(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性体膜の表面に、
同型の母相Ｍｎ系酸化物反強磁性体膜を形成し、
前記Ｍｎ系酸化物磁性体膜の前記反強磁性体膜との界面から数原子層がピン層であり、残りのＭｎ系酸化物磁性体膜がフリー層から
なることを特徴とする酸化物磁性体。
【請求項２】
請求項１記載のペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁
性体膜の下側にも反強磁性体膜を形成してなることを特徴とする酸化物磁性体。
【請求項３】
ペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性体膜の表面に、
同型の母相Ｍｎ系酸化物反強磁性体膜を積層し、
熱処理することにより前記Ｍｎ系酸化物磁性体膜の前記反強磁性体膜との界面から数原子層にピン層、残りのＭｎ系酸化物磁性体膜にフリー層を形成することを特徴とする酸化物磁性体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，  Ｍｎ系酸化物磁性体の磁気抵抗変化における外部飽和磁場（Ｈｓ  ）を低減させるためのＭｎ系酸化物磁性体およびその製造方法に関する。
【０００２】
高密度磁気記録の読み出し用の磁気抵抗ヘッド（ＭＲヘッド）としてスピンバルブ，  金属人工格子，  グラニュラー，  Ｍｎ系酸化物磁性体などが有望視されている。このなかでＭｎ系酸化物磁性体は他の物質と比較してＭＲ比が室温で１０倍程にもなる。しかし，  磁気抵抗変化に対し外部飽和磁場（Ｈｓ）が６Ｔ（Ｔｅｓｌａ）  程になり高磁場下での読み出しとなってしまう。よって他の物質のように０．１  Ｔ程まで低減させる必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
磁気抵抗変化を示す強磁性体のペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性体の製造方法としては，  薄膜の場合は，  Ｍｎ系酸化物磁性体と格子定数が類似のＭｇＯ，Ｓｒ  Ｔｉ  Ｏ３  など誘電単結晶基板上にスパッタ，  レーザ蒸着などの方法を用いて堆積させることにより作製する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術のようにＭｎ系酸化物磁性体の単膜では磁気抵抗変化に対し外部飽和磁場（Ｈｓ）が６Ｔ程と大きく，  実用化には困難である。
【０００５】
本発明の目的は磁気抵抗変化における外部飽和磁場（Ｈｓ）を低減できるＭｎ系酸化物磁性体およびその製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決は，
１）ペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性体膜の表面に、同型の母相Ｍｎ系酸化物反強磁性体膜を
形成し、前記Ｍｎ系酸化物磁性体膜の前記反強磁性体膜との界面から数原子層がピン層であり、残りのＭｎ系酸化物磁性体膜がフリー層からなる酸化物磁性体，あるいは
２）前記１）記載のペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性体膜の下側にも反強磁性体膜を形成してなる酸化物磁性体，あるいは
３）  ペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性体膜の表面に、同型の母相Ｍｎ系酸化物反強磁性体膜を積層し、熱処理することにより前記Ｍｎ系酸化物磁性体膜の前記反強磁性体膜との界面から数原子層にピン層、残りのＭｎ系酸化物磁性体膜にフリー層を形成することを特徴とする酸化物磁性体の製造方法により達成される。
【０００７】
次に，  ペロブスカイト型Ｍｎ系酸化物の一般的な性質を説明する。
ペロブスカイト型Ｍｎ系酸化物ＬａＭｎＯ３  はキャリア電子がなく反強磁性体である。この状態では，Ｍｎ原子は価数が３＋のＭｎ３＋イオンとなっており，      Ｍｎ原子のｄ電子４つの内３つはエネルギーの低い準位（局在スピン準位）に入り，束縛状態のスピンであるため局在スピンと呼ばれている。残りの１つの電子はエネルギーが高い準位（伝導電子準位）に入り伝導電子となり得るが，各Ｍｎ原子に１個存在するので，スピンが互いに逆向きの反強磁性状態となり，伝導が不可能となる。また，各Ｍｎ原子の局在スピンと伝導電子はフント結合と呼ばれる交換結合が働いており，局在スピンのスピン方向と伝導電子のスピン方向は同じとなる。
【０００８】
このＬａＭｎＯ３  を母相としてＬａにＳｒをドープ（固溶）していくとキャリア電子が出現し，強磁性体となる。Ｌａ３＋に対してＳｒ２＋と価数が１つ少ないため，Ｓｒのドープ量に比例してＭｎ原子の価数が４＋のＭｎ４＋イオンが出現してくる。Ｍｎ４＋イオンはＭｎ３＋イオンに対して伝導電子が１個少なくなった局在スピンのみの状態である。このとき，Ｍｎ原子は，価数が３＋のＭｎ３＋イオンと価数が４＋のＭｎ４＋イオンが混在しており，混合原子価と呼ばれている。
