DE4406495C2

DE4406495C2 - Structure with increased magnetoresistance, method for manufacturing the structure and use of the structure

Info

Publication number: DE4406495C2
Application number: DE4406495A
Authority: DE
Inventors: Rittmar Von Dipl Phys Helmolt; Joachim Dipl Phys Dr Wecker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-02-28
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2014-03-01
Also published as: DE4406495A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetoresistive Legierung mit einem vorbestimmten Gefüge, der eine kupferhaltige Matrix mit Ausscheidungen aus einer ferromagnetischen Komponente aufweist und einen erhöhten magnetoresistiven Effekt zeigt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren sowie eine Ver wendung einer solchen Legierung. Ein derartiger Aufbau geht aus "Appl. Phys. Lett.", Vol. 62, Nr. 16, 19. April 1993, Seiten 1985 bis 1987, hervor.The invention relates to a magnetoresistive alloy with a predetermined structure that is a copper matrix with precipitations from a ferromagnetic component and has an increased magnetoresistive effect. The invention further relates to a method and a Ver application of such an alloy. Such a structure works "Appl. Phys. Lett.", Vol. 62, No. 16, April 19, 1993, pages 1985 to 1987.

Allgemeine Ausführungsformen und die Funktionsweise von ma gnetoresistiven Sensoren mit Dünnfilmen aus ferromagnetischen Übergangsmetallen sind z. B. in dem Buch "Sensors", Vol. 5, Herausgeber: W. Göpel und andere, VCH-Verlagsgesellschaft, Weinheim (DE), 1989, Seiten 341 bis 380, näher erläutert. Die dort offenbarten, weitgehend magnetostriktionsfreien Schichten, die z. B. aus einer speziellen NiFe-Legierung oder aus einer speziellen NiCo-Legierung bestehen, zeigen einen magnetoresistiven Effekt M_r von etwa 2 bis 3%. Die Größe M_r ist dabei im allgemeinen folgendermaßen definiert:General embodiments and the mode of operation of magnetoresistive sensors with thin films made of ferromagnetic transition metals are e.g. B. in the book "Sensors", Vol. 5, publisher: W. Göpel and others, VCH publishing company, Weinheim (DE), 1989, pages 341 to 380, explained in more detail. The largely magnetostriction-free layers disclosed there, the z. B. consist of a special NiFe alloy or a special NiCo alloy, show a magnetoresistive effect M _r of about 2 to 3%. The size M _r is generally defined as follows:

M_r = [R(0)-R(B)]/R(0), wobei R(B) der ohmsche Widerstand im Magnetfeld mit einer vorgegebenen Induktion B und R(0) der entsprechende Widerstand bei fehlendem Magnetfeld sind. Bis weilen wird der magnetoresistive Effekt auch folgendermaßen definiert:M _r = [R (0) -R (B)] / R (0), where R (B) is the ohmic resistance in the magnetic field with a given induction B and R (0) is the corresponding resistance in the absence of a magnetic field. Until now, the magnetoresistive effect is also defined as follows:

M_r′ = [R(0)-R(B)]/R(B); d. h.: M_r = M_r′/(1+M_r′).M _r ′ = [R (0) -R (B)] / R (B); ie: M _r = M _{r ′} / (1 + M _r ′).

Man ist an einer Erhöhung dieses magnetoresistiven Effektes interessiert, um so Sensoren mit verbessertem Signal-Rausch- Verhältnis realisieren und den Einsatzbereich entsprechender Sensoren erweitern zu können. Eine Erhöhung des magnetoresi stiven Effektes konnte bei einigen Mehrschichtsystemen wie z. B. Co/Cu, Co/Ru, Co/Cr oder Fe/Cr nachgewiesen werden (vgl. z. B. "Appl. Phys. Lett.", Vol. 58, Nr. 23, 10. 6. 1991, Seiten 2710 bis 2712, oder "Phys. Rev. Lett.", Vol. 64, Nr. 19, 7. 5. 1990, Seiten 2304 bis 2307). Bei solchen Mehr schichtsystemen wird von der Tatsache ausgegangen, daß eine nicht-magnetische Zwischenschicht zwischen Schichten aus ferro magnetischem Material eine Austauschkopplung (Austausch- Wechselwirkung) bewirken kann. Diese Kopplung hängt von der Dicke der Zwischenschicht ab und bedingt Dicken im Nanometer bereich. Die Austauschkopplung ist dabei für das magnetische Verhalten ("ferromagnetisch" oder "antiferromagnetisch") des Mehrschichtsystems verantwortlich.One is increasing this magnetoresistive effect interested in sensors with improved signal-to-noise Realize relationship and the area of application accordingly To be able to expand sensors. An increase in magnetoresi positive effects could be seen in some multilayer systems such as e.g. B. Co / Cu, Co / Ru, Co / Cr or Fe / Cr can be detected (see, for example, "Appl. Phys. Lett.", Vol. 58, No. 23, June 10, 1991, Pages 2710 to 2712, or "Phys. Rev. Lett.", Vol. 64, No. 19, May 7, 1990, pages 2304 to 2307). With such more layer systems is based on the fact that a non-magnetic intermediate layer between layers of ferro magnetic material an exchange coupling (exchange Interaction) can cause. This coupling depends on the Thickness of the intermediate layer and depends on the thickness in the nanometer Area. The exchange coupling is for the magnetic Behavior ("ferromagnetic" or "antiferromagnetic") of the Multilayer system responsible.

