JP2004538659A - 磁気抵抗効果を高めた積層システム及びその使用 - Google Patents
磁気抵抗効果を高めた積層システム及びその使用 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004538659A JP2004538659A JP2003522112A JP2003522112A JP2004538659A JP 2004538659 A JP2004538659 A JP 2004538659A JP 2003522112 A JP2003522112 A JP 2003522112A JP 2003522112 A JP2003522112 A JP 2003522112A JP 2004538659 A JP2004538659 A JP 2004538659A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- ferromagnetic
- ferromagnetic layer
- thickness
- magnetic
- 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.)
- Pending
Links
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 82
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 37
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 22
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 21
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910015136 FeMn Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 IrMn Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910003289 NiMn Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 165
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 3
- 229910017061 Fe Co Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 239000007779 soft material Substances 0.000 description 2
- 241000675108 Citrus tangerina Species 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005316 antiferromagnetic exchange Effects 0.000 description 1
- 239000002885 antiferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01F10/3272—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 by use of anti-parallel coupled [APC] ferromagnetic layers, e.g. artificial ferrimagnets [AFI], artificial [AAF] or synthetic [SAF] anti-ferromagnets
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
- Y10T428/31826—Of natural rubber
- Y10T428/3183—Next to second layer of natural rubber
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
Abstract
磁気抵抗効果を高めた積層システムは、軟磁性材料から成る少なくとも１つの検出層と、検出層に隣接し非磁性材料から成る少なくとも１つの分離層と、分離層により検出層に対して間隔をおかれ人工の反強磁性磁石を形成しかつ検出層から分離された層部分システム（５）とを含んでいる。この層部分システム（５）は、第１の強磁性層と第２の強磁性層（１１、１２）とを有する。第１の強磁性層は、非磁性の結合層（１３）を介して第２の強磁性層（１２）と反強磁性的に結合され（Ｋ２）、その結合層（１３）と反対の側に反強磁性の付加層（１４）が設けられ、これと交換結合され（Ｋ３）、さらに第２の強磁性層（１２）と異なる材料組成を有する。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果を高めた積層システムであって、軟磁性材料から成る少なくとも１つの検出層と、検出層に隣接し非磁性材料から成る少なくとも１つの分離層と、分離層により検出層に対して間隔をおかれ人工の反強磁性磁石を形成しかつ検出層から分離された少なくとも１つの層部分システムとを含む積層システムに関するものである。この層部分システムは、分離層に隣接する少なくとも１つの第２の強磁性層と、少なくとも１つの第１の強磁性層とを有し、この第１の強磁性層が非磁性材料から成る結合層を介して反強磁性的に第２の強磁性層と結合され、その結合層と反対の側に反強磁性の付加層が設けられ、かつこの付加層と交換結合されている。さらに本発明はこのような積層システムの使用可能性に関するものである。
【０００２】
相応する積層システムの使用は、特に測定変換器、磁気結合器または電流センサ用として提案されている。このような積層システムは重要な構成部分として、いわゆる人工の反強磁性磁石（略称：“ＡＡＦ”＝artificial antiferromagnet）を形成するサブシステムまたは部分システムを有する。このようなＡＡＦ部分システムは、比較的高い磁気的剛性及びわずかな結合に基づいて、いわゆるみかん肌（Orange peel effect）及びマクロスコピックな静磁気的な結合領域又はそのいずれか一方による磁気的に比較的軟質の検出層または測定層に関して有利である。
【０００３】
相応するＡＡＦ部分システムの構成は原理的に知られている（国際特許第94/15223 A 号明細書参照）。このシステムは一般に、非磁性材料から成る結合層を介して反強磁性的に結合されている少なくとも２つの強磁性層から成っている。このシステムはたとえば２つの磁性Ｃｏ層とＣｕから成る反強磁性結合層とから形成することができる（例えば“IEEE Trans.Magn”、Vol．34、No．５,Sept．1996、第4624〜46266頁、またはVol．34、No．４、July．1998、第1336〜13386頁、または“Journ．Magn．Magn．Mat．”、Vol．165、1997、第524〜528頁参照）。
【０００４】
このようなＡＡＦ部分システムの磁気的剛性、すなわちその外部磁界に対するレジスタンスを改善するため、部分システムの検出層と反対側の、以下では第１の強磁性層と呼ばれる層に反強磁性の付加層を配置することは知られている。こうして反強磁性の付加層を介して、直接に隣接する（第１の）強磁性層が存在している交換結合に基づいてその磁化を付加的にピン止めされ、ＡＡＦ部分システムが全体として磁気的に硬質となる（いわゆる“exchange pinning”または“exchange biasing”）。
【０００５】
相応する積層システムおよびそのＡＡＦ部分システムの製造の際の処理費を制限する理由から、これまでは常に、ＡＡＦ部分システムの両強磁性層はたとえばＣｏまたはＣｏ合金のような同一の強磁性材料から成っているべきであるということから出発してきた。その際、場合によっては磁化の方向付けを可能にするため、または改善するために、これら両強磁性層の厚みを異なるものとすることが計画されてきた。しかしそれによって積層システムのその他の部分へのＡＡＦ部分システムの磁気的な観点での適合が制限されることが分った。
【０００６】
