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DE-102025144816-A1 - Magnetsensor und Verfahren zu dessen Herstellung

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Abstract

Ein Magnetsensor (1) mit mindestens einem Magnetfeld-Sensorelement (2) und mindestens einer ersten weichmagnetischen Schicht (3). Mindestens ein Magnetfeld-Sensorelement (2) umfasst eine erste magnetisch fixierte Schicht (63), eine magnetisch freie Schicht (61), deren Magnetisierungsrichtung sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert, und eine erste nichtmagnetische Schicht (62). Die erste magnetisch fixierte Schicht (63), die magnetisch freie Schicht (61) und die erste nichtmagnetische Schicht (62) sind in der Reihenfolge der magnetisch freien Schicht (61), der ersten nichtmagnetischen Schicht (62) und der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) in einer ersten Richtung angeordnet. Mindestens eine erste weichmagnetische Schicht (3) liegt dem mindestens einen Magnetfeld-Sensorelement (2) in der ersten Richtung gegenüber.

Inventors

  • Hiroki Omura
  • Takafumi Kobayashi

Assignees

  • TDK CORPORATION

Dates

Publication Date
20260507
Application Date
20251031
Priority Date
20241101

Claims (18)

  1. Ein Magnetsensor (1) umfassend mindestens ein Magnetfeld-Sensorelement (2) und mindestens eine erste weichmagnetische Schicht (3), wobei das mindestens eine Magnetfeld-Sensorelement (2) eine erste magnetisch fixierte Schicht (63), eine magnetisch freie Schicht (61), deren Magnetisierungsrichtung sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert, und eine erste nichtmagnetische Schicht (62) umfasst, die erste magnetisch fixierte Schicht (63), die magnetisch freie Schicht (61) und die erste nichtmagnetische Schicht (62) in der Reihenfolge der magnetisch freien Schicht (61), der ersten nichtmagnetischen Schicht (62) und der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) in einer ersten Richtung angeordnet sind, eine Magnetisierungsrichtung der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) in der ersten Richtung fixiert ist, und die mindestens eine erste weichmagnetische Schicht (3) dem mindestens einen Magnetfeld-Sensorelement (2) in der ersten Richtung gegenüberliegt.
  2. Der Magnetsensor (1) gemäß Anspruch 1 , der mindestens eine zweite weichmagnetische Schicht (4) umfasst, die dem mindestens einen Magnetfeld-Sensorelement (2) in der ersten Richtung gegenüberliegt, wobei das mindestens eine Magnetfeld-Sensorelement (2) sich zwischen der mindestens einen ersten weichmagnetischen Schicht (3) und der mindestens einen zweiten weich magnetischen Schicht (4) befindet.
  3. Der Magnetsensor (1) gemäß Anspruch 2 , wobei die magnetisch freie Schicht (61) eine Langachse aufweist, mindestens eine der ersten weichmagnetischen Schicht (3) und der zweiten weichmagnetischen Schicht (4) eine Langachse aufweist und die Langachse der magnetisch freien Schicht (61) parallel zur Langachse mindestens einer der ersten weichmagnetischen Schicht (3) und der zweiten weichmagnetischen Schicht (4) verläuft.
  4. Der Magnetsensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei die erste nichtmagnetische Schicht (62) eine Isolierschicht umfasst.
  5. Der Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei das mindestens eine Magnetfeld-Sensorelement (2) eine zweite magnetisch fixierte Schicht (65) und eine Zwischenschicht (64) aus einem nichtmagnetischen Metall umfasst, die erste magnetisch fixierte Schicht (63), die magnetisch freie Schicht (65), die erste nichtmagnetische Schicht (62), die zweite magnetisch fixierte Schicht (65) und die Zwischenschicht (64) in der Reihenfolge der magnetisch freien Schicht (61), der ersten nichtmagnetischen Schicht (62), der ersten magnetisch fixierten Schicht (63), der Zwischenschicht (64) und der zweiten magnetisch fixierten Schicht (65) in der ersten Richtung angeordnet sind, und eine Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetisch fixierten Schicht (65) in der zur Magnetisierungsrichtung der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) entgegengesetzten Richtung fixiert ist.
