DE10202287C1 - Monolithic bridge circuit manufacturing method, by heating of anti-ferromagnetic layers to above blocking temperature and cooled so that it follows magnetization of adjacent magnetic reference layers - Google Patents
Monolithic bridge circuit manufacturing method, by heating of anti-ferromagnetic layers to above blocking temperature and cooled so that it follows magnetization of adjacent magnetic reference layersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer monolithischen Brückenschaltung bestehend aus mehreren, ins besondere vier als magneto-resistive Elemente ausgebildeten Brückengliedern, wobei jedes Brückenglied eine magnetische Referenzschicht und eine dieser benachbarte Schicht aus einem natürlichen Antiferromagneten aufweist.The invention relates to a method for producing a monolithic bridge circuit consisting of several, ins special four designed as magneto-resistive elements Pontics, each pontic a magnetic Reference layer and one of these adjacent layer from one natural antiferromagnet.
Derartige Brückenschaltungen kommen beispielsweise als Win kelsensoren zum Einsatz. Eine solche Brückenschaltung besteht aus mehreren, bei einem 360°-Winkelsensor vier Brückenglie dern, wobei jedes Brückenglied als magneto-resistives Sensor element ausgebildet ist. Ein solches Element kann in Form ei nes TMR- oder eines GMR-Elements konfiguriert sein (TMR = tunnel magneto resistive, GMR = giant magneto resistive). Je des Element besitzt eine Referenzschicht, die eine feste, von einem externen zu messenden Magnetfeld unveränderliche Magne tisierung in einer ausgezeichneten Richtung aufweist. Dieser Referenzschicht ist eine weichmagnetische Messschicht zuge ordnet, die im Falle eines TMR-Elements über eine nicht lei tende Tunnelbarriere oder über eine entkoppelnde Schicht aus einem metallischen unmagnetischen Material im Falle eines GMR-Elements von der Referenzschicht getrennt ist. Die Magne tisierungsrichtung der Messschicht, die in einem externen zu messenden Feld variiert werden kann, relativ zur Magnetisie rungsrichtung der Referenzschicht wird in an sich bekannter Weise zur Ermittlung des Messergebnisses ausgewertet.Such bridge circuits come as Win, for example Kel sensors for use. Such a bridge circuit exists consisting of several, with a 360 ° angle sensor four bridge gauges dern, with each bridge link as a magneto-resistive sensor element is formed. Such an element can be in the form of an egg nes TMR or a GMR element configured (TMR = tunnel magneto resistive, GMR = giant magneto resistive). ever The element has a reference layer, which is a fixed layer of an external magnetic field to be measured tization in an excellent direction. This The reference layer is a soft magnetic measuring layer orders, which in the case of a TMR element does not have a lei tunnel barrier or over a decoupling layer a metallic non-magnetic material in the case of a GMR element is separated from the reference layer. The magne direction of measurement of the measuring layer in an external to measuring field can be varied, relative to magnetisie direction of the reference layer is known per se Evaluated way to determine the measurement result.
Zentraler Bedeutung kommt die Steifigkeit der Referenz schichtmagnetisierung zu. Hierzu ist es bekannt, die Refe renzschicht mit einer darunter befindlichen Schicht aus einem natürlichen Antiferromagneten zu koppeln bzw. die Referenz schichtmagnetisierung über die Magnetisierung des Antiferro magneten zu pinnen (exchange bias). Als natürlicher Antifer romagnet kann z. B. IrMn verwendet werden (vgl. z. B. DE 101 17 355 A1).The stiffness of the reference is of central importance layer magnetization too. For this purpose it is known the Refe boundary layer with an underlying layer of a to couple natural antiferromagnets or the reference layer magnetization via the magnetization of the Antiferro magnets to pin (exchange bias). As a natural antifer romagnet can e.g. B. IrMn can be used (cf. e.g. DE 101 17 355 A1).