Demnach können Mehrschichtsysteme mit unterschiedlicher Rich tung der Polarisation der übereinanderliegenden ferromagnetischen, durch nicht-magnetische Schichten getrennten Einzel schichten einen erhöhten magnetoresistiven Effekt M_r zeigen. Dieser Effekt, der für geschichtete Cu-Co-Dünnfilmstrukturen bei Raumtemperatur bis zu 40% betragen kann (vgl. die ge nannte Literaturstelle aus "Appl. Phys. Lett.", 58), wird deshalb auch als "Giant magnetoresistive effect (GMR)" be zeichnet (vgl. "Phys. Rev. Lett.", Vol. 61, Nr. 21, 21. 11. 1988, Seiten 2472 bis 2475).Accordingly, multilayer systems with different direction of the polarization of the superimposed ferromagnetic individual layers separated by non-magnetic layers can show an increased magnetoresistive effect M _r . This effect, which can be up to 40% for layered Cu-Co thin-film structures at room temperature (cf. the cited literature reference from "Appl. Phys. Lett.", 58), is therefore also called the "giant magnetoresistive effect (GMR)""be designated (see" Phys. Rev. Lett. ", Vol. 61, No. 21, November 21, 1988, pages 2472 to 2475).

Die Beschränkung auf Multilagensysteme und die starke Abhän gigkeit des Effektes von der sehr geringen Dicke der magneti schen bzw. nicht-magnetischen Schichten im Nanometer-Bereich stellt jedoch hohe Anforderungen an die Präparationstechnik und schränkt den Einsatzbereich auf Dünnschichtstrukturen ein.The restriction to multilayer systems and the strong dependency effect of the very small thickness of the magneti or non-magnetic layers in the nanometer range however, places high demands on the preparation technique and limits the area of application to thin-film structures a.

Darüber hinaus sind Untersuchungen bekannt, nach denen ein magnetoresistiver Effekt auch in beispielsweise granularen Stoffsystemen auftreten kann (vgl. "Phys. Rev. Lett.", Vol. 68, Nr. 25, 1992, Seiten 3745 bis 3748 und 3749 bis 3752) . Gemäß dieser sich auf das Stoffsystem Cu-Co erstreckenden Untersuchungen werden CuCo-Legierungsschichten durch simultanes Zerstäuben der Ele mente hergestellt und durch eine anschließende Wärmebehand lung nanokristalline (magnetische) Co-Ausscheidungen in einer (nicht-magnetischen) Cu-Matrix erzeugt. Der in diesen Dünn filmen zu messende magnetoresistive Effekt M_r beträgt nach der genannten Literaturstelle etwa 7% bei Raumtemperatur.In addition, studies are known according to which a magnetoresistive effect can also occur in, for example, granular material systems (cf. "Phys. Rev. Lett.", Vol. 68, No. 25, 1992, pages 3745 to 3748 and 3749 to 3752). According to these investigations, which extend to the Cu-Co material system, CuCo alloy layers are produced by simultaneous sputtering of the elements and nanocrystalline (magnetic) Co precipitates are produced in a (non-magnetic) Cu matrix by subsequent heat treatment. The magnetoresistive effect M _r to be measured in these thin films is about 7% at room temperature according to the cited literature reference.

Gemäß der eingangs genannten Literaturstelle kann ein GMR auch in granularen Cu-Co-Strukturen auftreten, die auch in kompakten, rasch-erstarrten Legierungen eingestellt werden. Dabei ist eine schlechte Mischbarkeit der magnetischen Kompo nente (Co) mit einer Matrixkomponente (Cu) im festen Zustand Voraussetzung für ein Ausscheidungsgefüge, das für den Magne towiderstandseffekt notwendig ist. Die Cu-Co-Struktur wird nämlich dadurch hergestellt, daß man zunächst ein Zwischen produkt aus einer Legierung mit an Co übersättigten Cu-Misch kristallen mittels einer Rascherstarrungstechnik ausbildet. Anschließend wird dieses Zwischenprodukt einer Wärmebehand lung derart unterzogen, daß Ausscheidungen aus Co in einer Cu-Matrix entstehen. Die schlechte Mischbarkeit der einzelnen Komponenten auch bei hoher Temperatur bzw. in der Schmelze erweist sich als Problem bei den rascherstarrten Legierungen und führt dazu, daß Co in Cu nur zu einem verhältnismäßig kleinen Anteil (unter 10%) gelöst werden kann. Im Hinblick auf einen größeren Magnetowiderstandseffekt wäre jedoch ein höherer Anteil an ferromagnetischen Ausscheidungen wünschens wert. Zwar läßt sich Eisen (Fe) in Cu zu einem vergleichsweise größeren Anteil lösen; in dem entsprechenden Cu-Fe-System tritt jedoch praktisch kein Magnetowiderstandseffekt auf.According to the literature mentioned at the beginning, a GMR also occur in granular Cu-Co structures that also in compact, rapidly solidified alloys. There is poor miscibility of the magnetic compo nente (Co) with a matrix component (Cu) in the solid state Precondition for an excretion structure, that for the Magne resistance effect is necessary. The Cu-Co structure is namely manufactured by first making an intermediate product made of an alloy with Cu mixture oversaturated with Co forms crystals using a rapid solidification technique. This intermediate product is then subjected to a heat treatment lung subjected to such that excretions from Co in a Cu matrix arise. The poor miscibility of the individual Components even at high temperature or in the melt proves to be a problem with the more rapidly solidified alloys and leads to that Co in Cu is only proportional to one small proportion (less than 10%) can be solved. With regard however, a larger magnetoresistance effect would be an option a higher proportion of ferromagnetic precipitates is desirable value. Iron (Fe) in Cu can be compared to one solve larger share; in the corresponding Cu-Fe system however, there is practically no magnetoresistance effect.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von dem aus der eingangs genannten Literaturstelle bekannten Stoffsy stem mit Cu-haltiger Matrix einen Aufbau mit einem Stoffsy stem anzugeben, der einen vergleichsweise größeren Anteil an der ferromagnetischen Komponente aufweist, ohne daß dabei die erwähnten Mischbarkeitsprobleme auftreten. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung dieses Aufbaus angegeben werden, mit dem auf verhältnismäßig einfache Weise insbesondere schicht- oder bandförmige Elemente mit einem erhöhten magne toresistiven Effekt von insbesondere über 4% bei Anlegen eines äußeren Magnetfeldes mit einer magnetischen Induktion von 1T zu erhalten sind, wobei eine gute Reproduzierbarkeit dieser Eigenschaft gewährleistet ist. Schließlich soll eine Verwendungsmöglichkeit dieses Aufbaus angegeben werden.The object of the present invention is based on the known from the literature mentioned at the beginning a structure with a material system with a Cu-containing matrix stem to indicate a comparatively larger proportion of the ferromagnetic component without the mentioned miscibility problems occur. Furthermore, a Methods of making this structure are given with that in a relatively simple way in particular layered or ribbon-shaped elements with a raised magne Toresistive effect of in particular over 4% when investing an external magnetic field with a magnetic induction can be obtained from 1T, with good reproducibility this property is guaranteed. After all, one should Possible uses of this structure can be specified.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Legierung mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Matrix aus einer Cu-Ni-Legierung Ausscheidungen aus Fe-Ni als ferromagnetischer Komponente vorgesehen sind.This task is done with regard to the alloy with the Features mentioned inventively solved in that in a matrix of a Cu-Ni alloy Fe-Ni are provided as a ferromagnetic component.

Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß in dem praktisch keinen magnetoresistiven Effekt zeigenden granula ren Stoffsystem Cu-Fe dann ein magnetoresistiver Effekt zu erhalten ist, wenn sowohl dem Matrixmaterial als auch dem Ma terial der Ausscheidungen jeweils Nickel (Ni) zulegiert wird. Die Verwendung von Nickel führt in dem Stoffsystem Cu-Fe-Ni zu einer erhöhten Löslichkeit von Fe_1-xNi_x und damit zu einem höheren möglichen Volumenanteil ferromagnetischer Phase nach einer Wärmebehandlung. Zugleich bewirkt das in der Cu-Matrix gelöste Ni einen höheren elektrischen spezifischen Widerstand des Materials, ohne dabei den Magnetowiderstandseffekt wesentlich zu beeinflussen. Diese Eigenschaft ist insbeson dere für einen Einsatz als Sensormaterial von Vorteil. Denn bei einem vorgegebenem Strom I ist die Signalspannung an einem Sensor U_s = I×R, oder bei vorgegebener Signalspannung U_s ist die Verlustleistung am Sensor P = U_s²/R; d. h. ein großer spezifischer Widerstand ist als besonders günstig anzusehen. Eine entsprechende Legierung zeigt einen magnetoresistiven Effekt, der eine Größe annehmen kann, die deutlich über den geforderten 4% liegt. The invention is based on the knowledge that in the practically no magnetoresistive effect granular material system Cu-Fe a magnetoresistive effect can be obtained if both the matrix material and the material of the excretions are alloyed with nickel (Ni). The use of nickel in the Cu-Fe-Ni material system leads to an increased solubility of Fe _1-x Ni _x and thus to a higher possible volume fraction of ferromagnetic phase after heat treatment. At the same time, the Ni dissolved in the Cu matrix causes a higher electrical resistivity of the material without significantly influencing the magnetoresistance effect. This property is particularly advantageous for use as a sensor material. That on a predetermined current I is the signal voltage to a sensor U _s = I × R, or at specified signal voltage U _s is the power dissipation at the sensor P = U _s ² / R; ie a high specific resistance can be regarded as particularly favorable. A corresponding alloy shows a magnetoresistive effect, which can take on a size that is clearly above the required 4%.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Legierung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zu nächst mittels einer Rascherstarrungstechnik aus einer Schmelze aller Komponenten des Aufbaus ein Zwischenprodukt aus an Fe-Ni übersättigten Mischkristallen einer Cu-Ni-Legie rung ausgebildet wird und daß anschließend dieses Zwischen produkt mittels einer vorbestimmten Wärmebehandlung in den Aufbau mit dem gewünschten Gefüge überführt wird. Die so her gestellte Legierung kann hierbei insbesondere auch einlagig sein. Er läßt sich vorteilhaft für einen magnetoresistiven Sensor verwenden.An advantageous method for producing such Alloy is according to the invention characterized in that next using a rapid solidification technique from a Melt all components of the construction of an intermediate product from mixed crystals of a Cu-Ni alloy supersaturated with Fe-Ni tion is formed and that then this intermediate product by means of a predetermined heat treatment in the Structure with the desired structure is transferred. The so forth The alloy provided can in particular also have a single layer be. It can be advantageous for a magnetoresistive Use sensor.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes bzw. des Verfahrens zu seiner Herstellung gehen aus den je weils abhängigen Ansprüchen hervor.Advantageous refinements of the subject matter of the invention and the process for its manufacture go from the because dependent claims emerge.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung erläutert. Dabei zeigt die Figur in einem Diagramm für das Stoffsystem Cu-Ni-Fe den relativen elektrischen Wider stand als Funktion eines angelegten Magnetfeldes.Exemplary embodiments of the invention are described below Explained with reference to the drawing. The figure shows in a diagram for the material system Cu-Ni-Fe the relative electrical resistance stood as a function of an applied magnetic field.

Mit dem Verfahren ist ein dünner, im allgemeinen langgestreckter Körper, wie z. B. ein schicht- oder bandförmiges Bauteil, herzustellen, das vorzugsweise selbst tragend sein kann und deshalb besonders für Sensoranwendungen geeignet ist. Das Bauteil soll eine granulare Struktur besit zen, die gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel aus dem ter nären Stoffsystem Cu-Fe-Ni ausgewählt ist. Diese Struktur wird somit erfindungsgemäß aus einer Legierung der Zusammen setzung Cu_1-x-yFe_xNi_y hergestellt, die mit Fe-Ni übersättigte Cu-Ni-Mischkristalle aufweist. Hierzu muß für die Indices x und y gelten:With the method is a thin, generally elongated body, such as. B. a layered or ribbon-shaped component, which can preferably be self-supporting and is therefore particularly suitable for sensor applications. The component should have a granular structure which, according to a first exemplary embodiment, is selected from the secondary material system Cu-Fe-Ni. This structure is thus produced according to the invention from an alloy of the composition Cu _1-xy Fe _x Ni _y which has Cu-Ni mixed crystals supersaturated with Fe-Ni. The following must apply to the indices x and y:

0,05 < x < 0,7; vorzugsweise 0,05 < x < 0,5; und
0,05 < y < 0,7; vorzugsweise 0,05 y 0,5 .0.05 <x <0.7; preferably 0.05 <x <0.5; and
0.05 <y <0.7; preferably 0.05 y 0.5.

Generell sollen die Grenzen für die Anteile der drei Komponenten bis zu ±5 Atom-% von den angegebenen Werten abweichende Werte mit einschließen. Darüber hinaus kann die angegebene Zusammenset zung noch minimale Verunreinigungen mit jeweils unter 0,2 Atom-% pro Verunreinigungselement enthalten.Generally should the limits for the proportions of the three components up to Values deviating from the specified values by ± 5 atomic% lock in. In addition, the specified set can minimal contamination with under Contain 0.2 atom% per impurity element.

Eine entsprechende ternäre CuFeNi-Legierung wird gemäß einem ersten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Anwendung einer Rascherstarrungstechnik hergestellt. Hierzu werden zunächst die Ausgangskomponenten des Materials mit hinreichender Reinheit unter einer gereinigten Ar-Atmo sphäre zu einer Vorlegierung erschmolzen, wobei z. B. von einer kompaktierten Pulvermischung der Komponenten des Materials ausgegangen wird. Die Anteile der einzelnen Komponenten werden dabei so gewählt, daß die Vorlegierung zumindest annä hernd die Zusammensetzung (Stöchiometrie) des gewünschten Ma terials aufweist. Zum Erschmelzen können pyrolytische BN- oder Al₂O₃-Tiegel verwendet werden. Insbesondere wird ein Er schmelzen in einem Lichtbogenofen vorgesehen. Die so erhal tene Vorlegierung aus den Ausgangskomponenten wird dann mit tels einer an sich bekannten Rascherstarrungstechnik in ein feinkristallines Zwischenprodukt überführt. Als Rascherstar rungstechniken kommen beispielsweise spezielle Sputter- oder Spraytechniken zur Ausbildung dünner Schichten auf hierfür geeigneten Substraten oder eine Herstellung von Metallpulvern durch spezielle Verdüsungs- oder Atomisierungstechniken in Frage. Besonders geeignet ist das sogenannte "Melt spinning" (Schmelzspinnverfahren), ein Rascherstarrungsverfahren, das insbesondere zur Herstellung amorpher Metallegierungen allge mein bekannt ist (vgl. z. B. "Zeitschrift für Metallkunde", Band 69, Heft 4, 1978, Seiten 212 bis 220, oder "Physikalische Blätter", 34. Jahrgang, 1978, Seiten 573 bis 584). Demgemäß wird unter Schutzgas, wie z. B. Ar, oder unter Vakuum die Vorle gierung z. B. in einem Quarz- oder BN-Tiegel mit Hochfrequenz auf eine Temperatur zwischen 1100° und 1700°C, insbesondere 1300°C und 1500°C erschmolzen. Die Schmelze wird dann durch eine Düse mit einem Düsendurchmesser von beispielsweise 0,5 mm und einem Preßdruck von z. B. 0,25 bar zur Abschreckung auf den beispielsweise 5 cm breiten Rand eines hierfür geeig neten, rotierenden Körpers, vorzugsweise eines Kupferrades gespritzt. Das Rad sollte dabei mit einer solchen Drehzahl rotieren, daß man die geforderten, an FeNi übersättigten CuNi-Mischkristalle erhält, d. h. in einem gegenüber dem ther modynamischen Gleichgewicht erweiterten Bereich der Löslich keit von FeNi in CuNi arbeitet. Diese metastabile Löslich keitserweiterung erkennt man z. B. in einer charakteristischen Verschiebung der sogenannten Bragg-Reflexe in CuNi in Röntgenbeugungsexperimenten. Um diese Löslichkeitserweiterung zu erreichen, müssen verhältnismäßig hohe Oberflächen geschwindigkeiten v_s auf dem Radumfang gewährleistet werden. Im allgemeinen sind Geschwindigkeiten v_s zwischen 10 m/s und 80 m/s, insbesondere zwischen 30 m/s und 60 m/s erforderlich. Man erhält dann bandförmige Stücke des Zwischenproduktes, die verhältnismäßig duktil sind. Dabei ist der Grad der Übersättigung insbesondere von der Radgeschwindigkeit, dem Preßdruck und der Temperatur der Schmelze abhängig.A corresponding ternary CuFeNi alloy is produced in accordance with a first method step of the method according to the invention using a rapid solidification technique. For this purpose, the starting components of the material are melted with a sufficient purity under a cleaned Ar atmosphere to a master alloy, z. B. a compacted powder mixture of the components of the material is assumed. The proportions of the individual components are chosen so that the master alloy has at least approximately the composition (stoichiometry) of the desired material. Pyrolytic BN or Al₂O₃ crucibles can be used for melting. In particular, a melt is provided in an arc furnace. The master alloy obtained in this way from the starting components is then converted into a finely crystalline intermediate product using a known rapid solidification technique. Rascherstar tion techniques include, for example, special sputtering or spraying techniques for forming thin layers on suitable substrates or the production of metal powders using special atomization or atomization techniques. Particularly suitable is the so-called "melt spinning" (melt spinning process), a rapid solidification process which is generally known in particular for the production of amorphous metal alloys (cf., for example, "Zeitschrift für Metallkunde", volume 69, issue 4, 1978, pages 212 to 220, or "Physikalische Blätter", 34th year, 1978, pages 573 to 584). Accordingly, under protective gas such. B. Ar, or under vacuum the Vorle alloy z. B. melted in a quartz or BN crucible with high frequency to a temperature between 1100 ° and 1700 ° C, in particular 1300 ° C and 1500 ° C. The melt is then passed through a nozzle with a nozzle diameter of, for example, 0.5 mm and a pressing pressure of, for. B. 0.25 bar to deter, for example, 5 cm wide edge of a suitable rotating body, preferably a copper wheel. The wheel should rotate at such a speed that the required, over-saturated FeNi CuNi mixed crystals are obtained, that is, in an extended range of the thermodynamic equilibrium, the range of solubility of FeNi in CuNi works. This metastable solubility extension can be seen e.g. B. in a characteristic shift of the so-called Bragg reflections in CuNi in X-ray diffraction experiments. In order to achieve this solubility extension, relatively high surface speeds v _s must be guaranteed on the wheel circumference. In general, speeds v _s between 10 m / s and 80 m / s, in particular between 30 m / s and 60 m / s are required. Band-shaped pieces of the intermediate product are then obtained which are relatively ductile. The degree of supersaturation depends in particular on the wheel speed, the pressing pressure and the temperature of the melt.

