KR100439143B1

KR100439143B1 - 자기 저항 소자와 이것을 이용한 자기 디바이스

Info

Publication number: KR100439143B1
Application number: KR10-2001-0059686A
Authority: KR
Inventors: 아다치히데아키; 히라모토마사요시; 이이지마겐지; 사카키마히로시
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2004-07-05
Also published as: EP1191344A3; JP3603771B2; CN1211873C; KR20020024807A; US20020036315A1; JP2002111094A; EP1191344A2; CN1346156A; US6639765B2

Abstract

본 발명은 기체와 스피넬형 자성체의 사이에 질화 티탄층을 개재시킴으로써, 자기 저항 효과를 향상시킨 자기 저항 소자를 제공한다. 본 발명의 자기 저항 소자는 기체와, 이 기체상에 형성된 다층막을 가지고, 이 다층막이 상기 기체측에서 제1 자성층과, 제1 자성층상에 형성된 비자성층과, 이 비자성층상에 형성된 제2 자성층을 포함하고, 상기 제1 자성층의 자화 방향과 상기 제2 자성층의 자화 방향의 상대 각도의 변화에 따른 전기 저항의 변화를 검출하기 위한 전류를, 상기 다층막의 막 면에 수직인 방향으로 흐르게 하고, 상기 제1 자성층은 스피넬형 결정 구조를 가지고, 상기 다층막은 상기 기체와 상기 제1 자성층의 사이에 개재하는 질화 티탄층을 더 포함하고 있다.

Description

자기 저항 소자와 이것을 이용한 자기 디바이스{Magnetic resistance element and magnetic device using the same}

본 발명은 외부 자계에 의해 전기 저항이 변화하는 자기 저항 소자와, 이것을 이용한 자기 디바이스, 예컨대 자기 신호를 검출하는 자기 센서, 자기 신호를기억하는 메모리 장치에 관한 것이다.

자기 저항 소자로는, 이방성 자기 저항(AMR) 효과를 이용한 소자와 함께 비자성층과 교대로 적층한 자성층간의 자화 상대각에 의존하는 저항 변화를 이용한 거대 자기 저항(GMR) 소자가 실용화되고 있다. 또, 자성층간의 터널 전류의 자화 상대각 의존을 이용한 터널 자기 저항(TMR) 소자에 대해서도 연구가 진행되고 있다. 이 소자는, 두 개의 자성층 사이에 아주 얇은 절연 배리어층을 끼운 3층 구조를 가진다.

TMR 소자에서의 자기 저항 변화율은, 자성체 재료의 스핀 분극률에 의존한다. 이 때문에, 자성체의 스핀 분극률이 클수록, 큰 변화율이 얻어진다. 철, 코발트 등의 금속 자성체에서는 스핀 분극률이 겨우 50% 정도이고, 이 분극률이 소자의 자기 저항 변화률을 제한한다. 따라서, 보다 큰 스핀 분극률을 가지는 재료로서, 천이 금속을 포함하는 산화물 자성체 재료가 기대되고 있다. 예컨대, LaMnO₃등의 페로브스카이트 구조 재료, 특히 더블 페로브스카이트 구조를 가지는 재료는, 실온에서도 높은 스핀 분극률을 나타낸다. 특개 2000-174359 공보에는 더블 페로브스카이트 구조를 가지는 산화물을 포함하는 자기 저항 소자가 개시되어 있다.

