DE69934868T2 - Magnetischer mehrschichtsensor - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Mehrschichtsensor. Der Sensor kann einen Spin-Tunneleffekt oder einen Magnetowiderstandseffekt aufweisen. Magnetoresistive Sensoren sind aus US 5 686 837 bekannt.
  • Bestimmte magnetoresistive Sensoren weisen den so genannten GMR-Effekt auf.
  • Ein Riesenmagnetowiderstand (GMR) ist das Phänomen, dass der Widerstand eines Materials (z.B. einer magnetischen Mehrfachschicht) von dem Winkel zwischen Magnetisierungsrichtungen (z.B. verschiedener Schichten) abhängig ist. Beispiele von GMR-Materialsystemen sind ,Exchange-Biased' Spinventile (Spin-Valves) und Mehrfachschichten mit künstlichen Antiferromagneten (AAFs).
  • Bei Kraftfahrzeuganwendungen ist es erforderlich, dass die magnetischen Sensoren ebenfalls bei hohen Temperaturen (bis 175°C–200°C) arbeiten. Überdies sollten die Sensoren in einem breiten Feldbereich arbeiten und in einem noch größeren Feldbereich nicht irreversibel beeinträchtigt werden können. Zurzeit steht kein Materialsystem zur Verfügung, welches diese beiden Anforderungen erfüllen kann und geeignete Magnetowiderstandscharakteristiken bei praktischen Sensoren aufweist.
  • Zum Beispiel könnten die antiferromagnetisch gekoppelten Mehrfachschichten von handelsüblichen Sensoren die Anforderungen auf akzeptable Weise erfüllen; jedoch kompliziert (z.B. im Hinblick auf Wheatstone-Vollbrückenkonfigurationen) oder inhibiert (z.B. Analog-Winkelsensor in Sättigung) die symmetrische Ausgangskurve viele Anwendungen.
  • ,Exchange-biased' Spin-Valves zeigen eine schlechte thermische Stabilität oder weisen einen zu kleinen Feldbereich auf. Dagegen sind AAFs nur bis zu begrenzten Magnetfeldern stabil. Bei höheren Magnetfeldern kann die Ausgangscharakteristik sogar geflippt werden, was aus Sicherheitsgründen nicht akzeptabel ist. Daher ist ein anderes, robustes Verfahren zur Festlegung einer Magnetisierungsrichtung erforderlich.
  • EP 0 717 422 lehrt die Verwendung einer antiferromagnetischen Schicht welche selbst in einem hohen Temperaturbereich ausreichend Austauschkopplungskraft in einer ferromagnetischen Schicht aufweist und sich gleichzeitig durch Korrosionsbeständigkeit auszeichnet. Zu diesem Zweck beschreibt EP 0 717 422 die Verwendung einer Austauschkopplungsschicht mit einer ferromagnetischen Schicht und einer auf dieser aufgebrachten, antiferromagnetischen Schicht, wobei die antiferromagnetische Schicht eine IrxMn100-x Legierung mit einer speziellen Zusammensetzung und Kristallstruktur aufweist. Die Verwendung einer solchen IrMn-Legierung als AF-Schicht der Austauschkopplungsschicht löst das Problem der fehlenden Austauschkopplungskraft bei einer ferromagnetischen Schicht oder Korrosionsbeständigkeit, insbesondere bei erhöhten Temperaturen.
