DE3518864A1 - Magnetoresistives element - Google Patents
Magnetoresistives elementInfo
- Publication number
- DE3518864A1 DE3518864A1 DE19853518864 DE3518864A DE3518864A1 DE 3518864 A1 DE3518864 A1 DE 3518864A1 DE 19853518864 DE19853518864 DE 19853518864 DE 3518864 A DE3518864 A DE 3518864A DE 3518864 A1 DE3518864 A1 DE 3518864A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- magnetostriction
- magnetic field
- magnetoresistive element
- film
- change effect
- 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.)
- Granted
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 8
- 240000007673 Origanum vulgare Species 0.000 claims 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 51
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 21
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 17
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 16
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 15
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910003271 Ni-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910020641 Co Zr Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020515 Co—W Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020520 Co—Zr Inorganic materials 0.000 description 1
- 101100346656 Drosophila melanogaster strat gene Proteins 0.000 description 1
- 241001590997 Moolgarda engeli Species 0.000 description 1
- 229910001257 Nb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017709 Ni Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003267 Ni-Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003262 Ni‐Co Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 1
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000005300 metallic glass Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
- G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
- G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N35/00—Magnetostrictive devices
- H10N35/101—Magnetostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. generators, sensors
-
- 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
- H10N50/10—Magnetoresistive devices
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B5/00—Recording by magnetisation or demagnetisation of a record carrier; Reproducing by magnetic means; Record carriers therefor
- G11B5/127—Structure or manufacture of heads, e.g. inductive
- G11B5/33—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only
- G11B5/39—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects
- G11B5/3903—Structure or manufacture of flux-sensitive heads, i.e. for reproduction only; Combination of such heads with means for recording or erasing only using magneto-resistive devices or effects using magnetic thin film layers or their effects, the films being part of integrated structures
- G11B5/3906—Details related to the use of magnetic thin film layers or to their effects
- G11B5/3945—Heads comprising more than one sensitive element
- G11B5/3948—Heads comprising more than one sensitive element the sensitive elements being active read-out elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
Description
Hitachi Ltd. O Δ Μ · «nee
6, Kanda Surugadai 4-chome * " M«*' 1985
Chiyoda-ku, Tokyo, Japan H 628 8 Al/se
Beschreibung
Magnetoresistives Element
Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetoresistives Element mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld und
insbesondere ein magnetoresistives Element, welches gut ^Z
für einen Meßfühler zum Erfassen eines Magnetfeldes und '* für einen Magnetkopf eingesetzt werden kann.
In einem konventionellen magnetoresistiven Element aus einer Ni-Fe Legierungsschicht (ein sogenanntes Permalloy)
mit hoher Permeabilität unterliegen die magnetischen Eigenschaften einer Veränderung in Abhängigkeit von dem das
Element bildenden Materialien und der bei Benützung des Elementes ausgeübten Belastung. Um eine Veränderung der
magnetischen Eigenschaften zu verhindern, ist daher bisher eine Permalloyschicht mit einer Zusammensetzung benutzt
worden, welche keine Magnetostriktion bzw. eine Magnetostriktion Null aufweist. Der Zusammensetzungsbereich,
in welchem die Magnetostriktion der Permalloyschicht Null bleibt, ist jedoch sehr klein. Bei einer dünnen
Schicht, welche insbesondere durch Verdampfen oder Zerstäuben gebildet wird, ist es sehr schwierig, die Zusammensetzung
genau zu steuern. Darüber hinaus verändert sich die Magnetostriktion der Permalloyschicht erheblich
-*■ H
in Abhängigkeit von Art und Umfang von Verunreinigungselementen, welche in der Schicht enthalten sind. Demzufolge
verändern sich die elektromagnetischen Eigenschaften des Elementes in Abhängigkeit von der Belastung.
Zum Stand der Technik werden die nachfolgenden Literaturstellen genannt:
1) A.V. pohm, CS. Cornstock und L. Perrey; IEEE Trans.
Mag., MAG-20, Nr. 5, 863 (1984), und
2) J.A.C. van Ooyen, M.F. Druyvesteyn und L. Postma;
J. Appl. Phys., 53(3), 2596 (1982).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein magnetoresistives Element zu schaffen, bei welchem die Unzulänglichkeiten
der bekannten Elemente eliminiert sind und welches eine sehr geringe Veränderung seiner elektromagnetischen
Eigenschaften zeigt, selbst wenn eine Belastung auf das Element ausgeübt wird, oder ein magnetoresistives
Element zu schaffen, welches eine stabile Magnetostriktion eines vorbestimmten Wertes zeigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein magnetoresistives
Element mit einem vorbestimmten unmagnetischen isolierenden Substrat und einem mehrschichtigen Film gelöst,
welcher durch abwechselndes Laminieren einer metallischen Schicht mit Widerstandsänderungseffekt im
Magnetfeld, die eine vorbestimmte Dicke und eine vorbestimmte positive Magnetostriktion aufweist, und einer metallischen
Schicht mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld, die eine vorbestimmte Dicke und eine vorbestimmte
negative Magnetostriktion aufweist, geformt ist.
