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DE10117355A1 - Method for setting a magnetization in a layer arrangement and its use - Google Patents

Method for setting a magnetization in a layer arrangement and its use

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DE10117355A1
DE10117355A1 DE10117355A DE10117355A DE10117355A1 DE 10117355 A1 DE10117355 A1 DE 10117355A1 DE 10117355 A DE10117355 A DE 10117355A DE 10117355 A DE10117355 A DE 10117355A DE 10117355 A1 DE10117355 A1 DE 10117355A1
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DE
Germany
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layer
magnetization
resulting
ferromagnetic layer
antiferromagnetic
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Application number
DE10117355A
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German (de)
Inventor
Gunther Haas
Gilbert Moersch
Andrew Johnson
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/DE2002/000900 priority patent/WO2002082111A1/en
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Abstract

Disclosed is a method for adjusting magnetization, especially local modifications, in the resulting magnification (m2) in a layered arrangement (2) with a ferromagnetic layer (2a) and an adjacent antiferromagnetic layer (2b). The antiferromagnetic layer (2b) is initially heated, at least partially, to above a threshold temperature (Tb), especially with the aid of a laser. Above said temperature, the influence of said area on the resulting direction of magnetization (m2) of the adjacent area (5, 6, 8, 9) of the ferromagnetic layer (2a) disappears substantially. At least the area (5,6,8,9) of the ferromagnetic layer (2a) adjacent to the heated area of the antimagnetic layer (2b) is exposed to an external magnetic field (H) of a given direction and the antiferromagnetic layer (2b) is finally cooled to below the threshold temperature (Tb). The inventive method is particularly suitable for production of a magnetoresistive layered system working according to the spin-valve principle with partially different directions of magnetization (m2) which are connected in the form of Wheatstone bridges.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung, insbe­ sondere zur lokalen Veränderung, einer resultierenden Magne­ tisierungsrichtung in einer Schichtanordnung nach der Gat­ tung des Hauptanspruchs, sowie die Verwendung dieses Verfah­ rens zur Herstellung eines magnetoresistiven, nach dem Spin- Valve-Prinzip arbeitenden Schichtsystems.The invention relates to a method for adjustment, esp especially for local change, a resulting magnet tization direction in a layer arrangement after the Gat main claim, as well as the use of this procedure for the production of a magnetoresistive, after the spin Valve principle working layer system.

Stand der TechnikState of the art

Ein nach dem Spin-Valve-Prinzip arbeitendes magnetoresisti­ ves Schichtsystem, weist eine weichmagnetische bzw. ferroma­ gnetische Detektionsschicht, eine benachbarte, unmagneti­ sche, elektrisch leitfähige Zwischenschicht und eine der Zwischenschicht benachbarte, möglichst hartmagnetische Refe­ renzschicht mit vorgegebener räumlicher Orientierung der Richtung der resultierenden Magnetisierung auf. Bei geeigne­ ter Auslegung der Dicken der einzelner Schichten zeigt ein derartiges Schichtsystem dann eine Änderung des elektrischen Widerstands der Zwischenschicht gemäß:
A magnetoresistive layer system that works according to the spin valve principle has a soft magnetic or ferromagnetic detection layer, an adjacent, non-magnetic, electrically conductive intermediate layer and a reference layer that is as hard as possible magnetic adjacent to the intermediate layer with a predetermined spatial orientation of the direction of the resulting magnetization on. With a suitable design of the thicknesses of the individual layers, such a layer system then shows a change in the electrical resistance of the intermediate layer in accordance with:

R = R0 + CcosθR = R 0 + Ccosθ

Dabei bezeichnet θ den Winkel zwischen den zu der Detekti­ onsschicht gehörenden Magnetisierung m1 bzw. deren Richtung und der zu der Referenzschicht gehörigen Magnetisierung m2 bzw. deren Richtung. Da die Magnetisierung ml in der weichmagnetischen Detektionsschicht hinsichtlich der Richtung durch ein extern anliegendes Magnetfeld veränderbar ist, wo­ bei sie sich möglichst weitgehend parallel zu diesem aus­ richtet ausrichtet, tritt somit eine entsprechende Wider­ standsänderung in der Zwischenschicht auf, die typischerwei­ se im Bereich von 5% und 15% liegt ("Giant Magneto Resistan­ ce" (GMR)).Here, θ denotes the angle between the magnetization m 1 belonging to the detection layer or its direction and the magnetization m 2 belonging to the reference layer or its direction. Since the magnetization ml in the soft magnetic detection layer can be changed with respect to the direction by an externally applied magnetic field, where it is oriented as far as possible parallel to this, a corresponding change in resistance occurs in the intermediate layer, typically in the range of 5 % and 15% lies ("Giant Magneto Resistan ce" (GMR)).

Magnetoresistive Schichtsysteme werden vielfach in Magnet­ platten und Leseköpfen eingesetzt, sie eignen sich jedoch auch zur Messung von Magnetfeldstärken und Richtungen von Magnetfeldern und insbesondere zur berührungslosen Erfassung von Drehzahlen und Winkeln sowie daraus abgeleiteter Größen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen.Magnetoresistive layer systems are often used in magnets plates and reading heads are used, but they are suitable also for measuring magnetic field strengths and directions of Magnetic fields and especially for contactless detection of speeds and angles as well as quantities derived from them, for example in motor vehicles.

Bei magnetoresistiven Schichtsystemen nach dem Spin-Valve- Prinzip ist weiter bekannt, die hartmagnetische Referenz­ schicht aus zwei benachbarten, übereinander angeordneten Teilschichten auszuführen, einer unmittelbar an die Zwi­ schenschicht angrenzenden, relativ weichmagnetischen, ferro­ mahnetischen Schicht mit der Magnetisierung m2, und einer darunter liegenden, antiferromagnetischen Schicht, welche die räumliche Orientierung der Magnetisierung m2 in der weichmagnetischen, ferromagnetischen Schicht über den soge­ nannten "Exchange Bias Effekt" festlegt. Da die antiferroma­ gnetische Schicht nach ihrer Erzeugung durch ein externes Magnetfeld in ihren magnetischen Eigenschaften nicht oder kaum mehr verändert werden kann, muss eine Ausrichtung bzw. unidirektionale Anisotropie in der Referenzschicht bereits während Deposition der antiferromagnetischen Schicht durch Anlegen eines externen Magnetfeldes induziert werden.In magnetoresistive layer systems based on the spin valve principle, it is also known to carry out the hard magnetic reference layer from two adjacent partial layers arranged one above the other, a relatively soft magnetic ferro-magnetic layer directly adjacent to the intermediate layer with the magnetization m 2 , and one below lying, antiferromagnetic layer, which defines the spatial orientation of the magnetization m 2 in the soft magnetic, ferromagnetic layer via the so-called "Exchange Bias Effect". Since the antiferromagnetic layer cannot or hardly can be changed in its magnetic properties after it has been generated by an external magnetic field, an alignment or unidirectional anisotropy in the reference layer must be induced during the deposition of the antiferromagnetic layer by applying an external magnetic field.

Ein derartiger Aufbau der Referenzschicht aus ferromagneti­ scher und antiferromagnetischer Schicht hat den Vorteil, dass auch relativ starke externe Magnetfelder nicht zu einer Änderung der Richtung der Magnetisierung m2 in der Referenz­ schicht führen.Such a construction of the reference layer from ferromagnetic and antiferromagnetic layer has the advantage that even relatively strong external magnetic fields do not lead to a change in the direction of magnetization m 2 in the reference layer.

