(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性膜と非磁性膜とを積層してなる積層膜であって、前記磁性膜の少なくとも１層がホイスラー合金薄膜で構成された積層膜を製造するにあたり、そのホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜の少なくとも１層の下地として体心立方格子構造を有するＣｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｏからなる群より選択される金属からなる金属膜を形成することを特徴とする、磁性膜を備えた積層膜の製造方法。
【請求項２】
前記ホイスラー合金は、一般式
Ｘ2ＹＺまたはＸＹＺ
（ここで、Ｘ元素はＣｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅからなる群より選択され、Ｙ元素はＭｎ，Ｆｅからなる群より選択され、Ｚ元素はＡｌ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂ，Ｚｎからなる群より選択される。）
で表わされることを特徴とする請求項１に記載の磁性膜を備えた積層膜の製造方法。
【請求項３】
Ｍｎ，Ｆｅからなる群より選択される前記Ｙ元素は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群より選択される元素で一部または全部が置換されていることを特徴とする請求項２に記載の磁性膜を備えた積層膜の製造方法。
【請求項４】
磁性膜と非磁性膜とを積層してなる積層膜であって、磁性膜の少なくとも１層がホイスラー合金薄膜で構成され、そのホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜の少なくとも１層の下地として体心立方格子構造を有するＣｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｏからなる群より選択される金属からなる金属膜が形成されていることを特徴とする、磁性膜を備えた積層膜。
【請求項５】
磁性膜と非磁性膜とを積層してなり、磁性膜の少なくとも１層がホイスラー合金薄膜で構成され、そのホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜の少なくとも１層の下地として体心立方格子構造を有するＣｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｏからなる群より選択される金属からなる金属膜が形成されている積層膜を具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記ホイスラー合金は、一般式
Ｘ2ＹＺまたはＸＹＺ
（ここで、Ｘ元素はＣｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅからなる群より選択され、Ｙ元素はＭｎ，Ｆｅからなる群より選択され、Ｚ元素はＡｌ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂ，Ｚｎからなる群より選択される。）
で表わされることを特徴とする請求項５に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
Ｍｎ，Ｆｅからなる群より選択される前記Ｙ元素は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群より選択される元素で一部または全部が置換されていることを特徴とする請求項６に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
磁性膜と非磁性膜とを積層してなり、磁性膜の少なくとも１層がホイスラー合金薄膜で構成され、そのホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜の少なくとも１層の下地として体心立方格子構造を有するＣｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｏからなる群より選択される金属からなる金属膜が形成されている積層膜を具備することを特徴とする固体磁気記録素子。
【請求項９】
第１の磁性膜と、非磁性膜と、第２の磁性膜との積層膜を有し、第１の磁性膜と非磁性膜との間に電流を供給することにより、非磁性膜と第２の磁性膜との間に、２つの磁性膜の磁化の相対的方向に依存して、２極性の電位誘導が生じる固体磁気記録素子であって、前記第１および第２の磁性膜の少なくとも一方がホイスラー合金薄膜で構成され、前記非磁性膜が体心立方格子構造を有するＣｒ、Ｆｅ、Ｖ、Ｍｏからなる群より選択される金属で構成されていることを特徴とする固体磁気記録素子。
【請求項１０】
前記ホイスラー合金は、一般式
Ｘ2ＹＺまたはＸＹＺ
（ここで、Ｘ元素はＣｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅからなる群より選択され、Ｙ元素はＭｎ，Ｆｅからなる群より選択され、Ｚ元素はＡｌ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂ，Ｚｎからなる群より選択される。）
で表わされることを特徴とする請求項８または９に記載の固体磁気記録素子。
【請求項１１】
Ｍｎ，Ｆｅからなる群より選択される前記Ｙ元素は、Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｎｉからなる群より選択される元素で一部または全部が置換されていることを特徴とする請求項１０に記載の固体磁気記録素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ホイスラー合金薄膜の製造方法およびそのようなホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜と非磁性膜とを含む積層膜、ならびにそのような積層膜を利用した磁気抵抗効果素子および固体磁気記録素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホイスラー合金は、一般式Ｘ２  ＹＺまたはＸＹＺで表わされるホイスラー型結晶構造を有する金属間化合物の総称であり、組成によっては強磁性を示すことが知られている。このため、強磁性体を用いる分野、例えば磁気抵抗効果素子、固体磁気記録素子などへの応用が期待されている。
【０００３】
これらの分野への応用を考えた場合、ホイスラー合金の薄膜化は必須であるが、従来ホイスラー合金薄膜はほとんど得られていない。すなわち、ホイスラー合金組成で薄膜を形成しても、２５０℃程度の高温まで加熱しないとホイスラー合金の結晶が生成されずアモルファスとなってしまう（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６７，３９３（１９９０））  。しかるに、薄膜形成時にこのような高温での加熱を伴うと磁気抵抗効果素子や固体磁気記録素子中の磁性膜と非磁性膜との積層膜において膜界面での原子の拡散が生じるという問題があるため、未だ実用化には至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的はホイスラー合金薄膜を低温でも有効に形成することができるホイスラー合金薄膜の製造方法を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、このようなホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜を備えた積層膜、ならびにこのような積層膜を利用した磁気抵抗効果素子および固体磁気記録素子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明は、上記課題を解決するために、第１に、体心立方格子構造を有する金属からなる下地の上にホイスラー合金薄膜を形成することを特徴とするホイスラー合金薄膜の製造方法を提供する。
【０００７】
第２に、磁性膜と非磁性膜とを積層してなる積層膜であって、磁性膜の少なくとも１層がホイスラー合金薄膜で構成され、そのホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜の少なくとも１層の下地として体心立方格子構造を有する金属からなる金属膜が形成されていることを特徴とする、磁性膜を備えた積層膜を提供する。