그러나, 페로브스카이트 구조 재료는, 자기 전이 온도가 낮기 때문에 고온에서의 동작에 어려움이 있다. 더블 페로브스카이트 구조 재료는, 자기 전이 온도가 조금 높지만, 그것에서도 200℃정도로, 역시 동작시의 소자의 승온 등에 배려를 필요로 한다. 한편, 스피넬형 결정 구조를 가지는 산화물은, 400℃ 이상의 자기 전이온도를 가진다. 스피넬형 자성체를 이용한 TMR 소자로서는 마그네타이트(Fe₃O₄) 박막 자성층을 이용한 3층 적층 터널 접합 소자가 보고되어 있다(X. W. Li 외, 업라이드·피젝스·레터즈, 73권, 22호, 3282∼3284페이지, 1998년 발행). 그러나, 종래, 스피넬형 자성체를 이용한 TMR 소자로부터 얻어지는 자기 저항 변화율은 스핀 분극률에서 예상되는 것보다도 작은 수 %에 머무르고 있다. 그 이유의 상세한 것에 대해서는 명확하지 않지만, 스피넬형 자성층에서의 전자 상태를 중심으로 한 모든 특성이 충분하지 않아, 랜덤한 스핀의 호핑(hopping)이 일어나, 외관상 스핀 분극률이 저하하기 때문이라고 여겨진다.

스피넬형 자성체는, 일반적인 금속 또는 합금계 자성 재료에 비해 결정 구조가 복잡하다. 이 때문에 결정학적, 전기적 및 자기적 특성을 적절히 제어하여 양질의 스피넬형 자성층을 얻는 것은 용이하지 않다. 양질의 스피넬형 자성층을 성막하기 위해서는, 고정밀도의 설비와 고도의 기술을 필요로 한다. 또, 제조가 번잡하여 재현성에도 어려움이 있다. 이와 같은 사정에서 스피넬형 자성체를 이용한 소자로부터는 아직 충분한 자기 저항 변화가 얻어지지 않았다.

따라서, 본 발명은 스피넬형 자성체를 이용한 자기 저항 소자의 개선을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 자기 저항 소자의 일예의 단면도,

도 2는 본 발명의 자기 저항 소자의 일예의 단면도,

도 3(a) 내지 도 3(c)는 본 발명의 자기 저항 소자의 일예에서의 자기 특성 및 자기 저항 특성을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 소자를 이용한 자기 헤드의 일예를 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 소자를 이용한 메모리 장치의 일예에서의 셀 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기체 3 : 제1 자성층

4 : 비자성층 5 : 제2 자성층

6 : 상부 전극

상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토한 결과, 본 발명자는 기체(基體)와 스피넬형 자성체의 사이에 질화 티탄(TiN)층을 개재함으로써, 보다 큰 자기 저항 효과가 얻어진다는 것을 알아냈다. 즉, 본 발명의 자기 저항 소자는 기체와, 기체상에 형성된 다층막을 가지고, 이 다층막이 상기 기체측에서 제1 자성층과, 제1 자성층상에 형성된 비자성층과, 이 비자성층상에 형성된 제2 자성층을 포함하고, 상기 제1 자성층의 자화 방향과 상기 제2 자성층의 자화 방향의 상대 각도의 변화에 따른 전기 저항의 변화를 검출하기 위한 전류를 상기 다층막의 막 면에 수직인 방향으로 흐르게 하는 소자이고, 상기 제1 자성층이 스피넬형 결정 구조를 가지고, 상기 다층막이 상기 기체와 상기 제1 자성층과의 사이에 개재하는 질화 티탄층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 스피넬형 결정 구조를 가지는 자성체를 이용하면서, 비교적 용이하게 양호한 접합을 얻을 수 있다. 이 양호한 접합은, 개재하는 질화 티탄층 자체에 기인하기 때문에, 그다지 고정밀도의 장치를 사용하지 않아도 되는 소자 제작상의 이점도 얻을 수 있다.

본 발명의 소자를 이용하면, 각종 자기 디바이스, 예컨대 자기 센서, 자기 메모리 장치의 특성 향상을 도모할 수 있다. 자기 센서의 일례로서는, 자기 저항 효과형 헤드를 들 수 있다.

이하, 본 발명의 자기 저항 소자 및 이것을 이용한 자기 디바이스의 바람직한 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 자기 저항 소자에서는, 기체(1)상에 질화 티탄(TiN)층(2), 스피넬형 자성층(제1 자성층)(3), 비자성층(4), 제2 자성층(5)이 이 순서대로 적층되어 있다. 제2 자성층(5)의 위에는, 또 전극(6)(상부 전극)이 배치되어 있다. 외부 자계를 검출하기 위한 전류는 양 자성층 및 비자성층을 막 면에 수직 방향으로 통과한다.

이 소자에서는, 스피넬형 자성층을 형성하는 기체상의 전 영역에 질화 티탄층이 개재되어 있다. 이와 같이 질화 티탄층을 삽입하면, 이 층이 없는 경우에 비해, 2배 이상의 자기 저항 변화가 얻어진다는 것이 확인되었다. 이 이유의 상세는, 현시점에서는 명확하지는 않다. 질화 티탄은, 격자 정수 4.24Å의 암염형 입방 결정 구조를 가지지만, 이 격자 정수는 전형적인 스피넬형 자성체인 마그네타이트의 입방 결정 구조의 격자 정수 약 8.4Å의 거의 반에 상당한다. 그러나, 특성의 개선에는 결정 격자의 정합성 이외의 요인도 기여하고 있다. 격자 매칭이 보다 양호한 산화 마그네슘(격자 정수 4.20Å;암염형 입방 결정 구조), MgAl₂O₄(격자 정수 8.1Å;스피넬형 결정 구조) 등의 기체를 이용해도 질화 티탄층을 개재시킨 소자와 동일한 정도로는 성능이 높은 소자가 얻어지지 않기 때문이다. 결정 격자의 정합성 이외에도, 예컨대 스피넬형 자성층과 질화 티탄층과의 계면에서의 전기적, 화학적인 준위나 안정성을 포함시킨 총합적인 정합성이 관여할 가능성이 있다. 질화 티탄층의 막 두께는 특별히 제한되지 않지만, 전기 저항 효과를 충분히 개선시키기 위해서는 50nm 이상이 바람직하다.

스피넬형 결정 구조를 가지는 제1 자성층(3)으로서, 크롬, 니켈, 망간을 포함하는 자성체를 이용한 경우에도, 질화 티탄층에 의한 특성 개선의 효과는 얻어지지만, 철 원소를 포함하는 산화물 페리 자성층을 이용한 경우에 전기 특성 및 화학적 안정성에 뛰어난 자기 저항 소자가 얻어진다. 가장 큰 자기 저항 변화가 얻어지는 재료는 2가의 철과 3가의 철의 복합가수 산화물인 마그네타이트(Fe₃O₄)이다.

비자성층(4)으로서 동과 같은 양도체를 이용한 경우(소위 CPP-GMR 소자로 한 경우)에도, 질화 티탄층에 의한 특성 개선의 효과가 얻어지는 것은 확인되고 있다. 그러나, 비자성층으로서 산화물, 질화물 등의 절연층을 이용한 TMR 소자에서 자기 저항 효과의 향상이 현저해졌다.

기체(1)로서는, 글래스와 같은 비정질 재료 또는 다결정 세라믹 재료를 이용해도 되지만, 단결정 재료가 적합하다. 단결정 기체를 이용하면, 질화 티탄의 결정 방위가 실질적으로 한 방향으로 모이기 쉬워, 결과적으로 스피넬형 자성층의 결정 배향에도 영향이 미치기 쉬워지기 때문이다.

단결정 기체로서는, 실리콘, 사파이어 등을 이용해도 좋지만, 산화 마그네슘의 단결정을 이용하면 특히 양호한 결과가 얻어진다. 이것은 산화 마그네슘 기체, 질화 티탄층 및 스피넬형 자성체층의 양 계면에서의 높은 결정학적, 화학적인 정합성을 동시에 실현할 수 있기 때문이라고 여겨진다. 또, 기체의 표면을 산화 마그네슘 결정의 (110)면으로 하면, (111)면이나 (211)면으로 이루어지는 산화 마그네슘 표면상에 제작한 경우보다도 높은 특성이 얻어진다. 또, 기체 표면을 (110)면으로 하는 경우에는 전기 저항의 변화를 초래하는 외부 자계를 산화 마그네슘의 <110> 방위와 45°이하의 각도를 이루는 방향을 따라 인가하면, 큰 자기 저항 변화률이 얻어진다. 이상과 같이 질화 티탄과 정합성이 높은 기체를 이용하여, 이 기체상에 질화 티탄층을 직접 형성하면, 간소한 구성으로 양호한 접합을 실현할 수 있다.

상기에 도시한 질화 티탄 이외의 각 재료는 예시이다. 제2 자성층(5),전극(6) 외의 층에 이용하는 재료에도 특별히 제한은 없고, 종래로부터 이용되어 온 재료를 이용하면 된다. 각 층의 성막법에도 특별히 제한은 없다. 질화 티탄층도 성막법이 한정되지 않고, 예컨대 각종 스퍼터링법, 화학 기상법(CVD법) 등을 적용할 수 있다. 상기 소자는 본 발명의 소자의 일예이고, 도시하지 않은 층, 예컨대 반강자성층과 같이 자성층의 자화 회전을 제어하는 층을 더 포함하는 다층막으로 해도 좋다. 도시한 구성에서는 질화 티탄층을 하부 전극으로 이용함으로써, 기체(1)와 제1 자성층(3)의 사이에 질화 티탄층만이 개재되어 있는데, 본 발명의 목적이 달성되는 한, 다른 층이 개재되어도 상관없다. 소자 형상도 도 1의 예시에 한하지 않고, 도 2에 도시한 바와 같이 포토리소그래피 기술 등을 이용한 미세 가공에 의해, 스텝부(7)를 설치하여 디바이스로 이용해도 좋다. 이 경우는, 도 2에 도시한 바와 같이, 전극으로 하는 질화 티탄층(2)이 기체(1)상에 잔존하도록 가공하면 된다.

도 4에 상기 소자를 이용한 자기 센서의 일례로서, 자기 저항 효과형 헤드를 도시한다. 이 헤드에서는 검지해야 할 외부 자장(H)은, 투자율이 높은 자성막으로 구성한 요크(8)를 통해 자기 저항 소자(9)에 도입된다. 이 경우, 외부 자계는 소자부 전체에 유입되어도 좋지만, 자화 회전이 상대적으로 용이한 자성층에 유입되면 된다. 요크의 재료에도, 종래로부터 이용되어 온 재료, 예컨대, Fe-Si-N, Ni-Fe-Co, Co-Nb-Zr, Fe-Ta-N 합금 등의 연자성막을 이용해도 좋고, 그 형상도 도금법 등 공지의 성막법을 적용하면 된다.

도 5에 상기 소자를 이용한 자기 메모리 장치를 구성하는 셀의 일례를 도시한다. 이 소자에서는 도 2에 도시한 자기 저항 소자의 표면이 전기 절연층(10)에 의해 덮여 있고, 이 층에 자계를 발생시키는 정보 기록용 도체선(11)이 더 적층되어 있다. 이 셀에서는, 예컨대 도체선(11)에 전류를 흐르게 하여 발생시킨 자계에 의해, 초기 상태에서 자화 방향이 모인 자성층(3, 5)의 한 쪽의 자화가 반전한다. 도 5에 예시한 소자에서는 제2 자성층(5)이 제1 자성층(3)보다도 자화 회전하기 쉽기 때문에, 제2 자성층(5)의 자화가 반전한 상태가 도시되어 있다. 이와 같이 하여 한 쪽의 자성층의 자화가 반전하여 정보의 기록이 행해진다. 이 소자에서는, 질화 티탄층(2)과 취출 전극(6) 사이의 저항 변화를 검지하여 정보가 독출된다. 또, 도체(11)의 재료로서도 특별히 제한은 없고, Al, Au, Cu, Ag 등의 저저항 금속선을 이용하면 된다.

상기에서 설명한 디바이스의 구성 및 동작은 예시에 지나지 않고, 본 발명의 소자는 각종 구성의 자기 디바이스에 적용할 수 있다. 디바이스의 동작, 예컨대 상기에서 설명한 메모리의 동작도 일례에 지나지 않는다.

(실시예)

(실시예 1)

도 1과 동일한 구성의 자기 저항 소자를, 역 스피넬형 결정 구조의 페리 자성체인 마그네타이트(Fe₃O₄) 자성 박막을 이용하여 제작했다. 기체로는, 표면이 비정질 상태의 산화 실리콘(열 산화막)으로 덮인 실리콘 기체를 이용했다. 이 기체상에, 티탄 금속을 타겟으로 한 아르곤/질소 혼합 분위기 중에서의 스퍼터링에 의해 막 두께 100nm의 질화 티탄(TiN)막을 성막했다. 단, TiN막 성막시의 기체 온도는500℃로 했다. 이어서, 막 두께 50nm의 마그네타이트 자성 박막층을 형성했다. 또, 알루미늄의 스퍼터링막을 2nm 부착시킨 후에 이 막을 산화하여, 절연층으로서 산화 알루미늄막을 형성했다. 이어서, 막 두께 20nm의 CoFe 강자성층을 형성했다. 마지막으로 취출 전극으로서 금전극을 설치했다.

이와 같이 하여 얻은 소자에서의 저항(TiN과 금전극 사이의 저항)의 외부 자계 의존성을 측정한 결과, 약 4%의 저항 변화가 관측되었다. 이에 대해, TiN층을 이용하지 않고, 상기와 같은 방법으로 하여 제작한 소자에서는, 저항 변화가 1% 이하였다.

또, 상기 각 층의 적층 순서를 반대로 하여, 제2 자성층으로 형성한 마그네타이트상의 위에 TiN층을 성막한 경우에는, 유의성이 있는 특성 향상의 효과는 얻어지긴 했지만, 이 효과는 기체에 인접하여 TiN층을 형성한 경우 정도는 아니었다.

(실시예 2)

기체로서 산화 마그네슘(MgO) 단결정 기체를 이용한 것 이외는, 실시예 1과 같은 방법으로 하여 자기 저항 소자를 제작했다. 기체면은 (100)면으로 했다. TiN층의 성막 중에 기체의 온도를 300℃ 이상으로 가열하면, 기체 표면에 대해 TiN의 <100>축이 수직으로 배향한 박막이 얻어졌다. 한편, 기체의 온도가 실온 내지 200℃ 정도에서는 다결정적인 구조를 가지는 TiN층이 되었다. 양 TiN층은 금색을 나타내고, 모두 0.02mΩ·㎝ 이하의 전기 저항률을 가지는 양도체였다. 이들 소자에 대해 자기 저항 특성을 평가한 결과, 다결정 TiN층을 포함하는 소자에서는 자기 저항 변화율이 5%였던 것에 비해, <100> 배향의 TiN층을 포함하는 소자에서는 10%의 자기 저항변화가 얻어졌다.

스피넬형 자성층으로서, MnFe₂O₄, CoFe₂O₄등의 페리 자성층을 이용한 경우에도, 8% 정도의 자기 저항 변화를 나타내는 소자가 제작가능했다. 한편, TiN층 대신에 양도체인 백금(Pt)의 배향막을 삽입한 소자를 제작했는데, 자기 저항 변화율은 2%로 작았다.