Für praktische Anwendungen von magnetoresistiven Schichtsy­ stemen ist es vielfach unerlässlich, diese in einer Wheat­ stone'schen Brückenschaltung zu betreiben, um die relativ große Temperaturabhängigkeit des GMR-Effektes zu eliminie­ ren. Dazu ist bekannt, ein solches Schichtsystem auf einem Substrat abzuscheiden, in vier Einzelwiderstände, die bei­ spielsweise als mäanderförmige Leiterbahnen, Rechtecke oder Kreise ausgebildet sind, zu strukturieren, und dann mittels Leiterbahnen zu einer Wheatstone'schen Brücke zu verschal­ ten. Um dabei beispielsweise für eine Winkelmessung ein von einem extern anliegenden Magnetfeld richtungsabhängiges Brückenausgangssignal zu erhalten, ist weiter bekannt, die Magnetisierungsrichtungen der Bereiche der Referenzschicht, die die vier Einzelwiderstände R1, R2, R3 und R4 bilden, un­ terscheiden. Üblicherweise sind die Magnetisierungsrichtun­ gen der Bereiche der Referenzschicht, die von den Widerstän­ den R1 und R3 eingenommen werden, gegenüber den Bereichen, die von den Widerständen R2 und R4 eingenommen werden, um 180° gedreht. Damit ergibt sich als Brückenausgangsspannung eine Spannung UB gemäß:
For practical applications of magnetoresistive layer systems, it is often essential to operate them in a Wheatstone bridge circuit in order to eliminate the relatively large temperature dependence of the GMR effect. For this purpose, it is known to deposit such a layer system on a substrate, in four Structuring individual resistors, which are formed, for example, as meandering conductor tracks, rectangles or circles, and then interconnecting them to a Wheatstone bridge by means of conductor tracks. In order to obtain a direction-dependent bridge output signal from an externally applied magnetic field, for example, for this purpose further known, the magnetization directions of the regions of the reference layer, which form the four individual resistors R 1 , R 2 , R 3 and R 4 , differ un. Usually, the magnetization directions of the regions of the reference layer which are taken up by the resistors R 1 and R 3 are rotated by 180 ° with respect to the areas which are taken up by the resistors R 2 and R 4 . This results in a voltage U B as the bridge output voltage according to:

UB = 2U0CcosθU B = 2U 0 Ccosθ

Eine Winkelmessung über einen Winkelbereich von 360° ist mit einer solchen Brückenschaltung jedoch nur dann möglich, wenn zwei miteinander verschaltete Wheatstone-Brücken gleichzei­ tig eingesetzt werden, die hinsichtlich der Richtungen der Magnetisierungen um 90° gegeneinander gedreht sind.An angle measurement over an angular range of 360 ° is included such a bridge circuit only possible if two interconnected Wheatstone bridges at the same time tig be used with regard to the directions of the Magnetizations are rotated 90 ° against each other.

Problematisch bei einem magnetoresistiven Schichtsystem mit zwei gegeneinander gedrehten Wheatstone'schen Brückenschal­ tungen ist, damit einen Sensor herzustellen, der lokal un­ terschiedliche und gleichzeitig definierte Richtungen der resultierenden Magnetisierung m2 insbesondere auf einem Chip aufweist. Dazu wurde bereits vorgeschlagen, die antiferroma­ gnetische Teilschicht durch einen sogenannten "künstlichen" Antiferromagneten zu ersetzen, der ein resultierendes magne­ tisches Moment besitzt. Auf diese Weise lässt sich die re­ sultierende Magnetisierung m2 in der Referenzschicht nach­ träglich, d. h. auch nach der Deposition des Schichtsystems aus künstlichem Antiferromagneten und Referenzschicht, lokal mittels eines äußeren Magnetfeldes wieder verändern bzw. einstellen. Dabei muss man aber in Kauf nehmen, dass die Richtung der Magnetisierung m2 in der Referenzschicht zwangsläufig auch durch externe Störfelder verändert werden kann. Ein derartiges GMR-Sensorelement wird von der Fa. In­ fineon AG, München, unter der Bezeichnung GMR-B6 angeboten.The problem with a magnetoresistive layer system with two Wheatstone bridge circuits rotated relative to one another is thus to produce a sensor which has locally different and simultaneously defined directions of the resulting magnetization m 2, in particular on a chip. For this purpose, it has already been proposed to replace the antiferromatic partial layer by a so-called "artificial" antiferromagnet, which has a resulting magnetic moment. In this way, the resultant magnetization m 2 in the reference layer can be changed or adjusted locally later, ie also after the deposition of the layer system consisting of artificial antiferromagnet and reference layer, by means of an external magnetic field. However, one has to accept that the direction of the magnetization m 2 in the reference layer can inevitably also be changed by external interference fields. Such a GMR sensor element is offered by In fineon AG, Munich, under the name GMR-B6.

Daneben wurde in der Anmeldung DE 199 49 714.1 ein magne­ tisch sensitives Bauteil beschrieben, das nach diesem Prin­ zip arbeitet. Dort ist auch die 360°-Winkelmessung mittels zweier Wheatstone-Brücken erläutert.In addition, a magne was in the application DE 199 49 714.1 described table sensitive component, which according to this prin zip works. There is also the 360 ° angle measurement by means of two Wheatstone bridges explained.

Aufgabe der Erfindung war die Bereitstellung eines Verfah­ rens mit dem insbesondere auf einem Chip lokal unterschied­ liche Richtungen einer resultierenden Magnetisierung in ei­ ner Schichtanordnung eingestellt bzw. diese Richtungen auch nach dem Abscheiden der Schichtanordnung wieder verändert werden können. Insbesondere war es Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem nach dem Spin-Valve-Prinzip arbei­ tende magnetoresistive Schichtsysteme herstellbar sind, die zur 360°-Winkelmessung und insbesondere in Kraftfahrzeugen in ABS-Radsensoren, Lenkwinkelsensoren oder als Potentiome­ terersatz einsetzbar sind, und die über einen möglichst wei­ ten Temperaturbereich eine Offset-freie Ausgangsspannung liefern.The object of the invention was to provide a method rens with the local difference in particular on a chip directions of a resulting magnetization in egg ner layer arrangement or these directions changed after the layer arrangement was deposited can be. In particular, it was a task provide with which to work according to the spin valve principle Ending magnetoresistive layer systems can be produced that for 360 ° angle measurement and especially in motor vehicles in ABS wheel sensors, steering angle sensors or as potentiometers Ter substitute can be used, and the white as possible an offset-free output voltage deliver.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Einstellung, insbesondere zur lokalen Veränderung, einer resultierenden Magnetisie­ rungsrichtung in einer Schichtanordnung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass damit in besonders ein­ facher Weise ein magnetoresistives, nach dem Spin-Valve- Prinzip arbeitendes Schichtsystem herstellbar ist, bei dem innerhalb der Referenzschicht Bereiche mit jeweils unter­ schiedlicher, insbesondere paarweise senkrecht zueinander stehender resultierender Magnetisierungsrichtung vorliegen.The adjustment method according to the invention, in particular for local change, a resulting magnetism direction in a layer arrangement has compared to State of the art has the advantage that in particular a magnetoresistive, spin-valve Principle working layer system can be produced, in which areas within the reference layer, each with under different, especially in pairs perpendicular to each other resulting resulting magnetization direction.

Besonders vorteilhaft ist dabei, dass damit ein auf dem GMR- Effekt basierendes Sensorelement herstellbar ist, bei dem auf einem Chip bzw. einem Substrat lokal unterschiedliche Richtungen der resultierenden Magnetisierung vorliegen, so dass diese Bereiche zu einer Wheatstone-Brücke verschaltet werden können, um darüber eine weitgehende Temperatururab­ hängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes in der stromführenden Zwischenschicht zu erreichen.It is particularly advantageous that a GMR Effect-based sensor element can be produced, in which locally different on a chip or a substrate Directions of the resulting magnetization are present that these areas interconnected to form a Wheatstone bridge in order to be able to dependence of the specific electrical resistance in the to achieve current-carrying intermediate layer.

Weiter ist vorteilhaft, dass auf dem Substrat nunmehr auch zwei Wheatstone'sche Brückenschaltungen gleichzeitig reali­ sierbar sind, wobei die Richtungen der resultierenden Magne­ tisierung der einzelnen Bereiche in der ersten Wheatstene- Brücke gegenüber den resultierenden Richtungen der Magneti­ sierung in den einzelnen Bereichen der zweiten Wheatstene- Brücke gegeneinander um 90° verdreht sind. Auf diese Weise lässt sich neben einem temperaturunabhängigen Ausgangssignal des GMR-Sensorelementes auch eine Offset-freie Brückenaus­ gangsspannung UB erzielen. Zudem ist damit eine Winkelmes­ sung über 360° möglich.It is also advantageous that two Wheatstone bridge circuits can now also be realized on the substrate at the same time, the directions of the resulting magnetization of the individual regions in the first Wheatstene bridge compared to the resulting directions of magnetization in the individual regions of the second Wheatstene - The bridge is rotated 90 ° against each other. In this way, in addition to a temperature-independent output signal of the GMR sensor element, an offset-free bridge output voltage U B can also be achieved. In addition, an angle measurement over 360 ° is possible.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass auf den Einsatz eines "künstlichen" Antiferroma­ gnet verzichtet werden kann, so dass externe Störfelder die Schichtanordnung nicht beeinträchtigen bzw. die lokal unterschiedlichen Richtungen der resultierenden Magnetisierung durch solche externen Störfelder unverändert bleiben.Another advantage of the method according to the invention lies in that on the use of an "artificial" antiferroma gnet can be dispensed with, so that external interference fields Layer arrangement does not impair or the locally different  Directions of the resulting magnetization remain unchanged due to such external interference fields.

Im Übrigen ist das erfindungsgemäße Verfahren leicht in die Massenfertigung von Sensorelementen und die dabei üblichen Prozesse integrierbar. Zudem hat man dabei die Möglichkeit, über die lokale Aufheizung auf dem Substrat in einfacher Weise die Form der Bereiche unterschiedlicher Magnetisie­ rungsrichtung festzulegen, d. h. beispielsweise lokal mäan­ derförmige, kreisförmige oder rechteckförmige Bereiche zu erzeugen, die dann miteinander verschaltet werden.Incidentally, the inventive method is easy in the Mass production of sensor elements and the usual ones Processes can be integrated. You also have the option of about local heating on the substrate in easier Way the shape of the areas of different magnetisie direction, d. H. for example locally mäan shaped, circular or rectangular areas generate, which are then interconnected.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.Advantageous developments of the invention result from the measures specified in the subclaims.

So ist besonders vorteilhaft, wenn das insbesondere lokale Aufheizen der antiferromagnetischen Schicht über die Schwel­ lentemperatur Tb durch Bestrahlen mit einem Laser erfolgt. Durch einen Laser kann besonders einfach, definiert und lo­ kal begrenzt Wärme in die Schichtanordnung und insbesondere die aufzuheizende antiferromagnetische Schicht eingetragen werden. Als besonders vorteilhaft hinsichtlich eines lokal definierten Energieeintrages hat sich dabei weiter herausge­ stellt, wenn das Bestrahlen mit dem Laser in Form kurzzeiti­ ger Pulse mit einer Pulsdauer von 10 ns bis 100 µs erfolgt. Zudem ist vorteilhaft, wenn das Bestrahlen mit dem Laser durch Abscannen von zu bestrahlenden Streifen erfolgt, so dass auf dem Substrat in der der antiferromagnetischen Schicht benachbarten ferromagnetischen Schicht Streifen mit unterschiedlicher resultierender Magnetisierungsrichtung in­ duziert werden. Durch lokale bzw. punktuelle Laserpulse bzw. das Abscannen der antiferromagnetischen Schicht mit dem La­ ser sind insbesondere isolierte Flächen mit einer Größe von typischerweise 5 µm2 bis 500 µm2 oder Streifen einer typi­ schen Breite von 5 µm bis 100 µm und einer Länge von 1 mm bis 120 mm, je nach Größe das eingesetzten Substrats bzw. Wafers, realisierbar.It is particularly advantageous if the local heating of the antiferromagnetic layer above the threshold temperature T b is carried out by irradiation with a laser. Using a laser, heat can be introduced into the layer arrangement and in particular the antiferromagnetic layer to be heated in a particularly simple, defined and localized manner. It has also been found to be particularly advantageous with regard to a locally defined energy input when the laser is irradiated in the form of short-term pulses with a pulse duration of 10 ns to 100 μs. It is also advantageous if the irradiation with the laser is carried out by scanning strips to be irradiated, so that strips with different resulting magnetization directions are induced in the ferromagnetic layer adjacent to the antiferromagnetic layer. Local or punctual laser pulses or the scanning of the antiferromagnetic layer with the laser, in particular, isolate surfaces with a size of typically 5 μm 2 to 500 μm 2 or strips with a typical width of 5 μm to 100 μm and a length of 1 mm to 120 mm, depending on the size of the substrate or wafer used.

Dadurch, dass nacheinander in verschiedenen, lokal begrenz­ ten Bereichen oder Streifen der antiferromagnetischen Schicht eine Aufheizung über die Schwellentemperatur Tb vor­ genommen wird, kann in den zugeordneten Bereichen der ferro­ magnetischen Schicht vorteilhaft durch ein bei dem Aufheizen angelegtes externes Magnetfeld eine Einstellung, insbesonde­ re eine Veränderung, der dort lokal jeweils resultierenden Magnetisierungsrichtungen m2 vorgenommen werden. Bevorzugt werden die lokal unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen m2 dabei senkrecht zueinander ausgerichtet.Because successive heating above the threshold temperature T b is carried out in different, locally limited areas or strips of the antiferromagnetic layer, an adjustment, in particular re, can advantageously be made in the assigned areas of the ferromagnetic layer by an external magnetic field applied during the heating a change in the magnetization directions m 2 resulting locally there. The locally different magnetization directions m 2 are preferably aligned perpendicular to one another.

Als besonders einfach und vorteilhaft hat sich weiter her­ ausgestellt, wenn das zur Veränderung bzw. Einstellung der lokalen Magnetisierungsrichtung beim Aufheizen eingesetzte externe Magnetfeld bereits beim Aufheizen der antiferroma­ gnetischen Schicht über die Schwellentemperatur Tb und ins­ besondere während der gesamten Zeit, innerhalb derer sich jeweilige Bereich der antiferromagnetischen Schicht über dieser Schwellentemperatur befindet, aufrecht erhalten wird. Prinzipiell genügt es aber auch, wenn das externe Magnetfeld erst nach dem Aufheizen über die Schwellentemperatur ange­ legt und zumindest bis zum Abkühlen unter die Schwellentem­ peratur aufrecht erhalten wird. In jedem Fall wird damit er­ reicht, dass die resultierende Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht in dem dem aufgeheizten Bereich der antiferromagnetischen Schicht benachbarten Bereich nach dem Abkühlen zumindest näherungsweise zu der während der Zeit des Aufheizens über die Schwellentemperatur angelegten Richtung des externen Magnetfeldes parallel ausgerichtet ist.It has also proven to be particularly simple and advantageous if the external magnetic field used to change or set the local direction of magnetization when heating up already during the heating up of the antiferromatic layer above the threshold temperature T b and in particular during the entire time within which the respective one occurs Area of the antiferromagnetic layer above this threshold temperature is maintained. In principle, however, it is also sufficient if the external magnetic field is only applied after the temperature has risen above the threshold temperature and is maintained at least until the temperature drops below the threshold temperature. In any case, it is sufficient that the resulting direction of magnetization of the ferromagnetic layer in the region adjacent to the heated area of the antiferromagnetic layer after cooling is at least approximately aligned with the direction of the external magnetic field applied above the threshold temperature during the time of heating.