Zur Einstellung der gewünschten Ausscheidungsmorphologie mit Fe_1-xNi_x-Ausscheidungen in einer Cu_1-yNi_y-Matrix ist er findungsgemäß noch eine nachfolgende Wärmebehandlung des Zwi schenproduktes erforderlich. Hierzu können vorteilhaft Tempe raturen T_a zwischen 100° und 1000°C, vorzugsweise zwischen 200° und 500°C vorgesehen werden. Die Zeiten t_a für diese Wärmebehandlung, die sogenannten Auslagerungszeiten, sind mit der Temperatur T_a korreliert und liegen im allgemeinen zwi schen 1 Minute und 10 Stunden, vorzugsweise zwischen 1/2 und 3 Stunden. Erst eine solche Auslagerungsbehandlung führt zu den gewünschten hohen Werten des Magnetowiderstands.In order to set the desired excretion morphology with Fe _1-x Ni _x excretions in a Cu _1-y Ni _y matrix, according to the invention, a subsequent heat treatment of the intermediate product is required. For this purpose, temperatures T _a between 100 ° and 1000 ° C., preferably between 200 ° and 500 ° C., can advantageously be provided. The times t _a for this heat treatment, the so-called aging times, are correlated with the temperature T _a and are generally between 1 minute and 10 hours, preferably between 1/2 and 3 hours. Only such an aging treatment leads to the desired high magnetoresistance values.

