EP1527351A1 - Magnetoresistives schichtsystem und sensorelement mit diesem schichtsystem - Google Patents

Magnetoresistives schichtsystem und sensorelement mit diesem schichtsystem

Info

Publication number
EP1527351A1
EP1527351A1 EP03787611A EP03787611A EP1527351A1 EP 1527351 A1 EP1527351 A1 EP 1527351A1 EP 03787611 A EP03787611 A EP 03787611A EP 03787611 A EP03787611 A EP 03787611A EP 1527351 A1 EP1527351 A1 EP 1527351A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
magnetoresistive
magnetic layer
alloy
layer system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03787611A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Henrik Siegle
Maik Rabe
Ulrich May
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE10256246A external-priority patent/DE10256246A1/de
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1527351A1 publication Critical patent/EP1527351A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/096—Magnetoresistive devices anisotropic magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors

Definitions

  • the invention relates to a magnetoresistive layer system and a sensor element with this layer system according to the independent claims.
  • Magnetoresistive layer systems or sensor elements are known from the prior art whose operating point is shifted, for example for use in motor vehicles, by auxiliary magnetic fields generated in various ways.
  • the generation of such an auxiliary magnetic field by means of mounted macroscopic hard magnets or by current-carrying field coils is known.
  • DE 101 28 135.8 also describes a concept in which a hard magnetic layer is deposited near a magnetoresistive layer stack, in particular on or under the layer stack, which is coupled to the actual sensitive layers primarily by means of its stray field. The focus is on the highest possible coercivity as the target parameter and on the other hand the remanent magnetic field as the limiting parameter.
  • Such a hard magnetic layer also causes an electrical short circuit of the adjacent sensitive layers of the magnetoresistive layer system in the case of vertical integration, which results in a desired GMR effect or AMR effect and
  • the layer system's sensitivity to external magnetic fields is limited.
  • the object of the present invention was to provide a possibility of generating a magnetic bias field or auxiliary magnetic field, which acts on a magnetoresistive layer stack in a cost-effective and simple manner, in order to be able to produce magnetoresistive sensor elements inexpensively and yet reliably, in particular for use in motor vehicles , Advantages of the invention
  • the magnetoresistive layer system according to the invention has the advantage over the prior art that an increased magnetic stray field with simultaneously increased coercivity or coercive field strength is achieved via the layer arrangement provided in an environment of the magnetoresistive layer stack, in particular based on the GMR or AMR effect is provided, at the same time the layer arrangement being simple and inexpensive to produce or integrating into the layer system.
  • the layer arrangement has a very thin structural shape, especially with regard to the thickness of the hard magnetic layer.
  • the layer arrangement offers the possibility, within a certain framework, of varying the strength of the stray field generated by the hard magnetic and the soft magnetic layer, and that the particularly thin soft magnetic layer that is coupled to the hard magnetic layer or arranged adjacent to it is, the demagnetization of the hard magnetic layer when applying an external magnetic alternating field prevented by domain stray fields (so-called "creeping"), as described in Phys. Rev. Lett, 84, (2000), page 1816 and page 3462.
  • a system consisting of a hard magnetic and a soft magnetic layer generally has an increased magnetization compared to a purely hard magnetic layer, i.e. a higher magnetic moment per volume.
  • the field strength of the stray magnetic field of a layer arrangement with a hard magnetic and a soft magnetic layer, which are in particular ferromagnetically coupled increases compared to the field strength of only one hard magnetic layer.
  • the soft magnetic layer advantageously has a chiral magnetization which, when the external field is switched off, is parallel to the hard magnetic magnetization Back orientation jumps as described in IEEE Trans. Magn., 27, (1991), page 3588.
  • the magnetization of the soft magnetic layer is rotated coherently and not remagnetized by domain nucleation. Stray fields from other or other soft magnetic layers (domain stray fields) at a short distance cannot demagnetize the hard magnetic layer.
  • the concept of building the magnetoresistive layer system can be easily integrated into existing magnetoresistive sensor elements or layer systems with GMR multilayers, magnetoresistive sensor elements or layer systems based on the spin valve principle, AMR sensor elements or sensor elements based on granular magnetoresistors or
  • Insert magnetoresistors caused by structural changes in material properties or integrate them into the corresponding manufacturing processes The deposition of the individual layers of the layer system is not critical to known influencing factors.
  • FIG. 1 shows a comparison of magnetization curves of different layer arrangements
  • FIG. 2 shows a section through a magnetoresistive layer system on a substrate.
  • FIG. 2 shows a substrate 10 made of silicon or silicon oxide, for example, on which there is a hard magnetic layer 12 over an optionally available buffer layer 11, for example made of Cr, W or Mo, and a soft magnetic layer 13 on the hard magnetic layer 12. These two layers 12, 13 form a layer arrangement 15.
  • a magnetoresistive layer stack 14 which is known per se and preferably works on the basis of the GMR effect (“Giant Magnetoresistance”) or AMR effect (“Anisotropy Magnetoresistance”).
  • the layer stack 14 preferably has a plurality of individual layers, which operate according to the coupled multilayer principle or the spin valve principle. Layer stack 14 and layer arrangement 15 are thus vertically integrated and together form a magnetoresistive layer system 5.
  • the magnetoresistive layer stack 14 can also be constructed from a CMR material ("Colossal Magnetoresistance") such as La 0.67 Cao ; 3 Mn0 3 . In this case, the magnetoresistive layer stack 14 has a material in which a magnetic field or a temperature
  • a structural change (“Jahn-Teller effect”) is inducible, which causes an electrical transition of the material from a conductor or metal to an insulator. This can cause changes in electrical resistance of more than 100%.
  • CMR material is also understood to mean “powder magnetoresistance” (“PMR” or “powder magnetoresistance”), in which a magnetoresistance between
  • a ferromagnetic, exchange-coupled, thin, soft magnetic layer 13 is preferably deposited on the hard magnetic layer 12.
  • the soft magnetic layer 13 ensures both an increased coercivity and .5 an increased amount of the stray magnetic field of the layer arrangement 15.
  • the soft magnetic layer 13 increases the amount of the stray field disproportionately in relation to a comparable layer thickness of a purely hard magnetic layer in accordance with the high saturation magnetization of the soft magnetic layer 13.
  • the comparatively expensive hard magnetic materials of the hard magnetic layer 12 are a relevant cost factor in comparison to the comparatively inexpensive soft magnetic materials of the soft magnetic layer 13, ie the manufacturing costs for the layer arrangement 15 are reduced through the use of the soft magnetic layer 13.
  • the soft magnetic layer 13 prevents demagnetization of the hard magnetic layer 12 when an external magnetic alternating field is present.
  • a soft magnetic layer 13 made of a CoFe alloy such as Co 90 Fe 10 , Co, Fe, Ni, a FeNi alloy such as Fe 9 Ni 8] and magnetic alloys containing these materials with a thickness between 1 nm is preferred and 50 nm, via which, as explained, properties of the layer arrangement 15 can be set, deposited on or under the hard magnetic layer 12.
  • the soft magnetic layer 13 preferably has a thickness of
  • the hard magnetic layer preferably consists of a CoCrPt alloy such as Co 75 Cr 13 Pti 2 , a CoSm alloy such as Co 8 oSm 20 , a CoCr alloy such as Co 80 Cr 2 o, a CoCrTa alloy such as Co 84 Cr ⁇ 3 Ta 3 , a CoPt alloy such as Co 50 Pt 5 o or a FePt alloy such as Fe 5 oPt 5 o.
  • the thickness of the hard magnetic layer 12 is preferably between 20 nm and 100 nm.
  • the soft magnetic layer 13 is preferably located between the magnetoresistive layer stack 14 and the hard magnetic layer 12.
  • a plurality of soft magnetic layers 13, in particular of different composition and / or of different thicknesses, which are located below or preferably according to FIG. 2 on the hard magnetic layer 12, and each preferably have a thickness, can also be provided between 1 nm and 50 nm, in particular 1 nm to 10 nm, and from the abovementioned Materials exist.
  • the layer arrangement 15 can also consist of multilayers of several soft magnetic ones
  • Layers 13 and hard magnetic layers 12 can be constructed with layer pairs corresponding to FIG. 2.
  • the layer arrangement 15 can also be arranged on one or both sides next to the layer stack 14 or can also be integrated into the layer stack 14.
  • FIG. 1 shows a first magnetization curve 1, ie the strength of the magnetization as a function of a magnetic field, for an exclusively hard magnetic layer, a second magnetization curve 2 for this hard magnetic layer with a thin soft magnetic layer applied thereon and a third magnetization curve 3 for this hard magnetic layer with a soft magnetic layer applied thereon which is thicker than curve 2.
  • the magnetization is the sum of magnetic moments, ie an increased magnetization also means an increased field strength of the stray field.
  • the layer arrangement 15 has an increased coercivity and increased remanent magnetization compared to the purely hard magnetic layer 12. This is based on the fact that the soft magnetic layer 13 generates a comparatively high stray field due to the high magnetic moment of the material forming it, and that the coupling of the soft magnetic layer 13 to the hard magnetic layer 12 aligns this high magnetic moment in the direction of the magnetization of the hard magnetic layer 12 , This results overall in a high field strength of the stray field.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

Es wird ein magnetoresistives Schichtsystem (5) vorgeschlagen, wobei in einer Umgebung eines insbesondere auf der Grundlage des GMR- oder AMR-Effektes arbeitenden magnetoresistiven Schichtstapels (14) eine Schichtanordnung (15) vorgesehen ist, die ein Magnetfeld erzeugt, das auf den magnetoresistiven Schichtstapel (14) einwirkt, und wobei die Schichtanordnung (15) mindestens eine hartmagnetische Schicht (12) und mindestens eine weichmagnetische Schicht (13) aufweist. Weiter wird ein Sensorelement insbesondere zu Detektion von Magnetfeldern hinsichtlich Stärke und/oder Richtung mit einem solchen Schichtsystem (5) vorgeschla­gen.

Description

Magnetoresistives Schichtsvstem und Sensorelement mit diesem Schichtsystem
Die Erfindung betrifft ein magnetoresistives Schichtsystem sowie ein Sensorelement mit die- sem Schichtsystem nach den unabhängigen Ansprüchen.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind magnetoresistive Schichtsysteme oder Sensorelemente be- kannt, deren Arbeitspunkt beispielsweise für den Einsatz in Kraftfahrzeugen durch auf verschiedene Weise erzeugte Hilfsmagnetfelder verschoben wird. Insbesondere ist die Erzeugung eines derartigen Hilfsmagnetfeldes durch montierte makroskopische Hartmagnete oder durch stromdurchflossene Feldspulen bekannt. In DE 101 28 135.8 ist daneben ein Konzept erläutert, bei dem eine hartmagnetische Schicht in der Nähe eines magnetoresistiven Schichtstapels, ins- besondere auf oder unter dem Schichtstapel, deponiert wird, die vor allem durch ihr Streufeld an die eigentlichen sensitiven Schichten ankoppelt. Dabei steht eine möglichst hohe Koerziti- vität als Zielparameter sowie andererseits das remanente Magnetfeld als beschränkender Parameter im Vordergrund. Weiter bewirkt eine solche hartmagnetische Schicht bei einer vertikalen Integration einen elektrischen Kurzschluss der benachbarten sensitiven Schichten des magneto- resistiven Schichtsystems, was einen erwünschten GMR-Effekt bzw. AMR-Effekt sowie die
Sensitivität des Schichtsystems gegenüber äußeren Magnetfeldern beschränkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war Bereitstellung einer Möglichkeit, kostengünstig und einfach ein magnetisches Bias-Feld oder Hilfsmagnetfeld zu generieren, das auf einen magneto- resistiven Schichtstapel einwirkt, um damit magnetoresistive Sensorelemente, insbesondere für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, preiswert und dennoch zuverlässig herstellen zu können. Vorteile der Erfindung
Das erfϊndungsgemäße magnetoresistive Schichtsystem hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass über die in einer Umgebung des insbesondere auf der Grundlage des GMR- o- der AMR-Effektes arbeitenden magnetoresistiven Schichtstapels vorgesehene Schichtanordnung ein erhöhtes magnetisches Streufeld bei gleichzeitig erhöhter Koerzitivität oder Koerzitiv- feldstärke bereitgestellt wird, wobei gleichzeitig die Schichtanordnung einfach und kostengünstig zu erzeugen bzw. in das Schichtsystem zu integrieren ist. Insbesondere weist die Schichtanordnung eine sehr dünne Bauförm vor allem hinsichtlich der Dicke der hartmagneti- sehen Schicht auf.
Daneben ist vorteilhaft, dass die Schichtanordnung in einem gewissem Rahmen die Möglichkeit bietet, die Stärke des durch die hartmagnetische und die weichmagnetische Schicht erzeugten Streufeldes zu variieren, und dass die insbesondere dünne weichmagnetische Schicht, die an die hartmagnetische Schicht angekoppelt bzw. zu dieser benachbart angeordnet ist, die Entmagnetisierung der hartmagnetischen Schicht bei Anlegen eines äußeren magnetischen Wechselfeldes durch Domänenstreufelder (sogenanntes "Creeping") verhindert, wie dies in Phys. Rev. Lett, 84, (2000), Seite 1816 und Seite 3462 beschrieben ist.
