DE10128262A1 - Magnetoresistives Sensorsystem - Google Patents
Magnetoresistives SensorsystemInfo
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Abstract
Magnetoresistives Sensorsystem mit einem weichmagnetischen Messschichtsystem und mindestens einem hartmagnetischen, als AAF-System ausgebildeten Referenzschichtsystem, umfassend einen AAF-Schichtverbund sowie wenigstens eine Referenzschicht, wobei der AAF-Schichtverbund zwei Magnetschichten aufweist und wobei das Referenzschichtsystem wenigstens eine antiferromagnetische Schicht umfasst, die benachbart zu einer Magnetschicht des AAF-Schichtverbunds angeordnet ist, wobei die zur antiferromagnetischen Schicht (10) entfernt angeordnete Magnetschicht eine in eine erste Richtung weisende uniaxiale Anisotropie aufweist und wobei die Magnetisierung der antiferromagnetischen Schicht (10) in eine zweite Richtung weisend ausgerichtet ist, wobei die Anisotropierichtung der Magnetschicht (8) und die Magnetisierungsrichtung der antiferromagnetischen Schicht (10) unter einem Winkel (alpha) zueinander stehen.
Description
Die Erfindung betrifft ein magnetoresistives Sensorsystem mit
einem weichmagnetischen Messschichtsystem und mindestens ei
nem hartmagnetischen, als AAF-System ausgebildeten Referenz
schichtsystem umfassend einen AAF-Schichtverbund sowie we
nigstens eine Referenzschicht, wobei der AAF-Schichtverbund
zwei Magnetschichten aufweist, und wobei das Referenzschicht
system wenigstens eine antiferromagnetische Schicht umfasst,
die benachbart zu einer Magnetschicht des AAF-Schichtverbunds
angeordnet ist.
Derartige Sensorsysteme werden beispielsweise als Magnetfeld
detektoren eingesetzt. Ein zentraler Bestandteil hierbei ist
das Referenzschichtsystem, das als AAF-System (AAF = artifi
cal anti ferromagnetic) ausgebildet ist. Ein derartiges AAF-
System ist aufgrund seiner hohen magnetischen Steifigkeit und
der relativ geringen Kopplung zum Messschichtsystem durch den
sogenannten Orange-Peel-Effekt und/oder durch makroskopische
magnetostatische Kopplungsfelder von Vorteil. Ein AAF-System
besteht in der Regel aus einer ersten Magnetschicht oder ei
nem Magnetschichtsystem, einer antiferromagnetischen Kopp
lungsschicht und einer zweiten magnetischen Schicht oder ei
nem magnetischen Schichtsystem, das mit seiner Magnetisierung
über die antiferromagnetische Kopplungsschicht entgegenge
setzt zur Magnetisierung der unteren Magnetschicht gekoppelt
wird. Ein solches AAF-System kann z. B. aus zwei magnetischen
Co-Schichten und einer antiferromagnetischen Kopplungsschicht
aus Cu gebildet werden.
Um die Steifigkeit des AAF-Systems, also seine Resistenz ge
gen externe äußere Felder zu verbessern ist es üblich, an der
dem Messschichtsystem abgewandten Magnetschicht des AAF-
Systems eine antiferromagnetische Schicht anzuordnen. Über
diese antiferromagnetische Schicht wird die direkt benachbar
te Magnetschicht in ihrer Magnetisierung zusätzlich gepinnt,
so dass das AAF-System insgesamt härter wird (exchange pin
ning oder exchange biasing).
Ein AAF-Schichtverbund besteht normalerweise aus zwei ferro
magnetischen Magnetschichten, z. B. aus Co, die über eine an
tiparallel koppelnde Zwischenschicht, z. B. aus Cu miteinander
gekoppelt sind. Infolge der RKKY-Kopplung zwischen beiden
Schichten stellt sich ein antiparalleler Zustand bei fehlen
dem externen Magnetfeld ein, das heißt, die Magnetisierungen
der beiden Magnetschichten stehen antiparallel zueinander.
Die magnetische Steifigkeit des AAF-Systems korrespondiert
mit der Amplitude des anliegenden externen Feldes, das erfor
derlich ist, um die Magnetisierungen beider Schichten in die
selbe Richtung, also parallel zueinanderstehend, zu drehen.