Es ist möglich, ein magnetoresistives Element zu erhalten, welches eine sehr geringe Veränderung seiner elektromagnetischen
Eigenschaften zeigt, wenn eine Belastung auf das
Element ausgeübt wird, indem die oben beschriebenen Methoden eingesetzt werden. Wenn die Schichten in dem mehrschichtigen
Film gleiche Dicke aufweisen, wird ein Mehrschichtaufbau erhalten durch abwechselndes Laminieren
einer gleichen Anzahl metallischer Schichten mit Widerstandsänderungseffekt
im Magnetfeld, welche eine Magnetostriktion entgegengesetzten Vorzeichens und eine solche Zusammensetzung
aufweisen, daß die Absolutwerte gleich oder um einen vorbestimmten Betrag verschieden sind. Wenn die
Schichten in dem mehrschichtigen Film unterschiedliche Dicke haben, sind die Dicken der Schichten und die Anzahl
der laminierten Schichten so abgestimmt, daß der Betrag der Magnetostriktion von Schichten mit Magnetostriktion
verschiedenen Vorzeichens durch einen vorbestimmten positiven oder negativen Wert kompensiert wird.
Um ein magnetoresistives Element mit einer Magnetostriktion eines vorbestimmten Wertes, der sich von Null unterscheidet,
zu erhalten, sollten die Dicken der Schichten, die Magnetostriktion und die Anzahl der laminierten
Schichten derart kombiniert werden, daß sie nicht in den Bereich von Bedingungen fallen, welche den Wert der Magnetostriktion
auf Null reduzieren. Diese Bedingungen können nach Wunsch experimentell im voraus für jeden Fall bestimmt
werden.
Jede Schicht des mehrschichtigen Films sollte eine Dicke größer als 10 Ängström aufweisen. Die resultierende Dicke
der Schichten, d.h. die Dicke des mehrschichtigen Films
sollte kleiner als 1000 Angström sein. Eine Schicht mit
einer Dicke kleiner als 10 Angström zeigt keine spontane
Magnetisierung und ist daher nicht wünschenswert. Wie allgemein bekannt ist, zeigt der konventionelle Film mit
Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld seine Wirkungen in ausreichendem Umfang nur dann, wenn seine Dicke nicht
größer als 1000 Angström ist. Ähnlich sollte gemäß der
vorliegenden Erfindung der mehrschichtige Film, welcher für das magnetoresistive Element benutzt wird, eine Dicke auf-
weisen, welche nicht größer als 1000 Angström ist. Wenn ein
mehrschichtiger Film für Anwendungen benutzt wird, bei welchen der Widerstandsänderungseffekt nicht erwartet wird,
kann die Dicke des mehrschichtigen Films 1000 Angström übersteigen.
Jede der metallischen Schichten mit Widerstandsänderungseffekt
im Magnetfeld, welche den mehrschichtigen Film bilden, sollte einen Absolutwert der Magnetostriktion aufweisen, welcher
nicht größer als 15 χ 10 ist. Eine metallische Schicht mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld mit
einem Absolutwert der Magnetostriktion, welcher größer als 15 χ 10 ist, erzeugt nämlich eine sehr kleine Ausgangsspannung,
welche auf dem Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld beruht. Wenn die Magnetostriktion insbesondere
kleiner als
matisch ab.
matisch ab.
kleiner als -15 χ 10 ist, fällt die Ausgangsspannung dra-
Das Substrat kann aus irgendeinem Material wie z.B. Glas, SiO,,, Al„O,, MgO, Silicium oder einem Material bestehen,
welches durch Laminieren von SiO- auf Silicium entsteht, vorausgesetzt, daß das Substrat unmagnetisch und elektrisch
isolierend ist und dem Aufbringen einer metallischen Schicht mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld widerstehen
kann.
Die metallischen Schichten mit Widerstandsänderungseffekt
im Magnetfeld, welche den mehrschichtigen Film bilden, können miteinander verbunden werden durch ein Verfahren, mit
dem ein Film gewünschter Dicke hergestellt werden kann, wie z.B. durch Verdampfen, Zerstäuben, Elektroplattieren
oder Ionenstrahl-Zerstäuben.
35
35
■*-
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung: Darin zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung der Streuung der Magnetostriktion eines konventionellen Permalloyfilms,
Fig. 2 eine Darstellung der Eigenschaften des Wider-Standsänderungseffektes
im Magnetfeld (Magnet
feld-Spannungseigenschaften) eines konventionellen aufgedampften Permalloyfilms mit der Belastung
als Parameter,
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein magnetoresistives
Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 4 eine Darstellung der Eigenschaften des Wider-Standsänderungseffektes
im Magnetfeld (Magnetfeld-Spannungseigenschaften) eines magnetoresistiven Elementes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Belastung
als Parameter,
25
25
Fig. 5 einen Querschnitt eines magnetoresistiven Elementes gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 6 einen Querschnitt eines magnetoresistiven Elementes gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Vergleichsbeispiel
Als Vergleichsbeispiel wurde ein konventioneller metallischer Einschichtfilm mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld
hergestellt, um seine Eigenschaften zu prüfen.
