KR20230158496A - 고감도 및 낮은 제로 필드 오프셋 시프트를 갖는 자기저항 소자 및 자기 센서 장치 - Google Patents

고감도 및 낮은 제로 필드 오프셋 시프트를 갖는 자기저항 소자 및 자기 센서 장치 Download PDF

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KR20230158496A
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barrier layer
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제프리 칠드레스
안드리 티모피브
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크로커스 테크놀러지 에스에이
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Abstract

자기저항 소자(2)는 고정된 기준 자화(210)를 갖는 강자성 기준층(21)과 자유 감지 자화(230)를 갖는 강자성 감지층(23) 사이에 포함된 터널 장벽층(22)을 포함한다. 감지 자화(230)는 강자성 재료 구성과 인가된 자기장이 없을 때 안정적인 소용돌이 구성을 포함한다. 강자성 재료 조성은 감지층(23)의 두께에 걸쳐 터널 장벽층(22) 근처에서 자화가 더 높은 조성으로부터 터널 장벽층(22)에서 먼 곳에 자화가 더 낮은 조성으로 변하여, 그 결과 감지 자화(230) 및 감지층(23)의 강자성 교환 강도가 터널 장벽층(22)에서 먼 곳보다 터널 장벽층(22) 근처에서 더 높게 된다.

Description

고감도 및 낮은 제로 필드 오프셋 시프트를 갖는 자기저항 소자 및 자기 센서 장치
본 발명은 외부 자기장을 감지하도록 구성되고, 넓은 선형 응답을 가지며, 자기저항 소자가 높은 자기장을 받은 후에도 실질적으로 변하지 않는 공칭 성능을 갖는 자기저항 소자에 관한 것이다. 본 개시는 또한 복수의 자기저항 소자를 포함하는 자기 센서 장치에 관한 것이다.
종래의 자기저항 센서 소자는 전형적으로 기준 자화를 갖는 강자성 기준층, 평균 자유 감지 자화를 갖는 강자성 감지층, 및 기준 및 감지 강자성층 사이의 터널 장벽층을 포함한다. 감지 자화는 기준 자화가 실질적으로 방해받지 않은 상태로 유지되는 동안 외부 자기장으로 지향될 수 있다. 따라서, 자기저항 센서 소자의 저항을 측정함으로써 외부 자기장을 감지할 수 있다. 저항은 기준 자화에 대한 평균 감지 자화의 방향과 크기에 따라 달라진다.
감지 자화는 안정적인 소용돌이 구성을 포함할 수 있다. 소용돌이 구성에서, 자화는 감지층의 가장자리를 따라 그리고 외부 자기장에 따라 가역적으로 이동할 수 있는 코어 주위의 원형 경로로 컬링된다. 소용돌이 구성은 자기저항 센서 소자의 실제 크기와 감지층의 두께에 대해 외부 자기장의 넓은 크기 범위에서 선형 및 비이력(non-hysteretic) 동작을 제공한다. 따라서, 소용돌이 구성은 자기 센서 응용 분야에 유리하다.
소용돌이 기반 자기저항 센서는 일반적으로 낮은 자기장, 예를 들어 100mT 미만의 외부 자기장에서 작동한다. 소용돌이 기반 자기저항 센서의 성능은 높은 자기장에 노출된 후 종종 가감되는 데, 왜냐하면 그러한 높은 자기장은 소용돌이 구성이 더 이상 존재하지 않는 센서 자유층 자화를 충분히 포화시킬 수 있기 때문이다. 이러한 소용돌이 소멸 또는 "축출"은 예를 들어 자기 신뢰성 테스트 중에 자주 사용되는 200mT 이상의 자기장에서 발생할 수 있다. 소용돌이 기반 자기저항 센서가 이러한 높은 자기장에 노출되면, 낮은 자기장에서 센서 자기 구성의 세부 사항이 수정될 수 있으므로, 낮은 자기장 측정에서 정확도를 감소시키는 제로 필드 오프셋 시프트가 발생하는 경향이 있다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명은 고정된 기준 자화를 갖는 강자성 기준층과 자유 감지 자화를 갖는 강자성 감지층 사이에 포함된 터널 장벽층을 포함하는 자기저항 소자에 관한 것이다. 감지 자화는 강자성 재료 조성과 인가된 자기장이 없는 안정적인 소용돌이 구성을 포함한다. 강자성 재료 조성은 감지층의 감지 자화 및 강자성 교환 강도가 터널 장벽층에서 먼 곳보다 터널 장벽층 근처에서 더 높아지는 방식으로 감지층의 두께에 따라 변한다. 강자성 재료 조성은 감지 자화 및 감지층의 강자성 교환 강도가 터널 장벽층에서 먼 곳보다 터널 장벽층 근처에서 더 높은 식으로 감지층의 두께에 걸쳐 변한다.
