依存する散乱効果が相対的に小
さくなってしまい、その結果、磁気抵抗変化率が小さく
なってしまう。一方、膜厚が20オングストローム以下
になると、磁性薄膜間の磁気相互作用が大きくなりす
ぎ、また磁気的な直接接触状態(ピンホール)の発生が
避けられないことから、両磁性薄膜の磁化方向が相異な
る状態が生じにくくなる。
35オングストロームが望ましい。一般に膜厚が40オ
ングストロームを越えると、非磁性薄膜により抵抗が決
まってしまい、スピンに依存する散乱効果が相対的に小
さくなってしまい、その結果、磁気抵抗変化率が小さく
なってしまう。一方、膜厚が20オングストローム以下
になると、磁性薄膜間の磁気相互作用が大きくなりす
ぎ、また磁気的な直接接触状態(ピンホール)の発生が
避けられないことから、両磁性薄膜の磁化方向が相異な
る状態が生じにくくなる。
【0031】また、本発明における酸化物反強磁性薄膜
を用いたスピンバルブ膜では、非磁性薄膜の厚みに対し
て磁性薄膜間の相互作用が変化するため、非磁性薄膜の
厚みが8〜12オングストローム付近で2つの磁性薄膜
が反強磁性的に結合し、ゼロ磁場前後で高い抵抗変化が
得られる。
を用いたスピンバルブ膜では、非磁性薄膜の厚みに対し
て磁性薄膜間の相互作用が変化するため、非磁性薄膜の
厚みが8〜12オングストローム付近で2つの磁性薄膜
が反強磁性的に結合し、ゼロ磁場前後で高い抵抗変化が
得られる。
【0032】磁性薄膜又は非磁性薄膜の膜厚は、透過型
電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、オージェ電子分光分析
等により測定することができる。また、薄膜の結晶構造
は、X線回折や高速電子線回析等により確認することが
できる。
電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、オージェ電子分光分析
等により測定することができる。また、薄膜の結晶構造
は、X線回折や高速電子線回析等により確認することが
できる。
【0033】磁気抵抗効果素子を構成する場合におい
て、人工格子膜の繰り返し積層回数Nに特に制限はな
く、目的とする磁気抵抗変化率等に応じて適宜選定すれ
ばよい。しかし、反強磁性薄膜の比抵抗値が大きく、積
層する効果が損なわれるため、反強磁性層/磁性層/非
磁性層/磁性層/非磁性層/磁性層/反強磁性層とする
構造に置き換えられるのが好ましい。
て、人工格子膜の繰り返し積層回数Nに特に制限はな
く、目的とする磁気抵抗変化率等に応じて適宜選定すれ
ばよい。しかし、反強磁性薄膜の比抵抗値が大きく、積
層する効果が損なわれるため、反強磁性層/磁性層/非
磁性層/磁性層/非磁性層/磁性層/反強磁性層とする
構造に置き換えられるのが好ましい。
【0034】なお、最上層の磁性薄膜の表面には、窒化
珪素、酸化珪素、酸化アルミニウム等の酸化防止膜が設
けられてもよく、電極引出しのための金属導電層が設け
られてもよい。
珪素、酸化珪素、酸化アルミニウム等の酸化防止膜が設
けられてもよく、電極引出しのための金属導電層が設け
られてもよい。
【0035】また、磁気抵抗効果素子中に存在する磁性
薄膜の磁気特性を直接測定することはできないので、通
常、下記のようにして測定する。測定すべき磁性薄膜
を、磁性薄膜の合計厚さが500〜1000オングスト
ローム程度になるまで非磁性薄膜と交互に成膜して測定
用サンプルを作製し、これについて磁気特性を測定す
る。この場合、磁性薄膜の厚さ、非磁性薄膜の厚さ及び
非磁性薄膜の組成は、磁気抵抗効果測定素子におけるも
のと同じにする。
薄膜の磁気特性を直接測定することはできないので、通
常、下記のようにして測定する。測定すべき磁性薄膜
を、磁性薄膜の合計厚さが500〜1000オングスト
ローム程度になるまで非磁性薄膜と交互に成膜して測定
用サンプルを作製し、これについて磁気特性を測定す
る。この場合、磁性薄膜の厚さ、非磁性薄膜の厚さ及び
非磁性薄膜の組成は、磁気抵抗効果測定素子におけるも
のと同じにする。
【0036】
【作用】本発明の磁気抵抗効果膜では、第一の磁性薄膜
に隣接して反強磁性薄膜が形成されていて、交換バイア
力が働いていることが必須である。その理由は、本発明
の原理が非磁性薄膜を介して隣り合った磁性薄膜の磁化
の向きが互いに逆方向に向いたとき、最大の抵抗を示す
ことにあるからである。すなわち、本発明では、図3で
示すごとく、外部磁場Hが第二の磁性薄膜の異方性磁界
Hk2と第一の磁性薄膜の抗磁力Hrとの間であると
き、すなわちHk2<H<Hrであるとき、隣り合った
磁性薄膜の磁化の方向が互いに逆向きになり、抵抗が増
大する。
に隣接して反強磁性薄膜が形成されていて、交換バイア
力が働いていることが必須である。その理由は、本発明
の原理が非磁性薄膜を介して隣り合った磁性薄膜の磁化
