JPH1079305A - Magnetic device - Google Patents

Magnetic device

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JPH1079305A
JPH1079305A JP23404696A JP23404696A JPH1079305A JP H1079305 A JPH1079305 A JP H1079305A JP 23404696 A JP23404696 A JP 23404696A JP 23404696 A JP23404696 A JP 23404696A JP H1079305 A JPH1079305 A JP H1079305A
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JP
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magnetic
layer
film
alloy
non
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JP23404696A
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Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Inomata
Yoshiaki Saito
好昭 斉藤
浩一郎 猪俣
Original Assignee
Toshiba Corp
株式会社東芝
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To lessen a magnetic device in magnetization curve hysteresis by a method wherein a spin state where magnetic layers arranged interposing a non-magnetic layer between them are anti-parallel to each other is formed without antiferromagnetic exchange coupling and magnetizing fixation. SOLUTION: A magnetic device is equipped with a laminated film provided with a magnetic layers 2 and 4 which are arranged sandwiching a non-magnetic layer 3,; which is made of an element selected from Si, GE, and SiGe alloy, between them and formed of one element selected out of Co, Ni, CoFe alloy, NiFe alloy, and CoNi alloy. An alloy layer 3a is formed on each of interfaces between the magnetic layers 2 and 4 and the non-magnetic layer 3 as an interface reaction layer, respectively. The magnetic layers 2 and 4 are uniaxially, magnetically anisotropic, and a dual second order magnetic coupling between the magnetic layers 2 and 4 through the intermediary of the non-magnetic layer 3 is predominant over all other magnetic couplings.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁性層と非磁性層との積層膜を有する磁気素子に関する。 The present invention relates to relates to a magnetic device having a stacked film of a magnetic layer and a nonmagnetic layer.

【0002】 [0002]

【従来の技術】磁性膜は一般に、高周波損失の小さいソフト磁心、磁気へッド、磁気センサ、磁気抵抗効果素子等の種々の磁気素子に用いられている。 BACKGROUND ART magnetic film is generally less soft magnetic core of high-frequency loss, head to magnetic, magnetic sensors have been used in various magnetic elements such as magnetoresistive elements. これらの磁気素子には外部磁界に対する感度ができるだけ大きいことが要求されるが、それに加えて共通に要求されることは線形応答性を有することである。 Although sensitivity to an external magnetic field to these magnetic elements are required to be as large as possible, it is to have a linear response which is required in common in addition to. この線形応答性を得る上で、磁化曲線のヒステリシスはできるだけ小さいことが望ましく、その対応策として、材料組成の検討や異なる物質の積層化等、種々の対策がなされている。 This linear response in obtaining, it is desirable hysteresis of the magnetization curve is as small as possible, as a countermeasure, lamination, etc. considering or different substances of the material composition, and various countermeasures have been made. この様子を磁気抵抗効果素子を例として、以下に説明する。 Examples magnetoresistive element This state will be described below.

【0003】磁気抵抗効果(Magnetoresistance effect) [0003] The magneto-resistance effect (Magnetoresistance effect)
は、ある種の磁性体に磁界を加えることにより電気抵抗が変化する現象であり、磁界センサや磁気記録装置の再生へッド等に利用されている。 Is a phenomenon whose electric resistance is changed by applying a magnetic field to certain magnetic material are utilized in head, etc., to the reproduction of the magnetic field sensor and a magnetic recording apparatus. 強磁性体を用いた磁気抵抗効果素子(以下、MR素子と記す)は温度安定性に優れ、使用温度範囲が広いという特徴を有している。 Magnetoresistive element using a ferromagnetic material (hereinafter referred to as MR element) is excellent in temperature stability, has a feature that temperature range is wide. MR MR
素子としては、従来、FeNi合金等のパーマロイ薄膜が使用されてきたが、パーマロイ薄膜の磁気抵抗変化率は 2〜3%程度と小さいため、これを用いた磁気へッドでは十分な再生感度が得られないという問題がある。 The device, conventionally, permalloy thin film such as FeNi alloy has been used, for magnetoresistance ratio permalloy thin film is as small as about 2-3%, the sufficient reproduction sensitivity in head to magnetism using the same there is a problem that can not be obtained.

【0004】一方、近年、巨大磁気抵抗効果を示す材料として、磁性金属層と非磁性金属層とを数nmの周期で交互に積層し、非磁性層を介して相対する磁性層の磁気モーメントを反平行状態で磁気的に結合させた積層膜、いわゆる人工格子膜が注目されている。 On the other hand, in recent years, as a material exhibiting a giant magnetoresistance effect, by laminating a magnetic metal layer and the nonmagnetic metal layer alternately in a cycle of several nm, the magnetic moment of the opposing magnetic layer with a nonmagnetic layer lamination film of a magnetically coupled with antiparallel, so-called artificial lattice films have been attracting attention. 例えば、Fe/C For example, Fe / C
rの人工格子膜(Phys. Rev. Lett.61, 2472(1988) 等参照)や、Co/Cuの人工格子膜(J.Mag. Mag. Mater. r artificial lattice film (Phys. Rev. Lett.61, 2472 (1988), etc. See) or, Co / Cu artificial lattice film (J.Mag. Mag. Mater.
94, L1(1991)、Phys.Rev. Lett.66, 2152(1991)参照) 94, L1 (1991), Phys.Rev. Lett.66, 2152 (1991) reference)
等が見出されている。 Etc. have been found. このような人工格子膜は磁気抵抗変化率が大きい反面、反強磁性的交換結合が大きいために飽和磁場が大きく、またヒステリシスも非常に大きいという問題を有している。 Contrary such an artificial lattice film has a large magnetoresistance ratio, a large saturation magnetic field to the antiferromagnetic exchange coupling is large and has a hysteresis problem very large.

【0005】また、非磁性金属層を介して一対の磁性金属層を積層した、磁性金属層/非磁性金属層/磁性金属層構造のサンドイッチ膜において、磁性金属層間の交換結合がなくなる程度に非磁性金属層の膜厚を厚くし、かつ一方の磁性金属層に接して反強磁性層等を設け、交換異方性により当該磁性層(磁化固着層)のスピンを固定すると共に、他方の磁性層(磁化自由層)のスピンのみを外部磁場で容易にスイッチできるようにした、いわゆるスピンバルブ膜が知られている。 Further, by laminating a pair of magnetic metal layer with a nonmagnetic metal layer, in a sandwich film of the magnetic metal layer / nonmagnetic metal layer / magnetic metal layer structure, non-to the extent that the exchange coupling of the magnetic metal layers is eliminated by increasing the thickness of the magnetic metal layer, and in contact with one of the magnetic metal layer is provided an antiferromagnetic layer or the like, it fixes the spin of the magnetic layer (pinned layer) by exchange anisotropy, other magnetic layer was to easily switch only spin (magnetization free layer) in an external magnetic field, a so-called spin valve film is known. この場合、一対の磁性金属層間を交換結合していないために、小さな磁場でスピンをスイッチすることができ、よって交換結合のある人工格子膜に比べて感度の高い磁気抵抗効果素子が提供できる。 In this case, because it is not exchange-coupled pair of magnetic metal layers, a small magnetic field spins can be switched in, thus can provide high magnetoresistance effect element having sensitivity as compared with an artificial lattice film having exchange coupling.

【0006】しかし、上述したスピンバルブ膜においても一般にヒステリシスが存在するために、これを回避するために上記交換異方性に対して直角方向にセンス電流を流し、磁化自由層のスピンを回転磁化過程により変化させる、いわゆる直交バイアス方式が採用されている。 However, in order to generally present a hysteresis even at a spin valve film described above, the sense current in a direction perpendicular to the exchange anisotropy in order to avoid this, the rotational magnetization spin of the magnetization free layer changing by a process, the so-called quadrature bias system is adopted.
この回転磁化によって、ヒステリシスは著しく低下するが、スピンバルブ膜は抵抗が小さく出力電圧が小さいために、大きな出力電圧を得るためにはセンス電流を大きくする必要があり、加えて直交磁化を得るために必要な電流がさらに大きくなる。 This rotation magnetization, hysteresis is reduced considerably, but for the spin valve film resistance is less reduced output voltage, in order to obtain a large output voltage it is necessary to increase the sense current, to obtain the orthogonal magnetization added current is further increased required. このため、直交バイアス方式を採用した従来のスピンバルブ膜ではエレクトロマイグレーションが問題になっている。 Therefore, electromigration is a problem in the conventional spin valve film employing an orthogonal bias method.

【0007】巨大磁気抵抗効果素子としては他に、上述したような多層膜に電流を膜面に垂直方向に流す、いわゆる垂直磁気抵抗効果を利用すると、非常に大きな磁気抵抗効果が得られることが知られている(Phys. Rev. Le [0007] Other as giant magnetoresistance effect device to flow in the direction perpendicular to the film surface current to the multilayer film described above, the use of so-called perpendicular magnetoresistance effect, can be very large magnetoresistance effect can be obtained known (Phys. Rev. Le
tt. 66, 3060(1991)参照)。 tt. 66, 3060 (1991) reference). さらに、 2つの磁性金属層間に絶縁層を介在させ、スピンバルブ膜と同様に一方の磁性金属層の磁化を固定したサンドイッチ膜において、 Further, the two magnetic metal layers is interposed a dielectric layer, in fixed sandwich layer the magnetization of the spin valve film as well as one of the magnetic metal layer,
膜面垂直方向に電流を流して絶縁層のトンネル電流を利用した磁気抵抗効果素子、いわゆる強磁性トンネル接合素子が知られている。 Magnetoresistive element by applying a current in the direction perpendicular to the film surface using a tunnel current of the insulating layer, so-called a ferromagnetic tunnel junction device is known. しかし、強磁性トンネル接合素子においては、絶縁性の高い絶縁膜を磁性金属層間に形成することが難しく、再現性のある強磁性トンネル接合素子は得られていないのが現状である。 However, in the ferromagnetic tunnel junction device, it is difficult to form a highly insulating insulating film magnetic metal layers, the ferromagnetic tunnel junction element with a reproducible is has not yet been obtained.

【0008】 [0008]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、巨大磁気抵抗効果素子では伝導電子のスピンに依存した散乱により磁気抵抗効果を得ており、大きな磁気抵抗効果は磁性層間のスピンが反平行状態から平行状態に変化する際に得られる。 [0007] As described above, in the giant magnetoresistive effect element and obtain a magnetic resistance effect due to scattering which depends on the spin of the conduction electrons, spin antiparallel state of the large magnetoresistance effect magnetic layers obtained when changing the parallel state from. そのため、何らかの手段によって反平行スピン状態を形成する必要があり、従来の人工格子膜ではこれを磁性層間の反強磁性的交換結合によって実現しており、またスピンバルブ膜や強磁性トンネル接合素子では、一方の磁性層のスピンを固定すると共に他方の磁性層のスピンを外部磁場で反転させることで実現している。 Therefore, it is necessary to form the anti-parallel spin state by some means, in the conventional artificial lattice film has realized this by antiferromagnetic exchange coupling between the magnetic layers, and in a spin valve film or a ferromagnetic tunnel junction element is realized by reversing the spin of the other magnetic layer in an external magnetic field is fixed spin of one magnetic layer.

【0009】しかしながら、従来の人工格子膜では反強磁性的交換結合が大きいために飽和磁場が大きく、またヒステリシスが非常に大きいという問題がある。 However, in the conventional artificial lattice film large saturation magnetic field to the antiferromagnetic exchange coupling is large, also there is a hysteresis is a problem that extremely large. また、 Also,
スピンバルブ膜においては、大きな出力電圧を得るためのセンス電流に加えて、ヒステリシスを回避するための直交バイアス方式によりさらに必要な電流が大きくなるため、エレクトロマイグレーションが問題になっている。 In a spin valve film, in addition to the sense current for obtaining a large output voltage, for further necessary current by quadrature bias scheme to avoid hysteresis becomes large, electromigration is a problem. さらに、強磁性トンネル接合素子においては、絶縁性の高い絶縁膜を磁性金属層間に形成することが難しく、再現性のある強磁性トンネル接合素子は得られている。 Further, in the ferromagnetic tunnel junction device, it is difficult to form a highly insulating insulating film magnetic metal layers, the ferromagnetic tunnel junction element with a reproducibility is obtained.

【0010】本発明は、このような課題に対処するためになされたもので、非磁性層を介して配置した磁性層間の互いに反平行なスピン状態を、反強磁性的交換結合や磁化固着等によらずに新規な方法で作り出すことを可能にした構造を提案するものであり、これにより磁化曲線のヒステリシスが小さく、さらには飽和磁場、積層膜の抵抗値や絶縁性等を改良した磁気素子を提供することを目的としている。 [0010] The present invention has been made in order to cope with such problems, the antiparallel spin state with each other between the magnetic layers disposed over the non-magnetic layer, an antiferromagnetic exchange coupling and the magnetization pinned like is intended to propose a structure allows to create a novel way regardless of the, thereby reducing hysteresis of the magnetization curve, more saturation magnetic field, a magnetic element with improved resistance and insulating properties, etc. of the multilayer film is an object of the present invention to provide a.

【0011】 [0011]

【課題を解決するための手段】本発明の磁気素子は、請求項1に記載したように、非磁性層を介して配置された複数の磁性層を有する積層膜を具備する磁気素子であって、前記磁性層はそれぞれ一軸磁気異方性を有し、かつ前記非磁性層を介した前記磁性層間の磁気結合は双2次の磁気結合が支配的であることを特徴としている。 Means for Solving the Problems] The magnetic element of the present invention is a magnetic device that includes as described in claim 1, a laminated film having a plurality of magnetic layers disposed over the non-magnetic layer the magnetic layer has a uniaxial magnetic anisotropy, respectively, and the magnetic coupling of the magnetic layers through a nonmagnetic layer is characterized by biquadratic magnetic coupling is dominant.

【0012】本発明の磁気素子は、具体的には請求項2 [0012] The magnetic element of the present invention is specifically claim 2
に記載したように、前記磁性層はCo、Ni、CoFe As described, the magnetic layer is Co, Ni, CoFe
合金、NiFe合金およびCoNi合金から選ばれる 1 1 selected from the alloy, NiFe alloy and CoNi alloy
種から主としてなり、前記非磁性層はSi、GeおよびSiGe合金から選ばれる1種からなることを特徴としており、さらには請求項3に記載したように、前記磁性層と非磁性層との界面に、前記磁性層と前記非磁性層との反応層を有することを特徴としている。 Mainly consists species, interface with the nonmagnetic layer is characterized in that it consists of one selected from Si, Ge and SiGe alloys, as further described in claim 3, wherein the magnetic layer and the nonmagnetic layer to, is characterized by having a reaction layer with the nonmagnetic layer and the magnetic layer.

【0013】すなわち、例えばCo、Ni、CoFe合金、NiFe合金およびCoNi合金から選ばれる 1種から主としてなる磁性層(以下、M層と記す)と、S [0013] That is, for example Co, Ni, composed mainly of a magnetic layer of one selected from the CoFe alloy, NiFe alloy and CoNi alloy (hereinafter, referred to as M layer), S
i、GeおよびSiGe合金から選ばれる 1種からなる非磁性層(以下、SM層と記す)とを交互に積層することで、SΜ層を介して配置された少なくとも一対のM層間に弱い双2次の磁気結合が働くことを見出した。 i, the non-magnetic layer made of one selected from Ge and SiGe alloys (hereinafter, referred to as SM layer) and a by alternately stacking, weak twin 2 to at least a pair of M layers disposed through the SΜ layer It found that work is the next of the magnetic coupling.

【0014】上述した双2次の磁気結合による相互作用は、従来の双1次の磁気結合による磁性層間のスピンの反平行配列とは異なり、磁性層間のスピンを互いに90゜に向かせる作用を有している。 [0014] The interaction by the above-described bi-quadratic magnetic coupling, unlike conventional bilinear magnetic coupling by antiparallel alignment of the spins of the magnetic layers, the effect of unsuitable spins of the magnetic layers to 90 ° to each other It has. このように、非磁性層を介した磁性層間の磁気結合が双2次の磁気結合が支配的であると共に、これら磁性層がそれぞれ一軸磁気異方性を有する場合に、磁性層間のスピンを互いに反平行に近い状態とすることができ、かつ一軸磁気異方性に対して直角の方向に外部磁場を加え、回転磁化過程により一対の磁性層のスピンを平行磁化状態とすることによって、 Thus, the magnetic coupling between the magnetic layers through a nonmagnetic layer biquadratic magnetic coupling is dominant, when these magnetic layer has a uniaxial magnetic anisotropy, respectively, the spins of the magnetic layers to each other can be anti-parallel state close, and an external magnetic field in addition to the direction perpendicular to the uniaxial magnetic anisotropy, by a parallel magnetization state spin of the pair of magnetic layers by rotating magnetization process,
ヒステリシスの小さい磁化曲線を得ることができる。 It is possible to obtain a small magnetization curve hysteresis.

【0015】 [0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の磁気素子を実施するための形態について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, will be described embodiments of the magnetic element of the present invention.

【0016】図1は本発明の磁気素子の一実施形態の要部を示す断面図である。 [0016] Figure 1 is a sectional view showing a main portion of an embodiment of a magnetic element of the present invention. 同図において、1は基板であり、この基板1上には基板面に対して平行に第1の磁性層2、非磁性層3および第2の磁性層4からなる積層膜5が形成されている。 In the figure, 1 is a substrate, the first magnetic layer 2 in parallel to the substrate surface on the substrate 1, the laminated film 5 made of a non-magnetic layer 3 and the second magnetic layer 4 is formed there. この第1の磁性層2/非磁性層3 The first magnetic layer 2 / magnetic layer 3
/第2の磁性層4からなるサンドイッチ構造の積層膜5 / Laminated film 5 sandwich structure consisting of the second magnetic layer 4
は、スピンバルブ膜、強磁性トンネル接合膜等の巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜として例えば使用されるものである。 Are those used for example as a magnetoresistive film shown spin valve film, a giant magnetoresistance effect, such as a ferromagnetic tunnel junction film.

【0017】また、本発明における積層膜の構造は、図1に示した一対の磁性層2、4間に非磁性層3を介在させたサンドイッチ構造に限らず、図2に示すように、磁性層6と非磁性層7とを交互に多数積層した多層積層膜8であってもよい。 [0017] The structure of the laminated film in the present invention is not limited to a sandwich structure with interposed non-magnetic layer 3 between the pair of magnetic layers 2 and 4 shown in FIG. 1, as shown in FIG. 2, the magnetic the the layer 6 and the non-magnetic layer 7 may be a multilayer laminated film 8 multiple stacked alternately. この多層積層膜8は、人工格子膜、 The multilayer laminated film 8, an artificial lattice film,
垂直磁気抵抗効果膜等の巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜として例えば使用されるものである。 In which for example is used as the magnetoresistive film showing a giant magnetoresistance effect, such as vertical magnetoresistive film.

【0018】これらサンドイッチ積層膜5や多層積層膜8は、分子線エピタキシー法(ΜBE法)、各種スパッタ法、蒸着法等の通常の薄膜形成法を適用して作製することができる。 [0018] These sandwich laminate films 5 and multilayer laminated film 8, a molecular beam epitaxy method (MyuBE method), various sputtering methods, can be manufactured by applying ordinary thin film forming method of vapor deposition or the like. また、サンドイッチ積層膜5や多層積層膜8にセンス電流を流す一対の電極を形成することによって、例えば磁気抵抗効果素子として利用される。 Further, by forming a pair of electrodes for flowing a sense current to sandwich the laminated film 5 and the multilayer laminated film 8 is used, for example, as a magneto-resistance effect element.

【0019】上述したサンドイッチ積層膜5や多層積層膜8における磁性層2、4、6は、それぞれ一軸磁気異方性を有しており、さらに非磁性層3を介した第1の磁性層2と第2の磁性層4との磁気結合、および非磁性層7を介した隣接する磁性層6間の磁気結合は、双2次の磁気結合が支配的とされている。 The magnetic layer 2, 4 and 6 in a sandwich multilayer film 5 and the multilayer laminated film 8 described above, each has a uniaxial magnetic anisotropy, a first magnetic layer further through the nonmagnetic layer 3 2 When the magnetic coupling, and the magnetic coupling between the magnetic layer 6 adjacent through the nonmagnetic layer 7 and the second magnetic layer 4 is a bi-quadratic magnetic coupling is dominant. この磁性層間の双2次の磁気結合は、磁性層2、4、6および非磁性層3、7 Biquadratic magnetic coupling of the magnetic layers, magnetic layers 2, 4, 6 and the non-magnetic layers 3 and 7
の構成材料の選択、さらには非磁性層3、7の厚さ制御等により実現することができる。 Selection of the constituent materials, can be further realized by the thickness control of the non-magnetic layers 3 and 7.

【0020】すなわち、磁性層間の磁気結合を双2次の磁気結合が支配的な状態を実現する上で、磁性層2、 [0020] That is, the magnetic coupling between the magnetic layers on the bi-quadratic magnetic coupling is achieved a dominant state, the magnetic layer 2,
4、6にはCo、Ni、CoFe合金、NiFe合金およびCoNi合金から選ばれる 1種から主としてなる磁性層(M層)を適用することが、また非磁性層3、7にはSi、GeおよびSiGe合金から選ばれる 1種からなる非磁性層(SM層)を適用することが好ましい。 Co is the 4, 6, Ni, CoFe alloy, NiFe alloy, and mainly composed of a magnetic layer of one selected from the CoNi alloy (M layer) may be applied. In addition to the non-magnetic layer 3, 7 Si, Ge and it is preferred to apply the non-magnetic layer made of one selected from the SiGe alloy (SM layer).

【0021】例えば、磁性層2、4、6にFe単独の磁性層を適用すると、通常の双1次の磁気結合が支配的となる。 [0021] For example, applying a magnetic layer of Fe alone magnetic layer 2, 4, 6, and conventional bilinear magnetic coupling is dominant. 特に、M層にCoやCo合金を用いることで、双2次の磁気結合を大きくすることができる。 In particular, by using a Co or Co alloy M layer, it is possible to increase the biquadratic magnetic coupling. また、非磁性層3、7にCuやAu等の導電性金属材料を適用した場合にも、通常の双1次の磁気結合が支配的となるのに対し、上述したように非磁性層3、7にSi、GeおよびSiGe合金から選ばれる 1種の半導体(SM層)を用いることで、双2次の磁気結合を実現することができる。 Further, even when the non-magnetic layers 3 and 7 was applied a conductive metal material such as Cu or Au, to normal the bilinear magnetic coupling is dominant, non-magnetic layer as described above 3 , by using the Si, 1 kind of semiconductor selected from Ge and SiGe alloys (SM layer) 7, it is possible to realize a bi-quadratic magnetic coupling.

【0022】また、上記したようなM層とSM層との界面には、一般に図1および図2に示すように、M層とS Further, the interface between the M layer and the SM layer as described above, as generally shown in FIGS. 1 and 2, M layer and S
M層との界面反応層であるM層の構成元素とSM層の構成元素との合金(SM−M合金)層3a、7aが形成される。 Alloy of the constituent elements of the M layer is the interface reaction layer and the SM layer of the constituent elements of the M layer (SM-M alloy) layer 3a, 7a are formed. このとき非磁性層3、7の設定膜厚に依存して、 At this time, depending on the setting the film thickness of the nonmagnetic layer 3,7,
界面がすべてSM−M合金層3a、7aになる場合もあるし、図1や図2に示すように一部SΜ層3b、7bが残存する場合もある。 Interface all SM-M alloy layer 3a, to sometimes become 7a, there is also a case where a part as shown in FIGS. 1 and 2 Esumyu layer 3b, 7b remains. このいずれの膜においても、非磁性層3、7を介して磁性層(M層)間に弱い双2次の磁気結合が働く。 The In either film, a magnetic layer with a nonmagnetic layer 3, 7 (M layer) magnetic coupling acts weak biquadratic of between.

【0023】ここで図3に、イオンビームスパッタ(加速電圧 700V)を用いて熱酸化Si基板上に、非磁性層としてのSi膜の膜厚を 1.2nmに固定し、磁性層としてのCo膜の膜厚t Co (nm)を変化させた、(t Co Co/1. [0023] Here, in FIG. 3, the thermally oxidized Si substrate by ion beam sputtering (acceleration voltage 700 V), to secure the thickness of the Si film as the nonmagnetic layer to 1.2 nm, Co film as a magnetic layer film thickness was varied t Co (nm), (t Co Co / 1.
2nm Si) 6構造の多層積層膜を作製し、この多層積層膜について試料振動型磁力計を用いて測定した結果を示す。 2 nm Si) to produce a multilayer laminated film of 6 structure, shows the results of measurement using a vibrating sample magnetometer for the multilayer laminated film. 図3はCo単位体積当たりの飽和磁化σ s (Co)をC Figure 3 is a saturation magnetization sigma s per Co unit volume (Co) C
o膜厚の逆数の関数として示す図である。 o is a diagram illustrating a function of the inverse of the film thickness. 両者はよい直線関係を示し、σ s (Co)=σ Co (1− 2△d/t Co )が成り立つ。 Both showed a good linear relationship, σ s (Co) = σ Co (1- 2 △ d / t Co) holds. ここで、△dはCoとSiの界面合金層の厚さである。 Here, △ d is the thickness of the interfacial alloy layer of Co and Si. 横軸との交点から 2△d= 1.1nmと求まる。 From the intersection of the horizontal axis obtained with 2 △ d = 1.1nm. これから、Siは 1.2nmのうち 1.1nmはCoと合金層(S Now, Si is 1.1nm is Co alloy layer of 1.2 nm (S
M−M合金層)を形成し、残りの 0.1nmはSiとして残留していることが分かる。 M-M alloy layer) is formed, it can be seen that the remaining 0.1nm remaining as Si. このSiはアモルファスSi The Si is amorphous Si
である。 It is. 種々のSM膜厚について同様の実験を行った結果、SM膜厚が 0.8nm以上の場合に、SM−M合金層に加えて、それを形成しないSM層が残留することが判明した。 Various SM thickness results of similar experiments for, when SM thickness of more than 0.8 nm, in addition to the SM-M alloy layers, it has been found that SM layer remains without forming it.

【0024】また、双2次の磁気結合を得るために非磁性層3、7の厚さは、SM−M合金層3a、7a単独、 Further, the thickness of the nonmagnetic layer 3,7 in order to obtain a bi-quadratic magnetic coupling, SM-M alloy layers 3a, 7a alone,
およびSM−M合金層3a、7aとSΜ層3b、7bとの合計膜厚のいずれにおいても、 0.5〜 3nmの範囲とすることが好ましい。 And SM-M alloy layers 3a, 7a and SΜ layer 3b, in any of the total thickness of the 7b, is preferably in the range of 0.5 to 3 nm. 非磁性層3、7の厚さが 0.5nm未満では、強磁性的交換結合が生じてしまい、一方 3nmを超えると交換磁気結合自体が低下してしまう。 In less than 0.5nm thickness of the nonmagnetic layer 3,7, it would occur ferromagnetic exchange coupling, whereas the the exchange magnetic coupling itself exceeds 3nm decreases. また、磁性層(M層)2、4、6の厚さは 0.5〜10nmの範囲とすることが好ましい。 The thickness of the magnetic layer (M layer) 2,4,6 is preferably in a range of 0.5 to 10 nm.

【0025】特に、非磁性層3、7の厚さは、図4に示すように、後に詳述する残留磁化比Μ r /Μ s (Μ sは飽和磁化、Μ rは残留磁化)に影響し、残留磁化Μ rを小さくすることが可能な範囲、すなわち磁化率が大きい磁性材料、さらには高感度の磁気抵抗効果素子が得られる 1〜 2nmの範囲とすることが好ましい。 [0025] In particular, the thickness of the nonmagnetic layer 3 and 7, the influence on as shown in FIG. 4, the residual magnetization ratio will be described in detail later Μ r / Μ s s is the saturation magnetization, Micromax r residual magnetization) and, a range capable of reducing the residual magnetization Micromax r, i.e. magnetic material susceptibility is large, and more preferably in the range of. 1 to 2 nm of the magnetoresistive element of high sensitivity can be obtained. なお、図4は図3に測定結果を示した多層積層膜と同様にして、磁性層としてのCo膜の膜厚を 3nmで固定し、非磁性層としてのSi膜の膜厚t Si (nm)を変化させた、(3nmCo/t Incidentally, FIG. 4 in the same manner as the multilayer laminated film showing the measurement results in FIG. 3, the film thickness of the Co film as a magnetic layer was fixed at 3 nm, the film thickness t Si (nm of Si film as the nonmagnetic layer ) was varied, (3nmCo / t
Si Si) 10構造の多層積層膜の測定結果である。 A Si Si) 10 measurement results of the multi-layered film structure. なお、 It should be noted that,
他のM膜およびSM膜についても同様な結果が得られた。 Similar results for the other M film and SM film was obtained.

【0026】サンドイッチ積層膜5および多層積層膜8 [0026] The sandwich laminate film 5 and the multi-layer laminated film 8
における磁性層2、4、6は、上述したようにそれぞれ一軸磁気異方性を有している。 Magnetic layer 2, 4, 6, has a uniaxial magnetic anisotropy, respectively, as described above in. この一軸磁気異方性は、 The uniaxial magnetic anisotropy,
磁場中成膜、磁場中熱処理、基板からの応力誘起、単結晶基板によるエピタキシャル成長等により導入することができる。 Magnetic field deposition, a magnetic field during the heat treatment, the stress-induced from the substrate, can be introduced by epitaxial growth or the like of single crystal substrate. この磁性層2、4、6の一軸磁気異方性は、 Uniaxial magnetic anisotropy of the magnetic layer 2, 4, 6,
回転磁化過程で平行磁化状態に近い磁化曲線を得るために必要である。 It is necessary in order to obtain the magnetization curve is close to a parallel magnetization state in a rotary magnetization process.

【0027】また、非磁性層3を介した第1の磁性層2 Further, the first magnetic layer via a non-magnetic layer 3 2
と第2の磁性層4間、および非磁性層7を介した隣接する磁性層6間は、双2次の磁気結合が支配的である。 If between the second magnetic layer 4, and between the magnetic layer 6 adjacent via the nonmagnetic layer 7, biquadratic magnetic coupling is dominant. この双2次の磁気結合による相互作用は、従来の双1次の磁気結合による磁性層間のスピンの反平行配列とは異なり、磁性層間のスピンを互いに90゜に向かせる作用を有している。 Interaction by the bi-quadratic magnetic coupling is different from the conventional bilinear magnetic coupling by antiparallel alignment of the spins of the magnetic layers has the effect of causing suited spins of the magnetic layers to 90 ° to each other . そして、このように磁性層2、4、6の一軸磁気異方性と双2次の磁気結合との共存によって、磁性層2、4間あるいは磁性層6間のスピンを互いに反平行状態とすることができ、さらにはヒステリシスの小さい磁化曲線を得ることが可能となる。 Then, the coexistence of such uniaxial magnetic anisotropy and biquadratic magnetic coupling between the magnetic layers 2, 4, 6, and anti-parallel to each other spin between between the magnetic layers 2 and 4 or magnetic layer 6 it can, furthermore it is possible to obtain a small magnetization curve hysteresis.

【0028】すなわち、磁性層2、4、6の一軸磁気異方性と双2次の磁気結合との共存によって、第1の磁性層2のスピン方向(図中矢印M 1 )と第2の磁性層4のスピン方向(図中矢印M 2 )(あるいは隣接する磁性層6間のスピン方向)は、図5(a)に示すように、外部磁場零の状態で、互いに90゜〜 180°の間の角度を成す。 [0028] That is, the coexistence of the uniaxial magnetic anisotropy and biquadratic magnetic coupling between the magnetic layers 2, 4, 6, the first magnetic layer 2 in the spin direction (in the arrow M 1) and second spin direction of the magnetic layer 4 (in the arrow M 2) (or spin direction between the magnetic layer 6 adjacent), as shown in FIG. 5 (a), in the state of the external magnetic field zero, 90 ° ~ 180 ° with each other forming an angle of between. この際、一軸磁気異方性が大きいほど、角度は 180 At this time, as the uniaxial magnetic anisotropy is large, the angle is 180
°の反平行に近付く。 ° anti-parallel approach of. なお、図5において矢印Xは、磁性層2、4(6)の一軸磁気異方性の方向を示している。 Arrows X in FIG. 5 indicate the directions of uniaxial magnetic anisotropy of the magnetic layers 2 and 4 (6).

【0029】このように、双2次の磁気結合によってスピンの反平行状態を実現した磁性層2、4(あるいは隣接する磁性層6)に、図5(b)に示すように、磁性層2、4(6)の一軸磁気異方性Xに対して直角な方向に外部磁場Hを加えると、回転磁化過程によりスピンが反平行状態から平行状態に変化する。 [0029] Thus, the bi-quadratic magnetic coupling magnetic layer to realize anti-parallel state of spins by 2,4 (or adjacent magnetic layer 6), as shown in FIG. 5 (b), the magnetic layer 2 , the addition of external magnetic field H in a direction perpendicular to the uniaxial magnetic anisotropy X 4 (6), the spin by the rotating magnetization process is changed to the parallel state from the anti-parallel state. この際の磁化曲線の代表例を図6に示す。 Representative examples of the magnetization curve at this time is shown in FIG.

【0030】図6の磁化曲線に示すように、太線部分についてはスピンが反平行状態から平行状態に可逆的に変化し、特に矢印Aで示す部分ではヒステリシスが極めて小さいほぼ直線的な磁化曲線が得られる。 As shown in the magnetization curve of FIG. 6, reversibly changes to a parallel state spin from the antiparallel state for heavy lines, is substantially linear magnetization curve hysteresis is extremely small in a portion where particularly shown by arrow A can get. これは一軸磁気異方性に直角な方向に外部磁場を印加し、磁化過程を回転磁化としているためである。 This external magnetic field is applied in a direction perpendicular to the uniaxial magnetic anisotropy is because that the rotational magnetization magnetization process. これによって、例えば磁気抵抗効果素子では磁気抵抗変化の良好な線形応答性を得ることができる。 Thus, for example, it is possible to obtain a good linear response of the magnetoresistance change in the magnetoresistance effect element. また、スピンバルブ膜や強磁性トンネル接合膜を有する磁気抵抗効果素子については、前述したように電気抵抗の増大を図ることができる。 Also, the magnetoresistive element having a spin valve film or a ferromagnetic tunnel junction film, it is possible to increase the electric resistance as mentioned above. さらに、スピンバルブ膜を有する磁気抵抗効果素子に関しては、バイアス電流によらずにスピンの反平行状態を実現しているため、より一層センス電流の低減が図れる。 Further, with respect to the magnetoresistive element having a spin valve film, because it realizes the antiparallel state of the spin regardless of the bias current, further it can be reduced in the sense current. よって、良好な線形応答性を得た上で、センス電流を大きくすることなく出力電圧の増大を図ることができ、さらにはエレクトロマイグレーション等の発生を回避することが可能となる。 Accordingly, upon obtaining good linear response properties, it is possible to increase the output voltage without increasing the sense current, and further it is possible to avoid the occurrence of electromigration. また、強磁性トンネル接合膜を有する磁気抵抗効果素子に関しては、良好な線形応答性を得た上で、非磁性層3による磁性層2、4間の絶縁を良好に確保することができる。 As for the magnetoresistive element having a ferromagnetic tunnel junction film, upon obtaining good linearity response, the insulation between the magnetic layers 2 and 4 by a nonmagnetic layer 3 can be secured satisfactorily.

【0031】さらに、人工格子膜を有する磁気抵抗効果素子については、磁性層6間のスピンの反平行状態を弱い双2次の磁気結合により実現しているため、従来の反強磁性的交換結合に比べて飽和磁場を小さくすることができると共に、ヒステリシスが小さい良好な線形応答性を得ることができる。 Furthermore, the magnetoresistive element having an artificial lattice film, since the realized by magnetic coupling weak biquadratic of the antiparallel state of spins between the magnetic layer 6, a conventional anti-ferromagnetic exchange coupling can it is possible to reduce the saturation magnetic field, obtain a small hysteresis good linear response as compared to. またさらに、膜面に対して垂直方向に電流を流せば、磁気抵抗変化率および出力の大きい線形応答可能な磁気抵抗効果素子を得ることができる。 Furthermore, if a current is supplied perpendicularly to the film surface, it is possible to obtain a large linear response can magnetoresistive element of the magnetoresistance change rate and the output.

【0032】ここで、磁性層の膜面内に一軸磁気異方性Κ u 、磁性層間に双2次の磁気結合J 2が存在する場合、一軸磁気異方性に対して直角の方向に外部磁場を加えたときの飽和磁場H sと残留磁化比Μ r /Μ s (Μ s [0032] Here, when the uniaxial magnetic anisotropy kappa u, magnetic coupling J 2 biquadratic of the magnetic layers present in the film plane of the magnetic layer, outside the direction perpendicular to the uniaxial magnetic anisotropy remanence ratio and the saturation magnetic field H s when added field Μ r / Μ s s
は飽和磁化、Μ rは残留磁化)は次式で与えられる。 Saturation magnetization, Micromax r residual magnetization) is given by the following equation. なお、tは磁性層の膜厚である。 Incidentally, t is the thickness of the magnetic layer.

【0033】 H s =Ha +4He …(1) Ha = 2Κ u /Μ s , He = 2J 2 /Μ s・t …(2) M r /Μ s =( 1/2−Ha / 8He ) 1/2 …(3) 磁性層の一軸磁気異方性に対して直角な方向に外部磁場を加えた場合、前述したように、磁化過程が回転磁化になるために、ヒステリシスの小さいほぼ直線的な磁化曲線が得られる。 [0033] H s = Ha + 4He ... ( 1) Ha = 2Κ u / Μ s, He = 2J 2 / Μ s · t ... (2) M r / Μ s = (1/2-Ha / 8He) 1 / 2 ... (3) If you make an external magnetic field in a direction perpendicular to the uniaxial magnetic anisotropy of the magnetic layer, as described above, in the magnetization process is rotation magnetization, a small substantially linear magnetization hysteresis curve is obtained. この場合、残留磁化Μ rおよび飽和磁場H sが小さいほど零磁場でスピンが反平行に近く、すなわち図7に示すスピンの成す角度θを大きくすることができ、弱い磁場でスピンを揃えることができる。 In this case, the spin in about zero field remnant magnetization Micromax r and the saturation magnetic field H s is small near antiparallel, i.e. it is possible to increase the angle θ formed by the spin shown in FIG. 7, align the spins in a weak magnetic field it can. よって、磁化率の大きい磁性材料、さらには高感度の磁気抵抗効果素子を得ることができる。 Thus, large magnetic material susceptibility can be further obtain a magnetoresistance effect element having a high sensitivity.

【0034】このためには上記した (1)〜 (3)式からH [0034] H from this for the above (1) to (3)
a /He =4 に近く、かつHa が小さいことが望ましい。 Close to a / He = 4, and it is desirable that Ha is small. すなわち、Κ u (J 2 /t)=4 に近く、Κ uが小さいことが望ましい。 That, Κ u (J 2 / t ) = close to 4, it is desirable kappa u is small. 例えばH s = 100Oe とすると、 For example, the H s = 100 Oe,
Ha =Η s /2=50Oe となり、Κ u =25Μ sとなる。 Ha = Η s / 2 = 50Oe next, and Κ u = 25Μ s. ここで、Μ s s=1000emu/cm 3とすると、K u = 2.5×10 Here, if the Μ s s = 1000emu / cm 3 , K u = 2.5 × 10
4 erg/cm 3となる。 4 the erg / cm 3. すなわちΚ uが10 4 erg/cm 3のオーダのとき、飽和磁場が100Oe 程度と小さくなり、しかもヒステリシスのない磁化曲線が期待される。 That Κ when u is 10 4 erg / cm 3 of the order, the saturation magnetic field is reduced to about 100 Oe, yet no magnetization curve hysteresis can be expected. 従って、 Therefore,
一軸磁気異方性の値は少なくとも10 5 erg/cm 3以下の値が望ましい。 The value of the uniaxial magnetic anisotropy of at least 10 5 erg / cm 3 or less of the value is preferable. このような条件を満足させることにより、 By satisfying such conditions,
ヒステリシスの極めて小さい磁化曲線や磁気抵抗効果曲線を得た上で、飽和磁場の小さい線形的な磁化曲線が得られる。 Upon obtaining very small magnetization curve and the magnetoresistive curves of the hysteresis, small linear magnetization curve of the saturation magnetic field can be obtained. なお、本発明の磁気素子は、前述した実施形態で示した磁気抵抗効果素子に限らず、通常の薄膜磁気ヘッド、磁界センサ、インダクタンス素子等に適用することも可能であり、これらの場合においてもヒステリシスが極めて小さいほぼ直線的な磁化曲線は有効である。 The magnetic element of the present invention is not limited to the magnetoresistive element shown in the embodiments described above, conventional thin film magnetic head, a magnetic field sensor, it is also possible to apply to the inductance element or the like, even when these substantially linear magnetization curve hysteresis is extremely small is effective.

【0035】 [0035]

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。 EXAMPLES Next, a description will be given of an embodiment of the present invention.

【0036】実施例1 イオンビームスパッタ(加速電圧 700V)を用いて、熱酸化Si基板およびガラス基板上にそれぞれ、膜厚 3nm [0036] Using Example 1 ion beam sputtering (acceleration voltage 700 V), respectively a thermal oxidized Si substrate and the glass substrate, the film thickness 3nm
のCo膜と膜厚 1.5nmのSi膜を交互に積層して、(3nm The Co film and the film thickness 1.5 nm Si film are laminated alternately, (3 nm
Co/ 1.5nmSi) 10構造の多層積層膜を作製した。 To prepare a Co / 1.5nmSi) 10 Structure multilayer laminated film. 熱酸化Si基板上に作製した(3nmCo/ 1.5nmSi) 10膜の磁化曲線を図8に、またガラス基板上に作製した(3nm 8 the magnetization curve of the prepared thermal oxidized Si substrate (3nmCo / 1.5nmSi) 10 film, also formed on a glass substrate (3 nm
Co/ 1.5nmSi) 10膜の磁化曲線を図9に示す。 The magnetization curve of the Co / 1.5nmSi) 10 film shown in FIG. 図8 Figure 8
および図9は、それぞれ互いに直角方向に磁界を印加した場合の磁化曲線を示している。 And Figure 9 shows the magnetization curve when a magnetic field is applied at right angles to each other. 図8および図9から、 Figures 8 and 9,
ガラス基板上の多層積層膜は等方的であるが、熱酸化S Multilayer laminated film on the glass substrate is isotropic, but the thermal oxidation S
i基板上の多層積層膜は異方的であり、一軸磁気異方性K uが存在していることが分かる。 i multilayer laminated film on the substrate is anisotropic, it can be seen that the uniaxial magnetic anisotropy K u is present. また、熱酸化Si基板上の多層積層膜の独特なヒステリシスは、Co膜間に双2次の交換結合J 2が働き、Co膜間のスピンを互いに90゜に向けようとする力が働いているためである。 Also, unique hysteresis of the multilayer laminated film of thermally oxidized Si substrate, biquadratic exchange coupling J 2 acts between the Co film, a force acts to be Mukeyo spin between Co film 90 ° to each other This is because you are. すなわち、J 2とΚ uの共存のためである。 That is because the coexistence of J 2 and kappa u. 図8のM r M in FIG. 8 r /
Μ sは 0.4であり、これはΚ u /(J 2 /t Co )= 2.7 Micromax s is 0.4, which Κ u / (J 2 / t Co) = 2.7
に対応し、Co膜間のスピンの成す角度は約 140゜である。 Corresponds to the angle formed by the spin between Co film is about 140 °. 一方、ガラス基板上の膜のM r /Μ sは約 0.7であり、これはJ 2結合のみが存在するためにスピンが互いに90゜に近い角度になる結果である。 On the other hand, M r / Micromax s of film on the glass substrate is about 0.7, which is the result of spin becomes 90 ° angle close to each other because of the presence of only J 2 binding.

【0037】図8(a)に示す磁化曲線で特徴的なことは、広い磁界範囲で磁化が可逆的に変化する(太線部分)ことである。 The characteristic feature of the magnetization curve shown in FIG. 8 (a), the magnetization in a wide field range is that reversibly changes (thick line portion). これは一軸磁気異方性に直角な方向に磁界が印加されたためであり、磁化過程が回転磁化で起っているためである。 This is because the magnetic field in a direction perpendicular to the uniaxial magnetic anisotropy is applied, because the magnetization process is happening at a rotational magnetization. また飽和磁場が50Oe と小さいのは、一軸磁気記方性および双2次の磁気結合が、K u Also saturating field is small and 50Oe are single magnetic recording isotropic and biquadratic magnetic coupling, K u =
1.4×10 4 erg/cm 3 、J 2 = 1.5×10 -3 erg/cm 2といずれも小さいためである。 1.4 × 10 4 erg / cm 3 , and J 2 = 1.5 × 10 -3 erg / cm 2 because both small. このように、熱酸化Si基板上に作製したCo/Si多層積層膜では、小さな一軸磁気異方性と双2次の磁気結合が導入されるため、飽和磁場が小さく、磁化が可逆的に変化する領域が広い磁化曲線が得られる。 Thus, in the Co / Si multilayer laminated film fabricated in thermally oxidized Si substrate, since the small uniaxial magnetic anisotropy and biquadratic magnetic coupling is introduced, small saturation magnetic field, magnetization reversibly changed area that is wide magnetization curve is obtained. また、膜面内に電流を流して電気抵抗を測定したところ、室温でいずれも 500μΩ/cm以上と大きかった。 The measured electrical resistance by flowing a current to the film plane, was as large as any 500μΩ / cm or more at room temperature. 実施例2 実施例1と同様にして、熱酸化Si基板上に 3nmCo/ In the same manner as in Example 2 Example 1, 3nmCo the thermally oxidized Si substrate /
1.5nmSi/ 8nmCo/ 1.5nmSiの 4層積層膜を作製した。 To prepare a four-layer laminated film of 1.5nmSi / 8nmCo / 1.5nmSi. この膜の磁化曲線を測定したところ、一軸磁気異方性が存在し、それに直角方向に磁場を印加した場合の磁化曲線はほとんど直線的で、Μ r /Μ sは0.15であった。 Measurement of the magnetization curve of the film, there is a uniaxial anisotropy, it magnetization curve when a magnetic field is applied in the perpendicular direction is almost straight, Micromax r / Micromax s was 0.15. これは零磁場で 2つのCo膜のスピンが互いにほとんど反平行に向いていることを意味する。 This means that the spins of the two Co films zero magnetic field are mutually oriented almost antiparallel.

【0038】この積層膜について膜面垂直方向に電流を流し、磁場を膜面内でかつ一軸磁気異方性に対して直角方向に印加して、直流4端子法を用いて磁気抵抗効果を測定した。 The electric current for the laminated film in a direction perpendicular to the film surface is applied to the perpendicular direction with respect to the a and uniaxial magnetic anisotropy film plane magnetic field, measuring the magnetoresistance effect using a DC 4-terminal method did. その結果、ほぼ直線的でヒステリシスのない磁気抵抗効果曲線が得られ、磁気抵抗変化率は25% 、飽和磁場は30Oe であった。 As a result, nearly linear magnetoresistive curves no hysteresis is obtained, the magnetoresistance ratio of 25%, the saturation magnetic field was 30 Oe. また、抵抗は零磁場で50Ωと非常に大きかった。 In addition, the resistance was very large and 50Ω at zero magnetic field. これは界面に合金化していないアモルファスSi層が残存しているためである。 This is because the amorphous Si layer not alloyed at the interface is left.

【0039】なお、上記実施例では非磁性層としてSi [0039] Incidentally, as the non-magnetic layer in the above embodiment Si
を用いた場合について示したが、GeおよびSi−Ge It has been described the case of using, Ge and Si-Ge
合金を用いた場合にも同様の結果が得られた。 Similar results when using an alloy was obtained. また、磁性層としてNi、CoFe合金、NiFe合金を用いた場合にも、同様の結果が得られた。 Further, Ni as the magnetic layer, CoFe alloy, even when using a NiFe alloy, similar results were obtained. さらに、磁場中成膜して磁性層の膜面内に一軸磁気異方性を付与した場合にも同様の結果が得られた。 Furthermore, similar results when applied uniaxial magnetic anisotropy in the film formation in a magnetic field in the film plane of the magnetic layer was obtained.

【0040】 [0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気素子によれば、反強磁性的交換結合や磁化固着等によらずにスピンの反平行状態を実現すると共に、ヒステリシスの極めて小さい磁化曲線を得ることができる。 As described in the foregoing, according to the magnetic element of the present invention, it is possible to realize an antiparallel state of the spin regardless of antiferromagnetic exchange coupling and the magnetization pinned like, extremely small magnetization curve of the hysteresis it is possible to obtain. 従って、例えば磁気抵抗効果素子において、飽和磁場、積層膜の抵抗値や絶縁性等を改良すると共に、良好な線形応答性を得ることが可能となる。 Thus, for example, in the magnetoresistive element, the saturation magnetic field, as well as improving the resistance and insulating properties, etc. of the multilayer film, it is possible to obtain a good linear response properties.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】 本発明の磁気素子の一実施形態の要部構成を示す断面図である。 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a main part of an embodiment of a magnetic element of the present invention.

【図2】 本発明の磁気素子の他の実施形態の要部構成を示す断面図である。 Is a cross-sectional view showing the main part configuration of another embodiment of a magnetic element of the present invention; FIG.

【図3】 (t Co Co/1.2nm Si) 6膜のCo単位体積当たりの飽和磁化σ s (Co)をCo膜厚の逆数の関数として示す図である。 [3] The (t Co Co / 1.2nm Si) per Co unit volume of 6 film saturation magnetization sigma s (Co) is a diagram as a function of the reciprocal of the Co film thickness.

【図4】 (3nmCo/t Si Si) 10膜のM r /M s比とSi膜厚との関係を示す図である。 4 is a diagram showing the relationship between (3nmCo / t Si Si) 10 film M r / M s ratio and Si film thickness.

【図5】 本発明の磁気素子における磁性層のスピン状態を模式的に示す図である。 5 is a diagram schematically showing the spin states of the magnetic layer of the magnetic element of the present invention.

【図6】 本発明の磁気素子の典型的な磁化曲線の例を示す図である。 6 is a diagram showing an example of a typical magnetization curve of the magnetic element of the present invention.

【図7】 本発明の磁気素子における磁性層の一軸磁気異方性およびスピン状態と外部磁場との関係を模式的に示す図である。 7 is a diagram schematically showing the relationship between the uniaxial magnetic anisotropy and spin state and the external magnetic field of the magnetic layer of the magnetic element of the present invention.

【図8】 本発明の一実施例において熱酸化Si基板上に作製したCo/Si多層積層膜の磁化曲線を示す図である。 8 is a diagram showing a magnetization curve of the Co / Si multilayer laminated film fabricated in thermally oxidized Si substrate in an embodiment of the present invention.

【図9】 ガラス基板上に作製したCo/Si多層積層膜の磁化曲線を示す図である。 9 is a diagram showing a magnetization curve of the Co / Si multilayer laminated film fabricated onto a glass substrate.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

2、4、6……磁性層 3、7……非磁性層 3a、7a……SM−M合金層 3b、7b……SM層 5……サンドイッチ積層膜 8……多層積層膜 2,4,6 ...... magnetic layers 3 and 7 ...... nonmagnetic layer 3a, 7a ...... SM-M alloy layer 3b, 7b ...... SM layer 5 ...... sandwich lamination film 8 ...... multilayer laminated film

Claims (4)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 非磁性層を介して配置された複数の磁性層を有する積層膜を具備する磁気素子であって、 前記磁性層はそれぞれ一軸磁気異方性を有し、かつ前記非磁性層を介した前記磁性層間の磁気結合は双2次の磁気結合が支配的であることを特徴とする磁気素子。 1. A magnetic element comprising a laminated film having a plurality of magnetic layers disposed over the non-magnetic layer, said magnetic layer has a uniaxial magnetic anisotropy, respectively, and the non-magnetic layer the magnetic element characterized in that the magnetic coupling of the magnetic layers through a dominant biquadratic magnetic coupling.
  2. 【請求項2】 請求項1記載の磁気素子において、 前記磁性層はCo、Ni、CoFe合金、NiFe合金およびCoNi合金から選ばれる 1種から主としてなり、前記非磁性層はSi、GeおよびSiGe合金から選ばれる 1種からなることを特徴とする磁気素子。 2. A magnetic element according to claim 1, wherein the magnetic layer is mainly made of one kind selected from Co, Ni, CoFe alloy, NiFe alloy and CoNi alloy, the nonmagnetic layer is Si, Ge and SiGe alloys the magnetic element characterized by consisting of one selected from.
  3. 【請求項3】 請求項2記載の磁気素子において、 前記磁性層と非磁性層との界面に、前記磁性層と非磁性層との反応層を有することを特徴とする磁気素子。 3. A magnetic element according to claim 2, wherein the interface between the magnetic layer and the nonmagnetic layer, the magnetic element characterized by having a reaction layer between the magnetic layer and the nonmagnetic layer.
  4. 【請求項4】 請求項1記載の磁気素子において、 前記磁性層と非磁性層とを有する積層膜は、巨大磁気抵抗効果を示す磁気抵抗効果膜であることを特徴とする磁気素子。 4. A magnetic element according to claim 1, laminated films having the above magnetic layer and the nonmagnetic layer, magnetic element, which is a magneto-resistance effect film exhibiting a giant magnetoresistance effect.
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