JP2000206220A - 磁界検出素子 - Google Patents
磁界検出素子Info
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- JP2000206220A JP2000206220A JP11004552A JP455299A JP2000206220A JP 2000206220 A JP2000206220 A JP 2000206220A JP 11004552 A JP11004552 A JP 11004552A JP 455299 A JP455299 A JP 455299A JP 2000206220 A JP2000206220 A JP 2000206220A
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- magnetic field
- electrode
- perovskite
- magnetic
- tunnel
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 動作磁界が強磁性体金属のトンネル接合素子
と同等に小さく、トンネル抵抗変化率はそれよりも大き
い磁界検出器を得ること。 【解決手段】 ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電
極と、強磁性体金属電極と、前記２つの電極のあいだに
設置され、トンネル電流の検出と、前記２つの電極間の
交換磁気結合の遮断が可能な厚さを有する絶縁膜とを備
えた。
と同等に小さく、トンネル抵抗変化率はそれよりも大き
い磁界検出器を得ること。 【解決手段】 ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電
極と、強磁性体金属電極と、前記２つの電極のあいだに
設置され、トンネル電流の検出と、前記２つの電極間の
交換磁気結合の遮断が可能な厚さを有する絶縁膜とを備
えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、磁界を電気的に
検出する磁界検出素子に関する。
検出する磁界検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、ＭＲ素子と呼ばれる磁性体の
磁界による電気抵抗変化（磁気抵抗効果）を利用した磁
界検出素子が位置センサや磁気ディスク装置用磁気ヘッ
ドとして使われてきた。近年では、これよりも磁界検出
感度の高い磁気抵抗効果を有するＧＭＲ素子の実用化も
始まっている。この素子構造は多層構造の磁性薄膜であ
る。将来的にさらに高感度の磁界検出素子として期待さ
れているのがＣＭＲ素子であり、これはペロブスカイト
型マンガン酸化物の磁気抵抗効果を利用している。一
方、もう一つの将来的な磁界検出素子はＴＭＲ素子と呼
ばれるもので、磁性体間のトンネル電流の磁界依存性を
利用するものである。
磁界による電気抵抗変化（磁気抵抗効果）を利用した磁
界検出素子が位置センサや磁気ディスク装置用磁気ヘッ
ドとして使われてきた。近年では、これよりも磁界検出
感度の高い磁気抵抗効果を有するＧＭＲ素子の実用化も
始まっている。この素子構造は多層構造の磁性薄膜であ
る。将来的にさらに高感度の磁界検出素子として期待さ
れているのがＣＭＲ素子であり、これはペロブスカイト
型マンガン酸化物の磁気抵抗効果を利用している。一
方、もう一つの将来的な磁界検出素子はＴＭＲ素子と呼
ばれるもので、磁性体間のトンネル電流の磁界依存性を
利用するものである。
【０００３】ＣＭＲ素子に向けて研究されているペロブ
スカイト型マンガン酸化物について、たとえば“Ｐｈｙ
ｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ”５３（１９９６）Ｒ１
６８９〜Ｒ１６９２に掲載されたＹ．Ｔｏｍｉｏｋａ，
Ａ．Ａｓａｍｉｔｓｕ，Ｈ．Ｋｕｗａｈａｒａ，Ｙ．Ｍ
ｏｒｉｔｏｍｏおよびＹ．Ｔｏｋｕｒａの論文ではＰｒ
1-xＣａxＭｎＯ3単結晶が紹介されており、０．３＜ｘ
＜０．４の組成範囲の単結晶に温度７７Ｋで１２Ｔの磁
界を印加すると、その電気抵抗が６〜８桁も減少する。
また“Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．”６６（１９９
５）１６８９〜１６９１に掲載されたＧ．Ｃ．Ｘｉｏｎ
ｇ，Ｑ．Ｌｉ，Ｌ．Ｊｕ，Ｒ．ｌ．Ｇｒｅｅｎｅおよび
Ｔ．Ｖｅｎｋａｔｅｓａｎの論文では薄膜の場合でもＮ
ｄ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3の薄膜に温度６０Ｋで８Ｔの磁界
を印加すると、その電気抵抗が２桁近く減少することが
示されている。
スカイト型マンガン酸化物について、たとえば“Ｐｈｙ
ｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ”５３（１９９６）Ｒ１
６８９〜Ｒ１６９２に掲載されたＹ．Ｔｏｍｉｏｋａ，
Ａ．Ａｓａｍｉｔｓｕ，Ｈ．Ｋｕｗａｈａｒａ，Ｙ．Ｍ
ｏｒｉｔｏｍｏおよびＹ．Ｔｏｋｕｒａの論文ではＰｒ
1-xＣａxＭｎＯ3単結晶が紹介されており、０．３＜ｘ
＜０．４の組成範囲の単結晶に温度７７Ｋで１２Ｔの磁
界を印加すると、その電気抵抗が６〜８桁も減少する。
また“Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．”６６（１９９
５）１６８９〜１６９１に掲載されたＧ．Ｃ．Ｘｉｏｎ
ｇ，Ｑ．Ｌｉ，Ｌ．Ｊｕ，Ｒ．ｌ．Ｇｒｅｅｎｅおよび
Ｔ．Ｖｅｎｋａｔｅｓａｎの論文では薄膜の場合でもＮ
ｄ0.7Ｓｒ0.3ＭｎＯ3の薄膜に温度６０Ｋで８Ｔの磁界
を印加すると、その電気抵抗が２桁近く減少することが
示されている。
【０００４】ペロブスカイト型マンガン酸化物における
このように巨大な磁気抵抗効果の原因は一般に次のよう
に考えられている。一般式Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは三価
の希土金属、Ａは二価のアルカリ土類金属）で表される
ある種のペロブスカイト型マンガン酸化物は低温では強
磁性の良導電体であり、その伝導機構はいわゆるホッピ
ング伝導である。すなわち、Ｒ元素の一部がＡ元素で置
換されているため三価のマンガンの一部が四価のマンガ
ンとなるので伝導電子準位に空準位が生じ、それを介し
て電子がマンガン原子間を跳び移ることにより電気伝導
が生じる。このとき跳び移り前後で電子のスピンは同じ
向きに保存されるが、強磁性体状態ではマンガン原子の
外殻電子のスピンは同じ向きに揃っている。したがっ
て、電子の跳び移りは容易であって良導電体となる。一
方、高温になってペロブスカイト型マンガン酸化物が強
磁性体から常磁性体に転移したり、組成を変えて反強磁
性体にしたりすると、隣接マンガン原子のスピンは同じ
向きに揃っていないので電子の跳び移りが困難となり、
電気抵抗は非常に大きくなる。この現象をＣＭＲ素子と
して使うにはペロブスカイト型マンガン酸化物の組成
を、使用温度では常磁性体または反強磁性体状態であ
り、外部磁界を印加することにより強磁性体状態に転移
できるような組成にしておく。そうすれば外部磁界の印
加により電気抵抗の大きな変化が生じて磁界センサとし
て利用できる。
このように巨大な磁気抵抗効果の原因は一般に次のよう
に考えられている。一般式Ｒ1-xＡxＭｎＯ3（Ｒは三価
の希土金属、Ａは二価のアルカリ土類金属）で表される
ある種のペロブスカイト型マンガン酸化物は低温では強
磁性の良導電体であり、その伝導機構はいわゆるホッピ
ング伝導である。すなわち、Ｒ元素の一部がＡ元素で置
換されているため三価のマンガンの一部が四価のマンガ
ンとなるので伝導電子準位に空準位が生じ、それを介し
て電子がマンガン原子間を跳び移ることにより電気伝導
が生じる。このとき跳び移り前後で電子のスピンは同じ
向きに保存されるが、強磁性体状態ではマンガン原子の
外殻電子のスピンは同じ向きに揃っている。したがっ
て、電子の跳び移りは容易であって良導電体となる。一
方、高温になってペロブスカイト型マンガン酸化物が強
磁性体から常磁性体に転移したり、組成を変えて反強磁
性体にしたりすると、隣接マンガン原子のスピンは同じ
向きに揃っていないので電子の跳び移りが困難となり、
電気抵抗は非常に大きくなる。この現象をＣＭＲ素子と
して使うにはペロブスカイト型マンガン酸化物の組成
を、使用温度では常磁性体または反強磁性体状態であ
り、外部磁界を印加することにより強磁性体状態に転移
できるような組成にしておく。そうすれば外部磁界の印
加により電気抵抗の大きな変化が生じて磁界センサとし
て利用できる。
【０００５】ペロブスカイト型マンガン酸化物を用いた
磁界センサは別の原理によるものも提案されている。
“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ”５４（１９９
６）Ｒ８３５７〜Ｒ８３６０に掲載されたＹ．Ｌｕ，
Ｘ．Ｗ．Ｌｉ，Ｇ．Ｑ．Ｇｏｎｇ，Ｇ．Ｘｉａｏ，Ａ．
Ｇｕｐｔａ，Ｐ．Ｌｅｃｏｅｕｒ，Ｊ．Ｚ．Ｓｕｎ，
Ｙ．Ｙ．ＷａｎｇおよびＶ．Ｐ．Ｄｒａｖｉｄの論文に
はペロブスカイト型マンガン酸化物を電極とするトンネ
ル接合が報告されている。これは二層のＬａ0.67Ｓｒ
0.33ＭｎＯ3蒸着膜をＳｒＴｉＯ3の絶縁膜を介して積層
したものである。Ｌａ0. 67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3膜は４．２
Ｋでは強磁性導電体であり、その抗磁力は下層が５６Ｏ
ｅ、上層が１６０Ｏｅになっている。絶縁層の厚さは３
〜６ｎｍと薄いため、上下層の電極間に電圧を印加する
と絶縁層を通してトンネル電流が流れる。このトンネル
電流で両層間を移動する電子はスピンの向きが保持され
なければならない。そのため上下層のＬａ0.67Ｓｒ0.33
ＭｎＯ3膜の磁化の向きが同じときはトンネル電流が流
れやすく、逆向きのときは流れにくい。したがって外部
磁界を変化させ、それが上層、下層の抗磁力をこえる
と、その層の磁化の向きが変わり、上下層の磁化の向き
が平行になったり反平行になったりして同時にトンネル
電流も増減する。４．２Ｋでのトンネル電流の変化量は
トンネル抵抗値に換算すると、１１０Ｏｅ以下の磁界で
約８０％である。
磁界センサは別の原理によるものも提案されている。
“Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ”５４（１９９
６）Ｒ８３５７〜Ｒ８３６０に掲載されたＹ．Ｌｕ，
Ｘ．Ｗ．Ｌｉ，Ｇ．Ｑ．Ｇｏｎｇ，Ｇ．Ｘｉａｏ，Ａ．
Ｇｕｐｔａ，Ｐ．Ｌｅｃｏｅｕｒ，Ｊ．Ｚ．Ｓｕｎ，
Ｙ．Ｙ．ＷａｎｇおよびＶ．Ｐ．Ｄｒａｖｉｄの論文に
はペロブスカイト型マンガン酸化物を電極とするトンネ
ル接合が報告されている。これは二層のＬａ0.67Ｓｒ
0.33ＭｎＯ3蒸着膜をＳｒＴｉＯ3の絶縁膜を介して積層
したものである。Ｌａ0. 67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3膜は４．２
Ｋでは強磁性導電体であり、その抗磁力は下層が５６Ｏ
ｅ、上層が１６０Ｏｅになっている。絶縁層の厚さは３
〜６ｎｍと薄いため、上下層の電極間に電圧を印加する
と絶縁層を通してトンネル電流が流れる。このトンネル
電流で両層間を移動する電子はスピンの向きが保持され
なければならない。そのため上下層のＬａ0.67Ｓｒ0.33
ＭｎＯ3膜の磁化の向きが同じときはトンネル電流が流
れやすく、逆向きのときは流れにくい。したがって外部
磁界を変化させ、それが上層、下層の抗磁力をこえる
と、その層の磁化の向きが変わり、上下層の磁化の向き
が平行になったり反平行になったりして同時にトンネル
電流も増減する。４．２Ｋでのトンネル電流の変化量は
トンネル抵抗値に換算すると、１１０Ｏｅ以下の磁界で
約８０％である。
【０００６】磁性体のトンネル接合による磁界センサ
は、磁性体としてペロブスカイト型マンガン酸化物でな
く、強磁性体金属を上下層電極に用いたものも報告され
ている。“Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．”７３（１
９９８）６９８〜６７０に掲載されたＪ．Ｎａｓｓａ
ｒ，Ｍ．Ｈｅｈｎ，Ａ．Ｖａｕｒｅｓ，Ｆ．Ｐｅｔｒｏ
ｆｆおよびＡ．Ｆｅｒｔの論文にはＣｏ／Ａｌ2Ｏ3／Ｎ
ｉ80Ｆｅ20という層構成のトンネル接合が報告されてい
る。このトンネル接合の４．２Ｋでのトンネル抵抗変化
率は５Ｏｅ以下の磁界で約１７％であり、室温では約６
％である。
は、磁性体としてペロブスカイト型マンガン酸化物でな
く、強磁性体金属を上下層電極に用いたものも報告され
ている。“Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．”７３（１
９９８）６９８〜６７０に掲載されたＪ．Ｎａｓｓａ
ｒ，Ｍ．Ｈｅｈｎ，Ａ．Ｖａｕｒｅｓ，Ｆ．Ｐｅｔｒｏ
ｆｆおよびＡ．Ｆｅｒｔの論文にはＣｏ／Ａｌ2Ｏ3／Ｎ
ｉ80Ｆｅ20という層構成のトンネル接合が報告されてい
る。このトンネル接合の４．２Ｋでのトンネル抵抗変化
率は５Ｏｅ以下の磁界で約１７％であり、室温では約６
％である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上に述べた各種磁界
センサはその特性に一長一短がある。ペロブスカイト型
マンガン酸化物の磁気抵抗素子は巨大な抵抗変化を示す
が、そのためには常磁性体または反強磁性体状態から強
磁性体に転移させるための大きな磁界が必要である。こ
の素子を弱磁界でも動作させるためにＭｎＺｎフェライ
トやパーマロイなどの透磁率の大きい強磁性体コアで挟
むという方法も考えられるが、素子全体の体積が大きく
なるのと微小化したときの加工法の困難性のために用途
が限られてしまう。
センサはその特性に一長一短がある。ペロブスカイト型
マンガン酸化物の磁気抵抗素子は巨大な抵抗変化を示す
が、そのためには常磁性体または反強磁性体状態から強
磁性体に転移させるための大きな磁界が必要である。こ
の素子を弱磁界でも動作させるためにＭｎＺｎフェライ
トやパーマロイなどの透磁率の大きい強磁性体コアで挟
むという方法も考えられるが、素子全体の体積が大きく
なるのと微小化したときの加工法の困難性のために用途
が限られてしまう。
【０００８】ペロブスカイト型マンガン酸化物のトンネ
ル接合素子の場合は磁性状態の転移ではなく、強磁性体
状態における磁化方向の反転を利用するため動作磁界は
前記のように大幅に小さくなる。それでも、一層小さい
磁界や微小領域に発生している磁界を検出するためには
さらに動作磁界を小さくする必要がある。たとえば高記
録密度のハードディスク装置に使用されている磁気抵抗
ヘッドは５Ｏｅ程度の磁界で動作する磁性膜を用いてお
り、この程度の動作磁界が望まれる。
ル接合素子の場合は磁性状態の転移ではなく、強磁性体
状態における磁化方向の反転を利用するため動作磁界は
前記のように大幅に小さくなる。それでも、一層小さい
磁界や微小領域に発生している磁界を検出するためには
さらに動作磁界を小さくする必要がある。たとえば高記
録密度のハードディスク装置に使用されている磁気抵抗
ヘッドは５Ｏｅ程度の磁界で動作する磁性膜を用いてお
り、この程度の動作磁界が望まれる。
【０００９】一方、強磁性体金属同志のトンネル接合で
は、強磁性体金属の磁化反転磁界の大きさを小さくする
ことが比較的容易なため、前記例のように動作磁界を極
めて小さくできる。しかしトンネル抵抗の最大変化率は
ペロブスカイト型マンガン酸化物のトンネル接合素子に
比べるとかなり小さい。
は、強磁性体金属の磁化反転磁界の大きさを小さくする
ことが比較的容易なため、前記例のように動作磁界を極
めて小さくできる。しかしトンネル抵抗の最大変化率は
ペロブスカイト型マンガン酸化物のトンネル接合素子に
比べるとかなり小さい。
【００１０】この発明は前記のような問題点を解決する
ためになされたもので、動作磁界は強磁性体金属のトン
ネル接合素子と同等に小さく、トンネル抵抗変化率はそ
れよりも大きい磁界検出素子を得ることを目的としてい
る。
ためになされたもので、動作磁界は強磁性体金属のトン
ネル接合素子と同等に小さく、トンネル抵抗変化率はそ
れよりも大きい磁界検出素子を得ることを目的としてい
る。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１にか
かわる磁界検出素子は、ペロブスカイト型導電性酸化物
磁性体電極と、強磁性体金属電極と、前記２つの電極の
あいだに設置され、トンネル電流の検出と、前記２つの
電極間の交換磁気結合の遮断が可能な厚さを有する絶縁
膜とを備えたものである。
かわる磁界検出素子は、ペロブスカイト型導電性酸化物
磁性体電極と、強磁性体金属電極と、前記２つの電極の
あいだに設置され、トンネル電流の検出と、前記２つの
電極間の交換磁気結合の遮断が可能な厚さを有する絶縁
膜とを備えたものである。
【００１２】この発明の請求項２にかかわる磁界検出素
子は、検出対象とする磁界強度範囲の外部磁界に対し
て、前記ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電極の磁
化方向は実質的に変化せず、前記強磁性体金属電極の磁
化方向が実質的に変化するように前記２つの電極の抗磁
力の大きさが制御されたものである。
子は、検出対象とする磁界強度範囲の外部磁界に対し
て、前記ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電極の磁
化方向は実質的に変化せず、前記強磁性体金属電極の磁
化方向が実質的に変化するように前記２つの電極の抗磁
力の大きさが制御されたものである。
【００１３】この発明の請求項３にかかわる磁界検出素
子は、前記ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電極が
基板上に形成され、前記絶縁膜と前記強磁性体電極がそ
の上部に配置されたものである。
子は、前記ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電極が
基板上に形成され、前記絶縁膜と前記強磁性体電極がそ
の上部に配置されたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】この発明の磁界検出素子の基本構
成は、絶縁膜をはさんで、一方にペロブスカイト型マン
ガン酸化物等のペロブスカイト型導電性酸化物磁性体の
電極を備え、他方に強磁性体金属の電極を備えたもので
ある。絶縁膜はトンネル電流が流れる程度に薄く、両側
の２つの電極間の交換磁気結合を遮断し、且つトンネル
電流の測定のための印加電圧に耐える絶縁性を有する厚
さで作られている。このような絶縁膜は金属酸化物や金
属と金属酸化物の積層体で作ることができる。
成は、絶縁膜をはさんで、一方にペロブスカイト型マン
ガン酸化物等のペロブスカイト型導電性酸化物磁性体の
電極を備え、他方に強磁性体金属の電極を備えたもので
ある。絶縁膜はトンネル電流が流れる程度に薄く、両側
の２つの電極間の交換磁気結合を遮断し、且つトンネル
電流の測定のための印加電圧に耐える絶縁性を有する厚
さで作られている。このような絶縁膜は金属酸化物や金
属と金属酸化物の積層体で作ることができる。
【００１５】この場合もペロブスカイト型マンガン酸化
物の磁化の向きと強磁性体金属の磁化の向きが平行のと
きにはトンネル抵抗が小さく、反平行のときにはトンネ
ル抵抗が大きい。ただし検出範囲内の磁界に対して、ペ
ロブスカイト型マンガン酸化物の磁化の向きは変化せ
ず、強磁性体金属の磁化の向きだけが変化するようにそ
れぞれの抗磁力の大きさを制御してある。この制御は電
極の材料組成、形成法、形状などを調整することにより
可能である。このような構成の磁界検出素子の動作磁界
は強磁性体金属の抗磁力の大きさだけで決まり、その大
きさを小さくすることは従来技術で行えるので、動作磁
界の小さい磁界検出素子を作ることができる。
物の磁化の向きと強磁性体金属の磁化の向きが平行のと
きにはトンネル抵抗が小さく、反平行のときにはトンネ
ル抵抗が大きい。ただし検出範囲内の磁界に対して、ペ
ロブスカイト型マンガン酸化物の磁化の向きは変化せ
ず、強磁性体金属の磁化の向きだけが変化するようにそ
れぞれの抗磁力の大きさを制御してある。この制御は電
極の材料組成、形成法、形状などを調整することにより
可能である。このような構成の磁界検出素子の動作磁界
は強磁性体金属の抗磁力の大きさだけで決まり、その大
きさを小さくすることは従来技術で行えるので、動作磁
界の小さい磁界検出素子を作ることができる。
【００１６】この磁界検出素子の電気抵抗変化率は前記
従来例による強磁性体金属同志のトンネル接合素子より
も大きい。その理由は強磁性体電極間のトンネル電流特
性と強磁性体材料とのあいだに次のような関係があるか
らである。すなわち強磁性体電極間のトンネル抵抗の最
大変化率は理論的に次式で表されることが知られてい
る。
従来例による強磁性体金属同志のトンネル接合素子より
も大きい。その理由は強磁性体電極間のトンネル電流特
性と強磁性体材料とのあいだに次のような関係があるか
らである。すなわち強磁性体電極間のトンネル抵抗の最
大変化率は理論的に次式で表されることが知られてい
る。
【００１７】 （Ｒａｐ−Ｒｐ）／Ｒｐ＝２ＰAＰB（１−ＰAＰB）‥‥‥（１） ここでＲｐは両電極の磁化の向きが平行のときのトンネ
ル抵抗、Ｒａｐは反平行のトンネル抵抗である。ＰA、
ＰBはそれぞれの電極のスピン分極率で、上向きスピ
ン、下向きスピンの数をそれぞれｎ↑、ｎ↓とすると次
式で与えられる。
ル抵抗、Ｒａｐは反平行のトンネル抵抗である。ＰA、
ＰBはそれぞれの電極のスピン分極率で、上向きスピ
ン、下向きスピンの数をそれぞれｎ↑、ｎ↓とすると次
式で与えられる。
【００１８】 Ｐ＝（ｎ↑−ｎ↓）／（ｎ↑＋ｎ↓）‥‥‥（２） したがってスピン分極率が大きいほど、トンネル抵抗の
最大変化率が大きくなる。この理論式と各種トンネル接
合での実測値とは必ずしも正確に一致はしていないが、
強磁性体電極のスピン分極率が大きいほどトンネル抵抗
の変化率が大きいという傾向は実測結果と一致する。文
献によれば室温でのＮｉ80Ｆｅ20およびＣｏのスピン分
極率はそれぞれ０．３０、０．３４であり、低温では若
干増加する。一方、“固体物理”３２（１９９７）２９
８〜３０８に掲載された木村および十倉の論文には低温
でのペロブスカイト型マンガン酸化物のスピン分極率は
理論的に１．０に近いことが述べられており、実測では
Ｌａ0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3膜で０．５４（温度４．２
Ｋ）というスピン分極率が報告されている。
最大変化率が大きくなる。この理論式と各種トンネル接
合での実測値とは必ずしも正確に一致はしていないが、
強磁性体電極のスピン分極率が大きいほどトンネル抵抗
の変化率が大きいという傾向は実測結果と一致する。文
献によれば室温でのＮｉ80Ｆｅ20およびＣｏのスピン分
極率はそれぞれ０．３０、０．３４であり、低温では若
干増加する。一方、“固体物理”３２（１９９７）２９
８〜３０８に掲載された木村および十倉の論文には低温
でのペロブスカイト型マンガン酸化物のスピン分極率は
理論的に１．０に近いことが述べられており、実測では
Ｌａ0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3膜で０．５４（温度４．２
Ｋ）というスピン分極率が報告されている。
【００１９】前記各種材料のスピン分極率を用い、式
（１）に基づいてトンネル抵抗変化率を計算すると次の
ようになる。すなわち、Ｎｉ80Ｆｅ20とＣｏの組み合わ
せを電極としたときは２３％、Ｌａ0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ
3同志を電極としたときは８２％、Ｎｉ80Ｆｅ20とＬａ
0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3の組み合わせを電極としたときは
３９％となる。したがって本発明による構成のトンネル
接合型磁界検出素子は、ペロブスカイト型マンガン酸化
物同志を電極としたものよりも弱い磁界で動作し、かつ
強磁性体金属同志を電極としたものよりも大きなトンネ
ル抵抗変化率が得られることになる。
（１）に基づいてトンネル抵抗変化率を計算すると次の
ようになる。すなわち、Ｎｉ80Ｆｅ20とＣｏの組み合わ
せを電極としたときは２３％、Ｌａ0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ
3同志を電極としたときは８２％、Ｎｉ80Ｆｅ20とＬａ
0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3の組み合わせを電極としたときは
３９％となる。したがって本発明による構成のトンネル
接合型磁界検出素子は、ペロブスカイト型マンガン酸化
物同志を電極としたものよりも弱い磁界で動作し、かつ
強磁性体金属同志を電極としたものよりも大きなトンネ
ル抵抗変化率が得られることになる。
【００２０】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図に基づいて説
明する。図１は本実施例にかかわる磁界検出素子の断面
図である。図１において、１は基板、２は下部リード配
線、３はペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電極、４
は強磁性体金属電極、５はトンネル接合部に設置された
絶縁膜、６は上部リード配線、７はリード配線間の絶縁
層である。
明する。図１は本実施例にかかわる磁界検出素子の断面
図である。図１において、１は基板、２は下部リード配
線、３はペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電極、４
は強磁性体金属電極、５はトンネル接合部に設置された
絶縁膜、６は上部リード配線、７はリード配線間の絶縁
層である。
【００２１】基板１はシリコンウェハを用い、その上に
下部リード配線２としての白金膜をスパッタリングで形
成する。この基板を７００℃に加熱しながらペロブスカ
イト型導電性酸化物磁性体電極３として厚さ８０ｎｍの
Ｌａ0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3膜をレーザアブレーションで
形成し、つづいてその上に厚さ１．５ｎｍのアルミニウ
ム膜をスパッタリングで形成した。絶縁膜５はこのアル
ミニウム膜をＡｒ＋Ｏ 2ガス中でスパッタエッチしてＡ
ｌ2Ｏ3に変えることにより形成した。したがって絶縁膜
５の正確な厚さは不明であるが、スパッタエッチの諸条
件を変化させ最適なトンネル電流が得られる条件で試料
を作成した。他の報告例によれば、特性からの推定値と
して１．５〜６ｎｍの範囲であろうとの報告がある。さ
らにこの上に厚さ５０ｎｍのＮｉ80Ｆｅ20膜をスパッタ
リングで形成して強磁性体金属電極４とした。次に写真
製版によりレジストパターンを形成し、イオンミリング
でエッチングすることにより、３、４、５の積層構造を
１０μｍ×３０μｍの大きさにパターニングした。つづ
いてリフトオフ法により絶縁層７をＳｉＯ2膜で形成
し、さらに上部リード配線６を金スパッタ膜で形成し
た。ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電極３の抗磁
力は約８０Ｏｅであった。強磁性体金属電極４の磁気特
性はパターニング前の磁界中熱処理により最適化し、パ
ターニング後の抗磁力の大きさが５Ｏｅ以下になるよう
にした。
下部リード配線２としての白金膜をスパッタリングで形
成する。この基板を７００℃に加熱しながらペロブスカ
イト型導電性酸化物磁性体電極３として厚さ８０ｎｍの
Ｌａ0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3膜をレーザアブレーションで
形成し、つづいてその上に厚さ１．５ｎｍのアルミニウ
ム膜をスパッタリングで形成した。絶縁膜５はこのアル
ミニウム膜をＡｒ＋Ｏ 2ガス中でスパッタエッチしてＡ
ｌ2Ｏ3に変えることにより形成した。したがって絶縁膜
５の正確な厚さは不明であるが、スパッタエッチの諸条
件を変化させ最適なトンネル電流が得られる条件で試料
を作成した。他の報告例によれば、特性からの推定値と
して１．５〜６ｎｍの範囲であろうとの報告がある。さ
らにこの上に厚さ５０ｎｍのＮｉ80Ｆｅ20膜をスパッタ
リングで形成して強磁性体金属電極４とした。次に写真
製版によりレジストパターンを形成し、イオンミリング
でエッチングすることにより、３、４、５の積層構造を
１０μｍ×３０μｍの大きさにパターニングした。つづ
いてリフトオフ法により絶縁層７をＳｉＯ2膜で形成
し、さらに上部リード配線６を金スパッタ膜で形成し
た。ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電極３の抗磁
力は約８０Ｏｅであった。強磁性体金属電極４の磁気特
性はパターニング前の磁界中熱処理により最適化し、パ
ターニング後の抗磁力の大きさが５Ｏｅ以下になるよう
にした。
【００２２】このようにして作成した素子を温度４．２
Ｋに冷却し、上下部リード配線間に直流電圧を印加して
両電極間に流れるトンネル電流の外部磁界依存性を測定
した結果を図２に示す。トンネル抵抗に換算すると外部
磁界５Ｏｅ以下で最大抵抗変化率３０％が得られた。
Ｋに冷却し、上下部リード配線間に直流電圧を印加して
両電極間に流れるトンネル電流の外部磁界依存性を測定
した結果を図２に示す。トンネル抵抗に換算すると外部
磁界５Ｏｅ以下で最大抵抗変化率３０％が得られた。
【００２３】本発明の磁界検出素子に用いるペロブスカ
イト型導電性酸化物としては、スピン分極率の大きいこ
とが要求されるが、抗磁力が小さいことは必要でなく、
選択の自由度が大きい。また、抗磁力を小さくするため
の形成条件の制約もない。
イト型導電性酸化物としては、スピン分極率の大きいこ
とが要求されるが、抗磁力が小さいことは必要でなく、
選択の自由度が大きい。また、抗磁力を小さくするため
の形成条件の制約もない。
【００２４】本実施例では、ペロブスカイト型導電性酸
化物磁性体電極３としてＬａ0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3膜を
用いたが、その理由はこの膜のキュリー温度が３００Ｋ
以上であり、低温でのスピン分極率が大きいと考えたか
らである。Ｌａ1-xＰｂxＭｎＯ3（ｘ＝０．３−０．
４）膜やＬａ1-xＳｒxＮｉＯ3（ｘ＝０．３）膜もキュ
リー温度が３００Ｋ以上であり、同様に使用が可能であ
る。キュリー温度がもっと低い他のペロブスカイト型導
電性酸化物磁性体を電極として用いても、使用温度範囲
は狭くなるが原理的に動作は同じである。また今後キュ
リー温度のもっと高いペロブスカイト型導電性酸化物磁
性体が発見されれば、同様の素子構成で使用温度範囲を
高くすることが可能である。また本実施例では強磁性体
金属電極４としてＮｉ80Ｆｅ20膜を用いたが、抗磁力が
小さければ他のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれかを含む強磁
性体金属膜でもよい。また本実施例では絶縁膜５として
Ａｌ2Ｏ3膜を用いたが、ＳｒＺｒＯ3、ＳｒＺｒ（Ｔ
ｉ）Ｏ3、ＰｂＴｉＯ3、ＭｇＯ、ＺｒＯ2などの絶縁膜
を用いてもよい。
化物磁性体電極３としてＬａ0.67Ｓｒ0.33ＭｎＯ3膜を
用いたが、その理由はこの膜のキュリー温度が３００Ｋ
以上であり、低温でのスピン分極率が大きいと考えたか
らである。Ｌａ1-xＰｂxＭｎＯ3（ｘ＝０．３−０．
４）膜やＬａ1-xＳｒxＮｉＯ3（ｘ＝０．３）膜もキュ
リー温度が３００Ｋ以上であり、同様に使用が可能であ
る。キュリー温度がもっと低い他のペロブスカイト型導
電性酸化物磁性体を電極として用いても、使用温度範囲
は狭くなるが原理的に動作は同じである。また今後キュ
リー温度のもっと高いペロブスカイト型導電性酸化物磁
性体が発見されれば、同様の素子構成で使用温度範囲を
高くすることが可能である。また本実施例では強磁性体
金属電極４としてＮｉ80Ｆｅ20膜を用いたが、抗磁力が
小さければ他のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏのいずれかを含む強磁
性体金属膜でもよい。また本実施例では絶縁膜５として
Ａｌ2Ｏ3膜を用いたが、ＳｒＺｒＯ3、ＳｒＺｒ（Ｔ
ｉ）Ｏ3、ＰｂＴｉＯ3、ＭｇＯ、ＺｒＯ2などの絶縁膜
を用いてもよい。
【００２５】
【発明の効果】以上のように、この発明によればトンネ
ル接合型の磁気検出素子において強磁性体金属およびペ
ロブスカイト型導電性酸化物磁性体を上下電極とし、検
出磁界範囲で強磁性体金属電極の磁化の向きだけが実質
的に変化するような構成にしたので、次のような効果が
得られる。
ル接合型の磁気検出素子において強磁性体金属およびペ
ロブスカイト型導電性酸化物磁性体を上下電極とし、検
出磁界範囲で強磁性体金属電極の磁化の向きだけが実質
的に変化するような構成にしたので、次のような効果が
得られる。
【００２６】１）強磁性体金属同志を電極とするトンネ
ル接合型磁界検出素子と同様の弱磁界で動作し、それよ
りもトンネル抵抗変化率の大きい磁界検出素子が得られ
る。
ル接合型磁界検出素子と同様の弱磁界で動作し、それよ
りもトンネル抵抗変化率の大きい磁界検出素子が得られ
る。
【００２７】２）従来のペロブスカイト型導電性酸化物
磁性体同志を上下電極とするトンネル接合型磁界検出素
子はできるだけ検出磁界を小さくするために下部電極の
抗磁力を小さくしなければならず、そのために下部電極
の形成条件に種々の制約があったが、この発明によれば
ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電極の抗磁力はい
くら大きくても良いので、作成が容易となる。
磁性体同志を上下電極とするトンネル接合型磁界検出素
子はできるだけ検出磁界を小さくするために下部電極の
抗磁力を小さくしなければならず、そのために下部電極
の形成条件に種々の制約があったが、この発明によれば
ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電極の抗磁力はい
くら大きくても良いので、作成が容易となる。
【図１】 本発明の一実施例にかかわる磁界検出素子の
断面図である。
断面図である。
【図２】 本発明の磁界検出素子のトンネル電流の外部
磁界依存性を示す図である。
磁界依存性を示す図である。
１ 基板、２ 下部リード配線、３ ペロブスカイト型
導電性酸化物磁性体電極、４ 強磁性体金属電極、５
絶縁膜、６ 上部リード配線、７ リード配線間絶縁
層。
導電性酸化物磁性体電極、４ 強磁性体金属電極、５
絶縁膜、６ 上部リード配線、７ リード配線間絶縁
層。
Claims (3)
- 【請求項１】 ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電
極と、強磁性体金属電極と、前記２つの電極のあいだに
設置され、トンネル電流の検出と、前記２つの電極間の
交換磁気結合の遮断が可能な厚さを有する絶縁膜とを備
えた磁界検出素子。 - 【請求項２】 検出対象とする磁界強度範囲の外部磁界
に対して、前記ペロブスカイト型導電性酸化物磁性体電
極の磁化方向は実質的に変化せず、前記強磁性体金属電
極の磁化方向が実質的に変化するように前記２つの電極
の抗磁力の大きさが制御された請求項１記載の磁界検出
素子。 - 【請求項３】 前記ペロブスカイト型導電性酸化物磁性
体電極が基板上に形成され、前記絶縁膜と前記強磁性体
電極がその上部に配置された請求項１または２記載の磁
界検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11004552A JP2000206220A (ja) | 1999-01-11 | 1999-01-11 | 磁界検出素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11004552A JP2000206220A (ja) | 1999-01-11 | 1999-01-11 | 磁界検出素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000206220A true JP2000206220A (ja) | 2000-07-28 |
Family
ID=11587220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11004552A Pending JP2000206220A (ja) | 1999-01-11 | 1999-01-11 | 磁界検出素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000206220A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002084014A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Ricoh Co Ltd | トンネル磁気抵抗効果素子及びこの素子を用いたデバイス |
| US6746875B2 (en) | 2001-10-17 | 2004-06-08 | Nec Electronics Corporation | Magnetic memory and method of its manufacture |
| JP2004228561A (ja) * | 2003-01-23 | 2004-08-12 | Sharp Corp | デュアルトレンチで隔離されたクロスポイントメモリアレイとその製造方法 |
| JP2004260162A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Sharp Corp | Ｒｒａｍアレイの製造方法及びｒｒａｍ |
-
1999
- 1999-01-11 JP JP11004552A patent/JP2000206220A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002084014A (ja) * | 2000-09-06 | 2002-03-22 | Ricoh Co Ltd | トンネル磁気抵抗効果素子及びこの素子を用いたデバイス |
| US6746875B2 (en) | 2001-10-17 | 2004-06-08 | Nec Electronics Corporation | Magnetic memory and method of its manufacture |
| JP2004228561A (ja) * | 2003-01-23 | 2004-08-12 | Sharp Corp | デュアルトレンチで隔離されたクロスポイントメモリアレイとその製造方法 |
| JP2004260162A (ja) * | 2003-02-27 | 2004-09-16 | Sharp Corp | Ｒｒａｍアレイの製造方法及びｒｒａｍ |
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