用于感测外部磁场的MLU单元和包括MLU单元的磁性传感器装置制造方法及图纸

本公开涉及一种用于感测外部磁场的MLU单元（1），其包括磁隧道结（2），所述磁隧道结包含：感测层（21），其具有适于通过外部磁场定向的感测磁化（210）；参考层（23），其具有参考磁化（230）；隧道势垒层（22）；具有偏置磁化（270）的偏置层（27）和偏置反铁磁层（26），所述偏置反铁磁层在低阈值温度（TL）下钉扎基本上平行于被钉扎的参考磁化（230）的偏置磁化（270）并在高阈值温度（TH）下解放其；在感测层（21）与偏置层（27）之间的偏置耦合层（28），所述偏置耦合层被配置成用于磁耦合偏置层（27）和感测层（21）使得感测磁化（210）被定向成基本上垂直于被钉扎的偏置磁化（270）和被钉扎的参考磁化（230）。本公开进一步涉及一种用于感测外部磁场的磁性传感器装置（100），其包括多个MLU单元（1）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于感测外部磁场的MLU单元和包括MLU单元的磁性传感器装置
本专利技术涉及用于感测外部磁场的MLU单元和包括MLU单元的磁性传感器装置。当测量外部磁场时，MLU单元磁性传感器装置产生线性信号。
技术介绍
在磁性传感器或罗盘中，磁性逻辑单元（MLU）单元能够用于感测磁场。MLU单元能够包括磁隧道结，所述磁隧道结包括具有固定参考磁化的参考层、具有自由感测磁化的感测层和在参考层与感测层之间的隧道势垒层。感测磁化可在存在外部磁场的情况下定向，同时参考磁化保持不受外部磁场的干扰。因此，能够通过测量磁隧道结的电阻来感测外部磁场，所述电阻取决于通过外部磁场定向的感测磁化和固定参考磁化的相对定向。理想地，当通过外部磁场定向时，感测层具有线性且非迟滞行为以便促进测量外部磁场的细微变化。这在感测具有大约0.5奥斯特（Oe）的平均值的地球磁场时是相关的。这样的线性且非迟滞行为能够通过提供磁隧道结来实现，其中，感测磁化被定向成基本上垂直于参考磁化。这通常通过钉扎垂直于感测层的各向异性轴线的参考磁化来实现。在制造磁隧道结期间，能够通过溅射状况（例如，通过施加磁场）来定义感测层的各向异性轴线的定向。上述MLU单元的缺陷是：当感测层包括单个铁磁层时，在包括多个MRAM单元的晶片上通过溅射状况仅能够定义各向异性的一个方向。图1图示了常规基于MLU的装置100，所述装置包括串联电连接到电流线3的多个MLU单元。磁性传感器通常需要至少两个感测方向。图3示出了包括磁隧道结2的常规MLU单元，所述磁隧道结包括：感测层21，其具有感测磁化210；参考层23，其具有参考磁化230；参考反铁磁层24，其在低阈值温度下钉扎参考磁化230并在高阈值温度下解放其；以及隧道势垒层22。感测磁化210被配置成可在外部磁场中定向，使得由感测磁化210和参考磁化230的相对定向所确定的磁隧道结2的电阻改变。返回参考图1，由点图案101、102、103表示多个MLU单元。场力线4被配置成基于输入（场电流）产生磁场。尤其，多个MLU单元被配置在数个分支101、102、103中，每个分支均包括MLU单元的子集。这些分支相对于轴线x被定向在大约0°、大约45°、大约90°的角度处。场力线可包括多个部分401、402、403，每个均相应地安置成邻近于MLU单元的分支101、102、103中的对应一者。场力线部分401、402、403被配置成使得通过每个部分401、402、403的电流41的方向具有对应于其对应分支101、102、103的角定向的角定向。结果，编程磁场（在图1中由点箭头42所示）被定向在垂直于相应的场力线部分401、402、403的方向上，并使参考磁化（虚线箭头230）在同一方向上对准。根据由溅射状况所限定的各向异性轴线来定向感测磁化方向（在图1中由普通箭头210所示）。在图1中，感测磁化210在处于大约0°的分支101中被定向成垂直于参考磁化230，在处于大约45°的子集102中被定向成在大约45°的角度处，且在处于大约90°的子集103中被定向成基本上平行于参考磁化230。图2a至图2c示出了对应于第一分支101（图2a）、第二分支102（图2b）和第三分支103（图2c）的磁滞回线。在第一分支101中，电阻R随磁场H的变化而线性地改变。磁场H的变化是由于感测磁化210围绕其各向异性轴线（垂直于参考磁化230的定向）的定向的变化。