DE10217598C1 - Schaltungseinrichtung mit mindestens zwei invertierte Ausgangssignale erzeugenden magnetoresistiven Schaltungselementen - Google Patents

Schaltungseinrichtung mit mindestens zwei invertierte Ausgangssignale erzeugenden magnetoresistiven Schaltungselementen

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Abstract

Die Schaltungseinrichtung (B) enthält mindestens zwei Schaltungselemente (E1-E4), die einen erhöhten magnetoresistiven TMR-Effekt zeigen und jeweils eine Dünnschichtenfolge mit wenigstens zwei magnetischen Schichten unterschiedlicher magnetischer Härte und einer dazwischen befindlichen Zwischenschicht aus isolierendem Material als eine Tunnelbarriere aufweisen. Die beiden Schaltungselemente sollen vom Vorzeichen her zueinander invertierte Ausgangssignale erzeugen. Hierzu ist die Einstellung der unterschiedlichen Vorzeichen des magnetoresistiven Effektes der beiden Schaltungselemente (E1, E2 bzw. E3, E4) mittels unterschiedlichen Schichtaufbaus für ihre Zwischenschichten vorgegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungseinrichtung mit mindestens zwei magnetoresitiven Schaltungselementen, die einen gegenüber einem AMR-Effekt erhöhten magnetoresistiven TMR-Effekt zeigen und jeweils eine Dünnschichtenfolge mit we­ nigstens
  • - einer weichmagnetischen Messschicht,
  • - -eine vergleichsweise magnetisch härteren Referenzschicht
und
  • - einer zwischen diesen Schichten befindlichen Zwischen­ schicht aus isolierendem Material als eine Tunnelbarriere
aufweisen, wobei die von einem äußeren Magnetfeld hervorgeru­ fenen Ausgangssignale der beiden Schaltungselemente vom Vor­ zeichen her zueinander invertiert sind. Eine entsprechende Schaltungseinrichtung geht z. B. aus der DE 100 28 640 A her­ vor.
In vielen Anwendungen der magnetischen Logik werden auch als Bausteine zu bezeichnende Schaltungseinrichtungen benötigt, die invertierte digitale Signale erzeugen, z. B. zu einer Tak­ tung oder an den Ein- und Ausgängen von logischen Gatterele­ menten. So sind beispielsweise auf dem Gebiet der kombinato­ rischen Logik programmierbare Bausteine (sogenannte Program­ mable Logic Devices bzw. PLDs) wie insbesondere programmier­ bare logische Matrixelemente (sogenannte Programmable Logic Arrays bzw. PLAs) erforderlich. Eine entsprechende PLA- Schaltungseinrichtung hat sowohl eine programmierbare UND- Matrix als auch eine programmierbare ODER-Matrix. Hierbei wird der Eingang der ersten UND-Matrix mit einem Inverter ge­ puffert und zum einen direkt der Matrix des Bausteins zur Verfügung gestellt; zum anderen wird dieses Signal erneut in­ vertiert. Der hierfür vorgesehene zweite Inverter erzeugt ebenfalls ein gepuffertes Ausgangssignal, das mit dem Eingang gleichphasig ist. Entsprechende Bausteine oder Schaltungsein­ richtungen müssen auch als Augangstreiber der ODER-Matrix eingesetzt werden, wenn wie z. B. bei einer PLA-Schaltungs­ einrichtung die Ausgangssignale invertiert und nichtinver­ tiert vorliegen sollen.
Für den Bereich der magnetischen Logik kann als ein Inverter z. B. ein NOR- oder ein NAND-Gatterelement eingesetzt werden, dessen Eingänge zusammengeschaltet sind. Entsprechende Gatter der magnetischen Logik sind aus der Veröffentlichung "Journ. of Appl. Phys.", Vol. 87, No. 9, 1. Mai 2000, Seiten 6674 bis 6679 bekannt. Sie enthalten jeweils ein magnetoresistives Dünnschichtsystem mit einer auch als Informationsschicht zu bezeichnenden Messschicht und einer durch eine nichtmagne­ tische Zwischenschicht beabstandeten Referenzschicht, die vergleichsweise magnetisch härter ist. Die Schichtsysteme können dabei insbesondere vom sogenannten GMR(Giant Magne­ to Resistance)-Typ oder in gleicher Weise vom TMR(Tunneling Magneto Resistance)-Typ oder vom SDT(Spin Dependent Tunne­ ling)-Typ sein. Entsprechende Schaltungseinrichtung erfordern jedoch einen erheblichen Platzbedarf innerhalb einer integ­ rierten Schaltung.
