CN109004087A - 用于生成闭合通量磁化图案的磁阻传感器和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及用于生成闭合通量磁化图案的磁阻传感器和方法。磁阻传感器包括磁性参考层。磁性参考层包括预定旋转方向的永久闭合通量磁化图案。此外，磁阻传感器包括磁性自由层。磁性自由层的总横向面积小于磁性参考层的总横向面积。磁性自由层的质心相对于磁性参考层的中心体被横向移位。

Description

用于生成闭合通量磁化图案的磁阻传感器和方法
技术领域
示例涉及用于在磁性层堆叠的磁性参考层中生成闭合通量磁化图案的磁阻传感器和方法。
背景技术
磁阻效应基于许多不同的物理现象。所有这些现象的共同之处在于：电阻元件的电阻可以通过穿透该电阻元件的磁场而是可改变的。利用磁阻效应的技术有时被称为“xMR技术”，其中“x”指示可以在这里处理大量效应，仅举几例，例如巨磁阻(GMR)效应、隧道磁阻(TMR)效应、或各向异性磁阻(AMR)效应。可将xMR效应应用于各种基于场的磁阻传感器中，例如以用于测量旋转、角度等。
磁阻传感器通常包括一个或多个具有固定参考磁化的磁阻器，用于测量外部磁场的量值和/或方向。这些磁阻传感器的制造常常需要磁阻器的局部磁化过程。这可能是麻烦的，因为局部磁化过程常常必须一个接一个地进行，这可能是耗时的且因此是昂贵的。因此，寻求磁阻传感器的新概念，其容易制造并降低制造成本，同时保持高且精确的传感器性能。至少可以通过本公开的主题来部分地满足这样的需求。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了一种磁阻传感器。磁阻传感器包括磁性参考层。磁性参考层包括预定旋转方向的(例如永久)闭合通量磁化图案。此外，磁阻传感器包括磁性自由层。磁性自由层的总横向面积小于磁性参考层的总横向面积。磁性自由层的质心相对于磁性参考层的质心被横向移位。
根据本公开的第二方面，提供了一种用于在磁性层堆叠的磁性参考层中生成预定旋转方向的(例如永久)闭合通量磁化图案的方法。该方法包括将预定方向的外部磁场施加到磁性层堆叠，引起磁性层堆叠的钉扎层和磁性参考层的磁性饱和。此外，该方法包括减少外部磁场以在磁性参考层中形成第一闭合通量磁化图案，并在钉扎层中形成第二闭合通量磁化图案。
附图说明
装置和/或方法的一些示例将在下面仅作为示例并参考附图来描述，其中
图1示出了磁阻传感器的电路示意图；
图2a至图2b示出了磁阻传感器的示意性顶视图；
图2c示出了磁阻传感器的磁性层堆叠；
图2d示出了具有主体部分和突出部分的磁性参考层的横向截面；
图2e至图2h示出了具有主体部分和突出部分的磁性参考层中的磁场的模拟结果；
图2i示出了具有主体部分和突出部分的另一磁性参考层的横向截面；
图2j示出了包括两个横向分离部分的磁性参考层和磁性自由层的三维视图；
图3a至图3i以示意性顶视图示出了磁阻传感器的若干示例；
图4a至图4b示出了经受外部磁场的磁阻传感器；
图4c至图4d示出了磁阻传感器的磁性层堆叠的不同的可能构造的示意性垂直截面；
图5a至图5d示出了磁阻传感器的桥接电路的示意图，该磁阻传感器包括磁性参考层的两个或更多横向分离部分，每个部分具有闭合通量磁化图案；
图6a至图6b示出了具有垂直电流路径的磁性层堆叠的不同的可能构造的示意性垂直截面；和
图7示出了用于在磁性层堆叠的磁性参考层中生成预定旋转方向的永久闭合通量磁化图案的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述各种示例，在附图中示出了一些示例。在附图中，为了清楚起见，线、层和/或区域的厚度可能被夸大。
因此，虽然其他示例能够具有各种修改和替代形式，但是在附图中示出并且随后将详细描述其一些特定示例。然而，该详细描述并不将其他示例局限于所描述的特定形式。其他示例可以涵盖落入本公开的范围内的所有修改、等同物和替换。在整个附图的描述中，相同的数字指代相同或类似的元件，在提供用于相同或类似的功能性时，当彼此相比时这些元件可以相同地或以修改的形式被实现。
将理解，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，这些元件可以直接连接或耦合或者经由一个或多个中间元件。如果使用“或”组合两个元件A和B，则这将被理解为公开了所有可能的组合，即：只有A、只有B以及A和B。对于用于相同组合的替代措辞是“A和B中的至少一个”。这适用于超过2个元件的组合。
为了描述特定示例的目的而在本文中使用的术语不意图限制其他示例。无论何时使用诸如“一”、“一个”和“该”的单数形式并且仅使用单个元件既不明确地也不隐含地被定义为是强制性的，其他示例也可以使用多个元件来实现相同的功能性。类似地，当功能性随后被描述为使用多个元件来实现时，其他示例可以使用单个元件或处理实体来实现相同的功能性。将进一步理解的是，术语“包括”和/或“包含”在被使用时指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、过程、动作、元件、组件和/或其任何群组的存在或添加。
除非另外定义，否则所有术语(包括技术术语和科学术语)在本文中均以其示例所属领域的普通含义进行使用。
介绍性地，图1示出了基于xMR效应的磁阻传感器100的电路示意图。磁阻传感器100可以用作角度传感器以测量外部施加的磁场101的方向。磁阻传感器100包括第一桥接电路105和第二桥接电路108(或者可替代地可以包括至少两个半桥电路)。第一桥接电路105和第二桥接电路108都连接到公共电源电压VDDa和公共接地电位GND。第一桥接电路105可以递送外部施加的磁场101的x分量的测量结果。第二桥接电路108可以递送外部施加的磁场101的y分量的测量结果。如图1中所示的坐标系所指示的，外部施加的磁场101的x分量和y分量相对于彼此正交并且平行于磁阻传感器100的芯片表面(例如，平行于第一桥接电路105和第二桥接电路108的表面)。第一桥接电路105包括在x方向上具有参考磁化的两个磁阻器和在x反方向上具有参考磁化的两个磁阻器，如由第一桥接电路105的磁阻器内部的箭头所指示的。第一桥接电路105的桥接电压Vx于是可以指示外部施加的磁场101的x分量的量值Bx。
类似地，第二桥接电路108包括在y方向上具有参考磁化的两个磁阻器和在y反方向上具有参考磁化的两个磁阻器，如由第二桥接电路108的磁阻器内部的箭头所指示的。第二桥接电路108的桥接电压Vy于是可以指示外部施加的磁场101的y分量的量值By。
如果磁阻传感器100基于GMR效应或基于TMR效应，则磁阻传感器100可以被用于在360°内明确地测量外部施加的磁场101的方向。AMR磁阻传感器可以在180°内明确地测量外部施加的磁场101的方向。可以从反正切函数arctan(By/Bx)计算外部施加的磁场101的方向(或角度)。为此，磁阻传感器100可以包括评估电路(图1中未示出)。
可选地，可以提供安全测量，其中监测外部施加的磁场101的量值假设外部施加的磁场如在许多应用中给出的量值上是恒定的，其在两个传感器信号分量(例如桥接电压Vx和Vy)的校准和温度补偿之后应该是恒定的。但是，这种检查可能具有有限的准确性，并且由于其依赖于绝对值而可能不会达到非常高的诊断覆盖率。
用于提供第一桥接电路105和第二桥接电路108的磁阻器的参考磁化的局部磁化过程可以包括：利用激光在期望方向(例如，磁阻器的参考磁化的期望方向)的外部磁场内施加局部加热。可以在加热状态下分别将每个磁阻器局部磁化至其钉扎方向(例如，至其参考磁化的方向)。这个过程可能很耗时，因此成本高。
根据本公开的至少一些实施例可以克服和/或规避这种耗时且昂贵的磁化过程。图2a示出了根据一个实施例的磁阻传感器200-A的示意性顶视图。磁阻传感器200-A包括磁性参考层220。磁性参考层220包括预定旋转方向的永久闭合通量磁化图案222。此外，磁阻传感器200-A包括磁性自由层230。磁性自由层230的总横向面积小于磁性参考层220的总横向面积。磁性自由层230的质心231相对于磁性参考层220的质心221被横向移位。
闭合通量磁化图案222是永久的并且具有预定旋转方向。然而，局部磁场方向(以及与该磁场相关联的磁通量)在磁性参考层220内部改变。这种磁场方向的改变可被用于相对于磁性自由层230提供期望的参考磁化方向。这是可能的，因为磁性自由层230的总横向面积小于磁性参考层220的总横向面积并且因为磁性自由层230的质心231相对于磁性参考层220的质心221被横向移位。然后可将磁性自由层230(或磁性自由层230的一部分)定位在磁性参考层220的一部分的垂直上方(或垂直下方，取决于磁阻传感器200-A的构造)，从而提供期望的参考磁化方向。换言之，磁性参考层220垂直上方(或可替代地，垂直下方)的磁性自由层230的位置(例如，由图2a中的坐标系所指示的x和y坐标)可以确定包括磁性自由层230(或磁性自由层230的一部分)的磁阻传感器200-A的磁阻器的参考磁化的方向。
在本公开的上下文中，层(例如，磁性参考层220和/或磁性自由层230)的不同部分被理解为彼此横向分离并且均被电绝缘材料(例如，固体电绝缘材料和/或空腔)横向围绕。例如，可以在生产磁阻传感器200-A期间通过使用光刻过程来对层进行结构化从而生成层的不同部分。层(例如，磁性参考层220和磁性自由层230)的不同部分可以在横向上彼此直接相邻，并且在上文中被用于描述层或层的一部分的不同形状。层的一部分可以包括一个或多个部分。此外，层(例如，磁性参考层220或磁性自由层230)的总横向面积可以是层的所有部分的横向面积的总和。
例如，包括磁阻传感器200-A的磁性自由层230的磁阻器可以具有主要在y方向上的参考磁化，而包括图2b中所示的磁阻传感器200-B的磁性自由层230的磁阻器可以具有主要在x方向上的参考磁化。由于以这种方式可以通过磁性自由层230相对于磁性参考层220的位置来定义磁阻器的参考磁化的方向，因此在制造期间可以避免用于提供参考磁化的方向的磁性参考层的局部磁化过程。这可以减少磁阻传感器200-A/200-B的制造时间和成本。
磁性参考层220的质心221(例如，几何中心)和磁性自由层230的质心231可以分别被理解为磁性参考层220和磁性自由层230的中心，对于磁性参考层220和磁性自由层230的不对称形状(例如，不对称的横向截面)也是如此。磁性参考层220的质心221可以被定义为磁性参考层220中的所有点的算术平均位置，并且可以取决于磁性参考层220的形状而位于磁性参考层220的内部或外部。同样，磁性自由层230的质心231可以被定义为磁性自由层中的所有点的算术平均位置并且可以取决于磁性自由层230的形状而位于磁性自由层230的内部或外部。
例如，如果磁性自由层230包括彼此横向分离的两个或更多部分，则磁性自由层230的各部分的相应质心可相对于磁性参考层220的质心而被横向移位。附加地，如果磁性参考层包括彼此横向分离的两个或更多部分，则磁性自由层230的各部分的相应质心可以相对于磁性参考层220的各部分的相应质心而被横向移位。磁性自由层230的各横向分离部分可以各自用电绝缘材料横向围绕。类似地，磁性参考层220的各横向分离部分可以各自用电绝缘材料横向围绕。
磁性自由层230的质心231相对于磁性参考层220的质心221的横向移位可大于磁性自由层230的最大横向延伸的至少5％(或至少10％或至少20％)。较大的横向移位可提供更不同的参考磁化方向。
在磁性自由层230的至少一部分的垂直上方或下方的闭合通量磁化图案222可具有平行于磁性自由层230(即，平行于自由层的x-y平面)的与零不同的平均磁通量密度分量。磁性自由层的该部分可以被电绝缘材料横向围绕。
也就是说，磁阻传感器200-A/200-B的磁阻器可以包括磁性自由层230或由电绝缘材料横向围绕的磁性自由层230的一部分。取决于磁阻传感器200-A/200-B的磁性层堆叠的构造，磁性参考层220可以位于磁性自由层230的上方或下方。位于磁性自由层230(或其一部分)的垂直上方(或分别地，垂直下方)的磁性参考层的该部分的磁场222可确定针对磁阻器的参考磁化。对于不同的参考磁化，在磁性自由层230(或其部分)的垂直上方(或垂直下方)的磁性参考层220内部延展的磁场222可具有平行于磁性自由层230(例如，在xy平面中)的非零平均磁通量密度分量。另外，将存在有在磁性自由层230(或其一部分)的垂直上方(或垂直下方)沿x方向和y方向延展的许多磁场线，其与将分别在负x方向和负y方向上延展的一样多。磁性自由层230(或其一部分)的垂直上方(或垂直下方)的平均磁场继而将为零，并且将不存在磁阻器的不同参考磁化。然而，根据本公开的示例，磁性自由层230的(或磁性自由层230的一部分的)质心231相对于磁性参考层220(或相对于磁性参考层220的一部分)的横向移位可以使得在磁性自由层230(或其一部分)的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案222具有平行于磁性自由层230的不同于零的平均磁通量密度分量。
可选地，在磁性自由层230的至少一部分的垂直上方或者垂直下方的闭合通量磁化图案222的方向可以改变至多90°(或者至多60°、或者至多45°、或者至多30°)，磁性自由层230的该部分被电绝缘材料横向围绕。在磁性自由层(或其部分)的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案222的方向改变越小，则提供给磁性自由层(或其部分)的参考磁化的方向可以越不同。
由于闭合通量磁化图案222是永久的，所以其可以独立于磁阻传感器200-A/200-B的操作状态(例如，接通状态或关断状态)而存在于磁性参考层220的内部。预定的旋转方向可以例如是在磁性参考层220的xy平面中的顺时针或逆时针方向。也就是说，闭合通量磁化图案222可以与磁性参考层220在同一平面中。忽略磁通量泄漏效应，磁性参考层220可以封闭闭合通量磁化图案222。在磁性参考层220内部延展的磁场线然后可以跟随由磁性参考层220所封闭的环。闭合通量磁化图案222的预定旋转方向可以确保可以提供相对于磁性自由层的参考磁化的期望方向。
磁阻传感器200-A/200-B可以附加地包括天然反铁磁性层和钉扎层。天然反铁磁性层和钉扎层可以支持在磁性参考层220中建立永久磁化图案。钉扎层可以设置在天然反铁磁性层和磁性参考层220之间。可选的耦合层可以设置在钉扎层和磁性参考层220之间。天然反铁磁性层、钉扎层、可选的耦合层和磁性参考层可以是磁阻传感器200-A/200-B的磁性层堆叠的不同层，并且可以被称为磁阻传感器200-A/200-B的磁性参考系统，因为它们可共同负责定义磁性参考层220中的参考磁化图案(即，闭合通量磁化图案)。
图2c示出了根据示例的磁阻传感器的磁性层堆叠200-C的示例。例如，可以将磁性层堆叠200-C布置在磁阻传感器的半导体衬底(未示出)上。如果在具有成对垂直的坐标轴x、y和z的笛卡尔坐标系中进行描述，则这些层各自在由x和y轴跨越的平面中横向延伸。在上文中，横向尺寸(例如横向距离、横向截面面积、横向面积、横向延伸、横向移位等)指的是xy平面中的尺寸。垂直尺寸是指垂直于xy平面的z方向上的尺寸。例如，z方向上的层的(垂直)范围可以被描述为层厚度。
从下向上，磁性层堆叠200-C包括天然反铁磁性层(NAF)210和铁磁钉扎层212。天然反铁磁性层210与钉扎层212之间的接触可以引起被称为交换偏置效应的效应，使得钉扎层212的磁化对齐在优选的方向上。钉扎层212可以包括在xy平面中的闭合通量磁化图案。钉扎层212的这种闭合通量磁化图案可以在磁性层堆叠200-C的制造期间生成(如下所解释的)并且可以是永久的。磁性层堆叠200-C进一步包括耦合层214。耦合层214可以是反磁性的并且例如包括钌、铱、铜和/或铜合金以及类似的材料。耦合层214在空间上将钉扎层212与磁性(例如铁磁)参考层220相分离。使用这种构造，磁性参考层220的磁化可以对齐并被保持在与钉扎层212的磁化反向平行的方向上。例如，如果钉扎层212包括在xy平面中的顺时针的闭合通量磁化图案，则磁性参考层220可以包括在xy平面中的逆时针的闭合通量磁化图案(或者反之亦然)。以这种方式，磁性参考层220可以具有永久闭合通量磁化图案。
磁性层堆叠200-C附加地包括非磁性层216和磁性自由层230。非磁性层216设置在磁性参考层220和磁性自由层230之间。磁性自由层230的总横向面积小于磁性参考层220的总横向面积。磁性自由层230的质心相对于磁性参考层220的质心被横向移位。磁性自由层230可以包括线性磁化图案或闭合通量磁化图案(例如，涡旋磁化图案)。此外，磁性自由层230的磁化可以跟随外部施加的磁场。
根据一些实施例，非磁性层216可以是导电的(例如，包括铜、银、金、钨、铝和/或其合金)。在这种情况下，包括磁性层堆叠200-C的磁阻传感器可以是巨磁阻(GMR)传感器。备选地，非磁性层216可以是电绝缘隧道势垒层。然后，包括磁性层堆叠200-C的磁阻传感器可以是隧道磁阻(TMR)传感器。
在一些实施例中，磁性自由层216、磁性参考层220和钉扎层212可以包括铁、钴或镍，并且在一些另外的实施例中可以包括这些的合金。合金还可以包含非铁磁材料，例如碳、硼、氮和/或氧，其中铁磁材料构成相应层的材料组分的至少50％。例如，层可以包括钴铁(CoFe)合金、钴铁硼(CoFeB)合金或镍铁(NiFe)合金。对照而言，例如，天然反铁磁性层210可以包含铱、锰、铂和/或包含这些的合金。
在TMR传感器的操作期间，或者当磁性层堆叠200-C耦合到电路时，如果恒定的外部磁场被施加，则预定量的电荷可以从隧道势垒层216的一侧穿过至另一侧。TMR效应是一种量子物理现象，其以在外部磁场的方向变化时穿过隧道势垒层216的电荷量的变化来表达自身。该效应可由于由变化的外部磁场引起的、磁性自由层230的磁化相对于参考层磁化的磁化的方向变化而产生。例如，外部磁场可以在位于磁性自由层230的垂直下方的磁性参考层220的一部分的(平均)磁化的方向上对齐磁性自由层230的磁化。然后当外部磁场具有对齐与磁性参考层220的所述部分的磁化反向平行(例如，相反)的磁性自由层230的磁化的不同方向时，较大量的电荷可以穿过隧道势垒层216。
本公开的磁阻传感器的示例可以包括图2c的磁性层堆叠200-C和/或类似的磁性层堆叠。磁阻传感器不限于GMR或TMR效应。本公开的其他示例可以包括基于其他xMR效应的结构。磁性层堆叠200-C可对应于如本公开的至少一些实施例所采用的磁阻器。
可以采用各种手段来提供磁性参考层220的闭合通量磁化图案222的预定旋转方向。例如，磁性参考层220(和/或可选的钉扎层)的横向截面可以具有这样的形状：该形状可以支持闭合通量磁化图案222的预定旋转方向的实现。图2a至图2c中示出的磁性参考层220具有未例示任何特定形状的通用横向截面。然而，如图2d中所图示，磁性参考层220可以可选地包括主体部分224和突出部分226。突出部分226可以与主体部分224横向相邻(例如直接横向相邻)。主体部分224可以包括闭合通量磁化图案222。突出部分226的磁化图案225可以被配置为预先确定闭合通量磁化图案222的旋转方向。
如图2d中所示，突出部分226可以横向延伸出主体部分224。备选地，磁性参考层可以包括横向槽(图2d中未示出)。横向槽可以横向地位于主体部分和突出部分之间。例如，横向槽可以从磁性参考层的外周横向延伸到(但不穿过)磁性参考层中以将磁性参考层成形为主体部分和突出部分。
接近突出部分226和主体部分224的横向接合(如图2d中的虚线所指示的)，突出部分226的磁化图案225可以被引导(基本上)与主体部分224的闭合通量磁化图案222相反。例如，借助在制造期间沿预定方向施加到磁性参考层220的外部磁场，在主体部分224内部可以生成预定旋转方向的闭合通量磁化图案222。在制造期间施加到磁性参考层220的外部磁场可以具有沿着突出部分226的方向。然后，突出部分226可以在制造期间施加的外部磁场的方向上被磁化。在去除(或减少)该外部磁场之后，闭合通量磁化图案222可以在主体部分224内部形成，并且可以在突出部分226和主体部分224的横向接合处沿着与突出部分226的磁化图案225相反的方向对齐。然后，在横向接合处的闭合通量磁化图案222的局部方向可以设定闭合通量磁化图案222的旋转方向。由于突出部分226的磁化可以是永久的，所以突出部分226可以将闭合通量磁化图案222永久地保持在其预定旋转方向上。
根据一些示例，突出部分226的长度227可以大于突出部分226的宽度的两倍。这可以附加地支持在主体部分224内部实现闭合通量磁化图案222的预定旋转方向。突出部分226的长度227可以被定义为突出部分226从突出部分226的远端(相对于主体部分226)到主体部分226(例如，到突出部分226和主体部分224的横向接合)的最大横向距离。突出部分226的宽度可以被定义为突出部分226在垂直于突出部分226的长度227的方向上的横向延伸。如图2d中所图示，突出部分226可以是三角形横向形状，但也可以具有不同的形状，例如矩形、多边形或曲线形状。
主体部分224的长度(例如，最大横向延伸)可以小于主体部分224的宽度的两倍。这可以便于在主体部分224内部形成闭合通量磁化图案222。主体部分224的宽度可被定义为主体部分224在垂直于主体部分224的长度的方向上的横向延伸。换言之，虽然突出部分226可具有细长的横向截面，但主体部分224可以具有非细长的(例如，类似圆形或类似贴片的)横向截面。
根据一些示例，主体部分224具有旋转对称的横向截面。这可以附加地支持在磁性参考层220内部生成闭合通量磁化图案222。例如，主体部分224可以具有椭圆形、圆形、方形或正多边形横向截面。
可选地(如图2d中所示)，突出部分226可以相对于主体部分224切向延伸。这可以进一步支持预先确定磁性参考层220的主体部分224内部的闭合通量磁化图案222的旋转方向。
磁性自由层(图2d中未示出)与磁性参考层220的突出部分226之间的最小横向距离可以大于主体部分224的最大横向延伸的10％(或大于25％)。这样，可以提供突出部分226和磁性自由层(或者磁性自由层的横向位于最靠近突出部分226的那部分)之间的足够距离，使得突出部分226的磁化图案225对磁阻传感器的磁阻器的参考磁化的效应可以忽略不计。在实施横向槽的情况下，磁性自由层与横向槽之间的最小横向距离可以大于主体部分的最大横向延伸的10％(或大于25％)。
与突出部分226类似的磁性参考层220(以及可选地，磁阻传感器的钉扎层)的不对称性是可以支持的，以便如果在形成期间(例如，在磁阻传感器的制造期间)施加衰减的外部磁场，则允许通过交换耦合在预定义旋转方向上形成闭合通量磁化图案222(例如，涡旋磁化图案)。
图2e示出了在暴露于饱和磁场202并且在低场中弛豫以生成涡旋状(例如闭合通量)磁化图案222之后展现磁阻传感器的磁性参考系统的磁性参考层220(和/或钉扎层)的限定手性的结构(例如，磁性层堆叠的横向截面)的示例。结构(例如，磁性参考层220的横向截面面积)包括圆形的主体部分224和细长的突出部分226。在暴露于饱和磁场202期间，可以施加饱和磁场202，使得主要沿着突出部分226对齐。突出部分226可以展现高形状各向异性，其在外部磁场202的弛豫之后也能基本上保持其磁化223。因此，在生成磁性参考层220的涡旋状磁化期间，附加的非对称磁力会影响涡旋生成，由此限定涡旋手性(例如，闭合通量磁化图案222的旋转方向)。
换言之，突出部分226的磁化可以基本上是线性的(或者在突出部分的内部不闭合，如图2d中所指示的)，并且可以使闭合通量磁化图案222在突出部分226和主体部分224的横向接合处在与其相反的方向上对齐。这在图2e至图2h中显示的微磁模拟中被示出。与突出部分226的磁化223反向平行地对齐在磁性参考层220的突出部分226附近的闭合通量磁化图案222(或涡旋磁化)。结果，手性(例如，闭合通量磁化图案222的旋转方向)可以由磁性参考层220的几何结构控制。
例如，图2e至图2f显示了取决于磁性参考层结构形状(或钉扎层结构形状)的一侧处的突出部分226(例如，结构延伸)的初始饱和状态的涡旋的手性。图2g至图2h显示了取决于磁性参考层结构形状(或钉扎层结构形状)的相对侧处的突出部分226的初始饱和状态的涡旋的手性。
图2i显示了具有结构延伸(例如，突出部分226)的另一结构示例(例如，磁性参考层220的横向截面)。效应可类似于图2E至图2F中所示的在右上方处具有延伸的结构。
返回到磁阻传感器200-A/200-B，磁性自由层230可以包括第一部分和至少一个第二部分。第二部分可以与第一部分横向分离。例如，第一部分和第二部分可以通过固体电绝缘材料或通过磁性层堆叠内的空腔而彼此分离。在制造磁阻传感器200-A/200-B期间，例如，可以使用光刻工艺将磁性自由层230的第一部分和第二部分形成在磁性自由层230之外。磁性自由层230的相分离的部分可以被用于实现共享同一磁性参考层220的磁阻传感器200-A/200-B的多个磁阻器。例如，磁阻传感器200-A/200-B的第一磁阻器可以包括磁性自由层230的第一部分，并且磁阻传感器200-A/200-B的第二磁阻器可以包括磁性自由层230的第二部分。这样，可以使磁阻传感器200-A/200-B的制造更高效并且因此可以降低制造成本。磁性自由层230的第一部分和第二部分可以位于磁性参考层220的同一部分的垂直上方(或垂直下方)。备选地，磁性自由层230的第一部分和第二部分可以位于磁性参考层220的彼此横向分离的不同部分的垂直上方(或垂直下方)。
例如，在磁性自由层230的第一部分的垂直上方(或垂直下方，取决于磁性层堆叠的构造)，磁性参考层的闭合通量磁化图案222的方向可以与它在磁性自由层230的第二部分的垂直上方(或者分别地，垂直下方)的方向不同。因此，可以相对于包括磁性自由层230的第二部分的第二磁阻器，为包括磁性自由层230的第一部分的第一磁阻器提供参考磁化的不同方向。这可以避免磁阻器的局部磁化过程。
磁性参考层220的闭合通量磁化图案222可以改变其在磁性自由层230的相应部分的垂直上方(或垂直下方)的方向。因此，针对磁阻器的参考磁化的方向可以由磁性自由层230的相应部分的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案222所呈现的平均方向来定义。换言之，在磁性自由层230的第一部分的垂直上方(或垂直下方)的(磁性参考层220的)闭合通量磁化图案222的第一平均方向可以不同于磁性自由层230的第二部分的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案222的第二平均方向。
例如，第一平均方向可以与第二平均方向相差至少5度(或者至少10度、或者至少20度、或者至少45度、或者至少90度)。闭合通量磁化图案的第一平均方向和第二平均方向之间的较大差异可以便于测量入射在磁阻传感器200-A/B上的外部磁场的不同方向分量。
例如，闭合通量磁化图案222的第一平均方向可以与x方向重合，并且闭合通量磁化图案222的第二平均方向可以相对于第一平均方向正交并且因此与y方向重合。正交性可以实现使用磁阻传感器200-A/200-B对外部施加的磁场的方向的可靠确定。
在进一步的示例中，第一平均方向和第二平均方向可以彼此反向平行(即，可以彼此相差大约180°)。第一平均方向和第二平均方向的反向平行对齐可以实现惠斯通半桥配置。
通过整合在磁性参考层220的一部分上的与闭合通量磁化图案222相关联的磁通量密度的第一分量以及通过整合在该部分上的磁通量密度的第二分量并且通过比较磁通量密度的经整合的第一分量和经整合的第二分量，在磁性自由层230的相应部分的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案222的相应平均方向可以是可确定的。磁性参考层的所述部分可以从磁性参考层220的上表面延伸到下表面并且可以具有与磁性自由层230的相应部分在磁性参考层220上的垂直投影重合的横向面积。磁通量密度的第一分量和第二分量可以相对于彼此正交并且可以处于平行于磁性自由层230的平面中(例如，在xy平面中)。
借助于图2j更详细地解释这一点。图2j示出了磁性参考层220以及设置在磁性参考层220上方的磁性自由层(设置在磁性参考层220和磁性自由层之间的可选的非磁性层未被示出)的示意图。磁性自由层包括第一部分230-1和第二部分230-2。第二部分230-2与第一部分230-1横向分离。此外，图2j示出了磁性参考层220的闭合通量磁化图案222。闭合通量磁化图案222在磁性自由层的第一部分230-1和第二部分230-2的垂直下方呈现不同的平均方向。为了确定磁性自由层的相应部分230-1、230-2的垂直下方的闭合通量磁化图案222的相应平均方向，可以在位于磁性自由层的相应部分230-1、230-2下方的磁性参考层220的相应部分228、229上整合与闭合通量磁化图案222相关联的磁通量密度的x分量和y分量(例如，在与磁性自由层平行的平面中的正交分量)。
也就是说，磁性参考层220的体积V1的第一部分228从磁性参考层220的上表面延伸到下表面并且具有与磁性自由层的第一部分230-1到磁性参考层220上的垂直投影重合的横向面积。类似地，磁性参考层的体积V2的第二部分229从磁性参考层220的上表面延伸到下表面并且具有与磁性自由层的第二部分230-2到磁性参考层220上的垂直投影相重合的横向面积。体积Vi(例如，i＝1，2)的磁性参考层的相应部分中的闭合通量磁化图案222的平均方向然后可以通过根据等式1.1和等式1.2整合在磁性参考层220的相应部分228、229上的磁通量密度的x分量Bx(例如，第一分量)和磁通量密度的y分量By(例如，第二分量)来确定：
等式1.1：
等式1.2：
磁通量密度的经整合的(例如，平均的)x分量和经整合的(例如，平均的)y分量的比较然后可以产生磁性自由层的相应部分230-1、230-2的垂直下方(或者垂直上方，取决于磁性层堆叠的构造)的闭合通量磁化图案222的相应的平均方向为了比较，可以采用反正切函数，从而可以根据等式1.3确定相应的平均方向
例如，的平均方向与x方向重合、与y方向重合、与负x方向重合，并且与负y方向重合。
图3a至图3i示出了磁阻传感器的几个示例(顶视图)，其包括具有预定旋转方向的永久闭合通量磁化图案322的磁性参考层320和具有总横向面积小于磁性参考层320的总横向面积的磁性自由层。磁性自由层330(或磁性自由层330-1、330-2、330-3、330-4的不同部分)的质心相对于磁阻传感器的磁性参考层430的质心而被横向移位。
例如，对于TMR(或者可替代地，其他xMR)，TMR的磁性参考层320(和可选的钉扎层)可以包括涡旋结构(例如闭合通量磁化图案322)。TMR的磁性自由层330(或磁性自由层的部分330-1、330-2、330-3、330-4)可被限制于涡旋状磁化参考层320的区域，该区域具有想要的参考磁化方向。具有不同参考磁化方向的TMR元件(或者备选地，其他xMR元件)可以通过磁性自由层330(或者磁性自由层的各部分330-1、330-2、330-3、330-4)的不同放置来实现。
磁性自由层330可以不同地被结构化，例如，被结构化为圆形以便促进生成涡旋状磁化图案，或被结构化为线性(例如，矩形或多边形)以便基本上均一地被磁化。此外，虽然形状是圆形状的，但是磁性自由层330(或者磁性自由层的各部分330-1、330-2、330-3、330-4)可以被均一地磁化，因为涡旋状磁化图案的生成可以被磁性自由层330的厚度(例如，磁矩)以及被磁性自由层330的材料的饱和磁化所影响。
图3a示出了磁阻传感器300-A的示意性顶视图，该磁阻传感器300-A包括具有圆形横向截面面积的磁性参考层320和闭合通量磁化图案322。此外，磁阻传感器300-A包括具有圆形横向截面面积的磁性自由层330。磁性自由层330被布置于磁性参考层320的垂直上方(或垂直下方)，使得磁性自由层330的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案322的平均方向主要指向y方向上(即，在方向上)，如图3a中所示的坐标系所指示的。
图3b中所示的磁阻传感器300-B类似于图3a的磁阻传感器，然而，磁性自由层包括第一部分330-1和与第一部分330-B横向分离的第二部分330-2。磁性自由层的第一部分330-1和第二部分330-2都包括圆形横向截面面积。磁性自由层的第一部分330-1的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案322的第一平均方向主要指向x方向上(即，在方向上)。磁性自由层的第二部分330-2的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案322的第二平均方向相对于第一平均方向正交并且主要指向y方向上(即，在方向上)。
图3c中所示的磁阻传感器300-C类似于图3b的磁阻传感器，然而，磁性自由层包括附加的第三部分330-3，其具有圆形截面面积并且与第一部分330-1和第二部分330-2二者横向分离。磁性自由层的第三部分330-3的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案322的第三平均方向主要指向负x方向上(即，在方向上)。
当然，磁性自由层的各部分可以被不同地放置在磁性参考层(和可选的钉扎层)的上方(或下方)。图3d中所示的磁阻传感器300-D类似于图3c的磁阻传感器，然而，磁性自由层的第一部分330-1和第二部分330-2相对于磁性参考层320被不同地放置。结果，对于所描绘的布置，闭合通量磁化图案322的第一平均方向主要指向(或-45°)方向上，而闭合通量磁化图案322的第二平均方向主要指向图3d的布置可以被认为是形成三角形拐角的在不同部分330-1、330-2和330-3之间的角度为120°的等边三角形。
图3e中所示的磁阻传感器300-E类似于图3d中的磁阻传感器，然而，磁性自由层包括具有圆形横向截面面积的第四部分330-4。第四部分330-4与磁性自由层的第一部分330-1、第二部分330-2和第三部分330-3横向分离。此外，在所描绘的布置中，闭合通量磁化图案322的第三平均方向主要指向方向上，而在磁性自由层的第四部分330-4的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案322的第四平均方向主要指向方向上。针对330-1..330-4的相应值分别为315°、45°、135°和225°。
此外，磁性自由层也可能不是圆形的，以便生成涡旋磁化。可以改为使用线性磁化的磁性自由层(或其部分)。
图3f中所示的磁阻传感器300-F类似于图3a的磁阻传感器，然而，磁性自由层330包括矩形横向截面面积，并且磁性自由层330的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案322的平均方向主要指向负y方向上(即，在方向上)。
图3g中所示的磁阻传感器300-G类似于图3f的磁阻传感器，但附加地包括具有矩形横向截面面积的磁性自由层的第二部分330-2。磁性自由层的第二部分330-2的垂直上方(或垂直下方)的闭合通量磁化图案322的平均方向主要指向y方向上。
对于图3h中所示的磁阻传感器300-H，其类似于图3g的磁阻传感器，磁性自由层的第二部分330-2的矩形横向截面面积大于磁阻传感器300-G的磁性自由层的第一部分330-1的横向截面面积。相对于磁阻传感器300-G而言，这可以增加磁阻传感器300-H的灵敏度。
图3i示出了磁阻传感器300-I，其磁性自由层包括具有圆形横向截面面积的第一部分330-1和第二部分330-2以及具有矩形横向截面面积的第三部分。
图4a示出了经受外部磁场401的磁阻传感器400。该磁阻传感器400与图3c的类似，但是其磁性自由层包括附加的第四部分430-4，其中磁性自由层的第四部分430-4的垂直上方(或垂直下方)的参考层的闭合通量磁化图案422的第四平均方向主要指向负y方向上。外部磁场401指向负x方向上。这使得磁性自由层的第一部分430-1的磁化反向平行于磁性参考层420的闭合通量磁化图案422的第一平均方向而对齐。
换言之，外部磁场401使得磁性自由层的第一部分430-1的磁化与包括磁性自由层的第一部分430-1的(磁阻传感器400的)第一磁阻器的第一参考磁化相反地被定向。相应地，外部磁场401使得磁性自由层的第二部分430-2的磁化与包括磁性自由层的第二部分430-2的(磁阻传感器400的)第二磁阻器的第二参考磁化(由闭合通量磁化图案422的第二平均方向给出)垂直地被定向。
此外，外部磁场401使得磁性自由层的第三部分430-3的磁化与包括磁性自由层的第三部分430-3的(磁阻传感器400的)第三磁阻器的第三参考磁化(由闭合通量磁化图案422的第三平均方向给出)平行地被定向。此外，外部磁场401使得磁性自由层的第四部分430-4的磁化与包括磁性自由层的第四部分430-4的(磁阻传感器400的)第四磁阻器的第四参考磁化(由闭合通量磁化方向图案422的第四平均方向给出)垂直地被定向。
在图4b中，外部磁场401入射在磁阻传感器400上，但被定向在负y方向上。这使得磁性自由层的第一部分430-1的磁化垂直于磁阻传感器400的第一磁阻器的第一参考磁化，磁性自由层的第二部分430-2的磁化与第二磁阻器的第二参考磁化相反，磁性自由层的第三部分430-3的磁化与第三磁阻器的第三参考磁化垂直，以及磁性自由层的第四部分430-4的磁化与第四磁阻器的第四参考磁化平行。
图4c至图4d示出了图4a至图4b的磁阻传感器400的磁性层堆叠的不同的可能构造的示意性垂直截面(在yz平面中)。
图4c中的垂直截面示出了第一种可能的堆叠实现：所谓的“底部钉扎的自旋阀”结构(BSV)，其包括底部(例如，衬底)侧的天然反铁磁性(NAF)层410。可以使用的材料例如是铂锰(PtMn)、铱锰(IrMn)和/或镍锰(NiMn)。NAF的膜厚度可以在5nm至50nm的范围内。在NAF410的顶部上，沉积所谓的“参考系统”(例如，磁性参考系统)，其包括钉扎层(PL)412和反铁磁耦合(磁性)参考层(RL)420。两层(例如钉扎层412和参考层420)均可以包括铁磁材料，诸如钴铁合金(CoFe)、钴铁硼(CoFeB)合金和/或镍铁(NiFe)合金。其间的非磁性耦合层414(例如包含钌和/或铜)可以提供反铁磁Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida(RKKY)耦合，以形成人造反铁磁性。钉扎层412和参考层420的膜厚度可以分别在1nm至100nm的范围内。涡旋状磁化图案的自发构建(例如，闭合通量磁化图案)可以取决于由几何结构(直径和膜厚度)和材料(饱和磁化)所给出的磁能。接下来，可以沉积隧道势垒层416。例如，隧道势垒层416的材料可以是氧化铝(Al2O3)和/或氧化镁(MgO)。隧道势垒层416的厚度可以在0.5nm至5nm的范围内。最后的功能层可以是(磁性)自由层(FL)(示出的是磁性自由层的第一部分430-1和第三部分430-3)，充当传感器层，其在外部磁性平面内场上改变其磁化。磁性自由层的材料可以类似于钉扎层412和参考层420PL/RL的铁磁材料的合金，如CoFe、CoFeB和/或NiFe。磁性自由层还可以包括具有铁磁和非磁性材料的多层堆叠。另外，还可以引入在TMR效应中未涉及的另外的层，例如，影响/优化堆叠生长的种子层或者例如包含铜的低欧姆底电极。例如，整个堆叠可以在一个工艺中被沉积，并且可以在分离的蚀刻工艺中对磁性自由层和剩余的堆叠部分进行结构化。
由于磁性自由层沉积在图4c的示例性磁性层堆叠中的磁性参考层420上方，所以磁性参考层420的闭合通量磁化图案可存在于磁性自由层的相应部分的垂直下方。但是，磁性自由层可能不在堆叠的顶部上。图4d示出了磁阻传感器400的磁性层堆叠的不同构造，其中首先磁性自由层被沉积(在衬底上)并且在剩余的堆叠被沉积和结构化之前被结构化。在这种情况下，由于参考系统位于堆叠的顶部上，因此该堆叠被称为“顶部钉扎自旋阀”。磁性参考层420的闭合通量磁化图案然后可以存在于磁性自由层的相应部分的垂直上方。
除了包括第一部分和与第一部分横向分离的至少一个第二部分的磁性自由层之外，(例如，磁阻传感器200-A/200-B的)磁性参考层220可以可选地包括第一部分和至少一个第二部分(图2a至图2b中未示出)。磁性参考层220的第一部分可以与磁性参考层220的第二部分横向分离。此外，磁性参考层的每个部分可以包括预定旋转方向的相应的永久闭合通量磁化图案。附加地，磁性自由层的第一部分在磁性参考层上的垂直投影可以被磁性参考层220的第一部分的外周横向围绕。磁性自由层230的第二部分在磁性参考层220上的垂直投影可以被磁性参考层220的第二部分的外周横向围绕。
换言之，磁性自由层230的第一部分可以位于磁性参考层220的第一部分的垂直上方(或者垂直下方，取决于磁性层堆叠的构造)，而磁性自由层230的第二部分可以位于磁性参考层220的第二部分的垂直上方(或垂直下方)。磁性自由层230的第一部分的质心可以相对于磁性参考层220的第一部分的质心而被横向移位。类似地，磁性自由层230的第二部分的质心可以相对于磁性参考层220的第二部分的质心而被横向移位。这样，可以提供磁阻传感器200-A/200-B的多个磁阻器。
例如，如果在磁性自由层230的第一部分的垂直上方(或垂直下方)的磁性参考层220的第一部分中的闭合通量磁化图案的平均方向等于在磁性自由层230的第二部分的垂直上方(或垂直下方)的磁性参考层220的第二部分中的闭合通量磁化图案的平均方向，则这能够使得提供具有相同参考磁化方向的两个(或更多)磁阻器。具有相同参考磁化方向的磁阻器可以可选地串联连接，这可以增加磁阻传感器200-A/200-B的灵敏度和/或将电阻率调节到特定值。
此外，以这种方式，可以提供包括磁性参考层220的分离部分的磁阻器。这在用于将磁性自由层230的第一部分与磁性自由层230的第二部分电绝缘的GMR传感器中可以是有用的。在TMR传感器中，隧道势垒层可以将磁性自由层230的第一部分与磁性自由层230的第二部分电绝缘。
当然，如果在磁性自由层230的第一部分的垂直上方(或垂直下方)的磁性参考层220的第一部分中的闭合通量磁化图案的平均方向不同于在磁性自由层230的第二部分的垂直上方(或垂直下方)的磁性参考层220的第二部分中的闭合通量磁化图案的平均方向，则也可以以这种方式提供具有不同参考磁化方向的磁阻器。例如可以采用具有不同参考磁化方向的磁阻器来检测或测量施加到磁阻传感器200-A/200-B的外部磁场的不同方向分量。
根据一些示例，其磁性自由层230包括第一部分和至少一个第二部分的磁阻传感器200-A/200-B可以包括桥接电路。桥接电路可以包括第一磁阻器和至少一个第二磁阻器。第一磁阻器可以包括磁性自由层230的第一部分，而第二磁阻器可以包括磁性自由层230的第二部分。
例如，在桥接电路内，磁性自由层230的第一部分和第二部分可以位于磁性参考层220的同一部分的垂直上方(或垂直下方)。备选地，磁性自由层230的第一部分和第二部分可以位于磁性参考层220的分离部分的垂直上方(或垂直下方)。
磁性参考层220可以用作桥接电路的第一磁阻器和第二磁阻器的公共节点。例如，该公共节点可以是桥偏置输入节点(例如，连接到桥接电路的电源电压或接地电位)。备选地，该公共节点可以是提供指示外部施加的磁场的方向分量的强度的电位(或电压)的桥输出节点。备选地，例如，如果第一磁阻器和第二磁阻器串联连接，则该公共节点可以是第一磁阻器和第二磁阻器的互连。
桥接电路可以包括第一桥接电阻器、第二桥接电阻器、第三桥接电阻器和第四桥接电阻器。第一桥接电阻器可以连接在第一桥偏置输入节点(例如，连接到电源电压)和第一桥输出节点之间。第二桥接电阻器可以连接在第一桥偏置输入节点和第二桥输出节点之间。第三桥接电阻器可以连接在第一桥输出节点和第二桥偏置输入节点(例如，连接到接地电位或连接到不同的电源电压)之间。第四桥接电阻器可以连接在第二桥输出节点和第二桥偏置输入节点之间。第一桥输出节点和第二桥输出节点之间的电压(例如桥接电压)可以指示外部施加的磁场的方向分量的强度。第一桥接电阻器、第二桥接电阻器、第三桥接电阻器和第四桥接电阻器中的至少一个可以包括如上所述的串联连接的磁阻器，这可以增加桥接电路的灵敏度并且因此增加磁阻传感器200-A/200-B的灵敏度。
图5a示出了根据本公开示例的磁阻传感器的桥接电路500-A。桥接电路500-A包括磁阻传感器的磁性参考层的第一部分520-1和第二部分520-2。磁性参考层的第一部分520-1包括预定旋转方向(例如，逆时针)的第一永久闭合通量磁化图案522-1。磁性参考层的第二部分520-2包括预定旋转方向(例如，逆时针)的第二永久闭合通量磁化图案522-2。此外，桥接电路500-A包括磁阻传感器的磁性自由层的第一部分530-1、第二部分530-2、第三部分530-3和第四部分530-4。磁性自由层的第一部分530-1和第二部分530-2位于磁性参考层的第一部分520-1的垂直上方(或垂直下方)。磁性自由层的第三部分530-3和第四部分530-4位于磁性参考层的第二部分520-2的垂直上方(或垂直下方)。
第一闭合通量磁化图案522-1的第一平均方向在磁性自由层的第一部分530-1的垂直上方(或垂直下方)以反y方向定向。第一闭合通量磁化图案522-1的第二平均方向在磁性自由层的第二部分530-2的垂直上方(或垂直下方)以y方向定向。桥接电路500-A的第一桥接电阻器包括磁性自由层的第一部分530-1。桥接电路500-A的第二桥接电阻器包括磁性自由层的第二部分530-2。此外，第一桥接电阻器和第二桥接电阻器共享磁性参考层的第一部分520-1。磁性参考层的第一部分520-1连接到桥接电路500-A的第一桥偏置输入节点551-1。第一桥偏置输入节点551-1连接到桥接电路500-A的电源电压Vdd。磁性自由层的第一部分530-1连接到桥接电路500-A的第一桥输出节点552-1。磁性自由层的第二部分530-2连接到桥接电路500-A的第二桥输出节点552-2。因此，第一桥接电阻器连接在第一桥偏置输入节点551-1和第一桥输出节点552-1之间，而第二桥接电阻器连接在第一桥偏置输入节点551-1和第二桥输出节点552-2之间。
第二闭合通量磁化图案522-2的第一平均方向在磁性自由层的第三部分530-3的垂直上方(或垂直下方)以y方向定向。第二闭合通量磁化图案522-2的第二平均方向在磁性自由层的第四部分530-4的垂直上方(或垂直下方)以反y方向定向。桥接电路500-A的第三桥接电阻器包括磁性自由层的第三部分530-3。桥接电路500-A的第四桥接电阻器包括磁性自由层的第四部分530-4。此外，第三桥接电阻器和第四桥接电阻器共享磁性参考层的第二部分520-2。磁性参考层的第二部分520-2连接到桥接电路500-A的第二桥偏置输入节点551-2。第二桥偏置输入节点551-2被连接到桥接电路500-A的接地Gnd，但是备选地也可以被连接到不同于Vdd的另一电源电压。磁性自由层的第三部分530-3连接到第一桥输出节点552-1。磁性自由层的第四部分530-4连接到第二桥输出节点552-2。因此，第三桥接电阻器连接在第一桥输出节点552-1与第二桥偏置输入节点551-2之间，而第四桥接电阻器连接在第二桥输出节点552-2与第二桥偏置输入节点551-2之间。
当在桥接电路500-A上不施加外部磁场或施加在y方向上或反y方向上都没有任何分量的外部磁场时，第一桥输出节点552-1和第二桥输出节点552-2之间的电压(例如桥接电压)例如可以等于零。假设施加具有在(正)y方向上的分量的外部磁场，第一桥接电阻器的电阻可以增加，因为磁性自由层的第一部分530-1可以在y方向上至少部分地磁化并且因此与第一闭合通量磁化图案522-1的第一平均方向相反。另一方面，第三桥接电阻器的电阻可以减少，因为磁性自由层的第三部分530-3可以在y方向上至少部分地磁化，y方向也是第二闭合通量磁化图案522-2的第一平均方向的方向。对于正电源电压Vdd，第一桥输出节点552-1的电位然后可以减少。由于类似的原因，第二桥接电阻器的电阻可以减少，而第四桥接电阻器的电阻可以增加。这导致第二桥输出节点552-2的电位增加。第二桥输出节点552-2的电位因此可以增加并且大于第一桥输出节点552-1的电位，或者换言之，从第一桥输出节点552-1到第二桥输出节点552-2的桥接电压可能为负。因此，具有负y方向上的分量的外部施加的磁场会导致正桥接电压。桥接电压的符号因此可以指示外部施加的磁场的y分量的意义(例如，正或负y方向)。此外，桥接电压的量值可以指示外部施加的磁场的y分量的强度。
图5b示出了类似于图5a的桥接电路500-A的桥接电路500-B。桥接电路500-B可以通过将图5a的桥接电路500-A顺时针方向旋转90°来获得。桥接电路500-B因此可以用于测量外部施加的磁场的x分量。根据本公开的示例性磁阻传感器可以包括桥接电路500-A和桥接电路500-B二者，其可以使得磁阻传感器能够测量外部施加的磁场的量值和方向。
图5c示出了磁阻传感器的另一桥接电路500-C。桥接电路500-C可以与图5a的桥接电路500-A类似并且可以被用于测量外部施加的磁场的y分量。与图5a的桥接电路500-A对照而言，桥接电路500-C的每个桥接电阻器554-1、554-2、554-3、554-4包括磁阻传感器的磁性参考层的两个横向分离的部分。磁阻传感器的磁性自由层的相应部分位于磁性参考层的每个部分的垂直上方(或垂直下方)。每个桥接电阻器554-1、554-2、554-3、554-4因此包括两个串联连接的磁阻器。相对于图5a的桥接电路500-A，这可以增加桥接电路500-C的灵敏度和/或增加桥接电路的电阻率。
图5d示出了磁阻传感器的又一桥接电路500-D。桥接电路500-D可以类似于图5c的桥接电路500-C，并且可以被用于测量外部施加的磁场的y分量。桥接电路500-D的每个桥接电阻器554-1、554-2、554-3、554-4也包括磁阻传感器的磁性参考层的两个横向分离的部分，但是与图5c的桥接电路500-C对照而言，其中磁阻传感器的磁性自由层的两个横向分离的部分位于磁性参考层的每个部分的垂直上方(或垂直下方)。桥接电路500-D的每个桥接电阻器554-1、554-2、554-3、554-4因此包括四个串联连接的磁阻器。相对于图5a、图5c的桥接电路500-A、500-C，这可以更进一步增加桥接电路500-D的灵敏度和/或增加桥接电路的电阻率。
为了生成或进一步支持在磁阻传感器的磁性参考层中形成预定旋转方向的永久闭合通量磁化图案(例如，涡旋磁化图案)，可以从磁性自由层(或磁性自由层的一部分)到磁性参考层提供垂直电流路径。图6a示出了具有这种电流路径的磁阻传感器600-A的示意性垂直截面。磁阻传感器600-A包括具有第一部分630-1和与第一部分630-1横向分离的第二部分630-2的磁性自由层。磁阻传感器600-A的第一电极661-1包括横向布线元件(例如导线)和垂直布线元件(例如过孔)并接触磁性自由层的第一部分630-1。磁性自由层的第一部分630-1的质心相对于磁阻传感器600-A的磁性参考层620的质心被横向移位。磁阻传感器600-A的磁阻器可以包括磁性自由层的第一部分630-1以及磁阻传感器600-A的隧道势垒层616、磁性参考层620和NAF层610(以及可选的磁性钉扎层和可选的耦合层，在图6a中未示出)。磁阻传感器600-A的第二电极661-2包括另一横向布线元件(例如，另一导线)和另一垂直布线元件(例如另一过孔)并接触磁性自由层的第二部分630-2。磁阻传感器600-A的第三电极661-3包括又一横向布线元件(例如，又一导线)和又一垂直布线元件(例如又一过孔)并且接触NAF层610。在磁性参考层620中生成永久闭合通量磁化图案期间，电流可以被施加到磁阻传感器600-A并且可以在第二电极661-2和第三电极661-3之间流动。电流的方向(例如，从第二电极到第三电极或者反之亦然)可以设定环绕电流路径的磁场的旋转方向，并与磁性参考层620处于平面中。该磁场的旋转方向然后可以设定(例如，预先确定)磁性参考层620中的永久闭合通量磁化图案的旋转方向。可选地，使电流路径位于磁阻传感器600-A的结构(例如，磁性层堆叠)的中心，以便进一步支持由通过结构的中心的电流所生成的圆形场对旋转方向的预先确定。
本公开的至少一些示例性磁阻传感器可以包括隧道势垒层和导电过孔。可以将隧道势垒层设置在磁性参考层和磁性自由层之间。导电过孔可以通过隧道势垒层而将磁性自由层的一部分(例如，第二部分，或备选地，另一部分例如第三部分、第四部分或第n部分)与磁性参考层连接。磁性自由层的该一部分可以被电绝缘材料横向围绕。
这针对图6b中的磁阻传感器600-B而被示出。磁阻传感器600-B类似于图6a的磁阻传感器600-A。然而，由于磁阻传感器600-B的导电过孔662，用于在闭合通量磁化图案的生成期间预先确定闭合通量磁化图案的旋转方向而在第二电极661-2和第三电极661-3之间流动的电流可以增加。因此，围绕电流的磁场的强度也可以增加。这可以使闭合通量磁化图案的旋转方向的预先确定更加可靠。换言之，与TMR结构(例如磁阻传感器600-A)相比，电流路径可以包括穿过隧道氧化物的过孔，以达到针对该路径的较低电阻。
可选地，导电过孔662可以位于磁性参考层620的质心的垂直上方。这可以进一步使闭合通量磁化图案的旋转方向的预先确定更加可靠。
图7示出了用于在磁性层堆叠的磁性参考层中生成预定旋转方向的永久闭合通量磁化图案的方法700的流程图。方法700包括将预定方向上的外部磁场施加710到磁性层堆叠，引起磁性层堆叠的磁性参考层和钉扎层的磁性饱和。此外，方法700包括减少720外部磁场以在磁性参考层中形成第一闭合通量磁化图案并在钉扎层中形成第二闭合通量磁化图案。
通过在磁性参考层中生成具有预定旋转方向的永久闭合通量磁化图案，可以避免用于提供磁阻器的期望参考磁化方向的局部磁化过程。这可以减少磁阻器和/或磁阻传感器的制造工作，并且因此可以降低其制造成本。
例如，外部磁场可以在磁性层堆叠处是单向的和/或均一的。通过首先引起磁性参考层和钉扎层的磁性饱和，并且此后通过减少(720)外部磁场，可以在磁性参考层中和在钉扎层中形成闭合通量磁化图案。例如，可以首先将外部磁场的强度设定为高于可引起磁性饱和的磁性参考层和钉扎层的湮没场强度。在磁性饱和期间，磁性参考层和钉扎层的磁化可以是单向的。之后，可以将外部磁场的强度降低到磁性参考层和钉扎层的成核场强度以下。由于外部磁场的方向是预先确定的(例如，被设定在特定的横向方向上并且与磁性参考层和钉扎层在平面中)，所以第一闭合通量磁化图案和第二闭合通量磁化图案可以具有预定的旋转方向。例如，第一闭合通量磁化图案和第二闭合通量磁化图案可以具有相反的旋转方向。这样，第一闭合通量磁化图案的旋转方向可以被钉扎层中的第二闭合通量磁化图案在相同的意义上被永久保持(例如，顺时针或逆时针)。
附加地，方法700可以进一步包括在施加外部磁场之前对具有横向截面的至少磁性参考层进行结构化，所述横向截面包括主体部分和横向邻近主体部分的突出部分。在结构化之后，可以平行于突出部分(例如，沿着突出部分的最大横向延伸的轴线)施加710外部磁场。例如，根据方法700，磁性参考层的横向截面可以如图2d至图2i的上下文中所图示的那样来结构化。
附加地，方法700可以进一步包括将钉扎层中的第二闭合通量磁化图案钉扎到磁性层堆叠的天然反铁磁性层。这样，第二闭合通量磁化图案可以永久地保持在相同的旋转方向上。因此，第一闭合通量磁化图案也可以永久地保持在其旋转方向上(例如，与第二闭合通量磁化图案的旋转方向相反)。
例如，方法700可以包括在施加710外部磁场期间将磁性层堆叠的温度保持在200℃以下。在减少720外部磁场之后，方法700可以进一步包括将磁性层堆叠的温度增加到240℃以上、但不超过天然反铁磁性层和钉扎层的阻断温度。此外，方法700可以包括将磁性层堆叠的温度保持在240℃以上超过一小时，以在天然反铁磁性层内形成反铁磁相，引起天然反铁磁性层与钉扎层之间的交换偏置耦合。以这种方式，第二闭合通量磁化图案可以被钉扎到磁性层堆叠的天然反铁磁性层。天然反铁磁性层和钉扎层的阻断温度可以至少部分地由天然反铁磁性层和钉扎层的材料组合来确定。可以将阻断温度定义为钉扎层未(或不再)与天然反铁磁性层磁性耦合的温度。
换言之，这可以提供用于在具有约260℃至约400℃的范围内的阻断温度的磁性参考系统中形成涡旋状磁化的可能过程。例如，对于铂锰(PtMn)作为天然反铁磁(NAF)材料，引起交换偏置效应以对钉扎层进行钉扎的反铁磁相可能不会直接存在于磁性层堆叠沉积之后。施加710外部磁场直到器件(例如，磁性层堆叠)的饱和可以在没有附加温度的情况下(例如在室温下)进行。磁性层堆叠处的外部磁场的磁通量密度的平均量值可以大于200mT(或大于500mT)。然后可以减少720(例如，关断)外部磁场。然后可以在钉扎层中自发地生成涡旋状磁化(例如，第二闭合通量磁化图案)(并且继而可以在磁性参考层中生成第一闭合通量磁化图案)。在没有附加的外部磁场的情况下，接下来可以将其中温度优选地小于阻断温度的温度预算(例如，280℃两小时)施加到磁性层堆叠以形成天然反铁磁性层的反铁磁相。之后，可以再次冷却磁性层堆叠。然后可以通过交换偏置耦合力将磁性参考系统的钉扎层的涡旋状磁化(例如，第二闭合通量磁化图案)钉扎到天然反铁磁性层。
用于将第二闭合通量磁化钉扎到天然反铁磁性层的备选方法可以包括：在施加710外部磁场之前，形成天然反铁磁性层的反铁磁相，并且随后增加磁性层堆叠的温度至天然反铁磁性层和钉扎层的阻断温度以上。此外，该方法可以包括在施加710外部磁场期间将磁性层堆叠的温度保持在阻断温度以上。
例如，在天线反铁磁性层的反铁磁相和因此交换偏置耦合已经在磁性层堆叠沉积之后存在时的情况下，可以应用这种用于在磁性参考系统中形成涡旋状磁化的备选过程(例如，对于铱锰(IrMn)作为天然反铁磁性层的材料)。可以将阻断温度以上的温度施加到磁性层堆叠。交换偏置耦合然后可以消失，并且磁性参考系统可以表现为自由的一样(例如，在阻断温度以上，钉扎层的磁化不被钉扎到天然反铁磁性层)。例如，作为天然反铁磁性层材料的铱锰的阻断温度可以在约250℃至350℃的范围内，而作为天然反铁磁性层材料的铂锰的阻断温度可以在约350℃至400℃的范围内。
当磁性层堆叠的温度保持在阻断温度以上时，可以将外部磁场施加710到磁性层堆叠上，引起器件(例如，磁性层堆叠)的饱和。随后，可以再次降低外部磁场(例如，至少在磁性参考层和钉扎层的成核场强度以下)。例如，可以关断外部磁场。然后可以自发地生成涡旋状磁化(例如，第一闭合通量磁化图案和第二闭合通量磁化图案)。此后，可以将磁性层堆叠的温度从阻断温度以上降低到阻断温度以下，以固定钉扎层磁化(例如通过交换偏置耦合力将第二闭合通量磁化图案钉扎到天然反铁磁性层)。
附加地，方法700可以包括对磁性层堆叠的磁性自由层进行结构化，以引起磁性自由层(或者磁性自由层的横向分离部分)的质心相对于磁性参考层的质心(或相对于磁性参考层的横向分离部分的质心)横向移位。
附加地，方法700可以包括形成穿过磁性层堆叠的隧道势垒层的导电过孔。导电过孔可以连接磁性自由层的横向分离部分和磁性参考层。附加地，方法700可以包括通过导电过孔在磁性自由层的横向分离部分和天然反铁磁性层之间传导电流。电流的方向(例如，从磁性自由层到天然反铁磁性层或反之亦然)可以设定包围电流并与磁性参考层和钉扎层在平面中的磁场的旋转方向。然后，该磁场的旋转方向可以设定(例如，预先确定)磁性参考层中的第一闭合通量磁化图案的旋转方向和/或磁性参考层中的第二闭合通量磁化图案的旋转方向。可选地，导电过孔可以形成在磁性参考层的质心的垂直上方(备选地，垂直下方，取决于磁性层堆叠的构造)。
根据一个示例，用于形成参考层的过程可以包括以下步骤：首先，使元件进入热状态并且施加使器件饱和的外部场；其次，将场减少到形成涡旋的水平；第三，减少场和温度；第四，当温度仍然足以建立(反铁磁性)参考层取向时，让场达到零；第五，完全冷却器件，使得(反铁磁性)参考层以涡旋状态被钉扎。
根据本公开的另一方面，提供了一种用于角度传感器的涡旋磁化参考层。这可以允许构建角度传感器而不用局部磁化过程来定义钉扎层磁化。这可以包括使用不同结构几何形状的钉扎层、参考系统和/或xMR传感器结构的自由层。钉扎层和/或参考系统可以展现出涡旋状和/或闭合通量磁化。自由层面积可以与钉扎层面积不同。自由层可以被配置为选择钉扎层的和/或参考系统的特定面积以对某个磁场分量敏感。钉扎层和/或参考系统面积上的自由层面积的位置可以定义敏感方向。
例如，可以使用在闭合通量磁化的钉扎层上具有自由层区域的基于TMR的结构来得到在不同方向上的磁场分量的测量结果，其中自由层延伸不同于钉扎层延伸(例如，自由层<钉扎涡旋层)。这可以避免用于形成具有不同钉扎参考方向的TMR传感器元件的各个磁化步骤。可以将元件连接以形成功能上与其他磁阻角度传感器兼容的桥。例如，在桥的每个分支中，串联连接的元件的数量可以高于2。
本公开的另一示例涉及具有钉扎层和/或参考系统的TMR结构，该钉扎层和/或参考系统具有涡旋状磁化和仅在参考系统/钉扎层的一部分上方(或下方)延伸的自由层(被不同地结构化的自由层)。例如，这由于节省了激光磁化步骤而可以减少TMR制造成本。
与一个或多个先前详述的示例和附图一起提及和描述的各方面和特征也可以与一个或多个其他示例进行组合以便替换另一示例的相似特征或以便附加地将该特征引入到另一示例。
当计算机程序在计算机或处理器上执行时，示例还可以是或者涉及具有用于执行上述方法中的一个或多个方法的程序代码的计算机程序。各种上述方法的步骤、操作或过程可以由编程的计算机或处理器执行。示例还可以涵盖诸如数字数据存储介质的程序存储设备，其是机器、处理器或计算机可读的，并且对机器可执行的、处理器可执行的或计算机可执行的指令程序进行编码。指令执行或导致执行上述方法的一些或全部动作。程序存储设备可以包括或者可以是例如数字存储器，诸如磁盘和磁带的磁存储介质，硬盘驱动器或光可读数字数据存储介质。其他示例还可以涵盖被编程为执行上述方法的动作的计算机、处理器或控制单元，或被编程为执行上述方法的动作的(现场)可编程逻辑阵列((F)PLA)或(现场)可编程门阵列((F)PGA)。
说明书和附图仅仅说明了本公开的原理。此外，本文叙述的所有示例主要明确地仅用于教学目的，以帮助读者理解发明人为促进现有技术而贡献的本公开的原理和概念。本文中记载本公开的原理、方面和示例的所有陈述及其具体示例旨在包含其等同物。
表示为“用于......的装置”的执行特定功能的功能块可以是指被配置为执行特定功能的电路。因此，“用于某事的装置”可以被实现为“被配置为或适用于某事的装置”，诸如被配置为或适合于相应任务的设备或电路。
包括标记为“装置”、“用于提供传感器信号的装置”、“用于生成发送信号的装置”等的任何功能块的图中示出的各种元件的功能可以以诸如“信号提供者”、“信号处理单元”、“处理器”、“控制器”等专用硬件以及能够与适当的软件相关联地执行软件的硬件来实现。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或由多个单独的处理器来提供，其中的一些或全部可以被共享。然而，术语“处理器”或“控制器”到目前为止并不限于专门能够执行软件的硬件、而是可以包括数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储装置。其他传统的和/或定制的硬件也可以被包括在内。
例如，框图可以图示出实现本公开的原理的高级电路图。类似地，流程图、流程图表、状态转换图、伪代码等可以表示各种过程、操作或步骤，其可以例如基本上在计算机可读介质中表示并且因此由计算机或处理器来执行——无论这种计算机或处理器是否被明确示出。说明书或权利要求中公开的方法可以由具有用于执行这些方法的每个相应动作的装置的设备来实现。
应该理解，除非另外明确或暗示地陈述——例如出于技术原因，否则说明书或权利要求书中公开的多个动作、过程、操作、步骤或功能的公开可能不被解释为在特定的顺序内。因此，多种动作或功能的公开不会将这些限制为特定的顺序，除非这些动作或功能因技术原因不可互换。此外，在一些示例中，单个动作、功能、过程、操作或步骤可以包括或可以分别被分成多个子动作、子功能、子过程、子操作或子步骤。除非明确排除，否则这些子动作可以被包括在内，并成为该单个动作的公开的一部分。
此外，跟随的权利要求在此被并入到详细描述中，其中每个权利要求可以各自独立作为单独的示例。尽管每个权利要求可以各自独立作为单独的示例，但是应该注意的是——尽管从属权利要求可以在权利要求中是指与一个或多个其他权利要求的特定组合——其他示例也可以包括从属权利要求的组合与每个其他从属或独立权利要求的主题组合。除非声明不打算使用特定的组合，否则这些组合在此被明确提出。此外，即使权利要求不直接从属于任何其它独立权利要求，但也意图将该权利要求的特征包括到该独立权利要求中。

Claims (21)

1.一种磁阻传感器(200-A，200-B)，包括：
磁性参考层(220)，所述磁性参考层(220)包括具有预定的旋转方向的闭合通量磁化图案(222)；和
磁性自由层(230)，所述磁性自由层(230)的总横向面积小于所述磁性参考层(220)的总横向面积，其中所述磁性自由层(230)的质心(231)相对于所述磁性参考层(220)的质心(221)被横向移位。
2.根据权利要求1所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述磁性参考层(220)包括主体部分(224)和与所述主体部分(224)横向相邻的突出部分(226)，其中所述主体部分(224)包括所述闭合通量磁化图案(222)，其中所述突出部分(226)的磁化图案(225)被配置为预先确定所述闭合通量磁化图案(222)的所述旋转方向。
3.根据权利要求2所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，在所述突出部分(226)和所述主体部分(224)的横向接合处附近，所述突出部分(226)的所述磁化图案(225)与所述主体部分(224)的所述闭合通量磁化图案(222)相反地定向。
4.根据权利要求2所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中所述突出部分(226)的长度(227)大于所述突出部分(226)的宽度的两倍。
5.根据权利要求2所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述突出部分(226)与所述主体部分(224)相切地延伸。
6.根据权利要求2所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述主体部分(224)具有旋转对称的横向截面。
7.根据权利要求2所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述磁性自由层(230)与所述突出部分(226)之间的最小横向距离大于所述主体部分(224)的最大横向延伸的10％。
8.根据权利要求1所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，在所述磁性自由层(230)的至少一部分(230-1、230-2)的垂直上方或下方的所述闭合通量磁化图案(222)具有平行于所述磁性自由层(230)的平均磁通量密度分量，所述平均磁通量密度分量不为零，其中所述磁性自由层的所述一部分(230-1、230-2)由电绝缘材料横向围绕。
9.根据权利要求1所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，在所述磁性自由层(230)的至少一部分(230-1、230-2)的垂直上方或下方的所述闭合通量磁化图案(222)的方向改变至多90°，其中所述磁性自由层的所述一部分(230-1、230-2)由电绝缘材料横向围绕。
10.根据权利要求1所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述磁性自由层(230)包括第一部分(230-1)和与所述第一部分(230-1)横向分离的至少一个第二部分(230-2)。
11.根据权利要求10所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，在所述磁性自由层的所述第一部分(230-1)的垂直上方或下方的所述闭合通量磁化图案(222)的第一平均方向不同于在所述磁性自由层的所述第二部分(230-2)的垂直上方或下方的所述闭合通量磁化图案(222)的第二平均方向。
12.根据权利要求11所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述第一平均方向与所述第二平均方向相差超过5度。
13.根据权利要求10所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，其中，所述磁性参考层(220)包括第一部分和与所述第一部分横向分离的至少一个第二部分，其中所述磁性参考层(220)的每个部分包括相应的预定旋转方向的闭合通量磁化图案，其中所述磁性自由层的所述第一部分(230-1)在所述磁性参考层(220)上的垂直投影被所述磁性参考层(220)的所述第一部分的外周横向围绕，其中所述磁性自由层的所述第二部分(230-2)在所述磁性参考层(220)上的垂直投影被所述磁性参考层(220)的所述第二部分的外周横向围绕。
14.根据权利要求10所述的磁阻传感器(200-A，200-B)，还包括桥接电路(500-A，500-B，500-C，500-D)，其中所述桥接电路包括第一磁阻器和至少第二磁阻器，其中所述第一磁阻器包括所述磁性自由层的所述第一部分(530-1)，其中所述第二磁阻器包括所述磁性自由层的所述第二部分(530-2)。
15.根据权利要求1所述的磁阻传感器(200-A，200-B，600-B)，还包括隧道势垒层(616)和导电过孔(662)，其中所述隧道势垒层(616)被设置在所述磁性参考层(220，620)与所述磁性自由层(230)之间，其中所述导电过孔(662)通过所述隧道势垒层(616)将所述磁性自由层的一部分(630-2)与所述磁性参考层(220)连接，其中所述磁性自由层的所述一部分(630-2)由电绝缘材料横向围绕。
16.根据权利要求15所述的磁阻传感器(200-A，200-B，600-B)，其中，所述导电过孔(662)位于所述磁性参考层(220，620)的所述质心(221)的垂直上方。
17.一种用于在磁性层堆叠的磁性参考层中生成预定旋转方向的闭合通量磁化图案的方法(700)，所述方法包括：
将预定方向上的外部磁场施加(710)到所述磁性层堆叠，引起所述磁性层堆叠的所述磁性参考层和钉扎层的磁性饱和；和
减少(720)所述外部磁场以在所述磁性参考层中形成第一闭合通量磁化图案并在所述钉扎层中形成第二闭合通量磁化图案。
18.根据权利要求17所述的方法(700)，还包括将所述第二闭合通量磁化图案钉扎到所述磁性层堆叠的天然反铁磁性层。
19.根据权利要求18所述的方法(700)，还包括在施加(710)所述外部磁场期间将所述磁性层堆叠的温度保持在200℃以下，以及
在减少(720)所述外部磁场之后，将所述磁性层堆叠的温度升高到240℃以上，但不超过所述天然反铁磁性层和所述钉扎层的阻断温度，并且将所述温度保持在240℃以上超过一小时，以在所述天然反铁磁性层内形成反铁磁相，引起所述天然反铁磁性层与所述钉扎层之间的交换偏置耦合。
20.根据权利要求18所述的方法(700)，还包括：在施加(710)所述外部磁场之前，形成所述天然反铁磁性层的反铁磁相，并且之后将所述磁性层堆叠的温度升高至所述天然反铁磁性层和所述钉扎层的阻挡温度以上，和
在施加所述外部磁场期间将所述磁性层堆叠的温度保持在所述阻断温度以上。
21.根据权利要求17所述的方法(700)，还包括：在施加(710)所述外部磁场之前，至少将所述磁性参考层结构化为具有横向截面，所述横向截面包括主体部分和与所述主体部分横向相邻的突出部分，其中与所述突出部分平行地施加(710)所述外部磁场。
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