Um den antiparallelen Zustand zu erzeugen, wird der AAF-
Schichtverbund oder das AAF-System zunächst mit einem exter
nen Magnetfeld, das zweckmäßiger Weise in die Richtung einer
leichten Achse einer Magnetschicht liegt, aufmagnetisiert.
Die dünnere Schicht, die weniger magnetische Momente aufweist
als die dickere, dreht dann aufgrund der antiparallelen Kopp
lung in die antiparallele Richtung. Ein Drehprozess findet in
beiden Schichten statt, wobei die dickere Schicht nur leicht
aus der ursprünglichen Ausrichtung heraus dreht und anschlie
ßend wieder zurückdreht. Die dünnere Schicht dreht um über
180°, was jedoch nachteiliger Weise mitunter zur Bildung von
Domänen bzw. Domänenwänden in dieser Schicht führt. Es können
sich dann 360°-Wände ausbilden. Diese sind jedoch nachteilig
bei etwaigen funktionsbedingten Drehprozessen des Systems.
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Sensor
system anzugeben, bei dem die Domänenbildung beim Aufmagneti
sieren weitgehend unterbunden werden kann.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem magnetoresistiven
Sensorsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vor
gesehen, dass die zur antiferromagnetischen Schicht entfernt
angeordnete Magnetschicht eine in eine erste Richtung weisen
de uniaxiale Anisotropie aufweist, und dass die Magnetisie
rung der antiferromagnetischen Schicht in eine zweite Rich
tung weisend ausgerichtet ist, wobei die Anisotropierichtung
der Magnetschicht und die Magnetisierungsrichtung der anti
ferromagnetischen Schicht unter einem Winkel zueinander ste
hen.
Beim erfindungsgemäßen Sensorsystem wird zum einen in die ei
ne Magnetschicht eine in eine erste Richtung weisende uniaxi
ale Anisotropie induziert, die unter einem Winkel zur Magne
tisierung der antiferromagnetischen Schicht und damit auch
zur Magnetisierung der an diese gekoppelten zweiten Magnet
schicht, die über die antiferromagnetische Schicht gepinnt
ist, steht. Im Endeffekt stehen also die Magnetisierungen der
beiden Magnetschichten unter einem Winkel zueinander. Wird
nun beispielsweise zum Aufmagnetisieren des Systems ein ex
ternes Magnetfeld angelegt, das zwischen den beiden Richtun
gen liegt, so werden zunächst aufgrund des externen Magnet
feldes die beiden Magnetisierungen in Feldrichtung drehen.
Wenn das externe Magnetfeld gesenkt wird, so wird aufgrund
zweier unterschiedlicher Effekte die Drehrichtung der jewei
ligen Magnetisierung in eine bestimmte Richtung induziert.
Die Magnetisierung der zur antiferromagnetischen Schicht ent
fernt liegenden Magnetschicht, in die die Anisotropie indu
ziert wurde, wird in Richtung der Anisotropie drehen. Die
Magnetisierung der anderen Magnetschicht hingegen wird auf
Grund der einsetzenden Kopplung zur antiferromagnetischen
Schicht in die entgegengesetzte Richtung drehen. Aufgrund der
induzierten Anisotropie und der darunter unter einem Winkel
stehenden Magnetisierung der antiferromagnetischen Schicht
erhält folglich die jeweilige Schichtmagnetisierung einen
anisotropie- bzw. kopplungsbedingten Drehimpuls in die jeweils
ausgezeichnete Richtung. Bei hinreichend kleinem Feld ist ei
ne hinreichende Kopplung zwischen der antiferromagnetischen
Schicht, z. B. einem natürlichen Antiferromagneten und der
darüber liegenden ferromagnetischen Magnetschicht erreicht,
weshalb diese quasi ihre Endausrichtung erreicht hat. Mit der
bei weiterem Absenken des externen Felds einsetzenden antipa
rallelen Kopplung der zweiten Magnetschicht zur Ersten wird
diese über die Anisotropierichtung hinaus in den im Idealfall
antiparallelen Zustand eindrehen.
Aufgrund der durch die Anisotropie und die dazu unter einem
Winkel stehende Magnetisierung der antiferromagnetischen
Schicht und mit ihr der Magnetisierung der gekoppelten Mag
netschicht wird also vorteilhaft in jede der Magnetschichten
eine bestimmte Drehrichtung oder ein bestimmter Drehrich
tungsbeitrag induziert, der vorteilhaft eine Domänenbildung
oder eine Wandbildung während des Drehprozesses verhindert.