Um ein invertiertes Ausgangssignal zu erhalten, lässt sich beispielsweise die Stromrichtung in einem Schaltungselement im Vergleich zu einem nicht-invertierenden Schaltungselement vertauschen. Auch kann man eine Programmiermöglichkeit von Referenzschichten zur Realisierung von Inverterfunktionen heranziehen. Entsprechende Inverterschaltungen werden bisher für Sensorschaltungen in Form von Wheatstone-Brückenschal­ tungen nicht eingesetzt, da hier der erforderliche Realisie­ rungsaufwand verhältnismäßig hoch ist.
Gerade auch für derartige Sensoranwendungen werden Schal­ tungseinrichtungen mit magnetoresistiven Schaltungselementen gefordert, die invertierte Ausgangssignale erzeugen. So ist aus der eingangs genannten DE 100 28 640 A eine Wheatstone- Brücke mit magnetoresistiven Brückenelementen vom Spin-Valve- Typ bekannt, die jeweils eine Dünnschichtenfolge aus mehreren Schichten haben. Der Spin-Valve-Typ kann dabei als GMR- oder TMR-Typ ausgebildet sein. Zwei diagonale Elemente der Brücke müssen gegenüber den anderen Brückenelementen invertierte Ausgangssignale erzeugen. Hierzu können durch Ionenbeschuss die als Referenzschicht verwendeten natürlichen Antiferro­ magnet zweier Schichten entsprechend umprogrammiert werden (vgl. auch "Physical Review B", Vol. 63, No. 6, 060409(R), 1. Febr. 2001, Seiten 1 bis 4). Eine entsprechende Program­ mierung von Viellagenschichten einer Dünnschichtenfolge scheint jedoch problematisch. Man ist deshalb auf Elemente mit höchstens wenige Schichten umfassender Dünnschichtenfolge beschränkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Schaltungsein­ richtung mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, dass für sie auf verhältnismäßig einfache Weise invertierende und nicht-invertierende Schaltungselemen­ te auszubilden sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 an­ gegebenen Maßnahmen gelöst. Demgemäss soll bei einer Schal­ tungseinrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen die Einstellung der unterschiedlichen Vorzeichen des magnetore­ sistiven Effektes der beiden Schaltungselemente mittels un­ terschiedlichen Schichtaufbau für ihre Zwischenschichten vor­ gegeben sein. Der Begriff "Aufbau" beinhaltet dabei eine be­ sondere Materialwahl für die jeweilige Zwischenschicht und/oder eine mehrschichtige Ausbildung aus unterschiedlichen Materialien.
Es wurde nämlich erkannt, dass für die Schaltungseinrichtung durch einen unterschiedlichen Schichtaufbau für die (Tunnel­ barrieren-)Zwischenschichten unterschiedliche Kennlinien der Schaltungselemente unter Einwirkung gleichartiger Magnetfel­ der derart zu erhalten sind, dass diese Elemente einen posi­ tiven bzw. negativen magnetoresistiven Effekt zeigen. Als Einstellparameter für den Schichtaufbau der Zwischen­ schichten der Schaltungselemente kommt dabei bevorzugt die Materialwahl und/oder die Wahl der Schichtdicke sowohl bei ein- wie auch bei mehrschichtiger Ausbildung in Frage.
Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen wird also ein neuer An­ satz zur gezielten Definition der Widerstandsänderung in Ab­ hängigkeit von magnetischen Feldern gemacht, der sich Kennli­ nieneigenschaften von magnetoresistiven Bauelementen zu Nutze macht. Entsprechende Schaltungselemente sind verhältnismäßig einfach herzustellen und lassen sich leicht zu Logikschaltun­ gen oder Sensorschaltungen zusammenfügen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sensorein­ richtung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
So kann besonders vorteilhaft die Schaltungseinrichtung min­ destens vier zu einer Wheatstone-Brücke mit zwei parallelge­ schalteten, stromdurchflossenen Brückenzweigen verschaltete magnetoresistive Schaltungselemente aufweisen, von denen je­ weils zwei Schaltungselemente
  • - einen der Zweige der Brücke bilden,
  • - in Stromzuführungsrichtung hintereinander angeordnet sind
sowie
  • - magnetoresistive Effekte mit unterschiedlichen Vorzeichen zeigen,
wobei zueinander diagonale Schaltungselemente aus den beiden Brückenzweigen jeweils einen magnetoresistiven Effekt mit dem gleichem Vorzeichen zeigen.
Dabei sind vorteilhaft die magnetoresistiven Effekte der min­ destens zwei magnetoresistiven Schaltungselemente betragsmä­ ßig zumindest annähernd gleich groß. Der Unterschied zwischen beiden Ausgangssignalwerten sollte dabei höchstens 10% be­ tragen. Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Innenwiderstän­ de der Schaltungselemente zumindest annähernd gleich groß sind. Der Unterschied zwischen den Werten der beiden Innenwi­ derstände sollte dabei höchstens 10% betragen. Damit ist zu gewährleisten, dass z. B. bei einer Brückenanordnung eine ge­ ringere Brücken-off-set-Spannung erzeugt wird, oder bei der Bearbeitung logischer Daten die gleichen Ausgangssignalhübe erhalten werden.
Die Einstellung der Größe des magnetoresistiven Effektes und/oder des Innenwiderstandes einer Dünnschichtenfolge kann dabei vorteilhaft durch eine Materialbearbeitung wie z. B. ei­ nen Ionenbeschuss wenigsten einer der Schichten des jeweili­ gen Schichtaufbaus vorgenommen sein.
Besonders vorteilhaft ist, dass sich die Dünnschichtenfolgen der Schaltungselemente der Schaltungseinrichtung mittels ei­ ner Maskentechnik ausbilden lassen. Damit ist auch eine Her­ stellung größerer Schaltungsteile insbesondere mit einer grö­ ßeren Anzahl von Schaltungselementen mit unterschiedlichem Vorzeichen des TMR-Effektes deutlich vereinfacht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung gehen aus den übrigen, vorstehend nicht angesprochenen abhängigen Ansprüchen hervor.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen, an Hand deren Fig. 1 bis 5 als ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel die Herstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungseinrichtung veranschaulicht ist.
Dabei zeigen die
Fig. 1 die Maske für eine untere Leiterbahn,
Fig. 2 und 3 die Masken für zwei invertiert arbeitende TMR-Systeme,
Fig. 4 die Maske für eine obere Leiterbahn und
Fig. 5 eine mit diesen Masken ausgebildete Schaltungsein­ richtung in Form einer Wheatstone-Brücke.