の向きが互いに逆方向に向いたとき、最大の抵抗を示す
ことにあるからである。すなわち、本発明では、図3で
示すごとく、外部磁場Hが第二の磁性薄膜の異方性磁界
Hk2と第一の磁性薄膜の抗磁力Hrとの間であると
き、すなわちHk2<H<Hrであるとき、隣り合った
磁性薄膜の磁化の方向が互いに逆向きになり、抵抗が増
大する。
【0037】図2は、本発明の磁気抵抗効果膜を用いた
MRセンサの一例を示す展開斜視図である。このMRセ
ンサは、図2に示すように、基板4上に形成された人工
格子膜7からなり、基板4上に形成された反強磁性薄膜
5の上に、非磁性薄膜1を介した磁性薄膜2,3間の磁
化容易方向を直交させ、磁気記録媒体8から放出される
信号磁界が磁性薄膜2の磁化容易方向に対し垂直となる
ように設定する。このとき、磁性薄膜3は、隣接する反
強磁性薄膜5により一方向異方性が付与されている。そ
して、磁性薄膜2の磁化方向が、磁気記録媒体8の信号
磁界の大きさに応答して回転することにより、抵抗が変
化し磁場を検知する。
MRセンサの一例を示す展開斜視図である。このMRセ
ンサは、図2に示すように、基板4上に形成された人工
格子膜7からなり、基板4上に形成された反強磁性薄膜
5の上に、非磁性薄膜1を介した磁性薄膜2,3間の磁
化容易方向を直交させ、磁気記録媒体8から放出される
信号磁界が磁性薄膜2の磁化容易方向に対し垂直となる
ように設定する。このとき、磁性薄膜3は、隣接する反
強磁性薄膜5により一方向異方性が付与されている。そ
して、磁性薄膜2の磁化方向が、磁気記録媒体8の信号
磁界の大きさに応答して回転することにより、抵抗が変
化し磁場を検知する。
【0038】ここで、外部磁場、保磁力及び磁化の方向
の関係を説明する。図3に示すように、交換バイアスさ
れた磁性薄膜3の抗磁力をHr、磁性薄膜2の保磁力を
Hc2、異方性磁界をHk2とする(0<Hk2<H
r)。最初、外部磁場HをH<−Hk2となるように印
加しておく(領域(A))。このとき、磁性薄膜2,3
の磁化方向は、Hと同じ−(負)方向に向いている。次
に外部磁場Hを弱めていくと−Hk2<H<Hk2(領
域(B))において磁性薄膜2の磁化は+方向に回転
し、Hk2<H<Hr の領域(C)では、磁性薄膜
2,3の磁化方向は互いに逆向きになる。さらに外部磁
場Hを大きくしたHr<Hの領域(D)では、磁性薄膜
3の磁化も反転し、磁性薄膜2,3の磁化方向は+方向
に揃っていく。
の関係を説明する。図3に示すように、交換バイアスさ
れた磁性薄膜3の抗磁力をHr、磁性薄膜2の保磁力を
Hc2、異方性磁界をHk2とする(0<Hk2<H
r)。最初、外部磁場HをH<−Hk2となるように印
加しておく(領域(A))。このとき、磁性薄膜2,3
の磁化方向は、Hと同じ−(負)方向に向いている。次
に外部磁場Hを弱めていくと−Hk2<H<Hk2(領
域(B))において磁性薄膜2の磁化は+方向に回転
し、Hk2<H<Hr の領域(C)では、磁性薄膜
2,3の磁化方向は互いに逆向きになる。さらに外部磁
場Hを大きくしたHr<Hの領域(D)では、磁性薄膜
3の磁化も反転し、磁性薄膜2,3の磁化方向は+方向
に揃っていく。
【0039】図4に示すように、この膜の抵抗は磁性薄
膜2,3の相対的な磁化方向によって変化し、ゼロ磁場
前後で直線的に変化し、領域(C)で最大の値
(Rmax ) をとるようになる。
膜2,3の相対的な磁化方向によって変化し、ゼロ磁場
前後で直線的に変化し、領域(C)で最大の値
(Rmax ) をとるようになる。
【0040】
【発明の実施の形態】図1は、膜厚方向を拡大して示し
た本発明の実施例であり、磁気抵抗効果膜としての人工
格子膜7の断面図である。図1において、人工格子膜7
は、反強磁性薄膜5を形成した基板4上に磁性薄膜2,
3を有し、隣接する2層の磁性薄膜2,3の間に非磁性
薄膜1を有する。また、磁性薄膜2には反強磁性薄膜
(又は永久磁石薄膜)6が隣接して積層されている。以
下、具体的な実験結果により、請求項で示した材料等に
ついて説明する。
た本発明の実施例であり、磁気抵抗効果膜としての人工
格子膜7の断面図である。図1において、人工格子膜7
は、反強磁性薄膜5を形成した基板4上に磁性薄膜2,
3を有し、隣接する2層の磁性薄膜2,3の間に非磁性
薄膜1を有する。また、磁性薄膜2には反強磁性薄膜
(又は永久磁石薄膜)6が隣接して積層されている。以
下、具体的な実験結果により、請求項で示した材料等に
ついて説明する。
【0041】基板4としてガラス基板を用い真空装置の
中に入れ、10-7Torr台まで真空引き行う。基板温
度を室温〜300℃に保ち、NiOを100〜1000
オングストローム、Fe−O薄膜を10から100オン
グストロームの厚さで形成し、続いて磁性層(NiF
