DE19739550C1 - Verfahren zur Einstellung der Biasmagnetisierung in einem magnetoresistiven Sensorelement sowie Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstellung der Biasmagnetisierung in mindestens einem Sensorelement, das ein einen sehr großen magnetoresistiven Effekt (GMR) zeigen­ des Mehrschichtensystem aufweist, welches

• - mindestens eine weichmagnetische Meßschicht,
• - mindestens eine vergleichsweise härtere Biasschicht mit einzustellender Magnetisierungsrichtung
  und
• - mindestens eine dazwischen angeordnete, nicht-magnetische Zwischenschicht

enthält. Bei diesem Verfahren soll die mindestens eine Bias­ schicht des Sensorelementes einen die Magnetisierung in einer Vorzugsrichtung einprägenden magnetischen Einstellfeld ausge­ setzt werden, das sich aus einem magnetischen Grundfeld und einem magnetischen Zusatzfeld zusammensetzt und von einem über die Sättigungsmagnetisierung der Biasschicht hinausge­ henden Feldstärkewert aus abklingend eingestellt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein entsprechendes Verfahren sowie eine diesbezügliche Magnetisierungseinrichtung gehen aus der DE 195 20 178 A hervor.

In Schichten aus ferromagnetischen Übergangsmetallen wie Ni, Fe oder Co und deren Legierungen kann eine Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes von der Größe und der Richtung ei­ nes das Material durchdringenden Magnetfeldes gegeben sein. Den bei solchen Schichten auftretenden Effekt nennt man "anisotropen Magnetowiderstand (AMR)" oder "anisotropen ma­ gnetoresistiven Effekt". Er beruht physikalisch auf den un­ terschiedlichen Streuquerschnitten von Elektronen mit ver­ schiedenem Spin und der Spinpolarität des D-Bandes. Die Elek­ tronen werden als Majoritäts- bzw. Minoritätselektronen be­ zeichnet. Für entsprechende magnetoresistive Sensoren wird im allgemeinen eine dünne Schicht aus einem solchen magnetoresi­ stiven Material mit einer Magnetisierung in der Schichtebene vorgesehen. Die Widerstandsänderung bei Drehung der Magneti­ sierung bezüglich der Richtung eines über den Sensor geleite­ ten Stromes kann dann einige Prozent des normalen isotropen ( = ohm'schen) Widerstandes betragen.

Ferner sind magnetoresistive Mehrschichtensysteme bekannt, welche mehrere, zu einem Stapel angeordnete ferromagnetische Schichten enthalten, die jeweils durch metallische, nicht­ magnetische Zwischenschichten voneinander getrennt sind und deren Magnetisierungen jeweils vorzugsweise in der Schich­ tebene liegen. Die Dicken der einzelnen Schichten sind dabei deutlich geringer als die mittlere freie Weglänge der Lei­ tungselektronen gewählt. In derartigen Mehrschichtensystemen kann nun zusätzlich zu dem erwähnten anisotropen magnetoresi­ stiven Effekt AMR ein sogenannter "giant-magnetoresistiver Effekt" oder "Giant-Magnetowiderstand (GMR)" auftreten (vgl. z. B. EP 0 483 373 A). Ein solcher GMR-Effekt beruht auf der unterschiedlich starken Streuung von Majoritäts- und Minori­ täts-Leitungselektronen an den Grenzflächen zwischen den fer­ romagnetischen Schichten und den dazu benachbarten Zwischen­ schichten sowie auf Streueffekten innerhalb dieser Schichten. Der GMR-Effekt ist dabei ein isotroper Effekt. Er kann erheb­ lich größer sein als der anisotrope Effekt AMR. Im allgemei­ nen spricht man von einem GMR-Effekt (bei Raumtemperatur), wenn er Werte annimmt, die deutlich über denen von AMR- Einschichtelementen liegen.

In einen GMR-Effekt zeigenden Mehrschichtensystemen sind be­ nachbarte magnetische Schichten zunächst irgendwie zueinander magnetisiert, wobei bei speziellen Ausführungsformen eine Bi­ asschicht bzw. eine Biasschichtanordnung magnetisch härter als eine möglichst weichmagnetische Meßschicht ist. Unter Einfluß eines äußeren, gerichteten Magnetfeldes, d. h. einer in der Schichtebene ausgeprägten Komponente dieses Feldes, wird dann die Magnetisierung der weichmagnetischen Meßschicht entsprechend der Richtung des Magnetfeldes ausgerichtet, wäh­ rend die Ausrichtung der magnetisch härteren Biasschicht praktisch unverändert bleibt. Dabei bestimmt der Winkel zwi­ schen den Magnetisierungsrichtungen der beiden Schichten den Widerstand des Mehrschichtensystems. Bei entsprechenden Ma­ gnetfeldsensoren wird diese Tatsache ausgenutzt.

Bei einem aus der WO 94/15223 entnehmbaren magnetoressistiven Sensor weist dessen einen GMR-Effekt zeigendes Mehrschichten­ system eine magnetische Biasschichtanordnung auf, die einen sogenannten künstlichen Antiferromagneten bildet. Hierbei enthält die Biasschichtanordnung eine erste magnetische Bias­ schicht, welche über eine nicht-magnetische Kopplungsschicht antiferromagnetisch an eine weitere magnetische Biasschicht angekoppelt ist. Damit läßt sich verhindern, daß sich ein Teil des Magnetflusses der einen Biasschicht über die Meß­ schicht schließt. Ein entsprechender künstlicher Antiferroma­ gnet ist nach außen hin magnetisch weitgehend neutral, d. h. sein Magnetfeld schließt sich praktisch ganz zwischen der Bi­ asschicht und der zusätzlichen Magnetschicht. Damit ergibt sich der Vorteil einer Stabilisierung der Magnetisierung der Biasschicht auch bei stärkeren äußeren Magnetfeldern.

Darüber hinaus ist zur Erhöhung der Signalstärke eines GMR- Mehrschichtensystems bekannt, eine sich periodisch wiederho­ lende Schichtenfolge vorzusehen (vgl. z. B. DE 42 32 244 A). Denn die Signalstärke steigt mit der Anzahl der Perioden an gleichen Schichtpaketen asymmthodisch bis zu einem Maximal­ wert monoton an. Die Anzahl der Perioden in einem entspre­ chenden Dünnschichtenaufbau kann ohne weiteres 100 oder mehr betragen.

Bei solchen GMR-Mehrschichtensystemen, die auch als Hart- Weich-Systeme wegen ihrer hartmagnetischen Biasschicht oder Biasschichtanordnung und ihrer weichmagnetischen Meßschicht bezeichnet werden, sollen die Biasschichten eine möglichst einheitliche Magnetisierung in einer vorbestimmten Richtung aufweisen. Eine entsprechende Magnetisierung kann z. B. mit einer aus der eingangs genannten DE 195 20 278 A zu entneh­ menden Magnetisierungseinrichtung vorgenommen werden. Diese Einrichtung weist Stromleiterbahnen auf, die oberhalb von zu­ geordneten GMR-Mehrschichtensystemen zu positionieren sind. Mit in den Stromleiterbahnen zu führenden elektrischen Strö­ men sind dann Magnetfelder hervorzurufen, die zur Einstellung bzw. Einprägung der Magnetisierungen in den Biasschichten dienen. Falls diese als magnetische Grundfelder zu betrach­ tenden Felder nicht hinreichend stark sind, können diese Fel­ der bei der bekannten Magnetisierungseinrichtung zusätzlich noch von die Feldstärke erhöhenden, in dieselbe Richtung wie die Grundfelder weisenden magnetischen Zusatzfeldern oder Hilfsfeldern überlagert werden.

Es zeigt sich jedoch, daß eine entsprechende Einstellung der Magnetisierung in einer Biasschicht oder Biasschichtanordnung eines GMR-Mehrschichtensystems durch eine sogenannte Rota­ tionshysterese erschwert wird. Dies ist vor allem der Fall bei der Einstellung von Mehrschichtensystemen, die einen künstlichen Antiferromagneten aufweisen, bei denen sich meh­ rere Schichten in unterschiedliche Richtung orientieren müs­ sen. Aufgrund dieser Rotationshysterese sind nämlich folgende Abweichungen von einem gewünschten Signalverhalten des Mehr­ schichtensystems festzustellen:

• 1. Die Magnetisierungen der Biasschichten sind nicht einheit­ lich und sind aufgespalten in Bereiche mit entgegengesetz­ ten Verdrehungen bezüglich einer Idealeinstellung.
• 2. Ein einen künstlichen Antiferromagneten bildendes Mehr­ schichtensystem befindet sich folglich nicht in einem Zu­ stand minimaler Energie.
• 3. Demzufolge wird der Signalhub des Mehrschichtensystems ge­ ringer sein und die Kennlinie des Mehrschichtensystems von einem idealen Verlauf abweichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine entsprechende Durchführungseinrichtung anzugeben, mit denen man in den Biasschichten oder Biasschichtanordnungen solcher GMR-Mehrschichtensysteme einen Zustand minimaler Energie einstellen kann.

Eine Lösung dieser Aufgabe für ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen ist erfindungsgemäß darin zu sehen, daß ein magnetisches Zusatzfeld des Einstellfeldes vorgesehen wird, das innerhalb der Abklingzeit des magnetischen Grund­ feldes mit oszillierender Feldstärkeamplitude von einem Maxi­ malwert auf Null abklingt.

Es wurde nämlich erkannt, daß zum Erreichen des Zustands der minimalen Energie in einer Biasschicht oder einer Bias­ schichtanordnung ein zusätzliches Wechselfeld mit abnehmender Amplitude geeignet ist. Bei einem entsprechend behandelten Mehrschichtensystem treten dann die vorstehend erwähnten Pro­ bleme aufgrund einer Rotationshysterese vorteilhaft nur in verminderter Form oder gar nicht auf.

Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine Feldquelle zur Er­ zeugung des magnetischen Grundfeldes und des magnetischen Zu­ satzfeldes des diese Felder umfassenden Einstellfeldes vorge­ sehen ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, insbesondere wenn in eine größere Anzahl von Mehrschichtensystemen gleich­ zeitig eine Magnetisierung eingeprägt werden soll, wenn die Oszillation des Zusatzfeldes durch eine entsprechende oszil­ lierende Bewegung des mindestens einen Sensorelementes um eine Ausgangslage hervorgerufen wird. Auf diese Weise lassen sich auch die zeitlichen Verläufe des Einstellfeldes genau reproduzieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens gehen aus den jeweils abhängigen Ansprüchen hervor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Dabei zeigen jeweils schema­ tisch

deren Fig. 1 und 2 in Diagrammen typische Hysteresis­ schleifen für ein besonderes magnetoresistives Mehrschichtensystem,

deren Fig. 3 und 4 in Diagrammen zwei verschiedene Ein­ stellfelder für ein erfindungsgemäßes Verfah­ ren,

deren Fig. 5 eine Einrichtung zur Erzeugung eines oszillie­ renden Zusatzfeldes jedes dieser Einstellfelder sowie

deren Fig. 6 eine weitere Einrichtung zur Erzeugung sowohl des Grund- als auch des Zusatzfeldes dieser Einstellfelder.

Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll die Biasmagnetisie­ rung in mindestens einem Sensorelement einzustellen sein, das wenigstens ein für ein GMR-Element typisches Mehrschichtensy­ stem umfaßt. Der Aufbau eines entsprechenden, in Dünnfilm­ technik auf einem Substrat zu erstellenden Mehrschichtensy­ stems ist an sich bekannt (vgl. z. B. EP 0 483 373 A oder die DE-A-Schriften 42 32 244 oder 42 43 357 oder die WO 94/15223). Das Mehrschichtensystem weist mindestens eine ma­ gnetische verhältnismäßig harte Biasschicht oder eine mehrere Schichten umfassende Biasschichtanordnung auf, mindestens ei­ ne darauf aufgebrachte, entkoppelnd wirkende Zwischenschicht sowie mindestens eine auf dieser Schicht abgeschiedene ma­ gnetfeldempfindliche, magnetisch möglichst weiche Meßschicht auf. An dem Mehrschichtensystem sind Anschlußkontakte zum Führen eines vorgesehenen Stroms über das System angebracht. Dieser Aufbau kann noch mit einer Schutzschicht überzogen sein.

Vorteilhaft kann der schichtförmige Aufbau des GMR-Mehr­ schichtensystems auch als sogenanntes Multischichtensystem ausgeführt sein. Ein solches System zeichnet sich dadurch aus, daß es neben dem vorstehend erläuterten Schichtensystem noch weitere Schichten oder Schichtpakete enthält und gegebe­ nenfalls eine Folge von periodisch wiederkehrenden Schichten besitzt (vgl. z. B. WO 94/15223).

Der Widerstand eines solchen GMR-Mehrschichtensystems hängt dann von der relativen Orientierung der Magnetisierung der Meßschicht gegenüber der der Biasschichtanordnung ab. Die Än­ derung dieses Widerstandes läßt sich ausnutzen, um die Rich­ tung eines angelegten Magnetfeldes und so z. B. Drehpositionen oder absolute Positionen zu bestimmen (vgl. auch WO 94/17426). Diese Widerstandsänderung legt die Größe M_r des magnetoresistiven Effektes fest. Die Größe M_r ist dabei fol­ gendermaßen definiert:

Mr = [R(↑↓) - R(↑↑)]/R(↑↑).

Wegen der Feldrichtungsempfindlichkeit der GMR-Mehr­ schichtensysteme stellt der magnetoresistive Effekt M_r den Unterschied des Widerstandes zwischen der antiparallelen und der parallelen Magnetisierungsausrichtung der Meßschicht be­ züglich der Biasschicht bzw. einer entsprechenden Bias­ schichtanordnung dar. In der vorstehend aufgeführten Glei­ chung ist die gegenseitige Ausrichtung der Magnetisierung der Meßschicht und der Biasschicht durch die Ausrichtung der Pfeile veranschaulicht. Im allgemeinen wird ein magnetoresi­ stiver Effekt als GMR-Effekt angesehen, wenn die Größe M_r mindestens 2% (bei Raumtemperatur) beträgt und insbesondere erheblichlich darüber liegt. Nachfolgend sei davon ausgegan­ gen, daß ein Mehrschichtensystem aufweisende magnetoresistive Sensorelemente als GMR-Sensorelemente mit GMR-Effekt anzuse­ hen sind, wenn sie alternierend magnetische und nicht-magne­ tische Schichten aufweisen, wobei deren Schichtdicken kleiner als die mittlere freie Weglänge der Elektronen sind. Entspre­ chende Sensorelemente, deren Mehrschichtensysteme magnetisch härtere zusammen mit magnetisch weicheren Schichten umfassen, werden vielfach auch als "Spin Valve" (Spin-Ventil) bezeich­ net.

