JPH0786034A - 磁気抵抗材料およびこれを用いた磁界センサ - Google Patents

磁気抵抗材料およびこれを用いた磁界センサ

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JPH0786034A
JPH0786034A JP5231303A JP23130393A JPH0786034A JP H0786034 A JPH0786034 A JP H0786034A JP 5231303 A JP5231303 A JP 5231303A JP 23130393 A JP23130393 A JP 23130393A JP H0786034 A JPH0786034 A JP H0786034A
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JP
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magnetic
magnetoresistive material
layer
thickness
magnetic field
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JP5231303A
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English (en)
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Akimasa Sakuma
昭正 佐久間
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Proterial Ltd
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Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
    • H01F10/3268Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気抵抗変化率の高い磁気抵抗材料の提供。 【構成】 強磁性層が非磁性層を挟んで積層されている
磁気抵抗材料において、強磁性層がCr1-XTeXで示さ
れる組成を有しその組成範囲が 0.5≦x≦0.8 である磁気抵抗材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は磁界センサに使用される
磁気抵抗材料にかかわり、特に磁気記録において再生ヘ
ッドとして使用される磁気抵抗効果型ヘッド(MRヘッ
ド)の磁気抵抗材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年磁気記録技術の進歩は著しく、家庭
用VTRの分野では小型、計量化のために、また磁気デ
ィスク装置の分野では小型、大容量化のために記録密度
の高密度化が進められている。特に磁気ディスク装置を
例にとると、記録密度を向上させるため記録再生分離型
ヘッドの開発が活発である。これらの記録再生分離型ヘ
ッドの再生ヘッドとしては通常MRヘッドが使用されて
いる。磁気ディスク装置の小型化のために媒体とヘッド
との相対速度が低下すると従来のインダクティブヘッド
では出力が低下するという欠点を有しているが、MRヘ
ッドは出力が相対速度に依存せず一定であるという特徴
を有するからである。
【0003】このMRヘッドの感磁部には通常パーマロ
イ単層膜が使用されている。パーマロイ膜は異方性磁界
が小さいため感度はよいが、磁気抵抗変化率は高々3%
と決して大きくはない。そのためパーマロイ単層膜を感
磁部に用いたMRヘッドは再生出力が必ずしも充分でな
いという欠点がある。一方、数原子層の非磁性層が異方
性磁界の異なる強磁性層に挟まれて積層されている磁気
抵抗材料が大きな磁気抵抗変化率を示すことは、Co/
Cu/FeNi(T.Shinjo and H.Yamamoto:J.Phys.So
c.Jpn.,Vol.59,(1990)p.3061)等において見いだされて
おり公知である。しかし、これらの材料においても磁気
抵抗変化率は10%未満で、且つこのような値を得るに
は100Oe以上の印加磁界が必要で、磁気ヘッドへの
応用が困難になるといった問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課
題は、強磁性層が非磁性層を挟んで積層されている磁気
抵抗材料を、よりMRヘッドの応用が容易な磁気抵抗材
料にするため、更に磁気抵抗変化率の高い材料を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題は、強磁性層が
非磁性層を挟んで積層されている磁気抵抗材料におい
て、強磁性層がCr1-XTeXで示される組成を有しその
組成範囲が 0.5≦x≦0.8 であることによって解決される。
【0006】
【作用】数原子層の非磁性層が異方性磁界の異なる強磁
性層に挟まれた積層膜が磁気抵抗効果を示すことは Sin
jo 等による文献(T.Shinjo and H.Yamamoto:J.Phys.So
c.Jpn.,Vol.59,(1990)p.3061)で既に公知である。これ
は、次のように理解される。積層膜に対し、ある方向に
磁界を印加したときに、2つの磁性膜の異方性磁界が異
なるために磁化が反転する磁界に差が生じ、ある範囲の
磁界においてこれら磁性層の磁化が反平行になる状態が
実現する。更に強い磁界の印加でこれら磁化は平行な状
態となるが、磁化が平行のときの電気抵抗は反平行のと
きより小さくなる。これが、積層膜における磁気抵抗効
果の一つとして知られており、Co/Cu/FeNiは
その代表的系である。しかし、これらの材料においては
抵抗変化率は10%未満であり、応用上更に大きな変化
率が望まれていた。
【0007】本発明による考えは、この磁気抵抗効果の
発生メカニズムに関する考察から導かれた。電気伝導を
担うのは多数派スピンと少数派スピンのフェルミ準位近
傍の電子であるが、2つの磁性層の磁化が平行の場合と
反平行の場合では何れか一方の磁性層の多数派スピンと
少数派スピンの電子状態密度が逆になる。従って、伝導
に際して電子が2つの磁性層を横切る場合、磁化が平行
の場合と反平行の場合とではそれぞれのスピンの電子が
各磁性層内で取り得るフェルミ準位近傍での状態数が異
なるためために電気抵抗に差が生じると考えられる。そ
こで、もし磁性層のフェルミ準位近傍の電子状態密度が
多数派スピンと少数派スピンで極端に異なる場合、即
ち、一方のスピンの状態密度はフェルミ準位近傍で有限
の値を持ち、他方のスピンの状態密度がフェルミ準位近
傍でほぼ0の場合、2つの磁性層が平行の場合にはフェ
ルミ準位近傍で有限の値を持つ方のスピンの電子は容易
に流れるが、反平行の場合には一方の磁性層で有限の状
態密度を持つスピンは他方の磁性層では0の状態密度と
なるため、何れのスピンの電子も流れなくなり、電気抵
抗は著しく大きくなることが期待される。
【0008】NiAs構造を持つCr1-XTeXはこのよ
うな電子状態の条件を満たす材料であることが期待され
る。図1は J.Dijkstra(J.Phys.:Cond.Matt.,1(1989)9
141)によって計算されたCr3Te4及びCr2Te3
電子状態密度である。図1において、上半分は多数派
(上向き)スピン、下半分は少数派(下向き)スピン状
態を表す。また、EFはフェルミエネルギーを示す。多
数派スピンの状態密度はフェルミ準位近傍で有限の値を
持つが、少数派スピンの状態密度はフェルミ準位近傍で
ほぼ0になっているのがわかる。即ちこのような物質は
多数派スピンの電子は金属的な振る舞いを示すが、少数
派スピンの電子は絶縁体あるいは半導体的な振る舞いを
示すと考えられる。従って、このような材料を非磁性物
質を介して2つ組み合わせた場合、磁化が平行な場合は
金属的、反平行の場合は半導体的な特性を示すことが期
待されるのである。そこで、2つの磁性膜の一方にFe
MnあるいはNiO等の反強磁性膜を結合させて実効的
な磁気異方性を付与すると、磁気異方性の違いに起因し
て外部磁界の大きさによって磁化が平行になる場合と反
平行になる場合が実現される。即ち、この積層膜は外部
磁界の大きさ及び方向によって電気抵抗に著しい変化が
現れることが期待される。本発明者は上記の考えに基づ
きCr1-XTeX/Cu/Cr1-XTeX/FeMnの積層
膜を作製し磁気抵抗効果を測定したところ、0.5≦X
≦0.8において10%以上の抵抗変化率が得られるこ
とが確認された。
【0009】本発明磁気抵抗材料において、非磁性層と
してはCr、Cu、Au、Ag、Al23、およびNi
Oの1種または2種以上を用いることができる。これら
は磁性層であるCr1-XTeXを磁気的に遮断するのに優
れている材料だからである。特に、高い伝導性を有する
Cuが望ましい。また、反強磁性層としてはFeMnお
よびNiOの1種または2種をもちいることができる。
これらは室温以上のネール温度を有し、かつ数nmの薄
膜作製が可能だからである。特に、高いネール温度と伝
導性を有するFeMnが望ましい。なお、FeMnを用
いる場合にはMn30〜60wt.%とすればよい。3
0wt.%未満ではフェリ磁性であり、60wt.%を
越えると磁性層との交換結合が弱くなるからである。
【0010】次に、強磁性層の厚さは0.8〜4nm、
非磁性層の厚さは0.5〜3nmとする。強磁性層の厚
さが0.8nm未満では電気抵抗への膜界面の影響が強
くなりすぎ、また4nmを越えると反強磁性層との交換
結合の効果が弱くなるからである。また、非磁性層の厚
さが0.5nm未満では磁性層の磁気的絶縁が弱く、ま
た3nmを越えると非磁性層内での電子の散乱が大きく
なり磁気抵抗の効果を弱めるからである。反強磁性層を
構成するFeMnまたはNiOの厚さは4〜10nmと
する。4nm未満では交換結合の効果が不十分であり、
また10nmを越えると反磁性層内での電気抵抗が支配
的になるからである。
【0011】
【実施例】以下に本発明を実施例により説明する。 (実施例1)図2に示すように、Si基板上に交換バイ
アス磁界を付与するためのFe−%Mn反強磁性膜を5
nm形成し、そのうえに3nmのCr1-YTeY(Y=
0.55,0.6,0.65,0.7)強磁性膜を3n
mのCu非磁性層を中間に挟んで積層した。Fe−Mn
層と接触しているCr1-YTeY膜は交換バイアス磁界に
より最上層にあるCr1-YTeYより実効的な異方性磁界
が異なり、Cr1-YTeYの異方性磁界が1(KA/m)
(=12Oe)以下であるのに対し、Fe−Mnと接触
しているCr1-YTeYの異方性磁界は約7(KA/m)
(=88Oe)であった。そこで、これらの試料に7
(KA/m)の磁界を印加して、4端子法により磁気抵
抗変化率を測定し、その結果を表1にまとめた。表1か
ら明らかなように、Cr−Teを用いた本発明による構
造では従来の磁性膜を用いた積層膜より数倍の大きな磁
気抵抗変化率が得られている。
【0012】
【表1】
【0013】(実施例2)表2に示す積層膜をSi基板
上に形成し、実施例1と同様に磁気抵抗変化率を測定し
た。なお、強磁性層は厚さ3nmのCr0.4Te0.6であ
る。結果を表2に示す。
【0014】
【表2】
【0015】
【発明の効果】本発明の磁気抵抗材料を磁界センサの感
磁部に用いると、100Oe以下の磁界で大幅に再生出
力の向上が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)Cr3Te4および(b)Cr2Te3の電
子状態密度の計算結果(J.Dijkstra(J.Phys.:Cond.Mat
t.,1(1989)9141)による)である。
【図2】本発明の磁気抵抗材料の断面の構造を示す模式
図である。
【符号の説明】
1 Si基板、2 厚さ5nmからなるFeMn反強磁
性膜、3 厚さ3nmのCr1-YTeYからなる強磁性
層、4 厚さ3nmのCuからなる非磁性層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 43/10

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強磁性層が非磁性層を挟んで積層されて
    いる磁気抵抗材料において、強磁性層がCr1-XTeX
    示される組成を有しその組成範囲が 0.5≦x≦0.8 であることを特徴とする磁気抵抗材料。
  2. 【請求項2】 磁気抵抗材料において、非磁性層がC
    r、Cu、Au、Ag、Al23、およびNiOの1種
    または2種以上で構成される請求項1に記載の磁気抵抗
    材料。
  3. 【請求項3】 強磁性層の一方に反強磁性層が積層され
    ている請求項1または請求項2に記載の磁気抵抗材料。
  4. 【請求項4】 反強磁性層がFeMnおよびNiOの1
    種または2種で構成される請求項1〜請求項3のいずれ
    かに記載の磁気抵抗材料。
  5. 【請求項5】 強磁性層の厚さが0.8〜4nm、非磁
    性層の厚さが0.5〜3nmである請求項1〜請求項4
    のいずれかに記載の磁気抵抗材料。
  6. 【請求項6】 FeMn、NiOの厚さが4〜10nm
    である請求項4に記載の磁気抵抗材料。
  7. 【請求項7】 請求項1〜請求項6のいずれかに記載の
    磁気抵抗材料を感磁部に用いた磁界センサ。
JP5231303A 1993-09-17 1993-09-17 磁気抵抗材料およびこれを用いた磁界センサ Pending JPH0786034A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1249426A1 (en) 2001-04-13 2002-10-16 Shibuya Kogyo Co., Ltd Capping method and capping apparatus
US6874301B2 (en) 2000-03-06 2005-04-05 Shibuya Kogyo Co., Ltd. Capping method and apparatus

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US6874301B2 (en) 2000-03-06 2005-04-05 Shibuya Kogyo Co., Ltd. Capping method and apparatus
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