JPH11243238A - 磁気抵抗素子 - Google Patents
磁気抵抗素子Info
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- JPH11243238A JPH11243238A JP10044142A JP4414298A JPH11243238A JP H11243238 A JPH11243238 A JP H11243238A JP 10044142 A JP10044142 A JP 10044142A JP 4414298 A JP4414298 A JP 4414298A JP H11243238 A JPH11243238 A JP H11243238A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/3227—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films
- H01F10/3231—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films via a non-magnetic spacer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
- H01F10/3281—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn only by use of asymmetry of the magnetic film pair itself, i.e. so-called pseudospin valve [PSV] structure, e.g. NiFe/Cu/Co
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の非磁性層を強磁性相が挟んで積層され
ている磁気抵抗素子においてより大きな感磁率を有する
磁気抵抗素子を提供することにある。 【解決手段】 強磁性層が非磁性層を挟んで積層される
磁気抵抗材料に於いて、非磁性層がＮｉ1-Y Ｃｕ
Y （０．３≦Ｙ≦０．９）で少なくとも一方の強磁性層
がＦｅもしくはＦｅX Ｎｉ1-X （０．１５≦Ｘ≦０．
６）となった磁気抵抗素子である。
ている磁気抵抗素子においてより大きな感磁率を有する
磁気抵抗素子を提供することにある。 【解決手段】 強磁性層が非磁性層を挟んで積層される
磁気抵抗材料に於いて、非磁性層がＮｉ1-Y Ｃｕ
Y （０．３≦Ｙ≦０．９）で少なくとも一方の強磁性層
がＦｅもしくはＦｅX Ｎｉ1-X （０．１５≦Ｘ≦０．
６）となった磁気抵抗素子である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁界センサに用いら
れる磁気抵抗素子に関わり、特に磁気記録において再生
ヘッドとして使用される磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘ
ッド）の磁気抵抗素子に関するものである。
れる磁気抵抗素子に関わり、特に磁気記録において再生
ヘッドとして使用される磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘ
ッド）の磁気抵抗素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気記録の進歩は著しく、家庭用
ＶＴＲの分野では小型、軽量化のために、また磁気ディ
スク装置の分野では小型、大容量化のために記録密度の
向上が進められている。
ＶＴＲの分野では小型、軽量化のために、また磁気ディ
スク装置の分野では小型、大容量化のために記録密度の
向上が進められている。
【０００３】特に磁気ディスク装置を例にとると、記録
密度を向上させるため記録再生分離型ヘッドの開発が活
発である。これらに記録再生分離型ヘッドの再生ヘッド
としては通常ＭＲヘッドが使用されている。磁気ディス
ク装置の小型化のために媒体とヘッドとの相対速度が低
