[发明专利]磁性薄膜以及包括磁性薄膜的应用设备

说明书

技术领域

在本说明书中公开了几个实施方式的发明涉及包含有序合金的磁性薄膜。更详细而言，实施方式的几个结构例涉及有序合金以Fe以及Pt为主成分且包含Sc的磁性薄膜。进而，在本说明书中公开了几个实施方式的发明涉及包括上述磁性薄膜的应用设备。

背景技术

包括磁性薄膜的应用设备包括磁记录介质、隧道磁阻元件(TMR)、磁阻随机存取存储器(MRAM)以及微机电系统(MEMS)设备等。

作为包括磁性薄膜的应用设备的第一例，说明磁记录介质。磁记录介质被用于硬盘、光磁记录(MO)盘以及磁带等磁记录装置。其磁记录方式包括面内磁记录方式以及垂直磁记录方式。

面内磁记录方式是以往使用的方式，是例如相对于硬盘表面水平地进行磁记录的方式。但是，近年来，主要使用能够实现更高的记录密度的与盘表面垂直地进行磁记录的垂直磁记录方式。

在垂直磁记录方式中使用的磁记录介质(以下有时记载为“垂直磁记录介质”)至少包括非磁性基板和由硬质磁性材料形成的磁记录层。垂直磁记录介质也可以任意选择性地还包括由软磁性材料形成而承担使磁头产生的磁通集中到磁记录层的作用的软磁性衬底层、用于使磁记录层的硬质磁性材料向目的的方向取向的晶种层、保护磁记录层的表面的保护层等。

近年来，以进一步提高垂直磁记录介质的记录密度为目的，迫切需要使磁记录层中的磁性晶粒的粒径缩小。另一方面，磁性晶粒的粒径的缩小使所记录的磁化的热稳定性降低。因此，为了补偿磁性晶粒的粒径的缩小所致的热稳定性的降低，要求使用具有更高的晶体磁各向异性的材料来形成磁性晶粒。

但是，具有用具有高的磁各向异性的材料形成的磁记录层的磁记录介质具有大的顽磁力，磁化的记录困难。为了克服该记录困难性，提出了热辅助磁记录方式、微波辅助磁记录方式等能量辅助磁记录方式。在热辅助磁记录方式中，利用磁性材料中的磁各向异性常数(Ku)的温度依赖性、即温度越高则Ku越小这样的特性。在该方式中，使用具有磁记录层的加热功能的头。即，通过使磁记录层升温而临时地使Ku降低来使反转磁场降低，在该期间进行写入。在降温之后，Ku返回到原来的高的值，所以能够稳定地保持所记录的磁化。

作为包括磁性薄膜的应用设备的第二例，说明隧道磁阻元件(TMR)以及使用它的磁阻随机存取存储器(MRAM)。闪存存储器、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)等以往的存储器使用存储器单元内的电子来进行信息的记录。另一方面，MRAM是将与硬盘等相同的磁性体用于记录介质的存储器。

MRAM具有10ns左右的地址访问时间以及20ns左右的循环时间。因此，MRAM的读写速度是DRAM的读写速度的5倍左右，即与静态随机存取存储器(SRAM)的读写速度等同。另外，MRAM具有能够实现闪存存储器的十分之一左右的低功耗以及高密度的集成这样的优点。

此处，能够通过各种技术，制造在MRAM中使用的TMR。例如，通过在反铁磁性薄膜上形成铁磁性薄膜，能够得到包括TMR的层叠体。在日本特开2005-333106号公报(专利文献1)中，公开了如下交换耦合元件：在基板上依次层叠反铁磁性层以及与该反铁磁性层交换耦合的铁磁性层，上述反铁磁性层包含Mn-Ir合金的规则相(Mn₃Ir)。在该文献的图5中，公开了包括上述交换耦合元件的TMR的示意剖面图。另外，在该文献的图4中，公开了具备交换耦合元件的自旋阀型磁阻元件。

作为包括磁性薄膜的应用设备的第三例，说明微机电系统(MEMS)设备。MEMS设备是在单一的基板上将机械要素零件、传感器、致动器和/或电子电路集成化而成的设备的总称。可使用的基板包括硅基板、玻璃基板或者有机材料基板。MEMS设备的应用例包括：作为投影仪的光学元件的1种的数字微型反射镜设备(DMD)；用于喷墨打印机的头部的微小喷嘴；以及压力传感器、加速度传感器和流量传感器那样的各种传感器。近年来，除了制造业中的应用以外，还期待医疗领域等中的MEMS设备的应用。

上述应用设备(磁记录介质、TMR、MRAM以及MEMS设备)都要求磁性薄膜的磁特性的提高，具体而言要求单轴磁各向异性常数(Ku)的提高。另外，这样呈现优良的Ku值的磁性薄膜的开发被认为今后对记录介质以及存储器的大容量化和/或高密度化作出很大贡献。