JP3574186B2 - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子に関し、より詳しくは、磁気センサや磁気ヘッド等に使用されるスピンバルブＭＲ膜を有する磁気抵抗効果素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気センサ或いは磁気ヘッドでは、磁性材料としてＮｉＦｅを用いた磁気抵抗効果層が使用されている。そして、磁気センサや磁気ヘッドのより一層の高感度化の要求に伴い、大きな読み出し信号が得られるＧＭＲ膜（巨大磁気抵抗効果膜）が注目されている。その中でもスピンバルブ磁気抵抗効果膜（スピンバルブＭＲ膜）は比較的容易に作成でき、低磁場での電気抵抗の変化率も従来よりも大きいために最近特に注目されている。
【０００３】
スピン・バルブ磁気抵抗効果を利用した素子は例えば特開平４−３５８３１０号公報において提案され、例えば図６（ａ），（ｂ） に示すような構造を有している。図において、シリコン基板１の上には、特定の大きさの磁場の雰囲気中でスパッタ法により、基板側から順に下地層２、第一の磁性層３、非磁性金属層４、第二の磁性層５、反強磁性層６が形成され、また、下地層２から反強磁性層６までの各層は平面が長方形になるようにパターニングされている。また、反強磁性層６上には、その長手方向に間隔をおいて一対の引出電極７ａ，７ｂが形成されている。
【０００４】
それらの層を構成する材料として、例えば下地層２にはタンタル（Ｔａ）、第一及び第二の磁性層３，５には鉄ニッケル（ＮｉＦｅ）、非磁性金属層４には銅（Ｃｕ）、反強磁性層６には鉄マンガン（ＦｅＭｎ）が使用される。
これによりスピン・バルブ磁気抵抗効果型素子が構成される。
第一の磁性層３は、長方形の長手方向の磁化Ｍａ を有している。また、第二の磁性層５は反強磁性層６と交換結合することにより磁化され、その磁化Ｍｂ の方向は長方形の短辺の一方向である。なお、磁気記録媒体からの信号磁界Ｈｓｉｇ は、各層の短辺方向に発生する。
【０００５】
そのような磁気抵抗効果型トランスジューサに信号磁界Ｈｓｉｇ がかかると、その信号磁界Ｈｓｉｇ の強さ、方向に応じた大きさに第一の磁性層３の磁化Ｍａ の方向が傾く。
第一の磁性層３の磁化Ｍａ のうち第二の磁性層５の磁化Ｍｂ と反対向きの成分は、それらの層を通る電子を散乱させる要因となり、層全体の電気抵抗を増加させる。これに対して、第一の磁性層２の磁化Ｍａ のうち第二の磁性層５の磁化Ｍｂ と同じ方向の成分は、層全体を通る電子を散乱させないので、層全体の電気抵抗が減少する。
【０００６】
センス電流領域の電気抵抗は、第一の磁性層３の磁化Ｍａ と第二の磁性層５の磁化Ｍｂ との相対的な角度θの余弦、即ちｃｏｓ θに比例して変化する。
なお、信号磁界が零の状態で、第一の磁性層３の磁化Ｍａ と第二の磁性層５の磁化Ｍｂ を直交させる目的は、磁気記録媒体からの信号磁界Ｈｓｉｇ に対する電気抵抗を線形に変化させるためである。信号磁界Ｈｓｉｇ は第二の磁性層５の磁化方向、即ち固定磁化方向と同じか逆の方向に印加される。
【０００７】
磁気記録媒体からの信号磁界Ｈｓｉｇ を電気信号に変換する場合には、一対の引出電極７ａ，７ｂの間に定電流を流すことにより、信号磁界Ｈｓｉｇ による電気抵抗の変化を電圧の変化に変える。その電圧の変化が再生用電気信号となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、スピンバルブ磁気抵抗効果が生じる磁性層の材料としてＮｉＦｅを用いた素子は信号磁界による電気抵抗の変化率が２．５％と小さく、高感度の磁気センサや磁気ヘッド等に用いるには不十分であった。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、信号磁界に対してより大きな磁気抵抗の変化率が得られる磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、図１に例示するように、軟磁性材よりなる第一の強磁性層１３と、ニッケルを５〜４０atms％、コバルトを３０〜９５atms％（但し、９５ atms ％は除く）の割合で含有しているコバルト・ニッケル・鉄合金よりなる第二の強磁性層１５と、第一の強磁性層１３と第二の強磁性層１５の間に形成された非磁性金属層１４と、第二の強磁性層１５に接して形成された反強磁性層１６とを有し、コバルト・ニッケル・鉄合金は磁歪が零であることを特徴とする磁気抵抗効果素子によって解決する。
【００１０】
前記磁気抵抗効果素子において、第一の強磁性層１３を構成する軟磁性材は、ニッケルを５〜４０atms％、コバルトを３０〜９５atms％（但し、９５ atms ％は除く）の割合で含有しているコバルト・ニッケル・鉄合金であることを特徴とする。
【００１１】
または、上記した課題は、図４に例示するように、第一のコバルト・ニッケル・鉄合金よりなる第一の強磁性層２３と、第一のコバルト・ニッケル・鉄合金と組成の異なる第二のコバルト・ニッケル・鉄合金又は鉄コバルトよりなる第二の強磁性層２５と、前記第一の強磁性層２３と前記第二の強磁性層２５の間に形成された非磁性金属層２６と、前記第二の強磁性層に接して形成された反強磁性層２６とを有することを特徴とする磁気抵抗効果素子によって解決する。
【００１２】
前記磁気抵抗効果素子において、前記第一のコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを４０〜５０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルを２４〜３５ａｔｏｍｓ ％の割合で含有し、且つ前記第二のコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを８０〜９０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルを２０ａｔｏｍｓ ％以下の割合で含有していることを特徴とする。
前記磁気抵抗効果素子において、前記第一のコバルト・ニッケル・鉄合金の保磁力は１０Ｏｅよりも小さいことを特徴とする。
【００１３】
前記磁気抵抗効果素子において、前記第二のコバルト・ニッケル・鉄合金の保磁力は、前記反強磁性層による異方性磁界よりも大きいことを特徴とする。
前記磁気抵抗効果素子において、前記第一及び第二の強磁性層２３，２５の結晶構造はともに面心立方格子であることを特徴とする。
または、図５に例示するように、コバルト・ニッケル・鉄合金の軟磁性材よりなる第一の強磁性層３３と、コバルト・ニッケル・鉄合金又は鉄コバルト合金又はコバルトの硬磁性材から形成された第二の強磁性層３５と、前記第一の強磁性層３３と前記第二の強磁性層３５の間に形成された非磁性金属層３４とを有することを特徴とする磁気抵抗効果素子によって解決する。
【００１４】
前記磁気抵抗効果素子において、前記軟磁性材料の保磁力は１０Ｏｅよりも小さいことを特徴とする。
前記磁気抵抗効果素子において、前記硬磁性材を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを６５ａｔｏｍｓ ％以上、ニッケルを３５ａｔｏｍｓ ％以下の割合で含有し、且つ前記軟磁性材を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを４０〜５０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルを２４〜３５ａｔｏｍｓ ％の割合で含有していることを特徴とする。
【００１５】
【作 用】
本発明によれば、少なくとも反強磁性層に接する側の強磁性層をコバルト・ニッケル・鉄合金から形成し、且つそのコバルト・ニッケル・鉄合金でのニッケル含有量を５〜４０ａｔｏｍｓ ％、コバルト含有量を３０〜９５ａｔｏｍｓ ％としている。これによれば、スピンバルブ磁気抵抗効果による電気抵抗の変化率が従来よりも大きくなった。この場合、反強磁性体層に接しない側の強磁性体層もコバルト・ニッケル・鉄合金から形成すると、さらに電気抵抗の変化率が大きくなる。これは、コバルト・ニッケル・鉄合金が鉄ニッケル合金よりも電気抵抗の変化率が大きいからである。
【００１６】
磁歪が零のコバルト・ニッケル・鉄合金を採用すると、反強磁性層との交換相互作用を損なうことはない。
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層を挟んで形成される第一及び第二の強磁性層を構成する材料として、互いに組成の異なるコバルト・ニッケル・鉄合金を用いている。
【００１７】
これによれば、スピンバルブ磁気抵抗効果による電気抵抗の変化率が従来よりも大きくなる。しかも、反強磁性層に接しない第一の強磁性層を構成する材料を信号磁界により容易に回転する組成にすることにより適正な読みだし動作が行われる。
この場合、第一の強磁性層を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトが４０〜５０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルが２４〜３５ａｔｏｍｓ ％の割合で含有され、且つ第二の強磁性層を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトが８０〜９０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルが２０ａｔｏｍｓ ％以下の割合で含有される材料を選択することが望ましい。
【００１８】
また、第一の強磁性層の保磁力を１０Ｏｅ以下としているので、その磁化方向は信号磁界により容易に回転する。また、少なくとも第二の強磁性層の結晶構造を面心立方格子とすることにより反強磁性層の形成が容易になる。
本発明の別の磁気抵抗効果素子は、コバルト・ニッケル・鉄合金の軟磁性材よりなる第一の強磁性層と、コバルト・ニッケル・鉄合金又は鉄コバルト合金又はコバルトの硬磁性材から形成された第二の強磁性層と、第一及び第二の強磁性体層の間に形成された非磁性金属層から構成されている。
【００１９】
例えば、硬磁性材を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを６５ａｔｏｍｓ ％以上、ニッケルを３５ａｔｏｍｓ ％以下の割合で含有させ、且つ軟磁性材を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを４０〜５０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルを２４〜３５ａｔｏｍｓ ％の割合で含有させる。
これによれば、スピンバルブ磁気抵抗効果による電気抵抗の変化率が従来よりも大きくなる。しかも、第二の強磁性層は硬磁性であるので保磁力が大きく、信号磁界によって変化せず反強磁性層は不要になりスループットが向上する。しかも、反強磁性層は一般に腐食性の大きな鉄マンガンから構成されているので、本発明によれば耐腐食性が向上する。
【００２０】
また、第一の強磁性層の保磁力を１０Ｏｅ以下としているので、その磁化方向は信号磁界によって容易に回転する。
【００２１】
【実施例】
そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明の第１実施例の層構造を示す側面図である。
図において、シリコン基板１１の（１１０）面上には、スパッタ法により約３０Ｏｅ（ｏｅｒｓｔｅｄ） の磁場の雰囲気中で、下地層１２としてタンタル（Ｔａ）が６０Å、第一の強磁性層１３としてニッケル鉄（ＮｉＦｅ）が９０Å、非磁性金属層１４として銅（Ｃｕ）が２０Å、第二の強磁性層１５としてニッケル鉄コバルト（ＣｏＮｉＦｅ）が４０Å、反強磁性層１６として鉄マンガン（ＦｅＭｎ）が１２０Åの厚さで順に形成されている。なお、第一の強磁性層１３を構成するＣｏＮｉＦｅは、例えばニッケルを１０ａｔｏｍｓ ％、鉄を２５ａｔｏｍｓ ％、コバルトを６５ａｔｏｍｓ ％の割合で含む合金であり、この合金を以下にＣｏ６５Ｎｉ１０Ｆｅ２５として表す。
【００２２】
また、下地層１２から反強磁性層１６までの各層は平面が長方形になるようにパターニングされている。また、反強磁性層１６上には、その長手方向に間隔をおいて一対の引出電極１７ａ，１７ｂが形成されている。
外部磁界が零の状態において、第一の強磁性層１３の磁化の方向は長手方向であり、第一の強磁性層１３と第二の強磁性層１５のそれぞれの磁化の方向は互いに直交している。
【００２３】
以上の構成を有するスピンバルブ磁気抵抗効果型素子によれば、電気抵抗の変化率が４％程度となり、従来に比べて大きくなった。
このように、反強磁性層１６に接する第二の強磁性層１５をＣｏ６５Ｎｉ１０Ｆｅ２５から形成したことによって大きな抵抗変化率が得られたのは次の理由による。
Ｃｕよりなる非磁性金属層と、ＮｉＦｅよりなる磁性薄膜層を交互に３０層ずつ積層した試料と、Ｃｕよりなる非磁性金属層と、ＮｉＣｏよりなる磁性薄膜層を交互に３０層ずつ積層した試料のそれらの電気抵抗（比抵抗）の変化率を図２に示す。この特性図は次の文献〔１〕に基づくものである。
【００２４】
〔１〕Ｍ． Ｓａｔｏ， Ｓ． Ｉｓｈｉｏ ａｎｄ Ｔ． Ｍｉｙａｚａｋｉ， Ｊ． Ｍａｇｎ． Ｍａｇｎ， Ｍａｔｅｒ １２６ （１９９３） ４６２
図２から明らかなように、強磁性層としてＮｉＦｅを用いた場合の比抵抗の変化率は最大で１５％程度となっている。これに対して、コバルト系磁性材料であるＮｉＣｏを用いた場合の比抵抗の変化率は、合金の電子数がコバルト単体の電子数２７に近づくにつれて上昇し、最大で３５％となっている。
【００２５】
一方、急冷薄帯でのＣｏＮｉＦｅの組成比の違いによる磁歪の大きさは、例えば次の文献〔２〕に報告があり、図３に示すようになっている。
〔２〕大森隆宏，石尾俊二，宮崎照宣、第１７回日本応用磁気学会学術講演概要集（１９９３）２０
反強磁性層１６に接する第二の強磁性層１５の材料としては、反強磁性層１６による交換結合を考慮して保磁力（Ｈｃ ） が小さい方がが好ましく、保磁力を小さくするためには磁歪を零にすることが近道である。図３によると、ＣｏＮｉＦｅ合金で磁歪が０となる組成は２系列あり、それぞれ図中（ｉ） ，（ｉｉ）で示している。
【００２６】
この場合、図２において比抵抗の変化率の大きな組成比を考慮すると、図３では、（ｉ） 系列の組成よりも（ｉｉ）系列の組成の方がコバルトの割合が多く、（ｉｉ）系列の組成が高い抵抗変化率を示す。（ｉ） 及び（ｉｉ）系列の組成は、共に結晶構造が面心立方格子である。
従って、第二の強磁性層１５の構成材料は、コバルトを３０〜９５ａｔｏｍｓ ％、ニッケルを５〜４０ａｔｏｍｓ ％の範囲で含有するＣｏＮｉＦｅ合金を用いると、磁歪が零又は零に極めて近く且つ高比抵抗変化率を有することになる。上記したＣｏ６５Ｎｉ１０Ｆｅ２５はそのようなＣｏＮｉＦｅ合金の一例である。
【００２７】
なお、反強磁性層１６に接する第二の強磁性層１５だけでなく、第一の強磁性層１３についてもニッケルを５〜４０ａｔｏｍｓ ％、コバルトを３０〜９５ａｔｏｍｓ ％の範囲で含有する組成のＣｏＮｉＦｅ合金から形成してもよい。これによれば、第二の強磁性層１５だけをＣｏＮｉＦｅ合金から形成した場合よりもさらに高い電気抵抗変化率が得られる。
（第２実施例）
図４（ａ） は、本発明の第２実施例に係るスピンバルブ磁気抵抗効果素子の層構造を示す側面図である。
【００２８】
図において、シリコン基板２１の（１１０）面上には、約３０Ｏｅの磁場の雰囲気中でスパッタ法によって、下地層２２としてタンタル（Ｔａ）が６０Å、第一の強磁性層２３としてニッケル鉄コバルト（ＣｏＮｉＦｅ）が９０Å、非磁性金属層２４として銅（Ｃｕ）が２２Å、第二の強磁性層２５としてＣｏＮｉＦｅが４０Å、反強磁性層２６として鉄マンガン（ＦｅＭｎ）が１２０Åの厚さに順に形成されている。第一の強磁性層２３を構成するＣｏＮｉＦｅは、例えばニッケルを２６ａｔｏｍｓ ％、鉄を３２ａｔｏｍｓ ％、コバルトを４２ａｔｏｍｓ ％の割合で含む合金であり、この合金を以下にＣｏ４２Ｎｉ２６Ｆｅ３２と表す。また、第二の強磁性層２５を構成するＣｏＮｉＦｅは、コバルトを９０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルを３ａｔｏｍｓ ％、鉄を７ａｔｏｍｓ ％の割合で含む合金であり、この合金を以下にＣｏ９０Ｎｉ３Ｆｅ７と表す。
【００２９】
また、下地層２２から反強磁性層２６までの各層は平面が長方形になるようにパターニングされている。また、反強磁性層２６上には、その長手方向に間隔をおいて一対の引出電極２７ａ，２７ｂが形成されている。
外部磁界が零の状態において、第一の強磁性層２３の磁化の方向は長手方向であり、第一の強磁性層２３と第二の強磁性層２５のそれぞれの磁化の方向は互いに直交している。
【００３０】
以上の構成を有するスピンバルブ磁気抵抗効果型素子によれば、電気抵抗の変化率が８％となり従来の３倍程度の値を得ることができた。
このように、第一の強磁性層２３と第二の強磁性層２５のそれぞれを構成するＣｏＮｉＦｅの組成比を異ならせたのは次の理由による。
第一の強磁性層２３の磁化の方向は、磁気記録媒体からの信号磁界によって容易に回転する必要があるので、第一の強磁性層２３を保磁力の小さな軟磁性体から構成する必要がある。しかし、第二の強磁性層２５の磁化の方向は反強磁性層２６との交換結合により固定されるので、第一の強磁性層２３よりも保磁力の条件は緩やかである。
【００３１】
従って、第一の強磁性層２６を構成するＣｏＮｉＦｅの保磁力を小さくするためには磁歪が零となるのが好ましい。また、第一の強磁性層２６の電気抵抗の変化率を大きくするために、図２に従ってコバルトを含む材料により第一の強磁性層２６を形成するのが好ましい。これにより選択されるＣｏＮｉＦｅの組成は、第１実施例で説明した図３に示す（ｉｉ）系列の組成比のライン上を選択することが考えられる。なぜなら、磁歪が小さいほど保磁力も小さくなるからである。
【００３２】
そこで、本発明者等は、図３に示す（ｉｉ）系列の組成比と（ｉｉ）系列付近の組成比のＣｏＮｉＦｅについて保磁力Ｈｃ を調べたところ、図４（ｂ） に例示したような結果がえられた。図４（ｂ） において、（ｉｉ）系列の組成比を示す破線のラインと保磁力Ｈｃ の小さいラインとが僅かであるが一致しなかったが、これは製造方法が異なることにより生じた差である。（ｉｉ）系列の組成比を示す破線のラインは急冷薄帯により形成した膜であり、保磁力Ｈｃ の小さい一点鎖線のラインはスパッタ法により形成したＣｏＮｉＦｅである。磁気抵抗効果素子を構成する膜は一般にスパッタ法によって形成されるために、スパッタ法による保磁力を考慮する必要がある。
【００３３】
第一の強磁性層２６を構成する軟磁性材料の保磁力Ｈｃ１は１０より小さいことが望まれる（Ｈｃ１＜１０）。
実験によれば、保磁力Ｈｃ が１０より小さくなるＣｏＮｉＦｅの組成は、コバルトを４０〜５０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルを２４〜３５ａｔｏｍｓ ％とした場合であった。上記したＣｏ４２Ｎｉ２６Ｆｅ３２はその組成の一例である。
【００３４】
一方、第二の強磁性層２５を構成するＣｏＮｉＦｅの保磁力Ｈｃ２は、既に述べたように第一の強磁性層２３よりも条件が緩やかである。しかし、反強磁性層２６により生じる異方性磁界ＨＵＡが第二の強磁性層２５の保磁力Ｈｃ２より小さくなると、第二の強磁性層２５の磁化方向が外部磁界によって反転し易くなり、この反転が生じるとスピンバルブ磁気抵抗効果が得られなくなる。なお、異方性磁界ＨＵＡは、保磁力と磁束密度の関係を示す曲線（Ｂ−Ｈ曲線）の中心を保磁力軸に沿って移動させる磁界である。
【００３５】
これにより、第二の強磁性層２５の保磁力Ｈｃ２と反強磁性層２６による異方性磁界ＨＵＡは式（１）の関係が要求される。ただし、Ｈｃ２＞０である。
Ｈｃ２ ＜ ＨＵＡ ……（１）
このように第二の強磁性層２５の材料を選択する場合に異方性磁界ＨＵＡを考慮するだけでなく、第二の強磁性層２５の結晶構造が面心立方格子となる材料を選択しなけらばならない。第二の強磁性層２５の結晶構造が面心立方格子でなければ、ＦｅＭｎが反強磁性体とならないからである。
【００３６】
それらの条件を考慮すると、第二の強磁性層２５を構成するＣｏＮｉＦｅは、ニッケルを０〜２０ａｔｏｍｓ ％、コバルトを８０〜９０ａｔｏｍｓ ％の範囲で含有し、残りを鉄とした組成にする必要がある。上記したＣｏ９０Ｎｉ３Ｆｅ７はその一例である。なお、ニッケルが０ａｔｏｍｓ ％の場合には第二の強磁性層２５はコバルト鉄から構成されることになる。
（第３実施例）
図５（ａ） は、本発明の第１実施例の層構造を示す側面図である。
【００３７】
図において、シリコン基板３１の（１１０）面上には、約３０Ｏｅの磁場の雰囲気中でスパッタ法によって、下地層３２としてタンタル（Ｔａ）が６０Å、第一の強磁性層３３としてニッケル鉄コバルト（ＣｏＮｉＦｅ）が９０Å、非磁性金属層３４として銅（Ｃｕ）が２０Å、第二の強磁性層３５としてＣｏＮｉＦｅが４０Åの厚さに順に形成されている。第一の強磁性層３３を構成するＣｏＮｉＦｅは、ニッケルを２６ａｔｏｍｓ ％、鉄を３２ａｔｏｍｓ ％、コバルトを４２ａｔｏｍｓ ％の割合で含む合金であり、以下にＣｏ４２Ｎｉ２６Ｆｅ３２と表す。また、第二の強磁性層３５を構成するＣｏＮｉＦｅは、コバルトを８０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルを１５ａｔｏｍｓ ％、鉄を５ａｔｏｍｓ ％の割合で含む合金であり、以下にＣｏ８０ Ｎｉ１５Ｆｅ５と表す。
【００３８】
また、下地層３２から第二の強磁性層３５までの各層は平面が長方形になるようにパターニングされている。また、第二の強磁性層３５上には、その長手方向に間隔をおいて一対の引出電極３６ａ，３６ｂが形成されている。
外部磁界が零の状態において、第一の強磁性層３３の磁化の方向は長手方向であり、第一の強磁性層３３と第二の強磁性層３５のそれぞれの磁化の方向は互いに直交している。
【００３９】
以上の構成を有するスピンバルブ磁気抵抗効果型素子によれば、電気抵抗の変化率が８％となり従来の３倍程度の値を得ることができた。
ところで、本実施例のスピンバルブ磁気抵抗効果型素子では、第２実施例で述べた理由により第一の強磁性層３３は第２実施例の第一の強磁性層２３と同じ組成のＣｏＮｉＦｅが選択する。第一の強磁性層３３は、図５（ｂ） に示すように保磁力Ｈｃ１が１０Ｏｅよりも小さい範囲でコバルト、鉄、ニッケルの比を選択する。
【００４０】
これに対して、第二の強磁性層３５の組成は第２実施例と相違させている。この実施例の第二の強磁性層３５を構成するＣｏＮｉＦｅは、その磁化が外部磁界によって変化せず、しかも電気抵抗の変化率が大きい組成が選ばれる。
これにより反強磁性層は不要になり、第二の強磁性層３５を構成するＣｏＮｉＦｅの組成を決定するに際して、反磁性層を考慮した結晶状態や反強磁性層による異方磁界や反強磁性層との交換相互作用から拘束されなくなる。
【００４１】
従って、第二の強磁性層３５の磁歪は零である必要はなく、磁化方向固定のために硬磁性であり、高電気抵抗変化率を得るためにコバルトがリッチであればよく、コバルトが６５〜１００ａｔｏｍｓ ％、ニッケルが０〜３５ａｔｏｍｓ ％であるＣｏＮｉＦｅ合金又はＣｏ単体又はＦｅＣｏ合金のいずれかを選択すればよい。
これにより第一及び第二の強磁性層３３，３５に容易に磁化の反平行状態を作ることができ、大きい電気抵抗変化率が得られ、より大きな出力が得られる。
【００４２】
また、ＦｅＭｎよりなる反強磁性体を必要としないので、スピンバルブ磁気抵抗効果素子を製造する工程においてＦｅＭｎの腐食性が問題となることがなく、耐腐食性が向上する。しかも、層構造が１層少なくなるのでスループットが向上する。
なお、第１〜第３実施例の磁気抵抗効果素子では、各層を第一の強磁性層から反強磁性層までを１組、又は第一の強磁性層〜第二の強磁性層を１組形成しているが、それらを複数組積層した構造を採用してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、少なくとも反強磁性層に接する側の強磁性層をコバルト・ニッケル・鉄合金から形成し、且つそのコバルト・ニッケル・鉄合金でのニッケル含有量を５〜４０ａｔｏｍｓ ％、コバルト含有量を３０〜９５ａｔｏｍｓ ％としているので、スピンバルブ磁気抵抗効果による電気抵抗の変化率を従来よりも大きくできる。この場合、反強磁性体層に接しない側の強磁性体層もコバルト・ニッケル・鉄合金から形成すると、さらに電気抵抗の変化率を大きくできる。
【００４４】
磁歪が零のコバルト・ニッケル・鉄合金を採用すると、反強磁性層との交換相互作用を損なうことを防止できる。
また、本発明の磁気抵抗効果素子は、非磁性金属層を挟んで形成される第一及び第二の強磁性層を構成する材料として、互いに組成の異なるコバルト・ニッケル・鉄合金を用いているので、これによっても、スピンバルブ磁気抵抗効果による電気抵抗の変化率が従来よりも大きくなる。しかも、反強磁性層に接する第二の強磁性層を構成する材料を外部磁界により容易に反転しない組成にする一方で、反強磁性層に接しない第一の強磁性層を構成する材料を信号磁界により容易に回転する組成にすることにより適正な読みだし動作を行うことができる。
【００４５】
この場合、第一の強磁性層を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトが４０〜５０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルが２４〜３５ａｔｏｍｓ ％の割合で含有され、且つ第二の強磁性層を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトが８０〜９０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルが２０ａｔｏｍｓ ％以下の割合で含有される材料を選択することが望ましい。
【００４６】
また、第一の強磁性層の保磁力を１０Ｏｅ以下としているので、その磁化方向を信号磁界により容易に回転できる。また、少なくとも第二の強磁性層の結晶構造を面心立方格子としているので、反強磁性層を容易に形成できる。
本発明の別の磁気抵抗効果素子は、コバルト・ニッケル・鉄合金の軟磁性材よりなる第一の強磁性層と、コバルト・ニッケル・鉄合金又は鉄コバルト合金又はコバルトの硬磁性材から形成された第二の強磁性層と、第一及び第二の強磁性体層の間に形成された非磁性金属層から構成されているので、これによっても、スピンバルブ磁気抵抗効果による電気抵抗の変化率を従来よりも大きくできる。
【００４７】
例えば、硬磁性材を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを６５ａｔｏｍｓ ％以上、ニッケルを３５ａｔｏｍｓ ％以下の割合で含有させ、且つ軟磁性材を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを４０〜５０ａｔｏｍｓ ％、ニッケルを２４〜３５ａｔｏｍｓ ％の割合で含有させる。
しかも、第二の強磁性層は硬磁性であるので保磁力が大きく、信号磁界によって変化せず腐食性の大きな反強磁性層は不要になるので、スループットを向上できるとともに、耐腐食性が改善される。
【００４８】
また、第一の強磁性層の保磁力を１０Ｏｅ以下としているので、その磁化方向を信号磁界によって容易に回転できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１実施例の磁気抵抗効果素子を示す側面図である。
【図２】図２は、非磁性金属層として銅、磁性薄膜層としてニッケル・鉄又はニッケル・コバルトを用い、非磁性金属層と磁性薄膜層を３０層ずつ積層した場合の合金の単位当たりの電子数と電気抵抗の変化率を示す特性図である。
【図３】図３は、コバルト・ニッケル・鉄の組成と磁歪との関係を示す図である。
【図４】図４（ａ） は、本発明の第１実施例の磁気抵抗効果素子を示す側面図、図４（ｂ） は、コバルト・ニッケル・鉄の組成と磁歪、保磁力との関係を示す図である。
【図５】図５（ａ） は、本発明の第１実施例の磁気抵抗効果素子を示す側面図、図５（ｂ） は、コバルト・ニッケル・鉄の組成と保磁力との関係を示す図である。
【図６】図６（ａ） は、従来のスピンバルブ磁気抵抗効果素子を示す側面図、図６（ｂ） はその一部を切り欠いた斜視図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１ シリコン基板
１２、２２、３２ 下地層
１３、２３、３３ 第一の強磁性層
１４、２４、３４ 非磁性金属層
１５、２５、３５ 第二の強磁性層
１６、２６ 反強磁性層
１７ａ，１７ｂ、２７ａ，２７ｂ、３６ａ，３６ｂ 引出電極

Claims (9)

  1. 軟磁性材よりなる第一の強磁性層と、
    ニッケルを５〜４０atms％、コバルトを３０〜９５atms％（但し、９５ atms ％は除く）の割合で含有しているコバルト・ニッケル・鉄合金よりなる第二の強磁性層と、
    前記第一の強磁性層と第二の強磁性層の間に形成された非磁性金属層と、
    前記第二の強磁性層に接して形成された反強磁性層と
    を有し、
    前記コバルト・ニッケル・鉄合金は磁歪が零であることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  2. 前記第一の強磁性層を構成する軟磁性材は、ニッケルを５〜４０atms％、コバルトを３０〜９５atms％（但し、９５ atms ％は除く）の割合で含有しているコバルト・ニッケル・鉄合金であることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗効果素子。
  3. 第一のコバルト・ニッケル・鉄合金よりなる第一の強磁性層と、
    第一のコバルト・ニッケル・鉄合金と組成の異なる第二のコバルト・ニッケル・鉄合金又は鉄コバルトよりなる第二の強磁性層と、
    前記第一の強磁性層と第二の強磁性層の間に形成された非磁性金属層と、
    前記第二の強磁性層に接して形成された反強磁性層と
    を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  4. 前記第一のコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを４０〜５０atms％、ニッケルを２４〜３５atms％の割合で含有し、且つ前記第二のコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを８０〜９０atms％、ニッケルを２０atms％以下の割合で含有していることを特徴とする請求項３記載の磁気抵抗効果素子。
  5. 前記第一のコバルト・ニッケル・鉄合金の保磁力は１０Oeよりも小さいことを特徴とする請求項３又は４記載の磁気抵抗効果素子。
  6. 前記第二のコバルト・ニッケル・鉄合金の保磁力は前記反強磁性層による異方性磁界よりも大きいことを特徴とする請求項３記載の磁気抵抗効果素子。
  7. 前記第一及び第二の強磁性層の結晶構造はともに面心立方格子であることを特徴とする請求項３記載の磁気抵抗効果素子。
  8. コバルト・ニッケル・鉄合金の軟磁性材よりなる第一の強磁性層と、
    コバルト・ニッケル・鉄合金又は鉄コバルト合金又はコバルトの硬磁性材から形成された第二の強磁性層と、
    前記第一の強磁性層と第二の強磁性層の間に形成された非磁性金属層と
    を有し、
    前記硬磁性材を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを６５ atms ％以上、ニッケルを３５ atms ％以下の割合で含有し、且つ前記軟磁性材を構成するコバルト・ニッケル・鉄合金は、コバルトを４０〜５０ atms ％、ニッケルを２４〜３５ atms ％の割合で含有していることを特徴とする磁気抵抗効果素子。
  9. 前記軟磁性材の保磁力は１０Oeよりも小さいことを特徴とする請求項８記載の磁気抵抗効果素子。
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