RU2776236C1

RU2776236C1 - Spin valve with closed coaxial or parallel layers (variants) and method for manufacture thereof

Info

Publication number: RU2776236C1
Application number: RU2021110693A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Казаков; Олег Владимирович Казаков; Радик Анварович Мусякаев
Original assignee: Владимир Викторович Казаков; Олег Владимирович Казаков; Радик Анварович Мусякаев
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2022-07-14

Abstract

FIELD: sensors.

SUBSTANCE: invention relates to magnetoresistive sensors and switching components in magnetoelectronics. Substance: ferromagnetic layers 2 and non-ferromagnetic intermediate layers 3 separating said layers are made as coaxial cylinders enveloping the substrate 1 in the form of a circular wire, or as flat rings applied to the flat side of the substrate in the form of a ring of the same shape, the outer layer can be magnetically secured, and the intermediate layers can also be made of metal or a dielectric material with a tunnel breakdown effect; the applied method for deposition from electrolytes under constant special purification in a magnetic field applying asymmetric current is provided by said structural change and the application of magnetisation by a field from direct current along the circumferential axis of the spin valve.

EFFECT: improved parameters of the spin valve, structural change therein for the purpose of simplifying the method for manufacture, improved method for electrolytic deposition in a magnetic field from a specially purified electrolyte for applicability thereof in producing spin valves.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к силовой электронике, микроэлектронике и измерительной технике, а именно к переключающим компонентам и магниторезистивным датчикам для магнетоэлектроники.The invention relates to power electronics, microelectronics and measuring technology, namely to switching components and magnetoresistive sensors for magnetoelectronics.

Известен датчик магнитного поля (GMR) [1], содержащий монолитную стопку плоских тонких ферромагнитных слоев (Fe), разделенных неферромагнитными прослойками (Cr), и сгруппированных антипараллельным направлением намагничивания, клеммы для измерения тока через стопку и измерения падения напряжения на стопке. Изменение магнитного сопротивления такой стопки существенно выше, чем в системах без антипараллельной намагниченности слоев и без неферромагнитных прослоек. Датчик имеет высокую скорость переключения, что обеспечило его массовое применение в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах - аналогах оптронов, и в устройствах хранения информации. Недостатком датчика является недостаточно высокое сопротивление в запертом состоянии [2], что связано со способом его изготовления -эпитаксиальным осаждением на подложку из монокристалла турмалина металлов, испаряемых с анодов в вакууме. При использовании этой технологии неизбежно происходит кластеризация атомов осаждаемых металлов еще до контакта с подложкой, и слои осаждаются с дефектами магнитной структуры [3] - причиной утечек тока в запертом состоянии датчика. Причиной активной кластеризации испаренных металлов, особенно переходных металлов из применяемых d- и ƒ-групп, является магнитное поле магнитов, расположенных рядом с испаряемыми анодами, пронизывающее полученную плазму этих металлов, независимо от однородности или наличия градиента этого поля. Отметим, что по мере увеличения толщины стопки осажденных слоев происходит отдаление от поверхности подложки, и эффект эпитаксии, диктующий кристаллическую структуру растущих слоев, ослабляется, особенно сильно при наличии дефектов в структуре. Применение магнитного поля для упорядочивания структуры наращиваемых слоев невозможно из-за роста размеров зерен металла еще до контакта с покрываемой поверхностью. Поэтому для сохранения работоспособности датчика, приходится ограничить его толщину в ущерб рабочего напряжения датчика. Положительным результатом снижения суммарной толщины стопки являются только повышение быстродействия датчика и обеспечение его оптической прозрачности, позволяющей намагничивать в одном направлении когерентным светом сразу все магнитно-мягкие слои. Для оптического просвечивания суммарная толщина d_∑ стопки слоев не должна превышать 0,5 λ, где λ длина волны когерентного излучения, отраженного от поверхности жесткого диска. Другие недостатки примененного способа изготовления - его сложность и низкая производительность, и в тоге - высокая себестоимость продукции.Known magnetic field sensor (GMR) [1], containing a monolithic stack of flat thin ferromagnetic layers (Fe), separated by non-ferromagnetic interlayers (Cr), and grouped antiparallel direction of magnetization, terminals for measuring the current through the stack and measuring the voltage drop across the stack. The change in the magnetic resistance of such a stack is much higher than in systems without antiparallel magnetization of the layers and without nonferromagnetic interlayers. The sensor has a high switching speed, which ensured its widespread use in read heads of hard disks, in digital isolators - analogues of optocouplers, and in information storage devices. The disadvantage of the sensor is the insufficiently high resistance in the locked state [2], which is associated with the method of its manufacture - epitaxial deposition on the substrate of a tourmaline single crystal of metals evaporated from the anodes in vacuum. When using this technology, clustering of deposited metal atoms inevitably occurs even before contact with the substrate, and the layers are deposited with defects in the magnetic structure [3] - the cause of current leakage in the closed state of the sensor. The reason for the active clustering of evaporated metals, especially transition metals from the used d- and ƒ-groups, is the magnetic field of magnets located near the evaporated anodes, penetrating the resulting plasma of these metals, regardless of the homogeneity or the presence of a gradient of this field. Note that as the thickness of the stack of deposited layers increases, the distance from the substrate surface occurs, and the epitaxy effect, which dictates the crystal structure of the growing layers, weakens, especially strongly in the presence of defects in the structure. The use of a magnetic field for ordering the structure of the build-up layers is impossible due to the growth in the size of metal grains even before contact with the coated surface. Therefore, in order to maintain the operability of the sensor, it is necessary to limit its thickness to the detriment of the operating voltage of the sensor. A positive result of reducing the total thickness of the stack is only an increase in the speed of the sensor and the provision of its optical transparency, which makes it possible to magnetize all magnetically soft layers in one direction with coherent light at once. For optical transmission, the total thickness d _∑ of a stack of layers should not exceed 0.5 λ, where λ is the wavelength of coherent radiation reflected from the surface of the hard disk. Other disadvantages of the applied manufacturing method are its complexity and low productivity, and in addition, the high cost of production.

Известны магниторезистивный датчик с многослойной тонкопленочной структурой [4], многослойный магниторезистивный (MP) датчик [5], [6], элемент с эффектом магнетосопротивления [7], [8], [9], [10], [11], магнитный преобразователь и тонкопленочная магнитная головка [12], содержащие монолитную стопку плоских тонких слоев из магнитомягкого ферромагнитного металла, расположенных параллельно и разделенных прослойками меньшей толщины из неферромагнитного металла. Первый и второй электрических контакта этих устройств подключены к многослойной структуре, соответственно к первому и ко второму крайним слоям. Спонтанная намагниченность каждого ферромагнитного слоя в стопке направлена вдоль его плоскости, причем она антипараллельна направлению спонтанной намагниченности следующего ближайшего ферромагнитного слоя. Внешнее измеряемое магнитное поле ориентирует намагниченность ферромагнитных слоев в одном направлении, переводя структуру в открытое состояние. Эти высокоскоростные устройства применяются в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации, имея такой же недостаток - недостаточно высокое сопротивление в запертом состоянии. Способ изготовления структур этих устройств аналогичен - эпитаксиальным осаждением металлов анодов в вакуумной камере, поэтому он имеет такие же недостатки: сложность и низкую производительность, высокие стоимость оборудования и себестоимость продукции.Known are a magnetoresistive sensor with a multilayer thin-film structure [4], a multilayer magnetoresistive (MP) sensor [5], [6], an element with a magnetoresistance effect [7], [8], [9], [10], [11], magnetic a transducer and a thin-film magnetic head [12], containing a monolithic stack of flat thin layers of magnetically soft ferromagnetic metal, arranged in parallel and separated by interlayers of thinner thickness of non-ferromagnetic metal. The first and second electrical contacts of these devices are connected to the multilayer structure, respectively, to the first and second extreme layers. The spontaneous magnetization of each ferromagnetic layer in the stack is directed along its plane, and it is antiparallel to the direction of the spontaneous magnetization of the next nearest ferromagnetic layer. The external measured magnetic field orients the magnetization of the ferromagnetic layers in one direction, transferring the structure to the open state. These high-speed devices are used in hard disk read heads, digital isolators, and storage devices, with the same drawback of insufficiently high off-resistance. The method of manufacturing the structures of these devices is similar - by epitaxial deposition of anode metals in a vacuum chamber, so it has the same disadvantages: complexity and low productivity, high cost of equipment and production costs.

Известны магниторезистивный датчик [13], [14], [15], изделие из магниторезистивного материала [16], магнитные устройства с ламинированными ферромагнитными структурами [17], ламинированные магнитные структуры [18], содержащие монолитную стопку плоских тонких слоев из магнитомягкого ферромагнитного металла, расположенных параллельно и разделенных прослойками меньшей толщины из неферромагнитного металла, два электрических контакта, каждый из которых соединен с противоположным крайним слоем стопки. Процессы намагничивания в стопке и принцип ее работы аналогичны рассмотренным в аналогах [5]…[12]. Однако параметры этих устройств улучшены путем оптимального подбора лучшего металла или сплава ферромагнитных слоев и неферромагнитных прослоек, а также соотношения толщин этих слоев и прослоек, а именно обеспечены меньшая суммарная толщина, обеспечивающая прохождение намагничивающего поляризованного света через все слои стопки, термостабильность параметров, повышенную магниторезистивность и минимальный гистерезис переключения, обеспечивающий высокую чувствительность. Эти высокоскоростные устройства аналогично применяются в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации, хотя имеют такой же недостаток - недостаточно высокое сопротивление в запертом состоянии. Способ изготовления этих устройств аналогичен и имеет такие же недостатки.Known magnetoresistive sensor [13], [14], [15], a product made of magnetoresistive material [16], magnetic devices with laminated ferromagnetic structures [17], laminated magnetic structures [18] containing a monolithic stack of flat thin layers of magnetically soft ferromagnetic metal , arranged in parallel and separated by layers of smaller thickness of non-ferromagnetic metal, two electrical contacts, each of which is connected to the opposite extreme layer of the stack. The processes of magnetization in a stack and the principle of its operation are similar to those considered in analogues [5]…[12]. However, the parameters of these devices are improved by optimal selection of the best metal or alloy of ferromagnetic layers and non-ferromagnetic interlayers, as well as the ratio of the thicknesses of these layers and interlayers, namely, a smaller total thickness is provided, which ensures the passage of magnetizing polarized light through all layers of the stack, thermal stability of parameters, increased magnetoresistance and Minimum switching hysteresis for high sensitivity. These high-speed devices are similarly used in hard disk read heads, digital isolators, and storage devices, although they have the same disadvantage of insufficiently high off-resistance. The method of manufacturing these devices is similar and has the same disadvantages.

Известны магниторезистивная головка с высококоэрцитивным магнитно фиксированным слоем [19], магниторезистивный преобразователь с пленками магнитно жесткого смещения [20], магнитный датчик с подавлением шума ступенчатого перемагничивании (шума Баркгаузена) [21], магниторезистивное устройство с подавлением шума Баркхаузена [22], магниторезистивный датчик с вогнутой активной областью [23], магниторезистивный элемент с предотвращением шума Баркхаузена [24], [25], магниторезистивный элемент [26], головка с эффектом магнитосопротивления [27], элемент с эффектом магнитосопротивления [28], [29], цифровой магниторезистивный датчик [30], содержащие монолитную стопку плоских тонких слоев из ферромагнитного металла, расположенных параллельно и разделенных прослойками меньшей толщины из неферромагнитного металла, два электрических контакта, каждый из которых соединен с противоположным крайним слоем стопки, причем один из крайних ферромагнитных слоев является магнитно-закрепленным, например, выполненным из постоянного магнита или имеющим антиферромагнитную структуру с высоким гистерезисом, намагниченности в которой направлены вдоль плоскостей, параллельны слоям, а остальные - являются магнитно-мягкими, и спонтанная намагниченность в них антипараллельно чередуется. Закрепление намагниченности некоторых ферромагнитных слоев может достигаться и за счет вогнутости стопки [23]. Благодаря такой структуре стопки, в магнитно-мягких слоях исключаются промежуточные микро-доменные переключения намагниченности слоев при малых значениях измеряемого магнитного поля, достигаются стабильные однодоменные состояния, как в закрытом состоянии - при спонтанной намагниченности, так и в открытом - при приложении магнитного поля с заданной напряженностью. Одноступенчатое переключение магнитных состояний стопки снижает шумовые колебания электрического тока от источника напряжения, приложенного к клеммам, повышая качество считываемого сигнала. Рассмотренные устройства имеют такое же малое время переключений и аналогично применяются в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации. Аналогичен и их недостаток - недостаточно высокое сопротивление в запертом состоянии. Способ изготовления этих устройств, как и у предыдущих аналогов [1], [4]-[18] - традиционный для полупроводниковой микроэлектроники, эпитаксиальным осаждением металлов анодов в вакуумной камере, и имеет такие же недостатки.Known are a magnetoresistive head with a high-coercivity magnetically fixed layer [19], a magnetoresistive transducer with magnetically hard bias films [20], a magnetic sensor with noise suppression of stepped remagnetization (Barkhausen noise) [21], a magnetoresistive device with suppression of Barkhausen noise [22], a magnetoresistive sensor with concave active region [23], magnetoresistive element with Barkhausen noise prevention [24], [25], magnetoresistive element [26], head with magnetoresistance effect [27], element with magnetoresistance effect [28], [29], digital magnetoresistive sensor [30], containing a monolithic stack of flat thin layers of ferromagnetic metal, located in parallel and separated by interlayers of less thickness of non-ferromagnetic metal, two electrical contacts, each of which is connected to the opposite extreme layer of the stack, and one of the extreme ferromagnetic layers is magnetically fixed , for example, do made of a permanent magnet or having an antiferromagnetic structure with high hysteresis, the magnetizations in which are directed along the planes, parallel to the layers, and the rest are magnetically soft, and the spontaneous magnetization in them alternates antiparallel. Pinning the magnetization of some ferromagnetic layers can also be achieved due to the concavity of the stack [23]. Due to this stack structure, intermediate micro-domain switching of the magnetization of the layers is excluded in soft magnetic layers at low values of the measured magnetic field, stable single-domain states are achieved, both in the closed state - with spontaneous magnetization, and in the open state - with the application of a magnetic field with a given tension. Single-stage switching of the magnetic states of the stack reduces noise fluctuations in electric current from the voltage source applied to the terminals, improving the quality of the read signal. The considered devices have the same short switching time and are similarly used in the reading heads of hard disks, in digital isolators and in information storage devices. Their disadvantage is also similar - insufficiently high resistance in the locked state. The method of manufacturing these devices, like the previous analogues [1], [4] - [18] - is traditional for semiconductor microelectronics, by epitaxial deposition of anode metals in a vacuum chamber, and has the same disadvantages.

Известны магниторезистивная пленка [31], датчик магнитного поля [32], магнитный спиновый транзистор [33], [34], датчик с зернистым магниторезистивным слоем [35], содержащие монолитную стопку плоских тонких слоев из ферромагнитного металла, расположенных параллельно и разделенных прослойками меньшей толщины из неферромагнитного металла, два электрических контакта, каждый из которых соединен с противоположным крайним слоем стопки. В этих устройствах благодаря возможности изменения намагниченности одного из ферромагнитных слоев управляющим магнитным полем фиксирующего ферромагнитного слоя или тока достигается изменение магнитного гистерезиса и смещение петли перемагничивания. Это позволяет управлять магниторезистивностью устройства, его чувствительностью и порогом переключения. Рассмотренные устройства имеют такое же малое время переключений и аналогично применяются в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации. Однако сохраняется основной недостаток устройств - недостаточно высокое электрическое сопротивление поперек плоскости слоев при их спонтанной намагниченности. Аналогично, это сопротивление выше сопротивления открытого состояния стопки не более чем в 2 раза. Поэтому, из-за большого тока утечки, запертое состояние этих устройств так же принимается условно. Способ изготовления устройств такой же, как и у рассмотренных аналогов, и имеет такие же недостатки.Known are a magnetoresistive film [31], a magnetic field sensor [32], a magnetic spin transistor [33], [34], a sensor with a granular magnetoresistive layer [35], containing a monolithic stack of flat thin layers of ferromagnetic metal, arranged in parallel and separated by interlayers of smaller thickness of non-ferromagnetic metal, two electrical contacts, each of which is connected to the opposite extreme layer of the stack. In these devices, due to the possibility of changing the magnetization of one of the ferromagnetic layers, the control magnetic field of the fixing ferromagnetic layer or the current achieves a change in the magnetic hysteresis and a shift in the magnetization reversal loop. This allows you to control the magnetoresistance of the device, its sensitivity and the switching threshold. The considered devices have the same short switching time and are similarly used in the reading heads of hard disks, in digital isolators and in information storage devices. However, the main drawback of the devices remains - an insufficiently high electrical resistance across the plane of the layers when they are spontaneously magnetized. Similarly, this resistance is no more than 2 times higher than the resistance of the open state of the stack. Therefore, due to the large leakage current, the locked state of these devices is also assumed conditionally. The method of manufacturing devices is the same as that of the considered analogues, and has the same disadvantages.

Известны устройства с магнитным туннельным переходом (MTJ): устройство с магнитным туннельным переходом и улучшенными слоями [36], элемент с магнитным туннельным переходом [37], магнитные туннельные переходы [38], ферромагнитный туннельный элемент [39], содержащие монолитную стопку плоских групп тонких слоев, причем каждая группа состоит из слоя магнитно-мягкого металла, слоя магнито-жесткого (фиксирующего) металла и металлической неферромагнитной прослойки меньшей толщины для обеспечения антиферромагнитной связи, группы слоев разделены слоем изолятора меньшей толщины, обеспечивающей ее лавинный пробой. Наличие тонкого разделительного слоя изолятора, лавинно пробиваемого электрически, обеспечивает в десятки раз большее сопротивление стопки в закрытом состоянии, что упрощает схемы считывающих каналов, однако снижает скорость ее переключения. Тем не менее, скорость переключения рассмотренных устройств остается на порядок выше относительно полупроводниковых оптических компонентов. Устройства аналогично применяются в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации. Сохраняются основные недостатки устройств и способа их изготовления, так как они изготавливаются аналогично эпитаксиальным осаждением металлов анодов в вакуумной камере.Devices with a magnetic tunnel junction (MTJ) are known: a device with a magnetic tunnel junction and improved layers [36], an element with a magnetic tunnel junction [37], magnetic tunnel junctions [38], a ferromagnetic tunnel element [39], containing a monolithic stack of flat groups thin layers, each group consisting of a layer of magnetically soft metal, a layer of magnetically hard (fixing) metal and a metal non-ferromagnetic interlayer of smaller thickness to provide antiferromagnetic coupling, the groups of layers are separated by an insulator layer of smaller thickness, providing its avalanche breakdown. The presence of a thin separating layer of an insulator, which is avalanche-pierced electrically, provides dozens of times greater resistance of the stack in the closed state, which simplifies the schemes of reading channels, but reduces the speed of its switching. Nevertheless, the switching speed of the considered devices remains an order of magnitude higher relative to semiconductor optical components. The devices are similarly used in hard disk read heads, digital isolators, and storage devices. The main disadvantages of the devices and the method of their manufacture remain, since they are manufactured in a similar way to the epitaxial deposition of anode metals in a vacuum chamber.

Наиболее близким техническим решением по параметрам является монолитный датчик с колоссальной магнеторезистивностью (CMR) [40], состоящий из: плоского первого ферромагнитного слоя, плоского второго ферромагнитного слоя и расположенного между ними слоя с колоссальной магнеторезистивностью. Слой колоссальной магниторезистивности представляет собой более тонкие слои магнитно-мягкого металла с неферромагнитной прослойкой и жесткой антиферромагнитной связью между собой. Под действием управляющего магнитного поля, проходящего сквозь слои, магнитные поля первого и второго ферромагниттных слоев ориентируются параллельно и конструктивно суммируются, производя необходимое большое поле (порядка 5 Тл) в слое колоссальной магниторезистивности для переключения этого слоя в состояние низкого сопротивления. При спонтанной антипараллельной ориентации намагниченности первого и второго ферромагнитных слоев, поля от первого магнитного слоя и второго магнитных слоя взаимно уничтожаются, обеспечивая высокое сопротивление датчика. Однако оно выше сопротивления датчика в открытом состоянии не более, чем в 10 раз, следовательно, очень мало по сравнению с сопротивлением полупроводниковых компонентов в их запертом состоянии. Техническое решение можно применить в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации. Основные недостатки устройств и способа их изготовления остаются такими же, как и рассмотренных аналогов [1], [4]-[40], так как они изготавливаются аналогично эпитаксиальным осаждением металлов анодов в вакуумной камере.The closest technical solution in terms of parameters is a monolithic sensor with colossal magnetoresistance (CMR) [40], consisting of: a flat first ferromagnetic layer, a flat second ferromagnetic layer and a layer with colossal magnetoresistance located between them. The layer of colossal magnetoresistance is thinner layers of magnetically soft metal with a non-ferromagnetic interlayer and a rigid antiferromagnetic bond between them. Under the action of a control magnetic field passing through the layers, the magnetic fields of the first and second ferromagnetic layers are oriented in parallel and constructively summed up, producing the necessary large field (about 5 T) in the colossal magnetoresistance layer to switch this layer to a low resistance state. With spontaneous anti-parallel orientation of the magnetization of the first and second ferromagnetic layers, the fields from the first magnetic layer and the second magnetic layer cancel each other, providing a high resistance of the sensor. However, it is no more than 10 times higher than the resistance of the sensor in the open state, therefore, it is very small compared to the resistance of the semiconductor components in their closed state. The technical solution can be applied in the reading heads of hard disks, in digital isolators and in information storage devices. The main disadvantages of the devices and the method of their manufacture remain the same as those of the considered analogs [1], [4]–[40], since they are manufactured in a similar way to the epitaxial deposition of anode metals in a vacuum chamber.

Известен способ изготовления магниторезистивной пленки [41]. Здесь более подробно раскрывается эпитаксиальное осаждение металлов анодов в вакуумной камере, применяемое в производстве устройств [1], [4]-[41].A method for manufacturing a magnetoresistive film is known [41]. Here, the epitaxial deposition of anode metals in a vacuum chamber, used in the manufacture of devices [1], [4] - [41], is disclosed in more detail.

Известен способ гальванического осаждения функциональных покрытий в нестационарных режимах электролиза [42] из водных растворов солей драгоценных металлов с применением асимметричного тока. Известны способы электролитического осаждения железа и его сплавов из электролитов, содержащих соли железа(II) и соответствующих металлов, на переменном асимметричном токе [43], [44], [45], [46]. Известны способ электролитического осаждения никеля из электролитов, содержащих соли никеля с применением асимметричного тока [47] и способы получения защитных покрытий сплавом никель-вольфрам [48], [49] из электролита, содержащего соли этих металлов, с применением асимметричного переменного тока. Известны способы электролитического осаждения металлических сплавов многослойных систем металл-металлоид [50] из водных растворов солей металлов с применением асимметричного тока. Преимуществом электролитических способов нанесения покрытий металлами и сплавами, из растворов солей этих металлов с применением асимметричного переменного тока, перед электровакуумными (магнетронными) способами нанесения покрытий в том, что они имеют производительность [51], которая выше более, чем в 10 раз. Способы позволяют эффективно удалять водород, неизбежно соосаждаемый вместе с металлами, включаясь в структуру покрытия в виде подвижных протонов, вызывая механическую напряженность структуры. Недостатками способов являются неполное удаление соосажденного водорода, а также применение электролита без полной очистки от субмикронного шлама и растворенного кислорода. Наиболее нежелателен шлам, образующийся на катоде в процессе осаждения покрытий. Субмикронный шлам, который не перемещается в структуре покрытия под действием электрического тока, невозможно удалить при использовании только асимметричного тока без принятия дополнительных мер, не упоминаемых в способах. Основным преимуществом электролитических способов нанесения покрытий является возможность применения магнитного поля для формирования заданной кристаллической структуры покрытия без влияния магнитного поля на ионы металлов в растворе, следовательно, без их кластеризации. Однако в рассмотренных аналогах [42]-[51] эта возможность не используется.There is a known method of galvanic deposition of functional coatings in non-stationary modes of electrolysis [42] from aqueous solutions of salts of precious metals using an asymmetric current. Known methods of electrolytic deposition of iron and its alloys from electrolytes containing salts of iron(II) and the corresponding metals, on alternating asymmetric current [43], [44], [45], [46]. There are known methods for electrolytic deposition of nickel from electrolytes containing nickel salts using asymmetric current [47] and methods for obtaining protective coatings with a nickel-tungsten alloy [48], [49] from an electrolyte containing salts of these metals using asymmetric alternating current. Known methods of electrolytic deposition of metal alloys of multilayer metal-metalloid systems [50] from aqueous solutions of metal salts using an asymmetric current. The advantage of electrolytic methods of coating with metals and alloys, from solutions of salts of these metals using asymmetric alternating current, over electrovacuum (magnetron) coating methods is that they have a productivity [51], which is more than 10 times higher. The methods make it possible to efficiently remove hydrogen, which is inevitably co-precipitated together with metals, by being included in the coating structure in the form of mobile protons, causing mechanical tension in the structure. The disadvantages of the methods are the incomplete removal of co-precipitated hydrogen, as well as the use of an electrolyte without complete purification from submicron sludge and dissolved oxygen. The most undesirable is the sludge formed on the cathode during the deposition of coatings. Submicron sludge that does not move in the coating structure under the influence of electric current cannot be removed using only asymmetric current without taking additional measures not mentioned in the methods. The main advantage of electrolytic coating methods is the possibility of using a magnetic field to form a given crystalline structure of the coating without the influence of the magnetic field on metal ions in solution, therefore, without their clustering. However, in the considered analogues [42]-[51] this possibility is not used.

