JPH05242436A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子Info
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- JPH05242436A JPH05242436A JP4044423A JP4442392A JPH05242436A JP H05242436 A JPH05242436 A JP H05242436A JP 4044423 A JP4044423 A JP 4044423A JP 4442392 A JP4442392 A JP 4442392A JP H05242436 A JPH05242436 A JP H05242436A
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Abstract
抗効果を示す磁気抵抗効果素子を得る。 【構成】 スパッタ装置を用い、厚さ10〜50ÅのNi-ric
hのNi-Fe-Coより成る金属磁性薄膜層[1](及びCo-rich
のCo-Ni-Feより成る金属磁性薄膜層[2])と厚さ5〜50Å
のCu(Ag,Au,Pt,Ru)より成る金属非磁性薄膜層[2]とを
積層した構造からなる磁気抵抗効果素子、特に金属非磁
性薄膜層[2]の層厚が異なるものから構成されるもの、
及びMR特性の第1、第2極大を示す2種類の層厚の金
属非磁性薄膜層[2]を組み合わせた構成の磁気抵抗効果
素子。 【効果】 室温でかつ実用的な印加磁界で大きな磁気抵
抗効果を示し、特性のばらつきが小さく、又軟磁気特性
とMR特性のバランスのとれた磁気抵抗効果素子が得ら
れる。
Description
抵抗センサ−用の磁気抵抗効果素子に関するものであ
る。
抵抗センサ−(以下MRセンサ−という)、磁気抵抗ヘ
ッド(以下MRヘッドという)の開発が進められてお
り、磁性体には主にN0.8iFe0.2のパ−マロイが用いられ
ている。ただしこの材料の場合は抵抗変化率(以下ΔR
/Rと記す)が2.5%程度でありより高感度な磁気抵抗
効果素子をうるにはよりΔR/Rの大きなものが求めら
れて来た。近年[Fe/Cr]人工格子膜で大きな磁気抵抗効
果が起きることが発見された(フィジカルレビューレタ
ー1988年61巻)[Physical Review Letter Vol.6
1, p2472, 1988]が、この材料の場合はCr層を介したFe
層間の反強磁性結合が極めて強く、十数kOe以上の大き
な磁界を印加しないと大きなΔR/Rが得られず、実用
性に難点があった。上記の反強磁性結合は巨大磁気抵抗
効果を得るのに必要であるが最近ではこのような反強磁
性結合を使うのではなく、保磁力が異なりCuで分離され
磁気的結合をしていないNi-FeとCoを用いた[Ni-Fe/Cu/C
o]人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発見され、室温印
加磁界3kOeでΔR/Rが約10%のものが得られているが
(日本物理学会欧文報告1990年59巻)[Journal
of Physical Society ofJapan Vol.59,p3061,1990]、
実用上より低印加磁界でより大きな磁気抵抗効果を示す
ものが求められている。
を解決し、実用性のある低磁界でより大きなΔR/Rを
示す磁気抵抗効果素子を可能とするものである。
本発明の磁気抵抗効果素子は以下の構成より成る。 ・厚さ10〜50Åの磁性薄膜層[1]と厚さ5〜30Åの金属非
磁性薄膜層[2]交互に積層した構造からなる磁気抵抗効
果素子、ただし磁性薄膜層[1]は主成分が
のいずれかで、より好ましくはCuである。 更に ・厚さ10〜50Åの磁性薄膜層[1]と厚さ10〜50Åの磁性
薄膜層[3]とを交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に厚
さ5〜50Åの金属非磁性薄膜層[2]を介在させた構造から
なる磁気抵抗効果素子、ただし磁性薄膜層[1]は上記
(数1)、(数2)で表わされるものであり又磁性薄膜
層[3]は主成分が
のいずれかで、より好ましくはCuである。
保磁力が小さい軟磁性材料、磁性薄膜層[3]は磁性薄膜
層[1]とは別の磁歪が小さい磁性材料で、(数2),(数
4)はこの条件を満足するのに必要な組成範囲である。
磁性薄膜層[1]としては上記の様な3元系でなくとも軟
磁性を示しかつΔR/Rが比較的大きなNi-Co系等の2
元系磁性薄膜層でもよい。又上記記載の磁気抵抗効果素
子において金属非磁性薄膜層の厚さは一定である必要は
なく、異なるものより成るものでもよい。 ・特に磁性薄膜層[1](もしくは[1]と[3])が金属非磁
性薄膜層[2]を介して磁気的に結合しており、金属非磁
性薄膜層[2]の厚さに依存して磁気抵抗変化率の値が振
動し複数の極大値を示すものについては、金属非磁性層
[2]の厚さを一定とせず、磁気抵抗変化率が最大(第1
極大)となる厚さの金属非磁性薄膜層[2-1]及び磁気抵
抗変化率が次に極大(第2極大)となる厚さの金属非磁
性薄膜層[2-2]を双方含む金属非磁性層であってもよ
い。
金属非磁性薄膜層[2]を介して磁性薄膜層[1](もしくは
[1]と[3])が磁気的に結合し、この磁気的結合がいわゆ
るRKKY的な結合の場合は磁性薄膜層間の結合は(図
2)に示した関数
例したxの値により変化し、その符号が正の場合は反強
磁性的に又負の場合は強磁性的に結合する。反強磁性的
に結合している場合は(図1a)に示したように零磁界
もしくは弱磁界においては磁性薄膜層[1](もしくは[1]
と[3])のスピンは互いに逆方向となり伝導電子のスピ
ン散乱が極大となって大きな磁気抵抗を示す。更に(図
1b)に示したように印加磁界を強くすると磁性薄膜層
[1](もしくは[1]と[3])のスピンは平行となり伝導電
子のスピン散乱が小さくなり磁気抵抗は減少し、大きな
ΔR/Rが得られる。 (図2)に示したように磁気的
結合は非磁性金属薄膜層[2]の厚さの増加とともに強磁
性と反強磁性の間で振動しながら減衰する。従って用途
によっては金属薄膜磁性層[2]の厚さを一定とせず、異
なるものの組合せとして所望の軟磁気特性とΔR/R値
を有する磁気抵抗効果素子が得られる。
が金属非磁性薄膜層[2]を介して磁気的に結合してお
り、金属非磁性薄膜層[2]の厚さに依存して磁気抵抗変
化率の値が振動し複数の極大値を示すものについては、
金属非磁性層[2]の厚さを一定とせず、磁気抵抗変化率
が最大(第1極大)となる厚さの金属非磁性薄膜層[2-
1]及び磁気抵抗変化率が次に極大(第2極大)となる厚
さの金属非磁性薄膜層[2-2]を双方含む金属非磁性層と
することにより、ΔR/Rが第2極大より大きく、軟磁
気特性が第1極大より優れた磁気抵抗効果素子が得られ
る。
(数2)を満足するとき磁歪が小さく軟磁性を示す。そ
の代表的なものはNi0.8Co0.1Fe0.1, Ni0.8Fe0.2等であ
る。又更に軟磁性を改良したり耐摩耗性及び耐食性を改
良するために(数1)の組成に Nb,Mo,Cr,W,Ru等を添加
しても良い。一方(数3)を満足するCo-richのCo-Ni-F
e系合金は(数4)を満足するとき比較的磁歪が小さく
かつ半硬質磁性を示す。その代表的なものはCo0.9Fe0.1
等である。これら磁性薄膜層はその厚さが10Å未満では
キュリ−温度の低下による室温での磁化の低減や軟磁気
特性の劣化が生じたりする等が問題となり、又実用上磁
気抵抗効果素子は全膜厚が数百Åで用いられるため、本
発明のように積層効果を利用するには各磁性薄膜層を10
0Å以下、望ましくは50Åにする必要がある。従ってこ
れら磁性薄膜層の厚さは10〜50Åとすることが望まし
い。
歪の膜であることが必要である。これは実用上弱磁界で
動作することが必要なのと、MRヘッド等に用いた場合
磁歪が大きいとノイズの原因になるためである。この条
件を満足するものには上記(数1),(数2)で示され
るNi-richのNi-Fe-Co系膜がある。又磁性薄膜層[3]も同
様の理由で磁歪が小さいことが望ましいが、磁性薄膜層
[1]とは異なる上記(数3),(数4)で示されるCo-ric
hのCo-Ni-Fe膜を用い、これと上記の磁性薄膜層[1]とを
組み合わせて用いることにより、磁性薄膜層[1]と金属
非磁性薄膜層[2]のみより成るものより大きなΔR/Rを
示す磁気抵抗効果素子が得られる。
[3])の間に介在させる金属薄膜層は上記(数1)から
(数4)で示された組成の磁性薄膜層[1](もしくは[1]
と[3])との界面での反応が少なく、かつ非磁性である
ことが必要で、Cu,Ag,Au,Pt,Ru等が適しており、現在の
ところ最も望ましいのはCuである。金属非磁性薄膜層
[2]の厚さが50Åより厚くなると金属非磁性薄膜層[2]を
介した磁性薄膜層[1](もしくは[1]と[3])の間の磁気
的結合が大幅に減衰してしまい、又金属非磁性薄膜層
[2]が無い場合や厚さが5Å未満となると磁性薄膜層[1]
(もしくは[1]と[3])は互いに強磁性的に結合してしま
い(図1a)のような状態が実現できず大きな磁気抵抗
効果は得られない。従って金属非磁性薄膜層[2]の厚さ
は5〜50Åとすることが望ましい。
説明を行う。 (実施例1)多元スパッタ装置を用いて以下に示した構
成の磁気抵抗効果素子をガラス基板上に作成した。ただ
しNは繰り返し数で総膜厚が約2000Åとなるよう変化さ
せた 。A: [Ni-Co-Fe(20)/Cu(t)/Co-Fe(20)/Cu(t)]N (t=0, 9, 20, 31, 42, 53(Å) ; ( )内は厚さ(Å)を表
わす) なおタ−ゲットにはそれぞれ直径80mmの Ni0.8Co0.1Fe
0.1(磁性層[1]), Co(磁性層[3]), Cu(非磁性金属層[2])
を用い、各膜厚はシャッタ−により制御した。
0.05Fe0.15(磁性層[1]), Ni0.8Co0.2(磁性層[1]), Cu
(非磁性金属層[2])を用いて B: [Ni-Co-Fe(30)/Cu(t)]N1 C: [Ni-Co(40)/Cu(t)]N2 (t=0, 9, 20, 31, 42, 53(Å) ; ( )内は厚さ(Å)を表
わす) を作成した。得られた磁気抵抗効果素子のMR特性(Δ
R/R)の測定を室温・最大印加磁界500Oeで行ない、そ
の値(%)を(表1)に示した。
に、いずれの膜も金属非磁性薄膜層[2]の厚さtが9Åで
MR特性は最大となり、磁性層が磁性薄膜層[1]のみの
B,Cよりも、磁性薄膜層[1],[3]より成るAのほうが大
きなMR特性を示した。又金属非磁性薄膜層[2]の厚さt
は上限として50Å以下が望ましく、下限は0と9Åの間の
約5Åくらいと予想される。なおMR特性が飽和する飽
和磁界HsはB,C,Aの順に小さく、軟磁気特性もこの順
に優れていることがわかった。 (実施例2)大型多元スパッタ装置を用いて以下に示し
た構成の磁気抵抗効果素子をガラス基板上に作成した。
ただしN3は繰り返し数で総膜厚が約2000Åとなるよう変
化させた。 D: [Ni-Fe(20)/Cu(20)/Co-Ni-Fe(20)/Cu(20)]N3 (( )内は厚さ(Å)を表わす) なおタ−ゲットにはそれぞれ5"x15"の Ni0.8Fe0.2(磁性
層[1]), Co0.8Ni0.1Fe0. 1(磁性層[3]), Cu(非磁性金属
層[2])を用い、各膜厚はシャッタ−により制御した。量
産時の特性のばらつきを調べるため上記Dの磁気抵抗効
果素子を5回作製しそのMR特性を室温・最大印加磁界
500Oeで測定した。結果を表−2に示す。大型タ−ゲッ
トを用いた場合は膜厚分布があり特性がこのようにばら
つく問題がある。そこでこの問題を解決すべく、非磁性
金属層[2]としてCu層厚が19,20,21Åと異なるものを順
次含む以下の磁気抵抗効果素子を同様に作製しその特性
のばらつきを調べた。 E: [Ni-Fe(20)/Cu(19)/Co-Ni-Fe(20)/Cu(20)/Ni-Fe(2
0)/Cu(21)/Co-Ni-Fe(20)] N4 結果を同じく(表2)に示した。
に、Dの場合は特性のばらつきが大きいのに対し、Eの
ような構成の磁気抵抗効果素子とすることにより特性の
安定性が改善されることがわかる。 (実施例3)多元スパッタ装置を用いて以下に示した構
成の磁気抵抗効果素子をガラス基板上に作成した。ただ
しN5は繰り返し数で総膜厚は約2000Åとなるよう変化さ
せた。 F: [Ni-Co-Fe(30)/Cu(t)/Co-Fe(30)/Cu(t)]N5 (5≦t≦50(Å); ( )内は厚さ(Å)を表わす) なおタ−ゲットにはそれぞれ直径80mmの Ni0.8Co0.05Fe
0.15(磁性層[1]), Co0.9Fe0.1(磁性層[3]), Cu(非磁性
金属層[2])を用い、各膜厚はシャッタ−により制御し
た。(図3)に室温・最大印加磁界500Oeで測定したM
R特性(ΔR/R)の金属非磁性層厚(t)依存性を示す。
(図3)より明らかなようにΔR/Rはtとともに振動し
ながら減衰し、第1極大はt=9Å、第2極大はt=20Åで
あった。(図4a)(図4b)はそれぞれの膜のMR磁
化曲線である。t=9ÅのものはΔR/R=27%と大きいが
やや実用上Hsが大きい、又t=20ÅのものはHsが小さく軟
磁気特性に優れるがΔR/R=15%と前者より小さい。そ
こで同じタ−ゲットを用い、Cu層厚がt=9Åの非磁性金
属層[2-1]とt=20Åの非磁性金属層[2-2]を磁性層[1],
[3]の間に交互に介在させた以下の磁気抵抗効果素子を
同様に作成した。 G: [Ni-Co-Fe(30)/Cu(9)/Co-Fe(30)/Cu(20)]N6 (図4c)にこの膜のMR磁化曲線を示す。図からわか
るように、Gの膜(c)はFの膜(a)よりもHsが小さく軟磁
気特性に優れ、Fの膜(b)よりもΔR/Rが大きく、Fの
膜に比べて実用特性が改善されていることがわかる。
つ実用的な印加磁界で大きな磁気抵抗効果を示す磁気抵
抗効果素子を可能とするもので、磁歪が小さいことより
高感度MRヘッド等への応用に適したものである。
である。(a)はゼロ磁界近傍における各磁性層のスピ
ン配列が反平行である状態を示す図である。(b)は強
磁界における各磁性層のスピン配列が平行である状態を
示す図である。(c)はΔR/Rと印加磁界Hの関係を
示すグラフである。
フである。
(t)依存性を示すグラフである。
すグラフである。(c)は膜GのMR磁化曲線を示すグ
ラフである。
t,Ruのいずれかで、より好ましくはCuである。 更に ・厚さ10〜50Åの磁性薄膜層[1]と厚さ10〜50Åの磁
性薄膜層[3]とを交互に積層し、各積層磁性薄膜層間
に厚さ5〜50Åの金属非磁性薄膜層[2]を介在させた構
造からなる磁気抵抗効果素子、ただし磁性薄膜層[1]
は上記(数1)、(数2)で表わされるものであり又磁
性薄膜層[3]は主成分が
t,Ruのいずれかで、より好ましくはCuである。
比例したxの値により変化し、その符号が正の場合は反
強磁性的に又負の場合は強磁性的に結合する。反強磁性
的に結合している場合は(図1a)に示したように零磁
界もしくは弱磁界においては磁性薄膜層[1](もしく
は[1]と[3])のスピンは互いに逆方向となり伝導電
子のスピン散乱が極大となって大きな磁気抵抗を示す。
更に(図1b)に示したように印加磁界を強くすると磁
性薄膜層[1](もしくは[1]と[3])のスピンは平
行となり伝導電子のスピン散乱が小さくなり磁気抵抗は
減少し、大きなΔR/Rが得られる。 (図2)に示し
たように磁気的結合は非磁性金属薄膜層[2]の厚さの
増加とともに強磁性と反強磁性の間で振動しながら減衰
する。従って用途によっては金属非磁性薄膜層[2]の
厚さを一定とせず、異なるものの組合せとして所望の軟
磁気特性とΔR/R値を有する磁気抵抗効果素子が得ら
れる。
である。図中上部はΔR/Rを、下部は状態(a),
(b)における各磁性層のスピンの配列方向を示す。
Claims (14)
- 【請求項1】 厚さ10〜50Åの磁性薄膜層[1]と厚さ5〜
50Åの金属非磁性薄膜層[2]を交互に積層した構造から
成る磁気抵抗効果素子。(ただし、磁性薄膜層[1]は(Ni
XCo1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、Xは0.6〜1.0、X'は0.7
〜1.0である) - 【請求項2】 特に、金属非磁性薄膜層の厚さが異なる
ものより成ることを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項3】 金属磁性薄膜層[2]がCu,Ag,Au,Pt,Ruの
いずれかである請求項1もしくは2のいずれかに記載の
磁気抵抗効果素子。 - 【請求項4】 金属磁性薄膜層[2]が特にCuである請求
項1もしくは2のいずれかに記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項5】 磁性薄膜層[1]が金属非磁性薄膜層[2]を
介して磁気的に結合しており、金属非磁性薄膜層[2]の
厚さに依存して磁気抵抗変化率の値が振動を示す磁性薄
膜層[1]と金属非磁性薄膜層[2]を交互に積層した磁気抵
抗効果素子において、金属非磁性薄膜層[2]が磁気抵抗
変化率が最大となる厚さの金属非磁性薄膜層[2-1]もし
くは磁気抵抗変化率が次に極大となる厚さの金属非磁性
薄膜層[2-2]より成る請求項2記載の磁気抵抗効果素
子。(ただし、磁性薄膜層[1]は(NiXCo1-X)X'Fe1-X'を
主成分とし、Xは0.6〜1.0、X'は0.7〜1.0である) - 【請求項6】 金属磁性薄膜層[2]がCu,Ag,Au,Pt,Ruの
いずれかである請求項5記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項7】 金属磁性薄膜層[2]が特にCuである請求
項5記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項8】厚さ10〜50Åの磁性薄膜層[1]と厚さ10〜5
0Åの磁性薄膜層[3]とを交互に積層し、各積層磁性薄膜
層間に厚さ5〜50Åの金属非磁性薄膜層[2]を介在させた
構造から成る磁気抵抗効果素子。(ただし、磁性薄膜層
[1]は(NiXCo1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、磁性薄膜層[3]
は(CoYNi1-Y)ZFe1-Zを主成分とし、Xは0.6〜1.0、X'は
0.7〜1.0、Yは0.4〜1.0、Zは0.8〜1.0である) - 【請求項9】 特に、金属非磁性薄膜層の厚さが異なる
ものより成ることを特徴とする請求項8記載の磁気抵抗
効果素子。 - 【請求項10】 金属磁性薄膜層[2]がCu,Ag,Au,Pt,Ru
のいずれかである請求項8もしくは9のいずれかに記載
の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項11】 金属磁性薄膜層[2]が特にCuである請
求項8もしくは9のいずれかに記載の磁気抵抗効果素
子。 - 【請求項12】 磁性薄膜層[1]と[3]が金属非磁性薄膜
層[2]を介して磁気的に結合しており、金属非磁性薄膜
層[2]の厚さに依存して磁気抵抗変化率の値が振動を示
す磁性薄膜層[1]と[3]を金属非磁性薄膜層[2]を介在さ
せて交互に積層した磁気抵抗効果素子において、金属非
磁性薄膜層[2]が特に磁気抵抗変化率が最大となる厚さ
の金属非磁性薄膜層[2-1]及び磁気抵抗変化率が次に極
大となる厚さの金属非磁性薄膜層[2-2]より成る請求項
7記載の磁気抵抗効果素子。(ただし、磁性薄膜層[1]
は(NiXCo1-X)X'Fe1-X'を主成分とし、磁性薄膜層[3]は
(CoYNi1-Y)ZFe1-Zを主成分とし、Xは0.6〜1.0、X'は0.7
〜1.0、Yは0.4〜1.0、Zは0.8〜1.0である) - 【請求項13】 金属磁性薄膜層[2]がCu,Ag,Au,Pt,Ru
のいずれかである請求項12記載の磁気抵抗効果素子。 - 【請求項14】 金属磁性薄膜層[2]が特にCuである請
求項12記載の磁気抵抗効果素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4044423A JP2848083B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 磁気抵抗効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4044423A JP2848083B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 磁気抵抗効果素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05242436A true JPH05242436A (ja) | 1993-09-21 |
JP2848083B2 JP2848083B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=12691082
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4044423A Expired - Lifetime JP2848083B2 (ja) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | 磁気抵抗効果素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2848083B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5661621A (en) * | 1994-09-08 | 1997-08-26 | Fujitsu Limited | Magnetoresistive head |
US6074535A (en) * | 1994-09-09 | 2000-06-13 | Fujitsu Limited | Magnetoresistive head, method of fabricating the same and magnetic recording apparatus |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04247607A (ja) * | 1991-02-04 | 1992-09-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気抵抗効果素子 |
-
1992
- 1992-03-02 JP JP4044423A patent/JP2848083B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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JP2848083B2 (ja) | 1999-01-20 |
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