專利名稱：磁性元件和使用這種磁性元件的磁頭和磁存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用隧道電流的磁性元件，以及使用這種磁性元件的磁頭和磁存儲器。
磁電阻效應(yīng)是指當(dāng)向某些種磁性體施加磁場時(shí)其電阻會產(chǎn)生變化的現(xiàn)象。利用磁電阻效應(yīng)的磁電阻效應(yīng)元件(MR元件)已被使用在磁頭、磁傳感器等等中。而且還有人提出過有關(guān)使用MR元件的磁電阻效應(yīng)儲存器的專利申請。這種MR元件需要進(jìn)一步改進(jìn)的方面包括，增大相對于外部磁場的靈敏度，提高應(yīng)答速度等等。
使用強(qiáng)磁性體的MR元件具有溫度穩(wěn)定性良好、使用溫度范圍大等等特點(diǎn)?？梢杂糜蒒iFe合金等等構(gòu)成的強(qiáng)磁性合金薄膜制作這種使用強(qiáng)磁性體的MR元件。若將這種MR元件使用在硬盤等等的再生磁頭中，可以實(shí)現(xiàn)高密度的磁記錄。然而采用NiFe合金薄膜構(gòu)造的這種MR元件還存在有磁電阻變化率(MR變化率)相當(dāng)小，僅為2～3％左右，所以難以獲得實(shí)現(xiàn)高密度記錄所需要的足夠的靈敏度的問題。
在另一方面，將強(qiáng)磁性層和非磁性金屬層按數(shù)毫微米的周期交替疊層而制成的人造晶體薄膜，作為一種顯示磁電阻效應(yīng)的新型材料，由于具有巨磁電阻效應(yīng)而在近年來日漸引人注目。比如說Fe/Cr人造晶體薄膜(參見Phys.Rev.Lett.61,2472(1988))和Co/Cu人造晶體薄膜(參見J.Mag.Mag.Mater.94,L1(1991),Phys.Rev.Lett.66,2156(1991))等等，它們均是通過非磁性層，使相對的強(qiáng)磁性層的磁矩呈反平行狀態(tài)磁性結(jié)合而獲得具有磁電阻效應(yīng)的材料。
上述的這些人造晶體薄膜具有比原有的坡莫合金薄膜大數(shù)十個(gè)百分比的磁電阻變化率。這種巨磁電阻效應(yīng)(GMR)是由于依賴于強(qiáng)磁性層自旋方向取向的電子的散亂而造成的。然而人造晶體薄膜存在有為獲得比較大的磁電阻效應(yīng)而必須設(shè)置多個(gè)疊層的問題，還存在有飽和磁場(使電阻值飽和的磁場)在數(shù)泰斯拉(T)以上，使其難以原封不動的應(yīng)用于磁頭等等中的問題。
為了減小飽和磁場，目前已經(jīng)開發(fā)出了具有強(qiáng)磁性層/非磁性層/強(qiáng)磁性層的夾層結(jié)構(gòu)形式的疊層膜的自旋閥。由自旋閥是通過使一個(gè)強(qiáng)磁性層被交換偏置以固定磁化，并使另一個(gè)強(qiáng)磁性層在外部磁場的作用下磁化反轉(zhuǎn)，從而使兩個(gè)強(qiáng)磁性層的磁化方向的相對角度發(fā)生變化的方式，來獲得磁電阻效應(yīng)的。然而自旋閥的MR變化率還不夠大，疊層膜的電阻僅為數(shù)十微歐厘米，所以還有為能檢測外部磁場而必須使比較大的電流流過的問題。
目前已知，如果相對于磁性多層膜使電流沿與膜面垂直的方向流動，即利用其垂直磁電阻效應(yīng)，可以獲得非常大的磁電阻效應(yīng)(參見Phys.Rev.Lett.66,3060(1991))。然而對于這種場合，電流傳遞量比較小，且各層由金屬構(gòu)成，電阻電比較小，所以存在有難以進(jìn)行亞微米以下的精細(xì)加工，且難以在室溫下測定磁電阻效應(yīng)的問題。
目前還已知有一種與上述多層膜構(gòu)造不同的構(gòu)成方式，它是根據(jù)在非磁性金屬基質(zhì)中使磁性超微粒子分散的、所謂微粒磁性膜也依賴于自旋的傳導(dǎo)關(guān)系，來獲得巨磁電阻效應(yīng)的(參見Phys.Rev.Lett.68,3745(1992)。微粒磁性膜在未施加有磁場的狀態(tài)下，各個(gè)磁性超微粒子的自旋各自指向不規(guī)則的方向而使電阻較高，在施加有磁場時(shí)可使各個(gè)自旋與磁場方向一致而使電阻降低。因此可以根據(jù)自旋的散亂與否獲得磁電阻效應(yīng)。微粒磁性膜比人造晶體薄膜更容易制作，所以有希望成為下一代磁電阻效應(yīng)元件。然而原有的微粒磁性膜由于磁性超微粒子顯示出超常磁性，所以存在有飽和磁場實(shí)際上將變得非常大的問題。
與上述的自旋散亂關(guān)系的機(jī)理不同，還可以根據(jù)強(qiáng)磁性隧道效應(yīng)獲得巨磁電阻效應(yīng)。它由具有強(qiáng)磁性層/絕緣層/強(qiáng)磁性層的三層疊層體構(gòu)成，并且使一個(gè)強(qiáng)磁性層的矯頑力比另一個(gè)強(qiáng)磁性層的矯頑力小，從而在兩個(gè)強(qiáng)磁性層之間施加有電壓時(shí)會產(chǎn)生有隧道電流。這時(shí)，若僅使矯頑力比較小的強(qiáng)磁性層的自旋反轉(zhuǎn)，由于在兩個(gè)強(qiáng)磁性層的自旋彼此平行時(shí)和反平行時(shí)，隧道電流具有比較大的差異，從而獲得巨磁電阻效應(yīng)。
這種強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件的特征在于其構(gòu)造簡單，而且在室溫下可獲得大至為20％左右的磁電阻變化率。然而為了獲得隧道效應(yīng)，必須使絕緣層的厚度在數(shù)毫微米以下。這樣薄的絕緣層在均勻、穩(wěn)定的制作方面有困難，所以存在有磁電阻變化率的偏差比較大的問題。還存在有當(dāng)絕緣層的電阻比較高時(shí)，將其用于儲存元件時(shí)難以使元件實(shí)現(xiàn)高速動作，并且會使噪音增大，S/N比下降等的問題。而且還存在有為了獲得所需要的輸出電壓值而增大流經(jīng)強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件的電流值時(shí)，磁電阻變化率將大幅度減小的問題(參見Phys.Rev.Lett.74,3273(1995))。
如上所述，在基質(zhì)中分散有磁性超微粒子的微粒磁性膜具有比人造晶體薄膜更容易制作，磁電阻變化率在室溫下可達(dá)10％左右的較大值等等的特性。而且超微粒子的粒徑在小于數(shù)十埃以下時(shí)可形成小的單磁區(qū)，這可以使磁電阻曲線的磁滯更小。因此當(dāng)作為MR元件使用時(shí)，可望減小其巴克好森噪音。然而原有的超微粒由于顯示有超常磁性，這將使得飽和磁場實(shí)際上變得非常大，從而存在有如何將其實(shí)用化的課題。
在另一方面，即在強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件具有在室溫下可獲得20％左右大的磁電阻變化率、飽和磁場比較小等等特性，相反，它還有因絕緣層的膜厚所引起的難以制作出具有穩(wěn)定特性的元件的問題。而且還存在有在為了獲得所需要的輸出電壓值而使流經(jīng)強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件的電流值增大時(shí)，MR變化率將大幅度降低的問題。
因此，本發(fā)明的目的就是要提供一種磁電阻變化率大、飽和磁場小、元件電阻可以被調(diào)整為適當(dāng)?shù)闹档?、并且可以獲得離散偏差比較小的穩(wěn)定特性的磁性元件。而且本發(fā)明還提供了一種即使為了獲得所需要的輸出電壓值(或電流值)而使流經(jīng)元件的電流(或電壓)增大，磁電阻變化率減小的也比較小的磁性元件。本發(fā)明的另一目的是要提供一種通過采用這種磁性元件而進(jìn)一步提高其特性和可靠性的磁頭和磁存儲器。
本發(fā)明的一種磁性元件的特征在于它包括有具有電感應(yīng)體基質(zhì)和分散在所述電感應(yīng)體基質(zhì)中的強(qiáng)磁性微粒的、并且具有矯頑力的微粒磁性膜；以及與所述微粒磁性膜鄰接配置的、在其與微粒磁性膜之間可流過隧道電流的強(qiáng)磁性膜。
本發(fā)明的磁性元件可以通過諸如使微粒磁性膜和強(qiáng)磁性膜中的一個(gè)矯頑力比較小的磁性膜的自旋方向發(fā)生變化，獲得磁電阻效應(yīng)。在本發(fā)明的磁性元件中，強(qiáng)磁性膜能由非磁性體分開的強(qiáng)磁性體構(gòu)成。
如果舉例來說，本發(fā)明的微粒磁性膜和強(qiáng)磁性膜的具體配置結(jié)構(gòu)可以是使微粒磁性膜和強(qiáng)磁性膜呈疊層配置的結(jié)構(gòu)，也可以是使微粒磁性膜和強(qiáng)磁性膜呈沿基板表面并列配置的結(jié)構(gòu)。而且微粒磁性膜和強(qiáng)磁性膜可以呈實(shí)質(zhì)上的接觸配置，但也可以除了微粒磁性膜之外，還夾裝有其厚度使得隧道電流可以在微粒磁性膜和強(qiáng)磁性膜之間流過的絕緣膜。
本發(fā)明的另一種磁性元件的特征在于包括有其厚度可使隧道電流流過的絕緣層；以夾持著前述絕緣層的方式配置的第一強(qiáng)磁性膜和第二強(qiáng)磁性膜；并且使所述第一和第二強(qiáng)磁性膜中的至少一個(gè)被非磁性體分開。
本發(fā)明的一種磁頭的特征在于包括有如上所述的本發(fā)明的磁性元件；以及通過使隧道電流流經(jīng)所述磁性元件的方式供給電流用的電極。本發(fā)明的一種磁存儲器的特征在于包括有如上所述的本發(fā)明的磁性元件；向所述磁性元件施加電流磁場用的記錄電極；以及使隧道電流流經(jīng)所述磁性元件的那樣地供給傳感電流用的再生電極。
下面對本發(fā)明的磁性元件在低磁場下具有巨磁電阻效應(yīng)的原理進(jìn)行說明。
圖1A、圖1B、圖2A和圖2B為本發(fā)明的磁性元件的基本構(gòu)造用的示意性說明圖。正如圖中所示，強(qiáng)磁性膜F和微粒磁性膜G構(gòu)成為強(qiáng)磁性隧道結(jié)。圖中的箭頭表示磁化方向。在這兒，本發(fā)明的磁性元件中的微粒磁性膜G具有分散在電感應(yīng)體基質(zhì)中的強(qiáng)磁性微粒。微粒磁性膜G為具有有限矯頑力的強(qiáng)磁性體，而不顯示有超常磁性。
在理想狀態(tài)下，強(qiáng)磁性微粒的自旋可以如圖1A、圖1B、圖2A和圖2B所示，均被抑制指向一個(gè)方向。自旋的方向可以呈如圖1A和圖1B所示的狀態(tài)，也可以呈如圖2A和圖2B所示的狀態(tài)。而且強(qiáng)磁性微粒最好呈層狀排列。
在這種結(jié)構(gòu)中，當(dāng)強(qiáng)磁性膜F和微粒磁性膜G之間通過諸如電極等等施加有電壓時(shí)，強(qiáng)磁性膜F中的傳導(dǎo)電子將由于隧道效應(yīng)而在微粒磁性膜G的強(qiáng)磁性微粒之間傳導(dǎo)，從而使隧道電流流動。這時(shí)的自旋取向一般被保持著。下面對在這種狀態(tài)下從外部施加磁場時(shí)的情況進(jìn)行說明。
在初始狀態(tài)，正如圖1A和圖2A所示，兩個(gè)磁性膜F、G的自旋指向相同的方向。這時(shí)可以保持強(qiáng)磁性膜F和微粒磁性膜G中的自旋而照樣進(jìn)行隧道傳導(dǎo)。因此如圖3A所示，沿各種狀態(tài)密度比較大的自旋能帶中的電子(如圖3A中的↓所示的自旋電子)的方向具有較大的傳導(dǎo)，電子容易成為隧道。即電阻比較小。
隨后如圖1B和圖2B所示，按僅使兩個(gè)磁性膜F、G中矯頑力相對比較小的磁性膜的自旋(在圖1B和圖2B中，為強(qiáng)磁性膜F中的自旋，下面相同)反轉(zhuǎn)的大小，施加外部磁場。這時(shí)如圖3B所示，各磁性膜F、G中的自旋能帶處于狀態(tài)密度比較小的自旋能帶，所以電子與圖3A所示的場合相比，隧道被阻塞。因此電阻比較大。
這樣，通過僅使矯頑力比較小的磁性膜中的自旋在外部磁場作用下反轉(zhuǎn)，便可以獲得巨磁電阻效應(yīng)。這時(shí)如果在強(qiáng)磁性膜F中選擇矯頑力比較小的軟磁性體，還可以減小飽和磁場。因此采用本發(fā)明的磁性元件的磁電阻效應(yīng)型元件可以獲得高靈敏度。
本發(fā)明的微粒磁性膜并不顯示有超常磁性，而是一個(gè)強(qiáng)磁性體，所以不會出現(xiàn)原有的微粒GMR材料中飽和磁場大的問題。本發(fā)明的微粒磁性膜是在電感應(yīng)體基質(zhì)中分散有強(qiáng)磁性微粒，所以和具有絕緣層的強(qiáng)磁性隧道結(jié)相比，其電阻比較小。而且通過控制微粒磁性膜的電流傳遞方向(膜厚方向或稱膜面內(nèi)側(cè)方向)長度、或強(qiáng)磁性微粒的體積填充率、大小、分散狀態(tài)等等的方式，可以將電阻控制為適當(dāng)?shù)闹?。因此本發(fā)明的磁性元件可以根據(jù)應(yīng)用的需要，調(diào)整電阻。
而且對于強(qiáng)磁性隧道結(jié)元件，在為獲得所需要的輸出電壓值(或電流值)而增大流經(jīng)元件的電流(或電壓)的場合，通過使長波長的自旋波(以波的形式傳導(dǎo)各個(gè)晶格點(diǎn)中的自旋傾向的狀態(tài)的物質(zhì)磁振子)在強(qiáng)磁性膜內(nèi)和強(qiáng)磁性膜之間傳導(dǎo)的方式，可以減少磁電阻變化率。這兒，通過使與微粒磁性膜靠近設(shè)置的強(qiáng)磁性膜被非磁性體分開的方式，可以阻斷磁振子的傳播。因此即使在感應(yīng)電流值增大的場合，也可以抑制磁電阻變化率的降低，從而可以獲得比較大的輸出電壓。
被非磁性體分開的強(qiáng)磁性膜對于常規(guī)的強(qiáng)磁性隧道結(jié)元件也是有效的。本發(fā)明的其它磁性元件，也可以是在具有強(qiáng)磁性膜/絕緣層/強(qiáng)磁性膜結(jié)構(gòu)的疊層膜的強(qiáng)磁性隧道結(jié)元件中的至少一個(gè)強(qiáng)磁性膜被非磁性體分開的元件。
本發(fā)明的磁性元件可以應(yīng)用于磁電阻效應(yīng)型磁頭、磁傳感器、磁存儲器等等。在這種場合，特別對于磁存儲器最好還在膜面內(nèi)具有磁各向異性。
圖1A和圖1B為表示本發(fā)明的磁性元件的基本構(gòu)造的示意圖。
圖2A和圖2B為表示本發(fā)明的磁性元件的基本構(gòu)造的另一示意圖。
圖3A和圖3B為說明本發(fā)明的磁性元件所具有的磁電阻效應(yīng)的示意圖。
圖4為表示適用于本發(fā)明的疊層型磁性元件的第一實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖5為表示適用于本發(fā)明的疊層型磁性元件的第二實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖6為表示向本發(fā)明的疊層型磁性元件施加偏置磁場時(shí)的一個(gè)實(shí)例的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖7為表示向本發(fā)明的疊層型磁性元件施加偏置磁場時(shí)的另一個(gè)實(shí)例的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖8為表示本發(fā)明的磁性元件中的強(qiáng)磁性膜的一個(gè)變形實(shí)施例的示意性剖面圖。
圖9為表示圖8所示的磁性元件的一個(gè)變形實(shí)施例的示意性剖面圖。
圖10為表示適用于本發(fā)明的疊層型磁性元件的第三實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性說明圖。
圖11為表示適用于本發(fā)明的疊層型磁性元件的第四實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性說明圖。
圖12為表示本發(fā)明的疊層型磁性元件的一個(gè)具體元件的結(jié)構(gòu)的示意性說明圖。
圖13為表示圖12所示的疊層型磁性元件的剖面圖。
圖14為表示適用于本發(fā)明的疊層型磁性元件的第五實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖15為表示圖14所示的疊層型磁性元件的一個(gè)變形實(shí)施例的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖16為表示適用于本發(fā)明的平面型磁性元件的第一實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖17為表示如圖16所示的平面型磁性元件的一個(gè)變形實(shí)施例的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖18為表示適用于本發(fā)明的平面型磁勝元件的第二實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖19為表示本發(fā)明的另一種磁性元件的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖20為表示在圖19所示的磁性元件上施加反強(qiáng)磁性膜的狀態(tài)的示意性剖面圖。
圖21為表示如圖19所示的磁性元件的一個(gè)變形實(shí)施例的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。
圖22為表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的磁性元件磁化曲線的測定結(jié)果的示意圖。
圖23為表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的磁性元件磁電阻效應(yīng)的測定結(jié)果的示意圖。
圖24為表示作為一個(gè)比較實(shí)例的磁性元件磁化曲線的測定結(jié)果的示意圖。
圖25為表示本發(fā)明的第四實(shí)施例的磁性元件的隧道磁電阻變化率與施加電壓之間關(guān)系的測定結(jié)果的示意圖。
圖26為表示本發(fā)明的第五實(shí)施例的磁性元件的隧道磁電阻變化率與施加電壓之間關(guān)系的測定結(jié)果的示意圖。
圖27為表示本發(fā)明的第六實(shí)施例的磁性元件的隧道磁電阻變化率與施加電壓之間關(guān)系的測定結(jié)果的示意圖。
圖28為表示本發(fā)明的第七實(shí)施例的磁性元件的隧道磁電阻變化率與施加電壓之間關(guān)系的測定結(jié)果的示意圖。
圖29為表示本發(fā)明的第八實(shí)施例的磁性元件的隧道磁電阻變化率與施加電壓之間關(guān)系的測定結(jié)果的示意圖。
下面參考


本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
圖4為表示本發(fā)明的磁性元件的第一實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性說明圖。圖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，和疊層形成在這一微粒磁性膜3上的強(qiáng)磁性膜4。由這種微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4形成的疊層膜5構(gòu)成著強(qiáng)磁性隧道結(jié)。然而疊層膜5中的微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的疊層順序并不僅限于此。
圖5為表示本發(fā)明的磁性元件的第二實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性說明圖。正如圖5所示，磁性元件1的構(gòu)造為由兩層強(qiáng)磁性膜4a、4b夾持著微粒磁性膜3。換句話說就是，第一強(qiáng)磁性膜4a和第二強(qiáng)磁性膜4b以夾持著微粒磁性膜3的方式相對配置。這種三層結(jié)構(gòu)的疊層膜5也構(gòu)成為一種強(qiáng)磁性隧道結(jié)。
在這兒，疊層型磁性元件1可以具有由至少一層微粒磁性膜3和至少一層強(qiáng)磁性膜4疊層構(gòu)成的疊層膜5。疊層型磁性元件1也可以采用由微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4多層疊置而形成的疊層膜。而且在微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4之間還可以夾裝有其厚度為可以使隧道電流流過的絕緣膜，并可以利用這一絕緣膜控制其電阻。
微粒磁性膜3具有在電感應(yīng)體基質(zhì)6中分散有強(qiáng)磁性微粒7的結(jié)構(gòu)。這種微粒磁性膜3并不顯示出超常磁性，而是具有有限矯頑力的強(qiáng)磁性體。在微粒磁性膜3中的強(qiáng)磁性微粒7為了在這些微粒之間使隧道電流流過，而必需分散在電感應(yīng)體基質(zhì)6之中。因此強(qiáng)磁性微粒7的微粒間隔最好在3毫微米之下。而且強(qiáng)磁性微粒7的粒徑必須為不至于出現(xiàn)超常磁性的、且可保持有強(qiáng)磁性的大小，比如說可為數(shù)毫微米以上。為了能進(jìn)一步增大強(qiáng)磁性微粒7的大小和微粒間隔，強(qiáng)磁性微粒7的粒徑最好取為5～10毫微米。
強(qiáng)磁性微粒7最好在電感應(yīng)體基質(zhì)6中呈層狀配置。通過將強(qiáng)磁性微粒7配置為層狀的方式，可以使流過微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4之間的隧道電流更均勻，并且可以提高由磁電阻效應(yīng)產(chǎn)生的電阻變化的可再現(xiàn)性。
可以采用各種強(qiáng)磁性材料制造強(qiáng)磁性微粒7。在使強(qiáng)磁性微粒7分散在電感應(yīng)體基質(zhì)6中的微粒磁性材料中，由于它將比整體材料的矯頑力要小，所以為了防止這種情況出現(xiàn)，最好是采用磁各向異性大的材料作為強(qiáng)磁性微粒7，這類材料包括Co、Co-Pt合金、Fe-Pt合金、遷移金屬-稀土類合金等等。對于將微粒磁性膜3作為磁化固定膜的場合，采用這些強(qiáng)磁性材料是特別合適的。
對于微粒磁性膜3作為軟磁性層使用的場合，強(qiáng)磁性微粒7用的構(gòu)成材料并不特別限定，還可以采用Fe、Co、Ni和包含有這些金屬的合金，自旋極化率比較大的氧化鎂、CrO2、RXMnO3-y(其中R為稀土類金屬，X為由Ca、Ba和Sr中選擇出的一種元素，y為接近于0的值)等等的氧化物類磁性元件，以及NiMnSb、PtMnSb等等的霍依斯勒合金等等材料。
對于采用矯頑力不是很大的微粒磁性材料的場合，還可以如圖6所示，在微粒磁性膜3的兩個(gè)端部鄰接配置有一對硬磁性膜8，并通過由這種硬磁性膜8向微粒磁性膜3施加偏置磁場的來固定住自旋。而且在圖6中，9為絕緣層。
圖6中的膜4、4中的至少一個(gè)也可以為強(qiáng)磁性膜。對于僅有一個(gè)為強(qiáng)磁性膜的場合，其另一個(gè)可以為由Cr等等非磁性金屬構(gòu)成的電極。偏置磁場施加膜并不僅限于采用硬磁性膜8，比如說還可以如圖7所示，采用與微粒磁性膜3疊層形成的反強(qiáng)磁性膜10。反強(qiáng)磁性膜10可以采用諸如FeMn、IrMn、PtMn、NiMn等等的反強(qiáng)磁性合金和諸如NiO、Fe2O3等等的反強(qiáng)磁性材料。而且還可以采用諸如Co/Ru/Co、Co/Au/Co等等的反強(qiáng)磁性交換結(jié)合膜作為偏置磁場施加膜。
分散RXMnO3-y粒子的微粒磁性材料具有更小的矯頑力，并具有100％的自旋極化率。因此當(dāng)采用RXMnO3-y磁性元件作為強(qiáng)磁性微粒7使用時(shí)，隧道電流的自旋的依賴性相當(dāng)大，所以可以獲得相當(dāng)大的磁電阻效應(yīng)。對于采用這種微粒磁性材料的場合，上述的偏置結(jié)構(gòu)也是相當(dāng)有效的。而且在僅使強(qiáng)磁性膜4自旋反轉(zhuǎn)的場合，在強(qiáng)制固定微粒磁性膜3的自旋方面，由硬磁性膜8和反強(qiáng)磁性膜10構(gòu)成偏置磁場施加膜是有效的。
可以采用諸如Al2O3、SiO2、MgO、MgF2、B2O3、AlN、CaF2、SrTiO3等等的各種電感應(yīng)型材料作為電感應(yīng)體基質(zhì)6。通過在這種電感應(yīng)體膜中分散有如上所述的強(qiáng)磁性微粒7的方式，便可以獲得不顯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損，所以即使使用這種電感應(yīng)體膜也不會出現(xiàn)任何問題。
在另一方面，強(qiáng)磁性膜4從其目的來看還與微粒磁性膜3之間的矯頑力的大小有關(guān)。強(qiáng)磁性膜4可以采用各種磁性材料，比如說可以采用以坡莫合金為代表的Fe-Ni合金，顯示出強(qiáng)磁性的Fe、Co、Ni和包含有這些金屬的合金，諸如NiMnSb、PtMnSb等等的霍依斯勒合金中的類金屬，諸如CrO2、氧化鎂、(La、Sr)MnO3等等的氧化物類的類金屬，以及非晶合金等等的軟磁性材料，直至諸如Co-Pt合金、Fe-Pt合金、遷移金屬-稀土類合金等等的硬磁性材料。類金屬在一個(gè)方向的自旋能帶上存在有能隙，所以僅對具有一個(gè)方向自旋的電子產(chǎn)生傳導(dǎo)作用。因此采用這種材料制作強(qiáng)磁性膜4，可以獲得更大的磁電阻效應(yīng)。
正如圖5所示，當(dāng)采用兩層以上的強(qiáng)磁性膜4a、4b時(shí)，它們并非必須要采用相同的材料構(gòu)成，而且還可以分別具有與微粒磁性膜3不同的矯頑力。對于兩層強(qiáng)磁性膜4a、4b的矯頑力不同的場合，還可以將其作為諸如多值儲存器等等使用。
強(qiáng)磁性膜4也并不僅限于單層膜。比如說還可以如圖8所示，具有通過非磁性層11配置的兩個(gè)磁性層12、13，也可以用使這兩個(gè)磁性層12、13的磁化彼此反平行的方式結(jié)合而成的疊層膜構(gòu)成為強(qiáng)磁性膜4。如果采用這種反平行結(jié)合的疊層膜，由于能防止磁束由強(qiáng)磁性膜4處漏出至外部，因而這是一種更好的實(shí)施形式。在制備反平行結(jié)合的磁性層12、13時(shí)，可以使強(qiáng)磁性層和非磁性層交替疊層，以便利用交換結(jié)合和靜磁結(jié)合。強(qiáng)磁性層的疊層數(shù)目并不僅限于兩層，還可以彼此通過非磁性層而形成多層體。
還可以將使強(qiáng)磁性層和半導(dǎo)體層交替疊層而構(gòu)成的疊層膜作為強(qiáng)磁性膜4而用。對于這種場合，其特點(diǎn)在于可以利用熱和光照射而使實(shí)施自旋反轉(zhuǎn)，所以不再需要施加磁場。如果舉例來說，作為用于作這種疊層膜的半導(dǎo)體可以為具有B20構(gòu)造的FeSi合金等等。而且由強(qiáng)磁性層和非磁性層交替疊層構(gòu)成的疊層膜，以及由強(qiáng)磁性層和半導(dǎo)體層交替疊層而構(gòu)成的疊層膜還可以如圖9所示，用作為通過微粒磁性膜3配置的兩個(gè)強(qiáng)磁性膜4中的一個(gè)。
如上所述的微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4最好還在其膜面內(nèi)具有單軸的磁各向異性。如果采用這種構(gòu)成形式，不僅可以產(chǎn)生急劇的磁化反轉(zhuǎn)，而且還可以同時(shí)保持住磁化狀態(tài)的穩(wěn)定。這對于應(yīng)用于磁存儲器的場合是特別有效的。微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的膜厚最好在0.5～100毫微米的范圍內(nèi)。其中微粒磁性膜3的膜厚應(yīng)盡可能的薄，但在制作上應(yīng)保持膜厚均勻，只要膜厚不對隧道電流產(chǎn)生不良影響即可。當(dāng)微粒磁性膜3的膜厚取為50毫微米以下時(shí)則更好些。
由上述各層構(gòu)成的磁性元件1呈典型的薄膜狀，并可以用分子束外延生成(MBE)法、各種濺射法、蒸鍍法等等的常規(guī)薄膜成型方法制作。微粒磁性膜3可以用使構(gòu)成電感應(yīng)體基質(zhì)6的電感應(yīng)體材料和強(qiáng)磁性微粒7組成的強(qiáng)磁性材料同時(shí)成膜(比如說，同時(shí)濺射)的方式制作，也可以用使電感應(yīng)體材料和強(qiáng)磁性材料交替成膜的方式制作。在交替成膜的過程中，強(qiáng)磁性材料由于對電感應(yīng)體材料浸濕性惡化，所以通過控制強(qiáng)磁性材料的堆積量使其顆?；?。如果采用這種成膜方法，便可以使強(qiáng)磁性微粒7呈均勻的層狀設(shè)置。而且在本發(fā)明的磁性元件中，還可以在疊層膜5處設(shè)置有由磁性材料或非磁性材料構(gòu)成的襯底層，或由非磁性材料構(gòu)成的大規(guī)模涂層等等。
在上述的磁性元件1中，通過使微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4中的矯頑力比較小的磁性膜，比如說強(qiáng)磁性膜4的自旋方向隨外部磁場的變化而變化的方式，便可以如上述那樣獲得磁電阻效應(yīng)。換句話說就是，在微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的自旋方向處于相同方向的狀態(tài)，疊層膜5的電阻為最小。由這一狀態(tài)使矯頑力比較小的一個(gè)磁性膜，比如說僅使強(qiáng)磁性膜4的自旋方向在外部磁場的作用下反轉(zhuǎn)，便可以使疊層膜5的電阻為最大。這時(shí)，另一個(gè)磁性膜，比如說微粒磁性膜3中的自旋，對于使強(qiáng)磁性膜4自旋反轉(zhuǎn)的外部磁場可以基本上保持不變。
通過使這種由微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4形成的疊層膜5中的一個(gè)磁性膜的自旋反轉(zhuǎn)的方式，可以獲得MR變化率為20％以上的巨的磁電阻效應(yīng)。在外部磁場作用下自旋反轉(zhuǎn)的磁性膜可以為微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4中矯頑力比較小的任一個(gè)磁性膜，而并不特別限定于強(qiáng)磁性膜4。使自旋方向反轉(zhuǎn)的磁性膜也可以為微粒磁性膜3。但是，也可以通過外部磁場等使矯頑力調(diào)節(jié)容易的強(qiáng)磁性膜4的自旋方向反轉(zhuǎn)。
對于顯示巨磁電阻效應(yīng)的疊層膜5，在疊層方向有感應(yīng)電流，在微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4之間流過隧道電流。在采用兩層強(qiáng)磁性膜的場合，在第一強(qiáng)磁性膜4a、微粒磁性膜3和第二強(qiáng)磁性膜4b之間流有隧道電流。通過測定包含這種隧道電流的感應(yīng)電流的電壓，便可以檢測出信號磁場等等的外部磁場。
這種外部磁場的檢測功能與原有的MR元件相類似，即可以被利用在磁電阻效應(yīng)型磁頭和磁傳感器等等中。而且通過使微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4中矯頑力比較小的一個(gè)磁性膜作為記錄層，同時(shí)使另一個(gè)作為自旋固定層，用同樣的感應(yīng)電流判斷記錄層的磁化方向的方式，可以讀取在記錄層上寫入的數(shù)據(jù)。因此它還可以被利用作為磁存儲器。
在這種磁性元件1中，微粒磁性膜3為不具有超常磁性的強(qiáng)磁性體，所以解決了原有的微粒GMR材料中存在的飽和磁場比較大的問題。而且若在強(qiáng)磁性膜4中選定矯頑力小的軟磁性體，由于可以進(jìn)一步減小其飽和磁場，從而可以使利用磁電阻效應(yīng)的磁性元件高敏感化。
微粒磁性膜3在電感應(yīng)體基質(zhì)6中分散有強(qiáng)磁性微粒7，所以和具有絕緣層的原有的強(qiáng)磁性隧道結(jié)相比，其電氣電阻更小。通過控制微粒磁性膜3的電流傳遞方向(膜厚方向)的長度、或強(qiáng)磁性微粒7的體積填充率、大小、分散狀態(tài)等等，可以將電阻控制為適當(dāng)?shù)闹怠Ｍㄟ^采用這種方式，在例如存儲元件等等使用的場合，可以進(jìn)一步地提高元件的高速動作性能，并增大其S/N比。
具有磁電阻效應(yīng)的強(qiáng)磁性隧道結(jié)(疊層膜5)，將微粒磁性膜3作為隧道屏障，這種疊層膜5中的隧道電流是以具有有限矯頑力的微粒磁性膜3中的強(qiáng)磁性微粒7為基礎(chǔ)的，所以微粒磁性膜3不再需要象原有的強(qiáng)磁性隧道結(jié)中的絕緣層那樣薄。換句話說就是，微粒磁性膜3的膜厚可以在制作時(shí)能夠保持均勻狀態(tài)的膜厚，所以可以減小偏差，使穩(wěn)定特性的再現(xiàn)性更好。
圖10和圖11為表示本發(fā)明的磁性元件的第三和第四實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性圖。在這些圖所示的磁性元件14中，強(qiáng)磁性膜4(4a、4b)沿膜面方向被非磁性體15分開。除此之外的其它構(gòu)成，均與圖4和圖5所示的磁性元件1相同。
分開強(qiáng)磁性膜4用的非磁性體15可以采用與磁性體(磁性微粒)彼此交換作用比較弱的各種非磁性體，這些材料可以為Ag、Cu、Au、Ta、B、C、Pd、Pt、Zr、Ir、W、Mo、Nb等等的非磁性元素單體，或是非磁性合金，非磁性化合物，非磁性氧化物等等。同樣地，非磁性體15的厚度可以是使磁性微粒之間的相互交換作用比較弱的厚度，比如說可以為1毫微米左右。
這樣便可以采用與強(qiáng)磁性膜4內(nèi)的磁性微粒彼此交換相互作用比較弱的方式配置非磁性體15。更具體的講就是，以防止較長波長的自旋波(磁振子)在強(qiáng)磁性膜4內(nèi)傳遞的那樣地，將非磁性體15配置在強(qiáng)磁性膜4內(nèi)。圖11示出了圖1和圖2中的兩個(gè)強(qiáng)磁性膜4a、4b雙方均被非磁性體15分的結(jié)構(gòu)，但也可以采用僅有一個(gè)強(qiáng)磁性膜被非磁性體分開的結(jié)構(gòu)。
在這兒，激勵(lì)低能磁振子用的能量可由下述公式表示。
E=2J(2π/N)2…(1)N為單位體積中的原子數(shù)，J為磁性體交換能量，與居里點(diǎn)成比例。因此當(dāng)向磁振子施加能量E時(shí)，對于比由公式(1)確定的N更小的粒子磁振子將不會被激勵(lì)。
例如，當(dāng)E=0.01電子伏特時(shí)，由公式(1)可有N-2=(2J/0.01)(2π)-2…(2)如果J=1500K，1電子伏特=104K，則由公式(2)變?yōu)镹=16.8
當(dāng)晶格常數(shù)為a=0.25毫微米時(shí)，晶格大小為Na=16.8×0.25nm=4.2nm即，對于直徑在4.2毫微米以下的顆粒，并不能激勵(lì)具有E=0.01電子伏特以下的能量的磁振子。
由上述的說明可知，通過用非磁性體15將強(qiáng)磁性膜4分開為可由磁振子的能量引導(dǎo)的某顆粒以下的大小的方式，便可以阻斷磁振子在強(qiáng)磁性膜4內(nèi)的傳播。然而，當(dāng)由非磁性體15分開后的顆粒的大小過小時(shí)，又難以保持自旋。因此，強(qiáng)磁性模4可以在保持其自旋的范圍內(nèi)，以可更有效地防止磁振子傳遞的方式，將其分開成盡可能的小。
用非磁性體15分開強(qiáng)磁性膜4的方式，換句話說，作為在強(qiáng)磁性膜4內(nèi)配置非磁性體15的方式，例如采用設(shè)置作為強(qiáng)磁性膜4的襯底的非金屬層(例如非磁性金屬層)的方式。在圖10和圖11中并沒有示出這種非磁性襯底。通過對這種疊層膜實(shí)施熱處理的方式，可以使非磁性體15沿著強(qiáng)磁性膜4的結(jié)晶界面配置。換句話說就是，根據(jù)其結(jié)晶體相大小可用非磁性體15分開。對于這種場合，通過預(yù)先控制構(gòu)成強(qiáng)磁性膜4的結(jié)晶顆粒的大小的方式，便可以用非磁性體15將強(qiáng)磁性膜4分開成具有所需要的大小的磁性顆粒。
在這種實(shí)施形式的磁性元件14中，用非磁性體15分開強(qiáng)磁性膜4，所以可以防止磁振子的傳播。因此為了獲得所需要的輸出電壓值，即使流經(jīng)作為強(qiáng)磁性隧道結(jié)的磁性元件14的電流值增大，也可以抑制磁電阻變化率的降低。通過采用這種方式，可以良好的獲得比較大的輸出電壓。而且通過用非磁性體15分開強(qiáng)磁性膜4的方式，還可以使強(qiáng)磁性膜4進(jìn)一步軟磁性化。因此可以進(jìn)一步使作為MR元件的磁性元件14高靈敏度化。
下面以舉例方式，參考圖12和圖13所示的結(jié)構(gòu)，說明上述各實(shí)施形式所表示中的疊層型磁性元件1、14的元件具體構(gòu)成。即在形成在基板2上的下側(cè)強(qiáng)磁性膜4a上，蓋覆著這一下側(cè)強(qiáng)磁性膜4a的一部分那樣地依次疊層形成與其相正交的微粒磁性膜3和上側(cè)強(qiáng)磁性膜4b。這時(shí)也可以在基板2上不使用下側(cè)強(qiáng)磁性膜4a，而是采用由諸如Cr等等的非金屬材料構(gòu)成的電極。如果需要的話，還可以在上側(cè)強(qiáng)磁性膜4b上形成由Cu、Au、Ag等等的良導(dǎo)體構(gòu)成的電極。
在具有這種結(jié)構(gòu)的磁性元件1、14中，微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的重疊部分(比如說，其正交部分)形成為強(qiáng)磁性隧道結(jié)。通過使感應(yīng)電流相對于這一部分沿膜厚方向流過的方式，便可以利用包含著微粒磁性膜3的強(qiáng)磁性隧道結(jié)的磁電阻效應(yīng)。
圖14為說明本發(fā)明的磁性元件的第五實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。在如圖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離的兩個(gè)強(qiáng)磁性膜4A、4B。因此對于疊層型磁性元件，其微粒磁性膜與強(qiáng)磁性膜的疊層區(qū)域并不限于一個(gè)。這種場合的強(qiáng)磁性膜4A、4B，也可以如圖15所示，用非磁性體15沿其膜面方向分開。
對于圖14和圖15所示的結(jié)構(gòu)，微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的疊層部分形成為兩個(gè)。在這種結(jié)構(gòu)中，最好還在微粒磁性膜3的下側(cè)設(shè)置有其電阻比微粒磁性膜3更低的襯底層17。利用這一低電阻的襯底層17，可以抑制沿微粒磁性膜3的膜面內(nèi)流動的隧道電流。
對于具有上述結(jié)構(gòu)構(gòu)成的磁性元件16，可以利用若干個(gè)由微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4構(gòu)成的疊層部分，所以可以進(jìn)一步增大其電阻變化率。而且在磁性元件16具有低電阻的襯底層17的場合，沿膜面方向流動的電流將流過襯底層17。由于這一部分的電阻比較小，若元件面積也相當(dāng)小，則它和微粒磁性膜3的橫向電阻相比可以忽略不計(jì)，所以可以在最少為橫向流過微粒磁性膜3的電流傳遞量兩倍的條件下，調(diào)整對增大電阻等等的各種特性。
下面說明本發(fā)明的磁性元件的其它實(shí)施形式。
圖16為表示適用于沿著基板面使電流在本發(fā)明的磁性元件中流動的平面型結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。如圖16所示的平面型磁性元件21中，在基板2上沿著基板面配置有微粒磁性膜3和夾持著微粒磁性膜3的兩個(gè)強(qiáng)磁性膜4、4。
換句話說就是，沿著基板表面配置有以夾持著微粒磁性膜3的方式相對設(shè)置的兩個(gè)強(qiáng)磁性膜4、4(第一和第二強(qiáng)磁性膜)。沿與基板表面相平行的方向相連接的微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的結(jié)合部(平行排列型結(jié)合部)構(gòu)成強(qiáng)磁性隧道結(jié)。這種強(qiáng)磁性膜4也可以如圖17所示，用非磁性體15沿膜面方向分開。而且還可以不采用其中的某一個(gè)強(qiáng)磁勝膜4，而是配置作為電極使用的非磁性金屬膜。
平面型磁性元件21中的各層的具體結(jié)構(gòu)和附加的結(jié)構(gòu)均與前述的疊層型磁性元件1、14相類似，比如說也可以根據(jù)需要配置偏置磁場施加膜。而且平面型磁性元件21除了使包含位于微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4之間的隧道電流的感應(yīng)電流沿著基板表面流動的這一點(diǎn)之外，均與前述的疊層型磁性元件1、14相類似，即通過使微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4中的矯頑力比較小的一個(gè)磁性膜(比如說強(qiáng)磁性膜4)的自旋方向可以因外部磁場等等的作用而變化的方式，能獲得巨磁電阻效應(yīng)。
如果采用這種平面型磁性元件21，可以獲得與所述疊層型磁性元件1、14相同的效果。在用非磁性體15分開強(qiáng)磁性膜4的場合，由于可以防止磁振子的傳播，所以即使在電流值增大也可以抑制MR變化率的減小。而且平面型元件容易采用精細(xì)加工技術(shù)制作，所以可以獲得穩(wěn)定的特性，同時(shí)可以容易地實(shí)現(xiàn)元件的高密度化。
例如如圖18所示，這種平面型元件還適用于端邊結(jié)合型元件結(jié)構(gòu)。在如圖18所示的端邊結(jié)合型磁性元件22中，在基板2上依次疊層設(shè)置強(qiáng)磁性膜4和絕緣層23，并使這一疊層膜的端面相對于基板面變成以預(yù)定角度傾斜的傾斜端面。然后再以至少蓋覆著下側(cè)強(qiáng)磁性膜4和絕緣層23的疊層膜的傾斜端面的方式，依次疊層形成微粒磁性膜3和上側(cè)強(qiáng)磁性膜4。在端邊結(jié)合型磁性元件22中，在傾斜部沿與基板面平行的方向連接著的微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4的結(jié)合部構(gòu)成強(qiáng)磁性隧道結(jié)。而且上下兩層強(qiáng)磁性膜4、4中的一個(gè)強(qiáng)磁性膜4也可以用非磁性金屬膜替代。即使這種端邊結(jié)合型磁性元件22也可以獲得與平面型磁性元件21相同的效果。
下面對本發(fā)明的磁性元件的其它實(shí)施形式進(jìn)行說明。
圖19為表示本發(fā)明的另一種磁性元件的一實(shí)施形式的主要部分結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖。在圖19所示的磁性元件31中，在基板32上形成有第一強(qiáng)磁性膜33。在第一強(qiáng)磁性膜33上還通過隧道絕緣層34形成有第二強(qiáng)磁性膜35。隧道絕緣層34的厚度使得隧道電流可以在第一強(qiáng)磁勝膜33和第二強(qiáng)磁性膜35之間流過。隧道絕緣層34的厚度最好在30毫微米以下。利用這些主要部件便可以構(gòu)成具有強(qiáng)磁性隧道結(jié)的磁性元件(強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件)31。
第一和第二強(qiáng)磁性膜33、35可以用非磁性體36沿膜面方向分開。強(qiáng)磁性膜33、35被非磁性體36分開的大小、非磁性體36的材質(zhì)和厚度、非磁性體36在強(qiáng)磁性膜33、35內(nèi)的配置方式等等，均與前述的實(shí)施形式相類似。對于這種實(shí)施形式中的磁性元件31，用非磁性體36分開的強(qiáng)磁性模33、35，也可以抑制磁振子的傳播。
可以使第一和第二強(qiáng)磁性膜33、35中的一個(gè)強(qiáng)磁性膜中的自旋方向在諸如外部磁場等等的作用下發(fā)生變化，這樣便可以獲得巨大的磁電阻效應(yīng)。當(dāng)?shù)谝缓偷诙?qiáng)磁性膜33、35中的自旋呈相同方向的狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件31的電阻(對沿與膜面垂直方向的隧道電流的電阻)為最小。通過使一個(gè)強(qiáng)磁性膜的自旋方向由這一狀態(tài)在外部磁場的作用下反轉(zhuǎn)，便可以使強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件31的電阻變?yōu)樽畲?。這時(shí)，另一個(gè)強(qiáng)磁性膜的自旋相對于這一外部磁場基本上保持固定。
可以利用諸如強(qiáng)磁性體在矯頑力方面的差異，使第一和第二強(qiáng)磁性膜33、35中的一個(gè)強(qiáng)磁性膜的自旋方向發(fā)生變化?；蛉鐖D20所示，通過在一個(gè)強(qiáng)磁性膜(比如說，在圖20中為第二強(qiáng)磁性膜35)上疊層設(shè)置反強(qiáng)磁性膜37，并利用與這一反強(qiáng)磁性膜37的交換結(jié)合的方式而使磁化固定。還可以采用諸如Co/Ru/Co、Co/Au/Co等等的反強(qiáng)磁性交換結(jié)合膜實(shí)現(xiàn)對一個(gè)強(qiáng)磁性膜的磁化固定。
對強(qiáng)磁性膜33、35的具體材質(zhì)并沒有特定的限制，它可以采用各種磁勝材料制作，例如說可以采用以坡莫合金為代表的Fe-Ni合金，顯示出強(qiáng)磁性的Fe、Co、Ni和包含有這些金屬的合金，諸如NiMnSb、PtMnSb等等的霍依斯勒合金，諸如CrO2、氧化鎂、(La、Sr)MnO3等等的氧化物類的磁性材料，以及非晶合金等等的各種軟磁性材料，直至諸如Co-Pt合金、Fe-Pt合金、遷移金屬-稀土類合金等等的硬磁性材料。
這種強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件31呈典型的薄膜狀，并可以用分子束外延生成(MBE)法、各種濺射法、蒸鍍法等等的常規(guī)薄膜成型方法制作。本發(fā)明的強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件31，還可以設(shè)置由磁性材料或非磁性材料構(gòu)成的襯底層，或由非磁性材料構(gòu)成的蓋覆鍍層等等。
在上述實(shí)施形式的強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件31，用非磁性體36分開了強(qiáng)磁性膜33、35，所以可以防止磁振子的傳播。因而，由于獲得所需要的輸出電壓值，即使流經(jīng)強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件31的電流值增大，也可以抑制磁電阻變化率的降低。通過采用這種方式，可以良好地獲得比較大的輸出電壓。而且通過用非磁性體36分開強(qiáng)磁性膜33、35，強(qiáng)磁性膜33、35進(jìn)一步軟磁性化。因此可以進(jìn)一步提高作為MR元件的強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件31的靈敏度。
用非磁性體36分開強(qiáng)磁性膜33、35的結(jié)構(gòu)并不限于如圖19所示的那種結(jié)構(gòu)。例如，還可以如圖21所示，采用強(qiáng)磁性層35a和非磁性層38交替疊層設(shè)置的結(jié)構(gòu)。通過在比較高的氣壓下使強(qiáng)磁性層35a和非磁性層38交替濺射成膜便可以獲得由非磁性層38分開強(qiáng)磁性層35a的結(jié)構(gòu)。
而且還可以通過對多層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性膜35實(shí)施熱處理的方式，形成使非磁性體38a沿著各個(gè)強(qiáng)磁性層35a的結(jié)晶界面配置的結(jié)構(gòu)。這種多層結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性層35，是由沿各強(qiáng)磁性層35a的膜厚方向配置的非磁性層38和配置在強(qiáng)磁性層35a內(nèi)的非磁性體38a分開的。圖21示出了僅一個(gè)強(qiáng)磁性層35為多層構(gòu)造的實(shí)例，但也可以在兩個(gè)強(qiáng)磁性膜33、35中采用多層結(jié)構(gòu)。
被非磁性體分開的強(qiáng)磁性膜可以使用由非磁性體分開成數(shù)毫微米左右的磁性微粒構(gòu)成的納米結(jié)晶材料。而且在前述的實(shí)施形式的微粒磁性膜由于有被電感應(yīng)體基質(zhì)分開磁性微粒的結(jié)構(gòu)，所以能使用其作為由強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件31的非磁性體分開的強(qiáng)磁性膜。
在顯示巨磁電阻效應(yīng)的強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件31中，沿著疊層方向流過有感應(yīng)電流，在第一和第二強(qiáng)磁性膜33、35之間流過有隧道電流。通過測定包含這種隧道電流的感應(yīng)電流的電壓，便可以檢測出信號磁場等等的外部磁場。這種外部磁場的檢測功能與原有的MR元件相類似，即可以被利用在磁電阻效應(yīng)型磁頭和磁傳感器等等中。而且通過使第一和第二強(qiáng)磁性膜33、35中矯頑力比較小的一個(gè)磁性膜作為記錄層，使另一個(gè)作為自旋固定層，并且用同樣的感應(yīng)電流判斷記錄層的磁化方向的方式，還可以讀取在記錄層上寫入的數(shù)據(jù)。因此它還可以作為磁存儲器而加以利用。
上述的各實(shí)施形式中的磁性元件1、14、16、21、22、31可分別使用在磁電阻效應(yīng)型磁頭、磁傳感器和磁存儲器等等中。
使用上述各實(shí)施形式中的磁性元件1、14、16、21、22、31的磁電阻效應(yīng)型磁頭，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成可與原有的磁電阻效應(yīng)型磁頭相類似。即可以利用微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4、或第一強(qiáng)磁性膜33和第二強(qiáng)磁性膜35中的矯頑力比較小的一個(gè)磁性膜作為磁感應(yīng)層，并使這一磁感應(yīng)層的磁化方向根據(jù)諸如信號磁場等等的變化而變化。通過檢測這時(shí)的疊層結(jié)合部、平行排列型結(jié)合部或端邊結(jié)合型結(jié)合部中的電阻，便可以檢測出信號磁場。這作為磁存儲器等等中的再生磁頭是有效的。還可以被用作為磁傳感器。
下面對將上述各實(shí)施形式中的磁性元件1、14、16、21、22、31應(yīng)用于磁儲存組件等等的磁存儲器的場合進(jìn)行說明。
對于這種場合，可將微粒磁性膜3和強(qiáng)磁性膜4、或第一強(qiáng)磁性膜33和第二強(qiáng)磁性膜35中的矯頑力比較小的一個(gè)磁性膜作為記錄層，并將另一個(gè)作為自旋固定層。如果舉例來說就是，對于采用強(qiáng)磁性膜4作為記錄層的場合，通過檢測作為記錄層的強(qiáng)磁性膜4和微粒磁性膜3之間的感應(yīng)電壓，便可以實(shí)施再生。即，使作為記錄層的強(qiáng)磁性膜4的自旋可以反轉(zhuǎn)，對應(yīng)與和微粒磁性膜3的自旋相平行或反平行的狀態(tài)可以指定“1”、“0”。
在再生過程中，如果檢測作為記錄層的強(qiáng)磁性膜4和微粒磁性膜3之間的電壓，則由于由磁電阻效應(yīng)為“1”或?yàn)椤?”而使再生電壓不同，可以實(shí)施識別。而且可以通過諸如在強(qiáng)磁性膜4的上方設(shè)置字線，使脈沖電流在其中流過，并切換其方向等等的方式，進(jìn)行向強(qiáng)磁性膜4中寫入“1”或“0”。在這種動作過程中，微粒磁性膜3的自旋方向由于其矯頑力比較大而不會改變方向。
即使采用疊層型磁性元件1、14、16、31、平面型磁性元件21、22中哪個(gè)，也可以通過同樣地方式構(gòu)成如上所述的磁存儲器。還可以將微粒磁性膜3用于記錄層，并將強(qiáng)磁性膜4作為自旋固定層。對于使用強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件31的場合，其動作原理等等均相同。
本發(fā)明的磁存儲器為非易失性固體儲存器，可以不采用HDD那樣的可動部而實(shí)現(xiàn)高可靠性，并可以實(shí)現(xiàn)更高速的動作。而且還可以在比較大的范圍內(nèi)對電阻實(shí)施控制，并可以用非破壞性方式讀取被記錄的信息，還可以獲得比較大的輸出。
下面對本發(fā)明的具體實(shí)施例和評價(jià)結(jié)果進(jìn)行說明。
實(shí)施例1使用高頻濺射方法制作出具有圖12和圖13所示的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)磁性隧道結(jié)膜。在這一強(qiáng)磁性隧道結(jié)膜中作為微粒磁性膜成為隧道屏障。即首先在玻璃基板2上，形成取代如圖12和圖13所示的強(qiáng)磁性膜4a的、作為下部電極的、長為10毫米、寬為0.5毫米的長方形Cr膜。在其上以蓋覆著Cr膜一部分的方式形成微粒磁性膜3，隨后在其上再以與Cr膜相正交的方式形成與Cr膜形狀相同的強(qiáng)磁性膜4。然后形成作為上部電極的Au膜，在其與下部電極之間施加電壓，并測定磁電阻效應(yīng)。
微粒磁性膜3的制造方法可以為，以Co80Pt20合金和SiO2為極靶，在Ar氣壓力為0.3Pa、基板偏置為400W的條件下，同時(shí)進(jìn)行Co80Pt20和SiO2的濺射，形成在SiO2中分散有Co80Pt20合金微粒的膜(膜厚為10毫微米)。在這種狀態(tài)下用電子顯微鏡對構(gòu)造實(shí)施觀察的結(jié)果表明，Co80Pt20合金微粒在SiO4基質(zhì)中的分散度大約為50％。通過在成膜過程中施加偏置的方式，可以生長出粒徑大約為8毫微米、顆粒間距大約為1.5毫微米的Co80Pt20合金顆粒。用試樣振動型磁力計(jì)測定磁化的結(jié)果表明，矯頑力為2千奧斯特大小，并具有明顯的磁滯。對這一微粒磁性膜觀察不到超常磁性。
在上述的微粒磁性膜3上可以形成厚度為20毫微米的Co90Fe10合金膜作為強(qiáng)磁性膜4b。所獲得的正交疊層膜的磁化曲線如圖22所示。由圖中可以觀察到明顯的兩段型磁滯，它反映著在SiOx基質(zhì)中分散有Co80Pt20合金微粒的微粒磁性膜3具有比較大的矯頑力，而由Co90Fe10構(gòu)成的強(qiáng)磁性膜4b具有為20奧斯特的比較小的矯頑力。
在磁電阻效應(yīng)的測定過程中，先沿負(fù)向方向施加比較大的磁場，使Co90Fe10合金膜和微粒磁性膜的自旋均指向負(fù)向方向，隨后減小磁場，并沿正向方向施加。所獲得的磁電阻變化率與磁場的依賴關(guān)系如圖23所示。與這一磁化曲線相對應(yīng)，在大約為20奧斯特的比較小的正向磁場作用下，電阻將急劇增大，這表明這一比較小的磁場使Co90Fe10合金膜產(chǎn)生磁化反轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生了磁電阻效應(yīng)。當(dāng)施加更大的正向磁場時(shí)，微粒磁性膜的自旋也將反轉(zhuǎn)而使電阻降低。最大電阻為2.8歐，磁電阻變化率為14％。
因此本發(fā)明的磁性元件具有非常高的靈敏度，而且其電阻比用絕緣膜作為屏障的原有的強(qiáng)磁性隧道結(jié)合元件要低。
比較實(shí)例1按在制作微粒磁性膜的過程中，除了不施加基板偏置之外均與第一實(shí)施例相同的方式，用相同的材料制作成與其形狀相同的疊層膜。此時(shí)的磁化曲線如圖24所示，即呈Co90Fe10合金膜的磁化曲線與超常磁性的磁化曲線相重疊的形式。隨著Co90Fe10合金膜的磁化反轉(zhuǎn)，明顯的磁電阻效應(yīng)為2％左右。由于這種微粒磁性膜具有超常磁性，所以難以實(shí)現(xiàn)與Co90Fe10合金膜自旋的反平行狀態(tài)。
實(shí)施例2使用高頻濺射方法制作出圖18所示的端邊結(jié)合型的強(qiáng)磁性隧道結(jié)合膜。即首先在玻璃基板2上，按與第一實(shí)施例相同的條件，形成取代如圖18所示的下側(cè)強(qiáng)磁性膜4的、長為10毫米、寬為0.5毫米的、厚為20毫微米的Cr膜。在其上形成AlN絕緣層23。隨后利用集束離子束，由傾斜方向?qū)㈦x子束照射至由Cr膜和AlN絕緣層23構(gòu)成的疊層膜的端面處，以加工出傾斜的疊層膜端面。然后以蓋覆著這一頃斜端面的方式，形成在SiOx基質(zhì)中分散有Co80Pt20合金微粒的、厚度為10毫微米的微粒磁性膜3，再在其上形成厚度為20毫微米的、作為強(qiáng)磁性膜4的Co90Fe10合金膜。
在如上所述的端邊結(jié)合型強(qiáng)磁性隧道結(jié)膜中，隧道電流流經(jīng)Cr膜和Co90Fe10合金膜之間，測定其電壓并對磁電阻效應(yīng)作出評價(jià)。其結(jié)果表明，可以觀察到伴隨Co90Fe10合金膜的磁化反轉(zhuǎn)的磁電阻效應(yīng)。磁電阻變化率為22％，磁化反轉(zhuǎn)磁場為20奧斯特。
實(shí)施例3使用高頻濺射方法制作出如圖7所示的疊層膜。即首先在玻璃基板2上，以Fe為極靶，在Ar氣壓為0.3Pa、基板偏置為400W的條件下，形成作為強(qiáng)磁性膜4的、20毫微米厚Fe膜。在其上再以((La0.7Sr0.3)MnO3)80(Bi2O3)20為極靶，在上述條件下實(shí)施濺射，制作出在Bi2O3中分散有強(qiáng)磁性的(La0.7Sr0.3)MnO3顆粒的膜(膜厚為10毫微米)作為微粒磁性膜3。然后再在這一微粒磁性膜3上形成膜厚為20毫微米的FeMn反強(qiáng)磁性膜10。
在FeMn反強(qiáng)磁性膜10上濺射形成Au電極，在其與Fe膜之間施加電壓，并測定磁電阻效應(yīng)。其磁電阻變化率為33％，磁化反轉(zhuǎn)磁場為50奧斯特。因此，通過在微粒磁性材料中采用自旋極向偏轉(zhuǎn)度為100％的(La0.7Sr0.3)MnO3顆粒，可以增大磁電阻變化率，并可以獲得更高的靈敏度。
實(shí)施例4利用濺射裝置，首先在熱氧化Si基板上形成厚度為100毫微米的Ag層。在其上層疊5毫微米的Fe層之后，再在Fe層上形成微粒磁性膜?？梢栽谝訡o80Pt20合金和SiO2為極靶、在Ar氣壓為1×10-3Torr、基板偏置為300W的條件下同時(shí)實(shí)施濺射的方式，形成這一微粒磁性膜。這樣便獲得了在SiO2基質(zhì)中分散有CoPt合金微粒的、膜厚為10毫微米的微粒磁性膜。磁特性測定的結(jié)果表明，微粒磁性膜的矯頑力為1.8千奧斯特左右，并可以獲得明顯的磁滯曲線，而且觀察不到超常磁性的出現(xiàn)。
在上述的微粒磁性膜上制成疊層設(shè)置Ag(3毫微米)/Ni80Fe20(5毫微米)而的試樣1，和制成疊層10層的Ag(1毫微米)/Ni80Fe20(2毫微米)的試樣2，隨后再分別疊層設(shè)置Ag層。分別在300℃的溫度下，將試樣1、2放在磁場中進(jìn)行熱處理，以獲得單軸各向異性。通過在這一磁場狀態(tài)下進(jìn)行的熱處理，可以使Ag在作為強(qiáng)磁性膜的Fe層和Ni80Fe20層的晶界中擴(kuò)散開?？梢杂善拭鎀EM的結(jié)果中獲知已經(jīng)用Ag分開這種強(qiáng)磁性膜。
對試樣1、2的隧道磁電阻變化率與施加電壓的依賴關(guān)系進(jìn)行測定。測定結(jié)果如圖25所示。由圖25中可以明確獲知，即使施加在元件上的電壓值的增大也可以減少元件的磁電阻變化率的降低。因此可以提供出具有比較大的輸出電壓的磁性元件。而且被Ag分開的Ni80Fe20在大約為4奧斯特的小磁場作用下，磁電阻會產(chǎn)生急劇變化，顯示出它具有可作為磁電阻效應(yīng)型磁頭、磁傳感器、磁存儲器使用的良好特性。
實(shí)施例5利用濺射裝置，在玻璃基板上按在Ar氣體壓力為1×10-3Torr的條件下對作為極靶的Co80Pt20合金和Cu同時(shí)實(shí)施濺射。隨后進(jìn)行30分鐘的300℃的退火。這樣便獲得了在Cu中分散有Co80Pt20合金微粒的、膜厚為100毫微米的微粒磁性膜。磁特性測定的結(jié)果表明，微粒磁性膜的矯頑力為0.3千奧斯特左右，并可以獲得明顯的磁滯曲線，而且觀察不到超常磁性的現(xiàn)象。
在上述的微粒磁性膜上成膜出厚度為1毫微米的Al膜后，再向腔室內(nèi)導(dǎo)入Ar+O2氣體以進(jìn)行等離子氧化處理，形成Al2O3膜。在其上制成疊層Ag(3毫微米)/Ni80Fe20(5毫微米)的試樣1，或疊層設(shè)置10層的(Ag(1毫微米)/Ni80Fe20(2毫微米))的試樣2，隨后再分別成膜厚度為100毫微米的Ag層作為復(fù)蓋層。分別在300℃的溫度下，將試樣1、2放在磁場中進(jìn)行熱處理，以獲得單軸各向異性。通過在這一磁場狀態(tài)下實(shí)施的熱處理，可以使Ag在作為強(qiáng)磁性膜的Ni80Fe20中擴(kuò)散開。而且可以由剖面TEM結(jié)果中明確獲知用Ag分開這種強(qiáng)磁性膜。
對試樣1、2的隧道磁電阻變化率與施加電壓的依賴關(guān)系進(jìn)行測定。測定結(jié)果如圖26所示。而且在圖26中還一并示出了對強(qiáng)磁性膜未由非磁性體分開的Co80Pt20/Al2O3/NiFe隧道結(jié)(比較實(shí)例)的測定結(jié)果。作為比較實(shí)例的Co80Pt20/Al2O3/NiFe隧道結(jié)，當(dāng)施加至元件的電壓增大時(shí)其磁電阻變化率將急劇降低，而作為具有用非磁性元素Cu、Ag分開的強(qiáng)磁性膜的、實(shí)施例2的各個(gè)元件，即使施加電壓值增大，元件的磁電阻變化率的降低也少，所以可以獲得比較大的輸出電壓。而且被Ag分開的Ni80Fe20在大約為4奧斯特的小磁場作用下，磁電阻會產(chǎn)生急劇變化，從而顯示出其具有可作為磁電阻效應(yīng)型磁頭、磁傳感器、磁存儲器使用的良好特性。
實(shí)施例6利用濺射裝置，在熱氧化Si基板上形成Cr襯底膜，再在該Cr襯底膜上制作出微粒磁性膜?？梢栽谝訡o80Pt20合金和Al2O3為極靶、在Ar氣壓力為1×10-3Torr、基板偏置為300W的條件下同時(shí)實(shí)施濺射的方式，形成微粒磁性膜。這樣便獲得了在Al2O3基質(zhì)中分散有CoPt合金微粒的、膜厚為10毫微米的微粒磁性膜。磁特性測定的結(jié)果表明，這一微粒磁性膜的矯頑力為2千奧斯特左右，并可以獲得明顯的磁滯曲線，而且觀察不到超常磁性。
在上述的微粒磁性膜上，以Ar氣壓為1×10-3Torr的條件形成5層的(Mo(1毫微米)/Co50Fe30Ni20(2毫微米))膜。這時(shí)的Ar氣壓比較高，故疊層比較平坦，從而可以獲得如圖21所示的、強(qiáng)磁性膜被非磁性層分開的結(jié)構(gòu)。隨后用銑床對這種強(qiáng)磁性膜進(jìn)行精細(xì)加工，以制作出具有如圖15所示的結(jié)構(gòu)的元件，然后在磁場中實(shí)施熱處理以獲得單軸各向異性。
對這種試樣的隧道磁電阻變化率與施加電壓的依賴關(guān)系進(jìn)行測定。測定結(jié)果如圖27所示。對于具有用非磁性元素Mo分開的強(qiáng)磁性膜的元件，即使所施加的電壓值增大，磁電阻變化率的降低也小，因此可以獲得比較大的輸出電壓。而且被Mo分?jǐn)嚅_的Co50Fe30Ni20在大約為15奧斯特的小磁場作用下，磁電阻會產(chǎn)生急劇變化，這顯示出它具有可作為磁電阻效應(yīng)型磁頭、磁傳感器、磁存儲器使用的良好特性。
實(shí)施例7利用濺射裝置，在玻璃基板上以Ar氣壓為1×10-3Torr的條件下對作為極靶的Co-Fe-Nb-Si-B同時(shí)實(shí)施濺射。隨后進(jìn)行30分鐘的500℃的退火，以制作出膜厚為100毫微米的納米結(jié)晶層。在其上成膜出厚度為1毫微米的Al膜后，再向腔室內(nèi)導(dǎo)入Ar+O2氣體以進(jìn)行等離子氧化處理，形成Al2O3膜。
在這一Al2O3膜上疊層設(shè)置Ag(3毫微米)/Co(5毫微米)而構(gòu)成試樣。隨后在其上成膜出固定Ag(3毫微米)/Co(5毫微米)層的磁化用的、厚度為7毫微米的FeMn膜，再形成作為復(fù)蓋層的、厚度為100毫微米的Ag膜。將試樣放入磁場中，進(jìn)行300℃下的熱處理，以獲得單軸各向異性，并且在剛剛達(dá)到FeMn的阻塞溫度時(shí)使磁場方向轉(zhuǎn)動90度，并使溫度下降至室溫。利用這種在磁場中實(shí)施熱處理方式，可以使Ag在作為強(qiáng)磁性膜的Co中擴(kuò)散開。這樣便制得了一個(gè)強(qiáng)磁性膜為納米結(jié)晶層、另一個(gè)強(qiáng)磁性膜被用Ag分?jǐn)嚅_的結(jié)構(gòu)，這一點(diǎn)可以由剖面TEM的結(jié)果中明確獲知。
對這種試樣的隧道磁電阻變化率與施加電壓的依賴關(guān)系進(jìn)行測定。測定結(jié)果如圖28所示。由圖28中可以明確獲知，這一實(shí)施例中的元件即使所施加的電壓值增大，磁電阻變化率降低也較小。因此可以獲得比較大的輸出電壓。而且納米結(jié)晶層在大約為3奧斯特的小磁場作用下，磁電阻會產(chǎn)生急劇變化，顯示出它具有可作為磁電阻效應(yīng)型磁頭、磁傳感器、磁存儲器使用的良好特性。
實(shí)施例8利用濺射裝置，在SiO2基板上形成厚度為100毫微米的Cr膜，再在其上制作出微粒磁性膜。可以通過以Co90Fe10合金和Al2O3為極靶、在Ar氣壓為1×10-3Torr、基板偏置為400W的條件下同時(shí)實(shí)施濺射的方式，形成微粒磁性膜。這樣便獲得了在Al2O3基質(zhì)中分散有CoFe合金微粒的、膜厚為15毫微米的微粒磁性膜。磁特性測定的結(jié)果表明，微粒磁性膜的矯頑力為30奧斯特左右，并可以獲得具有明顯角形的強(qiáng)磁性磁滯曲線，而且觀察不到超常磁性。
在這種微粒磁性膜上疊層設(shè)置Ag(3毫微米)/Co80Pt20(5毫微米)膜，隨后再成膜出作為復(fù)蓋層的、厚度為100毫微米的Ag層而構(gòu)成試樣。將試樣放入磁場中，進(jìn)行300℃下的熱處理，以獲得單軸各向異性。利用這種在磁場中實(shí)施熱處理方式，可以使Ag在作為強(qiáng)磁性膜的Co80Pt20的晶界中擴(kuò)散開?？梢杂善拭鎀EM的結(jié)果中明確獲知這一強(qiáng)磁性膜已經(jīng)被Ag分開。
對這種試樣的隧道磁電阻變化率與施加電壓的依賴關(guān)系進(jìn)行測定。測定結(jié)果如圖29所示。由圖29中可以明確獲知，即使施加在元件上的電壓值增大，而磁電阻變化率降低也較小，因此可以獲得比較大的輸出電壓。而且微粒磁性膜在大約為30奧斯特的小磁場作用下，磁電阻會產(chǎn)生急劇變化，從而顯示出它具有可作為磁電阻效應(yīng)型磁頭、磁傳感器、磁存儲器使用的良好特性。
權(quán)利要求
1．一種磁性元件，包括有具有電感應(yīng)體基質(zhì)和分散在所述電感應(yīng)體基質(zhì)中的強(qiáng)磁性微粒的、并且具有矯頑力的微粒磁性膜，以及與所述微粒磁性膜鄰接配置的、在與微粒磁性膜之間可流過隧道電流的強(qiáng)磁性膜。
2．一種如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于所述的強(qiáng)磁性膜具有以夾持著所述微粒磁性膜的方式相對配置的第一強(qiáng)磁性膜和第二強(qiáng)磁性膜，而且所述隧道電流在所述第一強(qiáng)磁性膜、所述微粒磁性膜和所述第二強(qiáng)磁性膜之間流過。
3．一種如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于通過使所述微粒磁性膜和所述強(qiáng)磁性膜中的一個(gè)磁性膜的自旋方向隨外部磁場而變化，獲得磁電阻效應(yīng)。
4．一種如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于所述微粒磁性膜和所述雖磁性膜通過形成強(qiáng)磁性隧道結(jié)的方式疊層配置。
5．一種如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于所述微粒磁性膜和所述強(qiáng)磁性膜通過形成強(qiáng)磁性隧道結(jié)的方式、在基板上沿著基板表面呈排列配置。
6．一種如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于所述強(qiáng)磁性微粒的微粒粒徑為5～10毫微米，而且在所述電感應(yīng)體基質(zhì)中以約3毫微米以下的間隔分散配置。
7．一種如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于所述強(qiáng)磁性微粒在所述電感應(yīng)體基質(zhì)中呈層狀配置。
8．一種如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于所述的強(qiáng)磁性膜具有通過非磁性層疊層設(shè)置的兩層強(qiáng)磁性層，而且所述的兩層強(qiáng)磁性層以彼此反平行的方式結(jié)合。
9．一種如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于還包括有向所述微粒磁性膜施加偏置磁場用的偏置磁場施加膜。
10．一種如權(quán)利要求9所述的磁性元件，其特征在于所述偏置磁場施加膜具有硬磁性膜、反強(qiáng)磁性膜或反強(qiáng)磁性交換結(jié)合膜。
11．一種如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于所述的強(qiáng)磁性膜被非磁性體分開。
12．一種如權(quán)利要求11所述的磁性元件，其特征在于所述的非磁性體沿著所述強(qiáng)磁性膜的結(jié)晶晶界配置。
13．一種如權(quán)利要求1所述的磁性元件，其特征在于所述強(qiáng)磁性膜具有交替疊層設(shè)置的強(qiáng)磁性層和非磁性層。
14．一種磁性元牛，包括有其厚度可使隧道電流流經(jīng)的絕緣層，以夾持著前述絕緣層的方式配置的第一強(qiáng)磁性膜和第二強(qiáng)磁性膜，而且使所述第一和第二強(qiáng)磁性膜中的至少一個(gè)強(qiáng)磁性膜被非磁性體分開。
15．一種如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其特征在于通過使所述第一和第二強(qiáng)磁性膜中的至少一個(gè)強(qiáng)磁性膜的自旋方向隨外部磁場的變化，獲得磁電阻效應(yīng)。
16．一種如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其特征在于所述非磁性體沿著所述強(qiáng)磁性膜的結(jié)晶晶界配置。
17．一種如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其特征在于所述的強(qiáng)磁性膜具有交替疊層設(shè)置的強(qiáng)磁性層和非磁性層。
18．一種如權(quán)利要求14所述的磁性元件，其特征在于所述的強(qiáng)磁性膜具有由所述非磁性體分開的強(qiáng)磁性微粒。
19．一種磁頭，包括有如權(quán)利要求1所述的磁性元件，以及通過使隧道電流流經(jīng)所述磁性元件那樣地供給電流用的電極。
20．一種磁存儲器，包括有如權(quán)利要求1所述的磁性元件，向所述磁性元件施加電流磁場用的記錄電極，以及使隧道電流流經(jīng)所述磁性元件那樣地供給傳感電流用的再生電極。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁性元件,它包括有具有分散在電感應(yīng)體基質(zhì)中的強(qiáng)磁性微粒的、并且不顯示超常磁性的、具有有限矯頑力的微粒磁性膜,以及強(qiáng)磁性膜。微粒磁性膜和強(qiáng)磁性膜以疊層或沿著基板表面并列設(shè)置的方式構(gòu)成為強(qiáng)磁性隧道結(jié)合膜。強(qiáng)磁性隧道結(jié)合膜將微粒磁性膜作為屏障。通過使微粒磁性膜和強(qiáng)磁性膜中的一個(gè)磁性膜的自旋方向在外部磁場的作用下變化的方式,可以獲得巨磁電阻效應(yīng)。這種磁性元件特征在于磁電阻變化率大、飽和磁場小、并可以將元件電阻調(diào)節(jié)為所需要的值,因此具有可獲得偏差小而穩(wěn)定的特性。
文檔編號G11C11/56GK1213867SQ9811485
公開日1999年4月14日 申請日期1998年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月9日
發(fā)明者豬俁浩一郎, 齊藤好昭, 柚須圭一郎, 市原勝太郎, 荻原英夫 申請人:株式會社東芝