e,Co,FeCo,NiCo,NiFeCO)を成膜
する。
中に入れ、10-7Torr台まで真空引き行う。基板温
度を室温〜300℃に保ち、NiOを100〜1000
オングストローム、Fe−O薄膜を10から100オン
グストロームの厚さで形成し、続いて磁性層(NiF
e,Co,FeCo,NiCo,NiFeCO)を成膜
する。
【0042】上記のように室温〜300℃で交換結合膜
を形成後、基板温度を室温に戻し、非磁性層及び磁性層
を形成する。このとき、交換結合膜の磁化容易軸と非磁
性層を介してこれと隣接する磁性層の磁化容易軸とが直
交するように、成膜中印加磁界を90°回転させる。続
いてこの人工格子膜を加熱炉に入れ、300〜3000
OeのDC磁界を交換結合層の容易磁化方向に印加しな
がら200〜300℃で熱処理し、磁気抵抗効果膜とす
る。
を形成後、基板温度を室温に戻し、非磁性層及び磁性層
を形成する。このとき、交換結合膜の磁化容易軸と非磁
性層を介してこれと隣接する磁性層の磁化容易軸とが直
交するように、成膜中印加磁界を90°回転させる。続
いてこの人工格子膜を加熱炉に入れ、300〜3000
OeのDC磁界を交換結合層の容易磁化方向に印加しな
がら200〜300℃で熱処理し、磁気抵抗効果膜とす
る。
【0043】成膜は、具体的には、ガラス基板両脇にN
dFeB磁石を配置し、ガラス基板と平行に300Oe
程度の外部磁場が印加されているような状態で行った。
この試料のB−H曲線を測定すると成膜中磁場印加方向
が磁性層の磁化容易軸となる。
dFeB磁石を配置し、ガラス基板と平行に300Oe
程度の外部磁場が印加されているような状態で行った。
この試料のB−H曲線を測定すると成膜中磁場印加方向
が磁性層の磁化容易軸となる。
【0044】そして、以下に示す人工格子膜は、酸化物
反強磁性膜については2.2〜3.5オングストローム
/秒、磁性薄膜及び非磁性薄膜については約0.8〜
2.0オングストローム/秒の速度で成膜を行った。
反強磁性膜については2.2〜3.5オングストローム
/秒、磁性薄膜及び非磁性薄膜については約0.8〜
2.0オングストローム/秒の速度で成膜を行った。
【0045】なお、例えばNiO(500)/Fe−O
(20)/NiFe(60)/Cu(25)/NiFe
(60)と表示されている場合、基板上にNiO薄膜を
500オングストローム、Fe−O薄膜を20オングス
トローム積層して反強磁性層を形成した後、60オング
ストロームのNi80%−Fe20%の合金薄膜、25
オングストロームのCu薄膜、60オングストロームの
Ni80%−Fe20%薄膜を順次成膜することを意味
する。
(20)/NiFe(60)/Cu(25)/NiFe
(60)と表示されている場合、基板上にNiO薄膜を
500オングストローム、Fe−O薄膜を20オングス
トローム積層して反強磁性層を形成した後、60オング
ストロームのNi80%−Fe20%の合金薄膜、25
オングストロームのCu薄膜、60オングストロームの
Ni80%−Fe20%薄膜を順次成膜することを意味
する。
【0046】磁化の測定は、振動試料型磁力計により行
った。抵抗測定は、試料から1.0×10mm2 の形状
のサンプルを作製し、外部磁界を面内に電流と垂直方向
になるようにかけながら、−500〜500Oeまで変
化させたときの抵抗を4端子法により測定し、その抵抗
から磁気抵抗変化率△R/Rを求めた。抵抗変化率△R
/Rは、最大抵抗値をRmax 、最小抵抗値をRmin と
し、次式により計算した。△R/R=(Rmax −
Rmin )/Rmin ×100(%)
った。抵抗測定は、試料から1.0×10mm2 の形状
のサンプルを作製し、外部磁界を面内に電流と垂直方向
になるようにかけながら、−500〜500Oeまで変
化させたときの抵抗を4端子法により測定し、その抵抗
から磁気抵抗変化率△R/Rを求めた。抵抗変化率△R
/Rは、最大抵抗値をRmax 、最小抵抗値をRmin と
し、次式により計算した。△R/R=(Rmax −
Rmin )/Rmin ×100(%)
【0047】作製したスピンバルブ膜を以下に示す。
【0048】〔.非磁性層Cu〕glass/NiO
(150〜500)/Fe−O(20〜100)/Co
90Fe10(20〜150)/Cu(8〜40)/NiF
e(20〜150)
(150〜500)/Fe−O(20〜100)/Co
90Fe10(20〜150)/Cu(8〜40)/NiF
e(20〜150)
【0049】〔.磁性固定層Co90Fe10〕glas
s/NiO(150〜500)/Fe−O(20〜10
0)/Co90Fe10(20〜150)/Cu(8〜4
0)/NiFe(20〜150)
s/NiO(150〜500)/Fe−O(20〜10
0)/Co90Fe10(20〜150)/Cu(8〜4
