JPH0567525A

JPH0567525A - 磁性積層体およびその製造方法ならびに磁気抵抗効果素子の製造方法

Info

Publication number: JPH0567525A
Application number: JP3254600A
Authority: JP
Inventors: Satoru Araki; 荒木悟; Yoshikazu Narumiya; 成宮義和
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1991-09-06
Filing date: 1991-09-06
Publication date: 1993-03-19

Abstract

(57)【要約】【構成】Ａｇ、ＡｕおよびＣｕの少なくとも１種を含
む単結晶状バッファ層上に、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの少
なくとも１種を含む磁性薄膜と、Ａｇ薄膜とを交互にエ
ピタキシャル成長させながら積層する。バッファ層、磁
性薄膜およびＡｇ薄膜は、好ましくは分子線エピタキシ
ー法で成膜する。ＲＨＥＥＤパターンはバッファ層、多
層膜とも（１００）配向単結晶であることを示す。積層
体は、面内に磁化容易軸をもち、面内の角型比０．５以
下であり、反強磁性を示す。【効果】従来の反強磁性型の積層体と比較して、数ｋ
Ｏｅ程度と低い磁場でも巨大磁気抵抗変化率を示し、こ
の磁気抵抗変化率はバッファ層によって格段と高いもの
となり、０．０１〜２０kOe の範囲で１〜１５０％の任
意の磁気抵抗変化率を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性積層体と、その製
造方法と、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）の製造方法と
に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種磁気抵抗センサ（ＭＲセンサ）や磁
気抵抗ヘッド（ＭＲヘッド）などのＭＲ素子は、磁界に
よる磁性膜の電気抵抗変化を検出して磁界強度やその変
化を測定するものであり、一般に、室温における磁気抵
抗変化率が大きく、動作磁界強度が小さいことが要求さ
れる。

【０００３】ＭＲ素子の磁性膜としては、従来、異方性
磁気抵抗効果を利用するＦｅ−Ｎｉ合金（パーマロイ）
やＮｉ−Ｃｏ合金が代表的に用いられている。しかし、
Ｆｅ−Ｎｉ合金やＮｉ−Ｃｏ合金では、動作磁界強度は
小さいが磁気抵抗変化率が２〜５％と小さい。

【０００４】他方、薄膜技術の進歩により、分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）法を用いた人工格子が登場してい
る。この人工格子は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法
を用いて形成された金属の原子オーダーの厚さの薄膜が
周期的に積層された構成をもち、バルク状の金属とは異
なった特性を示す。

【０００５】このような人工格子の１つとして、Ｆｅと
Ｃｒを交互に積層したＦｅ／Ｃｒ系磁性積層体の巨大磁
気抵抗変化材料が開発されている。このものでは、Ｃｒ
薄膜をはさんだＦｅ薄膜が、反平行に磁気的に結合して
いる。そして、外部磁場により、このＦｅのスピンが一
方向に揃いだし、それに従い抵抗が減少していく。この
結果４．２Ｋで４６％、室温で１６％の巨大な磁気抵抗
変化を示す（PhysicalReview Letters ６１巻、２４７
２ページ、１９８８年等）。

【０００６】しかし、Ｆｅ／Ｃｒ型磁性積層体は、磁気
抵抗変化率（ＭＲ変化率）は大きいものの動作磁界強度
が２０ｋＯｅ程度と極めて大きく、ＭＲ素子としては実
用上の制約がある。

【０００７】このような反強磁性を示す人工格子磁性積
層体については、その後世界中で活発な研究開発が開始
されており、現在までに、Ｃｏ／Ｃｒ系、Ｃｏ／Ｒｕ系
磁性積層体で、反強磁性的なスピンの層間結合が発見さ
れている。（Physical Review Letters ６４巻、２３０
４ページ、１９９０年）。しかし、ＭＲ変化率は、Ｃｏ
／Ｃｒ系で６．５％（４．５Ｋ）、Ｃｏ／Ｒｕ系で６．
５％（４．５Ｋ）ときわめて小さな値である。

【０００８】そこで本発明者らは、巨大磁気抵抗変化を
示し、しかも巨大磁気抵抗変化を示す動作磁界強度を小
さくでき、またその動作磁界強度を変化させることので
きる磁性積層体の開発を目的として種々検討を行なっ
た。その結果、特願昭３−１８６９０６号として、Ｆ
ｅ、ＣｏおよびＮｉの１種以上を含む磁性薄膜と、Ａｇ
薄膜とを分子線エピタキシー法で積層した磁性積層体を
提案している。このものは、面内に磁化容易軸をもち、
面内の角型比Ｂｒ／Ｂｓが０．５以下であり、反強磁性
的スピン配列をしており、数kOe と低い磁場でも巨大磁
気抵抗変化率を示し、室温で最大２０％にもおよぶ巨大
磁気抵抗変化率が得られる。

【０００９】

【本発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的
は、先の提案の（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）／Ａｇ系磁性積層
体の磁気抵抗変化率をさらに増大し、きわめて大きな磁
気抵抗変化を示し、巨大磁気抵抗変化を示す動作磁界強
度を変化させることのできる磁性積層体と、その製造方
法と、磁気抵抗変化素子の製造方法とを提供することで
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（８）の本発明により達成される。

【００１１】（１）Ａｇ、ＡｕおよびＣｕの少なくとも
１種を含む単結晶状バッファ層上に、Ｆｅ、Ｃｏおよび
Ｎｉの少なくとも１種を含む磁性薄膜と、Ａｇ薄膜とを
積層した多層膜を有することを特徴とする磁性積層体。

【００１２】（２）前記多層膜が、２〜６０A の厚さの
Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉの１種以上を含む磁性薄膜と、２
〜６０A の厚さのＡｇ薄膜とを分子線エピタキシー法に
よってエピタキシャル成長させながら積層したものであ
る上記（１）に記載の磁性積層体。

【００１３】（３）面内に磁化容易軸をもち、面内の角
型比がＢｒ／Ｂｓが０．５以下である上記（１）または
（２）に記載の磁性積層体。

【００１４】（４）反強磁性を示す上記（１）ないし
（３）のいずれかに記載の磁性積層体。

【００１５】（５）前記バッファ層の厚さが１００〜２
０００A である上記（１）ないし（４）のいずれかに記
載の磁性積層体。

【００１６】（６）基体上に、Ａｇ、ＡｕおよびＣｕの
少なくとも１種を含む単結晶状のバッファ層を形成し、
このバッファ層上に、上記（１）ないし（５）のいずれ
かに記載の多層膜を形成することを特徴とする磁性積層
体の製造方法。

【００１７】（７）前記バッファ層は、分子線エピタキ
シー法によって成膜後、１５０〜５００℃にてアニール
して形成される上記（６）に記載の磁性積層体の製造方
法。

【００１８】（８）上記（６）または（７）に記載の方
法で磁性積層体を得、この磁性積層体の多層膜表面に基
板を接着し、その後、前記基体およびバッファ層を除去
し、前記多層膜をパターニングすることを特徴とする磁
気抵抗効果素子の製造方法。

【００１９】

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成を詳細に説明
する。

【００２０】本発明の磁性積層体は、基体上に、バッフ
ァ層を有する。バッファ層は、Ａｇ、ＡｕおよびＣｕの
１種以上を含むものであればよく、実質的にＡｇ、Ａｕ
あるいはＣｕから形成されるものの他、これらの２種ま
たは３種の合金であってもよい。あるいは、場合によっ
ては、これらの１〜３種を３０at% 以上含む合金であっ
てもよい。

【００２１】そして、バッファ層は、実質的に単結晶を
なし、（１００）配向をしており、高速反射電子線回折
（ＲＨＥＥＰ）パターンには、＜０１０＞方向や＜０１
１＞方向に明瞭な等間隔のストリークが観察され、リン
グ状の回析は実質的に存在しない。

【００２２】バッファ層の厚さは、１００〜２０００A
より好ましくは２００〜１５００A、特に４００〜１０
００A とすることが好ましい。バッファ層を厚くしすぎ
ることは時間やコストの無駄となり、薄すぎるとバッフ
ァ層本来のバルクとしての格子定数を保てなくなり、バ
ッファ層としての機能が消失する。

【００２３】このようなバッファ層により、バッファ層
の抵抗を除外した抵抗変化である実質磁気抵抗変化率
は、２〜８倍程度向上する。

【００２４】用いる基体の材質としては、マグネシアＭ
ｇＯ（１００）、ガリウム−ヒ素ＧａＡｓ（１００）、
その他一般的な正方晶の単結晶基板が、使用可能であ
る。なお、基体の厚さには特に制限はないが、後述の基
体除去を行なうときには０．１〜３mm程度とすることが
好ましい。

【００２５】このような基体上に形成されたバッファ層
上には、複数の鉄族元素を含む磁性薄膜が形成されてお
り、各磁性薄膜は、非磁性中間層であるＡｇ薄膜と交互
に積層されている。本発明における磁性薄膜は、Ｆｅ、
ＣｏおよびＮｉの１種以上を含むものであればよく、実
質的にＦｅ、ＣｏあるいはＮｉから形成されるもののほ
か、これらの２種または３種の合金であってもよい。あ
るいはこれらの１〜３種を３０at% 以上含む合金であっ
てもよい。

【００２６】磁性薄膜の厚さは６０A 以下、特に５０A
以下、より好ましくは４０A 以下、さらに好ましくは２
０A 以下とすることが好ましい。厚さが６０A を超える
と、層間の磁性元素間の距離が相対的に遠くなり、反強
磁性的結合がなくなり、巨大磁気抵抗変化が示されなく
なってくる。また、磁性薄膜の厚さは２A 以上、特に、
４A 以上とすることが好ましい。２A 未満となると、形
成面内に磁性元素が連続して配列しなくなり、強磁性を
示さなくなる。

【００２７】Ａｇ薄膜は、Ａｇのみから形成されること
が好ましく、その厚さは６０A 以下、特に５０A 以下、
より好ましくは４５A 以下とすることが好ましい。６０
A を超えると、磁性薄膜間の距離が大きくなり、反強磁
性的結合が失われてくる。また、Ａｇ薄膜の厚さは、２
A 以上とすることが好ましい。２A 未満であると、連続
膜とならず、非磁性中間層の機能が失われてくる。

【００２８】これら磁性薄膜、Ａｇ薄膜およびそれらの
人工格子多層膜は、バッファ層により、実質的に単結晶
をなし、（１００）配向している。そして、この（１０
０）エピタキシャル成長は、前記同様、ＲＨＥＥＤパタ
ーンにて、＜０１０＞方向や＜０１１＞方向に明瞭な等
間隔のストリークが観察されることで確認される。

【００２９】このような場合、本発明の磁性積層体で
は、磁性層のくり返し周期、とりわけＡｇ薄膜の膜厚変
化によって、磁気交換結合エネルギーが周期的に振動し
つつ変化する。このような事実は、最近、スパッタによ
る磁性積層体では報告されているが、ＭＢＥ法による本
発明の磁性積層体人工格子では始めての発見である。

【００３０】より具体的には、主にＡｇ薄膜の膜厚によ
る振動型磁気結合によって、Ａｇ薄膜の膜厚を２〜６０
A の範囲で変化させると、飽和印加磁界Ｈｓａｔが周期
的に変化する。Ｈｓａｔは、１kOe 〜１０kOe の範囲に
て周期的に変化し、しかもＨｓａｔの極大値および極小
値も変化する。この際、磁気抵抗変化率も周期的に変化
し、振動するが、実質磁気抵抗変化率として、室温にて
２０％をこえ、３０％にも及ぶ巨大磁気抵抗変化率が得
られるＡｇ薄膜膜厚領域が存在する。

【００３１】この結果、２〜６０A の範囲にてＡｇ薄膜
の厚さを選択することにより、動作磁界強度０．０１〜
２０kOe にて、室温にて１〜５０％の実質磁気抵抗変化
率をもつ磁性積層体を自由に設計することができる。な
お、実質磁気抵抗変化率とは、バッファ層の抵抗分を差
し引いた多層膜の磁気抵抗変化率である。

【００３２】なお、磁性薄膜やＡｇ薄膜の厚さは、透過
型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、オージェ電子分光分
析等により測定することができ、また、結晶構造等はＸ
線回折等によっても確認することができる。

【００３３】本発明の磁性積層体において、磁性薄膜の
積層数および磁性薄膜／Ａｇ薄膜ユニットのくり返し回
数に特に制限はなく、目的とする磁気抵抗変化率等に応
じて適宜選定すればよいが、十分な磁気抵抗変化率を得
るためには、くり返し回数を２回以上、特に８回以上と
することが好ましい。くり返し回数が多いほど自由電子
が散乱される割合が多くなり好ましい。また、くり返し
回数をあまりに多くすると膜質の劣化が大きくなり、特
性の向上が望めなくなるので、５００回以下、特に２０
０回以下とすることが好ましい。なお、長周期構造は、
小角Ｘ線回折パターンにて、くり返し周期に応じた１
次、２次ピーク等の出現により確認することができる。

【００３４】このような積層体は、磁性薄膜の層間の反
強磁性的結合の結果、反強磁性を示すものである。反強
磁性は、例えば偏極中性子線回折によって容易に確認す
ることができる。また、反強磁性を示す結果、振動型磁
力計やＢ−Ｈトレーサーにて、積層体面内の印加磁場−
磁化曲線ないしＢ−Ｈループを測定すると、角形比Ｂｒ
／Ｂｓは０．５以下、特に０．３以下の値となり、場合
によってはＢｒ／Ｂｓはほぼ０となる。この際、印加磁
場−磁化曲線やＢ−Ｈループの減磁カーブと昇磁カーブ
とはきわめて近接する。そして、振動型磁力計やＢ−Ｈ
トレーサーやトルク計で、面内および面内法線方向面の
磁化のしやすさ、あるいは異方性エネルギーを測定する
と、磁化容易軸は面内に存在する。なお、図３には、曲
線Ａおよび曲線Ｂとして、それぞれ、積層体面内および
法線面の印加磁場−磁化曲線が示される。面内のＢｒ／
Ｂｓが０．５を越えると積層体の内部において反強磁性
を示す割合が急激に減少してしまい、その結果、ＭＲ変
化率が減少してしまう。

【００３５】なお、日本応用磁気学会誌１３，３３５−
３３８（１９８９）には、高周波スパッタ法を用いたＣ
ｏ／Ａｇ、Ｆｅ／Ａｇ系の人工格子磁性積層体が記載さ
れいる。しかし、このものは、極磁気カー効果を利用す
るための積層体であって、垂直磁気異方性をもち、ＭＲ
素子としたときには、ＭＲ変化率が低い。また、Japane
se Journal of Applied Physics, 26 巻 Supplement 26
-3,1451 ページ、１９８７年には、やはりスパッタ法に
よるＣｏ／Ａｇ系等の人工格子磁性積層体が報告されて
いるが、この場合は、積層体の電気抵抗（シート抵抗）
とＣｏとＡｇの積層周期依存性について主に述べられて
おり、反強磁性を示すとの報告はなく、またＭＲ変化率
についても調べられていない。

【００３６】さらにSuperlattices and Microstructure
s ４巻、１号、４５ページ、１９８８年には、スパッタ
法により作製したＦｅ、ＣｏおよびＮｉとＡｇとの磁性
積層体のホール係数や磁気抵抗効果について述べられて
いる。しかしここで述べられているＣｏ／Ａｇの磁気抵
抗効果は弱い印加磁場のときに様々な方向を向いている
Ｃｏの磁区構造によってもたらされるものであり、反強
磁性による巨大な磁気抵抗変化とは根本的に異なる。

【００１７】さらに、日本応用磁気学会誌１３，３３９
−３４２（１９８９）には、分子線エピタキシー法によ
るＣｏ／Ａｕ系の人工格子磁性積層体が報告されている
が、このものも垂直磁気異方性をもち、ＭＲ変化率は１
％（０．５ｋＯｅ、室温）と低い。

【００３７】本発明の磁性積層体を製造するには、分子
線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いることが好ましい。
本発明の場合、形成する磁性薄膜およびＡｇ薄膜の層厚
が極めてうすいため、ゆっくりと被着させることが必要
となる。成膜中の不純物混入を避けるため、超高真空領
域での成膜が必要となる。また、各々の層を生成する際
に相互拡散を起こし、反強磁性が失われることのないよ
う、被着粒子のエネルギーは低い程よい。この目的にも
っとも適しているのは、ＭＢＥ法である。

【００３８】ＭＢＥ法は、超高真空蒸着法の１種であ
り、超高真空中で蒸着源から蒸発した分子ないし物質を
基体表面に付着させて薄膜を成長させる方法である。具
体的には、シャッタの開閉により蒸着源を選択し、膜厚
計で測定しながら磁性薄膜と非磁性薄膜とを交互に蒸着
して多層膜を形成する。

【００３９】この際、通常、１０^-11 〜１０^-9Torr程度
の到達圧力とし、蒸着中の圧力は１０^-11 〜１０^-7Tor
r、特に１０^-10 〜１０^-7Torr程度とすることが好まし
い。そして、成膜速度は０．０１〜１A/sec 、特に０．
０５〜０．５A/sec 程度とすることが好ましい。

【００４０】エピタキシャル成長による多層膜の形成に
際しては、基板温度を１００℃以下、特に６０℃以下に
保つことが好ましい。基板温度が高すぎると、界面部分
で各々の元素が相互拡散をおこし、人工格子の膜質が低
下する。なお、磁性薄膜を磁界中で成膜し、面内磁気異
方性を強めてもよい。

【００４１】このような人工格子多層膜を担持するバッ
ファ層の形成に際してもＭＢＥ法を用いる。この際、成
膜速度は０．０１〜１A/sec 、特に０．０５〜０．３A/
secが好ましい。成膜速度が大きすぎると結晶構造が乱
れてしまい、単結晶バッファ層が得られにくくなる。た
だし、余りに遅い成膜速度では、時間やコストの無駄と
なる。なお、バッファ層成膜時の基体温度は２００℃以
下、特に１００℃以下が好ましい。基体温度が高すぎる
と、島状成長をおこしたり、バッファ表面に起伏や凹凸
を生じたりする。

【００４２】このような成膜を行ったのち、表面平滑な
単結晶バッファ層を得るためアニールを行なうことが好
ましい。アニール圧力は、１０^-11 〜１０^-8Torrとし、
アニール温度１５０〜５００℃、アニール時間１〜６０
分とすることが好ましい。アニールの温度が高すぎた
り、時間が長すぎたりすると表面に凹凸が生じてしま
う。

【００４３】そして、この後、このバッファ層上に、前
記のＭＢＥ法により、人工格子多層膜のエピタキシャル
成長を行う。

【００４４】このような磁性積層体は、磁気抵抗センサ
（ＭＲセンサ）や磁気抵抗ヘッド（ＭＲヘッド）などの
各種磁気抵抗素子（ＭＲ素子）に用いられる。本発明の
バッファ層を有する磁性積層体から磁気抵抗素子を製造
するには、以下のような手順に従うことが好ましい。

【００４５】まず、図１（ａ）に示されるように、前記
の方法に従い、単結晶の基体３上にバッファ層１および
多層膜２を有する磁性積層体を得る。次いで、図１
（ｂ）に示されるように、多層膜２に別の基板５を接着
層４を介して一体化する。

【００４６】用いる基板５の材質に制限はなく、アモル
ファスガラス基板、結晶化ガラス基板の他、通常用いら
れる各種基板、例えば、マグネシア、サファイヤ、シリ
コン、アルミナ、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バ
リウム、ニオブ酸リチウム、、チタン酸カルシウ等の各
種酸化物や、アルミナ−チタンカーバイド等の基板はい
ずれも使用可能であるが、特にコストと経時的に多層膜
に悪影響を及ぼさない点で、無アルカリガラスが好まし
い。そして、その厚さは０．３〜１mm程度とすればよ
い。また、用いる接着剤としては、公知の各種接着剤は
いずれも使用可能である。

【００４７】この後、図１（ｃ）に示されるように、基
体３とバッファ層１とを除去する。より具体的には、ラ
ッピング、ポリッシング等により単結晶基板３、バッフ
ァ層１の順に除去を行なう。この際、バッファ層１は多
層膜２上、ｄの厚さだけ残存させた方がよい。ｄはでき
るだけ０に近いことが好ましいが、１００A 程度以下と
することが好ましい。ｄが大きくなると、残存単結晶バ
ッファ層と流れる電流が多くなり、みかけ上の磁気抵抗
変化率が減少してしまう。ただし、ｄがあまりに小さく
なると、人工格子多層膜にダメージが生じ、磁気抵抗変
化率が減少するので、ｄは５０〜１００A であることが
好ましい。

【００４８】次いで、多層膜２をパターンニングして、
電極付により電極６を形成し、保護層やリード７を形成
して、図２、図３に示される磁気抵抗効果素子が製造さ
れる。

【００４９】なお、上記ではバッファ層の除去を行なっ
たが、バッファ層の除去を行なわずに磁気抵抗素子を作
製してもよいことは勿論である。

【００５０】

【実施例】以下、具体的実施例を挙げ、本発明をさらに
詳細に説明する。

【００５１】実施例１表面を鏡面研磨した０．５mm厚のマグネシアＭｇＯ（１
００）単結晶基体上に、ＭＢＥ法でＡｇ膜を成膜した。
到達圧力は７×１０^-11 Torr、動作圧力は７×１０^-10T
orr 、成膜速度は０．１A/sec とし、基体を２２℃に保
持して、３０rpm で回転させながら蒸着を行い、７３９
ＡのＡｇバッファ層を形成した。

【００５２】図４（ａ）に、成膜直後のバッファ層のＲ
ＨＥＥＤパターンを示す。成膜直後のＡｇバッファ層の
ＲＨＥＥＤパターンは＜０１０＞、＜０１１＞方向とも
等間隔のストリークが観察されるが、同時にリング状の
回析も観察されている。これは成膜直後のバッファ層の
結晶構造としては、単結晶となっている部分のほかに多
結晶の部分も少し含まれていることを示している。

【００５３】バッファ層成膜後、圧力を８×１０^-9Torr
に維持したまま、３５０℃にて、１５分間アニールを行
った。アニール後のＲＨＥＥＤパターンを図４（ｂ）に
示す。アニールにより、＜０１０＞、＜０１１＞方向と
も、ストリークはきわめて明瞭なものとなっており、
（１００）単結晶Ａｇバッファ層が形成されていること
がわかる。バッファ層形成時の基体温度を１００℃以下
の温度に低く保つことにより平坦な表面が得られる。し
かし結晶構造が多少乱れてしまい、多少多結晶の部分が
含まれてしまう。そこでこのバッファ層を超高真空槽内
でアニールすることにより、表面を平滑に保ったまま、
結晶構造を改善し、単結晶とすることができる。

【００５４】次いで、槽内を３×１０^-10 Torrとして、
このバッファ層上に、Ｃｏ磁性薄膜と、Ａｇ薄膜とを交
互に蒸着し、６ＡのＣｏと２１ＡのＡｇを１単位とし
て、これを３０回積層した磁性積層体サンプルを作製し
た。以下において、このような場合を [Co(6)-Ag(21)]₃₀ と表示する。各薄膜の厚さは、透過型電子顕微鏡により
測定した。

【００５５】蒸着は、ＭＢＥ法により行い、動作圧力は
９．７×１０^-10 Torr、成膜速度はＣｏの場合０．１A/
sec 、Ａｇの場合０．２A/sec とし、基体を３０rpm で
回転させながら蒸着を行なった。蒸着の際の基体温度は
４５℃とした。

【００５６】人工格子多層膜のＲＨＥＥＤパターンを図
４（ｃ）に示す。＜０１０＞、＜０１１＞方向とも明瞭
なストリークが観察され、（１００）エピタキシャル成
長が良好に行われたことがわかる。

【００５７】印加磁場−磁化曲線を、振動型磁力計によ
り測定した。また、サンプルを０．３mm×１．０mmの短
冊状とし、外部磁界を最大−２０〜＋２０kOe まで変化
させたときの抵抗を４端子法により測定し、実質磁気抵
抗（ＭＲ）変化率ΔＲ／Ｒを求めた。測定電流は１．０
９μA とし、外部磁界を異なる方向から印加した。ＭＲ
変化率ΔＲ／Ｒは、最大抵抗値をＲmax、最小抵抗値をＲ
min とし、 ΔＲ／Ｒ＝（Ｒmax −Ｒmin ）／Ｒmin ×１００（％）として計算した。この際としては、積層体全体の抵抗Ｒ
ｔは、バッファ層の抵抗Ｒｂと、多層膜の実質磁気抵抗
Ｒｍの並列結合と仮定し、Ｒｍ＝Ｒｔ×Ｒｂ／（Ｒｂ−
Ｒｔ）、（Ｒｂ＝５．４Ω）を用いて、それぞれの印加
磁場のときのＲｔよりＲｍを算出し、このＲｍからΔＲ
／Ｒを求めた。

【００５８】ＭＲ変化率を図５に示す。図５中、Trans
は試料面内、電流と直角方向に外部磁界を印加した場
合、Longは、試料面内、電流と平行方向に外部磁界を印
加した場合、Normalは、試料法線方向に外部磁界を印加
したときの結果である。Transでは、室温にて、印加磁
界２０kOe で２９．９％の実質ＭＲ変化率が得られた。
また、７７Ｋでは、１１８．２％を得た。

【００５９】さらに、試料面内方向の印加磁場−磁化曲
線が図６（ａ）に示される。この場合の角形比は０．１
であった。

【００６０】これらから、積層体は面内に磁化容易軸を
もち、角形比は小さく、反強磁性を示すことが推定され
た。実際、偏極中性子線回折の結果も、積層ユニット厚
の２倍周期に対応したブラッグ角に回折線が認められ、
層間の反強磁性的結合が確認された。

【００６１】なお、基体をアモルファスガラスにかえた
他は、前記と全く同様にＡｇバッファ層と、［Ｃｏ
（６）−Ａｇ（２１）］₃₀の多層膜との磁性積層体を形
成した。このもののアニール後のバッファ層も、多層膜
もＲＨＥＥＤパターンには単結晶を示す事実は確認され
なかった。このものの面内Ｂｒ／Ｂｓは、図６（ｂ）に
示されるように、０．１で面内に磁化容易軸をもち、反
強磁性を示した。

【００６２】この積層体は、図７に示されるように、室
温で１４％、また７７Ｋ、２０kOeで２６．１％のＭＲ
変化率を示した。これらから、本発明の単結晶バッファ
層の効果が明らかである。

【００６３】実施例２実施例１において、［Ｃｏ（６）−Ａｇ（ｔ）］₇₀に
て、Ａｇ薄膜の厚さｔを種々変えて実験を行なった。

【００６４】Ａｇ薄膜の厚さを変えたときの飽和印加磁
場Ｈｓａｔを測定したところ、Ｈｓａｔは、Ａｇ薄膜の
厚さの変化により、周期的に振動して変化していること
が確認された。振動の極大ピークは、ｔ＝９A および２
５A にあり、反強磁性結合エネルギーＪ_AFを、Ｊ_AF＝Ｈｓａｔ・Ｍｓ・ｔ（Ｃｏ）／４ｔ（Ｃｏ）はＣｏ層の厚さから計算すると、９A の１次ピークで０．１２erg/cm
² 、２５A の２次ピークで０．１５erg/cm³ と評価され
た。

【００６５】なお、以上のような効果は、ＮｉやＦｅの
磁性薄膜でも、Ａｕ、Ｃｕの単結晶バッファ層でも同等
に実現した。

【００６６】

【発明の効果】本発明の多層膜は、従来の反強磁性的結
合による磁気抵抗変化積層体と比較して、より低磁場で
より大きな巨大磁気抵抗変化が得られる。この多層膜
は、単結晶状バッファ層上にエピタキシャル成長させて
形成されているので、磁気抵抗変化比はより一層大きな
ものとなる。そして、磁気結合エネルギーの振動周期変
化を利用して、０．０１〜２０kOe の任意の動作磁界に
て、１〜１５０％の任意の磁気変化を得ることができ
る。そして、外部磁場方向によって、異なる磁気抵抗変
化特性を得ることができるという特徴をもつ。さらに、
バッファ層を除去して磁気抵抗素子とすれば、きわめて
大きな感度が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁性積層体を用いて磁気抵抗素子を製
造する際の工程を説明するための正面図である。

【図２】本発明によって得られる磁気抵抗素子の正面図
である。

【図３】本発明によって得られる磁気抵抗素子の平面図
である。

【図４】本発明の磁性積層体の製造方法における工程終
了ごとの高速反射電子線回折パターンを示す図面代用写
真である。

【図５】本発明の磁性積層体の印加磁場と磁気抵抗（Ｍ
Ｒ）変化率との関係を示すグラフである。

【図６】本発明の磁性積層体の印加磁場−磁化曲線を示
すグラフである。

【図７】他の磁性積層体の印加磁場と、磁気抵抗（Ｍ
Ｒ）変化率との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１バッファ層２多層膜３基体４接着層５基板６電極７リード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ａｇ、ＡｕおよびＣｕの少なくとも１種
を含む単結晶状バッファ層上に、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉ
の少なくとも１種を含む磁性薄膜と、Ａｇ薄膜とを積層
した多層膜を有することを特徴とする磁性積層体。
【請求項２】前記多層膜が、２〜６０A の厚さのＦ
ｅ、ＣｏおよびＮｉの１種以上を含む磁性薄膜と、２〜
６０A の厚さのＡｇ薄膜とを分子線エピタキシー法によ
ってエピタキシャル成長させながら積層したものである
請求項１に記載の磁性積層体。
【請求項３】面内に磁化容易軸をもち、面内の角型比
がＢｒ／Ｂｓが０．５以下である請求項１または２に記
載の磁性積層体。
【請求項４】反強磁性を示す請求項１ないし３のいず
れかに記載の磁性積層体。
【請求項５】前記バッファ層の厚さが１００〜２００
０A である請求項１ないし４のいずれかに記載の磁性積
層体。
【請求項６】基体上に、Ａｇ、ＡｕおよびＣｕの少な
くとも１種を含む単結晶状のバッファ層を形成し、この
バッファ層上に、請求項１ないし５のいずれかに記載の
多層膜を形成することを特徴とする磁性積層体の製造方
法。
【請求項７】前記バッファ層は、分子線エピタキシー
法によって成膜後、１５０〜５００℃にてアニールして
形成される請求項６に記載の磁性積層体の製造方法。
【請求項８】請求項６または７に記載の方法で磁性積
層体を得、この磁性積層体の多層膜表面に基板を接着し、その後、前記基体およびバッファ層を除去し、前記多層膜をパターニングすることを特徴とする磁気抵
抗効果素子の製造方法。