JPH10229013A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子Info
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- JPH10229013A JPH10229013A JP9030524A JP3052497A JPH10229013A JP H10229013 A JPH10229013 A JP H10229013A JP 9030524 A JP9030524 A JP 9030524A JP 3052497 A JP3052497 A JP 3052497A JP H10229013 A JPH10229013 A JP H10229013A
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 交換結合磁界が外部磁界の影響を受けにくく
するための新しい構造のバイアス膜を作製することによ
り、外部磁界に影響されない安定に動作する磁気抵抗効
果素子を提供する。 【解決手段】 本発明の磁気抵抗効果素子１０は、外部
磁界に応じて電気抵抗が変化するＭＲ膜１２と、強磁性
クラスター１４を反強磁性マトリクス１６中に分散させ
たものであってＭＲ膜１２の磁区を安定化させるバイア
ス膜としてのグラニュラー膜１８と、グラニュラー膜１
８とＭＲ膜１２との間に介挿された非磁性膜２０とを基
本的に備えている。反強磁性マトリクス１６中に、直径
数１０ｎｍの強磁性クラスター１４が分散している。磁
気抵抗効果素子１０は、基板２２上に形成されている。
するための新しい構造のバイアス膜を作製することによ
り、外部磁界に影響されない安定に動作する磁気抵抗効
果素子を提供する。 【解決手段】 本発明の磁気抵抗効果素子１０は、外部
磁界に応じて電気抵抗が変化するＭＲ膜１２と、強磁性
クラスター１４を反強磁性マトリクス１６中に分散させ
たものであってＭＲ膜１２の磁区を安定化させるバイア
ス膜としてのグラニュラー膜１８と、グラニュラー膜１
８とＭＲ膜１２との間に介挿された非磁性膜２０とを基
本的に備えている。反強磁性マトリクス１６中に、直径
数１０ｎｍの強磁性クラスター１４が分散している。磁
気抵抗効果素子１０は、基板２２上に形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高記録密度化及び
高感度化を可能としたスピンバルブ型の磁気抵抗効果素
子に関する。
高感度化を可能としたスピンバルブ型の磁気抵抗効果素
子に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気記録方式において記録情報を検出す
るための磁気抵抗効果素子が知られている。この磁気抵
抗効果素子は、記録マークから漏れ出た磁界を電気抵抗
値変化に変換する効果、いわゆる磁気抵抗効果（ＭＲ効
果）を利用したものである。
るための磁気抵抗効果素子が知られている。この磁気抵
抗効果素子は、記録マークから漏れ出た磁界を電気抵抗
値変化に変換する効果、いわゆる磁気抵抗効果（ＭＲ効
果）を利用したものである。
【０００３】一方、大容量磁気記録を実現するために
は、記録の高密度化が必要である。記録を高密度にする
ためには、記録マークを小さくすることが有効な手段で
ある。そして、記録マークが小さくなると磁界が減少す
ることから、高密度に記録した情報を読み出すために
は、高感度に検出できる磁気抵抗効果素子が必要にな
る。このような観点から、磁界の変化を高感度に検出す
るために、磁気抵抗効果素子の材料や構成などについて
研究開発が進められている。
は、記録の高密度化が必要である。記録を高密度にする
ためには、記録マークを小さくすることが有効な手段で
ある。そして、記録マークが小さくなると磁界が減少す
ることから、高密度に記録した情報を読み出すために
は、高感度に検出できる磁気抵抗効果素子が必要にな
る。このような観点から、磁界の変化を高感度に検出す
るために、磁気抵抗効果素子の材料や構成などについて
研究開発が進められている。
【０００４】こうしたなかで、スピンバルブ型の磁気抵
抗効果素子は、磁界の変化に対する電気抵抗変化が従来
の磁気抵抗効果素子と比較して数倍大きいことから、次
世代の高記録密度用磁気ヘッドを構成する要素として重
要視されている。このスピンバルブ型の磁気抵抗効果素
子は、外部磁界に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効
果膜（以下「ＭＲ膜」という。）と、ＭＲ膜の磁区を安
定化させるバイアス膜と、バイアス膜とＭＲ膜との間に
介挿された非磁性膜とを備えたものである。ＭＲ膜の代
