JP2001217483A - トンネル型磁気抵抗効果型素子及びその製造方法 - Google Patents
トンネル型磁気抵抗効果型素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のトンネル型磁気抵抗効果型素子では、
絶縁障壁を金属層から酸化して形成し、この際、前記絶
縁障壁を薄く形成する必要性から、酸素の導入圧力や、
時間等の制御が難しく、完全に金属層だけ酸化させるこ
とは難しかった。 【解決手段】 絶縁障壁層１０上に２つの強磁性層１
１，１２を平面的に設置する。これにより先に絶縁障壁
層１０を形成することができるので、金属層を酸化して
絶縁障壁層１０を形成する際に、強磁性層１１，１２の
酸化への影響を考慮する必要がなく、また前記絶縁障壁
層１０を厚く形成でき、ピンホール等の欠陥を抑制する
ことができるから、特性の良いトンネル型磁気抵抗効果
型素子を製造することが可能になる。
絶縁障壁を金属層から酸化して形成し、この際、前記絶
縁障壁を薄く形成する必要性から、酸素の導入圧力や、
時間等の制御が難しく、完全に金属層だけ酸化させるこ
とは難しかった。 【解決手段】 絶縁障壁層１０上に２つの強磁性層１
１，１２を平面的に設置する。これにより先に絶縁障壁
層１０を形成することができるので、金属層を酸化して
絶縁障壁層１０を形成する際に、強磁性層１１，１２の
酸化への影響を考慮する必要がなく、また前記絶縁障壁
層１０を厚く形成でき、ピンホール等の欠陥を抑制する
ことができるから、特性の良いトンネル型磁気抵抗効果
型素子を製造することが可能になる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばハードディ
スク装置などの磁気再生装置やその他の磁気検出装置に
搭載されるトンネル型磁気抵抗効果型素子に係り、特
に、安定した抵抗変化率を得ることが可能であるトンネ
ル型磁気抵抗効果型素子及びその製造方法に関する。
スク装置などの磁気再生装置やその他の磁気検出装置に
搭載されるトンネル型磁気抵抗効果型素子に係り、特
に、安定した抵抗変化率を得ることが可能であるトンネ
ル型磁気抵抗効果型素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ハードディスク装置などに搭載される再
生専用のヘッドとして、巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ
素子があり、ＧＭＲ（giant magnetoresistive）素子
は高い感度を有することで知られている。
生専用のヘッドとして、巨大磁気抵抗効果を示すＧＭＲ
素子があり、ＧＭＲ（giant magnetoresistive）素子
は高い感度を有することで知られている。
【０００３】前記ＧＭＲ素子の中でも、構造が比較的単
純で、弱い外部磁界で抵抗が変化するものにスピンバル
ブ膜があり、前記スピンバルブ膜は最も単純には４層構
造で構成される。
純で、弱い外部磁界で抵抗が変化するものにスピンバル
ブ膜があり、前記スピンバルブ膜は最も単純には４層構
造で構成される。
【０００４】図１５は、スピンバルブ膜の構造を示す部
分模式図である。図１５は、記録媒体との対向面側から
見た正面図である。
分模式図である。図１５は、記録媒体との対向面側から
見た正面図である。
【０００５】図１５に示す符号１および３はＮｉＦｅ合
金などで形成される強磁性層であり、前記強磁性層間
に、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層２が介在する。
金などで形成される強磁性層であり、前記強磁性層間
に、Ｃｕなどで形成された非磁性導電層２が介在する。
【０００６】このスピンバルブ膜の場合では、強磁性層
１がフリー磁性層と呼ばれる層であり、強磁性層３が固
定磁性層である。以下、強磁性層１をフリー磁性層と、
強磁性層３を固定磁性層と称す。
１がフリー磁性層と呼ばれる層であり、強磁性層３が固
定磁性層である。以下、強磁性層１をフリー磁性層と、
強磁性層３を固定磁性層と称す。
【０００７】図１５に示すように前記固定磁性層３上に
はＮｉＭｎ合金などで形成される反強磁性層４が接して
形成され、磁場中アニールが施されることにより前記固
定磁性層３と反強磁性層４間に交換異方性磁界が生じ、
前記固定磁性層３は、ハイト方向（図示Ｙ方向）に磁化
が固定される。
はＮｉＭｎ合金などで形成される反強磁性層４が接して
形成され、磁場中アニールが施されることにより前記固
定磁性層３と反強磁性層４間に交換異方性磁界が生じ、
前記固定磁性層３は、ハイト方向（図示Ｙ方向）に磁化
が固定される。
【０００８】一方、前記フリー磁性層１は、バイアス層
（図示しない）などの影響を受けることで、磁化がトラ
ック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられ、前記固定磁性層
３とフリー磁性層１との磁化が交叉する関係にされる。
（図示しない）などの影響を受けることで、磁化がトラ
ック幅方向（図示Ｘ方向）に揃えられ、前記固定磁性層
３とフリー磁性層１との磁化が交叉する関係にされる。
【０００９】図１５に示すようにフリー磁性層１から反
強磁性層４までの積層膜のトラック幅方向（図示Ｘ方
向）両側には、電極層５，５が設けられている。なお、
前記導電層５，５は、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステ
ン）、Ｃｒ（クロム）などで形成されている。
強磁性層４までの積層膜のトラック幅方向（図示Ｘ方
向）両側には、電極層５，５が設けられている。なお、
前記導電層５，５は、Ｃｕ（銅）やＷ（タングステ
ン）、Ｃｒ（クロム）などで形成されている。
【００１０】図１５に示すスピンバルブ膜では、ハード
ディスクなどの記録媒体からの漏れ磁界により、前記フ
リー磁性層１の磁化方向が変動すると、固定磁性層３の
固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵
抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩
れ磁界が検出される。スピンバルブ膜の抵抗変化率（Ｍ
Ｒ比）は、数％から十数％程度である。
ディスクなどの記録媒体からの漏れ磁界により、前記フ
リー磁性層１の磁化方向が変動すると、固定磁性層３の
固定磁化方向との関係で電気抵抗が変化し、この電気抵
抗値の変化に基づく電圧変化により、記録媒体からの洩
れ磁界が検出される。スピンバルブ膜の抵抗変化率（Ｍ
Ｒ比）は、数％から十数％程度である。
【００１１】ところで、近年の高記録密度化で、ハード
ディスク装置の面記録密度は上昇し続け、現在主流とな
っているＧＭＲ素子では、今後の高い記録密度（具体的
には４０Ｇビット／（インチ）2以上）に対応可能か否
かが問題となってくる。
ディスク装置の面記録密度は上昇し続け、現在主流とな
っているＧＭＲ素子では、今後の高い記録密度（具体的
には４０Ｇビット／（インチ）2以上）に対応可能か否
かが問題となってくる。
【００１２】そこでＧＭＲ素子に変わる再生用ヘッドと
して、トンネル型磁気抵抗効果型素子（Tunneling mag
netoresistive）が脚光を浴びるようになってきた。ト
ンネル型磁気抵抗効果型素子の抵抗変化率（ＴＭＲ比）
は、数１０％に達するので、ＧＭＲ素子に比べて非常に
大きな再生出力が得られることになる。
して、トンネル型磁気抵抗効果型素子（Tunneling mag
netoresistive）が脚光を浴びるようになってきた。ト
ンネル型磁気抵抗効果型素子の抵抗変化率（ＴＭＲ比）
は、数１０％に達するので、ＧＭＲ素子に比べて非常に
大きな再生出力が得られることになる。
【００１３】図１６は、従来のトンネル型磁気抵抗効果
型素子の構造を示す部分模式図である。図１６は記録媒
体との対向面側から見た正面図である。
型素子の構造を示す部分模式図である。図１６は記録媒
体との対向面側から見た正面図である。
【００１４】図１６に示す符号１および３は、図１５に
示すスピンバルブ膜と同様に、フリー磁性層と固定磁性
層であり、前記固定磁性層３上には反強磁性層４が接し
て形成されている。
示すスピンバルブ膜と同様に、フリー磁性層と固定磁性
層であり、前記固定磁性層３上には反強磁性層４が接し
て形成されている。
【００１５】スピンバルブ膜と構造上大きく異なる点
は、フリー磁性層１と固定磁性層３との間に、例えばＡ
ｌ2Ｏ3（アルミナ）などで形成された絶縁障壁層６が形
成されていることと、電極層５，５が、フリー磁性層１
から反強磁性層４で成る多層膜の膜面に対し、垂直方向
（図示Ｚ方向）の両側に設けられていることである。
は、フリー磁性層１と固定磁性層３との間に、例えばＡ
ｌ2Ｏ3（アルミナ）などで形成された絶縁障壁層６が形
成されていることと、電極層５，５が、フリー磁性層１
から反強磁性層４で成る多層膜の膜面に対し、垂直方向
（図示Ｚ方向）の両側に設けられていることである。
【００１６】トンネル型磁気抵抗効果型素子では、２つ
の強磁性層（フリー磁性層１と固定磁性層３）に電圧を
印加すると、トンネル効果により絶縁障壁層６を介して
電流（トンネル電流）が流れる。
の強磁性層（フリー磁性層１と固定磁性層３）に電圧を
印加すると、トンネル効果により絶縁障壁層６を介して
電流（トンネル電流）が流れる。
【００１７】トンネル型磁気抵抗効果型素子もスピンバ
ルブ膜の場合と同様に、固定磁性層３の磁化は図示Ｙ方
向に固定され、フリー磁性層１の磁化は図示Ｘ方向に揃
えられ、外部磁界の影響を受けて磁化方向は変動するよ
うになっている。
ルブ膜の場合と同様に、固定磁性層３の磁化は図示Ｙ方
向に固定され、フリー磁性層１の磁化は図示Ｘ方向に揃
えられ、外部磁界の影響を受けて磁化方向は変動するよ
うになっている。
【００１８】固定磁性層３とフリー磁性層１との磁化が
反平行の場合に、トンネル電流は最も流れにくくなり、
抵抗値は最大になり、固定磁性層３とフリー磁性層１と
の磁化が平行の場合に、トンネル電流は最も流れ易くな
り、抵抗値は最小になる。
反平行の場合に、トンネル電流は最も流れにくくなり、
抵抗値は最大になり、固定磁性層３とフリー磁性層１と
の磁化が平行の場合に、トンネル電流は最も流れ易くな
り、抵抗値は最小になる。
【００１９】そして、外部磁界の影響を受けてフリー磁
性層１の磁化が変動することにより、変化する電気抵抗
を電圧変化としてとらえ、記録媒体からの洩れ磁界が検
出されるようになっている。
性層１の磁化が変動することにより、変化する電気抵抗
を電圧変化としてとらえ、記録媒体からの洩れ磁界が検
出されるようになっている。
【００２０】トンネル型磁気抵抗効果型素子における抵
抗変化率（ＴＭＲ比；ΔＲTMR）は、２ＰpＰF／（１−
ＰPＰF）で表される。ここでＰpは、固定磁性層のスピ
ン分極率（上向きスピンと下向きスピンの電子数の差
を、全電子数で規格化したもの。以下、単に分極率と称
す）であり、ＰFはフリー磁性層の分極率であり、この
式からわかるように、抵抗変化率は、強磁性層の分極率
によって決定される。分極率を大きくすれば、理論上抵
抗変化率は大きくなる。
抗変化率（ＴＭＲ比；ΔＲTMR）は、２ＰpＰF／（１−
ＰPＰF）で表される。ここでＰpは、固定磁性層のスピ
ン分極率（上向きスピンと下向きスピンの電子数の差
を、全電子数で規格化したもの。以下、単に分極率と称
す）であり、ＰFはフリー磁性層の分極率であり、この
式からわかるように、抵抗変化率は、強磁性層の分極率
によって決定される。分極率を大きくすれば、理論上抵
抗変化率は大きくなる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】２つの強磁性層１，３
の間に絶縁障壁層６を設けて成るトンネル型磁気抵抗効
果型素子の存在自体は、かなり以前から知られていた
が、前記トンネル型磁気抵抗効果型素子が実用化に至ら
なかった理由の一つとして、絶縁障壁層６を電子がトン
ネルできる程度に薄く形成する必要性があり、そのよう
に薄く均一な絶縁障壁層６を形成することが、非常に困
難であったことが挙げられる。例えば前記絶縁障壁層６
の厚さは、数１０Åである。
の間に絶縁障壁層６を設けて成るトンネル型磁気抵抗効
果型素子の存在自体は、かなり以前から知られていた
が、前記トンネル型磁気抵抗効果型素子が実用化に至ら
なかった理由の一つとして、絶縁障壁層６を電子がトン
ネルできる程度に薄く形成する必要性があり、そのよう
に薄く均一な絶縁障壁層６を形成することが、非常に困
難であったことが挙げられる。例えば前記絶縁障壁層６
の厚さは、数１０Åである。
【００２２】そこで絶縁障壁層６を薄く形成するため
に、従来では次のような方法で前記絶縁障壁層６を形成
していた。
に、従来では次のような方法で前記絶縁障壁層６を形成
していた。
【００２３】すなわち、まず下から順に電極層５および
フリー磁性層１を形成した後、前記フリー磁性層１の上
に金属Ａｌをスパッタ法等で成膜する。次に純酸素自然
酸化法や酸素プラズマ法を用いて、前記金属Ａｌを酸化
させてＡｌ2Ｏ3とし、絶縁障壁層６を形成していた。
フリー磁性層１を形成した後、前記フリー磁性層１の上
に金属Ａｌをスパッタ法等で成膜する。次に純酸素自然
酸化法や酸素プラズマ法を用いて、前記金属Ａｌを酸化
させてＡｌ2Ｏ3とし、絶縁障壁層６を形成していた。
【００２４】この方法であると、Ａｌ2Ｏ3のターゲット
を用いて前記Ａｌ2Ｏ3を直接スパッタ成膜する場合に比
べ、ピンホールなどの欠陥の少ない薄い絶縁障壁層６を
形成できて有利である。
を用いて前記Ａｌ2Ｏ3を直接スパッタ成膜する場合に比
べ、ピンホールなどの欠陥の少ない薄い絶縁障壁層６を
形成できて有利である。
【００２５】しかしながら、上記のように金属層を酸化
させて絶縁障壁層６を形成する方法では、酸素導入の際
の圧力および導入時間の制御が非常に難しく、酸化の際
に、金属層のみならず、前記金属層の下に形成されてい
るフリー磁性層１まで酸化されてしまったり、あるいは
前記金属層を完全に酸化できずに、絶縁障壁層６に一
部、金属層が残るといった不具合が発生していた。
させて絶縁障壁層６を形成する方法では、酸素導入の際
の圧力および導入時間の制御が非常に難しく、酸化の際
に、金属層のみならず、前記金属層の下に形成されてい
るフリー磁性層１まで酸化されてしまったり、あるいは
前記金属層を完全に酸化できずに、絶縁障壁層６に一
部、金属層が残るといった不具合が発生していた。
【００２６】このように金属層のみを完全に酸化するこ
とは、技術上難しく、フリー磁性層１への一部酸化や、
金属層の残存により、抵抗変化率は低下し、従来のよう
に、フリー磁性層１、絶縁障壁層６および固定磁性層３
を積層して成る積層型トンネル型磁気抵抗効果型素子で
は、充分な再現性を得ることは困難であった。
とは、技術上難しく、フリー磁性層１への一部酸化や、
金属層の残存により、抵抗変化率は低下し、従来のよう
に、フリー磁性層１、絶縁障壁層６および固定磁性層３
を積層して成る積層型トンネル型磁気抵抗効果型素子で
は、充分な再現性を得ることは困難であった。
【００２７】本発明は上記従来の問題点を解決するため
のものであり、製造方法が容易で且つ再現性の高いトン
ネル型磁気抵抗効果型素子及びその製造方法を提供する
ことを目的としている。
のものであり、製造方法が容易で且つ再現性の高いトン
ネル型磁気抵抗効果型素子及びその製造方法を提供する
ことを目的としている。
【００２８】
【課題を解決するための手段】本発明におけるトンネル
型磁気抵抗効果型素子は、絶縁障壁層と、この絶縁障壁
層に直接的にあるいは間接的に設置され、前記絶縁障壁
層の膜面方向に並べられた少なくとも２つ以上の強磁性
層と、一対の電極層とを有し、前記強磁性層間には所定
の間隔が開けられ、前記間隔は、一方の前記電極層から
強磁性層に流れた電流が、前記絶縁障壁層を通って他の
強磁性層へ至るトンネル効果を発揮し得る大きさである
ことを特徴とするものである。
型磁気抵抗効果型素子は、絶縁障壁層と、この絶縁障壁
層に直接的にあるいは間接的に設置され、前記絶縁障壁
層の膜面方向に並べられた少なくとも２つ以上の強磁性
層と、一対の電極層とを有し、前記強磁性層間には所定
の間隔が開けられ、前記間隔は、一方の前記電極層から
強磁性層に流れた電流が、前記絶縁障壁層を通って他の
強磁性層へ至るトンネル効果を発揮し得る大きさである
ことを特徴とするものである。
【００２９】トンネル型磁気抵抗効果型素子は、強磁性
層からの入射電子が、古典的には絶縁障壁を乗り越える
のに不十分なエネルギーしか持っていない場合でも、絶
縁障壁の向かい側の強磁性層に移り得る効果、すなわち
量子論的なトンネル効果を利用したものである。
層からの入射電子が、古典的には絶縁障壁を乗り越える
のに不十分なエネルギーしか持っていない場合でも、絶
縁障壁の向かい側の強磁性層に移り得る効果、すなわち
量子論的なトンネル効果を利用したものである。
【００３０】古典論では、絶縁障壁のポテンシャルがＶ
で、入射電子のエネルギーがＥで、Ｖ＞Ｅである場合、
前記入射電子は、Ｖのポテンシャルの障壁を通過するこ
とができないとされるが、前記絶縁障壁の厚さが薄いな
ど、ある諸条件を備える場合に、入射電子がＶのポテン
シャルの障壁を通り抜けることが実験的に確認されてい
る。
で、入射電子のエネルギーがＥで、Ｖ＞Ｅである場合、
前記入射電子は、Ｖのポテンシャルの障壁を通過するこ
とができないとされるが、前記絶縁障壁の厚さが薄いな
ど、ある諸条件を備える場合に、入射電子がＶのポテン
シャルの障壁を通り抜けることが実験的に確認されてい
る。
【００３１】図１３に示すトンネル型磁気抵抗効果型素
子は、強磁性体Ｌと強磁性体Ｒとの間に、絶縁障壁が介
在し、強磁性層Ｌと強磁性層Ｒに電極が接続されてい
る。
子は、強磁性体Ｌと強磁性体Ｒとの間に、絶縁障壁が介
在し、強磁性層Ｌと強磁性層Ｒに電極が接続されてい
る。
【００３２】入射電子のエネルギーが、障壁のポテンシ
ャルより低くても、前記入射電子が障壁を通り抜ける場
合、それは図１３に示すように、入射電子の波動関数と
透過電子の波動関数が、絶縁障壁の膜厚の範囲内で重な
り合った場合である。このような場合に、入射電子は障
壁を通り抜けトンネル電流が流れることとなる。
ャルより低くても、前記入射電子が障壁を通り抜ける場
合、それは図１３に示すように、入射電子の波動関数と
透過電子の波動関数が、絶縁障壁の膜厚の範囲内で重な
り合った場合である。このような場合に、入射電子は障
壁を通り抜けトンネル電流が流れることとなる。
【００３３】上記理論からすれば、前記入射電子の波動
関数と透過電子の波動関数が重なり合わない場合には、
障壁内にトンネル電流は流れず、トンネル効果を発揮し
得ないことになるが、波動関数の重なりが起こるか否か
は、絶縁障壁の膜厚に関係し、前記膜厚が厚くなればな
るほど、前記波動関数の重なりは起こらなくなってしま
う。
関数と透過電子の波動関数が重なり合わない場合には、
障壁内にトンネル電流は流れず、トンネル効果を発揮し
得ないことになるが、波動関数の重なりが起こるか否か
は、絶縁障壁の膜厚に関係し、前記膜厚が厚くなればな
るほど、前記波動関数の重なりは起こらなくなってしま
う。
【００３４】上記したように従来では、強磁性層／絶縁
障壁層／強磁性層の３層膜が積層された積層型のトンネ
ル型磁気抵抗効果型素子で構成され、適切なトンネル効
果を発揮し得るために、絶縁障壁の膜厚を薄く形成する
必要があったが、実際問題として、非常に薄い膜厚の絶
縁障壁を形成するのは、技術上難があった。
障壁層／強磁性層の３層膜が積層された積層型のトンネ
ル型磁気抵抗効果型素子で構成され、適切なトンネル効
果を発揮し得るために、絶縁障壁の膜厚を薄く形成する
必要があったが、実際問題として、非常に薄い膜厚の絶
縁障壁を形成するのは、技術上難があった。
【００３５】そこで本発明では、絶縁障壁層に、少なく
とも２つの強磁性層を、直接的にあるいは間接的に設置
し、しかも前記絶縁障壁層の膜面方向に並べて設けたの
である。
とも２つの強磁性層を、直接的にあるいは間接的に設置
し、しかも前記絶縁障壁層の膜面方向に並べて設けたの
である。
【００３６】そして、前記強磁性層間に所定の間隔を開
け、前記間隔は、前記電極層から強磁性層に流れる電流
が、前記強磁性層間に位置する絶縁障壁層内を透過す
る、いわゆるトンネル効果を発揮し得る大きさである構
成とした。
け、前記間隔は、前記電極層から強磁性層に流れる電流
が、前記強磁性層間に位置する絶縁障壁層内を透過す
る、いわゆるトンネル効果を発揮し得る大きさである構
成とした。
【００３７】上記構成では、まず絶縁障壁層を薄く形成
する必要がないという利点がある。すなわち絶縁障壁層
に、少なくとも２つの強磁性層を、直接的にあるいは間
接的に設置し、しかも前記絶縁障壁層の膜面方向に並べ
て設け、前記強磁性層間には所定の間隔を開け、この間
隔の大きさによって前記絶縁障壁層内にトンネル電流が
流れるか否かが決定される。前記間隔が大きすぎれば、
前記絶縁障壁層にトンネル電流が流れず、抵抗変化（す
なわちＴＭＲ効果）は生じない。
する必要がないという利点がある。すなわち絶縁障壁層
に、少なくとも２つの強磁性層を、直接的にあるいは間
接的に設置し、しかも前記絶縁障壁層の膜面方向に並べ
て設け、前記強磁性層間には所定の間隔を開け、この間
隔の大きさによって前記絶縁障壁層内にトンネル電流が
流れるか否かが決定される。前記間隔が大きすぎれば、
前記絶縁障壁層にトンネル電流が流れず、抵抗変化（す
なわちＴＭＲ効果）は生じない。
【００３８】そこで前記強磁性層間の間隔は、トンネル
効果を発揮し得る程度に狭く形成されている必要があ
り、例えば前記間隔は、従来、強磁性層／絶縁障壁層／
強磁性層の３層が積層された積層型トンネル型磁気抵抗
効果型素子の場合の前記絶縁障壁層の膜厚程度で形成さ
れることが好ましいと考えられる。
効果を発揮し得る程度に狭く形成されている必要があ
り、例えば前記間隔は、従来、強磁性層／絶縁障壁層／
強磁性層の３層が積層された積層型トンネル型磁気抵抗
効果型素子の場合の前記絶縁障壁層の膜厚程度で形成さ
れることが好ましいと考えられる。
【００３９】このように本発明では、絶縁障壁層の膜厚
は、トンネル効果の発生に直接的な影響を与えるもので
はなく、前記トンネル効果は、前記絶縁障壁層上の強磁
性層間の間隔によって決定されるものであり、また先に
絶縁障壁層を形成した後、強磁性層を形成する製造工程
を取ることができるから、前記絶縁障壁層を、金属層か
ら酸化して形成する場合に、強磁性層の酸化への影響を
考慮する必要がなく、また前記絶縁障壁層を完全に酸化
して、絶縁障壁層として必要な電気抵抗等を確保するこ
とが可能である。
は、トンネル効果の発生に直接的な影響を与えるもので
はなく、前記トンネル効果は、前記絶縁障壁層上の強磁
性層間の間隔によって決定されるものであり、また先に
絶縁障壁層を形成した後、強磁性層を形成する製造工程
を取ることができるから、前記絶縁障壁層を、金属層か
ら酸化して形成する場合に、強磁性層の酸化への影響を
考慮する必要がなく、また前記絶縁障壁層を完全に酸化
して、絶縁障壁層として必要な電気抵抗等を確保するこ
とが可能である。
【００４０】以上のように本発明では、強磁性層に酸化
の影響を与えることなく、金属層を完全に酸化した絶縁
障壁層を形成することができ、しかも上記したように前
記絶縁障壁層の膜厚を厚く形成できるから、ピンホール
等の欠陥の少ない絶縁障壁層を形成することが可能にな
り、従来の積層型トンネル型磁気抵抗効果型素子に比べ
て、再現性、安定性ともに高い素子を作製することがで
きる。
の影響を与えることなく、金属層を完全に酸化した絶縁
障壁層を形成することができ、しかも上記したように前
記絶縁障壁層の膜厚を厚く形成できるから、ピンホール
等の欠陥の少ない絶縁障壁層を形成することが可能にな
り、従来の積層型トンネル型磁気抵抗効果型素子に比べ
て、再現性、安定性ともに高い素子を作製することがで
きる。
【００４１】また本発明では、少なくとも２つの強磁性
層のうち、少なくとも一つは磁化方向が所定方向に固定
された固定磁性層であり、少なくとも一つは前記固定磁
性層の磁化方向と交叉する方向に磁化が揃えられたフリ
ー磁性層であることが好ましい。
層のうち、少なくとも一つは磁化方向が所定方向に固定
された固定磁性層であり、少なくとも一つは前記固定磁
性層の磁化方向と交叉する方向に磁化が揃えられたフリ
ー磁性層であることが好ましい。
【００４２】上記の場合、前記固定磁性層には反強磁性
層が接して形成され、前記反強磁性層と固定磁性層間に
発生する交換異方性磁界により前記固定磁性層の磁化が
所定方向に固定されることが好ましい。
層が接して形成され、前記反強磁性層と固定磁性層間に
発生する交換異方性磁界により前記固定磁性層の磁化が
所定方向に固定されることが好ましい。
【００４３】また上記の場合、少なくとも前記フリー磁
性層は、記録媒体との対向面に露出形成されている構成
としてもよい。
性層は、記録媒体との対向面に露出形成されている構成
としてもよい。
【００４４】また、前記フリー磁性層の少なくとも一方
の端部には、反強磁性層が接して形成され、前記フリー
磁性層と反強磁性層間に発生する交換異方性磁界により
前記フリー磁性層の磁化は、固定磁性層の磁化と交叉す
る方向に揃えられてもよいし、あるいは、前記フリー磁
性層のトラック幅方向の両側、あるいは片側にバイアス
層が設けられ、前記バイアス層からのバイアス磁界によ
り、前記フリー磁性層の磁化は、固定磁性層の磁化方向
と交叉する方向に揃えられてもよい。
の端部には、反強磁性層が接して形成され、前記フリー
磁性層と反強磁性層間に発生する交換異方性磁界により
前記フリー磁性層の磁化は、固定磁性層の磁化と交叉す
る方向に揃えられてもよいし、あるいは、前記フリー磁
性層のトラック幅方向の両側、あるいは片側にバイアス
層が設けられ、前記バイアス層からのバイアス磁界によ
り、前記フリー磁性層の磁化は、固定磁性層の磁化方向
と交叉する方向に揃えられてもよい。
【００４５】また本発明では、強磁性層は３つ設けら
れ、１つはフリー磁性層で、２つは固定磁性層であり、
前記フリー磁性層と固定磁性層は、電極層からの電流
が、前記絶縁障壁層を経て、一方の固定磁性層−フリー
磁性層−他方の固定磁性層の順に流れるように所定の間
隔を開けて設置されることが好ましい。また、一対の電
極層はそれぞれ、各固定磁性層に直接的にあるいは間接
的に接して設けられることが好ましい。
れ、１つはフリー磁性層で、２つは固定磁性層であり、
前記フリー磁性層と固定磁性層は、電極層からの電流
が、前記絶縁障壁層を経て、一方の固定磁性層−フリー
磁性層−他方の固定磁性層の順に流れるように所定の間
隔を開けて設置されることが好ましい。また、一対の電
極層はそれぞれ、各固定磁性層に直接的にあるいは間接
的に接して設けられることが好ましい。
【００４６】強磁性層を３つ設ける理由は、共鳴トンネ
ル効果により抵抗値を低減することにある。強磁性層を
３つ設けた場合における共鳴トンネル効果の基本原理に
ついて図１４を用いて説明する。なお図１４は、電極層
間にバイアス電圧がかかっていない場合を模式的に示し
たものである。
ル効果により抵抗値を低減することにある。強磁性層を
３つ設けた場合における共鳴トンネル効果の基本原理に
ついて図１４を用いて説明する。なお図１４は、電極層
間にバイアス電圧がかかっていない場合を模式的に示し
たものである。
【００４７】図１４に示すように、強磁性体Ｌと強磁性
体Ｍとの間、及び強磁性体Ｍと強磁性体Ｒとの間には、
絶縁障壁が存在し、前記強磁性体Ｌと強磁性体Ｒには電
極が接続されている。
体Ｍとの間、及び強磁性体Ｍと強磁性体Ｒとの間には、
絶縁障壁が存在し、前記強磁性体Ｌと強磁性体Ｒには電
極が接続されている。
【００４８】図１４に示すように、強磁性体Ｌには、異
なるエネルギーを持った電子１と電子２が存在するとす
る。
なるエネルギーを持った電子１と電子２が存在するとす
る。
【００４９】電子１は、絶縁障壁を通り抜けにくく、透
過率は非常に低い。一方、電子２は、電子１よりエネル
ギーが低いにも関わらず、絶縁障壁を完全に通り抜け、
透過率は１である。
過率は非常に低い。一方、電子２は、電子１よりエネル
ギーが低いにも関わらず、絶縁障壁を完全に通り抜け、
透過率は１である。
【００５０】このように、よりエネルギーの低い電子２
の方が、絶縁障壁を通り抜け易い理由は、強磁性体Ｍに
おいて、電子の取り得るエネルギー（それは図１４で
は、束縛準位として表されている）が離散的であること
に起因している。
の方が、絶縁障壁を通り抜け易い理由は、強磁性体Ｍに
おいて、電子の取り得るエネルギー（それは図１４で
は、束縛準位として表されている）が離散的であること
に起因している。
【００５１】この束縛準位と入射電子２のエネルギーと
が共鳴（一致）した場合には、入射電子２の透過率は１
となり、従って抵抗値を低下させることが可能になるの
である。
が共鳴（一致）した場合には、入射電子２の透過率は１
となり、従って抵抗値を低下させることが可能になるの
である。
【００５２】上記した共鳴トンネル効果を利用し、強磁
性層を３つ設けた場合に、従来のように、強磁性体Ｌ／
絶縁障壁／強磁性体Ｍ／絶縁障壁／強磁性体Ｒを、下か
ら順に積層した構造では、薄い膜厚の絶縁障壁を２層分
形成しなくてはならないから、図１６に示す絶縁障壁層
６を１層だけ形成するトンネル型磁気抵抗効果型素子の
場合に比べて、製造がより困難となり、歩留まりの低下
が顕著に現われる。
性層を３つ設けた場合に、従来のように、強磁性体Ｌ／
絶縁障壁／強磁性体Ｍ／絶縁障壁／強磁性体Ｒを、下か
ら順に積層した構造では、薄い膜厚の絶縁障壁を２層分
形成しなくてはならないから、図１６に示す絶縁障壁層
６を１層だけ形成するトンネル型磁気抵抗効果型素子の
場合に比べて、製造がより困難となり、歩留まりの低下
が顕著に現われる。
【００５３】これに対し本発明では、絶縁障壁層を予め
金属層の酸化等により形成し、前記絶縁障壁層上に、３
つの強磁性層を平面的に設置するだけで、共鳴トンネル
効果を利用したトンネル型磁気抵抗効果型素子を形成で
きるから、従来に比べて製造は容易化し、歩留まり良く
トンネル型磁気抵抗効果型素子の製造を行うことが可能
である。
金属層の酸化等により形成し、前記絶縁障壁層上に、３
つの強磁性層を平面的に設置するだけで、共鳴トンネル
効果を利用したトンネル型磁気抵抗効果型素子を形成で
きるから、従来に比べて製造は容易化し、歩留まり良く
トンネル型磁気抵抗効果型素子の製造を行うことが可能
である。
【００５４】また本発明では、強磁性層は３つ設けら
れ、２つはフリー磁性層で、１つは固定磁性層であり、
前記フリー磁性層と固定磁性層は、電極層からの電流
が、前記絶縁障壁層を経て、一方のフリー磁性層−固定
磁性層−他方のフリー磁性層の順に流れるように所定の
間隔を開けて設置されることが好ましい。また、一対の
電極層はそれぞれ、各フリー磁性層に直接的にあるいは
間接的に接して設けられることが好ましい。
れ、２つはフリー磁性層で、１つは固定磁性層であり、
前記フリー磁性層と固定磁性層は、電極層からの電流
が、前記絶縁障壁層を経て、一方のフリー磁性層−固定
磁性層−他方のフリー磁性層の順に流れるように所定の
間隔を開けて設置されることが好ましい。また、一対の
電極層はそれぞれ、各フリー磁性層に直接的にあるいは
間接的に接して設けられることが好ましい。
【００５５】また本発明では、前記反強磁性層は、Ｘ−
Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素であ
る）で形成されている。これら反強磁性層は、交換異方
性磁界が大きく、またブロッキング温度が高いなどの利
点がある。
Ｍｎ合金（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒ
ｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種以上の元素であ
る）で形成されている。これら反強磁性層は、交換異方
性磁界が大きく、またブロッキング温度が高いなどの利
点がある。
【００５６】また本発明では、前記強磁性層は、強磁性
の金属あるいは半金属で形成されることが好ましい。
の金属あるいは半金属で形成されることが好ましい。
【００５７】前述したように、理論的にＴＭＲ比は、強
磁性層の分極率によって決定される。このためできる限
り分極率の高い強磁性層を使用することがＴＭＲ比向上
の点からは好ましい。
磁性層の分極率によって決定される。このためできる限
り分極率の高い強磁性層を使用することがＴＭＲ比向上
の点からは好ましい。
【００５８】また本発明では、強磁性層を、強磁性金属
あるいは半金属で形成するものであるが、半金属のある
種は、分極率が１か、あるいは１に近く、よって強磁性
層に、それら半金属を使用すれば、理論上、ＴＭＲ比を
最も大きくすることが可能である。
あるいは半金属で形成するものであるが、半金属のある
種は、分極率が１か、あるいは１に近く、よって強磁性
層に、それら半金属を使用すれば、理論上、ＴＭＲ比を
最も大きくすることが可能である。
【００５９】本発明では、前記強磁性層は、ＮｉＦｅ合
金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金のいず
れか１種、または２種以上で形成されることが好まし
い。
金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金のいず
れか１種、または２種以上で形成されることが好まし
い。
【００６０】あるいは本発明では、前記強磁性層は、ペ
ロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，
Ｐｒ3+，Ｎｄ3+などの３価希土類イオンから選ばれる１
種または２種以上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ
2+などの２価のアルカリ土類イオンから選ばれる１種ま
たは２種以上の元素）で形成された強磁性金属あるいは
半金属であることが好ましい。
ロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，
Ｐｒ3+，Ｎｄ3+などの３価希土類イオンから選ばれる１
種または２種以上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ
2+などの２価のアルカリ土類イオンから選ばれる１種ま
たは２種以上の元素）で形成された強磁性金属あるいは
半金属であることが好ましい。
【００６１】上記の場合、前記Ｒは、Ｌａ3+で、ＡはＳ
ｒ2+であり、組成比ｘは、０．１７以上であることが好
ましい。
ｒ2+であり、組成比ｘは、０．１７以上であることが好
ましい。
【００６２】また前記強磁性層は、組成Ａ2ＭｎＸある
いはＡＭｎＸ（ただしＡは、Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｎｉ，
Ｃｏのうち１種または２種以上、Ｘは、Ａｌ，Ｉｎ，Ｓ
ｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｓｉのうち１種または２種以
上）からなるホイスラー合金で形成されることが好まし
い。
いはＡＭｎＸ（ただしＡは、Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｎｉ，
Ｃｏのうち１種または２種以上、Ｘは、Ａｌ，Ｉｎ，Ｓ
ｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｓｉのうち１種または２種以
上）からなるホイスラー合金で形成されることが好まし
い。
【００６３】また本発明では、前記絶縁障壁層は、金属
及び／または半導体の酸化物の絶縁材料で形成されてい
ることが好ましい。
及び／または半導体の酸化物の絶縁材料で形成されてい
ることが好ましい。
【００６４】具体的には、前記絶縁材料は、Ａｌ，Ｍ
ｇ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｇｄ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｈｆから選択され
た少なくとも一種以上の元素の酸化物であることが好ま
しい。
ｇ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｇｄ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｈｆから選択され
た少なくとも一種以上の元素の酸化物であることが好ま
しい。
【００６５】絶縁障壁層を金属及び／または半導体の酸
化物で形成する場合には、予め金属及び／または半導体
をスパッタ等で成膜しておき、その後、純酸素自然酸化
法や酸素プラズマ法等を用いて、前記金属及び／または
半導体の層を酸化し、金属及び／または半導体の酸化物
である絶縁障壁層を形成する。
化物で形成する場合には、予め金属及び／または半導体
をスパッタ等で成膜しておき、その後、純酸素自然酸化
法や酸素プラズマ法等を用いて、前記金属及び／または
半導体の層を酸化し、金属及び／または半導体の酸化物
である絶縁障壁層を形成する。
【００６６】また本発明では、前記絶縁障壁層は、ペロ
フスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ 3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐ
ｒ3+，Ｎｄ3+などの３価希土類イオンから選ばれる１種
または２種以上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+
などの２価のアルカリ土類イオンから選ばれる１種また
は２種以上の元素）で形成された常磁性絶縁体であるこ
とが好ましい。
フスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ 3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐ
ｒ3+，Ｎｄ3+などの３価希土類イオンから選ばれる１種
または２種以上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+
などの２価のアルカリ土類イオンから選ばれる１種また
は２種以上の元素）で形成された常磁性絶縁体であるこ
とが好ましい。
【００６７】上記の場合、前記Ｒは、Ｌａ3+で、ＡはＳ
ｒ2+であり、組成比ｘは、０．２６以下であることが好
ましい。あるいは、前記Ｒは、Ｐｒ3+で、ＡはＣａ2+で
あることが好ましい。
ｒ2+であり、組成比ｘは、０．２６以下であることが好
ましい。あるいは、前記Ｒは、Ｐｒ3+で、ＡはＣａ2+で
あることが好ましい。
【００６８】さらに本発明では、前記絶縁障壁層は、絶
縁体マトリックス中に金属微粒子が分散したグラニュラ
ー構造であることが好ましい。
縁体マトリックス中に金属微粒子が分散したグラニュラ
ー構造であることが好ましい。
【００６９】絶縁障壁層が、ペロフスカイト型酸化物Ｒ
1-xＡxＭｎＯ3や絶縁体マトリックス中に金属微粒子が
分散したグラニュラー構造であると、絶縁障壁層がＡｌ
2Ｏ3で形成されたならば、必要であった強磁性層間に開
けられるべき間隔よりも、前記間隔を広げてもトンネル
効果を適正に発揮させることができ、よって加工精度の
緩和を図ることが可能であり、製造工程を容易化するこ
とができる。
1-xＡxＭｎＯ3や絶縁体マトリックス中に金属微粒子が
分散したグラニュラー構造であると、絶縁障壁層がＡｌ
2Ｏ3で形成されたならば、必要であった強磁性層間に開
けられるべき間隔よりも、前記間隔を広げてもトンネル
効果を適正に発揮させることができ、よって加工精度の
緩和を図ることが可能であり、製造工程を容易化するこ
とができる。
【００７０】また本発明におけるトンネル型磁気抵抗効
果型素子の製造方法は、（ａ）基板上に金属層を形成す
る工程と、（ｂ）前記金属層を酸化して絶縁障壁層を形
成する工程と、（ｃ）前記絶縁障壁層上に強磁性層を形
成する工程と、（ｄ）絶縁障壁層内に電流がトンネル
し、トンネル効果を発揮し得る程度の間隔を前記強磁性
層間に形成する工程と、を有することを特徴とするもの
である。
果型素子の製造方法は、（ａ）基板上に金属層を形成す
る工程と、（ｂ）前記金属層を酸化して絶縁障壁層を形
成する工程と、（ｃ）前記絶縁障壁層上に強磁性層を形
成する工程と、（ｄ）絶縁障壁層内に電流がトンネル
し、トンネル効果を発揮し得る程度の間隔を前記強磁性
層間に形成する工程と、を有することを特徴とするもの
である。
【００７１】上記製造方法によれば、まず最初に基板上
に金属層を形成し、前記金属層を酸化して絶縁障壁層を
形成している。そして、その後に強磁性層を前記絶縁障
壁層上に形成している。
に金属層を形成し、前記金属層を酸化して絶縁障壁層を
形成している。そして、その後に強磁性層を前記絶縁障
壁層上に形成している。
【００７２】このため本発明では、金属層の酸化の際
に、強磁性層は形成されておらず、従って、強磁性層の
酸化への影響を考慮する必要なく、前記金属層の酸化を
行うことができ、製造工程を容易化できる。
に、強磁性層は形成されておらず、従って、強磁性層の
酸化への影響を考慮する必要なく、前記金属層の酸化を
行うことができ、製造工程を容易化できる。
【００７３】また本発明によれば、前記絶縁障壁層の膜
厚を厚く形成することが可能であるから、前記絶縁障壁
層にピンホール等の欠陥が発生しにくく、特性の安定し
たトンネル型磁気抵抗効果型素子を形成することができ
る。
厚を厚く形成することが可能であるから、前記絶縁障壁
層にピンホール等の欠陥が発生しにくく、特性の安定し
たトンネル型磁気抵抗効果型素子を形成することができ
る。
【００７４】あるいは本発明におけるトンネル型磁気抵
抗効果型素子の製造方法は、（ｅ）基板上に、ペロフス
カイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐ
ｒ 3+，Ｎｄ3+などの３価希土類イオンから選ばれる１種
または２種以上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+
などの２価のアルカリ土類イオンから選ばれる１種また
は２種以上の元素）からなる常磁性絶縁体の絶縁障壁層
を形成する工程と、（ｆ）前記絶縁障壁層上に、ペロフ
スカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3からなる強磁性金属
あるいは半金属の強磁性層を形成する工程と、（ｇ）絶
縁障壁層内に電流がトンネルし、トンネル効果を発揮し
得る程度の間隔を前記強磁性層間に形成する工程と、を
有することを特徴とするものである。
抗効果型素子の製造方法は、（ｅ）基板上に、ペロフス
カイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐ
ｒ 3+，Ｎｄ3+などの３価希土類イオンから選ばれる１種
または２種以上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+
などの２価のアルカリ土類イオンから選ばれる１種また
は２種以上の元素）からなる常磁性絶縁体の絶縁障壁層
を形成する工程と、（ｆ）前記絶縁障壁層上に、ペロフ
スカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3からなる強磁性金属
あるいは半金属の強磁性層を形成する工程と、（ｇ）絶
縁障壁層内に電流がトンネルし、トンネル効果を発揮し
得る程度の間隔を前記強磁性層間に形成する工程と、を
有することを特徴とするものである。
【００７５】また本発明では、先に（ｆ）工程における
強磁性層を基板上に形成した後、（ｇ）工程にて、前記
強磁性層間に間隔を形成し、最後に（ｅ）工程における
絶縁障壁層を、強磁性層上に形成してもよい。
強磁性層を基板上に形成した後、（ｇ）工程にて、前記
強磁性層間に間隔を形成し、最後に（ｅ）工程における
絶縁障壁層を、強磁性層上に形成してもよい。
【００７６】本発明では、（ｅ）工程における絶縁障壁
層を形成するためのペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭ
ｎＯ3を、Ｒに、Ｌａ3+、ＡにＳｒ2+を選択し、組成比
ｘを、０．２６以下とすることが好ましい。あるいは、
Ｒに、Ｐｒ３＋、ＡにＣａ２＋を選択することが好まし
い。これにより前記ペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭ
ｎＯ3を、常磁性絶縁体にすることができる。
層を形成するためのペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭ
ｎＯ3を、Ｒに、Ｌａ3+、ＡにＳｒ2+を選択し、組成比
ｘを、０．２６以下とすることが好ましい。あるいは、
Ｒに、Ｐｒ３＋、ＡにＣａ２＋を選択することが好まし
い。これにより前記ペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭ
ｎＯ3を、常磁性絶縁体にすることができる。
【００７７】さらに、（ｆ）工程における強磁性層を形
成するためのペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3
を、Ｒに、Ｌａ3+、ＡにＳｒ2+を選択し、組成比ｘを
０．１７以上とすることが好ましい。これによりペロフ
スカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を、強磁性金属にす
ることができる。
成するためのペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3
を、Ｒに、Ｌａ3+、ＡにＳｒ2+を選択し、組成比ｘを
０．１７以上とすることが好ましい。これによりペロフ
スカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を、強磁性金属にす
ることができる。
【００７８】上記の製造方法であると、絶縁障壁層及び
強磁性層を、共にペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎ
Ｏ3で形成することになる。このため、前記絶縁障壁層
及び強磁性層をエピタキシャル成長により形成すること
ができ、薄くて平滑な前記絶縁障壁層を形成することが
できる。またペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ 3
の組成比等を適正に調整すれば、Ａｌ2Ｏ3などに比べ電
気抵抗の低い絶縁障壁層を形成することが可能であり、
前記絶縁障壁層上に形成される強磁性層を、広い間隔を
おいて形成しても、トンネル効果を適切に発揮し得るか
ら、加工精度を緩和でき、製造工程を容易化でき、しか
も歩留まりの向上を図ることができる。
強磁性層を、共にペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎ
Ｏ3で形成することになる。このため、前記絶縁障壁層
及び強磁性層をエピタキシャル成長により形成すること
ができ、薄くて平滑な前記絶縁障壁層を形成することが
できる。またペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ 3
の組成比等を適正に調整すれば、Ａｌ2Ｏ3などに比べ電
気抵抗の低い絶縁障壁層を形成することが可能であり、
前記絶縁障壁層上に形成される強磁性層を、広い間隔を
おいて形成しても、トンネル効果を適切に発揮し得るか
ら、加工精度を緩和でき、製造工程を容易化でき、しか
も歩留まりの向上を図ることができる。
【００７９】
【発明の実施の形態】図１は、本発明におけるトンネル
型磁気抵抗効果（Tunneling magnetoresistive）素子
の基本構造を示す部分模式図である。
型磁気抵抗効果（Tunneling magnetoresistive）素子
の基本構造を示す部分模式図である。
【００８０】図１に示す符号１０は、絶縁障壁層であ
り、前記絶縁障壁層１０は膜厚がＨ１で形成される。
り、前記絶縁障壁層１０は膜厚がＨ１で形成される。
【００８１】本発明では前記絶縁障壁層１０の上に、強
磁性層１１、１２が形成されている。図１に示すように
前記強磁性層１１，１２は、前記絶縁障壁層１０上に直
接的にあるいは間接的に設置され、前記絶縁障壁層の膜
面方向に並べられている。
磁性層１１、１２が形成されている。図１に示すように
前記強磁性層１１，１２は、前記絶縁障壁層１０上に直
接的にあるいは間接的に設置され、前記絶縁障壁層の膜
面方向に並べられている。
【００８２】そして前記強磁性層１１，１２間には、所
定の間隔Ｔ１が開けられている。本発明では、前記絶縁
障壁層１０は、金属及び／または半導体の酸化物の絶縁
材料で形成されていることが好ましい。
定の間隔Ｔ１が開けられている。本発明では、前記絶縁
障壁層１０は、金属及び／または半導体の酸化物の絶縁
材料で形成されていることが好ましい。
【００８３】また具体的には、前記絶縁材料は、Ａｌ，
Ｍｇ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｇｄ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｈｆから選択さ
れた少なくとも一種以上の元素の酸化物であることが好
ましい。すなわち前記絶縁障壁層１０は、Ａｌ2Ｏ3，Ａ
ｌＯx，ＧｅＯx，ＮｉＯ，ＧｄＯx，ＭｇＯ等で形成さ
れる。
Ｍｇ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｇｄ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｈｆから選択さ
れた少なくとも一種以上の元素の酸化物であることが好
ましい。すなわち前記絶縁障壁層１０は、Ａｌ2Ｏ3，Ａ
ｌＯx，ＧｅＯx，ＮｉＯ，ＧｄＯx，ＭｇＯ等で形成さ
れる。
【００８４】また、前記絶縁障壁層１０は、ペロフスカ
イト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐｒ3+，
Ｎｄ3+などの３価希土類イオンから選ばれる１種または
２種以上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+などの
２価のアルカリ土類イオンから選ばれる１種または２種
以上の元素）で形成された常磁性絶縁体で形成されても
よい。この場合、前記Ｒは、Ｌａ3+で、ＡはＳｒ2+であ
り、組成比ｘは、０．２６以下であることが好ましい。
あるいは、Ｒは、Ｐｒ３＋、ＡはＣａ２＋であることが
好ましい。
イト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐｒ3+，
Ｎｄ3+などの３価希土類イオンから選ばれる１種または
２種以上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+などの
２価のアルカリ土類イオンから選ばれる１種または２種
以上の元素）で形成された常磁性絶縁体で形成されても
よい。この場合、前記Ｒは、Ｌａ3+で、ＡはＳｒ2+であ
り、組成比ｘは、０．２６以下であることが好ましい。
あるいは、Ｒは、Ｐｒ３＋、ＡはＣａ２＋であることが
好ましい。
【００８５】また本発明では、前記絶縁障壁層１０は、
絶縁体マトリックス中に金属微粒子が分散したグラニュ
ラー構造であることが好ましい。
絶縁体マトリックス中に金属微粒子が分散したグラニュ
ラー構造であることが好ましい。
【００８６】ところで本発明では、強磁性層１１，１２
と絶縁障壁層１０からなるトンネル型磁気抵抗効果型素
子において、適切なトンネル効果を発揮せしめるため
に、前記強磁性層１１，１２間に開けられた間隔Ｔ１
は、前記強磁性層１１，１２間の絶縁障壁層１０内に適
切にトンネル電流が流れ得る大きさでなければならな
い。
と絶縁障壁層１０からなるトンネル型磁気抵抗効果型素
子において、適切なトンネル効果を発揮せしめるため
に、前記強磁性層１１，１２間に開けられた間隔Ｔ１
は、前記強磁性層１１，１２間の絶縁障壁層１０内に適
切にトンネル電流が流れ得る大きさでなければならな
い。
【００８７】すなわち、前記強磁性層１１，１２間に開
けられた間隔Ｔ１があまり大きくなっていると、強磁性
層１１からの入射電子の波動関数と、透過電子の波動関
数とが、間隔Ｔ１における絶縁障壁層１０内において、
重なり合わなくなり（図１３参照）、入射電子は絶縁障
壁層１０を通り抜けることができず、トンネル電流は流
れない。
けられた間隔Ｔ１があまり大きくなっていると、強磁性
層１１からの入射電子の波動関数と、透過電子の波動関
数とが、間隔Ｔ１における絶縁障壁層１０内において、
重なり合わなくなり（図１３参照）、入射電子は絶縁障
壁層１０を通り抜けることができず、トンネル電流は流
れない。
【００８８】このため、前記強磁性層１１、１２間にお
ける間隔Ｔ１は、前記強磁性層１１からの入射電子の波
動関数と、透過電子の波動関数とが、間隔Ｔ１における
絶縁障壁層１０内において、重なり合い、トンネル電流
が流れる程度の大きさである必要性がある。
ける間隔Ｔ１は、前記強磁性層１１からの入射電子の波
動関数と、透過電子の波動関数とが、間隔Ｔ１における
絶縁障壁層１０内において、重なり合い、トンネル電流
が流れる程度の大きさである必要性がある。
【００８９】例えば前記間隔Ｔ１は、従来、強磁性層と
絶縁障壁層とを積層して構成した積層型トンネル型磁気
抵抗効果型素子の前記絶縁障壁層の膜厚であることが好
ましい。具体的には、１０Å〜２０Å程度であることが
好ましい。
絶縁障壁層とを積層して構成した積層型トンネル型磁気
抵抗効果型素子の前記絶縁障壁層の膜厚であることが好
ましい。具体的には、１０Å〜２０Å程度であることが
好ましい。
【００９０】図１に示すトンネル型磁気抵抗効果型素子
では、強磁性層１１と強磁性層１２との磁化方向が平行
である場合、コンダクタンスＧ（抵抗の逆数）は最大に
なり、トンネル電流は最大になる。一方、強磁性層１１
と強磁性層１２との磁化方向が反平行である場合、コン
ダクタンスＧは最小になり、トンネル電流は最小にな
る。
では、強磁性層１１と強磁性層１２との磁化方向が平行
である場合、コンダクタンスＧ（抵抗の逆数）は最大に
なり、トンネル電流は最大になる。一方、強磁性層１１
と強磁性層１２との磁化方向が反平行である場合、コン
ダクタンスＧは最小になり、トンネル電流は最小にな
る。
【００９１】またトンネル型磁気抵抗効果型素子では、
磁気抵抗変化率（ＴＭＲ比；△ＲTM R）は、（ＧAP -1−
ＧP -1）／ＧP -1で表される。ここでＧAPは、強磁性層１
１と強磁性層１２の磁化が反平行である場合のコンダク
タンス（最小値）であり、ＧPは、強磁性層１１と強磁
性層１２の磁化が平行である場合のコンダクタンス（最
大値）である。
磁気抵抗変化率（ＴＭＲ比；△ＲTM R）は、（ＧAP -1−
ＧP -1）／ＧP -1で表される。ここでＧAPは、強磁性層１
１と強磁性層１２の磁化が反平行である場合のコンダク
タンス（最小値）であり、ＧPは、強磁性層１１と強磁
性層１２の磁化が平行である場合のコンダクタンス（最
大値）である。
【００９２】さらに上記式は、次のように変形すること
ができる。すなわち、 ΔＲTMR＝２Ｐ11Ｐ12／（１−Ｐ11Ｐ12） ここでＰ11は、強磁性層１１の分極率であり、Ｐ12は、
強磁性層１２の分極率である。
ができる。すなわち、 ΔＲTMR＝２Ｐ11Ｐ12／（１−Ｐ11Ｐ12） ここでＰ11は、強磁性層１１の分極率であり、Ｐ12は、
強磁性層１２の分極率である。
【００９３】上記式から、抵抗変化率（ＴＭＲ比）は、