Somit bewirkt der aufgeheizte Bereich der antiferromagneti­ schen Schicht auch nach dem Abkühlen unter die Schwellentemperatur Tb wieder eine Stabilisierung des diesem Bereich be­ nachbarten Bereiches der ferromagnetischen Schicht hinsicht­ lich der dortigen Richtung der resultierenden Magnetisierung m2. Insgesamt wird so durch das lokale Erwärmen eine lokale Stabilisierungsrichtung der resultierenden Magnetisierung in der ferromagnetischen Schicht definiert.Thus, the heated region of the antiferromagnetic layer causes a stabilization of the region of the ferromagnetic layer adjacent to this region, even after cooling below the threshold temperature T b , with regard to the direction of the resulting magnetization m 2 there . Overall, a local stabilization direction of the resulting magnetization in the ferromagnetic layer is defined by the local heating.

Hinsichtlich der Materialien für die ferromagnetische Schicht und die antiferromagnetische Schicht kann vorteil­ haft auf übliche Materialien zurückgegriffen werden. So eig­ net sich als ferromagnetische Schicht besonders eine weich­ magnetische Schicht, beispielsweise eine Nickel-Schicht, ei­ ne Eisen-Schicht, eine Kobalt-Schicht oder eine Schicht mit einer Legierung von zwei oder drei der genannten Elemente. Als antiferromagnetische Schicht eignet sich beispielsweise eine Nickeloxid-Schicht oder eine Iridium-Mangan-Schicht.Regarding the materials for the ferromagnetic Layer and the antiferromagnetic layer can be advantageous usual materials are used. So peculiar a ferromagnetic layer is particularly soft magnetic layer, for example a nickel layer, egg ne iron layer, a cobalt layer or a layer with an alloy of two or three of the elements mentioned. A suitable antiferromagnetic layer is, for example a nickel oxide layer or an iridium-manganese layer.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ei­ ne Prinzipskizze eines magnetoresistiven Schichtsystems nach dem Spin-Valve-Prinzip, Fig. 2a einen Schnitt durch Fig. 1 unterhalb der Schwellentemperatur, Fig. 2b einen Schnitt durch Fig. 1 nach dem Aufheizen über die Schwellentempera­ tur und dem Abkühlen bei einem angelegten externen Magnet­ feld H, und Fig. 2c das magnetoresistive Schichtsystem ge­ mäß Fig. 1 bzw. Fig. 2b auf einem Substrat. Die Fig. 3 zeigt das lokale Einstellen der Magnetisierungsrichtung m2 in Form von Streifen, während Fig. 4 eine Verschaltung lo­ kaler Bereiche mit unterschiedlichen Magnetisierungsrichtun­ gen zu zwei Wheatstone'schen Brückenschaltungen erläutert. The invention is explained in more detail with reference to the drawings and in the description that follows. It shows Fig. 1 ei ne schematic diagram of a magnetoresistive layer system according to the spin-valve principle, Fig. 2a shows a section through Fig. 1 is below the threshold temperature, Fig. 2b is a sectional view of Fig. 1 after heating above the threshold Tempera ture and Cooling with an applied external magnetic field H, and FIG. 2c the magnetoresistive layer system according to FIG. 1 or FIG. 2b on a substrate. FIG. 3 shows the local setting of the magnetization direction m 2 in the form of strips, while FIG. 4 explains an interconnection of local areas with different magnetization directions to form two Wheatstone bridge circuits.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung geht von einem in Fig. 1 dargestellten magne­ toresistiven Schichtsystem nach dem Spin-Valve-Prinzip aus, das einen GMR-Effekt aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass auf einer Referenzschicht 2, die zumindest lokal eine resul­ tierende Magnetisierung m2 mit vorgegebener, fester bzw. "gepinnter" Magnetisierungsrichtung aufweist, eine elek­ trisch leitende, bei Betrieb stromführende Zwischenschicht 3, und auf dieser eine Detektionsschicht 1 angeordnet ist. Die Detektionsschicht 1 ist beispielsweise eine weichmagne­ tische Schicht, deren Magnetisierung ml sich stets zumindest näherungsweise parallel zu einem extern angelegten Magnet­ feld ausrichtet. Da bei einem solchen externen Magnetfeld die Richtung der Magnetisierung m2, wie bereits erläutert, zumindest weitgehend unbeeinflusst bleibt, ergibt sich ein winkelabhängiger elektrischer Widerstand der Zwischenschicht (GMR-Effekt)The invention is based on a magnetoresistive layer system shown in FIG. 1 according to the spin valve principle, which has a GMR effect. It is provided that on a reference layer 2 , which has at least locally a resulting magnetization m 2 with a predetermined, fixed or "pinned" magnetization direction, an electrically conductive, current-carrying intermediate layer 3 , and on this a detection layer 1 is arranged , The detection layer 1 is, for example, a soft magnetic table, the magnetization ml of which is always aligned at least approximately parallel to an externally applied magnetic field. Since the direction of the magnetization m 2 , as already explained, remains at least largely unaffected in such an external magnetic field, there is an angle-dependent electrical resistance of the intermediate layer (GMR effect)

Im Einzelnen zeigt Fig. 2c, dass auf einem Substrat 10 aus beispielsweise thermisch oxidiertem Silizium zunächst bei­ spielsweise in Sputtertechnik eine optionale Bufferschicht 11 aufgebracht worden ist, die aus Tantal besteht und einige Nanometer dick ist. Auf dieser Bufferschicht 11 wurde dann die Detektionsschicht 1 abgeschieden, die beispielsweise aus einer einige Nanometer dicken Nickel-Eisen-Schicht oder ei­ ner Kobalt-Schicht besteht. Bevorzugt ist die ferromagneti­ sche Detektionsschicht eine weichmagnetische, ferroelektri­ sche Schicht. Auf der Detektionsschicht 1 wurde dann in be­ kannter Weise die Zwischenschicht 3 in Form einer einige Nanometer dicken Schicht, beispielsweise aus Kupfer, abge­ schieden.In detail, FIG. 2c shows that has been deposited on a substrate 10 of, for example thermally oxidized silicon at first game, in sputtering, an optional buffer layer 11 consisting of tantalum and a few nanometers thick. The detection layer 1 was then deposited on this buffer layer 11 , which consists, for example, of a nickel-iron layer a few nanometers thick or a cobalt layer. The ferromagnetic detection layer is preferably a soft magnetic, ferroelectric layer. On the detection layer 1 , the intermediate layer 3 was then in a known manner in the form of a few nanometer thick layer, for example made of copper.

Schließlich wurde dann auf der Zwischenschicht 3 zunächst eine ferromagnetische Schicht 2a aus einem bevorzugt relativ weichmagnetischen Material wie beispielsweise einer Nickel- Eisen-Legierung oder aus Kobalt mit einer Dicke von einigen Nanometern abgeschieden, bevor auf dieser eine antiferroma­ gnetische Schicht 2b abgeschieden wurde, die beispielsweise aus einer einige Nanometer dicken Nickeloxid-Schicht oder einer Iridium-Mangan-Schicht besteht.Finally, a ferromagnetic layer 2 a of a preferably relatively soft magnetic material such as, for example, a nickel-iron alloy or cobalt was then deposited on the intermediate layer 3 with a thickness of a few nanometers before an antiferromatic layer 2 b was deposited on it, which consists, for example, of a few nanometer thick nickel oxide layer or an iridium-manganese layer.

Die ferromagnetische Schicht 2a und die benachbarte antifer­ romagnetische Schicht 2b bilden dabei die Referenzschicht 2 gemäß Fig. 1. An dieser Stelle sei zudem betont, dass die Schichtabfolge gemäß Fig. 2c auch umgekehrt sein kann, d. h. die Referenzschicht 2 wird auf der Bufferschicht 11 abge­ schieden, darauf die Zwischenschicht 3 und darauf dann die Detektionsschicht 1.The ferromagnetic layer 2 a and the adjacent Antifer romagnetische layer 2 b form the reference layer 2 according to Fig. 1. It should be also emphasized that the sequence of layers 2c may be reversed as shown in FIG., That the reference layer 2 is formed on the buffer layer 11 separated, then the intermediate layer 3 and then the detection layer 1 .

In Fig. 2c ist weiter vorgesehen, dass zumindest beim Er­ zeugen der Referenzschicht 2 aus den beiden Teilschichten 2a, 2b durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes bei der Ab­ scheidung bzw. Deposition zunächst eine homogene Ausrichtung des resultierenden magnetischen Momentes bzw. der Magneti­ sierung m2 in der ferromagnetischen Schicht 2a eingestellt wird. Insbesondere begünstigt dieses Anlegen der externen Magnetfeldes während der Abscheidung bzw. Deposition eine unidirektionale Anisotropie in der Referenzschicht 2, die auch als "Pinning"-Richtung bezeichnet wird.In Fig. 2c is further provided that at least when he witnesses the reference layer 2 of the two partial layers 2 a, 2 b, by applying an external magnetic field in the Ab-making or deposition initially a homogeneous orientation of the resultant magnetic torque and the Magneti sation m 2 is set in the ferromagnetic layer 2 a. In particular, this application of the external magnetic field during the deposition or deposition favors unidirectional anisotropy in the reference layer 2 , which is also referred to as the “pinning” direction.

Zur lokalen Einstellung bzw. Veränderung der "Pinning"- Richtung in der Referenzschicht 2 bzw. insbesondere der fer­ romagnetischen Schicht 2a, d. h. konkret der Richtung der dort lokal resultierenden Magnetisierung m2, ist nun weiter vorgesehen, dass zumindest die antiferromagnetische Schicht 2b, bevorzugt jedoch die antiferromagnetische Schicht 2b und die ferromagnetische Schicht 2a, durch lokale Bestrahlung mit Hilfe eines Lasers über eine Schwellentemperatur Tb auf­ geheizt wird. Diese Schwellentemperatur wird auch als "bloc­ king temperature" der antiferromagnetischen Schicht 2b be­ zeichnet. For local setting or change of the “pinning” direction in the reference layer 2 or in particular the ferromagnetic layer 2 a, ie specifically the direction of the magnetization m 2 resulting locally there, it is now further provided that at least the antiferromagnetic layer 2 b , but preferably the antiferromagnetic layer 2 b and the ferromagnetic layer 2 a, is heated to above a threshold temperature T b by local irradiation with the aid of a laser. This threshold temperature is also known as the "bloc king temperature" of the antiferromagnetic layer 2 b.

Das Aufheizen beruht dabei auf der Erkenntnis, dass dann, wenn man eine antiferromagnetische Schicht über diese Schwellentemperatur Tb aufheizt, der sogenannte "Exchange- Bias-Effekt" verschwindet, d. h. die antiferromagnetische Schicht 2b induziert oberhalb dieser Schwellentemperatur Tb nicht mehr eine bevorzugte Richtung der Magnetisierung m2 in der benachbarten ferromagnetischen Schicht 2a. Insofern geht auch die Stabilisierung der Richtung der Magnetisierung m2, die durch die antiferromagnetische Schicht 2b hervorgerufen wurde, oberhalb dieser Schwellentemperatur Tb verloren.The heating is based on the knowledge that when an antiferromagnetic layer is heated above this threshold temperature T b , the so-called "exchange bias effect" disappears, ie the antiferromagnetic layer 2 b no longer induces a preferred one above this threshold temperature T b Direction of magnetization m 2 in the adjacent ferromagnetic layer 2 a. In this respect, the stabilization of the direction of the magnetization m 2 , which was caused by the antiferromagnetic layer 2 b, is also lost above this threshold temperature T b .

Im Einzelnen ist gemäß Fig. 2a vorgesehen, dass in Drauf­ sicht auf die antiferromagnetische Schicht 2b lokal begrenz­ te Bereiche der antiferromagnetischen Schicht 2b, beispiels­ weise isolierte Flächen mit einer Größe von 5 µm2 bis 500 µm2, oder alternativ auch Streifen mit einer Breite von 5 µm bis 100 µm und einer Länge von 1 mm bis 120 mm, nacheinander mit einem Laser aufgeheizt werden. Der Laser bietet dabei die Möglichkeit, sehr präzise selbst µm2-große Flächen defi­ niert aufzuheizen. Prinzipiell kommen jedoch auch andere Aufheizverfahren in Frage, mit denen eine derartige lokale bzw. streifenförmige Aufheizung der antiferromagnetischen Schicht 2b möglich ist. Die Schwellentemperatur Tb hängt im Übrigen vom Material der antiferromagnetischen Schicht 2b ab. Sie beträgt im Fall der vorstehend genannten Materialien ca. 200°C.In detail, according to FIG. 2a it is provided that, in a top view of the antiferromagnetic layer 2 b, locally limited areas of the antiferromagnetic layer 2 b, for example insulated areas with a size of 5 μm 2 to 500 μm 2 , or alternatively also strips a width of 5 µm to 100 µm and a length of 1 mm to 120 mm, can be successively heated with a laser. The laser offers the possibility of very precisely heating even µm 2 sized surfaces. In principle, however, other heating methods are also possible with which such local or strip-shaped heating of the antiferromagnetic layer 2 b is possible. The threshold temperature T b also depends on the material of the antiferromagnetic layer 2 b. In the case of the materials mentioned above, it is approx. 200 ° C.