表的なものには、軟磁気特性に優れたパーマロイ膜（Ｎ
ｉＦｅ合金薄膜）がある。また、バイアス膜には、室温
以上にネール温度のある反強磁性膜と強磁性膜とを積層
させた２層膜が用いられる。この強磁性膜にはパーマロ
イ薄膜又はＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅ膜といった軟磁性材料
が用いられており、反強磁性膜には金属薄膜及び酸化物
薄膜が開発されている。反強磁性材料としては、鉄マン
ガン合金やニッケルマンガン合金、ニッケル酸化物、コ
バルト酸化物等が主として用いられている。
抗効果素子は、磁界の変化に対する電気抵抗変化が従来
の磁気抵抗効果素子と比較して数倍大きいことから、次
世代の高記録密度用磁気ヘッドを構成する要素として重
要視されている。このスピンバルブ型の磁気抵抗効果素
子は、外部磁界に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗効
果膜（以下「ＭＲ膜」という。）と、ＭＲ膜の磁区を安
定化させるバイアス膜と、バイアス膜とＭＲ膜との間に
介挿された非磁性膜とを備えたものである。ＭＲ膜の代
表的なものには、軟磁気特性に優れたパーマロイ膜（Ｎ
ｉＦｅ合金薄膜）がある。また、バイアス膜には、室温
以上にネール温度のある反強磁性膜と強磁性膜とを積層
させた２層膜が用いられる。この強磁性膜にはパーマロ
イ薄膜又はＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅ膜といった軟磁性材料
が用いられており、反強磁性膜には金属薄膜及び酸化物
薄膜が開発されている。反強磁性材料としては、鉄マン
ガン合金やニッケルマンガン合金、ニッケル酸化物、コ
バルト酸化物等が主として用いられている。
【０００５】ところが、金属材料である鉄マンガン合金
などは、耐酸化性に著しく劣るために磁気ヘッド加工プ
ロセスに耐えることができず、また長期信頼性の保証が
できないといった問題のあることが明らかになってい
る。そのため現在では、耐酸化性に優れた酸化物材料で
あるニッケル酸化物やコバルト酸化物が利用される場合
が多い。ニッケル酸化物膜は主として磁区を安定化する
ために、コバルト酸化物膜は保磁力の調節のために用い
られており、両者を組み合わせたニッケル酸化物／コバ
ルト酸化物２層膜をバイアス膜として用いた良好な磁気
抵抗効果素子が開発されている。
などは、耐酸化性に著しく劣るために磁気ヘッド加工プ
ロセスに耐えることができず、また長期信頼性の保証が
できないといった問題のあることが明らかになってい
る。そのため現在では、耐酸化性に優れた酸化物材料で
あるニッケル酸化物やコバルト酸化物が利用される場合
が多い。ニッケル酸化物膜は主として磁区を安定化する
ために、コバルト酸化物膜は保磁力の調節のために用い
られており、両者を組み合わせたニッケル酸化物／コバ
ルト酸化物２層膜をバイアス膜として用いた良好な磁気
抵抗効果素子が開発されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、磁気抵抗効
果素子のデバイス特性で重要な指標は、磁区の安定化を
表す因子すなわち交換結合磁界である。この交換結合磁
界はバイアス膜からＭＲ膜に印加される磁界の強さを表
している。この磁界の影響で磁区の動きが固定されるこ
とにより、磁壁移動の履歴に起源を持つバルクハウゼン
ノイズを低減することができる。したがって、十分な大
きさの交換結合磁界をＭＲ膜に印加できるバイアス膜
が、磁気抵抗効果素子には不可欠となる。
果素子のデバイス特性で重要な指標は、磁区の安定化を
表す因子すなわち交換結合磁界である。この交換結合磁
界はバイアス膜からＭＲ膜に印加される磁界の強さを表
している。この磁界の影響で磁区の動きが固定されるこ
とにより、磁壁移動の履歴に起源を持つバルクハウゼン
ノイズを低減することができる。したがって、十分な大
きさの交換結合磁界をＭＲ膜に印加できるバイアス膜
が、磁気抵抗効果素子には不可欠となる。
【０００７】しかしながら、従来の強磁性／反強磁性膜
からなるバイアス膜（以下「２層膜」という。）では、
試料作製時に着磁される磁気異方性の安定性が低いた
め、交換結合磁界が外部磁界の影響で容易に変化してし
まうという問題があった。
からなるバイアス膜（以下「２層膜」という。）では、
試料作製時に着磁される磁気異方性の安定性が低いた
め、交換結合磁界が外部磁界の影響で容易に変化してし
まうという問題があった。
【０００８】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、交換結合磁界
が外部磁界の影響を受けにくくするための新しい構造の
バイアス膜を作製することにより、外部磁界に影響され
ない安定に動作する磁気抵抗効果素子を提供することに
ある。
が外部磁界の影響を受けにくくするための新しい構造の
バイアス膜を作製することにより、外部磁界に影響され
ない安定に動作する磁気抵抗効果素子を提供することに
ある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】反強磁性マトリクス中に
強磁性クラスターを分散させたグラニュラー膜をバイア
ス膜として形成することにより、外部磁界による影響の
ないスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子が得られる。そ
の理由は、この反強磁性マトリクス／強磁性クラスター
界面で交換磁気異方性が発生することによって、従来の
２層膜と比較して実効的な界面の面積が増加するからで
ある。これにより、交換磁気異方性による一方向異方性
の強度が増すので、交換結合磁界が安定化する。
強磁性クラスターを分散させたグラニュラー膜をバイア
ス膜として形成することにより、外部磁界による影響の
ないスピンバルブ型の磁気抵抗効果素子が得られる。そ
の理由は、この反強磁性マトリクス／強磁性クラスター
界面で交換磁気異方性が発生することによって、従来の
２層膜と比較して実効的な界面の面積が増加するからで
ある。これにより、交換磁気異方性による一方向異方性
の強度が増すので、交換結合磁界が安定化する。
【００１０】従来の２層膜では、この交換結合磁界すな
わち一方向磁気異方性の方向及び安定性を決める交換磁
気異方性が、２層間の界面近傍数ｎｍの範囲にのみ作用
する。このとき、２層膜を数ｎｍ程度の膜厚とすると、
膜の均一性が悪いために磁気相互作用が分断されるか、
又は島状の組織となって結晶粒そのものが孤立化する。
このため、２層膜は、磁気的性質が均一となる程度の膜
厚が必要である。しかし、磁気的に均一化する膜厚は１
０ｎｍ程度であることから、十分な膜厚とすると今度は
交換結合磁界の及ばない範囲にも強磁性膜が存在するこ
とになる。交換磁気異方性の及ぶ範囲を超えた膜厚の部
分は、容易に外部磁界方向に向いてしまう。すると、こ
の磁界方向を向いたことの影響で、交換磁気異方性が変
化し交換結合磁界が外部磁界に対して不安定になる。
わち一方向磁気異方性の方向及び安定性を決める交換磁
気異方性が、２層間の界面近傍数ｎｍの範囲にのみ作用
する。このとき、２層膜を数ｎｍ程度の膜厚とすると、
膜の均一性が悪いために磁気相互作用が分断されるか、
又は島状の組織となって結晶粒そのものが孤立化する。
このため、２層膜は、磁気的性質が均一となる程度の膜
厚が必要である。しかし、磁気的に均一化する膜厚は１
０ｎｍ程度であることから、十分な膜厚とすると今度は
交換結合磁界の及ばない範囲にも強磁性膜が存在するこ
とになる。交換磁気異方性の及ぶ範囲を超えた膜厚の部
分は、容易に外部磁界方向に向いてしまう。すると、こ
の磁界方向を向いたことの影響で、交換磁気異方性が変
化し交換結合磁界が外部磁界に対して不安定になる。
【００１１】一方、反強磁性体をマトリクスとし、この
中に数ｎｍ単位の強磁性クラスターを埋め込んだグラニ
ュラー構造では、強磁性クラスター内部のほとんどの磁
気モーメントが交換磁気異方性の影響で着磁された一方
向に配列する。このため、外部磁界の影響が著しく低減
され、交換結合磁界も安定すると考えられる。このと
き、マトリクス材料として反強磁性酸化物を用いれば、
ＭＲ膜のシャント効果によって磁気抵抗率を高くとるこ
とが可能であり、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の動
作特性を向上できる。
中に数ｎｍ単位の強磁性クラスターを埋め込んだグラニ
ュラー構造では、強磁性クラスター内部のほとんどの磁
気モーメントが交換磁気異方性の影響で着磁された一方
向に配列する。このため、外部磁界の影響が著しく低減
され、交換結合磁界も安定すると考えられる。このと
き、マトリクス材料として反強磁性酸化物を用いれば、
ＭＲ膜のシャント効果によって磁気抵抗率を高くとるこ
とが可能であり、スピンバルブ型磁気抵抗効果素子の動
作特性を向上できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る磁気抵抗効
果素子の一実施形態を示す概略断面図である。本実施形
態の磁気抵抗効果素子１０は、外部磁界に応じて電気抵
抗が変化するＭＲ膜１２と、強磁性クラスター１４を反
強磁性マトリクス１６中に分散させたものであってＭＲ
膜１２の磁区を安定化させるバイアス膜としてのグラニ
ュラー膜１８と、グラニュラー膜１８とＭＲ膜１２との
間に介挿された非磁性膜２０とを基本的に備えている。
反強磁性マトリクス１６中に、直径数１０ｎｍの強磁性
クラスター１４が分散している。磁気抵抗効果素子１０
は、基板２２上に形成されている。ＭＲ膜１２、非磁性
膜２０及びグラニュラー膜１６の基板２２に対する積層
順序は、図面と逆にしてもよい。非磁性膜２０は、例え
ば銅である。
果素子の一実施形態を示す概略断面図である。本実施形
態の磁気抵抗効果素子１０は、外部磁界に応じて電気抵
抗が変化するＭＲ膜１２と、強磁性クラスター１４を反
強磁性マトリクス１６中に分散させたものであってＭＲ
膜１２の磁区を安定化させるバイアス膜としてのグラニ
ュラー膜１８と、グラニュラー膜１８とＭＲ膜１２との
間に介挿された非磁性膜２０とを基本的に備えている。
反強磁性マトリクス１６中に、直径数１０ｎｍの強磁性
クラスター１４が分散している。磁気抵抗効果素子１０
は、基板２２上に形成されている。ＭＲ膜１２、非磁性
膜２０及びグラニュラー膜１６の基板２２に対する積層
順序は、図面と逆にしてもよい。非磁性膜２０は、例え
ば銅である。
【００１３】
【実施例１】グラニュラー膜からなるバイアス膜を作製
する方法としては、クラスターイオンビーム法が有効で
ある。まず、酸化物系の反強磁性体ニッケル酸化物と金
属強磁性体であるパーマロイとをそれぞれ異なる蒸発源
に入れ、ニッケル酸化物の蒸発率を高く、パーマロイの
蒸発率を低く設定して同時蒸着する。蒸発率を様々に変
えることで、パーマロイクラスターのサイズを調整する
ことができる。
する方法としては、クラスターイオンビーム法が有効で
ある。まず、酸化物系の反強磁性体ニッケル酸化物と金
属強磁性体であるパーマロイとをそれぞれ異なる蒸発源
に入れ、ニッケル酸化物の蒸発率を高く、パーマロイの
蒸発率を低く設定して同時蒸着する。蒸発率を様々に変
えることで、パーマロイクラスターのサイズを調整する
ことができる。
【００１４】パーマロイクラスターのサイズとしてその
直径を測定し、これと交換結合磁界の関係を示したのが
図２である。クラスターサイズが３０ｎｍのとき最大と
なり、それ以下では急激に減少、それ以上では徐々に減
少する。
直径を測定し、これと交換結合磁界の関係を示したのが
図２である。クラスターサイズが３０ｎｍのとき最大と
なり、それ以下では急激に減少、それ以上では徐々に減
少する。
【００１５】また、交換結合磁界はニッケル酸化物の格
子歪みに依存する。ニッケル酸化物の格子歪みは菱面体
構造の結晶軸のなす角度で表すことができるので、成膜
条件を変化させることで結晶軸のなす角度を変化させ、
クラスターサイズ３０ｎｍのパーマロイを埋め込んだと
きの交換結合磁界の関係を示したのが図３である。格子
歪みの増加とともに単調に交換結合磁界が増加する。
子歪みに依存する。ニッケル酸化物の格子歪みは菱面体
構造の結晶軸のなす角度で表すことができるので、成膜
条件を変化させることで結晶軸のなす角度を変化させ、
クラスターサイズ３０ｎｍのパーマロイを埋め込んだと
きの交換結合磁界の関係を示したのが図３である。格子
歪みの増加とともに単調に交換結合磁界が増加する。
【００１６】次にグラニュラー膜の磁界に対する安定性
を調べた。結晶軸のなす角度６３゜という格子歪みの大
きいニッケル酸化物をマトリクスとし、パーマロイのク
ラスターサイズを３０ｎｍとしたグラニュラー膜に対し
て、外部から５００Ｏｅの磁界を印加したときの交換結
合磁界の時間変化を示したのが図４である。従来の２層
膜の結果と比較すると、同じレベルの交換結合磁界にま
で変化するのに要する時間が一桁長くなっていることが
わかる。
を調べた。結晶軸のなす角度６３゜という格子歪みの大
きいニッケル酸化物をマトリクスとし、パーマロイのク
ラスターサイズを３０ｎｍとしたグラニュラー膜に対し
て、外部から５００Ｏｅの磁界を印加したときの交換結
合磁界の時間変化を示したのが図４である。従来の２層
膜の結果と比較すると、同じレベルの交換結合磁界にま
で変化するのに要する時間が一桁長くなっていることが
わかる。
【００１７】このように、ニッケル酸化物マトリクスに
パーマロイクラスターを埋め込んだグラニュラー膜を作
製することによって、交換結合磁界制御が容易で磁界に
対して安定なバイアス膜が得られた。
パーマロイクラスターを埋め込んだグラニュラー膜を作
製することによって、交換結合磁界制御が容易で磁界に
対して安定なバイアス膜が得られた。
【００１８】
【実施例２】実施例１で述べたクラスターサイズや、構
造歪みを誘起する成膜方法としては、クラスターイオン
ビーム法のほかにイオンビームスパッタ法がある。この
方法では、投入パワー、成膜ガス圧を調節することによ
って入射粒子のサイズ、エネルギーを調節することがで
きる。実施例１と同様にクラスターサイズとニッケル酸
化物の格子歪みを変化させて、交換結合磁界との関係を
調べた。
造歪みを誘起する成膜方法としては、クラスターイオン
ビーム法のほかにイオンビームスパッタ法がある。この
方法では、投入パワー、成膜ガス圧を調節することによ
って入射粒子のサイズ、エネルギーを調節することがで
きる。実施例１と同様にクラスターサイズとニッケル酸
化物の格子歪みを変化させて、交換結合磁界との関係を
調べた。
【００１９】図５はパーマロイのクラスターサイズと交
換結合磁界、図６は格子歪みと交換結合磁界の関係を示
した図である。この場合は、パーマロイのクラスターサ
イズが４０ｎｍのときに交換結合磁界が最大となる。交
換結合磁界のクラスターサイズ依存性及び格子歪み依存
性は実施例１と同様である。
換結合磁界、図６は格子歪みと交換結合磁界の関係を示
した図である。この場合は、パーマロイのクラスターサ
イズが４０ｎｍのときに交換結合磁界が最大となる。交
換結合磁界のクラスターサイズ依存性及び格子歪み依存
性は実施例１と同様である。
【００２０】次にグラニュラー膜の磁界に対する安定性
を調べた。結晶軸のなす角度６３゜という格子歪みの大
きいニッケル酸化物をマトリクスとし、パーマロイのク
ラスターサイズを４０ｎｍとしたグラニュラー膜に対し
て、外部から５００Ｏｅの磁界を印加したときの交換結
合磁界の時間変化を示したのが図７である。従来の２層
膜の結果と比較すると、同じレベルの交換結合磁界にま
で変化するのに要する時間が一桁長くなっていることが
わかる。
を調べた。結晶軸のなす角度６３゜という格子歪みの大
きいニッケル酸化物をマトリクスとし、パーマロイのク
ラスターサイズを４０ｎｍとしたグラニュラー膜に対し
て、外部から５００Ｏｅの磁界を印加したときの交換結
合磁界の時間変化を示したのが図７である。従来の２層
膜の結果と比較すると、同じレベルの交換結合磁界にま
で変化するのに要する時間が一桁長くなっていることが
わかる。
【００２１】このように、イオンビームスパッタ法を用
いてニッケル酸化物マトリクスにパーマロイクラスター
を埋め込んだグラニュラー膜を作製することによって、
交換結合磁界制御が容易で磁界に対して安定なバイアス
膜が得られた。
いてニッケル酸化物マトリクスにパーマロイクラスター
を埋め込んだグラニュラー膜を作製することによって、
交換結合磁界制御が容易で磁界に対して安定なバイアス
膜が得られた。
【００２２】
【実施例３】ニッケル酸化物膜をマトリクスとし、強磁
性クラスターをパーマロイからＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅに
変えてグラニュラー膜を作製した。
性クラスターをパーマロイからＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅに
変えてグラニュラー膜を作製した。
【００２３】交換結合磁界とクラスターサイズの関係は
図８のようになった。交換結合磁界はＣｏ−１０ａｔ％
Ｆｅクラスターのサイズが２０ｎｍのときに最大とな
り、それ以下のサイズでは急激に減少、それ以上では徐
々に減少した。
図８のようになった。交換結合磁界はＣｏ−１０ａｔ％
Ｆｅクラスターのサイズが２０ｎｍのときに最大とな
り、それ以下のサイズでは急激に減少、それ以上では徐
々に減少した。
【００２４】結晶軸のなす角度６３゜という格子歪みの
大きいニッケル酸化物をマトリクスとし、Ｃｏ−１０ａ
ｔ％Ｆｅクラスターのサイズを２０ｎｍとしたグラニュ
ラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁界を印加した
ときの交換結合磁界の時間変化を示したのが図９であ
る。従来の２層膜の結果と比較すると、同じレベルの交
換結合磁界にまで変化するのに要する時間が一桁長くな
っていることがわかる。
大きいニッケル酸化物をマトリクスとし、Ｃｏ−１０ａ
ｔ％Ｆｅクラスターのサイズを２０ｎｍとしたグラニュ
ラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁界を印加した
ときの交換結合磁界の時間変化を示したのが図９であ
る。従来の２層膜の結果と比較すると、同じレベルの交
換結合磁界にまで変化するのに要する時間が一桁長くな
っていることがわかる。
【００２５】このように、ニッケル酸化物マトリクスに
パーマロイクラスターを埋め込んだグラニュラー膜を作
製することによって、交換結合磁界制御が容易で磁界に
対して安定なバイアス膜が得られた。なお、この場合
は、クラスターイオンビーム法、又はイオンビームスパ
ッタ法のいずれの成膜方法でも、同様の磁気特性、磁気
安定性が得られた。
パーマロイクラスターを埋め込んだグラニュラー膜を作
製することによって、交換結合磁界制御が容易で磁界に
対して安定なバイアス膜が得られた。なお、この場合
は、クラスターイオンビーム法、又はイオンビームスパ
ッタ法のいずれの成膜方法でも、同様の磁気特性、磁気
安定性が得られた。
【００２６】
【実施例４】反強磁性マトリクスをコバルト酸化物と
し、強磁性クラスターをパーマロイとしたグラニュラー
膜をクラスターイオンビーム法で作製した。
し、強磁性クラスターをパーマロイとしたグラニュラー
膜をクラスターイオンビーム法で作製した。
【００２７】コバルト酸化物と金属強磁性体であるパー
マロイとをそれぞれ異なる蒸発源に入れ、ニッケル酸化
物の蒸発率を高く、パーマロイの蒸発率を低く設定して
同時蒸着した。パーマロイクラスターのサイズと交換結
合磁界の関係を示したのが図１０である。クラスターサ
イズが３０ｎｍのとき最大となり、それ以下では急激に
減少、それ以上では徐々に減少する。
マロイとをそれぞれ異なる蒸発源に入れ、ニッケル酸化
物の蒸発率を高く、パーマロイの蒸発率を低く設定して
同時蒸着した。パーマロイクラスターのサイズと交換結
合磁界の関係を示したのが図１０である。クラスターサ
イズが３０ｎｍのとき最大となり、それ以下では急激に
減少、それ以上では徐々に減少する。
【００２８】次にグラニュラー膜の磁界に対する安定性
を調べた。パーマロイのクラスターサイズを３０ｎｍと
したグラニュラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁
界を印加したときの交換結合磁界の時間変化を示したの
が図１１である。従来の２層膜の結果と比較すると、同
じレベルの交換結合磁界にまで変化するのに要する時間
が一桁長くなっていることがわかる。
を調べた。パーマロイのクラスターサイズを３０ｎｍと
したグラニュラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁
界を印加したときの交換結合磁界の時間変化を示したの
が図１１である。従来の２層膜の結果と比較すると、同
じレベルの交換結合磁界にまで変化するのに要する時間
が一桁長くなっていることがわかる。
【００２９】このように、コバルト酸化物マトリクスに
パーマロイクラスターを埋め込んだグラニュラー膜を作
製することによって、交換結合磁界制御が容易で磁界に
対して安定なバイアス膜が得られた。
パーマロイクラスターを埋め込んだグラニュラー膜を作
製することによって、交換結合磁界制御が容易で磁界に
対して安定なバイアス膜が得られた。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、グラニュラー膜を用い
たバイアス膜を用いることにより、高出力で外部磁界に
対して安定なスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を作製す
ることができた。
たバイアス膜を用いることにより、高出力で外部磁界に
対して安定なスピンバルブ型磁気抵抗効果素子を作製す
ることができた。
【図１】本発明に係る磁気抵抗効果素子の一実施形態を
示す概略断面図である。
示す概略断面図である。
【図２】クラスターイオンビームで作製したニッケル酸
化物にパーマロイクラスターを分散させたグラニュラー
膜における、パーマロイクラスターのサイズと交換結合
磁界との関係を示すグラフである。
化物にパーマロイクラスターを分散させたグラニュラー
膜における、パーマロイクラスターのサイズと交換結合
磁界との関係を示すグラフである。
【図３】クラスターサイズ３０ｎｍのパーマロイを分散
させたグラニュラー膜における、ニッケル酸化物の結晶
軸のなす角度と交換結合磁界との関係を示すグラフであ
る。
させたグラニュラー膜における、ニッケル酸化物の結晶
軸のなす角度と交換結合磁界との関係を示すグラフであ
る。
【図４】結晶軸のなす角度６３゜のニッケル酸化物のマ
トリクスに３０ｎｍのパーマロイクラスターを分散させ
たグラニュラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁界
を印加したときの交換結合磁界と磁界印加時間の関係を
示すグラフである。
トリクスに３０ｎｍのパーマロイクラスターを分散させ
たグラニュラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁界
を印加したときの交換結合磁界と磁界印加時間の関係を
示すグラフである。
【図５】イオンビームスパッタ法で作製したグラニュラ
ー膜における、パーマロイクラスターのサイズと交換結
合磁界の関係を示すグラフである。
ー膜における、パーマロイクラスターのサイズと交換結
合磁界の関係を示すグラフである。
【図６】イオンビームスパッタ法で作製したグラニュラ
ー膜における、クラスターサイズを４０ｎｍとしたパー
マロイを埋め込んだニッケル酸化物の結晶軸のなす角度
と交換結合磁界の関係を示すグラフである。
ー膜における、クラスターサイズを４０ｎｍとしたパー
マロイを埋め込んだニッケル酸化物の結晶軸のなす角度
と交換結合磁界の関係を示すグラフである。
【図７】イオンビームスパッタ法で作製した結晶軸のな
す角度６３゜のニッケル酸化物のマトリクスに４０ｎｍ
のパーマロイクラスターを分散させたグラニュラー膜に
対して、外部から５００Ｏｅの磁界を印加したときの交
換結合磁界と磁界印加時間の関係を示すグラフである。
す角度６３゜のニッケル酸化物のマトリクスに４０ｎｍ
のパーマロイクラスターを分散させたグラニュラー膜に
対して、外部から５００Ｏｅの磁界を印加したときの交
換結合磁界と磁界印加時間の関係を示すグラフである。
【図８】ニッケル酸化物膜をマトリクスとし、強磁性ク
ラスターをＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅとしたグラニュラー膜
における、交換結合磁界とクラスターサイズの関係を示
すグラフである。
ラスターをＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅとしたグラニュラー膜
における、交換結合磁界とクラスターサイズの関係を示
すグラフである。
【図９】クラスターイオンビーム法で作製した結晶軸の
なす角度６３゜のニッケル酸化物のマトリクスに４０ｎ
ｍのＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅクラスターを分散させたグラ
ニュラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁界を印加
したときの交換結合磁界と磁界印加時間の関係を示すグ
ラフである。
なす角度６３゜のニッケル酸化物のマトリクスに４０ｎ
ｍのＣｏ−１０ａｔ％Ｆｅクラスターを分散させたグラ
ニュラー膜に対して、外部から５００Ｏｅの磁界を印加
したときの交換結合磁界と磁界印加時間の関係を示すグ
ラフである。
【図１０】クラスターイオンビームで作製したコバルト
酸化物マトリクス中にパーマロイクラスターを分散させ
たグラニュラー膜における、パーマロイクラスターのサ
イズと交換結合磁界の関係を示すグラフである。
酸化物マトリクス中にパーマロイクラスターを分散させ
たグラニュラー膜における、パーマロイクラスターのサ
イズと交換結合磁界の関係を示すグラフである。
【図１１】クラスターイオンビーム法で作製したコバル
ト酸化物マトリクスに３０ｎｍのパーマロイクラスター
を分散させたグラニュラー膜に対して、外部から５００
Ｏｅの磁界を印加したときの交換結合磁界と磁界印加時
間の関係を示すグラフである。
ト酸化物マトリクスに３０ｎｍのパーマロイクラスター
を分散させたグラニュラー膜に対して、外部から５００
Ｏｅの磁界を印加したときの交換結合磁界と磁界印加時
間の関係を示すグラフである。
１０ 磁気抵抗効果素子 １２ 磁気抵抗効果膜（ＭＲ膜） １４ 強磁性クラスター １６ 反強磁性マトリクス １８ グラニュラー膜 ２０ 非磁性膜 ２２ 基板
Claims (6)
- 【請求項１】 外部磁界に応じて電気抵抗が変化する磁
気抵抗効果膜と、強磁性クラスターを反強磁性マトリク
ス中に分散させたものであって前記磁気抵抗効果膜の磁
区を安定化させるバイアス膜としてのグラニュラー膜
と、このグラニュラー膜と前記磁気抵抗効果膜との間に
介挿された非磁性膜とを備えた磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】 前記反強磁性マトリクスがニッケル酸化
物であり、前記強磁性クラスターがパーマロイである、
請求項１記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項３】 前記反強磁性マトリクスがニッケル酸化
物であり、前記強磁性クラスターがＣｏ−１０ａｔ％Ｆ
ｅである、請求項１記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項４】 前記反強磁性マトリクスがコバルト酸化
物であり、前記強磁性クラスターがパーマロイである、
請求項１記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項５】 前記グラニュラー膜がクラスターイオン
ビーム法で成膜されたものである、請求項１，２，３又
は４記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項６】 前記グラニュラー膜がイオンビームスパ
ッタ法で成膜されたものである、請求項１，２，３又は
４記載の磁気抵抗効果素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9030524A JP3070667B2 (ja) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | 磁気抵抗効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9030524A JP3070667B2 (ja) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | 磁気抵抗効果素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10229013A true JPH10229013A (ja) | 1998-08-25 |
| JP3070667B2 JP3070667B2 (ja) | 2000-07-31 |
Family
ID=12306209
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9030524A Expired - Fee Related JP3070667B2 (ja) | 1997-02-14 | 1997-02-14 | 磁気抵抗効果素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3070667B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000050912A1 (de) * | 1999-02-25 | 2000-08-31 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Ungekoppelter gmr-sensor mit lateral strukturierter schicht |
| US7583482B2 (en) | 2004-11-30 | 2009-09-01 | Tdk Corporation | Magnetoresistive element and magnetoresistive device having a free layer stabilized by an in-stack bias |
| CN103022343A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-04-03 | 复旦大学 | 一种表面等离子体天线耦合增强的自旋整流器件 |
| CN108735806A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-02 | 厦门大学 | 一种产生可控极化率的自旋电流的结构与方法 |
-
1997
- 1997-02-14 JP JP9030524A patent/JP3070667B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000050912A1 (de) * | 1999-02-25 | 2000-08-31 | Forschungszentrum Jülich GmbH | Ungekoppelter gmr-sensor mit lateral strukturierter schicht |
| US7583482B2 (en) | 2004-11-30 | 2009-09-01 | Tdk Corporation | Magnetoresistive element and magnetoresistive device having a free layer stabilized by an in-stack bias |
| CN103022343A (zh) * | 2012-11-27 | 2013-04-03 | 复旦大学 | 一种表面等离子体天线耦合增强的自旋整流器件 |
| CN108735806A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-02 | 厦门大学 | 一种产生可控极化率的自旋电流的结构与方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3070667B2 (ja) | 2000-07-31 |
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