(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一磁性膜と第二磁性膜と、前記第一磁性膜と前記第二磁性膜を分離する非磁性膜とを含み、前記第一磁性膜と前記第二磁性膜との間が非交換結合タイプの磁気抵抗変化部、
前記磁気抵抗変化部に対する情報記録のための第一電流と情報読み出しのための第二電流とを流すワード線、および
前記第二電流により生じる抵抗変化を検出することにより前記磁気抵抗変化部に記録された情報が読み出されるセンス線
を有する素子をマトリックス状に配列したメモリー素子であって、
前記第一磁性膜の磁化曲線は角型性を有しており、前記第一磁性膜は、前記第一電流によって生じる磁界により前記第一磁性膜の磁化を反転しうるが、前記第二電流によって生じる磁界では前記第一磁性膜の磁化を反転しえない保磁力を有しており、
前記第二磁性膜は、前記第一電流によって生じる磁界および前記第二電流によって生じる磁界により前記第二磁性膜の磁化を反転しうる保磁力を有していることを特徴とするメモリー素子。
【請求項２】
前記磁気抵抗変化部は［第一磁性膜／非磁性膜／第二磁性膜］という基本構成を非磁性膜を介して複数回積層した構造を有しており、前記複数の第一磁性膜の保磁力は互いに異なっている、請求項１に記載のメモリー素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗効果素子、これを用いた磁気ヘッド、メモリー素子、及び増幅素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より磁気抵抗効果素子を用いた磁気抵抗センサー（以下ＭＲセンサーという）、磁気抵抗ヘッド（以下ＭＲヘッドという）の開発が進められている。磁気抵抗効果素子とは、外部から印加される磁界に応じて電気抵抗を変化させる素子をいう。磁気抵抗効果素子の特性は、通常、磁気抵抗変化率（以下ＭＲ比と略す）によって示される。ＭＲ比は次式で定義される。
【０００３】
ＭＲ比（％）＝（Ｒ（最大値）−Ｒ（最小値））／Ｒ（最小値）×１００
なお、Ｒ（最大値）およびＲ（最小値）は、磁気抵抗効果素子に磁界を印加していった場合の磁気抵抗効果素子の抵抗の最大値および最小値を示す。従来、磁気抵抗効果素子の材料としては、磁性体に主にＮｉ０．８Ｆｅ０．２のパーマロイが用いられている。これら磁気抵抗効果材料の場合はＭＲ比が２．５％程度であり、より高感度なＭＲセンサーおよびＭＲヘッドを開発するためには、より大きなＭＲ比を示す磁気抵抗素子が求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年Ｃｒ，Ｒｕ等の金属非磁性薄膜を介して反強磁性的結合をしている［Ｆｅ／Ｃｒ］，［Ｃｏ／Ｒｕ］人工格子膜が強磁場（１〜１０  ｋＯｅ）で巨大磁気抵抗効果を示すことが発見された（フィジカル  レヴュー  レター  ６１  第２４７２頁  （１９８８年）；  同  ６４  第２３０４頁  （１９９０）  （Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒ  Ｖｏ  ｌ．６１，  ｐ２４７２，  １９８８；  同  Ｖｏｌ．６４，  ｐ２３０４，１９９０））。しかしながら、これらの人工格子膜は大きなＭＲ変化を得るのに数ｋＯｅ〜数１０ｋＯｅの磁界を必要とし、磁気ヘッド等の用途には実用的でない。
【０００５】
また金属非磁性薄膜Ｃｕで分離され磁気的結合をしていない保磁力の異なる磁性薄膜Ｎｉ−ＦｅとＣｏを用いた［Ｎｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｃｏ］人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発見され、室温印加磁界０．５ｋＯｅでＭＲ比が約８％のものが得られている（ジャーナル  オブ  フィジカル  ソサイアティー  オブ  ジャパン  ５９  第３０６１頁  （１９９０年）  （Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ  Ｖｏｌ．５９，  ｐ３０６１，  １９９０））。しかしながら、図１１に示したこのタイプの典型的ＭＲ曲線からわかるように、大きなＭＲ変化を得るのに約１００  Ｏｅの磁界を必要とし、かつＭＲも磁界が負から正にわたって非対称な変化をして直線性が悪いため実用的には使いにくい特性となっている。
【０００６】
更にＣｕを介したＲＫＫＹ的反強磁性的結合をしている磁性薄膜Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ，Ｃｏを用いた［Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ／Ｃｕ／Ｃｏ］，［Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ／Ｃｕ］人工格子膜でも巨大磁気抵抗効果が発見され、室温印加磁界０．５ｋＯｅでＭＲ比が約１５％のものが得られている（電子情報通信学会技術研究報告  ＭＲ９１−９）。しかしながら、図１２に示したこのタイプの典型的ＭＲ曲線からわかるように、ＭＲ変化は磁界零から正にわたってほぼ直線的に変化しＭＲセンサーには十分実用的な特性を示すものの、やはり大きなＭＲ変化を得るのに５０  Ｏｅ程度の磁界を必要とし、少なくとも２０  Ｏｅ以下の動作が要求されるＭＲ磁気ヘッドに使用するには不十分である。
【０００７】
微小印加磁界で動作するものとしては反強磁性材料のＦｅ−ＭｎをＮｉ−Ｆｅ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｆｅにつけたスピンバルブ型のものが提案されている（ジャーナル  オブ  マグネティズム  アンド  マグネティック  マテリアルズ  ９３  第１０１頁  （１９９１年）  （Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ９３，ｐ１０１，１９９１））。図１３に示したこのタイプの典型的ＭＲ曲線からわかるように、動作磁界は確かに小さく、直線性も良いもののＭＲ比は約２％と小さく、Ｆｅ−Ｍｎ膜の耐蝕性の問題点やＦｅ−Ｍｎ薄膜のネール温度が低いために、素子の特性の温度依存性が大きい欠点があった。
【０００８】
一方磁気抵抗効果を用いたメモリー素子としては従来のＭＲ（磁気抵抗効果）材料であるＮｉ−ＦｅやＮｉ−Ｆｅ−ＣｏをＴａＮを介して積層したＮｉ−Ｆｅ（−Ｃｏ）／ＴａＮ／Ｎｉ−Ｆｅ（−Ｃｏ）より成る導体部（センスライン）を用いたメモリー素子が提案されている（ＵＳＰ  ４，７５４，４３１  及び  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｍａｇｎ．  Ｖｏｌ．２７，  ＮＯ．６，  １９９１，  ｐｐ５５２０−５５２２）。これらはＭＲ材料として従来材料を用いているためＭＲ変化率は２−３％で、情報読み出し時の出力が小さい点と本質的に非破壊読み出しが困難である欠点がある。
【０００９】
本発明は、微小磁界動作が可能で比較的大きなＭＲ比を示す高感度磁気抵抗素子および磁気抵抗効果型ヘッドを提供することを目的とする。また、本発明は、半導体を用いない非破壊読み出しが可能な不揮発性のメモリー素子および増幅素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気抵抗効果素子は、基板と、該基板の上に形成された多層構造であって、硬質磁性膜と、軟磁性膜と、該硬質磁性膜と該軟磁性膜とを分離する非磁性金属膜とを含む多層構造と、を有する磁気抵抗効果素子であって、該硬質磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有しており、該硬質磁性膜の磁化容易軸方向は検知すべき磁界の方向と実質的に一致し、そのことによって上記目的が達成される。
【００１１】
前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００１２】
前記硬質磁性膜の両側もしくは片側に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは０．１〜２ｎｍであり、かつ、該磁性膜はＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅのうち少なくとも１種の元素を主成分としてもよい。
【００１３】
前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００１４】
前記硬質磁性膜と前記非磁性金属膜との界面と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは０．１〜１ｎｍであり、かつ、該磁性膜はＣｏを主成分としてもよい。
【００１５】
前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００１６】
前記軟磁性膜はＮｉＸＣｏＹＦｅＺを主成分とし、原子組成比でＸは０．６〜０．９、Ｙは０〜０．４、Ｚは０〜０．３であってもよい。
【００１７】
前記軟磁性膜はＮｉＸ’ＣｏＹ’ＦｅＺ’を主成分し、原子組成比でＸ’は０〜０．４、Ｙ’は０．２〜０．９５、Ｚは０〜０．５であってもよい。
【００１８】
前記軟磁性膜は非晶質磁性膜であってもよい。
【００１９】
前記非磁性金属膜はＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００２０】
前記非磁性金属膜はＣｕであってもよい。
【００２１】
前記非磁性金属膜の厚さは１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であってもい。
【００２２】
前記硬質磁性膜はＣｏとＭとを主成分とし、ＭはＰｔもしくはＰｔ，Ｃｒ，Ｔａより成る群より選ばれる２種以上の元素であることが好ましい。
【００２３】
前記硬質磁性膜はＣｏＰｔより成ってもよい。
【００２４】
前記軟磁性膜はＮｉＸＦｅ１−Ｘ，（ＮｉＸＣｏ１−Ｘ）Ｘ’Ｆｅ１−Ｘ’を主成分とし、前記硬質磁性膜はＣｏＹＦｅ１−Ｙを主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．０、Ｙは０．３〜０．７であってもよい。
前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００２５】
前記軟磁性膜はＮｉＸＦｅ１−Ｘ，（ＮｉＸＣｏ１−Ｘ）Ｘ’Ｆｅ１−Ｘ’を主成分とし、前記硬質磁性膜は（ＣｏＺＦｅ１−Ｚ）Ｚ’Ｖ１−Ｚ’を主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．０、Ｚは０．３〜０．７、Ｚ’は０．９〜０．９８であってもよい。
【００２６】
前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００２７】
前記基板上に形成された前記多層構造において、前記硬質磁性膜はＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とし、前記軟磁性膜はＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とし、前記非磁性金属膜はＣｕを主成分としその膜厚は２〜１０ｎｍであって、該多層構造のそれぞれの膜は、（１００）面が膜面に垂直方向に該基板上にエピタキシャルに積層されており、前記検知すべき磁界方向は、概略該非磁性金属膜の［０１１］方向であってもよい。
【００２８】
前記基板はＳｉ（１００）単結晶基板であって、前記多層構造はＣｕを主成分とする下地層を介して該基板上に形成されていてもよい。
【００２９】
前記基板上に形成された前記多層構造において、前記硬質磁性膜はＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とし、前記軟磁性膜はＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とし、前記非磁性金属膜はＣｕを主成分としその膜厚は２〜１０ｎｍである第１の非磁性体金属膜っと、該第１の膜に挿入された膜厚０．１〜０．４ｎｍのＡｇまたはＡｕを主成分とする第２の非磁性金属膜とを有してもよい。
【００３０】
前記多層構造のそれぞれの膜は、（１００）面が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに積層され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金属膜の［０１１］方向であってもよい。
【００３１】
前記基板はＳｉ（１００）単結晶基板であって、前記多層構造はＣｕを主成分とする下地層を介して該基板上に形成されていてもよい。
【００３２】
前記軟磁性膜はＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とし、その膜厚は１〜１０ｎｍであって、前記非磁性金属膜を介して少なくとも２層以上連続し、前記硬質磁性膜はＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とし、該硬質磁性膜と該連続した軟磁性膜とが該非磁性金属膜を介して積層されていてもよい。
【００３３】
前記非磁性金属膜はＣｕを主成分としてもよい。
【００３４】
前記非磁性金属膜のうち、前記連続した軟磁性膜の間の該非磁性金属膜はＣｕを主成分とする単一の膜であり、該軟磁性膜と前記硬質磁性膜との間の非磁性金属膜はＣｕを主成分とした膜の中間に、ＡｇまたはＡｕからなる膜を有してもよい。
【００３５】
前記多層構造のそれぞれの膜は、（１００）面が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに積層され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金属膜の［０１１］方向であってもよい。
【００３６】
次に本発明の別の構成の磁気抵抗効果素子においては、非磁性金属膜を介して磁性膜を積層した多層膜に積層した多層膜において、膜厚１〜１０ｎｍのＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とする軟磁性膜が非磁性金属膜を介して少なくとも２層以上連続しており、ＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とする硬質磁性膜と前記連続した軟磁性膜が非磁性金属膜を介して積層した構成をとることを特徴とする。
【００３７】
前記構成においては、軟磁性膜と硬質磁性膜との間の非磁性金属膜の膜厚が、連続した軟磁性膜の間および連続した硬質磁性膜の間の非磁性金属膜の膜厚よりも厚いことが望ましい。
【００３８】
前記構成においては、軟磁性膜と硬質磁性膜との間の非磁性金属膜の膜厚を３ｎｍ以上とすることが望ましい。
【００３９】
前記構成においては、非磁性金属膜はＣｕを主成分とすることが望ましい。
【００４０】
前記構成においては、多層膜が、（１００）面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに成長され、検知すべき磁界方向が概略Ｃｕ膜の［０１１］方向となるように構成されていることが望ましい。
【００４１】
前記軟磁性膜はＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とし、その膜厚は１〜１０ｎｍであって、該軟磁性膜は前記非磁性金属膜を介して少なくとも２層以上連続しており、前記硬質磁性膜はＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とし、その膜厚は１〜１０ｎｍであって、該硬質磁性膜は前記非磁性金属膜を介して少なくとも２層以上連続しており、該連続した軟磁性膜と該連続した硬質磁性膜とは前記非磁性金属膜を介して交互に繰り返し積層されており、該軟磁性膜と該硬質磁性膜との間の該非磁性金属膜の膜厚は、該連続した軟磁性膜の間および該連続した硬質磁性膜の間の該非磁性金属膜の膜厚よりも厚い構成であってもよい。
【００４２】
前記非磁性金属膜はＣｕを主成分としてもよい。
【００４３】
前記非磁性金属膜のうち、前記連続した軟磁性膜の間および前記連続した硬質磁性膜の間の該非磁性金属膜はＣｕを主成分とする単一の膜であり、前記軟磁性膜と前記硬質磁性膜の間の該非磁性金属膜はＣｕを主成分とした膜の中間に、ＡｇまたはＡｕからなる膜を有してもよい。
【００４４】
前記多層構造のそれぞれの膜は、（１００）面が膜面に垂直方向に前記基板上にエピタキシャルに積層され、前記検知すべき磁界方向は概略前記非磁性金属膜の［０１１］方向であってもよい。
【００４５】
前記硬質磁性膜の角型比が０．７以上であることが好ましい。
【００４６】
前記多層構造を流れる電流の方向は、前記多層構造の膜面に対して実質的に垂直であってもよい。
【００４７】
本発明の磁気抵抗効果型ヘッドは、基板と、該基板の上に形成された多層構造であって、硬質磁性膜と、軟磁性膜と、該硬質磁性膜と該軟磁性膜とを分離する非磁性金属膜とを含む多層構造と、磁気媒体からの信号磁界を該軟磁性膜に導くヨークと、を有する磁気抵抗効果型ヘッドであって、該硬質磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有しており、該硬質磁性膜の磁化容易軸方向は該ヨークに導かれる信号磁界の方向と実質的に一致し、そのことによって上記目的が達成される。前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００４８】
前記硬質磁性膜と前記非磁性金属膜との界面と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは０．１〜１ｎｍであり、かつ、該磁性膜はＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅのうち少なくとも１種の元素を主成分としてもよい。
【００４９】
前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００５０】
前記硬質磁性膜の両側もしくは片側に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは０．１〜１ｎｍであり、かつ、該磁性膜はＣｏを主成分としてもよい。
【００５１】
前記多層構造は、前記硬質磁性膜と前記軟磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有していてもよい。
【００５２】
前記軟磁性膜はＮｉＸＣｏＹＦｅＺを主成分とし、原子組成比でＸは０．６〜０．９、Ｙは０〜０．４、Ｚは０〜０．３であってもい。
【００５３】
前記軟磁性膜はＮｉＸ’ＣｏＹ’ＦｅＺ’を主成分し、原子組成比でＸ’は０〜０．４、Ｙ’は０．２〜０．９５、Ｚは０〜０．５であってもよい。
【００５４】
前記軟磁性膜は非晶質磁性膜であってもよい。
【００５５】
前記非磁性金属膜はＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００５６】
前記非磁性金属膜はＣｕであることが好ましい。
【００５７】
前記非磁性金属膜の厚さは１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であってもよい。
【００５８】
前記硬質磁性膜はＣｏとＭを主成分とし、ＭはＰｔもしくはＰｔ，Ｃｒ，Ｔａより成る群より選ばれる２種以上の元素であることが好ましい。
【００５９】
前記硬質磁性膜はＣｏＰｔより成ってもよい。
【００６０】
前記軟磁性膜はＮｉＸＦｅ１−Ｘ，（ＮｉＸＣｏ１−Ｘ）Ｘ’Ｆｅ１−Ｘ’を主成分とし、前記硬質磁性膜はＣｏＹＦｅ１−Ｙを主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．０、Ｙは０．３〜０．７であってもよい。
前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００６１】
前記軟磁性膜はＮｉＸＦｅ１−Ｘ，（ＮｉＸＣｏ１−Ｘ）Ｘ’Ｆｅ１−Ｘ’を主成分とし、前記硬質磁性膜は（ＣｏＺＦｅ１−Ｚ）Ｚ’Ｖ１−Ｚ’を主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．０、Ｚは０．３〜０．７、Ｚ’は０．９〜０．９８であってもよい。
【００６２】
前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００６３】
前記硬質磁性膜はＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とし、前記軟磁性膜はＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とし、前記非磁性金属膜はＣｕを主成分とし、その膜厚は２〜１０ｎｍであって、それぞれの膜の［１００］方位が膜面に垂直方向に基板にエピタキシャルに積層され、前記信号磁界の方向は概略該非磁性金属膜の［０１１］方向であってもよい。
【００６４】
前記硬質磁性膜の角型比は０．７以上であることが好ましい。
【００６５】
前記多層構造を流れる電流の方向は、前記多層構造の膜面に対し実質的に垂直であってもよい。
【００６６】
本発明のメモリーは、第１磁性膜と、第２磁性膜と、該第１磁性膜と該第２磁性膜とを分離する非磁性金属膜とを含む磁気抵抗変化部と、情報記録のための第１電流と情報読み出しのための第２電流とを流す導体線であって、該第１電流及び該第２電流によって生じる磁界が該磁気抵抗変化部に作用する導体線とを有するメモリー素子であって、該第１磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有しており、該第１磁性膜は、該第１電流によって生じる磁界により該第１磁性膜の磁化を反転しうる保磁力であって、該第２電流によって生じる磁界により該第１磁性膜の磁化を反転しえない保磁力を有しており、該第２磁性膜は、該第２電流によって生じる磁界によって生じる磁界により該第２磁性膜の磁化を反転しうる保磁力を有しており、これにより、該メモリー素子に記録された情報を非破壊的に読み出す不揮発性のメモリー素子であって、そのことによって上記目的が達成される。
【００６７】
前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層した構造を有していもよい。
【００６８】
前記第１磁性膜の両側もしくは片側に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは０．１〜２ｎｍであり、かつ、該磁性膜はＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅのうち少なくとも１種の元素を主成分としてもよい。
【００６９】
前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００７０】
前記第１磁性膜と前記非磁性金属膜との界面と前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは０．１〜１ｎｍであり、かつ、該磁性膜はＣｏを主成分としてもよい。
【００７１】
前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有してもよい。
【００７２】
前記磁気抵抗変化部は、複数の第１磁性膜を含んでおり、該複数の第１磁性膜のそれぞれの保磁力は互いに異なっていてもよい。
【００７３】
前記第１磁性膜の磁化容易軸方向は、前記導体線を流れる前記第１電流及び前記第２電流によって生じる磁界の方向と実質的に一致してもよい。
【００７４】
前記第２磁性膜はＮｉＸＣｏＹＦｅＺを主成分とし、原子組成比でＸは０．６〜０．９、Ｙは０〜０．４、Ｚは０〜０．３であってもよい。
【００７５】
前記第２磁性膜はＮｉＸ’ＣｏＹ’ＦｅＺ’を主成分し、原子組成比でＸ’は０〜０．４、Ｙ’は０．２〜０．９５、Ｚは０〜０．５であってもよい。
【００７６】
前記第２磁性膜は非晶質磁性膜であってもよい。
【００７７】
前記非磁性金属膜はＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００７８】
前記非磁性金属膜はＣｕであることが好ましい。
【００７９】
前記非磁性金属膜の厚さは１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であってもよい。
【００８０】
前記第１磁性膜はＣｏとＭを主成分とし、ＭはＰｔ、もしくはＰｔ，Ｃｒ，Ｔａの群より選ばれる２種以上の元素であることが好ましい。
【００８１】
前記第１磁性膜は半硬質磁性膜であってもよい。
【００８２】
前記第２磁性膜はＮｉＸＦｅ１−Ｘ，（ＮｉＸＣｏ１−Ｘ）Ｘ’Ｆｅ１−Ｘ’を主成分とし、前記第１磁性膜はＣｏＹＦｅ１−Ｙを主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．０、Ｙは０．３〜０．７であってもよい。
前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００８３】
前記第２磁性膜はＮｉＸＦｅ１−Ｘ，（ＮｉＸＣｏ１−Ｘ）Ｘ’Ｆｅ１−Ｘ’を主成分とし、前記第１磁性膜は（ＣｏＺＦｅ１−Ｚ）Ｚ’Ｖ１−Ｚ’を主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．０、Ｚは０．３〜０．７、Ｚ’は０．９〜０．９８であってもよい。
【００８４】
前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００８５】
前記第１磁性膜はＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とし、前記第２磁性膜はＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とし、前記非磁性金属膜はＣｕを主成分とし、その膜厚は２〜１０ｎｍであって、それぞれの膜は（１００）面は膜面に垂直方向に基板上にエピタキシャルに積層され、前記第１電流によって生じる磁界の方向が概略該非磁性金属膜の膜面内［０１１］方向であってもよい。
【００８６】
前記第１磁性膜の角型比は０．７以上であることが好ましい。
【００８７】
本発明の増幅素子は、第１磁性膜と、第２磁性膜と、該第１磁性膜と該第２磁性膜とを分離する非磁性金属膜とを含む磁気抵抗変化部と、信号電流を流す導体線であって、該信号電流によって生じる磁界が該磁気抵抗変化部に作用する導体線と、を有する増幅素子であって、該第１磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有しており、該第１磁性膜は、該信号電流によって生じる磁界により該第１磁性膜の磁化が反転しえない保磁力を有しており、該第２磁性膜は、該信号電流によって生じる磁界により該第２磁性膜の磁化が反転しうる保磁力を有し、そのことによって上記目的が達成される。
【００８８】
前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜とを複数回だけ積層した構造を有していてもよい。
【００８９】
前記第１磁性膜の両側もしくは片側に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは０．１〜２ｎｍであり、かつ、該磁性膜はＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅのうち少なくとも１種の元素を主成分としてもよい。
【００９０】
前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有していてもよい。
【００９１】
前記第１磁性膜と前記非磁性金属膜との界面と前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜との界面のうち少なくとも一方に磁性膜がさらに挿入されており、該磁性膜の厚さは０．１〜１ｎｍであり、かつ、該磁性膜はＣｏを主成分としてもよい。
【００９２】
前記磁気抵抗変化部は、前記第１磁性膜と前記第２磁性膜と前記非磁性金属膜と前記挿入された磁性膜とを複数回だけ積層した構造を有していてもよい。
【００９３】
前記第２磁性膜はＮｉＸＣｏＹＦｅＺを主成分とし、原子組成比でＸは０．６〜０．９、Ｙは０〜０．  ４、Ｚは０〜０．３であってもよい。
【００９４】
前記第２磁性膜はＮｉＸ’ＣｏＹ’ＦｅＺ’を主成分し、原子組成比でＸ’は０〜０．４、Ｙ’は０．２〜０．９５、Ｚは０〜０．５であってもよい。
【００９５】
前記第２磁性膜は非晶質磁性膜であってもよい。
【００９６】
前記非磁性金属膜はＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【００９７】
前記非磁性金属膜がＣｕであることが好ましい。
【００９８】
前記非磁性金属膜の厚さが１ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であってもよい。
【００９９】
前記第１磁性膜は硬質磁性膜であってもよい。
【０１００】
前記第１磁性膜はＣｏとＭを主成分とし、ＭはＰｔ、もしくはＰｔ，Ｃｒ，Ｔａの群より選ばれる２種以上の元素であってもよい。
【０１０１】
前記第２磁性膜はＮｉＸＦｅ１−Ｘ，（ＮｉＸＣｏ１−Ｘ）Ｘ’Ｆｅ１−Ｘ’を主成分とし、前記第１磁性膜はＣｏＹＦｅ１−Ｙを主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．０、Ｙは０．３〜０．７であってもよい。
【０１０２】
前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【０１０３】
前記第２磁性膜はＮｉＸＦｅ１−Ｘ，（ＮｉＸＣｏ１−Ｘ）Ｘ’Ｆｅ１−Ｘ’を主成分とし、前記第１磁性膜は（ＣｏＺＦｅ１−Ｚ）Ｚ’Ｖ１−Ｚ’を主成分とし、Ｘは０．６〜１．０、Ｘ’は０．７〜１．０、Ｚは０．３〜０．７、Ｚ’は０．９〜０．９８であってもよい。
【０１０４】
前記非磁性金属膜がＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかであってもよい。
【０１０５】
前記第１磁性膜はＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とし、前記第２磁性膜はＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とし、前記非磁性金属膜はＣｕを主成分とし、その膜厚は２〜１０ｎｍであって、それぞれの膜の［１００］方位が膜面に垂直方向に基板にエピタキシャルに積層され、前記信号電流によって生じる磁界の方向は概略該非磁性金属膜の［０１１］方向であってもよい。  前記第１磁性膜の角型比は０．７以上であることが好ましい。
【０１０６】
以下、作用について説明する。
【０１０７】
本発明の磁気抵抗効果素子は、硬質磁性膜と非磁性金属膜と軟磁性膜とを含む多層構造を有している。硬質磁性膜の磁化曲線は良好な角型性を有しており、硬質磁性膜の磁化は弱磁界では反転しない。軟磁性膜の磁化は弱磁界でも容易に反転可能である。非磁性金属膜は硬質磁性膜と軟磁性膜との間に設けられており、それによって、硬質磁性膜と軟磁性膜との間の磁気的結合が弱められる。また、硬質磁性膜の磁化容易軸方向が検知すべき磁界の方向と実質的に一致するように硬質磁性膜が形成されている。
【０１０８】
硬質磁性膜を強磁界により一方向に磁化した場合において、硬質磁性膜が磁化された方向とは逆の方向の弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、硬質磁性膜の磁化は反転されないが、軟磁性膜の磁化は信号磁界の方向に反転され、硬質磁性膜の磁化の方向と軟磁性膜の磁化の方向とが反平行となる。この状態にある磁気抵抗効果素子を流れる電流の電子は、主に硬質磁性膜／非磁性金属膜／軟磁性膜の界面に於いて磁気的散乱を受けので、磁気抵抗効果素子の抵抗が増加する。一方、硬質磁性膜が磁化された方向と同一の方向の弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、硬質磁性膜の磁化の方向と軟磁性膜の磁化の方向とは平行となるので、上述した磁気的錯乱が低減され、磁気抵抗効果素子の抵抗が減少する。また、硬質磁性膜はその磁化容易軸方向が検知すべき磁界の方向と実質的に一致するように構成されているので、高い感度を有する。
【０１０９】
また、上記の多層構造を非磁性金属膜を介して複数回積層することにより、それぞれの膜と膜との界面は、磁気的散乱を増加するように作用するので、さらに大きなＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、従来のＦｅ−Ｍｎ等の反強磁性膜を用いたスピンバルブと異なり、一方向に着磁された硬質磁性膜が上記の反強磁性膜と類似の働きをするハード膜スピンバルブ及びその多層膜を用いた磁気抵抗効果素子に関する。
【０１１１】
図１（ａ）は、本発明による磁気抵抗効果素子の構成を示す。その磁気抵抗効果素子は、基板７と、基板７の上に形成された多層構造とを有している。その多層構造は、硬質磁性膜１と非磁性金属膜２と軟磁性膜３とを含んでいる。本明細書では、このような多層構造を有する素子部を磁気抵抗素子部という。硬質磁性膜１の磁化曲線は良好な角型性を有しており、硬質磁性膜１の磁化は弱磁界では反転しない。また、硬質磁性膜１の磁化容易軸方向が検知すべき磁界の方向と実質的に一致するように硬質磁性膜１が形成される。「検知すべき磁界の方向」は、典型的には、磁気抵抗効果素子に印加される信号磁界の方向と同一である。しかし、例外的に、検知すべき磁界の方向と磁気抵抗効果素子に印加される信号磁界の方向とが異なる場合もあり得る。例えば、Ｌ字状のヨークによって外部からの信号磁界の方向が曲げられる場合などがこの場合に該当する。非磁性金属膜２は、硬質磁性膜１と軟磁性膜３との間の磁気的結合を弱めるように硬質磁性膜１と軟磁性膜３との間に設けられている。軟磁性膜３の磁化は弱磁界でも容易に反転可能である。軟磁性膜３は、非磁性金属膜２によって硬質磁性膜１との磁気的結合から隔離されている。
【０１１２】
本明細書では、２０  Ｏｅ以上の保磁力を有する磁性膜を「硬質磁性膜」といい、２０  Ｏｅ未満の保磁力を有する磁性膜を「軟磁性膜」という。１００  Ｏｅ未満の保磁力を有する硬質磁性膜を、特に、「半硬質磁性膜」という。また、本明細書で用いられる保磁力の値は、低周波数の交流（典型的には６０Ｈｚ）での測定値である。
【０１１３】
ただし、本実施例において重要な事は、保磁力の異なる２種類の磁性膜を用いることであって、この時、保磁力の大なる膜を硬質磁性膜とよび、保磁力の小なる方の膜を軟磁性膜とよぶものであり、上記定義は必ずしも重要な事ではない。
【０１１４】
しかしながら、この硬質磁性膜には磁化曲線が良好な角形性を有することが要求される。
【０１１５】
なお、素子として用いる場合は一般的には全膜厚が５０ｎｍ程度あるいはそれ以下で用いないと、抵抗変化分が検出出来ないので、磁性膜の膜厚は２０ｎｍ以下であることが望ましい。
【０１１６】
硬質磁性膜１を強磁界により一方向に磁化した場合において、硬質磁性膜１が磁化された方向とは逆の方向の弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、硬質磁性膜１の磁化は反転されないが、軟磁性膜３の磁化は信号磁界の方向に反転される。その結果、硬質磁性膜１の磁化の方向と軟磁性膜３の磁化の方向とは反平行となる。このように硬質磁性膜１の磁化の方向と軟磁性膜３の磁化の方向とが反平行となることにより、磁気抵抗効果素子を流れる電流の電子は主に硬質磁性膜１／非磁性金属膜２／軟磁性膜３の界面に於いて磁気的散乱を受ける。その結果、磁気抵抗効果素子の抵抗が増加する。一方、硬質磁性膜１が磁化された方向と同一の方向の弱い信号磁界が磁気抵抗効果素子に印加されると、硬質磁性膜１の磁化の方向と軟磁性膜３の磁化の方向とは平行となる。その結果、上述した磁気的錯乱が低減されるので、磁気抵抗効果素子の抵抗が減少する。このような原理に従い、磁気抵抗効果素子は、信号磁界の変化に応じて電気抵抗を変化させる。
【０１１７】
図１（ｂ）は、本発明による磁気抵抗効果素子の他の構成を示す。図１（ｂ）に示される磁気抵抗効果素子は、図１（ａ）に示される［硬質磁性膜１／非磁性金属膜２／軟磁性膜３］の構造を非磁性金属膜２を介して複数回だけ積層した構造を有する。このような積層構造は、［硬質磁性膜１／非磁性金属膜２／軟磁性膜３／非磁性金属膜２］Ｎ（Ｎは繰り返し数）と表わされる。このような積層構造を採用することにより、それぞれの膜と膜との界面での磁気的散乱は増加する。従って、より大きなＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子が得られる。さらに、リソグラフィー等によりこのように積層した磁気抵抗素子部の膜面に垂直方向に電流が流れるようにすれば、それぞれの膜と膜との界面での磁気的散乱はさらに増加する。従って、さらに大きなＭＲ比を有する磁気抵抗効果素子が得られる。
