CN103620435A - 磁致伸缩的层系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种磁致伸缩的层系统，所述层系统包括由反铁磁（AFM）层和直接设置在所述反铁磁（AFM）层上的磁致伸缩的铁磁（FM）层构成的至少一个层序列，其中层序列具有相关联的交换偏置（EB）场，其中FM层的EB感应的磁化强度在不存在外部磁场的情况下位于85%和100%之间的范围中并且其中在平行于（AFM）层和（FM）层的平面之内，由EB场方向和在不存在外部磁场的情况下具有最大压磁系数的磁致伸缩方向所围成的角α_opt位于10°和80°之间的范围中。

Description

磁致伸缩的层系统

技术领域

本发明涉及一种磁致伸缩的层系统以及一种用于制造磁致伸缩的层系统的方法。本发明还涉及磁电式传感器。

背景技术

在外磁场的作用下，材料的构型变化和/或体积变化称为材料的磁致伸缩。在构型变化的情况下，所述构型变化通过在所施加的磁场的方向上的长度变化进行，其伴随垂直于场方向的、由体积得到的长度变化（焦耳磁致伸缩）。长度能够取决于材料在场方向上增加或减小，这称为正的或负的磁致伸缩。

原则上，也能够认为在所有的铁磁材料或亚铁磁材料中存在磁致伸缩。在一些材料中，磁致伸缩的尺寸足够大到使得这些材料获得作为“磁致伸缩的材料”的技术含义。在此，作为示例列举出：铁磁过渡金属（Fe，Ni，Co）及其合金，稀土Tb，Dy，Sm与铁磁过渡金属的化合物（例如TbFe₂，SmFe₂，TbDyFe）或者还有主要包含呈变化的份额的元素Fe，Co，B或Si的铁磁玻璃，所谓的磁性的金属玻璃

。

磁致伸缩的长度变化的原因归因于磁的基本偶极子沿着外磁场的定向。根据现有的知识，所述磁致伸缩的长度变化在室温下能够最高为2.5mm/m=2500ppm。但是，在铁磁的形状记忆合金中通过将马氏体变体以场感应的方式再定向而实现最多大约10%的更大的伸展。

原则上，磁致伸缩不与外部磁场场强线性相关地进行。更确切地说，例如存在饱和场强H_s，另一方面能够证实，材料不再有进一步的长度变化。因此，所有的基本偶极子已经完全地朝场方向定向，并且场强的进一步提高不再引起材料的反应。

此外，磁致伸缩相对于磁场换向是不变的，即当磁化的初始配置相同并且不考虑磁滞效应时相同场强的两个彼此相反地定向的场产生相同的长度变化。

磁致伸缩曲线λ（H）描述材料（或由材料构成的体）沿具有由于在材料中的畴分布

的变化而引起的场强H的磁场方向的磁致伸缩的长度变化。

在不具有磁滞的最简单的情况下，λ（H）延伸穿过原点（在不具有场的情况下没有变化）并且相对于H=0对称。对于H的大的绝对值（>|H_s|）而言，所述λ（H）应有（正的或负的）饱和值。其在文献中称为“压磁系数”的导数dλ/dH在H=0和H=±H_s之间具有两个极值，所述极值位于H=±H_B。因此，磁致伸缩曲线的拐点位于这里，并且在所述拐点的周围——即对于H=±H_B的小的场变化——磁致伸缩是近似线性的并且最大限度敏感的。

但是通常，磁致伸缩的材料也显示出或多或少明显的磁滞，进而磁致伸缩曲线的分布曲线也与早期状况相关。尤其在在外部场中循环时发现：从较大的场或较小的场起接近特定的场强H₀造成差别。在此存在两个可测量的长度变化λ<（H₀）和λ>（H₀），但是所述长度变化也相对于H=0对称地示出：λ<（H₀）=λ>（-H₀）和λ<（-H₀）=λ>（H₀）。例如从US 2004/0126620A1中已知的是，多层的复合材料由磁致伸缩的和压电的材料层形成，即所谓的磁电的复合层。此外，其非常适合于将磁致伸缩的材料由于机械耦合的长度变化传递到压电材料上，并且在那引起电极化状态的变化。由结构引起的电荷位移（压电效应）产生可测量的电场或直接检测磁致伸缩进而间接检测外部的磁场的测量电压。这种复合物能够形成磁场传感器的基础，所述磁场传感器通常称为磁电式传感器或简称为ME传感器。

