WO1999067828A1

WO1999067828A1 - Dispositif a effet tunnel magnetique, procede de fabrication de ce dernier et tete magnetique

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Publication number: WO1999067828A1
Application number: PCT/JP1999/003327
Authority: WO
Inventors: Seiji Kumagai; Junichi Honda; Yoshito Ikeda
Original assignee: Sony Corporation
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 1999-12-29
Also published as: JP3896789B2; CN1166015C; KR20010023130A; KR100572953B1; CN1274475A; US6452892B1

Description

明細: 磁気トンネル素子及びその製造方法並びに磁気へッド技術分野本発明は、トンネル障壁層を介して一対の磁性層を積層し、一方の磁性層から他方の磁性層にトンネル電流が流れ、このトンネル電流のコンダクタンスがー対の磁性層の磁化の分極率に依存して変化する磁気トンネル素子及びその製造方法並びに磁気へッドに関する ₍ 景技術従来より、一対の磁性金属層で薄い絶縁層を挟持してなる層構造において、一対の磁性金属層を電極として所定の電圧を印加すると、絶縁層に流れるトンネル電流のコンダク夕ンスがー対の磁性金属層の磁化の相対角度に依存して変化するといつた磁気トンネリング効果が報告されている。すなわち、一対の磁性金属層で薄い絶縁層を挟持してなる層構造では、絶縁層に流れるトンネル電流に対する磁気抵抗効果を示すのである。

この磁気トンネリング効果では、一対の磁性金属層の磁化の分極率により磁気抵抗比を理論的に算出でき、特に、一対の磁性金属層に F eを用いた場合には、約 4 0 %の磁気抵抗比を期待することができる。このため、少なくとも、一対の磁性金属層で薄い絶縁層を挟持してなる層構造を有する磁気トンネル素子が外部磁界検出用の素子として注目を集めている。

ところで、上述したような磁気トンネル素子では、薄い絶縁層として金属酸化物を用いるのが一般的である。しかしながら、絶縁層として金属酸化物を用いた場合、ピンホール等が形成されてしまうことがあり一対の磁性金属層間に短絡が生じてしまうことがある。また、絶縁層として金属酸化物を用いた場合、金属の酸化度が不十分なことがあり、トンネル障壁が不完全となってしまい磁気トンネリング効果が発現しない場合もある。発明の開示そこで、本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、トンネル電流がトンネル障壁層に確実に流れ、安定的な磁気トンネリング効果を発現する磁気トンネル素子及びその製造方法並びに磁気へッドを提供することを目的とする。

本発明に係る磁気トンネル素子は、第 1の磁性層と第 2の磁性層とがトンネル障壁層を介して積層されてなる磁気トンネル素子において、上記第 2の磁性層が上記第 1の磁性層と比して低電位となるように印加した電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化が、上記第 2 の磁性層が上記第 1の磁性層と比して高電位となるように印加した電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化と比較して小である領域を有することを特徴とするものである。

以上のように構成された本発明に係る磁気トンネル素子では、第 2の磁性層が第 1の磁性層と比して低電位となるように電圧を印加することによって、トンネル障壁層を介して第 2の磁性層から第 1 の磁性層に向かって電子が流れることとなる。このとき、磁気トンネル素子では、逆向きに電子を流した場合と比較して磁気抵抗比の変化量が小となる。言い換えると、第 2の磁性層が第 1の磁性層と比して低電位となるように電圧を印加することによって、磁気トンネル素子では、磁気抵抗比の電圧依存性が小となる。このため、磁気トンネル素子では、トンネル障壁層に対して、電圧の大きさに依存せず安定したトンネル電流が流れることとなる。

また、本発明に係る磁気トンネル素子は、第 1の磁性層と、上記第 1の磁性層上に形成され、上記第 1の磁性層側から酸化度が増加してなるトンネル障壁層と、上記トンネル障壁層上に形成された第 2の磁性層とを備え、上記第 2の磁性層から上記第 1の磁性層に向かって電子を供給することにより上記トンネル障壁層にトンネル電流を流すことを特徴とするものである。

以上のように構成された本発明に係る磁気トンネル素子では、第 1の磁性層上に金属を段階的に酸化させることによりトンネル障壁層が形成されている。すなわち、第 1の磁性層上には、最も酸化度の低いトンネル障壁層が形成されることとなる。このため、トンネル障壁層は、第 1の磁性層に対する接着性が良好なものとなる。また、この磁気トンネル素子では、トンネル障壁層に対する電子の供給方向を規定している。このため、この磁気トンネル素子では、トンネル障壁層に対して、電圧の大きさに依存せず安定したトンネル電流が流れることとなる。

さらに、本発明に係る磁気トンネル素子の製造方法は、第 1の磁性層.を形成し、上記第 1の磁性層上に、金属を段階的に酸化することによりトンネル障壁層を形成し、このトンネル障壁層を介して、上記第 1の磁性層上に第 2の磁性層を形成することを特徴とするものである。

以上のように構成された本発明に係る磁気トンネル素子の製造方法によれば、金属を段階的に酸化することによりトンネル障壁層を形成しているため、第 1の磁性層上に対するトンネル障壁層の接着性を向上させることができる。また、この手法では、金属を段階的に酸化することによりトンネル障壁層を形成しているため、電圧の大きさに依存することなく安定してトンネル電流が流れる磁気トンネル素子を製造することができる。

さらにまた、本発明に係る磁気ヘッドは、第 1の磁性層と第 2の磁性層とがトンネル障壁層を介して積層されてなるり、上記第 2の磁性層が上記第 1の磁性層と比して低電位となるように印加した電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化が、上記第 2の磁性層が上記第 1の磁性層と比して高電位となるように印加した電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化と比較して小である領域を有する磁気トンネル素子を備え、上記磁気トンネル素子を感磁部とすることを特徴とするものである。

以上のように構成された本発明に係る磁気へッドでは、磁気トンネル素子に、第 2の磁性層が第 1の磁性層と比して低電位となるように電圧を印加することによって、トンネル障壁層を介して第 2の磁性層から第 1の磁性層に向かって電子を流す。このとき、磁気トンネル素子では、逆向きに電子を流した場合と比較して磁気抵抗比の変化量が小となる。言い換えると、第 2の磁性層が第 1の磁性層と比して低電位となるように電圧を印加することによって、磁気トンネル素子では、磁気抵抗比の電圧依存性が小となる。このため、磁気へッドでは、感磁部である磁気トンネル素子が安定的に動作することになる。

さらにまた、本発明に係る磁気ヘッドは、第 1の磁性層と、上記第 1の磁性層上に形成され、上記第 1の磁性層側から酸化度が増加してなるトンネル障壁層と、上記トンネル障壁層上に形成された第

2の磁性層とを有し、上記第 2の磁性層から上記第 1の磁性層に向かって電子を供給することにより上記トンネル障壁層にトンネル電流を流す磁気トンネル素子を備え、上記磁気トンネル素子を感磁部とすることを特徴とするものである。

以上のように構成された本発明に係る磁気へッドでは、第 1の磁性層上に金属を段階的に酸化させることによりトンネル障壁層が形成された磁気トンネル素子を感磁部としている。すなわち、磁気トンネル素子において、第 1の磁性層上には、最も酸化度の低いトンネル障壁層が形成されることとなる。このため、トンネル障壁層は、第 1の磁性層に対する接着性が良好なものとなる。また、この磁気へッドでは、トンネル障壁層に対する電子の供給方向を規定している。このため、この磁気ヘッドでは、トンネル障壁層に対して、電圧の大きさに依存せず安定したトンネル電流が流れることとなり、感磁部である磁気トンネル素子が安定的に動作することになる。図面の簡単な説明図 1は、一例として示す磁気トンネル素子の要部斜視図である。図- 2は、磁気トンネル素子の要部断面図である。

