DE102018106002B4

DE102018106002B4 - Element mit magnetoresistivem Effekt

Info

Publication number: DE102018106002B4
Application number: DE102018106002.5A
Authority: DE
Inventors: Kenzo Makino; Suguru Watanabe; Yasushi Nishioka; Hirokazu Takahashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-04-10
Filing date: 2018-03-15
Publication date: 2024-12-19
Anticipated expiration: 2038-03-16
Also published as: DE102018106002A1; JP2018181996A; CN108695432A; US11209504B2; CN108695432B; JP6586974B2; US20200300942A1; US10718828B2; US20180292472A1

Abstract

Verwendung eines Elements mit magnetoresistivem Effekt (1 oder 1A) für einen Magnetsensor, wobei das Element mit magnetoresistivem Effekt (1 oder 1A) aufweist:
eine Schicht mit freier Magnetisierung (4), die sich entlang einer ersten Ebene erstreckt;
eine Zwischenschicht (3), die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Schicht mit freier Magnetisierung (4) gestapelt ist; und
eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung (2), die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf einer Seite gegenüber der Schicht mit freier Magnetisierung (4) bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht (3) zwischen ihnen angeordnet ist,
wobei die Schicht mit freier Magnetisierung (4) umfasst:
einen flachen Teil (R1), der eine im Wesentlichen konstante erste Dicke (T1) hat, und
einen geneigten Teil (R2), der eine Endfläche (41) umfasst, wobei der geneigte Teil (R2) eine zweite Dicke (T2) hat, die mit einer Beabstandung von dem flachen Teil (R1) abnimmt, und
wobei die Schicht (4) mit freier Magnetisierung den folgenden bedingenden Ausdruck (Ausdr. 1) erfüllt:

L 2 * {(L 1)}^{2} \geq 0,4 μ m^{3}

wobei
L1 eine Länge des flachen Teils (R1) der Schicht mit freier Magnetisierung (4) entlang der ersten Ebene bezeichnet, und
L2 eine Länge des geneigten Teils (R2) der Schicht mit freier Magnetisierung (4) entlang der ersten Ebene bezeichnet.

Description

HINTERGRUND
Die Offenbarung betrifft ein Element mit magnetoresistivem Effekt, das eine Schicht mit freier Magnetisierung umfasst.
Als Magnetfelderfassungsvorrichtung, die ein externes Magnetfeld erfasst, ist eine Magnetfelderfassungsvorrichtung bekannt, bei der ein Hall-Element oder ein Element mit magnetoresistivem Effekt zum Einsatz kommt. Hierzu wird zum Beispiel auf die Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2008/ 146 809 A1 Bezug genommen. Aus der US 6 667 493 B2 ist ein Dünnfilm-Magnetelement bekannt. Aus der US 6 987 652 B2 ist ein magnetoresistives Element bekannt.
DARSTELLUNG
Es besteht Bedarf an einer Verbesserung der Genauigkeit bei der Erfassung eines Magnetfelds in einer Magnetfelderfassungsvorrichtung.
Es ist gewünscht, ein Element mit magnetoresistivem Effekt bereitzustellen, das eine Schicht mit freier Magnetisierung mit einem kleineren Sättigungsmagnetfeld umfasst.
Ein Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst: eine Schicht mit freier Magnetisierung, die sich entlang einer ersten Ebene erstreckt; eine Zwischenschicht, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Schicht mit freier Magnetisierung gestapelt ist; und eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf einer Seite gegenüberliegend der Schicht mit freier Magnetisierung bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht zwischen diesen angeordnet ist. Hierbei umfasst die Schicht mit freier Magnetisierung eine Endfläche, die einen maximalen Neigungswinkel von 42° oder weniger gegenüber der ersten Ebene hat.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um ein weiteres Verständnis der Offenbarung zu bieten, und sind in dieser Schrift aufgenommen und bilden einen Teil dieser Schrift. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Offenbarung.

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Gesamtkonfiguration einer Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt, die ein Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst.
2 ist eine schematische Darstellung einer Gesamtkonfiguration einer Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt, die ein Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst.
3A ist eine schematische Querschnittsansicht einer in 1 dargestellten Schicht mit freier Magnetisierung, mit einem Magnetisierungszustand.
3B ist eine schematische Querschnittsansicht einer Schicht mit freier Magnetisierung als ein Referenzbeispiel mit einem Magnetisierungszustand.
4A ist eine erste schematische Draufsicht der in 3B dargestellten Schicht mit freier Magnetisierung, mit einem Magnetisierungszustand;
4B ist eine zweite schematische Draufsicht der in 3B dargestellten Schicht mit freier Magnetisierung, mit einem Magnetisierungszustand;
4C ist eine dritte schematische Draufsicht der in 3B dargestellten Schicht mit freier Magnetisierung, mit einem Magnetisierungszustand;
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Gesamtkonfiguration einer Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt, die ein Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einem Modifizierungsbeispiel umfasst;
6A ist ein Kennliniendiagramm, dass eine Beziehung zwischen einem maximalen Neigungswinkel einer Endfläche und einem Winkelfehler im Versuchsbeispiel 1 darstellt;
6B ist ein Kennliniendiagramm, dass eine Beziehung zwischen einem maximalen Neigungswinkel einer Endfläche und einem Winkelfehler im Versuchsbeispiel 2 darstellt;
7A ist ein Kennliniendiagramm, dass eine Beziehung zwischen einer Schichtdicke einer Schicht mit freier Magnetisierung und einem Sättigungsmagnetfeld der Schicht mit freier Magnetisierung in Versuchsbeispiel 3 darstellt;
7B ist ein Kennliniendiagramm, dass eine Beziehung zwischen einer Schichtdicke einer Schicht mit freier Magnetisierung und einer Widerstandsänderungsrate der Schicht mit freier Magnetisierung in Versuchsbeispiel 4 darstellt;
7C ist ein Kennliniendiagramm, dass eine Beziehung zwischen einer Länge einer Schicht mit freier Magnetisierung und einem Sättigungsmagnetfeld der Schicht mit freier Magnetisierung in Versuchsbeispiel 5 darstellt;
8 ist ein Kennliniendiagramm, dass eine Beziehung zwischen einer jeweiligen Länge eines flachen Teils und eines geneigten Teils einer Schicht mit freier Magnetisierung und einem Sättigungsmagnetfeld der Schicht mit freier Magnetisierung in Versuchsbeispiel 6 darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Einige Ausführungsformen der Offenbarung werden untenstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Ferner sind Elemente in den folgenden Ausführungsbeispielen, die nicht in einem allgemeingültigsten unabhängigen Anspruch der Technologie enthalten sind, optional und können bedarfsgerecht vorgesehen sein. Die Zeichnungen sind schematisch und sollen nicht als maßstabgetreu betrachtet werden. Es wird angemerkt, dass die gleichwertigen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, und eine redundante Beschreibung dieser Elemente nicht ausführlich beschrieben wird. Es wird angemerkt, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge erfolgt.

