本发明专利技术涉及一种磁阻传感器，其包括：第一俘获磁化磁层（４１０），被称作俘获层；和自由磁化磁层（４３０），被称作敏感层，在没有外场的情况下，敏感层的磁化基本上垂直于俘获层的磁化，所述俘获层和敏感层由用于磁去耦的第一隔离层（４２０）隔开。磁阻传感器还包括被称作侧向耦合层的层（４４０），其位于敏感层的与隔离层相对的一侧，并能够控制侧向自旋转移。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及石兹场传感器的领域，更具体地涉及具有垂直于层的平面的电;虎几<可形^1犬(g6om6trie de courant)的自4t阀的4页i或。本专利技术尤其用于》兹记录领域。
技术介绍
磁场传感器应用于众多应用中用于计算才几硬盘的读头、用于 读取》兹道的装置、/磁性墨水、位置编码器、角度编码器、电子罗盘等。磁场传感器是近年来主要研究的目标，以便与硬盘上的记录密 度的快速增加同步前进。从1992年开始，在计算机硬盘读头中使用的磁场传感器是磁阻 型的。在此类型的传感器中，》兹场变化改变了不兹阻材冲牛的电阻，导 致传感器端子处的电压变化。最初的》兹阻传感器利用薄/磁层的》兹阻的各向异性，即利用这种 层的电阻才艮据》兹化和施加于其的电流之间的角度的从属性。最近的磁阻传感器以自旋阀为基础。通常将自旋阀定义为由通 过非磁性金属的薄层隔开的两个磁层组成的结构。通过与反铁磁性 材料的交换相互作用，将一个磁层(称作俘获层(couche pi^6e ))的磁化保持固定。另 一磁层(称作自由层或敏感层)的磁化随着施 加于其的磁场的变化而自由变化。两个磁层的各自磁化的方向的相 对变化导致非^兹层中的电阻的变化(称作巨^兹阻效应)。例如，在1994年于Journ. Magn. Mater. 136的第335至359页发表的B. Dieny 的名为"自^:阀多层中的巨》兹阻"的文章中可发现关于自旋阀的描述。最初的自旋阀使用与根据CIP (面内电流)构造的层的平面平 行的电流几何形状。》更盘上的位尺寸(2006年大约是100nmx40nm ) 的减小导致具有CPP(电流垂直于平面)构造的自旋阀的发展，CPP 构造同时具有更高的集成度和更大的磁阻变化。才艮据此构造，包围》兹阻元件的屏蔽Ucrans)也用作电流l命入 (amen6e du courant)和电压端子(prise de tension)。 具体地,在申 请WO-A-97/44781中可发现具有CPP构造的自旋阀的描述。图1示意性地示出了使用具有CPP构造的自旋阀100的磁阻传 感器。两个金属屏蔽101和102用来限制磁场测量区域，并用作电流 输入和电压端子。此区域的宽度d给出了最大读取分辨率。自旋阀 主要由反铁磁性层110、磁化被层IIO俘获的磁层120、非磁性薄层 130和^兹化随着外部》兹场而自由变化的^兹层140组成。可通过一对 侧向永》兹4失(未示出)将偏》兹场施加于自由层140，以便当没有外 部磁场时给其预定的磁化方向。如果自由层140的磁化方向和俘获层120的磁化方向平行，那 么自旋阀的电阻小，并且，在其反平行的情况中，自旋阀的电阻大。 当将待测磁场施加于层的平面中时，此磁场在所述平面中产生自由层的磁化的旋转。自由层的磁化相对于俘获层的磁化的相对定向确定自^:阀的电阻。由于构成自旋阀的层的低厚度及其金属特性，具有CPP构造的 自旋阀具有非常低的电阻。为了制造适于前置方文大器的典型输入阻 抗(数十欧姆)的阻抗传感器，可以使用具有高表面电阻(以anm2 测量)的磁阻材料。为此，提出将断续氧化层插入非磁性隔离层中， 该断续氧化层用于限制电流路径。然而，此方法导致非常高的电流 密度，并由此导致有害于传感器的使用寿命的电迁移现象。最后， 最有前途的技术看起来是基于使用f兹阻隧道结或MTJ的技术。MTJ 结与具有CPP构造的自旋阀的区别在于，隔离层130由绝缘材^l"制 成，例如由氧化铝或氧化4美(MgO)制成。自旋阀的另 一限制来源于影响读取信号的噪音。这从各种源中 产生。如在2001年于Appl. Phys. Lett.第78期的第1148至1150页 发表的N. Smith等人撰写的名为"磁阻头中的白噪音磁化波动"的 文章所指出的，当自旋阀具有较低的磁阻相对变化(即，较低的AR/R 比值，其中，AR是平行和反平行状态之间的电阻变化)时，主要的 噪音源是来源于电，更精确地，是^v导电电子的布朗运动产生的约 翰逊噪音。