磁性多層膜および磁気抵抗効果素子ならびにそれらの製造方法
【構成】 非磁性薄膜を介して２層以上の磁性薄膜を積層して磁性多層膜を形成する。隣合う磁性薄膜の保磁力は互いに異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角形比およびＨｋを規制し、さらに保磁力の大きな第２の磁性薄膜と非磁性薄膜とを含めて各薄膜の膜厚を規制して第１〜第３の発明を構成する。
【効果】 第１の発明の磁性多層膜は、数Oe〜数十Oeの外部磁場で大きなＭＲ変化率を示し、０磁場で良好なＭＲ変化立ち上がり特性と高い耐熱性とをもつ。第２の発明ではさらに−１０〜１０Oeの外部磁場でヒステリシス特性とＭＲ傾きが改善され、第３の発明ではこれらに加えて−５０〜５０Oeの外部磁場での大きなＭＲ傾きと、すぐれたヒステリシス特性と、高周波磁界での大きなＭＲ傾きとをもつ。従って、高感度の磁気抵抗効果型センサや高密度磁気記録可能な磁気ヘッドが実現する。
【効果】 第１の発明の磁性多層膜は、数Oe〜数十Oeの外部磁場で大きなＭＲ変化率を示し、０磁場で良好なＭＲ変化立ち上がり特性と高い耐熱性とをもつ。第２の発明ではさらに−１０〜１０Oeの外部磁場でヒステリシス特性とＭＲ傾きが改善され、第３の発明ではこれらに加えて−５０〜５０Oeの外部磁場での大きなＭＲ傾きと、すぐれたヒステリシス特性と、高周波磁界での大きなＭＲ傾きとをもつ。従って、高感度の磁気抵抗効果型センサや高密度磁気記録可能な磁気ヘッドが実現する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子のうち、特に小さな磁場変化を大きな電気抵抗変化信号として読み取ることのできる磁気抵抗効果素子と、それに好適な磁性多層膜と、それらの製造方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気センサの高感度化や磁気記録における高密度化が進められており、これに伴い磁気抵抗変化を用いた磁気抵抗効果型磁気センサ（以下、ＭＲセンサという。）や、磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドという。）の開発が盛んに進められている。ＭＲセンサもＭＲヘッドも、磁性材料を用いた読み取りセンサ部の抵抗変化により、外部磁界信号を読み出すものであるが、ＭＲセンサやＭＲヘッドでは、記録媒体との相対速度が再生出力に依存しないことから、ＭＲセンサでは高感度が、ＭＲヘッドでは高密度磁気記録においても高い出力が得られるという特長がある。
【０００３】しかし、従来の異方性磁気抵抗効果によるＮｉ0.8 Ｆｅ0.2 （パーマロイ）やＮｉＣｏ等磁性体を利用したＭＲセンサでは、抵抗変化率△Ｒ／Ｒがせいぜい２〜５％位と小さく、数ＧＢＰＩオーダーの超高密度記録の読み出し用ＭＲヘッド材料としては感度が不足する。
【０００４】ところで、金属の原子径オーダーの厚さの薄膜が周期的に積層された構造をもつ人工格子は、バルク状の金属とは異なった特性を示すために、近年注目されてきている。このような人工格子の１種として、基板上に強磁性金属薄膜と反強磁性金属薄膜とを交互に積層した磁性多層膜があり、これまで、鉄−クロム型、コバルト−銅型等の磁性多層膜が知られている。このうち、鉄−クロム型（Ｆｅ／Ｃｒ）については、超低温（４．２Ｋ）において４０％を超える磁気抵抗変化を示すという報告がある（Phys. Rev. Lett 第６１巻、２４７２頁、１９８８年）。しかし、この人工格子磁性多層膜では最大抵抗変化の起きる外部磁場（動作磁界強度）が十数kOe 〜数十kOe と大きく、このままでは実用性がない。この他、Ｃｏ／Ａｇ等の人工格子磁性多層膜も提案されているが、これらでも動作磁場強度が大きすぎる。
【０００５】そこで、このような事情から、非磁性層を介して保磁力の異なる２つの磁性層を積層した誘導フェリ磁性による巨大ＭＲ変化を示す３元系人工格子磁性多層膜が、後述する第１の発明の出願優先日前に提案されている。例えば、非磁性層を介して隣合う磁性薄膜のＨｃが異なっており、各層の厚さが２００A 以下であるもの（特開平４−２１８９８２号公報；下記ｆ）など、下記の文献が発表されている。
【０００６】ａ．Journal of The Physical Society of Japan, 59(1990)3061T.Shinjo and H.Yamamoto［Ｃｏ（３０）／Ｃｕ（５０）／ＮｉＦｅ（３０）／Ｃｕ（５０）］×１５［（ ）内は各層の膜厚（A ）、×の数値は繰り返り数、以下同］において印加磁場３kOe で９．９％、５００Oeでは約８．５％のＭＲ変化率を得ている。
【０００７】ｂ．Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 99(1991)243H.Ymamamoto, T.Okuyama, H.Dohnomae and T.Shinjoａに加えて構造解析結果、ＭＲ変化率や比抵抗の温度変化、外部磁場の角度による変化、ＭＲ曲線のマイナーループ、積層回数依存性、Ｃｕ層厚依存性、磁化曲線の変化について述べられている。
【０００８】ｃ．電気学会マグネティクス研究会資料，ＭＡＧ−９１−１６１星野、細江、神保、神田、綱島、内山ａ、ｂの追試である。Ｃｕ層厚依存性、ＮｉＦｅ層厚依存性について追試している。加えて磁化曲線から外挿して疑似的に求めたＣｏのＨｃのＣｕ層厚依存性の結果がある。またＮｉＦｅ（３０）−Ｃｕ（３２０）とＣｏ（３０）−Ｃｕ（３２０）から求めたそれぞれの磁化曲線を合成してＮｉＦｅ（３０）−Ｃｕ（１６０）−Ｃｏ（３０）−Ｃｕ（１６０）の磁化曲線と比較している。この場合はＣｕ中間厚が３元系人工格子のものと違うので、直接角型比とＨｃとを比較することはできない。
【０００９】ｄ．電気学会マグネティクス研究会資料，ＭＡＧ−９１−２４２奥山、山本、新庄誘導フェリ磁性による巨大ＭＲ変化についての現像論的解析が述べられている。Ｈｃの小さなＮｉＦｅ層の磁気モーメントの回転につれてＭＲも同様に変化し、人工的に生成されたスピンの反平行状態によって巨大ＭＲ現象が発現することが確認されている。また、この現像はＮｉＦｅ等の異方性ＭＲ効果とは異なることがＭＲの印加磁場角度変化の違いによって証明されている。
【００１０】また、さらに下記の公報および文献も発表されている。
【００１１】ｅ．Japanese Journal of Applied Physics, 31(1992)L484H.Sakakima, et al.ＲＦスパッタ法で成膜したＮｉＦｅＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏ多層膜の微細構造とＭＲ変化率との関連が述べられている。ＮｉＦｅ層とＣｏ層とをともに３０A と固定したときのＣｕ層厚によるＭＲ変化率の振動現象を報告しているが、試料成膜時に磁場は印加されてない。
【００１２】ｆ．特開平４−２１８９８２号公報保磁力の異なる磁性薄膜を非磁性薄膜を介して積層した磁性多層膜に関するものであってＮｉ−ＦｅとＣｏとをそれぞれ２５A または３０A とし、これをＣｕ層を介して積層した実施例が開示されている。
【００１３】ｇ．特開平４−２２３３０６号公報非磁性層を介して隣合う２種類の磁性薄膜のＨｃが異なっている磁性多層膜であり、１つの磁性層がＣｏＰｔを主成分とする材料を用いた開示例が示されている。
【００１４】このような３元系人工格子磁性多層膜では、Ｆｅ／Ｃｒ，Ｃｏ／Ｃｕ，Ｃｏ／Ａｇ等に比較してＭＲ変化率の大きさは劣るものの、数１００Oe以下の印加磁場で１０％程度の巨大なＭＲ変化率を示している。しかし、これらの文献等で開示されている内容は数１０〜１００Oe程度の印加磁場でのＭＲ変化についてのみである。
【００１５】ところで、実際の超高密度磁気記録におけるＭＲヘッド材料としては印加磁場０から４０〜５０OeまでのＭＲ変化曲線が重要である。しかし、これら従来の３元系人工格子は、印加磁場０でのＭＲ変化はあまり増加しておらず、ほとんど０に近い。ＭＲ変化の増加率は６０Oe程度で最大となり、このとき９％程度のＭＲ変化率を示す。すなわち、変化曲線の立ち上がりが遅い。一方、パーマロイ（ＮｉＦｅ）の場合は、０磁場におけるＭＲ変化の傾きはほぼ０であり、ほとんどＭＲ変化率はかわらず、ＭＲ変化率の微分値は０に近く、磁場感度が低く、超高密度磁気記録の読み出し用ＭＲヘッドとしては適さない。
【００１６】このような特性を解決する手段として、ＮｉＦｅ等では、Ｔｉ等の比抵抗の小さなシャント層を設けて動作点をシフトさせて用いている。また、このシャント層に加えてＣｏＺｒＭｏ、ＮｉＦｅＲｈ等の比抵抗の大きな軟磁性材料のソフトフィルムバイアス層を設けてバイアス磁界を印加して用いている。しかし、このようなバイアス層をもつ構造は、工程が複雑となり、特性を安定させることが困難であり、コストアップを招く。またＭＲ変化曲線のなだらかなところを使うことになるのでＳ／Ｎの低下等を招く。
【００１７】さらに、ＭＲヘッド等では、複雑な積層構造をとりパターニング、平坦化等の工程でレジスト材料のベーキングやキュア等の熱処理を必要とし、３５０℃程度の耐熱性が必要となることがある。しかし、従来の３元系人工格子磁性多層膜では、このような熱処理で特性が劣化してしまう。
【００１８】さらに、この出願の優先日以後、下記の諸文献が発表されている。
【００１９】ｈ．特開平４−２４７６０７号公報（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）x'Ｆｅ1-x'と（Ｃｏy Ｎｉ1-y ）z Ｆｅ1-z （ｘ＝０．６〜１．０、ｘ’＝０．７〜１．０、ｙ＝０．４〜１．０、ｚ＝０．８〜１．０）とを非磁性層を介して積層した磁性多層膜を開示しており、その実施例では２種の３０A の磁性層を５０A の非磁性層を介して積層している。
【００２０】ｉ．Applied Physics Letters, 61(1992)3187T.Valet, et al.ＲＦスパッタ法で成膜したＮｉ80Ｆｅ20／Ｃｕ／Ｃｏ多層膜のＣｕ層厚によるＭＲ変化率の振動現象が述べられている。試料は［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（ｘ）−Ｃｏ（２０）−Ｃｕ（ｘ）］×３（ただし７≦ｘ≦３７）である。試料は、ＲＦスパッタ法により無磁場中で成膜されている。ここで、ｘ＝３３A のときにのみ保磁力の差に起因するＭＲ変化の成分が存在すると述べられている。
【００２１】ｊ．Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 121(1993)402T.Valet, et al.ＲＦスパッタ法で成膜したＮｉ80Ｆｅ20／Ｃｕ／Ｃｏ多層膜の微細構造とＭＲ変化率との関連が述べられている。ここでは［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（５０）−Ｃｏ（１０）−Ｃｕ（５０）］×１２および［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（５０）−Ｃｏ（１００）−Ｃｕ（５０）］×８の２つの試料についての断面電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）と、［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（２０）−Ｃｏ（３０）−Ｃｕ（２０）］×１８および［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（２０）−Ｃｏ（３０）−Ｃｕ（２０）］×３の２つの試料についてのＭＲ特性について述べられている。例えば上記１８回積層の場合、室温でＭＲ変化が１１％であるが、これは保磁力の差のよると述べられている。やはり試料の成膜時には磁場は印加されていない。
【００２２】ｋ．Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 121(1993)339スパッタ法で成膜した［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（ｘ）−Ｃｏ（２０）−Ｃｕ（ｘ）］×３の磁化反転機構について述べられている。ここではＭＲ特性についてはふれられていないし、また試料成膜時に磁場は印加されていない。
【００２３】このように、これらの文献に示される例では、磁場中の成膜を行っておらず、ＮｉＦｅ層に磁気異方性が付与されておらず、その角形比が高いものとなっている。この結果、０磁場を中心に−１０〜１０Oeの範囲でのＭＲ変化率は大きなヒステリシスを示し、しかもこの範囲でのＭＲ傾きが小さく、磁気ヘッドとして良好かつ安定な再生を行なうことができない。
【００２４】また、さらにすぐれた超高密度磁気記録におけるＭＲヘッド材料として、印加磁場−５０〜５０OeまでのＭＲ変化曲線も重要である。しかし、これらの文献の開示例では、０磁場を中心に−５０〜５０Oeの範囲でのＭＲ変化率のヒステリシスが大きく、またこの範囲でのＭＲ傾きも小さい。
【００２５】さらにまた、ＭＲヘッドは、高密度記録再生用として１MHz 以上の高周波磁界下で用いられることが要求される。しかし、従来の各種３元系磁性多層膜の膜厚構造では、１MHz 以上の高周波磁界での磁気抵抗変化曲線の傾き（高周波でのＭＲ傾き）を０．０８％／Oe以上にして、高い高周波感度を得ることが難しい。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的は、大きなＭＲ変化率を示し、印加磁場が例えば０〜４０Oe程度のきわめて小さい範囲で直線的なＭＲ変化の立ち上がり特性を示し、磁場感度が高く、耐熱温度の高い磁性多層膜とそれを用いた磁気抵抗効果素子と、その製造方法とを提供することである。
【００２７】また、第２の目的は、これに加え、印加磁場が例えば−１０〜１０Oe程度の範囲で、ヒステリシス特性とＭＲ傾きが改善された磁性多層膜とそれを用いた磁気抵抗効果素子と、それらの製造方法とを提供することである。
【００２８】さらに、第３の目的は、これらに加え、印加磁場が例えば−５０〜５０Oe程度の範囲内でのＭＲ傾きは０．１５％／Oe以上の高い値を示し、すぐれたヒステリシス特性をもち、さらに高周波磁界でのＭＲ傾きが大きな磁性多層膜とそれを用いた磁気抵抗効果素子と、それらの製造方法とを提供することである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】このような第１〜第３の目的は、それぞれ下記（１）〜（５）の磁性多層膜の第１の発明、（６）の磁性多層膜の第２の発明、（７）〜（１２）の磁性多層膜の第３の発明を、それぞれ下記（１３）〜（１６）の製造方法を用いて成膜し、下記（１７）または（１８）の磁気抵抗効果素子を下記（１９）の製造方法により作製することで、すぐれた磁気抵抗効果素子として実現する。
（１）非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ２００A 以下である磁性多層膜。
（２）保磁力の小さい第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、２０A ≦ｔ1 、ｔ1 ≧ｔ2 である上記（１）の磁性多層膜。
（３）ＳＱ2 ／ＳＱ1 が２〜１００である上記（１）または（２）の磁性多層膜。
（４）４A ≦ｔ2 ≦２８A 、２２A ≦ｔ1 、ｔ1 ≧１．０５ｔ2 である上記（２）または（３）の磁性多層膜。
（５）前記第１の磁性薄膜の異方性磁界Ｈｋが１〜２０Oeである上記（１）〜（４）のいずれかの磁性多層膜。
（６）非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜２０A 、１０A ≦ｔ1 ＜２０A 、ｔ1 ≧ｔ2 である磁性多層膜。
（７）非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 、非磁性薄膜の厚さをｔ3 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、６A ≦ｔ1 ≦４０A 、ｔ1 ≧ｔ2 、ｔ3 ＜５０A である磁性多層膜。
（８）ＳＱ2 ／ＳＱ1 が２〜１００である上記（７）の磁性多層膜。
（９）前記第１の磁性薄膜の異方性磁界Ｈｋが３〜２０Oeである上記（７）または（８）の磁性多層膜。
（１０）磁気抵抗変化曲線が、−５０〜５０Oeの磁場範囲内に傾きが０．１５％／Oe以上である直線部分を有し、さらに最大ヒステリシス幅が２０Oe以下である上記（７）〜（９）のいずれかの磁性多層膜。
（１１）前記第１の磁性薄膜が、式（Ｎｉx Ｆｅ1-x ）y Ｃｏ1-y （ただし、０．７≦ｘ≦０．９、０．５≦ｙ≦１．０である。）で表される組成を含む上記（７）〜（１０）のいずれかの磁性多層膜。
（１２）前記第２の磁性薄膜が、式（Ｃｏz Ｎｉ1-z ）w Ｆｅ1-w （ただし、０．４≦ｚ≦１．０、０．５≦ｗ≦１．０である。）で表される組成を含む上記（７）〜（１１）のいずれかの磁性多層膜。
（１３）基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を成膜する際に、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の成膜時に膜面内の一方向に外部磁場を印加して上記（１）〜（１２）のいずれかの磁性多層膜を形成する磁性多層膜の製造方法。
（１４）前記外部磁場は１０〜３００Oeの磁界強度である上記（１３）の磁性多層膜の製造方法。
（１５）上記（１）〜（１２）のいずれかの磁性多層膜を成膜したのち、５００℃以下の温度で熱処理を行う磁性多層膜の製造方法。
（１６）基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を成膜したのち５００℃以下の温度で熱処理を行い、上記（１）〜（１２）のいずれかの磁性多層膜を形成する磁性多層膜の製造方法。
（１７）基板上に上記（１）〜（１２）のいずれかの磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子。
（１８）バイアス磁界印加機構をもたない上記（１７）の磁気抵抗効果素子。
（１９）上記（１３）〜（１６）のいずれかの製造方法により、基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を形成し、上記（１）〜（１２）のいずれかの磁性多層膜を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【００３０】
【作用】３元系人工格子磁性多層膜において、第１の目的である０磁場からのリニアリティーが良好で大きな傾きをもつＭＲ曲線と高い耐熱性を得るためには、上記の文献でａ〜ｄ等に示されているＨｃの差だけでは不十分である。このような良好な立ち上がり特性と高い耐熱性を得るためには、第１の発明に従い、第１および第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 、ＳＱ2 を規制し、しかもこれらの膜厚ｔ1 、ｔ2 を規制しなければならない。そして、このような本発明の角型比や膜厚の関係は、上記文献ａ〜ｇや、上記のこの出願の先願等には記載されていない。
【００３１】さらに、第２の発明に従い、磁性薄膜をさらに薄層化すると、第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜との磁気的相互作用が小さくなり、印加磁場が例えば−１０〜１０Oe程度の範囲で、すぐれたＭＲ変化率のヒステリシス特性と大きなＭＲ傾きとを示す。このような関係は上記諸文献等にはまったく記載されていない。
【００３２】また、第３の目的における印加磁場が例えば−５０〜５０Oe程度の範囲内で求めた磁気抵抗変化曲線（ＭＲカーブ）の微分曲線から求める微分値の最大値ＭＲ傾きが０．１５％／Oe以上であり、すぐれたヒステリシス特性をもち、さらに高周波磁界におけるＭＲ傾きが大きい磁性多層膜を得るためには、第３の発明に従い、第１の磁性薄膜の厚さｔ1 、第２の磁性薄膜の厚さｔ2 に加え非磁性薄膜の厚さｔ3 を、５０A 未満に規制し、さらに少なくとも第１の磁性薄膜の成膜を磁場中で行なう。このような膜厚の磁場中成膜による磁性多層膜については、上記諸文献等には示されていない。
【００３３】
【具体的構成】以下、第１〜第３の発明の具体的構成について詳細に説明する。
【００３４】本発明では、非磁性薄膜を介して隣合った磁性薄膜の保磁力は互いに異なっていることが必要である。その理由は、本発明の原理が、隣合った磁性層の磁化の向きがズレているとき、伝導電子がスピンに依存した散乱を受け、抵抗が増え、磁化の向きが互いに逆向きに向いたとき、最大の抵抗を示すことにあるからである。すなわち、本発明では、図２で示すように外部磁場が第１の磁性薄膜の保磁力Ｈｃ1 と第２の磁性薄膜層の保磁力Ｈｃ2 の間（Ｈｃ1 ＜Ｈ＜Ｈｃ2 ）であるとき、隣合った磁性層の磁化の方向が互いに逆向きの成分が生じ、抵抗が増大するのである。
【００３５】ここで、３元系人工格子多層磁性膜の外部磁場、保磁力および磁化の方向の関係を説明する。図１は、本発明の実施例である人工格子磁性多層膜１の断面図である。図１において、人工格子磁性多層膜１は、基板４上に磁性薄膜Ｍ1 ，Ｍ2…，Ｍn-1 ，Ｍn を有し、隣接する２層の磁性薄膜の間に、非磁性薄膜Ｎ1 ，Ｎ2 …，Ｎn-2 ，Ｎn-1 を有する。
【００３６】今、簡素化して、保磁力の異なる２種類の磁性薄膜のみを有する場合について説明する。図２に示されるように、２種類の磁性薄膜層■、■のＨｃをそれぞれＨｃ1 およびＨｃ2 とする（０＜Ｈｃ1 ＜Ｈｃ2 ）。また、第１の磁性薄膜■の異方性磁界をＨｋ、第２の磁性薄膜■の磁化が飽和する外部磁界をＨm とする。最初、外部磁場Ｈを、Ｈ＜−Ｈm となるようにかけておく。第１および第２磁性薄膜層■、■の磁化方向は、Ｈと同じ−（負）方向に向いている。次に外部磁場を上げていくと、Ｈ＜−Ｈｋの領域（Ｉ）では、まだ両磁性薄膜の磁化方向は一方向を向いている。外部磁場を上げて−Ｈｋ＜Ｈ＜Ｈｋの領域（II）の一部にはいると、磁性薄膜■の１部の磁化方向が反転をはじめ、磁性薄膜■、■の磁化方向は互いに逆向きの成分が生じる。そしてＨｋ＜Ｈ＜Ｈｃ2 の範囲で磁性薄膜■、■の磁化方向はほぼ完全に反平行となる。さらに外部磁場を大きくしたＨm ＜Ｈの領域（III ）では、磁性薄膜■、■の磁化方向は、＋方向に揃って向く。
【００３７】今度は外部磁場Ｈを減少させると、Ｈｋ＜Ｈの領域（IV）では磁性薄膜■、■の磁化方向は＋方向のままであるが、−Ｈｋ＜Ｈ＜Ｈｋの領域（Ｖ）の一部では、磁性薄膜層■の磁化方向は一方向に反転をはじめ、磁性薄膜■、■の磁化方向が互いに逆向きの成分が生じる。さらに、Ｈ＜−Ｈm の領域（VI）では、磁性薄膜■、■の磁化方向は一方向に揃って向く。この磁性薄膜■、■の磁化方向が互いに逆向きになっている成分の存在する領域（II）および（Ｖ）で、伝導電子がスピンに依存した散乱を受け、抵抗は大きくなる。領域（II）のうち、−Ｈｋ＜Ｈ＜Ｈｋの範囲において、磁性薄膜■はほとんど磁化反転はしないが、磁性薄膜■は直線的にその磁化を増加させるため、磁性薄膜■の磁化変化に対応し、スピンに依存した散乱を受ける伝導電子の割合が徐々に大きくなる。すなわち、第１の磁性薄膜■に例えばＨｃの小さなＮｉ0.8 Ｆｅ0.2 （Ｈｃ2 数Oe以下）を選び、適当なＨｋを付与し、第２磁性薄膜層■にＨｃのやや大きく、かつ角型比の大きい、例えばＣｏ（Ｈｃ2 数十Oe）を選ぶことにより、Ｈｋ付近以下の数Oe〜数１０Oeの範囲の小外部磁場で抵抗変化が直線的、かつ大きな抵抗変化率を示すＭＲ素子が得られる。
【００３８】以下、まず第１の発明について説明する。
【００３９】第１の発明の磁性薄膜に用いる磁性体の種類は特に制限されないが、具体的には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｃｅ，Ｇｄ等が好ましい。また、これらの元素を含む合金や化合物としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｃｏ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ（センダスト等），Ｆｅ−Ｙ，Ｆｅ−Ｇｄ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｃｏ−Ｎｉ，Ｃｒ−Ｓｂ，Ｆｅ系アモルファス合金、Ｃｏ系アモルファス合金、Ｃｏ−Ｐｔ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｃ，Ｍｎ−Ｓｂ，Ｎｉ−Ｍｎ，Ｃｏ−Ｏ，Ｎｉ−Ｏ，Ｆｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｎ，Ｎｉ−Ｆ，フェライト等が好ましい。本発明では、これらの磁性材料のうちから保磁力の異なる２種またはそれ以上を選択して磁性薄膜を形成する。
【００４０】第１の発明において、各磁性薄膜の膜厚の上限は、２００A である。一方、磁性薄膜の厚さの下限は特にないが、４A 未満ではキューリー点が室温より低くなって実用性がなくなってくる。また、厚さを４A 以上とすれば、膜厚を均一に保つことが容易となり、膜質も良好となる。また、飽和磁化の大きさが小さくなりすぎることもない。膜厚を２００A より大としても効果は落ちないが、膜厚の増加に伴って効果が増大することもなく、膜の作製上無駄が多く、不経済である。
【００４１】各磁性薄膜の保磁力Ｈｃは、適用される素子における外部磁界強度や要求される抵抗変化率等に応じて、例えば０．００１Oe〜１０kOe 、特に０．０１〜１０００Oeの範囲から適宜選択すればよい。また、隣接する磁性薄膜の保磁力の比Ｈｃ2 ／Ｈｃ1 は、１．２〜１００、特に１．５〜１００より好ましくは２〜８０、特に３〜６０、さらに好ましくは５〜５０、特に６〜３０であることが好ましい。比が大きすぎるとＭＲ曲線がブロードになってしまい、また小さすぎるとＨｃの差が近すぎ、反平行状態が有効に働かなくなってしまう。
【００４２】なお、Ｈｃ等の磁気特性の測定に際しては、磁気抵抗効果素子中に存在する磁性薄膜の磁気特性を直接測定することはできないので、通常、下記のようにして測定する。すなわち、測定すべき磁性薄膜を、磁性薄膜の合計厚さが２００〜４００A 程度になるまで非磁性薄膜と交互に蒸着して測定用サンプルを作製し、これについて磁気特性を測定する。この際、磁性薄膜の厚さ、非磁性薄膜の厚さおよび非磁性薄膜の組成は、磁気抵抗効果測定素子におけるものと同じものとする。
【００４３】第１の発明では、０磁場からリニアリティーの高いＭＲ曲線と高い耐熱性を得るために、Ｈｃの小さい第１の磁性薄膜とＨｃの大きい第２の磁性薄膜との０磁場での残留磁化Ｍｒ、すなわち角型比ＳＱ＝Ｍｒ／Ｍｓを制御する。第１の磁性薄膜では、好ましくは０．０１≦ＳＱ1 ≦０．５、より好ましくは０．０１≦ＳＱ1 ≦０．４、特に０．０１≦ＳＱ1 ≦０．３とし、第２の磁性薄膜では、０．７≦ＳＱ2 ≦１．０とする。第１の磁性薄膜は、０磁場近傍でのＭＲ変化の立ち上がりを規定するものであるので、その角型比ＳＱ1 は小さいほどよい。より詳細には、ＳＱ1 が小さければ０磁場付近で磁化は漸次回転し、反平行状態が漸次増加していくので、０磁場をはさんで直線的なＭＲ曲線とすることができる。そして、ＳＱ1 が０．５より大きくなると直線的なＭＲ変化が得られにくくなる。ただし、ＳＱ1 の製造上の限界は０．０１程度までである。
【００４４】このような第１の磁性薄膜と組み合わせる第２の磁性薄膜は、０磁場付近で角形比ＳＱ2 が１に近いほどよい。角型比を０．７以上にすれば０磁場近傍でのＭＲ変化の立ち上がりはシャープになり、大きなＭＲ変化率を得ることができる。なお、第１の磁性薄膜の異方性磁界Ｈｋは１〜２０Oe、より好ましくは２〜１２Oe、特に３〜１０Oeとすることが好ましい。Ｈｋ＞２０では直線性を示す磁場の範囲は広がるが、ＭＲ曲線の傾きが小さくなり、分解能が落ちてしまう。またＨｋ＜１Oeでは直線性を示す磁場の範囲が狭くなり、ＭＲ素子としての機能を果たさなくなってくる。
【００４５】なお、ＳＱ2 ／ＳＱ1 は２〜１００、特に２〜５０であることが好ましい。
【００４６】そして、さらに第１および第２の磁性薄膜の膜厚を最適化することにより、より積極的に角型比すなわちＭＲ変化曲線の立ち上り特性と耐熱性とを制御することが好ましい。今、上記の文献ａ〜ｄ等に示されるほとんどの具体例と同様、第１および第２の磁性薄膜の厚さを同一とするときには、膜厚が厚くなるほど両薄膜の角型比はともに１．０に近づく。このため磁化曲線では明確な磁化の折れ曲がりを示さない。その結果、ＭＲ変化曲線は数１０Oeで始めて立ち上がる０磁場での直線性の悪いものになってしまう。従って、磁性薄膜の膜厚は両方とも薄い方が直線性がよく、良好な立ち上がり特性を示す。ただし、両薄膜とも、例えば１０A 程度と薄い場合、耐熱性に問題がある。より具体的には３５０℃程度で真空中で加熱を行うと、第２の磁性薄膜では角型比の劣化による影響は余り受けないが、第１の磁性薄膜では角型比の劣化が激しい。第１の磁性薄膜は厚くした方が角型比を０．５以下に保つことが容易になる。従って、第２の磁性薄膜とは独立に第１の磁性薄膜を多少厚くした方が、プロセスでの熱処理後のＭＲ特性がよいものが得られる。そして、第１の磁性薄膜の熱処理後の角型比の劣化を抑えて耐熱性を向上させるのである。
