JPH10256038A

JPH10256038A - 交換結合膜およびその製造方法並びに磁気抵抗効果素子

Info

Publication number: JPH10256038A
Application number: JP9059680A
Authority: JP
Inventors: Masaji Doujima; 正司道嶋; Haruhiko Deguchi; 治彦出口; Tomohisa Komoda; 智久薦田; Toru Kira; 徹吉良; Keiya Nakabayashi; 敬哉中林
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1997-03-13
Publication date: 1998-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】交換結合磁界が大きく、耐蝕性、および熱安
定性にも優れた交換結合膜を提供する。【解決手段】強磁性体膜３と、この強磁性体膜３に隣
接して形成されたＭｎＰｔ合金からなる反強磁性体膜４
とを備えてなる交換結合膜において、強磁性体膜３を面
心立方構造をとる強磁性体から構成すると共に反強磁性
体膜４との界面が（１１１）面となるように（１１１）
面配向し、かつ、反強磁性体膜４には、Ｐｔ組成４〜１
９原子％、より好ましくは６〜１２原子％のＭｎＰｔ合
金を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気記録用再生ヘ
ッドあるいは磁気センサ等に使用される磁気抵抗効果素
子に用いられる、強磁性体膜と反強磁性体膜とを積層し
た構造の交換結合膜およびその製造方法並びに磁気抵抗
効果素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置等の磁気記録装置にお
いては、媒体の記録密度の向上に伴い、磁気ヘッドの高
性能化が求められている。即ち、記録ヘッドでは磁気記
録媒体の高保磁力化に伴い、飽和磁束密度の大きな材料
が求められ、再生ヘッドでは、媒体の小型化に伴う相対
速度（再生ヘッドと媒体との間）の低下に対して、従来
の誘導型ヘッドに代えて磁気抵抗効果を利用したいわゆ
るＭＲ（magnetoresistive effect)ヘッドを用いること
で、再生出力の増加が図られている。

【０００３】このような磁気抵抗効果を示す材料として
は、従来より、ＮｉＦｅ合金やＮｉＣｏ合金からなる磁
性体薄膜が知られている。これらの薄膜の抵抗変化率は
ＮｉＦｅ合金で２〜３％程度、ＮｉＣｏ合金では最大６
％程度である。このような薄膜の磁気抵抗効果は、スピ
ン軌道相互作用によるものであり、測定電流の方向と磁
性体の磁化方向とのなす角度に依存しており、異方性磁
気抵抗効果（ＡＭＲ：anisotropic magnetoresistive e
ffect)と呼ばれている。

【０００４】これに対して近年、磁性体薄膜と非磁性薄
膜とを交互に積層した人工格子膜において、一桁以上大
きな抵抗変化率が報告され、注目されている。この人工
格子膜における磁気抵抗効果は、従来のＡＭＲとは発現
機構が異なり、人工格子膜の非磁性層を介して上下に配
置された磁性層の磁化が反平行と平行の場合で伝導電子
の散乱が大きく異なるために抵抗変化が現れるものであ
る。磁性層間の磁化が反平行の場合、伝導電子の散乱は
大きく、抵抗値は高くなる。一方、磁性層間の磁化が平
行のとき、散乱が減少し、抵抗値は小さくなる。

【０００５】このような人工格子膜の磁気抵抗効果は、
抵抗変化の値がＡＭＲに比較して非常に大きいため、巨
大磁気抵抗効果（ＧＭＲ：giant magnetoresistive eff
ect)と呼ばれている。現在最大の磁気抵抗変化を示す材
料系であるＣｏ／Ｃｕ多層膜では、常温においても６０
％以上の抵抗変化率が得られている。

【０００６】しかしながら、Ｃｏ／Ｃｕ多層膜のような
人工格子多層膜では、抵抗変化率は非常に大きいもの
の、無磁界で磁化の反平行状態を実現するために、磁性
層間の交換相互作用を用いているため、磁性層間の結合
が非常に強く、この交換相互作用を断ち切り、磁化の平
行状態を実現するためには、数１００〜数ＫＯｅの外部
磁界が必要となる。このため、微弱な磁界に対する感度
が小さく、磁気記録用のヘッドとして用いるには不充分
である。

【０００７】そこで、磁界感度を高めるために、人工格
子多層膜の他に、反強磁性体薄膜／強磁性体薄膜（第２
の磁性層）／非磁性体薄膜（非磁性層）／強磁性体薄膜
（第１の磁性層）の構造を有するスピンバルブ構造の人
工格子膜が注目されている。スピンバルブ構造は、第２
の磁性層の磁化を、隣接して形成された反強磁性体薄膜
との交換結合を利用して一方向に固定する一方、第１の
磁性層を、磁界に対して磁化が自由に回転するようにＮ
ｉＦｅ合金等のソフト性の高い材料を用いて構成するこ
とで、磁界感度の向上を図っており、現在最も実用的な
構造と言える。

