JP6282990B2 - 磁気センサおよび電流センサ - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る磁気センサの概念図(平面図)、図2は、図1に示すII−II線における矢視断面図である。
本発明の一実施形態に係る磁気センサの製造方法は限定されない。次に説明する方法によれば、本実施形態に係る磁気センサを効率的に製造することが可能である。
本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサは、電流センサとして好適に使用されうる。かかる電流センサは、磁気抵抗効果素子を1つ備える構成でもよいが、特許文献1に記載されるように、4つの素子を用い、ブリッジ回路を組んで測定精度を高めることが好ましい。本発明の一実施形態に係る磁気抵抗効果素子の製造方法は、好ましい一例において磁場中アニール処理を備えないため、複数の磁気抵抗効果素子を同一基板上に製造することが容易である。
絶縁膜を有する基板上に、下からシード層;NiFeCr(42)/固定磁性層[第1磁性層;Co40Fe60(19)/非磁性中間層;Ru(3.6)/第2磁性層;Co90Fe10(24)]/非磁性材料層;Cu(22)/フリー磁性層[Co90Fe10(10)/Ni82.5Fe17.5(70)]/反強磁性層;Ir22Mn78(80)/保護層;Ta(100)の順に積層して第1比較積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。
第1比較積層構造体のX線回折測定を行った。X線源はCoのKα線(λ=1.789Å)を用いた。その結果(2θが46°から56°の範囲)を図4に示す。図4に示されるように、48.5°近傍に頂点を有するピークが測定された。このピークは反強磁性層のfcc(111)面に基づくものであって、格子面間隔は2.18Åと算出された。また、51.5°近傍に頂点を有するピークが測定された。このピークはフリー磁性層のfcc(111)面に基づくものであって、格子面間隔は2.06Åと算出された。これらの格子面画の算出結果に基づく格子非整合は6%であった。
絶縁膜を有する基板29上に、下からシード層20;NiFeCr(42)/固定磁性層21[第1磁性層21a;Co40Fe60(19)/非磁性中間層21b;Ru(3.6)/第2磁性層21c;Co90Fe10(24)]/非磁性材料層22;Cu(22)/フリー磁性層23[強磁性層23a;{Co90Fe10(10)/Ni82.5Fe17.5(40)}/ミスフィット低減層23b;Ni65Fe15Pt20(30)]/第1反強磁性層24;Ir22Mn78(80)/保護層25;Ta(100)の順に積層して第1積層構造体を得た。括弧内の数値は層厚を示し単位はÅである。第1積層構造体が備えるミスフィット低減層23bは、鉄族元素の1種または2種以上(具体的にはNiおよびFe)および白金族元素の1種または2種以上(具体的にはPt)を含有する層でもあるため、第1層としても位置付けられる。
第1比較積層構造体を備える磁気センサおよび第1積層構造体を備える磁気センサ(それぞれ、「第1比較磁気センサ」および「第1磁気センサ」という。)を製造した。各磁気センサを、150℃の環境下に所定時間保存して、初期に比べて平均感度がどの程度変化したかを測定した。測定結果を図5に示す。図5に示されるように、第1磁気センサは、第1比較磁気センサに比べて、高温環境に長時間保存された場合の平均感度が変化しにくかった。
実施例1と同様であるが、ミスフィット低減層23bとして、Ni81.5×(1−α)Fe18.5×(1−α)Pt100×α(αは、0.1,0.2,0.3,0.4および0.5のいずれかとした。)層(厚さ:30Å)を用いて、第2積層構造体を得た。第2積層構造体が備えるミスフィット低減層23bは、鉄族元素の1種または2種以上(具体的にはNiおよびFe)および白金族元素の1種または2種以上(具体的にはPt)を含有する層でもあるため、第1層としても位置付けられる。
第1比較積層構造体および第2積層構造体のX線回折測定を行った。X線源はCoのKα線(λ=1.789Å)を用いた。その結果(2θが50.0°から53.0°の範囲)を図6に示す。図6に示されるように、第1比較積層構造体におけるフリー磁性層のfcc(111)面に基づくピークの頂点よりも、第2積層構造体におけるフリー磁性層23のfcc(111)面に基づくピークの頂点のほうが低角度側にシフトした。
ミスフィット低減層23bと同じ材料から成る単層膜(厚さ300Å)の飽和磁化Ms(単位:T)の測定を、VSM(振動試料型磁力計、±7958A/m)を用いて行った。測定結果を図8に示す。図8の横軸は、上記の単層膜のPt含有量(単位:原子%)である(Pt含有量が0原子%の場合はNi81.5Fe18.5層を意味する。)。図8に示されるように、ミスフィット低減層23bと同じ材料から成る単層膜におけるPt含有量が増大すると、当該単層膜の飽和磁化Msはほぼ線形的に低下する傾向がみられた。
11,11’ 磁気抵抗効果素子
12 長尺パターン
20 シード層
21 固定磁性層
21a 第1磁性層
21b 非磁性中間層
21c 第2磁性層
21d 第2反強磁性層
21e 強磁性層
22 非磁性材料層
23 フリー磁性層
23a 強磁性層
23b ミスフィット低減層
24 第1反強磁性層
25 保護層
29 基板
Claims (10)
- 特定の方向に感度軸を持つ磁気抵抗効果素子を備えた磁気センサであって、
前記磁気抵抗効果素子は、固定磁性層とフリー磁性層とが非磁性材料層を介して積層された積層構造を基板上に有し、
前記フリー磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記フリー磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記フリー磁性層の磁化方向を磁化変動可能な状態で所定方向に揃えることができる第1反強磁性層を備え、
前記フリー磁性層は、前記第1反強磁性層に接するように設けられ前記フリー磁性層の前記第1反強磁性層に対する格子非整合を低減させるミスフィット低減層、および前記ミスフィット低減層における前記第1反強磁性層に対向する側の反対側に設けられた強磁性材料からなる強磁性層を備え、
前記フリー磁性層はNiFe合金を備え、前記ミスフィット低減層は、鉄族元素の1種または2種以上および白金族元素の1種または2種以上を含有し、前記ミスフィット低減層の前記白金族元素の含有量は20原子%以上であること
を特徴とする磁気センサ。 - 前記ミスフィット低減層および前記強磁性層は面心立方構造(fcc)を有し、前記ミスフィット低減層のfcc(111)面における格子面間隔は、前記強磁性層のfcc(111)面における格子面間隔よりも大きい、請求項1に記載の磁気センサ。
- 前記ミスフィット低減層の前記白金族元素の含有量は50原子%以下である、請求項1または2に記載の磁気センサ。
- 前記第1反強磁性層は白金族元素およびMnを含有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 前記第1反強磁性層は、IrMnおよびPtMnの少なくとも一方から形成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 前記固定磁性層は、第1磁性層と前記非磁性材料層に接する第2磁性層とが非磁性中間層を介して積層され、前記第1磁性層と前記第2磁性層とが反平行に磁化固定されたセルフピン止め型である、請求項1から5のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 前記固定磁性層における前記非磁性材料層に対向する側の反対側に、前記固定磁性層との間で交換結合バイアスを生じさせ前記固定磁性層の磁化方向を所定方向に揃えることができる第2反強磁性層を備える、請求項1から5のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 前記積層構造は、前記フリー磁性層が前記固定磁性層と前記基板との間に位置するように積層されている、請求項1から7のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 前記積層構造は、前記固定磁性層が前記フリー磁性層と前記基板との間に位置するように積層されている、請求項1から6のいずれか一項に記載の磁気センサ。
- 請求項1から9のいずれか一項に記載される磁気センサを備える電流センサ。
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