JPWO2018030224A1 - 交換結合膜ならびにこれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気検出装置 - Google Patents

交換結合膜ならびにこれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気検出装置 Download PDF

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Abstract

本発明に係る交換結合膜１０は、反強磁性層２と固定磁性層３とフリー磁性層５とが積層され、反強磁性層２はＰｔＣｒ層２ＡとＸＭｎ層２Ｂ（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）とからなり、ＸＭｎ層２Ｂが固定磁性層３に接しており、ＰｔＣｒ層２Ａは、前記ＸＭｎ層２ＢがＰｔＣｒ層２Ａに積層されている場合にはＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５８ａｔ％以下）であり、ＸＭｎ層２Ｂが固定磁性層３に積層されている場合にはＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５７ａｔ％以下）であるため、固定磁性層３の磁化の向きが反転する磁界（Ｈｅｘ）が大きく、高温条件下における安定性が高い。

Description

本発明は交換結合膜ならびにこれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気検出装置に関する。
反強磁性層と固定磁性層とを備えた交換結合膜は、磁気抵抗効果素子や磁気検出装置として用いられる。特許文献１には、磁気記録用媒体において、強磁性膜としてのＣｏ合金と、反強磁性膜としての種々の合金とを組み合わせることにより交換結合膜を構成できることが記載されている。反強磁性膜としては、ＣｏＭｎ、ＮｉＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｔＣｒなどの合金が例示されている。
特開２０００−２１５４３１号公報
磁気検出装置は、磁気効果素子を基板に実装する際、はんだをリフロー処理（溶融処理）する必要があり、また、エンジンの周辺のような高温環境下において、用いられることがある。このため、磁気検出装置に用いられる交換結合膜には、広いダイナミックレンジで磁界を検出可能とするために、固定磁性層の磁化の方向が反転する磁界（Ｈｅｘ）が大きく、高温条件下における安定性が高いことが好ましい。
特許文献１は、磁気記録媒体として用いられる交換結合膜に関するものであることから、交換結合膜を用いた磁気検出装置の高温条件下における安定性については記載されていない。特許文献１には、反強磁性膜としてＰｔＣｒが例示されているが、ＰｔＣｒをどのような組成比で構成するのが好ましいか、は記載されていない。
本発明は、固定磁性層の磁化の向きが反転する磁界（Ｈｅｘ）が大きく、高温条件下における安定性が高い交換結合膜、ならびにこれを用いた磁気抵抗効果素子および磁気検出装置を提供することを目的としている。
本発明の交換結合膜は、反強磁性層と固定磁性層とが積層され、
前記反強磁性層はＰｔＣｒ層とＸＭｎ層（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）とからなり、
前記ＸＭｎ層が前記固定磁性層に接していることを特徴とするものである。
かかる交換結合膜において、前記ＰｔＣｒ層は、前記ＸＭｎ層が前記ＰｔＣｒ層に積層されている場合にはＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５８ａｔ％以下）であり、前記ＸＭｎ層が前記固定磁性層に積層されている場合にはＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５７ａｔ％以下）である。
前記固定磁性層は、第１磁性層と中間層と第２磁性層とが積層されたセルフピン層であってもよい。
前記ＰｔＣｒ層の膜厚は、前記ＸＭｎ層の膜厚よりも大きいことが好ましい。
前記ＰｔＣｒ層の膜厚と前記ＸＭｎ層の膜厚との比は、５：１〜１００：１であるものが好ましい。
前記ＰｔＣｒ層は、前記ＸＭｎ層が前記ＰｔＣｒ層に積層されている場合には、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４５ａｔ％以上５７ａｔ％以下）であることが好ましいときがあり、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４８ａｔ％以上５５ａｔ％以下）であることがより好ましいときがあり、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４９ａｔ％以上５３．５ａｔ％以下）であることが特に好ましいときがある。前記ＰｔＣｒ層は、前記ＸＭｎ層が前記固定磁性層に積層されている場合には、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４５ａｔ％以上５６ａｔ％以下）であることが好ましいときがあり、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４７ａｔ％以上５５ａｔ％以下）であることがより好ましいときがあり、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４８ａｔ％以上５３．５ａｔ％以下）であることが特に好ましいときがある。
前記反強磁性層に隣接する下地層を備えており、前記下地層はＮｉＦｅＣｒであることが好ましい。
本発明の磁気抵抗効果素子は、本発明の交換結合膜とフリー磁性層とが積層されていることを特徴とするものである。
本発明の磁気検出装置は、本発明の磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とするものである。
本発明の磁気検出装置は、同一基板上に本発明の磁気抵抗効果素子を複数備えており、
複数の前記磁気抵抗効果素子には、前記固定磁化方向が異なるものが含まれる構成とすることができる。
本発明の製造方法は、本発明の交換結合膜を製造する方法であって、前記ＸＭｎ層を前記ＰｔＣｒ層に積層する場合には、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５８ａｔ％以下）となるように前記ＰｔＣｒ層を形成し、前記ＸＭｎ層を前記固定磁性層に積層する場合には、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５７ａｔ％以下）となるように前記ＰｔＣｒ層を形成することを特徴とするものである。
本発明の交換結合膜は、反強磁性層としてＰｔＣｒ層とＸＭｎ層（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）とからなるものを用いることにより、固定磁性層の磁化の向きが反転する磁界（Ｈｅｘ）が高くなり、高温条件下における安定性が向上する。したがって、本発明の交換結合膜を用いれば、高温でリフロー処理がなされたり、高温環境下で使用されたりしても、安定な磁気検出装置とすることが可能である。かかる本発明の交換結合膜は、前記ＸＭｎ層が前記ＰｔＣｒ層に積層されている場合と前記固定磁性層に積層されている場合とで、ＰｔＣｒ層の組成範囲が相違しているため、ＰｔＣｒ層に生じる交換結合磁界の強度を安定的に高めることができる。
本発明の製造方法は、前記ＸＭｎ層を前記ＰｔＣｒ層に積層する場合と前記ＸＭｎ層を前記固定磁性層に積層する場合とで、ＰｔＣｒ層の組成範囲を異ならせることにより、Ｈｅｘが高い固定磁性層を備えた交換結合膜を製造することができる。
本発明の第１の実施形態の交換結合膜１０の膜構成を示す説明図、 本発明の第２の実施形態の交換結合膜２０の膜構成を示す説明図、 本発明の実施形態の磁気センサ３０の回路ブロック図、 磁気センサ３０に使用される磁気検出素子１１を示す平面図、 実施例１の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、 実施例２の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、 比較例１の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、 ＰｔＣｒ層の膜厚とＰｔＭｎ層の膜厚とを変化させた、実施例３〜実施例５の交換結合膜のＨｅｘを示すグラフ、 ＰｔＣｒ層の膜厚とＩｒＭｎ層の膜厚とを変化させた、実施例６の交換結合膜のＨｅｘを示すグラフ、 （Ａ）〜（Ｃ）実施例７の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、 （Ａ）〜（Ｃ）実施例８の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、 （Ａ）〜（Ｃ）比較例２の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線、 参考例１と参考例２のＰｔＣｒに含まれるＰｔの割合とＨｅｘの関係を示すグラフ、 参考例１と参考例３のＰｔＣｒに含まれるＰｔの割合とＨｅｘの関係を示すグラフ、 本発明の実施例９〜１２および比較例３〜４の交換結合膜４０の膜構成を示す説明図、 実施例９〜１２および比較例３〜４の交換結合膜４０の温度とＨｅｘとの関係を示すグラフ、 実施例１３〜１６の交換結合膜１０，２０のＰｔＣｒ層中Ｐｔ量とＨｅｘとの関係を示すグラフ。
＜第１の実施形態＞
図１に本発明の第１の実施形態に係る交換結合膜１０を使用した磁気検出素１１の膜構成が示されている。
磁気検出素子１１は、基板の表面から、下地層１、反強磁性層２、固定磁性層３、非磁性材料層４、フリー磁性層５および保護層６の順に積層されて成膜されている。反強磁性層２は、ＰｔＣｒ層２ＡとＸＭｎ層（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）２Ｂ層とからなり、ＸＭｎ層２Ｂが固定磁性層３に接している。これら各層は、例えばスパッタ工程やＣＶＤ工程で成膜される。反強磁性層１と固定磁性層３とが本発明の第１の実施の形態の交換結合膜１０である。
磁気検出素子１１は、いわゆるシングルスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ効果）を利用した積層素子であり、固定磁性層３の固定磁化のベクトルと、フリー磁性層５の外部磁界によって変化する磁化のベクトルとの相対関係で電気抵抗が変化する。
下地層１は、ＮｉＦｅＣｒ合金（ニッケル・鉄・クロム合金）、ＣｒあるいはＴａなどで形成される。本実施形態の交換結合膜１０において固定磁性層３の磁化の向きが反転する磁界（以下、適宜「Ｈｅｘ」ともいう）を高くするために、ＮｉＦｅＣｒ合金が好ましい。
反強磁性層２は、ＰｔＣｒ層２ＡとＸＭｎ層２Ｂ（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）からなる積層構造である。Ｈｅｘを高くするためには、反強磁性層２のＰｔＣｒ層２Ａの膜厚Ｄ１はＸＭｎ層２Ｂの膜厚Ｄ２よりも大きいことが好ましい。膜厚Ｄ１と膜厚Ｄ２の比（Ｄ１：Ｄ２）は、５：１〜１００：１がより好ましく、１０：１〜５０：１がさらに好ましい。
Ｈｅｘを高くする観点から、ＰｔＣｒ層２Ａは、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４５ａｔ％以上６２ａｔ％以下）であることが好ましく、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは５０ａｔ％以上５７ａｔ％以下）であることがより好ましい。同様の観点から、ＸＭｎ層２Ｂは、ＰｔＭｎ層が好ましい。
本実施形態では、反強磁性層２をアニール処理して規則化し、固定磁性層３との間（界面）で交換結合を生じさせる。この交換結合によって、固定磁性層３の強磁場耐性を向上させてＨｅｘを高くする。
固定磁性層３は、ＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）で形成される。ＣｏＦｅ合金は、Ｆｅの含有割合を高くすることにより、保磁力が高くなる。固定磁性層３はスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果に寄与する層であり、固定磁性層３の固定磁化方向Ｐが延びる方向が磁気検出素子１１の感度軸方向である。
非磁性材料層４は、Ｃｕ（銅）などを用いて形成することができる。
フリー磁性層５は、その材料および構造が限定されるものではないが、例えば、材料としてＣｏＦｅ合金（コバルト・鉄合金）、ＮｉＦｅ合金（ニッケル・鉄合金）などを用いることができ、単層構造、積層構造、積層フェリ構造などとして形成することができる。
保護層６は、Ｔａ（タンタル）などを用いて形成することができる。
＜第２の実施形態＞
図２に本発明の第２の実施形態の交換結合膜２０を使用した磁気検出素子２１の膜構成を示す説明図が示されている。本実施形態では、図１に示す磁気抵抗効果素子１１と機能が同じ層に同じ符号を付して、説明を省略する。
第２の実施形態の磁気検出素子２１では、交換結合膜２０が、セルフピン止め構造の固定磁性層３と反強磁性層２とが接合されて構成されている。また、非磁性材料層４とフリー磁性層５が固定磁性層３よりも下側に形成されている点において、図１の磁気抵抗効果素子１１と相違している。
磁気検出素子２１も、いわゆるシングルスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果を利用した積層素子である。固定磁性層３の第１磁性層３Ａの固定磁化のベクトルと、フリー磁性層５の外部磁界によって変化する磁化のベクトルとの相対関係で電気抵抗が変化する。
固定磁性層３は、第１磁性層３Ａおよび第２磁性層３Ｃと、これらの二層の間に位置する非磁性中間層３Ｂと、で構成されたセルフピン止め構造となっている。第１磁性層３Ａの固定磁化方向Ｐ１と、第２磁性層３Ｃの固定磁化方向Ｐとは、相互作用により反平行となっている。非磁性材料層４に隣接する第１磁性層３Ａの固定磁化方向Ｐ１が固定磁性層３の固定磁化方向である。この固定磁化方向Ｐ１が延びる方向が磁気検出素子１１の感度軸方向である。
第１磁性層３Ａおよび第２磁性層３Ｃは、ＦｅＣｏ合金（鉄・コバルト合金）で形成される。ＦｅＣｏ合金は、Ｆｅの含有割合を高くすることにより、保磁力が高くなる。非磁性材料層４に隣接する第１磁性層３Ａはスピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果に寄与する層である。
非磁性中間層３ＢはＲｕ（ルテニウム）などで形成されている。Ｒｕからなる非磁性中間層３Ｂの膜厚は、３〜５Åまたは８〜１０Åであることが好ましい。
上記のとおり、第１の実施形態に係る交換結合膜１０は、ＸＭｎ層２ＢがＰｔＣｒ層２Ａに積層されたものである。これに対し、第２の実施形態に係る交換結合膜２０は、ＸＭｎ層２Ｂが固定磁性層３に積層されたものである。このような第１の実施形態に示される構成の場合と、第２の実施形態に示される構成の場合とでは、交換結合膜１０（交換結合膜２０）に含まれるＰｔＣｒ層２Ａの好適な組成範囲が異なる。
ＰｔＣｒ層２Ａは、基本的にはＬ１０規則構造を有する場合に反強磁性層としての性質が強くなる。したがって、ＰｔＣｒ層２Ａの組成は、理論的には、Ｐｔ５０ａｔ％Ｃｒ５０ａｔ％であることが好ましい。しかしながら、ＸＭｎ層２ＢがＰｔＣｒ層２Ａの上に形成される場合（第１の実施形態の場合）と、ＸＭｎ層２Ｂが形成されてからその上にＰｔＣｒ層２Ａが形成される場合（第２の実施形態の場合）とでは、Ｈｅｘの強度との関連性が特に大きいＸＭｎ層２Ｂに対してＰｔＣｒ層２Ａが与える影響の程度が異なる。具体的には、ＸＭｎ層２ＢがＰｔＣｒ層２Ａの上に形成される場合には、ＰｔＣｒ層２ＡにおけるＰｔの含有量がＣｒの含有量よりも高いときに、Ｈｅｘが高くなりやすい。
このようなＰｔＣｒ層２ＡにおけるＰｔの含有量がＣｒの含有量よりも高いときにＨｅｘが高くなりやすくなる傾向は、反強磁性層２と固定磁性層３とを交換結合させるために行われる磁場中アニールのアニール温度が高いほど顕著である。すなわち、ＸＭｎ層２ＢがＰｔＣｒ層２Ａの上に形成される場合には、磁場中アニールのアニール温度が高いほど、ＰｔＣｒ層２ＡにおいてＨｅｘのピーク値を与えるＰｔ含有量は高くなる傾向が顕著になる。
したがって、ＸＭｎ層２ＢがＰｔＣｒ層２Ａに積層されている場合には、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５８ａｔ％以下）とすることが好ましいときがあり、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４５ａｔ％以上５７ａｔ％以下）とすることがより好ましいときがあり、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４８ａｔ％以上５５ａｔ％以下）とすることがさらに好ましいときがあり、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４９ａｔ％以上５３．５ａｔ％以下）とすることが特に好ましいときがある。
一方、ＸＭｎ層２Ｂが固定磁性層３に積層されている場合には、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５７ａｔ％以下）とすることが好ましいときがあり、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４５ａｔ％以上５６ａｔ％以下）とすることがより好ましいときがあり、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４７ａｔ％以上５５ａｔ％以下）とすることがさらに好ましいときがあり、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４８ａｔ％以上５３．５ａｔ％以下）とすることが特に好ましいときがある。
以上の説明から明らかなように、交換結合膜１０を製造する際、ＸＭｎ層２ＢをＰｔＣｒ層２Ａに積層する場合には、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５８ａｔ％以下）となるようにＰｔＣｒ層２Ａを形成すればよく、ＸＭｎ層２Ｂを固定磁性層３に積層する場合には、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５７ａｔ％以下）となるようにＰｔＣｒ層２Ａを形成すればよい。なお、ＰｔＣｒ層２Ａを成膜する際には、ＰｔとＣｒとを同時に供給してもよいし、ＰｔとＣｒとを交互に供給してもよい。前者の具体例としてＰｔとＣｒとの同時スパッタが挙げられ、後者の具体例としてＰｔ層とＣｒ層との交互積層が挙げられる。ＰｔとＣｒとの同時供給が交互供給よりもＨｅｘを高めることにとって好ましい場合がある。
＜磁気センサの構成＞
図３に、図１に示す磁気検出素子１１を組み合わせた磁気センサ（磁気検出装置）３０が示されている。図３では、固定磁化方向Ｐ（図１参照）が異なる磁気検出素子１１を、それぞれ１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂの異なる符号を付して区別している。磁気センサ３０では、磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂが同一基板上に設けられている。
図３に示す磁気センサ３０は、フルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙを有している。フルブリッジ回路３２Ｘは、２つの磁気検出素子１１Ｘａと２つの磁気検出素子１１Ｘｂとを備えており、フルブリッジ回路３２Ｙは、２つの磁気検出素子１１Ｙａと２つの磁気検出素子１１Ｙｂとを備えている。磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂはいずれも、図１に示した磁気検出素子１１の交換結合膜１０の膜構造を備えている。これらを特に区別しない場合、以下適宜、磁気検出素子１１と記す。
フルブリッジ回路３２Ｘとフルブリッジ回路３２Ｙとは、検出磁場方向を異ならせるために、図３中に矢印で示した固定磁化方向が異なる磁気検出素子１１を用いたものであって、磁場を検出する機構は同じである。そこで、以下では、フルブリッジ回路３２Ｘを用いて磁場を検出する機構を説明する。
フルブリッジ回路３２Ｘは、第１の直列部３２Ｘａと第２の直列部３２Ｘｂが並列に接続されて構成されている。第１の直列部３２Ｘａは、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂとが直列に接続されて構成され、第２の直列部３２Ｘｂは、磁気検出素子１１Ｘｂと磁気検出素子１１Ｘａとが直列に接続されて構成されている。
第１の直列部３２Ｘａを構成する磁気検出素子１１Ｘａと、第２の直列部３２Ｘｂを構成する磁気検出素子１１Ｘｂに共通の電源端子３３に、電源電圧Ｖｄｄが与えられる。第１の直列部３２Ｘａを構成する磁気検出素子１１Ｘｂと、第２の直列部３２Ｘｂを構成する磁気検出素子１１Ｘａに共通の接地端子３４が接地電位ＧＮＤに設定されている。
フルブリッジ回路３２Ｘを構成する第１の直列部３２Ｘａの中点３５Ｘａの出力電位（ＯｕｔＸ１）と、第２の直列部３２Ｘｂの中点３５Ｘｂの出力電位（ＯｕｔＸ２）との差動出力（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）がＸ方向の検知出力（検知出力電圧）ＶＸｓとして得られる。
フルブリッジ回路３２Ｙも、フルブリッジ回路３２Ｘと同様に作用することで、第１の直列部３２Ｙａの中点３５Ｙａの出力電位（ＯｕｔＹ１）と、第２の直列部３２Ｙｂの中点３５Ｙｂの出力電位（ＯｕｔＹ２）との差動出力（ＯｕｔＹ１）―（ＯｕｔＹ２）がＹ方向の検知出力（検知出力電圧）ＶＹｓとして得られる。
図３に矢印で示すように、フルブリッジ回路３２Ｘを構成する磁気検出素子１１Ｘａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの感度軸方向と、フルブリッジ回路３２Ｙを構成する磁気検出素子１１Ｙａおよび各磁気検出素子１１Ｙｂの感度軸方向とは互いに直交している。
図３に示す磁気センサ３０では、それぞれの磁気検出素子１１のフリー磁性層５の向きが外部磁場Ｈの方向に倣うように変化する。このとき、固定磁性層３の固定磁化方向Ｐと、フリー磁性層５の磁化方向との、ベクトルの関係で抵抗値が変化する。
例えば、外部磁場Ｈが図３に示す方向に作用したとすると、フルブリッジ回路３２Ｘを構成する磁気検出素子１１Ｘａでは感度軸方向と外部磁場Ｈの方向が一致するため電気抵抗値は小さくなり、一方、磁気検出素子１１Ｘｂでは感度軸方向と外部磁場Ｈの方向が反対であるため電気抵抗値は大きくなる。この電気抵抗値の変化により、検知出力電圧ＶＸｓ＝（ＯｕｔＸ１）−（ＯｕｔＸ２）が極大となる。外部磁場Ｈが紙面に対して右向きに変化するにしたがって、検知出力電圧ＶＸｓが低くなっていく。そして、外部磁場Ｈが図３の紙面に対して上向きまたは下向きになると、検知出力電圧ＶＸｓがゼロになる。
一方、フルブリッジ回路３２Ｙでは、外部磁場Ｈが図３に示すように紙面に対して左向きのときは、全ての磁気検出素子１１で、フリー磁性層５の磁化の向きが、感度軸方向（固定磁化方向Ｐ）に対して直交するため、磁気検出素子１１Ｙａおよび磁気検出素子１１Ｘｂの電気抵抗値は同じである。したがって、検知出力電圧ＶＹｓはゼロである。図３において外部磁場Ｈが紙面に対して下向きに作用すると、フルブリッジ回路３２Ｙの検知出力電圧ＶＹｓ＝（ＯｕｔＹ１）―（ＯｕｔＹ２）が極大となり、外部磁場Ｈが紙面に対して上向きに変化するにしたがって、検知出力電圧ＶＹｓが低くなっていく。
このように、外部磁場Ｈの方向が変化すると、それに伴いフルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙの検知出力電圧ＶＸｓおよびＶＹｓも変動する。したがって、フルブリッジ回路３２Ｘおよびフルブリッジ回路３２Ｙから得られる検知出力電圧ＶＸｓおよびＶＹｓに基づいて、検知対象の移動方向や移動量（相対位置）を検知することができる。
図３には、Ｘ方向と、Ｘ方向に直交するＹ方向の磁場を検出可能に構成された磁気センサ３０を示した。しかし、Ｘ方向またはＹ方向の磁場のみを検出するフルブリッジ回路３２Ｘまたはフルブリッジ回路３２Ｙのみを備えた構成としてもよい。
図４に、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂの平面構造が示されている。図３と図４は、ＢＸａ−ＢＸｂ方向がＸ方向である。図４（Ａ）（Ｂ）に、磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂの固定磁化方向Ｐが矢印で示されている。磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂでは、固定磁化方向ＰがＸ方向であり、互いに逆向きである。
図４に示すように、磁気検出素子１１Ｘａと磁気検出素子１１Ｘｂは、ストライプ形状の素子部１２を有している。素子部１２の長手方向がＢＹａ−ＢＹｂ方向に向けられている。素子部１２は複数本が平行に配置されており、隣り合う素子部１２の図示右端部が導電部１３ａを介して接続され、隣り合う素子部１２の図示右端部が導電部１３ｂを介して接続されている。素子部１２の図示右端部と図示左端部では、導電部１３ａ，１３ｂが互い違いに接続されており、素子部１２はいわゆるミアンダ形状に連結されている。磁気検出素子１１Ｘａ，１１Ｘｂの、図示右下部の導電部１３ａは接続端子１４ａと一体化され、図示左上部の導電部１３ｂは接続端子１４ｂと一体化されている。
各素子部１２は複数の金属層（合金層）が積層されて構成されている。図１に素子部１２の積層構造が示されている。なお、各素子部１２は図２に示す積層構造であってもよい。
なお、図３と図４に示す磁気センサ３０では、磁気検知素子１１を図２に示す第２の実施形態の磁気検知素子２１に置き換えることが可能である。
（実施例１）
以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を有する磁気検出素子１１（図１参照）を製造した。以下の実施例、比較例および参考例では（）内の数値は膜厚（Å）を示す。交換結合膜１０を１ｋＯｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（２８０）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（２０）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）
（実施例２）
反強磁性層２のＰｔＣｒ層２Ａを、実施例１のＰｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（２８０）からＰｔ５４ａｔ％Ｃｒ４６ａｔ％（２８０）に変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を製造した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５４ａｔ％Ｃｒ４６ａｔ％（２８０）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（２０）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）
（比較例１）
反強磁性層２を、実施例１の［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（２８０）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（２０）］からＰｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（３００）に変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を製造した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（３００）／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）
＜外部磁界の印加＞
実施例１，実施例２および比較例１の磁気検出素子１１において、交換結合膜１０における固定磁性層３の固定磁化方向（図１のＰ方向）に対して平行な方向から外部磁界Ｈをかけて、磁界Ｈによって電気抵抗Ｒが変化する割合（抵抗変化率）△ＭＲ（△Ｒ／Ｒ）を求めた。
図５，図６および図７は、実施例１，実施例２および比較例１の磁気検出素子１１のＲ−Ｈ曲線である。これらの図では、横軸が磁界Ｈの強さ［Ｏｅ］、縦軸が抵抗変化率△ＭＲ［％］を示し、「Ｉｎｃ．」を付した曲線（Ｈ＝１０００［Ｏｅ］において下側に位置する曲線）が磁界Ｈの強さを増加させたときの△ＭＲ、「Ｄｅｃ．」を付した曲線（Ｈ＝１０００［Ｏｅ］において上側に位置する曲線）が磁界Ｈの強さを減少させたときの△ＭＲ、をそれぞれ示している。
図５ないし図７では、磁界をプラス側に変化させたときの抵抗変化率△ＭＲ［％］の変動曲線「Ｉｎｃ．」と、磁界をマイナス側に変化させたときの抵抗変化率△ＭＲ［％］の変動曲線「Ｄｅｃ．」にヒステリシスが発生しているが、変動曲線「Ｉｎｃ．」と変動曲線「Ｄｅｃ．」の半値の中間点が固定磁性層の磁化の向きが反転する磁界（Ｈｅｘ）にほぼ一致する。
反強磁性層がＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とからなり、ＰｔＭｎ層が固定磁性層に接している図５に示す実施例１と図６に示す実施例２は、反強磁性層がＰｔＭｎ層のみからなる比較例に比べて、磁界（Ｈｅｘ）が高くなることが分かった。すなわち、実施例１と実施例２の交換結合膜１０を使用した磁気検出素子１１は、強磁場の環境でも磁界の測定が十分に可能になる。
（実施例３）
反強磁性層２のＰｔＣｒ層２Ａの厚さＤ１とＰｔＭｎ層２Ｂの厚さＤ２を、下記の表１に示すように変化させて、以下の膜構成を備えた交換結合膜１０（図１参照）を製造した。交換結合膜１０を１ｋＯｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５４ａｔ％Ｃｒ４６ａｔ％（３００−ｘ）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（ｘ）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）
表１に示す膜厚のＰｔＣｒ層およびＰｔＭｎ層を備えた交換結合膜１０のそれぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは以下のとおりであった。なお、以下では、適宜、Ｐｔ５４ａｔ％Ｃｒ４６ａｔ％を５４ＰｔＣｒ、Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％を５１ＰｔＣｒ、Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％をＰｔＭｎと記載する。
（実施例４）
反強磁性層２のＰｔＣｒ層２Ａを、実施例３の５４ＰｔＣｒ（２８０−ｘ）から５１ＰｔＣｒ（２８０−ｘ）に変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を製造した。交換結合膜１０を１ｋＯｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（３００−ｘ）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（ｘ）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）
表２に示す膜厚のＰｔＣｒ層およびＰｔＭｎ層を備えた交換結合膜１０それぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは以下のとおりであった。
（実施例５）
実施例４と同じ膜構成を備えた交換結合膜１０を製造し、アニール処理の温度を実施例４の４００℃から３５０℃に変更した。
表３に示す膜厚の５１ＰｔＣｒ層およびＰｔＭｎ層を備えた交換結合膜１０のそれぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは以下のとおりであった。
図８は、ＰｔＣｒ層の膜厚とＰｔＭｎ層の膜厚を変化させた、実施例３〜実施例５の交換結合膜１０のＨｅｘを示すグラフである。同図では、横軸がＰｔＭｎ層の膜厚（PtMn Thickness、［Å］）を示し、縦軸が交換結合膜のＨｅｘ［Ｏｅ］を示している。図８および表１〜表３から、ＰｔＣｒ層として５１ＰｔＣｒおよび５４ＰｔＣｒのいずれを用いても、反強磁性層をＰｔＭｎ層のみで構成したものと比較して、交換結合膜１０のＨｅｘが高くなることが分かる。
Ｈｅｘが高い交換結合膜１０とする観点から、ＰｔＣｒ層として５４ＰｔＣｒを用いることが好ましい。また、アニール温度を３５０℃としても、４００℃とＨｅｘが同程度の交換結合膜１０が得られるため、アニール温度を低くする観点からは、ＰｔＣｒ層として５１ＰｔＣｒを用いることが好ましい。
（実施例６）
反強磁性層２のＸＭｎ層２Ｂを、実施例３のＰｔＭｎから、ＩｒＭｎに変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を製造した。交換結合膜１０を１ｋＯｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：Ｐｔ５４ａｔ％Ｃｒ４６ａｔ％（３００−ｘ）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｉｒ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（ｘ）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／保護層６：Ｔａ（５０）
表４に示す膜厚のＰｔＣｒ層およびＩｒＭｎ層を備えた交換結合膜１０のそれぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは以下のとおりであった。
図９は、ＰｔＣｒ層の膜厚およびＩｎＭｎ層の膜厚を変化させた、実施例６の交換結合膜のＨｅｘを示すグラフである。同図では、横軸がＩｎＭｎ層の膜厚（IrMn Thickness［Å］）を示し、縦軸が交換結合膜のＨｅｘ［Ｏｅ］を示している。図９および表４から、ＰｔＣｒ層のＨｅｘを高くする効果は、ＰｔＭｎ層同様にＩｒＭｎと組み合わせた反強磁性層によっても奏されることが分かった。
（実施例７）
以下の膜構成を備えた交換結合膜２０を有する磁気検出素子２１（図２参照）を製造した。（）内の数値は膜厚（Å）を示す。交換結合膜２０を無磁場中において３５０℃で５時間アニール処理して安定化させた。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／フリー磁性層５：Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（１８）／：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１４）／非磁性材料層４：Ｃｕ（３０）／固定磁性層３［第１磁性層３Ａ：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２４）／非磁性中間層３Ｂ：Ｒｕ（３．６）］／第２磁性層３Ｃ：Ｆｅ６０ａｔ％Ｃｏ４０ａｔ％（１７）／反強磁性層２［ＸＭｎ層：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（２０）／Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（２８０）］／保護層６：Ｔａ（９０）