Für die erfindungsgemäße Schaltungseinrichtung sollen mindes­ tens zwei magnetoresistive Schaltungselemente vorgesehen sein, deren Dünnschichtenfolge einen sogenannten TMR-Typ bil­ det. Entsprechende Bauelemente sind allgemein bekannt (vgl. z. B. "Phys. Rev. Lett." Vol. 74, No. 26, 26. Juni 1995, Sei­ ten 5260 bis 5263, WO 96/07208 A, GB 2 333 900 A oder den Band "XMR-Technologien - Technologieanalyse: Magnetismus; Bd. 2, VDI-Technologiezentrum "Physikalische Technologien, Düsseldorf (DE), 1997, Seiten 11 bis 46). Solche TMR-Elemen­ te zeichnen sich jeweils dadurch aus, dass sie eine Schich­ tenfolge mit wenigstens folgenden Schichten aufweisen; näm­ lich eine weichmagnetische Messschicht, eine vergleichsweise magnetisch härtere Referenzschicht sowie eine zwischen diesen Schichten angeordnete Zwischenschicht aus einem isolierenden Material, das eine sogenannte Tunnelbarriere bildet. Die Zwi­ schenschicht zeichnet sich durch einen besonderen Aufbau aus, indem für sie eine besondere Materialwahl getroffen ist und/­ oder eine mehrschichtige Ausbildung aus unterschiedlichen Ma­ terialien in mehreren Unterschichten vorgesehen wird. Ein weiterer Einstellparameter ist die Schichtdicke der jeweili­ gen Schicht oder bei einem mehrschichtigen Aufbau der jewei­ ligen Unterschicht. Die Referenzschicht kann auch Teil eines Referenzschichtensystems sein. Entsprechende Bauelemente las­ sen sich insbesondere so ausbilden, dass sie gerade bei Raum­ temperatur einen gegenüber einem einschichtigen magnetore­ sistiven Bauelement vom AMR-Typ vergleichsweise höheren magnetoresistiven Effekt zeigen. Die genannte Schichtenfolge kann sich dabei in bekannter Weise insbesondere zur Erhöhung des zu gewinnenden Ausgangssignals periodisch wiederholen.
Für das Ausführungsbeispiel sei angenommen, dass die erfin­ dungsgemäße Schaltungseinrichtung eine Wheatstone-Brücke bil­ det, so dass für diese vier magnetoresistive Schaltungsele­ mente vom TMR-Typ vorzusehen sind.
Zur Herstellung einer entsprechenden Schaltungseinrichtung kann insbesondere eine Sputter- oder MBE-Anlage vorgesehen werden. Hierbei lassen sich durch Schattenmasken die unter­ schiedlichen Materialsysteme zur Herstellung und Definition der unterschiedlichen Materialien für die einzelnen TMR- Bauelemente einsetzen. Dabei wird im Vergleich zu der bishe­ rigen TMR-Herstellung eine zusätzliche Maske benötigt oder eine Maske für die Zwischenschichten muss gedreht werden.
In Fig. 1 ist eine Maske 2 mit Öffnungen 2a und 2b veran­ schaulicht, mittels derer entsprechende Teile 3a bzw. 3b einer unteren Leiterbahn der Brückenschaltung in einer ersten Ebene abzuscheiden sind. Diese Leiterbahnteile legen zwei pa­ rallelgeschaltete Brückenzweige Z1 bzw. Z2 fest. In den Be­ reichen ihrer einander zugewandten Enden 4a bis 4d sollen auf den Leiterbahnteilen 3a und 3b die jeweilige TMR-Elemente in bekannter Dünnschichttechnik ausgebildet werden. Hierzu die­ nen die in den Fig. 2 und 3 veranschaulichten beiden Mas­ ken 5 bzw. 6 mit Öffnungen 5a, 5b bzw. 6a, 6b. Die beiden Masken sind deshalb erforderlich, weil jeweils diagonal in der Brückenschaltung angeordnete TMR-Elemente erfindungsgemäß unterschiedliche Kennlinien haben sollen, die zu magnetore­ sistiven Effekten mit unterschiedlichen Vorzeichen führen. Dementsprechend sind mit der Maske 5 die beiden TMR-Elemente E2 und E3 im Bereich der Enden 4b und 4c auszubilden, während die Maske 6 zur Ausbildung der TMR-Elemente E1 und E4 in den Endbereichen 4a und 4d dient. Nach Abscheidung der einzelnen Schichten der Schichtenfolge der jeweiligen TMR-Elemente er­ folgt dann eine Zusammenschaltung dieser Elemente über eine obere Leiterbahn. Hierzu dient die in Fig. 4 gezeigte Maske 7 mit Öffnungen 7a und 7b, durch welche hindurch obere Lei­ terbahnteile 8a bzw. 8b zu deponieren sind.