In Fig. 1 sind Meßwerte der Magnetostriktion einer Vielzahl von Proben aus einem Ni - 19% Fe Legierungsfilm (Prozent
ist hiernach immer Gew.-%) illustriert, der auf einem Glassubstrat, welches auf 2000C gehalten wird, bis zu
einer Dicke von 400 Angström durch eine Elektrostrahl-Verdampfungsmethode
abgelagert ist und der eine Zusammensetzung mit einer Magnetostriktion Null aufweisen soll.
Die Schichten bzw. Filme wurden kontinuierlich auf verschiedenen Substraten aus der gleichen Verdampfungsquelle
und unter den gleichen Verdampfungsbedingungen gebildet. Die Dicke des aufgedampften Films wurde durch ein Filmdicke-Kontrollgerät
gemessen, welches einen Quarzoszillator verwendete. Der Magnetostriktionsgrad wurde bestimmt
aus der Beziehung zwischen der Veränderung in der Magnetfeld-Spannungskurve und der aufgebrachten Belastung, indem
die Magnetfeld-Spannungskurve der Eigenschaften des Widerstandsänderungseffektes im Magnetfeld im magnetischen
Wechselfeld gemessen wurde, während eine vorbestimmte Belastung auf die Probe aufgebracht wurde. Die Magnetostriktion
wurde in der gleichen Weise in den später aufgeführten Arbeitsbeispielen gemessen.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ergibt sich eine erhebliche Streuung der Magnetostriktion, selbst wenn der Film unter
einheitlichen Bedingungen aufgedampft wird. Es ist sehr schwierig, zuverlässig einen Permalloyfilm (Ni-Fe Legierung)
mit einer Magnetostriktion Null zu erzielen. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Zusammensetzung des
Permalloyfilms sich in Abhängigkeit von den empfindlichen Verdampfungsbedingungen wie z.B. Verdampfungsrate, Sub-
-r-3
strattemperatur und Vakuumsgrad in der Verdampfungskammer
verändert- Der Grund hierfür besteht insbesondere z.B. aus zwei Faktoren:
1) Nickel und Eisen haben verschiedene Dampfdrücke; daher werden eine verschiedene Anzahl von Nickelatomen und
Eisenatomen aus der Verdampfungsquelle in Abhängigkeit vom anfänglichen Verdampfungszustand und vom letzten
Verdampfungszustand verdampft, und
2) die Art und Menge von Verunreinigungen in dem Film verändern sich in Abhängigkeit von den Verdampfungsbedingungen
wie z.B. die Wirkung von Sauerstoff.
In Fig. 2 sind die Magnetfeld-Spannungseigenschaften einer
— 6 Probe mit einer Magnetostriktion von -2,2 χ 10 gezeigt,
welche eine der konventionellen, in Fig. 1 gezeigten Permalloyfilmproben
ist. In Fig. 2 stellt eine Kurve 1 Eigenschaften einer Probe dar, welche aus einem Glassubstrat
besteht, auf das ein Permalloyfilm aufgedampft ist, und eine Kurve 2 stellt Eigenschaften einer Probe dar, welche
aus einem Glassubstrat besteht, auf welches ein Permalloyfilm aufgedampft ist und eine Zugbelastung von ungefähr
500 kg/cm2 ausgeübt wird. Das Aufbringen der Belastung verursacht einen drastischen Abfall der Spannung. Dies
rührt von der Magnetostriktion des Permalloyfilms her.
Die Ordinate und Abszisse in Fig. 2 stellen beliebige Einheiten dar.
Die Magnetfeld-Spannungseigenschaften werden gemessen, indem ein einheitliches magnetisches Wechselfeld auf einen
rechtwinkligen metallischen Film mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld in Richtung der kurzen Achse aufgebracht
wird, ein konstanter Strom durch den Film über Aluminiumleiter, welche an beiden Enden des Films mit
Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld vorgesehen sind, in dessen Längsrichtung geschickt wird und indem die Widerstandsänderung
des Films in Abhängigkeit vom Magnet-
feld als Veränderung der Klemmenspannung über den Aluminiumleitern
gemessen wird. Die Magnetfeld-Spannungseigenschaften können daher als Ausgangsspannungseigenschaften des
magnetoresistiven Elementes betrachtet werden. Die Belastung ist eine Zugbelastung, welche in Längsrichtung des Films mit
Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld aufgebracht wird.
Das Meßverfahren der Magnetfeld-Spannungseigenschaften und das Verfahren des Aufbringens von Belastungen sind die
gleichen bei den weiter unten beschriebenen Arbeitsbeispielen.
