JP2738312B2 - 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 - Google Patents

磁気抵抗効果膜およびその製造方法

Info

Publication number
JP2738312B2
JP2738312B2 JP6269524A JP26952494A JP2738312B2 JP 2738312 B2 JP2738312 B2 JP 2738312B2 JP 6269524 A JP6269524 A JP 6269524A JP 26952494 A JP26952494 A JP 26952494A JP 2738312 B2 JP2738312 B2 JP 2738312B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
magnetic
film
antiferromagnetic
magnetoresistive
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP6269524A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH08127864A (ja
Inventor
潤一 藤方
一彦 林
英文 山本
邦彦 石原
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.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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 Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP6269524A priority Critical patent/JP2738312B2/ja
Priority to US08/521,850 priority patent/US5872502A/en
Priority to EP95306215A priority patent/EP0701142B1/en
Priority to KR1019950029352A priority patent/KR100273828B1/ko
Publication of JPH08127864A publication Critical patent/JPH08127864A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2738312B2 publication Critical patent/JP2738312B2/ja
Priority to US09/166,896 priority patent/US6001430A/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/31—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive using thin films
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
    • G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
    • G11B5/3929—Disposition of magnetic thin films not used for directly coupling magnetic flux from the track to the MR film or for shielding
    • G11B5/3932—Magnetic biasing films
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/3218—Exchange coupling of magnetic films via an antiferromagnetic interface
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
    • H01F10/3272—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn by use of anti-parallel coupled [APC] ferromagnetic layers, e.g. artificial ferrimagnets [AFI], artificial [AAF] or synthetic [SAF] anti-ferromagnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
    • G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
    • G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
    • G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
    • G11B2005/3996—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects large or giant magnetoresistive effects [GMR], e.g. as generated in spin-valve [SV] devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Magnetic Heads (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気媒体等において、
磁界強度を信号として読みとるための磁気抵抗効果素子
に用いる磁気抵抗効果膜に関し、更に詳しくは、小さい
外部磁場で抵抗変化率が大きい磁気抵抗効果膜に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気センサーの高感度化、および
磁気記録における高密度化が進められており、これに伴
い磁気抵抗効果型磁気センサー（以下、ＭＲセンサーと
いう）および磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘ
ッドという）の開発が盛んに進められている。ＭＲセン
サーもＭＲヘッドも、磁性材料からなる読み取りセンサ
ー部の抵抗変化により、外部磁界信号を読みだすわけで
あるが、ＭＲセンサーおよびＭＲヘッドは、記録媒体と
の相対速度が再生出力に依存しないことから、ＭＲセン
サーでは高感度が、ＭＲヘッドでは高密度磁気記録にお
いても高い出力が得られるという特長がある。
【０００３】最近、非磁性薄膜を介して積層された少な
くとも２層の磁性薄膜を有しており、一方の軟磁性薄膜
に反強磁性薄膜を隣接して設けることで抗磁力を与え、
非磁性薄膜を介して隣接した他方の軟磁性薄膜と異なっ
た外部磁界で磁化回転させることで抵抗変化させる磁気
抵抗効果膜がある（フィジカル レビュー Ｂ（Ｐｈｙ
ｓ．Ｒｅｖ．Ｂ）第４３巻、１２９７頁、１９９１年、
特開平４−３５８３１０号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記先願の磁
気抵抗効果素子においても、小さい外部磁場で動作する
とは言え、実用的なセンサー、磁気ヘッドとして使用す
る場合、容易軸方向に信号磁界が印加される必要があ
り、センサーとして用いる場合ゼロ磁場前後で抵抗変化
を示さないことおよび、バルクハウゼンジャンプ等の非
直線性が現れるという問題があった。
【０００５】また、非磁性層を介して隣あう磁性層間に
強磁性的な相互作用があり、ＭＲ曲線における直線域が
ゼロ磁場からシフトしてしまうという問題があった。
【０００６】さらに、反強磁性薄膜としてＦｅＭｎとい
う耐蝕性の悪い材料を用いる必要があり、実用化に際し
て添加物を加えるあるいは保護膜をつける等の施策を必
要とするという問題があった。
【０００７】一方、反強磁性薄膜として耐蝕性の優れた
酸化物反強磁性体を室温で成膜する場合、バイアス磁界
が小さく隣接する軟磁性体の保磁力が大きくなり、磁性
層間の磁化反平行状態が得難いという問題があった。
【０００８】反強磁性薄膜として耐蝕性の優れた酸化物
反強磁性体超格子を用いる場合、ＣｏＯの膜厚の増加に
伴い、磁気抵抗効果素子としての動作温度が、低くなる
という問題があった。
【０００９】基本的に磁性薄膜／非磁性薄膜／磁性薄膜
３層における伝導電子の平均自由行程長の変化を利用し
て抵抗変化を得る構造であるため、多層構造を有するカ
ップリング型と呼ばれる磁気抵抗効果膜に比較して、抵
抗変化率が小さいという問題があった。
【００１０】本発明の目的は、ゼロ磁場前後で直線的に
大きな抵抗変化を示し、高温で動作し、しかも耐蝕性に
優れた磁気抵抗効果膜を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に非磁
性薄膜を介して積層した複数の磁性薄膜からなり、非磁
性薄膜を介して隣あう一方の軟磁性薄膜に反強磁性薄膜
が隣接して設けてあり、この反強磁性薄膜のバイアス磁
界をＨr 、他方の軟磁性薄膜の保磁力をＨC2とした時、
ＨC2＜Ｈr であることを特徴とする磁気抵抗効果膜であ
る。
【００１２】本発明の反強磁性薄膜に用いる反強磁性体
は、具体的には、ＮｉＯとＣｏＯのいずれか一方とＮｉ
ｘ Ｃｏ ｌ−ｘ Ｏとを交互に積層した超格子構造を有す
る。また、ＮｉＯおよびＣｏＯの超格子とした場合の各
層の膜厚比は、ＣｏＯ層に対するＮｉＯ層の膜厚比の値
が１から６の時、１００℃以上で反強磁性体として振る
舞う。
【００１３】反強磁性薄膜の膜厚の上限は、１０００オ
ングストロームである。一方、反強磁性体膜の厚さの下
限は特にはないが、反強磁性体超格子の結晶性が隣接す
る磁性層への交換結合磁界の大きさに大きく影響するた
め、結晶性が良好となる１００オングストローム以上と
することが好ましい。また、反強磁性体超格子を構成す
る各反強磁性層のユニット膜厚は、５０オングストロー
ム以下とすることが好ましい。この時、各反強磁性層間
の界面での相互作用が、超格子の特性に大きく反映さ
れ、隣接する磁性薄膜に大きなバイアス磁界を印加する
ことが可能である。また、基板温度を１００〜３００℃
として成膜することにより、結晶性が改善されバイアス
磁界が上昇する。成膜は、蒸着法、スパッタリング法、
分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等の方法で行う。ま
た、基板としては、ガラス、Ｓｉ、ＭｇＯ、Ａｌ
2 Ｏ3 、ＧａＡｓ、フェライト、ＣａＴｉ2 Ｏ3 、Ｂａ
Ｔｉ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 −ＴｉＣ等を用いることができ
る。
【００１４】本発明の磁性薄膜に用いる磁性体の種類は
特に制限されないが、具体的には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，
Ｍｎ，Ｃｒ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｇｅ，Ｇ
ｄ等が好ましい。また、これらの元素を含む合金や化合
物としては、例えばＦｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｃ
ｏ，Ｆｅ−Ｇｄ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍ
ｏ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ（センダスト），Ｆｅ−Ｙ，Ｆｅ
−Ｍｎ，Ｃｒ−Ｓｂ，Ｃｏ系アモルファス，Ｃｏ−Ｐ
ｔ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｃ，Ｍｎ−Ｓｂ，Ｎｉ−Ｍｎ，
フェライト等が好ましい。
【００１５】本発明ではこれらの磁性体から選択して磁
性薄膜を形成する。特に、反強磁性薄膜と隣接していな
い磁性薄膜の異方性磁界ＨK2が保磁力ＨC2より大きい材
料を選択することにより、実現できる。
【００１６】また、異方性磁界は膜厚を薄くすることに
よっても大きくできる。例えば、ＮｉＦｅを１０オング
ストローム程度の厚さにすると異方性磁界ＨK2を保磁力
ＨC2より大きくすることができる。
【００１７】さらに、このような磁気抵抗効果膜は、磁
性薄膜の磁化容易軸が印加される信号磁界方向に対して
垂直方向になっていて、印加信号磁界方向の磁性薄膜の
保磁力がＨC2＜ＨK2＜Ｈr になるように前記磁性薄膜を
磁場中成膜することにより製造できる。具体的には、反
強磁性膜と隣あう軟磁性膜の容易軸とこれと非磁性層を
介して隣あう磁性膜の容易磁化方向が直交するように成
膜中印加磁界を９０度回転させる、あるいは磁場中で基
板を９０度回転させることにより実現される。
【００１８】各磁性薄膜の膜厚の上限は、２００オング
ストロームである。膜厚を２００オングストローム以上
としても効果は落ちないが、膜厚の増加に伴って効果が
増大することもなく、膜の作製上無駄が多く、不経済で
ある。一方、磁性薄膜の厚さの下限は特にないが、３０
オングストローム以下は伝導電子の表面散乱の効果が大
きくなり、磁気抵抗変化が小さくなる。また、厚さを３
０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、特性も良好となる。また、飽和磁化の
大きさが小さくなりすぎることもない。
【００１９】また、反強磁性薄膜に隣接する磁性薄膜の
保磁力は、基板温度を１００〜３００℃として反強磁性
薄膜と連続して成膜することにより小さくすることが可
能である。
【００２０】さらに、磁性薄膜／非磁性薄膜界面にＣｏ
あるいはＣｏ系合金を挿入することにより、伝導電子の
界面散乱確率が上昇し、より大きな抵抗変化を得ること
が可能である。挿入する膜厚の下限は５オングストロー
ムである。これ以下では、挿入効果が減少すると共に、
膜厚制御も困難となる。挿入膜厚の上限は特にはない
が、３０オングストローム程度が望ましい。これ以上に
すると、磁気抵抗効果素子の動作範囲における出力にヒ
ステリシスが現れる。
【００２１】さらに、このような磁気抵抗効果膜におい
て、外部磁場を検知する磁性層、すなわち反強磁性層と
隣接しない磁性層の容易磁化方向に反強磁性薄膜あるい
は永久磁石薄膜を隣接させることにより、磁区安定化が
図られ、バルクハウゼンジャンプ等の非直線的な出力が
回避される。磁区安定化に用いられる反強磁性薄膜とし
ては、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、ＮｉＯ、ＣｏＯ、ＦｅＯ、
Ｆｅ2 Ｏ3 ＣｒＯ、ＭｎＯ等が好ましい。また、永久磁
石薄膜としては、ＣｏＣｒ，ＣｏＣｒＴａ，ＣｏＣｒＴ
ａＰｔ，ＣｏＣｒＰｔ，ＣｏＮｉＰｔ，ＣｏＮｉＣｒ，
ＣｏＣｒＰｔＳｉ，ＦｅＣｏＣｒ等が好ましい。そし
て、これらの永久磁石薄膜の下地層として、Ｃｒ等が用
いられてもよい。
【００２２】非磁性薄膜は、磁性薄膜間の磁気相互作用
を弱める役割をはたす材料であり、その種類に特に制限
はなく、各種金属ないし半金属非磁性体および非金属非
磁性体から適宜選択すればよい。
【００２３】金属非磁性体としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃ
ｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，
Ｈｆ，Ｓｂ，Ｚｒ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｐｂ等およびこ
れらの合金が好ましい。半金属非磁性体としては、Ｓｉ
Ｏ2 ，ＳｉＯ，ＳｉＮ，Ａｌ2Ｏ3 ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，
ＴｉＮ等およびこれらに別の元素を添加したものが好ま
しい。
【００２４】実験結果より非磁性薄膜の厚さは、２０〜
３５オングストロームが望ましい。一般に膜厚が４０オ
ングストロームを越えると、非磁性薄膜により抵抗が決
まってしまい、スピンに依存する散乱効果が相対的に小
さくなってしまい、その結果、磁気抵抗変化率が小さく
なってしまう。一方、膜厚が２０オングストローム以下
になると、磁性薄膜間の磁気相互作用が大きくなりす
ぎ、また磁気的な直接接触状態（ピンホール）の発生が
避けられないことから、両磁性薄膜の磁化方向が相異な
る状態が生じにくくなる。
【００２５】磁性または非磁性薄膜の膜厚は、透過型電
子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、オージェ電子分光分析等
により測定することができる。また、薄膜の結晶構造
は、Ｘ線回折や高速電子線回折等により確認することが
できる。
【００２６】本発明の磁気抵抗効果素子において、人工
格子膜の繰り返し積層回数Ｎに特に制限はなく、目的と
する磁気抵抗変化率等に応じて適宜選定すればよい。し
かし、反強磁性薄膜の比抵抗値が大きく、積層する効果
が損なわれるため、反強磁性層／磁性層／非磁性層／磁
性層／非磁性層／磁性層／反強磁性層とする構造に置き
換えられるが好ましい。
【００２７】なお、最上層の磁性薄膜の表面には、窒化
珪素、酸化珪素、酸化アルミ等の酸化防止膜が設けられ
てもよく、電極引出しのための金属導電層が設けられて
もよい。
【００２８】また、磁気抵抗効果素子中に存在する磁性
薄膜の磁気特性を直接測定することはできないので、通
常、下記のようにして測定する。測定すべき磁性薄膜
を、磁性薄膜の合計厚さが５００〜１０００オングスト
ローム程度になるまで非磁性薄膜と交互に成膜して測定
用サンプルを作製し、これについて磁気特性を測定す
る。この場合、磁性薄膜の厚さ、非磁性薄膜の厚さおよ
び非磁性薄膜の組成は、磁気抵抗効果測定素子における
ものと同じにする。
【００２９】
【作用】本発明の磁気抵抗効果膜では、一方の軟磁性薄
膜に隣接して反強磁性薄膜が形成されていて、交換バイ
アス力が働いていることが必須である。その理由は、本
発明の原理が隣合った磁性薄膜の磁化の向きが互いに逆
向きに向いたとき、最大の抵抗を示すことにあるからで
ある。すなわち、本発明では図１で示すごとく外部磁場
が磁性薄膜の異方性磁界と一方の磁性薄膜の抗磁力の間
（ＨK2＜Ｈ＜Ｈr）であるとき、隣合った磁性薄膜の磁
化の方向が互いに逆向きになり、抵抗が増大する。
【００３０】ここで、外部磁場、保磁力および磁化の方
向の関係を説明する。
【００３１】図１に示すように、交換バイアスされた軟
磁性薄膜の抗磁力をＨr 、他方の軟磁性薄膜の保磁力を
ＨC2、異方性磁界をＨK2とする（０＜ＨK2＜Ｈr ）。最
初、外部磁場ＨをＨ＜−ＨK2となるように印加しておく
（Ｉ）。この時、磁性薄膜２および３の磁化方向は、Ｈ
と同じ−（負）方向に向いている。次に外部磁場を弱め
ていくと−ＨK2＜Ｈ＜ＨK2（ＩＩ）において磁性薄膜２
の磁化は＋方向に回転し、ＨK2＜Ｈ＜Ｈr の領域（ＩＩ
Ｉ）では、磁性薄膜２および３の磁化方向は互いに逆向
きになる。更に外部磁場を大きくしたＨr ＜Ｈの領域
（ＩＶ）では、磁性薄膜３の磁化も反転し、磁性薄膜２
および３の磁化方向は＋方向に揃って向く。
【００３２】図２に示すように、この膜の抵抗は磁性薄
膜２および３の相対的な磁化方向によって変化し、ゼロ
磁場前後で直線的に変化し、領域（ＩＩＩ）で最大の値
（Ｒmax ）をとるようになる。
【００３３】図３に本発明の磁気抵抗センサーの実施例
の立体展開図を示す。非磁性層を介した磁性層間の容易
軸方向を直交させ、媒体からの信号磁界を磁性層２の容
易磁化方法に対し垂直となるように設定する。このとき
磁性層３は隣接する反強磁性層５により一方向異方性が
付与されている。また、磁性層２は容易軸方向に反強磁
性薄膜あるいは永久磁石薄膜６が隣接されており、容易
軸方向に一方向化されている。そして、上記のように、
磁性層２の磁化方向が信号磁界に応答して回転すること
により、抵抗が変化し磁場を検知する。
【００３４】
【実施例】本発明の磁気抵抗効果素子を添付図面を参照
して説明する。図４は、本発明の実施例である人工格子
膜７の断面図である。図４において、人工格子膜７は、
反強磁性体薄膜５を形成した基板４上に磁性薄膜２，３
を有し、隣接する２層の磁性薄膜の間に、非磁性薄膜１
を有する。また、磁性薄膜２には反強磁性薄膜あるいは
永久磁石薄膜６が隣接して積層されている。
【００３５】以下、本発明を具体的な実験結果により請
求項で示した材料について全て実施例で説明する。
【００３６】基板としてガラス基板４を用い、真空装置
の中に入れ、１０-7Ｔｏｒｒ台まで真空引きを行う。基
板温度を１５０℃に上昇させ、反強磁性体薄膜を５００
オングストロームの厚さで形成し、続いてＮｉＦｅを成
膜する。上記のように１５０℃で交換結合膜を形成後、
基板温度を再び室温に戻し、非磁性層および磁性層を形
成し磁気抵抗効果膜とする。
【００３７】そして、以下に示す人工格子膜は、約２．
２〜３．５オングストローム／秒の成膜速度で成膜を行
った。
【００３８】なお、例えば（ＣｏＯ（１０）／ＮｉＯ
（１０））25／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（２５）／Ｎ
ｉＦｅ（１００）と表示されている場合、基板上にＣｏ
ＯとＮｉＯ薄膜を１０オングストロームずつ交互に２５
回積層して超格子を形成した後、１００オングストロー
ムのＮｉ８０％−Ｆｅ２０％の合金薄膜、２５オングス
トローム厚のＣｕ薄膜、１００オングストローム厚のＮ
ｉ８０％−Ｆｅ２０％薄膜を順次成膜することを意味す
る。
【００３９】磁化の測定は、振動試料型磁力計により行
った。抵抗測定は、試料から１．０×１０mm2 の形状の
サンプルを作製し、外部磁界を面内に電流と垂直方向に
なるようにかけながら、−５００〜５００Ｏｅまで変化
させたときの抵抗を４端子法により測定し、その抵抗か
ら磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを求めた。抵抗変化率ΔＲ／
Ｒは、最大抵抗値をＲmax 、最小抵抗値をＲmin とし、
次式により計算した。
【００４０】
【数１】
【００４１】作製した人工格子は １．ｇｌａｓｓ／（ＣｏＯ（１０）／ＮｉＯ（１０））
25／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（２５）／ＮｉＦｅ（１
００） ２．ｇｌａｓｓ／（ＣｏＯ（８）／ＮｉＯ（１２））25
／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（２５）／ＮｉＦｅ（１０
０） ３．ｇｌａｓｓ／（ＣｏＯ（５）／ＮｉＯ（１５））25
／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（２５）／ＮｉＦｅ（１０
０） ４．ｇｌａｓｓ／（ＣｏＯ（３）／ＮｉＯ（１８））25
／ＮｉＦｅ（１００）／Ｃｕ（２５）／ＮｉＦｅ（１０
０） である。非磁性層厚を２５オングストロームとすること
により３．８％程度の抵抗変化率が得られ、磁性層（Ｎ
ｉＦｅ）／非磁性層（Ｃｕ）界面にＣｏを挿入すること
により、６％の抵抗変化率が得られた。この人工格子膜
（Ｎｏ．１）のＢＨ曲線およびＭＲ曲線は図５，６のよ
うになる。また、図７に示すように反強磁性体超格子に
おけるＣｏＯに対するＮｉＯの膜厚比を１．５（Ｎｏ．
２）、３（Ｎｏ．３）、６（Ｎｏ．４）とすることによ
り、より高温で動作する磁気抵抗効果素子が得られるこ
とが分かる。
【００４２】尚、本実施例ではＣｏＯとＮｉＯの超格子
のみについて記述したが、ＮｉｘＣｏｌ−ｘＯとＮｉＯ
の超格子、ＮｉｘＣｏｌ−ｘＯとＣｏＯの超格子で置き
換えたものでも、４〜７％の抵抗変化率が得られた。
【００４３】成膜は具体的には、ガラス基板両脇にＮｄ
ＦｅＢ磁石を配置し、ガラス基板と平行に４００Ｏｅ程
度の外部磁場が印加されているような状態で行った。こ
の試料のＢ−Ｈ曲線を測定すると成膜中磁場印加方向が
人工格子ＮｉＦｅ層の磁化容易軸となる。
【００４４】
【発明の効果】ゼロ磁場前後で直線的に抵抗変化し、し
かも耐蝕性に優れた人工格子磁気抵抗効果膜を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気抵抗効果膜の作用原理を説明する
Ｂ−Ｈ曲線である。
【図２】本発明の磁気抵抗効果膜の作用原理を説明する
Ｒ−Ｈ曲線である。
【図３】本発明の磁気抵抗センサーの実施例の立体展開
図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果膜の一部省略側面図であ
る。
【図５】本発明の磁気抵抗効果膜のＢ−Ｈ曲線である。
【図６】本発明の磁気抵抗効果膜のＭＲ曲線である。
【図７】本発明の磁気抵抗効果膜の抵抗変化率の温度特
性である。
【符号の説明】
１ 非磁性薄膜 ２ 磁性薄膜 ３ 磁性薄膜 ４ 基板 ５ 反強磁性薄膜 ６ 反強磁性薄膜あるいは永久磁石薄膜 ７ 人工格子膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 43/02 Ｈ０１Ｌ 43/02 Ｚ 43/12 43/12 (72)発明者 石原 邦彦 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−347013（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−142783（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−94326（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−202292（ＪＰ，Ａ) 坂東尚周、”酸化物を中心とした人工 格子の生成と構造”、日本金属学会会 報、（1987） 26〔10〕 Ｐ，783−792

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板上に非磁性薄膜を介して積層した複数
    の磁性薄膜からなり、非磁性薄膜を介して隣あう一方の
    軟磁性薄膜に反強磁性薄膜が隣接して設けてあり、この
    反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨｒ、他方の軟磁性薄膜
    の保磁力をＨｃ２としたとき、Ｈｃ２＜Ｈｒである磁気
    抵抗効果膜において、前記反強磁性体がＮｉＯとＣｏＯ
    のいずれか一法とＮｉ ｘ Ｃｏ ｌ−ｘ Ｏとを交互に積層し
    た超格子であることを特徴とする磁気抵抗効果膜。
  2. 【請求項２】基板上に非磁性薄膜を介して積層した複数
    の磁性薄膜からなり、非磁性薄膜を介して隣あう一方の
    軟磁性薄膜に反強磁性薄膜が隣接して設けてあり、この
    反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨｒ、他方の軟磁性薄膜
    の保磁力をＨｃ２としたとき、Ｈｃ２＜Ｈｒである磁気
    抵抗効果膜において、前記反強磁性体がＮｉＯおよびＣ
    ｏＯからなる超格子であり、ＣｏＯ層に対するＮｉＯ層
    の膜厚比が１から６であることを特徴とする磁気抵抗効
    果膜。
  3. 【請求項３】基板上に非磁性薄膜を介して積層した複数
    の磁性薄膜からなり、非磁性薄膜を介して隣あう一方の
    軟磁性薄膜に反強磁性薄膜が隣接して設けてあり、この
    反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨ ｒ 、他方の軟磁性薄膜
    の保磁力をＨ ｃ２ としたとき、Ｈ ｃ２ ＜Ｈ ｒ である磁気
    抵抗果膜において、前記非磁性層のみが２０〜３５オン
    グストロームであることを特徴とする請求項１または２
    記載の磁気低抗効果膜。
  4. 【請求項４】反強磁性薄膜のバイアス磁界をＨｒ、他方
    の軟磁性薄膜の保磁力をＨｃ２、異方性磁界をＨＫ２と
    したとき、Ｈｃ２＜ＨＫ２＜Ｈｒであることを特徴とす
    る請求項１または２または３記載の磁気抵抗効果膜。
  5. 【請求項５】磁性体の種類がＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、ＦｅＣ
    ｏ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏおよびこれらの合金を主成
    分とすることを特徴とする請求項１または２または３記
    載の磁気抵抗効果膜。
  6. 【請求項６】非磁性薄膜と磁性薄膜の界面にＣｏあるい
    はＣｏ系合金を５〜３０オングストローム挿入すること
    を特徴とする請求項１または２または３記載の磁気抵抗
    効果膜。
  7. 【請求項７】基板温度を１００〜３００℃に昇温して反
    強磁性薄膜およびそれに隣接する軟磁性薄膜を成膜する
    ことを特徴とする請求項１または２または３記載の磁気
    抵抗効果膜の製造方法。
  8. 【請求項８】非磁性薄膜を介して隣あう磁性薄膜の容易
    軸方向が直交するように、成膜中印加磁界を９０度回転
    させることを特徴とする請求項１または２または３記載
    の磁気抵抗効果膜の製造方法。
  9. 【請求項９】基板上に非磁性薄膜を介して積層した複数
    の磁性薄膜からなり、非磁性薄膜を介して隣あう一方の
    軟磁性薄膜に反強磁性薄膜が隣接して設けてある請求項
    １または２または３記載の磁気抵抗効果膜において、反
    強磁性薄膜と隣接しない一方の磁性薄膜を反強磁性薄膜
    あるいは永久磁石薄膜を用いて単磁区化することを特徴
    とする磁気抵抗効果膜。
JP6269524A 1994-09-08 1994-11-02 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 Expired - Fee Related JP2738312B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6269524A JP2738312B2 (ja) 1994-09-08 1994-11-02 磁気抵抗効果膜およびその製造方法
US08/521,850 US5872502A (en) 1994-09-08 1995-08-31 Magnetoresistance effect film and production process thereof
EP95306215A EP0701142B1 (en) 1994-09-08 1995-09-06 Magnetoresistance effect film and production process thereof
KR1019950029352A KR100273828B1 (ko) 1994-09-08 1995-09-07 자기 저항 효과 박막
US09/166,896 US6001430A (en) 1994-09-08 1998-10-06 Magnetoresistance effect film and production process thereof

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21483794 1994-09-08
JP6-214837 1994-09-08
JP6269524A JP2738312B2 (ja) 1994-09-08 1994-11-02 磁気抵抗効果膜およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH08127864A JPH08127864A (ja) 1996-05-21
JP2738312B2 true JP2738312B2 (ja) 1998-04-08

Family

ID=26520538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6269524A Expired - Fee Related JP2738312B2 (ja) 1994-09-08 1994-11-02 磁気抵抗効果膜およびその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5872502A (ja)
EP (1) EP0701142B1 (ja)
JP (1) JP2738312B2 (ja)
KR (1) KR100273828B1 (ja)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2748876B2 (ja) * 1995-01-27 1998-05-13 日本電気株式会社 磁気抵抗効果膜
JP2778626B2 (ja) * 1995-06-02 1998-07-23 日本電気株式会社 磁気抵抗効果膜及びその製造方法並びに磁気抵抗効果素子
US5862021A (en) * 1996-06-17 1999-01-19 Sharp Kabushiki Kaisha Magnetoresistive effect device utilizing an oxide layer adjacent one of the magnetic layers
WO1998001762A2 (en) * 1996-07-05 1998-01-15 Philips Electronics N.V. A magnetic field sensor and a method of manufacturing such a sensor
JP2850866B2 (ja) * 1996-07-31 1999-01-27 日本電気株式会社 磁気抵抗センサ
JPH1049834A (ja) * 1996-08-07 1998-02-20 Sony Corp 多層磁気抵抗効果膜、磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型磁気ヘッド
JP2856165B2 (ja) * 1996-08-12 1999-02-10 日本電気株式会社 磁気抵抗効果素子及びその製造方法
JP2924819B2 (ja) 1996-10-09 1999-07-26 日本電気株式会社 磁気抵抗効果膜及びその製造方法
JPH10188235A (ja) * 1996-12-26 1998-07-21 Nec Corp 磁気抵抗効果膜及びその製造方法
JPH10198927A (ja) * 1997-01-08 1998-07-31 Nec Corp 磁気抵抗効果膜およびその製造方法
JP3886589B2 (ja) * 1997-03-07 2007-02-28 アルプス電気株式会社 巨大磁気抵抗効果素子センサ
JP2914339B2 (ja) 1997-03-18 1999-06-28 日本電気株式会社 磁気抵抗効果素子並びにそれを用いた磁気抵抗効果センサ及び磁気抵抗検出システム
JP2933056B2 (ja) * 1997-04-30 1999-08-09 日本電気株式会社 磁気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム
JP2970590B2 (ja) 1997-05-14 1999-11-02 日本電気株式会社 磁気抵抗効果素子並びにこれを用いた磁気抵抗効果センサ、磁気抵抗検出システム及び磁気記憶システム
JP3263016B2 (ja) * 1997-10-20 2002-03-04 アルプス電気株式会社 スピンバルブ型薄膜素子
