JPH1091925A - Ferromagnetic tunnel joint - Google Patents

Ferromagnetic tunnel joint

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JPH1091925A
JPH1091925A JP8248410A JP24841096A JPH1091925A JP H1091925 A JPH1091925 A JP H1091925A JP 8248410 A JP8248410 A JP 8248410A JP 24841096 A JP24841096 A JP 24841096A JP H1091925 A JPH1091925 A JP H1091925A
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ferromagnetic
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tunnel junction
film
ferromagnetic tunnel
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太郎 大池
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潔 野口
Masashi Sano
正志 佐野
Manabu Ota
学 太田
Satoru Araki
悟 荒木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high MR changing factor with a good reproducibility by setting the barrier potential made by an insulation layer to the range of a specific eV in the ferromagnetic tunnel joint in which a first ferromagnetic layer, an insulation layer and a second ferromagnetic layer are successively laminated. SOLUTION: In the ferromagnetic tunnel joint, a first ferromagnetic layer 1, an insulation layer 3 and a second ferromagnetic layer 2 are successively laminated on an appropriate insulation supporting base plate 4. In this construction, the barrier potential made by the layer 3 is set in the range of 0.5 to 3eV. This potential is due to the fact that if the barrier potential exceeds 3eV, no high MR changing factor is obtained and it is estimated that no tunnel current flows. On the other hand, if the barrier potential becomes less than 0.5eV, not expected high MR changing factor is obtained. Thus, if the barrier potential is set within the range of 0.5 to 3eV, a stable and antiferromagnetic coupling is produced through the layer 3 between the layers 1 and 2.

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、磁気抵抗効果素
子、磁気ヘッドに用いられる強磁性トンネル接合に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistance effect element and a ferromagnetic tunnel junction used for a magnetic head.

【0002】[0002]

【従来の技術】高密度磁気記録における再生ヘッドとし
て、異方性磁気抵抗(以下AMRと称する)効果を用いた
磁気抵抗効果型ヘッド(以下MR磁気ヘッドと称する)が
商品化されている。しかしながら、磁性層にNiFe等のAM
R効果膜を用いているため、磁気抵抗(MR)変化率は
約2%、感度は0.5%/Oeと低いので、さらに高MR変化
率、高感度なMR膜が望まれている。
2. Description of the Related Art As a reproducing head for high-density magnetic recording, a magnetoresistive head (hereinafter, referred to as an MR magnetic head) using an anisotropic magnetoresistance (hereinafter, referred to as AMR) effect has been commercialized. However, AM such as NiFe
Since the R effect film is used, the magnetoresistance (MR) change rate is as low as about 2% and the sensitivity is as low as 0.5% / Oe. Therefore, an MR film having a higher MR change rate and higher sensitivity is desired.

【0003】このような要望に応える技術として、近
年、巨大磁気抵抗効果(GMR効果)という新しい現象が見
出され、従来のAMR効果より大きな磁気抵抗変化率が得
られるということで研究が進められている。GMR効果を
生じる、強磁性層/非磁性金属層/強磁性層/反強磁性
層の膜構成からなるスピンバルブ(SV)膜は、2〜5
%/Oeの高感度な特性を示すため、これを用いたSVヘッド
が次世代再生ヘッドとして注目され、実用化研究が始め
られている。
In recent years, a new phenomenon called the giant magnetoresistance effect (GMR effect) has been discovered as a technology that meets such demands, and research has been conducted on the fact that a larger magnetoresistance change rate than the conventional AMR effect can be obtained. ing. A spin-valve (SV) film having a ferromagnetic layer / non-magnetic metal layer / ferromagnetic layer / antiferromagnetic layer, which causes the GMR effect, has a thickness of 2 to 5 mm.
Because of its high sensitivity of% / Oe, SV heads using the same have attracted attention as next-generation reproducing heads, and research on their practical use has begun.

【0004】一方、GMR効果とは別に、強磁性層/絶縁
層/強磁性層の接合構造を持ち、両強磁性層の磁化の相
対角度に依存してトンネル効果があらわれる強磁性トン
ネル効果という現象が見出され、この現象を利用した磁
気抵抗効果素子の研究及び開発が進められている。強磁
性トンネル効果膜は非常に高い磁場感度を有するため、
10Gbit/inch2以上の超高密度磁気記録における再生ヘ
ッドとして可能性がある。S.Maekawa and V.Gafvert等
は、IEEE Trans. Magn., MAG-18, 707(1982)において、
磁性体/絶縁体/磁性体接合で両磁性層の磁化の相対角
度に依存してトンネル効果が現れることが期待されるこ
とを理論的、実験的に示した。
On the other hand, apart from the GMR effect, a phenomenon called a ferromagnetic tunnel effect has a junction structure of a ferromagnetic layer / insulating layer / ferromagnetic layer, and a tunnel effect appears depending on a relative angle of magnetization of both ferromagnetic layers. Have been found, and research and development of a magnetoresistive element utilizing this phenomenon have been promoted. Since ferromagnetic tunnel effect films have very high magnetic field sensitivity,
There is a possibility as a reproducing head in ultra high density magnetic recording of 10 Gbit / inch 2 or more. S. Maekawa and V. Gafvert et al. In IEEE Trans. Magn., MAG-18, 707 (1982)
It has been theoretically and experimentally shown that a tunnel effect is expected to appear depending on the relative angle of the magnetization of both magnetic layers in the magnetic / insulator / magnetic junction.

【0005】特開平4-42417号公報は、強磁性トンネル
効果膜を有する磁気抵抗効果素子を開示しており、従来
のMRヘッドにくらべ、微小な漏洩磁束の変化を高感度、
かつ、高分解能に検出できること、接合面積を狭めるこ
とによりピンホ−ルの発生確率を小さくして、再生感度
を一層向上させることができる旨述べられている。
Japanese Patent Laid-Open No. 4-42417 discloses a magnetoresistive element having a ferromagnetic tunnel effect film.
In addition, it is described that detection can be performed with high resolution, and the probability of occurrence of pinholes can be reduced by reducing the bonding area to further improve the reproduction sensitivity.

【0006】また、特開平4-103014号公報は、磁性層に
反強磁性体からのバイアス磁界を印加する強磁性トンネ
ル効果膜およびそれを用いた磁気抵抗効果素子を開示し
ている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. H4-103014 discloses a ferromagnetic tunnel effect film for applying a bias magnetic field from an antiferromagnetic material to a magnetic layer and a magnetoresistance effect element using the same.

【0007】更に、T.Miyazaki及びN.Tezuka等は、J.Ma
gn.Magn.Mater.139(1995)L231において、Fe/Al2O3/Feト
ンネル接合で室温においてMR変化率18%が得られた
と報告している。また M.Pomerantz,J.C.Slocczewski
及び E.Spiller等は、Fe/a-Carbon/Fe膜について開示し
ている。
Further, T. Miyazaki and N. Tezuka et al.
139 (1995) L231 reports that a Fe / Al 2 O 3 / Fe tunnel junction achieved an MR change rate of 18% at room temperature. M. Pomerantz, JCSlocczewski
And E. Spiller et al. Disclose Fe / a-Carbon / Fe films.