Für einen entsprechenden, aus einer Cu₇₀Ni₂₀Fe₁₀-Vorlegierung hergestellten Aufbau zeigt das Diagramm der Figur die Magnetfeldabhängigkeit des relativen elektrischen Widerstandes. In dem Diagramm sind in Abszissenrichtung das angelegte (äußere) Magnetfeld der Flußdichte µ_o _* H (in T) und in Ordinatenrichtung der davon abhängige relative elek trische Widerstand R_r aufgetragen. Der relative elektrische Widerstand R_r ist dabei definiert als der Quotient aus dem bei einem äußeren Magnetfeld der Stärke H oder der Induktion B gemessenen ohmschen Widerstand R(H) bzw. R(B) zu dem sich bei fehlendem Feld (H=0 bzw. B=0) ergebenden Widerstand R(0). Die genannte Vorlegierung wurde im Lichtbogenofen er schmolzen, anschließend bei 1500°C aufgeschmolzen und auf einem rotierenden Cu-Rad mit einer Oberflächengeschwindigkeit v_s von 60 m/s abgeschreckt und schließlich bei 450°C für 2 Stunden ausgelagert. Aus dem Kurvenverlauf ist eine maximale relative Widerstandsdifferenz ΔR/R = [R(B)-R(0)]/R (0) von etwa 6,5% abzulesen, welche der Größe des magnetoresistiven Effektes M_r der erfindungsgemäß hergestellten Struktur ent spricht. Dabei wurde ein Induktionsbereich bis 7,5 T zugrunde gelegt. Für einen Induktionsbereich bis 0,5 T liegt der ma gnetoresistive Effekt M_r immerhin noch bei etwa 3%.For a corresponding structure made of a Cu₇₀Ni₂₀Fe₁₀ master alloy, the diagram of the figure shows the magnetic field dependence of the relative electrical resistance. The diagram shows the applied (external) magnetic field of the flux density µ _o _* H (in T) in the abscissa direction and the relative electrical resistance R _r dependent on it in the ordinate direction. The relative electrical resistance R _r is defined as the quotient from the ohmic resistance R (H) or R (B) measured in the case of an external magnetic field of strength H or induction B to that in the absence of a field (H = 0 or B = 0) resulting resistance R (0). The above-mentioned master alloy was melted in an electric arc furnace, then melted at 1500 ° C and quenched on a rotating Cu wheel with a surface speed v _s of 60 m / s and finally aged at 450 ° C for 2 hours. A maximum relative resistance difference ΔR / R = [R (B) -R (0)] / R (0) of approximately 6.5% can be read from the curve, which corresponds to the size of the magnetoresistive effect M _{r of} the structure produced according to the invention . An induction range of up to 7.5 T was used as a basis. For an induction range up to 0.5 T, the magnetoresistive effect M _{r is} still around 3%.

Der spezifische Widerstand des Gefüges dieser erfindungsgemä ßen Legierung liegt mit etwa 5_*10^-7 Ωm 5mal höher als bei einer Cu₉₀Co₁₀-Legierung und etwa 25mal höher als bei reinem Leitungskupfer, das einen spezifischen Widerstand von etwa 1,8_*10^-8 Ωm aufweist.The specific resistance of the structure of this alloy according to the invention is about 5 _* 10 ^-7 Ωm 5 times higher than that of a Cu₉₀Co₁₀ alloy and about 25 times higher than pure copper, which has a specific resistance of about 1.8 _* 10 ^-8 Ωm .

Ähnliche Verhältnisse ergeben sich auch für andere Zusammen setzungen innerhalb des Stoffsystems Cu-Fe-Ni der erfindungs gemäßen Legierung, beispielsweise für Cu₈₀Fe₁₀Ni₁₀ oder Cu₆₀Fe₂₀Ni₂₀ oder Cu₆₀Ni₃₀Fe₁₀.Similar relationships arise for other groups settlements within the Cu-Fe-Ni system of the invention contemporary alloy, for example for Cu₈₀Fe₁₀Ni₁₀ or Cu₆₀Fe₂₀Ni₂₀ or Cu₆₀Ni₃₀Fe₁₀.

Bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen wurde von einem ternären Stoffsystem Cu-Fe-Ni ausgegangen. Der erfindungsge mäße Aufbau, dessen Herstellungsverfahren sowie die Verwen dung dieses Aufbaus in einem magnetoresistiven Sensor sind jedoch nicht auf ein derartiges Stoffsystem mit nur zumindest im wesentlichen drei Komponenten beschränkt. Insbesondere kann die Fe-Komponente teilweise durch Co substituiert wer den, so daß dann von einer Vorlegierung der Zusammensetzung Cu_1-x-y(Fe,Co)_xNi_y ausgegangen wird. In diesem Falle ist eine fast vollständige Substitution (bis über 99 Atom-% des Fe durch Co) möglich. Eine entsprechende Zusammensetzung wäre Cu₇₀Ni₁₅Fe₅Co₁₀.In the above exemplary embodiments, a ternary Cu-Fe-Ni material system was assumed. However, the structure according to the invention, its production method and the use of this structure in a magnetoresistive sensor are not limited to such a material system with only at least essentially three components. In particular, the Fe component can be partially substituted by Co, so that a pre-alloy of the composition Cu _1-xy (Fe, Co) _x Ni _{y is then} assumed. In this case, almost complete substitution (up to over 99 atomic% of Fe by Co) is possible. A corresponding composition would be Cu₇₀Ni₁₅Fe₅Co₁₀.