下すると従来のインダクティブヘッドでは出力が低下す
るという欠点を有しているが、ＭＲヘッドは出力が相対
速度に依存せず一定であるという特徴を有するからであ
る。
密度を向上させるため記録再生分離型ヘッドの開発が活
発である。これらに記録再生分離型ヘッドの再生ヘッド
としては通常ＭＲヘッドが使用されている。磁気ディス
ク装置の小型化のために媒体とヘッドとの相対速度が低
下すると従来のインダクティブヘッドでは出力が低下す
るという欠点を有しているが、ＭＲヘッドは出力が相対
速度に依存せず一定であるという特徴を有するからであ
る。
【０００４】このＭＲヘッドの感磁部には通常パーマロ
イ単層膜が使用されている。パーマロイ膜は異方性磁界
が小さいため感度はよいが、磁気抵抗効果は高々３％と
決して大きくはない。そのため、パーマロイ単層膜を感
磁部に用いたＭＲヘッドは再生出力が必ずしも充分では
ないという欠点がある。
イ単層膜が使用されている。パーマロイ膜は異方性磁界
が小さいため感度はよいが、磁気抵抗効果は高々３％と
決して大きくはない。そのため、パーマロイ単層膜を感
磁部に用いたＭＲヘッドは再生出力が必ずしも充分では
ないという欠点がある。
【０００５】一方、数原子層の非磁性層が異方性磁界の
異なる強磁性相に挟まれている磁気抵抗素子が大きな磁
気抵抗効果を示すことは、Ｃｏ／Ｃｕ／ＦｅＮｉ等のス
ピンバルブ型構造において見出されており公知である。
しかし、これらの素子においても磁気抵抗変化率は１０
％未満で、次世代の高記録密度用の素子としてさらに大
きな変化率が望まれている。
異なる強磁性相に挟まれている磁気抵抗素子が大きな磁
気抵抗効果を示すことは、Ｃｏ／Ｃｕ／ＦｅＮｉ等のス
ピンバルブ型構造において見出されており公知である。
しかし、これらの素子においても磁気抵抗変化率は１０
％未満で、次世代の高記録密度用の素子としてさらに大
きな変化率が望まれている。
【０００６】数原子層の非磁性層が異方性磁界の異なる
強磁性層に挟まれた積層膜が磁気抵抗効果を示すことは
Sinjo 等による文献（T. Sinjo and H. Yamamoto: J. P
hys.Soc. Jpn. ,Vol.59 (1990), p3061）で公知であ
る。これは、次のように理解される。積層膜に対して、
ある方向に磁界を印加したときに、２つの磁性膜の異方
性磁界が異なるために磁化が反転する磁界に差が生じ、
ある範囲の磁界に於いてこれら磁性層の磁化が反平行に
なる状態が実現する。更に強い磁界の印加でこれら磁化
は平行な状態となるが、磁化が平行の時の電気抵抗は反
平行の時より小さくなる。これが、積層膜における磁気
抵抗効果の一つとして知られており、Ｃｏ／Ｃｕ／Ｆｅ
Ｎｉはその代表例である。
強磁性層に挟まれた積層膜が磁気抵抗効果を示すことは
Sinjo 等による文献（T. Sinjo and H. Yamamoto: J. P
hys.Soc. Jpn. ,Vol.59 (1990), p3061）で公知であ
る。これは、次のように理解される。積層膜に対して、
ある方向に磁界を印加したときに、２つの磁性膜の異方
性磁界が異なるために磁化が反転する磁界に差が生じ、
ある範囲の磁界に於いてこれら磁性層の磁化が反平行に
なる状態が実現する。更に強い磁界の印加でこれら磁化
は平行な状態となるが、磁化が平行の時の電気抵抗は反
平行の時より小さくなる。これが、積層膜における磁気
抵抗効果の一つとして知られており、Ｃｏ／Ｃｕ／Ｆｅ
Ｎｉはその代表例である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
の非磁性層を強磁性相が挟んで積層されている磁気抵抗
素子においてより大きな感磁率を有する磁気抵抗素子を
提供することにある。
の非磁性層を強磁性相が挟んで積層されている磁気抵抗
素子においてより大きな感磁率を有する磁気抵抗素子を
提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気抵抗素子
は、強磁性層が非磁性層を挟んで積層される磁気抵抗材
料に於いて、非磁性層がＮｉ1-Y ＣｕY （０．３≦Ｙ≦