Die so zu erhaltende Wheatstone-Brücke ist in Fig. 5 schema­ tisch angedeutet und mit B bezeichnet. Sie enthält vier Schaltungselemente E1, E2, E3 und E4, die in der Figur nur gestrichelt angedeutet sind, da sie in der gezeigten Aufsicht durch die oberen Leiterbahnteile 8a und 8b abgedeckt sind. Die Schaltungselemente E1 und E2 sind in dem ersten Brücken­ zweig Z1 in Stromführungsrichtung hintereinander angeordnet. Entsprechend liegen die Schaltungselemente E3 und E4 in dem zweiten Brückenzweig Z2.
Erfindungsgemäß sollen jeweils diagonal zueinander in der Brücke B liegende Schaltungselemente den gleichen Aufbau ha­ ben; d. h., die Elemente E2 und E3 sind mit Hilfe der Maske 5 (vgl. Fig. 2) vom selben Typ. Ebenso sind die diagonalen E­ lemente E1 und E4 vom selben Typ. Dabei sollen sich die Ele­ mente der beiden Elementpaare E2-E3 bzw. E1-E4 hinsichtlich des Vorzeichens ihres magnetoresistiven Effektes unterschei­ den. Deshalb wird erfindungsgemäß für die Tunnelbarrieren- Zwischenschichten der Elemente des einen Elementpaares, z. B. des Paares E1-E4, ein bestimmtes anderes Material und/oder ein anderer Aufbau gewählt als für die Zwischenschichten der Elemente des anderen Elementpaares E2-E3. Dabei ist es vor­ teilhaft, wenn die Schaltungselemente von allen Elementpaaren so ausgebildet werden, dass ihr magnetoresistiver Effekt be­ tragsmäßig gleich groß ist. Weiterhin sollten die Innenwider­ stände aller Elemente gleich groß sind, um so in der Brücke eine geringe Brücken-off-set-Spannung zu erhalten.
Als Materialien bzw. -systeme für unterschiedliche Barrieren- Zwischenschichten der einzelnen Schaltungselemente können als ein erstes Oxidmaterial z. B. Al2O3 oder eine Doppelschicht Al2O3/SrTiO3 verwendet werden, um einen positiven TMR-Effekt zu erhalten, während sich bei Verwendung eines davon ver­ schiedenen zweiten Oxidmaterials, insbesondere von Ta2O5 oder SrTiO3, ein negativer TMR-Effekt ergibt. Aus dem Beitrag von J. M. De Teresa et al. in "The Annals of the Marie Curie Fel­ lowship Association", vol. 1 (1999) mit dem Titel "Role of the Barrier in Magnetic Tunnel Junctions" (im Internet unter "http:/ / www.mariecurie.org/annals volumel/deteresa.pdf") las­ sen sich geeignete Zwischenschichtmaterialien für TMR-Schal­ tungselemente mit positivem oder negativem magnetoresistiven Effekt entnehmen. Dort sind beispielsweise als ein einen po­ sitiven magnetoresistiven Effekt hervorrufendes Zwischen­ schichtmaterial Al2O3 oder ein Al2O3/SrTiO3-Doppelschicht­ system erwähnt, während mit SrTiO3- oder Ce1-xLaxO2-Zwi­ schenschichten negative magnetoresistive Effekte zu erreichen sind.
Ferner lassen sich TMR-Schaltungselemente mit negativem magnetoresistiven Effekt dadurch erhalten, dass man die Zwi­ schenschicht aus einem Doppelschichtsystem bildet, das eine erste Systemschicht aus einem isolierenden Material wie z. B. aus Al2O3 und eine zweite Systemschicht aus einer dünnen me­ tallischen Schicht wie z. B. aus Au enthält. Über die Dicke dieser metallischen Systemschicht lässt sich dann das Vorzei­ chen des magnetoresistiven Effektes einstellen (vgl. z. B. den Beitrag von W. de Jonge et al. vom 29. Sept. 1990 mit dem Ti­ tel "Magnetic Tunnel Junctionsn; im Internet unter "http:/ / www.phys.tue.nl/fna/research/pdfs/eps99_01.pdf" bis ". . ./eps99_26.pd").
Werden die Zwischenschichtmaterialien von verschiedenen Schaltungselementen zunächst in metallischer Form aufge­ bracht, so ist gegebenenfalls auch eine gemeinsame Oxidation deren beider Barrierenmaterialien möglich.
Falls die für die Zwischenschichten gewählten Materialien nicht zu identischen Flächenwiderständen führen, können diese beispielsweise über die Abmessung der einzelnen Schaltungs­ elemente ausgeglichen werden. Auch eine Anpassung über die jeweilige Schichtdicke ist möglich. Hierzu kann z. B. eine Ionenstrahlabscheidung oder eine Ablation des entsprechenden Materials vorgesehen werden.
Bei unterschiedlicher Größe des TMR-Effektes des einen Ele­ mentpaares gegenüber dem des anderen Paares ist auch eine An­ passung mittels weiterer Maßnahmen wie z. B. mittels einer Un­ ter- oder Überoxidation oder durch Einfügen zusätzlicher spinstreuender Schichten möglich. Außerdem können mit zusätz­ liche Schichten weitere Funktionen wie z. B. die von Diffu­ sionsbarrieren ausgeübt werden. Auch lassen sich dünne Schichten auf oder unter einer Zwischenschicht anordnen, um so die Bandstruktur der anliegenden Schicht zu verändern (vgl. die genannte Internetadresse ". . ./eps99 26.pdf"). Gege­ benenfalls kann man auch mindestens eine Reflektorschicht in die jeweilige Barrierenschicht einbringen, um so die elektro­ nische Struktur zu ändern. Selbstverständlich ist auch eine Dotierung des Zwischenschichtmaterials mit einem anderen Ma­ terial denkbar, um die TMR-Eigenschaft des Schichtaufbaus zu beeinflussen. Beispielsweise ist hierfür eine Nitrierung von Ta2O5 denkbar.
Bei dem an Hand der Figuren vorstehend erläuterten Ausfüh­ rungsbeispiel wurde davon ausgegangen, dass die erfindungsge­ mäße Schaltungseinrichtung vier Schaltungselemente vom TMR- Typ aufweist. Selbstverständlich sind auch andere Schaltungs­ einrichtungen möglich, die nur zwei Schaltungselemente auf­ weisen, die sich hinsichtlich des Vorzeichens ihres TMR- Effektes unterscheiden. Entsprechende Schaltungseinrichtungen können insbesondere auf dem Gebiet der kombinatorischen Logik vorgesehen werden, die zugleich invertierende und nicht- invertierende Bauelemente erfordert.

Claims (9)

1. Schaltungseinrichtung mit mindestens zwei magnetoresisti­ ven Schaltungselementen, die einen gegenüber einem AMR-Effekt erhöhten magnetoresistiven TMR-Effekt zeigen und jeweils eine Dünnschichtenfolge mit wenigstens
einer weichmagnetischen Messschicht,
einer vergleichsweise magnetisch härteren Referenzschicht und
einer zwischen diesen Schichten befindlichen Zwischen­ schicht aus isolierendem Material als eine Tunnelbarriere
aufweisen, wobei die von einem äußeren Magnetfeld hervorgeru­ fenen Ausgangssignale der beiden Schaltungselemente vom Vor­ zeichen her zueinander invertiert sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ein­ stellung der unterschiedlichen Vorzeichen des magnetoresisti­ ven Effektes der beiden Schaltungselemente (E1, E2 bzw. E3, E4) mittels unterschiedlichen Schichtaufbaus für ihre Zwi­ schenschichten vorgegeben ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich­ net durch mindestens vier zu einer Wheatstone-Brücke (B) mit zwei parallelgeschalteten, stromdurchflossenen Brücken­ zweigen (Z1, Z2) verschalteten magnetoresistiven Schaltungs­ elementen (E1 bis E4), von denen jeweils zwei
einen der Zweige (Z1 bzw. Z2) der Brücke (B) bilden,
in Stromführungsrichtung hintereinander angeordnet sind
sowie
magnetoresistive Effekte mit unterschiedlichem Vorzeichen zeigen,
wobei zueinander diagonale Schaltungselemente (E1-E4 bzw. E2-­ E3) aus den beiden Brückenzweigen (Z1, Z2) jeweils einen magnetoresistiven Effekt mit dem gleichem Vorzeichen haben.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetoresistiven Effekte der mindestens zwei magnetoresistiven Schaltungsele­ mente (E1 bis E4) betragsmäßig zumindest annähernd gleich groß sind.
4. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die In­ nenwiderstände der mindestens zwei magnetoresistiven Schal­ tungselemente (E1 bis E4) zumindest annähernd gleich groß sind.
5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen mehrschichtigen Schichtaufbau der Zwischenschicht zumindest eines Schaltungs­ elemente (E1 bis E4).
6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Ein­ stellparameter für den Schichtaufbau der Zwischenschichten der Schaltungselemente (E1 bis E4) das Material und/oder die Schichtdicke vorgesehen sind/ist.
7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das mindestens eine Schaltungselement (E1, E4) mit positivem magnetoresistiven Effekt als Zwischenschichtmaterial ein ers­ tes Oxidmaterial, insbesondere Al2O3 oder Al2O3/SrTiO3, und für das mindestens eine magnetoresisitve Schaltungselement (E2, E3) mit negativem magnetoresistiven Effekt als Zwischen­ schichtmaterial ein zweites Oxidmaterial, insbesondere Ta2C5 oder SrTiO3, gewählt sind.
8. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätz­ lich eine Einstellung der Größe des magnetoresistiven Effek­ tes von wenigstens einem Schaltungselement durch Materialbe­ arbeitung mindestens einer der Schichten der Dünnschichten­ folge dieses Elementes vorgenommen ist.
9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mittels einer Mas­ kentechnik ausgebildeten Dünnschichtenfolge seiner Schal­ tungselemente.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996007208A1 (en) * 1994-08-31 1996-03-07 Douwe Johannes Monsma Current conducting structure with at least one potential barrier and method of manufcturing such
GB2333900A (en) * 1996-10-02 1999-08-04 Siemens Ag Magnetic-field sensitive thin film sensor with a tunnel effect barrier layer
DE10028640A1 (de) * 2000-06-09 2001-12-20 Inst Physikalische Hochtech Ev Wheatstonebrücke, beinhaltend Brückenelemente, bestehend aus einem Spin-Valve-System, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5705973A (en) * 1996-08-26 1998-01-06 Read-Rite Corporation Bias-free symmetric dual spin valve giant magnetoresistance transducer

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996007208A1 (en) * 1994-08-31 1996-03-07 Douwe Johannes Monsma Current conducting structure with at least one potential barrier and method of manufcturing such
GB2333900A (en) * 1996-10-02 1999-08-04 Siemens Ag Magnetic-field sensitive thin film sensor with a tunnel effect barrier layer
DE10028640A1 (de) * 2000-06-09 2001-12-20 Inst Physikalische Hochtech Ev Wheatstonebrücke, beinhaltend Brückenelemente, bestehend aus einem Spin-Valve-System, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. Maugin et al.: "Local manipulation and reversalof the exchange bias field by ion irradiation in FeNi/FeMn double layers" in "Physical Review B", 63 (1. Febr. 2001) 6, pp. 060409-1 bis 060409-4 *
Band "XMR-Technologien"-Technologieanalyse: Magnetismus, Bd. 2, VDI-Technologiezentrum "Phy- sikalische Technologien", Düsseldorf (DE), 1997, S. 11-46 *
D.J. Monsma et al.: "Perpendicular Hot Electron Spin-Valve Effect in a New Magnetic Field Sensor: The Spin-Valve Transistor" in "Phys. Rev. Lett.", 74 (26. June 1995) 26, pp. 5260-5263 *
J.M. De Teresa et al.: "Role of the Barrier in Magnetic Tunnel Junchons" in "The Annals of the Marie Curie Fellowship Association", Vol. 1 *
William C. Black, Jr. and Bodhisattra Das: "Pro- grammable logic giant-magnetoresistance and spin-dependent tunneling devices (invited)" in "Journal of Applied Physics", 87 (1. May 2000) 9, pp. 6674-6679 *

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