在第二分支102和第三分支103中，电阻R不随磁场H的变化而线性地改变。文献US2006202244公开了具有两个存储器单元的MRAM，每个存储器单元均具有关联的偏置层。每个偏置层均通过沿其关联单元的自由层的硬磁化轴线施加偏置场来减小其关联单元的转换场。在每个堆栈中的两个单元中的自由层使其平面内的易磁化轴线彼此平行对准。文献US2010020447描述了一种包括感测层、第一被钉扎层和第一间层的系统。第一间层被配置成联接感测层和第一被钉扎层并在感测层中提供与固定磁定向相差90°的磁定向。感测层中的磁定向响应于外部磁场旋转。文献US2006238925涉及一种磁阻结构，所述磁阻结构使用扭转耦合以在自由层与被钉扎层之间诱发垂直磁化对准。文献US2006044707涉及一种具有堆栈内偏置结构的磁阻传感器。所述传感器包括允许自由层磁矩在正交于偏置层的磁矩的方向上偏置的偏置间隔物。文献US2003184918公开了一种双自旋阀传感器，其具有夹置于第一SV堆栈与第二SV堆栈之间的纵向偏置堆栈。第一SV堆栈和第二SV堆栈包括被AFM层钉扎的反平行（AP）被钉扎层，所述AFM层由具有比偏置堆栈的AFM材料更高的阻挡温度的AFM材料制成，从而允许将AP被钉扎层钉扎在横向方向上且将偏置堆栈钉扎在纵向方向上。两个AP被钉扎层的退磁场互相抵消，且偏置堆栈为第一SV堆栈和第二SV堆栈的感测层提供磁通封闭。文献US6275363涉及一种双隧道结传感器，其具有优化传导电子的同相散射并响应于信号场的反平行（AP）耦合的自由层结构。所述传感器具有总数量的铁磁层，所述铁磁层保证在自由层结构的每一侧上的被钉扎层结构和AP耦合的自由层结构之间的磁矩同相以由于传导电子的同相散射而增加在自由层结构的每一侧上的电阻变化。
技术实现思路
本公开涉及一种用于感测外部磁场的MLU单元，其包括磁隧道结，所述磁隧道结包含：感测层，其具有适于通过外部磁场定向的感测磁化；参考层，其具有参考磁化；以及隧道势垒层；具有偏置磁化的偏置层和偏置反铁磁层，所述偏置反铁磁层在低阈值温度下钉扎偏置磁化并在高阈值温度下解放偏置磁化；被钉扎的偏置磁化定向成基本上平行于被钉扎的参考磁化；在感测层与偏置层之间的偏置耦合层，所述偏置耦合层包括反铁磁性类型的磁性材料且被配置成用于磁耦合偏置层和感测层，使得感测磁化被定向成基本上垂直于被钉扎的偏置磁化和被钉扎的参考磁化；磁隧道结进一步包括在感测层与偏置耦合层之间的非磁性间隔物层，所述非磁性间隔物层包括下述中的一者：Ta、Mg、Al、Ru、Cu、Pt、Pd、Hf、Cr、Nb、Zn或含有这些元素中的任一者的任何合金或氧化物，且被配置成用于调节耦合层的磁耦合的强度。本公开进一步涉及一种用于感测外部磁场的磁性传感器装置，其包括多个分支，每个分支均包括多个MLU单元的子集。本公开还涉及一种用于编程磁性传感器装置的方法。附图说明将借助以举例的方式给出和由诸图所图示的实施例的描述来更好地理解本专利技术，在诸图中：图1图示常规基于MLU的磁场方向测量，其包括第一分支、第二分支和第三分支，所述分支包括MLU单元；图2a至图2c示出对应于第一分支（图2a）、第二分支（图2b）和第三分支（图2c）的磁滞回线；图3示出常规MLU单元；图4示出根据实施例的用于感测外部磁场的MLU单元；图5图示根据另一个实施例的用于感测外部磁场的MLU单元；图6图示根据实施例的基于MLU的磁场方向测量装置；图7a和图7b表示在横向磁场（图7a）和纵向磁场（图7b）的情况下在MLU单元上所测量的磁滞回线；图8a和图8b示出针对所施加的横向磁场（图8a）和所施加的纵向磁场（图8b），具有感测磁化方向和偏置磁化方向的磁隧道结的顶视图；以及图9a和图9b图示根据实施例对应于磁性传感器装置的编程的计时图，其示出使加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于感测外部磁场的MLU单元（1），其包括磁隧道结（2），所述磁隧道结包含：感测层（21），其具有适于通过所述外部磁场定向的感测磁化（210）；参考层（23），其具有参考磁化（230）；参考反铁磁层（24），其在低阈值温度（TL）下钉扎所述参考磁化（230）并在高阈值温度（TH）下解放所述参考磁化（230）；以及在所述感测层（21）与所述参考层（23）之间的隧道势垒层（22）；具有偏置磁化（270）的偏置层（27）和偏置反铁磁层（26），所述偏置反铁磁层在所述低阈值温度（TL）下钉扎所述偏置磁化（270）并在所述高阈值温度（TH）下解放所述偏置磁化（270）；以及所述被钉扎的偏置磁化（270）被定向成基本上平行于所述被钉扎的参考磁化（230）；在所述感测层（21）与所述偏置层（27）之间的偏置耦合层（28），所述偏置耦合层（28）包括反铁磁性类型的磁性材料并且被配置成用于磁耦合所述偏置层（27）和所述感测层（21），使得所述感测磁化（210）被定向成基本上垂直于所述被钉扎的偏置磁化（270）和所述被钉扎的参考磁化（230）；其特征在于：所述磁隧道结（2）进一步包括在所述感测层（21）与所述偏置耦合层（28）之间的非磁性间隔物层（29），所述非磁性间隔物层（29）包括下述中的一者：Ta、Mg、Al、Ru、Cu、Pt、Pd、Hf、Cr、Nb、Zn或含有这些元素中的任一者的任何合金或氧化物，且被配置成用于调节所述耦合层（28）的所述磁耦合的强度。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.19 EP 14290351.71.一种用于感测外部磁场的MLU单元（1），其包括磁隧道结（2），所述磁隧道结包含：感测层（21），其具有适于通过所述外部磁场定向的感测磁化（210）；参考层（23），其具有参考磁化（230）；参考反铁磁层（24），其在低阈值温度（TL）下钉扎所述参考磁化（230）并在高阈值温度（TH）下解放所述参考磁化（230）；以及在所述感测层（21）与所述参考层（23）之间的隧道势垒层（22）；具有偏置磁化（270）的偏置层（27）和偏置反铁磁层（26），所述偏置反铁磁层在所述低阈值温度（TL）下钉扎所述偏置磁化（270）并在所述高阈值温度（TH）下解放所述偏置磁化（270）；以及所述被钉扎的偏置磁化（270）被定向成基本上平行于所述被钉扎的参考磁化（230）；在所述感测层（21）与所述偏置层（27）之间的偏置耦合层（28），所述偏置耦合层（28）包括反铁磁性类型的磁性材料并且被配置成用于磁耦合所述偏置层（27）和所述感测层（21），使得所述感测磁化（210）被定向成基本上垂直于所述被钉扎的偏置磁化（270）和所述被钉扎的参考磁化（230）；其特征在于：所述磁隧道结（2）进一步包括在所述感测层（21）与所述偏置耦合层（28）之间的非磁性间隔物层（29），所述非磁性间隔物层（29）包括下述中的一者：Ta、Mg、Al、Ru、Cu、Pt、Pd、Hf、Cr、Nb、Zn或含有这些元素中的任一者的任何合金或氧化物，且被配置成用于调节所述耦合层（28）的所述磁耦合的强度。2.根据权利要求1所述的MLU单元（1），其中，所述偏置层（27）包括反铁磁性材料。3.根据权利要求2所述的MLU单元（1），其中，所述反铁磁性材料包括下述的组合中的任一者：FeMn、IrMn、PtMn、NiO、CoO或任何基于Mn或O的反铁磁性物质，诸如CoFeO、NiFeO或任何基于Co、Fe、Ni或Mn的反铁磁性物质。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的MLU单元（1），其中，所述被钉扎层（27）是合成铁磁层，所述合成铁磁层包括通过间隔物层（273）反铁磁性地耦合的第一铁磁被钉扎层（271）和第二被钉扎的铁磁层（272）。5.根据权利要求1至3中的任一项所述的MLU单元（1），其中，所述感测层（21）是合成铁磁层，所述合成铁磁层包括通过感测间隔物层（223）反铁磁性地耦合的第一铁磁感测层（221）和第二铁磁感测层（222）。6.一种用于感测外部磁场的磁性传感器装置（100），其包括：多个分支（101、102、103），每个分支均包括多个根据权利要求1至5中的任一项所述的MLU单元（1）的子集，每个子集均通过电流线（301、302、303）串联电连接，所述电流线被配置成用于使编程电流（311、312、313）通过，所述编程电流适于将所述子集中的所述MLU单元（1）加热到所述高阈值温度（TH）之上，以便解放所述参考磁化（230）和所述偏置磁化（270）；每个分支（101、102、103）均进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：S班迪伊拉，
申请(专利权)人：克罗科斯科技公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR