JPH03285307A - 磁性多層膜 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、室温において大きな磁性抵抗変化率を有し、
かつ動作磁場が小さく、磁界センサや磁気抵抗型ヘッド
として有用な磁性多層膜に関するものである。

従来の技術 金属の原子径オーダーの厚さで周期的に積層さＩ″Ｌだ
薄膜は、バルク状の金属とは異なった特性を示すため、
近年人工格子という新素材として注目されるようになっ
てきた。

この人工格子の１種として、単結晶基板上に強磁性金属
層と反強磁性金属層とを交互に積層した磁性多層膜があ
り、これまで、Ｆｅ　−Ｃｒ型、Ｎｉ−Ｃｒ型及びＦｅ
−Ｍｎ型多層膜（特開昭６（１−１８９９０６号公報）
などが知られている。また、Ｆｅ−Ｃｒ型については極
低温（４，２Ｋ）において４０％をも越える磁気抵抗変
化を示すという報告もある（フィジカル、レビュー、レ
ターズ、６１巻、２４７２ページ、１９８８年）。

これらの磁性多層膜の主な用途は磁気抵抗効果素子であ
り、ビデオムービーのシリンダー近傍に配置してテープ
走行の際のテープを検出するためのセンサのみならず広
く磁場を検出するだめのセンサや磁気抵抗型ヘッドなど
として利用が可能である。

ところで、磁気抵抗効果素子については、室温における
磁気抵抗変化率が大きく、動作磁場が小さいことが要求
されるが、これまで知られている単層型Ｆｅ−Ｎｉ合金
及びＣｏ−Ｎｉ合金磁性膜は、動作磁場は小さく微少磁
場の検出には好都合であるが、磁気抵抗変化率は２〜３
％と小さい。またＦｅ　−Ｃｒ型多層膜は磁気抵抗変化
率は大きいものの動作磁場が約２９ｋｏｅと極めて大き
く、いずれも利用範囲が制限されるのを免れない。

発明が解決しようとする課題 本発明は、磁気抵抗効果素子に要求される特性すなわち
大きい磁気抵抗変化率及び小さい動作磁場を備えた磁性
多層膜を得ることを目的としてなされたものである。

課題を解決するための手段 本発明者らは、磁気抵抗効果素子としての要求特性を満
たした磁性多層膜を開発するために、鋭意研究を重ねた
結果、強磁性体と反強磁性体とを交互に積層して少なく
とも２層の強磁性体層と少なくとも２層の反強磁性体層
とから成る磁性多層膜を形成させる際に、強磁性体層同
士又は反強磁性体層同士において各層の層厚を異なった
ものとすることにより、意外にも磁気抵抗変化率を大き
くし、しかも動作磁場を小さくしうろことを見出し、こ
の知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は、層Ｎ２０〜２００人をもつ強磁性
体層の少なくとも２層と、層厚６〜６０人の反強磁性体
層の少なくとも２層とが交互に積層された多層膜におい
て、各強磁性体層あるいは各反強磁性体層が少なくとも
２種の異なった層厚を有していることを特徴とする磁性
多層膜を提供するものである。この場合、各反強磁性体
層の厚さを一定にして各強磁性体層の厚さのみを変えて
もよいし、また逆に各強磁性体層の厚さを一定にして各
反強磁性体層の厚さのみを変えれてもよい。

さらに必要ならば各強磁性体層と各反強磁性体層の両方
の厚さを同時に変えることもできる。

本発明の磁性多層膜においては、それを構成する強磁性
体層の厚さを２０〜２００人、好ましくは３０〜１５０
人の範囲内で、かつ反強磁性体層の厚さを６〜６０人、
好ましくは８〜４０人の範囲内でそれぞれ選ぶ必要があ
る。強磁性体層の厚さが２０人未満では強磁性体として
の作用を示さないし、これが２００人よりも大きくなる
と層間の距離が遠くなって層間の磁気的結合作用が失わ
れる。また、反強磁性体層の厚さが６人未満では、連続
膜として形成させることが不可能になるし、５０人より
も大きくなると層間の距離が遠くなって眉間での磁気的
結合作用が失われる。

本発明で用いる強磁性体としては、特に制限はなく、強
磁性を示す物質として知られているもの、例えば鉄、コ
バルト、ニッケノ呟鉄−ニッケル合金、鉄−ケイ素合金
、鉄−ケイ素−アルミニウム合金、コバルト−亜鉛−二
オブ合金などの中から任意に選ぶことができる。また、
反強磁性体についても特ｌ二制限はなく、反強磁性を示
す物質、例えばクロム、マンガン、鉄−マンガン合金、
クロム−アンチモン合金などの中から任意に選ぶことが
できる。

次に添付図面に従って本発明をさらに詳細に説明する。

第１図は、本発明の磁性多層膜の１例の構造を示す拡大
断面図であって、この図においては基板Ａの上に、反強
磁性体層Ｂ、、　Ｂ２．　Ｂ３．　Ｂ、、　Ｂ、と強磁
性体層自、　Ｃ２，ｃ、、　ｃ、、　ｃ、とが交互ｊコ
積層されている。そして、これらの層の中の反強磁性体
層Ｂｌ、　Ｂ２．Ｂｘ、Ｂ１．Ｂｓはいずれも同じ層厚
を有しているが、強磁性体層のＣＩ＋　Ｃｓ、　Ｃａと
Ｃ２，Ｃ４とは異なった層厚を有している。

第２図は第１図と異なった例の拡大断面図であって、こ
の図においては、反強磁性体層Ｂ、、　Ｂ、、　Ｂ、。

Ｂ、、　Ｂ、はいずれも同じ層厚を有するが、反強磁性
体層ｃ、、　Ｃ２，ｃ、、　ｃ、はすべて異なった層厚
を有している。

これらの図において、強磁性体層と反強磁性体層の関係
を逆にすることもできる。

このように、強磁性体層又は反強磁性体層の各層の層厚
を異なったものとすることにより、磁気抵抗効果素子と
しての特性を著しく向上させることができる。例えば、
強磁性体として鉄、反強磁性体としてクロムをそれぞれ
選んで、第１図に示す積層体を形成させた多層膜におい
てクロム層を１ＯＡで一定とし、鉄層を３０人で一定と
して場合、磁化は１５ｋｏｅの印加磁場で漸く飽和し、
磁気抵抗変化率は室温で３〜４％であるが、鉄屑の中の
Ｃ，、Ｃ３，Ｃ，を５０人に変えると、磁化は８　ｋｏ
ｅの印加磁場で飽和し、磁気抵抗変化率は室温で８％以
上になる。

このように鉄屑の層厚を変えることにより動作磁場が小
さくなり、磁気抵抗変化率が大きくなるのは、反強磁性
体としてのクロムの中間層を介して上下に隣合って存在
する強磁性体としての鉄の層同士の間に磁気的結合力が
働き、その境界面に生じている高い磁気モーメントのエ
ネルギー状態において電子が磁気散乱されるが、この境
界面に生じる高いエネルギー状態が、鉄屑自体の厚さや
中間層のクロム層の厚さにより影響されるためと考えら
れる。したがって、これは通常の磁性多層膜においてみ
られる強磁性体の異方性磁気抵抗効果（例えば特公平２
−８４７０号公報参照）とは異なる現象であり、これを
利用すれば反強磁性体層を通しての強磁性体の磁気的結
合力を制御することも可能である。

前記した各個においては、反強磁性体層は強磁性体層の
いずれか一方の一定の層厚とし、他方の層厚のみについ
て２種の異なった層厚を用いているが、必要ならば両方
の層厚を同時に異なったものとしてもよいし、また３種
以上の異なった層厚の組み合わせを用いてもよい。

本発明の磁性多層膜を製造するには、適当な基体、例え
ばガラス、ケイ素単結晶、ガリウムーヒ素単結晶などの
上に、所定の強磁性体物質又は反強磁性体物質とを、真
空蒸着法、化学蒸着法など慣用の方法により蒸着させる
。この際各層の厚さを膜厚計により測定しながら、基板
上への物質の蒸着量をシャッターの開閉により制御する
のが有利である。

このようにして、強磁性体層と反強磁性体層とを所定の
厚さで交互に積層し、必要な厚さになるまで継続する。

通常、最終的な全体の厚さは０．０ｌ−１ｐｒａの範囲
内で選ばれる。

実施例 次に実施例によって、本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ 到達圧力４　Ｘ　１０−”　Ｔｏｒｒの真空槽内にＭｇ
０（１００）単結晶基板を置き、蒸着材料として鉄とク
ロムを用い、電子銃により、蒸着圧力３　Ｘ　１０−’
Ｔａｒｒ、基板温度３２０°Ｃの条件下で、基板上に鉄
層とクロム層を交互に蒸着させた。この際、各層厚は水
晶式膜厚計でモニターし、シャッターを開閉することに
より制御した。このようにして、クロム層（１０人）鉄
層（３０人）−クロム層（１０人）−鉄層（８０人）の
積層を行わせ、これを１０回繰り返すことにより厚この
ものの測定電流１３２μＡにおける磁気抵抗特性は、磁
化が飽和する印加磁場３　ｋｏｅ、磁気抵抗変化率（室
温、印加磁場７　ｋｏｅ）　−５，７％であった。

また、第３図にこのものの磁化曲線グラフを実線で示す
。図中の破線グラフは比較のための従来例の磁化曲線で
ある。

実施例２ 実施例）と同様にして、クロム層（１０人）−鉄層（３
０人）−クロム（ｘ）−鉄（３０人）の積層を１６回繰
り返すことにより、磁性多層膜を製造した。このＸを１
０人、１５人、２０人及び３０人にしＩこときの磁化が
飽和する印加磁場（ｔ＋５ａｔ）を測定し、その結果を
次表に示す。

この表から明らかなように、反磁性体層の層厚の差を大
きくすることによって、いわゆる動作磁さ０，１３μｍ
の磁性多層膜を得た。

場を小さくすることができる。

第４図ないし第７図はこれら４種の試料についての磁化
曲線を示すグラフである。

この図から明らかなようにＸがＩＯＡの場合すなわちク
ロム層の厚さが一定の場合は、磁場の変化に対応する磁
化率が小さいにもかかわらず、Ｘが１５人、２０人、３
０人と大きくなるに従って磁化率が急激に変化するよう
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の磁性多層膜の構造例を示す
断面図、第３図、第４図、第５図、第６図及び第７図は
本発明の磁性多層膜の磁化曲線を示すグラフである。 図中Ａは基板、Ｂ、、　Ｂ、、　Ｂ、、　Ｂ、、　Ｂ、
は反強磁性体層、ｃ、、　ｃ２．　ｃ、、　ｃ、、　ｃ
、は強磁性体層である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　層厚２０〜２００Åをもつ強磁性体層の少なくとも
   ２層と、層厚６〜６０Åの反強磁性体層の少なくとも２
   層とが交互に積層された多層膜において、各強磁性体層
   あるいは各反強磁性体層が少なくとも２種の異なった層
   厚を有していることを特徴とする磁性多層膜。 ２　各強磁性体層が少なくとも２種の異なった層厚を有
   し、各反強磁性体層が同一の層厚を有する請求項１記載
   の磁性多層膜。 ３　各反強磁性体層が少なくとも２種の異なった層厚を
   有し、各強磁性体層が同一の層厚を有する請求項１記載
   の磁性多層膜。 ４　各強磁性体層及び各反強磁性体層の両方が少なくと
   も２種の異なった層厚を有する請求項１記載の磁性多層
   膜。