[go: up one dir, main page]

WO2002082111A1 - Verfahren zur einstellung einer magnetisierung in einer schichtanordnung und dessen verwendung - Google Patents

Verfahren zur einstellung einer magnetisierung in einer schichtanordnung und dessen verwendung Download PDF

Info

Publication number
WO2002082111A1
WO2002082111A1 PCT/DE2002/000900 DE0200900W WO02082111A1 WO 2002082111 A1 WO2002082111 A1 WO 2002082111A1 DE 0200900 W DE0200900 W DE 0200900W WO 02082111 A1 WO02082111 A1 WO 02082111A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
magnetization
resulting
ferromagnetic layer
antiferromagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2002/000900
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gunther Haas
Andrew Johnson
Gilbert Moersch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2002082111A1 publication Critical patent/WO2002082111A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/161—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect details concerning the memory cell structure, e.g. the layers of the ferromagnetic memory cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/14—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates
    • H01F41/30—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE]
    • H01F41/302—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for applying magnetic films to substrates for applying nanostructures, e.g. by molecular beam epitaxy [MBE] for applying spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/01—Manufacture or treatment

Definitions

  • the invention relates to a method for setting, in particular for local change, a resulting direction of magnetization in a layer arrangement according to the type of the main claim, and the use of this method for producing a magnetoresistive layer system working according to the spin valve principle.
  • a magnetoresistive layer system which operates according to the spin valve principle has a soft magnetic or ferromagnetic detection layer, an adjacent, non-magnetic, electrically conductive intermediate layer and a reference layer which is as hard as possible and is adjacent to the intermediate layer, with a predetermined spatial orientation of the direction of the resulting magnetization on.
  • a layer system shows a change in the electrical resistance of the intermediate layer in accordance with:
  • R R 0 + C cos ⁇
  • ⁇ denotes the angle between the magnetization ⁇ ti belonging to the detection layer or its direction and the magnetization m 2 belonging to the reference layer or its direction. Since the magnetization rri ⁇ in the soft direction of the magnetic detection layer can be changed by an externally applied magnetic field, aligning itself as far as possible parallel to this, a corresponding change in resistance occurs in the intermediate layer, which is typically in the range of 5% and 15% ("Giant Magneto Resistance "(GMR)).
  • Magnetoresistive coating systems are widely used in magnetic disks and reading heads, but they are also suitable for measuring magnetic field strengths and directions of magnetic fields and in particular for contactless detection of speeds and angles as well as quantities derived therefrom, for example in motor vehicles.
  • the hard magnetic reference layer In r ⁇ agnetoresistive layer systems based on the spin valve principle, it is also known to design the hard magnetic reference layer from two adjacent partial layers arranged one above the other, a relatively soft magnetic, ferro-magnetic layer with the magnetization m 2 directly adjacent to the intermediate layer, and one the underlying antiferromagnetic layer, which defines the spatial orientation of the magnetization m 2 in the soft magnetic, ferromagnetic layer via the so-called "Exchange Bias Effect". Since the antiferromagnetic layer has no or hardly any magnetic properties after being generated by an external magnetic field Alignment or unidirectional anisotropy in the reference layer must be induced during deposition of the antiferromagnetic layer by applying an external magnetic field.
  • Such a construction of the reference layer from ferromagnetic and antiferromagnetic layers has the advantage that even relatively strong external magnetic fields do not become one Change the direction of the magnetization m 2 in the reference layer.
  • L0 are designed, for example, as meandering conductor tracks, rectangles or circles, to be structured, and then to be interconnected by means of conductor tracks to form a Wheatstone bridge.
  • a direction-dependent one from an externally applied magnetic field For example, for an angle measurement, a direction-dependent one from an externally applied magnetic field
  • Obtaining L5 bridge output signal is further known to distinguish the magnetization directions of the regions of the reference layer which form the four individual resistors R 1A R 2 , R 3 and R.
  • the magnetization directions of the regions of the reference layer that are caused by the resistances are further known to distinguish the magnetization directions of the regions of the reference layer which form the four individual resistors R 1A R 2 , R 3 and R. The magnetization directions of the regions of the reference layer that are caused by the resistances
  • Bridge circuits are problematic in a magnetoresistive layer system with two Wheatstone rotated against one another, in order to produce a sensor that detects locally different and simultaneously defined directions of the resulting magnetization m 2 in particular on a chip.
  • it has already been proposed to replace the antiferromagnetic partial layer by a so-called “artificial” antiferromagnet, which has a resulting magnetic moment.
  • the resulting magnetization m 2 in the reference layer can be made retrospectively, ie even after the deposition of the layer system of artificial antiferromagnet and reference layer, locally change again by means of an external magnetic field or set L0.
  • an external magnetic field or set L0 external magnetic field
  • Such a GMR sensor element is offered by Infineon AG, Kunststoff, under the designation GMR-B6.
  • the object of the invention was to provide a method with which locally different directions of a resulting magnetization in a layer arrangement, in particular on a chip, or these directions as well
  • the method according to the invention for setting, in particular for locally changing, a resulting direction of magnetization in a layer arrangement has the advantage over the prior art that a magnetoresistive layer system which works according to the spin valve principle can be produced in a particularly simple manner, in which Areas are present within the reference layer, each with a different, in particular pairwise perpendicular magnetization direction.
  • a sensor element based on the GMR effect can be produced, in which locally different directions of the resulting magnetization are present on a chip or a substrate, so L5 that these areas can be interconnected to form a Wheatstone bridge in order to to achieve a large degree of temperature independence of the specific electrical resistance in the current-carrying intermediate layer.
  • Another advantage of the method according to the invention is that it is possible to dispense with the use of an “artificial” antiferromagnet, so that external interference fields do not impair the layer arrangement or the locally Different directions of the resulting magnetization remain unchanged due to such external interference fields.
  • the method according to the invention can easily be integrated into the mass production of sensor elements and the usual processes.
  • one has the possibility of simply determining the shape of the regions of different magnetization directions via the local heating on the substrate, i.e. For example, to generate locally meandering, circular or rectangular areas which are then interconnected.
  • the antiferromagnetic layer in particular locally, is heated above the threshold temperature T b by irradiation with a laser.
  • a laser can be particularly simple, defined and localized.
  • the irradiation with the laser is carried out by scanning strips to be irradiated, so that stripes with on the substrate in the ferromagnetic layer adjacent to the antiferromagnetic layer
  • 35 see width from 5 ⁇ m to 100 ⁇ m and a length of 1 mm up to 120 mm, depending on the size of the substrate or wafer used.
  • an adjustment, in particular a change, of the locally resulting magnetization directions m 2 can advantageously be made in the assigned areas of the ferromagnetic layer by an external magnetic field applied during the heating.
  • the locally different magnetization directions m 2 are preferably aligned perpendicular to one another.
  • the external magnetic field used to change or set the local direction of magnetization during heating up already during the heating of the antiferromagnetic layer above the threshold temperature T b and in particular during the entire time, within which the respective range the antiferromagnetic layer is above this threshold temperature is maintained.
  • the external magnetic field is only applied above the threshold temperature after it has been heated up and is maintained at least until the temperature drops below the threshold temperature.
  • the result is that the resulting direction of magnetization of the ferromagnetic layer in the region adjacent to the heated region of the antiferromagnetic layer after cooling at least approximately to that during the
  • Time of heating above the threshold temperature applied direction of the external magnetic field is aligned in parallel.