Das magneto-resistive Element weist, wie in Fig. 3 gezeigt
ist, zwei Schichten auf, d.h. eine Ni - 21% Fe Schicht mit positiver Magnetostriktion (+3 χ 10 ) und eine Ni 17%
Fe Schicht 13 mit negativer Magnetostriktion (-3 χ 10 ), die kontinuierlich auf ein Glassubstrat 11 jeweils bis zu
einer Dicke von 200 Angström aufgedampft sind. Aluminiumleiter,
die als Klemmen für die Zufuhr von Strom dienen, sind in Fig. 3 nicht gezeigt. Die Aluminiumleiter sind
ebenfalls bei den Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 nicht
dargestellt.
In Fig. 4 ist ein Diagramm der Magnetfeld-Spannungseigenschaften eines Films mit Widerstandsänderungseffekt im
Magnetfeld dieser Ausführungsform gezeigt, welche in der gleichen Weise wie bei dem oben erwähnten Vergleichsbeispiel
gemessen worden sind, wobei eine Kurve 3 (ausgezogene Linie) Eigenschaften einer Probe aus einem Glassubstrat,
auf welcher die Penaelloyfilme aufgedampft sind, und eine Kurve 4
(gestrichelte Linie) Eigenschaften einer Probe aus einem Glassubstrat darstellt, auf welches die Permalloyfilme
aufgedampft sind und auf welches eine Belastung ausgeübt wird, wobei die Ordinate und Abszisse beliebige Einheiten
darstellen. Die Belastung wurde in der gleichen Weise wie in dem oben erwähnten Vergleichsbeispiel aufgebracht. Wie
ohne weiteres aus Fig. 4 hervorgeht, liegen die Kurve 3 und die Kurve 4 innerhalb eines Bereichs von Meßfehlern. Die
Magnetfeld-Spannungseigenschaften werden durch das Aufbringen einer Belastung nicht verändert. Obwohl es nicht
klar ist, warum die Magnetfeld-Spannungseigenschaften durch die Belastung nicht berührt werden, wird angenommen, daß
dünne magnetische Filme mit verschiedenen magnetostriktiven Fi" genschaften, wenn sie in Berührung miteinander gebracht
werden, eine elektromagnetische Wechselwirkung erzeugen, so daß die positive und negative Magnetostriktion sich
gegeneinander auslöschen.
Bei dem magnetoresistiven Element dieser Ausführungsform
verändert sich die Magnetostriktion um 0,2 χ 10 oder weniger, selbst wenn die Zusammensetzung des Films mit
Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld um 1,5 Gew.-%
verändert wird, was eine bemerkenswerte Verringerung in der Veränderung der Magnetostriktion darstellt, verglichen
mit dem konventionellen Element.
In Fig. 5 ist ein Querschnitt eines magnetoresistiven Elementes aus einem Permalloyfilm mit einer Gesamtdicke von
400 Angström dargestellt, welcher durch kontinuierliches
Aufdampfen einer Gesamtheit von 4 Schichten erhalten wird, nämlich zwei Ni - 21% Fe Schichten 22,24 und zwei Ni - 17%
Fe Schichten 23,25, wobei jede Schicht eine Dicke von 100
Angström aufweist, auf ein Glassubstrat 21 in der gleichen
Weise wie bei Beispiel 1. Selbst wenn eine Belastung ausgeübt wird, zeigte das magnetoresistive Element keine Veränderung
in den Magnetfeld-Spannungseigenschaften, die in der gleichen Weise wie Beispiel 1 gemessen wurden. Selbst
wenn die Filmzusammensetzung geändert wurde, war die Ver-
ORlGINAL INSPECTED
-Hr- AZ
änderung im Wert der Magnetostriktion die gleiche wie bei Beispiel 1. Es wurde außerdem gefunden, daß, wenn viele
Filme mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld mit positiver und negativer Magnetostriktion von ungefähr dem
gleichen Absolutwert laminiert wurden, die Effekte ähnlich zu denjenigen des Beispiels 1 waren.
Einen maximalen Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld
zeigt eine Ni - Fe Legierung mit ungefähr 10% Fe, welche jedoch große Magnetostriktion zeigt und daher als magnetoresistives
Element ungeeignet ist. Der Effekt der Magnetostriktion kann durch Laminieren einer Ni - 10% Fe Schicht
mit negativer Magnetstriktion (ungefähr -15 χ 10 ) und einer Ni - 24% Fe Schicht mit einer positiven Magnetostriktion
(ungefähr +7 χ 10 ) verringert werden. D.h. ein dreischichtiger Film aus Ni - 24% Fe Schichten 32,34 mit
einer Dicke von 150 Angström und einer Ni - 10% Fe Schicht
33 mit einer Dicke von 150 Angström, die zwischen den
Schichten 32,34 eingefügt ist, welche auf einem Glassubstrat 31, wie in Fig. 6 gezeigt ist, laminiert sind, zeigte keine
Veränderung in den Magnetfeld-Spannungseigenschaften, selbst wenn eine Belastung aufgebracht wurde. D.h., selbst wenn
magnetische Filme mit verschiedenen Absolutwerten der Magnetostriktion laminiert werden, konnte die Wirkung der
Magnetostriktion kompensiert werden durch Erhöhen der Gesamtdicke der magnetischen Filme mit geringen Absolutwerten.
