DE69332038T2 - Magnetowiderstandeffekt-Element - Google Patents

Magnetowiderstandeffekt-Element

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DE69332038T2 DE69332038T DE69332038T DE69332038T2 DE 69332038 T2 DE69332038 T2 DE 69332038T2 DE 69332038 T DE69332038 T DE 69332038T DE 69332038 T DE69332038 T DE 69332038T DE 69332038 T2 DE69332038 T2 DE 69332038T2
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Description

    Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Magnetowiderstandssensor.
    • 2. Stand der Technik
  • Die Entwicklung von Magnetowiderstandssensoren (nachfolgend als MR-Sensor bezeichnet) und von Magnetowiderstandsköpfen (nachfolgend als MR-Kopf bezeichnet) mit Einsatz von Magnetowiderstandselementen, bei denen als magnetisches Material hauptsächlich Schichten aus Ni0,8Fe0,2-Permalloy oder Ni0,8Co0,2-Legierung verwendet wird, wurde vorangetrieben. Bei solchen Magnetowiderstandsmaterialien beträgt die Veränderung des Magnetowiderstands (nachfolgend als ΔR/R bezeichnet) etwa 2,5%; der Einsatz des Magnetowiderstandsmaterials als Sensor oder Kopf erfolgt in Form eines Musters gemäß Fig. 1(b), wobei das Element so gebaut ist, dass die Richtung des elektrischen Stroms durch das Magnetowiderstandsmaterial und die Richtung des zu messenden magnetischen Feldes ungefähr einen rechten Winkel bilden. Der Grund besteht darin, dass bei paralleler Ausrichtung der Richtung des elektrischen Stroms und der Richtung des Magnetfelds das Magnetowiderstandsmaterial praktisch keine Veränderung des Magnetowiderstands (ΔR/R) zeigt.
  • In den letzten Jahren wurde gefunden, dass man einen großen Magnetowiderstandseffekt erhält mit einer künstlichen Gittermembran aus [Fe/Cr], [Co/Ru], die über eine aus Cr, Ru etc. hergestellte, metallische nicht-magnetische Dünnschicht eine antiferromagnetische Bindung eingeht (Physical Review Letter 61, S. 2472, 1988; ebenda 64, S. 2304, 1990). Ein großer Magnetowiderstandseffekt wurde auch gefunden bei einer künstlichen Gittermembran aus [Ni-Fe/Cu/Co] unter Verwendung einer magnetischen Dünnschicht aus Ni-Fe und Co, die keine magnetische Bindung eingeht; es wurde eine Dünnschicht mit einem Wert ΔR/R von etwa 10% bei Zimmertemperatur gefunden, wenn ein Magnetfeld von 3 kOe eingesetzt wurde (Journal of Physical Society of Japan 59, S. 3061, 1990). Ein großer Magnetowiderstandseffekt wurde außerdem gefunden mit Schichten eines künstlichen Gitters unter Einsatz einer magnetischen Dünnschicht aus Ni-Fe-Cu/Co, die über Cu eine antiferromagnetische Bindung eingeht; erhalten wurde eine Schicht mit einem Wert von ΔR/R von etwa 15% bei Zimmertemperatur und Anwendung eines Magnetfelds von 0,5 kOe (Technical Research Report MR 91-9 der Society of Electronic Data Communication). Wenn jedoch eine solche Schicht eines künstlichen Metallgitters als Muster eingesetzt wird und das Element so aufgebaut ist, dass die Richtung des elektrischen Stroms durch das Magnetowiderstandselement und die Richtung des zu messenden Magnetfelds ungefähr einen rechten Winkel bilden wie im Fall eines herkömmlichen Materials mit Magnetowiderstand, erhält man keinen Magnetsensor oder Magnetkopf mit bevorzugten Eigenschaften.
