JP2830513B2 - 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果材料およびその製造方法Info
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- JP2830513B2 JP2830513B2 JP3148475A JP14847591A JP2830513B2 JP 2830513 B2 JP2830513 B2 JP 2830513B2 JP 3148475 A JP3148475 A JP 3148475A JP 14847591 A JP14847591 A JP 14847591A JP 2830513 B2 JP2830513 B2 JP 2830513B2
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- 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
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- 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
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気媒体より信号を読み
とるための磁気抵抗効果材料およびその製造方法に関す
るものである。
とるための磁気抵抗効果材料およびその製造方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より磁気抵抗素子を用いた磁気抵抗
センサ−（以下ＭＲセンサ−という）、磁気抵抗ヘッド
（以下ＭＲヘッドという）の開発が進められており、磁
性体には主にNi0.8Fe0.2のパ−マロイが用いられてい
る。ただしこの材料の場合は抵抗変化率（以下ΔＲ／Ｒ
と記す）が2.5％程度であり、より高感度な磁気抵抗素
子をうるにはよりΔＲ／Ｒの大きなものが求められて来
た。
センサ−（以下ＭＲセンサ−という）、磁気抵抗ヘッド
（以下ＭＲヘッドという）の開発が進められており、磁
性体には主にNi0.8Fe0.2のパ−マロイが用いられてい
る。ただしこの材料の場合は抵抗変化率（以下ΔＲ／Ｒ
と記す）が2.5％程度であり、より高感度な磁気抵抗素
子をうるにはよりΔＲ／Ｒの大きなものが求められて来
た。
【０００３】近年[Fe/Cr]人工格子膜で大きな磁気抵抗
効果が起こることが発見された（フィジカル レビュー
レター ブイオーエル６１、ピー２４７２、１９８８
「Physical Review Letter Vol.61, p2472, 1988」）
が、この材料の場合は十数kOe以上の大きな磁界を印加
しないと大きなΔＲ／Ｒが得られず、実用性に難点があ
った。 また、超高真空蒸着装置を用いNi0.8Fe0.2(30
Å)／Cu(50Å)／Co(30Å)／Cu(50Å)×１５層の人工格
子膜でΔＲ／Ｒが約10％(3kOeの磁界を印加)の抵抗変化
が観測された報告がある（１９９０年秋 応用物理学会
予稿）。
効果が起こることが発見された（フィジカル レビュー
レター ブイオーエル６１、ピー２４７２、１９８８
「Physical Review Letter Vol.61, p2472, 1988」）
が、この材料の場合は十数kOe以上の大きな磁界を印加
しないと大きなΔＲ／Ｒが得られず、実用性に難点があ
った。 また、超高真空蒸着装置を用いNi0.8Fe0.2(30
Å)／Cu(50Å)／Co(30Å)／Cu(50Å)×１５層の人工格
子膜でΔＲ／Ｒが約10％(3kOeの磁界を印加)の抵抗変化
が観測された報告がある（１９９０年秋 応用物理学会
予稿）。
【０００４】しかしながら、膜を製作するのに高価な多
元の超高真空蒸着装置が必要なことや、3kOe程度の大き
な磁界を印加しないと大きなΔＲ／Ｒが得られない問題
があった。
元の超高真空蒸着装置が必要なことや、3kOe程度の大き
な磁界を印加しないと大きなΔＲ／Ｒが得られない問題
があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決し、タ−ゲットを２個しか必要としない２元(も
しくは多元)スパッタ装置で成膜ができ、かつ実用性の
ある低磁界で比較的大きなΔＲ／Ｒを示す磁気抵抗効果
材料を可能とするものである。
を解決し、タ−ゲットを２個しか必要としない２元(も
しくは多元)スパッタ装置で成膜ができ、かつ実用性の
ある低磁界で比較的大きなΔＲ／Ｒを示す磁気抵抗効果
材料を可能とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決すべく
本発明の磁気抵抗素子は以下の構成より成る。すなわ
ち、スパッタ装置を用い厚さ10〜100ÅのNiXFeYCoZより
成る金属磁性薄膜層と厚さ10〜25ÅのCuより成る金属非
磁性薄膜層とを積層した構造からなる磁気抵抗効果材料
であって、金属磁性薄膜層は(NiXFeY)CoZを主成分と
し、X, Y,Z はそれぞれ原子組成比で 0.6≦X≦0.9、0≦
Y≦0.3、0.01≦Z≦0.3であり、金属非磁性薄膜層はCuを
主成分とするものである。
本発明の磁気抵抗素子は以下の構成より成る。すなわ
ち、スパッタ装置を用い厚さ10〜100ÅのNiXFeYCoZより
成る金属磁性薄膜層と厚さ10〜25ÅのCuより成る金属非
磁性薄膜層とを積層した構造からなる磁気抵抗効果材料
であって、金属磁性薄膜層は(NiXFeY)CoZを主成分と
し、X, Y,Z はそれぞれ原子組成比で 0.6≦X≦0.9、0≦
Y≦0.3、0.01≦Z≦0.3であり、金属非磁性薄膜層はCuを
主成分とするものである。
【０００７】
【作用】金属非磁性薄膜層によって分離されて隣接する
２つの金属磁性薄膜層間には金属非磁性薄膜層がある層
厚のとき反強磁性的な相互作用が働き、隣接する２つの
磁性薄膜層のスピン配列が互いに反平行となり伝導電子
のスピン散乱が極大となって大きな磁気抵抗を示すと考
えられる。更に印加磁界を強くすると前記隣接する２つ
の磁性薄膜層のスピン配列は平行となり伝導電子のスピ
ン散乱が小さくなり磁気抵抗は減少する。この様にして
大きなΔＲ／Ｒが得られると考えられるが金属非磁性薄
膜層が無いと前記隣接する２つの磁性薄膜層は強磁性的
に結合してしまい反平行の状態を実現できないため大き
な磁気抵抗効果が得られない。又金属非磁性薄膜層の層
厚があまり厚くなると、上記の相互作用がＲＫＫＹ的に
振動して減衰するためにやはり大きな磁気抵抗効果が得
られない。
２つの金属磁性薄膜層間には金属非磁性薄膜層がある層
厚のとき反強磁性的な相互作用が働き、隣接する２つの
磁性薄膜層のスピン配列が互いに反平行となり伝導電子
のスピン散乱が極大となって大きな磁気抵抗を示すと考
えられる。更に印加磁界を強くすると前記隣接する２つ
の磁性薄膜層のスピン配列は平行となり伝導電子のスピ
ン散乱が小さくなり磁気抵抗は減少する。この様にして
大きなΔＲ／Ｒが得られると考えられるが金属非磁性薄
膜層が無いと前記隣接する２つの磁性薄膜層は強磁性的
に結合してしまい反平行の状態を実現できないため大き
な磁気抵抗効果が得られない。又金属非磁性薄膜層の層
厚があまり厚くなると、上記の相互作用がＲＫＫＹ的に
振動して減衰するためにやはり大きな磁気抵抗効果が得
られない。
【０００８】
【実施例】金属磁性薄膜層はNi-richの(NiXFeY)CoZを主
成分とする膜である。磁歪が小さく軟磁性を示すと同時
に磁気抵抗効果を示すのは X, Y, Z がそれぞれ原子組
成比で、0.6≦X≦0.9, 0≦Y≦0.3, 0≦Z≦0.3のもので
あるが、磁気抵抗効果を考慮するとNi-Fe系よりもNi-Fe
-Co系の方が膜全体としてのΔＲ／Ｒが大きくなり0.01
≦Zとする必要がある。これらの条件を満足する代表的
なものはNi0.8Fe0.15Co0.05である。又更に軟磁性を改
良したり耐摩耗性及び耐食性を改良するためにNb,Mo,C
r,W,Ru等を添加しても良い。これら磁性薄膜層はその厚
さが10Å未満ではキュリ−温度の低下による室温での磁
化の低減等が問題となり、又実用上磁気抵抗素子は全膜
厚が数百Åで用いられるため、本発明のように積層効果
を利用するには各磁性薄膜層を少なくとも100Å以下に
する必要がある。従ってこれら磁性薄膜層の厚さはは10
〜100Åとすることが望ましい。
成分とする膜である。磁歪が小さく軟磁性を示すと同時
に磁気抵抗効果を示すのは X, Y, Z がそれぞれ原子組
成比で、0.6≦X≦0.9, 0≦Y≦0.3, 0≦Z≦0.3のもので
あるが、磁気抵抗効果を考慮するとNi-Fe系よりもNi-Fe
-Co系の方が膜全体としてのΔＲ／Ｒが大きくなり0.01
≦Zとする必要がある。これらの条件を満足する代表的
なものはNi0.8Fe0.15Co0.05である。又更に軟磁性を改
良したり耐摩耗性及び耐食性を改良するためにNb,Mo,C
r,W,Ru等を添加しても良い。これら磁性薄膜層はその厚
さが10Å未満ではキュリ−温度の低下による室温での磁
化の低減等が問題となり、又実用上磁気抵抗素子は全膜
厚が数百Åで用いられるため、本発明のように積層効果
を利用するには各磁性薄膜層を少なくとも100Å以下に
する必要がある。従ってこれら磁性薄膜層の厚さはは10
〜100Åとすることが望ましい。
【０００９】これらの磁性薄膜の間に介在させる金属薄
膜はNi-Fe-Co系磁性薄膜と界面での反応が少なくかつ非
磁性であることが必要で、Cuが適している。このCu層の
厚さは20Åぐらいが最適で、10Å未満では隣接する２つ
の磁性薄膜層が磁気的に結合して（図１）のように磁性
層間のスピンが反平行となる状態の実現が困難となる。
又理由はさだかでないがΔＲ／Ｒの値はCu層の厚さに
よってＲＫＫＹ的な振動を示し極大の第１ピ−クまでを
利用する場合はCu層の厚さは25Å以下とすることがより
望ましい。
膜はNi-Fe-Co系磁性薄膜と界面での反応が少なくかつ非
磁性であることが必要で、Cuが適している。このCu層の
厚さは20Åぐらいが最適で、10Å未満では隣接する２つ
の磁性薄膜層が磁気的に結合して（図１）のように磁性
層間のスピンが反平行となる状態の実現が困難となる。
又理由はさだかでないがΔＲ／Ｒの値はCu層の厚さに
よってＲＫＫＹ的な振動を示し極大の第１ピ−クまでを
利用する場合はCu層の厚さは25Å以下とすることがより
望ましい。
【００１０】以下具体的な実施例により本発明の効果の
説明を行う。 （実施例１）多元ＲＦスパッタ装置を用いて、タ−ゲッ
トに Cu, Ni0.8Fe0.15Co0.05を用いスパッタ装置内部を
2×10-7Torrに排気した後Arガスを導入して8×10-3Torr
とし、スパッタ法により順次以下に示した構成の磁気抵
抗素子をガラス基板上に作製した。
説明を行う。 （実施例１）多元ＲＦスパッタ装置を用いて、タ−ゲッ
トに Cu, Ni0.8Fe0.15Co0.05を用いスパッタ装置内部を
2×10-7Torrに排気した後Arガスを導入して8×10-3Torr
とし、スパッタ法により順次以下に示した構成の磁気抵
抗素子をガラス基板上に作製した。
【００１１】[NiFeCo(30)/Cu(0〜50)]（( )内は厚さ
(Å)を表わす）、又各膜厚はスパッタ時間とシャッタ−
により制御し、総厚約0.2μmの膜を作製した。
(Å)を表わす）、又各膜厚はスパッタ時間とシャッタ−
により制御し、総厚約0.2μmの膜を作製した。
【００１２】得られた磁気抵抗材料の特性を（図２）に
示した。なお、ΔＲ／Ｒは300Oeの印加磁界にて測定し
た。
示した。なお、ΔＲ／Ｒは300Oeの印加磁界にて測定し
た。
【００１３】（図２）より明らかなように、ΔＲ／Ｒの
極大値はCu層が20Å付近に存在し、それ以上ではCu層の
層厚の増加とともに減少することが分かった。従って最
大のΔＲ／Ｒを得ようとすると、Cu層が20Å付近が最適
となる。
極大値はCu層が20Å付近に存在し、それ以上ではCu層の
層厚の増加とともに減少することが分かった。従って最
大のΔＲ／Ｒを得ようとすると、Cu層が20Å付近が最適
となる。
【００１４】（実施例２）ＲＦスパッタ装置を用いて、
タ−ゲットとして、Cu, Ni0.8Fe0.15Co0.05を用いCu層
の厚さを一定とし磁性層の厚さを変えた膜をスパッタ法
により（実施例１）と同様に作製した。
タ−ゲットとして、Cu, Ni0.8Fe0.15Co0.05を用いCu層
の厚さを一定とし磁性層の厚さを変えた膜をスパッタ法
により（実施例１）と同様に作製した。
【００１５】得られた膜の特性を（表１）に示した。
【００１６】
【表１】
【００１７】なお、参考までにNo.Bと同じ構成で、Ni
0.8Fe0.15Co0.05の代わりにCoを使用した試料のΔＲ／
Ｒは5%であった。
0.8Fe0.15Co0.05の代わりにCoを使用した試料のΔＲ／
Ｒは5%であった。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように本発明は高価な超高
真空蒸着装置を用いず、通常のスパッタ装置で実質的に
タ−ゲットを２個必要とするだけで作製出来る事、又室
温でかつ実用的な印加磁界で大きな磁気抵抗効果を示す
磁気抵抗素子を可能とするもので、高感度ＭＲヘッドや
ＭＲセンサ−等への応用に適したものである。
真空蒸着装置を用いず、通常のスパッタ装置で実質的に
タ−ゲットを２個必要とするだけで作製出来る事、又室
温でかつ実用的な印加磁界で大きな磁気抵抗効果を示す
磁気抵抗素子を可能とするもので、高感度ＭＲヘッドや
ＭＲセンサ−等への応用に適したものである。
【図１】印加磁界が弱い場合における本発明磁気抵抗材
料の各磁性層のスピンの配列方向を示す図である。
料の各磁性層のスピンの配列方向を示す図である。
【図２】（実施例１）における磁気抵抗材料のＭＲ変化
率のCu層厚依存性を示す図である。
率のCu層厚依存性を示す図である。
１、１’ 金属磁性薄膜層 ２ 金属非磁性薄膜層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01F 10/12 H01F 41/18
Claims (2)
- 【請求項１】 厚さ10〜100ÅのNiXFeYCoZより成る金属
磁性薄膜層と厚さ10〜25ÅのCuより成る金属非磁性薄膜
層とを積層した構造からなる磁気抵抗効果材料、ただし
X, Y, Z はそれぞれ原子組成比で 0.6≦X≦0.9, 0≦Y
≦0.3, 0.01≦Z≦0.3である。 - 【請求項２】 金属磁性薄膜層と金属非磁性薄膜層とを
多元スパッタ装置を用いて逐次積層して形成することを
特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗効果材料の製造方
法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3148475A JP2830513B2 (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 |
| US07/840,821 US5277991A (en) | 1991-03-08 | 1992-02-25 | Magnetoresistive materials |
| EP92103874A EP0503499B2 (en) | 1991-03-08 | 1992-03-06 | Magnetoresistive materials |
| DE69200169T DE69200169T3 (de) | 1991-03-08 | 1992-03-06 | Magnetresistive Materialien. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3148475A JP2830513B2 (ja) | 1991-06-20 | 1991-06-20 | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0590026A JPH0590026A (ja) | 1993-04-09 |
| JP2830513B2 true JP2830513B2 (ja) | 1998-12-02 |
Family
ID=15453585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3148475A Expired - Lifetime JP2830513B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-06-20 | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2830513B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2551321B2 (ja) * | 1993-04-21 | 1996-11-06 | 日本電気株式会社 | 集積化磁気抵抗効果センサ |
| US6738234B1 (en) | 2000-03-15 | 2004-05-18 | Tdk Corporation | Thin film magnetic head and magnetic transducer |
| US6603642B1 (en) | 2000-03-15 | 2003-08-05 | Tdk Corporation | Magnetic transducer having a plurality of magnetic layers stacked alternately with a plurality of nonmagnetic layers and a fixed-orientation-of-magnetization layer and thin film magnetic head including the magnetic transducer |
| US6639763B1 (en) | 2000-03-15 | 2003-10-28 | Tdk Corporation | Magnetic transducer and thin film magnetic head |
| JP3474523B2 (ja) | 2000-06-30 | 2003-12-08 | Ｔｄｋ株式会社 | 薄膜磁気ヘッドおよびその製造方法 |
| US6669983B2 (en) | 2001-10-25 | 2003-12-30 | Tdk Corporation | Manufacturing method of thin-film magnetic head with magnetoresistive effect element |
-
1991
- 1991-06-20 JP JP3148475A patent/JP2830513B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0590026A (ja) | 1993-04-09 |
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Legal Events
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