  • the heated area of the antiferromagnetic layer even after cooling below the threshold temperature T b again a stabilization of the area of the ferromagnetic layer adjacent to this area with respect to the direction of the resulting magnetization m 2 there .
  • a local stabilization direction of the resulting magnetization in the ferromagnetic layer is defined by the local heating.
  • a ferromagnetic layer is particularly suitable for a soft magnetic layer, for example a nickel layer, an iron layer, a cobalt layer or a layer with an alloy of two or three of the elements mentioned.
  • a nickel oxide layer or an iridium-manganese layer, for example, is suitable as the antiferromagnetic layer.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a magnetoresistive layer system based on the spin valve principle
  • FIG. 2a shows a section through FIG. 1 below the threshold temperature
  • FIG. 2b shows a section through FIG. 1 after heating above the threshold temperature and cooling with an external magnetic field H applied
  • 2c shows the magnetoresistive layer system according to FIG. 1 and FIG. 2b on a substrate.
  • FIG. 3 shows the local setting of the magnetization direction m 2 in the form of strips
  • FIG. 4 explains an interconnection of local areas with different magnetization directions to form two Wheatstone bridge circuits.
  • the invention is based on a magnetoresistive layer system according to the spin valve principle shown in FIG. 1, which has a GMR effect. It is provided that an electrically conductive intermediate layer 3, which is current-carrying during operation, is arranged on a reference layer 2, which at least locally has a resulting magnetization m 2 with a predetermined, fixed or “pinned” magnetization direction, and a detection layer 1 is arranged thereon detection layer 1 is, for example, a soft magnetic layer whose magnetization m **. always at least approximately aligns parallel to an externally applied magnetic field. Since, in such an external magnetic field, the direction of magnetization m 2, as already explained, at least remains largely unaffected, resulting an angle-dependent electrical resistance of the intermediate layer (GMR effect).
  • GMR effect angle-dependent electrical resistance of the intermediate layer
  • FIG. 2c shows that an optional buffer layer 11, which consists of tantalum and is a few nanometers thick, has first been applied to a substrate 10 made of, for example, thermally oxidized silicon, for example using sputtering technology.
  • the detection layer 1 was then deposited on this buffer layer 11, which consists for example of a nickel-iron layer a few nanometers thick or a cobalt layer.
  • the ferromagnetic detection layer is preferably a soft magnetic, ferroelectric layer.
  • the intermediate layer 3 was then in a known manner on the detection layer 1 in the form of a few
  • Nanometer thick layer for example made of copper, deposited.
  • a ferromagnetic layer 2a made of a preferably relatively soft magnetic material such as a nickel Iron alloy or cobalt deposited with a thickness of a few nanometers before an antiferromagnetic layer 2b was deposited thereon, which consists, for example, of a few nanometer thick nickel oxide layer or an iridium-manganese layer.
  • the ferromagnetic layer 2a and the adjacent antiferromagnetic layer 2b form the reference layer 2 according to FIG. 1.
  • the layer sequence according to FIG. 2c can also be reversed, i.e. the reference layer 2 is deposited on the buffer layer 11, then the intermediate layer 3 and then the detection layer 1.
  • FIG. 2c it is further provided that at least when the reference layer 2 is generated from the two sub-layers 2a, 2b by applying an external magnetic field during the deposition or deposition, a homogeneous alignment of the resulting magnetic moment or the magnetization m 2 in the first ferromagnetic layer 2a is set.
  • this application of the external magnetic field during the deposition or deposition favors unidirectional anisotropy in the reference layer 2, which is also referred to as the “pinning” direction.
  • the antiferromagnetic layer 2b For local adjustment or change of the “pinning” direction in the reference layer 2 or in particular in the ferromagnetic layer 2a, ie specifically the direction of the magnetization m 2 resulting locally there, it is now further provided that at least the antiferromagnetic layer 2b, but preferably the antiferromagnetic layer 2b and the ferromagnetic layer 2a are heated above a threshold temperature T b by local irradiation with the aid of a laser.
  • This threshold temperature is also referred to as the "blocking temperature" of the antiferromagnetic layer 2b.
  • the heating is based on the knowledge that when an antiferromagnetic layer is heated above this threshold temperature T b , the so-called “Exchange 5 bias effect” disappears, ie the antiferromagnetic
  • Layer 2b no longer induces a preferred direction of magnetization m 2 in the adjacent ferromagnetic layer 2a above this threshold temperature T b .
  • the stabilization of the direction of the magnetization m 2 , L0, which was caused by the antiferromagnetic layer 2b, is also lost above this threshold temperature T b .
  • L5 th areas of the antiferromagnetic layer 2b for example insulated areas with a size of 5 ⁇ m 2 to 500 ⁇ m 2 , or alternatively also strips with a width of 5 ⁇ m to 100 ⁇ m and a length of 1 mm to 120 mm, successively with a laser be heated.
  • the laser offers
  • the threshold temperature T b depends on
  • FIG. 2a first shows the state below the threshold temperature T b at which the antiferromagnetic
  • FIG. 2b shows how radiation with a Laser first heated the antiferromagnetic layer 2b above the threshold temperature T b , whereby at least after the threshold temperature T b has been exceeded and during the subsequent cooling, an external magnetic field H of the indicated direction has been applied.
  • the antiferromagnetic layer 2b again below the threshold temperature T b cools, sets of b by the heating above the threshold temperature T off "exchange bias effect" again, ie the antiferromagnetic layer 2b "pins” or fixes again a resulting magnetization m 2 in the layer 2a via the boundary layer between the antiferromagnetic layer 2b and the ferromagnetic layer 2a with the direction shown in FIG. 2b corresponding to the direction of the temporarily applied external magnetic field H.
  • the direction of the magnetization m 2 is oriented in accordance with the direction of the external magnetic field H applied during the heating above the threshold temperature. This alignment only occurs in the areas that are adjacent to the heated areas. Other areas are not affected by the change in the direction of magnetization.
  • FIG. 3 is a top view of the ferromagnetic layer 2a according to FIG.
  • FIG. 3 shows a first strip 5, a second strip 6, a third strip 8 and a fourth strip 9, each of which has a different direction of magnetization m 2 in the rectangular areas shown.
  • the rectangular regions of the ferromagnetic layer 2a adjacent to the heated regions of the antiferromagnetic layer 2b are designed in the form of insulated areas with a size of 5 ⁇ m 2 to 500 ⁇ m 2 .
  • the individual areas or strips 5, 6, 8, 9 with different directions of the magnetization m 2 are at a minimum distance of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m from one another.
  • a corresponding mask is preferably used to generate the rectangular or alternatively also meandering areas with locally different magnetization directions according to FIG. 3 by heating corresponding assigned areas of the antiferromagnetic layer 2b.
  • the heating can take place on a wafer use or alternatively also on a sensor element that has already been processed with or without an additional passivation layer applied on the reference layer 2.
  • the laser treatment and thus the local change in the resulting magnetization direction according to FIG. 3 can also be carried out in a final backend test.
  • FIG. 4 explains the connection of two Wheatstone bridge circuits generated on the substrate 10 in the ferromagnetic layer 2a according to FIG. 2c or FIG. 1.
  • the areas with different directions of the resulting magnetization m 2 according to FIG. 3 were routed to a first Wheatstone bridge 40 and a second Wheatstone bridge 41 via conventional conductor layers or conductor tracks. interconnected.
  • the first Wheatstone bridge 40 is formed by the areas within the first strip 5 and the second strip 6.
  • areas lying within 5 of the third strip 8 were connected to areas lying within the fourth strip 9 as shown. In this way, the first Wheatstone bridge 40 is rotated by 90 ° with respect to the second Wheatstone bridge 41.
  • the first Wheatstone bridge 40 delivers a cos signal while the second delivers a sin signal.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Einstellung, insbesondere lokalen Veränderung, der resultierenden Magnetisierungsrichtung (m2) in einer Schichtanordnung (2) mit einer ferromagnetischen Schicht (2a) und einer benachbarten antiferromagnetischen Schicht (2b) vorgeschlagen. Dazu wird die antiferromagnetische Schicht (2b) zunächst zumindest bereichsweise, insbesondere mit einem Laser, über eine Schwellentemperatur (Tb) aufgeheizt, oberhalb derer der Einfluss dieses Bereiches auf die resultierende Magnetisierungsrichtung (m2) des benachbarten Bereiches (5, 6, 8, 9) der ferromagnetischen Schicht (2a) zumindest weitgehend verschwindet. Weiter wird dann zumindest der dem aufgeheizten Bereich der antiferromagnetischen Schicht (2b) benachbarte Bereich (5, 6, 8, 9) der ferromagnetischen Schicht (2a) einem externen Magnetfeld (H) vorgegebener Richtung ausgesetzt und schliesslich die antiferromagnetische Schicht (2b) unter die Schwellentemperatur (Tb) abgekühlt. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich besonders zur Herstellung eines magnetoresistiven, nach dem Spin-Valve-Prinzip arbeitenden Schichtsystems mit bereichsweise unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen (m2), die in Form von Wheatstone-Brücken zusammengeschaltet sind.

Description

Verfahren zur Einstellung einer Magnetisierung in einer Schichtanordnung und dessen Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung, insbesondere zur lokalen Veränderung, einer resultierenden Magnetisierungsrichtung in einer Schichtanordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs, sowie die Verwendung dieses Verfahrens zur Herstellung eines magnetoresistiven, nach dem Spin- Valve-Prinzip arbeitenden Schichtsystems.
Stand der Technik
Ein nach dem Spin-Valve-Prinzip arbeitendes magnetoresisti- ves Schichtsystem, weist eine weichmagnetische bzw. ferroma- gnetische Detektionsschicht, eine benachbarte, unmagnetische, elektrisch leitfähige Zwischenschicht und eine der Zwischenschicht benachbarte, möglichst hartmagnetische Referenzschicht mit vorgegebener räumlicher Orientierung der Richtung der resultierenden Magnetisierung auf. Bei geeigneter Auslegung der Dicken der einzelnen Schichten zeigt ein derartiges Schichtsystem dann eine Änderung des elektrischen Widerstands der Zwischenschicht gemäß:
R = R0 + C cosθ
Dabei bezeichnet θ den Winkel zwischen den zu der Detektionsschicht gehörenden Magnetisierung πti bzw. deren Richtung und der zu der Referenzschicht gehörigen Magnetisierung m2 bzw. deren Richtung. Da die Magnetisierung rriι in der weich- magnetischen Detektionsschicht hinsichtlich der Richtung durch ein extern anliegendes Magnetfeld veränderbar ist, wobei sie sich möglichst weitgehend parallel zu diesem ausrichtet ausrichtet, tritt somit eine entsprechende Wider- Standsänderung in der Zwischenschicht auf, die typischerweise im Bereich von 5% und 15% liegt („Giant Magneto Resistance" (GMR) ) .
Magnetoresistive Schichtsysteme werden vielfach in Magnet- platten und Leseköpfen eingesetzt, sie eignen sich jedoch auch zur Messung von Magnetfeldstärken und Richtungen von Magnetfeldern und insbesondere zur berührungslosen Erfassung von Drehzahlen und Winkeln sowie daraus abgeleiteter Größen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen.
Bei rαagnetoresistiven Schichtsystemen nach dem Spin-Valve- Prinzip ist weiter bekannt, die hartmagnetische Referenzschicht aus zwei benachbarten, übereinander angeordneten Teilschichten auszuführen, einer unmittelbar an die Zwi- schenschicht angrenzenden, relativ weichmagnetischen, ferro- mahnetischen Schicht mit der Magnetisierung m2, und einer darunter liegenden, antiferromagnetischen Schicht, welche die räumliche Orientierung der Magnetisierung m2 in der weichmagnetischen, ferromagnetischen Schicht über den soge- nannten „Exchange Bias Effekt" festlegt. Da die antiferromagnetische Schicht nach ihrer Erzeugung durch ein externes Magnetfeld in ihren magnetischen Eigenschaften nicht oder kaum mehr verändert werden kann, muss eine Ausrichtung bzw. unidirektionale Anisotropie in der Referenzschicht bereits während Deposition der antiferromagnetischen Schicht durch Anlegen eines externen Magnetfeldes induziert werden.
Ein derartiger Aufbau der Referenzschicht aus ferromagneti- scher und antiferromagnetischer Schicht hat den Vorteil, dass auch relativ starke externe Magnetfelder nicht zu einer Änderung der Richtung der Magnetisierung m2 in der Referenzschicht führen.
Für praktische Anwendungen von magnetoresistiven Schichtsy- 5 stemen ist es vielfach unerlässlich, diese in einer Wheat- stone' sehen Brückenschaltung zu betreiben, um die relativ große Temperaturabhängigkeit des GMR-Effektes zu eliminieren. Dazu ist bekannt, ein solches Schichtsystem auf einem Substrat abzuscheiden, in vier Einzelwiderstände, die bei-
L0 spielsweise als mäanderförmige Leiterbahnen, Rechtecke oder Kreise ausgebildet sind, zu strukturieren, und dann mittels Leiterbahnen zu einer Wheatstone' sehen Brücke zu verschalten. Um dabei beispielsweise für eine Winkelmessung ein von einem extern anliegenden Magnetfeld richtungsabhängiges
L5 Brückenausgangssignal zu erhalten, ist weiter bekannt, die Magnetisierungsrichtungen der Bereiche der Referenzschicht, die die vier Einzelwiderstände RlA R2, R3 und R bilden, unterscheiden. Üblicherweise sind die Magnetisierungsrichtungen der Bereiche der Referenzschicht, die von den Widerstän-
20 den Ri und R3 eingenommen werden, gegenüber den Bereichen, die von den Widerständen R2 und R4 eingenommen werden, um 180° gedreht. Damit ergibt sich als Brückenausgangsspannung eine Spannung Uß gemäß :
25 UB = 2ü0 C cosθ
Eine Winkelmessung über einen Winkelbereich von 360° ist mit einer solchen Brückenschaltung jedoch nur dann möglich, wenn zwei miteinander verschaltete Wheatstone-Brücken gleichzei- 30 tig eingesetzt werden, die hinsichtlich der Richtungen der Magnetisierungen um 90° gegeneinander gedreht sind.
Problematisch bei einem magnetoresistiven Schichtsystem mit zwei gegeneinander gedrehten Wheatstone' sehen Brückenschal- 35 tungen ist, damit einen Sensor herzustellen, der lokal unterschiedliche und gleichzeitig definierte Richtungen der resultierenden Magnetisierung m2 insbesondere auf einem Chip aufweist. Dazu wurde bereits vorgeschlagen, die antiferromagnetische Teilschicht durch einen sogenannten „künstlichen" Antiferromagneten zu ersetzen, der ein resultierendes magne- 5 tisches Moment besitzt. Auf diese Weise lässt sich die resultierende Magnetisierung m2 in der Referenzschicht nachträglich, d.h. auch nach der Deposition des Schichtsystems aus künstlichem Antiferromagneten und Referenzschicht, lokal mittels eines äußeren Magnetfeldes wieder verändern bzw. L0 einstellen. Dabei muss man aber in Kauf nehmen, dass die Richtung der Magnetisierung m2 in der Referenzschicht zwangsläufig auch durch externe Störfelder verändert werden kann. Ein derartiges GMR-Sensorelement wird von der Fa. Infineon AG, München, unter der Bezeichnung GMR-B6 angeboten.