본 개시는 또한 복수의 자기저항 소자를 포함하는 자기 센서 장치에 관한 것이다.
본 기술 분야에 공지된 것과 관련하여, 본 명세서에 개시된 자기저항 소자는 높은 감도를 가지면서 감소된 제로 필드 오프셋 시프트를 갖는다. 자기 센서 장치는 공칭 성능에 큰 변화 없이 높은 자기장에 노출될 수 있다.
본 발명의 내용에 포함됨.
본 발명의 예시적인 실시예가 명세서에 개시되어 있으며 도면에 의해 예시된다.
도 1은 실시예에 따른, 감지층을 포함하는 자기저항 소자를 개략적으로 예시한다.
도 2는 일 실시예에 따른, 감지층의 두께에 걸쳐 조성 구배를 갖는 강자성 재료를 포함하는 감지층을 나타낸다.
도 3은 실시예에 따른 다층 구조를 포함하는 감지층을 나타낸다.
도 4는 다른 실시예에 따른 다층 구조를 포함하는 감지층을 나타낸다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 다층 구조를 포함하는 감지층을 나타낸다.
도 6은 자기저항 소자에 대해 측정된 실험 데이터를 보고한다.
도 7은 풀 브리지 구성으로 배열된 복수의 자기저항 소자를 포함하는 자기 센서 장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 자기저항 소자(2)가 실시예에 따라 표현된다. 자기저항 소자(2)는 고정된 기준 자화(210)를 갖는 강자성 기준층(21)과 자유 감지 자화(230)를 갖는 강자성 감지층(23) 사이에 포함된 터널 장벽층(22)을 포함한다. 감지 자화(230)는 기준 자화(210)가 실질적으로 교란되지 않은 상태로 유지되면서 평균 자화가 외부 자기장(60) 방향으로 지향될 수 있다. 따라서, 자기저항 센서 소자(2)의 저항을 측정함으로써 외부 자기장(60)을 감지할 수 있다. 저항은 기준 자화(210)에 대한 감지 자화(230)의 평균 방향에 따라 달라진다.
바람직한 구성에서, 감지 자화(230)는 인가된 자기장이 없을 때 안정한 소용돌이 구성을 포함한다. 소용돌이 구성은 감지층(23)의 가장자리를 따라 그리고 코어(231) 주위의 원형 경로를 따르는 자화로 구성되며, 코어의 위치는 외부 자기장(60)에 따라 가역적으로 이동될 수 있다. 자기저항 센서 소자(2)의 주어진 측면 치수에 대해, 감지층(23)의 두께는 감지층(23)이 인가된 자기장이 없을 때 안정적인 소용돌이 구성 자화를 갖도록 선택된다.
도 1의 예에서, 기준 자화(210)는 기준층(21)의 평면에서 실질적으로 길이방향으로 배향된다. 자기저항 소자(2)는 기준층(21)을 교환 결합하도록 구성된 기준 고정층(25)을 포함할 수 있다. 기준 고정층(25)이 존재하는 경우, 기준 자화(210)의 배향은 기준 고정층(25)과 기준층(21) 사이의 (교환 바이어스를 생성하는) 교환 결합에 의해 결정된다. 기준 고정층(25)은 반강자성체(AFM)를 포함할 수 있다. 기준층(21)은 합성 반강자성체(SAF)를 포함할 수 있다.
실시예에서, 감지층(23)은 강자성 재료를 포함하거나 강자성 재료로 형성된다. 강자성 재료의 화학적 조성은 감지층(23)의 두께에 걸쳐 터널 장벽층(22) 근처에서 자화가 더 높은 조성으로부터 터널 장벽층(22)에서 떨어진 곳에 자화가 더 낮은 조성으로 변한다.
강자성 재료의 특정 화학 조성을 통해 고감도 자화(230)가 제공된다. 여기서, "자화"라는 표현은 "포화 자화" 또는 "자발적 자화"와 무관하게 사용되며, 포화 자화는 통상적으로 최대 유도 자기 모멘트를 의미한다. 높은 감지 자화(230)를 생성하는 강자성 재료 조성은 높은 강자성 교환 강도를 제공한다. 강자성 교환 강도는 감지 자화(230)를 변경하고, 따라서 강자성 재료의 화학적 조성을 변경함으로써 조정될 수 있다.
감지층(23)의 두께에 걸쳐 강자성 재료 조성이 변함으로 인해 감지층의 두께에 걸쳐 자기 특성이 변하게 된다. 여기서, 감지층(23)은 감지층(23)의 감지 자화(230) 및 강자성 교환 강도가 터널 장벽층(22)에서 멀어질 때보다 터널 장벽층(22) 근처에서 더 커지도록 구성된다.
도 2에 도시된 일 양태에서, 강자성 재료 조성은 감지층(23)의 두께에 걸쳐 조성 구배(composition gradient)를 포함한다. 조성 구배는 감지층(23)의 두께에 걸쳐 선형 또는 비선형일 수 있다. 여기서, 감지층(23)은 조성 구배를 갖는 단일 층을 포함하는 것으로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 또 다른 양태에서, 감지층(23)은 다층 구조를 포함한다. 다층 구조는 터널 장벽층(22) 근처에 있고 높은 자화를 초래하는 화학적 조성을 갖는 제1 서브층(232a)을 포함할 수 있다. 다층 구조는 터널 장벽층(22)으로부터 떨어져 있고 더 낮은 자화를 초래하는 화학적 조성을 갖는 제2 서브층(232b)을 더 포함할 수 있다.
다층 구조는 2개 이상의 서브층을 포함할 수 있다. 도 4의 예에서, 감지층(23)은 터널 장벽층(22) 근처에 높은 자화를 초래하는 화학적 조성을 갖는 제1 서브층(232a)을 포함한다. 감지층(23)은 터널 장벽층(22)으로부터 떨어져 있고 낮은 자화를 초래하는 화학적 조성을 갖는 제2 서브층(232b)을 더 포함한다. 중간 서브층(232)은 제1 및 제2 서브층(232a, 232b) 사이에 포함된다. 중간 서브층(232)은 서브층 두께에 걸쳐 변하거나 일정한 강자성 재료 조성을 가질 수 있다. 중간 서브층(232)의 강자성 재료는 제1 서브층(232a)의 강자성 재료의 자화보다 낮고 제2 서브층(232b)의 자화보다 높은 자화를 초래하는 화학적 조성을 가질 수 있다.
도 5는 다층 구조가 3개 이상의 서브층(232, 232a, 232b)을 포함하는 감지층(23)을 도시한다. 강자성 재료 조성은 각각의 서브층(232, 232a, 232b)의 두께에 걸쳐 일정할 수 있다. 그러한 구성에서, 터널 장벽층(22)에 가까운 감지층(23) 영역과 터널 장벽층(22)에서 먼 감지층(23) 영역 사이의 강자성 재료의 화학적 조성의 변화는 서로 다른 서브층(232, 232a, 232b)들 사이에서 강자성 재료의 화학적 조성을 변화시킴으로써 얻어질 수 있다. 대안으로, 강자성 재료의 화학적 조성은 각각의 서브층(232, 232a, 232b)의 두께에 걸쳐, 또는 적어도 다층 구조에 포함된 서브층(232, 232a, 232b) 중 하나의 두께에 걸쳐 변할 수 있다.
제1 서브층(232a) 및 제2 서브층(232b) 각각은 서브층(232a, 232b)의 두께에 걸쳐 일정한 조성을 가질 수 있다. 여기서, 강자성 재료 자화의 변화는 자화가 높아지는 화학 조성을 갖는 제1 서브층(232a)과, 자화가 낮아지는 화학 조성을 갖는 제2 서브층(232b)에 의해 얻어질 수 있다.
대안으로, 제1 또는 제2 서브층(232a, 232b) 중 적어도 하나, 또는 제1 및 제2 서브층(232a, 232b) 모두는 서브층 두께에 걸쳐 변조되는 강자성 재료 조성을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 5에서, 터널 장벽층(22)에 가까운 감지층(23)의 제1 부분은 참조부호 23a로 표시되고, 터널 장벽층(22)으로부터 먼 감지층(23)의 제2 부분(23b)은 참조부호 23b로 표시된다. 모든 구성에서, 강자성 재료 조성은 감지층(23)의 두께에 걸쳐 터널 장벽층(22) 근처(제1 부분(23a))에서 더 높은 자화를 초래하는 조성에서부터 터널 장벽층(22)에서 먼 곳(제2 부분(23b))에 더 낮은 자화를 초래하는 조성으로 변한다.
일부 실시예에서, 감지층(23)의 제1 부분(23a)의 감지 자화(230)는 감지층(23)의 제2 부분(23b)의 감지 자화(230)보다 적어도 30% 더 높다. 제1 및 제2 부분(23a, 23b)은 감지층(23)의 두께의 약 1/3에 해당할 수 있다. (도 1 내지 도 5의 예시적인 구성과 같이) 감지층(23)의 구성에 따라, 제1 및 제2 부분(23a, 23b)은 단일층에 포함되거나 감지층(23)의 다층 구조의 하나 이상의 서브층 중 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기준층 및 감지층(21, 23)은 코발트("Co"), 철("Fe") 또는 니켈("Ni")과 같은 강자성 재료를 포함하거나 이들 기반 합금 및 바람직하게는 CoFe, NiFe 또는 CoFeB 기반 합금으로 형성될 수 있다. 기준층(21)의 두께는 2 nm 내지 10 nm 일 수 있다. 기준 및 감지 자화(210, 230)는 층(21, 23)의 평면에 실질적으로 평행한(도 1에 도시된 바와 같이 평면 내) 및/또는 층(21, 23)의 평면에 실질적으로 수직인(평면 밖) 자기 이방성을 가질 수 있다.
터널 장벽(22)은 절연 재료를 포함할 수 있다. 적합한 절연 재료에는 산화알루미늄(예를 들어, Al2O3) 및 산화마그네슘(예를 들어, MgO)과 같은 산화물이 포함된다. 터널 장벽층(22)의 두께는 약 1 nm 내지 약 3 nm와 같은 nm 범위일 수 있다.
바람직한 실시예에서, 감지층(23)은 CoFe, NiFe 또는 CoFeB 기반 합금을 단독으로 또는 조합하여 포함하는 강자성 재료를 포함하거나 이들로 형성된다.
일 실시예에서, 강자성 재료는 CoFe 및 NiFe 기반 합금을 포함하는 혼합물을 포함하며, NiFe에 대한 CoFe의 농도는 터널 장벽층(22) 근처에서 더 높고 터널 장벽층(22)에서 멀어질수록 더 낮다. 일 양태에서, 감지층(23)은 강자성 재료 조성이 감지층(23)의 두께에 걸쳐 터널 장벽층(22) 근처의 NiFe 기반 합금의 농도보다 높은 CoFe 기반 합금의 농도부터 터널 장벽층(22)에서 먼 NiFe 기반 합금의 농도보다 낮은 CoFe 기반 합금의 농도까지 변한다. 다른 양태에서, NiFe에 대한 CoFe의 농도는 제1 부분(23a)에서 더 높고 제2 부분(23b)에서 더 낮을 수 있다. 일 양태에서, 제1 부분(23a)의 강자성 재료 조성은 적어도 95 부피%의 CoFe 기반 합금을 포함할 수 있고, 제2 부분(23b)은 적어도 95부피%의 NiFe 기반 합금을 포함할 수 있다. 추가 양태에서, 제1 부분(23a)은 감지층(23) 두께의 약 75%의 두께를 가질 수 있고, 제2 부분(23b)은 감지층(23) 두께의 약 25%의 두께를 가질 수 있다. 제1 부분(23a) 대 제2 부분(23b)의 상이한 두께 비(比)도 고려될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 자기저항 소자(2)는 감지층(23)과 터널 장벽층(22) 사이에 인터페이스층(24)을 포함할 수 있다. 인터페이스층(24)은 자기저항 소자의 터널링 자기저항(TMR)을 증가시키도록 구성된다. 보다 구체적으로, 인터페이스층(24)은 CoFe 또는 CoFeB 합금을 포함할 수 있고 두께가 1 nm 내지 3 nm 일 수 있다. 바람직하게는, 터널 장벽층(22)은 MgO를 포함한다.
도 6은 측면 치수(직경)가 450nm이고 MgO 터널 장벽층(22), SAF 구조를 포함하는 기준층(21) 및 평면 내 기준 자화(210)를 포함하는 자기저항 소자에 대해 측정된 실험 데이터를 보고한다. 기준 자화(210)는 반강자성층(25)에 의해 고정된다. 감지층(23)의 두께 전체에 걸쳐 일정한 강자성 재료 조성을 갖고 50 부피%의 CoFe 및 NiFe 기반 합금(A) 또는 75 부피%의 CoFe 및 NiFe계 합금(B)을 갖는 감지층(23)에 대해 측정을 수행했다. 또한 감지층(23)의 두께 전체에 걸쳐 다양한 강자성 재료 조성을 갖고 터널 장벽층(22) 근처에 75부피%의 CoFe(C)를 갖는 감지층(23)에 대해 측정을 수행했다.
도 6은 CoFe 기반 합금의 부피%가 NiFe 기반 합금의 부피%에 비해 증가할 때 총 감지 자화(230)에 따라 감도가 감소함을 나타낸다. 층 두께에 걸쳐 일정한 강자성 재료 조성을 갖고 75 부피%의 CoFe 기반 합금을 포함하는 감지층(23)의 경우, 약 1.75 mV/V/mT의 감도 및 약 5 mV/V를 중심으로 하는 오프셋 시프트가 측정된다. 층 두께에 따라 변하는 강자성 재료 조성을 갖고 제1 부분(23a)이 약 75 부피%의 CoFe의 강자성 재료 조성을 포함하는 감지층(23)의 경우, 감도는 층 두께에 걸쳐 일정하며 75 부피%의 CoFe 기반 합금을 포함하는 강자성 재료 조성에 대해 측정된 감도와 유사하다. 그러나, (0mV/V를 중심으로) 훨씬 낮은 오프셋 이동이 측정된다.
감지층(23)의 두께에 따라 변화하는 강자성 재료의 조성을 갖는 감지층(23)은 다양한 제조 방법을 사용하여 얻어질 수 있다. 예를 들어, 감지층(23)은 연속적인 합금화, 다층의 형성, 비자성 재료와의 합금화 또는 적층, 또는 비자성 재료와의 합금화 또는 적층과 같은 적층과 합금의 조합을 사용하여 형성될 수 있다. 감지 자화(230) 및 강자성 교환 강도를 감소시키는 한 가지 방법은 비자성 전이 금속에 의한 강자성 재료의 희석이다. 감지층(23)의 두께에 걸쳐 강자성 재료의 조성 구배는 두께에 걸쳐 희석 구배를 갖는 단상 강자성 재료로 얻어질 수 있다. 감지층(23)의 바람직한 제조 방법은 적층 및 공증착을 포함한다.
증착 방법은 화학 기상 증착(예를 들어, CVD, MOCVD 등), 분자 빔 에피택시(MBE), 펄스 레이저 증착(PLD), 및 스퍼터링(예를 들어, RF 스퍼터링 및 DC 스퍼터링)을 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 실시예에서, 자기 센서 장치(50)는 복수의 자기저항 소자(2)를 포함한다. 도 7은 풀 브리지 구성으로 배열된 자기 센서 장치(50)를 도시하지만, 자기 센서 장치의 다른 구성, 예를 들어 하프 브리지(50)도 고려될 수 있다.
본 명세서에 개시된 자기저항소자(2)는 양호한 감도를 가지면서 감소된 제로 필드 오프셋 시프트를 갖는다. 자기저항 소자(2)는 자기 센서 장치가 높은 자기장에 노출된 후에도 제로 필드 오프셋 시프트가 감소된 자기 센서 장치에 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 자기 센서 장치는 공칭 성능에 큰 변화 없이 자기 신뢰성 테스트 중에 사용되는 200mT보다 큰 자기장과 같은 높은 자기장에 노출될 수 있다.
2 자기저항 소자
21 기준층
210 기준 자화
22 터널 장벽층
23 감지층
23a 감지층의 제1 부분
23b 감지층의 제2 부분
230 감지 자화
231 코어
232 서브층
232a, 232b 서브층
24 인터페이스층
25 반강자성층
50 자기 센서 장치
60 외부 자기장

Claims (15)

  1. 고정된 기준 자화(210)를 갖는 강자성 기준층(21)과 인가된 자기장이 없을 때 강자성 재료 조성 및 안정적인 소용돌이 구성을 포함하는 자유 감지 자화(230)를 갖는 강자성 감지층(23) 사이에 포함된 터널 장벽층(22)을 포함하는 자기저항 소자(2)로서,
    강자성 재료 조성은 감지층(23)의 두께에 걸쳐 터널 장벽층(22) 근처에 자화가 더 높은 조성으로부터 터널 장벽층(22)에서 먼 곳에 자화가 더 낮은 조성으로 변하여, 그 결과 감지 자화(230) 및 감지층(23)의 강자성 교환 강도가 터널 장벽층(22)에서 먼 곳보다 터널 장벽층(22) 근처에서 더 높은 것을 특징으로 하는 자기저항 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    강자성 재료 조성은 감지층(23)의 두께에 걸쳐 조성 구배(composition gradient)를 포함하는 자기저항 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    감지층(23)은 터널 장벽층(22) 근처에 있고 자화가 더 큰 조성을 갖는 제1 서브층(232a)과, 터널 장벽층에서 멀리 있고 자화가 더 낮은 조성을 갖는 제2 서브층(232b)을 포함하는 다층 구조를 포함하는 자기저항 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    다층 구조는 2개 이상의 서브층(232a, 232b, 232)을 포함하는 자기저항 소자.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    각 서브층(232, 232a, 232b)은 서브층의 두께에 걸쳐 일정한 조성을 갖고, 상기 일정한 조성은 다른 서브층(232, 232a, 232b) 사이에서 변하는 자기저항 소자.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    서브층(232, 232a, 232b) 중 적어도 하나는 서브층의 두께에 따라 변하는 조성을 갖는 자기저항 소자.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    터널 장벽층(22) 근처에 있는 감지층(23)의 제1 부분(23a)의 감지 자화(230)가 터널 장벽층(22)에서 먼 감지층(23)의 제2 부분(23b)의 감지 자화(230)보다 적어도 30% 더 높은 자기저항 소자.
  8. 제7항에 있어서,
    제1 및 제2 부분(23a, 23b)은 감지층(23) 두께의 약 1/3에 해당하는 자기저항 소자.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    강자성 재료는 CoFe, CoFeB 또는 NiFe 기반 합금을 포함하는 자기저항 소자.
  10. 제9항에 있어서,
    강자성 재료는 CoFe 및 NiFe 기반 합금을 포함하고;
    NiFe에 대한 CoFe의 농도는 터널 장벽층(22) 근처에서 더 높고 터널 장벽층(22)에서 멀수록 더 낮은 자기저항 소자.
  11. 제7항 또는 제10항에 있어서,
    NiFe에 대한 CoFe의 농도는 제1 부분(23a)에서 더 높고 제2 부분(23b)에서 더 낮은 자기저항 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    제1 부분(23a)의 두께는 감지층(23) 두께의 약 75%인 자기저항 소자.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    감지층(23)과 터널 장벽층(22) 사이에 인터페이스층(24)을 포함하고, 인터페이스층(24)은 CoFe 또는 CoFeB 합금을 포함하며 두께가 1 nm 내지 3 nm인 자기저항 소자.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 복수의 자기저항 소자(2)를 포함하는 자기 센서 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    하프 브리지 또는 풀 브리지 구성으로 배열되는 자기 센서 장치.
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WO2009054062A1 (ja) * 2007-10-26 2009-04-30 Canon Anelva Corporation サンドイッチ構造の磁化自由層を有する磁気トンネル接合素子
US20200333407A1 (en) * 2019-04-18 2020-10-22 Nxp B.V. Magnetic field sensor, system, and method for speed measurement
EP3862769A1 (en) * 2020-02-07 2021-08-11 Crocus Technology S.A. Magnetoresistive sensor element having compensated temperature coefficient of sensitivity and method for manufacturing said element

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