DE3542257A1

DE3542257A1 - Device for tempering in a magnetic field

Info

Publication number: DE3542257A1
Application number: DE19853542257
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Kersten; Hans Dr Rer Nat Volz
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1985-11-29
Publication date: 1987-06-04

Abstract

A continuous-flow furnace for tempering ferromagnetic layers is specified, which has a magnet for producing a magnetic field, and a heating coil for producing a temperature gradient. The continuous-flow furnace is used for magnetising ferromagnetic layers and for reducing the anistropic field strength. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Tempern vorzugsweise ferromagnetischer Schichten in einem Magnetfeld, dabei werden die ferromagnetischen Schichten magnetisiert und es wird gleichzeitig die Anisotropiefeldstärke H _k der ferromagnetischen Schichten reduziert.The invention relates to a device for annealing preferably ferromagnetic layers in a magnetic field, the ferromagnetic layers are magnetized and the anisotropy field strength H _{k of} the ferromagnetic layers is simultaneously reduced.

Ferromagnetische Schichten in der Form von dünnen, magnetisierten Schichten werden beispielsweise in Sensoren zum Nachweis magnetischer Felder verwendet. Die Empfindlichkeit solcher Sensoren hängt u. a. von der Anisotropiefeldstärke H _K der ferromagnetischen Schichten ab. Ein Sensor ist gesättigt, wenn ein Magnetfeld H = H _K parallel zur "schweren Richtung" anliegt. Die "schwere Richtung" liegt senkrecht zur Ruhelage der Magnetisierung, welche "leichte Richtung" genannt wird. Die Reduzierung von H _K bewirkt eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Sensors.Ferromagnetic layers in the form of thin, magnetized layers are used, for example, in sensors for detecting magnetic fields. The sensitivity of such sensors depends, among other things, on the anisotropy field strength H _{K of} the ferromagnetic layers. A sensor is saturated if a magnetic field H = H _{K is} parallel to the "heavy direction". The "heavy direction" is perpendicular to the rest position of the magnetization, which is called "easy direction". The reduction in H _K increases the sensitivity of the sensor.

Aus DE-OS 29 08 972 ist eine Vorrichtung zum Tempern und zur Reduzierung der Anisotropiefeldstärke H _k ferromagnetischer Schichten bekannt. Die Prozeßkammer dieser Vorrichtung weist allerdings nur eine Öffnung auf und jede ferromagnetische Schicht muß einzeln in die Prozeßkammer gebracht werden. Die Durchführung des Prozeßzyklus erfolgt dabei für jede ferromagnetische Schicht einzeln.From DE-OS 29 08 972 a device for annealing and for reducing the anisotropy field strength H _k ferromagnetic layers is known. However, the process chamber of this device has only one opening and each ferromagnetic layer must be brought individually into the process chamber. The process cycle is carried out individually for each ferromagnetic layer.

Die bekannte Vorrichtung eignet sich besonders zum Tempern von Labormustern.The known device is particularly suitable for tempering of laboratory samples.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Tempern von ferromagnetischen Schichten zu schaffen, die eine Verarbeitung großer Stückzahlen ermöglicht.The invention has for its object a device for the annealing of ferromagnetic layers create a processing of large quantities enables.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The task is in a generic device solved by the characterizing features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments of the invention are the See subclaims.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Vorrichtung kontinuierlich betrieben werden kann.The advantages achieved with the invention are in particular in that the device is continuous can be operated.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist im folgenden anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the device is described below with reference to FIGS. 1 to 3. Show it:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Durchlaufofens im Längsschnitt, Fig. 1 shows an embodiment of the continuous furnace according to the invention in longitudinal section;

Fig. 2 den Durchlaufofen gemäß Fig. 1 im Querschnitt und Fig. 2 shows the continuous furnace according to FIG. 1 in cross section and

Fig. 3 ein Temperaturprofil der Prozeßtemperatur im erfindungsgemäßen Durchlaufofen. Fig. 3 shows a temperature profile of the process temperature in the continuous furnace according to the invention.

Die Vorrichtung ist in Fig. 1 und Fig. 2 als Durchlaufofen 1 dargestellt. Der Durchlaufofen 1 weist dabei eine Längsachse auf und besteht hauptsächlich aus zwei zur Längsachse zentrisch angeordneten Zylinderspulen, einer ohmschen Heizspule 2 und einer das Magnetfeld erzeugenden Induktionsspule 3. Die Heizspule 2 liegt im Innern der Induktionsspule 3. Die Induktionsspule 3 ist so dimensioniert, daß sie im Innern der Heizspule 2 und in einem sich an die Heizspule anschließenden Abkühlbereich 4 ein zur Spulenachse paralleles homogenes Magnetfeld H erzeugt. Zwischen der Heizspule 2 und der Induktionsspule 3 befindet sich eine wärmeisolierende Wand 5, die gasundurchlässig ausgebildet sein soll. Zwei Schleusen 20; 21 bilden den Eingang 6 und den Ausgang 7 des Durchlaufofens 1. Die Schleusen 20; 21 bestehen je aus einer Verlängerung der wärmeisolierenden Wand 5 und zwei Toren 22, 23; 24, 25, einer Schutzgaszuführung 26; 27 und einem Luftabzug 28; 29. Der Bereich zwischen den Schleusen, das Innere der Heizspule 2 und der Abkühlbereich 4 bilden die Prozeßkammer 11 des Durchlaufofens 1.The device is shown as a continuous furnace 1 in FIG. 1 and FIG. 2. The continuous furnace 1 has a longitudinal axis and consists mainly of two cylindrical coils arranged centrally to the longitudinal axis, an ohmic heating coil 2 and an induction coil 3 generating the magnetic field. The heating coil 2 is located inside the induction coil 3 . The induction coil 3 is dimensioned such that it generates a homogeneous magnetic field H parallel to the coil axis in the interior of the heating coil 2 and in a cooling region 4 adjoining the heating coil. Between the heating coil 2 and the induction coil 3 there is a heat-insulating wall 5 , which should be made impermeable to gas. Two locks 20; 21 form the input 6 and the output 7 of the continuous furnace 1 . Locks 20; 21 each consist of an extension of the heat-insulating wall 5 and two gates 22, 23; 24, 25 , a protective gas supply 26; 27 and an air vent 28; 29 . The area between the locks, the interior of the heating coil 2 and the cooling area 4 form the process chamber 11 of the continuous furnace 1 .

Die Heizspule 2 ist so gewickelt, daß sich im Innern des Durchlaufofens ein konstanter Temperaturgradient ( = Konst.) einstellt und daß sie kein resultierendes Magnetfeld erzeugt. Die Temperatur steigt vom Eingang 6 bis zum Abkühlbereich 4 von Raumtemperatur bis zur Maximaltemperatur an. Am Ausgang 7 herrscht annähernd Raumtemperatur. Die zu tempernden Schichten 8 werden in Magazinen 9 durch den Durchlaufofen 1 geführt. Hierzu ist ein Laufband als Transportvorrichtung 10 durch den Durchlaufofen 1 vorgesehen. Zur Einführung des Schutzgases in die Prozeßkammer sind Düsen 30 angebracht. The heating coil 2 is wound in such a way that a constant temperature gradient (= constant) is established in the interior of the continuous furnace and that it does not produce a resulting magnetic field. The temperature rises from the entrance 6 to the cooling area 4 from room temperature to the maximum temperature. There is approximately room temperature at output 7 . The layers 8 to be tempered are passed through the continuous furnace 1 in magazines 9 . For this purpose, a treadmill is provided as a transport device 10 through the continuous furnace 1 . Nozzles 30 are attached for introducing the protective gas into the process chamber.

Der Durchlaufofen 1 ermöglicht das Tempern und Magnetisieren ferromagnetischer Schichten bei gleichzeitiger Reduzierung der Anisotropiefeldstärke H _k der ferromagnetischen Schichten auf folgende Weise: Die Wertangaben beziehen sich auf die Reduzierung der Anisotropiefeldstärke einer NiFe-Schicht. In der Prozeßkammer ist ein Magnetfeld mit H = vorhanden. Nach dem Passieren der Schleuse 20 durchläuft die ferromagnetische Schicht den Durchlaufofen mit konstanter Geschwindigkeit und erfährt hierdurch das gewünschte Temperaturprofil. Der Abkühlbereich 4 ist so lang, daß die ferromagnetische Schicht die Prozeßkammer erst verläßt, nachdem sie wieder annähernd auf Raumtemperatur abgekühlt ist. Hierzu ist in Verlängerung der Heizspule eine Kühlwendel 12 angebracht. Das sich daraus ergebende Temperaturprofil ist in Fig. 3 dargestellt.The continuous furnace 1 enables the annealing and magnetization of ferromagnetic layers with a simultaneous reduction in the anisotropy field strength H _{k of} the ferromagnetic layers in the following way: The values refer to the reduction in the anisotropy field strength of a NiFe layer. A magnetic field with H = is present in the process chamber. After passing through the lock 20 , the ferromagnetic layer passes through the continuous furnace at a constant speed and thereby experiences the desired temperature profile. The cooling area 4 is so long that the ferromagnetic layer only leaves the process chamber after it has cooled down again approximately to room temperature. For this purpose, a cooling coil 12 is attached to the heating coil. The resulting temperature profile is shown in Fig. 3.

Soll nun eine ferromagnetische Schicht 8 keinem konstanten Temperaturgradienten als Temperaturprofil, sondern einem anderen Temperaturprofil ausgesetzt werden, kann entweder der Temperaturgradient des Durchlaufofens oder die Durchlaufgeschwindigkeit der ferromagnetischen Schicht 8 durch den Durchlaufofen 1 oder beides zusammen geändert werden. Eine Änderung des Temperaturgradienten des Ofens kann durch eine entsprechende Wicklung der Heizspirale 2 bewirkt werden. Genauso gut kann die Heizspule in viele kleine Bereiche aufgeteilt werden, die voneinander unabhängig entsprechend dem gewünschten Temperaturprofil mit Strom versorgt werden. Wird das Temperaturprofil, das eine ferromagnetische Schicht während des Temperns erfährt, durch eine entsprechende Durchlaufgeschwindigkeit geändert, wird bei einem durchgehenden Band als Transportvorrichtung 10 für jedes Magazin ein eigenes Band benötigt. Als hierzu alternative Lösung kann die Transportvorrichtung 10 auch aus mehreren aneinandergereihten Bändern oder Rollen bestehen, die entsprechend unterschiedliche Umlaufgeschwindigkeiten aufweisen.If a ferromagnetic layer 8 is now not to be exposed to a constant temperature gradient as a temperature profile, but rather to another temperature profile, either the temperature gradient of the continuous furnace or the throughput speed of the ferromagnetic layer 8 through the continuous furnace 1 or both together can be changed. A change in the temperature gradient of the furnace can be brought about by a corresponding winding of the heating coil 2 . The heating coil can equally well be divided into many small areas that are supplied with power independently of one another according to the desired temperature profile. If the temperature profile that a ferromagnetic layer experiences during the annealing is changed by a corresponding throughput speed, a separate belt is required as a transport device 10 for each magazine in a continuous belt. As an alternative solution to this, the transport device 10 can also consist of a plurality of belts or rollers which are lined up and have correspondingly different rotational speeds.

Die Anwendung des Verfahrens eignet sich insbesondere zur Reduzierung der Anisotropiefeldstärke von NiFe-, NiFeCo- oder CoFeSiB-Schichten.The application of the method is particularly suitable for Reduction of the anisotropy field strength of NiFe, NiFeCo- or CoFeSiB layers.

Claims

1.An apparatus for annealing preferably ferromagnetic layers, consisting of an elongated process chamber with a heating coil and a subsequent cooling area, and a magnet surrounding the process chamber for generating a magnetic field parallel to the longitudinal axis of the process chamber, characterized in that the process chamber has an entrance on one end face ( 6 ) and on the other end face has an outlet ( 7 ) that a transport device ( 10 ) for continuously loading the process chamber ( 11 ) is attached, the transport device ( 10 ) through the inlet ( 6 ), through the process chamber ( 11 ) and through the outlet ( 7 ) leads that the heating coil ( 2 ) is wound in such a way that it causes a positive temperature gradient in the process chamber ( 11 ) along the transport device ( 10 ) from the inlet ( 6 ) to the cooling area ( 4 ).

2. Annealing device according to claim 1, characterized in that the input ( 6 ) and the output ( 7 ) are designed as locks ( 20, 21 ).