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Magnetsensoren
werden bei einer großen Bandbreite
an technologischen Anwendungen eingesetzt, einschließlich Automobil-,
industrieller und Verbraucheranwendungen. Diese Anwendungen benötigen Magnetsensoren,
die zuverlässig
arbeiten und genaue Messungen vornehmen.
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Üblicherweise
umfassen Magnetsensoren eine Schicht eines Magnetfilms, bei dem
die Magnetisierungsorientierung veränderbar ist, und eine andere
Schicht eines Magnetfilms, bei dem die Magnetisierungsorientierung
in einer bestimmten Richtung feststehend oder festgelegt bzw. „gepinnt” ist. Der Magnetfilm,
der die veränderbare
Magnetisierung aufweist, wird als Erfassungsschicht bezeichnet,
und der Magnetfilm, der feststehend ist, wird als Referenzschicht
bezeichnet. Der Widerstand durch den Magnetsensor hindurch differiert
je nach der Magnetisierungsorientierung in der Erfassungsschicht
und der Referenzschicht.
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Üblicherweise
verwenden Magnetsensoren, die auf dem tunnelmagnetoresistiven Effekt
(TMR-Effekt, TMR = tunneling magneto-resistive) oder dem gigantischen
magnetoresistiven Effekt (GMR-Effekt, GMR = giant magneto-resistive)
beruhen, zwei magnetische Orientierungen. Manchmal ist die magnetische
Orientierung der Erfassungsschicht ohne ein äußeres Magnetfeld entlang der
Länge des
Magnetsensors in einem langen schmalen Streifen ausgerichtet, und
die magnetische Orientierung der Referenzschicht ist über eine
Austauschkopplung festgelegt. Innerhalb eines Bereichs eines äußeren Magnetfeldes
verändert
sich der Widerstand durch den Sensorstreifen hindurch fast linear.
Jedoch kann Formanisotropie für
manche Magnetsensoren, z. B. TMR-Sensoren, nicht immer erfolgreich
eingesetzt werden.
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Manchmal
wird eine Austauschkopplung verwendet, um die magnetische Orientierung
der Referenzschicht festzulegen, und eine andere Austauschkopplung
wird verwendet, um eine bevorzugte magnetische Orientierung in der
Erfassungsschicht zu erzielen. Eine Austauschkopplung wird über ein
Erhitzen eines Magnetsensors auf über eine Blockungstemperatur
in einem angelegten Magnetfeld und ein anschließendes Abkühlen des Magnetsensors in dem
Magnetfeld erreicht, was auch als Tempern des Sensors bezeichnet
wird. Die Richtung des angelegten Magnetfeldes ist in die Magnetschicht(en)
eingeschrieben. Um eine lineare Charakteristik zu erzeugen, werden
die magnetischen Orientierungen der Erfassungsschicht und der Referenzschicht
um 90 oder 270 Grad gedreht.
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Wenn
zwei Austauschkopplungen verwendet werden, werden zum Erzielen der
verschiedenen magnetischen Orientierungen zwei Blockungstemperaturen
verwendet. Anfänglich
wird ein Exchange-Biss bzw. eine Austausch-Anisotropie über die
höhere
Blockungstemperatur eingeschrieben, wodurch die magnetische Orientierung
des angelegten Magnetfeldes in dem System mit der niedrigeren Blockungstemperatur
und dem System mit der höheren
Blockungstemperatur eingeschrieben wird. Bei einem zweiten Temperschritt
wird ein Exchange-Biss in dem System mit der niedrigeren Blockungstemperatur über ein
Erhitzen des Magnetsensors auf eine Temperatur zwischen der höheren und
der niedrigeren Blockungstemperatur eingeschrieben. Jedoch bewirkt
dieser zweite Temperschritt manchmal eine qualitative Verschlechterung
des Magnetsensors, beispielsweise durch Diffusion oder Korrosion.
Auch beeinflusst der zweite Temperschritt manchmal das System mit
der höheren
Blockungstemperatur, wobei die magnetische Orientierung geändert werden könnte. Außerdem weist
eine Verwendung eines Systems mit einer niedrigeren Blockungstemperatur negative
Auswirkungen auf die Stabilität
des Magnetsensors auf.
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Aus
diesen und anderen Gründen
besteht ein Erfordernis der vorliegenden Erfindung.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Systeme und Verfahren
mit verbesserten Charakteristika zu liefern.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen
finden sich in den abhängigen
Ansprüchen.
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Ein
in der Offenbarung beschriebenes Ausführungsbeispiel liefert ein
System, das eine Erfassungsschicht, eine erste festgelegte Schicht
und eine erste Zwischenschicht umfasst. Die erste festgelegte Schicht
wird in einer feststehenden magnetischen Orientierung gehalten.
Die erste Zwischenschicht ist dahin gehend konfiguriert, die Erfassungsschicht
und die erste festgelegte Schicht miteinander zu koppeln und in
der Erfassungsschicht eine magnetische Orientierung zu liefern,
die 90 Grad von der feststehenden magnetischen Orientierung abweicht.
Die magnetische Orientierung in der Erfassungsschicht dreht sich
ansprechend auf ein äußeres Magnetfeld.
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Die
beiliegenden Zeichnungen sind enthalten, um ein besseres Verständnis der
vorliegenden Erfindung zu vermitteln, und sie sind in die vorliegende
Spezifikation integriert und stellen einen Bestandteil derselben
dar. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen
zusammen mit der Beschreibung dazu, Prinzipien von Ausführungsbeispielen
zu erläutern.
Andere Ausführungsbeispiele
und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ohne
weiteres offensichtlich, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende
ausführliche
Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen
sind in Bezug zueinander nicht unbedingt maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen
bezeichnen entsprechende ähnliche
Teile. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Magnetsensors veranschaulicht;
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2 ein
Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Magnetsensors, der Materialschichten umfasst, veranschaulicht;
und
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3 ein
Diagramm, das die Auswirkung eines Temperns auf magnetische Orientierungen
in einer ersten festgelegten Schicht und einer zweiten festgelegten
Schicht veranschaulicht.
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In
der folgenden ausführlichen
Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen, die einen Bestandteil
derselben bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische
Ausführungsbeispiele
gezeigt sind, bei denen die Erfindung praktiziert werden kann, Bezug
genommen. Diesbezüglich
wird eine richtungsangebende Terminologie, z. B. „obere(r,
s)”, „untere(r,
s)”, „vordere(r,
s)”, „hintere(r,
s)”, voreilende(r,
s), nacheilende(r, s) usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung
der jeweils beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung in einer Anzahl unterschiedlicher Orientierungen
positioniert sein können,
wird die richtungsangebende Terminologie zu Veranschaulichungszwecken
verwendet und stellt keinesfalls eine Einschränkung dar. Man muss verstehen,
dass auch andere Ausführungsbeispiele
verwendet werden können
und dass strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden
können, ohne
von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Somit
ist die folgende ausführliche
Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen,
und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden
Patentansprüche
definiert.
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Es
versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen
exemplarischen Ausführungsbeispiele
miteinander kombiniert werden können,
wenn nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
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1 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Magnetsensors 20 veranschaulicht. Der Magnetsensor 20 ist
ein System mit einer Breite W und einer Länge L. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnetsensor 20 Bestandteil einer integrierten
Schaltung. Bei einem Ausführungsbeispiel ist
der Magnetsensor 20 ein gesondertes Bauelement. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist der Magnetsensor 20 ein im Wesentlichen rechteckiger
Materialblock. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnetsensor 20 ein TMR-Sensor, der ein im Wesentlichen rechteckiger
Materialblock ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Magnetsensor 20 ein
gewundener Materialstreifen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Magnetsensor 20 ein
GMR-Sensor, der ein gewundener Materialstreifen ist.
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Der
Magnetsensor 20 umfasst eine erste festgelegte Schicht 22,
eine erste Zwischenschicht 24 und eine Erfassungsschicht 26.
Die erste Zwischenschicht 24 ist zwischen und in Kontakt
mit der ersten festgelegten Schicht 22 und der Erfassungsschicht 26 positioniert.
Die erste festgelegte Schicht 22 weist eine feststehende
magnetische Orientierung auf, und die erste Zwischenschicht 24 koppelt
die erste festgelegte Schicht 22 und die Erfassungsschicht 26 magnetisch
miteinander, um in der Erfassungsschicht 26 eine magnetische
Orientierung zu liefern, die 90 Grad von der festgelegten magnetischen
Orientierung der ersten festgelegten Schicht 22 abweicht.
Die magnetische Orientierung der ersten festgelegten Schicht 22 erstreckt
sich bei 28 von links nach rechts, und die magnetische
Orientierung der Erfassungsschicht 26 erstreckt sich bei 30 in
die Seite hinein. Die magnetische Orientierung in der Erfassungsschicht 26 dreht
sich ansprechend auf ein äußeres Magnetfeld.
Bei einem Ausführungsbeispiel dreht
sich die magnetische Orientierung in der Erfassungsschicht ansprechend
auf ein äußeres Magnetfeld 26 plus
und minus 90 Grad zu einer parallelen Ausrichtung mit der magnetischen
Orientierung der ersten festgelegten Schicht 22 und zu
einer antiparallelen Ausrichtung mit der magnetischen Orientierung
der ersten festgelegten Schicht 22.
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Der
Magnetsensor 20 umfasst eine zweite festgelegte Schicht 32,
eine zweite Zwischenschicht 34 und eine Referenzschicht 36.
Die zweite Zwischenschicht 34 ist zwischen und in Kontakt
mit der zweiten festgelegten Schicht 32 und der Referenzschicht 36 positioniert.
Die zweite festgelegte Schicht 32 weist eine feststehende
magnetische Orientierung auf, die dieselbe ist wie die feststehende
magnetische Orientierung der ersten festgelegten Schicht 22. Die
zweite Zwischenschicht 34 koppelt die zweite festgelegte
Schicht 32 und die Referenzschicht 36 magnetisch
miteinander, um in der Referenzschicht 36 eine magnetische
Orientierung zu liefern, die 180 Grad von der feststehenden magnetischen
Orientierung der zweiten festgelegten Schicht 32 abweicht. Die
magnetische Orientierung der zweiten festgelegten Schicht 32 erstreckt
sich bei 38 von links nach rechts, und die magnetische
Orientierung der Referenzschicht 36 erstreckt sich bei 40 von
rechts nach links. Die magnetische Orientierung in der Referenzschicht 36 dreht
sich ansprechend auf ein äußeres Magnetfeld
nicht.
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Die
magnetische Orientierung in der Referenzschicht 36 weicht
90 Grad von der magnetischen Orientierung der Erfassungsschicht 26 ab.
Bei einem Ausführungsbeispiel
dreht sich die magnetische Orientierung in der Erfassungsschicht 26 ansprechend auf
ein äußeres Magnetfeld
plus und minus 90 Grad zu einer parallelen Ausrichtung mit der magnetischen Orientierung
der Referenzschicht 36 und zu einer antiparallelen Ausrichtung
mit der magnetischen Orientierung der Referenzschicht 36.
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Der
Magnetsensor 20 umfasst auch eine Abstandshalterschicht 42,
die zwischen und in Kontakt mit der Erfassungsschicht 26 und
der Referenzschicht 36 positioniert ist. Die Abstandshalterschicht 42 ist
eine nicht-magnetisierte Schicht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Abstandshalterschicht 42 Kupfer,
und der Magnetsensor 20 ist ein GMR-Sensor. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Abstandshalterschicht 42 Aluminiumoxid, und der
Magnetsensor ist ein TMR-Sensor. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Abstandshalterschicht 42 Magnesiumoxid,
und der Magnetsensor 20 ist ein TMR-Sensor.
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Im
Betrieb dreht sich die magnetische Orientierung in der Erfassungsschicht 26 ansprechend
auf ein äußeres Magnetfeld,
und die magnetische Orientierung in der Referenzschicht 36 bleibt
in dem äußeren Magnetfeld
feststehend. Der Widerstand durch den Magnetsensor 20 differiert
je nach den relativen magnetischen Orientierungen in der Erfassungsschicht 26 und
der Referenzschicht 36. Dieser Widerstand wird dazu verwendet,
die Richtung und Starke des äußeren Magnetfeldes
zu erfassen, wobei sich der Widerstand durch den Magnetsensor 20 mit
der magnetischen Orientierung der Erfassungsschicht 26 fast
linear ändert,
wobei bei 90 Grad Abweichung von der magnetischen Orientierung der
Referenzschicht 36 begonnen wird.
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Die
erste festgelegte Schicht 22 und die zweite festgelegte
Schicht 32 weisen dieselbe feststehende magnetische Orientierung
auf. Um den Magnetsensor 20 herzustellen, der dieselbe
feststehende magnetische Orientierung in der ersten festgelegten
Schicht 22 und der zweiten festgelegten Schicht 32 aufweist,
wird das Material bzw. werden die Materialien für jede der Schichten, einschließlich der
ersten festgelegten Schicht 22 und der zweiten festgelegten
Schicht 32, abgelegt, und an den Materialstapel wird ein
Magnetfeld angelegt. Der Magnetsensor 20 wird in dem angelegten
Magnetfeld getempert, indem die Temperatur auf über eine Blockungstemperatur
erhöht
wird und indem anschließend
der Magnetsensor 20 auf unter die Blockungstemperatur abgekühlt wird.
Die magnetischen Orientierungen in der ersten festgelegten Schicht 22 und
der zweiten festgelegten Schicht 32 richten, sich mit dem
angelegten Magnetfeld aus, um dieselbe feststehende magnetische
Orientierung in der ersten festgelegten Schicht 22 und
der zweiten festgelegten Schicht 32 zu liefern. Dieses
Tempern des Magnetsensors 20 muss nur einmal erfolgen,
um dieselbe feststehende magnetische Orientierung in der ersten
festgelegten Schicht 22 und der zweiten festgelegten Schicht 32 zu
liefern. Ein zweiter Temperschritt in einer anderen Magnetfeldrichtung
wird nicht benötigt,
wodurch eine qualitative Verschlechterung des Magnetsensors 20,
beispielsweise mittels Diffusion oder Korrosion, eliminiert wird,
eine Veränderung
der feststehenden magnetischen Orientierung verhindert wird und
eine Verwendung einer niedrigeren Blockungstemperatur, die negative
Auswirkungen auf die Stabilität
des Magnetsensors 20 haben könnte, eliminiert wird.
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2 ist
ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel
eines Magnetsensors 100 veranschaulicht, der Materialschichten
umfasst. Der Magnetsensor 100 ist ein System, das ähnlich dem
Magnetsensor 20 der 1 ist. Bei
einem Ausführungsbeispiel ist
der Magnetsensor 100 Bestandteil einer integrierten Schaltung.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnetsensor 100 ein gesondertes Bauelement. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist der Magnetsensor 100 ein im Wesentlichen rechteckiger
Materialblock. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist der Magnetsensor 100 ein TMR-Sensor, der ein im Wesentlichen
rechteckiger Materialblock ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Magnetsensor 100 ein
gewundener Materialstreifen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Magnetsensor 100 ein
GMR-Sensor, der ein gewundener Materialstreifen ist.
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Der
Magnetsensor 100 umfasst eine erste festgelegte Schicht 102,
eine erste Zwischenschicht 104 und eine Erfassungsschicht 106.
Die erste Zwischenschicht 104 ist zwischen und in Kontakt
mit der ersten festgelegten Schicht 102 und der Erfassungsschicht 106 positioniert.
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Die
erste festgelegte Schicht 102 umfasst eine erste antiferromagnetische
Schicht 108 und eine erste festgelegte ferromagnetische
Schicht 110. Die magnetische Orientierung der ersten festgelegten ferromagnetischen
Schicht 110 wird über
einen Temperschritt einge stellt, wobei ein Magnetfeld an den Magnetsensor 100 angelegt
wird und die Temperatur des Magnetsensors 100 auf über die
Blockungstemperatur angehoben wird und anschließend auf unter die Blockungstemperatur
abgekühlt
wird, während der
Magnetsensor 100 in dem angelegten Magnetfeld verbleibt.
Die Richtung des angelegten Magnetfeldes wird in der ersten festgelegten
ferromagnetischen Schicht 110 eingestellt, und die erste
antiferromagnetische Schicht 108 legt die feststehende
magnetische Orientierung der ersten festgelegten ferromagnetischen
Schicht 110 fest. Beispielsweise erstreckt sich die feststehende
magnetische Orientierung der ersten festgelegten ferromagnetischen Schicht 110 bei 112 von
links nach rechts. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die erste
antiferromagnetische Schicht 108 mehr als 10 Nanometer
dick T1. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die erste festgelegte ferromagnetische Schicht 110 im
Wesentlichen 2 Nanometer dick T2. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die erste antiferromagnetische Schicht 108 Platinmangan.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die erste antiferromagnetische Schicht 108 Iridiummangan. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die erste festgelegte ferromagnetische Schicht 110 eine
Eisenoxidschicht.
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Die
erste Zwischenschicht 104 koppelt die erste festgelegte
ferromagnetische Schicht 110 und die Erfassungsschicht 106 (auch
als freie Schicht bezeichnet) magnetisch miteinander, um in der
Erfassungsschicht 106 eine magnetische Orientierung zu liefern,
die 90 Grad von der feststehenden magnetischen Orientierung der
ersten festgelegten ferromagnetischen Schicht 110 abweicht.
Die Erfassungsschicht 106 ist eine ferromagnetische Schicht,
und die magnetische Orientierung der Erfassungsschicht 106 erstreckt
sich bei 114 in die Seite hinein. Die magnetische Orientierung
in der Erfassungsschicht 106 dreht sich ansprechend auf
ein äußeres Magnetfeld. Bei
einem Ausführungsbeispiel
dreht sich die magnetische Orientierung in der Erfassungsschicht 106 ansprechend
auf ein äußeres Magnetfeld
plus und minus 90 Grad zu einer parallelen Ausrichtung mit der magnetischen
Orientierung der ersten festgelegten ferromagnetischen Schicht 110 und
zu einer antiparallelen Ausrichtung mit der magnetischen Orientierung
der ersten festgelegten ferromagnetischen Schicht 110.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die erste Zwischenschicht 104 weniger als 3 Nanometer dick
T3. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die erste Zwischenschicht 104 1 bis 2 Nanometer dick
T3. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Erfassungsschicht 106 im Wesentlichen 2 Nanometer
dick T4. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die erste Zwischenschicht 104 eine Nickeloxidschicht.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Erfassungsschicht 106 eine Eisenoxidschicht.
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Der
Magnetsensor 100 umfasst eine zweite festgelegte Schicht 116,
eine zweite Zwischenschicht 118 und eine Referenzschicht 120.
Die zweite Zwischenschicht 118 ist zwischen und in Kontakt
mit der zweiten festgelegten Schicht 116 und der Referenzschicht 120 positioniert.
