DE112019006539B4

DE112019006539B4 - Austauschgekoppelter Film und Magnetoresistives Element sowie damit ausgestattete Magnetismus-Erfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112019006539B4
Application number: DE112019006539.4T
Authority: DE
Inventors: Masamichi Saito; Fumihito Koike
Original assignee: Alps Alpine Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2024-10-10
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: JP7160945B2; WO2020137558A1; US11693068B2; CN113016086B; JPWO2020137558A1; CN113016086A; DE112019006539T5; US20210382122A1

Abstract

Austauschgekoppelter Film (10), aufweisend:eine antiferromagnetische Schicht (2) und eine ferromagnetische Schicht (3), die zusammen gestapelt sind,wobei die antiferromagnetische Schicht (2) eine Struktur aufweist, die eine Ir-Mn-Schicht (2a), eine erste PtMn-Schicht (2b, 8b), eine PtCr-Schicht (2c, 8c) und eine zweite PtMn-Schicht (2d, 8d) beinhaltet, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei sich die IrMn-Schicht (2a) nahe bei der ferromagnetischen Schicht (3) befindet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen austauschgekoppelten Film und ein magnetoresistives Element bzw. Magnetowiderstandselement sowie eine Magnetismus-Erfassungsvorrichtung, die den austauschgekoppelten Film aufweist.
Einschlägiger Stand der Technik
Austauschgekoppelte Filme mit einer antiferromagnetischen Schicht und einer gepinnten Magnetschicht werden als magnetoresistive Elemente oder Magnetsensoren verwendet. Das Patentdokument 1 besagt, dass in einem magnetischen Aufzeichnungsmedium ein austauschgekoppelter Film gebildet werden kann, indem eine Co-Legierung, die als ferromagnetischer Film dient, mit verschiedenen Legierungen, die als antiferromagnetische Filme dienen, kombiniert wird. Als antiferromagnetische Filme werden Legierungen wie CoMn, NiMn, PtMn und PtCr exemplarisch genannt.
Die WO 2018/ 029 883 A1 beschreibt einen Austausch-Kopplungsfilm, der eine antiferromagnetische Schicht, eine fixierte magnetische Schicht und eine freie magnetische Schicht, die zusammen gestapelt sind, umfasst. Die antiferromagnetische Schicht besteht aus einer PtCr-Schicht und einer XMn-Schicht (wobei X Pt oder Ir ist), und die XMn-Schicht berührt die fixierte magnetische Schicht.
Die US 2015 / 0 340 598 A1 beschreibt ein magnetisches RAM-Element, umfassend: eine mehrschichtige Keimstruktur, die durch abwechselndes Schichten einer Unterschicht des ersten Typs und einer Unterschicht des zweiten Typs gebildet wird, um eine oder mehrere Wiederholungen einer Einheitsschichtstruktur aus den Unterschichten des ersten und zweiten Typs zu bilden, wobei mindestens eine der Unterschichten des ersten und zweiten Typs ein oder mehrere ferromagnetische Elemente enthält; und eine erste magnetische Schicht, die auf der mehrschichtigen Keimstruktur gebildet ist.
Die DE 602 00 949 T2 beschreibt ein magnetoresistives Element mit: einem mehrschichtigen Film, der zumindest zwei magnetische Schichten und zumindest eine nichtmagnetische Schicht aufweist, die zwischen den beiden magnetischen Schichten angeordnet ist, wobei ein Widerstandswert sich mit einem relativen Winkel ändert, der durch die Magnetisierungsrichtungen der zumindest zwei magnetischen Schichten gebildet ist, und wobei zumindest eine der magnetischen Schichten ein ferromagnetisches Material M-X umfasst, das durch M100-aXa ausgedrückt ist, wobei M zumindest ein Element ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Fe, Co und Ni besteht, wobei X durch X1bX2cX3d ausgedrückt ist, wobei X1 zumindest ein Element ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Cu, Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt und Au besteht, X2 zumindest ein Element ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Al, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Ga, Ge, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re, Zn und Lanthanoidenreihen-Elementen besteht, X3 zumindest ein Element ist, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Si, B, C, N, O, P und S besteht und a, b, c, und d die folgenden Gleichungen erfüllen: 0,05 ≤ a ≤ 60, 0 ≤ b ≤ 60, 0 ≤ c ≤ 30 0 ≤ d ≤ 20,und a = b + c + d.
Die JP 2002- 298 326 A beschreibt, wie ein stachelartiges Rauschen, das durch eine schichtweise angeordnete weiche magnetische Schicht erzeugt wird, reduziert werden kann durch Verwendung eines vertikalen magnetischen Aufzeichnungsmediums, das durch Bereitstellung einer antiferromagnetischen Schicht zwischen einem Film mit vertikaler Magnetisierung und der schichtweise angeordneten weichen magnetischen Schicht gebildet ist. Dabei wird eine nichtmagnetische Zwischenschicht zwischen dem Film mit vertikaler Magnetisierung und der antiferromagnetischen Schicht angeordnet, und es wird eine Schicht bereitgestellt, die aus der nichtmagnetischen Zwischenschicht und einem ferromagnetischen Film (weiche magnetische Schicht) zwischen dem Film mit vertikaler Magnetisierung und der antiferromagnetischen Schicht besteht.
Liste des Standes der Technik
Patentliteratur
Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. JP 2000- 215 431 A
Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Magnetismus-Erfassungsvorrichtung muss einer Lötmittel-Reflow-Verarbeitung (Schmelzverarbeitung) unterzogen werden, wenn ein magnetoresistives Element auf einer Platine montiert wird. Die Magnetismus-Erfassungsvorrichtung wird in manchen Fällen in einer Hochtemperaturumgebung, beispielsweise in der Nähe eines Motors, verwendet. Für einen austauschgekoppelten Film, der in der Magnetismus-Erfassungsvorrichtung verwendet wird, ist ein Magnetfeld (Hex), das zum Umkehren der Magnetisierungsrichtung einer gepinnten Magnetschicht benötigt wird, vorzugsweise hoch, um die Erfassung eines Magnetfelds in einem weiten Dynamikbereich zu ermöglichen.
In letzter Zeit ist es wünschenswert geworden, dass die Magnetisierungsrichtung einer gepinnten Magnetschicht selbst in einer Umgebung, in der die Magnetismus-Erfassungsvorrichtung in der Nähe einer Quelle eines hohen Magnetfelds, wie einem Hochleistungsmotor, angeordnet ist, sowie in einer Umgebung, in der ein hohes Magnetfeld an diese angelegt wird, weniger beeinflusst wird. Das heißt, es ist ein Widerstand gegen starke Magnetfelder erforderlich.
Die vorliegende Erfindung zielt ab auf die Bereitstellung eines austauschgekoppelten Films, bei dem ein Magnetfeld (Hex), das erforderlich ist zum Umkehren der Magnetisierungsrichtung einer ferromagnetischen Schicht, wie beispielsweise einer gepinnten Magnetschicht, die mit einer antiferromagnetischen Schicht austauschgekoppelt ist, hoch ist und der somit einen ausgezeichneten Widerstand gegen starke Magnetfelder aufweist, sowie auf die Bereitstellung eines magnetoresistiven Elements und einer Magnetismus-Erfassungsvorrichtung, die den austauschgekoppelten Film aufweist.
Lösung des Problems
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung der vorstehenden Probleme ist ein austauschgekoppelter Film dadurch gekennzeichnet, dass er eine antiferromagnetische Schicht und eine ferromagnetische Schicht aufweist, die zusammen gestapelt sind, wobei die antiferromagnetische Schicht eine Struktur aufweist, die eine IrMn-Schicht, eine erste PtMn-Schicht, a PtCr-Schicht und eine zweite PtMn-Schicht beinhaltet, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei sich die IrMn-Schicht nahe bei der ferromagnetischen Schicht befindet. Die IrMn-Schicht kann derart gestapelt sein, dass sie mit der ferromagnetischen Schicht in Kontakt steht. Die Struktur kann ferner eine PtMn-Schicht beinhalten, die zwischen die IrMn-Schicht und die ferromagnetische Schicht gestapelt ist.
Die Einheiten Angström und Oersted, die hier verwendet werden, lassen sich über folgende Beziehungen in SI-Einheiten umrechnen: $1 Å = 0,1 nm,$
$1 Oe = (1000 / (4 π)) (A/m) .$
1 zeigt eine Hystereseschleife in der Magnetisierungskurve eines austauschgekoppelten Films gemäß der vorliegenden Erfindung. Typischerweise ist eine in der M-H-Kurve (Magnetisierungskurve) eines weichmagnetischen Materials gebildete Hystereseschleife symmetrisch um den Schnittpunkt der H-Achse und der M-Achse (Magnetfeld H = 0 A/m und Magnetisierung M = 0 A/m). Wie in 1 dargestellt, hat jedoch in dem austauschgekoppelten Film gemäß der vorliegenden Erfindung die Hystereseschleife des austauschgekoppelten Films eine Form, die entlang der H-Achse entsprechend der Größe des Austauschkopplungsfelds Hex verschoben ist, weil ein Austauschkopplungsfeld Hex auf eine gepinnte Magnetschicht wirkt, die die ferromagnetische Schicht enthält, die mit der antiferromagnetischen Schicht austauschgekoppelt ist. Die gepinnte Magnetschicht des austauschgekoppelten Films, die ein höheres Austauschkopplungsfeld Hex aufweist, verursacht beim Anlegen eines externen Magnetfelds weniger wahrscheinlich eine Umkehrung der Magnetisierungsrichtung und ist daher eine bessere gepinnte Magnetschicht.
Die Koerzitivkraft Hc ist definiert als die Differenz zwischen dem entlang der H-Achse verschobenen Zentrum der Hystereseschleife (die Magnetfeldstärke am Zentrum entspricht dem Austauschkopplungsfeld Hex) und dem Schnittpunkt der Hystereseschleife mit der H-Achse. Es sei angenommen, dass die Koerzitivkraft Hc geringer als das Austauschkopplungsfeld Hex ist. Selbst wenn ein externes Magnetfeld angelegt wird, um die gepinnte Magnetschicht des austauschgekoppelten Films in einer Richtung entlang des externen Magnetfelds zu magnetisieren, kann in diesem Fall die Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetschicht durch das Austauschkopplungsfeld Hex, das relativ stärker ist als die Koerzitivkraft Hc, beim Beenden des Anlegens des externen Magnetfelds ausgerichtet werden. Das heißt, wenn die Beziehung zwischen dem Austauschkopplungsfeld Hex und der Koerzitivkraft Hc Hex > Hc ist, hat der austauschgekoppelte Film einen zufriedenstellenden Widerstand gegen starke Magnetfelder.
Bei dem austauschgekoppelten Film gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die antiferromagnetische Schicht eine Struktur auf, die die IrMn-Schicht, die erste PtMn-Schicht, die PtCr-Schicht und die zweite PtMn-Schicht beinhaltet, die zusammen gestapelt sind, wodurch die Verbesserung des Austauschkopplungsfelds Hex erzielt wird. Bei dem austauschgekoppelten Film gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein hohes Austauschkopplungsfeld Hex selbst bei einer geringen Dicke der PtCr-Schicht erzielt werden, verglichen mit dem Fall, in dem die zweite PtMn-Schicht nicht gestapelt ist. Somit kann die Dicke (Gesamtdicke) der gesamten antiferromagnetischen Schicht relativ verringert werden, was unter dem Gesichtspunkt der Produktionseffizienz usw. bevorzugt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein austauschgekoppelter Film bereitgestellt, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine antiferromagnetische Schicht und eine ferromagnetische Schicht aufweist, die zusammen gestapelt sind, wobei die antiferromagnetische Schicht eine Struktur aufweist, die eine erste PtMn-Schicht, eine PtCr-Schicht und eine zweite PtMn-Schicht beinhaltet, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei sich die erste PtMn-Schicht nahe bei der ferromagnetischen Schicht befindet, wobei die Dicke der PtCr-Schicht größer ist als sowohl die Dicke der ersten PtMn-Schicht als auch die Dicke der zweiten PtMn-Schicht. Bei dem austauschgekoppelten Film, der die antiferromagnetische Schicht mit der gestapelten Struktur aufweist, ist das Austauschkopplungsfeld Hex hoch, und die Beziehung zwischen dem Austauschkopplungsfeld Hex und der Koerzitivkraft Hc ist tendenziell Hex > Hc; somit weist das Austauschkopplungsfeld Hex einen zufriedenstellenden Widerstand gegen starke Magnetfelder auf. Zusätzlich neigt der austauschgekoppelte Film in manchen Fällen dazu, eine hohe Blockiertemperatur zu haben.
Die vorstehend genannte antiferromagnetische Schicht kann eine Mn-haltige Schicht mit einem Mn-Gehalt von mehr als 50 At.-% zwischen der ersten PtMn-Schicht und der ferromagnetischen Schicht aufweisen. Die Mn-haltige Schicht kann mehrere gestapelte Schichten beinhalten. Die Mn-haltige Schicht kann mindestens eine Schicht enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer IrMn-Schicht und einer Mn-Schicht besteht. In dem Fall, in dem die Mn-haltige Schicht aus einer IrMn-Schicht oder einem Stapel aus einer IrMn-Schicht und einer PtMn-Schicht gebildet ist, hat der austauschgekoppelte Film die gleiche Struktur wie der austauschgekoppelte Film gemäß dem vorstehend erwähnten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung des Effekts von Variationen in der Dicke der in der antiferromagnetischen Schicht enthaltenen Schichten auf die Eigenschaften der antiferromagnetischen Schicht (zum Beispiel die Größe des Austauschkopplungsfelds Hex) hat die Mn-haltige Schicht in manchen Fällen vorzugsweise eine Dicke von 12 Å oder weniger.
Bei dem vorstehend genannten austauschgekoppelten Film weist die zweite PtMn-Schicht in manchen Fällen vorzugsweise eine Dicke von mehr als 0 Å und weniger als 60 Å auf. Die zweite PtMn-Schicht weist in manchen Fällen vorzugsweise eine Dicke von 15 Å oder mehr und 55 Å oder weniger auf. Bei dem vorstehend genannten austauschgekoppelten Film weist die PtCr-Schicht in manchen Fällen vorzugsweise eine Dicke von 100 Å oder mehr auf. Die antiferromagnetische Schicht weist in manchen Fällen vorzugsweise eine Gesamtdicke von 200 Å oder weniger auf.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein magnetoresistives Element bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es den vorstehend genannten austauschgekoppelte Film und eine freie Magnetschicht aufweist, die zusammen gestapelt sind, wobei die ferromagnetische Schicht des austauschgekoppelten Films in mindestens einem Teil einer gepinnten Magnetschicht enthalten ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetismus-Erfassungsvorrichtung bereitgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie das vorstehend genannte magnetoresistive Element aufweist.
Bei der vorstehend genannten Magnetismus-Erfassungsvorrichtung kann das magnetoresistive Element eines von einer Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen sein, die auf demselben Substrat angeordnet sind, und die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen kann die gepinnten Magnetschichten mit unterschiedlichen fixierten bzw. gepinnten Magnetisierungsrichtungen aufweisen.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der austauschgekoppelte Film mit ausgezeichnetem Widerstand gegen starken Magnetfelder bereitgestellt. Somit kann die Verwendung des austauschgekoppelten Films gemäß der vorliegenden Erfindung selbst in einer Umgebung mit starken Magnetfeldern zu einer stabilen Magnetismus-Erfassungsvorrichtung führen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[1] 1 zeigt eine Hystereseschleife in der Magnetisierungskurve eines austauschgekoppelten Films gemäß der vorliegenden Erfindung.
[2] 2 zeigt die Schichtstruktur eines austauschgekoppelten Films 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[3] 3 zeigt die Schichtstruktur eines austauschgekoppelten Films 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[4] 4 zeigt ein Schaltungsblockdiagramm eines Magnetsensors 30 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[5] 5 zeigt eine Draufsicht, die ein magnetisches Erfassungselement 11 darstellt, das für den Magnetsensor 30 verwendet wird.
[6] 6 zeigt die Schichtstruktur eines Mehrschichtstapels 22 gemäß Beispiel 1.
[7] 7 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit eines Austauschkopplungsfelds Hex von der Dicke (Gesamtdicke) einer antiferromagnetischen Schicht 2 veranschaulicht.
[8] 8 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zu einer Koerzitivkraft Hc von der Dicke (Gesamtdicke) der antiferromagnetischen Schicht 2 veranschaulicht.
[9] 9 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Dicke d4 einer zweiten PtMn-Schicht 2d veranschaulicht.
[10] 10 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Dicke d4 einer zweiten PtMn-Schicht 2d veranschaulicht.
[11] 11 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Gesamtdicke der antiferromagnetischen Schicht veranschaulicht.
[12] 12 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Gesamtdicke der antiferromagnetischen Schicht veranschaulicht.
