(57)【要約】【課題】磁気抵抗効果が改善される磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】  磁気抵抗効果素子ＭＲは、磁化固定層としての第一の強磁性層４と、磁化自由層としての第二の強磁性層６と、第一の強磁性層４と第二の強磁性層６との間に設けられた非磁性スペーサ層５と、を備え、非磁性スペーサ層５は、Ａｇからなる非磁性金属層５Ｂと、当該非磁性金属層５Ｂの下面に設けられる第一の挿入層５Ａ及び当該非磁性金属層５Ｂの上面に設けられる第二の挿入層５Ｃの少なくとも一つと、を有し、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃは、下記一般式（１）：ＦｅγＸ１−γ  ・・・（１）、［Ｘは、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｍｏ、Ａｇ、及びＡｕからなる群より選択される１以上の元素を表し、γは、０＜γ＜１である］で表わされるＦｅ合金を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化固定層としての第一の強磁性層と、
磁化自由層としての第二の強磁性層と、
前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層との間に設けられた非磁性スペーサ層と、
を備え、
前記非磁性スペーサ層は、
Ａｇからなる非磁性金属層と、
当該非磁性金属層の下面に設けられる第一の挿入層及び当該非磁性金属層の上面に設けられる第二の挿入層の少なくとも一つと、
を有し、
前記第一の挿入層及び前記第二の挿入層は、
下記一般式（１）：
ＦｅγＸ１−γ    ・・・（１）、
［Ｘは、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｍｏ、Ａｇ、及びＡｕからなる群より選択される１以上の元素を表し、γは、０＜γ＜１である］
で表わされるＦｅ合金を含む磁気抵抗効果素子。
【請求項２】
前記一般式（１）において、
０．６≦γ≦０．９
である請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項３】
前記第一の強磁性層及び前記第二の強磁性層の少なくとも一つは、
下記一般式（２）：
Ｃｏ２ＬαＭβ  ・・・（２）、
［式中、
Ｌは、Ｍｎ及びＦｅからなる群より選択される１以上の元素であり、
Ｍは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選択される１以上の元素を表し、
０．７≦α≦１．６であり、
０．６５≦β≦１．３５である］
で表されるホイスラー合金を含む、請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項４】
前記一般式（１）において、
Ｘは、Ａｌ、Ｓｉ及びＧａからなる群より選択される１以上の元素である、請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項５】
前記一般式（２）において、
２≦α＋β≦２．６である、
請求項３〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項６】
前記一般式（２）において、
０．８５≦α≦１．５５、
０．７５≦β≦１．２５、
２≦α＋β≦２．５５
である、
請求項３〜５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項７】
前記第一の挿入層の厚さをｔ１としたとき、０．２ｎｍ≦ｔ１≦１０ｎｍであり、
前記第二の挿入層の厚さをｔ２としたとき、０．２ｎｍ≦ｔ２≦１０ｎｍである、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を備えたセンサ。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を備えた高周波フィルタ。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子を備えた発振素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果素子に関し、これを用いた磁気ヘッド、センサ、高周波フィルタ及び発振素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）素子は、磁化固定層としての第一の強磁性層と、磁化自由層としての第二の強磁性層と、第一の強磁性層と第二の強磁性層との間に設けられた非磁性スペーサ層とを備えている。すなわち、ＧＭＲ素子は、強磁性層／非磁性スペーサ層／強磁性層の構造を有している。ＧＭＲ素子においては、上下の強磁性層の磁化の向きが揃った状態で、これを通過するスピンを流すことができる。従来のＣＰＰ−ＧＭＲ（面垂直通電型ＧＭＲ）素子においては、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）素子に比べて、磁気抵抗効果が低いため、特許文献１に開示のＧＭＲ素子においては、強磁性層にホイスラー合金（Ｃｏ２（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｓｉ）、非磁性スペーサ層にＡｇを使用し、磁気抵抗効果の改善を試みている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９０９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本願発明者らの知見よれば、ホイスラー合金と非磁性金属とを単に組み合わせた磁気抵抗効果素子の場合、磁気抵抗効果は十分ではない。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、磁気抵抗効果が改善される磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、第１の磁気抵抗効果素子は、磁化固定層としての第一の強磁性層と、磁化自由層としての第二の強磁性層と、前記第一の強磁性層と前記第二の強磁性層との間に設けられた非磁性スペーサ層と、を備え、前記非磁性スペーサ層は、Ａｇからなる非磁性金属層と、当該非磁性金属層の下面に設けられる第一の挿入層及び当該非磁性金属層の上面に設けられる第二の挿入層の少なくとも一つと、を有し、前記第一の挿入層及び前記第二の挿入層は、下記一般式（１）：ＦｅγＸ１−γ  ・・・（１）、［Ｘは、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｍｏ、Ａｇ、及びＡｕからなる群より選択される１以上の元素を表し、γは、０＜γ＜１である］で表わされるＦｅ合金を含む。この場合、Ｆｅ合金を含むいずれかの挿入層と、Ａｇを含む非磁性金属層との間の格子整合性が高くなり、挿入層の外側に位置する強磁性層との格子整合性も高めることが可能なので、磁気抵抗効果が改善される。
【０００７】
また、第２の磁気抵抗効果素子は、前記一般式（１）において、０．６≦γ≦０．９であることが好適である。この場合、上記Ｆｅ合金においては、Ｆｅの組成が上記範囲内の場合（０．６≦γ≦０．９）は、範囲外の場合と比較して、ＭＲ比率が高くなる。
【０００８】
第３の磁気抵抗効果素子は、前記第一の強磁性層及び前記第二の強磁性層の少なくとも一つは、下記一般式（２）：Ｃｏ２ＬαＭβ・・・（２）、［式中、Ｌは、Ｍｎ及びＦｅからなる群より選択される１以上の元素であり、Ｍは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選択される１以上の元素を表し、０．７≦α≦１．６であり、０．６５≦β≦１．３５である］で表されるホイスラー合金を含む。
【０００９】
第４の磁気抵抗効果素子は、前記一般式（１）において、Ｘは、Ａｌ、Ｓｉ及びＧａからなる群より選択される１以上の元素である。これらの元素とＦｅの合金を用いた場合、高いＭＲ比を得ることができた。
【００１０】
第５の磁気抵抗効果素子は、前記一般式（２）において、２≦α＋β≦２．６である。この範囲内にある場合（２≦α＋β≦２．６）は、高いＭＲ比を得ることができた。なお、前記一般式（２）において、０．８５≦α≦１．５５、０．７５≦β≦１．２５、２≦α＋β≦２．５５である場合には、高いＭＲ比を得ることができた。
【００１１】
また、磁気抵抗効果素子は、前記第一の挿入層の厚さをｔ１としたとき、０．２ｎｍ≦ｔ１≦１０ｎｍであり、前記第二の挿入層の厚さをｔ２としたとき、０．２ｎｍ≦ｔ２≦１０ｎｍである。この場合、高いＭＲ比を得ることができた。
【００１２】
なお、好ましくは、０．５ｎｍ≦ｔ１≦８ｎｍ、０．５ｎｍ≦ｔ２≦８ｎｍの場合、高いＭＲ比を得ることができた。
【００１３】
上記いずれかの磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッド、センサ、高周波フィルタ又は発振素子は、磁気抵抗効果が大きいため、これに起因する優れた特性を発揮することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の磁気抵抗効果素子によれば、磁気抵抗効果を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例に係る磁気抵抗効果素子ＭＲの正面図である。
【図２】比較例に係る磁気抵抗効果素子ＭＲの正面図である。
【図３】ＦｅγＸ１−γからなる挿入層おけるＦｅの組成γと規格化したＭＲ比との関係を示す図表である。
【図４】図３に示したデータをプロットしたグラフである。
【図５】各種材料を用いた場合のＧＭＲ素子（比較例、実施例１〜５）における規格化したＭＲ比等を示す図表である。
【図６】各種材料を用いた場合のＧＭＲ素子（実施例Ａ群）における規格化したＭＲ比等を示す図表である。
【図７】各種材料を用いた場合のＧＭＲ素子（実施例Ｂ群）における規格化したＭＲ比等を示す図表である。
【図８】実施例Ａ群と実施例Ｂ群の材料を用いた場合の強磁性層におけるＣｏ以外の元素の組成の和（α＋β）と、規格化したＭＲ比との関係を示すグラフである。
【図９】実施例Ａ群の材料を用いた場合の強磁性層におけるＬ元素の組成αと、規格化したＭＲ比との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例Ｂ群の材料を用いた場合の強磁性層におけるＭ元素の組成βと、規格化したＭＲ比との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例Ｃ群の材料を用いた場合の挿入層の膜厚と、規格化したＭＲ比等を示す図表である。
【図１２】実施例Ｃ群の材料を用いた場合の挿入層の膜厚と、規格化したＭＲ比との関係を示すグラフである。
【図１３】Ａｇ及びＦｅ合金の格子定数、構造タイプ、ピアソン記号を示す図表である。
【図１４】各種ホイスラー合金の格子定数を示す図表である。
【図１５】Ａｇ又はＦｅ合金と、各種ホイスラー合金との格子不整合率を示す図表である。
【図１６】Ａｇ又はＦｅ合金と、各種ホイスラー合金との格子不整合率を示す図表である。
【図１７】磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドの再生部の断面構成を示す図である。
【図１８】磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドの断面構成を示す図である。
【図１９】複数の磁気抵抗効果素子を有する電流センサの構造を示す図である。
【図２０】複数の磁気抵抗効果素子を有する高周波フィルタの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、実施の形態に係る磁気抵抗効果素子について説明する。なお、同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は、省略する。三次元直交座標系を用いる場合には、各層の厚み方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸に垂直な２つの直交軸をＸ軸及びＹ軸とする。
【００１７】
図１は、実施例に係る磁気抵抗効果素子ＭＲの正面図である。
【００１８】
磁気抵抗効果素子ＭＲは、第1基材層１上に、第１非磁性金属層２、第２非磁性金属層３を順次備えており、この上に、磁化固定層としての第一の強磁性層４と、非磁性スペーサ層５と、磁化自由層としての第二の強磁性層６とが、順次積層されている。第二の強磁性層６上には、キャップ用非磁性金属層７と、コンタクト用金属層８とが、順次形成されている。下部に位置する第1非磁性金属層２、または第２非磁性金属層３と、上部に位置するコントタクト用金属層８との間にバイアスを印加して、特定の向きのスピンを有する電子を膜面に垂直な方向に流すことができる。
【００１９】
