JP3216605B2 - Dot array-like magnetic film, magnetic recording medium and magnetoresistive element using the same - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高感度の磁気ヘッ
ドや高密度の磁気記録媒体を実現可能とするドットアレ
ー状磁性膜に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a dot array magnetic film capable of realizing a high-sensitivity magnetic head and a high-density magnetic recording medium.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来の磁気テープや磁気ディスクでは、
針状の細長い強磁性体がベースフィルム上の走査方向に
沿って長手方向に塗布してあり、記憶媒体上の単位体積
あたりの磁極数によって記録密度が決定される。このよ
うな従来の長手記録方式では、磁極の位置やサイズが不
規則（ランダム）であり、記録密度や保磁力等の磁化特
性が材料の特性で規定されていた。また、針状粒子がラ
ンダムな方向を向くため、磁化容易方向と磁化困難軸方
向とが同一平面上においてランダムに混在していた。更
に、従来技術では、磁壁の移動に基づく磁化反転機構の
みを利用して、磁場変化を検出するという手法が採られ
ていた。2. Description of the Related Art In a conventional magnetic tape or magnetic disk,
A needle-like elongated ferromagnetic material is applied in the longitudinal direction along the scanning direction on the base film, and the recording density is determined by the number of magnetic poles per unit volume on the storage medium. In such a conventional longitudinal recording method, the positions and sizes of the magnetic poles are irregular (random), and the magnetization characteristics such as the recording density and the coercive force are defined by the characteristics of the material. Further, since the needle-like particles are oriented in random directions, the direction of easy magnetization and the direction of hard axis are randomly mixed on the same plane. Further, in the related art, a technique of detecting a change in a magnetic field using only a magnetization reversal mechanism based on movement of a domain wall has been adopted.

【０００３】また、磁気抵抗効果素子は、これまでに磁
気センサや磁気ヘッド等に利用されている。更に、昨近
にあっては、鉄とクロムとの多層膜人工格子によって巨
大な磁気抵抗効果（ＧＭＲ）が生じることが発見され、
その効果を応用する技術が注目されている。このＧＭＲ
を用いた磁気抵抗効果素子としては、従来より、イ）強
結合型ＧＭＲ素子、ロ）弱結合型ＧＭＲ素子、ハ）非結
合型ＧＭＲ素子、ニ）スピントンネル素子、ホ）グラニ
ュラー型素子、がある。以下、これらについて順次説明
する。[0003] Magneto-resistance effect elements have been used in magnetic sensors, magnetic heads, and the like. Furthermore, it has recently been discovered that a giant magnetoresistance effect (GMR) is caused by a multilayer artificial lattice of iron and chromium,
Attention has been paid to technologies that apply the effects. This GMR
Conventionally, as magnetoresistive effect elements using (i), a) a strong coupling type GMR element, b) a weak coupling type GMR element, c) a non-coupling type GMR element, d) a spin tunnel element, and e) a granular type element. is there. Hereinafter, these will be sequentially described.

【０００４】イ）強結合型ＧＭＲ素子A) Strongly coupled GMR element

【０００５】強結合型ＧＭＲ素子の代表的な構造は、膜
厚数〔ｎｍ〕の強磁性金属膜と非磁性層膜（例えばＣ
ｒ) とを交互に周期的に多層積層したものである。強い
印加磁場の下で、Ｃｒを隔てた上下の強磁性層内のスピ
ンが平行のときは、電子に対するスピン散乱は減少し磁
気抵抗は低くなる。逆に印加磁場が弱く、上下の強磁性
層のスピンが反平行となるときは、磁気抵抗は高い値を
とる。A typical structure of a strong coupling type GMR element is a ferromagnetic metal film having a thickness of several nm and a nonmagnetic layer film (for example, C
r) are alternately and periodically laminated. When the spins in the upper and lower ferromagnetic layers separated by Cr are parallel under a strong applied magnetic field, the spin scattering for electrons decreases and the magnetoresistance decreases. Conversely, when the applied magnetic field is weak and the spins of the upper and lower ferromagnetic layers are antiparallel, the magnetoresistance takes a high value.

【０００６】磁気抵抗には異方性があるため、磁気抵抗
の測定法に、電流を膜に平行に流して測定する場合（Ｃ
ＩＰ）と、垂直に流す場合（ＣＰＰ）との二通りがあ
る。一般には、ＣＰＰの方がＣＩＰよりも、スピン散乱
の頻度が高く、磁気抵抗比も高い。Since the magnetoresistance has anisotropy, the method of measuring the magnetoresistance when a current is applied in parallel to the film (C
IP) and vertically flowing (CPP). Generally, CPP has a higher spin scattering frequency and a higher magnetoresistance ratio than CIP.

【０００７】強結合型ＧＭＲ素子の磁気抵抗比は、一般
に低温で100 〔％〕以上と高いが、それは‘０’〔Ｏ
ｅ〕での抵抗と、約10000 〜20000 〔Ｏｅ〕での抵抗と
の比の値である。しかし、単位磁場あたりの磁気抵抗比
は、0.01〔％／Ｏｅ〕程度で、それほど感度はよくな
い。また、感度は低磁場領域から高磁場領域にわたって
ほぼ一様である。そして、この場合の磁気抵抗曲線は、
零磁場付近に１つのピークを持つ１重ピーク構造である
（図１２参照）。The magnetoresistance ratio of a strong coupling type GMR element is generally as high as 100 [%] or more at a low temperature, but it is determined to be '0' [O
e) and the resistance at about 10,000 to 20000 [Oe]. However, the magnetoresistance ratio per unit magnetic field is about 0.01 [% / Oe], and the sensitivity is not so good. The sensitivity is almost uniform from the low magnetic field region to the high magnetic field region. And the magnetoresistance curve in this case is
It has a single peak structure with one peak near zero magnetic field (see FIG. 12).

【０００８】ロ）弱結合型ＧＭＲ素子[0008] b) Weakly coupled GMR element

【０００９】弱結合型ＧＭＲ素子は、前述した強結合型
の構造と類似しているが、非強磁性層が強結合型のそれ
よりも厚く、強磁性層間の相互作用が弱くなっている。
弱結合型ＧＭＲ素子の磁気特性にはヒステリシス特性が
見られ、磁気抵抗曲線は低磁場近傍で二重のピーク構造
を形成している（図１３参照）。The weak coupling type GMR element is similar to the above-described strong coupling type structure, except that the non-ferromagnetic layer is thicker than that of the strong coupling type, and the interaction between the ferromagnetic layers is weak.
Hysteresis characteristics are observed in the magnetic characteristics of the weakly coupled GMR element, and the magnetoresistance curve has a double peak structure near a low magnetic field (see FIG. 13).

【００１０】ハ）非結合型ＧＭＲ素子C) Non-coupled GMR element

【００１１】非結合型ＧＭＲ素子は、保磁力の異なった
二種類の磁性材料を含むもので、例えば〔（膜厚５〔ｎ
ｍ〕のＣｕ）／（膜厚３〔ｎｍ〕のＣｏ）／（膜厚５
〔ｎｍ〕のＣｕ）／（膜厚３〔ｎｍ〕のＮｉＦｅ）〕×
15層構造のように、保磁力の小さいＮｉＦｅ（パーマロ
イ）層と保磁力の大きいＣｏ層とを含んでいる。パーマ
ロイは低磁場領域で磁化反転し、そのＭ−Ｈ曲線は図１
４に示すようにくびれ構造をとる。そして、非結合型Ｇ
ＭＲ素子の磁気抵抗特性は、この磁化の変化を反映して
低磁場で大きな抵抗の変化が生じる。The non-coupled GMR element contains two kinds of magnetic materials having different coercive forces. For example, [(film thickness 5 [n
m] Cu) / (Co 3 nm thick) / (5 mm thick)
[Nm] Cu) / (3 nm thick NiFe)] ×
Like a 15-layer structure, it includes a NiFe (permalloy) layer having a small coercive force and a Co layer having a large coercive force. Permalloy reverses magnetization in the low magnetic field region, and its MH curve is shown in FIG.
As shown in FIG. And the uncoupled G
The magnetoresistive characteristic of the MR element reflects a change in the magnetization and causes a large change in resistance in a low magnetic field.

【００１２】ニ）スピントンネル素子(D) Spin tunnel device

【００１３】スピントンネル素子は、例えば「Ｎｉ−Ｎ
ｉＯ−Ｃｏ」や「Ｎｉ−ＮｉＯ−Ｎｉ」に見られるよう
に、強磁性金属層を絶縁体膜で隔てた構造を採ってい
る。磁気抵抗効果を利用する場合、一般にはこの膜面に
垂直方向に電流を流す。しかし、この素子構造の場合、
素子の膜厚長に比べ膜面方向のサイズがかなり大きくな
っている。そのため、小さい抵抗を測定しなければなら
ず、測定もやや難しい。また、絶縁体の膜厚制御も困難
であり、磁気抵抗の再現性もあまり良くない。The spin tunneling element is, for example, “Ni—N
As shown in "iO-Co" and "Ni-NiO-Ni", a structure is adopted in which a ferromagnetic metal layer is separated by an insulator film. When utilizing the magnetoresistive effect, a current is generally passed in the direction perpendicular to the film surface. However, in the case of this element structure,
The size in the film surface direction is considerably larger than the film thickness of the element. Therefore, a small resistance must be measured, and the measurement is somewhat difficult. Also, it is difficult to control the thickness of the insulator, and the reproducibility of the magnetoresistance is not very good.

【００１４】ホ）グラニュラー型素子E) Granular type element

【００１５】グラニュラー型素子は、銀や銅などの非強
磁性金属中に、鉄やコバルトなどの強磁性粒子が析出し
ている構造である。弱磁場領域では、個々の粒子の磁化
は、ランダムな方位を向いており、粒子径が10〔ｎｍ〕
程度以下の粒子では、超常磁性状態（保磁力が近似的に
「０」）となっている。しかし、数千〔Ｏｅ〕程度の磁
場を印加すれば、スピンは整列し磁化は飽和する。磁気
抵抗比はＣｏ₁₆Ｃｕ₈₄の場合で約８〔％〕、磁場感度は
約0.001 〔％／Ｏｅ〕である。この感度は、強結合型Ｇ
ＭＲ素子に比べると１桁小さい。また、保磁力等の磁化
特性も、現時点では、まだ十分制御できる段階ではな
い。The granular element has a structure in which ferromagnetic particles such as iron and cobalt are precipitated in a non-ferromagnetic metal such as silver and copper. In the weak magnetic field region, the magnetization of each particle is oriented in a random direction, and the particle diameter is 10 [nm].
The particles having a degree of the degree or less are in a superparamagnetic state (the coercive force is approximately “0”). However, when a magnetic field of about several thousand [Oe] is applied, the spins are aligned and the magnetization is saturated. The magnetoresistance ratio is about 8% for Co ₁₆ Cu ₈₄ and the magnetic field sensitivity is about 0.001% / Oe. This sensitivity is due to the strong binding G
One order of magnitude smaller than MR elements. In addition, magnetization characteristics such as coercive force are not yet at a stage where they can be sufficiently controlled.

【００１６】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、強
（弱）結合型ＧＭＲ素子においては、強磁性体のスピン
がそろって磁気抵抗が最小になる磁場と、強磁性体の磁
気モーメントの総和が近似的に０で磁気抵抗が最大にな
る磁場との差が10000 〜20000 〔Ｏｅ〕程度であり、ま
た低磁場領域における磁場感度が低い。更に、これらの
ＧＭＲ素子の保磁力、飽和磁化、強磁性粒子の磁区構造
を、材料パラメータとはある程度独立に、精密に制御す
ることは困難であった。また、針状磁区がランダムな方
向を向くために磁化容易軸方向と磁化困難軸方向とに不
確定性の幅があり、理想的な感度がなかなか得られなか
った。However, in the strong (weak) coupling type GMR element, the sum of the magnetic field in which the spin of the ferromagnetic material becomes uniform and the magnetic resistance becomes minimum and the magnetic moment of the ferromagnetic material are approximately equal. The difference from the magnetic field at which the magnetic resistance becomes maximum at 0 is about 10,000 to 20000 [Oe], and the magnetic field sensitivity in the low magnetic field region is low. Furthermore, it has been difficult to precisely control the coercive force, saturation magnetization, and magnetic domain structure of ferromagnetic particles of these GMR elements to some extent independently of the material parameters. In addition, since the needle-like magnetic domains are oriented in random directions, there is a range of uncertainty between the direction of the easy axis of magnetization and the direction of the hard axis of magnetization, and it is difficult to obtain an ideal sensitivity.

【００１７】グラニュラ型素子では、高い保磁力を持つ
ことが実験で観測されている。しかし、グラニュラ型素
子も、強（弱）結合型ＧＭＲ素子と同様、磁区構造や磁
気特性を制御して所望の素子を実現することはできな
い。It has been experimentally observed that the granular element has a high coercive force. However, similarly to the strong (weak) coupling type GMR element, the granular element cannot control the magnetic domain structure and magnetic characteristics to realize a desired element.

【００１８】すなわち、いずれの素子にも、磁場感度の
向上が望まれている。更なる課題は、保磁力、飽和磁
化、磁区の構造等、磁気特性に密接に関連する素子特性
パラメータを、ある程度独立に制御することである。That is, it is desired that all devices have improved magnetic field sensitivity. A further problem is to control device characteristic parameters closely related to magnetic characteristics, such as coercive force, saturation magnetization, and magnetic domain structure, to some extent independently.

【００１９】[0019]

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、高感度の磁気
ヘッドや高密度の磁気記録媒体を実現できる磁性膜を提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a magnetic film capable of realizing a high-sensitivity magnetic head and a high-density magnetic recording medium.

【００２０】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明者は、多数の磁性
ドットを所定の形状に配列し、磁性ドットの形状、大き
さ、材質、膜厚、層構造等、及び配列の形状、大きさ等
を変えることにより、従来技術では得られない種々の磁
気特性が得られることを発見した。本発明は、この知見
に基づいてなされたものである。すなわち、本発明に係
るドットアレー状磁性膜は、磁性材料で形成された多数
の磁性ドットが、基板上に配列されてなるものである。
ここで、磁性ドットや配列を意図的に制御することによ
り、磁区構造（単磁区構造、磁壁移動構造）、飽和磁化
値、磁気抵抗比、抗磁力等の磁気特性を制御することが
できる。また、前記磁性ドットは、大きさ、形状、材
料、膜厚、層構造、配列のピッチ、磁気異方性等が異な
る複数種類からなるものとしてもよい。前記磁性ドット
の平面的形状は、多角形状（三角形以上）、円形状等と
してもよい。前記磁性ドットの全体的形状は、円筒状、
半球形状等としてもよい。更に、前記磁性ドットの配列
は、直線状、多角格子状（三角形以上）、同心円状等と
してもよい。Means for Solving the Problems The present inventor has arranged a large number of magnetic dots in a predetermined shape, the shape, size, material, film thickness, layer structure, etc. of the magnetic dots, and the shape and size of the array. It has been found that various magnetic properties that cannot be obtained by the prior art can be obtained by changing the above. The present invention has been made based on this finding. That is, the dot array-like magnetic film according to the present invention is formed by arranging a large number of magnetic dots formed of a magnetic material on a substrate.
Here, by intentionally controlling the magnetic dots and arrangement, magnetic characteristics such as a magnetic domain structure (single magnetic domain structure, domain wall displacement structure), a saturation magnetization value, a magnetoresistance ratio, a coercive force and the like can be controlled. The magnetic dots may be composed of a plurality of types having different sizes, shapes, materials, film thicknesses, layer structures, arrangement pitches, magnetic anisotropies, and the like. The planar shape of the magnetic dot may be a polygonal shape (triangle or more), a circular shape, or the like. The overall shape of the magnetic dots is cylindrical,
The shape may be hemispherical. Further, the arrangement of the magnetic dots may be a linear shape, a polygonal lattice shape (triangle or more), a concentric shape, or the like.

【００２１】従来の長手記録方式では、対のＳ極及びＮ
極が同一平面上にあり、かつ単磁区構造と多磁区構造が
共存しているので、記録密度の向上には限界がある。そ
こで、磁気記録媒体としての密度をさらに増加するため
には、個々の磁性ドットが多数の低次元（単磁区）構造
又は垂直磁化構造をとることが望ましい。In the conventional longitudinal recording method, a pair of S pole and N
Since the poles are on the same plane and the single-domain structure and the multi-domain structure coexist, there is a limit in improving the recording density. Therefore, in order to further increase the density as a magnetic recording medium, it is desirable that each magnetic dot has a large number of low-dimensional (single magnetic domain) structures or perpendicular magnetization structures.

【００２２】このドットアレー状磁性膜を磁気抵抗効果
素子として用いる場合、磁性ドットを多層膜で構成する
ことにより、非強磁性体で隔てられた強磁性層間の結合
力やスピン散乱の頻度を任意に制御することができるの
で、磁気抵抗効果素子としての感度を増大できる。When this dot array-like magnetic film is used as a magnetoresistive effect element, the magnetic dots are composed of a multilayer film so that the coupling force between the ferromagnetic layers separated by a non-ferromagnetic material and the frequency of spin scattering can be arbitrarily determined. , The sensitivity as a magnetoresistive element can be increased.

【００２３】[0023]

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明に係るドッ
トアレー状磁性膜の第一実施形態を示し、図１は部分平
面図、図２は図１におけるII−II線縦断面図である。以
下、この図面に基づき説明する。1 and 2 show a first embodiment of a dot array magnetic film according to the present invention. FIG. 1 is a partial plan view, and FIG. 2 is a vertical sectional view taken along the line II-II in FIG. It is. Hereinafter, description will be made based on this drawing.

【００２４】本実施形態のドットアレー状磁性膜１０
は、大きい長方形の磁性ドット１２（100 ×50〔ｎ
ｍ〕）と、小さい長方形の磁性ドット１４（50×40〔ｎ
ｍ〕）とが、正方形の格子状（ピッチ200 〔ｎｍ〕）に
配列されたものである。磁性ドット１２，１４は、磁性
材料からなり、ＳｉＯ₂ 膜１６付きのＳｉ基板１８上に
形成されている。磁性ドット１２，１４の形状、膜厚、
大きさ、材料、層構造、配列の形状や大きさを任意に選
択することにより、多様な磁気特性が得られるので、高
密度の磁気記録媒体や高感度の磁気抵抗効果素子を実現
できる。なお、磁性ドット１２，１４の数は、図示され
ているものよりも、実際は極めて多い。The dot array magnetic film 10 of the present embodiment
Is a large rectangular magnetic dot 12 (100 × 50 [n
m]) and small rectangular magnetic dots 14 (50 × 40 [n
m]) are arranged in a square lattice (pitch 200 [nm]). The magnetic dots 12 and 14 are made of a magnetic material and are formed on a Si substrate 18 provided with a SiO ₂ film 16. The shape and thickness of the magnetic dots 12 and 14,
Various magnetic properties can be obtained by arbitrarily selecting the size, the material, the layer structure, and the shape and size of the arrangement, so that a high-density magnetic recording medium and a highly sensitive magnetoresistive element can be realized. Note that the number of magnetic dots 12 and 14 is actually much larger than that shown.

【００２５】図３及び図４は本発明に係るドットアレー
状磁性膜の第二実施形態を示し、図３は部分平面図、図
４は図３におけるIV−IV線縦断面図である。以下、この
図面に基づき説明する。3 and 4 show a second embodiment of the dot array magnetic film according to the present invention. FIG. 3 is a partial plan view, and FIG. 4 is a vertical sectional view taken along the line IV-IV in FIG. Hereinafter, description will be made based on this drawing.

【００２６】本実施形態のドットアレー状磁性膜２０
は、大きい長方形の磁性ドット１２と、小さい長方形の
磁性ドット１４とが、正方形の格子状に配列されたもの
である。磁性ドット２２，２４はＧＭＲ用の多層膜であ
り、ドットアレー状磁性膜２０は磁気抵抗効果素子とし
て用いられる。ドットアレー状磁性膜２０の全面には図
示しない金又は白金（クロム又は銅でもよい）からなる
導電膜が被着されており、その導電膜上に四つの電極３
０１〜３０４が設けられている。そして、電極３０１，
３０２には定電流源３２が接続され、電極３０３，３０
４には電圧計３４が接続されている。The dot array magnetic film 20 of the present embodiment
Is a pattern in which large rectangular magnetic dots 12 and small rectangular magnetic dots 14 are arranged in a square lattice. The magnetic dots 22 and 24 are multilayer films for GMR, and the dot array magnetic film 20 is used as a magnetoresistive element. A conductive film made of gold or platinum (which may be chromium or copper), not shown, is deposited on the entire surface of the dot array-like magnetic film 20, and four electrodes 3 are formed on the conductive film.
01 to 304 are provided. Then, the electrodes 301,
The constant current source 32 is connected to 302 and the electrodes 303 and 30 are connected.
A voltmeter 34 is connected to 4.

【００２７】図５は、ドットアレー状磁性膜２０の第一
の製造方法を示す端面図である。以下、この図面に基づ
き説明する。FIG. 5 is an end view showing the first method of manufacturing the dot array magnetic film 20. Hereinafter, description will be made based on this drawing.

【００２８】まず、ＳｉＯ₂ 膜１６付きのＳｉ基板１８
上に、二層のＰＭＭＡレジスト２６，２８を塗布した
（図５〔１〕）。上層のＰＭＭＡレジスト２６の厚さは
50〔ｎｍ〕、下層のＰＭＭＡレジスト２８の厚さは200
〔ｎｍ〕である。ＰＭＭＡレジスト２８の感度は300
〔μＣ／ｃｍ² 〕であり、ＰＭＭＡレジスト２６の感度
は少し低く400 〔μＣ／ｃｍ² 〕である。二層のＰＭＭ
Ａレジスト２６，２８としたのは、電子線描画後に現像
した際のレジストパターンの断面をリセス（ひさし）状
とするためである。これにより、レジストパターン上に
スパッタ又は蒸着により磁性体を成膜した後に、リフト
オフしやすくなる。First, the Si substrate 18 with the SiO ₂ film 16
On top, two layers of PMMA resists 26 and 28 were applied (FIG. 5A). The thickness of the upper PMMA resist 26 is
50 [nm], the thickness of the lower PMMA resist 28 is 200
[Nm]. PMMA resist 28 sensitivity is 300
[ΜC / cm ² ], and the sensitivity of the PMMA resist 26 is slightly lower, 400 [μC / cm ² ]. Double layer PMM
The A resists 26 and 28 are used to make the cross section of the resist pattern when developed after electron beam drawing into a recess (eave) shape. This makes it easy to lift off after forming a magnetic material on the resist pattern by sputtering or vapor deposition.

【００２９】続いて、ＰＭＭＡレジスト２６，２８に電
子線ビームで磁性ドットパターンの描画を行った。描画
条件は、電流100 〔ｐＡ〕、加速電圧50〔ｋｅＶ〕とし
た。描画した磁性ドットパターンは、大きい方が100 ×
50〔ｎｍ〕であり小さい方が50×40〔ｎｍ〕である。ピ
ッチは200 〜400 〔ｎｍ〕である。描画後、メチルイソ
ブチルケトンとイソプロピルアルコールとの現像液（混
合比１対１) 中に約30秒浸すことにより、ＰＭＭＡレジ
スト２６，２８を現像した（図５〔２〕）。その後、現
像液を蒸発させるために、窒素ガス中で約30分ベーキン
グを行った。Subsequently, a magnetic dot pattern was drawn on the PMMA resists 26 and 28 using an electron beam. The drawing conditions were a current of 100 [pA] and an acceleration voltage of 50 [keV]. The larger the drawn magnetic dot pattern is 100 ×
It is 50 [nm], and the smaller one is 50 × 40 [nm]. The pitch is 200 to 400 [nm]. After the drawing, the PMMA resists 26 and 28 were developed by immersion in a developing solution of methyl isobutyl ketone and isopropyl alcohol (mixing ratio 1: 1) for about 30 seconds (FIG. 5B). Thereafter, in order to evaporate the developer, baking was performed in nitrogen gas for about 30 minutes.

【００３０】続いて、イオンビームスパッタリング法で
強磁性体からなる多層膜２４’を成膜した（図５
〔３〕）。スパッタリング法以外に、蒸着法でも同様の
成膜ができる。多層膜２４’は、３〔ｎｍ〕の鉄と１
〔ｎｍ〕のクロムとを、交互に50層積層したものであ
る。鉄を強磁性体として用いると、そのままでは鉄が酸
化鉄になることにより、単位体積あたりの磁気モーメン
トが純鉄の約1/4 になってしまう。そこで、これを極力
防ぐため、保護膜として厚さ３〔ｎｍ〕のＡｌで、鉄の
上部を被覆した。この場合、ＡｌのほかにＰｔやＡｕ等
を用いることもできる。Subsequently, a multilayer film 24 'made of a ferromagnetic material was formed by an ion beam sputtering method (FIG. 5).
[3]). In addition to the sputtering method, a similar film can be formed by an evaporation method. The multilayer film 24 'is made of 3 [nm] iron and 1
[Nm] chromium are alternately laminated in 50 layers. When iron is used as a ferromagnetic material, iron becomes iron oxide as it is, so that the magnetic moment per unit volume becomes about 1/4 that of pure iron. Therefore, in order to prevent this as much as possible, the upper part of iron was coated with Al having a thickness of 3 [nm] as a protective film. In this case, Pt, Au, or the like can be used in addition to Al.

【００３１】多層膜２４’を積層後、アセトン中でリフ
トオフを行うことにより、磁性ドット２４が形成されて
いることを確認した（図５〔４〕）。続いて、多数の磁
性ドット２４相互を電気的に接続するため、金、白金等
の導電膜（図示せず）を磁性ドット２４上に成膜した。After laminating the multilayer film 24 ', it was confirmed that the magnetic dots 24 were formed by performing lift-off in acetone (FIG. 5 [4]). Subsequently, a conductive film (not shown) of gold, platinum, or the like was formed on the magnetic dots 24 in order to electrically connect the many magnetic dots 24 to each other.

【００３２】続いて、図示しないが、再び膜厚１〔μ
ｍ〕のＰＭＭＡレジストを塗布した。続いて、約500
〔μｍ〕角の電極パターンを、電子ビームで露光した。
現像後、厚さ100 〔ｎｍ〕の金をスパッタ成膜した。そ
の後、上述と同じ条件でアセトンでリフトオフすること
により、電極３０１〜３０４（図３）を形成した。ま
た、電極材料は酸化しにくい白金でも問題はなかった。Subsequently, although not shown, a film thickness of 1 [μ
m] was applied. Then, about 500
The [μm] square electrode pattern was exposed with an electron beam.
After the development, a gold film having a thickness of 100 [nm] was formed by sputtering. Thereafter, the electrodes 301 to 304 (FIG. 3) were formed by lifting off with acetone under the same conditions as described above. In addition, there was no problem even if the electrode material was platinum which was difficult to oxidize.

【００３３】この製造方法の場合、図３に示すように、
電極３０１〜３０４が同一平面上にあるため、電流は磁
気抵抗効果素子の平面方向に流れる。すなわちＣＩＰ構
造である。さらに高感度にするためには、電流を垂直方
向（ＣＰＰ構造）に流すように電極を加工してもよい。
この場合は、最初に下部電極（二個）を形成し、その上
に非磁性金属膜を形成し、その上に磁性ドットを形成
し、その上に非磁性金属膜を形成し、その上に上部電極
（二個）を形成すればよい。In the case of this manufacturing method, as shown in FIG.
Since the electrodes 301 to 304 are on the same plane, the current flows in the plane direction of the magnetoresistive element. That is, it has a CIP structure. In order to further increase the sensitivity, the electrodes may be processed so that the current flows in the vertical direction (CPP structure).
In this case, first, a lower electrode (two) is formed, a non-magnetic metal film is formed thereon, magnetic dots are formed thereon, a non-magnetic metal film is formed thereon, and a non-magnetic metal film is formed thereon. What is necessary is just to form an upper electrode (two).

【００３４】図６は、ドットアレー状磁性膜２０の第二
の製造方法を示す端面図である。以下、この図面に基づ
き説明する。図５の製造方法はポジレジストを用いてい
るが、図６の製造方法はネガレジストを用いている。以
下、この図面に基づき説明する。FIG. 6 is an end view showing a second method of manufacturing the dot array magnetic film 20. Hereinafter, description will be made based on this drawing. While the manufacturing method of FIG. 5 uses a positive resist, the manufacturing method of FIG. 6 uses a negative resist. Hereinafter, description will be made based on this drawing.

【００３５】まず、シリコン酸化膜１６付きのシリコン
基板１８上に多層膜２４’、その上に膜厚２〔ｎｍ〕の
Ｐｔ膜４０をスパッタ成膜する。続いて、Ｐｔ膜４０上
に高分解能のネガレジスト４２を１〔μｍ〕の厚さで塗
布する（図６〔１〕）。First, a multilayer film 24 'is formed on a silicon substrate 18 having a silicon oxide film 16, and a Pt film 40 having a thickness of 2 nm is formed thereon by sputtering. Subsequently, a high-resolution negative resist 42 is applied to a thickness of 1 [μm] on the Pt film 40 (FIG. 6A).

【００３６】続いて、電流100 〔ｐＡ〕、電子線ドーズ
400 〔μＣ／ｃｍ² 〕の条件で、電子線ビームにより、
100 ×50〔ｎｍ〕の磁性ドットと、50×40〔ｎｍ〕の磁
性ドットとを、ピッチ200 〜400 〔ｎｍ〕で描画した。
続いてネガレジスト４２を現像した（図６〔２〕）。Subsequently, a current of 100 [pA] and an electron beam dose
Under the condition of 400 [μC / cm ² ], using an electron beam,
Magnetic dots of 100 × 50 [nm] and magnetic dots of 50 × 40 [nm] were drawn at a pitch of 200 to 400 [nm].
Subsequently, the negative resist 42 was developed (FIG. 6 [2]).

【００３７】続いて、Ａｒガス中で多層膜２４’のエッ
チングを行った。このとき、Ａｒガス導入時の圧力は５
×10^-5〔Ｔｏｒｒ〕、時間は30秒であった。そして、ネ
ガレジスト４２をマスクとし、Ｐｔ膜４０及び多層膜２
４’を順次エッチングし、Ｓｉ基板１８が現れた時点で
エッチングを停止した（図６〔３〕）。ネガレジスト４
２の膜厚を１〔μｍ〕にしたのは、磁性ドット２４の鉄
がエッチングされないようにしたためである。Subsequently, the multilayer film 24 'was etched in Ar gas. At this time, the pressure when introducing Ar gas is 5
× 10 ^-5 [Torr], the time was 30 seconds. Then, using the negative resist 42 as a mask, the Pt film 40 and the multilayer film 2 are formed.
4 'was sequentially etched, and the etching was stopped when the Si substrate 18 appeared (FIG. 6 [3]). Negative resist 4
The reason for setting the film thickness of No. 2 to 1 [μm] is to prevent the iron of the magnetic dots 24 from being etched.

【００３８】続いて、磁性ドット２４上部に残存したネ
ガレジスト４２は、酸素プラズマアッシャーで除去した
（図６〔４〕）。続いて、多数の磁性ドット２４相互を
電気的に接続するため、金、白金等の導電膜（図示せ
ず）を磁性ドット２４上に成膜した。Subsequently, the negative resist 42 remaining on the magnetic dots 24 was removed by an oxygen plasma asher (FIG. 6 [4]). Subsequently, a conductive film (not shown) of gold, platinum, or the like was formed on the magnetic dots 24 in order to electrically connect the many magnetic dots 24 to each other.

【００３９】最後に、図示しないが、電極パターンを電
子線ビームで形成し現像後、金をスパッタ成膜して電極
３０１〜３０４（図３）を形成した。パターン形成及び
成膜の条件は、上述と同じにした。金に代えてプラチナ
を用いたり、スパッタ法に代えて蒸着法を用いたりする
こともできる。Finally, although not shown, an electrode pattern was formed by an electron beam and developed, and then gold was formed by sputtering to form electrodes 301 to 304 (FIG. 3). The conditions for pattern formation and film formation were the same as described above. Platinum can be used instead of gold, and an evaporation method can be used instead of the sputtering method.

【００４０】なお、多層膜２４’には、例えばコバルト
とクロムとを交互に積層した構造や、強磁性体と強磁性
体以外の材料とを交互に積層した構造を用いることもで
きる。また、パターン形成法も電子線ビーム法に限定さ
れることはない。The multilayer film 24 'may have a structure in which, for example, cobalt and chromium are alternately laminated, or a structure in which a ferromagnetic material and a material other than a ferromagnetic material are alternately laminated. Further, the pattern forming method is not limited to the electron beam method.

【００４１】図７は、ドットアレー状磁性膜２０の磁気
特性を示すグラフである。以下、図３及び図７に基づき
説明する。FIG. 7 is a graph showing the magnetic characteristics of the dot array magnetic film 20. Hereinafter, description will be given based on FIGS. 3 and 7.

【００４２】図３に示すように、長方形の磁性ドット２
２，２４の長手方向に磁場Ｈを印加した場合、形状異方
性効果によって、強磁性体の磁壁長と同程度のサイズ領
域においては、面積の小さい方の磁性ドット２４の保磁
力Ｈ１は、面積の大きい方の磁性ドット２２の保磁力Ｈ
２より小さくなる（磁化測定を行った場合）。As shown in FIG. 3, rectangular magnetic dots 2
When a magnetic field H is applied in the longitudinal direction of the magnetic dots 2 and 24, the coercive force H1 of the magnetic dot 24 having a smaller area becomes smaller due to the shape anisotropy effect in a size region similar to the domain wall length of the ferromagnetic material. Coercive force H of magnetic dot 22 having the larger area
2 (when magnetization measurement is performed).

【００４３】図３に示す電極３０１〜３０４、定電流源
３２及び電圧計３４を用いて、４端子法により、ドット
アレー状磁性膜２０の磁気抵抗特性を測定した。その結
果、図７に示すように、磁場Ｈ１（60〔Ｏｅ〕) で磁性
ドット２４の磁化が磁場Ｈと同じ向きに反転し、この状
況を反映して磁気抵抗は磁場Ｈ１で不連続的なジャンプ
が起きた。このときの磁気抵抗は、100 〔Ω〕から150
〔Ω〕に変化したので、ＭＲ比50〔％〕、磁気感度0.83
〔％／Ｏｅ〕であった。このジャンプの大きさは、ドッ
トアレー状磁性膜２０全体の強磁性体の体積に占める磁
性ドット２４の割合に比例していた。さらに磁場Ｈを強
めていくと、磁性ドット２２の磁化はあまり変化しない
ので、磁気抵抗はほぼ一定を示した。そして、磁場Ｈ２
（120 〔Ｏｅ〕) になると、磁性ドット２２の磁化が反
転することにより、磁気抵抗が80〔Ω〕から40〔Ω〕ま
で急激に低下した。Using the electrodes 301 to 304, the constant current source 32, and the voltmeter 34 shown in FIG. 3, the magnetoresistance characteristics of the dot array magnetic film 20 were measured by a four-terminal method. As a result, as shown in FIG. 7, the magnetization of the magnetic dot 24 is reversed in the same direction as the magnetic field H by the magnetic field H1 (60 [Oe]), and the magnetic resistance is discontinuous by the magnetic field H1 reflecting this situation. A jump has occurred. The magnetic resistance at this time is from 100 [Ω] to 150
[Ω], MR ratio 50 [%], magnetic sensitivity 0.83
[% / Oe]. The magnitude of this jump was proportional to the ratio of the magnetic dots 24 to the volume of the ferromagnetic material in the entire dot array magnetic film 20. When the magnetic field H was further increased, the magnetization of the magnetic dots 22 did not change much, so that the magnetoresistance was almost constant. And the magnetic field H2
At (120 [Oe]), the magnetization of the magnetic dots 22 was reversed, and the magnetic resistance was rapidly reduced from 80 [Ω] to 40 [Ω].

【００４４】強磁性体を用いた人工格子磁気抵抗効果素
子（鉄−クロム、コバルト−銅）では、積層数を増やす
ことにより、スピン散乱の頻度を増加できるので、さら
に大きな磁気抵抗変化が得られる。この現象はドットア
レー状磁性膜２０を用いた磁気抵抗効果素子でも見ら
れ、多層膜構造をとることにより磁気抵抗比及び磁場感
度が向上し、特に磁場感度は10倍に向上した。In an artificial lattice magnetoresistive element (iron-chromium, cobalt-copper) using a ferromagnetic material, the frequency of spin scattering can be increased by increasing the number of layers, so that a larger magnetoresistance change can be obtained. . This phenomenon is also observed in a magnetoresistive element using the dot array magnetic film 20, and the multilayer structure has improved the magnetoresistance ratio and the magnetic field sensitivity.

【００４５】第一及び第二実施形態では、二種類の長方
形の磁性ドットはそれぞれ同じ厚さと同じ材料を持つ。
しかし、磁性ドットの厚みや形状異方性を変えたり、磁
場の印加方向を変えたり、磁性ドットをそれぞれ異なる
材料で作製することにより、保磁力や飽和磁化等の磁気
特性にさらに多様性を持たせることが可能である。In the first and second embodiments, the two types of rectangular magnetic dots each have the same thickness and the same material.
However, by changing the thickness and shape anisotropy of the magnetic dots, changing the direction of application of the magnetic field, and manufacturing the magnetic dots with different materials, magnetic properties such as coercive force and saturation magnetization have more diversity. Is possible.

【００４６】次に、本発明に係るドットアレー状磁性膜
の第三実施形態を説明する。本実施形態の構成は、第二
実施形態に準ずるので、その図示を省略する。Next, a third embodiment of the dot array magnetic film according to the present invention will be described. Since the configuration of the present embodiment conforms to the second embodiment, the illustration thereof is omitted.

【００４７】大小２つの長方形の磁性ドットに対して、
第二実施形態では長辺方向に磁場を印加するのに対し
て、本実施形態では短辺方向に磁場を印加する。例え
ば、大きい磁性ドット（大きさ100 ×50〔ｎｍ〕、10⁷
個）と小さい磁性ドット（50〔ｎｍ〕×40〔ｎｍ〕、10
⁷ 個）との短辺方向に磁場を印加した。このとき、大き
い磁性ドットの保磁力は100 〔Ｏｅ〕であり、小さい磁
性ドットの保磁力は40〔Ｏｅ〕であった。このドットア
レー状磁性膜に電極を付けて磁気抵抗を測定した。磁場
40〔Ｏｅ〕において、小さい磁性ドットだけが磁場と同
じ向きにスピン反転することにより、磁気抵抗が40
〔Ω〕から80〔Ω〕に増加した。磁場40〜80〔Ｏｅ〕に
おいて、磁気抵抗値がほぼ一定であった。磁場100 〔Ｏ
ｅ〕において、全てのスピンが磁場方向に傾くことによ
り、磁気抵抗が80〔Ω〕から40〔Ω〕まで減少した。す
なわち、磁気抵抗比は50〔％〕であった。For two large and small rectangular magnetic dots,
In the second embodiment, a magnetic field is applied in the long side direction, whereas in the present embodiment, a magnetic field is applied in the short side direction. For example, large magnetic dot (size 100 × 50 [nm], ¹⁰⁷
Pieces) and small magnetic dots (50 [nm] x 40 [nm], 10
⁷ ) in the short side direction. At this time, the coercive force of the large magnetic dot was 100 [Oe], and the coercive force of the small magnetic dot was 40 [Oe]. An electrode was attached to this dot array-like magnetic film, and the magnetic resistance was measured. magnetic field
At 40 [Oe], only small magnetic dots undergo spin reversal in the same direction as the magnetic field, resulting in a magnetic resistance of 40 [Oe].
It increased from [Ω] to 80 [Ω]. In a magnetic field of 40 to 80 [Oe], the magnetoresistance was almost constant. Magnetic field 100 [O
In e), the magnetic resistance was reduced from 80 [Ω] to 40 [Ω] by tilting all the spins in the direction of the magnetic field. That is, the magnetoresistance ratio was 50 [%].

【００４８】なお、長方形の磁性ドットの形状は、上記
実施形態では二種類であったが、例えばｎ種類としても
よい。このときのドットアレー状磁性膜は、ｎ種類の保
磁力を有するので、ｎ段のデジタル的なステップが実現
する。したがって、低磁場のみならず高磁場領域におい
ても高感度な磁気抵抗素子を実現できる。The shapes of the rectangular magnetic dots are two types in the above embodiment, but may be n types, for example. At this time, since the dot array-like magnetic film has n kinds of coercive forces, n digital steps are realized. Therefore, a highly sensitive magnetoresistive element can be realized not only in a low magnetic field but also in a high magnetic field region.

【００４９】次に、本発明に係るドットアレー状磁性膜
の第四実施形態を説明する。本実施形態の構成は、第一
及び第二実施形態に準ずるので、その図示を省略する。Next, a fourth embodiment of the dot array magnetic film according to the present invention will be described. Since the configuration of the present embodiment conforms to the first and second embodiments, illustration thereof is omitted.

【００５０】本実施形態のドットアレー状磁性膜は、大
きい長方形の磁性ドットと小さい長方形の磁性ドットと
が、互いに異なる材料からなるものである。その製造方
法について説明する。まず、ＰＭＭＡレジストを塗布
し、電子線ビ−ムリソグラフィ−で大きい磁性ドットパ
ターンだけを作製する。このときの条件は、加速電圧50
〔ｅＶ〕、ビ−ム電流100 〔ｐＡ〕、電子線ド−ズ量40
0 〔μＣ／ｃｍ² 〕である。その現像後、イオンビ−ム
スパッタ法で鉄を20〔ｎｍ〕成膜し、アセトンでリフト
オフを行う。続いて、再度ＰＭＭＡレジストを塗布し、
アライナ−等でマ−ク検出を行い、大きい磁性ドットの
隙間に電子線ビ−ムリソグラフィ−で小さい磁性ドット
パターンを作製する。その現像後、イオンビ−ムスパッ
タ法で今度はパ−マロイを成膜し、リフトオフによりド
ットアレー状磁性膜が完成する。この場合、通常の二倍
のプロセスを要するが、小さい磁性ドットがパ−マロイ
であるので、保磁力が10〔Ｏｅ〕程度に下がる。したが
って、磁性ドットの全てを鉄で作製する場合よりも感度
が向上する。In the dot array magnetic film of this embodiment, the large rectangular magnetic dots and the small rectangular magnetic dots are made of different materials. The manufacturing method will be described. First, a PMMA resist is applied, and only a large magnetic dot pattern is formed by electron beam lithography. The condition at this time is that the acceleration voltage is 50
[EV], beam current 100 [pA], electron beam dose 40
0 [μC / cm ² ]. After the development, a film of iron (20 nm) is formed by ion beam sputtering, and lift-off is performed with acetone. Then, apply PMMA resist again,
A mark is detected by an aligner or the like, and a small magnetic dot pattern is formed in the gap between the large magnetic dots by electron beam lithography. After the development, a permalloy film is formed this time by ion beam sputtering, and a dot array-like magnetic film is completed by lift-off. In this case, a process twice as large as usual is required, but the coercive force is reduced to about 10 [Oe] because the small magnetic dots are permalloy. Therefore, the sensitivity is improved as compared with the case where all the magnetic dots are made of iron.

【００５１】次に、本発明に係るドットアレー状磁性膜
の第五実施形態を説明する。本実施形態の構成は、第一
実施形態に準ずるので、その図示を省略する。Next, a fifth embodiment of the dot array magnetic film according to the present invention will be described. Since the configuration of the present embodiment conforms to the first embodiment, its illustration is omitted.

【００５２】磁気記録媒体としての機能は、単位体積あ
たりの磁気密度が高い方がよい。本実施形態では、個々
の磁性ドットが100 〔ｎｍ〕程度以下に作製してあるの
で、磁性ドットそれぞれが単磁区構造をとり１ビットで
ある。その際、単磁区が基板に平行方向に形成されてい
る場合よりも垂直方向に磁化している場合の方が、単位
面積あたりのビット数を増加させることが可能である。
磁性ドット（鉄）のアスペクト比を増加させて、直径20
〔ｎｍ〕及び高さ50〔ｎｍ〕とした場合、磁性ドットは
基板に垂直方向に磁化されるので、記録密度は向上す
る。他にコバルトクロムの合金や、バリウムフェライト
などが垂直磁化素子として用いることができる。For the function as a magnetic recording medium, the higher the magnetic density per unit volume, the better. In the present embodiment, since each magnetic dot is manufactured to be about 100 [nm] or less, each magnetic dot has a single magnetic domain structure and is 1 bit. At this time, the number of bits per unit area can be increased when the single magnetic domain is magnetized in the vertical direction, rather than when the single magnetic domain is formed in the direction parallel to the substrate.
Increase the aspect ratio of magnetic dots (iron) to 20
In the case of [nm] and the height of 50 [nm], the magnetic dots are magnetized in the direction perpendicular to the substrate, so that the recording density is improved. In addition, a cobalt chromium alloy, barium ferrite, or the like can be used as the perpendicular magnetization element.

【００５３】次に、本発明に係るドットアレー状磁性膜
の第六実施形態を説明する。本実施形態の構成は、第一
及び第二実施形態に準ずるので、その図示を省略する。Next, a sixth embodiment of the dot array magnetic film according to the present invention will be described. Since the configuration of the present embodiment conforms to the first and second embodiments, illustration thereof is omitted.

【００５４】本実施形態のドットアレー状磁性膜は、個
々の磁性ドットの膜厚が異なるものである。ここで、二
種類の膜厚を持つ磁性ドットを作製する方法を記述す
る。まず、電子線ビ−ム、リフトオフ等の微細加工技術
を用いて前述と同様にして、膜厚の薄い磁性ドット（40
〔ｎｍ〕）を作製し、これらの磁性ドットの間に厚い磁
性ドット（60〔ｎｍ〕）を作製する。ここで、基板上に
垂直方向に磁化している二種類の磁性ドット（高さ／直
径＝40〔ｎｍ〕／20〔ｎｍ〕、60〔ｎｍ〕／20〔ｎ
ｍ〕）に対して、磁場を基板に垂直方向に印加する。す
ると、磁場Ｈ１（100〔Ｏｅ〕）で薄い磁性ドットの磁
化だけが反転する。続いて、磁場を強めていくと磁場Ｈ
２（150 〔Ｏｅ〕）で厚い磁性ドットも磁化反転し、ド
ットアレー状磁性膜全体の磁化が揃う。このように同じ
直径を持つ磁性ドットでも、膜厚が異なれば、保磁力も
異なる。このような膜厚の自由度を利用すると、さらに
設計の自由度を増加させることが可能である。In the dot array magnetic film of the present embodiment, the thickness of each magnetic dot is different. Here, a method of manufacturing magnetic dots having two types of film thicknesses will be described. First, a thin magnetic dot (40) is formed in the same manner as described above using a microfabrication technique such as electron beam or lift-off.
[Nm]), and thick magnetic dots (60 [nm]) are formed between these magnetic dots. Here, two types of magnetic dots (height / diameter = 40 [nm] / 20 [nm], 60 [nm] / 20 [n] magnetized on the substrate in the vertical direction
m]), a magnetic field is applied to the substrate in the vertical direction. Then, only the magnetization of the thin magnetic dot is reversed by the magnetic field H1 (100 [Oe]). Then, as the magnetic field is increased, the magnetic field H
At 2 (150 [Oe]), the magnetization of the thick magnetic dot is also reversed, and the magnetization of the entire dot array-like magnetic film becomes uniform. As described above, even if the magnetic dots have the same diameter, if the film thickness is different, the coercive force is also different. By utilizing such a degree of freedom of the film thickness, it is possible to further increase the degree of freedom of design.

【００５５】図８は、本発明に係るドットアレー状磁性
膜の第七実施形態を示す平面図である。図９は、本発明
に係るドットアレー状磁性膜の第八実施形態を示す断面
図である。以下、これらの図面に基づき説明する。FIG. 8 is a plan view showing a dot array magnetic film according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 9 is a sectional view showing an eighth embodiment of the dot array magnetic film according to the present invention. Hereinafter, description will be made based on these drawings.

【００５６】第七実施形態のドットアレー状磁性膜５０
は、円筒状の磁性ドット５２が基板５４上に配列された
ものである。第八実施形態のドットアレー状磁性膜６０
は、半球状の磁性ドット６２がＳｉＯ₂ 膜１６付きのＳ
ｉ基板１８上に配列されたものである。ドットアレー状
磁性膜５０，６０の製造方法について説明する。まず、
所定の膜厚のＰＭＭＡレジストを塗布し、50〔ｎｍ〕の
円パタ−ンを作製する。このときＰＭＭＡレジストの膜
厚が厚ければ（例えば300 〔ｎｍ〕）円筒状の磁性ドッ
ト５２が形成され、薄ければ（例えば100 〔ｎｍ〕）半
球状の磁性ドット６２が形成される。続いて、イオンビ
−ムスパッタ装置の基板ホルダ−を回転させながら、鉄
やコバルトなどをスパッタする。この場合に、イオンビ
−ムとタ−ゲット（例えば鉄）とを結ぶ直線と、タ−ゲ
ットと基板ホルダ−とを結ぶ直線とのなす角が30度とな
るようにタ−ゲットを設置する。スパッタ後、アセトン
等でリフトオフすれば磁性ドット５２，６２が完成す
る。磁性ドット５２，６２は、立体的な形状をしている
ので、平面的な磁性ドットよりも、更に多様な磁気特性
が実現できる。Dot Array Magnetic Film 50 of Seventh Embodiment
Is formed by arranging cylindrical magnetic dots 52 on a substrate 54. Dot array-like magnetic film 60 of the eighth embodiment
, The magnetic dot 62 of the semi-spherical with a SiO ₂ film 16 S
They are arranged on the i-substrate 18. A method for manufacturing the dot array magnetic films 50 and 60 will be described. First,
A PMMA resist having a predetermined thickness is applied to form a circular pattern of 50 [nm]. At this time, if the film thickness of the PMMA resist is large (for example, 300 [nm]), cylindrical magnetic dots 52 are formed, and if the film thickness is small (for example, 100 [nm]), hemispherical magnetic dots 62 are formed. Subsequently, iron or cobalt is sputtered while rotating the substrate holder of the ion beam sputtering apparatus. In this case, the target is set so that an angle between a straight line connecting the ion beam and the target (for example, iron) and a straight line connecting the target and the substrate holder is 30 degrees. After sputtering, the magnetic dots 52 and 62 are completed by lifting off with acetone or the like. Since the magnetic dots 52 and 62 have a three-dimensional shape, more various magnetic characteristics can be realized than a planar magnetic dot.

【００５７】図１０は、本発明に係るドットアレー状磁
性膜の第九実施形態を示す概略断面図である。以下、こ
の図面に基づき説明する。FIG. 10 is a schematic sectional view showing a ninth embodiment of the dot array magnetic film according to the present invention. Hereinafter, description will be made based on this drawing.

【００５８】本実施形態のドットアレー状磁性膜７０
は、多数の長方形の磁性ドット７２が格子状に配列さ
れ、磁性ドット７２相互が非磁性導体７４で電気的に接
続されたものである。磁性ドット７２は、鉄とコバルト
とからなり、膜厚が20〔ｎｍ〕である。非磁性導体７４
は、膜厚20〔ｎｍ〕のクロム膜であり、磁性ドット７２
を覆うようにスパッタ成膜されたものである。The dot array magnetic film 70 of the present embodiment
Is formed by arranging a large number of rectangular magnetic dots 72 in a lattice pattern, and the magnetic dots 72 are electrically connected to each other by a nonmagnetic conductor 74. The magnetic dots 72 are made of iron and cobalt, and have a thickness of 20 [nm]. Non-magnetic conductor 74
Is a chromium film having a thickness of 20 [nm], and magnetic dots 72
Is formed by sputtering to cover.

【００５９】これにより鉄とクロムとの矩形−細線周期
構造が得られた。クロム両側の鉄のスピンがそろった場
合（Ｈ＞100 〔Ｏｅ〕）に磁気抵抗が最小となり、クロ
ム両側のスピンが反平行の低磁場領域（40〔Ｏｅ〕＜Ｈ
＜100 〔Ｏｅ〕) で磁気抵抗は最大となった。この場
合、磁性ドットの列のピッチが磁気的相互作用が及ばな
い程大きければ（例えば400 〔ｎｍ〕）、互いの磁性ド
ット間の磁気的カップリングがないのでドットアレー状
磁性膜の保磁力が大きくなる。逆にピッチを狭めればダ
イポ−ル相互作用が強くなり、磁性ドットの磁化反転を
アシストし、ドットアレー状磁性膜の保磁力が減少す
る。ここでは、鉄の磁性ドットにクロム膜をかぶせる場
合を述べたが、コバルトの磁性ドットの上に銅膜をかぶ
せてもよい。また、スパッタ法の代わりに蒸着法で成膜
してもよい。As a result, a rectangular-fine line periodic structure of iron and chromium was obtained. When the spins of iron on both sides of chromium are uniform (H> 100 [Oe]), the magnetic resistance is minimized, and the spins on both sides of chromium are antiparallel in a low magnetic field region (40 [Oe] <H).
<100 [Oe]), the magnetic resistance became maximum. In this case, if the pitch of the rows of magnetic dots is large enough to prevent magnetic interaction (for example, 400 [nm]), there is no magnetic coupling between the magnetic dots, and the coercive force of the dot array-like magnetic film is reduced. growing. Conversely, if the pitch is narrowed, the dipole interaction becomes stronger, assists the magnetization reversal of the magnetic dots, and reduces the coercive force of the dot array-like magnetic film. Here, the case where the chromium film is coated on the iron magnetic dots is described, but a copper film may be coated on the cobalt magnetic dots. Further, the film may be formed by a vapor deposition method instead of the sputtering method.

【００６０】従来のグラニュラ−型の磁気抵抗効果素子
においては、個々の強磁性体微粒子の分布やサイズがラ
ンダムであるため、単磁区構造と多磁区構造とが共存し
ている。この磁気抵抗効果素子の代表的な製造方法は、
合金を単にスパッタし適当に熱処理を施す程度である。
この方法では、製造が容易であるものの、強磁性粒子の
形状が円状となるため、形状異方性、保磁力等の重要な
パラメ−タ−を任意に制御できない。In the conventional granular type magnetoresistive element, since the distribution and size of the individual ferromagnetic fine particles are random, a single domain structure and a multi-domain structure coexist. A typical method of manufacturing this magnetoresistive element is
The alloy is simply sputtered and appropriately heat-treated.
Although this method is easy to manufacture, the important parameters such as shape anisotropy and coercive force cannot be arbitrarily controlled because the shape of the ferromagnetic particles is circular.

【００６１】本実施形態のドットアレー状磁性膜７０で
は、磁性ドットやその配列を任意のサイズ及び位置に形
成することができる。そのため、ドットアレー状磁性膜
７０を用いた磁気抵抗効果素子の保磁力を上げる場合
は、針状に鉄を加工し容易軸方向に磁場を印加すれば、
最高2500〔Ｏｅ〕程度にまで保磁力を高めることが可能
である。磁気抵抗効果素子の保磁力を下げるためには、
磁性ドット７２の面積を小さくするか（50〔ｎｍ〕以
下）、熱処理をするか、長方形の短辺方向に磁場を印加
できるように設計する。In the dot array magnetic film 70 of this embodiment, the magnetic dots and their arrangement can be formed in any size and position. Therefore, when increasing the coercive force of the magnetoresistive effect element using the dot array-like magnetic film 70, if iron is machined into a needle shape and a magnetic field is applied in the easy axis direction,
The coercive force can be increased up to about 2500 [Oe]. To lower the coercive force of the magnetoresistive element,
The area of the magnetic dots 72 is reduced (50 [nm] or less), heat-treated, or designed so that a magnetic field can be applied in the short side direction of the rectangle.

【００６２】図１１は、本発明に係るドットアレー状磁
性膜の他の実施形態を示す概略平面図である。下、この
図面に基づき説明する。FIG. 11 is a schematic plan view showing another embodiment of the dot array magnetic film according to the present invention. Hereinafter, description will be given based on this drawing.

【００６３】図１１は、磁性ドットの配列を例示したも
のである。図１１（Ａ）は正方形状の配列、図１１
（Ｂ）は長方形状の配列、図１１（Ｃ）は六角形状の配
列（中心に一個の磁性ドットを有する）、図１１（Ｄ）
は菱形状の配列、図１１（Ｅ）は同心円状の配列、図１
１（Ｆ）は十字状の磁性ドットによる正方形状の配列、
図１１（Ｇ）は直線状の配列である。このような磁性ド
ットの配列は、例えば電子線ビ−ムリソグラフィ−のプ
ログラムで幾何学的配置を指定することにより得られ
る。FIG. 11 exemplifies an arrangement of magnetic dots. FIG. 11A shows a square array.
11B is a rectangular array, FIG. 11C is a hexagonal array (having one magnetic dot at the center), and FIG.
Is a rhombic array, FIG. 11E is a concentric array, FIG.
1 (F) is a square array of cross-shaped magnetic dots,
FIG. 11G shows a linear array. Such an arrangement of magnetic dots can be obtained, for example, by specifying a geometrical arrangement by a program of electron beam lithography.

【００６４】図１１（Ａ）の配列と図１１（Ｇ）の配列
とでは、磁性ドット間のダイポール相互作用が異なるの
で、磁気特性が大きく異なる。図１１（Ｆ）の配列で
は、十字を構成するどちらの細線方向に磁場を印加して
も、同じ特性が得られる。The arrangement shown in FIG. 11A and the arrangement shown in FIG. 11G differ greatly in magnetic characteristics because dipole interaction between magnetic dots is different. In the arrangement shown in FIG. 11F, the same characteristics can be obtained by applying a magnetic field in either of the fine line directions constituting the cross.

【００６５】次に、上記実施形態以外の補足的な説明を
する。Next, a supplementary explanation other than the above embodiment will be given.

【００６６】例えば、100 ×50〔ｎｍ〕の長方形の磁性
ドットが400 〔ｎｍ〕のピッチで配列されているドット
アレー状磁性膜の場合は、磁性ドット同士のダイポ−ル
相互作用が弱いので、保磁力は大きい（約80〔Ｏ
ｅ〕）。ダイポ−ル相互作用は、磁性ドット間の距離の
三乗に反比例し、各磁性ドットの磁気モ−メントの積に
比例する。ピッチが400 〔ｎｍ〕以下になるほど、ドッ
トアレー状磁性膜の保磁力は徐々に小さくなる。これ
は、ドットアレー磁性膜がダイポール相互作用を通じて
協力的に反転するためである。低磁場領域で磁気抵抗効
果素子の感度を増加させるには、磁性ドットのピッチを
小さくすることが重要である（磁性ドットの大きさが均
一である場合）。For example, in the case of a dot array magnetic film in which rectangular magnetic dots of 100 × 50 [nm] are arranged at a pitch of 400 [nm], the dipole interaction between the magnetic dots is weak. The coercive force is large (about 80 [O
e)). The dipole interaction is inversely proportional to the cube of the distance between magnetic dots and proportional to the product of the magnetic moments of each magnetic dot. As the pitch becomes 400 nm or less, the coercive force of the dot array-like magnetic film gradually decreases. This is because the dot array magnetic film is cooperatively inverted through dipole interaction. In order to increase the sensitivity of the magnetoresistive element in a low magnetic field region, it is important to reduce the pitch of the magnetic dots (when the size of the magnetic dots is uniform).

【００６７】強磁性体を用いた人工格子磁気抵抗素子
（鉄−クロム、コバルト−銅）においては、積層の回数
を増加すれば、スピン散乱の頻度が増加することによ
り、さらに大きな磁気抵抗変化が得られる。この現象は
本発明のナノ構造素子でも見られ、多層膜構造をとるこ
とにより磁気抵抗比及び磁場感度が向上する。In an artificial lattice magnetoresistive element (iron-chromium, cobalt-copper) using a ferromagnetic material, if the number of laminations is increased, the frequency of spin scattering increases, so that a larger magnetoresistance change occurs. can get. This phenomenon is also observed in the nanostructured device according to the present invention, and by adopting a multilayer structure, the magnetoresistance ratio and the magnetic field sensitivity are improved.

【００６８】従来の磁気記録媒体では、個々の針状粒子
も単磁区構造と多磁区構造が混在している。これらの単
磁区構造と多磁区構造とでは、保磁力が異なるので、あ
る特定位置における磁気情報が不明確であった。なお、
現在用いられている磁気テ−プは、針状に長い酸化鉄の
粒子が横たわっている構造であり、粒子サイズ、粒子密
度、粒子の方向等が自由に制御できない。しかも、個々
の針状粒子の磁区が必ずしも単磁区ではなく、マルチド
メインに分かれている粒子もある。これは、磁区が明確
に分離していないことを意味し、情報を読み込むときの
ノイズとなる。また、個々のビットの位置が明確に定義
されておらず読み込み効率が良くない。次世代の磁気記
録媒体は、本発明のように、高密度で単磁区粒子が離散
的に、さらには垂直方向に配列されている構造が好まし
いといえる。例えば、単磁区構造を有する長方形の磁性
ドットが200 〔ｎｍ〕のピッチで配列されているとすれ
ば、約33〔ギガビット／（インチ）² 〕の磁気記録媒体
が実現する。In a conventional magnetic recording medium, individual needle-shaped particles also have a single-domain structure and a multi-domain structure. Since the coercive force differs between the single domain structure and the multi-domain structure, magnetic information at a certain specific position is unclear. In addition,
The magnetic tape currently used has a structure in which long iron oxide particles are lying in a needle shape, and the particle size, the particle density, the direction of the particles, and the like cannot be freely controlled. Moreover, the magnetic domains of the individual acicular particles are not necessarily single magnetic domains, and some particles are divided into multiple domains. This means that the magnetic domains are not clearly separated, and becomes noise when reading information. Further, the position of each bit is not clearly defined, and the reading efficiency is not good. It can be said that the next-generation magnetic recording medium preferably has a structure in which single magnetic domain particles are discretely arranged at high density and further arranged in the vertical direction as in the present invention. For example, if rectangular magnetic dots having a single magnetic domain structure are arranged at a pitch of 200 [nm], a magnetic recording medium of about 33 [gigabit / (inch) ² ] can be realized.

【００６９】[0069]

【発明の効果】本発明に係るドットアレー状磁性膜によ
れば、微細加工技術を用いて多数の磁性ドットを配列す
ることにより、所望の磁気特性が得られるので、高感度
の磁気抵抗効果素子及び高密度の磁気記録媒体を実現で
きる。According to the dot array magnetic film of the present invention, a desired magnetic characteristic can be obtained by arranging a large number of magnetic dots by using a fine processing technique. And a high-density magnetic recording medium can be realized.

【００７０】例えば、微細加工技術により任意の形状に
磁性ドットを加工することにより、磁気抵抗を任意の値
に設定することができる。例えば、磁気抵抗を上げたい
ときは磁性ドットの膜厚や面積を減らして、磁性ドット
の断面積を小さくし、細線の長さを長くすればよい。こ
れは、従来の低抵抗なトンネル電流型素子（ＴＭＲ構
造）にはない長所を有している。For example, the magnetic resistance can be set to an arbitrary value by processing a magnetic dot into an arbitrary shape by a fine processing technique. For example, when it is desired to increase the magnetic resistance, the thickness and area of the magnetic dot may be reduced, the cross-sectional area of the magnetic dot may be reduced, and the length of the fine line may be increased. This has an advantage not found in the conventional low resistance tunneling current element (TMR structure).

【００７１】また、磁性ドット、配列パターン、形状異
方性、多層膜構造を変化させることにより、特に保磁
力、飽和磁化、磁気抵抗（ヒステリシス特性も含む）の
傾き（磁場感度）などの磁気特性を自由に制御すること
ができる。特に低磁場での磁気抵抗比感度を高くでき、
高抵抗領域を拡大でき、かつ飽和磁場を大きくできる。
このように、磁気抵抗効果素子を意図的に多数の磁性ド
ット構造にし、保磁力等の磁気特性を制御することは、
従来の磁気抵抗効果素子では実現不可能であった。例え
ば、保磁力を大きくしたい場合は、規則正しく配列され
た長方形の磁性ドットの長辺方向に磁場を印加するよう
に磁気抵抗効果素子を設計し、逆に小さくしたい場合
は、長方形の短辺方向に磁場を印加するか、長方形のサ
イズをさらに微小化すればよい。Further, by changing the magnetic dots, arrangement pattern, shape anisotropy, and multilayer structure, magnetic characteristics such as coercive force, saturation magnetization, and gradient of magnetic resistance (including hysteresis characteristics) (magnetic field sensitivity) are obtained. Can be controlled freely. In particular, it can increase the magnetoresistance ratio sensitivity in low magnetic fields,
The high resistance region can be expanded and the saturation magnetic field can be increased.
As described above, intentionally making the magnetoresistive effect element a large number of magnetic dot structures and controlling magnetic properties such as coercive force are as follows.
This was not possible with conventional magnetoresistive elements. For example, if you want to increase the coercive force, design the magnetoresistive effect element to apply a magnetic field in the long side direction of the regularly arranged rectangular magnetic dots, and conversely, if you want to reduce it, A magnetic field may be applied or the size of the rectangle may be further reduced.

【００７２】換言すると、本発明に係るドットアレー状
磁性膜によれば、ナノスケ−ルに強磁性体を加工するこ
とにより、個々の磁性ドットを単磁区構造に形成して高
密度に配列することができるので、従来にない高密度な
磁気記録媒体を提供できる。In other words, according to the dot array-like magnetic film of the present invention, by forming a ferromagnetic material on a nanoscale, individual magnetic dots are formed in a single magnetic domain structure and arranged at a high density. Therefore, it is possible to provide a high-density magnetic recording medium that has never existed before.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明に係るドットアレー状磁性膜の第一実施
形態を示す部分平面図である。FIG. 1 is a partial plan view showing a first embodiment of a dot array magnetic film according to the present invention.

【図２】図１におけるII−II線縦断面図である。FIG. 2 is a vertical sectional view taken along line II-II in FIG.

【図３】本発明に係るドットアレー状磁性膜の第二実施
形態を示す部分平面図である。FIG. 3 is a partial plan view showing a second embodiment of a dot array magnetic film according to the present invention.

【図４】図３におけるIV−IV線縦断面図である。FIG. 4 is a vertical sectional view taken along line IV-IV in FIG.

【図５】図３のドットアレー状磁性膜の第一の製造方法
を示す端面図であり、図５〔１〕〜図５〔４〕の順に工
程が進行する。FIG. 5 is an end view showing a first method of manufacturing the dot array-like magnetic film of FIG. 3, and the process proceeds in the order of FIGS. 5 [1] to 5 [4].

【図６】図３のドットアレー状磁性膜の第二の製造方法
を示す端面図であり、図６〔１〕〜図６〔４〕の順に工
程が進行する。FIG. 6 is an end view showing a second method of manufacturing the dot array magnetic film shown in FIG. 3, and the process proceeds in the order of FIGS. 6 [1] to 6 [4].

【図７】図３のドットアレー状磁性膜の磁気特性を示す
グラフである。FIG. 7 is a graph showing magnetic characteristics of the dot array magnetic film of FIG.

【図８】本発明に係るドットアレー状磁性膜の第七実施
形態を示す部分平面図である。FIG. 8 is a partial plan view showing a dot array magnetic film according to a seventh embodiment of the present invention.

【図９】本発明に係るドットアレー状磁性膜の第八実施
形態を示す部分断面図である。FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing an eighth embodiment of a dot array magnetic film according to the present invention.

【図１０】本発明に係るドットアレー状磁性膜の第九実
施形態を示す部分断面図である。FIG. 10 is a partial sectional view showing a ninth embodiment of a dot array magnetic film according to the present invention.

【図１１】本発明に係るドットアレー状磁性膜の他の実
施形態を示す概略平面図であり、図１１（Ａ）は磁性ド
ットの正方形状の配列、図１１（Ｂ）は磁性ドットの長
方形状の配列、図１１（Ｃ）は磁性ドットの六角形状の
配列（中心に一個の磁性ドットを有する）、図１１
（Ｄ）は磁性ドットの菱形状の配列、図１１（Ｅ）は磁
性ドットの同心円状の配列、図１１（Ｆ）は十字状の磁
性ドットによる正方形状の配列、図１１（Ｇ）は磁性ド
ットの直線状の配列である。11 is a schematic plan view showing another embodiment of a dot array-like magnetic film according to the present invention, FIG. 11 (A) is a square array of magnetic dots, and FIG. 11 (B) is a rectangle of magnetic dots. FIG. 11C shows a hexagonal array of magnetic dots (having one magnetic dot at the center), and FIG.
(D) is a diamond-shaped array of magnetic dots, FIG. 11 (E) is a concentric array of magnetic dots, FIG. 11 (F) is a square array of cross-shaped magnetic dots, and FIG. It is a linear array of dots.

【図１２】強結合型ＧＭＲ素子のＭ−Ｈ特性と磁気抵抗
特性とを示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing MH characteristics and magnetoresistance characteristics of a strongly coupled GMR element.

【図１３】弱結合型ＧＭＲ素子のＭ−Ｈ特性と磁気抵抗
特性とを示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing MH characteristics and magnetoresistive characteristics of a weakly coupled GMR element.

【図１４】非結合型ＧＭＲ素子のＭ−Ｈ特性と磁気抵抗
特性とを示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing MH characteristics and magnetoresistive characteristics of a non-coupled GMR element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０，２０，５０，６０，７０ ドットアレー状磁性膜 １２，１４，２２，２４，５２，６２，７２ 磁性ドッ
ト ７４ 非磁性導体10, 20, 50, 60, 70 Dot array magnetic film 12, 14, 22, 24, 52, 62, 72 Magnetic dot 74 Non-magnetic conductor

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 強磁性体と非磁性金属の積層膜からなる
多数の磁性ドットが基板上に配列され、前記多数の磁性
ドットは互いに隣接する磁性ドットの磁気異方性が異な
ることを特徴とするドットアレー状磁性膜。 1. A laminated film of a ferromagnetic material and a non-magnetic metal
A large number of magnetic dots are arranged on the substrate,
Dots have different magnetic anisotropy between adjacent magnetic dots
A dot array-like magnetic film, characterized in that: 【請求項２】 請求項１記載の磁気異方性の異なりは前
記磁性ドットの印加磁場に対する保磁力が異なることを
特徴とするドットアレー状磁性膜。 2. The difference in magnetic anisotropy according to claim 1
That the coercive force of the magnetic dots with respect to the applied magnetic field is different.
Characteristic dot array magnetic film. 【請求項３】 請求項１記載の磁気異方性の異なりは前
記磁性ドットの大きさが異なることを特徴とするドット
アレー状磁性膜。 3. The difference in magnetic anisotropy according to claim 1
Dots having different sizes of magnetic dots
Array-like magnetic film. 【請求項４】 請求項１記載の磁気異方性の異なりは前
記磁性ドットの形状が異なることを特徴とするドットア
レー状磁性膜。 4. The difference in magnetic anisotropy according to claim 1
A dot dot characterized by having different shapes of magnetic dots.
Leh-like magnetic film. 【請求項５】 請求項１記載の磁気異方性の異なりは前
記磁性ドットの材料が異なることを特徴とするドットア
レー状磁性膜。5. The difference in magnetic anisotropy according to claim 1
A magnetic recording medium characterized by a different magnetic dot material.
Leh-like magnetic film . 【請求項６】 請求項１記載の磁気異方性の異なりは前
記磁性ドットの膜厚が異なることを特徴とするドットア
レー状磁性膜。 6. The difference in magnetic anisotropy according to claim 1
A dot mask characterized in that the thickness of the magnetic dots is different.
Leh-like magnetic film. 【請求項７】 請求項１記載の磁気異方性の異なりは前
記磁性ドットの配列のピッチが異なることを特徴とする
ドットアレー状磁性膜。 7. A difference in magnetic anisotropy according to claim 1,
The pitch of the arrangement of the magnetic dots is different.
Dot array magnetic film. 【請求項８】 請求項１記載の磁気異方性の異なりは前
記磁性ドットの配列のピッチが異なることを特徴とする
ドットアレー状磁性膜。 8. The difference in magnetic anisotropy according to claim 1
The pitch of the arrangement of the magnetic dots is different.
Dot array magnetic film. 【請求項９】 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の
ドットアレー状磁性膜を用いた磁気記録媒体。9. A magnetic recording medium using the dot array magnetic film according to claim 1. Description: 【請求項１０】 前記磁性ドットの磁化方向が前記基板
に対し垂直である、請求項９記載の磁気記録媒体。10. The magnetic recording medium according to claim 9, wherein the magnetization direction of the magnetic dots is perpendicular to the substrate. 【請求項１１】 前記多数の磁性ドットの間が非磁性金
属膜によって覆われていることを特徴とする接続されて
なる、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のドットア
レー状磁性膜を用いた磁気抵抗効果素子。11. The dot array-like magnetic film according to claim 1, wherein the plurality of magnetic dots are connected with each other by being covered with a nonmagnetic metal film. A magnetoresistive effect element using.