RU2391747C1 - Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент - Google Patents
Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU2391747C1 RU2391747C1 RU2009110331/09A RU2009110331A RU2391747C1 RU 2391747 C1 RU2391747 C1 RU 2391747C1 RU 2009110331/09 A RU2009110331/09 A RU 2009110331/09A RU 2009110331 A RU2009110331 A RU 2009110331A RU 2391747 C1 RU2391747 C1 RU 2391747C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thin
- film
- frequency
- strip
- nanoelement
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Hall/Mr Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области магнитных наноэлементов на основе многослойных металлических наноструктур с магниторезистивным эффектом и может быть использовано для преобразования высокочастотного магнитного поля в электрический сигнал. Технический результат - создание высокочастотного магниточувствительного наноэлемента на основе тонкопленочных резистивных полосок, обладающего требуемой амплитудо-частотной характеристикой (АЧХ) и высокими техническими характеристиками. Указанный технический результат достигается тем, что в высокочастотном магниточувствительном наноэлементе, содержащем подложку с диэлектрическим слоем, верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка с осью легкого намагничивания, направленной под углом к продольной оси тонкопленочной магниторезистивной полоски, над тонкопленочной магниторезистивной полоской сформирован первый изолирующий слой с планарным проводником, закрытым вторым изолирующим слоем, поверх которого расположен поверхностный защитный слой, тонкопленочная магниторезистивная полоска состоит из тонкопленочных магниторезистивных участков различной ширины и длины, причем длина и ширина указанных тонкопленочных магниторезистивных участков разнится в пределах от полутора до трех раз. 5 ил.
Description
Изобретение относится к области магнитных наноэлементов на основе многослойных металлических наноструктур с магниторезистивным эффектом и может быть использовано для преобразования высокочастотного магнитного поля в электрический сигнал.
Известны высокочастотные магниторезистивные головки считывания для магнитных дисков и цифровые гальванические развязки (http://www.nve.com). В этих устройствах используется магниточувствительный наноэлемент в виде магниторезистивной полоски на основе многослойной ферромагнитной наноструктуры. Особенностями этих наноэлементов являются большая величина считываемого магнитного поля и его импульсный характер. Таким образом, от подобных магниточувствительных наноэлементов не требуются линейность вольт-эрстедной характеристики (ВЭХ) и высокая чувствительность.
Известен высокочастотный магниточувствительный наноэлемент на основе тонкопленочной магниторезистивной полоски (С.И.Касаткин, Д.В.Вагин, О.П.Поляков, П.А.Поляков, Частотные характеристики однослойных анизотропных магниторезистивных наноэлементов // АиТ. 2008. №10. С.168-175) с осью легкого намагничивания (ОЛН), направленной под углом к длине полоски. Недостатком амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) подобных наноэлементов является ее пиковый характер, что приводит к небольшому частотному диапазону характеристики.
Задачей, поставленной и решаемой настоящим изобретением, является создание высокочастотного магниточувствительного наноэлемента с заданной амплитудно-частотной характеристикой на основе магниторезистивной наноструктуры с планарным протеканием сенсорного тока.
Указанный технический результат достигается тем, что в высокочастотном магниточувствительном наноэлементе, содержащем подложку с диэлектрическим слоем, верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка с осью легкого намагничивания, направленной под углом к продольной оси тонкопленочной магниторезистивной полоски, над тонкопленочной магниторезистивной полоской сформирован первый изолирующий слой с планарным проводником, закрытым вторым изолирующим слоем, поверх которого расположен поверхностный защитный слой, тонкопленочная магниторезистивная полоска состоит из тонкопленочных магниторезистивных участков различной ширины и длины, причем длина и ширина указанных тонкопленочных магниторезистивных участков разнится в пределах от полутора до трех раз.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что тонкопленочная магниторезистивная полоска с ОЛН, направленной под углом к ее длине, обладает АЧХ в виде пика, при этом положение пика, амплитуда и его форма зависят от топологии тонкопленочной магниторезистивной полоски. Соединяя тонкопленочные магниторезистивные полоски различной длины и ширины, можно изменять форму АЧХ и обеспечить ее заранее заданный вид. При этом направление ОЛН ферромагнитной пленки под углом к длинным сторонам тонкопленочной магниторезистивной полоски позволяет формировать заданную АЧХ без применения дополнительного постоянного магнитного поля.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 представлен высокочастотный магниточувствительный наноэлемент в разрезе; на фиг.2 показана конструкция высокочастотного магниточувствительного наноэлемента, вид сверху; на фиг.3 приведены теоретические АЧХ анизотропной магниторезистивной полоски с шириной 10 и 30 мкм, на фиг.4 приведены теоретические АЧХ анизотропной магниторезистивной полоски с шириной 10 и 20 мкм; на фиг.5 приведена теоретическая АЧХ высокочастотного магниточувствительного наноэлемента с тонкопленочными магниторезистивными полосками шириной 10 и 30 мкм.
Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент содержит подложку 1 (фиг.1) с диэлектрическим слоем 2, тонкопленочную магниторезистивную полоску, содержащую верхний 3 и нижний защитные 4 слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка 5. Поверх тонкопленочной магниторезистивной полоски расположен первый изолирующий слой 6, на котором сформирован проводник 7 с рабочей частью, расположенной над тонкопленочной магниторезистивной полоской. Выше расположен верхний защитный слой 8.
Конструктивно высокочастотный магниточувствительный наноэлемент состоит из тонкопленочной магниторезистивной полоски, состоящей из нескольких участков различной длины и ширины 8, 9 (фиг.2) с присоединенными низкорезистивными перемычками 10, 11. Над тонкопленочной магниторезистивной полоской расположен проводник set/reset 12 для устранения влияния гистерезиса.
Высокочастотные свойства ферромагнитной пленки определяются проявлением ферромагнитного резонанса. Теоретические исследования ферромагнитных пленок показывают, что пик f0 ее частотной характеристики определяется ферромагнитным резонансом и равен
где γ - гиромагнитное отношение, Ms - намагниченность насыщения, Н0 - постоянное магнитное поле, Hk - поле магнитной анизотропии. Знак «+» соответствует случаю совпадения направления оси легкого намагничивания (ОЛН) ферромагнитной пленки и Н0, «-» - когда ОЛН перпендикулярна Н0. Из (1) следует, что существует низкочастотный резонанс при перпендикулярном расположении ОЛН и Н0, что позволяет изучать резонансное поведение ферромагнитных пленок при низких частотах и установить связь с квазистатическими измерениями. Экспериментальные исследования частотных характеристик FeNiCoB пленок показали, что f0 достигает 2-3 ГГц.
Для МР полосок появляется влияние размагничивающих магнитных полей
где NX - размагничивающий фактор вдоль длины полоски, NY - вдоль ширины полоски, NZ - перпендикулярно плоскости пленки. Из (2) следует, что f0 определяется Hk, Н0 и размагничивающими магнитными полями. Экспериментальные исследования частотных характеристик полосок на основе пермаллоя и Fe для совпадения направлений ОЛН и Н0 показали, что f0 достигает 4 и 11 ГГц соответственно.
Ввиду того, что при использовании планарной мультичипной технологии в рамках одного чипа можно менять только размеры анизотропной магниторезистивной полоски, представляет интерес рассмотреть частотные характеристики однослойных анизотропных магниторезистивных FeNiCo6 полосок с различными ширинами при малом внешнем переменном магнитном поле h (h<<Hk) для случая, когда h перпендикулярно длине полоски. Ток через полоску 1 мА. Проанализируем свойства однослойной FeNiCo6 полоски с Ms=900 Гс, Hk=10 Э, направленным под углом 60° к длине полоски при воздействии переменного магнитного поля с h=0,01 Э, величиной анизотропного магниторезистивного эффекта Δρ/ρ=2%. На фиг.3 приведены частотные характеристики AMP полоски с толщиной ферромагнитной пленки δ=25 нм для ширины полоски 10 и 30 мкм, длина полосок - 130 и 100 мкм соответственно. Видно, что характеристики представляют собой пики приблизительно одинаковой амплитуды, при этом существует сильная зависимость положения и амплитуды пика от ширины полоски. Пики расположены на 0,8 и 1,5 ГГц для ширины тонкопленочной магниторезистивной полоски 30 и 10 мкм соответственно. Отношение амплитуды сигнала в пике и постоянного h достигает 3. Амплитуда пика для ширины полоски 30 мкм втрое больше амплитуды пика для ширины полоски 10 мкм. Увеличение значения f0 и уменьшение амплитуды пиков с уменьшением ширины ферромагнитной пленки полоски объясняется увеличением размагничивающих магнитных полей на краях полоски в соответствии с (2) и уменьшением чувствительности полоски. Амплитуда пика прямо пропорциональна длине полоски с фиксированной шириной, а положение пика определяется величиной ширины этой полоски. На фиг.4 приведены частотные характеристики AMP полоски с толщиной ферромагнитной пленки δ=25 нм для ширины полоски 10 и 20 мкм, длина полосок - 130 и 100 мкм соответственно. Видно, что пик сигнала полоски шириной 20 мкм находится на частоте около 1,0 ГГц. Эти зависимости позволяют, в определенных пределах, формировать заранее заданную АЧХ высокочастотного магниточувствительного наноэлемента.
На фиг.5 приведена АЧХ высокочастотного магниточувствительного наноэлемента, состоящего из двух тонкопленочных магниторезистивных полосок длиной 100 мкм и шириной 10 и 30 мкм, толщиной 25 нм. Видно, что АЧХ содержит приблизительно равные пики, что позволяет расширять АЧХ высокочастотного магниточувствительного наноэлемента до диапазона приблизительно 0,7-1,7 ГГц по уровню 0,7.
Перед началом работы векторы намагниченности ферромагнитной пленки 5 в тонкопленочных магниторезистивных полосках 8, 9 повернуты приблизительно вдоль ОЛН, развернутой на 45° относительно длины полоски. Такое направление векторов намагниченности соответствует максимальной чувствительности высокочастотного магниточувствительного наноэлемента. Периодически в проводник 7 подается импульс set/reset одной полярности, магнитное поле которого приводит векторы намагниченности тонкопленочных магниторезистивных полосок 8, 9 в одинаковое магнитное состояние и устраняет тем самым влияние гистерезиса на результаты измерения.
Для преобразования высокочастотного магнитного поля в электрический сигнал в тонкопленочные магниторезистивные полоски 8, 9 подается постоянный электрический ток. Высокочастотное магнитное поле, действующее на высокочастотный магниточувствительный наноэлемент, приводит к изменению направления векторов намагниченности ферромагнитной пленки 5, что изменяет магнитосопротивление тонкопленочных магниторезистивных полосок 8, 9, и появлению электрического сигнала считывания. Анализ показал, что для используемой конструкции высокочастотного магниточувствительного наноэлемента, магнитных сплавов и техпроцесса длина и ширина магниторезистивных участков разнится в пределах от полутора до трех раз.
Таким образом, предложенный высокочастотный магниточувствительный наноэлемент на основе тонкопленочных магниторезистивных полосок обладает требуемой АЧХ, обладая высокими техническими характеристиками.
Claims (1)
- Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент, содержащий подложку с диэлектрическим слоем, на котором расположена тонкопленочная магниторезистивная полоска, содержащая верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка с осью легкого намагничивания, направленной под углом к продольной оси тонкопленочной магниторезистивной полоски, над тонкопленочной магниторезистивной полоской сформирован первый изолирующий слой с планарным проводником, закрытым вторым изолирующим слоем, поверх которого расположен поверхностный защитный слой, отличающийся тем, что тонкопленочная магниторезистивная полоска состоит из тонкопленочных магниторезистивных участков различной ширины и длины, причем длина и ширина указанных тонкопленочных магниторезистивных участков разнится в пределах от полутора до трех раз.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009110331/09A RU2391747C1 (ru) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009110331/09A RU2391747C1 (ru) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2391747C1 true RU2391747C1 (ru) | 2010-06-10 |
Family
ID=42681686
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009110331/09A RU2391747C1 (ru) | 2009-03-20 | 2009-03-20 | Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2391747C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012087183A2 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-06-28 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Российский Университет Дружбы Народов" (Рудн) | Способ формирования спиновых волн |
-
2009
- 2009-03-20 RU RU2009110331/09A patent/RU2391747C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012087183A2 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-06-28 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Российский Университет Дружбы Народов" (Рудн) | Способ формирования спиновых волн |
WO2012087183A3 (ru) * | 2010-12-23 | 2012-09-13 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Российский Университет Дружбы Народов" (Рудн) | Способ формирования спиновых волн |
RU2477907C2 (ru) * | 2010-12-23 | 2013-03-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) | Способ формирования спиновых волн |
US8779765B2 (en) | 2010-12-23 | 2014-07-15 | Peoples Friendship University Of Russia | Method for generating spin waves |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9465056B2 (en) | Current sensor with temperature-compensated magnetic tunnel junction bridge | |
KR100687513B1 (ko) | 박막자계센서 | |
US7501928B2 (en) | Current sensor | |
JP4921897B2 (ja) | 磁気センサー | |
US10094891B2 (en) | Integrated AMR magnetoresistor with large scale | |
JP6276190B2 (ja) | 磁場センサ | |
JP5066580B2 (ja) | 磁気センサ及び磁気センサモジュール | |
EP2700968A1 (en) | Single-chip reference full-bridge magnetic field sensor | |
CN106842079B (zh) | 基于电场调控磁性的磁场传感器噪声斩波抑制测量方法 | |
US6191581B1 (en) | Planar thin-film magnetic field sensor for determining directional magnetic fields | |
JP5210983B2 (ja) | 地磁気センサ | |
JP2008197089A (ja) | 磁気センサ素子及びその製造方法 | |
JP2008525787A (ja) | 調節可能な特性を有する磁気センサ | |
JP4695325B2 (ja) | 磁気検出素子とその製造方法及び該素子を用いた携帯機器 | |
JP7099731B2 (ja) | 多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ | |
US9207264B2 (en) | Current sensor | |
JP2009162499A (ja) | 磁気センサ | |
JP5254514B2 (ja) | 減少した電磁切換え磁場を持つ磁気抵抗検知器又は記憶素子 | |
RU2436200C1 (ru) | Магниторезистивный датчик | |
US6496004B1 (en) | Magnetic field sensor using magneto-resistance of ferromagnetic layers with parallel magnetic axes | |
JP6064656B2 (ja) | センサ用磁気抵抗素子、およびセンサ回路 | |
JP4418986B2 (ja) | 磁界検出素子およびこれを利用した磁界検出方法 | |
RU2391747C1 (ru) | Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент | |
RU2433422C1 (ru) | Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент | |
JP2008003072A (ja) | 薄膜磁気抵抗素子及び薄膜磁気センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180321 |