CN215342657U - 巨型磁阻元件和磁性多匝传感器 - Google Patents

Abstract

本公开涉及巨型磁阻元件和磁性多匝传感器。巨型磁阻元件用于磁性多匝传感器，该巨型磁阻元件包括：参考层；与所述参考层相邻的非磁性层；和铁磁性材料的自由层，其中该自由层包括与所述非磁性层相邻的铁磁性材料的第一层、和至少包括多个第一材料层和多个第二材料层的多层布置，所述第一材料是铁磁性的。

Description

巨型磁阻元件和磁性多匝传感器

技术领域

本公开涉及磁传感器。特别地，本公开涉及用于磁性多匝传感器中的巨型磁阻元件。

背景技术

磁性多匝传感器通常用于需要监视设备转动次数的应用中。一个例子是车辆中的方向盘。磁性多匝传感器通常包括对施加的外部磁场敏感的巨型磁阻(GMR)元件。可以通过旋转传感器附近的磁场来更改GMR元件的电阻。可以跟踪GMR元件的电阻变化以确定磁场的匝数，该匝数可以转换为被监视设备中的匝数。

GMR元件通常基于使用人工反铁磁(AAF)材料的GMR自旋阀叠层，例如图1所示的叠层1。叠层1在基底处包括基材100，随后是种子层102，用于通过提供光滑的表面和在其上生长的有利的晶体结构来促进后续层的生长。下一层是AAF多层104，包括一系列由自然反铁磁层(例如铂锰 (PtMn)或铱锰(IrMn))、铁磁层(通常是钴铁(CoFe))组成的层序列、非磁性隔离层(钌(Ru))和另一个铁磁性层(CoFe)，也称为“固定”层。 AAF层104的主要目的是保持被钉扎层的磁化在制造期间在退火工艺中限定的取向上对准。

直接在AAF层104固定层的顶部上提供非磁性间隔层106(通常是铜 (Cu))，然后是所谓的自由层108。自由层108是自由地使其磁化与外部磁场对准的铁磁层。自由层108通常由2个铁磁层形成，通常是CoFe层，然后是镍铁(NiFe)层。观察到GMR效应是薄膜电阻的变化，该电阻与自由层108的磁化强度与AAF层104中固定层的磁化强度之间的相对角度相关。当磁化强度平行时，观察到低电阻，而当反平行时，观察到高电阻。因此，非磁性层106的目的是在自由层108和钉扎层之间创建距离，并且选择该间隔层106的厚度，使得钉扎层和自由层108之间的磁耦合最小。

然后通常在叠层1上覆盖覆盖层110，通常是非磁性金属层，当将叠层1连接到其他金属层(例如铝、铜或金)时，保护叠层1并减少扩散，以提供将叠层1连接到磁传感器的其他组件的互连。

实用新型内容

本公开提供用于磁性多匝传感器的巨型磁阻(GMR)元件，其中自由层(即响应于外部磁场而改变其磁化方向从而提供电阻变化的层)的厚度足以提供良好的形状各向异性而又不表现出AMR效应。为了实现这一点，自由层的至少一部分包括至少两种不同导电材料的多层，具体而言，多个至少第一铁磁性的材料层和多个至少第二材料(已知不会表现出AMR效应并且不会干扰铁磁材料层的GMR效应)层。

本公开的第一方面提供根据第一方面的用于磁性多匝传感器的巨型磁阻(GMR)元件，该巨型磁阻元件包括：参考层、与所述参考层相邻的非磁性层、和铁磁性材料的自由层，其中该自由层包括与所述非磁性层相邻的铁磁性材料的第一层、和至少包括多个第一材料层和多个第二材料层的多层布置，所述第一材料是铁磁性的。

优选地，所述第二材料是具有可忽略的或几乎可忽略的各向异性磁阻 (AMR)效应的材料。所述多个第一材料层和所述多个第二材料层可以然后以交替构造布置。

如此，通过具有两种不同材料的层，其中这些材料中的一种是铁磁性的，并且另一种材料的AMR效应可忽略不计或非常接近，那么自由层足够厚，可以提供良好的形状各向异性，同时不表现出AMR效应，或者相对于所表现出的GMR效应，AMR效应很小。在这方面，表现出可忽略的 AMR效应的材料层将减弱可能存在于铁磁材料层中的任何AMR效应。

在一些布置中，第一材料可以是NiFe和CoFe中的一种。第二材料可以是CoFeB、CoZrTa、CoZrTaB、CoZrNb和CoZrO中的一种。

在一些布置中，第一材料和第二材料的厚度和/或组成可以被配置为使得自由层是无磁致伸缩的。也就是说，随着磁化强度的变化，自由层中不会出现机械应变或变形。

所述多个第一材料层和所述多个第二材料层中的每一个可以具有约 0.5nm至约8nm的厚度。还应当理解，取决于所需的自由层厚度和各个层的厚度，可以使用任何合适数量的层。

应该理解“自由层是这样的，其中至少铁磁材料的第一层的磁化强度自由地与外部施加的磁场对齐。铁磁材料的第一层可以是CoFe，也可以是具有强GMR特性的任何其他合适的铁磁材料。

还应该理解参考层是这样的，其中所述参考层的至少一部分具有沿固定方向的磁化强度。参考层的具有固定磁化方向的部分也可以称为“钉扎”层，所述钉扎层是铁磁材料层。观察到GMR效应是与自由层的磁化强度和钉扎层的磁化强度之间的相对角度相关的膜电阻变化。参考层可包括一系列限定人造反铁磁材料的层，其中人造反铁磁材料的层具有沿固定方向的磁化强度。人造反铁磁材料可以包括天然反铁磁层、第一铁磁层、非磁性间隔物和第二铁磁层、其中第二铁磁层是钉扎层。

在本文公开的其他布置中，第二材料可以是非磁性材料。如前所述，铁磁性材料可以是NiFe和CoFe中的一种，而非磁性材料可以是Ta、Ru 和Cu中的一种。

在这种情况下，铁磁性材料的多个层和非磁性材料的多个层中的每一个可以具有约0.2nm至约0.4nm的厚度。

本文所述的其他布置提供了用于磁性多匝传感器的磁阻元件，其中磁阻元件包括反铁磁材料的参考层、与所述参考层相邻的非磁性层和铁磁性材料的自由层，其中自由层包括与非磁性层相邻的铁磁材料的第一层和非晶铁磁材料的第二层。

非晶铁磁材料可以是：CoFeB、CoZrTa、CoZrTaB、CoZrNb和CoZrO 中的一种，而第一层可以包括结晶铁磁材料。例如，铁磁材料的第一层可以是CoFe。

本公开的另一方面提供一种磁性多匝传感器，包括一个或多个巨型磁阻元件，每个巨型磁阻元件包括参考层、与所述参考层相邻的非磁性层、和铁磁性材料的自由层，其中该自由层包括与所述非磁性层相邻的铁磁性材料的第一层、和至少包括多个第一材料层和多个第二材料层的多层布置，所述第一材料是铁磁性的。

如上所述，第二材料优选是具有可忽略的或几乎可忽略的各向异性磁阻(AMR)效应的材料。在一些布置中，第一材料可以是NiFe和CoFe 中的一种。第二材料可以是CoFeB、CoZrTa、CoZrTaB、CoZrNb和CoZrO 中的一种。

还应当理解，叠层可以包括其他层，例如在基材上形成的用于促进后续层的生长的种子层，以及覆盖层，用于保护叠层并提供与磁性多匝传感器的其他组件的互连。

可以使用诸如溅射或离子束沉积之类的一些合适的制造工艺来形成上述的任何层。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图来描述本公开，在附图中：

图1是根据现有技术的GMR叠层的示意性侧视图；

图2是根据本公开的实施例的GMR叠层的示意性侧视图。

图3是根据本公开的另一实施例的GMR叠层的示意性侧视图。

图4是根据本公开的实施例的包括GMR元件的磁性多匝系统的示例；

图5A-5I是示出根据本公开的实施例的制造GMR叠层的方法的示意性侧视图。

具体实施方式

磁性多匝传感器可用于监视旋转轴的转数。为此，通常将磁体安装到旋转轴的端部，当磁体随轴旋转时，多圈传感器对磁场的旋转敏感。这样的磁感测可以应用于各种不同的应用，例如汽车应用、医疗应用、工业控制应用、消费应用以及需要关于旋转部件的位置的信息的许多其他应用。

磁性多匝传感器通常包括对施加的外部磁场敏感的巨型磁阻(GMR) 元件。GMR元件通常基于GMR自旋阀叠层，该GMR自旋阀叠层包括铁磁性材料的自由层，该自由层自由地使其磁化与外部磁场对准。在典型的 GMR堆栈中，自由层的厚度通常小于5nm。但是，为了在薄膜的长而窄的痕迹中产生强烈的形状各向异性，自由层必须非常厚(>30nm)。由于该厚度，在自由层中表现出强烈的各向异性磁阻(AMR)效应，由此电阻进一步取决于电流方向与磁化方向之间的角度。通常，当电流平行于磁化强度时，观察到较高的电阻，而当电流垂直于磁化强度时，观察到较低的电阻。因此，这会由于GMR效应而产生不必要的电阻变化，该电阻变化会叠加在所需的电阻变化上，从而使传感器输出失真。

因此，本公开提供了一种用于磁性多匝传感器中的巨型磁阻(GMR) 元件，其中自由层，即响应于外部磁场而改变其磁化方向以提供电阻变化的层，其厚度要足以提供良好的形状各向异性，同时又不表现出AMR效应，或者相对于所表现出的GMR效应而言几乎没有AMR效应(少于 10％)。为了实现这一点，自由层的至少一部分包括至少两种不同材料的多个层，具体而言，多个至少第一铁磁性的材料层和多个至少第二材料(已知不会表现出AMR效应并且不会干扰铁磁材料层的GMR效应)层。

在图2中示出了根据本公开的一个实施例。如参考图1所描述的，GMR 元件被配置为自旋阀叠层2，其包括基材200、种子层202、AAF层204 和非磁性间隔层206。在208所示的自由层包括第一铁磁层212，最好是具有低AMR效应的结晶铁磁材料(例如CoFe)，然后是多层布置214。如上所述，在AAF层204的被钉扎层，非磁性间隔层206和第一铁磁层212 的界面处观察到GMR效应。多层布置214包括以交替层布置的结晶铁磁材料216和非晶铁磁材料218的多层。结晶铁磁层216由诸如NiFe的结晶铁磁材料形成，而非晶铁磁层218可以由诸如钴铁硼(CoFeB)、钴锆钽 (CoZrTa)、钴锆钽硼硼(CoZrTaB)、钴锆铌(CoZrNb)或氧化钴锆(CoZrO) 的任何合适的非晶铁磁材料形成。非晶铁磁层218的磁化也将与外部施加的磁场对准，因此多层装置214将表现为与外部磁场对准的一个铁磁层，从而提供良好的形状各向异性。然而，在非晶铁磁材料中，由于磁化方向的变化对电流的影响很小，因此没有观察到或只有很少的AMR效应，并且结晶铁磁材料层216将各自太薄而不能显示出任何AMR效应，或者至少将显示出可忽略的量或非常小的量。因此，通过将结晶铁磁材料层216 散布在非晶铁磁材料层218中，提供了铁磁多层装置214，该铁磁多层装置214的厚度足以提供所需的形状各向异性，而不会引起任何不希望的 AMR效应。实际上，本领域技术人员将理解，铁磁多层布置214可以包括任何两种铁磁材料的层，其中那些铁磁材料中的至少一种表现出可忽略的或几乎可忽略的量的AMR效应，从而减弱了其他铁磁材料表现出的任何AMR效应。

多层装置214的各个层216、218可以在约0.5nm至约8nm之间，自由层208的总厚度为约10nm至50nm。

在选择层216、218的厚度以及组合物时，需要考虑由多层布置214 所经历的所得磁致伸缩。磁致伸缩是材料的机械应力与磁化强度之间的关系。这种关系在两个方向上都起作用，因为磁化强度的变化会导致机械应变或变形，而机械变形会导致磁化强度发生变化。磁致伸缩的量度可以具有正号或负号，这取决于在特定方向上磁化时材料是伸长还是缩短。

对于传感器应用，需要非常低或理想的零磁致伸缩。某些晶体铁磁材料(例如NiFe)的磁致伸缩性非常低。例如，Ni：Fe比率为81:19的NiFe 是无磁致伸缩的。因此，这种材料通常优选用于在GMR传感器中提供自由层。另一方面，诸如CoFe的其他结晶铁磁材料和诸如CoFeB的非晶铁磁材料具有显着的磁致伸缩。因此，对于包括具有正磁致伸缩的非晶铁磁材料218的多层装置214，可能需要调整结晶铁磁材料层216的厚度和组成，使得其具有负的磁致伸缩来补偿其他层的正的磁致伸缩，从而产生了一个整体上没有磁致伸缩的自由层208。

然后，通常在叠层2的顶部覆盖覆盖层210，该覆盖层通常是诸如钽 (Ta)或钛钨(TiW)之类的非磁性金属层，其将叠层2连接到其他金属层(例如铝，铜或金)时，保护叠层2并减少扩散，以提供用于将叠层2 连接到磁传感器的其他部件的互连。

在图3中还示出了根据本公开的另一实施例。如前所述，GMR元件被配置为自旋阀叠层3，其包括基材300、种子层302、AAF层304和非磁性间隔层306。自由层通常在308处示出，包括第一铁磁层312，优选具有低AMR效应的结晶铁磁材料，例如CoFe，其后是另一多层布置314。在该实施例中，多层布置314由多个铁磁层316和多个非磁层318形成，多个铁磁层316由诸如NiFe的软磁性材料形成，并且多个非磁层318也被布置为交替层。非磁性材料层318可以是任何合适的材料，例如，Ta、 Ru或Cu。非磁性层318不向自由层308增加任何磁矩，因此不表现出任何AMR效应，而铁磁层316太薄而不能显示出任何AMR效应，或者至少显示出可忽略的量或非常小的量。因此，通过将铁磁材料层316散布在非磁性材料层318中，提供了铁磁多层布置314，其足够厚以提供期望的形状各向异性而不会引起任何不希望的AMR效应。

在这样的布置中，重要的是铁磁层316足够薄以至于它们不会产生任何AMR效应，并且非磁性层318足够薄以确保铁磁层之间的强铁磁耦合，也就是说，与每个单独的铁磁层316相反，多层布置314所表现出的形状各向异性对应于铁磁层316的总和。例如，两组层316、318的厚度可以为约0.2nm至约0.4nm。

此外，如上所述，铁磁层316可以由磁致伸缩非常低或为零的软磁性材料形成，例如NiFe。当这些铁磁层316散布有非磁性层318时，自由层 308总体上是软磁的，其不是磁致伸缩的。

然后通常在叠层3上盖上一层通常是非磁性金属层的覆盖层210，当将叠层3连接到其他金属层(例如铝、铜或金)时，保护叠层3并减少扩散，以提供用于将叠层3连接到磁传感器的其他部件的互连。

将理解的是，在以上任一实施例中，取决于所需的厚度和形状各向异性，在多层布置214、314中可以使用任何数量的层(和层的厚度)。例如，总共可以有四层，或者总共可以有二十层。

另外，还将理解的是，在以上任一实施例中，可以使用诸如铂锰(PtMn) 的天然反铁磁层代替AAF层204、304，通过该层也将观察到可测量的GMR 效应。

图4示出了根据本公开的实施例的包括多个GMR元件400的磁性多匝传感器4的磁条布局表示的示例。在图4的示例中，磁条400是巨型磁阻轨道，其物理上以螺旋结构布置。这样，磁条400具有由彼此串联布置的磁阻元件402形成的多个段。磁阻元件402用作可变电阻器，其响应于磁对准状态而改变电阻。磁条400的一端耦合到畴壁发生器(DWG)404。在这方面，将理解的是，DWG 404可以耦合到磁条400的任一端。DWG404 响应于外部磁场中的旋转或某些其他强外部磁场的施加而产生畴壁。然后，可以将这些畴壁注入到磁条400中。随着磁畴位置的变化，由于磁对准的结果变化，GMR元件402的电阻也将发生变化。

为了在生成畴壁时测量GMR元件402的变化电阻，将磁条400电连接到电源电压VDD406和接地GND 408，以在一对相对的角之间施加电压。电压源之间的中间拐角处设有电连接410，以便提供半桥输出。这样，多匝传感器4包括多个惠斯通电桥电路，每个半桥410对应于外部磁场的一个半匝或180°旋转。因此，电连接410处的电压的测量结果可用于测量GMR元件402的电阻的变化，这指示自由层的磁取向的变化。

图4所示的示例包括四个螺旋绕组和八个半桥410，因此被配置为对外部磁场的四匝计数。然而，将理解，取决于GMR元件的数量，多匝传感器可具有任何数量的螺旋绕组。通常，多匝传感器的匝数与螺旋绕组的匝数一样多。还应当理解，GMR元件402可以任何合适的方式电连接，以便提供代表磁对准状态变化的传感器输出。例如，GMR元件402可以以矩阵布置的方式连接，例如在US 2017/0261345中描述的矩阵布置，其通过引用整体并入本文。作为另一替代方案，每个磁阻段可以单独地连接，而不是以桥接装置连接。

在该示例中，磁性多匝传感器4还包括集成电路412，在其上布置有磁条400，该集成电路还可以包括用于处理传感器输出的处理电路(未示出)。

现在将参考图5A至5I描述制造GMR叠层2的方法。然而，将意识到，可以以类似的方式来制造GMR叠层3。

图5A示出了制造过程中的第一步。硅晶片用作基材200。在下文中，将描述形成一个器件的工艺，然而，可以在同一晶片上并行地形成数百个器件。基材200用于机械支撑，并且可以代替另一种类型的材料，例如玻璃或蓝宝石。通常，硅晶片被氧化以将随后的层与裸露的硅隔离，或者可以使用诸如氧化铝的隔离器。在一些布置中，基材200还可包括电子电路。

然后，如图5B所示，将种子层202沉积在基材200上。种子层202 提供光滑的表面和有利的晶体结构以促进后续层的生长。种子层202可以是钽、钌或氮化钽(TaN)的层，也可以包括其他化合物的另一层。

图5C示出了AAF层204的形成，其沉积在种子层202上。通过首先在种子层202上沉积自然反铁磁层来形成AAF层204。然后将铁磁层沉积在反铁磁层上，随后沉积非磁性间隔层。最后，将第二铁磁层沉积到非磁性层上。该第二铁磁层是所谓的“钉扎”层或“参考”层。在AAF层204 中使用的反铁磁材料可以是PtMn、IrMn、NiMn或一些其他合适的反铁磁材料，铁磁材料可以是CoFe或一些其他合适的铁磁材料，而非磁性材料通常是钌。

如图5D所示，非磁性间隔层206形成在AAF层204的固定层上。这用作钉扎层和随后的自由层之间的隔离层，以减少任何磁耦合。

图5E示出了自由层的开始，该自由层是通过首先沉积第一铁磁层212 而形成的。

然后，如图5F所示，首先通过沉积结晶铁磁材料216的层，然后如图5G所示，沉积非晶铁磁材料的层218，将多层装置沉积在第一铁磁层上。如图5H所示，该过程根据需要重复多次，直到形成整个多层布置214。

最后，将覆盖层210放置在叠层2上方，如图5I所示。如上所述，覆盖层210通常由非磁性金属层制成，当将叠层2连接到其他金属层以提供互连时，该非磁性金属层保护叠层2并减少扩散。

一旦完成沉积，就可以在磁场中对GMR膜进行退火，并使用标准的光刻技术和随后的离子铣削对其进行图案化，以去除多余的材料并形成所需的电阻器形状。

在图3的实施例中，将理解的是，可以以基本上相同的方式来制造堆叠层3，其中多层布置314的铁磁层316和非磁性层318以与图5F-5H中所示的基本相同的方式形成图3所示的第一实施例。

应当理解，可以使用任何合适的物理气相沉积方法，例如溅射，来形成上述叠层2、3内的每个层。类似地，每个叠层2、3的沉积可以在一个真空步骤中进行，从而在各个步骤之间不暴露于环境大气，从而避免了各层的污染或氧化。例如，使用一种工具通过溅射或离子束沉积来沉积从种子层202、302到覆盖层210、310的整个叠层2、3，而不会破坏不同层之间的真空度，以防止表面污染和由于暴露于大气而引起的变化。

在本公开的另一实施例中，可以提供一种GMR叠层，其中自由层包括具有低AMR效应的结晶铁磁材料的第一层，例如CoFe，以及非晶铁磁材料的第二层，例如CoFeB。这样的布置消除了使用显示出高AMR效应但反过来会经受更多磁致伸缩的铁磁材料的使用。

尽管上述布置在叠层2、3的底部示出了AAF层204、304(所谓的“底部钉扎”)，但是应当理解，叠层2、3可以可替代地与AAF层204一起布置，在叠层2、3的顶部304(所谓的“顶部钉扎”)上具有非磁性间隔件 206、306，然后在下面具有自由层208、308。

类似地，尽管上述布置描述了AAF层204的使用，但是应当理解，可以代替地使用简单的反铁磁层，例如，包括一层反铁磁材料(例如PtMn、 IrMn、NiMn)和一层铁磁材料(例如CoFe)作为“钉扎”层。

另一个方面提供一种制造巨型磁阻元件的方法，其中该方法包括：形成参考层；形成与所述参考层相邻的非磁性层；和形成铁磁性材料的自由层，其中该自由层包括与所述非磁性层相邻的铁磁性材料的第一层、和至少包括多个第一材料层和多个第二材料层的多层布置，所述第一材料是铁磁性的。

该方法可包括以交替的顺序形成多个第一材料层和多个第二材料层，以提供所述自由层的多层布置。

例如，该方法可包括：形成第一材料的第一层；在第一材料的第一层上形成第二材料的第一层；在第二材料的第一层上形成第一材料的第二层；并在第一材料的第二层上形成第二材料的第二层。当然将认识到，该过程可以根据需要继续进行许多层。

同样，第二材料优选地是具有可忽略的或几乎可忽略的各向异性磁阻 (AMR)效应的材料，使得当与铁磁材料层交替时，存在于铁磁材料层中的任何AMR效应都会被衰减。

形成参考层可以包括形成多个层以提供人造反铁磁材料。人造反铁磁材料可以包括天然反铁磁层、第一铁磁层、非磁性间隔物和第二铁磁层，其中第二铁磁层是在固定方向上具有磁化的层。

该方法可以进一步包括提供基材，并在基材上形成反铁磁材料或自由层。这样做，形成了GMR叠层，其中参考层被布置在堆叠的底部或顶部。

应用

本文讨论的原理和优点中的任何一个都可以应用于其他系统，而不仅仅是上述系统。一些实施例可以包括本文阐述的特征和/或优点的子集。可以将上述各种实施例的元素和操作组合以提供其他实施例。本文讨论的方法的动作可以适当地以任何顺序执行。而且，在适当时，本文所讨论的方法的动作可以串行地或并行地执行。尽管以特定布置示出了电路，但是其他等效布置也是可能的。

可以结合受益于本文的任何教导的任何其他系统、装置或方法来实现本文所讨论的原理和优点中的任何一个。例如，本文讨论的任何原理和优点可以结合需要校正从旋转磁场导出的旋转角度位置数据的任何设备来实现。另外，该设备可以包括能够感测磁场的任何磁阻或霍尔效应设备。

可以在各种电子设备或系统中实现本公开的各方面。例如，根据本文讨论的任何原理和优点实现的相位校正方法和传感器可以被包括在各种电子设备和/或各种应用中。电子设备和应用程序的示例可以包括但不限于伺服器、机器人、飞机、潜水艇、牙刷、生物医学传感设备以及消费类电子产品的一部分，例如半导体芯片和/或封装模块、电子测试设备。此外，电子设备可以包括未完成的产品，包括那些用于工业、汽车和/或医疗应用的产品。

除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”等应以包括性含义来解释，而不是排他性或唯一性的意思，也就是说，在“包括但不限于”的意义上。如本文中通常使用的，词语“耦合”或“连接”是指可以直接连接或通过一个或多个中间元件连接的两个或多个元件。因此，尽管在附图中示出的各种示意图描绘了元件和组件的示例布置，但是在实际的实施例中可以存在附加的中间元件、设备、特征或组件(假设所描绘的电路的功能没有受到不利影响)。如本文所使用的，词语“基于”通常旨在涵盖“仅基于”和“至少部分地基于”。另外，当在本申请中使用时，词语“在此”、“上方”、“下方”和类似含义的词语应整体上指本申请，而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，在某些实施例的详细描述中使用单数或复数的词也可以分别包括复数或单数。涉及两个或多个项目的列表中的单词“或”旨在涵盖该单词的以下所有解释：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任一组合。本文提供的所有数值或距离旨在包括测量误差内的相似值。

尽管已经描述了某些实施例，但是这些实施例仅通过示例的方式给出，并且不意图限制本公开的范围。实际上，本文描述的新颖的装置，系统和方法可以以多种其他形式来体现。此外，在不脱离本公开的精神的情况下，可以对本文所述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。

Claims (15)

1.一种巨型磁阻元件，其特征在于，该巨型磁阻元件用于磁性多匝传感器，该巨型磁阻元件包括：

参考层；

与所述参考层相邻的非磁性层；和

铁磁性材料的自由层，其中该自由层包括与所述非磁性层相邻的铁磁性材料的第一层、和至少包括多个第一材料层和多个第二材料层的多层布置，所述第一材料是铁磁性的。

2.根据权利要求1所述的巨型磁阻元件，其特征在于，所述第二材料是具有可忽略的或几乎可忽略的各向异性磁阻AMR效应的材料。

3.根据权利要求1所述的巨型磁阻元件，其特征在于，所述多个第一材料层和所述多个第二材料层以交替构造布置。

4.根据权利要求1所述的巨型磁阻元件，其特征在于，所述第一材料是NiFe和CoFe中的一种。

5.根据权利要求1所述的巨型磁阻元件，其特征在于，所述第二材料是CoFeB、CoZrTa、CoZrTaB、CoZrNb和CoZrO之一。

6.根据权利要求1所述的巨型磁阻元件，其特征在于，所述第一材料和所述第二材料的厚度和/或成分被配置为使得所述自由层是无磁致伸缩的。

7.根据权利要求1所述的巨型磁阻元件，其特征在于，所述多个第一材料层和所述多个第二材料层中的每一个具有约0.5nm至约8nm的厚度。

8.根据权利要求1所述的巨型磁阻元件，其特征在于，所述铁磁材料的第一层的磁化强度自由地与外部施加的磁场对齐。

9.根据权利要求1所述的巨型磁阻元件，其特征在于，所述铁磁材料的第一层是CoFe。

10.根据权利要求1所述的巨型磁阻元件，其特征在于，所述参考层的至少一部分具有沿固定方向的磁化强度。

11.根据权利要求1所述的巨型磁阻元件，其特征在于，所述参考层包括一系列限定人造反铁磁材料的层，其中人造反铁磁材料的层具有沿固定方向的磁化强度。

12.一种磁性多匝传感器，其特征在于，包括一个或多个巨型磁阻元件，每个巨型磁阻元件包括：

参考层；

与所述参考层相邻的非磁性层；和

铁磁性材料的自由层,其中该自由层包括与所述非磁性层相邻的铁磁性材料的第一层、和至少包括多个第一材料层和多个第二材料层的多层布置，所述第一材料是铁磁性的。

13.根据权利要求12所述的磁性多匝传感器，其特征在于，所述第二材料是具有可忽略的或几乎可忽略的各向异性磁阻AMR效应的材料。

14.根据权利要求12所述的磁性多匝传感器，其特征在于，所述第一材料是NiFe和CoFe中的一种。

15.根据权利要求12所述的磁性多匝传感器，其特征在于，所述第二材料是CoFeB、CoZrTa、CoZrTaB、CoZrNb和CoZrO之一。

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