(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の磁性体層と、トンネルバリア層と、第二の磁性体層とが順に積層された多層膜を備えるトンネル磁気抵抗効果素子において、
前記第一の磁性体層はｂｃｃ構造を有する強磁性体であり、前記第一の磁性体層と前記トンネルバリア層との接合面が前記第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面であり、
前記第一の磁性体層と第二の磁性体層との間で、前記トンネルバリア層を介して膜面に垂直に電流が流れ、
前記トンネルバリア層との接合面に垂直な波数ベクトルを有する電子を選択的に、前記第一の磁性体層から第二の磁性体層へトンネルさせることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
基板上に、基板に近い方から、バッファ層、第一の磁性体層、トンネルバリア層、第二の磁性体層の順序で積層された多層膜を備えるトンネル磁気抵抗効果素子において、
前記第一の磁性体層はｂｃｃ構造を有する強磁性体であり、前記第一の磁性体層と前記トンネルバリア層との接合面が前記第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面であり、
前記第一の磁性体層と第二の磁性体層との間で、前記トンネルバリア層を介して膜面に垂直に電流が流れ、
前記トンネルバリア層との接合面に垂直な波数ベクトルを有する電子を選択的に、前記第一の磁性体層から第二の磁性体層へトンネルさせることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
請求項２記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記第一の磁性体層と前記トンネルバリア層との接合面が前記第一の磁性体層の（２１１）面であり、前記バッファ層として、ｈｃｐ構造を有するコバルト又はコバルト−クロム合金のＡ面、ｂｃｃ構造を有するクロムの（２１１）面、ｆｃｃ構造を有する金の（１１０）面、酸化マグネシウムの（１１０）面、サファイアの（１１−２０）面、又はｂｃｃ構造を有するチタンクロム合金の（００１）面、あるいはこれらを二層以上組み合わせて積層した多層構造を用いることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
請求項２記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記第一の磁性体層は単結晶であって前記第一の磁性体層と前記トンネルバリア層との接合面が第一の磁性体層の（１１０）面であり、前記バッファ層として、ｂｃｃ構造を有するモリブデン（１１０）面、ｂｃｃ構造を有するタングステン（１１０）面、ｂｃｃ構造を有するタンタル（１１０）面、又はｂｃｃ構造を有するクロム（１１０）面、あるいはこれらを二層以上組み合わせて積層した多層構造を用いることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
請求項２記載のトンネル磁気抵抗効果素子において、前記第一の磁性体層は多結晶であって前記第一の磁性体層と前記トンネルバリア層との接合面が第一の磁性体層の（１１０）面であり、前記バッファ層として、ｆｃｃ構造を有する金属の（１１１）面又はｈｃｐ構造を有する金属の（０００１）面、あるいはこれらを二層以上組み合わせて積層した多層構造を用いることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
第一の磁性体層と、トンネルバリア層と、第二の磁性体層とが順に積層された多層膜を備えるトンネル磁気抵抗効果素子において、
前記第一の磁性体層はｂｃｃ構造を有する強磁性体であり、前記第一の磁性体層と前記トンネルバリア層との接合面が前記第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面から１０度以内の傾きを有する結晶面であり、
前記第一の磁性体層と第二の磁性体層との間で、前記トンネルバリア層を介して膜面に垂直に電流が流れ、
前記トンネルバリア層との接合面に垂直な波数ベクトルを有する電子を選択的に、前記第一の磁性体層から第二の磁性体層へトンネルさせることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
基板上に、基板に近い方から、バッファ層、第一の磁性体層、トンネルバリア層、第二の磁性体層の順序で積層された多層膜を備えるトンネル磁気抵抗効果素子において、
前記第一の磁性体層はｂｃｃ構造を有する強磁性体であり、前記第一の磁性体層と前記トンネルバリア層との接合面が前記第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面から１０度以内の傾きを有する結晶面であり、
前記第一の磁性体層と第二の磁性体層との間で、前記トンネルバリア層を介して膜面に垂直に電流が流れ、
前記トンネルバリア層との接合面に垂直な波数ベクトルを有する電子を選択的に、前記第一の磁性体層から第二の磁性体層へトンネルさせることを特徴とするトンネル磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載のトンネル磁気抵抗効果素子を有することを特徴とする磁気ヘッド。
【請求項９】
マトリックス状に配列された複数のトンネル磁気抵抗効果素子と、各トンネル磁気抵抗効果素子に選択的に磁界を印加する手段と、各トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗を選択的に検出する手段と含む磁性メモリにおいて、
前記トンネル磁気抵抗効果素子として請求項１〜７のいずれか１項記載のトンネル磁気抵抗効果素子を用いたことを特徴とする磁性メモリ。
【請求項１０】
第一の磁性体層と、トンネルバリア層と、第二の磁性体層とが順に積層された多層膜を備える磁気ヘッドの製造方法において、
前記第一の磁性体層としてｂｃｃ構造を有する強磁性体を用い、前記第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面上に厚さ１０Å以下のアルミニウム膜を形成し、前記アルミニウム膜を自然酸化又は酸素ラジカルにより酸化してアルミニウム酸化膜とし、酸素雰囲気中又は酸素ラジカル中で前記アルミニウム酸化膜の上にアルミニウム酸化膜を形成することによって前記トンネルバリア層を形成することを特徴とする磁気ヘッドの製造方法。
【請求項１１】
各々が第一の磁性体層と、トンネルバリア層と、第二の磁性体層とが順に積層された多層膜からなる複数のトンネル磁気抵抗効果素子と、各トンネル磁気抵抗効果素子に選択的に磁界を印加する手段と、各トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗を選択的に検出する手段と含む磁性メモリの製造方法において、
前記第一の磁性体層としてｂｃｃ構造を有する強磁性体を用い、前記第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面上に厚さ１０Å以下のアルミニウム膜を形成し、前記アルミニウム膜を自然酸化又は酸素ラジカルにより酸化してアルミニウム酸化膜とし、酸素雰囲気中又は酸素ラジカル中で前記アルミニウム酸化膜の上にアルミニウム酸化膜を形成することによって前記トンネルバリア層を形成することを特徴とする磁性メモリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル磁気抵抗効果素子、それを用いた磁気ヘッド磁性メモリ、並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
S. Jagadeesh Moodera and Lisa R. Kinder, J. Appl. Phys. 79巻 (1996年), 8号, 4724ページ（文献１）、及びJ. C. Slonczewski, Physical Review B 39巻 (1989年),10号, 6995ページ（文献２）には、トンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）に基づく磁気センサーとして、ＴＭＲ素子が提案されている。ＴＭＲ素子は、従来の磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）に比べ大きな磁気抵抗効果を示すため、再生用磁気ヘッドとしての応用が期待されている。
【０００３】
ＴＭＲ素子は、図１に示すように、トンネルバリア層３００を第一の磁性体層２００及び第二の磁性体層１００で挟んだ構造を持つ。ここで、第一の磁性体層２００は、基板５００の上に形成されたリード線層４００の上に形成され、外部電気回路に接続される。また、第二の磁性体層１００も外部電気回路に接続される。これら二種類の磁性体層１００及び２００が異なる保磁力を有する場合、外部磁界８００の変化に対応して、各磁性体層１００，２００の磁化の向きの関係が、互いに平行である場合と反平行である場合との間を変化する現象が起こる。
【０００４】
一方、上記二種類の磁性体層１００，２００間にバイアス電圧Ｖを印加すると、トンネルバリア層（誘電体層）３００を介したトンネル電流Ｉが流れる、トンネル抵抗Ｒが、Ｒ＝Ｖ／Ｉで定義できる。このトンネル抵抗Ｒの大きさを観測すると、上記磁性体層１００，２００間の磁化の向きが平行か反平行であるかによって、トンネル抵抗Ｒも変化する。外部磁界８００によって変化するＴＭＲ素子のトンネル抵抗Ｒの変化を出力するものが、上記トンネル磁気抵抗効果に基づく磁気センサーである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記トンネル抵抗Ｒの変化の大きさは、前記文献１に示されているように、磁性体層１００の分極率Ｐ１と磁性体層２００の分極率Ｐ２の値によって、ほぼ決定される。これらの「分極率」は、物質の磁化（＝スピン分極率）の大きさと密接に関係した量であり、磁化の大きさは物質に固有の値を持つ。「分極率」の大きさが１に近ければ近いほど、より大きなトンネル抵抗Ｒの変化が得られる。
【０００６】
「分極率」の値は、磁性体層内のトンネル伝導に寄与する電子状態の個数を知れば求めることが出来る。すなわち、トンネル伝導に寄与する電子状態の内、スピンアップの状態の個数とスピンダウンの状態の個数の差が、各磁性体層内の「分極率」を決定する。金属磁性体の磁化を求める際にも、スピンアップの状態の個数とスピンダウンの状態の個数の差が問題となるが、ここで述べている「分極率」の値を定義する電子状態の差は、磁性体内に可能な電子状態のうちトンネル伝導に寄与する電子状態の数のみを取り出している点で、一般の磁化を求める手続きとは異なっている。言い換えれば、トンネル伝導に寄与する電子のみを考える時、一般の磁化の値とここで述べた「分極率」の値は必ずしも一致しない。
【０００７】
本発明は、トンネル伝導に寄与する電子状態の選択を最適化することによって、同じ磁化を有する磁性体材料を使用するにも拘わらず、より高い「分極率」を得て、より大きなトンネル抵抗Ｒの変化を達成することができるトンネル磁気抵抗効果素子を得ることを目的とする。本発明は、また、より高感度な磁気ヘッド及びその製造方法、不揮発性で高速に読み書きのできる磁性メモリ及びその製造方法を提供することをも目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の「トンネル伝導に寄与する電子状態」とは如何なる状態かについて説明する。このような電子状態は、（１）フェルミ面付近の電子状態で、かつ、（２）トンネル接合面に垂直（すなわち、トンネルバリアの厚み方向に平行）な波数ベクトルを有する電子状態、と要約することが出来る。各磁性体層を構成する磁性体に対応した逆格子空間において、トンネル接合面に垂直な方向にほぼ平行な波数ベクトルを有する電子状態のうち、フェルミエネルギーに近いエネルギーに対応した電子状態が、「トンネル伝導に寄与する電子状態」である。
【０００９】
