WO2018030224A1 - 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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正路 齋藤
文人 小池
広明 遠藤
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アルプス電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exchange coupling film, a magnetoresistive effect element using the same, and a magnetic detection device.
  • An exchange coupling film including an antiferromagnetic layer and a fixed magnetic layer is used as a magnetoresistive element or a magnetic detection device.
  • Patent Document 1 describes that in a magnetic recording medium, an exchange coupling film can be formed by combining a Co alloy as a ferromagnetic film and various alloys as an antiferromagnetic film. Examples of the antiferromagnetic film include alloys such as CoMn, NiMn, PtMn, and PtCr.
  • the magnetic detection device needs to be reflowed (melted) when soldering the magnetic effect element on the substrate, and may be used in a high-temperature environment such as around the engine. For this reason, the exchange coupling film used in the magnetic detection device has a large magnetic field (Hex) that reverses the magnetization direction of the pinned magnetic layer so that the magnetic field can be detected in a wide dynamic range, and is stable under high temperature conditions. It is preferable that the property is high. Since Patent Document 1 relates to an exchange coupling film used as a magnetic recording medium, it does not describe the stability of a magnetic detection device using the exchange coupling film under high temperature conditions. Patent Document 1 exemplifies PtCr as an antiferromagnetic film, but does not describe what composition ratio of PtCr is preferable.
  • the present invention provides an exchange coupling film having a large magnetic field (Hex) in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer is reversed and having high stability under high temperature conditions, and a magnetoresistive effect element and a magnetic detection device using the same. It is an object.
  • Hex large magnetic field
  • an antiferromagnetic layer and a pinned magnetic layer are laminated,
  • the antiferromagnetic layer is composed of a PtCr layer and an XMn layer (where X is Pt or Ir),
  • the XMn layer is in contact with the pinned magnetic layer.
  • the PtCr layer is Pt ⁇ Cr 100 at% - ⁇ ( ⁇ is 44 at% or more and 58 at% or less) when the XMn layer is laminated on the PtCr layer, and the XMn layer is In the case of being laminated on the pinned magnetic layer, it is Pt ⁇ Cr 100 at% ⁇ ( ⁇ is 44 at% or more and 57 at% or less).
  • the pinned magnetic layer may be a self-pinned layer in which a first magnetic layer, an intermediate layer, and a second magnetic layer are stacked.
  • the film thickness of the PtCr layer is preferably larger than the film thickness of the XMn layer.
  • the ratio between the thickness of the PtCr layer and the thickness of the XMn layer is preferably 5: 1 to 100: 1.
  • the PtCr layer may be preferably Pt ⁇ Cr 100 at% - ⁇ ( ⁇ is 45 at% or more and 57 at% or less), and Pt ⁇ Cr may be preferable. 100 at% - ⁇ ( ⁇ is 48 at% or more and 55 at% or less) is more preferable, and Pt ⁇ Cr 100 at% - ⁇ ( ⁇ is 49 at% or more and 53.5 at% or less) is particularly preferable. There is.
  • the PtCr layer when the XMn layer is laminated on the pinned magnetic layer, there are times when it is preferable (the alpha hereinafter 45at% or more 56at%) Pt ⁇ Cr 100at% - ⁇ is, Pt alpha Cr (the alpha hereinafter 47At% or more 55at%) 100at% - ⁇ There are times when it is more preferably, and particularly preferably (the alpha hereinafter 48 at% or more 53.5at%) Pt ⁇ Cr 100at% - ⁇ is There is a time.
  • an underlayer adjacent to the antiferromagnetic layer is provided, and the underlayer is NiFeCr.
  • the magnetoresistive element of the present invention is characterized in that the exchange coupling film of the present invention and a free magnetic layer are laminated.
  • the magnetic detection device of the present invention includes the magnetoresistive effect element of the present invention.
  • the magnetic detection device of the present invention comprises a plurality of magnetoresistive elements of the present invention on the same substrate,
  • the plurality of magnetoresistive elements may be configured to include elements having different fixed magnetization directions.
  • the production method of the present invention is a method for producing the exchange coupling membrane of the present invention, and when the XMn layer is laminated on the PtCr layer, Pt ⁇ Cr 100 at% ⁇ ( ⁇ is 44 at% or more and 58 at%). In the case where the PtCr layer is formed and the XMn layer is laminated on the pinned magnetic layer, the Pt ⁇ Cr is 100 at% ⁇ ( ⁇ is 44 at% or more and 57 at% or less). A PtCr layer is formed.
  • the exchange coupling film of the present invention a magnetic field (Hex) in which the magnetization direction of the pinned magnetic layer is reversed by using a PtCr layer and an XMn layer (where X is Pt or Ir) as an antiferromagnetic layer. And the stability under high temperature conditions is improved. Therefore, by using the exchange coupling film of the present invention, it is possible to provide a stable magnetic detection device even when reflow processing is performed at a high temperature or when used in a high temperature environment.
  • Such an exchange coupling film of the present invention has a different composition range of the PtCr layer between the case where the XMn layer is laminated on the PtCr layer and the case where it is laminated on the pinned magnetic layer.
  • the strength of the exchange coupling magnetic field generated can be increased stably.
  • the XMn layer is laminated on the PtCr layer, and the XmMn layer is laminated on the pinned magnetic layer.
  • An exchange coupling membrane with a layer can be produced.
  • FIG. 1 shows a film configuration of a magnetic sensing element 11 using an exchange coupling film 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the magnetic detection element 11 is formed by laminating the base layer 1, the antiferromagnetic layer 2, the pinned magnetic layer 3, the nonmagnetic material layer 4, the free magnetic layer 5 and the protective layer 6 in this order from the surface of the substrate.
  • the antiferromagnetic layer 2 includes a PtCr layer 2A and an XMn layer (where X is Pt or Ir) 2B layer, and the XMn layer 2B is in contact with the pinned magnetic layer 3. Each of these layers is formed by, for example, a sputtering process or a CVD process.
  • the antiferromagnetic layer 1 and the pinned magnetic layer 3 are the exchange coupling film 10 of the first embodiment of the present invention.
  • the magnetic detection element 11 is a laminated element using a so-called single spin valve type giant magnetoresistive effect (GMR effect), and a magnetization that changes according to a fixed magnetization vector of the fixed magnetic layer 3 and an external magnetic field of the free magnetic layer 5.
  • the electrical resistance changes depending on the relative relationship with the vector.
  • the underlayer 1 is formed of NiFeCr alloy (nickel / iron / chromium alloy), Cr, Ta, or the like.
  • NiFeCr alloy nickel / iron / chromium alloy
  • Cr nickel / iron / chromium alloy
  • Ta tantadium boride
  • NiFeCr alloy is preferable.
  • the antiferromagnetic layer 2 has a laminated structure composed of a PtCr layer 2A and an XMn layer 2B (where X is Pt or Ir).
  • the film thickness D1 of the PtCr layer 2A of the antiferromagnetic layer 2 is preferably larger than the film thickness D2 of the XMn layer 2B.
  • the ratio of the film thickness D1 to the film thickness D2 is more preferably 5: 1 to 100: 1, and further preferably 10: 1 to 50: 1.
  • the PtCr layer 2A is preferably Pt ⁇ Cr 100 at% - ⁇ ( ⁇ is 45 at% to 62 at%), and Pt ⁇ Cr 100 at% - ⁇ ( ⁇ is 50 at% to 57 at%).
  • the following is more preferable.
  • the XMn layer 2B is preferably a PtMn layer.
  • the antiferromagnetic layer 2 is ordered by annealing, and exchange coupling is generated between the antiferromagnetic layer 2 and the pinned magnetic layer 3 (interface). This exchange coupling improves the strong magnetic field resistance of the pinned magnetic layer 3 and increases Hex.
  • the pinned magnetic layer 3 is made of a CoFe alloy (cobalt / iron alloy).
  • the CoFe alloy has a higher coercive force by increasing the Fe content.
  • the pinned magnetic layer 3 is a layer that contributes to the giant magnetoresistive effect of the spin valve type, and the direction in which the pinned magnetization direction P of the pinned magnetic layer 3 extends is the sensitivity axis direction of the magnetic detection element 11.
  • the nonmagnetic material layer 4 can be formed using Cu (copper) or the like.
  • the material and structure of the free magnetic layer 5 are not limited.
  • a CoFe alloy cobalt / iron alloy
  • a NiFe alloy nickel / iron alloy
  • the protective layer 6 can be formed using Ta (tantalum) or the like.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the film configuration of the magnetic sensing element 21 using the exchange coupling film 20 of the second embodiment of the present invention.
  • the exchange coupling film 20 is configured by bonding a fixed magnetic layer 3 and an antiferromagnetic layer 2 having a self-pinned structure. 1 is different from the magnetoresistive element 11 of FIG. 1 in that the nonmagnetic material layer 4 and the free magnetic layer 5 are formed below the pinned magnetic layer 3.
  • the magnetic detection element 21 is also a laminated element using a so-called single spin valve type giant magnetoresistance effect.
  • the electrical resistance changes depending on the relative relationship between the fixed magnetization vector of the first magnetic layer 3 ⁇ / b> A of the fixed magnetic layer 3 and the magnetization vector changed by the external magnetic field of the free magnetic layer 5.
  • the pinned magnetic layer 3 has a self-pinning structure including a first magnetic layer 3A and a second magnetic layer 3C, and a nonmagnetic intermediate layer 3B located between these two layers.
  • the fixed magnetization direction P1 of the first magnetic layer 3A and the fixed magnetization direction P of the second magnetic layer 3C are antiparallel due to interaction.
  • the fixed magnetization direction P1 of the first magnetic layer 3A adjacent to the nonmagnetic material layer 4 is the fixed magnetization direction of the fixed magnetic layer 3.
  • the direction in which the fixed magnetization direction P1 extends is the sensitivity axis direction of the magnetic detection element 11.
  • the first magnetic layer 3A and the second magnetic layer 3C are formed of an FeCo alloy (iron-cobalt alloy).