【０００８】
第３に、磁性膜と非磁性膜とを積層してなり、磁性膜の少なくとも１層がホイスラー合金薄膜で構成され、そのホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜の少なくとも１層の下地として体心立方格子構造を有する金属からなる金属膜が形成されている積層膜を具備することを特徴とする磁気抵抗効果素子を提供する。
【０００９】
第４に、磁性膜と非磁性膜とを積層してなり、磁性膜の少なくとも１層がホイスラー合金薄膜で構成され、そのホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜の少なくとも１層の下地として体心立方格子構造を有する金属からなる金属膜が形成されている積層膜を具備することを特徴とする固体磁気記録素子を提供する。
【００１０】
第５に、第１の磁性膜と、非磁性膜と、第２の磁性膜との積層膜を有し、第１の磁性膜と非磁性膜との間に電流を供給することにより、非磁性膜と第２の磁性膜との間に、２つの磁性膜の磁化の相対的方向に依存して、２極性の電位誘導が生じる固体磁気記録素子であって、前記第１および第２の磁性膜の少なくとも一方がホイスラー合金薄膜で構成され、非磁性膜が体心立方格子構造を有する金属で構成されていることを特徴とする固体磁気記録素子を提供する。
【００１１】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明者らは、ホイスラー合金薄膜を低温で形成すべく研究を重ねた結果、その下地として体心立方格子構造の金属を設けることにより、その上に形成されたホイスラー合金組成の薄膜が結晶化しやすいことを見出した。これは、以下のような理由によると推測される。すなわち、ホイスラー合金の格子定数はその合金の種類によって微妙に変化するが、概ね体心立方金属の格子定数の２倍であり、従って体心立方金属を下地とすることにより、その上に整合性良くホイスラー合金が形成されるためであると考えられる。なおここで、下地となる体心立方金属は基板自体であっても、基板上に形成された薄膜であってもよいが、磁気抵抗効果素子や固体磁気記録素子への応用を鑑みると、基板上に形成された薄膜とすることが好ましい。
【００１２】
実際に、体心立方格子構造の金属膜としてＣｒを下地膜として用い、室温でホイスラー合金薄膜（Ｃｏ２  ＭｎＧｅ）を形成した場合のＸ線回折の結果を図１に示す。図１の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも基板が異なるためその上に形成した膜の配向性が異なるが、いずれもＣｒおよびＣｏ２  ＭｎＧｅの回折ピークが現れており、ホイスラー合金薄膜が形成されていることが確認される。
【００１３】
ホイスラー合金は、一般式Ｘ２  ＹＺまたはＸＹＺで表わされるホイスラー型結晶構造を有する金属間化合物の総称であるが、Ｘ：Ｙ：Ｚの比率は、単層膜でホイスラー型結晶構造が保たれる範囲で多少ずれていてもよい。
【００１４】
ホイスラー合金のＸ元素としては、Ｃｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｒｕ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｆｅなどが挙げられ、ホイスラー合金を形成した時にホイスラー合金が強磁性を示すＣｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｈ，Ｐｔが特に好ましい。また、Ｙ元素としてはＭｎ，Ｆｅが好ましく、これらはＴｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｃｏ，Ｎｉなどで一部または全部が置換されてもよいが、ホイスラー合金を磁気抵抗効果素子や固体磁気記録素子などへ応用する場合を考慮すると、Ｍｎ，Ｆｅの置換量はホイスラー合金が示す強磁性が損なわれることのない範囲内に設定される。さらに、Ｚ元素としてはＡｌ，Ｓｎ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐｂ，Ｚｎなどを用いることができる。
【００１５】
本発明においてホイスラー合金の下地に用いる体心立方格子構造を有する金属としては、Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗまたはこれらの合金が好ましい。これらは非磁性体であるが、下地としては磁性体であってもかまわず、ＦｅまたはＦｅと上記Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，ＴａまたはＷとの合金であってもよい。また、この体心立方格子構造を有する金属は、上記元素を一部その他の元素で置換しても体心立方格子構造が保たれていればよく、その場合にもその上のホイスラー合金薄膜の結晶性、ひいては磁気的特性などが良好なものとなる。
【００１６】
これに対し、下地としてＣｕ，Ａｕ，Ａｌなどの面心立方格子構造を有する金属、またはＺｒ，Ｚｎなどの六方稠密格子構造を有する金属を用いると、ホイスラー合金組成の薄膜がアモルファスとなって磁気的特性などが低下してしまう。従って、磁気抵抗効果素子に応用する場合には磁気抵抗効果が低下し、固体磁気記録素子に応用する場合には検出信号が低下する。
【００１７】
次に、本発明の他の態様について説明する。
この態様は、磁性膜と非磁性膜とを積層してなる積層膜であって、磁性膜の少なくとも１層がホイスラー合金薄膜で構成され、そのホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜の少なくとも１層の下地として体心立方格子構造を有する金属からなる金属膜が形成されている積層膜である。
【００１８】
磁性膜と非磁性膜との積層膜は、例えば磁気抵抗効果素子、固体磁気記録素子などに適用される。このような積層膜における磁性膜の少なくとも１つにホイスラー合金を用いた場合には、基本的にその下地に体心立方格子構造の金属を用いる。
【００１９】
この場合に体心立方格子構造の金属膜が非磁性である場合には、この体心立方格子構造の金属膜が上記積層膜の非磁性膜として機能することができる。この場合には、例えば図２に示すように、体心立方格子構造の金属膜からなる下地膜２、ホイスラー合金薄膜からなる磁性膜１、体心立方格子構造の金属膜からなる非磁性膜３、ホイスラー合金薄膜からなる磁性膜１の４層構造、または図３に示すように、磁性膜１と非磁性膜３とが交互に積層された構造の積層膜が構成される。
【００２０】
また、体心立方格子構造の金属膜を下地膜として用い、非磁性膜として体心立方格子構造でない金属を用いる場合は、例えば図４に示すように、体心立方格子構造の金属膜からなる下地膜１２、ホイスラー合金薄膜からなる磁性膜１１、非磁性膜１３、体心立方格子構造の金属膜からなる下地膜１２、ホイスラー合金薄膜からなる磁性膜１１の構造を有する積層膜、または図５に示すようにこれらを繰り返し積層した構造の積層膜が構成される。
【００２１】
また、この態様の積層膜は、ホイスラー合金薄膜が直接接する下地膜として必ずしも体心立方格子構造の金属膜が必要ではなく、例えば図６に示すように、体心立方格子構造の金属膜からなる下地膜２１の上にホイスラー合金薄膜からなる磁性膜２２を形成し、その上に非磁性膜２３、ホイスラー合金薄膜からなる第２の磁性膜２４、非磁性膜２５をこの順に形成した積層膜であってもよい。この構造の積層膜の場合には、第２のホイスラー合金薄膜２４が直接接する下地に体心立方格子構造の金属膜が形成されていないが、その下の第１のホイスラー合金薄膜２２の影響で結晶化させることが可能である。
【００２２】
以上のような積層膜は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、超高真空スパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、蒸着法などの通常の薄膜形成技術で作製することができる。
【００２３】
次に、このような積層膜を磁気抵抗効果素子に適用する場合について説明する。
従来、磁気抵抗効果素子としてはパーマロイ合金薄膜が広く用いられていたが、その磁気抵抗変化率は２〜３％程度と小さく十分な感度が得られないという問題点があった。これに対し、最近、磁性膜と非磁性膜とを交互に積層した人工格子膜が大きな磁気抵抗変化率を有するため注目されている。しかし、これらは積層数を多くする必要があるため、製造効率が悪く、また特性がばらつきやすいという欠点があるし、また飽和磁界やヒステリシスが大きいという問題もある。
【００２４】
これに対して、上述したように、磁性膜として上述のようなホイスラー合金薄膜を用い、さらに体心立方格子構造の金属膜を非磁性膜または下地膜として用いて、磁性膜と非磁性膜との積層膜を具備する磁気抵抗効果素子を構成することにより、極めて大きな磁気抵抗効果が得られ、しかも飽和磁界およびヒステリシスも小さなものとなる。
【００２５】
このような積層構造の磁気抵抗効果素子は、実質的に、任意の磁場（ゼロ磁場の場合も含む）でとなり合う磁性膜の磁気モーメントが反対方向、もしくは約９０°の相対角度をもっていればよく、それを実現するためには、磁性膜間の磁気的な結合を用いてもよく、スピンバルブ型のようにＦｅＭｎ、ＣｏＰｔ等の磁気固着層を用いても、新庄型（Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｓｏｃ．Ｊａｐ．，５９，３０６１（１９９０）  ）のように複数の磁性膜の保磁力の差を利用しても構わない。層構成としては上記図２〜図６に示したいずれのものも用いることができる。
【００２６】
この場合に、より大きな磁気抵抗効果を得るためには、上述したように、ホイスラー合金のＹ元素として、Ｍｎ，Ｆｅを用いることが好ましく、またＸ元素として、特にＣｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｈ、Ｐｔを用いることが好ましい。さらに、体心立方格子構造を有する金属膜も上述した通りであり、Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗまたはこれらの合金が好ましい。
【００２７】
また、磁気抵抗効果素子に用いる磁性膜は、その特性を損なわない限り非磁性膜でとぎれとぎれになっていてもよく、磁性膜としてホイスラー合金薄膜を用い場合にも同様に、その結晶構造を保っている限り同様に非磁性膜でとぎれとぎれであってもよい。
【００２８】
この場合に、例えば上記図２，図３のような非磁性膜が一つのサンドイッチ膜のようなものでも大きな磁気抵抗効果が得られるが、数層ないし数十層積層しても構わない。
【００２９】
また、このような磁気抵抗効果素子において、各膜の膜厚は特に限定されるものではないが、磁性膜の膜厚は０．５〜２０ｎｍ程度であることが好ましく、非磁性膜の膜厚は０．２〜１０ｎｍ程度であることが好ましい。これは、あまりに膜厚が薄い磁性膜や非磁性膜を形成することは製造上困難である一方、逆に磁性膜や非磁性膜の膜厚が厚すぎると、大きな磁気抵抗効果を得ることが困難となるからである。さらに体心立方格子構造を有する金属膜からなる下地膜の膜厚は０．２〜５０ｎｍ程度であることが好ましい。何となれば、下地膜の膜厚が薄すぎるとホイスラー合金薄膜を十分に結晶化させることができなくなるおそれがあり、下地膜の膜厚が厚すぎると製造効率が低下するうえ、素子に供給される電流の下地膜への分流が多くなってしまうからである。
【００３０】
次に、上述のような積層膜を固体磁気記録素子に適用する場合について説明する。
磁性体／非磁性体／磁性体のサンドイッチ膜の固体磁気記録素子が、ハードディスクの次世代超高密度固体磁気記録素子として期待されており（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．５５，１７９０（１９８５））、従来、磁性体としてＣｏとパーマロイ（Ｎｉ８  Ｆｅ２  ）を用い、非磁性体としてＣｕ，Ａｇ，Ａｕを用いてこれらを積層した膜が提案されておいる。そして、Ｃｏ／Ａｕ間に電流を流し、Ａｕ／Ｎｉ８  Ｆｅ２  間に、Ｎｉ８  Ｆｅ２  とＣｏの磁化の相対的方向に依存して、２極性の電位誘導が生じることが確認されている（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．７０，２１４２（１９９３）  ）。しかし、磁性膜としてＣｏ，Ｎｉ８  Ｆｅ２  等を用いた場合に、電極端子の面積を１０−２ｍｍという小さな微細加工をしても検出信号が数μΩ〜数十μΩと小さいという問題がある。
