FR2800914A1 - Systeme a couches magnetoresistantes - Google Patents
Systeme a couches magnetoresistantes Download PDFInfo
- Publication number
- FR2800914A1 FR2800914A1 FR0013134A FR0013134A FR2800914A1 FR 2800914 A1 FR2800914 A1 FR 2800914A1 FR 0013134 A FR0013134 A FR 0013134A FR 0013134 A FR0013134 A FR 0013134A FR 2800914 A1 FR2800914 A1 FR 2800914A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- layer
- magnetization
- tion
- layers according
- detection
- 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- Withdrawn
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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- 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
-
- 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
- G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
- G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
- G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
- G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
- G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
- G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
- G11B5/3909—Arrangements using a magnetic tunnel junction
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
- G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
- G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
- G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
- G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3268—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn
- H01F10/3281—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn only by use of asymmetry of the magnetic film pair itself, i.e. so-called pseudospin valve [PSV] structure, e.g. NiFe/Cu/Co
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
- G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
- G11B2005/3996—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects large or giant magnetoresistive effects [GMR], e.g. as generated in spin-valve [SV] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N50/00—Galvanomagnetic devices
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Système à couches magnétorésistantes, notamment applicable à un capteur GMR ou TMR ou autre élément de mémoire magnétique, comprenant une couche de référence (2), une couche intermédiaire (3) voisine de la couche de référence (2) et une couche de détection (1) voisine de la couche de référence (3), la couche de détection (1) ayant, au moins au niveau de sa surface tournée vers la couche intermédiaire (3), une première aimantation (mi) avec une première direction d'aimantation et la couche de référence (2) ayant au moins au niveau de sa surface tournée vers la couche intermédiaire (3), une seconde aimantation (m2 ) avec une seconde direction d'aimantation.La couche de référence (2) présente au moins en surface et au moins par zones une structure qui s'oppose à une variation de la seconde direction d'aimantation.
Description
La présente invention concerne un système à cou-
che magnétorésistantes selon le type de la revendication principale. Etat de la technique Les systèmes à couches magnétorésistantes ou les éléments de capteur magnétorésistants, connus fonctionnant selon le principe de la " soupape rotative " (Spin-valve) se composent usuellement d'une couche de détection à aimantation
douce avec une première aimantation mi, réglable parallèle-
ment à la couche de détection par un champ magnétique exté-
rieur, une couche de référence à aimantation dure avec un alignement spatial prédéterminé d'une seconde aimantation m2, correspondante dirigée parallèlement à la couche de référence et aussi fixe que possible, ainsi qu'une couche intermédiaire métallique magnétique. Pour un dimensionnement approprié des
épaisseurs de couches et d'une sélection appropriée de la ma-
tière, ce système présente alors une variation de la résis-
tance électrique pour un courant électrique passant dans le plan de la couche intermédiaire selon la fonction R = Ro + C cos 0 dans laquelle Oreprésente l'angle entre les directions des deux aimantations correspondant respectivement à la couche de référence et à la couche de détection (appelé effet GMR,
c'est-à-dire effet géant de résistance magnétique). La varia-
tion de résistance se situe de manière caractéristique dans une plage comprise entre 5 % et 10 % et peut se mesurer en modifiant la direction d'aimantation mi par exemple sous
l'effet d'un champ magnétique extérieur.
La couche de référence à aimantation dure se com-
pose en outre usuellement soit d'une couche mince en matière
à aimantation relativement dure, soit en deux couches super-
posées sous la forme d'une couche partielle à aimantation
douce ou relativement dure adjacente à la couche intermé-
diaire et d'une couche partielle voisine antiferromagnétique, qui fixe et stabilise l'orientation spatiale de l'aimantation
de la couche magnétique adjacente à la couche intermédiaire.
Le fonctionnement d'un tel élément de capteur ma-
gnétorésistant repose sur le fait que la direction de
l'aimantation ml de la couche de détection s'aligne aussi fa-
cilement et aussi parallèlement que possible par rapport à une composante située à l'intérieur du plan de la couche de détection et provenant d'un champ magnétique externe alors que la direction de l'aimantation m2 de la couche de réfé- rence reste pratiquement inchangée par l'action de tels
champs extérieurs, pour constituer une référence fiable per-
mettant de définir l'angle 0.