従って本発明の課題は、冒頭にあげた特徴を有する積層システムを、そのＡＡＦ部分システムの適合に関するより大きなフレキシビリティが可能なように構成することである。
【０００７】
この課題は、本発明によれば、請求項１にあげられている措置により解決される。本発明においては、このことは、反強磁性の付加層を設けられ、この付加層と交換結合されている第１の強磁性層が第２の強磁性層と異なる材料組成を有することによってのみ達成されるという認識から出発するものである。もちろんその場合両強磁性層間の反強磁性の結合は保たれていなければならない。
【０００８】
積層システムの本発明による構成と結び付けられる利点は、ＡＡＦ部分システムの最適化に関する自由度が高められることにある。すなわち特に下記の点に関して最適化を行なうことができる。
−非磁性の結合層を介しての両強磁性層間の間接的な交換結合（いわゆるＲＫＫＹ結合）
−反強磁性の付加層と隣の第１の強磁性層との間の直接的な反強磁性的な交換結合
−第１の強磁性層の磁気的な回転特性（または磁化方向の設定可能性）
及び
−第２の強磁性層とそれから分離された軟磁性の検出層との間のいわゆるネール結合
【０００９】
本発明による積層システムの有利な構成は従属請求項に明らかにされている。
【００１０】
部分システムの磁化挙動の理由から、第１の強磁性層として第２の強磁性層よりも磁気的に硬質の材料を特に有利に選ぶことができる。すなわち本発明による積層システムに対して、分離層に向いている最も上側の強磁性層（ここでは第２の強磁性層）が外部磁界において最初の磁化（いわゆる基本磁化）、いわゆる初期化、の際に反転磁化することが不可欠である。このプロセスは１８０°スイッチング過程により行われ、この過程にはしばしば磁壁が関与している。これらの磁壁はいまやスイッチングする強磁性層（＝第２の強磁性層）において、磁気抵抗効果に望ましくない作用をし得るいわゆる３６０°磁壁を発生し得る。上側の第２の強磁性層に対して磁気的に軟質の材料を使用する場合には、このような望ましくない３６０°磁壁の生成は回避されることが認められた。特に３６０°磁壁（またはそれらのフラット成分）の数がそれにより減少する。
【００１１】
それに応じて第２の強磁性層は、第１の強磁性層よりも比較的低いＣｏ成分を有するＣｏＦｅ合金から形成することができ、それによって第２の強磁性層は磁気的に軟らかくなる。
【００１２】
積層システムの第２の強磁性層の前記の反転磁化は、第１の強磁性層が第２の強磁性層よりも大きい厚みを有することによっても支援される。
【００１３】
反強磁性の付加層がＮｉＯ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎ、ＴｂＭｎ、ＣｒＰｔＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎまたはＦｅＰｔ３ の群から選ばれると有利である。
【００１４】
結合層は好ましくは貴金属群、特にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、ＰｄおよびＲｕの群、からの材料から成っている。
【００１５】
積層システムを本発明により構成することの利点は、特にそれがＸＭＲシステムとして構成されているときに効果を発揮する。
【００１６】
本発明による積層システムは、たとえば電流センサのような磁界センサ又は磁気結合器において特に有利に使用することができる。
【００１７】
本発明による積層システムの他の有利な実施形態は上記以外の請求項に明らかにされている。
【００１８】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
【００１９】
図１に断面図で示されている本発明による積層システム２では、高められた磁気抵抗効果ΔＲ／Ｒを示す公知の多層システムから出発する。このシステムの磁気抵抗効果はそれに応じて、異方性の磁気抵抗効果（ＡＭＲ効果）を有する公知の磁気抵抗単層システムにくらべて大きく、特に室温においては２％より上にある。この積層システムは巨大磁気抵抗性（ＧＭＲ）又はトンネル磁気抵抗性（ＴＭＲ）もしくはコロッサル磁気抵抗性（ＣＭＲ）であるか、または巨大磁気インピーダンスまたは巨大交流抵抗（ＧＭＩ）を示す。相応する積層システムの相違は、たとえば巻「ＸＭＲ技術」−技術解析：磁気、第２巻−VDI技術センター「物理技術」、（“XMR-Technologien”-Technologieanalyse：Magnetismus,Bd.2-VDI-Technologiezentrum“Physikalische Technologien”）、デュッセルドルフ（ドイツ）1997、第11〜46頁に示されている。その用語「ＸＭＲ技術」は磁気抵抗効果ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲ、ＣＭＲおよびＧＭＩに基づく技術的なノウハウの上位概念を示す。好ましくは本発明による積層システムはＧＭＲまたはＴＭＲシステムであり、それはいわゆるスピンバルブ構成を有する。
【００２０】
本発明による積層システム２を構成するため、基板３の上にそれ自体公知の方法で先ず、バッファ層またはバッファ積層システム４がその上に析出すべき層部分システム５に対する基台として設けられている。この部分システムには参照層システムとも呼ばれる比較的硬質磁性の部分システムが用いられるべきである。続いてＡＡＦ層部分システム（前記の国際特許第94/15223 A号明細書参照）として作用するこの部分システム５は、その基板３と反対側（上側）で軟磁性層７または相応する積層システムに対して、非磁性材料から成る中間層６を介して間隔をおかれている。この中間層はＧＭＲ積層システムの場合には金属材料から成っていてよく、それに対してＴＭＲ積層システムの場合には絶縁性または半導性の材料から成っていてよい。軟磁性層７は比較的に硬質磁性の層部分システム５にごく弱く結合されるか、またはこの部分システムに対して分離されている。従って中間層６は分離層とみなすことができる。図には可能なみかん肌結合および静磁気的な結合が弧状の矢印Ｋ１により示されている。層６は、軟磁性層７がその磁化の方向に関して実際上フリーであることを保証する。従って層７により検出層または測定層の機能を果たすことができる。単一のこのような検出層の代わりに、たとえば２つの強磁性層、または強磁性、非磁性および強磁性の層から成るシステムのような相応に作用する積層システム（いわゆる合成されたフリー積層システム”）を設けることもできる。
【００２１】
図に弧状の矢印により示されているように、部分システム５、その上にある少なくとも１つの中間層６およびその上に配置されている少なくとも１つのフリーな軟磁性層７から成るサブシステム８の構成はそれ自体は公知の方法で周期的に繰り返すことができる（前記の国際特許第94/15223 A号明細書参照）。一般に積層システムは、たとえば保護の理由からその下に位置している層を酸化プロセスに対して保護すべき保護層９が設けられている。電流が積層体を通して垂直に流れるＴＲＭおよびＧＭＲに使用するためには、保護層は同時に上部電極を形成するので、電気的に伝導性で、たとえばＡｕまたはＣｒから成っていなければならない。ＴＲＭに使用するためには、たとえば下部の電極はたとえば３０ｎｍ厚みのＣｕ層の形態でバッファ層４に集積される。基板３についてはＳｉウェーハまたはそれ自体任意の他の構成、たとえば半導体技術構造、の他の表面を用いることができる。もちろん基板３およびそのバッファ層４に対するサブシステム８の層の順序は逆であってもよい。
【００２２】
図１による本発明による積層システム２に使用すべき参照層またはＡＡＦ部分システム５は図２に詳細に示されている。この積層部分システム５の基本モジュールは、飽和磁化ＭFMの強磁性材料から成る厚みｔFMの、分離層６の側の少なくとも１つの第２の層１２と、飽和磁化ＭFM´の強磁性材料から成る厚みｔFM´の少なくとも１つの第１の層１１とである。これらの両強磁性層１１および１２は、非磁性材料、一般に例えばＣｕのような貴金属から成る厚みｔK の結合層１３を介して反強磁性的に結合されていなければならない。この結合は図では弧状の矢印Ｋ２により示されている。さらに第１の強磁性層１１にはその結合層１３と反対の側に厚みｔAFMの反強磁性の付加層１４が設けられており、この付加層はそれ自体公知の方法で隣の層１１と交換結合されている。この結合は図では弧状の矢印Ｋ３により示されている。一般に付加的な反強磁性層１４の厚みｔAFMはそれに隣接する第１の強磁性層１１の厚みよりも明らかに大きく、模範的な値としては３０ｎｍよりも小さく、好ましくは１０ｎｍよりも小さい。
