Magnetic laminate and the magneto-resistance effect element

【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、それを用いた磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）とに関する。

【０００２】

【従来の技術】各種磁気センサ（ＭＲセンサ）や磁気ヘッド（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、縦磁気抵抗変化と横磁気抵抗変化との差、すなわち異方性磁気抵抗効果が２％と小さい。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】本発明の主たる目的は、磁気抵抗変化率が大きく、しかも動作磁界強度を小さくでき、また動作磁界強度を変化させることのできる磁性積層体と、この積層体を用いた磁気抵抗変化素子とを提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記（１）〜（４）の本発明により達成される。 （１） ４〜２０Åの厚さのＮｉ _x Ｍ _1-x （ＭはＦｅおよび／またはＣｏを表し、ｘは０＜ｘ＜１の関係を満たす。）の組成の磁性薄膜と、２〜６０Åの厚さのＡｇ薄膜とが積層されており、前記磁性薄膜とＡｇ薄膜とのユニットのくり返し回数を２回以上として積層し、面内に磁化容易軸をもち、磁化容易軸方向の角形比Ｂｒ／Ｂｓ
が０．５以下であることを特徴とする磁性積層体。 （２） 反強磁性を示す上記（１）の磁性積層体。 （３） 前記磁性薄膜とＡｇ薄膜とを分子線エピタキシー法によって積層した上記（１）または（２）の磁性積層体。 （４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の磁性積層体を有することを特徴とする磁気抵抗効果素子。

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【００１０】

【００１１】なお、近年、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（ＭＢ
Ｅ）法を用い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。

【００１２】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）。

【００１３】しかし、Ｆｅ／Ｃｒ系磁性積層体は、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。

【００１４】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 ReviewLetters ６４巻、２３０４
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。

【００１５】また、ＣｏとＣｕを交互に積層したＣｏ／
Ｃｕ系磁性積層体の巨大磁気抵抗変化材料が開示されている［DHMosca, et al., J. Magnetism and Magnetic
Material, vol.94 (1991), L1］。 そして、このものは、層間でＣｏが反強磁性的結合をしていると考えられ、上記のＦｅ／Ｃｒ系磁性積層体と同様のメカニズムで、４．２Ｋで７８％、室温で４８％の巨大な磁気抵抗を示すことも記載されている。

【００１６】さらに、ＣｏおよびＦｅと、Ｃｕを交互に積層したＣｏ−Ｆｅ／Ｃｕ系磁性積層体の巨大磁気抵抗変化材料が開示されている［Saito, et al., JJAP,
vol.30(1991), L1733］。 このものも、反強磁性的結合に基づき、磁気抵抗変化を示すと考えられ、その変化は、室温で４０％程度の大きなものであることが示されている。

【００１７】しかし、Ｃｏ／Ｃｕ系やＣｏ−Ｆｅ／Ｃｕ
系の磁性積層体は、上記のように、磁気抵抗変化率は大きいものの、いずれもイオンビームスパッタ法により作製されている。 イオンビームスパッタ法では、被着される粒子をもつ運動エネルギーが数十〜数百eVと高いため、界面において各々の元素が相互拡散を起こし組成の分布が生じてしまう。 その結果、異種元素が直接接することによって生じると考えられる人工格子本来の特異な特性が得られにくくなってしまう。

【００１８】また、ＮｉとＡｇを交互に積層した磁性積層体が開示されており［B. Rodmacq, et al., First Ky
oto-Duisburg Workshop on Ultrathin Magnetic Films
andMultilayers (1991):CA dos Santos, et al., Ap
plied Physics Letters, Vol.59 (1991): P126］、反強磁性的結合に基づき、磁気抵抗変化を示すことも記載されている。 そして、このときの磁気抵抗変化は、４．２
Ｋで２５％程度である。

【００１９】しかし、このものはスパッタ法により作製されるものであり、上記のものと同様の欠点がある。

【００２０】しかしながら、Ｆｅ−Ｎｉパーマロイ系合金を用いた磁性積層体の反強磁性結合については従来知られていない。

【００２１】

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成を詳細に説明する。

【００２２】本発明の磁性積層体は、基体上に、Ｎｉ _x
Ｍ _1-x （ＭはＦｅおよび／またはＣｏを表し、ｘは０＜
ｘ＜１の関係を満たす。 ）の組成の磁性薄膜を有し、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、上記のように、Ｎｉ−Ｆｅ合金（パーマロイ合金）組成あるいはＮ
ｉ−Ｃｏ合金組成を有するものであり、さらにはＮｉ−
Ｆｅ−Ｃｏ合金組成を有するものであってもよく、Ｎｉ
のほかに、ＦｅおよびＣｏの少なくとも一方を含有する。

【００２３】ＭがＦｅのとき、ｘは、好ましくは０．４
＜ｘ＜１、特に０．７≦ｘ≦０．９の関係を満足することが好ましい。 ｘを、このような範囲とすることにより、結晶磁気異方性が小さくなって等方的になり、磁性積層体としたとき層間の反強磁性的結合が結晶磁気異方性に比べて相対的に大きくなり、このような反強磁性に基づく磁気抵抗変化（ＭＲ変化）が大きくなりやすい。
すなわち、ＭＲ素子としたときの感度上昇の効果が得られる。 これに対し、ｘが小さくなって、Ｆｅの割合が大となると結晶磁気異方性が大きくなり反強磁性が十分に得られにくくなり、十分な磁気抵抗変化（ＭＲ変化）を示さなくなる。 ｘ＝０のときが、この端的な例となる。
また、ｘが大きくなると、人工格子構造をとった場合においてはＮｉがキュリー温度の低下により十分な磁化を示さなくなり、ＭＲ変化が極端に減少する。 ｘ＝１のときが、この端的な例となる。

【００２４】また、ＭがＣｏの時には、０＜ｘ≦０．９
の関係を満足することが好ましい。 ｘを、このような範囲とすることにより、室温で強磁性を示しやすくなり、
十分なＭＲ変化が得られる。 これに対し、ｘが大きくなってＮｉ単体に近くなると、本発明における磁性膜の厚さでは、室温で強磁性を示さなくなる。 このため、ＭＲ
センサやＭＲヘッドへの実質的な利用が不可能となる。
ｘ＝１のときが、この端的な例となる。

【００２５】さらに、ＭがＦｅおよびＣｏのとき、その組成をＮｉ _x Ｆｅ _y Ｃｏ _1-xyで示すと、ｘは０＜ｘ≦
０．５の関係を満足することが好ましい。 ｘをこのような範囲とすることによってＭＲ変化が大きくなる。 ｘが大きくなると、相対的にＮｉの割合が増加してしまい、
室温で十分な磁化を示さなくなる。 その結果、室温でのＭＲ変化が減少し、ＭＲセンサやＭＲヘッドとしての機能を果さなくなってしまう。 ｘ＝１のときが、この端的な例となる。 また、ｙは０．１≦ｙ≦０．６、特に０．
１≦ｙ≦０．４の関係を満足することが好ましい。 ｙをこのような範囲とすることによって、磁性膜のもつスピンの方向が反平行のときと平行のときとの電子の散乱度が大きくなり、そのためＭＲ変化が増大する。 ｙが小さくなりすぎたり、大きくなりすぎたりすると、電子の散乱度が小さくなり、あまり大きなＭＲ変化を示さなくなる。

【００２６】本発明における磁性薄膜の厚さは４〜２０
Å、好ましくは６〜１６Åとするのがよい。 厚さが大きくなりすぎると、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。 これに対し、磁性薄膜の厚さが小さすぎると、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６０Å以下、特に５０Å以下、
より好ましくは４５Å以下とすることが好ましい。 膜厚が大きくなると、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、
２Å以上とすることが好ましい。 膜厚が小さくなると、
連続とならず、非磁性中間層の機能が失われてくる。

【００２８】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。 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２〜６
０Å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、室温にて８％をこえる磁気抵抗変化率が得られるＡｇ薄膜膜厚領域が存在する。

【００２９】この結果、２〜６０Å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１〜１５％の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。

【００３０】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、その結晶構造等はＸ線回折や高速反射電子線回折（ＲＨＥＥＤ）等により確認することができる。

【００３１】また、膜組成の分析は、Ｘ線マイクロアナリシス（ＥＰＭＡ）や蛍光Ｘ線分析（ＩＣＰ）等により行なうことができる。

【００３２】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。 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２００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。

【００３３】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、面内のＢｒ／
Ｂｓが０．５をこ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。

【００３４】積層体を形成する基体の材質に特に制限はなく、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、ガリウム−ヒ素、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸リチウム等の各種酸化物等の単結晶基板や、アルミナ−チタンカーバイド、チタン酸カルシウム等の多結晶基板はいずれも使用可能である。

【００３５】Ｆｅ／Ｃｒ系ではガラス基板を用いると特性劣化が生じるが、本発明では、ガラス基板を用いても十分に良好な特性が得られる。 このような場合、一般に、中角領域でのＸ線回折によれば、ガラス基板上では、Ａｇ薄膜は（１１１）配向しており、Ｎｉ _x Ｆｅ
_1-x 、Ｎｉ _x Ｃｏ _1-x 、Ｎｉ _x Ｆｅ _y Ｃｏ _1-xyではいずれもｆｃｃ（１１１）配向をとっており、多結晶となっていると考えられる。 また、ＭｇＯ基板上では、Ａｇ
（２００）ピークと、Ｎｉ _x Ｆｅ _1-x 、Ｎｉ _x Ｃｏ
_{1- x} 、Ｎｉ _x Ｆｅ _y Ｃｏ _1-xyのいずれでも、（２０
０）ピークとが確認され、（１００）のエピタキシャル成長が主になっていると考えられる。

【００３６】なお、基体の寸法にも特に制限はなく、適用される素子に応じて適宜選定すればよい。 基体の磁性積層体が形成される側の表面には、必要に応じて各種下地膜が形成されていてもよい。

【００３７】さらに、最上層表面には、窒化けい素や酸化けい素および種々の金属層等の酸化防止膜が設けられてもよく、電極引き出しのための金属導電層が設けられてもよい。

【００３８】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。

【００３９】これに対し、イオンビームスパッタ法による磁性積層体では、被着粒子のエネルギーが高いため、
層間において各々の元素の組成分布が生じる等、膜質に難点があり、これに起因して、ＭＲ変化率の減少等が生じる。

【００４０】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する。

【００４１】この際、通常、１０ ^-11 〜１０ ^-9 Torr程度の到達圧力とし、蒸着中の圧力１０ ^-11 〜１０ ^-7 Torr、
特に１０ ^-10 〜１０ ^-7 Torr程度にて、成膜速度０．０１
〜１０Å／sec 、特に０．１〜１．０Å／sec 程度で成膜することが好ましい。 また、被着粒子は０．０１〜５
eV、好ましくは０．０１〜１eVの運動エネルギーを有する。 そして、中心エネルギーは０．０５〜０．５eVである。

【００４２】また、Ｎｉ _x Ｍ _1-x （ＭまたはＦｅおよび／またはＣｏを表し、ｘは０＜ｘ＜１の関係を満たす。）の組成の磁性薄膜を作製する際に用いる蒸着源となる母合金としては、Ｎｉ _x Ｍ _1-x （ＭまたはＦｅおよび／またはＣｏを表し、ｘは０＜ｘ＜１の関係を満たす。）の組成のものを用いることが好ましい。

【００４３】また、薄膜の結晶構造を整えるために、必要に応じ、成膜時に基体を加熱してもよい。 加熱温度は、各薄膜間での拡散を防ぐため８００℃以下とすることが好ましい。 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。

【００４４】本発明の磁性積層体は、ＭＲセンサやＭＲ
ヘッドなどの各種ＭＲ素子に好ましく適用され、使用する際には、必要に応じてバイアス磁界が印加される。 さらに、薄膜型の磁気ヘッドのギャップ内、あるいは同一トラック内に、本発明の磁性積層体を配置し、読み出しをＭＲ素片で行なうものであってもよい。

【００４５】

【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。

【００４６】実施例１ マグネシア単結晶基体上にＮｉ _x Ｆｅ _1-x （ｘ＝０．８
１）の組成の磁性薄膜と、Ａｇ薄膜とを交互に蒸着し、
８ÅのＮｉ _x Ｆｅ _1-xと２４Å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No. １を作製した。 以下において、このような場合を ［ＮｉＦｅ（８）−Ａｇ（２４）］ 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。

【００４７】また、薄膜の組成はＩＣＰにより測定した。

【００４８】蒸着は、到達圧力７×１０ ^-11 Torrの真空槽内において、ＭＢＥ法により行なった。 動作圧力は９
×１０ ^-10 Torr、成膜速度は約０．５Å／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３０℃とした。 被着粒子の中心運動エネルギーは、約０．１eVである。

【００４９】また、Ｎｉ _x Ｆｅ _1-x磁性薄膜作製の蒸着源に用いる母合金は、Ｎｉ _0.8 Ｆｅ _0.2の組成のものとした。

【００５０】このものの印加磁場−磁化曲線を振動型磁力計により測定した。

【００５１】図１には、試料面内方向の印加磁場−磁化曲線が示される。 この場合の角形比（面内Ｂｒ／Ｂｓ）
は０．１であった。

【００５２】このものは面内に磁化容易軸をもち、上記のように、角形比は０．１と小さく、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。

【００５３】サンプルNo. １を０．５mm×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た。

【００５４】サンプルNo. １について、試料面内、電流と直角方向に外部磁界を印加した場合（Trans ）の、室温ＲＴでの磁気抵抗変化率Δρ／ρ _Sを求めた。 ここで、ρ _Sは飽和抵抗率（印加磁場を増加させたときにρ
が飽和したときの値）である。 また、Δρ＝ρ−ρ _S
で、ρは各々の印加磁場での抵抗率であり、本発明の反強磁性によるＭＲ変化の場合のΔρは、印加磁場をＨとして、Δρ＝ρ（Ｈ＝Ｏ）−ρ（Ｈ＝２０kOe ）で表すことができる。

【００５５】この結果、Δρ／ρ _Sは７．９％であった。 またρ _Sは１１．４μΩcm、Δρは０．９μΩcmであった。

【００５６】実施例２ 実施例１のサンプルNo. １において、基体をアモルファスガラスにかえたほかは同様にして［ＮｉＦｅ（８）−
Ａｇ（２４）］ ₃₀の磁性積層体を形成し、サンプルNo.
２を作製した。 このものも面内Ｂｒ／Ｂｓが０．２で、
面内に磁化容易軸をもち、反強磁性を示すことが推定された。

【００５７】サンプルNo. ２について、実施例１と同様にしてΔρ／ρ _Sを求めたところ、７．１％であった。
またρ _Sは１２．０μΩcm、Δρは０．８５μΩcmであった。

【００５８】実施例３ 実施例１のサンプルNo. １において、Ａｇの１単位当たりの厚さを１２Åとするほかは同様にして、［ＮｉＦｅ
（８）−Ａｇ（１２）］ ₃₀で表示されるサンプルNo. ３
をＭＢＥ法により作製した。 ただし、動作圧力は８×１
０ ^-10 Torrとした。

【００５９】このものの試料面内方向の印加磁場−磁化曲線が図２に示される。 この場合の面内Ｂｒ／Ｂｓは０．４であり、面内に磁化容易軸をもち、反強磁性を示すことが推定された。

【００６０】サンプルNo. ３について、実施例１と同様にしてΔρ／ρ _Sを求めたところ、７．１％であった。
またρ _Sは１８．４μΩcm、Δρは１．３μΩcmであった。

【００６１】実施例４ 実施例３のサンプルNo. ３において、基体をアモルファスガラスにかえたほかは同様にして［ＮｉＦｅ（８）−
Ａｇ（１２）］ ₃₀の磁性積層体を形成し、サンプルNo.
４を作製した。 このものも面内Ｂｒ／Ｂｓは０．４で、
面内に磁化容易軸をもち、反強磁性を示すことが推定された。

【００６２】サンプルNo. ４について、実施例１と同様にしてΔρ／ρ _Sを求めたところ、６．３％であった。
またρ _Sは１９．０μΩcm、Δρは１．２μΩcmであった。

【００６３】実施例５ 実施例１のサンプルNo. １（基体：マグネシア）に準じた［ＮｉＦｅ（８）−Ａｇ（ｔ）］ ₃₀において、Ａｇ薄膜の厚さｔを種々変えたときの室温ＲＴでのＡｇ薄膜の厚さと、Δρ／ρ _Sとの関係が図３に示される。 ここでΔρは印加磁場０での抵抗率をρ _Oとしたときの絶対抵抗値であり、Δρ＝ρ _O −ρ _Sで与えられる。

【００６４】図３から明らかなように、Δρ／ρ _SはＡ
ｇ薄膜の膜厚に依存し、周期的に振動して変化し、膜厚２４ÅでΔρ／ρ _Sの最大値７．９％を示した。

【００６５】実施例６ 実施例２のサンプルNo. ２（基体：ガラス）に準じた［ＮｉＦｅ（８）−Ａｇ（ｔ）］ ₃₀において、Ａｇ薄膜の厚さｔを種々変えたときの室温ＲＴでのＡｇ薄膜の厚さと、Δρ／ρ _Sとの関係が、実施例５と同様に、図３
に併せて示される。

【００６６】図３から明らかなように、実施例５同様、
Δρ／ρ _SはＡｇ薄膜の膜厚に依存し、周期的に振動して変化し、膜厚２４ÅでΔρ／ρ _Sの最大値７．１％を示した。

【００６７】実施例７ 実施例１のサンプルNo. １において、Ｎｉ _x Ｆｅ _1-xの１単位当たりの厚さを１２Åとするほかは同様にして、
［ＮｉＦｅ（１２）−Ａｇ（２４）］ ₃₀で表示されるサンプルNo. ７を、ＭＢＥ法により作製した。 ただし、動作圧力は９×１０ ^-10 Torr とした。

【００６８】サンプルNo. ７は面内Ｂｒ／Ｂｓが０．４
で、面内に磁化容易軸をもち、反強磁性を示すことが推定された。

【００６９】サンプルNo. ７において、実施例１と同様にしてΔρ／ρ _Sを求めたところ、５．７％であった。

【００７０】実施例７において、基体をガラス基板とするほかは同様にして磁性積層体を作製し、特性を調べたところ、ほぼ同等の結果が得られた。

【００７１】なお、上記において、磁性薄膜の組成をＮ
ｉ _x Ｆｅ _1-x （ｘ＝０．９）にかえて、そのほかは同様に、磁性積層体を作製し、特性を調べたところ、上記とほぼ同等の結果が得られた。

【００７２】実施例８ マグネシア単結晶基体上にＮｉ _x Ｃｏ _1-x （ｘ＝０．７
９）の組成の磁性薄膜と、Ａｇ薄膜とを交互に蒸着し、
８ÅのＮｉ _x Ｃｏ _1-xと１０ÅのＡｇを１単位として、
これを３０回積層した［ＮｉＣｏ（８）−Ａｇ（１
０）］ ₃₀で表示される磁性積層体サンプルNo. １１を作製した。 各薄膜の厚さは、透過型電子顕微鏡により測定した。

【００７３】また、薄膜の組成はＩＣＰにより測定した。

【００７４】蒸着は、到達圧力９×１０ ^-11 Torrの真空槽内において、ＭＢＥ法により行なった。 動作圧力は１
×１０ ^-9 Torr、成膜速度は約０．３Å／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２８℃とした。 被着粒子の中心運動エネルギーは、約０．１eVである。

【００７５】また、Ｎｉ _x Ｃｏ _1-x磁性薄膜作製の蒸着源に用いる母合金は、Ｎｉ _0.8 Ｃｏ _0.2の組成のものとした。

【００７６】このものの印加磁場−磁化曲線を振動型磁力計により測定した。

【００７７】図４には、試料面内方向の印加磁場−磁化曲線が示される。 この場合の角形比（面内Ｂｒ／Ｂｓ）
は０．１であった。

【００７８】このものは面内に磁化容易軸をもち、上記のように、角形比は０．１と小さく、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。

【００７９】サンプルNo. １１を０．５mm×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た。

【００８０】サンプルNo. １１について、試料面内、電流と直角方向に外部磁界を印加した場合（Trans ）の、
室温ＲＴでの磁気抵抗変化率Δρ／ρ _Sを実施例１と同様にして求めたところ、７．５％であった。 またρ _Sは１４．９μΩcm、Δρは１．１μΩcmであった。

【００８１】さらに、７７ＫでのΔρ／ρ _Sは１５．８
％であり、このときのρ _Sは１２．８μΩcm、Δρは２．０μΩcmであった。

【００８２】実施例９ 実施例８のサンプルNo. １１において、Ａｇの１単位当たりの厚さを１５Åとするほかは同様にして、［ＮｉＣ
ｏ（８）−Ａｇ（１５）］ ₃₀で表示されるサンプルNo.
１２をＭＢＥ法により作製した。 ただし、動作圧力は９
×１０ ^-10 Torrとした。

【００８３】このものの試料面内方向の印加磁場−磁化曲線が図５に示される。 この場合の面内Ｂｒ／Ｂｓは０．０２であり、面内に磁化容易軸をもち、反強磁性を示すことが推定された。

【００８４】サンプルNo. １２について、実施例１と同様にして室温ＲＴでのΔρ／ρ _Sを求めたところ、６．
４％であった。 またρ _Sは１３．９μΩcm、Δρは０．
９μΩcmであった。

【００８５】さらに、７７ＫでのΔρ／ρ _Sは１７．７
％であり、このときのρ _Sは１０．１μΩcm、Δρは１．８μΩcmであった。

【００８６】実施例１０ 実施例８のサンプルNo. １１（基体：マグネシア）に準じた［ＮｉＣｏ（８）−Ａｇ（ｔ）］ ₃₀において、Ａｇ
薄膜の厚さｔを種々変えたときの室温ＲＴおよび７７Ｋ
でのＡｇ薄膜の厚さと、Δρ／ρ _Sとの関係が、それぞれ、図６に示される。 ここでΔρは印加磁場０での抵抗率をρ _Oとしたときの絶対抵抗値であり、Δρ＝ρ _O −
ρ _Sで与えられる。

【００８７】図６から明らかなように、Δρ／ρ _SはＡ
ｇ薄膜の膜厚に依存し、周期的に振動して変化し、室温ＲＴでは膜厚１０ÅでΔρ／ρ _Sの最大値７．５％を示した。 また、７７Ｋでは膜厚１５ÅでΔρ／ρ _Sの最大値１７．７％を示した。

【００８８】なお、このとき、室温ＲＴ、７７ＫにおけるＡｇ薄膜の厚さとρ _S 、Δρとの関係は、図７に示されるとおりである。

【００８９】実施例１１ 実施例８のサンプルNo. １１において、Ｎｉ _x Ｃｏ _1-x
の１単位当たりの厚さを１１Åとするほかは同様にして、［ＮｉＣｏ（１１）−Ａｇ（１０）］ ₃₀で表示されるサンプルNo. １３を、ＭＢＥ法により作製した。 ただし、動作圧力は２×１０ ^-9 Torrとした。

【００９０】サンプルNo. １３は面内Ｂｒ／Ｂｓが０．
２で、面内に磁化容易軸をもち、反強磁性を示すことが推定された。

【００９１】サンプルNo. １３において、実施例１と同様にして室温でのΔρ／ρ _Sを求めたところ、５．８％
であった。 またρ _Sは１５．４μΩcm、Δρは０．９μ
Ωcmであった。

【００９２】実施例１２ 実施例８のサンプルNo. １１において、Ｎｉ _x Ｃｏ _1-x
の１単位当たりの厚さを１４Åとするほかは同様にして、［ＮｉＣｏ（１４）−Ａｇ（１０）］ ₃₀で表示されるサンプルNo. １４をＭＢＥ法により作製した。 ただし、動作圧力は９×１０ ^-10 Torr とした。

【００９３】サンプルNo. １４は面内Ｂｒ／Ｂｓが０．
５で、面内に磁化容易軸をもち、反強磁性を示すことが推定された。

【００９４】サンプルNo. １４について、実施例１と同様にして室温でのΔρ／ρ _Sを求めたところ、３．９％
であった。

【００９５】実施例８〜１２において、基体をガラス基板とするほかは同様にして磁性積層体を作製し、特性を調べたところ、上記とほぼ同等の結果が得られた。

【００９６】また、実施例８〜１２において、磁性薄膜の組成をＮｉ _x Ｃｏ _1-x （ｘ＝０．７）にかえて、そのほかは同様に、磁性積層体を作製し、特性を調べたところ、上記とほぼ同等の結果が得られた。

【００９７】実施例１３ マグネシア単結晶基体上にＮｉ _x Ｆｅ _y Ｃｏ _1-xy （ｘ
＝０．１、ｙ＝０．１）の組成の磁性薄膜と、Ａｇ薄膜とを交互に蒸着し、８ÅのＮｉ _x Ｆｅ _y Ｃｏ _1-xyと１
２ÅのＡｇを１単位として、これを５０回積層した［Ｎ
ｉＦｅＣｏ（８）−Ａｇ（１２）］ ₅₀で表示される磁性積層体サンプルNo. ２１を作製した。

【００９８】各薄膜の厚さは、透過型電子顕微鏡により測定した。

【００９９】また、薄膜の組成はＩＣＰにより測定した。

【０１００】蒸着は、到達圧力７×１０ ^-11 Torrの真空槽内において、ＭＢＥ法により行なった。 動作圧力は９
×１０ ^-10 Torr、成膜速度は約０．３Å／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２５℃とした。 被着粒子の中心運動エネルギーは、約０．１eVである。

【０１０１】また、Ｎｉ _x Ｆｅ _y Ｃｏ _1-xy磁性薄膜作製の蒸着源に用いる母合金は、Ｎｉ _0.12 Ｆｅ _0.12 Ｃｏ
_0.76の組成のものとした。

【０１０２】このものの面内Ｂｒ／Ｂｓが０．１で、面内に磁化容易軸をもち、反強磁性を示すことが推定された。

【０１０３】サンプルNo. ２１について、実施例１と同様にして室温でのΔρ／ρ _Sを求めたところ、１２％であった。 またρ _Sは１４μΩcm、Δρは１．７μΩcmであった。

【０１０４】

【発明の効果】本発明の磁性積層体は、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磁気抵抗変化が得られる。 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、１〜１５％の任意の磁気変化を得ることができる。 また、ガラス基体にも積層できる等、基板材質の制限がなく、成膜時の基体温度にも制限がなく、量産上有利である。 そして、外部磁場方向によって、異なるＭＲ変化特性を得ることができるという特徴をもつ。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】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３】本発明の磁性積層体のＡｇ薄膜の厚さと、磁気抵抗変化率との関係を示すグラフである。

【図４】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５】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６】本発明の磁性積層体のＡｇ薄膜の厚さと、磁気抵抗変化率との関係を示すグラフである。

【図７】本発明の磁性積層体のＡｇ薄膜の厚さと、ρ
_S 、Δρとの関係を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−23681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−64374（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−52111（ＪＰ，Ａ) 特許3320079（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl. ⁷ ，ＤＢ名) H01F 10/16 H01F 1/147 H01L 43/08 H01L 43/10