JPH11161921A (ja) 1997-12-01 1999-06-18 Nec Corp 磁気抵抗効果素子およびその製造方法
DE19825391A1 (de) * 1998-05-28 1999-12-02 Hahn Meitner Inst Berlin Gmbh Magnetischer Speicher
SE513891C2 (sv) * 1999-03-22 2000-11-20 Ericsson Telefon Ab L M Ett magnetoresistivt element och ett förfarande för att producera en kristallstruktur
US6295187B1 (en) 1999-06-29 2001-09-25 International Business Machines Corporation Spin valve sensor with stable antiparallel pinned layer structure exchange coupled to a nickel oxide pinning layer
KR20010019494A (ko) * 1999-08-27 2001-03-15 윤덕용 강자성체/세라믹스의 다층막 증착에 의한 미세구조의 과립박막
US6479096B1 (en) 1999-12-03 2002-11-12 Read-Rite Corporation Method for manufacturing a GMR spin valve having a smooth interface between magnetic and non-magnetic layers
US6519117B1 (en) 1999-12-06 2003-02-11 International Business Machines Corporation Dual AP pinned GMR head with offset layer
US6430013B1 (en) 1999-12-06 2002-08-06 International Business Machines Corporation Magnetoresistive structure having improved thermal stability via magnetic barrier layer within a free layer
US6721149B1 (en) * 2000-02-11 2004-04-13 Western Digital (Fremont), Inc. Tunneling magnetoresistance spin-valve read sensor with LaNiO3 spacer
US6693775B1 (en) 2000-03-21 2004-02-17 International Business Machines Corporation GMR coefficient enhancement for spin valve structures
US6560078B1 (en) 2000-07-13 2003-05-06 International Business Machines Corporation Bilayer seed layer for spin valves
US6735058B2 (en) 2002-02-04 2004-05-11 International Business Machines Corporation Current-perpendicular-to-plane read head with an amorphous magnetic bottom shield layer and an amorphous nonmagnetic bottom lead layer
US7414817B2 (en) * 2005-02-07 2008-08-19 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Magnetoresistive sensor having a laminated hard magnet structure for free layer biasing
CN110311033A (zh) * 2019-07-17 2019-10-08 浙江驰拓科技有限公司 一种电调控交换偏置方法、器件及其制备方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4103315A (en) * 1977-06-24 1978-07-25 International Business Machines Corporation Antiferromagnetic-ferromagnetic exchange bias films
US4663685A (en) * 1985-08-15 1987-05-05 International Business Machines Magnetoresistive read transducer having patterned longitudinal bias
US4814821A (en) * 1986-07-15 1989-03-21 Ricoh Company, Ltd. Image-forming device
FR2648942B1 (fr) * 1989-06-27 1995-08-11 Thomson Csf Capteur a effet magnetoresistif
US5206590A (en) * 1990-12-11 1993-04-27 International Business Machines Corporation Magnetoresistive sensor based on the spin valve effect
US5304975A (en) * 1991-10-23 1994-04-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance effect element and magnetoresistance effect sensor