[13] 13 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Messtemperatur in den Vergleichsbeispielen 11 bis 13 und Beispiel 12 veranschaulicht.
[14] 14 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Messtemperatur in den Vergleichsbeispielen 11 bis 13 und Beispiel 12 veranschaulicht.
[15] 15 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Messtemperatur in den Vergleichsbeispielen 14 und 15 und den Beispielen 11 bis 14 veranschaulicht.
[16] 16 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Messtemperatur in den Vergleichsbeispielen 14 und 15 und den Beispielen 11 bis 14 veranschaulicht.
[17] 17 zeigt die Schichtstruktur eines austauschgekoppelten Films 70 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[18] 18 zeigt die Schichtstruktur eines austauschgekoppelten Films 71 gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[19] 19 zeigt die Schichtstruktur eines austauschgekoppelten Films 72 gemäß einer weiteren Modifikation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[20] 20 zeigt die Schichtstruktur eines austauschgekoppelten Films 73 gemäß einer weiteren Modifikation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[21] 21 zeigt die Schichtstruktur eines Mehrschichtstapels 221 gemäß Beispiel 21.
[22] 22 zeigt die Schichtstruktur eines Mehrschichtstapels 222 gemäß den Beispielen 27 bis 31.
[23] 23 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Austauschkopplungsfeld Hex (linke vertikale Achse) und der Dicke einer Mn-haltigen Schicht (Dicke von Mn oder IrMn in Zwischenanordnung) und zwischen dem Verhältnis (Hex/Hc) (rechte vertikale Achse) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc und der Dicke der Mn-haltigen Schicht (Dicke von Mn oder IrMn Zwischenanordnung) veranschaulicht.
[24] 24 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Dicke D4 einer zweiten PtMn-Schicht 8d veranschaulicht.
[25] 25 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Dicke D4 einer zweiten PtMn-Schicht 8d veranschaulicht.
[26] 26 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Dicke X einer gepinnten Magnetschicht 3 (Co_90At.-% Fe_10At.-%) veranschaulicht.
[27] 27 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Dicke X der gepinnten Magnetschicht 3 (Co_40At.-% Fe_60At.-%) veranschaulicht.
[28] 28 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Dicke X der gepinnten Magnetschicht 3 (Co_90At.-% Fe_10At.-%) veranschaulicht.
[29] 29 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Dicke X der gepinnten Magnetschicht 3 (Co_40At.-% Fe_60At.-%) veranschaulicht.
[30] 30 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Dicke d4 der zweiten PtMn-Schicht 2d veranschaulicht.
[31] 31 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Gesamtdicke der antiferromagnetischen Schicht 2 veranschaulicht.
[32] 32 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Dicke d4 der zweiten PtMn-Schicht 2d veranschaulicht.
[33] 33 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Gesamtdicke der antiferromagnetischen Schicht 2 veranschaulicht.
[34] 34 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Dicke d1 einer IrMn-Schicht 2a veranschaulicht.
[35] 35 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit der Koerzitivkraft Hc von der Dicke d1 der IrMn-Schicht 2a veranschaulicht.
[36] 36 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Dicke d1 der IrMn-Schicht 2a veranschaulicht.
[37] 37 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Gesamtdicke der antiferromagnetischen Schicht 2 veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
<Erste Ausführungsform>
2 zeigt die Schichtstruktur eines magnetischen Erfassungselements 11 mit einem austauschgekoppelten Film 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das magnetische Erfassungselement 11 umfasst eine unten liegende Schicht bzw. Unterschicht 1, eine antiferromagnetische Schicht 2, eine gepinnte Magnetschicht 3, die aus einer ferromagnetischen Schicht gebildet ist, eine Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material, eine freie Magnetschicht 5 und eine Schutzschicht 6, die in dieser Reihenfolge ausgehend von einer Oberfläche eines Substrats SB gestapelt sind (wobei dies als Boden-Typ bezeichnet wird). Die antiferromagnetische Schicht 2 weist eine Stapelstruktur auf, die eine IrMn-Schicht 2a, eine erste PtMn-Schicht 2b, eine PtCr-Schicht 2c und eine zweite PtMn-Schicht 2d beinhaltet, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei sich die IrMn-Schicht 2a nahe bei der ferromagnetischen Schicht (gepinnte Magnetschicht 3) befindet. Die IrMn-Schicht 2a kann derart gestapelt sein, dass sie mit der gepinnten Magnetschicht 3 in Kontakt steht. Diese Schichten werden beispielsweise durch einen Sputterprozess oder einen chemischen Gasphasenabscheidungsprozess (CVD) gebildet. Nach der Bildung wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, um die Austauschkopplung zwischen der antiferromagnetischen Schicht 2 und der gepinnten Magnetschicht 3 zu erzeugen. Die antiferromagnetische Schicht 2 und die gepinnte Magnetschicht 3 dienen als austauschgekoppelter Film 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei dem magnetisches Erfassungselement 11 handelt es sich um ein mehrschichtiges Element, das einen sogenannten Riesenmagnetowiderstandseffekt vom Single-Spin-Ventil-Typ (GMR-Effekt) verwendet. Der elektrische Widerstand desselben variiert gemäß der relativen Beziehung zwischen dem Vektor der gepinnten Magnetisierung der gepinnten Magnetschicht 3 und dem Magnetisierungsvektor der freien Magnetschicht 5, der gemäß einem externen Magnetfeld variiert.
Als Substrat SB wird beispielsweise ein Siliziumsubstrat mit einer darauf angeordneten Aluminiumoxidschicht verwendet. Die Unterschicht 1 besteht beispielsweise aus einer NiFeCr-Legierung (Nickel-Eisen-Chrom-Legierung), Cr oder Ta. In dem austauschgekoppelten Film 10 gemäß der Ausführungsform ist die NiFeCr-Legierung bevorzugt, um das Magnetfeld zu erhöhen, das erforderlich ist, um die Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetschicht 3 umzukehren (im Folgenden auch geeigneterweise als „Hex“ bezeichnet).
Die antiferromagnetische Schicht 2 weist eine Struktur auf, die die IrMn-Schicht 2a, die erste PtMn-Schicht 2b, die PtCr-Schicht 2c und die zweite PtMn-Schicht 2d beinhaltet, die zusammen gestapelt sind. Diese Struktur führt zu einem starken Austauschkopplungsfeld Hex und ermöglicht somit, dass das Verhältnis (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc ohne weiteres 1 oder mehr beträgt. Dementsprechend weist der austauschgekoppelte Film 10 einen ausgezeichneten Widerstand gegen starke Magnetfelder auf.
Die IrMn-Schicht 2a hat vorzugsweise eine Dicke von 12 Å oder weniger, weiter bevorzugt 4 Å oder mehr und 10 Å oder weniger. Wenn die Dicke der IrMn-Schicht 2a innerhalb des Bereichs liegt, kann das Austauschkopplungsfeld Hex verbessert werden, um Hex/Hc zu erhöhen. Wenn die Dicke der IrMn-Schicht 2a innerhalb des Bereichs liegt, haben außerdem Variationen in der Dicke der ersten PtMn-Schicht 2b einen geringeren Einfluss auf das Austauschkopplungsfeld Hex und Hex/Hc. Die zweite PtMn-Schicht 2d hat vorzugsweise eine Dicke von mehr als 0 Å und weniger als 60 Å, weiter bevorzugt 10 Å oder mehr und 50 Å oder weniger oder 15 Å oder mehr und 55 Å oder weniger, besonders bevorzugt 20 Å oder mehr und 50 Å oder weniger. Wenn die Dicke der zweiten PtMn-Schicht 2d innerhalb des Bereichs liegt, kann das Austauschkopplungsfeld Hex unter Erhöhung von Hex/Hc verbessert werden.
Die PtCr-Schicht 2c hat vorzugsweise eine Dicke von 100 Å oder mehr, weiter bevorzugt 110 Å oder mehr. Wenn die PtCr-Schicht 2c eine Dicke von 100 Å oder mehr aufweist, kann das Austauschkopplungsfeld Hex unter Erhöhung von Hex/Hc verbessert werden. Die Obergrenze der Dicke der PtCr-Schicht 2c beträgt unter dem Gesichtspunkt der Produktionseffizienz in manchen Fällen vorzugsweise 200 Å oder weniger.
Die antiferromagnetische Schicht 2 hat vorzugsweise eine Gesamtdicke von 200 Å oder weniger. Selbst wenn die antiferromagnetische Schicht 2 eine Gesamtdicke von 200 Å oder weniger aufweist, kann das Austauschkopplungsfeld Hex verbessert werden; somit kann die Produktionseffizienz des austauschgekoppelten Films 10 verbessert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die antiferromagnetische Schicht 2 durch Wärmebehandlung geordnet, um eine Austauschkopplung (an der Grenzfläche) zwischen der antiferromagnetischen Schicht 2 und der aus einer ferromagnetischen Schicht gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 hervorzurufen. Aufgrund des auf dieser Austauschkopplung basierenden Magnetfelds (Austauschkopplungsfeld Hex) kann die Magnetisierungsrichtung des austauschgekoppelten Films 10 selbst bei Anlegen eines externen Magnetfelds nicht leicht umgekehrt werden, wodurch der Widerstand gegen starke Magnetfelder verbessert ist. Während der Wärmebehandlung zum Hervorrufen des Austauschkopplungsfelds Hex in dem austauschgekoppelten Film 10 kommt es zur Interdiffusion von Atomen (Pt, Cr, Mn und Ir), die in der PtCr-Schicht 2c, der ersten PtMn-Schicht 2b, der IrMn-Schicht 2a und der zweiten PtMn-Schicht 2d der antiferromagnetischen Schicht 2 enthalten sind.
Die gepinnte Magnetschicht 3 besteht aus einer ferromagnetischen CoFe-Legierung (Kobalt-Eisen-Legierung). Die CoFe-Legierung besitzt eine höhere Koerzitivkraft bei einem höheren Fe-Gehalt. Die gepinnte Magnetschicht 3 ist eine Schicht, die zu einem Spin-Ventil-Riesenmagnetowiderstandseffekt beiträgt. Eine Richtung, in der die gepinnte Magnetisierungsrichtung P der gepinnten Magnetschicht 3 verläuft, ist die Richtung der empfindlichen Achse des magnetischen Erfassungselements 11. Unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung des Widerstands des austauschgekoppelten Films 10 gegen ein starkes Magnetfeld weist die gepinnte Magnetschicht 3 in manchen Fällen vorzugsweise eine Dicke von 12 Å oder mehr und 30 Å oder weniger auf.
Die Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material kann beispielsweise aus Cu (Kupfer) bestehen.
Das Material und die Struktur der freien Magnetschicht 5 unterliegen keinen Einschränkungen. Beispiele für das Material, das verwendet werden kann, beinhalten CoFe-Legierungen (Kobalt-Eisen-Legierungen) und NiFe-Legierungen (Nickel-Eisen-Legierungen). Die freie Magnetschicht 5 kann so ausgebildet sein, dass sie eine Einzelschichtstruktur, eine Schichtstruktur oder eine synthetische ferrimagnetische Struktur aufweist.
Die Schutzschicht 6 kann beispielsweise aus Ta (Tantal) bestehen.
<Zweite Ausführungsform>
3 zeigt die Schichtstruktur eines magnetischen Erfassungselements 21 mit einem austauschgekoppelten Film 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind die Schichten mit den gleichen Funktionen wie denen des in 2 dargestellten magnetischen Erfassungselements 11 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung wird nicht wiederholt.
Bei dem magnetischen Erfassungselement 21 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst der austauschgekoppelte Film 20 die gepinnte Magnetschicht 3 mit einer selbstgepinnten Struktur sowie die antiferromagnetische Schicht 2, die miteinander verbunden sind. Das magnetische Erfassungselement 21 unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten magnetischen Erfassungselement 11 dadurch, dass sich die Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material und die freie Magnetschicht 5 näher bei dem Substrat SB befinden als die gepinnte Magnetschicht 3 (was als Oberseiten-Typ bezeichnet wird).
Bei dem magnetisches Erfassungselement 21 handelt es sich ebenfalls um ein mehrschichtiges Element, das einen sogenannten Riesenmagnetowiderstandseffekt vom Single-Spin-Ventil-Typ verwendet. Der elektrische Widerstand desselben variiert in Abhängigkeit von der relativen Beziehung zwischen dem Vektor einer ersten Magnetschicht 3A der gepinnten Magnetschicht 3 und dem Magnetisierungsvektor der freien Magnetschicht 5, der in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld variiert.
Die gepinnte Magnetschicht 3 weist eine selbstgepinnte Struktur auf, die die erste Magnetschicht 3A und eine zweite Magnetschicht 3C umfasst, wobei eine nichtmagnetische Zwischenschicht 3B zwischen diesen beiden Schichten vorgesehen ist. Die gepinnte Magnetisierungsrichtung P1 der ersten Magnetschicht 3A ist aufgrund der Wechselwirkung antiparallel zu der gepinnten Magnetisierungsrichtung P2 der zweiten Magnetschicht 3C. Die gepinnte Magnetisierungsrichtung P1 der ersten Magnetschicht 3A benachbart der Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material ist die gepinnte Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetschicht 3. Eine Richtung, in der die gepinnte Magnetisierungsrichtung P1 verläuft, ist die Richtung der empfindlichen Achse des magnetischen Erfassungselements 11.
Die erste Magnetschicht 3A und die zweite Magnetschicht 3C bestehen aus einer FeCo-Legierung (Eisen-Kobalt-Legierung). Die FeCo-Legierung hat eine höhere Koerzitivkraft bei einem höheren Fe-Gehalt. Die erste Magnetschicht 3A benachbart der Schicht 4 aus nichtmagnetischen Material ist eine Schicht, die zu einem Spin-Ventil-Riesenmagnetowiderstandseffekt beiträgt.
Die nichtmagnetische Zwischenschicht 3B besteht beispielsweise aus Ru (Ruthenium). Die nichtmagnetische Zwischenschicht 3B aus Ru hat vorzugsweise eine Dicke von 3 bis 5 Å oder 8 bis 10 Å.
In dem Fall, in dem eine Legierungsschicht, wie die PtCr-Schicht 2c, bei der Herstellung des austauschgekoppelten Films 10 abgeschieden wird, können die verschiedenen Arten von Metallen, aus denen die Legierung besteht (Pt und Cr im Fall der PtCr-Schicht 2c) gleichzeitig zugeführt werden. Alternativ können die verschiedenen Arten von Metallen, die in der Legierung enthalten sind, abwechselnd zugeführt werden. Ein spezielles Beispiel für das Erstere ist das gleichzeitige Sputtern der verschiedenen Arten von Metallen, aus denen die Legierung besteht. Ein spezielles Beispiel für Letzteres ist das abwechselnde Stapeln verschiedener Metallfilme. In manchen Fällen ist die gleichzeitige Zufuhr der verschiedenen Arten von Metallen, aus denen die Legierung besteht, gegenüber der abwechselnden Zufuhr vorzuziehen, um in manchen Fällen ein höheres Hex zu erzielen.
<Dritte Ausführungsform>
17 zeigt die Schichtstruktur eines magnetischen Erfassungselements 110 mit einem austauschgekoppelten Film 70 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden die Schichten mit den gleichen Funktionen wie denen des in 2 dargestellten magnetischen Erfassungselements 11 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und eine redundante Beschreibung wird nicht wiederholt.
Das magnetische Erfassungselement 110 und das in 2 dargestellte magnetisches Erfassungselement 11 haben gemeinsam, dass die Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material und die freie Magnetschicht 5 weiter entfernt von dem Substrat SB angeordnet sind als die gepinnte Magnetschicht 3 (was als Boden-Typ bezeichnet wird).
Eine antiferromagnetische Schicht 80 weist eine Struktur auf, die eine erste PtMn-Schicht 8b, eine PtCr-Schicht 8c und eine zweite PtMn-Schicht 8d umfasst, die zusammen gestapelt sind, wobei die Dicke D3 der PtCr-Schicht 8c größer ist als jede der Dicke D2 der ersten PtMn-Schicht 8b und der Dicke D4 der zweiten PtMn-Schicht 8d. Diese Struktur führt zu einem besonders starken Austauschkopplungsfeld Hex und ermöglicht somit, dass das Verhältnis (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc ohne Weiteres 1 oder mehr beträgt. Dementsprechend weist der austauschgekoppelte Film 70 einen ausgezeichneten Widerstand gegen starke Magnetfelder auf. Zusätzlich ist die Blockiertemperatur Tb des austauschgekoppelten Films 70 gemäß der dritten Ausführungsform in manchen Fällen tendenziell höher als die Blockiertemperatur Tb des austauschgekoppelten Films 10 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die zweite PtMn-Schicht 8d hat vorzugsweise eine Dicke D4 von mehr als 0 Å und weniger als 60 Å, weiter bevorzugt 10 Å oder mehr und 50 Å oder weniger oder 15 Å oder mehr und 55 Å oder weniger, besonders bevorzugt 20 Å oder mehr und 50 Å oder weniger. Wenn die Dicke D4 der zweiten PtMn-Schicht 2d innerhalb des Bereichs liegt, kann das Austauschkopplungsfeld Hex unter Erhöhung von Hex/Hc verbessert werden. Das Verhältnis der Dicke D3 der PtCr-Schicht 8c zur Dicke D2 der ersten PtMn-Schicht 8b beträgt in manchen Fällen vorzugsweise etwa das 2-bis etwa 10-fache im Hinblick auf die Verbesserung des Austauschkopplungsfelds Hex und die Erhöhung von Hex/Hc. Das Verhältnis der Dicke D3 der PtCr-Schicht 8c zur Dicke D4 der zweiten PtMn-Schicht 8d beträgt in manchen Fällen vorzugsweise etwa das 2- bis etwa 10-fache im Hinblick auf die Verbesserung des Austauschkopplungsfelds Hex und die Erhöhung von Hex/Hc.
Die PtCr-Schicht 8c hat vorzugsweise eine Dicke von 100 Å oder mehr, weiter bevorzugt 110 Å oder mehr. Wenn die PtCr-Schicht 8c eine Dicke von 100 Å oder mehr aufweist, kann das Austauschkopplungsfeld Hex unter Erhöhung von Hex/Hc verbessert werden. Die Obergrenze der Dicke der PtCr-Schicht 8c beträgt unter dem Gesichtspunkt der Produktionseffizienz in manchen Fällen vorzugsweise 200 Å oder weniger.
Die antiferromagnetische Schicht 2 hat vorzugsweise eine Gesamtdicke von 200 Å oder weniger. Selbst wenn die antiferromagnetische Schicht 2 eine Gesamtdicke von 200 Å oder weniger aufweist, kann das Austauschkopplungsfeld Hex verbessert werden; somit kann die Produktionseffizienz des austauschgekoppelten Films 70 verbessert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die antiferromagnetische Schicht 80 durch Wärmebehandlung geordnet, um eine Austauschkopplung (an der Grenzfläche) zwischen der antiferromagnetischen Schicht 80 und der aus einer ferromagnetischen Schicht gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 hervorzurufen. Aufgrund des auf dieser Austauschkopplung basierenden Magnetfelds (Austauschkopplungsfeld Hex) kann die Magnetisierungsrichtung des austauschgekoppelten Films 10 selbst bei Anlegen eines externen Magnetfelds nicht leicht umgekehrt werden, wodurch der Widerstand gegen starke Magnetfelder verbessert ist. Während der Wärmebehandlung zum Hervorrufen des Austauschkopplungsfelds Hex in dem austauschgekoppelten Film 70 kommt es zur Interdiffusion von Atomen (Pt, Cr, Mn und Ir), die in den in der antiferromagnetischen Schicht 80 enthaltenen Schichten (der ersten PtMn-Schicht 8b, der PtCr-Schicht 8c und der zweiten PtMn- Schicht 8d) enthalten sind.
Wie in 18 dargestellt, kann ein austauschgekoppelter Film 71 gemäß einer Modifikation der vorliegenden Ausführungsform eine Mn-haltige Schicht 8a mit einem Mn-Gehalt von mehr als 50 At.-% zwischen der ersten PtMn-Schicht 8b und der gepinnten Magnetschicht 3 aufweisen. Die Mn-haltige Schicht 8a kann mehrere gestapelte Schichten aufweisen. Die Mn-haltige Schicht 8a kann mindestens eine Schicht enthalten, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer IrMn-Schicht und einer Mn-Schicht besteht. In dem Fall, in dem die Mn-haltige Schicht 8a aus einer IrMn-Schicht oder einem Stapel aus einer IrMn-Schicht und einer Pt-Mn-Schicht gebildet ist, hat der austauschgekoppelte Film die gleiche Struktur wie der vorstehend genannte austauschgekoppelte Film 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Mn-haltige Schicht 8a hat vorzugsweise eine Dicke von 12 Å oder weniger, weiter bevorzugt 4 Å oder mehr und 10 Å oder weniger. Wenn die Dicke der IrMn-Schicht 2a innerhalb des Bereichs liegt, kann das Austauschkopplungsfeld Hex unter Erhöhung von Hex/Hc verbessert werden. Wenn die Dicke der Mn-haltigen Schicht 8a innerhalb des Bereichs liegt, haben außerdem Variationen in der Dicke der ersten PtMn-Schicht 2b weniger Einfluss auf das Austauschkopplungsfeld Hex und Hex/Hc.
Die 19 und 20 veranschaulichen die Schichtstrukturen von magnetischen Erfassungselementen 112 und 113 mit Strukturen vom Oberseiten-Typ und austauschgekoppelten Filmen 72 und 73, die ähnliche Strukturen wie die austauschgekoppelten Filme 70 und 71 gemäß der dritten Ausführungsform aufweisen und die die gepinnte Magnetschicht 3 mit einer selbstgepinnten Struktur aufweisen, entsprechend der Beziehung zwischen dem austauschgekoppelten Film 10 gemäß der ersten Ausführungsform und dem austauschgekoppelten Film 20 gemäß der zweiten Ausführungsform.
<Konfiguration des Magnetsensors>
4 zeigt einen Magnetsensor (Magnetismus-Erfassungsvorrichtung) 30, bei dem die in 2 dargestellten magnetischen Erfassungselemente 11 kombiniert sind. In 4 sind die magnetischen Erfassungselemente 11 mit unterschiedlichen gepinnten Magnetisierungsrichtungen P (siehe 2) mit verschiedenen Bezugszeichen, d.h. 11Xa, 11Xb, 11Ya und 11Yb, bezeichnet und werden somit unterschieden. Bei dem Magnetsensor 30 sind die magnetischen Erfassungselemente 11Xa, 11Xb, 11Ya und 11Yb auf demselben Substrat angeordnet.
Der in 4 dargestellte Magnetsensor 30 weist eine Vollbrückenschaltung 32X und eine Vollbrückenschaltung 32Y auf. Die Vollbrückenschaltung 32X beinhaltet zwei magnetische Erfassungselemente 11Xa und zwei magnetische Erfassungselemente 11Xb. Die Vollbrückenschaltung 32Y beinhaltet zwei magnetische Erfassungselemente 11Ya und zwei magnetische Erfassungselemente 11Yb. Jedes der magnetischen Erfassungselemente 11Xa, 11Xb, 11Ya und 11Yb weist die Schichtstruktur des austauschgekoppelten Films 10 des in 4 dargestellten magnetischen Erfassungselements 11 auf. Wenn diese im Folgenden nicht speziell unterschieden werden, werden diese gegebenenfalls als „magnetisches Erfassungselement 11“ bezeichnet.
Die Vollbrückenschaltungen 32X und 32Y beinhalten die magnetischen Erfassungselemente 11, die unterschiedliche gepinnte Magnetisierungsrichtungen aufweisen, die durch die Pfeile in 4 dargestellt sind, um unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen zu erfassen, und besitzen den gleichen Mechanismus zum Erfassen eines Magnetfelds. Dementsprechend wird der Mechanismus zum Erfassen eines Magnetfelds unter Verwendung der Vollbrückenschaltung 32X nachstehend beschrieben.
Die Vollbrückenschaltung 32X umfasst einen ersten seriellen Abschnitt 32Xa und einen zweiten seriellen Abschnitt 32Xb, die parallel geschaltet sind. Der erste serielle Abschnitt 32Xa beinhaltet das magnetische Erfassungselement 11Xa und das magnetische Erfassungselement 11Xb, die in Reihe geschaltet sind. Der zweite serielle Abschnitt 32Xb beinhaltet das magnetische Erfassungselement 11Xb und das magnetische Erfassungselement 11Xa, die in Reihe geschaltet sind.
Eine Stromversorgungsspannung Vdd wird an einen Stromversorgungsanschluss 33 angelegt, der dem in dem ersten seriellen Abschnitt 32Xa enthaltenen magnetischen Erfassungselement 11Xa und dem in dem zweiten seriellen Abschnitt 32Xb enthaltenen magnetischen Erfassungselement 11Xb gemeinsam ist. Ein Masseanschluss 34, der dem in dem ersten seriellen Abschnitt 32Xa enthaltenen magnetischen Erfassungselement 11Xb und dem in dem zweiten seriellen Abschnitt 32Xb enthaltenen magnetischen Erfassungselement 11Xa gemeinsam ist, ist auf Massepotential GND eingestellt.
In der Vollbrückenschaltung 32X wird die Ausgangsdifferenz (OutX1) - (OutX2) zwischen dem Ausgangspotential (OutX1) an dem Mittelpunkt 35Xa des ersten seriellen Abschnitts 32Xa und dem Ausgangspotential (OutX2) an dem Mittelpunkt 35Xb des zweiten seriellen Abschnitts 32Xb als Erfassungsausgang (Erfassungsausgangsspannung) VXs in der X-Richtung erhalten.
Die Vollbrückenschaltung 32Y arbeitet ähnlich wie die Vollbrückenschaltung 32X; somit wird die Ausgangsdifferenz (OutY1) - (OutY2) zwischen dem Ausgangspotential (OutY1) an dem Mittelpunkt 35Ya eines ersten seriellen Abschnitts 32Ya und dem Ausgangspotential (OutY2) an dem Mittelpunkt 35Yb eines zweiten seriellen Abschnitts 32Yb als Erfassungsausgang (Erfassungsausgangsspannung) VYs in der Y-Richtung erhalten.
Wie durch die Pfeile in 4 dargestellt, ist die Richtung der empfindlichen Achse jedes der in der Vollbrückenschaltung 32X enthaltenen magnetischen Erfassungselemente 11Xa und 11Xb rechtwinklig zu der Richtung der empfindlichen Achse jedes der in der Vollbrückenschaltung 32Y enthaltenen magnetischen Erfassungselemente 11Ya und 11Yb.
Bei dem in 4 dargestellten Magnetsensor 30 ändert sich die Orientierung der freien Magnetschicht 5 jedes magnetischen Erfassungselements 11 derart, dass sie der Richtung eines externen Magnetfelds H folgt. Dabei variiert der Widerstand auf der Basis der Vektorbeziehung zwischen der gepinnten Magnetisierungsrichtung P der gepinnten Magnetschicht 3 und der Magnetisierungsrichtung der freien Magnetschicht 5.
Wenn beispielsweise das externe Magnetfeld H in der in 4 dargestellten Richtung wirkt, nimmt der elektrische Widerstand des in der Vollbrückenschaltung 32X enthaltenen magnetischen Erfassungselements 11Xa ab, weil die Richtung der empfindlichen Achse mit der Richtung des externen Magnetfelds das H übereinstimmt. Im Gegensatz dazu nimmt der elektrische Widerstand des magnetischen Erfassungselements 11Xb zu, weil die Richtung der empfindlichen Achse zu der Richtung des externen Magnetfelds H entgegengesetzt ist. Die Änderung des elektrischen Widerstands maximiert die Erfassungsausgangsspannung VXs = (OutX1) - (OutX2). Die Erfassungsausgangsspannung VXs nimmt in dem Maße ab, in dem sich das externe Magnetfeld H in Bezug auf die Papierebene nach rechts ändert. Wenn das externe Magnetfeld H in Bezug auf die Papierebene der 3 nach oben oder unten gerichtet ist, beträgt die Erfassungsausgangsspannung VXs Null.
In der Vollbrückenschaltung 32Y ist die Magnetisierungsrichtung der freien Magnetschicht 5 jedes magnetischen Erfassungselements 11 rechtwinklig zu der Richtung der empfindlichen Achse (gepinnte Magnetisierungsrichtung P), wenn das externe Magnetfeld H in Bezug auf die Papierebene nach links gerichtet ist, wie dies in 4 dargestellt ist; somit haben die magnetischen Erfassungselemente 11Ya und 11Xb einen identischen elektrischen Widerstand. Dementsprechend beträgt die Erfassungsausgangsspannung VYs Null. Wenn das externe Magnetfeld H in Bezug auf die Papierebene in 4 nach unten wirkt, wird die Erfassungsausgangsspannung VYs = (OutY1) - (OutY2) der Vollbrückenschaltung 32Y maximiert. Die Erfassungsausgangsspannung VYs nimmt in dem Maße ab, in dem sich die Richtung des externen Magnetfelds H in Bezug auf die Papierebene nach oben ändert.
Wie vorstehend beschrieben, variieren die Erfassungsausgangsspannungen VXs und VYs der Vollbrückenschaltungen 32X und 32Y, wenn sich die Richtung des externen Magnetfelds H ändert. Dementsprechend können die Bewegungsrichtung und die Bewegungsstrecke (relative Position) eines Erfassungsziels auf der Basis der Erfassungsausgangsspannungen VXs und VYs erfasst werden, die von den Vollbrückenschaltungen 32X und 32Y erhalten werden.
4 veranschaulicht den Magnetsensor 30, der derart ausgebildet ist, dass er ein Magnetfeld in der X-Richtung und der Y-Richtung erfassen kann, die zu der X-Richtung rechtwinklig ist. Der Magnetsensor 30 kann jedoch nur die Vollbrückenschaltung 32X oder die Vollbrückenschaltung 32Y beinhalten, die ein Magnetfeld nur in der X-Richtung oder der Y-Richtung erfasst.
5 veranschaulicht die planare Struktur jedes der magnetischen Erfassungselemente 11Xa und 11Xb. In den 4 und 5 veranschaulicht BXa-BXb die X-Richtung. In (A) und (B) von 5 sind die gepinnten Magnetisierungsrichtungen P der magnetischen Erfassungselemente 11Xa und 11Xb durch Pfeile dargestellt. Bei den gepinnten Magnetisierungsrichtungen P der magnetischen Erfassungselemente 11Xa und 11Xb handelt es sich um die X-Richtung, und sie sind einander entgegengesetzt.
Wie in 5 dargestellt, weisen die magnetischen Erfassungselemente 11Xa und 11Xb jeweils streifenförmige Elementabschnitte 12 auf. Die Längsrichtung jedes Elementabschnitts 12 ist in BYa-BYb-Richtung gerichtet. Die mehreren Elementabschnitte 12 sind parallel zueinander angeordnet. Die rechten Endbereiche von einander benachbarten Elementabschnitten 12 in der Figur sind mittels leitfähigen Bereichen 13a miteinander verbunden. Die linken Endbereiche von einander benachbarten Elementabschnitten 12 in der Figur sind mittels leitfähigen Bereichen 13b miteinander verbunden. Die leitfähigen Bereiche 13a und 13b sind abwechselnd mit dem rechten und dem linken Endbereich der Elementabschnitte 12 verbunden. Die Elementabschnitte 12 sind in einer sogenannten mäandernden Form miteinander gekoppelt. Bei den magnetischen Erfassungselementen 11Xa und 11Xb ist der leitfähige Bereich 13a, der im unteren rechten Abschnitt in der Figur dargestellt ist, mit einem Verbindungsanschluss 14a verbunden. Der leitfähige Bereich 13b, der in dem oberen linken Abschnitt in der Figur dargestellt ist, ist mit einem Verbindungsanschluss 14b verbunden.
Jeder der Elementabschnitte 12 ist aus mehreren Metallschichten (Legierungsschichten) gebildet, die gestapelt sind. 2 zeigt die Mehrschichtstruktur des Elementabschnitts 12. Der Elementabschnitt 12 kann eine in 3 dargestellte Mehrschichtstruktur aufweisen.
Bei dem in 4 und 5 dargestellten Magnetsensor 30 kann das magnetische Erfassungselement 11 durch das magnetische Erfassungselement 21 gemäß der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform ersetzt werden.
Die bisher erläuterten Ausführungsformen werden beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern und sollen die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Es ist daher beabsichtigt, dass die bei den vorstehenden Ausführungsformen offenbarten Elemente alle Konstruktionsänderungen und Äquivalente umfassen, die in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fallen. Beispielsweise steht bei dem vorstehend genannten austauschgekoppelten Film die IrMn-Schicht 2a in Kontakt mit der gepinnten Magnetschicht 3, mit anderen Worten, die IrMn-Schicht 2a ist direkt auf die gepinnte Magnetschicht 3 gestapelt. Eine weitere Schicht, die Mn enthält (Beispiele hierfür beinhalten eine Mn-Schicht und eine PtMn-Schicht), kann zwischen die IrMn-Schicht 2a und die gepinnte Magnetschicht 3 gestapelt sein. Zusätzlich ist bei dem austauschgekoppelten Film gemäß der vorliegenden Erfindung die ferromagnetische Schicht in Kontakt mit der antiferromagnetischen Schicht nicht auf die gepinnte Magnetschicht beschränkt. Beispielsweise kann der austauschgekoppelte Film gemäß der vorliegenden Erfindung eine antiferromagnetische Schicht und eine ferromagnetische Schicht aufweisen, die in mindestens einem Teil einer freien Magnetschicht enthalten sind. In der vorstehenden Beschreibung ist das Element mit Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR) exemplarisch als das magnetische Erfassungselement dargestellt, das den austauschgekoppelten Film gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. Das magnetische Erfassungselement, das den austauschgekoppelten Film gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, kann jedoch auch ein Element mit Tunnelmmagnetowiderstandseffekt sein.
BEISPIELE
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele und dergleichen noch ausführlicher beschrieben, wobei jedoch der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Beispiele und dergleichen beschränkt ist.
(Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 10-2)
Mehrschichtstapel 22 mit einer nachstehend beschriebenen Schichtstruktur (siehe 6) wurden zum Zweck der Auswertung der Eigenschaften von austauschgekoppelten Filmen 40 hergestellt. In den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen geben die in Klammern angegebenen Werte die Dicke (Å) an. Jeder der Mehrschichtstapel 22 wurde einer Wärmebehandlung bei 350 °C für 20 Stunden in einem Magnetfeld von 15 kOe unterzogen, um die Magnetisierung der aus einer ferromagnetischen Schicht und der antiferromagnetischen Schicht 2 gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 zu fixieren bzw. pinnen, wodurch der Mehrschichtstapel 22 erzeugt wurde, der den austauschgekoppelten Film 40 beinhaltet.
Substrat SB: Siliziumsubstrat mit auf der Oberfläche gebildeter Aluminiumoxidschicht / Unterschicht 1: NiFeCr (42) / Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material: [Cu (30)/Ru (20)] / gepinnte Magnetschicht 3: Co_40At.-%Fe_60At.-% (18,5) / antiferromagnetische Schicht 2 [IrMn-Schicht 2a: Ir_22At,-%Mn_78At.-% (d1) / erste PtMn-Schicht 2b: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (d2) / PtCr-Schicht 2c: Pt_51At.-%Cr_49At-% (d3) / zweite PtMn-Schicht 2d: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (d4)] / Schutzschicht 6: Ta (100).

Die IrMn-Schichten 2a hatten unterschiedliche Dicken d1 im Bereich von 0 Å bis 8 Å. Die ersten PtMn-Schichten 2b hatten unterschiedliche Dicken d2 im Bereich von 0 Å bis 300 Å. Die PtCr-Schichten 2c hatten unterschiedliche Dicken d3 im Bereich von 0 Å bis 300 Å. Die zweiten PtMn-Schichten 2d hatten unterschiedliche Dicken D1 im Bereich von 0 Å bis 180 Å. Die Tabellen 1 und 2 veranschaulichen d1 bis d4 und die Dicke (Gesamtdicke) der gesamten antiferromagnetischen Schicht 2 in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele. [Tabelle 1]

	Dicke der antiferromagnetischen Schicht (Å)					Hc (Oe)	Hex (Oe)	Hex/Hc
	d1	d2	d3	d4	Gesamt-dicke	Hc (Oe)	Hex (Oe)	Hex/Hc
Vergleichsbeispiel 1	0	300	0	0	300	965	812	0,84
Vergleichsbeispiel 2	0	0	0	180	180	1008	700	0,69
Vergleichsbeispiel 3	0	0	300	0	300	529	341	0,64
Vergleichsbeispiel 4	8	12	300		320	800	848	1,06
Vergleichsbeispiel 5			240		260	812	879	1,08
Vergleichsbeispiel 6			200		220	825	901	1,09
Vergleichsbeispiel 7			160		180	683	590	0,86
Vergleichsbeispiel 8			120		140	476	50	0,10
Beispiel 1	8	12	120	40	180	892	1102	1,24

[Tabelle 2]

