DE112020001831T5

DE112020001831T5 - Magnetoresistives element und magnetsensor

Info

Publication number: DE112020001831T5
Application number: DE112020001831.8T
Authority: DE
Inventors: Masashi Kubota; Korekiyo ITO
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2019-04-09
Filing date: 2020-01-30
Publication date: 2021-12-23
Also published as: WO2020208907A1; CN113574694B; JP7136340B2; CN113574694A; US20210382123A1; JPWO2020208907A1

Abstract

Ein magnetoresistives Element (10) ist mit einem ersten Elementabschnitt (11), der ein erstes Einheitselement (13) umfasst, und einem zweiten Elementabschnitt (12), der ein zweites Einheitselement (14) umfasst, versehen. Der erste Elementabschnitt (11) und der zweite Elementabschnitt (12) sind in Reihe geschaltet. Das erste Einheitselement (13) umfasst eine erste Referenzschicht, bei der eine Magnetisierung in einer vorbestimmten Richtung in einer planaren Richtung festgelegt ist, und eine erste freie Schicht, die spiralförmig magnetisiert ist. Der zweite Elementabschnitt (12) umfasst eine zweite Referenzschicht, bei der eine Magnetisierung in einer vorbestimmten Richtung in der planaren Richtung festgelegt ist, und eine zweite freie Schicht, die spiralförmig magnetisiert ist. Die Richtung der Magnetisierung, die in der ersten Referenzschicht festgelegt ist, und die Richtung der Magnetisierung, die in der zweiten Referenzschicht festgelegt ist, sind zueinander entgegengesetzt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein magnetoresistives Element und auf einen Magnetsensor, die einen magnetoresistiven Effekt verwenden.
Hintergrundtechnik
„Magnetische Tunnelübergänge" (J. Zhu und C. Park, Materials Today 9, 36 (2006)) (Nicht-Patentdokument 1) beschreibt, dass bei einem Magnettunnelübergangselement der verwandten Technik das Tunnelmagnetwiderstandsverhältnis (TMR-Verhältnis, TMR = tunnel magnetoresistance ratio), das einen Tunnelmagnetwiderstandseffekt (TMR-Effekt) angibt, durch den Winkel einer Magnetisierung M1 einer freien Schicht mit einer Magnetisierung M2 einer gepinnten (festgelegten) Schicht bestimmt wird, wie in 15 veranschaulicht ist. Die freie Schicht und die gepinnte Schicht sind so angeordnet, dass sich eine Isolierschicht zwischen denselben befindet.
15 ist eine schematische Ansicht der Richtung der Magnetisierung M1 der freien Schicht und der Richtung der Magnetisierung M2 der gepinnten Schicht in einem Magnettunnelübergangselement der verwandten Technik, bei dem die freie Schicht und die gepinnte Schicht so angeordnet sind, dass sich die Isolierschicht zwischen denselben befindet.
In 15 ist ein magnetoresistives Element 200 offenbart, das einen laminierten Abschnitt 201 umfasst, in dem eine gepinnte Schicht 202, eine Barriereschicht 203 und eine freie Schicht 204 in dieser Reihenfolge laminiert sind. Der relative Winkel der Magnetisierung M11 der freien Schicht 204 mit der Magnetisierung M2 der gepinnten Schicht 202 wird durch θ dargestellt.
Die auf den Tunnelmagnetwiderstandseffekt (TMR-Effekt) zurückzuführende Leitfähigkeit wird durch den nachstehend beschriebenen Ausdruck (1) ausgedrückt, indem der relative Winkel θ der Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht auf der Oberseite (M1) der Barriereschicht bezüglich der Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht auf der Unterseite (M2) verwendet wird.
[Math. 1] $G (θ) = \frac{1}{2} (G_{p} + G_{A P}) + \frac{1}{2} (G_{p} - G_{A P}) cos θ$
Bei diesem Ausdruck gilt G_P = G (0°), was bedeutet, dass die Magnetisierung M1 parallel zur Magnetisierung M2 ist; G_AP = G (180°), was bedeutet, dass die Magnetisierung M1 antiparallel zu der Magnetisierung M2 ist. Das TMR-Verhältnis (engl.: TMR ratio) wird durch den Ausdruck (2) des nachstehend beschriebenen Modells von Julliere ausgedrückt.
[Math. 2] $TMR ratio = \frac{G_{p} - G_{A P}}{G_{A P}} = \frac{R_{A p} - R_{p}}{R_{p}} = \frac{2 P_{1} P_{2}}{1 - P_{1} P_{2}}$
Bei diesem Ausdruck stellt R_P einen Tunnelwiderstand in dem Fall dar, in dem die Magnetisierung M1 parallel zu der Magnetisierung M2 ist; R_AP stellt einen Tunnelwiderstand in dem Fall dar, in dem die Magnetisierung M1 antiparallel zu der Magnetisierung M2 ist. P1 und P2 stellen die jeweilige Spin-Polarisierbarkeit der gepinnten Schicht 202 und der freien Schicht 204 dar.
16 ist ein Diagramm, das verschiedene Magnettunnelübergangselemente der verwandten Technik und Charakteristika der Magnettunnelübergangselemente veranschaulicht.
„TMR-wo-mochiita-seitai-jiki-sensa-no-kaihatsu (Entwicklung eines biometrischen Magnetsensors unter Verwendung von TMR)“ (Yasuo Ando, die fünfte Iwasaki-Konferenz „Shakai-kiban-no-kojo-ni-tsunagaru-jiki-sensa-to-sono-katsuyou (Magnetsensoren, die die soziale Infrastruktur verbessern, und ihre Verwendung)“, 27. November, Heisei 29 (Nicht-Patentdokument 2) beschreibt verschiedene Magnettunnelübergangselemente und Charakteristika der Magnettunnelübergangselemente, wie in 16 veranschaulicht ist.
In 16 sind von links nacheinander drei Magnettunnelübergangselemente offenbart. Bei dem ersten Magnettunnelübergangselement von links ist die Magnetisierung der gepinnten Schicht in einer planaren (innerhalb einer Ebene liegenden) Richtung, die parallel zu der Filmoberfläche ist, ausgerichtet, und die Magnetisierung der freien Schicht ist ebenfalls in einer planaren Richtung ausgerichtet. Das zu erfassende äußere Magnetfeld ändert sich in der Richtung, die parallel zu der Filmoberfläche der gepinnten Schicht ist.
Bei dem zweiten Magnettunnelübergangselement von links ist die Magnetisierung der gepinnten Schicht in einer zu der Filmoberfläche parallelen planaren Richtung ausgerichtet, und die Magnetisierung der freien Schicht ist in der Richtung ausgerichtet, die senkrecht zu der Filmoberfläche der gepinnten Schicht ist. Das zu erfassende äußere Magnetfeld ändert sich in einer Richtung, die parallel zu der Filmoberfläche der gepinnten Schicht ist.
Bei dem dritten Magnettunnelübergangselement von links ist die Magnetisierung der gepinnten Schicht in der zu der Filmoberfläche senkrechten Richtung ausgerichtet. Die Magnetisierung der freien Schicht ist in einer planaren Richtung ausgerichtet, die parallel zu der Filmoberfläche der gepinnten Schicht ist. Das zu erfassende äußere Magnetfeld ändert sich in der Richtung, die senkrecht zu der Filmoberfläche der gepinnten Schicht ist.
Das erste von links verwendet eine geschichtete Struktur einer planaren freien Schicht/Barriereschicht/planaren Referenzschicht und weist eine Struktur auf, bei der die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht in der 90°-Richtung bezüglich der Referenzschicht vormagnetisiert ist und bei der das Magnetfeld, das eine 0°-Richtung aufweist, erfasst wird. Eine Verwendung dieser Struktur ermöglicht eine Auswahl einer Filmkonfiguration, die ein hohes Tunnelmagnetwiderstandsverhältnis aufweist.
Jedoch beinhaltet bei dieser Konfiguration eine Anwendung eines Vormagnetisierungsfelds die Notwendigkeit von Elektromagneten oder Magneten, was zu einer Zunahme der Anzahl von Komponentenbaugliedern führt. Außerdem verschlechtert sich die Uneinheitlichkeit der Produkte, und auch die Zuverlässigkeit nimmt ab. Ferner steigen die Herstellungskosten.
Als magnetoresistive Elemente, die es ermöglichen, die oben beschriebenen Nachteile zu verringern, wurden magnetoresistive Elemente entwickelt, die nachstehend beschriebene Magnetwirbelstrukturen aufweisen.
„Magnetic vortex dynamics“, (R. Antos, Y. Otani und J. Shibata, J. Phys. Soc. Jpn. 77, 031004 (2008)) (Nicht-Patentdokument 3) offenbart eine Magnetwirbelstruktur (Wirbel) als ein Phänomen, bei dem auf ein Magnetfeld eine spezielle Reaktion erzeugt wird, die in 17 veranschaulicht ist.
17 ist ein Diagramm, das eine Hystereseschleife bei einem magnetoresistiven Element mit einer Magnetwirbelstruktur der verwandten Technik veranschaulicht. Wie in 17 veranschaulicht ist, tritt bei der Hystereseschleife bei einem magnetoresistiven Element mit einer Magnetwirbelstruktur in einem Teil der Magnetisierungskurve ein linearer Bereich auf.
"Lorentz microscopy of circular ferromagnetic permalloy nanodisks", (M. Schneider, H. Hoffmann und J. Zweck, Appl. Phys. Lett. 77, 2909 (2000)) (Nicht-Patentdokument 4) offenbart die Beziehung zwischen dem Scheibendurchmesser eines magnetoresistiven Elements mit einer Magnetwirbelstruktur und dem gesättigten Magnetfeld und dem Keimbildungsmagnetfeld, wie in 18 veranschaulicht ist.
18 ist ein Diagramm, das den Scheibendurchmesser eines magnetoresistiven Elements mit einer Magnetwirbelstruktur der verwandten Technik und das gesättigte Magnetfeld und das Keimbildungsmagnetfeld veranschaulicht. Wie in 18 veranschaulicht ist, nimmt bei einem magnetoresistiven Element mit einer Magnetwirbelstruktur mit abnehmendem Scheibendurchmesser (Scheibenaspektverhältnis = Filmdruck der freien Schicht/des Scheibendurchmessers) die Differenz zwischen dem gesättigten Magnetfeld und dem Keimbildungsmagnetfeld zu. Das heißt, der lineare Bereich des magnetoresistiven Elements mit der Magnetwirbelstruktur vergrößert sich mit abnehmendem Scheibendurchmesser (Scheibenaspektverhältnis).
Wie in 19 bis 21 veranschaulicht ist, wurde in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2018/0180865 (Patentdokument 1) ein Verfahren zur Verwendung einer Magnetwirbelstruktur (Wirbel) bei einem Giant-Magnetwiderstands-(GMR) oder einem Tunnelmagnetwiderstands-(TMR)Sensor vorgeschlagen, um Magnetfeldwiderstandscharakteristika einer linearen Eingabe einer ungeraden Funktion zu erhalten.
19 ist eine schematische Schnittansicht eines Magnetsensors, in den ein magnetoresistives Element mit einer Magnetwirbelstruktur der verwandten Technik eingebettet ist. 20 ist eine schematische Draufsicht auf den Magnetsensor in 19. 21 ist ein Diagramm, das die Ansprechempfindlichkeit des Magnetsensors in 19 veranschaulicht.
Wie in 19 und 20 veranschaulicht ist, offenbart das Patentdokument 1 eine Struktur, bei der eine magnetoresistive Komponente 301 einen laminierten Abschnitt umfasst, der durch Laminieren, in dieser Reihenfolge, einer Referenzschicht 302, einer Barriereschicht 303 und einer freien Schicht 304, die die Magnetwirbelstruktur aufweist, erhalten wurde, und bei der die magnetoresistive Komponente 301 zwischen einer unteren Abschirmung 310 und einer oberen Abschirmung 320 angeordnet ist, die aus einem magnetischen durchlässigen Material gebildet sind. Bei der Referenzschicht 302 ist die Magnetisierung in einer planaren Richtung festgelegt. Die freie Schicht 304 weist eine Wirbelmagnetisierung auf.
Wie in 21 veranschaulicht ist, ändert sich Strom, der in der Richtung fließt, die zu der Filmoberfläche der Referenzschicht 302 senkrecht ist, bezüglich der in einem Magnetfeld vorliegenden Änderung im Wesentlichen linear.
Magnetoresistive Elemente, die Magnetwirbelstrukturen aufweisen, sind auch in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2015/0185297 (Patentdokument 2), „Jikiuzu-kozo-wo-oyoshita-kyoujisei-tonneru-setsugo-jiba-sensa (Ferromagnetic tunnel junction magnetic-field sensor with application of magnetic vortex structure, Ferromagnettunnelübergangsmagnetfeldsensor mit Anwendung einer Magnetwirbelstruktur)“ (Motoi Endo, Mikihiko Ogane, Hiroshi Nagamuma und Yasuo Ando, 39. Jahreskonferenz in MAGNETICS in Japan, 10pE-12, 277 (2015)) (Nicht-Patentdokument 5) und „The influence of edge inhomogeneities on vortex hysteresis curves in magnetic tunnel junctions" (T. Wurft, W. Raberg, K. Prugl, A. Satz, G. Reiss und H. Bruckl, IEEE Transactions on Magnetics AF-05, 1 (2017)) (Nicht-Patentdokument 6) offenbart.
Liste der angeführten Dokumente
Patentdokument

