JP2008268219A - 磁気センサおよびその製造方法、並びに電流検出方法および電流検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 U型の導電体10の対向する2つの直線部10a,10b上の互いに対向する位置にMTJセンサ41,42を設置する。MTJセンサ41,42は複数のMTJ素子21のアレイ構造を有する。各MTJ素子21の平面形状は楕円形状となっている。この楕円形状の短軸(第一軸)方向の幅に対する長軸(第二軸)方向の長さの比(長さ/幅)は、フリー層が異方性磁化を保持するのに十分な値であり、その長さは、フリー層における磁区壁幅未満である。MTJセンサ41,42の各MTJ素子21には、導体電流Is によって互いに反対方向の誘導磁界H1,H2が発生し、MTJセンサ41とMTJセンサ42とではフリー層7の向きが互いに逆方向となる。
【選択図】図3
Description
Claims (31)
- 複数の磁気抵抗素子により構成された磁気抵抗素子アレイを備え、
前記複数の磁気抵抗素子は、共通の導電層上に設けられると共に、それぞれ、第一軸方向の幅と第一軸方向に直交する第二軸方向の長さを有し、幅に対する長さの比(長さ/幅)が少なくとも1.2であり、かつ最大1.0μmの長さの平面形状を有し、かつ、
前記磁気抵抗素子は、第一軸方向に磁化方向が固定されたピンドリファレンス層と、
第二軸方向に異方性を有するフリー層と、
前記ピンドリファレンス層と前記フリー層との間に設けられた分離層と
を備えたことを特徴とする磁気センサ。 - 前記磁気抵抗素子アレイは2〜2000個の磁気抵抗素子により構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 - 前記磁気抵抗素子は、それぞれ楕円、曲線状の角を有する矩形状、眼形状、ダイヤモンド状形状を含む楕円様の形状からなる群から選択された平面形状を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 - 前記ピンドリファレンス層は、シンセティック反平行構造を構成する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 - 前記分離層は、AlOx,TiNx,HfOxおよびMgOxからなる群から選択された酸化物からなる層、またはこれら酸化物の積層構造により形成され、MTJセンサとしての機能を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 - 前記分離層は、AlNx,TiNx,HgNxおよびMgNxからなる群から選択された酸化物からなる単層、またはこれら酸化物の積層構造により形成され、MTJセンサとしての機能を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 - 前記分離層は、Cu,AuおよびAgからなる群から選択された金属からなる単層、またはこれら金属の積層構造により形成され、CPP- GMRセンサとしての機能を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 - 前記フリー層は、強磁性またはフェリ磁性を有すると共に、前記ピンドリファレンス層の磁化方向に垂直な方向(第二軸方向)に異方性を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 - 前記フリー層は、ノンゼロネット磁気モーメントを有するシンセティック反平行構造をなし、前記ピンドリファレンス層の磁化方向に垂直な方向(第二軸方向)に異方性を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。 - 複数の磁気抵抗素子からなる磁気抵抗素子アレイを備えた磁気センサであって、
前記磁気抵抗素子は,
下部電極上の反強磁性層と、
第一軸方向に磁化方向を有し、前記反強磁性層上に設けられたピンドリファレンス層と、
前記ピンドリファレンス層上に設けられた分離層と、
前記分離層上に設けられたフリー層と、
前記フリー層上に設けられたキャップ層とを備え、
前記下部電極は、前記複数の磁気抵抗素子に共通する下部電極であり、
前記磁気抵抗素子アレイは、更に、
前記複数の磁気抵抗素子間の全ての領域に充填されると共に全ての側壁を覆う誘電体層と、
前記複数の磁気抵抗素子に共通するように前記キャップ層上に設けられた上部電極とを備え、
前記磁気抵抗素子は、その平面形状が、第一軸方向の幅と第一軸方向に直交する第二軸方向の長さを有し、幅に対する長さの比(長さ/幅)は異方性磁化を保持するのに十分な値であり、その長さは磁区壁幅(ドメインウォール幅)未満であり、
外部磁場領域に晒されたときに、前記磁気センサの全てのフリー層の磁区が安定化している
ことを特徴とする磁気センサ。 - 前記磁気抵抗素子アレイは2〜2000個の磁気抵抗素子により構成されている
ことを特徴とする請求項10に記載の磁気センサ。 - 前記平面形状は、それぞれ楕円、曲線状の角を有する矩形状、眼形状、ダイヤモンド状形状を含む楕円様の形状からなる群から選択された形状であり、かつ、前記比(長さ/幅)が少なくとも1. 2であると共に、長さが最大1.0μm
であることを特徴とする請求項10に記載の磁気センサ。 - 前記複数の磁気抵抗素子は単一の導電線に沿った位置に配置されている
ことを特徴とする請求項10に記載の磁気センサ。 - 前記複数の磁気抵抗素子は2本あるいは複数の平行な導電線にそれぞれ沿う位置に配置されている
ことを特徴とする請求項10に記載の磁気センサ。 - 前記分離層はトンネル障壁層であり、MTJセンサとして機能する
ことを特徴とする請求項10に記載の磁気センサ。 - 前記分離層は導電層であり、CPP- GMRセンサとして機能する
ことを特徴とする請求項10に記載の磁気センサ。 - 磁区の安定したフリー層を有する磁気センサの製造方法であって、
下部導電層上に反強磁性(AFM)層を形成する工程と、
前記反強磁性層上にピンドリファレンス層を形成する工程と、
前記ピンドリファレンス層上に分離層を形成する工程と、
前記分離層上にフリー層を形成する工程と、
前記フリー層上にキャップ層を形成する工程と、
第一軸方向の外部磁界の存在下、前記反強磁性層、ピンドリファレンス層、分離層、フリー層およびキャップ層を熱処理する工程と、
前記キャップ層から前記反強磁性層までの各層をパターニングすることによって、互いに独立し、それぞれの平面形状が、第一軸方向の幅と第一軸方向に直交する第二軸方向の長さを有し、幅に対する長さの比(長さ/幅)が少なくとも1.2であり、かつ最大1.0μmの長さを有する複数の磁気抵抗素子を形成する工程と、
前記下部導電層をパターニングすることにより、前記複数の磁気抵抗素子に共通する下部電極を形成する工程と、
前記複数の磁気抵抗素子を各側壁を含めて被覆するのに十分な厚さに誘電体層を形成する工程と、
前記誘電体層を前記キャップ層の表面が露出するまで平坦化した後、上部導電層を形成する工程と、
前記上部導電層をパターニングすることによって、前記複数の磁気抵抗素子に共通する上部電極を形成する工程と
を含むことを特徴とする磁気センサの製造方法。 - 前記磁気センサの数は、2〜2000個である
ことを特徴とする請求項17に記載の磁気センサの製造方法。 - 前記磁気抵抗素子は、それぞれ楕円、曲線状の角を有する矩形状、眼形状、ダイヤモンド状形状を含む楕円様の形状からなる群から選択された平面形状
を有することを特徴とする請求項17に記載の磁気センサの製造方法。 - 前記ピンドリファレンス層は、シンセティック反平行構造を構成する
ことを特徴とする請求項17に記載の磁気センサの製造方法。 - 前記分離層は、AlOx,TiOx,HfOxおよびMgOからなる群から選択された酸化物からなる単層、あるいはこれら酸化物の積層構造により形成され、
前記磁気センサはMTJセンサ
であることを特徴とする請求項17に記載の磁気センサの製造方法。 - 前記分離層は、AlNx,TiNx,HgNxおよびMgNxからなる群から選択された酸化物からなる単層、あるいはこれら酸化物の積層構造により形成され、
前記磁気センサはMTJセンサ
であることを特徴とする請求項17に記載の磁気センサの製造方法。 - 前記分離層はCu,AuおよびAgからなる群から選択された金属からなる単層、あるいはこれら金属の積層構造により形成され、
前記磁気センサはCPP- GMRセンサ
であることを特徴とする請求項17に記載の磁気センサの製造方法。 - 前記フリー層は、強磁性またはフェリ磁性を有すると共に、前記ピンドリファレンス層の磁化方向に垂直な方向(第二軸方向)に異方性を有する
ことを特徴とする請求項17に記載の磁気センサの製造方法。 - 前記フリー層は、ノンゼロネット磁気モーメントを有するシンセティック反平行構造をなし、前記ピンドリファレンス層の磁化方向に垂直な方向(第二軸方向)に異方性を有する
ことを特徴とする請求項17に記載の磁気センサの製造方法。 - 第1端部および第2端部を有すると共に長さが同じであり、かつ第1端部同士が電気的に接続された一対の導電線を用意するステップと、
前記一対の導電線上に、それぞれ磁界中において上部電極と下部電極との間に電圧低下が発生する複数の磁気抵抗素子を含む磁気センサを配置するステップと、
前記一対の導電線の各第2端部の間に電流を流し、前記一方の導電線に配置された磁気センサと他方の導電線に配置された磁気センサとに対して互いに異なる方向に磁界を発生させると共に、互いに異なる大きさの電圧低下を生じさせるステップと、
前記一対の磁気センサでの電圧低下の大きさの差を検出し、電流値の変化を求めるステップとを含み、
前記磁気抵抗素子は、その平面形状が、第一軸方向の幅と第一軸方向に直交する第二軸方向の長さを有し、幅に対する長さの比(長さ/幅)が少なくとも1.2であり、かつ最大1.0μmの長さを有すると共に、そのピンドリファレンス層の磁化方向が第一軸方向であり、かつそのフリー層が第二軸方向に形状異方性を有し、
磁場領域に晒されたときに、前記磁気センサの全てのフリー層の磁区が安定化する
ことを特徴とする電流測定方法。 - 前記磁気抵抗素子は、MTJ素子またはCPP- GMR素子である
ことを特徴とする請求項26に記載の電流測定方法。 - 前記磁気センサを駆動するための定電流を供給する定電流源
を備えたことを特徴とする請求項26に記載の電流測定方法。 - 差動電圧アンプにより、前記一対の磁気センサでの電圧低下の差を検出する
ことを特徴とする請求項26に記載の電流測定方法。 - 第1端部および第2端部を有すると共に長さが同じであり、かつ第1端部同士が電気的に接続された一対の導電線と、
前記一対の導電線上に配置されると共に、それぞれ磁界中において上部電極と下部電極との間に電圧低下が発生する複数の磁気抵抗素子を含む磁気センサと、
前記一対の導電線の対応する第2端部間に定電流を供給する定電流源と、
前記磁気センサの上部電極と下部電極との間の電圧低下を検出する電圧降下検出手段と、
前記検出した電圧降下の大きさの差を検出する差動電圧アンプとを備え、
前記磁気抵抗素子は、その平面形状が、それぞれ第一軸方向の幅と第一軸方向に直交する第二軸方向の長さを有し、幅に対する長さの比(長さ/幅)が少なくとも1.2であり、かつ最大1.0μmの長さを有すると共に、そのピンドリファレンス層の磁化方向が第一軸方向であり、かつそのフリー層が第二軸方向に形状異方性を有し、
磁場領域に晒されたときに、前記磁気センサの全てのフリー層の磁区が安定化する
ことを特徴とする電流検出装置。 - 前記磁気抵抗素子は、MTJ素子またはCPP- GMR素子である
ことを特徴とする請求項30に記載の電流検出装置。
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