上記（２）の要請は、トンネルバリアの波数ベクトル選択性によってもたらされるものである。E. Wolf,”Principles of Electron Tunneling Spectroscopy,” (Oxford University Press, Oxford, 1989), p.23.（文献３）に示されているように、アルミナ等を用いた無限平面から構成される理想的な誘電体トンネルバリアにおいて、平面波で記述されるトンネル電子の波数ベクトルがトンネルバリアの法線方向に平行な時、その透過確率は最も高く、波数ベクトルがトンネルバリアの法線方向に垂直な成分を持つようになると透過確率は急激に減少する。バリア高さが２ｅＶ、トンネルバリアの厚さ１０Å、フェルミレベル５ｅＶを仮定すると、その透過確率が１／ｅ（ｅ：自然対数の底）に落ちるときの法線方向と波数ベクトルのなす角度は、僅かに８度程度と計算される。すなわち、トンネルした電子の波数ベクトルは極めて良く揃っているのである。このような事実から、十分に平坦性が確保されたトンネルバリアは、高効率な波数ベクトル選択装置であると言うことが出来る。言い換えれば、トンネルによって磁性体層から取り出された電子の電子状態は、逆格子空間におけるΓ点の周りに張られた、極めて小さい立体角の領域に含まれる電子状態のみであるといえる。  極めて方向が揃った波数ベクトルを有する電子状態群から得られるトンネル電子の性質は、逆格子空間の異方性、すなわち、結晶の異方性に極めて敏感であると考えられる。このような特徴は、Yoshikazu Tanaka and Nobuhiko Sakai, Yasunori Kubo, and, Hiroshi Kawata, Physical Review Letters, Vol.70, No. 10, 1993, pp.1537-1540（文献４）に示された、円偏光Ｘ線を用いた磁気コンプトン散乱の実験からも類推できる。この実験では、円偏光Ｘ線によって鉄表面から取り出された電子の分極率が直接測定されており、その結果によると、Γ−Ｎ方向へ放出される電子の分極率は、Γ−Ｈ方向の分極率に比べて大きな値を有することを示している。
【００１０】
本発明は、以上に述べたような、磁性体結晶の分極率が顕著な異方性を有する点を利用したものである。すなわち、トンネルバリアの波数ベクトル選択性を利用して、より大きいトンネル磁気抵抗の変化を示す面方位を探索した。その結果、鉄及び鉄合金において、大きい分極率を有する方向は（２１１）面と（１１０）面であることが見い出された。
【００１１】
図２は、本発明によるトンネル磁気抵抗変化の増強を可能にするＴＭＲ素子の構成例を示す断面模式図である。図２において、第一の磁性体層２１０、トンネルバリア層３１０及び第二の磁性体層１１０の積層構造がＴＭＲ素子を構成している。ただし、第一の磁性体層２１０は、少なくとも一層以上からなるバッファ層２５０の上に形成されており、このバッファ層２５０の材料の種類及びその結晶方位によって決められる特定の結晶方位に沿って成長した結晶薄膜である。そのため、磁性体層２１０の特定の結晶面が、トンネルバリア層３１０との接合面を形成している。ここで、トンネルバリアの波数ベクトル選択性により、上記接合面に垂直な波数ベクトルを持つ電子状態の電子のみが、選択的に磁性体層２１０から磁性体層１１０へトンネルする事が出来ることになるが、このような電子状態は、同時に、磁性体層２１０の接合面に現れた結晶面に垂直な波数ベクトルを持つ電子状態となっているのである。すなわち、磁性体層２１０の接合面にどの結晶面を選ぶかによって、磁性体層２１０を構成する結晶材料の逆格子空間内の格子点で表される電子状態のうち、特定の領域の電子状態の電子のみを選択していることになるのである。
【００１２】
上記特定の結晶方位は、磁性体層２１０を構成する物質によって異り、分極率を最適化する方向が既知であり、かつ、その方向を選んで磁性体層を成長することが可能である磁性体ならば、これを磁性体層２１０として用いることが出来る。しかし、単体でｂｃｃ構造を有する強磁性体は鉄のみである。また、鉄−コバルト、鉄−ニッケル、鉄−クロム、鉄−ロジウム、鉄−白金、鉄−パラジウム、鉄−イリジウム、及び鉄−バナジウムなどの鉄の合金もｂｃｃ構造を有し、かつ、強磁性体である。そこで、本発明では、これらの物質群をその対象とする。
【００１３】
本発明を得る過程において、上記の物質群を用いた異なる面方位を有する磁性体層２１０を使ってＴＭＲ素子を作製し、トンネル磁気抵抗変化を観測して、分極率を最適化する方向を探索した。その結果、（２１１）面を用いるＴＭＲ素子が最も大きなトンネル磁気抵抗変化を示し、次に大きなトンネル磁気抵抗変化を示したものが（１１０）面を用いたものとなり、その値は、（２１１）面を用いたものの８０パーセント程度となった。その他の面を用いたＴＭＲ素子では、（２１１）面を用いた場合の２５パーセント以下となった。これらの結果から、有効な面方位は（２１１）面であり、やや劣るが、（１１０）面も有効であることが判明した。
【００１４】
なお、バッファ層２５０の結晶方位は、その下層のリード線層４１０の結晶方位によって決まり、また、そのリード線層４１０の結晶方位は、さらに下層の基板５１０の材料の種類及びその結晶方位によって決まる。言い換えれば、磁性体層２１０の結晶方位を制御するのは、バッファ層２５０、リード線層４１０、及び基板５１０の材料の種類及び結晶方位の組み合わせであると言うことになる。ところで、トンネルバリア層３１０が有力な波数ベクトル選択装置となるためには、磁性体層２１０及び磁性体層１１０との接合面は、極めて高い平坦性が要求される。高い平坦性を得るため、本発明では「二段階酸化法」と呼ぶ方法によりトンネルバリア層３１０の形成を行った。
【００１５】
文献１及びH. Tsuge and T. Mitsuzuka, Applied Physics Letters, Vol.71, No. 22, 1997, pp.3296-3298（文献５）等の従来技術に示されているように、アルミニウムの酸化膜によって比較的信頼性の高いトンネルバリアが作製されてきた。本発明でもトンネルバリア層としてアルミニウム酸化膜を用いるが、その形成方法は、従来公知の方法とは異なる。アルミニウムは、鉄、コバルト、ニッケル、及びこれらの合金などの主要な磁性体金属の表面によく濡れることが知られている。図３〜図６は、磁性体層２１１として鉄（Ｆｅ）を選び、その（００１）面の表面にアルミニウム酸化膜（アルミナ）を形成する状況を例示している。理解を容易にするために、図３から図６において、同じ構造部分には同じ番号を付した。