L5
Daneben wurde in der Anmeldung DE 199 49 714.1 ein magnetisch sensitives Bauteil beschrieben, das nach diesem Prinzip arbeitet. Dort ist auch die 360°-Winkelmessung mittels zweier Wheatstone-Brücken erläutert.
20
Aufgabe der Erfindung war die Bereitstellung eines Verfahrens mit dem insbesondere auf einem Chip lokal unterschiedliche Richtungen einer resultierenden Magnetisierung in einer Schichtanordnung eingestellt bzw. diese Richtungen auch
25 nach dem Abscheiden der Schichtanordnung wieder verändert werden können. Insbesondere war es Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem nach dem Spin-Valve-Prinzip arbeitende magnetoresistive Schichtsysteme herstellbar sind, die zur 360°-Winkelmessung und insbesondere in Kraftfahrzeugen
30 in ABS-Radsensoren, Lenkwinkelsensoren oder als Potentiometerersatz einsetzbar sind, und die über einen möglichst weiten Temperaturbereich eine Offset-freie AusgangsSpannung liefern.
35 Vorteile der Erfindung Das er indungsgemäße Verfahren zur Einstellung, insbesondere zur lokalen Veränderung, einer resultierenden Magnetisierungsrichtung in einer Schichtanordnung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass damit in besonders einfacher Weise ein magnetoresistives, nach dem Spin-Valve- Prinzip arbeitendes Schichtsystem herstellbar ist, bei dem innerhalb der Referenzschicht Bereiche mit jeweils unterschiedlicher, insbesondere paarweise senkrecht zueinander stehender resultierender Magnetisierungsrichtung vorliegen.
LO
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass damit ein auf dem GMR- Effekt basierendes Sensorelement herstellbar ist, bei dem auf einem Chip bzw. einem Substrat lokal unterschiedliche Richtungen der resultierenden Magnetisierung vorliegen, so L5 dass diese Bereiche zu einer Wheatstone-Brücke verschaltet werden können, um darüber eine weitgehende Temperaturunabhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes in der stromführenden Zwischenschicht zu erreichen.
10 Weiter ist vorteilhaft, dass auf dem Substrat nunmehr auch zwei Wheatstone' sehe Brückenschaltungen gleichzeitig realisierbar sind, wobei die Richtungen der resultierenden Magnetisierung der einzelnen Bereiche in der ersten Wheatstone- Brücke gegenüber den resultierenden Richtungen der Magneti-
_5 sierung in den einzelnen Bereichen der zweiten Wheatstone- Brücke gegeneinander um 90° verdreht sind. Auf diese Weise lässt sich neben einem temperaturunabhängigen Ausgangssignal des GMR-Sensorelementes auch eine Offset-freie Brückenausgangsspannung UB erzielen. Zudem ist damit eine Winkel es-
30 sung über 360° möglich.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass auf den Einsatz eines „künstlichen" Antiferroma- gnet verzichtet werden kann, so dass externe Störfelder die 35 Schichtanordnung nicht beeinträchtigen bzw. die lokal unter- schiedlichen Richtungen der resultierenden Magnetisierung durch solche externen Störfelder unverändert bleiben.
Im Übrigen ist das erfindungsgemäße Verfahren leicht in die 5 Massenfertigung von Sensorelementen und die dabei üblichen Prozesse integrierbar. Zudem hat man dabei die Möglichkeit, über die lokale Aufheizung auf dem Substrat in einfacher Weise die Form der Bereiche unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung festzulegen, d.h. beispielsweise lokal mäan- L0 derförmige, kreisförmige oder rechteckförmige Bereiche zu erzeugen, die dann miteinander verschaltet werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
L5
So ist besonders vorteilhaft, wenn das insbesondere lokale Aufheizen der antiferromagnetischen Schicht über die Schwellentemperatur Tb durch Bestrahlen mit einem Laser erfolgt. Durch einen Laser kann besonders einfach, definiert und lo-
10 kal begrenzt Wärme in die Schichtanordnung und insbesondere die aufzuheizende antiferromagnetische Schicht eingetragen werden. Als besonders vorteilhaft hinsichtlich eines lokal definierten Energieeintrages hat sich dabei weiter herausgestellt, wenn das Bestrahlen mit dem Laser in Form kurzzeiti-
15 ger Pulse mit einer Pulsdauer von 10 ns bis 100 μs erfolgt.
Zudem ist vorteilhaft, wenn das Bestrahlen mit dem Laser durch Abscannen von zu bestrahlenden Streifen erfolgt, so dass auf dem Substrat in der der antiferromagnetischen Schicht benachbarten ferromagnetischen Schicht Streifen mit
30 unterschiedlicher resultierender Magnetisierungsrichtung induziert werden. Durch lokale bzw. punktuelle Laserpulse bzw. das Abscannen der antiferromagnetischen Schicht mit dem Laser sind insbesondere isolierte Flächen mit einer Größe von typischerweise 5 μm2 bis 500 μm2 oder Streifen einer typi-
35 sehen Breite von 5 μm bis 100 μm und einer Länge von 1 mm bis 120 mm, je nach Größe des eingesetzten Substrats bzw. Wafers, realisierbar.
Dadurch, dass nacheinander in verschiedenen, lokal begrenz- ten Bereichen oder Streifen der antiferromagnetischen
Schicht eine Aufheizung über die Schwellentemperatur T vorgenommen wird, kann in den zugeordneten Bereichen der ferromagnetischen Schicht vorteilhaft durch ein bei dem Aufheizen angelegtes externes Magnetfeld eine Einstellung, insbesonde- re eine Veränderung, der dort lokal jeweils resultierenden Magnetisierungsrichtungen m2 vorgenommen werden. Bevorzugt werden die lokal unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen m2 dabei senkrecht zueinander ausgerichtet.
Als besonders einfach und vorteilhaft hat sich weiter herausgestellt, wenn das zur Veränderung bzw. Einstellung der lokalen Magnetisierungsrichtung beim Aufheizen eingesetzte externe Magnetfeld bereits beim Aufheizen der antiferromagnetischen Schicht über die Schwellentemperatur Tb und ins- besondere während der gesamten Zeit, innerhalb derer sich jeweilige Bereich der antiferromagnetischen Schicht über dieser Schwellentemperatur befindet, aufrecht erhalten wird. Prinzipiell genügt es aber auch, wenn das externe Magnetfeld erst nach dem Aufheizen über die Schwellentemperatur ange- legt und zumindest bis zum Abkühlen unter die Schwellentemperatur aufrecht erhalten wird. In jedem Fall wird damit erreicht, dass die resultierende Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht in dem dem aufgeheizten Bereich der antiferromagnetischen Schicht benachbarten Bereich nach dem Abkühlen zumindest näherungsweise zu der während der
Zeit des Aufheizens über die Schwellentemperatur angelegten Richtung des externen Magnetfeldes parallel ausgerichtet ist.