Darüber hinaus können dem ternären Stoffsystem Cu-Fe-Ni bzw. dem quaternären Stoffsystem Cu-Fe-Co-Ni in geringem Maße noch einzelne weitere Elemente hinzulegiert werden, ohne daß die magnetoresistiven Eigenschaften, insbesondere der magnetore sisitve Effekt M_r, sich deutlich verschlechtern. Gegebenen falls kann damit sogar eine noch weitere Erhöhung des magne toresistiven Effektes verbunden sein. Dabei kann vorteilhaft das mindestens eine weitere Element aus der Gruppe der 3d- Elemente (Elemente mit 3d-Elektronenkonfiguration) mit einer Ordnungszahl zwischen 21 und 25, 29 und 30 (einschließlich) bzw. aus der 3. Hauptgruppe des Periodensystems wie B, Al, Ga, In, Tl ausgewählt werden. Einen mit einem dieser weiteren Elemente herzustellendem erfindungsgemäßen Aufbau soll dem nach eine Legierung der exakten oder ungefähren Zusammenset zung Cu_1-x-y(Fe, Co)_xNi_yX_z zugrunde gelegt sein. Für den Anteil z (in Atom-%) soll gelten: 0<z10, vorzugsweise 1 z5. Ein konkretes Beispiel einer entsprechenden Zusammen setzung wäre Cu₇₀Ni₁₅Fe₁₀Co₃B₂.In addition, the ternary material system Cu-Fe-Ni or the quaternary material system Cu-Fe-Co-Ni can be added to a small extent individual additional elements without the magnetoresistive properties, in particular the magnetoresistive effect M _r , deteriorate significantly . If necessary, this can be associated with an even further increase in the magnetoresistive effect. The at least one further element from the group of 3d elements (elements with 3d electron configuration) with an atomic number between 21 and 25, 29 and 30 (inclusive) or from the 3rd main group of the periodic table such as B, Al, Ga, In, Tl can be selected. A structure according to the invention to be produced with one of these further elements should therefore be based on an alloy of the exact or approximate composition Cu _1-xy (Fe, Co) _x Ni _y X _z . The following should apply to the proportion z (in atomic%): 0 <z10, preferably 1 z5. A concrete example of a corresponding composition would be Cu₇₀Ni₁₅Fe₁₀Co₃B₂.

Claims

1. alloy with increased magnetoresistance, which consists of a Cu-containing matrix with precipitates from a ferro-magnetic component, characterized in that in a matrix made of a Cu-Ni alloy, precipitates from Fe-Ni are provided as a ferromagnetic component .

2. Alloy according to claim 1, characterized by a composition Cu _1-xy Fe _x Ni _y , where at least approximately: 0.05 <x <0.7, preferably 0.05 x 0.5,
0.05 y 0.7, preferably 0.05 y 0.5.

3. Alloy according to claim 1 or 2, characterized through a material with at least one other comm component X, its proportion in the composition of the material is at most 10 atomic%.

4. Alloy according to claim 3, characterized records that the X component has at least one element from the group of elements with 3d electron configuration tion or from the 3rd main group.

5. Alloy according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the Fe component partially is replaced by Co

6. A method for producing an alloy according to one of the An sayings 1 to 5, characterized, that initially using a rapid solidification technique from a melt of all components of the superstructure an intermediate product of mixed crystals at least oversaturated with Fe-Ni a Cu-Ni alloy is formed and then ßend this intermediate by means of a predetermined heat treatment in the structure with the desired structure leads.

7. The method according to claim 6, characterized records that as a rapid solidification technique Melt spinning is provided.

8. The method according to claim 7, characterized records that for the melt spinning process Components of the composition at a temperature between 1100 ° C and 1700 ° C, especially 1300 ° C and 1500 ° C, melted will.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that for the melt spinning, the melted components for rapid solidification are sprayed onto a rotating body, the peripheral speed v _s at least 10 m / s, preferably at least 30 m / s, and at most 80 m / s, preferably at most 60 m / s.

10. The method according to any one of claims 6 to 9, characterized in that the heat treatment of the intermediate product is carried out at an aging temperature T _a between 100 ° C and 1000 ° C, preferably between 200 ° C and 500 ° C.

11. The method according to any one of claims 6 to 10, characterized in that the heat treatment of the intermediate product is carried out during an aging time t _a between one minute and 10 hours, preferably between half and 3 hours.

12. Use of an alloy according to one of claims 1 to 5 or one according to the method according to any one of claims 6 to 11 alloy made for a magnetoresistive sensor.