理論上、強磁性層１１，１２の分極率に支配され、強磁
性層１１，１２の分極率を大きくすれば、抵抗変化率を
大きくすることが可能であり、特に近年、再生用ヘッド
として主流になっているスピンバルブ膜等のＧＭＲ（gi
ant magnetoresistive）素子に比べ、数倍から数十倍
の抵抗変化率を期待することができる。
理論上、強磁性層１１，１２の分極率に支配され、強磁
性層１１，１２の分極率を大きくすれば、抵抗変化率を
大きくすることが可能であり、特に近年、再生用ヘッド
として主流になっているスピンバルブ膜等のＧＭＲ（gi
ant magnetoresistive）素子に比べ、数倍から数十倍
の抵抗変化率を期待することができる。
【００９４】本発明では、図１に示すトンネル型磁気抵
抗効果型素子構造、すなわち絶縁障壁層１０上に、２つ
の強磁性層１１，１２が平面的に並べられたトンネル型
磁気抵抗効果型素子を、例えばハードディスク装置に搭
載される再生用ヘッドとして使用することが可能であ
る。
抗効果型素子構造、すなわち絶縁障壁層１０上に、２つ
の強磁性層１１，１２が平面的に並べられたトンネル型
磁気抵抗効果型素子を、例えばハードディスク装置に搭
載される再生用ヘッドとして使用することが可能であ
る。
【００９５】図２及び図３は、図１に示すトンネル型磁
気抵抗効果型素子をハードディスク装置用の再生ヘッド
として応用した模式図である。なお図２及び図３に示す
トンネル型磁気抵抗効果型素子は、記録媒体との対向面
側から見た正面図で表されている。
気抵抗効果型素子をハードディスク装置用の再生ヘッド
として応用した模式図である。なお図２及び図３に示す
トンネル型磁気抵抗効果型素子は、記録媒体との対向面
側から見た正面図で表されている。
【００９６】再生用ヘッド（トンネル型磁気抵抗効果型
素子）は、磁気抵抗効果を利用してハードディスクなど
の記録媒体からの洩れ磁界を検出し、記録信号を読み取
るものである。また本発明では、前記トンネル型磁気抵
抗効果型素子上に、記録用のインダクティブヘッドが積
層された、いわゆる複合型薄膜磁気素子（ヘッド）であ
ってもよい。
素子）は、磁気抵抗効果を利用してハードディスクなど
の記録媒体からの洩れ磁界を検出し、記録信号を読み取
るものである。また本発明では、前記トンネル型磁気抵
抗効果型素子上に、記録用のインダクティブヘッドが積
層された、いわゆる複合型薄膜磁気素子（ヘッド）であ
ってもよい。
【００９７】図２に示すように、膜厚Ｈ１で形成された
絶縁障壁層１０上には、２つの強磁性層１３及び１４
が、直接的にあるいは間接的に設置され、前記絶縁障壁
層の膜面方向に並べられている。
絶縁障壁層１０上には、２つの強磁性層１３及び１４
が、直接的にあるいは間接的に設置され、前記絶縁障壁
層の膜面方向に並べられている。
【００９８】前記強磁性層１３，１４のうち、一方の強
磁性層１３は、固定磁性層であり、他方の強磁性層１４
はフリー磁性層である。なお以下では、強磁性層１３の
ことを固定磁性層１３と、強磁性層１４のことをフリー
磁性層１４と称することとする。
磁性層１３は、固定磁性層であり、他方の強磁性層１４
はフリー磁性層である。なお以下では、強磁性層１３の
ことを固定磁性層１３と、強磁性層１４のことをフリー
磁性層１４と称することとする。
【００９９】ところで本発明では、前記固定磁性層１３
及びフリー磁性層１４は、強磁性の金属あるいは半金属
で形成されることが好ましい。
及びフリー磁性層１４は、強磁性の金属あるいは半金属
で形成されることが好ましい。
【０１００】上記したように抵抗変化率（ＴＭＲ比）
は、理論上、強磁性層の分極率を大きくすれば大きくな
ることがわかっている。
は、理論上、強磁性層の分極率を大きくすれば大きくな
ることがわかっている。
【０１０１】このため強磁性金属あるいは半金属で前記
固定磁性層１３及びフリー磁性層１４を形成すれば、前
記固定磁性層１３及びフリー磁性層１４の分極率を大き
くすることができ、よって抵抗変化率（ＴＭＲ比）を向
上できて好ましい。
固定磁性層１３及びフリー磁性層１４を形成すれば、前
記固定磁性層１３及びフリー磁性層１４の分極率を大き
くすることができ、よって抵抗変化率（ＴＭＲ比）を向
上できて好ましい。
【０１０２】例えば、前記固定磁性層１３及びフリー磁
性層１４は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ合金、
ＣｏＮｉＦｅ合金のいずれか１種、または２種以上で形
成されることが好ましい。これらは、いずれも強磁性金
属である。
性層１４は、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｃｏ合金、
ＣｏＮｉＦｅ合金のいずれか１種、または２種以上で形
成されることが好ましい。これらは、いずれも強磁性金
属である。
【０１０３】また本発明では、前記強磁性層は、ペロフ
スカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐｒ
3+，Ｎｄ3+などの３価希土類イオンから選ばれる１種ま
たは２種以上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+な
どの２価のアルカリ土類イオンから選ばれる１種または
２種以上の元素）で形成された強磁性金属であることが
好ましい。このペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ
3の諸性質や結晶構造については、後述することとす
る。
スカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐｒ
3+，Ｎｄ3+などの３価希土類イオンから選ばれる１種ま
たは２種以上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+な
どの２価のアルカリ土類イオンから選ばれる１種または
２種以上の元素）で形成された強磁性金属であることが
好ましい。このペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ
3の諸性質や結晶構造については、後述することとす
る。
【０１０４】なお本発明では、前記Ｒは、Ｌａ3+で、Ａ
はＳｒ2+であり、組成比ｘは、０．１７以上であること
が好ましく、これにより前記ペロフスカイト型酸化物Ｒ
1-xＡxＭｎＯ3は強磁性金属あるいは半金属となり、そ
の分極率は１か、あるいは１に近いことが知られてい
る。
はＳｒ2+であり、組成比ｘは、０．１７以上であること
が好ましく、これにより前記ペロフスカイト型酸化物Ｒ
1-xＡxＭｎＯ3は強磁性金属あるいは半金属となり、そ
の分極率は１か、あるいは１に近いことが知られてい
る。
【０１０５】あるいは本発明では、固定磁性層１３及び
フリー磁性層１４は、ホイスラー合金で形成されること
が好ましい。前記ホイスラー合金は、組成Ａ2ＭｎＸあ
るいはＡＭｎＸ（ただしＡは、Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｎ
ｉ，Ｃｏのうち１種または２種以上、Ｘは、Ａｌ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｓｉのうち１種または２
種以上）からなる。
フリー磁性層１４は、ホイスラー合金で形成されること
が好ましい。前記ホイスラー合金は、組成Ａ2ＭｎＸあ
るいはＡＭｎＸ（ただしＡは、Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｎ
ｉ，Ｃｏのうち１種または２種以上、Ｘは、Ａｌ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｓｉのうち１種または２
種以上）からなる。
【０１０６】この金属の特徴は、強磁性でない金属元素
の組合わせにより強磁性体を作り出せることであり、特
にＮｉＭｎＳｂ等のホイスラー合金は、分極率が１か、
あるいは１に近いことが知られている。
の組合わせにより強磁性体を作り出せることであり、特
にＮｉＭｎＳｂ等のホイスラー合金は、分極率が１か、
あるいは１に近いことが知られている。
【０１０７】したがってこれらペロフスカイト型酸化物
Ｒ1-xＡxＭｎＯ3、またはホイスラー合金を、固定磁性
層１３及びフリー磁性層１４に使用すると、理論上、抵
抗変化率（ＴＭＲ比）を、大きくすることが可能であ
る。
Ｒ1-xＡxＭｎＯ3、またはホイスラー合金を、固定磁性
層１３及びフリー磁性層１４に使用すると、理論上、抵
抗変化率（ＴＭＲ比）を、大きくすることが可能であ
る。
【０１０８】図２に示すように、前記固定磁性層１３と
フリー磁性層１４との間には、所定の間隔Ｔ１が開けら
れている。この間隔Ｔ１は図１で説明した通り、固定磁
性層１３とフリー磁性層１４間の絶縁障壁層１０内に、
トンネル電流が流れ得る大きさで形成される。
フリー磁性層１４との間には、所定の間隔Ｔ１が開けら
れている。この間隔Ｔ１は図１で説明した通り、固定磁
性層１３とフリー磁性層１４間の絶縁障壁層１０内に、
トンネル電流が流れ得る大きさで形成される。
【０１０９】図２に示すように、前記固定磁性層１３の
上には、反強磁性層１５が形成されている。
上には、反強磁性層１５が形成されている。
【０１１０】前記反強磁性層１５は、Ｘ−Ｍｎ（ただし
Ｘは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいず
れか１種または２種以上の元素である）で形成されてい
ることが好ましい。特にＸの中でもＰｔを選択し、Ｐｔ
Ｍｎ合金を反強磁性層１５として使用することが好まし
い。
Ｘは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいず
れか１種または２種以上の元素である）で形成されてい
ることが好ましい。特にＸの中でもＰｔを選択し、Ｐｔ
Ｍｎ合金を反強磁性層１５として使用することが好まし
い。
【０１１１】前記Ｘ−Ｍｎ合金は、従来から反強磁性層
として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金など
に比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高
く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。
として使用されているＮｉＭｎ合金やＦｅＭｎ合金など
に比べて耐食性に優れ、しかもブロッキング温度が高
く、交換結合磁界（交換異方性磁界）も大きい。
【０１１２】図２に示すように、固定磁性層１３と反強
磁性層１５は接して形成され、磁場中アニール（熱処
理）を施すことにより、前記固定磁性層１３と反強磁性
層１５との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が
発生し、例えば図２に示すように、前記固定磁性層１３
の磁化が、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
磁性層１５は接して形成され、磁場中アニール（熱処
理）を施すことにより、前記固定磁性層１３と反強磁性
層１５との界面にて交換結合磁界（交換異方性磁界）が
発生し、例えば図２に示すように、前記固定磁性層１３
の磁化が、ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０１１３】また図２に示すように、フリー磁性層１４
上にも反強磁性層１６が形成されている。前記反強磁性
層１６は、固定磁性層１３上に形成された反強磁性層１
５と同じ材質で形成されても異なる材質で形成されても
どちらでもよい。
上にも反強磁性層１６が形成されている。前記反強磁性
層１６は、固定磁性層１３上に形成された反強磁性層１
５と同じ材質で形成されても異なる材質で形成されても
どちらでもよい。
【０１１４】フリー磁性層１４は、その上に形成された
反強磁性層１６との交換異方性磁界によるエクスチェン
ジバイアス方式によって、磁化が固定磁性層１３の磁化
と交叉する方向、つまりトラック幅方向（図示Ｘ方向）
に揃えられ、外部磁界の影響を受けて、容易に変動する
ようになっている。
反強磁性層１６との交換異方性磁界によるエクスチェン
ジバイアス方式によって、磁化が固定磁性層１３の磁化
と交叉する方向、つまりトラック幅方向（図示Ｘ方向）
に揃えられ、外部磁界の影響を受けて、容易に変動する
ようになっている。
【０１１５】すなわち図２に示すように反強磁性層１６
は、フリー磁性層１４の少なくとも片側端部上に形成さ
れている。前記反強磁性層１６とフリー磁性層１４の片
側端部には、磁場中アニールにより、交換異方性磁界が
発生し、前記フリー磁性層１４の片側端部の磁化は図示
Ｘ方向に強固に固定される。
は、フリー磁性層１４の少なくとも片側端部上に形成さ
れている。前記反強磁性層１６とフリー磁性層１４の片
側端部には、磁場中アニールにより、交換異方性磁界が
発生し、前記フリー磁性層１４の片側端部の磁化は図示
Ｘ方向に強固に固定される。
【０１１６】前記フリー磁性層１４のそれ以外の領域で
は、図示Ｘ方向の磁化の影響を前記フリー磁性層１４の
片側端部から受け、これにより前記フリー磁性層全体の
磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。ただし反強磁性層１６
が設けられている以外の領域のフリー磁性層１４の磁化
は、外部磁界の影響を受けて容易に変動できる程度の強
さである。
は、図示Ｘ方向の磁化の影響を前記フリー磁性層１４の
片側端部から受け、これにより前記フリー磁性層全体の
磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。ただし反強磁性層１６
が設けられている以外の領域のフリー磁性層１４の磁化
は、外部磁界の影響を受けて容易に変動できる程度の強
さである。
【０１１７】なお図２に示すように、前記反強磁性層１
６は、固定磁性層１３から最も離れたフリー磁性層１４
の外方側端部上に設けられている。このように、前記反
強磁性層１６を固定磁性層１３から離した位置に形成す
るのは、前記反強磁性層１６と固定磁性層１３間でトン
ネル効果を発揮し得ないようにするためである。
６は、固定磁性層１３から最も離れたフリー磁性層１４
の外方側端部上に設けられている。このように、前記反
強磁性層１６を固定磁性層１３から離した位置に形成す
るのは、前記反強磁性層１６と固定磁性層１３間でトン
ネル効果を発揮し得ないようにするためである。
【０１１８】そして上記のように、外部磁界の影響を受
けない状態で、固定磁性層１３の固定磁化方向と、フリ
ー磁性層１４の磁化方向とを交叉するように設定する
と、抵抗変化率（ＴＭＲ比）の変動を最も大きくでき
て、再生感度を向上させることができる。
けない状態で、固定磁性層１３の固定磁化方向と、フリ
ー磁性層１４の磁化方向とを交叉するように設定する
と、抵抗変化率（ＴＭＲ比）の変動を最も大きくでき
て、再生感度を向上させることができる。
【０１１９】また図２に示すように、固定磁性層１３の
トラック幅方向（図示Ｘ方向）の外方側端部、及びフリ
ー磁性層１４のトラック幅方向の外方側端部には、電極
層１７，１７が形成されている。
トラック幅方向（図示Ｘ方向）の外方側端部、及びフリ
ー磁性層１４のトラック幅方向の外方側端部には、電極
層１７，１７が形成されている。
【０１２０】前記電極層１７は、Ｗ（タングステン）や
Ｃｒ（クロム）等で形成されている。
Ｃｒ（クロム）等で形成されている。
【０１２１】ところで前記電極層１７の形成位置は、図
２に示す位置以外であってもよい。例えば前記固定磁性
層１３の上に形成された反強磁性層１５上に電極層１７
を形成することができる。さらには、前記固定磁性層１
３の紙面前方（つまり記録媒体との対向面側）や、固定
磁性層１３のハイト側後方に前記電極層１７を形成して
もかわない。
２に示す位置以外であってもよい。例えば前記固定磁性
層１３の上に形成された反強磁性層１５上に電極層１７
を形成することができる。さらには、前記固定磁性層１
３の紙面前方（つまり記録媒体との対向面側）や、固定
磁性層１３のハイト側後方に前記電極層１７を形成して
もかわない。
【０１２２】またフリー磁性層１４上には反強磁性層１
６が形成され、前記電極層１７を前記反強磁性層１６の
形成されていない領域上に形成してもよい。
６が形成され、前記電極層１７を前記反強磁性層１６の
形成されていない領域上に形成してもよい。
【０１２３】また前記フリー磁性層１４は、記録媒体と
の対向面に露出形成されている構成とすることができ
る。
の対向面に露出形成されている構成とすることができ
る。
【０１２４】この場合、前記電極層１７は、フリー磁性
層１４の紙面前方（すなわち記録媒体との対向面側）以
外に形成される必要があり、例えば前記電極層１７をフ
リー磁性層１４の後端部（ハイト側後方）に形成するこ
とが可能である。
層１４の紙面前方（すなわち記録媒体との対向面側）以
外に形成される必要があり、例えば前記電極層１７をフ
リー磁性層１４の後端部（ハイト側後方）に形成するこ
とが可能である。
【０１２５】そして図２に示すように、電極層１７，１
７上、フリー磁性層１４上、反強磁性層１６，１５上、
さらにはフリー磁性層１４と固定磁性層１３との間にお
ける間隔Ｔ１内に、絶縁層１８が形成される。
７上、フリー磁性層１４上、反強磁性層１６，１５上、
さらにはフリー磁性層１４と固定磁性層１３との間にお
ける間隔Ｔ１内に、絶縁層１８が形成される。
【０１２６】ところで前記絶縁層１８が、フリー磁性層
１４と固定磁性層１３との間に開けられた間隔Ｔ１内に
埋められると、フリー磁性層１４及び固定磁性層１３間
に流れるトンネル電流が絶縁障壁層１０内を通らず、絶
縁層１８を通る可能性がある。
１４と固定磁性層１３との間に開けられた間隔Ｔ１内に
埋められると、フリー磁性層１４及び固定磁性層１３間
に流れるトンネル電流が絶縁障壁層１０内を通らず、絶
縁層１８を通る可能性がある。
【０１２７】このため本発明では、適切にトンネル電流
が、絶縁障壁層１０内を通るようにすべく、例えば前記
絶縁層１８の電気抵抗値を絶縁障壁層１０よりも、より
十分に高くして、トンネル電流が絶縁障壁層１０側に流
れるようにする必要がある。
が、絶縁障壁層１０内を通るようにすべく、例えば前記
絶縁層１８の電気抵抗値を絶縁障壁層１０よりも、より
十分に高くして、トンネル電流が絶縁障壁層１０側に流
れるようにする必要がある。
【０１２８】図３は、絶縁障壁層１０上に、固定磁性層
１３とフリー磁性層１４が平面的に並んで設けられてお
り、前記固定磁性層１３には反強磁性層１５が接して形
成され、前記固定磁性層１３の磁化はハイト方向（図示
Ｙ方向）に固定されている。
１３とフリー磁性層１４が平面的に並んで設けられてお
り、前記固定磁性層１３には反強磁性層１５が接して形
成され、前記固定磁性層１３の磁化はハイト方向（図示
Ｙ方向）に固定されている。
【０１２９】この実施例では、フリー磁性層１４のトラ
ック幅方向（図示Ｘ方向）の外方側端部にハードバイア
ス層１９が設けられている。
ック幅方向（図示Ｘ方向）の外方側端部にハードバイア
ス層１９が設けられている。
【０１３０】前記ハードバイアス層１９は、例えばＣｏ
―Ｐｔ合金やＣｏ―Ｃｒ―Ｐｔ合金などで形成されてい
る。
―Ｐｔ合金やＣｏ―Ｃｒ―Ｐｔ合金などで形成されてい
る。
【０１３１】前記ハードバイアス層１９は、予めトラッ
ク幅方向（図示Ｘ方向）に磁化されており、前記ハード
バイアス層１９からのバイアス磁界により、フリー磁性
層１４の磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。これにより固
定磁性層１３とフリー磁性層１４との磁化は交叉する関
係となる。
ク幅方向（図示Ｘ方向）に磁化されており、前記ハード
バイアス層１９からのバイアス磁界により、フリー磁性
層１４の磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。これにより固
定磁性層１３とフリー磁性層１４との磁化は交叉する関
係となる。
【０１３２】なお図３に示すように、前記フリー磁性層
１４には、外方側端部にしかハードバイアス層１９が形
成されていないが、確実に前記フリー磁性層１４の磁化
を図示Ｘ方向に揃えるには、前記フリー磁性層１４の両
側にハードバイアス層１９を設けることが好ましい。
１４には、外方側端部にしかハードバイアス層１９が形
成されていないが、確実に前記フリー磁性層１４の磁化
を図示Ｘ方向に揃えるには、前記フリー磁性層１４の両
側にハードバイアス層１９を設けることが好ましい。
【０１３３】しかしながら図３に示す実施例では、フリ
ー磁性層１４の両側にハードバイアス層１９を形成する
ことになると、前記フリー磁性層１４と固定磁性層１３
との間に開けられた間隔Ｔ１内に、前記ハードバイアス
層１９を形成しなければならなくなるが、前記間隔Ｔ１
は、トンネル効果を発揮し得るために非常に狭い間隔で
形成されるので、前記間隔Ｔ１内にハードバイアス層１
９を形成することは、非常に困難であると考えられる。
ー磁性層１４の両側にハードバイアス層１９を形成する
ことになると、前記フリー磁性層１４と固定磁性層１３
との間に開けられた間隔Ｔ１内に、前記ハードバイアス
層１９を形成しなければならなくなるが、前記間隔Ｔ１
は、トンネル効果を発揮し得るために非常に狭い間隔で
形成されるので、前記間隔Ｔ１内にハードバイアス層１
９を形成することは、非常に困難であると考えられる。
【０１３４】そこで、例えばフリー磁性層１４を記録媒
体との対向面に露出形成し、固定磁性層１３を前記フリ
ー磁性層１４のハイト方向後方側に形成することで、前
記フリー磁性層１４のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の
両側には、ハードバイアス層１９を形成すべき際に障害
となる層が存在しなくなり、よって前記フリー磁性層１
４のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側にハードバイ
アス層１９を形成することが可能である。その具体的な
実施例を図４に示す。図４は、トンネル型磁気抵抗効果
型素子を上から見た部分平面図である。
体との対向面に露出形成し、固定磁性層１３を前記フリ
ー磁性層１４のハイト方向後方側に形成することで、前
記フリー磁性層１４のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の
両側には、ハードバイアス層１９を形成すべき際に障害
となる層が存在しなくなり、よって前記フリー磁性層１
４のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側にハードバイ
アス層１９を形成することが可能である。その具体的な
実施例を図４に示す。図４は、トンネル型磁気抵抗効果
型素子を上から見た部分平面図である。
【０１３５】図４に示すように、フリー磁性層１４は記
録媒体との対向面に露出形成され、固定磁性層１３は、
前記フリー磁性層１４のハイト方向（図示Ｙ方向）後方
に、間隔Ｔ１を開けて形成されている。
録媒体との対向面に露出形成され、固定磁性層１３は、
前記フリー磁性層１４のハイト方向（図示Ｙ方向）後方
に、間隔Ｔ１を開けて形成されている。
【０１３６】そして固定磁性層１３及びフリー磁性層１
４間に流れる電流は、間隔Ｔ１の絶縁障壁層１０内をト
ンネルできるようになっている。
４間に流れる電流は、間隔Ｔ１の絶縁障壁層１０内をト
ンネルできるようになっている。
【０１３７】図４に示すように、固定磁性層１３が、フ
リー磁性層１４のハイト方向（図示Ｙ方向）の後方側に
形成されることで、前記フリー磁性層１４のトラック幅
（図示Ｘ方向）の両側に、適切にハードバイアス層１９
を形成することが可能になり、前記フリー磁性層１４の
磁化を適切にトラック幅方向に揃えることができる。
リー磁性層１４のハイト方向（図示Ｙ方向）の後方側に
形成されることで、前記フリー磁性層１４のトラック幅
（図示Ｘ方向）の両側に、適切にハードバイアス層１９
を形成することが可能になり、前記フリー磁性層１４の
磁化を適切にトラック幅方向に揃えることができる。
【０１３８】また図示されていないが、前記固定磁性層
１３の上には前記固定磁性層１３の磁化をハイト方向
（図示Ｙ方向）に固定するための反強磁性層１５が形成
されている。
１３の上には前記固定磁性層１３の磁化をハイト方向
（図示Ｙ方向）に固定するための反強磁性層１５が形成
されている。
【０１３９】次に電極層１７の形成位置についてである
が、図３に示すように、電極層１７，１７は、固定磁性
層１３のトラック幅方向の外方側端部に形成され、さら
にフリー磁性層のトラック幅方向の外方側端部にハード
バイアス層１９を介して形成されている。
が、図３に示すように、電極層１７，１７は、固定磁性
層１３のトラック幅方向の外方側端部に形成され、さら
にフリー磁性層のトラック幅方向の外方側端部にハード
バイアス層１９を介して形成されている。
【０１４０】しかしながら前記電極層１７は、図３に示
す形成位置以外であってもよい。つまり前記電極層１
７，１７は、固定磁性層１３の上に形成された反強磁性
層１５上に形成され、また、フリー磁性層１４上に形成
されてもよい。
す形成位置以外であってもよい。つまり前記電極層１
７，１７は、固定磁性層１３の上に形成された反強磁性
層１５上に形成され、また、フリー磁性層１４上に形成
されてもよい。
【０１４１】あるいは固定磁性層１３の紙面前面（記録
媒体との対向面側）やハイト方向の後方に電極層１７が
形成され、さらには、フリー磁性層１４のハイト方向の
後方に前記電極層１７が形成されていてもよい。
媒体との対向面側）やハイト方向の後方に電極層１７が
形成され、さらには、フリー磁性層１４のハイト方向の
後方に前記電極層１７が形成されていてもよい。
【０１４２】図４では、電極層１７，１７の形成位置が
表されていないが、上記した場合と同様の形成位置で形
成される。ただ、図４の場合には、固定磁性層１３の前
端面には、フリー磁性層１４との間に、トンネル効果を
発揮し得る狭い間隔Ｔ１しか空いてないので、製造上、
前記固定磁性層１３の前端面に電極層１７を形成するの
は不可能であると考えられる。
表されていないが、上記した場合と同様の形成位置で形
成される。ただ、図４の場合には、固定磁性層１３の前
端面には、フリー磁性層１４との間に、トンネル効果を
発揮し得る狭い間隔Ｔ１しか空いてないので、製造上、
前記固定磁性層１３の前端面に電極層１７を形成するの
は不可能であると考えられる。
【０１４３】また図２ないし図３に示すように、反強磁
性層１５、１６は、固定磁性層１３及びフリー磁性層１
４の上側に形成されているが、下側に形成され、固定磁
性層１３（フリー磁性層１４）と絶縁障壁層１０との間
に介在させてもよい。
性層１５、１６は、固定磁性層１３及びフリー磁性層１
４の上側に形成されているが、下側に形成され、固定磁
性層１３（フリー磁性層１４）と絶縁障壁層１０との間
に介在させてもよい。
【０１４４】以上詳述した図２ないし図４に示すトンネ
ル型磁気抵抗効果型素子では、記録媒体からの外部磁界
の影響を受け、フリー磁性層１４の磁化方向が変動する
と、固定磁性層１３−絶縁障壁層１０−フリー磁性層１
４を経て流れるトンネル電流の電流量が変化し、この電
流量の変化を電気抵抗の変化としてとらえる。そして前
記電気抵抗の変化を電圧変化として、記録媒体からの洩
れ磁界が検出されるようになっている。
ル型磁気抵抗効果型素子では、記録媒体からの外部磁界
の影響を受け、フリー磁性層１４の磁化方向が変動する
と、固定磁性層１３−絶縁障壁層１０−フリー磁性層１
４を経て流れるトンネル電流の電流量が変化し、この電
流量の変化を電気抵抗の変化としてとらえる。そして前
記電気抵抗の変化を電圧変化として、記録媒体からの洩
れ磁界が検出されるようになっている。
【０１４５】図５及び図６に示すトンネル型磁気抵抗効
果型素子は、絶縁障壁層１０上に、強磁性層が３つ形成
された場合の実施例である。図５及び図６に示すトンネ
ル型磁気抵抗効果型素子は、例えばハードディスク装置
に搭載される再生用ヘッドとして使用されるものであ
る。図５及び図６は、トンネル型磁気抵抗効果型素子を
上側から見た部分平面図である。
果型素子は、絶縁障壁層１０上に、強磁性層が３つ形成
された場合の実施例である。図５及び図６に示すトンネ
ル型磁気抵抗効果型素子は、例えばハードディスク装置
に搭載される再生用ヘッドとして使用されるものであ
る。図５及び図６は、トンネル型磁気抵抗効果型素子を
上側から見た部分平面図である。
【０１４６】図５及び図６に示すように、絶縁障壁層１
０上に３つの強磁性層を形成する理由は、強磁性層間を
流れる電流に、共鳴トンネル効果を起させ、抵抗値を低
減させることにある。
０上に３つの強磁性層を形成する理由は、強磁性層間を
流れる電流に、共鳴トンネル効果を起させ、抵抗値を低
減させることにある。
【０１４７】図５に示すように、絶縁障壁層１０上に
は、３つの強磁性層２０，２１，２２が平面的に並べて
設けられており、強磁性層２０は、フリー磁性層であ
り、強磁性層２１，２２は、固定磁性層である。
は、３つの強磁性層２０，２１，２２が平面的に並べて
設けられており、強磁性層２０は、フリー磁性層であ
り、強磁性層２１，２２は、固定磁性層である。
【０１４８】図５に示すように前記フリー磁性層２０
は、記録媒体との対向面に露出形成され、固定磁性層２
１，２２は、フリー磁性層２０のハイト方向後方側に間
隔Ｔ１をおいて形成されている。
は、記録媒体との対向面に露出形成され、固定磁性層２
１，２２は、フリー磁性層２０のハイト方向後方側に間
隔Ｔ１をおいて形成されている。
【０１４９】そして電流はトンネル電流として、固定磁
性層２２とフリー磁性層２０との間における間隔Ｔ１の
絶縁障壁層１０内、及びフリー磁性層２０と固定磁性層
２１との間における間隔Ｔ１の絶縁障壁層１０内を流れ
るようになっており、固定磁性層２２／絶縁障壁層１０
／フリー磁性層２０、及びフリー磁性層２０／絶縁障壁
層１０／固定磁性層２１の各３層膜で、トンネル効果が
発揮される。
性層２２とフリー磁性層２０との間における間隔Ｔ１の
絶縁障壁層１０内、及びフリー磁性層２０と固定磁性層
２１との間における間隔Ｔ１の絶縁障壁層１０内を流れ
るようになっており、固定磁性層２２／絶縁障壁層１０
／フリー磁性層２０、及びフリー磁性層２０／絶縁障壁
層１０／固定磁性層２１の各３層膜で、トンネル効果が
発揮される。
【０１５０】図５に示すように、フリー磁性層２０のト
ラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側にはハードバイアス
層１９，１９が形成され、前記ハードバイアス層１９は
図示Ｘ方向に磁化されている。そして前記フリー磁性層
２０の磁化は、ハードバイアス層１９からのバイアス磁
界の影響を受けて図示Ｘ方向に揃えられる。なお、ハー
ドバイアス層１９の代わりに、反強磁性層を用いてエク
スチェンジバイアス方式により前記フリー磁性層２０の
磁化を図示Ｘ方向に揃えても良い。
ラック幅方向（図示Ｘ方向）の両側にはハードバイアス
層１９，１９が形成され、前記ハードバイアス層１９は
図示Ｘ方向に磁化されている。そして前記フリー磁性層
２０の磁化は、ハードバイアス層１９からのバイアス磁
界の影響を受けて図示Ｘ方向に揃えられる。なお、ハー
ドバイアス層１９の代わりに、反強磁性層を用いてエク
スチェンジバイアス方式により前記フリー磁性層２０の
磁化を図示Ｘ方向に揃えても良い。
【０１５１】また図示されていないが、固定磁性層２
１，２２上あるいは下にはＸ−Ｍｎ合金（ただしＸは、
Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１
種または２種以上の元素である）からなる反強磁性層が
形成されており、前記反強磁性層との界面で発生する交
換異方性磁界により前記固定磁性層２１，２２の磁化は
ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
１，２２上あるいは下にはＸ−Ｍｎ合金（ただしＸは、
Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１
種または２種以上の元素である）からなる反強磁性層が
形成されており、前記反強磁性層との界面で発生する交
換異方性磁界により前記固定磁性層２１，２２の磁化は
ハイト方向（図示Ｙ方向）に固定される。
【０１５２】次に電極層１７，１７の形成位置である
が、図５に示す実施例の場合、一対の電極層１７はそれ
ぞれ、各固定磁性層２１，２２に直接的にあるいは間接
的に接して形成されていることが好ましい。
が、図５に示す実施例の場合、一対の電極層１７はそれ
ぞれ、各固定磁性層２１，２２に直接的にあるいは間接
的に接して形成されていることが好ましい。
【０１５３】このように２つの固定磁性層２１，２２に
電極層１７，１７を設ければ、トンネル電流が、固定磁
性層２１とフリー磁性層２０間、及びフリー磁性層２０
と固定磁性層２１間の絶縁障壁層１０内に流れるのであ
る。
電極層１７，１７を設ければ、トンネル電流が、固定磁
性層２１とフリー磁性層２０間、及びフリー磁性層２０
と固定磁性層２１間の絶縁障壁層１０内に流れるのであ
る。
【０１５４】また図５に示す電極層１７，１７は、各固
定磁性層２１，２２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の
外方側端部に接して設けられているが、これ以外の位置
に前記電極層１７を設けることも可能である。
定磁性層２１，２２のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の
外方側端部に接して設けられているが、これ以外の位置
に前記電極層１７を設けることも可能である。
【０１５５】例えば前記電極層１７を、各固定磁性層２
１，２２の上に設けられた反強磁性層上に形成してもよ
いし、あるいは前記電極層１７を、各固定磁性層２１，
２２の後端部側（ハイト方向側）、トラック幅方向の内
方側端部に設置してもよい。
１，２２の上に設けられた反強磁性層上に形成してもよ
いし、あるいは前記電極層１７を、各固定磁性層２１，
２２の後端部側（ハイト方向側）、トラック幅方向の内
方側端部に設置してもよい。
【０１５６】ところで、図５に示すように、電極層１７
及び、ハードバイアス層１９は、絶縁障壁層１０の上に
設けられておらず、前記絶縁障壁層１０の側面に形成さ
れていることがわかる。
及び、ハードバイアス層１９は、絶縁障壁層１０の上に
設けられておらず、前記絶縁障壁層１０の側面に形成さ
れていることがわかる。
【０１５７】その理由は、仮に前記電極層１７及びハー
ドバイアス層１９が絶縁障壁層１０上に形成され、前記
電極層１７及びハードバイアス層１９間が、間隔Ｔ１以
下であると、前記電極層１７及びハードバイアス層１９
間にトンネル電流が流れ易くなり、好ましくないからで
ある。
ドバイアス層１９が絶縁障壁層１０上に形成され、前記
電極層１７及びハードバイアス層１９間が、間隔Ｔ１以
下であると、前記電極層１７及びハードバイアス層１９
間にトンネル電流が流れ易くなり、好ましくないからで
ある。
【０１５８】換言すれば、前記電極層１７及びハードバ
イアス層１９間の間隔が、前記間隔Ｔ１以上で形成され
るなら、前記電極層１７及びハードバイアス層１９は、
絶縁障壁層１０上に形成されてもよい。
イアス層１９間の間隔が、前記間隔Ｔ１以上で形成され
るなら、前記電極層１７及びハードバイアス層１９は、
絶縁障壁層１０上に形成されてもよい。
【０１５９】ところで図５に示す実施例では、上記の通
り、電極層１７から流れる電流（トンネル電流）は、固
定磁性層２１−固定磁性層２１とフリー磁性層２０間の
絶縁障壁層１０−フリー磁性層２０−フリー磁性層２０
と固定磁性層２２間の絶縁障壁層１０−固定磁性層２２
を経て流れ、このように前記電流は一方向に流れるよう
になっているが、前記電流を一方向に適切に流すために
は、固定磁性層２１，２２とフリー磁性層２０との間隔
Ｔ１を、絶縁障壁層１０内にトンネル電流が流れる程度
にまで狭めることと、さらに、固定磁性層２１，２２間
の間隔Ｔ２を広げ、前記間隔Ｔ２の絶縁障壁層１０内
に、トンネル電流が流れないようにしなければならな
い。
り、電極層１７から流れる電流（トンネル電流）は、固
定磁性層２１−固定磁性層２１とフリー磁性層２０間の
絶縁障壁層１０−フリー磁性層２０−フリー磁性層２０
と固定磁性層２２間の絶縁障壁層１０−固定磁性層２２
を経て流れ、このように前記電流は一方向に流れるよう
になっているが、前記電流を一方向に適切に流すために
は、固定磁性層２１，２２とフリー磁性層２０との間隔
Ｔ１を、絶縁障壁層１０内にトンネル電流が流れる程度
にまで狭めることと、さらに、固定磁性層２１，２２間
の間隔Ｔ２を広げ、前記間隔Ｔ２の絶縁障壁層１０内
に、トンネル電流が流れないようにしなければならな
い。
【０１６０】図５に示すように、２つの固定磁性層２
１，２２間には、間隔Ｔ２が開けられているが、この間
隔Ｔ２が狭くなると、電極層１７からの電流は、固定磁
性層２１，２２間の絶縁障壁層１０内にも分流し、前記
固定磁性層２１，２２間でトンネル効果が生じてしま
う。
１，２２間には、間隔Ｔ２が開けられているが、この間
隔Ｔ２が狭くなると、電極層１７からの電流は、固定磁
性層２１，２２間の絶縁障壁層１０内にも分流し、前記
固定磁性層２１，２２間でトンネル効果が生じてしま
う。
【０１６１】すなわち電極層１７から流れる電流は、固
定磁性層２１−フリー磁性層２０−固定磁性層２２を流
れるルートと、固定磁性層２１−固定磁性層２２を流れ
るルートの２ルートに分流し、その結果、抵抗変化率
（ＴＭＲ比）を低下せしめ、再生特性を悪化させる原因
となる。
定磁性層２１−フリー磁性層２０−固定磁性層２２を流
れるルートと、固定磁性層２１−固定磁性層２２を流れ
るルートの２ルートに分流し、その結果、抵抗変化率
（ＴＭＲ比）を低下せしめ、再生特性を悪化させる原因
となる。
【０１６２】このため、電流は、固定磁性層２１−フリ
ー磁性層２０−固定磁性層２２の一方向のみに適切に流
れるようにするために、固定磁性層２１と２２の間は、
トンネル電流が流れない程度に広げておかなければなら
ない。
ー磁性層２０−固定磁性層２２の一方向のみに適切に流
れるようにするために、固定磁性層２１と２２の間は、
トンネル電流が流れない程度に広げておかなければなら
ない。
【０１６３】また上記したように、前記電極層１７，１
７は、各固定磁性層２１，２２のトラック幅方向の内方
側端部に形成されてもよいが、この場合においても、前
記電極層１７，１７間は、トンネル電流が流れない程度
に広げておかなければならない。
７は、各固定磁性層２１，２２のトラック幅方向の内方
側端部に形成されてもよいが、この場合においても、前
記電極層１７，１７間は、トンネル電流が流れない程度
に広げておかなければならない。
【０１６４】図６は、絶縁障壁層１０上に３つの強磁性
層を平面的に並べて設けたトンネル型磁気抵抗効果型素
子の他の実施形態を示す部分平面図である。
層を平面的に並べて設けたトンネル型磁気抵抗効果型素
子の他の実施形態を示す部分平面図である。
【０１６５】図６に示すように、絶縁障壁層１０上に
は、３つの強磁性層２３，２４，２５が平面的に設置さ
れている。この実施例では、３つの強磁性層２３，２
４，２５がすべて、記録媒体との対向面に露出形成さ
れ、記録媒体との対向面からハイト方向（図示Ｙ方向）
に並列的に設けられている。
は、３つの強磁性層２３，２４，２５が平面的に設置さ
れている。この実施例では、３つの強磁性層２３，２
４，２５がすべて、記録媒体との対向面に露出形成さ
れ、記録媒体との対向面からハイト方向（図示Ｙ方向）
に並列的に設けられている。
【０１６６】３つの強磁性層のうち、強磁性層２３，２
５はフリー磁性層であり、強磁性層２４は固定磁性層で
ある。
５はフリー磁性層であり、強磁性層２４は固定磁性層で
ある。
【０１６７】前記固定磁性層２４の上あるいは下には、
例えば図示しないＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種
以上の元素である）からなる反強磁性層が設けられ、前
記反強磁性層と固定磁性層２４との間で発生する交換異
方性磁界により、前記固定磁性層２４の磁化は図示Ｙ方
向に固定される。
例えば図示しないＸ−Ｍｎ（ただしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，
Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうちいずれか１種または２種
以上の元素である）からなる反強磁性層が設けられ、前
記反強磁性層と固定磁性層２４との間で発生する交換異
方性磁界により、前記固定磁性層２４の磁化は図示Ｙ方
向に固定される。
【０１６８】また２つのフリー磁性層２３，２５のトラ
ック幅方向（図示Ｘ方向）の外方側端部には、ハードバ
イアス層１９，１９が設けらている。前記ハードバイア
ス層１９は図示Ｘ方向に磁化が固定されており、前記ハ
ードバイアス層１９からのバイアス磁界により前記フリ
ー磁性層２３，２５の磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。
ック幅方向（図示Ｘ方向）の外方側端部には、ハードバ
イアス層１９，１９が設けらている。前記ハードバイア
ス層１９は図示Ｘ方向に磁化が固定されており、前記ハ
ードバイアス層１９からのバイアス磁界により前記フリ
ー磁性層２３，２５の磁化は図示Ｘ方向に揃えられる。
【０１６９】なおハードバイアス層１９に代えて、反強
磁性層を用いてエクスチェンジバイアス方式により、前
記フリー磁性層２３，２５の磁化を図示Ｘ方向に揃えて
も良い。
磁性層を用いてエクスチェンジバイアス方式により、前
記フリー磁性層２３，２５の磁化を図示Ｘ方向に揃えて
も良い。
【０１７０】図６に示すように、フリー磁性層２３と固
定磁性層２４との間、及び固定磁性層２４とフリー磁性
層２５との間には、間隔Ｔ１が開けられており、この間
隔Ｔ１は、フリー磁性層２３と固定磁性層２４間、及び
固定磁性層２４とフリー磁性層２５間に位置する絶縁障
壁層１０内に、電流がトンネル電流として流れる程度の
大きさである。
定磁性層２４との間、及び固定磁性層２４とフリー磁性
層２５との間には、間隔Ｔ１が開けられており、この間
隔Ｔ１は、フリー磁性層２３と固定磁性層２４間、及び
固定磁性層２４とフリー磁性層２５間に位置する絶縁障
壁層１０内に、電流がトンネル電流として流れる程度の
大きさである。
【０１７１】図６に示すように、前記フリー磁性層２
３，２５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の外方側端部
には、ハードバイアス層１９を介して電極層１７，１７
が設けられている。前記電極層１７は、これ以外の形成
位置であってもよく、例えば前記フリー磁性層２３，２
５上に形成されてもよいし、あるいはフリー磁性層２
３，２５の後端部（ハイト方向側）に設けられても良
い。
３，２５のトラック幅方向（図示Ｘ方向）の外方側端部
には、ハードバイアス層１９を介して電極層１７，１７
が設けられている。前記電極層１７は、これ以外の形成
位置であってもよく、例えば前記フリー磁性層２３，２
５上に形成されてもよいし、あるいはフリー磁性層２
３，２５の後端部（ハイト方向側）に設けられても良
い。
【０１７２】そしてこの実施例では、前記電流は、フリ
ー磁性層２３−フリー磁性層２３と固定磁性層２４間の
絶縁障壁層１０−固定磁性層２４−固定磁性層２４とフ
リー磁性層２５間の絶縁障壁層１０−フリー磁性層２５
を経てトンネル電流が、流れるようになっている。
ー磁性層２３−フリー磁性層２３と固定磁性層２４間の
絶縁障壁層１０−固定磁性層２４−固定磁性層２４とフ
リー磁性層２５間の絶縁障壁層１０−フリー磁性層２５
を経てトンネル電流が、流れるようになっている。
【０１７３】以上のように図５及び図６に示す実施例で
は、絶縁障壁層１０上に、３つの強磁性層を設け、共鳴
トンネル効果を利用して、抵抗値を低下させるものであ
る。
は、絶縁障壁層１０上に、３つの強磁性層を設け、共鳴
トンネル効果を利用して、抵抗値を低下させるものであ
る。
【０１７４】共鳴トンネル効果に関しては、先に図１４
で説明したように、絶縁障壁に挟まれた真ん中の強磁性
体Ｍ（図５で言えば、フリー磁性層２０、図６で言え
ば、固定磁性層２４）の束縛準位と、入射電子２のエネ
ルギーとが共鳴（一致）した場合に、電子２の透過率は
１になり、これによりトンネル電流が絶縁障壁層１０を
流れる場合において、抵抗値を下げることが可能にな
る。
で説明したように、絶縁障壁に挟まれた真ん中の強磁性
体Ｍ（図５で言えば、フリー磁性層２０、図６で言え
ば、固定磁性層２４）の束縛準位と、入射電子２のエネ
ルギーとが共鳴（一致）した場合に、電子２の透過率は
１になり、これによりトンネル電流が絶縁障壁層１０を
流れる場合において、抵抗値を下げることが可能にな
る。
【０１７５】ただし抵抗変化率を向上させるためには、
電流（トンネル電流）の強磁性層の通る順番を適正化す
る必要がある。適正化は、フリー磁性層と固定磁性層に
交互に電流が流れるようにすることで行なわれる。
電流（トンネル電流）の強磁性層の通る順番を適正化す
る必要がある。適正化は、フリー磁性層と固定磁性層に
交互に電流が流れるようにすることで行なわれる。
【０１７６】すなわち図５に示す実施例では、フリー磁
性層２０が１つ、固定磁性層２１，２２が２つ設けられ
ているが、電流は、固定磁性層２１−フリー磁性層２０
−固定磁性層２２の順番で流れ、フリー磁性層２０と固
定磁性層２１，２２に交互に電流が流れるようになって
いる。
性層２０が１つ、固定磁性層２１，２２が２つ設けられ
ているが、電流は、固定磁性層２１−フリー磁性層２０
−固定磁性層２２の順番で流れ、フリー磁性層２０と固
定磁性層２１，２２に交互に電流が流れるようになって
いる。
【０１７７】また図６に示す実施例では、フリー磁性層
２３，２５が２つ、固定磁性層２４が１つ設けられてい
るが、電流は、フリー磁性層２３−固定磁性層２４−フ
リー磁性層２５の順番で流れ、フリー磁性層２３，２５
と固定磁性層２４に交互に電流が流れるようになってい
る。
２３，２５が２つ、固定磁性層２４が１つ設けられてい
るが、電流は、フリー磁性層２３−固定磁性層２４−フ
リー磁性層２５の順番で流れ、フリー磁性層２３，２５
と固定磁性層２４に交互に電流が流れるようになってい
る。
【０１７８】このようにフリー磁性層と固定磁性層を、
電流が流れる順番において交互に設置することで、フリ
ー磁性層と固定磁性層を一層づつ設けた場合よりも大き
なトンネル効果が発揮されることになり、抵抗変化率
（ＴＭＲ比）を向上させ得るものと考えられる。
電流が流れる順番において交互に設置することで、フリ
ー磁性層と固定磁性層を一層づつ設けた場合よりも大き
なトンネル効果が発揮されることになり、抵抗変化率
（ＴＭＲ比）を向上させ得るものと考えられる。
【０１７９】しかしながら、電流の流れる順番が、固定
磁性層−固定磁性層−フリー磁性層、あるいはフリー磁
性層−フリー磁性層−固定磁性層のように、フリー磁性
層あるいは固定磁性層が２つ続けて設置される場合に
は、抵抗変化率（ＴＭＲ比）は、フリー磁性層と固定磁
性層を１つづつ設けた場合（図２または図３参照）とほ
ぼ同等の値しか示さないと考えられるが、強磁性層を３
つ設けたことで、共鳴トンネル効果により、抵抗値の低
下を図ることは可能である。
磁性層−固定磁性層−フリー磁性層、あるいはフリー磁
性層−フリー磁性層−固定磁性層のように、フリー磁性
層あるいは固定磁性層が２つ続けて設置される場合に
は、抵抗変化率（ＴＭＲ比）は、フリー磁性層と固定磁
性層を１つづつ設けた場合（図２または図３参照）とほ
ぼ同等の値しか示さないと考えられるが、強磁性層を３
つ設けたことで、共鳴トンネル効果により、抵抗値の低
下を図ることは可能である。
【０１８０】なお図５及び図６では、絶縁障壁層１０及
び強磁性層の材質について説明を省略したが、前記絶縁
障壁層１０及び強磁性層は、図１で説明した際の材質で
形成される。
び強磁性層の材質について説明を省略したが、前記絶縁
障壁層１０及び強磁性層は、図１で説明した際の材質で
形成される。
【０１８１】以上のように図１ないし図６に示した本発
明におけるトンネル型磁気抵抗効果型素子は、少なくと
も２つの強磁性層が、絶縁障壁層１０に直接的にあるい
は間接的に設置され、且つ前記絶縁障壁層１０の膜面方
向に並べられているので、この構成によれば、従来のよ
うに強磁性層及び絶縁障壁層を順に積層したものに比
べ、ピンホール等の欠陥の少ない絶縁障壁層１０を形成
でき、再現性の良い安定した出力を得ることができる。
明におけるトンネル型磁気抵抗効果型素子は、少なくと
も２つの強磁性層が、絶縁障壁層１０に直接的にあるい
は間接的に設置され、且つ前記絶縁障壁層１０の膜面方
向に並べられているので、この構成によれば、従来のよ
うに強磁性層及び絶縁障壁層を順に積層したものに比
べ、ピンホール等の欠陥の少ない絶縁障壁層１０を形成
でき、再現性の良い安定した出力を得ることができる。
【０１８２】図７ないし図９は、本発明におけるトンネ
ル型磁気抵抗効果型素子の製造方法を示す一工程図であ
る。
ル型磁気抵抗効果型素子の製造方法を示す一工程図であ
る。
【０１８３】図７に示すように基板上に、膜厚Ｈ１を有
する金属層３０、例えばＡｌ層を形成する。
する金属層３０、例えばＡｌ層を形成する。
【０１８４】次に図７に示すように、前記金属層３０
を、例えば酸素プラズマ法を用いて、酸素イオンを、前
記金属層３０に衝突させることで、前記金属層３０を酸
化していき、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）から成る絶縁障壁層
１０を形成する。なお金属層３０を酸化させる方法は、
酸素プラズマ法でなくてもよい。例えば純酸素自然酸化
法やその他の酸化法によって行うことも可能である。
を、例えば酸素プラズマ法を用いて、酸素イオンを、前
記金属層３０に衝突させることで、前記金属層３０を酸
化していき、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）から成る絶縁障壁層
１０を形成する。なお金属層３０を酸化させる方法は、
酸素プラズマ法でなくてもよい。例えば純酸素自然酸化
法やその他の酸化法によって行うことも可能である。
【０１８５】また前記金属層３０は、その膜厚がＨ１で
形成されているが、本発明では前記膜厚Ｈ１を、従来に
おける積層型のトンネル型磁気抵抗効果型素子の絶縁障
壁層の膜厚よりも厚く形成することが可能である。
形成されているが、本発明では前記膜厚Ｈ１を、従来に
おける積層型のトンネル型磁気抵抗効果型素子の絶縁障
壁層の膜厚よりも厚く形成することが可能である。
【０１８６】すなわち従来において図１６に示すように
積層型のトンネル型磁気抵抗効果型素子では、絶縁障壁
層６の膜面に対し垂直方向にトンネル電流が流れるよう
にするために、前記絶縁障壁層６の膜厚を、トンネル電
流が流れる程度の膜厚で薄く形成する必要があった。
積層型のトンネル型磁気抵抗効果型素子では、絶縁障壁
層６の膜面に対し垂直方向にトンネル電流が流れるよう
にするために、前記絶縁障壁層６の膜厚を、トンネル電
流が流れる程度の膜厚で薄く形成する必要があった。
【０１８７】しかしながら本発明において、絶縁障壁層
１０を流れるトンネル電流は、前記絶縁障壁層１０の膜
面に対し垂直方向に流れるわけではなく、膜面と平行な
方向に流れるのである。このため本発明では前記絶縁障
壁層１０の膜厚Ｈ１を厚く形成してもよくなる。これに
より、絶縁障壁層１０の形成工程を容易化することが可
能である。
１０を流れるトンネル電流は、前記絶縁障壁層１０の膜
面に対し垂直方向に流れるわけではなく、膜面と平行な
方向に流れるのである。このため本発明では前記絶縁障
壁層１０の膜厚Ｈ１を厚く形成してもよくなる。これに
より、絶縁障壁層１０の形成工程を容易化することが可
能である。
【０１８８】また従来のように、非常に薄い膜厚で絶縁
障壁層６を形成しなければならない場合では、前記絶縁
障壁層６にピンホール等の欠陥が生じ易いが、本発明で
は、絶縁障壁層１０を厚い膜厚Ｈ１で形成できるので、
前記絶縁障壁層１０にピンホール等の欠陥は生じにく
い。
障壁層６を形成しなければならない場合では、前記絶縁
障壁層６にピンホール等の欠陥が生じ易いが、本発明で
は、絶縁障壁層１０を厚い膜厚Ｈ１で形成できるので、
前記絶縁障壁層１０にピンホール等の欠陥は生じにく
い。
【０１８９】また本発明では、次工程で説明するよう
に、絶縁障壁層１０を形成した後に、前記絶縁障壁層１
０上に強磁性層を形成するので、従来の積層型トンネル
型磁気抵抗効果型素子の場合のように、金属層を酸化す
る際に強磁性層まで酸化の影響を及ぼすという危険性は
無くなる。
に、絶縁障壁層１０を形成した後に、前記絶縁障壁層１
０上に強磁性層を形成するので、従来の積層型トンネル
型磁気抵抗効果型素子の場合のように、金属層を酸化す
る際に強磁性層まで酸化の影響を及ぼすという危険性は
無くなる。
【０１９０】すなわち、図１６に示す従来の積層型トン
ネル型磁気抵抗効果型素子では、金属層を酸化して絶縁
障壁層６を形成する場合に、酸化工程の時間や導入酸素
の圧力等を適性に調整しないと、酸化が金属層のみなら
ず、絶縁障壁層６の下側に設けられた強磁性層（フリー
磁性層）１表面にまで及び、あるいは金属層が完全に酸
化されずに、絶縁障壁層６に一部金属層が残る場合があ
る。このように強磁性層１までも酸化されたり、あるい
は金属層が一部残されると、抵抗変化率は小さくなり、
再生特性を悪化させる原因となる。特に積層型トンネル
型磁気抵抗効果型素子の場合は、絶縁障壁層６が非常に
薄い膜厚で形成されることから、酸化工程で、金属層の
みを適正に酸化して絶縁障壁層６を形成することは至難
の業である。
ネル型磁気抵抗効果型素子では、金属層を酸化して絶縁
障壁層６を形成する場合に、酸化工程の時間や導入酸素
の圧力等を適性に調整しないと、酸化が金属層のみなら
ず、絶縁障壁層６の下側に設けられた強磁性層（フリー
磁性層）１表面にまで及び、あるいは金属層が完全に酸
化されずに、絶縁障壁層６に一部金属層が残る場合があ
る。このように強磁性層１までも酸化されたり、あるい
は金属層が一部残されると、抵抗変化率は小さくなり、
再生特性を悪化させる原因となる。特に積層型トンネル
型磁気抵抗効果型素子の場合は、絶縁障壁層６が非常に
薄い膜厚で形成されることから、酸化工程で、金属層の
みを適正に酸化して絶縁障壁層６を形成することは至難
の業である。
【０１９１】一方本発明においては、基板上にまず絶縁
障壁層１０を形成し、その後強磁性層を形成しようとす
るものだから、金属層３０を酸化する工程の際に強磁性
層は存在しておらず、従って前記金属層３０の酸化は、
強磁性層に悪影響を与えることなく行うことが可能であ
る。また、酸化時間やあるいは導入酸素の圧力を、ある
程度ラフに調整することができる。
障壁層１０を形成し、その後強磁性層を形成しようとす
るものだから、金属層３０を酸化する工程の際に強磁性
層は存在しておらず、従って前記金属層３０の酸化は、
強磁性層に悪影響を与えることなく行うことが可能であ
る。また、酸化時間やあるいは導入酸素の圧力を、ある
程度ラフに調整することができる。
【０１９２】上記のように、絶縁障壁層１０を形成した
後、図８に示すように、前記絶縁障壁層１０上に、強磁
性層３１をスパッタ等で成膜する。そして前記強磁性層
３１上の所定箇所に、例えばレジスト層３２を形成す
る。
後、図８に示すように、前記絶縁障壁層１０上に、強磁
性層３１をスパッタ等で成膜する。そして前記強磁性層
３１上の所定箇所に、例えばレジスト層３２を形成す
る。
【０１９３】図８に示すように、強磁性層３１上に設け
られたレジスト層３２，３２間には、所定の間隔Ｔ１が
開けられている。この間隔Ｔ１は、絶縁障壁層１０にト
ンネル電流を流すことができるか否かの重要な寸法であ
り、前記間隔Ｔ１が、あまり広く形成されると、強磁性
層間における絶縁障壁層１０間にトンネル電流を流すこ
とができなくなるので、前記間隔Ｔ１は、高精度に加工
形成される必要がある。
られたレジスト層３２，３２間には、所定の間隔Ｔ１が
開けられている。この間隔Ｔ１は、絶縁障壁層１０にト
ンネル電流を流すことができるか否かの重要な寸法であ
り、前記間隔Ｔ１が、あまり広く形成されると、強磁性
層間における絶縁障壁層１０間にトンネル電流を流すこ
とができなくなるので、前記間隔Ｔ１は、高精度に加工
形成される必要がある。
【０１９４】なお前記レジスト層３２に対する間隔Ｔ１
の形成は、露光現像によって行うことができる。
の形成は、露光現像によって行うことができる。
【０１９５】次に前記レジスト層３２によって覆われて
いない強磁性層３１を、エッチングにより除去し、さら
にその後前記レジスト層３２を除去する。その状態を表
したのが図９である。
いない強磁性層３１を、エッチングにより除去し、さら
にその後前記レジスト層３２を除去する。その状態を表
したのが図９である。
【０１９６】図９に示すトンネル型磁気抵抗効果型素子
では、絶縁障壁層１０上に、２つ強磁性層３１，３１が
平面的に設置されている。なお上記したエッチング工程
の際に、レジスト層３２，３２間の強磁性層３１を削り
すぎ、絶縁障壁層１０を若干削ってしまっても（図９に
示す点線部分１０ａ）、トンネル効果等の特性を劣らし
めることにはならない。
では、絶縁障壁層１０上に、２つ強磁性層３１，３１が
平面的に設置されている。なお上記したエッチング工程
の際に、レジスト層３２，３２間の強磁性層３１を削り
すぎ、絶縁障壁層１０を若干削ってしまっても（図９に
示す点線部分１０ａ）、トンネル効果等の特性を劣らし
めることにはならない。
【０１９７】図９に示すトンネル型磁気抵抗効果型素子
を、例えばハードディスク装置に搭載される再生用ヘッ
ドとして用いる場合には、一方の強磁性層３１を固定磁
性層とし、他方の強磁性層３１をフリー磁性層にする。
固定磁性層３１側には、反強磁性層を形成して、磁化を
所定の方向に固定し、フリー磁性層３１側には、ハード
バイアス層か、あるいは反強磁性層によるエクスチェン
ジバイアス方式によって、磁化を固定磁性層３１の固定
磁化と交叉する方向に揃える。さらに固定磁性層３１及
びフリー磁性層３１に電極層を設ける。
を、例えばハードディスク装置に搭載される再生用ヘッ
ドとして用いる場合には、一方の強磁性層３１を固定磁
性層とし、他方の強磁性層３１をフリー磁性層にする。
固定磁性層３１側には、反強磁性層を形成して、磁化を
所定の方向に固定し、フリー磁性層３１側には、ハード
バイアス層か、あるいは反強磁性層によるエクスチェン
ジバイアス方式によって、磁化を固定磁性層３１の固定
磁化と交叉する方向に揃える。さらに固定磁性層３１及
びフリー磁性層３１に電極層を設ける。
【０１９８】なお、図８、図９に示すトンネル型磁気抵
抗効果型素子では、絶縁障壁層１０上に２つの強磁性層
３１が形成された製造工程を示しているが、３つ以上の
強磁性層３１を形成する場合においても、図８、図９に
示す製造工程と全く同じ製造方法が使用される。
抗効果型素子では、絶縁障壁層１０上に２つの強磁性層
３１が形成された製造工程を示しているが、３つ以上の
強磁性層３１を形成する場合においても、図８、図９に
示す製造工程と全く同じ製造方法が使用される。
【０１９９】ところで上記したように、絶縁障壁層１０
の形成において、例えば金属Ａｌからなる金属層３１を
形成した後、前記金属層３１を酸化して、Ａｌ2Ｏ3から
なる絶縁障壁層１０を形成していたが、本発明では、絶
縁障壁層１０を、金属及び／または半導体の酸化物の絶
縁材料で形成することができる。具体的には、前記絶縁
材料を、Ａｌ，Ｍｇ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｇｄ，Ｇｅ，Ｓｉ，
Ｈｆから選択された少なくとも一種以上の元素の酸化物
で形成することが好ましい。
の形成において、例えば金属Ａｌからなる金属層３１を
形成した後、前記金属層３１を酸化して、Ａｌ2Ｏ3から
なる絶縁障壁層１０を形成していたが、本発明では、絶
縁障壁層１０を、金属及び／または半導体の酸化物の絶
縁材料で形成することができる。具体的には、前記絶縁
材料を、Ａｌ，Ｍｇ，Ｎｂ，Ｎｉ，Ｇｄ，Ｇｅ，Ｓｉ，
Ｈｆから選択された少なくとも一種以上の元素の酸化物
で形成することが好ましい。
【０２００】製法としてはＡｌ2Ｏ3と同様に、金属ある
いは半導体の層を形成した後、前記層を酸化することで
形成することができる。
いは半導体の層を形成した後、前記層を酸化することで
形成することができる。
【０２０１】あるいは例えばＳｉＯ2で絶縁障壁層１０
を形成する場合には、ＳｉＯ2のターゲットを用意し、
基板上に直接、ＳｉＯ2からなる絶縁障壁層１０を形成
すればよい。
を形成する場合には、ＳｉＯ2のターゲットを用意し、
基板上に直接、ＳｉＯ2からなる絶縁障壁層１０を形成
すればよい。
【０２０２】従来において積層型トンネル型磁気抵抗効
果型素子のように、絶縁障壁層を薄い膜厚で形成しなけ
ればならない場合には、ＳｉＯ2からなる絶縁障壁層を
スパッタで形成しても、ピンホール等の欠陥が生じ易か
ったが、本発明では、前記絶縁障壁層１０をある程度厚
い膜厚Ｈ１で形成するので、前記絶縁障壁層１０をＳｉ
Ｏ2で形成した場合でも、前記絶縁障壁層１０にピンホ
ール等の欠陥は生じにくい。
果型素子のように、絶縁障壁層を薄い膜厚で形成しなけ
ればならない場合には、ＳｉＯ2からなる絶縁障壁層を
スパッタで形成しても、ピンホール等の欠陥が生じ易か
ったが、本発明では、前記絶縁障壁層１０をある程度厚
い膜厚Ｈ１で形成するので、前記絶縁障壁層１０をＳｉ
Ｏ2で形成した場合でも、前記絶縁障壁層１０にピンホ
ール等の欠陥は生じにくい。
【０２０３】また本発明では、上記したＡｌ2Ｏ3やＳｉ
Ｏ2などの絶縁材料に代えて、次の材料により絶縁障壁
層１０を形成することが可能である。 （１）Ｍｎイオンを含むペロフスカイト型酸化物Ｒ1-x
ＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐｒ3+，Ｎｄ3+などの３価
希土類イオンから選ばれる１種または２種以上の元素、
Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+などの２価のアルカリ土
類イオンから選ばれる１種または２種以上の元素）。
Ｏ2などの絶縁材料に代えて、次の材料により絶縁障壁
層１０を形成することが可能である。 （１）Ｍｎイオンを含むペロフスカイト型酸化物Ｒ1-x
ＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐｒ3+，Ｎｄ3+などの３価
希土類イオンから選ばれる１種または２種以上の元素、
Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+などの２価のアルカリ土
類イオンから選ばれる１種または２種以上の元素）。
【０２０４】上記ペロフスカイト酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ
3は、Ｒ及びＡの含有量により、電気抵抗率を制御する
ことが可能である。
3は、Ｒ及びＡの含有量により、電気抵抗率を制御する
ことが可能である。
【０２０５】結晶構造は、酸素イオンの作る八面体の中
心にＭｎ3+イオンが配置され、このＭｎＯ6八面体ユニ
ットが各コーナー酸素を共有して３次元的なネットワー
クを作り、これが電気伝導の舞台となっている。
心にＭｎ3+イオンが配置され、このＭｎＯ6八面体ユニ
ットが各コーナー酸素を共有して３次元的なネットワー
クを作り、これが電気伝導の舞台となっている。
【０２０６】一方、Ｒは前記ネットワークのいわば「隙
間」に配置され、このネットワークにＡが固溶されるよ
うになっている。
間」に配置され、このネットワークにＡが固溶されるよ
うになっている。
【０２０７】次に具体的な組成とその諸性質及び磁気的
性質について以下に述べることとする。
性質について以下に述べることとする。
【０２０８】ＲにＬａ3+を選択し、ＡにＳｒ2+を選択し
た場合、組成比ｘは、０〜０．２６以下であることが好
ましい。この範囲内であると、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ
3は、常温以上において上記組成比を適正に選択するこ
とで、あるいは約８０℃以上であると、上記組成式であ
れば常磁性絶縁体相となるため、磁性を帯びず、しかも
電気的な絶縁も適切に図られることになる。
た場合、組成比ｘは、０〜０．２６以下であることが好
ましい。この範囲内であると、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ
3は、常温以上において上記組成比を適正に選択するこ
とで、あるいは約８０℃以上であると、上記組成式であ
れば常磁性絶縁体相となるため、磁性を帯びず、しかも
電気的な絶縁も適切に図られることになる。
【０２０９】ただし、組成比ｘが上記範囲内において大
きくなればなるほど、電気抵抗は急激に低下し、絶縁障
壁層１０として使用不可能となる場合がある。
きくなればなるほど、電気抵抗は急激に低下し、絶縁障
壁層１０として使用不可能となる場合がある。
【０２１０】前記絶縁障壁層１０は、トンネル効果を適
切に発揮させるために、ある程度電気抵抗は大きくなけ
ればならない。前記電気抵抗があまりに低くなりすぎる
と、トンネル効果は失われ、抵抗変化率（ＴＭＲ比）が
低下する。
切に発揮させるために、ある程度電気抵抗は大きくなけ
ればならない。前記電気抵抗があまりに低くなりすぎる
と、トンネル効果は失われ、抵抗変化率（ＴＭＲ比）が
低下する。
【０２１１】あるいは、前記Ｒは、Ｐｒ3+で、ＡはＣａ
2+であることが好ましい。この範囲内であると、常温以
上にて、常磁性絶縁体層になることが知られている。 （２）絶縁体マトリックス中に、金属微粒子が分散した
グラニュラー構造材この材料であれば、絶縁体マトリッ
クス中に金属微粒子が分散しているので、Ａｌ２Ｏ３や
ＳｉＯ２などの絶縁材料に比べて電気抵抗を小さくする
ことができる。なお前記絶縁体マトリックスには、Ｓｉ
Ｏ2等が使用される。
2+であることが好ましい。この範囲内であると、常温以
上にて、常磁性絶縁体層になることが知られている。 （２）絶縁体マトリックス中に、金属微粒子が分散した
グラニュラー構造材この材料であれば、絶縁体マトリッ
クス中に金属微粒子が分散しているので、Ａｌ２Ｏ３や
ＳｉＯ２などの絶縁材料に比べて電気抵抗を小さくする
ことができる。なお前記絶縁体マトリックスには、Ｓｉ
Ｏ2等が使用される。
【０２１２】上記した（１）に示すペロフスカイト型酸
化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3では、Ｒ及びＡとして用いる元素
及びその組成比ｘを適切に選択することで、常磁性絶縁
体としての性質を維持しつつ、電気抵抗値を低減させる
ことができる。上記したように、ＬａＭｎＯ3にＳｒを
ドーピングして、一部のＬａイオンをＳｒイオンに置換
し、前記ドーピング量を増やすことによって、電気抵抗
値を低下させることができる。
化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3では、Ｒ及びＡとして用いる元素
及びその組成比ｘを適切に選択することで、常磁性絶縁
体としての性質を維持しつつ、電気抵抗値を低減させる
ことができる。上記したように、ＬａＭｎＯ3にＳｒを
ドーピングして、一部のＬａイオンをＳｒイオンに置換
し、前記ドーピング量を増やすことによって、電気抵抗
値を低下させることができる。
【０２１３】本発明では、絶縁障壁層１０をペロフスカ
イト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3で形成し、Ａｌ2Ｏ3等の
絶縁材料に比べて電気抵抗値を低減すれば、図１ないし
図６に示す強磁性層間の間隔Ｔ１を広げてもなお、適切
にトンネル効果を発揮できて高い抵抗変化率（ＴＭＲ
比）を維持することができる。
イト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3で形成し、Ａｌ2Ｏ3等の
絶縁材料に比べて電気抵抗値を低減すれば、図１ないし
図６に示す強磁性層間の間隔Ｔ１を広げてもなお、適切
にトンネル効果を発揮できて高い抵抗変化率（ＴＭＲ
比）を維持することができる。
【０２１４】すなわち強磁性層間の間隔Ｔ１は、絶縁障
壁層１０にＡｌ2Ｏ3等の従来から一般的に用いられてい
る電気抵抗値の高い絶縁材料を使用した場合、適切にト
ンネル効果を発揮せしめるためには、非常に狭く形成す
る必要性があると考えられるが、現在の加工精度による
と、前記間隔Ｔ１を狭めるのにも、一定の限界がある。
壁層１０にＡｌ2Ｏ3等の従来から一般的に用いられてい
る電気抵抗値の高い絶縁材料を使用した場合、適切にト
ンネル効果を発揮せしめるためには、非常に狭く形成す
る必要性があると考えられるが、現在の加工精度による
と、前記間隔Ｔ１を狭めるのにも、一定の限界がある。
【０２１５】これに対し、絶縁障壁層１０にペロフスカ
イト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を使用すれば、Ｒ及びＡ
の組成比により、適切にしかも容易に電気抵抗値を低下
させることができ、強磁性層間の間隔Ｔ１を広げてもト
ンネル効果を発揮し易くできるから、現在の加工精度の
範囲内での加工が可能になる。
イト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を使用すれば、Ｒ及びＡ
の組成比により、適切にしかも容易に電気抵抗値を低下
させることができ、強磁性層間の間隔Ｔ１を広げてもト
ンネル効果を発揮し易くできるから、現在の加工精度の
範囲内での加工が可能になる。
【０２１６】また上記（２）の障壁材を使用した場合
も、（１）と同様に、電気抵抗値の低下を図ることがで
きるから、強磁性層間の間隔Ｔ１を広げてもトンネル効
果を発揮し易くでき、現在の加工精度の範囲内での加工
が可能になる。
も、（１）と同様に、電気抵抗値の低下を図ることがで
きるから、強磁性層間の間隔Ｔ１を広げてもトンネル効
果を発揮し易くでき、現在の加工精度の範囲内での加工
が可能になる。
【０２１７】また本発明では、絶縁障壁層１０上に形成
される強磁性層としては、上記したように、強磁性の金
属あるいは半金属を用いることが、抵抗変化率（ＴＭＲ
比）の向上の観点から好ましい。特に半金属を使用した
場合には、分極率を１近くにできるから、理論上、抵抗
変化率（ＴＭＲ比）を大きくすることが可能である。
される強磁性層としては、上記したように、強磁性の金
属あるいは半金属を用いることが、抵抗変化率（ＴＭＲ
比）の向上の観点から好ましい。特に半金属を使用した
場合には、分極率を１近くにできるから、理論上、抵抗
変化率（ＴＭＲ比）を大きくすることが可能である。
【０２１８】強磁性層としては、ペロフスカイト型酸化
物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を使用することができる。上記した
ようにペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3は、Ｒ
及びＡに用いられる元素及びその組成比を選択すること
で、磁気的性質は変化し、例えばＲにＬａ3+を使用し、
ＡにＳｒ2+を使用した場合、組成比ｘを、０．１７以上
にすると、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3は強磁性金属となり、
強磁性層として使用が可能になる。
物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を使用することができる。上記した
ようにペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3は、Ｒ
及びＡに用いられる元素及びその組成比を選択すること
で、磁気的性質は変化し、例えばＲにＬａ3+を使用し、
ＡにＳｒ2+を使用した場合、組成比ｘを、０．１７以上
にすると、Ｌａ1-xＳｒxＭｎＯ3は強磁性金属となり、
強磁性層として使用が可能になる。
【０２１９】上記したペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡx
ＭｎＯ3を強磁性層として使用することの利点は、絶縁
障壁層１０にも常磁性絶縁体からなるペロフスカイト型
酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を使用した場合に、絶縁障壁層
１０及び強磁性層をエピタキシャル成長により形成する
ことができ、薄くて平滑な前記絶縁障壁層１０を形成す
ることができることである。
ＭｎＯ3を強磁性層として使用することの利点は、絶縁
障壁層１０にも常磁性絶縁体からなるペロフスカイト型
酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を使用した場合に、絶縁障壁層
１０及び強磁性層をエピタキシャル成長により形成する
ことができ、薄くて平滑な前記絶縁障壁層１０を形成す
ることができることである。
【０２２０】また上記したペロフスカイト型酸化物Ｒ
1-xＡxＭｎＯ3や、絶縁体マトリックス中に、金属微粒
子が分散したグラニュラー構造材、あるいはＡｌ2Ｏ3よ
うに金属層を形成し前記金属層を酸化して絶縁障壁層を
形成する以外のもの、例えばＳｉＯ2等を絶縁障壁層１
０として使用する場合には、次のような効果も発揮され
る。
1-xＡxＭｎＯ3や、絶縁体マトリックス中に、金属微粒
子が分散したグラニュラー構造材、あるいはＡｌ2Ｏ3よ
うに金属層を形成し前記金属層を酸化して絶縁障壁層を
形成する以外のもの、例えばＳｉＯ2等を絶縁障壁層１
０として使用する場合には、次のような効果も発揮され
る。
【０２２１】すなわちＡｌ2Ｏ3のように、金属層を形成
し前記金属層を酸化して絶縁障壁層１０を形成する構成
の場合には、まず最初に絶縁障壁層１０を形成した後、
前記絶縁障壁層１０上に強磁性層を形成しなければなら
なかった。
し前記金属層を酸化して絶縁障壁層１０を形成する構成
の場合には、まず最初に絶縁障壁層１０を形成した後、
前記絶縁障壁層１０上に強磁性層を形成しなければなら
なかった。
【０２２２】しかしながら、酸化を必要としないＳｉＯ
2やペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡ xＭｎＯ3あるいは、
絶縁体マトリックス中に、金属微粒子が分散したグラニ
ュラー構造材を絶縁障壁層１０として使用した場合に
は、最初に強磁性層を形成した後、前記強磁性層の上に
絶縁障壁層１０を形成することも可能である。
2やペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡ xＭｎＯ3あるいは、
絶縁体マトリックス中に、金属微粒子が分散したグラニ
ュラー構造材を絶縁障壁層１０として使用した場合に
は、最初に強磁性層を形成した後、前記強磁性層の上に
絶縁障壁層１０を形成することも可能である。
【０２２３】その製造方法は図１０ないし図１２に示さ
れている。すなわちまず図１０に示すように、基板上に
強磁性層３１を形成した後、所定の間隔Ｔ１が開けられ
たレジスト層３２を、前記強磁性層３１上に設け、前記
レジスト層３２に覆われていない強磁性層３１をエッチ
ングで除去する。
れている。すなわちまず図１０に示すように、基板上に
強磁性層３１を形成した後、所定の間隔Ｔ１が開けられ
たレジスト層３２を、前記強磁性層３１上に設け、前記
レジスト層３２に覆われていない強磁性層３１をエッチ
ングで除去する。
【０２２４】次に図１１に示す工程では、前記間隔Ｔ１
内やその他の部分を絶縁層３３で埋めた後、図１２に示
すように、前記強磁性層３１上に絶縁障壁層１０を形成
するのである。
内やその他の部分を絶縁層３３で埋めた後、図１２に示
すように、前記強磁性層３１上に絶縁障壁層１０を形成
するのである。
【０２２５】上記製造方法であれば、前記絶縁障壁層１
０の膜厚を厚く形成することができるから、前記絶縁障
壁層１０にピンホール等が無く形成でき、特性の安定し
たトンネル型磁気抵抗効果型素子を製造することが可能
になる。
０の膜厚を厚く形成することができるから、前記絶縁障
壁層１０にピンホール等が無く形成でき、特性の安定し
たトンネル型磁気抵抗効果型素子を製造することが可能
になる。
【０２２６】以上詳述した本発明におけるトンネル型磁
気抵抗効果型素子は、ハードディスク装置内に搭載され
る再生用ヘッドとして使用できる他、ＭＲＡＭ等のメモ
リとして使用することができる。
気抵抗効果型素子は、ハードディスク装置内に搭載され
る再生用ヘッドとして使用できる他、ＭＲＡＭ等のメモ
リとして使用することができる。
【０２２７】また前記トンネル型磁気抵抗効果型素子を
使用した再生用ヘッドは、摺動型であってもよいし浮上
型であってもどちらでもよい。
使用した再生用ヘッドは、摺動型であってもよいし浮上
型であってもどちらでもよい。
【０２２８】
【発明の効果】以上詳述した本発明によれば、絶縁障壁
層に、少なくとも２つの強磁性層を、直接的にあるいは
間接的に設置し、しかも前記絶縁障壁層の膜面方向に並
べ、前記強磁性層間にトンネル効果を発揮し得る程度の
間隔を開けることで、前記絶縁障壁層をピンホール等の
欠陥なく形成でき、高い再現性を得ることができる。
層に、少なくとも２つの強磁性層を、直接的にあるいは
間接的に設置し、しかも前記絶縁障壁層の膜面方向に並
べ、前記強磁性層間にトンネル効果を発揮し得る程度の
間隔を開けることで、前記絶縁障壁層をピンホール等の
欠陥なく形成でき、高い再現性を得ることができる。
【０２２９】また、前記絶縁障壁層にＡｌ2Ｏ3等を使用
した場合には、金属層を形成し前記金属層を酸化して絶
縁障壁層を形成することになるが、この場合、本発明に
よれば、まず絶縁障壁層を形成し、その上に強磁性層を
形成することになるから、前記絶縁障壁層の膜厚を厚く
形成でき、ピンホール等の欠陥の発生を抑制できると同
時に、金属層を酸化する際に強磁性層に酸化の影響を与
えることもなく、特性の良いトンネル型磁気抵抗効果型
素子を製造することができる。
した場合には、金属層を形成し前記金属層を酸化して絶
縁障壁層を形成することになるが、この場合、本発明に
よれば、まず絶縁障壁層を形成し、その上に強磁性層を
形成することになるから、前記絶縁障壁層の膜厚を厚く
形成でき、ピンホール等の欠陥の発生を抑制できると同
時に、金属層を酸化する際に強磁性層に酸化の影響を与
えることもなく、特性の良いトンネル型磁気抵抗効果型
素子を製造することができる。
【０２３０】また強磁性層を３つ形成した場合には、共
鳴トンネル効果により、抵抗値を低減させることが可能
である。
鳴トンネル効果により、抵抗値を低減させることが可能
である。
【０２３１】さらに組成比等を適正に選択したペロフス
カイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を絶縁障壁層及び強磁
性層に使用すれば、エピタキシャル成長により形成する
ことができるので、薄くて平滑な前記絶縁障壁層を形成
することが可能になる。
カイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を絶縁障壁層及び強磁
性層に使用すれば、エピタキシャル成長により形成する
ことができるので、薄くて平滑な前記絶縁障壁層を形成
することが可能になる。
【図１】本発明におけるトンネル型磁気抵抗効果型素子
の基本的な構造を示す部分模式図、
の基本的な構造を示す部分模式図、
【図２】本発明におけるハードディスク装置に搭載され
る再生用ヘッドとしてのトンネル型磁気抵抗効果型素子
を、記録媒体との対向面から見た部分模式図、
る再生用ヘッドとしてのトンネル型磁気抵抗効果型素子
を、記録媒体との対向面から見た部分模式図、
【図３】本発明におけるハードディスク装置に搭載され
る再生用ヘッドとしての他のトンネル型磁気抵抗効果型
素子を、記録媒体との対向面から見た部分模式図、
る再生用ヘッドとしての他のトンネル型磁気抵抗効果型
素子を、記録媒体との対向面から見た部分模式図、
【図４】本発明におけるハードディスク装置に搭載され
る再生用ヘッドとしての他のトンネル型磁気抵抗効果型
素子を、上から見た部分平面図、
る再生用ヘッドとしての他のトンネル型磁気抵抗効果型
素子を、上から見た部分平面図、
【図５】本発明におけるハードディスク装置に搭載され
る再生用ヘッドとしての他のトンネル型磁気抵抗効果型
素子を、上から見た部分平面図、
る再生用ヘッドとしての他のトンネル型磁気抵抗効果型
素子を、上から見た部分平面図、
【図６】本発明におけるハードディスク装置に搭載され
る再生用ヘッドとしての他のトンネル型磁気抵抗効果型
素子を、上から見た部分平面図、
る再生用ヘッドとしての他のトンネル型磁気抵抗効果型
素子を、上から見た部分平面図、
【図７】本発明におけるトンネル型磁気抵抗効果型素子
の製造方法を示す一工程図、
の製造方法を示す一工程図、
【図８】図７の次に行なわれる一工程図、
【図９】図８の次に行なわれる一工程図、
【図１０】本発明の他のトンネル型磁気抵抗効果型素子
の製造方法を示す一工程図、
の製造方法を示す一工程図、
【図１１】図１０の次に行なわれる一工程図、
【図１２】図１１の次に行なわれる一工程図、
【図１３】強磁性体Ｌ／絶縁障壁／強磁性体Ｒの３層膜
からなるトンネル型磁気抵抗効果型素子の、トンネル効
果の基本原理を示す説明図、
からなるトンネル型磁気抵抗効果型素子の、トンネル効
果の基本原理を示す説明図、
【図１４】強磁性体Ｌ／絶縁障壁／強磁性体Ｍ／絶縁障
壁／強磁性体Ｒの５層膜からなるトンネル型磁気抵抗効
果型素子の、共鳴トンネル効果の基本原理を示す説明
図、
壁／強磁性体Ｒの５層膜からなるトンネル型磁気抵抗効
果型素子の、共鳴トンネル効果の基本原理を示す説明
図、
【図１５】従来のＧＭＲ素子（スピンバルブ膜）の構造
を示す部分模式図、
を示す部分模式図、
【図１６】従来のトンネル型磁気抵抗効果型素子の構造
を示す部分模式図、
を示す部分模式図、
１０ 絶縁障壁層 １１、１２、３１ 強磁性層 １３、２１、２２、２４ 固定磁性層 １４、２０、２３、２５ フリー磁性層 １５、１６ 反強磁性層 １７ 電極層 １９ ハードバイアス層 ３０ 金属層 ３２ レジスト層
Claims (28)
- 【請求項１】 絶縁障壁層と、この絶縁障壁層に直接的
にあるいは間接的に設置され、前記絶縁障壁層の膜面方
向に並べられた少なくとも２つ以上の強磁性層と、一対
の電極層とを有し、 前記強磁性層間には所定の間隔が開けられ、前記間隔
は、一方の前記電極層から強磁性層に流れた電流が、前
記絶縁障壁層を通って他の強磁性層へ至るトンネル効果
を発揮し得る大きさであることを特徴とするトンネル型
磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項２】 少なくとも２つの強磁性層のうち、少な
くとも一つは磁化方向が所定方向に固定された固定磁性
層であり、少なくとも一つは前記固定磁性層の磁化方向
と交叉する方向に磁化が揃えられたフリー磁性層である
請求項１記載のトンネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項３】 少なくとも前記フリー磁性層は、記録媒
体との対向面に露出形成されている請求項２記載のトン
ネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項４】 前記固定磁性層には反強磁性層が接して
形成され、前記反強磁性層と固定磁性層間に発生する交
換異方性磁界により前記固定磁性層の磁化が所定方向に
固定される請求項２または３に記載のトンネル型磁気抵
抗効果型素子。 - 【請求項５】 前記フリー磁性層の少なくとも一方の端
部には、反強磁性層が接して形成され、前記フリー磁性
層と反強磁性層間に発生する交換異方性磁界により前記
フリー磁性層の磁化は、固定磁性層の磁化と交叉する方
向に揃えられる請求項２ないし４のいずれかに記載のト
ンネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項６】 前記フリー磁性層のトラック幅方向の両
側、あるいは片側にバイアス層が設けられ、前記バイア
ス層からのバイアス磁界により、前記フリー磁性層の磁
化は、固定磁性層の磁化方向と交叉する方向に揃えられ
る請求項２または３に記載のトンネル型磁気抵抗効果型
素子。 - 【請求項７】 強磁性層は３つ設けられ、１つはフリー
磁性層で、２つは固定磁性層であり、前記フリー磁性層
と固定磁性層は、電極層からの電流が、前記絶縁障壁層
を経て、一方の固定磁性層−フリー磁性層−他方の固定
磁性層の順に流れるように所定の間隔を開けて設置され
る請求項２ないし６のいずれかに記載のトンネル型磁気
抵抗効果型素子。 - 【請求項８】 一対の電極層はそれぞれ、各固定磁性層
に直接的にあるいは間接的に接して設けられる請求項７
記載のトンネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項９】 強磁性層は３つ設けられ、２つはフリー
磁性層で、１つは固定磁性層であり、前記フリー磁性層
と固定磁性層は、電極層からの電流が、前記絶縁障壁層
を経て、一方のフリー磁性層−固定磁性層−他方のフリ
ー磁性層の順に流れるように所定の間隔を開けて設置さ
れる請求項２ないし６のいずれかに記載のトンネル型磁
気抵抗効果型素子。 - 【請求項１０】 一対の電極層はそれぞれ、各フリー磁
性層に直接的にあるいは間接的に接して設けられる請求
項９記載のトンネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項１１】 前記反強磁性層は、Ｘ−Ｍｎ合金（た
だしＸは、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｒｕ，Ｏｓのうち
いずれか１種または２種以上の元素である）で形成され
ている請求項２ないし９のいずれかに記載のトンネル型
磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項１２】 前記強磁性層は、強磁性の金属あるい
は半金属で形成される請求項１ないし１１のいずれかに
記載のトンネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項１３】 前記強磁性層は、ＮｉＦｅ合金、Ｃｏ
Ｆｅ合金、Ｃｏ合金、ＣｏＮｉＦｅ合金のいずれか１
種、または２種以上で形成される請求項１２記載のトン
ネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項１４】 前記強磁性層は、ペロフスカイト型酸
化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ 3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐｒ3+，Ｎｄ3+な
どの３価希土類イオンから選ばれる１種または２種以上
の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+などの２価のア
ルカリ土類イオンから選ばれる１種または２種以上の元
素）で形成された強磁性金属あるいは半金属である請求
項１２記載のトンネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項１５】 前記Ｒは、Ｌａ3+で、ＡはＳｒ2+であ
り、組成比ｘは、０．１７以上である請求項１４記載の
トンネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項１６】 前記強磁性層は、組成Ａ2ＭｎＸある
いはＡＭｎＸ（ただしＡは、Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｎｉ，
Ｃｏのうち１種または２種以上、Ｘは、Ａｌ，Ｉｎ，Ｓ
ｎ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｓｂ，Ｓｉのうち１種または２種以
上）からなるホイスラー合金で形成される請求項１２記
載のトンネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項１７】 前記絶縁障壁層は、金属及び／または
半導体の酸化物の絶縁材料で形成されている請求項１な
いし１６のいずれかに記載のトンネル型磁気抵抗効果型
素子。 - 【請求項１８】 前記絶縁材料は、Ａｌ，Ｍｇ，Ｎｂ，
Ｎｉ，Ｇｄ，Ｇｅ，Ｓｉ，Ｈｆから選択された少なくと
も一種以上の元素の酸化物である請求項１７記載のトン
ネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項１９】 前記絶縁障壁層は、ペロフスカイト型
酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐｒ3+，Ｎｄ3+
などの３価希土類イオンから選ばれる１種または２種以
上の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+などの２価の
アルカリ土類イオンから選ばれる１種または２種以上の
元素）で形成された常磁性絶縁体である請求項１ないし
１６のいずれかに記載のトンネル型磁気抵抗効果型素
子。 - 【請求項２０】 前記Ｒは、Ｌａ3+で、ＡはＳｒ2+であ
り、組成比ｘは、０．２６以下である請求項１９記載の
トンネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項２１】 前記Ｒは、Ｐｒ3+で、ＡはＣａ2+であ
る請求項１９記載のトンネル型磁気抵抗効果型素子。 - 【請求項２２】 前記絶縁障壁層は、絶縁体マトリック
ス中に金属微粒子が分散したグラニュラー構造材である
請求項１ないし１６のいずれかに記載のトンネル型磁気
抵抗効果型素子。 - 【請求項２３】 （ａ）基板上に金属層を形成する工程
と、（ｂ）前記金属層を酸化して絶縁障壁層を形成する
工程と、（ｃ）前記絶縁障壁層上に強磁性層を形成する
工程と、（ｄ）絶縁障壁層内に電流がトンネルし、トン
ネル効果を発揮し得る程度の間隔を前記強磁性層間に形
成する工程と、を有することを特徴とするトンネル型磁
気抵抗効果型素子の製造方法。 - 【請求項２４】 （ｅ）基板上に、ペロフスカイト型酸
化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ 3（Ｒは、Ｌa3+，Ｐｒ3+，Ｎｄ3+な
どの３価希土類イオンから選ばれる１種または２種以上
の元素、Ａは、Ｃａ2+，Ｓｒ2+，Ｂａ2+などの２価のア
ルカリ土類イオンから選ばれる１種または２種以上の元
素）からなる常磁性絶縁体の絶縁障壁層を形成する工程
と、（ｆ）前記絶縁障壁層上に、ペロフスカイト型酸化
物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3からなる強磁性金属あるいは半金属
の強磁性層を形成する工程と、（ｇ）絶縁障壁層内に電
流がトンネルし、トンネル効果を発揮し得る程度の間隔
を前記強磁性層間に形成する工程と、を有することを特
徴とするトンネル型磁気抵抗効果型素子の製造方法。 - 【請求項２５】 先に（ｆ）工程における強磁性層を基
板上に形成した後、（ｇ）工程にて、前記強磁性層間に
間隔を形成し、最後に（ｅ）工程における絶縁障壁層
を、強磁性層上に形成する請求項２４記載のトンネル型
磁気抵抗効果型素子の製造方法。 - 【請求項２６】 （ｅ）工程における絶縁障壁層を形成
するためのペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ
3を、Ｒに、Ｌａ3+、ＡにＳｒ2+を選択し、組成比ｘ
を、０．２６以下とする請求項２４または２５に記載の
トンネル型磁気抵抗効果型素子の製造方法。 - 【請求項２７】 （ｅ）工程における絶縁障壁層を形成
するためのペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ
3を、Ｒに、Ｐｒ３＋、ＡにＣａ２＋を選択する請求項
２４または２５に記載のトンネル型磁気抵抗効果型素子
の製造方法。 - 【請求項２８】 （ｆ）工程における強磁性層を形成す
るためのペロフスカイト型酸化物Ｒ1-xＡxＭｎＯ3を、
Ｒに、Ｌａ3+、ＡにＳｒ2+を選択し、組成比ｘを０．１
７以上とする請求項２４ないし２７のいずれかに記載の
トンネル型磁気抵抗効果型素子の製造方法。
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