如果检测到非常小的磁场，即要形成非常敏感的磁致伸缩的层，那么为此必须设有足够量的磁致伸缩的材料。根据所有的经验显示，立方毫米量级的材料体积适宜检测微微特斯拉的磁通密度。利用根据之前所述内容应保持限制为几十纳米的磁致伸缩的层厚度，“交换偏置的（exchange-biased）”ME传感器的制造首先对于小的场而言是并不期望的。

在下文中，“在零场中的压磁系数”用作表征磁致伸缩的层的术语。因此，在本文的意义上，这意味着在不存在外部的磁场时或简称在零场中的dλ/dH的绝对值。

发明内容

本发明的目的是，提出一种磁致伸缩的层系统，所述磁致伸缩的层系统适合于制造高灵敏性的ME传感器。

所述目的通过一种层系统来实现，所述层系统包括：至少一个反铁磁（AFM）层和直接设置在所述反铁磁层上的磁致伸缩的铁磁（FM）层，并且具有交换偏置（EB）场，其特征在于在零场中FM层的EB感应的磁化强度大于85%且小于100%，在层平面中的角α_opt，所述角由EB场方向和在零场中具有最大压磁系数的磁致伸缩方向围成，所述角位于10°和80°之间。从属权利要求给出该层系统的有利的设计方案。

上文提到的最大压磁系数处于与如同传统地通过永磁体辅助的磁致伸缩的层的材料的压磁系数相同的量级。

本发明基于的认知是，如果事先通过EB场引入磁各向异性，那么在零场中的压磁系数与在FM层中的应发生磁致伸缩的方向（磁致伸缩方向）相关。就此而言，在零场中的压磁系数取决于所述方向与在层平面中的EB场方向所围成的角。对本质上既不与EB场方向一致也不垂直于EB场方向的方向而言，所述压磁系数具有最大值。所述方向能够通过测量最大压磁系数来识别。

磁化强度解释为比例M（H）/M（H_s），其中M（H）表示在外部场H中的能测量的磁化并且M（H_s）表示饱和磁化。因此，在零场中的磁化强度是M（H=0）/M（H_s）。

根据本发明的层系统具有特性：0.85<M（H=0）/M（H_s）<1进而具有至少一个FM层（层磁矩）的净磁化。磁化强度能够被测量，其方式为：首先确定层磁矩的方向和绝对值并且此后沿着所述方向记录磁滞曲线。层磁矩的方向同时是所施加的交换偏置场的方向。

根据本发明的层系统的特征在于交换偏置场方向上的磁滞曲线，所述磁滞曲线在纵坐标H=0的一侧上显示出已经接近完全磁化。尤其，至少一个磁致伸缩的FM层在零场中就已经通过交换偏置而磁化为至少85%。但是，所述FM层不应被完全磁化，因为这已经意味着强的EB钉扎（pinning），使得元磁体的缺乏的可移动性对想要的磁致伸缩产生不利的影响。因此，根据本发明在层系统中设立的EB场HB_EB的绝对值的选择具有上限。

根据本发明的层系统示出在零场中沿着层平面中的与EB场的方向围成角α_opt的方向的最大压磁系数，其中α_opt位于10°和80°之间。在优选的设计方案中可见，角α_opt位于45°和75°之间。所述角间接地通过EB场的绝对值来确定。就此而言，所提到的角度限制是对H_EB的有利的限制。

尤其，借助于根据本发明的层系统能够制造ME传感器，所述ME传感器具有固有的辅助场和高的压磁系数以及在零场中的高的磁电电压系数，但仅具有小的或甚至完全不具有杂散场（Streufeld）。这种ME传感器具有预设的测量方向，所述测量方向基本上与层系统的EB场的方向围成角α_opt。所述角为最小10°和最高80°。所述角优选位于45°和75°之间。

为了制造ME传感器，在本领域技术人员的能力范围内根据本发明的层系统能够也被多次重复地沉积在彼此之上进而形成层堆（“layerstack”）。有利的能够是，在具有根据本发明设立的交换偏置的重复的AFM/FM双层之间设有非磁性的中间层。在下文中进一步阐述中间层的目的。

附图说明

此外，也借助于下面的附图来详细解释本发明。在此示出：

-图1示出具有在EB场的方向上通过交换偏置（EB）辅助的磁致伸缩的层的层堆的磁滞曲线；

-图2示出图1中的层堆的对在磁场和EB场方向之间的不同的角的磁致伸缩曲线，其对压磁系数的角度相关性加以说明；

-图3示出在EB辅助的和永磁辅助的磁致伸缩的层之间的杂散场的计算出的对比；

-图4示出根据本发明的一个实施例的层系统；

-图5示出根据本发明的一个实施例的磁电式传感器；以及

-图6示出根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

ME传感器的灵敏度的一个重要的方面是磁致伸缩相对于小的磁场（小于纳特，1特斯拉=μ0×10.000奥斯特）的程度。第二方面是电压响应对于磁场变化的线性。在测量目的的意义上优化这两个方面，当达到复合材料的磁致伸缩的层设立为，使得其对于非常小的待测量的磁场显示出与否则在磁致伸缩曲线的拐点的区域中可比的压磁系数dλ/dH。

能够有利的是，沿着层设立所谓的辅助场。辅助场应是在时间上恒定的并且在传感器的区域中是均匀的，并且沿着磁致伸缩应被优化的方向延伸。相关于ME传感器，这是待确定测量场的分量的测量方向。辅助场也称为偏置磁场并且根据上文尽可能在整个层中具有绝对值H_B。

“不被辅助的”（即不受辅助场影响的）并且不预先磁化的磁致伸缩的层具有对称于H=0的磁致伸缩曲线并且在零场中具有实际上为零的压磁系数。如果与此相对地根据现有技术在层中设立强度为H_B的辅助场，那么用于基本偶极子的定向的有利于能量的优选方向——磁各向异性——和在零场中的压磁系数是方向相关的。因此，所述压磁系数在辅助场的方向上具有最大值。

辅助场能够电磁地产生或通过设置永磁材料来产生。在产生电磁的辅助场时引入新的能够将传感器装置的信噪比变差的噪声源。直接设置在边缘上或甚至设置在磁致伸缩的层之内的永磁的应用允许所谓的“自偏置的”ME传感器的制造，所述“自偏置的”ME传感器能够检测非常小的测量场（也参见例如EP 0 729 122 A1）。

然而，所有具有“自偏置”（固有的辅助场）的目前已知的磁致伸缩的层具有不同于零的净磁化进而也在其周围产生杂散磁场（“strayfields”）。当多个磁致伸缩的元件以紧密相邻的方式设置，例如以用于空间分辨的磁场测量的ME传感器阵列的方式设置时，这尤其是不利的。此外，传感器和辅助场发生器的单片集成是对微型化的额外的障碍。此外，传感器相对于辅助场装置的每个相对运动由于已经最小的场不均匀性而造成另一噪声源。

ME传感器阵列是新一代的生物磁性探测器的良好的候选，所述生物磁性探测器在重要的应用领域中可以立即取代以往的SQUID（超导量子干涉器件）技术。例如，能够——优选空间分辨地并且使用不同的场分量——为被测试者检测心电图或还有脑电波的磁场并且原则上计算回所产生的电流分布（源重建）。在未来甚至可设想的是，经由磁性检测的脑电波图案来控制设备（例如假肢）。然而，超导的SQUID依靠极度的冷却，而ME传感器即使在室温下也达到微微特斯拉范围中的灵敏性。杂散场主导影响的问题还有待解决。

在由Vopsaroiu等人所著的论文“A new magnetic recording readhead technology based on magneto-electric effect”,J.Phys.D:Appl.Phys.40(2007)5027-5033中得到的建议是：代替经由根据现有技术的磁阻，经由微型化的ME传感器读取磁性存储介质。

