JP2018181996A - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents
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Abstract
Description
但し、L1は磁化自由層の平坦部分における第1の面に沿った長さであり、L2は磁化自由層の傾斜部分における第1の面に沿った長さである。
1.一実施の形態
2.実験例
3.その他の変形例
[磁気抵抗効果デバイスの構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果デバイスの斜視図である。この磁気抵抗効果デバイスは、例えば磁気抵抗効果素子1と、上部電極5と、下部電極6とを有している。
次に、磁気抵抗効果デバイスの作用および効果について、図3A〜図3Cならびに図4Aおよび図4Bを参照して説明する。図3Aは磁気抵抗効果素子1における磁化自由層4の端面41の近傍を拡大して表した断面図であり、XZ断面における磁化の大きさの分布および磁化の方向を模式的に表したものである。図3Bは、一定の厚さを有する、参考例としての磁化自由層104の端面141の近傍を拡大して表した断面図である。図4A〜図4Cは、いずれも、参考例としての磁化自由層104のXY面内における磁化の大きさの分布および磁化の方向を模式的に表したものであある。図3Aおよび図3Bならびに図4A〜図4Cでは、矢印の長さが磁化の大きさを表すと共に矢印の方向が磁化の方向を表している。
(実験例1)
次に、上記第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子1について、端面41の最大の傾斜角度θ2と、所定の強度の信号磁場を磁気抵抗効果素子1に印加した際に検出される信号磁場の角度についての角度誤差との関係を調査した。その結果を図6Aに示す。図6Aにおいて、横軸は磁化自由層4の端面41の最大の傾斜角度θ2[°]であり、縦軸は磁気抵抗効果素子1により検出される信号磁場の角度誤差[°]である。ここでは、20mT,21mT,22mTおよび23mTの4水準の信号磁場強度について調査した。また、端面41の最大の傾斜角度θ2については30°,42°,47°および54°の4水準とした。また、磁化固着層2は、例えば一対のFeCo膜と、それら一対のFeCo膜の間に挿入されたRu膜との積層構造を有する。磁化固着層2の厚さは5nmとした。磁化固着層2における、介在層3と反対側の面と接するように反強磁性層をさらに設けた。介在層3の構成材料はMgOとし、介在層3の厚さは3nmとした。磁化自由層4の構成材料はFeCoおよびNiFeとし、磁化自由層4の厚さは18nmとした。
次に、上記第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子1について、端面41の最小の傾斜角度θ1と、所定の強度の信号磁場を磁気抵抗効果素子1に印加した際に検出される信号磁場の角度についての角度誤差との関係を調査した。その結果を図6Bに示す。図6Bにおいて、横軸は磁化自由層4の端面41の最小の傾斜角度θ1[°]であり、縦軸は磁気抵抗効果素子1により検出される信号磁場の角度誤差[°]である。ここでの実験条件は上記実験例1と同様とした。
次に、上記第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子1について、磁化自由層4の膜厚T1[nm]と磁化自由層4の飽和磁場[mT]との関係を調査した。その結果を図7Aに示す。図7Aにおいて、横軸は磁化自由層4の膜厚T1[nm]であり、縦軸は磁化自由層4の飽和磁場[mT]である。ここでは、端面41の最大の傾斜角度θ2を31°とし、端面41の最小の傾斜角度θ1を16°とし、膜厚T1を7nm,13nmおよび19nmとしたことを除き、他の実験条件は上記実験例1と同様とした。
次に、上記第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子1について、磁化自由層4の膜厚T1[nm]と磁化自由層4の抵抗変化率(MR比)[%]との関係を調査した。その結果を図7Bに示す。図7Bにおいて、横軸は磁化自由層4の膜厚T1[nm]であり、縦軸は磁化自由層4のMR比[A.U.]である。ここでは磁歪を0とした。また、端面41の最大の傾斜角度θ2を31°とし、端面41の最小の傾斜角度θ1を16°とし、膜厚T1を5nmから16nmの範囲で変化させたことを除き、他の実験条件は上記実験例1と同様とした。なお、MR比については、膜厚T1が16nmのときの値を100として任意単位で表している。
次に、上記第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子1について、磁化自由層4の長さL1[nm]と磁化自由層4の飽和磁場[mT]との関係を調査した。その結果を図7Cに示す。図7Cにおいて、横軸は磁化自由層4の長さL1[μm]であり、縦軸は磁化自由層4の飽和磁場[mT]である。ここでは、端面41の最大の傾斜角度θ2を31°とし、端面41の最小の傾斜角度θ1を16°とし、膜厚T1を7nm,13nmおよび19nmとしたことを除き、他の実験条件は上記実験例1と同様とした。
次に、上記第1の実施の形態に係る磁気抵抗効果素子1について、磁化自由層4の長さL2[μm]と磁化自由層4の長さL1[μm]の2乗との積[μm3]と磁化自由層4の飽和磁場[mT]との関係を調査した。その結果を図8に示す。図8において、横軸はL2*(L1)2[μm3]であり、縦軸は磁化自由層4の飽和磁場[mT]である。ここでは、端面41の最大の傾斜角度θ2を16°から50°の範囲で変化させ、端面41の最小の傾斜角度θ1を6°から40°の範囲で変化させた。膜厚T1を7nm,13nmおよび19nmとしたことを除き、他の実験条件は上記実験例1と同様とした。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、下部電極6の上に磁化固着層2と介在層3と磁化自由層4とを順に積層した磁気抵抗効果素子1を例示したが、本発明の磁気抵抗効果素子はこれに限定されない。本発明の磁気抵抗効果素子は、例えば図5に示した変形例としての磁気抵抗効果素子1Aのように、XY面に沿って延在する基体10の上に、下部電極6を介して磁化自由層4と介在層3と磁化固着層2とを順に積層した磁気抵抗効果素子1Aを備えたものであってもよい。
Claims (9)
- 第1の面に沿って延在する磁化自由層と、
前記第1の面に沿って延在すると共に前記磁化自由層に積層された介在層と、
前記第1の面に沿って延在すると共に前記介在層を介して前記磁化自由層と反対側に設けられた磁化固着層と
を有し、
前記磁化自由層は、前記第1の面に対する最大の傾斜角度が42°以下である端面を含む
磁気抵抗効果素子。 - 第1の面に沿って延在する磁化自由層と、
前記第1の面に沿って延在すると共に前記磁化自由層に積層された介在層と、
前記第1の面に沿って延在すると共に前記介在層を介して前記磁化自由層と反対側に設けられた磁化固着層と
を有し、
前記磁化自由層は、前記第1の面に対する最小の傾斜角度が25°以下である端面を含む
磁気抵抗効果素子。 - 第1の面に沿って延在する磁化自由層と、
前記第1の面に沿って延在すると共に前記磁化自由層に積層された介在層と、
前記第1の面に沿って延在すると共に前記介在層を介して前記磁化自由層と反対側に設けられた磁化固着層と
を有し、
前記磁化自由層は、
実質的に一定の第1の厚さを有する平坦部分と、
端面を含むと共に前記平坦部分から離れるほど減少する第2の厚さを有する傾斜部分と
をさらに含み、
下記の条件式(1)を満たす
磁気抵抗効果素子。
L2*(L1)2≧0.4 ……(1)
但し、
L1:磁化自由層の平坦部分における第1の面に沿った長さ
L2:磁化自由層の傾斜部分における第1の面に沿った長さ - 前記磁化自由層は、
前記第1の面に沿って広がると共に前記介在層と向かい合う第1の主面と、
前記第1の面に沿って広がると共に前記介在層と反対側に位置する第2の主面と
をさらに含み、
前記端面のうち、前記端面と前記第1の主面とが交差する第1の位置と前記端面と前記第2の主面とが交差する第2の位置との間の部分は、前記第1の面と直交する第2の面において前記第1の位置と前記第2の位置とを繋ぐ直線上の位置よりも後退している
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記介在層は、非磁性かつ導電性の第1の材料または非磁性かつ非導電性の第2の材料からなる
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記磁化自由層は、
前記第1の面と直交する厚さ方向において6nm以上13nm以下の厚さを有する
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記磁化自由層は、前記第1の面に沿った検知対象磁場の方向において6μm以下の長さを有する
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記磁化自由層の前記第1の面に沿った面積は、前記介在層に対し最も近い位置において最小である
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の磁気抵抗効果素子。 - 前記磁化自由層の前記第1の面に沿った面積は、前記介在層へ近づくほど縮小している
請求項8記載の磁気抵抗効果素子。
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