JP3207477B2 (ja) * 1991-12-24 2001-09-10 財団法人生産開発科学研究所 磁気抵抗効果素子
JP3381957B2 (ja) * 1992-08-03 2003-03-04 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッドおよび磁気センサ
US5475550A (en) * 1992-08-25 1995-12-12 Seagate Technology, Inc. Enhanced cross-talk suppression in magnetoresistive sensors
EP0594243A3 (en) * 1992-10-19 1994-09-21 Philips Electronics Nv Magnetic field sensor
US5549978A (en) * 1992-10-30 1996-08-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance effect element
JP2738295B2 (ja) * 1993-05-13 1998-04-08 日本電気株式会社 磁気抵抗効果膜およびその製造方法
JP2860233B2 (ja) * 1993-09-09 1999-02-24 株式会社日立製作所 巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッドおよびそれを用いた磁気記録再生装置
JP2743806B2 (ja) * 1993-12-28 1998-04-22 日本電気株式会社 磁気抵抗効果膜およびその製造方法
US5508866A (en) * 1994-08-15 1996-04-16 International Business Machines Corporation Magnetoresistive sensor having exchange-coupled stabilization for transverse bias layer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
坂東尚周、"酸化物を中心とした人工格子の生成と構造"、日本金属学会会報、（１９８７） ２６〔１０〕 Ｐ，７８３−７９２

Also Published As

Publication number Publication date
EP0701142A1 (en) 1996-03-13
KR960011854A (ko) 1996-04-20
KR100273828B1 (ko) 2000-12-15
EP0701142B1 (en) 2006-05-24
JPH08127864A (ja) 1996-05-21
US5872502A (en) 1999-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2738312B2 (ja) 磁気抵抗効果膜およびその製造方法
JP2748876B2 (ja) 磁気抵抗効果膜
JP3088478B2 (ja) 磁気抵抗効果素子
JP2778626B2 (ja) 磁気抵抗効果膜及びその製造方法並びに磁気抵抗効果素子
JP3207477B2 (ja) 磁気抵抗効果素子
JP2690623B2 (ja) 磁気抵抗効果素子
US6348274B1 (en) Magnetoresistive element and magnetic recording apparatus
EP1126531A2 (en) Magnetoresistance effect device, and magnetoresistance effect type head, memory device, and amplifying device using the same
JP2901501B2 (ja) 磁性多層膜およびその製造方法ならびに磁気抵抗効果素子
EP0845820A2 (en) Magnetoresistive device and magnetoresistive head
JPH10198927A (ja) 磁気抵抗効果膜およびその製造方法
JP3088519B2 (ja) 磁気抵抗効果素子
JP2743806B2 (ja) 磁気抵抗効果膜およびその製造方法
JPH10188235A (ja) 磁気抵抗効果膜及びその製造方法
EP0624868B1 (en) Magnetoresistance effect elements and method of fabricating the same
JP2924819B2 (ja) 磁気抵抗効果膜及びその製造方法
JP3575672B2 (ja) 磁気抵抗効果膜及び磁気抵抗効果素子
JP2738295B2 (ja) 磁気抵抗効果膜およびその製造方法
US6001430A (en) Magnetoresistance effect film and production process thereof
JP2957233B2 (ja) 磁性多層膜
EP0578196A1 (en) Magnetoresistive elements and method of fabricating the same
JP2674532B2 (ja) 磁気抵抗効果型磁気ヘッド
JPH10256038A (ja) 交換結合膜およびその製造方法並びに磁気抵抗効果素子

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19971216

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090116

Year of fee payment: 11

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees