DE69418952T2

DE69418952T2 - Magnetoresistive Anordnung und Fühler mit wiederholenden geometrischen Strukturen

Info

Publication number: DE69418952T2
Application number: DE69418952T
Authority: DE
Inventors: Jean-Marc Fedeli; Jean Mouchot; Marie-Helene Vaudaine; Line Vieux-Rochaz
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1994-08-31
Publication date: 2000-01-20
Anticipated expiration: 2014-09-01
Also published as: EP0642181B1; DE69418952D1; FR2709600B1; EP0642181A1; FR2709600A1; JPH07122794A; US6075360A

Description

Die vorliegende Erfindung hat eine magnetoresistive Anordnung mit sich wiederholenden geometrischen Mustern und einem Fühler mit magnetoresistivem Effekt zum Gegenstand, der diese Anordnung nutzt. Dieser Fühler ist insbesondere zur Herstellung der Lese- und/oder Schreibköpfe von Daten bestimmt, die in magnetischer Form auf irgendeinem Träger, z. B. Festplatte, Band, Diskette, Ticket, Karte, etc. gespeichert sind.
Dieser Fühler kann auch zur Detektion und Lokalisierung schwacher Magnetfelder, z. B. des Erdmagnetfelds, und des Streuverlusts schwacher Magnetfelder dienen, verbunden mit dem Vorhandensein von Rissen in metallischen Systemen.
Die magnetoresistiven Anordnungen weisen generell die Form von magnetoresistiven Stäben von geringer Größe auf, deren Enden mit Stromzuführungen verbunden sind, über die ein Strom den Stab durchfließt. Bei Vorhandensein eines äußeren Magnetfelds richtet sich die Magnetisierung M des resistiven Stabs anders aus, was die Wirkung hat, daß sich die Resistivität des Materials verändert. Man kann dann an den Anschlüssen des Stabs eine Spannungsveränderung beobachten und die Messung dieser Spannungsveränderung ist repräsentativ für den Wert des äußeren Magnetfelds. Sie kann auch repräsentativ für seine Richtung sein.
Indem man also den Widerstand des Stabs mißt, kann man ein Magnetfeld messen; und umgekehrt kann man einen elektrischen Widerstand messen, indem man ein Magnetfeld mißt.
Die jüngsten magnetischen Fühler nutzen magnetoresistive Materialien, die als Dünnschicht auf einem geeigneten Substrat abgeschieden werden. Diese Dünnschichten werden nach den Verfahren der Photolithographie geätzt, um ihnen Stabform zu verleihen.
Man definiert das Magnetfeld mit der Sättigung Hs als das an die magnetoresistive Anordnung angelegte Magnetfeld, über dem sich die intrinsische elektrische Resistivität o der Anordnung praktisch nicht mehr verändert.
Man definiert das Verhältnis:
wo H den Wert des angelegten Magnetfelds darstellt, ρ(H = 0) die Resistivität der magnetoresistiven Anordnung bei Nullfeld ist und o(H = Hs) seine Resistivität, wenn die Anordnung einem Magnetfeld gleich dem Sättigungsfeld ausgesetzt ist.
Außerdem ist Δρ/ρ = ΔR/R, wobei R den Widerstand der magnetoresistiven Anordnung darstellt.
Die Empfindlichkeit α der magnetoresistiven Struktur und folglich die eines Fühlers mit magnetoresistivem Effekt werden durch die Veränderung der Magnetoresistenz ΔR/R definiert, erhalten durch Anwendung eines einheitlichen Magnetfelds; sie genügt der Relation:
α = (δ(ΔR/R)/δH)H < Hs.
Die Form einer magnetoresistiven Anordnung oder vielmehr ihre Abmessungen beeinflussen die Ausrichtung ihrer Magnetisierung. So hat die Magnetisierung im Falle einer magnetischen Dünnschicht die Tendenz, sich in der Ebene der Schicht auszurichten. Zudem ist die Magnetisierung im Falle eines Stabes von großer Länge generell entsprechend dieser Länge ausgerichtet. Dieser Effekt drückt ein Streben nach dem magnetischen Energieminimum aus.
Für eine bestimmte Magnetisierungsrichtung tritt in dem Material ein Magnetfeld auf, Entmagnetisierungsfeld oder Anisotropiefeld genannt, dessen Richtung der der Magnetisierung entgegengesetzt ist. Die Stärke des Entmagnetisierungsfeldes ist abhängig von der Geometrie des betreffenden Materials und der Richtung, die die Magnetisierung in seinem Innern nimmt.