図 3は、磁気トンネル素子における電圧と規格化された磁気抵抗比との関係を示す特性図である。

図 4は、定電流源及び電圧計を接続した磁気トンネル素子の要部斜視図である。

図 5は、磁気トンネル素子に印加される電圧と抵抗値及び磁気抵抗比を示す特性図である。

図 6は、磁気トンネル素子におけるトンネル障壁を模式的に示す概念図である。

図 7は、ァニール処理を施さずに形成された磁気トンネル素子に印加される電圧と抵抗値及び磁気抵抗比を示す特性図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明に係る磁気トンネル素子及びその製造方法並びに磁気へッドの最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

磁気トンネル素子は、図 1に示すように、非磁性基板 1上に帯状に形成された第 1の磁性金属層 2と、この第 1の磁性金属層 2の略中心部を覆うように形成されたトンネル障壁層 3と、このトンネル障壁層 3上に形成された第 2の磁性金属層 4とを備える。この磁気トンネル素子において、第 1の磁性金属層 2及び第 2の磁性金属層 4とは、それぞれの長手方向が略直交するように形成されている。このため、この磁気トンネル素子では、第 1の磁性金属層 2と第 2 の磁性金属層 4とが、それぞれの略中心部でトンネル障壁層 3を介して積層されている。こ-の磁気トンネル素子における第 1の磁性金属層 2と第 2の磁性金属層 4とがトンネル障壁層 3を介して積層された部分の断面図を図 2に示す。図 2に示すように、第 1の磁性金属層 2は、非磁性基板 1側から N i F e層 5と C 0層 6とを順次積層してなる 2層構造とした。また、第 2の磁性電極層 4は、トンネル障壁層 3側から C o層 7と N i F e層 8と F eMn層 9と Ta層 10とを順次積層してなる 4層構造とした。

具体的に、非磁性基板 1としては、表面を 3000オングストロ —ム酸化した S i ( 100%) 基板が用いられた。

また、第 1の磁性金属層 2において、 N i F e膜 5は、保磁力が低く、外部磁界に対してその磁化方向を変化させる磁化自由膜である。この第 1の磁性金属層 2において、 Co層 6は、後述する Co 層 7とともにスピン分極率を増加させるために配された層である。すなわち、 N i Fe膜 5及びトンネル障壁層 3の界面と N i F e 9 及びトンネル障壁層 3の界面とに、 C 0層 6及び C o層 7を配することによって、この磁気トンネル素子の磁気抵抗比を大きくすることができる。

具体的には、上述した非磁性基板 1上に 188オングストロ一ムの膜厚で N i F e膜 5が形成され、この N i F e膜 5上に 33オングストロームの膜厚で C 0膜 6が形成される。なお、これら N i F e膜 5及び C 0膜 6は、メタルマスクを用いたスパッタリングにより帯状に成膜された。

そして、この第 1の磁性金属層 2には、いわゆるァニール処理が施される。このァニール処理は、第 1の磁性金属膜 2の長手方向に 3300 eの磁界を印加しながら 350。Cで 6 X 10— ⁴P aの真空中で行った。

また、トンネル障壁層 3は、金属を段階的に酸化することにより第 1の磁性金属層 2側から酸化度が増加するような層である。このトンネル障壁層 3は、第 1の磁性金属層 2と第 2の磁性金属層 4との間の電気的な障壁となり、いわゆるトンネル障壁となる。

このトンネル障壁層 3、例えば、 A l , G d , H f , F e , C o、 N i , S e , M g等の金属を用いて形成される。しかしながら、トンネル障壁層 3としては、これらの金属元素に限定されず、酸化されることによりトンネル障壁となり得れば、如何なる金属を用いても良い。

このトンネル障壁層 3を形成する際には、上述したように形成された第 1の磁性金属層 2上に、酸素分圧を増加させながら金属元素を成膜すればよい。このように酸素分圧を増加させることにより、トンネル障壁層 3は、第 1の磁性金属層 2側から酸化度が増加するように形成される。

具体的に、トンネル障壁層 3を成膜する際のプロセスガスには、 A rと〇 2との混合ガスを用いることができる。この A rと 0 ₂との混合ガス雰囲気下で、上記金属を 6 0秒間成膜することによって、トンネル障壁層 3を形成することができる。そして、成膜開始時には、混合ガスにおける分圧比を、 A r ： 0 ₂ = 1 0 ： 0とし、 6 0秒後には、分圧比が A r ： 0 ₂ = 1 0 ： 1 となるように酸素分圧を正比例で増加させた。

なお、上述した手法では、酸素分圧を正比例で増加させることにより、金属を段階的に酸化してトンネル障壁層 3を形成したが、本発明は、このような手法に限定されるものではない。すなわち、金属を段階的に酸化させるためには、酸素分圧を指数関数的に増加させても良い。

さらに、第 2の磁性金属層 4において、 F eMn層 9は、反強磁性材料であり、 N i F e層 8の磁化を所定の方向に固定している。この F eMn層 9により、 N i F e層 8は、磁化固定膜となる。この第 2の磁性金属層 4において、 Co層 7は、上述したように、磁気トンネル素子の磁気抵抗比を向上させるために配された層である。さらに、この第 2の磁性金属層 4において、 T a層 10は、 F eM n層 9の腐食を防止するために配された層である。

具体的には、 C o層 7の膜厚を 26オングストロームとし、 N i F e層 8の膜厚を 188オングストロームとし、 F e Mn層 9の膜厚を 450オングストロームとし、 T a層 10の膜厚を 200オングストロ一ムとするように、メタルマスクを用いたスパッタリングにより順次帯状に成膜された。このとき、各層は、長手方向に対して直交する方向に 520 eの磁界を印加しながら成膜された。

なお、各層をスパッタリングする際のプロセスガスとしては、 A rガスが用いられた。そして、各層を成膜する際の Arガス圧は、 N i F e膜 5, 8及び C o 6, 7膜の場合には 0. 3 P aとし、 A 1の場合は 0. 2 P aとし、 F e Mn膜 9の場合には 0. 6 Paとした。

また、具体的に、第 1の磁性金属層 2と第 2の磁性金属層 4とが重なり合う部分の面積、すなわち、トンネル電流が流れる部分の面積としては、 100 x 100〜 500 x 500 m²の 9種類を作製した。

以上のように構成された磁気トンネル素子では、外部磁界が印加され-ると、第 1の磁性金属層 2における N i F e膜 5の磁化方向が変化する。これに対して、第 2の磁性金属層 4では、外部磁界が印加されても磁化方向を変化させない。したがって、磁気トンネル素子に対して外部磁界を印加すると、 N i F e膜 5の磁化方向と N i F e膜 8の磁化方向との相対角度が変化する。

N i F e膜 5の磁化方向と N i F e膜 8の磁化方向との相対角度が変化すると、トンネル障壁層 3に対して流れるトンネル電流に対する抵抗値が変化する。言い換えると、トンネル障壁層 3に流れるトンネル電流に対する抵抗値は、 N i F e膜 5の磁化方向と N i F e膜 8の磁化方向との相対角度に依存して変化する。したがって、磁気トンネル素子では、トンネル障壁層 3に所定のトンネル電流を流がすとともに当該トンネル電流の電圧値を検出することによって、トンネル電流に対する抵抗値の変化を電圧変化として検出することができる。すなわち、トンネル素子では、トンネル電流の電圧変化を検出することにより外部磁界を検出することができる。

特に、この磁気トンネル素子では、第 2の磁性金属層 4が第 1の磁性金属層 2と比して低電位となるように電圧を印加する場合と、逆に、第 2の磁性金属層 4が第 1の磁性金属層 2と比して高電位となるように電圧を印加する場合とで、電圧変化に対する磁気抵抗比の変化量が異なっている。以下の説明において、第 2の磁性金属層 4が第 1の磁性金属層 2と比して低電位となるように印加した電圧を「正電圧」と称し、逆に、第 2の磁性金属層 4が第 1の磁性金属層 2と比して高電位となるように印加した電圧を「負電圧」と称する。

この磁気トンネル素子では、図 3に示すように、正電圧の変化に対す磁気抵抗比の変化量が、負電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化量と比較して小となっている領域を有している。言い換えると、正電圧を印加した場合、磁気トンネル素子には、電圧変化に依存することなく磁気抵抗比が略々一定値を示す領域がある。

なお、この図 3において、縦軸は、最大の磁気抵抗比を所定の電圧値における磁気抵抗比で除算した値（「規格化された M R比」として示す。）を示し、横軸は、磁気トンネル素子に対して印加する電圧（正電圧はプラスとし、負電圧はマイナスとした。）の大きさを示す。

この磁気トンネル素子は、電圧変化に依存することなく磁気抵抗比が略々一定値を示すような領域で駆動されることによって、安定的な磁気トンネリング効果を示すことになる。すなわち、この磁気トンネル素子においては、第 2の磁性金属層 4から第 1の磁性金属層 2に対して電子を流すことによって、電圧の変化に依らず略々一定の磁気抵抗比を示すため、安定的に動作することができる。具体的には、この図 3から判るように、 0〜 5 0 m Vの正電圧を印加することによって、磁気トンネル素子は、磁気抵抗比の変化を 1 %以内とすることができる。したがって、磁気トンネル素子は、 0〜 5 0 m Vの正電圧で駆動されることによって、安定的に動作することができる。

また、この磁気トンネル素子では、少なくとも正電圧が 0〜 1 . 2 5 m Vの範囲における磁気抵抗比の変化が 1 %以内であることが好ましい。言い換えると、磁気トンネル素子では、磁気抵抗比の変化が 1 %以内となる正電圧の最大値が 1 . 2 5 m V以上であることが好ましい。例えば、磁気トンネル素子として、 F eを用いて磁気抵抗比が 4 0 %程度を示すものを使用した場合、電圧変化出力を 0 . 5 m V得るためには、駆動電圧を 1 . 2 5 m Vとする必要がある。言い換えると、磁気抵抗比の変化が 1 %以内となる正電圧の最大値が 1 . 2 5 m V未満である場合には、磁気抵抗比が 4 0 %程度であるような磁気トンネル素子を用いて十分な電圧変化出力を得られない虞がある。

この磁気トンネル素子は、例えば、磁気記録媒体に記録された信号を再生する磁気へッドに使用されることが好ましい。言い換えると、磁気ヘッドとしては、磁気記録媒体のからの磁界を検出する感磁部として上述した磁気トンネル素子を使用することが好ましい。この磁気へッドにおいて、磁気トンネル素子に対して正電圧を印加することによって、磁気記録媒体からの磁界を安定的に検出することができる。

また、磁気トンネル素子は、通常の異方性磁気抵抗効果素子や巨大磁気抵抗効果素子と比較して磁気抵抗比が大きいため、高密度記録の磁気記録媒体に対する磁気へッドとして用いることが好ましい。言い換えると、磁気ヘッドは、感磁部として磁気トンネル素子を用いることによって、高密度記録された磁気記録媒体を確実に再生することができる。

ところで、上述した磁気トンネル素子では、正電圧を印加して電圧変化に依存することなく磁気抵抗比を略々一定なものとした。これは、磁気トンネル素子において、トンネル障壁層 3が金属を段階的に酸化することにより第 1の磁性金属層 2側から酸化度が増加しするように形成されているためである。このトンネル障壁層 3に対して上述したように正電圧を印加することによって、酸化度の高い側から電子が供給されることとなる。言い換えると、この磁気トンネル素子は、酸化度が高い第 2の磁性金属層 4側から電子を供給することにより、安定的に磁気トンネリング効果を示すこととなる。