0)/NiFe(20〜150)
【0050】〔.非磁性層Au〕glass/NiO
(150〜500)/Fe−O(20〜100)/Ni
Fe(20〜150)/Au(8〜40)/NiFe
(20〜150)
(150〜500)/Fe−O(20〜100)/Ni
Fe(20〜150)/Au(8〜40)/NiFe
(20〜150)
【0051】〔.非磁性層Ag〕glass/NiO
(150〜500)/Fe−O(20〜100)/Ni
Fe(20〜150)/Au(8〜40)/NiFe
(20〜150)
(150〜500)/Fe−O(20〜100)/Ni
Fe(20〜150)/Au(8〜40)/NiFe
(20〜150)
【0052】〔.非磁性層Ru〕glass/NiO
(150〜500)/Fe−O(20〜100)/Ni
Fe(20〜150)/Au(8〜40)/NiFe
(20〜150)
(150〜500)/Fe−O(20〜100)/Ni
Fe(20〜150)/Au(8〜40)/NiFe
(20〜150)
【0053】〔.非磁性層Cu1-x Agx 〕glas
s/NiO(150〜500)/Fe−O(20〜10
0)/NiFe(20〜150)/Cu1-x Agx (8
〜40)/NiFe(20〜150)
s/NiO(150〜500)/Fe−O(20〜10
0)/NiFe(20〜150)/Cu1-x Agx (8
〜40)/NiFe(20〜150)
【0054】〔.酸化防止層厚保存サンプル〕 (a)…
glass/NiO(150〜500)/Fe−O(2
0)/Fe(3〜30)/NiFe(20〜150)/
Cu8〜40)/NiFe(20〜150) (b)…gl
ass/NiO(150〜500)/Fe−O(20)
/Ni(3〜30)/NiFe(20〜150)/Cu
8〜40)/NiFe(20〜150) (c)…glas
s/NiO(150〜500)/Fe−O(20)/C
o(3〜30)/NiFe(20〜150)/Cu8〜
40)/NiFe(20〜150) (d)…glass/
NiO(150〜500)/Fe−O(20)/FeC
o(3〜30)/NiFe(20〜150)/Cu8〜
40)/NiFe(20〜150) (e)…glass/
NiO(150〜500)/Fe−O(20)/NiC
o(3〜30)/NiFe(20〜150)/Cu8〜
40)/NiFe(20〜150)
glass/NiO(150〜500)/Fe−O(2
0)/Fe(3〜30)/NiFe(20〜150)/
Cu8〜40)/NiFe(20〜150) (b)…gl
ass/NiO(150〜500)/Fe−O(20)
/Ni(3〜30)/NiFe(20〜150)/Cu
8〜40)/NiFe(20〜150) (c)…glas
s/NiO(150〜500)/Fe−O(20)/C
o(3〜30)/NiFe(20〜150)/Cu8〜
40)/NiFe(20〜150) (d)…glass/
NiO(150〜500)/Fe−O(20)/FeC
o(3〜30)/NiFe(20〜150)/Cu8〜
40)/NiFe(20〜150) (e)…glass/
NiO(150〜500)/Fe−O(20)/NiC
o(3〜30)/NiFe(20〜150)/Cu8〜
40)/NiFe(20〜150)
【0055】図9に抵抗変化率のFe−O層厚依存性を
示す。このようにNi酸化膜上にFe−O薄膜を20〜
100オングストローム積層することにより、抵抗変化
率が緩やか上昇する。
示す。このようにNi酸化膜上にFe−O薄膜を20〜
100オングストローム積層することにより、抵抗変化
率が緩やか上昇する。
【0056】図10はNiO(500オングストロー
ム)/Fe−O/NiFe(60オングストローム)交
換結合膜の交換結合磁界のFe−O層厚及び熱処理温度
依存性を示したものである。交換結合磁界は、250℃
程度の温度で熱処理することにより上昇し、10〜30
オングストロームの範囲で極大となる。このようにNi
酸化膜上にFe酸化層を積層することにより、交換結合
膜の耐熱性が著しく向上すると共に、交換結合磁界が大
きく上昇する。
ム)/Fe−O/NiFe(60オングストローム)交
換結合膜の交換結合磁界のFe−O層厚及び熱処理温度
依存性を示したものである。交換結合磁界は、250℃
程度の温度で熱処理することにより上昇し、10〜30
オングストロームの範囲で極大となる。このようにNi
酸化膜上にFe酸化層を積層することにより、交換結合
膜の耐熱性が著しく向上すると共に、交換結合磁界が大
きく上昇する。
【0057】図11は250℃2時間熱処理をした交換
結合膜の交換結合磁界及び保磁力のFe−O層厚依存性
であり、いずれの試料も保磁力は交換結合磁界の1/2
程度であり、磁気抵抗効果素子における動作にヒステリ
シスは生じない。