【００４７】すなわち、第１の発明においては、ＳＱ1 とＳＱ2 との規制に加えて、第１および第２の磁性薄膜の膜厚をそれぞれｔ2 およびｔ1 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、２０A ≦ｔ1 ≦２００A かつｔ2 ≦ｔ1 、より好ましくは、４A ≦ｔ2 ≦２８A 、２２A ≦ｔ1 ≦１００A かつｔ2 ＜ｔ1 、特に１．０５ｔ2 ≦ｔ1 に規制することが好ましい。ｔ2 が３０A 以上となると全体の比抵抗が増大し、結果的にＭＲ変化率が小さくなってしまう。ただし、ｔ2 が４A 未満では、前記のとおり連続膜の形成が不可能となる。ｔ1 が２０A 未満となると耐熱性が悪化する。なお、ｔ1 の上限は直線性の点で２００A 、特に１００A が望ましい。さらに、ｔ2 ＞ｔ1 となると、耐熱性が悪化し、製造プロセス中で熱が加わる工程を通過した後に、ＭＲ変化率が小さくなってしまう。
【００４８】このように第１および第２の磁性薄膜の角型比と膜厚とを規制することにより、成膜直後の磁性多層膜は、５％以上、特に６〜１２％の高いＭＲ変化率とともに、０磁場にてリニアリティーが高く、勾配の大きいＭＲ変化を示す。より具体的には、印加磁場−３Oe〜＋３OeまでのＭＲ変化率の差は０．５％以上、通常１〜２％程度となり、超高密度記録の読み出し用のＭＲヘッドとして十分な特性が得られる。
【００４９】また、第１の発明では、上記のとおりｔ2 、ｔ1 を規制すれば、耐熱性が向上し、熱処理による特性劣化、特にＭＲ変化率の劣化がきわめて少なくなる。すなわち、例えば真空中、２５０℃以上、３５０℃程度までの熱処理によってもＭＲ変化率を熱処理前の７０％以上に維持することができ、５％以上、特に６％以上のＭＲ変化率を示す。この熱処理は前記のとおり、例えばＭＲヘッドの製造プロセスにて生じるものであるが、条件を選択すれば、印加磁場−３Oe〜＋３OeまでのＭＲ変化率の差で表わされる０磁場での傾きはかえって向上することもあり、熱処理前の２５％減から１００％増の値とすることができ、超高密度磁気記録の読み出し用ＭＲヘッドに必要な０．５％以上、例えば１〜２％の傾きを熱処理後も示すことができる。なお、熱処理後、ＳＱ1 は０．０１〜０．５、ＳＱ2 は０．７〜１．０の値を維持する。
【００５０】用いる非磁性薄膜は、保磁力の異なる磁性薄膜間の磁気相互作用を弱める役割をはたす材料であり、その種類に特に制限はなく各種金属ないし半金属非磁性体や非金属非磁性体から適宜選択すればよい。金属非磁性体としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｈｆ，Ｓｂ，Ｚｒ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｐｂ等やこれらの合金が好ましい。半金属非磁性体としては、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃ，Ｂ等やこれらに別の元素を添加したものが好ましい。非金属非磁性体としては、ＳｉＯ2 ，ＳｉＯ，ＳｉＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，ＴｉＮ等やこれらに別の元素を添加したものが好ましい。
【００５１】第１の発明における非磁性薄膜の厚さは、２００A 以下が望ましい。一般に膜厚が２００A を超えると、抵抗は非磁性薄膜により決定してしまい、スピン散乱を設ける割合が小さくなってしまい、その結果、磁気抵抗変化率が小さくなってしまう。一方、膜厚が小さすぎると、磁性薄膜間の磁気相互作用が大きくなり過ぎ、両磁性薄膜の磁化方向が相異なる状態が生じにくくなるとともに、連続膜の形成が困難となるので、膜厚は４A 以上が好ましい。なお、磁性薄膜や非磁性薄膜の膜厚は、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る。また、薄膜の結晶構造は、Ｘ線回折や高速電子線回折等により確認することができる。
【００５２】次に、第２の発明では、特に第１および第２の磁性薄膜の厚さｔ1 およびｔ2を、４A ≦ｔ2 ＜２０A 、１０A ≦ｔ1 ＜２０A 、ｔ1 ≧ｔ2 とする。磁性薄膜の厚さをこのように薄層化すると、第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜との間での非磁性薄膜層を介しての磁気的相互作用の影響が小さくなり、それぞれの磁性薄膜が独立して容易に磁化反転することができるようになる。これにより、高いＭＲ変化率を示し、しかも印加磁場が例えば−１０〜１０Oe程度の範囲で、すぐれたＭＲ変化率のヒステリシス特性とＭＲ傾きとを示す。ｔ2 が４A 未満では連続膜の形成が不可能となり、ｔ1 ＜ｔ2 では第１の磁性薄膜層と第２の磁性薄膜層との磁化総量の比率のバランスが悪化するため、スピンに依存した散乱を受ける伝導電子の割合が小さくなり、特性が低下しやすくなる。
【００５３】このように、薄層化しても、２５０℃程度での耐熱性は十分であり、実用上問題はない。なお、磁性薄膜に用いる磁性体の材質、各磁性薄膜の保磁力Ｈｃ、角形比ＳＱ2 ／ＳＱ1 、異方性磁界Ｈｋおよび非磁性薄膜については第１の発明と同様の条件が好ましい。
【００５４】さらに、第３の発明では、第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 、非磁性薄膜の厚さをｔ3 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、６A ≦ｔ1 ≦４０A 、ｔ1 ≧ｔ2 、かつｔ3 ＜５０A 、より好ましくは６A ≦ｔ2 ≦２８A 、８A ≦ｔ1 ≦３６A 、ｔ1 ＞ｔ2 、特にｔ1 ≧１．０５ｔ2 かつ８A ≦ｔ3≦４８A である。ｔ2 が３０A 以上となると全体の比抵抗が増大し、結果的にＭＲ変化率が小さくなってくる。この場合、ｔ2 が４A 未満では連続膜の形成が不可能となる。ｔ1 が４０A より大きいと、ＭＲ変化曲線の最大ヒステリシス幅が２０Oeを超えてしまい、例えば、得られた磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いた場合、出力電圧の変動が大きくなりやすく、特性上好ましくない。ｔ1 が６A 未満となると十分な磁気特性が得られず、ＭＲ変化率、ＭＲ傾き、耐熱性ともに劣化し、ＭＲ変化曲線の最大ヒステリシス幅も大きくなる傾向がある。さらに、ｔ1 ＜ｔ2 では第１の磁性薄膜層と第２の磁性薄膜層との磁化総量の比率のバランスが悪化するため、スピンに依存した散乱を受ける伝導電子の割合が小さくなり、特性が低下しやすくなる。
【００５５】このような磁性薄膜に用いる磁性体の種類、各磁性薄膜の保磁力Ｈｃ、角形比ＳＱ2 ／ＳＱ1 について好ましいものは第１の発明と同様である。この場合、上述した薄い層として良好な磁気特性を安定して得るためには、特に第１の磁性薄膜として、式（Ｎｉx Ｆｅ1-x ）y Ｃｏ1-y （ただし、０．７≦ｘ≦０．９、０．５≦ｙ≦１．０）で表わされる組成を、また第２の磁性薄膜として、式（Ｃｏz Ｎｉ1-z ）w Ｆｅ1-w （ただし、０．４≦ｚ≦１．０、０．５≦ｗ≦１．０）で表わされる組成を、それぞれ７０重量％以上含むものが好ましい。
【００５６】第３の発明では、非磁性薄膜の膜厚ｔ3 は５０A 未満、より好ましくは８A 〜４８A であり、膜物性の再現性や安定性の点では３０A 〜４８A 、特に３５A 〜４８A であることが量産上好ましい。ただし、コストを無視して製造ができるならば３０A 未満、特に１０A 〜２８A であってもよい。非磁性薄膜の膜厚が５０A 以上となると、ＭＲ変化率が小さくなり、さらに後述する１MHz の高周波磁界でのＭＲ傾きが小さくなる。非磁性薄膜に用いる材料の種類には特に制限はなく、第１の発明と同様のものが好ましく用いられる。
【００５７】各磁性層および非磁性層の膜厚を上記のように規定し、さらに、少なくとも第１の磁性薄膜の成膜時に後述する膜面内の一方向に外部磁場を印加して異方性磁界Ｈｋを３〜２０Oe、より好ましくは３〜１６Oe、特に３〜１２Oe付与することで、上記の薄膜においても、５％以上、特に６〜１２％の高いＭＲ変化率とともに高い耐熱性を示し、さらに磁気抵抗変化曲線が、印加磁場−５０〜５０Oeの範囲内でのＭＲ傾きは０．１５％／Oe以上、さらに０．１８％／Oe以上、通常０．２０〜０．６０％／Oeが得られ、ＭＲ変化曲線の最大ヒステリシス幅が２０Oe以下、さらに１６Oe以下、通常０〜１４Oeとなる。その上さらに、１MHz の高周波磁界でのＭＲ傾きが０．０８％／Oe以上、より好ましくは０．１０以上、通常０．１０〜０．３０％／Oeとすることができ、高密度記録の読み出し用のＭＲヘッド等に用いる場合、十分な性能を得ることができる。
【００５８】異方性磁界Ｈｋが３Oe未満では保磁力と同程度となってしまい、０磁場を中心とした直線的なＭＲ変化曲線が実質的に得られなくなるため、ＭＲ素子としての特性が劣化する。また２０Oeより大きいとＭＲ傾きが小さくなり、ＭＲヘッド等として用いる際、出力が低下しやすく、かつ分解能が低下する。
【００５９】なお、ＭＲ変化率は、最大比抵抗をρmax 、最小比抵抗をρsat としたとき、（ρmax −ρsat ）×１００／ρsat （％）である。また、最大ヒステリシス幅は、特に表示がない限り、−５０〜＋５０Oeで磁気抵抗変化曲線（ＭＲカーブ）を測定して算出したヒステリシス幅の最大値である。さらに、ＭＲ傾きは、ＭＲカーブを測定し、その微分曲線を求めて得られた−５０〜＋５０Oeでの微分値の最大値である。そして、高周波ＭＲ傾きは、１MHz ５Oeの交流磁場でＭＲ変化率を測定したときの−２〜＋２Oe間での傾きである。
【００６０】これら、第１〜第３の発明において、人工格子磁性多層膜の繰り返し積層回数ｎ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択すればよいが、十分な磁気抵抗変化率を得るためには、ｎを３以上にするのが好ましい。また、積層数を増加するに従って、抵抗変化率も増加するが、生産性が悪くなり、さらにｎが大きすぎると素子全体の抵抗が低くなりすぎて実用上の不便が生じることから、通常、ｎを５０以下とするのが好ましい。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。
【００６１】なお、以上の説明では、磁性薄膜として保磁力の異なる２種類の磁性薄膜だけを用いているが、保磁力がそれぞれ異なる３種以上の磁性薄膜を用いれば、磁化方向が逆転する外部磁界を２箇所以上設定でき、動作磁界強度の範囲を拡大することができる。
【００６２】また、基板材料と人工格子を構成する材料との表面エネルギーの違いを緩和し、両者のぬれ性を向上し、広い範囲で平坦な界面をもった積層構造を実現させるため、磁性多層膜の下地層として、１０〜１００A 程度のＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎあるいはこれらの合金の薄膜を設けてもよい。さらに、最上層の磁性薄膜の表面には、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の酸化防止膜が設けられてもよく、電極引出のための金属導電層が設けられてもよい。
【００６３】磁性多層膜の成膜は、蒸着法、スパッタリング法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等の方法で行う。また、基板としては、ガラス、ケイ素、ＭｇＯ、ＧａＡｓ、フェライト、アルティック、ＣａＴｉＯ等を用いることができる。成膜に際しては、第１の磁性薄膜成膜時に、膜面内の一方向に好ましくは１０〜３００Oeの外部磁場を印加することが好ましい。これにより、ＳＱ1 が低下し、Ｈｋが大きくなる。なお、外部磁場の印加方法は、第１の磁性薄膜成膜時のみ、磁場の印加時期を容易に制御できる例えば電磁石等を具えた装置を用いて印加し、第２の磁性薄膜成膜時は印加しない方法であっても、成膜時を通して常に一定の磁場を印加する方法であってもよい。
【００６４】図３、図４には、本発明の磁性多層膜を用いて磁気抵抗効果素子、例えばＭＲヘッドを構成するときの例が示される。両図に示される磁気抵抗効果素子１０は、上記の磁性多層膜１を絶縁層５内に形成して、磁性多層膜１に測定電流を流すための例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等の電極３、３と、例えばＴｉ等のシャント層２とを接続している。絶縁層５としては、ＳｉＯ2 、ＳｉＯ、Ａｌ2 Ｏ3 等、一般に絶縁層として用いられる酸化物等が好ましい。また、磁性多層膜１は、例えばセンダスト、パーマロイ等のシールド６、６で被われている。さらに図４の例では、シャント層２下方に、例えばＣｏＺｒＭｏ、ＮｉＦｅＲｈ等の比抵抗の大きな軟磁性材料のバイアス磁界印加層７が設けられている。ただし、本発明の磁性多層膜では、０磁場での立ち上がり特性が良好であるので、シャント層やバイアス磁界印加手段は設けなくてよい。
【００６５】さらに、図５では、本発明の磁性多層膜をヨーク型ＭＲヘッドに応用した例が示される。ここでは、磁束を導くヨーク８、８の一部に切り欠きを設け、その間に磁性多層膜１が薄い絶縁層５を介して形成されている。この磁性多層膜１には、ヨーク８、８で形成される磁路の方向と平行または直角方向に電流を流すための電極（図示せず）が形成されている。また、図４と同様にシャント層２、バイアス磁界印加層７が設けられている。ただし、本発明の磁性多層膜では、０磁場での立ち上がり特性が良好であるので、これらシャント層やバイアス磁界印加手段は設けなくてもよい。
【００６６】このような磁気抵抗効果素子の製造にあたっては、工程中パターニング、平坦化等の工程でベーキング、アニーリング、レジストのキュア等の熱処理を必要とする。しかし、本発明の多層膜は耐熱性が良好であるので、第１の発明による磁性多層膜では５００℃以下、一般に５０〜４００℃、５０〜３５０℃間程度の熱処理に十分対応でき、第２および第３の発明による磁性多層膜では５００℃以下、２００〜４００℃で１時間程度の熱処理に十分対応できる。熱処理は通常真空中、不活性ガス雰囲気中、大気中等で行えばよいが、第２および第３の発明による磁性多層膜では、通常１０-5〜１０-9程度の真空（減圧下）中で行なうことで特性劣化の少ない磁性多層膜が得られる。
【００６７】
【実施例】以下、第１〜第３の発明を具体的実施例によりさらに詳細に説明する。まず第１の発明の実施例として実施例１を示す。
【００６８】実施例１基板としてガラス基板４を用い、超高真空蒸着装置の中に入れ、１０-9〜１０-10 Torrまで真空引きを行った。基板温度は室温に保ったまま基板を回転させながら、以下の組成をもつ人工格子磁性多層膜１を作成した。この際、磁界を基板の面内方向に印加しながら、約０．３A ／秒の成膜速度で、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）による蒸着を行った。
【００６９】磁性薄膜と非磁性薄膜との多層膜の構成と磁気抵抗変化率を下記表１に示す。なお、表１において、例えばサンプルNo. ３は、［Ｎｉ0.8 Ｆｅ0.2 （３０）／Ｃｕ（５０）／Ｃｏ（２０）／Ｃｕ（５０）］×１０であって、３０A 厚のＮｉ８０％−Ｆｅ２０％のパーマロイ組成（ＮｉＦｅ）合金の第１の磁性薄膜、５０A 厚のＣｕの非磁性薄膜、２０A 厚のＣｏの第２の磁性薄膜および５０A 厚のＣｕの非磁性薄膜を順次蒸着する工程を１０回繰り返したことを意味する。各サンプルの繰り返し数はともに１０回としたので、これを（Ｃｕ，Ｃｏ／ｔ2 ，ＮｉＦｅ／ｔ1 ）の順で（５０，２０，３０）と表１に記載した。なお、各サンプルとも、下地層として５０A のＣｒ層を介在させた。
【００７０】磁化およびＢ−Ｈループの測定は、振動型磁力計により行った。抵抗測定は、表１に示される構成の試料から０．５×１０mmの形状のサンプルを作成し、外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけながら、−３００〜３００Oeまで変化させたときの抵抗を４端子法により測定し、その抵抗から比抵抗の最小値ρsat およびＭＲ変化率ΔＲ／Ｒを求めた。ＭＲ変化率ΔＲ／Ｒは、最大比抵抗をρmax 、最小比抵抗をρsat とし、次式により計算した：ΔＲ／Ｒ＝（ρmax −ρsat ）×１００／ρsat （％）。また、印加磁場−３Oe〜３OeまでのＭＲ変化率の差を求め、これを０磁場での傾きとし、立ち上がり特性を評価した。この値は前記のとおり０．５％以上あることが必要である。
【００７１】これとは別に、第１の磁性薄膜（ＮｉＦｅ）または第２の磁性薄膜（Ｃｏ）と、非磁性薄膜（Ｃｕ）とを用い、上記の条件で２元系の人工格子を作成し、それぞれの角型比ＳＱ1 、ＳＱ2 とその相対比ＳＱ2 ／ＳＱ1 およびＮｉＦｅのＨｋを求めた。これらの結果（初期特性）を表１に示す。なお、表１には、ＮｉＦｅの成膜時の面内一方向磁場を印加したときの磁界強度を併記する。
【００７２】
【表１】
【００７３】さらに各サンプルを真空中で３５０℃、２時間熱処理した。熱処理後の角型比、ρsat と、ＭＲ変化率、０磁場の傾き、そしてそれらの変化率を表２に示す。
【００７４】
【表２】
【００７５】表２に示される結果から、初期も熱処理後も、本発明のサンプルNo. １〜８のみが１％以上の０磁場の傾きと、５％以上のＭＲ変化率を示すことがわかる。
【００７６】なお、図６には、サンプルNo. ３を構成する第１および第２の磁性薄膜の成膜直後のＢ−Ｈ曲線が示される。また、図７には、第１の磁性薄膜のＨｋと０磁場の傾きと比較の関係が示される。さらに、図８、図９R>９にサンプルNo. ３の成膜直後および熱処理後のＸ線回折パターンを示す。この図から、成膜直後、熱処理後とも長周期構造が維持されていることがわかる。
【００７７】次に第２の発明の実施例として実施例２を示す。
【００７８】実施例２ガラス基板上に、ＭＢＥ装置による超高真空多元蒸着法を用いて、３元系人工格子Ｃｒ（５０）［Ｃｕ（５０）−Ｃｏ（１０）−Ｃｕ（５０）−ＮｉＦｅ（１０）］×１０の磁性多層膜を作成した。到達圧力は４×１０-11 Torr、蒸着中圧力８×１０-10 とした。蒸着速度は０．２〜０．５A ／sec.とし、成膜時に１８０Oeの磁場を印加した。得られたサンプルのＭＲ変化曲線を測定した。−１０〜１０Oeの印加磁場範囲で、印加磁場強度を５往復させて得られたチャートを図１０に示す。また、ＭＲ傾きは０．３０％／Oe、ＭＲ変化率は５．７％、さらにＭＲ変化曲線の直線部分の磁場幅は約８Oeであった。
【００７９】さらに第３の発明の実施例および比較例として、以下の実施例３〜６および比較例１を示す。
【００８０】実施例３コーニング７０５９ガラス基板上に非磁性金属層としてＣｒを５０A 成膜し、下地層とした上にＣｕ／Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ（繰り返し積層回数＝１０）人工格子磁性多層膜を成膜した。成膜条件は、到達圧力２×１０-10 Torr、成膜時圧力１×１０-9Torr、基板温度４０℃程度とし、各材料を０．１〜０．４A ／secの成膜速度で、成膜中に磁場を基板の面内方向に印加しながらＭＢＥ法による蒸着を行った。
【００８１】各層（Ｃｕ／ｔ3 、Ｃｏ／ｔ2 、ＮｉＦｅ／ｔ1 ）の膜厚を表３に示すように変化させ、得られた磁性多層膜について、さらに２５０℃、１時間真空中で熱処理し、サンプル２１〜２７を得た。得られたサンプルについて表３に示す評価を行った。なお、膜厚の単位はA である。得られた結果をまとめて表３に示す。ただし、サンプル２１〜２７は、ＳＱ1 が０．０１〜０．５、ＳＱ2 が０．７〜１．０、ＳＱ2 ／ＳＱ1 が２〜１００の範囲であった。
【００８２】
【表３】
【００８３】比較例１成膜中に磁場を印加せず、他は実施例２と同様にして磁性多層膜を成膜してサンプル３１〜３５を得た。
【００８４】各層（Ｃｕ／ｔ3 、Ｃｏ／ｔ2 、ＮｉＦｅ／ｔ1 ）の膜厚を表３に示すように変化させ、得られた膜について、実施例２と同様に熱処理した後、表３に示す評価を行った。なお、膜厚の単位はA である。得られた結果をまとめて表３に示す。ただし、サンプル３１〜３５のＳＱ1 はいずれも０．５を超える値であった。
【００８５】表３より、成膜中に磁場を印加し、Ｈｋが３〜２０では、大きな高周波傾きが得られることがわかる。さらに、Ｈｋが上記の通り付与されていてもｔ3 ≧５０A では高周波傾きが小さい。
【００８６】実施例４Ｃｏ層厚とＮｉＦｅ層厚とを１０A に固定し、Ｃｕ層厚を３５、４２、４５、５０A に変化させた以外は実施例３と同様に、成膜中に１８０Oeの磁場を印加して磁性多層膜を成膜し、ＭＲ変化率を求めた。結果を図１１に示す。
【００８７】Ｃｕ層厚（ｔ3 ）＜５０A でＭＲ変化率が向上している。なお、このＭＲ変化率は、ＮｉＦｅ層にＨｋを付与しない場合と比較してはるかに増大していた。
【００８８】実施例５Ｃｏ層厚を１０A 、Ｃｕ層厚を４５A に固定し、ＮｉＦｅ層厚を１０、１３、１５、２０、３０、４０および５０A に変化させた以外は実施例３と同様に成膜中に１８０Oeの磁場を印加して磁性多層膜を成膜した。得られた膜について、−５０〜５０Oeの磁場範囲でのＭＲ変化曲線を測定し、そのＭＲ変化曲線の開き幅である最大ヒステリシス幅を評価した。結果を図１２に示す。
【００８９】ＮｉＦｅ層厚が大きくなるとＭＲ変化曲線の最大ヒステリシス幅が大きくなる。
【００９０】実施例６成膜中の印加磁場を９０Oeとしたほかは、実施例３と同様にしてＣｒ（５０）［Ｃｕ（４２）−Ｃｏ（１０）−Ｃｕ（４２）−ＮｉＦｅ（１３）］×１０の磁性多層膜を成膜した。得られたサンプルのＭＲ変化曲線を測定した。−５０〜５０Oeの印加磁場範囲で印加磁場強度を５往復させて得られたチャートを図１３に示す。
【００９１】ＭＲ変化曲線のヒステリシスはほとんど認められていない。
【００９２】実施例７成膜中に１８０Oeの磁場を印加したもの（磁場中）と、磁場の印加を行わないもの（無磁場中）との２種類、Ｃｒ（５０）［Ｃｕ（４２）−Ｃｏ（１０）−Ｃｕ（４２）−ＮｉＦｅ（１３）］×１０の磁性多層膜を実施例３と同様にして成膜した。ついで同一基板上から０．５×６mm、およびφ１０mmをパターニングして得た磁場中サンプルを、１５０、２００、２５０、３００および４００℃の各温度で、無磁場中サンプルを、２００、２５０および３００℃の各温度でそれぞれ１時間、真空中で熱処理し、成膜直後の膜を含めてそれぞれのサンプルのＭＲ変化率、ＭＲ傾きを得た。ＭＲ傾きの結果を図１４に示す。図中、成膜直後の膜の値は熱処理温度５０℃として表示した。
【００９３】磁場中サンプルでは、熱処理によるＭＲ傾きの変化は認められず、無磁場中サンプルは熱処理によりＭＲ傾きが大きく低下している。なお、ＭＲ変化率についてもほぼ同様の結果が得られた。
【００９４】また、図１５に磁場中サンプルの熱処理後の小角Ｘ線回折パターンを示す。人工周期に対応した回折ピークの位置、強度ともにほとんど変化がなく、構造が保たれていることがわかる。
【００９５】
【発明の効果】第１の発明によれば、数Oe〜数十Oe程度の小さい外部磁場で数％〜数十％の大きい抵抗変化率をもつ磁性多層膜が得られる。しかも、０磁場での立ち上がり特性はきわめて良好であり、きわめて高い耐熱性を示す。また、第２の発明ではさらに加えて印加磁場が例えば−１０〜１０Oe程度の範囲で、ヒステリシス特性とＭＲ傾きが改善された磁性多層膜が得られる。さらに第３の発明によれば、これらに加えて印加磁場が例えば−５０〜５０Oe程度の範囲内でのＭＲ傾きは０．１５％／Oe以上の高い値を示し、すぐれたＭＲ変化率のヒステリシス特性をもち、さらに高周波磁界でのＭＲ傾きが大きな磁性多層膜が得られる。したがって、これらの磁性多層膜を用いた高感度のＭＲセンサおよび高密度磁気記録が可能なＭＲヘッド等のすぐれた磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁性多層膜の一部省略断面図である。
【図２】本発明の作用を説明するＢ−Ｈ曲線の模式図である。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の１例を示す一部省略断面図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の他の例を示す一部省略断面図である。
【図５】本発明の磁気抵抗効果素子をヨーク型ＭＲヘッドに応用した１例を示す一部省略断面図である。
【図６】第１の発明の磁性多層膜を構成する第１および第２の磁性薄膜の成膜直後のＢ−Ｈ曲線を示すグラフである。
【図７】第１の発明の磁性多層膜のＭＲ曲線の０磁場の傾きと第１の磁性薄膜のＨｋとの関係を示すグラフである。
【図８】第１の発明の磁性多層膜の成膜直後のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図９】第１の発明の磁性多層膜の熱処理後のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図１０】第２の発明の磁性多層膜を、−１０〜１０Oeの範囲で磁場を印加したときの、印加磁場とＭＲ変化率との関係を示すチャートである。
【図１１】第３の発明の磁性多層膜のＣｕ層厚とＭＲ変化率との関係を示すグラフである。
【図１２】第３の発明の磁性多層膜のＮｉＦｅ層厚とＭＲ変化曲線の最大ヒステリシス幅との関係を示すグラフである。
【図１３】第３の発明の磁性多層膜を、−５０〜５０Oeの範囲で磁場を印加したときの、印加磁場とＭＲ変化率との関係を示すチャートである。
【図１４】第３の発明の磁性多層膜と比較例との熱処理温度とＭＲ傾きとの関係を示すグラフである。
【図１５】第３の発明の磁性多層膜の各温度で熱処理後のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
１ 人工格子膜
１０ 磁気抵抗効果素子
２ シャント層
３ 電極
４ 基板
５ 絶縁層
６ シールド層
７ バイアス印加層
８ ヨーク
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気記録媒体等の磁界強度を信号として読み取るための磁気抵抗効果素子のうち、特に小さな磁場変化を大きな電気抵抗変化信号として読み取ることのできる磁気抵抗効果素子と、それに好適な磁性多層膜と、それらの製造方法とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、磁気センサの高感度化や磁気記録における高密度化が進められており、これに伴い磁気抵抗変化を用いた磁気抵抗効果型磁気センサ（以下、ＭＲセンサという。）や、磁気抵抗効果型磁気ヘッド（以下、ＭＲヘッドという。）の開発が盛んに進められている。ＭＲセンサもＭＲヘッドも、磁性材料を用いた読み取りセンサ部の抵抗変化により、外部磁界信号を読み出すものであるが、ＭＲセンサやＭＲヘッドでは、記録媒体との相対速度が再生出力に依存しないことから、ＭＲセンサでは高感度が、ＭＲヘッドでは高密度磁気記録においても高い出力が得られるという特長がある。
【０００３】しかし、従来の異方性磁気抵抗効果によるＮｉ0.8 Ｆｅ0.2 （パーマロイ）やＮｉＣｏ等磁性体を利用したＭＲセンサでは、抵抗変化率△Ｒ／Ｒがせいぜい２〜５％位と小さく、数ＧＢＰＩオーダーの超高密度記録の読み出し用ＭＲヘッド材料としては感度が不足する。
【０００４】ところで、金属の原子径オーダーの厚さの薄膜が周期的に積層された構造をもつ人工格子は、バルク状の金属とは異なった特性を示すために、近年注目されてきている。このような人工格子の１種として、基板上に強磁性金属薄膜と反強磁性金属薄膜とを交互に積層した磁性多層膜があり、これまで、鉄−クロム型、コバルト−銅型等の磁性多層膜が知られている。このうち、鉄−クロム型（Ｆｅ／Ｃｒ）については、超低温（４．２Ｋ）において４０％を超える磁気抵抗変化を示すという報告がある（Phys. Rev. Lett 第６１巻、２４７２頁、１９８８年）。しかし、この人工格子磁性多層膜では最大抵抗変化の起きる外部磁場（動作磁界強度）が十数kOe 〜数十kOe と大きく、このままでは実用性がない。この他、Ｃｏ／Ａｇ等の人工格子磁性多層膜も提案されているが、これらでも動作磁場強度が大きすぎる。
【０００５】そこで、このような事情から、非磁性層を介して保磁力の異なる２つの磁性層を積層した誘導フェリ磁性による巨大ＭＲ変化を示す３元系人工格子磁性多層膜が、後述する第１の発明の出願優先日前に提案されている。例えば、非磁性層を介して隣合う磁性薄膜のＨｃが異なっており、各層の厚さが２００A 以下であるもの（特開平４−２１８９８２号公報；下記ｆ）など、下記の文献が発表されている。
【０００６】ａ．Journal of The Physical Society of Japan, 59(1990)3061T.Shinjo and H.Yamamoto［Ｃｏ（３０）／Ｃｕ（５０）／ＮｉＦｅ（３０）／Ｃｕ（５０）］×１５［（ ）内は各層の膜厚（A ）、×の数値は繰り返り数、以下同］において印加磁場３kOe で９．９％、５００Oeでは約８．５％のＭＲ変化率を得ている。
【０００７】ｂ．Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 99(1991)243H.Ymamamoto, T.Okuyama, H.Dohnomae and T.Shinjoａに加えて構造解析結果、ＭＲ変化率や比抵抗の温度変化、外部磁場の角度による変化、ＭＲ曲線のマイナーループ、積層回数依存性、Ｃｕ層厚依存性、磁化曲線の変化について述べられている。
【０００８】ｃ．電気学会マグネティクス研究会資料，ＭＡＧ−９１−１６１星野、細江、神保、神田、綱島、内山ａ、ｂの追試である。Ｃｕ層厚依存性、ＮｉＦｅ層厚依存性について追試している。加えて磁化曲線から外挿して疑似的に求めたＣｏのＨｃのＣｕ層厚依存性の結果がある。またＮｉＦｅ（３０）−Ｃｕ（３２０）とＣｏ（３０）−Ｃｕ（３２０）から求めたそれぞれの磁化曲線を合成してＮｉＦｅ（３０）−Ｃｕ（１６０）−Ｃｏ（３０）−Ｃｕ（１６０）の磁化曲線と比較している。この場合はＣｕ中間厚が３元系人工格子のものと違うので、直接角型比とＨｃとを比較することはできない。
【０００９】ｄ．電気学会マグネティクス研究会資料，ＭＡＧ−９１−２４２奥山、山本、新庄誘導フェリ磁性による巨大ＭＲ変化についての現像論的解析が述べられている。Ｈｃの小さなＮｉＦｅ層の磁気モーメントの回転につれてＭＲも同様に変化し、人工的に生成されたスピンの反平行状態によって巨大ＭＲ現象が発現することが確認されている。また、この現像はＮｉＦｅ等の異方性ＭＲ効果とは異なることがＭＲの印加磁場角度変化の違いによって証明されている。
【００１０】また、さらに下記の公報および文献も発表されている。
【００１１】ｅ．Japanese Journal of Applied Physics, 31(1992)L484H.Sakakima, et al.ＲＦスパッタ法で成膜したＮｉＦｅＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏ多層膜の微細構造とＭＲ変化率との関連が述べられている。ＮｉＦｅ層とＣｏ層とをともに３０A と固定したときのＣｕ層厚によるＭＲ変化率の振動現象を報告しているが、試料成膜時に磁場は印加されてない。
【００１２】ｆ．特開平４−２１８９８２号公報保磁力の異なる磁性薄膜を非磁性薄膜を介して積層した磁性多層膜に関するものであってＮｉ−ＦｅとＣｏとをそれぞれ２５A または３０A とし、これをＣｕ層を介して積層した実施例が開示されている。
【００１３】ｇ．特開平４−２２３３０６号公報非磁性層を介して隣合う２種類の磁性薄膜のＨｃが異なっている磁性多層膜であり、１つの磁性層がＣｏＰｔを主成分とする材料を用いた開示例が示されている。
【００１４】このような３元系人工格子磁性多層膜では、Ｆｅ／Ｃｒ，Ｃｏ／Ｃｕ，Ｃｏ／Ａｇ等に比較してＭＲ変化率の大きさは劣るものの、数１００Oe以下の印加磁場で１０％程度の巨大なＭＲ変化率を示している。しかし、これらの文献等で開示されている内容は数１０〜１００Oe程度の印加磁場でのＭＲ変化についてのみである。
【００１５】ところで、実際の超高密度磁気記録におけるＭＲヘッド材料としては印加磁場０から４０〜５０OeまでのＭＲ変化曲線が重要である。しかし、これら従来の３元系人工格子は、印加磁場０でのＭＲ変化はあまり増加しておらず、ほとんど０に近い。ＭＲ変化の増加率は６０Oe程度で最大となり、このとき９％程度のＭＲ変化率を示す。すなわち、変化曲線の立ち上がりが遅い。一方、パーマロイ（ＮｉＦｅ）の場合は、０磁場におけるＭＲ変化の傾きはほぼ０であり、ほとんどＭＲ変化率はかわらず、ＭＲ変化率の微分値は０に近く、磁場感度が低く、超高密度磁気記録の読み出し用ＭＲヘッドとしては適さない。
【００１６】このような特性を解決する手段として、ＮｉＦｅ等では、Ｔｉ等の比抵抗の小さなシャント層を設けて動作点をシフトさせて用いている。また、このシャント層に加えてＣｏＺｒＭｏ、ＮｉＦｅＲｈ等の比抵抗の大きな軟磁性材料のソフトフィルムバイアス層を設けてバイアス磁界を印加して用いている。しかし、このようなバイアス層をもつ構造は、工程が複雑となり、特性を安定させることが困難であり、コストアップを招く。またＭＲ変化曲線のなだらかなところを使うことになるのでＳ／Ｎの低下等を招く。
【００１７】さらに、ＭＲヘッド等では、複雑な積層構造をとりパターニング、平坦化等の工程でレジスト材料のベーキングやキュア等の熱処理を必要とし、３５０℃程度の耐熱性が必要となることがある。しかし、従来の３元系人工格子磁性多層膜では、このような熱処理で特性が劣化してしまう。
【００１８】さらに、この出願の優先日以後、下記の諸文献が発表されている。
【００１９】ｈ．特開平４−２４７６０７号公報（Ｎｉx Ｃｏ1-x ）x'Ｆｅ1-x'と（Ｃｏy Ｎｉ1-y ）z Ｆｅ1-z （ｘ＝０．６〜１．０、ｘ’＝０．７〜１．０、ｙ＝０．４〜１．０、ｚ＝０．８〜１．０）とを非磁性層を介して積層した磁性多層膜を開示しており、その実施例では２種の３０A の磁性層を５０A の非磁性層を介して積層している。
【００２０】ｉ．Applied Physics Letters, 61(1992)3187T.Valet, et al.ＲＦスパッタ法で成膜したＮｉ80Ｆｅ20／Ｃｕ／Ｃｏ多層膜のＣｕ層厚によるＭＲ変化率の振動現象が述べられている。試料は［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（ｘ）−Ｃｏ（２０）−Ｃｕ（ｘ）］×３（ただし７≦ｘ≦３７）である。試料は、ＲＦスパッタ法により無磁場中で成膜されている。ここで、ｘ＝３３A のときにのみ保磁力の差に起因するＭＲ変化の成分が存在すると述べられている。
【００２１】ｊ．Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 121(1993)402T.Valet, et al.ＲＦスパッタ法で成膜したＮｉ80Ｆｅ20／Ｃｕ／Ｃｏ多層膜の微細構造とＭＲ変化率との関連が述べられている。ここでは［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（５０）−Ｃｏ（１０）−Ｃｕ（５０）］×１２および［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（５０）−Ｃｏ（１００）−Ｃｕ（５０）］×８の２つの試料についての断面電子顕微鏡写真（ＴＥＭ）と、［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（２０）−Ｃｏ（３０）−Ｃｕ（２０）］×１８および［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（２０）−Ｃｏ（３０）−Ｃｕ（２０）］×３の２つの試料についてのＭＲ特性について述べられている。例えば上記１８回積層の場合、室温でＭＲ変化が１１％であるが、これは保磁力の差のよると述べられている。やはり試料の成膜時には磁場は印加されていない。
【００２２】ｋ．Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 121(1993)339スパッタ法で成膜した［ＮｉＦｅ（５０）−Ｃｕ（ｘ）−Ｃｏ（２０）−Ｃｕ（ｘ）］×３の磁化反転機構について述べられている。ここではＭＲ特性についてはふれられていないし、また試料成膜時に磁場は印加されていない。
【００２３】このように、これらの文献に示される例では、磁場中の成膜を行っておらず、ＮｉＦｅ層に磁気異方性が付与されておらず、その角形比が高いものとなっている。この結果、０磁場を中心に−１０〜１０Oeの範囲でのＭＲ変化率は大きなヒステリシスを示し、しかもこの範囲でのＭＲ傾きが小さく、磁気ヘッドとして良好かつ安定な再生を行なうことができない。
【００２４】また、さらにすぐれた超高密度磁気記録におけるＭＲヘッド材料として、印加磁場−５０〜５０OeまでのＭＲ変化曲線も重要である。しかし、これらの文献の開示例では、０磁場を中心に−５０〜５０Oeの範囲でのＭＲ変化率のヒステリシスが大きく、またこの範囲でのＭＲ傾きも小さい。
【００２５】さらにまた、ＭＲヘッドは、高密度記録再生用として１MHz 以上の高周波磁界下で用いられることが要求される。しかし、従来の各種３元系磁性多層膜の膜厚構造では、１MHz 以上の高周波磁界での磁気抵抗変化曲線の傾き（高周波でのＭＲ傾き）を０．０８％／Oe以上にして、高い高周波感度を得ることが難しい。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的は、大きなＭＲ変化率を示し、印加磁場が例えば０〜４０Oe程度のきわめて小さい範囲で直線的なＭＲ変化の立ち上がり特性を示し、磁場感度が高く、耐熱温度の高い磁性多層膜とそれを用いた磁気抵抗効果素子と、その製造方法とを提供することである。
【００２７】また、第２の目的は、これに加え、印加磁場が例えば−１０〜１０Oe程度の範囲で、ヒステリシス特性とＭＲ傾きが改善された磁性多層膜とそれを用いた磁気抵抗効果素子と、それらの製造方法とを提供することである。
【００２８】さらに、第３の目的は、これらに加え、印加磁場が例えば−５０〜５０Oe程度の範囲内でのＭＲ傾きは０．１５％／Oe以上の高い値を示し、すぐれたヒステリシス特性をもち、さらに高周波磁界でのＭＲ傾きが大きな磁性多層膜とそれを用いた磁気抵抗効果素子と、それらの製造方法とを提供することである。
【００２９】
【課題を解決するための手段】このような第１〜第３の目的は、それぞれ下記（１）〜（５）の磁性多層膜の第１の発明、（６）の磁性多層膜の第２の発明、（７）〜（１２）の磁性多層膜の第３の発明を、それぞれ下記（１３）〜（１６）の製造方法を用いて成膜し、下記（１７）または（１８）の磁気抵抗効果素子を下記（１９）の製造方法により作製することで、すぐれた磁気抵抗効果素子として実現する。
（１）非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ２００A 以下である磁性多層膜。
（２）保磁力の小さい第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、２０A ≦ｔ1 、ｔ1 ≧ｔ2 である上記（１）の磁性多層膜。
（３）ＳＱ2 ／ＳＱ1 が２〜１００である上記（１）または（２）の磁性多層膜。
（４）４A ≦ｔ2 ≦２８A 、２２A ≦ｔ1 、ｔ1 ≧１．０５ｔ2 である上記（２）または（３）の磁性多層膜。
（５）前記第１の磁性薄膜の異方性磁界Ｈｋが１〜２０Oeである上記（１）〜（４）のいずれかの磁性多層膜。
（６）非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜２０A 、１０A ≦ｔ1 ＜２０A 、ｔ1 ≧ｔ2 である磁性多層膜。
（７）非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 、非磁性薄膜の厚さをｔ3 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、６A ≦ｔ1 ≦４０A 、ｔ1 ≧ｔ2 、ｔ3 ＜５０A である磁性多層膜。
（８）ＳＱ2 ／ＳＱ1 が２〜１００である上記（７）の磁性多層膜。
（９）前記第１の磁性薄膜の異方性磁界Ｈｋが３〜２０Oeである上記（７）または（８）の磁性多層膜。
（１０）磁気抵抗変化曲線が、−５０〜５０Oeの磁場範囲内に傾きが０．１５％／Oe以上である直線部分を有し、さらに最大ヒステリシス幅が２０Oe以下である上記（７）〜（９）のいずれかの磁性多層膜。
（１１）前記第１の磁性薄膜が、式（Ｎｉx Ｆｅ1-x ）y Ｃｏ1-y （ただし、０．７≦ｘ≦０．９、０．５≦ｙ≦１．０である。）で表される組成を含む上記（７）〜（１０）のいずれかの磁性多層膜。
（１２）前記第２の磁性薄膜が、式（Ｃｏz Ｎｉ1-z ）w Ｆｅ1-w （ただし、０．４≦ｚ≦１．０、０．５≦ｗ≦１．０である。）で表される組成を含む上記（７）〜（１１）のいずれかの磁性多層膜。
（１３）基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を成膜する際に、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の成膜時に膜面内の一方向に外部磁場を印加して上記（１）〜（１２）のいずれかの磁性多層膜を形成する磁性多層膜の製造方法。
（１４）前記外部磁場は１０〜３００Oeの磁界強度である上記（１３）の磁性多層膜の製造方法。
（１５）上記（１）〜（１２）のいずれかの磁性多層膜を成膜したのち、５００℃以下の温度で熱処理を行う磁性多層膜の製造方法。
（１６）基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を成膜したのち５００℃以下の温度で熱処理を行い、上記（１）〜（１２）のいずれかの磁性多層膜を形成する磁性多層膜の製造方法。
（１７）基板上に上記（１）〜（１２）のいずれかの磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子。
（１８）バイアス磁界印加機構をもたない上記（１７）の磁気抵抗効果素子。
（１９）上記（１３）〜（１６）のいずれかの製造方法により、基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を形成し、上記（１）〜（１２）のいずれかの磁性多層膜を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【００３０】
【作用】３元系人工格子磁性多層膜において、第１の目的である０磁場からのリニアリティーが良好で大きな傾きをもつＭＲ曲線と高い耐熱性を得るためには、上記の文献でａ〜ｄ等に示されているＨｃの差だけでは不十分である。このような良好な立ち上がり特性と高い耐熱性を得るためには、第１の発明に従い、第１および第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 、ＳＱ2 を規制し、しかもこれらの膜厚ｔ1 、ｔ2 を規制しなければならない。そして、このような本発明の角型比や膜厚の関係は、上記文献ａ〜ｇや、上記のこの出願の先願等には記載されていない。
【００３１】さらに、第２の発明に従い、磁性薄膜をさらに薄層化すると、第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜との磁気的相互作用が小さくなり、印加磁場が例えば−１０〜１０Oe程度の範囲で、すぐれたＭＲ変化率のヒステリシス特性と大きなＭＲ傾きとを示す。このような関係は上記諸文献等にはまったく記載されていない。
【００３２】また、第３の目的における印加磁場が例えば−５０〜５０Oe程度の範囲内で求めた磁気抵抗変化曲線（ＭＲカーブ）の微分曲線から求める微分値の最大値ＭＲ傾きが０．１５％／Oe以上であり、すぐれたヒステリシス特性をもち、さらに高周波磁界におけるＭＲ傾きが大きい磁性多層膜を得るためには、第３の発明に従い、第１の磁性薄膜の厚さｔ1 、第２の磁性薄膜の厚さｔ2 に加え非磁性薄膜の厚さｔ3 を、５０A 未満に規制し、さらに少なくとも第１の磁性薄膜の成膜を磁場中で行なう。このような膜厚の磁場中成膜による磁性多層膜については、上記諸文献等には示されていない。
【００３３】
【具体的構成】以下、第１〜第３の発明の具体的構成について詳細に説明する。
【００３４】本発明では、非磁性薄膜を介して隣合った磁性薄膜の保磁力は互いに異なっていることが必要である。その理由は、本発明の原理が、隣合った磁性層の磁化の向きがズレているとき、伝導電子がスピンに依存した散乱を受け、抵抗が増え、磁化の向きが互いに逆向きに向いたとき、最大の抵抗を示すことにあるからである。すなわち、本発明では、図２で示すように外部磁場が第１の磁性薄膜の保磁力Ｈｃ1 と第２の磁性薄膜層の保磁力Ｈｃ2 の間（Ｈｃ1 ＜Ｈ＜Ｈｃ2 ）であるとき、隣合った磁性層の磁化の方向が互いに逆向きの成分が生じ、抵抗が増大するのである。
【００３５】ここで、３元系人工格子多層磁性膜の外部磁場、保磁力および磁化の方向の関係を説明する。図１は、本発明の実施例である人工格子磁性多層膜１の断面図である。図１において、人工格子磁性多層膜１は、基板４上に磁性薄膜Ｍ1 ，Ｍ2…，Ｍn-1 ，Ｍn を有し、隣接する２層の磁性薄膜の間に、非磁性薄膜Ｎ1 ，Ｎ2 …，Ｎn-2 ，Ｎn-1 を有する。
【００３６】今、簡素化して、保磁力の異なる２種類の磁性薄膜のみを有する場合について説明する。図２に示されるように、２種類の磁性薄膜層
【００３７】今度は外部磁場Ｈを減少させると、Ｈｋ＜Ｈの領域（IV）では磁性薄膜
【００３８】以下、まず第１の発明について説明する。
【００３９】第１の発明の磁性薄膜に用いる磁性体の種類は特に制限されないが、具体的には、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｂ，Ｔｍ，Ｃｅ，Ｇｄ等が好ましい。また、これらの元素を含む合金や化合物としては、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ，Ｆｅ−Ｃｏ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ（センダスト等），Ｆｅ−Ｙ，Ｆｅ−Ｇｄ，Ｆｅ−Ｍｎ，Ｃｏ−Ｎｉ，Ｃｒ−Ｓｂ，Ｆｅ系アモルファス合金、Ｃｏ系アモルファス合金、Ｃｏ−Ｐｔ，Ｆｅ−Ａｌ，Ｆｅ−Ｃ，Ｍｎ−Ｓｂ，Ｎｉ−Ｍｎ，Ｃｏ−Ｏ，Ｎｉ−Ｏ，Ｆｅ−Ｏ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｎ，Ｎｉ−Ｆ，フェライト等が好ましい。本発明では、これらの磁性材料のうちから保磁力の異なる２種またはそれ以上を選択して磁性薄膜を形成する。
【００４０】第１の発明において、各磁性薄膜の膜厚の上限は、２００A である。一方、磁性薄膜の厚さの下限は特にないが、４A 未満ではキューリー点が室温より低くなって実用性がなくなってくる。また、厚さを４A 以上とすれば、膜厚を均一に保つことが容易となり、膜質も良好となる。また、飽和磁化の大きさが小さくなりすぎることもない。膜厚を２００A より大としても効果は落ちないが、膜厚の増加に伴って効果が増大することもなく、膜の作製上無駄が多く、不経済である。
【００４１】各磁性薄膜の保磁力Ｈｃは、適用される素子における外部磁界強度や要求される抵抗変化率等に応じて、例えば０．００１Oe〜１０kOe 、特に０．０１〜１０００Oeの範囲から適宜選択すればよい。また、隣接する磁性薄膜の保磁力の比Ｈｃ2 ／Ｈｃ1 は、１．２〜１００、特に１．５〜１００より好ましくは２〜８０、特に３〜６０、さらに好ましくは５〜５０、特に６〜３０であることが好ましい。比が大きすぎるとＭＲ曲線がブロードになってしまい、また小さすぎるとＨｃの差が近すぎ、反平行状態が有効に働かなくなってしまう。
【００４２】なお、Ｈｃ等の磁気特性の測定に際しては、磁気抵抗効果素子中に存在する磁性薄膜の磁気特性を直接測定することはできないので、通常、下記のようにして測定する。すなわち、測定すべき磁性薄膜を、磁性薄膜の合計厚さが２００〜４００A 程度になるまで非磁性薄膜と交互に蒸着して測定用サンプルを作製し、これについて磁気特性を測定する。この際、磁性薄膜の厚さ、非磁性薄膜の厚さおよび非磁性薄膜の組成は、磁気抵抗効果測定素子におけるものと同じものとする。
【００４３】第１の発明では、０磁場からリニアリティーの高いＭＲ曲線と高い耐熱性を得るために、Ｈｃの小さい第１の磁性薄膜とＨｃの大きい第２の磁性薄膜との０磁場での残留磁化Ｍｒ、すなわち角型比ＳＱ＝Ｍｒ／Ｍｓを制御する。第１の磁性薄膜では、好ましくは０．０１≦ＳＱ1 ≦０．５、より好ましくは０．０１≦ＳＱ1 ≦０．４、特に０．０１≦ＳＱ1 ≦０．３とし、第２の磁性薄膜では、０．７≦ＳＱ2 ≦１．０とする。第１の磁性薄膜は、０磁場近傍でのＭＲ変化の立ち上がりを規定するものであるので、その角型比ＳＱ1 は小さいほどよい。より詳細には、ＳＱ1 が小さければ０磁場付近で磁化は漸次回転し、反平行状態が漸次増加していくので、０磁場をはさんで直線的なＭＲ曲線とすることができる。そして、ＳＱ1 が０．５より大きくなると直線的なＭＲ変化が得られにくくなる。ただし、ＳＱ1 の製造上の限界は０．０１程度までである。
【００４４】このような第１の磁性薄膜と組み合わせる第２の磁性薄膜は、０磁場付近で角形比ＳＱ2 が１に近いほどよい。角型比を０．７以上にすれば０磁場近傍でのＭＲ変化の立ち上がりはシャープになり、大きなＭＲ変化率を得ることができる。なお、第１の磁性薄膜の異方性磁界Ｈｋは１〜２０Oe、より好ましくは２〜１２Oe、特に３〜１０Oeとすることが好ましい。Ｈｋ＞２０では直線性を示す磁場の範囲は広がるが、ＭＲ曲線の傾きが小さくなり、分解能が落ちてしまう。またＨｋ＜１Oeでは直線性を示す磁場の範囲が狭くなり、ＭＲ素子としての機能を果たさなくなってくる。
【００４５】なお、ＳＱ2 ／ＳＱ1 は２〜１００、特に２〜５０であることが好ましい。
【００４６】そして、さらに第１および第２の磁性薄膜の膜厚を最適化することにより、より積極的に角型比すなわちＭＲ変化曲線の立ち上り特性と耐熱性とを制御することが好ましい。今、上記の文献ａ〜ｄ等に示されるほとんどの具体例と同様、第１および第２の磁性薄膜の厚さを同一とするときには、膜厚が厚くなるほど両薄膜の角型比はともに１．０に近づく。このため磁化曲線では明確な磁化の折れ曲がりを示さない。その結果、ＭＲ変化曲線は数１０Oeで始めて立ち上がる０磁場での直線性の悪いものになってしまう。従って、磁性薄膜の膜厚は両方とも薄い方が直線性がよく、良好な立ち上がり特性を示す。ただし、両薄膜とも、例えば１０A 程度と薄い場合、耐熱性に問題がある。より具体的には３５０℃程度で真空中で加熱を行うと、第２の磁性薄膜では角型比の劣化による影響は余り受けないが、第１の磁性薄膜では角型比の劣化が激しい。第１の磁性薄膜は厚くした方が角型比を０．５以下に保つことが容易になる。従って、第２の磁性薄膜とは独立に第１の磁性薄膜を多少厚くした方が、プロセスでの熱処理後のＭＲ特性がよいものが得られる。そして、第１の磁性薄膜の熱処理後の角型比の劣化を抑えて耐熱性を向上させるのである。
【００４７】すなわち、第１の発明においては、ＳＱ1 とＳＱ2 との規制に加えて、第１および第２の磁性薄膜の膜厚をそれぞれｔ2 およびｔ1 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、２０A ≦ｔ1 ≦２００A かつｔ2 ≦ｔ1 、より好ましくは、４A ≦ｔ2 ≦２８A 、２２A ≦ｔ1 ≦１００A かつｔ2 ＜ｔ1 、特に１．０５ｔ2 ≦ｔ1 に規制することが好ましい。ｔ2 が３０A 以上となると全体の比抵抗が増大し、結果的にＭＲ変化率が小さくなってしまう。ただし、ｔ2 が４A 未満では、前記のとおり連続膜の形成が不可能となる。ｔ1 が２０A 未満となると耐熱性が悪化する。なお、ｔ1 の上限は直線性の点で２００A 、特に１００A が望ましい。さらに、ｔ2 ＞ｔ1 となると、耐熱性が悪化し、製造プロセス中で熱が加わる工程を通過した後に、ＭＲ変化率が小さくなってしまう。
【００４８】このように第１および第２の磁性薄膜の角型比と膜厚とを規制することにより、成膜直後の磁性多層膜は、５％以上、特に６〜１２％の高いＭＲ変化率とともに、０磁場にてリニアリティーが高く、勾配の大きいＭＲ変化を示す。より具体的には、印加磁場−３Oe〜＋３OeまでのＭＲ変化率の差は０．５％以上、通常１〜２％程度となり、超高密度記録の読み出し用のＭＲヘッドとして十分な特性が得られる。
【００４９】また、第１の発明では、上記のとおりｔ2 、ｔ1 を規制すれば、耐熱性が向上し、熱処理による特性劣化、特にＭＲ変化率の劣化がきわめて少なくなる。すなわち、例えば真空中、２５０℃以上、３５０℃程度までの熱処理によってもＭＲ変化率を熱処理前の７０％以上に維持することができ、５％以上、特に６％以上のＭＲ変化率を示す。この熱処理は前記のとおり、例えばＭＲヘッドの製造プロセスにて生じるものであるが、条件を選択すれば、印加磁場−３Oe〜＋３OeまでのＭＲ変化率の差で表わされる０磁場での傾きはかえって向上することもあり、熱処理前の２５％減から１００％増の値とすることができ、超高密度磁気記録の読み出し用ＭＲヘッドに必要な０．５％以上、例えば１〜２％の傾きを熱処理後も示すことができる。なお、熱処理後、ＳＱ1 は０．０１〜０．５、ＳＱ2 は０．７〜１．０の値を維持する。
【００５０】用いる非磁性薄膜は、保磁力の異なる磁性薄膜間の磁気相互作用を弱める役割をはたす材料であり、その種類に特に制限はなく各種金属ないし半金属非磁性体や非金属非磁性体から適宜選択すればよい。金属非磁性体としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｍｏ，Ｚｎ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｈｆ，Ｓｂ，Ｚｒ，Ｇａ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｐｂ等やこれらの合金が好ましい。半金属非磁性体としては、Ｓｉ，Ｇｅ，Ｃ，Ｂ等やこれらに別の元素を添加したものが好ましい。非金属非磁性体としては、ＳｉＯ2 ，ＳｉＯ，ＳｉＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，ＴｉＮ等やこれらに別の元素を添加したものが好ましい。
【００５１】第１の発明における非磁性薄膜の厚さは、２００A 以下が望ましい。一般に膜厚が２００A を超えると、抵抗は非磁性薄膜により決定してしまい、スピン散乱を設ける割合が小さくなってしまい、その結果、磁気抵抗変化率が小さくなってしまう。一方、膜厚が小さすぎると、磁性薄膜間の磁気相互作用が大きくなり過ぎ、両磁性薄膜の磁化方向が相異なる状態が生じにくくなるとともに、連続膜の形成が困難となるので、膜厚は４A 以上が好ましい。なお、磁性薄膜や非磁性薄膜の膜厚は、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る。また、薄膜の結晶構造は、Ｘ線回折や高速電子線回折等により確認することができる。
【００５２】次に、第２の発明では、特に第１および第２の磁性薄膜の厚さｔ1 およびｔ2を、４A ≦ｔ2 ＜２０A 、１０A ≦ｔ1 ＜２０A 、ｔ1 ≧ｔ2 とする。磁性薄膜の厚さをこのように薄層化すると、第１の磁性薄膜と第２の磁性薄膜との間での非磁性薄膜層を介しての磁気的相互作用の影響が小さくなり、それぞれの磁性薄膜が独立して容易に磁化反転することができるようになる。これにより、高いＭＲ変化率を示し、しかも印加磁場が例えば−１０〜１０Oe程度の範囲で、すぐれたＭＲ変化率のヒステリシス特性とＭＲ傾きとを示す。ｔ2 が４A 未満では連続膜の形成が不可能となり、ｔ1 ＜ｔ2 では第１の磁性薄膜層と第２の磁性薄膜層との磁化総量の比率のバランスが悪化するため、スピンに依存した散乱を受ける伝導電子の割合が小さくなり、特性が低下しやすくなる。
【００５３】このように、薄層化しても、２５０℃程度での耐熱性は十分であり、実用上問題はない。なお、磁性薄膜に用いる磁性体の材質、各磁性薄膜の保磁力Ｈｃ、角形比ＳＱ2 ／ＳＱ1 、異方性磁界Ｈｋおよび非磁性薄膜については第１の発明と同様の条件が好ましい。
【００５４】さらに、第３の発明では、第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 、非磁性薄膜の厚さをｔ3 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、６A ≦ｔ1 ≦４０A 、ｔ1 ≧ｔ2 、かつｔ3 ＜５０A 、より好ましくは６A ≦ｔ2 ≦２８A 、８A ≦ｔ1 ≦３６A 、ｔ1 ＞ｔ2 、特にｔ1 ≧１．０５ｔ2 かつ８A ≦ｔ3≦４８A である。ｔ2 が３０A 以上となると全体の比抵抗が増大し、結果的にＭＲ変化率が小さくなってくる。この場合、ｔ2 が４A 未満では連続膜の形成が不可能となる。ｔ1 が４０A より大きいと、ＭＲ変化曲線の最大ヒステリシス幅が２０Oeを超えてしまい、例えば、得られた磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドとして用いた場合、出力電圧の変動が大きくなりやすく、特性上好ましくない。ｔ1 が６A 未満となると十分な磁気特性が得られず、ＭＲ変化率、ＭＲ傾き、耐熱性ともに劣化し、ＭＲ変化曲線の最大ヒステリシス幅も大きくなる傾向がある。さらに、ｔ1 ＜ｔ2 では第１の磁性薄膜層と第２の磁性薄膜層との磁化総量の比率のバランスが悪化するため、スピンに依存した散乱を受ける伝導電子の割合が小さくなり、特性が低下しやすくなる。
【００５５】このような磁性薄膜に用いる磁性体の種類、各磁性薄膜の保磁力Ｈｃ、角形比ＳＱ2 ／ＳＱ1 について好ましいものは第１の発明と同様である。この場合、上述した薄い層として良好な磁気特性を安定して得るためには、特に第１の磁性薄膜として、式（Ｎｉx Ｆｅ1-x ）y Ｃｏ1-y （ただし、０．７≦ｘ≦０．９、０．５≦ｙ≦１．０）で表わされる組成を、また第２の磁性薄膜として、式（Ｃｏz Ｎｉ1-z ）w Ｆｅ1-w （ただし、０．４≦ｚ≦１．０、０．５≦ｗ≦１．０）で表わされる組成を、それぞれ７０重量％以上含むものが好ましい。
【００５６】第３の発明では、非磁性薄膜の膜厚ｔ3 は５０A 未満、より好ましくは８A 〜４８A であり、膜物性の再現性や安定性の点では３０A 〜４８A 、特に３５A 〜４８A であることが量産上好ましい。ただし、コストを無視して製造ができるならば３０A 未満、特に１０A 〜２８A であってもよい。非磁性薄膜の膜厚が５０A 以上となると、ＭＲ変化率が小さくなり、さらに後述する１MHz の高周波磁界でのＭＲ傾きが小さくなる。非磁性薄膜に用いる材料の種類には特に制限はなく、第１の発明と同様のものが好ましく用いられる。
【００５７】各磁性層および非磁性層の膜厚を上記のように規定し、さらに、少なくとも第１の磁性薄膜の成膜時に後述する膜面内の一方向に外部磁場を印加して異方性磁界Ｈｋを３〜２０Oe、より好ましくは３〜１６Oe、特に３〜１２Oe付与することで、上記の薄膜においても、５％以上、特に６〜１２％の高いＭＲ変化率とともに高い耐熱性を示し、さらに磁気抵抗変化曲線が、印加磁場−５０〜５０Oeの範囲内でのＭＲ傾きは０．１５％／Oe以上、さらに０．１８％／Oe以上、通常０．２０〜０．６０％／Oeが得られ、ＭＲ変化曲線の最大ヒステリシス幅が２０Oe以下、さらに１６Oe以下、通常０〜１４Oeとなる。その上さらに、１MHz の高周波磁界でのＭＲ傾きが０．０８％／Oe以上、より好ましくは０．１０以上、通常０．１０〜０．３０％／Oeとすることができ、高密度記録の読み出し用のＭＲヘッド等に用いる場合、十分な性能を得ることができる。
【００５８】異方性磁界Ｈｋが３Oe未満では保磁力と同程度となってしまい、０磁場を中心とした直線的なＭＲ変化曲線が実質的に得られなくなるため、ＭＲ素子としての特性が劣化する。また２０Oeより大きいとＭＲ傾きが小さくなり、ＭＲヘッド等として用いる際、出力が低下しやすく、かつ分解能が低下する。
【００５９】なお、ＭＲ変化率は、最大比抵抗をρmax 、最小比抵抗をρsat としたとき、（ρmax −ρsat ）×１００／ρsat （％）である。また、最大ヒステリシス幅は、特に表示がない限り、−５０〜＋５０Oeで磁気抵抗変化曲線（ＭＲカーブ）を測定して算出したヒステリシス幅の最大値である。さらに、ＭＲ傾きは、ＭＲカーブを測定し、その微分曲線を求めて得られた−５０〜＋５０Oeでの微分値の最大値である。そして、高周波ＭＲ傾きは、１MHz ５Oeの交流磁場でＭＲ変化率を測定したときの−２〜＋２Oe間での傾きである。
【００６０】これら、第１〜第３の発明において、人工格子磁性多層膜の繰り返し積層回数ｎ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択すればよいが、十分な磁気抵抗変化率を得るためには、ｎを３以上にするのが好ましい。また、積層数を増加するに従って、抵抗変化率も増加するが、生産性が悪くなり、さらにｎが大きすぎると素子全体の抵抗が低くなりすぎて実用上の不便が生じることから、通常、ｎを５０以下とするのが好ましい。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。
【００６１】なお、以上の説明では、磁性薄膜として保磁力の異なる２種類の磁性薄膜だけを用いているが、保磁力がそれぞれ異なる３種以上の磁性薄膜を用いれば、磁化方向が逆転する外部磁界を２箇所以上設定でき、動作磁界強度の範囲を拡大することができる。
【００６２】また、基板材料と人工格子を構成する材料との表面エネルギーの違いを緩和し、両者のぬれ性を向上し、広い範囲で平坦な界面をもった積層構造を実現させるため、磁性多層膜の下地層として、１０〜１００A 程度のＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎあるいはこれらの合金の薄膜を設けてもよい。さらに、最上層の磁性薄膜の表面には、窒化ケイ素、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等の酸化防止膜が設けられてもよく、電極引出のための金属導電層が設けられてもよい。
【００６３】磁性多層膜の成膜は、蒸着法、スパッタリング法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等の方法で行う。また、基板としては、ガラス、ケイ素、ＭｇＯ、ＧａＡｓ、フェライト、アルティック、ＣａＴｉＯ等を用いることができる。成膜に際しては、第１の磁性薄膜成膜時に、膜面内の一方向に好ましくは１０〜３００Oeの外部磁場を印加することが好ましい。これにより、ＳＱ1 が低下し、Ｈｋが大きくなる。なお、外部磁場の印加方法は、第１の磁性薄膜成膜時のみ、磁場の印加時期を容易に制御できる例えば電磁石等を具えた装置を用いて印加し、第２の磁性薄膜成膜時は印加しない方法であっても、成膜時を通して常に一定の磁場を印加する方法であってもよい。
【００６４】図３、図４には、本発明の磁性多層膜を用いて磁気抵抗効果素子、例えばＭＲヘッドを構成するときの例が示される。両図に示される磁気抵抗効果素子１０は、上記の磁性多層膜１を絶縁層５内に形成して、磁性多層膜１に測定電流を流すための例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ等の電極３、３と、例えばＴｉ等のシャント層２とを接続している。絶縁層５としては、ＳｉＯ2 、ＳｉＯ、Ａｌ2 Ｏ3 等、一般に絶縁層として用いられる酸化物等が好ましい。また、磁性多層膜１は、例えばセンダスト、パーマロイ等のシールド６、６で被われている。さらに図４の例では、シャント層２下方に、例えばＣｏＺｒＭｏ、ＮｉＦｅＲｈ等の比抵抗の大きな軟磁性材料のバイアス磁界印加層７が設けられている。ただし、本発明の磁性多層膜では、０磁場での立ち上がり特性が良好であるので、シャント層やバイアス磁界印加手段は設けなくてよい。
【００６５】さらに、図５では、本発明の磁性多層膜をヨーク型ＭＲヘッドに応用した例が示される。ここでは、磁束を導くヨーク８、８の一部に切り欠きを設け、その間に磁性多層膜１が薄い絶縁層５を介して形成されている。この磁性多層膜１には、ヨーク８、８で形成される磁路の方向と平行または直角方向に電流を流すための電極（図示せず）が形成されている。また、図４と同様にシャント層２、バイアス磁界印加層７が設けられている。ただし、本発明の磁性多層膜では、０磁場での立ち上がり特性が良好であるので、これらシャント層やバイアス磁界印加手段は設けなくてもよい。
【００６６】このような磁気抵抗効果素子の製造にあたっては、工程中パターニング、平坦化等の工程でベーキング、アニーリング、レジストのキュア等の熱処理を必要とする。しかし、本発明の多層膜は耐熱性が良好であるので、第１の発明による磁性多層膜では５００℃以下、一般に５０〜４００℃、５０〜３５０℃間程度の熱処理に十分対応でき、第２および第３の発明による磁性多層膜では５００℃以下、２００〜４００℃で１時間程度の熱処理に十分対応できる。熱処理は通常真空中、不活性ガス雰囲気中、大気中等で行えばよいが、第２および第３の発明による磁性多層膜では、通常１０-5〜１０-9程度の真空（減圧下）中で行なうことで特性劣化の少ない磁性多層膜が得られる。
【００６７】
【実施例】以下、第１〜第３の発明を具体的実施例によりさらに詳細に説明する。まず第１の発明の実施例として実施例１を示す。
【００６８】実施例１基板としてガラス基板４を用い、超高真空蒸着装置の中に入れ、１０-9〜１０-10 Torrまで真空引きを行った。基板温度は室温に保ったまま基板を回転させながら、以下の組成をもつ人工格子磁性多層膜１を作成した。この際、磁界を基板の面内方向に印加しながら、約０．３A ／秒の成膜速度で、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）による蒸着を行った。
【００６９】磁性薄膜と非磁性薄膜との多層膜の構成と磁気抵抗変化率を下記表１に示す。なお、表１において、例えばサンプルNo. ３は、［Ｎｉ0.8 Ｆｅ0.2 （３０）／Ｃｕ（５０）／Ｃｏ（２０）／Ｃｕ（５０）］×１０であって、３０A 厚のＮｉ８０％−Ｆｅ２０％のパーマロイ組成（ＮｉＦｅ）合金の第１の磁性薄膜、５０A 厚のＣｕの非磁性薄膜、２０A 厚のＣｏの第２の磁性薄膜および５０A 厚のＣｕの非磁性薄膜を順次蒸着する工程を１０回繰り返したことを意味する。各サンプルの繰り返し数はともに１０回としたので、これを（Ｃｕ，Ｃｏ／ｔ2 ，ＮｉＦｅ／ｔ1 ）の順で（５０，２０，３０）と表１に記載した。なお、各サンプルとも、下地層として５０A のＣｒ層を介在させた。
【００７０】磁化およびＢ−Ｈループの測定は、振動型磁力計により行った。抵抗測定は、表１に示される構成の試料から０．５×１０mmの形状のサンプルを作成し、外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけながら、−３００〜３００Oeまで変化させたときの抵抗を４端子法により測定し、その抵抗から比抵抗の最小値ρsat およびＭＲ変化率ΔＲ／Ｒを求めた。ＭＲ変化率ΔＲ／Ｒは、最大比抵抗をρmax 、最小比抵抗をρsat とし、次式により計算した：ΔＲ／Ｒ＝（ρmax −ρsat ）×１００／ρsat （％）。また、印加磁場−３Oe〜３OeまでのＭＲ変化率の差を求め、これを０磁場での傾きとし、立ち上がり特性を評価した。この値は前記のとおり０．５％以上あることが必要である。
【００７１】これとは別に、第１の磁性薄膜（ＮｉＦｅ）または第２の磁性薄膜（Ｃｏ）と、非磁性薄膜（Ｃｕ）とを用い、上記の条件で２元系の人工格子を作成し、それぞれの角型比ＳＱ1 、ＳＱ2 とその相対比ＳＱ2 ／ＳＱ1 およびＮｉＦｅのＨｋを求めた。これらの結果（初期特性）を表１に示す。なお、表１には、ＮｉＦｅの成膜時の面内一方向磁場を印加したときの磁界強度を併記する。
【００７２】
【表１】
【００７３】さらに各サンプルを真空中で３５０℃、２時間熱処理した。熱処理後の角型比、ρsat と、ＭＲ変化率、０磁場の傾き、そしてそれらの変化率を表２に示す。
【００７４】
【表２】
【００７５】表２に示される結果から、初期も熱処理後も、本発明のサンプルNo. １〜８のみが１％以上の０磁場の傾きと、５％以上のＭＲ変化率を示すことがわかる。
【００７６】なお、図６には、サンプルNo. ３を構成する第１および第２の磁性薄膜の成膜直後のＢ−Ｈ曲線が示される。また、図７には、第１の磁性薄膜のＨｋと０磁場の傾きと比較の関係が示される。さらに、図８、図９R>９にサンプルNo. ３の成膜直後および熱処理後のＸ線回折パターンを示す。この図から、成膜直後、熱処理後とも長周期構造が維持されていることがわかる。
【００７７】次に第２の発明の実施例として実施例２を示す。
【００７８】実施例２ガラス基板上に、ＭＢＥ装置による超高真空多元蒸着法を用いて、３元系人工格子Ｃｒ（５０）［Ｃｕ（５０）−Ｃｏ（１０）−Ｃｕ（５０）−ＮｉＦｅ（１０）］×１０の磁性多層膜を作成した。到達圧力は４×１０-11 Torr、蒸着中圧力８×１０-10 とした。蒸着速度は０．２〜０．５A ／sec.とし、成膜時に１８０Oeの磁場を印加した。得られたサンプルのＭＲ変化曲線を測定した。−１０〜１０Oeの印加磁場範囲で、印加磁場強度を５往復させて得られたチャートを図１０に示す。また、ＭＲ傾きは０．３０％／Oe、ＭＲ変化率は５．７％、さらにＭＲ変化曲線の直線部分の磁場幅は約８Oeであった。
【００７９】さらに第３の発明の実施例および比較例として、以下の実施例３〜６および比較例１を示す。
【００８０】実施例３コーニング７０５９ガラス基板上に非磁性金属層としてＣｒを５０A 成膜し、下地層とした上にＣｕ／Ｃｏ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ（繰り返し積層回数＝１０）人工格子磁性多層膜を成膜した。成膜条件は、到達圧力２×１０-10 Torr、成膜時圧力１×１０-9Torr、基板温度４０℃程度とし、各材料を０．１〜０．４A ／secの成膜速度で、成膜中に磁場を基板の面内方向に印加しながらＭＢＥ法による蒸着を行った。
【００８１】各層（Ｃｕ／ｔ3 、Ｃｏ／ｔ2 、ＮｉＦｅ／ｔ1 ）の膜厚を表３に示すように変化させ、得られた磁性多層膜について、さらに２５０℃、１時間真空中で熱処理し、サンプル２１〜２７を得た。得られたサンプルについて表３に示す評価を行った。なお、膜厚の単位はA である。得られた結果をまとめて表３に示す。ただし、サンプル２１〜２７は、ＳＱ1 が０．０１〜０．５、ＳＱ2 が０．７〜１．０、ＳＱ2 ／ＳＱ1 が２〜１００の範囲であった。
【００８２】
【表３】
【００８３】比較例１成膜中に磁場を印加せず、他は実施例２と同様にして磁性多層膜を成膜してサンプル３１〜３５を得た。
【００８４】各層（Ｃｕ／ｔ3 、Ｃｏ／ｔ2 、ＮｉＦｅ／ｔ1 ）の膜厚を表３に示すように変化させ、得られた膜について、実施例２と同様に熱処理した後、表３に示す評価を行った。なお、膜厚の単位はA である。得られた結果をまとめて表３に示す。ただし、サンプル３１〜３５のＳＱ1 はいずれも０．５を超える値であった。
【００８５】表３より、成膜中に磁場を印加し、Ｈｋが３〜２０では、大きな高周波傾きが得られることがわかる。さらに、Ｈｋが上記の通り付与されていてもｔ3 ≧５０A では高周波傾きが小さい。
【００８６】実施例４Ｃｏ層厚とＮｉＦｅ層厚とを１０A に固定し、Ｃｕ層厚を３５、４２、４５、５０A に変化させた以外は実施例３と同様に、成膜中に１８０Oeの磁場を印加して磁性多層膜を成膜し、ＭＲ変化率を求めた。結果を図１１に示す。
【００８７】Ｃｕ層厚（ｔ3 ）＜５０A でＭＲ変化率が向上している。なお、このＭＲ変化率は、ＮｉＦｅ層にＨｋを付与しない場合と比較してはるかに増大していた。
【００８８】実施例５Ｃｏ層厚を１０A 、Ｃｕ層厚を４５A に固定し、ＮｉＦｅ層厚を１０、１３、１５、２０、３０、４０および５０A に変化させた以外は実施例３と同様に成膜中に１８０Oeの磁場を印加して磁性多層膜を成膜した。得られた膜について、−５０〜５０Oeの磁場範囲でのＭＲ変化曲線を測定し、そのＭＲ変化曲線の開き幅である最大ヒステリシス幅を評価した。結果を図１２に示す。
【００８９】ＮｉＦｅ層厚が大きくなるとＭＲ変化曲線の最大ヒステリシス幅が大きくなる。
【００９０】実施例６成膜中の印加磁場を９０Oeとしたほかは、実施例３と同様にしてＣｒ（５０）［Ｃｕ（４２）−Ｃｏ（１０）−Ｃｕ（４２）−ＮｉＦｅ（１３）］×１０の磁性多層膜を成膜した。得られたサンプルのＭＲ変化曲線を測定した。−５０〜５０Oeの印加磁場範囲で印加磁場強度を５往復させて得られたチャートを図１３に示す。
【００９１】ＭＲ変化曲線のヒステリシスはほとんど認められていない。
【００９２】実施例７成膜中に１８０Oeの磁場を印加したもの（磁場中）と、磁場の印加を行わないもの（無磁場中）との２種類、Ｃｒ（５０）［Ｃｕ（４２）−Ｃｏ（１０）−Ｃｕ（４２）−ＮｉＦｅ（１３）］×１０の磁性多層膜を実施例３と同様にして成膜した。ついで同一基板上から０．５×６mm、およびφ１０mmをパターニングして得た磁場中サンプルを、１５０、２００、２５０、３００および４００℃の各温度で、無磁場中サンプルを、２００、２５０および３００℃の各温度でそれぞれ１時間、真空中で熱処理し、成膜直後の膜を含めてそれぞれのサンプルのＭＲ変化率、ＭＲ傾きを得た。ＭＲ傾きの結果を図１４に示す。図中、成膜直後の膜の値は熱処理温度５０℃として表示した。
【００９３】磁場中サンプルでは、熱処理によるＭＲ傾きの変化は認められず、無磁場中サンプルは熱処理によりＭＲ傾きが大きく低下している。なお、ＭＲ変化率についてもほぼ同様の結果が得られた。
【００９４】また、図１５に磁場中サンプルの熱処理後の小角Ｘ線回折パターンを示す。人工周期に対応した回折ピークの位置、強度ともにほとんど変化がなく、構造が保たれていることがわかる。
【００９５】
【発明の効果】第１の発明によれば、数Oe〜数十Oe程度の小さい外部磁場で数％〜数十％の大きい抵抗変化率をもつ磁性多層膜が得られる。しかも、０磁場での立ち上がり特性はきわめて良好であり、きわめて高い耐熱性を示す。また、第２の発明ではさらに加えて印加磁場が例えば−１０〜１０Oe程度の範囲で、ヒステリシス特性とＭＲ傾きが改善された磁性多層膜が得られる。さらに第３の発明によれば、これらに加えて印加磁場が例えば−５０〜５０Oe程度の範囲内でのＭＲ傾きは０．１５％／Oe以上の高い値を示し、すぐれたＭＲ変化率のヒステリシス特性をもち、さらに高周波磁界でのＭＲ傾きが大きな磁性多層膜が得られる。したがって、これらの磁性多層膜を用いた高感度のＭＲセンサおよび高密度磁気記録が可能なＭＲヘッド等のすぐれた磁気抵抗効果素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁性多層膜の一部省略断面図である。
【図２】本発明の作用を説明するＢ−Ｈ曲線の模式図である。
【図３】本発明の磁気抵抗効果素子の１例を示す一部省略断面図である。
【図４】本発明の磁気抵抗効果素子の他の例を示す一部省略断面図である。
【図５】本発明の磁気抵抗効果素子をヨーク型ＭＲヘッドに応用した１例を示す一部省略断面図である。
【図６】第１の発明の磁性多層膜を構成する第１および第２の磁性薄膜の成膜直後のＢ−Ｈ曲線を示すグラフである。
【図７】第１の発明の磁性多層膜のＭＲ曲線の０磁場の傾きと第１の磁性薄膜のＨｋとの関係を示すグラフである。
【図８】第１の発明の磁性多層膜の成膜直後のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図９】第１の発明の磁性多層膜の熱処理後のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図１０】第２の発明の磁性多層膜を、−１０〜１０Oeの範囲で磁場を印加したときの、印加磁場とＭＲ変化率との関係を示すチャートである。
【図１１】第３の発明の磁性多層膜のＣｕ層厚とＭＲ変化率との関係を示すグラフである。
【図１２】第３の発明の磁性多層膜のＮｉＦｅ層厚とＭＲ変化曲線の最大ヒステリシス幅との関係を示すグラフである。
【図１３】第３の発明の磁性多層膜を、−５０〜５０Oeの範囲で磁場を印加したときの、印加磁場とＭＲ変化率との関係を示すチャートである。
【図１４】第３の発明の磁性多層膜と比較例との熱処理温度とＭＲ傾きとの関係を示すグラフである。
【図１５】第３の発明の磁性多層膜の各温度で熱処理後のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
１ 人工格子膜
１０ 磁気抵抗効果素子
２ シャント層
３ 電極
４ 基板
５ 絶縁層
６ シールド層
７ バイアス印加層
８ ヨーク
【特許請求の範囲】
【請求項１】 非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ２００A 以下である磁性多層膜。
【請求項２】 保磁力の小さい第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、２０A ≦ｔ1、ｔ1 ≧ｔ2 である請求項１の磁性多層膜。
【請求項３】 ＳＱ2 ／ＳＱ1 が２〜１００である請求項１または２の磁性多層膜。
【請求項４】 ４A ≦ｔ2 ≦２８A 、２２A ≦ｔ1 、ｔ1 ≧１．０５ｔ2 である請求項２または３の磁性多層膜。
【請求項５】 前記第１の磁性薄膜の異方性磁界Ｈｋが１〜２０Oeである請求項１〜４のいずれかの磁性多層膜。
【請求項６】 非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜２０A 、１０A ≦ｔ1 ＜２０A 、ｔ1 ≧ｔ2 である磁性多層膜。
【請求項７】 非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 、非磁性薄膜の厚さをｔ3 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、６A ≦ｔ1 ≦４０A 、ｔ1 ≧ｔ2 、ｔ3 ＜５０A である磁性多層膜。
【請求項８】 ＳＱ2 ／ＳＱ1 が２〜１００である請求項７の磁性多層膜。
【請求項９】 前記第１の磁性薄膜の異方性磁界Ｈｋが３〜２０Oeである請求項７または８の磁性多層膜。
【請求項１０】 磁気抵抗変化曲線が、−５０〜５０Oeの磁場範囲内に傾きが０．１５％／Oe以上である直線部分を有し、さらに最大ヒステリシス幅が２０Oe以下である請求項７〜９のいずれかの磁性多層膜。
【請求項１１】 前記第１の磁性薄膜が、式（Ｎｉx Ｆｅ1-x ）y Ｃｏ1-y（ただし、０．７≦ｘ≦０．９、０．５≦ｙ≦１．０である。）で表される組成を含む請求項７〜１０のいずれかの磁性多層膜。
【請求項１２】 前記第２の磁性薄膜が、式（Ｃｏz Ｎｉ1-z ）w Ｆｅ1-w（ただし、０．４≦ｚ≦１．０、０．５≦ｗ≦１．０である。）で表される組成を含む請求項７〜１１のいずれかの磁性多層膜。
【請求項１３】 基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を成膜する際に、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の成膜時に膜面内の一方向に外部磁場を印加して請求項１〜１２のいずれかの磁性多層膜を形成する磁性多層膜の製造方法。
【請求項１４】 前記外部磁場は１０〜３００Oeの磁界強度である請求項１３の磁性多層膜の製造方法。
【請求項１５】 請求項１〜１２のいずれかの磁性多層膜を成膜したのち、５００℃以下の温度で熱処理を行う磁性多層膜の製造方法。
【請求項１６】 基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を成膜したのち５００℃以下の温度で熱処理を行い、請求項１〜１２のいずれかの磁性多層膜を形成する磁性多層膜の製造方法。
【請求項１７】 基板上に請求項１〜１２のいずれかの磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子。
【請求項１８】 バイアス磁界印加機構をもたない請求項１７の磁気抵抗効果素子。
【請求項１９】 請求項１３〜１６のいずれかの製造方法により、基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を形成し、請求項１〜１２のいずれかの磁性多層膜を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【請求項１】 非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、前記磁性薄膜および非磁性薄膜の膜厚がそれぞれ２００A 以下である磁性多層膜。
【請求項２】 保磁力の小さい第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、２０A ≦ｔ1、ｔ1 ≧ｔ2 である請求項１の磁性多層膜。
【請求項３】 ＳＱ2 ／ＳＱ1 が２〜１００である請求項１または２の磁性多層膜。
【請求項４】 ４A ≦ｔ2 ≦２８A 、２２A ≦ｔ1 、ｔ1 ≧１．０５ｔ2 である請求項２または３の磁性多層膜。
【請求項５】 前記第１の磁性薄膜の異方性磁界Ｈｋが１〜２０Oeである請求項１〜４のいずれかの磁性多層膜。
【請求項６】 非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜２０A 、１０A ≦ｔ1 ＜２０A 、ｔ1 ≧ｔ2 である磁性多層膜。
【請求項７】 非磁性薄膜を介して積層された少なくとも２層の磁性薄膜を有し、この非磁性薄膜を介して隣合う磁性薄膜の保磁力が異なっており、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の角型比ＳＱ1 が０．０１〜０．５であり、保磁力の大きい第２の磁性薄膜の角型比ＳＱ2 が０．７〜１．０であり、第１の磁性薄膜の厚さをｔ1 、第２の磁性薄膜の厚さをｔ2 、非磁性薄膜の厚さをｔ3 としたとき、４A ≦ｔ2 ＜３０A 、６A ≦ｔ1 ≦４０A 、ｔ1 ≧ｔ2 、ｔ3 ＜５０A である磁性多層膜。
【請求項８】 ＳＱ2 ／ＳＱ1 が２〜１００である請求項７の磁性多層膜。
【請求項９】 前記第１の磁性薄膜の異方性磁界Ｈｋが３〜２０Oeである請求項７または８の磁性多層膜。
【請求項１０】 磁気抵抗変化曲線が、−５０〜５０Oeの磁場範囲内に傾きが０．１５％／Oe以上である直線部分を有し、さらに最大ヒステリシス幅が２０Oe以下である請求項７〜９のいずれかの磁性多層膜。
【請求項１１】 前記第１の磁性薄膜が、式（Ｎｉx Ｆｅ1-x ）y Ｃｏ1-y（ただし、０．７≦ｘ≦０．９、０．５≦ｙ≦１．０である。）で表される組成を含む請求項７〜１０のいずれかの磁性多層膜。
【請求項１２】 前記第２の磁性薄膜が、式（Ｃｏz Ｎｉ1-z ）w Ｆｅ1-w（ただし、０．４≦ｚ≦１．０、０．５≦ｗ≦１．０である。）で表される組成を含む請求項７〜１１のいずれかの磁性多層膜。
【請求項１３】 基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を成膜する際に、保磁力の小さい第１の磁性薄膜の成膜時に膜面内の一方向に外部磁場を印加して請求項１〜１２のいずれかの磁性多層膜を形成する磁性多層膜の製造方法。
【請求項１４】 前記外部磁場は１０〜３００Oeの磁界強度である請求項１３の磁性多層膜の製造方法。
【請求項１５】 請求項１〜１２のいずれかの磁性多層膜を成膜したのち、５００℃以下の温度で熱処理を行う磁性多層膜の製造方法。
【請求項１６】 基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を成膜したのち５００℃以下の温度で熱処理を行い、請求項１〜１２のいずれかの磁性多層膜を形成する磁性多層膜の製造方法。
【請求項１７】 基板上に請求項１〜１２のいずれかの磁性多層膜を有する磁気抵抗効果素子。
【請求項１８】 バイアス磁界印加機構をもたない請求項１７の磁気抵抗効果素子。
【請求項１９】 請求項１３〜１６のいずれかの製造方法により、基板上に非磁性薄膜を介して少なくとも２層の磁性薄膜を形成し、請求項１〜１２のいずれかの磁性多層膜を形成する磁気抵抗効果素子の製造方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図９】
【図１０】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図９】
【図１０】
【図７】
【図８】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開平６−１２２９６３
【公開日】平成６年（１９９４）５月６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−２０３５６２
【出願日】平成５年（１９９３）７月２６日
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り １９９３年３月１日 社団法人日本応用磁気学会発行の「日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．１７Ｎｏ．２ １９９３」に発表
【出願人】（０００００３０６７）ティーディーケイ株式会社 (7,238)
【公開日】平成６年（１９９４）５月６日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）７月２６日
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り １９９３年３月１日 社団法人日本応用磁気学会発行の「日本応用磁気学会誌Ｖｏｌ．１７Ｎｏ．２ １９９３」に発表
【出願人】（０００００３０６７）ティーディーケイ株式会社 (7,238)
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