【0008】しかしながら、これまで報告された強磁性
トンネル接合には、種々の解決すべき課題が存する。
[0008] However, the ferromagnetic tunnel junctions reported so far have various problems to be solved.

【0009】なお、本発明における強磁性トンネル接合
は上記の強磁性トンネル効果膜と同一のものである。
The ferromagnetic tunnel junction of the present invention is the same as the above-described ferromagnetic tunnel effect film.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高い
MR変化率を、再現性良く得ることのできる強磁性トン
ネル接合を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a ferromagnetic tunnel junction capable of obtaining a high MR ratio with good reproducibility.

【0011】本発明のもう一つの課題は、磁気抵抗効果
素子または磁気ヘッド等への応用において、構造を簡素
化し得る強磁性トンネル接合を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a ferromagnetic tunnel junction whose structure can be simplified when applied to a magnetoresistive element or a magnetic head.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明は、第1強磁性層と、絶縁層と、第2強磁
性層とが順次積層されてなる強磁性トンネル接合におい
て、前記絶縁層によるバリアポテンシャルを0.5〜3eV
の範囲に設定したことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a ferromagnetic tunnel junction comprising a first ferromagnetic layer, an insulating layer, and a second ferromagnetic layer which are sequentially stacked. 0.5-3 eV barrier potential by the insulating layer
Is set in the range of.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は強磁性トンネル接合を概念
的に示す斜視図、図2は図1のA2ーA2線に沿った断
面図である。図示するように、強磁性トンネル接合は、
第1強磁性層1と、絶縁層3と、第2強磁性層2とが順
次積層されてなる。これらは、適当な絶縁支持基板4上
に積層されている。本発明は、かかる構造において、絶
縁層3によるバリアポテンシャルを0.5〜3eVの範囲に
設定したことを特徴とする。
FIG. 1 is a perspective view conceptually showing a ferromagnetic tunnel junction, and FIG. 2 is a sectional view taken along line A2-A2 in FIG. As shown, the ferromagnetic tunnel junction is
The first ferromagnetic layer 1, the insulating layer 3, and the second ferromagnetic layer 2 are sequentially laminated. These are laminated on a suitable insulating support substrate 4. The present invention is characterized in that in such a structure, the barrier potential by the insulating layer 3 is set in a range of 0.5 to 3 eV.

【0014】強磁性トンネル接合において、電子eがス
ピンの向きを保ったまま、第1強磁性層1から、絶縁層
3を介して、第2強磁性層2に通り抜ける(図1、図2
参照)とき、電子eの透過率はスピンを考慮して求めた
波動関数を用いて、入射波と透過波の振幅自乗比から求
められ、そのトンネルコンダクタンスGは、 G=G0′(1+P1′・P2′)COSθ と表される。ここで、 P1′= [(K1↑-K1↓)/(K1↑+K1↓)]α1 P2′= [(K2↑-K2↓)/(K2↑+K2↓)]α20′:両強磁性層内での電子の波数K1↑、K1↓、K2↑、K
2↓及びバリアポテンシャルの高さで定まる定数 α1、α2: バリアポテンシャルの高さに依存する係数 P1′、P2′: 両強磁性層1、2の有効スピン偏極度 P1、 P2: 両強磁性層1、2のスピン偏極度(有効スピ
ン偏極度P1′、P2′の分数部分) である。トンネルコンダクタンスの変化率△G/G0は、 △G/G0=2・P1′・P2′ となる。トンネルコンダクタンスの変化率△G/G0はMR
変化率と同義である。
In the ferromagnetic tunnel junction, the electrons e pass from the first ferromagnetic layer 1 to the second ferromagnetic layer 2 via the insulating layer 3 while maintaining the spin direction (FIGS. 1 and 2).
At this time, the transmittance of the electron e is obtained from the amplitude square ratio of the incident wave and the transmitted wave using the wave function obtained in consideration of the spin, and the tunnel conductance G is given by G = G 0 ′ (1+ P 1 ′ · P 2 ′) COSθ. Where P 1 ′ = [(K 1 ↑ -K 1 ↓ ) / (K 1 ↑ + K 1 ↓ )] α 1 P 2 ′ = [(K 2 ↑ -K 2 ↓ ) / (K 2 ↑ + K 2 ↓ )] α 2 G 0 ′: electron wave numbers K 1 ↑ , K 1 ↓ , K 2 ↑ , K in both ferromagnetic layers
2 ↓ and constants determined by the height of the barrier potential α 1 , α 2 : Coefficients dependent on the height of the barrier potential P 1 ′, P 2 ′: Effective spin polarization P 1 , P of both ferromagnetic layers 1 and 2 2 : The spin polarization of both ferromagnetic layers 1 and 2 (fractional portions of effective spin polarizations P 1 ′ and P 2 ′). The rate of change ΔG / G 0 of the tunnel conductance is ΔG / G 0 = 2 · P 1 ′ · P 2 ′. The rate of change of tunnel conductance ΔG / G 0 is MR
Synonymous with change rate.

【0015】バリアポテンシャルの高さが低いと、それ
に依存する係数α1、α2が小さくなるため、両強磁性層
の有効スピン偏極度P1′、P2′も小さくなり、MR変化
率が低くなる。逆に、バリアポテンシャルが充分に高い
と、有効スピン偏極度P1′、P2′が、スピン偏極度P1、 P
2に近づき、高いMR変化率が得られる。
When the height of the barrier potential is low, the coefficients α 1 and α 2 depending on the barrier potential become small, so that the effective spin polarization degrees P 1 ′ and P 2 ′ of both ferromagnetic layers also become small, and the MR change rate becomes small. Lower. Conversely, if the barrier potential is sufficiently high, the effective spin polarizations P 1 ′ and P 2 ′ become spin polarizations P 1 and P 2.
2 and a high MR ratio is obtained.

【0016】バリアポテンシャルが0.5〜3eVの範囲に
ある本発明の場合、高いMR変化率を、再現性よく得る
ことができる。その理由の一つは、バリアポテンシャル
を0.5〜3eVの範囲に保つことにより、均一性が良好
で、ピンホールの非常に少ない絶縁層3の形成が保証さ
れるためと推測される。
In the case of the present invention in which the barrier potential is in the range of 0.5 to 3 eV, a high MR ratio can be obtained with good reproducibility. One of the reasons is presumed that by maintaining the barrier potential in the range of 0.5 to 3 eV, the uniformity is good and the formation of the insulating layer 3 with very few pinholes is guaranteed.

【0017】もう一つの理由は、上述したバリアポテン
シャルの範囲では、第1強磁性層1と第2強磁性層2と
の間に、絶縁層3を介して、安定した反強磁性結合を生
じるためと推測される。バリアポテンシャルが1.5〜2.5
eVの範囲では、特に好ましい結果が得られた。
Another reason is that stable anti-ferromagnetic coupling occurs between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 via the insulating layer 3 in the range of the barrier potential described above. It is supposed to be. Barrier potential 1.5-2.5
Particularly favorable results were obtained in the eV range.

【0018】バリアポテンシャルが3eVを越えると、高
いMR変化率を得ることができなくなる。原因は明確で
はないが、3eVを越えるバリアポテンシャルの範囲で
は、トンネル電流が流れなくなるためではないかと推測
される。
If the barrier potential exceeds 3 eV, a high MR ratio cannot be obtained. Although the cause is not clear, it is assumed that the tunnel current stops flowing in the range of the barrier potential exceeding 3 eV.

