低噪音磁场传感器制造技术

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）和被称作敏感层的自由磁化磁层（４３０），这两个层被用于磁去耦的第一隔离层（４２０）隔开。传感器进一步包括第二俘获磁化磁层（４５０），其通过用于磁去耦的第二隔离层（４４０）与所述敏感层隔开，第一和第二隔离层位于所述敏感层的两侧，并且在没有外场的情况下，第一俘获磁化磁层和敏感层的各自磁化基本正交。选择第二俘获层的磁化方向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及磁场传感器的领域，更具体地涉及具有垂直于层的平面的电;危几4可形4犬(g6om6trie de courant)的自》走阀或》兹P遂道结。本专利技术尤其应用于,兹记录领域。
技术介绍
f兹场传感器应用于众多应用中用于计算枳^更盘的读头、用于 读取磁道的装置、》兹性墨水、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，磁场变化改变了磁阻材料的电阻，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 层的电阻与根据磁化和施加于其的电流之间的角度的从属性。最近的》兹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^f兹层(称作俘获层)的》兹化保持固定。8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磁层中的电阻的变4b(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撰写的名为自旋阀多 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被称作CIP (面内电流)的构造的层 的平面平^于的电流几何形状。硬盘上的位尺寸(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(6crans)也用作电流输入 (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,兹场测量区i或，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、》兹化被层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f兹层140组成。可通过一对 侧向永f兹铁(未示出)将偏磁场施加于自由层140，以便当没有外 部》兹场时给其预定的》兹化方向。如果自由层140的》兹化方向和俘获层120的》兹化方向平行，那 么自^L阀的电阻小，并且，在其反平行的情况中，自^:阀的电阻大。 当将待测,兹场施加于层的平面中时，此》兹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的磁化的相对定向确定 自力走阀的电阻。由于其较小的尺寸，具有CPP构造的自旋阀具有非常低的电阻。为了制造适于前置放大器的典型输入阻抗(数十欧姆)的阻抗传感器，可以4吏用具有高表面电阻(以Q.(mi2测量)的,兹阻材泮+。 为此，4€出将断续氧化层插入非,兹性隔离层中，该断续氧化层用于 局部限制电流路径。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^f吏用寿命的电迁移现象。最后，最有前途的4支术看起来是基于〗吏用》兹阻隧道结或MTJ 的才支术。MTJ结与具有CPP构造的自旋阀的区别在于，隔离层130 由绝缘材料制成，例如，由氧化铝或氧化镁(MgO)制成。隧道结 必须具有足够低的阻值(由用于电阻区域的电阻和面积的乘积RA 测得)，从而，传感器具有与前置放大器的输入阻抗相适合的电阻， 并将散粒噪音最小化。所有磁阻传感器的一个重要特征是影响读取信号的噪音。在磁 阻传感器中，这可能乂人各种源中产生。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i兹 阻头中的白噪音》兹化波动，，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p喿音源是来源于电，更4青确地， 是从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》兹。事实上，在此情况中，敏感 层中的石兹化波动可导致传感器电阻的專交大波动。这些》兹化波动可由 热护0动导致，或者可乂人壁《孚获(pi6geage de parois )或f兹畴的不稳定 性产生。对于相同的4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》兹的噪音。图2示出了典型的噪音功率密度曲线(由1112标准化，其中，R 是传感器的电阻，I是穿过其的电流)，其才艮据磁场的频率f (被标 注为Po实线曲线)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(4皮标注为区域(I )，从0延伸至数百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，在每文感层的》兹化凝:转的过程中，不充分才及化可导致，敏感层中出 现能够俘获的壁或磁化可能跳跃的不稳定磁畴。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 自旋波励磁的频率等于敏感层的,兹化的进动自然频率时(FMR)， 将自旋波励》兹热激活为具有振幅峰值。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
本专利技术由磁阻传感器定义，所述磁阻传感器包括第一俘获磁化 磁层(称作第一俘获层)和自由磁化磁层(称作敏感层)，所述第一 俘获层和所述敏感层由用于磁去耦的第 一 隔离层隔开，所述磁阻传 感器进一步包括被称作第二俘获层的第二俘获磁化磁层()，所述第 二俘获层通过用于》兹去耦的第二隔离层与所述壽丈感层隔开，第 一和 第二隔离层位于所述敏感层的两侧，在没有外场的情况下，所述第一俘获层和所述敏感层的各自的万兹化基本正交。才艮据第 一 实施方式，所述传感器适于使直流电流从第 一俘获层 流向第二4孚获层，并且，第二俘获层的》兹化(7T2 )纟皮定向为在第一 俘获层的磁化方向()和所述每丈感层的^兹化方向(M。)之间的中 间方向上，在没有外场的情况下，允许才及限方向。才艮据第二实施方式，所述传感器适于使直流电流从第二俘获层 流向第一俘获层，并且，第二俘获层的磁化(712 )被定向为在第一 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁阻传感器，包括被称作第一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），所述第一俘获层和所述敏感层由用于磁去耦的第一隔离层（４２０）隔开，其特征在于，所述磁阻传感器进一步包括被称作第二俘获层的第二俘获磁化磁层（４５０），所述第二俘获层通过用于磁去耦的第二隔离层（４４０）与所述敏感层隔开，所述第一和第二隔离层位于所述敏感层的两侧，在没有外场的情况下，所述第一俘获层和所述敏感层的各自的磁化基本正交，所述传感器适于使直流电流从所述第一俘获层流向所述第二俘获层，并且，所述第二俘获层的磁化（π↓［２］）被定向为在所述第一俘获层的磁化方向（π↓［１］）和所述敏感层的磁化方向（Ｍ↓［０］）之间的中间方向上，在没有外场的情况下，允许极限方向。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2007-7-10 07563941.一种磁阻传感器，包括被称作第一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)，所述第一俘获层和所述敏感层由用于磁去耦的第一隔离层(420)隔开，其特征在于，所述磁阻传感器进一步包括被称作第二俘获层的第二俘获磁化磁层(450)，所述第二俘获层通过用于磁去耦的第二隔离层(440)与所述敏感层隔开，所述第一和第二隔离层位于所述敏感层的两侧，在没有外场的情况下，所述第一俘获层和所述敏感层的各自的磁化基本正交，所述传感器适于使直流电流从所述第一俘获层流向所述第二俘获层，并且，所述第二俘获层的磁化(π2)被定向为在所述第一俘获层的磁化方向(π1)和所述敏感层的磁化方向(M0)之间的中间方向上，在没有外场的情况下，允许极限方向。2. —种》兹阻传感器，包括^皮称作第一^f孚获层的第一俘获》兹化^兹层(410 )、和被称作敏感层的自由磁化f兹层(430 )，所述第一俘 获层和所述每文感层由用于》兹去耦的第一隔离层(420)隔开， 其特征在于，所述^f兹阻传感器进一步包括被称作第二俘获层的 第二俘获磁化磁层(450 ),所述第二俘获层通过用于磁去耦的 第二隔离层(440)与所述敏感层隔开，所述第一和第二隔离 层位于所述壽丈感层的两侧，在没有外场的情况下，所述第一4孚 获层和所述敏感层的各自的磁化基本正交，所述传感器适于使 直流电流从第二俘获层流向第一俘获层，并且，第二俘获层的 磁化(tt2 )被定向为在第一俘获层的磁化方向(；t,)和与所述 每文感层的》兹化方向(M。)相乂于的方向之间的中间方向上，在 没有外场的情况下，允许^l限方向。3. —种,兹阻传感器，包括被称作第一俘获层的第一俘获磁化》兹层(410)、和净皮称作每文感层的自由石兹化》兹层(430)，所述第一俘 获层和所述每文感层由用于》兹去耦的第一隔离层(420)隔开， 其特征在于，所述磁阻传感器进一步包括被称作第二俘获层的 第二^f孚获》兹化万兹层(450 )，所述第二4孚获层通过用于,兹去耦的 第二隔离层(440)与所述敏感层隔开，所述第一和第二隔离 层位于所述壽丈感层的两侧，在没有外场的情况下，所述第一4孚 获层和所述每文感层的相应》兹化基本正交，所述传感器适于4吏直 流电流从第一俘获层流向第二俘获层，并且，所述第二俘获层的磁化(7T2 )被定向为在与第一俘获层的磁化方向(7T,)相对的方向和与所述壽丈感层的f兹4匕方向(M。)相义于的方向之间的 中间方向上，在没有外场的情况下，允许4及限方向。4. 一种》兹阻传感器，包括被称作第 一俘获层的第 一俘获磁化磁层(410 )、和被称作敏感层的自由磁化》兹层(430 )，所述第一俘 获层和所述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^F兹阻传感器进一步包括被称作第二俘获层的 第二俘获》兹化^f兹层(450),所述第二俘获层通过用于^f兹去耦的 第二隔离层(440)与所述敏感层隔开，所述第一和第二隔离 层位于所述^t感层的两侧，在没有外场的情况下，所述第一俘 获层和所述^t感层的各自的》兹化基本正交，所述传感器适于使 直流电流从第二俘获层流向第一俘获层，并且，第二俘获层的》兹4匕方向(7T2 )净皮定向为在与第一4孚获层的》兹化方向(71,)相对的方向和与所述#丈感层的》兹化方向(Mo )之间的中间方向 上，在没有外场的情况下，允许4及限方向。5. 根据上述权利要求中任一项所述的磁阻传感器，其特征在于， 敏感层/第 一 隔离层/第 一俘获层整体的电阻基本上大于敏感层 /第二隔离层/第二俘获层整体的电阻。6. 根据上述权利要求中任一项所述的磁阻传感器，其特征在于， 所述第 一 隔离层是形成隧道结的薄绝缘层。7. 根据权利要求1至5中的任一项所述的磁阻传感器，其特征在 于，所述第一隔离层是金属层。8. 根据权利要求1至5中任一项所述的磁阻传感器，其特征在于， 所述第一隔离层是复合的金属-绝缘层，所述复合的金属-绝缘 层适于局部地限制电流路径。9. 根据上述权利要求中任一项所述的磁阻传感器，其特征在于， 所述第二隔离层是金属层。10. 才艮据片又利要求7和9中任一项所述的》兹阻传感器，其特征在于， 所述第二隔离层的表面电阻基本上小于所述第一隔离层的表面电阻。11. 根据权利要求1至8中任一项所述的磁阻传感器，其特征在于， 所述第二隔离层是复合的金属-绝缘层，所述复合的金属-绝缘层适于局部地限制电流路径。12. 根据上述权利要求中任一项所述的磁阻传感器，其特征在于， 所述^兹阻传感器包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：伯纳德迪耶尼，克莱尔巴拉迪克，塞巴斯蒂安珀蒂，克里斯托弗蒂里翁，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]