  • the FeCo alloy has a high coercive force by increasing the Fe content.
  • the first magnetic layer 3A adjacent to the nonmagnetic material layer 4 is a layer contributing to the spin valve type giant magnetoresistance effect.
  • the nonmagnetic intermediate layer 3B is made of Ru (ruthenium) or the like.
  • the film thickness of the nonmagnetic intermediate layer 3B made of Ru is preferably 3 to 5 mm or 8 to 10 mm.
  • the exchange coupling film 10 according to the first embodiment is obtained by laminating the XMn layer 2B on the PtCr layer 2A.
  • the exchange coupling film 20 according to the second embodiment is such that the XMn layer 2B is laminated on the pinned magnetic layer 3.
  • a suitable composition of the PtCr layer 2A included in the exchange coupling film 10 (exchange coupling film 20). The range is different.
  • the composition of the PtCr layer 2A is preferably Pt 50 at% Cr 50 at% .
  • the degree of influence of the PtCr layer 2A on the XMn layer 2B that is particularly highly related to the strength of Hex is different. Specifically, when the XMn layer 2B is formed on the PtCr layer 2A, Hex tends to be high when the Pt content in the PtCr layer 2A is higher than the Cr content.
  • the tendency that Hex tends to be high is that a magnetic field performed to exchange-couple the antiferromagnetic layer 2 and the pinned magnetic layer 3.
  • the XMn layer 2B when the XMn layer 2B is laminated on the PtCr layer 2A, it may be preferable to set it to Pt ⁇ Cr 100 at% - ⁇ ( ⁇ is 44 at% or more and 58 at% or less), and Pt ⁇ Cr 100 at%- In some cases, ⁇ is more preferably 45 at% to 57 at% , more preferably Pt ⁇ Cr 100 at% ⁇ ( ⁇ is 48 at% to 55 at%), and Pt ⁇ In some cases, Cr is preferably 100 at% - ⁇ ( ⁇ is 49 at% or more and 53.5 at% or less).
  • Pt ⁇ Cr 100 at% ⁇ ( ⁇ is 44 at% or more and 57 at% or less), and Pt ⁇ Cr 100 at%. -.alpha. (alpha hereinafter 45at% or higher 56 at%) there are times when it is more preferably a, Pt ⁇ Cr 100at% - ⁇ ( ⁇ is 55 at% or less than 47at%) there are times when it is more preferable to, Pt
  • ⁇ Cr 100 at% ⁇ ( ⁇ is 48 at% or more and 53.5 at% or less) is particularly preferable.
  • the exchange coupling film 10 when the exchange coupling film 10 is manufactured, when the XMn layer 2B is laminated on the PtCr layer 2A, Pt ⁇ Cr 100 at% ⁇ ( ⁇ is 44 at% or more and 58 at% or less)
  • the PtCr layer 2A may be formed as described above.
  • the PtCr layer is set so that Pt ⁇ Cr 100 at% ⁇ ( ⁇ is 44 at% or more and 57 at% or less). 2A may be formed.
  • Pt and Cr may be supplied simultaneously, or Pt and Cr may be supplied alternately.
  • a specific example of the former is simultaneous sputtering of Pt and Cr, and a specific example of the latter is an alternate lamination of Pt layers and Cr layers. Simultaneous supply of Pt and Cr may be preferred for increasing Hex over alternating supply.
  • FIG. 3 shows a magnetic sensor (magnetic detection device) 30 in which the magnetic detection element 11 shown in FIG. 1 is combined.
  • the magnetic detection elements 11 having different fixed magnetization directions P are distinguished by attaching different reference numerals 11Xa, 11Xb, 11Ya, and 11Yb, respectively.
  • the magnetic detection elements 11Xa, 11Xb, 11Ya, and 11Yb are provided on the same substrate.
  • the magnetic sensor 30 shown in FIG. 3 has a full bridge circuit 32X and a full bridge circuit 32Y.
  • the full bridge circuit 32X includes two magnetic detection elements 11Xa and two magnetic detection elements 11Xb
  • the full bridge circuit 32Y includes two magnetic detection elements 11Ya and two magnetic detection elements 11Yb.
  • the magnetic detection elements 11Xa, 11Xb, 11Ya, and 11Yb all have the film structure of the exchange coupling film 10 of the magnetic detection element 11 shown in FIG. In the case where these are not particularly distinguished, they are hereinafter referred to as magnetic detection elements 11 as appropriate.
  • the full bridge circuit 32X and the full bridge circuit 32Y use the magnetic detection elements 11 having different fixed magnetization directions indicated by arrows in FIG. 3 to make the detection magnetic field directions different, and detect the magnetic field.
  • the mechanism is the same. In the following, a mechanism for detecting a magnetic field using the full bridge circuit 32X will be described.
  • the full bridge circuit 32X is configured by connecting a first series part 32Xa and a second series part 32Xb in parallel.
  • the first series part 32Xa is configured by connecting the magnetic detection element 11Xa and the magnetic detection element 11Xb in series
  • the second series part 32Xb is formed by connecting the magnetic detection element 11Xb and the magnetic detection element 11Xa in series. Configured.
  • the power supply voltage Vdd is applied to the power supply terminal 33 common to the magnetic detection element 11Xa constituting the first series part 32Xa and the magnetic detection element 11Xb constituting the second series part 32Xb.
  • a ground terminal 34 common to the magnetic detection element 11Xb constituting the first series portion 32Xa and the magnetic detection element 11Xa constituting the second series portion 32Xb is set to the ground potential GND.
  • the full bridge circuit 32Y operates in the same manner as the full bridge circuit 32X, so that the output potential (OutY1) of the midpoint 35Ya of the first series portion 32Ya and the output potential (midpoint 35Yb of the second series portion 32Yb) A differential output (OutY1)-(OutY2) with OutY2) is obtained as a detection output (detection output voltage) VYs in the Y direction.
  • the axial directions are orthogonal to each other.
  • the direction of the free magnetic layer 5 of each magnetic detection element 11 changes so as to follow the direction of the external magnetic field H.
  • the resistance value changes depending on the vector relationship between the fixed magnetization direction P of the fixed magnetic layer 3 and the magnetization direction of the free magnetic layer 5.
  • the sensitivity axis direction and the direction of the external magnetic field H coincide with each other.
  • the detected output voltage VXs decreases. When the external magnetic field H becomes upward or downward with respect to the paper surface of FIG. 3, the detection output voltage VXs becomes zero.
  • the detection output voltage VYs is zero.
  • the detection output voltage VYs (OutY1) ⁇ (OutY2) of the full bridge circuit 32Y becomes maximum, and the external magnetic field H changes upward with respect to the paper surface. Therefore, the detection output voltage VYs is lowered.
  • the detection output voltages VXs and VYs of the full bridge circuit 32X and the full bridge circuit 32Y also vary accordingly. Therefore, based on the detection output voltages VXs and VYs obtained from the full bridge circuit 32X and the full bridge circuit 32Y, the movement direction and movement amount (relative position) of the detection target can be detected.
  • FIG. 3 shows a magnetic sensor 30 configured to be able to detect a magnetic field in the X direction and the Y direction orthogonal to the X direction.
  • a configuration including only the full bridge circuit 32X or the full bridge circuit 32Y that detects only the magnetic field in the X direction or the Y direction may be employed.
  • FIG. 4 shows a planar structure of the magnetic detection element 11Xa and the magnetic detection element 11Xb.
  • the BXa-BXb direction is the X direction.
  • the fixed magnetization direction P of the magnetic detection elements 11Xa and 11Xb is indicated by arrows.
  • the fixed magnetization direction P is the X direction, which are opposite to each other.
  • the magnetic detection element 11 ⁇ / b> Xa and the magnetic detection element 11 ⁇ / b> Xb have a stripe-shaped element portion 12.
  • the longitudinal direction of the element unit 12 is oriented in the BYa-BYb direction.
  • a plurality of element parts 12 are arranged in parallel, the right end part of the adjacent element part 12 is connected via the conductive part 13a, and the right end part of the adjacent element part 12 is connected via the conductive part 13b.
  • Conductive portions 13a and 13b are alternately connected at the right end portion and the left end portion of the element portion 12 shown in the drawing, and the element portion 12 is connected in a so-called meander shape.
  • the lower right conductive portion 13a is integrated with the connection terminal 14a
  • the upper left conductive portion 13b is integrated with the connection terminal 14b.
  • Each element 12 is configured by laminating a plurality of metal layers (alloy layers).
  • FIG. 1 shows a stacked structure of the element portion 12.
  • Each element unit 12 may have a laminated structure shown in FIG.
  • the magnetic detection element 11 can be replaced with the magnetic detection element 21 of the second embodiment shown in FIG.
  • Example 1 A magnetic sensing element 11 (see FIG. 1) having an exchange coupling film 10 having the following film configuration was manufactured.
  • the values in parentheses indicate the film thickness ( ⁇ ).
  • the exchange coupling film 10 was annealed at 400 ° C. for 5 hours in a magnetic field of 1 kOe, and the magnetizations of the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2 were fixed.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (60) / antiferromagnetic layer 2 [PtCr layer 2A: Pt 51at% Cr 49at% (280) / XMn layer 2B: Pt 50at % Mn 50at % (20)] / pinned magnetic layer 3 : Co 90 at% Fe 10 at% (50) / Nonmagnetic material layer 4: Cu (40) / Free magnetic layer 5: Co 90 at% Fe 10 at% (15) / Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% (30) / Protective layer 6: Ta (50)
  • Example 2 The PtCr layer 2A of the antiferromagnetic layer 2, change the Pt 54at% Cr 46at% from Pt 51at% Cr 49at% of Example 1 (280) (280), exchange coupling film 10 with the following film configuration Manufactured.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (60) / antiferromagnetic layer 2 [PtCr layer 2A: Pt 54at% Cr 46at% (280) / XMn layer 2B: Pt 50at % Mn 50at % (20)] / pinned magnetic layer 3 : Co 90 at% Fe 10 at% (50) / Nonmagnetic material layer 4: Cu (40) / Free magnetic layer 5: Co 90 at% Fe 10 at% (15) / Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% (30) / Protective layer 6: Ta (50)
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (60) / antiferromagnetic layer 2: Pt 50 at% Mn 50 at% (300) / pinned magnetic layer 3: Co 90 at% Fe 10 at% (50) / nonmagnetic material layer 4: Cu ( 40) / Free magnetic layer 5: Co 90 at% Fe 10 at% (15) / Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% (30) / Protective layer 6: Ta (50)
  • FIG. 6 and FIG. 7 are RH curves of the magnetic detection elements 11 of Examples 1, 2 and Comparative Example 1.