Die zweite festgelegte Schicht 116 weist eine feststehende
magnetische Orientierung auf, die dieselbe ist wie die feststehende magnetische
Orientierung der ersten festgelegten Schicht 102.
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Die
zweite festgelegte Schicht 116 umfasst eine zweite antiferromagnetische
Schicht 122 und eine zweite festgelegte ferromagnetische
Schicht 124. Die magnetische Orientierung der zweiten festgelegten
ferromagnetischen Schicht 124 wird über denselben Temperschritt
eingestellt, der die magnetische Orientierung der ersten festgelegten
ferromagnetischen Schicht 110 einstellte, wobei ein Magnetfeld
an den Magnetsensor 100 angelegt wird und die Temperatur
des Magnetsensors 100 auf über die Blockungstemperatur
angehoben und anschließend
auf unter die Blockungstemperatur abgekühlt wird, während der Magnetsensor 100 in
dem angelegten Magnetfeld verbleibt. Die Richtung des angelegten
Magnetfeldes wird in der zweiten festgelegten ferromagnetischen
Schicht 124 eingestellt, und die zweite antiferromagnetische
Schicht 122 legt die feststehende magnetische Orientierung
der zweiten festgelegten ferromagnetischen Schicht 124 fest.
Beispielsweise erstreckt sich die feststehende magnetische Orientierung
der zweiten festgelegten ferromagnetischen Schicht 124 bei 126 von
links nach rechts. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die zweite
antiferromagnetische Schicht 122 mehr als 10 Nanometer
dick T5. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die zweite antiferromagnetische Schicht 122 im Wesentlichen 15 Nanometer
dick T5. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die zweite festgelegte ferromagnetische Schicht 124 im Wesentlichen 2 Nanometer
dick T6. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die zweite antiferromagnetische Schicht 122 Platinmangan.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die zweite antiferromagnetische Schicht 122 Iridiummangan.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist
die zweite festgelegte ferromagnetische Schicht 124 eine
Schicht aus Kobalt und Eisen.
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Die
zweite Zwischenschicht 118 koppelt die zweite festgelegte
ferromagnetische Schicht 124 und die Referenzschicht 120 magnetisch
miteinander, um in der Referenzschicht 120 eine magnetische
Orientierung zu liefern, die 180 Grad von der feststehenden magnetischen
Orientierung der zweiten festgelegten ferromagnetischen Schicht 124 abweicht.
Die Referenzschicht 120 ist eine ferromagnetische Schicht,
wobei sich die magnetische Orientierung der zweiten festgelegten
ferromagnetischen Schicht 124 bei 126 von links
nach rechts erstreckt und sich die magnetische Orientierung der
Referenzschicht 120 bei 128 von rechts nach links
erstreckt. Die magnetische Orientierung in der Referenzschicht 120 dreht sich
ansprechend auf ein äußeres Magnetfeld
nicht. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die zweite Zwischenschicht 118 9 Angström dick T7.
Bei einem Ausführungsbei spiel
ist die zweite Zwischenschicht 118 zwischen 8 und 10 Angström dick T7.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Referenzschicht 120 im Wesentlichen 2 Nanometer
dick T8. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die zweite Zwischenschicht 118 Ruthenium. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist die Referenzschicht 120 eine Schicht aus Kobalt und
Eisen. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Referenzschicht 120 eine Schicht aus Kobalt, Eisen
und Bor.
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Die
magnetische Orientierung in der Referenzschicht 120 weicht
90 Grad von der magnetischen Orientierung der Erfassungsschicht 106 ab. Bei
einem Ausführungsbeispiel
dreht sich die magnetische Orientierung in der Erfassungsschicht 106 ansprechend
auf ein äußeres Magnetfeld
plus und minus 90 Grad zu einer parallelen Ausrichtung mit der magnetischen
Orientierung der Referenzschicht 120 und zu einer antiparallelen
Ausrichtung mit der magnetischen Orientierung der Referenzschicht 120.
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Der
Magnetsensor 100 umfasst ferner eine Abstandshalterschicht 130,
die zwischen und in Kontakt mit der Erfassungsschicht 106 und
der Referenzschicht 120 positioniert ist. Die Abstandshalterschicht 130 ist
eine nicht-magnetisierte Schicht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Abstandshalterschicht 130 Kupfer,
und der Magnetsensor 100 ist ein GMR-Sensor. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Abstandshalterschicht 130 Kupfer, das im Wesentlichen
2,2 Nanometer dick ist T9. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Abstandshalterschicht 130 Aluminiumoxid,
und der Magnetsensor 100 ist ein TMR-Sensor. Bei einem
Ausführungsbeispiel
ist die Abstandshalterschicht 130 Magnesiumoxid, und der Magnetsensor 100 ist
ein TMR-Sensor.
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Im
Betrieb dreht sich die magnetische Orientierung in der Erfassungsschicht 106 ansprechend auf
ein äußeres Magnetfeld,
und die magnetische Orientierung in der Referenzschicht 120 bleibt
in dem äußeren Magnetfeld
feststehend. Der Widerstand durch den Magnetsensor 100 differiert
je nach den relativen magnetischen Orientierungen in der Erfassungsschicht 106 und
der Referenzschicht 120. Dieser Widerstand gibt die Richtung
und Stärke
des äußeren Magnetfeldes
an, wobei sich der Widerstand durch den Magnetsensor 100 mit
der magnetischen Orientierung der Erfassungsschicht 106 fast
linear ändert,
wobei bei 90 Grad Abweichung von der magnetischen Orientierung der
Referenzschicht 120 begonnen wird.
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Um
den Magnetsensor 100 herzustellen, wird die zweite antiferromagnetische
Schicht 122 auf ein Substrat 132 aufgebracht,
und die zweite festgelegte ferromagnetische Schicht 124 wird über die zweite
antiferromagnetische Schicht 122 aufgebracht. Als Nächstes wird
die zweite Zwischenschicht 118 über die zweite festgelegte
ferromagnetische Schicht 124 aufgebracht, und die Referenzschicht 120 wird
auf die zweite Zwischenschicht 118 aufgebracht. Die Abstandshalterschicht 130 wird
auf die Referenzschicht 120 aufgebracht. Als Nächstes wird die
Erfassungsschicht 106 auf die Abstandshalterschicht 130 aufgebracht,
und die erste Zwischenschicht 104 wird auf die Erfassungsschicht 106 aufgebracht.
Die erste festgelegte Schicht 102 wird als Nächstes aufgebracht,
wobei die erste festgelegte ferromagnetische Schicht 110 auf
die erste Zwischenschicht 104 aufgebracht wird und die
erste antiferromagnetische Schicht 108 über die erste festgelegte ferromagnetische
Schicht 110 aufgebracht wird.
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Um
dieselbe feststehende magnetische Orientierung in der ersten festgelegten
Schicht 102 und der zweiten festgelegten Schicht 116 zu
liefern, wird ein Magnetfeld an den Materialstapel angelegt, und der
Magnetsensor 100 wird in dem angelegten Magnetfeld getempert,
indem die Temperatur auf über eine
Blockungstemperatur erhöht
wird und indem anschließend
der Magnetsensor 100 auf unter die Blockungstemperatur
abgekühlt
wird. Die magnetischen Orientierungen in der ersten festgelegten
ferromagnetischen Schicht 110 und der zweiten festgelegten ferromagnetischen
Schicht 124 richten sich mit dem angelegten Magnetfeld
aus, um dieselbe feststehende magnetische Orientierung in der ersten
festgelegten Schicht 102 und der zweiten festgelegten Schicht 116 zu
liefern. Dieses Tempern des Magnetsensors 100 muss lediglich
einmal erfolgen, um dieselbe feststehende magnetische Orientierung
in der ersten festgelegten Schicht 102 und der zweiten
festgelegten Schicht 116 zu liefern.
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Die
erste Zwischenschicht 104 koppelt die erste festgelegte
ferromagnetische Schicht 110 und die Erfassungsschicht 106 magnetisch
miteinander, um in der Erfassungsschicht 106 eine magnetische Orientierung
zu liefern, die 90 Grad von der feststehenden magnetischen Orientierung
der ersten festgelegten ferromagnetischen Schicht 110 abweicht. Die
zweite Zwischenschicht 118 koppelt die zweite festgelegte
ferromagnetische Schicht 124 und die Referenzschicht 120 magnetisch
miteinander, um in der Referenzschicht 120 eine magnetische
Orientierung zu liefern, die 180 Grad von der feststehenden magnetischen
Orientierung der zweiten festgelegten ferromagnetischen Schicht 124 abweicht.
Die magnetische Orientierung in der Referenzschicht 120 weicht
90 Grad von der magnetischen Orientierung der Erfassungsschicht 106 ab.
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3 ist
ein Diagramm, das die Auswirkung des Temperns auf magnetische Orientierungen
in der ersten festgelegten Schicht 102 bei 200 und
der zweiten festgelegten Schicht 116 bei 202 veranschaulicht.
Bei 204, ohne Tempern, liegt die magnetische Orientierung der
ersten festgelegten ferromagnetischen Schicht 110 etwas
links der y-Achse, und bei 206, ohne Tempern, liegt die
magnetische Orientierung der zweiten festgelegten ferromagnetischen Schicht 124 rechts
der y-Achse.
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Um
die erste festgelegte Schicht 102 und die zweite festgelegte
Schicht 116 zu tempern, wird ein Magnetfeld, das eine von
links nach rechts verlaufende Richtung entlang der x-Achse aufweist, an
den Magnetsensor 100 oder an den Materialstapel, der schließlich den
Magnetsensor 100 bildet, angelegt. Die Temperatur wird
auf über
eine Blockungstemperatur angehoben und anschließend auf unter die Blockungstemperatur
abgekühlt,
wobei sich der Materialstapel in dem angelegten Magnetfeld befindet.
Die magnetischen Orientierungen in der ersten festgelegten ferromagnetischen
Schicht 110 bei 208 und der zweiten festgelegten
ferromagnetischen Schicht 124 bei 210 richten
sich mit dem angelegten Magnetfeld entlang der x-Achse von links
nach rechts aus und liefern dieselbe feststehende magnetische Orientierung
in der ersten festgelegten Schicht 102 und der zweiten
festgelegten Schicht 116.
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Das
Tempern des Magnetsensors 100 muss nur einmal erfolgen,
um dieselbe feststehende magnetische Orientierung in der ersten
festgelegten Schicht 102 und der zweiten festgelegten Schicht 116 zu
liefern. Ein zweiter Temperschritt in einer anderen Magnetfeldrichtung
wird nicht benötigt,
wodurch eine qualitative Verschlechterung des Magnetsensors 100,
beispielsweise mittels Diffusion oder Korrosion, eliminiert wird,
eine Veränderung
der feststehenden magnetischen Orientierung verhindert wird und
eine Verwendung einer niedrigeren Blockungstemperatur, die negative
Auswirkungen auf die Stabilität
des Magnetsensors 100 haben könnte, eliminiert wird.
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Obwohl
hierin spezifische Ausführungsbeispiele
veranschaulicht und beschrieben wurden, wird Fachleuten einleuchten,
dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele durch
eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen
ersetzt werden können, ohne
von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die
vorliegende Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen
der hierin erörterten
spezifischen Ausführungsbeispiele
abdecken. Deshalb ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung
lediglich durch die Patentansprüche
und die Äquivalente
derselben beschränkt
sei.