In der Fig. 1 wurde schematisch ein magnetischer Stab mit elliptischem Querschnitt dargestellt, um die Komponenten dieses Entmagnetisierungsfeldes zu zeigen.
Man bezeichnet die Entmagnetisierungsfeldkoeffizienten NX, NY und NZ jeweils nach den Richtungen X, Y und Z eines orthonormierten Bezugssystems OXYZ. Wenn die Magnetisierung M parallel zu der Richtung X ist, verifiziert das Entmagnetisierungsfeld die Relation Hd = NX. M.
Für einen theoretisch endlos langen magnetoresistiven Stab mit elliptischem Querschnitt, der in X-Richtung ausgerichtet ist und eine Dicke e in Z-Richtung und eine Höhe h in Y-Richtung aufweist, verifiziert man die Relationen: NX = 0, NY = e/(h + e), NZ = h/(h + e)
Im Falle eines Stabs mit rechtwinkligem Querschnitt von geringer Dicke e in bezug auf seine Höhe h, die ihrerseits klein ist gegenüber seiner Länge L, besteht eine erste Annäherung darin, anzunehmen daß: NX = 0, NY = e/h, NZ = 1.
Ein äußeres Magnetfeld H, angelegt in Y-Richtung, wird also im Innern der magnetoresistiven Anordnung geschwächt durch das Entmagnetisierungsfeld Hd, in dem letzten bzw. letzteren besonderen Fall annähernd gleich (e/h).M, während dasselbe Feld, angelegt in X-Richtung, nicht geschwächt wird.
Festzustellen ist, daß diese Annäherung nicht rigoros ist, wenn die Länge der Anordnung mit ihrer Höhe (oder Breite) vergleichbar ist.
Das Entmagnetisierungsfeld kann den Wert des Sättigungsfelds Hs erhöhen und folglich die Empfindlichkeit des Fühlers reduzieren.
Bis jetzt waren die magnetoresistiven Materialien, die zur Herstellung magnetischer Fühler dienten, monolithische Materialien des ferromagnetischen Typs. Es handelte sich hauptsächlich um Verbindungen auf Eisen- und Nickelbasis (Fe&sub1;&sub9;Ni&sub8;&sub1;, Fe&sub2;&sub0;Ni&sub8;&sub0;) und Verbindungen auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis (Fe&sub1;&sub5;Ni&sub6;&sub5;Co&sub2;&sub0;, Fe&sub5;Ni&sub8;&sub0;Co&sub1;&sub5;, ...).
Gegenwärtig sind neue magnetoresistive Materialien verfügbar. Es handelt sich um Vielschichten-Metallstrukturen, gebildet durch einen Stapel aus magnetischen Schichten, getrennt durch unmagnetische Metallschichten einer derartigen Dicke, daß sich eine antiferromagnetische Kopplung zwischen den magnetischen Schichten einstellt.
Die untersuchten Vielschichten-Metallstrukturen sind unterschiedlich. Sie werden durch Metalle gebildet, die ausgewählt werden unter Kobalt, Eisen, Nickel, Silber, Gold, Molybdän, Ruthenium und Mangan, wie beschrieben in dem Dokument (1) von H.
Yamamoto und T. Shinjo (IEEE Translation Journal on Magnetics in Japan, Bd. 7, Nr. 9, September 1992, "Magnetoresistance of Multilayers", S. 674-684).
Die Vielschichten-Metallstrukturen, die bis heute die größte Anzahl erforderlicher Eigenschaften aufweisen (großer magnetoresistiver Effekt, schwaches Sättigungsfeld, schwache Koerzitivität, gute Temperfestigkeit), werden gebildet durch FeNi- Schichten, getrennt durch Kupferschichten, wie beschrieben in dem Dokument (2) von S. S. P. Parkin ("Oscillations in giant magnetoresistance and antiferromagnetic coupling in [Ni&sub8;&sub1;Fe&sub1;&sub9;/Cu]N N multilayers", Appl. Phys. Lett. 60, Nr. 4, Januar 1992, S. 512- 514) und dem Dokument (3) von R. Nakatani et al. (IEEE Translation on Magnetics, Bd. 28, Nr. 5, September 1992, "Giant magnetoresistance in Ni-Fe/Cu multilayers formed by ion beam sputtering", S. 2668-2670), oder auch durch FeNi-Dünnschichten, getrennt durch Silberschichten, wie beschrieben in dem Dokument (4) von B. Rodmacq et al., (Journal of Magnetism and Magnetic materials 118, 1993, S. L11-L16, "Magnetoresistive properties and thermal stability of Ni-Fe/Ag multilayers").