  • the horizontal axis indicates the strength [Oe] of the magnetic field H
  • the vertical axis indicates the resistance change rate ⁇ MR [%]
  • the curve with “Inc.” (H 1000 [Oe]) (Curved curve) ⁇ MR when the strength of the magnetic field H is increased
  • Example 3 By changing the thickness D1 of the PtCr layer 2A of the antiferromagnetic layer 2 and the thickness D2 of the PtMn layer 2B as shown in Table 1 below, the exchange coupling film 10 having the following film configuration (see FIG. 1) ) was manufactured.
  • the exchange coupling film 10 was annealed at 400 ° C. for 5 hours in a magnetic field of 1 kOe, and the magnetizations of the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2 were fixed.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (60) / antiferromagnetic layer 2 [PtCr layer 2A: Pt 54at% Cr 46at% (300-x) / XMn layer 2B: Pt 50at % Mn 50at % (x)] / fixed magnetism
  • Layer 3 Co 90 at% Fe 10 at% (50) / Nonmagnetic material layer 4: Cu (40) / Free magnetic layer 5: Co 90 at% Fe 10 at% (15) / Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% ( 30) / Protective layer 6: Ta (50)
  • Hex calculated from the RH curve was as follows. In the following description, Pt 54 at% Cr 46 at% is described as 54 PtCr, Pt 51 at% Cr 49 at% is described as 51 PtCr, and Pt 50 at% Mn 50 at% is described as PtMn.
  • Example 4 The PtCr layer 2A of the antiferromagnetic layer 2 was changed from 54PtCr (280-x) of Example 3 to 51PtCr (280-x) to produce an exchange coupling film 10 having the following film configuration.
  • the exchange coupling film 10 was annealed at 400 ° C. for 5 hours in a magnetic field of 1 kOe, and the magnetizations of the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2 were fixed.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (60) / antiferromagnetic layer 2 [PtCr layer 2A: Pt 51at% Cr 49at% (300-x) / XMn layer 2B: Pt 50at % Mn 50at % (x)] / fixed magnetism
  • Layer 3 Co 90 at% Fe 10 at% (50) /
  • Nonmagnetic material layer 4 Cu (40) / Free magnetic layer 5: Co 90 at% Fe 10 at% (15) / Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% ( 30) / Protective layer 6: Ta (50)
  • Hex calculated from the RH curve was as follows.
  • Example 5 The exchange coupling film 10 having the same film configuration as in Example 4 was manufactured, and the temperature of the annealing treatment was changed from 400 ° C. in Example 4 to 350 ° C.
  • Hex calculated from the RH curve was as follows.
  • FIG. 8 is a graph showing Hex of the exchange coupling film 10 of Examples 3 to 5 in which the film thickness of the PtCr layer and the film thickness of the PtMn layer are changed.
  • the horizontal axis indicates the film thickness (PtMn Thickness, [n]) of the PtMn layer
  • the vertical axis indicates Hex [Oe] of the exchange coupling film. From FIG. 8 and Tables 1 to 3, the Hex of the exchange coupling film 10 is higher when either 51PtCr or 54PtCr is used as the PtCr layer as compared with the antiferromagnetic layer composed of only the PtMn layer. I understand.
  • the exchange coupling film 10 having a high Hex it is preferable to use 54PtCr as the PtCr layer. Further, even if the annealing temperature is 350 ° C., the exchange coupling film 10 having the same degree of Hex at 400 ° C. can be obtained. From the viewpoint of lowering the annealing temperature, it is preferable to use 51PtCr as the PtCr layer.
  • the exchange coupling film 10 having the following film configuration was manufactured by changing the XMn layer 2B of the antiferromagnetic layer 2 from PtMn of Example 3 to IrMn.
  • the exchange coupling film 10 was annealed at 400 ° C. for 5 hours in a magnetic field of 1 kOe, and the magnetizations of the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2 were fixed.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (60) / antiferromagnetic layer 2 [PtCr layer 2A: Pt 54at% Cr 46at% (300-x) / XMn layer 2B: Ir 50at % Mn 50at % (x)] / fixed magnetism
  • Layer 3 Co 90 at% Fe 10 at% (50) / Nonmagnetic material layer 4: Cu (40) / Free magnetic layer 5: Co 90 at% Fe 10 at% (15) / Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% ( 30) / Protective layer 6: Ta (50)
  • FIG. 9 is a graph showing Hex of the exchange coupling film of Example 6 in which the film thickness of the PtCr layer and the film thickness of the InMn layer were changed.
  • the horizontal axis represents the thickness of the InMn layer (IrMn Thickness [ ⁇ ])
  • the vertical axis represents Hex [Oe] of the exchange coupling film. From FIG. 9 and Table 4, it was found that the effect of increasing the Hex of the PtCr layer was exhibited by the antiferromagnetic layer combined with IrMn as well as the PtMn layer.
  • Example 7 A magnetic sensing element 21 (see FIG. 2) having an exchange coupling film 20 having the following film configuration was manufactured.
  • the numerical value in () shows the film thickness ( ⁇ ).
  • the exchange coupling film 20 was stabilized by annealing at 350 ° C. for 5 hours in a non-magnetic field.
  • Substrate / Underlayer 1 NiFeCr (42) / Free magnetic layer 5: Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% (18) /: Co 90 at% Fe 10 at% (14) / Nonmagnetic material layer 4: Cu (30 ) / Pinned magnetic layer 3 [first magnetic layer 3A: Co 90 at% Fe 10 at% (24) / nonmagnetic intermediate layer 3B: Ru (3.6)] / second magnetic layer 3C: Fe 60 at% Co 40 at% ( 17) / Antiferromagnetic layer 2 [XMn layer: Pt 50 at% Mn 50 at% (20) / Pt 51 at% Cr 49 at% (280)] / Protective layer 6: Ta (90)
  • Example 8 The antiferromagnetic layer 2 was changed from [XMn layer: PtMn (20) / 51PtCr (280)] in Example 7 to [XMn layer: IrMn (4) / 51PtCr (296)], and the following film configuration was obtained.
  • the provided exchange coupling membrane 20 was manufactured.
  • Substrate / Underlayer 1 NiFeCr (42) / Free magnetic layer 5: Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% (18) /: Co 90 at% Fe 10 at% (14) / Nonmagnetic material layer 4: Cu (30 ) / Pinned magnetic layer 3 [first magnetic layer 3A: Co 90 at% Fe 10 at% (24) / nonmagnetic intermediate layer 3B: Ru (3.6)] / second magnetic layer 3C: Fe 60 at% Co 40 at% ( 17) / Antiferromagnetic layer 2 [XMn layer: Ir 50 at% Mn 50 at% (4) / Pt 51 at% Cr 49 at% (296)] / Protective layer 6: Ta (90)
  • Substrate / Underlayer 1 NiFeCr (42) / Free magnetic layer 5: Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% (18) /: Co 90 at% Fe 10 at% (14) / Nonmagnetic material layer 4: Cu (30 ) / Pinned magnetic layer 3 [first magnetic layer 3A: Co 90 at% Fe 10 at% (24) / nonmagnetic intermediate layer 3B: Ru (3.6)] / second magnetic layer 3C: Fe 60 at% Co 40 at% ( 17) / Antiferromagnetic layer 2: Pt 50 at% Mn 50 at% (300) / Protective layer 6: Ta (90)
  • FIGS. 10A to 10C, FIGS. 11A to 11C, and FIGS. 12A to 12C show the R ⁇ of the magnetic detection element 21 of Examples 7, 8 and Comparative Example 2.
  • the horizontal axis indicates the strength (Oe) of the magnetic field H
  • the vertical axis indicates ⁇ MR (%)
  • the curve indicated by “Inc.” indicates ⁇ MR when the strength of the magnetic field H is increased
  • “ Dec.” indicates ⁇ MR when the strength of the magnetic field H is decreased.
  • 10 (A) to (C) and FIGS. 11 (A) to (C) all have smaller hysteresis than those of FIGS. 12 (A) to (C), and an improvement was seen in the ⁇ MR decreasing process up to +5 kOe. .
  • the antiferromagnetic layer comprising the PtCr layer and the PtMn layer, and the PtMn layer is in contact with the pinned magnetic layer, the pinned magnetic layer is formed by laminating the first magnetic layer, the intermediate layer, and the second magnetic layer. It can be seen that the self-pinned layer also improves the stability of the exchange coupling film.
  • (Reference Example 1) A magnetic sensing element having the following film configuration was manufactured.
  • the numerical value in () shows the film thickness ( ⁇ ).
  • the exchange coupling film 10 was annealed at 400 ° C. for 5 hours in a magnetic field of 1 kOe, and the magnetizations of the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2 were fixed.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (60) / antiferromagnetic layer 2: Pt ⁇ Cr 100 at% ⁇ (300) / pinned magnetic layer 3: Co 90 at% Fe 10 at% (50) / nonmagnetic material layer 4: Cu (40) / Free magnetic layer 5: [Co 90 at% Fe 10 at% (15) /81.5NiFe (30)] / Protective layer 6: Ta (50) Pt and Cr were simultaneously sputtered to form Pt ⁇ Cr 100 at% - ⁇ (300) having a different ratio of Pt and Cr.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between Hex and the ratio of Pt contained in PtCr in Reference Example 1 (simultaneous sputtering) and Reference Example 2 (alternate lamination). As shown in the figure, within the ratio of Pt is 51 at% ⁇ 57 at%, Example 1 was formed a Pt alpha Cr 100 atomic%-.alpha. by simultaneous sputtering, Pt alpha Cr 100 atomic%-.alpha. by alternately laminating It turned out that Hex becomes remarkably higher than the reference example 2 which formed film.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the ratio of Pt contained in PtCr of Reference Example 1 and Reference Example 3 and Hex. As shown in the figure, the exchange coupling film of Reference Example 1 (NiFeCr underlayer) has a significantly higher Hex than Reference Example 3 (Ta underlayer) when the Pt ratio is in the range of 51 at% to 57 at%. I understood that.
  • Example 9 In order to investigate the relationship between temperature and Hex, an exchange coupling film 40 having the structure shown in FIG. 15 was produced.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (42) / antiferromagnetic layer 2 / pinned magnetic layer 3: 90CoFe (100) / protective layer 6: Ta (90)
  • the antiferromagnetic layer 2 is made of 51PtCr (280) / PtMn (20), an exchange coupling film 40 is formed, and annealed at 350 ° C. in a magnetic field of 1 kOe for 5 hours to magnetize the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2. Fixed.
  • the exchange coupling film 40 was formed with 51 PtCr (300) as the antiferromagnetic layer 2 and annealed at 350 ° C. for 5 hours in a magnetic field of 1 kOe to fix the magnetizations of the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2.
  • Table 5 shows the results of measuring the change in Hex associated with the temperature change for the exchange coupling membrane 40 of Example 9 and Comparative Example 3.
  • Tb indicates the temperature at which Hex disappears
  • Hex (200 ° C. or 300 ° C.) / Hex (room temperature) is normalized by dividing Hex at 200 ° C. or 300 ° C. by Hex at room temperature. The obtained value is shown.
  • the exchange coupling film 40 is formed by using the antiferromagnetic layer 2 as 51 PtCr (280) / PtMn (20), and annealed at 400 ° C. for 5 hours in a magnetic field of 1 kOe, so that the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2 Magnetization was fixed.
  • the exchange coupling film 40 was formed using the antiferromagnetic layer 2 as PtMn (300), and annealed at 400 ° C. for 5 hours in a magnetic field of 1 kOe to fix the magnetizations of the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2.
  • Example 10 The measurement results of Example 10 and Comparative Example 4 are shown in Table 6.
  • the antiferromagnetic layer 2 is made of 54PtCr (290) / PtMn (10) to form an exchange coupling film 40, and annealed at 400 ° C. for 5 hours in a magnetic field of 1 kOe, so that the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2 Magnetization was fixed.
  • the antiferromagnetic layer 2 is made of 54PtCr (280) / PtMn (20) to form an exchange coupling film 40, and annealed at 400 ° C. for 5 hours in a magnetic field of 1 kOe, so that the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2 Magnetization was fixed.
  • Table 7 shows the measurement results of Examples 11 and 12 and Comparative Example 4.
  • FIG. 16 is a graph showing the relationship between the temperature and Hex of the exchange coupling membranes 40 of Examples 9-12 and Comparative Examples 3-4. The graph shows the result of measuring the amount corresponding to Hex in the RH curves of FIGS. 5 to 7 using a VSM (vibrating sample magnetometer).
  • VSM vibrating sample magnetometer
  • Example 13 A magnetic sensing element 11 (see FIG. 1) having an exchange coupling film 10 having the following film configuration was manufactured.
  • the exchange coupling film 10 was annealed in a magnetic field of 1 kOe at 350 ° C. for 5 hours to fix the magnetizations of the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2.
  • Substrate / underlayer 1 NiFeCr (40) / antiferromagnetic layer 2 [PtCr layer 2A: Pt ⁇ Cr 100 at% ⁇ (280) / XMn layer 2B: Pt 48 at% Mn 52 at% (20)] / pinned magnetic layer 3: Co 90 at% Fe 10 at% (50) / nonmagnetic material layer 4: Cu (50) / free magnetic layer 5: [Co 90 at% Fe 10 at% (15) / Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% ( 30)] / Protective layer 6: Ta (50) The Pt content ⁇ in the PtCr layer 2A was changed in the range of 46.2 at% to 57.5 at%. Table 8 shows the Hex calculated from the RH curve for each of the obtained exchange coupling membranes 10 (Examples 13-1 to 13-11).
  • Example 14 The film structure is the same as in Example 13, except that the annealing process is performed under the same conditions as in Example 13 except that the annealing temperature is set to 400 ° C., thereby fixing the magnetization of the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2.
  • the magnetic detection element 11 (see FIG. 1) having the exchange coupling film 10 was manufactured.
  • Table 8 shows the Hex calculated from the RH curve for each of the obtained exchange coupling membranes 10 (Examples 14-1 to 14-11).
  • Example 15 A magnetic sensing element 21 (see FIG. 2) having an exchange coupling film 20 having the following film configuration was manufactured.
  • the exchange coupling film 10 was annealed in a magnetic field of 1 kOe at 350 ° C. for 5 hours to fix the magnetizations of the fixed magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2.