Patentdokument 1: US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2018/0180865
Patentdokument 2: US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2015/0185297

Nicht-Patentdokument
Nicht-Patentdokument 1: J. Zhu und C. Park, „Magnetic tunnel junctions“, Materials Today 9, 36 (2006)
Nicht-Patentdokument 2: Yasuo Ando, „TMR-wo-mochiita-seitai jiki-sensa-no-kaihatsu (Development of biometrie magnetic sensor using TMR, Entwicklung eines biometrischen Magnetsensors unter Verwendung von TMR)“, die fünfte Iwasaki-Konferenz „Shakaikiban-no-kojo-nitsunagaru-jiki-sensa-to-sono-katsuyou (Magnetic sensors that improves social infrastructure and their use, Magnetsensoren, die die soziale Infrastruktur verbessern, und ihre Verwendung)“, November 27, Heisei 29
Nicht-Patentdokument 3: R. Antos, Y. Otani und J. Shibata, „Magnetic vortex dynamics“, J. Phys. Soc. Jpn. 77, 031004 (2008)
Non-Patent Document 4: M. Schneider, H. Hoffmann und J. Zweck, „Lorentz microscopy of circular ferromagnetic permalloy nanodisks", Appl. Phys. Lett. 77, 2909 (2000)
Nicht-Patentdokument 5: Motoi Endo, Mikihiko Ogane, Hiroshi Nagamuma und Yasuo Ando, „Jikiuzu-kozo-wo-oyoushita-kyoujisei-tonnel-setsugo-jiba-sensa (Ferromagnetic tunnel junction magnetic-field sensor with application of magnetic vortex structure, Ferromagnettunnelübergangsmagnetfeldsensor mit Anwendung einer Magnetwirbelstruktur)“, 39. Jahreskonferenz in MAGNETICS in Japan, 10pE-12, 277 (2015)
Nicht-Patentdokument 6: T. Wurft, W. Raberg, K. Prugl, A. Satz, G. Reiss und H. Bruckl, „The influence of edge inhomogeneities on vortex hysteresis curves in magnetic tunnel junctions", IEEE Transactions on Magnetics AF-05, 1 (2017)
Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Wie oben beschrieben wurde, offenbaren das Patentdokument 1, das Patentdokument 2 und die Nicht-Patentdokumente 3 bis 6 magnetoresistive Elemente mit Magnetwirbelstrukturen. Jedoch wurde in allen Dokumenten eine Verbesserung der Linearität der Ausgabe nicht umfassend untersucht.
Die vorliegende Offenbarung erfolgte angesichts des oben beschriebenen Problems, und eine Aufgabe derselben besteht darin, ein magnetoresistives Element und einen Magnetsensor bereitzustellen, die eine Struktur aufweisen, bei der sie eine Magnetwirbelstruktur aufweisen, und die eine Verbesserung der Linearität der Ausgabe erzielen.
Lösung des Problems
Ein magnetoresistives Element auf der Basis der vorliegenden Offenbarung umfasst ein erstes Elementsegment, das ein oder mehrere erste Einheitselemente umfasst, und ein zweites Elementsegment, das ein oder mehrere zweite Einheits-elemente umfasst. Das erste Elementsegment ist mit dem zweiten Elementsegment in Reihe geschaltet. Jedes erste Einheitselement umfasst eine erste Referenzschicht, eine erste freie Schicht und eine erste Barriereschicht. Die erste Referenzschicht weist eine erste Filmoberfläche auf und weist eine Magnetisierung auf, die in einer gegebenen planaren Richtung der ersten Filmoberfläche festgelegt ist. Die erste freie Schicht weist eine Wirbelmagnetisierung, deren Mitte sich gemäß einem äußeren Magnetfeld bewegt, um die zu der ersten Filmoberfläche senkrechte Achse herum auf. Die erste Barriereschicht ist zwischen der ersten Referenzschicht und der ersten freien Schicht angeordnet. Das zweite Elementsegment umfasst eine zweite Referenzschicht, eine zweite freie Schicht und eine zweite Barriereschicht. Die zweite Referenzschicht weist eine zu der ersten Filmoberfläche parallele zweite Filmoberfläche auf und weist eine Magnetisierung auf, die in einer gegebenen planaren Richtung der zweiten Filmoberfläche festgelegt ist. Die zweite freie Schicht weist eine Wirbelmagnetisierung, deren Mitte sich gemäß dem äußeren Magnetfeld bewegt, um die zu der zweiten Filmoberfläche senkrechte Achse herum auf. Die zweite Barriereschicht ist zwischen der zweiten Referenzschicht und der zweiten freien Schicht angeordnet. Die Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht ist zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der zweiten Referenzschicht entgegengesetzt.
Bei dem auf der vorliegenden Offenbarung beruhenden magnetoresistiven Element weisen eine Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich eines Magnetfelds, von Widerstandsänderungscharakteristika der ersten Einheitselemente und eine Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich des Magnetfelds, von Widerstandsänderungscharakteristika der zweiten Einheitselemente vorzugsweise inverse Vorzeichen auf.
Bei dem auf der vorliegenden Offenbarung beruhenden magnetoresistiven Element kann eine Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich eines Magnetfelds, von Änderungscharakteristika eines kombinierten Widerstands des ersten Elementsegments und des zweiten Elementsegments zwei Extreme sowohl auf der positiven Seite als auch auf der negativen Seite der Nichtlinearität in dem Bereich eines Magnetfelds zur Erfassung aufweisen (dem Bereich des Magnetfelds zwischen einschließlich -20 mT und 20 mT).
Bei dem auf der vorliegenden Offenbarung beruhenden magnetoresistiven Element weisen die Richtung der Widerstandsänderung des ersten Elementsegments bezüglich des äußeren Magnetfelds und die Richtung der Widerstandsänderung des zweiten Elementsegments bezüglich des äußeren Magnetfelds vorzugsweise inverse Vorzeichen auf.
Bei dem auf der vorliegenden Offenbarung beruhenden magnetoresistiven Element ist der Widerstand des ersten Elementsegments vorzugsweise größer als der Widerstand des zweiten Elementsegments.
Bei dem auf der vorliegenden Offenbarung beruhenden magnetoresistiven Element ist der Absolutwert der Sensibilität der ersten Einheitselemente vorzugsweise kleiner als der Absolutwert der Sensibilität der zweiten Einheitselemente. Die Nichtlinearität von Widerstandsänderungscharakteristika der ersten Einheitselemente ist vorzugsweise kleiner als die Nichtlinearität von Widerstandsänderungscharakteristika der zweiten Einheitselemente.
Bei dem auf der vorliegenden Offenbarung beruhenden magnetoresistiven Element weisen die erste freie Schicht und die zweite freie Schicht vorzugsweise Scheibenformen auf. In diesem Fall ist der Durchmesser der zweiten freien Schicht vorzugsweise größer als der Durchmesser der ersten freien Schicht.
Bei dem auf der vorliegenden Offenbarung beruhenden magnetoresistiven Element können die ersten Einheitselemente mehr sein als die zweiten Einheitselemente.
Ein auf der vorliegenden Offenbarung beruhender Magnetsensor umfasst eine Mehrzahl von oben beschriebenen magnetoresistiven Elementen. Die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen umfassen ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element, die eine Halbbrückenschaltung bilden. Die Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem ersten magnetoresistiven Element ist zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem zweiten magnetoresistiven Element entgegengesetzt.
Bei dem auf der vorliegenden Offenbarung beruhenden Magnetsensor können die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen ferner ein drittes magnetoresistives Element und ein viertes magnetoresistives Element umfassen. In diesem Fall bilden das erste magnetoresistive Element und das zweite magnetoresistive Element vorzugsweise eine erste Halbbrückenschaltung. Das dritte magnetoresistive Element und das vierte magnetoresistive Element bilden vorzugsweise eine zweite Halbbrückenschaltung. Ferner bilden die erste Halbbrückenschaltung und die zweite Halbbrückenschaltung vorzugsweise eine Vollbrückenschaltung. Die Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem ersten magnetoresistiven Element ist vorzugsweise zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem zweiten magnetoresistiven Element entgegengesetzt. Die Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem dritten magnetoresistiven Element ist vorzugsweise zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem vierten magnetoresistiven Element entgegengesetzt. Die Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem ersten magnetoresistiven Element ist vorzugsweise zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem dritten magnetoresistiven Element entgegengesetzt.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein magnetoresistives Element und ein Magnetsensor vorgesehen sein, die eine Konfiguration aufweisen, die eine Magnetwirbelstruktur aufweist, und die eine Verbesserung der Linearität der Ausgabe erzielen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
2 ist eine Schnittansicht der geschichteten Struktur eines ersten Einheitselements, das in einem magnetoresistiven Element enthalten ist, das in einem Magnetsensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthalten ist.
3 ist eine Schnittansicht der geschichteten Struktur eines zweiten Einheitselements, das in einem magnetoresistiven Element enthalten ist, das in einem Magnetsensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthalten ist.
4 ist ein Diagramm, das den Zustand veranschaulicht, in dem eine Wirbelmagnetisierung in einer oberen ferromagnetischen Schicht aufgrund eines äußeren Magnetfelds bewegt wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
5 ist ein Diagramm, das die Fälle beschreibt, in denen entsprechende magnetoresistive Elemente gemäß einer ersten Vergleichsform, einer zweiten Vergleichsform und dem ersten Ausführungsbeispiel zum Bilden von Brückenschaltungen verwendet werden, und das für jeden Fall Widerstandsänderungscharakteristika des magnetoresistiven Elements bezüglich eines Magnetfelds, Ausgabeänderungscharakteristika bezüglich des Magnetfelds und eine nichtlineare Verteilung der Ausgabecharakteristika bezüglich des Magnetfelds veranschaulicht.
6 ist ein Diagramm, das eine Bedingung zum Simulieren der Beziehung zwischen Nichtlinearität und Sensibilität von Magnetsensoren gemäß einem Vergleichsbeispiel und Magnetsensoren gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
7 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Beziehung zwischen Nichtlinearität und Sensibilität von Magnetsensoren gemäß einem Vergleichsbeispiel und Magnetsensoren gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das den ersten Schritt eines Herstellungsprozesses eines Magnetsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
9 ist ein Diagramm, das den zweiten Schritt eines Herstellungsprozesses eines Magnetsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
10 ist ein Diagramm, das den dritten Schritt eines Herstellungsprozesses eines Magnetsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
11 ist ein Diagramm, das den vierten Schritt eines Herstellungsprozesses eines Magnetsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
12 st ein Diagramm, das den fünften Schritt eines Herstellungsprozesses eines Magnetsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
13 ist ein Diagramm, das den sechsten Schritt eines Herstellungsprozesses eines Magnetsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
14 ist eine schematische Draufsicht auf ein magnetoresistives Element gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
15 ist eine schematische Ansicht, die die Richtung der Magnetisierung M1 einer freien Schicht und die Richtung der Magnetisierung M2 einer gepinnten Schicht bei einem Magnettunnelübergangselement der verwandten Technik veranschaulicht, bei dem die freie Schicht und die gepinnte Schicht so angeordnet sind, dass sich eine Isolierschicht zwischen denselben befindet.
16 ist ein Diagramm, das verschiedene Magnettunnelübergangselemente der verwandten Technik und Charakteristika der Magnettunnelübergangselemente veranschaulicht.
17 ist ein Diagramm, das eine Hystereseschleife eines magnetoresistiven Elements mit einer Magnetwirbelstruktur der verwandten Technik veranschaulicht.
18 ist ein Diagramm, das die Scheibendurchmesser von magnetoresistiven Elementen mit einer Magnetwirbelstruktur der verwandten Technik und das gesättigte Magnetfeld und das Heimbildungsmagnetfeld veranschaulicht.
19 ist eine schematische Schnittansicht eines Magnetsensors, in den ein magnetoresistives Element mit einer Magnetwirbelstruktur der verwandten Technik eingebettet ist.
20 ist eine schematische Draufsicht auf den Magnetsensor in 19.