このことを検証するために、上述したような磁気トンネル素子に対して、図 4に示すように、所定の電流を供給する定電流源と、第 1の磁性金属層 2と第 2の磁性金属層 4との間の電圧を測定する電圧計とを接続し、電子の供給方向を変化させてその抵抗値及び磁気抵抗比を測定した。

このとき、第 1の磁性金属層 2から第 2の磁性金属層 4へ向かつて電子を供給する場合を「一方向」と呼び、逆に、第 2の磁性金属層 4から第 1の磁性金属層 2に向かって電子を供給する場合を「十方向」と呼ぶ。そして、電圧計は、「一方向」に電子を供給した場合にマイナスを示し、「 +方向」に電子を供給した場合にプラスを示すように接続された。

このように構成された磁気トンネル素子に対して、一定方向の外部磁界を印加し、電圧を変化させたときの抵抗値変化及び磁気抵抗比変化を測定した。その結果を図 5示す。

この図 5から明らかなように、一方向に電子を供給した場合には、印加される電圧が増大するに従って抵抗値が変化している。言い換えると、 —方向に電子を供給した場合には、トンネル障壁層 3の抵抗値は、電圧値によって変化してしまうといった電圧依存性を有している。

これに対して、 +方向に電子を供給した場合には、印加される電圧が増大しても略々一定の抵抗値を示している。このことは、 +方向に電子を供給した場合には、トンネル障壁層 3は、電圧依存性を有しないことを示している。なお、この図 5に示すように、一定方向の外部磁界を印加してるため磁気抵抗比は一定である。また、上述した図 3は、この図 5における磁気抵抗比の値を用いて作製したものである。

このことから、第 1の磁性金属層 2側から酸化度が増加してなるトンネル障壁層 3を有する場合、 +方向に電子を供給することにより、磁気トンネル素子は、電圧依存性を有しないで安定した磁気トンネル効果を示すことが証明された。これは、トンネル障壁層 3における第 2の磁性金属層 4側の部分が最も酸化されているため、トンネル障壁層 3の厚さ方向におけるトンネル障壁のポテンシャルが図 6に示すようになつているためであると考えられる。

また、上述した磁気トンネル素子では、酸素分圧を徐々に増加させてトンネル障壁層 3を形成している。このため、この磁気トンネル素子において、トンネル障壁層 3は、第 1の磁性金属層 2に対する接着性に優れたものとなる。したがって、この磁気トンネル素子においては、トンネル障壁層 3が第 1の磁性金属層 2から剥離してしまったり、第 1の磁性金属層 2と第 2の磁性金属層 4とがピンホールを介して短絡してしまうようなことが確実に防止される。これにより、この磁気トンネル素子では、常に安定的にトンネル電流が流れることとなる。

ところで、この磁気トンネル素子では、上述したように、ァニ一ル処理を行っている。このァニール処理は、磁気抵抗比ゃ軟磁気特性或いは磁気的安定性等を考慮して決定された温度条件や磁場条件下で行われる。したがって、磁気トンネル素子は、このァニール処理を施すことにより、所望の磁気抵抗比ゃ軟磁気特性を示すこととなる。

これに対して、ァニール処理を行わずに形成された磁気トンネル素子は、一定方向の外部磁界を印加した状態で、電圧を変化させたときの抵抗値変化及び磁気抵抗比変化が図 7に示すようになつている。この図 7に示すように、ァニール処理を行わない場合は、 +方向又は—方向のいずれの方向に電子を供給しても、電圧に対する依存性は見られない。

このことから、ァニール処理を施した磁気トンネル素子に対して、上述したように、第 2の磁性金属層 4から第 1の磁性金属層 2に向かって電子を供給すると効果的であることがわかる。

なお、上述した磁気トンネル素子では、正電圧を印加することによって、磁気抵抗比が電圧依存性を有することなく略々一定の値を示した。しかしながら、本発明は、このようなものに限定されず、例えば、負電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化量が、正電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化量と比較して小となっている領域を有するような磁気トンネル素子に対しても適用できる。すなわち、この場合、磁気トンネル素子に対しては、負電圧を印加して、第 1の磁性金属層 2から第 2の磁性金属層 4に対して電子を供給することにより、電圧変化に依存することなく磁気抵抗比が略々一定値を示すこととなる。したがって、この磁気トンネル素子では、負電圧を印加することによって、安定的に磁気トンネル効果を示すことができる。産業上の利用可能性以上、詳細に説明したように、本発明に係る磁気トンネル素子では、第 2の磁性層が第 1の磁性層と比して低電位となるように電圧を印加することによって、磁気抵抗比の電圧依存性が小となる。このため、磁気トンネル素子では、トンネル障壁層に対して、電圧の大きさに依存せず安定したトンネル電流を流れることとなり、常に安定的に磁気トンネル効果を示すことができる。

また、本発明に係る磁気トンネル素子では、第 1の磁性層上に形成され、第 1の磁性層側から酸化度が増加してなるトンネル障壁層を備え、第 2の磁性層から第 1の磁性層に向かって電子を供給している。このため、この磁気トンネル素子では、印加される電圧の大きさに依存することなく、安定した磁気トンネル効果を示すことができる。また、この磁気トンネル素子では、絶縁層における第 1の磁性層との接着面が最も酸化度が低くなつているため、第 1の磁性層と絶縁層との接着性が良好なのもとなる。したがって、この磁気トンネル素子は、常に安定的に磁気トンネル効果を示すことができる。

さらに、本発明に係る磁気トンネル素子の製造方法は、金属を段階的に酸化することによりトンネル障壁層を形成しているため、第 1の磁性層上に対するトンネル障壁層の接着性を向上させることができる。また、この手法では、金属を段階的に酸化することによりトンネル障壁層を形成しているため、電圧の大きさに依存することなく安定してトンネル電流が流れる磁気トンネル素子を製造することができる。このため、本手法によれば、常に安定的に磁気トンネル効.果を発現する磁気トンネル素子を確実に製造することができる。さらにまた、本発明に係る磁気ヘッドでは、磁気トンネル素子に、第 2の磁性層が第 1の磁性層と比して低電位となるように電圧を印加することによって、磁気トンネル素子における磁気抵抗比の電圧依存性が小となる。このため、磁気ヘッドでは、感磁部である磁気トンネル素子が安定的に動作することになり、安定した電磁変換特性を示すことができる。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1の磁性層と第 2の磁性層とがトンネル障壁層を介して積層されてなる磁気トンネル素子において、

上記第 2の磁性層が上記第 1の磁性層と比して低電位となるように印加した電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化が、上記第 2の磁性層が上記第 1の磁性層と比して高電位となるように印加した電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化と比較して小である領域を有すること

を特徴とする磁気トンネル素子。

2 . 磁気抵抗比の変化が 1 %以内となる、上記第 2の磁性層が上記第 1の磁性層と比して低電位となるように印加した電圧の最大値が 1 . 2 5 m V以上であること

を特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気トンネル素子。

3 . 上記第 1の磁性層が少なくとも外部磁界に応じて磁化方向を変化させる磁化自由膜を備えるとともに、上記第 2の磁性層が少なくとも所定の方向の固定磁化とされた磁化固定層を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気トンネル素子。

. 上記第 1の磁性層が少なくとも所定の方向の固定磁化とされた磁化固定層を備えるとともに、上記第 2の磁性層が少なくとも外部磁界に応じて磁化方向を変化させる磁化自由膜を備えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気トンネル素子。

5 . 2 0 0 °C〜 3 5 0 °Cの温度でァニール処理を施したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の磁気トンネル素子。

6 . 第 1の磁性層と、上記第 1の磁性層上に形成され、上記第 1の磁性層側から酸化度が増加してなるトンネル障壁層と、

上記卜ンネル障壁層上に形成された第 2の磁性層とを備え、上記第 2の磁性層から上記第 1の磁性層に向かって電子を供給することにより上記トンネル障壁層にトンネル電流を流すことを特徴とする磁気トンネル素子。

7 . 上記第 1の磁性層が少なくとも外部磁界に応じて磁化方向を変化させる磁化自由膜を備えるとともに、上記第 2の磁性層が少なくとも所定の方向の固定磁化とされた磁化固定層を備えることを特徴とする請求の範囲第 6項記載の磁気トンネル素子。

8 . 上記第 1の磁性層が少なくとも所定の方向の固定磁化とされた磁化固定層を備えるとともに、上記第 2の磁性層が少なくとも外部磁界に応じて磁化方向を変化させる磁化自由膜を備えることを特徴とする請求の範囲第 6項記載の磁気トンネル素子。

9 . 2 0 0 °C〜 3 5 0 °Cの温度でァニール処理を施したことを特徴とする請求の範囲第 6項記載の磁気トンネル素子。

1 0 . 第 1の磁性層を形成し、

上記第 1の磁性層上に、金属を段階的に酸化することによりトンネル障壁層を形成し、

このトンネル障壁層を介して、上記第 1の磁性層上に第 2の磁性層を形成すること

を特徴とする磁気トンネル素子の製造方法。

1 1 . 第 1の磁性層と第 2の磁性層とがトンネル障壁層を介して積層されてり、上記第 2の磁性層が上記第 1の磁性層と比して低電位となるように印加した電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化が、上記第.2の磁性層が上記第 1の磁性層と比して高電位となるように印加した電圧の変化に対する磁気抵抗比の変化と比較して小である領域を有する磁気トンネル素子を備え、

上記磁気トンネル素子を感磁部とすること

を特徴とする磁気へッド。

1 2 . 磁気抵抗比の変化が 1 %以内となる、上記第 2の磁性層が上記第 1の磁性層と比して低電位となるように印加した電圧の最大値が 1 . 2 5 m V以上であること

を特徴とする請求の範囲第 1 1項記載の磁気へッド。

1 3 . 上記第 1の磁性層が少なくとも外部磁界に応じて磁化方向を変化させる磁化自由膜を備えるとともに、上記第 2の磁性層が少なくとも所定の方向の固定磁化とされた磁化固定層を備えることを特徴とする請求の範囲第 1 1項記載の磁気へッド。

1 4 . 上記第 1の磁性層が少なくとも所定の方向の固定磁化とされた磁化固定層を備えるとともに、上記第 2の磁性層が少なくとも外部磁界に応じて磁化方向を変化させる磁化自由膜を備えることを特徴とする請求の範囲第 1 1項記載の磁気ヘッド。

1 5 . 2 0 0 ° (〜 3 5 0 °Cの温度でァニール処理を施したことを特徴とする請求の範囲第 1 1項記載の磁気ヘッド。

1 6 . 第 1の磁性層と、上記第 1の磁性層上に形成され、上記第 1 の磁性層側から酸化度が増加してなるトンネル障壁層と、上記トンネル障壁層上に形成された第 2の磁性層とを有し、上記第 2の磁性層から上記第 1の磁性層に向かって電子を供給することにより上記トンネル障壁層にトンネル電流を流す磁気トンネル素子を備え、上記磁気トンネル素子を感磁部とすることを.特徴とする磁気ヘッド。

1 7. 上記第 1の磁性層が少なくとも外部磁界に応じて磁化方向を変化させる磁化自由膜を備えるとともに、上記第 2の磁性層が少なくとも所定の方向の固定磁化とされた磁化固定層を備えることを特徴とする請求の範囲第 1 6項記載の磁気へッド。

1 8. 上記第 1の磁性層が少なくとも所定の方向の固定磁化とされた磁化固定層を備えるとともに、上記第 2の磁性層が少なくとも外部磁界に応じて磁化方向を変化させる磁化自由膜を備えることを特徴とする請求の範囲第 1 6項記載の磁気へッド。

1 9. 20 0 °C〜3 50 °Cの温度でァニール処理を施したことを特徴とする請求の範囲第 1 6項記載の磁気へッド。