結合膜の交換結合磁界及び保磁力のFe−O層厚依存性
であり、いずれの試料も保磁力は交換結合磁界の1/2
程度であり、磁気抵抗効果素子における動作にヒステリ
シスは生じない。
【0058】図12は抵抗変化率と交換結合磁界のNi
O層厚依存性を示したものである。抵抗変化率はNiO
層厚に殆ど影響されないが、交換結合磁界はNiO層厚
に顕著に依存する。すなわち、NiO層厚は150オン
グストローム以上必要となる。
O層厚依存性を示したものである。抵抗変化率はNiO
層厚に殆ど影響されないが、交換結合磁界はNiO層厚
に顕著に依存する。すなわち、NiO層厚は150オン
グストローム以上必要となる。
【0059】図13は交換結合磁界のO/Ni比依存性
であり、いずれのFe−O層厚に対してもO/Ni比が
0.9〜1.1で交換結合磁界が極大値をとる。
であり、いずれのFe−O層厚に対してもO/Ni比が
0.9〜1.1で交換結合磁界が極大値をとる。
【0060】図14は交換結合磁界のO/Fe比依存で
あり、O/Fe比が1.0〜2.0で交換結合磁界は極
大値を示す。
あり、O/Fe比が1.0〜2.0で交換結合磁界は極
大値を示す。
【0061】図15は交換結合層の交換結合磁界及び保
磁力を反強磁性層の表面粗さに対して示したものであ
る。交換結合層の磁気特性は反強磁性層の表面組成だけ
ではなく、表面粗さにも関係し、交換結合磁界は表面粗
さにそれ程影響されないものの、保磁力は表面粗さを2
〜15オングストロームとすることにより小さくするこ
とが可能である。これは、上に積層する磁性層の磁区構
造が表面粗さにより影響されるためであり、2〜15オ
ングストロームの表面粗さのとき、スピンバルブ膜とし
てのMR特性が良好となる。
磁力を反強磁性層の表面粗さに対して示したものであ
る。交換結合層の磁気特性は反強磁性層の表面組成だけ
ではなく、表面粗さにも関係し、交換結合磁界は表面粗
さにそれ程影響されないものの、保磁力は表面粗さを2
〜15オングストロームとすることにより小さくするこ
とが可能である。これは、上に積層する磁性層の磁区構
造が表面粗さにより影響されるためであり、2〜15オ
ングストロームの表面粗さのとき、スピンバルブ膜とし
てのMR特性が良好となる。
【0062】図16は非磁性材料を変えたときの抵抗変
化率の熱処理温度依存を示したものである。抵抗変化率
は非磁性材料をCuAg合金又はAgとすることによ
り、高温処理に対しても維持されることが分かる。これ
はNiとCuの合金化が、結晶粒界にAgが析出するこ
とにより抑制されるからである。
化率の熱処理温度依存を示したものである。抵抗変化率
は非磁性材料をCuAg合金又はAgとすることによ
り、高温処理に対しても維持されることが分かる。これ
はNiとCuの合金化が、結晶粒界にAgが析出するこ
とにより抑制されるからである。
【0063】図17は抵抗変化率の非磁性層厚依存性を
示したものである。本発明のスピンバルブ膜ではこのよ
うに非磁性層厚に対し、抵抗変化率は極大値を二つ有す
る。これは磁性層間に反強磁性的相互作用が現れるため
である。抵抗変化率としては、非磁性層厚20〜30オ
ングストロームで6.5%、10オングストロームで1
0%程度である。
示したものである。本発明のスピンバルブ膜ではこのよ
うに非磁性層厚に対し、抵抗変化率は極大値を二つ有す
る。これは磁性層間に反強磁性的相互作用が現れるため
である。抵抗変化率としては、非磁性層厚20〜30オ
ングストロームで6.5%、10オングストロームで1
0%程度である。
【0064】図18は抵抗変化率の磁性層厚依存性を示
したものである。抵抗変化率は磁性層厚40〜70オン
グストロームにおいて極値を示すことが分かる。また、
Co系の強磁性材を用いることにより磁性層/非磁性層
界面での電子散乱確率が上昇し、より高い抵抗変化率
(12%)が得られる。
したものである。抵抗変化率は磁性層厚40〜70オン
グストロームにおいて極値を示すことが分かる。また、
Co系の強磁性材を用いることにより磁性層/非磁性層
界面での電子散乱確率が上昇し、より高い抵抗変化率
(12%)が得られる。
【0065】図19は磁性層/非磁性層界面にCo系合
金(Co,FeCo,NiCo,NiFeCo)を挿入
した時の抵抗変化率の挿入層厚依存性を示したものであ
る。数オングストロームの挿入により効果が現れ、10
オングストローム以上では徐々に抵抗変化率が上昇する
ことが分かる。このとき、磁界を検知する磁性層の保磁
力は、Co挿入30オングストローム以上では15Oe
程度となりスピンバルブ膜のMR特性にヒステリシスが
生じ安くなる。
金(Co,FeCo,NiCo,NiFeCo)を挿入
した時の抵抗変化率の挿入層厚依存性を示したものであ
る。数オングストロームの挿入により効果が現れ、10
オングストローム以上では徐々に抵抗変化率が上昇する
ことが分かる。このとき、磁界を検知する磁性層の保磁
力は、Co挿入30オングストローム以上では15Oe
程度となりスピンバルブ膜のMR特性にヒステリシスが
生じ安くなる。
【0066】図20は反強磁性薄膜と磁性薄膜との界面
にFe,Ni,Co又はこれらの合金を挿入した時の交
換結合磁界の熱処理温度依存を示したものである。酸化
物反強磁性薄膜と磁性薄膜との間に酸化防止膜を挿入す
ることにより、磁性層酸化による交換結合磁界低下が抑
制され、300℃の熱処理に対しても400Oe程度の
交換結合磁界を維持する。
にFe,Ni,Co又はこれらの合金を挿入した時の交
換結合磁界の熱処理温度依存を示したものである。酸化
物反強磁性薄膜と磁性薄膜との間に酸化防止膜を挿入す
ることにより、磁性層酸化による交換結合磁界低下が抑
制され、300℃の熱処理に対しても400Oe程度の
交換結合磁界を維持する。
【0067】図21は本発明のスピンバルブ膜を素子高
さ1μm、素子幅1.2μmとし、隣接して磁区安定化
膜としてCoCrPt永久磁石膜を配置した時の素子の
MR曲線を示したものである。これより、永久磁石薄膜
により磁区安定化が図られバルクハウゼンジャンプなど
の非直線的な出力が回避されると共に、通常の異方性磁
気抵抗効果と比較して6〜10倍程度の出力が得られ
た。
さ1μm、素子幅1.2μmとし、隣接して磁区安定化
膜としてCoCrPt永久磁石膜を配置した時の素子の
MR曲線を示したものである。これより、永久磁石薄膜
により磁区安定化が図られバルクハウゼンジャンプなど
の非直線的な出力が回避されると共に、通常の異方性磁
気抵抗効果と比較して6〜10倍程度の出力が得られ
た。
【0068】本発明のスピンバルブ膜の典型的なBH曲
線及びMR曲線は図5乃至図8のようになる。
線及びMR曲線は図5乃至図8のようになる。
【0069】なお、本発明に係る磁気抵抗効果膜によ
り、次の磁気抵抗効果素子等を構成してもよい。
(イ):本発明に係る磁気抵抗効果膜に微細加工を施す
ことにより素子高さを0.5〜1.5μmとし、磁界を
検知する際の検出電流の密度を0.5×107 〜5×1
07 A/cm2 とした、磁気抵抗効果素子。(ロ):上
記(イ)の磁気抵抗効果素子の上下を絶縁層を介して高
透磁率軟磁性材料で挟んだ構造からなるシールド型磁気
抵抗センサ。(ハ):上記(イ)の磁気抵抗効果素子に
高透磁率軟磁性材料で信号磁界を導く構造からなるヨー
ク型磁気抵抗センサ。(ニ):上記(イ)の磁気抵抗効
果素子と、検出される磁界の関数として前記磁気抵抗効
果素子の抵抗変化率を検出する手段とを兼ね備えた磁気
抵抗検出システム。
り、次の磁気抵抗効果素子等を構成してもよい。
(イ):本発明に係る磁気抵抗効果膜に微細加工を施す
ことにより素子高さを0.5〜1.5μmとし、磁界を
検知する際の検出電流の密度を0.5×107 〜5×1
07 A/cm2 とした、磁気抵抗効果素子。(ロ):上
記(イ)の磁気抵抗効果素子の上下を絶縁層を介して高
透磁率軟磁性材料で挟んだ構造からなるシールド型磁気
抵抗センサ。(ハ):上記(イ)の磁気抵抗効果素子に
高透磁率軟磁性材料で信号磁界を導く構造からなるヨー
ク型磁気抵抗センサ。(ニ):上記(イ)の磁気抵抗効
果素子と、検出される磁界の関数として前記磁気抵抗効
果素子の抵抗変化率を検出する手段とを兼ね備えた磁気
抵抗検出システム。
【0070】
【発明の効果】本発明に係る磁気抵抗効果膜及びその製
造方法によれば、ゼロ磁場前後で直線的に大きな抵抗変
化を示す特性を得ることができ、しかも耐蝕性及び耐熱
性を向上できる。
造方法によれば、ゼロ磁場前後で直線的に大きな抵抗変
化を示す特性を得ることができ、しかも耐蝕性及び耐熱
性を向上できる。
【図1】本発明の磁気抵抗効果膜の一実施例を示す一部
を省略した断面図である。
を省略した断面図である。
【図2】図1の磁気抵抗効果膜からなる磁気抵抗センサ
の立体展開図である。
の立体展開図である。
【図3】図1の磁気抵抗効果膜のB−H曲線を示すグラ
フである。
フである。
【図4】図1の磁気抵抗効果膜のR−H曲線を示すグラ
フである。
フである。
【図5】図1の磁気抵抗効果膜のB−H曲線を示すグラ
フである。
フである。
【図6】図1の磁気抵抗効果膜のB−H曲線を示すグラ
フである。
フである。
【図7】図1の磁気抵抗効果膜のMR曲線を示すグラフ
である。
である。
【図8】図1の磁気抵抗効果膜のMR曲線を示すグラフ
である。
である。
【図9】図1の磁気抵抗効果膜における、抵抗変化率の
Fe−O層厚依存性を示すグラフである。
Fe−O層厚依存性を示すグラフである。
【図10】図1の磁気抵抗効果膜における、交換結合磁
界のFe−O層厚依存性を示すグラフである。
界のFe−O層厚依存性を示すグラフである。
【図11】図1の磁気抵抗効果膜における、変換結合磁
界及び保磁力のFe−O層厚依存性を示すグラフであ
る。
界及び保磁力のFe−O層厚依存性を示すグラフであ
る。
【図12】図1の磁気抵抗効果膜における、抵抗変化率
及び交換結合磁界のNiO層厚依存性を示すグラフであ
る。
及び交換結合磁界のNiO層厚依存性を示すグラフであ
る。
【図13】図1の磁気抵抗効果膜における、交換結合磁
界のO/Ni比依存性を示すグラフである。
界のO/Ni比依存性を示すグラフである。
【図14】図1の磁気抵抗効果膜における、交換結合磁
界のO/Fe比依存性を示すグラフである。
界のO/Fe比依存性を示すグラフである。
【図15】図1の磁気抵抗効果膜における、交換結合層
の交換結合磁界及び保磁力の反強磁性体表面粗さ依存性
を示すグラフである。
の交換結合磁界及び保磁力の反強磁性体表面粗さ依存性
を示すグラフである。
【図16】図1の磁気抵抗効果膜における、抵抗変化率
の熱処理温度依存性を示すグラフである。
の熱処理温度依存性を示すグラフである。
【図17】図1の磁気抵抗効果膜における、抵抗変化率
の非磁性層厚依存性を示すグラフである。
の非磁性層厚依存性を示すグラフである。
【図18】図1の磁気抵抗効果膜における、抵抗変化率
の磁性層依存性を示すグラフである。
の磁性層依存性を示すグラフである。
【図19】図1の磁気抵抗効果膜における、抵抗変化率
のCo系合金挿入層厚依存性を示すグラフである。
のCo系合金挿入層厚依存性を示すグラフである。
【図20】図1の磁気抵抗効果膜における、交換結合磁
界の熱処理温度依存性を示すグラフである。
界の熱処理温度依存性を示すグラフである。
【図21】図1の磁気抵抗効果膜からなる磁気抵抗素子
のMR曲線を示すグラフである。
のMR曲線を示すグラフである。
1 非磁性薄膜 2 第二の磁性薄膜 3 第一の磁性薄膜 4 基板 5 反強磁性薄膜 6 反強磁性薄膜(又は永久磁石薄膜) 7 人工格子膜(磁気抵抗効果膜)
Claims (21)
- 【請求項1】 反強磁性薄膜と、この反強磁性薄膜に接
する第一の磁性薄膜と、この第一の磁性薄膜に接する非
磁性薄膜と、この非磁性薄膜に接する第二の磁性薄膜と
が少なくとも積層され、前記反強磁性薄膜のバイアス磁
界をHr、前記第二の磁性薄膜の保持力をHc2とした
とき、Hc2<Hrである磁気抵抗効果膜において、 前記反強磁性薄膜がNi酸化膜と20〜100オングス
トロームの厚みのFe酸化膜との積層体からなることを
特徴とする磁気抵抗効果膜。 - 【請求項2】 前記Ni酸化膜の厚みが150〜500
オングストロームである、請求項1記載の磁気抵抗効果
膜。 - 【請求項3】 前記Ni酸化膜中のNiに対するOの組
成比が0.9〜1.1である、請求項1記載の磁気抵抗
効果膜。 - 【請求項4】 前記Fe酸化膜中のFeに対するOの組
成比が0.8〜2.0である、請求項1記載の磁気抵抗
効果膜。 - 【請求項5】 前記Fe酸化膜の結晶構造がα−Fe2
O3 構造を主成分とする、請求項1記載の磁気抵抗効果
膜。 - 【請求項6】 前記Fe酸化膜の結晶構造がFeO構造
を主成分とする、請求項1記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項7】 前記反強磁性薄膜の表面粗さが2.0〜
15オングストロームである、請求項1記載の磁気抵抗
効果膜。 - 【請求項8】 前記非磁性薄膜の材質がAu,Ag,C
u,Ruの中から選ばれた一又は二以上の金属である、
請求項1記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項9】 反強磁性薄膜と、この反強磁性薄膜に接
する第一の磁性薄膜と、この第一の磁性薄膜に接する非
磁性薄膜と、この非磁性薄膜に接する第二の磁性薄膜と
が少なくとも積層され、前記反強磁性薄膜のバイアス磁
界をHr、前記第二の磁性薄膜の保持力をHc2とした
とき、Hc2<Hrである磁気抵抗効果膜において、 前記非磁性薄膜の厚みが20〜35オングストロームで
あることを特徴とする磁気抵抗効果膜。 - 【請求項10】 反強磁性薄膜と、この反強磁性薄膜に
接する第一の磁性薄膜と、この第一の磁性薄膜に接する
非磁性薄膜と、この非磁性薄膜に接する第二の磁性薄膜
とが少なくとも積層され、前記反強磁性薄膜のバイアス
磁界をHr、前記第二の磁性薄膜の保持力をHc2とし
たとき、Hc2<Hrである磁気抵抗効果膜において、 前記非磁性薄膜の厚みが8〜12オングストロームであ
ることを特徴とする磁気抵抗効果膜。 - 【請求項11】 前記反強磁性薄膜のバイアス磁界をH
r、第二の磁性薄膜の保磁力をHc2、異方性磁界をH
k2としたとき、Hc2<Hk2<Hrである、請求項
1記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項12】 前記第一又は第二の磁性薄膜の材質が
Ni,Fe,Co,FeCo,NiFe,NiFeCo
の中から選ばれた一又は二以上の金属を主成分とする、
請求項1記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項13】 前記第一又は第二の磁性薄膜の厚みが
10〜150オングストロームである、請求項1記載の
磁気抵抗効果膜。 - 【請求項14】 前記非磁性薄膜と前記第一又は第二の
磁性薄膜との界面に、3〜40オングストロームの厚み
のCo,FeCo,NiCo又はNiFeCoが挿入さ
れた、請求項1記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項15】 前記反強磁性薄膜と前記第一の磁性薄
膜との界面に、3〜30オングストロームの厚みのF
e,Ni,Coの中から選ばれた一又は二以上の金属が
挿入された、請求項1記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項16】 室温〜300℃に加熱した基板上に、
前記反強磁性薄膜及び前記第一の磁性薄膜を成膜する、
請求項1記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。 - 【請求項17】 前記反強磁性薄膜及び前記第一の磁性
薄膜を200〜300℃の磁界中で熱処理することによ
り、当該第一の磁性薄膜の一方向異方性を誘起する、請
求項1記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。 - 【請求項18】 前記第一及び第二の磁性薄膜の容易軸
方向が直交するように、当該第一及び第二の磁性薄膜の
成膜中に印加磁界を90度回転させる、請求項1記載の
磁気抵抗効果膜の製造方法。 - 【請求項19】 十分なバイアスを生じさせることによ
り前記第二の磁性薄膜を単磁区化させた、請求項1記載
の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項20】 前記バイアスを生じさせる手段が、前
記第二の磁性薄膜に隣接して配置された永久磁石膜であ
る、請求項19記載の磁気抵抗効果膜。 - 【請求項21】 前記バイアスを生じさせる手段が、前
記第二の磁性薄膜に隣接して配置された反強磁性膜であ
る、請求項19記載の磁気抵抗効果膜。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8268824A JP2924819B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 |
US08/947,875 US6215631B1 (en) | 1996-10-09 | 1997-10-09 | Magnetoresistive effect film and manufacturing method therefor |
KR1019970051763A KR100266518B1 (ko) | 1996-10-09 | 1997-10-09 | 자기저항효과막및그의제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8268824A JP2924819B2 (ja) | 1996-10-09 | 1996-10-09 | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10116728A true JPH10116728A (ja) | 1998-05-06 |
JP2924819B2 JP2924819B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=17463771
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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---|---|
US (1) | US6215631B1 (ja) |
JP (1) | JP2924819B2 (ja) |
KR (1) | KR100266518B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6570744B1 (en) | 1999-05-26 | 2003-05-27 | Tdk Corporation | Magnetoresistance effect film and device |
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