【０００９】
他方，Ｓｒを全ドープしたＳｒＭｎＯ３  もキャリア電子がなく反強磁性体である。これを他方の母相と考えてＬａをドープしてキャリア電子を出現させて強磁性体を得ることができる。
【００１０】
Ｍｎ系酸化物磁性体上に反強磁性体を形成することにより，Ｍｎ系酸化物磁性体は界面から数原子層（単位格子の大きさは３．８７Å）  がピン層となり，残りのピンされていない層がフリー層となる。
【００１１】
ペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性体の磁気抵抗変化出現の起源はある角度をなすＭｎ３＋イオンの局在スピンとＭｎ４＋イオン局在スピンが磁場の印加により平行となり，  Ｍｎ３＋イオンの３ｄ電子が移動しやすくなることにより抵抗が小さくなることによるものである。
【００１２】
単膜では局在スピン同士が平行になるのが困難であるため外部飽和磁場が６Ｔ程を必要とする。従って，  スピンバルブのようにあらかじめ数原子層にわたって磁場印加方向に局在スピンをピンさせておき，  残りのピンされていないフリー層を磁場の印加により磁場印加方向へ向けさせることで局在スピン同士が平行になることを容易にし，  外部飽和磁場（Ｈｓ）を低減させることが可能となる。
【００１３】
上記の方法において，  局在スピンをピンさせる方法は，  Ｍｎ系酸化物磁性体の表面層として反強磁性体を積層することにより得ることができる。また，  反強磁性体として，  同型の母相Ｍｎ系酸化物反強磁性体を用いることにより，  良質な積層が可能となる。
【００１４】
さらにＭｎ系酸化物磁性体の下側の層に反強磁性体を形成することによりピンさせる効果を高めることができる。一方，  混合原子価のそれぞれの母相Ｍｎ系酸化物反強磁性体を積層し，  熱処理することにより界面層に混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性体を形成する製造方法により，堆積回数を減少することができる。
【００１５】
上記のように，本発明によれば，  強磁性体であるペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性体の表面層として反強磁性体を積層し，  磁場印加方向に局在スピンをピンさせることにより局在スピン同士が平行になることを容易し，  低Ｈｓ化が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下，  本発明の実施の形態を図１を参照して説明する。
図１のように単結晶ＭｇＯ基板１上に強磁性体のペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性薄膜２としてＬａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  膜が堆積され，  さらにその表面層として同型の母相Ｍｎ系酸化物反強磁性薄膜３としてＬａＭｎＯ３  膜を有する作製をしている。
【００１７】
次にこの積層膜の作製方法について説明する。
（ａ）マルチターゲットが可能なイオンビームスパッ夕装置において，      Ｌａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  のターゲット及びＬａＭｎＯ３  のターゲットを設置する。
【００１８】
Ｌａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  のターゲットは，Ｌａ２  Ｏ３  ，Ｓｒ（ＣＯ）３  ，        ＭｎＯ２  の，ＬａＭｎＯ３  のターゲットはＬａ２  Ｏ３  ，ＭｎＯ２  の粉末を用いて化学量論的組成に混合し，焼成することにより作製した上記Ｍｎ系酸化物を直径４  〜５  インチ，  厚さ  ２〜５  ｍｍの円板上に加圧整形し，１４００℃で酸素中で１２時間の熱処理をして焼結したものを使用する。
【００１９】
（ｂ）単結晶ＭｇＯ基板１上にスパッタ法によりＬａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  からなる強磁性体のペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性薄膜２を堆積する。
【００２０】
（ｃ）ターゲットをＬａＭｎＯ３  に変え，  同様にＬａＭｎＯ３  からなる同型の母相Ｍｎ系酸化物反強磁性薄膜３をＬａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  膜上に堆積する。スパッタ条件は以下のようである。
【００２１】
装置：                        イオンビームスパッタ（５００  Ｖ，  ５０  ｍＡ）
スパッタガス：    Ａｒ：Ｏ２  ＝１：１
ガス圧力：                  ２×１０−４  Ｔｏｒｒ
基板温度：                Ｌａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  の場合は  ７００℃
ＬａＭｎＯ３  の場合は  ６５０℃
成長速度：              ０．６  Å／ｓ
膜厚：                      １０００Å
また，  （ｂ）の時，  最初に母相Ｍｎ系酸化物反強磁性薄膜としてＬａＭｎＯ３  膜を堆積し，  次いでＬａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  からなる強磁性体のペロブスカイト型Ｍｎ系酸化物磁性薄膜  ２を堆積し，更にＬａＭｎＯ３  からなるＭｎ系酸化物反強磁性薄膜  ３を堆積した場合は請求項３の実施の形態となる。
【００２２】
実施の形態４としては，  図３において，一方の母相Ｍｎ系酸化物反強磁性薄膜ＬａＭｎＯ３  を堆積し，  他方の母相Ｍｎ系酸化物反強磁性薄膜ＳｒＭｎＯ３  を積層した後，  熱処理することにより，その界面にペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性薄膜としてＬａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  膜を製造する。
【００２３】
この場合，    ６００℃，  ３０分の熱処理により，  界面に混合原子価Ｍｎ系酸化物が形成される。ＬａＭｎＯ３  とＳｒＭｎＯ３  の膜厚が同一の場合は等拡散度により  Ｌａ０．５  Ｓｒ０．５  ＭｎＯ３  が形成されるが，膜厚を
ＬａＭｎＯ３  ：ＳｒＭｎＯ３  ＝１：１．８４７５                              とすると，Ｌａの方が拡散度がＳｒの０．７／０．３  倍となり，  Ｌａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  が選択的に形成される。
【００２４】
製造した積層膜の磁気抵抗変化について図２を参照して説明する。
Ｍｎ系酸化物磁性体の結晶構造は，磁性に寄与するＭｎと酸素からなる磁性層Ｍｎ−層と，磁性に寄与しないでキャリアの調整に寄与する非磁性層Ｌａ−Ｏ層またはＳｒ−Ｏ層の積層構造と見ることができる。ＭｎはＭｎ４＋通常であり，  Ｓｒがドープされた部分がＭｎ３＋である。
【００２５】
製造した積層膜に対して後に印加する磁場と同方向に飽和磁場まで印加し，    Ｌａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  の強磁性体のすべてのＭｎイオン局在スピンを磁場方向に向けさせる。その後，  磁場をゼロにすると図２（ａ）のようにＭｎ系酸化物強磁性薄膜２は金属人工格子のように磁性層のＭｎ−Ｏ層４と非磁性層の      Ｌａ（Ｓｒ）−Ｏ層５が交互に積層した構造を原子オーダで有するため，  反強磁性層／強磁性層の界面において交換結合が働き，  反強磁性層近傍の数原子層にわたってＭｎイオン局在スピンは全磁場方向にピンされた状態となる。
【００２６】
基板付近の層は交換結合力薄寿くなり局在スピンがある程度傾いた状態（スピン同士が非平行）となる。この状態ではＭｎイオンの３ｄ電子が移動しにくく抵抗が大きい。
【００２７】
ここで，磁場を印加させると図２（ｂ）のように傾いていた局在スピンが印加磁場方向に磁化され，  ３ｄ電子が移動し易くなり抵抗が小さくなる。反強磁性薄膜がない状態ではスピンの熱的揺らぎなどにより，  印加磁場方向へ磁化する応答が緩やかとなる。そこで予め局在スピンをピンさせておくことにより，  反強磁性薄膜がない場合においてある程度磁場が印加された状態からの出発となり低Ｈｓ化が可能となる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば，  強磁性体であるペロブスカイト型混合原子価Ｍｎ系酸化物磁性体の表面層としてに反強磁性体を積層し，  低Ｈｓ化が可能となることによって，  磁気抵抗ヘッドに応用してその高感度化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＭｎ系酸化物磁性体の断面説明図
【図２】本発明のＭｎ系酸化物磁性体の磁気抵抗変化に関する説明図
【図３】本発明の実施の形態４の説明図
【符号の説明】
１  単結晶ＭｇＯ基板
２  Ｍｎ系酸化物強磁性薄膜（Ｌａ０．７  Ｓｒ０．３  ＭｎＯ３  ）
３  Ｍｎ系酸化物反強磁性薄膜（ＬａＭｎＯ３  ）
４  磁性Ｍｎ−Ｏ層
５  非磁性Ｌａ（Ｓｒ）−Ｏ層
【図１】
0003593761.tif 000002
【図２】
0003593761.tif 000003
【図３】
0003593761.tif 000004