相反地，如果此比值较高，那么主要的噪音源是来源于 磁。事实上，在此情况中，敏感层中的磁化波动可导致传感器电阻 的较大波动。这些i兹化波动可由热扰动导致，或者可从壁俘获 (pi6geage de parois )或》兹域的不稳、定性产生。对于相同的肆毛散功率， 当传感器的尺寸更小时，热波动相应地更大。以相同的方式，对于具有低AR/R比值的MTJ结传感器，主要 的噪音源是来源于电，即，隧道结的散粒噪音，而对于具有高AR/R 比值的MTJ结传感器，噪音主要是来源于磁，如上所述。因此，对于具有自旋阀的磁阻传感器或具有非常高的敏感性(即具有高AR/R比值)的磁隧道结的磁阻传感器，信噪比(SNR)主 要取决于来源于磁的噪音。图2示出了典型的噪音密度曲线(由1112标准化，其中，R是 传感器的电阻，I是穿过其的电流)，其根据所测》兹场的频率f影响 》兹阻传感器(基于CPP自旋阀或》兹隧道结)中的测量信号。区分三个不同的噪音状态在低频区域(被标注为区域(1)，从O至数百MHz)中，测量 噪音是白噪音和1/f的噪音的总和，该白噪音部分来源于电(约翰 逊噪音或散粒噪音)，部分来源于磁(传感器的敏感层中的磁化热波 动)，该1/f的噪音来源于偏磁场对敏感层的不充分磁极化。事实上， 在每丈感层的》兹化;^:转的过程中，不充分才及化可导致每丈感层中出现能 够不可逆移动的壁或》兹4b可能淵&夭的不稳、定,兹i或。在高频区域(被标注为区域(III),典型地从大约1.5GHz延伸 至数十GHz)中，噪音曲线的形状归因于铁磁共振现象或FMR。当 热激活的FMR励》兹的频率对应于壽文感层的i兹化的进动自然频率时， 自然;也力文大热激活的FMR厉力石兹。中间区域"皮标注为区域(II))将低频区域与高频区域隔开。 在此区域中，主要是白噪音，几乎不存在1/f噪音和FMR共振。因此，本专利技术的目的是提供一种具有非常高的性能(高敏感性、 小尺寸)同时在有利的频率范围中表现出高信噪比的磁阻传感器结 构。
技术实现思路
本专利技术由包括第一俘获磁化磁层(被称作俘获层)和自由磁化 磁层(被称作敏感层)的磁阻传感器定义，在没有外场的情况下， 敏感层的》兹化基本上垂直于俘获层的磁化，所述俘获层和敏感层由用于f兹去茅禺(d&ouplage magn6tique )的第一隔离层隔开。根据第一实施方式，磁阻传感器还包括被称作侧向耦合层 (couche de couplage lat6ral)的层，其^f立于壽丈感层的与P鬲离层才目只t 的一侧上，并适于在保持自旋的同时向所述敏感层反向散射电子； 以及使直流电流从侧向耦合层流向俘获层的装置。根据第一替代方式，隔离层是第一绝缘层，形成第一隧道结。根据第二替代方式，隔离层是第一断续绝缘层，其适于限制沿 着多条电流路径穿过其的电流。根据第三替代方式，隔离层是第一非磁性金属层。根据第 一或第二替代方式，侧向耦合层可有利地包括第二绝缘 层或半导体层，其形成第二隧道结并具有小于隔离层的表面电阻率 的表面电阻率。可替代地，侧向耦合层可包括第二断续绝缘层，其适于限制通 过其的电流并具有小于隔离层的表面电阻率的表面电阻率。磁阻传感器可进一步包括与敏感层直接本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁阻传感器，包括被称作俘获层的第一俘获磁化磁层（４１０）、和被称作敏感层的自由磁化磁层（４３０），在没有外场的情况下，所述敏感层的磁化基本上垂直于俘获层的磁化，所述俘获层和敏感层由用于磁去耦的第一隔离层（４２０）隔开，其特征在于，所述磁阻传感器还包括：被称作侧向耦合层的层（４４０），其位于所述敏感层的与所述隔离层相对的一侧上，并适于在保持自旋的同时向所述敏感层反向散射电子；以及使直流电流从所述侧向耦合层流向所述俘获层的装置。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：伯纳德迪耶尼，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，国立科学研究中心，
类型：发明
国别省市：FR[法国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。