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JPH06275433A - Magnetic element and manufacture thereof - Google Patents

Magnetic element and manufacture thereof

Info

Publication number
JPH06275433A
JPH06275433A JP5085318A JP8531893A JPH06275433A JP H06275433 A JPH06275433 A JP H06275433A JP 5085318 A JP5085318 A JP 5085318A JP 8531893 A JP8531893 A JP 8531893A JP H06275433 A JPH06275433 A JP H06275433A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
probe
fine
wire
magnetic layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5085318A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunichi Hashimoto
俊一 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP5085318A priority Critical patent/JPH06275433A/en
Publication of JPH06275433A publication Critical patent/JPH06275433A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/143Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of wires
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/3218Exchange coupling of magnetic films via an antiferromagnetic interface

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Recording Or Reproducing By Magnetic Means (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a magnetic field detecting element which is suitable for high-density recording and reproduction by forming extremely thin magnetic wires at specific intervals and by placing non-magnetic layers between the magnetic wires. CONSTITUTION:Magnetic wires 2 made of Co, Fe, Ni and an alloy of these are formed in very small dimensions, 0.5-100nm wide (d), 1-100nm thick (t) and 1-10,000nm long (1). The magnetic wire 2 are located in a plane with non- magnetic layers 3 made of Cu, V, Ru and Cr put between. The width D of the non-magnetic layer 3 is so set at 0.5-100nm as to generate antiferromagnetic bonding between the magnetic fine lines and the non-magnetic layers. By this method, a magnetic field detecting element can be obtained which is very small in size but which is very much suitable for high-density recording and reproduction and has such a characteristic that an electric resistance may change effectively to an outside magnetic field. With this element, a high-density magnetic reproducing system and a very small magnetism observation equipment can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、磁性素子、特に磁気抵
抗効果による外部磁界の検出を行える素子及びその製造
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic element, particularly an element capable of detecting an external magnetic field due to a magnetoresistive effect, and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、磁気記録における再生は、磁気ヘ
ッドにより媒体からの洩れ磁束を検出することによって
行っている。また、光磁気記録においては、レーザ光を
用いてその偏向成分の変化を検出することで再生してい
る。
2. Description of the Related Art Conventionally, reproduction in magnetic recording is performed by detecting a leakage magnetic flux from a medium by a magnetic head. Further, in magneto-optical recording, reproduction is performed by detecting a change in the deflection component using laser light.

【0003】これらの記録方式においてはいずれも、近
年の高記録密度化への要求から、トラックピッチの減少
や記録波長の短波長化により記録密度の向上を図ってお
り、例えば、現在、トラック幅はμmからサブμmに、
また記録波長もサブμmの領域に達している。記録単位
となる磁区は、材料系を適切に選べば、数10nmでも安定
に存在することが知られており、従って、現在以上の微
小領域からの再生が可能であるか否かは、その再生手法
や構成されるデバイスの性能、そしてそのサイズに大き
く依存することになる。
In all of these recording methods, in order to increase the recording density in recent years, the recording density is improved by reducing the track pitch and shortening the recording wavelength. From μm to sub μm,
The recording wavelength has also reached the sub-μm range. It is known that the magnetic domain, which is the recording unit, exists stably even at several tens of nm if the material system is appropriately selected. Therefore, whether or not reproduction from a minute area larger than the current one is possible depends on the reproduction. It depends largely on the method, the performance of the device to be constructed, and its size.

【0004】ところが、今後、予想される現在以上の高
密度記録の再生に関して、上記した従来技術で対応する
ことは極めて困難である。何故ならば、磁気記録におけ
る従来の磁気ヘッドでは、そのサイズによる制約及び再
生強度の低下から、上記以上のトラック密度の著しい向
上は望めない。また、光磁気記録においても、現行の光
学系を用いる限り、その光の回折限界からサブμm以下
は難しいことは周知の通りである。また、情報の記録再
生システムとは異なる分野において、磁性を検出した
り、磁区を観察する場合においても同様であり、サブμ
m以下のサイズになると、それらは困難になる。
However, it is very difficult for the above-mentioned prior art to cope with reproduction of high-density recording, which is expected to be higher than the present, in the future. Because, in the conventional magnetic head for magnetic recording, the track density cannot be remarkably improved more than the above due to the restriction due to the size and the reduction of the reproducing strength. It is well known that even in magneto-optical recording, sub-μm or less is difficult due to the diffraction limit of light as long as the existing optical system is used. The same is true when detecting magnetism or observing magnetic domains in a field different from the information recording / reproducing system.
For sizes below m, they become difficult.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
の問題点を解消し、サブμm以下(特にnmスケール)の
高密度記録や再生及び磁界検出に十分に対応できる磁性
素子及びその製造方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a magnetic element capable of sufficiently dealing with high density recording and reproduction of sub-μm or less (particularly nm scale) and magnetic field detection, and manufacturing thereof. To provide a method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、幅 0.5
〜100nm 、厚さ1〜100nm 及び長さ1〜10,000nmの磁性
細線の複数本が、非磁性層を介して 0.5〜100nm の間隔
で互いにほぼ平行に設けられている磁性素子に係るもの
である。
That is, the present invention has a width of 0.5.
A magnetic element in which a plurality of magnetic fine wires having a thickness of ˜100 nm, a thickness of 1 to 100 nm, and a length of 1 to 10,000 nm are provided substantially parallel to each other at intervals of 0.5 to 100 nm through a nonmagnetic layer. .

【0007】本発明の磁性素子は、各磁性細線が上記し
た超微細な寸法からなり、しかも、磁性細線間が特定の
間隔(0.5〜100nm)で設けられかつその間隔内に非磁性層
が介在しているため、サブμm以下、特にナノメータス
ケールの大きさの磁性細線によって、極微小で高密度記
録、再生に十分に対応でき、かつ、外部磁界に対して極
めて効果的に電気抵抗が変化する特性を有する磁界検出
素子となり得るものである。
In the magnetic element of the present invention, each magnetic wire has the above-mentioned ultrafine size, and the magnetic wires are provided at a specific interval (0.5 to 100 nm), and a non-magnetic layer is interposed within the interval. Therefore, a magnetic fine wire of sub-μm or less, especially a nanometer scale size can sufficiently cope with extremely minute high-density recording and reproduction, and extremely effectively change the electric resistance with respect to an external magnetic field. It can be a magnetic field detection element having characteristics.

【0008】従って、本発明の磁性素子は、極めて微小
な検出素子であることから、高密度の磁気再生システム
及び極微小の磁性観察装置を実現することができる。
Therefore, since the magnetic element of the present invention is an extremely minute detection element, it is possible to realize a high-density magnetic reproducing system and an extremely minute magnetic observation apparatus.

