(57)【要約】【課題】現在、反強磁性膜として、不規則相Mn80Ir20膜、規則相Mn75Ir25膜が業界標準である。しかしながら、両者とも結晶構造が立方晶であるが故に結晶磁気異方性エネルギー定数が105 erg/cm3程度と小であり、熱揺らぎ耐性が不足している状態にある。いわゆる、ピンデグレが顕在化している問題がある。【解決手段】上記課題を克服するため、結晶磁気異方性エネルギー定数約2×108 erg/cm3を保有しているL10 Mn50Ir50膜を固定層用、反強磁性膜300として適用する。これにより、例えば、素子サイズ5 nm□、反強磁性膜厚5 nmになっても、緩和時間1.2×1049 年と、天文学的数値の熱揺らぎ耐性を確保できる。L10 Mn50Ir50系反強磁性膜の低温規則化手段については、Mn50Ir50膜下方に動的応力駆動・静的応力駆動MnIr低温規則化層を設けることにより、解決する。【選択図】図１
2012033515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、下部電極上に、シード層と、反強磁性膜と、強磁性膜と、固定側強磁性層と、非磁性導電性中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由側強磁性層と、上部電極とを有するCPP-GMR素子であって、
前記反強磁性膜が、結晶磁気異方性エネルギー定数を108 erg/cm3以上保有するか、もしくは規則度を0.8以上保有するL10 MnIr系反強磁性膜で構成されることを特徴とするCPP-GMR素子。
【請求項２】
請求項１記載のCPP-GMR素子において、前記L10 MnIr系反強磁性膜の下方に該L10 MnIr系反強磁性膜の低温規則化を図るためのAuCu或いはPtMn系動的応力駆動層を設けたことを特徴とするCPP-GMR素子。
【請求項３】
請求項２記載のCPP-GMR素子において、前記AuCu或いはPtMn系動的応力駆動層の下方に、前記L10 MnIr系反強磁性膜の低温規則化を図るための貴金属シード静的応力駆動層を設けたことを特徴とするCPP-GMR素子。
【請求項４】
請求項３記載のCPP-GMR素子において、前記貴金属シード静的応力駆動層と、前記AuCu或いはPtMn系動的応力駆動層と、前記L10 MnIr系反強磁性膜との稠密六方格子の一辺の長さ関係、或いは格子定数の長さ関係が、前記AuCu或いはPtMn系動的応力駆動層、および前記L10 MnIr系反強磁性膜が不規則相状態にあるとき、貴金属シード静的応力駆動層＞不規則相AuCu或いはPtMn系膜＞不規則相MnIr系膜の関係にあることを特徴とするCPP-GMR素子。
【請求項５】
請求項３記載のCPP-GMR素子において、前記AuCu或いはPtMn系動的応力駆動層と、前記L10 MnIr系反強磁性膜との格子パラメータの長さ関係が、AuCu或いはPtMn系膜およびMnIr系膜の不規則/規則相変態前後で、
不規則相AuCu或いはPtMn系膜の（-110）面間隔＜規則相AuCu或いはPtMn系膜の（-110）面間隔、
不規則相AuCu或いはPtMn系膜の（-1-12）面間隔＞規則相AuCu或いはPtMn系膜の（-1-12）面間隔、
不規則相MnIr系膜の（-110）面間隔＜規則相MnIr系膜の（-110）面間隔、および、
不規則相MnIr系膜の（-1-12）面間隔＞規則相MnIr系膜の（-1-12）面間隔、
の関係にあることを特徴とするCPP-GMR素子。
【請求項６】
少なくとも、下部電極上に、シード層と、反強磁性膜と、強磁性膜と、固定側強磁性層と、絶縁性障壁層と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由側強磁性層と、上部電極とを有するTMR素子であって、
前記反強磁性膜が、結晶磁気異方性エネルギー定数を108 erg/cm3以上保有するか、もしくは規則度を0.8以上保有するL10 MnIr系反強磁性膜で構成されることを特徴とするTMR素子。
【請求項７】
請求項６記載のTMR素子において、前記L10 MnIr系反強磁性膜の下方に該L10 MnIr系強磁性膜の低温規則化を図るためのAuCu或いはPtMn系動的応力駆動層を設けたことを特徴とするTMR素子。
【請求項８】
請求項７記載のTMR素子において、前記AuCu或いはPtMn系動的応力駆動層の下方に、前記L10 MnIr系反強磁性層の低温規則化を図るための貴金属シード静的応力駆動層を設けたことを特徴とするTMR素子。
【請求項９】
請求項８記載のTMR素子において、前記貴金属シード静的応力駆動層と、前記AuCu或いはPtMn系動的応力駆動層と、前記L10 MnIr系反強磁性膜との稠密六方格子の一辺の長さ関係、或いは格子定数の長さ関係が、前記AuCu或いはPtMn系動的応力駆動層、および前記L10 MnIr系反強磁性膜が不規則相状態にあるとき、貴金属シード静的応力駆動層＞不規則相AuCu或いはPtMn系膜＞不規則相MnIr系膜の関係にあることを特徴とするTMR素子。
【請求項１０】
請求項６記載のTMR素子において、前記AuCu或いはPtMn系動的応力駆動層と、前記L10 MnIr系反強磁性膜との格子パラメータの長さ関係が、AuCu或いはPtMn系膜およびMnIr系膜の不規則/規則相変態前後で、
不規則相AuCu或いはPtMn系膜の（-110）面間隔＜規則相AuCu或いはPtMn系膜の（-110）面間隔、
不規則相AuCu或いはPtMn系膜の（-1-12）面間隔＞規則相AuCu或いはPtMn系膜の（-1-12）面間隔、
不規則相MnIr系膜の（-110）面間隔＜規則相MnIr系膜の（-110）面間隔、および、
不規則相MnIr系膜の（-1-12）面間隔＞規則相MnIr系膜の（-1-12）面間隔、
の関係にあることを特徴とするTMR素子。
【請求項１１】
情報を記録する磁気記録媒体と、
前記情報を書き込みする記録ヘッドと、前記情報を読み取る、請求項１乃至５のいずれかに記載のCPP-GMR素子、或いは請求項６乃至１０のいずれに記載のTMR素子を有する再生ヘッドを含む磁気ヘッドと、
前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体上の所定の位置へ移動させるアクチュエータと、
前記磁気ヘッドが読み取りまたは書き込みする前記情報の送受信と前記アクチュエータの移動を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする磁気記録再生装置。
【請求項１２】
少なくとも、基板上に、複数の下部細線が配置され、その上方に、該下部細線と同数の上部細線が、該下部細線と交差するよう配置され、該下部細線と該上部細線の交差する位置にあって、該下部細線と該上部細線とに挟まれる位置に、請求項６乃至１０のいずれかに記載のTMR素子が配置されることを特徴とするスピンランダムアクセスメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、L10 MnIr系反強磁性層を適用したCPP-GMR素子、TMR素子等の磁気抵抗効果素子、およびそれを用いた磁気記録再生装置〔ハードディスクドライブ（HDD）やスピンランダムアクセスメモリ（SPRAM）〕に関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度磁気記録再生対応の磁気センサとしてCPP-GMR（current perpendicular to the plane-Giant magnetoresistive）素子、TMR(Tunneling magnetoresistive)素子等の磁気抵抗効果素子が知られている。以下に、いわゆるスピンバルブタイプのCPP-GMR素子の概略、および、動作原理を説明する。
【０００３】
CPP-GMR素子は、導電性非磁性中間層によって分離された強磁性膜（1）と強磁性膜（2）を含む適切なる物質上に形成された積層構造を含有する。代表的なCPP-GMR素子構造は、下部電極/反強磁性層/強磁性膜（1）/導電性非磁性中間層/強磁性膜（2）/上部電極である。ここで、最上層が上部電極、最下層が下部電極であり、以下の積層膜もこのように表記する。強磁性膜のひとつ、強磁性膜（1）の磁化方向は、外部印加磁場ゼロのとき、強磁性膜（2）の磁化方向と垂直方向に固定されている。この強磁性膜（1）の磁化方向の固定は、反強磁性膜を隣接させ、反強磁性膜と強磁性膜（1）との交換結合により、強磁性膜（1）に一方向異方性エネルギー、或いは交換磁気異方性エネルギーを付与することによりなされる。そのため、強磁性膜（1）は、固定層、或いは固定側強磁性膜と呼ばれており、本明細書でも、このように表記する。固定層の代表的な磁化の固定方向は、媒体対抗面・浮上面（ABS面）と垂直な方向である。一方、強磁性膜（2）の磁化方向は、外部印加磁場によって自由に回転することができる。そのため、強磁性膜（2）は、自由層、或いは自由側強磁性膜と呼ばれており、本明細書でも、このように表記する。CPP-GMR素子では、磁性媒体から発生する磁場を印加磁場として、この磁場に応じて自由層の磁化方向が自由に回転し、結果、固定層の磁化方向と自由層の磁化方向とのなす角度に変化が生じる。CPP-GMR素子は、これら固定層と自由層の磁化方向のなす角度の変化に応じて電気抵抗が変化することを利用し、磁性媒体からの磁気的信号を電気的信号に変換する磁気抵抗トランスデューサーである。現在では、自由層や固定層に、いわゆるハーフメタル膜を使ったり、導電性非磁性中間層に電流狭窄と呼ばれている技術を導入したりして、MR比20％超が得られている。
【０００４】