21 ist ein Diagramm, das die Ansprechempfindlichkeit des in 19 veranschaulichten Magnetsensors veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Bei den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind identische oder gemeinsame Teile in den Figuren mit identischen Bezugszeichen benannt und werden nicht wiederholt beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
1 ist eine schematische Ansicht eines Magnetsensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In 1 sind der Zweckmäßigkeit halber Teile (obere ferromagnetische Schichten, die als freie Schichten dienen, und untere ferromagnetische Schichten, die als Referenzschichten dienen) der geschichteten Strukturen, die in den magnetoresistiven Elementen enthalten sind, nebeneinander veranschaulicht. Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Magnetsensor 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in 1 veranschaulicht ist, umfasst der Magnetsensor 1 ein erstes magnetoresistives Element 10, ein zweites magnetoresistives Element 20, ein drittes magnetoresistives Element 30 und ein viertes magnetoresistives Element 40. Das erste magnetoresistive Element 10, das zweite magnetoresistive Element 20, das dritte magnetoresistive Element 30 und das vierte magnetoresistive Element 40 bilden eine Vollbrückenschaltung.
Im Einzelnen ist das erste magnetoresistive Element 10 auf seiner ersten Seite mit einem Elektrodensegment P1 zum Anlegen der Leistungsversorgungsspannung Vin verbunden. Das erste magnetoresistive Element 10 ist auf seiner zweiten Seite mit einem Elektrodensegment P2 zum Ableiten der Ausgangsspannung V+ verbunden.
Das zweite magnetoresistive Element 20 ist auf seiner ersten Seite mit dem Elektrodensegment P2 zum Ableiten der Ausgangsspannung V+ verbunden. Das zweite magnetoresistive Element 20 ist auf seiner zweiten Seite mit einem Elektrodensegment P4 verbunden, das als Erdungselektrode dient.
Das dritte magnetoresistive Element 30 ist auf seiner ersten Seite mit dem Elektrodensegment P1 zum Anlegen der Leistungsversorgungsspannung Vin verbunden. Das dritte magnetoresistive Element 30 ist auf seiner zweiten Seite mit einem Elektrodensegment P3 zum Ableiten der Ausgangsspannung V- verbunden.
Das vierte magnetoresistive Element 40 ist auf seiner ersten Seite mit dem Elektrodensegement P3 zum Ableiten der Ausgangsspannung V- verbunden. Das vierte magnetoresistive Element 40 ist auf seiner zweiten Seite mit dem Elektrodensegment P4, das als Erdungselektrode dient, verbunden.
Die Reihenschaltung des ersten magnetoresistiven Elements 10 mit dem zweiten magnetoresistiven Element 20 bewirkt, dass eine erste Halbbrückenschaltung Hf1 gebildet wird. Die Reihenschaltung des dritten magnetoresistiven Elements 30 mit dem vierten magnetoresistiven Element 40 bewirkt, dass eine zweite Halbbrückenschaltung Hf2 gebildet wird.
Die Parallelschaltung der ersten Halbbrückenschaltung Hf1 mit der zweiten Halbbrückenschaltung Hf2 bewirkt, dass eine Vollbrückenschaltung gebildet wird. Das erste magnetoresistive Element 10 und das zweite magnetoresistive Element 20 weisen einen positiven Ausgang auf. Das dritte magnetoresistive Element 30 und das vierte magnetoresistive Element 40 weisen einen negativen Ausgang auf.
Ein Anlegen der Leistungsversorgungsschaltung Vin zwischen dem Elektrodensegment P1 und dem Elektrodensegment P4 bewirkt, dass die Ausgangsspannungen V+ und V- je nach der Stärke eines Magnetfelds von dem Elektrodensegment P2 und dem Elektrodensegment P3 abgeleitet werden. Die Ausgangsspannungen V+ und V- werden einer Differenzialverstärkung durch einen (nicht veranschaulichten) Differenzialverstärker unterzogen.
Das erste magnetoresistive Element 10 umfasst ein erstes Elementsegment 11 und ein zweites Elementsegment 12. Das erste Elementsegment 11 ist mit dem zweiten Elementsegment 12 in Reihe geschaltet. Das erste Elementsegment 11 weist einen größeren Widerstand auf als das zweite Elementsegment 12.
Das erste Elementsegment 11 umfasst ein erstes Einheitselement 13. Wie nachstehend beschrieben wird, umfasst das erste Einheitselement 13 eine obere ferromagnetische Schicht 137, die als erste freie Schicht dient, eine untere ferromagnetische Schicht 135, die als erste Referenzschicht dient, und eine Isolierschicht 136, die als erste Barriereschicht dient und die zwischen der oberen ferromagnetischen Schicht 137 und der unteren ferromagnetischen Schicht 135 angeordnet ist (siehe 2). Die untere ferromagnetische Schicht 135, die Isolierschicht 136 und die obere ferromagnetische Schicht 137 weisen im Wesentlichen dieselbe Scheibenform auf und sind in dieser Reihenfolge von der Unterseite her laminiert.
Die untere ferromagnetische Schicht 135 weist eine erste Filmoberfläche 135a auf und ihre Magnetisierung ist in einer gegebenen planaren Richtung der ersten Filmoberfläche 135a festgelegt.
Die obere ferromagnetische Schicht 137 weist eine Magnetwirbelstruktur auf. Die obere ferromagnetische Schicht 137 weist eine Wirbelmagnetisierung um die Achse auf, die zu der ersten Filmoberfläche 135a senkrecht ist. Die Mitte der Wirbelmagnetisierung wird gemäß dem äußeren Magnetfeld bewegt.
Das zweite Elementsegment 12 umfasst ein zweites Einheitselement 14. Wie nachstehend beschrieben wird, umfasst das zweite Einheitselement 14 eine obere ferromagnetische Schicht 147, die als zweite freie Schicht dient, eine untere ferromagnetische Schicht 145, die als zweite Referenzschicht dient, und eine Isolierschicht 146, die als zweite Barriereschicht dient und die zwischen der oberen ferromagnetischen Schicht 147 und der unteren ferromagnetischen Schicht 135 angeordnet ist (siehe 3). Die untere ferromagnetische Schicht 145, die Isolierschicht 146 und die obere ferromagnetische Schicht 147 weisen im Wesentlichen dieselbe Scheibenform auf und sind in dieser Reihenfolge von der Unterseite her laminiert. Der Scheibendurchmesser der unteren ferromagnetischen Schicht 145, der Isolierschicht 146 und der oberen ferromagnetischen Schicht 147 bei dem zweiten Einheitselement 14 ist größer als der der unteren ferromagnetischen Schicht 135, der Isolierschicht 136 und der oberen ferromagnetischen Schicht 137 des ersten Einheitselements 13. Somit ist, wie oben beschrieben wurde, der Widerstandswert des ersten Elementsegments 11 größer gestaltet als der des zweiten Elementsegments 12.
Die untere ferromagnetische Schicht 145 weist eine zweite Filmoberfläche 145a auf, und ihre Magnetisierung ist in einer gegebenen planaren Richtung der zweiten Filmoberfläche 145a festgelegt. Die Richtung der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht 145 ist zu der der unteren ferromagnetischen Schicht 135 entgegengesetzt.
Die obere ferromagnetische Schicht 147 weist eine Magnetwirbelstruktur auf. Die obere ferromagnetische Schicht 147 weist eine Wirbelmagnetisierung um die zu der ersten Filmoberfläche 145a senkrechte Achse herum auf. Die Mitte der Wirbelmagnetisierung wird gemäß dem äußeren Magnetfeld bewegt.
Das zweite magnetoresistive Element 20 umfasst ein erstes Elementsegment 21 und ein zweites Elementsegment 22. Das erste Elementsegment 21 weist ein erstes Einheitselement 23 auf. Das zweite Elementsegment 22 weist ein zweites Einheitselement 24 auf.
Das erste Einheitselement 23 weist eine ähnliche Konfiguration wie das erste Einheitselement 13 bei dem ersten magnetoresistiven Element 10 auf. Im Vergleich zu dem ersten Einheitselement 13 weist das erste Einheitselement 23 eine andere Magnetisierungsrichtung auf, die in der unteren ferromagnetischen Schicht, die als erste Referenzschicht dient, festgelegt ist, wie durch Verwendung des Pfeils AR1 in 1 veranschaulicht ist.
Im Einzelnen ist die Richtung der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht bei dem ersten Einheitselement 23 zu der der unteren ferromagnetischen Schicht 135 bei dem ersten Einheitselement 13 entgegengesetzt.
Das zweite Einheitselement 24 weist eine ähnliche Konfiguration wie das zweite Einheitselement 14 bei dem ersten magnetoresistiven Element 10 auf. Im Vergleich zu dem zweiten Einheitselement 14 weist das zweite Einheitselement 24 eine andere Magnetisierungsrichtung auf, die in der unteren ferromagnetischen Schicht, die als zweite Referenzschicht dient, festgelegt ist, wie durch Verwendung des Pfeils AR2 in 1 veranschaulicht ist.
Im Einzelnen ist die Richtung der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht bei dem zweiten Einheitselement 24 zu der der unteren ferromagnetischen Schicht 145 bei dem zweiten Einheitselement 14 entgegengesetzt.
Das dritte magnetoresistive Element 30 umfasst ein erstes Elementsegment 31 und ein zweites Elementsegment 32. Das erste Elementsegment 31 weist ein erstes Einheitselement 33 auf. Das zweite Elementsegment 32 weist ein zweites Einheitselement 34 auf.
Das erste Einheitselement 33 weist eine ähnliche Konfiguration wie das erste Einheitselement 13 bei dem ersten magnetoresistiven Element 10 auf. Im Vergleich zu dem ersten Einheitselement 13 weist das erste Einheitselement 33 eine andere Magnetisierungsrichtung auf, die in der unteren ferromagnetischen Schicht, die als erste Referenzschicht dient, festgelegt ist, wie durch Verwendung des Pfeils AR3 in 1 veranschaulicht ist.
Im Einzelnen ist die Richtung der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht bei dem ersten Einheitselement 33 zu der der unteren ferromagnetischen Schicht 135 bei dem ersten Einheitselement 13 entgegengesetzt.
Das zweite Einheitselement 34 weist eine ähnliche Konfiguration wie das zweite Einheitselement 14 bei dem ersten magnetoresistiven Element 10 auf. Im Vergleich zu dem zweiten Einheitselement 14 weist das zweite Einheitselement 34 eine andere Magnetisierungsrichtung auf, die in der unteren ferromagnetischen Schicht, die als zweite Referenzschicht dient, festgelegt ist, wie durch Verwendung des Pfeils AR4 in 1 veranschaulicht ist.
Im Einzelnen ist die Richtung der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht bei dem zweiten Einheitselement 34 zu der der unteren ferromagnetischen Schicht 145 bei dem zweiten Einheitselement 14 entgegengesetzt.
Das vierte magnetoresistive Element 40 umfasst ein erstes Elementsegment 41 und ein zweites Elementsegment 42. Das erste Elementsegment 41 weist ein erstes Einheitselement 43 auf. Das zweite Elementsegment 42 weist ein zweites Einheitselement 44 auf.
Das erste Einheitselement 43 weist im Wesentlichen dieselbe Konfiguration auf wie das erste Einheitselement 13 bei dem ersten magnetoresistiven Element 10. Das zweite Einheitselement 44 weist im Wesentlichen dieselbe Konfiguration wie das zweite Einheitselement 14 bei dem ersten magnetoresistiven Element 10 auf.
Wie durch eine Verwendung von Pfeilen AR5 und AR6 veranschaulicht ist, sind die Richtungen der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schichten bei dem vierten magnetoresistiven Element 40 zu denen bei dem dritten magnetoresistiven Element 30 entgegengesetzt.
Im Einzelnen ist die Richtung der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht bei dem ersten Einheitselement 43 zu der der unteren ferromagnetischen Schicht bei dem ersten Einheitselement 33 entgegengesetzt. Die Richtung der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht bei dem zweiten Einheitselement 44 ist zu der der unteren ferromagnetischen Schicht bei dem zweiten Einheitselement 34 entgegengesetzt.
2 ist eine Schnittansicht der geschichteten Struktur des ersten Einheitselements, das in einem magnetoresistiven Element enthalten ist, das in dem Magnetsensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthalten ist. Unter Bezugnahme auf 2 wird die ausführliche Struktur des ersten Einheitselements 13 beschrieben.
Wie in 2 veranschaulicht ist, ist das erste Einheitselement 13 ein unten gepinntes magnetoresistives Element, das eine sogenannte synthetische antiferromagnetische (SAF - synthetic antiferromagnetic) Kopplung verwendet.
Das erste Einheitselement 13 umfasst eine untere Elektrodenschicht 131, eine antiferromagnetische Schicht 132, eine ferromagnetische Schicht 133, eine nichtmagnetische Schicht 134, die untere ferromagnetische Schicht 135, die Isolierschicht 136, die obere ferromagnetische Schicht 137 und eine Abdeckschicht 138.
