JPH1036956A - 磁気素子およびその製造方法 - Google Patents
磁気素子およびその製造方法Info
- Publication number
- JPH1036956A JPH1036956A JP19232496A JP19232496A JPH1036956A JP H1036956 A JPH1036956 A JP H1036956A JP 19232496 A JP19232496 A JP 19232496A JP 19232496 A JP19232496 A JP 19232496A JP H1036956 A JPH1036956 A JP H1036956A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- single crystal
- crystal substrate
- magnetic element
- antiferromagnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁気スピンの向きが任意に制御された、薄膜
型の磁気素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 NiO等の反強磁性金属酸化物単結晶基
板1上に、NiFe等の強磁性金属薄膜2をヘテロエピ
タキシャル成長する。強磁性金属薄膜2の厚さは300
nm以下が望ましい。 【効果】 反強磁性金属酸化物単結晶基板1からの漏れ
磁界はなく、反強磁性金属酸化物単結晶基板1と強磁性
金属薄膜2との界面に生じる交換相互作用のみにより、
反強磁性金属酸化物単結晶基板1の結晶対称性を利用し
た高精度のスピンの向きの制御が可能となる。
型の磁気素子およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 NiO等の反強磁性金属酸化物単結晶基
板1上に、NiFe等の強磁性金属薄膜2をヘテロエピ
タキシャル成長する。強磁性金属薄膜2の厚さは300
nm以下が望ましい。 【効果】 反強磁性金属酸化物単結晶基板1からの漏れ
磁界はなく、反強磁性金属酸化物単結晶基板1と強磁性
金属薄膜2との界面に生じる交換相互作用のみにより、
反強磁性金属酸化物単結晶基板1の結晶対称性を利用し
た高精度のスピンの向きの制御が可能となる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気素子およびその
製造方法に関し、更に詳しくは、NiO等の単結晶基板
上にヘテロエピタキシャタル成長させることにより、ス
ピンの向きを制御した磁気素子およびその製造方法に関
する。
製造方法に関し、更に詳しくは、NiO等の単結晶基板
上にヘテロエピタキシャタル成長させることにより、ス
ピンの向きを制御した磁気素子およびその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】磁性材料や金属材料の分野においては、
自然界には存在しない原子層レベルの微細構造を人工的
に作成し、その微細構造に起因する量子効果等の新しい
物理現象や、これらを利用した新材料や新素子の研究が
進められている。一例として、強磁性膜と非磁性膜を交
互に積層した人工格子膜を形成し、非磁性膜の膜厚を制
御することにより、非磁性膜を介在して働く反強磁***
換相互作用を利用して隣り合う磁性層のスピンの向きを
制御した、巨大磁気抵抗効果素子がある(例えば、M.N.
Baibich et al., Physical Review Retters,61,2472(19
88) 参照)。
自然界には存在しない原子層レベルの微細構造を人工的
に作成し、その微細構造に起因する量子効果等の新しい
物理現象や、これらを利用した新材料や新素子の研究が
進められている。一例として、強磁性膜と非磁性膜を交
互に積層した人工格子膜を形成し、非磁性膜の膜厚を制
御することにより、非磁性膜を介在して働く反強磁***
換相互作用を利用して隣り合う磁性層のスピンの向きを
制御した、巨大磁気抵抗効果素子がある(例えば、M.N.
Baibich et al., Physical Review Retters,61,2472(19
88) 参照)。
【0003】人工格子構造は、通常スパッタリング、蒸
着あるいはMBE(Moleculer BeamEpitaxy)等の真空薄
膜形成技術により形成される。また最近では、リソグラ
フィ技術やSTM(Scanning Tunnel Magnificator)探針
等による微細加工技術により、2次元的な微細構造を作
成し、1011ビット/cm2 級の高密度記録媒体やメモ
リ素子に応用する動向がある。さらに本願出願人は、先
に特開平6−204144号公報において、STM探針
による2次元微細加工技術と薄膜形成技術を組み合わ
せ、3次元構造の人工格子の作成方法を開示した。
着あるいはMBE(Moleculer BeamEpitaxy)等の真空薄
膜形成技術により形成される。また最近では、リソグラ
フィ技術やSTM(Scanning Tunnel Magnificator)探針
等による微細加工技術により、2次元的な微細構造を作
成し、1011ビット/cm2 級の高密度記録媒体やメモ
リ素子に応用する動向がある。さらに本願出願人は、先
に特開平6−204144号公報において、STM探針
による2次元微細加工技術と薄膜形成技術を組み合わ
せ、3次元構造の人工格子の作成方法を開示した。
【0004】かかる多次元人工格子構造を有する磁気素
子を作成する上で、スピンの向きの整列やスピン同士の
相互作用を制御性よく実現するためには、作成した磁性
薄膜や磁性細線あるいは磁性ドット等が結晶学的に良質
で、結晶方位が制御されていることが望ましい。このた
めには、微細構造を作成するための下地基板材料の選択
が重要である。薄膜の結晶性やモホロジは、下地基板材
料と薄膜材料との整合性、すなわち相性に依存するとこ
ろが大きいためである。この整合性は、具体的には結晶
の対称性や格子定数、表面エネルギ、あるいは表面化学
的性質等に起因している。半導体材料の分野、ことに化
合物半導体材料の分野においてはこの整合性の研究は詳
しく調べられている。しかしながら、金属材料や磁性材
料の分野においては、材料の多様性もあり、微細加工に
適した基板材料と薄膜材料との整合性に関する研究に見
るべきものは少ない。
子を作成する上で、スピンの向きの整列やスピン同士の
相互作用を制御性よく実現するためには、作成した磁性
薄膜や磁性細線あるいは磁性ドット等が結晶学的に良質
で、結晶方位が制御されていることが望ましい。このた
めには、微細構造を作成するための下地基板材料の選択
が重要である。薄膜の結晶性やモホロジは、下地基板材
料と薄膜材料との整合性、すなわち相性に依存するとこ
ろが大きいためである。この整合性は、具体的には結晶
の対称性や格子定数、表面エネルギ、あるいは表面化学
的性質等に起因している。半導体材料の分野、ことに化
合物半導体材料の分野においてはこの整合性の研究は詳
しく調べられている。しかしながら、金属材料や磁性材
料の分野においては、材料の多様性もあり、微細加工に
適した基板材料と薄膜材料との整合性に関する研究に見
るべきものは少ない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術に鑑み、磁性材料と結晶学的に整合性のすぐれた基板
材料を見出し、この基板材料上に形成された磁気素子お
よびその製造方法を提供することを課題とする。
術に鑑み、磁性材料と結晶学的に整合性のすぐれた基板
材料を見出し、この基板材料上に形成された磁気素子お
よびその製造方法を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気素子は上述
した課題を達成するために提案するものであり、反強磁
性金属酸化物単結晶基板表面に接して、強磁性金属薄膜
を有することを特徴とする。またこの強磁性金属薄膜
は、反強磁性金属酸化物単結晶基板表面に対して、ヘテ
ロエピタキシャタル成長した薄膜であることを特徴とす
る。この反強磁性金属酸化物単結晶基板表面は、単一の
結晶面を有するものであっても、複数の結晶面を含む3
次元構造を有するものであってもよい。
した課題を達成するために提案するものであり、反強磁
性金属酸化物単結晶基板表面に接して、強磁性金属薄膜
を有することを特徴とする。またこの強磁性金属薄膜
は、反強磁性金属酸化物単結晶基板表面に対して、ヘテ
ロエピタキシャタル成長した薄膜であることを特徴とす
る。この反強磁性金属酸化物単結晶基板表面は、単一の
結晶面を有するものであっても、複数の結晶面を含む3
次元構造を有するものであってもよい。
【0007】つぎに本発明の磁気素子の製造方法は、反
強磁性金属酸化物単結晶基板表面に接して、強磁性金属
薄膜を形成する工程と、この強磁性金属薄膜に磁界中熱
処理を施して、一方向磁気異方性を付与する工程を有す
ることを特徴とする。この熱処理を集光レーザビーム加
熱により施し、集光レーザビームの照射部位の強磁性金
属薄膜を選択的に加熱して一方向磁気異方性を付与して
もよい。この強磁性金属薄膜は、前記反強磁性金属酸化
物単結晶基板表面に対して、ヘテロエピタキシャタル成
長させることが望ましい。この時、反強磁性金属酸化物
単結晶基板を選択的にエッチングし、複数の結晶面を有
する3次元構造を形成した後、強磁性金属薄膜を、この
反強磁性金属酸化物単結晶基板表面の複数の結晶面に対
応してヘテロエピタキシャタル成長させてもよい。
強磁性金属酸化物単結晶基板表面に接して、強磁性金属
薄膜を形成する工程と、この強磁性金属薄膜に磁界中熱
処理を施して、一方向磁気異方性を付与する工程を有す
ることを特徴とする。この熱処理を集光レーザビーム加
熱により施し、集光レーザビームの照射部位の強磁性金
属薄膜を選択的に加熱して一方向磁気異方性を付与して
もよい。この強磁性金属薄膜は、前記反強磁性金属酸化
物単結晶基板表面に対して、ヘテロエピタキシャタル成
長させることが望ましい。この時、反強磁性金属酸化物
単結晶基板を選択的にエッチングし、複数の結晶面を有
する3次元構造を形成した後、強磁性金属薄膜を、この
反強磁性金属酸化物単結晶基板表面の複数の結晶面に対
応してヘテロエピタキシャタル成長させてもよい。
【0008】本発明の磁気素子およびその製造方法にお
ける反強磁性金属酸化物単結晶基板材料としては、Ni
O(一酸化ニッケル、比重6.67、融点1984℃)
が例示される。また強磁性金属薄膜としては、Fe、C
o、Niおよびこれらの合金のうちのいずれか一種が例
示される。強磁性金属薄膜の厚さは、300nm以下で
あることが望ましい。強磁性金属薄膜の膜厚の下限値は
特にないが、連続膜として成膜するには、例えば数nm
以上の厚さがあることが望ましい。
ける反強磁性金属酸化物単結晶基板材料としては、Ni
O(一酸化ニッケル、比重6.67、融点1984℃)
が例示される。また強磁性金属薄膜としては、Fe、C
o、Niおよびこれらの合金のうちのいずれか一種が例
示される。強磁性金属薄膜の厚さは、300nm以下で
あることが望ましい。強磁性金属薄膜の膜厚の下限値は
特にないが、連続膜として成膜するには、例えば数nm
以上の厚さがあることが望ましい。
【0009】本発明においては、NiO等の反強磁性金
属酸化物単結晶基板を下地とし、この上に直接に接して
強磁性金属薄膜を被着、望ましくはヘテロエピタキシャ
ル成長させるので、反強磁性金属酸化物単結晶基板から
の漏れ磁界はなく、両者の界面で生じる交換相互作用の
みによって、反強磁性金属酸化物単結晶基板の対称性を
利用した、強磁性金属薄膜のスピンの向きの制御が可能
となる。反強磁性金属酸化物単結晶基板を3次元的に加
工して複数の結晶面方位を露出し、この上に強磁性金属
薄膜をヘテロエピタキシャル成長させる場合も同様であ
る。
属酸化物単結晶基板を下地とし、この上に直接に接して
強磁性金属薄膜を被着、望ましくはヘテロエピタキシャ
ル成長させるので、反強磁性金属酸化物単結晶基板から
の漏れ磁界はなく、両者の界面で生じる交換相互作用の
みによって、反強磁性金属酸化物単結晶基板の対称性を
利用した、強磁性金属薄膜のスピンの向きの制御が可能
となる。反強磁性金属酸化物単結晶基板を3次元的に加
工して複数の結晶面方位を露出し、この上に強磁性金属
薄膜をヘテロエピタキシャル成長させる場合も同様であ
る。
【0010】さらに、NiO等の反強磁性金属酸化物単
結晶基板表面上には、Cu等の非磁性金属膜をヘテロエ
ピタキシャル成長させることも可能である。したがっ
て、一旦形成した強磁性金属薄膜をSTM探針等により
微細加工して磁性細線や磁性ドットを作成し、下地の反
強磁性金属酸化物単結晶基板表面の一部を露出後、Cu
等の非磁性金属膜をヘテロエピタキシャル成長させれ
ば、非磁性金属膜を介した磁性細線や磁性ドット間の交
換相互作用により、磁性細線や磁性ドット間のスピンの
向きが制御でる。かかる多次元構造素子による、高感度
磁気センサやメモリ素子を製造することが可能である。
結晶基板表面上には、Cu等の非磁性金属膜をヘテロエ
ピタキシャル成長させることも可能である。したがっ
て、一旦形成した強磁性金属薄膜をSTM探針等により
微細加工して磁性細線や磁性ドットを作成し、下地の反
強磁性金属酸化物単結晶基板表面の一部を露出後、Cu
等の非磁性金属膜をヘテロエピタキシャル成長させれ
ば、非磁性金属膜を介した磁性細線や磁性ドット間の交
換相互作用により、磁性細線や磁性ドット間のスピンの
向きが制御でる。かかる多次元構造素子による、高感度
磁気センサやメモリ素子を製造することが可能である。
【0011】なお本願と類似の先願として、ガラス等の
非磁性基板上に形成したNiO等の反強磁性薄膜を介し
て成膜した磁性薄膜が、例えば特開平7−202292
号公報に開示されている。しかしながら、かかるNiO
薄膜は非晶質または多結晶質薄膜であり、本願のように
強磁性金属薄膜をヘテロエピタキシャル成長させること
は原理的に不可能である。
非磁性基板上に形成したNiO等の反強磁性薄膜を介し
て成膜した磁性薄膜が、例えば特開平7−202292
号公報に開示されている。しかしながら、かかるNiO
薄膜は非晶質または多結晶質薄膜であり、本願のように
強磁性金属薄膜をヘテロエピタキシャル成長させること
は原理的に不可能である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図1〜6を参
照しつつ、適宜比較例を交えながら更に詳しく説明す
る。はじめに本発明の磁気素子の基本構成の概略断面を
図1に示す。図1において、符号1は例えば(111)
の結晶面を有するNiO等の反強磁性金属酸化物単結晶
基板である。この反強磁性金属酸化物単結晶基板1上に
直接接して、Ni−Fe合金等の強磁性金属薄膜2がヘ
テロエピタキシャル成長して形成されている。強磁性金
属薄膜2は下地の反強磁性金属酸化物単結晶基板1の結
晶面方位を反映して、同じく(111)の結晶面を有す
る。実際の磁気素子としては、図1に示したように強磁
性金属薄膜2を連続膜の状態で用いることも可能である
が、エッチングによりパターニングしたり、STM探針
等によりnmオーダの微細加工を施し、磁性細線や図2
(a)に示すように磁性ドットの形状にして用いてもよ
い。強磁性金属薄膜2上にさらに非磁性膜や電極等を設
けてもよい。先述したように、NiO等の反強磁性金属
酸化物単結晶基板1上には、図2(b)に示すようにC
u等の非磁性金属膜3をエピタキシャル成長させること
が可能である。
照しつつ、適宜比較例を交えながら更に詳しく説明す
る。はじめに本発明の磁気素子の基本構成の概略断面を
図1に示す。図1において、符号1は例えば(111)
の結晶面を有するNiO等の反強磁性金属酸化物単結晶
基板である。この反強磁性金属酸化物単結晶基板1上に
直接接して、Ni−Fe合金等の強磁性金属薄膜2がヘ
テロエピタキシャル成長して形成されている。強磁性金
属薄膜2は下地の反強磁性金属酸化物単結晶基板1の結
晶面方位を反映して、同じく(111)の結晶面を有す
る。実際の磁気素子としては、図1に示したように強磁
性金属薄膜2を連続膜の状態で用いることも可能である
が、エッチングによりパターニングしたり、STM探針
等によりnmオーダの微細加工を施し、磁性細線や図2
(a)に示すように磁性ドットの形状にして用いてもよ
い。強磁性金属薄膜2上にさらに非磁性膜や電極等を設
けてもよい。先述したように、NiO等の反強磁性金属
酸化物単結晶基板1上には、図2(b)に示すようにC
u等の非磁性金属膜3をエピタキシャル成長させること
が可能である。
【0013】実施例1 以下、図1に一例として構成例を示した磁気素子の製造
方法を詳細に説明する。鏡面加工したNiO(111)
単結晶からなる反強磁性金属酸化物単結晶基板1上に、
DCマグネトロンスパッタリング法により、一例として
パーマロイ(Ni81−Fe19)からなる強磁性金属
薄膜2を50nmの厚さに成膜した。スパッタリング
は、0.5PaのArガス雰囲気中でおこなった。
方法を詳細に説明する。鏡面加工したNiO(111)
単結晶からなる反強磁性金属酸化物単結晶基板1上に、
DCマグネトロンスパッタリング法により、一例として
パーマロイ(Ni81−Fe19)からなる強磁性金属
薄膜2を50nmの厚さに成膜した。スパッタリング
は、0.5PaのArガス雰囲気中でおこなった。
【0014】このようにして成膜した強磁性金属薄膜
2、および成膜前の反強磁性金属酸化物単結晶基板1
を、X線回折法により解析した結果を図3に示す。同図
(a)はNiO(111)単結晶基板を、同図(b)は
この上に形成し(111)配向したNi−19%Fe薄
膜を示す。これらはブラッグピークの試料傾斜角依存性
を極点図にプロットした極点図法によるものである。
2、および成膜前の反強磁性金属酸化物単結晶基板1
を、X線回折法により解析した結果を図3に示す。同図
(a)はNiO(111)単結晶基板を、同図(b)は
この上に形成し(111)配向したNi−19%Fe薄
膜を示す。これらはブラッグピークの試料傾斜角依存性
を極点図にプロットした極点図法によるものである。
【0015】図3(b)において、Ni−19%Fe薄
膜の〔−111〕、〔1−11〕および〔11−1〕方
位の分布は、図3(a)に示したNiO(111)単結
晶基板の〔−111〕、〔1−11〕および〔11−
1〕方位の分布と一致している。すなわち、Ni−19
%Feからなる強磁性金属薄膜2は、下地の反強磁性金
属酸化物単結晶基板1にヘテロエピタキシャル成長した
単結晶薄膜であることが判る。なお図3(b)の極点図
中に、NiO{200}のピークがあるのは、Ni−1
9%Fe(200)とNiO(111)の結晶面間隔が
ほぼ等しいためである。
膜の〔−111〕、〔1−11〕および〔11−1〕方
位の分布は、図3(a)に示したNiO(111)単結
晶基板の〔−111〕、〔1−11〕および〔11−
1〕方位の分布と一致している。すなわち、Ni−19
%Feからなる強磁性金属薄膜2は、下地の反強磁性金
属酸化物単結晶基板1にヘテロエピタキシャル成長した
単結晶薄膜であることが判る。なお図3(b)の極点図
中に、NiO{200}のピークがあるのは、Ni−1
9%Fe(200)とNiO(111)の結晶面間隔が
ほぼ等しいためである。
【0016】Ni−19%Feからなる強磁性金属薄膜
2表面を偏光顕微鏡で観察した結果、磁化容易軸方向は
面内3方向を向いており、それぞれの方向のなす角度は
120°であった。これは強磁性金属薄膜2を〔11
1〕方向からみた場合、3回対称の立方晶であることと
対応している。
2表面を偏光顕微鏡で観察した結果、磁化容易軸方向は
面内3方向を向いており、それぞれの方向のなす角度は
120°であった。これは強磁性金属薄膜2を〔11
1〕方向からみた場合、3回対称の立方晶であることと
対応している。
【0017】実施例2 実施例1で作成したNi−19%Feからなる強磁性金
属薄膜2のスピンを一方向に揃えるため、3方向の磁化
容易軸方向のうちの一方向に100Oeの磁界を印加し
ながら250℃で熱処理を施した。この熱処理後、熱処
理時の磁界印加方向と同方向に磁場強度を変化させた時
の磁化曲線を、振動試料型磁束計により測定した結果を
図4に示す。
属薄膜2のスピンを一方向に揃えるため、3方向の磁化
容易軸方向のうちの一方向に100Oeの磁界を印加し
ながら250℃で熱処理を施した。この熱処理後、熱処
理時の磁界印加方向と同方向に磁場強度を変化させた時
の磁化曲線を、振動試料型磁束計により測定した結果を
図4に示す。
【0018】同図から明らかなように、ヒステリシス曲
線は−50Oeほどシフトし、ゼロ磁界でのスピンの向
きは、すべて熱処理時の磁界方向と同方向を向いてい
る。これは、熱処理中に磁界を印加することにより、反
強磁性金属酸化物単結晶基板1の反強磁性スピンが磁場
方向に整列し、さらに強磁性金属薄膜2との界面で生じ
る交換相互作用によって、強磁性金属薄膜2に反強磁性
金属酸化物単結晶基板1のスピンの向きが転写されるた
めである。図4の磁化曲線においては、−80Oe程度
で強磁性金属薄膜2のスピンの向きはすべて反転する
が、反強磁性金属酸化物単結晶基板1のスピンは固定さ
れたままであるので、測定磁界を0にしても強磁性金属
薄膜2のスピンの向きは、最初の状態に戻る。互いに接
する反強磁性体と強磁性体との交換相互作用に起因する
ヒステリシス曲線のシフト量は、交換磁界と呼ばれる。
この現象は、多結晶NiO/NiFe積層膜においては
すでに見出されているものである。かかる積層膜ではN
iOのスピンの向きは任意に固定できる反面、積層膜全
面にわたって各スピンの向きを精密に制御することは困
難である。しかしながら、本実施例のようにNiO単結
晶を下地とした場合には、結晶の対称性を反映して決ま
った3方向にしかスピンは整列せず、スピンの向きを精
密に制御できる利点を有する。この利点を利用し、集光
レーザビームを強磁性金属薄膜2に照射して局所的に温
度を上昇し、この状態で磁界を印加すると、局所的にス
ピンの向きを制御することが可能であり、大容量メモリ
等への利用が可能となる。
線は−50Oeほどシフトし、ゼロ磁界でのスピンの向
きは、すべて熱処理時の磁界方向と同方向を向いてい
る。これは、熱処理中に磁界を印加することにより、反
強磁性金属酸化物単結晶基板1の反強磁性スピンが磁場
方向に整列し、さらに強磁性金属薄膜2との界面で生じ
る交換相互作用によって、強磁性金属薄膜2に反強磁性
金属酸化物単結晶基板1のスピンの向きが転写されるた
めである。図4の磁化曲線においては、−80Oe程度
で強磁性金属薄膜2のスピンの向きはすべて反転する
が、反強磁性金属酸化物単結晶基板1のスピンは固定さ
れたままであるので、測定磁界を0にしても強磁性金属
薄膜2のスピンの向きは、最初の状態に戻る。互いに接
する反強磁性体と強磁性体との交換相互作用に起因する
ヒステリシス曲線のシフト量は、交換磁界と呼ばれる。
この現象は、多結晶NiO/NiFe積層膜においては
すでに見出されているものである。かかる積層膜ではN
iOのスピンの向きは任意に固定できる反面、積層膜全
面にわたって各スピンの向きを精密に制御することは困
難である。しかしながら、本実施例のようにNiO単結
晶を下地とした場合には、結晶の対称性を反映して決ま
った3方向にしかスピンは整列せず、スピンの向きを精
密に制御できる利点を有する。この利点を利用し、集光
レーザビームを強磁性金属薄膜2に照射して局所的に温
度を上昇し、この状態で磁界を印加すると、局所的にス
ピンの向きを制御することが可能であり、大容量メモリ
等への利用が可能となる。
【0019】実施例3 本実施例は、NiO(111)単結晶基板のかわりに、
NiO(100)およびNiO(110)の2種類の単
結晶基板からなる反強磁性金属酸化物単結晶基板1を用
いた他は、前実施例に準拠してパーマロイ(Ni81−
Fe19)からなる強磁性金属薄膜2を50nmの厚さ
に成膜して磁気素子を作成した。2種類の試料につきX
線回折での解析の結果、NiO(100)およびNiO
(110)による各々の反強磁性金属酸化物単結晶基板
1においても、強磁性金属薄膜2がヘテロエピタキシャ
ル成長していることが明らかとなった。
NiO(100)およびNiO(110)の2種類の単
結晶基板からなる反強磁性金属酸化物単結晶基板1を用
いた他は、前実施例に準拠してパーマロイ(Ni81−
Fe19)からなる強磁性金属薄膜2を50nmの厚さ
に成膜して磁気素子を作成した。2種類の試料につきX
線回折での解析の結果、NiO(100)およびNiO
(110)による各々の反強磁性金属酸化物単結晶基板
1においても、強磁性金属薄膜2がヘテロエピタキシャ
ル成長していることが明らかとなった。
【0020】実施例4 前実施例3で作成した2種類の試料に、実施例2と同様
に磁界中熱処理により面内一方向異方性を付与し、磁化
ヒステリシス曲線を測定した。この結果、交換磁界はN
iO(100)単結晶基板を用いたものは16Oe、N
iO(110)単結晶基板を用いたものでは5Oe程度
であり、NiO単結晶基板の面方位により交換磁界の大
きさが異なることが明らかとなった。この現象を利用
し、結晶面方位依存性のあるエッチング方法によりNi
O単結晶基板に3次元構造を作成して複数の結晶面方位
を露出し、この後強磁性金属薄膜2をヘテロエピタキシ
ャル成長すれば、複数の面方位と交換磁界とを有する磁
気素子を作成できる。この磁気素子によれば、素子内で
の強磁性金属薄膜2のスピンの固定方向とその固定強さ
を変えた、多様なスピン制御磁気素子を作成することが
できる。
に磁界中熱処理により面内一方向異方性を付与し、磁化
ヒステリシス曲線を測定した。この結果、交換磁界はN
iO(100)単結晶基板を用いたものは16Oe、N
iO(110)単結晶基板を用いたものでは5Oe程度
であり、NiO単結晶基板の面方位により交換磁界の大
きさが異なることが明らかとなった。この現象を利用
し、結晶面方位依存性のあるエッチング方法によりNi
O単結晶基板に3次元構造を作成して複数の結晶面方位
を露出し、この後強磁性金属薄膜2をヘテロエピタキシ
ャル成長すれば、複数の面方位と交換磁界とを有する磁
気素子を作成できる。この磁気素子によれば、素子内で
の強磁性金属薄膜2のスピンの固定方向とその固定強さ
を変えた、多様なスピン制御磁気素子を作成することが
できる。
【0021】比較例1 パーマロイ(Ni81−Fe19)からなる強磁性金属
薄膜2を500nmの厚さにNiO(111)単結晶基
板1上に形成した他は、前実施例1に準じて磁気素子を
作成した。この試料のX線回折での解析結果を極点図に
して図5に示す。
薄膜2を500nmの厚さにNiO(111)単結晶基
板1上に形成した他は、前実施例1に準じて磁気素子を
作成した。この試料のX線回折での解析結果を極点図に
して図5に示す。
【0022】図5によれば、NiO(111)単結晶基
板の〔−111〕、〔1−11〕および〔11−1〕方
位分布と一致するFeNi〔−111〕、〔1−11〕
および〔11−1〕方位の他に、60deg回転した方
向に同様のNiFe{111}分布があることが判る。
これは双晶構造に起因するもので、fcc構造の(11
1)面のa−b−c配列が、ある場所でa−c−bと順
序が入れ替わっていることに相当する。すなわち、Ni
Feからなる強磁性金属薄膜2の膜厚が本比較例のよう
に厚いと、下地のNiO単結晶基板の結晶対称性の影響
が小さくなることを示している。このように強磁性金属
薄膜2の単結晶構造が乱れると、スピンの制御が困難と
なり、高精度の磁気素子を作成することができない。
板の〔−111〕、〔1−11〕および〔11−1〕方
位分布と一致するFeNi〔−111〕、〔1−11〕
および〔11−1〕方位の他に、60deg回転した方
向に同様のNiFe{111}分布があることが判る。
これは双晶構造に起因するもので、fcc構造の(11
1)面のa−b−c配列が、ある場所でa−c−bと順
序が入れ替わっていることに相当する。すなわち、Ni
Feからなる強磁性金属薄膜2の膜厚が本比較例のよう
に厚いと、下地のNiO単結晶基板の結晶対称性の影響
が小さくなることを示している。このように強磁性金属
薄膜2の単結晶構造が乱れると、スピンの制御が困難と
なり、高精度の磁気素子を作成することができない。
【0023】実施例5 本実施例はパーマロイ(Ni81−Fe19)からなる
強磁性金属薄膜2の膜厚を変えて、NiO(111)単
結晶基板1上に形成した例である。X線回折の極点図か
ら得られるNiFeの単結晶部分の{111}ピーク
と、双晶領域の{111}ピークの強度の構成比を、N
iFeの膜厚をパラメータとしてプロットし、図6に示
す。図6の結果から、強磁性金属薄膜2の膜厚が300
nmを超えるあたりから双晶領域のピークが認められ、
強磁性金属薄膜2が単結晶のヘテロエピタキシャル構造
となるためには、300nm程度以下の膜厚である必要
があることが明らかである。
強磁性金属薄膜2の膜厚を変えて、NiO(111)単
結晶基板1上に形成した例である。X線回折の極点図か
ら得られるNiFeの単結晶部分の{111}ピーク
と、双晶領域の{111}ピークの強度の構成比を、N
iFeの膜厚をパラメータとしてプロットし、図6に示
す。図6の結果から、強磁性金属薄膜2の膜厚が300
nmを超えるあたりから双晶領域のピークが認められ、
強磁性金属薄膜2が単結晶のヘテロエピタキシャル構造
となるためには、300nm程度以下の膜厚である必要
があることが明らかである。
【0024】以上、本発明の実施の形態を5例の実施例
により説明したが、本発明はこれら実施例に何ら限定さ
れるものではない。
により説明したが、本発明はこれら実施例に何ら限定さ
れるものではない。
【0025】例えば、強磁性金属薄膜としてNiFe合
金を例示したが、NiO反強磁性金属酸化物単結晶基板
上へのヘテロエピタキシャル成長現象は、NiFe合金
以外にも、3d遷移磁性金属であるFe、Ni、Coお
よびこれらの合金すべてに共通にみられた。すなわち、
Fe、Ni、Coおよびこれらの合金の何れか一種から
なる強磁性金属薄膜につき、本発明をの磁気素子および
その製造方法を適用できる。また反強磁性金属酸化物単
結晶基板としてNiOを示したが、CoO、FeO、α
−Fe2 O3 やCrO等の各種反強磁性金属酸化物を使
用することができる。
金を例示したが、NiO反強磁性金属酸化物単結晶基板
上へのヘテロエピタキシャル成長現象は、NiFe合金
以外にも、3d遷移磁性金属であるFe、Ni、Coお
よびこれらの合金すべてに共通にみられた。すなわち、
Fe、Ni、Coおよびこれらの合金の何れか一種から
なる強磁性金属薄膜につき、本発明をの磁気素子および
その製造方法を適用できる。また反強磁性金属酸化物単
結晶基板としてNiOを示したが、CoO、FeO、α
−Fe2 O3 やCrO等の各種反強磁性金属酸化物を使
用することができる。
【0026】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば強磁性金属薄膜と結晶学的に整合性のよい基板
を提供し、スピンの向きが制御された高精度の磁気素子
およびその製造方法を実現することが可能である。
によれば強磁性金属薄膜と結晶学的に整合性のよい基板
を提供し、スピンの向きが制御された高精度の磁気素子
およびその製造方法を実現することが可能である。
【図1】本発明の磁気素子の基本構成を示す概略断面図
である。
である。
【図2】本発明の磁気素子の一構成例を示す概略斜視図
である。
である。
【図3】実施例1の磁気素子のX線回折結果を示す極点
図である。
図である。
【図4】実施例2の磁気素子の磁化曲線を示す図であ
る。
る。
【図5】比較例1の磁気素子のX線回折結果を示す極点
図である。
図である。
【図6】Ni−19%Feからなる強磁性金属薄膜の単
結晶領域と双晶領域の構成比を、膜厚をパラメータとし
て示すグラフである。
結晶領域と双晶領域の構成比を、膜厚をパラメータとし
て示すグラフである。
1…反強磁性金属酸化物単結晶基板、2…強磁性金属薄
膜、3…非磁性金属膜
膜、3…非磁性金属膜
Claims (13)
- 【請求項1】 反強磁性金属酸化物単結晶基板表面に接
して、強磁性金属薄膜を有することを特徴とする磁気素
子。 - 【請求項2】 前記強磁性金属薄膜は、前記反強磁性金
属酸化物単結晶基板表面に対して、ヘテロエピタキシャ
タル成長した薄膜であることを特徴とする請求項1記載
の磁気素子。 - 【請求項3】 前記反強磁性金属酸化物単結晶基板表面
は、複数の結晶面を有する3次元構造を有し、 前記強磁性金属薄膜は、前記反強磁性金属酸化物単結晶
基板表面の複数の結晶面に対応して、ヘテロエピタキシ
ャタル成長した薄膜であることを特徴とする請求項1記
載の磁気素子。 - 【請求項4】 前記反強磁性金属酸化物単結晶基板は、
NiOからなることを特徴とする請求項1記載の磁気素
子。 - 【請求項5】 前記強磁性金属薄膜は、Fe、Co、N
iおよびこれらの合金のうちのいずれか一種からなるこ
とを特徴とする請求項1記載の磁気素子。 - 【請求項6】 前記強磁性金属薄膜の厚さは、300n
m以下であることを特徴とする請求項1記載の磁気素
子。 - 【請求項7】 反強磁性金属酸化物単結晶基板表面に接
して、強磁性金属薄膜を形成する工程、 前記強磁性金属薄膜に磁界中熱処理を施して、一方向磁
気異方性を付与する工程を有することを特徴とする磁気
素子の製造方法。 - 【請求項8】 前記熱処理を集光レーザビーム加熱によ
り施し、 前記集光レーザビームの照射部位の前記強磁性金属薄膜
を選択的に加熱して、一方向磁気異方性を付与すること
を特徴とする請求項7記載の磁気素子の製造方法。 - 【請求項9】 前記強磁性金属薄膜を、前記反強磁性金
属酸化物単結晶基板表面に対して、ヘテロエピタキシャ
タル成長させることを特徴とする請求項7記載の磁気素
子の製造方法。 - 【請求項10】 前記反強磁性金属酸化物単結晶基板を
選択的にエッチングし、複数の結晶面を有する3次元構
造を形成した後、 前記強磁性金属薄膜を、前記反強磁性金属酸化物単結晶
基板表面の複数の結晶面に対応して、ヘテロエピタキシ
ャタル成長させることを特徴とする請求項7記載の磁気
素子の製造方法。 - 【請求項11】 前記反強磁性金属酸化物は、NiOか
らなることを特徴とする請求項7記載の磁気素子の製造
方法。 - 【請求項12】 前記強磁性金属は、Fe、Co、Ni
およびこれらを含む合金のうちのいずれか一種からなる
ことを特徴とする請求項7記載の磁気素子の製造方法。 - 【請求項13】 前記強磁性金属薄膜の厚さは、300
nm以下であることを特徴とする請求項7記載の磁気素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19232496A JPH1036956A (ja) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | 磁気素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19232496A JPH1036956A (ja) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | 磁気素子およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1036956A true JPH1036956A (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=16289395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19232496A Pending JPH1036956A (ja) | 1996-07-22 | 1996-07-22 | 磁気素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1036956A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109371376A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-02-22 | 北京科技大学 | 一种单一晶体取向的NiO薄膜的可控制备方法 |
-
1996
- 1996-07-22 JP JP19232496A patent/JPH1036956A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109371376A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-02-22 | 北京科技大学 | 一种单一晶体取向的NiO薄膜的可控制备方法 |
CN109371376B (zh) * | 2018-12-04 | 2021-04-20 | 北京科技大学 | 一种单一晶体取向的NiO薄膜的可控制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TW418388B (en) | Highly oriented magnetic thin films, recording media, transducers, devices made therefrom and methods of making | |
US5783284A (en) | Magnetic multilayer film, magnetoresistance element, and method for preparing magnetoresistance element | |
US5363794A (en) | Uniaxial thin film structures formed from oriented bilayers and multilayers | |
Nagai et al. | Properties of ion‐beam‐sputtered Ni/Fe artificial lattice film | |
US6004654A (en) | Magnetic multilayer film, magnetoresistance element, and method for preparing magnetoresistance element | |
JP2005217422A (ja) | 磁気抵抗素子 | |
JP2616561B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子薄膜及びそれを用いた磁気抵抗効果素子 | |
JP2002094141A (ja) | 交換結合膜と、この交換結合膜を用いた磁気抵抗効果素子、ならびに前記磁気抵抗効果素子を用いた薄膜磁気ヘッド | |
US5858455A (en) | Method for forming a lateral giant magnetoresistance multilayer for a magnetoresistive sensor | |
Laughlin et al. | Fabrication, microstructure, magnetic, and recording properties of percolated perpendicular media | |
US6180202B1 (en) | Large capacity disk and method for manufacturing the same | |
JPH07202292A (ja) | 磁気抵抗効果膜およびその製造方法 | |
JP2000091665A (ja) | 磁気抵抗効果膜及びその製造方法 | |
US6015632A (en) | Self-assembled giant magnetoresistance lateral multilayer for a magnetoresistive sensor | |
US7095070B2 (en) | Method for fabricating Bi thin film and device using the same | |
JP3670119B2 (ja) | 機能性粒子分散型薄膜とグラニュラー磁性薄膜およびそれらの製造方法 | |
JPH1036956A (ja) | 磁気素子およびその製造方法 | |
EP0178685B1 (en) | Perpendicular magnetic recording medium and method of making same | |
Mocuta et al. | Single-crystalline model spin valves using single-crystalline NiO (111) substrates | |
JPH05315135A (ja) | Co/Ni人工格子膜、磁気抵抗素子、磁気ヘッド、磁気記録媒体およびCo/Ni人工格子膜の製造方法 | |
JP3116855B2 (ja) | 交換結合膜及びこれを用いた磁気抵抗効果素子 | |
JPH11329882A (ja) | 交換結合膜の製造方法および磁気抵抗効果素子 | |
JP3598360B2 (ja) | 磁性細線の製造方法 | |
Petford-Long et al. | Microstructure of Gd/W magnetic multilayered films | |
JPH10321435A (ja) | 磁気抵抗効果素子及びその製造方法 |