Diese neuen Materialien haben die Eigenschaft, sehr magnetoresistiv zu sein, d. h. ein Δρ/ρ-Verhältnis zu haben, das von 10 bis 20% geht und Magnetfelder mit schwacher Sättigung aufzuweisen, d. h. unter 40 kA/m.
Bei den Vielschichten-Metallstrukturen entspricht der magnetoresistive Effekt der Rotation bzw. Drehung der Magnetisierungen jeder dieser magnetischen Schichten, die begleitet wird von einer Abnahme des elektrischen Widerstands bei der Anwendung eines äußeren Magnetfelds. Das Sättigungsfeld Hs entspricht in diesem Fall dem Magnetfeld, das angelegt werden muß, um die Magnetisierung jeder dieser verschiedenen magnetischen Schichten in derselben Richtung und mit derselben Polung auszurichten.
Im Falle der ferromagnetischen Schichten, die in den monolithischen Magnetoresistenzen verwendet werden, variiert der Widerstand mit dem Winkel, den die Richtung der Dichte des Stroms, der die Anordnung durchquert, und die Magnetisierungsrichtung in diesem Material bilden. Der Widerstand ist am schwächsten, wenn dieser Winkel gleich π/2 ist. Es ist in diesem Fall also vorteilhaft, das Magnetfeld nicht in irgendeiner beliebigen Richtung anzuwenden, sondern senkrecht zu der Länge der magnetoresistiven Anordnung.
Hingegen gibt es parallel zu der Länge des Stabs keinen magnetoresistiven Effekt im Innern der monolithischen ferromagnetischen Materialien.
Bei den neuen Vielschichten-Metallstrukturen ist die Veränderung der Resistivität und folglich des Widerstands unabhängig von dem Winkel zwischen der Richtung des Feldes im Innern der magnetoresistiven Anordnung und der Richtung des Stroms, der sie durchquert.
Jedoch ist dieses Feld gleich der Differenz zwischen dem Entmagnetisierungsfeld Hd und dem angelegten äußeren Magnetfeld H. Da die Form und die Abmessungen dieser Vielschichten-Metallstrukturen derart sind, daß aus magnetischer Sicht diese Vielschichten-Metallstrukturen generell anisotrop sind, ist das Entmagnetisierungsfeld nicht in allen Richtungen des Raumes gleich. Die Empfindlichkeit der Komponenten variiert also mit der Richtung des zu messenden Magnetfelds, sobald diese eine Form-Anisotropie aufweisen.
Die Erfindung hat genau eine magnetoresistive Anordnung und einen Fühler mit dieser Anordnung zum Gegenstand, eventuell anwendbar auf die monolithischen ferromagnetischen Materialien und insbesondere auf die Vielschichten-Metallstrukturen, die in bezug auf die Anordnungen und Fühler der vorhergehenden Technik eine Reduzierung der Entmagnetisierungsfeld-Wirkungen und folglich eine Zunahme der Empfindlichkeit aufweist.
Erfindungsgemäß umfaßt die magnetoresistive Anordnung, so wie definiert in Anspruch 1, einem magnetoresistiven Streifen des vielschichtigen Typs, gebogen entsprechend sich wiederholenden geometrischen Mustern, um wenigstens eine Serie von im wesentlichen parallelen Abschnitten aufzuweisen, die ermöglichen, die Entmagnetisierungsfelder zu schwächen, wobei das magnetoresistive Band gebildet wird durch einen Stapel von Schichten aus magnetischem metallischem Material, getrennt durch Schichten aus unmagnetischem metallischem Material.
Der erfindungsgemäß angeordnete Streifen verleiht der Anordnung zugleich eine große Empfindlichkeit, wenn das zu messende Feld in der Richtung der Abschnitte angelegt ist, und folglich auch eine große Richtfähigkeit bzw. -wirkung. Tatsächlich kann jeder Abschnitt einem "unendlich langen" magnetoresistiven Stab assimiliert werden.
Wenn ein zu messendes Magnetfeld an die Anordnung im wesentlichen in der Richtung der Abschnitte des magnetoresistiven Streifens angelegt wird, ist das in dem Material auftretende Entmagnetisierungsfeld besonders schwach. Daraus resultiert, daß das Sättigungsfeld gleich dem des "massiven" Materials ist, d. h. keine mit der Form des magnetischen Materials verbundene Anisotropie aufweist.
