JPH07509811A - 合成反強磁性磁石を備えた磁気抵抗センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 合成反強磁性磁石を備えた磁気抵抗センサ及びその製造方法本発明は磁気抵抗セ ンサ及びその製造方法に関する。

二、ケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）！ｉ１２いはコバル）　（Ｃｏ）のような強磁性 遷移金属や、：れらの金属の合金においては電気抵抗はこの材料を貫通する磁場 の大きさ及び方向に依存する。この効果は異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）或いは異方 性磁気抵抗効果と呼ばれる。この効果は物理的にはスピンの異なる電子、即ちそ れぞれＤ軌道の多￥１電子及び少数電子と称される電子の異なる散乱断面積に基 づく、磁気抵抗センサには一般にこのような磁気抵抗材料からなる薄い層であっ て、その層面において磁化されたものが使用される。を流方向に関して磁化を回 転するときの抵！Ａ：Ｗ化は正常の等方性抵抗の敞％である。

多数の強磁性層を金属性の山間層により互いに隔て“ζ１つの１１層体に構成し 、そのθｌ化面がそれぞれの層面にあるようにした多層構成は公知である。その 場合そｎ、ぞれのＦ！厚は伝導電子の平均自由行路よりずっと小さく選ばれてい る。このような層構成においては個々の層における異方性磁気抵抗効果の他に、 特に合金におけＺ・層の体積において及び強何１性層と中間層との間の境界面に おいて多数及び少数の伝導電子の異なる強さの散乱に基づく、いわゆる巨大磁気 抵抗効果或いは巨人（２！気抵抗（巨大ＭＲ）が生ずる。この巨大ＭＲは等方性 効果であり、異方性Ｍ’Ｒよりはるかに大きく、正常の等方性抵抗の７０％にま でなる。

このような巨大ＭＲ多層構成については２つの基本的なタイプが公知である。

第一のタイプにおいては強磁性層は中間層を介して互いに反強磁性に結合され、 ２つの互いに隣接する強磁性層の層面における磁化は外部磁場がないとき互いに 反平行に向い°ζいる。このタイプの１つの例はＦｅからなる強磁性層とＣｒか らなる反強磁性中間層とを備えた鉄・クロム・超格子（Ｆｅ　Ｃｒ−超格子）で ある、、：の場合外部磁場によって隣接の強磁性層の磁化方向は反強磁性の結合 力に抗して回転され平行になる。磁場によるこの磁化の方向転換は磁場の大きさ の基準である巨大ＭＲを恒常的に減少さ１士る結果となる。飽和磁場強度Ｈ１に おいては巨大Ｍｒｌの変化は起こらない、なぜならその場合全ての磁化は互いに 平行に向いているからである。巨大ＭＲはその場合磁場の強さの大きさにのみ関 係する（１フインカル・レヴイユー・レターズ、６１巻、２１号、１９８８年１ １月２１日、２４７２−２４７５頁参頃）。

反強磁性に結合された強磁性層を備えるこのタイプのものについて境界面におい ζ１１１１！’＆ＬＬ、たスピンア・ノブを持つ電子及びスピンダウンを持つ電 子に対する電流及び透過係数と隣接した強磁性層の磁化方向の間の角度との関係 を明らかにする理論的な計算を行ったところ、この計算から巨大ＭＲは２つの磁 化の間の角度がＯｏから１８０°まで増大する間に連続的に増加し、１８０”の 角度で極大であることが′Ｊ３１明した（「フィジカル・レヴイユー・レターズ −＋６３Ｓ、６号、１９８９組８月、６６４−６６７頁参Ｍｐ、）。

巨大Ｓ４Ｒ多＠構成の第一のタイプのものにおいては強磁性層は中央部で互いに 平行に＠面において何ｆ化され、金属からなる反磁性成いは常磁性の中間層にょ っζＪＬいに隔°ζられている。中間層の厚さは強磁性層の磁化の間の磁気交喚 結合ができるだけ小さくなるように選ばれ′ζいる。それぞれ隣接した強磁性層 は異なる５！磁力を持っている。これにより飽和時先ず同方向である、軟磁性の 測定層の磁化Ｍ、及び隣接の硬磁性のバイアス層の磁化Ｍ宜の平均値が磁場Ｈに よって異なるＶ回転し、磁化Ｍ１及びＭ２の平均値の間に磁場１１に関係した角 度Ｐｈｉが設定さｎ、る０個々の磁化Ｍ＋及びＭｔと磁場Ｈとの関係はその場合 軟磁性もしくは硬磁性材料のそれぞれのヒステリシス曲線から生ずる。軟磁性層 の保磁力）（ｃ＋と硬磁性層の保磁力Ｈｃ！との間及び−）（ｃｘ及び−Ｈｅｌ との間には、磁化Ｍ１が既に飽和しており、磁化Ｍ、がその飽和に対応する偵を 持ちかつ磁化Ｍ１に対して反平行に向いている、即らＰｈ１−１８０”のそれぞ れ１つの範囲が存在する。この範囲においてＭＲ信号は極大で一定である６種々 の異なる保磁力１　）（ｃ、　ｌ≦１１１ｃｉ・は異なる材料の選択により曖い は異なる製造プロセスによりもしくは同じ材料で異なる厚さを選択することによ り設定することができる。ｊＩなる材料を備えた公知の層構成は例えばＮｉＦｅ −Ｃｕ−Ｃｏ構造やＦｅ−Ｃｕ−Ｃｏ構造である。異なる製造方法に喫いは異な る厚さに基づく公知の層構成はＣｏ−Ａｕ−ＣＱ積構造ある（「ジャーナル・オ ブ・アプライド・フィジクス、＋７０巻、１゜号１９９１年１１１０日、５８６ ４−５８６６ｒｉ参解）　、　、：（７）公知の層構成ノＭ　Ｉｓ　４．−号は しかむ、なからその前歴、即ちどのような行程で、どのような磁場の値の間でか つどの様な方向にヒステリシス曲線が経過するかに関係する。それ故このような 公知の層構成では一義的な特性を持つＭＲセンサは実現されない、さらにこのよ うな公知の層構成においては硬磁性バイアス層の磁束の一部が軟磁性測定Ｖを介 して閉成する。この擾乱磁場はセンサの測定感度を減少させ、センサ特性の１才 しくない変位を招来する。

そ鉤、成木発明の課題は、少なくとも１つの測定層と、この測定層から中間層に 、に、て交換膜結合された少なくとも１つのバイアス層とからなる層構成を備え 、一義的な特性を持ら、測定層内のバイアス層の擾乱磁場が大幅に抑制された磁 気抵抗センサを提（μすることにある。特に線形の磁気抵抗センサを、さらにま たこのような！ｒｉ気抵抗抵抗センサ造方法を提供しようとするものである。

、二の二で題は本発明によれば、請、に項１もしくは２０に記載の特徴事項によ り解決さメ７．る。測定層の磁化ＭＭは少な（とも１つの方向において可逆的に 、従って一首的に測定される磁場に関係し、バイアス層は測定範囲において少な くともほぼ一定の４５１化Ｍ、を有している。これにより一義的に磁場に関係す る抵抗信号を得ることができる。バイアス層の磁束の一部が、特に大きいＭ、に おいて、測定層を介し一ζ閉成するのを回避するために、バイアス層はその測定 層の反対側において反強磁性に結合層を介して磁石層に結合されている。バイア ス層、結合層及−，＋’、　ｆ；；石層は、外部に向かって磁気的に充分中立で あり、即ちその磁束がほとんど′セ全二：ハイアス層と磁石層との間に閉成する ような、いわゆる「合成反強磁性画定１−るために少なくとも２つの測定接触部 が設けられている。

ニア７、らの、５す定接触部は互いに間隔を隔てて１才しくは最上部層に配置さ れ、測定層、・メεは山央部で層面に対して平行に〕Ａれる（ｃ　ｉ　ｐ）。ま た異なる実施例では測定接触部は最上部層と最下部層とに配置され、測定電流は 層面に対して垂直に、・、ζｎ、る（ｃｐｐ）、このように配置されたｃｐｐ測 定接触部を備えた層構成は「フ・ジカル・レヴイユー・ヒ゛−一・４６巻、１号 （１９９２年）、５４Ｂ−５５１頁乙こより公知である。

有利な対称構造においては磁石層の他の面倒にもう１つのバイアス層が配置され 、このバイアス層が結合層を介して磁石層と反強磁性に結合されている。

測定層は好ましくは磁気基準軸へ〇を備えている。測定層は超常磁性材料から選 ばれ得ることは勿論である。その場合その磁化Ｍ、は全での方向において可逆的 に磁場に関係する。

基底状態、即ち磁場が加わっ“ζいないときに測定層の基底状態磁化Ｍ、、が設 定方向に対して平行な基準軸に沿って磁化される。

の動作点は、磁場が存在しない、即ちＨ−０のとき、特性が少なくともほぼ線形 ごありかつ極大ピッチを持つ範囲に設定される。

＋ＳｉＳｉ２０及び■１の方向を互いに少なくともほぼ垂直にするために、測定 層は１才しくはバイアス層の固定硼化マ、の方向に対して少なくともほぼ垂直に 向いているθｌ気基準軸ＡＭを備え、この基準軸Ａ１４に沿って磁化される。

すた別の実８！！ｉ態様においてはいわゆる９０＠結合が利用される。中間層の 厚さは１．９１１定層とバイアス層との間の結合がその符号を変える、即ち強磁 性結合から反強磁性結合にもしくはその逆に転移するような値に設定される。厚 さの静的変層を構成する材料が種々でありかつ層の形状が種々である場合、発生 する反磁場を補償するため番に、Ｍ、。及びＭ＋＋の間に約９０°変位した角度 を設定し、センサの感度の線形性に対して最適な動作点を達成することが必要と なる。

磁化喜、。及び双、の方向が相互に少なくともけぼ垂直な方向から大きく変位し ていることはセンサの％ｌ及び線形性を悪化させる。

両ｈ１化Ｍ、ｌＪびＭ、の方向の間の角度が望ましい約９０°からこのように変 位する原因は、バイアス層の磁束の一部が常に測定層を介して閉成するときに生 ずる。その場合測定層の基底状態磁化Ｍ　Ｈ５の方向は測定１とバイアス層との 静的磁気結合が最悪のときには、磁場が加わらなくても既にバイアス層の磁化、 の方向Ｌ：対して反平行に向いている。

特別な実施略様においては測定層はバイアス層から付加的に静的磁気膜結合する ために少な（ともバイアス層の磁化Ｍｍの方向において、また好ましくはその全 外周において少なくともバイアス層より短く形成される。特に測定層の存在しな い隼（部領域と測定層のＩＩ在する中央部の範囲との間の移行部は流線形に形成 される。ＶＡえばこの移行部における測定ツの厚さは中央に向かって連続的に増 加する。

他の実施剪様においてはさらに静的磁気膜結合のためにバイアス層の磁化ＩＭヨ 　！がｔす１層の基底状ｔＩＪ磁化Ｉ　Ｍ、０１よりも低く選ばれている。

就中、層の縁部６ｉ城及び特にバイアス層における反磁場に括づいても磁化Ｍ８ ゜及びＭ、の所定方向からの変位が起こり得る。それ故好まし７い実施ｖ４様に おいては抵抗測定のための測定接触部は層構成の内部の測定範囲にずれて配置さ れ、この縁部領域の調定信号に対する影響を回避している。

特に有効な実施態様においては層は縦長に形成され、その長手方向が測定層の１ ５底状態磁化礪、。の方向に対して爪面となるようにされる。これにより基底状 態磁化嘉、。及び磁化言、相互の相対関係が特に安定になる。その上センサの高 感度が得らね、その特性の変位が減少する。なぜなら測定層もしくはバイアス層 により形成されろ反ｖＬＬ！が著しく弱められ、その被測定磁場に反対に作用す る影響が減少されるからである。

磁束の方向転換のために及びより少ない磁区形成のために、さらに異なる実施態 様においては少なくとも１つの測定層が、互いに反平行な方向に磁化され中間層 によって隔てられている２つの測定１によって換えられる。この２つの測定層の 磁化の方向はバイアス層の磁化Ｍ、の方向に対する垂線に対して、それらが１８ ０°より小さい角度で交わるように傾いているのが好ましい。これにより測定層 における磁区の形成が減少される。

特に有利な実施態様においてはセンサの層材料は、測定層及びバイアス層の磁の 型に対する比抵抗が他の喝、特に合成反強磁性磁石の磁石層及びそれらの境界面 Ｃ，二ろいてもできるだけ小さくなるように選ばれている。このような選択の際 に極大及び極小磁気抵抗信号の間の良好なコントラストを得ることができる。決 定的なパラメーターとしてはその場合個々の層及びその境界面における少数担体 の比抵抗と多数担体の比抵抗との関係が設定される。これらのパラメーターはそ の都度のホスト材料と散乱中心としての不純物原子によって決定される。磁化Ｍ Ｎ及び沁の方向の互いに平行な整列はその場合既に基底状態において或いはＭ。

に対して下行に磁場が加わるときに初めて存在し得る。

今まで説明してきたｉ構成の実施態様は互いに組合わせて、このようなｒ＠層構 成多数を１つの積層体に構成することもできる。この副次的層構成の数は一般に １乃至１００の間に選ばれる。ヘースとなる副次的層構成は測定ｒ＠−中間層及 びいわゆる「合成反強磁性磁石−１からなる構造であり、しかもこの「合成反強 磁性磁石、はバイアス層、結合層及び磁石層から或いは２つのバイアス層と、そ の間に配置されそれぞれ結合層を介して反強磁性にバイアス層に結合された磁石 層との対称構造からなる。バイアス層の磁化當、の方向は全ての実施態様におい て同一に向いている。測定層の基底状態磁化、。は〕何アス層の磁化九に対して 同−錦か垂１σに向いている。副次的＠構成はそれぞれ他の中間層によって互い に隔てられていＺ・。

未発明による磁気抵抗センサ、特に「合成反強磁性磁石−１は種々の方法で作ら れＺ）。

その第一の方法は−「合成反強磁性磁石」のバイアス層と磁石層に対してそれぞ れ保磁力の異なる材料を選択することである。両層は、両保磁力よりも大きい一 様なバイアス磁場において飽和される。磁場が減少すると軟磁性材料の磁化の方 向は反強（Ｒ性変換結合により硬磁性材料の磁化に対して反平行になる。

第一の方法は、真空系において眉を堆積する間にバイアス磁場によりノマイアス ｌΔに磁場誘起される基準軸を加え、これに続いてこの基準軸に沿って磁化する ことである。反強磁性に結合された磁石層の磁化はその場合自ずから／＜イアス 層の（ゼヒ喜ｉ二対して反平行に設定される。勿論逆に磁石層が基準軸を有し、 この基’ｔＪ７．１山に、・０っで磁化されることも°ごきる。

合成反強磁性磁石を製作する第三の方法は、異なるキＪ、り一温度を持ちかつ室 温もしく碩一般にはセンサの使用温度において少なくともほぼ同一に磁化される ２つの０１性材料をバイアス層と磁石層とにそれぞれ選ぶことである。ノイイア ス層と磁石層とはその間に配置される結合層とともに両材料の磁化の発生が異な る印加４！度にされ、少なくともその印加温度において零とは異なる飽和値を持 ちかつ連続的に戎いは飛曜的に温度と関係する温度依存性のバイアス磁場にお（ 飄て飽和さ机る。印ＪＪ［＋温度が使用温度より上にあるならば、より高いキエ リ一温度を持つ層は、Ｆ／）強く磁化される。使用温度より低い印加温度では一 般により低０キユリー温変を持つ層がより強く磁化される。これに続いて使用温 度に温度を変化させると、より強く磁化された層の磁化はもはや変わらず、他の 層の磁化の方向が反強磁性の結合により反平行に整えられる。一般に印加温度は 使用温度より高く選ぼれ乙。

「合成反強磁性磁石コに対する磁気特性の選択の上記の３つの方法を（１意に組 合わせＺ）ことができることは′Ａ炊である。

７面を参詔して：の発明をさらに説明する。

’７１　、Ｉ＋−び図２はそれぞれこの発明による＆ｉ磁気抵抗センサ１つの実 施例を横断面しＪて、図３は測定接触部が内側にずれて配置された実施例を平面 図で、図４１よ１ｊｊｌ定層のない縁部領域を備えた実施例を横断面図で、そし て図５は２つの隣接した」り１層を備えた実施例を横断面図で、それぞれ概略的 に示す。

１２＋１！よ、０１性の７！ＩＳ定層２と磁性のバイアス層６、＝れらの間に配 置された非磁性の山間層４並びに測定層２と反対側のバイアス層６の面に結合層 ８を介して反強磁性に結合された磁石層１０により形成されている１つの層構成 を備えた磁気抵１ｊシセンサの一実り’ｈ例を示す６　これらの層全ては４電性 材料からなり、その厚さは伝導電子の平均自由行路よりずっと小さい、測定層２ は、ＡＭで表示され測定的に少なくともほぼ直交する方向とすることにより、セ ンサの動作点、Ｃよこの実施例では特性が少なくともほぼ直線的で同時に極大の ピッチを持つ範囲に存在する。

両法化Ｍ４（＋及び荷８の間の角度は反磁場を補償するために約９０“から変位 している。

反強磁性結合のため磁石層１０の磁化Ｍｈｖはバイアス＋１６の磁化Ｍ、に対し て反平行に向い一ζいる。バイアス層６、結合Ｎ８及び磁石層ｌ旧よ、磁束力（ 主としてバイアス層６と磁石層１０との間にのみ走っているので、外部に自力） ってしよ磁気的に中性であるいわゆる「合成反強磁性磁石、ｌを形成している。

ノイイアス層６転角に関係した巨大Ｔ／ｊ！Ｌ気抵坑信号を発生させる。測定層 ２０岱準軸八〇に対して層面に）・ルで垂直な磁場においては測定層２の高い反 磁場の故に同様に実質上回転プロセスは起こらず、従って磁気抵抗信号は測定さ れなし１．磁気抵抗センサ番よそれ故王とし、て、この実施例では基準軸ＡＭも しくは一般的には測定層２の基底状Ｑ［化１０に対して直交する方向に向いてい る磁場Ｈの成分Ｈｖ４こ対してのみ怒度を有する。

バイアス層６の磁化富は加わっている磁場百の測定範囲Ｇこおｐｓで一定してお り、時に層面において回転しない。このため一実施例にお（１て番よ少なくとも １つのバイアス層に磁性の単軸異方性、特に結晶異方性成ｕＮｌよ電圧誘起され た異方性が１川えられ７る８バイアス層はその場合異方性軸に沿って磁化される 。

ワ２の実施例においては対称構造を持つ「合成反強磁性磁石」力（設４すられて し）る、磁石ｔｉｊＱは一方の側において結合層８を介してノくイアス層６に反 強磁性に結合さｊｌ、ている。磁石層ＩＯの他方の４ｐ、ｌ：　ｌこはもう１つ の結合層８゛及びその上にもう１つのバイアス層６”が配置されている。ノ＼イ アス層６°及び磁石層１０＋よ向いている。バイアス層６の上には中間層４が、 そしてその上には測定層２が配置されている。バイアス層６°の上にももう１つ の中間層と測定層を接合するごて回転され、唆いは図示されていない実施例にお いても例えば相応の基準軸を加えるごとによって基底状態に設定される。

抵抗測定のため、１才しくはＮ構成の最上部層に、２つの測定接触部が好ましく は層構成の厚さよりずっと厚い間隔に互いに隔てて配置される（ｃｉｐ）、他の 実施例においては測定接触部は層構成の上側面と下側面に設けられる（ＣＰＰ） 、二の場合その間隔は層構成の厚さに一致する。全体の層構成の代表的な厚さ１ ；！３ｎｍと４００ｎｍとの間にあり、測定接触部の代表的な間隔は３ｎｍ乃至 １ｍｍの範囲である６図２には示されていない両２ＰＩ定接触部の間には全体の 層構成において伝導電子の電気的流れが形成される。この流れは異なるスピンの 電子がら構成された２つの交互作用をしない部分流から構成される。磁化された 層にはそのスピンが中央部で相応の層の！Ｒ化に対して平行な向きをしている多 数電子の部分ノｔ＆び中央部で磁化に対して反平行に向いたスピンの少数電子の 部分流が流れる。特にこれらの層の材料として使用される磁性の遷移金属におい ては異なるスピンの電子に対して不純物原子により形成される散乱中心の散乱横 断面の大きさはまちまちである。このような散乱中心は磁性層内にもまたその境 界面にもある。非磁性の中間す及び結合層における電子の散乱はこれに対してス ピンに無関係である。それ故、、　［性層もこの層に対する境界面もまた多数電 子及び少数電子に対して異なる比抵抗Ｒ１１０〜ｉＡＪもしくはＲＨＯＭＩＮを 示す、少数電子に対す２）抵抗ＲＩＩＯＭＩＮと多数電子に対する抵抗ＲＨＯＭ ＡＪとの比であるＡＬＰＨＡ＝ＲＩＩＯＭＩＮ／ＲＨＯＭＡＪはホスト材料及び 欠陥に関係する。

極小及び穫大巨大磁気抵抗信号の間にできるだけ大きい差を得るために、個々の 層の材料は、測定層２内に比較的小さい抵抗を持つ電子が測定層２及びバイアス ［６の互いに平行に向いた磁化Ｍ、及びＭｌにおいて他の全ての磁気層において もｉた層間のすべての境界面においてより少なく散乱するように選ばれる。これ は測定層２に対して平行な磁化を持つ層及びその境界面に対するパラメーターＡ ＬＰＨＡを全て１より大きいか或いは小さく選ぶことによって達成できる。この ことは図示の実施例においては、測定層２、その中間１１４に対する境界面、バ イアス層６及びその中間層４もしくは結合層８に対する境界面、異なるバイアス 層６′及びその結合層８°に対する境界面に対するパラメーターＡＬＰＨＡが全 て１より大きいか小さく設定されることを意味する。

磁石層ｌＯにおいて磁化Ｍ１１．の方向は他の磁性層の磁化Ｍ、　、Ｍｌ及びＭ ｌ”に対して反平行に向いている。測定層２及びバイアス層６及び６°において 多数担体である電子は磁石層１０においては従って少数担体となるか全体として その逆になる。それ放磁石層１０及びその結合層８及び８°との画境界面に対す るパラメーターＡＬＰＩＩＡは、他の磁性層および境界面のＡＬＰＨＡが１より 小さいときには１より大きく選ばれ、他のＡＬＰＩＩＡが１より大きいときには ｌより小さく選ばれる。好ましくは測定Ｎ２及びバイアス層６及び６゛並びにそ の境界面のＡ　Ｌ　Ｐ　ＨＡはｌより大きく、磁石層ｌＯ及びその境界面のＡＬ ＰＨＡはｌより小さく選ばれる。その場合測定接触部間のＴ！ｌ流には、磁化Ｍ イがＭ、に対して平行であるとき、多数担体の分流のみが寄与する。

外部磁場Ｈが測定層２の磁化Ｍ、Ｉをバイアス層６の磁化Ｍ１に対して反平行な 状態に回転させると、測定層２における今までの多数電子はバイアス層６におけ る少数電子に、従って全体の層構成において著しく散乱する。従って巨大抵抗信 号はその極大情に上昇する。

−３の実梅例においては層は長手方向の条片として形成され、その長手方向は測 定層２の基底状態磁化Ｍ９゜に対して垂直に、従ってまたバイアス層６の磁化Ｍ 、に対して平行に向いている。この手段により測定磁場に反対方向に向いた反磁 場は著しく弱められ、従ってセンサの感度は高まりかつ測定特性の変位が回避さ れる。しかしながら測定Ｎ２の両Ｍ１５及び１６には常に反磁場が現れ、これが この両端１５及び１６の範囲における測定を誤らせる。それ故抵抗測定のための て配置されている。好ましくはこの間隔ａ及びｂは同じ大きさである。測定接触 部＋１Ａ及びＩＩＢは好ましくは測定層２に配置されるが、バイアス層成いは中 間層に配置することもできる。

ｃｐｐ測定接触部を備えた図示されていない実施例でも測定接触部は同様に内側 の測定範囲にずらされる。

測定ｌ１ｉ２を介するバイアス層６の磁束をさらに抑制するために、図４の実施 例においては測定層が存在しない２つの縁部領域２１及び２５と測定層２を備え た中央の測定範囲２３とが設けられている。このような測定１１２の短縮は少な くとも）、イアスｒｒ！Ｊ６の磁化Ｍ、に対して平行な方向に、特に全ての方向 に行われ、バイアス層６はその全周において測定Ｎ２を越えるようにされる。中 間ｑＩ４は好ましくはバイアス層６と同し長さにされる。「合成反強磁性磁石」 は図示の実施例では２つのバイアスＮ６＆び６゛　と磁化Ｍ０を有する中央の磁 石層１０とからなり、この４３１石層はそれぞれ１つの結合Ｎ８或いは８゛を介 してバイアス層６及び６°に反強磁性に結合されている。各バイアスｉｉ６及び ６゛には測定範囲２３において中間層４と、この上に測定Ｊ８２とが配置されて いる０図１或いは図２に示された実施例による複数個の副次的層構成を設けるこ とができることは勿論である。測定層２の磁化Ｍ、は、特に図示されていない外 部飽和磁場により、磁化Ｍ、に対して平行な向きとされる。

ｔ（部領域２１皮び２５と測定範囲２３との間にはそれぞれ１つの移行部２２． ２４が存在し、この部分において測定層２の厚さは外から内に向かって連続的に 増大している。バイアス層６と中間層４とは移行部２２．２４において縁部領域 ２１．２５並びに測定範囲２３と少なくともほぼ同し厚さにされているので、移 行部における測定Ｎ２の厚さｄは縁部領域２１及び２５におけるｄ＝０から測定 領域２３における定常値ｄ＝ｄ、まで一定の開き角で線形に増加している。

図示さｎ７ていない実施例においては縁部領域２１．２５と測定領域２３との間 二こそれぞれ１つの段を設け、その高さを縁部領域２１．２５において存在しな い夕１定層２の全体厚さに一致するようにすることができる。

閲５による実施例においては少な（とも１つの測定層２が２つの測定層２′１、 。゛及びＭＫＯ”　は、特に相応の基準軸を加えることによって、互いに反平行 にり、により測定層２“及び２゛の磁束は実質的に測定１！ｉ２”及び２゛自体 に限定され、晴接のバイアス１ｉｉ６に干渉しない、バイアス層６は、測定層２ ’　、２”和後測定＠２゛及び２°°には比較的磁場の値が小さいとき磁区が形 成される。

図示されていない特別の実施例においては両測定層２°及び２°゛の基底状態磁 化Ｍ、、”Ｐｔ−び荷、。°°はこの磁区の形成を回避するためにバイアス層６ の磁化Ｍおの正〕ηノ向に対して僅かな角度だけ異なる回転方向に調整されてい るので、こル゛Ｊは１８０°よりやや小さい角度で互いに交差している。これは 相応の測定層２゛及び２°°にそれだけ互いに傾いた５１Ｂ軸を加えることによ り達成される。

これにより再磁化ｎ％及び仙Ｊ゛の各々に対して磁場＋１を加えたとき飽和から の一義的な回転方向が与えられる。

測定層に対する磁性材料としては例えばＣｏ−Ｆｅ、ＳｍＣｏ或いはＴｂＦｅＣ ０が、バイアス層に対してはＮ　ｌ　ｍ。Ｆｅｗ。或いは才たＮｉｍ１ＣｏＦｅ が使用されろ。中間層は好ましくはＣｕ、ＡｕＳＡｇ或いはＣｒからなる。

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）１つの層構成を備え、この層構成は以下の特徴、即ちａ１）少なくとも １つの方向に可逆的に、加えられた磁場（Ｈ）に関係して層面が磁化（ＭＭ）さ れる少なくとも１つの測定層（２）が設けられ、その際この磁化（ＭＭ）は磁場 （Ｈ）がないとき所定の基底状態磁化（ＭＭｏ）に一致し、ａ２）測定層（２） の少なくとも１つの面側に、磁場（Ｈ）の測定範囲に少なくとちほぼ一定に層面 が磁化（Ｍ■）されたバイアス層（６）が設けられ、このバイアス層が測定層（ ２）から中間層（４）によって少なくともほぼ磁気的に交換脱結合されており、 ａ３）少なくとも１つのバイアス層（６）に結合層（８）を介して磁石層（１０ ）が反強磁性に結合されている特徴を有し、ｂ）層構成に、加えられた磁場（Ｈ ）の尺度である抵抗信号を検出するための測定接触部を備えた磁気抵抗センサ。
2. ２．磁石層（１０）のバイアス層（６）の反対側に異なるバイアス層（６′）が 異なる結合層（８′）を介して反強磁性に結合されていることを特徴とする請求 項１記載の磁気抵抗センサ。
3. ３．各バイアス層（６、６′）に対して磁石層（１０）と異なるキュリー温度を 持つ材料が使われていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気抵抗センサ 。
4. ４．各バイアス層（６、６′）に対して磁石層（１０）と異なる保磁力を持つ材 料が使われていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の磁気抵抗セン サ。
5. ５．各ハイアス層（６、６′）が基準軸に沿って磁化されていることを特徴とす る上記請求項の１つに記載の磁気抵抗センサ。
6. ６．測定層（２）の基底状態磁化（ＭＭｏ）及びバイアス層（６）の磁化（Ｍ■ ）が互いに少なくともほぼ垂直に向いていることを特徴とする上記請求項の１つ に記載の磁気抵抗センサ。
7. ７．測定層（２）の基底状態磁化（ＭＭｏ）及びバイアス層（６）の磁化（Ｍ■ ）が互いに平行に向いていることを特徴とする上記請求項の１つに記載の磁気抵 抗センサ。
8. ８．層の材料が、測定層（２）及びバイアス層（６）の磁化（Ｍ■、Ｍ■）の方 向が平行なとき測定層（２）において最も少なく散乱した一方のスピン状態を持 つ電子型が全ての他の磁性層及びその境界面において、他方のスピン状態を持つ 電子型より少なく散乱されるように選ばれていることを特徴とする上記請求項の １つに記載の磁気抵抗セン。．
9. ９．バイアス層（６）の磁化（Ｍ■）量が測定層（２）の基底状態磁化（ＭＭｏ ）量より小さく選ばれていることを特徴とする上記請求項の１つに記載の磁気抵 抗センサ。
10. １０．測定層（２）とバイアス層（６）とが測定層（２）の基底状態磁化（Ｍ■ ｏ）に対して垂直な長さ方向に延長されていることを特徴とする上記請求項の１ つに記載の磁気抵抗センサ。
11. １１．測定層（２）がバイアス層（６）の磁化（Ｍ■）に対して少なくとも１つ の平行な方向においてバイアス層（６）より短く形成されていることを特徴とす る上記請求項の１つに記載の磁気抵抗センサ。
12. １２．層構成の測定層（２）が存在しない縁部領域（２１、２５）と測定層（２ ）の存在する内側の測定範囲（２３）との間の移行部（２２、２４）における測 定層（２）の厚さが連続的に増加していることを特徴とする請求項１１記載の磁 気択捉センサ。
13. １３．測定接触部（１１Ａ、１１Ｂ）が層構成の縁師から間隔をおいて配直され ていることを特徴とする上記請求項の１つに記吸の磁気抵抗センサ。
14. １４．測定接触部が層構成の最上部層及び／又は最下部層に配置されていること を特徴とする上記請求項の１つに記載の磁気抵抗センサ。
15. １５．少なくとも１つの潮定層（２）が中間層（４）を介して交換句脱結合され ている２つの河定層（２′、２′′）によって代替されていることを特徴とする 上記請求項の１つに記製の磁気抵抗センサ。
16. １６．２つの湖定層（２′、２′′）の基底状態磁化（Ｍ■ｏ′、Ｍ■ｏ′′） が、磁場（Ｈ）が加えられていないときに、互いに少なくともほぼ反平行に向い 合っていることを特徴とする請求項１５記載の磁気抵抗センサ。
17. １７．２つの測定層（２′及び２′′）の基底状態磁（ＭＭｏ′、ＭＭｏ′）が それぞれ少なくともほぼ同じ角度だけバイアス層（６）の磁化（Ｍ■）に対する 垂線方向に対して傾斜しており、互いに１８０°より小さい角度で交わっている 　ことを特徴とする請求項１６記載の磁気抵抗センサ。
18. １８．各測定層（２′、２′′）が、磁場（Ｈ）が加わっていないとき、基準軸 の方向に磁化されていることを特徴とする上記請求項の１つに記載の磁気抵抗セ ンサ。
19. １９．各磁石層（１０）が基準軸に沿って磁化されていることを特徴とする上記 請求項の１つに記載の磁気抵抗センサ。
20. ２０．ａ）バイアス層（６）及び磁石層（１０）に対しては異なるキュリー温度 Ｔｃ１，及びＴｃ２を持ちかつ使用温度において少なくともほぼ同じに磁化され る磁性材料が選ばれており、 ｂ）結合層（８）によって互いに結合されたバイアス層（６）と磁石層（１０） とが使用温度と異なる印加温度（Ｔ■）にされかつ少なくともこの印加温度（Ｔ ■）において所定の値を持つ温度に関係するバイアス磁場（Ｈ■）に配電され、 ｃ）続いてこれらの層が使用温度にされることを特徴とする上記請求項の１つに 記載の磁気抵抗センサの製造方法。
21. ２１．ａ）バイアス層（６）及び磁石層（１０）対しては異なる保磁力を持つ磁 性材料が選ばれ、 ｈ）結合層（８）によって互いに結合されたバイアス層（６）と磁石層（１０） とが飽和磁場において飽和される ことを特徴とする請求項１乃至１９の１つに記載の磁気抵抗センサの製造方法。