０．９）で少なくとも一方の強磁性層がＦｅもしくはＦ
ｅX Ｎｉ1-X （０．１５≦Ｘ≦０．６）であることを特
徴とする。
は、強磁性層が非磁性層を挟んで積層される磁気抵抗材
料に於いて、非磁性層がＮｉ1-Y ＣｕY （０．３≦Ｙ≦
０．９）で少なくとも一方の強磁性層がＦｅもしくはＦ
ｅX Ｎｉ1-X （０．１５≦Ｘ≦０．６）であることを特
徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明者は、理論的考察からＮｉ
層に接するＦｅ層の磁気モーメントがバルクでの値に較
べて顕著に大きい値を示すことを見出し、本発明に至っ
た。
層に接するＦｅ層の磁気モーメントがバルクでの値に較
べて顕著に大きい値を示すことを見出し、本発明に至っ
た。
【００１０】本発明による考えは、以下に述べる磁気抵
抗効果の発生メカニズムに関する考察から導かれた。Ｃ
ｕ等の非磁性層を挟んだ積層構造の磁気抵抗素子の場
合、電気伝導を担うのは主にＣｕの４ｓ電子と考えられ
る。磁性層との界面近傍には原子の相互拡散のため、Ｃ
ｕ層側にも僅かな磁性原子が侵入し、磁性原子の持つ空
間的に局在した３ｄ軌道がＣｕの４ｓ軌道との混成によ
って仮想束縛状態を形成する。この束縛準位がＣｕの４
ｓ電子によって作られたフェルミ準位近傍に位置する
と、４ｓ電子にとって散乱体として働き電気抵抗の原因
となる。このＣｕ層にはみ出した磁性原子は、磁性層か
ら完全に分離されてはいないので、磁性層の磁化の方向
と同じ方向にスピン分極している。従って、仮想束縛状
態も上向きスピンと下向きスピンでエネルギー位置が異
なることになる。図１にＣｕ中にはみ出した遷移金属不
純物の仮想束縛状態の電子状態密度の模式図を示す。遷
移金属原子がＴｉやＶの場合、フェルミ準位は図１中の
縦線ａの位置にくるので、Ｃｕの４ｓ電子の下向きスピ
ンが強く散乱される（３ｄ状態に捕まる）ため、電気伝
導は主に上向きスピンの４ｓ電子が担うことになる。遷
移金属原子の原子番号が更に進んでＣｒやＭｎになる
と、フェルミ準位は図中のｂの位置にくるので、Ｃｕの
４ｓ電子のいずれのスピンも大きな散乱を受けないので
これら不純物原子による電気抵抗の変化は小さい。遷移
金属元素がＦｅやＣｏになるとフェルミ準位が図中ｃの
位置にくるので、Ｃｕの４ｓ電子の上向きスピンが強く
散乱されることになるので、電気伝導は主に下向きスピ
ンの４ｓ電子が担うことになる。以上は、Ｃｕ層の片側
に接する磁性層との界面近傍で起こるスピンに依存した
不純物散乱の機構であるが、両側に磁性層があれば当然
一方の界面で起こった散乱は他方の界面でも同様に起こ
る。いま、両サイドの磁性層がＦｅの場合を考えてみ
る。両サイドのＦｅの磁化が同じ方向を向いている場
合、何れの界面でも上向きスピンの４ｓ電子が強く散乱
されるので、下向きスピンの４ｓ電子はどの界面でも大
きな抵抗を受けずに伝導する。一方、両サイドのＦｅの
磁化が反平行の場合には、上向きスピンと下向きスピン
のエネルギー準位が両サイドで逆の位置関係になるの
で、フェルミ準位近傍に存在するＦｅの仮想束縛状態
が、一方のサイドで上向きスピンの場合もう一方のサイ
ドでは下向きスピンとなる。このため、いずれのスピン
の４ｓ電子もどちらかのサイドで必ず散乱されることと
なり、電気抵抗は増大する結果となる。このことが、２
つの磁性層の磁化が平行の場合と反平行の場合で電気抵
抗に差を生じさせ、磁場の影響で起こる磁気抵抗効果の
原因となる。
抗効果の発生メカニズムに関する考察から導かれた。Ｃ
ｕ等の非磁性層を挟んだ積層構造の磁気抵抗素子の場
合、電気伝導を担うのは主にＣｕの４ｓ電子と考えられ
る。磁性層との界面近傍には原子の相互拡散のため、Ｃ
ｕ層側にも僅かな磁性原子が侵入し、磁性原子の持つ空
間的に局在した３ｄ軌道がＣｕの４ｓ軌道との混成によ
って仮想束縛状態を形成する。この束縛準位がＣｕの４
ｓ電子によって作られたフェルミ準位近傍に位置する
と、４ｓ電子にとって散乱体として働き電気抵抗の原因
となる。このＣｕ層にはみ出した磁性原子は、磁性層か
ら完全に分離されてはいないので、磁性層の磁化の方向
と同じ方向にスピン分極している。従って、仮想束縛状
態も上向きスピンと下向きスピンでエネルギー位置が異
なることになる。図１にＣｕ中にはみ出した遷移金属不
純物の仮想束縛状態の電子状態密度の模式図を示す。遷
移金属原子がＴｉやＶの場合、フェルミ準位は図１中の
縦線ａの位置にくるので、Ｃｕの４ｓ電子の下向きスピ
ンが強く散乱される（３ｄ状態に捕まる）ため、電気伝
導は主に上向きスピンの４ｓ電子が担うことになる。遷
移金属原子の原子番号が更に進んでＣｒやＭｎになる
と、フェルミ準位は図中のｂの位置にくるので、Ｃｕの
４ｓ電子のいずれのスピンも大きな散乱を受けないので
これら不純物原子による電気抵抗の変化は小さい。遷移
金属元素がＦｅやＣｏになるとフェルミ準位が図中ｃの
位置にくるので、Ｃｕの４ｓ電子の上向きスピンが強く
散乱されることになるので、電気伝導は主に下向きスピ
ンの４ｓ電子が担うことになる。以上は、Ｃｕ層の片側
に接する磁性層との界面近傍で起こるスピンに依存した
不純物散乱の機構であるが、両側に磁性層があれば当然
一方の界面で起こった散乱は他方の界面でも同様に起こ
る。いま、両サイドの磁性層がＦｅの場合を考えてみ
る。両サイドのＦｅの磁化が同じ方向を向いている場
合、何れの界面でも上向きスピンの４ｓ電子が強く散乱
されるので、下向きスピンの４ｓ電子はどの界面でも大
きな抵抗を受けずに伝導する。一方、両サイドのＦｅの
磁化が反平行の場合には、上向きスピンと下向きスピン
のエネルギー準位が両サイドで逆の位置関係になるの
で、フェルミ準位近傍に存在するＦｅの仮想束縛状態
が、一方のサイドで上向きスピンの場合もう一方のサイ
ドでは下向きスピンとなる。このため、いずれのスピン
の４ｓ電子もどちらかのサイドで必ず散乱されることと
なり、電気抵抗は増大する結果となる。このことが、２
つの磁性層の磁化が平行の場合と反平行の場合で電気抵
抗に差を生じさせ、磁場の影響で起こる磁気抵抗効果の
原因となる。
【００１１】以上が、２つの強磁性相が非磁性層を挟ん
で積層された薄膜の磁気抵抗効果の機構である。さて、
上記の解釈に基づくと、大きな磁気抵抗変化率を得るた
めの指針として、用いる磁性層の（ａ）スピン分極が大
きいこと、（ｂ）フェルミ準位での磁性層の電子状態密
度の値が上向きスピンと下向きスピンで大きく異なるこ
と、更に（ｃ）室温付近におけるスピンの揺らぎが小さ
いこと、が挙げられる。
で積層された薄膜の磁気抵抗効果の機構である。さて、
上記の解釈に基づくと、大きな磁気抵抗変化率を得るた
めの指針として、用いる磁性層の（ａ）スピン分極が大
きいこと、（ｂ）フェルミ準位での磁性層の電子状態密
度の値が上向きスピンと下向きスピンで大きく異なるこ
と、更に（ｃ）室温付近におけるスピンの揺らぎが小さ
いこと、が挙げられる。
【００１２】磁気抵抗効果は直接的には上記（ｂ）の効
果でもたらされるが、図１からも分かるように、一般に
この条件は（ａ）のスピン分極が大きいことと関連して
くる。即ち、図中の縦線の位置で上向きスピンと下向き
スピンの電子状態密度に大きな差が生じるためには、上
向きスピンと下向きスピンの状態密度のピークがエネル
ギー的に大きく分裂している必要がある。これは、
（ａ）のスピン分極が大きいことを意味しており、観測
される特性としては磁気モーメントが大きいことに対応
する。前述したＦｅはバルクの特性から考えて上記
（ａ）、（ｃ）の条件を満たしており、また、孤立した
Ｆｅ原子がＣｕ中にある場合、フェルミレベルがちょう
どＦｅの下向きスピンの仮想束縛準位の位置にくること
も計算で確認されており、上記（ｃ）の条件も満たされ
ていると言える。しかし、実際には磁性層としてＦｅよ
りも、パーマロイ（ＦｅX Ｎｉ1-X ；Ｘ〜０．２）を用
いた方が磁気抵抗変化率は大きくなる。これは、パーマ
ロイの磁化はバルクのＦｅの半分程度と小さいが、パー
マロイ中のＦｅ原子の磁気モーメントは２．９μB （μ
B ：ボーア磁子）と非常に大きく（純Ｆｅの磁気モーメ
ントは約２．２μB ）、Ｃｕとの界面においてはこのＦ
ｅ原子の大きな磁気モーメントが磁気抵抗に大きく寄与
するためと考えられる。即ち、Ｆｅ原子の磁気モーメン
トはＮｉ原子と接することでより大きくなり、Ｃｕ中に
しみ出てもその影響が磁気抵抗効果に反映されると考え
られる。Ｆｅの磁気モーメントがＮｉ原子によって大き
くなるのは次のように解釈される。Ｎｉの３ｄ準位はＦ
ｅよりエネルギー的に深い位置にあるため、これらが混
成した場合、Ｎｉの３ｄ軌道が主に結合軌道、Ｆｅの３
ｄ軌道が主に反結合軌道を形成する。これによってＦｅ
の３ｄ準位はより高いエネルギーレベルに押し上げられ
るが、この効果は主に下向きスピン状態において顕著に
起こる。従って、主に下向きスピンの電子がＦｅ原子か
らＮｉ原子へ移動することになり、Ｆｅの下向きスピン
の数が減少した分だけＦｅの磁気モーメントが増大する
こととなる。一方、Ｎｉへ移動した下向きスピンは多数
のＮｉ原子で分け合うため、Ｎｉ原子当たりの磁気モー
メントの減少は小さく抑えられる。
果でもたらされるが、図１からも分かるように、一般に
この条件は（ａ）のスピン分極が大きいことと関連して
くる。即ち、図中の縦線の位置で上向きスピンと下向き
スピンの電子状態密度に大きな差が生じるためには、上
向きスピンと下向きスピンの状態密度のピークがエネル
ギー的に大きく分裂している必要がある。これは、
（ａ）のスピン分極が大きいことを意味しており、観測
される特性としては磁気モーメントが大きいことに対応
する。前述したＦｅはバルクの特性から考えて上記
（ａ）、（ｃ）の条件を満たしており、また、孤立した
Ｆｅ原子がＣｕ中にある場合、フェルミレベルがちょう
どＦｅの下向きスピンの仮想束縛準位の位置にくること
も計算で確認されており、上記（ｃ）の条件も満たされ
ていると言える。しかし、実際には磁性層としてＦｅよ
りも、パーマロイ（ＦｅX Ｎｉ1-X ；Ｘ〜０．２）を用
いた方が磁気抵抗変化率は大きくなる。これは、パーマ
ロイの磁化はバルクのＦｅの半分程度と小さいが、パー
マロイ中のＦｅ原子の磁気モーメントは２．９μB （μ
B ：ボーア磁子）と非常に大きく（純Ｆｅの磁気モーメ
ントは約２．２μB ）、Ｃｕとの界面においてはこのＦ
ｅ原子の大きな磁気モーメントが磁気抵抗に大きく寄与
するためと考えられる。即ち、Ｆｅ原子の磁気モーメン
トはＮｉ原子と接することでより大きくなり、Ｃｕ中に
しみ出てもその影響が磁気抵抗効果に反映されると考え
られる。Ｆｅの磁気モーメントがＮｉ原子によって大き
くなるのは次のように解釈される。Ｎｉの３ｄ準位はＦ
ｅよりエネルギー的に深い位置にあるため、これらが混
成した場合、Ｎｉの３ｄ軌道が主に結合軌道、Ｆｅの３
ｄ軌道が主に反結合軌道を形成する。これによってＦｅ
の３ｄ準位はより高いエネルギーレベルに押し上げられ
るが、この効果は主に下向きスピン状態において顕著に
起こる。従って、主に下向きスピンの電子がＦｅ原子か
らＮｉ原子へ移動することになり、Ｆｅの下向きスピン
の数が減少した分だけＦｅの磁気モーメントが増大する
こととなる。一方、Ｎｉへ移動した下向きスピンは多数
のＮｉ原子で分け合うため、Ｎｉ原子当たりの磁気モー
メントの減少は小さく抑えられる。
【００１３】本発明者は、上述したＦｅの磁気モーメン
トがＮｉによって増大する機構と、前述の磁気抵抗効果
の発現機構から、非磁性層であるＣｕ中に予めＮｉ原子
を含有させ、磁性層にＦｅもしくはパーマロイを用いれ
ば、磁性層との界面あるいは磁性層からしみ出だしたＦ
ｅは非磁性層中のＮｉとの相互作用によって、より大き
くスピン分極し結果として大きな磁気抵抗変化率が得ら
れる可能性があることに着眼し、局所スピン密度汎関数
理論に基づく第一原理のバンド計算から磁気モーメント
に関する定量的な評価を試みた。表１は第一原理バンド
計算から得られた種々の積層構造におけるＦｅおよびＮ
ｉの磁気モーメントをまとめたものである。何れも、原
子配置はｆｃｃの（１１１）配向と仮定した。
トがＮｉによって増大する機構と、前述の磁気抵抗効果
の発現機構から、非磁性層であるＣｕ中に予めＮｉ原子
を含有させ、磁性層にＦｅもしくはパーマロイを用いれ
ば、磁性層との界面あるいは磁性層からしみ出だしたＦ
ｅは非磁性層中のＮｉとの相互作用によって、より大き