【００２３】
ところで本発明によれば、第１の強磁性層１１は第２の強磁性層１２と異なる材料組成を有する。ここで材料組成とは、他の元素金属、または合金を意味し、その合金は合金パートナーおよび合金パートナーの成分又はそのいずれか一方が異なるものとして理解される。さらに両強磁性層１１および１２は、その厚みｔFM、ｔFM´も異なっているのが有利であり、その場合好ましくは第２の強磁性層１２は、厚みｔFMを有する第１の強磁性層１１よりも小さい厚みｔFM´を有する。一般に第１の強磁性層１１の厚みｔFMおよび第２の強磁性層１２の厚みｔFM´又はそのいずれか一方の厚みはそれぞれ５ｎｍよりも小さく、また結合層１３の厚みｔKは好ましくは３ｎｍよりも小さい。
【００２４】
強磁性層１１および１２の材料としては公知の方法で３つの強磁性元素Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉまたはこれら３つの元素の少なくとも１つを含む合金が考慮の対象となる。場合によっては、たとえば希土類のような他の元素も付加して合金されていてよい。こうして合金構成成分の適切な選択により両強磁性層１１および１２の磁気特性が目的に適するように設定され得る。こうしてたとえば（第２の）層１２に対しては、小さい磁気ひずみを有する公知のように比較的軟質磁性の合金を得るため、６０原子％を超える、好ましくは９０原子％の、Ｃｏ成分を有するＣｏＦｅ合金を使用することができる。それに対して（第１の）強磁性層１１については、好ましくは第２の強磁性層１２におけるよりも比較的低いＣｏ成分を有するＣｏＦｅ合金を選び、その際第１の強磁性層１１のＣｏ成分は６０原子％以下、たとえば約５０原子％とするのが好ましい。このような合金は公知のように磁気的に比較的硬質とみなされる。
【００２５】
非磁性の結合層１３は一般に、そのために知られている非磁性の金属、特にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、ＰｄまたはＲｕのような貴金属から成っており、一方反強磁性の付加層１４に対しては好ましくはＮｉＯ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎ、ＴｂＭｎ、ＣｒＰｔＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎまたはＦｅＰｔ３ の群からの材料が選ばれる。
【００２６】
強磁性の物質系Ｎｉ-Ｆｅ-Ｃｏ内の異なる合金間のＲＫＫＹ結合が実験的に研究された。これらの研究から、Ｃｏに富む合金は、結合層１３の材料としてＣｕまたはＲｕが選ばれるときに、結合強度の最高の値に通ずることが知られている。その際、たとえば合金Ｃｏ90Ｆｅ10およびＣｏ50Ｆｅ50に対しては結合強度のほぼ等しい値が生じ、一方Ｎｉ80Ｆｅ20に対しては明らかに小さい値が観察されることも確認された。
【００２７】
結合強度を推定するため、先ず、交換結合された付加層１４なしの簡単なＡＡＦ部分システムを考察する。その際ＲＫＫＹ結合強度ＪRKKYは各強磁性層の飽和磁化ＭXおよび層厚みｔx（ここでｘ＝それぞれＦＭ又はＦＭ´）に基づいて、飽和磁界の強さＨSから下記の関係式により導き出される。
ＪRKKY＝ＨS・（ｔFM・ＭFM・ｔFM´・ＭFM´）／（ｔFM・ＭFM＋ｔFM´・ＭFM´）
この結合は、層１１ないし１３に対して最良の材料組み合わせを選ぶことによって、簡単に最適化され得る。
【００２８】
他方本発明による積層システムに対しては交換結合された付加層を考慮に入れなければならない。ここでは、隣接する反強磁性の付加層１４に関する強磁性層１２の結合フィールドＨExchは一般に強磁性層１１の厚みｔFMおよび飽和磁化ＭFMの積に逆比例しているので、
ＨExch＝ＪExch／（ｔFM・ＭFM）
（ここでＪExchは結合エネルギーを意味する）
が成り立つ。
【００２９】
この理由から、より小さい厚みまたはより小さい磁気モーメントを有する強磁性層に移行されるときに、結合フィールドの増大が観察される。さらに、合金Ｃｏ50Ｆｅ50に対して比較的磁気的に軟質の合金Ｃｏ90Ｆｅ10に対してより大きい結合フィールドが生ずることが観察される。さらに、二重層１４〜１１（ここではＣｏ５０Ｆｅ５０から成る強磁性層１１を有する）に対する磁化曲線はスピン止めされた付加層１４の脈絡のないスイッチングまたは方向転換を示す。このことはヒステリシスループの長方形状から認められ、また、角度センサへの応用（＝外部の磁界中におけるセンサの応用範囲）の際のいわゆる磁気的な窓を大きくするために特に好ましい。この際磁気的な窓は、参照層（ここでは上側の強磁性層１２）がフィールド方向に回転し始める角度測定から決定され、その際センサ信号は５％だけ減ぜられる。結果としてヒステリシスループの長方形状の改善は相応により高い磁界窓に通ずる。こうしてたとえばＩｒＭｎ-Ｃｏ90Ｆｅ10を有する二重層システム１４-１１に対する実験は拡げられたＳ字状のヒステリシス曲線を示し、それにより制限された窓範囲内の応用のみを可能にする。
【００３０】
図２に上側の第２の強磁性層１２において双方向矢印Ｍにより示されている磁化の折り返しまたは相応する回転は、正味モーメントの方向が厚い下側の（第１の）強磁性層１１により決定されるいわゆる逆ＡＡＦシステムの場合には臨界的である。本発明による積層システムに対して仮定されるように、交換結合されたＡＡＦシステムに対しては、このコンセプトは重要である。なぜならば、この場合にはＡＡＦシステムの交換結合および初期の飽和は同時に、それも高い温度の際及び強い磁界において、誘導され得るからである。その際温度は反強磁性材料のいわゆるブロッキング温度の上側かつＡＡＦシステムの飽和磁界ＨSの上側に位置している。さらに、相応する逆層順が、縁における静磁気的な結合が無視可能である比較的大きいＴＭＲセンサの場合には、ニール結合の減少および場合によっては阻止に通じ、その結果理想的なシノイダルなセンサ特性における第２次効果が相応して減ぜられる。
【００３１】
逆の層順を有する積層システムでは、ＡＡＦ部分システムの最初の磁化の後に上側の強磁性層はその磁化に関して１８０°だけ回転しなければならない。このような回転プロセスの結果はこの層の磁気的な特性により決定的に影響される。それは、比較的磁気的に軟質の材料を有する層と予め定められた単軸の異方性を有する層又はそのいずれか一方の層が設けられることによって改善され得る。回転プロセスの間に非常に安定な３６０°磁壁がこのような薄い層のなかに生ずる。これらの磁壁は粒子間の結晶磁気異方性の方向の局所的な変化の際に生じ、また除去するのがかなり困難である。それらは積層システムの特性を悪化させ、このことは特に磁気抵抗効果の減少で認められる。さらに、フリーの軟磁性の検出層の非理想的なスイッチング特性は、このようなＡＡＦシステムの磁壁構造に由来する強い漏洩磁界により惹起される結果である。この理由からＣｏ90Ｆｅ10のような磁気的に軟質の合金は好ましい選択であり、一方Ｃｏ50Ｆｅ50合金はそれにくらべて適し方が小さい。もちろん、この観点のもとでＮｉ-Ｆｅ-Ｃｏ物質系から成る他の合金を選ぶこともできる。同じく、より小さい飽和磁化を有し、また比較的容易に単軸の異方性が特により長い熱処理工程を使用して設定されるアモルファスのＮｉＦｅＣｏ合金も特に適している。
【００３２】
前記の考察から、第２の強磁性層１２に対して、第１の強磁性層１１の磁気的硬さより比較的軟質の磁性材料を選ぶことが特に有利であることが証明される。
【００３３】
従って、図１および２による構成または層順を有する本発明による相応する具体的な積層システム２は、たとえばＳｉウェーハから成る基板３上に順次に下記の層を有する。
ａ）バッファ層４として５ｎｍ厚みのＴａ、３０ｎｍ厚みのＣｕおよび５ｎｍ厚みのＲｕから成る３層システム
ｂ）反強磁性の付加層１４として８ｎｍ厚みのＩｒＭｎ層
ｃ）第１の強磁性層１１として２．５ｎｍの厚みｔFMを有するＣｏ50Ｆｅ50
ｄ）非磁性の結合層１３として０．８ｎｍの厚みｔKを有するＲｕ層
ｅ）第２の強磁性層１２として１．５ｎｍの厚みｔFM´を有するＣｏ90Ｆｅ10
ｆ）非磁性の分離層６としてＧＭＲ積層システムの場合には２．５ｎｍの厚みを有するＣｕ層、またＴＭＲ積層システムの場合には１．５ｎｍの厚みを有するＡｌＯx層
ｇ）フリーの軟磁性の検出層７として６ｎｍの厚みのＮｉ80Ｆｅ20層または１ｎｍまたは４ｎｍの相応する材料の厚みを有するＣｏ90Ｆｅ10／Ｎｉ80Ｆｅ20二重層
および
ｈ）５ｎｍの厚みを有するＴａから成る保護層９
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による積層システムの概要図。
【図２】図１による積層システムのＡＡＦ部分システムの詳細図。
【符号の説明】
【００３５】
２ 積層システム
３ 基板
４ バッファ層
５ 層部分システム
６ 分離層（中間層）
７ 軟磁性層
８ サブシステム
９ 保護層
１１ 第１の強磁性層
１２ 第２の強磁性層
１３ 結合層
１４ 付加層（反強磁性層）
【０００１】
本発明は、磁気抵抗効果を高めた積層システムであって、軟磁性材料から成る少なくとも１つの検出層と、検出層に隣接し非磁性材料から成る少なくとも１つの分離層と、分離層により検出層に対して間隔をおかれ人工の反強磁性磁石を形成しかつ検出層から分離された少なくとも１つの層部分システムとを含む積層システムに関するものである。この層部分システムは、分離層に隣接する少なくとも１つの第２の強磁性層と、少なくとも１つの第１の強磁性層とを有し、この第１の強磁性層が非磁性材料から成る結合層を介して反強磁性的に第２の強磁性層と結合され、その結合層と反対の側に反強磁性の付加層が設けられ、かつこの付加層と交換結合されている。さらに本発明はこのような積層システムの使用可能性に関するものである。
【０００２】
相応する積層システムの使用は、特に測定変換器、磁気結合器または電流センサ用として提案されている。このような積層システムは重要な構成部分として、いわゆる人工の反強磁性磁石（略称：“ＡＡＦ”＝artificial antiferromagnet）を形成するサブシステムまたは部分システムを有する。このようなＡＡＦ部分システムは、比較的高い磁気的剛性及びわずかな結合に基づいて、いわゆるみかん肌（Orange peel effect）及びマクロスコピックな静磁気的な結合領域又はそのいずれか一方による磁気的に比較的軟質の検出層または測定層に関して有利である。
【０００３】
相応するＡＡＦ部分システムの構成は原理的に知られている（国際特許第94/15223 A 号明細書参照）。このシステムは一般に、非磁性材料から成る結合層を介して反強磁性的に結合されている少なくとも２つの強磁性層から成っている。このシステムはたとえば２つの磁性Ｃｏ層とＣｕから成る反強磁性結合層とから形成することができる（例えば“IEEE Trans.Magn”、Vol．34、No．５,Sept．1996、第4624〜46266頁、またはVol．34、No．４、July．1998、第1336〜13386頁、または“Journ．Magn．Magn．Mat．”、Vol．165、1997、第524〜528頁参照）。
【０００４】
このようなＡＡＦ部分システムの磁気的剛性、すなわちその外部磁界に対するレジスタンスを改善するため、部分システムの検出層と反対側の、以下では第１の強磁性層と呼ばれる層に反強磁性の付加層を配置することは知られている。こうして反強磁性の付加層を介して、直接に隣接する（第１の）強磁性層が存在している交換結合に基づいてその磁化を付加的にピン止めされ、ＡＡＦ部分システムが全体として磁気的に硬質となる（いわゆる“exchange pinning”または“exchange biasing”）。
【０００５】
相応する積層システムおよびそのＡＡＦ部分システムの製造の際の処理費を制限する理由から、これまでは常に、ＡＡＦ部分システムの両強磁性層はたとえばＣｏまたはＣｏ合金のような同一の強磁性材料から成っているべきであるということから出発してきた。その際、場合によっては磁化の方向付けを可能にするため、または改善するために、これら両強磁性層の厚みを異なるものとすることが計画されてきた。しかしそれによって積層システムのその他の部分へのＡＡＦ部分システムの磁気的な観点での適合が制限されることが分った。
【０００６】
従って本発明の課題は、冒頭にあげた特徴を有する積層システムを、そのＡＡＦ部分システムの適合に関するより大きなフレキシビリティが可能なように構成することである。
【０００７】
この課題は、本発明によれば、請求項１にあげられている措置により解決される。本発明においては、このことは、反強磁性の付加層を設けられ、この付加層と交換結合されている第１の強磁性層が第２の強磁性層と異なる材料組成を有することによってのみ達成されるという認識から出発するものである。もちろんその場合両強磁性層間の反強磁性の結合は保たれていなければならない。
【０００８】
積層システムの本発明による構成と結び付けられる利点は、ＡＡＦ部分システムの最適化に関する自由度が高められることにある。すなわち特に下記の点に関して最適化を行なうことができる。
−非磁性の結合層を介しての両強磁性層間の間接的な交換結合（いわゆるＲＫＫＹ結合）
−反強磁性の付加層と隣の第１の強磁性層との間の直接的な反強磁性的な交換結合
−第１の強磁性層の磁気的な回転特性（または磁化方向の設定可能性）
及び
−第２の強磁性層とそれから分離された軟磁性の検出層との間のいわゆるネール結合
【０００９】
本発明による積層システムの有利な構成は従属請求項に明らかにされている。
【００１０】
部分システムの磁化挙動の理由から、第１の強磁性層として第２の強磁性層よりも磁気的に硬質の材料を特に有利に選ぶことができる。すなわち本発明による積層システムに対して、分離層に向いている最も上側の強磁性層（ここでは第２の強磁性層）が外部磁界において最初の磁化（いわゆる基本磁化）、いわゆる初期化、の際に反転磁化することが不可欠である。このプロセスは１８０°スイッチング過程により行われ、この過程にはしばしば磁壁が関与している。これらの磁壁はいまやスイッチングする強磁性層（＝第２の強磁性層）において、磁気抵抗効果に望ましくない作用をし得るいわゆる３６０°磁壁を発生し得る。上側の第２の強磁性層に対して磁気的に軟質の材料を使用する場合には、このような望ましくない３６０°磁壁の生成は回避されることが認められた。特に３６０°磁壁（またはそれらのフラット成分）の数がそれにより減少する。
【００１１】
それに応じて第２の強磁性層は、第１の強磁性層よりも比較的低いＣｏ成分を有するＣｏＦｅ合金から形成することができ、それによって第２の強磁性層は磁気的に軟らかくなる。
【００１２】
積層システムの第２の強磁性層の前記の反転磁化は、第１の強磁性層が第２の強磁性層よりも大きい厚みを有することによっても支援される。
【００１３】
反強磁性の付加層がＮｉＯ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎ、ＴｂＭｎ、ＣｒＰｔＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎまたはＦｅＰｔ３ の群から選ばれると有利である。
【００１４】
結合層は好ましくは貴金属群、特にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、ＰｄおよびＲｕの群、からの材料から成っている。
【００１５】
積層システムを本発明により構成することの利点は、特にそれがＸＭＲシステムとして構成されているときに効果を発揮する。
【００１６】
本発明による積層システムは、たとえば電流センサのような磁界センサ又は磁気結合器において特に有利に使用することができる。
【００１７】
本発明による積層システムの他の有利な実施形態は上記以外の請求項に明らかにされている。
【００１８】
以下に図面を参照して本発明を説明する。
【００１９】
図１に断面図で示されている本発明による積層システム２では、高められた磁気抵抗効果ΔＲ／Ｒを示す公知の多層システムから出発する。このシステムの磁気抵抗効果はそれに応じて、異方性の磁気抵抗効果（ＡＭＲ効果）を有する公知の磁気抵抗単層システムにくらべて大きく、特に室温においては２％より上にある。この積層システムは巨大磁気抵抗性（ＧＭＲ）又はトンネル磁気抵抗性（ＴＭＲ）もしくはコロッサル磁気抵抗性（ＣＭＲ）であるか、または巨大磁気インピーダンスまたは巨大交流抵抗（ＧＭＩ）を示す。相応する積層システムの相違は、たとえば巻「ＸＭＲ技術」−技術解析：磁気、第２巻−VDI技術センター「物理技術」、（“XMR-Technologien”-Technologieanalyse：Magnetismus,Bd.2-VDI-Technologiezentrum“Physikalische Technologien”）、デュッセルドルフ（ドイツ）1997、第11〜46頁に示されている。その用語「ＸＭＲ技術」は磁気抵抗効果ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲ、ＣＭＲおよびＧＭＩに基づく技術的なノウハウの上位概念を示す。好ましくは本発明による積層システムはＧＭＲまたはＴＭＲシステムであり、それはいわゆるスピンバルブ構成を有する。
【００２０】
本発明による積層システム２を構成するため、基板３の上にそれ自体公知の方法で先ず、バッファ層またはバッファ積層システム４がその上に析出すべき層部分システム５に対する基台として設けられている。この部分システムには参照層システムとも呼ばれる比較的硬質磁性の部分システムが用いられるべきである。続いてＡＡＦ層部分システム（前記の国際特許第94/15223 A号明細書参照）として作用するこの部分システム５は、その基板３と反対側（上側）で軟磁性層７または相応する積層システムに対して、非磁性材料から成る中間層６を介して間隔をおかれている。この中間層はＧＭＲ積層システムの場合には金属材料から成っていてよく、それに対してＴＭＲ積層システムの場合には絶縁性または半導性の材料から成っていてよい。軟磁性層７は比較的に硬質磁性の層部分システム５にごく弱く結合されるか、またはこの部分システムに対して分離されている。従って中間層６は分離層とみなすことができる。図には可能なみかん肌結合および静磁気的な結合が弧状の矢印Ｋ１により示されている。層６は、軟磁性層７がその磁化の方向に関して実際上フリーであることを保証する。従って層７により検出層または測定層の機能を果たすことができる。単一のこのような検出層の代わりに、たとえば２つの強磁性層、または強磁性、非磁性および強磁性の層から成るシステムのような相応に作用する積層システム（いわゆる合成されたフリー積層システム”）を設けることもできる。
【００２１】
図に弧状の矢印により示されているように、部分システム５、その上にある少なくとも１つの中間層６およびその上に配置されている少なくとも１つのフリーな軟磁性層７から成るサブシステム８の構成はそれ自体は公知の方法で周期的に繰り返すことができる（前記の国際特許第94/15223 A号明細書参照）。一般に積層システムは、たとえば保護の理由からその下に位置している層を酸化プロセスに対して保護すべき保護層９が設けられている。電流が積層体を通して垂直に流れるＴＲＭおよびＧＭＲに使用するためには、保護層は同時に上部電極を形成するので、電気的に伝導性で、たとえばＡｕまたはＣｒから成っていなければならない。ＴＲＭに使用するためには、たとえば下部の電極はたとえば３０ｎｍ厚みのＣｕ層の形態でバッファ層４に集積される。基板３についてはＳｉウェーハまたはそれ自体任意の他の構成、たとえば半導体技術構造、の他の表面を用いることができる。もちろん基板３およびそのバッファ層４に対するサブシステム８の層の順序は逆であってもよい。
【００２２】
図１による本発明による積層システム２に使用すべき参照層またはＡＡＦ部分システム５は図２に詳細に示されている。この積層部分システム５の基本モジュールは、飽和磁化ＭFMの強磁性材料から成る厚みｔFMの、分離層６の側の少なくとも１つの第２の層１２と、飽和磁化ＭFM´の強磁性材料から成る厚みｔFM´の少なくとも１つの第１の層１１とである。これらの両強磁性層１１および１２は、非磁性材料、一般に例えばＣｕのような貴金属から成る厚みｔK の結合層１３を介して反強磁性的に結合されていなければならない。この結合は図では弧状の矢印Ｋ２により示されている。さらに第１の強磁性層１１にはその結合層１３と反対の側に厚みｔAFMの反強磁性の付加層１４が設けられており、この付加層はそれ自体公知の方法で隣の層１１と交換結合されている。この結合は図では弧状の矢印Ｋ３により示されている。一般に付加的な反強磁性層１４の厚みｔAFMはそれに隣接する第１の強磁性層１１の厚みよりも明らかに大きく、模範的な値としては３０ｎｍよりも小さく、好ましくは１０ｎｍよりも小さい。
【００２３】
ところで本発明によれば、第１の強磁性層１１は第２の強磁性層１２と異なる材料組成を有する。ここで材料組成とは、他の元素金属、または合金を意味し、その合金は合金パートナーおよび合金パートナーの成分又はそのいずれか一方が異なるものとして理解される。さらに両強磁性層１１および１２は、その厚みｔFM、ｔFM´も異なっているのが有利であり、その場合好ましくは第２の強磁性層１２は、厚みｔFMを有する第１の強磁性層１１よりも小さい厚みｔFM´を有する。一般に第１の強磁性層１１の厚みｔFMおよび第２の強磁性層１２の厚みｔFM´又はそのいずれか一方の厚みはそれぞれ５ｎｍよりも小さく、また結合層１３の厚みｔKは好ましくは３ｎｍよりも小さい。
【００２４】
強磁性層１１および１２の材料としては公知の方法で３つの強磁性元素Ｆｅ、ＣｏまたはＮｉまたはこれら３つの元素の少なくとも１つを含む合金が考慮の対象となる。場合によっては、たとえば希土類のような他の元素も付加して合金されていてよい。こうして合金構成成分の適切な選択により両強磁性層１１および１２の磁気特性が目的に適するように設定され得る。こうしてたとえば（第２の）層１２に対しては、小さい磁気ひずみを有する公知のように比較的軟質磁性の合金を得るため、６０原子％を超える、好ましくは９０原子％の、Ｃｏ成分を有するＣｏＦｅ合金を使用することができる。それに対して（第１の）強磁性層１１については、好ましくは第２の強磁性層１２におけるよりも比較的低いＣｏ成分を有するＣｏＦｅ合金を選び、その際第１の強磁性層１１のＣｏ成分は６０原子％以下、たとえば約５０原子％とするのが好ましい。このような合金は公知のように磁気的に比較的硬質とみなされる。
【００２５】
非磁性の結合層１３は一般に、そのために知られている非磁性の金属、特にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、ＰｄまたはＲｕのような貴金属から成っており、一方反強磁性の付加層１４に対しては好ましくはＮｉＯ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎ、ＴｂＭｎ、ＣｒＰｔＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎまたはＦｅＰｔ３ の群からの材料が選ばれる。
【００２６】
強磁性の物質系Ｎｉ-Ｆｅ-Ｃｏ内の異なる合金間のＲＫＫＹ結合が実験的に研究された。これらの研究から、Ｃｏに富む合金は、結合層１３の材料としてＣｕまたはＲｕが選ばれるときに、結合強度の最高の値に通ずることが知られている。その際、たとえば合金Ｃｏ90Ｆｅ10およびＣｏ50Ｆｅ50に対しては結合強度のほぼ等しい値が生じ、一方Ｎｉ80Ｆｅ20に対しては明らかに小さい値が観察されることも確認された。
【００２７】
結合強度を推定するため、先ず、交換結合された付加層１４なしの簡単なＡＡＦ部分システムを考察する。その際ＲＫＫＹ結合強度ＪRKKYは各強磁性層の飽和磁化ＭXおよび層厚みｔx（ここでｘ＝それぞれＦＭ又はＦＭ´）に基づいて、飽和磁界の強さＨSから下記の関係式により導き出される。
ＪRKKY＝ＨS・（ｔFM・ＭFM・ｔFM´・ＭFM´）／（ｔFM・ＭFM＋ｔFM´・ＭFM´）
この結合は、層１１ないし１３に対して最良の材料組み合わせを選ぶことによって、簡単に最適化され得る。
【００２８】
他方本発明による積層システムに対しては交換結合された付加層を考慮に入れなければならない。ここでは、隣接する反強磁性の付加層１４に関する強磁性層１２の結合フィールドＨExchは一般に強磁性層１１の厚みｔFMおよび飽和磁化ＭFMの積に逆比例しているので、
ＨExch＝ＪExch／（ｔFM・ＭFM）
（ここでＪExchは結合エネルギーを意味する）
が成り立つ。
【００２９】
この理由から、より小さい厚みまたはより小さい磁気モーメントを有する強磁性層に移行されるときに、結合フィールドの増大が観察される。さらに、合金Ｃｏ50Ｆｅ50に対して比較的磁気的に軟質の合金Ｃｏ90Ｆｅ10に対してより大きい結合フィールドが生ずることが観察される。さらに、二重層１４〜１１（ここではＣｏ５０Ｆｅ５０から成る強磁性層１１を有する）に対する磁化曲線はスピン止めされた付加層１４の脈絡のないスイッチングまたは方向転換を示す。このことはヒステリシスループの長方形状から認められ、また、角度センサへの応用（＝外部の磁界中におけるセンサの応用範囲）の際のいわゆる磁気的な窓を大きくするために特に好ましい。この際磁気的な窓は、参照層（ここでは上側の強磁性層１２）がフィールド方向に回転し始める角度測定から決定され、その際センサ信号は５％だけ減ぜられる。結果としてヒステリシスループの長方形状の改善は相応により高い磁界窓に通ずる。こうしてたとえばＩｒＭｎ-Ｃｏ90Ｆｅ10を有する二重層システム１４-１１に対する実験は拡げられたＳ字状のヒステリシス曲線を示し、それにより制限された窓範囲内の応用のみを可能にする。
【００３０】
図２に上側の第２の強磁性層１２において双方向矢印Ｍにより示されている磁化の折り返しまたは相応する回転は、正味モーメントの方向が厚い下側の（第１の）強磁性層１１により決定されるいわゆる逆ＡＡＦシステムの場合には臨界的である。本発明による積層システムに対して仮定されるように、交換結合されたＡＡＦシステムに対しては、このコンセプトは重要である。なぜならば、この場合にはＡＡＦシステムの交換結合および初期の飽和は同時に、それも高い温度の際及び強い磁界において、誘導され得るからである。その際温度は反強磁性材料のいわゆるブロッキング温度の上側かつＡＡＦシステムの飽和磁界ＨSの上側に位置している。さらに、相応する逆層順が、縁における静磁気的な結合が無視可能である比較的大きいＴＭＲセンサの場合には、ニール結合の減少および場合によっては阻止に通じ、その結果理想的なシノイダルなセンサ特性における第２次効果が相応して減ぜられる。
【００３１】
逆の層順を有する積層システムでは、ＡＡＦ部分システムの最初の磁化の後に上側の強磁性層はその磁化に関して１８０°だけ回転しなければならない。このような回転プロセスの結果はこの層の磁気的な特性により決定的に影響される。それは、比較的磁気的に軟質の材料を有する層と予め定められた単軸の異方性を有する層又はそのいずれか一方の層が設けられることによって改善され得る。回転プロセスの間に非常に安定な３６０°磁壁がこのような薄い層のなかに生ずる。これらの磁壁は粒子間の結晶磁気異方性の方向の局所的な変化の際に生じ、また除去するのがかなり困難である。それらは積層システムの特性を悪化させ、このことは特に磁気抵抗効果の減少で認められる。さらに、フリーの軟磁性の検出層の非理想的なスイッチング特性は、このようなＡＡＦシステムの磁壁構造に由来する強い漏洩磁界により惹起される結果である。この理由からＣｏ90Ｆｅ10のような磁気的に軟質の合金は好ましい選択であり、一方Ｃｏ50Ｆｅ50合金はそれにくらべて適し方が小さい。もちろん、この観点のもとでＮｉ-Ｆｅ-Ｃｏ物質系から成る他の合金を選ぶこともできる。同じく、より小さい飽和磁化を有し、また比較的容易に単軸の異方性が特により長い熱処理工程を使用して設定されるアモルファスのＮｉＦｅＣｏ合金も特に適している。
【００３２】
前記の考察から、第２の強磁性層１２に対して、第１の強磁性層１１の磁気的硬さより比較的軟質の磁性材料を選ぶことが特に有利であることが証明される。
【００３３】
従って、図１および２による構成または層順を有する本発明による相応する具体的な積層システム２は、たとえばＳｉウェーハから成る基板３上に順次に下記の層を有する。
ａ）バッファ層４として５ｎｍ厚みのＴａ、３０ｎｍ厚みのＣｕおよび５ｎｍ厚みのＲｕから成る３層システム
ｂ）反強磁性の付加層１４として８ｎｍ厚みのＩｒＭｎ層
ｃ）第１の強磁性層１１として２．５ｎｍの厚みｔFMを有するＣｏ50Ｆｅ50
ｄ）非磁性の結合層１３として０．８ｎｍの厚みｔKを有するＲｕ層
ｅ）第２の強磁性層１２として１．５ｎｍの厚みｔFM´を有するＣｏ90Ｆｅ10
ｆ）非磁性の分離層６としてＧＭＲ積層システムの場合には２．５ｎｍの厚みを有するＣｕ層、またＴＭＲ積層システムの場合には１．５ｎｍの厚みを有するＡｌＯx層
ｇ）フリーの軟磁性の検出層７として６ｎｍの厚みのＮｉ80Ｆｅ20層または１ｎｍまたは４ｎｍの相応する材料の厚みを有するＣｏ90Ｆｅ10／Ｎｉ80Ｆｅ20二重層
および
ｈ）５ｎｍの厚みを有するＴａから成る保護層９
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による積層システムの概要図。
【図２】図１による積層システムのＡＡＦ部分システムの詳細図。
【符号の説明】
【００３５】
２ 積層システム
３ 基板
４ バッファ層
５ 層部分システム
６ 分離層（中間層）
７ 軟磁性層
８ サブシステム
９ 保護層
１１ 第１の強磁性層
１２ 第２の強磁性層
１３ 結合層
１４ 付加層（反強磁性層）
Claims (12)
- 磁気抵抗効果を高めた積層システム（２）において、
−軟磁性材料から成る少なくとも１つの検出層（７）と、
−検出層（７）に隣接し非磁性材料から成る少なくとも１つの分離層（６）と、
−分離層（６）により検出層（７）に対して間隔をおかれ、人工の反強磁性磁石を形成し、かつ検出層（７）から分離された少なくとも１つの層部分システム（５）と
を含み、この層部分システム（５）が、
ａ）分離層（６）に隣接する少なくとも１つの第２の強磁性層（１２）と、
ｂ）少なくとも１つの第１の強磁性層（１１）と
を有し、この第１の強磁性層が、
ｂ１）非磁性材料から成る結合層（１３）を介して反強磁性的に第２の強磁性層（１２）と結合され、
ｂ２）結合層（１３）と反対の側に反強磁性の付加層（１４）が設けられ、かつこの付加層と交換結合され、
ｂ３）第２の強磁性層（１２）と異なる材料組成を有する
ことを特徴とする積層システム。 - 第１の強磁性層（１１）が第２の強磁性層（１２）よりも磁気的に硬質であることを特徴とする請求項１記載の積層システム。
- 第１の強磁性層（１１）が第２の強磁性層（１２）のＣｏＦｅ合金よりも比較的少ないＣｏ成分を有するＣｏＦｅ合金から成っていることを特徴とする請求項２記載の積層システム。
- 第１の強磁性層（１１）のＣｏ成分が６０原子％より低いことを特徴とする請求項３記載の積層システム。
- 第１の強磁性層（１１）が第２の強磁性層（１２）よりも大きい厚み（ｔFM）であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の積層システム。
- 第１の強磁性層（１１）の厚み（ｔFM）および第２の強磁性層（１２）の厚み（ｔFM´）又はそのいずれか一方が５ｎｍよりも小さいことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の積層システム。
- 反強磁性の付加層（１４）がＮｉＯ、ＦｅＭｎ、ＩｒＭｎ、ＮｉＭｎ、ＴｂＭｎ、ＣｒＰｔＭｎ、ＲｈＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＭｎまたはＦｅＰｔ３ の群からの材料が選ばれることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の積層システム。
- 反強磁性の付加層（１４）の厚み（ｔAFM）が３０ｎｍよりも、好ましくは１０ｎｍよりも、小さいことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の積層システム。
- 結合層（１３）が貴金属の群、特にＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、ＰｄおよびＲｕの群、からの材料が選ばれることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の積層システム。
- 結合層（１３）の厚み（ｔK）が３ｎｍより小さいことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の積層システム。
- ＸＭＲシステムとしての構成を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の積層システム。
- 磁界センサまたは磁気結合器に使用される請求項１ないし１０のいずれか１つによる積層システムの使用方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10140043A DE10140043B4 (de) | 2001-08-16 | 2001-08-16 | Schichtensystem mit erhöhtem magnetoresistiven Effekt sowie Verwendung desselben |
| PCT/DE2002/002898 WO2003017295A1 (de) | 2001-08-16 | 2002-08-07 | Schichtensystem mit erhöhtem magnetoresistiven effekt sowie verwendung desselben |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004538659A true JP2004538659A (ja) | 2004-12-24 |
Family
ID=7695512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003522112A Pending JP2004538659A (ja) | 2001-08-16 | 2002-08-07 | 磁気抵抗効果を高めた積層システム及びその使用 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6970333B2 (ja) |
| EP (1) | EP1417690B1 (ja) |
| JP (1) | JP2004538659A (ja) |
| DE (2) | DE10140043B4 (ja) |
| WO (1) | WO2003017295A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008516255A (ja) * | 2004-10-12 | 2008-05-15 | アレグロ・マイクロシステムズ・インコーポレーテッド | 所定の温度係数を有する抵抗器 |
| KR101541992B1 (ko) * | 2014-01-23 | 2015-08-04 | 세종대학교산학협력단 | 자발 홀 효과 마그네틱 센서 및 이를 포함하는 마그네틱 센싱 장치 |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7259545B2 (en) * | 2003-02-11 | 2007-08-21 | Allegro Microsystems, Inc. | Integrated sensor |
| US20040184311A1 (en) * | 2003-03-18 | 2004-09-23 | Manish Sharma | Magnetic sensor |
| US7768083B2 (en) | 2006-01-20 | 2010-08-03 | Allegro Microsystems, Inc. | Arrangements for an integrated sensor |
| US7795862B2 (en) | 2007-10-22 | 2010-09-14 | Allegro Microsystems, Inc. | Matching of GMR sensors in a bridge |
| US8269491B2 (en) * | 2008-02-27 | 2012-09-18 | Allegro Microsystems, Inc. | DC offset removal for a magnetic field sensor |
| US7816905B2 (en) * | 2008-06-02 | 2010-10-19 | Allegro Microsystems, Inc. | Arrangements for a current sensing circuit and integrated current sensor |
| US8063634B2 (en) * | 2008-07-31 | 2011-11-22 | Allegro Microsystems, Inc. | Electronic circuit and method for resetting a magnetoresistance element |
| US7973527B2 (en) * | 2008-07-31 | 2011-07-05 | Allegro Microsystems, Inc. | Electronic circuit configured to reset a magnetoresistance element |
| US8269490B2 (en) * | 2009-04-03 | 2012-09-18 | Honeywell International Inc. | Magnetic surface acoustic wave sensor apparatus and method |
| US7834410B2 (en) * | 2009-04-13 | 2010-11-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Spin torque transfer magnetic tunnel junction structure |
| US9354284B2 (en) | 2014-05-07 | 2016-05-31 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor configured to measure a magnetic field in a closed loop manner |
| US9322887B1 (en) | 2014-12-01 | 2016-04-26 | Allegro Microsystems, Llc | Magnetic field sensor with magnetoresistance elements and conductive-trace magnetic source |
| US10008223B1 (en) | 2016-02-18 | 2018-06-26 | Seagate Technology Llc | Magnetoresistive sensor with recessed antiferromagnetic layer and stabilization feature |
| US10935612B2 (en) | 2018-08-20 | 2021-03-02 | Allegro Microsystems, Llc | Current sensor having multiple sensitivity ranges |
| US11187764B2 (en) | 2020-03-20 | 2021-11-30 | Allegro Microsystems, Llc | Layout of magnetoresistance element |
| US11567108B2 (en) | 2021-03-31 | 2023-01-31 | Allegro Microsystems, Llc | Multi-gain channels for multi-range sensor |
| CN114335329B (zh) * | 2022-03-16 | 2022-06-17 | 波平方科技(杭州)有限公司 | 一种具有高抗磁场干扰能力的磁性随机存储器 |
| US11994541B2 (en) | 2022-04-15 | 2024-05-28 | Allegro Microsystems, Llc | Current sensor assemblies for low currents |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4243358A1 (de) * | 1992-12-21 | 1994-06-23 | Siemens Ag | Magnetowiderstands-Sensor mit künstlichem Antiferromagneten und Verfahren zu seiner Herstellung |
| US6313973B1 (en) * | 1998-06-30 | 2001-11-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Laminated magnetorestrictive element of an exchange coupling film, an antiferromagnetic film and a ferromagnetic film and a magnetic disk drive using same |
| US6424506B1 (en) * | 1998-07-21 | 2002-07-23 | Alps Electric Co., Ltd. | Spin-valve magnetoresistive thin film element |
-
2001
- 2001-08-16 DE DE10140043A patent/DE10140043B4/de not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-08-07 EP EP02794720A patent/EP1417690B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-08-07 US US10/486,561 patent/US6970333B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2002-08-07 WO PCT/DE2002/002898 patent/WO2003017295A1/de active IP Right Grant
- 2002-08-07 DE DE50202066T patent/DE50202066D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2002-08-07 JP JP2003522112A patent/JP2004538659A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008516255A (ja) * | 2004-10-12 | 2008-05-15 | アレグロ・マイクロシステムズ・インコーポレーテッド | 所定の温度係数を有する抵抗器 |
| JP4722934B2 (ja) * | 2004-10-12 | 2011-07-13 | アレグロ・マイクロシステムズ・インコーポレーテッド | 所定の温度係数を有する抵抗器 |
| KR101541992B1 (ko) * | 2014-01-23 | 2015-08-04 | 세종대학교산학협력단 | 자발 홀 효과 마그네틱 센서 및 이를 포함하는 마그네틱 센싱 장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1417690A1 (de) | 2004-05-12 |
| US6970333B2 (en) | 2005-11-29 |
| DE10140043B4 (de) | 2006-03-23 |
| DE10140043A1 (de) | 2003-03-13 |
| DE50202066D1 (de) | 2005-02-24 |
| WO2003017295A1 (de) | 2003-02-27 |
| EP1417690B1 (de) | 2005-01-19 |
| US20040233585A1 (en) | 2004-11-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4658659B2 (ja) | Ｃｐｐ構造の磁気抵抗効果素子およびその形成方法 | |
| JP2004538659A (ja) | 磁気抵抗効果を高めた積層システム及びその使用 | |
| JP5124606B2 (ja) | 磁気抵抗性の多層デバイスおよびセンサエレメント | |
| EP1625589B1 (en) | Magnetoelectronics information device having a compound magnetic free layer | |
| US20020154455A1 (en) | Magnetic device with a coupling layer and method of manufacturing and operation of such device | |
| JP2003152243A (ja) | 磁気抵抗効果センサ積層体および磁気抵抗効果再生ヘッド、ならびにそれらの製造方法 | |
| JP2000251223A (ja) | スピンバルブ磁気抵抗センサ及び薄膜磁気ヘッド | |
| JP2001250999A (ja) | 二重磁気状態を有する磁気エレメントおよびその製造方法 | |
| JP2006261454A (ja) | 磁気抵抗効果素子、磁気ヘッド、および磁気記憶装置 | |
| JP2006253451A (ja) | 磁気検出素子 | |
| CN113016086A (zh) | 交换耦合膜、和利用其的磁阻效应元件以及磁检测装置 | |
| JP2005019990A (ja) | 改良された反強磁性結合膜を有する磁気装置 | |
| JP2006005185A (ja) | 磁気検出素子 | |
| US9013016B2 (en) | MR device with synthetic free layer structure | |
| KR101635139B1 (ko) | 자기 메모리 소자 | |
| JP4674498B2 (ja) | 磁気検出素子 | |
| WO2007015355A1 (ja) | Ｍｒａｍ | |
| US7502210B2 (en) | CPP magnetic detecting device containing NiFe alloy on free layer thereof | |
| JP2001076479A (ja) | 磁気メモリ素子 | |
| US6548186B1 (en) | High resistivity films for AP layers in spin valves | |
| JP2005534198A (ja) | 磁気抵抗層システムおよび該層システムを備えたセンサ素子 | |
| US7609489B2 (en) | Magnetic sensor using NiFe alloy for pinned layer | |
| JP2006245274A (ja) | 磁気検出素子 | |
| JPH08321016A (ja) | 磁気抵抗効果膜 | |
| JP2005018973A (ja) | 改良された反強磁性結合膜を有する磁気記録ディスク |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050909 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051110 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20060207 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20060214 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060410 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060629 |
|
| A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20060928 |
|
| A602 | Written permission of extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602 Effective date: 20061010 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061226 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070712 |