JPH09199325A - 多層構造およびセンサならびに製造方法 - Google Patents
多層構造およびセンサならびに製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の多層構造においては、２５０℃を超え
る熱履歴を受けると、材料の特性が劣化するという問題
があった。 【解決手段】 多層磁性構造であって、−磁性材料をベ
ースとする第１タイプの層と、−ＡｇまたはＡｇリッチ
合金からなる第２タイプの層と、−第１タイプの層およ
び第２タイプの層の間の界面に配置され、ＣｏまたはＣ
ｏリッチ合金からなる薄いインターフェース層と、の交
互の積層１０を具備する。
る熱履歴を受けると、材料の特性が劣化するという問題
があった。 【解決手段】 多層磁性構造であって、−磁性材料をベ
ースとする第１タイプの層と、−ＡｇまたはＡｇリッチ
合金からなる第２タイプの層と、−第１タイプの層およ
び第２タイプの層の間の界面に配置され、ＣｏまたはＣ
ｏリッチ合金からなる薄いインターフェース層と、の交
互の積層１０を具備する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、検出器
すなわち磁束検出器の分野に関するものであり、とりわ
け、磁気抵抗センサに関するものである。磁気抵抗セン
サは、例えば、磁気式情報貯蔵媒体に記録された情報を
読み出すために磁気記録において使用される。より一般
的には、本発明のタイプの微小センサは、微弱な磁界
（典型的には、０．１Ｏｅ〜数十Ｏｅ、すなわち、数Ａ
／ｍ〜数千Ａ／ｍの範囲内）の検出に関するものであ
る。他の応用例としては、導体近傍の磁界を測定するこ
とによる導体内の電流の決定、位置センサ（並進または
回転）、あるいは、磁気抵抗コンパス、等がある。
すなわち磁束検出器の分野に関するものであり、とりわ
け、磁気抵抗センサに関するものである。磁気抵抗セン
サは、例えば、磁気式情報貯蔵媒体に記録された情報を
読み出すために磁気記録において使用される。より一般
的には、本発明のタイプの微小センサは、微弱な磁界
（典型的には、０．１Ｏｅ〜数十Ｏｅ、すなわち、数Ａ
／ｍ〜数千Ａ／ｍの範囲内）の検出に関するものであ
る。他の応用例としては、導体近傍の磁界を測定するこ
とによる導体内の電流の決定、位置センサ（並進または
回転）、あるいは、磁気抵抗コンパス、等がある。
【０００２】
【従来の技術】１９９０年までは、微弱磁界の検出のた
めに、特に磁気記録における使用のために使用される磁
気抵抗センサは、磁気抵抗の異方性効果を基礎としてい
た。この効果の詳細な説明は、Ｄ．Ａ．Ｔｈｏｍｐｓｏ
ｎ氏他によるIEEE Trans. Mag.Mag-11, p. 1039 (1975)
における文献に与えられている。この効果は、強磁性
遷移金属（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅをベースとする合金）にお
いて現れるものであって、磁気抵抗素子を挿通する被測
定電流と、磁性材料の磁化方向と、の間の傾斜の関数と
して磁性材料の抵抗が変化することを含んでいる。磁性
材料の抵抗率の相対変化（Δρ／ρ）は、塊状強磁性遷
移金属が、雰囲気温度において、１ｋＡ／ｍの磁界にお
かれたときに、４〜５％の大きさとなることができる。
しかしながら、この大きさは、同一の材料であっても、
１５〜３０ｎｍの程度の厚さの薄膜の形態で成膜された
場合には、１〜２％に落ちてしまう。この厚さ範囲は、
現代の磁気抵抗センサにおいて使用されている範囲であ
る。したがって、これらセンサの感度には限界がある。
しかも、これらの応答は、線形ではない。というのは、
抵抗変化が、電流方向と磁化方向との間の角度の余弦の
２乗に比例するからである。
めに、特に磁気記録における使用のために使用される磁
気抵抗センサは、磁気抵抗の異方性効果を基礎としてい
た。この効果の詳細な説明は、Ｄ．Ａ．Ｔｈｏｍｐｓｏ
ｎ氏他によるIEEE Trans. Mag.Mag-11, p. 1039 (1975)
における文献に与えられている。この効果は、強磁性
遷移金属（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅをベースとする合金）にお
いて現れるものであって、磁気抵抗素子を挿通する被測
定電流と、磁性材料の磁化方向と、の間の傾斜の関数と
して磁性材料の抵抗が変化することを含んでいる。磁性
材料の抵抗率の相対変化（Δρ／ρ）は、塊状強磁性遷
移金属が、雰囲気温度において、１ｋＡ／ｍの磁界にお
かれたときに、４〜５％の大きさとなることができる。
しかしながら、この大きさは、同一の材料であっても、
１５〜３０ｎｍの程度の厚さの薄膜の形態で成膜された
場合には、１〜２％に落ちてしまう。この厚さ範囲は、
現代の磁気抵抗センサにおいて使用されている範囲であ
る。したがって、これらセンサの感度には限界がある。
しかも、これらの応答は、線形ではない。というのは、
抵抗変化が、電流方向と磁化方向との間の角度の余弦の
２乗に比例するからである。
【０００３】１９８９年に、巨大な磁気抵抗効果が、
（Ｆｅ３ｎｍ／Ｃｒ０．９ｎｍ）n という多層系におい
て、そして引き続いて強磁性遷移金属層と非磁性金属層
との交互積層から形成される他の多くの多層系において
発見された。これらの系においては、磁気抵抗効果は、
本質的に、連続する強磁性層どうしにおける磁化の相対
配向の変化に関連している。この効果は、文献において
は、”巨大磁気抵抗”あるいは”スピン−バルブ効果”
と称される。巨大磁気抵抗を備えたこれら多層材料につ
いての解説は、Ｈ．Ｙａｍａｍｏｔｏ氏およびＴ．Ｓｈ
ｉｎｊｏ氏によるIEEE Translation Journal on Magnet
ics in Japan, vol. 7, No. 9, Sept. 1992 におい
て、また、Ｂ．Ｄｉｅｎｙ氏による Journal of Magnet
ism andMagnetic Materials 136 (1994) 335 において
与えられている。
（Ｆｅ３ｎｍ／Ｃｒ０．９ｎｍ）n という多層系におい
て、そして引き続いて強磁性遷移金属層と非磁性金属層
との交互積層から形成される他の多くの多層系において
発見された。これらの系においては、磁気抵抗効果は、
本質的に、連続する強磁性層どうしにおける磁化の相対
配向の変化に関連している。この効果は、文献において
は、”巨大磁気抵抗”あるいは”スピン−バルブ効果”
と称される。巨大磁気抵抗を備えたこれら多層材料につ
いての解説は、Ｈ．Ｙａｍａｍｏｔｏ氏およびＴ．Ｓｈ
ｉｎｊｏ氏によるIEEE Translation Journal on Magnet
ics in Japan, vol. 7, No. 9, Sept. 1992 におい
て、また、Ｂ．Ｄｉｅｎｙ氏による Journal of Magnet
ism andMagnetic Materials 136 (1994) 335 において
与えられている。
【０００４】”multi-layer magnetic structure and s
ensor with high magnetoresistan-ce, and structure
manufacturing process” と題する特許ＦＲ−２ ６９
８９６５には、１〜２ｎｍの程度の厚さのパーマロイ
（Ｎｉ80Ｆｅ20に近い組成とされたＮｉおよびＦｅをベ
ースとする合金）とＡｇ（１〜２ｎｍの厚さ）との交互
積層をベースとする特別な多層系が記載されている。Ａ
ｇがこの厚さであることにより、Ａｇ層を介したパーマ
ロイ層どうしの間に反強磁性結合が存在する。この材料
が陰極線照射（cathodic spraying）により作製され、
成膜時に基板が低温（液体窒素温度）に維持された場合
には、非常に良好な磁性構造が得られ、応用に対して特
に有効な磁気抵抗特性が得られる。この材料は、測定さ
れるべき磁界Ｈの関数としての抵抗Ｒの相対変化の傾斜
という観点において良好な感度を有しており（ｄ（ΔＲ
／Ｒ）／ｄＨが０．１〜０．２％／Ｏｅの程度）、か
つ、測定されるべき磁界の幅広い範囲（１〜数十Ｏｅの
程度）にわたって良好な線形応答性を有している。
ensor with high magnetoresistan-ce, and structure
manufacturing process” と題する特許ＦＲ−２ ６９
８９６５には、１〜２ｎｍの程度の厚さのパーマロイ
（Ｎｉ80Ｆｅ20に近い組成とされたＮｉおよびＦｅをベ
ースとする合金）とＡｇ（１〜２ｎｍの厚さ）との交互
積層をベースとする特別な多層系が記載されている。Ａ
ｇがこの厚さであることにより、Ａｇ層を介したパーマ
ロイ層どうしの間に反強磁性結合が存在する。この材料
が陰極線照射（cathodic spraying）により作製され、
成膜時に基板が低温（液体窒素温度）に維持された場合
には、非常に良好な磁性構造が得られ、応用に対して特
に有効な磁気抵抗特性が得られる。この材料は、測定さ
れるべき磁界Ｈの関数としての抵抗Ｒの相対変化の傾斜
という観点において良好な感度を有しており（ｄ（ΔＲ
／Ｒ）／ｄＨが０．１〜０．２％／Ｏｅの程度）、か
つ、測定されるべき磁界の幅広い範囲（１〜数十Ｏｅの
程度）にわたって良好な線形応答性を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】また、前記材料は、Ｎ
ｉＦｅおよびＡｇの非相溶性（immiscibility） に基づ
いて、２５０℃程度の温度までは、良好な熱安定性を示
す。しかしながら、温度が２５０℃を超える熱履歴を受
けると、材料の特性が劣化する。それでも、磁界微小セ
ンサの作製に際しては、マイクロエレクトロニクスにお
いて使用されているリソグラフィープロセスにおいて、
材料を、数分間にわたって、２５０℃以上に（３００℃
にまで）加熱することになる。本発明の目的は、多層材
料の熱安定性を改良することであり、成膜直後の状態よ
りも特性を低下させないことを保証すること、あるい
は、３００℃までの温度履歴後においてできる限り特性
を向上させることを保証することである。
ｉＦｅおよびＡｇの非相溶性（immiscibility） に基づ
いて、２５０℃程度の温度までは、良好な熱安定性を示
す。しかしながら、温度が２５０℃を超える熱履歴を受
けると、材料の特性が劣化する。それでも、磁界微小セ
ンサの作製に際しては、マイクロエレクトロニクスにお
いて使用されているリソグラフィープロセスにおいて、
材料を、数分間にわたって、２５０℃以上に（３００℃
にまで）加熱することになる。本発明の目的は、多層材
料の熱安定性を改良することであり、成膜直後の状態よ
りも特性を低下させないことを保証すること、あるい
は、３００℃までの温度履歴後においてできる限り特性
を向上させることを保証することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】したがって、本発明によ
り解決されるべき課題は、弱磁界における材料の良好な
感度を維持したまま、磁気抵抗センサに使用される磁気
抵抗性材料の熱安定性を、できる限り増大することであ
る。増大された熱安定性は、また、材料を長寿命化し、
特に、電子のマイグレーション（electromigration）に
対して良好な耐性を与える。
り解決されるべき課題は、弱磁界における材料の良好な
感度を維持したまま、磁気抵抗センサに使用される磁気
抵抗性材料の熱安定性を、できる限り増大することであ
る。増大された熱安定性は、また、材料を長寿命化し、
特に、電子のマイグレーション（electromigration）に
対して良好な耐性を与える。
【０００７】かくして本発明の目的は、 −磁性材料をベースとする第１タイプの層と、 −ＡｇまたはＡｇリッチ合金からなる第２タイプの層
と、 −第１タイプの層および第２タイプの層の間の界面に配
置され、ＣｏまたはＣｏリッチ合金からなる薄いインタ
ーフェース層と、の交互の積層を具備する多層磁性構造
である。
と、 −第１タイプの層および第２タイプの層の間の界面に配
置され、ＣｏまたはＣｏリッチ合金からなる薄いインタ
ーフェース層と、の交互の積層を具備する多層磁性構造
である。
【０００８】インターフェース層を介在させることの効
果は、３００℃・２０分間までの熱履歴を受けたとき
の、材料の構造安定性を増大させることである。組成
（ＮｉＦｅ２．５ｎｍ／Ａｇ１．１ｎｍ）20と組成（Ｃ
ｏ０．２ｎｍ／ＮｉＦｅ２．５ｎｍ／Ｃｏ０．２ｎｍ／
Ａｇ１．１ｎｍ）20とについて、３００℃・２０分間の
熱処理の効果を比較すると、前者の構造（界面にＣｏの
ない構造）の磁気抵抗特性は、熱処理によって大幅に劣
化し、一方、後者の構造の磁気抵抗特性は、不変である
ことがわかる。さらに、磁気抵抗強度も、また、界面に
Ｃｏ薄層を付加することにより増大する。磁気抵抗強度
は、組成（ＮｉＦｅ２．５ｎｍ／Ａｇ１．１ｎｍ）10の
界面に０．２５ｎｍのＣｏを付加した構造において、倍
増する。
果は、３００℃・２０分間までの熱履歴を受けたとき
の、材料の構造安定性を増大させることである。組成
（ＮｉＦｅ２．５ｎｍ／Ａｇ１．１ｎｍ）20と組成（Ｃ
ｏ０．２ｎｍ／ＮｉＦｅ２．５ｎｍ／Ｃｏ０．２ｎｍ／
Ａｇ１．１ｎｍ）20とについて、３００℃・２０分間の
熱処理の効果を比較すると、前者の構造（界面にＣｏの
ない構造）の磁気抵抗特性は、熱処理によって大幅に劣
化し、一方、後者の構造の磁気抵抗特性は、不変である
ことがわかる。さらに、磁気抵抗強度も、また、界面に
Ｃｏ薄層を付加することにより増大する。磁気抵抗強度
は、組成（ＮｉＦｅ２．５ｎｍ／Ａｇ１．１ｎｍ）10の
界面に０．２５ｎｍのＣｏを付加した構造において、倍
増する。
【０００９】好ましくは、積層は、少なくとも２つの第
１タイプの層、および、１つの第２タイプの層を具備す
る。
１タイプの層、および、１つの第２タイプの層を具備す
る。
【００１０】さらに、Ｃｏ層は、また、積層の両側に挿
入することができる。
入することができる。
【００１１】積層は、第１タイプからなる異なる層、お
よび／または、第２タイプからなる異なる層を備えるこ
とができる。
よび／または、第２タイプからなる異なる層を備えるこ
とができる。
【００１２】さらに、磁性材料をベースとする層は、一
般式Ｎｉ100-x-y-zＣｏxＦｅyＡzであり、この場合、０
≦ｘ≦１００、０≦ｙ≦１００、０≦ｚ≦４０、かつ、
０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１００であり、しかも、Ａが単一元素
または元素の任意の組合せを満足する層を意味してい
る。この式を満たす材料の例としては、パーマロイ、ｍ
ｕ−金属、超パーマロイ、サンダスト（sundust） 等が
ある。
般式Ｎｉ100-x-y-zＣｏxＦｅyＡzであり、この場合、０
≦ｘ≦１００、０≦ｙ≦１００、０≦ｚ≦４０、かつ、
０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１００であり、しかも、Ａが単一元素
または元素の任意の組合せを満足する層を意味してい
る。この式を満たす材料の例としては、パーマロイ、ｍ
ｕ−金属、超パーマロイ、サンダスト（sundust） 等が
ある。
【００１３】第２タイプの層のためのＡｇリッチ合金の
式は、ＡｇxＣｕ1-x、あるいは、ＡｇxＡｕ1-xであり、
この場合、０＜ｘ＜０．５である。純粋な銀は、明らか
に、最良の熱安定性を与える。しかしながら、銅、ある
いは、より好ましくは金を添加することにより、デバイ
スの飽和磁界を低減することができ、したがって、感度
を増大させることができる。
式は、ＡｇxＣｕ1-x、あるいは、ＡｇxＡｕ1-xであり、
この場合、０＜ｘ＜０．５である。純粋な銀は、明らか
に、最良の熱安定性を与える。しかしながら、銅、ある
いは、より好ましくは金を添加することにより、デバイ
スの飽和磁界を低減することができ、したがって、感度
を増大させることができる。
【００１４】好ましくは、インターフェース層の厚さ
は、１原子平面〜数原子平面の間の分数（fraction）で
ある。
は、１原子平面〜数原子平面の間の分数（fraction）で
ある。
【００１５】第２タイプの層の厚さは、第２タイプの層
およびインターフェース層を介して、第１タイプの層ど
うしの間に反強磁性結合が存在するような厚さとするこ
とができる。
およびインターフェース層を介して、第１タイプの層ど
うしの間に反強磁性結合が存在するような厚さとするこ
とができる。
【００１６】例えば、第２タイプの層の厚さは、０．８
〜１．５ｎｍとすることができる。
〜１．５ｎｍとすることができる。
【００１７】他の見地から、ある応用に際しては、第２
タイプの層の厚さは、第１タイプの層どうしの間に反強
磁性結合が全く存在しない、あるいは、非常に弱くしか
存在しないような厚さとすることができる。
タイプの層の厚さは、第１タイプの層どうしの間に反強
磁性結合が全く存在しない、あるいは、非常に弱くしか
存在しないような厚さとすることができる。
【００１８】本発明の他の目的は、多層磁性構造を作製
するための方法であって、 −磁性材料をベースとする第１タイプの層を成膜する工
程と、 −ＡｇまたはＡｇリッチ合金からなる第２タイプの層を
成膜する工程と、 −第１タイプの層および第２タイプの層の間の界面に、
ＣｏまたはＣｏリッチ合金からなる薄いインターフェー
ス層を形成する工程と、を具備している。
するための方法であって、 −磁性材料をベースとする第１タイプの層を成膜する工
程と、 −ＡｇまたはＡｇリッチ合金からなる第２タイプの層を
成膜する工程と、 −第１タイプの層および第２タイプの層の間の界面に、
ＣｏまたはＣｏリッチ合金からなる薄いインターフェー
ス層を形成する工程と、を具備している。
【００１９】層は、雰囲気温度以下の温度とされた基板
上に、金属蒸気を凝集させることにより成膜することが
できる。例えば、成膜は、陰極線照射により行うことが
できる。
上に、金属蒸気を凝集させることにより成膜することが
できる。例えば、成膜は、陰極線照射により行うことが
できる。
【００２０】本発明の他の目的は、磁気抵抗効果を有す
る多層センサであって、上記のような層状磁気構造を具
備している。
る多層センサであって、上記のような層状磁気構造を具
備している。
【００２１】また、本発明の他の目的は、電気導体内を
流通する電流を測定し得るよう構成された電流センサで
あって、導体を包囲するとともに、端部が電流測定デバ
イスに接続され得るよう構成された磁気抵抗性テープを
備え、このテープは、上記のような層状磁気構造を備え
て構成されている。
流通する電流を測定し得るよう構成された電流センサで
あって、導体を包囲するとともに、端部が電流測定デバ
イスに接続され得るよう構成された磁気抵抗性テープを
備え、このテープは、上記のような層状磁気構造を備え
て構成されている。
【００２２】
【発明の実施の形態】いずれのケースにおいても、本発
明の特徴点および利点は、以下の説明により、一層明瞭
となるであろう。説明は、非制限的なものである実施形
態を例にとって、添付図面を参照してなされる。
明の特徴点および利点は、以下の説明により、一層明瞭
となるであろう。説明は、非制限的なものである実施形
態を例にとって、添付図面を参照してなされる。
【００２３】図１は、本発明による多層構造を示す図で
ある。図２および図３は、それぞれ、従来の多層構造の
磁気抵抗、および、本発明による多層構造の磁気抵抗を
示す図である。図４および図５は、Ｃｏの厚さの関数と
して磁気抵抗の変化を示す図である。図６は、Ｃｏの厚
さの関数として飽和磁界の変化を示す図である。図７お
よび図８は、Ａｇ層の厚さの関数として、磁気抵抗の変
化、および、飽和磁界の変化を示す図である。図９は、
本発明の電流センサへの応用例を概略的に示す図であ
る。図１０は、本発明の磁気記録および／または読取ヘ
ッドへの応用例を示す図である。
ある。図２および図３は、それぞれ、従来の多層構造の
磁気抵抗、および、本発明による多層構造の磁気抵抗を
示す図である。図４および図５は、Ｃｏの厚さの関数と
して磁気抵抗の変化を示す図である。図６は、Ｃｏの厚
さの関数として飽和磁界の変化を示す図である。図７お
よび図８は、Ａｇ層の厚さの関数として、磁気抵抗の変
化、および、飽和磁界の変化を示す図である。図９は、
本発明の電流センサへの応用例を概略的に示す図であ
る。図１０は、本発明の磁気記録および／または読取ヘ
ッドへの応用例を示す図である。
【００２４】本発明による構造の第１例は、次のような
組成を有している。基板／バッファ層／ＰｙｅPy／Ｘｅ
X ／（ＡｇｅAg／ＸｅX ／ＰｙｅPy／ＸｅX ）n ／Ａｇ
ｅAg／ＸｅX ／ＰｙｅPy／カバー層。
組成を有している。基板／バッファ層／ＰｙｅPy／Ｘｅ
X ／（ＡｇｅAg／ＸｅX ／ＰｙｅPy／ＸｅX ）n ／Ａｇ
ｅAg／ＸｅX ／ＰｙｅPy／カバー層。
【００２５】このタイプの構造は、図１に概略的に示さ
れている。図において、参照符号２および４は、それぞ
れ、基板およびバッファ層を示している。参照符号６お
よび８は、それぞれ、第１層Ｐｙ、および、インターフ
ェース層と称されるＸ層を示している。アセンブリＡｇ
／Ｘ／Ｐｙ／Ｘは、全体的に符号１０で示されている。
このアセンブリまたはパターンは、ｎ回繰り返される。
れている。図において、参照符号２および４は、それぞ
れ、基板およびバッファ層を示している。参照符号６お
よび８は、それぞれ、第１層Ｐｙ、および、インターフ
ェース層と称されるＸ層を示している。アセンブリＡｇ
／Ｘ／Ｐｙ／Ｘは、全体的に符号１０で示されている。
このアセンブリまたはパターンは、ｎ回繰り返される。
【００２６】参照符号１２、１４、および、１６は、そ
れぞれ、最終Ａｇ層、インターフェース層Ｘ、および、
最終Ｐｙ層を示している。最終Ｐｙ層上には、カバー層
１８が成膜される。
れぞれ、最終Ａｇ層、インターフェース層Ｘ、および、
最終Ｐｙ層を示している。最終Ｐｙ層上には、カバー層
１８が成膜される。
【００２７】例えば、基板２は、真性のまたは軽くドー
プされたＳｉ（その結果、多層と比較してあまり導通せ
ず、したがって、電流を遮断しない）、ガラス、カプト
ン（Kapton）、ＭｇＯ等の酸化物、等とすることができ
る。バッファ層の目的は、成長時における材料の構造品
質を向上させることである。例えば、数ｎｍ（例えば５
ｎｍ）厚さのタンタルから形成することができる。
プされたＳｉ（その結果、多層と比較してあまり導通せ
ず、したがって、電流を遮断しない）、ガラス、カプト
ン（Kapton）、ＭｇＯ等の酸化物、等とすることができ
る。バッファ層の目的は、成長時における材料の構造品
質を向上させることである。例えば、数ｎｍ（例えば５
ｎｍ）厚さのタンタルから形成することができる。
【００２８】Ｐｙは、Ｎｉ100-x-y-zＣｏxＦｅyＡzとい
う組成の合金に類する合金を表しており、好ましくは、
パーマロイ、あるいは、ｍｕ−金属のタイプの合金（mu
-metal type alloy）である。Ｎｉ80Ｆｅ20に近い組成
を備えたパーマロイおよびｍｕ−金属のタイプの合金に
は、多数の代替物が存在する。そして、これら代替物に
は、ＣｏあるいはＭｏのような第３あるいは第４の元素
を付加することができる。これら材料の多くは、ソフト
な磁気特性（低ヒステリシス、数Ｏｅあるいはそれ以下
の程度の保磁力（coercive field））、小さな飽和磁界
（約１０Ｏｅ（８００Ａ／ｍ）あるいはそれ以下）、大
きな透磁率（数百）により特徴づけられ、提案された構
造で使用することができる。
う組成の合金に類する合金を表しており、好ましくは、
パーマロイ、あるいは、ｍｕ−金属のタイプの合金（mu
-metal type alloy）である。Ｎｉ80Ｆｅ20に近い組成
を備えたパーマロイおよびｍｕ−金属のタイプの合金に
は、多数の代替物が存在する。そして、これら代替物に
は、ＣｏあるいはＭｏのような第３あるいは第４の元素
を付加することができる。これら材料の多くは、ソフト
な磁気特性（低ヒステリシス、数Ｏｅあるいはそれ以下
の程度の保磁力（coercive field））、小さな飽和磁界
（約１０Ｏｅ（８００Ａ／ｍ）あるいはそれ以下）、大
きな透磁率（数百）により特徴づけられ、提案された構
造で使用することができる。
【００２９】一般式Ｎｉ100-x-y-zＣｏxＦｅyＡzにおい
て、ｘ＋ｙ＋ｚは０〜４０であり、ｘは０〜３０、ｙは
０〜３０、ｚは０〜２０であることが好ましい。Ａは、
単一元素あるいは複数の元素であり、例えば、高透磁率
の合金（パーマロイ、ｍｕ−金属、超パーマロイ（supe
rmalloy）、等） の組成中に時々添加剤として少量加え
られるようなＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂである。これら
合金の例は、”Intro-duction to magnetic materials,
Cullity, Addison-Wesley Publishing Com-pany, 197
2, p. 529, table 13.6”に与えられている。
て、ｘ＋ｙ＋ｚは０〜４０であり、ｘは０〜３０、ｙは
０〜３０、ｚは０〜２０であることが好ましい。Ａは、
単一元素あるいは複数の元素であり、例えば、高透磁率
の合金（パーマロイ、ｍｕ−金属、超パーマロイ（supe
rmalloy）、等） の組成中に時々添加剤として少量加え
られるようなＣｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｂである。これら
合金の例は、”Intro-duction to magnetic materials,
Cullity, Addison-Wesley Publishing Com-pany, 197
2, p. 529, table 13.6”に与えられている。
【００３０】ｅPyは、これらパーマロイ層（例えば、図
１における層６、１６）の厚さである。この厚さは、１
〜２０ｎｍにわたって変化させることができ、好ましく
は、１．５〜５ｎｍである。これら厚さは、これら材料
中での電子の平均自由行程（約１０ｎｍの程度）と比較
して、同程度の大きさあるいはそれ以下でなければなら
ない。さらに、最大磁気抵抗は、Ｐｙの厚さが約２．２
ｎｍである場合において得られる。最良の感度は、厚さ
が６ｎｍを超える場合に得られる。一方、熱安定性は、
約５ｎｍを超えると減少する。これらの理由により、Ｐ
ｙの厚さは、１．５〜５ｎｍであることが好ましい。
１における層６、１６）の厚さである。この厚さは、１
〜２０ｎｍにわたって変化させることができ、好ましく
は、１．５〜５ｎｍである。これら厚さは、これら材料
中での電子の平均自由行程（約１０ｎｍの程度）と比較
して、同程度の大きさあるいはそれ以下でなければなら
ない。さらに、最大磁気抵抗は、Ｐｙの厚さが約２．２
ｎｍである場合において得られる。最良の感度は、厚さ
が６ｎｍを超える場合に得られる。一方、熱安定性は、
約５ｎｍを超えると減少する。これらの理由により、Ｐ
ｙの厚さは、１．５〜５ｎｍであることが好ましい。
【００３１】Ｘは、パーマロイとＡｇとの界面に導入さ
れる薄いインターフェース層（例えば、図１における層
８、１４）を表している。Ｘは、Ｃｏ、あるいは、Ｃｏ
リッチの合金（例えば、Ｃｏ90Ｆｅ10あるいはＣｏ70Ｆ
ｅ30）から形成することができる。ｅX は、これらイン
ターフェース層の厚さである。この厚さは、１原子平面
〜数原子平面（例えば、２、３、あるいは、４平面）の
分数（fraction）にわたって変化させることができ、好
ましくは、約１原子平面（０．２５ｎｍ）である。図４
〜図６は、巨大磁気抵抗および熱安定性において顕著な
増大効果を得るには、１原子平面のＣｏで十分であるこ
とを示しており、また、１原子平面よりも厚いＣｏを使
用すると、飽和磁界が正に顕著に増加してしまう傾向が
あり、よって、材料の感度が低下する。
れる薄いインターフェース層（例えば、図１における層
８、１４）を表している。Ｘは、Ｃｏ、あるいは、Ｃｏ
リッチの合金（例えば、Ｃｏ90Ｆｅ10あるいはＣｏ70Ｆ
ｅ30）から形成することができる。ｅX は、これらイン
ターフェース層の厚さである。この厚さは、１原子平面
〜数原子平面（例えば、２、３、あるいは、４平面）の
分数（fraction）にわたって変化させることができ、好
ましくは、約１原子平面（０．２５ｎｍ）である。図４
〜図６は、巨大磁気抵抗および熱安定性において顕著な
増大効果を得るには、１原子平面のＣｏで十分であるこ
とを示しており、また、１原子平面よりも厚いＣｏを使
用すると、飽和磁界が正に顕著に増加してしまう傾向が
あり、よって、材料の感度が低下する。
【００３２】ｅAgは、Ａｇ層の厚さである。この厚さ
は、Ａｇ層を介したパーマロイ層どうしの間に反強磁性
結合が存在するような厚さであることが好ましい。この
条件は、約０．９〜１．３ｎｍのＡｇ厚さにより満足さ
れる。
は、Ａｇ層を介したパーマロイ層どうしの間に反強磁性
結合が存在するような厚さであることが好ましい。この
条件は、約０．９〜１．３ｎｍのＡｇ厚さにより満足さ
れる。
【００３３】ｎは、外側のＰｙ層を数えない場合の多層
周期数である（ｎは、０〜任意整数にわたって変化させ
ることができ、磁気記録の応用に対しては、典型的に
は、０〜５０である）。
周期数である（ｎは、０〜任意整数にわたって変化させ
ることができ、磁気記録の応用に対しては、典型的に
は、０〜５０である）。
【００３４】カバー層１８は、構造を酸化から保護す
る。例えば、カバー層１８は、タンタルから形成するこ
とができる。
る。例えば、カバー層１８は、タンタルから形成するこ
とができる。
【００３５】上記において提案した組成には、様々なも
のを付加することができる。例えば、薄いインターフェ
ース層を、バッファ層・Ｐｙの第１層間に、および／ま
たは、Ｐｙの最終層・カバー層間に、付加することがで
きる。あるいは、Ａｇ層を、バッファ層の後に成膜する
ことができる。あるいは、Ａｇの最終層を、カバー層の
直前に成膜することができる。
のを付加することができる。例えば、薄いインターフェ
ース層を、バッファ層・Ｐｙの第１層間に、および／ま
たは、Ｐｙの最終層・カバー層間に、付加することがで
きる。あるいは、Ａｇ層を、バッファ層の後に成膜する
ことができる。あるいは、Ａｇの最終層を、カバー層の
直前に成膜することができる。
【００３６】本発明による構造の他の例は、Ａｇをベー
スとする”スピン−バルブ”タイプから構成される。Ｎ
ｉＦｅ（６〜８ｎｍ）／Ｃｕ（２〜４ｎｍ）／ＮｉＦｅ
（３〜６ｎｍ）／ＦｅＭｎ（７〜１２ｎｍ）のような単
純なスピン−バルブ構造は、磁気記録の応用に関して、
非常に魅力的な磁気特性を有している。これは、 Ｎｉ
Ｏ（５〜１０ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３〜６ｎｍ）／Ｃｕ
（２〜４ｎｍ）／ＮｉＦｅ（６〜８ｎｍ）／Ｃｕ（２〜
４ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３〜６ｎｍ）／ＦｅＭｎ（７〜１
２ｎｍ）のような二重スピン−バルブについても同様で
ある。これらの構造の問題点は、ＮｉＦｅ／Ｃｕ界面が
存在することにより、熱履歴に対する抵抗性が比較的小
さいことである。パーマロイおよび銅が相溶的であるこ
とにより、これら２つの材料は、熱を受けた時に互いに
拡散する傾向がある。これにより、磁気抵抗特性の劣化
がもたらされる。
スとする”スピン−バルブ”タイプから構成される。Ｎ
ｉＦｅ（６〜８ｎｍ）／Ｃｕ（２〜４ｎｍ）／ＮｉＦｅ
（３〜６ｎｍ）／ＦｅＭｎ（７〜１２ｎｍ）のような単
純なスピン−バルブ構造は、磁気記録の応用に関して、
非常に魅力的な磁気特性を有している。これは、 Ｎｉ
Ｏ（５〜１０ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３〜６ｎｍ）／Ｃｕ
（２〜４ｎｍ）／ＮｉＦｅ（６〜８ｎｍ）／Ｃｕ（２〜
４ｎｍ）／ＮｉＦｅ（３〜６ｎｍ）／ＦｅＭｎ（７〜１
２ｎｍ）のような二重スピン−バルブについても同様で
ある。これらの構造の問題点は、ＮｉＦｅ／Ｃｕ界面が
存在することにより、熱履歴に対する抵抗性が比較的小
さいことである。パーマロイおよび銅が相溶的であるこ
とにより、これら２つの材料は、熱を受けた時に互いに
拡散する傾向がある。これにより、磁気抵抗特性の劣化
がもたらされる。
【００３７】したがって、本発明は、また、以下の組成
のスピン−バルブ構造に関するものである。すなわち、
基板／バッファ層／Ｐｙ（５〜１０ｎｍ）／ＸｅX ／Ａ
ｇ（２〜４ｎｍ）／ＸｅX ／Ｐｙ（３〜６ｎｍ）／反強
磁性層（例えば、ＦｅＭｎ７〜１２ｎｍ）／カバー層で
ある。基板、バッファ層、カバー層、薄いインターフェ
ース層は、上記第１提案構造と同じ特性を有している。
反強磁性層の目的は、隣合うＰｙ層の磁化の交換を、異
方性により、トラップすることである。
のスピン−バルブ構造に関するものである。すなわち、
基板／バッファ層／Ｐｙ（５〜１０ｎｍ）／ＸｅX ／Ａ
ｇ（２〜４ｎｍ）／ＸｅX ／Ｐｙ（３〜６ｎｍ）／反強
磁性層（例えば、ＦｅＭｎ７〜１２ｎｍ）／カバー層で
ある。基板、バッファ層、カバー層、薄いインターフェ
ース層は、上記第１提案構造と同じ特性を有している。
反強磁性層の目的は、隣合うＰｙ層の磁化の交換を、異
方性により、トラップすることである。
【００３８】本発明による第３構造は、第２構造と同様
であって、二重スピン−バルブ構造を備えており、次の
ような組成である。すなわち、基板／バッファ層／反強
磁性層（例えば、５〜１０ｎｍのＮｉＯ）／ＮｉＦｅ
（３〜６ｎｍ）／ＸｅX ／Ａｇ（２〜４ｎｍ）／ＸｅX
／ＮｉＦｅ（６〜８ｎｍ）／ＸｅX ／Ａｇ（２〜４ｎ
ｍ）／ＸｅX ／ＮｉＦｅ（３〜６ｎｍ）／反強磁性層
（例えば、ＦｅＭｎ７〜１２ｎｍ）／カバー層である。
であって、二重スピン−バルブ構造を備えており、次の
ような組成である。すなわち、基板／バッファ層／反強
磁性層（例えば、５〜１０ｎｍのＮｉＯ）／ＮｉＦｅ
（３〜６ｎｍ）／ＸｅX ／Ａｇ（２〜４ｎｍ）／ＸｅX
／ＮｉＦｅ（６〜８ｎｍ）／ＸｅX ／Ａｇ（２〜４ｎ
ｍ）／ＸｅX ／ＮｉＦｅ（３〜６ｎｍ）／反強磁性層
（例えば、ＦｅＭｎ７〜１２ｎｍ）／カバー層である。
【００３９】図２および図３は、Ｐｙ／Ａｇ界面にＣｏ
の薄いインターフェース層を付加することによって、２
５０℃〜３００℃の熱履歴を受けた場合に、これら構造
の特性における安定性が増加することを示している。図
２は、Ｓｉ基板／ＳｉＯ2 ／（Ｎｉ80Ｆｅ20２．５ｎｍ
／Ａｇ１．１ｎｍ）20の組成を有する多層構造の磁気抵
抗を、成膜後（曲線I） 、２７５℃・２０分間の熱履歴
後（曲線II）、および、２９０℃・２０分間の熱履歴時
（曲線III） の各場合について、示している。これら曲
線においては、磁気抵抗は、（Ｒ（Ｈ）／Ｒ（０））×
１００により示されており、これは、（ΔＲ／Ｒ＋１）
×１００に対応している。磁気抵抗の大きさが、熱履歴
の効果により顕著に減少していることに注意されたい。
比較のために、図３は、Ｓｉ基板／（Ｃｏ０．３ｎｍ／
Ｎｉ80Ｆｅ20１．９ｎｍ／Ｃｏ０．３ｎｍ／Ａｇ１．１
ｎｍ）20の組成を有する多層構造の磁気抵抗を、成膜後
（曲線I） 、および、次第に増大する温度における２０
分間の熱履歴後（曲線II〜V） の各場合について、示し
ている。磁気抵抗は、成膜後の状態（曲線I） よりも２
７５℃での熱履歴後（曲線V） において増加しており、
一方、飽和磁界は減少していることに注意されたい。熱
履歴後においては、磁気抵抗は、所定の磁界（すなわち
飽和磁界）よりも小さな磁界領域においては、もはや変
化しないことがわかる。磁界抵抗強度は、２７５℃から
３１０℃までにおいて（３１０℃に対する曲線II；３０
０℃に対する曲線III； ２９０℃に対する曲線IV）、わ
ずかに減少するものの、図２の場合（境界面にＣｏを備
えていない場合）のように急激に減少することはない。
さらに、飽和磁界が２７５℃以下においては減少し続け
ることにより、２７５℃〜３１０℃における（Ｒ（Ｈ）
／Ｒ（０））×１００曲線は、飽和磁界の２／３の程度
の領域において、実用的には重なる。したがって、図２
と図３とを比較することにより、少なくとも３００℃ま
での熱履歴に関しては、パーマロイ／Ａｇ界面に薄いＣ
ｏ層を導入することにより、材料の磁気抵抗の安定性を
増大させ得ることがわかる。
の薄いインターフェース層を付加することによって、２
５０℃〜３００℃の熱履歴を受けた場合に、これら構造
の特性における安定性が増加することを示している。図
２は、Ｓｉ基板／ＳｉＯ2 ／（Ｎｉ80Ｆｅ20２．５ｎｍ
／Ａｇ１．１ｎｍ）20の組成を有する多層構造の磁気抵
抗を、成膜後（曲線I） 、２７５℃・２０分間の熱履歴
後（曲線II）、および、２９０℃・２０分間の熱履歴時
（曲線III） の各場合について、示している。これら曲
線においては、磁気抵抗は、（Ｒ（Ｈ）／Ｒ（０））×
１００により示されており、これは、（ΔＲ／Ｒ＋１）
×１００に対応している。磁気抵抗の大きさが、熱履歴
の効果により顕著に減少していることに注意されたい。
比較のために、図３は、Ｓｉ基板／（Ｃｏ０．３ｎｍ／
Ｎｉ80Ｆｅ20１．９ｎｍ／Ｃｏ０．３ｎｍ／Ａｇ１．１
ｎｍ）20の組成を有する多層構造の磁気抵抗を、成膜後
（曲線I） 、および、次第に増大する温度における２０
分間の熱履歴後（曲線II〜V） の各場合について、示し
ている。磁気抵抗は、成膜後の状態（曲線I） よりも２
７５℃での熱履歴後（曲線V） において増加しており、
一方、飽和磁界は減少していることに注意されたい。熱
履歴後においては、磁気抵抗は、所定の磁界（すなわち
飽和磁界）よりも小さな磁界領域においては、もはや変
化しないことがわかる。磁界抵抗強度は、２７５℃から
３１０℃までにおいて（３１０℃に対する曲線II；３０
０℃に対する曲線III； ２９０℃に対する曲線IV）、わ
ずかに減少するものの、図２の場合（境界面にＣｏを備
えていない場合）のように急激に減少することはない。
さらに、飽和磁界が２７５℃以下においては減少し続け
ることにより、２７５℃〜３１０℃における（Ｒ（Ｈ）
／Ｒ（０））×１００曲線は、飽和磁界の２／３の程度
の領域において、実用的には重なる。したがって、図２
と図３とを比較することにより、少なくとも３００℃ま
での熱履歴に関しては、パーマロイ／Ａｇ界面に薄いＣ
ｏ層を導入することにより、材料の磁気抵抗の安定性を
増大させ得ることがわかる。
【００４０】同様に、パーマロイ／Ａｇ界面に薄いＣｏ
層を導入することにより、材料の磁気抵抗強度が増大す
る。これは、図４および図５に示されている。図４は、
Ｃｏインターフェース層の厚さｅCo（単位ｎｍ）を順次
増大させた異なる試料に対して得られた一群の（Ｒ
（Ｈ）／Ｒ（０））×１００曲線を示している。これら
試料の組成は、Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／（ＣｏｅCo／Ｎｉ80Ｆ
ｅ20（２．５−２ｅCo）ｎｍ／ＣｏｅCo／Ａｇ１．１ｎ
ｍ）10である。
層を導入することにより、材料の磁気抵抗強度が増大す
る。これは、図４および図５に示されている。図４は、
Ｃｏインターフェース層の厚さｅCo（単位ｎｍ）を順次
増大させた異なる試料に対して得られた一群の（Ｒ
（Ｈ）／Ｒ（０））×１００曲線を示している。これら
試料の組成は、Ｓｉ／ＳｉＯ2 ／（ＣｏｅCo／Ｎｉ80Ｆ
ｅ20（２．５−２ｅCo）ｎｍ／ＣｏｅCo／Ａｇ１．１ｎ
ｍ）10である。
【００４１】この実験においては、異なる試料間の比較
を容易とするために、Ｃｏ／ＮｉＦｅ／Ｃｏ磁性層の合
計厚さが一定に維持されている。Ｃｏインターフェース
層が導入されていることにより、図４において、磁気抵
抗強度に非常に急激な増加が引き起こされていることが
わかる。
を容易とするために、Ｃｏ／ＮｉＦｅ／Ｃｏ磁性層の合
計厚さが一定に維持されている。Ｃｏインターフェース
層が導入されていることにより、図４において、磁気抵
抗強度に非常に急激な増加が引き起こされていることが
わかる。
【００４２】図５は、Ｃｏ層の厚さｅCoの関数として磁
気抵抗強度を示している。実線で示された曲線は、対数
実験論（exponential phenomenological law）に基づい
て修正して得られたものである。 ΔＲ／Ｒ＝ＭR ＝７．２＋８．５×（１−ｅｘｐ（−ｅ
Co／０．１６）） この場合、ｅCoの単位はｎｍ、ＭR の単位は％である。
気抵抗強度を示している。実線で示された曲線は、対数
実験論（exponential phenomenological law）に基づい
て修正して得られたものである。 ΔＲ／Ｒ＝ＭR ＝７．２＋８．５×（１−ｅｘｐ（−ｅ
Co／０．１６）） この場合、ｅCoの単位はｎｍ、ＭR の単位は％である。
【００４３】この曲線は、磁気抵抗強度が、小さな厚さ
で非常に速く増大することを示しており、特に、界面に
導入されたＣｏ層が１原子の時に飽和することを示して
いる。したがって、磁気抵抗強度を倍増させるには、ま
た、構造の熱安定性を向上させるには、パーマロイ／Ａ
ｇ界面に１原子平面のＣｏを付加するだけで、十分であ
る。
で非常に速く増大することを示しており、特に、界面に
導入されたＣｏ層が１原子の時に飽和することを示して
いる。したがって、磁気抵抗強度を倍増させるには、ま
た、構造の熱安定性を向上させるには、パーマロイ／Ａ
ｇ界面に１原子平面のＣｏを付加するだけで、十分であ
る。
【００４４】うまくないことに、Ｃｏインターフェース
層の厚さにつれて、飽和磁界が増大する。このことは、
図６において明瞭に示されている。図６においては、飽
和磁界が、Ｃｏ厚さの関数として図示されている。実線
で示された曲線は、以下の等式を表している。 Ｈsat(kOe)＝０．１５６＋１．１５×（１−ｅｘｐ（−
ｅCo／０．１２）） この場合、ｅCoの単位はｎｍ、Ｈsat の単位はｋＯｅで
ある。
層の厚さにつれて、飽和磁界が増大する。このことは、
図６において明瞭に示されている。図６においては、飽
和磁界が、Ｃｏ厚さの関数として図示されている。実線
で示された曲線は、以下の等式を表している。 Ｈsat(kOe)＝０．１５６＋１．１５×（１−ｅｘｐ（−
ｅCo／０．１２）） この場合、ｅCoの単位はｎｍ、Ｈsat の単位はｋＯｅで
ある。
【００４５】磁界Ｈsat は、Ｃｏ厚さの関数としての磁
気抵抗強度の場合よりも、やや急激に増大する。しかし
ながら、この飽和磁界は、Ａｇの厚さを変化させること
により、低減することができる。このことは、図７にお
いて示されている。図７は、Ａｇ層の厚さｅAgを順次増
大させた異なる試料に対して得られた一群の（Ｒ（Ｈ）
／Ｒ（０））×１００曲線を示している。これら試料の
組成は、Ｓｉ基板／（Ｃｏ０．２ｎｍ／Ｎｉ80Ｆｅ
20２．１ｎｍ／Ｃｏ０．２ｎｍ／ＡｇｅAg）10である。
非常に大きな飽和磁界の変化がＡｇ厚さの関数として観
測されている。界面にＣｏを備えたパーマロイ層どうし
がＡｇ層を介して反強磁性に結合するのは、Ａｇ厚さが
０．９ｎｍ〜１．４５ｎｍの場合である。このＡｇの厚
さ範囲の上限に対して、すなわち、Ａｇの約１．３〜
１．４ｎｍ厚さに対して、飽和磁界が最小となる。この
ことは、Ａｇの厚さの関数として飽和磁界の変化を示し
ている図８に、示されている。したがって、できる限り
最良の感度ΔＲ／Ｒ（Ｈ）において使用するための好ま
しいＡｇの厚さは、１．３〜１．４ｎｍの程度である。
気抵抗強度の場合よりも、やや急激に増大する。しかし
ながら、この飽和磁界は、Ａｇの厚さを変化させること
により、低減することができる。このことは、図７にお
いて示されている。図７は、Ａｇ層の厚さｅAgを順次増
大させた異なる試料に対して得られた一群の（Ｒ（Ｈ）
／Ｒ（０））×１００曲線を示している。これら試料の
組成は、Ｓｉ基板／（Ｃｏ０．２ｎｍ／Ｎｉ80Ｆｅ
20２．１ｎｍ／Ｃｏ０．２ｎｍ／ＡｇｅAg）10である。
非常に大きな飽和磁界の変化がＡｇ厚さの関数として観
測されている。界面にＣｏを備えたパーマロイ層どうし
がＡｇ層を介して反強磁性に結合するのは、Ａｇ厚さが
０．９ｎｍ〜１．４５ｎｍの場合である。このＡｇの厚
さ範囲の上限に対して、すなわち、Ａｇの約１．３〜
１．４ｎｍ厚さに対して、飽和磁界が最小となる。この
ことは、Ａｇの厚さの関数として飽和磁界の変化を示し
ている図８に、示されている。したがって、できる限り
最良の感度ΔＲ／Ｒ（Ｈ）において使用するための好ま
しいＡｇの厚さは、１．３〜１．４ｎｍの程度である。
【００４６】この応用例において示された結果は、以下
の理由により驚くべきものである。
の理由により驚くべきものである。
【００４７】まず第１に、Ｃｏ層が非常に薄い場合（数
原子平面の程度の厚さ）のＣｏ／Ａｇ多層構造が熱処理
を受けると、Ｃｏアイランドの凝集（coalescence） が
起こることが知られている。これら層は、成膜当初の状
態が連続的であっても、熱処理時に、転移を起こすよう
になる。Ｃｏは、アイランドの形態で凝集し、アイラン
ドは、熱処理が継続するにつれて、そのサイズが増大
し、より広い範囲にわたるようになる。このプロセス
は、例えば、Ｅ．Ａ．Ｍ．Ｖａｎ Ａｌｐｈｅｎ、Ｐ．
Ａ．Ａ．Ｖａｎ ｄｅｒ Ｈｅｉｊｄｅｎ、Ｗ．Ｌ．
Ｍ．ｄｅ Ｊｏｎｇｅによる Journal of Magnetism an
d Magnetic Materials 140-144 (1995) 609 という文献
に記載されている。この効果を考慮して、当業者は、Ｎ
ｉＦｅ／Ａｇ界面にＣｏを使おうとはしない。それは、
この界面において同様の凝集が起こることを予想するか
らである。その場合には、不連続界面は、ＮｉＦｅ／Ａ
ｇからなる部分とＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ａｇからなる部分と
から構成されることになる。Ｃｏのない部分は、多層の
熱安定性にとっての弱点となる。しかしながら、得られ
た実験結果（界面にＣｏのない図２の結果と、界面にＣ
ｏがある図３の結果と、の比較）は、界面にＣｏを導入
することにより熱安定性が明瞭にかつ顕著に増大するこ
とが示されている。このことは、界面に導入されたＣｏ
層が連続的であると考えることができ、したがって、ア
イランドの形態でのＣｏの凝集が全体的に無視できるあ
るいはゼロであることを意味している。Ｃｏ／Ａｇ構造
と、ＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ａｇ界面を備える構造と、におけ
るＣｏ薄層の振舞に現れたこの差は、明らかに、ＮｉＦ
ｅ／Ｃｏ界面とＣｏ／Ａｇ界面との間の界面エネルギー
の差によるものである。
原子平面の程度の厚さ）のＣｏ／Ａｇ多層構造が熱処理
を受けると、Ｃｏアイランドの凝集（coalescence） が
起こることが知られている。これら層は、成膜当初の状
態が連続的であっても、熱処理時に、転移を起こすよう
になる。Ｃｏは、アイランドの形態で凝集し、アイラン
ドは、熱処理が継続するにつれて、そのサイズが増大
し、より広い範囲にわたるようになる。このプロセス
は、例えば、Ｅ．Ａ．Ｍ．Ｖａｎ Ａｌｐｈｅｎ、Ｐ．
Ａ．Ａ．Ｖａｎ ｄｅｒ Ｈｅｉｊｄｅｎ、Ｗ．Ｌ．
Ｍ．ｄｅ Ｊｏｎｇｅによる Journal of Magnetism an
d Magnetic Materials 140-144 (1995) 609 という文献
に記載されている。この効果を考慮して、当業者は、Ｎ
ｉＦｅ／Ａｇ界面にＣｏを使おうとはしない。それは、
この界面において同様の凝集が起こることを予想するか
らである。その場合には、不連続界面は、ＮｉＦｅ／Ａ
ｇからなる部分とＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ａｇからなる部分と
から構成されることになる。Ｃｏのない部分は、多層の
熱安定性にとっての弱点となる。しかしながら、得られ
た実験結果（界面にＣｏのない図２の結果と、界面にＣ
ｏがある図３の結果と、の比較）は、界面にＣｏを導入
することにより熱安定性が明瞭にかつ顕著に増大するこ
とが示されている。このことは、界面に導入されたＣｏ
層が連続的であると考えることができ、したがって、ア
イランドの形態でのＣｏの凝集が全体的に無視できるあ
るいはゼロであることを意味している。Ｃｏ／Ａｇ構造
と、ＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ａｇ界面を備える構造と、におけ
るＣｏ薄層の振舞に現れたこの差は、明らかに、ＮｉＦ
ｅ／Ｃｏ界面とＣｏ／Ａｇ界面との間の界面エネルギー
の差によるものである。
【００４８】界面にＣｏを備えるパーマロイ／Ａｇ多層
が熱処理される際に起こり得る他の問題点は、パーマロ
イとＣｏとの相溶性によるものである。熱処理がなされ
ることにより、パーマロイ内へとＣｏが拡散が引き起こ
される可能性がある。その場合、Ｃｏが次第になくなっ
ていき、Ｃｏ／ＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ａｇ多層において観測
される熱安定特性が、ＮｉＦｅ／Ａｇ多層における特性
と同じになってしまう。この現象は、全く起こらない、
あるいは、非常にわずかしか起こらない。というのは、
図２、３に示すように、多層構造の熱安定性が、界面へ
のＣｏの導入により増大されるからである。パーマロイ
中へのＣｏの拡散は、少しは起こるものの、しかしなが
ら、Ｃｏは、十分に残っている。その結果、Ｃｏの熱安
定性への寄与は、完全には失われない。
が熱処理される際に起こり得る他の問題点は、パーマロ
イとＣｏとの相溶性によるものである。熱処理がなされ
ることにより、パーマロイ内へとＣｏが拡散が引き起こ
される可能性がある。その場合、Ｃｏが次第になくなっ
ていき、Ｃｏ／ＮｉＦｅ／Ｃｏ／Ａｇ多層において観測
される熱安定特性が、ＮｉＦｅ／Ａｇ多層における特性
と同じになってしまう。この現象は、全く起こらない、
あるいは、非常にわずかしか起こらない。というのは、
図２、３に示すように、多層構造の熱安定性が、界面へ
のＣｏの導入により増大されるからである。パーマロイ
中へのＣｏの拡散は、少しは起こるものの、しかしなが
ら、Ｃｏは、十分に残っている。その結果、Ｃｏの熱安
定性への寄与は、完全には失われない。
【００４９】本発明において得られた構造例は、陰極線
照射（cathodic spraying）により作製された。作製チ
ャンバの基本真空度（basic vacuum）は、２×１０-8ｍ
ｂａｒｓの程度であった。１．５×１０-3ｍｂａｒｓの
圧力において、アルゴンが照射用ガスとして使用され
た。ＮｉＦｅターゲットに対しては、ＲＦソースが適用
され、ＣｏおよびＡｇに対しては、ＤＣソースが適用さ
れた。これら材料が成膜される間は、基板は、Ａｇ層の
凝集を防止するために、おおよそ液体窒素の温度にまで
冷却された。これら材料の作製に際しては、金属薄層の
作製に使用される他の手法を使用することが可能であ
る。例えば、分子ジェットによるエピタキシー法、ある
いは、イオンビームによる照射が可能である。
照射（cathodic spraying）により作製された。作製チ
ャンバの基本真空度（basic vacuum）は、２×１０-8ｍ
ｂａｒｓの程度であった。１．５×１０-3ｍｂａｒｓの
圧力において、アルゴンが照射用ガスとして使用され
た。ＮｉＦｅターゲットに対しては、ＲＦソースが適用
され、ＣｏおよびＡｇに対しては、ＤＣソースが適用さ
れた。これら材料が成膜される間は、基板は、Ａｇ層の
凝集を防止するために、おおよそ液体窒素の温度にまで
冷却された。これら材料の作製に際しては、金属薄層の
作製に使用される他の手法を使用することが可能であ
る。例えば、分子ジェットによるエピタキシー法、ある
いは、イオンビームによる照射が可能である。
【００５０】本発明による磁性構造は、文献ＦＲ−２
７１０ ７５３（ＤＤ１２８９）において記載されてい
るのと同様の電流センサを作るのに使用することができ
る。
７１０ ７５３（ＤＤ１２８９）において記載されてい
るのと同様の電流センサを作るのに使用することができ
る。
【００５１】図５は、このタイプの電流センサ２０を示
しており、図においては、電流センサ２０は、電気導体
２２を流通する電流Ｉを測定するために配置されてい
る。リング形状の電流センサ２０は、同様にリング形状
とされた磁気抵抗性テープ２４を備えている。テープ２
４の端部２６、２８は、テープがほとんど完全な円を形
成するよう、互いに近接して配置されている。これら端
部は、テープ２４にＤＣ電流源ｉ（または電圧源）を接
続できるように、構成されている。テープ２４の端子に
おける電圧ｖを観測すると、テープの抵抗が、電流Ｉに
より誘起される磁界ＨI の効果に基づいて変化すること
がわかる。
しており、図においては、電流センサ２０は、電気導体
２２を流通する電流Ｉを測定するために配置されてい
る。リング形状の電流センサ２０は、同様にリング形状
とされた磁気抵抗性テープ２４を備えている。テープ２
４の端部２６、２８は、テープがほとんど完全な円を形
成するよう、互いに近接して配置されている。これら端
部は、テープ２４にＤＣ電流源ｉ（または電圧源）を接
続できるように、構成されている。テープ２４の端子に
おける電圧ｖを観測すると、テープの抵抗が、電流Ｉに
より誘起される磁界ＨI の効果に基づいて変化すること
がわかる。
【００５２】上記文献は、また、電流Ｉを測定するため
の電気回路についても記載している。また、このような
センサの作製方法についても記載している。
の電気回路についても記載している。また、このような
センサの作製方法についても記載している。
【００５３】本発明による磁性構造は、また、磁気ヘッ
ドを作るのに使用することもできる。
ドを作るのに使用することもできる。
【００５４】図６は、磁気記録および／または読取ヘッ
ドに対する本発明の応用方法を示している。このタイプ
のヘッドは、１９９３年１１月８日に登録された仏国特
許出願第９３ １３２４９号に記載されている。
ドに対する本発明の応用方法を示している。このタイプ
のヘッドは、１９９３年１１月８日に登録された仏国特
許出願第９３ １３２４９号に記載されている。
【００５５】ヘッドは、断面図により図示されている。
図は、基板３０、下側磁気層３２、２つの磁気スタンド
３４1、３４2、導体巻線３６、第１エアギャップ４２を
画成する２つの磁気部分４０1、４０2、エアギャップ４
２上に配置された磁気抵抗性多層素子５０、図の面に対
して垂直に電流が内部を流通する分極導体８０、磁気記
録媒体（図示せず）の前部を移動するエアギャップをな
す第２エアギャップ１００を画成する２つの分極素子９
０1、９０2、を示している。すべてのものは、絶縁体１
０２内に埋設されている。
図は、基板３０、下側磁気層３２、２つの磁気スタンド
３４1、３４2、導体巻線３６、第１エアギャップ４２を
画成する２つの磁気部分４０1、４０2、エアギャップ４
２上に配置された磁気抵抗性多層素子５０、図の面に対
して垂直に電流が内部を流通する分極導体８０、磁気記
録媒体（図示せず）の前部を移動するエアギャップをな
す第２エアギャップ１００を画成する２つの分極素子９
０1、９０2、を示している。すべてのものは、絶縁体１
０２内に埋設されている。
【００５６】導体８０内を流通する電流は、磁気抵抗素
子５０を適切な値に分極させるために調整することがで
きる。
子５０を適切な値に分極させるために調整することがで
きる。
【００５７】
【発明の効果】一般的に、主な利点は、リソグラフィー
プロセス時に受けるような少なくとも２５０℃〜３００
℃にわたる温度を受けた時の、材料の構造特性の安定性
を増大させることである。さらに、パーマロイ／Ａｇ界
面に薄いＣｏインターフェース層、あるいは、Ｃｏリッ
チ合金の薄いインターフェース層を導入することによ
り、磁気抵抗強度を増大させ得ることである。とりわ
け、スピン−バルブ構造においては、材料の感度を増大
させることができる（磁気抵抗強度全体を観測するのに
必要な磁界変化を顕著に増加させることなしに、ΔＲ／
Ｒを増大させる）。
プロセス時に受けるような少なくとも２５０℃〜３００
℃にわたる温度を受けた時の、材料の構造特性の安定性
を増大させることである。さらに、パーマロイ／Ａｇ界
面に薄いＣｏインターフェース層、あるいは、Ｃｏリッ
チ合金の薄いインターフェース層を導入することによ
り、磁気抵抗強度を増大させ得ることである。とりわ
け、スピン−バルブ構造においては、材料の感度を増大
させることができる（磁気抵抗強度全体を観測するのに
必要な磁界変化を顕著に増加させることなしに、ΔＲ／
Ｒを増大させる）。
【図１】 本発明による多層構造を示す図である。
【図２】 従来の多層構造の磁気抵抗を示す図である。
【図３】 本発明による多層構造の磁気抵抗を示す図で
ある。
ある。
【図４】 Ｃｏの厚さの関数として磁気抵抗の変化を示
す図である。
す図である。
【図５】 Ｃｏの厚さの関数として磁気抵抗の変化を示
す図である。
す図である。
【図６】 Ｃｏの厚さの関数として飽和磁界の変化を示
す図である。
す図である。
【図７】 Ａｇ層の厚さの関数として、磁気抵抗の変化
を示す図である。
を示す図である。
【図８】 Ａｇ層の厚さの関数として、飽和磁界の変化
を示す図である。
を示す図である。
【図９】 本発明の電流センサへの応用例を概略的に示
す図である。
す図である。
【図１０】 本発明の磁気記録および／または読取ヘッ
ドへの応用例を示す図である。
ドへの応用例を示す図である。
１０ 積層 ２０ 電流センサ ２２ 電気導体 ２４ 磁気抵抗性テープ ２６ 端部 ２８ 端部 ５０ 磁気抵抗性多層素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファ・コワシュ フランス・38170・セシーヌ・アヴェニ ュ・アリスティード・ベルジュ・５ (72)発明者 フランク・ベルト フランス・38170・セシーヌ・アヴェニ ュ・ドュ・ヴェルコール・80
Claims (28)
- 【請求項１】 −磁性材料をベースとする第１タイプの
層と、 −ＡｇまたはＡｇリッチ合金からなる第２タイプの層
と、 −前記第１タイプの層および前記第２タイプの層の間の
界面に配置され、ＣｏまたはＣｏリッチ合金からなる薄
いインターフェース層と、の交互の積層を具備すること
を特徴とする多層磁性構造。 - 【請求項２】 前記磁性材料の組成は、Ｎｉ100-x-y-z
ＣｏxＦｅyＡzであり、この場合、０≦ｘ≦１００、０
≦ｙ≦１００、０≦ｚ≦４０、かつ、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦
１００であることを特徴とする請求項１記載の磁性構
造。 - 【請求項３】 前記第１タイプの層は、パーマロイをベ
ースとしていることを特徴とする請求項１または２記載
の磁性構造。 - 【請求項４】 前記Ａｇリッチ合金の組成は、ＡｇxＣ
ｕ1-x、あるいは、ＡｇxＡｕ1-xであり、この場合、０
＜ｘ＜０．５であることを特徴とする請求項１または２
記載の磁性構造。 - 【請求項５】 各インターフェース層の厚さは、１原子
平面〜数原子平面の間の分数であることを特徴とする請
求項１または２記載の構造。 - 【請求項６】 前記第２タイプの層の厚さは、該第２タ
イプの層および前記インターフェース層を介して、前記
第１タイプの層どうしの間に反強磁性結合が存在するよ
うな厚さとされていることを特徴とする請求項１または
２記載の多層磁性構造。 - 【請求項７】 前記第２タイプの層の厚さは、０．８〜
１．５ｎｍであることを特徴とする請求項６記載の多層
磁性構造。 - 【請求項８】 ２つの前記第１タイプの層、および、１
つの前記第２タイプの層を具備することを特徴とする請
求項１または２記載の多層磁性構造。 - 【請求項９】 ３つの前記第１タイプの層、および、２
つの前記第２タイプの層を具備することを特徴とする請
求項１または２記載の磁性構造。 - 【請求項１０】 前記第２タイプの層の厚さは、前記第
１タイプの層どうしの間に反強磁性結合が全く存在しな
い、あるいは、非常に弱くしか存在しないような厚さと
されていることを特徴とする請求項８記載の多層磁性構
造。 - 【請求項１１】 前記第２タイプの層の厚さは、２〜５
ｎｍであることを特徴とする請求項１０記載の多層磁性
構造。 - 【請求項１２】 前記第２タイプの層の厚さは、前記第
１タイプの層どうしの間に反強磁性結合が全く存在しな
い、あるいは、非常に弱くしか存在しないような厚さと
されていることを特徴とする請求項９記載の磁性構造。 - 【請求項１３】 前記第２タイプの層の厚さは、２〜５
ｎｍであることを特徴とする請求項１２記載の多層磁性
構造。 - 【請求項１４】 反強磁性層が、前記第１タイプの層の
一方の面上に成膜されていることを特徴とする請求項８
記載の磁性構造。 - 【請求項１５】 反強磁性層が、前記第１タイプの層の
一方の面上に成膜されていることを特徴とする請求項９
記載の磁性構造。 - 【請求項１６】 前記反強磁性層は、ＦｅＭｎからなる
とともに、７〜１２ｎｍの厚さであることを特徴とする
請求項１４または１５記載の磁性構造。 - 【請求項１７】 多層磁性構造を作製するための方法で
あって、 −磁性材料をベースとする第１タイプの層を成膜する工
程と、 −ＡｇまたはＡｇリッチ合金からなる第２タイプの層を
成膜する工程と、 −前記第１タイプの層および前記第２タイプの層の間の
界面に、ＣｏまたはＣｏリッチ合金からなる薄いインタ
ーフェース層を形成する工程と、を具備することを特徴
とする方法。 - 【請求項１８】 前記様々な層は、雰囲気温度以下の温
度とされた基板上に、金属蒸気を凝集させることにより
成膜されることを特徴とする請求項１７記載の方法。 - 【請求項１９】 前記第１タイプの層、前記第２タイプ
の層、および、前記インターフェース層は、陰極線照射
により形成されることを特徴とする請求項１８記載の方
法。 - 【請求項２０】 請求項１または２記載の層状の磁気構
造を具備することを特徴とする磁気抵抗効果を有する多
層センサ。 - 【請求項２１】 請求項８記載の層状の磁気構造を具備
することを特徴とする磁気抵抗効果を有する多層セン
サ。 - 【請求項２２】 請求項９記載の層状の磁気構造を具備
することを特徴とする磁気抵抗効果を有する多層セン
サ。 - 【請求項２３】 電気導体内を流通する電流を測定し得
るよう構成された電流センサであって、 前記導体を包囲するとともに、端部が電流測定デバイス
に接続され得るよう構成された磁気抵抗性テープを備
え、 該テープは、請求項１または２記載の層状磁気構造を備
えて構成されていることを特徴とする電流センサ。 - 【請求項２４】 電気導体内を流通する電流を測定し得
るよう構成された電流センサであって、 前記導体を包囲するとともに、端部が電流測定デバイス
に接続され得るよう構成された磁気抵抗性テープを備
え、 該テープは、請求項８記載の層状磁気構造を備えて構成
されていることを特徴とする電流センサ。 - 【請求項２５】 電気導体内を流通する電流を測定し得
るよう構成された電流センサであって、 前記導体を包囲するとともに、端部が電流測定デバイス
に接続され得るよう構成された磁気抵抗性テープを備
え、 該テープは、請求項９記載の層状磁気構造を備えて構成
されていることを特徴とする電流センサ。 - 【請求項２６】 請求項１または２記載の層状磁気抵抗
性素子を具備することを特徴とする磁気記録および／ま
たは読取ヘッド。 - 【請求項２７】 請求項８記載の層状磁気抵抗性素子を
具備することを特徴とする磁気記録および／または読取
ヘッド。 - 【請求項２８】 請求項９記載の層状磁気抵抗性素子を
具備することを特徴とする磁気記録および／または読取
ヘッド。
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