JPH04280483A - 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 - Google Patents
磁気抵抗効果材料およびその製造方法Info
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- JPH04280483A JPH04280483A JP3043305A JP4330591A JPH04280483A JP H04280483 A JPH04280483 A JP H04280483A JP 3043305 A JP3043305 A JP 3043305A JP 4330591 A JP4330591 A JP 4330591A JP H04280483 A JPH04280483 A JP H04280483A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気媒体より信号を読み
とるための磁気抵抗効果材料に関するものである。
とるための磁気抵抗効果材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より磁気抵抗素子を用いた磁気抵抗
センサ−（以下ＭＲセンサ−という）、磁気抵抗ヘッド
（以下ＭＲヘッドという）の開発が進められており、磁
性体には主にＮｉ０．８Ｆｅ０．２のパ−マロイが用い
られている。ただしこの材料の場合は抵抗変化率（以下
ΔＲ／Ｒと記す）が２．５％程度であり、より高感度な
磁気抵抗素子をうるにはよりΔＲ／Ｒの大きなものが求
められて来た。
センサ−（以下ＭＲセンサ−という）、磁気抵抗ヘッド
（以下ＭＲヘッドという）の開発が進められており、磁
性体には主にＮｉ０．８Ｆｅ０．２のパ−マロイが用い
られている。ただしこの材料の場合は抵抗変化率（以下
ΔＲ／Ｒと記す）が２．５％程度であり、より高感度な
磁気抵抗素子をうるにはよりΔＲ／Ｒの大きなものが求
められて来た。
【０００３】近年［Ｆｅ／Ｃｒ］人工格子膜で大きな磁
気抵抗効果が起きることが発見された（Ｐｈｙｓｉｃａ
ｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒ Ｖｏｌ．６１， ｐ
２４７２， １９８８）が、この材料の場合は十数ｋＯ
ｅ以上の大きな磁界を印加しないと大きなΔＲ／Ｒが得
られず、実用性に難点があった。
気抵抗効果が起きることが発見された（Ｐｈｙｓｉｃａ
ｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒ Ｖｏｌ．６１， ｐ
２４７２， １９８８）が、この材料の場合は十数ｋＯ
ｅ以上の大きな磁界を印加しないと大きなΔＲ／Ｒが得
られず、実用性に難点があった。
【０００４】また、超高真空蒸着装置を用いＮｉ０．８
Ｆｅ０．２（３０Å）／Ｃｕ（５０Å）／Ｃｏ（３０Å
）／Ｃｕ（５０Å）×１５層の人工格子膜でΔＲ／Ｒが
約１０％（３ｋＯｅの磁界を印加）の抵抗変化が観測さ
れた報告がある。（１９９０年秋 応用物理学会
予稿）しかしながら、膜を製作するのに高価な超高真空
蒸着装置が必要なことと、やはり３ｋＯｅ程度の大きな
磁界を印加しないと大きなΔＲ／Ｒが得られない。
Ｆｅ０．２（３０Å）／Ｃｕ（５０Å）／Ｃｏ（３０Å
）／Ｃｕ（５０Å）×１５層の人工格子膜でΔＲ／Ｒが
約１０％（３ｋＯｅの磁界を印加）の抵抗変化が観測さ
れた報告がある。（１９９０年秋 応用物理学会
予稿）しかしながら、膜を製作するのに高価な超高真空
蒸着装置が必要なことと、やはり３ｋＯｅ程度の大きな
磁界を印加しないと大きなΔＲ／Ｒが得られない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決し、実用性のある低磁界でより大きなΔＲ／Ｒを
示す磁気抵抗素子を可能とするものである。
を解決し、実用性のある低磁界でより大きなΔＲ／Ｒを
示す磁気抵抗素子を可能とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明の磁気抵抗効果材料は以下の構成とする。す
なわち、スパッタ装置を用いてＣｏを主成分とし厚さが
１０〜１００Åの第一の磁性薄膜層と（ＮｉＸＦｅＹ）
ＣｏＺを主成分とし厚さが１０〜１００Åの第二の磁性
薄膜層とをＣｕを主成分とし厚さが１０〜３５Åの金属
非磁性薄膜層を介して交互に積層して磁気抵抗効果材料
を構成する。
めに本発明の磁気抵抗効果材料は以下の構成とする。す
なわち、スパッタ装置を用いてＣｏを主成分とし厚さが
１０〜１００Åの第一の磁性薄膜層と（ＮｉＸＦｅＹ）
ＣｏＺを主成分とし厚さが１０〜１００Åの第二の磁性
薄膜層とをＣｕを主成分とし厚さが１０〜３５Åの金属
非磁性薄膜層を介して交互に積層して磁気抵抗効果材料
を構成する。
【０００７】ここでＸ、Ｙ、Ｚはそれぞれ、０．６≦Ｘ
≦０．９、０≦Ｙ≦０．３、０．０１≦Ｚ≦０．３であ
る。
≦０．９、０≦Ｙ≦０．３、０．０１≦Ｚ≦０．３であ
る。
【０００８】
【作用】（図１）において、磁性薄膜層１と磁性薄膜層
３は保磁力が異なりかつ金属非磁性薄膜層２によって分
離されているため、（図１ｂ）に示したように弱い磁界
が印加されると軟磁性の磁性薄膜層３のスピンがまずそ
の方向に回転し、半硬質磁性の磁性薄膜層１のスピンは
まだ反転しない状態が生ずる。従ってこの時磁性薄膜層
１と磁性薄膜層３のスピン配列が互いに逆方向となり伝
導電子のスピン散乱が極大となって大きな磁気抵抗を示
す。更に（図１ｃ）に示したように印加磁界を強くする
と磁性薄膜層１のスピンも反転し磁性薄膜層３と磁性薄
膜層１のスピン配列は平行となり伝導電子のスピン散乱
が小さくなり磁気抵抗は減少する。この様にして大きな
ΔＲ／Ｒが得られる訳であるが、金属非磁性薄膜層２が
無いと磁性薄膜層１と磁性薄膜層３は磁気的にカップリ
ングしてしまい（図１ｂ）のような状態が実現できない
ため大きな磁気抵抗効果は得られない。磁性膜層３は軟
磁性を示すこととＮｉ−Ｆｅ膜より磁気抵抗効果の大き
なことが望ましく、これは磁性膜層３にＮｉ−Ｆｅ−Ｃ
ｏを用いることにより可能となり膜全体のΔＲ／Ｒが向
上される。
３は保磁力が異なりかつ金属非磁性薄膜層２によって分
離されているため、（図１ｂ）に示したように弱い磁界
が印加されると軟磁性の磁性薄膜層３のスピンがまずそ
の方向に回転し、半硬質磁性の磁性薄膜層１のスピンは
まだ反転しない状態が生ずる。従ってこの時磁性薄膜層
１と磁性薄膜層３のスピン配列が互いに逆方向となり伝
導電子のスピン散乱が極大となって大きな磁気抵抗を示
す。更に（図１ｃ）に示したように印加磁界を強くする
と磁性薄膜層１のスピンも反転し磁性薄膜層３と磁性薄
膜層１のスピン配列は平行となり伝導電子のスピン散乱
が小さくなり磁気抵抗は減少する。この様にして大きな
ΔＲ／Ｒが得られる訳であるが、金属非磁性薄膜層２が
無いと磁性薄膜層１と磁性薄膜層３は磁気的にカップリ
ングしてしまい（図１ｂ）のような状態が実現できない
ため大きな磁気抵抗効果は得られない。磁性膜層３は軟
磁性を示すこととＮｉ−Ｆｅ膜より磁気抵抗効果の大き
なことが望ましく、これは磁性膜層３にＮｉ−Ｆｅ−Ｃ
ｏを用いることにより可能となり膜全体のΔＲ／Ｒが向
上される。
【０００９】
【実施例】磁性薄膜層１はＣｏを主成分とするもので、
半硬質磁性を示す。
半硬質磁性を示す。
【００１０】磁性薄膜層３のＮｉ−ｒｉｃｈのＮｉ−Ｆ
ｅ−Ｃｏ系合金はその組成比は（ＮｉＸＦｅＹ）ＣｏＺ
を主成分とし、Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ原子組成比で、０
．６≦Ｘ≦０．９、０≦Ｙ≦０．３、０≦Ｚ≦０．３を
満足する組成領域で磁歪が小さく軟磁性を示し、より好
ましくは０．６≦Ｘ≦０．９、０＜Ｙ≦０．２５、０＜
Ｚ≦０．２５である。又磁気抵抗効果を考慮すると、Ｎ
ｉ−Ｆｅ系よりもＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系の方が膜全体とし
てのΔＲ／Ｒが大きくなり０．０１≦Ｚとする必要があ
る。これらの条件を満足する代表的なものはＮｉ０．８
Ｆｅ０．１５Ｃｏ０．０５である。又更に軟磁性を改良
したり耐摩耗性及び耐食性を改良するためにＮｂ，Ｍｏ
，Ｃｒ，Ｗ，Ｒｕ等を添加しても良い。これら磁性薄膜
層はその厚さが１０Å未満ではキュリ−温度の低下によ
る室温での磁化の低減等が問題となり、又実用上磁気抵
抗素子は全膜厚が数百Åで用いられるため、本発明のよ
うに積層効果を利用するには各磁性薄膜層を少なくとも
１００Å以下にする必要がある。従ってこれら磁性薄膜
層の厚さはは１０〜１００Åとすることが望ましい。
ｅ−Ｃｏ系合金はその組成比は（ＮｉＸＦｅＹ）ＣｏＺ
を主成分とし、Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ原子組成比で、０
．６≦Ｘ≦０．９、０≦Ｙ≦０．３、０≦Ｚ≦０．３を
満足する組成領域で磁歪が小さく軟磁性を示し、より好
ましくは０．６≦Ｘ≦０．９、０＜Ｙ≦０．２５、０＜
Ｚ≦０．２５である。又磁気抵抗効果を考慮すると、Ｎ
ｉ−Ｆｅ系よりもＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系の方が膜全体とし
てのΔＲ／Ｒが大きくなり０．０１≦Ｚとする必要があ
る。これらの条件を満足する代表的なものはＮｉ０．８
Ｆｅ０．１５Ｃｏ０．０５である。又更に軟磁性を改良
したり耐摩耗性及び耐食性を改良するためにＮｂ，Ｍｏ
，Ｃｒ，Ｗ，Ｒｕ等を添加しても良い。これら磁性薄膜
層はその厚さが１０Å未満ではキュリ−温度の低下によ
る室温での磁化の低減等が問題となり、又実用上磁気抵
抗素子は全膜厚が数百Åで用いられるため、本発明のよ
うに積層効果を利用するには各磁性薄膜層を少なくとも
１００Å以下にする必要がある。従ってこれら磁性薄膜
層の厚さはは１０〜１００Åとすることが望ましい。
【００１１】これらの磁性薄膜の間に介在させる金属薄
膜はＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系磁性薄膜と界面での反応が少な
くかつ非磁性であることが必要で、Ｃｕが適している。 このＣｕ層の厚さは２０Åぐらいが最適で、１０Å未満
では２種類の磁性薄膜層が磁気的にカップリングをして
（図１ｂ）のように保磁力の異なる磁性薄膜層１と３の
スピンが反平行となる状態の実現が困難となる。又理由
はさだかでないが以下に述べる（実施例１）の（図２）
のようにΔＲ／Ｒの値はＣｕ層の厚さによって（ＲＫＫ
Ｙ的な）振動を示し、３５Åを越えると極大の第２ピ−
クを越えて磁気抵抗効果が低減し、極大の第１ピ−クま
でを利用する場合はＣｕ層の厚さは２５Å以下とするこ
とがより望ましい。
膜はＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系磁性薄膜と界面での反応が少な
くかつ非磁性であることが必要で、Ｃｕが適している。 このＣｕ層の厚さは２０Åぐらいが最適で、１０Å未満
では２種類の磁性薄膜層が磁気的にカップリングをして
（図１ｂ）のように保磁力の異なる磁性薄膜層１と３の
スピンが反平行となる状態の実現が困難となる。又理由
はさだかでないが以下に述べる（実施例１）の（図２）
のようにΔＲ／Ｒの値はＣｕ層の厚さによって（ＲＫＫ
Ｙ的な）振動を示し、３５Åを越えると極大の第２ピ−
クを越えて磁気抵抗効果が低減し、極大の第１ピ−クま
でを利用する場合はＣｕ層の厚さは２５Å以下とするこ
とがより望ましい。
【００１２】以下具体的な実施例により本発明の効果の
説明を行う。 （実施例１）多元ＲＦスパッタ装置を用いて、タ−ゲッ
トとして、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ０．８Ｆｅ０．１５Ｃｏ０
．０５を用いスパッタ装置内部を２×１０−７Ｔｏｒｒ
に排気した後、Ａｒガスを導入して８×１０−３Ｔｏｒ
ｒとし、スパッタ法により順次以下に示した構成の磁気
抵抗素子をガラス基板上に作製した。
説明を行う。 （実施例１）多元ＲＦスパッタ装置を用いて、タ−ゲッ
トとして、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ０．８Ｆｅ０．１５Ｃｏ０
．０５を用いスパッタ装置内部を２×１０−７Ｔｏｒｒ
に排気した後、Ａｒガスを導入して８×１０−３Ｔｏｒ
ｒとし、スパッタ法により順次以下に示した構成の磁気
抵抗素子をガラス基板上に作製した。
【００１３】
［Ｃｏ（３０）／Ｃｕ（０〜５０）／ＮｉＦｅＣｏ（３
０）／Ｃｕ（０〜５０）］（（ ）内は厚さ（Å）を表
わす）、又各膜厚はスパッタ時間とシャッタ−により制
御し、総厚約０．２μｍの膜を作製した。
０）／Ｃｕ（０〜５０）］（（ ）内は厚さ（Å）を表
わす）、又各膜厚はスパッタ時間とシャッタ−により制
御し、総厚約０．２μｍの膜を作製した。
【００１４】得られた磁気抵抗材料の特性を（図２）に
示した。なお、ΔＲ／Ｒは３００Ｏｅの印加磁界にて測
定した。（図２）より明らかなように、ΔＲ／Ｒの極大
値はＣｕ層が２０Å付近に存在し、次に第２の極大値は
Ｃｕ層が３０Å付近に存在し、更に第３の極大値はＣｕ
層が４０Å付近に存在していることが分かった。従って
最大のΔＲ／Ｒを得ようとすると、Ｃｕ層が２０Å付近
が最適となる。
示した。なお、ΔＲ／Ｒは３００Ｏｅの印加磁界にて測
定した。（図２）より明らかなように、ΔＲ／Ｒの極大
値はＣｕ層が２０Å付近に存在し、次に第２の極大値は
Ｃｕ層が３０Å付近に存在し、更に第３の極大値はＣｕ
層が４０Å付近に存在していることが分かった。従って
最大のΔＲ／Ｒを得ようとすると、Ｃｕ層が２０Å付近
が最適となる。
【００１５】（実施例２）ＲＦスパッタ装置を用いて、
タ−ゲットとして、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ０．８Ｆｅ０．１
５Ｃｏ０．０５を用いＣｕ層の厚さを一定とし磁性層の
厚さを変えた膜をスパッタ法により（実施例１）と同様
に作製した。
タ−ゲットとして、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ０．８Ｆｅ０．１
５Ｃｏ０．０５を用いＣｕ層の厚さを一定とし磁性層の
厚さを変えた膜をスパッタ法により（実施例１）と同様
に作製した。
【００１６】得られた膜の特性を（表１）に示した。
【００１７】
【表１】
【００１８】なお、参考までにＮｏ．Ｃと同じ構成で、
Ｎｉ０．８Ｆｅ０．１５Ｃｏ０．０５の代わりに従来材
料であるＮｉ０．８Ｆｅ０．２を使用した試料のΔＲ／
Ｒは８．８％であり、又Ｎｉ０．８Ｆｅ０．１９Ｃｏ０
．０１を使用した試料のΔＲ／Ｒは１２％であったこと
より、より大きなΔＲ／Ｒを得る観点からもＣｏが不可
欠である。
Ｎｉ０．８Ｆｅ０．１５Ｃｏ０．０５の代わりに従来材
料であるＮｉ０．８Ｆｅ０．２を使用した試料のΔＲ／
Ｒは８．８％であり、又Ｎｉ０．８Ｆｅ０．１９Ｃｏ０
．０１を使用した試料のΔＲ／Ｒは１２％であったこと
より、より大きなΔＲ／Ｒを得る観点からもＣｏが不可
欠である。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように本発明は高価な超高
真空蒸着装置を用いず、通常のスパッタ装置により作製
出来る事、又、ΔＲ／Ｒの極大値は従来Ｃｕ層が５０Å
付近に存在していたのに対し２０Å付近に存在し、室温
でかつ実用的な印加磁界で大きな磁気抵抗効果を示す磁
気抵抗素子を可能とするもので、高感度ＭＲヘッドやＭ
Ｒセンサ−等への応用に適したものである。
真空蒸着装置を用いず、通常のスパッタ装置により作製
出来る事、又、ΔＲ／Ｒの極大値は従来Ｃｕ層が５０Å
付近に存在していたのに対し２０Å付近に存在し、室温
でかつ実用的な印加磁界で大きな磁気抵抗効果を示す磁
気抵抗素子を可能とするもので、高感度ＭＲヘッドやＭ
Ｒセンサ−等への応用に適したものである。
【図１】本発明の磁気抵抗材料の動作原理を示す図（ａ
）は印加磁界とΔＲ／Ｒの関係を示す図（ｂ）はΔＲ／
Ｒがピークを示す低い印加磁界近傍における各磁性層の
スピンの配列方向を示す断面図（ｃ）は十分大きい印加
磁界における各磁性層のスピンの配列方向を示す断面図
）は印加磁界とΔＲ／Ｒの関係を示す図（ｂ）はΔＲ／
Ｒがピークを示す低い印加磁界近傍における各磁性層の
スピンの配列方向を示す断面図（ｃ）は十分大きい印加
磁界における各磁性層のスピンの配列方向を示す断面図
【図２】（実施例１）における磁気抵抗材料の特性を示
す図
す図
１ 磁性薄膜層
２ 金属非磁性薄膜層
３ 磁性薄膜層
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｃｏを主成分とし厚さが１０〜１００
Åの第一の磁性薄膜層と（ＮｉＸＦｅＹ）ＣｏＺを主成
分とし厚さが１０〜１００Åの第二の磁性薄膜層とをＣ
ｕを主成分とし厚さが１０〜３５Åの金属非磁性薄膜層
を介して交互に積層してなる磁気抵抗効果材料。ただし
Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれ、０．６≦Ｘ≦０．９、０≦Ｙ≦
０．３、０．０１≦Ｚ≦０．３ - 【請求項２】 Ｃｏを
主成分とし厚さが１０〜１００Åの第一の磁性薄膜層と
（ＮｉＸＦｅＹ）ＣｏＺを主成分とし厚さが１０〜１０
０Åの第二の磁性薄膜層とをＣｕを主成分とし厚さが１
０〜２５Åの金属非磁性薄膜層を介して交互に積層して
なる磁気抵抗効果材料。ただしＸ、Ｙ、Ｚはそれぞれ、
０．６≦Ｘ≦０．９、０＜Ｙ≦０．２５、０．０１＜Ｚ
≦０．２５ - 【請求項３】 請求項１に記載の磁気抵抗
効果材料を製造するにあたって、金属磁性薄膜層、金属
非磁性薄膜層を多元スパッタ装置を用いて逐次積層して
形成することを特徴とする磁気抵抗効果材料の製造方法
。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3043305A JP2961914B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 |
| US07/840,821 US5277991A (en) | 1991-03-08 | 1992-02-25 | Magnetoresistive materials |
| EP92103874A EP0503499B2 (en) | 1991-03-08 | 1992-03-06 | Magnetoresistive materials |
| DE69200169T DE69200169T3 (de) | 1991-03-08 | 1992-03-06 | Magnetresistive Materialien. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3043305A JP2961914B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04280483A true JPH04280483A (ja) | 1992-10-06 |
| JP2961914B2 JP2961914B2 (ja) | 1999-10-12 |
Family
ID=12660083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3043305A Expired - Fee Related JP2961914B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2961914B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06325934A (ja) * | 1992-10-30 | 1994-11-25 | Toshiba Corp | 磁気抵抗効果素子 |
| US5568115A (en) * | 1993-12-27 | 1996-10-22 | Sony Corporation | Artificial lattice film and magneto-resistance effect element using the same |
| US5661621A (en) * | 1994-09-08 | 1997-08-26 | Fujitsu Limited | Magnetoresistive head |
| US5688605A (en) * | 1992-10-30 | 1997-11-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element |
| US5780176A (en) * | 1992-10-30 | 1998-07-14 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element |
| US5837068A (en) * | 1993-08-03 | 1998-11-17 | Kazuaki Fukamichi And Ykk Corporation | Magnetoresistance effect material, process for producing the same, and magnetoresistive element |
| US6074535A (en) * | 1994-09-09 | 2000-06-13 | Fujitsu Limited | Magnetoresistive head, method of fabricating the same and magnetic recording apparatus |
| US6395388B1 (en) | 1992-10-30 | 2002-05-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistance effect element |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3021785B2 (ja) | 1991-06-20 | 2000-03-15 | 松下電器産業株式会社 | 磁気抵抗効果材料およびその製造方法 |
| JP3207477B2 (ja) | 1991-12-24 | 2001-09-10 | 財団法人生産開発科学研究所 | 磁気抵抗効果素子 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2690623B2 (ja) | 1991-02-04 | 1997-12-10 | 松下電器産業株式会社 | 磁気抵抗効果素子 |
-
1991
- 1991-03-08 JP JP3043305A patent/JP2961914B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2961914B2 (ja) | 1999-10-12 |
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