(57)【要約】【課題】高スピン分極率かつ低磁気異方性を有することで、高磁界感度な磁気抵抗素子の磁化自由層または磁化固定層に適用可能なホイスラー合金材料、そのホイスラー合金材料を用いた磁気抵抗素子および磁気デバイスを提供する。【解決手段】ホイスラー合金材料は、Co2(FexMn1-x)Si合金（x=0.1〜0.9）の組成比を有している。酸化マグネシウムまたはクロムから成る下地層を介して形成された後、熱処理プロセスを施して形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Co2(FexMn1-x)Si合金（x=0.1〜0.9）の組成比を有することを、特徴とするホイスラー合金材料。
【請求項２】
熱処理プロセスを経ていることを、特徴とする請求項１記載のホイスラー合金材料。
【請求項３】
所定の下地層を介して形成されていることを、特徴とする請求項１または２記載のホイスラー合金材料。
【請求項４】
前記下地層は酸化マグネシウムまたはクロムから成ることを、特徴とする請求項１、２または３記載のホイスラー合金材料。
【請求項５】
強磁性金属磁化固定層／中間層／強磁性金属磁化自由層から成り、前記磁化固定層と前記磁化自由層との磁化の相対角度により抵抗が変化する磁気抵抗素子において、
請求項１、２、３または４記載のホイスラー合金材料を、前記磁化自由層および前記磁化固定層の少なくとも一方に用いたことを、
特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項６】
前記中間層として酸化アルミニウム、または、酸化マグネシウムを用い、前記磁化自由層あるいは前記磁化固定層として請求項１、２、３または４に記載のホイスラー合金材料を用いたトンネル磁気抵抗素子から成ることを、特徴とする請求項５記載の磁気抵抗素子。
【請求項７】
請求項５または６に記載の磁気抵抗素子を用いることを、特徴とする磁気デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気センサー等の磁気デバイスに使われる磁気抵抗素子の磁化自由層あるいは磁化固定層に用いることが出来るホイスラー合金材料、その材料を用いた磁気抵抗素子および磁気デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二つの磁性体の磁化の相対角度によって抵抗値が変化する磁気抵抗素子を、微弱な磁場の検出を可能にする磁気センサーに応用することは、スピントロニクス分野における大きな目標の一つである。
【０００３】
磁気センサーの出力性能は、（磁気抵抗(MR)比／自由層の異方性磁界の２倍(2Hk)）で表される。従って、センサー出力を向上させるためには、MR比を大きくするための高スピン分極率と、Hkを小さくするための低磁気異方性とを兼ね備えた磁性材料が不可欠である。
【０００４】
スピン分極率が大きい磁性材料として、ハーフメタル材料に非常に大きな期待が集まっている。ハーフメタルとは、フェルミエネルギー近傍において片方のスピンバンドのみにエネルギーギャップを有する特殊な磁性材料であり、完全にスピン分極した伝導電子を具える。
【０００５】
室温で実用に供するのに十分なキュリー温度を有するハーフメタル材料として、ホイスラー合金が有望であり、これまでに、Co2MnSi組成のホイスラー合金を用いた磁気抵抗素子において、巨大なMR比が観測されている（例えば、特許文献１、２、３、または非特許文献１参照）。
【０００６】
しかし、従来のCo2MnSi組成のホイスラー合金は、異方性磁界が数十Oe以上と大きく、センサー応用の磁気抵抗素子には不向きであった。従って、高スピン分極率を維持しつつ、磁気異方性の小さいホイスラー合金が切望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３０００２５号公報
【特許文献２】特開２００８−２１８６４０号公報
【特許文献３】特開２００８−２１８６４１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】S.Tsunegi, Y. Sakuraba, M. Oogane, K. Takanashi, Y. Ando, “Large tunnelmagnetoresistance in magnetic tunnel junctions using a Co2MnSiHeusler alloy electrode and a MgO barrier”, Appl. Phys. Lett., 2008年, 93, p.112506
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高スピン分極率かつ低磁気異方性を有することで、高磁界感度な磁気抵抗素子の磁化自由層または磁化固定層に適用可能なホイスラー合金材料、そのホイスラー合金材料を用いた磁気抵抗素子および磁気デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を実施した。その結果、高スピン分極率と低磁気異方性を兼備するホイスラー合金材料、および、そのホイスラー合金材料を用いた磁気抵抗素子を作製することに成功した。本発明に係るホイスラー合金材料は、Co2(FexMn1-x)Si合金（x=0.1〜0.9）の組成比を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る、ホイスラー合金材料は熱処理プロセスを経ていることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る、ホイスラー合金材料は所定の下地層を介して形成されていることが好ましい。また、前記下地層は酸化マグネシウムまたはクロムから成ることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る磁気抵抗素子は、強磁性金属磁化固定層／中間層／強磁性金属磁化自由層から成り、前記磁化固定層と前記磁化自由層との磁化の相対角度により抵抗が変化し、本発明に係るホイスラー合金材料を前記磁化自由層および前記磁化固定層の少なくとも一方に用いたことを特徴とする。また、本発明に係る磁気抵抗素子は、前記中間層として酸化アルミニウム、または、酸化マグネシウムを用い、前記磁化自由層あるいは前記磁化固定層として本発明に係るホイスラー合金材料を用いたトンネル磁気抵抗素子から成ることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る磁気デバイスは、本発明に係る磁気抵抗素子を用いることを特徴とする。
【００１５】
したがって、本発明に係るホイスラー合金材料を、磁気抵抗素子の磁化自由層または磁化固定層に用いることで、高MR比および低Hkを呈する高磁界感度磁気抵抗素子を実現できる。また、この磁気抵抗素子は、例えば磁気センサーなどの磁気デバイスに使用することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高スピン分極率かつ低磁気異方性を有することで、高磁界感度な磁気抵抗素子の磁化自由層または磁化固定層に適用可能なホイスラー合金材料、そのホイスラー合金材料を用いた磁気抵抗素子および磁気デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態のCo2(FexMn1-x)Siホイスラー合金材料を示す模式断面図である。
【図２】図１に示すホイスラー合金材料を使用した、MgO（１０ｎｍ）／Co2(FexMn1-x)Siホイスラー合金材料（３０ｎｍ）／Ta（５ｎｍ）試料の異方性磁界（Hk）の組成依存性を示すグラフである。
【図３】本発明の実施の形態のCo2(FexMn1-x)Siホイスラー合金材料を用いた磁気抵抗素子を示す模式断面図である。
【図４】図３に示すホイスラー合金材料を使用した、Cr（４０ｎｍ）／Co2(FexMn1-x)Siホイスラー合金材料（３０ｎｍ）／Al-O（１．３ｎｍ）／CoFe（１０ｎｍ）磁気抵抗素子のMR比の組成依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１に示すように、超高真空スパッタ法により下地層／Co2(FeｘMn1-ｘ)Siホイスラー合金材料／保護層の試料を作製した。なお、図１に示す一例では、下地層は酸化マグネシウム（MgO）から成っている。
【００２０】
図２に、下地層としてMgO（１０ｎｍ）を用い、保護層にTa（５ｎｍ）を用いたCo2(FexMn1-x)Siホイスラー合金材料の異方性磁界の組成x依存性を示す。なお、作製したホイスラー合金は５００℃以下の温度で熱処理プロセスを施している。
【００２１】
図２から、x=0.1以上の組成領域ではHkの値が15 Oe以下と小さくなっており、低磁気異方性を呈するホイスラー合金として好ましい態様であることが分かる。
【００２２】
図３に示すように、超高真空スパッタ法により下地層／Co2(FeｘMn1-ｘ)Siホイスラー合金材料／絶縁層／上部強磁性材料の磁気抵抗素子を作製した。
【００２３】
図４に、下地層にCr、絶縁層にAl-O、上部強磁性材料にCoFeを用いた、Cr（４０ｎｍ）／Co2(FexMn1-x)Si（３０ｎｍ）／Al-O（１．３ｎｍ）／CoFe（１０ｎｍ）磁気抵抗素子のMR比の組成x依存性を示す。
【００２４】
図４から、x=0.0〜0.9の領域ではMR比が大きいことが分かる。MR比は、MR比＝2PCFMSPCoFe／（１−PCFMSPCoFe）（PCFMS、PCoFeはそれぞれCo2FexMn1-xSiおよびCoFeのスピン分極率）の関係にあることから、Co2FexMn1-xSiはx=0.0〜0.9の組成領域で高スピン分極率を呈するホイスラー合金として好ましい態様であることが分かる。
【００２５】
図２および図４から、Co2FexMn1-xSiはx=0.1〜0.9の組成領域において、低異方性磁界と高スピン分極率とを兼ね備えており、高磁界感度磁気抵抗素子を実現するための最良の態様であることが分かる。
【００２６】
以上、発明の実施の形態に則して本発明を説明してきたが、本発明の内容は上記に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更か可能である。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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【図４】
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