Die Anisotropierichtung und die Magnetisierungsrichtung soll
te zweckmäßiger Weise unter einem Winkel ≦ 90°, insbesondere
≦ 60° zueinander stehen. Es kann hier jeder beliebige Zwi
schenwinkel gewählt werden. Die Anisotropie der Magnetschicht
kann zweckmäßiger Weise während ihrer Erzeugung durch Ab
schalten der Magnetschicht in einem in die erste Richtung
ausgerichteten Magnetfeld induziert sein. Selbstverständlich
sind auch andere Induktionsverfahren denkbar, solange die A
nisotropie unter einer definierten Richtung induziert werden
kann. Die Ausrichtung der Magnetisierung der antiferromagne
tischen Schicht erfolgt zweckmäßiger Weise in einem thermi
schen Ausheilschritt bei Anliegen eines in die zweite Rich
tung gerichteten Magnetfelds. Zum Ausrichten der antiferro
magnetischen Schicht wird diese über die blocking-Temperatur
erwärmt und während des Anliegens des Ausrichtfelds, das un
ter einem Winkel zur bereits induzierten Anisotropie steht,
abgekühlt.
Die beiden Magnetschichten können beim erfindungsgemäßen Sen
sorsystem unterschiedlich dick sein. Daneben ist es aber auch
denkbar, gleich dicke Schichten vorzusehen, so dass das
Schichtsystem des AAF kein Nettomoment zeigt.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn die erste und die zweite
Richtung möglichst symmetrisch zu einer gegebenen Formaniso
tropie des Sensorsystems stehen, das heißt, wenn die Forman
isotropierichtung quasi im mittleren Zwischenwinkel zwischen
beiden Richtungen verläuft. Wird ein externes Feld angelegt,
ist es dann vorteilhaft, diese in der Formanisotropierichtung
anzulegen.
Das Sensorsystem selbst ist zweckmäßiger Weise ein giant-
magnetoresistive-, ein magnetic-tunnel-junction- oder ein
spin-valve-transistor-System.
Neben dem Sensorsystem selbst betrifft die Erfindung ferner
einen magnetoresistiven 360°-Winkelsensor, bestehend aus zwei
auf einem gemeinsamen Substrat angeordneten Sensorbrücken,
die jeweils vier Sensorelemente aufweisen, wobei vier Sensor
systeme eine erste Anisotropie und vier Sensorsysteme eine
zur ersten in einem Winkel von vorzugsweise 90° stehende
zweite Anisotropie aufweisen. Dieser Winkelsensor zeichnet
sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Sensorsysteme ge
mäß der vorbeschriebenen Art ausgebildet sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung ferner ein Verfahren zur
Herstellung eines magnetoresistiven Sensorsystems mit einem
weichmagnetischen Messschichtsystem und mindestens einem
hartmagnetischen, als AAF-System ausgebildeten Referenz
schichtsystem umfassend einen AAF-Schichtverbund sowie we
nigstens eine Referenzschicht, wobei der AAF-Schichtverbund
zwei Magnetschichten aufweist, und wobei das Referenzschicht
system wenigstens eine antiferromagnetische Schicht umfasst,
die benachbart zu einer Magnetschicht des AAF-Schichtverbunds
angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich
dadurch aus, dass in der zur antiferromagnetischen Schicht
entfernt angeordneten Magnetschicht eine in eine erste Rich
tung weisende uniaxiale Anisotropie induziert wird, was
zweckmäßiger Weise durch Abscheiden der Magnetschicht in ei
nem in die erste Richtung ausgerichteten Magnetschicht er
folgt, und dass anschließend die Magnetisierung der antifer
romagnetischen Schicht in eine zweite Richtung weisend ausge
richtet wird, was zweckmäßiger Weise in einem thermischen
Ausheilschritt bei Anliegen eines in die zweite Richtung ge
richteten Magnetfelds erfolgt, wobei die Anisotropierichtung
der Magnetschicht und die Magnetisierungsrichtung der anti
ferromagnetischen Schicht unter einem Winkel zueinander ste
hen.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den
abhängigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er
geben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbei
spiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipsskizze eines erfindungsgemäßen Sensor
systems in einer Schnittansicht,
Fig. 2 eine Prinzipsskizze zur Darstellung der unter
schiedlichen Richtungen der Anisotropie bzw. der
Magnetisierung der antiferromagnetischen Schicht,
Fig. 3 eine Prinzipsskizze zur Darstellung des Richtungs
verlaufs bezogen auf eine Formanisotropie des Sys
tems und
Fig. 4 einen 360°-Winkelsensor.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sensorsystem 1. Dieses be
steht aus einem Referenzschichtsystem 2, das über eine Ent
kopplungsschicht 3 von einem weichmagnetischen Messschicht
system 4 entkoppelt ist. Das Referenzschichtsystem 2 selbst
ist auf einem Substrat 5 angeordnet. Das Referenzschichtsys
tem 2 besteht aus einem AAF-Schichtverbund (AAF = artifical
anti ferromagnetic), bestehend aus einer unteren ferromagne
tischen Schicht 7, einer oberen ferromagnetischen Schicht 8
und einer zwischen diesen angeordneten, die Magnetisierungen
beider Schichten antiparallel koppelnden Kopplungsschicht 9.
Der Aufbau und die Funktionsweise eines derartigen AAF-
Schichtverbunds oder Systems ist hinreichend bekannt.
Unterhalb der unteren ferromagnetischen Schicht 7 ist eine
antiferromagnetische Schicht 10 angeordnet. Diese kann aus
den üblichen bekannten Schichtmaterialien wie z. B. NiO, FeMn,
TbCo, NiMn, IrMn, PtMn, CrPtMn, RhMn oder PdMn bestehen und
bis z. B. ca. 30 nm dick sein. Diese auch Austauschkopplungs
schicht oder exchange biasing-Schicht genannte antiferro
magnetische Schicht 10 dient zum Pinnen der Magnetisierung
der ferromagnetischen Magnetschicht 7. Diese richtet sich wie
Fig. 1 zeigt parallel zur Magnetisierung der obersten Schicht
der antiferromagnetischen Schicht aus.
Fig. 2 zeigt in Form einer Prinzipsskizze die Erzeugung der
Anisotropie sowie die Einstellung der Magnetisierung der un
teren weichmagnetischen Schicht bzw. der antiferromagneti
schen Schicht.
Zunächst werden im Schritt I, nachdem bereits die antiferro
magnetische Schicht 10 abgeschieden wurde, die Schichten 7
und 8 (unter dazwischen selbstverständlich die antiparallel
koppelnde Kopplungsschicht) abgeschieden. Die Abscheidung er
folgt bei Anliegen eines Magnetfelds HI, das in eine bestimm
te, von dem zugeordneten Pfeil angegebene Richtung ausgerich
tet ist. Hierdurch wird sowohl in der Schicht 7 wie auch in
der Schicht 8 eine Anisotropie induziert, wie durch die bei
den Pfeile dargestellt ist. Nach erfolgtem Aufbringen der
Schichten wird das Anisotropie-Magnetfeld HI auf Null redu
ziert. Neben der Induzierung einer Anisotropie in beiden
Schichten 7, 8 ist es aber auch denkbar, lediglich in der
oberen Schicht 8 eine Anisotropie zu induzieren.
Im Schritt II erfolgt nun die Einstellung der Magnetisierung
der antiferromagnetischen Schicht 10. Hierzu wird die System
temperatur auf eine Temperatur oberhalb der blocking-
Temperatur der antiferromagnetischen Schicht 10 erhöht und
gleichzeitig ein Einstell-Magnetfeld angelegt, das in Fig. 2
mit HII gekennzeichnet ist. Die Richtung des Magnetfelds ist
ebenfalls durch den zugeordneten Pfeil angegeben und steht
unter einem Winkel α zur Richtung des im Schritt I wirkenden
Magnetfeldes HI. Dies führt dazu, dass die vorher wahllos ge
richteten magnetischen Momente der antiferromagnetischen
Schicht 10 (siehe Fig. 1) ausgerichtet werden und sich in
Richtung des externen Einstellmagnetfelds ausrichten. Wird
nun die Temperatur und das Feld HII reduziert, so setzt die
Austauschkopplung zwischen der Schicht 10 und der Schicht 7
ein, was dazu führt, dass die Magnetisierung der Schicht 7,
wie durch den Pfeil angedeutet, parallel zur Magnetisierung
der obersten Schicht der antiferromagnetischen Schicht 10
dreht.
Soll nun das Sensorsystem aufmagnetisiert werden, so wird ein
externes Aufmagnetisierungsfeld HIII angelegt, das im gezeig
ten Beispiel im mittigen Zwischenwinkel zwischen der einge
stellten Anisotropie der Schicht 8 und der gekoppelten Magne
tisierung der Schicht 7 liegt. Bei hinreichend hohem Feld HIII
drehen die Magnetisierungen der Schicht 8 und der Schicht 7
parallel zur Feldrichtung. Wird nun das Aufmagnetisierungs
feld HIII reduziert, so setzt zunächst die Austauschkopplung
zwischen der antiferromagnetischen Schicht 10 und der Magnet
schicht 7 ein, das heißt, die Magnetisierung der Schicht 7
dreht parallel zur Magnetisierung der Schicht 10. Da die
Richtung des Aufmagnetisierungsfelds HIII zwischen den beiden
die jeweilige Richtung der Magnetisierung der Schichten 7, 8
beeinflussenden Komponenten, nämlich einmal der Anisotropie
der Schicht 8 und zum anderen der Ausrichtung des natürlichen
Antiferromagneten der Schicht 10 liegt, erfährt die Magneti
sierung der Schicht 8 eine bevorzugte Drehkomponente in Rich
tung der Anisotropie der Schicht 8. Sie dreht sich also be
vorzugt in diese Richtung. Bei weiterem Absenken des externen
Feldes dreht die Magnetisierung der Schicht 8 aufgrund der
einsetzenden antiparallelen Kopplung zwischen den Schichten 7
und 8 weiter und stellt sich im Idealfall antiparallel zur
Magnetisierung der Schicht 7.
Da aufgrund der unterschiedlichen Richtungen der Anisotropie
der Schicht 8 und der Magnetisierung der Schicht 10 nach An
legen eines externen Einstellfelds die Magnetisierungen der
Schichten 7 und 8 jeweils eine in die entgegengesetzte Bewe
gungskomponente oder einen Bewegungsimpuls in der jeweils be
vorzugten Richtung erhalten, wird vorteilhaft vermieden, dass
sich bei den Drehprozessen irgendwelche Domänen oder Domänen
wände ausbilden.
Fig. 3 zeigt als Prinzipsskizze, dass die jeweiligen relevan
ten Richtungen der Anisotropie bzw. der Magnetisierung am
zweckmäßigsten abhängig von einer etwaigen gegebenen Forman
isotropie gelegt werden, also bevorzugt symmetrisch dazu. Auf
diese Weise wird vermieden, dass die Formanisotropie den auf
grund der Positionierung der jeweiligen Richtung unter einem
Winkel zueinander erzielbaren Effekt stört.
Schließlich zeigt Fig. 4 einen erfindungsgemäßen magnetore
sistiven 360°-Winkelsensor 19. Gezeigt ist in Form einer
Prinzipskizze die Anordnung verschiedener Sensorsysteme auf
einem insoweit nicht näher gezeigten gemeinsamen Sensor
subtrat mit zwei Typen von Sensorbrücken, die zur Bildung ei
nes 360°-Winkelsensors benötigt werden und um 90° verschobene
Signale liefern. Gezeigt sind zwei Sensorbrücken 20, 21, wo
bei auf einem Substrat natürlich mehrere Sensorbrücken, von
denen jeweils zwei einen Winkelsensor bilden, erzeugt werden.
Jede Brücke 20, 21 besteht aus jeweils vier Sensorelementen
22a, b, c, d bzw. 23a, b, c, d. Ersichtlich sind die Sensor
systeme in parallelen, geradlinigen Reihen, die in x- und y-
Richtung verlaufen, angeordnet. Dies führt zu einer optimalen
Ausnutzung der Substratfläche. Jedes Sensorsystem ist ent
sprechend einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen aufge
baut, das heißt, es ist in jedem Fall ein Biasschichtsystem
mit einer ferrimagnetischen Schicht vorgesehen. Die induzier
te Anisotropie des Biasschichtsystems bzw. des gesamten Bias
schichtsystems ist durch die Doppelpfeile 24, 25 dargestellt.
Die Doppelpfeile 24, 25 und damit die leichten Achsen stehen
unter einem Winkel von 90° zueinander. Bedingt durch die in
duzierte Anisotropie dreht sich die Magnetisierung der ferri
magnetischen Schicht und infolge der Kopplung mit ihr die
Magnetisierung des Magnetschichtsystems in Abhängigkeit eines
äußeren Einstell-Magnetfelds in Richtung der leichten Achse.
In Fig. 4 sind die jeweiligen Magnetisierungsrichtungen durch
die Pfeile innerhalb der jeweiligen Sensorsysteme angegeben.
Wie Fig. 4 zu entnehmen ist weisen jeweils zwei Sensorsysteme
einer jeweiligen Sensor-Vollbrücke zwei gleiche Anisotropien
auf, die im gezeigten Beispiel jeweils senkrecht zueinander
stehen. Da jeweils zwei Sensorbrücken 20, 21 jeweils einen
360°-Winkelsensor ergeben sind folglich pro Winkelsensor acht
Sensorsysteme mit insgesamt vier unterschiedlichen Magneti
sierungsrichtungen vorhanden.
Claims (11)
1. Magnetoresistives Sensorsystem mit einem weichmagneti
schen Messschichtsystem und mindestens einem hartmagneti
schen, als AAF-System ausgebildeten Referenzschichtsystem um
fassend einen AAF-Schichtverbund sowie wenigstens eine Refe
renzschicht, wobei der AAF-Schichtverbund zwei Magnetschich
ten aufweist, und wobei das Referenzschichtsystem wenigstens
eine antiferromagnetische Schicht umfasst, die benachbart zu
einer Magnetschicht des AAF-Schichtverbunds angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die
zur antiferromagnetischen Schicht (10) entfernt angeordnete
Magnetschicht (8) eine in eine erste Richtung weisende unia
xiale Anisotropie aufweist, und dass die Magnetisierung der
antiferromagnetischen Schicht (10) in eine zweite Richtung
weisend ausgerichtet ist, wobei die Anisotropierichtung der
Magnetschicht (8) und die Magnetisierungsrichtung der anti
ferromagnetischen Schicht (10) unter einem Winkel (α) zuein
ander stehen.
2. Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Anisotropierichtung
und die Magnetisierungsrichtung unter einem Winkel α ≦ 90°,
insbesondere α ≦ 60° zueinander stehen.
3. Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anisotropie der
Magnetschicht (10) während ihrer Erzeugung durch Abscheiden
der Magnetschicht (10) in einem in die erste Richtung ausge
richteten Magnetfeld (HI) induziert und die Magnetisierung
der antiferromagnetischen Schicht (10) in einem thermischen
Ausheilschritt bei Anliegen eines in die zweite Richtung ge
richteten Magnetfelds (HII) eingestellt ist.
4. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die
beiden Magnetschichten (7, 8) unterschiedlich dick oder
gleich dick sind.
5. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die
erste und die zweite Richtung möglichst symmetrisch zu einer
gegebene Formanisotropie des Sensorsystems (1) stehen.
6. Sensorsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass es
ein giant-magnetosresistive-, ein magnetic-tunnel-junction-
oder ein spin-valve-transistor-System ist.
7. Magnetoresistiver 360°-Winkelsensor, bestehend aus zwei
auf einem gemeinsamen Substrat angeordneten Sensorbrücken,
die jeweils vier Sensorsysteme aufweisen, wobei vier Sensor
systeme eine erste Anisotropie und vier Sensorsysteme eine
zur ersten in einem Winkel von vorzugsweise 90° stehende
zweite Anisotropie aufweisen, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Sensorsysteme nach einem
der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines magnetoresistiven Sen
sorsystems mit einem weichmagnetischen Messschichtsystem und
mindestens einem hartmagnetischen, als AAF-System ausgebilde
ten Referenzschichtsystem umfassend einen AAF-Schichtverbund
sowie wenigstens eine Referenzschicht, wobei der AAF-Schicht
verbund zwei Magnetschichten aufweist, und wobei das Refe
renzschichtsystem wenigstens eine antiferromagnetische
Schicht umfasst, die benachbart zu einer Magnetschicht des
AAF-Schichtverbunds angeordnet ist, dadurch ge
kennzeichnet, dass in der zur antiferro
magnetischen Schicht entfernt angeordneten Magnetschicht eine
in eine erste Richtung weisende uniaxiale Anisotropie indu
ziert wird, und dass anschließend die Magnetisierung der an
tiferromagnetischen Schicht in eine zweite Richtung weisend
ausgerichtet wird, wobei die Anisortopierichtung der Magnet
schicht und die Magnetisierungsrichtung der antiferromagneti
schen Schicht unter einem Winkel zueinander stehen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge
kennzeichnet, dass die Anisotropierichtung
und die Magnetisierungsrichtung unter einem Winkel 90°,
insbesondere ≦ 60° zueinander stehend eingestellt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die Anisotropie der
Magnetschicht während ihrer Erzeugung durch Abscheiden der
Magnetschicht in einem in die erste Richtung ausgerichteten
Magnetfeld induziert und die Magnetisierung der antiferro
magnetischen Schicht in einem thermischen Ausheilschritt bei
Anliegen eines in die zweite Richtung gerichteten Magnetfelds
eingestellt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da
durch gekennzeichnet, dass die
erste und die zweite Richtung möglichst symmetrisch in Bezug
auf eine gegebene Formanisotropie des Sensorsystems gewählt
werden.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10155423B4 (de) * | 2001-11-12 | 2006-03-02 | Siemens Ag | Verfahren zur homogenen Magnetisierung eines austauschgekoppelten Schichtsystems eines magneto-resistiven Bauelements, insbesondere eines Sensor-oder Logikelements |
DE102005054007A1 (de) * | 2005-11-10 | 2007-05-24 | Hl-Planar Technik Gmbh | Herstellungsverfahren für magnetoresistive Bauelemente |
DE10155424B4 (de) * | 2001-11-12 | 2010-04-29 | Qimonda Ag | Verfahren zur homogenen Magnetisierung eines austauschgekoppelten Schichtsystems einer digitalen magnetischen Speicherzelleneinrichtung |
CN103454599A (zh) * | 2012-05-31 | 2013-12-18 | 罗伯特·博世有限公司 | 磁场传感器 |
EP2846334A1 (de) * | 2013-09-05 | 2015-03-11 | Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY | Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen magnetoelektronischen Vorrichtung sowie magnetoelektronische Vorrichtung |
WO2017137220A1 (de) * | 2016-02-11 | 2017-08-17 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Hybridmagnet und verfahren zu dessen herstellung |
-
2001
- 2001-06-11 DE DE10128262A patent/DE10128262A1/de not_active Ceased
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10155423B4 (de) * | 2001-11-12 | 2006-03-02 | Siemens Ag | Verfahren zur homogenen Magnetisierung eines austauschgekoppelten Schichtsystems eines magneto-resistiven Bauelements, insbesondere eines Sensor-oder Logikelements |
DE10155424B4 (de) * | 2001-11-12 | 2010-04-29 | Qimonda Ag | Verfahren zur homogenen Magnetisierung eines austauschgekoppelten Schichtsystems einer digitalen magnetischen Speicherzelleneinrichtung |
DE102005054007A1 (de) * | 2005-11-10 | 2007-05-24 | Hl-Planar Technik Gmbh | Herstellungsverfahren für magnetoresistive Bauelemente |
CN103454599A (zh) * | 2012-05-31 | 2013-12-18 | 罗伯特·博世有限公司 | 磁场传感器 |
EP2846334A1 (de) * | 2013-09-05 | 2015-03-11 | Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY | Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen magnetoelektronischen Vorrichtung sowie magnetoelektronische Vorrichtung |
WO2015032925A3 (en) * | 2013-09-05 | 2015-06-25 | Deutsches Elektronen-Synchrotron Desy | Method of producing a multilayer magnetoelectronic device and magnetoelectronic device |
US9928860B2 (en) | 2013-09-05 | 2018-03-27 | Deutsches Elektronen-Synchrotron Desy | Method of producing a multi-layer magnetoelectronic device and magnetoelectronic device |
US11170805B2 (en) | 2013-09-05 | 2021-11-09 | Deutsches Elektronen-Synchrotron Desy | Multi-layer magnetoelectronic device |
WO2017137220A1 (de) * | 2016-02-11 | 2017-08-17 | Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg | Hybridmagnet und verfahren zu dessen herstellung |
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