  6. Der Magnetsensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei das mindestens eine Magnetfeld-Sensorelement (2) eine zweite magnetisch fixierte Schicht (65) und eine zweite nichtmagnetische Schicht (66) umfasst, die erste magnetisch fixierte Schicht (63), die magnetisch freie Schicht (61), die erste nichtmagnetische Schicht (62), die zweite magnetisch fixierte Schicht (65) und die zweite nichtmagnetische Schicht (66) in der Reihenfolge der zweiten magnetisch fixierten Schicht (65), der zweiten nichtmagnetischen Schicht (66), der magnetisch freien Schicht (61), der ersten nichtmagnetischen Schicht (62) und der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) in der ersten Richtung angeordnet sind, und eine Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetisch fixierten Schicht (65) in der Richtung entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) fixiert ist.
  7. Der Magnetsensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei das mindestens eine Magnetfeld-Sensorelement (2) eine antiferromagnetische Schicht (67) umfasst, die erste magnetisch fixierte Schicht (63), die magnetisch freie Schicht (61), die erste nichtmagnetische Schicht (62) und die antiferromagnetische Schicht (67) in der Reihenfolge der magnetisch freien Schicht (61), der ersten nichtmagnetischen Schicht (62), der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) und der antiferromagnetischen Schicht (67) in der ersten Richtung angeordnet sind, und die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) durch Austauschkopplung mit der antiferromagnetischen Schicht (67) fixiert ist.
  8. Der Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei das mindestens eine Magnetfeld-Sensorelement (2) eine Zwischenschicht (64) aus einem nichtmagnetischen Metall, eine zweite magnetisch fixierte Schicht (65) und eine antiferromagnetische Schicht (67) umfasst, die erste magnetisch fixierte Schicht (63), die magnetisch freie Schicht (61), die erste nichtmagnetische Schicht (62), die Zwischenschicht (64), die zweite magnetisch fixierte Schicht (65) und die antiferromagnetische Schicht (67) in der Reihenfolge der magnetisch freien Schicht (61), der ersten nichtmagnetischen Schicht (62), der ersten magnetisch fixierten Schicht (63), der Zwischenschicht (64), der zweiten magnetisch fixierten Schicht (65) und der antiferromagnetischen Schicht (67) in der ersten Richtung angeordnet sind, und eine Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetisch fixierten Schicht (65) durch Austauschkopplung mit der antiferromagnetischen Schicht (67) in einer Richtung entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) fixiert ist.
  9. Der Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei eine Magnetisierungsrichtung der magnetisch freien Schicht (61) in Abwesenheit eines externen Magnetfelds orthogonal zur ersten Richtung ausgerichtet ist.
  10. Der Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei eine Magnetisierungsrichtung der magnetisch freien Schicht (61) in einer Ebene senkrecht zur ersten Richtung in Abwesenheit eines externen Magnetfeldes eine Wirbelform aufweist.
  11. Der Magnetsensor (1) nach Anspruch 10 , wobei das mindestens eine Magnetfeld-Sensorelement (2) eine Mehrzahl von Magnetfeld-Sensorelementen (2) ist, die Magnetisierungsrichtung der magnetisch freien Schicht (61) jedes Magnetfeld-Sensorelements (2) in einer Ebene senkrecht zur ersten Richtung in Abwesenheit eines externen Magnetfelds eine Wirbelform aufweist, die Mehrzahl der Magnetfeld-Sensorelemente (2) in Reihe geschaltet sind und einer der ersten weichmagnetischen Schicht (3) in der ersten Richtung gegenüberliegen, und ein Bereich der Mehrzahl der Magnetfeld-Sensorelemente (2) und der verbleibende Bereich der Mehrzahl der Magnetfeld-Sensorelemente (2) befinden sich auf beiden Seiten einer Ebene, die eine Mittellinie der ersten weichmagnetischen Schicht (3) enthält, die parallel zur ersten Richtung verläuft, und die Magnetisierungsrichtungen in den Zentren der Wirbelformen einander entgegengesetzt sind.
  12. Der Magnetsensor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei das mindestens eine Magnetfeld-Sensorelement (2) eine Mehrzahl von Magnetfeld-Sensorelementen (2) ist, der Magnetsensor (1) eine erste und eine zweite Elementeinheit (11, 12) umfasst, die jeweils einen Bereich der mehreren Magnetfeld-Sensorelemente (2) aufweisen, die erste und die zweite Elementeinheit (11, 12) in Reihe geschaltet sind, um eine Gruppe zu bilden, wobei ein Ende der Gruppe mit einer Stromversorgung verbunden ist und das andere Ende geerdet ist, ein Ausgangsabschnitt zwischen der ersten Elementeinheit (11) und der zweiten Elementeinheit (12) positioniert ist, und die Magnetisierungsrichtungen der ersten magnetisch fixierten Schichten (63) der ersten Elementeinheit (11) und die Magnetisierungsrichtungen der ersten magnetisch fixierten Schichten (63) der zweiten Elementeinheit (12) einander entgegengesetzt sind.
  13. Der Magnetsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei das mindestens eine Magnetfeld-Sensorelement (2) eine Mehrzahl von Magnetfeld-Sensorelementen (2) ist, der Magnetsensor (1) eine erste bis vierte Elementeinheit (11, 12, 13, 14) aufweist, die jeweils einen Bereich der Mehrzahl der Magnetfeld-Sensorelemente (2) aufweisen, die erste und die zweite Elementeinheit (11, 12) in Reihe geschaltet sind, um eine erste Gruppe zu bilden, die dritte und die vierte Elementeinheit (13, 14) in Reihe geschaltet sind, um eine zweite Gruppe zu bilden, ein Ende der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe mit einer Stromversorgung verbunden ist, und die anderen Enden geerdet sind, die erste Elementeinheit (11) und die vierte Elementeinheit (14) auf der Stromversorgungsseite positioniert sind, die zweite Elementeinheit (12) und die dritte Elementeinheit (13) auf der Erdungsseite positioniert sind, der Magnetsensor (1) einen Differenziator (18) zum Bestimmen einer Differenz zwischen dem Ausgangssignal zwischen der ersten Elementeinheit (11) und der zweiten Elementeinheit (12) und dem Ausgangssignal zwischen der dritten Elementeinheit (13) und der vierten Elementeinheit (14) einschließt, Magnetisierungsrichtungen der ersten magnetisch fixierten Schichten (63) der ersten Elementeinheit (11) und der ersten magnetisch fixierten Schichten (63) der dritten Elementeinheit (13) die gleiche Richtung aufweisen, und Magnetisierungsrichtungen der ersten magnetisch fixierten Schichten (63) der zweiten und vierten Elementeinheiten (12, 14) entgegengesetzt zu den Magnetisierungsrichtungen der ersten magnetisch fixierten Schichten (63) der ersten und dritten Elementeinheiten (11, 13) sind.
  14. Der Magnetsensor (1) nach Anspruch 13 , wobei die mindestens eine erste weichmagnetische Schicht (3) eine einzige erste weichmagnetische Schicht (3) ist und die einzelne erste weichmagnetische Schicht (3) der ersten bis vierten Elementeinheiten (11, 12, 13, 14) gegenüberliegt.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (1), das die folgenden Schritte umfasst: Bilden einer Gruppe aus einer ersten Elementeinheit (11) und einer zweiten Elementeinheit (12), wobei die erste Elementeinheit (11) und die zweite Elementeinheit (12) in Reihe geschaltet sind; und Bilden mindestens eines Magnetfeld-Sensorelements (2) in jeder der ersten und zweiten Elementeinheiten (11, 12), indem ein Ende der Gruppe mit einer Stromversorgung verbunden wird, das andere Ende geerdet wird und ein Ausgangsabschnitt zwischen der ersten und zweiten Elementeinheit (11, 12) vorgesehen wird, wobei: der Schritt des Herstellens mindestens eines Magnetfeld-Sensorelements (2) in jeder der ersten und zweiten Elementeinheiten (11, 12) umfasst: Anordnen einer ersten magnetisch fixierten Schicht (63), einer magnetisch freien Schicht (61), deren Magnetisierungsrichtung sich in Bezug auf ein externes Magnetfeld ändert, einer ersten nichtmagnetischen Schicht (62) und einer antiferromagnetischen Schicht (67) in der Reihenfolge der magnetisch freien Schicht (61), der ersten nichtmagnetischen Schicht (62), der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) und der antiferromagnetischen Schicht (67) in einer ersten Richtung; Anlegen eines Magnetfelds in der ersten Richtung an die erste Elementeinheit (11), während die erste Elementeinheit (11) lokal erwärmt wird, um die ersten magnetisch fixierten Schichten (63) der ersten Elementeinheit (11) zu magnetisieren; und Anlegen eines Magnetfelds in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, an die zweite Elementeinheit (12), während die zweite Elementeinheit (12) lokal erwärmt wird, um die ersten magnetisch fixierten Schichten (63) der zweiten Elementeinheit (12) zu magnetisieren.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (1) gemäß Anspruch 15 , wobei die erste Elementeinheit (11) und die zweite Elementeinheit (12) durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl lokal erwärmt werden.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (1), das die folgenden Schritte umfasst: Bilden einer ersten bis vierten Elementeinheit (11, 12, 13, 14), so dass eine erste Gruppe bereitgestellt wird, in der eine erste Elementeinheit (11) und eine zweite Elementeinheit (12) in Reihe geschaltet sind, eine zweite Gruppe bereitgestellt wird, in der eine dritte Elementeinheit (13) und eine vierte Elementeinheit (14) in Reihe geschaltet sind, ein Ende der ersten Gruppe und ein Ende der zweiten Gruppe mit einer Stromversorgung verbunden sind, die anderen Enden geerdet sind, die erste Elementeinheit (11) und die vierte Elementeinheit (14) auf der Stromversorgungsseite liegen, die zweite Elementeinheit (12) und die dritte Elementeinheit (13) auf der geerdeten Seite liegen und mindestens ein Magnetfeld-Sensorelement (2) in jeder der ersten bis vierten Elementeinheiten (11, 12, 13, 14) vorgesehen ist; und Bereitstellen eines Differenzierers (18) zum Bestimmen einer Differenz zwischen dem Ausgangssignal zwischen der ersten Elementeinheit (11) und der zweiten Elementeinheit (12) und dem Ausgangssignal zwischen der dritten Elementeinheit (13) und der vierten Elementeinheit (14), wobei: der Schritt des Bereitstellens mindestens eines Magnetfeld-Sensorelements (2) der ersten bis vierten Elementeinheit (11, 12, 13, 14) umfasst: Anordnen einer ersten magnetisch fixierten Schicht (63), einer magnetisch freien Schicht (61), deren Magnetisierungsrichtung sich in Bezug auf ein externes Magnetfeld ändert, einer ersten nichtmagnetischen Schicht (62) und einer antiferromagnetischen Schicht (67) in der Reihenfolge der magnetisch freien Schicht (61),der ersten nichtmagnetischen Schicht (62), der ersten magnetisch fixierten Schicht (63) und der antiferromagnetischen Schicht (67) in einer ersten Richtung; Anlegen eines Magnetfelds an die erste und dritte Elementeinheit (11, 13) in der ersten Richtung, während die erste und dritte Elementeinheit (11, 13) lokal erwärmt werden, um die ersten magnetisch fixierten Schichten (63) der ersten und dritten Elementeinheit (11, 13) zu magnetisieren; und Anlegen eines Magnetfelds an die zweite und vierte Elementeinheit (12, 14) in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, während die zweite und vierte Elementeinheit (12, 14) lokal erhitzt werden, um die ersten magnetisch fixierten Schichten (63) der zweiten und vierten Elementeinheit (12, 14) zu magnetisieren.
  18. Verfahren zur Herstellung eines Magnetsensors (1) gemäß Anspruch 17 , wobei die erste bis vierte Elementeinheit (11, 12, 13, 14) durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl lokal erwärmt werden.

Description

GEBIET Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Magnetsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung. HINTERGRUND Ein Magnetsensor, der einen magnetoresistiven Effekt nutzt, umfasst im Allgemeinen eine magnetisch freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert, eine magnetisch fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der magnetisch freien Schicht und der magnetisch fixierten Schicht positioniert ist. JP2018-6598A beschreibt einen Magnetsensor, bei dem die Magnetisierungsrichtung der magnetisch fixierten Schicht in Stapelrichtung der magnetisch freien Schicht, der nichtmagnetischen Schicht und der magnetisch fixierten Schicht fixiert ist. ZUSAMMENFASSUNG Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, einen Magnetsensor bereitzustellen, bei dem die Magnetisierungsrichtung einer magnetisch fixierten Schicht in der Stapelrichtung einer magnetisch freien Schicht, einer nichtmagnetischen Schicht und der magnetisch fixierten Schicht fixiert ist und bei dem die Magnetisierungsrichtung der magnetisch fixierten Schicht dazu neigt, nicht von der Stapelrichtung abzuweichen. Der Magnetsensor der vorliegenden Offenbarung umfasst mindestens ein Magnetfeld-Sensorelement und mindestens eine erste weichmagnetische Schicht. Das mindestens eine Magnetfeld-Sensorelement umfasst eine erste magnetisch fixierte Schicht, eine magnetisch freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert, und eine erste nichtmagnetische Schicht. Die erste magnetisch fixierte Schicht, die magnetisch freie Schicht und die erste nichtmagnetische Schicht sind in der Reihenfolge der magnetisch freien Schicht, der ersten nichtmagnetischen Schicht und der ersten magnetisch fixierten Schicht in einer ersten Richtung angeordnet, und die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetisch fixierten Schicht ist in der ersten Richtung fixiert. Die mindestens eine erste weichmagnetische Schicht liegt dem mindestens einen Magnetfeld-Sensorelement in der ersten Richtung gegenüber. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Die 1A und 1B sind schematische Zeichnungen eines Magnetsensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.2 ist eine schematische Zeichnung eines Magnetsensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.3 ist eine schematische Zeichnung eines Magnetsensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.4 ist eine schematische Zeichnung eines Magnetsensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.5 ist eine schematische Zeichnung eines Magnetsensors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.Die 6A-6C sind schematische Zeichnungen von Magnetsensoren gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel und Vergleichsbeispielen.7 ist eine schematische Zeichnung eines Magnetsensors gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel.8 ist eine schematische Zeichnung eines Magnetsensors gemäß einem achten Ausführungsbeispiel.9 ist eine schematische Zeichnung eines Magnetsensors gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG In dem in JP2018-6598A beschriebenen Magnetsensor ist die Magnetisierungsrichtung einer magnetisch fixierten Schicht in Stapelrichtung fixiert, aber die Magnetisierungsrichtung der magnetisch fixierten Schicht kann aufgrund eines externen Magnetfelds, das orthogonal zur Stapelrichtung ist, von der Stapelrichtung abweichen. Die Abweichung der Magnetisierungsrichtung der magnetisch fixierten Schicht kann zu einer Verringerung des Ausgangssignals des Magnetsensors führen. Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen wird die Richtung, in der die Mehrzahl der Schichten des laminierten Körpers 6 gestapelt sind (erste Richtung), als Z-Richtung bezeichnet. Die Richtung vom laminierten Körper 6 zur oberen Elektrodenschicht 5 wird als +Z-Richtung bezeichnet. Die Richtung vom laminierten Körper 6 zur unteren Elektrodenschicht 7 oder zum Substrat wird als -Z-Richtung bezeichnet. Eine Richtung orthogonal zur Z-Richtung wird als X-Richtung bezeichnet. Obwohl die X-Richtung in den Zeichnungen der Einfachheit halber angegeben ist, kann die X-Richtung jede Richtung orthogonal zur Z-Richtung sein. Sofern nicht anders beschrieben, zeigen weiße Pfeile in den Zeichnungen die Magnetisierungsrichtungen der ersten magnetisch fixierten Schicht 63 und der zweiten magnetisch fixierten Schicht 65 an. Dicke Pfeillinien zeigen die Magnetisierungsrichtung der magnetisch freien Schicht 61 in Abwesenheit eines externen Magnetfelds (im Folgenden als „Nullmagnetfeldzustand“ bezeichnet) an. Gestrichelte Linien mit Pfeilen zeigen konzeptionell den magnetischen Fluss (ein externes Magnetfeld) an. Erstes Ausführungsbeispiel Die 1A und 1B zeigen die schematische Struktur des Magnetsensors 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 1A ist eine Vorderansicht des Magnetsensors 1. 1B ist eine Draufsicht auf de