  • T. Shinio und H. Yamamoto (Journal of the Physical Society of Japan, 59 (1990) 3061 -3064) offenbaren die Herstellung von Mehrfachschichten, die aus zwei magnetischen Komponenten mit unterschiedlicher Anisotropie bestehen, durch aufeinanderfolgendes Abscheiden von Schichten aus Co, Cu, Ni&sub8;&sub0;Fe&sub2;&sub0; und Cu. Durch Anwendung eines gemäßigten Feldes werden die zwei Magnetisierungen antiparallel zueinander ausgerichtet, und der elektrische Widerstand nimmt auf Grund von spinabhängiger Elektronenstreuung beträchtlich zu. Die Autoren berichten, dass eine Veränderung des Magnetowiderstandes von 9,9% bei 300 K bei [Co(30 Å)/Cu(50 Å)/NiFe(30 Å)/Cu(50 Å)] · 15 beobachtet wurde. Sie berichten außerdem, dass nahezu die gleichen Ergebnisse erhalten wurden, selbst wenn die Magnetfeldrichtung parallel zur Stromrichtung war. Die Abhängigkeit des Widerstands von der Richtung der Magnetisierung (d. h. der MR- Effekt im Sinne der klassischen Definition) wird als sehr klein angegeben.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Magnetowiderstandssensor zur Verfügung zu stellen, der ein verbessertes MR-Verhältnis zeigt.
  • Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Magnetowiderstandssensor gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen des Magnetowiderstandssensors sind in den Unteransprüchen beschrieben.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt einen hochempfindlichen Magnetowiderstandssensor zur Verfügung, der die Eigenschaften einer Schicht eines metallischen künstlichen Gitters verwendet durch Einsatz einer künstlichen metallischen Gittermembran und eines neuen Aufbaus, der sich von herkömmlichen, aus Magnetowiderstandsmaterialien aufgebauten Schichten unterscheidet.
  • Der erfindungsgemäße Magnetowiderstandssensor ist gemäß Fig. 1(a) aufgebaut. Die Richtung des größten Teils des elektrischen Stroms durch das als Muster gestaltete Magnetowiderstandsmaterial sollte ungefähr parallel zur Richtung des erwähnten äußeren Magnetfeldes sein. Das Magnetowiderstandsmaterial umfasst eine künstliche metallische Gittermembran, die gemäß Anspruch 1 aus der magnetischen Dünnschicht und einer metallischen nichtmagnetischen Dünnschicht aufgebaut ist.
  • Es ist bevorzugt, dass die künstliche Gittermembran gebildet ist aus einer magnetischen Dünnschicht [1] und einer metallischen nichtmagnetischen Dünnschicht [2], die alternierend aufeinanderlaminiert sind, wobei die magnetische Dünnschicht [1] aus
  • (NixCo1-x)xFe1-x' (1),
  • wobei x und x', angegeben als atomare Zusammensetzung, jeweils
  • 0,6 ≤ x ≤ 1,0 0,7 ≤ x' ≤ 1,0 (2)
  • betragen und die metallische nichtmagnetische Dünnschicht [2] aus Cu, Ag, Au, Pt oder Ru hergestellt ist, bevorzugt aus Cu.
  • Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind eine magnetische Dünnschicht [3] und eine nichtmagnetische metallische Dünnschicht [2] alternierend aufeinanderlaminiert, wobei die magnetische Dünnschicht [3] hergestellt ist aus
  • (CoyNi1-y)zFe1-z (3),
  • wobei X und Z, angegeben als atomare Zusammensetzung, jeweils
  • 0,4 ≤ y ≤ 1,0 0,8 ≤ z ≤ 1,0 (4)
  • betragen und die nichtmagnetische metallische Dünnschicht aus Cu, Ag, Au, Pt oder Ru hergestellt ist, bevorzugt aus Cu.
  • Weiterhin kann die Gittermembran so aufgebaut sein, dass die magnetische Dünnschicht [1] und die magnetische Dünnschicht [3] alternierend aufeinanderlaminiert sind und eine nichtmagnetische metallische Dünnschicht (2) zwischen die aufeinanderlaminierten magnetischen Dünnschichten gesetzt ist. Dabei ist die magnetische Dünnschicht [1] aus einem weichmagnetischen Material mit kleiner Magnetostriktur und kleiner Koerzitivkraft aufgebaut; die magnetische Dünnschicht [3] ist aufgebaut aus einem magnetischen Material mit kleiner Magnetostriktur, die jedoch unterschiedlich ist von der der magnetischen Dünnschicht [1], wobei die Formeln (2) und (4) in einem Zusammensetzungsbereich liegen, mit dem diese Bedingungen erfüllt werden. Die magnetische Dünnschicht [1] kann auch hergestellt sein aus einem anderen System als dem obigen Dreielementsystem; sie kann eine magnetische Dünnschicht aus zwei Elementen sein, die als Ni-Fe oder Ni-Co etc. hergestellt ist, was auf Weichmagnetismus hindeutet und einen relativ großen Wert von ΔR/R ergibt.