Die Fig. 2a zeigt zunächst den Zustand unterhalb der Schwellentemperatur Tb, bei der die antiferromagnetische Schicht 2b in der ferromagnetischen Schicht 2a, die dieser benachbart ist, über den "Exchange-Bias-Effekt" eine unidi­ rektionale Anisotropie der Magnetisierung m2 induziert. In Fig. 2b ist dann dargestellt, wie durch die erläuterte Be­ strahlung mit einem Laser zunächst die antiferromagnetische Schicht 2b über die Schwellentemperatur Tb aufgeheizt wurde, wobei gleichzeitig zumindest nach dem Überschreiten der Schwellentemperatur Tb und während dem nachfolgenden Abküh­ len ein externes Magnetfeld H der eingezeichneten Richtung angelegt worden ist. Wenn nun bei angelegtem externen Ma­ gnetfeld H durch Ausschalten der Laser-Bestrahlung die anti­ ferromagnetische Schicht 2b wieder unter die Schwellentempe­ ratur Tb abkühlt, setzt der durch das Aufheizen über die Schwellentemperatur Tb ausgeschaltete "Exchange-Bias-Effekt" wieder ein, d. h. die antiferromagnetische Schicht 2b "pinnt" oder fixiert nun wieder über die Grenzschicht zwischen der antiferromagnetischen Schicht 2b und der ferromagnetischen Schicht 2a in der Schicht 2a eine resultierende Magnetisie­ rung m2 mit der in Fig. 2b eingezeichneten Richtung ent­ sprechend der Richtung des temporär angelegten externer. Ma­ gnetfeldes H. Fig. 2a shows the state below the threshold temperature T b, wherein the antiferromagnetic layer 2 b in the ferromagnetic layer 2 a, which is adjacent to, via the "exchange bias effect" a UNIDI-directional anisotropy of the magnetization m 2 induced. In Fig. 2b is then displayed as shown by the outlined Be radiation with a laser, first the antiferromagnetic layer 2 b over the threshold temperature T was heated b, at the same time b at least after exceeding the threshold temperature T, and during the subsequent cool down len an external magnetic field H the drawn direction has been created. Now, when in an applied external Ma gnetfeld H by turning off the laser irradiation, the antiferromagnetic layer 2 b again below the threshold Tempera ture T b cools, by heating above the threshold temperature T b off "exchange bias" effect starts again, ie the antiferromagnetic layer 2 b "pins" or fixes again over the boundary layer between the antiferromagnetic layer 2 b and the ferromagnetic layer 2 a in layer 2 a, a resulting magnetization m 2 with the direction shown in Fig. 2b accordingly Direction of the temporarily created external. Magnet field H.

Insgesamt wird durch das erläuterte Verfahren erreicht, dass in dem Bereich der ferromagnetischen Schicht 2a, der dem aufgeheizten Bereich der antiferromagnetischen Schicht 2b benachbart ist, die Richtung der Magnetisierung m2 entspre­ chend der Richtung des beim Aufheizen über die Schwellentem­ peratur angelegten externen Magnetfeldes H ausgerichtet ist. Diese Ausrichtung tritt dabei aber nur in den Bereichen auf, die aufgeheizten Bereichen benachbart sind. Andere Bereiche sind von der Änderung der Magnetisierungsrichtung nicht be­ einflusst.Overall, it is achieved by the explained method that in the area of the ferromagnetic layer 2 a, which is adjacent to the heated area of the antiferromagnetic layer 2 b, the direction of the magnetization m 2 corresponding to the direction of the external magnetic field applied during heating via the threshold temperature H is aligned. This alignment only occurs in the areas that are adjacent to the heated areas. Other areas are not affected by the change in the direction of magnetization.

Zusammenfassend wurde gemäß Fig. 2b erreicht, dass die re­ sultierende Magnetisierung m2 in der ferromagnetischen Schicht 2a oberhalb der Schwellentemperatur Tb der Richtung des externen Magnetfeldes H gefolgt ist, und dass sich wäh­ rend der Abkühlung unter die Schwellentemperatur Tb mit der antiferromagnetischen Schicht 2b über den wieder einsetzen­ den "Exchange-Bias-Effekt" koppelt, so dass die Richtung der Magnetisierung m2 unterhalb der Schwellentemperatur Tb von der antiferromagnetischen Schicht 2b wieder induziert bzw. stabilisiert wird.In summary, according to FIG. 2b it was achieved that the resulting magnetization m 2 in the ferromagnetic layer 2 a above the threshold temperature T b followed the direction of the external magnetic field H, and that during the cooling below the threshold temperature T b with the antiferromagnetic layer 2 b over the reinsert the "exchange bias effect" coupled, so that the direction of magnetization of 2 m below the threshold temperature T b of the antiferromagnetic layer 2b induced again and is stabilized.

Da das erläuterte Aufheizen mit einem Laser ein lokaler Ef­ fekt ist, hat man nun in einfacher Weise die Möglichkeit, auf der Oberfläche des Substrates 10 lokal und definiert in der ferromagnetischen Schicht 2a Bereiche mit unterschiedli­ cher Richtung der resultierenden Magnetisierung m2 zu erzeu­ gen. Dies wird mit Hilfe der Fig. 3 erläutert, die eine Draufsicht auf die ferromagnetische Schicht 2a gemäß Fig. 2c zeigt. Die die ferromagnetische Schicht 2a abdeckende an­ tiferromagnetische Schicht 2b wurde in Fig. 3 nicht darge­ stellt.Since the explained heating with a laser is a local effect, it is now possible in a simple manner to generate regions with different directions of the resulting magnetization m 2 on the surface of the substrate 10 locally and defined in the ferromagnetic layer 2 a This will be explained with the help of Fig. 3., which shows a top view of the ferromagnetic layer 2 a according to Fig. 2c. The covering the ferromagnetic layer 2 a to tiferromagnetic layer 2 b was not shown in Fig. 3 Darge.

Im Einzelnen zeigt Fig. 3 einen ersten Streifen 5, einen zweiten Streifen 6, einen dritten Streifen 8 und einen vier­ ten Streifen 9, die jeweils in den eingezeichneten rechtec­ kigen Bereichen eine unterschiedliche Richtung der Magneti­ sierung m2 aufweisen. Insbesondere sind die den aufgeheizten Bereichen der antiferromagnetischen Schicht 2b benachbarten rechteckigen Bereiche der ferromagnetischen Schicht 2a in Form isolierter Flächen mit einer Größe von 5 µm2 bis 500 µm2 ausgebildet. Insbesondere ist in Fig. 3 vorgesehen, dass die einzelnen Bereiche bzw. Streifen 5, 6, 8, 9 mit un­ terschiedlicher Richtung der Magnetisierung m2 einen minima­ len Abstand von 20 µm bis 100 µm voneinander aufweisen.In detail, FIG. 3 shows a first strip 5, a second strip 6, a third strip 8 and a four-th strip 9, which each in the marked areas Rectangular Parallelepiped kigen a different direction of Magneti tion m 2. In particular, the rectangular areas of the ferromagnetic layer 2 a adjacent to the heated areas of the antiferromagnetic layer 2 b are in the form of insulated areas with a size of 5 μm 2 to 500 μm 2 . In particular, it is provided in FIG. 3 that the individual areas or strips 5 , 6 , 8 , 9 with a different direction of magnetization m 2 have a minimum distance of 20 μm to 100 μm from one another.

Um die eingezeichneten Richtungen der Magnetisierung m2 in den Streifen einzelnen 5, 6, 8, 9 zu erreichen, wurden diese jeweils nacheinander durch Laserbestrahlung über die Schwel­ lentemperatur Tb aufgeheizt, wobei, wie erläutert, ein je­ weils ein zu den eingezeichneten Richtungen der Magnetisie­ rung m2 in den einzelnen Streifen 5, 6, 8, 9 paralleles ex­ ternes Magnetfeld H angelegt worden ist. Dies wird in Fig. 3 exemplarisch am Beispiel des zweiten Streifens 6 erläutert. Für die anderen Streifen 5, 8, 9 wurde das externe Ma­ gnetfeld H jeweils um 90° gedreht.In order to achieve the indicated directions of magnetization m 2 in the strips individual 5, 6, 8, 9, these were each heated one after the other by laser radiation above the threshold temperature T b , whereby, as explained, one each because of the indicated directions of the Magnetization m 2 in the individual strips 5 , 6 , 8 , 9 parallel external magnetic field H has been applied. This is explained in FIG. 3 using the example of the second strip 6 as an example. For the other strips 5 , 8 , 9 , the external magnetic field H was rotated by 90 °.

