RU2433422C1 - Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент - Google Patents
Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU2433422C1 RU2433422C1 RU2010110556/28A RU2010110556A RU2433422C1 RU 2433422 C1 RU2433422 C1 RU 2433422C1 RU 2010110556/28 A RU2010110556/28 A RU 2010110556/28A RU 2010110556 A RU2010110556 A RU 2010110556A RU 2433422 C1 RU2433422 C1 RU 2433422C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thin
- frequency
- nanoelement
- film
- film magnetoresistive
- 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: плавное изменение амплитудно-частотной характеристики. Сущность: наноэлемент содержит подложку с диэлектрическим слоем, на котором расположен тонкопленочный магниторезистивный элемент. Магниторезистивный элемент содержит верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка с осью легкого намагничивания, направленной под углом к параллельным сторонам тонкопленочного магниторезистивного элемента. Над тонкопленочным магниторезистивным элементом сформирован изолирующий слой с расположенным на нем планарным проводником, поверх которого расположен поверхностный защитный слой. Тонкопленочный магниторезистивный элемент выполнен в форме тонкопленочной магниторезистивной призмы, наклонные стороны которой расположены вдоль оси проводника, при этом между планарным проводником и поверхностным защитным слоем расположены дополнительные изолирующий слой и планарный проводник. Наноэлемент может содержать несколько последовательно изготовленных тонкопленочных магниторезистивных призм различной длины и размеров параллельных сторон. 1 з.п. ф-лы, 4 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 высокой чувствительности.
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 // Автоматика и Телемеханика. 2008. №10. С.168-175) с осью легкого намагничивания, направленной под углом к длине полоски. Недостатком подобных наноэлементов является пиковый характер их амплитудно-частотной характеристики, что приводит к небольшому частотному диапазону характеристики.
Задачей, поставленной и решаемой настоящим изобретением, является создание высокочастотного магниточувствительного наноэлемента на основе магниторезистивной наноструктуры с планарным протеканием сенсорного тока, с плавной амплитудно-частотной характеристикой и позволяющего преобразовать магнитное поле в электрический сигнал.
Указанный технический результат достигается тем, что в высокочастотном магниточувствительном наноэлементе, содержащем подложку с диэлектрическим слоем, на котором расположен тонкопленочный магниторезистивный элемент, содержащий верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка с осью легкого намагничивания, направленной под углом к параллельным сторонам тонкопленочного магниторезистивного элемента, над которым сформирован изолирующий слой с расположенным на нем планарным проводником, поверх которого расположен поверхностный защитный слой, тонкопленочный магниторезистивный элемент выполнен в форме тонкопленочной магниторезистивной призмы, наклонные стороны которой расположены вдоль оси проводника, при этом между планарным проводником и поверхностным защитным слоем расположены дополнительные изолирующий слой и планарный проводник. Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент может содержать несколько последовательно изготовленных тонкопленочных магниторезистивных призм различной длины и размеров параллельных сторон.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что основой высокочастотного магниточувствительного наноэлемента является тонкопленочная призма с наклонными частями этой призмы, расположенными вдоль протекания тока, и направленной под углом к параллельным сторонам призмы осью легкого намагничивания. Такая форма наноэлемента позволяет обеспечить заданную, в определенных пределах, плавную, без провалов амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). При этом направление оси легкого намагничивания ферромагнитной пленки под углом к параллельным сторонам тонкопленочной призмы позволяет формировать заданную АЧХ характеристику 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 показана конструкция высокочастотного наноэлемента из нескольких тонкопленочных магниторезистивных призм, вид сверху; на фиг.4 приведены теоретические АЧХ анизотропных магниторезистивных полосок с шириной 10 и 30 мкм длиной 100 и 130 мкм и АЧХ высокочастотного магниточувствительного наноэлемента с размерами параллельных сторон 10 и 30 мкм длиной 100 мкм.
Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент содержит подложку 1 (фиг.1) с диэлектрическим слоем 2, тонкопленочную магниторезистивную призму, содержащую верхний 3 и нижний защитные 4 слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка 5. Поверх тонкопленочной магниторезистивной призмы расположен первый изолирующий слой 6, на котором сформирован проводник 7 с рабочей частью, расположенной над тонкопленочной магниторезистивной призмой. Выше расположены второй изолирующий слой 8, проводник 9 и верхний защитный слой 10.
Конструктивно, высокочастотный магниточувствительный наноэлемент состоит из тонкопленочной магниторезистивной призмы 11 (фиг.2) с присоединенными низкорезистивными немагнитными перемычками 12-13 для подключения сенсорного тока. Над тонкопленочной магниторезистивной призмой 11 расположен проводник set/reset 14 для устранения влияния гистерезиса на результаты измерения магнитного поля и проводник 15, управляющий формой АЧХ и чувствительностью высокочастотного магниторезистивного наноэлемента.
Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент может состоять из нескольких тонкопленочных магниторезистивных призм 16, 17 с различными размерами, расположенных вплотную друг к другу (фиг.3) с низкорезистивными немагнитными перемычками 18, 19.
Перед началом работы векторы намагниченности ферромагнитной пленки 5 в тонкопленочной магниторезистивной призме 11 развернуты приблизительно вдоль оси легкого намагничивания, развернутой на 45° вдоль параллельных сторон призмы. Это направление векторов намагниченности соответствует линейной ВЭХ высокочастотного магниточувствительного наноэлемента с максимальной чувствительностью и оптимальной АЧХ. Периодически в проводник set/reset 14 подаются импульсы тока set/reset, магнитное поле которых приводят векторы намагниченности тонкопленочной магниторезистивной призмы 11 в одинаковое магнитное состояние и устраняющие тем самым влияние гистерезиса на результаты измерения магнитного поля. Для получения максимальной чувствительности в проводник 15 подается постоянный ток нужной полярности. Постоянное магнитное поле, создаваемое током в проводнике 15 и действующее на ферромагнитную пленку 5 призмы, доворачивает векторы намагниченности этой ферромагнитной пленки до оптимального угла, соответствующего максимальной чувствительности высокочастотного магниточувствительного наноэлемента.
Для преобразования магнитного поля в электрический сигнал в тонкопленочную магниторезистивную призму 11 через низкорезистивные перемычки 12, 13 подается постоянный электрический (сенсорный) ток. Высокочастотное магнитное поле, действующее на высокочастотный магниточувствительный наноэлемент, приводит к изменению направления векторов намагниченности ферромагнитной пленки 5, что изменяет магнитосопротивление тонкопленочной магниторезистивной призмы 11, и появлению электрического сигнала считывания.
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, НK - 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 НK, Н0 и размагничивающими магнитными полями. Экспериментальные исследования частотных характеристик полосок на основе пермаллоя и Fe для совпадения направления 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 тонкопленочной магниторезистивной призмы, представляет интерес рассмотреть частотные характеристики однослойных анизотропных магниторезистивных FeNiCo призм с различными основаниями и высотой. Внешнее высокочастотное магнитное поле h мало (h<<НK) и перпендикулярно высоте призмы. Ток через призму 1 мА. Проанализируем свойства однослойной FeNiCo20 призмы с MS=1050 Гс, НK=20 Э и осью легкого намагничивания, направленной под углом 60° к длине полоски при воздействии переменного магнитного поля с h=0,01 Э. Величина анизотропного магниторезистивного эффекта составляет Δρ/ρ=2%. Размеры оснований призмы 10 и 30 мкм, высота - 100 мкм.
На фиг.4 приведены АЧХ высокочастотного магниточувствительного наноэлемента в форме тонкопленочной магниторезистивной призмы (сплошная линия) и в форме двух прямоугольных полосок различной длины и ширины (130×10 мкм2 и 100×30 мкм2). Видно, что АЧХ высокочастотного магниточувствительного наноэлемента в форме тонкопленочной магниторезистивной призмы имеет куполообразный вид без провалов по сравнению с АЧХ наноэлемента в форме прямоугольных полосок, несмотря на то, что эта форма уже была оптимизирована. Частотный диапазон обеих АЧХ приблизительно тот же, т.к. он в значительной мере определяется не формой наноэлемента, а физическими свойствами ферромагнитной пленки.
Используя две и более последовательно соединенных тонкопленочных магниторезистивных призм различных размеров (фиг.3), можно скорректировать форму АЧХ высокочастотного магниточувствительного наноэлемента в виде набора подобных призм.
Таким образом, предложенный высокочастотный магниточувствительный наноэлемент на основе тонкопленочной магниторезистивной призмы обладает плавной изменяемой АЧХ характеристикой, обладая высокими техническими характеристиками и поддающимися теоретическому анализу, что позволяет предварительно рассчитывать АЧХ такого наноэлемента.
Claims (2)
1. Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент, содержащий подложку с диэлектрическим слоем, на котором расположен тонкопленочный магниторезистивный элемент, содержащий верхний и нижний защитные слои, между которыми расположена ферромагнитная пленка с осью легкого намагничивания, направленной под углом к параллельным сторонам тонкопленочного магниторезистивного элемента, над которым сформирован изолирующий слой с расположенным на нем планарным проводником, поверх которого расположен поверхностный защитный слой, отличающийся тем, что тонкопленочный магниторезистивный элемент выполнен в форме тонкопленочной магниторезистивной призмы, наклонные стороны которой расположены вдоль оси проводника, при этом между планарным проводником и поверхностным защитным слоем расположены дополнительные изолирующий слой и планарный проводник.
2. Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент по п.1, отличающийся тем, что он содержит несколько последовательно изготовленных тонкопленочных магниторезистивных призм различной длины и размеров параллельных сторон.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010110556/28A RU2433422C1 (ru) | 2010-03-19 | 2010-03-19 | Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010110556/28A RU2433422C1 (ru) | 2010-03-19 | 2010-03-19 | Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2433422C1 true RU2433422C1 (ru) | 2011-11-10 |
Family
ID=44997341
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010110556/28A RU2433422C1 (ru) | 2010-03-19 | 2010-03-19 | Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2433422C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2633010C1 (ru) * | 2016-05-04 | 2017-10-11 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Магниторезистивный датчик |
-
2010
- 2010-03-19 RU RU2010110556/28A patent/RU2433422C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2633010C1 (ru) * | 2016-05-04 | 2017-10-11 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Магниторезистивный датчик |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8076930B2 (en) | Thin film 3 axis fluxgate and the implementation method thereof | |
US9766304B2 (en) | Integrated AMR magnetoresistor with a set/reset coil having a stretch positioned between a magnetoresistive strip and a concentrating region | |
JP6276190B2 (ja) | 磁場センサ | |
US10094891B2 (en) | Integrated AMR magnetoresistor with large scale | |
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 | |
EP2700968A1 (en) | Single-chip reference full-bridge magnetic field sensor | |
US7759933B2 (en) | Magnetic amplification device comprising a magnetic sensor with longitudinal sensitivity | |
US6191581B1 (en) | Planar thin-film magnetic field sensor for determining directional magnetic fields | |
CN106154186A (zh) | 声表面波磁传感器及其制备方法 | |
JP2003121197A (ja) | 回転角度センサ | |
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 | |
JP2011007673A (ja) | 地磁気センサ | |
JP2009162499A (ja) | 磁気センサ | |
RU2436200C1 (ru) | Магниторезистивный датчик | |
US6496004B1 (en) | Magnetic field sensor using magneto-resistance of ferromagnetic layers with parallel magnetic axes | |
US9417297B2 (en) | Tunneling magneto-resistive device with set/reset and offset straps | |
RU2433422C1 (ru) | Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент | |
US9244134B2 (en) | XMR-sensor and method for manufacturing the XMR-sensor | |
RU2403652C1 (ru) | Магниторезистивная головка-градиометр | |
Vas’ kovskii et al. | Magnetoresistive Fe19Ni81/Tb-Co medium with an internal magnetic bias | |
RU2391747C1 (ru) | Высокочастотный магниточувствительный наноэлемент | |
RU2366038C1 (ru) | Магниторезистивная головка-градиометр | |
RU2279737C1 (ru) | Магниторезистивный датчик | |
JP2004340953A (ja) | 磁界検出素子、その製造方法およびこれを利用した装置 | |
CN102841324A (zh) | 一种各向异性磁阻器件的电路结构 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180320 |