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Verfahren für ein lokales Modifizieren einer Schichteigenschaft, Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung und magnetoresistive Sensoreinrichtung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für ein lokales Modifizieren einer Schichteigenschaft, ein Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung und eine magnetoresistive Sensoreinrichtung.
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Stand der Technik
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Herkömmlich wird ein lokales thermisches Aufheizen durch Lenkung eines fokussierten Laserstrahls auf die aufzuheizenden Bereiche erreicht, wobei die Absorption von optischen Schichtdickeninterferenzen und den materialspezifischen Absorptionskoeffizienten bedingt wird. Die absorbierte Strahlungsleistung und damit die erzielte Temperatur ist damit von den Schichtdicken- und Materialtoleranzen abhängig und die Wellenlänge des Heizlasers muss passend dazu ausgewählt werden.
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Übliche Sensoreinrichtungen, welche dazu ausgelegt sind, um eine Magnetfeldrichtung und/oder die Stärke des Magnetfeldes in einer bestimmten Richtung messen zu können, weisen meist eine magnetfeldempfindliche Schicht und eine Referenzschicht auf, in welcher eine Magnetisierungsrichtung festgelegt ist. In der magnetfeldempfindlichen (weichmagnetischen) Schicht hingegen kann ein externes Magnetfeld die Magnetisierungsrichtung dieser Schicht ändern. Zwischen der Referenzschicht und der magnetfeldempfindlichen Schicht befindet sich eine dünne nichtmagnetische Schicht (elektrischer Leiter bei GMR und Isolator bei TMR). Der elektrische Widerstand des Systems wird bestimmt durch die Winkel zwischen den Magnetisierungsrichtungen von Referenzschicht und magnetfeldempfindlicher Schicht. Daher kann die Sensierrichtung von magnetoresistiven Sensorelementen durch die Magnetisierungsrichtung der zugehörigen Referenzschicht bestimmt werden. Es kann dabei, je nach Anwendung, notwendig sein, dass mehrere verschiedene Sensierrichtungen nötig sind.
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Es kann dabei vorteilhaft sein, solche Sensierelemente, etwa einzelne oder Gruppen davon, miteinander zu verschalten, beispielsweise durch eine Wheatstonebrücke. Um eine Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht vorgeben zu können, kann diese mit einem dafür geeigneten Material anfangs durch ein externes Magnetfeld oberhalb einer bestimmten Temperatur eingeprägt werden, dem sogenannten „Pinningprozess“, der sowohl eine bestimmte Temperatur als auch ein Magnetfeld erfordert.
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Üblicherweise kann eine solche Referenzschicht aus einem Schichtstapel bestehen, welcher beispielsweise einen synthetischen Antiferromagneten (SAF) umfasst, bestehend aus zwei oder mehr dünnen ferromagnetischen Schichten, die von sehr dünnen nichtmagnetischen Schichten getrennt sind. Durch diese Zwischenschichten (Spacer) kann eine antiparallele magnetische Kopplung der beiden angrenzenden ferromagnetischen Schichten bewirkt werden. Der Schichtstapel kann des Weiteren eine antiferromagnetische Schicht, direkt über oder unter dem SAF, umfassen. Es kann dann ein geeigneter Pinningprozess erfolgen, wobei dann der Antiferromagnet die Magnetisierungsrichtung des SAF fixieren kann. Das Pinnen der Referenzschicht kann in verschiedenen Bauteilen Anwendung finden, etwa in TMR- oder GMR- Sensoren oder in magnetoresistiv basierten Oszillatoren. Im Falle eines tunnelmagnetoresistiven Sensors (TMR) kann beispielsweise auf der anderen Seite des SAF-Stapels ein Nichtleiter (Tunnelbarriere) sowie eine weichmagnetische Schicht abgeschieden sein, die entsprechend den Anforderungen strukturiert werden kann (Free Layer). Der strukturierte Schichtstapel, welcher ein Sensorlement darstellt, kann mit Hilfe einer geeigneten Elektrodenstruktur so kontaktiert werden, dass die beschriebene Widerstandsänderung mit Hilfe eines Sensierstromes, welcher durch das Schichtsystem fließt, gemessen werden kann. Dabei können mehrere Sensierelemente in geeigneter Weise elektrisch miteinander verbunden sein.
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Es ist derzeit möglich, die Pinningrichtung auf verschiedene Weisen zu definieren. Einerseits durch einen Ofenprozess, wobei die Substrate in einem Ofenprozess erwärmt und einem homogenen Magnetfeld ausgesetzt werden, welches dann für alle Referenzschichten auf dem Substrat die Pinningrichtung bestimmt. Andererseits kann ein duales Pinning erfolgen, wobei strukturierte Referenzschichten jeweils eine form-bestimmte Vorzugsrichtung für die Magnetisierung aufweisen, welche auf dem Substrat zum Beispiel um 90° zueinander angeordnet sind. Im Ofenprozess wird das Substrat erwärmt und ein Magnetfeld unter 45° zu den Formen angelegt. Beim Abschalten des Magnetfeldes drehen die Magnetisierungen der Referenzschichten jeweils um 45° in ihre jeweilige form-bestimmte Vorzugsrichtung. Beim anschließenden Abkühlen kristallisiert die antiferromagnetische Schicht, so dass die Magnetisierung der Referenzschichten fixiert wird. Auf diese Weise können Pinningrichtungen mit 90° Unterschied in einem einzelnen Ofenprozess erzeugt werden. Des Weiteren kann ein lokales Laserpinning erfolgen, wobei jeweils ein Magnetfeld in einer bestimmten Richtung angelegt wird. Unter diesem Magnetfeld werden bestimmte Bereiche auf dem Substrat mittels Laserbestrahlung nacheinander lokal erhitzt und dieser Prozess wird unter anderen Magnetfeldrichtungen wiederholt, so dass beliebig viele Pinningrichtungen lokal erzeugt werden können. Es kann jedoch die Absorption des Laserlichts von den Materialien des Schichtsystems und deren Dicke abhängen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren für ein lokales Modifizieren einer Schichteigenschaft nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung nach Anspruch 3 und eine magnetoresistive Sensoreinrichtung nach Anspruch 10.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein Verfahren für ein lokales Modifizieren einer Schichteigenschaft, ein Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung und eine magnetoresistive Sensoreinrichtung anzugeben, wobei ein Erwärmen eines Bereichs eines Schichtsystems oder Schichtstapels durch plasmonische Resonanz mit einer externen Strahlung auf einen lokalen Bereich an einem Absorber begrenzt werden kann, um dadurch Magnetisierungseigenschaften des Schichtsystems oder Schichtstapels nur lokal begrenzt zu modifizieren. Somit kann nur ein lokal definierter Teil des Bauteils thermisch mittels elektromagnetischer Strahlung durch eine plasmonische Resonanz erwärmt werden, um die magnetische Eigenschaft des angrenzenden Schichtsystems zu ändern oder zu beeinflussen, wenn ein äußeres magnetisches Feld anliegt. Die lokale Begrenzung wird durch die Absorptionseigenschaften des Substrates und diese durch die Art der Strukturierung bestimmt und bedarf keiner Begrenzung des Laserstrahls auf die zu erwärmende Fläche.
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Mittels des Verfahrens kann eine magnetische Vorzugsorientierung in eine Referenzschicht eingeprägt bzw. gepinnt werden. Dadurch ist es möglich den Prozess der lokalen Modifizierung der magnetischen Eigenschaften durch lokal unterschiedliche Strahlungsabsorption an verschiedenen Feldstrukturen, die mit Hilfe unterschiedlicher Materialstrukturierung erzeugt wurden, mit verschiedenen Laserparametern mehrmals zu wiederholen und nach Belieben zu verändern, so dass durch einen wiederholten Prozess mit verschieden ausgerichteten Magnetfeldern an mehreren Strukturen unterschiedliche Sensierrichtungen auf einem Chip realisierbar sind.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren für ein lokales Modifizieren einer Schichteigenschaft ein Bereitstellen einer Schicht oder eines Schichtstapels; ein Anordnen oder Ausprägen einer plasmonischen Absorberstruktur auf der Schicht oder dem Schichtstapel; ein Bestrahlen der plasmonischen Absorberstruktur mit Licht und Absorbieren des Lichts an der plasmonischen Absorberstruktur und dadurch lokales Aufheizen der Schicht oder des Schichtstapels; ein Anlegen eines äußeren elektrischen und/oder magnetischen Feldes an der Schicht oder dem Schichtstapel und dadurch Modifizieren einer Schichteigenschaft der Schicht oder des Schichtstapels.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist eine modifizierte Schichteigenschaft ein elektrischer oder magnetischer Polarisationszustand. Im Falle eines Magnetsensors kann es sich hierbei um die Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht handeln.
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Der genannte Schichtstapel kann als Schichtsystem eine magnetische bzw. ferroelektrische Struktur umfassen, deren magnetische Orientierung bzw. elektrische Polarisation ausgerichtet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Schicht und/oder der Schichtstapel eine ferroelektrische oder magnetische Schicht oder Schichten, und/oder eine modifizierte Schichteigenschaft ist ein elektrischer Polarisationszustand oder ein Magnetisierungszustand.
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Die Verfahrensschritte und Ausführungen, die in weiterer Folge mit dem Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung genannt werden, sind ebenso auf das Modifizieren der Schichteigenschaft beim Verfahren für ein lokales Modifizieren einer Schichteigenschaft anwendbar und umgekehrt.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei dem Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung ein Bereitstellen eines Substrats, ein Ausbilden und Strukturieren eines Schichtstapels auf dem Substrat, wobei eine Referenzschicht, eine dünne nichtmagnetische Schicht (etwa einige Nanometer dick) und eine Magnetisierungsschicht aufeinander und auf dem Substrat angeordnet werden, wobei die Referenzschicht dazu eingerichtet ist, in einem Magnetfeld und beim Abkühlen von oberhalb einer vorbestimmten Temperatur eine permanente Magnetisierung in einer durch das Magnetfeld vorgebbaren Richtung anzunehmen, wobei dieser Schritt des Abkühlens auch durchführbar ist; ein Anordnen einer oberen Elektrodenschicht auf der Referenzschicht oder auf der Magnetisierungsschicht; ein Ausformen einer ersten Absorberstruktur in oder auf der oberen Elektrodenschicht oder neben dieser, welche zumindest eine erste Erhebung und zumindest eine erste Vertiefung aufweist, welche als plasmonischer Absorber ausgeformt ist und über welche eine erste Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge absorbierbar ist; ein Anlegen eines externen Magnetfeldes in einer ersten Richtung an dem Schichtstapel; und Bestrahlen der ersten Absorberstruktur mit der ersten Laserstrahlung, und dadurch Aufheizen der Referenzschicht bis oder über eine erste Temperatur.
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Erfindungsgemäß erfolgt bei einer Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung ein Bereitstellen eines Substrats; ein Ausbilden eines Schichtstapels auf dem Substrat, wobei eine Referenzschicht und eine Magnetisierungsschicht, vorteilhaft können diese durch eine wenige Nanometer dünne nichtmagnetische Schicht getrennt sein, welche der Schichtstapel umfassen kann, aufeinander und auf dem Substrat angeordnet werden, wobei die Referenzschicht dazu eingerichtet ist, in einem Magnetfeld und beim Abkühlungsprozess von oberhalb einer vorbestimmten Temperatur eine permanente Magnetisierung in einer durch das Magnetfeld, etwa externe Magnetfeld, vorgebbaren Richtung anzunehmen; ein Anordnen einer oberen Elektrodenschicht auf der Referenzschicht oder auf der Magnetisierungsschicht; ein Ausformen einer ersten Absorberstruktur in, über, unter, neben oder auf der oberen Elektrodenschicht, welche zumindest eine erste Erhebung und zumindest eine erste Vertiefung aufweist, welche als plasmonischer Absorber ausgeformt ist und über welche eine erste Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge und etwa auch einer ersten Polarisierungseigenschaft absorbierbar ist; ein Anlegen eines externen Magnetfeldes in einer ersten Richtung an dem Schichtstapel; und ein Bestrahlen der ersten Absorberstruktur mit der ersten Laserstrahlung, und damit ein Aufheizen der Referenzschicht bis oder über eine erste Temperatur.
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Plasmonische Absorber haben den Vorteil, dass die Absorption von Licht lokal sehr gut in Abhängigkeit von dessen Wellenlänge, Polarisation und Einfallsrichtung beeinflusst werden kann, wobei die Sensoreinrichtung an den Sensierstellen lokal durch Einwirken von Strahlungsenergie aufgeheizt werden kann, die Schichtmagnetisierung durch ein Magnetfeld ausgerichtet und beim Abkühlen mittels Pinningprozess fixiert werden kann, wo dies gewünscht ist.
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Es kann vorteilhaft ein Verfahren und eine Struktur bereitgestellt werden, womit lediglich ein lokaler Bereich durch elektromagnetische Strahlung thermisch erwärmt werden kann, beispielsweise durch eine plasmonische Resonanz über einen plasmonischen Absorber. Dadurch kann eine Magnetisierungsrichtung oder eine andere Eigenschaft im angrenzenden Schichtsystem geändert oder festgelegt werden. Es kann ein externes elektrisches oder magnetisches Feld dazu genutzt werden und mit einer bestimmten Richtung angelegt werden. Durch eine natürliche spektrale Breite der plasmonischen Resonanz kann das Verfahren robust gegen Fertigungsschwankungen in Dicke und Material sein.