Zur Erzeugung der rechteckigen oder alternativ auch mäander­ förmigen Bereiche mit lokal unterschiedlicher Magnetisie­ rungsrichtung gemäß Fig. 3 durch Aufheizen entsprechender zugeordneter Bereiche der antiferromagnetischen Schicht. 2b mit einem Laser wird bevorzugt eine entsprechende Maske ein­ gesetzt. Es kann jedoch auch ohne Maske gearbeitet werden, indem lokal begrenzte Flächen beispielsweise mit einem fei­ nen, kreisförmigen Laserpuls mit einer Pulsdauer von 10 ns bis 100 µs aufgeheizt werden.To generate the rectangular or alternatively also meandering areas with locally different magnetization direction according to FIG. 3 by heating corresponding areas of the antiferromagnetic layer. 2b with a laser, a corresponding mask is preferably used. However, it can also be used without a mask by heating locally limited areas, for example with a fine, circular laser pulse with a pulse duration of 10 ns to 100 μs.

Im Übrigen sei betont, dass das Aufheizen an einem Wafer- Nutzen oder alternativ auch ein bereits fertig prozessierten Sensorelementen mit oder ohne auf der Referenzschicht 2 auf­ gebrachten zusätzlichen Passivierungsschicht erfolgen kann. Insbesondere kann die Laserbehandlung und damit die lokale Veränderung der resultierenden Magnetisierungsrichtung gemäß Fig. 3 auch in einem abschließenden Backend-Test durchge­ führt werden.For the rest, it should be emphasized that the heating can take place on a wafer use or alternatively also a sensor element that has already been processed with or without an additional passivation layer applied on the reference layer 2 . In particular, the laser treatment and thus the local change in the resulting magnetization direction according to FIG. 3 can also be carried out in a final back-end test.

Die sich an Fig. 3 anschließenden Verfahrensschritte wie beispielsweise eine Strukturierung der erzeugten Referenz­ schicht 2, das Aufbringen von Leitungsschichten zur elektri­ schen Verschaltung der einzelnen erzeugten Bereiche sowie von geeigneten Isolationsschichten bzw. Schutzschichten ent­ sprechen dem Stand der Technik.The process steps following FIG. 3, such as structuring the generated reference layer 2 , the application of line layers for the electrical interconnection of the individual regions produced, and also suitable insulation layers or protective layers correspond to the prior art.

Die Fig. 4 erläutert die Verschaltung zweier auf dem Sub­ strat 10 in der ferromagnetischen Schicht 2a gemäß Fig. 2c bzw. Fig. 1 erzeugter Wheatstone'scher Brückenschaltungen. Dazu wurden die Bereiche mit unterschiedlicher Richtung der resultierenden Magnetisierung m2 gemäß Fig. 3 über übliche Leitungsschichten bzw. Leiterbahnen zu einer ersten Wheat­ stone-Brücke 40 und einer zweiten Wheatstone-Brücke 41 miteinander verschaltet. Dabei wird die erste Wheatstone-Brücke 40 im erläuterten Beispiel von den Bereichen innerhalb des ersten Streifens 5 und des zweiten Streifens 6 gebildet. Zur Ausbildung der zweiten Wheatstone-Brücke 41 wurden innerhalb des dritten Streifens 8 liegende Bereiche mit innerhalb des vierten Streifens 9 liegenden Bereichen wie dargestellt ver­ schaltet. Auf diese Weise ist die erste Wheatstone-Brücke 40 gegenüber der zweiten Wheatstone-Brücke 41 um 90° gedreht. Fig. 4 explains the connection of two on the sub strate 10 in the ferromagnetic layer 2 a according to Fig. 2c and Fig. 1 generated Wheatstone bridge circuits. For this purpose, the areas with different directions of the resulting magnetization m 2 according to FIG. 3 were interconnected to one another via conventional conductor layers or conductor tracks to form a first Wheatstone bridge 40 and a second Wheatstone bridge 41 . In this example, the first Wheatstone bridge 40 is formed by the areas within the first strip 5 and the second strip 6 . In order to form the second Wheatstone bridge 41 , areas lying within the third strip 8 with areas lying within the fourth strip 9 were switched as shown. In this way, the first Wheatstone bridge 40 is rotated by 90 ° with respect to the second Wheatstone bridge 41 .

Innerhalb der einzelnen Wheatstone-Brücken 40, 41 sind wei­ ter jeweils zwei Bereiche mit paralleler Magnetisierungs­ richtung und zwei Bereiche mit antiparalleler Magnetisie­ rungsrichtung in an sich bekannter Weise miteinander ver­ schaltet. Jede der beiden Wheatstone-Brücken 40, 41 liefert somit eine Brückenausgangsspannung UB als Funktion einer Eingangsspannung U0 gemäß:
Within the individual Wheatstone bridges 40 , 41 , two areas with parallel magnetization direction and two areas with antiparallel magnetization direction are connected to each other in a manner known per se. Each of the two Wheatstone bridges 40 , 41 thus supplies a bridge output voltage U B as a function of an input voltage U 0 according to:

UB = 2U0CcosθU B = 2U 0 Ccosθ

Durch die Verdrehung um 90° der Wheatstone-Brücke 40 gegen­ über der zweiten Wheatstone-Brücke 41 liefert die erste Wheatstone-Brücke 40 ein cos-Signal während die zweite ein sin-Signal liefert. Mit Hilfe des bekannten Arctan-Auswerte­ verfahrens lässt sich dann aus beiden Signalen der Absolut­ winkel der Richtung eines externen Magnetfeldes über den ge­ samten Winkelbereich von 360° ermitteln.Due to the 90 ° rotation of the Wheatstone bridge 40 relative to the second Wheatstone bridge 41 , the first Wheatstone bridge 40 delivers a cos signal while the second delivers a sin signal. With the help of the known Arctan evaluation method, the absolute angle of the direction of an external magnetic field can then be determined from the two signals over the entire angular range of 360 °.

Claims (16)