1. Ein Ausführungsbeispiel
2. Versuchsbeispiele
3. Andere Modifizierungsbeispiele

[1. Ein Ausführungsbeispiel]
[Ausgestaltung einer Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt]
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung. Die Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt kann zum Beispiel ein Element 1 mit magnetoresistivem Effekt, eine obere Elektrode 5, und eine untere Elektrode 6 umfassen.
Die Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt kann zum Beispiel die Anwesenheit oder Abwesenheit eines externen Magnetfelds und eine Stärke des externen Magnetfelds erfassen. Bei dem externen Magnetfeld kann es sich um ein Magnetfeld zur Zielerfassung handeln, das die Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt selbst beeinflusst. Die Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt kann zum Beispiel an einem elektronischen Kompass, einem Winkelerfassungssensor, oder jedweder anderen Vorrichtung montiert sein, welche die Anwesenheit oder Abwesenheit und die Stärke des externen Magnetfelds erfasst. Eine Richtung, in der das externe Magnetfeld angelegt wird, kann zum Beispiel eine X-Achsenrichtung sein.
Die obere Elektrode 5 und die untere Elektrode 6 können ein Paar von Elektroden sein, die sich jeweils sowohl in der X-Achsenrichtung als auch in einer Y-Achsenrichtung erstrecken. Die obere Elektrode 5 und die untere Elektrode 6 können bereitgestellt sein, so dass das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt in einer Richtung, in der die Schichten gestapelt sind (z.B. in einer Z-Achsenrichtung) zwischen ihnen angeordnet ist. Die Schichten können das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt ausbilden. Mit anderen Worten können die obere Elektrode 5 und die untere Elektrode 6 dazu dienen, einen Signalstrom an das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt in einer Richtung zuzuführen, die eine Fläche jeder der Schichten schneidet, die das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt bilden. Die Schnittrichtung kann zum Beispiel eine Richtung sein, die senkrecht zu der Oberfläche von jeder der Schichten ist (also eine Dickenrichtung), die das Element mit magnetoresistivem Effekt 1 bilden. In einer Ausführungsform können die obere Elektrode 5 und die untere Elektrode 6 jeweils zum Beispiel durch einen Einschichtfilm oder einen Stapelschichtfilm gebildet sein. Der Einzelschichtfilm kann als Hauptbestandteil Aluminium (Al), Tantal (Ta), Kupfer (Cu), Gold (Au), eine Gold-Kupfer-Legierung (AuCu) oder Ruthenium (Ru) enthalten. Der Stapelschichtfilm kann durch zwei oder mehr gestapelte Einschichtfilme gebildet sein, die jeweils das obige Material als Hauptbestandteil enthalten. Es wird angemerkt, dass eine X-Y-Ebene ein konkretes Beispiel ist, das einer „ersten Ebene“ der Offenbarung entspricht.
Das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt kann einen Schichtkörper umfassen, in dem zum Beispiel eine Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung, eine Zwischenschicht 3, und eine Schicht 4 mit freier Magnetisierung nacheinander auf der unteren Elektrode 6 gestapelt sind.
Die Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung kann zum Beispiel ein ferromagnetisches Material als Hauptmaterial enthalten, und ihre Magnetisierungsrichtung ist in im Wesentlichen einer Richtung festgelegt. In einer Ausführungsform können Beispiele des ferromagnetischen Materials, das in der Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung enthalten ist, ein Material mit High-Spin Polarisierbarkeit umfassen, wie zum Beispiel eine einfache Substanz, die Eisen (Fe), Kobalt (Co), und Nickel (Ni) umfasst, sowie eine Nickel-EisenLegierung, eine Eisen-Kobalt-Legierung, und eine Eisen-Kobalt-Bor (B) Legierung. Die Auswahl eines solchen Materials mit High-Spin Polarisierbarkeit ermöglicht die Erzielung einer hohen magnetoresistiven Änderungsrate in dem Element 1 mit magnetoresistivem Effekt.
Ferner können Beispiele des ferromagnetischen Materials, das die Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung bildet, Kobalt (CO), eine Kobalt-Chrom-basierte Legierung (Co-Cr-basiert), eine Kobalt (CO) Multischicht, eine Kobalt-Chrom-Platin-basierte (Co-Cr-Pt-basierte) Legierung, eine Eisen-Platin-basierte (Fe-Pt-basierte) Legierung, eine Samarium-Kobalt-basierte (Sm-Co-basierte) Legierung umfassend ein Seltenerdelement und eine Terbium-Eisen-Kobalt-basierte (Tb-Fe-Co-basierte) Legierung umfassend ein Seltenerdelement umfassen. Die Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung, die das ferromagnetische Material als Hauptbestandteil enthält, hat eine Magnetisierung, die entlang einer Normalrichtung einer Filmoberfläche festgelegt ist. Beispiele des ferromagnetischen Materials, das die Schicht mit festgelegter Magnetisierung 2 mit der Magnetisierung, die entlang der Normalrichtung der Filmoberfläche festgelegt ist, ausbildet, können, neben den oben genannten, einen Kobalt/Platin (Co/Pt) Kunstgitterfilm, einen Kobalt/Palladium (Co/Pd) Kunstgitterfilm, einen Eisen/Palladium (Fe/Pd) Kunstgitterfilm, und Eisen-Bor (FeB) umfassen. Die Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung kann auch eine heuslersche Legierung als Hauptmaterial enthalten. Die Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung kann zum Beispiel eine Filmdicke von etwa 1 nm bis etwa 10 nm haben. Um die Magnetisierung 2 der Schicht mit festgelegter Magnetisierung zu stabilisieren, kann ferner eine antiferromagnetische Schicht bereitgestellt sein, so dass sie eine Oberfläche der Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung, gegenüber der Zwischenschicht 3, berührt. In einer alternativen Ausführungsform kann eine magnetische Anisotropie, die durch eine Kristallstruktur oder eine Form verursacht wird, dazu verwendet werden, die Magnetisierung der Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung zu stabilisieren. Beispiele eines Bestandteiles einer solchen antiferromagnetischen Schicht können Eisenoxid (FeO), Kobaltoxid (CoO), Nickel(II)-oxid (NiO), Chalkopyrit (CuFeS₂), Iridiummangan (IrMn), Eisenmangan (FeMn), Platinmangan (PtMn), Chrom (Cr), und Mangan (Mn) umfassen.
Die Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung kann eine synthetische Struktur haben die ein Paar von ferromagnetischen Filmen und einen nicht-magnetischen, elektrisch-leitfähigen Film zwischen diesen umfasst, bei dem das Paar von ferromagnetischen Filmen antiferromagnetischen aneinandergekoppelt ist. In diesem Fall kann die Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung eine selbst-festgelegte Struktur haben bei der die Magnetisierung der Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung stabilisiert wird, ohne eine antiferromagnetische Schicht zu verwenden, indem die jeweiligen Dicken des Paars von ferromagnetischen Filmen und die Dicke des zwischen ihnen angeordneten, nicht-magnetischen, elektrisch-leitfähigen Films angepasst wird.
Die Zwischenschicht 3 kann zwischen der Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung und der Schicht 4 mit freier Magnetisierung angeordnet sein. Das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt erfährt einen magnetoresistiven Effekt durch eine Interaktion zwischen der Magnetisierung der Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung und der Magnetisierung der Schicht 4 mit freier Magnetisierung über die Zwischenschicht 3. Die Zwischenschicht 3 kann durch eine Schicht gebildet sein, die einen elektrischen Leiter, einen Isolator oder einen Halbleiter umfasst. In einer alternativen Ausführungsform kann die Zwischenschicht 3 eine Schicht (also eine Stromsperrschicht) umfassen, die in einem Isolator einen elektrisch leitfähigen Punkt umfasst, der durch einen Leiter gebildet wird.
Beispiele eines nicht-magnetischen, elektrisch leitfähigen Materials, das an der Zwischenschicht 3 aufgebracht werden soll, können Kupfer (Cu), Silber (Ag), Gold (Au) und Ruthenium (Ru) umfassen. In einem Fall, bei dem die Zwischenschicht 3 durch ein solches nicht-magnetisches, elektrisch-leitfähiges Material gebildet wird, zeigt das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt einen Riesenmagnetowiderstand (GMR-Effekt). In diesem Fall kann die Filmdicke der Zwischenschicht 3 zum Beispiel auf etwa 0,5 nm bis etwa 3,5 nm eingestellt sein.
Beispiele eines nicht-magnetischen, isolierenden Materials, das auf die Zwischenschicht 3 aufzubringen ist, können Aluminiumoxid (Al₂O₃) und Magnesiumoxid (MgO) umfassen. In einem Fall, bei dem die Zwischenschicht 3 durch ein solches nicht-magnetisches, isolierendes Material ausgebildet ist, zeigt das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt einen TMR-Effekt. In diesem Fall kann die Filmdicke der Zwischenschicht 3 derart eingestellt sein, dass sie einen kohärenten Tunneleffekt zwischen der Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung und der Schicht 4 mit freier Magnetisierung zeigt. Die Filmdicke der Zwischenschicht 3 kann zum Beispiel auf etwa 0,5 nm bis etwa 3,5 nm eingestellt sein.
Beispiele eines nicht-magnetischen Halbleitermaterials, das an der Zwischenschicht 3 aufzubringen ist, können Zinkoxid (ZnO), Indium (III)-Oxid (In₂O₃), Zinndioxid (SnO₂), Indiumzinnoxid (ITO), Galliumoxid (GaO_x), und Galliumoxid (Ga₂O_x) umfassen. In diesem Fall kann die Filmdicke der Zwischenschicht 3 zum Beispiel auf etwa 1,0 nm bis etwa 4,0 nm in einer Ausführungsform eingestellt sein.
In einer Ausführungsform kann die Stromsperrschicht, die auf der Zwischenschicht 3 aufzubringen ist, eine Struktur haben, die mit dem elektrisch-leitfähigen Punkt versehen ist, der durch einen Leiter in dem nicht-magnetischen Isolator wie zum Beispiel aus Al₂O₃ oder MgO ausgebildet wird. Beispiele des Leiters können Kobalteisen (CoFe), Kobalt-Eisen-Bor (CoFeB), Kobalt-Eisen-Silizium (CoFeSi), Kobalt-Mangan-Germanium (CoMnGe), Kobalt-Mangan-Silizium (CoMnSi), Kobalt-Mangan-Aluminium (CoMnAl), Eisen, (Fe), Kobalt (Co), Gold (Au), Kupfer (Cu), Aluminium (Al) und Magnesium (Mg) umfassen. In diesem Fall kann die Filmdicke der Zwischenschicht 3 in einer Ausführungsform auf zum Beispiel etwa 0,5 nm bis etwa 2,0 nm eingestellt sein.
Die Schicht 4 mit freier Magnetisierung hat eine Magnetisierungsrichtung, die in Abhängigkeit von einem extern angelegten Magnetfeld oder einem spin-polarisierten Elektron variiert. Die Schicht 4 mit freier Magnetisierung kann durch ein ferromagnetisches Material ausgebildet werden. Beispiele des ferromagnetischen Materials, das die Schicht 4 mit freier Magnetisierung bildet, können Nickel-Eisen (NiFe), Kobalteisen (CoFe), Kobalt-Eisen-Bor (CoFeB), Kobalt-Eisen-Silizium (CoFeSi), Kobalt-Mangan-Germanium (CoMnGe), Kobalt-Mangan-Silizium (CoMnSi), Kobalt-Mangan-Aluminium (CoMnAl), umfassen. In einem Fall, bei dem ein solches ferromagnetisches Material als Hauptbestandteil enthalten ist, hat die Schicht 4 mit freier Magnetisierung eine Achse leichter Magnetisierung entlang einer Innerfilm-Flächenrichtung. Die Schicht 4 mit freier Magnetisierung kann zum Beispiel eine Dicke von etwa 1 nm bis etwa 20 nm haben. Die Schicht 4 mit freier Magnetisierung kann in einer Ausführungsform eine Dicke in einem Bereich von 6 nm bis 13 nm haben.
Wie in 2 dargestellt umfasst die Schicht 4 mit freier Magnetisierung eine Endfläche 41, die einen maximalen Neigungswinkel θ2 von 42° oder weniger gegenüber der X-Y-Ebene hat. Ferner hat die Endfläche 41 einen minimalen Neigungswinkel θ1 von 25° oder weniger gegenüber der X-Y-Ebene. In einem konkreten Beispiel hat die Endfläche 41 den minimalen Neigungswinkel θ1 von 25° oder weniger (≤ 25°) gegenüber der X-Y-Ebene an einer Position P1. Bei der Position P1 kann es sich um eine Position handeln, an der die Endfläche 41 und eine Bodenfläche 42 einander schneiden. Die Endfläche 41 hat den maximalen Neigungswinkel θ2 von 42° oder weniger (≤ 42°) gegenüber der X-Y-Ebene an einer Position P2. Die Position P2 kann eine Position sein, an der die Endfläche 41 und eine obere Fläche 43 einander schneiden. Ferner umfasst die Schicht mit freier Magnetisierung 4 außerdem einen flachen Teil R1, der eine im wesentlichen konstante Dicke T1 hat, und einen geneigten Teil R2, der die Endfläche 41 umfasst und eine Dicke T2 hat. Die Dicke T2 nimmt mit dem Abstand zu dem flachen Teil R1 ab. 2 ist eine schematische Darstellung, die eine Querschnittsform eines Teils des Elements mit magnetoresistivem Effekt darstellt, das in 1 dargestellt ist. In einem Fall, bei dem das flache Teil R1 zum Beispiel eine Länge L1 von 6 µm oder weniger in einer Richtung des Erfassungszielmagnetfelds entlang der X-Y-Ebene hat, beispielsweise in der X-Achsenrichtung, werden Effekte der Neigung der Endfläche 41 der Schicht 4 mit freier Magnetisierung wie später beschrieben deutlich.
Die Schicht 4 mit freier Magnetisierung erfüllt den folgenden bedingenden Ausdruck (Ausdr. 1): $L 2 * {(L 1)}^{2} \geq 0.4$
wobei L1 eine Länge des flachen Teils R1 der Schicht 4 mit freier Magnetisierung entlang der X-Y-Ebene darstellt, und L2 eine Länge des geneigten Teils R2 der Schicht 4 mit freier Magnetisierung entlang der X-Y-Ebene darstellt.
Die Schicht 4 mit freier Magnetisierung kann ferner die Bodenfläche 42, die sich entlang der X-Y-Ebene erstreckt und der Zwischenschicht 3 zugewandt ist, und die obere Fläche 43 umfassen, die sich entlang der X-Y-Ebene erstreckt und gegenüber der Zwischenschicht 3 positioniert ist. Ein Teil der Endfläche 41, zwischen der Position P1 und der Position P2 kann gegenüber einer Position auf einer geraden Linie L12 vertieft sein, die die Position P1 und die Position P2 in einer X-Z-Ebene verbindet, welche orthogonal zu der X-Y-Ebene ist, wie in 2 dargestellt. Die Position P1 kann eine Position sein, an der die Endfläche 41 und die Bodenfläche 42 einander schneiden, und die Position P2 kann eine Position sein, an der die Endfläche 41 und die obere Fläche 43 einander schneiden. Mit anderen Worten kann die Endfläche eine gegenüber der Außenseite konkave Form haben. Die Endfläche 41 mit einer derartigen konkaven Form bewirkt, dass ein Neigungswinkel nahe der Position P1, der Endfläche 41, nahe der Zwischenschicht 3, kleiner als ein Neigungswinkel eines anderen Teils (z.B. nahe der Position P2) der Endfläche 41 ist. Daher wird es möglich, die Hysterese einer Ausgabe wirksamer zu verringern, die durch die Formanisotropie der Schicht 4 mit freier Magnetisierung nahe der Zwischenschicht 3 bewirkt wird.
Eine Deckschicht, eine Keimschicht, oder eine Pufferschicht können zwischen der oberen Elektrode 5 und dem Element 1 mit magnetoresistiven Effekt sowie zwischen der unteren Elektrode 6 und dem Element 1 mit magnetoresistivem Effekt angeordnet sein. Beispiele von jeder der Deckschicht, der Keimschicht, und der Pufferschicht können zum Beispiel einen Einschichtfilm aus Ruthenium (Ru), Tantal (Ta), Kupfer (Cu), oder Chrom (Cr) umfassen, und einen Film mit gestapelten Schichten, gebildet durch eine Vielzahl von gestapelten Einschichtfilmen. In einer Ausführungsform kann jede der Deckschicht, der Keimschicht, und der Pufferschicht eine Filmdicke von etwa 1 nm bis etwa 20 nm haben.
1 stellt einen Fall dar, bei dem das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt eine Kegelstumpfform hat und die Schicht 4 mit freier Magnetisierung eine kreisrunde Form (also eine ebene Form) entlang der X-Y-Ebene hat. Die ebene Form der Schicht 4 mit freier Magnetisierung kann zum Beispiel ebenfalls eine elliptische Form oder eine viereckige Form sein.
[Funktionsweise und Wirkungen der Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt]
Nun erfolgt eine Beschreibung der Funktionsweise und Wirkungen der Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt unter Bezugnahme auf die 3A und 3B sowie die 4A bis 4C. 3A ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Umgebung der Endfläche 41 der Schicht 4 mit freier Magnetisierung in dem Element 1 mit magnetoresistivem Effekt, und zeigt schematisch die Verteilung der Stärke der Magnetisierung und eine Richtung der Magnetisierung entlang des X-Z-Querschnitts. 3B ist eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Umgebung einer Endfläche 141 einer Schicht 104 mit freier Magnetisierung, als Referenzbeispiel, mit einer konstanten Dicke. Die 4A bis 4C zeigen jeweils schematisch eine Verteilung der Stärke der Magnetisierung und eine Richtung der Magnetisierung in der X-Y-Ebene der Schicht 104 mit freier Magnetisierung als Referenzbeispiel. In den 3A und 3B sowie in den 4A bis 4C gibt eine Länge eines Pfeils eine Stärke der Magnetisierung an, und eine Richtung des Pfeils gibt eine Richtung der Magnetisierung an.
Die Vorrichtung mit magnetoresistivem Effekt kann zum Beispiel mit einem Vormagnetisierungsfeld Hb verwendet werden, das in der +X-Richtung angelegt wird. Die 3B und 4A veranschaulichen jeweils die Schicht 104 mit freier Magnetisierung in der X-Y-Ebene mit einem Zustand der Magnetisierung, zum Beispiel in einem Fall, bei dem nur das Vormagnetisierungsfeld Hb in der +X-Richtung angelegt wird und ein Erfassungszielmagnetfeld Hs gleich Null (0) ist. In diesem Fall hat die Schicht 104 mit freier Magnetisierung als Haupt-Magnetisierungskomponente eine Magnetisierung M1 in im Wesentlichen der gleichen Richtung (+X-Richtung) wie jene der Vormagnetisierungsfelds Hb. Die Haupt-Magnetisierungskomponente kann auch als Gesamtsumme aller Spins in der Schicht 104 mit freier Magnetisierung betrachtet werden. Jedoch bestehen in beiden Enden R102 und R103 in der X-Achsenrichtung zum Beispiel Magnetisierungen M2 (M2A bis M2D) und Magnetisierungen M3 (M3A bis M3D) entlang der Endfläche 141 aufgrund der Formanisotropie der Schicht 104 mit freier Magnetisierung. In 4A haben die Magnetisierungen M2A bis M2D im Wesentlichen die gleichen Größen wie jene der Magnetisierungen M3A bzw. M3D. Die Magnetisierungen M2A, M2B, M3C und M3D sind im Wesentlichen in der +Y-Richtung ausgerichtet, und die Magnetisierungen M2C, M2D, M3A und M3B sind im Wesentlichen in der -Y-Richtung ausgerichtet.
Wenn das Erfassungszielmagnetfeld Hs zum Beispiel in der +Y-Richtung angelegt wird, wird die Magnetisierung M1, die in der +X-Richtung ausgerichtet ist, leicht in der +Y-Richtung geneigt, wie in 4B dargestellt. Ferner werden die Magnetisierung M2C und die Magnetisierung M3B, die jeweils im Wesentlichen in der -Y-Richtung ausgerichtet sind, umgekehrt, um im Wesentlichen in der +Y-Richtung ausgerichtet zu sein. Wenn danach die Anlegung des Erfassungszielmagnetfelds H1 gestoppt wird, kehrt die Magnetisierung M1, die leicht hin zu der +Y-Richtung gegenüber der +X-Richtung geneigt ist, wieder zu der +X-Richtung entlang des Vormagnetisierungsfelds Hb zurück, wie in 4C dargestellt. Jedoch kann es einen Fall geben, bei dem die Magnetisierung M2C und die Magnetisierung M3B im Wesentlichen in der +Y-Richtungen ausgerichtet gehalten werden. In diesem Fall beeinflussen die Magnetisierung M2C und die Magnetisierung M3B eine Richtung einer Gesamtmagnetisierung der Schicht 104 mit freier Magnetisierung als Magnetisierungskomponenten, die dem Erfassungszielmagnetfeld Hs nicht folgen, was zu einem Fehler in einem Ausgangssignal führt.
Entsprechend ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Ende der Schicht mit freier Magnetisierung 4 als das Neigungsteil R2 eingestellt, und eingerichtet, um in seiner Dicke mit kleinerem Abstand zu einem Spitzenteil R21 immer dünner zu werden, wie in 3A dargestellt. Jedoch hat die Schicht 104 mit freier Magnetisierung als Referenzbeispiel, das in 3B dargestellt ist, eine im Wesentlichen konstante Dicke bis zu einer Endfläche 141. Dies bewirkt, dass mehr Magnetisierung M2 (oder M3), die in einer Richtung ausgerichtet ist, die sich von jener des Vormagnetisierungsfelds Hb unterscheidet, in dem Ende R102 (oder R103) nahe der Endfläche 141 vorhanden ist. Hingegen umfasst die Schicht 4 mit freier Magnetisierung des vorliegenden Ausführungsbeispiels das geneigte Teil R2 an seinem Ende, wodurch eine Verringerung in einer durch die Formanisotropie zu beeinflussenden Fläche ermöglicht wird. Dies ermöglicht es, die Rate der Magnetisierung M2 (oder M3), die in der gesamten Schicht 4 mit freier Magnetisierung vorhanden ist, zu verringern, verglichen mit der Rate der Magnetisierung M2 (oder M3), die in der Schicht 104 mit freier Magnetisierung vorhanden ist. Im Ergebnis wird es möglich, dass das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt umfassend die Schicht mit freier Magnetisierung 4 die Magnetisierungskomponente verringert, die dem Erfassungszielmagnetfeld Hs nicht folgt, verglichen mit dem Fall, bei dem die Schicht 104 mit freier Magnetisierung umfasst ist, wodurch eine Verringerung in dem Fehler in einem Ausgangssignal ermöglicht wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst die Schicht 4 mit freier Magnetisierung daher eine Endfläche 41, die gegenüber der X-Y-Ebene, in der sich die Schicht 4 mit freier Magnetisierung erstreckt, geneigt ist. Dies mildert den Einfluss der Formanisotropie der Schicht 4 mit freier Magnetisierung, wodurch es möglich wird, die magnetostatische Energie der Endfläche 41 zu verringern und daher eine Magnetisierungsmenge, die nahe der Endfläche 41 positioniert ist, die weniger wahrscheinlich dem Erfassungsmagnetfeld Hs folgt, zu verringern. Im Ergebnis wird es möglich, ein kleineres Sättigungsmagnetfeld in der Schicht 4 mit freier Magnetisierung zu erzielen, und daher den Fehler in einem Ausgangssignal zu verringern, das von dem Element 1 mit magnetoresistivem Effekt zugeführt wird. Insbesondere in einem Fall, bei dem das flache Teil R1 eine Länge von 6 µm oder weniger, wie in 1 dargestellt, in einer Richtung des Erfassungszielmagnetfelds entlang der X-Y-Richtung hat, beispielsweise in der X-Achsenrichtung, werden die oben beschriebenen Wirkungen der Neigung der Endfläche 41 der Schicht 4 mit freier Magnetisierung deutlich.
Ferner erfüllt in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schicht 4 mit freier Magnetisierung den bedingenden Ausdruck (Ausdr. 1), wobei L1 eine Länge des flachen Teils R1 der Schicht 4 mit freier Magnetisierung entlang der X-Y-Ebene bezeichnet, und L2 eine Länge des geneigten Teils R2 der Schicht 4 mit freier Magnetisierung entlang der X-Y-Ebene bezeichnet. In einem solchen Fall wird es möglich, die Menge an Magnetisierung, positioniert nahe der Endfläche 41, die weniger wahrscheinlich dem Erfassungszielmagnetfeld H2 folgt, weiter zu verringern. Im Ergebnis wird es möglich, den Fehler in einem Ausgangssignal zu verringern, das von dem Element mit magnetoresistivem Effekt 1 zugeführt wird.
[2. Versuchsbeispiele]
[Versuchsbeispiel 1]
Als nächstes erfolgte eine Untersuchung hinsichtlich des Elements 1 mit magnetoresistivem Effekt gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel bezüglich einer Beziehung zwischen dem maximalen Neigungswinkel θ2 der Endfläche 41 und einem Winkelfehler eines Winkels eines Signalmagnetfelds mit vorgegebener Stärke. Der Winkelfehler des Winkels des Signalmagnetfelds mit vorgegebener Stärke soll bei Anlegung des Signalmagnetfelds an dem Element 1 mit magnetoresistivem Effekt erfasst werden. Die Ergebnisse dessen sind in 6A dargestellt. In 6A gibt die horizontale Achse den maximalen Neigungswinkel θ2 [in der Einheit Grad, also °] der Endfläche 41 der Schicht 4 mit freier Magnetisierung an, und die vertikale Achse gibt einen Winkelfehler [in der Einheit Grad, also °] des Signalmagnetfelds an, der durch das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt erfasst werden soll. In diesem Versuchsbeispiel wurde die Untersuchung der Stärke von jedem der Signalmagnetfelder bei vier Stufen von 20 mT, 21 mT, 22 mT, und 23 mT durchgeführt. Der maximale Neigungswinkel θ2 der Endfläche 41 wurde auf vier Stufen von 30°, 42°, 47° und 54° eingestellt. Die Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung hatte zum Beispiel eine gestapelte Struktur eines Paars eines Eisen-Kobalt (FeCo) Films und eines Ruthenium (Ru) Films, der zwischen dem Paar von Fe-Co Filmen angeordnet ist. Die Dicke der Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung wurde auf 5 nm eingestellt. Eine antiferromagnetische Schicht wurde ferner derart bereitgestellt, dass sie eine Oberfläche der Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung berührt, die der Zwischenschicht 3 gegenüberliegt. Magnesiumoxid (MgO) wurde als Bestandteil der Zwischenschicht 3 eingesetzt, und die Dicke der Zwischenschicht 3 wurde auf 3 nm festgelegt. Eisenkobalt (FeCo) und Nickeleisen (NiFe) wurden jeweils als Bestandteil der Schicht 4 mit freier Magnetisierung eingesetzt, und die Dicke der Schicht 4 mit freier Magnetisierung wurde auf 18 nm eingestellt.
Es wurde bestätigt, dass wie in 6A dargestellt, wenn der maximale Neigungswinkel θ2 der Endfläche 41 gleich 42° oder weniger beträgt, der Winkelfehler erfolgreich verringert wurde, unabhängig von der Stärke des Signalmagnetfelds.
[Versuchsbeispiel 2]
Als nächstes erfolgte eine Untersuchung hinsichtlich des Elements 1 mit magnetoresistivem Effekt gemäß dem vorgenannten Ausführungsbeispiel bezüglich einer Beziehung zwischen dem minimalen Neigungswinkel θ1 der Endfläche 41 und einem Winkelfehler eines Winkels eines Signalmagnetfelds mit vorgegebener Stärke. Der Winkelfehler des Winkels des Signalmagnetfelds mit vorgegebener Stärke ist bei Anlegung des Signalmagnetfelds an dem Element 1 mit magnetoresistivem Effekt zu erfassen. Die Ergebnisse dessen sind in 6B dargestellt. In 6B gibt die horizontale Achse den minimalen Neigungswinkel θ1 an [in der Einheit Grad, also °] der Endfläche 41 der Schicht 4 mit freier Magnetisierung, und die vertikale Achse gibt einen Winkelfehler [in der Einheit Grad, also °] des Signalmagnetfelds an, der durch das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt erfasst wird. In diesem Versuchsbeispiel waren die Versuchsbedingungen ähnlich wie jene des oben beschriebenen Versuchsbeispiels 1.
Es wurde bestätigt, wie in 6B dargestellt, dass wenn der minimale Neigungswinkel θs der Endfläche 41 25° oder weniger beträgt, der Winkelfehler erfolgreich verringert wurde, unabhängig von der Stärke des Signalmagnetfelds.
[Vergleichsbeispiel 3]
Als nächstes erfolgte eine Untersuchung hinsichtlich des Elements 1 mit magnetoresistivem Effekt gemäß dem vorgenannten Ausführungsbeispiel bezüglich einer Beziehung zwischen der Dicke T1 [in der Einheit nm] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung und einem Sättigungsmagnetfeld [in der Einheit mT] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung. Die Ergebnisse dessen sind in 7A dargestellt. In 7A gibt die horizontale Achse die Dicke T1 [in der Einheit nm] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung an, und die vertikale Achse gibt das Sättigungsmagnetfeld [in der Einheit mT] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung an. In diesem Versuchsbeispiel wurde der maximale Neigungswinkel θ2 der Endfläche 41 auf 31° eingestellt; der minimale Neigungswinkel θ1 der Endfläche 41 wurde auf 16° eingestellt; und die Dicke T1 wurde auf 7 nm, 13 nm, und 19 nm eingestellt. Abgesehen von diesen Bedingungen waren die Versuchsbedingungen ähnlich jenen des oben beschriebenen Versuchsbeispiels 1.
Es wurde bestätigt, wie in 7A dargestellt, dass wenn die Dicke T1 13 nm oder weniger beträgt, das Sättigungsmagnetfeld der Schicht 4 mit freier Magnetisierung erfolgreich auf 12 mT oder weniger verringert wurde.
[Versuchsbeispiel 4]
Als nächstes erfolgte eine Untersuchung hinsichtlich des Elements 1 mit magnetoresistivem Effekt gemäß dem vorgenannten Ausführungsbeispiel bezüglich einer Beziehung zwischen der Dicke T1 [in Einheit nm] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung und einer Widerstandsänderungsrate, also einem magnetoresistiven (MR) Verhältnis [einheitenlos] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung. Die Ergebnisse dessen sind in 7B dargestellt. In 7B gibt die horizontale Achse die Dicke T1 [in der Einheit nm] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung an, und die vertikale Achse gibt das MR-Verhältnis [einheitenlos] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung an. In diesem Versuchsbeispiel wurde die Magnetostriktion auf 0 eingestellt. Ferner wurde der maximale Neigungswinkel θ2 der Endfläche 41 auf 31° eingestellt; der minimale Neigungswinkel θ1 der Endfläche 41 wurde auf 16° eingestellt; und die Dicke T1 wurde in einem Bereich von 5 nm bis 16 nm variiert. Abgesehen von diesen Bedingungen wurden Versuchsbedingungen ähnlich jenen des oben beschriebenen Versuchsbeispiels 1 eingestellt. Es wird angemerkt, dass das MR-Verhältnis einheitenlos dargestellt wird, vorausgesetzt, dass ein Wert des MR-Verhältnisses auf 100 eingestellt wird, wenn die Dicke T1 gleich 16 nm beträgt.
Es wurde bestätigt, wie in 7B dargestellt, dass, wenn Dicke T1 6 nm oder mehr beträgt, ein vergleichsweise hohes und stabiles MR-Verhältnis der Schicht 4 mit freier Magnetisierung erhalten wurde. Es wurde daher herausgefunden, unter Bezugnahme auf das Versuchsbeispiel 3, dargestellt in 7A, und Versuchsbeispiel 4, dargestellt in 7B, dass die Dicke T1 in einem Bereich von 6 nm bis 13 nm es ermöglicht, sowohl die Empfindlichkeit (also das MR-Verhältnis) zu verbessern als auch einen Ausgangsfehler (also das Sättigungsmagnetfeld) zu verkleinern, während die Magnetostriktion gering gehalten wird.
[Versuchsbeispiel 5]
Als nächstes erfolgte eine Untersuchung hinsichtlich des Elements 1 mit magnetoresistivem Effekt gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel bezüglich einer Beziehung zwischen der Länge L1 [in der Einheit µm] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung und einem Sättigungsmagnetfeld [in der Einheit mT] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung. Die Ergebnisse dessen sind in 7C dargestellt. In 7C gibt die horizontale Achse die Länge L1 [in der Einheit µm] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung an, und die vertikale Achse gibt das Sättigungsmagnetfeld [in der Einheit mT] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung an. In diesem Versuchsbeispiel wurde der maximale Neigungswinkel θ2 der Endfläche 41 auf 31° eingestellt; der minimale Neigungswinkel θ1 der Endfläche 41 wurde auf 16° eingestellt; und die Dicke T1 wurde auf 7 nm, 13 nm, und 19 nm eingestellt. Abgesehen von diesen Bedingungen wurden die Versuchsbedingungen ähnlich jenen des oben beschriebenen Versuchsbeispiels 1 eingestellt.
Es wurde, wie in 7C dargestellt, bestätigt, dass wenn die Länge L1 6 µm oder weniger beträgt, das Sättigungsmagnetfeld der Schicht 4 mit freier Magnetisierung stark zugenommen hat. Es wird daher von der vorliegenden Offenbarung erwartet, dass sie Auswirkungen der Kontrolle des maximalen Neigungswinkels θ2 der Endfläche 41 und des minimalen Neigungswinkels θ1 der Endfläche 41 in einem Fall hat, bei dem die Länge L1 6 µm oder weniger beträgt.
[Versuchsbeispiel 6]
Als nächstes erfolgte eine Untersuchung hinsichtlich des Elements 1 mit magnetoresistivem Effekt gemäß dem vorgenannten Ausführungsbeispiel bezüglich einer Beziehung zwischen einem Produkt [in der Einheit µm³] der Länge L2 [in der Einheit µm] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung und der Länge 1 [in der Einheit µm] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung und einem Sättigungsmagnetfeld [in der Einheit mT] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung. Die Ergebnisse dessen sind in 8 dargestellt. In 8 gibt die horizontale Achse L2 * (L1)² [in der Einheit µm³] an, und die vertikale Achse gibt das Sättigungsmagnetfeld [in der Einheit mT] der Schicht 4 mit freier Magnetisierung an. In diesem Versuchsbeispiel wurde der maximale Neigungswinkel θ2 der Endfläche 41 in einem Bereich von 16° bis 50° variiert, und der minimale Neigungswinkel θ1 der Endfläche 41 wurde in einem Bereich von 6° bis 40° variiert. Die Dicke T1 wurde auf 7 nm, 13 nm, und 19 nm eingestellt. Abgesehen von diesen Bedingungen wurden Versuchsbedingungen ähnlich jenen des oben beschriebenen Versuchsbeispiels 1 eingestellt.
Es wurde bestätigt, wie in 8 dargestellt, dass wenn L2 * (L1)² ≥ 0,4 zutrifft, das Sättigungsmagnetfeld der Schicht 4 mit freier Magnetisierung erfolgreich auf 12 mT oder weniger verringert wurde.
[3. Andere Modifikationsbeispiele]
Die Offenbarung wurde obenstehend unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel beschrieben. Zum Beispiel stellt das obige Ausführungsbeispiel das Element 1 mit magnetoresistivem Effekt beispielhaft dar, in dem die Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung, die Zwischenschicht 3, und die Schicht 4 mit freier Magnetisierung auf der unteren Elektrode 6 gestapelt sind. Das Element mit magnetoresistivem Effekt der Offenbarung kann zum Beispiel ein Element 1A mit magnetoresistivem Effekt gemäß einem in 5 dargestellten Modifizierungsbeispiel umfassen. Das Element 1A mit magnetoresistivem Effekt kann eine Ausgestaltung haben, bei der die Schicht 4 mit freier Magnetisierung, die Zwischenschicht 3, und die Schicht 2 mit festgelegter Magnetisierung nacheinander auf einer Basis gestapelt sind, die sich entlang der X-Y-Ebene erstreckt, wobei die untere Elektrode 6 zwischen der Basis und der Schicht 4 mit freier Magnetisierung angeordnet ist.
Darüber hinaus umfasst die Offenbarung jede mögliche Kombination von manchen oder allen der verschiedenen Ausführungsformen und der Modifikationsbeispiele, die hierin beschrieben werden und aufgenommen sind.
Es ist möglich, zumindest die folgenden Ausgestaltungen aus den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Offenbarung zu erzielen.

(1) Element mit magnetoresistivem Effekt umfassend:
- eine Schicht mit freier Magnetisierung, die sich entlang einer ersten Ebene erstreckt;
- eine Zwischenschicht, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Schicht mit freier Magnetisierung gestapelt ist; und
- eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf einer Seite gegenüber der Schicht mit freier Magnetisierung bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht zwischen ihnen angeordnet ist,
- wobei die Schicht mit freier Magnetisierung eine Endfläche umfasst, die einen maximalen Neigungswinkel von 42° oder weniger gegenüber der ersten Ebene hat.
(2) Element mit magnetoresistivem Effekt, umfassend:
- eine Schicht mit freier Magnetisierung, die sich entlang einer ersten Ebene erstreckt;
- eine Zwischenschicht, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Schicht mit freier Magnetisierung gestapelt ist; und
- eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf einer Seite gegenüber der Schicht mit freier Magnetisierung bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht zwischen ihnen angeordnet ist,
- wobei die Schicht mit freier Magnetisierung eine Endfläche umfasst, die einen minimalen Neigungswinkel von 25° oder weniger bezüglich der ersten Ebene hat.
(3) Element mit magnetoresistivem Effekt, umfassend:
- eine Schicht mit freier Magnetisierung, die sich entlang einer ersten Ebene erstreckt;
- eine Zwischenschicht, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Schicht mit freier Magnetisierung gestapelt ist; und
- eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf einer Seite gegenüber der Schicht mit freier Magnetisierung bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht zwischen ihnen angeordnet ist,
- wobei die Schicht mit freier Magnetisierung umfasst:
  - einen flachen Teil, der eine im Wesentlichen konstante erste Dicke hat, und
  - einen geneigten Teil, der eine Endfläche umfasst, wobei das geneigte Teil eine zweite Dicke hat, die mit einer Beabstandung von dem flachen Teil abnimmt, und wobei die Schicht mit freier Magnetisierung den folgenden Bedingungsausdruck (Ausdr. 1) erfüllt: $L 2 * {(L 1)}^{2} \geq 0,4$
    wobei L1 eine Länge des flachen Teils der Schicht mit freier Magnetisierung entlang der ersten Ebene bezeichnet, und L2 eine Länge des geneigten Teils der Schicht mit freier Magnetisierung entlang der ersten Ebene bezeichnet.
(4) Element mit magnetoresistivem Effekt nach einem der Punkte (1) bis (3), bei dem die Schicht mit freier Magnetisierung ferner umfasst
- eine erste Hauptfläche, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und der Zwischenschicht zugewandt ist, und
- eine zweite Hauptfläche, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt, und auf einer Seite gegenüber der Zwischenschicht positioniert ist, und die Endfläche einen Teil umfasst, der zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position positioniert ist und gegenüber einer Position auf einer geraden Linie vertieft ist, die die erste Position und die zweite Position in einer zweiten Ebene verbindet, die orthogonal zu der ersten Ebene ist, wobei die erste Position eine Position ist, bei der die Endfläche und die erste Hauptfläche einander schneiden, wobei die zweite Position eine Position ist, bei der die Endfläche und die zweite Hauptfläche einander schneiden.
(5) Element mit magnetoresistivem Effekt nach einem der Punkte (1) bis (4), bei dem die Zwischenschicht ein erstes Material, das nicht-magnetisch und elektrisch-leitend ist, oder ein zweites Material umfasst, das nicht-magnetisch und nicht elektrisch-leitend ist.
(6) Element mit magnetoresistivem Effekt nach einem der Punkte (1) bis (5), bei dem die Schicht mit freier Magnetisierung eine Dicke in einem Bereich von 6 nm bis 13 nm in einer Dickenrichtung hat, die orthogonal zu der ersten Ebene ist.
(7) Element mit magnetoresistivem Effekt nach einem der Punkte (1) bis (5), bei dem die Schicht mit freier Magnetisierung eine Länge von 6 µm oder weniger in einer Richtung eines Erfassungsziel-Magnetfelds entlang der ersten Ebene hat.
(8) Element mit magnetoresistivem Effekt nach einem der Punkte (1) bis (7), bei dem eine Fläche der Schicht mit freier Magnetisierung entlang der ersten Ebene an einer Position, die der Zwischenschicht am nächsten ist, am kleinsten ist.
(9) Element mit magnetoresistivem Effekt nach Punkt (8), wobei die Fläche der Schicht mit freier Magnetisierung entlang der ersten Ebene kleiner wird, je näher sie der Zwischenschicht ist.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Element mit magnetoresistivem Effekt: eine Schicht mit freier Magnetisierung, die sich entlang einer ersten Ebene erstreckt; eine Zwischenschicht, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Schicht mit freier Magnetisierung gestapelt ist; und eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf einer Seite gegenüber der Schicht mit freier Magnetisierung bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht zwischen ihnen angeordnet ist. Hierbei umfasst die Schicht mit freier Magnetisierung eine Endfläche, die einen maximalen Neigungswinkel von 42° oder weniger gegenüber der ersten Ebene hat.
Bei dem Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst die Schicht mit freier Magnetisierung eine Endfläche, die einen maximalen Neigungswinkel von 42° oder weniger gegenüber der ersten Ebene hat, wodurch der Einfluss der Formanisotropie der Schicht mit freier Magnetisierung gemildert wird, was eine Verringerung in einer Menge der Magnetisierung ermöglicht, positioniert nahe der Endfläche, die weniger wahrscheinlich dazu neigt, dem externen Magnetfeld zu folgen.
Ein Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst: eine Schicht mit freier Magnetisierung, die sich entlang einer ersten Ebene erstreckt; eine Zwischenschicht, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Schicht mit freier Magnetisierung gestapelt ist; und eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf einer Seite gegenüber der Schicht mit freier Magnetisierung bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht zwischen ihnen angeordnet ist. Hierbei umfasst die Schicht mit freier Magnetisierung eine Endfläche, die einen minimalen Neigungswinkel von 25° oder weniger gegenüber der ersten Ebene hat.
Bei dem Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst die Schicht mit freier Magnetisierung eine Endfläche, die einen minimalen Neigungswinkel von 25° oder weniger gegenüber der ersten Ebene hat, wodurch der Einfluss der Formanisotropie der Schicht mit freier Magnetisierung gemildert wird, was eine Verringerung in einer Menge der Magnetisierung ermöglicht, positioniert nahe der Endfläche, die weniger wahrscheinlich dazu neigt, dem externen Magnetfeld zu folgen.
Ein Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst: eine Schicht mit freier Magnetisierung, die sich entlang einer ersten Ebene erstreckt; eine Zwischenschicht, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Schicht mit freier Magnetisierung gestapelt ist; und eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf einer Seite gegenüber der Schicht mit freier Magnetisierung bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht zwischen ihnen angeordnet ist. Hierbei umfasst die Schicht mit freier Magnetisierung einen flachen Teil, der eine im Wesentlichen konstante Dicke hat, und einen geneigten Teil, der eine Endfläche umfasst und eine zweite Dicke hat, die mit einer Beabstandung von dem flachen Teil abnimmt. Die Schicht mit freier Magnetisierung erfüllt den folgenden bedingenden Ausdruck (Ausdr. 1): $L 2 * {(L 1)}^{2} \geq 0,4$
wobei L1 eine Länge des flachen Teils der Schicht mit freier Magnetisierung entlang der ersten Ebene bezeichnet, und L2 eine Länge des geneigten Teils der Schicht mit freier Magnetisierung entlang der ersten Ebene bezeichnet.
Bei dem Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung ist der Bedingungsausdruck (Ausdr. 1) erfüllt, wodurch der Einfluss der Formanisotropie der Schicht mit freier Magnetisierung abgemildert wird, was eine Verringerung in der Menge der Magnetisierung, positioniert nahe der Endfläche, die weniger wahrscheinlich dazu neigt, dem externen Magnetfeld zu folgen, ermöglicht.
Ein Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst: eine Schicht mit freier Magnetisierung, die sich entlang einer ersten Ebene erstreckt; eine Zwischenschicht, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Schicht mit freier Magnetisierung gestapelt ist; eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Seite gegenüber der Schicht mit freier Magnetisierung bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht zwischen ihnen angeordnet ist. Hierbei ist eine Fläche der Schicht mit freier Magnetisierung entlang der ersten Ebene minimal an einer Position, die der Zwischenschicht am nächsten ist.
Bei dem Element mit magnetoresistivem Effekt gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung ist eine Fläche der Schicht mit freier Magnetisierung entlang der ersten Ebene minimal an einer Position, die der Zwischenschicht am nächsten ist, wodurch es ermöglicht wird, die Magnetisierung, positioniert nahe der Endfläche, die weniger wahrscheinlich dazu neigt dem externen Magnetfeld von der Zwischenschicht weg zu folgen, beizubehalten.
Gemäß dem Element mit magnetoresistivem Effekt einer Ausführungsform der Offenbarung ist es möglich, den Einfluss der Formanisotropie der Schicht mit freier Magnetisierung zu unterdrücken, und daher ein kleineres Sättigungsmagnetfeld in der Schicht mit freier Magnetisierung zu erzielen.

Claims

Verwendung eines Elements mit magnetoresistivem Effekt (1 oder 1A) für einen Magnetsensor, wobei das Element mit magnetoresistivem Effekt (1 oder 1A) aufweist: eine Schicht mit freier Magnetisierung (4), die sich entlang einer ersten Ebene erstreckt; eine Zwischenschicht (3), die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf der Schicht mit freier Magnetisierung (4) gestapelt ist; und eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung (2), die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und auf einer Seite gegenüber der Schicht mit freier Magnetisierung (4) bereitgestellt ist, wobei die Zwischenschicht (3) zwischen ihnen angeordnet ist, wobei die Schicht mit freier Magnetisierung (4) umfasst: einen flachen Teil (R1), der eine im Wesentlichen konstante erste Dicke (T1) hat, und einen geneigten Teil (R2), der eine Endfläche (41) umfasst, wobei der geneigte Teil (R2) eine zweite Dicke (T2) hat, die mit einer Beabstandung von dem flachen Teil (R1) abnimmt, und wobei die Schicht (4) mit freier Magnetisierung den folgenden bedingenden Ausdruck (Ausdr. 1) erfüllt: $L 2 * {(L 1)}^{2} \geq 0,4 μ m^{3}$
wobei L1 eine Länge des flachen Teils (R1) der Schicht mit freier Magnetisierung (4) entlang der ersten Ebene bezeichnet, und L2 eine Länge des geneigten Teils (R2) der Schicht mit freier Magnetisierung (4) entlang der ersten Ebene bezeichnet.
Verwendung des Elements mit magnetoresistivem Effekt (1 oder 1A) für den Magnetsensor nach Anspruch 1, wobei eine Endfläche (41) einen maximalen Neigungswinkel (θ2) von 42° oder weniger gegenüber der ersten Ebene hat.
Verwendung des Elements mit magnetoresistivem Effekt (1 oder 1A) für den Magnetsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Endfläche (41) einen minimalen Neigungswinkel (θ1) von 25° oder weniger gegenüber der ersten Ebene hat.
Verwendung des Elements mit magnetoresistivem Effekt (1 oder 1A) für den Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schicht mit freier Magnetisierung (4) ferner umfasst: eine erste Hauptfläche (42), die sich entlang der ersten Ebene erstreckt und der Zwischenschicht (3) zugewandt ist, und eine zweite Hauptfläche (43), die sich entlang der ersten Ebene erstreckt, und auf einer Seite gegenüber der Zwischenschicht (3) positioniert ist, und die Endfläche (41) einen Teil umfasst, der zwischen einer ersten Position (P1) und einer zweiten Position (P2) positioniert ist und gegenüber einer Position auf einer geraden Linie (L12) vertieft ist, die die erste Position (P1) und die zweite Position (P2) in einer zweiten Ebene verbindet, die orthogonal zu der ersten Ebene ist und die die erste Position und die zweite Position umfasst, wobei die erste Position (P1) eine Position ist, bei der die Endfläche (41) und die erste Hauptfläche (42) einander schneiden, wobei die zweite Position (P2) eine Position ist, bei der die Endfläche (41) und die zweite Hauptfläche (43) einander schneiden.
Verwendung des Elements mit magnetoresistivem Effekt (1 oder 1A) für den Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zwischenschicht (3) ein erstes Material, das nicht-magnetisch und elektrisch-leitend ist, oder ein zweites Material umfasst, das nicht-magnetisch und nicht elektrisch-leitend ist.
Verwendung des Elements mit magnetoresistivem Effekt (1 oder 1A) für den Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schicht mit freier Magnetisierung (4) eine Dicke in einem Bereich von 6 nm bis 13 nm in einer Dickenrichtung hat, die orthogonal zu der ersten Ebene ist.
Verwendung des Elements mit magnetoresistivem Effekt (1 oder 1A) für den Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schicht mit freier Magnetisierung (4) eine Länge von 6 µm oder weniger in einer Richtung eines Erfassungsziel-Magnetfelds entlang der ersten Ebene hat.
Verwendung des Elements mit magnetoresistivem Effekt (1A) für den Magnetsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Fläche der Schicht mit freier Magnetisierung (4) entlang der ersten Ebene an einer Position, die der Zwischenschicht (3) am nächsten ist, am kleinsten ist.
Verwendung des Elements mit magnetoresistivem Effekt (1A) für den Magnetsensor nach Anspruch 8, wobei die Fläche der Schicht mit freier Magnetisierung (4) entlang der ersten Ebene kleiner wird, je näher sie der Zwischenschicht (3) ist.