Somit bewirkt der aufgeheizte Bereich der antiferromagnetischen Schicht auch nach dem Abkühlen unter die Schwellentem- peratur Tb wieder eine Stabilisierung des diesem Bereich benachbarten Bereiches der ferromagnetischen Schicht hinsichtlich der dortigen Richtung der resultierenden Magnetisierung m2. Insgesamt wird so durch das lokale Erwärmen eine lokale Stabilisierungsrichtung der resultierenden Magnetisierung in der ferromagnetischen Schicht definiert.
Hinsichtlich der Materialien für die ferromagnetische Schicht und die antiferromagnetische Schicht kann vorteil- haft auf übliche Materialien zurückgegriffen werden. So eignet sich als ferromagnetische Schicht besonders eine weichmagnetische Schicht, beispielsweise eine Nickel-Schicht, eine Eisen-Schicht, eine Kobalt-Schicht oder eine Schicht mit einer Legierung von zwei oder drei der genannten Elemente. Als antiferromagnetische Schicht eignet sich beispielsweise eine Nickeloxid-Schicht oder eine Iridium-Mangan-Schicht.
Zeichnungen
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1 eine Prinzipskizze eines magnetoresistiven Schichtsystems nach dem Spin-Valve-Prinzip, Figur 2a einen Schnitt durch Figur 1 unterhalb der Schwellentemperatur, Figur 2b einen Schnitt durch Figur 1 nach dem Aufheizen über die Schwellentemperatur und dem Abkühlen bei einem angelegten externen Magnetfeld H, und Figur 2c das magnetoresistive Schichtsystem gemäß Figur 1 bzw. Figur 2b auf einem Substrat. Die Figur 3 zeigt das lokale Einstellen der Magnetisierungsrichtung m2 in Form von Streifen, während Figur 4 eine Verschaltung lokaler Bereiche mit unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen zu zwei Wheatstone' sehen Brückenschaltungen erläutert. Ausführungsbeispiel
Die Erfindung geht von einem in Figur 1 dargestellten magnetoresistiven Schichtsystem nach dem Spin-Valve-Prinzip aus, das einen GMR-Effekt aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass auf einer Referenzschicht 2, die zumindest lokal eine resultierende Magnetisierung m2 mit vorgegebener, fester bzw. „gepinnter" Magnetisierungsrichtung aufweist, eine elektrisch leitende, bei Betrieb stromführende Zwischenschicht 3, und auf dieser eine Detektionsschicht 1 angeordnet ist. Die Detektionsschicht 1 ist beispielsweise eine weichmagnetische Schicht, deren Magnetisierung m**. sich stets zumindest näherungsweise parallel zu einem extern angelegten Magnetfeld ausrichtet. Da bei einem solchen externen Magnetfeld die Richtung der Magnetisierung m2, wie bereits erläutert, zumindest weitgehend unbeeinflusst bleibt, ergibt sich ein winkelabhängiger elektrischer Widerstand der Zwischenschicht (GMR-Effekt) .
Im Einzelnen zeigt Figur 2c, dass auf einem Substrat 10 aus beispielsweise thermisch oxidiertem Silizium zunächst beispielsweise in Sputtertechnik eine optionale Bufferschicht 11 aufgebracht worden ist, die aus Tantal besteht und einige Nanometer dick ist. Auf dieser Bufferschicht 11 wurde dann die Detektionsschicht 1 abgeschieden, die beispielsweise aus einer einige Nanometer dicken Nickel-Eisen-Schicht oder einer Kobalt-Schicht besteht. Bevorzugt ist die ferromagnetische Detektionsschicht eine weichmagnetische, ferroelektri- sche Schicht. Auf der Detektionsschicht 1 wurde dann in be- kannter Weise die Zwischenschicht 3 in Form einer einige
Nanometer dicken Schicht, beispielsweise aus Kupfer, abgeschieden.
Schließlich wurde dann auf der Zwischenschicht 3 zunächst eine ferromagnetische Schicht 2a aus einem bevorzugt relativ weichmagnetischen Material wie beispielsweise einer Nickel- Eisen-Legierung oder aus Kobalt mit einer Dicke von einigen Nanometern abgeschieden, bevor auf dieser eine antiferromagnetische Schicht 2b abgeschieden wurde, die beispielsweise aus einer einige Nanometer dicken Nickeloxid-Schicht oder einer Iridium-Mangan-Schicht besteht.
Die ferromagnetische Schicht 2a und die benachbarte antiferromagnetische Schicht 2b bilden dabei die Referenzschicht 2 gemäß Figur 1. An dieser Stelle sei zudem betont, dass die Schichtabfolge gemäß Figur 2c auch umgekehrt sein kann, d.h. die Referenzschicht 2 wird auf der Bufferschicht 11 abgeschieden, darauf die Zwischenschicht 3 und darauf dann die Detektionsschicht 1.
In Figur 2c ist weiter vorgesehen, dass zumindest beim Erzeugen der Referenzschicht 2 aus den beiden Teilschichten 2a, 2b durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes bei der Abscheidung bzw. Deposition zunächst eine homogene Ausrichtung des resultierenden magnetischen Momentes bzw. der Magneti- sierung m2 in der ferromagnetischen Schicht 2a eingestellt wird. Insbesondere begünstigt dieses Anlegen der externen Magnetfeldes während der Abscheidung bzw. Deposition eine unidirektionale Anisotropie in der Referenzschicht 2, die auch als „Pinning"-Richtung bezeichnet wird.
Zur lokalen Einstellung bzw. Veränderung der „Pinning"- Richtung in der Referenzschicht 2 bzw. insbesondere der ferromagnetischen Schicht 2a, d.h. konkret der Richtung der dort lokal resultierenden Magnetisierung m2, ist nun weiter vorgesehen, dass zumindest die antiferromagnetische Schicht 2b, bevorzugt jedoch die antiferromagnetische Schicht 2b und die ferromagnetische Schicht 2a, durch lokale Bestrahlung mit Hilfe eines Lasers über eine Schwellentemperatur Tb aufgeheizt wird. Diese Schwellentemperatur wird auch als „blok- king temperature" der antiferromagnetischen Schicht 2b bezeichnet . Das Aufheizen beruht dabei auf der Erkenntnis, dass dann, wenn man eine antiferromagnetische Schicht über diese Schwellentemperatur Tb aufheizt, der sogenannte „Exchange- 5 Bias-Effekt" verschwindet, d.h. die antiferromagnetische
Schicht 2b induziert oberhalb dieser Schwellentemperatur Tb nicht mehr eine bevorzugte Richtung der Magnetisierung m2 in der benachbarten ferromagnetischen Schicht 2a. Insofern geht auch die Stabilisierung der Richtung der Magnetisierung m2, L0 die durch die antiferromagnetische Schicht 2b hervorgerufen wurde, oberhalb dieser Schwellentemperatur Tb verloren.
Im Einzelnen ist gemäß Figur 2a vorgesehen, dass in Draufsicht auf die antiferromagnetische Schicht 2b lokal begrenz-
L5 te Bereiche der antiferromagnetischen Schicht 2b, beispielsweise isolierte Flächen mit einer Größe von 5 μm2 bis 500 μm2, oder alternativ auch Streifen mit einer Breite von 5 μm bis 100 μm und einer Länge von 1 mm bis 120 mm, nacheinander mit einem Laser aufgeheizt werden. Der Laser bietet dabei
20 die Möglichkeit, sehr präzise selbst μm2-große Flächen definiert aufzuheizen. Prinzipiell kommen jedoch auch andere Aufheizverfahren in Frage, mit denen eine derartige lokale bzw. streifenförmige Aufheizung der antiferromagnetischen Schicht 2b möglich ist. Die Schwellentemperatur Tb hängt im
25 Übrigen vom Material der antiferromagnetischen Schicht 2b ab. Sie beträgt im Fall der vorstehend genannten Materialien ca. 200°C.