Bei dieser Ausführungsform waren die Verdampfungsbedingungen
und die Bedingungen zum Aufbringen einer Belastung die gleichen wie bei Beispiel 1.
Die Veränderung des Wertes der Magnetostriktion relativ zur Änderung der Filmzusammensetzung war klein wie bei
den Beispielen 1 und 2.
Das Element dieser Ausführungsform zeigt einen Widerstandsänderungseffekt
im Magnetfeld, der um ungefähr 10% kleiner ist als derjenige eines Elementes, das ausschließlich aus
dem Ni - 10% Fe Film besteht, aber welcher ungefähr 20% größer ist als derjenige eines Elementes aus einem konventionellen
Ni - 19% Fe Film. Das Element weist außerdem Vorteile wie oben beschrieben auf.
Effekte ähnlich denjenigen der Beispiele 1 und 2 zeigt auch ein mehrschichtiger Film aus unterschiedlichen magnetischen
Materialien, d.h. z.B. aus einer Co - 55% Ni Legierungsschicht mit positiver Magnetostriktion (ungefähr
+15 χ 10 ) und aus einer Ni - 10% Fe Legierungsschicht mit negativer Magnetostriktion (ungefähr -15 χ 10 ),
welche beide eine Dicke von 200 Angström aufweisen.
Bei diesem Beispiel waren der Aufbau, die Filmaufdampfungsbedingungen
und das Meßverfahren der Eigenschaften die gleichen wie bei denjenigen der Beispiele 1 und 2, ausgenommen
für die Filmzusammensetzung.
Beispiele 1 bis 4 haben den Kompensationseffekt unter Verwendung
von positiver und negativer Magnetostriktion eingesetzt, um eine Magnetostriktion Null zu erzielen. Abhängig
vom Zweck soll die Magnetostriktion jedoch positiv oder negativ sein. Eine positive oder negative Magnetostriktion
kann man erhalten durch abwechselndes Laminieren eines metallischen Films mit Widerstandsänderungseffekt
im Magnetfeld mit positiver Magnetostriktion und eines
Films mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld mit negativer Magnetostriktion. Ein Zweischichtfilm aus einer
Ni - 25 Fe Schicht mit einer Magnetostriktion von +8 χ 10 ,
welche in einer Dicke von 200 Angström auf einem Glassubstrat
abgelagert ist, und einer Ni - 17% Fe Schicht mit einer Magnetostriktion von -3 χ 10 , welche in einer Dik-
ke von 200 Angström darauf abgelagert ist, zeigt eine Magne-
— 6
tostriktion von +2 χ 10 . Es ist auch möglich, einen zusammengesetzten
Film herzustellen, der eine negative Magnetostriktion zeigt. In dem zusammengesetzten Film ist jedoch
die Veränderung in der Magnetostriktion weniger empfindlich relativ zur Filmzusammensetzung aufgrund des
Kompensationseffektes, der sich durch die Wechselwirkung unter den Schichten mit verschiedener Magnetostriktion ergibt.
Die Magnetostriktion des zusammengesetzten Films wird daher nicht durch einfache Addition oder Subtraktion
der Absolutwerte der Magnetostriktion der einzelnen Schichten bestimmt; d.h. es ist erforderlich, Schichten mit Magnetostriktionen
zu verwenden, welche untereinander unterschiedlicher sind als dies durch einfache Berechnung hervorgeht.
Magnetostriktion und Dicke jeder Schicht werden daher zweckmäßigerweise durch Experimente für jeden Fall bestimmt.
Das magnetoresistive Element dieses Beispiels zeigte die gewünschte Magnetostriktion, wie oben beschrieben, keine
Veränderung in den Magnetfeld-Spannungseigenschaften, selbst wenn eine Belastung aufgebracht wurde, und eine Ver
— 6 änderung der Magnetostriktion von 0,2 χ 10 oder weniger
bei einer Veränderung der Filmzusammensetzung von 1,5% wie in den Beispielen 1 bis 4, wobei diese Veränderung
bemerkenswert kleiner ist als diejenige bei einem konventionellen Element.
Bei diesem Beispiel waren der Aufbau, die Filmverdampfungs bedingungen und das Meßverfahren der Eigenschaften die
gleichen wie diejenigen bei Beispiel 1, ausgenommen für die Filmzusammensetzung.
