專利名稱：磁阻層系統(tǒng)和具有這種層系統(tǒng)的傳感器元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨立權(quán)利要求所述的磁阻層系統(tǒng)以及一種具有所述層系統(tǒng)的傳感器元件。
現(xiàn)有技術(shù)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平公開了磁阻層系統(tǒng)或傳感器元件，其工作點比如在應(yīng)用于汽車中時由于以不同方式所產(chǎn)生的輔助磁場而被偏移。眾所周知，這種輔助磁場的產(chǎn)生尤其是由于所安裝的大型硬磁或者由于電流流過場線圈。此外在德國專利DE 101 28 135.8中解釋了一種理論，其中一個硬磁層被設(shè)置在磁阻層堆的附近，尤其是在該層堆之上或之下，其中所述的層堆首先通過其雜散場耦合到原來的敏感的層上。在此有望實現(xiàn)比目標(biāo)參數(shù)盡可能高的矯頑力，并且另一方面實現(xiàn)比有限的參數(shù)大的剩磁場。這種硬磁層在垂直集成的情況下會導(dǎo)致磁阻層系統(tǒng)的相鄰敏感層的電氣短路，這減弱了所期望的GMR效應(yīng)及AMR效應(yīng)以及層系統(tǒng)相對于外部磁場的敏感性。
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種可能性，來造價合理地并且簡單地產(chǎn)生一個作用于磁阻層堆的偏磁場或輔助磁場，以便從而能夠造價合理但仍然可靠地制造出尤其應(yīng)用于汽車的磁阻傳感器元件。
本發(fā)明的優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明的磁阻層系統(tǒng)相對于現(xiàn)有技術(shù)而具有的優(yōu)點在于，在尤其根據(jù)GMR或AMR效應(yīng)工作的磁阻層堆周圍設(shè)置有層布置，該層布置用于在增大矯頑力或矯頑場強的同時還增大了雜散磁場，其中所述的層布置同時還可以簡單而便宜地制造并被集成在所述層系統(tǒng)中。所述的層布置首先相對于硬磁層的厚度而尤其具有一個非常薄的構(gòu)造。
此外有利的是，所述的層布置在一個確定的框架內(nèi)能夠改變由所述硬磁層和軟磁層所產(chǎn)生的雜散場的場強，并且與所述硬磁層相耦合的并與之相鄰設(shè)置的、尤其薄的軟磁層在通過疇雜散磁場(所謂的“Creeping，蠕變”)施加外部交變磁場的情況下防止了所述硬磁層的去磁，這在Phys.Rec.Lett.，84，(2000)，1816頁和3462頁中有描述。
另外由一個硬磁層和一個軟磁層構(gòu)成的系統(tǒng)一般具有比一個純硬磁層大的磁化，也即，相同體積具有更大的磁矩。由此在總層厚度相同的情況下，具有一個硬磁層和一個軟磁層(其中該兩個層尤其被鐵磁交換耦合)的層布置的雜散磁場的場強相對于僅僅一個硬磁層的場強要更大。
本發(fā)明的有利的擴展參見從屬權(quán)利要求所述的措施。
這樣，在具有至少一個軟磁層和至少一個硬磁層、并且交變鐵磁耦合的層布置中，在施加一個具有與所述磁化有偏差的取向的外部磁場的情況下，所述的軟磁層有利地具有一種螺旋磁化，該螺旋磁化在斷開外部磁場的情況下躍回到一個與所述硬磁磁化平行的方向上，這在IEEE Trans.Magn.，27，(1991)，3588頁中有描述。所述軟磁層的磁化尤其被相干地旋轉(zhuǎn)，并且不通過疇成核反復(fù)磁化。從而另一個或其他的軟磁層的雜散場(疇雜散場)可以在微小的距離內(nèi)不會對所述的硬磁層去磁。
另外，所述磁阻層系統(tǒng)的構(gòu)造理論可以很容易地被應(yīng)用于現(xiàn)有的具有GMR多層的磁阻傳感器元件或者層系統(tǒng)中、按照旋轉(zhuǎn)閥原理的磁阻傳感器元件或者層系統(tǒng)中、AMR傳感器元件或者其他基于顆粒磁阻或者基于通過材料特征的結(jié)構(gòu)變化而引起的磁阻的傳感器元件中，或者被綜合到相應(yīng)的生產(chǎn)過程中。所述層系統(tǒng)的單個層的放置在此相對于已知的影響因素并不是苛刻的。
附圖在下文中借助附圖對本發(fā)明進行詳細(xì)解釋。附

圖1示出了不同構(gòu)造的層布置的磁化曲線比較，附圖2示出了一種在襯底上的磁阻層系統(tǒng)的斷面。
實施例附圖2示出了諸如由硅和氧化硅構(gòu)成的襯底10，在該襯底上最好具有由Cr、W或Mo構(gòu)成的緩沖層11，在該緩沖層上具有硬磁層12，并且在該硬磁層12之上有一軟磁層13。這兩個層12、13構(gòu)成了層布置15。
在所述軟磁層13之上設(shè)置有已公開的、優(yōu)選地基于GMR效應(yīng)(“Giant Magnetoresistance，大磁阻”)或AMR效應(yīng)(“AnisotropicMagnetoresistance，各向異性磁阻”)工作的磁阻層堆14。所述的層堆14優(yōu)選地具有多個單層，其中所述的單層根據(jù)耦合多層原理或旋轉(zhuǎn)閥原理工作。層堆14和層布置15從而垂直集成并共同構(gòu)成一個磁阻層系統(tǒng)5。
另外所述的磁阻層堆14還可以由諸如La0.67Ca0.33MnO3的CMR材料(“Colossal Magnetoresistance，巨磁阻”)來構(gòu)造。在這種情況下，所述的磁阻層堆14具有一種材料，在該材料中可以通過一種磁場或者也可以通過一種溫度變化來感應(yīng)出一種結(jié)構(gòu)變化(Jahn-Teller效應(yīng))，其中這種結(jié)構(gòu)變化促使材料從導(dǎo)體或金屬變?yōu)榻^緣體的電氣過渡。由此電阻的變化能夠具有大于100％的電阻變化。此外“PulverMagnetowiderstande，粉末磁阻”(“PMR”或者“PowderMagnetoresistance，粉末磁阻”)也可以理解為是這種CMR材料，其中在單個顆粒磁粒子之間利用不同的磁化產(chǎn)生磁阻。
在所述的硬磁層12上優(yōu)選地放置有鐵磁交換耦合的、薄的軟磁層13。在此利用了在一個確定的磁厚度范圍中所述的軟磁層13不但保證了增大的矯頑力，而且保證了所述層布置15的雜散磁場值的增大。相對于純硬磁層的同樣層厚，所述的軟磁層13尤其對應(yīng)于所述軟磁層13的高飽和磁化而成過比例地增大了雜散場的值。
這使得，在所產(chǎn)生的雜散場相同并且矯頑力相同或更高的情況下，所述具有鐵磁的、但還具有軟磁層11和硬磁層12的層布置15被實施得比具有相應(yīng)參數(shù)的純硬磁層更薄。所述的如此被減小的厚度增大了所述層布置15的電阻，并且從而增大了磁阻層堆14中的GMR效應(yīng)或AMR效應(yīng)，這在測定從外部對此產(chǎn)生影響的磁場時，還導(dǎo)致了層系統(tǒng)5的敏感性的改善。
另外，硬磁層12的相對昂貴的硬磁材料相對于軟磁層13的相對便宜的軟磁層材料是一個重要的價格因素，也即，層布置15的生產(chǎn)造價通過使用軟磁層13而降低。此外，軟磁層13在施加外部交變磁場的情況下防止了硬磁層12的去磁。
根據(jù)附圖2，軟磁層13優(yōu)選地由諸如Co90Fe10的CoFe合金、Co、Fe、Ni、諸如Fe18Ni81的FeNi合金以及包含這些材料的磁合金構(gòu)成，具有1nm至50nm的厚度，如前所述，通過該厚度可以調(diào)節(jié)所述層布置15的特性，該軟磁層位于所述硬磁層12之上或之下。所述的軟磁層13優(yōu)選地具有1nm至10nm的厚度。所述的硬磁層優(yōu)選地含有諸如Co75Cr13Pt12的CoCrPt合金、諸如Co80Sm20的CoSm合金、諸如Co80Cr20的CoCr合金、諸如Co84Cr13Ta3的CoCrTa合金、諸如Co50Pt50的CoPt合金或者諸如Fe50Pt50的FePt合金。所述硬磁層12的厚度優(yōu)選地介于20nm與100nm之間。
所述的軟磁層13優(yōu)選地位于所述的磁阻層堆14與所述的硬磁層12之間。
針對于借助附圖2所解釋的例子，也可以選擇設(shè)置多個尤其不同組合的和/或不同厚度的軟磁層13，其中該軟磁層位于所述硬磁層12之下，或者對應(yīng)于附圖2優(yōu)選地位于所述硬磁層12之上，并且優(yōu)選地具有介于1nm至50nm之間的厚度，尤其是1nm-10nm，并且由上述材料構(gòu)成。另外所述的層布置15也可以由具有對應(yīng)于附圖2的層對的、多個軟磁層13和硬磁層12的多重放置來進行構(gòu)造。
這些變化方案的共同之處在于，所述的鐵磁耦合的軟磁層13和硬磁層12經(jīng)常作為雙層或多層放置在所述磁阻層堆14的附近。
前述的層布置15放置在所述層堆14之下或之上由于可以尤其簡單地實現(xiàn)而具有技術(shù)優(yōu)勢。所述的層布置15然而也可以選擇設(shè)置在層堆14附近的一面或兩面，或者也可以集成在層堆14中。
附圖1示出了第一磁化曲線1，也即以磁場為函數(shù)的、單獨硬磁層的磁化強度；其上涂有薄軟磁層的所述硬磁層的第二磁化曲線2；以及其上涂有比曲線2更厚的軟磁層的所述硬磁層的第三磁化曲線3。所述的磁化在此是磁距的和，也即，高的磁化意味著高的雜散場的場強。
由附圖1得出，所述的層布置15按軟磁層的層厚度選擇而具有比純硬磁層12更大的矯頑力和更大的剩磁。這是基于，所述的軟磁層13由于其構(gòu)成材料的大磁矩而產(chǎn)生了相對大的雜散場，并且所述軟磁層13與硬磁層12的耦合使得該大磁矩對準(zhǔn)所述的硬磁層12的磁化方向。由此共同產(chǎn)生了大場強的雜散場。
權(quán)利要求
1.磁阻層系統(tǒng)，其中在尤其根據(jù)GMR或AMR效應(yīng)工作的磁阻層堆(14)的周圍設(shè)置有一種層布置(15)，該層布置產(chǎn)生了作用于所述磁阻層堆(14)的磁場，并且其中所述的層布置(15)至少具有一個硬磁層(12)和一個軟磁層(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁阻層系統(tǒng)，其特征在于，所述的硬磁層(12)和所述的軟磁層(13)是鐵磁交換耦合的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁阻層系統(tǒng)，其特征在于，所述的層布置(15)設(shè)置在所述層堆(14)之上和/或之下和/或旁邊。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的磁阻層系統(tǒng)，其特征在于，所述的層布置(15)具有多個軟磁層(13)和硬磁層(12)，這些磁層尤其可組合成具有一個硬磁層(12)和一個與之相鄰的軟磁層(13)的層對。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的磁阻層系統(tǒng)，其特征在于，所述的軟磁層(13)由CoFe合金、Co、Fe、Ni、FeNi合金以及包含這些材料的磁合金構(gòu)成。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的磁阻層系統(tǒng)，其特征在于，所述的軟磁層(13)具有1nm至50nm、尤其是1nm至10nm之間的厚度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的磁阻層系統(tǒng)，其特征在于，所述的硬磁層(12)由CoCrPt合金、CoSm合金、CoCr合金、CoCrTa合金、CoPt合金或者FePt合金構(gòu)成。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的磁阻層系統(tǒng)，其特征在于，所述的硬磁層(12)具有20nm至100nm之間的厚度。
9.尤其用于探測磁場強度和/或方向的傳感器元件，具有根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的磁阻層系統(tǒng)(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁阻層系統(tǒng)，其中在尤其根據(jù)GMR或AMR效應(yīng)工作的磁阻層堆(14)的周圍設(shè)置有一種層布置(15)，該層布置產(chǎn)生作用于所述磁阻層堆(14)的磁場，并且其中所述的層布置(15)至少具有一個硬磁層(12)和一個軟磁層(13)。另外還涉及了尤其用于探測磁場強度和/或方向的、具有這種磁阻層系統(tǒng)(5)的傳感器元件。
文檔編號H01L43/08GK1623100SQ03802768
公開日2005年6月1日 申請日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
發(fā)明者H·西格勒, M·拉貝, U·邁 申請人:羅伯特-博希股份公司