Die Figur 2a zeigt zunächst den Zustand unterhalb der 30 Schwellentemperatur Tb, bei der die antiferromagnetische
Schicht 2b in der ferromagnetischen Schicht 2a, die dieser benachbart ist, über den „Exchange-Bias-Effekt" eine unidi- rektionale Anisotropie der Magnetisierung m2 induziert. In Figur 2b ist dann dargestellt, wie durch die erläuterte Be- 35 Strahlung mit einem Laser zunächst die antiferromagnetische Schicht 2b über die Schwellentemperatur Tb aufgeheizt wurde, wobei gleichzeitig zumindest nach dem Überschreiten der Schwellentemperatur Tb und während dem nachfolgenden Abkühlen ein externes Magnetfeld H der eingezeichneten Richtung angelegt worden ist. Wenn nun bei angelegtem externen Ma- gnetfeld H durch Ausschalten der Laser-Bestrahlung die antiferromagnetische Schicht 2b wieder unter die Schwellentemperatur Tb abkühlt, setzt der durch das Aufheizen über die Schwellentemperatur Tb ausgeschaltete „Exchange-Bias-Effekt" wieder ein, d.h. die antiferromagnetische Schicht 2b „pinnt" oder fixiert nun wieder über die Grenzschicht zwischen der antiferromagnetischen Schicht 2b und der ferromagnetischen Schicht 2a in der Schicht 2a eine resultierende Magnetisierung m2 mit der in Figur 2b eingezeichneten Richtung entsprechend der Richtung des temporär angelegten externen Ma- gnetfeldes H.
Insgesamt wird durch das erläuterte Verfahren erreicht, dass in dem Bereich der ferromagnetischen Schicht 2a, der dem aufgeheizten Bereich der antiferromagnetischen Schicht 2b benachbart ist, die Richtung der Magnetisierung m2 entsprechend der Richtung des beim Aufheizen über die Schwellentemperatur angelegten externen Magnetfeldes H ausgerichtet ist. Diese Ausrichtung tritt dabei aber nur in den Bereichen auf, die aufgeheizten Bereichen benachbart sind. Andere Bereiche sind von der Änderung der Magnetisierungsrichtung nicht be- einflusst .
Zusammenfassend wurde gemäß Figur 2b erreicht, dass die resultierende Magnetisierung m2 in der ferromagnetischen Schicht 2a oberhalb der Schwellentemperatur Tb der Richtung des externen Magnetfeldes H gefolgt ist, und dass sich während der Abkühlung unter die Schwellentemperatur Tb mit der antiferromagnetischen Schicht 2b über den wieder einsetzenden „Exchange-Bias-Effekt" koppelt, so dass die Richtung der Magnetisierung m2 unterhalb der Schwellentemperatur Tb von der antiferromagnetischen Schicht 2b wieder induziert bzw. stabilisiert wird.
Da das erläuterte Aufheizen mit einem Laser ein lokaler Ef- fekt ist, hat man nun in einfacher Weise die Möglichkeit, auf der Oberfläche des Substrates 10 lokal und definiert in der ferromagnetischen Schicht 2a Bereiche mit unterschiedlicher Richtung der resultierenden Magnetisierung m2 zu erzeugen. Dies wird mit Hilfe der Figur 3 erläutert, die eine Draufsicht auf die ferromagnetische Schicht 2a gemäß Figur
2c zeigt. Die die ferromagnetische Schicht 2a abdeckende antiferromagnetische Schicht 2b wurde in Figur 3 nicht dargestellt.
Im Einzelnen zeigt Figur 3 einen ersten Streifen 5, einen zweiten Streifen 6, einen dritten Streifen 8 und einen vierten Streifen 9, die jeweils in den eingezeichneten rechtek- kigen Bereichen eine unterschiedliche Richtung der Magnetisierung m2 aufweisen. Insbesondere sind die den aufgeheizten Bereichen der antiferromagnetischen Schicht 2b benachbarten rechteckigen Bereiche der ferromagnetischen Schicht 2a in Form isolierter Flächen mit einer Größe von 5 μm2 bis 500 μm2 ausgebildet. Insbesondere ist in Figur 3 vorgesehen, dass die einzelnen Bereiche bzw. Streifen 5, 6, 8, 9 mit un- terschiedlicher Richtung der Magnetisierung m2 einen minimalen Abstand von 20 μm bis 100 μm voneinander aufweisen.
Um die eingezeichneten Richtungen der Magnetisierung m2 in den Streifen einzelnen 5, 6, 8, 9 zu erreichen, wurden diese jeweils nacheinander durch Laserbestrahlung über die Schwellentemperatur Tb aufgeheizt, wobei, wie erläutert, ein jeweils ein zu den eingezeichneten Richtungen der Magnetisierung m2 in den einzelnen Streifen 5, 6, 8, 9 paralleles externes Magnetfeld H angelegt worden ist. Dies wird in Figur 3 exemplarisch am Beispiel des zweiten Streifens 6 erläu- tert. Für die anderen Streifen 5, 8, 9 wurde das externe Magnetfeld H jeweils um 90° gedreht.
Zur Erzeugung der rechteckigen oder alternativ auch mäander- förmigen Bereiche mit lokal unterschiedlicher Magnetisierungsrichtung gemäß Figur 3 durch Aufheizen entsprechender zugeordneter Bereiche der antiferromagnetischen Schicht 2b mit einem Laser wird bevorzugt eine entsprechende Maske eingesetzt. Es kann jedoch auch ohne Maske gearbeitet werden, indem lokal begrenzte Flächen beispielsweise mit einem feinen, kreisförmigen Laserpuls mit einer Pulsdauer von 10 ns bis 100 μs aufgeheizt werden.
Im Übrigen sei betont, dass das Aufheizen an einem Wafer- Nutzen oder alternativ auch ein bereits fertig prozessierten Sensorelementen mit oder ohne auf der Referenzschicht 2 aufgebrachten zusätzlichen Passivierungsschicht erfolgen kann. Insbesondere kann die Laserbehandlung und damit die lokale Veränderung der resultierenden Magnetisierungsrichtung gemäß Figur 3 auch in einem abschließenden Backend-Test durchgeführt werden.
Die sich an Figur 3 anschließenden Verfahrensschritte wie beispielsweise eine Strukturierung der erzeugten Referenz- schicht 2, das Aufbringen von Leitungsschichten zur elektrischen Verschaltung der einzelnen erzeugten Bereiche sowie von geeigneten Isolationsschichten bzw. Schutzschichten entsprechen dem Stand der Technik.
Die Figur 4 erläutert die Verschaltung zweier auf dem Substrat 10 in der ferromagnetischen Schicht 2a gemäß Figur 2c bzw. Figur 1 erzeugter Wheatstone' scher Brückenschaltungen. Dazu wurden die Bereiche mit unterschiedlicher Richtung der resultierenden Magnetisierung m2 gemäß Figur 3 über übliche Leitungsschichten bzw. Leiterbahnen zu einer ersten Wheatstone-Brücke 40 und einer zweiten Wheatstone-Brücke 41 mit- einander verschaltet. Dabei wird die erste Wheatstone-Brücke 40 im erläuterten Beispiel von den Bereichen innerhalb des ersten Streifens 5 und des zweiten Streifens 6 gebildet. Zur Ausbildung der zweiten Wheatstone-Brücke 41 wurden innerhalb 5 des dritten Streifens 8 liegende Bereiche mit innerhalb des vierten Streifens 9 liegenden Bereichen wie dargestellt verschaltet. Auf diese Weise ist die erste Wheatstone-Brücke 40 gegenüber der zweiten Wheatstone-Brücke 41 um 90° gedreht.
L0 Innerhalb der einzelnen Wheatstone-Brücken 40, 41 sind weiter jeweils zwei Bereiche mit paralleler Magnetisierungsrichtung und zwei Bereiche mit antiparalleler Magnetisierungsrichtung in an sich bekannter Weise miteinander verschaltet. Jede der beiden Wheatstone-Brücken 40, 41 liefert
L5 somit eine Brückenausgangsspannung UB als Funktion einer Eingangsspannung U0 gemäß:
UB = 2U0 C cosθ
20 Durch die Verdrehung um 90° der Wheatstone-Brücke 40 gegenüber der zweiten Wheatstone-Brücke 41 liefert die erste Wheatstone-Brücke 40 ein cos-Signal während die zweite ein sin-Signal liefert. Mit Hilfe des bekannten Arctan-Auswerte- verfahrens lässt sich dann aus beiden Signalen der Absolut-
25 winkel der Richtung eines externen Magnetfeldes über den gesamten Winkelbereich von 360° ermitteln.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Einstellung, insbesondere lokalen Verän-
L0 derung einer resultierenden Magnetisierungsrichtung in einer Schichtanordnung (2) mit einer ferromagnetischen Schicht (2a) und einer benachbarten antiferromagnetischen Schicht (2b) , wobei die ferromagnetische Schicht (2a) eine resultierende Magnetisierung mit einer zugeordneten, durch die anti-
L5 ferromagnetische Schicht induzierten oder beeinflussbaren, insbesondere stabilisierbaren, resultierenden Magnetisierungsrichtung (m2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die antiferromagnetische Schicht (2b) zumindest bereichsweise über eine Schwellentemperatur (Tb) aufgeheizt
20 wird, oberhalb derer der Einfluss dieses Bereiches der antiferromagnetischen Schicht (2b) auf die resultierende Magnetisierungsrichtung (m2) des benachbarten Bereiches (5, 6, 8, 9) der ferromagnetischen Schicht (2a) zumindest weitgehend verschwindet, dass weiter zumindest der dem aufgeheizten Be-
25 reich der antiferromagnetischen Schicht (2b) benachbarte Bereich (5, 6, 8, 9) der ferromagnetischen Schicht (2a) einem externen Magnetfeld (H) vorgegebener Richtung ausgesetzt wird, und dass danach die antiferromagnetische Schicht (2b) wieder unter die Schwellentemperatur (Tb) abgekühlt wird.
30
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Magnetfeld (H) bereits beim Aufheizen und/oder nach dem Erreichen der Schwellentemperatur (Tb) angelegt wird.
35
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Magnetfeld (H) nach dem Anlegen bis zu dem Abkühlen unter die Schwellentemperatur (Tb) aufrechterhalten wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die resultierende Magnetisierungsrichtung (m2) der ferromagnetischen Schicht (2a) in dem dem aufgeheizten Bereich benachbarten Bereich (5, 6, 8, 9) nach dem Abkühlen zumindest näherungsweise parallel zu der Richtung des externen Magnetfeldes (H) ausgerichtet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die nach dem Abkühlen resultierende Magnetisierungs- richtung (m2) der ferromagnetischen Schicht (2a) in dem dem aufgeheizten Bereich benachbarten Bereich (5, 6, 8, 9) durch die benachbarte antiferromagnetische Schicht (2b) in diesem Bereich (5, 6, 8, 9) stabilisiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als ferromagnetische Schicht (2a) eine weichmagnetische Schicht, insbesondere eine NiFe- Schicht, eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als antiferromagnetische Schicht (2b) eine NiO-Schicht oder eine IrMn-Schicht eingesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vor dem Aufheizen vorliegende resultierenden Magnetisierungsrichtung (m2) in der ferromagnetischen Schicht (2a) der Schichtanordnung (2) durch ein bei einem Abscheiden der antiferromagnetischen Schicht (2b) oder bei einem Abscheiden der antiferromagnetischen Schicht (2b) und der ferromagnetischen Schicht (2b) angelegtes externes Magnetfeld eingestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da- 5 durch gekennzeichnet, dass das Aufheizen durch Bestrahlen mit einem Laser erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlen mit dem Laser in Form kurzzeitiger Pulse mit
L0 einer Pulsdauer von 10 ns bis 100 μs erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlen mit dem Laser durch Abscannen von zu bestrahlenden Streifen (5, 6, 8, 9) erfolgt.
L5
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass lokal begrenzte Bereiche der antiferromagnetischen Schicht (2b) , insbesondere isolierte Flächen einer Größe von 5 μm2 bis 500 μm2 oder Streifen (5,
20 6, 8, 9) einer Breite 5 μm bis 100 μm und einer Länge von 1 mm bis 120 mm, aufgeheizt werden.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander in verschiedenen,
25 lokal begrenzten Bereichen (5, 6, 8, 9) der ferromagnetischen Schicht (2a) eine Einstellung, insbesondere Veränderung, der lokal dort jeweils resultierenden Magnetisierungsrichtungen (m2) vorgenommen wird.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ferromagnetischen Schicht (2a) mehrere Bereiche (5, 6, 8, 9) mit lokal unterschiedlicher resultierenden Magnetisierungsrichtung (m2) , insbeson-
5 dere mit zueinander senkrechter resultierender Magnetisierungsrichtung (m2) , erzeugt werden.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtanordnung (2) mit der
L0 ferromagnetischen Schicht (2a) und der darüber oder darunter befindlichen antiferromagnetischen Schicht (2b) bereichsweise über die Schwellentemperatur (Tb) aufgeheizt wird.
16. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden L5 Ansprüche zur Herstellung eines magnetoresistiven, nach dem
Spin-Valve-Prinzip arbeitenden Schichtsystems, insbesondere eines magnetoresistiven, nach dem Spin-Valve-Prinzip arbeitenden Schichtsystems, bei dem innerhalb der Referenzschicht (2) Bereiche mit einer unterschiedlichen, insbesondere paar- 20 weise senkrecht zueinander stehenden resultierenden Magnetisierungsrichtung (m2) vorliegen, die in Form einer Wheatstone-Brücke (40, 41) miteinander verschaltet sind.
PCT/DE2002/000900 2001-04-07 2002-03-14 Verfahren zur einstellung einer magnetisierung in einer schichtanordnung und dessen verwendung Ceased WO2002082111A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10117355.5 2001-04-07
DE10117355A DE10117355A1 (de) 2001-04-07 2001-04-07 Verfahren zur Einstellung einer Magnetisierung in einer Schichtanordnung und dessen Verwendung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2002082111A1 true WO2002082111A1 (de) 2002-10-17

Family

ID=7680739

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2002/000900 Ceased WO2002082111A1 (de) 2001-04-07 2002-03-14 Verfahren zur einstellung einer magnetisierung in einer schichtanordnung und dessen verwendung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10117355A1 (de)
WO (1) WO2002082111A1 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3004848A1 (fr) * 2013-04-22 2014-10-24 Centre Nat Rech Scient Procede de modification de la valeur d'une resistance electrique comportant un materiau ferromagnetique
US10665778B2 (en) 2016-05-17 2020-05-26 Infineon Technologies Ag Methods and apparatuses for producing magnetoresistive apparatuses
DE102021212072A1 (de) 2021-10-26 2023-04-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Einstellung der Magnetisierung in mindestens einem Bereich einer Halbleitervorrichtung
DE102021212669A1 (de) 2021-11-10 2023-05-11 3D-Micromac Ag Verfahren und System zur Herstellung eines xMR-Magnetfeldsensors
DE102021214706A1 (de) 2021-12-20 2023-06-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sensorvorrichtung und Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10202287C1 (de) * 2002-01-22 2003-08-07 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer monolithischen Brückenschaltung bestehend aus mehreren, als magneto-resistive Elemente ausgebildeten Brückengliedern und eine hiernach hergestellte monolithische Brückenschaltung
DE10230455A1 (de) 2002-07-06 2004-01-22 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Einstellung oder lokalen Veränderung einer Magnetisierung in einer Schicht einer magnetoresistiven Schichtanordnung, Heizstempel zum Anheizen der magnetoresistiven Schichtanordnung und deren Verwendung
DE10249752A1 (de) * 2002-10-25 2004-05-13 Robert Bosch Gmbh Neigungssensor und dessen Verwendung
DE10251566A1 (de) * 2002-11-06 2004-05-27 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer magnetoresistiven Schichtanordnung oder eines Sensorelementes oder Speicherelementes damit, sowie GMR-Sensorbauelement oder GMR-Speicherbauelement
DE102004032483A1 (de) * 2004-07-05 2006-01-26 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Erzeugen einer lokalen Magnetisierung und Bauelement
DE102005047482A1 (de) * 2005-10-04 2007-04-12 Infineon Technologies Ag Magnetoresistives Sensormodul und Verfahren zum Herstellen desselben
DE102016002591A1 (de) * 2016-03-03 2017-09-07 Infineon Technologies Ag Verfahren und Werkzeug zum Magnetisieren von zu magnetisierenden Strukturen
CN106871778B (zh) * 2017-02-23 2019-11-22 江苏多维科技有限公司 一种单芯片双轴磁电阻角度传感器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5686837A (en) * 1994-04-15 1997-11-11 U.S. Philips Corporation Magnetic field sensor and instrument comprising such a sensor
WO2000079298A2 (en) * 1999-06-18 2000-12-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Magnetic systems with irreversible characteristics and a method of manufacturing and repairing and operating such systems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5686837A (en) * 1994-04-15 1997-11-11 U.S. Philips Corporation Magnetic field sensor and instrument comprising such a sensor
WO2000079298A2 (en) * 1999-06-18 2000-12-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Magnetic systems with irreversible characteristics and a method of manufacturing and repairing and operating such systems

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3004848A1 (fr) * 2013-04-22 2014-10-24 Centre Nat Rech Scient Procede de modification de la valeur d'une resistance electrique comportant un materiau ferromagnetique
WO2014173841A1 (fr) * 2013-04-22 2014-10-30 Centre National De La Recherche Scientifique Procede de modification de la valeur d'une resistance electrique comportant un materiau ferromagnetique
US10665778B2 (en) 2016-05-17 2020-05-26 Infineon Technologies Ag Methods and apparatuses for producing magnetoresistive apparatuses
DE102021212072A1 (de) 2021-10-26 2023-04-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Verfahren zur Einstellung der Magnetisierung in mindestens einem Bereich einer Halbleitervorrichtung
WO2023072593A1 (de) 2021-10-26 2023-05-04 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur einstellung der magnetisierung in mindestens einem bereich einer halbleitervorrichtung
DE102021212669A1 (de) 2021-11-10 2023-05-11 3D-Micromac Ag Verfahren und System zur Herstellung eines xMR-Magnetfeldsensors
WO2023083759A1 (de) 2021-11-10 2023-05-19 3D-Micromac Ag VERFAHREN UND SYSTEM ZUR HERSTELLUNG EINES xMR-MAGNETFELDSENSORS
DE102021214706A1 (de) 2021-12-20 2023-06-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sensorvorrichtung und Herstellungsverfahren für eine Sensorvorrichtung
WO2023117452A1 (de) 2021-12-20 2023-06-29 Robert Bosch Gmbh Sensorvorrichtung und herstellungsverfahren für eine sensorvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE10117355A1 (de) 2002-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10028640B4 (de) Wheatstonebrücke, beinhaltend Brückenelemente, bestehend aus einem Spin-Valve-System, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung
DE102007032867B4 (de) Magnetoresistive Magnetfeldsensorstrukturen und Herstellungsverfahren
DE60037790T2 (de) Magnetisches messsystem mit irreversibler charakteristik, sowie methode zur erzeugung, reparatur und verwendung eines solchen systems
DE69534013T2 (de) Magnetfeldfühler und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE19520206C2 (de) Magnetfeldsensor mit einer Brückenschaltung von magnetoresistiven Brückenelementen
DE112010002899T5 (de) Verfahren zur Herstellung eines Magnetowiderstandseffektelements, eines Magnetsensors, einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung
DE10017374B4 (de) Magnetische Koppeleinrichtung und deren Verwendung
DE102014116953A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Magnetfeldsensorvorrichtung sowie diesbezüglicheMagnetfeldsensorvorrichtung
DE19649265C2 (de) GMR-Sensor mit einer Wheatstonebrücke
WO2006136577A1 (de) Stromsensor zur galvanisch getrennten strommessung
EP1567878B1 (de) Magnetoresistives sensorelement und verfahren zur reduktion des winkelfehlers eines magnetoresistiven sensorelements
DE102016111256B4 (de) Magnetfeldgenerator, Magnetsensorsystem und Magnetsensor
DE10202287C1 (de) Verfahren zur Herstellung einer monolithischen Brückenschaltung bestehend aus mehreren, als magneto-resistive Elemente ausgebildeten Brückengliedern und eine hiernach hergestellte monolithische Brückenschaltung
DE19532674C1 (de) Drehwinkelgeber unter Verwendung von Giant Magnetowiderstandsmaterialien
WO2008040659A2 (de) Verfahren zum betreiben eines magnetfeldsensors und zugehöriger magnetfeldsensor
WO2002082111A1 (de) Verfahren zur einstellung einer magnetisierung in einer schichtanordnung und dessen verwendung
DE10128150C1 (de) Magnetoresistives Sensorsystem
WO2002101406A1 (de) Magnetoresistive schichtanordnung und gradiometer mit einer derartigen schichtanordnung
DE19949714A1 (de) Magnetisch sensitives Bauteil, insbesondere Sensorelement, mit magnetoresistiven Schichtsystemen in Brückenschaltung
DE102015100226A1 (de) Magnetfeldsensor und Magnetfelderfassungsverfahren
DE19742366C1 (de) Einrichtung mit magnetoresistivem Sensorelement und zugeordneter Magnetisierungsvorrichtung
WO2004017085A1 (de) Magnetoresistives schichtsystem und sensorelement mit diesem schichtsystem
DE102004032483A1 (de) Verfahren zum Erzeugen einer lokalen Magnetisierung und Bauelement
DE102010018874A1 (de) Wheatstonebrücke mit XMR-Spinvalve-Systemen
DE19949713C2 (de) Magnetoresistives Schichtsystem

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP