JPH0629589A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
磁気抵抗効果素子Info
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- JPH0629589A JPH0629589A JP4178740A JP17874092A JPH0629589A JP H0629589 A JPH0629589 A JP H0629589A JP 4178740 A JP4178740 A JP 4178740A JP 17874092 A JP17874092 A JP 17874092A JP H0629589 A JPH0629589 A JP H0629589A
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- magnetic
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N50/85—Materials of the active region
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 磁気抵抗変化を大きくして高出力を得る。
【構成】 基体１上に保磁力の異なる２種類の強磁性薄
膜層２，３を交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁
性薄膜層４を介在させた構造からなる磁性多層膜を用
い、２種類の強磁性薄膜層２，３の磁化容易軸を検出磁
界方向と平行とする。
膜層２，３を交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁
性薄膜層４を介在させた構造からなる磁性多層膜を用
い、２種類の強磁性薄膜層２，３の磁化容易軸を検出磁
界方向と平行とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、巨大磁気抵抗効果材料
を用いた磁気抵抗効果素子に関する。
を用いた磁気抵抗効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】強磁性磁気抵抗効果を応用した磁電変換
素子は、小さい磁界強度に対しても感度が良く、磁束応
答型であるので低速磁界変化でも精度の高い測定が可能
であり、また、薄膜技術を用いて小さいサイズに作製で
きる等の利点を持ち、磁界センサや、磁気ヘッド等に広
く利用されている。従来、このような磁気抵抗効果素子
にはＮｉＦｅ合金やＮｉＣｏ合金の強磁性薄膜が用いら
れており、いわゆる異方性磁気抵抗効果を利用してい
る。これらの磁気抵抗効果素子においては、通常強磁性
薄膜の磁化容易軸は、検出磁界方向と垂直方向に設定さ
れている。従来の異方性磁気抵抗効果を利用した磁性薄
膜の磁気抵抗変化率は２〜５％であり、さらに磁気抵抗
変化率の大きい磁性薄膜が求められてきた。
素子は、小さい磁界強度に対しても感度が良く、磁束応
答型であるので低速磁界変化でも精度の高い測定が可能
であり、また、薄膜技術を用いて小さいサイズに作製で
きる等の利点を持ち、磁界センサや、磁気ヘッド等に広
く利用されている。従来、このような磁気抵抗効果素子
にはＮｉＦｅ合金やＮｉＣｏ合金の強磁性薄膜が用いら
れており、いわゆる異方性磁気抵抗効果を利用してい
る。これらの磁気抵抗効果素子においては、通常強磁性
薄膜の磁化容易軸は、検出磁界方向と垂直方向に設定さ
れている。従来の異方性磁気抵抗効果を利用した磁性薄
膜の磁気抵抗変化率は２〜５％であり、さらに磁気抵抗
変化率の大きい磁性薄膜が求められてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】最近、ＮｉＦｅ薄膜と
Ｃｏ薄膜を交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁性
薄膜層を介在させた磁性多層膜において、室温で１０％
程度の大きな磁気抵抗変化率が得られることが発見され
た（山本他、第１４回日本応用磁気学会学術講演会）。
しかし、これらのいわゆる巨大磁気抵抗効果材料を用い
た磁気抵抗効果素子においては、従来の異方性磁気抵抗
効果材料のように強磁性薄膜の磁化容易軸を検出磁界方
向と垂直方向に設定すると大きな出力が得られないとい
った問題点があった。
Ｃｏ薄膜を交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁性
薄膜層を介在させた磁性多層膜において、室温で１０％
程度の大きな磁気抵抗変化率が得られることが発見され
た（山本他、第１４回日本応用磁気学会学術講演会）。
しかし、これらのいわゆる巨大磁気抵抗効果材料を用い
た磁気抵抗効果素子においては、従来の異方性磁気抵抗
効果材料のように強磁性薄膜の磁化容易軸を検出磁界方
向と垂直方向に設定すると大きな出力が得られないとい
った問題点があった。
【０００４】本発明の目的は、磁気抵抗変化が極めて大
きく、高出力を得ることのできる磁気抵抗効果素子を提
供することにある。
きく、高出力を得ることのできる磁気抵抗効果素子を提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、基体上に保磁
力の異なる２種類の強磁性薄膜層を交互に積層し、各積
層磁性薄膜層間に非磁性薄膜層を介在させた構造からな
る磁性多層膜を用いた磁気抵抗効果素子において、前記
２種類の強磁性薄膜層の磁化容易軸が検出磁界方向と平
行であることを特徴としている。
力の異なる２種類の強磁性薄膜層を交互に積層し、各積
層磁性薄膜層間に非磁性薄膜層を介在させた構造からな
る磁性多層膜を用いた磁気抵抗効果素子において、前記
２種類の強磁性薄膜層の磁化容易軸が検出磁界方向と平
行であることを特徴としている。
【０００６】
【作用】従来の異方性磁気抵抗効果材料を用いた磁気抵
抗効果素子においては、図２に示すように、強磁性層の
磁化がセンス電流方向と平行の時に抵抗が最大となり、
検出磁界によって磁化方向が９０°回転した時に抵抗が
最小となる。即ち、磁化方向が９０°回転した時に最大
の抵抗変化が得られる。このため、通常、強磁性層の磁
化容易軸は、検出磁界方向と垂直に設定される。
抗効果素子においては、図２に示すように、強磁性層の
磁化がセンス電流方向と平行の時に抵抗が最大となり、
検出磁界によって磁化方向が９０°回転した時に抵抗が
最小となる。即ち、磁化方向が９０°回転した時に最大
の抵抗変化が得られる。このため、通常、強磁性層の磁
化容易軸は、検出磁界方向と垂直に設定される。
【０００７】一方、巨大磁気抵抗効果材料を用いた磁気
抵抗効果素子においては、図３に示すように、２種類の
強磁性層の磁化方向が反平行の時に抵抗が最大となり、
検出磁界によって２種類の強磁性層の磁化方向が平行と
なった時に抵抗が最小となる。即ち、２種類の強磁性層
の内、軟磁気特性を有する方の磁化方向が１８０°回転
した時に最大の抵抗変化が得られる。このため、素子と
して最大の抵抗変化を得るためには、強磁性層の磁化容
易軸は、検出磁界方向と平行に設定されなければならな
い。
抵抗効果素子においては、図３に示すように、２種類の
強磁性層の磁化方向が反平行の時に抵抗が最大となり、
検出磁界によって２種類の強磁性層の磁化方向が平行と
なった時に抵抗が最小となる。即ち、２種類の強磁性層
の内、軟磁気特性を有する方の磁化方向が１８０°回転
した時に最大の抵抗変化が得られる。このため、素子と
して最大の抵抗変化を得るためには、強磁性層の磁化容
易軸は、検出磁界方向と平行に設定されなければならな
い。
【０００８】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【０００９】図１は、本発明の磁気抵抗効果素子の一実
施例を示す構成図である。基体１上に強磁性薄膜層２と
強磁性薄膜層２よりも保磁力の小さい強磁性薄膜層３を
交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁性薄膜層４を
介在させる。さらに、これらの多層膜に電極を取り付け
て磁気抵抗効果素子とする。図１では、基体１上に強磁
性薄膜層２から積層を開始し、最後が強磁性薄膜層３で
終わる構成になっているが、本発明の効果は強磁性薄膜
層２と強磁性薄膜層３の積層順序には依らない。また、
磁性層の結晶構造、磁気特性を改善するために、基体１
上にＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ等の非磁性材料から
なる下地層を設けても良い。
施例を示す構成図である。基体１上に強磁性薄膜層２と
強磁性薄膜層２よりも保磁力の小さい強磁性薄膜層３を
交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁性薄膜層４を
介在させる。さらに、これらの多層膜に電極を取り付け
て磁気抵抗効果素子とする。図１では、基体１上に強磁
性薄膜層２から積層を開始し、最後が強磁性薄膜層３で
終わる構成になっているが、本発明の効果は強磁性薄膜
層２と強磁性薄膜層３の積層順序には依らない。また、
磁性層の結晶構造、磁気特性を改善するために、基体１
上にＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｒ等の非磁性材料から
なる下地層を設けても良い。
【００１０】基体１の材料にはガラス、Ｓｉ、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 とＴｉＣとの焼結体、
フェライト等を用いることができる。強磁性薄膜層２の
材料には種々の強磁性材料を用いることができるが、Ｃ
ｏ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＰｔ、ＮｉＣｏ、ま
たはこれらを主成分とする合金等の硬磁性材料が適して
いる。また、強磁性薄膜層３には種々の強磁性材料を用
いることができるが、軟磁気特性に優れたＮｉＦｅ、Ｆ
ｅＡｌＳｉ、窒化鉄、ＣｏＺｒ等のＣｏ基アモルファス
合金、あるいはこれらに添加物を加えたものが特に適し
ている。これら磁性層の厚さは２００オングストローム
以下、好ましくは１００オングストローム以下とする。
厚さが前記範囲を越えても本発明の効果に向上はみられ
ず、生産性を低下させる。なお、磁性薄膜の厚さの下限
は特にないが、厚さを４オングストローム以上とすれば
膜厚を均一に保つことが容易となり、膜質も良好とな
る。また、非磁性金属薄膜層４は、強磁性薄膜層２と強
磁性薄膜層３の磁気相互作用を弱める役割をはたす導電
材料で、具体的にはＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、あるいは
これらに添加物を加えたものを用いることができる。
3 、ＴｉＣ、ＳｉＣ、Ａｌ2 Ｏ3 とＴｉＣとの焼結体、
フェライト等を用いることができる。強磁性薄膜層２の
材料には種々の強磁性材料を用いることができるが、Ｃ
ｏ、ＣｏＰｔ、ＣｏＣｒ、ＣｏＣｒＰｔ、ＮｉＣｏ、ま
たはこれらを主成分とする合金等の硬磁性材料が適して
いる。また、強磁性薄膜層３には種々の強磁性材料を用
いることができるが、軟磁気特性に優れたＮｉＦｅ、Ｆ
ｅＡｌＳｉ、窒化鉄、ＣｏＺｒ等のＣｏ基アモルファス
合金、あるいはこれらに添加物を加えたものが特に適し
ている。これら磁性層の厚さは２００オングストローム
以下、好ましくは１００オングストローム以下とする。
厚さが前記範囲を越えても本発明の効果に向上はみられ
ず、生産性を低下させる。なお、磁性薄膜の厚さの下限
は特にないが、厚さを４オングストローム以上とすれば
膜厚を均一に保つことが容易となり、膜質も良好とな
る。また、非磁性金属薄膜層４は、強磁性薄膜層２と強
磁性薄膜層３の磁気相互作用を弱める役割をはたす導電
材料で、具体的にはＡｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、あるいは
これらに添加物を加えたものを用いることができる。
【００１１】上記の２種類の強磁性材料と非磁性金属材
料とを３基の蒸発源を持つ真空蒸着装置、もしくは３基
のターゲットを持つスパッタリング装置で蒸発させ、３
基の蒸発源のシャッターを交互に開閉したり、あるいは
基体１を３基の蒸発源上を交互に通過させることによっ
て、基体１上に３種類の材料を交互に積層させることが
できる。そして、上記の成膜時、または成膜後のアニー
ル時に直流磁界を印加する等の手段により、強磁性薄膜
層の磁化容易軸が検出磁界方向と平行になるように誘導
磁気異方性を誘起する。
料とを３基の蒸発源を持つ真空蒸着装置、もしくは３基
のターゲットを持つスパッタリング装置で蒸発させ、３
基の蒸発源のシャッターを交互に開閉したり、あるいは
基体１を３基の蒸発源上を交互に通過させることによっ
て、基体１上に３種類の材料を交互に積層させることが
できる。そして、上記の成膜時、または成膜後のアニー
ル時に直流磁界を印加する等の手段により、強磁性薄膜
層の磁化容易軸が検出磁界方向と平行になるように誘導
磁気異方性を誘起する。
【００１２】本実施例では、電子ビーム真空蒸着法によ
り、ガラス基板上に厚さ５０オングストロームのＣｒ下
地層を成膜し、この上に厚さ１０オングストロームのＣ
ｏ層と厚さ１０オングストロームのＮｉＦｅ層を厚さ４
０オングストロームのＣｕ層を介して交互に連続的に５
回積層した。基板温度は２００℃とし、成膜速度は０．
１ｎｍ／秒とし、各蒸発源のシャッターの開閉時間を変
えて各層の膜厚を制御した。蒸着中の真空度は５×１０
-8Ｔｏｒｒであった。この時、素子作製時の検出磁界方
向と平行になる方向に２００Ｏｅの直流磁界を印加し、
この方向に磁化容易軸を誘起した。また、実施例と同じ
方法で磁性多層膜を作製し、磁化容易軸を検出磁界と垂
直方向としたものを比較例１、成膜中に磁界を印加せ
ず、等方性膜としたものを比較例２とした。
り、ガラス基板上に厚さ５０オングストロームのＣｒ下
地層を成膜し、この上に厚さ１０オングストロームのＣ
ｏ層と厚さ１０オングストロームのＮｉＦｅ層を厚さ４
０オングストロームのＣｕ層を介して交互に連続的に５
回積層した。基板温度は２００℃とし、成膜速度は０．
１ｎｍ／秒とし、各蒸発源のシャッターの開閉時間を変
えて各層の膜厚を制御した。蒸着中の真空度は５×１０
-8Ｔｏｒｒであった。この時、素子作製時の検出磁界方
向と平行になる方向に２００Ｏｅの直流磁界を印加し、
この方向に磁化容易軸を誘起した。また、実施例と同じ
方法で磁性多層膜を作製し、磁化容易軸を検出磁界と垂
直方向としたものを比較例１、成膜中に磁界を印加せ
ず、等方性膜としたものを比較例２とした。
【００１３】
【表１】
【００１４】これらの多層膜の磁気抵抗効果を測定する
ため、多層膜上に、厚さ０．２μｍのＡｕを蒸着法によ
り成膜し、フォトリソグラフィー技術とイオンエッチン
グ技術を用いて幅５μｍの細線状にパターン化した。次
に、検出部分長さ５μｍのみＡｕ層を化学エッチングに
より除去して残りのＡｕ膜を電極とした。これらの試料
に１０ｍＡの定電流を印加し、２端子法で抵抗−磁界特
性を測定した。
ため、多層膜上に、厚さ０．２μｍのＡｕを蒸着法によ
り成膜し、フォトリソグラフィー技術とイオンエッチン
グ技術を用いて幅５μｍの細線状にパターン化した。次
に、検出部分長さ５μｍのみＡｕ層を化学エッチングに
より除去して残りのＡｕ膜を電極とした。これらの試料
に１０ｍＡの定電流を印加し、２端子法で抵抗−磁界特
性を測定した。
【００１５】表１の測定結果から明らかなように、本実
施例の磁気抵抗効果素子は、従来の磁気抵抗効果素子と
同じ方向に磁化容易軸を設定した場合や等方性膜とした
場合に比較して抵抗変化が大きく、磁気抵抗効果素子と
した場合、大きな出力を得ることができる。
施例の磁気抵抗効果素子は、従来の磁気抵抗効果素子と
同じ方向に磁化容易軸を設定した場合や等方性膜とした
場合に比較して抵抗変化が大きく、磁気抵抗効果素子と
した場合、大きな出力を得ることができる。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の磁気抵抗効
果素子は、基体上に保磁力の異なる２種類の強磁性薄膜
層を交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁性薄膜層
を介在させた構造からなる磁性多層膜を用い、前記２種
類の強磁性薄膜層の磁化容易軸を検出磁界方向と平行と
することにより、磁気抵抗変化が極めて大きくなり、高
出力を得ることができるという効果を有する。
果素子は、基体上に保磁力の異なる２種類の強磁性薄膜
層を交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁性薄膜層
を介在させた構造からなる磁性多層膜を用い、前記２種
類の強磁性薄膜層の磁化容易軸を検出磁界方向と平行と
することにより、磁気抵抗変化が極めて大きくなり、高
出力を得ることができるという効果を有する。
【図１】本発明の磁気抵抗効果素子の一実施例を示す構
成図である。
成図である。
【図２】従来の磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する磁
化変化と磁気抵抗変化を示す図である。
化変化と磁気抵抗変化を示す図である。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の外部磁界に対する
磁化変化と磁気抵抗変化を示す図である。
磁化変化と磁気抵抗変化を示す図である。
１ 基体 ２，３ 強磁性薄膜層 ４ 非磁性薄膜層 ５ 電極
Claims (1)
- 【請求項１】基体上に保磁力の異なる２種類の強磁性薄
膜層を交互に積層し、各積層磁性薄膜層間に非磁性薄膜
層を介在させた構造からなる磁性多層膜を用いた磁気抵
抗効果素子において、前記２種類の強磁性薄膜層の磁化
容易軸が検出磁界方向と平行であることを特徴とする磁
気抵抗効果素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4178740A JPH0629589A (ja) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | 磁気抵抗効果素子 |
| EP93110775A EP0578196B1 (en) | 1992-07-07 | 1993-07-06 | Magnetoresistive elements and method of fabricating the same |
| DE69310444T DE69310444T2 (de) | 1992-07-07 | 1993-07-06 | Magnetoresistive Elemente und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4178740A JPH0629589A (ja) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | 磁気抵抗効果素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0629589A true JPH0629589A (ja) | 1994-02-04 |
Family
ID=16053760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4178740A Pending JPH0629589A (ja) | 1992-07-07 | 1992-07-07 | 磁気抵抗効果素子 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0578196B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0629589A (ja) |
| DE (1) | DE69310444T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08316549A (ja) * | 1994-05-02 | 1996-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー素子、及び増幅素子 |
| US6256222B1 (en) | 1994-05-02 | 2001-07-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistance effect device, and magnetoresistaance effect type head, memory device, and amplifying device using the same |
| JP2013191268A (ja) * | 2012-03-14 | 2013-09-26 | Seagate Technology Llc | センサスタックの製造方法、読み取りヘッド、およびセンサスタック |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6124711A (en) * | 1996-01-19 | 2000-09-26 | Fujitsu Limited | Magnetic sensor using tunnel resistance to detect an external magnetic field |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2648942B1 (fr) * | 1989-06-27 | 1995-08-11 | Thomson Csf | Capteur a effet magnetoresistif |
| JP3088478B2 (ja) * | 1990-05-21 | 2000-09-18 | 財団法人生産開発科学研究所 | 磁気抵抗効果素子 |
| DE69219936T3 (de) * | 1991-03-29 | 2008-03-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetowiderstandseffekt-Element |
| FR2677811A1 (fr) * | 1991-06-11 | 1992-12-18 | Philips Electronique Lab | Dispositif incluant un super-reseau de couches ayant des proprietes de magnetoresistance geante realisees sur un substrat semiconducteur. |
-
1992
- 1992-07-07 JP JP4178740A patent/JPH0629589A/ja active Pending
-
1993
- 1993-07-06 DE DE69310444T patent/DE69310444T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-07-06 EP EP93110775A patent/EP0578196B1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08316549A (ja) * | 1994-05-02 | 1996-11-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー素子、及び増幅素子 |
| US6256222B1 (en) | 1994-05-02 | 2001-07-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistance effect device, and magnetoresistaance effect type head, memory device, and amplifying device using the same |
| JP2013191268A (ja) * | 2012-03-14 | 2013-09-26 | Seagate Technology Llc | センサスタックの製造方法、読み取りヘッド、およびセンサスタック |
| US9880232B2 (en) | 2012-03-14 | 2018-01-30 | Seagate Technology Llc | Magnetic sensor manufacturing |
| US11125836B2 (en) | 2012-03-14 | 2021-09-21 | Seagate Technology Llc | Magnetic sensor manufacturing |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0578196A1 (en) | 1994-01-12 |
| EP0578196B1 (en) | 1997-05-07 |
| DE69310444T2 (de) | 1997-08-21 |
| DE69310444D1 (de) | 1997-06-12 |
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