TW201543017A - 應變偵測元件、壓力感測器及麥克風 - Google Patents

應變偵測元件、壓力感測器及麥克風 Download PDF

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TW201543017A
TW201543017A TW104107095A TW104107095A TW201543017A TW 201543017 A TW201543017 A TW 201543017A TW 104107095 A TW104107095 A TW 104107095A TW 104107095 A TW104107095 A TW 104107095A TW 201543017 A TW201543017 A TW 201543017A
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TW104107095A
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Yoshihiko Fuji
Hideaki Fukuzawa
Yoshihiro Higashi
Shiori Kaji
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Toshiba Kk
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/16—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in the magnetic properties of material resulting from the application of stress
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
    • G01L1/122—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using permanent magnets

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Abstract

根據一項實施例，壓力感測器包含一支撐部分、一膜部分及一應變偵測元件。該膜部分係藉由該支撐部分支撐。該應變偵測元件安置於該膜部分之一部分上。該應變偵測元件包含一第一磁性層、一第二磁性層及一中間層。該第一磁性層之一磁化方向可根據該膜部分之一變形而改變。該第一磁性層具有一第一對向表面(facing surface)。該第二磁性層具有一第二對向表面。該第二對向表面面對該第一對向表面。該中間層安置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。該第一對向表面之一面積大於該第二對向表面之一面積。

Description

應變偵測元件、壓力感測器及麥克風 相關申請案之交叉參考
本申請案係基於2014年3月19日申請之日本專利申請案第2014-57260號且主張該案之權利，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
本文中所描述之實施例大體上係關於一種應變偵測元件、一種壓力感測器及一種麥克風。
使用一微機電系統(MEMS)技術之一壓力感測器包含(例如)一壓阻類型及一電容類型。同時，已提出使用一自旋技術之一壓力感測器。使用該自旋技術之該壓力感測器根據一應變感測電阻之一變化。使用該自旋技術之該壓力感測器預期為高靈敏度的。
根據一實施例之一應變偵測元件及一壓力感測器提供一高靈敏度應變偵測元件、一壓力感測器及一麥克風。
100‧‧‧壓力感測器
100A‧‧‧壓力感測器
110‧‧‧基板
111‧‧‧空隙部分
112‧‧‧基板之表面
113‧‧‧基板之表面
120‧‧‧膜部分
121‧‧‧振動部分
122‧‧‧經支撐部分
125‧‧‧絕緣層
126‧‧‧絕緣層
131‧‧‧配線
132‧‧‧襯墊
133‧‧‧配線
134‧‧‧襯墊
150‧‧‧麥克風
151‧‧‧印刷電路板
152‧‧‧電子電路
153‧‧‧罩蓋
154‧‧‧聲孔
155‧‧‧聲波
160‧‧‧血壓感測器
165‧‧‧人類手臂
166‧‧‧動脈
170‧‧‧觸控面板
171‧‧‧第一配線
172‧‧‧第二配線
173‧‧‧控制單元
174‧‧‧第一控制電路
175‧‧‧第二控制電路
176‧‧‧第三控制電路
200‧‧‧應變偵測元件
200A‧‧‧應變偵測元件
200B‧‧‧應變偵測元件
200C‧‧‧應變偵測元件
200D‧‧‧應變偵測元件
200E‧‧‧應變偵測元件
200F‧‧‧應變偵測元件
200a‧‧‧應變偵測元件
200b‧‧‧應變偵測元件
200c‧‧‧應變偵測元件
200d‧‧‧應變偵測元件
200e‧‧‧應變偵測元件
200f‧‧‧應變偵測元件
200g‧‧‧應變偵測元件
200h‧‧‧應變偵測元件
200i‧‧‧應變偵測元件
200j‧‧‧應變偵測元件
200k‧‧‧應變偵測元件
200l‧‧‧應變偵測元件
200m‧‧‧應變偵測元件
200n‧‧‧應變偵測元件
200o‧‧‧應變偵測元件
200p‧‧‧應變偵測元件
200q‧‧‧應變偵測元件
200r‧‧‧應變偵測元件
200s‧‧‧應變偵測元件
200t‧‧‧應變偵測元件
201‧‧‧第一磁性層/磁性層
202‧‧‧第二磁性層/磁性層
203‧‧‧中間層
204‧‧‧下部電極
205‧‧‧底層
206‧‧‧釘紮層
207‧‧‧第二磁化固定層
208‧‧‧磁性耦合層
209‧‧‧第一磁化固定層
210‧‧‧磁化自由層
211‧‧‧罩蓋層
212‧‧‧上部電極
213‧‧‧絕緣層
214‧‧‧硬偏壓層
215‧‧‧保護層
221‧‧‧下部釘紮層
222‧‧‧下部第二磁化固定層
223‧‧‧下部磁性耦合層
224‧‧‧下部第一磁化固定層
225‧‧‧下部中間層
226‧‧‧磁化自由層
227‧‧‧上部中間層
228‧‧‧上部第一磁化固定層
229‧‧‧上部磁性耦合層
230‧‧‧上部第二磁化固定層
231‧‧‧上部釘紮層
241‧‧‧第二磁化自由層
242‧‧‧第一磁化自由層
251‧‧‧第三磁性層
252‧‧‧參考層
260‧‧‧中間罩蓋層
310‧‧‧第一應變偵測元件群組
320‧‧‧第二應變偵測元件群組
330‧‧‧第三應變偵測元件群組
340‧‧‧第四應變偵測元件群組
415‧‧‧天線
416‧‧‧電配線
417‧‧‧傳輸電路
417a‧‧‧AD轉換器
417b‧‧‧曼徹斯特編碼單元
417c‧‧‧切換單元
417d‧‧‧時序控制器
417e‧‧‧資料校正單元
417f‧‧‧同步器
417g‧‧‧判定單元
417h‧‧‧電壓控制振盪器(VCO)
417r‧‧‧接收電路
418‧‧‧接收單元
418a‧‧‧儲存單元
418b‧‧‧中央處理單元(CPU)
418d‧‧‧電子裝置
430‧‧‧半導體電路單元
440‧‧‧壓力感測器
450‧‧‧感測單元
464‧‧‧膜部分
467‧‧‧緊固單元
471‧‧‧基底部分
512D‧‧‧汲極
512G‧‧‧閘極
512I‧‧‧元件隔離絕緣層
512M‧‧‧半導體層
512S‧‧‧源極
514a‧‧‧層間絕緣膜
514b‧‧‧層間絕緣膜
514c‧‧‧連接支柱
514d‧‧‧連接支柱
514e‧‧‧連接支柱
514f‧‧‧配線部分
514g‧‧‧配線部分
514h‧‧‧層間絕緣膜
514i‧‧‧層間絕緣膜
514j‧‧‧連接支柱
514k‧‧‧連接支柱
514l‧‧‧犧牲層
531‧‧‧半導體基板
532‧‧‧電晶體
550f‧‧‧層壓膜
557‧‧‧配線
558‧‧‧配線
561f‧‧‧導電層
561fa‧‧‧連接支柱
561bf‧‧‧絕緣膜
562f‧‧‧導電層
562fa‧‧‧連接支柱
562fb‧‧‧連接支柱
565f‧‧‧絕緣膜
566f‧‧‧絕緣膜
566p‧‧‧開口
566o‧‧‧開口
567‧‧‧緊固單元
G‧‧‧質心
L‧‧‧直線
L1‧‧‧直徑
L2‧‧‧直徑
Lt‧‧‧膜部分之厚度
lba1‧‧‧第一層壓體
lba2‧‧‧第二層壓體
lbb1‧‧‧第一層壓體
lbb2‧‧‧第二層壓體
lbc1‧‧‧第一層壓體
lbc2‧‧‧第二層壓體
lbd1‧‧‧第一層壓體
lbd2‧‧‧第二層壓體
lbe1‧‧‧第一層壓體
lbe2‧‧‧第二層壓體
lbf1‧‧‧第一層壓體
lbf2‧‧‧第二層壓體
lbg1‧‧‧第一層壓體
lbg2‧‧‧第二層壓體
lbj1‧‧‧第一層壓體
lbj2‧‧‧第二層壓體
lbm1‧‧‧第一層壓體
lbm2‧‧‧第二層壓體
lbp1‧‧‧第一層壓體
lbp2‧‧‧第二層壓體
lbs1‧‧‧第一層壓體
lbs2‧‧‧第二層壓體
lbs3‧‧‧第三層壓體
r‧‧‧半徑
R1‧‧‧第一區域
rx‧‧‧距離
△r2‧‧‧電阻變化
△ε‧‧‧各向異性應變
△ε1‧‧‧微小應變
ε‧‧‧應變
εr‧‧‧徑向方向上之應變
εθ‧‧‧圓周方向上之應變
圖1係用於描述根據一第一實施例之一壓力感測器之一操作的一示意性截面視圖。
圖2係繪示根據該第一實施例之一應變偵測元件之一組態的一示意性透視圖。
圖3A至圖3D係用於描述應變偵測元件之一操作的示意圖。
圖4係用於描述應變偵測元件之操作的一示意性透視圖。
圖5係用於描述應變偵測元件之操作的一示意性平面視圖。
圖6A至圖6E係繪示應變偵測元件之例示性組態的示意性透視圖。
圖7A至圖7D係繪示應變偵測元件之例示性組態的示意性透視圖。
圖8A及圖8B係繪示應變偵測元件之例示性組態的示意性透視圖。
圖9A至圖9G係繪示應變偵測元件之組態的示意性平面視圖。
圖10係繪示應變偵測元件之一例示性組態的一示意性透視圖。
圖11係繪示應變偵測元件之一例示性組態的一示意性透視圖。
圖12係繪示應變偵測元件之一例示性組態的一示意性透視圖。
圖13係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖14係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖15係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖16係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖17係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖18A至圖18I係繪示用於製造應變偵測元件之一方法的示意性截面視圖。
圖19J至圖19K係繪示用於製造應變偵測元件之一方法的示意性截面視圖。
圖20A至圖20F係繪示用於製造應變偵測元件之另一方法的示意性截面視圖。
圖21G至圖21I係繪示用於製造應變偵測元件之另一方法的示意性截面視圖。
圖22A至圖22F係繪示用於製造應變偵測元件之另一方法的示意性截面視圖。
圖23G至圖23I係繪示用於製造應變偵測元件之另一方法的示意性截面視圖。
圖24A至圖24G係繪示用於製造應變偵測元件之另一方法的示意性截面視圖。
圖25係繪示根據一第二實施例之一應變偵測元件之一組態的一示意性透視圖。
圖26A至圖26E係繪示應變偵測元件之一例示性組態的示意性透視圖。
圖27A及圖27B係繪示應變偵測元件之一例示性組態的示意性透視圖。
圖28係繪示應變偵測元件之組態的一示意性透視圖。
圖29A至圖29I係繪示應變偵測元件之一例示性組態的示意性平面視圖。
圖30係繪示應變偵測元件之一例示性組態的一示意性透視圖。
圖31係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖32係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖33係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖34係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖35係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖36係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖37係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖38係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖39係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖40係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖41係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖42係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖43係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖44係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖45係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖46係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖47係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖48係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖49係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖50係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖51係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖52係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖53係繪示應變偵測元件之另一例示性組態的一示意性透視圖。
圖54A至圖54I係繪示用於製造應變偵測元件之一方法的示意性截面視圖。
圖55J至圖55L係繪示用於製造應變偵測元件之一方法的示意性截面視圖。
圖56A至圖56H係繪示用於製造應變偵測元件之另一方法的示意性截面視圖。
圖57A至圖57G係繪示用於製造應變偵測元件之另一方法的示意性截面視圖。
圖58A至圖58G係繪示用於製造應變偵測元件之另一方法的示意性截面視圖。
圖59A至圖59G係繪示用於製造應變偵測元件之另一方法的示意性截面視圖。
圖60係繪示根據一第三實施例之一壓力感測器之一組態的一示意性透視圖。
圖61係繪示壓力感測器之一組態的示意性截面視圖。
圖62A至圖62F係繪示壓力感測器之一組態的示意性平面視圖。
圖63係用於描述壓力感測器之一組態的一示意性透視圖。
圖64係用於描述壓力感測器之組態的一圖表。
圖65係用於描述壓力感測器之組態的一等值線圖。
圖66A至圖66E係繪示壓力感測器之一組態的示意性平面視圖。
圖67A至圖67D係繪示壓力感測器之一組態的示意性電路圖。
圖68A至圖68E係繪示用於製造壓力感測器之一方法的示意性透視圖。
圖69係繪示壓力感測器之一例示性組態的一示意性透視圖。
圖70係繪示壓力感測器之一例示性組態的一功能方塊圖。
圖71係繪示壓力感測器之一部分之一例示性組態的一功能方塊圖。
圖72A及圖72B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖73A及圖73B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖74A及圖74B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖75A及圖75B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖76A及圖76B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖77A及圖77B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖78A及圖78B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖79A及圖79B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖80A及圖80B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖81A及圖81B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖82A及圖82B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖83A及圖83B繪示用於製造壓力感測器之一方法。
圖84係繪示根據一第四實施例之一麥克風之一組態的一示意性截面視圖。
圖85係繪示根據一第五實施例之一血壓感測器之一組態的一示意圖。
圖86係從血壓感測器之線H1至H2觀看之一示意性截面視圖。
圖87係繪示根據一第六實施例之一觸控面板之一組態的一示意性電路圖。
根據一實施例之一壓力感測器包含一支撐部分、一膜部分及一應變偵測元件。該膜部分係藉由該支撐部分支撐。該應變偵測元件安置於該膜部分之一部分上。該應變偵測元件包含一第一磁性層、一第二磁性層及一中間層。該第一磁性層之一磁化方向可根據該膜部分之一變形而改變。該第一磁性層具有一第一對向表面。該第二磁性層具有一第二對向表面。該第二對向表面面對該第一對向表面。該中間層安置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。該第一對向表面之一面積大於該第二對向表面之一面積。
根據另一實施例之一應變偵測元件安置於一可變形膜部分上。該應變偵測元件包含一第一磁性層、複數個第二磁性層及一中間層。該第一磁性層根據該膜部分之一變形改變一磁化方向。該第一磁性層具有一第一對向表面。該複數個第二磁性層各具有一第二對向表面。該等第二對向表面面對該第一對向表面。該中間層安置於該第一磁性層與該等第二磁性層之間。
下文將參考隨附圖式描述各項實施例。該等圖式係示意性或概念性的。舉例而言，各部分之厚度與寬度之間的關係及該等部分之間的尺寸比並不一定與實際上的關係及尺寸比相同。此外，取決於圖， 相同部分可用不同尺寸或比進行繪示。在本發明描述及各自圖式中，類似於先前參考前面圖所描述之組件的組件係用相似元件符號標記，且其等之詳細描述被適當省略。在本發明描述中，除了其中一組件安置成與另一組件直接接觸的一狀態之外，「安置於…上」之一狀態亦包含其中另一組件插入於諸組件之間的一狀態。
[1.第一實施例]
首先，參考圖1，下文描述根據一第一實施例之一壓力感測器之一操作。圖1係用於描述根據該第一實施例之該壓力感測器之一操作的一示意性截面視圖。
如圖1中所繪示，一壓力感測器100包含一膜部分120及一應變偵測元件200。該應變偵測元件200安置於該膜部分120上。該膜部分120藉由來自外部之壓力彎曲。該應變偵測元件200根據該膜部分120之一彎曲發生應變。根據此應變，改變一電阻值。因此，藉由偵測該應變偵測元件之該電阻值之變化，偵測來自外部之壓力。一壓力感測器100A可偵測一聲波或一超聲波。在此情況中，該壓力感測器100A用作為一麥克風。
下文參考圖2描述應變偵測元件200之一組態。圖2係繪示根據第一實施例之應變偵測元件之一組態的一示意性透視圖。在下文中，將自經層壓之一第一磁性層201及一第二磁性層202之一方向稱為一Z方向。將垂直於此Z方向之一預定方向稱為一X方向。將垂直於Z方向及X方向之一方向稱為一Y方向。
如圖2中所繪示，根據該實施例之應變偵測元件200包含該第一磁性層201、該第二磁性層202及一中間層203。該中間層203安置於該第一磁性層201與該第二磁性層202之間。若該應變偵測元件200發生應變，則該等磁性層201及202之相對磁化方向改變。結合該改變，該磁性層201與該磁性層202之間的一電阻值改變。因此，偵測此電阻值 之變化容許偵測在該應變偵測元件200中產生之一應變。
在該實施例中，一鐵磁性材料係用於第一磁性層201。舉例而言，該第一磁性層201用作為一磁化自由層。一鐵磁性材料係用於第二磁性層202。舉例而言，該第二磁性層202用作為一參考層。該第二磁性層202可為一磁化固定層或可為一磁化自由層。
如圖2中所繪示，第一磁性層201經形成大於第二磁性層202。即，該第一磁性層201之面對該第二磁性層202之底部表面經形成比該第二磁性層202之面對該第一磁性層201之頂部表面寬。換言之，該第一磁性層201之X-Y平面之尺寸經形成大於該第二磁性層202之X-Y平面之尺寸。
如圖2中所繪示，第一磁性層201之底部表面部分面對第二磁性層202。與此相反，第二磁性層202之整個頂部表面面對第一磁性層201。換言之，第二磁性層202在X-Y平面中安置於第一磁性層201內部。
如圖2中所繪示，中間層203之X-Y平面之尺寸近似匹配第一磁性層201之X-Y平面之尺寸。因此，中間層203之面對第二磁性層202之底部表面經形成比該第二磁性層202之面對該中間層203之頂部表面寬。
在圖2中所繪示之應變偵測元件200中，第一磁性層201及第二磁性層202之尺寸可藉由不同蝕刻程序單獨控制。因此，可自由設定第一磁性層201與第二磁性層202之尺寸之一差異。
接著，參考圖3A至圖3D，下文描述根據實施例之應變偵測元件200之一操作。圖3A、圖3B及圖3C係分別繪示在應變偵測元件200中發生一拉伸應變之狀態、在應變偵測元件200中未發生一應變之狀態及在應變偵測元件200中發生一壓縮應變之狀態的示意性透視圖。下文假定應變偵測元件200之第二磁性層202之磁化方向係-Y方向，而 產生於該應變偵測元件200中之一應變之一方向係X方向。假定第二磁性層202用作為磁化固定層。
如圖3B中所繪示，當根據實施例之應變偵測元件200並未發生應變時，藉由第一磁性層201之磁化方向及第二磁性層202之磁化方向形成之一相對角度可大於0°且小於180°。在圖3B中所繪示之實例中，第一磁性層201之磁化方向相對於第二磁性層202之磁化方向係135°，且該第一磁性層201之磁化方向相對於應變之方向係45°(135°)。然而，此處，角度135°僅係一實例且可設定另一角度。在下文中，如圖3B中所繪示，將在並未發生應變之情況中的第一磁性層201之磁化方向稱為一「初始磁化方向」。第一磁性層201之初始磁化方向係藉由第一磁性層201之一硬偏壓、一形狀磁各向異性或一類似條件設定。
此處，如圖3A及圖3C中所繪示，若應變偵測元件200在X方向上發生應變，則一「逆磁致伸縮效應」發生於第一磁性層201中。因此，第一磁性層201及第二磁性層202之磁化方向相對改變。
「逆磁致伸縮效應」係其中藉由應變改變鐵磁體之磁化方向的一現象。例如，當用於磁化自由層之一鐵磁性材料具有一正磁致伸縮常數時，該磁化自由層之磁化方向平行接近於一拉伸應變之方向且垂直接近於一壓縮應變之方向。另一方面，當用於磁化自由層之鐵磁性材料具有一負磁致伸縮常數時，該磁化方向垂直接近於拉伸應變之方向且平行接近於壓縮應變之方向。