Durch Laminieren magnetischer Schichten mit einer Magnetostriktion
verschiedenen Vorzeichens in einem MehrSchichtaufbau,
wie oben beschrieben, ist es möglich, den Wert der Magnetostriktion
des zusammengesetzten Films in geeigneter Weise einzustellen. Durch entsprechende Synthese bzw. Zusammensetzung
des Filmes kann die Veränderung der Magnetostriktion relativ zu der Veränderung der Filmzusammensetzung
verringert werden. Bei einem konventionellen Permalloy-Einschichtfilm mit einer Zusammensetzung mit einer Magnetostriktion
Null verändert sich die Magnetostriktion z.B. um 1 χ 10 relativ zu einer Veränderung von 0,5 Gew.-%
in der Zusammensetzung. Mit einem Mehrschichtfilm durch Laminieren einer Permalloyschicht mit einer Magnetostriktion
von +6 χ 10 und einer Permalloyschicht mit einer Magnetostriktion von -6 χ 10 entsprechend der vorliegenden
Erfindung ist die Veränderung der Magnetostriktion der zusammengesetzten Schichten kleiner als 0,2 χ 10
relativ zu der Veränderung von 1,5 Gew.-% der Zusammensetzung. Ähnliche Ergebnisse sind in den oben erwähnten
Beispielen erhalten worden. Durch Verwendung des Mehrschichtfilmes der vorliegenden Erfindung können die Toleranzgrenzen
der Zusammensetzung erheblich um mehr als das lOfache im Vergleich zu den konventionellen Einschichtfilmen
erhöht werden.
Im Vorhergehenden sind die Fälle beschrieben worden, in welchen die Erfindung an Ni-Fe und Ni-Co Legierungen angepaßt
wurde. Zusätzlich zu solchen dünnen kristallinen Metallfilmen kann die vorliegende Erfindung auch eingesetzt
werden zur Einstellung der Magnetostriktion von dünnen amorphen Metallfilmen wie z.B. aus einer Co-Nb Legierung,
Co-Zr Legierung, Co-W Legierung oder dgl. Legierungen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung können, wie oben erläutert worden ist, Veränderungen der elektromagnetischen
Eigenschaften aufgrund der Magnetostriktion eines Films
mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld, welche stark von der Zusammensetzung des Films oder von im Film enthaltenen
Verunreinigungen abhängig sind, erheblich verringert werden durch Laminieren magnetischer Filme, welche solche
Zusammensetzungen aufweisen, welche e*ine Magnetostriktion unterschiedlichen Vorzeichens aufweisen. Ein magnetoresistives
Element mit einem mehrschichtigen Film gemäß vorliegender Erfindung zeigt daher eine sehr geringe Veränderung
in den Elementeigenschaften, selbst wenn eine Belastung auf das Element ausgeübt wird. Mit der vorliegenden
Erfindung ist es daher möglich, einen magnetoresistiven Kopf zu schaffen, der stabile Eigenschaften zeigt
bei der Verwendung für eine Vielzahl von magnetischen Aufzeichnungsgeräten .
— Leerseite —
Claims (10)
- BARDEHLE · PAGENBERG · DOST · ALTENöURG · FROHWiTTER& PARTNERRECHTSANWÄLTE PATENTANWÄLTE - EUROPEAN PATENT ATTORNEYSJOCHEN PAGENBERG dr jur ll μ harvard HEINZ BARDEHLE dipl-ingBERNHARD FROHWITTER dipl-ing WOLFGANG A. DOST dr,wpl-chemGÜNTER FRHR. v. GRAVENREUTH dipl-ing (fmj UDO W. ALTENBURG dipl-phys1 O D D 4 POSTFACH B60620 BOOO MÜNCHEN 86TELEFON (089) »803(51 TELEX 622 781 padd TELEFAX (089) QB97 63HYPOBANK MUC βB60130600 (BLZ 70020001) PGA MUC 38737-808(BLZ 70010080)BÜRO GALILEIPLATZ 1,800OMUNCHEN 8O2 h. Mai 1985DATUMH 6288 Al/scPatentansprüche/l/. Magnetoresistives Element mit einem vorbestimmten unmagnetischen isolierenden Substrat und einem mehrschichtigen Film, welcher durch abwechselndes Laminieren einer metallischen Schicht (12) mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld, die eine vorbestimmte Dicke und eine vorbestimmte positive Magnetostriktion aufweist, und einer metallischen Schicht (13) mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld, die eine vorbestimmte Dicke und eine vorbestimmte negative Magnetostriktion aufweist, geformt ist.
- 2. Magnetoresistives Element gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten (12,13) mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld eine positive und negative Magnetostriktion mit einem Absolutwert nichtgrößer als 15 χ 10 aufweisen.
- 3. Magnetoresistives Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Schichten (12, 13) mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld mit positiver und negativer Magnetostriktion jeweils eine Dicke von10 Angström oder größer aufweisen und daß der mehrschichtigeFilm (12,13) eine Dicke von 1000 Angström oder kleiner aufweist.-15518864-2-
- 4. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetostriktion nahezu Null ist.
- 5. Magnetoresistives Element nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrschichtige Film (12,13) gebildet ist durch abwechselndes Laminieren einer gleichen Anzahl von metallischen Filmen mit Widerstandsänderungseffekt im Magnetfeld, welche gleiche Dicke und gleichen Absolutwert der Magnetostriktion, aber mit entgegengesetzten Vorzeichen aufweisen.
- 15
- 20
- 25
- 30
- 35
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59107585A JPS60251682A (ja) | 1984-05-29 | 1984-05-29 | 磁気抵抗効果型素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3518864A1 true DE3518864A1 (de) | 1985-12-05 |
DE3518864C2 DE3518864C2 (de) | 1989-12-14 |
Family
ID=14462887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853518864 Granted DE3518864A1 (de) | 1984-05-29 | 1985-05-24 | Magnetoresistives element |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4663607A (de) |
JP (1) | JPS60251682A (de) |
DE (1) | DE3518864A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0490327A1 (de) * | 1990-12-10 | 1992-06-17 | Hitachi, Ltd. | Mehrsicht Film mit magnetoresistiven Effekt und magnetoresitives Element |
Families Citing this family (32)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5225951A (en) * | 1985-12-27 | 1993-07-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin film magnetic head with reduced internal stresses |
JP2613239B2 (ja) * | 1988-02-26 | 1997-05-21 | 株式会社日立製作所 | 磁気抵抗効果型ヘツド |
JP2546875B2 (ja) * | 1988-03-02 | 1996-10-23 | 株式会社日立製作所 | 磁気抵抗効果型ヘッド |
JPH0267983A (ja) * | 1988-09-01 | 1990-03-07 | Nec Corp | 磁気抵抗素子 |
US5218497A (en) * | 1988-12-02 | 1993-06-08 | Hitachi, Ltd. | Magnetic recording-reproducing apparatus and magnetoresistive head having two or more magnetoresistive films for use therewith |
JP2698814B2 (ja) * | 1989-07-10 | 1998-01-19 | 富士写真フイルム株式会社 | 軟磁性薄膜 |
US5043693A (en) * | 1990-08-13 | 1991-08-27 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Heterogeneous magnetoresistive layer |
JP3483895B2 (ja) * | 1990-11-01 | 2004-01-06 | 株式会社東芝 | 磁気抵抗効果膜 |
MY108176A (en) * | 1991-02-08 | 1996-08-30 | Hitachi Global Storage Tech Netherlands B V | Magnetoresistive sensor based on oscillations in the magnetoresistance |
US5808843A (en) * | 1991-05-31 | 1998-09-15 | Hitachi, Ltd. | Magnetoresistance effect reproduction head |
US5633092A (en) * | 1991-12-10 | 1997-05-27 | British Technology Group Ltd. | Magnetostrictive material |
GB9126207D0 (en) * | 1991-12-10 | 1992-02-12 | Nat Res Dev | Magnetostrictive material |
US5285339A (en) * | 1992-02-28 | 1994-02-08 | International Business Machines Corporation | Magnetoresistive read transducer having improved bias profile |
DE4232244C2 (de) * | 1992-09-25 | 1998-05-14 | Siemens Ag | Magnetowiderstands-Sensor |
JPH06223331A (ja) * | 1993-01-26 | 1994-08-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 磁気抵抗効果型薄膜磁気ヘッド |
US5570251A (en) * | 1993-07-07 | 1996-10-29 | Tdk Corporation | Thin film magnetic device with plural valves of magnetostriction |
DE69427536T2 (de) | 1993-07-23 | 2002-04-18 | Nonvolatile Electronics, Inc. | Geschichtete magnetische struktur |
WO1995010123A1 (en) * | 1993-10-06 | 1995-04-13 | Philips Electronics N.V. | Magneto-resistance device, and magnetic head employing such a device |
JPH07192919A (ja) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Sony Corp | 人工格子膜およびこれを用いた磁気抵抗効果素子 |
US6741494B2 (en) * | 1995-04-21 | 2004-05-25 | Mark B. Johnson | Magnetoelectronic memory element with inductively coupled write wires |
US7050329B2 (en) * | 1995-04-21 | 2006-05-23 | Johnson Mark B | Magnetic spin based memory with inductive write lines |
US6249406B1 (en) | 1996-09-23 | 2001-06-19 | International Business Machines Corporation | Magnetoresistive sensor with a soft adjacent layer having high magnetization, high resistivity, low intrinsic anisotropy and near zero magnetostriction |
SG75829A1 (en) * | 1997-03-14 | 2000-10-24 | Toshiba Kk | Magneto-resistance effect element and magnetic head |
US6127045A (en) * | 1998-05-13 | 2000-10-03 | International Business Machines Corporation | Magnetic tunnel junction device with optimized ferromagnetic layer |
JP2000215414A (ja) | 1999-01-25 | 2000-08-04 | Hitachi Ltd | 磁気センサ― |
US6356419B1 (en) | 1999-07-23 | 2002-03-12 | International Business Machines Corporation | Antiparallel pinned read sensor with improved magnetresistance |
US6700755B2 (en) | 2001-05-31 | 2004-03-02 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Spin valve sensor with modified magnetostriction |
US6801412B2 (en) | 2002-04-19 | 2004-10-05 | International Business Machines Corporation | Method and apparatus for improved pinning strength for self-pinned giant magnetoresistive heads |
US6781798B2 (en) | 2002-07-15 | 2004-08-24 | International Business Machines Corporation | CPP sensor with dual self-pinned AP pinned layer structures |
US7466525B2 (en) | 2004-09-03 | 2008-12-16 | Tdk Corporation | Magnetic sensing element including laminated film composed of half-metal and NiFe alloy as free layer |
DE102012207003A1 (de) * | 2012-04-27 | 2013-10-31 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Optische Elemente mit magnetostriktivem Material |
CN112216785B (zh) * | 2020-09-28 | 2021-10-08 | 广东广纳芯科技有限公司 | 复合电极、复合电极的制造方法、以及叉指换能器 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS54113379A (en) * | 1978-02-23 | 1979-09-04 | Nec Corp | Pressure gauge |
US4242710A (en) * | 1979-01-29 | 1980-12-30 | International Business Machines Corporation | Thin film head having negative magnetostriction |
US4566050A (en) * | 1982-12-30 | 1986-01-21 | International Business Machines Corp. (Ibm) | Skew insensitive magnetic read head |
-
1984
- 1984-05-29 JP JP59107585A patent/JPS60251682A/ja active Pending
-
1985
- 1985-05-24 DE DE19853518864 patent/DE3518864A1/de active Granted
- 1985-05-28 US US06/737,873 patent/US4663607A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
J. Appl. Phys., Bd. 53, 1982, Nr. 3, S. 2596-2598 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0490327A1 (de) * | 1990-12-10 | 1992-06-17 | Hitachi, Ltd. | Mehrsicht Film mit magnetoresistiven Effekt und magnetoresitives Element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3518864C2 (de) | 1989-12-14 |
JPS60251682A (ja) | 1985-12-12 |
US4663607A (en) | 1987-05-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3518864A1 (de) | Magnetoresistives element | |
DE3707522C2 (de) | ||
EP0002712B1 (de) | Metallglasfilm | |
DE3905625C2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines magnetoresistiven Magnetkopfes | |
DE69310835T2 (de) | Verfahren zum Ätzen von Mustern in Sendust- und Chromschichten | |
DE69209468T2 (de) | Magnetowiderstandseffekt-Element | |
DE3650621T2 (de) | Supraleiter für Magnetfeldabschirmung und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE2719731A1 (de) | Mehrschichtschaltung | |
DE69200169T3 (de) | Magnetresistive Materialien. | |
DE3852142T2 (de) | Stickstoffhaltiger magnetischer Legierungsfilm. | |
EP0645831A1 (de) | Magnetoresistiver Sensor unter Verwendung eines Sensormaterials mit perowskitähnlicher Kristallstruktur | |
DE3787401T2 (de) | Magnetischer Film und denselben verwendender Magnetkopf. | |
DE69211438T2 (de) | Magnetoresistant-Effekt Element | |
DE3882786T2 (de) | Magnetoresistiver Sensor mit antiferromagnetischem Film von gemischter Phase. | |
EP0383216B1 (de) | Magnetooptische Schicht und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE69619166T2 (de) | Magnetoresistiver Wandler mit "Spin-Valve" Struktur und Herstellungsverfahren | |
EP0590434A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Aufbaus mit erhöhtem Magnetowiderstand und Verwendung des Aufbaus | |
DE3880048T2 (de) | Aufzeichnungsträger mit senkrechter Magnetisierung. | |
DE69307982T2 (de) | Magnetkopf mit verschleissbeständiger Schicht und dessen Herstellungsverfahren | |
DE2028589C3 (de) | Verfahren zur Aufbringung eines anisotropen magnetischen Hauptfilms auf ein dickes, grobkörniges, elektrisch leitfähiges Substrat | |
DE2747703C3 (de) | Ferromagnetisches Filmmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung | |
DE1564554A1 (de) | Gekoppelte,duenne ferromagnetische Schichten mit unterschiedlichen Koerzitivfeldern und einer Magnetostriktion von etwa Null und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
DE2848141C2 (de) | ||
DE2355661A1 (de) | Magnetempfindliches duennschichthalbleiterelement und verfahren zu seiner herstellung | |
DE19622040A1 (de) | Stark magnetoresistives Element und Verfahren zu dessen Herstellung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: HITACHI GLOBAL STORAGE TECHNOLOGIES JAPAN, LTD., O |