(실시예 3)

도 2와 동일한 구성을 가지는 자기 저항 소자를 기체로서 (100), (110) 또는 (111)면 방위의 표면을 가지는 MgO를 이용하여 제작했다. 먼저, 기체를 400℃로 가열하여 두께 300nm의 TiN층을 성막하고, 이어서 두께 50nm의 Fe₃O₄자성층, 두께 1nm의 산화 알루미늄 절연층, 두께 20nm의 CoFe 자성층, 두께 100nm의 구리 전극층을 순차 적층했다. 이 적층 공정 중에, 이용한 기체 표면에 따라, TiN층이 각각 기체에 수직으로 <100>, <110> 또는 <111>축이 배향하는 것, Fe₃O₄자성층도 TiN층과 동일한 배향성을 가지는 것을 확인했다. 포토 프로세스와 이온 에칭을 이용한 미세 가공에 의해, 스텝을 가지는 메사(mesa)형의 소자로 가공했다. 메사의 패턴은 한 변이 10000nm의 정사각형으로 했다.

이와 같이 하여 얻은 각 소자에 대해, TiN과 구리 전극 사이의 전류를 흐르게 하여 자기 저항 변화를 검출했다. 도 3(a)∼(c)에 결과를 나타낸다. MgO (100)면을 이용한 경우에 약 12%, MgO (111)면을 이용한 경우에 6%의 자기 저항 변화율이 얻어졌는데, MgO (110)면을 이용하면 자기 저항 변화율은 20%를 넘었다. 또, 외부 자계를 MgO 기체의 표면에 평행한 <110> 방위를 따라 인가하면 자기 저항 변화율이 최대가 되었다.

(실시예 4)

본 실시예에서는, 비자성층의 종류에 의한 자기 저항 변화율의 차이를 측정했다. MgO (110)면을 기체로 하여, TiN층(300nm), 하부 Fe₃O₄자성층(10nm), 절연층(2nm), 상부 Fe₃O₄자성층(20nm)을 순서대로 형성했다. 단, 괄호 내의 숫자는 막 두께이다. TiN층의 성막시에는 기체를 400℃로 가열했다. 또, 상부 Fe₃O₄자성층의 자화를 고정하기 위한 반강자성층으로서, 막 두께 50nm의 LaFe0₃층을 적층하고, 마지막으로 상부 Fe₃O₄자성층에서 두께 100nm의 금 인출 전극을 형성했다.

절연층으로는, 산화 알루미늄, 산화 탄탈, 산화 티탄, 산화 마그네슘, 산화 세륨, 티탄산 스트론튬, 질화 알루미늄을 각각 이용했다. MgO의 <110> 방향으로 자계를 인가하여 자기 저항 변화를 측정한 결과, 측정값은 산화 탄탈, 산화 마그네슘, 질화 알루미늄의 경우에 10% 이하, 산화 티탄, 산화 세륨의 경우에 15% 정도, 산화 알루미늄의 경우에 20% 정도, 티탄산 스트론튬의 경우에 25%가 되었다. 절연 배리어층의 재료에 자기 저항 효과가 의존하는 원인은 정해지지 않지만, 자성층의 전자 상태에 배리어의 원소가 영향을 미친다고 추측 관찰된다.

(실시예 5)

실시예 4에서 제작한 티탄산 스트론튬 절연층을 포함하는 소자를 이용하여, 도 4와 동일한 구성의 자기 헤드를 제작했다. 이 자기 헤드에서는 요크에 의해 유입되는 자계가 Mg0(110) 기체의 <110> 방위에서 30도 경사진 방향으로 인가되도록 요크 및 소자를 배치하여, 제로 자장 근방에서의 미약한 자계에 대해 양호한 감도가 얻어지도록 했다. 요크의 재료로는 CoNrZr 비정질 합금막을 이용했다. 이 자기 헤드에서는 상기와 같이 배치한 요크를 부가함으로써, 10[Oe](약 796A/m)의 외부 자계에 대한 감도가 2배 이상으로 향상했다.

(실시예 6)

도 5에 도시한 셀을 가지는 메모리 장치를 제작했다. 기체로 한 MgO의 (100)면상에, TiN층(800nm), (Fe, Co)₃O₄자성층(20nm), 산화 티탄 절연층(1nm), CoFe 자성층(5nm), 구리 전극층(100nm)을 순차 적층했다(괄호 내의 수치는 막 두께). 이어서, 이 각 층을 5000nm×2000nm 크기의 메사 패턴이 되도록 미세 가공하여, 표면 전체를 SiO₂절연막(300nm)에 의해 피복했다. 이 절연막상에 Al로 이루어진 정보 기록용 도체선을 배선하여 메모리 셀로 했다.

이 메모리 셀을 이용하여 정보의 기록 및 재생을 행했다. 먼저, 정보 기록용 도체선에 펄스 전류를 흐르게 하여 100[Oe](약 7960A/m)의 자계를 발생시켜 양 자성층의 방위를 일치시켰다. 이어서, 역방향으로 펄스 전류를 흐르게 하여 -50[Oe](약 -398A/m)의 자계를 발생시켜 상부 자성층(CoFe 자성층)의 자화만 반전시켰다. 이 상태에서 TiN층과 구리 전극 사이에 전압을 인가하여 양 전극간의 저항 변화를 관측한 결과, 명확한 저항 변화를 추측할 수 있었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 고스핀 분극률의 스피넬형 자성 재료를 이용한 자기 저항 효과가 큰 자기 저항 소자를 제공할 수 있다. 이 소자는 제조도 용이하다. 본 발명은 뛰어난 특성을 가지는 자기 센서나 자기 저항 효과형 메모리 장치의 양산(量産)을 용이하게 하는 것으로, 상기 기술 분야에서 매우 큰 이용 가치를 가진다.

Claims

기체(基體)와, 상기 기체상에 형성된 다층막을 가지고, 상기 다층막이 상기 기체측에서 제1 자성층과, 상기 제1 자성층상에 형성된 비자성층과, 상기 비자성층상에 형성된 제2 자성층을 포함하고, 상기 제1 자성층의 자화 방향과 상기 제2 자성층의 자화 방향의 상대 각도의 변화에 따른 전기 저항의 변화를 검출하기 위한 전류를, 상기 다층막의 막면에 수직인 방향으로 흐르게 하는 자기 저항 소자에 있어서,

상기 제1 자성층은 스피넬형 결정 구조를 갖는 산화물 자성층으로 이루어지고, 상기 다층막은 상기 기체와 상기 제1 자성층의 사이에 개재하는 질화 티탄층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
제1항에 있어서,

비자성층이 전기 절연층인 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
제1항에 있어서,

제1 자성층은 철 원소를 포함하는 산화물 페리 자성층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
제3항에 있어서,

철 원소를 포함하는 산화물 페리 자성층은 마그네타이트(Fe₃O₄)인 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
제1항에 있어서,

질화 티탄층이 기체상에 직접 형성된 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
제1항에 있어서,

질화 티탄층에서 질화 티탄 결정의 결정 방위가 실질적으로 한 방향으로 모여 있는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
제1항에 있어서,

기체가 단결정인 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
제7항에 있어서,

기체가 산화 마그네슘의 단결정인 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
제8항에 있어서,

기체의 표면이 산화 마그네슘 결정의 (110)면인 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
제9항에 있어서,

산화 마그네슘의 <110> 방위와 45°이하의 각도를 이루는 방향을 따라, 전기 저항의 변화를 초래하는 외부 자계를 인가하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 소자.
제1항에 기재된 자기 저항 소자를 포함하고, 상기 소자를 이용하여 자기신호의 검지를 행하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
제1항에 기재된 자기 저항 소자를 포함하고, 상기 소자에 자기 신호를 보존하는 것을 특징으로 하는 자기 메모리 장치.