在圖3A及圖3C中所繪示之實例中，具有一正磁致伸縮常數之鐵磁性材料係用於應變偵測元件200之第一磁性層201。因此，如圖3A中所繪示，第一磁性層201之磁化方向平行接近於拉伸應變之方向且垂直接近於壓縮應變之方向。第一磁性層201之磁致伸縮常數可為一負數。
圖3D係展示應變偵測元件200之電阻與產生在該應變偵測元件 200中之應變之一量值之間的關係之一示意性圖表。在圖3D中，將在拉伸方向上之一應變假定為正值之一應變，而將在一壓縮方向上之一應變假定為負值之一應變。
如圖3A及圖3C中所繪示，當第一磁性層201及第二磁性層202之磁化方向相對改變時，如圖3D中所繪示，一「磁阻效應(MR效應)」改變該第一磁性層201與該第二磁性層202之間的電阻值。
MR效應係藉由此等磁性層之間的磁化方向之相對變化改變該等磁性層之間的電阻之一現象。舉例而言，MR效應包含一巨磁阻(GMR)效應或一穿隧磁阻(TMR)效應。
當第一磁性層201、第二磁性層202及中間層203具有正磁阻效應時且在藉由第一磁性層201及第二磁性層202形成之相對角度為小之情況下，電阻降低。另一方面，當第一磁性層201、第二磁性層202及中間層203具有負磁阻效應時且在該相對角度為小之情況下，電阻增大。
舉例而言，應變偵測元件200具有正磁阻效應。因此，如圖3A中所繪示，若拉伸應變發生於應變偵測元件200中且藉由第一磁性層201之磁化方向與第二磁性層202之磁化方向形成之角度接近自135°至90°，則如圖3D中所繪示，該第一磁性層201與該第二磁性層202之間的電阻降低。同時，如圖3C中所繪示，若壓縮應變發生於應變偵測元件200中且藉由第一磁性層201之磁化方向與第二磁性層202之磁化方向形成之角度接近自135°至180°，則如圖3D中所繪示，該第一磁性層201與該第二磁性層202之間的電阻增大。應變偵測元件200可具有負磁阻效應。
此處，如圖3D中所繪示，舉例而言，將一微小應變稱為△ε1，且將在施加該微小應變△ε1至應變偵測元件200時該應變偵測元件200中之一電阻變化稱為△r2。此外，將每單位應變之電阻值之一變化量稱 為一量規因子(GF)。為製造高靈敏度應變偵測元件200，期望增加量規因子。
下文參考圖4及圖5詳細描述應變偵測元件200之操作。圖4係用於描述應變偵測元件200之操作的一示意性透視圖。圖5係用於描述應變偵測元件200之操作的一示意性平面視圖。
圖4及圖5示意性地繪示在應變偵測元件200處於圖3C中所繪示之狀態中時的一磁化狀態。即，在圖4及圖5中所繪示之狀態中，第二磁性層202係在-Y方向上磁化。第一磁性層201之大部分係在Y方向上磁化；然而，在邊緣部分(四個角隅)處之磁化方向受到干擾。
磁化方向之此干擾係由一反磁場引起。即，若應變偵測元件200之尺寸為小，則一磁極對第一磁性層201之邊緣部分的影響在該第一磁性層201(磁化自由層)內部產生反磁場。此可干擾該邊緣部分處之磁化方向。另一方面，如稍後所描述，可用一釘紮層或一類似層將第二磁性層202之磁化方向固定至一方向。因此，用該釘紮層之固定可設定為強於在第二磁性層202內部產生之反磁場。因此，即使第二磁性層202經組態為小於第一磁性層201之一區域，磁化亦不受干擾。
此處，如參考圖3D所描述，第一磁性層201與第二磁性層202之間的電阻值根據該第一磁性層201之磁化方向改變。因此，若其中磁化方向受干擾之部分面對第二磁性層202，則無法從電阻值較佳偵測磁化方向之變化。此可降低量規因子。
然而，如圖4及圖5中所繪示，在根據實施例之應變偵測元件200中，第二磁性層202之頂部表面僅面對第一磁性層201之底部表面中磁化方向未受干擾之中心部分附近的部分。在第一磁性層201之底部表面中，該頂部表面並不面對其中磁化方向有可能受干擾之邊緣部分。因此，根據實施例之應變偵測元件200較佳根據第一磁性層201之磁化方向未受干擾之底部表面處的磁化方向改變電阻值。因此，即使應變 偵測元件200縮小尺寸，亦不損害量規因子。因此，應變偵測元件200以良好靈敏度操作。此容許提供高解析度及高靈敏度應變偵測元件。
在圖4及圖5中，在第一磁性層201之底部表面中磁化方向受到干擾之區域完全不面對第二磁性層202之頂部表面。然而，舉例而言，其中磁化方向受到干擾之區域可部分面對第二磁性層202之頂部表面。即使在此情況中，第一磁性層201之邊緣部分處之磁化方向之干擾賦予應變偵測元件200之電阻值的影響減小。
例如，相較於第一磁性層201在X方向或Y方向上之尺寸，第二磁性層202在X方向或Y方向上之尺寸較佳為0.9倍或更小，且更佳為0.8倍或更小。相較於第一磁性層201之X-Y平面之面積，第二磁性層202之X-Y平面之面積較佳為0.81倍或更小，且更佳為0.64倍或更小。
下文參考圖6A至圖9G描述應變偵測元件200之其他例示性組態。圖6A至圖8B係繪示應變偵測元件200之其他例示性組態的示意性透視圖。圖9A至圖9G係繪示應變偵測元件200之其他例示性組態的示意性平面視圖。根據稍後描述之各自例示性組態之應變偵測元件200及圖2中所繪示之應變偵測元件200可彼此結合使用。
在圖2中所繪示之實例中，中間層203之X-Y平面之尺寸近似匹配第一磁性層201之X-Y平面之尺寸。然而，如圖6A中所繪示，中間層203之X-Y平面之尺寸可近似匹配第二磁性層202之X-Y平面之尺寸。在此情況中，第一磁性層201之面對中間層203之底部表面經形成比中間層203之面對該第一磁性層201之頂部表面寬。
在圖2及圖6A中所繪示之實例中，應變偵測元件200係藉由依序層壓第二磁性層202、中間層203及第一磁性層201而組態。然而，如圖6B及圖6C中所繪示，應變偵測元件200可藉由依序層壓第一磁性層201、中間層203及第二磁性層202而組態。
在圖2、圖6A、圖6B及圖6C中所繪示之實例中，應變偵測元件 200係藉由經由安置於第一磁性層201之一上側或一下側之任一者處的中間層203層壓第一磁性層201及第二磁性層202而組態。然而，如圖6D及圖6E中所繪示，應變偵測元件200可藉由經由安置於第一磁性層201之上側及下側兩者處的中間層203層壓第一磁性層201及第二磁性層202而組態。
在圖2及圖6A至圖6E中所繪示之實例中，第一磁性層201、第二磁性層202及中間層203之側表面經形成近似垂直於Z方向。然而，舉例而言，如圖7A至圖7D中所繪示，第一磁性層201、第二磁性層202及中間層203之側表面亦可形成為一連續傾斜表面。在此情況中，如圖7A及圖7B中所繪示，應變偵測元件200亦可形成為一錐形形狀。如圖7C及圖7D中所繪示，應變偵測元件200亦可形成為一反轉錐形形狀。該錐形形狀可藉由在元件之一加工期間適當選擇用於一蝕刻程序之一條件來製造。在圖7A或圖7C中所繪示之應變偵測元件200之情況下，舉例而言，如圖7B或圖7D中所指示，藉由量測第一磁性層201及第二磁性層202之最大部分之尺寸，可檢查第一磁性層201及第二磁性層202之尺寸。替代性地，舉例而言，可比較第一磁性層201之平均刨床尺寸與第二磁性層202之平均刨床尺寸之間的一差異。
如圖8A及圖8B中所繪示，一第三磁性層251可插置於第一磁性層201與中間層203之間。在圖8A及圖8B中所繪示之實例中，第二磁性層202、中間層203及第三磁性層251之X-Y平面之尺寸近似匹配。此等尺寸小於第一磁性層201之X-Y平面之尺寸。一鐵磁性材料係用於第三磁性層251。該第三磁性層251連同第一磁性層201一起用作為磁化自由層。即，第三磁性層251磁性耦合至第一磁性層201。第三磁性層251之磁化方向匹配在第一磁性層201之中心部分附近之部分之磁化方向。如稍後所描述，使用如圖8A及圖8B中所繪示之結構容許製造靠近中間層之一層壓結構，此在真空中持續顯著促成磁化固定層/中 間層/磁化自由層之層壓結構中之MR效應。此在獲得一高MR比之一態樣中的製造中係較佳的。此處，第三磁性層251具有小於第一磁性層201類似於第二磁性層202之元件尺寸。然而，第三磁性層251經耦合以磁性耦合至其尺寸相對較大且因此磁化干擾較小之第一磁性層201之中心區域。因此，亦可減小第三磁性層251之磁化干擾。此容許獲得該實施例之效應。
如圖9A中所繪示，第一磁性層201之一質心及第二磁性層202之一質心可在X-Y平面中重疊。如圖9A中所繪示，第二磁性層202可在X-Y平面中落在第一磁性層201之內部內。如上所述，在縮小包含於第一磁性層201與第二磁性層202重疊之區域中之磁化受干擾之區域(其係第一磁性層201之邊緣部分)之一態樣中，此態樣係較佳的。因此，在獲得一高量規因子之一態樣中，此係較佳的。
然而，如圖9B中所繪示，第一磁性層201之質心與第二磁性層202之質心可在X-Y平面中偏移。如圖9B中所繪示，第二磁性層202可在X-Y平面中從第一磁性層201突出。如上所述，此態樣亦可獲得縮小包含於第一磁性層201與第二磁性層202重疊之區域中磁化受干擾之區域(其係第一磁性層201之邊緣部分)之效應。
如圖9A及圖9B中所繪示，第一磁性層201之X-Y平面之形狀可為一近似正方形。替代性地，如圖9C及圖9D中所繪示，第一磁性層201可為具有X方向上之尺寸與Y方向上之尺寸之間之一差異以便提供形狀磁異向性之一近似矩形。類似地，如圖9A及圖9C中所繪示，第二磁性層202之X-Y平面之形狀可為一近似正方形。替代性地，如圖9B及圖9D中所繪示，第二磁性層202可為具有X方向上之尺寸與Y方向上之尺寸之間之一差異以便提供形狀磁異向性之一近似矩形。
在其中第一磁性層201及第二磁性層202之至少一者在X-Y平面中形成為近似矩形的情況中，長軸方向變為易於磁化之一方向。因此， 舉例而言，在不使用硬偏壓的情況下，可設定第一磁性層201之初始磁化方向。此容許降低應變偵測元件200之一製造成本。
如圖9E及圖9F中所繪示，第一磁性層201之X-Y平面之形狀可為一近似圓形。替代性地，如圖9G中所繪示，X-Y平面可為一卵形(橢圓形)以便提供形狀磁異向性。替代性地，如圖9F中所繪示，第二磁性層202之X-Y平面之形狀可為近似圓形。此外，如圖9E、圖9F及圖9G中所繪示，此等第一磁性層201及第二磁性層202可適當地結合使用。第一磁性層201及第二磁性層202之平面形狀可形成為任何形狀。
下文參考圖10至圖17描述根據實施例之應變偵測元件200之例示性組態。在下文中，一「材料A/材料B」之描述指示其中一材料B層安置於一材料A層上方的一狀態。
圖10係繪示應變偵測元件200之一例示性組態200A的一示意性透視圖。如圖10中所繪示，應變偵測元件200A係藉由依序層壓一下部電極204、一底層205、一釘紮層206、一第二磁化固定層207、一磁性耦合層208、一第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203、一磁化自由層210(第一磁性層201)、一罩蓋層211及一上部電極212而組態。該第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。該磁化自由層210對應於第一磁性層201。圖10中所繪示之應變偵測元件200A之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀係類似於圖2中所繪示之結構。圖10中所繪示之應變偵測元件200A亦可使用圖6A及圖7C中所繪示之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀。
舉例而言，使用Ta/Ru作為底層205。例如，此Ta層之厚度(在Z軸方向上之長度)係3奈米(nm)。此Ru層之厚度係(例如)2nm。對於釘紮層206，舉例而言，使用厚度為7nm之一IrMn層。對於第二磁化固定 層207，舉例而言，使用厚度為2.5nm之一Co75Fe25層。對於磁性耦合層208，舉例而言，使用厚度為0.9nm之一Ru層。對於第一磁化固定層209，舉例而言，使用厚度為3nm之一Co40Fe40B20層。對於中間層203，舉例而言，使用厚度為1.6nm之一MgO層。對於磁化自由層210，舉例而言，使用厚度為4nm之Co40Fe40B20層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
對於下部電極204及上部電極212，舉例而言，使用鋁(Al)、鋁銅合金(Al-Cu)、銅(Cu)、銀(Ag)及金(Au)之至少任一者。使用具有相對較小電阻之此材料作為一第一電極及一第二電極容許有效傳遞一電流至應變偵測元件200A。對於下部電極204及上部電極212，可使用非磁性材料。
例如，下部電極204及上部電極212可包含用於下部電極204及上部電極212之底層(未繪示)、用於下部電極204及上部電極212之罩蓋層(未繪示)及安置於該等底層與該等罩蓋層之間之由Al、Al-Cu、Cu、Ag及Au製成之層之至少任一者。例如，對於下部電極204及上部電極212，使用鉭(Ta)/銅(Cu)/鉭(Ta)或一類似材料。舉例而言，使用Ta作為下部電極204及上部電極212之底層改良一基板與該下部電極204之間的黏著性及罩蓋層211與上部電極212之間的黏著性。可使用鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)或一類似材料作為用於下部電極204及上部電極212之底層。
使用Ta作為下部電極204及上部電極212之罩蓋層可防止安置於罩蓋層下方之銅(Cu)或一類似材料之氧化。可使用鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)或一類似材料作為下部電極204及上部電極212之罩蓋層。
對於底層205，可使用包含(例如)一緩衝層(未繪示)及一晶種層(未繪示)之一層壓結構。舉例而言，此緩衝層降低下部電極204、膜 部分120或一類似部分之表面之粗糙度且改良層壓於此緩衝層上之層的結晶。舉例而言，使用選自由鉭(Ta)、鈦(Ti)、釩(V)、鎢(W)、鋯(Zr)、鉿(Hf)及鉻(Cr)組成之群組的材料之至少任一者作為緩衝層。可使用含有選自此等材料之至少一材料之一合金作為緩衝層。
在底層205中，緩衝層之厚度較佳為1nm或更大至10nm或更小。緩衝層之厚度更佳為1nm或更大至5nm或更小。若緩衝層之厚度太薄，則失去一緩衝效應。若緩衝層之厚度太厚，則應變偵測元件200之厚度變得過厚。當在緩衝層上形成晶種層時，該晶種層可具有緩衝效應。在此情況中，可省略緩衝層。對於緩衝層，舉例而言，使用厚度為3nm之Ta層。
底層205中之晶種層控制層壓於此晶種層上之一層之一結晶定向。此晶種層控制層壓於此晶種層上之層之一晶粒大小。使用一面心立方結構(fcc結構)、一六方最密堆積結構(hcp結構)或一體心立方結構(bcc結構)之一金屬或一類似材料作為此晶種層。
使用hcp結構之釕(Ru)、fcc結構之NiFe或fcc結構之Cu作為底層205中之晶種層。舉例而言，此容許晶種層上之一自旋閥膜之結晶定向至fcc(111)定向。對於晶種層，舉例而言，使用厚度為2nm之Cu層或厚度為2nm之Ru層。為增強形成於晶種層上之層之結晶定向性質，該晶種層之厚度較佳為1nm或更大至5nm或更小。該晶種層之厚度更較為1nm或更大至3nm或更小。此充分提供作為晶種層之一功能，進而改良結晶定向。
另一方面，例如，在無需定向形成於晶種層上之層之晶粒的情況中(例如，在形成由非晶製成之磁化自由層的情況中)，可省略晶種層。舉例而言，使用厚度為2nm之Cu層作為晶種層。
釘紮層206使用(例如)施加至形成於該釘紮層206上之第二磁化固定層207(鐵磁性層)的一單向異向性固定該第二磁化固定層207之磁 化。對於釘紮層206，舉例而言，使用一反鐵磁性層。對於釘紮層206，舉例而言，使用選自由Ir-Mn、Pt-Mn、Pd-Pt-Mn、Ru-Mn、Rh-Mn、Ru-Rh-Mn、Fe-Mn、Ni-Mn、Cr-Mn-Pt及Ni-O組成之群組的材料之至少任一者。對於釘紮層206，可使用進一步含有Ir-Mn、Pt-Mn、Pd-Pt-Mn、Ru-Mn、Rh-Mn、Ru-Rh-Mn、Fe-Mn、Ni-Mn、Cr-Mn-Pt及Ni-O之一添加元素之合金。為給定具有足夠強度之單向異向性，適當設定釘紮層206之厚度。
為固定與釘紮層206接觸之鐵磁性層之磁化，在施加一磁場期間執行一退火程序。與釘紮層206接觸之鐵磁性層之磁化係固定於在退火程序期間施加之磁場之方向上。例如，一退火溫度係設定為用於釘紮層206之反鐵磁性材料之一磁化固定溫度或更大。在其中使用包含Mn之反鐵磁性層的情況中，Mn在除釘紮層206以外之層中擴散。此可降低一MR比。因此，期望將退火溫度設定為等於或小於發生Mn擴散之溫度。例如，可設定200度(℃)或更大至500度(℃)或更小。較佳地，可設定250度(℃)或更大至400度(℃)或更小。
在其中PtMn或PdPtMn用作釘紮層206的情況中，該釘紮層206之厚度較佳為8nm或至20nm或更小。該釘紮層206之厚度更佳為10nm或更大至15nm或更小。在其中IrMn用作釘紮層206的情況中，可在比其中PtMn用作釘紮層206的情況薄之厚度下提供單向異向性。在此情況中，釘紮層206之厚度較佳為4nm或更大至18nm或更小。釘紮層206之厚度更佳為5nm或更大至15nm或更小。對於釘紮層206，舉例而言，使用厚度為7nm之一Ir22Mn78層。
可使用一硬磁性層作為釘紮層206。舉例而言，使用其中一磁各向異性及一矯頑磁力相對較高之一硬磁性材料(例如，Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd)作為硬磁性層。可使用進一步含有添加至Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd之一元素之合金。例如，可使用CoPt(Co之比例係 50原子百分比或更大至85原子百分比或更小)、(CoxPt100-x)100-yCry(x係50原子百分比或更大至85原子百分比或更小，且y係0原子百分比或更大至40原子百分比或更小)或FePt(Pt之比例係40原子百分比或更大至60原子百分比或更小)。
對於第二磁化固定層207，舉例而言，使用一CoxFe100-x合金(x係0原子百分比或更大至100原子百分比或更小)、一NixFe100-x合金(x係0原子百分比或更大至100原子百分比或更小)或含有至此等材料之非磁性元素之一材料。例如，使用選自由Co、Fe及Ni組成之群組的材料之至少任一者作為第二磁化固定層207。可使用含有選自此等材料之至少一材料之一合金作為第二磁化固定層207。亦可使用(CoxFe100-x)100-yBy合金(x係0原子百分比或更大至100原子百分比或更小，且y係0原子百分比或更大至30原子百分比或更小)作為第二磁化固定層207。即使應變偵測元件200A之一大小為小，使用(CoxFe100-x)100-yBy之非晶質合金作為第二磁化固定層207亦容許減小應變偵測元件之特性之一變動。
例如，第二磁化固定層207之厚度較佳為1.5nm或更大至5nm或更小。因此，舉例而言，可進一步加強由釘紮層206引起之單向各向異性場之強度。例如，經由形成於第二磁化固定層207上之磁性耦合層，可進一步加強第二磁化固定層207與第一磁化固定層209之間的反鐵磁性耦合場之強度。例如，第二磁化固定層207之一磁性膜厚度(飽和磁化Bs與厚度t之乘積(Bs‧t))較佳為實質上等於第一磁化固定層209之磁性膜厚度。
形成至薄膜之Co40Fe40B20之飽和磁化係大約1.9T(特士拉)。例如，作為第一磁化固定層209，使用厚度為3nm之Co40Fe40B20層形成磁性膜厚度為1.9T×3nm(即，5.7Tnm)之第一磁化固定層209。另一方面，Co75Fe25之飽和磁化係大約2.1T。其中獲得等於上述磁性膜厚 度之磁性膜厚度之第二磁化固定層207之厚度係5.7Tnm/2.1T，即2.7nm。在此情況中，將厚度為大約2.7nm之之Co75Fe25層用於第二磁化固定層207係較佳的。例如，使用厚度為2.5nm之Co75Fe25層作為第二磁化固定層207。
在應變偵測元件200A中，使用藉由第二磁化固定層207、磁性耦合層208及第一磁化固定層209形成之一合成釘紮結構。代替性地，可使用由一單層磁化固定層形成之一單一釘紮結構。在其中使用該單一釘紮結構的情況中，舉例而言，使用厚度為3nm之Co40Fe40B20層作為磁化固定層。可使用與上述第二磁化固定層207之材料相同的材料作為用於單一釘紮結構中之磁化固定層之鐵磁性層。
磁性耦合層208產生第二磁化固定層207與第一磁化固定層209之間的一反鐵磁性耦合。磁性耦合層208形成合成釘紮結構。例如，使用Ru作為磁性耦合層208。舉例而言，磁性耦合層208之厚度較佳為0.8nm或更大至1nm或更小。只要材料產生第二磁化固定層207與第一磁化固定層209之間的充分反鐵磁性耦合，除Ru以外之一材料可用作磁性耦合層208。磁性耦合層208之厚度可設定為對應於Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida(RKKY)耦合之一第二峰值(2nd峰值)之0.8nm或更大至1nm或更小。此外，磁性耦合層208之厚度可設定為對應於RKKY耦合之一第一峰值(1st峰值)之0.3nm或更大至0.6nm或更小之厚度。例如，使用厚度為0.9nm之Ru作為磁性耦合層208。此容許進一步穩定地獲得高度可靠耦合。
用於第一磁化固定層209之磁性層直接促成MR效應。舉例而言，使用Co-Fe-B合金作為第一磁化固定層209。明確言之，亦可使用(CoxFe100-x)100-yBy合金(x係0原子百分比或更大至100原子百分比或更小，而y係0原子百分比或更大至30原子百分比或更小)作為第一磁化固定層209。例如，在其中使用(CoxFe100-x)100-yBy之非晶合金作為第一 磁化固定層209的情況中，即使應變偵測元件200之大小為小，亦可減小由晶粒引起之元件之間的一變動。
可平坦化形成於第一磁化固定層209上之層(例如，一穿隧絕緣層(未繪示))。平坦化該穿隧絕緣層容許減小該穿隧絕緣層之一缺陷密度。此容許獲得一較低面電阻之一較大MR比。例如，在其中MgO用作穿隧絕緣層之材料的情況中，使用(CoxFe100-x)100-yBy之非晶合金作為第一磁化固定層209容許加強形成於穿隧絕緣層上之MgO層(100)之定向。進一步增加MgO層(100)之定向容許獲得一較大MR比。在退火期間使用MgO層(100)之表面作為一模板來使(CoxFe100-x)100-yBy合金結晶。此容許獲得MgO與(CoxFe100-x)100-yBy合金之間的一良好晶體構形。獲得良好晶體構形容許獲得一更大MR比。除了Co-Fe-B合金之外，舉例而言，亦可使用Fe-Co合金作為第一磁化固定層209。
較厚第一磁化固定層209容許獲得一較大MR比。為獲得一較大固定磁場，形成薄的第一磁化固定層209係較佳的。MR比及固定磁場具有關於第一磁化固定層209之厚度之折衷關係。為使用一Co-Fe-B合金作為第一磁化固定層209，該第一磁化固定層209之厚度較佳為1.5nm或更大至5nm或更小。該第一磁化固定層209之厚度更佳為2.0nm或更大至4nm或更小。
對於第一磁化固定層209，除了上述材料之外，亦使用fcc結構中之一Co90Fe10合金、hcp結構中之Co或hcp結構中之一Co合金。舉例而言，使用選自由Co、Fe及Ni組成之群組的至少一材料作為第一磁化固定層209。使用含有選自此等材料之至少一材料的合金作為第一磁化固定層。使用在bcc結構中之FeCo合金材料、含有50%或更大之鈷組合物之Co合金或具有50%或更大之Ni組合物之一材料(Ni合金)作為第一磁化固定層209容許獲得(例如)一較大MR比。
舉例而言，亦可使用一霍氏(Heusler)磁性合金層(諸如 Co2MnGe、Co2FeGe、Co2MnSi、Co2FeSi、Co2MnAl、Co2FeAl、Co2MnGa0.5Ge0.5及Co2FeGa0.5Ge0.5)作為第一磁化固定層209。舉例而言，使用(例如)厚度為3nm之Co40Fe40B20層作為第一磁化固定層209。
舉例而言，中間層203分離第一磁性層201與第二磁性層202之間的磁性耦合。對於中間層203，舉例而言，使用金屬、一絕緣體或一半導體。舉例而言，使用Cu、Au、Ag或一類似材料作為此金屬。為使用金屬作為中間層203，該中間層之厚度係(例如)大約1nm或更大至7nm或更小。舉例而言，使用氧化鎂(諸如MgO)、氧化鋁(諸如Al2O3)、氧化鈦(諸如TiO)、氧化鋅(諸如ZnO)或氧化鎵(Ga-O)作為此絕緣體或半導體。為使用絕緣體或半導體作為中間層203，該中間層203之厚度係(例如)大約0.6nm或更大至2.5nm或更小。舉例而言，可使用一電流限制路徑(CCP)間隔層作為中間層203。為使用CCP間隔層作為間隔層，舉例而言，使用其中一銅(Cu)金屬路徑形成於由氧化鋁(Al2O3)製成之一絕緣層中之一結構。舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層作為中間層。
對於磁化自由層210，使用一鐵磁性材料。含有(例如)Fe、Co或Ni之鐵磁性材料可用於磁化自由層210。舉例而言，使用一FeCo合金、一NiFe合金或類似者作為磁化自由層210之材料。此外，對於磁化自由層210，使用一Co-Fe-B合金、一Fe-Co-Si-B合金；具有一大λs(磁致伸縮常數)之一材料，諸如一Fe-Ga合金、一Fe-Co-Ga合金、一Tb-M-Fe合金、Tb-M1-Fe-M2合金、Fe-M3-M4-B合金、Ni、Fe-Al；鐵氧體；或一類似材料。在上述Tb-M-Fe合金中，M係選自由Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及Er組成之群組的至少一材料。在上述Tb-M1-Fe-M2合金中，M1係選自由Sm、Eu、Gd、Dy、Ho及Er組成之群組的至少一材料。M2係選自由Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及Ta組成之群組的至少一材料。在上述Fe-M3-M4-B合金中，M3係選自由 Ti、Cr、Mn、Co、Cu、Nb、Mo、W及Ta組成之群組的至少一者。M4係選自由Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy及Er組成之群組的至少一材料。上述鐵氧體包含Fe3O4、(FeCo)3O4或一類似材料。磁化自由層210之厚度係(例如)2nm或更大。
對於磁化自由層210，可使用含有硼之一磁性材料。對於磁化自由層210，舉例而言，可使用含有選自由Fe、Co及Ni以及硼(B)組成之群組之至少一元素之合金。例如，可使用Co-Fe-B合金及Fe-B合金。例如，可使用Co40Fe40B20合金。當將含有選自由Fe、Co及Ni以及硼(B)組成之群組之至少一元素之合金用於磁化自由層210時，可添加Ga、Al、Si、W或一類似材料作為促進高磁致伸縮之一元素。例如，可使用Fe-Ga-B合金、Fe-Co-Ga-B合金或Fe-Co-Si-B合金。使用含有硼之此磁性材料降低磁化自由層210之矯頑磁力(Hc)。此促進由應變引起之磁化方向之一變化。此容許獲得高應變靈敏度。
磁化自由層210中之硼濃度(例如，硼之組合物比)較佳為5原子百分比或更大。此容許易於獲得一非晶結構。磁化自由層中之硼濃度較佳為35原子百分比或更小。舉例而言，若硼濃度太高，則減小磁致伸縮常數。舉例而言，磁化自由層中之硼濃度較佳為5原子百分比或更大至35原子百分比或更小。硼濃度更佳為10原子百分比或更大至30原子百分比或更小。
為了將Fe1-yBy(0<y0.3)或(FeaX1-a)1-yBy(X=Co或Ni，0.8a<1，0<y0.3)用於磁化自由層210之磁性層之一部分，可易於同時獲得大的磁致伸縮常數λ及低矯頑磁力。因此，從獲得高量規因子之觀點來看，此尤其較佳。例如，可使用Fe80B20(4nm)作為磁化自由層210。可使用Co40Fe40B20(0.5nm)/Fe80B20(4nm)作為磁化自由層。
磁化自由層210可具有一多層結構。當使用由MgO製成之穿隧絕緣層作為中間層203時，在磁化自由層210之與中間層203接觸之部分 處安置由Co-Fe-B合金製成之一層係較佳的。此容許獲得一高磁阻效應。在此情況中，一Co-Fe-B合金層安置於中間層203上。在該Co-Fe-B合金層上，安置具有大磁致伸縮常數之另一磁性材料。當磁化自由層210具有多層結構時，對於磁化自由層210，舉例而言使用Co-Fe-B(2nm)/Fe-Co-Si-B(4nm)。
罩蓋層211保護安置於該罩蓋層211下方之層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用複數個金屬層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用由Ta層及Ru層構成之一雙層結構(Ta/Ru)。舉例而言，此Ta層之厚度係1nm。舉例而言，此Ru層之厚度係5nm。可安置另一金屬層來代替該Ta層及該Ru層作為罩蓋層211。罩蓋層211可視需要進行組態。例如，可使用非磁性材料作為罩蓋層211。只要可保護安置於罩蓋層211下方之層，即可使用另一材料作為罩蓋層211。
當將含有硼之一磁性材料用於磁化自由層210時，為防止硼之擴散，可將由氧化物材料或氮化物材料製成之一擴散防止層(未繪示)安置於磁化自由層210與罩蓋層211之間。使用由氧化物層或氮化物層製成之擴散防止層減少磁化自由層210中含有之硼的擴散，因此容許維持磁化自由層210之非晶結構。明確言之，可使用含有諸如Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Hf、Ta、W、Sn、Cd及Ga之一元素之氧化物材料及氮化物材料作為用於擴散防止層之氧化物材料及氮化物材料。此處，擴散防止層係並不促成磁阻效應之一層。因此，面電阻愈低，擴散防止層愈佳。例如，擴散防止層之面電阻較佳設定為低於促成磁阻效應之中間層之面電阻。從降低擴散防止層之面電阻的觀點來看，使用低障壁高度之Mg、Ti、V、Zn、Sn、Cd或Ga的氧化物或氮化物係較佳的。作為最小化硼之擴散之功能，以較強化學鍵結為特徵之氧化物係較佳的。例如，可使用具有1.5nm之一厚度之MgO。氮氧化物可視為 氧化物或氮化物之任一者。
當將氧化物材料或氮化物材料用於擴散防止層時，從充分提供硼之擴散防止功能的觀點來看，擴散防止層之膜厚度較佳為0.5nm或更大，且從降低面電阻的觀點來看，5nm或更小係較佳的。即，擴散防止層之膜厚度較佳為0.5nm或更大至5nm或更小且更佳為1nm或更大至3nm或更小。
可使用選自由鎂(Mg)、矽(Si)及鋁(Al)組成之群組的材料之至少任一者作為擴散防止層。可使用含有此等輕元素之一材料作為擴散防止層。此等輕元素耦合至硼以產生一化學化合物。例如，一Mg-B化學化合物、一Al-B化學化合物及一Si-B化學化合物之至少任一者形成於包含介於擴散防止層與磁化自由層210之間的介面之一部分處。此等化學化合物最小化硼之擴散。
另一金屬層或一類似層可插入於擴散防止層與磁化自由層210之間。注意，若擴散防止層與磁化自由層210之間的距離太遠，則硼在擴散防止層與磁化自由層210之間擴散；因此，磁化自由層210中之硼濃度降低。因此，擴散防止層與磁化自由層210之間的距離較佳為10nm或更小且更佳為3nm或更小。
圖11係繪示應變偵測元件200之另一例示性組態200B之一示意性透視圖。不同於應變偵測元件200A，應變偵測元件200B係藉由包含介於中間層203與第一磁性層201之間的第三磁性層251而形成。即，如圖11中所繪示，應變偵測元件200B係藉由依序層壓下部電極204、底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203、一第二磁化自由層241(第三磁性層251)、一第一磁化自由層242(第一磁性層201)、罩蓋層211及上部電極212而組態。第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。第二磁化自由層241對應於第三磁性層251。第一磁化自由層242 對應於第一磁性層201。圖11中所繪示之應變偵測元件200B之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203、第二磁化自由層241(第三磁性層251)及第一磁化自由層242(第一磁性層201)之平面形狀類似於圖8A中所繪示之結構。
舉例而言，使用Ta/Ru作為底層205。例如，此Ta層之厚度(在Z軸方向上之長度)係3奈米(nm)。此Ru層之厚度係(例如)2nm。對於釘紮層206，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於第二磁化固定層207，舉例而言，使用厚度為2.5nm之一Co75Fe25層。對於磁性耦合層208，舉例而言，使用厚度為0.9nm之Ru層。對於第一磁化固定層209，舉例而言，使用厚度為3nm之一Co40Fe40B20層。對於中間層203，舉例而言，使用厚度為1.6nm之一MgO層。對於第二磁化自由層241，舉例而言，使用厚度為1.5nm之一Co40Fe40B20層。對於第一磁化自由層242，舉例而言，使用厚度為4nm之一Co40Fe40B20層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
在圖11中所繪示之應變偵測元件200B中，第二磁化自由層241之刨床尺寸類似於第一磁化固定層209之刨床尺寸。此處，第二磁化自由層241磁性耦合至第一磁化自由層242，藉此容許用作為磁化自由層。此處，第二磁化自由層241具有小於第一磁化自由層242而類似於第一磁化固定層209之元件尺寸。然而，第二磁化自由層241連接至及磁性耦合至其之尺寸相對較大且因此磁化干擾較小之第一磁化自由層242之中心區域。因此，亦可減小第二磁化自由層241之磁化干擾。此容許獲得該實施例之效應。如稍後所描述，使用圖11中所繪示之應變偵測元件200B容許製造靠近中間層203之一層壓結構，此在真空中之某一時間顯著促成磁化固定層/中間層/磁化自由層之層壓結構中之MR效應。此在獲得一高MR比之一態樣中係較佳的。
此處，可使用類似於用於上述磁化自由層210(圖10)之材料的材料作為用於第二磁化自由層241之材料。若第二磁化自由層241之膜厚度太厚，則使歸因於與第一磁化自由層242之磁性耦合減小磁化干擾之一效應降級。因此，膜厚度較佳為4nm或更小且更佳為2nm或更小。可使用類似於用於上述磁化自由層210(圖10)之材料的材料作為用於第一磁化自由層242之材料。可使用類似於應變偵測元件200A之材料的材料作為其他各自層的材料。
圖12係繪示應變偵測元件200A之一例示性組態的一示意性透視圖。如圖12中所例示，應變偵測元件200A可包含一絕緣層(絕緣部分)213。該絕緣層213係填充於下部電極204與上部電極212之間。
對於絕緣層213，舉例而言，可使用氧化鋁(諸如Al2O3)或氧化矽(諸如SiO2)。絕緣層213可減少應變偵測元件200A之一洩漏電流。
圖13係繪示應變偵測元件200A之另一例示性組態的一示意性透視圖。如圖13中所例示，應變偵測元件200A可包含兩個硬偏壓層(硬偏壓部分)214、下部電極204及絕緣層213。該等硬偏壓層214安置於下部電極204與上部電極212之間以便彼此分離。絕緣層213係填充於上部電極212與硬偏壓層214之間。
硬偏壓層214藉由該硬偏壓層214之磁化將磁化自由層210(第一磁性層201)之磁化方向設定為一所要方向。運用硬偏壓層214，在其中未對膜部分施加外部壓力之一狀態中，可將磁化自由層210(第一磁性層201)之磁化方向設定為所要方向。
舉例而言，使用其中一磁各向異性及一矯頑磁力相對較高之一硬磁性材料(例如，Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd)作為硬偏壓層214。可使用進一步含有添加至Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd之一元素的合金。例如，可使用CoPt(Co之比例係50原子百分比或更大至85原子百分比或更小)、(CoxPt100-x)100-yCry(x係50原子百分比或更大至85原子 百分比或更小，且y係0原子百分比或更大至40原子百分比或更小)或FePt(Pt之比例係40原子百分比或更大至60原子百分比或更小)。當使用此等材料時，藉由施加大於硬偏壓層214之矯頑磁力的一外部磁場，可將該硬偏壓層214之磁化方向設定(固定)至施加該外部磁場的方向。舉例而言，硬偏壓層214之厚度(例如，沿著從下部電極204至上部電極212之方向的長度)係5nm或更大至50nm或更小。
當將絕緣層213配置於下部電極204與上部電極212之間時，可使用SiOx及AlOx作為該絕緣層213之材料。此外，在絕緣層213與硬偏壓層214之間，可安置一底層(未繪示)。當將Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd、Fe-Pd或一類似材料(其係具有相對較高之磁各向異性及矯頑磁力之一硬磁性材料)用於硬偏壓層214時，可使用Cr、Fe-Co或一類似材料作為用於該硬偏壓層214之底層之材料。上述硬偏壓層214亦可應用於稍後描述之任何應變偵測元件。
硬偏壓層214可具有層壓於用於硬偏壓層之一釘紮層上的一結構(未繪示)。在此情況中，藉由硬偏壓層214與用於硬偏壓層之釘紮層之間的交換耦合，可設定(固定)該硬偏壓層214之磁化方向。在此情況中，對於硬偏壓層214，可使用含有Fe、Co及Ni之至少任一者之一材料或由含有至少一種此等材料之合金形成之一鐵磁性材料。在此情況中，對於硬偏壓層214，舉例而言，可使用CoxFe100-x合金(x係0原子百分比或更大至100原子百分比或更小)、NixFe100-x合金(x係0原子百分比或更大至100原子百分比或更小)或其中將非磁性元素添加至此等材料之一材料。可使用類似於上述第一磁化固定層209之材料作為硬偏壓層214。對於用於硬偏壓層之釘紮層，可使用由類似於上述應變偵測元件200A中之釘紮層206之材料的材料製成之材料。在其中安置用於硬偏壓層之釘紮層的情況中，類似於用於底層205之材料的底層可安置於用於硬偏壓層之釘紮層下方。用於硬偏壓層之釘紮層可安置 於該硬偏壓層之下部部分處或可安置於該硬偏壓層之上部部分處。在此情況中，硬偏壓層214之磁化方向可藉由在類似於釘紮層206之一磁場中退火來判定。
上述硬偏壓層214及絕緣層213可應用於實施例中所描述之全部應變偵測元件200A。假定其中使用如上所述之由硬偏壓層214及用於硬偏壓層之釘紮層構成之層壓結構之情況。在此情況中，即使將一大外部磁場瞬時施加至硬偏壓層214，亦可易於維持該硬偏壓層214之磁化方向。
圖14係繪示應變偵測元件200之另一例示性組態200C的一示意性透視圖。不同於應變偵測元件200A，該應變偵測元件200C具有一頂部自旋閥類型結構。即，如圖14中所繪示，應變偵測元件200C係藉由依序層壓下部電極204、底層205、磁化自由層210(第一磁性層201)、中間層203、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、磁性耦合層208、第二磁化固定層207、釘紮層206、罩蓋層211及上部電極212而組態。第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。圖14中所繪示之應變偵測元件200C之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀係類似於圖6C中所繪示之結構。圖14中所繪示之應變偵測元件200C亦可使用圖6B及圖7A中所繪示之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀。可使用如圖8B中所繪示之其中添加第三磁性層251之結構。
對於底層205，舉例而言，使用Ta/Cu。例如，此Ta層之厚度(在Z軸方向上之長度)係3nm。此Cu層之厚度係(例如)5nm。對於磁化自由層210，舉例而言，使用厚度為4nm之一Co40Fe40B20層。對於中間層203，舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層。對於第一磁化固定 層209，舉例而言，使用Co40Fe40B20/Fe50Co50。此Co40Fe40B20層之厚度係(例如)2nm。此Fe50Co50層之厚度係(例如)1nm。對於磁性耦合層208，舉例而言，使用厚度為0.9nm之Ru層。對於第二磁化固定層207，舉例而言，使用厚度為2.5nm之一Co75Fe25層。對於釘紮層206，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
在上述底部自旋閥類型之應變偵測元件200A中，第一磁化固定層209(第二磁性層202)經形成低於磁化自由層210(第一磁性層201)(-Z軸方向)。與此相反，在頂部自旋閥類型之應變偵測元件200C中，第一磁化固定層209(第二磁性層202)形成於磁化自由層210(第一磁性層201)上方(+Z軸方向)。因此，可藉由垂直反轉應變偵測元件200A中所含有之各自層之材料而使用應變偵測元件200C中所含有之各自層之材料。上述擴散防止層可安置於應變偵測元件200C之底層205與磁化自由層210之間。
圖15係繪示應變偵測元件200之另一例示性組態200D的一示意性透視圖。將使用一單一磁化固定層之單一釘紮結構應用於應變偵測元件200D。即，如圖15中所繪示，應變偵測元件200D係藉由依序層壓下部電極204、底層205、釘紮層206、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。圖15中所繪示之應變偵測元件200D之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀類似於圖2中所繪示之結構。圖15中所繪示之應變偵測元件200D亦可使用圖6A及圖7C中所繪示之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平 面形狀。可使用如圖8A中所繪示之其中添加第三磁性層251之結構。
對於底層205，舉例而言，使用Ta/Ru。例如，此Ta層之厚度(在Z軸方向上之長度)係3nm。此Ru層之厚度係(例如)2nm。對於釘紮層206，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於第一磁化固定層209，舉例而言，使用厚度為3nm之Co40Fe40B20層。對於中間層203，舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層。對於磁化自由層210，舉例而言，使用厚度為4nm之一Co40Fe40B20層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
對於應變偵測元件200D之各自層之材料，可使用類似於應變偵測元件200A之各自層之材料的材料。
圖16係繪示應變偵測元件200之另一例示性組態200E的一示意性透視圖。在該應變偵測元件200E中，使第二磁性層202用作為一參考層252，而非作為磁化固定層。即，如圖16中所繪示，應變偵測元件200E係藉由依序層壓下部電極204、底層205、參考層252(第二磁性層202)、中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。圖16中所繪示之應變偵測元件200E之參考層252(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀類似於圖2中所繪示之結構。圖16中所繪示之應變偵測元件200E亦可使用圖6A及圖7C中所繪示之參考層252(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀。可使用如圖8A中所繪示之其中添加第三磁性層251之結構。
舉例而言，使用Cr作為底層205。例如，此Cr層之厚度(在Z軸方向上之長度)係5nm。對於參考層252，舉例而言，使用厚度為10nm之一Co80Pt20層。對於中間層203，舉例而言，使用厚度為1.6nm之 MgO層。對於磁化自由層210，舉例而言，使用厚度為4nm之一Co40Fe40B20層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
此處，可選擇用於參考層252之一材料使得由相同應變引起之磁化方向之一變化之一態樣可不同於用於磁化自由層210之材料。例如，對於參考層252，可使用相較於磁化自由層210較不可能改變由應變引起之磁化方向之一材料。
舉例而言，使用其中磁各向異性及矯頑磁力相對較高之硬磁性材料(例如，Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd)作為參考層252。可使用進一步含有添加至Co-Pt、Fe-Pt、Co-Pd及Fe-Pd之一元素之一合金。藉由使用具有高磁各向異性之硬磁性材料，可獲得其中相較於磁化自由層較不可能發生或幾乎不發生由應變引起之磁化方向之變化之一參考層。例如，可使用CoPt(Co之比例係50原子百分比或更大至85原子百分比或更小)、(CoxPt100-x)100-yCry(x係50原子百分比或更大至85原子百分比或更小，且y係0原子百分比或更大至40原子百分比或更小)或FePt(Pt之比例係40原子百分比或更大至60原子百分比或更小)。當使用此等材料時，藉由施加大於參考層252之矯頑磁力的外部磁場，可將該參考層252之磁化方向設定(固定)至施加該外部磁場之方向。舉例而言，參考層252之厚度(例如，沿著從下部電極至上部電極之方向的長度)係5nm或更大至50nm或更小。
例如，對於參考層，可使用含有Fe、Co及Ni之至少任一者之一材料或由含有至少一種此等材料之合金形成之一鐵磁性材料。在此情況中，對於參考層，可使用具有低磁致伸縮常數之鐵磁性材料。藉由使用具有低磁致伸縮常數之鐵磁性材料，即使材料之磁各向異性並不如此高，亦可獲得其中相較於磁化自由層較不可能發生或幾乎不發生由應變引起之磁化方向之變化之參考層。
可使用類似於應變偵測元件200A之各自層之材料的材料作為用於應變偵測元件200E之其他各自層之材料。
圖17係繪示應變偵測元件200之另一例示性組態200F的一示意性透視圖。如圖17中所繪示，在該應變偵測元件200F中，第二磁性層202經由中間層203形成於第一磁性層201上方及下方。即，如圖17中所繪示，應變偵測元件200F係藉由依序層壓下部電極204、底層205、一下部釘紮層221、一下部第二磁化固定層222、一下部磁性耦合層223、一下部第一磁化固定層224、一下部中間層225、一磁化自由層226、一上部中間層227、一上部第一磁化固定層228、一上部磁性耦合層229、一上部第二磁化固定層230、一上部釘紮層231、罩蓋層211及上部電極212而組態。該下部第一磁化固定層224及該上部第一磁化固定層228對應於第二磁性層202。該磁化自由層226對應於第一磁性層201。圖17中所繪示之應變偵測元件200F之該等下部第一磁化固定層224(第二磁性層202)、下部中間層225(中間層203)、磁化自由層226(第一磁性層201)、上部中間層227(中間層203)及上部第一磁化固定層228(第二磁性層202)之平面形狀係圖6D及圖6E中所繪示之結構之一組合。
舉例而言，使用Ta/Ru作為底層205。例如，此Ta層之厚度(在Z軸方向上之長度)係3奈米(nm)。此Ru層之厚度係(例如)2nm。對於下部釘紮層221，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於下部第二磁化固定層222，舉例而言，使用厚度為2.5nm之Co75Fe25層。對於下部磁性耦合層223，舉例而言，使用厚度為0.9nm之Ru層。對於下部第一磁化固定層224，舉例而言，使用厚度為3nm之Co40Fe40B20層。對於下部中間層225，舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層。對於磁化自由層226，舉例而言，使用厚度為4nm之一Co40Fe40B20層。對於上部中間層227，舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層。對於上部 第一磁化固定層228，舉例而言，使用Co40Fe40B20/Fe50Co50。此Co40Fe40B20層之厚度係(例如)2nm。此Fe50Co50層之厚度係(例如)1nm。對於上部磁性耦合層229，舉例而言，使用厚度為0.9nm之Ru層。對於上部第二磁化固定層230，舉例而言，使用厚度為2.5nm之Co75Fe25層。對於上部釘紮層231，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
對於應變偵測元件200F之各自層之材料，可使用類似於應變偵測元件200A之各自層之材料的材料。
下文參考圖18A至圖19K描述用於製造根據實施例之應變偵測元件200之一方法。圖18A至圖19K係繪示用於製造(例如)圖10中所繪示之應變偵測元件200A之一狀態的示意性截面視圖。
當製造應變偵測元件200時，舉例而言，如圖18A中所繪示，在一基板110上形成膜部分120、一配線(未繪示)或一類似部件。接著，如圖18B中所繪示，在該膜部分120上形成一絕緣層125及下部電極204。例如，形成SiOx(80nm)作為該絕緣層125。例如，形成Ta(5nm)/Cu(200nm)/Ta(35nm)作為該下部電極204。在此之後，可對下部電極204之一最外表面執行諸如一CMP程序之一表面平滑處理以平坦化形成於該下部電極上之一構造。此處，當藉由具有一絕緣性質之一材料組態膜部分120之最外表面時，並非始終需要形成絕緣層125。當基板110自身最終形成為可變形時，膜部分120不必獨立於基板110而安置。
接著，如圖18C中所繪示，處理下部電極204之平面形狀。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用該光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此外，在下部電極204之周邊處嵌入一絕緣層126。在此程序中，舉例而言，執 行一剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層126且移除光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為絕緣層126。
接著，如圖18D中所繪示，在下部電極204上依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209及一中間罩蓋層260。例如，形成Ta(3nm)/Ru(2nm)作為底層205。在該底層205上形成IrMn(7nm)作為釘紮層206。在該釘紮層206上形成Co75Fe25(2.5nm)/Ru(0.9nm)/Co40Fe40B20(8nm)作為第二磁化固定層207/磁性耦合層208/第一磁化固定層209。此外，形成MgO(3nm)作為該中間罩蓋層260。此處，在稍後描述之一程序中移除中間罩蓋層260及第一磁化固定層209之一部分。
接著，如圖18E中所繪示，移除底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209(第二磁性層202)及中間罩蓋層260，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。
接著，在包含第一磁化固定層209之層壓體周邊嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，如圖18F中所繪示，移除中間罩蓋層260(其係層壓體之最外表面)、第一磁化固定層209之一部分及絕緣層213之一部分。此移除程序執行物理銷削或一類似程序。例如，執行Ar離子銑削或使用Ar電漿之一基板偏壓程序。在形成包含稍後形成之磁化自由層210(第一磁性層201)之層壓體之一設備內部執行圖18F中所繪示之程序。因此，在其中清潔第一磁化固定層209(第二磁性層202)之最外表面之一 狀態中，該程序可轉變至在真空中形成中間層。例如，在完全移除中間罩蓋層260之MgO(3nm)且從第一磁化固定層209之Co40Fe40B20(8nm)移除5nm之後，形成Co40Fe40B20(3nm)作為第一磁化固定層209。
接著，如圖18G中所繪示，在第一磁化固定層209上依序層壓中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211。例如，形成MgO(1.6nm)作為中間層203。在該中間層203上形成Co40Fe40B20(4nm)作為磁化自由層210。在該磁化自由層210上形成Cu(3nm)/Ta(2nm)/Ru(10nm)作為罩蓋層211。在磁化自由層210與罩蓋層211之間可形成MgO(1.5nm)作為擴散防止層(未繪示)。
接著，如圖18H中所繪示，移除中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此處，將包含磁化自由層210(第一磁性層201)之層壓體之刨床尺寸處理成大於包含第一磁化固定層209(第二磁性層202)之層壓體之刨床尺寸。
接著，在包含磁化自由層210之層壓體周邊嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，執行固定第一磁化固定層209(第二磁性層202)之磁化方向之一磁場退火。例如，在施加7kOe之外部磁場時，在300℃下執行退火達一小時。此處，只要在圖18D之程序(其形成包含第二磁性層202之層壓體)之後執行，即可在任何時序執行該磁場退火。
接著，如圖18I中所繪示，將硬偏壓層214嵌入至絕緣層213中。例如，在該絕緣層213處形成嵌入硬偏壓層214之孔。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物 理銑削或化學銑削。此程序可形成直至穿透周邊絕緣層213之深度的孔或可在中途停止。圖18I例示其中在中途停止孔之形成以免穿透絕緣層213的情況。若蝕刻該孔直至穿透絕緣層213之深度，則在圖18I中所繪示之硬偏壓層214之嵌入程序，需要在該硬偏壓層214下方形成一絕緣層(未繪示)。
接著，將硬偏壓層214嵌入至所形成之孔中。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成硬偏壓層214且移除該光阻圖案。此處，舉例而言，形成Cr(5nm)作為用於硬偏壓層之一底層。舉例而言，在用於硬偏壓層之底層上形成Co80Pt20(20nm)作為硬偏壓層214。此外，可在該硬偏壓層214上形成一罩蓋層(未繪示)。可使用上文描述為可應用於應變偵測元件200A之罩蓋層之材料的材料作為此罩蓋層。替代性地，可使用由諸如SiOx、AlOx、SiNx及AlNx之一材料製成之一絕緣層作為此罩蓋層。
接著，在室溫下施加外部磁場，因此設定硬偏壓層214中所含有之硬磁性材料之磁化方向。只要在嵌入硬偏壓層214之後執行，即可藉由外部磁場在任何時序設定該硬偏壓層214之磁化方向。
圖18I中所繪示之硬偏壓層214之嵌入程序可與圖18H中所繪示之絕緣層213之嵌入程序同時執行。不必執行圖18H中所繪示之硬偏壓層214之嵌入程序。
接著，如圖19J中所繪示，在罩蓋層211上層壓上部電極212。接著，如圖19K中所繪示，移除該上部電極212，從而讓留下該上部電極212之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。
接著，如圖19L中所繪示，形成一保護層215。該保護層215覆蓋上部電極212及硬偏壓層214。例如，可使用由諸如SiOx、AlOx、SiNx 及AlNx之一材料製成之一絕緣層作為該保護層215。不必安置該保護層215。
儘管圖18A至圖19L中並未繪示，然可形成至下部電極204或上部電極212之一接觸孔。
下文參考圖20A至圖21H描述用於製造根據實施例之應變偵測元件200之另一方法。圖20A至圖21H係繪示用於製造(例如)圖11中所繪示之應變偵測元件200B之一狀態的示意性截面視圖。
在此製造方法中，類似於用於製造應變偵測元件200A之方法般執行圖18A至圖18C中所繪示之程序。
接著，如圖20A中所繪示，在下部電極204上依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209、中間層203、第二磁化自由層241(第三磁性層251)及中間罩蓋層260。例如，形成Ta(3nm)/Ru(2nm)作為底層205。在該底層205上形成IrMn(7nm)作為釘紮層206。在該釘紮層206上形成Co75Fe25(2.5nm)/Ru(0.9nm)/Co40Fe40B20(3nm)作為第二磁化固定層207/磁性耦合層208/第一磁化固定層209。在第一磁化固定層209上形成MgO(1.6nm)作為中間層203。在該中間層203上形成Co40Fe40B20(4nm)作為第二磁化自由層241(第三磁性層251)。此外，在該第二磁化自由層241上形成MgO(3nm)作為中間罩蓋層260。此處，在稍後描述之一程序中移除中間罩蓋層260及第二磁化自由層241之一部分。
接著，如圖20B中所繪示，移除底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203、第二磁化自由層241(第三磁性層251)及中間罩蓋層260，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。
接著，在包含第一磁化固定層209之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，如圖20C中所繪示，移除中間罩蓋層260(其係層壓體之最外表面)、第二磁化自由層241之一部分及絕緣層213之一部分。此移除程序執行物理銷削或一類似程序。例如，執行Ar離子銑削或使用Ar電漿之一基板偏壓程序。在形成包含稍後形成之第一磁化自由層242(第一磁性層201)之層壓體之一設備內部執行圖20C中所繪示之程序。因此，在其中純化第一磁化固定層209(第二磁性層202)之最外表面之一狀態中，該程序可轉變至在真空中形成中間層。例如，在完全移除中間罩蓋層260之MgO(3nm)且從第二磁化自由層241之Co40Fe40B20(4nm)移除3nm之後，形成Co40Fe40B20(1nm)作為第二磁化自由層241。
接著，如圖20D中所繪示，在第二磁化自由層241上依序層壓第一磁化自由層242(第一磁性層201)及罩蓋層211。例如，形成Co40Fe40B20(4nm)作為第一磁化自由層242(第一磁性層201)。在該第一磁化自由層242上形成Cu(3nm)/Ta(2nm)/Ru(10nm)作為罩蓋層211。在磁化自由層241與罩蓋層211之間可形成MgO(1.5nm)作為擴散防止層(未繪示)。
接著，如圖20E中所繪示，移除第一磁化自由層242(第一磁性層201)及罩蓋層211，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此處，將包含第一磁化自由層242(第一磁性層201)之層壓體之刨床尺寸處理成大於包含第一磁化固定層209(第二磁性層202)之層壓體之刨床尺寸。
接著，在包含第一磁化自由層242之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，執行固定第一磁化固定層209(第二磁性層202)之磁化方向的磁場退火。例如，在施加7kOe之外部磁場時，在300℃下執行退火達一小時。此處，只要在圖20A之形成包含第二磁性層202之層壓體之程序之後執行，即可在任何時序執行該磁場退火。
在下文中，如圖20F及圖21G至圖21H中所繪示，藉由幾乎類似於參考圖18I及圖19J至圖19K所描述之程序的程序，可製造圖11中所繪示之應變偵測元件200B。當使用此製造方法時，參考圖20A所描述之程序可形成靠近中間層203之層壓結構(第一磁化固定層209、中間層203及第二磁化自由層241)，此在真空中之某一時間對MR效應產生顯著影響。因此，從獲得高MR比之態樣來看，此係較佳的。
下文參考圖22A至圖23H描述用於製造根據實施例之應變偵測元件200之另一方法。圖22A至圖23H係繪示用於製造(例如)圖14中所繪示之應變偵測元件200C之一狀態的示意性截面視圖。
在此製造方法中，類似於用於製造應變偵測元件200A之方法般執行圖18A至圖18C中所繪示的程序。
接著，如圖22A中所繪示，在下部電極204上依序層壓底層205、磁化自由層210(第一磁性層201)及中間罩蓋層260。例如，形成Ta(3nm)/Cu(5nm)作為底層205。在該底層205上形成Co40Fe40B20(8nm)作為磁化自由層210。此外，在該磁化自由層210上形成MgO(3nm)作為中間罩蓋層260。此處，在稍後描述之一程序中移除中間罩蓋層260及磁化自由層210之一部分。在磁化自由層210與底層205之間可形成 MgO(1.5nm)作為擴散防止層(未繪示)。
接著，如圖22B中所繪示，移除底層205、磁化自由層210(第一磁性層201)及中間罩蓋層260，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。
接著，在包含磁化自由層210之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，如圖22C中所繪示，移除中間罩蓋層260(其係層壓體之最外表面)、磁化自由層210之一部分及絕緣層213之一部分。此移除程序執行物理銷削或一類似程序。例如，執行Ar離子銑削或使用Ar電漿之基板偏壓程序。在形成包含稍後形成之中間層203及第一磁化固定層209(第二磁性層202)之層壓體之設備內部執行圖22C中所繪示之程序。因此，在其中純化磁化自由層210之最外表面之一狀態中，該程序可轉變至在真空中形成中間層。例如，在完全移除中間罩蓋層260之MgO(3nm)且從磁化自由層210之Co40Fe40B20(8nm)移除4nm之後，形成Co40Fe40B20(4nm)作為磁化自由層210。
接著，如圖22D中所繪示，在磁化自由層210上依序層壓中間層203、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、磁性耦合層208、第二磁化固定層207、釘紮層206及罩蓋層211。例如，形成MgO(1.6nm)作為中間層203。形成Co40Fe40B20(2nm)/Fe50Co50(1nm)/Ru(0.9nm)/Co75Fe25(2.5nm)作為第一磁化固定層209(第二磁性層202)/磁性耦合層208/第二磁化固定層207。在該第二磁化自由層207上形成IrMn(7nm)作為釘紮層206。在該釘紮層206上形成Cu(3nm)/Ta(2nm)/Ru (10nm)作為罩蓋層211。
接著，如圖22E中所繪示，移除中間層203、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、磁性耦合層208、第二磁化固定層207、釘紮層206及罩蓋層211，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此處，將包含第一磁化固定層209(第二磁性層202)之層壓體之刨床尺寸處理成小於包含磁化自由層210(第一磁性層201)之層壓體之刨床尺寸。
接著，在包含第一磁化固定層209之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，執行固定第一磁化固定層209(第二磁性層202)之磁化方向的磁場退火。例如，在施加7kOe之外部磁場時，在300℃下執行退火達一小時。此處，只要在圖22D之形成包含第二磁性層202之層壓體之程序之後執行，即可在任何時序執行該磁場退火。
在下文中，如圖22F及圖23G至圖23H中所繪示，藉由幾乎類似於參考圖18I及圖19J至圖19K所描述之程序的程序，可製造圖14中所繪示之應變偵測元件200C。
下文參考圖24A至圖24G描述用於製造根據實施例之應變偵測元件200之另一方法。類似於參考圖22A至圖23H所描述之製造方法，圖24A至圖24G係繪示用於製造(例如)圖14中所繪示之應變偵測元件200C之一狀態的示意性截面視圖。
在此製造方法中，類似於用於製造應變偵測元件200A之方法般執行圖18A至圖18C中所繪示的程序。
接著，如圖24A中所繪示，在下部電極204上依序層壓底層205、磁化自由層210(第一磁性層201)、中間層203、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、磁性耦合層208、第二磁化固定層207、釘紮層206及罩蓋層211。例如，形成Ta(3nm)/Cu(5nm)作為底層205。在該底層205上形成Co40Fe40B20(4nm)作為磁化自由層210。在該磁化自由層210上形成MgO(1.6nm)作為中間層203。在該中間層203上形成Co40Fe40B20(2nm)/Fe50Co50(1nm)/Ru(0.9nm)/Co75Fe25(2.5nm)作為第一磁化固定層209(第二磁性層202)/磁性耦合層208/第二磁化固定層207。在該第二磁化固定層207上形成IrMn(7nm)作為釘紮層206。在該釘紮層206上形成Cu(3nm)/Ta(2nm)/Ru(10nm)作為罩蓋層211。此處，在磁化自由層210與底層205之間可形成MgO(1.5nm)作為擴散防止層(未繪示)。
接著，如圖24B中所繪示，移除中間層203、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、磁性耦合層208、第二磁化固定層207、釘紮層206及罩蓋層211，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。
接著，在包含第一磁化固定層209之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。此程序停止蝕刻程序直至中間層203或磁化自由層210之一部分以免處理該磁化自由層210之全部平面形狀。
接著，如圖24C中所繪示，移除底層205、磁化自由層210(第一磁性層201)及在上述程序中嵌入之絕緣層213，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示) 作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此程序執行蝕刻直至底層205以便使磁化自由層210之平面形狀大於第一磁化固定層209之尺寸。
接著，在包含磁化自由層210之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，執行固定第一磁化固定層209(第二磁性層202)之磁化方向的磁場退火。例如，在施加7kOe之外部磁場時，在300℃下執行退火達一小時。此處，只要在圖24A之形成包含第二磁性層202之層壓體之程序之後執行，即可在任何時序執行該磁場退火。
在下文中，如圖24D至圖24G中所繪示，藉由幾乎類似於參考圖18I及圖19J至圖19K所描述之程序的程序，可製造圖14中所繪示之應變偵測元件200C。當使用此製造方法時，參考圖24A所描述之程序可形成靠近中間層203之層壓結構(磁化自由層210、中間層203及第一磁化固定層209)，此在真空中之某一時間對MR效應產生顯著影響。因此，從獲得高MR比之態樣來看，此係較佳的。
[2.第二實施例]
下文參考圖25描述根據第二實施例之應變偵測元件200之組態。圖25係繪示根據該第二實施例之應變偵測元件200之組態的一示意性透視圖。根據該實施例之應變偵測元件200亦可安裝於圖1中所繪示之壓力感測器上。
如圖25中所繪示，根據該實施例之應變偵測元件200包含複數個第二磁性層202。換言之，該應變偵測元件200具有由第一磁性層201、中間層203及第二磁性層202形成之複數個接面。因此，以串聯 或並聯方式電連接該複數個接面可改良一信雜比(SNR、SN比)。
即，如圖25中所繪示，根據該實施例之應變偵測元件200包含第一磁性層201、複數個第二磁性層202及中間層203。該中間層203安置於該第一磁性層201與該等第二磁性層202之間。類似於根據第一實施例之應變偵測元件200，根據該實施例之應變偵測元件200可使用逆磁致伸縮效應及MR效應偵測在該應變偵測元件200處產生之一應變。
在該實施例中，一鐵磁性材料係用於第一磁性層201。舉例而言，該第一磁性層201用作為一磁化自由層。一鐵磁性材料係用於第二磁性層202。舉例而言，該第二磁性層202用作為一參考層。該第二磁性層202可為一磁化固定層或可為一磁化自由層。
如圖25中所繪示，應變偵測元件200包含複數個第二磁性層202。即，第一磁性層201之底部表面經由中間層203面對該複數個第二磁性層202之頂部表面。換言之，該等第二磁性層202在X方向及Y方向之至少一方向上分離。因此，第一磁性層201之底部表面部分面對第二磁性層202之任一者。圖25繪示其中應變偵測元件200包含四個第二磁性層202之一實例。然而，第二磁性層202之數目可為兩個或可為三個或三個以上。
如圖25中所繪示，第一磁性層201經形成大於第二磁性層202。即，第一磁性層201之面對第二磁性層202之底部表面經形成比該等第二磁性層202之面對該第一磁性層201之頂部表面寬。換言之，該第一磁性層201之X-Y平面之尺寸經形成大於該等第二磁性層202之X-Y平面之尺寸。
如圖25中所繪示，第一磁性層201之底部表面部分面對第二磁性層202。與此相反，第二磁性層202面對第一磁性層201之整個頂部表面。換言之，第二磁性層202在X-Y平面中安置於第一磁性層201內部。
如圖25中所繪示，中間層203之X-Y平面之尺寸近似匹配第一磁性層201之X-Y平面之尺寸。
此處，舉例而言，當將N個應變偵測元件200串聯電連接時，所獲得之電信號之一量值變為N倍。另一方面，熱雜訊及肖特基(schottky)雜訊變為N1/2倍。即，信雜比(SNR、SN比)變為N1/2倍。因此，增加串聯連接之應變偵測元件200之數目N容許改良SN比。
另一方面，當安置由第一磁性層201、中間層203及第二磁性層202形成之複數個接面時，期望各自接面處之應變電阻性質為類似的(或完全反向極性)。如此，在包含複數個接面之區域處的應變較佳為均勻的。
接著，假定其中複數個應變偵測元件200安置於一特定區域中且此等應變偵測元件200串聯連接之情況。例如，縮小應變偵測元件200之尺寸容許增加安置於此區域中之應變偵測元件200之數目。此容許串聯連接更多應變偵測元件200。然而，如參考圖4及圖5所描述，若應變偵測元件200之尺寸為小，則歸因於磁極在第一磁性層201之邊緣部分處之影響，可在該第一磁性層201內部產生一反磁場。在此情況中，可降低各自接面處之量規因子。
如圖25中所繪示，根據該實施例之應變偵測元件200具有由第一磁性層201、中間層203及第二磁性層202形成之複數個接面。上述MR效應影響該複數個接面處之各自電阻值。因此，舉例而言，在其中一電極連接至第一磁性層201而另一電極並聯電連接至複數個第二磁性層202的情況中，可並聯連接複數個應變偵測元件200。例如，一電極電連接至一第二磁性層而另一電極電連接至另一第二磁性層。此容許串聯連接複數個應變偵測元件200。此容許改良SN比。
根據該實施例之應變偵測元件200操作為串聯或並聯連接之複數個應變偵測元件200。因此，舉例而言，相較於其中複數個應變偵測 元件獨立安置於一有限區域中之情況，製造大的第一磁性層201係可行的。因此，可減小第一磁性層201內部之反磁場。
下文參考圖26A至圖29I描述應變偵測元件200之其他例示性組態。圖26A至圖28係繪示應變偵測元件200之其他例示性組態的示意性透視圖。圖29A至圖29I係繪示應變偵測元件200之另一例示性組態的示意性平面視圖。根據稍後描述之各自例示性組態的應變偵測元件200與圖25中所繪示之應變偵測元件200可彼此結合使用。
在圖25中所繪示之實例中，中間層203之X-Y平面之尺寸近似匹配第一磁性層201之X-Y平面之尺寸。然而，如圖26A中所繪示，複數個中間層203之各自X-Y平面之尺寸可近似匹配複數個第二磁性層202之各自X-Y平面之尺寸。
在圖25及圖26A中所繪示之實例中，應變偵測元件200係藉由依序層壓第二磁性層202、(若干)中間層203及第一磁性層201而組態。然而，如圖26B及圖26C中所繪示，應變偵測元件200可藉由依序層壓第一磁性層201、(若干)中間層203及第二磁性層202而組態。
在圖25、圖26A、圖26B及圖26C中所繪示之實例中，應變偵測元件200係藉由經由安置於第一磁性層201之一上側或一下側之任一者處的(若干)中間層203層壓第一磁性層201及第二磁性層202而組態。然而，如圖26D及圖26E中所繪示，應變偵測元件200可藉由經由安置於第一磁性層201之上側及下側兩者處的中間層203層壓第一磁性層201及第二磁性層202而組態。
如圖27A及圖27B中所繪示，第三磁性層251可插置於第一磁性層201與中間層203之間。在圖27A及圖27B中所繪示之實例中，第二磁性層202、中間層203及第三磁性層251之X-Y平面之尺寸近似匹配。此等尺寸小於第一磁性層201之X-Y平面之尺寸。一鐵磁性層係用於第三磁性層251。該第三磁性層251連同第一磁性層201一起用作為磁 化自由層。即，第三磁性層251磁性耦合至第一磁性層201。第三磁性層251之磁化方向匹配第一磁性層201之磁化方向。如稍後所描述，使用如圖27A及圖27B中所繪示之結構容許製造靠近中間層之一層壓結構，此在真空中之某一時間顯著促成磁化固定層/中間層/磁化自由層之層壓結構中之MR效應。在獲得一高MR比之一態樣中的製造中，此係較佳的。
在圖25、圖26A至圖26E及圖27A以及圖27B中所繪示之實例中，第一磁性層201經形成大於第二磁性層202。第二磁性層202在X-Y平面中落在第一磁性層201內。然而，如圖28中所繪示，第二磁性層202可形成至與第一磁性層201相同之程度或大於該第一磁性層201。替代性地，第二磁性層202可在X-Y平面上從第一磁性層201突出。
如圖29A中所繪示，第二磁性層202可在X-Y平面中落在第一磁性層201之內部內。如上所述，在縮小包含於第一磁性層201與第二磁性層202重疊之區域中之磁化受干擾之區域(其係第一磁性層201之邊緣部分)之一態樣中，此態樣係較佳的。此外，在獲得一高量規因子之一態樣中，此係較佳的。此外，可提供具有一高SN比之應變偵測元件。
然而，如圖29B及圖29I中所繪示，第二磁性層202可在X-Y平面中從第一磁性層201突出。此態樣亦可提供具有一高SN比之應變偵測元件。
如圖29A、圖29B及圖29C中所繪示，第一磁性層201之X-Y平面之形狀可為一近似正方形。替代性地，如圖29D及圖29E中所繪示，第一磁性層201可為具有X方向上之尺寸與Y方向上之尺寸之間之一差異以便提供形狀磁各向異性之一近似矩形。類似地，如圖29A、圖29B及圖29D中所繪示，第二磁性層202之X-Y平面之形狀可為一近似正方形。替代性地，如圖29C及圖29E中所繪示，第二磁性層202可為 具有X方向上之尺寸與Y方向上之尺寸之間之一差異以便提供形狀磁各向異性之一近似矩形。視需要形成第一磁性層201及第二磁性層202之X-Y平面之形狀。
在其中第一磁性層201及第二磁性層202之至少一者在X-Y平面中形成為近似矩形的情況中，長軸方向變為易於磁化之一方向。因此，舉例而言，在不使用硬偏壓的情況下，可設定第一磁性層201之初始磁化方向。此容許降低應變偵測元件200之製造成本。
如圖29F及圖29G中所繪示，第一磁性層201之X-Y平面之形狀可為一近似圓形。替代性地，如圖29H中所繪示，X-Y平面可為一卵形(橢圓形)以便提供形狀磁各向異性。替代性地，如圖29G中所繪示，第二磁性層202之X-Y平面之形狀可為近似圓形。此外，如圖29F、圖29G及圖29H中所繪示，此等第一磁性層201及第二磁性層202可適當地結合使用。
如圖29A至圖29H中所描述，第二磁性層202之X-Y平面之大小可小於第一磁性層201，可至相同於圖29I中所繪示之程度，或大於第一磁性層201。
下文參考圖30至圖53描述根據實施例之應變偵測元件200之例示性組態。
圖30係繪示根據一實施例之應變偵測元件200之一例示性組態200a的一示意性透視圖。該應變偵測元件200a藉由在下部電極204與上部電極212之間並聯連接由第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)形成之複數個接面而構成。
即，如圖30中所繪示，應變偵測元件200a包含下部電極204、複數個第二層壓體lba2、一第一層壓體lba1及上部電極212。該複數個第二層壓體lba2安置於下部電極204上。該第一層壓體lba1跨該複數個第 二層壓體lba2之頂部表面而安置。上部電極212安置於該第一層壓體lba1上。該複數個第二層壓體lba2各藉由依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208及第一磁化固定層209(第二磁性層202)而組態。該第一層壓體lba1係藉由依序層壓中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。
第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。圖30中所繪示之應變偵測元件200a之複數個第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀類似於圖25中所繪示之結構。圖30中所繪示之應變偵測元件200a亦可使用圖26A中所繪示之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀。
舉例而言，使用Ta/Ru作為底層205。例如，此Ta層之厚度(在Z軸方向上之長度)係3奈米(nm)。此Ru層之厚度係(例如)2nm。對於釘紮層206，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於第二磁化固定層207，舉例而言，使用厚度為2.5nm之一Co75Fe25層。對於磁性耦合層208，舉例而言，使用厚度為0.9nm之Ru層。對於第一磁化固定層209，舉例而言，使用厚度為3nm之一Co40Fe40B20層。對於中間層203，舉例而言，使用厚度為1.6nm之一MgO層。對於磁化自由層210，舉例而言，使用厚度為4nm之Co40Fe40B20層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
可使用類似於參考圖10所描述之應變偵測元件200A之材料的材料作為用於各自層之材料。
圖31係繪示根據一實施例之應變偵測元件200之另一例示性組態200b的一示意性透視圖。該應變偵測元件200b係藉由在兩個下部電極 204之間串聯連接由第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)形成之複數個接面而構成。即，在圖30中所繪示之應變偵測元件200a中，下部電極204及上部電極212之一者經組態為一陽極而另一者經組態為一陰極。然而，在圖31中所繪示之應變偵測元件200b中，舉例而言，兩個下部電極204之一者經組態為一陽極而另一者經組態為一陰極。
如圖31中所繪示，應變偵測元件200b包含複數個下部電極204、複數個第二層壓體lbb2及一第一層壓體lbb1。該複數個第二層壓體lbb2安置於該複數個各自下部電極204上。該第一層壓體lbb1跨該複數個第二層壓體lbb2之頂部表面而安置。該複數個第二層壓體lbb2各藉由依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208及第一磁化固定層209(第二磁性層202)而組態。該第一層壓體lbb1係藉由依序層壓中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。
第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。圖31中所繪示之應變偵測元件200b之複數個第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀類似於圖25中所繪示之結構。圖31中所繪示之應變偵測元件200a亦可使用圖26A中所繪示之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀。舉例而言，一絕緣層(未繪示)可作為保護層安置於罩蓋層211上。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層。
可使用類似於參考圖10所描述之應變偵測元件200A之材料的材料作為用於各自層之材料。
圖32係繪示根據一實施例之應變偵測元件200之另一例示性組態200c的一示意性透視圖。該應變偵測元件200c包含兩個下部電極 204。該應變偵測元件200c係藉由在各自下部電極204與磁化自由層210(第一磁性層201)之間並聯連接由第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)形成之複數個接面而構成。並聯連接之此複數個接面進一步串聯連接在兩個下部電極204之間。即，在圖32中所繪示之應變偵測元件200c中，舉例而言，下部電極204之一者經組態為一陽極而另一者經組態為一陰極。
即，如圖32中所繪示，應變偵測元件200c包含複數個下部電極204、複數個第二層壓體lbc2及一第一層壓體lbc1。依複數個數目安置之該複數個第二層壓體lbc2進一步安置於該複數個下部電極204上。該第一層壓體lbc1跨該複數個第二層壓體lba2之頂部表面而安置。該複數個第二層壓體lbc2各藉由依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208及第一磁化固定層209(第二磁性層202)而組態。該第一層壓體lba1係藉由依序層壓中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。各由底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208及第一磁化固定層209(第二磁性層202)形成之複數個層壓體安置於一下部電極204上。
第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。舉例而言，一絕緣層(未繪示)可作為保護層安置於罩蓋層211上。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層。
可使用類似於參考圖10所描述之應變偵測元件200A之材料的材料作為用於各自層之材料。
圖33係繪示根據一實施例之應變偵測元件200之另一例示性組態200d的一示意性透視圖。該應變偵測元件200d係藉由在兩個下部電極204之間串聯連接由第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)形成之複數個接面而構成。即，在 圖33中所繪示之應變偵測元件200d中，舉例而言，兩個下部電極204之一者經組態為一陽極而另一者經組態為一陰極。
即，如圖33中所繪示，應變偵測元件200d包含兩個下部電極204、兩個第二層壓體lbd2、第二層壓體lbd2及複數個第一層壓體lbd1。該兩個第二層壓體lbd2安置於各自兩個下部電極204上。該等第二層壓體lbd2定位於此兩個第二層壓體lbd2之間。該複數個第一層壓體lbd1跨該相鄰兩個第二層壓體lbd2之頂部表面而安置。該複數個第二層壓體lbd2各藉由依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208及第一磁化固定層209(第二磁性層202)而組態。該複數個第一層壓體lbd1各藉由依序層壓中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。
複數個第二層壓體lbd2彼此分離。此複數個第二層壓體lbd2之上邊緣經由複數個第一層壓體lbd1電連接。此外，該複數個第一層壓體lbd1亦彼此分離。該複數個第一層壓體lbd1各跨兩個第二層壓體lbd2形成。包含於該兩個第二層壓體lbd2中之底層205連接至各自下部電極204。此串聯電連接該複數個第二層壓體lbd2。
第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。舉例而言，一絕緣層(未繪示)可作為保護層安置於罩蓋層211上。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層。
可使用類似於參考圖10所描述之應變偵測元件200A之材料的材料作為用於各自層之材料。
圖34係繪示根據一實施例之應變偵測元件200之另一例示性組態200e的一示意性透視圖。該應變偵測元件200e係藉由在兩個上部電極212之間串聯連接由第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)形成之複數個接面而構成。
即，如圖34中所繪示，應變偵測元件200e包含複數個第二層壓體lbe2、複數個第一層壓體lbe1及兩個上部電極212。該複數個第一層壓體lbe1跨相鄰兩個第二層壓體lbe2之頂部表面而安置。上部電極212安置於分離最遠之各自兩個第一層壓體lbe1上。該複數個第二層壓體lbe2各藉由依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208及第一磁化固定層209(第二磁性層202)而組態。該複數個第一層壓體lbe1各藉由依序層壓中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。
該複數個第二層壓體lbe2彼此分離。此複數個第二層壓體lbe2之上邊緣經由第一層壓體lbe1電連接。此外，複數個第一層壓體lbe1亦彼此分離。該等第一層壓體lbe1各跨兩個第二層壓體lbe2形成。包含於兩個第一層壓體lbe1中之罩蓋層211連接至各自上部電極212。此串聯電連接複數個第二層壓體lbe2。
第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。
可使用類似於參考圖10所描述之應變偵測元件200A之材料的材料作為用於各自層之材料。
圖35係繪示根據一實施例之應變偵測元件200之另一例示性組態200f的一示意性透視圖。該應變偵測元件200f係藉由在下部電極204與上部電極212之間串聯連接由第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)形成之複數個接面而構成。
即，如圖35中所繪示，應變偵測元件200f包含下部電極204、第二層壓體lbf2、第一層壓體lbf1及上部電極212。該等第二層壓體lbf2之一者安置於此下部電極204上。該等第二層壓體lbf2之另一者進一步安置成鄰近於此第二層壓體lbf2。該等第一層壓體lbf1之一者跨此 相鄰兩個第二層壓體lbf2之頂部表面而安置。該等第一層壓體lbf1之另一者進一步安置於經進一步安置之第二層壓體之頂部表面上。上部電極212安置於經進一步安置之此第一層壓體lbf1上。該兩個第二層壓體lbf2各藉由依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208及第一磁化固定層209(第二磁性層202)而組態。該兩個第一層壓體lbf1各藉由依序層壓中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。
該兩個第二層壓體lbf2彼此分離。此兩個第二層壓體lbf2之上邊緣經由第一層壓體lbf1電連接。此外，該兩個第一層壓體lbf1亦彼此分離。該一第一層壓體lbf1跨該兩個第二層壓體lbf2形成而該另一第一層壓體lbf1形成於該一第二層壓體lbf2上。連接至該一第一層壓體lbf1之第二層壓體lbf2之底層205耦合至下部電極204。連接至第二層壓體lbf2之另一者之第一層壓體lbf1之罩蓋層211耦合至上部電極212。此串聯電連接複數個第二層壓體lbf2之各自層壓體。
第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。
可使用類似於參考圖10所描述之應變偵測元件200A之材料的材料作為用於各自層之材料。
圖36係繪示根據一實施例之應變偵測元件200之一例示性組態200g的一示意性透視圖。不同於應變偵測元件200a，該應變偵測元件200g係藉由在中間層203與第一磁性層201之間包含第三磁性層251而形成。該應變偵測元件200g係藉由在下部電極204與上部電極212之間並聯連接由第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層242(第一磁性層201)形成之複數個接面而構成。
即，如圖36中所繪示，應變偵測元件200g包含下部電極204、複數個第二層壓體lbg2、一第一層壓體lbg1及上部電極212。該複數個第 二層壓體lbg2安置於下部電極204上。該第一層壓體lbg1跨該複數個第二層壓體lbg2之頂部表面而安置。上部電極212安置於該第一層壓體lbg1上。該複數個第二層壓體lbg2各藉由依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及第二磁化自由層241(第三磁性層251)而組態。該第一層壓體lbg1係藉由依序層壓第一磁化自由層242(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。
第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。第二磁化自由層241對應於第三磁性層251。第一磁化自由層242對應於第一磁性層201。圖36中所繪示之應變偵測元件200g之複數個第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203、第二磁化自由層241(第三磁性層251)及第一磁化自由層242(第一磁性層201)之平面形狀類似於圖27A中所繪示之結構。
舉例而言，使用Ta/Ru作為底層205。例如，此Ta層之厚度(在Z軸方向上之長度)係3奈米(nm)。此Ru層之厚度係(例如)2nm。對於釘紮層206，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於第二磁化固定層207，舉例而言，使用厚度為2.5nm之Co75Fe25層。對於磁性耦合層208，舉例而言，使用厚度為0.9nm之Ru層。對於第一磁化固定層209，舉例而言，使用厚度為3nm之Co40Fe40B20層。對於中間層203，舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層。對於第二磁化自由層241，舉例而言，使用厚度為1.5nm之Co40Fe40B20層。對於第一磁化自由層242，舉例而言，使用厚度為4nm之Co40Fe40B20層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
在圖36中所繪示之應變偵測元件200g中，第二磁化自由層241之刨床尺寸類似於第一磁化固定層209之刨床尺寸。此處，第二磁化自 由層241磁性耦合至第一磁化自由層242，因此容許用作為磁化自由層。此處，第二磁化自由層241具有小於第一磁化自由層242而類似於第一磁化固定層209之元件尺寸。然而，第二磁化自由層241耦合及磁性耦合至其之尺寸相對較大且因此磁化干擾較小之第一磁性層242。因此，亦可減小第二磁化自由層241之磁化干擾。此容許獲得該實施例之效應。如稍後所描述，使用圖36中所繪示之應變偵測元件200g容許製造靠近中間層203之一層壓結構，此在真空中之某一時間顯著促成磁化固定層/中間層/磁化自由層之層壓結構中之MR效應。在獲得一高MR比之一態樣中，此係較佳的。
此處，可使用類似於用於上述磁化自由層210(圖10)之材料的材料作為用於第二磁化自由層241之材料。若第二磁化自由層241之膜厚度太厚，則使歸因於與第一磁化自由層242之磁性耦合減小磁化干擾之一效應降級。因此，膜厚度較佳為4nm或更小且更佳為2nm或更小。可使用類似於用於上述磁化自由層210(圖10)之材料的材料作為用於第一磁化自由層242之材料。可使用類似於應變偵測元件200A之材料的材料作為其他各自層之材料。
圖36中所繪示之應變偵測元件200g係藉由並聯連接由第一磁性層201、中間層203及第二磁性層202形成之接面而組態。然而，舉例而言，如圖37中所繪示之應變偵測元件200h，可串聯連接該等接面。替代性地，如圖38中所繪示之一應變偵測元件200i，可並聯及串聯連接該等接面。
圖39係繪示應變偵測元件200a之一例示性組態的一示意性透視圖。圖40係繪示應變偵測元件200b之一例示性組態的一示意性透視圖。如圖39及圖40中所例示，應變偵測元件200可包含絕緣層(絕緣部分)213。該絕緣層213填充於下部電極204與上部電極212之間。
對於絕緣層213，舉例而言，可使用氧化鋁(諸如Al2O3)、氧化矽 (諸如SiO2)或類似者。絕緣層213可減少應變偵測元件200a之一洩漏電流。
圖41係繪示應變偵測元件200a之一例示性組態的一示意性透視圖。圖42係繪示應變偵測元件200b之另一例示性組態的一示意性透視圖。如圖41及圖42中所例示，應變偵測元件200a可包含兩個硬偏壓層(硬偏壓部分)214及絕緣層213。該等硬偏壓層214安置於下部電極204與上部電極212之間以便彼此分離。絕緣層213填充於下部電極204與硬偏壓層214之間。
硬偏壓層214藉由該硬偏壓層214之磁化將磁化自由層210(第一磁性層201)之磁化方向設定為一所要方向。運用硬偏壓層214，在其中未對膜部分施加外部壓力之一狀態中，可將磁化自由層210(第一磁性層201)之磁化方向設定為所要方向。
類似於參考圖13所描述之硬偏壓層214之材料的材料可適用為硬偏壓層214及該硬偏壓層214之周邊層之材料。
圖43係繪示應變偵測元件200之另一例示性組態200j的一示意性透視圖。該應變偵測元件200j具有頂部自旋閥類型。該應變偵測元件200j係藉由在下部電極204與上部電極212之間並聯連接由第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)形成之複數個接面而構成。
即，如圖43中所繪示，應變偵測元件200j包含下部電極204、一第一層壓體lbj1、複數個第二層壓體lbj2及上部電極212。該第一層壓體lbj1安置於下部電極204上。該複數個第二層壓體lbj2安置於該第一層壓體lbj1之頂部表面上。上部電極212跨該複數個第二層壓體lbj2而安置。該複數個第一層壓體lbj1各藉由依序層壓底層205及磁化自由層210(第一磁性層201)而組態。該等第二層壓體lbj2各藉由依序層壓中間層203、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、磁性耦合層208、第 二磁化固定層207、釘紮層206及罩蓋層211而組態。
第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。圖43中所繪示之應變偵測元件200j之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀類似於圖26C中所繪示之結構。圖43中所繪示之應變偵測元件200j亦可使用圖26B中所繪示之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀。可使用如圖27B中所繪示之其中添加第三磁性層251之結構。
對於底層205，舉例而言，使用Ta/Cu。例如，此Ta層之厚度(在Z軸方向上之長度)係3nm。此Cu層之厚度係(例如)5nm。對於磁化自由層210，舉例而言，使用厚度為4nm之Co40Fe40B20層。對於中間層203，舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層。對於第一磁化固定層209，舉例而言，使用Co40Fe40B20/Fe50Co50。此Co40Fe40B20層之厚度係(例如)2nm。此Fe50Co50層之厚度係(例如)1nm。對於磁性耦合層208，舉例而言，使用厚度為0.9nm之Ru層。對於第二磁化固定層207，舉例而言，使用厚度為2.5nm之Co75Fe25層。對於釘紮層206，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
在應變偵測元件200a中，第一磁化固定層209(第二磁性層202)經形成低於磁化自由層210(第一磁性層201)(-Z軸方向)。與此相反，在應變偵測元件200j中，第一磁化固定層209(第二磁性層202)形成於磁化自由層210(第一磁性層201)上方(+Z軸方向)。因此，應變偵測元件200j中所含有之各自層之材料可藉由垂直反轉應變偵測元件200a中所含有之各自層之材料來使用。
圖43中所繪示之應變偵測元件200j係藉由並聯連接由第一磁性層 201、中間層203及第二磁性層202形成之接面而組態。然而，舉例而言，如圖44中所繪示之一應變偵測元件200k，可串聯連接該等接面。替代性地，如圖45中所繪示之一應變偵測元件200l，可並聯及串聯連接該等接面。
圖46係繪示應變偵測元件200之另一例示性組態200m的一示意性透視圖。將使用一單一磁化固定層之單一釘紮結構應用於應變偵測元件200m。該應變偵測元件200m係藉由在下部電極204與上部電極212之間並聯連接由第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)形成之複數個接面而構成。
即，如圖46所繪示，應變偵測元件200m包含下部電極204、複數個第二層壓體lbm2、一第一層壓體lbm1及上部電極212。該複數個第二層壓體lbm2安置於下部電極204上。該第一層壓體lbm1跨該複數個第二層壓體lbm2之頂部表面而安置。上部電極212安置於該第一層壓體lbm1上。該複數個第二層壓體lbm2各藉由依序層壓底層205、釘紮層206及第一磁化固定層209(第二磁性層202)而組態。該第一層壓體lbm1係藉由依序層壓中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。
第一磁化固定層209對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。圖46中所繪示之應變偵測元件200m之複數個第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀類似於圖25中所繪示之結構。圖46中所繪示之應變偵測元件200m亦可使用圖26A中所繪示之第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀。如圖27A中所繪示，第三磁性層251可插置於第一磁性層201與中間層203之間。
舉例而言，使用Ta/Ru作為底層205。例如，此Ta層之厚度(在Z軸 方向上之長度)係3nm。此Ru層之厚度係(例如)2nm。對於釘紮層206，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於第一磁化固定層209，舉例而言，使用厚度為3nm之Co40Fe40B20層。對於中間層203，舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層。對於磁化自由層210，舉例而言，使用厚度為4nm之Co40Fe40B20層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
對於應變偵測元件200m之各自層之材料，可使用類似於應變偵測元件200A之各自層之材料的材料。
圖46中所繪示之應變偵測元件200m係藉由並聯連接由第一磁性層201、中間層203及第二磁性層202形成之接面而組態。然而，舉例而言，如圖47中所繪示之一應變偵測元件200n，可串聯連接該等接面。替代性地，如圖48中所繪示之一應變偵測元件2000，可並聯及串聯連接該等接面。
圖49係繪示應變偵測元件200之另一例示性組態200p的一示意性透視圖。在應變偵測元件200p中，使第二磁性層202用作為參考層252而非磁化固定層。該應變偵測元件200p係藉由在下部電極204與上部電極212之間並聯連接由參考層252(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)形成之複數個接面而構成。
即，如圖49中所繪示，應變偵測元件200p包含下部電極204、複數個第二層壓體lbp2、一第一層壓體lbp1及上部電極212。該複數個第二層壓體lbp2安置於下部電極204上。該第一層壓體lbp1跨該複數個第二層壓體lbp2之頂部表面而安置。上部電極212安置於該第一層壓體lbp1上。該複數個第二層壓體lbp2各藉由依序層壓底層205及參考層252(第二磁性層202)而組態。該第一層壓體lbp1係藉由依序層壓中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211而組態。
參考層252對應於第二磁性層202。磁化自由層210對應於第一磁性層201。圖49中所繪示之應變偵測元件200p之參考層252(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀類似於圖25中所繪示之結構。圖49中所繪示之應變偵測元件200p亦可使用圖26A中所繪示之參考層252(第二磁性層202)、中間層203及磁化自由層210(第一磁性層201)之平面形狀。如圖27A中所繪示，第三磁性層251可置插於第一磁性層201與中間層203之間。
舉例而言，使用Cr作為底層205。例如，此Cr層之厚度(在Z軸方向上之長度)係5nm。對於參考層252，舉例而言，使用厚度為10nm之Co80Pt20層。對於中間層203，舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層。對於磁化自由層210，舉例而言，使用厚度為4nm之Co40Fe40B20層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
此處，可選擇用於參考層252之一材料使得由相同應變引起之磁化方向之一變化之一態樣可不同於用於磁化自由層210之材料。例如，對於參考層252，可使用相較於磁化自由層210較不可能改變由應變引起之磁化之一材料。
圖49中所繪示之應變偵測元件200p係藉由並聯連接由第一磁性層201、中間層203及第二磁性層202形成之接面而組態。然而，舉例而言，如圖50中所繪示之一應變偵測元件200q，可串聯連接該等接面。替代性地，如圖51中所繪示之一應變偵測元件200r，可並聯及串聯連接該等接面。
圖52係繪示應變偵測元件200之另一例示性組態200s的一示意性透視圖。如圖52中所繪示，在應變偵測元件200s中，第二磁性層202係經由中間層203形成於第一磁性層201上方及下方。應變偵測元件200s係藉由在下部電極204與上部電極212之間串聯及並聯連接由第二 磁性層202、中間層203及第一磁性層201形成之複數個接面而構成。
即，如圖52所繪示，應變偵測元件200s包含下部電極204、複數個第二層壓體lbs2、一第一層壓體lbs1、複數個第三層壓體lbs3及上部電極212。該複數個第二層壓體lbs2安置於下部電極204上。該第一層壓體lbs1跨該複數個第二層壓體lbs2之頂部表面而安置。該複數個第三層壓體lbs3安置於該第一層壓體lbs1上。上部電極212跨該複數個第三層壓體lbs3之頂部表面而安置。該複數個第二層壓體lbs2各藉由依序層壓底層205、下部釘紮層221、下部第二磁化固定層222、下部磁性耦合層223及下部第一磁化固定層224而組態。該第一層壓體lbs1係藉由依序層壓下部中間層225及磁化自由層226而組態。該複數個第三層壓體lbs3各藉由依序層壓上部中間層227、上部第一磁化固定層228、上部磁性耦合層229、上部第二磁化固定層230、上部釘紮層231及罩蓋層211而組態。
下部第一磁化固定層224及上部第一磁化固定層228對應於第二磁性層202。磁化自由層226對應於第一磁性層201。圖52中所繪示之應變偵測元件200s之下部第一磁化固定層224(第二磁性層202)、下部中間層225(中間層203)、磁化自由層226(第一磁性層201)、上部中間層227(中間層203)及上部第一磁化固定層228(第二磁性層202)之平面形狀係圖26D及圖26E中所繪示之結構之一組合。
舉例而言，使用Ta/Ru作為底層205。例如，此Ta層之厚度(在Z軸方向上之長度)係3奈米(nm)。此Ru層之厚度係(例如)2nm。對於下部釘紮層221，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於下部第二磁化固定層222，舉例而言，使用厚度為2.5nm之Co75Fe25層。對於下部磁性耦合層223，舉例而言，使用厚度為0.9nm之Ru層。對於下部第一磁化固定層224，舉例而言，使用厚度為3nm之Co40Fe40B20層。對於下部中間層225，舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層。對於磁 化自由層226，舉例而言，使用厚度為4nm之Co40Fe40B20層。對於上部中間層227，舉例而言，使用厚度為1.6nm之MgO層。對於上部第一磁化固定層228，舉例而言，使用Co40Fe40B20/Fe50Co50。此Co40Fe40B20層之厚度係(例如)2nm。此Fe50Co50層之厚度係(例如)1nm。對於上部磁性耦合層229，舉例而言，使用厚度為0.9nm之Ru層。對於上部第二磁化固定層230，舉例而言，使用厚度為2.5nm之Co75Fe25層。對於上部釘紮層231，舉例而言，使用厚度為7nm之IrMn層。對於罩蓋層211，舉例而言，使用Ta/Ru層。此Ta層之厚度係(例如)1nm。此Ru層之厚度係(例如)5nm。
對於應變偵測元件200s之各自層之材料，可使用類似於應變偵測元件200A之各自層之材料的材料。
圖52中所繪示之應變偵測元件200s係藉由串聯及並聯連接由第一磁性層201、中間層203及第二磁性層202形成之接面而組態。然而，舉例而言，可如圖53中所繪示之一應變偵測元件200t般串聯及並聯連接該等接面。
下文參考圖54A至圖54I及圖55J至圖55K描述用於製造根據實施例之應變偵測元件200之一方法。圖54A至圖54I及圖55J至圖55K係繪示用於製造(例如)圖30中所繪示之應變偵測元件200a之一狀態的示意性截面視圖。
此製造方法執行類似於圖18A至圖18D中所繪示之程序(其係用於製造應變偵測元件200A之程序)之圖54A至圖54D中所繪示之程序。
接著，如圖54E中所繪示，移除底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209(第二磁性層202)及中間罩蓋層260，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此程序以複數形式分離包含第二 磁性層202之層壓體，藉此形成複數個第二磁性層202。
接著，在包含第一磁化固定層209之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，如圖54F中所繪示，移除中間罩蓋層260(其係層壓體之最外表面)、第一磁化固定層209之一部分及絕緣層213之一部分。此移除程序執行物理銷削或一類似程序。例如，執行Ar離子銑削或使用Ar電漿之基板偏壓程序。在形成包含稍後形成之磁化自由層210(第一磁性層201)之層壓體之設備內部執行圖54F中所繪示之程序。因此，在其中純化第一磁化固定層209(第二磁性層202)之最外表面之一狀態中，該程序可轉變至在真空中形成中間層。例如，在完全移除中間罩蓋層260之MgO(3nm)且從第一磁化固定層209之Co40Fe40B20(8nm)移除5nm之後，形成Co40Fe40B20(3nm)作為第一磁化固定層209。
接著，如圖54G中所繪示，在第一磁化固定層209上依序層壓中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211。例如，形成MgO(1.6nm)作為中間層203。在該中間層203上形成Co40Fe40B20(4nm)作為磁化自由層210。在該磁化自由層210上形成Cu(3nm)/Ta(2nm)/Ru(10nm)作為罩蓋層211。在磁化自由層210與罩蓋層211之間可形成MgO(1.5nm)作為擴散防止層(未繪示)。
接著，如圖54H中所繪示，移除中間層203、磁化自由層210(第一磁性層201)及罩蓋層211，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此處，包含磁化自由層210(第一磁性層201)之層壓體之刨床尺寸經處理以便與包含第一磁 化固定層209(第二磁性層202)之層壓體之刨床尺寸重疊。
接著，在包含磁化自由層210之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，執行固定第一磁化固定層209(第二磁性層202)之磁化方向的磁場退火。例如，在施加7kOe之外部磁場時，在300℃下執行退火達一小時。此處，只要在圖54D之形成包含第二磁性層202之層壓體之程序之後執行，即可在任何時序執行該磁場退火。
接著，如圖54I中所繪示，將硬偏壓層214嵌入至絕緣層213中。例如，在該絕緣層213處形成嵌入硬偏壓層214之孔。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。此程序可形成直至穿透周邊絕緣層213之深度的孔或可在中途停止。圖54I例示其中在中途停止孔之形成以免穿透絕緣層213之情況。若蝕刻該孔直至穿透絕緣層213之深度，則在圖54I中所繪示之硬偏壓層214之嵌入程序，需要在該硬偏壓層214下方形成一絕緣層(未繪示)。
接著，將硬偏壓層214嵌入至所形成之孔中。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成硬偏壓層214且移除該光阻圖案。此處，舉例而言，形成Cr(5nm)作為用於硬偏壓層之一底層。舉例而言，在用於硬偏壓層之底層上形成Co80Pt20(20nm)作為硬偏壓層214。此外，可在該硬偏壓層214上形成一罩蓋層(未繪示)。可使用上文描述為可應用於應變偵測元件200A之罩蓋層之材料的材料作為此罩蓋層。替代性地，可使用由諸如SiOx、AlOx、SiNx及AlNx之一材料製成之一絕緣層 作為此罩蓋層。
接著，在室溫下施加外部磁場，因此設定硬偏壓層214中所含有之硬磁性材料之磁化方向。只要在嵌入硬偏壓層214之後執行，即可藉由該外部磁場在任何時序設定該硬偏壓層214之磁化方向。
圖54I中所繪示之硬偏壓層214之嵌入程序可與圖54H中所繪示之絕緣層213之嵌入程序同時執行。不必執行圖54I中所繪示之硬偏壓層214之嵌入程序。
接著，如圖55J中所繪示，在罩蓋層211上層壓上部電極212。接著，如圖55K中所繪示，移除該上部電極212，從而留下該上部電極212之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。
接著，如圖55L中所繪示，形成保護層215。該保護層215覆蓋上部電極212及硬偏壓層214。例如，可使用由諸如SiOx、AlOx、SiNx及AlNx之一材料製成之一絕緣層作為該保護層215。不必安置該保護層215。
儘管圖54A至圖55L中並未繪示，然可形成至下部電極204或上部電極212之一接觸孔。
下文參考圖56A至圖56H描述用於製造根據實施例之應變偵測元件200之另一方法。圖56A至圖56H係繪示用於製造(例如)圖31中所繪示之應變偵測元件200b之一狀態的示意性截面視圖。
在此製造方法中，類似於用於製造應變偵測元件200A之方法般執行圖18A及圖18B中所繪示之程序。
接著，如圖56A中所繪示，處理下部電極204之平面形狀。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此程序以複數形式分離下部電極204之平面形狀。即，形成一第一下部電極及一 第二下部電極。
此外，在下部電極204之周邊處嵌入絕緣層126。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層126且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層126。
接著，如圖56B中所繪示，在下部電極204上依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209及中間罩蓋層260。可類似於參考圖18D所描述之方法般執行此程序。
接著，如圖56C中所繪示，移除底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209(第二磁性層202)及中間罩蓋層260之一部分，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此程序經執行使得包含第二磁性層202之層壓體分別獨立安置於在參考圖56A所描述之程序中予以分離之下部電極204上。
接著，在包含第一磁化固定層209之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
如圖56D至圖56G中所繪示，下文執行幾乎類似於參考圖54F至圖54I所描述之程序的程序。
接著，如圖56H中所繪示，形成保護層215。該保護層215覆蓋罩蓋層211及硬偏壓層214。例如，可使用由諸如SiOx、AlOx、SiNx及AlNx之一材料製成之一絕緣層作為該保護層215。不必安置該保護層 215。
儘管圖56A至圖56H中並未繪示，然可形成至下部電極204或上部電極212之一接觸孔。
下文參考圖57A至圖57G描述用於製造根據實施例之應變偵測元件200之另一方法。圖57A至圖57G係繪示用於製造(例如)圖37中所繪示之應變偵測元件200h之一狀態的示意性截面視圖。
在此製造方法中，類似於用於製造應變偵測元件200A之方法般執行圖18A及圖18B中所繪示之程序。類似於用於製造應變偵測元件200b之方法般執行圖56A中所繪示之程序。
接著，如圖57A中所繪示，在下部電極204上依序層壓底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209、中間層203、第二磁化自由層241(第三磁性層251)及中間罩蓋層260。例如，形成Ta(3nm)/Ru(2nm)作為底層205。在該底層205上形成IrMn(7nm)作為釘紮層206。在該釘紮層206上形成Co75Fe25(2.5nm)/Ru(0.9nm)/Co40Fe40B20(3nm)作為第二磁化固定層207/磁性耦合層208/第一磁化固定層209。在該第一磁化固定層209上形成MgO(1.6nm)作為中間層203。在該中間層203上形成Co40Fe40B20(4nm)作為第二磁化自由層241(第三磁性層251)。此外，在該第二磁化自由層241上形成MgO(3nm)作為中間罩蓋層260。此處，在稍後描述之一程序中移除中間罩蓋層260及第二磁化自由層241之一部分。
接著，如圖57B中所繪示，移除底層205、釘紮層206、第二磁化固定層207、磁性耦合層208、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、中間層203、第二磁化自由層241(第三磁性層251)及中間罩蓋層260，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此程序經執行使得包含第二磁性層202之層壓體分 別獨立安置於在參考圖56A所描述之程序中予以分離之下部電極204上。
接著，在包含第一磁化固定層209之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，如圖57C中所繪示，移除中間罩蓋層260(其係層壓體之最外表面)、第二磁化自由層241之一部分及絕緣層213之一部分。此移除程序執行物理銷削或一類似程序。例如，執行Ar離子銑削或使用Ar電漿之基板偏壓程序。在形成包含稍後形成之第一磁化自由層242(第一磁性層201)之層壓體之設備內部執行圖57C中所繪示之程序。因此，在其中純化第一磁化固定層209(第二磁性層202)之最外表面之一狀態中，該程序可轉變至在真空中形成中間層。例如，在完全移除中間罩蓋層260之MgO(3nm)且從第二磁化自由層241之Co40Fe40B20(4nm)移除3nm之後，形成Co40Fe40B20(1nm)作為第二磁化自由層241。
接著，如圖57D中所繪示，在第二磁化自由層241上依序層壓第一磁化自由層242(第一磁性層201)及罩蓋層211。例如，形成Co40Fe40B20(4nm)作為第一磁化自由層242(第一磁性層201)。在該第一磁化自由層242上形成Cu(3nm)/Ta(2nm)/Ru(10nm)作為罩蓋層211。在第一磁化自由層242與罩蓋層211之間可形成MgO(1.5nm)作為擴散防止層(未繪示)。
接著，如圖57E中所繪示，移除第一磁化自由層242(第一磁性層201)及罩蓋層211，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此處，包含第一磁化自由層 242(第一磁性層201)之層壓體之刨床尺寸經處理以便與包含第一磁化固定層209(第二磁性層202)之層壓體之刨床尺寸重疊。
接著，在包含磁化自由層210之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，執行固定第一磁化固定層209(第二磁性層202)之磁化方向的磁場退火。例如，在施加7kOe之外部磁場時，在300℃下執行退火達一小時。此處，只要在圖57A之形成包含第二磁性層202之層壓體之程序之後執行，即可在任何時序執行該磁場退火。
在下文中，如圖57F中所繪示，藉由幾乎類似於參考圖56H所描述之程序的程序，可製造圖37中所繪示之應變偵測元件200h。當使用此製造方法時，該程序可形成靠近中間層203之層壓結構(第一磁化固定層209、中間層203及第二磁化自由層241)，此在真空中之某一時間對MR效應產生顯著影響。因此，從獲得高MR比之態樣來看，此係較佳的。
下文參考圖58A至圖58G描述用於製造根據實施例之應變偵測元件200之另一方法。圖58A至圖58G係繪示用於製造(例如)圖43中所繪示之應變偵測元件200j之一狀態的示意性截面視圖。
在此製造方法中，類似於用於製造應變偵測元件200A之方法般執行圖18A至圖18C中所繪示的程序。
接著，如圖58A中所繪示，在下部電極204上依序層壓底層205、磁化自由層210(第一磁性層201)、中間層203、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、磁性耦合層208、第二磁化固定層207、釘紮層206及罩蓋層211。例如，形成Ta(3nm)/Cu(5nm)作為底層205。在該底 層205上形成Co40Fe40B20(4nm)作為磁化自由層210。此外，在該磁化自由層210上形成MgO(1.6nm)作為中間層203。在該中間層203上形成Co40Fe40B20(2nm)/Fe50Co50(1nm)/Ru(0.9nm)/Co75Fe25(2.5nm)作為第一磁化固定層209(第二磁性層202)/磁性耦合層208/第二磁化固定層207。在該第二磁化自由層207上形成IrMn(7nm)作為釘紮層206。在該釘紮層206上形成Cu(3nm)/Ta(2nm)/Ru(10nm)作為罩蓋層211。此處，在磁化自由層210與底層205之間可形成MgO(1.5nm)作為擴散防止層(未繪示)。
接著，如圖58B中所繪示，移除中間層203、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、磁性耦合層208、第二磁化固定層207、釘紮層206及罩蓋層211，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此程序以複數形式分離包含第二磁性層202之層壓體，因此形成複數個第二磁性層202。
接著，在包含第一磁化固定層209之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。此程序停止蝕刻程序直至中間層203或磁化自由層210之一部分以免處理該磁化自由層210之全部平面形狀。
接著，如圖58C中所繪示，移除底層205、磁化自由層210(第一磁性層201)及在上述程序中嵌入之絕緣層213，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此程序執行蝕刻直至底層205以便使磁化自由層210之平面形狀大於第一磁化固定層209之尺寸。
接著，在包含磁化自由層210之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，執行固定第一磁化固定層209(第二磁性層202)之磁化方向的磁場退火。例如，在施加7kOe之外部磁場時，在300℃下執行退火達一小時。此處，只要在圖58A之形成包含第二磁性層202之層壓體之程序之後執行，即可在任何時序執行該磁場退火。
在下文中，如圖58D至圖58G中所繪示，藉由幾乎類似於參考圖54I及圖55J至圖55L所描述之程序的程序，可製造圖43中所繪示之應變偵測元件200j。當使用此製造方法時，參考圖58A所描述之程序可形成靠近中間層203之層壓結構(磁化自由層210、中間層203及第一磁化固定層209)，此在真空中之某一時間對MR效應產生顯著影響。因此，從獲得高MR比之態樣來看，此係較佳的。
下文參考圖59A至圖59G描述用於製造根據實施例之應變偵測元件200之另一方法。圖59A至圖59G係繪示用於製造(例如)圖44中所繪示之應變偵測元件200k之一狀態的示意性截面視圖。
在此製造方法中，類似於用於製造應變偵測元件200A之方法般執行圖18A及圖18B中所繪示之程序。
接著，如圖59A中所繪示，在膜部分120上依序層壓底層205、磁化自由層210(第一磁性層201)、中間層203、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、磁性耦合層208、第二磁化固定層207、釘紮層206及罩蓋層211。例如，形成Ta(3nm)/Cu(5nm)作為底層205。在該底層205上形成Co40Fe40B20(4nm)作為磁化自由層210。在該磁化自由層210上形成MgO(1.6nm)作為中間層203。在該中間層203上形成 Co40Fe40B20(2nm)/Fe50Co50(1nm)/Ru(0.9nm)/Co75Fe25(2.5nm)作為第一磁化固定層209(第二磁性層202)/磁性耦合層208/第二磁化固定層207。在該第二磁化自由層207上形成IrMn(7nm)作為釘紮層206。在該釘紮層206上形成Cu(3nm)/Ta(2nm)/Ru(10nm)作為罩蓋層211。此處，在磁化自由層210與底層205之間可形成MgO(1.5nm)作為擴散防止層(未繪示)。
接著，如圖59B中所繪示，移除中間層203、第一磁化固定層209(第二磁性層202)、磁性耦合層208、第二磁化固定層207、釘紮層206及罩蓋層211，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此程序以複數形式分離包含第二磁性層202之層壓體，因此形成複數個第二磁性層202。
接著，在包含第一磁化固定層209之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。此程序停止蝕刻程序直至中間層203或磁化自由層210之一部分以免處理該磁化自由層210之全部平面形狀。
接著，如圖59C中所繪示，移除底層205、磁化自由層210(第一磁性層201)及在上述程序中嵌入之絕緣層213，從而留下其等之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。例如，執行Ar離子銑削。此程序執行蝕刻直至底層205。此程序經執行使得從X-Y平面觀看，在圖59B中分離之複數個第一磁化固定層209與磁化自由層210重疊。
接著，在包含磁化自由層210之層壓體之周邊處嵌入絕緣層213。在此程序中，舉例而言，執行剝離程序。例如，在留下藉由光 微影形成之光阻圖案時，於整個表面上形成絕緣層213且移除該光阻圖案。舉例而言，可使用SiOx、AlOx、SiNx及AlNx作為該絕緣層213。
接著，執行固定第一磁化固定層209(第二磁性層202)之磁化方向的磁場退火。例如，在施加7kOe之外部磁場時，在300℃下執行退火達一小時。此處，只要在圖59A之形成包含第二磁性層202之層壓體之程序之後執行，即可在任何時序執行該磁場退火。
接著，舉例而言，如圖59D中所繪示，將硬偏壓層214嵌入至絕緣層213中。舉例而言，此程序可藉由參考圖54E所描述之類似程序執行。
接著，如圖59E中所繪示，在罩蓋層211上層壓上部電極212。接著，如圖59F中所繪示，移除該上部電極212，從而留下該上部電極212之一部分。此程序藉由光微影圖案化一光阻。然後，使用光阻圖案(未繪示)作為一遮罩，執行物理銑削或化學銑削。此程序以複數形式分離上部電極212之平面形狀。即，形成一第一上部電極及一第二上部電極。
接著，如圖59G中所繪示，形成保護層215。該保護層215覆蓋上部電極212及硬偏壓層214。例如，可使用由諸如SiOx、AlOx、SiNx及AlNx之一材料製成之一絕緣層作為該保護層215。不必安置該保護層215。
儘管圖59A至圖59G中並未繪示，然可形成至下部電極204或上部電極212之一接觸孔。當使用此製造方法時，參考圖59A所描述之程序可形成靠近中間層203之層壓結構(磁化自由層210、中間層203及第一磁化固定層209)，此在真空中之某一時間對MR效應產生顯著影響。因此，從獲得高MR比之態樣來看，此係較佳的。
[3.第三實施例]
下文描述安裝根據第一實施例及第二實施例之應變偵測元件200之一壓力感測器的一例示性組態100。圖60係繪示根據一實施例之壓力感測器100之一組態的一示意性透視圖。圖61係從圖1之線A-A’觀看之示意性截面視圖。圖62A至圖62F係繪示該壓力感測器100之一組態的示意性平面視圖。
如圖60中所繪示，壓力感測器100包含基板110、膜部分120及應變偵測元件200。該膜部分120安置於該基板110之一表面上。該應變偵測元件200安置於該膜部分120上。該應變偵測元件200係根據第一實施例或第二實施例之應變偵測元件200。該應變偵測元件200安置於該膜部分120之一部分上。連接至該應變偵測元件200之一配線131、一襯墊132、一配線133及一襯墊134安置於該膜部分120上。
如圖61中所繪示，基板110係具有一空隙部分111之一板狀基板。該基板110用作為支撐膜部分120使得該膜部分120根據一外部壓力彎曲之一支撐部分。在該實施例中，該空隙部分111係穿透基板110之一圓柱狀孔。舉例而言，基板110係由一半導體材料(諸如矽)、一導電材料(諸如金屬)或一絕緣材料製成。舉例而言，基板110可含有氧化矽及氮化矽。
空隙部分111之內部經設計以使膜部分120彎曲。例如，空隙部分111之內部可為一減壓狀態或一真空狀態。空隙部分111之內部可用氣體(諸如空氣)或液體填充。此外，空隙部分111可與外部連通。
如圖61中所繪示，膜部分120經形成比基板110薄。膜部分120包含一振動部分121及一經支撐部分122。該振動部分121直接定位於空隙部分111上方。該振動部分121根據外部壓力彎曲。該經支撐部分122連同該振動部分121一體地形成且藉由基板110支撐。應變偵測元件200安置於振動部分121之一部分處。舉例而言，如圖62A中所繪示，經支撐部分122圍繞振動部分121。在下文中，膜部分120之直接 定位於空隙部分111之上方之一區域係稱為一第一區域R1。
該第一區域R1可形成為各種形狀。舉例而言，如圖62A中所繪示，第一區域R1可形成為一近似正圓形狀，可形成為如圖62B中所繪示之一卵形(例如，扁圓形)，可形成為如圖62C中所繪示之一近似正方形，或可形成為如圖62E中所繪示之一矩形。當使第一區域R1形成為(例如)如圖62D或圖62F中所繪示之近似正方形或近似矩形時，圓圓地形成四個角隅部分亦係可行的。此外，第一區域R1可形成為一多邊形或規則多邊形。
舉例而言，可使用一絕緣材料(諸如SiOx及SiNx)或可撓性塑膠材料(諸如聚醯亞胺或以對二甲苯為主的聚合物)作為膜部分120之材料。例如，該膜部分120之材料可含有氧化矽、氮化矽及氮氧化矽之至少一者。對於膜部分120之材料，舉例而言，可使用一半導體材料(諸如矽)或可使用一金屬材料(諸如Al)。
膜部分120經形成比基板110薄。例如，膜部分120之厚度(在Z方向上之寬度)係0.1微米(μm)或更大至3μm或更小。膜部分120之厚度較佳為0.2μm或更大至1.5μm或更小。對於膜部分120，舉例而言，可使用由厚度為0.2μm之氧化矽膜及厚度為0.4μm之矽膜構成之層壓體。
如圖62A至圖62F中所繪示，複數個應變偵測元件200可配置於膜部分120上之第一區域R1中。各自應變偵測元件200係沿著第一區域R1之外邊緣配置。即，在圖62A至圖62F中所繪示之實例中，複數個各自應變偵測元件200與第一區域R1之外邊緣之間的距離(最短距離Lmin)係彼此相同。配置於膜部分120上之第一區域R1中之應變偵測元件200之數目可為一個。
舉例而言，如圖62A及圖62B中所繪示，當第一區域R1之外邊緣係一曲線時，應變偵測元件200沿著該曲線配置。舉例而言，如圖 62C及圖62D中所繪示，當第一區域R1之外邊緣係一直線時，應變偵測元件200沿著該直線線性配置。
圖62A至圖62F繪示具有膜部分120之外接矩形及該矩形之以單點劃線表示之一對角線。假設將藉由此矩形及單點劃線分離之膜部分120上之區域稱為第一平面區域至第四平面區域。則複數個應變偵測元件200沿著第一區域R1之外邊緣配置於該等第一至第四平面區域中。
應變偵測元件200經由配線131連接至襯墊132且經由配線133連接至襯墊134，該等配線及襯墊係繪示於圖60中。當藉由壓力感測器100偵測壓力時，一電壓經由此等襯墊132及134施加至應變偵測元件200。此外，量測應變偵測元件200之電阻值。在配線131與配線133之間，可安置一層間絕緣層。
作為應變偵測元件200，舉例而言，作為圖10中所繪示之應變偵測元件200A，假定使用包含下部電極204及上部電極212之組態的情況。例如，配線131連接至下部電極204且配線133連接至上部電極212。同時，作為圖31中所繪示之應變偵測元件200b，假定使用不包含上部電極但包含兩個下部電極204之組態的情況，或作為圖34中所繪示之應變偵測元件200e，假定使用不包含下部電極但包含兩個上部電極212之組態的情況。配線131連接至一下部電極204或一上部電極212且配線133連接至另一下部電極204或另一上部電極212。複數個應變偵測元件200可經由配線(未繪示)串聯或並聯連接。此容許增加SN比。
應變偵測元件200之大小可極其小。應變偵測元件200之X-Y平面之面積可顯著小於第一區域R1之面積。例如，可將應變偵測元件200之面積縮小至第一區域R1之面積之五分之一或更小。例如，可將包含於應變偵測元件200中之第一磁性層201之面積縮小至第一區域R1 之面積之五分之一或更小。藉由串聯或並聯連接複數個應變偵測元件200，即使使用充分小於第一區域R1之面積之應變偵測元件200，亦可確保高量規因子或高SN比。
例如，在其中第一區域R1之直徑係大約60μm的情況中，應變偵測元件200(或第一磁性層201)之第一尺寸可為12μm或更小。例如，在其中第一區域R1之直徑係大約600μm的情況中，應變偵測元件200(或第一磁性層201)之尺寸可為120μm或更小。考量應變偵測元件200之一加工精度或類似規格，該應變偵測元件200(或第一磁性層201)之尺寸無需過小。因此，舉例而言，應變偵測元件200(或第一磁性層201)之尺寸可為0.05μm或更大至30μm或更小。
圖60至圖62F中所繪示之實例單獨組態基板110及膜部分120。然而，膜部分120可連同基板110一體地形成。對於膜部分120，可使用與基板110相同的材料或可使用一不同材料。當連同基板110一體地形成膜部分120時，形成為薄之基板110之一部分變為膜部分120(振動部分121)。此外，振動部分121可沿著第一區域R1之外邊緣予以連續支撐，如圖60至圖62F中所繪示。替代性地，振動部分121可在第一區域R1之外邊緣之一部分處予以支撐。
在圖62A至圖62F中所繪示之實例中，複數個應變偵測元件200安置於膜部分120上。然而，舉例而言，僅一應變偵測元件200可安置於膜部分120上。
接著，參考圖63至圖65，下文描述對壓力感測器100進行之一模擬結果。此模擬計算在對膜部分120施加壓力下在該膜部分120之各自位置處之應變ε之一量值。此模擬藉由有限元素法分析以複數形式劃分膜部分120之表面。接著，對經劃分之各自組件應用胡克(Hooke)定律。
圖63係描述用於模擬之一模型的一示意性透視圖。如圖63中所 繪示，在模擬中，膜部分120之振動部分121係形成為一圓形。該振動部分121之一直徑L1(直徑L2)係設定為500μm且該膜部分120之一厚度Lt係設定為2μm。此外，振動部分121之外邊緣係形成為完全受限之一固定端。
該模擬假定矽作為膜部分120之材料。因此，膜部分120之楊氏(Young)模量係設定為165GPa，且泊松(Poisson)比係設定為0.22。
此外，如圖63中所繪示，假定從底部表面施加壓力至膜部分120，則壓力之量值係13.33kPa，且該壓力係均勻施加至振動部分121。有限元素法在X-Y平面中將振動部分121劃分為5μm之一篩孔大小且在Z方向上依2μm之一間隔劃分振動部分121。
接著，下文參考圖64及圖65描述一模擬結果。圖64係用於描述模擬之一結果的一圖表。垂直軸指示應變ε之量值。水平軸指示藉由憑藉一半徑r正規化距振動部分121之中心之一距離rx而求得之一值rx/r。圖64指示在拉伸方向上之應變作為一正值之一應變而在壓縮方向上之一應變作為一負值之一應變。
圖64展示在徑向方向(X方向)上之一應變εr、在圓周方向上之一應變εθ及一各向異性應變△ε、此等應變之差(=εr-εθ)。此各向異性應變△ε促成由逆磁致伸縮效應引起之第一磁性層201之磁化方向之變化(其係參考圖3A至圖3C進行描述)。
如圖64中所展示，在中凸彎曲的振動部分121之中心附近，徑向方向上之應變εr及圓周方向上之應變εθ係拉伸應變。與此相反，在凹陷彎曲之外邊緣附近，徑向方向上之應變εr及圓周方向上之應變εθ係壓縮應變。在中心附近，各向異性應變△ε指示零，因此展現各向同性應變。在外邊緣附近，各向異性應變△ε展示一壓縮值。在最靠近外邊緣之部分處，可獲得最大各向異性應變。在圓形振動部分121之情況下，此各向異性應變△ε可在自中心之徑向方向上始終類似地獲得。因 此，將應變偵測元件200配置成接近振動部分121之外邊緣容許以良好靈敏度偵測一應變。因此，應變偵測元件200可配置於靠近振動部分121之外邊緣之一部分處。
圖65係繪示在振動部分121處產生之各向異性應變△ε之一X-Y平面內分佈的一等值線圖。圖65例示將圖64中所展示之極座標系中之各向異性應變△ε(△εr-θ)轉換成笛卡爾(Cartesian)座標系中之各向異性應變△ε(△εX-Y)且分析在振動部分121之整個表面處之各向異性應變△ε(△εX-Y)之一結果。
在圖65中，藉由文字「90%」至「10%」指示之線指示其中獲得在最靠近振動部分121之外邊緣之部分處獲得之最大各向異性應變△εX-Y值(絕對值)之90%至10%之各自各向異性應變△ε之位置。如圖65中所繪示，可在一有限區域中獲得一類似量值之各向異性應變△εX-Y。
此處，舉例而言，如圖62A中所繪示，在其中複數個應變偵測元件200安置於膜部分120上的情況中，由於磁化固定層之磁化方向在磁場退火方向上對準以旨在用於釘紮固定，因此朝向相同方向。因此，期望在其中產生近似均勻量值之各向異性應變之一範圍中配置應變偵測元件200。
在此方面，第一實施例中所描述之應變偵測元件200可確保高量規因子(應變方向靈敏度)，即使該應變偵測元件200相對較小。因此，即使膜部分120之尺寸為小，只要應變偵測元件200配置於其中產生近似均勻量值之各向異性應變之一範圍中，即可獲得高量規因子。當在膜部分120上配置複數個應變偵測元件200且嘗試獲得歸因於類似壓力(例如，極性)之電阻之一變化時，較佳的是，將應變偵測元件200配置成接近其中如圖65中所繪示般獲得類似各向異性應變△εX-Y之外邊緣附近之區域。即使第一實施例中所描述之應變偵測元件200 相對較小，亦可確保高量規因子(應變偵測靈敏度)。此容許將許多應變偵測元件200配置於其中可獲得類似各向異性應變△εX-Y之外邊緣附近之區域處。
使用根據第二實施例之具有相對於第一磁性層201之複數個第二磁性層202之一結構之應變偵測元件200達成以下者。第一磁性層201之尺寸並未根據應變之一所需解析度而過度減小以儘可能地減少歸因於來自反磁場之影響之磁化干擾。僅減小經耦合之第二磁性層202之尺寸。此外，安置第一磁性層201/中間層203/第二磁性層202之複數個接面容許獲得上述SN比之一增加效應。在根據第二實施例之應變偵測元件200之情況下，第一磁性層201之刨床尺寸經組態以免過小。此外，將第一磁性層201/中間層203/第二磁性層202之接面配置成接近其中可獲得類似各向異性應變△εX-Y之外邊緣附近之區域。此容許確保高SN比之壓力感測器。
此處，如參考圖62A至圖62F所描述，根據實施例之複數個應變偵測元件200沿著第一區域R1之外邊緣配置於第一至第四平面區域中。因此，配置於第一至第四平面區域中之複數個應變偵測元件200容許均勻地偵測一應變。
下文參考圖66A至圖66E描述壓力感測器100之其他例示性組態。圖66A至圖66E係繪示壓力感測器100之其他例示性組態的平面視圖。圖66A至圖66E中所繪示之壓力感測器100A係近似類似於圖62A至圖62F中所繪示之壓力感測器100A而組態。然而，圖66A至圖66E中所繪示之壓力感測器100A的不同之處在於，包含於應變偵測元件200中之第一磁性層201並非形成為一近似正方形而是形成為一近似矩形。
圖66A繪示其中膜部分120之振動部分121具有一近似圓形之一態樣。圖66B繪示其中膜部分120之振動部分121具有一近似卵形(橢圓形)之一態樣。圖66D繪示其中膜部分120之振動部分121具有一近似正 方形之一態樣。圖66E繪示其中膜部分120之振動部分121具有一近似矩形之一態樣。圖66C係圖66B之一部分之一放大視圖。
如圖66C中所繪示，複數個應變偵測元件200沿著第一區域R1之外邊緣配置於膜部分120上。此處，假定以最短距離連接應變偵測元件200之一質心G與第一區域R1之外邊緣之一直線為一直線L。此直線L之方向相對於包含於應變偵測元件200中之第一磁性層201之縱向方向之一角度經設定以便大於0°且小於90°。
如上文所描述，當將包含於應變偵測元件200中之第一磁性層201形成為矩形、卵形或一類似形狀以便具有形狀磁各向異性時，磁化自由層210之初始磁化方向可設定為縱向方向。圖66C中所繪示之直線L之方向指示在應變偵測元件200處產生之應變之方向。因此，藉由將直線L之方向相對於包含於應變偵測元件200中之第一磁性層201之縱向方向之角度設定為大於0°且小於90°容許調整磁化自由層210之初始磁化方向及在應變偵測元件200處產生之應變之方向。此容許製造對一正/負壓力靈敏之壓力感測器。此角度更佳為30度或更大至60度或更小。
在其中將角度之最大值與最小值之間的差設定為(例如)5度或更小的情況中，可在複數個應變偵測元件200中獲得類似壓力電阻性質。
在圖66A至圖66E中所繪示之實例中，壓力感測器100包含複數個應變偵測元件200，然而，該壓力感測器100可僅包含一應變偵測元件200。
下文參考圖67A至圖67D描述應變偵測元件200之一配線圖案。圖67A、圖67B及圖67D係用於描述應變偵測元件200之配線圖案之電路圖。圖67C係用於描述應變偵測元件200之配線圖案的一示意性平面視圖。
當將複數個應變偵測元件200安置於壓力感測器100上時，舉例而言，如圖67A中所繪示，可串聯連接全部應變偵測元件200。此處，應變偵測元件200之一偏壓電壓係(例如)50毫伏(mV)或更大至150mV或更小。當串聯連接N個應變偵測元件200時，偏壓電壓變為50mV×N或更大至150mV×N或更小。例如，在其中串聯連接之應變偵測元件之數目N係25的情況中，偏壓電壓變為1V或更大至3.75V或更小。
當偏壓電壓值係1V或更大時，處理從應變偵測元件200獲得之一電信號之一電路可易於設計且在實務上係較佳的。另一方面，偏壓電壓(終端間電壓)超過10V對於處理從應變偵測元件200獲得之電信號之電路並非較佳。在該實施例中，串聯連接之應變偵測元件200之數目N及偏壓電壓經設定以便為一適當電壓範圍。
例如，在串聯電連接複數個應變偵測元件200時之一電壓較佳為1V或更大至10V或更小。例如，跨串聯電連接之複數個應變偵測元件200之終端(在一端處之終端與另一端處之終端之間)施加之一電壓係1V或更大至10V或更小。
為產生此電壓，在其中施加至一應變偵測元件200之偏壓電壓係50mV的情況中，串聯連接之應變偵測元件200之數目N較佳為20或更大至200或更小。在其中施加至該一應變偵測元件200之偏壓電壓係150mV的情況中，串聯連接之應變偵測元件200之數目N較佳為7或更大至66或更小。
舉例而言，如圖67C中所繪示，可並聯連接全部複數個應變偵測元件200。
舉例而言，如圖67C中所繪示，假定其中複數個應變偵測元件200配置於參考圖62A至圖62F所描述之各自第一至第四平面區域處且應變偵測元件200被稱為第一至第四應變偵測元件群組310、320、330 及340之情況。如圖67D中所繪示，該等第一至第四應變偵測元件群組310、320、330及340可組態一惠斯登(Wheatstone)電橋電路。此處，圖67D中所繪示之第一應變偵測元件群組310及第三應變偵測元件群組330可獲得相同極性之應變電阻性質。第二應變偵測元件群組320及第四應變偵測元件群組340可獲得與第一應變偵測元件群組310及第三應變偵測元件群組330反向之極性之應變電阻性質。包含於第一至第四應變偵測元件群組310、320、330及340中之應變偵測元件200之數目可為一。舉例而言，此容許對於一偵測性質之溫度補償。
下文參考圖68A至圖68E更詳細地描述用於製造根據實施例之壓力感測器100之方法。圖68A至圖68E係繪示用於製造壓力感測器100之方法的示意性透視圖。
在用於製造根據實施例之壓力感測器100之方法中，如圖68A中所繪示，在基板110之一表面112上形成膜部分120。例如，當基板110係一Si基板時，可藉由濺鍍形成由SiOx/Si製成之一薄膜作為膜部分120。
例如，在其中將一絕緣體上矽(SOI)基板用作基板110的情況中，在該Si基板上之由SiO2/Si製成之層壓膜亦可用作膜部分120。在此情況中，藉由黏貼該Si基板與SiO2/Si之層壓膜形成膜部分120。
接著，如圖68B中所繪示，在基板110之一表面112上形成配線131及襯墊132。即，形成一導電膜(其將係配線131及襯墊132)。移除該導電膜，從而留下該導電膜之一部分。此程序可使用光微影及蝕刻或可使用剝離。
可用一絕緣膜(未繪示)嵌入配線131及襯墊132之周邊。在此情況中，舉例而言，可使用剝離。在剝離中，舉例而言，在蝕刻配線131及襯墊132圖案之後且在剝除光阻之前，在整個表面上形成一絕緣膜(未繪示)。接著，移除該等光阻。
接著，如圖68C中所繪示，在基板110之一表面112上形成第一磁性層201、第二磁性層202及中間層203。該中間層203定位於該第一磁性層201與該第二磁性層202之間。
接著，如圖68D中所繪示，移除第一磁性層201、第二磁性層202及中間層203，從而留下其等之一部分，因此形成應變偵測元件200。此程序可使用光微影及蝕刻或可使用剝離。
可用一絕緣膜(未繪示)嵌入應變偵測元件200之周邊。在此情況中，舉例而言，可使用剝離。在剝離中，舉例而言，在蝕刻應變偵測元件200圖案之後且在剝除光阻之前，在整個表面上形成一絕緣膜(未繪示)。接著，移除該等光阻。
接著，如圖68D中所繪示，在基板110之一表面112上形成配線133及襯墊134。即，形成一導電膜(其將係配線133及襯墊134)。移除該導電膜，從而留下該導電膜之一部分。此程序可使用光微影及蝕刻或可使用剝離。
可用一絕緣膜(未繪示)嵌入配線133及襯墊134之周邊。在此情況中，舉例而言，可使用剝離。在剝離中，舉例而言，在蝕刻配線133及襯墊134圖案之後且在剝除光阻之前，在整個表面上形成一絕緣膜(未繪示)。接著，移除該等光阻。
接著，如圖68E中所繪示，從基板110之另一表面113移除該基板110之一部分，因此形成該基板110處之空隙部分111。藉由此程序移除之區域係對應於基板110之第一區域R1之一部分。該實施例移除定位於基板110之第一區域R1中之所有部分。然而，留下基板110之一部分亦係可行的。例如，為一體地形成膜部分120及基板110，移除基板110之一部分且形成薄膜。薄化之膜部分可經組態為膜部分120。
該實施例在圖68E中所繪示之程序中使用蝕刻。例如，當膜部分120係由SiO2/Si製成之層壓膜時，此程序可藉由從基板110之另一表面 113深加工而執行。此程序可使用一雙面對準器曝光設備。此容許圖案化光阻之一孔圖案至另一表面113以使該孔圖案對準於應變偵測元件200之位置。
例如，該蝕刻可使用使用RIE之一波希(Bosch)程序。舉例而言，該波希程序重複使用SF6氣體之蝕刻程序及使用C4F8氣體之沈積程序。此減少蝕刻基板110之一側壁而在深度方向(Z軸方向)上選擇性蝕刻該基板110。舉例而言，使用一SiOx層作為該蝕刻之一終點。即，使用具有不同於Si之一蝕刻選擇性之SiOx層以終止蝕刻。用作為一蝕刻停止層之SiOx層可用作膜部分110之一部分。在蝕刻之後可藉由(例如)使用無水氟化氫、醇或一類似材料之一程序移除該SiOx層。除了波希程序之外，亦可藉由憑藉一濕式程序之各向異性蝕刻及使用一犧牲層之蝕刻而蝕刻基板110。
下文參考圖69至圖71描述根據實施例之一壓力感測器100之一例示性組態440。
圖69係繪示壓力感測器440之一組態的一示意性透視圖。圖70及圖71係例示該壓力感測器440之方塊圖。
如圖69及圖70中所繪示，壓力感測器440包含一基底部分471、一感測單元450、一半導體電路單元430、一天線415、一電配線416、一傳輸電路417及一接收電路417r。例如，根據該實施例之感測單元450係根據第一實施例或第二實施例之應變偵測元件200。
該天線415係經由該電配線416電連接至該半導體電路單元430。
該傳輸電路417基於流動通過感測單元450之一電信號無線地傳輸資料。該傳輸電路417之至少一部分可安置於半導體電路單元430處。
該接收電路417r從一電子裝置418d接收一控制信號。該接收電路417r之至少一部分可安置於半導體電路單元430處。例如，安置該接 收電路417r容許藉由操作該電子裝置418d控制壓力感測器440之操作。
如圖70中所繪示，舉例而言，傳輸電路417可包含連接至感測單元450之一AD轉換器417a及一曼徹斯特(Manchester)編碼單元417b。 安置一切換單元417c容許切換傳輸及接收。在此情況中，可安置一時序控制器417d。該時序控制器417d可控制藉由該切換單元417c之切換。此外，可安置一資料校正單元417e、一同步器417f、一判定單元417g及一電壓控制振盪器(VCO)417h。
如圖71中所繪示，結合壓力感測器440一起使用之電子裝置418d包含一接收單元418。舉例而言，可例示諸如一行動終端機之一電子裝置作為電子裝置418d。
在此情況中，包含傳輸電路417之壓力感測器440及包含接收單元418之電子裝置418d可結合使用。
電子裝置418d可包含曼徹斯特編碼單元417b、切換單元417c、時序控制器417d、資料校正單元417e、同步器417f、判定單元417g、電壓控制振盪器417h、一儲存單元418a及一中央處理單元(CPU)418b。
在此實例中，壓力感測器440進一步包含一緊固單元467。該緊固單元467將一膜部分464(70d)緊固至基底部分471。該緊固單元467之一厚度尺寸可比該膜部分464之厚度尺寸厚使得即使施加外部壓力，該緊固單元467亦較不可能彎曲。
例如，緊固單元467可依一規則間隔安置於膜部分464之周邊邊緣處。緊固單元467亦可經安置以便連續圍繞膜部分464(70d)之整個周邊區域。例如，緊固單元467可由與基底部分471之材料相同的材料形成。在此情況中，舉例而言，緊固單元467可由矽形成。舉例而言，緊固單元467亦可由與膜部分464(70d)之材料相同的材料形成。
下文參考圖72A至圖83B例示用於製造壓力感測器440之方法。圖 72A至圖83B係例示用於製造壓力感測器440之方法的示意性平面視圖及截面視圖。
如圖72A及圖72B中所繪示，在一半導體基板531之表面部分處形成一半導體層512M。隨後，在該半導體層512M之頂部表面處，形成元件隔離絕緣層512I。隨後，經由一絕緣層(未繪示)在該半導體層512M上形成閘極512G。隨後，在該閘極512G之兩側處形成一源極512S及一汲極512D，因此形成一電晶體532。隨後，在半導體層512M上形成一層間絕緣膜514a且進一步形成一層間絕緣膜514b。
隨後，在該等層間絕緣膜514a及514b(其等係非空隙部分之區域)之一部分處形成溝渠及孔。隨後，將導電材料嵌入至該等孔中，因此形成連接支柱514c至514e。在此情況中，舉例而言，連接支柱514c電連接至該一電晶體532之源極512S，且一連接支柱514d電連接至汲極512D。例如，連接支柱514e電連接至另一電晶體532之源極512S。隨後，將導電材料嵌入至溝渠中，因此形成配線部分514f及514g。配線部分514f電連接至連接支柱514c及連接支柱514d。配線部分514g電連接至連接支柱514e。隨後，在層間絕緣膜514b上形成一層間絕緣膜514h。
如圖73A及圖73B中所繪示，在該層間絕緣膜514h上藉由(例如)化學氣相沈積(CVD)方法形成由氧化矽(SiO2)製成之一層間絕緣膜514i。隨後，在該層間絕緣膜514i之預定位置處形成孔。將導電材料(例如，金屬材料)嵌入至該等孔中。接著，藉由化學機械拋光(CMP)方法平坦化頂部表面。此形成一連接支柱514j及一連接支柱514k。連接支柱514j連接至配線部分514f。連接支柱514k連接至配線部分514g。
如圖74A及圖74B中所繪示，在作為層間絕緣膜514i之一空隙部分570之一區域處形成一凹部分。將一犧牲層514l嵌入至該凹部分 中。舉例而言，可使用可在一低溫下形成一膜之一材料形成該犧牲層514l。例如，可在一低溫下形成膜之材料係矽鍺(SiGe)。
如圖75A及圖75B中所繪示，在層間絕緣膜514i及犧牲層514l上形成變為一膜部分564(70d)之一絕緣膜561bf。例如，可使用(例如)氧化矽(SiO2)形成絕緣膜561bf。在該絕緣膜561bf處提供複數個孔。將導電材料(例如，金屬材料)嵌入至該複數個孔中。因此，形成一連接支柱561fa及一連接支柱562fa。連接支柱561fa電連接至連接支柱514k。連接支柱562fa電連接至連接支柱514j。
如圖76A及圖76B中所繪示，在絕緣膜561bf、連接支柱561fa及連接支柱562fa上形成變為一配線557之一導電層561f。
如圖77A及圖77B中所繪示，在該導電層561f上形成一層壓膜550f。該層壓膜550f可含有根據第一實施例或第二實施例之第一磁性層201、第二磁性層202及中間層203。
如圖78A及圖78B中所繪示，將層壓膜550f處理成一預定形狀。可形成該層壓膜550f使得該層壓膜550f形成感測單元450(圖69)。在該層壓膜550f上形成變為一絕緣層565之一絕緣膜565f。舉例而言，該絕緣膜565f可使用(例如)氧化矽(SiO2)形成。
如圖79A及圖79B中所繪示，移除絕緣膜565f之一部分且將導電層561f處理成預定形狀。此形成配線557。此時，導電層561f之一部分變為電連接至連接支柱562fa之一連接支柱562fb。此外，在該連接支柱562fb上形成變為一絕緣層566之一絕緣膜566f。
如圖80A及圖80B中所繪示，在絕緣膜565f處形成開口566p。此暴露連接支柱562fb。
如圖81A及圖81B中所繪示，在頂部表面處形成變為一配線558之一導電層562f。該導電層562f之一部分電連接至連接支柱562fb。
如圖82A及圖82B中所繪示，將導電層562f處理成預定形狀。此 形成配線558。該配線558電連接至連接支柱562fb。
如圖83A及圖83B中所繪示，在絕緣膜566f處形成具有一預定形狀之一開口566o。經由該開口566o處理絕緣膜561bf。此外，經由該開口566o移除犧牲層514l。此形成空隙部分570。例如，可藉由濕式蝕刻方法移除犧牲層514l。
為以一環配置形成緊固單元567，舉例而言，用絕緣膜嵌入空隙部分570之上側處之非空隙部分之一邊緣與膜部分564之間。
如上所述，形成壓力感測器440。
[4.第四實施例]
下文參考圖84描述第四實施例。圖84係繪示根據該實施例之一麥克風150之一組態的一示意性截面視圖。例如，根據第一實施例至第三實施例之壓力感測器100可安裝至該麥克風。
根據該實施例之麥克風150包含一印刷電路板151、一電子電路152及一罩蓋153。該印刷電路板151安裝壓力感測器100。該電子電路152安裝該印刷電路板151。該罩蓋153覆蓋壓力感測器100及電子電路152以及印刷電路板151。壓力感測器100係根據第一實施例至第三實施例之壓力感測器100。
罩蓋153具有一聲孔154。一聲波155從該聲孔154進入。當該聲波進入罩蓋153之內部時，壓力感測器100感測該聲波155。舉例而言，電子電路152傳遞一電流至安裝於壓力感測器100上之應變偵測元件且偵測該壓力感測器100之電阻值之一變化。電子電路152可用一放大器電路或一類似電路放大此電流值。
藉由根據第一實施例至第四實施例之方法製造之壓力感測器以高靈敏度為特徵。因此，安裝此壓力感測器之麥克風150可以良好靈敏度偵測聲波155。
[5.第五實施例]
下文參考圖85及圖86描述第五實施例。圖85係繪示根據該第五實施例之一血壓感測器160之一組態的一示意圖。圖86係從該血壓感測器160之線H1-H2觀看之一示意性截面視圖。例如，根據第一實施例至第三實施例之壓力感測器100可安裝至該血壓感測器160。
如圖85中所繪示，舉例而言，將血壓感測器160黏貼於一人類手臂165之一動脈166上。如圖86中所繪示，血壓感測器160安裝根據第一實施例至第三實施例之壓力感測器100。此容許量測血壓。
根據第一實施例至第三實施例之壓力感測器100以高靈敏度為特徵。因此，安裝壓力感測器100之血壓感測器160可以良好靈敏度持續偵測血壓。
[6.第六實施例]
下文參考圖87描述第六實施例。圖87係繪示根據該第六實施例之一觸控面板170之一組態的一示意性電路圖。該觸控面板170安裝至一顯示器(未繪示)之內部及外部之至少任一者。
該觸控面板170包含複數個壓力感測器100、複數個第一配線171、複數個第二配線172及一控制單元173。該等壓力感測器100配置成一矩陣。該複數個第一配線171配置在Y方向上。該等第一配線171連接至配置在X方向上之複數個各自壓力感測器100之一端。該複數個第二配線172配置在X方向上。該等第二配線172連接至配置在Y方向上之複數個各自壓力感測器100之另一端。該控制單元173控制該複數個第一配線171及該複數個第二配線172。壓力感測器100係根據第一實施例至第三實施例之壓力感測器。
控制單元173包含一第一控制電路174、一第二控制電路175及一第三控制電路176。該第一控制電路174控制第一配線171。該第二控制電路175控制第二配線172。該第三控制電路176控制該第一控制電路174及該第二控制電路175。
例如，控制單元173經由該複數個第一配線171及該複數個第二配線172傳遞一電流至壓力感測器100。此處，按壓一觸控表面(未繪示)引起壓力感測器100根據壓力改變應變偵測元件之電阻值。藉由偵測電阻值之此變化，控制單元173指定偵測藉由按壓之壓力之壓力感測器100之位置。
根據第一實施例至第三實施例之壓力感測器100以高靈敏度為特徵。因此，安裝壓力感測器100之觸控面板170可以良好靈敏度偵測藉由按壓引起之壓力。因為壓力感測器100係緊密的，從而容許製造高解析度觸控面板170。
除壓力感測器100之外，觸控面板170亦可包含用於偵測一觸碰之一偵測組件。
[7.其他應用實例]
參考特定實例，上文描述根據第一實施例至第三實施例之壓力感測器100之應用實例。注意，除了第四實施例至第六實施例中所描述之實施例之外，壓力感測器100亦可應用於各種壓力感測器裝置，諸如一大氣壓力感測器及用於輪胎之一氣動感測器。
包含於應變偵測元件200、壓力感測器100、麥克風150、血壓感測器160及觸控面板170中之各自組件(諸如膜部分、應變偵測元件、第一磁性層、第二磁性層及中間層)之特定組態係涵蓋於本發明之範疇內，只要熟習此項技術者可類似地實踐本發明且藉由從習知範疇合適地選擇此組態而達成類似效應。
此外，該等各自特定實例之任何兩個或兩個以上組件可組合於技術可行性之範圍內且在包含本發明之精神的程度上包含於本發明之範疇中。
此外，只要可藉由熟習此項技術者基於上文在本發明之實施例中所描述之應變偵測元件、壓力感測器100、麥克風150、血壓感測器 160及觸控面板170合適地設計、修改及實施之全部應變偵測元件、壓力感測器100、麥克風150、血壓感測器160及觸控面板170落在本發明之精神內，該等應變偵測元件、壓力感測器100、麥克風150、血壓感測器160及觸控面板170亦涵蓋於本發明之範疇內。
[8.其他實施例]
上文描述本發明之實施例。本發明亦可藉由以下態樣實施。
[態樣1]
一種應變偵測元件，其安置於一可變形膜部分上。該應變偵測元件包含一第一磁性層、一第二磁性層及一中間層。該第一磁性層之一磁化方向可根據該膜部分之一變形改變。該第一磁性層具有一第一磁性表面。該第二磁性層具有一第二對向表面。該第二對向表面面對該第一對向表面。該中間層安置於該第一磁性層與該第二磁性層之間。該第一磁性層在該第一對向表面之一部分處面對該第二對向表面。
[態樣2]
如態樣1之應變偵測元件，其可如下般組態。該第一對向表面具有大於該第二對向表面之一面積之一面積。
[態樣3]
如態樣1或2之應變偵測元件，其可如下般組態。該第二對向表面在整個該第二對向表面處面對該第一對向表面。
[態樣4]
一種應變偵測元件，其安裝於一可變形膜部分上。該應變偵測元件包含一第一磁性層、複數個第二磁性層及一中間層。該第一磁性層之一磁化方向可根據該膜部分之一變形改變。該第一磁性層具有一第一對向表面。該複數個第二磁性層具有各自第二對向表面。該等第二對向表面面對該第一對向表面。該中間層安置於該第一磁性層與該 等第二磁性層之間。
[態樣5]
如態樣4之應變偵測元件，其可如下般組態。該第一磁性層在該第一對向表面之一部分處面對該第二對向表面。
[態樣6]
如態樣4或5之應變偵測元件，其可如下般組態。該應變偵測元件進一步包含一第一電極及一第二電極。該第一電極電連接至該第一磁性層。該第二電極並聯電連接至該複數個第二磁性層。該第一磁性層及該複數個第二磁性層經由該中間層之接面並聯電連接在該第一電極與該第二電極之間。
[態樣7]
如態樣4或5之應變偵測元件，其可如下般組態。該應變偵測元件進一步包含一第一電極及一第二電極。該第一電極電連接至該等第二磁性層之一者。該第二電極電連接至該等第二磁性層之另一者。該第一磁性層及該複數個第二磁性層經由該中間層之接面串聯電連接在該第一電極與該第二電極之間。
[態樣8]
如態樣1至7中任一項之應變偵測元件，其可如下般組態。該第二磁性層之一磁化方向係固定至一方向。
[態樣9]
如態樣8之應變偵測元件，其可如下般組態。該第二磁性層之該磁化方向係藉由在一層壓方向上鄰近之一反鐵磁性層固定至一方向。
[態樣10]
如態樣1至9中任一項之應變偵測元件，其可如下般組態。該應變偵測元件進一步包含安置於該中間層與該第一磁性層之間之一第三磁性層。
[態樣11]
如態樣1至10之應變偵測元件，其可如下般組態。該中間層之一平面形狀係與該第一磁性層之一平面形狀相同。
[態樣12]
如態樣1至10之應變偵測元件，其可如下般組態。該中間層之一平面形狀係與該第二磁性層之一平面形狀相同。
[態樣13]
如態樣1至12之應變偵測元件，其可如下般組態。該第一磁性層安置於該第二磁性層與該膜部分之間。
[態樣14]
一種壓力感測器，其包含一支撐部分、膜部分及如態樣1至13中任一項之應變偵測元件。該膜部分係藉由該支撐部分支撐。該應變偵測元件安置於該膜部分上。
[態樣15]
如態樣1至13之應變偵測元件，其可如下般組態。第一磁性層經形成在一第一平面內方向上比在一第二平面內方向上長。該第一平面內方向係在垂直於一層壓方向之一平面內中。該第二平面內方向係垂直於該層壓方向及該第一平面內方向。
[態樣16]
一種壓力感測器，其包含一支撐部分、膜部分及如態樣15之應變偵測元件。該膜部分係藉由該支撐部分支撐。該應變偵測元件安置於該膜部分上。第一磁性層經安置使得藉由以一最短距離連接該第一磁性層之一質心與第一區域之一外邊緣之一直線及第一平面內方向形成之一相對角度大於0°且小於90°。
[態樣17]
如態樣14或16之壓力感測器，其可如下般組態。複數個應變偵 測元件安置於該膜部分上。
[態樣18]
一種壓力感測器，其包含一支撐部分、膜部分及如態樣15之應變偵測元件。該膜部分係藉由該支撐部分支撐。複數個應變偵測元件安置於該膜部分上。在第一磁性層中，假定藉由以一最短距離連接該第一磁性層之一質心與第一區域之一外邊緣之一直線及第一平面內方向形成之一相對角度係一第三角度。在該複數個應變偵測元件中，一最大第三角度與一最小第三角度之間之一差係5度或更小。
[態樣19]
一種壓力感測器，其包含一支撐部分、膜部分及如態樣1至13或態樣15之應變偵測元件。該膜部分係藉由該支撐部分支撐。複數個應變偵測元件安置於該膜部分上。在該複數個應變偵測元件中，該等應變偵測元件之至少兩者串聯電連接。
[態樣20]
一種麥克風，其包含如態樣14或態樣16至19之壓力感測器。
[態樣21]
一種血壓感測器，其包含如態樣14或態樣16至19之壓力感測器。
[態樣22]
一種觸控面板，其包含如態樣14或態樣16至19之壓力感測器。
[9.其他]
熟習此項技術者可構想在本發明之精神內之各種其他變動及修改，且應理解，此等變動及修改亦涵蓋於本發明之範疇內。
雖然已描述了某些實施例，但此等實施例僅藉由實例呈現，且並非旨在限制本發明之範疇。實際上，本文所描述之新穎實施例可以多種其他形式體現；而且，可在不脫離本發明之精神之情況下對本文 所描述之實施例之形式作出各種省略、替代及改變。隨附申請專利範圍及其等效物旨在涵蓋如將落在本發明之範疇及精神內之此等形式或修改。
100‧‧‧壓力感測器
120‧‧‧膜部分
200‧‧‧應變偵測元件

Claims (15)

  1. 一種壓力感測器，其包括：一支撐部分；一膜部分，其藉由該支撐部分支撐；及一應變偵測元件，其安置於該膜部分之一部分上，其中該應變偵測元件包含：一第一磁性層，其之磁化方向可根據該膜部分之一變形改變，該第一磁性層具有一第一對向表面；一第二磁性層，其具有一第二對向表面，該第二對向表面面對該第一對向表面；及一中間層，其安置於該第一磁性層與該第二磁性層之間，該第一對向表面之一面積大於該第二對向表面之一面積。
  2. 如請求項1之壓力感測器，其中該第二對向表面在整個該第二對向表面處面對該第一對向表面。
  3. 如請求項1之壓力感測器，其中該第一磁性層安置於該第二磁性層與該膜部分之間。
  4. 如請求項1之壓力感測器，其中該第二磁性層之一磁化方向係固定至一方向。
  5. 如請求項4之壓力感測器，其中該第二磁性層之該磁化方向係藉由在一層壓方向上鄰近之一反鐵磁性層固定至一方向。
  6. 如請求項1之壓力感測器，其進一步包括一第三磁性層，其安置於該中間層與該第一磁性層之間。
  7. 一種麥克風，其包括 如請求項1之壓力感測器。
  8. 一種應變偵測元件，其安置於一可變形膜部分上，該應變偵測元件包括：一第一磁性層，其之磁化方向可根據該膜部分之一變形改變，該第一磁性層具有一第一表面；複數個第二磁性層，其等具有各自第二對向表面，該第二對向表面面對該第一對向表面；及一中間層，其安置於該第一磁性層與該等第二磁性層之間。
  9. 如請求項8之應變偵測元件，其進一步包括：一第一電極，其電連接至該第一磁性層；及一第二電極，其電連接至該複數個第二磁性層，其中該第一磁性層及該複數個第二磁性層經由該中間層之接面並聯電連接在該第一電極與該第二電極之間。
  10. 如請求項8之應變偵測元件，其進一步包括：一第一電極，其電連接至該等第二磁性層之一者；及一第二電極，其電連接至該等第二磁性層之另一者，其中該第一磁性層及該複數個第二磁性層經由該中間層之接面串聯電連接在該第一電極與該第二電極之間。
  11. 一種壓力感測器，其包括：一支撐部分；一膜部分，其藉由該支撐部分支撐；及如請求項8之應變偵測元件，該應變偵測元件安置於該膜部分之一部分上。
  12. 如請求項11之壓力感測器，其中該第一磁性層安置於該第二磁性層與該膜部分之間。
  13. 如請求項11之壓力感測器，其中 該第二磁性層之一磁化方向係固定至一方向。
  14. 請求項13之壓力感測器，其中該第二磁性層之該磁化方向係藉由在一層壓方向上鄰近之一反鐵磁性層固定至一方向。
  15. 如請求項11之壓力感測器，其進一步包括一第三磁性層，其安置於該中間層與該第一磁性層之間。
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