本发明涉及利用隧道电流的磁性元件，以及使用这种磁性元件的磁头和磁 存储器。

磁电阻效应是指当向某些种磁性体施加磁场时其电阻会产生变化的现 象。利用磁电阻效应的磁电阻效应元件(MR元件)已被使用在磁头、磁传感器 等等中。而且还有人提出过有关使用MR元件的磁电阻效应储存器的专利申请。 这种MR元件需要进一步改进的方面包括，增大相对于外部磁场的灵敏度，提高 应答速度等等。

使用强磁性体的MR元件具有温度稳定性良好、使用温度范围大等等特点。 可以用由NiFe合金等等构成的强磁性合金薄膜制作这种使用强磁性体的MR元 件。若将这种MR元件使用在硬盘等等的再生磁头中，可以实现高密度的磁记 录。然而采用NiFe合金薄膜构造的这种MR元件还存在有磁电阻变化率(MR 变化率)相当小，仅为2～3％左右，所以难以获得实现高密度记录所需要的足 够的灵敏度的问题。

在另一方面，将强磁性层和非磁性金属层按数毫微米的周期交替叠层而制 成的人造晶体薄膜，作为一种显示磁电阻效应的新型材料，由于具有巨磁电阻 效应而在近年来日渐引人注目。比如说Fe/Cr人造晶体薄膜(参见Phys.Rev. Lett.61,2472(1988))和Co/Cu人造晶体薄膜(参见J.Mag.Mag.Mater. 94,L1(1991),Phys.Rev.Lett.66,2156(1991))等等，它们均 是通过非磁性层，使相对的强磁性层的磁矩呈反平行状态磁性结合而获得具有 磁电阻效应的材料。

上述的这些人造晶体薄膜具有比原有的坡莫合金薄膜大数十个百分比的 磁电阻变化率。这种巨磁电阻效应(GMR)是由于依赖于强磁性层自旋方向取 向的电子的散乱而造成的。然而人造晶体薄膜存在有为获得比较大的磁电阻效 应而必须设置多个叠层的问题，还存在有饱和磁场(使电阻值饱和的磁场)在 数泰斯拉(T)以上，使其难以原封不动的应用于磁头等等中的问题。

为了减小饱和磁场，目前已经开发出了具有强磁性层/非磁性层/强磁性层 的夹层结构形式的叠层膜的自旋阀。由自旋阀是通过使一个强磁性层被交换偏 置以固定磁化，并使另一个强磁性层在外部磁场的作用下磁化反转，从而使两 个强磁性层的磁化方向的相对角度发生变化的方式，来获得磁电阻效应的。然 而自旋阀的MR变化率还不够大，叠层膜的电阻仅为数十微欧厘米，所以还有为 能检测外部磁场而必须使比较大的电流流过的问题。

目前已知，如果相对于磁性多层膜使电流沿与膜面垂直的方向流动，即利 用其垂直磁电阻效应，可以获得非常大的磁电阻效应(参见Phys.Rev.Lett. 66,3060(1991))。然而对于这种场合，电流传递量比较小，且各层由金 属构成，电阻电比较小，所以存在有难以进行亚微米以下的精细加工，且难以 在室温下测定磁电阻效应的问题。

目前还已知有一种与上述多层膜构造不同的构成方式，它是根据在非磁性 金属基质中使磁性超微粒子分散的、所谓微粒磁性膜也依赖于自旋的传导关 系，来获得巨磁电阻效应的(参见Phys.Rev.Lett.68,3745(1992)。 微粒磁性膜在未施加有磁场的状态下，各个磁性超微粒子的自旋各自指向不规 则的方向而使电阻较高，在施加有磁场时可使各个自旋与磁场方向一致而使电 阻降低。因此可以根据自旋的散乱与否获得磁电阻效应。微粒磁性膜比人造晶 体薄膜更容易制作，所以有希望成为下一代磁电阻效应元件。然而原有的微粒 磁性膜由于磁性超微粒子显示出超常磁性，所以存在有饱和磁场实际上将变得 非常大的问题。

与上述的自旋散乱关系的机理不同，还可以根据强磁性隧道效应获得巨磁 电阻效应。它由具有强磁性层/绝缘层/强磁性层的三层叠层体构成，并且使一 个强磁性层的矫顽力比另一个强磁性层的矫顽力小，从而在两个强磁性层之间 施加有电压时会产生有隧道电流。这时，若仅使矫顽力比较小的强磁性层的自 旋反转，由于在两个强磁性层的自旋彼此平行时和反平行时，隧道电流具有比 较大的差异，从而获得巨磁电阻效应。

这种强磁性隧道结合元件的特征在于其构造简单，而且在室温下可获得大 至为20％左右的磁电阻变化率。然而为了获得隧道效应，必须使绝缘层的厚度 在数毫微米以下。这样薄的绝缘层在均匀、稳定的制作方面有困难，所以存在 有磁电阻变化率的偏差比较大的问题。还存在有当绝缘层的电阻比较高时，将 其用于储存元件时难以使元件实现高速动作，并且会使噪音增大，S/N比下降 等的问题。而且还存在有为了获得所需要的输出电压值而增大流经强磁性隧道 结合元件的电流值时，磁电阻变化率将大幅度减小的问题(参见Phys.Rev. Lett.74,3273(1995))。

如上所述，在基质中分散有磁性超微粒子的微粒磁性膜具有比人造晶体薄 膜更容易制作，磁电阻变化率在室温下可达10％左右的较大值等等的特性。而 且超微粒子的粒径在小于数十埃以下时可形成小的单磁区，这可以使磁电阻曲 线的磁滞更小。因此当作为MR元件使用时，可望减小其巴克好森噪音。然而原 有的超微粒由于显示有超常磁性，这将使得饱和磁场实际上变得非常大，从而 存在有如何将其实用化的课题。

在另一方面，即在强磁性隧道结合元件具有在室温下可获得20％左右大的 磁电阻变化率、饱和磁场比较小等等特性，相反，它还有因绝缘层的膜厚所引 起的难以制作出具有稳定特性的元件的问题。而且还存在有在为了获得所需要 的输出电压值而使流经强磁性隧道结合元件的电流值增大时，MR变化率将大 幅度降低的问题。

因此，本发明的目的就是要提供一种磁电阻变化率大、饱和磁场小、元件 电阻可以被调整为适当的值的、并且可以获得离散偏差比较小的稳定特性的磁 性元件。而且本发明还提供了一种即使为了获得所需要的输出电压值(或电流 值)而使流经元件的电流(或电压)增大，磁电阻变化率减小的也比较小的磁 性元件。本发明的另一目的是要提供一种通过采用这种磁性元件而进一步提高 其特性和可靠性的磁头和磁存储器。

本发明的一种磁性元件的特征在于它包括有具有电感应体基质和分散在 所述电感应体基质中的强磁性微粒的、并且具有矫顽力的微粒磁性膜；以及与 所述微粒磁性膜邻接配置的、在其与微粒磁性膜之间可流过隧道电流的强磁性 膜。

本发明的磁性元件可以通过诸如使微粒磁性膜和强磁性膜中的一个矫顽 力比较小的磁性膜的自旋方向发生变化，获得磁电阻效应。在本发明的磁性元 件中，强磁性膜能由非磁性体分开的强磁性体构成。

如果举例来说，本发明的微粒磁性膜和强磁性膜的具体配置结构可以是使 微粒磁性膜和强磁性膜呈叠层配置的结构，也可以是使微粒磁性膜和强磁性膜 呈沿基板表面并列配置的结构。而且微粒磁性膜和强磁性膜可以呈实质上的接 触配置，但也可以除了微粒磁性膜之外，还夹装有其厚度使得隧道电流可以在 微粒磁性膜和强磁性膜之间流过的绝缘膜。

本发明的另一种磁性元件的特征在于包括有其厚度可使隧道电流流过的 绝缘层；以夹持着前述绝缘层的方式配置的第一强磁性膜和第二强磁性膜；并 且使所述第一和第二强磁性膜中的至少一个被非磁性体分开。

本发明的一种磁头的特征在于包括有如上所述的本发明的磁性元件；以及 通过使隧道电流流经所述磁性元件的方式供给电流用的电极。本发明的一种磁 存储器的特征在于包括有如上所述的本发明的磁性元件；向所述磁性元件施加 电流磁场用的记录电极；以及使隧道电流流经所述磁性元件的那样地供给传感 电流用的再生电极。

下面对本发明的磁性元件在低磁场下具有巨磁电阻效应的原理进行说 明。

图1A、图1B、图2A和图2B为本发明的磁性元件的基本构造用的示意性 说明图。正如图中所示，强磁性膜F和微粒磁性膜G构成为强磁性隧道结。图 中的箭头表示磁化方向。在这儿，本发明的磁性元件中的微粒磁性膜G具有分 散在电感应体基质中的强磁性微粒。微粒磁性膜G为具有有限矫顽力的强磁性 体，而不显示有超常磁性。

在理想状态下，强磁性微粒的自旋可以如图1A、图1B、图2A和图2B所 示，均被抑制指向一个方向。自旋的方向可以呈如图1A和图1B所示的状态， 也可以呈如图2A和图2B所示的状态。而且强磁性微粒最好呈层状排列。

在这种结构中，当强磁性膜F和微粒磁性膜G之间通过诸如电极等等施加 有电压时，强磁性膜F中的传导电子将由于隧道效应而在微粒磁性膜G的强磁 性微粒之间传导，从而使隧道电流流动。这时的自旋取向一般被保持着。下面 对在这种状态下从外部施加磁场时的情况进行说明。

在初始状态，正如图1A和图2A所示，两个磁性膜F、G的自旋指向相同 的方向。这时可以保持强磁性膜F和微粒磁性膜G中的自旋而照样进行隧道传 导。因此如图3A所示，沿各种状态密度比较大的自旋能带中的电子(如图3A 中的↓所示的自旋电子)的方向具有较大的传导，电子容易成为隧道。即电阻 比较小。

随后如图1B和图2B所示，按仅使两个磁性膜F、G中矫顽力相对比较小 的磁性膜的自旋(在图1B和图2B中，为强磁性膜F中的自旋，下面相同)反 转的大小，施加外部磁场。这时如图3B所示，各磁性膜F、G中的自旋能带处 于状态密度比较小的自旋能带，所以电子与图3A所示的场合相比，隧道被阻 塞。因此电阻比较大。

这样，通过仅使矫顽力比较小的磁性膜中的自旋在外部磁场作用下反转， 便可以获得巨磁电阻效应。这时如果在强磁性膜F中选择矫顽力比较小的软磁 性体，还可以减小饱和磁场。因此采用本发明的磁性元件的磁电阻效应型元件 可以获得高灵敏度。

本发明的微粒磁性膜并不显示有超常磁性，而是一个强磁性体，所以不会 出现原有的微粒GMR材料中饱和磁场大的问题。本发明的微粒磁性膜是在电感 应体基质中分散有强磁性微粒，所以和具有绝缘层的强磁性隧道结相比，其电 阻比较小。而且通过控制微粒磁性膜的电流传递方向(膜厚方向或称膜面内侧 方向)长度、或强磁性微粒的体积填充率、大小、分散状态等等的方式，可以 将电阻控制为适当的值。因此本发明的磁性元件可以根据应用的需要，调整电 阻。

而且对于强磁性隧道结元件，在为获得所需要的输出电压值(或电流值) 而增大流经元件的电流(或电压)的场合，通过使长波长的自旋波(以波的形 式传导各个晶格点中的自旋倾向的状态的物质：磁振子)在强磁性膜内和强磁 性膜之间传导的方式，可以减少磁电阻变化率。这儿，通过使与微粒磁性膜靠 近设置的强磁性膜被非磁性体分开的方式，可以阻断磁振子的传播。因此即使 在感应电流值增大的场合，也可以抑制磁电阻变化率的降低，从而可以获得比 较大的输出电压。

被非磁性体分开的强磁性膜对于常规的强磁性隧道结元件也是有效的。本 发明的其它磁性元件，也可以是在具有强磁性膜/绝缘层/强磁性膜结构的叠层 膜的强磁性隧道结元件中的至少一个强磁性膜被非磁性体分开的元件。

本发明的磁性元件可以应用于磁电阻效应型磁头、磁传感器、磁存储器等 等。在这种场合，特别对于磁存储器最好还在膜面内具有磁各向异性。

图1A和图1B为表示本发明的磁性元件的基本构造的示意图。

图2A和图2B为表示本发明的磁性元件的基本构造的另一示意图。

图3A和图3B为说明本发明的磁性元件所具有的磁电阻效应的示意图。

图4为表示适用于本发明的叠层型磁性元件的第一实施形式的主要部分结 构的示意性剖面图。

图5为表示适用于本发明的叠层型磁性元件的第二实施形式的主要部分结 构的示意性剖面图。

图6为表示向本发明的叠层型磁性元件施加偏置磁场时的一个实例的结构 的示意性剖面图。

图7为表示向本发明的叠层型磁性元件施加偏置磁场时的另一个实例的结 构的示意性剖面图。

图8为表示本发明的磁性元件中的强磁性膜的一个变形实施例的示意性剖 面图。

图9为表示图8所示的磁性元件的一个变形实施例的示意性剖面图。

图10为表示适用于本发明的叠层型磁性元件的第三实施形式的主要部分 结构的示意性说明图。

图11为表示适用于本发明的叠层型磁性元件的第四实施形式的主要部分 结构的示意性说明图。

图12为表示本发明的叠层型磁性元件的一个具体元件的结构的示意性说 明图。

图13为表示图12所示的叠层型磁性元件的剖面图。

图14为表示适用于本发明的叠层型磁性元件的第五实施形式的主要部分 结构的示意性剖面图。

图15为表示图14所示的叠层型磁性元件的一个变形实施例的主要部分结 构的示意性剖面图。

图16为表示适用于本发明的平面型磁性元件的第一实施形式的主要部分 结构的示意性剖面图。

图17为表示如图16所示的平面型磁性元件的一个变形实施例的主要部分 结构的示意性剖面图。

图18为表示适用于本发明的平面型磁胜元件的第二实施形式的主要部分 结构的示意性剖面图。

图19为表示本发明的另一种磁性元件的主要部分结构的示意性剖面图。

图20为表示在图19所示的磁性元件上施加反强磁性膜的状态的示意性剖 面图。

图21为表示如图19所示的磁性元件的一个变形实施例的主要部分结构的 示意性剖面图。

图22为表示本发明的第一实施例的磁性元件磁化曲线的测定结果的示意 图。

图23为表示本发明的第一实施例的磁性元件磁电阻效应的测定结果的示 意图。

图24为表示作为一个比较实例的磁性元件磁化曲线的测定结果的示意 图。

图25为表示本发明的第四实施例的磁性元件的隧道磁电阻变化率与施加 电压之间关系的测定结果的示意图。

图26为表示本发明的第五实施例的磁性元件的隧道磁电阻变化率与施加 电压之间关系的测定结果的示意图。

图27为表示本发明的第六实施例的磁性元件的隧道磁电阻变化率与施加 电压之间关系的测定结果的示意图。

图28为表示本发明的第七实施例的磁性元件的隧道磁电阻变化率与施加 电压之间关系的测定结果的示意图。

图29为表示本发明的第八实施例的磁性元件的隧道磁电阻变化率与施加 电压之间关系的测定结果的示意图。

下面参考附图说明本发明的最佳实施例。

图4为表示本发明的磁性元件的第一实施形式的主要部分结构的示意性说 明图。图4所示的，磁性元件1具有形成在基板2上的微粒磁性膜3，和叠层 形成在这一微粒磁性膜3上的强磁性膜4。由这种微粒磁性膜3和强磁性膜4 形成的叠层膜5构成着强磁性隧道结。然而叠层膜5中的微粒磁性膜3和强磁 性膜4的叠层顺序并不仅限于此。

图5为表示本发明的磁性元件的第二实施形式的主要部分结构的示意性说 明图。正如图5所示，磁性元件1的构造为由两层强磁性膜4a、4b夹持着微 粒磁性膜3。换句话说就是，第一强磁性膜4a和第二强磁性膜4b以夹持着微 粒磁性膜3的方式相对配置。这种三层结构的叠层膜5也构成为一种强磁性隧 道结。

在这儿，叠层型磁性元件1可以具有由至少一层微粒磁性膜3和至少一层 强磁性膜4叠层构成的叠层膜5。叠层型磁性元件1也可以采用由微粒磁性膜 3和强磁性膜4多层叠置而形成的叠层膜。而且在微粒磁性膜3和强磁性膜4 之间还可以夹装有其厚度为可以使隧道电流流过的绝缘膜，并可以利用这一绝 缘膜控制其电阻。

微粒磁性膜3具有在电感应体基质6中分散有强磁性微粒7的结构。这种 微粒磁性膜3并不显示出超常磁性，而是具有有限矫顽力的强磁性体。在微粒 磁性膜3中的强磁性微粒7为了在这些微粒之间使隧道电流流过，而必需分散 在电感应体基质6之中。因此强磁性微粒7的微粒间隔最好在3毫微米之下。 而且强磁性微粒7的粒径必须为不至于出现超常磁性的、且可保持有强磁性的 大小，比如说可为数毫微米以上。为了能进一步增大强磁性微粒7的大小和微 粒间隔，强磁性微粒7的粒径最好取为5～10毫微米。

强磁性微粒7最好在电感应体基质6中呈层状配置。通过将强磁性微粒7 配置为层状的方式，可以使流过微粒磁性膜3和强磁性膜4之间的隧道电流更 均匀，并且可以提高由磁电阻效应产生的电阻变化的可再现性。

可以采用各种强磁性材料制造强磁性微粒7。在使强磁性微粒7分散在电 感应体基质6中的微粒磁性材料中，由于它将比整体材料的矫顽力要小，所以 为了防止这种情况出现，最好是采用磁各向异性大的材料作为强磁性微粒7， 这类材料包括Co、Co-Pt合金、Fe-Pt合金、迁移金属-稀土类合金等 等。对于将微粒磁性膜3作为磁化固定膜的场合，采用这些强磁性材料是特别 合适的。

对于微粒磁性膜3作为软磁性层使用的场合，强磁性微粒7用的构成材料 并不特别限定，还可以采用Fe、Co、Ni和包含有这些金属的合金，自旋极化 率比较大的氧化镁、CrO2、RXMnO3-y(其中R为稀土类金属，X为由Ca、 Ba和Sr中选择出的一种元素，y为接近于0的值)等等的氧化物类磁性元件， 以及NiMnSb、PtMnSb等等的霍依斯勒合金等等材料。

对于采用矫顽力不是很大的微粒磁性材料的场合，还可以如图6所示，在 微粒磁性膜3的两个端部邻接配置有一对硬磁性膜8，并通过由这种硬磁性膜 8向微粒磁性膜3施加偏置磁场的来固定住自旋。而且在图6中，9为绝缘层。

图6中的膜4、4中的至少一个也可以为强磁性膜。对于仅有一个为强磁 性膜的场合，其另一个可以为由Cr等等非磁性金属构成的电极。偏置磁场施加 膜并不仅限于采用硬磁性膜8，比如说还可以如图7所示，采用与微粒磁性膜 3叠层形成的反强磁性膜10。反强磁性膜10可以采用诸如FeMn、IrMn、 PtMn、NiMn等等的反强磁性合金和诸如NiO、Fe2O3等等的反强磁性材料。 而且还可以采用诸如Co/Ru/Co、Co/Au/Co等等的反强磁性交换结合膜作为偏 置磁场施加膜。

分散RXMnO3-y粒子的微粒磁性材料具有更小的矫顽力，并具有100％的 自旋极化率。因此当采用RXMnO3-y磁性元件作为强磁性微粒7使用时，隧道 电流的自旋的依赖性相当大，所以可以获得相当大的磁电阻效应。对于采用这 种微粒磁性材料的场合，上述的偏置结构也是相当有效的。而且在仅使强磁性 膜4自旋反转的场合，在强制固定微粒磁性膜3的自旋方面，由硬磁性膜8和 反强磁性膜10构成偏置磁场施加膜是有效的。

可以采用诸如Al2O3、SiO2、MgO、MgF2、B2O3、AlN、CaF2、SrTiO3等等的各种电感应型材料作为电感应体基质6。通过在这种电感应体膜中分散 有如上所述的强磁性微粒7的方式，便可以获得不显示出超常磁性的微粒磁性 膜3。而且在上述的氧化膜、氮化膜、氟化膜等中，一般存在各自元素的缺损， 所以即使使用这种电感应体膜也不会出现任何问题。

在另一方面，强磁性膜4从其目的来看还与微粒磁性膜3之间的矫顽力的 大小有关。强磁性膜4可以采用各种磁性材料，比如说可以采用以坡莫合金为 代表的Fe-Ni合金，显示出强磁性的Fe、Co、Ni和包含有这些金属的合 金，诸如NiMnSb、PtMnSb等等的霍依斯勒合金中的类金属，诸如CrO2、氧化 镁、(La、Sr)MnO3等等的氧化物类的类金属，以及非晶合金等等的软磁性 材料，直至诸如Co-Pt合金、Fe-Pt合金、迁移金属-稀土类合金等等的 硬磁性材料。类金属在一个方向的自旋能带上存在有能隙，所以仅对具有一个 方向自旋的电子产生传导作用。因此采用这种材料制作强磁性膜4，可以获得 更大的磁电阻效应。

正如图5所示，当采用两层以上的强磁性膜4a、4b时，它们并非必须要 采用相同的材料构成，而且还可以分别具有与微粒磁性膜3不同的矫顽力。对 于两层强磁性膜4a、4b的矫顽力不同的场合，还可以将其作为诸如多值储存 器等等使用。

强磁性膜4也并不仅限于单层膜。比如说还可以如图8所示，具有通过非 磁性层11配置的两个磁性层12、13，也可以用使这两个磁性层12、13的 磁化彼此反平行的方式结合而成的叠层膜构成为强磁性膜4。如果采用这种反 平行结合的叠层膜，由于能防止磁束由强磁性膜4处漏出至外部，因而这是一 种更好的实施形式。在制备反平行结合的磁性层12、13时，可以使强磁性层 和非磁性层交替叠层，以便利用交换结合和静磁结合。强磁性层的叠层数目并 不仅限于两层，还可以彼此通过非磁性层而形成多层体。

还可以将使强磁性层和半导体层交替叠层而构成的叠层膜作为强磁性膜4 而用。对于这种场合，其特点在于可以利用热和光照射而使实施自旋反转，所 以不再需要施加磁场。如果举例来说，作为用于作这种叠层膜的半导体可以为 具有B20构造的FeSi合金等等。而且由强磁性层和非磁性层交替叠层构成的叠 层膜，以及由强磁性层和半导体层交替叠层而构成的叠层膜还可以如图9所 示，用作为通过微粒磁性膜3配置的两个强磁性膜4中的一个。

如上所述的微粒磁性膜3和强磁性膜4最好还在其膜面内具有单轴的磁各 向异性。如果采用这种构成形式，不仅可以产生急剧的磁化反转，而且还可以 同时保持住磁化状态的稳定。这对于应用于磁存储器的场合是特别有效的。微 粒磁性膜3和强磁性膜4的膜厚最好在0.5～100毫微米的范围内。其中微粒 磁性膜3的膜厚应尽可能的薄，但在制作上应保持膜厚均匀，只要膜厚不对隧 道电流产生不良影响即可。当微粒磁性膜3的膜厚取为50毫微米以下时则更好 些。

由上述各层构成的磁性元件1呈典型的薄膜状，并可以用分子束外延生成 (MBE)法、各种溅射法、蒸镀法等等的常规薄膜成型方法制作。微粒磁性膜 3可以用使构成电感应体基质6的电感应体材料和强磁性微粒7组成的强磁性 材料同时成膜(比如说，同时溅射)的方式制作，也可以用使电感应体材料和 强磁性材料交替成膜的方式制作。在交替成膜的过程中，强磁性材料由于对电 感应体材料浸湿性恶化，所以通过控制强磁性材料的堆积量使其颗粒化。如果 采用这种成膜方法，便可以使强磁性微粒7呈均匀的层状设置。而且在本发明 的磁性元件中，还可以在叠层膜5处设置有由磁性材料或非磁性材料构成的衬 底层，或由非磁性材料构成的大规模涂层等等。

在上述的磁性元件1中，通过使微粒磁性膜3和强磁性膜4中的矫顽力比 较小的磁性膜，比如说强磁性膜4的自旋方向随外部磁场的变化而变化的方 式，便可以如上述那样获得磁电阻效应。换句话说就是，在微粒磁性膜3和强 磁性膜4的自旋方向处于相同方向的状态，叠层膜5的电阻为最小。由这一状 态使矫顽力比较小的一个磁性膜，比如说仅使强磁性膜4的自旋方向在外部磁 场的作用下反转，便可以使叠层膜5的电阻为最大。这时，另一个磁性膜，比 如说微粒磁性膜3中的自旋，对于使强磁性膜4自旋反转的外部磁场可以基本 上保持不变。

通过使这种由微粒磁性膜3和强磁性膜4形成的叠层膜5中的一个磁性膜 的自旋反转的方式，可以获得MR变化率为20％以上的巨的磁电阻效应。在外部 磁场作用下自旋反转的磁性膜可以为微粒磁性膜3和强磁性膜4中矫顽力比较 小的任一个磁性膜，而并不特别限定于强磁性膜4。使自旋方向反转的磁性膜 也可以为微粒磁性膜3。但是，也可以通过外部磁场等使矫顽力调节容易的强 磁性膜4的自旋方向反转。

对于显示巨磁电阻效应的叠层膜5，在叠层方向有感应电流，在微粒磁性 膜3和强磁性膜4之间流过隧道电流。在采用两层强磁性膜的场合，在第一强 磁性膜4a、微粒磁性膜3和第二强磁性膜4b之间流有隧道电流。通过测定包 含这种隧道电流的感应电流的电压，便可以检测出信号磁场等等的外部磁场。

这种外部磁场的检测功能与原有的MR元件相类似，即可以被利用在磁电 阻效应型磁头和磁传感器等等中。而且通过使微粒磁性膜3和强磁性膜4中矫 顽力比较小的一个磁性膜作为记录层，同时使另一个作为自旋固定层，用同样 的感应电流判断记录层的磁化方向的方式，可以读取在记录层上写入的数据。 因此它还可以被利用作为磁存储器。

在这种磁性元件1中，微粒磁性膜3为不具有超常磁性的强磁性体，所以 解决了原有的微粒GMR材料中存在的饱和磁场比较大的问题。而且若在强磁性 膜4中选定矫顽力小的软磁性体，由于可以进一步减小其饱和磁场，从而可以 使利用磁电阻效应的磁性元件高敏感化。

微粒磁性膜3在电感应体基质6中分散有强磁性微粒7，所以和具有绝缘 层的原有的强磁性隧道结相比，其电气电阻更小。通过控制微粒磁性膜3的电 流传递方向(膜厚方向)的长度、或强磁性微粒7的体积填充率、大小、分散 状态等等，可以将电阻控制为适当的值。通过采用这种方式，在例如存储元件 等等使用的场合，可以进一步地提高元件的高速动作性能，并增大其S/N比。

具有磁电阻效应的强磁性隧道结(叠层膜5)，将微粒磁性膜3作为隧道 屏障，这种叠层膜5中的隧道电流是以具有有限矫顽力的微粒磁性膜3中的强 磁性微粒7为基础的，所以微粒磁性膜3不再需要象原有的强磁性隧道结中的 绝缘层那样薄。换句话说就是，微粒磁性膜3的膜厚可以在制作时能够保持均 匀状态的膜厚，所以可以减小偏差，使稳定特性的再现性更好。

图10和图11为表示本发明的磁性元件的第三和第四实施形式的主要部分 结构的示意性图。在这些图所示的磁性元件14中，强磁性膜4(4a、4b) 沿膜面方向被非磁性体15分开。除此之外的其它构成，均与图4和图5所示的 磁性元件1相同。

分开强磁性膜4用的非磁性体15可以采用与磁性体(磁性微粒)彼此交 换作用比较弱的各种非磁性体，这些材料可以为Ag、Cu、Au、Ta、B、C、 Pd、Pt、Zr、Ir、W、Mo、Nb等等的非磁性元素单体，或是非磁性合金， 非磁性化合物，非磁性氧化物等等。同样地，非磁性体15的厚度可以是使磁性 微粒之间的相互交换作用比较弱的厚度，比如说可以为1毫微米左右。

这样便可以采用与强磁性膜4内的磁性微粒彼此交换相互作用比较弱的方 式配置非磁性体15。更具体的讲就是，以防止较长波长的自旋波(磁振子)在 强磁性膜4内传递的那样地，将非磁性体15配置在强磁性膜4内。图11示出 了图1和图2中的两个强磁性膜4a、4b双方均被非磁性体15分的结构，但 也可以采用仅有一个强磁性膜被非磁性体分开的结构。

在这儿，激励低能磁振子用的能量可由下述公式表示。

E=2J(2π/N)2    …(1)

N为单位体积中的原子数，J为磁性体交换能量，与居里点成比例。因此 当向磁振子施加能量E时，对于比由公式(1)确定的N更小的粒子磁振子将 不会被激励。

例如，当E=0.01电子伏特时，由公式(1)可有

N-2=(2J/0.01)(2π)-2    …(2)

如果J=1500K，1电子伏特=104K，则由公式(2)变为

N=16.8

当晶格常数为a=0.25毫微米时，晶格大小为

Na=16.8×0.25nm=4.2nm

即，对于直径在4.2毫微米以下的颗粒，并不能激励具有E=0.01电子伏 特以下的能量的磁振子。

由上述的说明可知，通过用非磁性体15将强磁性膜4分开为可由磁振子 的能量引导的某颗粒以下的大小的方式，便可以阻断磁振子在强磁性膜4内的 传播。然而，当由非磁性体15分开后的颗粒的大小过小时，又难以保持自旋。 因此，强磁性模4可以在保持其自旋的范围内，以可更有效地防止磁振子传递 的方式，将其分开成尽可能的小。

用非磁性体15分开强磁性膜4的方式，换句话说，作为在强磁性膜4内 配置非磁性体15的方式，例如采用设置作为强磁性膜4的衬底的非金属层(例 如非磁性金属层)的方式。在图10和图11中并没有示出这种非磁性衬底。通 过对这种叠层膜实施热处理的方式，可以使非磁性体15沿着强磁性膜4的结晶 界面配置。换句话说就是，根据其结晶体相大小可用非磁性体15分开。对于这 种场合，通过预先控制构成强磁性膜4的结晶颗粒的大小的方式，便可以用非 磁性体15将强磁性膜4分开成具有所需要的大小的磁性颗粒。

在这种实施形式的磁性元件14中，用非磁性体15分开强磁性膜4，所以 可以防止磁振子的传播。因此为了获得所需要的输出电压值，即使流经作为强 磁性隧道结的磁性元件14的电流值增大，也可以抑制磁电阻变化率的降低。通 过采用这种方式，可以良好的获得比较大的输出电压。而且通过用非磁性体15 分开强磁性膜4的方式，还可以使强磁性膜4进一步软磁性化。因此可以进一 步使作为MR元件的磁性元件14高灵敏度化。

下面以举例方式，参考图12和图13所示的结构，说明上述各实施形式所 表示中的叠层型磁性元件1、14的元件具体构成。即在形成在基板2上的下侧 强磁性膜4a上，盖覆着这一下侧强磁性膜4a的一部分那样地依次叠层形成与 其相正交的微粒磁性膜3和上侧强磁性膜4b。这时也可以在基板2上不使用下 侧强磁性膜4a，而是采用由诸如Cr等等的非金属材料构成的电极。如果需要 的话，还可以在上侧强磁性膜4b上形成由Cu、Au、Ag等等的良导体构成的 电极。

在具有这种结构的磁性元件1、14中，微粒磁性膜3和强磁性膜4的重 叠部分(比如说，其正交部分)形成为强磁性隧道结。通过使感应电流相对于 这一部分沿膜厚方向流过的方式，便可以利用包含着微粒磁性膜3的强磁性隧 道结的磁电阻效应。

图14为说明本发明的磁性元件的第五实施形式的主要部分结构的示意性 剖面图。在如图14所示的磁性元件16中，是在微粒磁性膜3上并列配置有彼 此相分离的两个强磁性膜4A、4B。因此对于叠层型磁性元件，其微粒磁性膜 与强磁性膜的叠层区域并不限于一个。这种场合的强磁性膜4A、4B，也可以 如图15所示，用非磁性体15沿其膜面方向分开。

对于图14和图15所示的结构，微粒磁性膜3和强磁性膜4的叠层部分形 成为两个。在这种结构中，最好还在微粒磁性膜3的下侧设置有其电阻比微粒 磁性膜3更低的衬底层17。利用这一低电阻的衬底层17，可以抑制沿微粒磁 性膜3的膜面内流动的隧道电流。

对于具有上述结构构成的磁性元件16，可以利用若干个由微粒磁性膜3 和强磁性膜4构成的叠层部分，所以可以进一步增大其电阻变化率。而且在磁 性元件16具有低电阻的衬底层17的场合，沿膜面方向流动的电流将流过衬底 层17。由于这一部分的电阻比较小，若元件面积也相当小，则它和微粒磁性膜 3的横向电阻相比可以忽略不计，所以可以在最少为横向流过微粒磁性膜3的 电流传递量两倍的条件下，调整对增大电阻等等的各种特性。

下面说明本发明的磁性元件的其它实施形式。

图16为表示适用于沿着基板面使电流在本发明的磁性元件中流动的平面 型结构的第一实施形式的主要部分结构的示意性剖面图。如图16所示的平面型 磁性元件21中，在基板2上沿着基板面配置有微粒磁性膜3和夹持着微粒磁性 膜3的两个强磁性膜4、4。

换句话说就是，沿着基板表面配置有以夹持着微粒磁性膜3的方式相对设 置的两个强磁性膜4、4(第一和第二强磁性膜)。沿与基板表面相平行的方 向相连接的微粒磁性膜3和强磁性膜4的结合部(平行排列型结合部)构成强 磁性隧道结。这种强磁性膜4也可以如图17所示，用非磁性体15沿膜面方向 分开。而且还可以不采用其中的某一个强磁胜膜4，而是配置作为电极使用的 非磁性金属膜。

平面型磁性元件21中的各层的具体结构和附加的结构均与前述的叠层型 磁性元件1、14相类似，比如说也可以根据需要配置偏置磁场施加膜。而且平 面型磁性元件21除了使包含位于微粒磁性膜3和强磁性膜4之间的隧道电流的 感应电流沿着基板表面流动的这一点之外，均与前述的叠层型磁性元件1、14 相类似，即通过使微粒磁性膜3和强磁性膜4中的矫顽力比较小的一个磁性膜 (比如说强磁性膜4)的自旋方向可以因外部磁场等等的作用而变化的方式， 能获得巨磁电阻效应。

如果采用这种平面型磁性元件21，可以获得与所述叠层型磁性元件1、 14相同的效果。在用非磁性体15分开强磁性膜4的场合，由于可以防止磁振 子的传播，所以即使在电流值增大也可以抑制MR变化率的减小。而且平面型元 件容易采用精细加工技术制作，所以可以获得稳定的特性，同时可以容易地实 现元件的高密度化。

例如如图18所示，这种平面型元件还适用于端边结合型元件结构。在如 图18所示的端边结合型磁性元件22中，在基板2上依次叠层设置强磁性膜4 和绝缘层23，并使这一叠层膜的端面相对于基板面变成以预定角度倾斜的倾斜 端面。然后再以至少盖覆着下侧强磁性膜4和绝缘层23的叠层膜的倾斜端面的 方式，依次叠层形成微粒磁性膜3和上侧强磁性膜4。在端边结合型磁性元件 22中，在倾斜部沿与基板面平行的方向连接着的微粒磁性膜3和强磁性膜4的 结合部构成强磁性隧道结。而且上下两层强磁性膜4、4中的一个强磁性膜4 也可以用非磁性金属膜替代。即使这种端边结合型磁性元件22也可以获得与平 面型磁性元件21相同的效果。

下面对本发明的磁性元件的其它实施形式进行说明。

图19为表示本发明的另一种磁性元件的一实施形式的主要部分结构的示 意性剖面图。在图19所示的磁性元件31中，在基板32上形成有第一强磁性膜 33。在第一强磁性膜33上还通过隧道绝缘层34形成有第二强磁性膜35。隧 道绝缘层34的厚度使得隧道电流可以在第一强磁胜膜33和第二强磁性膜35 之间流过。隧道绝缘层34的厚度最好在30毫微米以下。利用这些主要部件便 可以构成具有强磁性隧道结的磁性元件(强磁性隧道结合元件)31。

第一和第二强磁性膜33、35可以用非磁性体36沿膜面方向分开。强磁 性膜33、35被非磁性体36分开的大小、非磁性体36的材质和厚度、非磁性 体36在强磁性膜33、35内的配置方式等等，均与前述的实施形式相类似。对 于这种实施形式中的磁性元件31，用非磁性体36分开的强磁性模33、35， 也可以抑制磁振子的传播。

可以使第一和第二强磁性膜33、35中的一个强磁性膜中的自旋方向在诸 如外部磁场等等的作用下发生变化，这样便可以获得巨大的磁电阻效应。当第 一和第二强磁性膜33、35中的自旋呈相同方向的状态时，强磁性隧道结合元 件31的电阻(对沿与膜面垂直方向的隧道电流的电阻)为最小。通过使一个强 磁性膜的自旋方向由这一状态在外部磁场的作用下反转，便可以使强磁性隧道 结合元件31的电阻变为最大。这时，另一个强磁性膜的自旋相对于这一外部磁 场基本上保持固定。

可以利用诸如强磁性体在矫顽力方面的差异，使第一和第二强磁性膜33、 35中的一个强磁性膜的自旋方向发生变化。或如图20所示，通过在一个强磁 性膜(比如说，在图20中为第二强磁性膜35)上叠层设置反强磁性膜37，并 利用与这一反强磁性膜37的交换结合的方式而使磁化固定。还可以采用诸如 Co/Ru/Co、Co/Au/Co等等的反强磁性交换结合膜实现对一个强磁性膜的磁化 固定。

对强磁性膜33、35的具体材质并没有特定的限制，它可以采用各种磁胜 材料制作，例如说可以采用以坡莫合金为代表的Fe-Ni合金，显示出强磁性 的Fe、Co、Ni和包含有这些金属的合金，诸如NiMnSb、PtMnSb等等的霍 依斯勒合金，诸如CrO2、氧化镁、(La、Sr)MnO3等等的氧化物类的磁性 材料，以及非晶合金等等的各种软磁性材料，直至诸如Co-Pt合金、 Fe-Pt合金、迁移金属-稀土类合金等等的硬磁性材料。

这种强磁性隧道结合元件31呈典型的薄膜状，并可以用分子束外延生成 (MBE)法、各种溅射法、蒸镀法等等的常规薄膜成型方法制作。本发明的强 磁性隧道结合元件31，还可以设置由磁性材料或非磁性材料构成的衬底层，或 由非磁性材料构成的盖覆镀层等等。

在上述实施形式的强磁性隧道结合元件31，用非磁性体36分开了强磁性 膜33、35，所以可以防止磁振子的传播。因而，由于获得所需要的输出电压 值，即使流经强磁性隧道结合元件31的电流值增大，也可以抑制磁电阻变化率 的降低。通过采用这种方式，可以良好地获得比较大的输出电压。而且通过用 非磁性体36分开强磁性膜33、35，强磁性膜33、35进一步软磁性化。因 此可以进一步提高作为MR元件的强磁性隧道结合元件31的灵敏度。

用非磁性体36分开强磁性膜33、35的结构并不限于如图19所示的那种 结构。例如，还可以如图21所示，采用强磁性层35a和非磁性层38交替叠层 设置的结构。通过在比较高的气压下使强磁性层35a和非磁性层38交替溅射成 膜便可以获得由非磁性层38分开强磁性层35a的结构。

而且还可以通过对多层结构的强磁性膜35实施热处理的方式，形成使非 磁性体38a沿着各个强磁性层35a的结晶界面配置的结构。这种多层结构的强 磁性层35，是由沿各强磁性层35a的膜厚方向配置的非磁性层38和配置在强 磁性层35a内的非磁性体38a分开的。图21示出了仅一个强磁性层35为多层 构造的实例，但也可以在两个强磁性膜33、35中采用多层结构。

被非磁性体分开的强磁性膜可以使用由非磁性体分开成数毫微米左右的 磁性微粒构成的纳米结晶材料。而且在前述的实施形式的微粒磁性膜由于有被 电感应体基质分开磁性微粒的结构，所以能使用其作为由强磁性隧道结合元件 31的非磁性体分开的强磁性膜。

在显示巨磁电阻效应的强磁性隧道结合元件31中，沿着叠层方向流过有 感应电流，在第一和第二强磁性膜33、35之间流过有隧道电流。通过测定包 含这种隧道电流的感应电流的电压，便可以检测出信号磁场等等的外部磁场。 这种外部磁场的检测功能与原有的MR元件相类似，即可以被利用在磁电阻效应 型磁头和磁传感器等等中。而且通过使第一和第二强磁性膜33、35中矫顽力 比较小的一个磁性膜作为记录层，使另一个作为自旋固定层，并且用同样的感 应电流判断记录层的磁化方向的方式，还可以读取在记录层上写入的数据。因 此它还可以作为磁存储器而加以利用。

上述的各实施形式中的磁性元件1、14、16、21、22、31可分别使 用在磁电阻效应型磁头、磁传感器和磁存储器等等中。

使用上述各实施形式中的磁性元件1、14、16、21、22、31的磁电 阻效应型磁头，其结构构成可与原有的磁电阻效应型磁头相类似。即可以利用 微粒磁性膜3和强磁性膜4、或第一强磁性膜33和第二强磁性膜35中的矫顽 力比较小的一个磁性膜作为磁感应层，并使这一磁感应层的磁化方向根据诸如 信号磁场等等的变化而变化。通过检测这时的叠层结合部、平行排列型结合部 或端边结合型结合部中的电阻，便可以检测出信号磁场。这作为磁存储器等等 中的再生磁头是有效的。还可以被用作为磁传感器。

下面对将上述各实施形式中的磁性元件1、14、16、21、22、31应 用于磁储存组件等等的磁存储器的场合进行说明。

对于这种场合，可将微粒磁性膜3和强磁性膜4、或第一强磁性膜33和 第二强磁性膜35中的矫顽力比较小的一个磁性膜作为记录层，并将另一个作为 自旋固定层。如果举例来说就是，对于采用强磁性膜4作为记录层的场合，通 过检测作为记录层的强磁性膜4和微粒磁性膜3之间的感应电压，便可以实施 再生。即，使作为记录层的强磁性膜4的自旋可以反转，对应与和微粒磁性膜 3的自旋相平行或反平行的状态可以指定“1”、“0”。

在再生过程中，如果检测作为记录层的强磁性膜4和微粒磁性膜3之间的 电压，则由于由磁电阻效应为“1”或为“0”而使再生电压不同，可以实施 识别。而且可以通过诸如在强磁性膜4的上方设置字线，使脉冲电流在其中流 过，并切换其方向等等的方式，进行向强磁性膜4中写入“1”或“0”。在 这种动作过程中，微粒磁性膜3的自旋方向由于其矫顽力比较大而不会改变方 向。

即使采用叠层型磁性元件1、14、16、31、平面型磁性元件21、22 中哪个，也可以通过同样地方式构成如上所述的磁存储器。还可以将微粒磁性 膜3用于记录层，并将强磁性膜4作为自旋固定层。对于使用强磁性隧道结合 元件31的场合，其动作原理等等均相同。

本发明的磁存储器为非易失性固体储存器，可以不采用HDD那样的可动部 而实现高可靠性，并可以实现更高速的动作。而且还可以在比较大的范围内对 电阻实施控制，并可以用非破坏性方式读取被记录的信息，还可以获得比较大 的输出。

下面对本发明的具体实施例和评价结果进行说明。

实施例1

使用高频溅射方法制作出具有图12和图13所示的结构的强磁性隧道结 膜。在这一强磁性隧道结膜中作为微粒磁性膜成为隧道屏障。即首先在玻璃基 板2上，形成取代如图12和图13所示的强磁性膜4a的、作为下部电极的、 长为10毫米、宽为0.5毫米的长方形Cr膜。在其上以盖覆着Cr膜一部分的 方式形成微粒磁性膜3，随后在其上再以与Cr膜相正交的方式形成与Cr膜形 状相同的强磁性膜4。然后形成作为上部电极的Au膜，在其与下部电极之间施 加电压，并测定磁电阻效应。

微粒磁性膜3的制造方法可以为，以Co80Pt20合金和SiO2为极靶，在Ar气压力为0.3Pa、基板偏置为400W的条件下，同时进行Co80Pt20和SiO2的 溅射，形成在SiO2中分散有Co80Pt20合金微粒的膜(膜厚为10毫微米)。在 这种状态下用电子显微镜对构造实施观察的结果表明，Co80Pt20合金微粒在 SiO4基质中的分散度大约为50％。通过在成膜过程中施加偏置的方式，可以生 长出粒径大约为8毫微米、颗粒间距大约为1.5毫微米的Co80Pt20合金颗粒。 用试样振动型磁力计测定磁化的结果表明，矫顽力为2千奥斯特大小，并具有 明显的磁滞。对这一微粒磁性膜观察不到超常磁性。

在上述的微粒磁性膜3上可以形成厚度为20毫微米的Co90Fe10合金膜作 为强磁性膜4b。所获得的正交叠层膜的磁化曲线如图22所示。由图中可以观 察到明显的两段型磁滞，它反映着在SiOx基质中分散有Co80Pt20合金微粒的 微粒磁性膜3具有比较大的矫顽力，而由Co90Fe10构成的强磁性膜4b具有为 20奥斯特的比较小的矫顽力。

在磁电阻效应的测定过程中，先沿负向方向施加比较大的磁场，使 Co90Fe10合金膜和微粒磁性膜的自旋均指向负向方向，随后减小磁场，并沿正 向方向施加。所获得的磁电阻变化率与磁场的依赖关系如图23所示。与这一磁 化曲线相对应，在大约为20奥斯特的比较小的正向磁场作用下，电阻将急剧增 大，这表明这一比较小的磁场使Co90Fe10合金膜产生磁化反转，进而产生了磁 电阻效应。当施加更大的正向磁场时，微粒磁性膜的自旋也将反转而使电阻降 低。最大电阻为2.8欧，磁电阻变化率为14％。

因此本发明的磁性元件具有非常高的灵敏度，而且其电阻比用绝缘膜作为 屏障的原有的强磁性隧道结合元件要低。

比较实例1

按在制作微粒磁性膜的过程中，除了不施加基板偏置之外均与第一实施例 相同的方式，用相同的材料制作成与其形状相同的叠层膜。此时的磁化曲线如 图24所示，即呈Co90Fe10合金膜的磁化曲线与超常磁性的磁化曲线相重叠的 形式。随着Co90Fe10合金膜的磁化反转，明显的磁电阻效应为2％左右。由于 这种微粒磁性膜具有超常磁性，所以难以实现与Co90Fe10合金膜自旋的反平行 状态。

实施例2

使用高频溅射方法制作出图18所示的端边结合型的强磁性隧道结合膜。 即首先在玻璃基板2上，按与第一实施例相同的条件，形成取代如图18所示的 下侧强磁性膜4的、长为10毫米、宽为0.5毫米的、厚为20毫微米的Cr膜。 在其上形成AlN绝缘层23。随后利用集束离子束，由倾斜方向将离子束照射至 由Cr膜和AlN绝缘层23构成的叠层膜的端面处，以加工出倾斜的叠层膜端面。 然后以盖覆着这一顷斜端面的方式，形成在SiOx基质中分散有Co80Pt20合金 微粒的、厚度为10毫微米的微粒磁性膜3，再在其上形成厚度为20毫微米的、 作为强磁性膜4的Co90Fe10合金膜。

在如上所述的端边结合型强磁性隧道结膜中，隧道电流流经Cr膜和 Co90Fe10合金膜之间，测定其电压并对磁电阻效应作出评价。其结果表明，可 以观察到伴随Co90Fe10合金膜的磁化反转的磁电阻效应。磁电阻变化率为 22％，磁化反转磁场为20奥斯特。

实施例3

使用高频溅射方法制作出如图7所示的叠层膜。即首先在玻璃基板2上， 以Fe为极靶，在Ar气压为0.3Pa、基板偏置为400W的条件下，形成作为强 磁性膜4的、20毫微米厚Fe膜。在其上再以((La0.7Sr0.3)MnO3)80(Bi2O3)20为极靶，在上述条件下实施溅射，制作出在Bi2O3中分散有强磁 性的(La0.7Sr0.3)MnO3颗粒的膜(膜厚为10毫微米)作为微粒磁性膜3。 然后再在这一微粒磁性膜3上形成膜厚为20毫微米的FeMn反强磁性膜10。

在FeMn反强磁性膜10上溅射形成Au电极，在其与Fe膜之间施加电压， 并测定磁电阻效应。其磁电阻变化率为33％，磁化反转磁场为50奥斯特。因此， 通过在微粒磁性材料中采用自旋极向偏转度为100％的(La0.7Sr0.3)MnO3颗 粒，可以增大磁电阻变化率，并可以获得更高的灵敏度。

实施例4

利用溅射装置，首先在热氧化Si基板上形成厚度为100毫微米的Ag层。 在其上层叠5毫微米的Fe层之后，再在Fe层上形成微粒磁性膜。可以在以 Co80Pt20合金和SiO2为极靶、在Ar气压为1×10-3Torr、基板偏置为300W 的条件下同时实施溅射的方式，形成这一微粒磁性膜。这样便获得了在SiO2 基质中分散有CoPt合金微粒的、膜厚为10毫微米的微粒磁性膜。磁特性测定 的结果表明，微粒磁性膜的矫顽力为1.8千奥斯特左右，并可以获得明显的磁 滞曲线，而且观察不到超常磁性的出现。

在上述的微粒磁性膜上制成叠层设置Ag(3毫微米)/Ni80Fe20(5毫微 米)而的试样1，和制成叠层10层的Ag(1毫微米)/Ni80Fe20(2毫微米) 的试样2，随后再分别叠层设置Ag层。分别在300℃的温度下，将试样1、2 放在磁场中进行热处理，以获得单轴各向异性。通过在这一磁场状态下进行的 热处理，可以使Ag在作为强磁性膜的Fe层和Ni80Fe20层的晶界中扩散开。可 以由剖面TEM的结果中获知已经用Ag分开这种强磁性膜。

对试样1、2的隧道磁电阻变化率与施加电压的依赖关系进行测定。测定 结果如图25所示。由图25中可以明确获知，即使施加在元件上的电压值的增 大也可以减少元件的磁电阻变化率的降低。因此可以提供出具有比较大的输出 电压的磁性元件。而且被Ag分开的Ni80Fe20在大约为4奥斯特的小磁场作用 下，磁电阻会产生急剧变化，显示出它具有可作为磁电阻效应型磁头、磁传感 器、磁存储器使用的良好特性。

实施例5

利用溅射装置，在玻璃基板上按在Ar气体压力为1×10-3Torr的条件 下对作为极靶的Co80Pt20合金和Cu同时实施溅射。随后进行30分钟的300 ℃的退火。这样便获得了在Cu中分散有Co80Pt20合金微粒的、膜厚为100毫 微米的微粒磁性膜。磁特性测定的结果表明，微粒磁性膜的矫顽力为0.3千奥 斯特左右，并可以获得明显的磁滞曲线，而且观察不到超常磁性的现象。

在上述的微粒磁性膜上成膜出厚度为1毫微米的Al膜后，再向腔室内导 入Ar+O2气体以进行等离子氧化处理，形成Al2O3膜。在其上制成叠层Ag(3毫微米)/Ni80Fe20(5毫微米)的试样1，或叠层设置10层的(Ag(1 毫微米)/Ni80Fe20(2毫微米))的试样2，随后再分别成膜厚度为100毫 微米的Ag层作为复盖层。分别在300℃的温度下，将试样1、2放在磁场中 进行热处理，以获得单轴各向异性。通过在这一磁场状态下实施的热处理，可 以使Ag在作为强磁性膜的Ni80Fe20中扩散开。而且可以由剖面TEM结果中明 确获知用Ag分开这种强磁性膜。

对试样1、2的隧道磁电阻变化率与施加电压的依赖关系进行测定。测定 结果如图26所示。而且在图26中还一并示出了对强磁性膜未由非磁性体分开 的Co80Pt20/Al2O3/NiFe隧道结(比较实例)的测定结果。作为比较实例的 Co80Pt20/Al2O3/NiFe隧道结，当施加至元件的电压增大时其磁电阻变化率将 急剧降低，而作为具有用非磁性元素Cu、Ag分开的强磁性膜的、实施例2的 各个元件，即使施加电压值增大，元件的磁电阻变化率的降低也少，所以可以 获得比较大的输出电压。而且被Ag分开的Ni80Fe20在大约为4奥斯特的小磁 场作用下，磁电阻会产生急剧变化，从而显示出其具有可作为磁电阻效应型磁 头、磁传感器、磁存储器使用的良好特性。

实施例6

利用溅射装置，在热氧化Si基板上形成Cr衬底膜，再在该Cr衬底膜上 制作出微粒磁性膜。可以在以Co80Pt20合金和Al2O3为极靶、在Ar气压力为 1×10-3Torr、基板偏置为300W的条件下同时实施溅射的方式，形成微粒 磁性膜。这样便获得了在Al2O3基质中分散有CoPt合金微粒的、膜厚为10毫 微米的微粒磁性膜。磁特性测定的结果表明，这一微粒磁性膜的矫顽力为2千 奥斯特左右，并可以获得明显的磁滞曲线，而且观察不到超常磁性。

在上述的微粒磁性膜上，以Ar气压为1×10-3Torr的条件形成5层的 (Mo(1毫微米)/Co50Fe30Ni20(2毫微米))膜。这时的Ar气压比较高， 故叠层比较平坦，从而可以获得如图21所示的、强磁性膜被非磁性层分开的结 构。随后用铣床对这种强磁性膜进行精细加工，以制作出具有如图15所示的结 构的元件，然后在磁场中实施热处理以获得单轴各向异性。

对这种试样的隧道磁电阻变化率与施加电压的依赖关系进行测定。测定结 果如图27所示。对于具有用非磁性元素Mo分开的强磁性膜的元件，即使所施 加的电压值增大，磁电阻变化率的降低也小，因此可以获得比较大的输出电压。 而且被Mo分断开的Co50Fe30Ni20在大约为15奥斯特的小磁场作用下，磁电阻 会产生急剧变化，这显示出它具有可作为磁电阻效应型磁头、磁传感器、磁存 储器使用的良好特性。

实施例7

利用溅射装置，在玻璃基板上以Ar气压为1×10-3Torr的条件下对作 为极靶的Co-Fe-Nb-Si-B同时实施溅射。随后进行30分钟的500℃ 的退火，以制作出膜厚为100毫微米的纳米结晶层。在其上成膜出厚度为1毫 微米的Al膜后，再向腔室内导入Ar+O2气体以进行等离子氧化处理，形成 Al2O3膜。

在这一Al2O3膜上叠层设置Ag(3毫微米)/Co(5毫微米)而构成试样。 随后在其上成膜出固定Ag(3毫微米)/Co(5毫微米)层的磁化用的、厚度 为7毫微米的FeMn膜，再形成作为复盖层的、厚度为100毫微米的Ag膜。将 试样放入磁场中，进行300℃下的热处理，以获得单轴各向异性，并且在刚刚 达到FeMn的阻塞温度时使磁场方向转动90度，并使温度下降至室温。利用这 种在磁场中实施热处理方式，可以使Ag在作为强磁性膜的Co中扩散开。这样 便制得了一个强磁性膜为纳米结晶层、另一个强磁性膜被用Ag分断开的结构， 这一点可以由剖面TEM的结果中明确获知。

对这种试样的隧道磁电阻变化率与施加电压的依赖关系进行测定。测定结 果如图28所示。由图28中可以明确获知，这一实施例中的元件即使所施加的 电压值增大，磁电阻变化率降低也较小。因此可以获得比较大的输出电压。而 且纳米结晶层在大约为3奥斯特的小磁场作用下，磁电阻会产生急剧变化，显 示出它具有可作为磁电阻效应型磁头、磁传感器、磁存储器使用的良好特性。

实施例8

利用溅射装置，在SiO2基板上形成厚度为100毫微米的Cr膜，再在其上 制作出微粒磁性膜。可以通过以Co90Fe10合金和Al2O3为极靶、在Ar气压为 1×10-3Torr、基板偏置为400W的条件下同时实施溅射的方式，形成微粒 磁性膜。这样便获得了在Al2O3基质中分散有CoFe合金微粒的、膜厚为15毫 微米的微粒磁性膜。磁特性测定的结果表明，微粒磁性膜的矫顽力为30奥斯特 左右，并可以获得具有明显角形的强磁性磁滞曲线，而且观察不到超常磁性。

在这种微粒磁性膜上叠层设置Ag(3毫微米)/Co80Pt20(5毫微米)膜， 随后再成膜出作为复盖层的、厚度为100毫微米的Ag层而构成试样。将试样放 入磁场中，进行300℃下的热处理，以获得单轴各向异性。利用这种在磁场中 实施热处理方式，可以使Ag在作为强磁性膜的Co80Pt20的晶界中扩散开。可 以由剖面TEM的结果中明确获知这一强磁性膜已经被Ag分开。

对这种试样的隧道磁电阻变化率与施加电压的依赖关系进行测定。测定结 果如图29所示。由图29中可以明确获知，即使施加在元件上的电压值增大， 而磁电阻变化率降低也较小，因此可以获得比较大的输出电压。而且微粒磁 性膜在大约为30奥斯特的小磁场作用下，磁电阻会产生急剧变化，从而显示出 它具有可作为磁电阻效应型磁头、磁传感器、磁存储器使用的良好特性。