【００３１】
これに対して、上述したように、磁性膜の少なくとも一方に上述のようなホイスラー合金薄膜を用い、さらに体心立方格子構造の金属膜を非磁性膜および下地膜として用いて、磁性膜と非磁性膜との積層膜を具備する固体磁気記録素子を構成することにより、検出信号を大きくすることができる。
【００３２】
典型的には、第１の磁性膜と、非磁性膜と、第２の磁性膜との積層膜を有し、第１の磁性膜と非磁性膜との間に電流を供給することにより、非磁性膜と第２の磁性膜との間に、２つの磁性膜の磁化の相対的方向に依存して、２極性の電位誘導が生じる固体磁気記録素子であって、前記第１および第２の磁性膜の少なくとも一方がホイスラー合金薄膜で構成され、非磁性膜が体心立方格子構造を有する金属で構成されている。また、体心立方格子構造の金属膜を単に下地膜として設け、非磁性膜を他の材料で構成しても構わない。
【００３３】
このような固体磁気記録素子は、実質的に、磁性膜間の磁気モーメントの相対的な方向を反平行または平行に自由に記録できればよく、素子に供給される電流が形成する磁場を利用する方法等、その方法はどのようなものであってもよい。
【００３４】
このような固体磁気記録素子は、例えば図７に示すように構成される。すなわち、非磁性膜３２を挟んで第１の磁性膜３１および第２の磁性膜３３が設けられている。これら磁性膜の少なくとも一方がホイスラー合金薄膜で構成され、非磁性膜３２が体心立方格子構造の金属膜で構成されている。第１の磁性膜３１と非磁性膜３２との間には電源３４が接続されており、電源３４からこれらの間に電流を供給することにより、非磁性膜３２と第２の磁性膜３３との間に、２つの磁性膜の磁化の相対的方向に依存して、２極性の電位誘導が生じる。
【００３５】
この場合に、より大きな検出信号を得るためには、上述したように、ホイスラー合金のＹ元素として、Ｍｎ，Ｆｅを用いることが好ましく、またＸ元素として、特にＣｕ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｈ，Ｐｔを用いることが好ましい。さらに、体心立方格子構造を有する金属膜も上述した通りであり、Ｃｒ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｗまたはこれらの合金が好ましい。
【００３６】
また、このような固体磁気記録素子において、各膜の膜厚は特に限定されるものではないが、磁性膜の膜厚は１〜３００ｎｍ程度であることが好ましく、非磁性膜の膜厚は２〜５０ｎｍ程度であることが好ましい。すなわち、磁性膜の膜厚が薄すぎると磁性膜へ安定した記録を行うことが難しく、磁性膜の膜厚が厚すぎると製造効率が低下する。また非磁性膜の膜厚が薄すぎると電流磁場を利用して磁性膜に記録を行うことが困難となり、逆に非磁性膜の膜厚が厚すぎると大きな検出信号が得られなくなるおそれがある。さらに、体心立方格子構造を有する金属膜空なる下地膜の膜厚は、磁気抵抗効果素子の場合と同様の理由で０．２〜５００ｎｍ程度であることが好ましい。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
この実施例においては、イオンビームスパッタ法を用い、ホイスラー合金薄膜と体心立方格子構造の金属膜を用いて、図１に示すサンドイッチ膜を作製した。
【００３８】
この際に、まずチャンバー内を５×１０−７Ｔｏｒｒ以下まで排気した後、Ａｒガスを１．８×１０−４Ｔｏｒｒになるまで導入し、Ａｒイオンの加速電圧７００Ｖ、ビーム電流３０ｍＡの条件で基板温度を室温として成膜した。
【００３９】
ホイスラー合金としてＣｏ２  ＭｎＧｅを用い、非磁性膜、下地膜に体心立方格子構造のＣｒを用いた。基板は特に制限されないが、ここではＭｇＯ（１００）基板を用いた。
【００４０】
まず、基板上にＣｒ下地膜を５ｎｍの厚さで形成し、続いて厚さ５ｎｍのＣｏ２  ＭｎＧｅ薄膜、厚さ２．５ｎｍのＣｒ膜、厚さ５ｎｍのＣｏ２  ＭｎＧｅ薄膜を順次形成した。その上にさらに酸化防止のための非磁性膜としてＣｒを２．５ｎｍの厚さで形成した。ただし、この酸化防止のための非磁性膜としてはＣｒのような体心立方格子構造を有する金属に限らず、酸化防止機能をもつものであれば材料は問わない。また、この酸化防止のための非磁性膜は必須なものではない。さらに、ＣｏＰｔ、ＦｅＭｎなどの磁気固着層を形成することもできる。
【００４１】
このような積層膜について、四端子法を用いて磁気抵抗効果を測定した。その結果を図８に示す。図８は、横軸に磁界の大きさをとり、縦軸に飽和磁界Ｈｓにおける抵抗値Ｒｓで規格化した抵抗変化率ΔＲ／Ｒｓをとったグラフである。この図に示すように、（ΔＲ／Ｒｓ）ｍａｘ  ＝２３％、Ｈｓ＝１３０Ｏｅであり、Ｃｒ下地膜上への（Ｃｏ２  ＭｎＧｅ５ｎｍ／Ｃｒ２．５ｎｍ）の繰り返し積層数ｎ＝２と少ないのにもかかわらず、非常に大きな磁気抵抗変化率を小さな磁界で得られることが確認された。また、ヒステリシスも非常に小さく、磁気抵抗効果素子として優れた特性を示した。
【００４２】
さらに種々のホイスラー合金を磁性膜として用い、下地膜および非磁性膜として種々の金属を用いて、同様に磁気抵抗効果素子を作製し、これらの磁気抵抗効果も測定した。その際のホイスラー合金、下地膜および非磁性膜の組み合わせ、ならびに（ΔＲ／Ｒｓ）ｍａｘ  の値を表１に示す。なおここでは、各磁気抵抗効果素子の全ての非磁性膜の膜厚を一定としが、これらが一定でなくともよいことはいうまでもない。
【００４３】
【表１】
0003629057.tif 000002
【００４４】
この表に示すように、ホイスラー合金、下地膜および非磁性膜のその他の組み合わせにおいて、優れた磁気抵抗効果を示すことが確認された。また、これら全ての組み合わせにおいて、Ｈｓが８０〜２００Ｏｅであり、またヒステリシスも小さく、磁気抵抗効果素子として優れた特性であることが確認された。
【００４５】
（実施例２）
この実施例は、ホイスラー合金薄膜と体心立方格子構造を有する金属膜を用いて積層数ｎ＝３の積層膜をイオンビームスパッタリング法を用いて作製した例について示す。
【００４６】
基板としてサファイアを用い、基板温度を１５０℃とした以外は実施例１と同様の成膜条件で、まず、基板上に下地膜としてＣｒ膜を１０ｎｍの厚さで形成し、続いて（Ｃｏ２  ＭｎＧｅ５ｎｍ／Ｃｒ２．５ｎｍ）を３回繰り返して積層膜を作製した（繰り返し積層数ｎ＝３）。
【００４７】
このような積層膜について四端子法を用いて磁気抵抗効果を測定した。その結果を図９に示す。図９も図８と同様、横軸に磁界の大きさをとり、縦軸に飽和磁界Ｈｓにおける抵抗値Ｒｓで規格化した抵抗変化率ΔＲ／Ｒｓをとったグラフである。この図に示すように、（ΔＲ／Ｒｓ）ｍａｘ  ＝３０％、Ｈｓ＝１９０Ｏｅであり、繰り返し積層数ｎ＝３と少ないのにもかかわらず、非常に大きな磁気抵抗変化率を小さな磁界で得られることが確認された。また、ヒステリシスも非常に小さく、磁気抵抗効果素子として優れた特性を示した。
【００４８】
さらにその他のホイスラー合金を磁性膜として用い、下地膜および非磁性膜として種々の金属を用いて、同様に積層数ｎ＝３の磁気抵抗効果素子を作製し、これらの磁気抵抗効果も測定した。その際のホイスラー合金、下地膜および非磁性膜の組み合わせ、ならびに（ΔＲ／Ｒｓ）ｍａｘ  の値を表２に示す。なおここでは、各磁気抵抗効果素子の全ての磁性膜の膜厚および全ての非磁性膜の膜厚を一定としたが、これらが一定でなくともよいことはいうまでもない。
【００４９】
【表２】
0003629057.tif 000003
【００５０】
この表に示すように、その他のホイスラー合金、下地膜および非磁性膜の組み合わせで繰り返し積層数ｎ＝３の積層膜を形成した場合でも、優れた磁気抵抗効果を示すことが確認された。また、これら全ての組み合わせにおいて、Ｈｓが２５０Ｏｅより小さく、またヒステリシスも小さく、磁気抵抗効果素子として優れた特性であることが確認された。
【００５１】
（実施例３）
この実施例においては、イオンビームスパッタリング法を用い、ホイスラー合金薄膜と体心立方格子構造の金属膜を用いて、サンドイッチ膜を作製した。
【００５２】
基板としてサファイアを用い、実施例１と同様の条件で、まず、基板上に下地膜としてＣｒ膜を５ｎｍの厚さで形成し、続いて磁性膜としてのＣｏ２  ＭｎＧｅ薄膜を７０ｎｍの厚さで形成した。その上に中間非磁性膜としてのＣｒ膜を１００ｎｍの厚さで形成し、さらにその上に磁性膜としてのＣｏ２  ＭｎＧｅ薄膜を７０ｎｍの厚さで形成した。そして、最後にその上に酸化防止用非磁性膜としてのＣｒ膜を２ｎｍの厚さで形成した。
【００５３】
これに微細加工を施し、図１０に示すような固体磁気記録素子を作製した。この素子は、Ｃｒ下地膜４１、Ｃｏ２  ＭｎＧｅ薄膜からなる第１の磁性膜４２、Ｃｒ中間非磁性膜４３、Ｃｏ２  ＭｎＧｅ薄膜からなる第２の磁性膜４４、Ｃｒ酸化防止用非磁性膜４５とを備えており、第１の磁性膜４２と中間非磁性膜４３との間には電源４６が接続されている。なお、下地膜４１および第１の磁性膜４２の面積を１０−２ｍｍ２  とした。
【００５４】
このようにして作製した素子の第１および第２の磁性膜４２，４４は、それぞれ５ｎｍのＣｒ膜、１００ｎｍのＣｒ膜の上に形成されており保磁力が異なるため、磁場を掃引すると図１１に示すように第１および第２の磁性膜４２，４４の磁気モーメントの相対方向が変化し、図１２に示すように２極性の電位誘導が生じることが確認された。また、その際の信号強度（モーメントの向きが異なる時の信号値の差）は２５０μΩと大きく、固体磁気記録素子として優れた特性を示すことが確認された。
【００５５】
さらに種々のホイスラー合金を磁性膜として用い、下地膜および中間非磁性膜として種々の金属を用いて、同様に固体磁気記録素子を作製し、これらの信号強度も測定した。その際のホイスラー合金、下地膜および中間非磁性膜の組み合わせ、ならびに信号強度の値を表３に示す。
【００５６】
【表３】
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【００５７】
この表に示すように、ホイスラー合金、下地膜および中間非磁性膜のその他の組み合わせにおいて、信号強度が１２０〜３２０μΩと大きいことが確認された。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ホイスラー合金薄膜を低温でも有効に形成することができるホイスラー合金薄膜の製造方法が提供される。また、このようなホイスラー合金薄膜で構成された磁性膜を備えた積層膜、ならびにこのような積層膜を利用した磁気抵抗効果素子および固体磁気記録素子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によってホイスラー合金薄膜が形成されたことを示すためのＸ線回折図。
【図２】本発明の積層膜を利用した磁気抵抗効果素子の一例を示す図。
【図３】本発明の積層膜を利用した磁気抵抗効果素子の他の例を示す図。
【図４】本発明の積層膜を利用した磁気抵抗効果素子のさらに他の例を示す図。
【図５】本発明の積層膜を利用した磁気抵抗効果素子のさらに他の例を示す図。
【図６】本発明の積層膜を利用した磁気抵抗効果素子のさらに他の例を示す図。
【図７】本発明の積層膜を利用した固体磁気記録素子の一例を示す図。
【図８】実施例１において作製した磁気抵抗効果素子の磁気抵抗曲線を示す図。
【図９】実施例２において作製した磁気抵抗効果素子の磁気抵抗曲線を示す図。
【図１０】実施例３において作製した固体磁気記録素子を示す図。
【図１１】実施例３において作製した固体磁気記録素子のＭ−Ｈ曲線を示す図。
【図１２】実施例３において作製した固体磁気記録素子の磁場と信号強度との関係を示す図。
【符号の説明】
１，１１，２２，２４……ホイスラー合金薄膜からなる磁性膜
２，１２，２１，２３……体心立方格子構造の金属膜からなる下地膜
３……体心立方格子構造の金属膜からなる非磁性膜
１３，２３，２５……非磁性膜
３１，３３……磁性膜
３２……非磁性膜
４１……Ｃｒ下地膜
４２，４４……Ｃｏ２  ＭｎＧｅ薄膜からなる磁性膜
４３……Ｃｒ中間非磁性膜
４５……Ｃｒ酸化防止用非磁性膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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