JPH0352111A - 磁気抵抗センサ - Google Patents

磁気抵抗センサ

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JPH0352111A
JPH0352111A JP2168179A JP16817990A JPH0352111A JP H0352111 A JPH0352111 A JP H0352111A JP 2168179 A JP2168179 A JP 2168179A JP 16817990 A JP16817990 A JP 16817990A JP H0352111 A JPH0352111 A JP H0352111A
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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】 完』レと毘遣一 ■．魚』！と生轄一 本発明は、磁気抵抗センサ、即ち磁場の変化の関数とし
て変化するセンサ材料の抵抗率の変化を利用するセンサ
に係る． ２．４東皮匙 磁気抵抗効果を利用するセンナは現在、種々の磁気記録
読取りシステムで使用されている．これらのセンサは、
読取りヘッドの磁気回路に配置された磁気抵抗の高い強
磁性合金から製造されている．テープが通過するときに
センサの電気抵抗の変化が読取られる．現在使用されて
いる磁気抵抗の高い合金は一般にニッケルベースの強磁
性合金であり、例えば、室温の磁気抵抗が数％の抵抗変
化に対応するようなＮｉ．。Ｆｅ，。型合金またはＮｉ
Ｃｏ合金がある． これらのセンサの主な欠点の１つはそのノイズにある．
これらの合金は単結晶性でなく、センサの機能点に対応
する多数の磁区を磁場に関して有する．これらの多数の
磁区がノイズの主因となる．本発明の目的は、磁気抵抗
センサの感知素子の新規な襦造を提案することによって
上記のごとき欠点を是正することである． え艶α随見 即ち本発明の目的は、センサの感知素子が、非磁性材料
層によって分離された磁性材料層のＷｔＮ体から形戒さ
れた単結晶磁性金属多層がら成り、前記多層において、
磁性材料層が反強磁性結合を有し且つ逆平行整列状態と
平行整列状態との間の転移が極めて小さい磁場インタバ
ルで生じることを特徴とする磁気抵抗センサを提供する
ことである。
磁性金属多層に使用される磁性材料は好ましくは鉄、コ
バル１・またはニッケルであり、非磁性材料は好ましく
はマンガン、クロム、バナジウムまたはチタンである． 磁性材料層は厚さ９〜９０人を有し、非磁性材料層は厚
さ３０人未満を有する． 即ち、数種類の磁性材料と非磁性材料とを特定ｌＩＩ造
に結合させて使用することによって、磁場の狭いドメイ
ンで高い磁気抵抗が生じることが観察され、これを磁気
抵抗センサの感知素子として使用することが可能である
．特にＦｅ／Ｃｒ磁性金属多層において観察されるこの
高い磁気抵抗は、磁場で系の２つの磁化状態間の転移、
即ち磁性層の磁化が交互に逆平行である状態と全部の磁
化が平行である状態との間の転移が生じることに起因す
る。
本発明の別の特徴によれば、磁性材料層は厚さ比１；１
〜１：３の薄い層と厚い層とを交互に有する．この場合
、逆平行整列状態と平行整列状態との間の転移はスピン
フロツブ転移（即ち、薄い層の磁化がスピンフロップ場
と呼ばれる所与の場に突然転向する転移）であろう． 本発明の別の特徴によれば、複数の磁性材料層は同じ厚
さを有し、多層が層の平面内で１軸異方性を有する。
本発明の更に別の特徴によれば、磁性金属多層が定常磁
化を有する少なくとも１つの付加層で被覆されている．
この場合、「スビンフロツプ」磁場は極めて弱い磁場に
向かってシフトする。この特徴によれば、系が零場の近
傍で機能しないときに必要な分極磁場を減少させるかま
たは除去することが可能である． 本発明の別の特徴及び利点は添付図面に示す磁気抵抗セ
ンサのいくつかの実施例に関する以下の記載より明らか
にされるであろう． 説明を分かり易くするために全部の図で同じ素子を同じ
参照符号で示す．また、同じく分かり易いように種々の
層の厚さは案分比例で示さない．及走礼 第１図に示すように、磁気抵抗センサは本質的に、基板
１と、非磁性材料層２１によって分離された磁性材料層
２０のｆ１層体から形或された単結晶磁性金属多Ｎ２と
を含み、包封層３によって被覆されている。基板１はガ
リウムヒ素化合物（ＧａＡｓ）のごとき非ドープ半導体
材料または絶縁材料から製造されている。
この基板１に単結晶磁性金属多層がデポジットされてい
る。実際、基板１の構造は、多層の成長によって単結晶
が形成されるような適当な格子構造でなければならない
．この単結晶を得るために、エピタキシャル成長、好ま
しくは分子ビームエピタキシ（ＮＢＥ）のごとき成長技
術を使用する．このようにして単結晶が得られると、所
与の層の磁気状態が単一ドメインとなる．その結果得ら
れる主な利点は、対応するノイズがかなり減少すること
である． 本発明によれば、層２０の磁性材料は鉄、コバルト、ニ
ッケルまたはこれらの金属の合金であり、Ｊｉｌ２１の
非磁性材料はマンガン、クロム、バナジウムまたはチタ
ンである．磁性材料の層２０は９〜９０人の範囲の厚さ
を有し、非磁性材料の層２ｌは３０人未満の厚さを有す
るので、特定の多Ｊｌｆｌｌ造が得られる。多＠２が上
記構造を有するとき、第２八図に示すように磁性Ｍ１２
Ｑ＋　，２Ｑｚ　，２０３間の結合は反強磁性型である
．即ち、層の磁化は第２Ａ図の矢印Ｆ及びＦ゛で示すよ
うな逆平行整列を示す．多層は、零場または有限場から
数ガウスを隔てる極めて短い磁場インタバルで第２八図
のごとき逆平行整列から第２Ｂ図に示すような平行整列
に移行できる構造を有する．有限場の場合には、センサ
機能点を固定するためにこの場の近傍で分極磁場を使用
する必要がある。
上記のごとき構造が第２八図の状態と第２Ｂ図の状態と
の間で転移を生じると、該構造の内部で強力な磁気抵抗
が誘導される．例えば、逆平行整列状態から平行整列状
態への転移に伴って強力な磁気抵抗が得られる理由は、
ニッケル、．コバルトまたは鉄のごとき強磁性材料にお
いては抵抗率が材料中の不純物のスピンに左右されるか
らである．実際、少なくとも１つのスピン方向で伝導電
子が殆ど拡散しない非磁性材料を選択したとき、平行整
列状態では抵抗が小さい．逆平行整列状態では逆に抵抗
率が大きい．従って、単結晶磁性金属多層を感知素子と
して用いた磁気抵抗センサを製造するためには、多層が
特定横造を有すること、及び、磁性材料層が反強磁性型
結合を有し且つ逆平行整列状態と平行整列状態との間の
転移が極めて短い磁場インタバルで生じるような特定の
強磁性材料と非磁性材料とによって多層を形成すること
が必要である。実際、特にＦｅ／Ｃｒ型多層に関して行
なった研究によれば、強い磁気抵抗は非磁性材料の種類
に密接な関係をもつことが判明した。第２Ｂ図に示す平
行整列において、薄い非磁性材料層による拡散は、磁性
材料中に非磁性材料の不純物が拡散するのと等価である
と考えることができる。これに基づいて非磁性材料が選
択される。しかしながら、磁気抵抗センサのベース素子
として使用される材料の選択はまた、磁性層間で反強磁
性型の結合を得ること及び逆平行整列状態と平行整列状
態との間の転移が極めて短い磁場インタバルで生じるこ
とという要件にも左右される． 一般に任意の遷移金属から横或された非磁性層は、屑の
ｄ軌道の電子が磁気分極され易いので、同じ程度の厚さ
の磁性Ｎ間の結合を成立させる．しかしながら、使用さ
れる非磁性材料の種類に従って、結合が強磁性結合また
は反強磁性結合となる．これに基づいて非磁性材料が選
択される．更に、磁場における平行整列と逆平行整列と
の間の転移の場所次第では、系を分極させる分極場を転
移場の近傍で使用してもよい． 第３図は磁気抵抗センサの単結晶磁性金属多層の変形例
２を示す。この場合、磁性層２０’　，　，２０’　．
　，２０゜，及び２０′，は異なる厚さの層から構成さ
れている。図示の実施例で、層２０’　＋　，２０’　
３は厚い層であり、層２０’．，２０゜４は薄い層であ
る。厚さの比が１〜３になるようにこれらの層を形成す
る必要がある。
第４Ａ図及び第４Ｂ図に示すように、第４八図の逆平行
整列状態と第４Ｂ図の平行整列状態との間の転移はスピ
ンフロップ型である．従って弱い磁場ではまず、厚いＮ
２０”＋　，２０’　３の磁化が磁場の方向に配向され
、薄いＮ２０’　２，２０゜４の磁化が逆方向Ｆ′に配
向される．次に、特性場即ちスピンフロツプ場Ｈｓｆが
図示の実施例の薄いＭ　２０’　２．２０゜，の磁化を
突然反転させる。この場合には第５図に示すようなヒス
テリシスループが得られる．従って、磁気テープの読取
りに使用される磁場と同程度の大きさの磁場の作用下で
転移が生じるように、Ｈｓｆの値に極めて近い値を有す
る分極磁４Ｈｂを使用する必要がある． 実際、例えばｂｅｅ　（体心立方構造〉またはｆｅｃ（
面心立方構造〉の（１１０）型エピタキシで系を形成し
たときのように、系が層の平面内で１軸異方性を有する
ときは、等しい厚さの複数の磁性層を有する磁性金属多
層によって第５図に示すごときヒステリシスルーブを得
ることが可能である。
第６図は本発明の磁気抵抗センサの第３実施例である．
この実施例では、所与の方向に固定された磁化を有する
少なくとも１つくこの実施例では２つ〉の付加層４を磁
性金属多層２にデポジットする．定常磁化を有するこの
付加層は、例えば鉄の厚ＷＡＮから形成されている． これらの付加層はスピンフロップ磁場Ｈｓｆを極めて弱
い磁場に向かってシフトさせ得る。スピンフロツブ磁場
｝１ｓｆをシフトさせるプロセスは、このような付加層
による従来の交換異方性プロセスである。この実施例で
は、分極磁場１ｌｂを減少させるかまたは完全に除去す
ることも可能である．後者の場合に得られるヒステリシ
スルーブは第７図と同様のループである．
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の磁気抵抗センサの第１実施例の概略断
面図、第２Ａ図及び第２Ｂ図囁よこのセンサのＮ　ｆｒ
ｇを説明するセンサの感知素子の断面図、第３図は本発
明の磁気抵抗センサの別の実施例の感知素子の概略断面
図、第４Ａ図及び第４Ｂ図はこのセンサの機能を説明す
る第３図同様の断面図、第５図は第３図のセンサのヒス
テリシスルーブの説明図、第６図は本発明の磁気抵抗セ
ンサの第３実施例の概略断面図、第７図は第６図のごと
きセンサのヒステリシスループの説明図である． １・・・・・・基板、２・・・・・・金属多層、３・・
・・・・包封層、２０・・・・・・磁性材料層、２１・
・・・・・非磁性材料層、４・・・・・・付加層． 〒一一 璽 ピフ Ｕ− ＦＩＧ−２−８ ＦＩＧ−７ １”

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）センサの感知素子が、非磁性材料層によって分離
    された磁性材料層の積層体から形成された単結晶磁性金
    属多層から成り、前記多層において、磁性材料層が反強
    磁性結合を有し且つ逆平行整列状態と平行整列状態との
    間の転移が極めて小さい磁場インタバルで生じることを
    特徴とする磁気抵抗センサ。
  2. （２）磁性材料が鉄、コバルトまたはニッケルであるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗センサ。
  3. （３）非磁性材料がマンガン、クロム、バナジウムまた
    はチタンから選択されることを特徴とする請求項１に記
    載の磁気抵抗センサ。
  4. （４）磁性材料層が厚さ９〜９０Åを有することを特徴
    とする請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気抵抗
    センサ。
  5. （５）非磁性材料層が厚さ３０Å未満を有することを特
    徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気抵
    抗センサ。
  6. （６）磁性材料層が厚さ比１〜３の薄い層と厚い層とを
    交互に有することを特徴とする請求項１から５のいずれ
    か一項に記載の磁気抵抗センサ。
  7. （７）複数の磁性材料層が同じ厚さを有し、多層が層の
    平面内で１軸異方性を有することを特徴とする請求項１
    から６のいずれか一項に記載の磁気抵抗センサ。
  8. （８）磁性金属多層が定常磁化を有する少なくとも１つ
    の付加層で被覆されていることを特徴とする請求項１か
    ら５のいずれか一項に記載の磁気抵抗センサ。
  9. （９）付加層が鉄から成る厚膜層であることを特徴とす
    る請求項８に記載の磁気抵抗センサ。
  10. （１０）磁場インタバルが数ガウスのオーダであること
    を特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗センサ。
  11. （１１）転移場の近傍で分極場によって分極されること
    を特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の
    磁気抵抗センサ。
  12. （１２）多層が基板にデポジットされていることを特徴
    とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の磁気抵
    抗センサ。
  13. （１３）基板が適当な格子構造を有する非ドープ半導体
    材料または絶縁材料から成ることを特徴とする請求項１
    ２に記載の磁気抵抗センサ。
  14. （１４）分子ビームエピタキシのごときエピタキシ技術
    によって層がデポジットされることを特徴とする請求項
    １２または１３に記載の磁気抵抗センサ。
  15. （１５）多層が包封層で被覆されていることを特徴とす
    る請求項１から１４のいずれか一項に記載の磁気抵抗セ
    ンサ。
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