【0019】バリアポテンシャルが0.5eVよりも小さく
なると、この種の強磁性トンネル接合において期待され
る高いMR変化率を得ることができなくなる。その理由
は、絶縁層3の均一性が劣化し、ピンホールが増えるた
めと推測される。
If the barrier potential is smaller than 0.5 eV, the high MR ratio expected in such a ferromagnetic tunnel junction cannot be obtained. The reason is presumed to be that the uniformity of the insulating layer 3 deteriorates and pinholes increase.

【0020】次に、バリアポテンシャルが0.5〜3eVと
なる範囲において、第1強磁性層1と第2強磁性層2と
の間に、絶縁層3を介して、安定した反強磁性結合を生
じさせ得る可能性は、この強磁性トンネル接合を、磁気
ヘッドの読み取り用磁気変換素子に用いる場合に大きな
利点をもたらす。
Next, in the range where the barrier potential is 0.5 to 3 eV, stable antiferromagnetic coupling is generated between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 via the insulating layer 3. This possibility brings a great advantage when this ferromagnetic tunnel junction is used for a magnetic transducer for reading a magnetic head.

【0021】図3は反強磁性的結合を生じている場合の
磁場ー磁気抵抗変化率特性を示す図である。図3に示す
ように、反強磁性的結合を生じている場合、磁場ー磁気
抵抗曲線L1、L2が零磁場付近の領域△Hで、MR変
化率が最も高い値を示すようになる。従って、この強磁
性トンネル接合を磁気ヘッドの読み取り用磁気変換素子
として用いた場合、バイアス磁場を印加する必要がな
く、形状効果のみで、零磁場付近で直線領域が得られ
る。このため、磁気ヘッドの構造を簡素化することがで
きる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the magnetic field and the magnetoresistance ratio when antiferromagnetic coupling occurs. As shown in FIG. 3, when antiferromagnetic coupling occurs, the magnetic field-magnetoresistive curves L1 and L2 show the highest MR change rate in a region ΔH near zero magnetic field. Therefore, when this ferromagnetic tunnel junction is used as a magnetic transducer for reading of a magnetic head, it is not necessary to apply a bias magnetic field, and a linear region near zero magnetic field can be obtained only by the shape effect. Therefore, the structure of the magnetic head can be simplified.

【0022】上述のようなバリアポテンシャルを確保し
得る絶縁層3の一例は、大気中で40〜100℃アニー
ルした酸化アルミニウム膜である。かかる酸化アルミニ
ウム膜は、金属アルミニウムが局部的に存在しなくなっ
たため、上下の強磁性層1−2間でブリッジができなく
なり、その結果、高いバリアポテンシャルを有する極薄
絶縁層3を有する強磁性トンネル接合が実現できる。
An example of the insulating layer 3 that can secure the above-mentioned barrier potential is an aluminum oxide film annealed at 40 to 100 ° C. in the air. In such an aluminum oxide film, since metallic aluminum is not present locally, a bridge cannot be formed between the upper and lower ferromagnetic layers 1-2, and as a result, a ferromagnetic tunnel having an extremely thin insulating layer 3 having a high barrier potential is obtained. Joining can be realized.

【0023】絶縁膜の他の例としては、ダイアモンド状
炭素膜(Diamond-like carbon膜、以下DLC膜と称する)
も、高いバリアポテンシャルを有する極薄絶縁層3を実
現するのに有効である。特に、プラズマCVD法で作製し
たDLC膜は、数十Åという非常に薄い層厚においても、
均一、かつ、ピンホ−ルのない良好な絶縁層3が得られ
る。
Another example of the insulating film is a diamond-like carbon film (hereinafter referred to as a DLC film).
This is also effective in realizing an ultra-thin insulating layer 3 having a high barrier potential. In particular, the DLC film manufactured by the plasma CVD method has an extremely thin layer thickness of several tens of
A good insulating layer 3 which is uniform and free from pinholes can be obtained.

【0024】なお、M.Pomerantz,J.C.Slocczewski 及
びE.Spiller等が開示した中間層のC膜は、MBE法で作製
したアモルファス−C膜であり、プラズマCVD法で作製
したDLC膜とは異なる。具体的には、アモルファス−C
膜は炭素同士がネットワ−ク状に結合しているものであ
るが、本発明のDLC膜は炭素と水素がネットワ−ク状に
結合しており、本質的に異なるものである。
The intermediate C film disclosed by M. Pomerantz, JCSlocczewski, and E. Spiller is an amorphous-C film produced by MBE, and is different from a DLC film produced by plasma CVD. Specifically, amorphous-C
The film is a film in which carbon is bonded to each other in a network, but the DLC film of the present invention is essentially different in that carbon and hydrogen are bonded in a network.

【0025】本発明において、通常、第1強磁性層1の
保磁力と、第2強磁性層2の保磁力とは、互いに異なら
せる。図4は第1強磁性層1の保磁力H1と、第2強磁
性層2の保磁力H2とを、H1>H2(またはH2>H
1)のように異ならせた場合の磁化曲線を示している。
図示するように、磁化曲線は二段ループになっている。
図4中、円の内部に示された2つの矢印は、第1強磁性
層1の磁化の向き、及び、第2強磁性層2の磁化の向き
をそれぞれ示している。
In the present invention, the coercive force of the first ferromagnetic layer 1 and the coercive force of the second ferromagnetic layer 2 are usually different from each other. FIG. 4 shows that the coercive force H1 of the first ferromagnetic layer 1 and the coercive force H2 of the second ferromagnetic layer 2 are H1> H2 (or H2> H
A magnetization curve in the case of different values as in 1) is shown.
As shown, the magnetization curve has a two-step loop.
In FIG. 4, two arrows shown inside the circle indicate the direction of magnetization of the first ferromagnetic layer 1 and the direction of magnetization of the second ferromagnetic layer 2, respectively.

【0026】第1強磁性層1の磁化の向きと、第2強磁
性層2の磁化の向きは、印加磁界が保磁力H2(絶対
値)より大きく、かつ、保磁力H1(絶対値)よりも小
さい場合は、反平行になり、印加磁界が保磁力H1より
も大きい場合は、平行になる。電気抵抗は、磁化の向き
が反平行状態のとき大きく、磁化の向きが平行状態であ
るとき小さくなる。磁化の向きが平行である時の抵抗値
Rsとし、磁化の向きが反平行から平行へ変化した時の
抵抗の変化分を△Rとすると、MR変化率は△R/Rs
となる。これにより、外部印加磁界を検出することがで
きる。
The direction of magnetization of the first ferromagnetic layer 1 and the direction of magnetization of the second ferromagnetic layer 2 are such that the applied magnetic field is larger than the coercive force H2 (absolute value) and larger than the coercive force H1 (absolute value). When the applied magnetic field is smaller than the coercive force H1, the parallelism occurs. The electric resistance is large when the direction of magnetization is in an antiparallel state, and becomes small when the direction of magnetization is in a parallel state. Assuming that the resistance value is Rs when the magnetization direction is parallel and ΔR is the change in resistance when the magnetization direction changes from antiparallel to parallel, the MR change rate is ΔR / Rs
Becomes Thereby, an externally applied magnetic field can be detected.