（実施例８）
反強磁性層２を、実施例７の［ＸＭｎ層：ＰｔＭｎ（２０）／５１ＰｔＣｒ（２８０）］から［ＸＭｎ層：ＩｒＭｎ（４）／５１ＰｔＣｒ（２９６）］に変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜２０を製造した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／フリー磁性層５：Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（１８）／：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１４）／非磁性材料層４：Ｃｕ（３０）／固定磁性層３［第１磁性層３Ａ：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２４）／非磁性中間層３Ｂ：Ｒｕ（３．６）］／第２磁性層３Ｃ：Ｆｅ６０ａｔ％Ｃｏ４０ａｔ％（１７）／反強磁性層２［ＸＭｎ層：Ｉｒ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（４）／Ｐｔ５１ａｔ％Ｃｒ４９ａｔ％（２９６）］／保護層６：Ｔａ（９０）
（比較例２）
反強磁性層２を、実施例７の［ＸＭｎ層：ＰｔＭｎ（２０）／５１ＰｔＣｒ（２８０）］からＰｔＭｎ（３００）に変更して、以下の膜構成を備えた交換結合膜２０を製造した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／フリー磁性層５：Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（１８）／：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１４）／非磁性材料層４：Ｃｕ（３０）／固定磁性層３［第１磁性層３Ａ：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（２４）／非磁性中間層３Ｂ：Ｒｕ（３．６）］／第２磁性層３Ｃ：Ｆｅ６０ａｔ％Ｃｏ４０ａｔ％（１７）／反強磁性層２：Ｐｔ５０ａｔ％Ｍｎ５０ａｔ％（３００）／保護層６：Ｔａ（９０）
＜外部磁界の印加＞
実施例７，実施例８および比較例２の磁気検出素子２１における固定磁性層３の固定磁化方向（図２のＰ１方向）に平行な方向から外部磁界Ｈをかけて、磁界Ｈによる抵抗変化率△ＭＲ（△Ｒ／Ｒ）の変動を求めた。
図１０（Ａ）〜（Ｃ），図１１（Ａ）〜（Ｃ）および図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例７，実施例８および比較例２の磁気検出素子２１のＲ−Ｈ曲線である。これらの図では、横軸が磁界Ｈの強さ（Ｏｅ）、縦軸が△ＭＲ（％）、「Ｉｎｃ．」で示した曲線が磁界Ｈの強さを増加させたときの△ＭＲ、「Ｄｅｃ．」で示した曲線が磁界Ｈの強さを減少させたときの△ＭＲ、をそれぞれ示している。
図１０（Ａ）〜（Ｃ）および図１１（Ａ）〜（Ｃ）はいずれも、図１２（Ａ）〜（Ｃ）よりもヒステリシスが小さく、＋５ｋＯｅまでのΔＭＲ減少過程に改善が見られた。この結果から、ＰｔＣｒ層とＰｔＭｎ層とからなり、ＰｔＭｎ層が固定磁性層に接している反強磁性層は、固定磁性層が第１磁性層と中間層と第２磁性層とが積層されたセルフピン層である場合も、交換結合膜の安定化を向上させることが分かる。
（参考例１）
以下の膜構成を備えた磁気検出素子を製造した。（）内の数値は膜厚（Å）を示す。交換結合膜１０を１ｋＯｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（６０）／反強磁性層２：ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（３００）／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（４０）／フリー磁性層５：［Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／８１．５ＮｉＦｅ（３０）］／保護層６：Ｔａ（５０）
ＰｔとＣｒを同時にスパッタすることにより、ＰｔとＣｒとの比の異なるＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（３００）を製膜した。
（参考例２）
ＰｔとＣｒを同時にスパッタする代わりに、ＰｔとＣｒとを交互に積層することにより製膜した以外は、参考例１と同様にして、ＰｔとＣｒとの比の異なるＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（３００）を製膜した。
（参考例３）
下地層１を、実施例１のＮｉＦｅＣｒ（６０）からＴａ（５０）に変更したこと以外は、実施例１と同様にして、ＰｔとＣｒとの比の異なるＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（３００）を製膜した。
（スパッタと交互積層）
図１３は、参考例１（同時スパッタ）と参考例２（交互積層）のＰｔＣｒに含まれるＰｔの割合とＨｅｘとの関係を示すグラフである。同図に示すように、Ｐｔの割合が５１ａｔ％〜５７ａｔ％の範囲内で、同時スパッタによりＰｔαＣｒ１００ａｔ％−αを製膜した参考例１が、交互積層によりＰｔαＣｒ１００ａｔ％−αを製膜した参考例２よりも顕著にＨｅｘが高くなることが分かった。
（下地層）
図１４は、参考例１と参考例３のＰｔＣｒに含まれるＰｔの割合とＨｅｘとの関係を示すグラフである。同図に示すように、Ｐｔの割合が５１ａｔ％〜５７ａｔ％の範囲内で、参考例１（ＮｉＦｅＣｒ下地）の交換結合膜のほうが、参考例３（Ｔａ下地）よりも顕著にＨｅｘが高くなることが分かった。
（実施例９）
温度とＨｅｘとの関係を調べるために、図１５に示す構造を備えた交換結合膜４０を作製した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４２）／反強磁性層２／固定磁性層３：９０ＣｏＦｅ（１００）／保護層６：Ｔａ（９０）
反強磁性層２を５１ＰｔＣｒ（２８０）／ＰｔＭｎ（２０）として交換結合膜４０を形成し、１ｋＯｅの磁場中において３５０℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
（比較例３）
反強磁性層２を５１ＰｔＣｒ（３００）として交換結合膜４０を形成し、１ｋＯｅの磁場中において３５０℃で５時間アニール処理して、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
実施例９および比較例３の交換結合膜４０について、温度変化に伴うＨｅｘの変化を測定した結果を表５に示す。表５〜表７において、ＴｂはＨｅｘが消失する温度を示し、Ｈｅｘ（２００℃または３００℃）／Ｈｅｘ（室温）は、２００℃または３００℃におけるＨｅｘを室温におけるＨｅｘで除して規格化して得られる値を示す。
（実施例１０）
反強磁性層２を５１ＰｔＣｒ（２８０）／ＰｔＭｎ（２０）として交換結合膜４０を形成し、１ｋＯｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理して、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
（比較例４）
反強磁性層２をＰｔＭｎ（３００）として交換結合膜４０を形成し、１ｋＯｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
実施例１０および比較例４の測定結果を表６に示す。
（実施例１１）
反強磁性層２を５４ＰｔＣｒ（２９０）／ＰｔＭｎ（１０）として交換結合膜４０を形成し、１ｋＯｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理して、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
（実施例１２）
反強磁性層２を５４ＰｔＣｒ（２８０）／ＰｔＭｎ（２０）として交換結合膜４０を形成し、１ｋＯｅの磁場中において４００℃で５時間アニール処理して、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
実施例１１、１２および比較例４の測定結果を表７に示す。
図１６は実施例９〜１２および比較例３〜４の交換結合膜４０の温度とＨｅｘとの関係を示すグラフである。同グラフは、図５〜７のＲ−Ｈ曲線におけるＨｅｘに相当する量についてＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて測定した結果を示している。図１６および表５〜表７に示すように、ＰｔＣｒ層をＰｔＭｎ層に挿入した反強磁性層２を備える交換結合４０は、ＰｔＭｎのみからなる反強磁性層２を備える交換結合膜よりもＴｂが高く、また高温条件下において高いＨｅｘを維持する高温条件下における安定性の高いものであった。
（実施例１３）
以下の膜構成を備えた交換結合膜１０を有する磁気検出素子１１（図１参照）を製造した。交換結合膜１０を１ｋＯｅの磁場中において３５０℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４０）／反強磁性層２［ＰｔＣｒ層２Ａ：ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（２８０）／ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ４８ａｔ％Ｍｎ５２ａｔ％（２０）］／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／非磁性材料層４：Ｃｕ（５０）／フリー磁性層５：［Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）／Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）］／保護層６：Ｔａ（５０）
ＰｔＣｒ層２ＡにおけるＰｔ含有量αは、４６．２ａｔ％から５７．５ａｔ％の範囲で変化させた。得られた交換結合膜１０（実施例１３−１から実施例１３−１１）のそれぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘを表８に示した。
（実施例１４）
実施例１３と同様の膜構成であるが、アニール温度を４００℃とする他は実施例１３と同様の条件でアニール処理を行って固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定することにより、交換結合膜１０を有する磁気検出素子１１（図１参照）を製造した。得られた交換結合膜１０（実施例１４−１から実施例１４−１１）のそれぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘを表８に示した。
（実施例１５）
以下の膜構成を備えた交換結合膜２０を有する磁気検出素子２１（図２参照）を製造した。交換結合膜１０を１ｋＯｅの磁場中において３５０℃で５時間アニール処理し、固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定した。
基板／下地層１：ＮｉＦｅＣｒ（４０）／フリー磁性層５：［Ｎｉ８１．５ａｔ％Ｆｅ１８．５ａｔ％（３０）／Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（１５）］／非磁性材料層４：Ｃｕ（５０）／固定磁性層３：Ｃｏ９０ａｔ％Ｆｅ１０ａｔ％（５０）／反強磁性層２［ＸＭｎ層２Ｂ：Ｐｔ４８ａｔ％Ｍｎ５２ａｔ％（２０）／ＰｔＣｒ層２Ａ：ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（２８０）］／保護層６：Ｔａ（５０）
なお、本実施例では、磁気検出素子２１の固定磁性層３は上記のように単層構造であった。ＰｔＣｒ層２ＡにおけるＰｔ含有量αは、４６．２ａｔ％から５７．５ａｔ％の範囲で変化させた。得られた交換結合膜２０（実施例１５−１から実施例１５−１１）のそれぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘを表９に示した。
（実施例１６）
実施例１５と同様の膜構成であるが、アニール温度を４００℃とする他は実施例１５と同様の条件でアニール処理を行って固定磁性層３と反強磁性層２の磁化を固定することにより、交換結合膜２０を有する磁気検出素子２１（図２参照）を製造した。得られた交換結合膜２０（実施例１６−１から実施例１６−１１）のそれぞれについて、Ｒ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘを表９に示した。
（比較例５）
実施例１５と同様の膜構成およびアニール条件であるが、Ｉｒ２０ａｔ％Ｍｎ８０ａｔ％の組成を有し厚さが８０Åの層により反強磁性層２を構成して、磁気検出素子２１を製造した。
得られた交換結合膜２０のＲ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは１９６Ｏｅであった。
（比較例６）
実施例１６と同様の膜構成およびアニール条件であるが、Ｉｒ２０ａｔ％Ｍｎ８０ａｔ％の組成を有し厚さが８０Åの層により反強磁性層２を構成して、磁気検出素子２１を製造した。
得られた交換結合膜２０のＲ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは１７５Ｏｅであった。
（比較例７）
実施例１５と同様の膜構成およびアニール条件であるが、Ｐｔ４８ａｔ％Ｍｎ５２ａｔ％の組成を有し厚さが３００Åの層により反強磁性層２を構成して、磁気検出素子２１を製造した。
得られた交換結合膜２０のＲ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは５７０Ｏｅであった。
（比較例８）
実施例１６と同様の膜構成およびアニール条件であるが、Ｐｔ４８ａｔ％Ｍｎ５２ａｔ％の組成を有し厚さが３００Åの層により反強磁性層２を構成して、磁気検出素子２１を製造した。
得られた交換結合膜２０のＲ−Ｈ曲線から算出されたＨｅｘは５４７Ｏｅであった。
実施例１３から実施例１６の結果を図１７に示した。図１７に示されるように、固定磁性層３の上にＰｔＭｎ層２Ｂが形成され、その上にさらにＰｔＣｒ層２Ａが形成される構成を有する交換結合膜２０の場合（実施例１５および実施例１６）には、ＰｔＣｒ層２ＡのＰｔ含有量が５０ａｔ％の近傍において、すなわち、原子比としてＰｔ／Ｃｒが１の近傍において、交換結合磁界Ｈｅｘが最大値となり、Ｐｔ／Ｃｒが１からずれるほど交換結合磁界Ｈｅｘが低下する傾向が認められた。この傾向は、Ｐｔ含有量が相対的に多くなる場合（図１７中右側）とＰｔ含有量が相対的に少なくなる場合（図１７中左側）とでほぼ等しかった。こうした傾向は、アニール温度が３５０℃の場合（実施例１５）と４００℃の場合（実施例１６）とでほぼ等しく認められた。
これに対し、ＰｔＣｒ層２Ａの上にＰｔＭｎ層２Ｂが形成され、その上にさらに固定磁性層３が形成される構成を有する交換結合膜１０の場合（実施例１３および実施例１４）には、アニール温度が３５０℃の場合（実施例１３）および４００℃の場合（実施例１４）の場合のいずれにおいても、ＰｔＣｒ層２ＡのＰｔ含有量が５０ａｔ％よりも高い組成、すなわち、原子比としてＰｔ／Ｃｒが１よりも高い組成において、交換結合磁界Ｈｅｘが最大値となった。そして、このＨｅｘのピークがオフセットする傾向は、アニール温度が３５０℃の場合（実施例１３）よりも４００℃の場合（実施例１４）の場合の方が顕著に確認された。
これらの結果は次の事項を示唆している可能性がある。
・アニール温度が３５０℃の場合（実施例１３および実施例１５）にはＰｔＣｒ層２ＡおよびＰｔＭｎ層２Ｂの格子の再配列の程度が低いが、アニール温度が４００℃の場合（実施例１４および実施例１６）には格子の再配列の程度が高い。
・ＰｔＭｎ層２Ｂが固定磁性層３の上に形成される場合（実施例１５および実施例１６）には、ＰｔＭｎ層２Ｂは格子の歪みが少なく形成されるため、Ｈｅｘの組成依存性は、理論的にＨｅｘが最大となるＰｔ／Ｃｒ＝１を中心とした偏りのないピークが得られる。
・ＰｔＭｎ層２ＢがＰｔＣｒ層２Ａの上に形成される場合（実施例１３および実施例１４）には、ＰｔＣｒ層２Ａの格子に倣ってＰｔＭｎ層２Ｂが形成されるため、ＰｔＭｎ層２Ｂには格子が歪んだ状態となる。
・アニール温度が３５０℃で格子の再配列が十分に生じない条件（実施例１３）では、Ｐｔ含有量が低いときに格子歪みの影響が顕著となって、ＰｔＭｎ層２ＢがＬ１０規則構造を作りにくくなり、Ｈｅｘの減少が顕著となる。
・アニール温度が４００℃で格子の再配列が十分に生じる条件では、ＰｔＣｒ層２Ａに多めに含有されるＰｔがＰｔＭｎ層２ＢとＰｔＣｒ層２Ａとの格子不整合を解消するため、ＰｔＣｒ層２Ａの上のＰｔＭｎ層２ＢがＬ１０規則構造を作りやすくなる。この格子不整合の解消の効果は、Ｐｔ含有量が増えるほど多くなるため、実施例１４ではＰｔが５４ａｔ％まではＨｅｘが単調に（Ｐｔ含有量に比例するように）増加する。
・しかしながら、ＰｔＣｒ層２ＡのＰｔ含有量が５５ａｔ％以上となると、ＰｔＣｒ層２ＡにおいてＬ１０規則構造が形成されにくくなり、結果、Ｈｅｘは著しく低下してしまう。
１ 下地層
２ 反強磁性層
２Ａ ＰｔＣｒ層
２Ｂ ＸＭｎ層
３ 固定磁性層
４ 非磁性材料層
５ フリー磁性層
６ 保護層
１０，２０，４０ 交換結合膜
１１，１１Ｘａ，１１Ｘｂ，１１Ｙａ，１１Ｙｂ，２１磁気検出素子
３０ 磁気センサ（磁気検出装置）

Claims (11)

  1. 反強磁性層と固定磁性層とが積層され、
    前記反強磁性層はＰｔＣｒ層とＸＭｎ層（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）とからなり、
    前記ＸＭｎ層が前記固定磁性層に接している交換結合膜であって、
    前記ＰｔＣｒ層は、
    前記ＸＭｎ層が前記ＰｔＣｒ層に積層されている場合にはＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５８ａｔ％以下）であり、
    前記ＸＭｎ層が前記固定磁性層に積層されている場合にはＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５７ａｔ％以下）である
    ことを特徴とする交換結合膜。
  2. 前記固定磁性層は、第１磁性層と中間層と第２磁性層とが積層されたセルフピン層である請求項１に記載の交換結合膜。
  3. 前記ＰｔＣｒ層の膜厚は、前記ＸＭｎ層の膜厚よりも大きい請求項１または２に記載の交換結合膜。
  4. 前記ＰｔＣｒ層の膜厚と前記ＸＭｎ層の膜厚との比は、５：１〜１００：１である請求項３に記載の交換結合膜。
  5. 前記ＰｔＣｒ層は、
    前記ＸＭｎ層が前記ＰｔＣｒ層に積層されている場合にはＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４５ａｔ％以上５７ａｔ％以下）であり、
    前記ＸＭｎ層が前記固定磁性層に積層されている場合にはＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４５ａｔ％以上５６ａｔ％以下）である、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の交換結合膜。
  6. 前記ＰｔＣｒ層は、
    前記ＸＭｎ層が前記ＰｔＣｒ層に積層されている場合にはＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４８ａｔ％以上５５ａｔ％以下）であり、
    前記ＸＭｎ層が前記固定磁性層に積層されている場合にはＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４７ａｔ％以上５５ａｔ％以下）である、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の交換結合膜。
  7. 前記反強磁性層に隣接する下地層を備えており、
    前記下地層はＮｉＦｅＣｒである請求項１〜６のいずれか１項に記載の交換結合膜。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の交換結合膜とフリー磁性層とが積層されていることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  9. 請求項８に記載の磁気抵抗効果素子を備えていることを特徴とする磁気検出装置。
  10. 同一基板上に請求項８に記載の磁気抵抗効果素子を複数備えており、
    複数の前記磁気抵抗効果素子には、前記固定磁化方向が異なるものが含まれる請求項９に記載の磁気検出装置。
  11. 反強磁性層と固定磁性層とが積層され、前記反強磁性層はＰｔＣｒ層とＸＭｎ層（ただし、ＸはＰｔまたはＩｒ）とからなり、前記ＸＭｎ層が前記固定磁性層に接している交換結合膜の製造方法であって、
    前記ＸＭｎ層を前記ＰｔＣｒ層に積層する場合には、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５８ａｔ％以下）となるように前記ＰｔＣｒ層を形成し、
    前記ＸＭｎ層を前記固定磁性層に積層する場合には、ＰｔαＣｒ１００ａｔ％−α（αは４４ａｔ％以上５７ａｔ％以下）となるようにＰｔＣｒ層を形成することを特徴とする交換結合膜の製造方法。
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