  • Wenn die nichtmagnetische metallische Dünnschicht [2] dünn genug ist, können die Schichten über die nichtmagnetische metallische Dünnschicht [2] magnetisch gebunden sein, und wenn eine solche magnetische Bindung die so genannte RKKY-Bindung darstellt, wird die Bindung der magnetischen Dünnschichten eine antiferromagnetische Bindung, wenn die Dicke der nichtmagnetischen metallischen Dünnschicht dünn genug sein sollte [2] (d. h. in der Nähe von 0,9 nm (9 Å) oder 2 nm (20 Å), wie es in den nachfolgenden Beispielen gezeigt ist); auf diese Weise ergibt sich ein großer Magnetowiderstandseffekt. Wenn sie antiferromagnetisch gebunden sind, wird die Spinstreuung der Leitfähigkeitselektronen groß, und man erhält einen großen Magnetowiderstand (ΔR/R). Wenn das Magnetowiderstandselement gemäß Fig. 1(a) hergestellt ist durch musterförmiges Ausbilden der künstlichen metallischen Gittermembran, die hergestellt ist aus einer solchen magnetischen Dünnschicht und einer nichtmagnetischen metallischen Schicht, erhält man ein Magnetowiderstandselement mit bevorzugten Eigenschaften, wenn es so aufgebaut ist, dass der Hauptteil des Stromes durch das Magnetowiderstandsmaterial eine Richtung in etwa parallel zur Richtung des externen Magnetfelds aufweist.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1(a) zeigt ein Beispiel des Aufbaus der Erfindung, bei dem die Richtung des Magnetfelds H und die Richtung des Stroms I parallel sind, wogegen Fig. 1(b) ein Beispiel eines herkömmlichen Aufbaus zeigt, bei dem die Richtung des Magnetfelds H und die Richtung des Stroms I zueinander im rechten Winkel stehen.
  • Fig. 2 zeigt ein Beispiel des erfindungsgemäßen Magnetowiderstandselements.
    • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
  • Die in Formel (1) angegebene nickelreiche Fe-Co-Fe-Legierung zeigt eine kleine Magnetostriktur und Weichmagnetismus, wenn die Zusammensetzung Formel (2) erfüllt. Typische Beispiel davon sind Ni0,8Co0,1Fe0,1, Ni0,8Fe0,2, Ni0,8Co0,2 etc.. Falls erforderlich, können der in For mel (1) angegebenen Zusammensetzung Nb, Mo, Cr, W, Ru etc. hinzugefügt werden, um den Weichmagnetismus oder die Abriebfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. Kupferreiche Co-Ni-Fe-Legierungen, die Formel (3) erfüllen, zeigen eine relativ kleine Magnetostriktur und halbfeste magnetische Eigenschaften, wenn sie Formel (4) erfüllen. Ein typisches Beispiel ist Co0,9Fe0,1 etc.. Wenn bei einer solchen magnetischen Dünnschicht die Dicke kleiner als 0,5 nm (5 Å) beträgt, führt dies zu Problemen wie die Senkung der Magnetisierung bei Zimmertemperatur auf Grund einer Senkung der Curie-Temperatur, obwohl sie sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung verändert. Beim praktischen Einsatz ist es neben der Verwendung des Magnetowiderstandselements, welches mit einer Gesamtschichtdicke von einigen 100 Å verwendet wird, erforderlich, dass die Dicke einer jeden Magnetschicht weniger als 10 nm (100 Å) beträgt, bevorzugt weniger 5 nm (50 Å), um den Laminierungseffekt erfindungsgemäß zu nutzen. Die Dicke dieser magnetischen Dünnschichten beträgt deshalb 0,5 bis 5 nm (5 bis 50 Å).
  • Die magnetische Dünnschicht [1] muss eine Schicht mit kleiner Magnetostriktur sein, die sehr gute weichmagnetische Eigenschaften hat. Der Grund dafür ist, dass sie beim praktischen Einsatz in einem weichmagnetischen Feld arbeiten muß; wenn sie als MR- Kopf etc. eingesetzt wird, verursacht eine große Magnetostriktur großes Rauschen. Ein Beispiel der Schicht, die diese Bedingungen erfüllt, ist die nickelreiche Ni-Fe-Co- Schicht, die in den erwähnten Formeln (1) und (2) angegeben ist. Die magnetische Dünnschicht [3] hat aus den gleichen Gründen bevorzugt eine kleine Magnetostriktur; ein Magnetowiderstandselement, dessen ΔR/R größer ist als bei Elementen, die nur aus einer magnetischen Dünnschicht [1] und aus einer nichtmagnetischen metallischen Dünnschicht [2] aufgebaut sind, kann erhalten werden, wenn in Kombination mit der genannten magnetischen Dünnschicht [1] eine cobaltreiche Co-Ni-Fe-Schicht eingesetzt wird, die in der genannten Formel (3) und (4) angegeben ist, diese unterscheidet sich von der erwähnten magnetischen Dünnschicht [1]. Das Magnetowiderstandselement, welches nur aus der magnetischen Dünnschicht [3] und der nichtmagnetischen metallischen Dünnschicht [2] aufgebaut ist, ist auch dann wirksam, wenn das zu messende Magnetfeld groß ist und ein großer Wert von ΔR/R gefordert wird.
  • Die zwischen magnetischen Dünnschichten [1] (oder [1] und [3]) einzuschiebende magnetische Dünnschicht muss an der Grenzschicht zur magnetischen Dünnschicht [1] (oder [1] und [3]), die in den obigen Formeln (1) bis (4) angegebene Zusammensetzungen haben, eine niedrige Reaktivität aufweisen; sie muss auch nicht-magnetisch sein. Deshalb sind Cu, Ag, Au, Pt, Ru etc. geeignet, die am meisten bevorzugte Schicht ist eine aus Cu. Wenn die Dicke der nichtmagnetischen metallischen Schicht [2] größer als 5 nm (50 Å) ist, wird die magnetische Bindung zwischen der magnetischen Dünnschicht [1] (oder [1] und [3]), die über die nichtmagnetische metallische Dünnschicht [2] gebunden sind, beträchtlich geschwächt, wogegen dann, wenn keine nichtmagnetische metallische Dünnschicht [2] existiert oder wenn ihre Dicke kleiner als 0,5 nm (5 Å) ist, die magnetischen Dünnschichten [1] (oder [1] und [3]) wechselseitig eine ferromagnetische Bindung eingehen und der in Fig. 1(a) gezeigte Zustand nicht erreicht werden kann und man keinen großen Magnetowiderstandseffekt erhält. Die Dicke der nichtmagnetischen metallischen Dünnschicht [2] beträgt deshalb 0,5 bis 5 nm (5 bis 50 Å). Um einen besonders großen Wert für ΔR/R zu erhalten, wird die Dicke der nichtmagnetischen metallischen Dünnschicht [2] auf etwa 0,9 nm (9 Å) eingestellt, d. h. 0,6 bis 1,2 nm (6 bis 12 Å) oder etwa 2 nm (20 Å), d. h. 1,7 bis 2,3 nm (17 bis 23 Å), wie es in den Beispielen angegeben und in Anspruch 1 festgelegt ist. Wenn weichmagnetische Eigenschaften und ein großes ΔR/R gewünscht wird, ist es wünschenswert, die magnetische Dünnschicht [1] einzusetzen und die Dicke der nichtmagnetischen metallischen Dünnschicht [2] auf 0,6 bis 1,2 nm (6 bis 12 Å) einzustellen.
  • Das Wesen der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf konkrete Beispiele beschrieben.
    • Beispiel 1
  • Es wurde ein Magnetowiderstandselement mit folgender Zusammensetzung auf einem Glassubstrat unter Verwendung eines Vielfachsputterelementes gebildet, wobei N die Wiederholungszahl darstellte und variiert wurde, so dass die gesamte Schichtdicke 200 nm (2000 Å) betrug.
  • A: [Ni-Co-Fe(20)/Cu(20/Co(20)/Cu20]N
  • (Die Zahl in der Klammer stellt jeweils die Dicke in Å dar, 20 Å = 2 nm).
  • Für das Target wurden Ni0,8Co0,1Fe0,1 (für die magnetische Schicht [1]), Co0,9Fe0,1 (magnetische Schicht [3]) und Cu (nichtmagnetische metallische Schicht[2]) mit einem Durchmesser von 80 nm eingesetzt. Die Schichtdicke wurde mit einer Verschlussvorrichtung gesteuert.
  • Auf gleiche Weise wurde mit Ni0,8Co0,05Fe0,15 (magnetische Schicht [1]), Ni0,8Co0,2 (magnetische Schicht [3]) und Cu (nichtmagnetische metallische Schicht [2]) mit einem Durchmesser von 80 mm für das Target gearbeitet,
  • B: [Ni-Co-Fe(30)/Cu(9)]N1
  • C: [Ni-Co(40)/Cu(9)]N2
  • wobei N1 und N2 die Wiederholungsfrequenzen sind, die so eingestellt wurden, dass die Gesamtdicke etwa 20 nm (2000 Å) betrug.
  • (Die Zahlen in den Klammern bedeuten die Dicke in Å, siehe oben).
  • Das Material wurde musterförmig in der in Fig. 2 gezeigten Gestalt ausgebildet; das Magnetowiderstandselement, bei dem die Richtung des zu messenden Magnetfelds und die Richtung des Stroms der erwähnten künstlichen metallischen Gitterschicht mit Magnetowiderstand wurde zueinander parallel. Zum Vergleich wurde auch ein Magnetowiderstandselement hergestellt, bei dem die Richtung des zu messenden Magnetfelds und die Richtung des Stroms der künstlichen metallischen Gitterschicht mit Magnetowiderstand zueinander im rechten Winkel sind. Mit herkömmlichen Ni-Fe- Schichten wurden gleichzeitig Magnetowiderstandselemente hergestellt, bei denen die Richtung des zu messenden Magnetfelds und die Richtung des Stroms der meisten Ni- Fe-Schichten parallel zueinander sind, und solche, bei denen sie im rechten Winkel stehen; ihre Eigenschaften wurden verglichen. Die MR-Eigenschaften (ΔR/R) der so erhaltenen Magnetowiderstandselemente wurden bei Raumtemperatur gemessen, wobei ein maximales Magnetfeld von 500 Oe angewandt wurde. Die erhaltenen Werte (%) sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, zeigt das neue Magnetowiderstandselement bei dem die erfindungsgemäße künstliche metallische Gitterschicht als Magnetowiderstandsschicht verwendet wird, und bei dem die Richtung des Stroms und des Magnetfelds nicht parallel zueinander sind wie bei einem herkömmlichen Element, einen großen MR-Wert, der mit einem Magnetowiderstandselement unter Einsatz einer herkömmlichen Ni-Fe- Schicht unmöglich war. Bei der Untersuchung der Abhängigkeit der MR-Eigenschaften von der Richtung des Magnetfelds wurde gefunden, dass die MR-Eigenschaften verbessert werden, wenn der Winkel zwischen der Richtung des angelegten Magnetfelds und der Richtung des Stroms des erfindungsgemäßen Magnetowiderstandselements kleiner wird (anders ausgedrückt, sich der Parallelität nähert); damit die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Materials besser sind als herkömmliches Material wie z. B. Ni- Co, ist es erforderlich, dass der Winkel kleiner als 45º ist, bevorzugt kleiner als 30º.
  • Wie erwähnt wurde, erhält man mit der Erfindung ein Magnetowiderstandselement, welches einen großen Magnetowiderstand bei Zimmertemperatur und kleinem angelegten Magnetfeld aufweist; dies erfolgt durch den Einsatz von Zusammensetzungen, die die Eigenschaften der künstlichen metallischen Gittermembran wirksam nutzen. Das erfindungsgemäße Material ist deshalb geeignet für einen hochempfindlichen MR- Sensor.

Claims (6)

1. Magnetowiderstandssensor, bei dem
durch ein Magnetowiderstandsmaterial ein elektrischer Strom fließt, um die Stärke eines äußeren magnetischen Feldes über die von dem magnetischen Feld verursachte Widerstandsänderung des Magnetowiderstandsmaterials zu messen,
der Entmagnetisierungsfaktor des Magnetowiderstandsmaterials in Richtung des Stromflusses kleiner ist als in den anderen Richtungen, die Richtung des äußeren magnetischen Feldes im Wesentlichen parallel zur Richtung des Stromflusses ist und
das Magnetowiderstandsmaterial aufgebaut ist aus einer künstlichen Gittermembran aus Metall, die eine Struktur aufweist, bei der eine magnetische Dünnschicht und eine nichtmagnetische Dünnschicht aus Metall alternierend aufeinanderlaminiert sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Dünnschicht eine Dicke von 0,5 bis 5 nm (5 bis 50 Å) und die nichtmagnetische Dünnschicht aus Metall eine Dicke von 0,6 bis 1,2 nm (6 bis 12 Å) oder 1,7 bis 2,3 nm (17 bis 23 Å) hat.
2. Sensor nach Anspruch 1, bei dem die magnetische Dünnschicht aus (NixCo1-x)x'Fe1-x' hergestellt ist, wobei x den Wert 0,6 bis 1,0 und x' den Wert 0,7 bis 1,0 hat.
3. Sensor nach Anspruch 1, bei dem die magnetische Dünnschicht aus (CoyNi1-y)zFe1-z hergestellt ist, wobei y den Wert 0,4 bis 1,0 und z den Wert 0,8 bis 1,0 hat.
4. Sensor nach Anspruch 1, bei dem das Magnetowiderstandsmaterial erste und zweite magnetische Dünnschichten aufweist und dazwischen sandwichartig eine nichtmagnetische Dünnschicht eingeschoben ist, wobei die erste magnetische Dünnschicht aus (NixCo1-x)x'Fe1-x' und die zweite magnetische Dünnschicht aus (CoyNi1-y)zFe1-z hergestellt ist, wobei x den Wert 0,6 bis 1,0, x' den Wert von 0,7 bis 1,0, y den Wert von 0,4 bis 1,0 und z den Wert von 0,8 bis 1,0 hat.
5. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bereich, in dem der durch die Richtung des äußeren magnetischen Feldes und die Richtung des durch das Magnetowiderstandsmaterial fließenden elektrischen Stroms gebildete Winkel kleiner als 45º ist, mehr 50% umfasst.
6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die nichtmagnetische Schicht aus Metall aus Cu, Ag, Au, Pt, oder Ru gebildet ist.
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3456204B2 (ja) 2001-01-09 2003-10-14 日立金属株式会社 磁気式エンコーダー
FR2709600B1 (fr) * 1993-09-02 1995-09-29 Commissariat Energie Atomique Composant et capteur magnétorésistifs à motif géométrique répété.
FR2709549B1 (fr) * 1993-09-02 1995-10-13 Commissariat Energie Atomique Guide de flux magnétique à languettes et capteur magnétorésistif comportant ce guide .
FR2712420B1 (fr) * 1993-11-08 1995-12-15 Commissariat Energie Atomique Tête magnétique de lecture à élément magnétorésistant multicouche et à concentrateur et son procédé de réalisation.
FR2724481B1 (fr) * 1994-09-13 1996-10-18 Commissariat Energie Atomique Tete magnetique planaire a magnetoresistance multicouche longitudinale
FR2724482B1 (fr) * 1994-09-13 1996-12-06 Commissariat Energie Atomique Tete magnetique a magnetoresistance multicouche longitudinale sous-jacente
JP4288676B2 (ja) 2005-09-30 2009-07-01 日立金属株式会社 磁気エンコーダー
JP4240402B2 (ja) 2005-12-02 2009-03-18 日立金属株式会社 磁気エンコーダー
JP4254868B2 (ja) 2007-01-31 2009-04-15 日立金属株式会社 磁気センサ及びこれを用いた磁気エンコーダ
JP5734657B2 (ja) 2008-09-12 2015-06-17 日立金属株式会社 セルフピン型スピンバルブ磁気抵抗効果膜とそれを用いた磁気センサおよび回転角度検出装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1126818A (en) * 1978-03-27 1982-06-29 Hiroyuki Ohkubo Apparatus for sensing an external magnetic field
DE3609006A1 (de) * 1986-03-18 1987-09-24 Standard Elektrik Lorenz Ag Magnetfeldsensor
DE3820475C1 (de) * 1988-06-16 1989-12-21 Kernforschungsanlage Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De
FR2648942B1 (fr) * 1989-06-27 1995-08-11 Thomson Csf Capteur a effet magnetoresistif
JP2957236B2 (ja) * 1990-06-18 1999-10-04 ティーディーケイ株式会社 磁性多層膜
JP2690623B2 (ja) * 1991-02-04 1997-12-10 松下電器産業株式会社 磁気抵抗効果素子
US5277991A (en) * 1991-03-08 1994-01-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Magnetoresistive materials

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