【0027】次に実施例を挙げて説明する。 実施例1 3インチφのガラス基板でなる絶縁支持基板4上に、Ni
Feでなる第1強磁性層1、酸化アルミニウム膜でなる絶
縁層3及びCoでなる第2強磁性層2を積層し、図1及
び図2に示した強磁性トンネル接合を得た。酸化アルミ
ニウム膜でなる絶縁層3は、アルミニウム膜を大気中に
おいて60℃、24時間の熱処理を行なって形成した。
強磁性トンネル接合の接合面積は0.25〜2500μm2とし
た。
Next, an embodiment will be described. Example 1 On an insulating support substrate 4 made of a 3 inch φ glass substrate, Ni
A first ferromagnetic layer 1 made of Fe, an insulating layer 3 made of an aluminum oxide film, and a second ferromagnetic layer 2 made of Co were laminated to obtain a ferromagnetic tunnel junction shown in FIGS. The insulating layer 3 made of an aluminum oxide film was formed by performing a heat treatment on the aluminum film at 60 ° C. for 24 hours in the air.
The junction area of the ferromagnetic tunnel junction was set to 0.25 to 2500 μm 2 .

【0028】上述した接合面積を持つ強磁性トンネル接
合を、各20個ずつ作製し、各接合面積毎のバリアポテ
ンシャル、MR変化率の平均値及びそのばらつきを調べ
た。また、歩留りについても調べた。次に、強磁性トン
ネル接合の作製方法を具体的に説明する。
Twenty ferromagnetic tunnel junctions each having the above-described junction area were manufactured, and the barrier potential, the average value of the MR change rate, and the variation thereof were examined for each junction area. The yield was also examined. Next, a method for manufacturing a ferromagnetic tunnel junction will be specifically described.

【0029】まず、大きさ3インチφのコ−ニング7059
ガラス基板でなる支持基板4上に第1強磁性層1とし
て、層厚10nmのNiFe膜をRFスパッタ法で成膜し、レ
ジストフォトリソ、Arイオンミリング、レジスト剥離
の微細加工技術を用いて、0.5〜50μm×0.5mmの矩形状
にパタ−ニングした。
First, a coning 7059 having a size of 3 inches φ
A 10 nm-thick NiFe film is formed as a first ferromagnetic layer 1 on a supporting substrate 4 made of a glass substrate by RF sputtering, and is subjected to 0.5 micron processing using resist photolithography, Ar ion milling, and resist stripping. It was patterned into a rectangular shape of 〜50 μm × 0.5 mm.

【0030】その後、レジストパタ−ニングをおこな
い、第1強磁性層1を構成するNiFe層の表面酸化層
を逆スパッタにより除去したあと、電子ビーム加熱式真
空蒸着法により、層厚5nmのアルミニウム膜を成膜し
た。
Thereafter, resist patterning is performed to remove the surface oxide layer of the NiFe layer constituting the first ferromagnetic layer 1 by reverse sputtering, and then an aluminum film having a thickness of 5 nm is formed by electron beam heating vacuum evaporation. A film was formed.

【0031】その後、サンプルを真空蒸着装置から取り
出して、大気中において60℃、24時間の熱処理を行
なった後、リフト・オフ・プロセスを経て、直径3mmφ
の酸化アルミニウム膜でなる絶縁層3を形成した。
Thereafter, the sample was taken out of the vacuum deposition apparatus, and subjected to a heat treatment at 60 ° C. for 24 hours in the air, followed by a lift-off process to obtain a sample having a diameter of 3 mmφ.
An insulating layer 3 made of an aluminum oxide film was formed.

【0032】次に、再びレジストパタ−ニングをおこな
った後、第2強磁性層2として層厚100nmのCo膜を
RFスパッタ法で成膜し、続いて、リフトオフプロセス
を経て、第1強磁性層1と直角方向に0.5〜50μm×0.5m
mの矩形状パタ−ンを持つ第2強磁性層2を形成した。
これにより、接合面積0.25〜2500μm2の強磁性トンネル
接合が得られた。
Next, after the resist patterning is performed again, a Co film having a thickness of 100 nm is formed as the second ferromagnetic layer 2 by RF sputtering, and then the first ferromagnetic layer is subjected to a lift-off process. 0.5 ~ 50μm × 0.5m in the direction perpendicular to 1
A second ferromagnetic layer 2 having a rectangular pattern of m was formed.
As a result, a ferromagnetic tunnel junction having a junction area of 0.25 to 2500 μm 2 was obtained.

【0033】また、比較として、従来用いられている自
然酸化アルミニウム膜(成膜後、大気中において24時
間放置)を絶縁層3としたNiFe/酸化アルミニウム/Co強
磁性トンネル接合も同様に作製した。
For comparison, a NiFe / aluminum oxide / Co ferromagnetic tunnel junction using a conventionally used native aluminum oxide film (after film formation and left in the air for 24 hours) as an insulating layer 3 was also prepared. .

【0034】実施例及び比較例において採用された第1
強磁性層1および第2強磁性層2の成膜条件は以下に示
す通りである。また、アルミニウム膜は、到達圧力3×
10-5 Pa 、蒸着速度0.05nm/sec で作製した。 <強磁性層成膜条件> 到達圧力:1×10-5Pa タ−ゲット: Ni80Fe20 at%、Co(4インチφ) スパッタガス:Ar 5 sccm スパッタ圧力:0.5Pa 投入パワ−: 150 W 成膜レ−ト:NiFe 45nm/min、Co 40nm/min 基板温度: 水冷 このようにして作製したサンプルについて、直流4端子
法で磁気抵抗(MR)曲線を測定した。なお、測定時の
最大印加磁場は±1kOeとし、−1kOeの磁場を印加させ
たのち、磁場を徐々に大きくして+1kOeまでかけ、再
び−1kOeに戻した。また、バリアポテンシャルはトン
ネル接合のV−I特性を測定し、直線領域からのずれを
もとめた。
The first example employed in Examples and Comparative Examples
The conditions for forming the ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 are as follows. In addition, the ultimate pressure of the aluminum film is 3 ×
It was produced at 10 −5 Pa at a deposition rate of 0.05 nm / sec. <Ferromagnetic layer deposition conditions> Ultimate pressure: 1 × 10 -5 Pa Target: Ni 80 Fe 20 at%, Co (4 inch φ) Sputter gas: Ar 5 sccm Sputter pressure: 0.5 Pa Input power: 150 W Film formation rate: NiFe 45 nm / min, Co 40 nm / min Substrate temperature: water-cooled The samples prepared in this manner were measured for magnetoresistance (MR) curve by a DC four-terminal method. The maximum applied magnetic field at the time of measurement was ± 1 kOe. After applying a magnetic field of −1 kOe, the magnetic field was gradually increased to +1 kOe, and returned to −1 kOe again. As for the barrier potential, the VI characteristic of the tunnel junction was measured, and the deviation from the linear region was determined.

【0035】図5に本発明に係る接合面積50×50μm2
強磁性トンネル接合の磁気抵抗曲線を示す。印加磁場を
−1kOeより大きくしていくと、+5Oeにおいて、第1
強磁性層1の磁化反転がおこり、第1強磁性層1 と第
2強磁性層2のスピンが反平行になるため、電気抵抗が
大きくなる。バリアポテンシャルを求めた結果0.5eV
であり、作製した20個のうち16個において同様のM
R曲線が得られた。MR変化率は6.6〜8.1%であり、M
R変化率の平均値は7.6%で、変化率ばらつきは±7%
であった。
FIG. 5 shows a magnetoresistance curve of a ferromagnetic tunnel junction having a junction area of 50 × 50 μm 2 according to the present invention. As the applied magnetic field is increased beyond -1 kOe, the first
Since the magnetization reversal of the ferromagnetic layer 1 occurs and the spins of the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 become antiparallel, the electric resistance increases. 0.5 eV as a result of calculating barrier potential
, And the same M was obtained in 16 of the 20
An R curve was obtained. The MR change rate is 6.6 to 8.1%,
The average value of the R change rate is 7.6%, and the change rate variation is ± 7%
Met.

【0036】一方、自然酸化アルミニウム膜を絶縁層3
とした比較例の強磁性トンネル接合においては、バリア
ポテンシャルは0.2eVしか得られなかった。また、4個
しかMR曲線が観測できず、MR変化率平均値は1.5%
と低く、平均値ばらつき±88%と非常に大きかった。
種々の接合面積についても同様の評価を行なった。これ
らの結果を表1ー1、1ー2に示す。
On the other hand, the natural aluminum oxide film is
In the ferromagnetic tunnel junction of the comparative example, the barrier potential was only obtained at 0.2 eV. Also, only four MR curves could be observed, and the average MR change rate was 1.5%.
The average value variation was ± 88%, which was very large.
Similar evaluations were made for various bonding areas. The results are shown in Tables 1-1 and 1-2.

【0037】表1から明らかなように、大気中60℃熱
処理により形成した酸化アルミニウム膜を絶縁層3とし
ての用いることにより、0.5〜3eVの高いバリアポテン
シャルと高いMR変化率が得られ、しかもばらつきが少
なく、高い歩留まりが得られる。特にバリアポテンシャ
ルが1.5〜2.5eVのとき歩留りが高い。また、30〜25
0℃の温度範囲で大気中熱処理して得られた酸化アルミ
ニウム膜を絶縁層3とした強磁性トンネル接合のMR特
性を調べた結果、40〜100℃熱処理した場合に、高
いMR変化率が得られ、しかも、ばらつきが少なく、高
い歩留まりが得られることがわかった。
As is apparent from Table 1, by using the aluminum oxide film formed by the heat treatment at 60 ° C. in the atmosphere as the insulating layer 3, a high barrier potential of 0.5 to 3 eV and a high MR change rate can be obtained, and the variation can be improved. And a high yield can be obtained. In particular, the yield is high when the barrier potential is 1.5 to 2.5 eV. Also, 30-25
As a result of examining the MR characteristics of a ferromagnetic tunnel junction using an aluminum oxide film obtained by heat treatment in the air at a temperature of 0 ° C. as an insulating layer 3, a high MR ratio was obtained when the heat treatment was performed at 40 to 100 ° C. It was also found that there was little variation and a high yield was obtained.

【0038】実施例2 ガラス基板でなる支持基板4上に、絶縁層3をDLC膜に
よって構成した強磁性トンネル接合を形成した。第1強
磁性層1はCo50Fe50によって構成し、第2強磁性層2は
Coによって構成した。接合面積は0.25〜2500μm2とし
た。第1強磁性層1及び第2強磁性層2は実施例1と同
様の方法で作製した。絶縁膜3を構成するDLC膜は、プ
ラズマCVD法により、層厚5nm、直径3mmφになるよう
成膜し、リフトオフ法によりパタ−ニングした。DLC膜
の成膜条件は以下に示す。
Example 2 A ferromagnetic tunnel junction in which an insulating layer 3 was formed of a DLC film was formed on a supporting substrate 4 made of a glass substrate. The first ferromagnetic layer 1 was made of Co 50 Fe 50 , and the second ferromagnetic layer 2 was made of Co. The bonding area was 0.25 to 2500 μm 2 . The first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 were manufactured in the same manner as in Example 1. The DLC film forming the insulating film 3 was formed by a plasma CVD method so as to have a layer thickness of 5 nm and a diameter of 3 mmφ, and was patterned by a lift-off method. The conditions for forming the DLC film are shown below.

【0039】<DLC膜成膜条件> 到達圧力:2×10-3 Pa 導入ガス:メタン 5sccm スパッタ圧力:3.5Pa RFパワ−:50 W 自己バイアス:−150 V 成膜レ−ト:10nm/min 基板温度:加熱および水冷なし また、比較例として、自然酸化アルミニウム膜を絶縁層
3としたCo50Fe50/酸化アルミニウム/Co強磁性トンネル
接合を作製した。
<DLC film deposition conditions> Ultimate pressure: 2 × 10 -3 Pa Introduced gas: methane 5 sccm Sputter pressure: 3.5 Pa RF power: 50 W Self-bias: -150 V Film deposition rate: 10 nm / min Substrate temperature: no heating and no water cooling As a comparative example, a Co 50 Fe 50 / aluminum oxide / Co ferromagnetic tunnel junction using a natural aluminum oxide film as the insulating layer 3 was produced.

【0040】上記実施例及び比較例のサンプルについ
て、直流4端子法でMR特性を測定して得られた結果を
表2ー1、2ー2に示す。
Tables 2-1 and 2-2 show the results obtained by measuring the MR characteristics of the samples of the above Examples and Comparative Examples by the DC four-terminal method.

【0041】表2から明らかなように、プラズマCVD法
で作製したDLC膜を、絶縁層3として用いることによ
り、高いバリアポテンシャルおよび高いMR変化率が得
られ、しかも、ばらつきが少なく、高い歩留まりが得ら
れることがわかる。例えば、本実施例による接合面積50
×50μm2のサンプルについて、作製した20個のうち、
15個でMR曲線が得られた。MR変化率の平均値は1
8.9%で、変化率のばらつきは±12%であった。ま
た、実施例1と同様に、バリアポテンシャル1.5〜2.5eV
のとき特に歩留りが高かった。これに対して、自然酸化
アルミニウム膜を絶縁層3とした比較例の強磁性トンネ
ル接合においては、バリアポテンシャルは小さく、5個
しかMR曲線が観測できず、MR変化率平均値は3.3%
と低く、ばらつきは±88%と非常に大きかった。
As is apparent from Table 2, by using the DLC film produced by the plasma CVD method as the insulating layer 3, a high barrier potential and a high MR ratio can be obtained, and further, there is little variation and a high yield. It can be seen that it can be obtained. For example, the bonding area 50 according to this embodiment is
× 20 μm 2 sample
An MR curve was obtained with 15 pieces. The average value of MR change rate is 1
At 8.9%, the variation in the rate of change was ± 12%. Further, similarly to the first embodiment, the barrier potential is 1.5 to 2.5 eV
In particular, the yield was high. On the other hand, in the ferromagnetic tunnel junction of the comparative example using the natural aluminum oxide film as the insulating layer 3, the barrier potential was small, and only five MR curves could be observed, and the average MR change rate was 3.3%.
And the variation was as large as ± 88%.

【0042】次に、接合面積と反転磁場との関係につい
て述べる。接合面積が小さいほど絶縁層3のピンホール
などの欠陥が少なくなるため高い歩留まりが得られるこ
とは報告されている。表1および表2からわかるよう
に、本実施例の強磁性トンネル接合において、接合面積
が小さいほどMR変化率は高く、また高い歩留まりが得
られる。特にバリアポテンシャル1.5〜2.5eVのときに歩
留りが高くなる。また、図5に示す磁場Hab、即ち、
第1強磁性層1の磁化が反転する磁場が、負の方向にシ
フトしていくことがわかった。特に、接合面積が10μ
m2より小さくバリアポテンシャルが1.5〜2.5eVのとき、
零磁場において第1強磁性層1と第2強磁性層2の各々
の磁化が反平行状態になる。このことは、両磁性層間に
反強磁性的結合力が作用していることを示している。接
合面積が10μm2より小さい場合に高いMR変化率と高
い歩留まりが得られたのは、均一でピンホールの非常に
少ない絶縁層3を用い、かつ、接合面積を小さくするこ
とにより、両磁性層間に反強磁性的結合が生じたためと
考えられる。また実施例1−7及び実施例2−8に示す
ように、接合面積が10μm2以下でもバリアポテンシャ
ルが2.5eVより大きいと、両磁性層間で反強磁性的接合
は得られず、歩留りも若干低下する。
Next, the relationship between the junction area and the switching magnetic field will be described. It is reported that the smaller the bonding area, the smaller the number of defects such as pinholes in the insulating layer 3 and the higher the yield. As can be seen from Tables 1 and 2, in the ferromagnetic tunnel junction of this example, the smaller the junction area, the higher the MR ratio and the higher the yield. In particular, the yield increases when the barrier potential is 1.5 to 2.5 eV. The magnetic field Hab shown in FIG.
It has been found that the magnetic field at which the magnetization of the first ferromagnetic layer 1 is reversed shifts in the negative direction. In particular, when the bonding area is 10μ
When the barrier potential is smaller than m 2 and the barrier potential is 1.5 to 2.5 eV,
In a zero magnetic field, the magnetizations of the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2 become antiparallel. This indicates that an antiferromagnetic coupling force is acting between the two magnetic layers. When the junction area is smaller than 10 μm 2 , a high MR ratio and a high yield were obtained because the insulating layer 3 having a uniform and very few pinholes was used, and the joint area was reduced. It is considered that the antiferromagnetic coupling occurred in FIG. Also, as shown in Examples 1-7 and 2-8, if the barrier potential is larger than 2.5 eV even when the junction area is 10 μm 2 or less, an antiferromagnetic junction cannot be obtained between the two magnetic layers, and the yield is slightly increased. descend.

【0043】次に、本発明に係る強磁性トンネル接合
を、磁気ヘッドへ適用した例について述べる。 <本発明のMRヘッド>実施例2によるCo50Fe50/DLC/C
o強磁性トンネル接合を磁気抵抗効果膜に用いた再生用
磁気抵抗効果型ヘッドを作製し、磁気記録媒体に書き込
まれた記録信号を読み出し、再生感度および再生出力を
調べ、従来のAMR磁気抵抗効果型ヘッドと比較した。図
6に本発明にかかる強磁性トンネル接合を用いた再生用
磁気ヘッドの模式図を示す。次に、ヘッドの作製方法に
ついて説明する。
Next, an example in which the ferromagnetic tunnel junction according to the present invention is applied to a magnetic head will be described. <MR head of the present invention> Co 50 Fe 50 / DLC / C according to Example 2
o Fabrication of a magnetoresistive head for reproduction using a ferromagnetic tunnel junction as a magnetoresistive film, reading of a recording signal written to a magnetic recording medium, examination of reproduction sensitivity and reproduction output, and the conventional AMR magnetoresistance effect Compared with the mold head. FIG. 6 is a schematic view of a reproducing magnetic head using a ferromagnetic tunnel junction according to the present invention. Next, a method for manufacturing the head will be described.

【0044】まず、膜厚30μmのアルミナ絶縁膜が形
成されたAl2O3ーTiC基板(図示しない)上に下部シ−ル
ド膜71として、DCスパッタ法を用いて、膜厚2μm
のセンダスト膜を形成し、フォトリソグラフおよびAr
イオンエッチングにより所定の形状にした。
First, on an Al 2 O 3 —TiC substrate (not shown) on which a 30 μm-thick alumina insulating film was formed, a 2 μm-thick film was formed as a lower shield film 71 by DC sputtering.
Is formed by photolithography and Ar
A predetermined shape was formed by ion etching.

【0045】次に、この上に下部絶縁層81として、R
Fスパッタ法を用いて、膜厚80nmのアルミナ膜を形成
し、続いて、第1電極膜61として、レジストパタ−ニ
ング後、Cr(5nm)/Cu(30nm)/Cr(5nm)膜をDCスパッタ法
により成膜し、リフトオフ法で所定の形状に加工した。
Next, as a lower insulating layer 81, R
An alumina film having a film thickness of 80 nm is formed by the F sputtering method, and subsequently, a Cr (5 nm) / Cu (30 nm) / Cr (5 nm) film is DC-sputtered as a first electrode film 61 after resist patterning. A film was formed by a method and processed into a predetermined shape by a lift-off method.

【0046】次に、膜厚10nmのCo50Fe50膜でなる第1
強磁性層1、膜厚5nmのDLC膜でなる絶縁膜3及び膜厚
5nmのCo膜でなる第2強磁性層2を積層し、それによ
って強磁性トンネル接合9を形成した。強磁性トンネル
接合の形成方法について述べる。
Next, a first 50 nm-thick Co 50 Fe 50 film is used.
A ferromagnetic layer 1, an insulating film 3 made of a DLC film having a thickness of 5 nm, and a second ferromagnetic layer 2 made of a Co film having a thickness of 5 nm were stacked, thereby forming a ferromagnetic tunnel junction 9. A method for forming a ferromagnetic tunnel junction will be described.

【0047】まず、レジストパタ−ニング後第1強磁性
層1として、Co50Fe50(10nm)層をRFスパッタ法で形成
し、絶縁層3としてDLC(5nm)層をプラズマCVD法で形成
した。次に、第2強磁性層2として、Co(10nm)層をRF
スパッタ法で形成し、リフトオフ法により幅1μm ×長
さ6μm の形状にした。
First, after the resist patterning, the first ferromagnetic
As layer 1, Co50Fe50(10nm) layer formed by RF sputtering
Then, a DLC (5 nm) layer is formed as an insulating layer 3 by a plasma CVD method.
did. Next, as the second ferromagnetic layer 2, a Co (10 nm) layer is RF-coated.
Formed by sputtering method, 1μm width by lift-off method X length
6μm Of the shape.

【0048】最後に、第1電極膜61と同じ方法で、レ
ジストパタ−ニング後、第2電極膜62としてCr(5nm)/
Cu(30nm)/Cr(5nm)膜を成膜し、リフトオフ法で所定の形
状に加工した。なお、第2電極膜を成膜する前に、第2
強磁性層2の上部に形成された表面酸化層などを逆スパ
ッタで除去し、最終的な第2強磁性層厚が5μnm になる
ようにした。その上に、上部絶縁層82として膜厚90
nmのアルミナ膜を形成した。
Finally, in the same manner as the first electrode film 61,
After the distaste patterning, Cr (5 nm) /
A Cu (30 nm) / Cr (5 nm) film is formed and lifted off to a specified shape.
Processed into a shape. Before forming the second electrode film, the second electrode film is formed.
Reverse the surface oxide layer formed on the ferromagnetic layer 2
And the final thickness of the second ferromagnetic layer is 5 μnm. become
I did it. On top of this, a film thickness 90
A nm alumina film was formed.

【0049】次に、上部シ−ルド膜72として、膜厚2
μmのNiFe膜をDCスパッタ法で成膜し、フォトリソお
よびArイオンエッチングにより所定の形状にした。最
後に、めっき法でCuのバンプ電極膜を作製したのち、
保護膜として膜厚30μmのアルミナ膜を被せた。その
後、所定の大きさに加工研磨して接合面積が幅1μm
長さ1μm の再生用磁気抵抗効果型ヘッドとした。すな
わち、ヘッドのトラック幅は1μmおよびMRハイトは
1μm、MRシ−ルド間隔は0.27μmとした。 <従来のAMRヘッド:比較例>比較のため、図7に示す
ような、SALバイアス方式のNiFe層をMR膜としたトラ
ック幅1μm、MRハイト1μm、MRシ−ルド間隔0.27
μmの従来のAMRヘッドも作製した。作製方法を以下に示
す。下部絶縁層81の形成までは本発明の強磁性トンネ
ル接合型MRヘッドと同じである。下部絶縁層81を形
成した後、まずSAL膜としてNiFeRh膜51、磁気分離膜
としてTa膜52及び、MR膜としてNiFe膜53をDCス
パッタ法で成膜し、微細加工技術により矩形状に加工し
た。その後、電極膜61、62、上部絶縁層82及び上
部シ−ルド膜72を薄膜及び微細加工技術で形成した。
Next, as the upper shield film 72,
A μm NiFe film is formed by DC sputtering,
And a predetermined shape by Ar ion etching. Most
Later, after preparing a bump electrode film of Cu by plating method,
An alumina film having a thickness of 30 μm was covered as a protective film. That
After that, it is processed and polished to a predetermined size, and the bonding area is 1 μm in width. ,
Length 1μm Of the magnetoresistive head for reproduction. sand
That is, the track width of the head is 1 μm and the MR height is
1 μm and the MR shield interval was 0.27 μm. <Conventional AMR Head: Comparative Example> For comparison, FIG.
Such a SAL bias type NiFe layer is used as a MR film.
Lock width 1 μm, MR height 1 μm, MR shield interval 0.27
A μm conventional AMR head was also fabricated. The fabrication method is shown below.
You. Until the lower insulating layer 81 is formed, the ferromagnetic tunnel of the present invention is used.
This is the same as a multi-junction type MR head. Form the lower insulating layer 81
After the formation, first, a NiFeRh film 51 as a SAL film, a magnetic separation film
A Ta film 52 as a DC film and a NiFe film 53 as an MR film.
It is formed by the putter method and processed into a rectangular shape by the fine processing technology.
Was. Thereafter, the electrode films 61 and 62, the upper insulating layer 82 and the upper
The partial shield film 72 was formed by a thin film and fine processing technique.

【0050】この磁気ヘッドを用いて、保磁力2500Oe
、膜厚50nmの磁気記録媒体に書き込まれた記録信号
を再生し、特性を調べた。図8は、単位トラック幅当た
りの再生出力と記録密度を比較した図である。曲線L3
は本発明に係る強磁性トンネル接合を用いた磁気ヘッド
の特性、曲線L4は従来のAMRヘッドの特性をそれぞれ
示している。図8に示すように、本発明の再生用磁気抵
抗効果型ヘッドによれば、従来のAMRヘッドより4〜5
倍の再生出力が得られた。
Using this magnetic head, a coercive force of 2500 Oe
Then, a recording signal written on a magnetic recording medium having a thickness of 50 nm was reproduced, and its characteristics were examined. FIG. 8 is a diagram comparing the reproduction output per unit track width with the recording density. Curve L3
Represents the characteristic of the magnetic head using the ferromagnetic tunnel junction according to the present invention, and curve L4 represents the characteristic of the conventional AMR head. As shown in FIG. 8, according to the reproducing magnetoresistive head of the present invention, 4 to 5 times more than the conventional AMR head.
Double playback output was obtained.

【0051】[0051]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、次
のような効果を得ることができる。 (a)高いMR変化率を、再現性良く得ることのできる
強磁性トンネル接合を提供することができる (b)磁気抵抗効果素子または磁気ヘッド等への応用に
おいて、構造を簡素化し得る強磁性トンネル接合を提供
することができる。
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained. (A) A ferromagnetic tunnel junction capable of obtaining a high MR ratio with good reproducibility can be provided. (B) A ferromagnetic tunnel capable of simplifying the structure in application to a magnetoresistive element or a magnetic head. Bonding can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る強磁性トンネル接合を模式的に示
す斜視図
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a ferromagnetic tunnel junction according to the present invention.

【図2】図1のA2ーA2線に沿った断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line A2-A2 in FIG.

【図3】強磁性トンネル接合の磁気抵抗変化率特性を示
す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a magnetoresistance change rate characteristic of a ferromagnetic tunnel junction.

【図4】強磁性トンネル接合の磁化曲線を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a magnetization curve of a ferromagnetic tunnel junction.

【図5】本発明に係る強磁性トンネル接合の磁気抵抗変
化率特性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a magnetoresistance change rate characteristic of the ferromagnetic tunnel junction according to the present invention.

【図6】本発明に係る強磁性トンネル接合を用いた磁気
ヘッドの構成を概略的に示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view schematically showing a configuration of a magnetic head using a ferromagnetic tunnel junction according to the present invention.

【図7】AMR効果を用いた従来の磁気ヘッドの構成を示
す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional magnetic head using the AMR effect.

【図8】本発明の再生磁気ヘッドと従来のAMRヘッド
の再生特性を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing the reproduction characteristics of the reproduction magnetic head of the present invention and a conventional AMR head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1強磁性層 2 第2強磁性層 3 絶縁層 4 基板 51 SAL膜 52 磁気分離膜 53 MR膜 61、62 電極膜 71 下部シ−ルド膜 72 上部シ−ルド膜 81 下部絶縁層 82 上部絶縁層 9 強磁性トンネル接合 REFERENCE SIGNS LIST 1 first ferromagnetic layer 2 second ferromagnetic layer 3 insulating layer 4 substrate 51 SAL film 52 magnetic separation film 53 MR film 61, 62 electrode film 71 lower shield film 72 upper shield film 81 lower insulating layer 82 upper Insulation layer 9 Ferromagnetic tunnel junction

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成9年3月7日[Submission date] March 7, 1997

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項4[Correction target item name] Claim 4

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0017】もう一つの理由は、上述したバリアポテン
シャルの範囲では、第1強磁性層1と第2強磁性層2と
の間に、絶縁層3を介して、安定した反強磁性結合を
生じるためと推測される。バリアポテンシャルが1.5〜
2.5eVの範囲では、特に好ましい結果が得られた。
[0017] Another reason is that the range of the above-mentioned barrier potential between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2, through the insulating layer 3, a stable antiferromagnetic coupling It is presumed to occur. Barrier potential 1.5 ~
In the range of 2.5 eV, particularly preferable results were obtained.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0020[Correction target item name] 0020

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0020】次に、バリアポテンシャルが0.5〜3eVと
なる範囲において、第1強磁性層1と第2強磁性層2と
の間に、絶縁層3を介して、安定した反強磁性結合を
生じさせ得る可能性は、この強磁性トンネル接合を、磁
気ヘッドの読み取り用磁気変換素子に用いる場合に大き
な利点をもたらす。
Next, to the extent that the barrier potential is 0.5~3EV, between the first ferromagnetic layer 1 and the second ferromagnetic layer 2, through the insulating layer 3, a stable antiferromagnetic coupling The possibility that can be created brings a great advantage when this ferromagnetic tunnel junction is used for a read magnetic transducer of a magnetic head.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0036[Correction target item name] 0036

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0036】一方、自然酸化アルミニウム膜を絶縁層3
とした比較例の強磁性トンネル接合においては、バリア
ポテンシャルは0.2eVしか得られなかった。また、4個
しかMR曲線が観測できず、MR変化率平均値は1.5%
と低く、平均値ばらつき±88%と非常に大きかった。
種々の接合面積についても同様の評価を行なった。これ
らの結果を表1ー1、1ー2に示す。
On the other hand, the natural aluminum oxide film is
In the ferromagnetic tunnel junction of the comparative example, the barrier potential was only obtained at 0.2 eV. Also, only four MR curves could be observed, and the average MR change rate was 1.5%.
The average value variation was ± 88%, which was very large.
Similar evaluations were made for various bonding areas. The results are shown in Tables 1-1 and 1-2.

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成9年5月22日[Submission date] May 22, 1997

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項9[Correction target item name] Claim 9

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0007】更に、T.Miyazaki及びN.Tezuka等は、J.Ma
gn.Magn.Mater.139(1995)L231において、Fe/Al2O3/Feト
ンネル接合で室温においてMR変化率18%が得られた
と報告している。また、M.Pomerantz,J.C.Sloczewski
びE.Spiller等は、Fe/a-Carbon/Fe膜について開示して
いる。
Further, T. Miyazaki and N. Tezuka et al.
139 (1995) L231 reports that a Fe / Al 2 O 3 / Fe tunnel junction achieved an MR change rate of 18% at room temperature. Also, M. Pomerantz, JCSloczewski , E. Spiller and the like disclose Fe / a-Carbon / Fe films.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0024[Correction target item name] 0024

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0024】なお、M.Pomerantz,J.C.Sloczewski及びE.
Spiller等が開示した中間膜のC膜は、MBE法で作製
したアモルファス−C膜であり、プラズマCVD法で作
製したDLC膜とは異なる。具体的には、アモルファス
−C膜は炭素同士がネットワ−ク状に結合しているもの
であるが、本発明のDLC膜は炭素と水素がネットワ−
ク状に結合しており、本質的に異なるものである。
Incidentally, M. Pomerantz, JCSloczewski and E.
The intermediate C film disclosed by Spiller et al. Is an amorphous-C film manufactured by the MBE method, and is different from the DLC film manufactured by the plasma CVD method. Specifically, the amorphous-C film is a film in which carbons are bonded to each other in a network, while the DLC film of the present invention is formed by combining carbon and hydrogen in a network.
And are essentially different.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 学 東京都中央区日本橋1丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 (72)発明者 荒木 悟 東京都中央区日本橋1丁目13番1号 ティ ーディーケイ株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Manabu Ota 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo Inside TDK Corporation (72) Inventor Satoru Araki 1-13-1 Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo TDK Inside the corporation

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1強磁性層と、絶縁層と、第2強磁性
層とが順次積層されてなる強磁性トンネル接合であっ
て、 前記絶縁層によるバリアポテンシャルが0.5〜3eVの範
囲にある強磁性トンネル接合。
1. A ferromagnetic tunnel junction in which a first ferromagnetic layer, an insulating layer, and a second ferromagnetic layer are sequentially stacked, wherein a barrier potential of the insulating layer is in a range of 0.5 to 3 eV. Ferromagnetic tunnel junction.
【請求項2】 請求項1に記載された強磁性トンネル接
合であって、 前記絶縁層によるバリアポテンシャルは1.5〜2.5eVの範
囲にある強磁性トンネル接合。
2. The ferromagnetic tunnel junction according to claim 1, wherein a barrier potential of the insulating layer is in a range of 1.5 to 2.5 eV.
【請求項3】 請求項1に記載された強磁性トンネル接
合であって、 前記第1強磁性層の保磁力と、前記第2強磁性層の保磁
力とが異なる強磁性トンネル接合。
3. The ferromagnetic tunnel junction according to claim 1, wherein the coercive force of the first ferromagnetic layer is different from the coercive force of the second ferromagnetic layer.
【請求項4】 請求項1に記載された強磁性トンネル接
合であって、 前記第1強磁性層および前記第2強磁性層が、前記絶縁
層を介して、反強磁性結合している強磁性トンネル接
合。
4. The ferromagnetic tunnel junction according to claim 1, wherein said first ferromagnetic layer and said second ferromagnetic layer are antiferromagnetically coupled via said insulating layer. Magnetic tunnel junction.
【請求項5】 請求項1に記載された強磁性トンネル接
合であって、 前記絶縁層は、成膜後に大気中において40〜100℃
で熱処理して形成した酸化アルミニウム膜である強磁性
トンネル接合。
5. The ferromagnetic tunnel junction according to claim 1, wherein the insulating layer is formed at 40 to 100 ° C. in air after being formed.
Ferromagnetic tunnel junction, an aluminum oxide film formed by heat treatment at
【請求項6】 請求項1に記載された強磁性トンネル接
合であって、 前記絶縁層は、ダイアモンド状炭素膜である強磁性トン
ネル接合。
6. The ferromagnetic tunnel junction according to claim 1, wherein the insulating layer is a diamond-like carbon film.
【請求項7】 請求項1に記載された強磁性トンネル接
合であって、 トンネル接合部分の面積が10μm2以下である強磁性ト
ンネル接合。
7. The ferromagnetic tunnel junction according to claim 1, wherein the area of the tunnel junction is 10 μm 2 or less.
【請求項8】 強磁性トンネル接合を感磁部とする磁気
抵抗効果素子であって、 前記強磁性トンネル接合は、請求項1乃至7に記載され
た何れかでなる磁気抵抗効果素子。
8. A magnetoresistive element using a ferromagnetic tunnel junction as a magneto-sensitive portion, wherein the ferromagnetic tunnel junction is any one of claims 1 to 7.
【請求項9】 磁気抵抗効果素子を有する磁気抵抗効果
型ヘッドであって、 前記磁気抵抗効果素子は、請求項7に記載されたもので
なる磁気抵抗効果型ヘッド。
9. A magnetoresistive head having a magnetoresistive element, wherein the magnetoresistive element is as described in claim 7.
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