Известны способ формирования гальванических покрытий [52], [53], [54], включающий послойное осаждение на подложке металлов, отличающийся тем, что предварительно производят текстурирование подложки, а послойное осаждение ведут в условиях воздействия магнитного поля, ориентируя кристаллы в каждом последующем слое однонаправлено с кристаллами предыдущего слоя в параллельных плоскостях. При электрохимическом осаждении покрытий в магнитном поле в них с индукцией до 2 Тл меняется текстура этих покрытий, что позволяет при правильном выборе величины и направления магнитного поля получать покрытия, обладающие повышенной износостойкостью. Это связано с тем, что в магнитном поле энергетически выгоднее становится осаждение металлов без включений водорода и субмикронного шлама по сравнению с осаждением с водородом и шламом. При стравливании металла в магнитном поле, наоборот, энергетически выгоднее становится удаление водорода и шлама из структуры покрытия. Однако, способы, рассмотренные в [52], [53], [54], не содержат применение асимметричного электрического тока, обеспечивающего поочередно осаждение и стравливание. Кроме этого, способы не содержат применение особо очищенных и дегазированных электролитов, поэтому не могут обеспечить улучшение структуры наносимых металлических покрытий.There is a known method for the formation of galvanic coatings [52], [53], [54], including layer-by-layer deposition on a metal substrate, characterized in that texturing of the substrate is preliminarily performed, and layer-by-layer deposition is carried out under the influence of a magnetic field, orienting the crystals in each subsequent layer unidirectionally. with crystals of the previous layer in parallel planes. During electrochemical deposition of coatings in a magnetic field with an induction of up to 2 T, the texture of these coatings changes, which makes it possible, with the correct choice of the magnitude and direction of the magnetic field, to obtain coatings with increased wear resistance. This is due to the fact that in a magnetic field, the deposition of metals without inclusions of hydrogen and submicron sludge becomes energetically more favorable compared to deposition with hydrogen and sludge. When metal is etched in a magnetic field, on the contrary, the removal of hydrogen and sludge from the coating structure becomes energetically more favorable. However, the methods discussed in [52], [53], [54] do not include the use of an asymmetric electric current, which alternately provides deposition and etching. In addition, the methods do not contain the use of highly purified and degassed electrolytes, therefore, they cannot improve the structure of the deposited metal coatings.

Наиболее близким техническим решением по способу осаждения металлических слоев является способ изготовления фольги из чистого ферромагнитного металла [55], включающий проведение рафинирования при электролизе на титановом барабанном катоде асимметричным переменным током с напряжением, присущим разложению соединения ферромагнитного материала, при этом рафинирование осуществляют с использованием присущего указанному соединению растворителя, давления и температуры для разложения соединения ферромагнитного металла, отличающийся тем, что одновременно с указанным рафинированием осуществляют рафинирование самого осадка с использованием постоянного магнитного поля, которое создают внутри титанового барабана путем размещения в нем магнитной системы, при этом постоянное магнитное поле магнитной системы замыкается по поверхности титанового барабанного катода, причем за счет рафинирования постоянным магнитным полем обеспечивают преобладание реакции осаждения чистого ферромагнитного металла на поверхности титанового барабанного катода и преобладание реакций перехода водорода, неферромагнитных примесей и шлама в электролит. Способ включает также постоянную очистку электролита от шлама с крупицами любого субмикронного размера, чужеродные структуре осаждаемого металла, и непрерывный смыв с поверхности катода потоком свежего очищенного электролита выделяющихся не ней пузырьков водорода и пудры катодного шлама. Недостатком осуществления способа является сложность магнитной системы.The closest technical solution for the method of deposition of metal layers is the method of manufacturing foil from pure ferromagnetic metal [55], which includes refining during electrolysis on a titanium drum cathode with an asymmetric alternating current with a voltage inherent in the decomposition of a compound of a ferromagnetic material, while refining is carried out using the inherent connection of a solvent, pressure and temperature for the decomposition of a ferromagnetic metal compound, characterized in that simultaneously with the said refining, the precipitate itself is refined using a constant magnetic field, which is created inside the titanium drum by placing a magnetic system in it, while the constant magnetic field of the magnetic system is closed over the surface of the titanium drum cathode, and due to the refining by a constant magnetic field, the deposition reaction of pure ferromagnetic metal predominates on the surface. characteristics of the titanium drum cathode and the predominance of the reactions of the transition of hydrogen, non-ferromagnetic impurities and sludge into the electrolyte. The method also includes continuous purification of the electrolyte from sludge with grains of any submicron size, alien to the structure of the deposited metal, and continuous flushing of hydrogen bubbles and cathode sludge powder released from the cathode surface with a stream of fresh purified electrolyte. The disadvantage of this method is the complexity of the magnetic system.

В силу схожести конструкций, параметров, общих областей применения, и в соответствии со сложившейся общепринятой терминологий в научно-промышленном направлении «магнетоэлектроника», все рассмотренные аналоги и предлагаемые устройства в дальнейшем тексте заявки будем называть «спиновыми клапанами».Due to the similarity of designs, parameters, general areas of application, and in accordance with the generally accepted terminology in the scientific and industrial direction "magnetoelectronics", all considered analogues and proposed devices in the further text of the application will be called "spin valves".

Целью изобретения является повышение параметров спинового клапана и изменение его конструкции для осуществления способа, способствующего повышению параметров спинового клапана, а также улучшение способа электролитического осаждения материалов в магнитном поле для обеспечения его применимости в производстве спиновых клапанов и повышения его возможностей по сравнению со способами эпитаксиального электровакуумного напыления.The aim of the invention is to increase the parameters of the spin valve and change its design to implement a method that improves the parameters of the spin valve, as well as to improve the method of electrolytic deposition of materials in a magnetic field to ensure its applicability in the production of spin valves and increase its capabilities compared to the methods of epitaxial electrovacuum deposition .

Для достижения поставленной цели в спиновом клапане, содержащем подложку 1, на которую нанесены η слоев 2 ферромагнитного металла, разделенных прослойками 3 неферромагнитного материала, первый контакт 4, соединенный с подложкой, и второй контакт 5, соединенный с наружным слоем, причем наружный слой может быть выполнен из магнитно-жесткого металла, а остальные слои из магнитно-мягкого металла, или наружный слой и нижележащий ферромагнитный слой могут выполняться с жесткой антиферромагнитной связью между собой; по первому варианту заявляемого спинового клапана: подложка 1 выполнена в виде отрезка проволоки круглого сечения из неферромагнитного металла, а слои 2 и прослойки 3 в виде вложенных коаксиальных цилиндров, охватывающих подложку 1; по второму варианту заявляемого спинового клапана: подложка 1 выполнена в виде плоского кольца из неферромагнитного металла, а слои 2 и прослойки 3 в виде тонких плоских колец с такими же, как у подложки, размерами внутренней и внешней окружностей, нанесенных, по крайней мере, на одну из плоских сторон подложки 1.To achieve this goal, in a spin valve containing a substrate 1, on which η layers 2 of ferromagnetic metal are deposited, separated by interlayers 3 of non-ferromagnetic material, the first contact 4 connected to the substrate, and the second contact 5 connected to the outer layer, and the outer layer can be made of a magnetically hard metal, and the remaining layers of a magnetically soft metal, or the outer layer and the underlying ferromagnetic layer can be made with a rigid antiferromagnetic connection between them; according to the first version of the proposed spin valve: the substrate 1 is made in the form of a piece of wire of circular cross section of non-ferromagnetic metal, and layers 2 and interlayer 3 in the form of nested coaxial cylinders covering the substrate 1; according to the second version of the proposed spin valve: substrate 1 is made in the form of a flat ring of non-ferromagnetic metal, and layers 2 and interlayers 3 are in the form of thin flat rings with the same dimensions of the inner and outer circles as the substrate, applied at least on one of the flat sides of the substrate 1.

Существенным отличием спинового клапана от аналогов и прототипа по первому варианту конструкции является выполнение его ферромагнитных слоев 2 и неферромагнитных прослоек 3 с замкнутой поверхностью в виде коаксиальных цилиндров, охватывающих подложку 1, имеющую вид отрезка проволоки круглого сечения, а по второму варианту - в виде плоских колец, осажденных по крайней мере, на одну из сторон подложки 1, имеющей такие же форму и размеры. Такие формы подложек 1, ферромагнитных слоев 2 и разделяющих их прослоек 3 применяются впервые и являются признаком новизны технического решения.The essential difference of the spin valve from analogues and the prototype according to the first design variant is the implementation of its ferromagnetic layers 2 and non-ferromagnetic interlayers 3 with a closed surface in the form of coaxial cylinders covering the substrate 1, which has the form of a round wire segment, and according to the second variant - in the form of flat rings deposited on at least one of the sides of the substrate 1 having the same shape and dimensions. Such forms of substrates 1, ferromagnetic layers 2 and interlayers 3 separating them are used for the first time and are a sign of the novelty of the technical solution.

Эскиз спинового клапана с замкнутыми коаксиальными слоями по первому варианту дизайна представлен на фиг. 1, а эскиз спинового клапана с замкнутыми параллельными слоями по второму варианту дизайна - на фиг. 2.A sketch of a spin valve with closed coaxial layers according to the first design variant is shown in Fig. 1, and a sketch of a spin valve with closed parallel layers according to the second design variant is shown in Fig. 2.

Спиновый клапан согласно фиг. 1 содержит: подложку 1, имеющую вид отрезка проволоки круглого сечения из неферромагнитного металла с высокой электропроводностью, слои 2 толщиной d_Fe из ферромагнитного металла, осажденные коаксиально на подложку 1 и разделенные прослойками 3 толщиной d_i из неферромагнитного материала, первый контакт 4, соединенный с подложкой, и второй контакт 5, соединенный с наружным слоем, который может быть выполнен магнитно-закрепленным. На фиг. 1 так же показаны: J_↑ и J_↓ - вариант направлений спонтанной намагниченности ферромагнитных слоев (направления могут быть такими, как показанные, или противоположными), О-О' - ось подложки 1, слоев 2 и прослоек 3.The spin valve according to Fig. 1 contains: a substrate 1 in the form of a piece of wire of circular cross section made of non-ferromagnetic metal with high electrical conductivity, layers 2 of thickness d _Fe of ferromagnetic metal deposited coaxially on substrate 1 and separated by interlayers 3 of thickness d _i of non-ferromagnetic material, the first contact 4 connected to substrate, and a second contact 5 connected to the outer layer, which can be made magnetically attached. In FIG. 1 also shows: J _↑ and J _↓ - a variant of the directions of spontaneous magnetization of ferromagnetic layers (directions can be the same as shown, or opposite), O-O' - the axis of the substrate 1, layers 2 and interlayers 3.

Спиновый клапан согласно фиг. 2 содержит: подложку 1, имеющую вид плоского кольца из неферромагнитного металла с высокой электропроводностью, слои 2 толщиной d_Fe из ферромагнитного металла, осажденные на, по крайней мере, одну из плоских сторон подложки 1, имеющими такие же диаметры внутренней и внешней окружностей как эта сторона и разделенными прослойками 3 толщиной d_i из неферромагнитного материала, первый контакт 4, соединенный с подложкой, и второй контакт 5, соединенный с наружным слоем, который может быть выполнен магнитно-закрепленным. На фиг. 1 так же показаны: J_↑ и J_↓ - вариант направлений спонтанной намагниченности ферромагнитных слоев (направления могут быть такими, как показанные, или противоположными), О-О' - ось подложки 1, слоев 2 и прослоек 3.The spin valve according to Fig. 2 contains: a substrate 1 in the form of a flat ring of non-ferromagnetic metal with high electrical conductivity, layers 2 of thickness d _Fe of ferromagnetic metal deposited on at least one of the flat sides of the substrate 1 having the same diameters of the inner and outer circles as this side and separated by layers 3 of thickness d _i of non-ferromagnetic material, the first contact 4 connected to the substrate, and the second contact 5 connected to the outer layer, which can be made magnetically fixed. In FIG. 1 also shows: J _↑ and J _↓ - a variant of the directions of spontaneous magnetization of ferromagnetic layers (directions can be the same as shown, or opposite), O-O' - the axis of the substrate 1, layers 2 and interlayers 3.

Для объяснения работы спиновых клапанов (фиг. 1, фиг. 2) необходимо подробнее рассмотреть принцип работы аналогов [1], [4]-[41] - спиновых клапанов с незамкнутыми слоями, на примере принципа работы аналога [1] с таким же дизайном с незамкнутыми слоями, представленной плоской прямоугольной подложкой с нанесенными на нее слоями ферромагнетика и прослойками неферромагнитного материала. Принцип работы спинового клапана [1] подробно изложен в [2] и [56] следующим образом.To explain the operation of spin valves (Fig. 1, Fig. 2), it is necessary to consider in more detail the principle of operation of analogues [1], [4]-[41] - spin valves with open layers, using the example of the principle of operation of analogue [1] with the same design with open layers, represented by a flat rectangular substrate with layers of a ferromagnet deposited on it and interlayers of non-ferromagnetic material. The operating principle of the spin valve [1] is described in detail in [2] and [56] as follows.

Управляющее магнитное поле, создаваемое внешним источником и имеющее напряженность H_a, ориентирует намагниченность всех ферромагнитных слоев в одну сторону, т.е. параллельно H_a. Этому состоянию намагниченности ферромагнитных слоев соответствует минимальное значение электрического сопротивления перпендикулярно слоям, измеряемое между контактами спинового клапана. Спиновый клапан находится в «открытом» состоянии. Но если Н_а → 0, то намагниченность ферромагнитных слоев спонтанно (самостоятельно) ориентируется параллельно плоскости слоя вдоль оси легкого намагничивания кристаллической структуры, заданной в процессе изготовления методом эпитаксии на подложке с соответствующей структурой. При этом направление намагниченности ферромагнитных слоев чередуется антипараллельно. Этому состоянию намагниченности ферромагнитных слоев соответствует максимальное значение электрического сопротивления перпендикулярно слоям, измеряемое между контактами спинового клапана. Спиновый клапан находится в «запертом» состоянии.The control magnetic field created by an external source and having strength H _a orients the magnetization of all ferromagnetic layers in one direction, i.e. parallel to H _a . This state of magnetization of the ferromagnetic layers corresponds to the minimum value of electrical resistance perpendicular to the layers, measured between the contacts of the spin valve. The spin valve is in the "open" state. But if _На → 0, then the magnetization of the ferromagnetic layers spontaneously (independently) is oriented parallel to the plane of the layer along the easy magnetization axis of the crystal structure, which is specified during the manufacturing process by epitaxy on a substrate with the corresponding structure. In this case, the direction of magnetization of the ferromagnetic layers alternates antiparallel. This state of magnetization of the ferromagnetic layers corresponds to the maximum value of electrical resistance perpendicular to the layers, measured between the contacts of the spin valve. The spin valve is in a "locked" state.

В [2, второй абзац, стр.4228] и [56] указан факт такого спонтанного намагничивания ферромагнитных слоев спинового клапана, похожий на магнитную доменную структуру в сплошных антиферромагнитных материалах, и поэтому направления спонтанной намагниченности, присущее спиновым клапанам, принято условно называть антиферромагнитной намагниченностью. Антиферромагнитная намагниченность в спиновом клапане возникает при заданном соотношении толщин d_Fe ферромагнитных слоев и толщин d_i неферромагнитных прослоек, причем d_i подбирается из диапазонаIn [2, second paragraph, p. 4228] and [56], the fact of such spontaneous magnetization of the ferromagnetic layers of the spin valve, similar to the magnetic domain structure in solid antiferromagnetic materials, is indicated, and therefore the direction of spontaneous magnetization inherent in spin valves is conventionally called antiferromagnetic magnetization . The antiferromagnetic magnetization in the spin valve arises at a given ratio of the thicknesses d _Fe of the ferromagnetic layers and the thicknesses d _i of the non-ferromagnetic interlayers, with d _i selected from the range

0,1 d_Fe … 0,2 d_Fe.0.1 d _Fe … 0.2 d _Fe .

Но авторы [2], [56] сразу указывают, что микроскопическое происхождение этой антиферромагнитной связи слоев спинового клапана до сих пор остается неясным, хотя магнитные и магниторезистивные свойства новой искусственной структуры изучены как в их статическом, так и динамическом поведении. Действительно, теория электромагнетизма, приносящая колоссальную практическую пользу, описывающая намагничивание сплошных ферромагнетиков и магнитные потоки в макроскопических магнитных системах, таких как электрические машины, электромагниты, электромагнитные реле, и используемая, благодаря удобству в теории и практике более 100 лет, должна корректно применяться к многослойной искусственной структуре спинового клапана. Отметим, что понятие сплошных (неразрывных) макроскопических магнитных потоков сильно упростило расчет электромагнитных устройств, понимание теории ферромагнетизма, поэтому в теории магнитных цепей для инженерных расчетов электромагнитных устройств, где принято, что магнитные потоки должны быть макроскопическими замкнутыми, имея не только встречно-параллельные (антипараллельные) участки.But the authors of [2], [56] immediately point out that the microscopic origin of this antiferromagnetic coupling of the spin valve layers still remains unclear, although the magnetic and magnetoresistive properties of the new artificial structure have been studied both in their static and dynamic behavior. Indeed, the theory of electromagnetism, which brings enormous practical benefits, describes the magnetization of solid ferromagnets and magnetic fluxes in macroscopic magnetic systems, such as electrical machines, electromagnets, electromagnetic relays, and has been used, due to its convenience in theory and practice for more than 100 years, should be correctly applied to a multilayer artificial structure of the spin valve. Note that the concept of continuous (inseparable) macroscopic magnetic fluxes greatly simplified the calculation of electromagnetic devices, understanding the theory of ferromagnetism, therefore, in the theory of magnetic circuits for engineering calculations of electromagnetic devices, where it is accepted that magnetic fluxes must be macroscopic closed, having not only counter-parallel ( antiparallel) sections.

В слоях спинового клапана спонтанная намагниченность в каждом слое имеет максимальное значение, соответствующее намагниченности насыщения, как и в доменах сплошного ферромагнетика. Однако при этом, магнитные потоки слоев не замыкаются на соседние слои по концам плоскостей слоев, иначе спиновый клапан, согласно принципу его работы, стал бы не работоспособным. Так же не наблюдаются вихревые токи на концах этих слоев, которые наводятся при изменении замыкающих участков магнитных потоков и могут достигать больших значений из-за высокой скорости переключений спинового клапана. Очевидно, что магнитные потоки ферромагнитных слоев на их краях остаются внезапно макроскопически разорванными, хотя эти слои взаимодействуют так, как это возможно только при замкнутости магнитного потока одного слоя через слои, прилегающие к нему.In the layers of the spin valve, the spontaneous magnetization in each layer has a maximum value corresponding to the saturation magnetization, as in the domains of a solid ferromagnet. However, in this case, the magnetic fluxes of the layers are not closed to neighboring layers at the ends of the planes of the layers, otherwise the spin valve, according to the principle of its operation, would become inoperable. Eddy currents are also not observed at the ends of these layers, which are induced by changing the closing sections of the magnetic fluxes and can reach large values due to the high switching speed of the spin valve. Obviously, the magnetic fluxes of the ferromagnetic layers at their edges suddenly remain macroscopically broken, although these layers interact in a way that is possible only when the magnetic flux of one layer is closed through the layers adjacent to it.

В чем же причина встречно-параллельной спонтанной взаимной ориентации этих слоев ферромагнетика? Для объяснения искусственных многослойных структур, применяемых в спиновых клапанах, где участки магнитной цепи не соединены макроскопически последовательно, но расположены близко так, что происходит атомарное их взаимодействие объемов, предлагается следующее дополнение, известное в теории электромагнетизма [57], [58].What is the reason for the counter-parallel spontaneous mutual orientation of these layers of a ferromagnet? To explain the artificial multilayer structures used in spin valves, where sections of the magnetic circuit are not connected macroscopically in series, but are located close so that their atomic interaction of volumes occurs, the following addition is proposed, known in the theory of electromagnetism [57], [58].

Так как каждый слой спинового клапана в идеале представляет собой один кристалл, следовательно, один магнитный домен, рассмотрим другую схему взаимодействия, на более малоразмерном уровне. Атомы ферромагнитного материала, из которого изготовлены слои спинового клапана, можно представить в виде магнитных диполей с магнитным моментом p_a, спонтанно взаимодействующих между собой. Это взаимодействие приводит к тому, что магнитные моменты атомов каждого ферромагнитного слоя будут ориентированы в виде цепочек параллельно последовательно ориентированных магнитных диполей, как в одном магнитном домене, но антипараллельно в отношении магнитных моментов атомов, прилегающих ферромагнитных слоев. Очевидно, доменная структура искусственных структур типа «спиновый клапан» также совершенно иная, чем в монолитных ферромагнитных металлах, вместо доменной стенки слои разделены материалом без намагниченности, похожем этим на металл, в котором донорно или акцепторно скомпенсированы неспаренные спины электронов проводимости, участвующих в намагничивании, и из-за отсутствия намагниченности нет замедляющих поворотов его вектора. При этом сила спонтанного взаимодействия [57] атомов внутри одного ферромагнитного слоя определяется простой формулой:

а сила взаимодействия атомов одного слоя с атомами прилегающего слоя:

Здесь: r - усредненное расстояние между рассматриваемыми атомами. Очевидно, при таком рассмотрении магнитные потоки слоев спинового клапана оказываются замкнутыми на атомарном уровне, и нет надобности в применении замкнутого общего макроскопического магнитного потока при рассмотрении параллельно тесно расположенных соседствующих ферромагнитных слоев. Можно сказать, что в искусственно созданной структуре спиновых клапанов наблюдается макроскопически неявное замыкание магнитных полей, проявляющееся в спонтанной антиферромагнитной ориентации ее слоев. Таким образом, противоречия в объяснении работы спиновых клапанов сняты с применением общепринятой теории электромагнетизма.Since each layer of the spin valve ideally represents one crystal, hence one magnetic domain, let us consider another interaction scheme, at a smaller level. The atoms of the ferromagnetic material from which the layers of the spin valve are made can be represented as magnetic dipoles with a magnetic moment p _a , spontaneously interacting with each other. This interaction leads to the fact that the magnetic moments of the atoms of each ferromagnetic layer will be oriented in the form of chains of parallel in series oriented magnetic dipoles, as in one magnetic domain, but antiparallel with respect to the magnetic moments of the atoms of the adjacent ferromagnetic layers. Obviously, the domain structure of artificial structures of the “spin valve” type is also completely different from that in monolithic ferromagnetic metals; instead of a domain wall, the layers are separated by a material without magnetization, similar to a metal in which unpaired spins of conduction electrons involved in magnetization are compensated by a donor or acceptor, and due to the lack of magnetization, there are no decelerating turns of its vector. In this case, the force of spontaneous interaction [57] of atoms inside one ferromagnetic layer is determined by a simple formula:

and the force of interaction of atoms of one layer with atoms of the adjacent layer:

Here: r is the average distance between the considered atoms. Obviously, with such a consideration, the magnetic fluxes of the layers of the spin valve turn out to be closed at the atomic level, and there is no need to use a closed general macroscopic magnetic flux when considering closely spaced adjacent ferromagnetic layers in parallel. It can be said that in the artificially created structure of spin valves, a macroscopically implicit closure of magnetic fields is observed, which manifests itself in the spontaneous antiferromagnetic orientation of its layers. Thus, the contradictions in explaining the operation of spin valves are removed using the generally accepted theory of electromagnetism.

С применением приведенного текста были созданы конструкции вариантов заявляемого спинового клапана (фиг. 1) и (фиг. 2), с аналогичным принципом работы, несмотря на их иную конструкцию по сравнению с аналогами с плоскопараллельными слоями, т.е. с параллельными слоями в виде плоских колец (фиг. 1) и с коаксиальными слоями (фиг. 2). Замкнутость ферромагнитных слоев этих клапанов позволяет повысить магнитную упорядоченность их структур как вовремя изготовления при наращивании слоев, так и во время работы спиновых клапанов, а также повышает стойкость спинового клапана в отношении внешних высокочастотных электромагнитных помех.Using the above text, designs of variants of the proposed spin valve (Fig. 1) and (Fig. 2) were created, with a similar principle of operation, despite their different design compared to analogues with plane-parallel layers, i.e. with parallel layers in the form of flat rings (Fig. 1) and with coaxial layers (Fig. 2). The closed nature of the ferromagnetic layers of these valves makes it possible to increase the magnetic ordering of their structures, both during manufacture during layer growth and during operation of the spin valves, and also increases the resistance of the spin valve to external high-frequency electromagnetic interference.

При обеспечении строго ориентированной бездефектной структуры [3], [59], которая связана также и со способом высококачественного изготовления, каждый слой становится гладким монокристаллом. Благодаря этому сопротивление спинового клапана в закрытом состоянии приблизится к сопротивлению полупроводниковых токовых ключей, что в некоторых случаях обеспечит возможность их применения даже в качестве самостоятельных компонентов для коммутации электрического тока.When providing a strictly oriented defect-free structure [3], [59], which is also associated with a high-quality manufacturing method, each layer becomes a smooth single crystal. Due to this, the resistance of the spin valve in the closed state will approach the resistance of semiconductor current switches, which in some cases will make it possible to use them even as independent components for switching electric current.

В остальном принцип работы заявляемых вариантов спинового клапана не отличается от принципа работы аналогов и наиболее близкого технического решения (prior art).Otherwise, the principle of operation of the proposed variants of the spin valve does not differ from the principle of operation of analogues and the closest technical solution (prior art).

Отметим, что согласно рассмотренному принципу будут работать аналогичные многослойные устройства, даже имеющие на несколько порядков увеличенную (квазибесконечную) площадь слоев. Так же, при соблюдении соотношений толщин d_Feферромагнитных слоев и толщин d_i неферромагнитных прослоек в диапазоне 0,1 d_Fe … 0,2 d_Fe, удалось обеспечить такое же антиферромагнитное взаимодействие ферромагнитных слоев толщиной d_Fe=50 мкм [60], т.е. в 4×10³ большей, чем применяется в спиновых клапанах. Обратим внимание на то, что размер 50 мкм не превосходит толщину магнитного домена в монолитных образцах известных ферромагнитных металлов.Note that, according to the considered principle, similar multilayer devices will work, even if they have an increased (quasi-infinite) area of the layers by several orders of magnitude. Also, if the ratios of thicknesses d _Fe of ferromagnetic layers and thicknesses d _i of non-ferromagnetic interlayers in the range 0.1 d _Fe … 0.2 d _Fe are observed, it was possible to provide the same antiferromagnetic interaction of ferromagnetic layers with a thickness of d _Fe = 50 μm [60], t .e. 4×10 ³ greater than is used in spin valves. Let us pay attention to the fact that the size of 50 μm does not exceed the thickness of the magnetic domain in monolithic samples of known ferromagnetic metals.

Из-за гистерезиса межслоевого взаимодействия плавное управление сопротивлением заявляемых спиновых клапанов, так же, как и у аналогов, не рассматривается, хотя и возможно при специальной ориентации высокочастотного управляющего магнитного поля, например, перпендикулярно слоям.Due to the hysteresis of interlayer interaction, smooth control of the resistance of the proposed spin valves, as well as for analogues, is not considered, although it is possible with a special orientation of the high-frequency control magnetic field, for example, perpendicular to the layers.

Учитывая применимость общепринятой теории электромагнетизма для описания спиновых клапанов, можно применять не только феноменологические уравнения для описания работы спиновых клапанов. Энергия спонтанной намагниченности ферромагнитного слоя определяется уравнением [61]:Given the applicability of the generally accepted theory of electromagnetism to describe spin valves, it is possible to apply not only phenomenological equations to describe the operation of spin valves. The energy of spontaneous magnetization of a ferromagnetic layer is determined by the equation [61]:

где: μ₀μ - магнитная проницаемость ферромагнетика, J_s - его намагниченность насыщения, V_Fe - объем слоя, причем V_Fe=d_Fe⋅S_Fe, d_Fe - толщина слоя, S_Fe - площадь плоскости слоя.

where: μ ₀ μ is the magnetic permeability of the ferromagnet, J _s is its saturation magnetization, V _Fe is the volume of the layer, and V _Fe =d _Fe ⋅S _Fe , d _Fe is the layer thickness, S _Fe is the area of the layer plane.

Если спиновый клапан близок по параметрам к идеальному спиновому клапану, т.е. имеет малые токи утечки, его можно представить в виде электрического конденсатора с энергией [61], максимально запасаемое значение которой равно:If the spin valve is close in parameters to the ideal spin valve, i.e. has low leakage currents, it can be represented as an electric capacitor with energy [61], the maximum stored value of which is:

где: C_i - емкость конденсатора, обкладками которого являются ферромагнитные слои, U_br - граничное напряжение этого конденсатора, причем

ε₀ε - эквивалентная диэлектрическая проницаемость границы, по которой происходит смещение намагниченности слоя с положительным зарядом и имеющая толщину d_r. Это смещение происходит при приложении напряжения U<U_br к такому условному конденсатору.

where: C _i is the capacitance of the capacitor, the plates of which are ferromagnetic layers, U _br is the boundary voltage of this capacitor, and

ε ₀ ε is the equivalent permittivity of the boundary along which the magnetization of the layer with a positive charge is shifted and having a thickness d _r . This shift occurs when voltage U<U _br is applied to such a conditional capacitor.

Теперь, измерив электрическое напряжение U_br, при приложении которого к запертому спиновому клапану с одной прослойкой произойдет переключение направлений намагниченности, и допуская, что W_M=W_E, можем вычислить значение d_r для выбранных материалов слоев и прослоек с толщинами d_Fe и d_i:Now, having measured the voltage U _br , when applied to a locked spin valve with one interlayer, the magnetization directions will switch, and assuming that W _M =W _E , we can calculate the value of d _r for the selected materials of layers and interlayers with thicknesses d _Fe and d _i :

Это позволит в дальнейшем вычислять значение граничного напряжения U_br для любых значений J_s и d_Fe.This will allow in the future to calculate the value of the boundary stress U _br for any values of J _s and d _Fe .

Кольцевая или дисковая конструкция спинового клапана позволяет осуществлять равномерно ориентирующее намагничивание наращиваемых слоев спинового клапана в процессе их осаждения наиболее эффективным и простым способом: пропусканием постоянного электрического тока вдоль проволоки круглого поперечного сечения, коаксиальной с осью цилиндра или диска слоев. Для спинового клапана первого варианта дизайна роль этой проволоки может выполнять подложка - проволока круглого поперечного сечения или проволока круглого сечения, коаксиальная трубчатой подложке, изолированной от этой проволоки. При этом значение намагничивающего тока выбирается достаточным, чтобы намагничивать до насыщения не только внутренние, но и наружные растущие слои.The annular or disk design of the spin valve makes it possible to carry out uniformly orienting magnetization of the build-up layers of the spin valve during their deposition in the most efficient and simple way: by passing a direct electric current along a wire of circular cross section coaxial with the axis of the cylinder or layer disk. For the spin valve of the first design variant, the role of this wire can be played by a substrate - a wire of a circular cross section or a wire of a circular cross section coaxial to a tubular substrate isolated from this wire. In this case, the value of the magnetizing current is chosen sufficient to magnetize to saturation not only the inner, but also the outer growing layers.

Таким образом, часть цели - повышение параметров спинового клапана и изменение его конструкции для осуществления способа, способствующего повышению параметров спинового клапана, достигнута.Thus, part of the goal of increasing the parameters of the spin valve and changing its design in order to implement a method that promotes an increase in the parameters of the spin valve is achieved.

Для достижения поставленной цели - улучшение способа электролитического осаждения материалов в магнитном поле для обеспечения его применимости в производстве спиновых клапанов и повышения возможностей этого способа по сравнению со способами эпитаксиального электровакуумного напыления, в способе, содержащем электролитическое осаждение с применением асимметричного переменного тока в магнитном поле, намагничивающем осаждаемые слои до насыщения, постоянное восстановление и очищение электролита от шлама любой высокой дисперсности, включая субмикронный, при этом поток очищенного восстановленного электролита омывает поверхность наращиваемого слоя, смывая с него пузырьки водорода и пудру отторгаемого катодного шлама, применена конструкция спиновых клапанов с замкнутыми цилиндрическими или дисковыми слоями, и намагничивание которых в процессе осаждения осуществляется постоянным током, проходящим по прямой проволоке круглого поперечного сечения, расположенной вдоль оси цилиндра или диска этих слоев.To achieve the stated goal - to improve the method of electrolytic deposition of materials in a magnetic field to ensure its applicability in the production of spin valves and increase the capabilities of this method compared to the methods of epitaxial electrovacuum deposition, in a method containing electrolytic deposition using asymmetric alternating current in a magnetic field that magnetizes deposited layers up to saturation, constant recovery and purification of the electrolyte from any high-dispersion sludge, including submicron, while the stream of purified reduced electrolyte washes the surface of the layer being built up, washing away hydrogen bubbles and powder of the rejected cathode sludge from it, the design of spin valves with closed cylindrical or disk layers, and the magnetization of which during the deposition process is carried out by direct current passing through a straight wire of circular cross section, located along the axis of the cylinder or disk of these layers. oev.

Существенным отличием заявляемого способа от аналогов [42]-[54] и от наиболее близкого технического решения [55] является применение конструкции спиновых клапанов с замкнутыми цилиндрическими или дисковыми слоями, намагничивание которых до насыщения в процессе осаждения обеспечивается магнитным полем постоянного тока, пропускаемого по прямой проволоке круглого поперечного сечения, расположенной вдоль оси цилиндра или диска этих слоев. Эти отличительные признаки применяются впервые, что является признаком новизны заявляемого способа.The essential difference of the proposed method from analogs [42]-[54] and from the closest technical solution [55] is the use of the design of spin valves with closed cylindrical or disk layers, the magnetization of which to saturation during the deposition process is provided by a direct current magnetic field passed in a straight line a wire of circular cross section located along the axis of the cylinder or disk of these layers. These distinguishing features are used for the first time, which is a sign of the novelty of the proposed method.

Способ осаждения слоев заявляемого спинового клапана осуществляется следующим образом.The method of deposition of the layers of the inventive spin valve is carried out as follows.

При электролитическом осаждении металлических слоев возможно действовать равномерным магнитным полем только на структуру растущего кристалла, так как магнитное поле не производит никаких изменений в составе электролита и в связях ионов электролита, т.е. не вызывает слипание ионов металла, движущихся в электролите к подложке [55]. Для сравнения: при магнетронном вакуумном осаждении намагничивание подложки приведет к тому, что это поле будет влиять на плазму металла еще до его осаждения, провоцируя кластеризацию металла. В отличие от этого создание эпитаксии при электролитическом осаждении металлических слоев в магнитном поле не только осуществимо, но и менее затратное. Преимущество упорядочивания в процессе роста осаждаемых слоев равномерным магнитным полем следует из того, что упорядочивающее воздействие магнитного поля, намагничивающего растущий слой ферромагнитного металла до насыщения и формирующего его монокристаллическую структуру, не ослабевает при росте толщины осажденных слоев, в отличие от эпитаксии, осуществляемой только под влиянием структуры подложки и зависящей от расстояния от нее, особенно при искажениях от дефектов в структуре слоев. Кроме этого, каждый осажденный слой имеет структуру подложки, подходящей для заданной эпитаксии, поэтому упорядочивание растущих слоев будет происходить эффективнее, т.е. как под влиянием магнитного поля, так и под влиянием структуры нижележащего слоя. Формирование такого неослабленного упорядочивающего слоя особенно важно для получения гладкой поверхности при осаждении тонких неферромагнитных прослоек.During electrolytic deposition of metal layers, it is possible to act with a uniform magnetic field only on the structure of a growing crystal, since the magnetic field does not produce any changes in the composition of the electrolyte and in the bonds of electrolyte ions, i.e. does not cause coalescence of metal ions moving in the electrolyte towards the substrate [55]. For comparison: during magnetron vacuum deposition, the magnetization of the substrate will lead to the fact that this field will affect the plasma of the metal even before its deposition, provoking metal clustering. In contrast, the creation of epitaxy during the electrolytic deposition of metal layers in a magnetic field is not only feasible, but also less expensive. The advantage of ordering during the growth of the deposited layers by a uniform magnetic field follows from the fact that the ordering effect of the magnetic field, which magnetizes the growing ferromagnetic metal layer to saturation and forms its single-crystal structure, does not weaken with an increase in the thickness of the deposited layers, in contrast to epitaxy, which is carried out only under the influence of structure of the substrate and depending on the distance from it, especially in the case of distortions from defects in the layer structure. In addition, each deposited layer has a substrate structure suitable for a given epitaxy; therefore, the ordering of the growing layers will be more efficient; both under the influence of the magnetic field and under the influence of the structure of the underlying layer. The formation of such an unweakened ordering layer is especially important for obtaining a smooth surface when thin nonferromagnetic interlayers are deposited.

Рассмотрим влияние искривлений слоев в заявляемых спиновых клапанах на упорядочивание структуры металла. Искажение структуры материала, из-за изгиба слоев и отличия длины окружностей слоев или изменения радиуса участка слоя не возникает, так как компенсируется незначительным упругим растяжением внутренних участков слоев и сжатием наружных, и затем осциллирующим переходом к такой же кристаллической структуре, но с увеличенным количеством атомов и изменением знака деформации. Очевидно, между деформированными участками кристалла находятся ненапряженные области. Рассмотренные кристаллические перестройки осуществляются с сохранением направления осей легкого намагничивания ферромагнитного материала. Поэтому, каждый слой наращиваемой многослойной структуры остается монокристаллическим бездефектным.Let us consider the effect of layer curvature in the proposed spin valves on the ordering of the metal structure. Distortion of the material structure due to the bending of the layers and the difference in the circumferences of the layers or changes in the radius of the layer section does not occur, as it is compensated by a slight elastic stretching of the inner sections of the layers and compression of the outer ones, and then by an oscillating transition to the same crystal structure, but with an increased number of atoms and changing the sign of the deformation. Obviously, there are unstressed regions between the deformed sections of the crystal. The considered crystal rearrangements are carried out with the preservation of the direction of the easy magnetization axes of the ferromagnetic material. Therefore, each layer of the growing multilayer structure remains single-crystal defect-free.

Работа асимметричного переменного тока в электролите основана на процессах осаждения металла на подложке-катоде во время действия отрицательного импульса тока (катодный ток), имеющего амплитуду I_k и длительность τ_K, и стравливания металла с этой подложки во время действия противоположного, положительного, импульса тока (анодный ток) с длительностью τ_A ≈ 0,1⋅τ_K … 0,2⋅τ_K и амплитудой 0,2⋅I_k …1⋅I_k. При катодном токе, т.е. при длинном импульсе отрицательного электрического потенциала подложки относительно анода на поверхности детали разряжаются ионы соответствующего металла и водорода, который частично встраивается атомарно в структуру покрытия, и частично соединяется в молекулы водорода, образуя пузырьки, прикрепленные к точкам выделения на поверхности детали. При анодном токе, т.е. при коротком импульсе положительного электрического потенциала подложки относительно анода, атомарный водород, благодаря высокой подвижности представляющих его протонов, имеющих малые размеры по сравнению с ионами покровного металла, успевает удалиться из структуры покрытия на его поверхность. Обратно в раствор электролита переходят также частицы случайного шлама, и частично, т.е. от 1 до 10%, в зависимости от технологии, растворяется металл покрытия. Повышение качества покрытия при совместном применении магнитного поля и асимметричного тока связано с тем, что в магнитном поле энергетически выгоднее становится осаждение металлов без включений водорода и субмикронного шлама по сравнению с осаждением с водородом и шламом. При стравливании металла в магнитном поле, наоборот, энергетически выгоднее становится удаление водорода и шлама из структуры покрытия.The operation of an asymmetric alternating current in the electrolyte is based on the processes of metal deposition on the cathode substrate during the action of a negative current pulse (cathode current), which has an amplitude I _k and duration τ _K , and metal etching from this substrate during the action of the opposite, positive, current pulse (anode current) with duration τ _A ≈ 0.1⋅τ _K … 0.2⋅τ _K and amplitude 0.2⋅I _k …1⋅I _k . With a cathode current, i.e. with a long pulse of the negative electrical potential of the substrate relative to the anode, ions of the corresponding metal and hydrogen are discharged on the surface of the part, which is partially incorporated atomically into the coating structure, and partially combined into hydrogen molecules, forming bubbles attached to the release points on the surface of the part. At the anode current, i.e. With a short pulse of the positive electric potential of the substrate relative to the anode, atomic hydrogen, due to the high mobility of its protons, which are small in size compared to the coating metal ions, has time to escape from the coating structure to its surface. Particles of random sludge also pass back into the electrolyte solution, and partially, i.e. from 1 to 10%, depending on the technology, the coating metal is dissolved. Improving the quality of the coating with the combined use of a magnetic field and an asymmetric current is due to the fact that in a magnetic field the deposition of metals without inclusions of hydrogen and submicron sludge becomes energetically more favorable compared to deposition with hydrogen and sludge. When metal is etched in a magnetic field, on the contrary, the removal of hydrogen and sludge from the coating structure becomes energetically more favorable.

Отметим, что заявленную в [56] шероховатость 0,2 нм … 0,3 нм (половина диаметра атома) достигнуть при магнетронном распылении в вакууме весьма сложно. Поэтому эта технология требует применения дорогостоящего оборудования, имеет низкую производительность, невысокий процент изделий с заданным значением электрического сопротивления в закрытом состоянии. В отличие от этого, заявляемый способ высокопроизводителен, менее затратный и обеспечивает особо высокую чистоту и монокристаллическую структуру слоев, следовательно, обеспечивает возможность получение изделий с более высоким сопротивлением в закрытом состоянии, с полным повторением всех параметров с высокой точностью, при переходе от изделия к изделию.Note that the roughness of 0.2 nm … 0.3 nm (half the diameter of an atom) declared in [56] is very difficult to achieve with magnetron sputtering in vacuum. Therefore, this technology requires the use of expensive equipment, has low productivity, and a low percentage of products with a given value of electrical resistance in the closed state. In contrast, the proposed method is highly productive, less expensive and provides a particularly high purity and single-crystal structure of the layers, therefore, it provides the possibility of obtaining products with a higher resistance in the closed state, with full repetition of all parameters with high accuracy, when moving from product to product. .

Таким образом, цель изобретения - улучшение способа электролитического осаждения материалов в магнитном поле для обеспечения его применимости в производстве спиновых клапанов и повышения его возможностей по сравнению со способами эпитаксиального электровакуумного напыления, достигнута.Thus, the purpose of the invention - to improve the method of electrolytic deposition of materials in a magnetic field to ensure its applicability in the production of spin valves and increase its capabilities in comparison with the methods of epitaxial electro-vacuum deposition, has been achieved.

Ферромагнитные слои заявляемых спиновых клапанов могут быть изготовлены с применением любых ферромагнитных металлов, включая редкоземельных, а также из сплавов с ферромагнитными свойствами. Неферромагнитные прослойки могут быть изготовлены из любых металлов, не обладающих ферромагнитными свойствами, а также в виде диэлектрических пленок с эффектом туннельного пробоя. Подложка может быть выполнена из алюминия, что при необходимости облегчит ее селективное стравливание в растворах щелочей, или из меди, которая стравливается в растворе аммиака без повреждения слоев и прослоек спинового клапана.The ferromagnetic layers of the claimed spin valves can be made using any ferromagnetic metals, including rare earths, as well as from alloys with ferromagnetic properties. Non-ferromagnetic interlayers can be made from any metals that do not have ferromagnetic properties, as well as in the form of dielectric films with the effect of tunnel breakdown. The substrate can be made of aluminum, which, if necessary, will facilitate its selective etching in alkali solutions, or copper, which is etched in an ammonia solution without damaging the layers and interlayers of the spin valve.

В настоящее время спиновые клапаны широко применяются в основном в считывающих головках жестких дисках компьютеров, а также в цифровых изоляторах [62], [63], [64], [65], превосходящих оптроны по быстродействию. Однако достижение высоких значений сопротивления в закрытом состоянии спинового клапана, т.е. малых токов утечки, позволит применять его в электронике и электротехнике, в качестве самостоятельного коммутирующего быстродействующего сильноточного компонента с гальванической развязкой.At present, spin valves are widely used mainly in read heads of computer hard disks, as well as in digital isolators [62], [63], [64], [65], which are faster than optocouplers. However, the achievement of high resistance values in the closed state of the spin valve, i.e. low leakage currents, will allow its use in electronics and electrical engineering, as an independent switching high-speed high-current component with galvanic isolation.

Список использованной литературыList of used literature

1. US 4949039 (DE 3820475), Int. Cl.⁵ G01R 33/06; G11B 5/39; H01L 43/00. Magnetic field sensor with ferromagnetic thin layers having magnetically antiparallel polarized components. Патент от 14.08.1990.1. US 4949039 (DE 3820475), Int. Cl. ⁵ G01R 33/06; G11B 5/39; H01L 43/00. Magnetic field sensor with ferromagnetic thin layers having magnetically antiparallel polarized components. Patent dated 08/14/1990.

2. Binasch G.,

Saurenbach F., Zinn W. Enhanced magnetoresistance in layered magnetic-structures with antiferromagnetic interlayer exchange. II Physical Review В 39(7): 4828-4830.2. Binasch G.,

Saurenbach F., Zinn W. Enhanced magnetoresistance in layered magnetic-structures with antiferromagnetic interlayer exchange. II Physical Review B 39(7): 4828-4830.

3. Казаков В.В., Махянов Х.М. Перспективы применения спиновых клапанов в силовой электронике и электротехнике. Ж-л «Энергетика Татарстана», №1 (41) 2016, 3 - 18 С.3. Kazakov V.V., Makhyanov Kh.M. Prospects for the use of spin valves in power electronics and electrical engineering. Zh-l "Energy of Tatarstan", No. 1 (41) 2016, 3 - 18 p.

4. US 5598308, Int. Cl. G01R 33/09; G01R 33/06; G11B 005/127; G11B 005/33. Magnetoresistive sensor having multilayer thin film structure. Патент от 28.01.1997.4. US 5598308, Int. Cl. G01R 33/09; G01R 33/06; G11B 005/127; G11B 005/33. Magnetoresistive sensor having multilayer thin film structure. Patent dated 01/28/1997.

5. US 5341118, Int. Cl. H01L 43/00. Multilayer magnetic structure wherein the magnitude of the structure magnetoresistance is a function of nonmagnetic layer thickness. Патент от 23.08.1994.5. US 5341118, Int. Cl. H01L 43/00. Multilayer magnetic structure where the magnitude of the structure magnetoresistance is a function of nonmagnetic layer thickness. Patent dated 23.08.1994.

6. US 5452163, Int. Cl. G11B 5/30. Multilayer magnetoresistive sensor. Патент от 19.09.1995.6. US 5452163, Int. Cl. G11B 5/30. Multilayer magnetoresistive sensor. Patent dated 19.09.1995.

7. US 5688605, Int. Cl. H01F 10/32; H01F 10/00; G11B 5/39; H01L 43/00; H01L 43/10; H01L 43/08; G11B 005/127. Magnetoresistance effect element. Патент от 18.11.1997.7. US 5688605, Int. Cl. H01F 10/32; H01F 10/00; G11B 5/39; H01L 43/00; H01L 43/10; H01L 43/08; G11B 005/127. Magnetoresistance effect element. Patent dated 11/18/1997.

8. US 5828526, Int. Cl. G11B 5/39; H01L 43/10; H01L 43/00; G11B 005/39; H01L 043/00. Magnetoresistance effect element and magnetic field detection device. Патент от 27.10.1998.8. US 5828526, Int. Cl. G11B 5/39; H01L 43/10; H01L 43/00; G11B 005/39; H01L 043/00. Magnetoresistance effect element and magnetic field detection device. Patent dated 10/27/1998.

9. US 5365212, Int. Cl. H01L 43/00. Magnetoresistance effect element. Патент от 15.11.1994.9 US Pat. No. 5,365,212, Int. Cl. H01L 43/00. Magnetoresistance effect element. Patent dated 11/15/1994.

10. US 5315282, Int. Cl. H01L 43/08. Magnetoresistance effect element. Патент от 24.05.1994.10. US 5315282, Int. Cl. H01L 43/08. Magnetoresistance effect element. Patent dated May 24, 1994.

11. US 5578385, Int. Cl. G11B 5/00. Magnetoresistance effect element. Патент от 26.11.1996.11. US 5578385, Int. Cl. G11B 5/00. Magnetoresistance effect element. Patent dated 11/26/1996.

12. US 6639763, Int. Cl. G01R 33/06; G01R 33/09; G11B 5/39; G11B 005/39. Magnetic transducer and thin film magnetic head. Патент от 28.10.2003.12. US 6639763, Int. Cl. G01R 33/06; G01R 33/09; G11B 5/39; G11B 005/39. Magnetic transducer and thin film magnetic head. Patent dated October 28, 2003.

13. US 5731936, Int. Cl. H01F 10/32; H01F 10/00; G11B 5/39; G11B 5/40; G11B 005/39. Magnetoresistive (MR) sensor with coefficient enhancing that promotes thermal stability. Патент от 24.03.1998.13. US 5731936, Int. Cl. H01F 10/32; H01F 10/00; G11B 5/39; G11B 5/40; G11B 005/39. Magnetoresistive (MR) sensor with coefficient enhancement that promotes thermal stability. Patent dated 03/24/1998.

14. US 5747997, Int. Cl. G01C 17/00; G01C 17/30; G01R 33/04; G01R 33/09; G01R 33/06; H01F 10/32; G11B 5/39; G11B 5/465; H01F 10/00; H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 5/012; G11B 5/00; G01R 033/09; G01C 017/00. Spin-valve magnetoresistance sensor having minimal hysteresis problems. Патент от 05.05.1998.14. US 5747997, Int. Cl. G01C 17/00; G01C 17/30; G01R033/04; G01R 33/09; G01R 33/06; H01F 10/32; G11B 5/39; G11B 5/465; H01F 10/00; H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 5/012; G11B 5/00; G01R033/09; G01C017/00. Spin-valve magnetoresistance sensor having minimal hysteresis problems. Patent dated 05.05.1998.

15. US 6166539, Int. Cl. G01C 17/30; G01C 17/00; G01R 33/09; G01R 33/06; G01R 33/04; G11B 5/39; G11B 5/465; H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 5/00; G11B 5/012; G01R 033/02; G11B 005/127. Magnetoresistance sensor having minimal hysteresis problems. Патент от 26.12.2000.15. US 6166539, Int. Cl. G01C 17/30; G01C 17/00; G01R 33/09; G01R 33/06; G01R033/04; G11B 5/39; G11B 5/465; H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 5/00; G11B 5/012; G01R033/02; G11B 005/127. Magnetoresistance sensor having minimal hysteresis problems. Patent dated December 26, 2000.

16. US 5549977, Int. Cl. H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 005/66; B05D 005/12; C23C 014/00. Article comprising magnetoresistive material. Патент от 27.08.1996.16. US 5549977, Int. Cl. H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 005/66; B05D005/12; C23C014/00. Article containing magnetoresistive material. Patent dated 27.08.1996.

17. US 6153320, Int. Cl. G01R 33/09; G01R 33/06; H01F 10/32; G06K 19/06; H01L 21/8246; H01L 21/70; H01L 27/22; H01F 10/00; G11B 5/39; B32B 009/00; G11B 005/66. Magnetic devices with laminated ferromagnetic structures formed with improved antiferromagnetically coupling films. Патент от 28.11.2000.17. US 6153320, Int. Cl. G01R 33/09; G01R 33/06; H01F 10/32; G06K 19/06; H01L 21/8246; H01L 21/70; H01L 27/22; H01F 10/00; G11B 5/39; B32B009/00; G11B 005/66. Magnetic devices with laminated ferromagnetic structures formed with improved antiferromagnetically coupling films. Patent dated 11/28/2000.

18. US 6197439, Int. Cl. B32B 15/01; G11B 5/31; H01F 10/32; G11B 5/33; H01F 10/00; G11B 5/39; B32B 015/00. Laminated magnetic structures with ultra-thin transition metal spacer layers. Патент от 06.03.2001.18 US 6197439, Int. Cl. B32B015/01; G11B 5/31; H01F 10/32; G11B 5/33; H01F 10/00; G11B 5/39; B32B015/00. Laminated magnetic structures with ultra-thin transition metal spacer layers. Patent dated 03/06/2001.

19. US 7221545, Int. Cl. G11B 5/39; G110B 5/127. High H_C reference layer structure for self-pinned GMR heads. Патент от 22.09.2007.19. US 7221545, Int. Cl. G11B 5/39; G110B 5/127. High H _C reference layer structure for self-pinned GMR heads. Patent dated 22.09.2007.

20. US 5434826, Int. Cl. G11B 5/39; G11B 5/455; H01L 043/00; G11B 005/39. Multilayer hard bias films for longitudinal biasing in magnetoresistive transducer. Патент от 18.07.1995.20. US 5434826, Int. Cl. G11B 5/39; G11B 5/455; H01L 043/00; G11B 005/39. Multilayer hard bias films for longitudinal biasing in magnetoresistive transducer. Patent dated 18.07.1995.

21. US 2009/0243607, Int. Cl. G01R 33/05. Magnetic sensor design for suppression of Barkhausen nois. Патент от 01.10.2009.21 US 2009/0243607, Int. Cl. G01R 33/05. Magnetic sensor design for suppression of Barkhausen nois. Patent dated 01.10.2009.

22. US 5485334, Int. Cl. G11B 5/39; G11B 5/31. Magnetoresistive device and method having improved barkhausen noise suppression. Патент от 16.01.1996.22 US 5485334, Int. Cl. G11B 5/39; G11B 5/31. Magnetoresistive device and method having improved barkhausen noise suppression. Patent dated 01/16/1996.

23. US 5654854, Int. Cl. G121B 5/39. Longitudinally biased magnetoresistive sensor having a concave shaped active region to reduce Barkhausen noise by achieving a substantially single magnetic domain state. Патент от 05.08. 1997.23 US 5654854, Int. Cl. G121B 5/39. Longitudinally biased magnetoresistive sensor having a concave shaped active region to reduce Barkhausen noise by achieving a substantially single magnetic domain state. Patent dated 05.08. 1997.

24. US 6538860, Int. Cl. G11B 5/39. Spin-valve type magnetoresistive element capable of preventing Barkhausen noise. Патент от 25.03.2003.24. US 6538860, Int. Cl. G11B 5/39. Spin-valve type magnetoresistive element capable of preventing Barkhausen noise. Patent dated 03/25/2003.

25. US 8242776 B2, Int. Cl. G01R 33/02. Magnetic sensor design for suppression of Barkhausen noise. Патент от 14.08.2012.25 US 8242776 B2, Int. Cl. G01R 33/02. Magnetic sensor design for suppression of Barkhausen noise. Patent dated 14.08.2012.

26. US 6633465 B2, Int. Cl. G11B 5/39. Magnetoresistive element. Патент от 14.10.2003.26. US 6633465 B2, Int. Cl. G11B 5/39. Magnetoresistive element. Patent dated 10/14/2003.

27. US 6567247 B1, Int. Cl. G11B 5/127. Magnetoresistance effect type head. Патент от 20.05.2003.27. US 6567247 B1, Int. Cl. G11B 5/127. Magnetoresistance effect type head. Patent dated May 20, 2003.

28. US 7710690 B2, Int. Cl. G11B 5/33. Magneto-resistance effect element capable of obtaining a reproducing signal with a high quality. Патент от 04.05.2010.28. US 7710690 B2, Int. Cl. G11B 5/33. Magneto-resistance effect element capable of obtaining a reproducing signal with a high quality. Patent dated 04.05.2010.

29. US 2005/0219768 A1, Int. Cl. G11B 5/33; G11B 5/127. Magneto-resistance effect element. Патент от 06.10.2005.29. US 2005/0219768 A1, Int. Cl. G11B 5/33; G11B 5/127. Magneto-resistance effect element. Patent dated 06.10.2005.

30. US 6714389 B1, Int. Cl. G11B 5/39. Digital magnetoresistive sensor with bias. Патент от 30.03.2004.30. US 6714389 B1, Int. Cl. G11B 5/39. Digital magnetoresistive sensor with bias. Patent dated 03/30/2004.

31. US 5620784, Int. Cl. H01F 10/14. Magnetoresistive film. Патент от 15.04.1997.31 US 5620784, Int. Cl. H01F 10/14. Magnetoresistive film. Patent dated 04/15/1997.

32. US 6496004 B1, Int. Cl. G01F 33/09; G01F 33/02; H01L 43/08; H01L 43/12. Magnetic field sensor using magneto-resistance of ferromagnetic layers with parallel magnetic axes. Патент от 17.12.2002.32. US 6496004 B1, Int. Cl. G01F 33/09; G01F 33/02; H01L 43/08; H01L 43/12. Magnetic field sensor using magneto-resistance of ferromagnetic layers with parallel magnetic axes. Patent dated 12/17/2002.

33. US 5432373, Int. Cl. H01L 27/22. Magnetic spin transistor. Патент от 11.07.1995.33 US 5432373, Int. Cl. H01L 27/22. magnetic spin transistor. Patent dated 07/11/1995.

34. US 6501143 B2, Int. Cl. H01L 29/82. Spin-valve transistor. Патент от 31.12.2002.34 US 6501143 B2, Int. Cl. H01L 29/82. Spin-valve transistor. Patent dated December 31, 2002.

35. US 6016241, Int. Cl. G11B 5/39. Magnetoresistive sensor utilizing a granular magnetoresistive layer. Патент от 18.01.2000.35 US 6016241, Int. Cl. G11B 5/39. Magnetoresistive sensor utilizing a granular magnetoresistive layer. Patent dated 01/18/2000.

36. US 5966012, Int. Cl. H01L 43/08; H01F 10/00; H01F 10/32; G11C 11/16; G11C 11/02; G11C 11/15; G01R 033/02; G11C 011/15. Magnetic tunnel junction device with improved fixed and free ferromagnetic layers. Патент от 12.10.1999.36 US 5966012, Int. Cl. H01L 43/08; H01F 10/00; H01F 10/32; G11C 11/16; G11C 11/02; G11C 11/15; G01R033/02; G11C 011/15. Magnetic tunnel junction device with improved fixed and free ferromagnetic layers. Patent dated 10/12/1999.

37. US 7271698, Int. Cl. H01L 43/00. Laminated ferrimagnetic thin film, and magnetoresistive effect element and ferromagnetic tunnel element using this thin film. Патент от 18.09.2007.37 US 7271698, Int. Cl. H01L 43/00. Laminated ferrimagnetic thin film, and magnetoresistive effect element and ferromagnetic tunnel element using this thin film. Patent dated 18.09.2007.

38. US 7276384, Int. Cl. H01L 21/00; H01L 29/76. Magnetic tunnel junctions with improved tunneling magneto-resistance. Патент от 02.10.2007.38 US 7276384, Int. Cl. H01L 21/00; H01L 29/76. Magnetic tunnel junctions with improved tunneling magneto-resistance. Patent dated 02.10.2007.

39. US 7280029, Int. Cl. H01L 43/00. Laminated ferrimagnetic thin film, and magnetoresistive effect element and ferromagnetic tunnel element using this thin film. Патент от 09.10.2007.39 US 7280029, Int. Cl. H01L 43/00. Laminated ferrimagnetic thin film, and magnetoresistive effect element and ferromagnetic tunnel element using this thin film. Patent dated 09.10.2007.

40. US 5835003, Int. Cl. H01L 43/00. Colossal magnetoresistance sensor. Патент от 10.11. 1998.40 US 5835003, Int. Cl. H01L 43/00. Colossal magnetoresistance sensor. Patent dated 10.11. 1998.

41. US 5447781, Int. Cl. H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 005/127. Magnetoresistance film and method of manufacturing same. Патент от 05.09.1995.41. US 5447781, Int. Cl. H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 005/127. Magnetoresistance film and method of manufacturing same. Patent dated 09/05/1995.

42. Кузьмар И., Кушнер Л., Ланин В., Хмыль А. Гальваническое осаждение функциональных покрытий в нестационарных режимах электролиза. Ж-л «Технологии в электронной промышленности», №4’2013 (www.tech-e.ru), 70-74 С.42. Kuzmar I., Kushner L., Lanin V., Khmyl A. Galvanic deposition of functional coatings in non-stationary electrolysis modes. Zh-l "Technologies in the electronic industry", No. 4'2013 (www.tech-e.ru), 70-74 p.

43. Серебровский, В.В. Особенности осаждения железных гальванических покрытий на переменном асимметричном токе / В.В. Серебровский // Аграр. наука. - 2011. - С. 29-31.43. Serebrovsky, V.V. Peculiarities of deposition of iron galvanic coatings on alternating asymmetric current / V.V. Serebrovsky // Agrar. the science. - 2011. - S. 29-31.

44. RU 2634555 С2 МПК C25D 3/56. Способ электролитического осаждения сплава железо-кобальт. Патент от 21.12.2015.44. RU 2634555 C2 IPC C25D 3/56. The method of electrolytic deposition of an iron-cobalt alloy. Patent dated 12/21/2015.

45. RU 2174163 С1 МПК C25D 3/56, C25D 5/18. Способ электролитического осаждения сплава железо-молибден. Патент от 22.02.2000.45. RU 2174163 C1 IPC C25D 3/56, C25D 5/18. The method of electrolytic deposition of an iron-molybdenum alloy. Patent dated February 22, 2000.

46. RU 2192509, МПК C25D 3/56. Способ электролитического осаждения сплава железо-вольфрам. Патент от 04.01.2001.46. RU 2192509, IPC C25D 3/56. Method for electrolytic deposition of iron-tungsten alloy. Patent dated 04.01.2001.

47. RU 2626700 С1 МПК C25D 3/12. Способ электрохимического нанесения никелевого покрытия. Патент от 10.02.2016.47. RU 2626700 C1 IPC C25D 3/12. The method of electrochemical deposition of nickel coating. Patent dated February 10, 2016.

48. BY 7927 С1 МПК C25D 3/56. Электролит и способ получения защитного покрытия сплавом никель-вольфрам. Патент от 30.04.2006.48. BY 7927 C1 IPC C25D 3/56. Electrolyte and method for producing protective coating with nickel-tungsten alloy. Patent dated April 30, 2006.

49. BY 16636 С1 МПК C25D 3/56. Способ получения защитного покрытия сплавом никель-вольфрам. Патент от 30.12.2012.49. BY 16636 C1 IPC C25D 3/56. Method for producing protective coating with nickel-tungsten alloy. Patent dated 12/30/2012.

50. Грабчиков С.С.Аморфные электролитически осажденные металлические сплавы. -Минск: Изд.центр Белоруского ГУ, 2006. - 188 с.50. Grabchikov S.S. Amorphous electrolytically deposited metal alloys. -Minsk: Publishing Center of the Belarusian State University, 2006. - 188 p.

51. Деморецкий Д.А., Ганигин С.Ю., Ибатуллин И.Д., Галлямов А.Р., Поляков Г.С., Кретов С.С, Дурницын К.С. Гальваническая установка для нанесения покрытий на асимметричном переменном токе. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 14, №1(2), 2012, С. 541-543.51. Demoretsky D.A., Ganigin S.Yu., Ibatullin I.D., Gallyamov A.R., Polyakov G.S., Kretov S.S., Durnitsyn K.S. Galvanic installation for coating on asymmetric alternating current. // Proceedings of the Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, Volume 14, No. 1(2), 2012, P. 541-543.

52. RU 2275445 МПК C25D 5/10. Способ формирования гальванических покрытий. Патент от 29.09.2004.52. RU 2275445 IPC C25D 5/10. The method of forming galvanic coatings. Patent dated 29.09.2004.

53. RU 2224826 С1, МПК C25D 5/10. Способ получения покрытий на металлических поверхностях. Патент от 10.07.2002.53. RU 2224826 C1, IPC C25D 5/10. Method for obtaining coatings on metal surfaces. Patent dated 10.07.2002.

54. Ивашкин Ю.А., Артемов А.И., Артемова В.Н. Установка для нанесения гальванических покрытий в магнитном поле. Ж-л «Новые материалы и технологии в машиностроении», №5, 2006, 63-65 С.54. Ivashkin Yu.A., Artemov A.I., Artemova V.N. Installation for applying galvanic coatings in a magnetic field. Zh-l "New materials and technologies in mechanical engineering", No. 5, 2006, 63-65 C.

55. RU 2470097 C2, МПК C25D 1/04, C23C 16/08, C23C 22/05, C23C 16/16. Способ изготовления фольги из чистого ферромагнитного металла и устройство для его осуществления (варианты). Патент от 07.09.2010.55. RU 2470097 C2, IPC C25D 1/04, C23C 16/08, C23C 22/05, C23C 16/16. Method for manufacturing foil from pure ferromagnetic metal and device for its implementation (versions). Patent dated 07.09.2010.

56. П.Д. Ким, Г.С. Патрин, Д.А. Марущенко, Т.В. Руденко, В.В. Поляков, Т.В. Ким, Исследование процессов перемагничивания магнитомягких и магнитожестких слоев в спин-вентильных структурах. / Ж-л СФУ. Сер. Матем. и физ., 2012, том 5, выпуск 2, С. 196-204.56. P.D. Kim, G.S. Patrin, D.A. Marushchenko, T.V. Rudenko, V.V. Polyakov, T.V. Kim, Investigation of magnetization reversal processes of magnetically soft and magnetically hard layers in spin valve structures. / Zh-l SFU. Ser. Mat. i fiz., 2012, volume 5, issue 2, pp. 196-204.

57. D. Vokoun, Μ. Beleggia, L. Heller, P. Sittner. Магнитостатические взаимодействия и силы между цилиндрическими постоянными магнитами. / Ж-л магнетизма и магнитных материалов. №321 (22), 2009. - С. 3758-3763.57. D. Vokoun, M. Beleggia, L. Heller, P. Sittner. Magnetostatic interactions and forces between cylindrical permanent magnets. / J-l of magnetism and magnetic materials. No. 321 (22), 2009. - S. 3758-3763.

58. Л.Д. Ландау, Ε.М. Лифшиц. Теория поля. («Теоретическая физика», том II) - Издание 7-е. - М.: Наука, 1988. - 512 с.58. L.D. Landau, E.M. Lifshits. Field theory. ("Theoretical Physics", Volume II) - Edition 7th. - M.: Nauka, 1988. - 512 p.

59. Kazakov V.V., Kazakov O.V. A colossal increased value of the electrodeposited metal-films technologies for modern electrical engineering industries. // Studies in Chemical Process Technology (SCPT) Volume 2, 2014: 9-16. (www.as-se.org/scpt).59. Kazakov V.V., Kazakov O.V. A colossal increased value of the electrodeposited metal-films technologies for modern electrical engineering industries. // Studies in Chemical Process Technology (SCPT) Volume 2, 2014: 9-16. (www.as-se.org/scpt).

60. US 9728321, Int. Cl. H01F 27/2847, H01F 1/18, H01F 17/04, H01F 27/25, H01F 30/06. Transformer with ferromagnetic foil windings. Патент от 22.01.2015.60 US 9728321, Int. Cl. H01F 27/2847, H01F 1/18, H01F 17/04, H01F 27/25, H01F 30/06. Transformer with ferromagnetic foil windings. Patent dated 01/22/2015.

61. Зильберман Г.Е. Электрическтво и магнетизм. - Москва: Наука, 1970. - 384 с.61. Zilberman G.E. Electricity and magnetism. - Moscow: Nauka, 1970. - 384 p.

62. Ярослав Комолов. Цифровые изоляторы Si84xx от компании Silicon Laboratories. -журнал «Компоненты и технологии», 2007, №2. - С. 51-56.62. Yaroslav Komolov. Si84xx digital isolators from Silicon Laboratories. - "Components and Technologies" magazine, 2007, No. 2. - S. 51-56.

63. Высокоскоростные изолирующие ИС фирмы NVE // Chip News. 2003. №2. http://www.nve.com.63. NVE high-speed isolation ICs // Chip News. 2003. No. 2. http://www.nve.com.

64. Романов О. Высокоскоростные цифровые изоляторы фирмы Analog Devices - достойная альтернатива оптопарам // Компоненты и технологии. 2003. №7.64. Romanov O. High-speed digital isolators from Analog Devices - a worthy alternative to optocouplers // Components and technologies. 2003. No. 7.

65. Иоффе Д. Обзор скоростных цифровых изоляторов с передачей данных через магнитное поле // Компоненты и технологии. 2006. №2. http://www.isoloop.com, http://www.analog.com.65. Ioffe D. Review of high-speed digital isolators with data transmission through a magnetic field // Components and technologies. 2006. No. 2. http://www.isoloop.com, http://www.analog.com.

Claims

1. A spin valve containing a substrate of non-ferromagnetic metal, on which n layers of ferromagnetic metal are deposited, separated by interlayers of non-ferromagnetic material or a diamagnet with a tunneling breakdown effect, the first contact connected to the substrate, and the second contact connected to the outer layer, moreover:

- all ferromagnetic layers are made identical from magnetically soft metal without rigid antiferromagnetic coupling between them; or

- the outer and underlying ferromagnetic layers are made with a rigid antiferromagnetic connection between them, and the remaining layers are made identical from a soft magnetic metal without a rigid antiferromagnetic connection between them; or

- the outer layer is made of a magnetically hard metal, and the remaining layers are made of the same magnetically soft metal without a rigid antiferromagnetic connection between them,

characterized in that:

- the substrate is made in the form of a cylindrical piece of wire of round cross section made of non-ferromagnetic metal, and the layers and interlayers are in the form of alternating coaxial cylinders tightly covering the substrate, or

- the substrate is made in the form of a flat ring, and the layers and interlayers are in the form of alternating thin flat rings with the same dimensions of the inner and outer circles as the substrate, which are deposited on at least one of the flat sides of the substrate.

2. A method for manufacturing a spin valve according to claim 1, containing electrolytic deposition using an asymmetric alternating current in a magnetic field that magnetizes the deposited layers to saturation, constant recovery and purification of the electrolyte from sludge of any high dispersion, including submicron, while the stream of purified reduced electrolyte washes the surface of the layer being built up, washing off hydrogen bubbles and powder of the rejected cathode sludge from it, characterized in that for its implementation the design of spin valves with closed layers and separated closed layers, made in accordance with paragraph 1, is used:

- in the form of coaxial cylinders deposited on a cylindrical piece of wire made of non-ferromagnetic metal; or

- in the form of thin flat rings deposited on at least one of the flat sides of the substrate in the form of a flat ring,

and the magnetization of the deposited layers is carried out by a direct current passing through a straight wire of circular cross section, located along the axis of the cylinders or flat rings.