【0009】本発明の磁性素子においては、コバルト、
ニッケル及び鉄からなる群より選ばれた少なくとも1種
を含む材料によって上記磁性細線が形成され、銅、バナ
ジウム、ルテニウム及びクロムからなる群より選ばれた
少なくとも1種を含む材料によって上記非磁性層が形成
されることができる。ここで、上記の「含む」とは、上
記した元素が単独使用(100%を占めること)されること
も意味し、また、他の元素との併用又は化合物での使用
も勿論意味する。
In the magnetic element of the present invention, cobalt,
The magnetic fine wire is formed of a material containing at least one selected from the group consisting of nickel and iron, and the nonmagnetic layer is formed of a material containing at least one selected from the group consisting of copper, vanadium, ruthenium and chromium. Can be formed. Here, the above-mentioned "comprising" also means that the above-mentioned elements are used alone (occupying 100%), and of course also used in combination with other elements or in compounds.

【0010】また、本発明の磁性素子は、磁界検出素子
として、上記磁性細線の長さ方向に電流を流し、その電
気抵抗をモニターし、外部磁界による抵抗変化(いわゆ
る磁気抵抗変化)によってその外部磁界を検出するよう
に構成されることが望ましい。即ち、本発明の磁性素子
は、外部磁界の変化に対応して効率よくその電気抵抗が
変化するため、それをモニターすることにより、微小領
域の磁界の変化を検出できる。
Further, the magnetic element of the present invention, as a magnetic field detecting element, causes a current to flow in the length direction of the magnetic thin wire, monitors its electric resistance, and changes its resistance by an external magnetic field (so-called magnetic resistance change). It is desirable to be configured to detect magnetic fields. That is, since the electric resistance of the magnetic element of the present invention changes efficiently in response to the change of the external magnetic field, the change of the magnetic field in the minute region can be detected by monitoring it.

【0011】そして、本発明の磁性素子においては、特
に、走査形トンネル顕微鏡(以下、STMと称すること
がある。)の探針による原子オーダでの微細処理で磁性
細線及び/又は非磁性層が形成されるのが望ましい。
In the magnetic element of the present invention, in particular, the fine magnetic wires and / or the non-magnetic layer are formed by fine processing on the atomic order by a probe of a scanning tunneling microscope (hereinafter sometimes referred to as STM). Preferably formed.

【0012】即ち、走査形トンネル顕微鏡(STM)の
探針を用いて原子オーダでの微細処理を施し、所定パタ
ーンの磁性細線及び/又は非磁性層を形成する工程を有
し、前記STMの探針と前記磁性細線の磁性層側及び/
又は前記非磁性層側との間隔を 0.1〜数nmとし、前記探
針と前記磁性層側及び/又は前記非磁性層側との間に1
〜20Vの電圧を印加し、電界蒸発によって前記微細処理
を施すことができる。ここで、上記の「磁性層側」、
「非磁性層側」とは、磁性層又は非磁性層自体を指す
他、磁性細線や非磁性層を設ける支持体を指すこともあ
る。
That is, there is a step of forming a magnetic fine wire and / or a non-magnetic layer of a predetermined pattern by performing fine processing on the atomic order using a probe of a scanning tunneling microscope (STM). Needle and the magnetic layer side of the magnetic thin wire and /
Alternatively, the distance from the nonmagnetic layer side is 0.1 to several nm, and 1 is provided between the probe and the magnetic layer side and / or the nonmagnetic layer side.
The fine treatment can be performed by applying a voltage of -20 V and by field evaporation. Here, the above “magnetic layer side”,
The "non-magnetic layer side" refers to the magnetic layer or the non-magnetic layer itself, and may also refer to a support provided with magnetic fine wires or a non-magnetic layer.

【0013】或いは、STMの探針の先端を前記磁性細
線の磁性層側及び/又は前記非磁性層側に侵入させて前
記微細処理を施すこともできる。ここで、「磁性層
側」、「非磁性層側」とは、磁性細線や非磁性層となる
層を指している。
Alternatively, the tip of the STM probe may be inserted into the magnetic layer side and / or the non-magnetic layer side of the magnetic wire to perform the fine processing. Here, the “magnetic layer side” and the “non-magnetic layer side” refer to the magnetic thin wire and the layer serving as the non-magnetic layer.

【0014】こうした走査形トンネル顕微鏡(STM)
の探針を用いた微細処理によって、上述した高密度記
録、再生や磁界検出を十分に実現できる微細加工された
磁性素子パターンを高精度に作製することができる。
Such a scanning tunneling microscope (STM)
By the fine processing using the probe, it is possible to highly accurately manufacture the finely processed magnetic element pattern capable of sufficiently realizing the high-density recording, reproduction, and magnetic field detection described above.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0016】図1は、本発明の第1の実施例による磁性
素子1を示すものである。この磁性素子1によれば、幅
d、厚さ(高さ)t、長さlの磁性元素からなる複数の
磁性細線2が互いにほぼ平行に、幅(間隔)Dの非磁性
元素の非磁性層3を介して基板4上にほぼ同一面をなす
ように設けられている。
FIG. 1 shows a magnetic element 1 according to the first embodiment of the present invention. According to this magnetic element 1, a plurality of magnetic fine wires 2 made of a magnetic element having a width d, a thickness (height) t, and a length 1 are substantially parallel to each other and are nonmagnetic of a nonmagnetic element having a width (spacing) D. The layers 3 are provided on the substrate 4 so as to be substantially flush with each other.

【0017】この磁性素子1において、上記の磁性細線
2の本数は2〜10,000本とするのがよく、また、上記の
各寸法は次のようにすべてサブμm以下(特にナノメー
タスケール)と超微細となっている。各下限値はパター
ン形成限界を示す。 幅d= 0.5〜100nm (例えば1〜3nm) 厚さ(高さ)t=1〜100nm (例えば10〜30nm) 長さl=1〜10,000nm(例えば1〜500nm) 幅(間隔)D= 0.5〜100nm (例えば1〜50nm)
In the magnetic element 1, the number of the magnetic fine wires 2 is preferably 2 to 10,000, and the above-mentioned dimensions are all sub-μm or less (especially nanometer scale) and ultrafine. Has become. Each lower limit indicates a pattern formation limit. Width d = 0.5 to 100 nm (eg 1 to 3 nm) Thickness (height) t = 1 to 100 nm (eg 10 to 30 nm) Length l = 1 to 10,000 nm (eg 1 to 500 nm) Width (spacing) D = 0.5 ~ 100nm (eg 1-50nm)

【0018】磁性細線2を形成する磁性元素はCo、F
e、Ni及びこれらの化合物(合金)であるのがよく、
また、非磁性層3を形成する非磁性元素はCu、V、R
u、Crがよく、特にCuが好ましい。
The magnetic elements forming the magnetic wire 2 are Co and F.
e, Ni and their compounds (alloys),
The non-magnetic element forming the non-magnetic layer 3 is Cu, V, R.
u and Cr are preferable, and Cu is particularly preferable.