Die Anordnung ist also sehr empfindlich für die Felder parallel zu den Abschnitten. Umgekehrt, wenn das Feld senkrecht zu der Richtung der Abschnitte angelegt wird, ist die Wirkung des Entmagnetisierungsfeldes stark, was das Sättigungsfeld erhöht und folglich die Empfindlichkeit der Anordnung reduziert.
Vorteilhafterweise ist das Muster vom schlangenlinienförmigen, mäanderförmigen oder rechteckförmigen Typ. Der magnetoresistive Streifen weist in diesem Fall eine erste Serie von nach einer ersten Richtung ausgerichteten Abschnitten und eine zweite, zu der ersten Serie senkrechte Serie von Abschnitten auf. Die Länge der Abschnitte jeder Serie sowie ihre Breite sind so angepaßt, daß sie der Anordnung die für ihre Anwendung erforderlichen Eigenschaften verleihen.
In Abhängigkeit von der vorgesehenen Anwendung der Anordnung und insbesondere bei den Fühlern zur Datenlektüre auf magnetischen Trägern oder bei den Richtungsfühlern des Typs Kompaß privilegiert man die Empfindlichkeit und/oder die Richtfähigkeit der Anordnung.
Die Richtfähigkeit und die Empfindlichkeit sind abhängig vom Muster der Anordnungen.
Bei dem rechteckförmigen Muster kann man zwischen den "parallelen" und den "senkrechten" Abschnitten einen großen Unterschied einführen und nur eine Serie von Abschnitten in Betracht ziehen. Diese Serie ist die Serie der längeren Abschnitte, die im Falle der Fig. 2, 3 und 4 senkrecht zu der Länge der Anordnung ausgerichtet sind und die die empfindlicheren sind. Außerdem wird die Länge der Abschnitte sehr viel größer als ihre Breite gewählt. Diese Anordnung ist insbesondere an die Herstellung eines Richtungsfühlers angepaßt.
Bei einem Sägezahnmuster unterscheidet man zwei Serien von Abschnitten, die jeweils den Flanken auf beiden Seiten jedes Zahns entsprechen.
Die Muster des magnetoresistiven Streifens werden vorzugsweise durch ein Photolithographieverfahren definiert, das ermöglicht, die verschiedenen geometrischen Parameter mit einer großen Genauigkeit zu variieren und die Größe und die Form der Abschnitte zu optimieren.
Der magnetoresistive Streifen wird aus Materialien des vielschichtigen Typs hergestellt, gebildet durch einen Stapel von Schichten aus magnetischem metallischem Material oder Schichten aus unmagnetischem metallischem Material.
Vorzugsweise verwendet man als magnetisches Material eine Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung (FeNiCo) oder eine Eisen- Nickel-Legierung (FeNi). Außerdem ist das unmagnetische Material der Strukturen vorteilhafterweise Kupfer oder Silber.
Die Erfindung hat auch einen Fühler mit magnetoresistivem Effekt zum Gegenstand, der die oben beschriebene magnetoresistive Anordnung nutzt, getragen durch ein nichtleitendes Substrat und Stromzuführungen umfassend, die mit den beiden Enden der magnetoresistiven Anordnung verbunden sind, so wie definiert in Anspruch 7.
Unter nichtleitendem Substrat muß man ein halbleitendes oder isolierendes Substrat verstehen. Dieses Substrat kann aus mono- oder polykristallinem Silicium, aus Galliumarsenid, aus Glas, aus organischem Material wie einem Polyimid (der Schutzmarke Kapton) oder sogar aus einem mit einem elektrischen Isolator überzogenen Metall sein.
Wenn das Substrat halbleitend ist, kann eventuell ein elektrischer Isolator zwischen der magnetoresistiven Anordnung und dem Substrat vorgesehen werden.
Vorteilhafterweise ist der Fühler mit einem Schutzfilm aus elektrisch isolierendem Material überzogen, der den Enden des Streifens gegenüber Öffnungen aufweist, um den Durchgang der Stromzuführungen zu gewährleisten.
In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, der magnetoresistiven Anordnung einen Magnetflußleiter hinzuzufügen. Die Rolle dieses Leiters ist es, die Magnetfeldlinien zu sammeln, um sie zu konzentrieren und entsprechend den empfindlichsten Abschnitten des magnetoresistiven Streifens auszurichten.
Diesen Leiter zu benutzen oder nicht zu benutzen, hängt von der Stärke der zu lesenden Magnetfelder und der Empfindlichkeit der Materialien ab, die die magnetoresistive Anordnung bilden.
Zudem ist die Form des Flußleiters abhängig von der Form des magnetoresistiven Streifens.
In allen Fällen muß die Form des Leiters so sein, daß sie die Magnetfeldlinien im Innern der empfindlichsten Abschnitte konzentriert.
Insbesondere kann der Leiter Zungen zum Ausrichten der Feldlinien umfassen. Die Form, der Abstand und, je nach Fall, die Periodizität der Zungen sind angepaßt, um der Form des magnetoresitiven Streifens und der Anordnung der empfindlichsten Abschnitte dieses Streifens zu entsprechen.
Der Einsatz eines Flußleiters in Verbindung mit einer monolithischen magnetorisistiven Anordnung ist insbesondere in den Dokumenten (5) EP-A-445 883 und (6) EP-A-423 878 beschrieben.
Der erfindungsgemäße Fühler ist insbesonder zur Ausrüstung eines magnetischen Lese- und/oder Schreibkopfs magnetischer Daten in einer Magnetspur eines Magnetbands, einer Festplatte usw. bestimmt. In diesem Fall muß die magnetoresistive Anordnung eine Gesamtlänge aufweisen, die gleich ist oder kleiner als die Breite der Magnetspur.
Die Aufzeichnung der Daten kann entweder parallel oder senkrecht zur Laufrichtung der Spur sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, bezogen auf die beigefügten Figuren:
- die Fig. 1, schon beschrieben, stellt schematisch einen magnetoresistiven Stab mit elliptischem Querschnitt dar, der die Darstellung der Entmagnetisierungsfelder ermöglicht;
- die Fig. 2 stellt schematisch als Draufsicht einen erfindungsgemäßen magnetoresistiven Fühler dar, versehen mit einem Flußleiter;
- die Fig. 3 zeigt schematisch und im vergrößerten Maßstab ein Detail des magnetoresistiven Streifens;
- die Fig. 4 stellt schematisch und im vergrößerten Maßstab ein Ausführungsdetail des Flußleiters und des magnetoresistiven Streifens dar und zeigt die Konzentration der Flußlinien in Richtung der senkrechten Abschnitte eines magnetoresistiven Streifens;
- die Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht eines Details eines auf einem Substrat abgeschiedenen vielschichtigen magnetoresistiven Streifens;
- die Fig. 6A bis 6F zeigen schematisch im Längsschnitt die verschiedenen Herstellungsschritte einer erfindungsgemäßen magnetoresistiven Anordnung;
- die Fig. 7 und 8 zeigen Varianten von möglichen Formen des magnetoresistiven Streifens und des Flußleiters; und
- die Fig. 9 und 10 entsprechen jeweils den Fig. 7 und 8 und zeigen eine Variante der Flußleiteranordnung.
Wie die Fig. 2 zeigt, umfaßt der Fühler eine vielschichtige magnetoresistive Anordnung 1 mit einem magnetoresistiven Streifen 2, der einem rechteckförmigen Muster entsprechend gebogen ist und an die Form bestimmter griechischer Mäander erinnert.
Die Enden des Streifens 2 sind über Stromzuführungseinrichtungen 3, 4 mit elektrischen Kontaktstellen 5, 6 verbunden.
In der Fig. 3, die eine detaillierte Ansicht der Fig. 2 ist, tragen die zu einer der Länge L entsprechenden Richtung y parallelen Abschnitte des Streifens 2 das Bezugszeichen 7a, und die Hauptabschnitte, parallel zu der Richtung x, senkrecht zu y, tragen das Bezugszeichen 7b.
Außerdem bezeichnen die Parameter u, v, w, t, und T jeweils die Breite der Abschnitte 7a, die Länge der Hauptabschnitte 7b, den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten 7b und schließlich die Breite der Anordnung.