可能的是，相对大的、引入存储介质中的磁矩（数位代表其定向）也能够在磁致伸缩的材料的非常薄的层中就已经引起能压电测量的长度变化。为此，磁致伸缩的层应被带入有利的工作点。这能够通过与反铁磁（AFM）层的交换相互作用来实现，所述反铁磁层直接设置在磁致伸缩的铁磁（FM）层上或设置在磁致伸缩的铁磁（FM）层之下。

FM/AFM交换相互作用在文献中称为“交换偏置”（EB）并且自其1956被发现起在理论上和实验中被密集地研究。至今，不存在关于实现所述“交换偏置”的通用模型，但是已确认的是，所述交换偏置是在AFM和FM相（Phase）之间的界面效应

。因此，EB效应具有短的作用范围，所述作用范围基本上通过磁交换长度（在大多数材料中为几纳米至几十纳米）来确定。

EB效应尤其在数字存储技术中用于所谓的“钉扎（pinning）”磁化的层，例如在制造读出磁头或“磁性随机存储器”（MRAM）的“磁性隧道结”时使用。通过“钉扎”将FM层的一次性设立的磁化固定或稳定。这例如通过在磁场中FM/AFM双层（“bilayer”）退火（“场退火（field annealing）”）来实现，其中首先低于居里温度，以便固定在FM层中的偶极子的定向。在尼尔温度下进一步冷却时，AFM层的偶极子也被排列进而在FM层中产生磁的、单向的各向异性。在FM层中的偶极子的扭转或翻转由此变得困难，这在磁滞曲线沿着各向异性位移时最明显地显示出。位移H_EB的程度称为交换偏置场（强）。

关于交换偏置的其他信息以及具有反铁磁材料的多个表格（尤其是表格2-4）例如从Nougés和Schuller的同名的概要文章（Journal ofMagnitism and Magnetic Materials192（1999）203-232）中得到。

在弃用试验电流的情况下也足以测量磁阻的读出磁头的设计方案是对依赖受限制的能量电池的移动式计算机非常有吸引力的。

至今为止，没有具有基于AFM的辅助场的ME传感器是已知的。因为“自偏置的”ME传感器尤其被研究用于检测非常小的磁场，这并不奇怪，因为在所述设计方案的实施中可预期一些问题：

EB效应越大，磁致伸缩的FM层越薄。通常，非常薄的FM层借助于几百Oe量级的H_EB在一个方向上被完全钉扎。在实践中，这样被钉扎的层不再显示出相关的磁场的磁致伸缩，尤其不在钉扎方向上显示出相关的磁场的磁致伸缩。

已知地，随着FM层的层厚度增加，H_EB减小。FM层能够具有有利于磁致伸缩地设立的、邻近于AFM/FM界面的区域。而更远的层区域不由EB检测。因此，当FM层的厚度选为过大时，不利于在FM层中借助于EB实现均匀的磁化。

磁致伸缩的层用于执行器或以结合压电层用作磁电式传感器。在这两种情况下，借助于磁致伸缩的层的层厚度来测量效应的大小（执行器）或灵敏性（磁电式传感器）。

本发明的出发点是下述认知，设立在AFM/FM双层中的EB场的绝对值根据目前的知识通常理论上不能被预测，而是只能通过实验事后借助于磁滞曲线来确定。仅EB场的方向能够事先通过选择退火场（Einkühlfelder）的方向来准确地选择。而EB场的绝对值能够通过FM层的层厚度的变化来改变；所述绝对值随着层厚度的增长而减小。

如果首先依照Vopsaroiu等人的建议，那么必须产生EB场，所述EB场的绝对值H_EB刚好对应于压磁系数为最大的辅助场强H_B，以便设立在EB场的方向上的灵敏性。然而，H_EB和H_B不能彼此无关地变化，因为H_EB和H_B随着FM层的厚度而变化，并且不清楚的是，对于任意的层厚度而言究竟是否能够满足条件H_EB=H_B，以及如果满足，那么实际的实施方案有多复杂。

因此，本发明的核心内容是，设立一种具有磁致伸缩的FM层的AFM/FM层系统，所述磁致伸缩的FM层通过EB场引入到限定的磁性状态中，并且然后沿着在层平面中的不同于EB场方向的方向寻找磁致伸缩。在此发现特征在于在零场中的最大压磁系数的方向，并且所述方向与EB场方向围成角α_opt，所述角位于10°和80°之间。优选地，α_opt位于45°和75°之间。

根据本发明的层系统能够用气相沉积法“物理气相沉积（physicalvapour deposition）例如溅射”来制造。

AFM层的厚度能够根据现有技术来选择，使得AFM层厚度的进一步提高不再对FM层中的EB场的绝对值产生影响。为此，通常为几纳米的层厚度是足够的。但是，AFM层厚度也能够选择为更小的，只要所述层厚度能够构成仅一个稳定的反铁磁相。现有技术力求尽可能高的EB场，以便钉扎FM层。而在本发明中，具有上限的EB场强是适宜的。FM层的厚度确定交换偏置场强H_EB。

本领域技术人员能够通过初步试验易于明白，对于AFM/FM层系统的特定的材料选择是否能够设立本发明的意义上的交换偏置，以及用何种层厚度能够实现所述交换偏置。

例如，本领域技术人员能够生产具有不同的FM层厚度的一组样品，否则生成同样地制备的AFM层，将其在相同的条件下在磁场中依次在居里温度和尼尔温度下冷却并且随后例如用振动样品磁强计沿着退火方向记录磁滞曲线。

推荐的是，使样品在已冷却的状态下首先经受几次磁极转换，以便引起交换偏置的所谓的训练效应（Trainingseffekt）。由此，EB场在几次循环之内达到稳定的终值。

因此，样品的磁滞的检查应得出至少一个、通常多个磁滞曲线，所述磁滞曲线显示出：一个或多个样品在零场中就已经处于磁饱和附近。根据本发明，对于限定的磁性状态而言需要85%的最小磁化强度。

根据本发明优选的样品是其中刚好出现下述情况的那个样品：即所述样品具有绝对值最小的EB场，其足以用于在零磁场中的样品的FM层的至少85%的磁化。通过所述限制，EB场不设立为大到使得偶极子不再是可运动的并且不再会受小的磁场的影响。从所描述的预先检查中能够直接读出用于根据本发明的层系统的适合的层厚度。

作为第一实施例，根据本发明的层系统能够如下实现：

2nm厚的钽层和设置在其上的2nm厚的铜层形成用于反铁磁磁体的种子层（Keimschicht）。在种子层上沉积有厚度通常优选位于3nm和8nm之间的、更特别优选的并且在此示例地为5nm厚的由Mn₇₀Ir₃₀（以%计）构成的AFM层。磁致伸缩的FM材料Fe₅₀Co₅₀设置在厚度通常优选位于15nm和25nm之间的、更特别优选的并且在此示例地为20nm厚的层中的AFM层上。

在此要指出的是，一方面存在于实际上任意的衬底上构成AFM相的多晶体的AFM材料，并且另一方面也存在为此需要衬底的特定的结晶的排列（“结构”）的AFM材料。如果不存在所述材料，那么能够通过设置附加的种子层来应对。在实施例中，单晶体的钽具有的目的是，“清除”衬底的结构或使设置在所述衬底之上的材料不可见。因此，沉积在其上的铜层提供用于在锰-铱合金中构成AFM相的有利的衬底。

所述实施例的层系统能够具有相同的材料选择，如同所述材料选择在G.Reiss、D.Meyners的论文“Logic based on magnetic tunneljunctions”，J.Phys.:Condens.Matter19(2007),165220(12pp)中所描述的那样。

第一实施例的层系统能够通过重复构成为层堆，因为钽的“消除结构的”作用也出现在重复层次序时。钽在每次重复时设置在磁致伸缩的FM层上。

作为第二实施例，实现具有总共40次重复的Ta/Cu/Mn₇₀Ir₃₀/Fe₅₀Co₅₀-层系统的磁致伸缩的层堆——如在第一实施例中所描述的那样——。所述层堆具有1200nm的总厚度，其中体积的三分之二由磁致伸缩的材料构成。因此，能够将每平方厘米横截面大约10⁸μm³的磁致伸缩的材料沉积到衬底上，这位于高灵敏性的ME传感器的常规设计的范围中，所述ME传感器借助于薄层技术来制造。

根据本发明的层系统能够通过对衬底（例如硅晶片）的覆层来产生，并且此后作为整体从衬底剥离。因此，所述层系统能够构成为不具有衬底的。

在下面的概览表中列举了其他适合于实现本发明的材料系统。层厚度（尤其用于设定H_EB）和相对于具有在零场中的最大压磁系数的EB场方向的角能够借助于如上文所述的样品来确定。在表格中，元素的下标表示以原子百分比为单位（以%计）的混合比例。进一步的指示从表格的脚注得到。

图1示出根据第二实施例的层堆的沿在设立交换偏置时所应用的退火场的方向测量出的磁滞曲线。在H=0的纵轴线的一侧上由于所施加的EB场而在层堆中存在FM层的至少85%的磁化是根据本发明的层系统的特征。

如已经提到的，层堆的形成是本领域技术人员常见的。同样，本领域技术人员例如从US 2011/062955 A1中已知的是，ME传感器能够实现为以交替的顺序分别包括多个磁致伸缩层的和压电层的层堆。因此，也可能的是，制造以交替的顺序具有压电层和根据本发明的磁致伸缩层系统的ME传感器。

替选地，如上文所描述的构成为重复的根据本发明的层系统的磁致伸缩的层堆也能够作为整体与各个压电层连接，以便制成ME传感器。所述可能性由于明显更简单的光刻结构化在金属的/传导的磁致伸缩的情况下是优选的。

如果检查根据第二实施例的层堆的以相对于EB场的所施加的方向的不同的角0°<α≤90°的磁致伸缩，那么确定了磁致伸缩曲线现在取决于α进行位移并且也改变了其质的分布曲线。

图2示出用于第二实施例的沿着相对于EB方向转动角α_opt=36°、54°、72°和90°的方向测量出的磁致伸缩曲线。在此，当FM层的偶极子刚好垂直于引起磁致伸缩的磁场的方向定向时，90°的情况对应于磁致伸缩曲线的已知的对称特性。在其他的情况下，表现出非对称性以及尤其在H=0时或多或少的增加dλ/dH。在零场中具有最大压磁系数dλ/dH的方向在此在α_opt=54°的情况下得到。

所施加的EB场的方向（所述方向借助于磁滞曲线关于H的最大位移的出现也能够在制成层系统之后的任意时间被确定）与在层平面中的能够在零场中测量出最大压磁系数的方向的偏差位于10°和80°之间的角，优选为位于45°和75°之间的角，这是根据本发明的层系统的另一特征。

角α_opt的精确的值不能笼统地给出，而是要对每个具体的层系统——在预先给出材料和层厚度时——借助于磁致伸缩的角分辨的检查来测量所述值。然而，对于所述层系统仅一次性确定所述值。如果产生具有与已经已知的层系统略有偏差的层系统，那么会需要α_opt的匹配。

由于能够后续设定α_opt，所施加的EB场的精确的绝对值不是太重要。如果将H_EB设立为比所需的略大，即尤其，在零场中至少一个FM层的磁化强度超过85%，那么找到以略大于角α_opt的在零场中具有最大压磁系数的方向。

如果存在多种可能性——例如在预先检查时的多个样品——用于设立引起在零场中的FM层的根据本发明适合的磁化强度的EB场，那么有利的是，从这些可能性中选出将角α_opt带入到位于45°和75°之间的区间中的可能性。

在一定程度上，α_opt的寻找对应于EB场在辅助方向上的精调。在Vopsaroiu等人所述的情况下这种精调的缺失至今阻碍实际实施。现在，借助于在此描述的机构能够制造和应用具有在零场中的高的压磁系数的“EB场辅助的”磁致伸缩的层系统。

为了制造用于非常小的测量场的ME传感器，要依靠产生辅助EB场的层堆，以便具有足够的磁致伸缩材料。关于磁滞曲线的位移和在零场中的压磁系数的角相关性的结论同样适用于单独的根据本发明的层系统，例如适用于包括多次重复的层系统的层堆。实际上，甚至能够更容易地测量层堆上的磁滞和磁致伸缩。EB场通常仅在制成层堆之后才被施加到所述层堆中。然后，角α_opt被识别出。

在ME传感器的情况下，衬底例如通常是矩形条带，例如由Si或由玻璃制成的条带，所述条带首先用压电材料覆层。衬底也能够是构成为自支撑的压电体。例如，为了量取电压，复合物的下侧和上侧与电极接触。

ME传感器总是具有所绘出的轴线，应沿着所述轴线充分利用磁致伸缩进而所述磁致伸缩在所述轴线上应是最敏感的。在矩形条带的情况下，这例如是更长的轴线。在将根据本发明的层堆设置在压电体上之后，辅助场优选通过退火施加在磁场中。替选地，在磁致伸缩的材料沉积、例如通过溅射而沉积期间，在磁场中也能够产生固有的辅助场。在所有情况下，需要将确定EB场的方向的磁场相对于ME传感器的所绘出的轴线扭转α_opt。以这种方式，磁致伸缩的层系统刚好沿着所绘出的方向具有其在零场中的最大压磁系数，在条带的示例中即例如沿着纵轴线进而沿着ME传感器的所设有的测量方向具有其在零场中的最大压磁系数。

替选地，层堆能够大面积地例如施加到面衬底（例如晶片）上，所述面衬底预先设有电接触的压电体。因此，整个晶片能够在退火场中被处理并且接着在条带状的ME传感器中被分割。在此，现在要设想的是，分割的方向——指的是被分割的条带的长轴线的方向——与退火场围成的角α_opt，因此得到尽可能敏感的ME传感器。

在此描述的磁致伸缩的层系统具有通过弃用永磁体而剧烈降低的净磁化的主要优点。只有通过交换偏置引入的各向异性确保，在每个磁致伸缩的层中的基本偶极子的有利的定向产生净磁矩。然而，所述净磁矩相对于否则需要用于辅助场的永磁体的场强是小的。此外，通过EB效应在实践中保证了偶极子定向的规律性——即辅助场的均匀性，这本身已经是相对于现有技术的改进。

因为杂散场只能用相当大的耗费来测量，在此数字模型计算应足以说明本发明的效应。图3示出邻近于铁磁的、磁致伸缩的矩形条带平行于其纵轴线（x轴线）的、对于a）根据本发明的EB预磁化（以α_opt=60°，即AFM条带通过交换相互作用以相对于纵轴线60°角来钉扎偶极子）以及对于b）具有沿着纵轴线的主场方向的永磁体装置所计算出的场分布。由AlNiCo构成的永磁体选择为大到使得其在铁磁的矩形条带的位置上的磁场平均为5奥斯特并且以不大于±10%变化。在相邻的第二矩形条带的或者传感器的中点（x=0）上的磁场在情况a）下大约为2nT并且在情况b）下大约为100nT。

图4示出根据本发明的一个实施例的层序列400，所述层序列具有面衬底401，在所述面衬底上存在电接触的压电体402。在压电体402上施加有层系统，所述层系统由变化的层序列构成，所述层序列由多个反铁磁层403、405和多个磁致伸缩的铁磁层404、406组成。

图5示出根据本发明的一个实施例的磁电式传感器。传感器500具有上文所描述的层序列400。电接触的压电体经由导线503连接到电路501上，所述电路收到压电体的信号。电路501能够经由接口502与外部的读取设备连接。

图6示出用于制造根据本发明的一个实施例的ME传感器的方法的流程图。在步骤601中，面衬底的覆层借助于电接触的压电体来实现。在步骤602中，实现上文所描述的层系统的层系统的施加，其中EB场的方向通过预设外部磁场来确定。然后，在步骤603中，ME传感器的测量方向确定为在平面内平行于反铁磁层和磁致伸缩的铁磁层的方向，在所述方向上在不存在外部磁场的情况下压电系数是最大的。最后，在步骤604中实现将覆层的面衬底分割为矩形条带，其中条带的长的轴线设为测量方向并且与EB场的预先已知的方向围成从预先检查中已知的角α_opt。

要补充指出的是，“包括”和“具有”不排除其他的元件和步骤并且“一个”不排除多个。此外要指出的是，参照上述实施例所描述的特征或步骤也能够结合其他上述实施例的其他特征或步骤来应用。在权利要求中的附图标记不视为限制的。

Claims (13)

1.一种包括至少一个层序列的层系统（403，404，405，406），所述层序列由下述层构成：

-反铁磁（AFM）层（403，405）和

-直接设置在所述反铁磁（AFM）层上的磁致伸缩的、铁磁（FM）层（404，406），

其中所述层序列具有相关联的交换偏置（EB）场，

-其中所述FM层的EB感应的磁化强度在不存在外部磁场的情况下位于85%和100%之间的范围中，并且

-其中在平行于所述（AFM）层和所述（FM）层的平面之内，由EB场方向与在不存在外部磁场的情况下具有最大压磁系数的磁致伸缩方向所围成的角α_opt位于10°和80°之间的范围中。

2.根据权利要求1所述的层系统，其特征在于，所述角α_opt位于45°和75°之间的范围中。

3.根据权利要求1和2所述的层系统，其特征在于，至少一个所述层序列的所述（AFM）层的厚度位于3nm至8nm的范围中。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的层系统，其特征在于，至少一个所述层序列的所述（FM）层的厚度位于15nm至25nm的范围中。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的层系统，其特征在于，在层序列之内的下述比例：

（AFM）层的厚度:（FM）层的厚度

位于1:8至1:2之间的范围中。

6.根据权利要求5所述的层系统，其特征在于，在层系统之内的不同的层序列的（AFM）层的所述厚度和（FM）层的所述厚度是相同的。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的层系统，其特征在于，由（AFM）层和（FM）层构成的至少一个所述层序列无衬底地构成。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的层系统，其特征在于，至少一个所述层序列的所述（AFM）层由从下述材料中选出的材料构成或包含这种材料，所述材料包括：Mn₇₀Ir₃₀、Pt₅₀Mn₅₀，Fe₅₀Mn₅₀。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的层系统，其特征在于，至少一个所述层序列的所述（FM）层由从下述材料中选出的材料构成或包含这种材料，所述材料包括：Co₅₀Fe₅₀、Co₄₀Fe₄₀B₂₀、Fe₇₀Co₈B₁₂Si₁₀、Tb₃₅Fe₆₅。

10.一种用于测量磁场的磁电式（ME）传感器，其特征在于具有与至少一个压电层机械耦合的、根据权利要求1至9中的任一项所述的至少一个层系统，其中所述传感器的预设的测量方向与所述层系统的EB场的方向基本上围成所述角α_opt。

11.一种用于制造根据权利要求10所述的ME传感器的方法，所述方法至少包括下述方法步骤：

i）将面衬底（401）用电接触的压电体（402）来覆层；

ii）施加根据权利要求1至9中的任一项所述的层系统（403，404，405，406），其中所述EB场的方向通过预设外部磁场来确定；

iii）确定所述ME传感器的测量方向，其中所述测量方向位于平行于所述反铁磁层和磁致伸缩的所述铁磁层的平面之内，并且压电系数在所述测量方向上在不存在外部磁场的情况下比在所述EB场的方向上更大。

12.根据权利要求11所述的方法，

其中所述测量方向确定为在平行于所述反铁磁层和磁致伸缩的所述铁磁层的平面之内的方向，在所述方向上在不存在外部磁场的情况下压电系数是最大的。

13.根据权利要求11所述的方法，所述方法还具有下述方法步骤：

将已覆层的面衬底分割为矩形条带，其中所述矩形条带的长的轴线在所述测量方向上延伸并且与所述EB场的预先已知的方向围成在预先检查中已知的角α_opt。

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