くスピン分極し結果として大きな磁気抵抗変化率が得ら
れる可能性があることに着眼し、局所スピン密度汎関数
理論に基づく第一原理のバンド計算から磁気モーメント
に関する定量的な評価を試みた。表１は第一原理バンド
計算から得られた種々の積層構造におけるＦｅおよびＮ
ｉの磁気モーメントをまとめたものである。何れも、原
子配置はｆｃｃの（１１１）配向と仮定した。
【００１４】
【表１】
【００１５】（１）はＦｅを３原子層積層させた上にＣ
ｕを３原子層積層させた構造を一周期としてこれを無限
に繰り返した多層構造、（２）は（１）のＣｕの各層を
Ｃｕ 50Ｎｉ50の不規則合金に置き換えたもの、（３）は
（１）のＦｅの各層をパーマロイの組成に近いＦｅ25Ｎ
ｉ75の不規則合金層に置き換えたものである。表中のＭ
Fe、ＭNiはそれぞれ非磁性層と接している磁性層内のＦ
ｅおよび非磁性層内のＮｉの磁気モーメントである。前
述したとおり、（３）のパーマロイの組成に近いＦｅ25
Ｎｉ75においてＦｅの磁気モーメントは約２．９μB と
純Ｆｅの磁気モーメントをはるかに上回る値となること
が確認された。更に、この事情を反映して、表１にある
通り非磁性層と接するＦｅの磁気モーメントは非磁性層
が全てＣｕだけの場合の（１）より、Ｎｉ原子を含んだ
（２）の場合の方が大きくなることが示された。この場
合の磁気モーメントは２．６５μB で、Ｆｅ25Ｎｉ75の
Ｆｅの磁気モーメントよりは小さいが、界面に存在する
Ｆｅ原子の濃度を考えれば（２）の方が磁気抵抗には効
果的と考えられる。
ｕを３原子層積層させた構造を一周期としてこれを無限
に繰り返した多層構造、（２）は（１）のＣｕの各層を
Ｃｕ 50Ｎｉ50の不規則合金に置き換えたもの、（３）は
（１）のＦｅの各層をパーマロイの組成に近いＦｅ25Ｎ
ｉ75の不規則合金層に置き換えたものである。表中のＭ
Fe、ＭNiはそれぞれ非磁性層と接している磁性層内のＦ
ｅおよび非磁性層内のＮｉの磁気モーメントである。前
述したとおり、（３）のパーマロイの組成に近いＦｅ25
Ｎｉ75においてＦｅの磁気モーメントは約２．９μB と
純Ｆｅの磁気モーメントをはるかに上回る値となること
が確認された。更に、この事情を反映して、表１にある
通り非磁性層と接するＦｅの磁気モーメントは非磁性層
が全てＣｕだけの場合の（１）より、Ｎｉ原子を含んだ
（２）の場合の方が大きくなることが示された。この場
合の磁気モーメントは２．６５μB で、Ｆｅ25Ｎｉ75の
Ｆｅの磁気モーメントよりは小さいが、界面に存在する
Ｆｅ原子の濃度を考えれば（２）の方が磁気抵抗には効
果的と考えられる。
【００１６】これにより、非磁性層にＮｉを含んだ層を
用いれば、磁性層としてはＦｅだけを用いてもその界面
の磁気モーメントをバルクでの値より充分大きくさせる
ことが可能となる。この効果は、磁性層としてパーマロ
イのようなＦｅを含む合金であれば同様に期待できる。
また、ＣｕＮｉ層を挟む磁性層のいずれか一方だけがＦ
ｅまたはＦｅＮｉ合金であっても、磁気抵抗効果に対す
る上記の効果は期待できる。
用いれば、磁性層としてはＦｅだけを用いてもその界面
の磁気モーメントをバルクでの値より充分大きくさせる
ことが可能となる。この効果は、磁性層としてパーマロ
イのようなＦｅを含む合金であれば同様に期待できる。
また、ＣｕＮｉ層を挟む磁性層のいずれか一方だけがＦ
ｅまたはＦｅＮｉ合金であっても、磁気抵抗効果に対す
る上記の効果は期待できる。
【００１７】但し、ここで注意を要するのは、ＮｉＣｕ
合金は面心立方構造（ｆｃｃ）であるため、これと接す
るＦｅの層もｆｃｃ構造となる可能性が大きい。これは
バルクにおいては非磁性であるため、このＦｅの層がＣ
ｕＮｉ合金の構造を反映したままの程度の厚さでは不都
合が生じる。従って、この厚さはこれと接する非磁性層
の結晶構造の影響が及ぶ範囲以上である必要があり、薄
くとも１ｎｍ以上であることが望まれる。一方、ＦｅX
Ｎｉ1-X 合金は０．１５≦Ｘ≦０．６の範囲ではｆｃｃ
構造の強磁性体であるため、特に非磁性層との結晶の整
合性に関する問題はない。非磁性層ＮｉＣｕ合金の組成
については、Ｎｉ濃度比が４５ａｔ％以上から強磁性と
なるが７０ａｔ％まではキュリー温度が室温以下（約０
℃以下）であるため、これを挟む強磁性層が磁気的に遮
断されるためにはＮｉ濃度比が７０ａｔ％以下である必
要がある。Ｎｉ量の下限としては、本発明の効果が現れ
はじめる１０ａｔ％以上が要求されるが十分な効果を得
るためには５０ａｔ％前後が望まれる。
合金は面心立方構造（ｆｃｃ）であるため、これと接す
るＦｅの層もｆｃｃ構造となる可能性が大きい。これは
バルクにおいては非磁性であるため、このＦｅの層がＣ
ｕＮｉ合金の構造を反映したままの程度の厚さでは不都
合が生じる。従って、この厚さはこれと接する非磁性層
の結晶構造の影響が及ぶ範囲以上である必要があり、薄
くとも１ｎｍ以上であることが望まれる。一方、ＦｅX
Ｎｉ1-X 合金は０．１５≦Ｘ≦０．６の範囲ではｆｃｃ
構造の強磁性体であるため、特に非磁性層との結晶の整
合性に関する問題はない。非磁性層ＮｉＣｕ合金の組成
については、Ｎｉ濃度比が４５ａｔ％以上から強磁性と
なるが７０ａｔ％まではキュリー温度が室温以下（約０
℃以下）であるため、これを挟む強磁性層が磁気的に遮
断されるためにはＮｉ濃度比が７０ａｔ％以下である必
要がある。Ｎｉ量の下限としては、本発明の効果が現れ
はじめる１０ａｔ％以上が要求されるが十分な効果を得
るためには５０ａｔ％前後が望まれる。
【００１８】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。 実施例１ Ｓｉ基板上にイオンビームスパッタにより交換バイアス
磁界を付与するためのＮｉ- Ｍｎ反強磁性膜を５ｎｍ成
膜し熱処理した後、その上にＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ70Ｎ
ｉ30（５ｎｍ）／Ｆｅ20Ｎｉ80（３ｎｍ）の順で形成し
た。Ｎｉ- Ｍｎ層と接触しているＦｅ層は交換バイアス
磁界によりＣｕ層の上にあるＦｅ20Ｎｉ 80層より実効的
な異方性磁界が異なり、Ｆｅ20Ｎｉ80層の異方性磁界が
１（ＫＡ／ｍ）以下であるのに対し、Ｎｉ- Ｍｎ層と接
触しているＦｅ層の異方性磁界は約８（ＫＡ／ｍ）であ
った。Ｃｕ70Ｎｉ30の下（即ち先）にＦｅ層を成膜する
のは、Ｃｕ70Ｎｉ30はｆｃｃ構造であるため、Ｆｅ層を
その上に積層させた場合ｆｃｃ- Ｆｅとなって非磁性も
しくはＴｃの低い磁性体となってしまう可能性があるた
めである。
磁界を付与するためのＮｉ- Ｍｎ反強磁性膜を５ｎｍ成
膜し熱処理した後、その上にＦｅ（２ｎｍ）／Ｃｕ70Ｎ
ｉ30（５ｎｍ）／Ｆｅ20Ｎｉ80（３ｎｍ）の順で形成し
た。Ｎｉ- Ｍｎ層と接触しているＦｅ層は交換バイアス
磁界によりＣｕ層の上にあるＦｅ20Ｎｉ 80層より実効的
な異方性磁界が異なり、Ｆｅ20Ｎｉ80層の異方性磁界が
１（ＫＡ／ｍ）以下であるのに対し、Ｎｉ- Ｍｎ層と接
触しているＦｅ層の異方性磁界は約８（ＫＡ／ｍ）であ
った。Ｃｕ70Ｎｉ30の下（即ち先）にＦｅ層を成膜する
のは、Ｃｕ70Ｎｉ30はｆｃｃ構造であるため、Ｆｅ層を
その上に積層させた場合ｆｃｃ- Ｆｅとなって非磁性も
しくはＴｃの低い磁性体となってしまう可能性があるた
めである。
【００１９】そこで、Ｆｅ層の磁化方向と平行及び反平
行に此の試料に４（ＫＡ／ｍ）の磁界を印加して、４端
子法により磁気抵抗変化率を測定した。その結果、磁気
抵抗変化率として室温で７％という値が得られ、磁性層
にパーマロイのみを用いた積層膜よりも数倍大きな磁気
抵抗変化率が確認された。
行に此の試料に４（ＫＡ／ｍ）の磁界を印加して、４端
子法により磁気抵抗変化率を測定した。その結果、磁気
抵抗変化率として室温で７％という値が得られ、磁性層
にパーマロイのみを用いた積層膜よりも数倍大きな磁気
抵抗変化率が確認された。
【００２０】実施例２ 実施例１と同様の方法で磁性層として種々の組成の試料
を作成し、それらの磁気抵抗変化率を測定した。測定温
度は２１℃である。結果を表２にまとめて記す。
を作成し、それらの磁気抵抗変化率を測定した。測定温
度は２１℃である。結果を表２にまとめて記す。
【００２１】