【０００８】このスピンバルブ構造における、反強磁性
体薄膜と強磁性体薄膜との交換結合を利用して第２の磁
性層の磁化を一方向に固定する交換結合膜については、
様々な反強磁性体材料を用いた報告がなされている。

【０００９】例えば、従来よりＦｅＭｎ合金やＮｉＯを
反強磁性体材料として用いる例がよく知られている
（「Exchange-Coupled Ni-Fe/Fe-Mn, Ni-Fe/Ni-Mn and
NiO/Ni-Fe Films for Stabilization of Magnetoresist
ive Sensors 」等) 。

【００１０】また、上記のＦｅＭｎ合金やＮｉＯ以外に
も、Ｍｎに第２元素を添加することによって熱安定性や
耐蝕性に優れた交換結合膜を得るための検討が行われて
おり、例えば特開平６−３１４６１７号公報には、反強
磁性体材料として、ＭｎにＣｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ａ
ｇ，Ａｕ，Ｏｓ，Ｉｒを２５〜７６原子％、あるいはＰ
ｄ，Ｐｔを２５〜６０原子％または６５〜７６原子％添
加したものを用いることによって、反強磁性体材料の耐
蝕性と熱的安定性を向上させ、これを強磁性体と積層す
ることによって交換結合膜を形成する例が開示されてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うに、ＧＭＲ素子には、外部磁界に応じて磁化方向が回
転する第１の磁性層と、非磁性層と、磁化方向が一方向
に固定される第２の磁性層とがこの順に配置され、第１
の磁性層と第２の磁性層との磁化の向きとのなす角度に
よって磁気抵抗効果が生じる。このとき第１の磁性層と
第２の磁性層の磁気特性が同様のものであると、外部磁
界によって第１の磁性層と第２の磁性層との磁化が同時
に回転してしまい、第１の磁性層と第２の磁性層との磁
化の向きに角度が生じず、磁気抵抗効果が得られなくな
る。

【００１２】そのため、第２の磁性層となる強磁性体薄
膜に接して反強磁性体薄膜を積層し、強磁性体薄膜と反
強磁性体薄膜とが交換結合することによって第２の磁性
層の磁化を一方向に固定し、第１の磁性層と第２の磁性
層との磁化の向きに角度を生じさせることで、磁気抵抗
効果を得ている。したがって、交換結合磁界が小さい
と、外乱磁界によって容易に第２の磁性層の磁化が回転
してしまい、信号磁界からの出力が安定して得られなく
なる。

【００１３】上記したＦｅＭｎ合金を用いた交換結合膜
は、比較的大きな交換結合磁界を得ることができ、ＧＭ
Ｒ素子に適用することで磁気抵抗効果を得ることができ
る。しかしながら、ＦｅＭｎ合金は耐蝕性に問題がある
上、ＦｅＭｎ合金を用いた交換結合膜は、交換結合磁界
が温度の上昇とともに減少して約１５０℃で消失する。
この交換結合磁界が消失する温度は、ブロッキング温度
（Ｔｂ）と呼ばれる。つまり、ＦｅＭｎ合金を用いた交
換結合膜は、ブロッキング温度が約１５０℃と低く、そ
のため、約１００℃の昇温で交換結合磁界は２５Ｏｅ程
度にまで低下してしまい、ＧＭＲ素子に利用した場合、
熱安定性に問題を有している。

【００１４】また、上記したＮｉＯは酸化物であるた
め、耐蝕性は非常に良好であるが、ＮｉＯを用いた交換
結合膜は、ＦｅＭｎ合金を用いたものに比べ交換結合磁
界が小さいといった問題がある。さらに、ブロッキング
温度は約２００℃で、ＦｅＭｎ合金を用いたものより高
いものの、室温で得られる交換結合磁界が低いため、約
１００℃での交換結合磁界はＦｅＭｎ合金を用いたもの
と同程度（約２５Ｏｅ）であり、ＧＭＲ素子に利用した
場合、やはり熱安定性の問題を有する。

【００１５】さらに、ＭｎにＣｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，
Ａｇ，Ａｕ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ等を添加した反強
磁性体材料を用いた交換結合膜は、ＦｅＭｎ合金を用い
た交換結合膜より耐蝕性は向上するが、第２元素として
何れを添加しても最大で約２０Ｏｅ程度の交換結合磁
界しか得られない。この程度の交換結合磁界では、外乱
磁界によって第２の磁性層の磁化が容易に回転してしま
い、信号磁界からの出力が安定して得られない。

【００１６】このように、ＦｅＭｎ合金やＮｉＯ、或い
はＭｎにＣｕ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｒｅ，Ａｇ，Ａｕ，Ｏｓ，
Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ等を添加したものを反強磁性体材料と
して用いた交換結合膜は何れも、交換結合磁界の大き
さ、耐蝕性、および熱安定性の全条件を同時に満足する
ものではなく、ＧＭＲ素子などの磁気デバイスに応用し
た場合、デバイスの信頼性が低下する。

【００１７】本発明は、上記の課題に鑑みなされたもの
で、その目的は、交換結合磁界の大きさ、耐蝕性、およ
び熱安定性の全ての条件を同時に満足する交換結合膜の
構造、およびその製造方法、並びにそれを用いた、安定
した出力が得られる信頼性の高い磁気抵抗効果素子を提
供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の交換結合膜は、強磁性体膜と、該強磁性
体膜に隣接して形成された反強磁性体膜とを備え、これ
ら強磁性体膜と反強磁性体膜との交換結合により該強磁
性体膜に交換結合磁界を与える交換結合膜において、上
記反強磁性体膜がＰｔ組成４〜１９原子％のＭｎＰｔ合
金からなり、上記強磁性体膜が面心立方構造で（１１
１）面配向していることを特徴としている。

【００１９】また、本発明の交換結合膜の製造方法は、
強磁性体膜と、該強磁性体膜に隣接して形成された反強
磁性体膜とを備え、これら強磁性体膜と反強磁性体膜と
の交換結合により該強磁性体膜に交換結合磁界を与える
交換結合膜の製造方法において、強磁性体膜の材料とし
て面心立方構造をとる強磁性体を選択し、該強磁性体膜
を成膜する前に、該強磁性体膜の〔１１１〕方向への配
向性を高めるための下地膜を形成し、該下地膜上に該強
磁性体を（１１１）面配向させて成膜し、その後、反強
磁性体膜となるＰｔ組成４〜１９原子％のＭｎＰｔ合金
を成膜することを特徴としている。

【００２０】上記本発明の交換結合膜、又は本発明の製
造方法で製造された交換結合膜では、従来より大きな交
換結合磁界を発生することが可能であり、しかも、耐蝕
性、熱安定性の何れにも優れた交換結合膜を得ることが
できる。その作用としては、面心立方構造（以下、ｆｃ
ｃと略記する）の最密面は（１１１）面であるため、
（１１１）面配向された強磁性体膜は、反強磁性体膜と
の界面に最も多くの原子が配列した状態になり、交換結
合に寄与する磁気モーメントが多くなっているため、大
きな交換結合磁界が得られると考えられる。そして、こ
の場合、反強磁性体膜の材料としては、ＭｎＰｔ合金を
用い、そのＰｔ組成が４〜１９原子％の範囲とすること
で、磁気抵抗効果素子に適用できる良好な交換結合磁界
が得られることが確認されている。

【００２１】さらに、下地膜を形成してから強磁性体膜
を成膜することで、例えばガラス基板などの成膜面の平
坦性が劣る基板上に形成する場合も、その成膜面の平坦
性を向上させて、ｆｃｃの強磁性体膜の配向を（１１
１）面配向にそろえることができる。このような下地膜
としては、例えばＴａを用いることができる。

【００２２】また、本発明の交換結合膜とその製造方法
とにおける強磁性体膜は、結晶構造がｆｃｃであれば特
に限定されないが、ＮｉＦｅ合金等を用いることができ
る。

【００２３】上記の交換結合膜における反強磁性体膜を
なすＭｎＰｔ合金のＰｔの組成比は、６〜１２原子％と
することがより好ましく、これにより、１００Ｏｅ以上
の大きな交換結合磁界を得ることが可能となる。

【００２４】本発明の磁気抵抗効果素子は、上記した本
発明の交換結合膜、或いは本発明の交換結合膜の製造方
法によって製造された交換結合膜を備え、上記交換結合
膜における強磁性体膜に隣接して金属非磁性層が形成さ
れると共に、上記金属非磁性層に隣接して磁化の方向が
自由に回転する第２の強磁性体膜が形成されており、上
記交換結合膜における強磁性体膜と上記第２の強磁性体
膜との磁化の向きのなす角度によって磁気抵抗効果を持
つことを特徴としている。

【００２５】上記のような磁気抵抗効果素子では、交換
結合膜として、従来より大きな交換結合磁界を発生する
ことが可能であり、しかも、耐蝕性、熱安定性の何れに
も優れた上記の交換結合膜を備えているので、外乱磁界
に安定で、環境による磁気特性の経時変化や温度上昇に
よる磁気特性の劣化の小さい優れたものとなる。

【００２６】

【発明の実施の形態】

〔実施の形態１〕本発明の実施の一形態について図１な
いし図９に基づいて説明すれば、以下の通りである。本
実施の形態に係る交換結合膜は、図１に示すように、ガ
ラスまたはＳｉなどからなる基板１上に、下地膜２を介
して、結晶構造が面心立方構造（ｆｃｃ）で（１１１）
面配向した強磁性体膜３と、Ｐｔ組成が４〜１９原子％
のＭｎＰｔ合金からなる反強磁性体膜４とが順に積層さ
れた構成を有している。

【００２７】上記の強磁性体膜３は、ｆｃｃをとる強磁
性体を材料とし、これを（１１１）面配向させることで
成膜されている。ｆｃｃの最密面は（１１１）面である
ので、（１１１）面配向とすることで、この強磁性体膜
３における隣接する反強磁性体膜４との界面は、最も多
くの原子が配列している状態となり、交換結合に寄与す
る磁気モーメントが多くなっている。その結果、交換結
合磁界が高まることとなる。

【００２８】この強磁性体膜３の材料としては、上記し
た如く、結晶構造がｆｃｃをとる強磁性体であれば特に
限定されるものではないが、ＮｉＦｅ合金や、ＣｏＦｅ
合金等が用いられる。

【００２９】上記の反強磁性体膜４は、ＭｎＰｔ合金か
らなり、隣接する上記強磁性体膜３との間に生じる交換
結合磁界により、強磁性体膜３の磁化方向を一方向に固
定するものである。

【００３０】そして、この反強磁性体を成すＭｎＰｔ合
金のＰｔ組成は、磁気抵抗効果素子に適用できる程度の
交換結合磁界を発生するためには、４〜１９原子％であ
ることが必要であり、より好ましくは、６〜１２原子％
である。

【００３１】下地膜２は、ｆｃｃをとる強磁性体膜３を
成膜する際に、〔１１１〕方向への配向性を高めるため
に配されるものである。この下地膜２としては、〔１１
１〕方向への配向性を高めるものであれば特に限定され
ないが、Ｔａの単層膜やＴａを含む積層膜を用いること
ができる。

【００３２】また、この下地膜２は、必ずしも必要なも
のではなく、下地膜２を設ける必要がない場合もある。
例えばＮｉＦｅ合金は、ガラス等の結晶構造に規則性を
持たない基板上に成膜した場合は（１１１）面配向せ
ず、Ｓｉ単結晶基板等の結晶構造に規則性を有する基板
上では（１１１）面配向し易いことが実験的に確認され
ている。このことから、ＮｉＦｅ合金等のｆｃｃをとる
強磁性体は、もともと（１１１）面配向し易いが、ガラ
ス等の結晶構造に規則性を持たない基板上では基板の平
坦性の悪さのために配向性が乱されてしまい、（１１
１）面配向しないと考えられる。したがって、平坦性の
悪い基板が基板１として用いられる場合には、Ｔａなど
からなる下地膜２を設けることで成膜面の平坦性を改善
して配向性を改善できる。

【００３３】このような構成を有する交換結合膜では、
５０Ｏｅ以上の交換結合磁界を得ることが可能であるこ
とが確認されている。特に反強磁性体膜４を成すＭｎＰ
ｔ合金のＰｔ組成を、６〜１２原子％とすることで、１
００Ｏｅ以上もの交換結合磁界を得ることも可能である
ことが確認されている。

【００３４】また、このような構成を有する交換結合膜
では、ブロッキング温度においても、従来から報告され
ているＦｅＭｎ合金を反強磁性体膜４に用いた交換結合
膜の１５０℃よりも高い、２００℃紙程度にまで高める
ことができることが確認されている。さらに、１００℃
まで昇温した状態での交換結合磁界も、約７０Ｏｅと高
く維持できることも確認されており、１００℃まで昇温
した状態での交換結合磁界が約２５Ｏｅまで低下するＮ
ｉＯを用いた交換結合膜に比べて熱安定性が高い。

【００３５】（実施例１）上記実施の形態１にかかる第
１の実施例を、図１および図３を用いて以下に説明す
る。本実施例では、基板１としてガラス基板（コーニン
グ社製：０２１１）を用い、１つの成膜装置にて、４×
１０^-7Ｔｏｒｒ以下まで排気後、同一真空中で、下地膜
２としてのＴａ膜、強磁性体膜３としてのＮｉＦｅ合金
膜、反強磁性体膜４としてのＭｎＰｔ合金膜を続けて成
膜した。このとき、反強磁性体膜４となるＭｎＰｔ合金
のＰｔの組成は、３〜２２原子％で変化させることで、
３原子％，４原子％，７原子％、９原子％，１１原子
％，１４原子％，１９原子％，２２原子％の８つのサン
プルを得た。

【００３６】また、Ｔａ膜、ＮｉＦｅ合金膜、ＭｎＰｔ
合金膜を成膜するときの成膜方法、および成膜条件であ
るが、Ｔａ膜、ＭｎＰｔ合金膜は、ＤＣマグネトロンス
パッタ法にて、Ａｒ圧：５ｍＴｏｒｒ，Ｐｏｗｅｒ：６
４ｍＷ／ｃｍ²の成膜条件で所定膜厚成膜し、強磁性体
膜３は、ＲＦコンベンショナルスパッタ法にて、Ａｒ
圧：５ｍＴｏｒｒ，Ｐｏｗｅｒ：１３０ｍＷ／ｃｍ²，
基板バイアス：＋５０Ｖの成膜条件で所定膜厚成膜し
た。

【００３７】上記の８つのサンプルについて磁化容易軸
方向の磁化曲線を測定し、磁化曲線の０磁界からのシフ
ト量を交換結合磁界として求めて得た、交換結合磁界の
Ｐｔ濃度依存性を図２に示す。尚、ここではＭｎＰｔ合
金膜の膜厚は１０００Åとした。

【００３８】図２に示されるように、交換結合膜は、反
強磁性体膜４であるＭｎＰｔ合金膜のＰｔ組成が４〜１
９原子％である場合に、５０Ｏｅ以上の交換結合磁界を
発生し、特に、ＭｎＰｔ合金膜のＰｔ組成が６〜１２原
子％である場合には、１００Ｏｅ以上の非常に大きな交
換結合磁界を発生する。最も大きな交換結合磁界を発生
したのは、ＭｎＰｔ合金膜におけるＰｔ組成が９原子％
である場合で、１５６Ｏｅであった。

【００３９】また、ここでＰｔ組成が３％以上又は２２
％以上で交換結合磁界が得られない理由は、以下のよう
に考えられる。即ち、交換結合磁界が発生するために
は、ＭｎＰｔ合金が反強磁性体となる組成であり、か
つ、反強磁性体であっても、ネール温度と称される磁気
変態点が室温以上であることが必要である。反強磁性体
であっても、ネール温度以上では熱擾乱により、反強磁
性が失われてしまう。

【００４０】Ｐｔ組成１０％付近を中心とした組成の場
合、ネール温度が室温以上であるためには、少なくとも
γＭｎと呼ばれる結晶相が形成されている必要があり、
さらにγＭｎ相であっても、Ｐｔ組成によりネール温度
が室温以下になる可能性がある。

【００４１】したがって、Ｐｔ組成３％以下では、Ｍｎ
Ｐｔ合金の状態図（図示しない）上でγＭｎ相が得られ
る組成範囲の限界領域にあることによって、γＭｎ相が
不安定になっているため交換結合磁界が得られないと考
えられる。また、Ｐｔ組成２２％以上では、ＭｎＰｔ合
金のネール温度がＰｔ組成の増加で低下する傾向にある
ことから室温で反強磁性がなくなっているため交換結合
磁界が得られないと考えられる。

【００４２】次いで、最も高い交換結合磁界が得られた
Ｐｔ組成９原子％のＭｎＰｔ合金膜を用いたサンプルに
おける、交換結合磁界の温度依存性を調べた。その結果
を図３に示す。この図より、交換結合磁界は約２００℃
で消滅しており、このサンプルのブロッキング温度は約
２００℃であることがわかる。そして、１００℃まで昇
温した場合でも交換結合磁界は約７０Ｏｅもの大きな値
であることが確認できた。

【００４３】従来から報告されているＦｅＭｎ合金とＮ
ｉＯを反強磁性体膜４として用いた場合、１００℃でも
交換結合磁界は２５Ｏｅにまで低下することを考える
と、非常に高い熱的安定性を示すことが確認できる。

【００４４】（実施例２）上記実施の形態にかかる第２
の実施例を、図１、図４ないし図９を用いて以下に説明
する。本実施例では、基板１として、ガラス基板（コー
ニング社製：０２１１）にＴａ膜を積層したＴａ膜／ガ
ラス基板と、Ｓｉ単結晶基板とを用い、前述の実施例１
と同じ方法で、強磁性体膜３であるＮｉＦｅ合金、反強
磁性体膜４であるＭｎＰｔ合金を順に成膜した。このと
き、ＭｎＰｔ合金のＰｔ組成は、実施例１で最も高い交
換結合磁界が得られた９原子％とした。また、比較のた
めに、Ｔａ膜を設けず、ガラス基板上に直接ＮｉＦｅ合
金とＭｎＰｔ合金とを順に積層したサンプルも作製し
た。

【００４５】ここで、Ｔａ膜／ガラス基板を用いたサン
プルは、実施例１におけるガラス基板にＴａ膜を成膜す
る方法と同じ方法で、Ｔａ膜の成膜、ＮｉＦｅ合金膜の
成膜、ＭｎＰｔ合金膜の成膜を同一成膜装置で、同一真
空中で連続して行った。各薄膜の成膜方法、成膜条件等
は、実施例１の場合に同じである。

【００４６】また、Ｔａ膜を積層しないガラス基板のみ
を用いた比較のためのサンプル、およびＳｉ単結晶基板
を用いたサンプルは、出発がガラス基板であるかＳｉ単
結晶基板であるかの違いがあるだけで、実施例１におけ
るガラス基板上にＴａ膜を成膜する工程のみを省略し、
ＮｉＦｅ合金膜の成膜、ＭｎＰｔ合金膜の成膜を同一成
膜装置で、同一真空中で連続して行った。各薄膜の成膜
方法、成膜条件等は、実施例１の場合に同じである。

【００４７】このようにして得た３つのサンプルのう
ち、Ｔａ膜／ガラス基板を用いたものをサンプル♯１と
し、Ｓｉ単結晶基板を用いたサンプル♯２とし、ガラス
基板のみを用いた比較のためのサンプルをサンプル♯３
と称する。

【００４８】これら３つの各サンプル♯１〜♯３に対し
て、磁化容易軸方向の磁化を測定した結果を図４〜図６
に示す。図４は、サンプル♯１の磁化曲線であり、図５
は、サンプル♯２の磁化曲線、図６はサンプル♯３の磁
化曲線である。

【００４９】図４、図５より、サンプル♯１・♯２で
は、強磁性体膜３であるＮｉＦｅ合金膜と反強磁性体膜
４であるＭｎＰｔ合金膜との交換結合によって、磁化曲
線が著しく大きくシフトしていることがわかる。これに
対して、図６に示すサンプル♯３では、磁化曲線に０磁
界からのシフトが殆ど見られない。前述した如く、０磁
界からのシフト量を交換結合磁界（Ｈｅｘ）としてい
る。

【００５０】次に、サンプル♯１〜♯３に対して、Ｘ線
回折（ＸＲＤ）を行った。サンプル♯１のチャートを図
７に、サンプル♯２のチャートを図８に、サンプル♯３
のチャートを図９に示す。

【００５１】図７、図８より、サンプル♯１・♯２で
は、ＮｉＦｅ合金の（１１１）ピークが現れ、強磁性体
膜３であるＮｉＦｅ合金膜が（１１１）面配向している
ことがわかる。これに対し、図９に示すサンプル♯３で
は、ＭｎＰｔ合金の弱い（１１１）ピークが見られるの
みで、ＮｉＦｅ合金の（１１１）ピークは見られず、Ｎ
ｉＦｅ合金膜は（１１１）面配向しておらず、ＮｉＦｅ
合金の配向性が著しく劣化していることがわかる。上記
の結果を表１にまとめて示す。なお、Ｘ線回折の結果
は、回折線のロッキングカーブの半値幅を示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】以上の測定の結果では、（１１１）面配向
したＮｉＦｅ合金膜上に積層したＭｎＰｔ合金膜が大き
な交換結合磁界を示している。このことからＮｉＦｅ合
金の配向と交換結合磁界との間に相関があることがわか
る。

【００５４】また、同じガラス基板を用いた場合でも、
ＮｉＦｅ合金膜を成膜する面にＴａ膜を形成したサンプ
ル♯１とＴａ膜を設けないサンプル♯３とでは、ＮｉＦ
ｅ合金の配向性が大きく異なり、このことから、ガラス
基板のように、成膜面の平坦性に劣り、ＮｉＦｅ合金の
配向性が低い基板の場合でも、Ｔａ膜を下地に形成しこ
のＴａ膜上にＮｉＦｅ合金膜を成膜することで、成膜面
の平坦性を改善し、ＮｉＦｅ合金の配向性が向上し、交
換結合磁界が増大していることがわかる。

【００５５】〔実施の形態２〕本発明の実施の他の形態
を、図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。
尚、説明の便宜上、前述の実施の形態１にて示した部材
と同一の機能を有する部材には、同一の符号を付記し、
その説明を省略する。

【００５６】本実施の形態にかかる磁気抵抗効果素子
は、前述の実施の形態１にて述べた交換結合膜の構成を
採用したスピンバルブ構造の磁気抵抗効果素子である。
つまり、基板１上に、下地膜２を介して磁化の方向が自
由に回転する第１の磁性層となる第２の強磁性体膜１１
と金属非磁性膜（金属非磁性層）１２とを順に形成し、
この上に、上記交換結合膜の強磁性体膜３を磁化の方向
が一方向に固定される第２の磁性層として形成し、この
上に反強磁性体膜４を成膜し、最後に保護膜１３を成膜
することで形成されている。

【００５７】ここで、上記強磁性体膜３は、下地膜２上
に金属非磁性膜１２を介して形成されているが、この金
属非磁性膜１２が下地膜２による平坦性を劣化させる程
度にまで厚く形成されることはないので、金属非磁性膜
１２の表面の平坦性も十分に高く、強磁性体膜３の〔１
１１〕方向への配向性を低下させるものではない。

【００５８】上記の構成において、第２の強磁性体膜１
１と、反強磁性体膜４に隣接した強磁性体膜３との磁化
の向きのなす角度によって磁気抵抗効果が持つ磁気抵抗
効果素子を得ることができる。そして、このような磁気
抵抗効果素子では、強磁性体膜３と反強磁性体膜４との
交換結合が大きいので、外乱磁界に安定であり、かつ、
交換結合膜が耐蝕性、熱安定性に優れているので、環境
による磁気特性の経時変化や温度上昇による磁気特性の
劣化の小さい優れたものである。

【００５９】（実施例３）上記実施の形態２にかかる第
１の実施例を、図１０を用いて以下に説明する。本実施
例では、基板１としてガラス基板（コーニング社製：０
２１１）を用い、１つの成膜装置にて、４×１０^-7Ｔｏ
ｒｒ以下まで排気後、同一真空中で、下地膜２としての
Ｔａ膜、第２の反強磁性体膜１１としてのＮｉＦｅ合金
膜、金属非磁性膜１２としてのＣｕ膜、強磁性体膜３と
してのＮｉＦｅ合金膜、反強磁性体膜４としてのＭｎＰ
ｔ合金膜、および保護膜１３としてのＴａ膜を続けて成
膜した。このとき、反強磁性体膜４となるＭｎＰｔ合金
のＰｔの組成は、最も高い交換結合磁界が得られた９原
子％のＭｎＰｔ合金を反強磁性体膜４として用いて、磁
気抵抗効果素子を製造した。

【００６０】各薄膜の膜厚であるが、下地膜２としての
Ｔａ膜は５０Å、保護膜１３としてのＴａ膜は２００
Å、ＮｉＦｅ合金膜は２膜とも１００Å、Ｃｕ膜は２０
Å、ＭｎＰｔ合金膜は２００Åとした。

【００６１】また、Ｔａ膜、ＮｉＦｅ合金膜、ＭｎＰｔ
合金膜を成膜するときの成膜方法、並びに成膜条件であ
るが、Ｔａ膜、ＭｎＰｔ合金膜は、ＤＣマグネトロンス
パッタ法にて、Ａｒ圧：５ｍＴｏｒｒ，Ｐｏｗｅｒ：６
４ｍＷ／ｃｍ²の成膜条件で所定膜厚成膜し、強磁性体
膜３は、ＲＦコンベンショナルスパッタ法にて、Ａｒ
圧：５ｍＴｏｒｒ，Ｐｏｗｅｒ：１３０ｍＷ／ｃｍ²，
基板バイアス：＋５０Ｖの成膜条件で所定膜厚成膜し
た。

【００６２】このようにして得られた磁気抵抗効果素子
に外部磁界を印加して、磁気抵抗効果を測定したとこ
ろ、抵抗変化率４．５％，磁界感度０．７％／Ｏｅの良
好な値を得た。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１に記載
の交換結合膜は、反強磁性体膜がＰｔ組成４〜１９原子
％のＭｎＰｔ合金からなり、強磁性体膜が面心立方構造
で（１１１）面配向している構成である。

【００６４】本発明の請求項３に記載の交換結合膜は、
請求項１の構成において、強磁性体膜がＮｉＦｅ合金か
らなる構成である。

【００６５】これにより、従来より大きな交換結合磁界
を発生することが可能であり、しかも、耐蝕性、熱安定
性の何れにも優れた交換結合膜を得ることができる。ま
た、高価なＰｔの含有量が少ないので、コスト的にも優
れている。

【００６６】その結果、このような交換結合膜を用いて
磁気抵抗効果素子等の磁気デバイスを構成することで、
外乱磁界に安定で、環境による磁気特性の経時変化や温
度上昇による磁気特性の劣化の小さい優れた磁気デバイ
スを得ることができるという効果を奏する。

【００６７】本発明の請求項２に記載の交換結合膜は、
請求項１の構成において、反強磁性体膜がＰｔ組成６〜
１２原子％のＭｎＰｔ合金からなる構成である。

【００６８】これにより、１００Ｏｅ以上ものさらに大
きな交換結合磁界を得ることが可能となる。その結果、
このような交換結合膜を用いて磁気抵抗効果素子等の磁
気デバイスを構成することで、より外乱磁界に安定で、
環境による磁気特性の経時変化や温度上昇による磁気特
性の劣化の小さいさらに優れた磁気デバイスを得ること
ができるという効果を奏する。

【００６９】本発明の請求項４に記載の交換結合膜の製
造方法は、強磁性体膜の材料として面心立方構造をとる
強磁性体を選択し、該強磁性体膜を成膜する前に、該強
磁性体膜の〔１１１〕方向への配向性を高めるための下
地膜を形成し、該下地膜上に該強磁性体を（１１１）面
配向させて成膜し、その後、反強磁性体膜となるＰｔ組
成４〜１９原子％のＭｎＰｔ合金を成膜するものであ
る。

【００７０】本発明の請求項５に記載の交換結合膜の製
造方法は、請求項４の方法において、下地膜がＴａであ
るものである。

【００７１】これにより、従来より大きな交換結合磁界
を発生することが可能であり、しかも、耐蝕性、熱安定
性の何れにも優れた請求項１に記載の交換結合膜を、特
別な基板等を用いることなく、簡単に得ることができる
という効果を奏する。

【００７２】本発明の請求項６に記載の磁気抵抗効果素
子は、請求項１ないし３の何れかに記載の交換結合膜、
或いは請求項４又は５に記載の交換結合膜の製造方法に
よって製造された交換結合膜を備え、上記交換結合膜に
おける強磁性体膜に隣接して金属非磁性層が形成される
と共に、上記金属非磁性層に隣接して磁化の方向が自由
に回転する第２の強磁性体膜が形成されており、上記交
換結合膜における強磁性体膜と上記第２の強磁性体膜と
の磁化の向きのなす角度によって磁気抵抗効果を持つ構
成である。

【００７３】これにより、交換結合膜として、従来より
大きな交換結合磁界を発生することが可能であり、しか
も、耐蝕性、熱安定性の何れにも優れた上記の交換結合
膜を備えているので、外乱磁界に安定で、環境による磁
気特性の経時変化や温度上昇による磁気特性の劣化の小
さい優れた信頼性の高い磁気抵抗効果素子が得られると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施の形態における、交換
結合膜の構成を示す断面図である。

【図２】第１の実施の形態にかかる１実施例における、
ＭｎＰｔ合金からなる反強磁性体膜を用いた上記交換結
合膜の交換結合磁界のＰｔ組成比依存性を表すグラフで
ある。

【図３】第１の実施の形態にかかる１実施例における、
上記交換結合膜の１サンプルの交換結合磁界の温度依存
性を表すグラフである。

【図４】第１の実施の形態に係る他の実施例における、
サンプル♯１の交換結合膜の磁化曲線を表す図である。

【図５】第１の実施の形態に係る他の実施例における、
サンプル♯２の交換結合膜の磁化曲線を表す図である。

【図６】第１の実施の形態に係る他の実施例における、
比較例のサンプル♯３の交換結合膜の磁化曲線を表す図
である。

【図７】第１の実施の形態に係る他の実施例における、
サンプル♯１の交換結合膜のＸ線回折の結果を表す図で
ある。

【図８】第１の実施の形態に係る他の実施例における、
サンプル♯２の交換結合膜のＸ線回折の結果を表す図で
ある。

【図９】第１の実施の形態に係る他の実施例における、
比較例のサンプル♯３の交換結合膜のＸ線回折の結果を
表す図である。

【図１０】本発明に係る第２の実施の形態における、交
換結合膜を備えた磁気抵抗効果素子の構成を示す断面図
である。

【符号の説明】

１基板２下地膜３強磁性体膜４反強磁性体膜１１第２の強磁性体膜１２金属非磁性膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉良徹大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者中林敬哉大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性体膜と、該強磁性体膜に隣接して形
成された反強磁性体膜とを備え、これら強磁性体膜と反
強磁性体膜との交換結合により該強磁性体膜に交換結合
磁界を与える交換結合膜において、上記反強磁性体膜がＰｔ組成４〜１９原子％のＭｎＰｔ
合金からなり、上記強磁性体膜が面心立方構造で（１１１）面配向して
いることを特徴とする交換結合膜。
【請求項２】上記反強磁性体膜がＰｔ組成６〜１２原子
％のＭｎＰｔ合金からなることを特徴とする請求項１記
載の交換結合膜。
【請求項３】上記強磁性体膜がＮｉＦｅ合金からなるこ
とを特徴とする請求項１記載の交換結合膜。
【請求項４】強磁性体膜と、該強磁性体膜に隣接して形
成された反強磁性体膜とを備え、これら強磁性体膜と反
強磁性体膜との交換結合により該強磁性体膜に交換結合
磁界を与える交換結合膜の製造方法において、強磁性体膜の材料として面心立方構造をとる強磁性体を
選択し、該強磁性体膜を成膜する前に、該強磁性体膜の
〔１１１〕方向への配向性を高めるための下地膜を形成
し、該下地膜上に該強磁性体を（１１１）面配向させて
成膜し、その後、反強磁性体膜となるＰｔ組成４〜１９
原子％のＭｎＰｔ合金を成膜することを特徴とする交換
結合膜の製造方法。
【請求項５】上記下地膜がＴａであることを特徴とする
請求項４に記載の交換結合膜の製造方法。
【請求項６】請求項１ないし３の何れかに記載の交換結
合膜、或いは請求項４又は５に記載の交換結合膜の製造
方法によって製造された交換結合膜を備え、上記交換結合膜における強磁性体膜に隣接して金属非磁
性層が形成されると共に、上記金属非磁性層に隣接して
磁化の方向が自由に回転する第２の強磁性体膜が形成さ
れており、上記交換結合膜における強磁性体膜と上記第２の強磁性
体膜との磁化の向きのなす角度によって磁気抵抗効果を
持つことを特徴とする磁気抵抗効果素子。