  • Substrate / Underlayer 1 NiFeCr (40) / Free magnetic layer 5: [Ni 81.5 at% Fe 18.5 at% (30) / Co 90 at% Fe 10 at% (15)] /
  • Nonmagnetic material layer 4 Cu ( 50) / pinned magnetic layer 3: Co 90 at% Fe 10 at% (50) / antiferromagnetic layer 2 [XMn layer 2B: Pt 48 at% Mn 52 at% (20) / PtCr layer 2A: Pt ⁇ Cr 100 at% ⁇ ( 280)] /
  • Protective layer 6 Ta (50)
  • the pinned magnetic layer 3 of the magnetic detection element 21 has a single layer structure as described above.
  • the Pt content ⁇ in the PtCr layer 2A was changed in the range of 46.2 at% to 57.5 at%.
  • Table 9 shows the Hex calculated from the RH curve for each of the obtained exchange coupling membranes 20 (Example 15-1 to Example 15-11).
  • Example 16 The film structure is the same as in Example 15, but the annealing treatment is performed under the same conditions as in Example 15 except that the annealing temperature is set to 400 ° C., thereby fixing the magnetization of the pinned magnetic layer 3 and the antiferromagnetic layer 2.
  • a magnetic detection element 21 (see FIG. 2) having the exchange coupling film 20 was manufactured.
  • Table 9 shows the Hex calculated from the RH curve for each of the obtained exchange coupling membranes 20 (Examples 16-1 to 16-11).
  • Example 5 Although the film configuration and annealing conditions were the same as in Example 15, the antiferromagnetic layer 2 was composed of a layer having an Ir 20 at% Mn 80 at% composition and a thickness of 80 mm to produce a magnetic sensing element 21. . Hex calculated from the RH curve of the obtained exchange coupling membrane 20 was 196 Oe.
  • the antiferromagnetic layer 2 was composed of a layer having a composition of Ir 20 at% Mn 80 at% and a thickness of 80 mm to produce a magnetic sensing element 21. .
  • Hex calculated from the RH curve of the obtained exchange coupling membrane 20 was 175 Oe.
  • the magnetic detecting element 21 was manufactured by forming the antiferromagnetic layer 2 with a layer having a composition of Pt 48 at% Mn 52 at% and a thickness of 300 mm with the same film configuration and annealing conditions as in Example 15. . Hex calculated from the RH curve of the obtained exchange coupling membrane 20 was 570 Oe.
  • the magnetic detection element 21 was manufactured by forming the antiferromagnetic layer 2 with a layer having a composition of Pt 48 at% Mn 52 at% and a thickness of 300 mm with the same film configuration and annealing conditions as in Example 16. . Hex calculated from the RH curve of the obtained exchange coupling membrane 20 was 547 Oe.
  • Example 13 to Example 16 are shown in FIG. As shown in FIG. 17, in the case of the exchange coupling film 20 having a configuration in which the PtMn layer 2B is formed on the pinned magnetic layer 3 and the PtCr layer 2A is further formed thereon (Examples 15 and 16). ), When the Pt content of the PtCr layer 2A is in the vicinity of 50 at%, that is, in the vicinity of Pt / Cr of 1 as the atomic ratio, the exchange coupling magnetic field Hex becomes the maximum value, and the exchange becomes such that Pt / Cr deviates from 1. A tendency for the coupling magnetic field Hex to decrease was observed. This tendency was almost equal when the Pt content was relatively high (right side in FIG.
  • Example 13 and Example 15 When the annealing temperature is 350 ° C. (Example 13 and Example 15), the degree of lattice rearrangement of the PtCr layer 2A and the PtMn layer 2B is low, but when the annealing temperature is 400 ° C. (Example 14 and Example 15) In Example 16), the degree of lattice rearrangement is high.
  • the PtMn layer 2B is formed on the pinned magnetic layer 3 (Example 15 and Example 16)
  • the PtMn layer 2B is formed with less lattice distortion.
  • the PtMn layer 2B is formed on the PtCr layer 2A (Example 13 and Example 14), the PtMn layer 2B is formed following the lattice of the PtCr layer 2A. Becomes a distorted state. Under conditions where annealing temperature is 350 ° C. and lattice rearrangement does not occur sufficiently (Example 13), the effect of lattice distortion becomes significant when the Pt content is low, and the PtMn layer 2B has an L 10 ordered structure. It becomes difficult to make, and the reduction of Hex becomes remarkable. Under conditions where the annealing temperature is 400 ° C.
  • Pt contained in a large amount in the PtCr layer 2A eliminates the lattice mismatch between the PtMn layer 2B and the PtCr layer 2A.
  • PtMn layer 2B above is likely to make a L 10 ordered structure. Since the effect of eliminating the lattice mismatch increases as the Pt content increases, in Example 14, Hex increases monotonously (in proportion to the Pt content) up to 54 at% Pt. - However, if the Pt content of the PtCr layer 2A is equal to or greater than 55 at%, L 10 ordered structure is hardly formed in PtCr layer 2A, results, Hex is significantly lowered.

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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

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
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
（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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