1. Verfahren zur Einstellung, insbesondere lokalen Verän­ derung einer resultierenden Magnetisierungsrichtung in einer Schichtanordnung (2) mit einer ferromagnetischen Schicht (2a) und einer benachbarten antiferromagnetischen Schicht (2b), wobei die ferromagnetische Schicht (2a) eine resultie­ rende Magnetisierung mit einer zugeordneten, durch die anti­ ferromagnetische Schicht induzierten oder beeinflussbaren, insbesondere stabilisierbaren, resultierenden Magnetisie­ rungsrichtung (m2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die antiferromagnetische Schicht (2b) zumindest bereichsweise über eine Schwellentemperatur (Tb) aufgeheizt wird, oberhalb derer der Einfluss dieses Bereiches der anti­ ferromagnetischen Schicht (2b) auf die resultierende Magne­ tisierungsrichtung (m2) des benachbarten Bereiches (5, 6, 8, 9) der ferromagnetischen Schicht (2a) zumindest weitgehend verschwindet, dass weiter zumindest der dem aufgeheizten Be­ reich der antiferromagnetischen Schicht (2b) benachbarte Be­ reich (5, 6, 8, 9) der ferromagnetischen Schicht (2a) einem externen Magnetfeld (H) vorgegebener Richtung ausgesetzt wird, und dass danach die antiferromagnetische Schicht (2b) wieder unter die Schwellentemperatur (Tb) abgekühlt wird.1. Method for setting, in particular local change of a resulting direction of magnetization in a layer arrangement ( 2 ) with a ferromagnetic layer ( 2 a) and an adjacent antiferromagnetic layer ( 2 b), the ferromagnetic layer ( 2 a) with a resulting magnetization has an associated direction of magnetization (m 2 ) induced or influenced by the anti-ferromagnetic layer, in particular stabilizable, characterized in that at least the antiferromagnetic layer ( 2 b ) is heated at least in regions above a threshold temperature (T b ) above which the influence of this area of the anti-ferromagnetic layer ( 2 b) on the resulting magnetization direction (m 2 ) of the adjacent area ( 5 , 6 , 8 , 9 ) of the ferromagnetic layer ( 2 a) at least largely disappears that at least that of the heated one Be the area of the antiferromagnetic hen layer ( 2 b) adjacent area ( 5 , 6 , 8 , 9 ) of the ferromagnetic layer ( 2 a) is exposed to an external magnetic field (H) in a predetermined direction, and that afterwards the antiferromagnetic layer ( 2 b) again below the threshold temperature (T b ) is cooled. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Magnetfeld (H) bereits beim Aufheizen und/oder nach dem Erreichen der Schwellentemperatur (Tb) angelegt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the external magnetic field (H) is already applied when heating up and / or after reaching the threshold temperature (T b ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass das externe Magnetfeld (H) nach dem Anlegen bis zu dem Abkühlen unter die Schwellentemperatur (Tb) aufrechter­ halten wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the external magnetic field (H) is maintained after the application until cooling below the threshold temperature (T b ). 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die resultierende Magnetisis­ rungsrichtung (m2) der ferromagnetischen Schicht (2a) in dem dem aufgeheizten Bereich benachbarten Bereich (5, 6, 8, 9) nach dem Abkühlen zumindest näherungsweise parallel zu der Richtung des externen Magnetfeldes (H) ausgerichtet ist.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the resulting magnetization direction (m 2 ) of the ferromagnetic layer ( 2 a) in the area adjacent to the heated area ( 5 , 6 , 8 , 9 ) after cooling at least approximately is aligned parallel to the direction of the external magnetic field (H). 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die nach dem Abkühlen resultierende Magnetisierungs­ richtung (m2) der ferromagnetischen Schicht (2a) in dem dem aufgeheizten Bereich benachbarten Bereich (5, 6, 8, 9) durch die benachbarte antiferromagnetische Schicht (2b) in diesem Bereich (5, 6, 8, 9) stabilisiert wird.5. The method according to claim 4, characterized in that by the cooling direction resulting after cooling (m 2 ) of the ferromagnetic layer ( 2 a) in the heated area adjacent area ( 5 , 6 , 8 , 9 ) by the adjacent antiferromagnetic Layer ( 2 b) in this area ( 5 , 6 , 8 , 9 ) is stabilized. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass als ferromagnetische Schicht. (2a) eine weichmagnetische Schicht, insbesondere eine NiFe- Schicht, eingesetzt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as a ferromagnetic layer. (2 a), a soft magnetic layer, in particular a NiFe layer, is used. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass als antiferromagnetische Schicht (2b) eine NiO-Schicht oder eine IrMn-Schicht eingesetzt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a NiO layer or an IrMn layer is used as the antiferromagnetic layer ( 2 b). 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die vor dem Aufheizen vorliegende resultierenden Magnetisierungsrichtung (m2) in der ferroma­ gnetischen Schicht (2a) der Schichtanordnung (2) durch ein bei einem Abscheiden der antiferromagnetischen Schicht (2b) oder bei einem Abscheiden der antiferromagnetischen Schicht (2b) und der ferromagnetischen Schicht (2b) angelegtes ex­ ternes Magnetfeld eingestellt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, by in that the present prior to heating the resulting magnetization direction (m 2) in the ferroma-magnetic layer (2 a) of the layer arrangement (2) by a at a deposition of the antiferromagnetic layer (2 b ) or during a deposition of the antiferromagnetic layer ( 2 b) and the ferromagnetic layer ( 2 b) applied external magnetic field is set. 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das Aufheizen durch Bestrahlen mit einem Laser erfolgt.9. The method according to any one of the preceding claims, since characterized by that heating by irradiation done with a laser. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestrahlen mit dem Laser in Form kurzzeitiger Pulse mit einer Pulsdauer von 10 ns bis 100 µs erfolgt.10. The method according to claim 9, characterized in that irradiation with the laser in the form of short-term pulses a pulse duration of 10 ns to 100 µs. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich­ net, dass das Bestrahlen mit dem Laser durch Abscannen von zu bestrahlenden Streifen (5, 6, 8, 9) erfolgt.11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the irradiation with the laser is carried out by scanning strips to be irradiated ( 5 , 6 , 8 , 9 ). 12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass lokal begrenzte Bereiche der an­ tiferromagnetischen Schicht (2b), insbesondere isolierte Flächen einer Größe von 5 µm2 bis 500 µm2 oder Streifen (5, 6, 8, 9) einer Breite 5 µm bis 100 µm und einer Länge von 1 mm bis 120 mm, aufgeheizt werden.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that locally limited areas of the tiferromagnetic layer ( 2 b), in particular insulated areas with a size of 5 µm 2 to 500 µm 2 or strips ( 5 , 6 , 8 , 9 ) a width of 5 µm to 100 µm and a length of 1 mm to 120 mm. 13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass nacheinander in verschiedenen, lokal begrenzten Bereichen (5, 6, 8, 9) der ferromagneti­ schen Schicht (2a) eine Einstellung, insbesondere Verände­ rung, der lokal dort jeweils resultierenden Magnetisierungs­ richtungen (m2) vorgenommen wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that successively in different, locally limited areas ( 5 , 6 , 8 , 9 ) of the ferromagnetic layer ( 2 a) a setting, in particular change, the locally resulting there Magnetization directions (m 2 ) is made. 14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass in der ferromagnetischen Schicht (2a) mehrere Bereiche (5, 6, 8, 9) mit lokal unterschiedli­ cher resultierenden Magnetisierungsrichtung (m2) insbeson­ dere mit zueinander senkrechter resultierender Magnetisie­ rungsrichtung (m2), erzeugt werden.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the ferromagnetic layer ( 2 a) a plurality of areas ( 5 , 6 , 8 , 9 ) with locally different resulting magnetization direction (m 2 ) in particular with mutually perpendicular resulting magnetisie direction (m 2 ). 15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Schichtanordnung (2) mit der ferromagnetischen Schicht (2a) und der darüber oder darunter befindlichen antiferromagnetischen Schicht (2b) bereichswei­ se über die Schwellentemperatur (Tb) aufgeheizt wird.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the layer arrangement ( 2 ) with the ferromagnetic layer ( 2 a) and the antiferromagnetic layer ( 2 b) above or below it is heated in regions over the threshold temperature (T b ) , 16. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Herstellung eines magnetoresistiven, nach dem Spin-Valve-Prinzip arbeitenden Schichtsystems, insbesondere eines magnetoresistiven, nach dem Spin-Valve-Prinzip arbei­ tenden Schichtsystems, bei dem innerhalb der Referenzschicht (2) Bereiche mit einer unterschiedlichen, insbesondere paar­ weise senkrecht zueinander stehenden resultierenden Magneti­ sierungsrichtung (m2) vorliegen, die in Form einer Wheatsto­ ne-Brücke (40, 41) miteinander verschaltet sind.16. Use of the method according to one of the preceding claims for the production of a magnetoresistive layer system working according to the spin valve principle, in particular a magnetoresistive layer system working according to the spin valve principle, in which areas within the reference layer ( 2 ) a different, in particular pair of mutually perpendicular resulting magnetization direction (m 2 ) are present, which are interconnected in the form of a Wheatstone bridge ( 40 , 41 ).
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