Durch Anpassung dieser Parameter ist es möglich, die Charakteristika der Anordnung zu modifizieren.
Im Falle der Anwendung als Fühler eines magnetischen Lesekopfs ist eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Streifen 2, rechteckförmig gebogen mit den Parametern u = 2 um, v = 10 um, t = 2 um, w = 5 um und L = 250 um, perfekt geeignet, einen klassischen magnetoresistiven Stab von 250 um Länge und 14 um Breite zu ersetzen.
Hingegen werden die Sättigungsfelder durch die spezielle Form des Streifens, die die Tendenz hat, die in dem magnetoresitiven Material induzierten Entmagnetisierungsfelder zu reduzieren, sehr geschwächt; das hat zur Folge, daß die Empfindlichkeit α des Fühlers sehr wohl höher sein kann als die Anordnungen der klassischen Fühler.
Außerdem hat die Form des Streifens 2 eine Erhöhung des elektrischen Widerstands der Anordnung 1 zur Folge, bezogen auf einen geradlinigen Stab. Diese Erhöhung des Widerstands ermöglicht bei gleichem Strom eine höhere Lesespannung.
In den Fällen, wo eine große Richtfähigkeit des Fühlers erforderlich ist, z. B. bei der Anwendung in einem Kompaß, wird die Länge v der Abschnitte 7b des magnetoresistiven Streifens 2 sehr viel größer gewählt als die Breite t.
Bei dem mäander- bzw. rechteckförmigen Streifen sind die Hauptabschnitte 7b lang und dünn. In der Praxis sind die Parameter so, daß 0,2 um ≤ t ≤ 5 um und v ≥ 10 um.
Die Wirkung des Entmagnetisierungsfelds ist sehr groß, wenn die Linien des einzufangenden Magnetfelds senkrecht zu den Hauptabschnitten 7b des Streifens 2 sind, und vernachlässigbar, wenn diese Linien entsprechend diesen Abschnitten ausgerichtet sind. Das Sättigungsfeld kehrt dann zu dem des massiven Materials zurück.
Um die Empfindlichkeit und die Richtfähigkeit des Fühlers noch zu erhöhen, kann der Fühler einen Flußleiter 8 umfassen, der zwei durch einen Spalt 11 getrennte Teile 9 und 10 aufweist, die beiderseits der magnetoresistiven Anordnung 1 angeordnet sind (Fig. 2). Der Flußleiter 8 ermöglicht vorzugsweise, die Linien F (Fig. 4) des einzufangenden Magnetfelds auf die Hauptabschnitte 7b des magnetoresistiven Streifens auszurichten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart, dargestellt in Fig. 4, umfaßt der Leiter 8 beiderseits des Spalts Zungen 12 am Ende jedes seiner Teile 9 und 10.
Die Zungen 12 stehen den Hauptabschnitten 7b des magnetoresistiven Streifens 2 fluchtend gegenüber, so daß sie die Feldlinien F direkt in diese Abschnitte 7b konzentrieren.
Der so beschaffene Fühler hat eine starke Richtfähigkeit und einen hohe elektrische Resistivität, was Messungen mit geringen Stromdichten, um ein Milliampere oder darunter, ermöglicht.
Vorzugsweise und wie dargestellt in Fig. 5 wird der magnetoresistive Streifen 2 durch einen Stapel 13 aus magnetischen Dünnschichten 14 gebildet, getrennt durch unmagnetische metallische Dünnschichten 15. Beispielsweise sind diese magnetischen Schichten 14 aus einer Eisen-Nickel-Legierung und die Metallschichten aus Kupfer oder Silber. Der Streifen umfaßt z. B. 40 Schichten aus Eisen-Nickel-Legierung mit einer Dicke von 1,2 nm und 40 Silberschichten mit 1,1 nm Dicke.
Der Streifen 2 wird auf einem halbleitenden oder isolierenden Substrat 16 abgeschieden, das aus Glas, aus Silicium oder auch aus Kapton sein kann.
Das vorherige Abscheiden einer dünnen metallischen Schicht 17, z. B. aus Eisen oder Kupfer auf dem Substrat ermöglicht, bei bestimmten Vielschichten-Metallstrukturen die kristalline Qualität der vielschichtigen Struktur und damit die magnetoresistiven Eigenschaften zu verbessern.
Wie die Fig. 6A zeigt, umfaßt die Herstellung der magnetoresistiven Anordnung also zunächst das Abscheiden des magnetoresistiven Streifens 2 auf dem Substrat 16. Diese Operation wird durch das Abscheiden eines vielschichtigen magnetoresistiven Films und eventuell durch das vorherige Abscheiden der metallischen Dünnschicht 17 realisiert, die anschließend durch Ionenätzen bearbeitet werden. Dazu bedient man sich einer Maske und der Photolithographieverfahren.
Das Abscheiden der Dünnschichten kann durch Sputtern oder Verdampfen unter Vakuum erfolgen oder auch mittels Molekularstrahlepitaxie, was den mehrschichtigen magnetoresistiven Streifen betrifft.
In einem zweiten Schritt (Fig. 6B) wird ein elektrischer und magnetischer Isolator 18 wie z. B. Siliciumdioxid abgeschieden.
Dann werden Öffnungen 19, 20 (wie dargestellt in Fig. 6C) in dem Isolator 18 geschaffen, um Kontakte mit dem magnetoresistiven Streifen 2 herstellen zu können. Schließlich wird ein leitendes Material wie z. B. Wolfram abgeschieden (Fig. 6D) und dann geätzt (Fig. 6E), um die Stromzuführungen 3, 4 zu bilden.
Das Ätzen erfolgt auf chemischem Wege oder durch Ionenbearbeitung.
Um den Fühler mit magnetoresistivem Effekt direkt herzustellen, scheidet man eine zusätzliche Siliciumdioxidschicht 22 ab (Fig. 6F), um die Stromzuführungen 3, 4 zu isolieren, und anschließend eventuell ein weiches magnetisches Material als Dünnschicht. Dieses letztere wird geätzt, um den Flußleiter 8 zu bilden. In der Fig. 6F ist nur ein Teil des Flußleiters 8 dargestellt. Für diesen Leiter werden Legierungen aus Eisen und aus Nickel oder aus Eisen, Aluminium und Silicium gewählt.
Außerdem werden nicht dargestellte Kontaktstellen auf den Stromzuführungen 3, 4 realisiert, um den Fühler an eine elektronische Schaltung anschließen zu können.
In der Fig. 6 wird der Leiter nach dem magnetoresistiven Streifen hergestellt. Er könnte jedoch vor diesem Streifen hergestellt werden (s. Fig. 2).
Die Fig. 7 und 8 stellen schließlich Formalternativen zur Herstellung des magnetoresistiven Streifens und des zugeordneten Flußleiters dar.
Die Fig. 7 zeigt einen schlangenlinienförmigen magnetoresistiven Streifen 2, der eine Folge von gebogenen Teilen 20 und Abschnitten 22 aufweist, die senkrecht zu der Länge der Anordnung sind. Der zugeordnete Flußleiter ist auch schlangenlinienförmig. Dieser kann z. B., wie mit vollen Strichen dargestellt, Zungen 12 aufweisen, deren Breite im wesentlichen derjenigen jedes entsprechenden gebogenen Teils 20 des Streifens 2 entspricht. Man hat also eine Zunge 12 für zwei aufeinanderfolgende Abschnitte 22. Die Zungen 12 können auch, wie gestrichelt dargestellt, dünner und enger beieinander sein, wobei sie jedem Abschnitt 22 des Streifens 2 gegenüberstehen.
In dem einen wie dem anderen Fall leiten die Zungen 12 die Flußlinien (nicht dargestellt) entsprechend den zu der Länge der Anordnung senkrechten Abschnitten 22, die am empfindlichsten sind.
Der in Fig. 8 dargestellte Flußleiter umfaßt sägezahnförmige Zungen, um die zu messenden Feldlinien (nicht dargestellt) längs Abschnitten 24 und 26 des magnetoresistiven Streifens 2, ebenfalls sägezahnförmig, zu leiten. Außerdem, wie dargestellt in der Figur, stehen die Enden der Zungen 12 Spitzen 30 gegenüber, die in jeder Schnittebene der beiden Abschnitte 24 und 26 des magnetoresistiven Streifens ausgebildet sind.
Die Zungen 12, 12a, 12b der Flußleiters 8 können den Abschnitten des Streifens 2 beabstandet gegenüberstehen, wie dargestellt in den Fig. 7 und 8. Nach einer Ausführungsvariante des Fühlers können die Zungen 12, 12a den magnetoresistiven Streifen auch teilweise überlappen.
Dies zeigen die Fig. 9 und 10, die mit Ausnahme der Positionierung der Teile 9 und 10 des Flußleiters bezüglich des Streifens mit den Fig. 7 und 8 identisch sind. Die Enden der Zungen 12, 12a überlappen jeweils die Spitzen 30 und die gebogenen Teile des Streifens 2.

Claims

1. Magnetoresistive Anordnung mit einem magnetoresistiven Streifen (2) des mehrschichtigen Typs, gebogen entsprechend sich wiederholenden geometrischen Mustern (7a, 7b, 22, 24, 26), um wenigstens eine Serie von im wesentlichen parallelen Abschnitten (7a, 7b, 22, 24, 26) mit wenigstens einer Richtung aufzuweisen, wobei das magnetoresistive Band (2) gebildet wird durch einen Stapel unabhängiger Schichten aus magnetischem metallischem Material, getrennt durch Schichten (15) aus unmagnetischem metallischem Material.

2. Magnetoresitive Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster ausgewählt wird unter folgenden Mustern: schlangenförmiges Muster (20, 22), sägezahnförmiges Muster (24, 26), rechteckförmiges Muster (7a, 7b).

3. Magnetoresitive Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen (2) nach einem rechteckförmigen Muster gebogen ist, das zwei Serien (7a, 7b) von Abschnitten aufweist, jeweils ausgerichtet nach zwei im wesentlichen zueinander senkrechten Richtungen.

4. Magnetoresitive Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Material eine Legierung aus Eisen und aus Nickel ist.

5. Magnetoresitive Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, daß das unmagnetische Material zwischen Kupfer und Silber gewählt wird.

6. Magnetoresitive Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster des magnetoresistiven Streifens (2) mittels eines Photolithographieverfahrens hergestellt wird.

7. Fühler mit magnetoresistivem Effekt, bestimmt zur Messung von Magnetfeldern, eine magnetoresistive Anordnung (1) umfassend, getragen durch ein nichtleitendes Substrat (12), und Kontaktstellen (5, 6), verbunden mit der Anordnung (1) durch Stromzuführungen (3, 4), bei dem die magnetoresistive Anordnung (1) konform ist mit einem der vorangehenden Ansprüche.

8. Magnetoresitiver Fühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (t) der Abschnitte (7b) von einer der Serien kleiner ist als die Länge (v) dieser Abschnitte.

9. Magnetoresitiver Fühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Länge v der Abschnitte (7b) ≥ 10 um ist und die Breite t dieser Abschnitte so ist, daß 0,2 um ≤ t ≤ 5 um.

10. Magnetoresitiver Fühler nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem einen Flußleiter (8) umfaßt, um die Linien (F) des Magnetfeldes entsprechend den Abschnitten des magnetoresistiven Streifens auszurichten.

11. Magnetoresitiver Fühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetoresistive Streifen nach einem rechteckförmigen Muster gebogen ist, und dadurch, daß der Flußleiter (8) Zungen (12) zum Ausrichten der Feldlinien (F) entsprechend den Abschnitten (7b) umfaßt, die ihrerseits selbst senkrecht zu der Länge (L) der Anordnung sind.

12. Magnetoresitiver Fühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetoresistive Streifen nach einem schlangenförmigen Muster gebogen ist, das eine Folge von gekrümmten Teilen (20) aufweist und zur Länge der Anordnung senkrechte Abschnitte (22), und dadurch, das der Flußleiter Zungen (12) umfaßt, um die Feldlinien entsprechend den genannten senkrechten Abschnitten (22) auszurichten.

13. Magnetoresitiver Fühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetoresitive Streifen nach einem sägezahnförmigen. Muster gebogen ist, das eine Folge von Abschnitten (24, 26) aufweist, und dadurch, daß der Flußleiter Zungen (12) umfaßt, um die Feldlinien entsprechend den genannten Abschnitten (24, 26) auszurichten.