磁化固定層と磁化自由層の磁化の向きが同一の方向（例：＋Ｘ方向，＋Ｘ方向）の場合（平行）、スピンの向きがこれに等しい電子が、膜面を垂直方向に通過する。磁化固定層と磁化自由層の磁化の向きが互いに逆方向（例：＋Ｘ方向，−Ｘ軸方向）の場合（反平行）、磁化の向きと反対の向きのスピンを有する電子は反射され、膜面を通過しない。
【００２０】
第一の強磁性層４（磁化固定層）の磁化の向きは固定されており、第二の強磁性層６（磁化自由層）の磁化の向きは、外部磁界によって変更することができるので、外部磁界の大きさに応じて通過電子量が変化する。通過電子量が多ければ抵抗は低く、通過電子量が少なければ抵抗は高い。磁化固定層としての第一の強磁性層４は、第二の強磁性層６の厚みよりも大きく、第一の強磁性層４よりも外部磁界によって磁化の向きが変更されにくいため、実質的に磁化の向きが固定された磁化固定層として機能する。
【００２１】
なお、図１では、理解を容易とするため、使用される代表的な材料名を、各層内に表記しているが、各層には、この他の材料も適用可能である。
【００２２】
第一の強磁性層４と第二の強磁性層６との間には、非磁性スペーサ層５が設けられている。非磁性スペーサ層５は、Ａｇからなる非磁性金属層５Ｂと、非磁性金属層５Ｂの下面に設けられる第一の挿入層５Ａ及び当該非磁性金属層５Ｂの上面に設けられる第二の挿入層５Ｃの少なくとも一つとを有している。すなわち、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃの一方を省略し、中央の非磁性金属層５Ｂが、上下いずれかの強磁性層と接触する構造とすることもできる。
【００２３】
第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃは、下記一般式（１）で表わされるＦｅ合金を含んでいる。
【００２４】
ＦｅγＸ１−γ  ・・・（１）。
【００２５】
ここで、Ｘは、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｍｏ、Ａｇ、及びＡｕからなる群より選択される１以上の元素を表し、γは、０＜γ＜１である。
【００２６】
すなわち、Ｆｅ−Ｏ、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｇａ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ａｇ、Ｆｅ−Ａｕなどの組み合わせからなるＦｅ合金の他、これらと電気的な性質及び結晶構造上の格子定数が近いＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ−ＭｏなどのＦｅ合金も、用いることが可能である。
【００２７】
この場合、Ｆｅ合金を含むいずれかの挿入層（第一の挿入層５Ａ，第二の挿入層５Ｃ）と、Ａｇを含む非磁性金属層５Ｂとの間の格子整合性が高くなり、また、挿入層（第一の挿入層５Ａ，第二の挿入層５Ｃ）とこの外側に位置する強磁性層（第一の強磁性層４，第二の強磁性層６）との格子整合性も高めることが可能なので、磁気抵抗効果を改善することができる。
【００２８】
なお、各層の材料及び厚み（好適範囲）は、以下の通りである。
・コンタクト用金属層８：Ｒｕ、５ｎｍ、（３ｎｍ以上８ｎｍ以下）
・キャップ用非磁性金属層７：Ａｇ、５ｎｍ、（３ｎｍ以上８ｎｍ以下）
・第二の強磁性層６：ＣＭＳ（コバルトマンガンシリコン合金）、５ｎｍ、（３ｎｍ以上２０ｎｍ以下）
・第二の挿入層５Ｃ：Ｆｅ合金（上記のＦｅγＸ１−γ）０．５ｎｍ、（０．２ｎｍ以上１０ｎｍ以下）
・非磁性金属層５Ｂ： Ａｇ、５ｎｍ、（３ｎｍ以上１０ｎｍ以下）
・第一の挿入層５Ａ：Ｆｅ合金（上記のＦｅγＸ１−γ）、０．５ｎｍ、（０．２ｎｍ以上１０ｎｍ以下）
・第一の強磁性層４：ＣＭＳ（コバルトマンガンシリコン合金）、１０ｎｍ、（３ｎｍ以上２０ｎｍ以下）
・第２非磁性金属層３：Ａｇ、５０ｎｍ、（２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）
・第１非磁性金属層２：Ｃｒ、２０ｎｍ、（１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下）
・第1基材層１：ＭｇＯ、０．５ｍｍ（０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下）
【００２９】
次に、磁気抵抗効果素子を構成する各層の材料例について、更に説明する。
【００３０】
コンタクト用金属層８としては、好適にはＲｕを用いることができるが、その他、例えば、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｄ、及びＩｒの一以上の金属元素、これら金属元素の合金、又は、これら金属元素の２種類以上からなる材料の積層体を含んでよい。
【００３１】
キャップ用非磁性金属層７としては、好適にはＡｇを用いることができるが、その他、例えば、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｄ、及びＩｒの一以上の金属元素、これら金属元素の合金、又は、これら金属元素の２種類以上からなる材料の積層体を含んでよい。
【００３２】
第二の強磁性層６としては、好適にはホイスラー合金であるＣＭＳ（Ｃｏ２ＬαＭβ）を用いることができるが、その他、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＣｒＡｌ、Ｃｏ２ＶＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＧａＳｎ、Ｃｏ２ＦｅＧｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＧｅＧａ、Ｃｏ２ＦｅＧａＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅＳｉ、Ｃｏ２ＣｒＩｎ、Ｃｏ２ＣｒＳｎ等のホイスラー合金又は、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｒＯ２、ＣｏＦｅＢ等の強磁性材料を含むことができ、又は実質的に当該強磁性材料から成ることができる。なお、Ｃｏ２ＬαＭβは、Ｃｏの原子数を２とした場合において、この合金全体を構成するＬの原子数の比率がα、Ｍの原子数の比率がβであることを示している。
【００３３】
第一の強磁性層４としては、好適にはホイスラー合金であるＣＭＳ（Ｃｏ２ＬαＭβ）を用いることができるが、その他、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＣｒＡｌ、Ｃｏ２ＶＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＧａＳｎ、Ｃｏ２ＦｅＧｅＧａ、Ｃｏ２ＭｎＧｅＧａ、Ｃｏ２ＦｅＧａＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＧｅＳｉ、Ｃｏ２ＣｒＩｎ、Ｃｏ２ＣｒＳｎ等のホイスラー合金又は、Ｆｅ３Ｏ４、ＣｒＯ２、ＣｏＦｅＢ等の強磁性材料を含むことができ、又は実質的に当該強磁性材料から成ることができる。
【００３４】
第２非磁性金属層３としては、好適にはＡｇを用いることができるが、その他、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ａｌ、Ｗ、及びＰｔの少なくとも一つの金属元素を含み、これらの金属元素の合金、又はこれら金属元素の２種類以上からなる材料の積層体を含んでもよい。金属元素の合金には、例えば、立方晶系のＡｇＺｎ合金、ＡｇＭｇ合金及びＮｉＡｌ合金なども含まれる。
【００３５】
第１非磁性金属層２としては、好適にはＣｒを用いることができるが、その他、上部の層の結晶配向を制御するための例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ａｌ、Ｗ、及びＰｔの少なくとも一つの金属元素を含み、これらの金属元素の合金、又はこれら金属元素の２種類以上からなる材料の積層体を含んでもよい。金属元素の合金には、例えば、立方晶系のＡｇＺｎ合金、ＡｇＭｇ合金及びＮｉＡｌ合金なども含まれる。
【００３６】
第1基材層１としては、好適にはＭｇＯを用いることができるが、その他、例えば、金属酸化物単結晶、シリコン単結晶、熱酸化膜付シリコン単結晶、サファイア単結晶、セラミック、石英、及びガラスなど、適度な機械的強度を有し、且つ熱処理や微細加工に適した材料であれば、特に限定されない。ＭｇＯ単結晶を含む基板によれば、容易にエピタキシャル成長膜が形成される。このエピタキシャル成長膜は、大きな磁気抵抗特性を示すことができる。
【００３７】
次に、上記の構造の比較例に対する優位性について説明する。
【００３８】
図２は、比較例に係る磁気抵抗効果素子ＭＲの正面図である。
【００３９】
比較例に係る磁気抵抗効果素子の基本構造は、図１に示したものから、Ｆｅ合金の挿入層（第一の挿入層５Ａ，第二の挿入層５Ｃ）を取り除いたものであり、その他の構造は、図１に示したものと同一（好適例の構造と同一）である。また、この比較例では、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６の材料として、ＣＭＳの代わりに、Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５を用いた。
【００４０】
磁気抵抗効果素子の性能を評価する指標としてＭＲ比がある。ＭＲ比は、［（磁化の向きが反平行の場合の素子の抵抗値−磁化の向きが平行な場合の素子の抵抗値）／磁化の向きが平行な場合の素子の抵抗値］で与えられる。
【００４１】
この比較例のＭＲ比（図５の比較例１）を基準（＝１）として、以降の実施例のＭＲ比は規格化されている。
【００４２】
図３は、上記実施例の構造（好適例の構造）において、ＦｅγＸ１−γからなる挿入層おけるＦｅの組成γと規格化したＭＲ比との関係を示す図表であり、図４は、図３に示したデータをプロットしたグラフである。
【００４３】
図３及び図４は、図１の実施例の構造において、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６として、Ｃｏ０．５Ｆｅ０．５を用いた場合の結果を示しており、ＦｅγＸ１−γを構成するＸ元素として、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｍｏ、Ａｇ及びＡｕのいずれを用いた場合も、規格化したＭＲ比は１以上となっている、また、γは、一般式（１）（ＦｅγＸ１−γ）において、０．６≦γ≦０．９であることが好ましいことが分かる。γがこの範囲の場合には、規格化したＭＲ比は、２．７以上４．７以下となり、比較例の場合のＭＲ比を大きく上回る。
【００４４】
このように、上記Ｆｅ合金において、Ｆｅの組成が上記範囲内の場合（０．６≦γ≦０．９）は、範囲外の場合と比較して、ＭＲ比率が高くなる。
【００４５】
図５は、各種材料を用いた場合のＧＭＲ素子（比較例、実施例１〜５）における規格化したＭＲ比等を示す図表である。
【００４６】
比較例１として、上述した比較例（第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６としてＣｏ０．５Ｆｅ０．５を用いた例）が示されており、規格化ＭＲ比は、この時のＭＲ比を１として規格化したものである。なお、比較例１において、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６の材料として、ＣＭＳ（Ｃｏ２Ｍｎ１．０Ｓｉ０．９２）を用いた場合には、規格化ＭＲ比は４．８になる。
【００４７】
実施例１は、図１の構造において、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６としてＣｏ０．５Ｆｅ０．５を用い、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃとして厚み０．５ｎｍのＦｅ０．２Ａｕ０．８を用いた例である。その他の材料及び構造は、図１の好適例に示した通りである。
【００４８】
実施例２は、図１の構造において、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６としてＣｏ０．５Ｆｅ０．５を用い、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃとして厚み０．５ｎｍのＦｅ０．６５Ａｕ０．３５を用いた例である。その他の材料及び構造は、図１の好適例に示した通りである。
【００４９】
実施例３は、図１の構造において、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６としてＣｏ２Ｍｎ１．０Ｓｉ０．９２を用い、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃとして厚み０．５ｎｍのＦｅ０．６５Ａｕ０．３５を用いた例である。その他の材料及び構造は、図１の好適例に示した通りである。
【００５０】
実施例４は、図１の構造において、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６としてＣｏ２Ｍｎ１．０Ｓｉ０．９２を用い、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃとして厚み０．５ｎｍのＦｅ０．７５Ａｌ０．２５を用いた例である。その他の材料及び構造は、図１の好適例に示した通りである。
【００５１】
実施例５は、図１の構造において、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６としてＣｏ２Ｍｎ１．３Ｓｉ０．９２を用い、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃとして厚み０．５ｎｍのＦｅ０．７５Ａｌ０．２５を用いた例である。その他の材料及び構造は、図１の好適例に示した通りである。
【００５２】
規格化ＭＲ比の大きさは、比較例１が一番小さく、挿入層を用いた実施例１の規格化ＭＲ比が比較例１の規格化ＭＲ比よりも大きくなっている。挿入層を用いることで、ＭＲ比が増加することが分かる。
【００５３】
実施例１に比べて、挿入層におけるＦｅの組成（γ＝０．６５）を増加させた実施例２では、規格化ＭＲ比は更に増加している。したがって、ＦｅγＸ１−γにおいては、０．６５≦γが好ましい。なお、０．６≦γにおいてもＭＲ比増加の効果がある。なぜならば、第一の挿入層及び／又は第二の挿入層は、容易に立方晶系の結晶構造を取ることができるからであり、その結果、非磁性スペーサ層と、第一の強磁性層及び／又は第二の強磁性層とをより高い結晶品質で積層することができるため、より大きな磁気抵抗効果が発揮されるからである。なお、０．６５≦γにおいては、より安定して立方晶系の結晶構造を取ることができる。
【００５４】
実施例２に比べて、強磁性層の種類をホイスラー合金（Ｃｏ２ＭｎＳｉ）に変更した実施例３では、規格化ＭＲ比は更に増加している。
【００５５】
実施例３に比べて、挿入層の材料をＡｕからＡｌに変更した実施例４では、規格化ＭＲ比は更に増加している。
【００５６】
実施例４に比べて、強磁性層におけるＭｎの組成を増加させた実施例５では、規格化ＭＲ比は更に増加している。
【００５７】
なお、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６としてＣｏ２ＬαＭβを用いた場合、式中、Ｌは、Ｍｎ及びＦｅの１以上の元素であり、Ｍは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選択される１以上の元素を表すが、図５においては、α＋β、Ｍｎのα（Ｍｎ）、Ｓｉのβ（Ｓｉ）の値も示してある。
【００５８】
図６は、各種材料を用いた場合のＧＭＲ素子（実施例Ａ群）における規格化したＭＲ比等を示す図表である。
【００５９】
実施例Ａ群は、図１の構造において、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６としてＣｏ２ＭｎαＳｉβを用い、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃとして厚み０．５ｎｍのＦｅ０．７５Ａｌ０．２５を用いた例である。その他の材料及び構造は、図１に示した通りである。実施例Ａ群では、αは０．４５〜１．７５まで変更し、βは０．９５に固定した。
【００６０】
図７は、各種材料を用いた場合のＧＭＲ素子（実施例Ｂ群）におけるＭＲ比等を示す図表である。
【００６１】
実施例Ｂ群は、図１の構造において、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６としてＣｏ２ＭｎαＳｉβを用い、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃとして厚み０．５ｎｍのＦｅ０．７５Ａｌ０．２５を用いた例である。その他の材料及び構造は、図１に示した通りである。実施例Ｂ群では、αは１．３に固定し、βは０．５５〜１．４５まで変更した。
【００６２】
図８は、実施例Ａ群と実施例Ｂ群の材料を用いた場合の強磁性層におけるＣｏ以外の元素の組成の和（α＋β）と、規格化したＭＲ比との関係を示すグラフである。
【００６３】
一般式（２）：（Ｃｏ２ＬαＭβ）において、ＬをＭｎ、ＭをＳｉとした場合には、２≦α＋β≦２．６の場合には、高いＭＲ比を得ることができた。なお、ＭＲ比は、実施例Ａにおいては、α＋β＝２以上となる場合に高くなり、実施例Ａ群において、α＋β＝２．６に到達するとα＋β＝２．５の時よりは低くなるが、α＋β＝２．７以上の場合よりも高い値になっている。もちろん、２≦α＋β≦２．５５の範囲の場合、２≦α＋β≦２．５の場合、更にＭＲ比は高くなる。
【００６４】
なお、ＬをＭｎ、ＭをＳｉとした場合以外の元素の組み合わせにおいても、Ｃｏ原子がＬサイトやＭサイトを占める欠陥が抑えられることから、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６のハーフメタル特性が損なわれることがないという理由から、同様の関係が成立すると考えられる。
【００６５】
特に、上記強磁性層が、一般式（２）：（Ｃｏ２ＬαＭβ）において、Ｌは、Ｍｎ及びＦｅからなる群より選択される１以上の元素であり、Ｍは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選択される１以上の元素を表する場合、後述の図１５及び図１６に示されるように、強磁性層／Ｆｅ合金／Ａｇ間の格子定数又はその平方根の値を近くすることができるため、ＭＲ比を高くすることができると考えられる。
【００６６】
第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６は、共に、一般式（２）：（Ｃｏ２ＬαＭβ）で表されるホイスラー合金である。なお、ＭＲ比の向上が格子整合にも起因するものであると考えられるところ、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６の少なくとも一方が、実施例に示された条件を満たした場合には、ＭＲ比の増加が生じると考えられる。
【００６７】
また、ＭＲ比の向上は、格子整合にも起因するものであるから、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃに関しても、少なくとも一方が、実施例に示された条件を満たした場合には、ＭＲ比の増加が生じると考えられる。
【００６８】
図９は、実施例Ａ群の材料を用いた場合の強磁性層におけるＬ元素の組成αと、規格化したＭＲ比との関係を示すグラフである。
【００６９】
実施例Ａ群では、αは、０．４５〜１．７５まで変化させている。α＝０．８５以上になると、急激にＭＲ比が増加している。α＝０．６５の場合には、ＭＲ比は大きな値ではないが、これよりも小さな値よりは改善がある。したがって、α≦０．６５の場合、α＜０．６５の場合、さらに、α＝０．６５と０．８５の中間値α＝０．７を超えれば、ＭＲ比は大きくなると考えられる。また、α＝１．５５以下では、ＭＲ比が高いままである。α＝１．６５の場合には、ＭＲ比は大きな値ではないが、これ以上の値よりは高いＭＲ比を示す。したがって、α≦１．６５が好ましく、α＜１．６５が好ましく、また、α＝１．５５と１．６５の値の中間値α＝１．６よりも小さければ、更に言えば、α≦１．５５の場合に、ＭＲ比は大きくなると考えられる。このように、少なくとも０．７≦α≦１．６においては、ＭＲ比は高くなると考えられる。
【００７０】
すなわち、上記強磁性層の材料に関して、一般式（２）：（Ｃｏ２ＬαＭβ）において、ＬをＭｎ、ＭをＳｉとした場合には、０．６５≦α≦１．６５の場合には、高いＭＲ比を得ることができた。もちろん、０．８５≦α≦１．５５である方が、高いＭＲ比を得ることができている。ＬをＭｎ、ＭをＳｉとした場合以外の元素の組み合わせにおいても、Ｃｏ原子がＬサイトやＭサイトを占める欠陥が抑えられることから、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６のハーフメタル特性が損なわれることがないという理由から、同様の関係が成立すると考えられる。なお、Ｌは、Ｍｎ及びＦｅからなる群より選択される１以上の元素であり、２以上の元素を含んだ場合の格子定数は、近似的には、例えば、これらの元素の格子定数の中間値をとることができる。ＭＲ比向上の要因が、格子整合にもあることに鑑みると、２以上の元素を用いた場合も、効果が得られると考えられる。
【００７１】
また、Ｍは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選択される１以上の元素を表しているが、この場合も、２以上の元素を含んだ場合の格子定数は、近似的には、例えば、これらの元素の格子定数の中間値をとることができる。ＭＲ比向上の要因が、格子整合にもあることに鑑みると、Ｍに関して、２以上の元素を用いた場合も、効果が得られると考えられる。
【００７２】
図１０は、実施例Ｂ群の材料を用いた場合の強磁性層におけるＭ元素の組成βと、規格化したＭＲ比との関係を示すグラフである。
【００７３】
実施例Ｂ群では、βは、０．５５〜１．４５まで変化させている。β＝０．７５以上になると、急激にＭＲ比が増加している。β＝０．６５の場合には、ＭＲ比は大きな値ではないが、それ以下の値の場合よりも大きい。したがって、０．６５≦βが好ましく、０．６５＜βが好ましく、β＝０，６５と０．８５の中間値０．７を超えた方が更に好ましく、０．７５≦βが更に好ましく、ＭＲ比は大きくなると考えられる。β＝１．２５以下では、ＭＲ比は高いままである。β＝１．３５の場合には、ＭＲ比は大きな値ではないが、これよりも大きな値よりはＭＲ比は高くなる。したがって、β≦１．３５が好ましく、β＜１．３５が好ましく、また、β＝１．２５と１．３５の値の中間値、β＜１．３が好ましく、β≦１．２５が更に好ましく、ＭＲ比は大きくなる。
【００７４】
すなわち、上記強磁性層の材料に関して、一般式（２）：（Ｃｏ２ＬαＭβ）において、ＬをＭｎ、ＭをＳｉとした場合には、０．６５≦β≦１．３５の場合には、高いＭＲ比を得ることができた。
【００７５】
以上のように、ＭＲ比増加の観点からは、０．６５≦α≦１．６５が好ましく、下限に関しては、０．６５＜αの方が、さらに０．７＜αの方が、さらに０．８５≦αの方が好ましい。上限に関しては、α≦１．６５よりも、α＜１．６５の方が、さらにα＜１．６の方が、さらにα≦１．５５の方が好ましい。また、ＭＲ比増加の観点からは、０．６５≦β≦１．３５が好ましく、下限に関しては、０．６５＜βの方が、さらに０．７＜βの方が、さらに０．７５≦βの方が好ましい。上限に関しては、β≦１．３５よりも、β＜１．３５の方が、さらにβ＜１．３の方が、さらにβ≦１．２５の方が好ましい。
【００７６】
また、ＬをＭｎ、ＭをＳｉとした場合以外の元素の組み合わせにおいても、Ｃｏ原子がＬサイトやＭサイトを占める欠陥が抑えられることから、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６のハーフメタル特性が損なわれることがないという理由から、同様の関係が成立すると考えられる。
【００７７】
図１１は、実施例Ｃ群の材料を用いた場合の挿入層の膜厚と、規格化したＭＲ比等を示す図表であり、図１２は、実施例Ｃ群の材料を用いた場合の挿入層の膜厚と、規格化したＭＲ比との関係を示すグラフである。
【００７８】
実施例Ｃ群は、図１の構造において、第一の強磁性層４及び第二の強磁性層６としてＣｏ２Ｍｎ１．３Ｓｉ０．９２を用い、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃとして厚みｔ（ｎｍ）のＦｅ０．７５Ａｌ０．２５を用いた例である。その他の材料及び構造は、図１に示した通りである。実施例Ｃ群では、αは１．３に固定し、βは０．９２に固定した。
【００７９】
２つの挿入層の厚みｔは、それぞれ０．１ｎｍ〜１５ｎｍまで変更した。挿入層の厚みｔが、０．２ｎｍ以上では、ＭＲ比が向上していき、１０ｎｍ以下であれば、１２ｎｍの時のＭＲ比よりも数段高くなる。したがって、第一の挿入層５Ａの厚さをｔ１としたとき、０．２ｎｍ≦ｔ１≦１０ｎｍであり、第二の挿入層５Ｃの厚さをｔ２としたとき、０．２ｎｍ≦ｔ２≦１０ｎｍである。この場合、高いＭＲ比を得ることができた。
【００８０】
なお、挿入層の厚さｔ（ｔ１，ｔ２）は、０．２ｎｍ＜ｔ≦８ｎｍであることが更に好ましい（０．２ｎｍ＜ｔ１≦８ｎｍ、０．２ｎｍ＜ｔ２≦８ｎｍ）。０．２ｎｍ＜ｔ１、０．２ｎｍ＜ｔ２においては、結晶構造における単位格子以上の厚みとなるため、確実に層状の膜となり易い。また、０．５ｎｍ≦ｔ≦８ｎｍであることが更に好ましい（０．５ｎｍ≦ｔ１≦８ｎｍ、０．５ｎｍ≦ｔ２≦８ｎｍ）。この場合、高いＭＲ比を得ることができた。
【００８１】
次に、各層の格子定数について考察する。
【００８２】
図１３は、Ａｇ及びＦｅ合金の格子定数、構造タイプ、ピアソン記号を示す図表である。
【００８３】
図１に示した非磁性金属層５ＢはＡｇであり、第一の挿入層５Ａ及び第二の挿入層５Ｃは、ＦｅγＸ１−γであるが、Ｘは、Ｏ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ｍｏ、Ａｇ、及びＡｕからなる群より選択される。Ｘは、これらの中の１つの元素、又は、２以上の元素（Ｘ１、Ｘ２）を含んでもよく、この場合の格子定数は、近似的には、例えば、Ｘ１を用いた場合の格子定数と、Ｘ２を用いた場合の格子定数の中間値をとることができる。
【００８４】
ＦｅγＸ１−γはＦｅ合金であるため、γは、０＜γ＜１の範囲をとる。
【００８５】
図１３においては、Ｆｅ０．５Ｏ０．５、Ｆｅ０．１Ａｌ０．９、Ｆｅ０．７５Ａｌ０．２５、Ｆｅ０．７５Ｓｉ０．２５、Ｆｅ０．７５Ｇａ０．２５、Ｍｏ０．７３Ｆｅ０．２７、Ａｇ０．５Ｆｅ０．５、Ａｕ０．５Ｆｅ０．５の格子定数ａ、ａの平方根、結晶の構造タイプ、ピアソン記号（Pearson Symbol）が示されている。挿入層（５Ａ、５Ｃ）が、これに隣接する強磁性層（４、６）の鉛直方向の結晶軸に対して４５°回転して成長する場合には、ａに２の平方根を掛けた値が、強磁性層の格子定数に近くなる。同図中の（＊）印は、隣接する強磁性層（４、６）に格子定数が近くなる値であり、格子整合をとるため、（＊）印のついたａ又はａに２の平方根を掛けた値が選択される。
【００８６】
図１４は強磁性層（４、６）（各種ホイスラー合金）の格子定数を示す図表である。
【００８７】
同図中では、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＣｒＡｌ、Ｃｏ２ＶＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＧａ０．５Ｓｎ０．５、Ｃｏ２ＦｅＧｅＧａの格子定数ａが示されている。  図１５及び図１６は、図１３に示したＡｇ（非磁性金属層）又はＦｅ合金（挿入層）と、図１４に示した各種ホイスラー合金（強磁性層）との格子不整合率を示す図表である。
【００８８】
なお、格子不整合率＝［（Ａｇ又は挿入層の格子定数ａ又はａに２の平方根を掛けた値−強磁性層の格子定数）／強磁性層の格子定数］である。
【００８９】
これらの材料の組み合わせの中で、格子不整合率が小さいものは、ＭＲ比を大きくすることができる。具体的には、格子不整合率が、Ａｇ（非磁性金属層）と各種ホイスラー合金（強磁性層）との格子不整合率よりも小さいＦｅ合金（挿入層）を設けることで、ＭＲ比を向上させることができ、さらに、Ａｇ（非磁性金属層）と各種ホイスラー合金（強磁性層）との格子不整合率が、０．５％以上改善できるＦｅ合金（挿入層）を設ければ、ＭＲ比を更に向上させることができるが、異種物質の接合であるため、格子不整合率の絶対値はゼロよりも大きい。なお、格子定数は室温（３００Ｋ）における値を意味している。
【００９０】
図１７は磁気抵抗効果素子を有する磁気ヘッドの再生部の断面構成を示す図である。
【００９１】
この磁気ヘッドは、図１に示した磁気抵抗効果素子ＭＲを備えている。詳細には、磁気ヘッドは、下部磁気シールド２１と、磁気シールド上に固定された磁気抵抗効果素子ＭＲと、磁気抵抗効果素子ＭＲの上部に固定された上部磁気シールド２２と、上部磁気シールド２２の周囲に固定された側部磁気シールド２３とを備えている。磁気シールドは、ＮｉＦｅなどから構成される。このような構造の磁気ヘッドは、公知であり、米国特許５，６９５，６９７号に記載されるので、これを参照することができる。
【００９２】
図１８は磁気抵抗効果素子ＭＲを有する磁気ヘッドの断面構成を示す図である。
【００９３】
この磁気記録ヘッドは、主磁極６１と、環流磁極６２と、主磁極６１に併置されたスピントルク発振子（発振素子）１０とを備えている。スピントルク発振子１０は、上述の磁気ヘッドと同様の構造であり、磁気抵抗効果素子ＭＲの上下に下部磁気シールド２１及び上部磁気シールド２２を電極として配置した構造となっている。
【００９４】
主磁極６１の基端部にはコイル６３が巻かれているので、電流源ＩＲに駆動電流を供給すると、主磁極６１の周囲に書き込み磁界が発生する。発生した磁界は磁極を通って閉磁路を構成する。
【００９５】
磁気抵抗効果素子ＭＲを含むスピントルク発振子１０の上下の電極間に直流電流を通電すると、スピン注入層によって生じたスピントルクにより、強磁性共鳴が生じ、スピントルク発振子１０から高周波磁界が発生する。主磁極６１による記録磁界と、スピントルク発振子１０による高周波磁界とが重畳した部分のみで、これらに対向する磁気記録媒体８０に対して、高密度磁気記録が行われる。このような構造の磁気記録ヘッドは、公知であり、特許第５１７３７５０号に記載されているので、これを参照することができる。
【００９６】
図１９は複数の磁気抵抗効果素子を有する電流センサの構造を示す図である。
【００９７】
この電流センサは、複数の磁気抵抗効果素子ＭＲを電気的に接続してなるブリッジ回路から構成される。同図では、４つの磁気抵抗効果素子ＭＲによって、ブリッジ回路が構成されており、グランド電位と電源電位Ｖｄｄとの間には、直列に２つの磁気抵抗効果素子ＭＲが接続されてなる回路列が、２つ並列に接続されている。それぞれの２つの磁気抵抗効果素子ＭＲの接続点が、それぞれ第１出力端子Ｏｕｔ１、第２出力端子Ｏｕｔ２となり、これらの間の電圧が出力信号となる。
【００９８】
被測定対象の電線は、Ｚ軸方向に沿って延びているとすると、電線の周囲には磁界が発生し、磁界の大きさに応じて、磁気抵抗効果素子ＭＲの抵抗値が変化する。出力信号の大きさは、磁界の大きさ、すなわち、電線を流れる電流量に従うので、この装置は、電流センサとして機能することができる。なお、この装置は、直接的には、磁界の大きさを検出する磁気センサとしても機能している。
【００９９】
図２０は複数の磁気抵抗効果素子を有する高周波フィルタの構造を示す図である。
【０１００】
高周波フィルタは、複数の磁気抵抗効果素子ＭＲを電気的に並列に接続したものである。すなわち、磁気抵抗効果素子ＭＲの上部電極（シールド電極又はコンタクト電極）同士を接続し、又は、共通化すると共に、磁気抵抗効果素子ＭＲの下部電極（シールド電極又は第１非磁性金属層）同士を接続し、又は、共通化する。
【０１０１】
複数の磁気抵抗効果素子ＭＲは、水平断面積（ＸＹ平面内断面積）がそれぞれ異なるため、共鳴周波数が異なる。入力端子Ｉｎから高周波信号が入力されると、入力された高周波信号のうち、各磁気抵抗効果素子ＭＲは、各自の共鳴周波数と同じ周波数の信号成分を吸収し、残りの高周波信号成分が出力端子Ｏｕｔから出力される。したがって、この装置は、高周波フィルタとして機能する。このような構造の装置は、公知であり、例えば、国際公開ＷＯ２０１１／０３３６６４号公報に記載されているので、これを参照することができる。
【０１０２】
なお、図１の磁気抵抗効果素子は、以下のように製造することができる。
【０１０３】
まず、第1基材層１上に、第１非磁性金属層２、第２非磁性金属層３、第一の強磁性層４、非磁性スペーサ層５と、第二の強磁性層６、キャップ用非磁性金属層７、コンタクト用金属層８を順次堆積する。なお、非磁性スペーサ層５は、第一の強磁性層４上に、第一の挿入層５Ａ、非磁性金属層５Ｂ、第二の挿入層５Ｃを堆積して形成する。
【０１０４】
この堆積には、公知の技術であるスパッタ法にて堆積した。本実施例では、各層の構成材料からなるスパッタ用のターゲットを用い、超高真空スパッタ装置を用いて、各層を室温にて成膜することにより形成したが、２つ以上のスパッタ用ターゲットを同時に用いることもできる。すなわち、異なる材料ＡとＢの２つ（以上）のターゲットを用いて、ターゲットを同時スパッタすることで、ＡとＢの合金膜や、各層の材料組成を調整することも可能である。例えば、Ｆｅターゲットと他金属ターゲットを一緒に（同時に）スパッタすることで、合金膜を成膜することができる。ＦｅＯ（酸素）の場合は、Ｆｅのスパッタ時に、スパッタ装置の処理容器内に、酸素ガスを導入することで、成膜することができる。また、基板材料に関しては市販品を使うことができ、上記の第１機材層としては市販品のＭｇＯを使用した。なお、第一の強磁性層４は、成膜後に５００℃でアニーリング処理を行っている。第二の強磁性層６は、成膜後に４５０℃でアニーリング処理を行っている。磁気抵抗効果素子は、電子線リソグラフィーおよびＡｒイオンミリングにより、磁気抵抗特性を評価可能な形状に微細加工される。なお、スパッタ装置を用いたＣＭＳ等の作製方法は、例えば、米国特許出願公開２００７／０２３００７０号公報、米国特許出願公開２０１３／０２２９８９５号公報、米国特許出願公開２０１４／００６３６４８号公報、米国特許出願公開２００７／０２１１３９１号公報、米国特許出願公開２０１３／０３３５８４７号公報などに記載されている。
【０１０５】
以上、説明したように、一般式（１）及び／又は一般式（２）を満たす磁気抵抗効果素子は、高いＭＲ比を得ることができ、上記いずれかの磁気抵抗効果素子を備えた磁気ヘッド、センサ、高周波フィルタ又は発振素子は、磁気抵抗効果が大きいため、これに起因する優れた特性を発揮することができる。
【０１０６】
また、第一の挿入層及び／又は第二の挿入層の結晶構造は、安定して立方晶系の結晶構造を取ることができる。その結果、非磁性スペーサ層と第一の強磁性層及び／又は第二の強磁性層とをより高い結晶品質で積層することができるため、より大きな磁気抵抗効果が発揮される。
【０１０７】
また、α及びβが上記の範囲を満たすことにより、第一の強磁性層及び第二の強磁性層のホイスラー合金は、化学量論的組成を有する場合に近い格子定数を有することになる。その結果、第一の強磁性層及び／又は第二の強磁性層と、非磁性スペーサ層との間の格子不整合をより低減でき、より大きな磁気抵抗効果が発揮される。
【０１０８】
また、Ｆｅ合金が、Ａｌ，Ｓｉ又はＧａを含む場合、第一の挿入層及び／又は第二の挿入層と、第一の強磁性層及び第二の強磁性層との磁化容易軸方向を揃えることが出来る。その結果、第一の強磁性層及び第二の強磁性層の磁化相対角度で発現する磁気抵抗効果を最大限に維持することが出来る。また、ＦｅＸ合金は磁性材料であるが、Ｘ=Al、Si、Geの時は、ホイスラー合金に対して４５度回転せずに結晶成長することができる。
【０１０９】
また、上記のα＋βが上記範囲の場合、第一の強磁性層及び第二の強磁性層に含まれるホイスラー合金が、ハーフメタル特性を維持しやすくなる。その結果、さらに大きな磁気抵抗効果が得られる。
【０１１０】
また、第一の挿入層の厚さをｔ１、第二の挿入層の厚さをｔ２としたとき、ｔ１及びｔ２が、挿入層を構成する材料ＦｅγＸ１−γのスピン拡散長以下とするのが好ましい。第一の強磁性層から第二の強磁性層に移動する電子において、スピン源が第一の挿入層及び／又は第二の挿入層の影響を受けないため、磁気抵抗効果が大きくなる。具体的には、上述の厚みｔ１、ｔ２の範囲であるが、ｔ１≦１０ｎｍ及び／又はｔ２≦１０ｎｍのときには、第一の強磁性層４と第二の強磁性層６との間を移動する電子が、その移動中に第一の挿入層及び／又は第二の挿入層においてスピン散乱されることを十分に抑制できるので、磁気抵抗効果が特に大きくなる。さらに、０．２ｎｍ≦ｔ１及び／又は０．２ｎｍ≦ｔ２のときには、第一の挿入層及び第二の挿入層の厚さが十分に大きくなるので、非磁性スペーサ層と、第一の強磁性層及び／又は第二の強磁性層との間における格子不整合を十分に低減させることができる。その結果、非磁性スペーサ層と、第一の強磁性層４及び／又は第二の強磁性層６とが高い結晶品質で積層されるので、磁気抵抗効果が特に大きくなる。
【０１１１】
なお、上述の構造における磁気抵抗効果素子のスピンに対する挙動は、原理的には、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子のみでなく、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子（面内通電型ＧＭＲ素子）においても、同様に生じると考えられるため、上述の構造は、ＭＲ比の向上という観点から、ＣＩＰ−ＧＭＲ素子においても有効であると考えられる。なぜならば、格子不整合率の縮小により、
第一の強磁性層及び／又は第二の強磁性層と、非磁性スペーサ層の結晶性が向上するので、大きな磁気抵抗効果を発揮することが出来ると考えられるからである。
【符号の説明】
【０１１２】
４…第一の強磁性層、６…第二の強磁性層、５…非磁性スペーサ層、５Ｂ…非磁性金属層、５Ａ…第一の挿入層、５Ｃ…第二の挿入層。
【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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