Die Biasschichten solcher GMR-Mehrschichtensysteme sollen ei­ ne möglichst einheitliche Magnetisierung in einer vorbestimm­ ten Richtung aufweisen. Die entsprechende Einstellung wird erschwert durch die Rotationshysterese. Dies ist vor allem der Fall bei der Einstellung von Systemen mit künstlichem An­ tiferromagneten (vgl. die genannte WO 94/15223), in denen sich mehrere ferromagnetische Schichten in unterschiedliche Richtung orientieren müssen. Aus den Diagrammen der Fig. 1 und 2 ist dies erkennbar. In diesen Diagrammen ist jeweils in Abszissenrichtung die Feldstärke H (in willkürlichen Einhei­ ten) und in Ordinatenrichtung die magnetische Induktion M (in willkürlichen Einheiten) aufgetragen. Als Mehrschichtensystem ist ein System mit künstlichem Antiferromagneten zugrundege­ legt, das in seiner einfachsten Ausführungsform zwei ferroma­ gnetische Schichten aufweist, die über eine nicht-magnetische Zwischenschicht gekoppelt sind. Für die Diagramme der Fig. 1 und 2 ist jedoch ein Mehrschichtensystem 10 mit einem künstlichen Antiferromagneten AAF ("Artifical Antiferroma­ gnet") angenommen, der drei ferromagnetische (Bias-)Schichten 1, 2 und 3 aufweist, zwischen denen jeweils eine nicht- magnetische Koppelschicht 11 bzw. 12 angeordnet ist. Die Schichten 1 bis 3 bestehen aus verhältnismäßig hartmagneti­ schem Material wie z. B. Co und die Koppelschichten 11 und 12 z. B. aus Cu. Dem künstlichen Antiferromagneten AAF sind beid­ seitig zwei äußere weichmagnetische Meßschichten 13 und 14 z. B. aus NiFe (wie "Permalloy") zugeordnet, die jeweils von dem künstlichen Antiferromagneten über entkoppelnde Zwischen­ schichten 15 und 16 z. B. aus Cu getrennt sind. Für ein ent­ sprechendes Magnetschichtensystem muß es eine Unbilanz in den magnetischen Momenten der drei Magnetschichten 1 bis 3 geben. Dabei sei nachfolgend angenommen, daß gilt:

D₁M₁ + D₃M₃ < D₂M₂

mit D₁ ≅ D₃.

M_i und D_i sind die Sättigungsmagnetisierung bzw. Dicke der Magnetschicht i (mit i = 1, 2 oder 3). In Fig. 1 ist die Idealkurve ohne Rotationshysterese dargestellt. Dabei sind die magnetischen Momente der einzelnen Magnetschichten durch Pfeile mit der jeweiligen Nummer der Schicht angedeutet. Auf der Idealkurve gibt es zwei charakteristische Feldstärkewerte H_p und H_s, die den schrägen Teil der Hysteresiskurve begren­ zen. Die Werte sind für Systeme mit isotropen Materialien bzw. isotropem Verhalten durch folgende Beziehungen bestimmt:

H_s = -J (2 D₁M₁ + D₂M₂)/(D₁M₁D₂M₂)
H_p = -J (2 D₁M₁ - D₂M₂)/(D₁M₁D₂M₂).

J ist dabei die magnetische Polarisation. Zu bedenken ist da­ bei, daß Biassysteme ohne Rotationshysterese zwecklos sind, weil sie keine Stabilität der Biasschichtmagnetisierung bie­ ten. Aus der gezeigten Hysteresiskurve ist ferner ersicht­ lich, daß bei dem Feldstärkewert H_s eine magnetische Sätti­ gung mit paralleler Magnetisierungsausrichtung aller drei Ma­ gnetschichten 1 bis 3 des Mehrschichtensystems 10 vorhanden ist. Demgegenüber ist bei einem Feldstärkewert H_p, der be­ tragsmäßig kleiner als |H_s| ist, die Magnetisierungsrichtung der mittleren ferromagnetischen Schicht 2 gegenüber den bei­ den äußeren Magnetschichten 1 und 3 antiparallel verlaufend. Zwischen den Werten H = 0 und H = H_p verläuft die Hysteresis­ kurve annähernd plateaumäßig.

In dem Diagramm der Fig. 2 ist ein Magnetfeldbereich A ange­ deutet, in dem ein entsprechendes Mehrschichtensystem stabil arbeiten kann. Wie aus einem Vergleich der Diagramme der Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist eine Rotationshysterese notwen­ dig. Dabei ist der Arbeitsbereich A durch die Plateauwerte |H_p| begrenzt, wo die Magnetisierung der mittleren Schicht derjenigen der äußeren Schichten entgegengesetzt gerichtet ist. In dem Plateau sollten die Momente der Biasschichten zu­ mindest annähernd genau parallel zum Einstellfeld ausgerich­ tet sein. Eine schematische Darstellung der Orientierung der Momente im Fall der Rotationshysterese ist in der Figur eben­ falls angedeutet. Die Rotationshysterese bedingt dabei, daß die Magnetisierungen der Biasschichten nicht einheitlich sind und in dem Arbeitsbereich von der Idealeinstellung abweichen. D. h., das Magnetschichtensystem befindet sich zunächst nicht in einem Zustand minimaler Energie.

Um diesen Zustand minimaler Energie zu erreichen, wird zur Einstellung der Magnetisierung der Biasschichten zusätzlich ein magnetisches Wechselfeld mit abnehmender Amplitude ange­ legt. D. h., das magnetische Einstellfeld weist ein Grundfeld auf, das zusätzlich von einem Wechselfeld (= Zusatzfeld) überlagert wird. Beide Felder sollen dabei in an sich bekann­ ter Weise von einem vorbestimmten Maximalwert auf Null ab­ klingen. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Wechselfeld zu­ mindest annähernd senkrecht zum Grundfeld gerichtet ist. Auf alle Fälle sollten aber die Richtungen des Wechselfeldes und des Grundfeldes gegenüber einer parallelen oder antiparalle­ len Ausrichtung einen Winkel ungleich 0°, vorzugsweise von mindestens 30° einschließen. In den Fig. 3 und 4 sind 90°- Feldausrichtungen zugrundegelegt. Die Figuren zeigen zwei verschiedene Möglichkeiten der Überlagerung der beiden Feld­ komponenten, wobei das Grundfeld mit H_g, das Wechsel- oder Zu­ satzfeld mit H_z und die Feldstärkeamplitude des Zusatzfeldes mit h bezeichnet sind.

Gemäß Fig. 3 klingt das Grundfeld H_g von einem Wert oberhalb H_s bis zu einem Wert unterhalb von H_p (vgl. Fig. 1 und 2). Das Wechselfeld H_z ist Null während dieser Phase. Zwischen einem Zeitpunkt t = t₁ und einem Zeitpunkt t = t₂ ist das Grundfeld H_g konstant und das zusätzliche Wechselfeld H_z wird eingeschaltet. Nach dem Abklingen des Wechselfeldes H_z wird dann H_g auf Null reduziert.

Fig. 4 zeigt eine weitere Möglichkeit. In diesem Fall ist das Wechselfeld H_z schon während der Abklingphase des Grund­ feldes H_g eingeschaltet.

Die Magnetisierungsverfahren gemäß den Fig. 3 und 4 erfor­ dern an sich zwei getrennte Feldquellen zur Erzeugung des Grundfeldes und des Wechselfeldes (= Zusatzfeld) des magneti­ schen Einstellfeldes. Vor allem im Fall von großen Substraten mit Durchmessern von einigen Zoll, auf denen viele Sensorele­ mente mit entsprechenden Mehrschichtensystemen angeordnet sind, ist die Erzeugung der notwendigen senkrechten Magnet­ felder sehr aufwendig. Vorteilhaft kann deshalb eine entspre­ chende Magnetisierungseinrichtung so ausgestaltet sein, daß eine quasi schüttelnde bzw. oszillierende Bewegung des das mindestens eine magnetoresistive Mehrschichtensystem tragen­ den Substrates um eine Ausgangslage erfolgt. Selbstverständ­ lich kann auch eine entsprechende oszillierende Bewegung der Feldquelle vorgesehen werden. Dann ist nur eine einzige ein­ stellbare Feldquelle mit fester bzw. oszillierender Richtung erforderlich. Dementsprechend führt entsprechend Fig. 5 das Substrat S mit seinen nicht dargestellten Mehrschichtensyste­ men in einem homogenen Einstellfeld (H_g + H_z) eine oszillie­ rende, durch einen Doppelpfeil p angedeutete Bewegung um die Einstellrichtung des Feldes H_g durch. Die Amplitude dieser Oszillation wird dann gleichzeitig mit der Amplitude des Ein­ stellfeldes geändert. Auf diese Weise lassen sich insbesonde­ re die zeitlichen Feldverläufe gemäß den Fig. 3 und 4 ge­ nau reproduzieren.