  • US 5 465 185 bezieht sich auf einen Spin-Valve-Magnetowiderstandssensor, welcher eine mehrlagige, geschichtete, gepinnte, ferromagnetische Schicht an Stelle einer konventionellen, einlagigen, gepinnten Schicht aufweist. Die geschichtete, gepinnte Schicht umfasst mindestens zwei ferromagnetische Schichten, welche über eine dünne, antiferromagnetisch gekoppelte Schicht antiferromagnetisch (AF) gekoppelt sind. Durch richtige Wahl der Dicke der AF-gekoppelten Schicht werden die ferromagnetischen Schichten, in Abhängigkeit der für die ferromagnetischen und AF-gekoppelten Schichten gewählten Materialzusammensetzung, antiferromagnetisch gekoppelt. Infolgedessen ist im Wesentlichen kein Dipolfeld vorhanden, um die freie, ferromagnetische Schicht ungünstig zu beeinflussen, wodurch die Empfindlichkeit des Sensors verbessert wird und eine höhere Aufzeichnungsdichte in einem Magnetaufzeichnungssystem erreicht werden kann.
  • Um Variationen der Ausgangsspannung auf Grund von Temperaturänderungen zu eliminieren, werden oftmals (Wheatstone-)Brücken-Konfigurationen verwendet. Dieses macht MR-Elemente mit entgegengesetzten (Vorzeichen von) Ausgangssignalen erforderlich, was im Grunde realisiert werden könnte, wenn Elemente mit entgegengesetzten Richtungen der festen Magnetisierung vorgesehen werden könnten.
  • Somit, um praktische GMR-Anwendungen bei Feldsensoren zu ermöglichen, liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein neues Materialsystem vorzusehen, welches ein eindeutiges, asymmetrisches Ausgangssignal in einem großen Temperatur- und Magnetfeldbereich liefert.
  • Die obige Aufgabe wird durch einen Sensor erfüllt, der ein Substrat aufweist, welches eine freie und eine gepinnte, ferromagnetische Schicht trägt, um den magnetoresistiven Effekt vorzusehen, wobei die gepinnte Schicht ein AAF-Schichtsystem sowie eine Exchange-Bias-Schicht aus einem IrMn-Material aufweist, wobei die Exchange-Bias- Schicht in Angrenzung an das AAF-Schichtsystem und in Kontakt mit diesem vorgesehen ist.
  • Durch dieses Mehrschichtsystem wird Folgendes erreicht:
    • – die Blocktemperatur von IrMn ist höher als diese von FeMn, und im Gegensatz zu NiMn ist keine Ausheilbehandlung erforderlich. Die Blocktemperatur ist die Temperatur, oberhalb welcher der Exchange-Bias-Effekt zwischen der antiferromagnetischen IrMn-Schicht und der gepinnten Schicht Null wird (auf Null zurückgeht);
    • – das AAF-Schichtsystem verringert die magnetostatische Kopplung zwischen der gepinnten und der freien Schicht;
    • – das AAF-System sieht auf Grund des sehr geringen, magnetischen Nettomoments (im idealen Fall theoretisch Null) eine große Stabilität bei Magnetfeldern vor; jedoch ist diese in zwei entgegengesetzten Richtungen stabil;
    • – in Kombination mit der Exchange-Bias-Schicht sieht dieses einen sehr großen Magnetfeldbereich vor (zum Vergleich: bei ,exchange-biased' Spin-Valves ist das Exchange-Bias-Feld typischerweise allenfalls 20–30 kA/m);
    • – durch den Exchange-Bias-Effekt wird eine eindeutige Kurve erhalten;
    • – der Exchange-Bias-Effekt sieht eine Möglichkeit vor, um die Richtung der gepinnten Schichten einzustellen, was z.B. bei Wheatstone-Brücken-Konfigurationen erforderlich ist.
  • Das AAF-Schichtsystem kann durch ein System aus Co/nicht magnetischem Metall/Co dargestellt sein, jedoch wird vorzugsweise CoFe/nicht magnetisches Metall/CoFe verwendet, da in solchen Systemen eine Anisotropie induziert werden kann.
  • Das nicht magnetische Metall in dem AAF-Schichtsystem ist Ru, welches eine starke Kopplung vorsieht und sich als sehr stabil erweist (keine Oxidation, keine Diffusion), was für die Ausbildung der dünnsten und kritischsten Schicht in dem AAF-Stapel von größter Wichtigkeit ist.
  • Zur Vermeidung von Diffusion wird an allen Schnittstellen mit Cu vorzugsweise Ni vermieden: an Stelle von NiFe wird CoFe verwendet. Darüber hinaus wird dadurch das GMR-Verhältnis vergrößert. Im Vergleich zu Co sieht CoFe eine geringere Koerzivität (und bessere Struktur) in der freien Schicht vor.
  • Das Exchange-Bias-Feld ist bei invertierten Spin-Valves größer als bei konventionellen Spin-Valves; daher wird die Exchange-Bias-Schicht vorzugsweise sehr nahe an dem Substrat positioniert. Jedoch kann in diesem Falle eine Pufferschicht notwendig sein, um die erforderliche Struktur zu erhalten. Untersuchungen haben ergeben, dass (2 nm) NiFe auf (zum Beispiel 3,5 nm) Ta bevorzugt wird.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 – einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfinderischen magnetoresistiven Sensors;
  • 2 – Messungen von Magnetowiderstandskurven nach Ausheilen bei verschiedenen Temperaturen;
  • 3 – eine Wheatstone-Brücke;
  • 4 – eine vereinfachte Ansicht eines Teils eines magnetoresistiven Sensorelements.
  • 1 zeigt eine schematische Zusammensetzung eines Ausführungsbeispiels des erfinderischen GMR-Mehrschichtstapels. Auf einem Substrat 1 (z.B. Glas, einem Halbleitermaterial, wie z.B. Si, oder einem keramischen Material, wie z.B. Al2O3) wird eine Pufferschicht aufgebracht, um, falls erforderlich, die kristallographische Struktur oder Korngröße der nachfolgenden Schicht(en) zu modifizieren. Sofern verwendet, kann die Pufferschicht eine erste Teilschicht aus Ta und eine zweite Teilschicht aus NiFe aufweisen. Auf der Pufferschicht 2, 3 wird eine Exchange-Bias-Schicht 4 aus IrMn-Material (z.B. aus 10 nm IrMn) aufgebracht. Mit IrMn-Material ist IrMn oder eine Legierung aus IrMn mit mindestens einem weiteren Metall gemeint. Auf der Oberseite der Bias-Schicht 4 wird ein AAF-(künstlicher Antiferromagnet)Schichtstapel vorgesehen, welcher eine erste Co90Fe10-Schicht 5 (z.B. 4,0 nm dick), eine Ru-Schicht 6 (z.B. 0,8 nm dick) sowie eine zweite Co90Fe10-Schicht 7 (z.B. 4,0 nm dick) umfasst. Auf dem AAF-Schichtstapel wird eine nicht magnetische Abstandsschicht 8 aufgebracht. Das Material der Abstandsschicht kann ein Cu-Material sein. Mit Cu-Material ist Cu (z.B. 2,5 nm dickes Cu) oder eine Legierung aus Cu mit einem weiteren Metall, insbesondere Ag, gemeint. Auf der Oberseite der Abstandsschicht 8 wird eine Schicht 9 aus Co90Fe10 (z.B. 0,8 nm dick) vorgesehen, welche eine Ni80Fe20-Schicht 10 (z.B. 5 nm dick) trägt. Eine Schutzschicht 11 (z.B. aus 4 nm Ta) bedeckt das Schichtsystem.
  • Um die Temperaturstabilität zu prüfen, wurden einige Versuche durchgeführt. Ein Prüfmuster, wie in 1 dargestellt, wurde eine Minute in einer N2/H2-Atmosphäre in einer Vorrichtung zur schnellen thermischen Bearbeitung ausgeheilt, wobei in der Ebene der Schicht senkrecht zu der ursprünglichen Exchange-Bias-Richtung ein Feld angelegt wurde. RTP (schnelle thermische Bearbeitung) wurde gewählt, um mögliche Diffusionsvorgänge zu begrenzen. Das Prüfmuster wurde sukzessiv bei 250°C, 275°C, 300°C, 325°C, 350°C, 375°C ausgeheilt. Nach jedem Ausheilverfahren wurden die Magnetowiderstandskurven, sowohl in einem senkrechten als auch in einem parallelen Magnetfeld (gegenüber der ursprünglichen Exchange-Bias-Richtung) gemessen. Die Messungen in einem parallelen Feld sind in 2 dargestellt. Das bemerkenswerteste Ergebnis ist, dass die Richtung des Exchange-Bias-Effekts trotz der hohen Temperatur nicht verschoben wurde. Obgleich der GMR-Effekt nach der letzten Ausheilbehandlung bei 450°C geringer wurde, wurde die Exchange-Bias-Richtung nicht verändert. Dieses scheint zu zeigen, dass der Exchange-Bias-Effekt so stabil ist, dass vor einer magnetischen Degeneration eine strukturelle Degeneration auftritt. Die ersten Ausheilbehandlungen werden sogar so angesehen, dass der GMR-Effekt dadurch erhöht wird.
  • Dieses wichtige Resultat konnte ausschließlich durch die Kombination von IrMn mit einem AAF erreicht werden. Um dieses darzustellen, wurde eine Schicht mit einem IrMn-Spin-Valve ohne AAF der gleichen Ausheilung bei 350°C unterworfen. In diesem Fall stellte es sich tatsächlich heraus, dass sich die Exchange-Bias-Richtung dieses Spin-Valves um 90° gedreht hat.
  • Anwendungsbereiche
  • Das beschriebene Materialsystem kann weitgehend bei GMR-Sensoren, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen und bei industriellen Anwendungen, eingesetzt werden. Spezifische Anwendungen sind digitale Positionssensoren (z.B. Kurbelwellenposition) und Analog-Winkelsensoren (z.B. Ventilposition, Pedalposition, Lenkradposition). Da der erfinderische Sensor eine asymmetrische Magnetowiderstandskurve aufweist, ermöglicht er Sensoren mit komplementären Ausgangssignalen, so dass ein Einsatz in einer Wheatstone-Brücke möglich ist (3). Sensorelemente, welche komplementäre Ausgangssignale liefern, können vorgesehen werden, indem ein System mit einer ersten freien/gepinnten Schicht, wobei sich die gepinnte Schicht (die magnetische Ausrichtung derselben) +90° gegenüber der freien Schicht befindet, und ein System mit einer zweiten freien/gepinnten Schicht, wobei sich die gepinnte Schicht (die magnetische Ausrichtung derselben) –90°C gegenüber der freien Schicht befindet, vorgesehen wird. Eine Ausrichtung der gepinnten Schicht kann durch Erwärmen und Abkühlen der Schicht in einem Magnet feld mit der gewünschten Orientierung erreicht werden. Ein Verfahren dieser Art ist in USP 5 686 837 (PHN 14825) beschrieben.
  • 3 zeigt das äquivalente Diagramm einer Wheatstone-Brücke mit magnetoresistiven Sensorelementen 12, 12', 13, 13' gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Stromquelle 14 für einen Strom Iin, welche mit den Anschlüssen 17 und 18 verbunden ist. Die Ausgangsspannung Uo liegt an den Anschlüssen 15 und 16 an. Die Brücke kann durch Spannungsregelung oder Stromregelung betrieben werden. Im Vergleich zur Spannungsregelung bietet die dargestellte Stromregelung hier den Vorteil, dass ein Abfall der Ausgangsspannung Uo im Falle einer ansteigenden Temperatur auf Grund einer Abnahme des relativen, magnetoresistiven Effekts durch einen Anstieg des absoluten Wertes der magnetoresitiven Elemente 12, 12', 13, 13' in der Brücke, welcher durch einen positiven Temperaturkoeffizienten des resistiven Materials hervorgerufen wird, entsprechend ausgeglichen wird.
  • 4 zeigt den Aufbau eines Teils eines magnetoresistiven Sensorelements, wie dieses gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
  • Pfeil 37 in 4 kennzeichnet die Richtung der Anisotropie der freien, ferromagnetischen Schicht 32, während Pfeil 38 die Richtung der effektiven Anisotropie der gepinnten, ferromagnetischen Schicht 34 kennzeichnet. Die Schichten 32 und 34 sind durch eine nicht ferromagnetische Schicht 33 getrennt. Ein Pfeil 39 kennzeichnet die Komponente eines zu messenden Magnetfelds H, welche parallel zu der effektiven Anisotropie der zweiten NiFe-Schicht 34 gerichtet ist. Bei den gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten, magnetoresistiven Elementen 12, 12', 13, 13' erstreckt sich die einfache Magnetisierungsrichtung des empfindlichen, ferromagnetischen Materials der Schicht 32 im Wesentlichen senkrecht zu der effektiven Anisotropie der ferromagnetischen Schicht 34.
  • Während der Herstellung der Sensorelemente werden die Magnetisierungsrichtungen der ferromagnetischen Schichten (32 und 34) so festgelegt, dass zwei Elemente in zwei benachbarten Zweigen der Brücke eine ungleiche Empfindlichkeit gegenüber externen Magnetfeldern aufweisen. Überdies wird bei jedem magnetoresistiven Sensorelement die Magnetisierung einer ferromagnetischen Schicht (32) im Wesentlichen senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der anderen ferromagnetischen Schicht (34) festgelegt. Auf Grund dieser Schritte wird erreicht, dass für die Messung kleiner Magnetfelder Hilfsfelder nicht mehr erforderlich sind, dass der Sensor im Wesentlichen frei von Hysterese ist, und dass er eine verbesserte Linearität aufweist.
  • Die freie Schicht kann durch eine einfache CoFe-Schicht oder mehrere Teilschichten (z.B. CoFe + NiFe; CoFe + NiFe + CoFe usw) dargestellt sein.
  • An Stelle von CoFe kann Co aus CoNiFe verwendet werden; im Falle jedoch CoNiFe eingesetzt wird, sollte dieses vorzugsweise nicht an die Cu-Abstandsschicht angrenzen.
  • Das AAF-Schichtsystem kann mehrere ferromagnetische und nicht magnetische Schichten umfassen. Jede ferromagnetische Schicht kann sich wie im Hinblick auf die freie Schicht beschrieben zusammensetzen.
  • Der Sensor kann eine Kombination aus zwei gepinnten, ferromagnetischen Schichten und einer freien, ferromagnetischen Schicht aufweisen.
  • Der erfinderische Sensor kann ebenfalls als Datenspeicherzelle verwendet werden. Ein zwischen den Magnetisierungsrichtungen der freien und der gepinnten Schicht eingestellter Winkel ist z.B. für eine „0" oder eine „1" kennzeichnend. Der Dateninhalt kann durch Messen des Widerstands der Speicher-„Zelle" ausgelesen werden.
  • Zusammenfassend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen robusten Mehrschichtsensor mit GMR-(Riesenmagnetowiderstands-)Effekt, welcher eine freie und eine gepinnte, ferromagnetische Schicht aufweist, welche hohen Temperaturen und starken Magnetfeldern, wie diese bei Einsatz in Kraftfahrzeugen erforderlich sind, widerstehen können. Die GMR-Mehrfachschicht weist eine asymmetrische Magnetowiderstandskurve auf und ermöglicht Sensoren mit komplementären Ausgangssignalen, so dass eine Wheatstone-Brücke möglich ist. Die Verbesserung wird durch eine Kombination aus Maßnahmen, einschließlich der Verwendung einer Kombination aus einem künstlichen Antiferromagneten als gepinnte Schicht und einer IrMn-Exchange-Bias-Schicht erreicht, wobei die zuletzt genannte Schicht vorzugsweise als unterste Schicht des Schichtstapels auf der Oberseite einer Pufferschicht angeordnet wird.

Claims (10)

  1. Magnetischer Mehrschichtsensor mit einem Substrat (1), welches eine freie und eine gepinnte, ferromagnetische Schicht (5, 6, 7) trägt, wobei die gepinnte Schicht ein Schichtsystem mit einem künstlichen Antiferromagneten, AAF, sowie eine Exchange-Bias-Schicht (4) aufweist, wobei die Exchange-Bias-Schicht in Angrenzung an das AAF-Schichtsystem und in Kontakt mit diesem vorgesehen ist, wobei die Exchange-Bias-Schicht IrMn-Material enthält.
  2. Sensor nach Anspruch 1, wobei das AAF-Schichtsystem zwei CoFe-Schichten (5, 7) sowie eine nicht magnetische Zwischenschicht (6) aufweist.
  3. Sensor nach Anspruch 1, wobei die freie und die gepinnte, ferromagnetische Schicht durch eine Cu-Schicht getrennt sind, wobei die Cu-Schicht auf beiden Seiten an eine Co- oder CoFe-Schicht angrenzt.
  4. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zwischenschicht des AAF-Schichtsystems eine Ru-Schicht ist.
  5. Sensor nach Anspruch 1, wobei die Exchange-Bias-Schicht zwischen dem Substrat und dem AAF-Schichtsystem angeordnet ist.
  6. Wheatstone-Brücke mit zwei Sensoren nach Anspruch 1, wobei die Sensoren bei Betrieb komplementäre Ausgangssignale liefern.
  7. Sensor nach Anspruch 1 in einer Positionssensoranordnung.
  8. Sensor nach Anspruch 1 in einer Analog-Winkelsensoranordnung.
  9. Sensor nach Anspruch 1 in einer Drehzahlmessanordnung.
  10. Sensor nach Anspruch 1 in einer Datenspeicheranordnung.
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US (1) US6501271B1 (de)
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JP (1) JP4316806B2 (de)
DE (1) DE69934868T2 (de)
WO (1) WO1999058994A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012005134A1 (de) * 2012-03-05 2013-09-05 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Spin-Ventil

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1138153C (zh) * 1998-09-28 2004-02-11 西加特技术有限责任公司 四层gmr夹层结构
DE10009944A1 (de) * 2000-03-02 2001-09-13 Forschungszentrum Juelich Gmbh Anordnung zum Messen eines Magnetfeldes und Verfahren zum Herstellen einer Anordnung zum Messen eines Magnetfeldes
DE10105894A1 (de) * 2001-02-09 2002-09-05 Bosch Gmbh Robert Magnetisch sensitive Schichtanordnung
DE10128150C1 (de) * 2001-06-11 2003-01-23 Siemens Ag Magnetoresistives Sensorsystem
JP2007036274A (ja) * 2001-09-25 2007-02-08 Alps Electric Co Ltd 磁気検出素子の製造方法
JP3877998B2 (ja) * 2001-11-05 2007-02-07 株式会社山武 角度センサの温度情報検出装置および位置検出装置
DE10255327A1 (de) * 2002-11-27 2004-06-24 Robert Bosch Gmbh Magnetoresistives Sensorelement und Verfahren zur Reduktion des Winkelfehlers eines magnetoresistiven Sensorelements
DE10258860A1 (de) * 2002-12-17 2004-07-15 Robert Bosch Gmbh Magnetoresistives Schichtsystem und Sensorelement mit diesem Schichtsystem
JP2007518092A (ja) * 2004-01-07 2007-07-05 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 角度を決定する方法
US7872837B2 (en) 2004-04-30 2011-01-18 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Method and apparatus for providing a magnetic read sensor having a thin pinning layer and improved magnetoreistive coefficient
US7593196B2 (en) * 2004-04-30 2009-09-22 Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. Method and apparatus for providing a magnetic read sensor having a thin pinning layer and improved magnetoresistive coefficient ΔR/R
US7539279B2 (en) * 2004-05-20 2009-05-26 Exxonmobil Upstream Research Company Logarithmic spectrum transmitter waveform for controlled-source electromagnetic surveying
CN101065721B (zh) * 2004-09-27 2010-08-11 Nxp股份有限公司 用于输入设备的磁传感器
JP4614061B2 (ja) * 2004-09-28 2011-01-19 ヤマハ株式会社 巨大磁気抵抗効果素子を用いた磁気センサ及び同磁気センサの製造方法
TWI278650B (en) 2004-09-28 2007-04-11 Yamaha Corp Magnetic sensor using giant magnetoresistive elements and method for manufacturing the same
KR20070087628A (ko) * 2004-12-28 2007-08-28 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 조정 가능한 특성을 지닌 브릿지-유형의 센서
JP5500785B2 (ja) * 2008-05-14 2014-05-21 新科實業有限公司 磁気センサ
US8269486B2 (en) * 2008-11-12 2012-09-18 Infineon Technologies Ag Magnetic sensor system and method
US9103654B1 (en) 2012-04-11 2015-08-11 Louisiana Tech University Research Foundation, A Division Of Louisiana Tech University Foundation, Inc. GMR nanowire sensors
US10718636B1 (en) 2012-04-11 2020-07-21 Louisiana Tech Research Corporation Magneto-resistive sensors
US9784802B1 (en) 2012-04-11 2017-10-10 Louisiana Tech Research Corporation GMR nanowire sensors
US11169228B2 (en) 2019-08-27 2021-11-09 Western Digital Technologies, Inc. Magnetic sensor with serial resistor for asymmetric sensing field range

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3022023B2 (ja) * 1992-04-13 2000-03-15 株式会社日立製作所 磁気記録再生装置
DE4243358A1 (de) * 1992-12-21 1994-06-23 Siemens Ag Magnetowiderstands-Sensor mit künstlichem Antiferromagneten und Verfahren zu seiner Herstellung
US5465185A (en) * 1993-10-15 1995-11-07 International Business Machines Corporation Magnetoresistive spin valve sensor with improved pinned ferromagnetic layer and magnetic recording system using the sensor
JPH08511873A (ja) * 1994-04-15 1996-12-10 フィリップス エレクトロニクス ネムローゼ フェンノートシャップ 磁界センサ、そんなセンサを具えた装置及びそんなセンサを製造する方法
US5583725A (en) * 1994-06-15 1996-12-10 International Business Machines Corporation Spin valve magnetoresistive sensor with self-pinned laminated layer and magnetic recording system using the sensor
EP0717422B1 (de) * 1994-12-13 2001-08-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Film mit Austauschkopplung und magnetoresistives Element
JP3251214B2 (ja) * 1997-09-02 2002-01-28 株式会社オートネットワーク技術研究所 ランプ断線検出ユニットを介在させた車両の配線
US5898548A (en) * 1997-10-24 1999-04-27 International Business Machines Corporation Shielded magnetic tunnel junction magnetoresistive read head
US6137662A (en) * 1998-04-07 2000-10-24 Read-Rite Corporation Magnetoresistive sensor with pinned SAL
US6204071B1 (en) * 1999-09-30 2001-03-20 Headway Technologies, Inc. Method of fabrication of striped magnetoresistive (SMR) and dual stripe magnetoresistive (DSMR) heads with anti-parallel exchange configuration

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012005134A1 (de) * 2012-03-05 2013-09-05 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Spin-Ventil
DE102012005134B4 (de) * 2012-03-05 2015-10-08 Helmholtz-Zentrum Berlin Für Materialien Und Energie Gmbh Spin-Ventil und Verwendung einer Vielzahl von Spin-Ventilen

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