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 |