Problematisch im Stand der Technik bei der Herstellung von monolithischen, also auf einem gemeinsamen Substrat aufgebau ten Brückenschaltungen, bei denen die Referenzschichten der Brückenglieder in unterschiedlichen Richtungen magnetisiert sind, ist es jedoch, diese Magnetisierung während des Her stellungsprozesses einzustellen. Zum Einstellen der Vormagne tisierungsrichtung der einzelnen Brückenglieder sind zwei Ab scheideprozesse in einem externen Magnetfeld unterschiedli cher Richtung erforderlich. Die Magnetfeldrichtungen stehen orthogonal zueinander oder einander entgegengesetzt, je nach dem wie die Arbeitsweise der Brückenschaltung ausgelegt ist. Dieses Verfahren ist jedoch nachteilig, da zwei separate Ab scheideprozesse und mit ihnen verbunden zwei separate Masken schritte erforderlich sind.Problematic in the prior art in the production of monolithic, i.e. built on a common substrate ten bridge circuits in which the reference layers of the Bridge links magnetized in different directions it is, however, this magnetization during the forth setting process. For setting the pre-magnet direction of the individual pontics are two ab different processes in an external magnetic field direction required. The magnetic field directions are orthogonal to or opposite to each other, depending on which is designed as the mode of operation of the bridge circuit. However, this method is disadvantageous because two separate Ab cutting processes and two separate masks connected to them steps are required.
Es ist auch bekannt, in monolithischen Brückenschaltungen von magnetoresistiven Brückenelementen mit GMR-Effekt unter schiedliche Magnetisierungsrichtungen in den Referenzschich ten einzelner Elemente dadurch einzustellen, dass man die Elemente nacheinander auf einem erhöhten Temperaturniveau magnetisiert (vgl. z. B. DE 198 30 344 A1; WO 00/79298 A2; US 5,686,837 A).It is also known in monolithic bridge circuits from magnetoresistive bridge elements with GMR effect under different magnetization directions in the reference layer individual elements by adjusting the Elements in succession at an elevated temperature level magnetized (see e.g. DE 198 30 344 A1; WO 00/79298 A2; US 5,686,837 A).
Eine Einstellung unterschiedlicher Magnetisierungsrichtungen in Referenzschichten von magnetoresistiven Sensorelementen in solchen monolithischen Brückenschaltungen ist auch möglich, indem man den Elementen besondere, isolierte Stromleiter zu ordnet, durch die bei Stromdurchfluss in einer vorgegebenen Richtung ein gewünschtes magnetisches Einstellfeld erzeugt wird (vgl. z. B. EP 0 710 850 A2).A setting of different magnetization directions in reference layers of magnetoresistive sensor elements in such monolithic bridge circuits are also possible by adding special insulated conductors to the elements arranges through the current flow in a given Direction generates a desired magnetic setting field (see e.g. EP 0 710 850 A2).
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren an zugeben, das auf einfache Weise die Einstellung der Referenz schichtmagnetisierungen und die Einstellung der magnetischen Ordnung der pinnenden Antiferromagnetschicht bei Brücken schaltungen mit Brückengliedern, deren Vormagnetisierungs richtungen zueinander unter einem Winkel stehen, zulässt.The invention is based on the problem of a method admit that easily setting the reference layer magnetizations and the setting of the magnetic Order of the pinning antiferromagnetic layer in bridges circuits with bridge links, their bias are at an angle to each other.
Zur Lösung dieses Problems ist ein Verfahren der eingangs ge nannten Art vorgesehen, bei dem zur Einstellung der Magneti sierung der Referenzschichten der Brückenglieder in wenigs tens zwei unterschiedliche Richtungen lokal unterschiedlich gerichtete Einstellfelder unter Verwendung eines benachbart zu den Brückengliedern anzuordnenden, stromtragende Leiter bahnen aufweisenden Felderzeugungsmittels erzeugt werden, wo nach im feldfreien Zustand die Brückenglieder über die blo cking-Temperatur der natürlichen Antiferromagnetschicht er wärmt und wieder abgekühlt werden, so dass die magnetische Ordnung der Antiferromagnetschicht der Magnetisierung der be nachbarten Referenzschicht folgt.To solve this problem is a method of the beginning named type provided in which to set the magneti sation of the reference layers of the pontics in few at least two different directions locally different directional setting fields using an adjacent current-carrying conductors to be arranged to the bridge members path generating field generating means where after in the field-free state the bridge links over the mere cking temperature of the natural antiferromagnetic layer warms and be cooled again, so that the magnetic Order of the antiferromagnetic layer of the magnetization of the be neighboring reference layer follows.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die unterschiedlich ge richtete Magnetisierung aller einzustellenden Brückenglieder in einem einzigen Einstellschritt erfolgen. Das heißt die Brückenschaltung- bzw. die Brückenschaltungen, da auf dem Substrat bzw. Wafer eine Vielzahl einzelner Brückenschaltun gen gemeinsam aufgebaut werden - können gemeinsam hergestellt und erst anschließend in ihrer Magnetisierung eingestellt werden. Hierbei nutzt man zum einen ein externes Felderzeu gungsmittel, z. B. eine Folie, die stromtragende Leiterbah nen, z. B. in aufgedampfter Form, aufweist, und die benach bart zu der Brückenschaltung bzw. dem Substrat angeordnet wird. Über die Leiterbahnen geführte Strompulse werden nun die hohen Einstellfelder erzeugt, wobei diese Einstellfelder, je nachdem wie die Leiterbahnen geführt sind, in eine be stimmte Richtung ausgerichtet sind. Mittels dieser Einstell felder werden nun die Referenzschichten in die jeweiligen Richtungen eingestellt. Um auch die angrenzenden Antiferro magnetschichten einzustellen bzw. deren Ordnung auszurichten, die für das exchange biasing parallel zur Magnetisierungs richtung der benachbarten Referenzschicht sein muss, werden nun die Brückenglieder erwärmt, und zwar bis über die blo cking-Temperatur der natürlichen Antiferromagnetschicht. Oberhalb dieser Temperatur ist die Ordnung des Antiferro magneten aufgehoben. Durch anschließendes Abkühlen der Anti ferromagnetschicht unterhalb ihrer blocking-Temperatur stellt sich nun seine magnetische Ordnung wieder ein und zwar der art, dass sie der Magnetisierung der benachbarten Referenz schicht unmittelbar folgt und diese nach Erreichen der Raum temperatur in der eingeprägten Richtung festhält (pinnt). Das heißt durch diesen kurzzeitigen Erwärmungsschritt ist es mög lich, die Referenzschichtmagnetisierung in die Antiferro magnetschicht zu übertragen bzw. dort abzubilden und diese entsprechend auszurichten. In the method according to the invention, the different ge directed magnetization of all bridge elements to be adjusted done in a single adjustment step. That is called Bridge circuit or the bridge circuits, because on the Substrate or wafer a variety of individual bridge circuits can be built together - can be produced together and only then adjusted in their magnetization become. On the one hand, an external field tool is used agent, e.g. B. a film, the current-carrying conductor NEN, e.g. B. in evaporated form, and the cont beard arranged to the bridge circuit or the substrate becomes. Current pulses conducted over the conductor tracks are now generated the high setting fields, these setting fields, depending on how the conductor tracks are routed into a be are aligned in the right direction. Using these settings fields are now the reference layers in the respective Directions set. To also the adjacent Antiferro adjust magnetic layers or align their order, those for exchange biasing parallel to magnetization direction of the neighboring reference layer must be now warmed the pontics up to the bare cking temperature of the natural antiferromagnetic layer. The order of the Antiferro is above this temperature magnets canceled. By then cooling the Anti ferromagnetic layer below their blocking temperature now its magnetic order again, namely the kind of magnetizing the neighboring reference layer follows immediately and this after reaching the room temperature in the embossed direction. The this short heating step means it is possible Lich, the reference layer magnetization in the Antiferro to transfer magnetic layer or image there and this align accordingly.