Die untere Elektrodenschicht 131 fungiert als Keimschicht, auf der Kristalle der antiferromagnetischen Schicht 132 auf geeignete Weise wachsen. Als untere Elektrodenschicht 131 kann beispielsweise ein laminierter Film aus Ru und Ta verwendet werden. Alternativ dazu kann als untere Elektrodenschicht 131 ein Einmetallfilm, der aus einem anderen Metall oder einer anderen Legierung gebildet ist, oder ein laminierter Film aus mehreren Arten von Metallfilmen, die oben beschrieben wurden, verwendet werden.
Die antiferromagnetische Schicht 132 ist auf der unteren Elektrodenschicht 131 angeordnet. Als antiferromagnetische Schicht 132 kann beispielsweise PtMn verwendet werden. Alternativ dazu kann die antiferromagnetische Schicht 132 eine Legierung sein, die Mn wie z. B. IrMn enthält.
Die ferromagnetische Schicht 133 ist auf der antiferromagnetischen Schicht 132 angeordnet. Als ferromagnetische Schicht 133 kann beispielsweise CoFe verwendet werden. Alternativ dazu kann die ferromagnetische Schicht 133 beispielsweise CoFeB sein. Die Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht 133 ist aufgrund des von der antiferromagnetischen Schicht 132 angelegten Austauschkopplungsfelds in einer gegebenen planaren Richtung festgelegt.
Die nichtmagnetische Schicht 134 ist auf der ferromagnetischen Schicht 133 angeordnet. Als nichtmagnetische Schicht 134 kann beispielsweise Ru verwendet werden.
Die untere ferromagnetische Schicht 135 ist auf der nichtmagnetischen Schicht 134 angeordnet. Als untere ferromagnetische Schicht 135 kann z. B. CoFeB verwendet werden. Alternativ dazu kann die ferromagnetische Schicht 133 beispielsweise CoFe sein.
Die ferromagnetische Schicht 133, die nichtmagnetische Schicht 134 und die untere ferromagnetische Schicht 135 bilden eine SAF-Struktur. Dies bewirkt, dass die Magnetisierungsrichtung der unteren ferromagnetischen Schicht 135, die als erste Referenzschicht dient, stabil festgelegt ist.
Die Isolierschicht 136 ist auf der unteren ferromagnetischen Schicht 135 angeordnet. Als Isolierschicht kann beispielsweise MgO verwendet werden. Die Isolierschicht 136 ist zwischen der oberen ferromagnetischen Schicht 137 und der unteren ferromagnetischen Schicht 135 angeordnet und fungiert als Tunnelbarriereschicht.
Die obere ferromagnetische Schicht 137 ist auf der Isolierschicht 136 angeordnet. Als obere ferromagnetische Schicht 137 kann beispielsweise CoFeB verwendet werden. Alternativ dazu kann die obere ferromagnetische Schicht 137 beispielsweise NiFe sein.
Die obere ferromagnetische Schicht 137 weist eine Magnetwirbelstruktur auf. Die obere ferromagnetische Schicht 137 dient als freie Schicht, und die Richtung der Magnetisierung der oberen ferromagnetischen Schicht 137 ändert sich gemäß dem äußeren Magnetfeld.
Die Abdeckschicht 138 ist auf der oberen ferromagnetischen Schicht 137 angeordnet. Beispielsweise kann ein laminierter Film aus Ru und Ta verwendet werden. Alternativ dazu kann als Abdeckschicht 138 ein Signalmetallfilm eines anderen Metalls bei einer anderen Legierung oder ein laminierter Film aus mehreren Typen von oben beschriebenen Metallfilmen verwendet werden.
Die untere Elektrodenschicht 131, die antiferromagnetische Schicht 132, die ferromagnetische Schicht 133, die nichtmagnetische Schicht 134, die untere ferromagnetische Schicht 135, die Isolierschicht 136, die obere ferromagnetische Schicht 137 und die Abdeckschicht 138, die oben beschrieben wurden, sind beispielhaft. Alternativ dazu kann eine Einzelschichtkonfiguration verwendet werden, oder es kann eine Konfiguration mehrerer laminierter Schichten eingesetzt werden. Die untere Elektrodenschicht 131, die antiferromagnetische Schicht 132, die ferromagnetische Schicht 133, die nichtmagnetische Schicht 134, die untere ferromagnetische Schicht 135, die Isolierschicht 136, die obere ferromagnetische Schicht 137 und die Abdeckschicht 138, die oben beschrieben sind, können entsprechend eingestellt werden.
3 ist eine Schnittansicht der geschichteten Struktur des zweiten Einheitselements, das in einem magnetoresistiven Element enthalten ist, das in dem Magnetsensor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel enthalten ist. Unter Bezugnahme auf 3 wird die ausführliche Struktur des zweiten Einheitselements 14 beschrieben.
Wie in 3 veranschaulicht ist, ist das zweite Einheitselement 14 ebenso wie das erste Einheitselement 13 ein unten gepinntes TMR-Element, das eine sogenannte synthetische antiferromagnetische (SAF) Kopplung verwendet.
Das zweite Einheitselement 14 umfasst eine untere Elektrodenschicht 141, eine antiferromagnetische Schicht 142, eine ferromagnetische Schicht 143, eine nichtmagnetische Schicht 144, die untere ferromagnetische Schicht 145, die Isolierschicht 146, die obere ferromagnetische Schicht 147 und eine Abdeckschicht 148.
Die untere Elektrodenschicht 141, die antiferromagnetische Schicht 142, die ferromagnetische Schicht 143, die nichtmagnetische Schicht 144, die untere ferromagnetische Schicht 145, die Isolierschicht 146, die obere ferromagnetische Schicht 147 und die Abdeckschicht 148 weisen eine ähnliche Konfiguration auf wie die untere Elektrodenschicht 131, die antiferromagnetische Schicht 132, die ferromagnetische Schicht 133, die nichtmagnetische Schicht 134, die untere ferromagnetische Schicht 135, die Isolierschicht 136, die obere ferromagnetische Schicht 137 und die Abdeckschicht 138 bei dem ersten Einheitselement 13.
Wie oben beschrieben wurde, ist die Richtung der Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht 145, die als Referenzschicht dient, bei dem zweiten Einheitselement 14 zu der der oberen ferromagnetischen Schicht 147 entgegengesetzt.
Die ersten Einheitselemente und die zweiten Einheitselemente, die in dem zweiten magnetoresistiven Element 20, dem dritten magnetoresistiven Element 30 und dem vierten magnetoresistiven Element 40 enthalten sind, weisen ähnliche Konfigurationen auf, die nicht ausführlich beschrieben werden.
4 ist ein Diagramm, das den Zustand veranschaulicht, in dem die Wirbelmagnetisierung bei einer oberen ferromagnetischen Schicht aufgrund des äußeren Magnetfelds bewegt wird, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
4 veranschaulicht als Beispiel eine Änderung der Richtung der Wirbelmagnetisierung bei der oberen ferromagnetischen Schicht 147 aufgrund der Änderung des äußeren Magnetfelds. Die festgelegte Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht 145, die als zweite Referenzschicht dient, ist in 4 nach links hin ausgerichtet.
In diesem Fall gibt der Teil auf der linken Seite in 4 den Fall an, bei dem das äußere Magnetfeld in der negativen Richtung stark ist. Der Teil in der Mitte in 4 gibt den Fall an, in dem das äußere Magnetfeld nicht angelegt ist. Der Teil auf der rechten Seite in 4 gibt den Fall an, in dem das äußere Magnetfeld in der positiven Richtung stark ist. Die Zustände der Wirbelmagnetisierung in 4 entsprechen ungefähr den Zuständen des Magnetwirbels, der an den Positionen der Magnetisierungskurve in 17 veranschaulicht ist.
Wie in dem Mittelteil der 4 veranschaulicht ist, ist dann, wenn das äußere Magnetfeld nicht angelegt wird, die Mitte des Magnetwirbels in der oberen ferromagnetischen Schicht 147 in der Mitte der oberen ferromagnetischen Schicht 147 positioniert.
Wie in dem zweiten Teil von der linken Seite in 4 veranschaulicht ist, wird dann, wenn das äußere Magnetfeld in der negativen Richtung angelegt wird, die Mitte des Magnetwirbels in der oberen ferromagnetischen Schicht 147 in 4 von der Mitte der oberen ferromagnetischen Schicht 147 nach unten bewegt. Wenn das äußere Magnetfeld in der negativen Richtung stärker wird, wie in dem ersten Teil von links in 4 veranschaulicht ist, ist die Magnetflussdichte der oberen ferromagnetischen Schicht 147 gesättigt, und die Magnetisierung der oberen ferromagnetischen Schicht 147 ist parallel zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht 145.
Wie in dem dritten Teil von der linken Seite in 4 veranschaulicht ist, wird die Mitte des Magnetwirbels in der oberen ferromagnetischen Schicht 147 dann, wenn das äußere Magnetfeld in der positiven Richtung angelegt wird, in 4 von der Mitte der oberen ferromagnetischen Schicht 147 nach oben bewegt. Wenn das äußere Magnetfeld in der positiven Richtung stärker wird, wie in dem vierten Teil von links in 4 veranschaulicht ist, ist die Magnetflussdichte der oberen ferromagnetischen Schicht 147 gesättigt, und die Magnetisierung der oberen ferromagnetischen Schicht 147 ist antiparallel zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht 145.
5 ist ein Diagramm, das die Fälle beschreibt, in denen entsprechende magnetoresistive Elemente gemäß einer ersten Vergleichsform, einer zweiten Vergleichsform und dem ersten Ausführungsbeispiel zum Bilden von Brückenschaltungen verwendet werden, und das für jeden Fall Widerstandsänderungscharakteristika des magnetoresistiven Elements bezüglich eines Magnetfelds, Ausgabeänderungscharakteristika bezüglich des Magnetfelds und eine nichtlineare Verteilung der Ausgabecharakteristika bezüglich des Magnetfelds veranschaulicht.
Bei der ersten Vergleichsform werden magnetoresistive Elemente, die jeweils nur das erste Elementsegment 11, das das erste Einheitselement 13 aufweist, umfassen, zum Bilden einer Brückenschaltung verwendet. Bei der zweiten Vergleichsform werden magnetoresistive Elemente, die jeweils nur das zweite Elementsegment 12, das das zweite Einheitselement 14 aufweist, umfassen, zum Bilden einer Brückenschaltung verwendet. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden, wie oben beschrieben wurde, magnetoresistive Elemente, die jeweils sowohl das erste Elementsegment 11 als auch das zweite Elementsegment 12 umfassen, zum Bilden einer Brückenschaltung verwendet.
Bei jeder bzw. jedem der ersten Vergleichsform, der zweiten Vergleichsform und des ersten Ausführungsbeispiels ist das MR-Verhältnis der magnetoresistiven Elemente auf 25,4 % eingestellt. Desgleichen ist sowohl bei der ersten Vergleichsform als auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Dicke t der oberen ferromagnetischen Schicht 137 bei dem ersten Einheitselement 13 auf 15 nm eingestellt; der Scheibendurchmesser D der oberen ferromagnetischen Schicht 137 ist auf 341,8 nm eingestellt; das Aspektverhältnis (t/D) ist auf 0,044 eingestellt. Der Widerstandswert der oberen ferromagnetischen Schicht 137 ist auf 10,0 kΩ eingestellt. Der Bereich eines zu erfassenden Magnetfelds erstreckt sich von -20 mT bis +20 mT.
Sowohl bei der zweiten Vergleichsform als auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Dicke t der oberen ferromagnetischen Schicht 147 bei dem zweiten Einheitselement 14 auf 15 nm eingestellt; der Scheibendurchmesser D der oberen ferromagnetischen Schicht 137 ist auf 395,7 nm eingestellt; das Aspektverhältnis (t/D) ist auf 0,038 eingestellt. Der Widerstandswert der oberen ferromagnetischen Schicht 147 ist auf 1,3 kΩ eingestellt.
Bei der ersten Vergleichsform wird das äußere Magnetfeld von -20 mT zu +20 mT geändert. Widerstandsänderungscharakteristika bezüglich des Magnetfelds sind in diesem Fall in dem oberen Graphen auf der linken Seite in 5 veranschaulicht.
Im Einzelnen nimmt der Widerstand des ersten magnetoresistiven Elements und des vierten magnetoresistiven Elements von etwa 10,5 kΩ auf etwa 9,5 kΩ ab, einschließlich einer sanften Kurve. Im Gegensatz dazu nimmt der Widerstand des zweiten magnetoresistiven Elements und des dritten magnetoresistiven Elements von etwa 9,5 kΩ auf etwa 10,5 kΩ zu, einschließlich einer sanften Kurve.
Bei der ersten Vergleichsform wird das äußere Magnetfeld von -20 mT zu +20 mT geändert. Ausgabecharakteristika sind in diesem Fall in dem mittleren Graphen auf der linken Seite in 5 veranschaulicht.
Im Einzelnen nimmt die Ausgangsspannung V+ von etwa 1,42 V auf etwa 1,58 V zu, einschließlich einer sanften Kurve. Im Gegensatz dazu nimmt die Ausgangsspannung V- von etwa 1,58 V auf etwa 1,42 V ab, einschließlich einer sanften Kurve.
Bei der ersten Vergleichsform wird das äußere Magnetfeld von -20 mT zu +20 mT geändert. Die Nichtlinearitätsverteilung der Ausgabecharakteristika bezüglich des Magnetfelds ist in diesem Fall in dem unteren Graphen auf der linken Seite in 5 veranschaulicht.
Im Einzelnen weist die Nichtlinearitätsverteilung der Ausgangsspannung V+ zwei Wendepunkte in dem positiven Magnetfeld und dem negativen Magnetfeld in dem Bereich zwischen -20 mT und +20 mT auf. Die Nichtlinearität an dem Wendepunkt in dem positiven Magnetfeld weist einen positiven Wert auf; die Nichtlinearität an dem Wendepunkt in dem negativen Magnetfeld weist einen negativen Wert auf. Die Nichtlinearitätsverteilung der Ausgangsspannung V- weist zwei Wendepunkte in dem positiven Magnetfeld und dem negativen Magnetfeld in dem Bereich zwischen -20 mT und +20 mT auf. Die Nichtlinearität an dem Wendepunkt in dem positiven Magnetfeld weist einen negativen Wert auf; die Nichtlinearität an dem Wendepunkt in dem negativen Magnetfeld weist einen positiven Wert auf.
Bei der zweiten Vergleichsform wird das äußere Magnetfeld von -20 mT zu +20 mT geändert. Widerstandsänderungscharakteristika bezüglich des Magnetfelds sind in diesem Fall in dem oberen Graphen in der Mitte der 5 veranschaulicht.
Im Einzelnen nimmt der Widerstand des ersten magnetoresistiven Elements und des vierten magnetoresistiven Elements von etwa 1,14 kΩ auf etwa 1,37 kΩ zu, einschließlich einer Kurve. Im Gegensatz dazu nimmt der Widerstand des zweiten magnetoresistiven Elements und des dritten magnetoresistiven Elements von etwa 1,37 kΩ auf etwa 1,14 kΩ ab, einschließlich einer Kurve.
Die Richtung der Widerstandsänderung eines magnetoresistiven Elements bezüglich des äußeren Magnetfelds bei der zweiten Vergleichsform und bei der ersten Vergleichsform weisen inverse Vorzeichen auf.
Das heißt, die Richtung der Widerstandsänderung des zweiten Elementsegments 12 bezüglich des äußeren Magnetfelds und des zweiten Elementsegments 11 weisen inverse Vorzeichen auf.
Bei der zweiten Vergleichsform wird das äußere Magnetfeld von -20 mT zu +20 mT geändert. Ausgabecharakteristika Fall sind in diesem in dem mittleren Graphen in der Mitte der 5 veranschaulicht.
Im Einzelnen nimmt die Ausgangsspannung V+ von etwa 1,64 V auf etwa 1,36 V ab, einschließlich einer Kurve. Im Gegensatz dazu nimmt die Ausgangsspannung V- von etwa 1,36 V auf etwa 1,64 V zu, einschließlich einer Kurve.
Bei der zweiten Vergleichsform wird das äußere Magnetfeld von -20 mT zu +20 mT geändert. Die Nichtlinearitätsverteilung der Ausgabecharakteristika bezüglich des Magnetfelds wird in diesem Fall in dem unteren Graphen in der Mitte in 5 veranschaulicht.
Im Einzelnen weist die Nichtlinearitätsverteilung der Ausgangsspannung V+ zwei Wendepunkte in dem positiven Magnetfeld und dem negativen Magnetfeld in dem Bereich zwischen -20 mT und +20 mT auf. Die Nichtlinearität an dem Wendepunkt in dem positiven Magnetfeld weist einen negativen Wert auf; die Nichtlinearität an dem Wendepunkt in dem negativen Magnetfeld weist einen positiven Wert auf. Die Nichtlinearitätsverteilung der Ausgangsspannung V- weist zwei Wendepunkte in dem positiven Magnetfeld und dem negativen Magnetfeld in dem Bereich zwischen -20 mT und +20 mT auf. Die Nichtlinearität an dem Wendepunkt in dem positiven Magnetfeld weist einen positiven Wert auf; die Nichtlinearität an dem Wendepunkt in dem negativen Magnetfeld weist einen negativen Wert auf.
Im Vergleich der zweiten Vergleichsform mit der ersten Vergleichsform weisen die Nichtlinearitätsverteilung der Ausgabecharakteristika bei der zweiten Vergleichsform und bei der ersten Vergleichsform inverse Vorzeichen auf.
Das heißt, die Nichtlinearitätsverteilung der Ausgabecharakteristika bei der Brückenschaltung, die durch Verwendung von magnetoresistiven Elementen gebildet wird, die jeweils nur das zweite Elementsegment 12 mit dem zweiten Einheitselement 14 umfassen, und bei der Brückenschaltung, die durch Verwendung von magnetoresistiven Elementen gebildet wird, die jeweils nur das erste Elementsegment 11 mit dem ersten Einheitselement 13 umfassen, weisen inverse Vorzeichen auf.
Die Nichtlinearitätsverteilung von Ausgabecharakteristika bezüglich eines Magnetfelds weist eine Korrelation mit der Nichtlinearitätsverteilung der Widerstandsänderungscharakteristika eines magnetoresistiven Elements bezüglich des Magnetfelds auf.
Die Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich eines Magnetfelds, der Widerstandsänderungscharakteristika eines magnetoresistiven Elements, das lediglich aus dem ersten Elementsegment 11 mit dem ersten Einheitselement 13 gebildet ist, entspricht der nichtlinearen Verteilung, bezüglich des Magnetfelds, der Widerstandsänderungscharakteristika des ersten Einheitselements 13.
Desgleichen entspricht die Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich eines Magnetfelds, der Widerstandsänderungscharakteristika eines magnetoresistiven Elements, das lediglich aus dem zweiten Elementsegment 12 mit dem zweiten Einheitselement 14 gebildet ist, der Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich des Magnetfelds, der Widerstandsänderungscharakteristika des zweiten Einheitselements 14.
Deshalb weisen die Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich eines Magnetfelds, der Widerstandsänderungscharakteristika des ersten Einheitselements und die des zweiten Einheitselements ebenfalls inverse Vorzeichen auf.
Bei dem Magnetsensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird das äußere Magnetfeld von -20 mT zuf +20 mT geändert. Widerstandsänderungscharakteristika bezüglich des Magnetfelds sind in diesem Fall in dem oberen Graphen auf der rechten Seite in 5 veranschaulicht.
Der Widerstand eines magnetoresistiven Elements bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird erhalten, indem der Widerstand des ersten Elementsegments 11 mit dem Widerstand des zweiten Elementsegments 12 kombiniert wird. Wie in dem oberen Graphen auf der rechten Seite in 5 veranschaulicht ist, weisen die Widerstandsänderungscharakteristika des ersten bis vierten magnetoresistiven Elements im Vergleich zu denen der ersten Vergleichsform und der zweiten Vergleichsform eine verbesserte Linearität auf.
Genauer gesagt nimmt der Widerstand des ersten magnetoresistiven Elements und des vierten magnetoresistiven Elements von etwa 11,65 kΩ auf etwa 10,85 kΩ mit einem vergrößerten linearen Bereich ab. Im Gegensatz dazu nimmt der Widerstand des zweiten magnetoresistiven Elements und des dritten magnetoresistiven Elements von etwa 10,85 kΩ auf etwa 11,65 kΩ mit einem vergrößerten linearen Bereich ab.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird das äußere Magnetfeld von -20 mT zu +20 mT geändert. Ausgabecharakteristika sind in diesem Fall in dem mittleren Graphen auf der rechten Seite in 5 veranschaulicht.
Im Einzelnen werden die Ausgabecharakteristika erhalten, indem die Ausgabecharakteristika des ersten Elementsegments 11 mit den Ausgabecharakteristika des zweiten Elementsegments 12 kombiniert werden. Die Verteilungen der Ausgangsspannung V+ und der Ausgangsspannung V- weisen im Vergleich zu denen bei der ersten Vergleichsform und denen bei der zweiten Vergleichsform eine verbesserte Linearität auf.
Im Einzelnen nimmt die Ausgangsspannung V+ von etwa 1,45 V auf etwa 1,55 V mit einem vergrößerten linearen Bereich zu. Die Ausgangsspannung V- nimmt von etwa 1,55 V auf etwa 1,45 V mit einem vergrößerten linearen Bereich ab.
In dem Fall, in dem, wie bei dem Magnetsensor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, eine Vollbrückenschaltung durch Verwendung von magnetoresistiven Elementen gebildet wird, die jeweils sowohl das erste Elementsegment 11 als auch das zweite Elementsegment 12 umfassen, wird das äußere Magnetfeld von -20 mT zu +20 mT geändert. Die Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich des Magnetfelds, der Halbbrückenausgabecharakteristika ist in diesem Fall in dem unteren Graphen auf der rechten Seite in 5 veranschaulicht.
Für sowohl die Ausgangsspannung V+ als auch die Ausgangsspannung V- weist die Nichtlinearitätsverteilung der Ausgabecharakteristika bezüglich des Magnetfelds in dem Bereich zwischen -20 mT und +20 zwei Wendepunkte (Extrema) auf der positiven Seite der Nichtlinearität und zwei Wendepunkte (Extrema) auf der negativen Seite der Nichtlinearität mT auf. Diese positivseitigen Wendepunkte und negativseitigen Wendepunkte treten abwechselnd auf.
Wie oben beschrieben wurde, entsprechen eine nichtlineare Verteilung der Ausgangsspannung V+ und eine nichtlineare Verteilung der Ausgabecharakteristika bezüglich eines Magnetfelds einer nichtlinearen Verteilung, bezüglich des Magnetfelds, von Widerstandsänderungscharakteristika eines magnetoresistiven Elements. Deshalb weist auch die Nichtlinearitätsverteilung von Änderungscharakteristika eines kombinierten Widerstands, der durch Kombinieren des Widerstands des ersten Elementsegments 11 mit dem des zweiten Elementsegments 12 erhalten wird, bezüglich des Magnetfelds im Bereich eines Magnetfelds zwischen einschließlich -20 mT und +20 mT ebenfalls zwei Extrema auf der positiven Seite der Nichtlinearität und zwei Extrema auf der negativen Seite auf.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Nichtlinearitätsverteilung der Ausgabecharakteristika bezüglich des Magnetfelds im Vergleich zu der ersten Vergleichsform und der zweiten Vergleichsform eine verringerte Nichtlinearität und einen vergrößerten linearen Bereich auf.
Somit ist bei dem Magnetsensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Vergleich zu den Magnetsensoren gemäß der ersten Vergleichsform und der zweiten Vergleichsform die Linearität der Ausgabe verbessert.
6 ist ein Diagramm, das eine Bedingung zum Simulieren der Beziehung zwischen Nichtlinearität und Sensibilität von Magnetsensoren gemäß einem Vergleichsbeispiel und denen gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen veranschaulicht. 7 ist ein Diagramm, das ein Simulationsergebnis der Beziehung zwischen Nichtlinearität und Sensibilität von Magnetsensoren gemäß dem Vergleichsbeispiel und denen gemäß den exemplarischen Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 wird das Simulationsergebnis der Beziehung zwischen Nichtlinearität und Sensibilität von Ausgabecharakteristika beschrieben.
Bei der Simulation der Beziehung zwischen Nichtlinearität und Sensibilität von Ausgabecharakteristika werden eine Halbbrückenschaltung und eine Vollbrückenschaltung gebildet, indem jedes der magnetoresistiven Elemente gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel und einem ersten bis vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel verwendet werden. Die Nichtlinearitäten von Ausgabecharakteristika, die bei dem Anlegen eines gegebenen Magnetfelds an diese Halbbrückenschaltungen und Vollbrückenschaltungen bestimmt werden, sowie die Sensibilität der jeweiligen Schaltungen wurden berechnet.
Jedes magnetoresistive Element gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel ist das magnetoresistive Element gemäß der oben beschriebenen ersten Vergleichsform. Das heißt, jedes magnetoresistive Element gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel umfasst lediglich das erste Elementsegment 11, das das erste Einheitselement 13 aufweist. Verschiedene Parameter der magnetoresistiven Elemente gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel sind in 6 veranschaulicht: der Scheibendurchmesser D der oberen ferromagnetischen Schicht 137 bei dem ersten Einheitselement wurde im Bereich zwischen 395,7 nm und 45,5 nm geändert; das Aspektverhältnis der Filmdicke t der oberen ferromagnetischen Schicht 137 bezüglich des Scheibendurchmessers D wurde im Bereich zwischen 0,038 und 0,330 geändert.
Als magnetoresistive Elemente gemäß dem ersten bis vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel wurden magnetoresistive Elemente verwendet, die dieselbe Konfiguration aufwiesen wie die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Verschiedene Parameter, die zu diesem Zeitpunkt verwendet wurden, sind in 6 veranschaulicht.
Bei der Berechnung der Nichtlinearität von Ausgabecharakteristika werden die Magnetisierungsrichtungen der oberen ferromagnetischen Schichten 137 und 147 bei dem Anlegen eines gegebenen Magnetfelds bestimmt. Bei der Bestimmung der Magnetisierungsrichtungen wurde M-Hloop (M-HSchleife) verwendet, die in 17 und in den nachstehend beschriebenen Ausdrücken (3) und (4) veranschaulicht ist.
[Math. 3] $H = - \sum_{i,j} J_{i,j} S_{i} \cdot S_{j}$

J: Austauschwechselwirkung
S: Spin

E_{total} = E_{e x c h} + E_{d} + E_{e x t} + E_{a n}

E_exch: Austauschwechselwirkung
E_d: Magnetostatisch (Formanisotropie)
E_ext: Äußeres Feld (Zeeman)
E_an: Sonstige magnetische Anisotropie

Anschließend wurden die relativen Winkel der festgelegten Magnetisierungsrichtungen der unteren ferromagnetischen Schichten 135 und 145 bezüglich der bestimmten Magnetisierungsrichtungen der oberen ferromagnetischen Schichten 137 und 147, wie oben beschrieben, dazu verwendet, Widerstandswerte in Anbetracht des TMR-Effekts zu berechnen. Im Einzelnen wurden die nachstehend beschriebenen Ausdrücke (5), (6) und (7) verwendet.
[Math. 5] $G (θ) = \frac{1}{2} (G_{p} + G_{A P}) + \frac{1}{2} (G_{p} - G_{A P}) cos θ$

G_p : Parallel, G(0°)
G_AP : Antiparallel, G(180°)

TMR ratio = \frac{G_{p} - G_{A P}}{G_{A P}} = \frac{R_{A p} - R_{p}}{R_{p}} = \frac{2 P_{1} P_{2}}{1 - P_{1} P_{2}}

P₁: Polarisierungsfaktor der freien Schicht
P₂: Polarisierungsfaktor der Referenzschicht

R (θ) = \frac{1}{G (θ)}

Wenn bei dem oben beschriebenen Ausdruck (5) θ = 90°, gilt cos0 = 0. Somit kann G_per als nachstehend beschriebener Ausdruck (8) ausgedruckt werden.
[Math. 8] $G_{p e r} : S e n k r e c h t, G (90 °) = \frac{1}{2} (G_{p} + G_{A p})$
Aus der Beziehung zwischen diesem und dem oben beschriebenen Ausdruck (7) kann der Widerstand R_per in dem Fall, in dem θ = 90°, als nachstehend beschriebener Ausdruck (9) ausgedrückt werden.
[Math. 9] $R_{p e r} = \frac{2}{G_{p} + G_{A P}}$
Aus der Beziehung zwischen dem oben beschriebenen Ausdruck (9) und dem oben beschriebenen Ausdrücken (5) bis (7) können G_p, G_Ap, R_p und R_Ap als nachstehend beschriebene Ausdrücke (10) bis (13) ausgedrückt werden.
[Math. 10] $G_{p} = \frac{2 (1 + T M R r a t i o n)}{R_{p e r} (2 + T M R r a t i o)}$

[Math. 11] $G_{A p} = \frac{2}{R_{p e r} (2 + T M R r a t i o)}$

[Math. 12] $R_{p} = \frac{R_{p e r} (2 + T M R r a t i o n)}{2 (1 + T M R r a t i o)}$

[Math. 13] $R_{p} = \frac{R_{p e r} (2 + T M R r a t i o n)}{2}$
Nichtlinearitäten von Ausgabecharakteristika wurden beim Anlegen des gegebenen Magnetfelds an die Halbbrückenschaltungen und die Vollbrückenschaltungen, die die entsprechenden magnetoresistiven Elemente umfassen, die die wie oben beschrieben berechneten Widerstandswerte aufweisen, gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel und dem ersten bis vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel bestimmt. 7 veranschaulicht die Beziehung zwischen den Nichtlinearitäten von Ausgabecharakteristika und berechneten Sensibilitäten der Schaltungen.
Wie in 7 veranschaulicht ist, weisen das erste bis vierte exemplarische Ausführungsbeispiel, wenn das erste Vergleichsbeispiel mit dem ersten bis vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel verglichen wird, sogar dann geringe Nichtlinearitäten auf, wenn das erste bis vierte exemplarische Ausführungsbeispiel denselben Sensibilitätswert aufweisen wie das erste Vergleichsbeispiel. Das heißt, die Linearität der Ausgabecharakteristika wird verbessert.
Außerdem ist bei dem ersten bis vierten exemplarischen Ausführungsbeispiel die Sensibilität sogar dann verbessert, wenn jedes des ersten bis vierten exemplarischen Ausführungsbeispiels denselben entsprechenden Nichtlinearitätswert aufweist wie das erste Vergleichsbeispiel.
Wie oben beschrieben wurde, beweist das Simulationsergebnis auch eine verbesserte Ausgabelinearität bei dem magnetoresistiven Element gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem Magnetsensor 1, der dasselbe umfasst. Ferner beweist das Simulationsergebnis auch eine verbesserte Sensibilität. Dies bedeutet, dass die Verwendung der Technik der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass die prinzipielle Grenze des Kompromisses zwischen Sensibilität und Nichtlinearität der verwandten Technik erweitert wird.
8 bis 13 sind Diagramme, die den ersten bis sechsten Schritt eines Herstellungsprozesses des Magnetsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulichen. Unter Bezugnahme auf 8 bis 13 wird das Verfahren zur Herstellung des Magnetsensors 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in 8 veranschaulicht ist, wird bei dem ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Magnetsensors 1 ein Substrat 61 hergestellt, auf dem eine Isolierschicht 62 beispielsweise durch Fotolithografie und Trockenätzen in einer Region gebildet ist, in der magnetoresistive Elemente gebildet werden sollen. Als Substrat 61 kann beispielsweise ein Si-Wafer verwendet werden. Die Isolierschicht 62 ist aus einem Siliziumoxidfilm gebildet.
Anschließend wird ein zugrundeliegender Film 63 auf einer Oberfläche 61a des Substrats 61 gebildet, um die Isolierschicht 62 abzudecken. Als zugrundeliegender Film 63 kann beispielsweise Cu verwendet werden.
Dann wird auf dem zugrundeliegenden Film 63 ein TMR-Iaminierter Film 64 gebildet, aus dem das erste Einheitselement 13 und das zweite Einheitselement 14 gebildet werden sollen.
Im Einzelnen werden ein unterer Elektrodenfilm, ein antiferromagnetischer Film, ein ferromagnetischer Film, ein nichtmagnetischer Film, ein unterer ferromagnetischer Film, ein Isolierfilm, ein oberer ferromagnetischer Film und ein Abdeckfilm in dieser Reihenfolge von der Seite des zugrundeliegenden Films 63 her laminiert.
Der Elektrodenfilm, der antiferromagnetische Film, der ferromagnetische Film, der nichtmagnetische Film, der untere ferromagnetische Film, der Isolierfilm, der obere ferromagnetische Film bzw. der Abdeckfilm werden zum Bilden der unteren Elektrodenschichten 131 und 141, der antiferromagnetischen Schichten 132 und 142, der ferromagnetischen Schichten 133 und 143, der nichtmagnetischen Schichten 134 und 144, der unteren ferromagnetischen Schichten 135 und 145, der Isolierschichten 136 und 146, der oberen ferromagnetischen Schichten 137 und 147 bzw. der Abdeckschichten 138 und 148 verwendet, nachdem der TMR-laminierte Film 64 strukturiert wurde.
Als unterer Elektrodenfilm wird beispielsweise ein Ru/Ta-Film gebildet. Als ferromagnetischer Film/antiferromagnetischer Film, der die obere Schicht des unteren Elektrodenfilms ist, wird beispielsweise ein CoFe/PtMn-Film gebildet. Dieser laminierte Film, bei dem aufgrund eines Temperns in einem nachstehend beschriebenen Magnetfeld ein Austauschkoppeln stattfindet, dient als Pin-Schicht.
Als nichtmagnetischer Film, der die obere Schicht des ferromagnetischen Films ist, wird beispielsweise ein Ru-Film gebildet. Als unterer ferromagnetischer Film, der die obere Schicht des nichtmagnetischen Films ist, wird beispielsweise ein CoFeB-Film gebildet.
Der untere ferromagnetische Film/nichtmagnetische Film/ferromagnetische Film weist eine SAF-Struktur auf. Der untere ferromagnetische Film bewirkt, dass eine Referenzschicht gebildet wird, die eine sicher festgelegte Magnetisierung aufweist.
Als Isolierfilm, der die obere Schicht des unteren ferromagnetischen Films ist, wird beispielsweise ein MgO-Film gebildet. Als oberer ferromagnetischer Film, der die obere Schicht des Isolierfilms ist, wird beispielsweise ein CoFeB-Film gebildet. Der obere ferromagnetische Film aus dem oberen ferromagnetischen Film/MgO/dem unteren ferromagnetischen Film bewirkt, dass eine freie Schicht gebildet wird. Als Abdeckfilm, der die obere Schicht des oberen ferromagnetischen Films ist, werden beispielsweise Ta/Ru laminiert.
Anschließend wird das Substrat 61, auf dem der TMR-Iaminierte Film 64 gebildet ist, in einem Magnetfeld getempert, um eine Magnetisierungsrichtung des unteren ferromagnetischen Films festzulegen, aus dem die unteren ferromagnetischen Schichten 135 und 145, die als Referenzschichten dienen, gebildet werden sollen.
Im Einzelnen wird das Substrat 61 in einem Magnetfeld lokal getempert, um eine gewünschte Magnetisierungsrichtung für jede Region zu erhalten, in der das in der Brückenschaltung enthaltene entsprechende magnetoresistive Element gebildet werden soll. Bei jedem magnetoresistiven Element wird die Magnetisierungsrichtung des unteren ferromagnetischen Films in der Region, die dem ersten Einheitselement 11 entspricht, zu derjenigen entgegengesetzt gestaltet, die in der Region liegt, die dem zweiten Einheitselement 12 entspricht.
Die Magnetisierungsrichtung des unteren ferromagnetischen Films in der Region, die dem ersten Einheitselement 11 bei dem ersten oben beschriebenen magnetoresistiven Element entspricht, wird entgegengesetzt zu derjenigen in der Region gestaltet, die dem ersten Einheitselement bei dem zweiten magnetoresistiven Element entspricht.
Die Magnetisierungsrichtung des unteren ferromagnetischen Films in der Region, die dem ersten Einheitselement 11 bei dem dritten magnetoresistiven Element entspricht, wird entgegengesetzt zu derjenigen in der Region gestaltet, die dem ersten Einheitselement bei dem vierten magnetoresistiven Element entspricht.
Die Magnetisierungsrichtung des unteren ferromagnetischen Films in der Region, die dem ersten Einheitselement 11 bei dem oben beschriebenen ersten magnetoresistiven Element entspricht, wird entgegengesetzt zu derjenigen in der Region gestaltet, die dem ersten Einheitselement bei dem dritten magnetoresistiven Element entspricht.
Wie in 9 veranschaulicht ist, wird bei dem zweiten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Magnetsensors 1 der TMR-Iaminierte Film durch Verwendung von Fotolithografie und Trockenätzen zu gewünschten Formen strukturiert. Somit werden das erste Einheitselement 13 und das zweite Einheitselement 14 gebildet. Das erste Einheitselement 13 und das zweite Einheitselement 14 werden in einer Scheibenform gebildet. Zu diesem Zeitpunkt wird der Scheibendurchmesser des ersten Einheitselements 13 kleiner gestaltet als der des zweiten Einheitselements 14.
Somit ist bei jedem des ersten bis vierten magnetoresistiven Elements der Widerstand des ersten Elementsegments 11 (erstes Einheitselement 13) größer als der des zweiten Elementsegments 12 (zweites Einheitselement 14).
Beispielsweise wird in dem Fall, in dem eine Halbbrückenschaltung durch Verwendung von magnetoresistiven Elementen gebildet wird, die jeweils lediglich das erste Elementsegment 11 umfassen, der Widerstandswert des ersten Elementsegments 11 auf 10 kΩ eingestellt; die Sensibilität der Halbbrückenschaltung wird auf 1,27 mV/(mT · V) eingestellt; die Nichtlinearität wird auf 1,69 %Fs in dem Bereich zwischen -20 mT und +20 mT eingestellt.
Beispielsweise wird in dem Fall, in dem eine Halbbrückenschaltung durch Verwendung von magnetoresistiven Elementen gebildet wird, die jeweils lediglich das zweite Elementsegment 12 umfassen, der Widerstandswert des zweiten Elementsegments 12 auf 1,3 kΩ eingestellt; die Sensibilität der Halbbrückenschaltung wird auf -2,42 mV/(mT · V) eingestellt; die Nichtlinearität wird auf 7,91 %Fs in dem Bereich zwischen -20 mT und +20 mT eingestellt.
Das heißt, der Absolutwert der Sensibilität des ersten Einheitselements 13 wird kleiner gestaltet als der des zweiten Einheitselements 14. Die Nichtlinearität der Widerstandsänderungscharakteristika des ersten Einheitselements 13 wird kleiner gestaltet als die des zweiten Einheitselements 14.
In 9 sind lediglich ein einzelnes erstes Einheitselement 13 und ein einzelnes zweites Einheitselement 14 offenbart. Die Anzahl erster Einheitselemente 13 und die Anzahl zweiter Einheitselemente 14 kann mehrere betragen. In diesem Fall sind mehrere erste Einheitselemente 13 beispielsweise in Reihe geschaltet, und mehrere zweite Einheitselemente 14 sind beispielsweise in Reihe geschaltet.
Wie in 10 veranschaulicht ist, wird bei dem dritten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Magnetsensors 1 der zugrundeliegende Film 63 durch Verwendung von Fotolithografie und Trockenätzen strukturiert, um ein Verdrahtungsmuster 631 zu bilden.
Wie in 11 veranschaulicht ist, wird bei dem vierten Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Magnetsensors 1 ein Zwischenschichtisolierfilm über die gesamte Oberfläche des Substrats 61 hinweg gebildet. Der gebildete Zwischenschichtisolierfilm wird durch Verwendung von Fotolithografie und Trockenätzen strukturiert. Somit wird eine Zwischenschichtisolierschicht 65 gebildet, um das erste Einheitselement 13, das zweite Einheitselement 14 und das Verdrahtungsmuster 631 abzudecken, und Kontaktlöcher 65a und 65b werden durch die Zwischenschichtisolierschicht 65 hindurch gebildet.
Wie in 12 veranschaulicht ist, werden bei dem fünften Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Magnetsensors 1 ein erstes Verdrahtungssegment 66 und ein zweites Verdrahtungssegment 67 durch Verwendung von Fotolithografie und Abhebung gebildet. Das erste Verdrahtungssegment 66 und das zweite Verdrahtungssegment 67 sind beispielsweise eine Cu-Verdrahtung.
Das erste Verdrahtungssegment 66 ist durch das Kontaktloch 65a mit dem ersten Einheitselement 13 verbunden. Das zweite Verdrahtungssegment 67 ist durch das Kontaktloch 65b mit dem zweiten Einheitselement 14 verbunden.
Wie in 13 veranschaulicht ist, wird bei dem sechsten Schritt des Verfahrens zum Herstellen des Magnetsensors 1 ein Passivierungsfilm über die gesamte Oberfläche des Substrats 61 hinweg gebildet. Der Passivierungsfilm ist beispielsweise ein SiO₂-Film. Der Passivierungsfilm wird durch Verwendung von Fotolithografie und Trockenätzen strukturiert, und an gewünschten Positionen werden Öffnungen gebildet. Somit wird der Magnetsensor 1 hergestellt.
Bei dem nach den oben beschriebenen Schritten hergestellten Magnetsensor 1 beträgt der Widerstandswert eines magnetoresistiven Elements 11,2 kΩ; die Sensibilität einer Halbbrückenschaltung beträgt 0,86 mV; die Nichtlinearität der Ausgabecharakteristika beträgt 0,36 %FS in dem Bereich zwischen -20 mT und +20 mT.
Somit ist bei dem Magnetsensor 1 die Linearität der Ausgabecharakteristika im Vergleich zu dem magnetoresistiven Element der verwandten Technik (dem magnetoresistiven Element gemäß der ersten Vergleichsform), das lediglich das erste Elementsegment 11 aufweist, und zu dem magnetoresistiven Element der verwandten Technik (dem magnetoresistiven Element gemäß der zweiten Ausführungsform), das lediglich das zweite Elementsegment 12 aufweist, verbessert.
Im Einzelnen sind das erste Einheitselement 13 und das zweite Einheitselement 14, die jeweils eine Magnetwirbelstruktur aufweisen, in Reihe geschaltet. Die Richtung der festgelegten Magnetisierung der unteren ferromagnetischen Schicht 135 (der ersten Referenzschicht) bei dem ersten Einheitselement 13 ist zu der der unteren ferromagnetischen Schicht 145 (der zweiten Referenzschicht) bei dem zweiten Einheitselement 14 entgegengesetzt.
Somit wird die Nichtlinearität zwischen der Seite des ersten Einheitselements 13 und der Seite des zweiten Einheitselements 14 aufgehoben, wobei eine verbesserte Linearität der Ausgabecharakteristika erzielt wird.
Im Einzelnen weisen die Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich eines Magnetfeldes, der Widerstandsänderungscharakteristika des ersten Einheitselements 13 und die des zweiten Einheitselements 14 inverse Vorzeichen auf. Somit wird die Nichtlinearität zwischen der Seite des ersten Einheitselements 13 und der Seite des zweiten Einheitselements 14 aufgehoben.
Außerdem weisen die Richtungen der Widerstandsänderung des ersten Elementsegments 11 bezüglich des äußeren Magnetfelds und der des zweiten Elementsegments 12 inverse Vorzeichen auf. Somit ist die Nichtlinearität zwischen der Seite des ersten Einheitselements 13 und der Seite des zweiten Einheitselements 14 aufgehoben.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
14 ist eine schematische Draufsicht auf ein magnetoresistives Element gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Unter Bezugnahme auf 14 wird ein magnetoresistives Element 1A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Wie in 14 veranschaulicht ist, ist ein magnetoresistives Element 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem magnetoresistiven Element 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel eine andere Konfiguration des ersten Elementsegments 11 und des zweiten Elementsegments 12. Die anderen Konfigurationen sind im Wesentlichen dieselben.
Das erste Elementsegment 11 umfasst mehrere erste Einheitselemente 13. Die ersten Einheitselemente 13 sind in Reihe geschaltet. Im Einzelnen sind die Abdeckschichten 138 und die unteren Elektrodenschichten 131 abwechselnd zwischen benachbarte erste Einheitselemente 13 geschaltet.
Das zweite Elementsegment 12 umfasst mehrere zweite Einheitselemente 14. Die zweiten Einheitselemente 14 sind in Reihe geschaltet. Im Einzelnen sind die Abdeckschichten 148 und die unteren Elektrodenschichten 141 abwechselnd zwischen benachbarte erste Einheitselemente 13 geschaltet.
Die Anzahl erster Einheitselemente 13 ist größer als die Anzahl zweiter Einheitselemente 14. Somit ist der Widerstand des ersten Elementsegments 11, das die ersten Einheitselemente 13 umfasst, größer als der Widerstand des zweiten Elementsegments 12, das die zweiten Einheitselemente 14 umfasst.
Sogar im Fall dieser Konfiguration weisen das magnetoresistive Element 10A gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel und der Magnetsensor, der dasselbe umfasst, im Wesentlichen denselben Effekt auf wie das magnetoresistive Element 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und der Magnetsensor 1, der das magnetoresistive Element 10 umfasst.
Bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Fall, in dem die magnetoresistiven Elemente TMR-Elemente sind, als Beispiel beschrieben. Dies stellt keine Einschränkung dar. Es können GMR-Elemente verwendet werden.
Die Ausführungsbeispiele und exemplarischen Ausführungsbeispiele, die in der Spezifikation offenbart sind, sind in jeder Hinsicht beispielhaft und stellen keine Einschränkung dar.
Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird in den Patentansprüchen beschrieben und umfasst den Schutzumfang der Patentansprüche, ihrer Äquivalente und alle Änderungen bezüglich des Schutzumfangs.
Bezugszeichenliste

1: Magnetsensor
10: erstes magnetoresistives Element
11: erstes Elementsegment
12: zweites Elementsegment
13: erstes Einheitselement
14: zweites Einheitselement
20: zweites magnetoresistives Element
21: erstes Elementsegment
22: zweites Elementsegment
23: erstes Einheitselement
24: zweites Einheitselement
30: drittes magnetoresistives Element
31: erstes Elementsegment
32: zweites Elementsegment
33: erstes Einheitselement
34: zweites Einheitselement
40: viertes magnetoresistives Element
41: erstes Elementsegment
42: zweites Elementsegment
43: erstes Einheitselement
44: zweites Einheitselement
61: Substrat
61a: Oberfläche
62: Isolierschicht
63: zugrundeliegender Film
64: laminierter Film
65: Zwischenschichtisolierschicht
65a, 65b: Kontaktloch
66: erstes Verdrahtungssegment
67: zweites Verdrahtungssegment
131: untere Elektrodenschicht
132: antiferromagnetische Schicht
133: Magnetschicht
134: nichtmagnetische Schicht
135: untere ferromagnetische Schicht
135a: erste Filmoberfläche
136: Isolierschicht
137: obere ferromagnetische Schicht
138: Abdeckschicht
141: untere Elektrodenschicht
142: antiferromagnetische Schicht
143: Magnetschicht
144: nichtmagnetische Schicht
145: untere ferromagnetische Schicht
145a: zweite Filmoberfläche
146: Isolierschicht
147: obere ferromagnetische Schicht
148: Abdeckschicht
200: magnetoresistives Element
201: laminierter Abschnitt
202: gepinnte Schicht
203: Barriereschicht
204: freie Schicht
301: magnetoresistive Komponente
302: Referenzschicht
303: Barriereschicht
304: freie Schicht
310: untere Abschirmung
320: obere Abschirmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Magnetische Tunnelübergänge" (J. Zhu und C. Park, Materials Today 9, 36 (2006)) [0002]
"Lorentz microscopy of circular ferromagnetic permalloy nanodisks", (M. Schneider, H. Hoffmann und J. Zweck, Appl. Phys. Lett. 77, 2909 (2000)) [0018]
„The influence of edge inhomogeneities on vortex hysteresis curves in magnetic tunnel junctions" (T. Wurft, W. Raberg, K. Prugl, A. Satz, G. Reiss und H. Bruckl, IEEE Transactions on Magnetics AF-05, 1 (2017)) [0024]
M. Schneider, H. Hoffmann und J. Zweck, „Lorentz microscopy of circular ferromagnetic permalloy nanodisks“, Appl. Phys. Lett. 77, 2909 (2000) [0028]
Wurft, W. Raberg, K. Prugl, A. Satz, G. Reiss und H. Bruckl, „The influence of edge inhomogeneities on vortex hysteresis curves in magnetic tunnel junctions“, IEEE Transactions on Magnetics AF-05, 1 (2017) [0030]

Claims

Ein magnetoresistives Element, das folgende Merkmale aufweist: ein erstes Elementsegment, das ein oder mehrere erste Einheitselemente umfasst; und ein zweites Elementsegment, das ein oder mehrere zweite Einheitselemente umfasst, bei dem das erste Elementsegment mit dem zweiten Elementsegment in Reihe geschaltet ist, bei dem jedes erste Einheitselement eine erste Referenzschicht und eine erste freie Schicht umfasst, wobei die erste Referenzschicht eine erste Filmoberfläche aufweist und eine Magnetisierung aufweist, die in einer gegebenen planaren Richtung der ersten Filmoberfläche festgelegt ist, wobei die erste freie Schicht eine Wirbelmagnetisierung um eine zu der ersten Filmoberfläche senkrechte Achse herum aufweist, wobei die Wirbelmagnetisierung eine Mitte aufweist, die sich gemäß einem äußeren Magnetfeld bewegt, bei dem das zweite Elementsegment eine zweite Referenzschicht und eine zweite freie Schicht umfasst, wobei die zweite Referenzschicht eine zweite Filmoberfläche aufweist, die parallel zu der ersten Filmoberfläche ist, und eine Magnetisierung aufweist, die in einer gegebenen planaren Richtung der zweiten Filmoberfläche festgelegt ist, wobei die zweite freie Schicht eine Wirbelmagnetisierung um eine zu der zweiten Filmoberfläche senkrechte Achse herum aufweist, wobei die Wirbelmagnetisierung eine Mitte aufweist, die sich gemäß dem äußeren Magnetfeld bewegt, und bei dem eine Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht zu einer Richtung der festgelegten Magnetisierung der zweiten Referenzschicht entgegengesetzt ist.
Das magnetoresistive Element gemäß Anspruch 1, bei dem eine Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich eines Magnetfeldes, von Widerstandsänderungscharakteristika der ersten Einheitselemente und eine Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich des Magnetfeldes, von Widerstandsänderungscharakteristika der zweiten Einheitselemente inverse Vorzeichen aufweisen.
Das magnetoresistive Element gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem eine Nichtlinearitätsverteilung, bezüglich eines Magnetfeldes, von Änderungscharakteristika eines kombinierten Widerstands des ersten Elementsegments und des zweiten Elementsegments zwei Extrema auf einer positiven Seite der Nichtlinearität in einem Bereich eines Magnetfeldes zur Erfassung aufweist.
Das magnetoresistive Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem eine Richtung einer Widerstandsänderung des ersten Elementsegments bezüglich des äußeren Magnetfeldes und eine Richtung einer Widerstandsänderung des zweiten Elementsegments bezüglich des äußeren Magnetfeldes inverse Vorzeichen aufweisen.
Das magnetoresistive Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein Widerstand des ersten Elementsegments größer ist als ein Widerstand des zweiten Elementsegments.
Das magnetoresistive Element gemäß Anspruch 5, bei dem ein Absolutwert einer Sensibilität der ersten Einheitselemente geringer ist als ein Absolutwert der Sensibilität der zweiten Einheitselemente, und bei dem eine Nichtlinearität von Widerstandsänderungscharakteristika der ersten Einheitselemente geringer ist als eine Nichtlinearität von Widerstandsänderungscharakteristika der zweiten Einheitselemente.
Das magnetoresistive Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die erste freie Schicht und die zweite freie Schicht Scheibenformen aufweisen, und bei dem ein Durchmesser der zweiten freien Schicht größer ist als ein Durchmesser der ersten freien Schicht.
Das magnetoresistive Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die ersten Einheitselemente mehr sind als die zweiten Einheitselemente.
Ein Magnetsensor, der folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen, wobei jedes der magnetoresistiven Elemente das magnetoresistive Element gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ist, wobei die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element umfassen, die eine Halbbrückenschaltung bilden, und wobei die Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem ersten magnetoresistiven Element zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem zweiten magnetoresistiven Element entgegengesetzt ist.
Der Magnetsensor gemäß Anspruch 9, bei dem die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen ferner ein drittes magnetoresistives Element und ein viertes magnetoresistives Element umfassen, wobei das erste magnetoresistive Element und das zweite magnetoresistive Element eine erste Halbbrückenschaltung bilden, wobei das dritte magnetoresistive Element und das vierte magnetoresistive Element eine zweite Halbbrückenschaltung bilden, wobei die erste Halbbrückenschaltung und die zweite Halbbrückenschaltung eine Vollbrückenschaltung bilden, wobei die Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem ersten magnetoresistiven Element zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem zweiten magnetoresistiven Element entgegengesetzt ist, wobei die Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem dritten magnetoresistiven Element zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem vierten magnetoresistiven Element entgegengesetzt ist, und wobei die Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem ersten magnetoresistiven Element zu der Richtung der festgelegten Magnetisierung der ersten Referenzschicht bei dem dritten magnetoresistiven Element entgegengesetzt ist.