【表２】
【００２２】
【発明の効果】本発明の磁気抵抗素子を磁気センサに用
いると、４（ＫＡ／ｍ）以下の磁場で大きな再生出力が
達成される。
いると、４（ＫＡ／ｍ）以下の磁場で大きな再生出力が
達成される。
【図１】非磁性金属内における遷移金属不純物の電子状
態密度の模式図である。
態密度の模式図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 強磁性層が非磁性層を挟んで積層される
磁気抵抗材料に於いて、非磁性層がＮｉ1-Y Ｃｕ
Y （０．３≦Ｙ≦０．９）で少なくとも一方の強磁性層
がＦｅもしくはＦｅX Ｎｉ1-X （０．１５≦Ｘ≦０．
６）であることを特徴とする磁気抵抗素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10044142A JPH11243238A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 磁気抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10044142A JPH11243238A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 磁気抵抗素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11243238A true JPH11243238A (ja) | 1999-09-07 |
Family
ID=12683402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10044142A Withdrawn JPH11243238A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 磁気抵抗素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11243238A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7379279B2 (en) | 2002-01-18 | 2008-05-27 | Fujitsu Limited | Magnetoresistive film with pinning layer interposed between pinned layer and soft magnetic nickel iron alloy layer |
-
1998
- 1998-02-26 JP JP10044142A patent/JPH11243238A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7379279B2 (en) | 2002-01-18 | 2008-05-27 | Fujitsu Limited | Magnetoresistive film with pinning layer interposed between pinned layer and soft magnetic nickel iron alloy layer |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711 Effective date: 20040205 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040223 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20040310 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050310 |
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| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20060330 |