Les éléments de capteur magnétorésistant, connus permettent ainsi de mesurer sans contact l'intensité et la direction de champs magnétiques extérieurs appliqués à
l'élément de capteur ou inversement de servir de mémoire ma-
gnétique, de régler une aimantation stable dans le temps, souhaité, de la couche de détection par un champ magnétique
extérieur.
Pour d'autres détails des éléments de capteur ma-
gnétorésistants et leurs applications éventuelles, on se re-
portera par exemple au document C. Tsang et al., " Design, Fabrication and Testing of Spin-Valve Read Heads for High Density Recording ", IEEE Trans. Magn., 30, (1994), pages
3801 et suivantes.
Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et concerne à cet effet un système à couches magnétorésistantes, caractérisé en ce que la couche de référence présente au moins en surface et au moins par zones une structure qui s'oppose à une variation de
la seconde direction d'aimantation.
Le système à couches magnétorésistantes selon
l'invention offre l'avantage par rapport à l'état de la tech-
nique l'avantage de stabiliser ainsi la direction et de plus
également l'intensité de l'aimantation de la couche de réfé-
rence de sorte que cette direction et l'intensité de
l'aimantation de la couche de référence restent non influen-
cées même dans le cas de champ magnétique extérieur intense et permettent ainsi de disposer d'une référence constante dans le temps et fiable. Les champs magnétiques extérieurs peuvent être des champs magnétiques perturbateurs ou encore des champs magnétiques générés de manière définie ou que l'on
veut mesurer.
On évite ainsi de manière avantageuse qu'à côté d'une variation souhaitée de la direction de l'aimantation de la couche de détection, un champ magnétique extérieur
n'arrive à la couche de référence et y produise des varia-
tions irréversibles de direction de l'aimantation ce qui mo-
difierait par exemple considérablement les propriétés de
capteur du système à couches magnétorésistantes.
Globalement on augmente ainsi la résistance aux
perturbations et la stabilité de la direction de l'aiman-
tation de la couche de référence ainsi que la précision de la
mesure notamment la précision angulaire; on améliore consi-
dérablement la dérive dans le temps du système à couches ma-
gnétorésistantes selon l'invention par rapport à l'état de la technique.
En même temps, le système à couches magnétorésis-
tantes est simple et peu coûteux à fabriquer et dans le dé-
tail, on peut recourir à des procédés de fabrication bien
connus et fiables.
Il est particulièrement avantageux que la mise en
structure de la couche de référence corresponde à une topo-
graphie ondulée ou en dents de scie avec une direction préfé-
rentielle uniaxiale et les différentes ondulations de cette
topographie sont avantageusement aussi parallèles que possi-
ble à la direction d'aimantation de la couche de référence.
Cette forme de mise en structure conduit à une direction
d'aimantation de la couche de référence qui est particulière-
ment stable et insensible vis-à-vis des perturbations.
Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention:
- la couche de détection est prévue sur un substrat muni no-
tamment d'une couche tampon, la couche intermédiaire est
disposée sur la couche de détection, et la couche de réfé-
rence est disposée sur la couche intermédiaire, ou bien
- la couche de référence est prévue sur un substrat, notam-
ment muni d'une couche tampon, sur la couche de référence
est prévue la couche intermédiaire et sur celle-ci la cou-
che de détection; dans ce dernier cas, soit la couche de détection soit la couche intermédiaire, présente au moins
d'un côté une structure, notamment une topographie ondu-
lée, qui correspond au moins dans une très large mesure à la structure de la couche de référence;
- la seconde direction d'aimantation est au moins très lar-
gement parallèle au plan de la couche de référence et la première direction d'aimantation au moins très largement parallèle au plan de la couche de détection; - la seconde direction d'aimantation reste très largement inchangée malgré l'action d'un champ magnétique extérieur dirigé suivant une orientation quelconque; - la première direction d'aimantation est variable sous l'influence d'un champ magnétique extérieur, et se règle pour être au moins largement parallèle à une composante du champ magnétique extérieur parallèle au plan de la couche de détection; - la couche intermédiaire comporte une matière conductrice électrique, notamment un métal, et la couche intermédiaire comporte une matière diélectrique, notamment A1203;
- la couche de détection est au moins en partie en une ma-
tière à aimantation douce, notamment NiFe, et/ou la couche
de référence est au moins en partie en une matière à ai-
mantation douce, notamment en cobalt avec une orientation magnétique homogène; - l'épaisseur de la couche de détection est comprise entre 0,5 nm et 10 nm, l'épaisseur de la couche intermédiaire est comprise entre 1 nm et 10 nm et celle de la couche de
référence entre 0,5 nm et 10 nm.
Pour une configuration avantageuse, le système à couches présente une variation de la résistance électrique de
la couche intermédiaire sous l'influence d'un champ magnéti-
que extérieur, et cette variation est une fonction de l'angle
entre la première direction d'aimantation et la seconde di-
rection d'aimantation; on peut par exemple prévoir que la résistance électrique de la couche intermédiaire correspond à la résistance électrique mesurable pour un courant électrique
parallèle ou perpendiculaire au plan de la couche intermé-
diaire. Il est en outre avantageux d'avoir au moins une couche supplémentaire de stabilisation voisine de la couche de référence et qui s'oppose au moins au niveau de la surface
de la couche de stabilisation tournée vers la couche de réfé-
rence, en plus à une variation de la direction d'aimantation de la couche de référence ou qui stabilise la direction
d'aimantation de la couche de référence. Cela se fait avanta-
geusement en réalisant une couche de stabilisation sous la forme d'une mince couche antiferromagnétique ne possédant pas
de couple magnétique résultant.
Ainsi cette couche de stabilisation n'est d'une
part pas influencée par un champ magnétique extérieur appli-
qué lors de l'utilisation du système à couches magnétorésis-
tantes, et d'autre part, la couche de stabilisation induit
d'une manière connue en soi, dans la couche de référence voi-
sine, l'aimantation souhaitée avec une direction définie.
La direction de l'aimantation induite dans la
couche de référence par la couche de stabilisation antiferro-
magnétique peut être réalisée ainsi avantageusement et de ma-
nière simple en ce que pendant la formation de la couche de
stabilisation antiferromagnétique, on applique un champ ma-
gnétique extérieur de direction définie pour que la couche de stabilisation s'aligne dans ce champ magnétique lors du dépôt en fonction de la direction souhaitée de m2 et qu'après le dépôt, du fait de l'absence de couple magnétique résultant dans la couche de stabilisation, terminée, celle-ci ne sera
plus influencée par les champs magnétiques extérieurs appli-
qués ultérieurement.
La combinaison de la mise en structure de la cou-
che de référence c'est-à-dire une isotropie de forme orientée en fonction de la direction d'aimantation souhaitée, avec la
couche de stabilisation antiferromagnétique, est ainsi parti-
culièrement avantageuse du point de vue d'une précision de mesure très élevée et d'une insensibilité aux perturbations
de la couche de référence vis-à-vis des champs magnétiques.
De plus pour certaines applications, il peut être
avantageux que la couche intermédiaire et la couche de détec-
tion soit réalisées sur la couche de référence déjà mise en structure pour que cette mise en structure de la couche de référence se transpose dans les deux couches. Cela conduit souvent à une augmentation de la variation de résistance du système à couche magnétorésistante selon l'invention, en
fonction du champ magnétique, car une partie du courant élec-
trique passant exclusivement dans le plan de la couche inter-
médiaire passe maintenant perpendiculairement à ce plan.
Pour le reste, le système à couches selon l'invention peut fonctionner de manière simple comme élément
de capteur TMR ou d'élément de mémoire TMR (TMR: magnétoré-
sistance à effet tunnel).Pour cela, il suffit de réaliser la
couche intermédiaire sous la forme d'une mince couche diélec-
trique et d'appliquer un courant électrique perpendiculaire-
ment au plan de la couche intermédiaire. La couche
intermédiaire fonctionne dans ce cas comme une barrière à ef-
fet tunnel et de façon avantageuse, on aura des variations de résistance importantes de cette barrière à effet tunnel pour
les courants perpendiculaires au plan de la couche intermé-
diaire, en fonction d'un champ magnétique extérieur.
Globalement le système à couches selon l'inven-
tion convient avantageusement pour servir d'élément de mé-
moire magnétique (MRAM: mémoire vive magnétique), de tête de
lecture de disque magnétique, de capteur GMR (GMR: résis-
tance magnétique géante), de capteur TMR (TMR: résistance magnétique à effet tunnel) ou de manière générale pour un capteur magnétique permettant la détection sans contact d'une course, d'une vitesse linéaire ou d'une vitesse angulaire, ainsi que de grandeurs physiques déduites de ces variables,
par exemple pour les applications en automobile.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de
manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re-
présentés schématiquement dans les dessins annexés dans les-
quels: - la figure 1 montre un système à couches magnétorésistantes connu selon l'état de la technique, - la figure 2 montre un premier exemple de réalisation d'un système à couches magnétorésistantes selon l'invention, la figure 3 montre un second exemple de réalisation,
- la figure 4 montre un troisième exemple de réalisation.
Exemples de réalisation La figure 1 montre un schéma de principe d'un système à couches magnétorésistantes connu selon l'état de la
technique, comprenant une couche de détection 1 en une ma-
tière à aimantation douce, ayant une aimantation ml corres-
pondant par exemple à la direction indiquée par la flèche. Le système de couches comporte une couche intermédiaire 3 en une matière non magnétique, conductrice électrique, traversée par un courant I passant dans le plan de la couche intermédiaire
3. Enfin, sur la couche intermédiaire 3, du côté opposé à ce-
lui de la couche de détection 1, on a une couche de référence
2 en une matière à aimantation dure; cette couche a une ai-
mantation m2 dont la direction est indiquée par la flèche.
La figure 2 correspond à un développement de la figure 1 pour un premier exemple de réalisation de
l'invention. Elle montre un substrat 10, par exemple une pla-
quette en silicium à oxydation thermique, sur lequel on a ap-
pliqué de manière connue en soi une couche tampon 11 par pulvérisation. L'épaisseur de cette couche est comprise entre 1 nm et 10 nm; il s'agit d'une couche de tantale et revêtue
d'une couche de NiFe. La couche tampon 11 n'est pas indispen-
sable à l'invention car on peut supprimer cette couche tampon
suivant la matière du substrat 10 et la couche du système ma-
gnétorésistant déposée sur celle-ci.
La couche tampon 11 comporte une couche à aiman-
tation douce, par exemple en NiFe, d'une épaisseur de 0,5 nm
jusqu'à 10 nm, servant de couche de détection 1 pour le sys-
tème à couches magnétorésistantes. Sur la couche de détection
1, on aura alors une autre couche intermédiaire 3 non magné-
tique conductrice électrique comme du cuivre d'une épaisseur comprise entre 1 nm et 10 nm. Cette couche peut recevoir, par des bornes électriques non représentées et des composants, d'une manière connue en soi, un courant électrique I passant
parallèlement au plan de la couche intermédiaire 3. Enfin, sur la couche intermédiaire 3, on dépose une couche de réfé- rence 2 à aimantation dure, par exemple en Co ou NiFe avec5 une direction d'aimantation aussi homogène que possible.
La couche de référence 2 a été appliquée en créant, pendant son dépôt, un champ magnétique extérieur sur le système à couches magnétorésistantes de sorte que pendant
le dépôt de la couche de référence 2 on dispose d'une aiman-
tation m2 de la couche de référence 2 dont l'intensité est
caractérisée par l'amplitude de m2 et dont la direction cor-
respond à la direction de la composante du champ magnétique extérieur parallèle au plan de la couche de référence 2. La figure 2 montre la direction de cette aimantation m2 par exemple selon la flèche. Le dépôt de la couche de référence 2 a été réalisé en même temps que l'on a structuré la couche de référence 2 en lui donnant une topographie ondulée ou en dents de scie avec une direction préférentielle uniaxiale;
les différentes structures de cette topographie sont latéra-
lement aussi parallèles que possible à la direction d'aiman-
tation m2.
Pour former cette structure pendant le dépôt de la couche de référence 2 on applique en même temps un champ
magnétique extérieur aussi précis que possible quant à sa di-
rection, de façon connue en soi, pour que le substrat 10 soit aligné de manière appropriée, de façon inclinée par rapport à une source de pulvérisation ou un dispositif de vaporisation, par exemple un dispositif CVD ou MBE connu en soi, et que la pulvérisation ou la vaporisation se fasse suivant un angle
prédéterminé. La figure 2 indique cette direction de vapori-
sation par une flèche.
Globalement, par le type de formation de la cou-
che de référence 2 on aboutit ainsi à une direction préféren-
tielle uniaxiale de la structure ainsi formée; le dispositif
est en outre aligné aussi parallèlement que possible par rap-
port à la direction d'aimantation m2. Cette mise en structure de la couche de référence 2 produit une stabilisation claire
de la direction d'aimantation m2 après la fabrication du sys-
tème de couches, par rapport à des champs magnétiques exté-
rieurs de directions très aléatoires. La direction d'aiman-
tation m2 est ainsi définie, en plus des caractéristiques de
la matière de la couche de référence 2, par sa structure.
