(57)【要約】【課題】可とう性を有する磁気抵抗素子を提供する。【解決手段】可とう性を有する有機フィルム（ＰＥＴ：約２００ｎｍ）の基板１０上に、強磁性体であるＣｏ75Ｆｅ25を約１０ｎｍ蒸着して第１の磁性薄膜２０を形成し、該第１の磁性薄膜２０上にＬＢ法で約１ｎｍの可とう性を有する有機膜３０を形成し、該有機膜３０上に、強磁性体であるパーマロイを約１０ｎｍ蒸着して第２の磁性薄膜４０を形成する。そして、フォトリソグラフィのプロセスを用いて所定の形状とする。これにより、磁気抵抗素子５は、可とう性を有することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された少なくとも１つの磁性薄膜を含む第１の磁性体層と、該第１の磁性体層上に形成された絶縁体層と、該絶縁体層上に形成された少なくとも１つの磁性薄膜を含む第２の磁性体層と、を有する磁気抵抗素子において、
前記基板及び前記絶縁体層が、いずれも可とう性を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
【請求項２】
前記絶縁体層は、少なくとも１つの有機膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗素子。
【請求項３】
前記少なくとも１つの有機膜は、単分子層の有機膜であることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗素子。
【請求項４】
前記少なくとも１つの有機膜は、複数の単分子層が累積された有機膜であることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗素子。
【請求項５】
前記少なくとも１つの有機膜は、ラングミュア・ブロジェット法、ディッピング法、及び気相成長法のいずれかにより形成された有機膜であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子。
【請求項６】
前記少なくとも１つの有機膜は、シラノール又はチオールを原料の１つとすることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子。
【請求項７】
少なくとも１つの請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子を備える磁気センサ。
【請求項８】
二次元面内にマトリックス状に配置された複数の請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子と；
前記複数の磁気抵抗素子に磁界を印加するためのビット線と；
前記複数の磁気抵抗素子のうちの任意の磁気抵抗素子に情報を書き込むための書込みワード線と；
前記複数の磁気抵抗素子のうちの任意の磁気抵抗素子から情報を読み出すための読出しワード線と；を備えるメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗素子、磁気センサ及びメモリに係り、さらに詳しくは、磁界に応じてその抵抗値が変化する磁気抵抗素子、該磁気抵抗素子を有する磁気センサ、及び前記磁気抵抗素子を用いたメモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界に応じてその抵抗値が変化する磁気抵抗素子は、様々な分野で利用されている。例えば、特許文献１には、第１の磁性体層と第２の磁性体層との間の非磁性体スペーサ層として、有機半導体材料を用いた磁気抵抗装置が開示されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示されている磁気抵抗装置は、可とう性を有していないため、その用途が限定されていた。
【０００４】
【特許文献１】特表２００５−５０１４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、可とう性を有する磁気抵抗素子を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の第２の目的は、可とう性を有する磁気センサを提供することにある。
【０００７】
また、本発明の第３の目的は、可とう性を有するメモリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、第１の観点からすると、基板上に形成された少なくとも１つの磁性薄膜を含む第１の磁性体層と、該第１の磁性体層上に形成された絶縁体層と、該絶縁体層上に形成された少なくとも１つの磁性薄膜を含む第２の磁性体層と、を有する磁気抵抗素子において、前記基板及び前記絶縁体層が、いずれも可とう性を有することを特徴とする磁気抵抗素子である。
【０００９】
これによれば、磁気抵抗素子自体が可とう性を有することが可能となり、この磁気抵抗素子を用いたデバイスの用途を飛躍的に拡大することができる。
【００１０】
本発明は、第２の観点からすると、少なくとも１つの請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子を備える磁気センサである。
【００１１】
これによれば、可とう性を有する磁気センサを実現することができる。
【００１２】
本発明は、第３の観点からすると、二次元面内にマトリックス状に配置された複数の請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気抵抗素子と；前記複数の磁気抵抗素子に磁界を印加するためのビット線と；前記複数の磁気抵抗素子のうちの任意の磁気抵抗素子に情報を書き込むための書込みワード線と；前記複数の磁気抵抗素子のうちの任意の磁気抵抗素子から情報を読み出すための読出しワード線と；を備えるメモリである。
【００１３】
これによれば、可とう性を有するメモリを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１０に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に係る磁気抵抗素子５の概略構成が示されている。
【００１５】
図１の磁気抵抗素子５は、磁界に応じてその抵抗値が変化する磁気抵抗素子であり、可とう性を有する有機フィルムの基板１０、第１の金属磁性体の薄膜２０（以下、便宜上「第１の磁性薄膜２０」ともいう）、有機膜３０、及び第２の金属磁性体の薄膜４０（以下、便宜上「第２の磁性薄膜４０」ともいう）などから構成されている。
【００１６】
この磁気抵抗素子５の製造方法について説明する。なお、ここでは、一例として、基板１０には市販のＰＥＴ(ポリエチレンテレフタレート)フィルム（厚さ：約２００μｍ）を用いた。
【００１７】
（１）スパッタ成膜装置を用いて、基板１０上に第１の磁性薄膜２０を蒸着する（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）参照）。ここでは、一例として強磁性体であるＣｏ75Ｆｅ25が第１の磁性薄膜２０として蒸着される。この第１の磁性薄膜２０の膜厚は約１０ｎｍである。従って、第１の磁性薄膜２０は、可とう性を有している。なお、基板１０上に第１の磁性薄膜２０が形成されたものを、以下では便宜上、「基板＋第１の磁性薄膜」と記述する。
（２）第１の磁性薄膜２０上に有機膜３０を形成する。ここでは、一例としてラングミュア・ブロジェット法（以下、「ＬＢ法」という）を用いて、単分子の有機膜３０を形成する。すなわち、図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示されるように、表面に単分子層５０を有する溶液中に上記「基板＋第１の磁性薄膜」を浸漬し、引き上げることにより、第１の磁性薄膜２０上に有機膜３０を形成する。この有機膜３０は、約１ｎｍの膜厚を有しており、当然、可とう性を有している。なお、ここでは、一例として有機膜３０の原料には、ステアリン酸が含まれている。
（３）スパッタ成膜装置を用いて、有機膜３０上に第２の磁性薄膜４０を蒸着する（図４（Ａ）及び図４（Ｂ）参照）。ここでは、一例として強磁性体であるパーマロイが第２の磁性薄膜４０として蒸着される。この第２の磁性薄膜２０の膜厚は約１０ｎｍである。従って、第２の磁性薄膜２０は、可とう性を有している。
（４）フォトリソグラフィのプロセスを用いて所定の形状とする。
【００１８】
上記のようにして製造された磁気抵抗素子５は、基板１０、第１の磁性薄膜２０、有機膜３０、及び第２の磁性薄膜４０がいずれも可とう性を有しているため、磁気抵抗素子５自体が可とう性を有することとなる。
【００１９】
なお、第２の磁性薄膜４０を蒸着する前に、有機膜３０の表面を酸化させても良い。これにより、第２の磁性薄膜４０と有機膜３０との密着性を向上させることができる。
【００２０】
また、成膜後に形状を加工する代わりに、メタルマスク等を用いて成膜時に形状限定を行っても良い
【００２１】
また、一例として図５に示されるように、前記有機膜３０に代えて、２種類の有機膜（３０ａ、３０ｂ）が形成される場合であっても、同様にＬＢ法を用いて成膜することができる。この場合においても、各有機膜は、いずれも可とう性を有している。
【００２２】
また、一例として図６に示されるように、前記第１の磁性薄膜２０と前記有機膜３０との間に無機薄膜３２が更に形成されても良い。この無機薄膜３２は、スパッタ成膜装置を用いて成膜することができる。この場合には、無機薄膜３２にクラックが発生しても、有機膜３０によって第１の磁性薄膜２０と第２の磁性薄膜４０との間の絶縁性は確保される。
【００２３】
《磁気センサ》
図７には、上記のようにして製造された磁気抵抗素子５を用いたデバイスの一例として磁気センサ７０が示されている。この磁気センサ７０は、２つの磁気抵抗素子（素子Ａ、素子Ｂとする）が一体化されており、可とう性を有している。そして、素子Ａの第１の磁性薄膜２０と素子Ｂの第２の磁性薄膜４０との間に一定の電圧（ここではＶcc）が印加され、素子Ａの第１の磁性薄膜２０と素子Ａの第２の磁性薄膜４０との間の電圧が計測される。
【００２４】
《磁気検出装置》
また、一例として図８に示されるように、磁気センサ７０の基板１０上に、磁気センサ７０の出力信号に基づいて所定の演算を行い磁気情報を取得する演算回路１７１と、演算回路１７１にて得られた磁気情報などを表示する表示部１７３とを設けることにより、可とう性を有する磁気検出装置１７０を実現することができる。この場合に、表示部１７３には、有機ＥＬあるいは液晶を用いた可とう性を有する薄型の表示デバイスを用いると良い。
【００２５】
《トンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）》
また、一例として図９に示されるように、基板１０上に、Ｔａ薄膜８０６、Ｎｉ−Ｆｅ薄膜８０５、Ｆｅ−Ｍｎ薄膜８０４、Ｃｏ−Ｆｅ薄膜８０３、有機膜３０、パーマロイ薄膜８０２を、順に積層することにより、可とう性を有するトンネル磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）８０を製造することができる。この場合は、以下の手順で製造される。
（１）スパッタ成膜装置を用いて、基板１０上にＴａを蒸着し、Ｔａ薄膜８０６を成膜する。
（２）スパッタ成膜装置を用いて、Ｔａ薄膜８０６上にＮｉ−Ｆｅ合金を蒸着し、Ｎｉ−Ｆｅ薄膜８０５を成膜する。
（３）スパッタ成膜装置を用いて、Ｎｉ−Ｆｅ薄膜８０５上にＦｅ−Ｍｎ合金を蒸着し、Ｆｅ−Ｍｎ薄膜８０４を成膜する。
（４）スパッタ成膜装置を用いて、Ｆｅ−Ｍｎ薄膜８０４上にＣｏ−Ｆｅ合金を蒸着し、Ｃｏ−Ｆｅ薄膜８０３を成膜する。
（５）上記ＬＢ法を用いて、Ｃｏ−Ｆｅ薄膜８０３上に単分子の有機膜３０を形成する。
（６）スパッタ成膜装置を用いて、有機膜３０上にパーマロイを蒸着し、パーマロイ薄膜８０２を成膜する。
（７）フォトリソグラフィのプロセスを用いて所定の形状とする。
【００２６】
このＴＭＲ素子８０では、パーマロイ薄膜８０２からなる強磁性体層が、外部磁界に応じて電子スピンの方向が自由に変化できる、いわゆるフリー層である。そして、有機膜３０からなる層が絶縁体層であり、Ｃｏ−Ｆｅ薄膜８０３からなる強磁性体層が、外部磁界に依存せずに電子スピンの方向が一定である、いわゆるピン層である。また、Ｆｅ−Ｍｎ薄膜８０４からなる層が、ピン層での電子スピンの方向を固定する反強磁性層であり、Ｔａ薄膜８０６とＮｉ−Ｆｅ薄膜８０５とからなる層が、反強磁性層の特性を確保する、いわゆるバッファ層である。なお、パーマロイ薄膜８０２と有機膜３０との間、及び有機膜３０とＣｏ−Ｆｅ薄膜８０３との間の少なくともいずれかにハーフメタルの薄膜が形成されても良い。このハーフメタルの材料としては、Ｃｏ2ＭｎＡｌやＣｏ2ＭｎＳｉなどのホイスラー合金が好ましい。
【００２７】
《メモリ（ＭＲＡＭ）》
そして、一例として図１０に示されるように、複数（ここでは一例として９個）のＴＭＲ素子８０をＸ軸方向とＹ軸方向とにマトリックス状に配置し、各ＴＭＲ素子８０にそれぞれ磁界を印加するためのＹ軸方向に延びるビット線８５と、任意のＴＭＲ素子８０に情報を書き込むためのＸ軸方向に延びる書込みワード線８１と、任意のＴＭＲ素子８０から情報を読み出すためのＸ軸方向に延びる読出しワード線８３とを設けることにより、読み書き可能なメモリ（ＭＲＡＭ）９０を実現することができる。１個のＴＭＲ素子８０で１ビット（bit）の情報を記憶できる。なお、読み出しは、ＴＭＲ素子８０に電流を流して、ＴＭＲ素子８０の両側に生ずる電圧の変化（出力電圧）を読み出すことで行われる。
【００２８】
《メモリカード》
図１１には、メモリ９０と、該メモリ９０に対するデータの書き込み／読出しを制御する制御部１９１と、可視情報が印字される印字部１９３とが、紙あるいは可とう性を有するプラスチックのカード上に設けられたメモリカード１９０の例が示されている。印刷部１９３には、電子写真プロセスを用いた印字装置、インクジェットプロセスを用いた印字装置及びサーマル印字装置などで印字することができる部材で構成することができる。このメモリカード１９０は、可とう性を有している。
【００２９】
また、図１２には、メモリ９０と、外部との通信を制御する通信部１９６と、メモリ９０に対するデータの書き込み／読出しを制御する制御部とが、紙あるいは可とう性を有するプラスチックのカード上に設けられたメモリカード１９５の例が示されている。通信部１９６としては、光を媒体とする光通信、及び電波あるいは電磁波を媒体とする無線通信のいずれであっても良い。このメモリカード１９５は、可とう性を有している。
【００３０】
《ディスプレイ》
図１３には、メモリ９０、表示部２０１、メモリ９０に対するデータの書き込み及び表示部２０１への表示を制御する制御部２０３とが、可とう性を有する有機フィルム上に設けられたディスプレイ２００の例が示されている。この場合に、表示部２０１には、有機ＥＬあるいは液晶を用いた可とう性を有する薄型の表示デバイスを用いると良い。このディスプレイ２００は、可とう性を有している。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態に係る磁気抵抗素子５によると、約２００ｎｍの厚さのＰＥＴフィルム（基板１０）と、該基板１０上に形成された、約１０ｎｍの厚さの強磁性体であるＣｏ75Ｆｅ25の薄膜（第１の磁性薄膜２０）と、該第１の磁性薄膜２０上に形成された、約１ｎｍの厚さの可とう性を有する有機膜３０と、該有機膜３０上に形成された、約１０ｎｍの厚さの強磁性体であるパーマロイの薄膜（第２の磁性薄膜４０）とから構成されている。すなわち、基板１０、第１の磁性薄膜２０、有機膜３０、及び第２の磁性薄膜４０は、いずれも可とう性を有している。従って、磁気抵抗素子５は、可とう性を有することとなる。
【００３２】
また、本実施形態に係る磁気センサ７０は、磁気抵抗素子５を用いているため、可とう性を有することが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態に係るメモリ９０は、磁気抵抗素子５と同様に絶縁体層が有機膜３０で形成され可とう性を有するＴＭＲ素子８０を用いているため、可とう性を有することが可能となる。
【００３４】
なお、上記実施形態では、基板１０として可とう性を有する有機フィルムを用いる場合について説明したが、これに限らず、例えば可とう性を有する無機材料を使用しても良い。
【００３５】
また、上記実施形態では、前記有機膜３０が単分子膜である場合について説明したが、複数の単分子層が積層された有機膜であっても良い。要するに、有機膜３０が可とう性を有していれば良い。
【００３６】
また、上記実施形態では、前記有機膜３０がＬＢ法により形成される場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）に示されるように、「基板＋第１の磁性薄膜」を、長鎖アルキル型シラノールを含む溶液５５に浸漬して引き上げる、いわゆるディッピング法により前記有機膜３０が形成されても良い。
【００３７】
さらに、一例として図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）に示されるように、いわゆる気相成長法により前記有機膜３０が形成されても良い。この場合には、先ず、真空容器６５内の基板ホルダ６２に「基板＋第１の磁性薄膜」を載置し、真空容器６５内を真空状態とした後、真空容器６５内にＨ2Ｏガスを含むガスを導入して第１の磁性薄膜２０の表面に水酸基を持たせる。次に、長鎖アルキル基をもつシランを含む原料ガスを真空容器６５内に導入する。これにより、上記水酸基とシラン基とが反応してシラノールとなり、第１の磁性薄膜２０の表面に強固に吸着した単分子となる。なお、「基板＋第１の磁性薄膜」は、基板ホルダ６２を介して所定の温度に加熱、保持されるようになっている。
【００３８】
また、スピンコート法により前記有機膜３０が形成されても良い。
【００３９】
また、上記実施形態では、前記有機膜３０の原料の１つとしてシラノールを用いる場合について説明したが、これに限らず、例えばチオールを用いても良い。
【００４０】
また、上記実施形態では、スパッタ成膜装置を用いて、有機膜３０上に第２の磁性薄膜４０を蒸着する場合について説明したが、これに限らず、例えば有機膜３０上に第２の金属磁性体をメッキしても良い。
【００４１】
また、上記実施形態では、磁気センサが２つの磁気抵抗素子を有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、目的に応じて磁気抵抗素子の数を変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態に係る磁気抵抗素子の概略構成を示す図である。
【図２】図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、それぞれ図１の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、それぞれ図１の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ図１の磁気抵抗素子の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図５】図１の磁気抵抗素子の変形例１を説明するための図である。
【図６】図１の磁気抵抗素子の変形例２を説明するための図である。
【図７】図１の磁気抵抗素子を用いた磁気センサを説明するための図である。
【図８】図７の磁気センサを用いた磁気検出装置を説明するための図である。
【図９】図１の磁気抵抗素子と同様にして製造されたトンネル磁気抵抗素子を説明するための図である。
【図１０】図９のトンネル磁気抵抗素子を用いたメモリを説明するための図である。
【図１１】図１０のメモリを用いたメモリカードの例１を説明するための図である。
【図１２】図１０のメモリを用いたメモリカードの例２を説明するための図である。
【図１３】図１０のメモリを有するディスプレイの例を説明するための図である。
【図１４】図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）は、それぞれ有機膜の成膜方法の変形例１を説明するための図である。
【図１５】図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、それぞれ有機膜の成膜方法の変形例２を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０…基板、２０…第１の磁性薄膜、３０…有機膜、４０…第２の磁性薄膜、７０…磁気センサ、９０…メモリ。
【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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