JPH04123306A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野１ 本発明は高い磁気抵抗効果を有する多層磁性薄膜に関し
、特に、磁界センサ、および磁気ディスク装置などに用
いる再生用磁気ヘッドに適した磁気抵抗効果素子に関す
る。 ［従来の技術］ 高密度磁気記録における再生用磁気ヘッドとして、磁気
抵抗効果を用いた磁気ヘッドの研究が進められている。 高性能を有する磁気ヘッドを実用化するためには、高い
磁気抵抗効果を有する磁性薄膜を開発することが望まし
い、最近、フィジカル　レビュー　レターズ（Ｐｈｙｓ
ｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｉ＋Ｌｅｔｔｅｒｓ）　、　Ｖｏ
ｌ、６１．　Ｎｏ、２１．２４７：’〜２４７５ページ
（１９８８年）に記載のように、抵抗変化率が５０％近
くに達するＦ　ｅ　／　Ｃｒ多層膜が報告されている。 【発明が解決しようとする課題］ Ｆ　ｅ　／　Ｃｒ多層膜のような多層構造を有する磁気
抵抗効果素子では、電子が磁性層から他の磁性層に移る
時、すなわち、非磁性中間層を通過する時の電気抵抗が
磁界によって変化する。この時、電流は膜厚方向に流れ
る。しかし、磁性膜の膜厚は数１１００ｎ以下であり、
素子′抵抗は低い、従って、抵抗変化率は高くても、抵
抗変化量は小さく、実際の磁界センサ、磁気ヘッドに応
用した時の出力は小さい。 本発明の目的は、上述の多層構造を有する磁気抵抗効果
素子での問題を解消し、高い抵抗変化量を持つ磁気抵抗
効果素子を提供することにある。 【課題を解決するための手段】 本発明者等は、Ｆｅ／Ｃｒ多層膜を用いた素子強磁性ト
ンネル素子などの多層構造に起因する磁気抵抗効果を持
つ素子について鋭意研究を重ねた結果、これらの素子の
素子抵抗が低く、このため抵抗変化率が高くても、大き
な抵抗変化量が得られないことを明らかにし、本発明を
完成するに至った・ すなわち、Ｆ　ｅ　／　Ｃｒ多層膜を用いた素子１強磁
性トンネル素子などの多層構造に起因する磁気抵抗効果
を持つ素子において、複数の磁気抵抗効果素子を直列に
連結することにより、素子全体の電気抵抗を高くした。 また、基板から同じ距離にある非磁性層を電子が複数回
通過するような素子構造とした。 ｒ作用】 本発明によれば、Ｆ　ｅ　／　Ｃｒ多層膜を用いた素子
、強磁性トンネル素子などの多層構造に起因する磁気抵
抗効果を持つ素子において、複数の磁気抵抗効果素子を
直列に連結することにより、素子全体の電気抵抗を高く
シ、大きな抵抗変化量を得るようにすることができる。 また、基板から同じ距離にある非磁性層を電子が複数回
通過するような素子構造にすることにより、素子全体の
膜厚を増加させずに、素子全体の電気抵抗を高くシ、大
きな抵抗変化量を得るようにすることができる。 さらに本発明によれば、素子全体の膜厚を変化させない
ため、磁気ヘッドに用いた時の波長方向の磁界分布に対
する分解能は減少しない。

【実施例１ 以下に本発明の詳細な説明する。 ［実施例１］ 本発明の磁気抵抗効果素子の作製方法を以下の述べる。 第１図（ａ）のようにガラス基板（図示路）上に、幅１
０μｍ、厚さ１１００ｎのＣｕ膜１１を形成し、第１図
（ｂ）のように、その中央部を、イオンミリング法で加
工し、溝を形成し、電極１２、電極１３、電極１４およ
び電極１５を形成する。溝の幅は２μｍである。その溝
をレジスト等の絶縁体で埋めた後、第１図（ｃ）のよう
に、２ｐｍＸ１０ｐｍＸ高さ３００ｎｍのレジスト１６
をフォトリソグラフィによって形成する０次に、第１図
（ｄ）のように、イオンビームスパッタリング法によっ
て、膜厚３ｎｍのＦｅ層１７、膜厚ｌｎｍのＣｒ層１８
を交互に積層した多層磁性膜を形成し、さらに、素子全
体の上面の平坦化および多層磁性膜の加工した。 なお、上記イオンビームスパッタリングは以下の条件で
行った。 イオンガス・・・Ａｒ 装置内Ａｒガス圧力・・・２．５×１Ｏ−１Ｐａ蒸着用
イオンガン加速電圧・・・４００Ｖ蒸着用イオンガンイ
オン電流・・・６０ｍＡターゲット基板間距離・・・１
２７ｍｍＦ　ｅ　／　Ｃｒ多層磁性膜の全体の膜厚は約
２ｏ。 ｎｍとなるようにした。また、Ｆ　ｅ　／　Ｃｒ多層磁
性膜の幅は、それぞれ、４μｍ、長さは、１０μｍであ
る。さらに、その上に、第１図（ｅ）のように、Ｃｕか
らなる膜厚５００ｎｍの導電層１９を形成し、レジスト
１６で絶縁されている多層磁性膜を電気的につなげ、磁
気抵抗効果素子２ｏを完成させた。 また、比較例として、第２図に示すような磁気抵抗効果
素子も形成した。この磁気抵抗効果素子の作製法は、以
下のとおりである。これは、幅１０μｍ、厚さ１１００
ｎのＣｕからなる下部電極２１の上に、膜厚３ｎｍのＦ
ｅ層２２、膜厚１ｎｍのＣｒ層２３を交互に積層し、１
０μｍＸ１０μｍＸ２００ｎｍの多層磁性膜を形成した
。さらに、幅１０μｍ、厚さ１１００ｎのＣｕからなる
上部電極２４を形成し、磁気抵抗効果素子２５を完成さ
せた。 本発明の磁気抵抗効果素子２０および比較例の磁気抵抗
効果素子２５の素子抵抗を測定した。測定には、それぞ
れ、電極１２、電極１３．電極１４、電極１５および下
部電極２１．上部電極２４を電圧、電流端子とし、４端
子法で測定した。その結果、従来の比較例の磁気抵抗効
果素子２５の素子抵抗は、２．０ＸＩＯ−’Ωであり、
本発明の磁気抵抗効果素子２０の素子抵抗は、３．５Ｘ
１ｏ−２Ωであった。 また１本発明の磁気抵抗効果素子２０および比較例の磁
気抵抗効果素子２５の印加磁界による抵抗変化量を測定
した。測定は、室温で行った。測定結果を第３図に示す
。同図に示すように１本発明の磁気抵抗効果素子２０の
抵抗変化量３１は、比較例の磁気抵抗効果素子２５の抵
抗変化量３２の約５倍である。 以上、述べたように、Ｆ　ｅ　／　Ｃｒ多層膜を用いた
素子において、基板から同じ距離にある非磁性層を電子
が複数回通過するような素子構造にすることにより、素
子全体の膜厚を増加させずに、素子全体の電気抵抗を高
くし、大きな抵抗変化量を得るようにすることができる
。素子全体の膜厚を変化させないため、磁気ヘッドに用
いた時の波長方向の磁界分布に対する分解能は減少しな
い。 ［実施例２］ 実施例１と同様の素子形状で、強磁性トンネル効果を用
いた磁気抵抗効果素子を作製した。素子の構造を第４図
に示す、磁性層としては、膜厚１１００ｎのＦｅ−１，
７ａｔ％Ｒｕ合金層４５および膜厚１１００ｎのＦｅ−
２，Ｏａｔ％Ｃ合金層４４を用いた。また、非磁性層４
６は、膜厚１０ｎｍのＡｌ２Ｏ，である。電極４１、導
電層４７にはＣｕを用いた。絶縁体としては、レジスト
４２、レジスト４３を用いた。 ヘルムホルツコイルを用いて、磁気抵抗効果素子に磁界
を印加し、電気抵抗の変化を調べた。磁界の強さによっ
て、素子の電気抵抗が変化した。 電気抵抗の変化する原因は以下のように考えられる。 磁化曲線の測定より、Ｆｅ−１，７ａｔ％Ｒｕ合金層の
保磁力は２５０ｅ、Ｆｅ−２，Ｏａｔ％Ｃ合金層の保磁
力は８０ｅであることがわかった。 磁界の大きさを変化させた場合、８０ｅのところで、Ｆ
ｅ−２，Ｏａｔ％Ｃ合金層の磁化の向きは変化するが、
Ｆｅ−１，７ａｔ％Ｒｕ合金層の磁化の向きは変化しな
い。２５０ｅ以上の磁界を印加した時に、Ｆｅ−１，７
ａｔ％Ｒｕ合金層の磁化の向きは変化する。従って、±
８〜２５０ｅの磁界では、Ｆｅ−２，Ｏａｔ％Ｃ合金層
の磁化の向きとＦｅ−１，７ａｔ％Ｒｕ合金層の磁化の
向きは、互いに１反平行である。また、この磁界の範囲
以外では、磁化の向きは平行である。Ａｌ□ｏ□層をト
ンネル電流がながれる場合、上記磁性層の磁化の向きが
、互いに、反平行である時より、磁化の向きが平行であ
る時の方が、コンダクタンスは高い。このため、磁界の
大きさによって、素子の電気抵抗が変化するものと考え
られる。 また、電子がＡ１□Ｏ１層を一回しか通らない構造の磁
気抵抗効果素子の電気抵抗変化を測定したところ、本発
明の磁気抵抗効果素子の抵抗変化量の１／２の変化量を
示した。以上述べたように、基板から同じ距離にある非
磁性層を電子が複数回通過するような素子構造にするこ
とにより、素子全体の膜厚を増加させずに、素子全体の
電気抵抗を高くシ、大きな抵抗変化量を得るようにする
ことができる。素子全体の膜厚を変化させないため、磁
気ヘッドに用いた時の波長方向の磁界分布に対する分解
能は減少しない。 ［実施例３］ 強磁性トンネル効果を用いた磁気抵抗効果素子を作製し
た。素子の断面構造を第５図に示す、基板５１としては
、コーニング社製ホトセラム基板を用いた。絶縁体５２
としては、樹脂を用いた。 導電層５３、導電層５４には、Ｃｕを用いた。磁性層と
しては、膜厚１１００ｎのＦｅ−２，Ｏａｔ％Ｃ合金層
５５および膜厚１１００ｎのＦｅ−１，７ａｔ％Ｒｕ合
金層５６を用いた。また、非磁性層は膜厚１０ｎｍのＡ
１□０１層５７である。 第５図に示すように、本実施例の磁気抵抗効果素子は、
複数の強磁性トンネル素子が直列に連結している。この
ため、素子全体の電気抵抗は大きくなるが、抵抗変化量
は大きくなり、高感度の磁界センサとなる。 強磁性トンネル素子の直列連結は、どのような形状で行
われても良いが、素子が大きくなると、磁界分布に対す
る分解能が減少し、磁気ヘッドには向かなくなる。しか
し、磁界分布に対する分解能を要求しない磁界センサに
は、本実施例のような多数の強磁性トンネル素子が直列
に連結した磁気抵抗効果素子が好ましい。 【発明の効果】 以上詳細に説明したごとく、Ｆ　ｅ　／　Ｃｒ多層膜を
用いた素子、強磁性トンネル素子などの多層構造に起因
する磁気抵抗効果を持つ素子において、複数の磁気抵抗
効果素子を直列に連結することにより、素子全体の電気
抵抗を高くし、大きな抵抗変化量を得るようにすること
ができる。また、基板から同じ距離にある非磁性層を電
子が複数回通過するような素子構造にすることにより、
素子全体の膜厚を増加させずに、素子全体の電気抵抗を
高くし、大きな抵抗変化量を得るようにすることができ
る。素子全体の膜厚を変化させないため、磁気ヘッドに
用いた時の波長方向の磁界分布に対する分解能は減少し
ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＦ　ｅ　／　Ｃｒ多層膜を用いた磁気
抵抗効果素子の作製工程を示す斜視図５第２図は比較例
とした従来のＦ　ｅ　／　Ｃｒ多層膜を用いた磁気抵抗
効果素子の構造を示す斜視図、第３図は本発明および比
較例の磁気抵抗効果素子の磁界による抵抗変化を示すグ
ラフ、第４図は本発明の強磁性トンネル素子を用いた磁
気抵抗効果素子の構造を示す斜視図、第５図は本発明の
強磁性トンネル素子を用いた磁気抵抗効果素子の構造を
示す断面図である。 符号の説明 １ｌ−Ｃｕ膜、１２．１３．１４．１５−・・電極１６
・・・レジスト、１７・・Ｆｅ層、１８・Ｃｒ層１９・
・・導電層、２０・・・磁気抵抗効果素子２１・・・下
部電極、２２・・・Ｆｅ層、２３・・・Ｃｒ層２４・・
・上部電極、２５・・・磁気抵抗効果素子３１・・・磁
気抵抗効果素子２ｏの抵抗変化量３２・・・磁気抵抗効
果素子２５の抵抗変化量４１・・・電極、４２．４３・
・レジスト４４＝Ｆｅ−２，Ｏａｔ％Ｃ合金層 ４５−Ｆｅ−１，７ａｔ％Ｒｕ合金層 ４６・・・非磁性層、４７・・・導電層５１・・・基板
、５２・・・絶縁体、５３．５４・・・導電層５５＝Ｆ
ｅ−２，Ｏａ　ｔ％Ｃ合金層 ５６＝Ｆｅ−１，７ａｔ％Ｒｕ合金層 （Ｃ） ／１ ｃｂ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多層構造に起因する磁気抵抗効果を有する磁気抵抗
   効果素子において、複数の磁気抵抗効果素子が直列に連
   結していることを特徴とする磁気抵抗効果素子。 ２、多層構造に起因する磁気抵抗効果を有する磁気抵抗
   効果素子において、基板から同じ距離にある非磁性層を
   電子が複数回通過することを特徴とする磁気抵抗効果素
   子。