Im Übrigen weist ein System aus einer hartmagnetischen und einer weichmagnetischen Lage generell eine gegenüber einer rein hartmagnetischen Schicht erhöhte Magnetisierung, d.h. ein höheres magnetisches Moment pro Volumen, auf. Dadurch erhöht sich bei gleicher Gesamtschichtdicke die Feldstärke des magnetischen Streufeldes einer Schichtanordnung mit einer hartmagnetischen und einer weichmagnetischen Schicht, die insbesondere ferromagnetisch austauschgekoppelt sind, gegenüber der Feldstärke lediglich einer hartmagnetischen Schicht.
Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
So weist bei einer ferromagnetisch austauschgekoppelten Schichtanordnung mit mindestens einer weichmagnetischen und mindestens einer hartmagnetischen Schicht bei Anlegen eines äußeren Magnetfeldes mit einer von der Magnetisierungsrichtung abweichenden Orientierung die weichmagnetische Schicht vorteilhaft eine chirale Magnetisierung auf, die bei Abschalten des äußeren Feldes in eine zu der hartmagnetischen Magnetisierung parallele Ausrichtung zurück- springt, wie dies in IEEE Trans. Magn., 27, (1991), Seite 3588, beschrieben ist. Insbesondere wird die Magnetisierung der weichmagnetischen Schicht kohärent rotiert und nicht durch Do- mänennukleation ummagnetisiert. Somit können Streufelder anderer oder weiterer weichmagnetischer Schichten (Domänenstreufelder) in geringer Entfernung die hartmagnetische Schicht nicht entmagnetisieren.
Weiter lässt sich das Konzept des Aufbaus des magnetoresistiven Schichtsystem problemlos in bestehende magnetoresistive Sensorelemente oder Schichtsysteme mit GMR-Multilagen, magnetoresistive Sensorelemente oder Schichtsysteme nach dem Spin-Valve-Prinzip, AMR- Sensorelemente oder auch Sensorelemente basierend auf granulären Magnetowiderständen oder
Magnetowiderständen hervorgerufen durch strukturelle Änderungen von Materialeigenschaften einfügen bzw. in die entsprechenden Herstellungsprozesse integrieren. Die Deposition der einzelnen Schicht des Schichtsystems ist dabei unkritisch gegenüber bekannten Einflussfaktoren.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 Magnetisierungskurven verschieden aufgebauter Schichtanordnungen im Vergleich und Figur 2 einen Schnitt durch ein magnetoresistives Schichtsystem auf einem Substrat.
Ausführungsbeispiele
Die Figur 2 zeigt ein Substrat 10 beispielsweise aus Silizium oder Siliziumoxid auf dem sich ü- ber einer optional vorhandenen Buffer-Schicht 11 , beispielsweise aus Cr, W oder Mo, eine hartmagnetische Schicht 12 und auf der hartmagnetischen Schicht 12 eine weichmagnetische Schicht 13 befindet. Diese beiden Schichten 12, 13 bilden ein Schichtanordnung 15.
Auf der weichmagnetischen Schicht 13 ist ein an sich bekannter, bevorzugt auf der Grundlage des GMR-Effektes ("Giant Magnetoresistance") oder AMR-Effektes ("Anisotropie Magnetoresistance") arbeitender magnetoresistiver Schichtstapel 14 vorgesehen. Bevorzugt weist der Schichtstapel 14 eine Mehrzahl von Einzelschichten auf, die nach dem Prinzip der gekoppelten Multilagen oder dem Spin-Valve-Prinzip arbeiten. Schichtstapel 14 und Schichtanordnung 15 sind somit vertikal integriert und bilden gemeinsam ein magnetoresistives Schichtsystem 5. Weiter kann der magnetoresistive Schichtstapel 14 auch aus einem CMR-Material ("Colossal Magnetoresistance") wie La0,67Cao;3 Mn03 aufgebaut sein. In diesem Fall weist der magnetoresistive Schichtstapel 14 ein Material auf, in dem durch ein Magnetfeld oder auch eine Tempe-
5 raturänderung eine strukturelle Änderung ("Jahn-Teller-Effekt") induzierbar ist, die einen elektrischen Übergang des Materials von einem Leiter bzw. Metall zu einem Isolator bewirkt. Dadurch können Änderungen des elektrischen Widerstandes von mehr als 100% auftreten. Überdies werden unter einem solchen CMR-Material auch "Pulver Magnetowiderstände" ("PMR" oder "Powder Magnetoresistance") verstanden, bei denen ein Magnetowiderstand zwischen
0 einzelnen granulären magnetischen Teilchen mit unterschiedlichem Magnetisierungen entsteht.