Lorsqu'un système à couches magnétorésistantes
selon la figure 1 est appliqué à un élément de capteur magné-
torésistant, par exemple, un champ magnétique extérieur, dont
on veut analyser la direction, induit dans la couche de dé-
tection 1, un couple magnétique ou une aimantation ml, qui est au moins très largement parallèle au plan de la couche de détection 2 et de plus, au moins très largement parallèle à la direction de la composante du champ magnétique extérieur
situé dans le plan de la couche de détection 1 (voir la fi-
gure 1). De plus, la direction de l'aimantation m2, déjà ap-
pliquée lors de la réalisation de la couche de référence 2,
reste pratiquement non influencée par ce champ magnétique ex-
térieur de sorte que l'angle 0 entre la direction d'aiman-
tation ml et celle de l'aimantation m2 est une mesure de la direction du champ magnétique extérieur. Mais cet angle peut
se mesurer par la résistance électrique de la couche intermé-
diaire 2 lorsqu'on applique un courant électrique I dans le plan de la couche intermédiaire 2 et qui se mesure par
l'effet GMR.
La figure 3 montre un second exemple de réalisa-
tion de l'invention correspondant à un développement du pre-
mier exemple de réalisation. Pour cela, toute chose étant par ailleurs identiques, sur la couche de référence 2 on dépose une couche de stabilisation 4 supplémentaire d'une épaisseur
comprise entre 1 nm et 100 nm, et composée d'une matière an-
ti-ferromagnétique, par exemple NiO ou IrMn. Le dépôt de cette couche de stabilisation 4 a été fait après le dépôt de la couche de référence 2; pour créer l'aimantation m2, lors du dépôt de la couche de référence 2, on applique un champ magnétique extérieur qui resté inchangé pendant le dépôt de
la couche de stabilisation.
Lors du dépôt de la couche de stabilisation anti-
ferromagnétique 4, on a ainsi un alignement unique, c'est-à-
dire irréversible de cette couche de stabilisation 4 dans le
champ magnétique extérieur en fonction de la direction sou-
haitée de l'aimantation m2. Comme après la fin de la réalisa-
tion du système à couches magnétorésistantes, la couche de
stabilisation 4 ne présente aucun couple magnétique résul-
tant, et ainsi aucune aimantation mesurable de l'extérieur,
elle est insensible vis-à-vis des champs magnétiques exté-
rieurs et sa direction n'est plus influencée par de tels champs.
L'alignement de la couche de stabilisation 4 pro-
duite lors de l'application du champ magnétique conduit tou-
tefois à ce que dans la couche de référence voisine 2, l'orientation spatiale de l'aimantation m2 se stabilise en
plus de manière connue en soi et est en partie induite.
L'effet de la couche de stabilisation 4 complète et amplifie
ainsi l'action de la mise en structure de la couche de réfé-
rence 2.
Pour le reste, la mise en structure de la couche
de référence 2 conduit à un dépôt de la couche de stabilisa-
tion 4 sur la couche de référence 2, ce qui aboutit égale-
ment, dans la couche de stabilisation 4, à une direction
préférentielle uniaxiale, parallèle à la direction d'aiman-
tation m2. Cela accentue encore plus la stabilité souhaitée
de la direction d'aimantation m2 par rapport aux champs ma-
gnétiques extérieurs, ce qui peut toutefois être accepté mal-
gré les moyens de fabrication plus importants à mettre en
oeuvre que ceux nécessaires à la figure 2.
Du reste, lorsqu'on utilise la couche de stabili-
sation 4, il est également possible, pendant le dépôt de la couche de référence 2, de ne pas appliquer tout d'abord un champ magnétique extérieur pour la direction d'aimantation m2
mais de n'utiliser ce champ qu'au dépôt de la couche de sta-
bilisation 4. Cette façon de procéder est toutefois plutôt gênante pour l'intensité et l'homogénéité de l'alimentation
de l'aimantation m2 dans la couche de référence 2.
La figure 4 montre un autre exemple de réalisa-
tion de l'invention; dans ce cas, par rapport à la figure 3, on modifie uniquement la succession des couches 1, 2, 3, 4 du
système à couches magnétorésistantes. Ainsi, il est par exem-
Il pie sans importance que la couche de détection 1 ou la couche de référence 2 se trouve entre le substrat et la couche de
référence 3.
Mais comme dans ce cas la mise en structure de la couche de référence 2, selon les figures 2 ou 3, doit égale-
* ment être conservée dans cet exemple de réalisation de la fi-
gure 4, on crée tout d'abord la couche de stabilisation 4 en disposant en biais le substrat 10 avec la couche tampon 11, pour donner à cette couche de stabilisation 4 une topographie ondulée ou en dents de scie; puis sur cette couche on forme
la couche de référence 2. Sur les deux couches 2, 4, on dé-
pose alors la couche intermédiaire 3 et enfin la couche de
détection 1 pour que la structure de la couche de stabilisa-
tion 4 se transmette à la couche de référence 2, à la couche intermédiaire 3 et à la couche de détection 1. Pour le reste,
l'exemple de réalisation de la figure 4 est inchangé par rap-
port à celui de la figure 3.
L'exemple de réalisation de la figure 4 présente l'avantage par rapport à celui de la figure 3 qu'à l'intérieur du plan de la couche intermédiaire 3, le courant électrique guidé ne passe qu'à cause de la structure de la couche intermédiaire 3, avec une topographie en surface, sur
les deux côtés, de manière ondulée ou en dents de scie, par-
tiellement ou par segments également perpendiculairement au
plan de la couche intermédiaire 3; cela augmente la varia-
tion de la résistance électrique de la couche intermédiaire 3
en fonction d'un champ magnétique extérieur (effet GMR).
Les exemples de réalisation décrits selon les fi-
gures 2 à 4 peuvent également se réaliser avec une couche in-
termédiaire 3 comme couche diélectrique, par exemple en A1203 d'une épaisseur comprise entre 0,5 nm et 10 nm. Dans ce cas,
par des mises en contact connues en soi, à la place du cou-
rant électrique passant comme précédemment dans le plan de la
couche intermédiaire, on applique un courant électrique per-
pendiculaire au plan de la couche intermédiaire à la couche de détection 1, faiblement conductrice d'électricité ou à la couche de référence 2, du fait des matières respectives. Un
champ magnétique extérieur permet ainsi d'obtenir des varia-
tions importantes dépendant du champ magnétique pour la ré-
sistance électrique entre la couche de détection 1 et la cou- che de référence 2. Cet effet est connu sous la dénomination effet TMR (Résistance Magnétique à effet Tunnel); on peut5 utiliser par exemple un tel système à couche magnétorésis- tante dans des éléments de mémoire magnétiques ou des têtes
de lecture à plaque magnétique.
NOMENCLATURE
1 couche de détection 2 couche de référence 3 couche intermédiaire 4 couche de stabilisation substrat 11 couche tampon
Claims (12)
1 ) Système à couches magnétorésistantes, notamment applica-
ble à un capteur GMR ou TMR ou autre élément de mémoire ma-
gnétique, comprenant une couche de référence (2), une couche intermédiaire (3) voisine de la couche de référence (2) et une couche de détection (1) voisine de la couche de référence (3), la couche de détection (1) ayant, au moins au niveau de
sa surface tournée vers la couche intermédiaire (3), une pre-
mière aimantation (mi) avec une première direction d'aimantation, et la couche de référence (2) ayant au moins au niveau de sa surface tournée vers la couche intermédiaire (3), une seconde aimantation (m2) avec une seconde direction d'aimantation, caractérisé en ce que la couche de référence (2) présente au moins en surface et au moins par zones une structure qui s'oppose à une variation de
la seconde direction d'aimantation.
2 ) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que la structure est une topographie ondulée ou en dents de scie, les structures ayant au moins très largement une direction préférentielle uniaxiale et au moins très largement une
orientation parallèle à la seconde direction d'aimantation.
3 ) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que la couche de détection (1) est prévue sur un substrat (10)
muni notamment d'une couche tampon (11), la couche intermé-
diaire (3) est disposée sur la couche de détection (1) et la
couche de référence (2) est disposée sur la couche intermé-
diaire (3).
4 ) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que la couche de référence (2) est prévue sur un substrat (10)
notamment muni d'une couche tampon (11), sur la couche de ré-
férence (2) est prévue la couche intermédiaire (3) et sur
celle-ci la couche de détection (1).
) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica- tion 4, caractérisé en ce que la couche de détection (1) présente au moins sur une face une structure, notamment une topographie ondulée qui correspond
au moins très largement à la structure de la couche de réfé-
rence (2).
) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 4, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (3) présente au moins d'un côté une structure, notamment une topographie ondulée, qui correspond
au moins dans une très large mesure à la structure de la cou-
che de référence (2).
7 ) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que
la seconde direction d'aimantation est au moins très large-
ment parallèle au plan de la couche de référence (2) et la
première direction d'aimantation au moins très largement pa-
rallèle au plan de la couche de détection (1).
8 ) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que
la seconde direction d'aimantation reste très largement in-
changée malgré l'action d'un champ magnétique extérieur diri-
gé suivant une orientation quelconque.
9 ) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que la première direction d'aimantation est variable sous l'influence d'un champ magnétique extérieur, et se règle pour être au moins largement parallèle à une composante du champ magnétique extérieur parallèle au plan de la couche de détec-
tion (1).
) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (3) comporte une matière conductrice électrique, notamment un métal, et la couche intermédiaire
(3) comporte une matière diélectrique, notamment A1203.
11 ) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que
la couche de détection (1) est au moins en partie en une ma-
tière à aimantation douce, notamment NiFe, et/ou la couche de
référence (2) est au moins en partie en une matière à aiman-
tation douce, notamment en cobalt avec une orientation magné-
tique homogène.
) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de détection (1) est comprise entre 0,5 nm et 10 nm, l'épaisseur de la couche intermédiaire (3)
est comprise entre 1 nm et 10 nm et celle de la couche de ré-
férence (2) entre 0,5 nm et 10 nm.
13 ) Système à couches magnétorésistantes selon au moins
l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce que le système à couches présente une variation de la résistance électrique de la couche intermédiaire (3) sous l'influence d'un champ magnétique extérieur, et cette variation est une fonction de l'angle entre la première direction d'aimantation
(mi) et la seconde direction d'aimantation (m2).
14 ) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 13, caractérisé en ce que
la résistance électrique de la couche intermédiaire (3) cor-
respond à la résistance électrique mesurable pour un courant électrique parallèle ou perpendiculaire au plan de la couche
intermédiaire (3).
) Système à couches magnétorésistantes selon au moins
l'une quelconque des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu' au moins une couche de stabilisation (4) voisine de la couche de référence (2) s'oppose au moins par zones notamment dans
la zone de la surface supérieure de la couche de stabilisa-
tion (4) tournée vers la couche de référence (2) à une varia-
tion de la seconde direction d'aimantation (m2) de la couche
de référence (2) sous l'influence d'un champ magnétique exté-
rieur.
16 ) Système à couches magnétorésistantes selon la revendica-
tion 15, caractérisé en ce que la couche de stabilisation (4) ne présente pas de couple d'aimantation résultant et induit une aimantation au moins en surface dans la couche de référence (2) dont la direction
d'aimantation est au moins sensiblement parallèle à la se-
conde direction d'aimantation (m2).
17 ) Système à couches magnétorésistantes selon l'une quel-
conque des revendications 15 ou 16,
caractérisé en ce que la couche de stabilisation (4) possède notamment dans la zone de la surface tournée vers la couche de référence (2), une matière anti-ferromagnétique, notamment de l'oxyde de nickel
ou IrMn, et a une épaisseur de 1 nm à 100 nm.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19949713A DE19949713C2 (de) | 1999-10-15 | 1999-10-15 | Magnetoresistives Schichtsystem |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2800914A1 true FR2800914A1 (fr) | 2001-05-11 |
Family
ID=7925745
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR0013134A Withdrawn FR2800914A1 (fr) | 1999-10-15 | 2000-10-13 | Systeme a couches magnetoresistantes |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19949713C2 (fr) |
| FR (1) | FR2800914A1 (fr) |
| GB (1) | GB2360875B (fr) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004017085A1 (fr) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | Robert Bosch Gmbh | Systeme de couches magnetoresistif et element capteur comprenant ce systeme de couches |
| DE10251566A1 (de) * | 2002-11-06 | 2004-05-27 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer magnetoresistiven Schichtanordnung oder eines Sensorelementes oder Speicherelementes damit, sowie GMR-Sensorbauelement oder GMR-Speicherbauelement |
| WO2011007767A1 (fr) | 2009-07-13 | 2011-01-20 | 日立金属株式会社 | Procédé de production d'un élément à effet magnéto-résistif, capteur magnétique, dispositif de détection d'angle de rotation |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4477794A (en) * | 1981-08-10 | 1984-10-16 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Magnetoresistive element |
| DE4243358A1 (de) * | 1992-12-21 | 1994-06-23 | Siemens Ag | Magnetowiderstands-Sensor mit künstlichem Antiferromagneten und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JPH08130337A (ja) * | 1994-09-09 | 1996-05-21 | Sanyo Electric Co Ltd | 磁気抵抗素子及びその製造方法 |
| JP3574186B2 (ja) * | 1994-09-09 | 2004-10-06 | 富士通株式会社 | 磁気抵抗効果素子 |
| JP3514863B2 (ja) * | 1995-02-01 | 2004-03-31 | 輝也 新庄 | 磁気抵抗効果多層膜、磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果素子の製造方法 |
| JP2924798B2 (ja) * | 1996-07-12 | 1999-07-26 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗効果薄膜 |
| US6169303B1 (en) * | 1998-01-06 | 2001-01-02 | Hewlett-Packard Company | Ferromagnetic tunnel junctions with enhanced magneto-resistance |
-
1999
- 1999-10-15 DE DE19949713A patent/DE19949713C2/de not_active Revoked
-
2000
- 2000-10-13 FR FR0013134A patent/FR2800914A1/fr not_active Withdrawn
- 2000-10-13 GB GB0025193A patent/GB2360875B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE19949713A1 (de) | 2001-05-10 |
| GB2360875B (en) | 2002-08-21 |
| DE19949713C2 (de) | 2001-08-16 |
| GB0025193D0 (en) | 2000-11-29 |
| GB2360875A (en) | 2001-10-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2038671B1 (fr) | Procede et systeme pour ajuster la sensibilite d'un capteur magnetoresistif | |
| EP0406060B1 (fr) | Capteur à effet magnétorésistif | |
| EP1055259B1 (fr) | Magnetoresistance a effet tunnel et capteur magnetique utilisant une telle magnetoresistance | |
| JP5389005B2 (ja) | 磁気抵抗型積層構造体ならびに該構造体を備えたグラジオメータ | |
| FR2557305A1 (fr) | Capteur de champ magnetique | |
| EP1046021B1 (fr) | Capteur angulaire lineaire a magnetoresistances | |
| FR2800915A1 (fr) | Composant magnetosensible notamment element de capteur muni de systemes a couches magnetoresistantes selon un montage en pont | |
| FR2881823A1 (fr) | Utilisation de la magneto-impedance sur un capteur de position sans contact et capteur correspondant | |
| WO2003032001A1 (fr) | Structure pour capteur et capteur de champ magnetique | |
| FR2710753A1 (fr) | Capteur de courant comprenant un ruban magnétorésistif et son procédé de réalisation. | |
| EP0642181B1 (fr) | Composant et capteur magnétorésistifs à motif géométrique répété | |
| EP3009853B1 (fr) | Capteur de champ magnetique pour la detection d'au moins deux composantes de champ magnetique | |
| EP1055132A1 (fr) | Capteur de champ magnetique a magnetoresistance geante | |
| FR2809185A1 (fr) | Capteur de champ magnetique utilisant la magneto resistance, et procede de fabrication | |
| FR2800914A1 (fr) | Systeme a couches magnetoresistantes | |
| WO1999046565A1 (fr) | Dispositif de mesure de position angulaire utilisant un capteur magnetique | |
| EP1419506B1 (fr) | Dispositif de commande de renversement de sens d'aimentation sanschamp magnetique externe | |
| FR2803030A1 (fr) | Capteur analogique de position sans contact | |
| JPH09231517A (ja) | 磁気抵抗センサ | |
| FR2677811A1 (fr) | Dispositif incluant un super-reseau de couches ayant des proprietes de magnetoresistance geante realisees sur un substrat semiconducteur. | |
| FR2724722A1 (fr) | Capteur incremental de vitesse et/ou de position | |
| FR2693021A1 (fr) | Détecteur de champ magnétique. | |
| GB2373061A (en) | Process for manufacturing a magnetically sensitive component | |
| WO1998023923A1 (fr) | Transducteur |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |