JPH11274599A - 薄膜磁気抵抗素子 - Google Patents
薄膜磁気抵抗素子Info
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- JPH11274599A JPH11274599A JP10111301A JP11130198A JPH11274599A JP H11274599 A JPH11274599 A JP H11274599A JP 10111301 A JP10111301 A JP 10111301A JP 11130198 A JP11130198 A JP 11130198A JP H11274599 A JPH11274599 A JP H11274599A
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明は、軟磁性薄膜と耐熱性の良好な巨大磁
気抵抗（ＧＭＲ）薄膜を複合化することによって、磁界
感度が高く耐熱性の良好な薄膜磁気抵抗素子を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】該薄膜磁気抵抗素子は、軟磁性薄膜とＧＭ
Ｒ薄膜を組み合わせることにより、高い飽和磁束密度を
有する軟磁性薄膜の高い透磁率によって、弱磁界におい
て高い磁界感度を示す。また、ＧＭＲ薄膜の良好な耐熱
性によって、２００℃以上の温度環境においても良好な
磁界感度を示す。
気抵抗（ＧＭＲ）薄膜を複合化することによって、磁界
感度が高く耐熱性の良好な薄膜磁気抵抗素子を提供する
ことを目的とする。 【解決手段】該薄膜磁気抵抗素子は、軟磁性薄膜とＧＭ
Ｒ薄膜を組み合わせることにより、高い飽和磁束密度を
有する軟磁性薄膜の高い透磁率によって、弱磁界におい
て高い磁界感度を示す。また、ＧＭＲ薄膜の良好な耐熱
性によって、２００℃以上の温度環境においても良好な
磁界感度を示す。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、巨大磁気抵抗効果を利
用した薄膜磁気抵抗素子、およびそれを用いた磁気メモ
リー、磁気センサーおよび磁気ヘッドに関するものであ
る。
用した薄膜磁気抵抗素子、およびそれを用いた磁気メモ
リー、磁気センサーおよび磁気ヘッドに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報の大容量化高速化に伴い、磁
気記録の分野においても、さらなる記録密度の高密度化
が進められ、垂直磁気記録方式など様々な試みがなされ
ている。磁気抵抗効果（ＭＲ）を利用した磁気ヘッド
（ＭＲヘッド）は、上記の要請に対処できるものとして
注目され、現在盛んに研究されている。またＭＲセンサ
は、磁気ヘッド以外にも、サーボモーターやロータリー
エンコダーなどの磁気センサとしても広く利用されてい
る。
気記録の分野においても、さらなる記録密度の高密度化
が進められ、垂直磁気記録方式など様々な試みがなされ
ている。磁気抵抗効果（ＭＲ）を利用した磁気ヘッド
（ＭＲヘッド）は、上記の要請に対処できるものとして
注目され、現在盛んに研究されている。またＭＲセンサ
は、磁気ヘッド以外にも、サーボモーターやロータリー
エンコダーなどの磁気センサとしても広く利用されてい
る。
【０００３】このような状況の中で、従来のＭＲ材料の
１０倍以上の大きな巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を示す
材料が、Ｆｅ／Ｃｒ系などの金属人工格子膜で見出され
た（Ｍ．Ｎ．Ｂａｉｂｉｃｈ ｅｔ ａｌ，Ｐｈｙｓ．
Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．６１（１９８８）２４７２）。ＧＭ
Ｒは、この発見をきっかけに金属人工格子のみならず、
Ｍｎ酸化物などの酸化物系、Ｃｏ−Ｃｕ合金などの金属
−金属系グラニュラー合金、またＣｏ−Ａｌ−Ｏ合金薄
膜などの金属−非金属系グラニュラー合金薄膜などで見
出され、現在盛んに研究されている。これらの材料は、
ＭＲ比が大きいことから、磁気ヘッドや磁気センサ等の
磁気素子への応用が期待されている。しかし、金属人工
格子のＧＭＲを利用したスピンバルブヘッドの実用化が
進められているが、耐熱性や歩留まりが悪いことなど、
問題は多い。また、金属人工格子以外のＧＭＲ材料にお
いては、磁界感度が著しく低く、磁気ヘッドや磁気セン
サ等の磁気素子に利用することは出来なかった。
１０倍以上の大きな巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）を示す
材料が、Ｆｅ／Ｃｒ系などの金属人工格子膜で見出され
た（Ｍ．Ｎ．Ｂａｉｂｉｃｈ ｅｔ ａｌ，Ｐｈｙｓ．
Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．６１（１９８８）２４７２）。ＧＭ
Ｒは、この発見をきっかけに金属人工格子のみならず、
Ｍｎ酸化物などの酸化物系、Ｃｏ−Ｃｕ合金などの金属
−金属系グラニュラー合金、またＣｏ−Ａｌ−Ｏ合金薄
膜などの金属−非金属系グラニュラー合金薄膜などで見
出され、現在盛んに研究されている。これらの材料は、
ＭＲ比が大きいことから、磁気ヘッドや磁気センサ等の
磁気素子への応用が期待されている。しかし、金属人工
格子のＧＭＲを利用したスピンバルブヘッドの実用化が
進められているが、耐熱性や歩留まりが悪いことなど、
問題は多い。また、金属人工格子以外のＧＭＲ材料にお
いては、磁界感度が著しく低く、磁気ヘッドや磁気セン
サ等の磁気素子に利用することは出来なかった。
【０００４】先に、本発明者らは、ＧＭＲ薄膜を軟磁性
薄膜と組み合わせると、ＧＭＲの磁界感度が著しく向上
することを見出し、出願した（特願平９−２７９３０８
号）。しかし、この報告では、ＭＲ比は高々４％程度で
あり、従来材料のパーマロイ（２〜３％）等と比較して
それほど特性が向上している訳ではない。
薄膜と組み合わせると、ＧＭＲの磁界感度が著しく向上
することを見出し、出願した（特願平９−２７９３０８
号）。しかし、この報告では、ＭＲ比は高々４％程度で
あり、従来材料のパーマロイ（２〜３％）等と比較して
それほど特性が向上している訳ではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＧＭＲ
薄膜は、その応用化が期待されているにもかかわらず、
磁界感度が低いために、ＭＲ磁気センサ等の磁気素子に
用いることが出来なかった。また、軟磁性薄膜と巨大磁
気抵抗薄膜を組み合わせることによって、磁界感度は著
しく改善されるが、従来材料に比べて、より大きなＭＲ
比は得られていない。そこで、本発明者らは、弱磁界に
おいてより大きなＭＲ比を有し、磁界感度の優れた薄膜
磁気抵抗素子を得ようとするものである。
薄膜は、その応用化が期待されているにもかかわらず、
磁界感度が低いために、ＭＲ磁気センサ等の磁気素子に
用いることが出来なかった。また、軟磁性薄膜と巨大磁
気抵抗薄膜を組み合わせることによって、磁界感度は著
しく改善されるが、従来材料に比べて、より大きなＭＲ
比は得られていない。そこで、本発明者らは、弱磁界に
おいてより大きなＭＲ比を有し、磁界感度の優れた薄膜
磁気抵抗素子を得ようとするものである。
【０００６】一方、多くの磁気センサーに用いられてい
る半導体ホール素子は、耐熱性が悪く、２００℃以上の
高温では用いられない。また、先に述べたスピンバルブ
膜は、用いられる反強磁性膜の耐熱性が悪く、半導体ホ
ール素子と同様に高温の環境下で用いるのは困難であ
る。
る半導体ホール素子は、耐熱性が悪く、２００℃以上の
高温では用いられない。また、先に述べたスピンバルブ
膜は、用いられる反強磁性膜の耐熱性が悪く、半導体ホ
ール素子と同様に高温の環境下で用いるのは困難であ
る。
【０００７】本発明は、上記の事情を鑑みてなされたも
ので、ＧＭＲ薄膜を軟磁性薄膜と複合化することによ
り、磁界感度が高く、且つＭＲ比の大きな磁気抵抗素子
を提供すること、および２００℃以上の温度環境におい
ても、使用可能な薄膜磁気抵抗素子を提供することを目
的とする。
ので、ＧＭＲ薄膜を軟磁性薄膜と複合化することによ
り、磁界感度が高く、且つＭＲ比の大きな磁気抵抗素子
を提供すること、および２００℃以上の温度環境におい
ても、使用可能な薄膜磁気抵抗素子を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の事情を
鑑みて鋭意努力した結果である。高い透磁率を有する軟
磁性薄膜と耐熱性の良好なＧＭＲ薄膜を組み合わせるこ
とによって、磁界感度が高く、耐熱性の良好な薄膜磁気
抵抗素子を得ることができる。
鑑みて鋭意努力した結果である。高い透磁率を有する軟
磁性薄膜と耐熱性の良好なＧＭＲ薄膜を組み合わせるこ
とによって、磁界感度が高く、耐熱性の良好な薄膜磁気
抵抗素子を得ることができる。
【０００９】本発明の特徴とするところは次の通りであ
る。第１発明は、軟磁性薄膜と巨大磁気抵抗薄膜とによ
って構成され、巨大磁気抵抗薄膜の両側に軟磁性薄膜を
配置することにより、磁気抵抗効果の磁界感度を上げた
薄膜磁気抵抗素子において、巨大磁気抵抗薄膜の膜厚が
軟磁性薄膜の膜厚以下であることを特徴とする薄膜磁気
抵抗素子に関する。
る。第１発明は、軟磁性薄膜と巨大磁気抵抗薄膜とによ
って構成され、巨大磁気抵抗薄膜の両側に軟磁性薄膜を
配置することにより、磁気抵抗効果の磁界感度を上げた
薄膜磁気抵抗素子において、巨大磁気抵抗薄膜の膜厚が
軟磁性薄膜の膜厚以下であることを特徴とする薄膜磁気
抵抗素子に関する。
【００１０】第２発明は、巨大磁気抵抗薄膜の電気比抵
抗が、軟磁性薄膜の電気比抵抗の１００倍以上大きいこ
とを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気抵抗素子に関
する。
抗が、軟磁性薄膜の電気比抵抗の１００倍以上大きいこ
とを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気抵抗素子に関
する。
【００１１】第３発明は、軟磁性薄膜を電極とし、磁気
抵抗変化の５割以上が巨大磁気抵抗薄膜によって生じる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜
磁気抵抗素子に関する。
抵抗変化の５割以上が巨大磁気抵抗薄膜によって生じる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜
磁気抵抗素子に関する。
【００１２】第４発明は、軟磁性薄膜の磁気特性が、保
磁力Ｈｃ≦２０ｅ、透磁率μ≧５００であり、且つ軟磁
性薄膜の飽和磁束密度（Ｂｓ）と膜厚（ｔ）および軟磁
性薄膜のギャップ幅（ｄ）の関係が、Ｂｓ（Ｇ）×ｔ
（μｍ）≧ｄ（μｍ）×２００であることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の薄膜磁
気抵抗素子に関する。
磁力Ｈｃ≦２０ｅ、透磁率μ≧５００であり、且つ軟磁
性薄膜の飽和磁束密度（Ｂｓ）と膜厚（ｔ）および軟磁
性薄膜のギャップ幅（ｄ）の関係が、Ｂｓ（Ｇ）×ｔ
（μｍ）≧ｄ（μｍ）×２００であることを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の薄膜磁
気抵抗素子に関する。
【００１３】第５発明は、軟磁性薄膜のギャップ幅を変
化させることにより、磁気抵抗の磁界感度を任意に制御
することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれ
か１項に記載の薄膜磁気抵抗素子に関する。
化させることにより、磁気抵抗の磁界感度を任意に制御
することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれ
か１項に記載の薄膜磁気抵抗素子に関する。
【００１４】第６発明は、磁気特性の異なる軟磁性薄膜
を用いることによって、磁気抵抗の磁界感度を任意に制
御できることを特徴とする請求項１ないし請求項５のい
ずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子に関する。
を用いることによって、磁気抵抗の磁界感度を任意に制
御できることを特徴とする請求項１ないし請求項５のい
ずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子に関する。
【００１５】第７発明は、薄膜磁気抵抗素子の占める容
積が１ｍｍ３以下であることを特徴とする請求項１ない
し請求項６のいずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子に
関する。
積が１ｍｍ３以下であることを特徴とする請求項１ない
し請求項６のいずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子に
関する。
【００１６】第８発明は、２００℃以上の温度において
用いることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいず
れか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子に関する。
用いることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいず
れか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子に関する。
【００１７】第９発明は、請求項１ないし請求項８のい
ずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子からなる磁気メモ
リーに関する。
ずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子からなる磁気メモ
リーに関する。
【００１８】第１０発明は、請求項１ないし請求項８の
いずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子からなる磁気セ
ンサーに関する。
いずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子からなる磁気セ
ンサーに関する。
【００１９】第１１発明は、請求項１ないし請求項８の
いずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子からなる磁気ヘ
ッドに関する。
いずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子からなる磁気ヘ
ッドに関する。
【００２０】
【作用】本発明の薄膜磁気抵抗素子は、軟磁性薄膜とＧ
ＭＲ薄膜を組み合わせることにより、軟磁性薄膜の高い
透磁率によって、弱磁界で大きなＭＲ比を現す。また、
薄膜材料を用いているため、素子の容積を小さくするこ
とが可能であり、１ｍｍ３以下の小型化に対応できる。
さらに、耐熱性の良好なＧＭＲ薄膜を用いることによっ
て、２００℃以上の温度においても良好なＭＲ特性が維
持される。
ＭＲ薄膜を組み合わせることにより、軟磁性薄膜の高い
透磁率によって、弱磁界で大きなＭＲ比を現す。また、
薄膜材料を用いているため、素子の容積を小さくするこ
とが可能であり、１ｍｍ３以下の小型化に対応できる。
さらに、耐熱性の良好なＧＭＲ薄膜を用いることによっ
て、２００℃以上の温度においても良好なＭＲ特性が維
持される。
【００２１】上記のような効果を得るためには、以下の
ことを考慮しなければならない。一つは、軟磁性薄膜と
ＧＭＲ薄膜の膜厚である。ＧＭＲ薄膜の膜厚が軟磁性薄
膜の膜厚よりも厚い場合は、軟磁性薄膜からの磁束が分
散してしまい、ＧＭＲ薄膜に有効に磁束が作用しない。
そのため、弱磁界で大きな磁界感度は得られない。した
がって、ＧＭＲ薄膜の膜厚は、軟磁性薄膜の膜厚以下で
なければならない。
ことを考慮しなければならない。一つは、軟磁性薄膜と
ＧＭＲ薄膜の膜厚である。ＧＭＲ薄膜の膜厚が軟磁性薄
膜の膜厚よりも厚い場合は、軟磁性薄膜からの磁束が分
散してしまい、ＧＭＲ薄膜に有効に磁束が作用しない。
そのため、弱磁界で大きな磁界感度は得られない。した
がって、ＧＭＲ薄膜の膜厚は、軟磁性薄膜の膜厚以下で
なければならない。
【００２２】二つは、ＧＭＲ薄膜の電気比抵抗である。
ＭＲ素子の磁界検出は、その電圧変化の検出によって行
われる。したがって、ＧＭＲ薄膜の電気抵抗が大きい方
が出力も大きい。また、軟磁性薄膜の中には、異方的磁
気抵抗（ＡＭＲ）を示すものがあるが、本発明の薄膜磁
気抵抗素子においてＡＭＲを示す軟磁性薄膜を組み込ん
だ場合、ＧＭＲ薄膜の電気比抵抗が軟磁性薄膜の電気比
抵抗よりも１００倍以上大きい場合は、ＡＭＲによる抵
抗変化は、ＧＭＲの抵抗変化に比べて非常に少ない。し
たがって、薄膜磁気抵抗素子の構造を簡略化するため
に、軟磁性膜を電極として利用しても、薄膜磁気抵抗素
子の電圧変化による出力の５割以上がＧＭＲ薄膜によっ
て生じる。
ＭＲ素子の磁界検出は、その電圧変化の検出によって行
われる。したがって、ＧＭＲ薄膜の電気抵抗が大きい方
が出力も大きい。また、軟磁性薄膜の中には、異方的磁
気抵抗（ＡＭＲ）を示すものがあるが、本発明の薄膜磁
気抵抗素子においてＡＭＲを示す軟磁性薄膜を組み込ん
だ場合、ＧＭＲ薄膜の電気比抵抗が軟磁性薄膜の電気比
抵抗よりも１００倍以上大きい場合は、ＡＭＲによる抵
抗変化は、ＧＭＲの抵抗変化に比べて非常に少ない。し
たがって、薄膜磁気抵抗素子の構造を簡略化するため
に、軟磁性膜を電極として利用しても、薄膜磁気抵抗素
子の電圧変化による出力の５割以上がＧＭＲ薄膜によっ
て生じる。
【００２３】三つは、軟磁性薄膜の磁気特性とその形状
である。軟磁性膜の保磁力が２０ｅよりも大きく、透磁
率が５００より小さい場合は、弱磁界で十分に磁化しな
いため、良好なＭＲの磁界感度は得られない。また、軟
磁性薄膜の飽和磁束密度と形状が、Ｂｓ（Ｇ）×ｔ（μ
ｍ）≧ｄ（μｍ）×２００の条件を満たさない場合は、
ギャップのＧＭＲ薄膜に有効に磁束が作用せず、良好な
ＭＲ特性は得られない。
である。軟磁性膜の保磁力が２０ｅよりも大きく、透磁
率が５００より小さい場合は、弱磁界で十分に磁化しな
いため、良好なＭＲの磁界感度は得られない。また、軟
磁性薄膜の飽和磁束密度と形状が、Ｂｓ（Ｇ）×ｔ（μ
ｍ）≧ｄ（μｍ）×２００の条件を満たさない場合は、
ギャップのＧＭＲ薄膜に有効に磁束が作用せず、良好な
ＭＲ特性は得られない。
【００２４】一方、ＭＲセンサーは、種々多様な磁界検
出に用いられている。種々な磁界検出のニーズに答える
ため、容易に磁界感度が制御できることが望ましい。本
発明の薄膜磁気抵抗素子は、軟磁性薄膜のギャップの幅
を変化させるか、もしくは磁気特性の異なる軟磁性薄膜
を用いることによって、磁気抵抗の磁界感度を任意に制
御できる。
出に用いられている。種々な磁界検出のニーズに答える
ため、容易に磁界感度が制御できることが望ましい。本
発明の薄膜磁気抵抗素子は、軟磁性薄膜のギャップの幅
を変化させるか、もしくは磁気特性の異なる軟磁性薄膜
を用いることによって、磁気抵抗の磁界感度を任意に制
御できる。
【００２５】
【実施例】以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。 〔実施例１〕薄膜磁気抵抗素子の作製 軟磁性薄膜としてパーマロイ（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）薄膜
を用い、ＧＭＲ薄膜にＣｏ３８．６Ｙ４１．０Ｏ
４７．４ナノグラニュラー薄膜を用いて、薄膜磁気抵抗
素子を作製した。作製した薄膜磁気抵抗素子の概略を図
１に示す。パーマロイ薄膜およびＣｏ３８．６Ｙ
４１．０Ｏ４７．４ナノグラニュラー薄膜の作製にはＲ
Ｆスパッタ装置を用いた。
に説明する。 〔実施例１〕薄膜磁気抵抗素子の作製 軟磁性薄膜としてパーマロイ（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）薄膜
を用い、ＧＭＲ薄膜にＣｏ３８．６Ｙ４１．０Ｏ
４７．４ナノグラニュラー薄膜を用いて、薄膜磁気抵抗
素子を作製した。作製した薄膜磁気抵抗素子の概略を図
１に示す。パーマロイ薄膜およびＣｏ３８．６Ｙ
４１．０Ｏ４７．４ナノグラニュラー薄膜の作製にはＲ
Ｆスパッタ装置を用いた。
【００２６】パーマロイ（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）薄膜は、
Ｆｅ６５Ｎｉ３５合金ターゲットをスパッタして作製し
た。膜厚は約２μｍである。さらに、得られた薄膜にイ
オンビームエッチング装置を用いて、幅約５μｍの隙間
を作製した。そして、隙間の部分を中心に隙間より広い
範囲を残して軟磁性薄膜をマスクし、その部分に、純Ｃ
ｏ円板上にＹ２Ｏ３チップを配置した複合ターゲットを
スパッタすることにより、Ｃｏ３８．６Ｙ４１．０Ｏ
４７．４ナノグラニュラーＧＭＲ薄膜を作製した。膜厚
は、パーマロイ（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）の膜厚以下の約１
μｍである。これによって、図１に示したようなＣｏ
３８．６Ｙ４１．０Ｏ４７．４ＧＭＲ薄膜の両側に、パ
ーマロイ（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）薄膜を配置した薄膜磁気
抵抗素子が得られた。図２には、上記の薄膜磁気抵抗素
子の磁界に対するＭＲ変化を示す。ＭＲ比は極めて弱い
磁界において急激に変化し、その値は１０ｅの弱磁界に
おいて約６％であり、高い磁界感度を示している。
Ｆｅ６５Ｎｉ３５合金ターゲットをスパッタして作製し
た。膜厚は約２μｍである。さらに、得られた薄膜にイ
オンビームエッチング装置を用いて、幅約５μｍの隙間
を作製した。そして、隙間の部分を中心に隙間より広い
範囲を残して軟磁性薄膜をマスクし、その部分に、純Ｃ
ｏ円板上にＹ２Ｏ３チップを配置した複合ターゲットを
スパッタすることにより、Ｃｏ３８．６Ｙ４１．０Ｏ
４７．４ナノグラニュラーＧＭＲ薄膜を作製した。膜厚
は、パーマロイ（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）の膜厚以下の約１
μｍである。これによって、図１に示したようなＣｏ
３８．６Ｙ４１．０Ｏ４７．４ＧＭＲ薄膜の両側に、パ
ーマロイ（Ｆｅ６５Ｎｉ３５）薄膜を配置した薄膜磁気
抵抗素子が得られた。図２には、上記の薄膜磁気抵抗素
子の磁界に対するＭＲ変化を示す。ＭＲ比は極めて弱い
磁界において急激に変化し、その値は１０ｅの弱磁界に
おいて約６％であり、高い磁界感度を示している。
【００２７】図１に示すように、パーマロイ（Ｆｅ６５
Ｎｉ３５）薄膜は電極を兼ね、ＧＭＲ薄膜に電流を導入
している。ところが、図３に示すようにＭＲ比の飽和値
は、測定方向に依存せず、パーマロイ膜のＡＭＲはほと
んど観察されない。また、ＧＭＲ薄膜はギャップ幅に比
べて、広い範囲でパーマロイ膜を覆っているが、磁気素
子に流れる電流の大部分は、ギャップの最も狭い部分を
流れる。これらのことは、Ｃｏ３８．６Ｙ４１．０Ｏ
４７．４膜の電気比抵抗（１４×１０４μΩｃｍ）が、
パーマロイの電気比抵抗（５５μΩｃｍ）に比べて１０
０倍以上大きいためである。電気比抵抗の大幅に異なる
軟磁性薄膜とＧＭＲ薄膜を組み合わせることによって、
磁束導入部分と電極を兼用できること、またＧＭＲ薄膜
作製の際のマスク合わせがラフで良いことなど、磁気素
子の構造および作製工程が簡略化される。
Ｎｉ３５）薄膜は電極を兼ね、ＧＭＲ薄膜に電流を導入
している。ところが、図３に示すようにＭＲ比の飽和値
は、測定方向に依存せず、パーマロイ膜のＡＭＲはほと
んど観察されない。また、ＧＭＲ薄膜はギャップ幅に比
べて、広い範囲でパーマロイ膜を覆っているが、磁気素
子に流れる電流の大部分は、ギャップの最も狭い部分を
流れる。これらのことは、Ｃｏ３８．６Ｙ４１．０Ｏ
４７．４膜の電気比抵抗（１４×１０４μΩｃｍ）が、
パーマロイの電気比抵抗（５５μΩｃｍ）に比べて１０
０倍以上大きいためである。電気比抵抗の大幅に異なる
軟磁性薄膜とＧＭＲ薄膜を組み合わせることによって、
磁束導入部分と電極を兼用できること、またＧＭＲ薄膜
作製の際のマスク合わせがラフで良いことなど、磁気素
子の構造および作製工程が簡略化される。
【００２８】〔実施例２〕ギャップ幅を変化させた薄膜
磁気抵抗素子のＭＲ特性 図４に、軟磁性薄膜のギャップ幅を変化させた場合のＭ
Ｒ曲線を示す。ギャップ幅が広くなると、軟磁性薄膜か
らの漏れ磁束が分散するため、ＧＭＲ薄膜に作用する磁
束が少なくなる。これを利用してＭＲの磁界感度が制御
でき、図４に示すように、ギャップ幅を変化させること
によって、ＭＲの磁界感度が任意に制御できる。
磁気抵抗素子のＭＲ特性 図４に、軟磁性薄膜のギャップ幅を変化させた場合のＭ
Ｒ曲線を示す。ギャップ幅が広くなると、軟磁性薄膜か
らの漏れ磁束が分散するため、ＧＭＲ薄膜に作用する磁
束が少なくなる。これを利用してＭＲの磁界感度が制御
でき、図４に示すように、ギャップ幅を変化させること
によって、ＭＲの磁界感度が任意に制御できる。
【００２９】〔実施例３〕軟磁性薄膜の磁気特性を変化
させた薄膜磁気抵抗素子のＭＲ特性 図５に、軟磁性薄膜の透磁率を変化させた場合のＭＲ曲
線を示す。軟磁性薄膜の透磁率は、熱処理条件を変えて
変化させた。図５に示すように、軟磁性薄膜の磁気特性
を変化させることによって、ＭＲの磁界感度が任意に制
御できる。
させた薄膜磁気抵抗素子のＭＲ特性 図５に、軟磁性薄膜の透磁率を変化させた場合のＭＲ曲
線を示す。軟磁性薄膜の透磁率は、熱処理条件を変えて
変化させた。図５に示すように、軟磁性薄膜の磁気特性
を変化させることによって、ＭＲの磁界感度が任意に制
御できる。
【００３０】〔実施例４〕薄膜磁気抵抗素子の耐熱性 実施例１に示した薄膜磁気抵抗素子のＭＲ比を、種々の
温度環境下で測定した結果を図６に示す。ＭＲ比は３５
０℃まで変化せず、本発明の薄膜磁気抵抗素子は良好な
耐熱性を有することがわかる。
温度環境下で測定した結果を図６に示す。ＭＲ比は３５
０℃まで変化せず、本発明の薄膜磁気抵抗素子は良好な
耐熱性を有することがわかる。
【００３１】上記の通り、本発明の薄膜磁気抵抗素子
は、ＭＲ比の磁界感度および耐熱性が優れているので、
磁気センサ、磁気ヘッドまたは磁気メモリーなどにも好
適である。
は、ＭＲ比の磁界感度および耐熱性が優れているので、
磁気センサ、磁気ヘッドまたは磁気メモリーなどにも好
適である。
【００３２】
【発明の効果】本発明の薄膜磁気抵抗素子は、軟磁性薄
膜とＧＭＲ薄膜とから構成され、弱磁界において非常に
大きなＭＲ比を有し、磁界感度が極めて優れている。ま
た、磁界感度を任意に制御できるので、種々の磁界検出
の用途に応用でき、さらに耐熱性も良好なので、その工
業的意義は大きく、磁気ヘッド、磁気センサおよび磁気
メモリーなどにも好適である。
膜とＧＭＲ薄膜とから構成され、弱磁界において非常に
大きなＭＲ比を有し、磁界感度が極めて優れている。ま
た、磁界感度を任意に制御できるので、種々の磁界検出
の用途に応用でき、さらに耐熱性も良好なので、その工
業的意義は大きく、磁気ヘッド、磁気センサおよび磁気
メモリーなどにも好適である。
【図１】図１は、本発明薄膜磁気抵抗素子の構造を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図２】図２は、本発明薄膜磁気抵抗素子の磁界とＭＲ
比の関係を示す特性図である。
比の関係を示す特性図である。
【図３】図３は、本発明薄膜磁気抵抗素子の測定方向を
変えた場合の磁界とＭＲ比の関係を示す特性図である。
変えた場合の磁界とＭＲ比の関係を示す特性図である。
【図４】図４は、本発明薄膜磁気抵抗素子のギャップ幅
を変えた場合の磁界とＭＲ比の関係を示す特性図であ
る。
を変えた場合の磁界とＭＲ比の関係を示す特性図であ
る。
【図５】図５は、本発明薄膜磁気抵抗素子の軟磁性薄膜
の透磁率を変化させた場合の磁界とＭＲ比の関係を示す
特性図である。
の透磁率を変化させた場合の磁界とＭＲ比の関係を示す
特性図である。
【図６】図６は、本発明薄膜磁気抵抗素子の測定温度と
１０ｅにおけるＭＲ比の関係を示す特性図である。
１０ｅにおけるＭＲ比の関係を示す特性図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三谷 誠司 宮城県仙台市太白区八木山緑町７丁目41番 305号 (72)発明者 藤森 啓安 宮城県仙台市青葉区吉成２丁目20番３号
Claims (11)
- 【請求項１】 軟磁性薄膜と巨大磁気抵抗薄膜とによっ
て構成され、巨大磁気抵抗薄膜の両側に軟磁性薄膜を配
置することにより、磁気抵抗効果の磁界感度を上げた薄
膜磁気抵抗素子において、巨大磁気抵抗薄膜の膜厚が軟
磁性薄膜の膜厚以下であることを特徴とする薄膜磁気抵
抗素子。 - 【請求項２】 巨大磁気抵抗薄膜の電気比抵抗が、軟磁
性薄膜の電気比抵抗の１００倍以上大きいことを特徴と
する請求項１に記載の薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項３】 軟磁性薄膜を電極とし、磁気抵抗変化の
５割以上が巨大磁気抵抗薄膜によって生じることを特徴
とする請求項１または請求項２に記載の薄膜磁気抵抗素
子。 - 【請求項４】 軟磁性薄膜の磁気特性が、保磁力Ｈｃ≦
２０ｅ、透磁率μ≧５００であり、且つ軟磁性薄膜の飽
和磁束密度（Ｂｓ）と膜厚（ｔ）および軟磁性薄膜のギ
ャップ幅（ｄ）の関係が、Ｂｓ（Ｇ）×ｔ（μｍ）≧ｄ
（μｍ）×２００であることを特徴とする請求項１ない
し請求項３のいずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項５】 軟磁性薄膜のギャップ幅を変化させるこ
とにより、磁気抵抗の磁界感度を任意に制御することを
特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記
載の薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項６】 磁気特性の異なる軟磁性薄膜を用いるこ
とによって、磁気抵抗の磁界感度を任意に制御できるこ
とを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項
に記載の薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項７】 薄膜磁気抵抗素子の占める容積が１ｍｍ
３以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項６
のいずれか１項に記載の薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項８】 ２００℃以上の温度において用いること
を特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に
記載の薄膜磁気抵抗素子。 - 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれか１項
に記載の薄膜磁気抵抗素子からなる磁気メモリー。 - 【請求項１０】請求項１ないし請求項８のいずれか１項
に記載の薄膜磁気抵抗素子からなる磁気センサー。 - 【請求項１１】請求項１ないし請求項８のいずれか１項
に記載の薄膜磁気抵抗素子からなる磁気ヘッド。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP11130198A JP3466470B2 (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 薄膜磁気抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP11130198A JP3466470B2 (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 薄膜磁気抵抗素子 |
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|---|---|
| JPH11274599A true JPH11274599A (ja) | 1999-10-08 |
| JP3466470B2 JP3466470B2 (ja) | 2003-11-10 |
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|---|---|---|---|
| JP11130198A Expired - Fee Related JP3466470B2 (ja) | 1998-03-18 | 1998-03-18 | 薄膜磁気抵抗素子 |
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002131407A (ja) * | 2000-10-26 | 2002-05-09 | Res Inst Electric Magnetic Alloys | 薄膜磁界センサ |
| WO2002037131A1 (fr) * | 2000-10-26 | 2002-05-10 | The Foundation : The Research Institute For Electric And Magnetic Materials | Capteur de champ magnetique a couche mince |
| JP2003121522A (ja) * | 2001-10-12 | 2003-04-23 | Res Inst Electric Magnetic Alloys | 薄膜磁界センサ |
| JP2004354182A (ja) * | 2003-05-28 | 2004-12-16 | Res Inst Electric Magnetic Alloys | 薄膜磁気センサ及びその製造方法 |
| JP2004363157A (ja) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Res Inst Electric Magnetic Alloys | 薄膜磁気センサ及びその製造方法 |
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| DE102009007479A1 (de) | 2008-02-27 | 2009-09-03 | Daido Steel Co., Ltd., Nagoya | Dünnfilm-Magnetsensor |
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1998
- 1998-03-18 JP JP11130198A patent/JP3466470B2/ja not_active Expired - Fee Related
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