【００１６】
図３（ａ）は、超高真空装置を用いて磁性体層２１１（鉄の（００１）面）上に、蒸着によって１０Å以下の厚さのアルミニウム薄膜３２０を形成した状況を示している。アルミニウムの厚さが十分薄い（１０Å以下）場合には、アルミニウムの高い濡れ性によって、アルミニウムが（００１）Ｆｅ面を緻密に被覆し、Ｆｅの結晶面を反映して、（００１）面を有するアルミニウム薄膜３２０が形成される。この事実は、蒸着後のアルミニウム表面のＲＨＥＥＤ（反射高エネルギー電子回折）パターン観測によって確認され、アルミニウム薄膜３２０と鉄の（００１）面の間に、極めて平坦な界面が得られたことが示された。その後、超高真空装置内に酸素ガスを導入すると、上記ＲＨＥＥＤパターンがアモルファス層の形成を示すパターンへと変化した。これは、図３（ｂ）示したように、極めて平坦性の高いアルミナ層３３０が形成され、良好なトンネルバリア層と（００１）Ｆｅ面の界面が得られたことを示している。なお、アルミニウムの酸化に伴い、その膜厚は１０Å以下から１３Å以下に変化する。
【００１７】
一方、図４（ａ）に示したように、アルミニウムをより厚く（１０Å以上）蒸着すると、アルミニウムの（００１）面に加え、（１１１）面を生ずるいわゆるファセッティングが起こり、アルミニウム３２１の表面には小さな凹凸が生じた。この事実は、ＲＨＥＥＤパターンの変化によって確認された。超高真空装置内に酸素ガスを導入してもＲＨＥＥＤパターンは完全なアモルファス状態を示すパターンにはならず、この凹凸は残存し、図４（ｂ）に示したように、アルミニウムの酸化残りを包み込むような構造が形成され、凹凸を伴うアルミナ層３３１が形成された。この状況では、（００１）方向の波数ベクトルのみならず、（１１１）方向の波数ベクトルのトンネルの可能性が加わり、波数ベクトル選択性が弱まってしまう。したがって、単純にアルミニウム膜を酸化することで、１３Å以上の厚さを有する十分な平坦性を持ったトンネルバリアの作製は困難である。
【００１８】
トンネルバリアの厚さを１３Å以上に形成することは、ＴＭＲ素子の特性制御の観点から無視できない要求である。そのため、図５に示すような方法を試みた。図５（ａ）及び（ｂ）は、図３に示した方法で、１３Å以下の厚みのアルミナ層３３０を形成する過程を示している。次に、超高真空装置を再び排気してアルミニウム酸化のために導入した酸素を除去した後、再度、アルミニウムを１０Å以下の厚さで蒸着して、アルミニウム層３２２を形成した状況が、模式的に図５（ｃ）に示されている。この場合、図４に示したファセッティングは生じないが、アルミニウムのアルミナ表面での濡れが不十分であるために、アルミニウムの粒が発生し、より多結晶薄膜に近いアルミニウム膜３２２が形成された。その後、酸素導入による酸化によってアルミナ層３３２を形成したが、粒界に沿って酸化の度合いが異なり、ＳＴＭ／ＡＦＭを用いた測定などから、粒界に起因するピンホールの存在やトンネルバリア高さの不均一性をが発生し、良好なトンネルバリア特性が得られなかった。
【００１９】
そこで、本発明では、図６に示したような「二段階酸化法」を開発した。図６（ａ），（ｂ）は、図３と同様に、１３Å以下の厚みのアルミナ層３３０を形成する過程を示している。次に、図６（ｃ）に示すように、超高真空装置を排気せずに一定の酸素分圧を保って、アルミニウムを蒸着したところ、基板には図６（ｃ）に示すように、アルミナ層３３３が形成された。アルミナ層３３０の上に同じ物質であるアルミナ層３３３を形成するこの方法では、濡れ性の不完全性に起因する粒界の発生が抑えられ、極めて均質で平坦性に優れたトンネルバリア層が得られた。この方法によれば、均一性と平坦性を維持したまま、１０Åから３０Åの膜厚まで、良好なトンネルバリア特性が観測された。この方法には、原理的な厚みの上限は存在しない。
【００２０】
ところで、図６（ａ）及び（ｂ）のプロセスを省いて、磁性体層２１１の表面の（００１）Ｆｅ面を酸素雰囲気中に置き、図６（ｃ）のようなアルミナ層形成を行っても、良好なトンネルバリア層は得られない。なぜなら、アルミナと（００１）Ｆｅ面の濡れ性が悪いため、粒形成が生じるからである。したがって、予め図６（ｂ）のような薄い（１３Å以下）アルミナ層３３０を形成しておくことが不可欠なのである。
【００２１】
図３の説明でも述べたように、１０Å以下のアルミニウム膜厚であれば、ほとんどの磁性体層に対して、その種類や面方位によらず、常に良好なアルミナ層３３０が形成できた。したがって、二段階酸化による方法は、任意の物質から任意の波数ベクトルを有する電子を取り出す本発明にとって最適かつ不可欠なトンネルバリア形成方法である。
【００２２】
例えば、図４の方法において、磁性体層２１１として、アルミニウムの（１１１）面に格子整合する表面を用いれば、アルミニウムは（００１）面を形成せず、最初から（１１１）面を形成する。この場合にはファセッティングが起こらず、平坦なトンネルバリアが得られる。しかしながら、この方法では磁性体層２１１の結晶方位や種類が限定され、任意の異方性を選択できないため、本発明を実現する手段とはなり得ない。言い換えれば、波数ベクトルの選択制を利用して任意の方向の波数ベクトルを有するトンネル電子を取り出そうとする本発明の実現には、上述の二段階酸化法が不可欠な手段である。
【００２３】
なお、上に説明した二段階酸化法においては、アルミニウムの酸化は超高真空装置に導入された酸素による自然酸化によって行ったが、これをＵＶオゾンや酸素プラズマによって生成される酸素ラジカルを含む雰囲気によって酸化を行うと、よりバリア高さの高いトンネルバリア層を形成することが出来た。これによって、トンネル磁気抵抗の変化は、自然酸化による場合の２倍程度に増加した。
ここで述べた二段階酸化法は、平坦性を確保する方法であるが、同時に、原子寸法レベルで凹凸を除去したことによって、極薄膜の誘電体トンネルバリアを形成する方法であるということもできる。この点は、ＴＭＲ素子のトンネル抵抗の値自体を小さくしたい場合には特に有効である。また、トンネル抵抗の値を８桁にわたる範囲で、精度良く制御する方法としても有用である。
【００２４】
以上をまとめると、「二段階酸化法」とは、アルミニウムが主要な金属膜表面によく濡れる性質を利用し、１０Å以下のアルミニウム膜を磁性体金属表面に形成してこれを自然酸化又は酸素ラジカルにより酸化する第一段階と、これに続く酸素雰囲気中又は酸素ラジカル中でのアルミナ薄膜形成を行う第二段階からなる、アルミナ薄膜形成法である。
【００２５】
以上述べたように、本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子は、第一の磁性体層と、トンネルバリア層と、第二の磁性体層とが順に積層された多層膜を備えるトンネル磁気抵抗効果素子において、第一の磁性体層はｂｃｃ構造を有する強磁性体であり、第一の磁性体層とトンネルバリア層との接合面が第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面であることを特徴とする。
【００２６】
ｂｃｃ構造を有する強磁性体としては、鉄、鉄−コバルト合金、鉄−ニッケル、鉄−クロム、鉄−ロジウム、鉄−白金、鉄−パラジウム、鉄−イリジウム、鉄−バナジウム合金等を用いることができる。また、第二の磁性体層は、鉄、ニッケル、コバルト、又はこれらの合金とすることができる。
本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子は、また、基板上に、基板に近い方から、バッファ層、第一の磁性体層、トンネルバリア層、第二の磁性体層の順序で積層された多層膜を備えるトンネル磁気抵抗効果素子において、第一の磁性体層はｂｃｃ構造を有する強磁性体であり、第一の磁性体層と前記トンネルバリア層との接合面が第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面であることを特徴とする。
【００２７】
第一の磁性体層とトンネルバリア層との接合面が第一の磁性体層の（２１１）面であるとき、バッファ層としては、ｈｃｐ構造を有するコバルト又はコバルト−クロム合金のＡ面、ｂｃｃ構造を有するクロムの（２１１）面、ｆｃｃ構造を有する金の（１１０）面、酸化マグネシウムの（１１０）面、サファイアの（１１−２０）面、又はｂｃｃ構造を有するチタンクロム合金の（００１）面、あるいはこれらを二層以上組み合わせて積層した多層構造が適当である。
【００２８】
第一の磁性体層が単結晶であり、第一の磁性体層とトンネルバリア層との接合面が第一の磁性体層の（１１０）面であるとき、バッファ層としては、ｂｃｃ構造を有するモリブデン（１１０）面、ｂｃｃ構造を有するタングステン（１１０）面、ｂｃｃ構造を有するタンタル（１１０）面、又はｂｃｃ構造を有するクロム（１１０）面、あるいはこれらを二層以上組み合わせて積層した多層構造が適当である。
【００２９】
第一の磁性体層が多結晶であり、第一の磁性体層とトンネルバリア層との接合面が第一の磁性体層の（１１０）面であるとき、バッファ層としては、ｆｃｃ構造を有する金属の（１１１）面又はｈｃｐ構造を有する金属の（０００１）面、あるいはこれらを二層以上組み合わせて積層した多層構造が適当である。
第一の磁性体層とトンネルバリア層との接合面は、第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面から１０度以内の傾きを有する結晶面であってもよい。
【００３０】
本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子は、基板として半導体基板を用い、かつ、バッファ層と半導体基板の間に、シリコン酸化膜、アルミ酸化膜、又は他の金属酸化膜の少なくとも一種類からなるアモルファス薄膜層を挿入した多層構造を有するものとすることができる。
従来技術の項で述べたように、第一の磁性体層と第二の磁性体層の保磁力に差が有ることが、トンネル磁気抵抗効果の発現には不可欠である。そのため、各磁性体層の保磁力を独立に制御して、各々に必要な大きさの保磁力を実現しなければ、有効なトンネル磁気抵抗効果素子が得られない。通常は、磁性体の材料を選択することで必要な保磁力の差を実現するが、各磁性体材料の選択で有効な保磁力差が得られないときには、以下に述べるような方法がある。すなわち、第一の磁性体層により高い保磁力を付与したいときは、第一の磁性体層よりも高い保磁力を有する磁性体をバッファ層として用いればよい。また、第二の磁性体層により高い保磁力を付与したいときは、第二の磁性体層の上（すなわち、トンネルバリア層の反対側の第二の磁性体層面上）に、より高い保磁力を有する強磁性体層、または、反強磁性体層を積層すればよい。
【００３１】
本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子は、磁気ヘッドに用いると好適である。本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子は、また、マトリックス状に配列された複数のトンネル磁気抵抗効果素子と、各トンネル磁気抵抗効果素子に選択的に磁界を印加する手段と、各トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗を選択的に検出する手段と含む磁性メモリの要素として用いると好適である。
【００３２】
本発明による磁気ヘッドの製造方法は、第一の磁性体層と、トンネルバリア層と、第二の磁性体層とが順に積層された多層膜を備える磁気ヘッドの製造方法において、第一の磁性体層としてｂｃｃ構造を有する強磁性体を用い、第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面上に厚さ１０Å以下のアルミニウム膜を形成し、前記アルミニウム膜を自然酸化又は酸素ラジカルにより酸化してアルミニウム酸化膜とし、酸素雰囲気中又は酸素ラジカル中で前記アルミニウム酸化膜の上にアルミニウム酸化膜を形成することによってトンネルバリア層を形成することを特徴とする。
【００３３】
本発明による磁性メモリの製造方法は、各々が第一の磁性体層と、トンネルバリア層と、第二の磁性体層とが順に積層された多層膜からなる複数のトンネル磁気抵抗効果素子と、各トンネル磁気抵抗効果素子に選択的に磁界を印加する手段と、各トンネル磁気抵抗効果素子の抵抗を選択的に検出する手段と含む磁性メモリの製造方法において、第一の磁性体層としてｂｃｃ構造を有する強磁性体を用い、第一の磁性体層の（２１１）面又は（１１０）面上に厚さ１０Å以下のアルミニウム膜を形成し、前記アルミニウム膜を自然酸化又は酸素ラジカルにより酸化してアルミニウム酸化膜とし、酸素雰囲気中又は酸素ラジカル中で前記アルミニウム酸化膜の上にアルミニウム酸化膜を形成することによってトンネルバリア層を形成することを特徴とする。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
〔実施例１〕
図７は、本発明によるＴＭＲ素子の一例を示す断面模式図である。図７に示したＴＭＲ素子では、Ｆｅ（２１１）面を有する磁性体層２１５からトンネルする、この面に垂直な波数ベクトルの電子のみを用いている。トンネルバリア層３１０は前述の二段階酸化法によって形成され、その上に、（１１０）面を有するＣｏＦｅ薄膜によって磁性体層１１５を形成した。この例では、Ｆｅ（２１１）面を有する磁性体層２１５を軟磁性体層とし、ＣｏＦｅ（１１０）面を有する磁性体層１１５を硬磁性層として、スピンバルブを構成している。なお、軟磁性体層、硬磁性層という表現は比較上のものである。
【００３５】
Ｆｅ（２１１）面を有する磁性体層２１５は厚さ５０Åとし、厚さ１００Åの（２１１）面クロム（Ｃｒ）層２５２と厚さ５００ÅのＡ面を有するｈｃｐ構造のＣｏ層２５１を、この順で形成した二層からなるバッファ層の上に形成した。また、これら二層からなるバッファ層は、リード線層４１５としての１０００Å厚の（１１０）面を有する金（Ａｕ）層の上に形成されている。（１１０）面Ａｕ層（すなわちリード線層４１５）は、（１１０）ＭｇＯ面を有する基板５１５を用いることによって形成することができる。この構成は、バッファ層２５１，２５２、リード線層４１５、及び基板５１５の組み合わせにより、磁性体層２１５の面方位の制御がなされた例である。
【００３６】
なお、ｈｃｐ構造のＣｏ層２５１は、Ｆｅ（２１１）面を有する磁性体層２１５の保磁力を決定する役割も持っている。ｈｃｐ構造のＣｏ層２５１の代わりに、非磁性体である（１１０）面の金を用いれば、Ｆｅ（２１１）面を持った磁性体層２１５が成長でき、しかも、それに固有のより小さい保磁力を持った軟磁性体層となる。また、反強磁性体を用いることによって、Ｆｅ磁性体層２１５の保磁力をより大きく設定することもできる。
【００３７】
図７に示したＴＭＲ素子構成を用いて、トンネルバリア層３１０の厚さが１０Åから３０Åの異なる厚さを有するＴＭＲ素子を多数作製して、トンネル抵抗及び外部磁場変化に対するトンネル抵抗の変化を測定した。その結果を図８に示す。図８の横軸は、ＴＭＲ素子中のトンネルバリア層の厚さであり、縦軸は、トンネル抵抗の値を対数表示したものである。図中の黒点が、各デバイスごとの測定データを表す。測定は、室温で行われた。トンネルバリア層の厚さの異なる各試料に０．０５ボルトの直流電圧を加えて電流を測定し、トンネル抵抗を求めた。トンネル抵抗はトンネルバリア層の厚さの増加に対して指数関数的に増加し、その値は６桁程度変化した。トンネル抵抗がトンネルバリア層厚の変化に対して指数関数的に変化する関係は、電気伝導がトンネル現象によって生じていることを示しているため、二段階酸化法が、ピンホールが存在しない良好なトンネルバリア層を与えることの証拠である。
【００３８】
これらのＴＭＲ素子は、トンネルバリア層厚１０Åから３０Åの間で、その厚さとはほぼ無関係に、約６０％のトンネル磁気抵抗の変化を示した。その測定結果を示したのが図９である。図９の横軸は、ＴＭＲ素子中のトンネルバリア層の厚さであり、縦軸は、トンネル磁気抵抗効果（ＭＲ）をパーセントで表示したものである。図中の黒点が、各デバイスごとの測定データを表す。測定は、室温で行われた。トンネルバリア層の厚さの異なる各試料に０．０５ボルトの直流電圧を加えて電流を測定し、トンネル抵抗を観測し、トンネル磁気抵抗を求めた。図９には、Ｆｅ（１１０）面及びＦｅ（１００）面について、同様の測定を行った結果も示した。これらの結果から、磁性体層２１５の面方位依存性が確かに存在し、その効果によって、トンネル磁気抵抗が３倍以上の変化を示すことが明らかである。
【００３９】
本発明で得られた磁気抵抗変化の値は、磁性体層の異方性を考慮していない前記文献１に報告されている値の３倍の大きさとなっている。この事実は、磁性体層２１５の異方性を積極的に利用し、トンネルバリアの波数ベクトル選択性を利用して大きい分極率を有する方向のトンネル電子のみを選択する本発明による方法の、有用性を実証したものと言える。
【００４０】
文献１では、トンネルバリア層の制御性が不十分であるため、ＴＭＲ素子の端子間抵抗はキロオーム程度の値とならざるを得ず、端子間抵抗を下げようとするとトンネル磁気抵抗変化の著しい減少を招いた。また、H. Tsuge and T. Mitsuzuka,  Applied Physics  Letters, Vol.71, No. 22, 1997, pp.3296-3298（文献６）では、端子間抵抗が小さいＴＭＲ素子の例が示されているが、このとき得られたトンネル磁気抵抗変化の大きさは、本発明で作製された同程度に小さい端子間抵抗を有するＴＭＲ素子のトンネル磁気抵抗変化の大きさの１／１２程度であった。以上のように、本発明によるＴＭＲ素子では、トンネル磁気抵抗変化の大きさを損なうことなく、少なくとも１００Ω／ｍｍ2から、１００ＭΩ／ｍｍ2の範囲で端子間抵抗を制御することができる。この特徴は、低抵抗で動作することが要請されるＴＭＲ素子の磁気記録再生用ヘッドあるいは磁気メモリへの応用を考える上で重要である。
【００４１】
なお、本実施例と同様の効果は、基板５１５、リード線層４１５、及びバッファ層２５１を（１１−２０）Ａｌ2Ｏ3面のサファイア、（１１０）Ａｇ、（１１０）Ｐｔ、ＭｇＯ（１１０）等を用いて構成しても得られる。さらに、上部磁性体層１１５として、ａ−Ｃｏ80ＦｅＢＳｉなどのアモルファス磁性体、及びＦｅＮｉ等の強磁性体合金を用いることが可能である。
【００４２】
〔実施例２〕
実施例１における磁性体層２１５として、Ｆｅ（１１０）面を用いると、実施例１で得られるＴＭＲ素子に比べるとやや小さいＭＲ値を有する、第二の実施例となるＴＭＲ素子が得られる。本実施例では、Ｆｅ（１１０）面を得るために、図２の断面模式図に示すように、基板５１０としてサファイア基板のＡ面を用い、その上にバッファ層２５０とリード線層４１０とを兼ねた（１１０）面を有するモリブデン層を形成し、これを直接のバッファ層として磁性体層２１０を形成した。
【００４３】
実施例１と同様に、トンネルバリア層３１０の厚さが１０Åから３０Åまでの異なる厚さを有するＴＭＲ素子を多数作製して、トンネル抵抗及び外部磁場変化に対するトンネル抵抗の変化を測定した。その結果は、図８に示したのと同様になった。二段階酸化法が、下地の面方位に関係なく、ピンホールが存在しない良好なトンネルバリア層を与えることが明らかとなった。
【００４４】
このＴＭＲ素子の、トンネルバリア層厚１０Åから３０Åの間での、トンネル磁気抵抗の変化を実施例１と同様にして測定した結果が、図９に示されている。図中で、白抜きの四角で（□）で示したものが、本実施例によるＴＭＲ素子の各デバイスごとの測定結果である。Ｆｅ（１１０）面を用いた本実施例によるＴＭＲ素子では、Ｆｅ（２１１）面を用いたものにやや劣るＴＭＲ値となるが、サファイア基板上に素子が作製できるようになる点など、用途によっては十分な有用性を持っている。
【００４５】
〔実施例３〕
図１０は、本発明によるＴＭＲ素子の他の例を示す断面模式図である。図１０に示したＴＭＲ素子は、バッファ層として用いたＡ面を有するｈｃｐ構造のＣｏ層２５１の上に、Ｆｅ（２１１）面を有する磁性体層２１５を形成している。この点は、図７に示した実施例１と同じであるが、基板５１６としてＳｉを用いている点が異っている。本実施例では、（１００）Ｓｉ基板５１６の上にＳｉＯ2熱酸化膜層４１６を作り、その上にリード線の役割も兼ねた（００１）ＴｉＣｒ層を設けて、バッファ層２５５とし、上記バッファ層２５１に接続している。（００１）ＴｉＣｒ層は、下地がアモルファスであるＳｉＯ2熱酸化膜層４１６の上であってもエピタキシャル成長し、その成長面がＦｅ（２１１）面を有する磁性体層２１５を成長させるのに都合の良い面になるわけである。ＴＭＲ素子を構成する（１１０）ＣｏＦｅ層１１５、Ｆｅ（２１１）面を有する磁性体層２１５、及び二段階酸化法によるトンネルバリア層３１０の組み合わせは実施例１と同じなので、作製されたＴＭＲ素子の動作特性は、実施例１の結果と同じであった。
【００４６】
本実施例は、本発明によるＴＭＲ素子をシリコン基板上に作製することが可能であることを示したもので、磁気記録再生用ヘッドや磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）等を、従来のシリコン微細加工プロセスを用いて作製する道を開くものである。また、シリコン基板は、ＭｇＯやサファイアなどの誘電体基板に比べて良質の結晶が安価に購入でき、また、これらに比べて熱伝導率が大きいため、磁性体層の加工時に於ける熱的負荷が低減されたり、ＴＭＲ素子の動作温度の制御が容易になる等のメリットがある。
【００４７】
〔実施例４〕
実施例３で述べた本発明のＴＭＲ素子を用い、磁気記録再生用ヘッドを作製した。磁気記録再生用ヘッドの構造を以下に示す。図１１は、記録再生ヘッドの一部分を切断した場合の斜視図である。ＴＭＲ素子５１をシールド層５２，５３で挟んだ部分が再生ヘッドとして働き、コイル５４を挟む下部磁極５５、上部磁極５６の部分が記録ヘッドとして働く。
【００４８】
図１１において、Ａｌ2Ｏ3・ＴｉＣを主成分とする焼結体をスライダ用の基板５７として、その表面にスパッタ法にて、バッファ層としてのＳｉＯ2層形成し、続いて実施例３で述べたＴＭＲ素子を分子ビームエピタキシャル成長（ＭＢＥ）法で作製した。シールド層、記録磁極にはスパッタリング法で形成したＮｉ−２０ａｔ％Ｆｅ合金を用いた、各磁性体層の膜厚は、以下のようにした。すなわち、上下のシールド層５２，５３は１μｍ、下部磁極５５、上部磁極５６は３μｍ、各層間のギャップ材としてはスパッタリングで形成したアルミナを用いた。ギャップ層の膜厚は、シールド層と磁気抵抗効果素子間で０．２μｍ、記録磁極間では０．４μｍとした。さらに再生ヘッドと記録ヘッドの間隔は約４μｍとし、このギャップもアルミナで形成した。コイル５４には膜厚３μｍのＣｕを使用した。
本発明によってＴＭＲ素子の感度が向上したため、磁気ヘッドとしての感度も向上し、より小さな磁区の磁化状態を検出することが可能となり、従来に比較して記録密度を１０倍程度向上することができた。
【００４９】
〔実施例５〕
図１２から図１５の製造工程図を用いて、本発明によるＴＭＲ素子を磁性メモリに適用した例について説明する。図１２から図１５の各製造工程図において、（ａ）は平面模式図、（ｂ）はその断面模式図である。本実施例の磁性メモリは、IEEE Transaction on Magnetics, vol.33, No.6, November, 1997, p.4498-4512（文献７）に類似の構造を有する。
【００５０】
まず、図１２に示すように、シリコン基板５１６上に、基板に近い方から、絶縁層４１６、ワード線層４２０、層間絶縁層４１７、バッファ層２５５、バッファ層２５１、軟磁性層２１６、トンネルバリア層３１１、硬磁性層１１６、コンタクト層４２１を順次積層する。次に、図１３に示すように、リソグラフィー工程によって、ワード線パターンを、ワード線層４２０及びそれより上の層すべてをエッチングして形成する。さらに、同様なリソグラフィー工程によって、Ｘリード線パターンを、バッファ層２５５及びそれより上の層すべてをエッチングして形成する。
【００５１】
さらに、図１４に示すように、リソグラフィーとエッチング工程を用いて、軟磁性層２１６以上の層を加工し、各ビット情報を格納するメモリセル部分を形成する。次に、図１５に示すように、層間絶縁層４１８を形成して上記メモリセル部分を絶縁層内に埋め込み、その上部にコンタクトホールを形成する。この層間絶縁層４１８上に、上記コンタクトホール通じて、コンタクト層４２１に電気的な接続を有するＹリード線４２２を形成する。次に、さらなる層間絶縁層４１９を形成し、その上に、ビット線４２３を形成する。ワード線、ビット線、Ｘリード線、及び、Ｙリード線の各々を周辺回路に結合して、ランダムアクセスメモリを形成する。
【００５２】
本発明によるメモリは、メモリセルの部分に本発明によるＴＭＲ素子を用いる点と、その駆動方式が文献７の磁性メモリとは異なっている。上記メモリセルにおいて、軟磁性層２１６、トンネルバリア層３１１、硬磁性層１１６の三層が、スピンバルブを形成している。１ビットの情報は、軟磁性層２１６の磁化状態によって保持される。
【００５３】
図１５において、アドレス（１，１）の情報を決定する際には、ワード線Ｗ１にバイアス電流を流し、さらに、ビット線Ｂ１に同時に電流を流して、両者が発生する磁界の和がメモリセル中の軟磁性層２１５のスイッチング磁界より大きい磁界を、アドレス（１，１）のメモリセル周囲にのみ発生させる。この磁界の向きによって、アドレス（１，１）のメモリセルに書き込まれた情報の１又は０が決定される。書き込み動作時において、硬磁性層１１５の磁化は、そのスイッチング磁界が軟磁性層２１５のスイッチング磁界より十分大きく設定されているので、変化しない。また、ワード線Ｗ１のバイアス電流が発生する磁界のみでは、軟磁性層２１５の磁化は変化しないので、ワード線Ｗ１上の他のメモリセルの磁化状態を変化させることは無い。情報の読み出しは、Ｘリード線とＹリード線の間の磁気抵抗を検出して行われる。すなわち、Ｘリード線Ｘ１とＹリード線Ｙ１との間の抵抗を測定すれば、アドレス（１，１）のメモリセルの抵抗を検出することとなり、アドレス（１，１）の情報が得られる。
【００５４】
本実施例では、絶縁層４１６としてシリコン熱酸化膜、ワード線層４２０としてニオブ（Ｎｂ）、層間絶縁層４１７としてスパッタで形成されたシリコン酸化膜、バッファ層２５５として（００１）ＴｉＣｒ、バッファ層２５１としてｈｃｐ構造ＣｏのＡ面、軟磁性層２１６として（２１１）面を有するＦｅ、トンネルバリア層３１１として二段階酸化法によって作製した厚み１２Åのアルミナトンネル酸化膜、硬磁性層１１６としてＣｏＦｅ、コンタクト層４２１としてニオブ（Ｎｂ）を用いた。なお、軟磁性層２１５の保磁力を制御するために、異なる組成を有するＣｏＦｅ合金などを用いることが有効である。
本発明によってＴＭＲ素子の抵抗変化の大きさが向上したため、軟磁性層に情報を蓄えることが出来るようになり、メモリセル磁化状態の検出感度が向上し、その結果、従来より５倍程度高速な不揮発性磁性メモリが得られた。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によると、磁性体結晶の分極率に顕著な異方性が有る点に着目し、大きい分極率が期待される方向のトンネル電子のみをトンネルバリアの波数ベクトル選択性を利用して選択し、極めて大きいトンネル磁気抵抗の変化を実現した。これによって、トンネル磁気抵抗変化の値６０％を実現し、ＴＭＲ素子を用いる磁気センサーの感度は従来技術の３倍から１０倍以上に向上した。その結果、より高感度の磁気記録再生用ヘッドが得られ、磁気記録密度を従来の１０倍程度に向上することができる。また、このＴＭＲ素子を用いると、読み出し速度が従来の５倍以上である磁気メモリを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トンネル磁気抵抗効果素子の構成を示す図。
【図２】本発明によるトンネル磁気抵抗効果素子の構成例を示す断面模式図。
【図３】１３Å以下の厚さを有するアルミナ極薄膜の形成法を示す図。
【図４】１３Å以上の厚さを有するアルミナ極薄膜の形成時に、ファセッティングが生じることを示した図。
【図５】１３Å以上の厚さを有するアルミナ極薄膜の形成時に生じる結晶粒により、アルミナ膜の劣化が起こることを示した図。
【図６】二段階酸化法を用いた、１３Å以上の厚さを有するアルミナ極薄膜の形成法を示した図。
【図７】本発明によるＴＭＲ素子の一例を示す断面模式図。
【図８】Ｆｅ（２１１）面を用いたＴＭＲ素子のトンネル抵抗とトンネルバリア厚の関係を示す図。
【図９】異なる面方位を有するＴＭＲ素子のトンネル磁気抵抗とトンネルバリア厚の関係を示す図。
【図１０】本発明によるＴＭＲ素子の他の例を示す断面模式図。
【図１１】本発明によるＴＭＲ素子を用いた磁気記録再生用ヘッドを示す図。
【図１２】本発明によるＴＭＲ素子を用いた磁性メモリの製造工程図。
【図１３】本発明によるＴＭＲ素子を用いた磁性メモリの製造工程図。
【図１４】本発明によるＴＭＲ素子を用いた磁性メモリの製造工程図。
【図１５】本発明によるＴＭＲ素子を用いた磁性メモリの製造工程図。
【符号の説明】
５１…ＴＭＲ素子、５２…シールド層、５３…シールド層、５４…コイル、５５…下部磁極、５６…上部磁極、５７…基板、１００…第二の磁性体層、１１０…第二の磁性体層、１１６…硬磁性層、２００…第一の磁性体層、２１０…第一の磁性体層、２１１…磁性体層、２１５…磁性体層、２１６…軟磁性層、２５１…バッファ層、２５２…バッファ層、２５０…バッファ層、２５５…リード線層、３００…トンネルバリア層、３１０…トンネルバリア層、３１１…トンネルバリア層、３２０…アルミニウム薄膜、３２２…アルミニウム層、３３０…アルミナ層、３３１…アルミナ層、３３３…アルミナ層、４００…リード線層、４１０…リード線層、４１５…リード線層、４１６…ＳｉＯ2熱酸化膜層、４１７…層間絶縁層、４１８…層間絶縁層、４１９…層間絶縁層、４２０…ワード線層、４２１…コンタクト層、４２２…Ｙリード線、４２３…ビット線、５００…基板、５１０…基板、５１５…基板、５１６…基板、８００…外部磁界
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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