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Die Referenzschicht kann auf der Magnetisierungsschicht angeordnet sein oder umgekehrt, jedoch getrennt durch eine dünne nichtmagnetische Schicht.
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Eine plasmonische Absorberstruktur kann bevorzugt aus oder in einer metallischen Schicht ausgeprägt sein, wie beispielsweise AI (Aluminium), Ta (Tantal), Au (Gold). Durch deren hoher thermischer Leitfähigkeit können Temperaturgradienten geringgehalten werden und die Temperatur vorteilhaft homogen in das Schichtsystem eingetragen werden.
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Es kann vorteilhaft erzielt werden, dass eine plasmonische Absorption von Strahlung einer bestimmten Wellenlänge durch die Strukturierung der oberen Elektrodenschicht sehr gut beeinflusst werden kann.
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Es kann auch möglich sein, dass lokale Strahlung wie üblich angewandt durch eine oder mehrere schmalbandige polarisierte Strahlungsquellen ersetzt werden kann, um dabei den Sensorbereich mit nur einem oder mehreren Belichtungsschritten zu belichten, wodurch der Herstellungsprozess stark vereinfacht werden kann. Es kann auch je nach Durchmesser des Strahls, das Substrat komplett gescannt werden, ohne Beachtung der einzelnen zu pinnenden Felder. Das Scannen bedeutet in dem Fall entweder ein Überstreichen oder ein Abrastern. Die Vereinfachung kann sich insbesondere darin widerspiegeln, dass eine entsprechende Programmierung beim seriellen Belichten der einzelnen zu pinnenden Bereiche sowie die exakte Ausrichtung und Fokussierung des Laserstrahls auf die einzelnen zu pinnenden Bereiche entfallen kann. Das serielle Belichten kann durch einen oder mehrere Strahlungspulse mit größerem Strahldurchmesser über den ganzen Sensorbereich oder mehrere Sensorbereiche ersetzt werden, was zu einem gleichzeitigen und parallelen Pinnen vieler Strukturen beim Herstellen mehrerer Sensoren auf einem Substrat führen kann. Eine zu erreichende Absorption kann nahe 100 % kommen, wodurch eine benötigte Leistung der Belichtung verringert werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Absorberstruktur derart ausgeformt, dass diese mehrere erste Erhebungen und erste Vertiefungen dazwischen umfasst, welche in einer länglichen Ausdehnungsrichtung entlang oder senkrecht, oder in einem beliebigen Winkel, zu einer ersten Magnetisierungsrichtung ausgerichtet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist zumindest eine erste Vertiefung und Erhebung eine erste Periode auf, welche im Wesentlichen der Wellenlänge der ersten Laserstrahlung entspricht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist die zumindest eine erste Vertiefung und Erhebung eine erste Breite auf, welche im Wesentlichen der halben Wellenlänge der ersten Laserstrahlung entspricht.
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Die Breiten der Vertiefung und der Erhebung entsprechen einzeln jeweils etwa der halben Wellenlänge; die Periode (also die Summe aus Vertiefung und Erhebung) entspricht etwa der Wellenlänge.
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Die Periode kann eine Summe aus den Breiten jeweils einer einzelnen Vertiefung und Erhebung sein. Der Absorber kann vorteilhaft eine Mehrzahl von Vertiefungen und Erhebungen aufweisen, welche sich alternierend abwechseln.
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Das Breitenverhältnis von Vertiefung zu Erhöhung kann in der Größenordnung 1:1 liegen oder davon abweichen. Beispielsweise kann eine Höhe der Erhebungen 100 - 500nm betragen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest ein Trenngraben in der oberen Elektrodenschicht, und etwa auch in dem Schichtstapel, erzeugt, derart dass die obere Elektrodenschicht und der Schichtstapel in zumindest einen ersten Sensorbereich und in einen zweiten Sensorbereich geteilt werden, wobei die erste Absorberstruktur in dem ersten Sensorbereich ausgeformt wird und eine zweite Absorberstruktur, vorteilhaft in der oberen Elektrodenschicht, in dem zweiten Sensorbereich ausgeformt wird, derart dass die zweite Absorberstruktur zumindest eine zweite Erhebung und zumindest eine zweite Vertiefung aufweist und über welche eine zweite Laserstrahlung, etwa mit einer zweiten Wellenlänge und Polarisationscharakteristik, oder mit derselben Wellenlänge wie die erste Laserstrahlung aber mit einer anderen Polarisation, absorbierbar ist.
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Der Trenngraben kann die Sensorbereiche lateral umlaufen, etwa in einer Kreisform oder einer runden Form, oder diese länglich voneinander trennen. Der Anschluss für die Elektrode kann ebenso noch vorhanden sein. Zur besseren thermischen Isolierung kann der Elektrodenanschluss auch mäanderförmig ausgeführt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine Oberseite des Schichtstapels, welche zumindest den ersten Sensorbereich, etwa mit einer ersten Absorberstruktur und den zweiten Sensorbereich, etwa mit einer zweiten Absorberstruktur umfasst, mit der ersten und der zweiten Laserstrahlung bestrahlt, wobei die erste und die zweite Laserstrahlung auch dieselbe Wellenlänge bei unterschiedlicher Polarisation aufweisen können und die erste und zweite Absorberstrukturen jeweils verschiedene Polarisationen absorbieren können.
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Es kann das fertige Substrat oder die Sensoreinrichtung in einem externen Magnetfeld unterschiedlicher Richtung mit einem bestimmten Licht bestrahlt werden, wobei dann nur jener Sensorbereich dieses Licht absorbiert und ein Pinningprozess ausgelöst werden kann, welcher den zugehörigen Absorber aufweist. Bei einem Licht anderer Wellenlänge oder anderer Polarisierungseigenschaft kann dann ein anderer Absorber einen anderen Sensorbereich adressieren. Das Licht muss dabei nicht nur auf einen bestimmten zu pinnenden (und verändernden) Bereich begrenzt werden, sondern kann das gesamte Substrat oder die gesamte Sensoreinrichtung oder die Fläche darüber hinaus bestrahlen, da nur der jeweils passende Absorber reagiert und absorbiert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die zumindest eine erste Vertiefung mit einem ersten dielektrischen Material zumindest teilweise gefüllt.
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Das dielektrische Material kann die Absorptionseigenschaften weiter beeinflussen. Dabei kann ein Unterschied zwischen benachbarten Brechungsindices beeinflusst werden, etwa einer Grenze Metall-Luft oder Metall-Dielektrikum-Luft und somit die Absorptionseigenschaften beeinflusst werden, vorteilhaft die Absorption erhöht oder verbessert werden.
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Es kann ein effektiver Brechungsindex durch eine Abscheidung eines dielektrischen Materials auf dem Absorber, etwa auf dessen Metall, geändert werden, wodurch sich das Absorptionsmaximum zu einer anderen Wellenlänge verschieben kann.
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Dazu oder generell kann für unterschiedliche Regionen ein anderes Elektroden-Metall verwendet werden.
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Es kann in unterschiedlichen Belichtungsschritten eine unterschiedliche Verteilung von Einfallswinkeln und Polarisationen verwendet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird eine untere Elektrodenschicht auf dem Substrat und unter dem Schichtstapel ausgeformt, mit welcher der Schichtstapel von einer Unterseite elektrisch kontaktiert wird.
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Mit der elektrischen Kontaktierung können mehrere Sensorbereiche in Reihe oder in anderen Schemata verschaltet werden.
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Die Form und Ausrichtung der Strukturierung des plasmonischen Absorbers kann optimiert sein für die selektive Absorption einer bestimmten Polarisierung der Laserstrahlung. Die Selektion der absorbierten Laserstrahlung kann von der Strukturierung und der Materialauswahl des Absorbers bestimmt sein.
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Erfindungsgemäß umfasst die magnetoresistive Sensoreinrichtung ein Substrat mit einer unteren Elektrodenschicht; einen Schichtstapel auf dem Substrat, wobei eine Referenzschicht und eine Magnetisierungsschicht aufeinander und auf dem Substrat angeordnet sind, wobei die Referenzschicht eine vorgegebene Magnetisierungsrichtung aufweist, die mit einem Magnetfeld und oberhalb einer vorbestimmten Temperatur vorgebbar ist, wobei der Schichtstapel von der unteren Elektrodenschicht elektrisch kontaktierbar ist; eine obere Elektrodenschicht auf der Referenzschicht oder auf der Magnetisierungsschicht; eine erste Absorberstruktur in, unter oder auf der oberen Elektrodenschicht oder neben dieser, welche zumindest eine erste Erhebung und zumindest eine erste Vertiefung aufweist, welche als plasmonischer Absorber ausgeformt ist und über welche eine erste Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge absorbierbar ist.
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Es ist hierbei zu nennen, dass sich zwischen Referenz- und Magnetisierungsschicht eine dünne nichtmagnetische Schicht befinden kann (Isolator bei TMR und Leiter bei GMR), welche wenige Nanometer dick sein kann. Dabei können oben und unten vertauscht werden. Beide Seiten können kontaktiert werden.
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Die Sensorbereiche können Referenzschichten mit unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen aufweisen und derart hergestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der magnetoresistiven Sensoreinrichtung umfasst diese zumindest einen Trenngraben in der oberen Elektrodenschicht und in dem Schichtstapel, derart dass die obere Elektrodenschicht, und etwa auch der Schichtstapel, in zumindest einen ersten Sensorbereich und in einen zweiten Sensorbereich geteilt sind, wobei die erste Absorberstruktur in dem ersten Sensorbereich ausgeformt ist und eine zweite Absorberstruktur, etwa in der oberen Elektrodenschicht, in dem zweiten Sensorbereich ausgeformt ist, derart dass die zweite Absorberstruktur zumindest eine zweite Erhebung und zumindest eine zweite Vertiefung aufweist und über welche eine zweite Laserstrahlung absorbierbar ist, wobei die zweite Laserstrahlung dieselbe Wellenlänge wie die erste Laserstrahlung aber eine andere Polarisation aufweisen kann .
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der magnetoresistiven Sensoreinrichtung umfasst der erste Sensorbereich eine erste Referenzschicht mit einer ersten Magnetisierungsrichtung und der zweite Sensorbereich umfasst eine zweite Referenzschicht mit einer zweiten Magnetisierungsrichtung, welche verschieden voneinander sind.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der magnetoresistiven Sensoreinrichtung sind der erste Sensorbereich und der zweite Sensorbereich über die untere Elektrodenschicht in Reihe, oder in anderer geeigneter Weise, verschaltet und auf einem einzigen Sensorchip ausgeformt.
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Es können die verschiedenen Sensorbereiche einzeln vermessen (kontaktiert) oder als Wheatstonebrücke verschaltet sein. Die Verbindung über die untere oder die obere Elektrode kann erfolgen, um mehrere Sensorelemente(-bereiche) gleicher Ausrichtung miteinander zu verschalten (in Reihe und/oder parallel), um ein besseres Signal-Rauschverhältnis zu erzielen. Diese verbundenen Sensorelemente wirken dann wie ein großer Sensorbereich gleicher Ausrichtung, der auch gemeinsam magnetisiert (gepinnt) werden kann.
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Es kann/können vorteilhaft die obere(n) Elektrodenschicht(en) als eine plasmonische Absorberschicht gebildet und genutzt werden, wodurch vorteilhaft auf eine zusätzliche Absorberstruktur verzichtet werden kann. Dabei kann in einem Herstellungsprozess auf einen zusätzlichen Strukturierungsschritt verzichtet werden.
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Durch verschiedene Sensorbereiche mit eigenen Absorbern kann auf ein programmiertes Abrastern durch den Laser verzichtet werden und eine großflächige Belichtung mehrerer nebeneinanderliegender Sensoreinrichtungen oder zumindest der Sensorbereiche erfolgen. Dadurch können deutlich schnellere Taktzeiten bei der Belichtung und eine günstigere Ausrüstung für die Herstellung genutzt werden, da der Aufbau für die Herstellung einfacher ausfallen kann, etwa ohne Mittel zur Justage, Programmierung und Strahlformung.
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Es kann der Wafer/ der Schichtstapel mit einem Laserspot von ein paar Millimetern abgerastert werden (ein Wafer kann beispielsweise eine sehr große Zahl von Sensoren mit jeweils 4 zu pinnenden Feldern beinhalten). Der Vorteil besteht vor allem darin, dass der Laser nicht programmiert und justiert werden muss und der Strahl nicht exakt der Größe des zu pinnenden Feldes entsprechen muss. Dies ermöglicht eine höhere Integrationsdichte und kleinere Bauelemente.
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Da der plasmonische Absorber selbst eine Selektivität bietet, können durch diese Selektivität des Absorbers viele unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen eingeprägt werden. Die obere Elektrodenschicht mit dem Absorber kann ein Metall umfassen, welches die Strahlung absorbieren kann und gleichzeitig noch die Wärme gut leiten kann, wodurch die Wärme schnell und homogen über die zu pinnende Fläche verteilt werden kann.
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Es können sowohl eine bestimmte Temperatur oberhalb der Pinningtemperatur und ebenso auch ein magnetisches Feld notwendig sein, damit die Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht in der Richtung des extern angelegten magnetischen Feldes fixiert werden kann, wenn sich die Referenzschicht unter die Pinningtemperatur abkühlt. Es kann dabei beim Laserpinnen ein magnetisches Feld angelegt werden und dann selektiv nur die Bereiche mit den passenden Absorbern zur jeweils genutzten Laserstrahlung erhitzt werden. Die Absorption des Lichts kann durch die plasmonischen Strukturen verstärkt und beeinflusst werden, wobei durch die Absorberstrukturen eine Absorption von nahezu 100% einer bestimmten Wellenlänge und Polarisierungsrichtung erreicht werden kann und in den übrigen Bereichen außerhalb des zugehörigen plasmonischen Absorbers ein großer Teil der Strahlung gestreut und reflektiert werden kann, ohne dass dort mit genau dieser Strahlung ein Pinning erfolgt.
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Die magnetoresistive Sensoreinrichtung kann sich auch durch die in Verbindung mit dem Verfahren genannten Merkmale und dessen Vorteile auszeichnen und umgekehrt.
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Es können weitere Ausführungen denkbar sein. So kann eine oder mehrere plasmonische Absorberstrukturen angrenzend als eigene Strukturebenen erzeugt sein, sowohl oberhalb als auch unterhalb des zu modifizierenden Schichtsystems.
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Zur Unterscheidung der Sensorbereiche kann, einzeln oder in Kombination, eine Änderung der Strukturierungsperiode oder Quasi-periode, bei quasiperiodischen Strukturen, in Verbindung mit einer anderen Wellenlänge genutzt werden, welche einem oder dem jeweils anderen Absorptionsmaximum entsprechen kann.
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Dabei kann eine Anpassung der Form der Vertiefungen und Erhebungen an die eingestellte Polarisierung der Strahlung erfolgen. So kann etwa linear polarisiertes Licht durch Vertiefungen in einer ersten oder zweiten Richtung absorbiert oder reflektiert werden. Dazu können alternativ auch Helix-Strukturen für zirkular polarisiertes Licht genutzt werden. Für unpolarisiertes Licht ist es möglich, kreisförmige Erhebungen oder Löcher als kreisförmige Versenkungen zu verwenden.
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Es kann möglich sein, dass die mittels der Absorption in dem plasmonischen Absorber eingekoppelte Heizleistung zu einer Erwärmung von um den Absorber anliegenden und nicht strukturierten Bereichen führen. Damit in diesen Bereichen ein ungewolltes Pinning unterdrückt oder zumindest die Wahrscheinlichkeit dazu verringert werden kann, ist es möglich, dort die Temperatur unterhalb der Pinningtemperatur zu halten. Die ungewollte Ausbreitung der Heizleistung in benachbarte Bereiche kann weiterhin verhindert werden oder die Wahrscheinlichkeit dazu verringert werden, wenn zumindest das Metall der oberen Elektrodenschicht zwischen den Sensorbereichen entfernt wird, beispielsweise geätzt. So können durch ein Einbringen von Ätzgräben zwischen die Sensorbereiche diese voneinander getrennt werden, um thermomechanische Spannungen im Zusammenhang mit der Erwärmung zu reduzieren.
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Des Weiteren kann der Bereich des Absorbers am Rand der zu pinnenden Bereiche mit einem Plasmon-Bragg-Spiegel abgeschlossen werden. Hierbei kann vorteilhaft die Strukturierungsperiode zum Ausprägen von Erhebungen und Vertiefungen verändert werden, beispielsweise halbiert werden. Des Weiteren kann an einem Rand des plasmonischen Absorbers ein lateraler Spiegel, etwa ein Bragg-Spiegel erzeugt oder angeordnet werden.
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Durch die plasmonischen Strukturen kann generell ein Absorptionsgrad der Strahlung erhöht werden. Generell kann ein magnetisches Pinning der einzelnen Sensorbereiche auch durch eine Maskierung der Strahlung oder Abrasterung erfolgen, also können auch einzelne Bereiche seriell belichtet werden.
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Vorteilhaft kann bei dem Verfahren der Schichtstapel auf eine Temperatur geringfügig unterhalb der Pinningtemperatur gebracht werden. Auf diese Weise kann schon ein kleinerer Energiehub durch plasmonische Strahlungsheizung notwendig sein, um die einzelnen Bereiche zu pinnen, was speziell dann vorteilhaft sein kann, wenn die benötigte Strahlungsenergie reduziert werden soll oder der Strahl aufgeweitet werden soll, zum Beispiel um den Durchsatz zu erhöhen.
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Es ist weiterhin möglich, eine Prozesssicherheit zu erhöhen, wenn die Breite des plasmonischen Absorptionsmaximums vergrößert werden kann, was etwa durch eine Variation einer Kantensteilheit der Absorption erzielt werden kann, etwa ausgelöst oder beeinflusst durch eine Strukturierungstiefe oder Strukturbreite oder Periodizität der plasmonischen Absorberstruktur.
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Des Weiteren können thermische Senken im Unterbau oder an einem Rand der Absorberstruktur zur Energieableitung eingesetzt werden. Die plasmonische Absorberstruktur kann durch Folgeschichten wie etwa eine Passivierschicht abgedeckt werden.
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Die Sensoreinrichtung kann als ein TMR- oder GMR-Magnetsensor gebildet oder in einem solchen betrieben und enthalten sein.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
- 6a - 6d jeweils eine Draufsicht auf eine Absorberstruktur in einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine Blockdarstellung von Verfahrensschritten des Verfahrens zum Herstellen einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Bei dem Verfahren zum Herstellen einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung erfolgt ein Bereitstellen S1 eines Substrats; ein Ausbilden S2 eines Schichtstapels auf dem Substrat, wobei eine Referenzschicht und eine Magnetisierungsschicht aufeinander und auf dem Substrat angeordnet werden (getrennt durch eine dünne nichtmagnetische Schicht, nicht gezeigt), wobei die Referenzschicht dazu eingerichtet ist, in einem Magnetfeld und oberhalb einer vorbestimmten Temperatur eine permanente Magnetisierung in einer durch das Magnetfeld vorgebbaren Richtung anzunehmen (die Schichten können einzeln oder gemeinsam strukturiert werden, um die Sensoreigenschaften zu formen); ein Anordnen S3 einer oberen Elektrodenschicht auf der Referenzschicht oder auf der Magnetisierungsschicht (zur Kontaktierung der oberen Elektrode können weitere Schritte erforderlich sein, beispielsweise ein Viaprozess sowie verschiedene Abscheidungen und Strukturierungen); ein Ausformen S4 einer ersten Absorberstruktur in oder auf der oberen Elektrodenschicht, welche zumindest eine erste Erhebung und zumindest eine erste Vertiefung aufweist, welche als plasmonischer Absorber ausgeformt ist und über welche eine erste Laserstrahlung mit einer ersten Wellenlänge absorbierbar ist; ein Anlegen S5 eines externen Magnetfeldes in einer ersten Richtung an dem Schichtstapel; und ein Bestrahlen S6 der ersten Absorberstruktur mit der ersten Laserstrahlung, und ein Aufheizen der Referenzschicht bis oder über eine erste Temperatur.
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Vor der Ausführung des Schichtstapels können weitere Schritte erforderlich sein, zumindest die Abscheidung der unteren Elektrode. Es kann sich aber auch eine Elektronikschaltung, Leiterbahnen oder ein ASIC unter dem Schichtstapel befinden. Die obere Elektrode kann so strukturiert werden, dass geeignete Leiterbahnen erzeugt werden. In einem anderen Schritt können die Absorberstrukturen in das Metall geätzt werden. Es ist nicht zwingend notwendig, dass Elektrode und Absorber dieselbe Schicht sind, dies kann jedoch so sein.
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Die plasmonischen Strukturen sind hier ausgeführt als Strukturierung der oberen Elektrode.
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Die Wellenlänge des Absorptionsmaximums der plasmonischen Strukturen kann abhängig sein von dem reziproken Gitter der plasmonischen Struktur und damit der Gitterperiode (bzw. Quasiperiode bei quasiperiodischen Strukturen) in 1, 2 oder 3 Dimensionen im Falle periodischer und quasiperiodischer Strukturen.
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Des Weiteren kann die Wellenlänge des Absorptionsmaximums abhängig sein von der Größe der einzelnen Strukturelemente, etwa Vertiefungen und Erhebungen.
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Des Weiteren kann die Wellenlänge des Absorptionsmaximums abhängig sein von einem komplexen Brechungsindex der umgebenden Materialien, insbesondere der beiden Materialien (die beiden Materialien können ein Metall und ein Dielektrikum oder Luft sein) der plasmonisch strukturierten Grenzschicht, etwa von Metall (Aluminium, Kupfer, Gold) und Dielektrikum (Silicium-Oxid, - Nitrid, -Carbid, Aluminiumoxid) oder Luft (etwa auf Lichteinfallsseite).
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Eine magnetoresistive Sensoreinrichtung 10, umfasst ein Substrat 1 mit einem Schichtstapel auf dem Substrat 1, welcher durch einen ersten Trenngraben T1, und einen zweiten Trenngraben T2 in drei Teilstapel ST1, ST2 und ST3 getrennt werden kann. Die Trenngräben können dabei parallel zueinander in einer gleichen Richtung verlaufen.
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Es können in jedem Teilstapel jeweils eine Referenzschicht und eine Magnetisierungsschicht aufeinander und auf dem Substrat 1 angeordnet sein, wobei im ersten Teilstapel ST1 eine erste Referenzschicht RS1 und eine erste Magnetisierungsschicht MS1 darauf angeordnet sein kann, im zweiten Teilstapel ST2 kann eine zweite Referenzschicht RS2 und eine zweite Magnetisierungsschicht MS2 darauf angeordnet sein und im dritten Teilstapel ST3 kann eine dritte Referenzschicht RS3 und eine dritte Magnetisierungsschicht MS3 darauf angeordnet sein. Der erste Teilstapel ST1 kann eine erste Absorberstruktur AS1 als oder in der oberen Elektrodenschicht aufweisen und Vertiefungen und Erhöhungen aufweisen, die für die Absorption einer bestimmten ersten Wellenlänge vorgesehen sein können. Auf diese Weise kann durch ein Absorbieren der ersten Strahlung eine bestimmte Magnetisierungsrichtung in der ersten Referenzschicht RS1 eingestellt und fixiert werden. Danach kann dann dieser erste Teilstapel ST1 als erster Sensorbereich B1 dienen.
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Der zweite Teilstapel ST2 kann eine zweite Absorberstruktur AS2 als oder in der oberen Elektrodenschicht aufweisen und Vertiefungen und Erhöhungen aufweisen, die für die Absorption einer bestimmten zweiten Wellenlänge vorgesehen sein können. Auf diese Weise kann durch ein Absorbieren der zweiten Strahlung eine bestimmte Magnetisierungsrichtung in der zweiten Referenzschicht RS2 eingestellt und fixiert werden. Danach kann dann dieser zweite Teilstapel ST2 als zweiter Sensorbereich B2 dienen. Es kann dabei gemessen werden, etwa an jedem Sensorbereich, wie ein externes, zu messendes Magnetfeld die Magnetisierung der jeweiligen Magnetisierungsschicht verändert, denn in dieser Schicht ist die Magnetisierungsrichtung abhängig von der Richtung und Stärke des äußeren Magnetfeldes. Dann kann ein magnetoresistiver Widerstand des (Teil)Schichtstapels ermittelt werden, welcher vom Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht und der Magnetisierungsrichtung der Magnetisierungsschicht abhängen kann. Aus einem gemessenen Widerstand des Stapels am Sensorbereich kann so auf den Winkel zwischen den Magnetisierungsrichtungen an einem Teilstapel geschlossen werden. Da die Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht bekannt ist, kann die Stärke und/oder die Richtung des bei der Messung momentan anliegenden Magnetfelds ermittelt werden.
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Der dritte Teilstapel ST3 kann eine dritte Absorberstruktur AS3 als oder in der oberen Elektrodenschicht aufweisen und Vertiefungen und Erhöhungen aufweisen, die für die Absorption einer bestimmten dritten Wellenlänge vorgesehen sein können. Auf diese Weise kann durch ein Absorbieren der dritten Strahlung eine bestimmte Magnetisierungsrichtung in der dritten Referenzschicht RS3 eingestellt und fixiert werden. Danach kann dann dieser dritte Teilstapel ST3 als dritter Sensorbereich B3 dienen.
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Die Teilstapel können von einer Unterseite durch eine untere Elektrodenschicht elektrisch kontaktierbar sein und von oben durch eine obere Elektrode (nicht gezeigt).
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In einem oder mehreren Absorberstrukturen kann ein dielektrisches Material DM in die Vertiefungen eingebracht sein, etwa diese teilweise oder gänzlich auffüllend.
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Für eine Absorption einer zweiten Strahlung kann sich eine Periode der Erhebungen und Vertiefungen der zweiten (plasmonischen) Absorberstruktur von der Periode der ersten Absorberstruktur unterscheiden. In den anderen Absorberstrukturen können, je nach zu absorbierender Strahlung, die Breiten und Höhen der Vertiefungen und Erhebungen anders sein. Die Trenngräben können als thermische Isolationsgräben zwischen den Sensorbereichen dienen, und einen thermischen Fluss verringern. Entscheidend ist die Periode, also die Summe aus Erhebung und Vertiefung. Das Verhältnis aus den Breiten von Vertiefung und Erhebung kann 1:1 sein oder davon abweichen. Zwischen der Referenzschicht und der Magnetisierungsschicht kann eine dünne nichtmagnetische Zwischenschicht vorhanden sein, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt wird.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der 3 sind vier Sensorbereiche B1, B2, B3 und B4 gezeigt, welche entsprechende Schichtstapel aufweisen. Alle diese Schichtstapel haben eine obere Elektrodenschicht und auch eine untere Elektrodenschicht, mit welcher dann jeder Sensorbereich elektrisch kontaktiert werden kann. Es kann vorteilhaft jeder Sensorbereich eine Referenzschicht aufweisen wobei die vier Sensorbereiche dann Referenzschichten mit vier unterschiedlich orientierten Magnetisierungsrichtungen aufweisen können. Dabei können die Sensorbereiche miteinander verschaltet sein (nicht gezeigt) oder separat betrieben werden. Die vier Sensorbereiche können vorteilhaft auf einem gleichen Substrat ausgeformt und verkapselt sein. Jeder einzelne Bereich kann dabei aus mehreren gleichartigen Einzelelementen bestehen, die jeweils parallel und/ oder in Serie miteinander verschaltet sind (nicht gezeigt).
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Im Detail kann der erste Sensorbereich B1 eine erste untere Elektrodenschicht E21 aufweisen über dieser kann eine erste Referenzschicht RS1 angeordnet sein. Über der ersten Referenzschicht RS1 kann eine erste Magnetisierungsschicht MS1 und über dieser eine erste obere Elektrodenschicht E11 mit einem darin strukturierten ersten Absorber AS1 angeordnet sein.
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Es kann der zweite Sensorbereich B2 eine zweite untere Elektrodenschicht E22 aufweisen. Über dieser kann eine zweite Referenzschicht RS2 angeordnet sein. Über der zweiten Referenzschicht RS2 kann eine zweite Magnetisierungsschicht MS2 und über dieser eine zweite obere Elektrodenschicht E12 mit einem darin strukturierten zweiten Absorber AS2 angeordnet sein.
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Es kann der dritte Sensorbereich B3 eine dritte untere Elektrodenschicht E23aufweisen. Über dieser kann eine dritte Referenzschicht RS3 angeordnet sein. Über der dritte Referenzschicht RS3 kann eine dritte Magnetisierungsschicht MS3 und über dieser eine dritte obere Elektrodenschicht E13 mit einem darin strukturierten dritte Absorber AS3 angeordnet sein.
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Es kann der vierte Sensorbereich B4 eine vierte untere Elektrodenschicht E24 aufweisen. Über dieser kann eine vierte Referenzschicht RS4 angeordnet sein. Über der vierten Referenzschicht RS4 kann eine vierte Magnetisierungsschicht MS4 und über dieser eine vierte obere Elektrodenschicht E14 mit einem darin strukturierten vierten Absorber AS4 angeordnet sein.
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Die Absorber können sich in Höhe der Erhebungen und Breite der Vertiefungen oder Erhebungen unterscheiden um entsprechend andere Strahlungen zu absorbieren. Die Vertiefungen können mit einem dielektrischen Material gefüllt sein. Die Form und Winkel der Strukturierungen (Erhebungen/Vertiefungen) können sich unterscheiden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Nach der Ausführungsform der 4 können der erste und der zweite Sensorbereich B1 und B2 miteinander über die erste untere Elektrode E21 verschaltet sein, vorteilhaft in Reihe.
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Ebenso können der dritte und der vierte Sensorbereich B3 und B4 miteinander über die dritte untere Elektrode E23 verschaltet sein, vorteilhaft in Reihe.
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In diesem Beispiel können der erste und der zweite Absorber AS1 und AS2 gleich ausgeformt sein und der dritte und der vierte Absorber AS3 und AS4 gleich ausgeformt sein. Diese Absorber können zueinander aber auch unterschiedlich sein.
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Die Absorber AS1 (und die weiteren) können oberhalb der zu pinnenden Referenzschichten oder ein wenig seitlich darüber hinaus angeordnet und ausgeformt sein.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der Ausführung der 5 sind der erste und der zweite Sensorbereich B1 und B2 gezeigt. Diese Ausführungen zur Kontaktierung sind beispielhaft und können auch anders ausgeführt werden.
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Jeder dieser Sensorbereiche kann nach diesem Beispiel eine untere Elektrodenschicht aufweisen, welche mit einem Durchkontakt durch die Verkapselung VK des Chips zu dessen Oberseite ausgeführt und verbunden sein kann. Damit kann jeder der Sensorbereiche auch von einer Unterseite elektrisch kontaktiert werden, wobei diese Unterseite von außerhalb des Chips, etwa von dessen Oberseite, zugänglich sein kann. In diesem Beispiel unterscheiden sich der erste Absorber und der zweite Absorber voneinander. Der Schichtstapel des ersten Sensorbereichs B1 kann eine erste untere Elektrodenschicht E21 aufweisen, die mit einem ersten Durchkontakt E21e verbunden sein kann, und sich in der Verkapselung VK lateral bis zu diesem ersten Durchkontakt erstrecken kann. Der Schichtstapel des zweiten Sensorbereichs B2 kann eine zweite untere Elektrodenschicht E22 aufweisen, die mit einem zweiten Durchkontakt E22e verbunden sein kann, und sich in der Verkapselung VK lateral bis zu diesem zweiten Durchkontakt erstrecken kann.
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6a - 6d zeigen jeweils eine Draufsicht auf eine Absorberstruktur in einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Jede Ansicht der Absorberstruktur AS aus den 6a - 6d zeigt parallel verlaufende Erhebungen und Vertiefungen. Die Dimensionen der Erhebungen und Vertiefungen innerhalb einer gleichen Absorberstruktur können jeweils gleich sein für die gesamte Absorberstruktur. Alternativ kann auch eine Variation in Höhe und Tiefe der Erhebungen und/oder Vertiefungen vorliegen.
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Eine Breite eines Absorptionsmaximums (Absorptionsspektrum) kann abhängig sein von einer Tiefe der Strukturierung (Erhebungen, Vertiefungen, etwa kleiner oder gleich einer Schichtdicke der Elektrodenschicht), von der Art der Strukturierung (ob es sich um Löcher, Gräben, runde Erhebungen (Dots) oder parallele längliche Strukturen handelt), von einer Kantensteilheit und/oder von der Rauheit des Materials.
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Ein Absorptionsgrad einer bestimmten Wellenlänge kann auch mittels einer Polarisierung des Lichts relativ zur Form der Strukturierung beeinflusst werden. Es kann etwa linear polarisiertes Licht von Vertiefungen senkrecht zur Polarisierungsrichtung sehr gut absorbiert werden, von Vertiefungen parallel zur Polarisierungsrichtung allerdings deutlich geringer.
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Es kann auch ein zirkular oder elliptisch polarisiertes Licht genutzt werden. Unterschiede in Polarisierung können gezielt genutzt werden, um die Absorption einer bestimmten Strahlungsart (Wellenlänge / Polarisierung) in bestimmten Bereichen auf Schichtstapel zu verstärken oder zu schwächen.
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Nach den Ausführungen der 6a - 6d ist es möglich vier verschiedene Magnetisierungsrichtungen in einer zugehörigen Referenzschicht zu erzeugen.
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Nach 6a kann in einer Absorberstruktur mit Erhebungen EH und Vertiefungen VT, aneinander alternierend und parallel angrenzend, die Absorberstruktur eine Strukturierung mit Vertiefungen VT und einer Breite der Vertiefungen und Erhebungen, entsprechend einer ersten Strukturierungsperiode, aufweisen.
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Im Vergleich dazu kann eine Absorberstruktur AS nach der 6b mit Vertiefungen VT in einer zu den Vertiefungen der 6a senkrechten Richtung strukturiert sein, mit einer gleichen Breite der Vertiefungen und Erhebungen, und mit einer gleichen ersten Strukturierungsperiode.
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Im Vergleich dazu kann eine Absorberstruktur AS nach der 6c mit Vertiefungen VT in einer zu den Vertiefungen der 6a gleichen Richtung strukturiert sein, mit einer anderen Breite der Vertiefungen und Erhebungen, und mit einer anderen zweiten Strukturierungsperiode.
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Im Vergleich dazu kann eine Absorberstruktur AS nach der 6d mit Vertiefungen VT in einer zu den Vertiefungen der 6c senkrechten Richtung strukturiert sein, mit einer gleichen Breite der Vertiefungen und Erhebungen wie in der 6c, und mit einer gleichen zweiten Strukturierungsperiode.
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Die erste Strukturierungsperiode kann zur Absorption einer ersten Wellenlänge passen und die zweite Strukturierungsperiode kann zur Absorption einer zweiten Wellenlänge passen.
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In der 6a kann ein Magnetfeld in einer ersten Magnetfeldrichtung MR1 angelegt werden, etwa entlang der länglichen Ausdehnung der Vertiefungen VT, und der Absorber AS mit Strahlung der ersten Wellenlänge und einer Polarisierung einer ersten Polarisierungsrichtung PR1 in einer Richtung senkrecht zur ersten Magnetfeldrichtung MR1, belichtet werden. Die erste Wellenlänge kann optimiert sein auf einen maximalen Absorptionsgrad der Strukturierung der 6a. Die Bereiche des Absorbers AS können die erste Strahlung bevorzugt absorbieren und ein Pinnen nach der ersten Magnetisierungsrichtung MR1 auslösen. Die Magnetfeldrichtung kann jeweils frei gewählt werden. Dagegen hängen die Strukturierungsrichtung und die Polarisierungsrichtung zwingend zusammen.
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In der 6b kann ein Magnetfeld in einer zweiten Magnetfeldrichtung MR2 angelegt werden, etwa senkrecht der länglichen Ausdehnung der Vertiefungen VT, und entgegen der ersten Magnetfeldrichtung MR1, und der Absorber AS mit Strahlung der ersten Wellenlänge und einer Polarisierung einer zweiten Polarisierungsrichtung PR2 in einer Richtung parallel zur zweiten Magnetfeldrichtung MR2, auch senkrecht zum Verlauf der Vertiefungen, belichtet werden. Die erste Wellenlänge kann optimiert sein auf einen maximalen Absorptionsgrad der Strukturierung der 6b. Die Bereiche des Absorbers AS können die erste Strahlung bevorzugt absorbieren und ein Pinnen nach der zweiten Magnetisierungsrichtung MR2 auslösen.
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In der 6c kann ein Magnetfeld in einer dritten Magnetfeldrichtung MR3 angelegt werden, etwa senkrecht der länglichen Ausdehnung der Vertiefungen VT, und der Absorber AS mit Strahlung der zweiten Wellenlänge und einer Polarisierung einer dritten Polarisierungsrichtung PR3, welche der ersten Polarisierungsrichtung PR1 entsprechen kann, in einer Richtung parallel zur dritten Magnetfeldrichtung MR3, auch senkrecht zum Verlauf der Vertiefungen, belichtet werden. Die zweite Wellenlänge kann optimiert sein auf einen maximalen Absorptionsgrad der Strukturierung der 6c, also der zweiten Strukturierungsperiode. Die Bereiche des Absorbers AS können die zweite Strahlung bevorzugt absorbieren und ein Pinnen nach der dritten Magnetisierungsrichtung MR3 auslösen.
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In der 6d kann ein Magnetfeld in einer vierten Magnetfeldrichtung MR4 angelegt werden, etwa entlang der länglichen Ausdehnung der Vertiefungen VT und entgegen der dritten Magnetfeldrichtung MR3, und der Absorber AS mit Strahlung der zweiten Wellenlänge und einer Polarisierung einer vierten Polarisierungsrichtung PR4, welche der zweiten Polarisierungsrichtung PR2 entsprechen kann, in einer Richtung senkrecht zur vierten Magnetfeldrichtung MR4, belichtet werden. Die zweite Wellenlänge kann optimiert sein auf einen maximalen Absorptionsgrad der Strukturierung der 6d, also der zweiten Strukturierungsperiode. Die Bereiche des Absorbers AS können die zweite Strahlung bevorzugt absorbieren und ein Pinnen nach der vierten Magnetisierungsrichtung MR4 auslösen.
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Die Magnetisierungsrichtungen können dabei anfangs jeweils frei wählbar sein. In bestimmten Fällen kann die Absorption der Strahlungen lateral einige um über den strukturierten Bereich hinausgehen, und durch eine Wärmeleitung in umliegende Elektroden- oder andere Metallbereiche eingebracht werden.
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Damit dann dennoch eine selektive Erwärmung erreicht werden kann, können dann die zu pinnenden Bereiche einen ausreichenden Abstand haben derart, dass die Pinningtemperatur im anliegenden Bereich nicht überschritten wird.
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Es kann alternativ eine Unterbrechung oder starke Verjüngung der oberen Elektrodenschicht oder anliegender Metallschichten vorliegen, durch welche das Plasmon, welches sich am Metall-Dielektrikums-Grenzbereich ausbreiten könnte, unterbrochen werden kann und damit eine Absorption anliegenden Bereich(en) verringert oder vermieden werden kann, wodurch gleichzeitig auch eine Wärmeleitung reduziert werden kann.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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