【0019】現在、磁性人工格子薄膜において、Co及
びCo、Ni、Feからなる磁性合金層とCu、V、R
u、Cr等の非磁性元素からなる非磁性層とを上下に交
互に積層した人工格子膜において、外部磁界に対する電
気抵抗の変化、即ち磁気抵抗変化が大きい系が報告され
ている(PHYSICAL REVIEW LETTERS, Volume 66, No.16,
22 April, 1991参照)。この文献では、例えばCo層
を固定して、Cu層の厚さを変えるとその磁気抵抗比が
周期的に変化し、約10Å及び20Åで著しく大きな値(例
えばΔR/Rが低温で40〜60%、常温でも20〜40%)を
示すことが見出されている(同文献の FIG. 3)。
At present, in a magnetic artificial lattice thin film, a magnetic alloy layer composed of Co and Co, Ni, Fe and Cu, V, R
It has been reported that in an artificial lattice film in which non-magnetic layers made of non-magnetic elements such as u and Cr are alternately laminated on top and bottom, the electric resistance change with respect to an external magnetic field, that is, the magnetic resistance change is large (PHYSICAL REVIEW LETTERS). , Volume 66, No.16,
22 April, 1991). In this document, for example, when the Co layer is fixed and the thickness of the Cu layer is changed, the magnetoresistive ratio thereof changes periodically, and a remarkably large value at about 10Å and 20Å (for example, ΔR / R is 40 to 60 at low temperature). %, And 20-40% at room temperature) (FIG. 3 of the same document).

【0020】このような磁気抵抗比(ΔR/R)の著し
い変化が生じる理由は、巨大磁気抵抗変化を示すCu層
の条件においては、それぞれのCo層の磁気モーメント
は外部磁界ゼロの状態で強磁性結合しており、外部磁界
が加わるに従って反強磁性結合に移行し、その際の磁気
抵抗変化が大きいと理解される。即ち、磁性層間で反強
磁性結合することが、磁気抵抗の変化を起こすために重
要である。
The reason why such a remarkable change in the magnetoresistive ratio (ΔR / R) occurs is that the magnetic moment of each Co layer is strong under the condition that the external magnetic field is zero under the condition of the Cu layer exhibiting a huge magnetoresistive change. It is magnetically coupled, and it is understood that the magnetic resistance changes to antiferromagnetic coupling as an external magnetic field is applied, and the change in magnetoresistance at that time is large. That is, antiferromagnetic coupling between magnetic layers is important for causing a change in magnetic resistance.

【0021】本発明者は、上記の事実に基いて、各元素
の適切な組み合わせを選び(特に非磁性元素をCuにす
ることが好ましい)、そしてその層厚条件をコントロー
ルすることによって反強磁性結合を生じさせることの重
要性をふまえ、図1に示した磁性素子1を案出した。
Based on the above facts, the present inventor selects an appropriate combination of the respective elements (particularly it is preferable to use Cu as the non-magnetic element), and controls the layer thickness condition to control the antiferromagnetic property. The magnetic element 1 shown in FIG. 1 was devised in consideration of the importance of causing the coupling.

【0022】即ち、Co等の磁性細線2を上記した寸法
に極微細に設け、所定幅DのCu等の非磁性層3を介し
て平面的(プレーナタイプ)に配置し、上記した反強磁
性結合を生じさせるように非磁性層3の幅Dを特定範囲
(0.5〜100nm 、特に1〜50nm)に設定したのである。
That is, the magnetic fine wires 2 made of Co or the like are finely provided in the above-mentioned size and arranged in a plane (planar type) with the non-magnetic layer 3 made of Cu or the like having a predetermined width D interposed therebetween, and the antiferromagnetism described above is provided. The width D of the non-magnetic layer 3 is in a specific range so as to cause coupling.
(0.5 to 100 nm, especially 1 to 50 nm).

【0023】従って、本実施例による磁性素子1は、磁
性層として磁性細線2を複数本設け、各磁性細線間に非
磁性層3を所定幅に設けているので、上記の人工格子膜
と同じ状態にあり、非磁性元素を介して磁性元素間で同
様の磁気協調現象を起こす。即ち、例えば磁性細線2を
Coにし、その間をCu層3で埋め、このCu層3の幅
Dをコントロールすると、図1のようにそれぞれの細線
2の磁気モーメントが反強磁性結合した状態を作り出す
ことが可能である。例えば非磁性層3の幅Dを1nm又は
2nmとすることができる。
Therefore, in the magnetic element 1 according to the present embodiment, a plurality of magnetic thin wires 2 are provided as magnetic layers, and the non-magnetic layer 3 is provided in a predetermined width between the magnetic thin wires, which is the same as the artificial lattice film described above. In the state, a similar magnetic cooperation phenomenon occurs between the magnetic elements via the non-magnetic element. That is, for example, if the magnetic wires 2 are made of Co and the space between them is filled with a Cu layer 3 and the width D of the Cu layer 3 is controlled, a state in which the magnetic moments of the respective wires 2 are antiferromagnetically coupled is created as shown in FIG. It is possible. For example, the width D of the nonmagnetic layer 3 can be 1 nm or 2 nm.

【0024】このように、磁性素子1は、磁気モーメン
トの結合状態(反強磁性結合)を示すので、上記したと
同様に、磁界に対して大きな磁気抵抗変化(ΔR/Rが
数10%以上)を得ることができる。この磁性素子におい
て、磁性細線2の数は、最低2本必要であるが、電流を
ある程度流すためには多くしても差し支えない。ただ
し、全体の大きさがサブμm以下であることが、本素子
の特長であることを考慮して、10,000本以下が好まし
い。
As described above, the magnetic element 1 exhibits a magnetic moment coupling state (antiferromagnetic coupling). Therefore, similarly to the above, a large magnetic resistance change (ΔR / R is several tens% or more with respect to a magnetic field). ) Can be obtained. In this magnetic element, the number of the magnetic fine wires 2 is required to be at least two, but it may be increased in order to flow the current to some extent. However, in consideration of the fact that the entire size is sub-μm or less, which is a feature of this element, 10,000 or less are preferable.

【0025】図2及び図3は、上記の磁性素子1をセン
サ(磁界検出素子)31として用いる場合の構成を示すも
のである。即ち、磁性細線2の両端にAu、Cu等の電
極5、6をスパッタリング等で設け、電源7に接続して
電流を流す。そして、その電気抵抗を電流計8でモニタ
ーする。外部磁界による抵抗変化から、磁界の変化を検
出することができる。
2 and 3 show a configuration in which the above-mentioned magnetic element 1 is used as a sensor (magnetic field detecting element) 31. That is, electrodes 5 and 6 made of Au, Cu or the like are provided on both ends of the magnetic thin wire 2 by sputtering or the like, and are connected to a power source 7 to flow a current. Then, the electric resistance is monitored by the ammeter 8. The change in the magnetic field can be detected from the resistance change due to the external magnetic field.

【0026】以上説明したように、本発明に基づく磁性
素子1は、磁界感度に優れ、かつ極めて微小な磁界検出
素子を構成するので、以下のような効果が得られる。 1.従来と比較して、素子全体を小さくできるため、サ
ブμm以下の領域からの磁界を検出できる。 2.磁界感度が良好なため、極微小領域からの磁界でも
効率よく検出が可能である。
As described above, the magnetic element 1 according to the present invention is excellent in magnetic field sensitivity and constitutes a very small magnetic field detecting element, and therefore the following effects can be obtained. 1. Since the entire device can be made smaller than in the conventional case, the magnetic field from the region of sub μm or less can be detected. 2. Since the magnetic field sensitivity is good, even a magnetic field from an extremely small area can be efficiently detected.

【0027】図4は、図2の変形例を示すものであっ
て、磁性素子の両端の電極5、6を磁性細線2の側端面
から上面にかけて被着している。このようにすれば、電
極の形成(スパッタリング→エッチングによるパターニ
ング)を行い易い。
FIG. 4 shows a modification of FIG. 2, in which the electrodes 5 and 6 at both ends of the magnetic element are attached from the side end surface of the magnetic wire 2 to the upper surface. This makes it easy to form electrodes (patterning by sputtering → etching).

【0028】図5は、図1の変形例を示すものであっ
て、複数の非磁性層3を両端で連結、一体化している。
これによっても、上記したと同様に外部磁界による抵抗
変化を図2で述べたようにして検出することができる。
そして、素子の両端には非磁性層3のみが存在している
ので、電極5、6の被着性も向上するものと考えられ
る。
FIG. 5 shows a modification of FIG. 1, in which a plurality of nonmagnetic layers 3 are connected and integrated at both ends.
Also by this, the resistance change due to the external magnetic field can be detected as described above with reference to FIG.
Since only the non-magnetic layer 3 exists at both ends of the element, it is considered that the adherence of the electrodes 5 and 6 is also improved.

【0029】このように両端で層を連結する構造は、上
記に代えて磁性細線2に対しても採用することができ
る。この場合、磁性細線2を両端で上記と同様に連結し
てよい。
The structure in which the layers are connected at both ends as described above can be adopted for the magnetic wire 2 instead of the above structure. In this case, the magnetic wires 2 may be connected at both ends in the same manner as above.

【0030】次に、上記した各磁性素子(又は磁界検出
素子)において、特に磁性細線2をサブμm以下のサイ
ズに超微細加工する方法を図6についてまず原理的に説
明する。ここで、磁性層12は、磁性細線2に加工される
薄膜である。
Next, with reference to FIG. 6, a principle will be described in principle of a method of ultra-finely processing the magnetic wire 2 in each of the above-mentioned magnetic elements (or magnetic field detecting elements), particularly to a size of sub-μm or less. Here, the magnetic layer 12 is a thin film processed into the magnetic wire 2.

【0031】図6(a)は、電界蒸発によって磁性層12
に微細な凹部(例えば溝)を形成する例を示す。STM
の探針10の先端を薄膜12の表面に対して 0.1〜数nmの距
離に近付けてトンネル電流が流れるようにし、次いで探
針10の位置を固定し、探針10と薄膜12との間に数十msec
〜数sec の時間幅で1〜20Vのパルス電圧44を印加す
る。このような微小距離での電圧印加により、薄膜12と
探針10との間に 107〜108V/cmの極めて大きな電界が加
わることになり、これが電界蒸発と呼ばれる、薄膜12か
らの原子放出現象を惹き起こす。
FIG. 6A shows the magnetic layer 12 formed by field evaporation.
An example of forming a fine recess (eg, a groove) is shown in FIG. STM
The tip of the probe 10 is brought closer to the surface of the thin film 12 by a distance of 0.1 to several nm so that a tunnel current flows, then the position of the probe 10 is fixed, and between the probe 10 and the thin film 12. Tens of msec
A pulse voltage 44 of 1 to 20 V is applied with a time width of several seconds. By applying a voltage at such a minute distance, an extremely large electric field of 10 7 to 10 8 V / cm is applied between the thin film 12 and the probe 10, which is called atomic evaporation from the thin film 12. Cause a release phenomenon.

【0032】これにより、原子オーダの領域で薄膜の微
小部分が昇華し、表面に微細な孔13が形成される。探針
を所定方向に走査させながら上記の電界蒸発を行うと、
所定方向に微小幅の溝が形成される。この溝は、上記し
た磁性細線2−2間の間隙又は非磁性層3の形成領域と
なり得るものである。
As a result, a minute portion of the thin film sublimes in the atomic order region, and a minute hole 13 is formed on the surface. When the above-mentioned electric field evaporation is performed while scanning the probe in a predetermined direction,
A groove having a minute width is formed in a predetermined direction. This groove can serve as a gap between the magnetic wires 2-2 or a region where the non-magnetic layer 3 is formed.

【0033】図6(b)は、図6(a)におけると同様
にして探針10を構成する原子を電界蒸発させ、これを薄
膜11上に堆積させて磁性細線となり得る微小凸部12を形
成する要領を示している。図6(a)のように溝13が形
成されるか、或いは同図(b)のように凸部12が形成さ
れるかは、薄膜の探針の材料及び加工条件に依存する。
In FIG. 6B, the atoms forming the probe 10 are field-evaporated in the same manner as in FIG. 6A, and these are deposited on the thin film 11 to form the minute projections 12 which can be magnetic fine wires. It shows how to form. Whether the groove 13 is formed as shown in FIG. 6A or the convex portion 12 is formed as shown in FIG. 6B depends on the material and processing conditions of the thin film probe.

【0034】図6(c)は、STM室内を一旦超真空に
しておいてから、目的の反応ガスを所定の真空度になる
ように導入し、然る後、同図(b)におけると同様の操
作によって反応ガス成分中の原子12を薄膜11上に析出さ
せ、凸部12を形成する要領を示している。
In FIG. 6 (c), the STM chamber is once brought to an ultra-vacuum state, and then the reaction gas of interest is introduced so as to have a predetermined degree of vacuum, and thereafter, the same as in FIG. 6 (b). By this operation, the atoms 12 in the reaction gas component are deposited on the thin film 11 to form the protrusions 12.

【0035】図6(d)は、上記した電気的な作用によ
るのではなく(即ち、探針10−薄膜12間にはパルス電圧
44を印加しないで)、探針10の先端を薄膜12に突き刺
し、機械的に孔又は溝13を形成する要領を示す。探針10
を薄膜12に突き刺した状態で探針10を矢印のように走査
させると、この矢印の方向に溝13が形成されていく。即
ち、図6(d)は、切削の機構によって凹部(溝)を形
成する要領を示している。
FIG. 6 (d) shows that the pulse voltage is not applied between the probe 10 and the thin film 12 but by the electric action described above.
A method of piercing the tip of the probe 10 into the thin film 12 and mechanically forming the hole or groove 13 without applying 44) is shown. Probe 10
When the probe 10 is scanned in the state of being pierced into the thin film 12 as indicated by the arrow, the groove 13 is formed in the direction of the arrow. That is, FIG. 6D shows a procedure for forming a recess (groove) by a cutting mechanism.

【0036】図7は、STMを利用した上記の微細加工
に使用可能な装置のシステムを示す概略図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a system of an apparatus that can be used for the above-mentioned fine processing using STM.

【0037】試料ステージ21上に、磁性薄膜12を形成し
た基板4が水平に載置される。そして、薄膜12の表面に
対向して、ピエゾ素子23に固定された探針10が垂直に位
置している。試料ステージ21は、互いに直交する水平の
X方向、Y方向に移動可能にしてあり、薄膜12のX方
向、Y方向の位置決めを行うには、夫々レーザ測長機22
X、22Yによる計測結果をマイクロコンピュータ29に入
力し、マイクロコンピュータ29によって駆動手段(図示
省略)を制御して駆動させる。
The substrate 4 on which the magnetic thin film 12 is formed is horizontally placed on the sample stage 21. The probe 10 fixed to the piezo element 23 is vertically positioned so as to face the surface of the thin film 12. The sample stage 21 is movable in horizontal X and Y directions which are orthogonal to each other, and the laser length measuring machine 22 is used to position the thin film 12 in the X and Y directions, respectively.
The measurement results of X and 22Y are input to the microcomputer 29, and the microcomputer 29 controls and drives a driving means (not shown).

【0038】薄膜12に対する探針10の精密な位置決め
は、ほぼ円筒形のピエゾ素子23により、次のようにして
なされる。
The precise positioning of the probe 10 with respect to the thin film 12 is performed by the substantially cylindrical piezoelectric element 23 as follows.

【0039】ピエゾ素子23のX方向の内周端及び外周端
はX方向走査回路25に接続し、同Y方向の内周端及び外
周端はY方向走査回路26に接続し、同Z方向(鉛直方
向)の上下端はZ方向駆動・サーボ回路27に接続してい
る。ピエゾ素子23のX方向、Y方向、Z方向の各回路へ
の接続端は、対称位置に夫々2組づつ設けているが、図
3では一方の1組のみ示し、他方の1組は図示省略して
ある。
The X-direction inner and outer peripheral ends of the piezo element 23 are connected to the X-direction scanning circuit 25, and the Y-direction inner and outer peripheral ends thereof are connected to the Y-direction scanning circuit 26. The upper and lower ends (in the vertical direction) are connected to the Z-direction drive / servo circuit 27. Two pairs of connecting ends of the piezo element 23 to each circuit in the X direction, Y direction, and Z direction are provided at symmetrical positions, but only one set is shown in FIG. 3 and the other one set is not shown. I am doing it.

【0040】X方向走査回路25、Y方向走査回路26及び
Z方向駆動・サーボ回路27はマイクロコンピュータ29に
接続している。マイクロコンピュータ29はフィードバッ
ク回路28を介してX方向走査回路25、Y方向走査回路2
6、Z方向駆動・サーボ回路27に接続している。探針10
と薄膜11とにトンネル電流電源24を接続し、トンネル電
流電源24はマイクロコンピュータ29に接続している。
The X-direction scanning circuit 25, the Y-direction scanning circuit 26 and the Z-direction driving / servo circuit 27 are connected to a microcomputer 29. The microcomputer 29 uses an X-direction scanning circuit 25 and a Y-direction scanning circuit 2 via a feedback circuit 28.
6. Connected to Z direction drive / servo circuit 27. Probe 10
A tunnel current power supply 24 is connected to the thin film 11 and the tunnel current power supply 24 is connected to a microcomputer 29.

【0041】そして、マイクロコンピュータ29には陰極
線管(CRT)30A及びプリンタ30Bを接続し、STM
による薄膜11の表面状態を観察してこれを記録できるよ
うになっている。上記表面状態は、前述したように、S
TMによってnmの原子オーダの解像度を以て観察でき
る。先ず、CRT30Aを監視しながら、ピエゾ素子23に
対し、マイクロコンピュータ29の作動により、X方向走
査回路25及びY方向走査回路26からピエゾ素子23に電圧
を印加し、ピエゾ素子23のX方向及びY方向の寸法を制
御し、探針10を薄膜12の所望の位置直上に正確に位置さ
せる。
A cathode ray tube (CRT) 30A and a printer 30B are connected to the microcomputer 29, and the STM
The surface state of the thin film 11 can be observed and recorded. As described above, the surface condition is S
It can be observed by TM with a resolution of atomic order of nm. First, while monitoring the CRT 30A, a voltage is applied to the piezo element 23 from the X-direction scanning circuit 25 and the Y-direction scanning circuit 26 to the piezo element 23 by the operation of the microcomputer 29, and the piezo element 23 in the X direction and Y direction. By controlling the dimension in the direction, the probe 10 is accurately positioned right above the desired position on the thin film 12.

【0042】図6(a)に示した微細加工を例に挙げる
と、上記以降の手順は次の通りである。
Taking the fine processing shown in FIG. 6A as an example, the procedure after the above is as follows.

【0043】探針10のX方向、Y方向の位置を所定の一
点に止め、次いでZ方向駆動・サーボ回路27による電圧
印加によってピエゾ素子23のZ方向の寸法を変化させ、
探針10の先端を薄膜12に対して 0.1〜数nmの距離に近付
け、トンネル電流が流れるようにする。次いで、フィー
ドバック回路28内のZ方向駆動・サーボ回路27に接続す
るフィードバック回路部分をOFFして探針10先端の位
置を固定する。
The position of the probe 10 in the X and Y directions is stopped at a predetermined point, and then the Z direction of the piezo element 23 is changed by applying a voltage by the Z direction driving / servo circuit 27.
The tip of the probe 10 is brought close to the thin film 12 at a distance of 0.1 to several nm so that a tunnel current flows. Next, the feedback circuit portion connected to the Z-direction drive / servo circuit 27 in the feedback circuit 28 is turned off to fix the position of the tip of the probe 10.

【0044】次に、探針10と薄膜12との間に接続された
パルス電源44から探針10と薄膜12との間に、数十msec〜
数sec の時間幅を以て1〜20Vのパルス電圧を印加す
る。このとき、Z方向のフィードバック回路28をOFF
しているので、パルス電圧印加中は探針先端と薄膜表面
との距離は変化しない。そして前述したように、探針先
端と薄膜表面との間に大きな電界を発生させ、これによ
って惹き起こされる電界蒸発により、薄膜12の極めて狭
い領域に孔(図6(a)の孔13)を形成する。
Next, from the pulse power source 44 connected between the probe 10 and the thin film 12, between the probe 10 and the thin film 12, several tens of msec.
A pulse voltage of 1 to 20 V is applied with a time width of several seconds. At this time, the Z-direction feedback circuit 28 is turned off.
Therefore, the distance between the tip of the probe and the surface of the thin film does not change during application of the pulse voltage. Then, as described above, a large electric field is generated between the tip of the probe and the surface of the thin film, and the electric field evaporation caused by this causes a hole (hole 13 in FIG. 6A) to be formed in an extremely narrow region of the thin film 12. Form.

【0045】前記のように、探針10と薄膜12の表面との
距離を常に一定に保ったまま、そしてこのように一定に
保っていることを電気的にZ方向のフィードバックを切
ることで確認することにより、所望の時間だけ大きな電
界を探針先端のみに、或いは探針の先に位置する薄膜表
面の極めて限られた領域のみに確実に加えることができ
る。以上の理由から、パルス印加時にはZ方向のフィー
ドバックを切るのが望ましい。但し、一定の条件では、
Z方向のフィードバックを切った状態でトンネル電流は
流れていても良いが、あえて流す必要はない。
As described above, the distance between the probe 10 and the surface of the thin film 12 is always kept constant, and it is confirmed by electrically turning off the feedback in the Z direction that the distance is kept constant. By doing so, a large electric field for a desired time can be surely applied only to the tip of the probe, or only to a very limited region of the thin film surface located at the tip of the probe. For the above reasons, it is desirable to turn off feedback in the Z direction when applying a pulse. However, under certain conditions,
The tunnel current may flow with the feedback in the Z direction turned off, but it is not necessary to flow it.

【0046】パルス電圧の印加後、すぐにピエゾ素子23
のZ方向のフィードバックを回復させ、再びトンネル電
流により探針をコントロールできるようにする。次に、
更に微細加工を行ないたい場所にX、Y方向のピエゾ素
子をコントロールして移動させ、上述と同様にしてパル
ス印加し、これを順次行うことにより直線状の溝を薄膜
12に形成する。これらは総て、コンピュータでコントロ
ールが可能であり、従って任意の間隔で、或いは任意の
形になるように、加工ができる。例えば、線状に加工を
施したい場合には、間隔を非常に小さくすればよい。
Immediately after the application of the pulse voltage, the piezoelectric element 23
It recovers the feedback in the Z direction and enables the probe to be controlled by the tunnel current again. next,
The piezo element in the X and Y directions is controlled to move to a place where further fine processing is desired, and pulses are applied in the same manner as described above. By sequentially performing this, a linear groove is formed into a thin film.
Form to 12. All of these are computer controllable and thus can be manipulated at any interval or in any shape. For example, when it is desired to perform linear processing, the interval may be made very small.

【0047】平面加工が終了したら、成膜部に移動し
て、上述の非磁性層3となる非磁性膜を成膜する。これ
は高真空下で行われるため、酸化し易い元素も全く懸念
することなしに取り扱うことができる。
After the planar processing is completed, the film is moved to the film forming section to form a non-magnetic film which will be the above-mentioned non-magnetic layer 3. Since this is performed under a high vacuum, an element that easily oxidizes can be handled without any concern.

【0048】前記孔13を連続的に形成して所望の方向に
線状の溝を形成することができる。その一つの方法は、
X方向走査回路25及びY方向走査回路26のいずれか一方
又は双方を駆動し、探針10を前記の所望の方向に走査さ
せながら前記の操作を繰り返し行う。即ち、パルス電圧
を印加後、直ちにピエゾ素子のZ方向のフィードバック
を回復させ、再びトンネル電流によりピエゾ素子を制御
できるようにする。次いでX方向及びY方向にピエゾ素
子を制御して探針を微小距離だけ移動させ、前記と同様
にしてZ方向のフィードバックを切っておいてパルス印
加する。
The holes 13 can be continuously formed to form linear grooves in a desired direction. One way is
One or both of the X-direction scanning circuit 25 and the Y-direction scanning circuit 26 is driven to repeat the above operation while scanning the probe 10 in the desired direction. That is, the Z-direction feedback of the piezo element is immediately recovered after the pulse voltage is applied, and the piezo element can be controlled by the tunnel current again. Then, the piezo element is controlled in the X direction and the Y direction to move the probe by a minute distance, and in the same manner as described above, feedback in the Z direction is cut off and pulse application is performed.

【0049】他の一つの方法は、ピエゾ素子のZ方向の
フィードバックを切らないで、パルス電圧を微小なパル
ス幅で次々と印加しながらX方向及び/又はY方向にピ
エゾ素子を制御して探針を移動させ、前記の所望の方向
に溝を形成する。
In another method, the feedback in the Z direction of the piezo element is not turned off, and the piezo element is controlled in the X direction and / or the Y direction while successively applying the pulse voltage with a minute pulse width. The needle is moved to form the groove in the desired direction.

【0050】前記の孔の形成や線状溝の形成は、いずれ
もトンネル電流を流しながらCRT30Aで薄膜表面状態
をモニタして遂行できる。このようにすることにより、
正確なパターンで複数の孔や線状溝を形成することがで
きる。また、図7の微細加工装置は、非加工時にはST
Mとして使用できる。
The formation of the holes and the formation of the linear grooves can be performed by monitoring the surface state of the thin film with the CRT 30A while passing a tunnel current. By doing this,
It is possible to form a plurality of holes and linear grooves in an accurate pattern. In addition, the fine processing apparatus of FIG.
It can be used as M.

【0051】図6(b)のように探針から原子を電界蒸
発させてこれを薄膜11上に堆積させ、凸部12を形成する
場合も、前記の孔形成と同様にして行う。
As shown in FIG. 6 (b), when the atoms are field-evaporated from the probe and deposited on the thin film 11 to form the projection 12, the same process as the above-mentioned hole formation is performed.

【0052】図6(c)のように反応ガスからこのガス
成分中の原子15を薄膜11上に析出させて凸部を形成する
には、一旦STM室内を超真空にした状態から、目的の
ガスを所望の真空度になる迄導入し、その中で行うが、
基本的な原理は前記の電界蒸発で述べた方法と同じで、
探針と基板間へのパルス状の電圧印加によりなし得る。
In order to deposit the atoms 15 in this gas component from the reaction gas on the thin film 11 to form the projection as shown in FIG. The gas is introduced until the desired vacuum degree is reached, and the process is carried out in the gas.
The basic principle is the same as the method described in the field evaporation above,
This can be done by applying a pulsed voltage between the probe and the substrate.

【0053】図6(d)のように探針10を薄膜12に突き
刺して溝13や孔を形成する場合は、Z方向にピエゾ素子
をコントロールして探針10を薄膜12に近付け、更にその
先端を埋め込ませる深さはピエゾ素子に加える電圧をコ
ントロールすれば容易かつ任意に設定することが出来
る。孔の場合にはその形成後に、探針10を上昇させれば
よく、また、線状溝にする場合には、探針10を埋め込ま
せた状態でX及び/又はY方向にピエゾ素子のコントロ
ールにより移動させて加工を行う。
When the probe 10 is pierced into the thin film 12 to form the groove 13 or the hole as shown in FIG. 6D, the piezo element is controlled in the Z direction to bring the probe 10 closer to the thin film 12, and The depth at which the tip is embedded can be easily and arbitrarily set by controlling the voltage applied to the piezo element. In the case of a hole, the probe 10 may be raised after its formation, and in the case of a linear groove, the piezo element can be controlled in the X and / or Y direction with the probe 10 embedded. To move and process.

【0054】以上のようにして、平面的な加工は、ドッ
ト状、線状等の任意のパターンで行え、その大きさもnm
の原子オーダからμmオーダ迄自由に作製可能である。
As described above, the planar processing can be performed in an arbitrary pattern such as a dot shape or a line shape, and the size thereof is nm.
It is possible to freely manufacture from the atomic order to the μm order.

【0055】次に、上記の如き微細加工装置を使用し
て、本発明に基づく例えば図1の磁性素子を作製する方
法を図8〜図11について説明する。
Next, a method of manufacturing the magnetic element of, for example, FIG. 1 according to the present invention using the above-described fine processing apparatus will be described with reference to FIGS.

【0056】まず、図8に示すように、基板(例えばガ
ラスやプラスチックの基板)4上に、例えばコバルトの
薄膜12を直流スパッタ(投入パワー: 0.2〜1A、 300
V)により厚さt=10〜30nmで長さl=10〜300nm に亘
って形成する。
First, as shown in FIG. 8, a thin film 12 of, for example, cobalt is sputtered on a substrate (for example, a glass or plastic substrate) 4 by DC sputtering (input power: 0.2 to 1 A, 300).
According to V), the thickness t = 10 to 30 nm and the length l = 10 to 300 nm are formed.

【0057】次に、図9に示すように、コバルト薄膜12
に、上述したSTMによって図6(a)の電界蒸発(又
は図6(d)の探針による切削)で、幅D=1〜50nmの
複数の溝13を互いに平行に形成する。この加工によって
磁性細線2を幅d=1〜3nmに形成する。
Next, as shown in FIG. 9, the cobalt thin film 12
Then, a plurality of grooves 13 having a width D = 1 to 50 nm are formed in parallel with each other by the field evaporation of FIG. 6A (or cutting by the probe of FIG. 6D) by the above-mentioned STM. By this processing, the magnetic fine wire 2 is formed with a width d = 1 to 3 nm.

【0058】次に、その上に図10に示すように、例えば
銅の薄膜33を直流スパッタ(投入パワー: 0.2〜1A、
300V)或いは高周波スパッタ(投入パワー: 200〜50
0 W)によって形成する。この成膜で、図9の溝13は銅
によって充填され、銅膜33が全面に堆積する。
Then, as shown in FIG. 10, a thin film 33 of copper, for example, is subjected to DC sputtering (input power: 0.2 to 1 A,
300V or high frequency sputter (input power: 200-50)
0 W). By this film formation, the groove 13 of FIG. 9 is filled with copper, and the copper film 33 is deposited on the entire surface.

【0059】次に、銅膜33を一様にエッチング(エッチ
バック)し、図11のように、磁性細線2間の溝13のみに
銅の非磁性層3が埋め込まれるようにし、プレーナタイ
プの磁性素子1を作製する。
Next, the copper film 33 is uniformly etched (etched back) so that the copper nonmagnetic layer 3 is embedded only in the groove 13 between the magnetic wires 2 as shown in FIG. The magnetic element 1 is manufactured.

【0060】なお、銅膜33を非磁性層3とすれば、エッ
チング以外にも、上述した図6(a)の電界蒸発を全面
に施したり、或いは銅の逆スパッタ(スパッタ時の電極
の極性を逆にして銅膜を表面から剥離してゆく方法)に
よってもよい。また、銅膜33やコバルト膜12を成膜する
方法として、スパッタ以外にも、蒸着、MBE、CVD
(化学的気相成長)その他の公知の薄膜形成の手法によ
ることができる。
If the copper film 33 is used as the non-magnetic layer 3, the above-mentioned field evaporation shown in FIG. 6A is applied to the entire surface other than etching, or copper reverse sputtering (polarity of electrodes during sputtering). Reverse, and the copper film is peeled off from the surface). Further, as a method for forming the copper film 33 and the cobalt film 12, other than sputtering, vapor deposition, MBE, CVD
(Chemical vapor deposition) Other known thin film forming techniques can be used.

【0061】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明の技術的思想に基いて前記の実施例に次のような種々
の変形を加えることができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the following various modifications can be added to the above embodiments based on the technical idea of the present invention.

【0062】例えば、上述したSTMによる微細加工
は、図6(a)〜(d)に示した方法を適宜採用若しく
は組み合わせて行うことができる。
For example, the fine processing by STM described above can be performed by appropriately adopting or combining the methods shown in FIGS. 6 (a) to 6 (d).

【0063】また、STMによる微細加工は、上述の実
施例では磁性細線2に対して行ったが、これを非磁性層
3に対して行うことができるし、或いは両層2及び3に
対して行うこともできる。
The STM fine processing was performed on the magnetic wire 2 in the above-described embodiment, but it can be performed on the non-magnetic layer 3 or on both layers 2 and 3. You can also do it.

【0064】例えば、図10の状態で銅膜33を一様に電界
蒸発させたり、磁性細線2上の銅のみを電界蒸発させて
よく、或いは図8の磁性薄膜12に代えて全面に銅膜33を
形成し、これをSTMで線状溝に電界蒸発させても、図
11に示した非磁性層3に加工することができる。この場
合は、磁性細線2は、STMによる微細加工によっても
よいし、或いは上述したエッチバックや逆スパッタによ
って形成することもできる。
For example, the copper film 33 may be uniformly field evaporated in the state of FIG. 10, or only the copper on the magnetic wire 2 may be field evaporated, or instead of the magnetic thin film 12 of FIG. Even if 33 is formed and this is field-evaporated into linear grooves by STM,
The nonmagnetic layer 3 shown in FIG. 11 can be processed. In this case, the magnetic wire 2 may be formed by fine processing by STM, or may be formed by the above-mentioned etch back or reverse sputtering.

【0065】また、図6に示した微細加工は、一本の探
針10を用いて行っているが、図12に示すように探針10を
複数設けることができる。即ち、複数の探針10を1列に
(この例ではX方向に)相互間の位置を固定して設け、
各探針10をY方向に同時に走査しながら加工を行うこと
により、互いに平行な複数の線条状溝13を同時に形成
し、複数の磁性細線2を同時に形成することができる。
これは、図6(b)等の他の工程にも適用可能である。
Further, although the fine processing shown in FIG. 6 is performed by using one probe 10, a plurality of probes 10 can be provided as shown in FIG. That is, a plurality of probes 10 are provided in one row (in the X direction in this example) with their positions fixed,
By performing processing while simultaneously scanning each probe 10 in the Y direction, it is possible to simultaneously form a plurality of parallel linear grooves 13 and a plurality of magnetic fine wires 2.
This can also be applied to other steps such as FIG.

【0066】更に、上述した成膜の材質やその成膜方法
も目的に応じて種々に変更してよい。また、加工パター
ンも種々であってよい。
Further, the material for forming the film and the method for forming the film may be variously changed according to the purpose. Further, the processing pattern may be various.

【0067】[0067]

【発明の作用効果】本発明は上述した如く、各磁性細線
が上記した超微細な寸法からなり、しかも、磁性細線間
が特定の間隔(0.5〜100nm)で設けられかつその間隔内に
非磁性層が介在しているため、サブμm以下、特にナノ
メータスケールの大きさの極微小で、高密度記録、再生
に十分に対応できる磁性細線を提供でき、かつ外部磁界
に対して極めて効果的に電気抵抗が変化する特性を有す
る磁界検出素子となり得るものである。
As described above, according to the present invention, each magnetic wire has the above-mentioned ultrafine size, and the magnetic wires are provided with a specific interval (0.5 to 100 nm) and the nonmagnetic property is provided within the interval. Since the layers are interposed, it is possible to provide a magnetic fine wire that is submicron or less, especially in the size of nanometer scale, which can sufficiently cope with high-density recording and reproduction, and which is extremely effective against an external magnetic field. It can be a magnetic field detection element having a characteristic of changing resistance.

【0068】また、走査形トンネル顕微鏡(STM)の
探針を用いた微細処理によって、高密度記録や再生、磁
界検出を十分に実現できる微細加工された磁性素子パタ
ーンを高精度に作製できる。
Further, by fine processing using the probe of the scanning tunneling microscope (STM), it is possible to manufacture with high accuracy a finely processed magnetic element pattern capable of sufficiently realizing high density recording, reproduction and magnetic field detection.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例による磁性素子の概略斜
視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a magnetic element according to a first embodiment of the present invention.

【図2】同磁性素子を用いた磁界検出素子を実際のセン
サとして用いる場合の概略斜視図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view when a magnetic field detection element using the magnetic element is used as an actual sensor.

【図3】同磁界検出素子の平面図である。FIG. 3 is a plan view of the magnetic field detecting element.

【図4】本発明の他の実施例による磁界検出素子の概略
斜視図である。
FIG. 4 is a schematic perspective view of a magnetic field detecting element according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の更に他の実施例による磁界検出素子の
概略斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view of a magnetic field detecting element according to still another embodiment of the present invention.

【図6】走査形トンネル顕微鏡(STM)の探針を用い
た微細加工の原理を各種の例について説明するための各
概略断面図である。
6A to 6C are schematic cross-sectional views for explaining various examples of the principle of fine processing using a probe of a scanning tunneling microscope (STM).

【図7】同STMの微細加工システムの概略図である。FIG. 7 is a schematic view of a microfabrication system of the same STM.

【図8】本発明の第1の実施例による磁性素子の製造方
法の一工程段階を示す概略斜視図である。
FIG. 8 is a schematic perspective view showing one step of a method of manufacturing a magnetic element according to the first embodiment of the present invention.

【図9】同製造方法の他の工程段階を示す概略斜視図で
ある。
FIG. 9 is a schematic perspective view showing another step in the manufacturing method.

【図10】同製造方法の他の工程段階を示す概略斜視図で
ある。
FIG. 10 is a schematic perspective view showing another process step of the same manufacturing method.

【図11】同製造方法の更に他の工程段階を示す概略斜視
図である。
FIG. 11 is a schematic perspective view showing still another process step of the same manufacturing method.

【図12】STMの探針を用いた他の微細加工例を示す概
略斜視図である。
FIG. 12 is a schematic perspective view showing another example of fine processing using an STM probe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・磁性素子 2・・・磁性細線 3・・・非磁性層 4・・・基板 5、6・・・電極 7・・・電源 8・・・電流計(モニター) 10・・・探針 12・・・磁性膜 13・・・溝 23・・・ピエゾ素子 31・・・磁界検出素子(センサ) 33・・・非磁性膜 44・・・パルス電源 1 ... Magnetic element 2 ... Magnetic thin wire 3 ... Non-magnetic layer 4 ... Substrate 5, 6 ... Electrode 7 ... Power supply 8 ... Ammeter (monitor) 10 ... Search Needle 12 ... Magnetic film 13 ... Groove 23 ... Piezo element 31 ... Magnetic field detection element (sensor) 33 ... Non-magnetic film 44 ... Pulse power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 37/30 Z 9172−5E H01L 43/08 Z 9274−4M 43/12 9274−4M ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Office reference number FI technical display location H01J 37/30 Z 9172-5E H01L 43/08 Z 9274-4M 43/12 9274-4M

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 幅 0.5〜100nm 、厚さ1〜100nm 及び長
さ1〜10,000nmの磁性細線の複数本が、非磁性層を介し
て 0.5〜100nm の間隔で互いにほぼ平行に設けられてい
る磁性素子。
1. A plurality of magnetic fine wires having a width of 0.5 to 100 nm, a thickness of 1 to 100 nm and a length of 1 to 10,000 nm are provided substantially parallel to each other with an interval of 0.5 to 100 nm via a non-magnetic layer. Magnetic element.
【請求項2】 コバルト、ニッケル及び鉄からなる群よ
り選ばれた少なくとも1種を含む材料によって磁性細線
が形成され、銅、バナジウム、ルテニウム及びクロムか
らなる群より選ばれた少なくとも1種を含む材料によっ
て非磁性層が形成されている、請求項1に記載した磁性
素子。
2. A magnetic fine wire is formed of a material containing at least one selected from the group consisting of cobalt, nickel and iron, and a material containing at least one selected from the group consisting of copper, vanadium, ruthenium and chromium. The magnetic element according to claim 1, wherein the non-magnetic layer is formed by.
【請求項3】 ほぼ同一面内に設けられた複数の磁性細
線の長さ方向に電流を流し、その電気抵抗をモニター
し、外部磁界による抵抗変化によってその外部磁界を検
出するように構成された、請求項1又は2に記載した磁
性素子。
3. A structure in which an electric current is caused to flow in the lengthwise direction of a plurality of magnetic fine wires provided in substantially the same plane, the electric resistance thereof is monitored, and the external magnetic field is detected by a resistance change caused by the external magnetic field. The magnetic element according to claim 1 or 2.
【請求項4】 走査形トンネル顕微鏡の探針による原子
オーダでの微細処理で磁性細線及び/又は非磁性層が形
成される、請求項1〜3のいずれかに記載した磁性素
子。
4. The magnetic element according to claim 1, wherein the fine magnetic wires and / or the non-magnetic layer are formed by fine processing on the atomic order with a probe of a scanning tunneling microscope.
【請求項5】 走査形トンネル顕微鏡の探針を用いて原
子オーダでの微細処理を施し、所定パターンの磁性細線
及び/又は非磁性層を形成する工程を有し、前記走査形
トンネル顕微鏡の探針と前記磁性細線の磁性層側及び/
又は前記非磁性層側との間隔を 0.1〜数nmとし、前記探
針と前記磁性層側及び/又は前記非磁性層側との間に1
〜20Vの電圧を印加し、電界蒸発によって前記微細処理
を施す、請求項1〜4のいずれかに記載した磁性素子の
製造方法。
5. The scanning tunneling microscope has a step of forming a fine magnetic wire and / or a non-magnetic layer having a predetermined pattern by performing fine processing on the atomic order using a probe of the scanning tunneling microscope. Needle and the magnetic layer side of the magnetic thin wire and /
Alternatively, the distance from the nonmagnetic layer side is 0.1 to several nm, and 1 is provided between the probe and the magnetic layer side and / or the nonmagnetic layer side.
The method for producing a magnetic element according to claim 1, wherein the fine treatment is performed by applying a voltage of ˜20 V and performing field evaporation.
【請求項6】 走査形トンネル顕微鏡の探針を用いて原
子オーダでの微細処理を施し、所定パターンの磁性細線
及び/又は非磁性層を形成する工程を有し、前記走査形
トンネル顕微鏡の探針の先端を前記磁性細線の磁性層側
及び/又は前記非磁性層側に侵入させて前記微細処理を
施す、請求項1〜4のいずれかに記載した磁性素子の製
造方法。
6. A method for performing fine processing in atomic order using a probe of a scanning tunneling microscope to form a magnetic fine wire and / or a non-magnetic layer having a predetermined pattern, the probe of the scanning tunneling microscope. The method for manufacturing a magnetic element according to claim 1, wherein the fine treatment is performed by causing a tip of a needle to enter the magnetic layer side and / or the non-magnetic layer side of the magnetic wire.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113039621A (en) * 2018-12-13 2021-06-25 东芝产业机器系统株式会社 Iron core for static induction equipment and static induction equipment

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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