Bei den vorstehend zugrundegelegten Ausführungsbeispielen wurde davon ausgegangen, daß die Biasschicht oder Bias­ schichtanordnung eines GMR-Mehrschichtensystems mittels eines magnetischen Grundfeldes zu magnetisieren ist, daß von einem zusätzlichen magnetischen Wechselfeld überlagert ist. Selbst­ verständlich können in entsprechender Weise auch mehrere GMR- Mehrschichtensysteme gleichzeitig magnetisiert werden, falls ihre Magnetisierungen alle in dieselbe Richtung orientiert sein sollen. Demgegenüber ist in Fig. 6 ein Ausführungsbei­ spiel mit mehreren Mehrschichtensystemen zugrundegelegt, bei denen die einzelnen Mehrschichtsysteme antiparallele Biasma­ gnetisierungen aufweisen sollen. Dabei wird von einer Wheatstone'schen Brücke B mit vier jeweils mindestens ein GMR-Mehrschichtensystem aufweisenden Sensorelementen E₁ bis E₄ gemäß der genannten DE 195 20 178 A ausgegangen. Die vier streifenförmig gestalteten Sensorelemente E₁ bis E₄ sind par­ allel nebeneinander auf einem gemeinsamen Substrat 4 angeord­ net. Sie sind untereinander und mit Kontaktierungsflächen an Anschlußpunkten C₁, C₂ und U₁, U₂, sogenannten Kontaktpads, mittels Kontaktbahnen 5 zu der Brücke B verschaltet. Jedem Sensorelement E_j ist ein Leiterbahnteil L_j (mit 1 ≦ j ≦ 4) an der Unterseite eines Leiterbahnträgers 7 einer Magnetisie­ rungseinrichtung 8 zugeordnet. Diese Leiterbahnteile L_j kön­ nen zusätzlich mit einer Isolatorschicht 9 versehen sein, um Kurzschlüsse zwischen benachbarten Leiterbahnteilen auszu­ schließen. Die Lage der einzelnen Leiterbahnteile L_j an dem Leiterbahnträger 7 ist dabei so gewählt, daß bei einem Heran­ führen der Magnetisierungseinrichtung 8 an die Sensorelemente E_j die einzelnen Leiterbahnteile L_j genau parallel zu den je­ weils zugeordneten Sensorelementen E_j unter Einhaltung eines sehr geringen Abstandes a verlaufen. Die einzelnen Leiter­ bahnteile L₁ bis L₄ mit beispielsweise gleichen Leiterbahn­ breiten b_j sind von Einstellströmen I_e1 bis I_e4 in den durch Pfeile angeordneten Stromflußrichtungen durchflossen. Wie aus der Figur hervorgeht, verlaufen die Einstellströme I_e1 und I_e4 in die gleiche Richtung und antiparallel zu den Einstellströ­ men I_e3 und I_e2. Mit den einzelnen Einstellströmen I_ej wird in den zugeordneten Sensorelementen E_j das jeweilige magnetische Grundfeld H_g des Einstellfeldes erzeugt. Das erfindungsgemä­ ße, oszillierende magnetische Zusatzfeld H_z verläuft orthogo­ nal zu den durch die Einstellströme hervorgerufenen Grundfel­ dern. Es wird in bekannter, in der Figur nicht näher darge­ stellter Weise, z. B. durch Einbringen des gesamten Aufbaus in ein von einer Spule hervorgerufenes Wechselfeld, erzeugt. Statt dessen können hierfür auch weitere magnetfelderzeugende Stromleiter vorgesehen sein, die dann senkrecht zu den Lei­ terbahnteilen L_j verlaufen müssen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Einstellung der Biasmagnetisierung in minde­ stens einem Sensorelement, das ein einen sehr großen magneto­ resistiven Effekt (GMR) zeigendes Mehrschichtensystem auf­ weist, welches

