JP3684005B2

JP3684005B2 - Magnetoresistive element, magnetoresistive head, and magnetoresistive magnetic field sensor

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Publication number: JP3684005B2
Application number: JP29173596A
Authority: JP
Inventors: 好昭斉藤; 浩一郎猪俣; 志保奥野; 進橋本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1996-11-01
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2020-08-17
Also published as: JPH09129445A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気抵抗効果を発現する、非磁性層を介して積層された磁性層を具備した磁気抵抗素子を備えた磁気抵抗効果型ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気抵抗効果は、印加磁界の強度により抵抗が変化する効果である。このような磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子は、高感度であり比較的大きな出力を得ることができるため、磁界センサや磁気ヘッドとして広く利用されている。
【０００３】
従来、磁気抵抗効果型素子としてはパ−マロイ合金薄膜が広く用いられている。しかし、パ−マロイ合金薄膜の磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ：Ｒは無磁場での電気抵抗、ΔＲはＲから飽和磁界印加時の電気抵抗Ｒ_S を引いた値）は２〜３％程度であり、十分な感度が得られないという問題点がある。
【０００４】
一方、最近、新しい磁気抵抗効果素子として、数オングストロ−ムから数十オングストロ−ムの厚さの磁性層と非磁性層とを交互に積層させた積層体、いわゆる人工格子膜が注目されている。このような人工格子膜としては、（Ｆｅ／Ｃｒ）_n （Phys.Rev.Lett.vol 61(21)(1988)2472）、（パ−マロイ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ）_n （J.Phys.SOC.Jap.vol 59(9)(1990)3061）、（Ｃｏ／Ｃｕ）_n （J.Mag.Mag.Mat.94(1991)L1，Phys.Rev.Lett.66(1991)2152）が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような人工格子膜は従来のパ−マロイ薄膜と比較して格段に大きな磁気抵抗効果を有する。しかし、十分大きな磁気抵抗効果は、超高真空蒸着装置（ＵＨＶ）、分子線エピタキシ−（ＭＢＥ）装置など超高真空の処理が可能な装置を用いないと達成することができず、通常の薄膜形成装置で形成された場合には、未だ要求を満足するに十分な値が得られていないのが実情である。
【０００６】
この発明はこのような状況を考慮してなされたものであり、その目的は、大きな磁気抵抗変化率を有し、超高真空を用いない通常の薄膜形成装置で成膜しても十分に実用化することができる磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗効果型ヘッド提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１および第２磁性層と、前記２つの磁性層の間に設けられた非磁性層とを有し、前記２つの磁性層がＦｅ _1-x Ｃｏ _x （０．５≦ｘ＜１）で表されるＣｏ合金を含み、前記非磁性層がＣｕおよびＡｕのいずれか１つ以上を含む積層体と、前記積層体を支持する基板と、前記基板と前記積層体との間に設けられたＣｕ、ＡｕまたはＣｕＡｕ合金を含む層とを有することを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
【０００８】
本願発明者らは、上述のいわゆる人工格子膜を用いてさらに大きい磁気抵抗効果を有する素子を得るべく研究を重ねた結果、上述の（Ｃｏ／Ｃｕ）_n のＣｏの一部をＦｅで置換した場合に、磁気抵抗効果が非常に大きくなることを見出した。そして、磁場が実質的に存在しない状態で隣合う磁性層が反強磁性的に結合している場合に一層大きいことを見出したのである。本発明はこのような知見に基づいてなされたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明について詳細に説明する。
この発明に係る磁気抵抗効果素子は、磁性層と非磁性層とを交互に積層してなる積層体であり、例えば図１に示すように、基板１上に非磁性層２と磁性層３とのペア４をｎ回積層することにより構成される。この場合に、この図に示すように非磁性層を先に形成してもよいし、磁性層３を先に形成してもよい。また、基板１と積層体との間に、Ｆｅ等のソフト磁性材料のバッファ層を介在させてもよい。
【００１０】
磁性層は、Ｆｅ_1-x Ｃｏ_x （０．５≦ｘ＜１）で表されるＣｏ合金で構成されることが好ましく、この中にはＮｉ等の他の元素が含まれていてもよい。例えば、磁性層は、Ｆｅ，Ｃｏ及びＮｉのうち２種以上を主体とするもの、すなわち、Ｆｅ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｃｏ−Ｎｉ合金で構成され、この中には他の元素が含まれていてもよい。この中ではＦｅ−Ｃｏ合金が好ましい。また、Ｆｅ−Ｎｉ合金としては、Ｎｉ_1-x Ｆｅ_x （ただし、０＜ｘ≦０．６４）で表されるパ−マロイが好ましく、このＦｅの一部を他の元素（例えば、Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｃｒなど）で置換することにより、透磁率の向上や磁気抵抗変化率の向上を図ることができる。磁性層は面内に一軸磁気異方性を有していることが好ましい。
【００１１】
隣合う磁性層は、実質的に磁場を印加しない状態で、反強磁性的に結合していることが好ましい。ここでいう反強磁性的結合とは、磁性層の磁気モ−メントが、隣合う磁性層間で逆向きであるように結合していることをいう。このように結合することにより、磁気抵抗変化率を高めることができる。このように反強磁性的結合力を有していることが好ましいが、その結合力は小さいほうが好ましい。反強磁性的結合力が小さければ、小さな磁場で磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくすることができ、磁気ヘッドなどの用途に対して適したものとなる。また、小さな磁場で磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を大きくする観点からは、素子の飽和磁界Ｈ_S が小さいことが好ましい。
【００１２】
非磁性層は、磁気抵抗効果を発揮できる材料で形成されていれば特に限定されない。非磁性層の例としては、Ｃｕ，Ｃｒ，Ａｕ，Ａｇ，Ｒｕなどがあり、これら単体でも、これらを含む合金でも用いることができる。非磁性層としてＣｕ−Ａｕ合金を用いた場合には反強磁性的結合力を小さくする効果が得られる。
【００１３】
磁性金属層と非磁性層との組み合わせには、種々のものが考えられるが、好ましい組み合わせとしては、例えば磁性層を構成する合金がＦｅ_1-x Ｃｏ_x で表され、ｘが０．５≦ｘ＜１の範囲であり、非磁性層がＣｕであるものがあり、その組み合わせにより大きな磁気抵抗効果を得ることができる。
【００１４】
磁性金属層と非磁性層との組み合わせには、種々のものが考えられるが、好ましい組み合わせとしては、例えば以下のようなものがあり、その組み合わせにより大きな磁気抵抗効果を得ることができる。
【００１５】
１）磁性層を構成する合金がＦｅ _1-x Ｃｏ _x で表され、ｘが０．５≦ｘ＜１の範囲であり、非磁性層がＣｕであるもの。
【００１６】
２）磁性層を構成する合金がＮｉ _1-y （Ｆｅ _1-x Ｃｏ _x ） _y で表され、０．５≦ｘ＜１かつ０．６≦ｙ＜１であり、非磁性層がＣｕであるもの。
【００１７】
十分に大きな磁気抵抗変化率（ΔＲ／Ｒ）を得るためには、磁性層の厚さｔ_M （オングストロ−ム；以下Ａで表す）を２Ａ≦ｔ_M ≦１００Ａ、非磁性層の厚さｔ_N を２Ａ≦ｔ_N ≦１００Ａにすることが好ましく、７Ａ≦ｔ_M ≦９０Ａ、９≦ｔ_N ≦５０Ａが一層好ましい。
【００１８】
なお、非磁性層の厚さと磁気抵抗変化率とは図２に示すような関係となり、磁気抵抗変化率が非磁性層の厚さに対して振動するため、非磁性層の厚さｔ_N は上述の範囲内で大きな磁気抵抗変化率が得られるように規定することが好ましい。また、図３に示すように、飽和磁界も非磁性層の厚さに対して振動し、そのピ−クの位置は、磁気抵抗変化率のピ−クの位置と重なっている。従って、用途に従って、磁気抵抗変化率と飽和磁界とがバランスするように非磁性層の厚さを決定することが望ましい。なお、図２及び図３は、磁性層として厚さ１０ＡのＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 を用い、非磁性層として各厚さのＣｕを用いて、このペアを１６回積層した積層体について室温で測定したものである。
【００１９】
積層数ｎは一般的には５〜数１０程度であり、磁気抵抗効果を考慮すると大きいほうがよいが、余り大きくても磁気抵抗効果が飽和してしまうため、飽和する範囲までの間で適宜設定することが好ましい。
【００２０】
本発明の積層体を形成するための基板は特に限定されるものではない。例えば、ＳｉＯ，ＭｇＯ，スピネル，Ｓｉなどを用いることができる。
このような積層体は、分子線エピタキシ−（ＭＢＥ）法、超真空スパッタ法など超高真空で行う処理はもちろんのこと、ＲＦマグネトロンスパッタ法、イオンビ−ムスパッタ（ＩＢＳ）法、蒸着法など初期真空度が１０^-7Torr以下（すなわち圧力が１０^-7Torr以上）の通常の薄膜形成技術で形成した場合でも、大きな磁気抵抗変化率を得ることができる。
【００２１】
従来の人工格子膜を利用した磁気抵抗効果素子、例えば（Ｃｏ／Ｃｕ）_n 、（Ｆｅ／Ｃｒ）_n など、磁性層として単一元素を用いた素子の場合には、ＭＢＥなどの超高真空装置で成膜すると２０〜５０％の磁気抵抗変化率が得られるが、通常の初期真空度の成膜装置を用いた場合には磁気抵抗変化率が数％と不十分である。これに対して、本発明に係る磁気抵抗効果素子の場合には、通常の成膜装置を用いても実用上十分な磁気抵抗変化率を得ることができる。
【００２２】
なお、積層体を構成する各層の組成及び膜厚は同一である必要はない。
以下に、この発明の実施例について説明する。
（実施例１）
この実施例においては、磁性層をＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 とし、非磁性層をＣｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。
【００２３】
先ず、チャンバ−内に石英基板をセットし、チャンバ−内を５×１０^-7Torrまで排気した後、Ａｒガスを１×１０^-4Torrになるまで導入し、加速電圧５００Ｖ、ビ−ム電流３０ｍＡの条件にてスパッタリングを実施した。タ−ゲットとしてＦｅ、Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 合金及びＣｕを用い、最初にＦｅタ−ゲットをスパッタして石英基板上に５０ＡのＦｅバッファ層を形成し、続けてＣｕタ−ゲット及びＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 合金タ−ゲットを交互にスパッタして、図１に示すように、膜厚９ＡのＣｕ非磁性層及び膜厚７ＡのＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 磁性層のペアを１５回積層した（積層数ｎ＝１５）。これを（Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 ７Ａ／Ｃｕ９Ａ）₁₅とする。
【００２４】
なお、この実施例ではバッファ層を設けたが、本発明の実施に際しバッファ層は必ずしも必要はない。
次に、このようにして製造された積層体について、この発明の分野で一般的に用いられる四端子法によって磁気抵抗効果を測定した。その結果を図４に示す。図４は横軸に磁場の大きさをとり、縦軸に磁場０の際の電気抵抗を１として規格化した電気抵抗値（Ｒ／Ｒ（Ｈ＝０））をとって、それらの関係を示すグラフであり、このグラフから磁気抵抗効果の大きさを示す磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを求めた。その結果、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは７．５％と大きな値となり、磁性層としてＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 、非磁性層としてＣｕを用いた積層体が磁気抵抗効果素子として適していることが確認された。
（実施例２）
この実施例においては、磁性層をＦｅ_0.25Ｃｏ_0.75とし、非磁性層をＣｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。
【００２５】
実施例１と同一の成膜条件で、先ず石英基板上にＦｅバッファ層を５０Ａの厚さで形成し、続けてＣｕタ−ゲット及びＦｅ_0.25Ｃｏ_0.75合金タ−ゲットを交互にスパッタして、図１に示すように、膜厚９ＡのＣｕ非磁性層及び膜厚７ＡのＦｅ_0.25Ｃｏ_0.75磁性層のペアを１５回積層した（積層数ｎ＝１５）。これを、（Ｆｅ_0.25Ｃｏ_0.75７Ａ／Ｃｕ９Ａ）₁₅とする。
【００２６】
次に、このようにして製造された積層体について、四端子法によって磁気抵抗効果を測定した。その結果を図５に示す。図５は図４と同様のグラフであり、このグラフから磁気抵抗効果の大きさを示す磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを求めた。その結果、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは１１．１％と大きな値となり、磁性層としてＦｅ_0.25Ｃｏ_0.75、非磁性層としてＣｕを用いた積層体が磁気抵抗効果素子として適していることが確認された。
（実施例３）
この実施例においては、磁性層をＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 とし、非磁性層をＣｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。なお、基板としてはＳｉ上に１０００Ａ程度の酸化被膜を有するものを用いた。
【００２７】
実施例１と同一の成膜条件で、Ｃｕタ−ゲット及びＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 合金タ−ゲットを交互にスパッタして、図１に示すように、膜厚９ＡのＣｕ非磁性層及び膜厚１５ＡのＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 磁性層のペアを１５回積層した（積層数ｎ＝１５）。これを、（Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 １５Ａ／Ｃｕ９Ａ）₁₅とする。
【００２８】
次に、このようにして製造された積層体について、四端子法によって磁気抵抗効果を測定した。その結果を図６に示す。図６は図４と同様のグラフであり、このグラフから磁気抵抗効果の大きさを示す磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを求めた。その結果、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは８．１５％と大きな値となり、この実施例で製造した積層体が磁気抵抗効果素子として適していることが確認された。
（参照例４）
この参照例においては、磁性層をＦｅ_0.75Ｃｏ_0.25とし、非磁性層をＣｒとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。なお、基板としては、ＭｇＯ（１００）単結晶を用いた。
【００２９】
実施例１と同一の成膜条件で、ＭｇＯ（１００）単結晶基板上に、Ｃｒタ−ゲット及びＦｅ_0.75Ｃｏ_0.25合金タ−ゲットを交互にスパッタして、図１に示すように、膜厚１３ＡのＣｒ非磁性層及び膜厚２０ＡのＦｅ_0.75Ｃｏ_0.25磁性層のペアを１５回積層した（積層数ｎ＝１５）。これを、（Ｆｅ_0.75Ｃｏ_0.25２０Ａ／Ｃｕ１３Ａ）₁₅とする。
【００３０】
次に、このようにして製造された積層体について、四端子法によって磁気抵抗効果を測定した。その結果を図７に示す。図７は図４と同様のグラフであり、このグラフから磁気抵抗効果の大きさを示す磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを求めた。その結果、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは６．８％と大きな値となり、この実施例で製造した積層体が磁気抵抗効果素子として適していることが確認された。
（実施例５）
この実施例においては、磁性層をＮｉ_0.4 （Ｆｅ_0.5 Ｃｏ_0.5 ）_0.6 とし、非磁性層をＣｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。なお、基板としてはＳｉ上に１０００Ａ程度の酸化被膜を有するものを用いた。
【００３１】
実施例１と同一の成膜条件で、Ｃｕタ−ゲット及びＮｉ_0.4 （Ｆｅ_0.5 Ｃｏ_0.5 ）_0.6 合金タ−ゲットを交互にスパッタして、図１に示すように、膜厚９ＡのＣｕ非磁性層及び膜厚１５ＡのＮｉ_0.4 （Ｆｅ_0.5 Ｃｏ_0.5 ）_0.6 磁性層のペアを１５回積層した（積層数ｎ＝１５）。これを（Ｎｉ_0.4 （Ｆｅ_0.5 Ｃｏ_0.5 ）_0.6 １５Ａ／Ｃｕ９Ａ）₁₅とする。
【００３２】
次に、このようにして製造された積層体について、四端子法によって磁気抵抗効果を測定した。その結果を図８に示す。図８は図４と同様のグラフであり、このグラフから磁気抵抗効果の大きさを示す磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを求めた。その結果、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは７．８％と大きな値となり、この実施例で製造した積層体が磁気抵抗効果素子として適していることが確認された。
（参照例６）
この参照例においては、磁性層をＮｉ_0.25（Ｆｅ_0.75Ｃｏ_0.25）_0.75とし、非磁性層をＣｒとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。なお、基板としてはＭｇＯ（１００）単結晶を用いた。
【００３３】
実施例１と同一の成膜条件で、Ｃｒタ−ゲット及びＮｉ_0.25（Ｆｅ_0.75Ｃｏ_0.25）_0.75合金タ−ゲットを交互にスパッタして、図１に示すように、膜厚１３ＡのＣｒ非磁性層及び膜厚２０ＡのＮｉ_0.25（Ｆｅ_0.75Ｃｏ_0.25）_0.75磁性層のペアを１５回積層した（積層数ｎ＝１５）。これを、（Ｎｉ_0.25（Ｆｅ_0.75Ｃｏ_0.25）_0.75２０Ａ／Ｃｕ１３Ａ）₁₅とする。
【００３４】
次に、このようにして製造された積層体について、四端子法によって磁気抵抗効果を測定した。その結果を図９に示す。図９は図４と同様のグラフであり、このグラフから磁気抵抗効果の大きさを示す磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを求めた。その結果、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは５．７％と大きな値となり、この実施例で製造した積層体が磁気抵抗効果素子として適していることが確認された。
（比較例１）
ここでは、磁性層をＣｏとし、非磁性層をＣｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。なお、基板としては石英を用いた。
【００３５】
実施例１と同一の成膜条件で、先ず石英基板上にＦｅバッファ層を５０Ａの厚さで形成し、続けてＣｕタ−ゲット及びＣｏタ−ゲットを交互にスパッタして、図１に示すように、膜厚９ＡのＣｕ非磁性層及び膜厚７ＡのＣｏ磁性層のペアを１５回積層した（積層数ｎ＝１５）。これを、（Ｃｏ７Ａ／Ｃｕ９Ａ）₁₅とする。
【００３６】
次に、このようにして製造された積層体について、四端子法によって磁気抵抗効果を測定した。その結果を図１０に示す。図１０は図４と同様のグラフであり、このグラフから磁気抵抗効果の大きさを示す磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを求めた。その結果、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは４．４％と実施例よりも小さいことが確認された。
（比較例２）
ここでは、磁性層をＦｅとし、非磁性層をＣｒとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。なお、基板としてはＭｇＯ（１００）単結晶を用いた。
【００３７】
実施例１と同一の成膜条件で、Ｃｒタ−ゲット及びＦｅタ−ゲットを交互にスパッタして、図１に示すように、膜厚１３ＡのＣｒ非磁性層及び膜厚２０ＡのＦｅ磁性層のペアを１５回積層した（積層数ｎ＝１５）。これを、（Ｆｅ２０Ａ／Ｃｒ１３Ａ）₁₅とする。
【００３８】
次に、このようにして製造された積層体について、四端子法によって磁気抵抗効果を測定した。その結果を図１１に示す。図１１は図４と同様のグラフであり、このグラフから磁気抵抗効果の大きさを示す磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを求めた。その結果、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒは２．４％と実施例よりも小さいことが確認された。
（実施例７）
この実施例においては、磁性層をＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 とし、非磁性層をＣｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜するに際し、成膜条件を実施例１とは異なる条件とした例について示す。
【００３９】
本願発明者らは、磁気抵抗変化率が、成膜の際の加速電圧に非常に敏感であることを見出した。このため、この実施例では加速電圧を６００Ｖに上昇させ、ビ−ム電流は３０ｍＡに維持して成膜を行った。到達真空度及びＡｒ分圧は実施例１と同様にした。
【００４０】
ＭｇＯ（１１０）単結晶基板上に、先ず、Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 磁性層を１０Ａの厚さで成膜し、その上にＣｕ非磁性層を１０Ａの厚さで成膜し、このペアを１６回積層して積層体を製造した。これを（Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 １０Ａ／Ｃｕ１０Ａ）₁₆とする。
【００４１】
比較のため、磁性層をＣｏにした他は、上と同様にして磁性層及び非磁性層のペアを１６回積層して積層体を製造した。これを（Ｃｏ１０Ａ／Ｃｕ１０Ａ）₁₆とする。
【００４２】
次に、このようにして製造された積層体について、実施例１と同様に、四端子法によって磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを測定した。その結果、（Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 １０Ａ／Ｃｕ１０Ａ）₁₆ではΔＲ／Ｒが３９．４％であり、（Ｃｏ１０Ａ／Ｃｕ１０Ａ）₁₆では３１．５％であった。この結果から、磁性層を合金化した（Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 １０Ａ／Ｃｕ１０Ａ）₁₆のほうが磁気抵抗変化率が高いことが確認された。
（実施例８）
この実施例においては、磁性層をＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 とし、非磁性層をＣｕＡｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。
【００４３】
成膜条件を実施例７と同様に設定して、先ず石英基板上に厚さ５０ＡのＦｅバッファ層を成膜し、次いでその上にＣｕＡｕ非磁性層を１０Ａの厚さで成膜し、その上にＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 磁性層を２０Ａの厚さで成膜し、これら非磁性層及び磁性層のペアを１６回積層して積層体を製造した。これを（Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 ２０Ａ／ＣｕＡｕ１０Ａ）₁₆とする。
【００４４】
比較のため、磁性層をＣｏにした他は、上と同様にして磁性層及び非磁性層のペアを１６回積層して積層体を製造した。これを（Ｃｏ２０Ａ／ＣｕＡｕ１０Ａ）₁₆とする。
【００４５】
次に、このようにして製造された積層体について、実施例１と同様に、四端子法によって磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを測定した。その結果、（Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 ２０Ａ／ＣｕＡｕ１０Ａ）₁₆ではΔＲ／Ｒが２０．２％であり、（Ｃｏ２０Ａ／ＣｕＡｕ１０Ａ）₁₆では１７．８％であった。この結果から、磁性層を合金化した（Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 ２０Ａ／ＣｕＡｕ１０Ａ）₁₆のほうが磁気抵抗変化率が高いことが確認された。
（実施例９）
この実施例においては、磁性層をＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 とし、非磁性層をＡｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。
【００４６】
成膜条件を実施例７と同様に設定して、先ず、石英基板上に厚さ５０ＡのＦｅバッファ層を成膜し、次いで、その上にＡｕ非磁性層を１０Ａの厚さで成膜し、その上にＦｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 磁性層を２０Ａの厚さで成膜し、これら非磁性層及び磁性層のペアを１６回積層して積層体を製造した。これを（Ｆｅ_0.1 Ｃｏ_0.9 ２０Ａ／Ａｕ１０Ａ）₁₆とする。
【００４７】
比較のため、磁性層をＣｏにした他は、上と同様にして磁性層及び非磁性層のペアを１６回積層して積層体を製造した。これを（Ｃｏ２０Ａ／Ａｕ１０Ａ）₁₆とする。
【００４８】
次に、このようにして製造された積層体について、実施例１と同様に、四端子法によって磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを測定した。その結果、（Ｆｅ_0.1Ｃｏ_0.9２０Ａ／Ａｕ１０Ａ）₁₆ではΔＲ／Ｒが１５．３％であり、（Ｃｏ２０Ａ／Ａｕ１０Ａ）₁₆では１０．８％であった。この結果から、磁性層を合金化した（Ｆｅ_0.1Ｃｏ_0.9２０Ａ／Ａｕ１０Ａ）₁₆のほうが磁気抵抗変化率が高いことが確認された。
（参照例１０）
この参照例においては、磁性層をＮｉ_0.8Ｆｅ_0.2とし、非磁性層をＣｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。
【００４９】
成膜条件を実施例７と同様に設定して、先ず、石英基板上に厚さ５０ＡのＦｅバッファ層を成膜し、次いで、その上にＣｕ非磁性層を１０Ａの厚さで成膜し、その上にＮｉ_0.8 Ｆｅ_0.2 磁性層を１０Ａの厚さで成膜し、これら非磁性層及び磁性層のペアを１６回積層して積層体を製造した。これを（Ｎｉ_0.8 Ｆｅ_0.2 １０Ａ／Ｃｕ１０Ａ）₁₆とする。
【００５０】
比較のため、磁性層をＮｉにした他は、上と同様にして磁性層及び非磁性層のペアを１６回積層して積層体を製造した。これを（Ｎｉ１０Ａ／Ａｕ１０Ａ）₁₆とする。
【００５１】
次に、このようにして製造された積層体について、実施例１と同様に、四端子法によって磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを測定した。その結果、（Ｎｉ_0.8Ｆｅ_0.2１０Ａ／Ｃｕ１０Ａ）₁₆ではΔＲ／Ｒが１８．３％であり、（Ｎｉ１０Ａ／Ｃｕ１０Ａ）₁₆では１０．１％であった。この結果から、磁性層を合金化した（Ｎｉ_0.8Ｆｅ_0.2１０Ａ／Ｃｕ１０Ａ）₁₆のほうが磁気抵抗変化率が高いことが確認された。
（参照例１１）
この参照例においては、磁性層をＮｉ_0.8Ｆｅ_0.2とし、非磁性層をＡｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。
【００５２】
成膜条件を実施例７と同様に設定して、先ず、石英基板上に厚さ５０ＡのＦｅバッファ層を成膜し、次いで、その上にＡｕ非磁性層を１０Ａの厚さで成膜し、その上にＮｉ_0.8 Ｆｅ_0.2 磁性層を２０Ａの厚さで成膜し、これら非磁性層及び磁性層のペアを１６回積層して積層体を製造した。これを（Ｎｉ_0.8 Ｆｅ_0.2 ２０Ａ／Ａｕ１０Ａ）₁₆とする。
【００５３】
比較のため、磁性層をＮｉにした他は、上と同様にして磁性層及び非磁性層のペアを１６回積層して積層体を製造した。これを（Ｎｉ２０Ａ／Ａｕ１０Ａ）₁₆とする。
【００５４】
次に、このようにして製造された積層体について、実施例１と同様に、四端子法によって磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒを測定した。その結果、（Ｎｉ_0.8Ｆｅ_0.2２０Ａ／Ａｕ１０Ａ）₁₆ではΔＲ／Ｒが１３．４％であり、（Ｎｉ２０Ａ／Ｃｕ１０Ａ）₁₆では８．２％であった。この結果から、磁性層を合金化した（Ｎｉ_0.8Ｆｅ_0.2２０Ａ／Ａｕ１０Ａ）₁₆のほうが磁気抵抗変化率が高いことが確認された。
（参照例１２）
この参照例においては、磁性層をＮｉ_0.8Ｆｅ_0.2のパ−マロイとし、非磁性層をＣｕとして、イオンビ−ムスパッタ法を用いて積層体を成膜した例について示す。
【００５５】
先ず、チャンバ−内にＭｇＯ（１１０）単結晶基板をセットし、チャンバ−内を５×１０^-7Torrまで排気した後、Ａｒガスを１×１０^-4Torrになるまで導入し、加速電圧７００Ｖ、ビ−ム電流３０ｍＡの条件にてスパッタリングを実施した。タ−ゲットとしてＮｉ_0.8 Ｆｅ_0.2 合金及びＣｕを用い、ＭｇＯ（１１０）単結晶基板上に、最初にＮｉ_0.8 Ｆｅ_0.2 磁性層を１５Ａの厚さで成膜し、次いで、Ｃｕ非磁性層を１０Ａの厚さで成膜し、このペアを１６回積層して積層体を製造した。
【００５６】
この積層体のトルク曲線を図１２に示す。図１２に示すようにトルク曲線が２回対称であることから、膜面内に一軸磁気異方性が付与されていることが確認された。
【００５７】
図１３に磁性層における磁化容易軸方向の磁気抵抗効果を示す。この図から明らかなように、飽和磁界Ｈ_S が１．２ｋＯｅと小さいことが確認された。また、磁気抵抗変化率が１６．７％と高い値を示した。
【００５８】
同様の積層膜をＳｉＯ₂ 基板上に同様の条件で成膜した場合には、一軸磁気異方性は得られず、磁気抵抗変化率が５．５％であった。
また、図１３に示すように抵抗変化が１．０ｋＯｅ程度から始まり、２００Ｏｅの小さな磁界変化で急速に飽和に達しており、その傾きが非常に急峻であることが確認された。従って、この領域を使用すれば非常に高感度の磁界センサを実現することが可能となる。
【００５９】
【発明の効果】
この発明によれば、大きな磁気抵抗変化率を有し、超高真空を用いない通常の薄膜形成装置で成膜しても十分に実用化することができる磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗効果型ヘッドが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一態様に係る磁気抵抗効果素子を示す断面図。
【図２】非磁性層の厚さと磁気抵抗変化率との関係を示す図。
【図３】非磁性層の厚さと飽和磁界との関係を示す図。
【図４】実施例１における磁気抵抗変化率を示す図。
【図５】実施例２における磁気抵抗変化率を示す図。
【図６】実施例３における磁気抵抗変化率を示す図。
【図７】参照例４における磁気抵抗変化率を示す図。
【図８】実施例５における磁気抵抗変化率を示す図。
【図９】参照例６における磁気抵抗変化率を示す図。
【図１０】比較例１における磁気抵抗変化率を示す図。
【図１１】比較例２における磁気抵抗変化率を示す図。
【図１２】参照例１２におけるトルク曲線図。
【図１３】参照例１２における磁気抵抗効果を示す図。
【符号の説明】
１……基板、２……非磁性層、３……磁性層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a magnetoresistive head having a magnetoresistive element that has a magnetic layer laminated via a nonmagnetic layer and that exhibits a magnetoresistive effect.
[0002]
[Prior art]
The magnetoresistive effect is an effect that the resistance changes depending on the strength of the applied magnetic field. A magnetoresistive effect element using such a magnetoresistive effect is widely used as a magnetic field sensor or a magnetic head because it has high sensitivity and can obtain a relatively large output.
[0003]
Conventionally, permalloy alloy thin films have been widely used as magnetoresistive elements. However, the magnetoresistance change rate of the permalloy alloy thin film (ΔR / R: R is the electric resistance in the absence of a magnetic field, ΔR is the electric resistance R when applying a saturation magnetic field from R_S The value obtained by subtracting 2) is about 2 to 3%, and there is a problem that sufficient sensitivity cannot be obtained.
[0004]
On the other hand, recently, as a new magnetoresistive element, a so-called artificial lattice film, in which a magnetic layer and a nonmagnetic layer having a thickness of several angstroms to several tens of angstroms are alternately laminated, has attracted attention. . As such an artificial lattice film, (Fe / Cr)_n (Phys. Rev. Lett. Vol 61 (21) (1988) 2472), (Permalloy / Cu / Co / Cu)_n (J.Phys.SOC.Jap.vol 59 (9) (1990) 3061), (Co / Cu)_n (J. Mag. Mag. Mat. 94 (1991) L1, Phys. Rev. Lett. 66 (1991) 2152) are known.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Such an artificial lattice film has a remarkably large magnetoresistive effect as compared with a conventional permalloy thin film. However, a sufficiently large magnetoresistive effect cannot be achieved without using an apparatus capable of ultra-high vacuum processing such as an ultra-high vacuum deposition apparatus (UHV) and a molecular beam epitaxy (MBE) apparatus. In the case of being formed by a forming apparatus, the actual situation is that a value sufficient to satisfy the requirements has not yet been obtained.
[0006]
The present invention has been made in consideration of such a situation, and the purpose of the present invention is sufficiently practical even if a film is formed with a normal thin film forming apparatus having a large rate of change in magnetoresistance and not using an ultra-high vacuum. It is an object of the present invention to provide a magnetoresistive head using a magnetoresistive element that can be formed.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention includes first and second magnetic layers and a nonmagnetic layer provided between the two magnetic layers, wherein the two magnetic layers are Fe _1-x Co _x A laminate including a Co alloy represented by (0.5 ≦ x <1), wherein the nonmagnetic layer includes one or more of Cu and Au, a substrate supporting the laminate, and the substrate. There is provided a magnetoresistive effect element having a layer containing Cu, Au or CuAu alloy provided between the laminated body.
[0008]
The inventors of the present application have conducted research to obtain an element having a larger magnetoresistance effect by using the above-described so-called artificial lattice film, and as a result, the above-described (Co / Cu)_n It has been found that the magnetoresistive effect becomes very large when a part of Co is replaced by Fe. And it has been found that the magnetic layer is larger when adjacent magnetic layers are antiferromagnetically coupled in the absence of a magnetic field. The present invention has been made based on such findings.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below.
The magnetoresistive effect element according to the present invention is a laminated body in which magnetic layers and nonmagnetic layers are alternately laminated. For example, as shown in FIG. 1, a nonmagnetic layer 2 and a magnetic layer 3 are formed on a substrate 1. The pair 4 is stacked n times. In this case, as shown in this figure, the nonmagnetic layer may be formed first, or the magnetic layer 3 may be formed first. Further, a buffer layer made of a soft magnetic material such as Fe may be interposed between the substrate 1 and the laminate.
[0010]
The magnetic layer is Fe_1-x Co_x It is preferably composed of a Co alloy represented by (0.5 ≦ x <1), and other elements such as Ni may be included therein. For example, the magnetic layer is mainly composed of two or more of Fe, Co, and Ni, that is, an Fe—Co alloy, an Fe—Ni alloy, an Fe—Ni—Co alloy, and a Co—Ni alloy. Other elements may be contained therein. Of these, Fe-Co alloys are preferred. As the Fe-Ni alloy, Ni_1-x Fe_x (However, permalloy represented by 0 <x ≦ 0.64) is preferable. By replacing a part of this Fe with another element (for example, Mo, Mn, Cu, Cr, etc.), the magnetic permeability And the rate of change in magnetoresistance can be improved. The magnetic layer preferably has in-plane uniaxial magnetic anisotropy.
[0011]
Adjacent magnetic layers are preferably antiferromagnetically coupled with substantially no magnetic field applied. Here, the antiferromagnetic coupling means that the magnetic moments of the magnetic layers are coupled in the opposite direction between the adjacent magnetic layers. By coupling in this way, the magnetoresistance change rate can be increased. As described above, the antiferromagnetic coupling force is preferable, but the coupling force is preferably small. If the antiferromagnetic coupling force is small, the magnetoresistance change rate (ΔR / R) can be increased with a small magnetic field, which is suitable for applications such as a magnetic head. From the viewpoint of increasing the magnetoresistance change rate (ΔR / R) with a small magnetic field, the saturation magnetic field H of the element is used._S Is preferably small.
[0012]
The nonmagnetic layer is not particularly limited as long as it is formed of a material that can exhibit a magnetoresistance effect. Examples of the nonmagnetic layer include Cu, Cr, Au, Ag, Ru, and the like. These can be used alone or in an alloy containing these. When a Cu—Au alloy is used as the nonmagnetic layer, an effect of reducing the antiferromagnetic coupling force can be obtained.
[0013]
Various combinations of the magnetic metal layer and the nonmagnetic layer are conceivable. As a preferable combination, for example, an alloy constituting the magnetic layer is Fe._1-x Co_x In some cases, x is in the range of 0.5 ≦ x <1, and the nonmagnetic layer is Cu, and a large magnetoresistive effect can be obtained by the combination thereof.
[0014]
Various combinations of the magnetic metal layer and the nonmagnetic layer are conceivable, but preferable combinations include the following, and a large magnetoresistance effect can be obtained by the combination.
[0015]
  1) The alloy constituting the magnetic layer is Fe _1-x Co _x X is in the range of 0.5 ≦ x <1, and the nonmagnetic layer is Cu.
[0016]
  2) The alloy constituting the magnetic layer is Ni _1-y (Fe _1-x Co _x ) _y And 0.5 ≦ x <1 and 0.6 ≦ y <1, and the nonmagnetic layer is Cu.
[0017]
In order to obtain a sufficiently large magnetoresistance change rate (ΔR / R), the thickness t of the magnetic layer_M (Angstrom; hereinafter referred to as A) 2A ≦ t_M ≦ 100A, nonmagnetic layer thickness t_N 2A ≦ t_N ≦ 100A is preferable, 7A ≦ t_M ≦ 90A, 9 ≦ t_N ≦ 50 A is more preferable.
[0018]
The thickness of the nonmagnetic layer and the rate of change in magnetoresistance are as shown in FIG. 2, and the rate of change in magnetoresistance oscillates with respect to the thickness of the nonmagnetic layer._N Is preferably defined so that a large magnetoresistance change rate is obtained within the above-mentioned range. Further, as shown in FIG. 3, the saturation magnetic field also vibrates with respect to the thickness of the nonmagnetic layer, and the peak position overlaps the peak position of the magnetoresistance change rate. Therefore, it is desirable to determine the thickness of the nonmagnetic layer so that the rate of change in magnetoresistance and the saturation magnetic field are balanced according to the application. 2 and 3 show a 10 A thick Fe layer as the magnetic layer._0.1 Co_0.9 , And a laminate obtained by laminating the pair 16 times using Cu of each thickness as the nonmagnetic layer was measured at room temperature.
[0019]
The number n of layers is generally about 5 to several tens, and it is better to take into account the magnetoresistive effect. However, since the magnetoresistive effect is saturated even if it is too large, it is appropriately set up to the saturation range. It is preferable to do.
[0020]
The board | substrate for forming the laminated body of this invention is not specifically limited. For example, SiO, MgO, spinel, Si, etc. can be used.
Such a laminate is not only subjected to ultra-high vacuum processing such as molecular beam epitaxy (MBE) and ultra-vacuum sputtering, but also to initial vacuum such as RF magnetron sputtering, ion beam sputtering (IBS) and vapor deposition. Degree is 10^-7Less than Torr (ie pressure is 10^-7A large magnetoresistance change rate can be obtained even when the thin film is formed by an ordinary thin film forming technique (Torr or higher).
[0021]
A magnetoresistive effect element using a conventional artificial lattice film, such as (Co / Cu)_n (Fe / Cr)_n In the case of an element using a single element as a magnetic layer, a magnetoresistance change rate of 20 to 50% can be obtained when a film is formed with an ultrahigh vacuum apparatus such as MBE. When the apparatus is used, the rate of change in magnetoresistance is only a few percent. On the other hand, in the case of the magnetoresistive effect element according to the present invention, a practically sufficient magnetoresistance change rate can be obtained even if a normal film forming apparatus is used.
[0022]
Note that the composition and film thickness of each layer constituting the laminate need not be the same.
Examples of the present invention will be described below.
Example 1
In this example, the magnetic layer is Fe_0.1 Co_0.9 An example in which a non-magnetic layer is made of Cu and a laminate is formed using an ion beam sputtering method will be described.
[0023]
First, a quartz substrate is set in the chamber, and 5 × 10 5 in the chamber.^-7After exhausting to Torr, Ar gas is 1 × 10^-FourIt introduced until it became Torr, and it sputter | spatterred on the conditions of acceleration voltage 500V and beam current 30mA. Fe, Fe as target_0.1 Co_0.9 Using an alloy and Cu, an Fe target is first sputtered to form a 50A Fe buffer layer on the quartz substrate, followed by the Cu target and Fe._0.1 Co_0.9 As shown in FIG. 1, an alloy target is sputtered alternately to form a 9A thick Cu nonmagnetic layer and a 7A thick Fe layer._0.1 Co_0.9 A pair of magnetic layers was laminated 15 times (the number of laminated layers n = 15). This (Fe_0.1 Co_0.9 7A / Cu9A)₁₅And
[0024]
Although the buffer layer is provided in this embodiment, the buffer layer is not necessarily required when the present invention is implemented.
Next, the magnetoresistive effect of the laminated body thus manufactured was measured by a four-terminal method generally used in the field of the present invention. The result is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents the magnitude of the magnetic field, and the vertical axis represents the electric resistance value (R / R (H = 0)) normalized with the electric resistance at the time of magnetic field 0 being 1, and the relationship between them is shown. The magnetoresistance change rate ΔR / R indicating the magnitude of the magnetoresistive effect was obtained from this graph. As a result, the magnetoresistive change rate ΔR / R becomes a large value of 7.5%._0.1 Co_0.9 It was confirmed that a laminate using Cu as the nonmagnetic layer is suitable as a magnetoresistive element.
(Example 2)
In this example, the magnetic layer is Fe_0.25Co_0.75An example in which a non-magnetic layer is made of Cu and a laminate is formed using an ion beam sputtering method will be described.
[0025]
Under the same film formation conditions as in Example 1, an Fe buffer layer is first formed on a quartz substrate with a thickness of 50 A, followed by Cu target and Fe._0.25Co_0.75As shown in FIG. 1, an alloy target is sputtered alternately to form a 9A thick Cu nonmagnetic layer and a 7A thick Fe layer._0.25Co_0.75A pair of magnetic layers was laminated 15 times (the number of laminated layers n = 15). This (Fe_0.25Co_0.757A / Cu9A)₁₅And
[0026]
Next, the magnetoresistive effect was measured by the four-terminal method for the laminate thus manufactured. The result is shown in FIG. FIG. 5 is a graph similar to FIG. 4, and the magnetoresistance change rate ΔR / R indicating the magnitude of the magnetoresistance effect was obtained from this graph. As a result, the magnetoresistive change rate ΔR / R is as large as 11.1%, and the magnetic layer is Fe._0.25Co_0.75It was confirmed that a laminate using Cu as the nonmagnetic layer is suitable as a magnetoresistive element.
(Example 3)
In this example, the magnetic layer is Fe_0.1 Co_0.9 An example in which a non-magnetic layer is made of Cu and a laminate is formed using an ion beam sputtering method will be described. Note that a substrate having an oxide film of about 1000 A on Si was used.
[0027]
Under the same film formation conditions as in Example 1, Cu target and Fe_0.1 Co_0.9 As shown in FIG. 1, an alloy target is sputtered alternately to form a 9A thick Cu nonmagnetic layer and a 15A thick Fe layer._0.1 Co_0.9 A pair of magnetic layers was laminated 15 times (the number of laminated layers n = 15). This (Fe_0.1 Co_0.9 15A / Cu9A)₁₅And
[0028]
  Next, the magnetoresistive effect was measured by the four-terminal method for the laminate thus manufactured. The result is shown in FIG. FIG. 6 is a graph similar to FIG. 4, and the magnetoresistance change rate ΔR / R indicating the magnitude of the magnetoresistance effect was obtained from this graph. As a result, the magnetoresistance change rate ΔR / R was as large as 8.15%, and it was confirmed that the laminate manufactured in this example was suitable as a magnetoresistive element.
(Reference example 4)
  thisReference exampleIn, the magnetic layer is Fe_0.75Co_0.25An example in which a non-magnetic layer is Cr and a laminate is formed using an ion beam sputtering method will be described. As the substrate, MgO (100) single crystal was used.
[0029]
Under the same film formation conditions as in Example 1, Cr target and Fe were formed on a MgO (100) single crystal substrate._0.75Co_0.25As shown in FIG. 1, an alloy target is sputtered alternately, and as shown in FIG._0.75Co_0.25A pair of magnetic layers was laminated 15 times (the number of laminated layers n = 15). This (Fe_0.75Co_0.2520A / Cu13A)₁₅And
[0030]
Next, the magnetoresistive effect was measured by the four-terminal method for the laminate thus manufactured. The result is shown in FIG. FIG. 7 is a graph similar to FIG. 4, and the magnetoresistance change rate ΔR / R indicating the magnitude of the magnetoresistance effect was obtained from this graph. As a result, the magnetoresistance change rate ΔR / R was a large value of 6.8%, and it was confirmed that the laminate manufactured in this example was suitable as a magnetoresistive element.
(Example 5)
In this embodiment, the magnetic layer is made of Ni._0.4 (Fe_0.5 Co_0.5 )_0.6 An example in which a non-magnetic layer is made of Cu and a laminate is formed using an ion beam sputtering method will be described. Note that a substrate having an oxide film of about 1000 A on Si was used.
[0031]
Under the same film forming conditions as in Example 1, Cu target and Ni_0.4 (Fe_0.5 Co_0.5 )_0.6 As shown in FIG. 1, the alloy target is sputtered alternately to form a 9 A thick Cu nonmagnetic layer and a 15 A thick Ni layer._0.4 (Fe_0.5 Co_0.5 )_0.6 A pair of magnetic layers was laminated 15 times (the number of laminated layers n = 15). This (Ni_0.4 (Fe_0.5 Co_0.5 )_0.6 15A / Cu9A)₁₅And
[0032]
  Next, the magnetoresistive effect was measured by the four-terminal method for the laminate thus manufactured. The result is shown in FIG. FIG. 8 is a graph similar to FIG. 4, and the magnetoresistance change rate ΔR / R indicating the magnitude of the magnetoresistance effect was obtained from this graph. As a result, the magnetoresistance change rate ΔR / R was a large value of 7.8%, and it was confirmed that the laminate manufactured in this example was suitable as a magnetoresistive element.
(Reference example 6)
  thisReference exampleIn, the magnetic layer is Ni_0.25(Fe_0.75Co_0.25)_0.75An example in which a non-magnetic layer is Cr and a laminate is formed using an ion beam sputtering method will be described. Note that a MgO (100) single crystal was used as the substrate.
[0033]
Under the same film forming conditions as in Example 1, Cr target and Ni_0.25(Fe_0.75Co_0.25)_0.75As shown in FIG. 1, the alloy target is sputtered alternately to form a Cr nonmagnetic layer having a thickness of 13A and a Ni layer having a thickness of 20A._0.25(Fe_0.75Co_0.25)_0.75A pair of magnetic layers was laminated 15 times (the number of laminated layers n = 15). This is (Ni_0.25(Fe_0.75Co_0.25)_0.7520A / Cu13A)₁₅And
[0034]
Next, the magnetoresistive effect was measured by the four-terminal method for the laminate thus manufactured. The result is shown in FIG. FIG. 9 is a graph similar to FIG. 4, and the magnetoresistance change rate ΔR / R indicating the magnitude of the magnetoresistance effect was obtained from this graph. As a result, the magnetoresistance change rate ΔR / R was as large as 5.7%, and it was confirmed that the laminate manufactured in this example was suitable as a magnetoresistive element.
(Comparative Example 1)
Here, an example is shown in which a laminated body is formed by ion beam sputtering using Co as the magnetic layer and Cu as the nonmagnetic layer. Quartz was used as the substrate.
[0035]
Under the same film forming conditions as in Example 1, first, an Fe buffer layer is formed on a quartz substrate with a thickness of 50 A, and then Cu target and Co target are alternately sputtered, as shown in FIG. In this way, a pair of a 9 A thick Cu nonmagnetic layer and a 7 A thick Co magnetic layer was laminated 15 times (the number of layers n = 15). This is (Co7A / Cu9A)₁₅And
[0036]
Next, the magnetoresistive effect was measured by the four-terminal method for the laminate thus manufactured. The result is shown in FIG. FIG. 10 is a graph similar to FIG. 4, and the magnetoresistance change rate ΔR / R indicating the magnitude of the magnetoresistance effect was obtained from this graph. As a result, it was confirmed that the magnetoresistance change rate ΔR / R was 4.4%, which was smaller than that of the example.
(Comparative Example 2)
Here, an example in which a laminated body is formed by ion beam sputtering using a magnetic layer of Fe and a nonmagnetic layer of Cr will be described. Note that a MgO (100) single crystal was used as the substrate.
[0037]
A Cr target and an Fe target were alternately sputtered under the same film forming conditions as in Example 1, and as shown in FIG. 1, a Cr nonmagnetic layer with a thickness of 13A and an Fe magnetic layer with a thickness of 20A were obtained. Were stacked 15 times (the number of stacked layers n = 15). This is (Fe20A / Cr13A)₁₅And
[0038]
Next, the magnetoresistive effect was measured by the four-terminal method for the laminate thus manufactured. The result is shown in FIG. FIG. 11 is a graph similar to FIG. 4, and the magnetoresistance change rate ΔR / R indicating the magnitude of the magnetoresistance effect was obtained from this graph. As a result, it was confirmed that the magnetoresistance change rate ΔR / R was 2.4%, which was smaller than that of the example.
(Example 7)
In this example, the magnetic layer is Fe_0.1 Co_0.9 An example in which the non-magnetic layer is made of Cu, and the film forming conditions are different from those in Example 1 when forming a stacked body using the ion beam sputtering method will be described.
[0039]
The inventors of the present application have found that the magnetoresistive change rate is very sensitive to the acceleration voltage during film formation. For this reason, in this example, the acceleration voltage was raised to 600 V, and the beam current was maintained at 30 mA for film formation. The ultimate vacuum and Ar partial pressure were the same as in Example 1.
[0040]
First, on the MgO (110) single crystal substrate, Fe_0.1 Co_0.9 A magnetic layer was formed with a thickness of 10A, a Cu nonmagnetic layer was formed thereon with a thickness of 10A, and this pair was laminated 16 times to produce a laminate. This (Fe_0.1 Co_0.9 10A / Cu10A)₁₆And
[0041]
For comparison, a laminated body was manufactured by laminating a pair of a magnetic layer and a nonmagnetic layer 16 times in the same manner as above except that the magnetic layer was Co. This (Co10A / Cu10A)₁₆And
[0042]
Next, the magnetoresistive change rate ΔR / R was measured by the four-terminal method for the laminated body thus manufactured in the same manner as in Example 1. As a result, (Fe_0.1 Co_0.9 10A / Cu10A)₁₆Then, ΔR / R is 39.4%, and (Co10A / Cu10A)₁₆It was 31.5%. From this result, the magnetic layer was alloyed (Fe_0.1 Co_0.9 10A / Cu10A)₁₆It was confirmed that the rate of change in magnetoresistance was higher.
(Example 8)
In this example, the magnetic layer is Fe_0.1 Co_0.9 An example in which the nonmagnetic layer is made of CuAu and a laminate is formed using an ion beam sputtering method will be described.
[0043]
The film forming conditions were set in the same manner as in Example 7. First, a 50 A thick Fe buffer layer was formed on a quartz substrate, and then a CuAu nonmagnetic layer was formed thereon with a thickness of 10 A. Fe on_0.1 Co_0.9 A magnetic layer was formed to a thickness of 20 A, and a pair of these nonmagnetic layer and magnetic layer was laminated 16 times to produce a laminate. This (Fe_0.1 Co_0.9   20A / CuAu10A)₁₆And
[0044]
For comparison, a laminated body was manufactured by laminating a pair of a magnetic layer and a nonmagnetic layer 16 times in the same manner as above except that the magnetic layer was Co. This (Co20A / CuAu10A)₁₆And
[0045]
Next, the magnetoresistive change rate ΔR / R was measured by the four-terminal method for the laminated body thus manufactured in the same manner as in Example 1. As a result, (Fe_0.1 Co_0.9 20A / CuAu10A)₁₆Then, ΔR / R is 20.2%, and (Co20A / CuAu10A)₁₆It was 17.8%. From this result, the magnetic layer was alloyed (Fe_0.1 Co_0.9 20A / CuAu10A)₁₆It was confirmed that the rate of change in magnetoresistance was higher.
Example 9
In this example, the magnetic layer is Fe_0.1 Co_0.9 An example in which a non-magnetic layer is Au and a laminate is formed by ion beam sputtering will be described.
[0046]
The film forming conditions were set in the same manner as in Example 7. First, a 50 A thick Fe buffer layer was formed on a quartz substrate, and then an Au nonmagnetic layer was formed thereon with a thickness of 10 A. And Fe on it_0.1 Co_0.9 A magnetic layer was formed to a thickness of 20 A, and a pair of these nonmagnetic layer and magnetic layer was laminated 16 times to produce a laminate. This (Fe_0.1 Co_0.9   20A / Au10A)₁₆And
[0047]
For comparison, a laminated body was manufactured by laminating a pair of a magnetic layer and a nonmagnetic layer 16 times in the same manner as above except that the magnetic layer was Co. This (Co20A / Au10A)₁₆And
[0048]
  Next, the magnetoresistive change rate ΔR / R was measured by the four-terminal method for the laminated body thus manufactured in the same manner as in Example 1. As a result, (Fe_0.1Co_0.920A / Au10A)₁₆Then, ΔR / R is 15.3%, (Co20A / Au10A)₁₆It was 10.8%. From this result, the magnetic layer was alloyed (Fe_0.1Co_0.920A / Au10A)₁₆It was confirmed that the rate of change in magnetoresistance was higher.
(Reference example 10)
  thisReference exampleIn, the magnetic layer is Ni_0.8Fe_0.2An example in which a non-magnetic layer is made of Cu and a laminate is formed using an ion beam sputtering method will be described.
[0049]
The film formation conditions were set in the same manner as in Example 7. First, a 50 A thick Fe buffer layer was formed on a quartz substrate, and then a Cu nonmagnetic layer was formed thereon with a thickness of 10 A. And Ni on it_0.8 Fe_0.2 A magnetic layer was formed to a thickness of 10A, and a pair of these nonmagnetic layer and magnetic layer was laminated 16 times to produce a laminate. This (Ni_0.8 Fe_0.2   10A / Cu10A)₁₆And
[0050]
For comparison, a laminated body was manufactured by laminating a pair of a magnetic layer and a nonmagnetic layer 16 times in the same manner as above except that the magnetic layer was Ni. This is (Ni10A / Au10A)₁₆And
[0051]
  Next, the magnetoresistive change rate ΔR / R was measured by the four-terminal method for the laminated body thus manufactured in the same manner as in Example 1. As a result, (Ni_0.8Fe_0.210A / Cu10A)₁₆Then, ΔR / R is 18.3%, (Ni10A / Cu10A)₁₆It was 10.1%. From this result, the magnetic layer was alloyed (Ni_0.8Fe_0.210A / Cu10A)₁₆It was confirmed that the rate of change in magnetoresistance was higher.
(Reference example 11)
  thisReference exampleIn, the magnetic layer is Ni_0.8Fe_0.2An example in which a non-magnetic layer is Au and a laminate is formed by ion beam sputtering will be described.
[0052]
The film forming conditions were set in the same manner as in Example 7. First, a 50 A thick Fe buffer layer was formed on a quartz substrate, and then an Au nonmagnetic layer was formed thereon with a thickness of 10 A. And Ni on it_0.8 Fe_0.2 A magnetic layer was formed to a thickness of 20 A, and a pair of these nonmagnetic layer and magnetic layer was laminated 16 times to produce a laminate. This (Ni_0.8 Fe_0.2   20A / Au10A)₁₆And
[0053]
For comparison, a laminated body was manufactured by laminating a pair of a magnetic layer and a nonmagnetic layer 16 times in the same manner as above except that the magnetic layer was Ni. This (Ni20A / Au10A)₁₆And
[0054]
  Next, the magnetoresistive change rate ΔR / R was measured by the four-terminal method for the laminated body thus manufactured in the same manner as in Example 1. As a result, (Ni_0.8Fe_0.220A / Au10A)₁₆Then, ΔR / R is 13.4%, and (Ni20A / Cu10A)₁₆It was 8.2%. From this result, the magnetic layer was alloyed (Ni_0.8Fe_0.220A / Au10A)₁₆It was confirmed that the rate of change in magnetoresistance was higher.
(Reference example 12)
  thisReference exampleIn, the magnetic layer is Ni_0.8Fe_0.2An example in which a laminated body is formed using an ion beam sputtering method with a non-magnetic layer made of Cu and a nonmagnetic layer made of Cu will be described.
[0055]
First, an MgO (110) single crystal substrate is set in the chamber, and the inside of the chamber is 5 × 10.^-7After exhausting to Torr, Ar gas is 1 × 10^-FourIt introduced until it became Torr and sputter | spatter was implemented on the conditions of the acceleration voltage 700V and the beam current 30mA. Ni as target_0.8 Fe_0.2 Using an alloy and Cu, first Ni on a MgO (110) single crystal substrate_0.8 Fe_0.2 A magnetic layer was formed with a thickness of 15A, then a Cu nonmagnetic layer was formed with a thickness of 10A, and this pair was laminated 16 times to produce a laminate.
[0056]
The torque curve of this laminate is shown in FIG. As shown in FIG. 12, since the torque curve is symmetrical twice, it was confirmed that uniaxial magnetic anisotropy was imparted in the film surface.
[0057]
FIG. 13 shows the magnetoresistive effect in the easy axis direction of the magnetic layer. As is clear from this figure, the saturation magnetic field H_S Is as small as 1.2 kOe. The magnetoresistance change rate was as high as 16.7%.
[0058]
A similar laminated film is made of SiO.₂ When the film was formed on the substrate under the same conditions, no uniaxial magnetic anisotropy was obtained, and the magnetoresistance change rate was 5.5%.
Further, as shown in FIG. 13, it was confirmed that the resistance change started from about 1.0 kOe, reached saturation rapidly with a small magnetic field change of 200 Oe, and the slope was very steep. Therefore, if this region is used, it is possible to realize a magnetic field sensor with very high sensitivity.
[0059]
【The invention's effect】
According to the present invention, a magnetoresistive effect using a magnetoresistive effect element that has a large magnetoresistive change rate and can be sufficiently put into practical use even when formed with a normal thin film forming apparatus that does not use ultra-high vacuum. A mold head is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a magnetoresistive element according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the thickness of a nonmagnetic layer and the magnetoresistance change rate.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the thickness of a nonmagnetic layer and a saturation magnetic field.
4 is a graph showing a magnetoresistance change rate in Example 1. FIG.
5 is a graph showing a magnetoresistance change rate in Example 2. FIG.
6 is a graph showing the magnetoresistance change rate in Example 3. FIG.
[Fig. 7]Reference example 4The figure which shows the magnetoresistive change rate in.
8 is a graph showing the magnetoresistance change rate in Example 5. FIG.
FIG. 9Reference example 6The figure which shows the magnetoresistive change rate in.
10 is a graph showing the magnetoresistance change rate in Comparative Example 1. FIG.
11 is a graph showing a rate of change in magnetoresistance in Comparative Example 2. FIG.
FIG.Reference example 12FIG.
FIG. 13Reference example 12The magnetic resistance effect in FIG.
[Explanation of symbols]
  1 ... substrate, 2 ... nonmagnetic layer, 3 ... magnetic layer.

Claims

A first magnetic layer and a second magnetic layer; and a nonmagnetic layer provided between the two magnetic layers, wherein the two magnetic layers are Fe _1-x Co _x (0.5 ≦ x <1). A laminate including a Co alloy represented, and wherein the nonmagnetic layer includes one or more of Cu and Au ;
A substrate for supporting the laminate;
A magnetoresistive effect element comprising: a layer containing Cu, Au, or a CuAu alloy provided between the substrate and the laminate.

The magnetoresistive element according to claim 1, wherein the magnetic layer containing the Co alloy has uniaxial magnetic anisotropy in a plane.

An alloy represented by Ni _1-y (Fe _1-x Co _x ) _y (0.5 ≦ x <1 and 0.6 ≦ y <1), wherein at least one of the two magnetic layers further contains Ni. the element according to claim 1 or 2, characterized in that it consists of.

A magnetoresistive head comprising the magnetoresistive element according to claim 1 .

A magnetoresistive effect type magnetic field sensor comprising the magnetoresistive effect element according to any one of claims 1 to 3 .