JPH10308320A - Production of magnetoresistive membrane - Google Patents
Production of magnetoresistive membraneInfo
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- JPH10308320A JPH10308320A JP9114604A JP11460497A JPH10308320A JP H10308320 A JPH10308320 A JP H10308320A JP 9114604 A JP9114604 A JP 9114604A JP 11460497 A JP11460497 A JP 11460497A JP H10308320 A JPH10308320 A JP H10308320A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は磁気抵抗効果膜、す
なわち高速で移動する超高密度磁気記録媒体から、書き
込まれた情報を電気信号として読みとる磁気ヘッド等の
磁気センサーに用いられる、磁気抵抗効果を有する薄膜
の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive effect film, that is, a magnetoresistive effect used for a magnetic sensor such as a magnetic head for reading written information as an electric signal from an ultra-high-density magnetic recording medium moving at high speed. The present invention relates to a method for producing a thin film having
【０００２】[0002]
【従来の技術】新しいデバイス材料として、近年、磁気
抵抗（ＭＲ：Magneto Resistance ）効果を有する薄膜
が注目されている。ＭＲ効果とは、磁場を作用させると
電気抵抗値が変化する現象であるが、強磁性相の層が密
着した、または強磁性相粒子が埋め込まれた非磁性のマ
トリックスにて、従来より遥かに大きい磁気抵抗効果、
すなわち巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magneto Resist
ance ）効果の得られることが見出された。これを利用
すれば外部磁場の変化を電圧変化として取り出すことが
できる。2. Description of the Related Art In recent years, a thin film having a magnetoresistance (MR) effect has attracted attention as a new device material. The MR effect is a phenomenon in which the electric resistance value changes when a magnetic field is applied.However, a non-magnetic matrix in which a ferromagnetic phase layer is in close contact or a ferromagnetic phase particle is embedded is far more conventional than the conventional one. Great magnetoresistance effect,
That is, Giant Magneto Resist (GMR)
ance) effect. If this is used, a change in the external magnetic field can be extracted as a voltage change.
【０００３】ＧＭＲ効果を持つ磁気材料の形態として
は、薄膜、薄帯およびバルクの３種があるが、薄膜の場
合、きわめて小さな形状にできるので、コンピュータの
磁気ディスクの読み出し用磁気センサとして好適であ
る。この薄膜としての構造は、主に二つに分けられる。
一つは、強磁性相の膜と非磁性相の膜とが交互に積層さ
れた多層構造の膜であり、もう一つは強磁性相の粒子が
非磁性相のマトリックス中に均一に分散したグラニュラ
ー構造の膜である。There are three types of magnetic materials having the GMR effect: a thin film, a ribbon, and a bulk. In the case of a thin film, the shape can be made extremely small, so that it is suitable as a magnetic sensor for reading a magnetic disk of a computer. is there. The structure as a thin film is mainly divided into two.
One is a multi-layered film in which ferromagnetic and non-magnetic phase films are alternately stacked, and the other is that ferromagnetic phase particles are uniformly dispersed in a non-magnetic phase matrix. This is a film having a granular structure.
【０００４】多層構造でもグラニュラー構造でも、強磁
性相と非磁性相の界面において、伝導電子が強磁性相の
磁化によってスピンに依存する電子散乱の影響を受け、
電気抵抗の変化となって現れる。すなわち、情報が読み
込まれ磁化された移動する磁気記録媒体にこの薄膜を近
接させると、強磁性体が磁化されて磁気抵抗効果が得ら
れ、膜に電流を流しておけば、磁気媒体の情報が電気信
号に変えられるのである。In both the multilayer structure and the granular structure, at the interface between the ferromagnetic phase and the nonmagnetic phase, conduction electrons are affected by spin-dependent electron scattering due to the magnetization of the ferromagnetic phase.
Appears as a change in electrical resistance. That is, when the thin film is brought close to a moving magnetic recording medium on which information is read and magnetized, the ferromagnetic material is magnetized to obtain a magnetoresistive effect. It can be turned into electrical signals.
【０００５】これら多層構造、またはグラニュラー構造
の薄膜は、どちらについても様々な開発が進められてき
た。例えば多層構造では、導体層に接する強磁性のＭＲ
膜としてパーマロイを用い、その磁化方向の制御のため
に、さらにＮｉＺｎフェライトの非電導性強磁性体層を
レーザーアブレーション法にて成膜する方法が、特開平
6-306929号公報に提示されている。実用上はこれらの膜
の他、絶縁層、磁気シールド膜等の膜も付加される。多
層構造の薄膜の場合、各層の膜厚を選定することによっ
て特性の制御が可能であるが、それぞれの膜厚は1〜10n
mの極薄い層であり、すぐれた特性を得るには、積層数
を増やす必要があること、効果的な積層とするには各積
層膜の表面を平滑にしなければならないこと等、製造上
に数多くの課題が残されている。[0005] Various developments have been made on these multi-layered or granular thin films. For example, in a multilayer structure, a ferromagnetic MR in contact with a conductor layer
A method of using permalloy as a film and further forming a non-conductive ferromagnetic layer of NiZn ferrite by a laser ablation method for controlling the magnetization direction is disclosed in
6-306929. Practically, in addition to these films, films such as an insulating layer and a magnetic shield film are added. In the case of a thin film having a multilayer structure, the characteristics can be controlled by selecting the thickness of each layer.
It is an extremely thin layer with a thickness of m, and it is necessary to increase the number of layers in order to obtain excellent characteristics.In order to achieve effective lamination, the surface of each laminated film must be smooth. Numerous challenges remain.
【０００６】これに対してグラニュラー構造の場合、単
層でよいことから多層構造に比較して製造工程が単純で
あり、製造も容易と考えられる。しかしながら十分な性
能を得るためには種々の工夫が必要である。例えば、特
開平6-326377号公報にはＡｇのマトリックスの中にＮｉ
Ｆｅの強磁性粒子を分散させたＧＭＲ効果膜の発明が提
示されているが、ＡｇまたはＰｂを添加した磁性相膜と
Ａｇの膜とを数層以上積層させアニールすることによっ
て磁性粒子を分散させた薄膜を製造しており、必ずしも
工程が単純とは言いがたい。On the other hand, in the case of the granular structure, a single-layer structure is sufficient, so that the manufacturing process is simpler than that of the multilayer structure, and it is considered that the manufacturing is easy. However, various contrivances are required to obtain sufficient performance. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 6-326377 discloses a Ni matrix in an Ag matrix.
The invention of a GMR effect film in which ferromagnetic particles of Fe is dispersed has been proposed. However, a magnetic phase film to which Ag or Pb is added and a film of Ag are laminated in several layers and the magnetic particles are dispersed by annealing. It is difficult to say that the process is simple.
【０００７】グラニュラー構造のＧＭＲ薄膜には、上述
の導電性の金属マトリックス中への強磁性粒子を分散さ
せたものの他、非磁性絶縁体のマトリックス中に強磁性
体粒子を分散させたものがある。これはマトリクスが絶
縁体（金属に対し相対的に高抵抗の材料）の場合、強磁
性相との界面において、磁化によるスピン散乱で伝導電
子のトンネル効果が生じ、磁気抵抗効果が現れるもので
ある。[0007] GMR thin films having a granular structure include those in which ferromagnetic particles are dispersed in a conductive metal matrix and those in which ferromagnetic particles are dispersed in a nonmagnetic insulator matrix. . This is because, when the matrix is an insulator (a material having a relatively high resistance to metal), tunneling of conduction electrons occurs at the interface with the ferromagnetic phase due to spin scattering due to magnetization, and the magnetoresistance effect appears. .
【０００８】グラニュラー構造のＭＲ薄膜の磁気抵抗効
果を高めるには、非磁性のマトリクス中に分散する強磁
性相粒子の大きさや形状、分散形態などの制御が必要で
ある。薄膜中に強磁性相粒子を分散させる方法は、スパ
ッタ法などによりＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの強磁性体を含む均
一相の合金薄膜を基板上に成膜し、その後の焼鈍処理に
より、これらの元素の粒子を分離析出させる。この場
合、成膜時点においてはできるだけ均一な相となり、焼
鈍により十分に相分離してマトリックス相と強磁性相の
得られる元素種の組み合わせが、分散形態の制御を容易
にし、大きな磁気抵抗効果を得るのに好ましいと考えら
れる。しかしながら、非磁性金属元素と強磁性元素との
組み合わせの選定やその処理方法は、成膜時に十分均一
な相が得られなかったり、相互の固溶限が大きく焼鈍処
理による分離が困難であったり、容易に分離してもでき
た強磁性相の磁化に要する磁場強度が高すぎたり、さら
には基板の元素が薄膜に拡散してくるなど、様々な影響
を及ぼし、所望の性能を有する薄膜の実現は容易ではな
い。In order to enhance the magnetoresistance effect of the granular MR thin film, it is necessary to control the size, shape and dispersion form of the ferromagnetic phase particles dispersed in a non-magnetic matrix. A method for dispersing ferromagnetic phase particles in a thin film is to form a uniform phase alloy thin film containing a ferromagnetic material of Fe, Ni, and Co on a substrate by a sputtering method or the like, and then to perform annealing on these elements. Are separated and precipitated. In this case, at the time of film formation, the phase becomes as uniform as possible, and the combination of element types that can be sufficiently separated by annealing to obtain a matrix phase and a ferromagnetic phase makes it easy to control the dispersion form and achieve a large magnetoresistance effect. It is considered preferable to obtain. However, the selection of a combination of a non-magnetic metal element and a ferromagnetic element and the processing method thereof do not provide a sufficiently uniform phase at the time of film formation, or have a large mutual solubility limit and are difficult to separate by annealing. The magnetic field strength required for the magnetization of the ferromagnetic phase, which is easily separated, is too high, and the elements of the substrate are diffused into the thin film. Realization is not easy.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、グラ
ニュラー構造のＭＲ薄膜に関し、その磁気抵抗効果をよ
り大きでき、かつ簡便に製造できる方法を提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a MR thin film having a granular structure, which can increase the magnetoresistance effect and can be easily manufactured.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、製造が容
易で、しかも効果の大きいグラニュラー構造のＧＭＲ薄
膜について、その実用化の検討をおこなった。この薄膜
の従来の製造方法は、非磁性のマトリックスとなる素地
に、マトリックスと強磁性元素との合金をスパッタし、
熱処理により、マトリックス中に強磁性の微細粒子を均
一に分散させる、と言う手法を応用したものが多い。し
かしながらこの方法では、多くの工数を要すること、強
磁性粒子の密度を高めることが困難であること、および
マトリックスを非磁性絶縁体とするのは容易でないこと
等の問題がある。これらの問題対処のため、基板上に薄
膜を成膜する方法を種々検討の結果、レーザーアブレー
ション法の採用が最も効果的であることを見出したので
ある。The present inventors have studied the practical use of a GMR thin film having a granular structure which is easy to manufacture and effective. The conventional method of manufacturing this thin film is to sputter an alloy of a matrix and a ferromagnetic element on a nonmagnetic matrix,
In many cases, a technique of uniformly dispersing ferromagnetic fine particles in a matrix by heat treatment is applied. However, in this method, there are problems that many steps are required, that it is difficult to increase the density of ferromagnetic particles, and that it is not easy to use a matrix as a nonmagnetic insulator. As a result of various studies on methods for forming a thin film on a substrate in order to cope with these problems, it was found that the use of the laser ablation method was most effective.
【００１１】図１にレーザーアブレーション法の装置の
概念図を示すが、ターゲットをレーザー照射により溶融
蒸発させ、それを基板に蒸着させる。基本的には真空蒸
着法と同じであるが、単位面積当たりの入射エネルギー
を高くできるので、薄膜が蒸着材料であるターゲットの
組成とほぼ一致するものが容易に得られ、ターゲット組
成を調整することにより、所望の薄膜組成とすることが
できる。蒸発粒子は数eV〜数百eVのエネルギーを持ち、
低い基板温度でも十分な成膜速度を有し、密着性にすぐ
れた高密度の高品質な膜が得られる。そして、高いエネ
ルギーを持って蒸着することにより、基板に付着後に強
磁性体の粒子化までおこなわせることができる。FIG. 1 shows a conceptual diagram of a laser ablation apparatus. A target is melted and evaporated by laser irradiation, and the target is deposited on a substrate. Basically the same as the vacuum deposition method, but since the incident energy per unit area can be increased, it is easy to obtain a thin film that almost matches the composition of the target that is the deposition material, and to adjust the target composition Thus, a desired thin film composition can be obtained. Evaporated particles have energy of several eV to several hundred eV,
A high-density, high-quality film having a sufficient film-forming rate and excellent adhesion even at a low substrate temperature can be obtained. By depositing the ferromagnetic material with high energy, it is possible to convert the ferromagnetic material into particles after adhering to the substrate.
【００１２】このように、レーザーアブレーション法に
て、ターゲット中に、強磁性相となるべき金属元素と、
非磁性相となるべき金属やその酸化物または窒化物を混
在させ、レーザーで照射して基板上に薄膜を蒸着させる
と、磁性相粒子が非磁性相マトリクスに分散した薄膜が
得られる。そこで強磁性相をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの単独あ
るいは２種以上含む金属とし、非磁性相のマトリックス
は種々の金属やその酸化物または窒化物を用いて薄膜を
作製し、磁気抵抗効果を調査した結果、ＧＭＲ効果の得
られることがわかった。成膜後とくに熱処理などの加熱
はおこなわず、成膜ままにて十分なＧＭＲ効果を得るこ
とを目標に種々の材料を選別した結果、非磁性相マトリ
ックスに、ＴｉまたはＡｌの適用が最適であることが明
らかになったのである。As described above, by the laser ablation method, a metal element to be a ferromagnetic phase and
When a metal to be a non-magnetic phase or an oxide or nitride thereof is mixed and irradiated with a laser to deposit a thin film on a substrate, a thin film in which magnetic phase particles are dispersed in a non-magnetic matrix is obtained. Therefore, the ferromagnetic phase was made of a metal containing one or more of Fe, Ni, and Co, and the non-magnetic phase matrix was prepared using various metals and their oxides or nitrides to form thin films, and the magnetoresistance effect was investigated. As a result, it was found that the GMR effect was obtained. After the film formation, heating such as heat treatment is not performed, and various materials are selected with the aim of obtaining a sufficient GMR effect as the film is formed. As a result, it is optimal to apply Ti or Al to the non-magnetic phase matrix It became clear.
【００１３】レーザーアブレーション法にて高品質の薄
膜を得るには、できるだけ高真空下で処理をおこなうこ
とが望ましい。ことにＴｉまたはＡｌは酸素や窒素との
親和力が強く、高温度においては、通常の真空ポンプで
排気した状態においてもまだ残存する酸素や窒素と反応
し、安定な酸化物や窒化物を形成する傾向がある。そこ
でこれを利用して、減圧下の雰囲気中の酸素あるいは窒
素の分圧を調整し、ターゲット材の元素を酸化または窒
化させ、絶縁体のマトリックスとすることもできる。In order to obtain a high quality thin film by the laser ablation method, it is desirable to perform the treatment under a high vacuum as much as possible. In particular, Ti or Al has a strong affinity for oxygen or nitrogen, and at high temperatures, reacts with the remaining oxygen and nitrogen even when evacuated by a normal vacuum pump, forming stable oxides and nitrides. Tend. Therefore, by utilizing this, the partial pressure of oxygen or nitrogen in the atmosphere under reduced pressure can be adjusted, and the element of the target material can be oxidized or nitrided to form an insulator matrix.
【００１４】このようなＧＭＲ膜の製造条件を種々検討
した結果、磁気抵抗効果の大きさは、ターゲット材の構
成元素の含有率に大きく依存していることが判明した。
すなわち、ＴｉまたはＡｌの元素と、Ｆｅなどの強磁性
金属元素との含有比率がある特定範囲にあるとき、より
大きな磁気抵抗効果が実現できる。グラニュラー型の薄
膜の場合、その磁気抵抗効果は、磁性相粒子の粒径がよ
り小さく、均一で、かつ密に分散しているほど大きいと
考えられる。この得られた薄膜のマトリックスと強磁性
相粒子の分散状態を調査したところ、その粒子径は大き
すぎず、かつある程度以上の量が、マトリックス全体に
均一に分散している場合、大きな磁気抵抗効果を示すこ
とが明らかであった。As a result of various examinations of the manufacturing conditions of such a GMR film, it was found that the magnitude of the magnetoresistance effect largely depends on the content of the constituent elements of the target material.
That is, when the content ratio between the element of Ti or Al and the ferromagnetic metal element such as Fe is in a certain range, a larger magnetoresistance effect can be realized. In the case of a granular thin film, the magnetoresistance effect is considered to be larger as the particle size of the magnetic phase particles is smaller, more uniform and densely dispersed. Investigation of the dispersion state of the matrix and ferromagnetic phase particles of the obtained thin film revealed that when the particle size was not too large and a certain amount or more was uniformly dispersed throughout the matrix, a large magnetoresistance effect was observed. It was clear that
【００１５】以上の知見に基づき、十分な効果の得られ
る限界を確認し、本発明を完成させた。本発明の要旨は
次のとおりである。Based on the above findings, the inventors have confirmed the limit of obtaining a sufficient effect and completed the present invention. The gist of the present invention is as follows.
【００１６】(1) Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、またはこれらの元
素の酸化物の中の１種以上と、Ｔｉ、Ａｌ、これらの元
素の酸化物、または窒化物の中の一種以上とを含むター
ゲットを用い、レーザーアブレーション法によって基板
上に薄膜を形成させることを特徴とするグラニュラー型
磁気抵抗効果膜の製造方法。(1) A target containing one or more of Fe, Co, Ni, or oxides of these elements, and one or more of Ti, Al, oxides or nitrides of these elements. And forming a thin film on the substrate by a laser ablation method.
【００１７】(2) ターゲットに含まれる、Ｆｅ、Ｃｏま
たはＮｉの元素の合計のモル量と、ＴｉまたはＡｌの元
素の合計のモル量との比が、4／1から19／1までである
ことを特徴とする、上記(1)のグラニュラー型磁気抵抗
効果膜の製造方法。(2) The ratio of the total molar amount of the Fe, Co or Ni elements to the total molar amount of the Ti or Al elements contained in the target is from 4/1 to 19/1. The method for producing a granular type magnetoresistive film according to the above (1), characterized in that:
【００１８】なお、薄膜は、ガラスやセラミックスなど
の基板上に形成させるが、基板は非磁性かつ非導電性も
のであれば、とくに限定するものではない。また、通常
用いられる薄膜の厚さは、2000〜10000nm程度の範囲で
ある。The thin film is formed on a substrate made of glass, ceramics, or the like, but is not particularly limited as long as the substrate is non-magnetic and non-conductive. The thickness of the thin film usually used is in the range of about 2000 to 10,000 nm.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】本発明の磁気抵抗効果膜の製造方
法は、図１にその構造を概念的に示したレーザーアブレ
ーション装置により、真空下でのターゲット材料の基板
への蒸着によっておこなうものである。図１において、
１は薄膜を生成させる基板の加熱用のヒーター、２は基
板、３は真空減圧装置容器８内へ作業用ガスを導入する
導入口、４は真空排気口である。減圧ないしは真空下
で、基板２に対面して置かれたターゲット５にレーザー
光７を照射することにより、ターゲットの材料が空間に
放出されて、蒸発粒子６からなる雰囲気を構成し、基板
２の上に蒸着する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method of manufacturing a magnetoresistive film according to the present invention is performed by vapor deposition of a target material on a substrate under vacuum by a laser ablation apparatus whose structure is conceptually shown in FIG. is there. In FIG.
Reference numeral 1 denotes a heater for heating a substrate for forming a thin film, reference numeral 2 denotes a substrate, reference numeral 3 denotes an inlet for introducing a working gas into the vacuum decompression device container 8, and reference numeral 4 denotes a vacuum exhaust port. By irradiating the target 5 placed facing the substrate 2 with laser light 7 under reduced pressure or vacuum, the material of the target is released into the space, and an atmosphere composed of the evaporated particles 6 is formed. Deposit on top.
【００２０】ここでターゲット５の材料は、Ｆｅ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｆｅの酸化物、Ｃｏの酸化物、およびＮｉの
酸化物からなる群から選んだ一種以上と、Ｔｉ、Ａｌ、
Ｔｉの酸化物または窒化物、およびＡｌの酸化物または
窒化物、からなる群から選んだ１種以上とを含むものと
する。前者の群は得られた薄膜にて強磁性相粒子とな
り、後者の群は非磁性相マトリックスを構成する。Here, the material of the target 5 is Fe, C
at least one member selected from the group consisting of oxides of o, Ni, and Fe, oxides of Co, and oxides of Ni;
And at least one selected from the group consisting of oxides or nitrides of Ti and oxides or nitrides of Al. The former group becomes ferromagnetic phase particles in the obtained thin film, and the latter group constitutes a nonmagnetic phase matrix.
【００２１】ターゲット中のＦｅ、ＣｏまたはＮｉは、
金属でも酸化物でもよい。酸化物の形であっても高真空
下では、レーザー照射によりターゲットから飛び出し基
板に蒸着するまでに解離して金属状になる。また、Ｔｉ
またはＡｌが金属の形である場合には、これらの元素に
より還元される。さらに、例えばＦｅ−Ｎｉ合金のパー
マロイのような、とくに高透磁率の強磁性相を得たい場
合は、これら元素の存在比率を適宜選択すればよい。[0021] Fe, Co or Ni in the target is
It may be a metal or an oxide. Even in the form of an oxide, under a high vacuum, it is dissociated into a metal form by being radiated from a target by laser irradiation before being deposited on a substrate. Also, Ti
Alternatively, when Al is in the form of a metal, it is reduced by these elements. Furthermore, when it is desired to obtain a ferromagnetic phase having a particularly high magnetic permeability such as a permalloy of an Fe-Ni alloy, for example, the abundance ratio of these elements may be appropriately selected.
【００２２】ＴｉまたはＡｌは金属の形でも、酸化物ま
たは窒化物の形でもよく、金属と酸化物や窒化物との混
合物であってもよい。マトリックスを金属の非磁性相と
する場合、高真空でレーザーアブレーションをおこな
う。しかし、酸化物や窒化物の絶縁体非磁性相とする場
合、ターゲットは同じ組成のものを用いてもよいが、金
属の形として、雰囲気中に1Torrを下回る範囲にて酸素
または窒素を導入し、成膜中に酸化や窒化をおこなわせ
ることもできる。[0022] Ti or Al may be in the form of a metal, an oxide or a nitride, or may be a mixture of a metal with an oxide or a nitride. When the matrix is a non-magnetic metal phase, laser ablation is performed in a high vacuum. However, when using an insulator or nonmagnetic phase of an oxide or nitride, the target may be of the same composition, but as a metal, oxygen or nitrogen is introduced into the atmosphere within a range of less than 1 Torr. Oxidation and nitridation can be performed during film formation.
【００２３】すぐれた磁気抵抗効果を得るためのターゲ
ットの組成は、強磁性粒子となるＦｅ、ＣｏまたはＮｉ
の元素の合計のモル量と、非磁性マトリックスとなるＴ
ｉまたはＡｌの元素の合計のモル量との比が、4／1から
19／1までの範囲である。この範囲よりも小さすぎても
大きすぎても、十分な磁気抵抗効果がえられない。モル
比が4／1を下回る場合、強磁性相粒子は径が小さくなる
が、マトリックスの量に比較して強磁性相の占める比率
が低下してしまうので、膜の磁気抵抗効果が不十分とな
る。他方、19／1を超えて大きすぎる場合、すなわちＴ
ｉまたはＡｌの非磁性相のとなる元素の量が強磁性相の
となる元素の量に比して、少なくなりすぎる場合に磁気
抵抗効果が低いのは、得られた膜の磁性相の粒子の径が
大きくなりすぎたり、強磁性相が粒子の形態を取らなく
なってしまうからである。The composition of the target for obtaining an excellent magnetoresistance effect is Fe, Co or Ni, which becomes ferromagnetic particles.
And the total molar amount of the elements of
The ratio of i or Al to the total molar amount of the elements is from 4/1
The range is up to 19/1. If the range is too small or too large, a sufficient magnetoresistance effect cannot be obtained. When the molar ratio is less than 4/1, the ferromagnetic phase particles have a smaller diameter, but the ratio of the ferromagnetic phase occupies a smaller amount than the amount of the matrix. Become. On the other hand, if it is too large beyond 19/1, ie, T
When the amount of the element that becomes the non-magnetic phase of i or Al becomes too small compared to the amount of the element that becomes the ferromagnetic phase, the magnetoresistance effect is low because the particles of the magnetic phase of the obtained film Is too large or the ferromagnetic phase does not take the form of particles.
【００２４】ターゲット材は、目的とする薄膜が得られ
る組成になっておれば、とくにその形態は問わないが、
原料粉末を所要組成に配合し加圧成形するか、さらに焼
結をおこなって用いるとよい。The target material is not particularly limited in its form as long as it has a composition capable of obtaining a desired thin film.
It is preferable to mix the raw material powder into a required composition and press-mold or sinter.
【００２５】レーザーアブレーションの実施に際し、レ
ーザー光源としては炭酸ガスレーザー、固体レーザー、
エキシマレーザー等が利用でき、連続発振でもパルス発
振でもよい。パルス発振型レーザーを使用する場合は、
成膜速度の制御を容易にできる点から、1〜100Hzの発信
周波数とするのがよい。レーザーの照射エネルギー密度
は、蒸着による成膜が安定して進行し、かつ基板材料に
過熱など悪影響をおよぼさない範囲として、0.5〜20J/c
m2が好ましい。ターゲットと基板の間隔は、望ましくは
30〜100mmの範囲とする。30mmよりも接近しすぎると膜
厚が不均一になり、100mmを超えると成膜速度が遅くな
りすぎ、実用性に欠けるようになるからである。また、
蒸着膜の付着強度や磁性粒子の分散形態を制御するため
に成膜時に基板を加熱するが、温度が高くなりすぎると
基板から不純物元素が拡散してくるので、加熱温度は15
0〜500℃とするのがよい。成膜時の真空度は悪くなると
膜の密度低下や表面荒れなど好ましくない結果をもたら
すので、1Torrを十分下回る高真空とするのが望まし
い。When performing laser ablation, a carbon dioxide laser, a solid laser,
An excimer laser or the like can be used, and continuous oscillation or pulse oscillation may be used. If you use a pulsed laser,
The transmission frequency is preferably set to 1 to 100 Hz from the viewpoint that the deposition rate can be easily controlled. The irradiation energy density of the laser is 0.5 to 20 J / c, as long as the film formation by evaporation proceeds stably and does not adversely affect the substrate material such as overheating.
m 2 is preferred. The distance between the target and the substrate is desirably
The range is 30 to 100 mm. If it is too close to 30 mm, the film thickness will be non-uniform, and if it is more than 100 mm, the film forming speed will be too slow, and it will lack practicality. Also,
The substrate is heated at the time of film formation in order to control the adhesion strength of the deposited film and the dispersion form of the magnetic particles.However, if the temperature is too high, the impurity element diffuses from the substrate.
The temperature should be 0 to 500 ° C. If the degree of vacuum at the time of film formation deteriorates, undesired results such as a decrease in the density of the film and surface roughness may be caused. Therefore, it is desirable to use a high vacuum sufficiently lower than 1 Torr.
【００２６】[0026]
【実施例】ターゲット材として、強磁性金属元素のＦ
ｅ、ＣｏまたはＮｉの粉末と、非磁性元素のＴｉ、Ａ
ｌ、ＳｒまたはＣａの粉末とを、含まれる元素のモル比
（原子濃度比）が種々変わるように配合し、十分混合し
て直径15mm、厚さ5mmの円盤状に加圧成形した。ターゲ
ット中の元素のモル比は表１〜５に示す。EXAMPLE A ferromagnetic metal element F was used as a target material.
e, Co or Ni powder and non-magnetic elements Ti, A
The powders of l, Sr or Ca were blended so that the molar ratio (atomic concentration ratio) of the contained elements was variously changed, mixed well, and pressed into a disk having a diameter of 15 mm and a thickness of 5 mm. Tables 1 to 5 show the molar ratios of the elements in the target.
【００２７】これらのターゲットを用い、レーザー光源
としてはＡｒＦエキシマレーザ（波長193nm、パルス幅
約20ns）、基板はガラスとし、基板上に厚さ目標3000nm
の薄膜を蒸着させた。成膜条件は、レーザー照射エネル
ギー密度：2 J／cm2、パルス繰り返し数：2 Hz、雰囲気
酸素圧力：0.05 Torr、基板温度：300℃、ターゲット・
基板間距離：50mmとした。Using these targets, an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm, pulse width: about 20 ns) was used as a laser light source, glass was used as a substrate, and a target thickness of 3000 nm was formed on the substrate.
Was deposited. The film forming conditions were as follows: laser irradiation energy density: 2 J / cm 2 , pulse repetition rate: 2 Hz, atmospheric oxygen pressure: 0.05 Torr, substrate temperature: 300 ° C., target
The distance between the substrates was 50 mm.
【００２８】比較のため、上記と同一の、非磁性元素が
ＴｉまたはＡｌであるターゲットを用い、高周波スパッ
タリング法により同じ厚さの薄膜を基板上に成膜した。
スパッタリング条件は、高周波出力200 W、成膜ガス：
Ａｒ＋10vol％、ガス圧力：0.2Torr、基板温度：300℃
である。For comparison, a thin film having the same thickness was formed on a substrate by high frequency sputtering using the same target as described above in which the nonmagnetic element was Ti or Al.
Sputtering conditions: high frequency output 200 W, deposition gas:
Ar + 10vol%, gas pressure: 0.2Torr, substrate temperature: 300 ℃
It is.
【００２９】得られた薄膜は、ＩＰＣ分析によりその組
成を確認し、磁気抵抗効果については直流４端子測定法
により、磁場を印加しない場合と、2 kOe印加した場合
との抵抗率を測定し、下式によりその変化率を求めた。The composition of the obtained thin film was confirmed by IPC analysis, and the magnetoresistance effect was measured by a DC four-terminal measurement method between the case where no magnetic field was applied and the case where 2 kOe was applied. The rate of change was determined by the following equation.
【００３０】 磁気抵抗変化率＝（ρ0−ρm）×100／ρ0 ρ0：磁場のない場合の抵抗率 ρm：磁場印加時の抵抗率 磁性相粒子の平均粒径は、薄膜断面の透過型電子顕微鏡
観察写真から求めた。これらの結果をあわせて表１〜５
にまとめて示す。Magnetoresistance change rate = (ρ 0 −ρ m ) × 100 / ρ 0 ρ 0 : resistivity in the absence of a magnetic field ρ m : resistivity in the presence of a magnetic field Was determined from a transmission electron micrograph. Tables 1 to 5 collectively show these results.
Are shown together.
【００３１】[0031]
【表１】 [Table 1]
【００３２】[0032]
【表２】 [Table 2]
【００３３】[0033]
【表３】 [Table 3]
【００３４】[0034]
【表４】 [Table 4]
【００３５】[0035]
【表５】 [Table 5]
【００３６】表１または２における、非磁性元素がＴｉ
またはＡｌのとき、レーザーアブレーション法によれ
ば、ターゲットの強磁性金属元素の比率が増すほど、強
磁性相粒子の平均粒径は大きくなる傾向を示す。一方、
磁気抵抗変化率は、最も大きくなる最適のターゲットの
組成比があることがわかる。これは、強磁性相粒子の平
均粒径は小さい方が効果が大きいが、その存在量が少な
い場合は効果が十分発揮されないからである。同じ組成
のターゲットを用いて、スパッタリング法にて成膜した
場合の薄膜の調査結果では、大きな磁気抵抗効果は得ら
れていない。これは、強磁性金属元素の比率が増すと、
得られた薄膜にて独立した粒子とならないこともある
が、強磁性を示さない化合物になっていることもある。In Table 1 or 2, the nonmagnetic element is Ti
In the case of Al, according to the laser ablation method, the average particle size of the ferromagnetic phase particles tends to increase as the ratio of the ferromagnetic metal element of the target increases. on the other hand,
It can be seen that there is an optimum target composition ratio that maximizes the magnetoresistance change rate. This is because the effect is greater when the average particle size of the ferromagnetic phase particles is smaller, but the effect is not sufficiently exhibited when the amount is small. Investigation results of a thin film formed by a sputtering method using a target having the same composition do not show a large magnetoresistance effect. This is because as the ratio of ferromagnetic metal elements increases,
In some cases, the obtained thin film does not become independent particles, but the compound does not show ferromagnetism.
【００３７】表３および表４は、非磁性元素としてＳｒ
またはＣａを用い、ＴｉまたはＡｌの場合と同じ条件の
レーザーアブレーション法により成膜したものである
が、十分な磁気抵抗変化が得られていない。Ｓｒまたは
Ｃａも、ＴｉまたはＡｌと同様安定な酸化物を作る。し
かし、強磁性金属元素量の少ない範囲では、粒子が形成
されてもその形が大きく、多い範囲では強磁性相と非磁
性相との化合物相が生成するなどにより、十分な強磁性
相粒子が得られない。Tables 3 and 4 show that Sr as a nonmagnetic element
Alternatively, the film is formed by laser ablation using Ca under the same conditions as in the case of Ti or Al, but a sufficient change in magnetoresistance is not obtained. Sr or Ca also forms a stable oxide like Ti or Al. However, in the range where the amount of the ferromagnetic metal element is small, even if the particles are formed, the shape is large. I can't get it.
【００３８】表５は、強磁性金属元素を複数種と、非磁
性元素のＴｉまたはＡｌが単独または両方を含有したタ
ーゲットを用いた結果である。この場合、傾向は必ずし
も一義的ではないが、強磁性金属元素の合計と、非磁性
元素の合計との原子濃度比が、本発明で定める範囲にあ
るとき、磁気抵抗変化が大きいことが明らかである。Table 5 shows the results obtained by using a target containing a plurality of ferromagnetic metal elements and one or both of the nonmagnetic elements Ti and Al. In this case, although the tendency is not necessarily unique, it is clear that when the atomic concentration ratio between the total of the ferromagnetic metal elements and the total of the nonmagnetic elements is within the range defined by the present invention, the change in magnetoresistance is large. is there.
【００３９】[0039]
【発明の効果】本発明の方法によれば、磁気抵抗効果の
より大きいグラニュラー構造のＭＲ薄膜を、簡便に製造
することができる。According to the method of the present invention, it is possible to easily manufacture an MR thin film having a granular structure having a large magnetoresistance effect.
【図１】薄膜の製造方法のレーザーアブレーション法の
装置を、概念的に示した図である。FIG. 1 is a view conceptually showing an apparatus for a laser ablation method in a method for producing a thin film.
１ 基板加熱用ヒーター ２ 基板 ３ ガス導入口 ４ 真空排気口 ５ ターゲット材 ６ 蒸発粒子 ７ レーザー光 ８ 装置容器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heater for substrate heating 2 Substrate 3 Gas inlet 4 Vacuum exhaust port 5 Target material 6 Evaporated particle 7 Laser light 8 Device container
Claims (2)
酸化物の中の１種以上と、Ｔｉ、Ａｌ、これらの元素の
酸化物、または窒化物の中の１種以上とを含むターゲッ
トを用い、レーザーアブレーション法によって基板上に
薄膜を形成させることを特徴とするグラニュラー型磁気
抵抗効果膜の製造方法。1. A target containing one or more of Fe, Co, Ni, or an oxide of these elements, and one or more of Ti, Al, an oxide or a nitride of these elements. And forming a thin film on the substrate by a laser ablation method.
Ｎｉの元素の合計のモル量と、ＴｉおよびＡｌの元素の
合計のモル量との比が、4／1から19／1までであること
を特徴とする請求項１のグラニュラー型磁気抵抗効果膜
の製造方法。2. The ratio of the total molar amount of Fe, Co and Ni elements to the total molar amount of Ti and Al elements contained in the target is from 4/1 to 19/1. 2. The method for producing a granular type magnetoresistive film according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9114604A JPH10308320A (en) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | Production of magnetoresistive membrane |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP9114604A JPH10308320A (en) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | Production of magnetoresistive membrane |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10308320A true JPH10308320A (en) | 1998-11-17 |
Family
ID=14642022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9114604A Pending JPH10308320A (en) | 1997-05-02 | 1997-05-02 | Production of magnetoresistive membrane |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10308320A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100712836B1 (en) | 2005-11-02 | 2007-05-04 | 한국과학기술연구원 | Multi-layered film for shielding electromagnetic interference and circuit board including the same |
| KR100716679B1 (en) | 2005-10-27 | 2007-05-09 | 한국과학기술연구원 | Noise suppressing film, noise-suppressed circuit substrate and method of manufacturing the same |
| KR100890323B1 (en) * | 2005-08-25 | 2009-03-26 | 후지쯔 가부시끼가이샤 | Magnetoresistive effect element, magnetic head, magnetic storage device and magnetic memory |
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-
1997
- 1997-05-02 JP JP9114604A patent/JPH10308320A/en active Pending
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