Als Brückenglieder können solche mit einer aus einer Einzel schicht bestehenden Referenzschicht verwendet werden. Diese Einzelschicht ist unmittelbar benachbart zur Antiferromagnet schicht und wird hierüber gepinnt. Alternativ dazu können auch Brückenglieder mit einer aus einem AAF-Schichtsystem (AAF = artificial anti ferromagnet) bestehenden Referenz schicht verwendet werden. Ein solches AAF-Schichtsystem um fasst zwei magnetische Schichten (z. B. aus CoFe), die über eine entgegengesetzt koppelnde Kopplungsschicht (z. B. aus Ru) getrennt sind bzw. hierüber koppeln. Eine der beiden Mag netschichten ist in diesem Fall benachbart zur Antiferro magnetschicht angeordnet, über diese erfolgt die Einstellung der magnetischen Ordnung der Antiferromagnetschicht. Dabei ist es zweckmäßig, wenn Brückenglieder mit zwei unterschied lich dicken magnetischen Schichten innerhalb des AAF- Schichtsystems verwendet werden, wobei die dickere Schicht der Antiferromagnetschicht benachbart ist. Beim Einstellen der Magnetisierung des AAF-Schichtsystems unter Verwendung des externen Felderzeugungsmittels werden die Magnetisierun gen beider magnetischen Schichten des AAF-Schichtsystems in die gleiche Richtung eingestellt. Nach Abschalten des Feldes dreht die Magnetisierung einer Schicht aufgrund der entgegen gesetzten Kopplung über die mittige Kopplungsschicht um 180°. Um zu vermeiden, dass diese zurückdrehende Schicht die die Antiferromagnetschicht benachbarte Schicht ist, sollte diese dicker als die zweite Magnetschicht sein, da in einem solchen Fall die dickere Schicht in ihrer ursprünglichen Vorzugsrich tung verbleibt und die dünnere Schicht dreht. Hierdurch wird vermieden, dass während des Rückdrehprozesses in der dem An tiferromagneten benachbarten AAF-Schicht Bereiche mit nicht einheitlicher Magnetisierungsrichtung entstehen, die nachtei lig für den exchange-bias-Effekt sind.As bridge links, those with one from a single existing reference layer. This Single layer is immediately adjacent to the antiferromagnet layer and is pinned over it. Alternatively, you can also pontics with an AAF layer system (AAF = artificial anti ferromagnet) existing reference layer can be used. Such an AAF layer system holds two magnetic layers (e.g. made of CoFe) that over an oppositely coupling coupling layer (e.g. from Ru) are separated or couple over them. One of the two mag In this case, netschichten is adjacent to the Antiferro arranged magnetic layer, the setting is made via this the magnetic order of the antiferromagnetic layer. there it is advisable if there are two pontics thick magnetic layers within the AAF Layer system can be used, the thicker layer is adjacent to the antiferromagnetic layer. When setting using the magnetization of the AAF layer system of the external field generating means are the magnetization against both magnetic layers of the AAF layer system in set the same direction. After switching off the field rotates the magnetization of a layer due to the set coupling over the central coupling layer by 180 °. In order to avoid that this turning back layer that the Antiferromagnetic layer is adjacent layer, this should be thicker than the second magnetic layer, because in one Fall the thicker layer in its original preferred direction tion remains and the thinner layer turns. This will avoided that during the reversing process in the An tiferromagneten adjacent AAF layer areas with no uniform direction of magnetization arise, the disadvantage are for the exchange bias effect.
Für eine möglichst stabile Magnetisierung der Referenzschicht ist es zweckmäßig, wenn Brückenelemente mit Referenzschichten mit einer ausgeprägten Anisotropie verwendet werden. Die Ani sotropie innerhalb der Referenzschicht führt dazu, dass sich zum einen die Magnetisierung bevorzugt und leicht in diese Vorzugsrichtung (leichte Achse) dreht, und dass zum anderen die Hysteresekurve, die das magnetische Verhalten der Refe renzschicht beschreibt, einen quasi - rechteckigen Verlauf zeigt. Das heißt die Remanenzfeldstärke entspricht annähernd vollständig der Sättigungsmagnetisierung. Dadurch stellt sich beim Abkühlen von einer Temperatur oberhalb der blocking- Temperatur die jeweils maximale Ordnung in dem Exchange bis Kopplungssystem (an der Grenzschicht zwischen Referenzschicht und natürlichem Antiferromagneten) ein. Zweckmäßigerweise verwendet man zum Einstellen antiparalleler Magnetisierung der Brückenglieder Referenzschichten mit einachsiger Ani sotropie. Es ist aber auch denkbar, Brückenelemente mit Refe renzschichten mit einer kubischen Anisotropie zu verwenden, wo also zwei ausgezeichnete und unter einem Winkel von 90° zueinander stehende Vorzugsrichtungen gegeben sind.For the most stable magnetization of the reference layer it is useful if bridge elements with reference layers with a pronounced anisotropy. The Ani Sotropy within the reference layer means that on the one hand, the magnetization preferred and easy in this Preferred direction (easy axis) rotates, and that to the other the hysteresis curve that shows the magnetic behavior of the Refe boundary layer describes a quasi - rectangular course shows. This means that the remanence field strength approximates completely the saturation magnetization. This turns it when cooling from a temperature above the blocking Temperature up to the maximum order in the Exchange Coupling system (at the interface between the reference layer and natural antiferromagnet). Conveniently, is used to set antiparallel magnetization of the pontics reference layers with uniaxial ani sotropie. But it is also conceivable to build bridge elements with a refe to use reference layers with a cubic anisotropy, so where two excellent ones and at an angle of 90 ° mutually preferred directions are given.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine monolithische Brückenschaltung umfassend mehrere magneto-resistive Brückenglieder, welche Brückenschaltung ge mäß dem vorbeschriebenen Verfahren hergestellt ist.In addition to the method according to the invention, the invention relates a monolithic bridge circuit comprising several magneto-resistive bridge elements, which bridge circuit ge is produced according to the method described above.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er geben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbei spielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention he result from the execution described below play as well as based on the drawings. Show:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Brückenschaltung mit vier Brückengliedern, von deren Referenzschichten in jeweils zwei unterschiedliche Richtungen einge stellt sind,A schematic diagram of a bridge circuit having four bridging members, is of the reference layers in two different directions, Figs. 1,
Fig. 2A bis 2D die unterschiedlichen Schritte zur Einstellung der Magnetisierung zweier Brückenglieder mit einer Re ferenzschicht aus einem AAF-Schichtsystem, und Figs. 2A to 2D, the different steps for setting the magnetization of two bridge members with a layer of a Re ference AAF layer system, and
Fig. 3A bis 3D die Schritte zur Einstellung der Magnetisierung zweier Brückenglieder mit einer aus einer Einzel schicht bestehenden Referenzschicht. Figs. 3A to 3D, the two steps for setting the magnetization bridge members with a layer consisting of a single reference layer.
Fig. 1 zeigt in Form einer Prinzipskizze eine erfindungsgemä ße Brückenschaltung 1 bestehend aus vier Brückenglieder 2, 3, 4, 5, die entsprechend miteinander verschaltet sind. Zu jedem Brückenglied 2, 3, 4, 5 ist mittels des Pfeiles die jeweilige Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht dargestellt. Er sichtlich stehen die Magnetisierungsrichtungen der Brücken glieder 2, 3 entgegengesetzt zu denen der Brückenglieder 4, 5. Um diese unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen er zeugen zu können bedient man sich eines externen Felderzeu gungsmittels 6, z. B. in Form einer Folie, auf der eine Lei terbahn 7 vorgesehen ist, wobei in Fig. 1 lediglich die Lei terbahn 7 aus Übersichtlichkeitsgründen dargestellt ist. Über diese Leiterbahn 7 wird nun in Pulsform ein Strom geführt, wie durch das I-Symbol und den Pfeil angedeutet ist. Aufgrund der Schleifenform der Leiterbahnführung werden zwangsläufig Brückengliedern 2 und 3 bzw. 4 und 5 erzeugt, denen dann die Magnetisierung der Referenzschicht folgt. Fig. 1 shows in the form of a schematic diagram an inventive bridge circuit 1 consisting of four bridge elements 2 , 3 , 4 , 5 , which are interconnected accordingly. For each bridge member 2 , 3 , 4 , 5 , the respective magnetization direction of the reference layer is shown by means of the arrow. It is evident that the magnetization directions of the bridges 2 , 3 are opposite to those of the bridges 4 , 5 . In order to be able to produce these different directions of magnetization, one uses an external field generating means 6 , e.g. B. in the form of a film on which a Lei terbahn 7 is provided, in Fig. 1 only the Lei terbahn 7 is shown for reasons of clarity. A current is now conducted in pulse form via this conductor track 7 , as indicated by the I symbol and the arrow. Due to the loop shape of the conductor track, bridge elements 2 and 3 or 4 and 5 are inevitably generated, which are then followed by the magnetization of the reference layer.
In den Fig. 2A bis 2D ist der prinzipielle Ablauf der Mag netisierung der Brückenglieder dargestellt. Gezeigt sind zwei Brückenglieder, z. B. die Brückenglieder 2 und 4 aus Fig. 1. Jedes Brückenglied besteht aus einer unteren Schicht 8 aus einem Antiferromagneten, gefolgt von einer Referenzschicht 9, die beispielsweise im Falle eines TMR-Brückenglieds über eine Tunnelbarriere 10 von einer weichmagnetischen Messschicht 11 getrennt ist. Die Messschicht 11 ist z. B. aus Permalloy, die Tunnelbarriere aus Al2O3. Die Referenzschicht 9 ist hier in Form eines AAF-Schichtsystems realisiert, bestehend aus einer oberen magnetischen Schicht 12, einer unteren magnetischen Schicht 13 und einer beide magnetischen Schichten 12, 13 ent gegengesetzt koppelnden Kopplungsschicht 14. Die Magnet schichten sind z. B. aus CoFe, die Kopplungsschicht aus Ru. Ersichtlich ist die untere magnetische Schicht 13 etwas di cker als die obere.In FIGS. 2A to 2D, the basic sequence is the Mag netisierung of the bridge elements shown. Two bridge members are shown, e.g. B. The bridge links 2 and 4 from FIG. 1. Each bridge link consists of a lower layer 8 made of an antiferromagnet, followed by a reference layer 9 which, for example in the case of a TMR bridge link, is separated from a soft magnetic measuring layer 11 via a tunnel barrier 10 . The measuring layer 11 is e.g. B. from Permalloy, the tunnel barrier from Al 2 O 3 . The reference layer 9 is implemented here in the form of an AAF layer system, consisting of an upper magnetic layer 12 , a lower magnetic layer 13 and a coupling layer 14 coupling the two magnetic layers 12 , 13 in opposite directions. The magnetic layers are e.g. B. from CoFe, the coupling layer from Ru. It can be seen that the lower magnetic layer 13 is somewhat thicker than the upper one.
Unter Verwendung der Felderzeugungsmittel 6 mit der Leiter bahn 7 werden nun bei Bestromen der Leiterbahn 7, die unmit telbar oberhalb der Brückenglieder 2, 4, jedoch etwas beabstandet davon verläuft, externe Einstellfelder am Ort der Brückenglieder 2, 4 erzeugt, was durch Hext = 1 angedeutet ist. Die Feldstärke muss natürlich so groß sein, dass sie mindes tens gleich oder größer als die Sättigungsfeldstärke der mag netischen Schichten 12, 13 ist. Aufgrund der Führung der Lei terbahn 7 sind die erzeugten Felder am Ort der Brückenglieder 2, 4 entgegengesetzt zueinander gerichtet, wie durch die Pfeile an den die Magnetfelder darstellenden Ellipsen ange deutet ist. Sie liegen parallel zur leichten Achse der eine starke einachsige Anisotropie aufweisenden Schichten 12, 13. Aufgrund der unterschiedlichen Feldausrichtung richten sich auch die Magnetisierungen der magnetischen Schichten 12, 13 unterschiedlich in Richtung der leichten Achse aus, wobei die Magnetisierungen beider Schichten innerhalb eines Brücken gliedes jedoch gleichgerichtet sind, solange das externe Ein stellfeld anliegt.Using the field generating means 6 with the conductor track 7 are now when energizing the conductor track 7 , which immediately above the bridge members 2 , 4 , but somewhat spaced therefrom, external setting fields generated at the location of the bridge members 2 , 4 , which by H ext = 1 is indicated. The field strength must of course be so great that it is at least equal to or greater than the saturation field strength of the magnetic layers 12 , 13 . Due to the leadership of Lei terbahn 7 , the fields generated at the location of the bridge members 2 , 4 are directed opposite to each other, as indicated by the arrows on the ellipses representing the magnetic fields. They lie parallel to the easy axis of the layers 12 , 13 which have a strong uniaxial anisotropy. Due to the different field orientation, the magnetizations of the magnetic layers 12 , 13 are oriented differently in the direction of the easy axis, the magnetizations of both layers within a bridge member being aligned, however, as long as the external input field is present.
Wird nun das externe Einstellfeld zurückgenommen, was in Fig. 2C mit Hext = 0 angedeutet ist, so dreht die Magnetisierung der oberen dünneren magnetischen Schicht 12 aufgrund der entge gengesetzten Kopplungswirkung der Kopplungsschicht 14 um, das heißt sie steht entgegengesetzt zur Magnetisierung der unte ren magnetischen Schicht 13. Es stellt sich nun ein remanen ter Zustand ein, wie er in Fig. 2C dargestellt ist. Um nun die magnetische Ordnung der Antiferromagnetschicht 8, die bis dato noch nicht bezüglich der Magnetisierung der Referenz schicht 9 bzw. hier der magnetischen Schicht 13 ausgerichtet ist, entsprechend einzustellen werden die Brückenglieder bis auf eine Temperatur oberhalb der blocking-Temperatur Tblocking erwärmt. Oberhalb dieser Temperatur verliert der Antiferro magnet seine magnetische Ordnung. Anschließend wird abge kühlt, ein Feld liegt während der gesamten Zeit nicht an. So bald die Temperatur die blocking-Temperatur Tblocking unter schreitet stellt sich die magnetische Ordnung der Antiferro magnetschicht 8 wieder ein, wobei sie hierbei unmittelbar der Magnetisierung der angrenzenden magnetischen Schicht 13 der Referenzschicht 9 folgt, das heißt die Magnetisierungsrich tung der magnetischen Schicht 13 wird in die Antiferromagnet schicht 8 unmittelbar übertragen. Die Antiferromagnetschicht 8 pinnt nun die Magnetisierung der magnetischen Schicht 13, die im gezeigten Beispiel eine einachsige Anisotropie auf weist, in welcher sich die Magnetisierung eingestellt hat.If the external setting field is withdrawn, which is indicated in FIG. 2C with H ext = 0, the magnetization of the upper, thinner magnetic layer 12 reverses due to the opposite coupling effect of the coupling layer 14 , that is to say it is opposite to the magnetization of the lower one magnetic layer 13 . There is now a reman ter state, as shown in Fig. 2C. In order to adjust the magnetic order of the antiferromagnetic layer 8 , which has not yet been aligned with respect to the magnetization of the reference layer 9 or here the magnetic layer 13 , the bridge members are heated up to a temperature above the blocking temperature T blocking . Above this temperature, the Antiferro magnet loses its magnetic order. Then it is cooled down, a field is not present for the entire time. As soon as the temperature falls below the blocking temperature T blocking , the magnetic order of the antiferromagnetic layer 8 is restored, whereby it immediately follows the magnetization of the adjacent magnetic layer 13 of the reference layer 9 , that is to say the direction of magnetization of the magnetic layer 13 in the antiferromagnet layer 8 transferred immediately. The antiferromagnetic layer 8 now pins the magnetization of the magnetic layer 13 , which in the example shown has a uniaxial anisotropy in which the magnetization has set in.
Die Fig. 3A bis 3D zeigen den Magnetisierungsablauf für zwei Brückenglieder, beispielsweise für die beiden Brücken glieder 2, 4, die hier jedoch etwas anders aufgebaut sind. Sie umfassen ebenfalls eine Antiferromagnetschicht 15 sowie eine Referenzschicht 16, bei der es sich hier jedoch um eine Einzelschicht handelt. Über eine Tunnelbarriere 17 ist diese Referenzschicht von einer Messschicht 18 getrennt. Figs. 3A to 3D show the magnetization sequence for two bridge members, for example for the two bridges members 2, 4, but are slightly different structure here. They also include an antiferromagnetic layer 15 and a reference layer 16 , which, however, is a single layer here. This reference layer is separated from a measuring layer 18 via a tunnel barrier 17 .
Die Verfahrensschritte zum Magnetisieren der Referenzschicht 16 und nachfolgend zum Einstellen der magnetischen Ordnung der Antiferromagnetschicht 15 sind die gleichen wie bezüglich der Fig. 2A bis 2D beschrieben. Zunächst wird durch Bestromen der Leiterbahn 7 das jeweilige, am unmittelbaren Ort der Brückenglieder 2, 4 unterschiedlich gerichtete Ein stellfeld erzeugt, was dazu führt, dass sich die Magnetisie rung der Referenzschicht 16 entsprechend ausrichtet. Nach Ab schalten des Feldes ergibt sich ein remanenter Zustand wie in Fig. 2C gezeigt. Anschließend erfolgt die Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb der blocking-Temperatur der Antiferro magnetschicht 15. Nach erneutem Abkühlen stellt sich die mag netische Ordnung der Antiferromagnetschicht 15 entsprechend der Magnetisierungsrichtung der Referenzschicht 16, die auch hier eine einachsige Anisotropie besitzt, ein.The method steps for magnetizing the reference layer 16 and subsequently for adjusting the magnetic order of the antiferromagnetic layer 15 are the same as described with reference to FIGS. 2A to 2D. First, by energizing the conductor track 7, the respective field at the direct location of the bridge members 2 , 4 is generated differently, which leads to the magnetization of the reference layer 16 being aligned accordingly. After switching off the field there is a remanent state as shown in Fig. 2C. The heating is then carried out to a temperature above the blocking temperature of the antiferro magnetic layer 15 . After cooling again, the magnetic order of the antiferromagnetic layer 15 is established in accordance with the direction of magnetization of the reference layer 16 , which also has a uniaxial anisotropy here.
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