Bevorzugt ist auf der hartmagnetischen Schicht 12 eine ferromagnetisch austauschgekoppelte, dünne, weichmagnetische Schicht 13 deponiert. Dabei nutzt man aus, dass in einem bestimmten Schichtdickenbereich die weichmagnetische Schicht 13 sowohl eine erhöhte Koerzitiviät als .5 auch einen erhöhten Betrag des magnetischen Streufeldes der Schichtanordnung 15 gewährleistet. Insbesondere erhöht die weichmagnetische Schicht 13 bezogen auf eine vergleichbare Schichtdicke einer rein hartmagnetischen Schicht den Betrag des Streufeldes überproportional entsprechend der hohen Sättigungsmagnetisierung der weichmagnetischen Schicht 13.
! 0 Dies erlaubt es, die Schichtanordnung 15 mit einer jeweils ferromagnetischen jedoch einerseits weichmagnetischen und andererseits hartmagnetischen Schicht 11, 12 bei einem gleichen zu generierenden Streufeld und gleicher oder höherer Koerzitivität dünner auszuführen als eine rein hartmagnetische Schicht mit entsprechenden Parametern ausgeführt wäre. Die so verringerte Dicke erhöht den elektrischen Widerstand der Schichtanordnung 15 und damit den GMR-
.5 Effekt oder AMR-Effekt in dem magnetoresistiven Schichtstapel 14, was auch zu einer verbesserten Sensitivität des Schichtsystems 5 bei einer Messung von von Außen auf dieses einwirkenden Magnetfeldern führt.
Im Übrigen sind die vergleichsweise teueren hartmagnetischen Materialien der hartmagneti- 30 sehen Schicht 12 im Vergleich zu den vergleichsweise preiswerten weichmagnetischen Materialien der weichmagnetischen Schicht 13 ein relevanter Kostenfaktor, d.h. die Herstellungskosten für die Schichtanordnung 15 werden durch den Einsatz der weichmagnetischen Schicht 13 reduziert. Zudem verhindert die weichmagnetische Schicht 13 eine Entmagnetisierung der hartmagnetischen Schicht 12 bei einem anliegenden äußeren magnetischen Wechselfeld. Bevorzugt wird gemäß Figur 2 eine weichmagnetische Schicht 13 aus einer CoFe-Legierung wie Co90Fe10, Co, Fe, Ni, einerFeNi-Legierung wie Feι9Ni8] sowie magnetischen Legierungen, die diese Materialien beinhalten, mit einer Dicke zwischen 1 nm und 50 nm, über die, wie erläutert, Eigenschaften der Schichtanordnung 15 einstellbar sind, auf oder unter der hartmagneti- sehen Schicht 12 deponiert. Bevorzugt hat die weichmagnetische Schicht 13 eine Dicke von
1 mn bis 10 nm. Die hartmagnetische Schicht besteht bevorzugt aus einer CoCrPt-Legierung wie Co75Cr13Pti2, einer CoSm-Legierung wie Co8oSm20, einer CoCr-Legierung wie Co80Cr2o, einer CoCrTa-Legierung wie Co84Crι3Ta3, einerCoPt-Legierung wie Co50Pt5o oder einer FePt- Legierung wie Fe5oPt5o. Die Dicke der hartmagnetischen Schicht 12 liegt bevorzugt zwischen 20 nm und l00 nm.
Bevorzugt befindet sich die weichmagnetische Schicht 13 zwischen dem magnetoresistiven Schichtstapel 14 und der hartmagnetischen Schicht 12.
Alternativ zu dem mit Hilfe der Figur 2 erläuterten Beispiel kann auch eine Mehrzahl von insbesondere unterschiedlich zusammengesetzten und/oder unterschiedlich dicken weichmagnetischen Schichten 13 vorgesehen sein, die sich unter oder bevorzugt entsprechend Figur 2 auf der hartmagnetischen Schicht 12 befinden, und die bevorzugt jeweils eine Dicke zwischen 1 nm und 50 nm, insbesondere 1 nm bis 10 nm, aufweisen und aus den o.g. Materialien bestehen. Weiter kann die Schichtanordnung 15 auch aus Multilagen von mehreren weichmagnetischen
Schichten 13 und hartmagnetischen Schichten 12 mit Schichtpaaren entsprechend Figur 2 aufgebaut sein.
Diesen Varianten ist gemein, dass die ferromagnetisch gekoppelten weichmagnetischen und hartmagnetischen Schichten 12, 13 stets als Doppel- oder Multilagen in der Nähe des magnetoresistiven Schichtstapels 14 deponiert sind.
Technologisch vorteilhaft weil insbesondere einfach zu realisieren ist die bereits erläuterte Deposition der Schichtanordnung 15 unter oder über dem Schichtstapel 14. Alternativ kann die Schichtanordnung 15 jedoch auch einseitig oder beidseitig neben dem Schichtstapel 14 angeordnet oder auch in den Schichtstapel 14 integriert sein.
Die Figur 1 zeigt eine erste Magnetisierungskurve 1, d.h. die Stärke der Magnetisierung als Funktion eines magnetischen Feldes, für eine ausschließlich hartmagnetische Schicht, eine zweite Magnetisierungskurve 2 für diese hartmagnetische Schicht mit einer darauf aufgebrachten, dünnen weichmagnetischen Schicht und eine dritte Magnetisierungskurve 3 für diese hartmagnetische Schicht mit einer darauf aufgebrachten, gegenüber der Kurve 2 dickeren weichmagnetischen Schicht. Die Magnetisierung ist dabei die Summe magnetischen Momente, d.h. eine erhöhte Magnetisierung bedeutet auch eine erhöhte Feldstärke des Streufeldes.
Man entnimmt aus Figur 1, dass die Schichtanordnung 15 je nach Wahl der Schichtdicke der weichmagnetischen Schicht eine gegenüber der rein hartmagnetischen Schicht 12 erhöhte Koerzitivität und erhöhte remanente Magnetisierung aufweist. Dies beruht darauf, dass die weichmagnetische Schicht 13 aufgrund des hohen magnetischen Momentes des sie bildenden Materials ein vergleichsweise hohes Streufeld erzeugt, und dass die Ankoppelung der weichmagnetischen Schicht 13 an die hartmagnetische Schicht 12 dieses hohe magnetische Moment in Richtung der Magnetisierung der hartmagnetischen Schicht 12 ausrichtet. Dadurch ergibt sich insgesamt eine hohe Feldstärke des Streufeldes.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetoresistives Schichtsystem, wobei in einer Umgebung eines insbesondere auf der Grundlage des GMR- oder AMR-Effektes arbeitenden magnetoresistiven Schichtstapels (14) eine Schichtanordnung (15) vorgesehen ist, die ein Magnetfeld erzeugt, das auf den magnetoresistiven Schichtstapel (14) einwirkt, und wobei die Schichtanordnung (15) mindestens eine hartmagnetische Schicht (12) und eine weichmagnetische Schicht (13) aufweist.
2. Magnetoresistives Schichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hartmagnetische Schicht (12) und die weichmagnetische Schicht (13) ferromagnetisch austauschgekoppelt sind.
3. Magnetoresistives Schichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtanordnung (15) auf und/oder unter und/oder neben dem Schichtstapel (14) angeordnet ist.
4. Magnetoresistives Schichtsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtanordnung (15) eine Mehrzahl von weichmagnetischen Schichten (13) und hartmagnetischen Schichten (12) aufweist, die insbesondere zu Schichtpaaren mit einer hartmagnetischen Schicht (12) und einer dazu benachbarten weichmagnetischen Schicht (13) zusammenfassbar sind.
5. Magnetoresistives Schichtsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weichmagnetische Schicht (13) aus einer CoFe-Legierung, Co, Fe, Ni, einer FeNi-Legierung sowie magnetischen Legierungen, die diese Materialien beinhalten, besteht.
6. Magnetoresistives Schichtsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weichmagnetische Schicht (13) eine Dicke zwischen 1 nm und 50 nm, insbesondere 1 nm bis 10 nm, aufweist.
7. Magnetoresistives Schichtsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hartmagnetische Schicht (12) aus einer CoCrPt-Legierung, einer CoSm-Legierung, einer CoCr-Legierung, einer CoCrTa-Legierung, einer CoPt-Legierung oder einer FePt-Legierung besteht.
8. Magnetoresistives Schichtsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hartmagnetische Schicht (13) eine Dicke zwischen 20 nm und 100 nm aufweist.
9. Sensorelement, insbesondere zu Detektion von Magnetfeldern hinsichtlich Stärke und/oder Richtung, mit einem magnetoresistiven Schichtsystem (5) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
EP03787611A 2002-07-26 2003-06-26 Magnetoresistives schichtsystem und sensorelement mit diesem schichtsystem Withdrawn EP1527351A1 (de)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10234349 2002-07-26
DE10234349 2002-07-26
DE10256246 2002-12-02
DE10256246A DE10256246A1 (de) 2002-07-26 2002-12-02 Magnetoresistives Schichtsystem und Sensorelement mit diesem Schichtsystem
PCT/DE2003/002134 WO2004017085A1 (de) 2002-07-26 2003-06-26 Magnetoresistives schichtsystem und sensorelement mit diesem schichtsystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1527351A1 true EP1527351A1 (de) 2005-05-04

Family

ID=31889085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03787611A Withdrawn EP1527351A1 (de) 2002-07-26 2003-06-26 Magnetoresistives schichtsystem und sensorelement mit diesem schichtsystem

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7498805B2 (de)
EP (1) EP1527351A1 (de)
JP (1) JP2005534198A (de)
CN (1) CN100504425C (de)
AU (1) AU2003250761B2 (de)
RU (1) RU2316783C2 (de)
WO (1) WO2004017085A1 (de)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100452471C (zh) * 2005-09-27 2009-01-14 中国科学院物理研究所 一种基于硬磁材料的自旋阀磁电阻器件及其制备方法
US8486545B2 (en) * 2005-09-28 2013-07-16 Southwest Research Institute Systems and methods for flaw detection and monitoring at elevated temperatures with wireless communication using surface embedded, monolithically integrated, thin-film, magnetically actuated sensors, and methods for fabricating the sensors
CN101775644B (zh) * 2010-02-10 2012-10-03 中国科学技术大学 具有各向异性磁阻效应的锰氧化物外延薄膜及其制备方法与应用
RU2433507C1 (ru) * 2010-06-25 2011-11-10 Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Магниторезистивный датчик
US8761987B2 (en) * 2010-10-05 2014-06-24 Checkpoint Llc Automatic guided vehicle sensor system and method of using same
RU2483393C1 (ru) * 2011-10-27 2013-05-27 Учреждение Российской академии наук Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН Магниторезистивный преобразователь
RU2607672C1 (ru) * 2015-08-14 2017-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "ЭНЕРГОКОМСЕРВИС" (ООО "ЭКС") Индикатор воздействия магнитным полем
KR102451098B1 (ko) 2015-09-23 2022-10-05 삼성전자주식회사 자기 메모리 장치 및 이의 제조 방법
CN113884956B (zh) * 2020-07-02 2024-01-19 华润微电子控股有限公司 锑-铟系化合物半导体磁阻连续电流传感器及其制造方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2648942B1 (fr) 1989-06-27 1995-08-11 Thomson Csf Capteur a effet magnetoresistif
JP2856856B2 (ja) * 1990-07-25 1999-02-10 東芝タンガロイ株式会社 仕上げ用のエンドミル
US5206590A (en) * 1990-12-11 1993-04-27 International Business Machines Corporation Magnetoresistive sensor based on the spin valve effect
JP2725977B2 (ja) * 1992-08-28 1998-03-11 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション 磁気抵抗センサ及びその製造方法、磁気記憶システム
DE4243358A1 (de) 1992-12-21 1994-06-23 Siemens Ag Magnetowiderstands-Sensor mit künstlichem Antiferromagneten und Verfahren zu seiner Herstellung
TW265440B (de) * 1993-04-30 1995-12-11 Ibm
JPH06318515A (ja) * 1993-05-07 1994-11-15 Hitachi Ltd 磁気抵抗素子およびその製造方法並びに磁気ヘッドおよび磁気記録装置
JPH0766033A (ja) * 1993-08-30 1995-03-10 Mitsubishi Electric Corp 磁気抵抗素子ならびにその磁気抵抗素子を用いた磁性薄膜メモリおよび磁気抵抗センサ
US5841611A (en) * 1994-05-02 1998-11-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistance effect device and magnetoresistance effect type head, memory device, and amplifying device using the same
RU2093905C1 (ru) * 1995-05-23 1997-10-20 Институт проблем управления РАН Переключаемый элемент с памятью
JP3990751B2 (ja) * 1995-07-25 2007-10-17 株式会社日立グローバルストレージテクノロジーズ 磁気抵抗効果型磁気ヘッド及び磁気記録再生装置
JP3461999B2 (ja) * 1996-03-28 2003-10-27 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子
JPH09282612A (ja) * 1996-04-09 1997-10-31 Hitachi Metals Ltd 磁気抵抗効果型ヘッド
US6690553B2 (en) * 1996-08-26 2004-02-10 Kabushiki Kaisha Toshiba Magnetoresistance effect device, magnetic head therewith, magnetic recording/reproducing head, and magnetic storing apparatus
US6144534A (en) 1997-03-18 2000-11-07 Seagate Technology Llc Laminated hard magnet in MR sensor
JP3253556B2 (ja) 1997-05-07 2002-02-04 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子とそれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置
RU2128819C1 (ru) * 1997-07-17 1999-04-10 Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН Магниторезистивный элемент и способ его получения
JP3234814B2 (ja) * 1998-06-30 2001-12-04 株式会社東芝 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、磁気ヘッドアセンブリ及び磁気記録装置
US6452204B1 (en) * 1998-12-08 2002-09-17 Nec Corporation Tunneling magnetoresistance transducer and method for manufacturing the same
DE19949713C2 (de) * 1999-10-15 2001-08-16 Bosch Gmbh Robert Magnetoresistives Schichtsystem
JP2001176028A (ja) * 1999-12-14 2001-06-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd 薄膜磁気ヘッド及びその製造方法
JP2001312803A (ja) * 2000-04-28 2001-11-09 Fujitsu Ltd 磁気ヘッド及び磁気ヘッドの製造方法
US20020076579A1 (en) * 2000-10-27 2002-06-20 Showa Denko Kabushiki Kaisha Magnetic recording medium, production process thereof, magnetic recording and reproducing apparatus, and medium substrate
DE10128135A1 (de) 2001-06-09 2002-12-19 Bosch Gmbh Robert Magnetoresistive Schichtanordnung und Gradiometer mit einer derartigen Schichtanordnung
US7248446B2 (en) * 2001-11-27 2007-07-24 Seagate Technology Llc Magnetoresistive element using an organic nonmagnetic layer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2004017085A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003250761B2 (en) 2008-07-24
US7498805B2 (en) 2009-03-03
RU2004115753A (ru) 2006-01-10
RU2316783C2 (ru) 2008-02-10
CN1623100A (zh) 2005-06-01
JP2005534198A (ja) 2005-11-10
WO2004017085A1 (de) 2004-02-26
AU2003250761A1 (en) 2004-03-03
US20050270022A1 (en) 2005-12-08
CN100504425C (zh) 2009-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69624323T2 (de) Magnetoresistives Element, magnetoresistiver Kopf und magnetoresistiver Speicher
DE69533636T2 (de) Magnetowiderstandseffektvorrichtung und hiermit versehener Magnetkopf, Speicher- und Verstärkungsanordnung
DE102019126320B4 (de) Magnetoresistiver Sensor und Fertigungsverfahren für einen magnetoresistiven Sensor
DE69219750T2 (de) Magnetoresistiver Fühler für schwache Magnetfelder
DE19528245B4 (de) Magneto-Widerstandskopf und dessen Verwendung in einer Magnetaufzeichnungsvorrichtung
DE69901790T2 (de) Tunneleffekt-magnetowiderstand und anwendung eines solchen magnetowiderstands in einem magnetischen sensor
EP1417690B1 (de) Schichtensystem mit erhöhtem magnetoresistiven effekt sowie verwendung desselben
DE4427495C2 (de) Sensoreinrichtung mit einem GMR-Sensorelement
DE4243358A1 (de) Magnetowiderstands-Sensor mit künstlichem Antiferromagneten und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102016005190A1 (de) Magnetische Tunnelwiderstandsvorrichtung (TMR) mit Magnesiumoxid-Tunnelsperrschicht und freier Schicht mit Einfügungsschicht
DE10017374B4 (de) Magnetische Koppeleinrichtung und deren Verwendung
DE19936378B4 (de) Magnetowiderstands-Dünnschichtelement vom Spin-Valve-Typ
DE4243357A1 (de) Magnetowiderstands-Sensor mit verkürzten Meßschichten
DE102009007479A1 (de) Dünnfilm-Magnetsensor
DE4232244C2 (de) Magnetowiderstands-Sensor
DE69200169T2 (de) Magnetresistive Materialien.
EP1576381A1 (de) Magnetoresistives schichtsystem und sensorelement mit diesem schichtsystem
WO2012175567A1 (de) Magnetostriktives schichtsystem
DE102019113815B4 (de) Magnetsensor
DE102006008257B4 (de) Magnetoresistives Mehrschichtensystem vom Spin Valve-Typ mit einer magnetisch weicheren Elektrode aus mehreren Schichten und dessen Verwendung
EP1527351A1 (de) Magnetoresistives schichtsystem und sensorelement mit diesem schichtsystem
DE102012204083A1 (de) Nanopartikel, Permanentmagnet, Motor und Generator
DE10128964B4 (de) Digitale magnetische Speicherzelleneinrichtung
EP0572465B1 (de) Mehrschichtensystem für magnetoresistive sensoren und verfahren zu dessen herstellung
DE10106860A1 (de) MTJ-Element und Magnetspeicher unter Verwendung eines solchen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20050228

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): CZ DE FR GB

17Q First examination report despatched

Effective date: 20101117

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20150106