KR20200065678A - 금속 다층 박막을 가지는 이상 홀 효과 자기 센서 - Google Patents

Abstract

이상 홀 효과를 이용하는 자기 센서가 개시된다. 이상 홀 효과는 수직자기이방성이 인가되는 자계의 세기에 따라 변경되고, 이에 따라 홀 전압이 생성되는 현상이다. 인가되는 자계의 변화에 상응하는 홀 전압의 형성을 위해 강자성체를 중심으로 상부 및 하부에 비자성 금속층이 배치된다. 비자성 금속층의 두께 및 강자성체의 두께에 의해 자기 센서의 선형성 및 포화 자화는 의존한다.

Description

금속 다층 박막을 가지는 이상 홀 효과 자기 센서{Anomalous Hall Effect Magnetic Sensor of having Metallic Multilayers}

본 발명은 자기 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이상 홀 효과를 이용하는 자기 센서에 관한 것이다.

자기 센서는 자기장의 변화를 감지하여 전기적 신호로 변환하는 소자이다. 따라서, 자기 센서의 실질적인 입력은 자기장이며, 출력은 전기 신호가 된다. 대표적인 자기 센서로는 홀 센서가 있다. 홀 센서는 홀 효과를 이용하는 소자이다. 홀 효과는 전류가 자기장을 가로지르는 방향으로 흐르는 조건 하에서 전류 방향과 자기장 방향에 동시에 수직한 방향으로 전위차가 발생하는 현상을 지칭한다.

홀 센서의 제조에 적합한 소재는 낮은 캐리어 농도와 높은 이동도를 가질 필요가 있다. 만일, 캐리어 농도가 높으면 산란으로 인해 캐리어의 속도가 감소하여 캐리어에 미치는 로렌쯔 힘이 감소한다. 이동도가 크면, 드리프트 속도(drift velocity)가 증가하여 로렌쯔 힘이 강화된다.

따라서, 로렌쯔 힘을 이용하는 전통적인 홀 센서는 금속 또는 반도체를 기본 소재로 이용한다. 다만, 금속은 캐리어의 농도가 높으며, 산란에 의해 출력전압이 감소하고, 선형성이 저하되는 문제가 있으므로 반도체를 이용한 홀 센서가 제작되고 연구된다. 다만 반도체를 이용한 홀 센서는 출력 전압을 높이기 위해 센서 패턴의 사이즈를 증가시켜야 하며, 출력에서 큰 오프셋 전압이 발생하는 문제가 있다. 또한, 자석과 센서 사이의 거리는 매우 짧아야 하며, 높은 구동온도에서 특성이 왜곡되는 현상이 발생된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다층 박막을 가지는 이상 효과 자기 센서를 제공하는데 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 기판 상에 형성되고, 다결정 구조를 가지는 하부 비자성 금속층; 상기 하부 비자성 금속층 상에 형성되고, 인가되는 자계에 의해 이상 홀 효과가 발생되는 강자성층; 상기 강자성층 상에 형성되고, 다결정 구조를 가지는 상부 비자성 금속층을 포함하는 이상 홀 효과 자기 센서를 제공한다.

상술한 본 발명에 따르면, 강자성체의 상부 및 하부에 비자성 금속층들을 배치하고, 2개의 비자성 금속층들은 상호 동일 재질을 가진다. 또한, 강자성체의 두께는 45Å 이하로 설정된다. 두께가 45Å을 상회하면, 강자성체 내에서 수직방향의 자화 용이축의 형성이 곤란해지고, 수직자기이방성을 확보할 수 없다. 따라서, 자계 및 입력 전류를 증가하더라도 감도 특성을 확보할 수 없으며, 선형성이 파괴된다. 또한, 강자성체와 접촉되는 비자성 금속층의 두께는 강자성체의 두께 이하로 설정된다. 이를 통해 뛰어난 선형성과 높은 감도를 가지는 자기 센서를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이상 효과 자기 센서의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1의 이상 효과 홀 센서의 상세 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제조예 1에 따라 강자성층이 두께 변화에 따른 출력 전압의 선형 특성을 도시한 그래프들이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제조예 2에 따라 버퍼층이 두께 변화에 따른 출력 전압의 선형 특성을 도시한 그래프들이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제조예 3에 따라 하부 비자성 금속층의 두께 변화에 따른 출력 전압의 선형 특성을 도시한 그래프들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

실시예

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이상 효과 자기 센서의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 기판(100), 버퍼층(110), 하부 비자성 금속층(120), 강자성층(130) 및 상부 비자성 금속층(140)이 구비된다.

상기 기판(100)은 절연성 재질임이 바람직하며, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있다. 이외 상기 기판(100)은 후 공정에서 버퍼층(110) 내지 상부 비자성 금속층(140)의 형성에서도 물성이 크게 변하지 않는 재질이라면 어느 것이나 사용가능하다 할 것이다.

상기 기판(100) 상에는 버퍼층(110)이 형성된다. 상기 버퍼층(110)은 하부 비자성 금속층(120)의 형성을 용이하게 하기 위해 구비된다. 즉, 절연성 재질의 기판(100) 상에 직접 하부 비자성 금속층(120)을 형성하는 경우, 하부 비자성 금속층(120)은 일정한 격자 상수를 가지지 못하거나 결정립을 형성하지 못해 다결정 구조가 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 버퍼층(110)의 형성을 통해 하부 비자성 금속층(120)은 다결정 상태로 용이하게 형성된다. 상기 버퍼층(110)은 Ta, Ru 또는 Ti 임이 바람직하다.

상기 버퍼층(110) 상에는 하부 비자성 금속층(120)이 형성된다. 하부 비자성 금속층(120)은 다결정 상태이며, 강자성층(130)과의 계면에서 응력을 유발한다. 또한, 강자성층(130)과의 계면에서의 자기적 상호작용에 의해 강자성층(130)의 계면 부위에 수직자기이방성을 유도한다. 상기 하부 비자성 금속층(120)은 Pt 또는 Pd 임이 바람직하다.

상기 하부 비자성 금속층(120) 상에는 강자성층(130)이 형성된다. 강자성층(130)은 CoFeSiB의 합금으로 구성된다. 강자성층(130) 내의 벌크 영역에서는 수직자기이방성과 수평자기이방성이 혼재된 상태이다. 즉, 수직 자화 및 수평 자화가 혼재되고, 수직과 수평의 중간 영역의 자화도 나타난다. 다만, 강자성층(130)의 하부 영역 및 상부 영역은 비자성 금속층들(120, 140)과 인접하거나 접하며, 접하는 영역 부근에서는 수직자기이방성이 우세하게 나타난다. 이는 하부 비자성 금속층(120) 및 상부 비자성 금속층(140)의 두께와 강자성층(130)의 두께에 의해 결정된다. 즉, 소정의 두께 범위를 가지는 경우, 비자성 금속층(120, 140)과 접하는 강자성층(130)의 계면에서는 수직자기이방성이 우세하게 나타난다. 계면에서 나타나는 강한 수직자기이방성은 벌크 영역에 까지 스핀 궤도 상호작용을 유발한다.

스핀 궤도 상호작용에 의해 강자성층(130)은 수직 자화가 자화 용이축으로 설정된다. 따라서, 강자성층(130)에 수직한 방향으로 자계가 인가되는 경우, 수직 방향이 자화 용이축이 되므로 강자성층(130)은 인가되는 자계의 세기에 비례하여 수직자기이방성이 강화되고, 이는 홀 전압으로 나타난다.

상기 강자성층(130) 상에는 상부 비자성 금속층(140)이 형성된다. 상부 비자성 금속층(140)은 Pt 또는 Pd의 재질을 가짐이 바람직하다. 상부 비자성 금속층(140)은 하부의 강자성층(130)의 계면에 수직자기이방성을 유도한다. 유도된 수직자기이방성에 의해 강자성층(130)의 자화 용이축은 수직방향으로 결정된다. 상기 상부 비자성 금속층(140)은 자기 대칭성의 확보를 위해 하부 비자성 금속층(120)과 동일 재질로 구성됨이 바람직하다. 또한, 상부 비자성 금속층(140)이 가지는 두께는 하부 비자성 금속층(120)이 가지는 두께와 동일함이 바람직하다. 이를 통해 자기 대칭성이 확보되고, 강자성층(130)의 벌크 영역에서의 자화 용이축들이 대칭적으로 설정될 수 있으며, 제조되는 홀 센서의 출력 전압인 홀 전압의 오프 셋이 최소화될 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 도 1의 이상 효과 자기 센서의 상세 단면도이다.

도 2를 참조하면, 설명의 편의를 위해 기판 및 버퍼층은 생략된다. 또한, 하부 비자성 금속층(120)과 상부 비자성 금속층(140) 사이에는 강자성층(130)이 구비된다.

하부 비자성 금속층(120)과 접하는 강자성층(130)의 계면으로부터 소정의 영역에는 수직자기이방성이 강화된 제1 용이축 유도층(131)이 형성되고, 상부 비자성 금속층(140)과 접하는 강자성층(130)의 소정 영역에는 제2 용이축 유도층(133)이 형성된다. 2개의 용이축 유도층(131, 133)은 비자성 금속층들(120, 140)과의 계면에서의 상호작용에 의해 형성된다. 다만, 제1 용이축 유도층(131) 및 제2 용이축 유도층(133)은 벌크층(132)과는 동일 재질이며, 수직자기이방성에서는 구분되는 층으로 설명된다. 즉, 제1 용이축 유도층(131)과 제2 용이축 유도층(133)은 수직자기이방성이 우세한 특징을 가지며, 용이축 유도층들(131, 133) 사이의 벌크층(132)은 자화 방향이 등방성이 우세한 특징이 있다.

다만, 제1 용이축 유도층(131) 및 제2 용이축 유도층(133)의 수직 자화에 의해 벌크층(132)에서는 스핀 궤도 상호작용이 일어나며, 이에 따라 벌크층(132)에서의 자화 용이축은 수직 방향으로 설정된다. 따라서, 외부 자계가 강자성층(130)의 평면에 대해 수직 방향으로 인가되면, 벌크층(132)의 등방성은 이방성으로 전환되고, 강자성층(130)의 평면 방향으로 전류가 인가되면, 전류 및 자계의 방향에 수직한 방향으로 홀 전압을 생성한다.

강자성층(130)의 벌크층(132)에 유도되는 수직자기이방성의 크기는 인가되는 자계의 세기에 비례하며, 이를 통해 출력 전압인 홀 전압은 선형성을 확보할 수 있다.

제조예 1 : 강자성층의 두께 변화를 통한 선형 특성

DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 홀 센서를 제작한다. 챔버 내의 증착 압력은 3mTorr 내지 5mTorr로 설정한다. 증착을 위해 각각의 타겟을 배치하고, 건 파워(gun power)를 이용한다. 기판은 SiO2이며, 버퍼층으로는 Ta가 사용되고, 하부 비자성 금속층은 Pt 재질이며, 강자성층은 CoFeSiB이고, 상부 비자성 금속층은 하부 비자성 금속층과 동일한 Pt 재질이다. Ta 타겟에 인가되는 건 파워는 60W, Pt 타겟에 인가되는 건 파워는 60W, CoFeSiB 타겟에 인가되는 건 파워는 80W이다.

상기 조건을 적용하고, 타겟의 스퍼터 시간의 변경을 통해 강자성층의 두께가 변경된 3종의 샘플을 제조한다. SiO2 기판 상에 증착된 Ta 버퍼층의 두께는 50Å, 하부 비자성 금속층인 Pt의 두께는 25Å이며, 상부 비자성 금속층인 Pt의 두께는 25Å이다. 샘플의 분리는 강자성층의 두께에 따라 수행된다. 이는 하기의 표 1로 구분된다.

구분	Ta 두께	하부 비자성 금속층 Pt 두께	CoFeSiB 두께	상부 비자성 금속층 Pt 두께
샘플 1	50Å	25Å	25Å	25Å
샘플 2			35Å
샘플 3			55Å

도 3 내지 도 5는 본 발명의 제조예 1에 따라 강자성층이 두께 변화에 따른 출력 전압의 선형 특성을 도시한 그래프들이다.

샘플들은 정사각형의 형상을 가지며, 최상층인 상부 비자성 금속층의 표면에 전류를 인가하고, 기판의 표면에 수직한 방향으로 자계를 인가한다. 홀 전압은 인가되는 전류의 방향에 수직이고, 인가되는 자계의 방향에 수직한 방향으로 측정된다. 즉, 정사각형의 상부 비자성 금속층에서 마주보는 변들로 전류가 인가되면, 이와 수직한 변들에서 홀 전압이 측정된다. 홀 전압의 측정법은 이하 다른 제조예들에서도 동일하게 적용된다.

도 3을 참조하면, CoFeSiB의 두께가 25Å일 때의 출력 전압인 홀 전압의 선형 특성을 개시한다. 홀 전압은 약 4mV 와 4.8mV 사이에서 뛰어난 선형 특성을 나타낸다.

도 4를 참조하면, CoFeSiB의 두께가 35Å일 때의 홀 전압의 선형 특성이 개시된다. 홀 전압은 -0.6mV 와 0.2 mV 사이에서 뛰어난 선형 특성을 나타낸다. 상기 도 3과 도 4에서 홀 전압의 절대치보다는 선형 특성이 나타나는 홀 전압의 차이값에 주목할 필요가 있다. 이는 두 그래프에서 모드 0.8mV의 값을 가지며 CoFeSiB가 35Å 이하에서 뛰어난 선형 특성을 나타냄을 알 수 있다. 또한, 제조된 다른 샘플에서 CoFeSiB의 두께가 10Å 까지 감소되더라도 동일한 선형 특성을 얻을 수 있었다. 다만, 10Å 미만의 두께에 대한 선형 특성은 제조 장비의 한계로 인해 확인되지 않는다.

도 5를 참조하면, CoFeSiB의 두께가 55Å일 때의 홀 전압의 선형 특성이 개시된다. 0 에스테르(Oe)의 자계의 세기를 중심으로 비선형 특성이 나타나며, 홀 센서로 갖추어야 할 포화 자화(saturation magnetization)이 나타나지 않는다. 따라서, 인가되는 자계를 센싱할 수 있는 특정 범위가 결정되지 않으며, 비선형 특성으로 인해 자계 센서로 사용할 수 없는 것으로 나타난다.

본 제조예에서 확인할 수 있는 사항은 강자성층의 두께에 일정한 제한이 있다는 것이다. 즉, 강자성층의 두께가 55Å에 이르면, 증가된 두께로 인해 강자성층의 수직자기이방성이 손상됨을 알 수 있다. 상부 및 하부에 배치되는 비자성 금속층에 의해 계면 영역에서 수직자기이방성이 나타나더라도 증가된 두께에 의해 벌크층의 두께도 증가하며 자화 용이축의 형성이 어려움을 확인할 수 있다. 그래프로 도시되지는 않았으나, 강자성층의 두께가 45Å을 상회하면 선형성이 악화되고, 포화 자화와 관련된 곡선이 사라지고 선형적인 곡선으로 변한다. 따라서, 강자성층의 두께는 10Å 내지 45Å임이 바람직하다.

또한, 강자성층의 두께는 상부 비자성 금속층 또는 하부 비자성 금속층이 가지는 두께 이상일 필요가 있다. 이는 강자성층을 흐르는 전류량과 관련된 것으로 비자성 금속층을 흐르는 전류에 대해 일정 비율 이상의 전류량이 강자성층에 흐를 필요가 있다. 측정의 한계에 의해 강자성층을 흐르는 전류량을 파악할 수 없으나, 강자성층의 두께는 각각이 비자성 금속층들의 두께 이상의 값을 가질 필요가 있다. 이에 따라 비자성 금속층을 흐르는 전류량에 대해 일정 비율 이상의 전류량이 강자성체에 인가되면, 수직자기이방성에 따른 이상 홀 효과가 나타나고, 홀 전압의 선형성을 확보할 수 있다.

제조예 2 : 버퍼층의 두께 변화를 통한 선형 특성

DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 홀 센서를 제작한다. 홀 센서 제작을 위한 챔버 압력, 타겟에 대한 건 파워는 상기 제조예 1에서 설명된 바와 동일하다. 다만, 하부 비자성 금속층, 강자성층 및 상부 비자성 금속층의 두께는 고정하고, 버퍼층의 두께를 변경하여 3개의 샘플을 제작한다. 제작된 샘플들의 버퍼층의 두께에 따른 구분은 표 2와 같다.

구분	Ta 버퍼층 두께	하부 비자성 금속층 Pt 두께	CoFeSiB 두께	상부 비자성 금속층 Pt 두께
샘플 4	30Å	25Å	35Å	25Å
샘플 5	50Å
샘플 6	70Å

도 6 내지 도 8은 본 발명의 제조예 2에 따라 버퍼층이 두께 변화에 따른 출력 전압의 선형 특성을 도시한 그래프들이다.

도 6을 참조하면, 버퍼층인 Ta의 두께가 30Å일 때의 출력 전압인 홀 전압의 선형 특성을 나타낸다.

또한, 도 7을 참조하면, 버퍼층인 Ta의 두께가 50Å일 때의 출력 전압인 홀 전압의 선형 특성을 나타낸다.

도 6과 도 7에서 Ta의 두께가 50Å 이하의 값을 가지는 경우, 홀 전압은 0 에스테르를 중심으로 대칭적이고 선형적인 특성을 보인다. 따라서, 버퍼층의 두께는 50Å 이하임이 바람직하다. 제조 장비의 한계에 의해 버퍼층인 Ta의 두께는 10Å 까지 설정하여 진행한 결과, 버퍼층이 10Å까지 감소되더라도 선형적인 특성에는 변화가 없는 것으로 확인된다.

도 8을 참조하면, Ta의 두께가 70Å이면, 홀 센서의 선형성이 약해지고, 인가되는 자계의 세기에 대한 홀 전압이 반응도가 떨어진다. 이는 버퍼층이 일정 두께 이상이 되면, 홀 센서의 resolution이 감소하고, 감도가 매우 약해짐을 알 수 있다. 특히, 포화 자화가 완전히 없어지므로 홀 센서로 사용할 수 없는 문제점이 나타난다.

본 제조예에서 버퍼층의 두께가 50Å를 상회하면 홀 전압의 선형성이 약해지고, 센싱 감도가 저하됨을 알 수 있다. 이는 강자성층에서 수직자기이방성 특성이 원활하게 작용하지 않음을 의미한다. 버퍼층의 두께가 50Å를 상회하는 경우, 버퍼층과 하부 비자성 금속층 사이에서 발생되는 응력 또는 스트레스가 버퍼층이 큰 두께로 인해 흡수된다. 따라서, 하부 비자성 금속층이 강자성층과 접하는 계면에서 강자성층에 에너지 형태로 인가되는 스트레스도 감소된다. 이에 따라 수직 자화의 강도가 감소되어 수직자기이방성이 약해진다.

제조예 3 : 하부 비자성 금속층의 두께 변화를 통한 선형 특성

DC 마그네트론 스퍼터를 이용하여 홀 센서를 제작한다. 홀 센서 제작을 위한 챔버 압력, 타겟에 대한 건 파워는 상기 제조예 1에서 설명된 바와 동일하다. 다만, 버퍼층, 강자성층 및 상부 비자성 금속층의 두께는 고정하고, 하부 비자성 금속층의 두께를 변경하여 3개의 샘플을 제작한다. 제작된 샘플들의 버퍼층의 두께에 따른 구분은 표 3와 같다.

구분	Ta 버퍼층 두께	하부 비자성 금속층 Pt 두께	CoFeSiB 두께	상부 비자성 금속층 Pt 두께
샘플 7	30Å	15Å	35Å	25Å
샘플 8		35Å
샘플 9		45Å

도 9 내지 도 11은 본 발명의 제조예 3에 따라 하부 비자성 금속층의 두께 변화에 따른 출력 전압의 선형 특성을 도시한 그래프들이다.

도 9을 참조하면, 하부 비자성 금속층인 Pt의 두께가 15Å일 때의 출력 전압인 홀 전압의 선형 특성이 나타나고, 도 10을 참조하면 하부 비자성 금속층인 Pt의 두께가 35Å인 경우의 홀 전압의 선형 특성이 도시된다.

하부 비자성 금속층의 두께가 강자성층의 두께 이하인 경우, 홀 전압은 선형적인 특성을 보이며, 포화 자화 상태 이전의 선형적 궤적에서 전압차도 상호 동일함을 알 수 있다. 또한, 하부 비자성 금속층의 두께가 작을수록 낮은 값의 자계에서도 홀 전압이 급격히 변하는 것을 알 수 있다. 이는 하부 비자성 금속층의 두께가 작을수록 센싱 감도가 향상됨을 의미한다.

상술한 데이터와 현상은 2가지로 해석된다.

첫째는 하부 비자성 금속층의 구조가 가지는 스트레스 또는 응력이 작은 두께를 가질수록 강자성체의 계면에 크게 작용하고, 이에 따라 강자성체의 수직자기이방성이 강화된 것이다. 즉, 하부 비자성 금속층의 스트레스는 작은 두께를 가질수록 커지며, 이는 강자성체의 계면에 작용하여 강자성층의 제1 용이축 유도층의 수직자기이방성을 강화한다. 따라서, 강자성층의 벌크층에서는 자화 용이축이 증가하며, 인가되는 자계의 세기에 따라 홀 전압이 민감하게 반응하여 감도가 향상되며, 선형성이 개선된다.

둘째는 하부 비자성 금속층의 두께가 강자성층의 두께 이하로 설정되는 경우, 강자성층에는 하부 비자성 금속층을 흐르는 전류량에 대비하여 일정 비율 이상의 전류가 흐른다. 강자성층을 흐르는 전류에 의해 이상 홀 효과가 발생되고, 이상 홀 효과에 의해 선형성이 개선된다.

강자성층에서는 반도체 소재와 달리 기존의 홀 효과와 이상 홀 효과가 동시에 나타난다. 기존의 홀 효과는 인가되는 자기장에 비례하여 홀 전압이 생성된다. 다만, 강자성층은 금속 재질이므로 전류가 공급되더라도 전자의 격자 산란에 의해 기존의 홀 효과가 반도체에 비해 크게 나타나지 않는다. 따라서, 강자성체의 두께를 하부 비자성 금속층의 두께 이상으로 설정하는 경우, 기존이 홀 효과에 의한 홀 전압의 기여도는 감소하거나 미미하게 된다. 다만, 이상 홀 효과에 의한 홀 전압의 기여도는 증가된다. 이는 강자성체 내의 캐리어인 전자의 스핀 분극에 따른 것이다. 강자성체 내에서 캐리어의 이동은 스핀에 의존하며 스핀 궤도 상호작용에 의해 이상 홀 효과가 발생되고, 이를 위해서는 비자성 금속층을 흐르는 전류에 일정 비율 이상의 전류가 흐름을 통해 이상 홀 효과가 극대화됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 강자성체의 상부 및 하부에 비자성 금속층들을 배치하고, 2개의 비자성 금속층들은 상호 동일 재질을 가진다. 또한, 강자성체의 두께는 45Å 이하로 설정된다. 두께가 45Å을 상회하면, 강자성체 내에서 수직방향의 자화 용이축의 형성이 곤란해지고, 수직자기이방성을 확보할 수 없다. 따라서, 자계 및 입력 전류를 증가하더라도 감도 특성을 확보할 수 없으며, 선형성이 파괴된다. 또한, 강자성체와 접촉되는 비자성 금속층의 두께는 강자성체의 두께 이하로 설정된다. 이를 통해 뛰어난 선형성과 높은 감도를 가지는 자기 센서를 얻을 수 있다.

100 : 기판 110 : 버퍼층
120 : 하부 비자성 금속층 130 : 강자성층
140 : 상부 비자성 금속층

Claims (11)

1. 기판 상에 형성되고, 다결정 구조를 가지는 하부 비자성 금속층;
   상기 하부 비자성 금속층 상에 형성되고, 인가되는 자계에 의해 이상 홀 효과가 발생되는 강자성층; 및
   상기 강자성층 상에 형성되고, 다결정 구조를 가지는 상부 비자성 금속층을 포함하는 이상 홀 효과 자기 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 강자성층은 상기 하부 비자성 금속층 또는 상기 상부 비자성 금속층이 가지는 두께 이상의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이상 홀 효과 자기 센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 강자성층은 CoFeSiB를 포함하고, 10Å 내지 45Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이상 홀 효과 자기 센서.
4. 제2항에 있어서, 상기 하부 비자성 금속층 또는 상부 비자성 금속층은 Pt 또는 Pd를 포함하는 것을 특징으로 하는 이상 홀 효과 자기 센서.
5. 제4항에 있어서, 상기 하부 비자성 금속층은 상기 상부 비자성 금속층과 동일 재질이며 Pt를 포함하는 것을 특징으로 하는 이상 홀 효과 자기 센서.
6. 제1항에 있어서, 상기 강자성층은
   상기 하부 비자성 금속층과 접하는 계면 영역에 형성되고, 수직자기이방성이 우세한 제1 용이축 유도층;
   상기 상부 비자성 금속층과 접하는 계면 영역에 형성되고, 수직자기이방성이 우세한 제2 용이축 유도층; 및
   상기 제1 용이축 유도층 및 상기 제2 용이축 유도층 사이에 배치되고, 자화의 등방성이 우세한 벌크층을 포함하고,
   상기 제1 용이축 유도층, 상기 제2 용이축 유도층 및 상기 벌크층은 동일 재질인 것을 특징으로 하는 이상 홀 효과 자기 센서.
7. 제6항에 있어서, 상기 벌크층은 상기 제1 용이축 유도층 또는 상기 제2 용이축 유도층의 수직 자화에 의한 영향으로 상기 강자성층의 수직한 방향의 자화 용이축을 가지는 것을 특징으롱 하는 이상 홀 효과 자기 센서.
8. 제6항에 있어서, 상기 강자성층의 계면에 수직한 방향으로 인가되는 자계의 세기에 비례하여 홀 전압이 형성되는 것을 특징으로 하는 이상 홀 효과 자기 센서.
9. 제1항에 있어서, 상기 기판과 상기 하부 비자성 금속층 사이에는 상기 하부 비자성 금속층의 다결정 구조의 형성을 유도하기 위한 버퍼층이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 이상 홀 효과 자기 센서.
10. 제9항에 있어서, 상기 버퍼층은 10Å 내지 50Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 이상 홀 효과 자기 센서.
11. 제10항에 있어서, 상기 버퍼층은 Ta, Ru 또는 Ti를 포함하는 것을 특징으로 하는 이상 홀 효과 자기 센서.

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