【０１１８】
図３は、本発明による磁気抵抗効果型ヘッドの構成を示す。基板７は、フェライト７−１、もしくは非磁性基板上に形成されたＣｏＮｂＺｒ等のＣｏ系アモルファス材料やＮｉＦｅ等の高透磁率膜７−１と、絶縁膜７−２とを含んでおり、基板７の上に磁気抵抗素子部１０が形成されている。磁気抵抗素子部１０は、図１（ａ）又は図１（ｂ）に示される磁気抵抗効果素子の多層構造と同様の構造を有する。磁気抵抗素子部１０の上には絶縁膜６が形成される。絶縁膜６の上には磁気媒体からの信号磁束を軟磁性膜３に導くヨーク４が形成される。ただし、磁気抵抗素子部１０が磁気媒体からの信号磁束を検知しやすい位置に配置される場合には、ヨーク４は必ずしも必要ではない。また、バルクハウゼンノイズを低減するためには、軟磁性膜３の磁化容易軸方向が磁気抵抗効果素子に印加される信号磁界の方向に直交するように軟磁性膜３が形成されることが望ましい。磁気抵抗素子部１０は、ヨーク４により導かれる弱い信号磁界に応じて磁気抵抗素子部１０の電気抵抗を変化させる。
【０１１９】
なお、必要に応じて、上述した多層構造を有する磁気抵抗素子部にバイアスを印加するためのバイアス磁界用の導体線をその磁気抵抗素子部の近傍に設けてもよいし、その磁気抵抗素子部のうち少なくとも軟磁性膜３を単磁区化するために、その磁気抵抗素子部の端部に反強磁性体膜や硬質磁性膜を付けた構成としてもよい。
【０１２０】
図４は、本発明によるメモリー素子の構成を示す。そのメモリー素子は、磁気抵抗変化部１１と、電流を流す導体線５とを有している。導体線５は、導体線５に流れる電流によって生じる磁界が磁気抵抗変化部１１に作用するように磁気抵抗変化部１１の近傍に配置される。磁気抵抗変化部１１と導体線５とは、絶縁膜６によって絶縁されている。
【０１２１】
磁気抵抗変化部１１は、磁性膜１’と非磁性金属膜２と軟磁性膜３とを含んでいる。磁性膜１’の磁化曲線は良好な角型性を有しており、磁性膜１’の磁化は弱磁界では反転しない。非磁性金属膜２は、磁性膜１’と軟磁性膜３との間の磁気的結合を弱めるように磁性膜１’と軟磁性膜３との間に設けられている。軟磁性膜３の磁化は弱磁界でも容易に反転可能である。軟磁性膜３は、非磁性金属膜２によって磁性膜１’との磁気的結合から隔離されている。
【０１２２】
磁性膜１’は、軟磁性膜３の保磁力より大きい保磁力を有している。さらに、磁性膜１’は、導体線５に流れる電流により生じる最大の磁界より小さい磁界により磁化反転しうる保磁力を有することが必要である。磁性膜１’の磁化の方向に応じてメモリー素子に記録される情報を表現するためである。磁性膜１’は、それの保磁力より強い磁界により磁化されると、それの保磁力より小さい磁界によっては磁化反転しない。
【０１２３】
さらに、図４に示される［磁性膜１’／非磁性金属膜２／軟磁性膜３］の構造を非磁性金属膜２を介して複数回だけ積層した構造を有するように磁気抵抗変化部１１を構成することにより、より大きなＭＲ比を有するメモリー素子を得ることができる。
【０１２４】
次に、本発明によるメモリー素子の動作を説明する。
【０１２５】
メモリー素子に情報を記録する場合には、情報記録のための電流が導体線５に流される。この情報記録のための電流によって生じる磁界により磁性膜１’および軟磁性膜３の磁化が反転される。磁性膜１’には、磁性膜１’の磁化の方向に応じて情報が記録される。例えば、磁性膜１’の磁化が図６（ａ）に示される右向き矢印に沿った方向である場合には、記録される情報は”１”であり、磁性膜１’の磁化が図６（ａ）に示される左向き矢印に沿った方向である場合には、記録される情報は”０”である。
【０１２６】
メモリー素子から情報を読み出すために、情報読み出しのための弱電流が使用される。この情報読み出しのための弱電流により、磁性膜１’の磁化の方向とは逆の方向の弱磁界が磁気抵抗変化部１１に印加されると、磁性膜１’の磁化は反転しないが、軟磁性膜３の磁化はその弱磁界の方向に反転する。その結果、磁性膜１’の磁化の方向と軟磁性膜３の磁化の方向とが反平行となるので、磁気抵抗変化部１１の抵抗が増加する。一方、情報読み出しのための弱電流により、磁性膜１’の磁化の方向と同一の方向の弱磁界が磁気抵抗変化部１１に印加されると、磁性膜１’の磁化は反転しないが、軟磁性膜３の磁化はその弱磁界の方向に反転する。その結果、磁性膜１’の磁化の方向と軟磁性膜３の磁化の方向とは平行となるので、磁気抵抗変化部１１の抵抗が減少する。
【０１２７】
メモリー素子から情報を読み出す場合には、情報読み出しのための弱電流がある方向に導体線５に流され（弱電流による初期化）、その後、情報読み出しのための弱電流がその方向と逆の方向に導体線５に流される（弱電流反転）。例えば、図６（ｂ）は、紙面に垂直に紙面の裏面から表面に向かって弱電流を導体線５に流す場合（弱電流による初期化）を示し、図６（ｃ）は、紙面に垂直に紙面の表面から裏面に向かって弱電流を導体線５に流す場合（弱電流反転）を示している。
【０１２８】
磁性膜１’に記録された情報は、磁気抵抗変化部１１の抵抗の変化として検知される。例えば、磁性体１’に記録された情報が”１”である場合には、弱電流による初期化の場合より弱電流反転の場合の方が磁気抵抗変化部１１の抵抗が増加し、磁性体１’に記録された情報が”０”である場合には、弱電流による初期化の場合より弱電流反転の場合の方が磁気抵抗変化部１１の抵抗が減少する（図６（ｄ））。このようにして、磁性膜１’に記録された情報を非破壊的に読み出すことが実現される。なお、上記の弱電流はパルス型の弱電流でもよい。
【０１２９】
図５は、本発明によるメモリー素子の他の構成を示す。図５に示されるメモリー素子は、図４に示される［磁性膜１’／非磁性金属膜２／軟磁性膜３］の構造を非磁性金属膜２を介して複数回だけ積層した構造を有する。さらに、その積層構造に含まれる複数の磁性膜１’の保磁力は互いに異なっている。所定の信号磁界に対して磁化反転を生じない磁性膜１’の数を所定の値に対応づけることにより、その複数の磁性膜１’に多値情報を記録することが可能となる。このようにして多値情報を記録可能なメモリー素子が実現される。例えば、そのようなメモリー素子は、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示されるように動作する。
【０１３０】
本発明による増幅素子の構成は、磁性膜１’の保磁力を除き、本発明によるメモリー素子の構成と同一である。従って、ここでは詳しい説明は省略する。
【０１３１】
次に、本発明による増幅素子の動作を説明する。
【０１３２】
はじめに、増幅素子は初期化される（図８（ａ））。すなわち、強い電流パルスを導体線５に流すことにより、磁性膜１’の磁化が一方向に固定される。増幅素子は、磁性膜１’の磁化容易軸方向が強い電流パルスによって発生する磁界の方向に実質的に一致するように構成される。
【０１３３】
次に、増幅動作をするために、入力電圧に比例した弱電流が導体線５に流される（図８（ｂ））。交流弱電流によって生じる弱磁界により、磁性膜１’の磁化回転（もしくは磁壁移動）は発生しないが、軟磁性膜３の磁化回転（もしくは磁壁移動）は発生する。従って、［磁性膜１’／非磁性金属膜／軟磁性膜３］を含む磁気抵抗変化部１１の抵抗は、磁性膜１’の磁化の方向と軟磁性膜３の磁化の方向とがなす角度に応じて変化する。これにより、増幅された出力が得られる（図８（ｃ））。
【０１３４】
本発明によるメモリー素子では磁性膜１’が大きな保磁力を有する硬質磁性膜であることは必要とされない点で、本発明によるメモリー素子は本発明による磁気抵抗効果型ヘッドとは異なっている。本発明によるメモリー素子では、磁性膜１’は軟磁性膜３より大きな保磁力を有する半硬質磁性膜であれば足りる。メモリー素子に情報を書き込む際、磁性膜１’の磁化を反転させる必要があるためである。なお、信頼性の観点からは磁性膜１’は硬質磁性膜であることが望ましいが、情報記録のための電流を低減するという観点からは磁性膜１’は半硬質磁性膜であることが望ましい。
【０１３５】
本発明による増幅素子では、磁性膜１’は硬質磁性膜であることが望ましい。信号磁界により磁性体１’の磁化が反転しないことが必要であるからである。しかし、実用上では、磁性膜１’は、硬質磁性膜でなくとも磁化曲線の角型性が良好な磁性膜であれば支障はない。増幅動作時に導体線５に流れる信号電流は小さく、その信号電流によって生じる磁界も小さいからである。
【０１３６】
さらに、上述した磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー素子および増幅素子において、磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と非磁性金属膜２との界面と、軟磁性膜３と非磁性金属膜２との界面のうち少なくとも一方に磁性膜３’を挿入してもよい。この場合、磁性膜３’はＣｏを主成分とする磁性膜であることが好ましく、磁性膜３’の厚さは０．１〜１ｎｍであることが好ましい。磁性膜３’の厚さが０．１ｎｍ以下である場合には、ＭＲ比を向上させる効果が少ない。一方、磁性膜３’を軟磁性膜３の界面に１ｎｍを越えて付けることは望ましくない。軟磁性膜３の軟磁気特性を劣化させるからである。このような磁性膜３’を挿入することにより、それぞれの膜の界面での磁気的散乱がより多くなる。その結果、より大きなＭＲ比を有する素子が得られる。
【０１３７】
あるいは、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と非磁性金属膜２の界面に磁性膜３’を挿入してもよい。磁性膜３’は硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）の両側もしくは片側に設けられる。この場合、磁性膜３’の厚さは０．１から２ｎｍの範囲にあればよく、磁性膜３’の組成はＣｏ，Ｎｉ，Ｆｅのうち少なくとも１種の元素を主成分とするものであればよい。磁性膜３’の厚さが０．１ｎｍより小さい場合には、ＭＲ比を向上させる効果が少ない。一方、磁性膜３’の厚さが２ｎｍ以上である場合には、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）の磁化曲線の角型性や保磁力が劣化しやすい。特に、磁気抵抗効果素子を磁気ヘッド等に使用する場合には、磁性膜３’の膜厚は１ｎｍ以下であることが望ましい。磁性膜１の磁化曲線は良好な角型性を有しており、かつ、磁性膜１は比較的大きな保磁力を有する硬質磁性膜である必要があるからである。
【０１３８】
図２（ａ）は、図１（ａ）に示されるサンドイッチタイプの磁気抵抗効果素子において、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と非磁性金属膜２の界面に磁性膜３’を挿入した例を示す。
【０１３９】
図２（ｂ）は、図１（ｂ）に示される積層タイプの磁気抵抗効果素子において、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と非磁性金属膜２の界面に磁性膜３’を挿入した例を示す。図２（ｂ）では、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）の両面に磁性膜３’を設けた構成となっている。しかし、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）の片面のみに磁性膜３’を設けた構成としてもよい。図２（ｂ）に示される磁気抵抗効果素子は、図２（ａ）に示される磁気抵抗効果素子に比較して、より大きなＭＲ比を示す。
【０１４０】
なお、図１（ｂ）および図２（ｂ）に示されるような積層タイプの磁気抵抗効果素子を使用する場合には、電子の平均自由行程を配慮して、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と非磁性金属膜２と軟磁性膜３と磁性膜３’のそれぞれの膜厚はあまり厚くしないことが好ましい。また、ＭＲ比は構成要素の積層回数とともに増加するが効果が顕著にでるのは３回以上で、１０回以上ではほぼ飽和する傾向を示す。シート抵抗を考慮すると、膜面に垂直方向に電流を流して使用する場合を除いて、積層回数は５回以下であることが望ましい。
【０１４１】
硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）の磁化曲線は良好な角型性を有している必要がある。本明細書では、「良好な角型性」とは角型比Ｓ（＝残留磁化／飽和磁化）が０．７以上あると定義する。
【０１４２】
図９（ａ）〜図９（ｃ）は、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）の角型比Ｓと本発明による磁気抵抗効果素子のＭＲ曲線との関係を示す。図９（ａ）〜図９（ｃ）からわかるように、角型比Ｓが０．７より小さい場合には、零磁界近傍のＭＲ曲線が劣化する。零磁界近傍のＭＲ曲線の劣化は、磁気抵抗効果型ヘッドや増幅素子の再生感度や線形性を劣化させる原因となり、磁性膜１’の磁化反転誤動作により記録再生時のメモリー素子の誤動作を発生させる原因となる。このように、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）は一方向に着磁することによりその磁化状態を保持して弱い磁界では磁化反転しない特性を有することが大切である。
【０１４３】
本発明による磁気抵抗効果型ヘッドでは、磁性膜１の磁化は一方向に固定される。従って、磁性膜１は、大きな保磁力を有する硬質磁性膜であることが必要で、同一組成のもののバルク状態もしくは厚膜状態での保磁力が５００  Ｏｅ以上であることが好ましい。また、磁性膜１は、耐蝕性の良好なものが望ましい。磁性膜１の一例としてはＣｏ０．７５Ｐｔ０．２５，  Ｃｏ０．８４Ｔａ０．０２Ｃｒ０．１４，  Ｃｏ０．７８Ｐｔ０．１０Ｃｒ０．１２，  Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５等があげられ、保磁力、耐食性の観点からはＣｏＰｔが、またＭＲ比の観点からはＣｏＦｅが現段階では最も適した材料である。これらの膜のキュリー温度は、従来のスピンバルブで用いるＦｅ−Ｍｎ膜のネール温度に比べて十分高く、特性の温度依存性も比較的小さく出来る利点がある。
【０１４４】
本発明によるメモリー素子では、磁性膜１’の磁化曲線が良好な角型性を有することは重要であるものの、磁性膜１’の保磁力はさほど必要とされない。情報記録時には導体線に電流を流して磁性膜１’の磁化を反転させる必要があるからである。従って、磁性膜１’は、Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５やＣｏ等の半硬質磁性膜でも良い。磁性膜１’の保磁力は膜厚によっても調整可能である。この用途の場合には、磁性膜１’は、膜厚を３ｎｍ以下とした半硬質磁性膜のＣｏ０．８Ｐｔ０．２等でも良い。
【０１４５】
本発明による増幅素子では、磁性膜１’の磁化は一方向に固定される。従って、磁性膜１’は、保磁力の大きい硬質磁性材料であることが望ましい。しかし、実用上は、磁性膜１’は、半硬質磁性材料であっても良い。導体線５に流れる信号電流が小さいため、その信号電流によって生じる磁界も小さいからである。
【０１４６】
軟磁性膜３は、磁気抵抗変化が生じやすく低磁界で磁化反転しやすい膜であることが必要である。また、軟磁性膜３は低磁歪の膜であることが好ましい。これは実用上磁歪が大きいとノイズの原因となりやすく、素子を作製した際に特性のばらつきが生じるからである。この条件を満足するためには
0003587447.tif 000002
を主成分とし、原子組成比が
0003587447.tif 000003
のＮｉ−ｒｉｃｈの軟磁性膜を使用することが望ましく、その代表的なものにはＮｉ０．８Ｆｅ０．１５Ｃｏ０．０５，  Ｎｉ０．８Ｆｅ０．１Ｃｏ０．１，  Ｎｉ０．６８Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１２等がある。また、軟磁気特性ではこれらよりやや劣るものの、これらより大きな磁気抵抗変化が得られる
0003587447.tif 000004
を主成分し、原子組成比が
0003587447.tif 000005
のＣｏ−ｒｉｃｈの磁性膜を用いても良く、その代表的なものはＣｏ０．４４Ｆｅ０．３Ｎｉ０．２６，  Ｃｏ０．６Ｆｅ０．２Ｎｉ０．２，  Ｃｏ０．７Ｆｅ０．２Ｎｉ０．１  等がある。これらの膜はその組成比が（１’）（２’）式を満足する時、センサーやＭＲヘッド等の磁気抵抗効果素子に要求される低磁歪（１ｘ１０−５の程度かそれ以下）特性を示す。
【０１４７】
あるいは、軟磁性膜３はＣｏ系非晶質合金膜でもよい。Ｃｏ系非晶質合金膜は、上述した軟磁性膜材料に比べてやや比抵抗が高い欠点はあるものの、極めて弱い磁界でも磁化反転が可能であり、ほぼ零磁歪で高透磁率であるという特長を有する。Ｃｏ系非晶質合金膜の代表的なものはＣｏ０．７５Ｆｅ０．０５Ｂ０．２である。
【０１４８】
非磁性金属膜２は、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）との界面および軟磁性膜３との界面での反応が少なく固溶し難いものが望ましい。また、非磁性金属膜２は、磁性膜／非磁性金属膜の平坦で明確な界面が得られるものである必要がある。さらに、非磁性金属膜２は、硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と軟磁性膜３の間の磁気的結合を断つために非磁性であることが必要である。非磁性金属膜２としては、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等が適しており、特にＭＲ特性的にはＣｕが望ましい。非磁性金属膜２の厚さが１０ｎｍより厚くなると素子全体のＭＲ変化率が低下する。従って、非磁性金属膜２の厚さは１０ｎｍ以下とする必要があり、５ｎｍ以下とすることが好ましい。一方、非磁性金属膜２の厚さが１ｎｍ未満となると硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と軟磁性膜３とが磁気的に結合してしまいため、大きな磁気抵抗効果は得られない。
【０１４９】
硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）と非磁性金属膜２との間、又は軟磁性膜３と非磁性金属膜２の間に挿入される磁性膜３’は磁気抵抗効果を増大させる。この効果を得るためには、磁性膜３’はＣｏ、もしくはＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅのうち少なくとも１種の元素を主成分とするものが望ましく、Ｃｏ、Ｃｏ０．９Ｆｅ０．１や、前記の軟磁性膜３のＣｏ０．４４Ｆｅ０．３０Ｎｉ０．２６，  Ｃｏ０．６Ｎｉ０．２Ｆｅ０．２，  Ｃｏ０．７Ｆｅ０．２Ｎｉ０．１等でも良い。
【０１５０】
図３に示される磁気ヘッドのヨーク４は、軟磁性で高透磁率のものが望ましく、Ｃｏ系非晶質磁性合金膜が適しており、一例としてはＣｏ０．８２Ｎｂ０．１２Ｚｒ０．０６等があげられる。
【０１５１】
図４に示されるメモリー素子（もしくは増幅素子）の導体線５は、磁界発生用の低抵抗金属膜線である。マトリックス状にメモリー素子を配置する場合には、図１５（ａ）に示されるように導体線が互いに交差しないタイプのものでもよいし、図１５（ｂ）に示されるように導体線が素子上で互いに交差するタイプのものでもよい。
【０１５２】
図１５（ａ）において、Ｍｉｊ（ｉ＝１〜３；ｊ＝１〜３）は磁気抵抗変化部を表し、Ｗ１〜Ｗ３は導体線（ワード線）を表し、Ｓ１〜Ｓ３は磁気抵抗変化部Ｍｉｊ（図中の黒部）とシャント用の導体部（図中の白部）とからなるセンス線を表す。例えば、磁気抵抗変化部Ｍ１１に情報を記録する場合には、ワード線Ｗ１とセンス線Ｓ１とに電流が流される。その結果、ワード線Ｗ１とセンス線Ｓ１とに流れる電流によって生じる合成磁界により磁気抵抗変化部Ｍ１１に情報が書き込まれる。磁気抵抗変化部Ｍ１１に記録された情報を再生する場合には、ワード線Ｗ１にパルス電流が流される。ワード線Ｗ１に流れる電流により生じるセンス線Ｓ１の抵抗変化を検出することにより、磁気抵抗変化部Ｍ１１に記録された情報が読み出される。
【０１５３】
図１５（ｂ）において、Ｍｉｊ（ｉ＝１〜２；ｊ＝１〜３）は磁気抵抗変化部を表し、Ｗ１〜Ｗ３およびＷ’１およびＷ’２は導体線（ワード線）を表し、Ｓ１およびＳ２は磁気抵抗変化部Ｍｉｊ（図中の黒部）とシャント用の導体部（図中の白部）とからなるセンス線を表す。例えば、磁気抵抗変化部Ｍ１１に情報を記録する場合には、ワード線Ｗ１とワード線Ｗ’１とに電流が流される。その結果、ワード線Ｗ１とワード線Ｗ’１とに流れる電流によって生じる合成磁界により磁気抵抗変化部Ｍ１１に情報が書き込まれる。磁気抵抗変化部Ｍ１１に記録された情報を再生する場合には、ワード線Ｗ１にパルス電流が流される。ワード線Ｗ１に流れる電流により生じるセンス線Ｓ１の抵抗変化を検出することにより、磁気抵抗変化部Ｍ１１に記録された情報が読み出される。
【０１５４】
以下、実施例について本発明を説明する。
【０１５５】
（実施例１）
ターゲットに  Ｎｉ０．６８Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１２（軟磁性膜３），  Ｃｕ（非磁性金属膜２），  Ｃｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜１）を用い（組成はすべて原子％）、多元スパッタ装置により基板上に図１（ａ）に示されたようなサンドイッチタイプの
Ａ：基板／ＣｏＮｉＦｅ（１５）／Ｃｕ（２．２）／ＣｏＰｔ（１０） （（  ）内は厚さ（ｎｍ）を表わす）
及び図１（ｂ）に示されたような積層タイプの
Ａ’：基板／［ＣｏＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（２．２）／Ｃ  ｏＰｔ（５）／Ｃｕ（２．２）］５
の磁気抵抗素子を作製した。なお各膜厚はシャッターで制御し、硬質磁性膜１のＣｏＰｔを着磁し、素子のＭＲ特性を室温、印加磁界１００  Ｏｅで測定したところＭＲ比はＡ、Ａ’を用いたものでそれぞれ４，  ６％、ＭＲ変化が生じる磁界幅はそれぞれ  ３，  ５  Ｏｅであった。図１１の単に保磁力の異なる磁性膜を用いた場合に比べて、本発明のものは微小磁界動作が可能で直線性が改善されており、図１２の反強磁性結合タイプのものに比べては本発明のものは動作磁界が小さく、又図１３の反強磁性膜を用いたスピンバルブのものに比べて、本発明のものはＭＲ比が向上していることがわかる。
【０１５６】
（実施例２）
実施例１と同様にターゲットに  Ｃｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜１），  Ｃｏ０．７Ｎｉ０．１Ｆｅ０．２（軟磁性膜３），  Ｃｕ（非磁性金属膜２）を用いて硬質磁性膜１、非磁性金属膜２、軟磁性膜３、非磁性金属膜２を順次成膜し
Ｂ：基板／［ＮｉＣｏＦｅ（６）／Ｃｕ（２．２）／ＣｏＰｔ（５）／Ｃｕ（２．２）］２０
なる多層膜を作製し、硬質磁性膜１のＣｏＰｔを着磁し、更にリソグラフィー技術を用いてこれを２５μｍ  ｘ  ２５μｍの柱状形状とし、リソグラフィーを用いた４端子法によりそのＭＲ特性を測定したところ、印加磁界１００  ＯｅでＭＲ比は１８％で、ＭＲ変化が生じる磁界幅は２０  Ｏｅであった。
【０１５７】
（実施例３）
フェライト（７−１）と絶縁膜（７−２）より成る基板上にターゲットにＣｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜１），  Ｃｕ（非磁性金属膜２），  Ｎｉ０．６８Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１２（軟磁性膜３）を用いて硬質磁性膜１、非磁性金属膜２、軟磁性膜３を多元スパッタ装置を用いて順次成膜し、硬質磁性膜１のＣｏＰｔを着磁し、更にこの上にターゲットにＳｉＯ２（絶縁膜６），  Ｃｏ０．８２Ｎｂ０．１２Ｚｒ０．０６（ヨーク４）を用いて絶縁膜６とＣｏＮｂＺｒを成膜し、リソグラフィーによりパターニングしてヨーク部４を作製し、下記の構成
Ｃ：基板／ＣｏＰｔ（１５）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＣｏＦｅ（１５）／ＳｉＯ２（１００）／ＣｏＮｂＺｒ（１０００）
及び
Ｃ’：基板／［ＣｏＰｔ（５）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＣｏＦｅ（４）／Ｃｕ（２．２）］３／ＳｉＯ２（１００）／ＣｏＮｂＺｒ（１０００）
より成る、図３に示すような磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）を作製した。
【０１５８】
比較のため従来材料のＮｉ０．８０Ｆｅ０．２０を磁気抵抗効果膜に、Ｃｏ０．８２Ｎｂ０．１２Ｚｒ０．０６をヨークに用いた従来構成のＭＲヘッドを作製した。この従来構成のＭＲヘッドと本発明によるＭＲヘッドとに１００  Ｏｅの交流信号磁界を印加して両ヘッドの再生出力比較を行ったところ、Ｃ及びＣ’の構成の本発明のＭＲヘッドは比較用の従来
ヘッドに比べてそれぞれ約１．５，  ３倍の出力を示すことがわかった。
【０１５９】
（実施例４）
ターゲットに  Ｃｏ０．８Ｐｔ０．２（磁性膜１’），  Ｃｏ０．７Ｎｉ０．１Ｆｅ０．２（軟磁性膜３），  Ｃｕ（非磁性金属膜２）を用いて硬質磁性膜１、非磁性金属膜２、軟磁性膜３を順次成膜し、図１（ａ）に示されたようなサンドイッチタイプの
Ｄ：［ＣｏＮｉＦｅ（１０）／Ｃｕ（２．２）／ＣｏＰｔ（２）］
なる磁気抵抗変化部を作製した。図１４は、この磁気抵抗変化部のＭＲ曲線を示す。この磁気抵抗変化部の上にＳｉＯ２膜絶縁膜を成膜し、更に導体線用のＡｕＣｒを成膜し、図４に示したようなメモリー素子を作製した。
【０１６０】
このメモリー素子の動作を確認すべく、図６（ａ）に示す様に導体線５に電流を流して磁性膜１’を一方向に磁化し、次に図６（ｂ）に示す様に導体線５に弱電流を流して軟磁性膜３を一方向に揃えた後、図６（ｃ）に示す様に導体線５の弱電流を反転してその時の磁気抵抗変化部の抵抗変化を測定したところ、図６（ｄ）に示す様に硬質磁性膜１に記録された磁化方向によってこの抵抗変化が＋（増）か、−（減）かに明確に変化することを確認した。
【０１６１】
（実施例５）
ターゲットに  Ｃｏ０．７８Ｐｔ０．１０Ｃｒ０．１２（硬質磁性膜１），  Ｎｉ０．８Ｆｅ０．１５Ｃｏ０．０５（軟磁性膜３），  Ｃｕ（非磁性金属膜２）を用いて硬質磁性膜１、非磁性金属膜２、軟磁性膜３を順次成膜し、
Ｅ：［ＣｏＰｔＣｒ（５）／Ｃｕ（２．３）／ＮｉＦｅＣｏ（１０）］
なる磁気抵抗変化部を作製し、続いてＳｉＯ２膜絶縁膜をこの上に成膜し、更に導体線用のＡｕＣｒを成膜し、増幅素子を作製した。
【０１６２】
この増幅素子の動作を確認すべく、図８（ａ）に示す様に導体線５に強電流を流して硬質磁性膜１を一方向に磁化し、次に図８（ｂ）に示す様に導体線５に入力交流電圧を印加し弱電流を流して軟磁性膜３の磁化回転を生じさせ、磁気抵抗変化部に電圧を印加しておき、この磁気抵抗変化部の抵抗変化による出力電圧変化を測定したところ、図８（ｃ）に示す様に入力電圧が増幅されることを確認した。
【０１６３】
（実施例６）
ターゲットに  Ｎｉ０．６８Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１２（軟磁性膜３），  Ｃｏ（磁性膜３’），  Ｃｕ（非磁性金属膜２），  Ｃｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜１）を用い（組成はすべて原子％）、多元スパッタ装置により基板上にサンドイッチタイプの
Ｆ：基板／ＮｉＣｏＦｅ（１０）／Ｃｏ（０．２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．２）／ＣｏＰｔ（３） （（  ）内は厚さ（ｎｍ）を表わす）
及び積層タイプの
Ｆ’：基板／［ＮｉＣｏＦｅ（３）／Ｃｏ（０．２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．２）／ＣｏＰｔ（３）／Ｃｏ（０．２）／Ｃｕ（２）］Ｎ／ＮｉＣｏＦｅ（３）（Ｎ＝５，Ｎは積層繰り返し数）
の磁気抵抗素子を作製した。なお各膜厚はシャッターで制御し、硬質磁性膜１のＣｏＰｔを着磁し、素子のＭＲ特性を室温、印加磁界１００  Ｏｅで測定したところＭＲ比はＦ、Ｆ’を用いたものでそれぞれ６，  ８％、ＭＲ変化が生じる磁界幅はそれぞれ  ３，  ５  Ｏｅであった。図１０に積層タイプのものの典型的なＭＲ曲線の一例を示した。
【０１６４】
（実施例７）
ターゲットに  Ｎｉ０．６８Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１２（軟磁性膜３），  Ｃｏ０．７０Ｆｅ０．２０Ｎｉ０．１０（磁性膜３’），  Ｃｕ（非磁性金属膜２），  Ｃｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜１）を用い（組成はすべて原子％）、多元スパッタ装置により基板上に図２（ａ）に示されたようなサンドイッチタイプの
Ｇ：基板／ＮｉＣｏＦｅ（１５）／Ｃｕ（２．３）／ＣｏＮｉＦｅ（０．５）／ＣｏＰｔ（１０） （（  ）内は厚さ（ｎｍ）を表わす）
及び図２（ｂ）に示されたような積層タイプの
Ｇ’：基板／［ＮｉＣｏＦｅ（７）／Ｃｕ（２．２）／ＣｏＮｉＦｅ（０．５）／ＣｏＰｔ（４）／ＣｏＮｉＦｅ（０．５）／Ｃｕ（２．２）］Ｎ（Ｎ＝５，Ｎは積層繰り返し数）
の磁気抵抗素子を作製した。なお各膜厚はシャッターで制御し、硬質磁性膜１のＣｏＰｔを着磁し、素子のＭＲ特性を室温、印加磁界１００  Ｏｅで測定したところＭＲ比はＧ、Ｇ’を用いたものでそれぞれ６，  ９％、ＭＲ変化が生じる磁界幅はそれぞれ  ３，  ５  Ｏｅで、比較として作製した界面にＣｏ７０Ｆｅ２０Ｎｉ１０（磁性膜３’）を挿入しなかったもののＭＲ変化はそれぞれ４，  ６％でこれより低いことがわかった。
【０１６５】
（実施例８）
フェライト（７−１）と絶縁膜（７−２）より成る基板上にターゲットにＣｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜１），  Ｃｕ（非磁性金属膜２），  Ｎｉ０．６８Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１２（軟磁性膜３）、Ｃｏ（磁性膜３’）を用いて多元スパッタ装置により、磁気抵抗素子部
Ｈ：［ＮｉＣｏＦｅ（７）／Ｃｕ（２．１）／Ｃｏ（０．４）／ＣｏＰｔ（４）／Ｃｏ（０．４）／Ｃｕ（２．１）］３
を作製した後、硬質磁性膜１のＣｏＰｔを着磁し、更にこの上にターゲットにＳｉＯ２（絶縁膜６），  Ｃｏ０．８２Ｎｂ０．１２Ｚｒ０．０６を用いて絶縁膜６とＣｏＮｂＺｒを成膜し、リソグラフィーによりパターニングしてヨーク部４を作製し、下記の構成
Ｉ：基板／［ＮｉＣｏＦｅ（７）／Ｃｕ（２．１）／Ｃｏ（０．４）／ＣｏＰｔ（４）／Ｃｏ（０．４）／Ｃｕ（２．１）］３／ＳｉＯ２（１００）／ＣｏＮｂＺｒ（１０００）
より成る、図３に示すような磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）を作製した。
【０１６６】
比較のため従来材料のＮｉ０．８０Ｆｅ０．２０を磁気抵抗効果膜に、Ｃｏ０．８２Ｎｂ０．１２Ｚｒ０．０６をヨークに用いた従来構成のＭＲヘッドを作製した。この従来構成のＭＲヘッドと上記の本発明によるＭＲヘッドとに１００  Ｏｅの交流信号磁界を印加して両ヘッドの再生出力比較を行ったところ、Ｉの構成の本発明のＭＲヘッドは比較用の従来ヘッドに比べて約  ４倍の出力を示すことがわかった。
【０１６７】
（実施例９）
ターゲットに  Ｃｏ０．８Ｐｔ０．２（磁性膜１’），  Ｃｏ０．６Ｎｉ０．２Ｆｅ０．２（軟磁性膜３、磁性膜３’），  Ｃｕ（非磁性金属膜２）を用いて硬質磁性膜１、非磁性金属膜２、軟磁性膜３を順次成膜し、図２（ａ）に示されたようなサンドイッチタイプの
Ｊ：［ＣｏＮｉＦｅ（１０）／Ｃｕ（２）／ＣｏＮｉＦｅ（０．７）／ＣｏＰｔ（２）］
なる磁気抵抗変化部を作製し、続いてＳｉＯ２膜絶縁膜をこの上に成膜し、更に導体線用のＡｕＣｒを成膜し、メモリー素子を作製した。
【０１６８】
このメモリー素子の動作を確認すべく、図６（ａ）に示す様に導体線５に強電流を流して磁性膜１’を一方向に磁化し、次に図６（ｂ）に示す様に導体線５に弱電流を流して軟磁性膜３を一方向に揃えた後、図６（ｃ）に示す様に導体線５の弱電流を反転してその時の磁気抵抗変化部の抵抗変化を測定したところ、図６（ｄ）に示す様に磁性膜１’に記録された磁化方向によってこの抵抗変化が＋（増）か、−（減）かに明確に変化することを確認した。又この出力は従来のＮｉＦｅを用いたメモリー素子に比べて１．５倍以上であることがわかった。なお、本実施例の場合、図６（ａ）〜図６（ｃ）の１’は本実施例の磁性膜１’と磁性膜３’を合わせたものに対応する。
【０１６９】
次に磁気抵抗変化部を
Ｊ’：［ＣｏＮｉＦｅ（６）／Ｃｕ（２）／ＣｏＮｉＦｅ（０．６）／ＣｏＰｔ（２）／ＣｏＮｉＦｅ（０．６）／Ｃｕ（２）］５なる積層膜として同様にメモリー素子を作製し、同様の動作実験をしたところこＪを用いたものよりＪ’を用いたものの方が情報読み出し時の出力電圧が約２倍高くなることを確認した。
【０１７０】
（実施例１０）
ターゲットに  Ｃｏ０．８０Ｐｔ０．２０，  Ｃｏ０．８６Ｃｒ０．１２Ｔａ０．０２，  Ｆｅ０．５Ｎｉ０．５（磁性膜１、１’、１”），  Ｃｕ（非磁性金属膜２）、Ｎｉ０．６８Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１２（軟磁性膜３）を用いて積層タイプの
Ｋ：［ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＣｏＦｅ（４）／Ｃｕ（２．２）／ＣｏＣｒＴａ（３）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＣｏＦｅ（４）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（２．２）／ＮｉＦｅＣｏ（４）］
なる磁気抵抗変化部を作製し、続いてＳｉＯ２膜絶縁膜をこの上に成膜し、更に導体線用のＡｕＣｒを成膜し、図５に示したようなメモリー素子を作製した。
【０１７１】
このメモリー素子の動作を確認すべく、図７（ａ）に示す様に導体線５に電流を流して３種類の磁性膜１、１’、１”と軟磁性膜を磁化反転して情報を記録したものと、磁性膜１、１’（  ＣｏＰｔ，  ＣｏＣｒＴａ）の保磁力よりは小さく、磁性膜１”（ＮｉＦｅ）の保磁力よりは大きい磁界を発生させ、磁性膜１”（ＮｉＦｅ）  と  軟磁性膜３（ＮｉＣｏＦｅ）を磁化反転させて情報を記録したものとを用意した。次に図７（ｂ）に示すように弱電流パルスを導体線５に流して軟磁性膜のみを磁化反転し、その時の磁気抵抗素子部の抵抗変化を測定したところ、図７（ｃ）に示す様に情報記録時に磁化反転した磁性膜（１、１’、１”）の数によってこの抵抗変化の大きさが異なり多重記録が可能なことを確認した。
【０１７２】
次に、実施例１１〜１７に、本発明の他の磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッド、及びメモリー素子の実施例を示す。また、増幅素子についての実施例は示さないが、上述したように、メモリー素子と同様にして構成することができる。
【０１７３】
これらの実施例の磁気抵抗効果素子は、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、保磁力の異なる厚さ１〜２０ｎｍの軟磁性膜２１と厚さ１〜２０ｎｍの硬質磁性膜２３とを交互に積層し、積層される軟磁性膜及び硬質磁性膜２１，２３の相互間に厚さ１〜１０ｎｍの非磁性金属膜２２を介在させた構造を有している。ただし、軟磁性膜２１は主成分が
（ＮｉＸＣｏ１−Ｘ）Ｘ’Ｆｅ１−Ｘ’                    −−−−−−（３）
であり、Ｘ，Ｘ’はそれぞれ原子組成比で
０．６≦Ｘ≦１．０          ０．７≦Ｘ’≦１．０  −−−−−−（４）
である。
【０１７４】
また、硬質磁性膜２３としては、抵抗変化率ΔＲ／Ｒが比較的大きなＣｏＦｅ系でも良く、その主成分は
ＣｏＹＦｅ１−Ｙ                                                              −−−−−−（５）
で、Ｙは原子組成比で
０．３≦Ｙ≦０．７                          −−−−−−（６）
である。
【０１７５】
また、ＣｏＦｅ系にＶを添加したものは角型比が０．９以上と非常に角型性が良く、その主成分は
（ＣｏＺＦｅ１−Ｚ）Ｚ’Ｖ１−Ｚ’                    −−−−−−（７）
で、Ｚ，Ｚ’はそれぞれ原子組成比で
０．３≦Ｚ≦０．７    ０．９≦Ｚ’≦０．９８      −−−−−−（８）
である。特にＶを０．９≦Ｚ’≦０．９８の間で添加した場合、図１７に示すように添加量が少ないとき（０．０２〜０．０４％）はＭＲ曲線の飽和磁界（Ｈｓ）が減少し、メモリー素子として用いるに最適な特性を示し、添加量が多いとき（０．０５〜０．１）はＭＲ曲線の飽和磁界（Ｈｓ）が増加し、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッドに最適な特性を示す。
【０１７６】
非磁性金属膜２２としては、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系磁性材料と界面での反応が少ないものが必要でＣｕ，Ａｇ，Ａｕのいずれかが適している。
【０１７７】
ここで、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果型ヘッドの場合には、上記の軟磁性膜２１は、磁歪が小さくかつ保磁力が小さな角型比の良い軟磁性材料であり、硬質磁性膜２３は、保磁力は比較的大きく、角型比の良い半硬質磁性、硬質磁性材料である。
【０１７８】
また、軟磁性膜２１としては、上記のような３元系でなくとも、軟磁性を示し、かつ抵抗変化率ΔＲ／Ｒが比較的大きなＮｉ−Ｆｅ系やＮｉ−Ｃｏ系の２元系磁性膜でもよい。
【０１７９】
例えば、軟磁性膜２１としては、主成分が
ＮｉｘＦｅ１−Ｘ                                                −−−−−−−−（９）
で、Ｘは原子組成比で
０．７≦Ｘ≦０．９                  −−−−−−−−（１０）
でも良い。また、軟磁性膜２１としては、主成分が
ＮｉＸＣｏ１−Ｘ                                                −−−−−−−−（１１）
で、Ｘは原子組成比で
０．６≦Ｘ≦０．９                  −−−−−−−−（１２）
でも良い。
【０１８０】
また、軟磁性膜２１と硬質磁性膜２３を非磁性金属膜２２を介して積層する場合、軟磁性膜２１を硬質磁性膜２３よりも厚くすると図１８に示すような微小磁界で大きなＭＲ比が得られる。
【０１８１】
軟磁性膜２１と硬質磁性膜２３とは、保磁力が異なり、かつ非磁性金属膜２２によって分離されているため、弱い磁界Ｈが印加されると、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示したように軟磁性の軟磁性膜２１のスピンがまずその方向に回転し（矢印Ａ１で示す）、硬質磁性膜または半硬質磁性の硬質磁性膜２３のスピンはまだ反転しない状態が生ずる（矢印Ｂ１で示す）。従って、このとき軟磁性膜２１と硬質磁性膜２３のスピン配列が互いに逆方向となり、伝導電子のスピン散乱が極大となって大きな電気抵抗値を示す。
【０１８２】
さらに、印加磁界を強くすると、図１６（ｂ）に示したように硬質磁性膜２３のスピンも反転する（矢印Ｂ２で示す）。従って、軟磁性膜２１と硬質磁性膜２３のスピン配列は平行となり、伝導電子のスピン散乱が小さくなり、電気抵抗値は減少する。
【０１８３】
図１９は上記した磁気抵抗効果素子において、磁界Ｈを変化させたときの抵抗変化率ΔＲ／Ｒの変化を示しており、図１９における（１９ａ）の位置は図１６（ａ）の状態に対応し、図１９における（１９ｂ）の位置は図１６（ｂ）の位置に対応する。なお、各磁界Ｈの強さに対応した電気抵抗値をＲＰとし、電気抵抗の最小値をＲｍｉｎとした時に、次式
ΔＲ／Ｒ＝｛（ＲＰ−Ｒｍｉｎ）／Ｒｍｉｎ｝×１００［％］    −−−−（１３）
にしたがって算出し、それを磁界Ｈ−抵抗変化率ΔＲ／Ｒの特性としてグラフ化したものである。
【０１８４】
このようにして、磁界Ｈが比較的小さい領域において、大きな抵抗変化率ΔＲ／Ｒが得られるわけであるが、非磁性金属膜２２がないと、軟磁性膜２１と硬質磁性膜２３とが磁気的にカップリングしてしまい、図１６（ａ）のような状態が実現できないため、大きな磁気抵抗効果は得られない。
【０１８５】
また、軟磁性膜２１は磁歪が小さいことが望ましい。これはＭＲヘッド等に用いた場合には磁歪が大きいとノイズの原因となるためである。
【０１８６】
第（３）式のＮｉ−リッチのＮｉ−Ｃｏ−Ｆｅ系合金は、その組成比が第（４）式を満足するときに、磁歪が小さく軟磁性を示す。その代表的なものはＮｉ０．８Ｃｏ０．１Ｆｅ０．１，Ｎｉ０．８Ｆｅ０．２等である。またさらに、軟磁性を改良したり、耐摩耗性および耐食性を改良するために、第（４）式の組成にＮｂ，Ｍｏ、Ｃｒ，Ｗ，Ｒｕ等を添加しても良い。
【０１８７】
また、第（５）式で示されるＣｏＦｅ系合金は、第（６）式を満足するときに、角型性が良く、かつ半硬質磁性または硬質磁性を示す。
【０１８８】
その上、第（７）式で示されるＣｏＦｅ系合金に、第（８）式を満足するようにＶを添加したものは、添加するＶの量によって自由に保磁力の大きさを変えられ、かつ角型性を良くすることができる。
【０１８９】
このように組成を選ぶことにより、保磁力の異なる軟磁性膜および硬質磁性膜２１，２３が得られる。これら軟磁性膜および硬質磁性膜２１，２３は、その厚さが１ｎｍ  未満ではキュリー温度の低下による室温での磁化の低減等が問題となる。
【０１９０】
また実用上、磁気抵抗効果素子は全膜厚が数十ｎｍで用いられるため、この発明のように積層効果を利用するには、各磁性膜２１，２３を２０ｎｍ以下にする必要がある。その上、軟磁気特性を示す軟磁性膜２１は半硬質磁気特性または硬質磁気特性を示す硬質磁性膜２３よりも一層の膜厚を厚くした場合、軟磁気特性が改善され微小磁界での立ち上がりが急峻になる。しかし、その効果は２０ｎｍ以上では変わらない。従って、これら磁性膜２１，２３の厚さは１〜２０ｎｍとすることが望ましい。
【０１９１】
これらの磁性膜２１，２３の間に介在させる非磁性金属膜２２としては、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｃｏ系磁性膜と界面での反応が少なく、かつ非磁性であることが必要で、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ等が適している。この非磁性金属膜２２の厚さは１ｎｍ未満では軟磁性膜および硬質磁性膜２１，２３が磁気的にカップリングをして、図１６（ａ）のように保磁力の異なる軟磁性膜２１と硬質磁性膜２３のスピンが反平行となる状態の実現が困難となる。
【０１９２】
また、厚さが１０ｎｍを超えると、この磁気抵抗効果を示さない金属非磁性膜層２２部分の電気抵抗が磁気抵抗効果素子全体の抵抗変化を低減させることになる。従って、非磁性金属膜２２の厚さは１〜１０ｎｍとすることが望ましい。
【０１９３】
上述した磁気抵抗効果素子を磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド、メモリー素子及び増幅素子に適用することができる。
【０１９４】
（実施例１１）
スパッタ装置を用いて以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料Ｎｏ．  Ａ２〜Ｃ２）をガラス基板上に作製した。
【０１９５】
Ａ２：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｂ２：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ａｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ（１４）／Ａｕ（２）］
Ｃ２：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ａｇ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｇ（２）］
なお、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅの組成はＮｉ０．８Ｆｅ０．２，Ｎｉ０．８Ｃｏ０．２，Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１Ｆｅ０．１，Ｃｏ０．５−Ｆｅ０．５を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御した。
【０１９６】
同様に、ターゲットにＣｏ０．５Ｆｅ０．５，Ｎｉ０．７Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１を用いて、以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料Ｎｏ．Ｄ２〜Ｆ２）をガラス基板上に作製した。
【０１９７】
Ｄ２：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｅ２：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ａｇ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｇ（２）］
Ｆ２：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ａｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｕ（２）］
を作製した。
【０１９８】
得られた試料Ｎｏ．Ａ２〜Ｆ２の磁気抵抗効果素子の諸特性（室温における抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び立ち上がり部分のスイッチング磁界Ｈｔ）を表１に示す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、電気抵抗の測定については、表１に示される試料を用いて外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を４端子法により測定した。
【０１９９】
【表１】
0003587447.tif 000006
【０２００】
なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表１中の膜のスイッチング磁界Ｈｔは磁化困難軸方向の値である。
【０２０１】
上記の表１から、この実施例の磁気抵抗効果素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔＲ／Ｒを有し、かつ立ち上がりのスイッチング磁界Ｈｔも比較的小さく実用的な特性を示すことが明かである。
【０２０２】
（実施例１２）
同様にスパッタ装置を用いて以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料Ｎｏ．  Ａ３〜Ｃ３）をガラス基板上に作製した。
【０２０３】
Ａ３：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｂ３：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｃ３：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
なお、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖの組成はＮｉ０．８Ｆｅ０．２，Ｎｉ０．８Ｃｏ０．２，Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１Ｆｅ０．１，Ｃｏ０．５Ｆｅ０．４６Ｖ０．０４を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御した。
【０２０４】
同様に、ターゲットにＣｏ０．４９Ｆｅ０．４６Ｖ０．０５，Ｎｉ０．７Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１を用いて、以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料Ｎｏ．Ｄ３〜Ｆ３）をガラス基板上に作製した。
【０２０５】
Ｄ３：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｅ３：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ａｇ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｇ（２）］
Ｆ３：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ａｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｕ（２）］
を作製した。
【０２０６】
得られた試料Ｎｏ．Ａ３〜Ｆ３の磁気抵抗効果素子の諸特性（室温における抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び立ち上がり部分のスイッチング磁界Ｈｔ）を表２に示す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、電気抵抗の測定については、表２に示される試料を用いて外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を４端子法により測定した。
【０２０７】
【表２】
0003587447.tif 000007
【０２０８】
なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表２中の膜のスイッチング磁界Ｈｔは磁化困難軸方向の値である。
【０２０９】
上記の表２から、この実施例の磁気抵抗効果素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔＲ／Ｒを有し、かつ立ち上がりのスイッチング磁界Ｈｔも比較的小さく実用的な特性を示すことが明かである。
【０２１０】
（実施例１３）
同様にスパッタ装置を用いて以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料Ｎｏ．  Ａ４〜Ｃ４）をガラス基板上に作製した。
【０２１１】
Ａ４：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｂ４：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｃ４：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
なお、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖの組成はＮｉ０．８Ｆｅ０．２，Ｎｉ０．８Ｃｏ０．２，Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１Ｆｅ０．１，Ｃｏ０．５２Ｆｅ０．３９Ｖ０．０９を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御した。
【０２１２】
同様に、ターゲットにＣｏ０．５２Ｆｅ０．３１Ｖ０．０７，Ｎｉ０．７Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１を用いて、以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料Ｎｏ．Ｄ４〜Ｆ４）をガラス基板上に作製した。
【０２１３】
Ｄ４：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ａｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｕ（２）］
Ｅ４：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ａｇ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｇ（２）］
Ｆ４：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
を作製した。
【０２１４】
得られた試料Ｎｏ．Ａ４〜Ｆ４の磁気抵抗効果素子の諸特性（室温における抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び立ち上がり部分のスイッチング磁界Ｈｔ，素子の飽和磁界Ｈｓ）を表３に示す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、電気抵抗の測定については、表３に示される試料を用いて外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を４端子法により測定した。
【０２１５】
【表３】
0003587447.tif 000008
【０２１６】
なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表３中の膜のスイッチング磁界Ｈｔは磁化困難軸方向、飽和磁界Ｈｓは磁化容易軸方向の値である。
【０２１７】
上記の表３から、この実施例の磁気抵抗効果素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔＲ／Ｒを有し、かつ立ち上がりのスイッチング磁界Ｈｔも比較的小さく、また大きな飽和磁界Ｈｓを得ることができ磁気抵抗効果素子及び磁気抵抗効果型ヘッドに実用的な特性を示すことが明かである。
【０２１８】
（実施例１４）
同様にスパッタ装置を用いて以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料Ｎｏ．  Ａ５〜Ｃ５）をガラス基板上に作製した。
【０２１９】
Ａ５：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｂ５：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ  （６）／Ｃｕ（２）］
Ｃ５：［Ｃｏ−Ｆｅ（６）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ｃｕ（２）］
なお、Ｃｏ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅの組成は、Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５，Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１Ｆｅ０．１を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御した。
【０２２０】
同様に、ターゲットにＣｏ０．５Ｆｅ０．５，Ｎｉ０．７Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１を用いて、以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料Ｎｏ．Ｄ５〜Ｆ５）をガラス基板上に作製した。
【０２２１】
Ｄ５：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ａｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｕ（２）］
Ｅ５：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ａｇ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｇ（２）］
Ｆ５：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
を作製した。
【０２２２】
得られた試料Ｎｏ．Ａ５〜Ｆ５の磁気抵抗効果素子の諸特性（室温における抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び立ち上がり部分のスイッチング磁界Ｈｔ）を表４に示す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、電気抵抗の測定については、表４に示される試料を用いて外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を４端子法により測定した。
【０２２３】
【表４】
0003587447.tif 000009
【０２２４】
なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表４中の膜のスイッチング磁界Ｈｔは磁化困難軸方向の値である。
【０２２５】
以上の結果から、軟磁性膜を半硬磁性膜よりも厚くすることで立ち上がりが急峻になり、立ち上がりの保磁力が小さくなった。したがって、高感度な磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果ヘッド及びメモリーとして実用的な特性が得られるのは明かである。
【０２２６】
（実施例１５）
同様にスパッタ装置を用いて以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料Ｎｏ．  Ａ６〜Ｃ６）をガラス基板上に作製した。
【０２２７】
Ａ６：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｂ６：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｃ６：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）  ／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
なお、Ｎｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖの組成はＮｉ０．８Ｆｅ０．２，Ｎｉ０．８Ｃｏ０．２，Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１Ｆｅ０．１，Ｃｏ０．４９Ｆｅ０．４９Ｖ０．０２を用い、膜厚はパワーとシャッタースピードで制御した。
【０２２８】
同様に、ターゲットにＣｏ０．４８Ｆｅ０．４９Ｖ０．０３，Ｎｉ０．７Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１を用いて、以下に示した構成の磁気抵抗効果素子（試料Ｎｏ．Ｄ６〜Ｆ６）をガラス基板上に作製した。
【０２２９】
Ｄ６：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ａｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｕ（２）］
Ｅ６：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ａｇ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ａｇ（２）］
Ｆ６：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
を作製した。
【０２３０】
得られた試料Ｎｏ．Ａ６〜Ｆ６の磁気抵抗効果素子の諸特性（室温における抵抗変化率ΔＲ／Ｒ及び立ち上がり部分のスイッチング磁界Ｈｔ，素子の飽和磁界Ｈｓ）を表５に示す。磁化測定は振動型磁力計によって測定した。また、電気抵抗の測定については、表５に示される試料を用いて外部磁界を面内に電流と垂直方向になるようにかけ、磁界を変化させたときの電気抵抗値の変化を４端子法により測定した。
【０２３１】
【表５】
0003587447.tif 000010
【０２３２】
なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパッタし、その磁気抵抗効果は磁界を軟磁性を示す磁性膜膜の磁化困難軸方向に印加して測定した。表５中の膜のスイッチング磁界Ｈｔは磁化困難軸方向、飽和磁界Ｈｓは磁化容易軸方向の値である。
【０２３３】
上記の表５から、この実施例のメモリ素子用磁気抵抗効果型素子は、室温で大きな抵抗変化率ΔＲ／Ｒを有し、かつ立ち上がりのスイッチング磁界Ｈｔも比較的小さく、また小さな飽和磁界Ｈｓを得ることができメモリ素子に実用的な特性を示すことが明かである。
【０２３４】
（実施例１６）
次に上記の磁気抵抗効果素子を用いてＭＲヘッドを作製した。ヘッド作製に用いた磁気抵抗効果薄膜は次の通りである。
【０２３５】
Ａ７：［Ｎｉ−Ｆｅ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｂ７：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｃ７：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
これに用いたＮｉ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅの組成はＮｉ０．５Ｆｅ０．５，Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５，Ｃｏ０．５２Ｆｅ０．３９Ｖ０．０９，Ｎｉ０．７Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１である。
【０２３６】
得られた諸特性（抵抗変化率ΔＲ／Ｒ，出力比）を表６に示す。
【０２３７】
【表６】
0003587447.tif 000011
【０２３８】
なお、膜は軟磁性を示す磁性膜と半硬質磁性を示す磁性膜の容易軸が直交するように磁界中でスパッタした。また、積層周期は３周期とした。表６の抵抗変化率ΔＲ／Ｒはヘッドを作製する前のものである。また出力比は従来のＭＲヘッドと比較したものである。上記の表６から、この実施例のＭＲヘッドは、従来のＭＲヘッドよりも大きな出力が得られることが明かである。
（実施例１７）
次に上記の磁気抵抗効果素子を用いてリソグラフィー技術を用いて図４に示すようなメモリー素子を作製した。メモリー素子作製に用いた磁気抵抗効果薄膜は次の通りである。
【０２３９】
Ａ８：［Ｎｉ−Ｆｅ  （３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｂ８：［Ｃｏ−Ｆｅ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
Ｃ８：［Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ（３）／Ｃｕ（２）／Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ（１４）／Ｃｕ（２）］
これに用いたＮｉ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ，Ｃｏ−Ｆｅ−Ｖ，Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅの組成はＮｉ０．５Ｆｅ０．５，Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５，Ｃｏ０．４９Ｆｅ０．４９Ｖ０．０２，Ｎｉ０．７Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１である。
【０２４０】
測定はまず、導体線５に＋１００ｍＡの電流を流し半硬質磁性膜１の磁化を一方向に磁化させ情報記録を行い、情報読みだしは軟磁性膜３が動作する±５０ｍＡの電流信号を導体線５に流し、その時の抵抗変化（電圧変化）をオシロスコープで測定した。その出力波形を図２０（ａ）に示す。次に、図２０（ａ）とは反対の−１００ｍＡの電流を導体線５に流し、反対に磁化させ情報記録を行い、情報読みだしは±５０ｍＡの電流信号を導体線５に流し、同様に抵抗変化（電圧変化）をオシロスコープで測定した。その出力波形を図２０（ｂ）に示す。これらの実験から、情報記録・再生が可能であることは明かである。
【０２４１】
以下の実施例１８〜２３に、エピタキシャルに形成された非磁性金属膜及び磁性膜を有する磁気抵抗効果素子の実施例を示す。
【０２４２】
これらの実施例の磁気抵抗効果素子は、基板上に、ＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とする硬質磁性膜と、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とする軟磁性膜を、膜厚２〜１０ｎｍのＣｕを主成分とする非磁性金属膜を介して、（１００）面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに積層されており、検知すべき磁界方向が概略Ｃｕ膜の［０１１］方向となるように構成されていることを特徴とする。
【０２４３】
軟磁性膜としては、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とするものが望ましく、原子組成比としては、ＮｉｘＣｏｙＦｅｚ（０．６≦ｘ≦０．９，  ０≦ｙ≦０．４，  ０≦ｚ≦０．３）のＮｉ−ｒｉｃｈの軟磁性膜、もしくはＮｉｘ’Ｃｏｙ’Ｆｅｚ’（０≦ｘ’≦０．４，  ０．２≦ｙ’≦０．９５，  ０≦ｚ’≦０．５）のＣｏ−ｒｉｃｈ膜を用いるのが望ましい。これらの組成の膜はセンサーやＭＲヘッド用として要求される低磁歪（１×１０−５の程度かそれ以下）特性を有する。
【０２４４】
また、硬質磁性膜としてはＣｏを主成分とする膜、望ましくはＣｏＰｔを主成分とする膜がよい。ＣｏＰｔ膜はＣｏ膜に比べて保磁力が大きく磁化が反転しにくいので、硬質磁性膜として優れている。ＣｏＰｔ膜の原子組成比としては、Ｃｏ１−ｘＰｔｘ（０≦ｘ≦０．４）とするのがよい。ｘ＞０．４の場合にはＭＲ比が低下するので好ましくない。またある場合には硬質磁性膜として、ＣｏＦｅ膜を用いるのがよい。この膜を用いると保磁力が比較的小さい値を取る。そうすると例えば、メモリー素子として用いた場合に書き込みが容易となり、書き込み時の導体線に流す電流値を低く押さえることができる。Ｃｏ１−ｘＦｅｘ膜の原子組成比としては、ｘ＝０．５付近が最も適しており、０．３≦ｘ≦０．７の範囲がよく、望ましくは０．４≦ｘ≦０．６の範囲がよい。
【０２４５】
また前記構成においては、基板上または基板上の適当な下地層上に、軟磁性膜から形成した構成としても、硬質磁性膜から形成した構成としても良い。繰り返しの積層回数としては、２〜１０回程度が望ましい。積層回数が１回ではＭＲ変化率が小さく、積層回数が１０回を越えると動作磁界が大きくなる。
【０２４６】
また前記構成においては、Ａｕ，Ｃｒ等、表面に適当な保護層を設けて表面磁性層の酸化等の劣化を防ぐことが望ましい。
【０２４７】
また前記構成においては、Ｓｉ（１００）単結晶基板上に、Ｃｕを主成分とする下地層を介して形成されていることが好ましい。この時Ｃｕ下地層の膜厚としては、少なくとも１ｎｍ以上、厚くても５０ｎｍ以下とするべきである。更に好ましくは５〜５０ｎｍ程度が適当である。Ｃｕ層が１ｎｍ以下ではその上に形成する磁性膜がエピタキシャルに形成されない。またＣｕ層の膜厚が５０ｎｍ以上の場合には下地層の抵抗が小さくなりすぎて、素子の抵抗が低下する可能性がある。
【０２４８】
次に本発明の別の構成の磁気抵抗効果素子においては、基板上に、ＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とする硬質磁性層と、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とする軟磁性層を、膜厚２〜１０ｎｍのＣｕを主成分とする非磁性中間層を介して積層した多層膜において、非磁性中間層に更に膜厚０．１〜０．４ｎｍのＡｇまたはＡｕを主成分とする第二の非磁性中間層を挿入することを特徴とする。
【０２４９】
また前記第２の非磁性層においては、Ａｇを主成分とすることがより好ましい。
【０２５０】
また前記多層膜が、（１００）  面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに成長し、検知すべき磁界方向が概略多層膜の［０１１］方向となるように構成されていることが望ましい。
【０２５１】
また前期多層膜がＳｉ（１００）単結晶基板上に、Ｃｕを主成分とする下地層を介して形成されていることが望ましい。
【０２５２】
次に本発明の別の構成の磁気抵抗効果素子においては、非磁性層を介して磁性層を積層した多層膜において、膜厚１〜１０ｎｍのＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とする軟磁性層が非磁性層を介して少なくとも２層以上連続しており、ＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とする硬質磁性層と前記連続した軟磁性層が非磁性層を介して積層した構成をとることを特徴とする。
【０２５３】
前記構成においては、軟磁性層と硬質磁性層間の非磁性層の膜厚が、連続した軟磁性層間および連続した硬質磁性層間の非磁性層の膜厚よりも厚いことが望ましい。
【０２５４】
前記構成においては、非磁性層がＣｕを主成分とすることが望ましい。
【０２５５】
また前記構成においては、非磁性層のうち、軟磁性層間のものはＣｕを主成分とする単層からなり、軟磁性層と硬質磁性層間のものはＣｕを主成分とした層の中間に、ＡｇまたはＡｕを挿入した構成とすることが望ましい。
【０２５６】
前記構成においては、多層膜が、（１００）面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに成長し、検知すべき磁界方向が概略Ｃｕ膜の［０１１］方向となるように構成されていることが望ましい。
【０２５７】
次に本発明の別の構成においては、非磁性層を介して磁性層を積層した多層膜において、膜厚１〜１０ｎｍのＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とする軟磁性層が非磁性層を介して少なくとも２層以上連続しており、膜厚１〜１０ｎｍのＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とする硬質磁性層が非磁性層を介して少なくとも２層以上連続しており、前記連続した軟磁性層と硬質磁性層が非磁性層を介して積層した構成をとり、軟磁性層と硬質磁性層間の非磁性層の膜厚が、連続した軟磁性層間および連続した硬質磁性層間の非磁性層の膜厚よりも厚いことを特徴とする。
【０２５８】
前記構成においては、非磁性層がＣｕを主成分とすることが望ましい。
【０２５９】
また前記構成においては、非磁性層のうち、連続した軟磁性層間および連続した硬質磁性層間のものはＣｕを主成分とする単層からなり、軟磁性層と硬質磁性層間のものはＣｕを主成分とした層の中間に、ＡｇまたはＡｕを挿入した構成が望ましい。
【０２６０】
また前記構成においては、多層膜が、（１００）面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに成長し、検知すべき磁界方向が概略多層膜の［０１１］方向となるように構成されていることが望ましい。
【０２６１】
本発明の磁気メモリー素子は、前述の磁気抵抗効果素子をメモリー素子に応用したものであり、基本的な構成としては、ＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とする硬質磁性層と、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とする軟磁性層を、膜厚２〜１０ｎｍのＣｕを主成分とする非磁性中間層を介して、（１００）面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに積層された素子部分と、素子部分の近傍に電気的絶縁膜を介して設けられた導体線からなり、記録すべき磁化の方向が概略Ｃｕ膜の膜面内［０１１］方向となるように構成されていることを特徴とする。
【０２６２】
本発明の増幅素子は、前述の磁気抵抗効果素子を増幅素子に応用したものであり、基本的な構成としては、ＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とする硬質磁性層と、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とする軟磁性層を、膜厚２〜１０ｎｍのＣｕを主成分とする非磁性中間層を介して、（１００）面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに積層された素子部分と、素子部分の近傍に電気的絶縁膜を介して設けられた導体線からなり、動作する磁性層の磁化の方向が概略Ｃｕ膜の［０１１］方向となるように構成されていることを特徴とする。
【０２６３】
本発明の磁気ヘッドは、前述の磁気抵抗効果素子を磁気ヘッドに応用したものであり、基本的な構成としては、ＣｏまたはＣｏＰｔまたはＣｏＦｅを主成分とする硬質磁性層と、ＮｉＦｅまたはＮｉＦｅＣｏを主成分とする軟磁性層を、膜厚２〜１０ｎｍのＣｕを主成分とする非磁性中間層を介して、（１００）面が膜面に垂直方向にエピタキシャルに積層された素子部分と、素子部分と共通の磁路を形成すべく設けられたヨークからなり、動作する磁性層の磁化の方向が概略Ｃｕ膜の［０１１］方向となるように構成されていることを特徴とする。
【０２６４】
以下の実施例の構成によれば、基板にエピタキシャルに結晶が成長しているために、島状成長など不均一な薄膜成長が起こりにくい。人工格子の磁気抵抗効果においては、磁性膜と非磁性金属膜の界面の寄与が大きいとされているが、エピタキシャル膜は均一な結晶成長のために平坦な界面が実現され、大きな磁気抵抗効果が得られる。また結晶面の（１００）面が基板面に平行な［ＮｉＦｅ／Ｃｕ］、［Ｃｏ／Ｃｕ］エピタキシャル膜は、（１１１）膜に比べて磁性相関の結合が弱く、低磁場で磁化反転を起こすためには（１００）方位が適している。（１００）エピタキシャル膜をＭＲ素子として利用する場合、磁界を概略Ｃｕ層の膜面内［０１１］方向に印加する必要がある。（１００）エピタキシャル膜は、膜面内［０１１］方向にＮｉＦｅやＮｉＦｅＣｏ層の磁化容易軸があるため、その方向に磁界を印加して測定した方が、動作磁界を低下でき、ＭＲ値も大きくなる。
【０２６５】
エピタキシャル膜を作製する基板としてはＳｉ（１００）単結晶が適している。Ｓｉ基板は半導体素子製造用に大量に生産されているので安価に入手可能である。Ｓｉ（１００）基板をフッ酸で処理して表面の酸化膜を取り除くと、Ｃｕを室温でエピタキシャルに成長させることが可能である。この方法は、Ｓｉ基板をあらかじめ真空中で高温に加熱したりする必要がないので優れている。下地のＣｕ層の膜厚としては、１〜５０ｎｍ、更に好ましくは５〜５０ｎｍ程度が適当である。１ｎｍ以下ではＣｕ上にエピタキシャルに素子を作製するのが困難であり、５０  ｎｍ以上ではＣｕ層が抵抗が低いためにＭＲ比が低下してしまう。
【０２６６】
磁気抵抗効果素子のエピタキシャル成長を利用する製造方法としては、スパッタリング法、真空蒸着法等の薄膜製造方法が優れている。特に真空蒸着法を用いた場合には、通常ガラス基板上に薄膜を製造すると、結晶粒が島状に成長しやすく、平滑な界面が形成されにくい。上記の本発明の製造方法を用いれば、単結晶基板上にエピタキシャルに薄膜を形成するので、平滑な磁性膜／非磁性金属膜の界面を形成でき、大きなＭＲ比を実現することができる。
【０２６７】
また、本発明の磁気抵抗効果素子の非磁性金属膜としては、Ｃｕ層が適している。Ｃｕ層の膜厚が薄いと磁性膜間の相互作用が大きくなり、磁気抵抗素子の動作磁界が増大するので、少なくとも２ｎｍ以上、望ましくは５ｎｍ以上必要である。またＣｕ層の膜厚が１０ｎｍ以上になると電子の平均自由行程を考慮すると、磁気抵抗比が低下するので、それ以下とする必要がある。Ｃｕ層中にＡｇ層、Ａｕ層を０．１〜０．４ｎｍ挿入すると、ＭＲ値はほとんど変化せずに動作磁界が低下する。この原因としては、磁性相関の相互作用は非磁性金属膜の伝導電子を介して行われるが、Ｃｕ層中に別の原子層を導入することにより、Ｃｕ層の波動関数が乱され、磁性相関の相互作用が低下し、磁性膜がそれぞれ独立に回転しやすくなるためと考えられる。挿入する磁性膜としては、Ａｇ層でもＡｕ層でもよいが、望ましくはＡｇ層がよい。膜厚としては、少なくとも０．１ｎｍ以上あれば効果があるが、効果が大きいのは０．２ｎｍ以上である。また０．４ｎｍ以下の膜厚であればＭＲ値の低下はほとんどないが、それ以上ではエピタキシャルの配向性が大きく乱れ、ＭＲ値は低下し、磁性膜の結晶異方性も低下する。
【０２６８】
また本発明の磁性膜の膜厚としては、１〜１０ｎｍとするのがよい。特に軟磁性膜は膜厚が薄いと軟磁気特性が劣化するので少なくとも１ｎｍ以上望ましくは３ｎｍ以上の膜厚とするのがよい。また電子の平均自由行程を考慮すると、［硬質磁性膜／非磁性金属膜／軟磁性膜］を非磁性金属膜を介して２層以上積層する場合には各磁性膜の膜厚は１０ｎｍ以下とすることが望ましい。
【０２６９】
また本発明の別の磁気抵抗効果素子は、図２３に示すように、磁性膜を非磁性金属膜を介して積層する際、２層以上連続した軟磁性膜を用いる。そうしてこの連続した軟磁性膜間の非磁性金属膜の膜厚に適当なものを選ぶことにより、軟磁性膜間の結合を強磁性的なものとすることができる。そうすると単に一層の膜厚の厚い軟磁性膜を用いた場合よりも、軟磁性膜の保磁力を小さくすることができ、従って、より小さい磁界で動作するＭＲ素子を作製可能である。また一層の膜厚の厚い軟磁性膜に比べ、連続した軟磁性膜は、磁性膜／非磁性金属膜の界面数が増加するためＭＲ比が増加する。連続した軟磁性膜間の膜厚としては、軟磁性膜間に強磁性結合をおこすのに適当な膜厚で、０．２〜０．７ｎｍまたは１．１〜１．７ｎｍ程度、より望ましくは、０．５ｎｍまたは１．５ｎｍ程度が良い。
【０２７０】
また本発明の別の磁気抵抗効果素子は、図２４に示すように、磁性膜を非磁性金属膜を介して積層する際、２層以上連続した軟磁性膜及び２層以上連続した硬質磁性膜を用いる。軟磁性膜を連続して用いることにより、上記と同様な効果を期待できる。また硬質磁性膜を連続して用いることにより、一層の厚い硬質磁性膜を用いる場合に比べて、磁性膜／非磁性金属膜の界面数を増加させ、ＭＲ比を増加させることができる。硬質磁性膜間の非磁性金属膜の膜厚としては、軟磁性膜間の非磁性金属膜の膜厚と同様で、硬質磁性膜間に強磁性結合をおこすのに適当な膜厚で、０．２〜０．７ｎｍまたは１．１〜１．７ｎｍ程度、より望ましくは、０．５ｎｍまたは１．５ｎｍ程度が良い。
【０２７１】
また本発明の磁気抵抗効果素子はメモリー素子や増幅素子の応用に適している。図２６に本発明の磁気抵抗効果素子のＭＲ曲線の一例を示す。高抵抗の状態と低抵抗の状態が小さな磁界で角形性よく切り替わっていることがわかる。従ってこのような膜をメモリー素子として用いると、信頼性の高い記録および読み出しが可能である。また増幅素子として用いた場合には安定した出力を得ることができる。また本発明のメモリー素子は膜厚を変化させたり、ＣｏＰｔ膜の組成を変化させることにより、硬質磁性膜１０１の保磁力をある程度自由に変化させることができる。従って、導体線５の書き込み能力に応じて適当な大きさの保磁力の硬質磁性膜を作製することができる。
【０２７２】
絶縁層６としては［硬質磁性膜１０１／非磁性金属膜１０２／軟磁性膜１０３］よりなる素子部を磁化する導体線５が近くなるようできるだけ薄いほうが望ましい。導体線５が近ければ近いほど同じ電流で大きな磁界を発生する事が可能となり、また少ない電流で素子部を磁化する事ができる。しかし、発熱による特性劣化や絶縁性の問題より膜厚は最低５ｎｍ以上必要で、硬質磁性材料５を磁化させる（情報を書き込む）ための磁化を発生できる磁界範囲から１μｍ以下が望ましい。絶縁材料としては加工性、平坦性などからＳｉＯ２が特に良いが、絶縁性が取れるものであればどんな材料でもかまわない。
【０２７３】
導体線５はメモリー素子として使用する場合は、図４に示すようにストライプ状に形成いてもよい。また、マトリックス的にメモリー素子を配置する場合には、図１５（ａ）に示したように交差しないものでも良いし、図１５（ｂ）に示したように素子上で交差するタイプのものでも良い。
【０２７４】
また本発明の磁気抵抗効果素子は前述のように、低磁界で大きな磁気抵抗変化を生じるので、磁気ヘッドへの応用に適している。ただし、本発明の磁気抵抗効果素子は、エピタキシャル膜を用いているため、従来のフェライト基板上には作製が困難であり、磁気ヘッドの構成上、特別な配慮が必要である。図２９に本発明の磁気ヘッドの基本的な構成の一例を示す。図ではＭＲ素子がＳｉ基板１０７上に作製されており、そのうえに絶縁膜１１０が形成されている。絶縁膜の材料としては、Ａｌ２Ｏ３等種種あるが、ＳｉＯ２が優れている。絶縁膜の上にはさらにヨーク１１１が形成されている。ヨーク１１１はＭＲ素子１０９と、絶縁膜が薄くなっている部分で磁気的につながっており、ともに磁路を形成する。ヨークの材料としては、軟磁性で高透磁率のものが望ましく、一例としてはＣｏ系の非晶質磁性膜があげられる。磁気記録媒体から漏れる磁束は、図では左側から直接ＭＲ素子に入り、電気信号に変換される。
【０２７５】
（実施例１８）
基板としてＳｉ（１００）単結晶を用い、超高真空蒸着装置を用いて磁気抵抗効果素子を作製した。まず、Ｓｉ（１００）  基板を７％フッ酸溶液で処理して、表面の酸化膜を取り除き、純水で基板をよく洗浄した。これを超高真空蒸着装置の中に挿入して、約２×１０−９Ｔｏｒｒの真空中で以下の構成のＣｕ下地層および積層膜を形成した。
【０２７６】
Ａ９：Ｓｉ（１００）／Ｃｕ（５０）／［Ｃｏ（３）／Ｃｕ（６）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（６）］１０（（  ）内は厚さ（ｎｍ）を表わす。但し、Ｓｉ（１００）は単結晶基板を表す。上付きの数字１０は［    ］内を１０回繰り返して積層したことを示す。）
このとき、蒸発源としてはＣｕはクヌーセンセルを用い、Ｃｏ，ＮｉＦｅは電子ビーム蒸発源を用いた。クヌーセンセルは高融点の物質を蒸発させるのは困難であるが、安定した蒸発速度で蒸着する事ができ高品位の薄膜を得るのに適している。したがってＣｕや後で述べるＡｇはクヌーセンセルを利用することが望ましい。ＮｉＦｅはあらかじめ作製したＮｉ０．８Ｆｅ０．２（組成は原子数比）合金の蒸発源を用いた。膜がエピタキシャルに成長しているかどうかは製膜中ＲＨＥＥＤ（反射高速電子線回折）を用いてモニターした。その結果、膜面垂直方向ではＳｉ（１００）／／Ｃｕ（１００）／／Ｃｏ（１００）／／ＮｉＦｅ（１００）、膜面内では、Ｓｉ［００１］／／Ｃｕ［０１１］／／Ｃｏ［０１１］／／ＮｉＦｅ［０１１］の関係でエピタキシャルに成長していた。また作製後Ｘ線回折で確かめたところ、Ｃｕの（２００）の鋭いピークはみられたが、（１１１）および（２２０）に相当するピークはみられなかった。比較のため、ガラス基板上にＣｒ下地を５ｎｍ形成した後、同じ構成の磁気抵抗効果素子を形成した。磁気抵抗効果は室温で最大５００Ｏｅの印加磁界で４端子法を用いて測定した。この際、磁界は基板表面でＣｕ膜の膜面内［００１］および［０１１］方向の２方向に磁界を印加して測定した。その結果を図２７（ａ）に示す。図２７（ａ）で横軸は外部より印加した磁界であり、縦軸はＭＲ比を表している。また図２７（ａ）で実線は磁界をＣｕ膜の［０１１］方向に印加して測定した結果であり、点線は［００１］方向に印加して測定した結果である。図２７（ａ）で［０１１］方向に磁界を印加した場合、ＭＲ比が大きくかつ、急峻に抵抗が変化していることがわかる。またこれをガラス基板上に作製した膜のＭＲ曲線（図２７（ｂ））と比較すると、抵抗変化の直線性がよく、かつ原点付近で急峻に変化していることがわかる。図２７（ｂ）の場合は基板のどちらの方向に磁界を印加しても磁界の方向による依存性はほとんどみられなかった。なお図２７（ａ）の場合、下地のＣｕ層の膜厚が厚いためにＭＲ比が小さくなっているが、下地層を薄くすることにより、ＭＲ比を大きくすることができる。実際、下地Ｃｕ層の膜厚を５ｎｍとして実施例Ａ９と同様にして素子を作製すると、結晶性は多少低下するが、ＭＲ比は約１０％でＭＲ曲線の形はほぼ図２７（ａ）と同様の素子を得ることができた。
【０２７７】
以上は硬質磁性膜としてＣｏ層を用いた場合について説明したが、ＣｏＰｔ層を用いるとさらにＭＲ比を大きくすることができる。ＣｏＰｔ層を用いる際には、ＣｏとＰｔの蒸発源を別々に用いて、同時蒸着し、原子組成がだいたいＣｏ０．８Ｐｔ０．２となるようにした。このようにして作製した
Ａ９’：Ｓｉ（１００）／Ｃｕ（５０）／［ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（６）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（６）］１０
のＭＲ比は８％程度でありＡ９に比べて１％程度上昇した。
【０２７８】
（実施例１９）
実施例１８と同様の方法で、図２２のタイプの
Ｂ９：Ｓｉ（１００）／Ｃｕ（５０）／［Ｃｏ（３）／Ｃｕ（２．５−ｘ／２）／Ａｇ（ｘ）／Ｃｕ（２．５−ｘ／２）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（２．５−ｘ／２）／Ａｇ（ｘ）／Ｃｕ（２．５−ｘ／２）］１０
膜を作製した。このときＡｇはＣｕと同様にクヌーセンセルを用いて蒸着した。クヌーセンセルはこのように薄い膜を精度よく作製するのに適している。Ｂ９において、ｘ＝０，  ０．１，  ０．２，  ０．４とした場合のＭＲ曲線を図２８（ａ）〜図２８（ｄ）に示す。Ａｇの膜厚が０．１，０．２ｎｍのものは、［０１１］方位で測定すると、ＭＲ曲線が原点近傍で急速に立ち上がっていることがわかる。Ａｇ厚０．４ｎｍ以上では結晶性が乱されＭＲ比が低下するとともに、方向性がなくなる。Ｂ９の膜のｘ＝０．２，Ｃｕ下地を５ｎｍとすることにより、最大のＭＲ曲線の傾きＭＲ／ΔＨ＝１．３％／Ｏｅを得た。
【０２７９】
また、サンドイッチタイプの
Ｃ９：Ｓｉ（１００）／Ｃｕ（５）／ＮｉＦｅ（１０）／Ｃｕ（５）／Ｃｏ（１０）
Ｄ９：Ｓｉ（１００）／Ｃｕ（５）／ＮｉＦｅ（１０）／Ｃｕ（２．４）／Ａｇ（０．２）／Ｃｕ（２．４）／Ｃｏ（１０）
膜においても、ガラス基板上に作製した。
【０２８０】
比較例：ガラス／Ｃｒ（５）／ＮｉＦｅ（１０）／Ｃｕ（５）／Ｃｏ（１０）
と比較すると、比較例のＭＲ比が１．５％であるのに対してＣ９，Ｄ９はそれぞれ３．５％，４．３％と大幅に改善された。
【０２８１】
軟質磁性膜／非磁性金属膜の界面にＣｏ層を挿入することもＭＲ比を大きくする効果がある。このようにして作製した磁気抵抗効果素子、
Ｃ９’：Ｓｉ（１００）／Ｃｕ（５）／ＮｉＦｅ（１０−ｔ）／Ｃｏ（ｔ）／Ｃｕ（５）／Ｃｏ（１０）
を作製した。この膜のＭＲ比は、ｔ＝０．２，０．５，  １．０，  ２．０に対してそれぞれ、４．０，  ５．０，  ４．５，  ３．５％であった。挿入するＣｏの膜厚としては、０．１ｎｍ以上１．０ｎｍ以下がよい。以上はサンドイッチ膜について説明したが、多層積層膜に対しても、界面へのＣｏ挿入は効果がある。
【０２８２】
また以上の例では軟磁性膜としてはＮｉ０．８Ｆｅ０．２膜を用いたがＮｉＦｅＣｏ膜を用いると、さらにＭＲ比を向上させることができる。例えばをＣ９膜のＮｉＦｅ層をＮｉ０．７Ｃｏ０．１Ｆｅ０．２膜と置き換えた構成の膜はＭＲ比が４．５％と約１％増加した。
【０２８３】
またこれらの膜上にスパッタ法でＳｉＯ２絶縁膜および導体線用のＡｕ／Ｃｒ膜を続けて製膜し、メモリー素子を作製した。このメモリー素子の動作を確認すべく、図６（ａ）に示すように導体線５に強電流を流して硬質磁性膜１’（１０１）を一方向に磁化し、次に図６（ｂ）に示すように導体線５に弱電流を流して軟磁性膜３（１０３）を一方向に揃えた後、図６Ｃに示すように導体線５の弱電流を反転してその時の磁気抵抗素子部の抵抗変化を測定したところ、図６（ｄ）に示す様に硬質磁性膜１’（１０１）に記録された磁化方向によってこの抵抗変化が＋（増加）か、−（減少）かに明確に変化する事を確認した。そしてこの変化量が比較例に比べて、Ｃ９が約２倍、Ｄ９が約３倍であった。さらにＤ９の膜において、硬質磁性膜としてＣｏではなくＣｏ０．５Ｆｅ０．５膜を用いて全くＤ９膜と同様の方法で、メモリー素子を作製すると、変化量は比較例に比べて４倍であった。
【０２８４】
以上は図４に示すような［硬質磁性膜／非磁性金属膜／軟磁性膜］のいわゆるサンドイッチタイプについて説明したが、図２５に示すような多層タイプや図２１〜図２４に示すタイプにも本発明は有効である。ただしメモリー素子として利用する場合には角形性が大変重要であり、図４に示すサンドイッチタイプで、非磁性金属膜をＣｕ／Ａｇ／Ｃｕとした膜がよい。
【０２８５】
また図４および図６では、導体線５は１本の線から構成されているが、２本以上の導体線がある場合も本発明は有効である。例えばマトリックス上に配置された導体線の１つの格子点で、その２本の導体線を流れる電流による形成される合成磁界でその格子点に書き込むことなどが考えられる。
【０２８６】
さらに同じ素子を増幅素子として動作を確認する実験を行った。図８（ａ）に示すように導体線５に強電流を流して半硬質磁性膜１’（１０１）を一方向に磁化し、次に図８（ｂ）に示すように導体線５に入力交流電圧を印加しておき、この導体部の抵抗変化による出力電圧変化を測定したところ、図８（ｃ）に示すように入力電圧が増幅されることを確認した。出力電圧の大きさを比較すると、比較例に比べてＣ９，Ｄ９はそれぞれ２、３倍であった。またＣ９，Ｄ９は比較例に比べてノイズが低かった。
【０２８７】
また、実施例Ｃ９の膜を用いて、スパッタ法を用いてＳｉＯ２絶縁膜およびＣｏ０．  ８２
Ｎｂ０．１２Ｚｒ０．０６ヨーク膜を作製し、磁気ヘッドとして試作した。その結果、本発明の磁気ヘッドの出力は、同様にして記録した従来のＮｉＦｅを用いて作製した磁気ヘッドの出力の約２倍であった。
【０２８８】
（実施例２０）
実施例１８および実施例１９と同様にして、図２３のタイプの
Ｅ９：Ｓｉ（１００）／Ｃｕ（５）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（０．５）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（０．５）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（５）／Ｃｏ（１０）
Ｆ９：Ｓｉ（１００）／Ｃｕ（５）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（０．５）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（０．５）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（２．４）／Ａｇ（０．２）／Ｃｕ（２．４）／Ｃｏ（１０）
を作製した。Ｅ９およびＦ９のＭＲ比はそれぞれ５，  ６％と、Ｃ９，Ｄ９の膜のＭＲ比を上回っている。
【０２８９】
（実施例２１）
実施例１８〜実施例２０と同様にして、図２４のタイプの
Ｇ９：Ｓｉ（１００）／Ｃｕ（５）／［Ｃｏ（３）／Ｃｕ（１．５）／Ｃｏ（３）／Ｃｕ（６）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（１．５）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（６）］３
Ｈ９：Ｓｉ（１００）／Ｃｕ（５）／［Ｃｏ（３）／Ｃｕ（１．５）／Ｃｏ（３）／Ｃｕ（２．４）／Ａｇ（０．２）／Ｃｕ（２．４）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（１．５）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（６）］３
膜を作製した。Ｇ９膜のＭＲ比は１０  Ｏｅで約１０％を示した。Ｈ９膜のＭＲ比は１０  Ｏｅで１２％を示した。
【０２９０】
（実施例２２）
実施例１８〜実施例２１と同様の方法を用い、ガラス基板上に、
Ｉ９：ガラス／Ｃｒ（５）／［ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（５）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／Ｃｕ（１．５）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／Ｃｕ（５）］３Ｊ９：ガラス／Ｃｒ（５）／［ＣｏＰｔ（１．５）／Ｃｕ（０．５）／ＣｏＰｔ（１．５）／Ｃｕ（５）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／Ｃｕ（１．５）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／Ｃｕ（５）］３
比較例：ガラス／Ｃｒ（５）／［ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（５）／ＮｉＦｅＣｏ（６）／Ｃｕ（５）］３
を作製した。なお、Ｃｏ０．９Ｐｔ０．１（原子組成比）は、ＣｏとＰｔをそれぞれ別々の蒸発源から同時に蒸発させた。Ｎｉ０．３Ｆｅ０．５Ｃｏ０．２は合金蒸発源を用いた。これらの膜のＭＲ比を測定したところ、比較例のＭＲ比が４％であるのに対していＩ９，Ｊ９膜のＭＲ比はそれぞれ、６，７％であった。
【０２９１】
（実施例２３）
実施例１８〜実施例２２と同様な方法で、硬質磁性膜としてはＣｏ０．８Ｐｔ０．２膜、軟磁性膜としては、Ｎｉ０．３Ｃｏ０．６Ｆｅ０．１膜を用いた。ガラス基板上に、
比較例：ガラス／［ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（５）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／Ｃｕ（５）］２
Ｋ９：ガラス／［ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（２．４）／Ａｇ（０．２）／Ｃｕ（２．４）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／Ｃｕ（２．４）／Ａｇ（０．２）／Ｃｕ（２．４）］２
Ｌ９：ガラス／［ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（２．４）／Ａｕ（０．２）／Ｃｕ（２．４）／ＮｉＦｅＣｏ（３）／Ｃｕ（２．４）／Ａｕ（０．２）／Ｃｕ（２．４）］２
を作製した。これらの磁気抵抗効果素子のＭＲ比を、実施例１８と同様の方法で測定した。その結果、ＭＲ曲線の最大の傾斜角が、比較例では０．４％／Ｏｅ程度であるが、サンプルＫ９では０．７％／Ｏｅ、サンプルＬ９では０．６％／Ｏｅと、ＭＲ曲線の原点付近立ち上がりが急激となった。
【０２９２】
これの磁気抵抗効果素子を用いて、先の実施例で示したように、磁気抵抗効果型ヘッド、メモリー及び増幅素子を得ることができる。
【０２９３】
実施例２４〜２９に、本発明による磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果型ヘッドの他の構成を説明する。
【０２９４】
（実施例２４）
ターゲットにＮｉ０．６８Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１２（軟磁性膜２０４），Ｃｕ（非磁性金属膜２０３），Ｃｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜２０１）、Ｃｏ（半硬質磁性膜２０２）を用い（組成はすべて原子％）、多元スパッタ装置により基板上に図３０（ａ）に示されたようなサンドイッチタイプの
Ａ１０：基板／ＮｉＣｏＦｅ（１０）／Ｃｏ（０．２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．２）／ＣｏＰｔ（３）（（）内は厚さ  （ｎｍ）を表す）
図３０（ｂ）示されたにような積層タイプの
Ａ１０’：基板／［ＮｉＣｏＦｅ（３）／Ｃｏ（０．２）／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．２）／ＣｏＰｔ（３）／Ｃｏ（０．２）            ／Ｃｕ（２）／Ｃｏ（０．２）］５／ＮｉＣｏＦｅ（３）
図３１タイプの、
Ｂ１０：基板／ＮｉＣｏＦｅ（１０）／Ｃｕ（２）／ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（２）／ＮｉＣｏＦｅ（１０）
図３２（ａ）タイプの
Ｃ１０：基板／ＣｏＰｔ（１０）／Ｃｕ（２）／ＮｉＣｏＦｅ（３）／Ｃｕ（２）／ＮｉＣｏＦｅ（３）／Ｃｕ（２）／ＣｏＰｔ（１０）
図３２（ｂ）に示すような積層タイプの
Ｃ１０’：基板／［ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（２）／ＮｉＣｏＦｅ（３）／Ｃｕ（２）／ＮｉＣｏＦｅ（３）／Ｃｕ（２）］５／ＣｏＰｔ（３）
の磁気抵抗効果素子を作製した。なお各膜厚はシャッターで制御し、硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着磁し、素子のＭＲ特性を室温、印加磁界１００  Ｏｅで測定したところＭＲ比はＡ１０、Ａ１０’、Ｂ１０、Ｃ１０、Ｃ１０’を用いたものでそれぞれ、６，８，５，５，７％、ＭＲ変化が生じる磁界幅はそれぞれ３，５，３，４，６  Ｏｅであった。図１０に積層タイプのものの典型的ＭＲ曲線の一例を示した。図１１の単に保磁力の異なる磁性膜を用いた場合に比べて、本発明のものは微小磁界動作が可能で直線性が改善されており、図１２の反強磁性結合タイプのものに比べて本発明のものは動作磁界が小さく、図１３の反強磁性膜を用いたスピンバルブのものに比べて、本発明のものはＭＲ比が向上していることがわかる。
【０２９５】
（実施例２５）
ターゲットにＮｉ０．８Ｆｅ０．２（軟磁性膜２０４），Ｃｕ（非磁性金属膜２０３）Ｃｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜２０１）、Ｃｏ（半硬質磁性膜２０２）を用い（組成はすべて原子％）、実施例２４と同様にして、多元スパッタ装置により基板上に図３０（ａ）に示されたようなサンドイッチタイプの
Ｄ１０：基板／ＮｉＦｅ（１０）／Ｃｏ（ｔ）／Ｃｕ（２．２）／Ｃｏ（ｔ）／ＣｏＰｔ（５）（（）内は厚さ（ｎｍ）を表わす）
を成膜した。半硬質磁性膜２０２の膜厚ｔは表７に示すように、０から１．５ｎｍまで変化させた。硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着磁し、磁気抵抗効果素子を作製した。得られた素子のＭＲ特性を室温、１００  Ｏｅの印加磁界で測定した結果を表７に示す。表７から、Ｃｏ膜を挿入したものは、挿入しないもの（ｔ＝０のサンプル）に比べてＭＲ比が大きくなっていることがわかる。またＣｏ膜の膜厚の増加するにともないＭＲ比が上昇するが、同時に、ＭＲ変化が生じる磁界幅（図１０のＡＢ間の磁界変化を示す）が増加する。従って磁気へッドとして使用する場合、Ｃｏ膜の膜厚は、０．１〜１ｎｍ、望ましくは０．１〜０．５ｎｍとするのがよい。
【０２９６】
【表７】
0003587447.tif 000012
【０２９７】
以上は、硬質磁性膜と非磁性金属膜との界面、および軟磁性膜と非磁性金属膜との界面の両方に同じ膜厚でＣｏ膜を挿入する場合に付いて説明したが、どちらか一方の界面にＣｏ膜を挿入しても、両方に挿入する場合より効果は低いがＭＲ比を大きくする効果がある。また両方のＣｏ膜の膜厚が異なる場合にも本発明は有効である。いずれの場合にも、軟磁性膜と非磁性金属膜との界面のＣｏ膜の膜厚は、軟磁性膜の磁化反転を容易にするために、１ｎｍ以下とするのが望ましい。また硬質磁性膜と非磁性金属膜との界面のＣｏ膜の膜厚は、硬質磁性膜の磁化反転をし難くするために、２ｎｍ以下とするのが望ましい。
【０２９８】
（実施例２６）
ターゲットにＣｏ０．８２Ｎｂ０．１２Ｚｒ０．０６（軟磁性膜２０４），Ｃｕ（非磁性金属膜２０３），Ｃｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜２０１）を用い（組成はすべて原子％）、実施例２４と同様に多元スパッタ装置により基板上に、
Ｅ１０：基板／ＣｏＮｂＺｒ（１５）／Ｃｕ（２．２）／ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（２．２）／ＣｏＮｂＺｒ（１５）
を成膜した。硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着磁し、図３１に示すような構成の磁気抵抗効果素子を作製した。得られた素子のＭＲ特性を室温、印加磁界１００Ｏｅで測定したところＥ１０を用いたもののＭＲ比は５％で、ＭＲ変化が生じる磁界幅は２  Ｏｅであった。
【０２９９】
（実施例２７）
ターゲットにＦｅ８５Ｓｉ９．６Ａｌ５．４（軟磁性膜２０４、この場合のみ重量％）Ｃｕ（非磁性金属膜２０３），Ｃｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜２０１）を用い、実施例２４と同様に多元スパッタ装置により基板上に
Ｆ１０：基板／ＣｏＰｔ（１０）／Ｃｕ（２．２）／ＦｅＳｉＡｌ（１５）／Ｃｕ（２．２）／ＣｏＰｔ（１０）
を成膜した。硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着磁し、図３２（ａ）に示すような構成の磁気抵抗効果素子を作製した。得られた素子のＭＲ特性を室温、印加磁界１００  Ｏｅで測定したところＭＲ比は４％で、ＭＲ変化が生じる磁界幅は３  Ｏｅであった。
【０３００】
（実施例２８）
実施例２４と同様にターゲットにＣｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜２０１），Ｃｏ（半硬質磁性膜２０２），Ｃｏ０．７Ｆｅ０．２Ｎｉ０．１（軟磁性膜２０４），Ｃｕ（非磁性金属膜２０３）を用いて硬質磁性膜２０１、非磁性金属膜２０３、軟磁性膜２０４を順次成膜し
Ｇ１０：基板／［ＣｏＦｅＮｉ（６）／Ｃｏ（０．２）／Ｃｕ（２．２）／ＣｏＰｔ（５）／Ｃｕ（２．２）／Ｃｏ（０．２）］２０
なる多層膜を作製し、硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着磁し、更にリソグラフィー技術を用いてこれを２５μｍ×２５μｍの柱状形状とし、４端子法によりそのＭＲ特性を測定したところ、印加磁界１００  ＯｅでＭＲ比は２０％で、ＭＲ変化が生じる磁界幅は２０  Ｏｅであった。
【０３０１】
（実施例２９）
フェライト（７−１）と絶縁膜（７−２）より成る基板上に、ターゲットにＣｏ０．７５Ｐｔ０．２５（硬質磁性膜２０１），Ｃｏ（半硬質磁性膜２０２），Ｃｕ（非磁性金属膜２０３）、Ｎｉ０．６８Ｃｏ０．２Ｆｅ０．１２（軟磁性膜２０４）を用いて硬質磁性膜２０１、半硬質磁性膜２０２、非磁性金属膜２０３、軟磁性膜２０４を多元スパッタ装置を用いて順次成膜し、硬質磁性膜２０１のＣｏＰｔを着磁し、更にこの上にターゲットにＳｉ０２（絶縁膜６）、Ｃｏ０．８２Ｎｂ０．１２Ｚｒ０．０６（ヨーク４）を用いて絶縁膜６とＣｏＮｂＺｒを成膜し、リソグラフィーによりパターニングしてヨーク部４を作製し、図３０（ａ）のタイプの、
Ｈ１０：基板／ＣｏＰｔ（１５）／Ｃｏ（０．５）／Ｃ  ｕ（２．２）／Ｃｏ（０．５）／ＮｉＣｏＦｅ（１５）          ／Ｓｉ０２（１００）／ＣｏＮｂＺｒ（１０００）
図３０（ｂ）のタイプの、
Ｈ１０’：基板／［ＣｏＰｔ（５）／Ｃｏ（０．３）／Ｃｕ（２．２）／Ｃｏ（０．３）／ＮｉＣｏＦｅ（４）            ／Ｃｏ（０．３）／Ｃｕ（２．２）／Ｃｏ（０．３）］３／Ｓｉ０２（１００）／ＣｏＮｂＺｒ（１０００）
図３１のタイプの
Ｉ１０：基板／ＮｉＣｏＦｅ（１０）／Ｃｕ（２）／ＣｏＰｔ（５）／Ｃｕ（２）／ＮｉＣｏＦｅ（１０）
図３２（ａ）のタイプの
Ｊ１０：基板／ＣｏＰｔ（１０）／Ｃｕ（２）／ＮｉＣｏＦｅ（３）／Ｃｕ（２）／ＮｉＣｏＦｅ（３）／Ｃｕ（２）／ＣｏＰｔ（１０）
図３２（ｂ）に示すような積層タイプの
Ｊ１０’：基板／［ＣｏＰｔ（３）／Ｃｕ（２）／ＮｉＣｏＦｅ（３）／Ｃｕ（２）／ＮｉＣｏＦｅ（３）／Ｃｕ（２）］３／ＣｏＰｔ（３）
より成る、図３に示すような磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲヘッド）を作製した。
【０３０２】
比較のため従来材科のＮｉ０．８０Ｆｅ０．２０を磁気抵抗効果膜に、Ｃｏ０．８２Ｎｂ０．１２Ｚｒ０．０６をヨークに用いた従来構成のＭＲヘッドを作製した。このＭＲへッドと上記の本発明ＭＲへッドとに１００  Ｏｅの交流信号磁界を印加して両ヘッドの再生出力比較を行ったところ、Ｈ１０、Ｈ１０’、Ｉ１０、Ｊ１０，Ｊ１０’の構成の本発明のＭＲヘッドは比較用の従来へッドに比べてそれぞれ約１．８、４、２、２．３、４．２倍の出力を示すことがわかった。
【０３０３】
【発明の効果】
本発明の磁気抵抗効果素子は、低磁場で大きな磁気抵抗変化を示す。さらに、本発明の磁気抵抗効果素子は、室温で大きな磁気抵抗効果を示すとともに磁歪が小さい。
【０３０４】
従って、本発明の磁気抵抗効果素子を磁気ヘッド、磁気メモリー及び増幅素子に適用することによって、高感度で高出力なヘッド、書き込みが容易で信頼性の高い磁気メモリー、高出力で信頼性の高い増幅素子を得ることができる。さらに、飽和磁界Ｈｓを下げることによって記録・再生可能なメモリー素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気抵抗効果素子の構成を示す図である。（ａ）は、サンドイッチタイプの磁気抵抗効果素子の構成を示し、（ｂ）は、積層タイプの磁気抵抗効果素子の構成を示す。
【図２】本発明による磁気抵抗効果素子の他の構成を示す図である。（ａ）は、サンドイッチタイプの磁気抵抗効果素子の構成を示し、（ｂ）は、積層タイプの磁気抵抗効果素子の構成を示す。
【図３】本発明による磁気抵抗効果型ヘッドの構成を示す図である。
【図４】本発明によるメモリー素子及び増幅素子の構成を示す図である。
【図５】本発明による多値情報を記録可能なメモリー素子の構成を示す図である。
【図６】本発明によるメモリー素子の動作を説明するための図である。
【図７】本発明による多値情報を記録可能なメモリー素子の動作を説明するための図である。
【図８】本発明による増幅素子の動作を説明するための図である。
【図９】硬質磁性膜１（もしくは磁性膜１’）の磁化曲線の角型性と本発明による磁気抵抗効果素子のＭＲ曲線との関係を示す図である。
【図１０】本発明による［ＮｉＦｅＣｏ／Ｃｕ／ＣｏＰｔ／Ｃｕ］の構造を有する磁気抵抗効果素子のＭＲ曲線を示す図である。
【図１１】従来技術である、保磁力の異なる磁性膜を用いた［ＮｉＦｅ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ］人工格子膜のＭＲ曲線を示す図である。
【図１２】従来技術である、反強磁性結合タイプ［ＮｉＦｅＣｏ／Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ］人工格子膜のＭＲ曲線を示す図である。
【図１３】従来技術である、反強磁性膜を用いた［ＮｉＦｅ／Ｃｕ／ＮｉＦｅ／ＦｅＭｎ］スピンバルブ膜のＭＲ曲線を示す図である。
【図１４】本発明によるメモリー素子の磁気抵抗変化部のＭＲ曲線を示す図である。
【図１５】本発明によるメモリー素子の導体線の配置例を示す図である。
【図１６】本発明の磁気抵抗効果素子の構成および各磁性膜のスピンの配列方向を示す部分断面図である。
【図１７】本発明のＶ添加による飽和磁界Ｈｓの変化を示すＭＲ曲線を示す図である。
【図１８】本発明の磁性膜１，３の厚さによるＭＲ曲線の変化を示す図である。
【図１９】磁気抵抗効果素子における磁界Ｈと抵抗変化率ΔＲ／Ｒとの関係を示す特性図である。
【図２０】本発明のメモリー素子の入力・出力特性を示す図である。
【図２１】本発明の磁気抵抗効果素子の断面図の１例である。
【図２２】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面図の一例である。
【図２３】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面図の一例である。
【図２４】本発明の別の磁気抵抗効果素子の断面図の一例である。
【図２５】本発明の素子部を多層化したメモリー素子および増幅素子の構成図である。
【図２６】本発明のＳｉ（１００）／Ｃｕ（５）／Ｎ  ｉＦｅ（１０）／Ｃｕ（２．４）／Ａｇ（０．２）／Ｃｕ（２．４）／Ｃｏ（１０）のＭＲ曲線を示す図である。
【図２７】本発明の（ａ）実施例Ａ９および（ｂ）比較例、ガラス／Ｃｒ（５）／［Ｃｏ（３）／Ｃｕ（６）／ＮｉＦｅ（３）／Ｃｕ（６）］１０のＭＲ曲線を示す図である。
【図２８】実施例Ｂ９のＭＲ曲線を示す図である。（ａ）ｘ＝０，  （ｂ）ｘ＝０．１，  （ｃ）ｘ＝０．２，（ｄ）ｘ＝０．４。
【図２９】本発明の磁気ヘッドの一実施例の構成を示す図である。
【図３０】本発明による磁気抵抗効果素子の他の構成を示す図である。（ａ）は、サンドイッチタイプの磁気抵抗効果素子の構成を示し、（ｂ）は、積層タイプの磁気抵抗効果素子の構成を示す。
【図３１】本発明による磁気抵抗効果素子の他の構成を示す図である。
【図３２】本発明による磁気抵抗効果素子の他の構成を示す図である。（ａ）は、サンドイッチタイプの磁気抵抗効果素子の構成を示し、（ｂ）は、積層タイプの磁気抵抗効果素子の構成を示す。
【符号の説明】
１  硬質磁性膜
２  非磁性金属膜
３  軟磁性膜
７  基板
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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