• 1. mindestens eine weichmagnetische Meßschicht,
• 2. mindestens eine vergleichsweise härtere Biasschicht mit einzustellender Magnetisierungsrichtung und
• 3. mindestens eine dazwischen angeordnete, nicht-magnetische Zwischenschicht

enthält, bei welchem Verfahren die mindestens eine Bias­ schicht des Sensorelementes einen die Magnetisierung in einer Vorzugsrichtung einprägenden magnetischen Einstellfeld ausge­ setzt wird, das sich aus einem magnetischen Grundfeld und ei­ nem magnetischen Zusatzfeld zusammensetzt und von einem über die Sättigungsmagnetisierung der Biasschicht hinausgehenden Feldstärkewert aus abklingend eingestellt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß ein magneti­ sches Zusatzfeld (H_z) des Einstellfeldes vorgesehen wird, das innerhalb der Abklingzeit des magnetischen Grundfeldes (H_g) mit oszillierender Feldamplitude (h) von einem Maximalwert auf Null abklingt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das mindestens eine Sensorelement (E_j, E₁ bis E₄) dem Zusatzfeld (H_z) erst nach dem Abklingen des Grundfeldes (H_g) auf einen vorbestimmten Zwischenwert (H_p) der Feldstärke ausgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Grundfeld (H_g) während der Ab­ klingzeit des Zusatzfeldes (H_z) auf dem Zwischenwert (H_p) der Feldstärke zumindest annähernd konstant gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das mindestens eine Sensorelement (E_j, E₁ bis E₄) dem Zusatzfeld (H_z) zusammen mit dem Grundfeld (H_g) mit zumindest annähernd gleichzeitigem Einsatzzeitpunkt der beiden Felder ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Zusatz­ feld (H_z) vorgesehen wird, das gegenüber einer parallelen oder antiparallelen Ausrichtung bezüglich des Grundfeldes (H_g) unter einem Winkel von mindestens 30° verläuft.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein zu dem Grundfeld (H_g) zumindest annähernd senkrecht gerichtetes Zusatzfeld (H_z) vorgesehen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Mehr­ schichtensystem (10) mit einer Biasschichtanordnung vorgese­ hen wird, die mehrere, einen künstlichen Antiferromagneten (AAF) bildende ferromagnetische Schichten (1 bis 3) mit je­ weils dazwischen angeordneter nicht-magnetischer Zwischen­ schicht (11, 12) aufweist.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch min­ destens eine Feldquelle zur Erzeugung des magnetischen Grund­ feldes (H_g) und des magnetischen Zusatzfeldes (H_z) des diese Felder (H_g, H_z) umfassenden Einstellfeldes.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine erste Feldquelle zur Er­ zeugung des Grundfeldes (H_g) und eine zweite Feldquelle zur Erzeugung des Zusatzfeldes (H_z) vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeich­ net durch einen dem mindestens einen Sensorelement (E_j, E₁ bis E₄) zugeordneten, einen Einstellstrom (I_ej, I_e1 bis I_e4) führenden Leiterbahnteil (L_j, L₁ bis L₄) zur Erzeugung des ma­ gnetischen Grundfeldes (H_g).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß Mittel zu ei­ ner der Oszillation des Zusatzfeldes (H_z) entsprechenden os­ zillierenden Bewegung des mindestens einen Sensorelementes relativ zu mindestens einer das Einstellfeld erzeugenden Feldquelle um eine Ausgangslage vorgesehen sind.