一方の、TMR素子は、絶縁障壁層によって分離された強磁性膜（1）と強磁性膜（2）を含む適切なる物質上に形成された積層構造を含有する。代表的なTMR素子構造は、下部電極/反強磁性膜/強磁性膜（1）/絶縁障壁層/強磁性膜（2）/上部電極である。各々の膜の役割、および、TMR素子の動作原理は、絶縁障壁層を用いトンネル効果を利用して上下の通電をはかっている以外は、上で述べたCPP-GMR素子と同じである。現在、固定層、絶縁障壁層、自由層を、CoFeB/MgO/CoFeB構成とすることで、MR比350％超が得られている。
【０００５】
CPP-GMR素子、TMR素子ともに、高密度化・特性向上にあたっての要の技術は、固定層/導電性非磁性中間層、導電性非磁性中間層/自由層、および、固定層/絶縁障壁層、絶縁障壁層/自由層、の界面DOSの保有するスピン分極率を上げてのMR比を向上させる技術、そして、反強磁性層による固定層の強固なピンニング技術、いいかえると、固定層への大きな一方向異方性エネルギー、或いは交換磁気異方性エネルギー付与技術、と言っても過言ではない。
【０００６】
固定層用の反強磁性膜としては、不規則相FeMn膜、NiO膜、CrMnPt膜、L10 PtMn膜、L10 PtPdMn膜、不規則相MnIr膜、規則相Mn75Ir25膜、などが知られている。そして現在では、不規則相MnIr膜、規則相Mn75Ir25膜が業界標準として使用されている。ちなみに、規則相Mn75Ir25膜は、上記反強磁性膜の中では最も大きい交換磁気異方性エネルギー定数約1.3 erg/cm2を付与できることで知られている。（特許文献１、非特許文献１、非特許文献２参照）
【特許文献１】特開2002-289947号公報
【非特許文献１】Appl. Phys. Lett., 89, 052504 (2006)
【非特許文献２】Appl. Phys. Lett., 85, 3812 (2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
不規則相MnIr膜は、結晶構造が立方晶（fcc）であるが故に反強磁性膜の結晶磁気異方性エネルギー定数（KAF）が105 erg/cm3のオーダにあり、小さい。同様に、規則相Mn75Ir25膜も、確かに巨大交換磁気異方性エネルギー定数（Ke）約1.3 erg/cm2が得られるものの、やはり結晶構造がfccであるが故にKAFは105 erg/cm3のオーダであり、小さい。
【０００８】
それゆえ、面記録密度Tb/in2超を達成するためには、CPP-GMR・TMR素子サイズを、例えば35 nm□：トラック幅35 nm、素子高さ35 nmにまで低減することが必要とされているが、この素子サイズ、そして不規則相MnIr膜、或いは、規則相Mn75Ir25膜厚が5 nmの場合について、（KAFVAF）／（kBT）値を計算してみると、もはや25を大きく下回っている。（VAF：反強磁性膜の体積、kB：ボルツマン定数、T：温度）。
【０００９】
（KAFVAF）／（kBT）＜＜25の場合について、反強磁性膜の結晶磁気異方性が維持される時間、いわゆる緩和時間τを、Neelの関係式τ＝τ0 exp [（KAFVAF）／（kBT）]（τ0：Neelの定数）を用いて計算してみると、τ＜＜72 sとなり、もはや、結晶磁気異方性は72 sももたない、という数値がはじき出される。すなわち、熱揺らぎ耐性がまったくなく、固定層用の反強磁性膜として、まったく機能しないという問題に直面する。さらには、言うまでもなく、今後の記録密度向上に伴う素子サイズ低減の要求に耐えられない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の問題を解決するため、本発明では、第一原理計算により予見されているKAF≒2×108 erg/cm3を保有する規則相L10 MnIr膜（組成は、at.%比でおおよそ50：50。但し、組成マージンは広い。）を固定層用の反強磁性膜に適用する。具体的には以下のとおりである。
本発明の代表的なCPP-GMR素子は、少なくとも、下部電極上に、シード層と、反強磁性膜と、強磁性膜と、固定側強磁性層と、非磁性導電性中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由側強磁性層と、上部電極とを有するCPP-GMR素子であって、
前記反強磁性膜が、結晶磁気異方性エネルギー定数を108 erg/cm3以上保有するか、もしくは規則度を0.8以上保有するL10 MnIr系反強磁性膜で構成されることを特徴とする。
また、本発明の代表的なTMR素子は、下部電極上に、シード層と、反強磁性膜と、強磁性膜と、固定側強磁性層と、絶縁性障壁層と、外部磁界に応じて磁化方向が自由に変化する自由側強磁性層と、上部電極とを有するTMR素子であって、
前記反強磁性膜が、結晶磁気異方性エネルギー定数を108 erg/cm3以上保有するか、もしくは規則度を0.8以上保有するL10 MnIr系反強磁性膜で構成されることを特徴とする。
但し、MnIr膜のL10規則相を得るためには、いいかえるとMnIr膜に不規則/規則相変態（規則化）を生じさせるためには、平衡状態図上、融点の約1/2である600゜Ｃ程度の高温熱処理、或いは、加熱しながらの形成が必要とされる。しかしながら、薄膜は非平衡状態にあり、種々の低温規則化技術を駆使して上で述べた温度を低減することが可能である。そこで本発明では、下記３つのMnIr膜の低温規則化の解決手段を提供する。
（１）AuCu系、PtMn系動的応力駆動MnIr膜低温規則化、
（２）貴金属シード配置による静的応力駆動MnIr膜低温規則化、
（３）そのほか、高Ar圧製膜駆動MnIr膜低温規則化。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、超高密度に対応するため、素子サイズが極めて小さくなっても、極論するとCPP-GMR・TMR素子などの磁気抵抗効果素子終焉まで使える固定層用の反強磁性膜を提供できる。
例えば、素子サイズ10 nm□、L10 MnIr膜厚5 nmのとき、（KAFVAF）／（kBT）値約2416、同様に、素子サイズ5 nm□、L10 MnIr膜厚5 nmのとき、（KAFVAF）／（kBT）値約604、同様に、素子サイズ2.5 nm□、L10 MnIr膜厚5 nmのとき、（KAFVAF）／（kBT）値約151と、熱揺らぎ耐性が極めて大きい固定層用の反強磁性膜を提供できる。
ちなみに、上で述べた（KAFVAF）／（kBT）＝151から、τを計算してみると、τ＝1.2×1049 年と天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の代表的な実施例について説明する。
＜実施例１＞
図１は、結晶磁気異方性エネルギー定数KAF＝2×108 erg/cm3を保有するL10 MnIr反強磁性膜を適用した、少なくとも、下部電極100上に、シード層200と、L10 MnIr反強磁性膜300と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−a）401と、固定層の一部をなす強磁性膜（固定側強磁性層）（1−b）402と、導電性非磁性中間層501と、自由層の役割を担う強磁性膜（自由側強磁性層）（2）600と、上部電極700と、を順次積層してなる磁性積層膜を含むCPP-GMR素子の媒体対抗面、いわゆるABS面から見た拡大断面図を示す。重複するが、固定層用の反強磁性膜300が、L10 MnIr反強磁性膜で構成されることを特徴とする。
【００１３】
実施例１のCPP-GMR素子の代表的な材料・膜厚は、以下のとおりである。下部電極100はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。シード層200はTa/Cu積層膜で構成され、膜厚はともに5 nmである。L10 MnIr反強磁性膜300の膜厚は、5 nmである。強磁性膜（1−a）401はCo膜で構成され、膜厚は1.5 nmである。強磁性膜（1−b）402はハーフメタルCoMnSi膜で構成され、膜厚は3 nmである。導電性非磁性中間層501はCu-Al-O膜で構成され、膜厚は2 nmである。強磁性膜（2）600はハーフメタルCoMnSi膜で構成され、膜厚は3 nmである。上部電極700はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。なお、強磁性膜（1−a）401と強磁性膜（1−b）402とは、強磁性/強磁性の交換結合により強固に固定されている。
【００１４】
L10 MnIr反強磁性膜にとって妥当な交換結合モデルであるMalozemoffモデル、Ke＝4×z×π-3/2×√（AAF×KAF）（z：再隣接原子数、AAF：交換ステフィネス定数）、なる関係式を使ってKeの理論値をはじき出してみたところ、約80 erg/cm2という値が得られた。この結果は、L10 MnIr膜を固定層用の反強磁性膜として用いることにより、上で述べた固定層：強磁性膜（1−a）401/強磁性膜（1−b）402積層膜に、理想的には約80 erg/cm2もの交換磁気異方性エネルギー定数を付与できることを示している。
【００１５】
しかしながら、実際には、格子不整合、界面汚染物質のコンタミ、膜中不純物、360゜面内異方性軸ローテーションがあり、上の理論値には届かない。
【００１６】
そこで、実際に、どの程度の交換磁気異方性エネルギー定数の実験値が得られるか、実験と計算により、以下に見積もってみた。
【００１７】
L10 PtMn反強磁性膜は、L10 MnIr反強磁性膜と結晶構造・磁気構造が類似していて、妥当交換結合モデルも同じMalozemoffモデルである、として知られる。そして、このL10 PtMn反強磁性膜のKeの実験値は約0.4 erg/cm2である。加えて、第一原理計算から予見されているL10 PtMnのKAFは、L10 MnIrの約1/20である。いいかえると、L10 MnIrのKAFは、L10 PtMnの約20倍である。以上の事実を、上のMalozemoffモデルからのKe〔＝4×z×π-3/2×√（AAF×KAF）〕理論式にはめこんで比例計算を行うと、L10 MnIr反強磁性膜のKeの実験値は、Ke≒0.4（erg/cm2）×√20（倍）≒1.8 erg/cm2、という値が得られる。なお、L10 MnIr、L10 PtMnのｚはともに12と同じであり、AAFについてもネール温度（TN）や再隣接Mn原子間距離等がほとんど同じであることから、ｚやAAFについては、各々、1倍、約1倍として見積もった。
【００１８】
以上、L10 MnIr膜を固定層用の反強磁性膜として用いることにより、実験的にも、固定層：強磁性膜（1−a）401/強磁性膜（1−b）402積層膜に、Ke約1.8 erg/cm2もの極めて大きな交換磁気異方性エネルギー定数を付与できることが分かった。なお、このKe約1.8 erg/cm2は、これまでに知られている規則相Mn75Ir25反強磁性膜の約1.3 erg/cm2を凌ぐ値である。
【００１９】
L10 MnIr反磁性膜のブロッキング温度TBについては、L10 MnIrのTNが約867゜Ｃもあることから、極めて高く、膜が壊れてしまって測定困難である。しかしながら、結晶構造・磁気構造が類似していて、妥当交換結合モデルも同じであるL10 PtMn、L10 NiMn反強磁性膜のTBがTNよりもおおよそ200゜Ｃ低い温度にある、ことの類推から、TB約600゜Ｃ超と見積もられる。
【００２０】
次に、本発明のキーである熱揺らぎ耐性について、以下に述べたい。熱揺らぎ耐性を示す物理パラメータは、（KAFVAF）／（kBT）値、および、τ＝τ0 exp [（KAFVAF）／（kBT）]である。L10 MnIr反磁性膜のKAF＝2×108 erg/cm3を用いて、代表的な素子サイズについて計算すると、以下のとおり見積もられる。
【００２１】
例えば、素子サイズ10 nm□、L10 MnIr膜厚5 nmのとき、（KAFVAF）／（kBT）値約2416、同様に、素子サイズ5 nm□、L10 MnIr膜厚5 nmのとき、（KAFVAF）／（kBT）値約604、同様に、素子サイズ2.5 nm□、L10 MnIr膜厚5 nmのとき、（KAFVAF）／（kBT）値約151と、熱揺らぎ耐性が極めて高いことが分かる。ちなみに、上で述べた（KAFVAF）／（kBT）値約151から、τを計算してみると、τ＝1.2×1049 yearsと天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が得られる。噛み砕いて言うならば、L10 MnIr反強磁性膜の異方性軸が倒れるまでには、1.2×1049 yearsもの年数がかかる。以上から、L10 MnIr膜を固定層用の反強磁性膜として用いることにより、素子サイズが極めて小さくなっても、極論すると、CPP-GMR・TMR素子などの磁気抵抗効果素子終焉まで使える固定層用の反強磁性膜を提供できる。
【００２２】
以上の熱揺らぎ耐性は、L10 MnIr反強磁性膜のKAFが約2×108 erg/cm3であって規則度Sが約１の場合であるが、実際には規則度S＝1を得ることは難しい。規則度Sは、0.8程度まで落ちてしまう場合が多い。しかしながら、規則度Sは0.8以上もあれば十分である。なぜなら、規則度Sが0.8に下がった場合には、KAFは1/2くらいまで減少するとされているが、KAF＝1×108 erg/cm3まで減少したとしても、素子サイズ小としても上記天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が維持されるからである。すなわち、素子サイズ2.5 nm□、L10 MnIr膜厚5 nmとしてもτ＝2.1×1014 yearsと天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が維持される。したがって、L10 MnIr反強磁性膜のKAFは108 erg/cm3のオーダを保有していれば十分であり、規則度Sも0.8以上もあれば十分である。
【００２３】
なお、KAF＝1×108 erg/cm3の場合、理屈上、Ke＝1.2 erg/cm2まで減少するが、Ke値としては0.4 erg/cm2以上あれば実用上問題ないが故にこの低下は問題なく、一方のTB値は、一番良好な交換結合手で決まるが故に600°Ｃ超は維持されることを付記しておきたい。
【００２４】
なお、本発明に係わる、L10 MnIr反強磁性膜の組成は、上でも述べたとおり、at.%比でおおよそ50：50であるが、組成マージンが広いため多少ずれていても構わない。加えて、Pt、Pd、Rh、Au、Ag、Ruなど数at.％〜数10at.%添加しても良く、これら２元素以上の貴金属を組み合わせて添加しても良い。
【００２５】
さらに、図１では、L10 MnIr反強磁性膜下置きタイプの基本的なCPP-GMR構造を示したが、L10 MnIr反強磁性膜上置きタイプとしても良く、さらにはサンドイッチしてデュアル構造タイプとしても良い。
【００２６】
さらに、L10 MnIr反強磁性膜300の下方に、例えば、不規則相MnIr/NiFe/Ru/NiFeで構成される積層フェリ構造膜を設けても構わない。同様に、上置き積層フェリ構造膜、デユアル積層フェリ構造膜を設けても、良い。
【００２７】
さらに、図１では、良質なハーフメタルCoMnSi膜〔強磁性膜（1−b）〕を得るため、Co膜〔強磁性膜（1−a）〕を介在させたが、必要に応じ、強磁性膜（1−a）はなくても構わない。
【００２８】
図２に、結晶磁気異方性エネルギー定数KAF＝2×108 erg/cm3を保有するL10 MnIr反強磁性膜を適用した、少なくとも、下部電極100上に、シード層200と、L10 MnIr反強磁性膜300と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−a）401と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−b）402と、絶縁障壁層502と、自由層の役割を担う強磁性膜（2）600と、上部電極700と、を順次積層してなる磁性積層膜を含むTMR素子の媒体対抗面、いわゆるABS面から見た拡大断面図を示す。重複するが、固定層用の反強磁性膜300が、L10 MnIr反強磁性膜で構成されることを特徴とする。
【００２９】
実施例１のTMR素子の代表的な材料・膜厚は、以下のとおりである。下部電極100はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。シード層200はTa/Cu積層膜で構成され、膜厚はともに5 nmである。L10 MnIr反強磁性膜300の膜厚は、5 nmである。強磁性膜（1−a）401はCo膜で構成され、膜厚は1.5 nmである。強磁性膜（1−b）402はCoFeB膜で構成され、膜厚は4 nmである。絶縁障壁層502はMgO膜で構成され、膜厚は1.5 nmである。強磁性膜（2）600はCoFeB膜で構成され、膜厚は4 nmである。上部電極700はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。なお、強磁性膜（1−a）401と強磁性膜（1−b）402とは、強磁性/強磁性の交換結合により強固に固定されている。
【００３０】
本TMR素子構造でも、L10 MnIr反強磁性膜を固定層用の反強磁性膜に用いることにより、上で述べた、Ke実験値約1.8 erg/cm2、TB値600°Ｃ超、そして、素子サイズを極めて小としても、天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が得られる。
【００３１】
なお、上でも述べたとおり、実際にはL10 MnIr反強磁性膜のKAF＝2×108 erg/cm3、規則度S≒1を得ることは難しい。規則度Sは、0.8程度まで落ちてしまう場合が多い。しかしながら、規則度Sは0.8以上もあれば十分である。なぜなら、規則度Sが0.8に下がった場合には、KAFは1/2くらいまで減少するとされているが、KAF＝1×108 erg/cm3まで減少したとしても、素子サイズ小としても天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が維持されるからである。すなわち、素子サイズ2.5 nm□、L10 MnIr膜厚5 nmとしてもτ＝2.1×1014 yearsと天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が維持される。したがって、L10 MnIr反強磁性膜のKAFは108 erg/cm3のオーダを保有していれば十分であり、規則度Sも0.8以上もあれば十分である。
【００３２】
なお、KAF＝1×108 erg/cm3の場合、理屈上、Ke＝1.2 erg/cm2まで減少するが、Ke値としては0.4 erg/cm2以上あれば実用上問題ないが故にこの低下は問題なく、一方のTB値は、一番良好な交換結合手で決まるが故に600°Ｃ超は維持されることを付記しておきたい。
【００３３】
なお、本発明に係わる、L10 MnIr反強磁性膜の組成は、上でも述べたとおり、at.%比でおおよそ50：50であるが、組成マージンが広いため多少ずれていても構わない。加えて、Pt、Pd、Rh、Au、Ag、Ruなど数at.％〜数10at.%添加しても良く、これら２元素以上の貴金属を組み合わせて添加しても良い。
【００３４】
さらに、図２では、L10 MnIr反強磁性膜下置きタイプの基本的なTMR構造を示したが、L10 MnIr反強磁性膜上置きタイプとしても良く、さらにはサンドイッチしてデュアル構造タイプとしても良い。
【００３５】
さらに、L10 MnIr反強磁性膜300の上方に、例えば、NiFe/Ru/NiFeで構成される積層フェリ構造膜を設けても構わない。同様に、L10 MnIr反強磁性膜上置きタイプの場合には上置き積層フェリ構造膜、デュアル構造タイプの場合にはデュアル積層フェリ構造膜を設けても、良い。
【００３６】
さらに、図２では、良質なCoFeB膜〔強磁性膜（1−b）402〕を得るため、Co膜〔強磁性膜（1−a）401〕を介在させたが、必要に応じ、強磁性膜（1−a）はなくても構わない。
【００３７】
＜実施例２＞
図３は、結晶磁気異方性エネルギー定数KAF＝2×108 erg/cm3を保有するL10 MnIr反強磁性膜を適用した、そして動的応力駆動MnIr低温規則化を図るためにAuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層を新たに設けた、少なくとも、下部電極100上に、シード層200と、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250と、L10 MnIr反強磁性膜300と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−a）401と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−b）402と、導電性非磁性中間層501と、自由層の役割を担う強磁性膜（2）600と、上部電極700と、を順次積層してなる磁性積層膜を含むCPP-GMR素子の媒体対抗面、いわゆるABS面から見た拡大断面図を示す。重複するが、固定層用の反強磁性膜300が、L10 MnIr反強磁性膜で構成され、その上で、L10 MnIr反強磁性膜の低温規則化を促進するためにAuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250が設けられていることを特徴とする。
【００３８】
実施例２のCPP-GMR素子の代表的な材料・膜厚は、以下のとおりである。下部電極100はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。シード層200はTa/Cu積層膜で構成され、膜厚はともに5 nmである。動的応力駆動層250は組成比がat.%比でおおよそ50：50にあるAuCu膜で構成され、膜厚は10 nmである。L10 MnIr反強磁性膜300の膜厚は、5 nmである。強磁性膜（1−a）401はCo膜で構成され、膜厚は1.5 nmである。強磁性膜（1−b）402はハーフメタルCoMnSi膜で構成され、膜厚は3 nmである。導電性非磁性中間層501はCu-Al-O膜で構成され、膜厚は2 nmである。強磁性膜（2）600はハーフメタルCoMnSi膜で構成され、膜厚は3 nmである。上部電極700はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。なお、強磁性膜（1−a）401と強磁性膜（1−b）402とは、強磁性/強磁性の交換結合により強固に固定されている。
【００３９】
上記AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層を設けることにより、低温熱処理（350°Ｃ以下）で、実施例１で述べた、L10 MnIr反強磁性膜のKe実験値約1.8 erg/cm2、TB値600°Ｃ超、そして、素子サイズを極めて小としても、天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が得られやすくなる。
【００４０】
なお、本実施例に係わる、AuCu動的応力駆動層の組成は、上でも述べたとおり、at.%比でおおよそ50：50であるが、組成マージンが広いため多少ずれていても構わない。加えて、Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Ru、や、Fe、Co、Niなど数at.％添加されていても構わない。さらには、これら２元素以上の金属を組み合わせて添加していても良い。
【００４１】
本実施例に係わる、PtMn動的応力駆動層の組成については、at.%比でおおよそ50：50であるが、組成マージンが広いため多少ずれていても構わない。加えて、Au、Pd、Rh、Ir、Ag、Ru、や、Fe、Co、Niなど数at.％添加されていても構わない。さらには、これら２元素以上の金属を組み合わせて添加しても良い。
【００４２】
さらに、AuCu系動的応力駆動層を用いた場合には、シード層200はなくても構わない。なぜなら、AuCu系膜は、シード層がなくても良好な稠密面（111）配向を示すからである。
【００４３】
さらに、図３では、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層/ L10 MnIr反強磁性膜の下置きタイプの基本的なCPP-GMR構造を示したが、例えば、下部電極100/シード層200/強磁性膜（2）600/導電性非磁性中間層501/強磁性膜（1−b）402/強磁性膜（1−a）401/L10 MnIr反強磁性膜300/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/上部電極700、のようにL10 MnIr反強磁性膜/ AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層の上置きタイプとしても良く、さらには、サンドイッチして、例えば、下部電極100/シード層200/ AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/ L10 MnIr反強磁性膜300/強磁性膜（1−a）401/強磁性膜（1−b）402/導電性非磁性中間層501/強磁性膜（2）600/導電性非磁性中間層501/強磁性膜（1−b）402/強磁性膜（1−a）401/L10 MnIr反強磁性膜300/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/上部電極700、のようにデュアル構造タイプとしても良い。
【００４４】
さらに、L10 MnIr反強磁性膜300の上方に、例えば、NiFe/Ru/NiFeで構成される積層フェリ構造膜を設けても構わない。同様に、L10 MnIr反強磁性膜/ AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層の上置きタイプの場合には上置き積層フェリ構造膜、デュアル構造タイプの場合にはデュアル積層フェリ構造膜を設けても、良い。
【００４５】
L10 MnIr反強磁性膜の添加元素、強磁性膜（1−a）401の要否論については、実施例１と同じのため、説明を省略する。
【００４６】
図４は、結晶磁気異方性エネルギー定数KAF＝2×108 erg/cm3を保有するL10 MnIr反強磁性膜を適用した、そして動的応力駆動MnIr低温規則化を図るためにAuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層を新たに設けた、少なくとも、下部電極100上に、シード層200と、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250と、L10 MnIr反強磁性膜300と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−a）401と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−b）402と、絶縁障壁層502と、自由層の役割を担う強磁性膜（2）600と、上部電極700と、を順次積層してなる磁性積層膜を含むTMR素子の媒体対抗面、いわゆるABS面から見た拡大断面図を示す。重複するが、固定層用の反強磁性膜300が、L10 MnIr反強磁性膜で構成され、その上で、L10 MnIr反強磁性膜の低温規則化を促進するためにAuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250が設けられていることを特徴とする。
【００４７】
実施例２のTMR素子の代表的な材料・膜厚は、以下のとおりである。下部電極100はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。シード層200はTa/Cu積層膜で構成され、膜厚はともに5 nmである。動的応力駆動層250は組成比がat.%比でおおよそ50：50にあるAuCu膜で構成され、膜厚は10 nmである。L10 MnIr反強磁性膜300の膜厚は、5 nmである。強磁性膜（1−a）401はCo膜で構成され、膜厚は1.5 nmである。強磁性膜（1−b）402はCoFeB膜で構成され、膜厚は4 nmである。絶縁障壁層502はMgO膜で構成され、膜厚は1.5 nmである。強磁性膜（2）600はCoFeB膜で構成され、膜厚は4 nmである。上部電極700はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。なお、強磁性膜（1−a）401と強磁性膜（1−b）402とは、強磁性/強磁性の交換結合により強固に固定されている。
【００４８】
上記AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層を設けることにより、低温熱処理（350°Ｃ以下）で、実施例１で述べた、L10 MnIr反強磁性膜のKe実験値約1.8 erg/cm2、TB値600°Ｃ超、そして、素子サイズを極めて小としても、天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が得られやすくなる。
【００４９】
なお、本実施例に係わる、AuCu動的応力駆動層の組成は、上でも述べたとおり、at.%比でおおよそ50：50であるが、組成マージンが広いため多少ずれていても構わない。加えて、Pt、Pd、Rh、Ir、Ag、Ru、や、Fe、Co、Niなど数at.％添加されていても構わない。さらには、これら２元素以上の金属を組み合わせて添加していても良い。
【００５０】
本実施例に係わる、PtMn動的応力駆動層の組成については、at.%比でおおよそ50：50であるが、組成マージンが広いため多少ずれていても構わない。加えて、Au、Pd、Rh、Ir、Ag、Ru、や、Fe、Co、Niなど数at.％添加されていても構わない。さらには、これら２元素以上の金属を組み合わせて添加しても良い。
【００５１】
さらに、AuCu系動的応力駆動層を用いた場合には、シード層はなくても構わない。なぜなら、AuCu系膜は、シード層がなくても良好な稠密面（111）配向を示すからである。
【００５２】
さらに、図４では、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層/ L10 MnIr反強磁性膜の下置きタイプの基本的なTMR構造を示したが、例えば、下部電極100/シード層200/強磁性膜（2）600/絶縁障壁層502/強磁性膜（1−b）402/強磁性膜（1−a）401/L10 MnIr反強磁性膜300/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/上部電極700、のようにL10 MnIr反強磁性膜/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層の上置きタイプとしても良く、さらには、サンドイッチして、例えば、下部電極100/シード層200/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/L10 MnIr反強磁性膜300/強磁性膜（1−a）401/強磁性膜（1−b）402/絶縁障壁層502/強磁性膜（2）600/絶縁障壁層502/強磁性膜（1−b）402/強磁性膜（1−a）401/L10 MnIr反強磁性膜300/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/上部電極700、のようにデュアル構造タイプとしても良い。
【００５３】
さらに、L10 MnIr反強磁性膜300の上方に、例えば、NiFe/Ru/NiFeで構成される積層フェリ構造膜を設けても構わない。同様に、L10 MnIr反強磁性膜/ AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層の上置きタイプの場合には上置き積層フェリ構造膜、デュアル構造タイプの場合にはデュアル積層フェリ構造膜を設けても、良い。
【００５４】
L10 MnIr反強磁性膜の添加元素、強磁性膜（1−a）401の要否論については、実施例１と同じのため、説明を省略する。
【００５５】
上記実施例に係わる、AuCu、或いはPtMn系膜、および、MnIr系膜の結晶構造は、ともに、不規則相ではfcc、規則相では面心正方晶（fct）である。そして、AuCu、PtMn、および、MnIr系膜は、不規則相状態にあっても、規則相状態にあっても、ともに（111）配向を示していた。
【００５６】
そこで、図５に、上記実施例に係わる、AuCu膜、および、MnIr膜の（111）面内、および、（111）面間の格子パラメータを示す。AuCu膜、MnIr膜とも、規則化に伴い、（111）面稠密六方格子の2辺：（-110）面間隔（d-110）が長くなり、残り4辺、いいかえると、（-1-12）面間隔（d-1-12）が短くなっているのが分かる。すなわち、[-1-12]方向に自発歪み（圧縮）、[-110]方向に自発歪み（引張り）、が生じて規則化する。なお、d111は、（111）面間隔である。
【００５７】
同様に、図６に、上記実施例に係わる、PtMn膜、および、MnIr膜の（111）面内、および、（111）面間の格子パラメータを示す。PtMn膜、MnIr膜とも、規則化に伴い、（111）面稠密六方格子の2辺：（-110）面間隔（d-110）が長くなり、残り4辺、いいかえると、（-1-12）面間隔（d-1-12）が短くなっているのが分かる。加えて、（111）面間隔（d111）が短くなっているのが分かる。すなわち、[111]、[-1-12]方向に自発歪み（圧縮）、[-110]方向に自発歪み（引張り）、が生じて規則化する。以上のように自発歪みを伴う不規則/規則相変態は、広義の意味でマルテンサイト変態と称されている。
【００５８】
図５、６を踏まえ、上記実施例に係わる、３方向動的応力駆動MnIr低温規則化について、以下に説明する。図７は、上記実施例に係わる、３方向動的応力駆動MnIr低温規則化のSchematicである。AuCu膜も同じであるが、ここでは、話を分かりやすくするためPtMn動的応力駆動MnIr低温規則化のメカニズムについて以下に記載する。図中、d111、d-1-12、および、d-110は、（111）面間隔、（-1-12）面間隔、および、（-110）面間隔である。
【００５９】
PtMn膜の規則化温度は約250-275°Ｃと低い。そのため、熱処理を行うと、まずはじめにPtMn[111]、[-1-12]方向に自発歪み（圧縮）、[-110]方向に自発歪み（引張り）が生じる（図６参照）、次いで、これら、自発歪は、上方のMnIr膜に、MnIr[111]、[-1-12]方向動的引張り応力、MnIr[-110]方向動的圧縮応力を付与する。最後に、これら動的応力が、熱処理中に、MnIr膜のMnIr[111]、[-1-12]方向自発歪み（圧縮）、MnIr[-110]方向自発歪み（引張り）（図６参照）をアシストする。それゆえ、MnIr膜規則化のための相互拡散活性化エネルギーの山を越えやすくなって、MnIr膜の低温規則化が促進される、という訳である。
【００６０】
AuCu動的応力駆動MnIr低温規則化も、AuCu膜の規則化温度が275-325°Ｃ程度と低いが故に上記とほぼ同じメカニズムである。ただ、AuCu膜の場合には、熱処理に伴うAuCu[111]方向の自発歪みはほとんどない（図５参照）。しかしながら、AuCu膜規則化の際のAuCu[-110]方向自発歪み（引張り）は、極めて大きい。それゆえ熱処理を行うと、まずはじめに上側のMnIr膜に、実効的にMnIr[111]方向動的引張り応力が付与され、次いで、この動的応力がMnIr[111]方向自発歪み（圧縮）をアシストしている、ということは、おおいに考えられうることである。噛み砕いて述べるならば、AuCu動的応力駆動層を用いても、PtMn動的応力駆動層と同様、MnIr[111]方向にも動的応力駆動が働く。
【００６１】
以上のように、PtMn動的応力駆動層、AuCu動的応力駆動層を用いることにより、３方向動的応力駆動：MnIr[111]、[-1-12]方向動的引張り応力駆動、MnIr[-110]方向動的圧縮応力駆動、が働いて、MnIr低温規則化が促進される。
【００６２】
上記、３方向動的応力駆動MnIr低温規則化をスムーズに働かせるためには、図５、６から分かるように、AuCu、或いは、PtMn系動的応力駆動層と、L10 MnIr系反強磁性膜との格子パラメータ長さ関係を、AuCu、或いはPtMn系膜、および、MnIr系膜の不規則/規則相変態前後で、下記（１）−（７）を満足させる必要がある：
（１）不規則相AuCu、或いはPtMn系膜の（-110）面間隔＞不規則相MnIr系膜の（-110）面間隔、
（２）不規則相AuCu、或いはPtMn系膜の（-110）面間隔＜規則相AuCu、或いはPtMn系膜の（-110）面間隔、
（３）不規則相AuCu、或いはPtMn系膜の（-1-12）面間隔＞規則相AuCu、或いはPtMn系膜の（-1-12）面間隔、
（４）不規則相MnIr系膜の（-110）面間隔＜規則相MnIr系膜の（-110）面間隔、
（５）不規則相MnIr系膜の（-1-12）面間隔＞規則相MnIr系膜の（-1-12）面間隔、
（６）不規則相AuCu、或いはPtMn系膜の（111）面間隔≒規則相AuCu、或いはPtMn系膜の（111）面間隔、もしくは、不規則相AuCu、或いはPtMn系膜の（111）面間隔＞規則相AuCu、或いはPtMn系膜の（111）面間隔、
（７）不規則相MnIr系膜の（111）面間隔＞規則相MnIr系膜の（111）面間隔、
を満足させる必要がある。
【００６３】
これら大小関係がひとつでも逆転した場合には、例えば、上記（２）の大小関係が逆転した場合には、MnIr膜にはMnIr[-110]方向動的引張り応力が付与されてしまい、結果、３方向動的応力駆動：MnIr[111]、[-1-12]方向動的引張り応力駆動、MnIr[-110]方向動的圧縮応力駆動、のうちのMnIr[-110]方向動的圧縮応力駆動が失われて、MnIr膜低温規則化が困難な事態に陥る。
【００６４】
＜実施例３＞
図８は、結晶磁気異方性エネルギー定数KAF＝2×108 erg/cm3を保有するL10 MnIr反強磁性膜を適用し、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層を設けた上で、さらに、静的応力駆動MnIr低温規則化を図るために新たに貴金属シード静的応力駆動層を設けた、少なくとも、下部電極100上に、シード層200と、貴金属シード静的応力駆動層225と、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250と、L10 MnIr反強磁性膜300と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−a）401と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−b）402と、導電性非磁性中間層501と、自由層の役割を担う強磁性膜（2）600と、上部電極700と、を順次積層してなる磁性積層膜を含むCPP-GMR素子の媒体対抗面、いわゆるABS面から見た拡大断面図を示す。重複するが、固定層用の反強磁性膜300がL10 MnIr反強磁性膜で構成され、そのL10 MnIr反強磁性膜の低温規則化を促進するため、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250に加えて、新たに貴金属シード静的応力駆動層225を設けたことを特徴とする。
【００６５】
実施例３のCPP-GMR素子の代表的な材料・膜厚は、以下のとおりである。下部電極100はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。シード層200はTa/Cu積層膜で構成され、膜厚はともに5 nmである。貴金属シード静的応力駆動層225はAg膜で構成され、膜厚は5 nmである。動的応力駆動層250は組成比がat.%比でおおよそ50：50にあるAuCu膜で構成され、膜厚は10 nmである。L10 MnIr反強磁性膜300の膜厚は、5 nmである。強磁性膜（1−a）401はCo膜で構成され、膜厚は1.5 nmである。強磁性膜（1−b）402はハーフメタルCoMnSi膜で構成され、膜厚は3 nmである。導電性非磁性中間層501はCu-Al-O膜で構成され、膜厚は2 nmである。強磁性膜（2）600はハーフメタルCoMnSi膜で構成され、膜厚は3 nmである。上部電極700はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。なお、強磁性膜（1−a）401と強磁性膜（1−b）402とは、強磁性/強磁性の交換結合により強固に固定されている。
【００６６】
上記のように、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層に加え、新たに貴金属シード静的応力駆動層を設置・加算することにより、低温熱処理（350°Ｃ以下）であっても、実施例１で述べた、L10 MnIr反強磁性膜のKe実験値約1.8 erg/cm2、TB値600°Ｃ超、そして、素子サイズを極めて小としても、天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が、より一層得られやすくなる。
【００６７】
なお、本実施例に係わる、貴金属シード静的応力駆動層は、Ag膜のほか、Au、Pt、Ir、Pd、Rh、および、Ru膜で構成されていても良い。さらには、これら２元素以上の金属を組み合わせて構成されていても構わない。
【００６８】
さらに、図８では、貴金属シード静的応力駆動層/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層/L10 MnIr反強磁性膜の下置きタイプの基本的なCPP-GMR構造を示したが、例えば、下部電極100/シード層200/強磁性膜（2）600/導電性非磁性中間層501/強磁性膜（1−b）402/強磁性膜（1−a）401/L10 MnIr反強磁性膜300/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/貴金属シード静的応力駆動層225/上部電極700、のようにL10 MnIr反強磁性膜/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層/貴金属シード静的応力駆動層の上置きタイプとしても良く、さらには、サンドイッチして、例えば、下部電極100/シード層200/貴金属シード静的応力駆動層225/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/ L10 MnIr反強磁性膜300/強磁性膜（1−a）401/強磁性膜（1−b）402/導電性非磁性中間層501/強磁性膜（2）600/導電性非磁性中間層501/強磁性膜（1−b）402/強磁性膜（1−a）401/L10 MnIr反強磁性膜300/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/貴金属シード静的応力駆動層225/上部電極700、のようにデュアル構造タイプとしても良い。
【００６９】
さらに、L10 MnIr反強磁性膜300の上方に、例えば、NiFe/Ru/NiFeで構成される積層フェリ構造膜を設けても構わない。同様に、L10 MnIr反強磁性膜/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層/貴金属シード静的応力駆動層の上置きタイプの場合には上置き積層フェリ構造膜、デュアル構造タイプの場合にはデュアル積層フェリ構造膜を設けても、良い。
【００７０】
L10 MnIr反強磁性膜の添加元素、強磁性膜（1−a）の要否論については、実施例１と同じのため、AuCu動的応力駆動層、PtMn動的応力駆動層の組成比と添加元素、AuCu系動的応力駆動層を用いた場合のシード層の要否論については、実施例２と同じため、説明を省略する。
【００７１】
図９は、結晶磁気異方性エネルギー定数KAF＝2×108 erg/cm3を保有するL10 MnIr反強磁性膜を適用し、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層を設けた上で、さらに、静的応力駆動MnIr低温規則化を図るために新たに貴金属シード静的応力駆動層を設けた、少なくとも、下部電極100上に、シード層200と、貴金属シード静的応力駆動層225と、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250と、L10 MnIr反強磁性膜300と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−a）401と、固定層の一部をなす強磁性膜（1−b）402と、絶縁障壁層502と、自由層の役割を担う強磁性膜（2）600と、上部電極700と、を順次積層してなる磁性積層膜を含むTMR素子の媒体対抗面、いわゆるABS面から見た拡大断面図を示す。重複するが、固定層用の反強磁性膜300がL10 MnIr反強磁性膜で構成され、そのL10 MnIr反強磁性膜の低温規則化を促進するため、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250に加えて、新たに貴金属シード静的応力駆動層225を設けたことを特徴とする。
【００７２】
実施例３のTMR素子の代表的な材料・膜厚は、以下のとおりである。下部電極100はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。シード層200はTa/Cu積層膜で構成され、膜厚はともに5 nmである。貴金属シード静的応力駆動層225はAg膜で構成され、膜厚は5 nmである。動的応力駆動層250は組成比がat.%比でおおよそ50：50にあるAuCu膜で構成され、膜厚は10 nmである。L10 MnIr反強磁性膜300の膜厚は、5 nmである。強磁性膜（1−a）401はCo膜で構成され、膜厚は1.5 nmである。強磁性膜（1−b）402はCoFeB膜で構成され、膜厚は4 nmである。絶縁障壁層502はMgO膜で構成され、膜厚は1.5 nmである。強磁性膜（2）600はCoFeB膜で構成され、膜厚は4 nmである。上部電極700はRu膜で構成され、膜厚は50 nmである。なお、強磁性膜（1−a）401と強磁性膜（1−b）402とは、強磁性/強磁性の交換結合により強固に固定されている。
【００７３】
上記のように、AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層に加え、新たに貴金属シード静的応力駆動層を設置・加算することにより、低温熱処理（350°Ｃ以下）であっても、実施例１で述べた、L10 MnIr反強磁性膜のKe実験値約1.8 erg/cm2、TB値600°Ｃ超、そして、素子サイズを極めて小としても、天文学的数値の熱揺らぎ耐性値が、より一層得られやすくなる。
【００７４】
なお、本実施例に係わる、貴金属シード静的応力駆動層は、Ag膜のほか、Au、Pt、Ir、Pd、Rh、又はRu膜で構成されていても良い。さらには、これら２元素以上の金属を組み合わせて構成されていても構わない。
【００７５】
さらに、図９では、貴金属シード静的応力駆動層/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層/L10 MnIr反強磁性膜の下置きタイプの基本的なTMR構造を示したが、例えば、下部電極100/シード層200/強磁性膜（2）600/絶縁障壁層502/強磁性膜（1−b）402/強磁性膜（1−a）401/L10 MnIr反強磁性膜300/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/貴金属シード静的応力駆動層225/上部電極700、のようにL10 MnIr反強磁性膜/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層/貴金属シード静的応力駆動層の上置きタイプとしても良く、さらには、サンドイッチして、例えば、下部電極100/シード層200/貴金属シード静的応力駆動層225/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/L10 MnIr反強磁性膜300/強磁性膜（1−a）401/強磁性膜（1−b）402/絶縁障壁層502/強磁性膜（2）600/絶縁障壁層502/強磁性膜（1−b）402/強磁性膜（1−a）401/L10 MnIr反強磁性膜300/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層250/貴金属シード静的応力駆動層225/上部電極700、のようにデュアル構造タイプとしても良い。
【００７６】
さらに、L10 MnIr反強磁性膜300の上方に、例えば、NiFe/Ru/NiFeで構成される積層フェリ構造膜を設けても構わない。同様に、L10 MnIr反強磁性膜/AuCu、或いはPtMn系動的応力駆動層/貴金属シード静的応力駆動層の上置きタイプの場合には上置き積層フェリ構造膜、デュアル構造タイプの場合にはデュアル積層フェリ構造膜を設けても、良い。
【００７７】
L10 MnIr反強磁性膜の添加元素、強磁性膜（1−a）の要否論については、実施例１と同じのため、AuCu動的応力駆動層、PtMn動的応力駆動層の組成比と添加元素、AuCu系動的応力駆動層を用いた場合のシード層の要否論については、実施例２と同じため、説明を省略する。
【００７８】
本実施例に係わる、貴金属シード静的応力駆動層225は、Ru系膜を除き、fccの結晶構造を保有していた。Ru系膜については、hcpの結晶構造であった。そして、貴金属シード静的応力駆動層225は、Ru系膜を除き、（111）稠密面配向を示していた。Ru系膜については、（001）面稠密面配向を示していた。
【００７９】
そこで、図１０に、本実施例に係わる、貴金属シードによる静的応力駆動MnIr低温規則化のSchematicを示す。図中、d111、d-1-12、および、d-110は、（111）面間隔、（-1-12）面間隔、および、（-110）面間隔である。例として、貴金属シード静的応力駆動層としてAg膜、動的応力駆動層としてPtMn膜を用いた場合についての、静的応力駆動MnIr低温規則化のメカニズムを以下に記載する。
【００８０】
まずはじめに、この静的応力駆動を働かせるためには、下記の前提条件が必要とされる。すなわち、PtMn膜、MnIr膜が不規則相状態にあるとき、Ag膜と、PtMn膜と、MnIr膜の（111）面稠密六方格子の一辺の長さ関係が、或いは、格子定数の長さ関係が、Ag膜＞PtMn膜＞MnIr膜、にあることが必要とされる。なぜならこの静的応力は、Ag（111）/不規則相PtMn（111）の大きな格子ミスマッチに起因し、不規則相PtMn膜を介して、不規則相MnIr膜に付与されるMnIr[111]方向静的引張り応力だからである。貴金属シード静的応力駆動層としてAg膜、動的応力駆動層としてPtMn膜、反強磁性膜としてMnIr膜を選択した場合には、稠密六方格子の一辺の長さ関係は、Ag（2.892オングストローム）＞不規則相PtMn（2.761オングストローム）＞不規則相MnIr（2.696オングストローム）であり、上記の長さ関係を満たす。
【００８１】
図１０に示すように、この長さ関係があるがために、As-dep.状態、そしてPtMn膜、MnIr膜が不規則相状態にあるとき、不規則相MnIr膜にMnIr[111]方向の静的引張り応力が、不規則相PtMn膜を介して付与される。次いで、この静的応力が、熱処理中、MnIr膜のMnIr[111]方向の自発歪み（圧縮）（図６参照）をアシストする。それゆえ、MnIr膜規則化のための相互拡散活性化エネルギーの山を越えやすくなって、MnIr膜の低温規則化が促進される、という訳である。
【００８２】
動的応力駆動層としてPtMn膜の代わりにAuCu膜を用いた場合にも、稠密六方格子の一辺の長さ関係は、Ag（2.892オングストローム）＞不規則相AuCu（2.744オングストローム）＞不規則相MnIr（2.696オングストローム）にあり、上で述べた長さ関係を満たす。それゆえ、AuCu膜を用いた場合にも、図１０と同じメカニズムでもって静的応力駆動MnIr低温規則化が促進される。
【００８３】
貴金属シードとしてすでに述べた代替材料を適用する場合には、そしてAuCu、或いはPtMn膜、および、MnIr膜にすでに述べた添加元素をドープする場合には、これら貴金属シード、AuCu、或いはPtMn系膜、MnIr系膜の稠密面六方格子の一辺の長さ関係が、貴金属シード＞不規則相AuCu、或いはPtMn系膜＞不規則相MnIr系膜、を満たすよう代替材料、添加元素、添加量を選択する必要がある、ということは言うまでもない。本関係を満たせない場合には、貴金属シード静的応力駆動MnIr低温規則化は働かない。
【００８４】
そのほか、静的応力駆動として、高Ar圧製膜駆動MnIr低温規則化がある。図１１に、本実施例に係わる、高Ar圧製膜駆動MnIr低温規則化のSchematicを示す。図中、d111は、（111）面間隔である。例として、貴金属シード静的応力駆動層としてAg膜、動的応力駆動層としてPtMn膜を用いた場合についての、高Ar圧製膜駆動MnIr低温規則化のメカニズムを以下に記載する。
【００８５】
まず、As-dep.段階で、Ag膜、PtMn膜、MnIr膜のすべての膜に静的引張り応力を付与できるよう、適当な高Ar圧値、例えば10 mTorrでスパッタ形成する。言うまでもなく、これにより、不規則相MnIr膜にはMnIr[111]方向の静的引張り応力が付与される。次いで、この静的応力が、熱処理中、MnIr膜のMnIr[111]方向の自発歪み（圧縮）（図６参照）をアシストする。それゆえ、MnIr膜規則化のための相互拡散活性化エネルギーの山を越えやすくなって、MnIr膜の低温規則化が促進される、という訳である。
【００８６】
重複するかもしれないが、この高Ar圧製膜駆動MnIr系膜低温規則化を働かせるためには、貴金属シード静的応力駆動層、AuCu、或いはPtMn系膜動的応力駆動層、そしてMnIr系膜に、As-dep.段階で静的引張り応力を付与できるよう、各々の膜・層にとって十分に高いAr圧値を見出して、スパッタ形成する必要がある。
【００８７】
以上、実施例２、および、実施例３にて、AuCu、或いはPtMn系膜による動的応力駆動MnIr系膜低温規則化、貴金属シードによる静的応力駆動MnIr系膜低温規則化、高Ar圧製膜駆動MnIr系膜低温規則化を述べてきたが、これら３つの応力駆動を組み合わせた場合が、最もMnIr系膜を低温規則化させやすい、ということは言うまでもない。加えて、これら３つの応力駆動の中で最もdominantなのは、AuCu、或いはPtMn系膜による動的応力駆動MnIr系膜低温規則化であることを付記しておきたい。
【００８８】
最後に、サイクル熱処理、すなわち２回目以降の熱処理を行った場合には、新たに２種類の静的応力駆動MnIr系膜低温規則化：（1）L10 AuCu、或いはL10 PtMn系膜（111）/MnIr系膜（111）格子ミスマッチ起因のMnIr系膜[111]方向静的応力駆動MnIr系膜低温規則化、（2）貴金属シード（111）/L10 AuCu、或いはL10 PtMn系膜（111）格子ミスマッチ起因のMnIr系膜[111]方向静的応力駆動MnIr系膜低温規則化、が加算され、サイクル熱処理、２回目以降の熱処理を行うことにより、MnIr系膜の規則度Sを向上させやすくなる、ことを付記しておきたい。
【００８９】
＜実施例４＞
図１２は、本発明に係わる、CPP-GMR素子、或いはTMR素子を用いた磁気ディスク装置（ハードディスクドライブ：HDD)についての一実施例を示す図である。HDDに本発明に係わるCPP-GMR素子、或いはTMR素子を適用した概略を示す図である。しかしながら、本発明に係わるCPP-GMR素子、或いはTMR素子は、たとえば、磁気テープ装置などのような磁気記録装置、光磁気ディスク装置、熱アシスト磁気ディスク装置にも適用することが可能である。
【００９０】
図示したHDDは、同心円状のトラックと呼ばれる記録領域にデータを記録するためのディスク状に形成された磁気記録媒体としての磁気ディスク10と、本発明に係わるCPP-GMR素子、或いはTMR素子を含む、上記データの書き込み・読み取りを行うための磁気ヘッド18と、この磁気ヘッド18を支え、そして磁気ディスク10上の所定の位置へ移動させるためのアクチュエータ24と、磁気ヘッド18が書き込み・読み取りするデータの送受信、および、アクチュエータ24の移動などを制御する制御手段と、を含み構成される。
【００９１】
構成と動作について、以下に説明する。少なくとも一枚の回転可能な磁気ディスク10が回転軸12により支持されており、駆動用モータ14により回転させられる。少なくとも一個のスライダ16が、磁気ディスク10上に設置され、このスライダ16は、一個以上設けられており、情報を書き込み・読み込むための磁気ヘッド18を支持している。
【００９２】
磁気ディスク10が回転すると同時に、スライダ16が磁気ディスク10表面を移動することにより、データを記録する所定位置にアクセス、或いは、目的とするデータが記録されている所定位置にアクセスされる。スライダ16は、ジンバル20によってアーム22に取り付けられる。ジンバル20にはわずかな弾力性を付与し、スライダ16を磁気ディスク10に密着させる。アーム22は、アクチュエータ24に取り付けられる。
【００９３】
アクチュエータ24としては、ボイスコイルモータ（以下、VCMと呼ぶ）がある。VCMは固定された磁界中に配置された移動可能なコイルから構成され、コイルの移動方向、および、移動速度等は、制御手段26からライン30を介して与えられる電気信号により制御される。したがって、本実施例によるアクチュエータ24は、スライダ16とジンバル20とアーム22とアクチュエータ24とライン30を含み構成される。
【００９４】
磁気ディスクの動作中、磁気ディスク10の回転によりスライダ16と磁気ディスク10表面との間に空気流によるエアベアリングが生じ、それがスライダ16を磁気ディスク10の表面から浮上させる。よって、磁気ディスク装置動作中には、このエアベアリングはジンバル20に付与されているわずかな弾力性とバランスを取り、スライダ16は磁気ディスク10表面に触れずに、かつ、磁気ディスク10と一定の間隔を保って浮上するよう維持される。
【００９５】
通常、制御手段26は、ロジック回路、メモリ、および、マイクロプロセッサなどから構成される。そして制御手段26は、各ラインを介して制御信号を送受信し、かつ、磁気ディスク装置の種々の構成手段を制御する。
【００９６】
例えば、モータ14は、ライン28を介し伝達されるモータ駆動信号により制御される。アクチュエータ24は、ライン30を介した磁気ヘッド位置の制御信号、および、シーク制御信号等により、磁気ディスク10上の目的とするデータトラックにスライダ16を最適位置に移動、位置決めするよう制御される。
【００９７】
そして、制御手段26は、磁気ヘッド18が磁気ディスク10にデータとして書き込むための電気信号を、ライン32を介して、磁気ヘッド18に送信する。また、磁気ヘッド18が磁気ディスク10に記録されたデータを読み取り、変換した電気信号を、ライン32を介して受信し、解読する。すなわち、制御手段26は、磁気ヘッド18が、書き込み・読み取りする電気信号の送受信を制御している。
【００９８】
なお、上記の書き込み・読み取り信号は、磁気ヘッド18から直接伝達される手段も可能である。また、制御信号として、例えばアクセス制御信号、および、クロック信号などがある。さらに、磁気ディスク装置には、複数の磁気ディスクやアクチュエータ等を保有し、そのアクチュエータが複数の磁気ヘッドを保有していてもよい。
【００９９】
図１２に示すＨＤＤは、本発明に係わる、CPP-GMR素子、或いは、TMR素子を現状HDDに適用しただけではあるが、これによる効果は極めて大きい。すでに述べたとおり、素子サイズを極めて小としても、反強磁性膜の熱揺らぎ耐性極めて大を維持できる。したがって、本発明に係わる、CPP-GMR素子、もしくはTMR素子をHDDに適用するだけで、超高密度対応HDDを提供しやすくなる、ということを強調しておきたい。
【０１００】
図１３は、本発明に係わる、TMR素子を用いたスピンランダムアクセスメモリ（SPRAM）についての一実施例を示す図である。SPRAMに本発明に係わるTMR素子を適用した概略を示す図である。以下に、そのSPRAMの概略構成を述べる。
【０１０１】
図示したSPRAMは、少なくとも、複数の下部細線50と、上部細線54と、下部細線50と上部細線54との格子点に配置されたTMR素子52とを含み構成される。下部細線50はゲート電極として、上部細線54はビット線として使用される。２次元面内に配列された下部細線50と上部細線54の本数は同じである。
【０１０２】
例えば、基板上に、下部細線50が配置され、その上方に、上部細線54が、下部細線50と交差するよう配置される。そして各々の交差する位置にあって、下部細線50と上部細線54とに挟まれる位置に、上記実施例１〜３のいずれかのTMR素子52を配置して構成される。上部細線54は、例えばCu膜で構成され、膜厚、線幅はそれぞれ50 nm、0.1μmである。下部細線50も、例えばCu膜で構成され、膜厚、線幅はそれぞれ50 nm、0.1μmである。
【０１０３】
次に、SPRAMの動作原理について、簡単に触れておく。SPRAMでは、例えば、下記のようにして記録が行われる。図１４に、そのSPRAMへの「0」「1」記録状態時の固定層と自由層の磁化ベクトルの方向を示す。（a）は記録状態「0」にあるとき、（b）は記録状態「1」にあるときである。
【０１０４】
図１４（a）に示すように、初期状態では、いわゆる着磁により固定層と自由層の磁化ベクトルを反平行状態にさせておく。着磁後、外部印加磁場はゼロとなってしまうが、固定層は隣接する反強磁性膜との交換結合により図示した磁化ベクトルの方向が維持され、一方の自由層は自由層自身の保有する誘導磁気異方性エネルギー、もしくは結晶磁気異方性エネルギーにより図示した磁化ベクトルの方向が維持される。SPRAMでは、このように固定層と自由層の磁化ベクトルが反平行状態にあるとき、例えば、記録状態「0」にあるとする。
【０１０５】
この状態から、例えば、図１４（b）に示すパルス電流ｉを流す。これにより、自由層の異方性エネルギーが弱いがためにある一定の電流値、これを閾値電流と呼ぶが、この閾値以上の電流を流すことにより自由層の磁化ベクトルは、いわゆるスピン注入スピントルク磁化反転を起こし、まずはじめにパルス電流ｉと平行方向に向けられ、次いで、自由層のもうひとつの異方性軸（磁化安定軸）、すなわち初期状態とは反対方向に向けられ、落ち着く。SPRAMでは、以上のように記録を行って、固定層と自由層の磁化ベクトルの方向が平行状態にあるとき、例えば、記録状態「1」にあるとする。
【０１０６】
一方の再生は、TMR素子と同じ原理にて行う。但し、あまり大きな電流を流してはいけない。なぜなら、例えば記録状態「0」にある自由層の磁化ベクトルがスピン注入スピントルク磁化反転を起こしてしまい、記録状態「1」に転じてしまうからである。よって、再生は、上で述べた閾値電流以下の電流を通電しながら行わなければならない。記録状態「1」にあるとき、固定層と自由層の磁化ベクトルは平行状態にあるが故にTMR素子は低抵抗になる。一方、記録状態「0」にあるときは、固定層と自由層の磁化ベクトルは反平行状態にあるが故にTMR素子は高抵抗になる。SPRAMでは、以上のように、記録状態「1」を低抵抗であるとして検知、記録状態「0」を高抵抗であるとして検知し、再生を行う。
【０１０７】
最後に、図１３に示すSPRAMは、上記実施例１−３に係わる、TMR素子を現状SPRAMに適用しただけではあるが、これによる効果は極めて大きい。すでに述べたとおり、素子サイズを極めて小としても、反強磁性膜の熱揺らぎ耐性極めて大を維持できる。したがって、上記実施例１−３に係わる、TMR素子をSPRAMに適用するだけで、超集積度対応SPRAMを提供しやすくなる、ということを強調しておきたい。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】実施例１による、L10 MnIr反強磁性膜を適用したCPP-GMR素子の拡大断面図である。
【図２】実施例１による、L10 MnIr反強磁性膜を適用したTMR素子の拡大断面図である。
【図３】実施例２による、L10 MnIr反強磁性膜を適用し、その上で動的応力駆動層を新たに設けたCPP-GMR素子の拡大断面図である。
【図４】実施例２による、L10 MnIr反強磁性膜を適用し、その上で動的応力駆動層を新たに設けたTMR素子の拡大断面図である。
【図５】本発明に係わる、AuCu動的応力駆動層、および、MnIr膜の（111）面内、および、（111）面間の格子パラメータを示す図である。
【図６】本発明に係わる、PtMn動的応力駆動層、および、MnIr膜の（111）面内、および、（111）面間の格子パラメータを示す図である。
【図７】本発明に係わる、３方向動的応力駆動MnIr低温規則化を説明するための図である。
【図８】実施例３による、L10 MnIr反強磁性膜を適用し、動的応力駆動層を設け、その上で貴金属シード静的応力駆動層を新たに設けた、CPP-GMR素子の拡大断面図である。
【図９】実施例３による、L10 MnIr反強磁性膜を適用し、動的応力駆動層を設け、その上で貴金属シード静的応力駆動層を新たに設けた、TMR素子の拡大断面図である。
【図１０】実施例３による、貴金属シードによる静的応力駆動MnIr低温規則化を説明するための図である。
【図１１】実施例３による、高Ar圧製膜駆動MnIr低温規則化を説明するための図である。
【図１２】本発明に係わる、CPP-GMR素子、或いはTMR素子を適用したハードディスクドライブ（HDD）の構成図である。
【図１３】本発明に係わる、TMR素子を適用したスピンランダムアクセスメモリ（SPRAM）の構成図である。
【図１４】スピンランダムアクセスメモリの「0」「1」記録状態時の固定層と自由層の磁化ベクトルの方向を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１０９】
10…磁気ディスク、12…回転軸、14…モータ、16…スライダ、18…磁気ヘッド、20…ジンバル、22…アーム、24…アクチュエータ、26…制御手段、50…下部細線、52…スピン注入スピントルク磁化反転型TMR素子、54…上部細線、100…下部電極、200…シード層、225…貴金属シード静的応力駆動層、250…動的応力駆動層、300…L10 MnIr系反強磁性膜、401…強磁性膜（1−a）、402…強磁性膜（1−b）、501…導電性非磁性中間層、502…絶縁障壁層、600…強磁性膜（2）、700…上部電極。
【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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