	Dicke der antiferromagnetischen Schicht (Å)					Hc (Oe)	Hex (Oe)	Hex/He
	d1	d2	d3	d4	Gesamt-dicke	Hc (Oe)	Hex (Oe)	Hex/He
Vergleichsbeispiel 7	8	12	160	0	180	683	590	0,86
Beispiel 7			150	10		685	615	0,90
Beispiel 2			140	20		798	913	1,14
Beispiel 3			130	30		872	1238	1,42
Beispiel 1			120	40		892	1102	1,24
Beispiel 4			100	60		889	685	0,77
Beispiel 5			80	80		840	608	0,72
Beispiel 6			40	120		871	657	0,75
Vergleichsbeispiel 10-1			10	150		920	470	0,51
Vergleichsbeispiel 10-2			5	155		900	460	0,51
Vergleichsbeispiel 9			0	160		835	495	0,59

Die Magnetisierungskurven der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Beispielen und den Vergleichsbeispielen wurden mit einem Vibrationsprobenmagnetometer (VSM) gemessen. Die Austauschkopplungsfelder Hex (Einheit: Oe), die Koerzitivkräfte Hc (Einheit: Oe) und die Verhältnisse (Hex/Hc) der Austauschkopplungsfelder Hex zu den Koerzitivkräften Hc wurden aus den resultierenden Hystereseschleifen bestimmt. Die Tabellen 1 und 2 veranschaulichen die Ergebnisse.
7 basiert auf den in Tabelle 1 dargestellten Ergebnissen und zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Dicke (Gesamtdicke) der antiferromagnetischen Schicht 2 veranschaulicht. 8 basiert auf den in Tabelle 1 dargestellten Ergebnissen und zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Dicke (Gesamtdicke) der antiferromagnetischen Schicht 2 veranschaulicht. Wie aus Tabelle 1 und den 7 und 8 ersichtlich ist, hatte bei dem die antiferromagnetische Schicht 2 beinhaltenden austauschgekoppelten Film 40 mit der Struktur gemäß Beispiel 1 das Austauschkopplungsfeld Hex selbst bei einer Gesamtdicke von 200 Å oder weniger einen Wert von bis zu 1000 Oe oder mehr, und Hex/Hc war größer als 1. Dementsprechend kann ein magnetisches Erfassungselement (zum Beispiel ein magnetoresistives Element), das den austauschgekoppelten Film gemäß Beispiel 1 beinhaltet, selbst in einer Hochtemperaturumgebung oder einer Umgebung mit starkem Magnetfeld ausgezeichnete magnetische Eigenschaften aufweisen.
Im Gegensatz dazu war im Fall der aus der PtMn-Schicht (Vergleichsbeispiele 1 und 2) oder der PtCr-Schicht (Vergleichsbeispiel 3) gebildeten antiferromagnetischen Schicht das Austauschkopplungsfeld Hex im Vergleich zu der Koerzitivkraft Hc relativ gering und Hex/Hc war weniger als 1.
In dem Fall, in dem die IrMn-Schicht 2a, die erste PtMn-Schicht 2b und die PtCr-Schicht 2c gestapelt waren und die zweite PtMn-Schicht 2d nicht abgeschieden wurde (Vergleichsbeispiele 4 bis 8), resultierte eine geringere Dicke der PtCr-Schicht 2c tendenziell in einem geringeren Austauschkopplungsfeld Hex, und Hex/Hc betrug ca. 1,0 oder weniger.
9 basiert auf den in Tabelle 2 dargestellten Ergebnissen und zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Dicke d4 der zweiten PtMn-Schicht 2d veranschaulicht. 10 basiert auf den in Tabelle 2 dargestellten Ergebnissen und zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Dicke d4 der zweiten PtMn-Schicht 2d veranschaulicht. Die Tabelle 2 und die 9 und 10 zeigten deutlich, dass in dem Fall, in dem die zweite PtMn-Schicht 2d eine Dicke d4 von mehr als 0 Å und weniger als 60 Å hatte, in dem Fall, in dem die zweite PtMn-Schicht 2d vorzugsweise eine Dicke d4 von mehr als 10 Å und weniger als 60 Å hatte, in dem Fall, in dem die zweite Pt-Mn-Schicht 2d in weiter bevorzugter Weise eine Dicke d4 von 15 Å oder mehr und 55 Å oder weniger hatte, oder in dem Fall, in dem die zweite PtMn-Schicht 2d in besonders bevorzugter eine Dicke d4 von 20 Å oder mehr und 50 Å oder weniger (Beispiele 1 bis 3) hatte, das Austauschkopplungsfeld Hex und Hex/Hc deutlich erhöht waren, im Vergleich zu dem Fall, in dem die erste PtMn-Schicht 2b und die PtCr-Schicht 2c gestapelt waren und in dem die zweite PtMn-Schicht 2d nicht abgeschieden wurde. (Vergleichsbeispiel 7). Bei einer Dicke d4 der zweiten PtMn-Schicht 2d von 60 Å oder mehr (Beispiele 4 bis 6) zeigten die Ergebnisse, dass das Austauschkopplungsfeld Hex im Vergleich zu dem Fall erhöht war, in dem die antiferromagnetische Schicht 2 eine identische Dicke (Gesamtdicke) hatte, jedoch keine zweite PtMn-Schicht 2d (Vergleichsbeispiel 7) besaß, oder im Vergleich zu dem Fall, in dem die antiferromagnetische Schicht 2 eine identische Dicke (Gesamtdicke) hatte, jedoch die Mehrschichtstruktur aus der IrMn-Schicht und der Pt-Mn-Schicht (Vergleichsbeispiel 9) besaß.
(Beispiele 11 bis 15 und Vergleichsbeispiele 11 bis 15)
Mehrschichtstapel 22 und 221 mit nachfolgend beschriebenen Schichtstrukturen (siehe 6 und 21) wurden hergestellt, um die Eigenschaften der austauschgekoppelten Filme 40 und 74 auszuwerten. Bei den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen stellen die in Klammern angegebenen Werte die Dicke (Å) dar. Der Mehrschichtstapel 22 wurde einer Wärmebehandlung bei 350 °C für 20 Stunden in einem Magnetfeld von 10 kOe unterzogen, um die Magnetisierung der aus einer ferromagnetischen Schicht und der antiferromagnetischen Schicht 2 gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 zu pinnen, wodurch der Mehrschichtstapel 22 mit dem austauschgekoppelten Film 40 erzeugt wurde.
Substrat SB: Siliziumsubstrat mit auf der Oberfläche gebildeter Aluminiumoxidschicht / Unterschicht 1: NiFeCr (42) / Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material: [Cu (30) / Ru (20)] / gepinnte Magnetschicht 3: Co_40At.-%Fe_60At.-% (100) / antiferromagnetische Schicht 2 [IrMn-Schicht 2a: Ir22_At.-%Mn_78At,% (d1) / erste PtMn-Schicht 2b: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (d2) / PtCr-Schicht 2c: Pt_51At.-%Cr_49At.-% (d3) / zweite PtMn-Schicht 2d: Pt_50At.-%Mn_50At,-% (d4)] / Schutzschicht 6: [Ru (20) / Ta (100)].

Die IrMn-Schichten 2a hatten unterschiedliche Dicken d1 im Bereich von 0 Å bis 80 Å. Die ersten PtMn-Schichten 2b hatten unterschiedliche Dicken d2 im Bereich von 0 Å bis 300 Å. Die PtCr-Schichten 2c hatten unterschiedliche Dicken d3 im Bereich von 0 Å bis 250 Å. Die zweiten PtMn-Schichten 2d hatten unterschiedliche Dicken d4 im Bereich von 0 Å bis 30 Å. Tabelle 3 veranschaulicht d1 bis d4 und die Dicke (Gesamtdicke) der gesamten antiferromagnetischen Schicht 2 in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele. [Tabelle 3]

	Dicke der antiferromagnetischen Schicht (Å)					Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc
	d1	d2	d3	d4	Gesamtdicke	Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc
Vergleichsbeispiel 11	0	0	180	0	180	46	162	0.29
Vergleichsbeispiel 12	0	20	160		180	116	354	0.33
Vergleichsbeispiel 13	8	12	160		180	139	217	0.64
Vergleichsbeispiel 14	0	300	0		300	140	166	0.84
Vergleichsbeispiel 15	80	0	0		80	114	143	0.80
Beispiel 11	8	12	110	30	160	184	215	0.85
Beispiel 12			130		180	227	190	1.19
Beispiel 13			150		200	259	185	1.40
Beispiel 14			250		300	263	139	1.90
Beispiel 15	0	20	250	30	300	363	377	0.96

Die Magnetisierungskurven der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Beispielen und den Vergleichsbeispielen wurden mit einem Vibrationsprobenmagnetometer (VSM) gemessen. Die Austauschkopplungsfelder Hex (Einheit: Oe), die Koerzitivkräfte Hc (Einheit: Oe) und die Verhältnisse (Hex/Hc) der Austauschkopplungsfelder Hex zu den Koerzitivkräften Hc wurden aus den resultierenden Hystereseschleifen bestimmt. Tabelle 3 veranschaulicht die Ergebnisse.
11 basiert auf den in Tabelle 3 dargestellten Ergebnissen und zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Austauschkopplungsfelds Hex von der Dicke (Gesamtdicke) der antiferromagnetischen Schicht 2 veranschaulicht. 12 basiert auf den in Tabelle 3 dargestellten Ergebnissen und zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit des Verhältnisses (Hex/Hc) des Austauschkopplungsfelds Hex zur Koerzitivkraft Hc von der Dicke (Gesamtdicke) der antiferromagnetischen Schicht 2 veranschaulicht. Wie aus der Tabelle 3 und den 11 und 12 ersichtlich ist, waren die Austauschkopplungsfelder Hex der austauschgekoppelten Filme 40 mit den antiferromagnetischen Schichten 2 mit den Strukturen gemäß den Beispielen 11 bis 14 größer als diejenigen der austauschgekoppelten Filme 40 mit den antiferromagnetischen Schichten 2 mit den Strukturen gemäß den Vergleichsbeispielen 11 bis 14. Vergleiche der Beispiele 11 bis 14 zeigten, dass eine größere Dicke d3 der PtCr-Schicht 2c zu einem höheren Austauschkopplungsfeld Hex und höherem Hex/Hc führte und dass in den austauschgekoppelten Filmen 40 mit den antiferromagnetischen Schichten 2 mit den Strukturen gemäß den Beispielen 12 bis 14 Hex/Hc größer als 1 war. Dementsprechend können magnetische Erfassungselemente (zum Beispiel magnetoresistive Elemente) mit den austauschgekoppelten Filmen gemäß den Beispielen 11 bis 14 in geeigneter Weise als Sensoren wirken, und zwar selbst in einer Umgebung mit einem starken Magnetfeld, so dass sie mit anderen Worten widerstandsfähig gegen starke Magnetfelder sind. Im Spezielleren besitzen die magnetischen Erfassungselemente mit den austauschgekoppelten Filmen gemäß den Beispielen 12 bis 14 einen ausgezeichneten Widerstand gegen starke Magnetfelder, da die Magnetisierungsrichtungen in den Richtungen ausgerichtet sind, die auf den Austauschkopplungsfeldern Hex basieren, wenn die Anlegung eines externen Magnetfelds aufgehoben wird.

Die Magnetisierungskurven der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Vergleichsbeispielen 11 bis 15 und den Beispielen 11 bis 15 wurden bei verschiedenen Umgebungstemperaturen (Einheit: °C) mit einem Vibrationsprobenmagnetometer (VSM) gemessen. Die Austauschkopplungsfelder Hex (Einheit: Oe) bei den Temperaturen wurden aus den resultierenden Hystereseschleifen bestimmt. Die Tabellen 4 bis 12 zeigen die Austauschkopplungsfelder Hex bei den Temperaturen und Werten, die durch Normalisieren der Austauschkopplungsfelder Hex bei den Temperaturen zu dem Austauschkopplungsfeld Hex bei Raumtemperatur (normalisierte Austauschkopplungsfelder in Bezug auf die Raumtemperatur) erhalten wurden. [Tabelle 4]

Vergleichsbeispiel 11
Temperatur (°C)	Hex (Oe)	Normalisiertes Hex
25	48	1,00
50	48	0,99
80	47	0,97
110	47	0,97
140	46	0,96
170	45	0,93
200	43	0,89
230	42	0,87
260	40	0,83
290	37	0,76
320	30	0,62
350	25	0,52
380	20	0,41
410	13	0,27
440	10	0,21
470	3	0,06
500	0	0,00

[Tabelle 5]

Vergleichsbeispiel 12
Temperatur (°C)	Hex (Oe)	Normalisiertes Hex
25	98	1,00
50	96	0,98
80	90	0,92
110	84	0,85
140	82	0,83
170	75	0,76
200	72	0,73
230	63	0,64
260	57	0,58
290	50	0,51
320	40	0,41
350	36	0,37
380	29	0,29
410	20	0,20
440	10	0,10
470	3	0,03
500	0	0,00

[Tabelle 6]

Vergleichsbeispiel 13
Temperatur (°C)	Hex (Oe)	Normalisiertes Hex
25	135	1,00
50	125	0,93
80	124	0,92
110	118	0,88
140	113	0,84
170	109	0,81
200	101	0,75
230	97	0,72
260	87	0,65
290	78	0,58
320	64	0,48
350	40	0,30
380	27	0,20
410	9	0,07
440	0	0,00

[Tabelle 7]

Vergleichsbeispiel 14
Temperatur (°C)	Hex (Oe)	Normalisiertes Hex
22	140	1,00
44	140	1,00
65	139	0,99
85	137	0,98
105	136	0,97
125	135	0,96
145	134	0,96
165	129	0,92
185	124	0,88
204	116	0,83
224	106	0,76
268	72	0,52
306	34	0,24
323	16	0,11
342	8	0,06
362	3	0,02
380	0	0,00

[Tabelle 8]

Vergleichsbeispiel 15
Temperatur (°C)	Hex (Oe)	Normalisiertes Hex
22	114	1,00
42	110	0,97
64	104	0,91
84	96	0,85
105	90	0,79
125	82	0,72
144	74	0,65
165	66	0,58
185	56	0,49
205	39	0,34
224	22	0,20
244	6	0,05
264	0	0,00

[Tabelle 9]

Beispiel 11
Temperatur (°C)	Hex (Oe)	Normalisiertes Hex
25	187	1,00
50	180	0,96
80	169	0,91
110	163	0,87
140	156	0,83
170	151	0,81
200	143	0,77
230	138	0,74
260	120	0,64
290	107	0,57
320	83	0,44
350	52	0,28
380	22	0,12
410	4	0,02
440	0	0

[Tabelle 10]

Beispiel 12
Temperatur (°C)	Hex (Oe)	Normalisiertes Hex
25	225	1,00
50	225	1,00
80	218	0,97
110	214	0,95
140	207	0,92
170	199	0,88
200	190	0,84
230	187	0,83
260	180	0,80
290	149	0,66
320	98	0,44
350	67	0,30
380	31	0,14
410	7	0,03
440	0	0,00

[Tabelle 11]

Beispiel 13
Temperatur (°C)	Hex (Oe)	Normalisiertes Hex
23	253	1,00
50	250	0,99
80	239	0,94
110	235	0,93
140	238	0,94
170	217	0,86
200	217	0,86
230	200	0,79
260	195	0,77
290	175	0,69
320	127	0,50
350	77	0,30
380	37	0,15
410	8	0,03
440	0	0,00

[Tabelle12]

Beispiel 14			Beispiel 15
Temperatur (°C)	Hex (Oe)	Normalisiertes Hex	Temperatur (°C)	Hex (Oe)	Normalisiertes Hex
23	282	1,00	23	360	1,00
50	279	0,99	50	353	0,98
80	263	0,93	80	351	0,98
110	265	0,94	110	344	0,96
140	262	0,93	140	333	0,93
170	257	0,91	170	314	0,87
200	248	0,88	200	298	0,83
230	236	0,84	230	290	0,81
260	223	0,79	260	266	0,74
290	198	0,70	290	244	0,68
320	148	0,52	320	216	0,60
350	75	0,27	350	198	0,55
380	30	0,11	380	167	0,46
410	8	0,03	410	145	0,40
440	0	0,00	440	106	0,29
			470	66	0,18
			500	22	0,06

Die Blockiertemperaturen Tb (Einheit: °C) in diesen Beispielen wurden auf der Basis der in den Tabellen 4 bis 12 dargestellten Ergebnisse bestimmt. Die Tabelle 13 zeigt die Ergebnisse. Wie in Tabelle 13 dargestellt, hatten die austauschgekoppelten Filme 40 mit den IrMn-Schichten 2a, die als Mn-haltige Schichten dienten (Beispiele 11 bis 14), eine Blockiertemperatur Tb von 410 °C. Der austauschgekoppelte Film 74 ohne Mn-haltige Schicht (austauschgekoppelter Film 74 gemäß Beispiel 15) hatte eine Blockiertemperatur Tb von 510 °C. Dementsprechend wurde suggeriert, dass es bevorzugt sein kann, den austauschgekoppelten Film 40 ohne Mn-haltige Schicht zu verwenden. [Tabelle 13]

	Tb (°C)
Vergleichsbeispiel 11	470
Vergleichsbeispiel 12	470
Vergleichsbeispiel 13	410
Vergleichsbeispiel 14	362
Vergleichsbeispiel 15	244
Beispiel 11	410
Beispiel 12	410
Beispiel 13	410
Beispiel 14	410
Beispiel 15	510

13 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit der Austauschkopplungsfelder Hex der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Vergleichsbeispielen 11 bis 13 und Beispiel 12 von der Messtemperatur veranschaulicht. 14 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit der normalisierten Austauschkopplungsfelder Hex in Bezug auf die Raumtemperatur der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Vergleichsbeispielen 11 bis 13 und Beispiel 12 von der Messtemperatur veranschaulicht. 15 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit der Austauschkopplungsfelder Hex der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Vergleichsbeispielen 14 und 15 und den Beispielen 11 bis 14 von der Messtemperatur veranschaulicht. 16 zeigt eine grafische Darstellung, die die Abhängigkeit der normalisierten Austauschkopplungsfelder Hex in Bezug auf die Raumtemperatur der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Vergleichsbeispielen 14 und 15 und den Beispielen 11 bis 14 veranschaulicht.
In den 13 und 14 werden Vergleiche bei einer Gesamtdicke der antiferromagnetischen Schicht 2 von 180 Å durchgeführt: der Fall, in dem die antiferromagnetische Schicht 2 nur aus der PtCr-Schicht besteht (Vergleichsbeispiel 11), der Fall, in dem ein Bereich der PtCr-Schicht benachbart der gepinnten Magnetschicht 3 durch die PtMn-Schicht ersetzt ist (Vergleichsbeispiel 12), im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 11, der Fall, in dem ein Bereich der PtMn-Schicht benachbart der gepinnten Magnetschicht 3 durch die IrMn-Schicht ersetzt ist (Vergleichsbeispiel 13), im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 12, sowie der Fall, in dem ein Bereich der PtCr-Schicht benachbart der Schutzschicht 6 durch die PtMn-Schicht (Beispiel 12) ersetzt ist, im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 13. In dem Vergleichsbeispiel 11 betrug das Austauschkopplungsfeld Hex 50 Oe oder weniger. Das Ersetzen des Bereichs der PtCr-Schicht benachbart der gepinnten Magnetschicht 3 durch die Pt-Mn-Schicht ermöglichte die Verbesserung des Austauschkopplungsfelds Hex auf etwa 100 Oe oder weniger (Vergleichsbeispiel 12). Darüber hinaus ermöglichte das Ersetzen des Bereichs der PtMn-Schicht benachbart der gepinnten Magnetschicht 3 durch die IrMn-Schicht die Verbesserung des Austauschkopplungsfelds Hex auf etwa 150 Oe oder weniger (Vergleichsbeispiel 13). Die Blockiertemperatur Tb des austauschgekoppelten Films 40 nahm jedoch um etwa 50 °C ab. Zusätzlich ermöglichte das Ersetzen des Bereichs der PtCr-Schicht benachbart der Schutzschicht 6 durch die PtMn-Schicht die Verbesserung des Austauschkopplungsfelds Hex auf etwa 200 Oe (Beispiel 12).
In den 15 und 16 werden Vergleiche zwischen den antiferromagnetischen Schichten 2 mit den Strukturen gemäß den Beispielen und den Fällen durchgeführt, in denen nur ein zwischen der PtCr-Schicht und der gepinnten Magnetschicht 3 befindlicher Film die jeweilige antiferromagnetische Schicht 2 bildet. Im Spezielleren ist in dem Vergleichsbeispiel 14 die antiferromagnetische Schicht 2 aus der PtMn-Schicht gebildet. In dem Vergleichsbeispiel 15 ist die antiferromagnetische Schicht 2 aus der IrMn-Schicht gebildet. Wie in 16 besonders deutlich zu sehen ist, betrugen die Blockiertemperaturen Tb der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Beispielen unabhängig von der Dicke der PtCr-Schichten ca. 410 °C. Die Blockiertemperatur Tb des austauschgekoppelten Films 40 einschließlich einer beliebigen aus der PtMn-Schicht bestehenden antiferromagnetischen Schicht 2 und einschließlich der aus der IrMn-Schicht bestehenden antiferromagnetischen Schicht 2 war niedriger als die Blockiertemperaturen Tb der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Beispielen. Dementsprechend kann der austauschgekoppelte Film gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu austauschgekoppelten Filmen gemäß dem einschlägigen Stand der Technik in einer Hochtemperaturumgebung stabil funktionieren. Die Blockiertemperatur Tb des austauschgekoppelten Films 74 gemäß Beispiel 15 ist höher als die Blockiertemperatur Tb des austauschgekoppelten Films 40; daher sollte der austauschgekoppelte Film 74 gemäß Beispiel 15 in einer besonders rauen Hochtemperaturumgebung angemessen funktionieren.
(Beispiel 21)
Ein Mehrschichtstapel 221 mit einer nachstehend beschriebenen Schichtstruktur (siehe 21) wurde hergestellt, um die Eigenschaften des austauschgekoppelten Films 74 auszuwerten. In den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen stellen die in Klammern angegebenen Werte die Dicke (Å) dar. Der Mehrschichtstapel 221 wurde einer Wärmebehandlung bei 350 °C für 20 Stunden in einem Magnetfeld von 15 kOe unterzogen, um die Magnetisierung der aus einer ferromagnetischen Schicht und einer antiferromagnetischen Schicht 84 gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 zu pinnen, wodurch der den austauschgekoppelten Film 74 beinhaltende Mehrschichtstapel 221 erzeugt wurde.
Substrat SB: Siliziumsubstrat mit auf der Oberfläche gebildeter Aluminiumoxidschicht /Unterschicht 1: NiFeCr (42) / Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material: [Cu (30) / Ru (10)] / gepinnte Magnetschicht 3: Co_40At.-%Fe_60At.-% (18) / antiferromagnetische Schicht 84 [erste PtMn-Schicht 8b: Pt_50At-%Mn_50At.-% (16) / PtCr-Schicht 8c: Pt_51At-%Cr_49At.-% (130) / zweite PtMn-Schicht 8d: Pt_50At-%Mn_50At.-% (30)] / Schutzschicht 6: Ta (100).
(Beispiele 22 bis 26)
Mehrschichtstapel 22 mit einer im Folgenden beschriebenen Schichtstruktur (siehe 6) wurden zum Zweck der Auswertung der Eigenschaften des austauschgekoppelten Films 40 hergestellt. In den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen stellen die in Klammern angegebenen Werte die Dicke (Å) dar. Jeder der Mehrschichtstapel 22 wurde einer Wärmebehandlung bei 350 °C für 20 Stunden in einem Magnetfeld von 15 kOe unterzogen, um die Magnetisierung der aus einer ferromagnetischen Schicht und der antiferromagnetischen Schicht 2 gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 zu pinnen, wodurch der den austauschgekoppelten Film 40 beinhaltende Mehrschichtstapel 22 erzeugt wurde.
Substrat SB: Siliziumsubstrat mit auf der Oberfläche gebildeter Aluminiumoxidschicht /Unterschicht 1: NiFeCr (42) / Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material: [Cu (30) / Ru (10)] / gepinnte Magnetschicht 3: Co_40At.-%Fe_60At.-% (18) / antiferromagnetische Schicht 2 [IrMn-Schicht 2a: Ir_20At.-%Mn_80At.-% (d1) / erste PtMn-Schicht 2b: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (16) / PtCr-Schicht 2c: Pt_51At.-%Cr_49At.-% (130) / zweite PtMn-Schicht 2d: Pt_50At-%Mn_50At.-% (30)] / Schutzschicht 6: Ta (100).

Die IrMn-Schichten 2a hatten unterschiedliche Dicken d1 im Bereich von 2 Å bis 10 Å. Die Tabelle 14 veranschaulicht d1 bei jedem der Beispiele. [Tabelle 14]

	Dicke der antiferromagnetischen Schicht (Å)						Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc
	Mn-Schicht oder IrMn-Schicht		Erste PtMn-Schicht	PtCr-Schicht	Zweite PtMn-Schicht	Gesamt	Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc
Beispiel 21	IrMn-Schicht	0	16	130	30	176	1.950	1.550	1,26
Beispiel 22		2				178	2.350	1.350	1,74
Beispiel 23		4				180	2.000	1.100	1,82
Beispiel 24		6				182	1.800	1.000	1,80
Beispiel 25		8				184	1.450	850	1,71
Beispiel 26		10				186	1.315	865	1,52
Beispiel 21	Mn-Schicht	0				176	1.950	1.550	1,26
Beispiel 27		2				178	2.450	1.750	1,40
Beispiel 28		4				180	2.250	1.700	1,32
Beispiel 29		6				182	2.000	1.550	1,29
Beispiel 30		8				184	1.900	1.400	1,36
Beispiel 31		10				186	1.725	1.125	1,53

(Beispiele 27 bis 31)
Mehrschichtstapel 222 mit einer im Folgenden beschriebenen Schichtstruktur (siehe 22) wurden zum Zweck der Auswertung der Eigenschaften von austauschgekoppelten Filmen 75 hergestellt. In den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen stellen die in Klammern angegebenen Werte die Dicke (Å) dar. Der Mehrschichtstapel 222 wurde einer Wärmebehandlung bei 350 °C für 20 Stunden in einem Magnetfeld von 15 kOe unterzogen, um die Magnetisierung der aus einer ferromagnetischen Schicht und einer antiferromagnetischen Schicht 85 gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 zu pinnen, wodurch der den austauschgekoppelten Film 75 beinhaltende Mehrschichtstapel 222 erzeugt wurde.
Substrat SB: Siliziumsubstrat mit auf der Oberfläche gebildeter Aluminiumoxidschicht / Unterschicht 1: NiFeCr (42) / Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material: [Cu (30) / Ru (10)] / gepinnte Magnetschicht 3: Co_40At.-%Fe_60At.-%. (18) / antiferromagnetische Schicht 85 [Mn-Schicht 8a1: Mn (D1) / erste PtMn-Schicht 8b: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (16) / PtCr-Schicht 8c: Pt_51At.-%Cr_49At.-% (130) / zweite PtMn-Schicht 8d: Pt_50At.%Mn_50At.% (30)] / Schutzschicht 6: Ta (100).
Die Mn-Schichten 2a1 hatten unterschiedliche Dicken d1 im Bereich von 2 Å bis 10 Å. Die Tabelle 14 veranschaulicht d1 in jedem der Beispiele.
Die Magnetisierungskurven der austauschgekoppelten Filme 74, 40 und 75 gemäß den Beispielen wurden mit einem Vibrationsprobenmagnetometer (VSM) gemessen. Die Austauschkopplungsfelder Hex (Einheit: Oe), die Koerzitivkräfte Hc (Einheit: Oe) und die Verhältnisse (Hex/Hc) der Austauschkopplungsfelder Hex zu den Koerzitivkräften Hc wurden aus den resultierenden Hystereseschleifen bestimmt. Die Tabelle 14 und 22 veranschaulichen die Ergebnisse.
Wie in Tabelle 14 und 22 dargestellt, hatten die austauschgekoppelten Filme 74, 40 und 75 gemäß den Beispielen 21 bis 31 hohe Austauschkopplungsfelder Hex. Bei jedem der austauschgekoppelten Filme 74, 40 und 75 gemäß den Beispielen 21 bis 31 betrug Hex/Hc mehr als 1. Somit können magnetische Erfassungselemente (zum Beispiel magnetoresistive Elemente), die die austauschgekoppelten Filme gemäß den Beispielen 21 bis 31 beinhalten, selbst in einer Umgebung mit starkem Magnetfeld hervorragende magnetische Eigenschaften aufweisen.
(Beispiele 41 bis 48 und Vergleichsbeispiele 41 bis 47)
Mehrschichtstapel 221 mit einer im Folgenden beschriebenen Schichtstruktur (siehe 21) wurden zum Zweck der Auswertung der Eigenschaften von austauschgekoppelten Filmen 74 hergestellt. In den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen stellen die in Klammern angegebenen Werte die Dicke (Å) dar. Jeder der Mehrschichtstapel 221 wurde einer Wärmebehandlung bei 350 °C für 20 Stunden in einem Magnetfeld von 10 kOe unterzogen, um die Magnetisierung der aus einer ferromagnetischen Schicht und einer antiferromagnetischen Schicht 84 gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 zu pinnen, wodurch der den austauschgekoppelten Film 74 beinhaltende Mehrschichtstapel 221 erzeugt wurde.
Substrat SB: Siliziumsubstrat mit auf der Oberfläche gebildeter Aluminiumoxidschicht /Unterschicht 1: NiFeCr (42) / Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material: [Cu (30) / Ru (10)] / gepinnte Magnetschicht 3: Co_90At.-%Fe_10At-% (100) / antiferromagnetische Schicht 84 [erste PtMn-Schicht 8b: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (D2) / PtCr-Schicht 8c: Pt_51At.-%Cr_49At.-% (D3) / zweite PtMn-Schicht 8d: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (D4)] / Schutzschicht 6: Ta (100).

Die Dicke D2 jeder ersten PtMn-Schicht 8b betrug 0 Å oder 20 Å. Die PtCr-Schichten 8c hatten unterschiedliche Dicken D3 im Bereich von 0 Å bis 180 Å. Die zweiten PtMn-Schichten 8d hatten unterschiedliche Dicken D4 im Bereich von 0 Å bis 160 Å. Die vollständige Dicke (Gesamtdicke) jeder der antiferromagnetischen Schichten 84 wurde auf 180 Å festgelegt. Die Tabelle 15 veranschaulicht D2, D3 und D4 bei jedem der Beispiele. [Tabelle 15]

	Dicke der antiferromagnetischen Schicht (Å)				Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc -
	D2	D3	D4	Gesamtdicke	Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc -
Vergleichsbeispiel 41	0	180	0	180	3	29	0,10
Vergleichsbeispiel 42	0	150	30		14	38	0,37
Vergleichsbeispiel 43	20	160	0		20	120	0,17
Beispiel 41		150	10		23	123	0,18
Beispiel 42		140	20		215	385	0,56
Beispiel 43		130	30		305	520	0,59
Beispiel 44		120	40		257	523	0,49
Beispiel 45		100	60		120	470	0,26
Beispiel 46		80	80		66	426	0,15
Beispiel 47		60	100		60	365	0,16
Beispiel 48		40	120		60	370	0,16
Vergleichsbeispiel 44		20	140		57	378	0,15
Vergleichsbeispiel 45		10	150		85	375	0,23
Vergleichsbeispiel 46		5	155		98	358	0,27
Vergleichsbeispiel 47		0	160		160	330	0,48

Die Magnetisierungskurven der austauschgekoppelten Filme 74 gemäß den Beispielen wurden mit einem Vibrationsprobenmagnetometer (VSM) gemessen. Die Austauschkopplungsfelder Hex (Einheit: Oe), die Koerzitivkräfte Hc (Einheit: Oe) und die Verhältnisse (Hex/Hc) der Austauschkopplungsfelder Hex zu den Koerzitivkräften Hc wurden aus den resultierenden Hystereseschleifen bestimmt. Die Tabelle 15 und die 24 und 25 veranschaulichen die Ergebnisse.
Wie in Tabelle 15 und den 24 und 25 dargestellt ist, hatten die austauschgekoppelten Filme 74 gemäß den Beispielen 41 bis 48 hohe Austauschkopplungsfelder Hex. Das Hex/Hc jedes der austauschgekoppelten Filme 74 gemäß den Beispielen 41 bis 48 war höher als in dem Vergleichsbeispiel 41 (0,10). Außerdem zeigen die Ergebnisse, dass in dem Fall, in dem die zweite PtMn-Schicht 8d eine Dicke D4 von mehr als 10 Å und weniger als 60 Å hatte, in dem Fall, in dem die zweite PtMn-Schicht 8d vorzugsweise eine Dicke D4 von 15 Å oder mehr und 55 Å oder weniger hatte, oder in dem Fall, in dem die zweite PtMn-Schicht 8d weiter bevorzugt eine Dicke D4 von 20 Å oder mehr und 50 Å oder weniger hatte (Beispiele 42 bis 44), das Austauschkopplungsfeld Hex und Hex/Hc deutlich erhöht waren. Somit können die magnetischen Erfassungselemente (zum Beispiel magnetoresistive Elemente), die die austauschgekoppelten Filme 74 gemäß den Beispielen 41 bis 48 beinhalten, selbst in einer Umgebung mit starkem Magnetfeld ausgezeichnete magnetische Eigenschaften aufweisen. Vergleiche zwischen Vergleichsbeispiel 42 und Beispiel 43 zeigten, dass in der Struktur von Beispiel 43, in der das Austauschkopplungsfeld Hex und Hex/Hc bemerkenswert hoch waren, das Austauschkopplungsfeld Hex und die Koerzitivkraft Hc durch Ändern der ersten PtMn-Schicht 8b, die sich benachbart der gepinnten Magnetschicht 3 befindet, zu der Pt-Cr-Schicht signifikant verringert wurden. Mit anderen Worten wurde festgestellt, dass die erste PtMn-Schicht 8b mit einer Dicke von 20 Å, die im Vergleich zu der antiferromagnetischen Schicht 84 mit einer Gesamtdicke von 180 Å sehr klein ist, eine besonders wichtige Rolle bei der Steigerung des Austauschkopplungsfelds Hex und Hex/Hc spielt.
(Beispiele 51 bis 56 und Vergleichsbeispiele 51 bis 56)
Mehrschichtstapel 221 mit einer im Folgenden beschriebenen Schichtstruktur (siehe 21) wurden zum Zweck der Auswertung der Eigenschaften von austauschgekoppelten Filmen 74 hergestellt. In den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen stellen die in Klammern angegebenen Werte die Dicke (Å) dar. Jeder der Mehrschichtstapel 221 wurde einer Wärmebehandlung bei 350 °C für 20 Stunden in einem Magnetfeld von 15 kOe unterzogen, um die Magnetisierung der aus einer ferromagnetischen Schicht und einer antiferromagnetischen Schicht 84 gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 zu pinnen, wodurch der den austauschgekoppelten Film 74 beinhaltende Mehrschichtstapel 221 erzeugt wurde.
Substrat SB: Siliziumsubstrat mit auf der Oberfläche gebildeter Aluminiumoxidschicht /Unterschicht 1: NiFeCr (42) / Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material: [Cu (30) / Ru (10)] / gepinnte Magnetschicht 3: Co_90At-%Fe10_At-% (X) oder Co_40At.-%Fe_60At.-% (X) / antiferromagnetische Schicht 84 [erste PtMn-Schicht 8b: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (D2) / PtCr-Schicht 8c: Pt_51At-%Cr_49At.-% (D3) / zweite PtMn-Schicht 8d: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (D4)] / Schutzschicht 6: Ta (100).

Die Dicke D2 jeder der ersten PtMn-Schichten 8b betrug 20 Å oder 180 Å. Die Dicke D3 jeder der PtCr-Schichten 8c betrug 0 Å oder 130 Å. Die Dicke D4 jeder der zweiten PtMn-Schichten 8d betrug 0 Å oder 30 Å. Die vollständige Dicke (Gesamtdicke) jeder der antiferromagnetischen Schichten 84 wurde auf 180 Å festgelegt. Die Zusammensetzung jeder der gepinnten Magnetschichten 3 war Co_90At.-%Fe_10At.-% oder Co_40At.-%Fe_60At.-%. Diese hatten unterschiedliche Dicken (X) im Bereich von 18 Å bis 100 Å. Die Tabelle 16 veranschaulicht D2, D3, D4 und X in den Beispielen. [Tabelle 16]

	Dicke der antiferromagnetischen Schicht (Å)				Gepinnte Magnetschicht		Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc
	D2	D3	D4	Gesamtdicke	Zusammensetzung	X (Å)	Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc
Vergleichsbeispiel 51	180	0	0	180	90CoFe	18	1105	755	1,46
Vergleichsbeispiel 52						24	930	750	1,24
Vergleichsbeispiel 53						100	160	330	0,48
Vergleichsbeispiel 54					60FeCo	18	875	925	0,95
Vergleichsbeispiel 55						24	660	840	0,79
Vergleichsbeispiel 56						100	110	420	0,26
Beispiel 51	20	130	30		90CoFe	18	2650	1420	1,87
Beispiel 52						24	2090	1380	1,51
Beispiel 53						100	305	520	0,59
Beispiel 54					60FeCo	18	2050	1530	1,34
Beispiel 55						24	1420	1540	0,92
Beispiel 56						100	190	470	0,40

Die Magnetisierungskurven der austauschgekoppelten Filme 74 gemäß den Beispielen wurden mit einem Vibrationsprobenmagnetometer (VSM) gemessen. Die Austauschkopplungsfelder Hex (Einheit: Oe), die Koerzitivkräfte Hc (Einheit: Oe) und die Verhältnisse (Hex/Hc) der Austauschkopplungsfelder Hex zu den Koerzitivkräften Hc wurden aus den resultierenden Hystereseschleifen bestimmt. Die Tabelle 16 und die 26 bis 29 veranschaulichen die Ergebnisse.
Wie in Tabelle 16 und den 26 bis 29 dargestellt, führte eine geringere Dicke der gepinnten Magnetschicht 3 tendenziell zu einem höheren Austauschkopplungsfeld Hex und einem höheren Hex/Hc, und zwar unabhängig von der Zusammensetzung der gepinnten Magnetschicht 3. Somit können magnetische Erfassungselemente (zum Beispiel magnetoresistive Elemente), die die austauschgekoppelten Filme 74 gemäß den Beispielen 51 bis 56 aufweisen, selbst in einer Umgebung mit starkem Magnetfeld ausgezeichnete magnetische Eigenschaften aufweisen. Insbesondere in dem Fall, in dem die Dicke der gepinnten Magnetschicht 3 klein sein kann, können ein höheres Austauschkopplungsfeld Hex und ein höheres Hex/Hc durch Einstellen der Dicke der gepinnten Magnetschicht 3 erzielt werden.
(Beispiele 61 bis 78 und Vergleichsbeispiele 61 und 62)
Mehrschichtstapel 22 mit einer im Folgenden beschriebenen Schichtstruktur (siehe 6) wurden zum Zweck der Auswertung der Eigenschaften von austauschgekoppelten Filmen 40 hergestellt. In den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen stellen die in Klammern angegebenen Werte die Dicke (Å) dar. Jeder der Mehrschichtstapel 22 wurde einer Wärmebehandlung bei 350 °C für 20 Stunden in einem Magnetfeld von 15 kOe unterzogen, um die Magnetisierung der aus einer ferromagnetischen Schicht und der antiferromagnetischen Schicht 2 gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 zu pinnen, wodurch der den austauschgekoppelten Film 40 beinhaltende Mehrschichtstapel 222 erzeugt wurde.
Substrat SB: Siliziumsubstrat mit auf der Oberfläche gebildeter Aluminiumoxidschicht / Unterschicht 1: NiFeCr (42) / Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material: [Cu (30) / Ru (10)] / gepinnte Magnetschicht 3: Co_90At.-%Fe_10At.-% (100) / antiferromagnetische Schicht 2 [IrMn-Schicht 2a: Ir_20At.-%Mn_80At.-% (8) / erste PtMn-Schicht 2b: Pt_50At.-%Mn_50At.% (12) / PtCr-Schicht 2c: Pt_51At.-%Cr_49At.-% (d3) / zweite PtMn-Schicht 2d: Pt_50At.-% Mn_50At.-% (d4)] / Schutzschicht 6: Ta (100).

Die Dicke d3 jeder der PtCr-Schichten 2c betrug 130 Å oder 160 Å. Die zweiten Pt-Mn-Schichten 2d hatten unterschiedliche Dicken d4 im Bereich von 0 Å bis 80 Å. Tabelle 17 veranschaulicht d3 und d4 in jedem der Beispiele. [Tabelle 17]

	Dicke der antiferromagnetischen Schicht (Å)					Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc
	d1	d2	d3	d4	Gesamtdicke	Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc
Vergleichsbeispiel 61	8	12	130	0	150	110	118	0,93
Beispiel 61				10	160	146	137	1,07
Beispiel 62				20	170	288	198	1,45
Beispiel 63				25	175	331	192	1,73
Beispiel 64				30	180	334	182	1,84
Beispiel 65				35	185	319	174	1,84
Beispiel 66				40	190	300	160	1,88
Beispiel 67				50	200	272	160	1,70
Beispiel 68				60	210	264	156	1,69
Beispiel 69				80	230	246	166	1,48
Vergleichsbeispiel 62	8	12	160	0	180	233	188	1,24
Beispiel 70				10	190	228	183	1,25
Beispiel 71				20	195	328	198	1,66
Beispiel 72				25	200	364	226	1,61
Beispiel 73				30	205	361	192	1,88
Beispiel 74				35	210	353	181	1,95
Beispiel 75				40	220	327	178	1,84
Beispiel 76				50	230	305	170	1,79
Beispiel 77				60	240	299	161	1,86
Beispiel 78				80	260	285	153	1,86

Die Magnetisierungskurven der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Beispielen wurden mit einem Vibrationsprobenmagnetometer (VSM) gemessen. Die Austauschkopplungsfelder Hex (Einheit: Oe), die Koerzitivkräfte Hc (Einheit: Oe) und die Verhältnisse (Hex/Hc) der Austauschkopplungsfelder Hex zu den Koerzitivkräften Hc wurden aus den resultierenden Hystereseschleifen bestimmt. Die Tabelle 17 und die 30 bis 33 veranschaulichen die Ergebnisse.
Wie in Tabelle 17 und den 30 und 32 dargestellt, waren dann, wenn die zweite PtMn-Schicht 2d eine Dicke von mehr als 10 Å und weniger als 60 Å hatte, das Austauschkopplungsfeld Hex und Hex/Hc tendenziell erhöht, und zwar unabhängig von der Dicke d3 der PtCr-Schicht 2c. Wenn die zweite PtMn-Schicht 2d eine Dicke von mehr als 10 Å und weniger als 60 Å hatte, waren außerdem die Werte der Austauschkopplungsfelder Hex und die Werte von Hex/Hc bei einer Dicke d3 der PtCr-Schicht 2c von 130 Å im Wesentlichen gleich denen bei einer Dicke d3 der PtCr-Schicht 2c von 160 Å. Somit zeigten diese Ergebnisse, dass dann, wenn die zweite PtMn-Schicht 2d des austauschgekoppelten Films 40 eine Dicke von mehr als 10 Å und weniger als 60 Å aufwies, Variationen in der Dicke der PtCr-Schicht 2c weniger Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften hatten.
Typischerweise führt eine größere Dicke der antiferromagnetischen Schicht tendenziell dazu, dass sich ein höheres Austauschkopplungsfeld Hex und ein höheres Hex/Hc ergeben. Wie jedoch in Tabelle 17 und den 31 und 33 dargestellt ist, ist in dem Fall, in dem die antiferromagnetische Schicht 2 des austauschgekoppelten Films 40 gemäß jedem der Beispiele eine hohe Gesamtdicke besaß, tendenziell ein Dickenbereich zu beobachten, in dem das Austauschkopplungsfeld Hex und Hex/Hc besonders hoch waren.
(Beispiele 81 bis 105 und Vergleichsbeispiele 81 bis 83)
Mehrschichtstapel 22 und 221 mit im Folgenden beschriebenen Schichtstrukturen (siehe 6 und 21) wurden zum Zweck der Auswertung der Eigenschaften der austauschgekoppelten Filme 40 und 74 hergestellt. In den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen stellen die in Klammern angegebenen Werte die Dicke (Å) dar. Der Mehrschichtstapel 22 wurde einer Wärmebehandlung bei 350 °C für 20 Stunden in einem Magnetfeld von 15 kOe unterzogen, um die Magnetisierung der aus einer ferromagnetischen Schicht und der antiferromagnetischen Schicht 2 gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 zu pinnen, wodurch die die austauschgekoppelten Filme 40 und 74 beinhaltenden Mehrschichtstapel 22 und 221 erzeugt wurden.
Substrat SB: Siliziumsubstrat mit auf der Oberfläche gebildeter Aluminiumoxidschicht / Unterschicht 1: NiFeCr (42) / Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material: [Cu (30) / Ru (10)] / gepinnte Magnetschicht 3: Co_90At,-% Fe_10At.-% (100) / antiferromagnetische Schicht 2 [IrMn-Schicht 2a: Ir_20At.-% Mn_80At.-% (d1) / erste PtMn-Schicht 2b: Pt_50At.-% Mn_50At.-% (d2) / PtCr-Schicht 2c: Pt_51At.-% Cr_49At.-% (130) / zweite PtMn-Schicht 2d: Pt_50At.-% Mn_50At.-% (30)] / Schutzschicht 6: Ta (100).

Die IrMn-Schichten 2a hatten unterschiedliche Dicken d1 im Bereich von 0 Å bis 20 Å. Die ersten PtMn-Schichten 2b hatten unterschiedliche Dicken d2 im Bereich von 0 Å bis 22 Å. Dadurch wurden die austauschgekoppelten Filme 40 mit unterschiedlichen Gesamtdicken im Bereich von 180 Å bis 186 Å erhalten. Tabelle 18 zeigt d1, die Dicke d2 der ersten PtMn-Schicht 2b und die Gesamtdicke in jedem der Beispiele. [Tabelle 18]

	Dicke der antiferromagnetischen Schicht (Å)					Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc -
	d1	d2	d3	d4	Gesamtdicke	Hex (Oe)	Hc (Oe)	Hex/Hc -
Beispiel 81	0	20	130	30	180	305	520	0,59
Beispiel 82	2	18				315	365	0,86
Beispiel 83	4	16				348	323	1,08
Beispiel 84	6	14				353	228	1,55
Beispiel 85	8	12				336	166	2,02
Beispiel 86	10	10				285	150	1,90
Beispiel 87	12	8				202	97	2,09
Vergleichsbeispiel 81	14	6				120	90	1,33
Vergleichsbeispiel 82	16	4				63	68	0,93
Vergleichsbeispiel 83	20	0				24	57	0,42
Beispiel 88	0	22			182	288	543	0,53
Beispiel 89	2	20				304	464	0,66
Beispiel 90	4	18				331	306	1,08
Beispiel 91	6	16				346	229	1,51
Beispiel 92	8	14				336	186	1,81
Beispiel 93	10	12				300	146	2,06
Beispiel 94	0	24			184	249	532	0,47
Beispiel 95	2	22				270	406	0,66
Beispiel 96	4	20				305	295	1,03
Beispiel 97	6	18				334	239	1,40
Beispiel 98	8	16				333	223	1,49
Beispiel 99	10	14				308	156	1,97
Beispiel 100	0	26			186	223	450	0,49
Beispiel 101	2	24				238	413	0,58
Beispiel 102	4	22				298	353	0,84
Beispiel 103	6	20				315	266	1,18
Beispiel 104	8	18				324	204	1,59
Beispiel 105	10	16				306	164	1,87

Die Magnetisierungskurven der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Beispielen wurden mit einem Vibrationsprobenmagnetometer (VSM) gemessen. Die Austauschkopplungsfelder Hex (Einheit: Oe), die Koerzitivkräfte Hc (Einheit: Oe) und die Verhältnisse (Hex/Hc) der Austauschkopplungsfelder Hex zu den Koerzitivkräften Hc wurden aus den resultierenden Hystereseschleifen bestimmt. Tabelle 18 und die 34 bis 36 veranschaulichen die Ergebnisse.
Die Tabelle 18 und die 34 bis 36 zeigten an, dass das Austauschkopplungsfeld Hex selbst bei einer anderen Dicke d2 der ersten PtMn-Schicht 2b auf einem hohen Niveau gehalten werden konnte, solange die Dicke d1 der IrMn-Schicht 2a im Bereich von 12 Å oder weniger lag. Insbesondere wurde festgestellt, dass dann, wenn die IrMn-Schicht 2a eine Dicke von 4 Å oder mehr und 10 Å oder weniger hatte, ein hohes Austauschkopplungsfeld Hex und ein hohes Hex/Hc (insbesondere 1,0 oder mehr) stabil erreicht werden konnten. Mit anderen Worten zeigten die Ergebnisse, dass bei der Herstellung des austauschgekoppelten Films 40 die relativ lockere Toleranz der Dicke d2 der ersten PtMn-Schicht 2b vorgegeben werden kann.
(Beispiele 111 bis 128 und Vergleichsbeispiele 111 bis 131)
Mehrschichtstapel 22 mit einer im Folgenden beschriebenen Schichtstruktur (siehe 6) wurden zum Zweck der Auswertung der Eigenschaften von austauschgekoppelten Filmen 40 hergestellt. In den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen stellen die in Klammern angegebenen Werte die Dicke (Å) dar. Jeder der Mehrschichtstapel 22 wurde einer Wärmebehandlung bei 350 °C für 20 Stunden in einem Magnetfeld von 10 kOe unterzogen, um die Magnetisierung der aus einer ferromagnetischen Schicht und der antiferromagnetischen Schicht 2 gebildeten gepinnten Magnetschicht 3 zu pinnen, wodurch die den austauschgekoppelten Film 40 aufweisenden Mehrschichtstapel 22 erzeugt wurden.
Substrat SB: Siliziumsubstrat mit auf der Oberfläche gebildeter Aluminiumoxidschicht / Unterschicht 1: NiFeCr (42) / Schicht 4 aus nichtmagnetischem Material: [Cu (30) / Ru (20)] / gepinnte Magnetschicht 3: Co_90At.-%Fe_10At.-% (100) / antiferromagnetische Schicht 2 [IrMn-Schicht 2a: Ir_22At.-%Mn_78At.-% (d1) / erste PtMn-Schicht 2b: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (d2) / PtCr-Schicht 2c: Pt_51At-%Cr_49At.-% (d3) / zweite PtMn-Schicht 2d: Pt_50At.-%Mn_50At.-% (d4)] / Schutzschicht 6: /Ta (100).

Die IrMn-Schichten 2a hatten unterschiedliche Dicken d1 im Bereich von 0 Å bis 8 Å. Die ersten PtMn-Schichten 2b hatten unterschiedliche Dicken d2 im Bereich von 0 Å bis 300 Å. Die PtCr-Schichten 2c hatten unterschiedliche Dicken d3 im Bereich von 0 Å bis 300 Å. Die zweiten PtMn-Schichten 2d hatten unterschiedliche Dicken d4 im Bereich von 0 Å bis 30 Å. Die Tabelle 19 veranschaulicht d1 bis d4 und die Dicke (Gesamtdicke) der gesamten antiferromagnetischen Schicht 2 in jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele. [Tabelle 19]

	Dicke der antiferromagnetischen Schicht (Å)					Hex (Oe)
	d1	d2	d3	d4	Gesamtdicke	Hex (Oe)
Vergleichsbeispiel 111	0	0	300	0	300	10
Vergleichsbeispiel 112			180		180	0
Vergleichsbeispiel 113			120		120	0
Vergleichsbeispiel 114	0	20	280	0	300	349
Vergleichsbeispiel 115			180		200	63
Vergleichsbeispiel 116			160		180	25
Vergleichsbeispiel 117			140		160	0
Vergleichsbeispiel 118			120		140	0
Vergleichsbeispiel 119			100		120	0
Vergleichsbeispiel 120	4	16	280	0	300	368
Vergleichsbeispiel 121			180		200	173
Vergleichsbeispiel 122			160		180	98
Vergleichsbeispiel 123			140		160	48
Vergleichsbeispiel 124			120		140	16
Vergleichsbeispiel 125			100		120	3
Vergleichsbeispiel 126	0	300	0	0	300	275
Vergleichsbeispiel 127		200			200	210
Vergleichsbeispiel 128		180			180	170
Vergleichsbeispiel 129		160			160	135
Vergleichsbeispiel 130		140			140	100
Vergleichsbeispiel 131		120			120	35
Beispiel 111	0	20	250	30	300	520
Beispiel 112			150		200	365
Beispiel 113			130		180	285
Beispiel 114			110		160	190
Beispiel 115			90		140	93
Beispiel 116			70		120	10
Beispiel 117	4	16	250	30	300	445
Beispiel 118			150		200	384
Beispiel 119			130		180	352
Beispiel 120			110		160	310
Beispiel 121			90		140	239
Beispiel 122			70		120	150
Beispiel 123	8	12	250	30	300	362
Beispiel 124			150		200	346
Beispiel 125			130		180	338
Beispiel 126			110		160	313
Beispiel 127			90		140	275
Beispiel 128			70		120	220

Die Magnetisierungskurven der austauschgekoppelten Filme 40 gemäß den Beispielen und den Vergleichsbeispielen wurden mit einem Vibrationsprobenmagnetometer (VSM) gemessen. Die Austauschkopplungsfelder Hex (Einheit: Oe) wurden aus den resultierenden Hystereseschleifen bestimmt. Die Tabelle 19 und 37 veranschaulichen die Ergebnisse.
Wie in den Ergebnissen der Beispiele 111 bis 116 in 37 dargestellt ist (schwarz gefüllte Kreise und eine durchgezogene Linie), führte in dem Fall, in dem die als Mn-haltige Schicht dienende IrMn-Schicht 2a nicht bereitgestellt war, wie dies bei dem austauschgekoppelten Film 74 der Fall ist, eine größere Dicke der antiferromagnetischen Schicht 2 zu einem höheren Austauschkopplungsfeld Hex, und das Austauschkopplungsfeld Hex betrug 500 Oe oder mehr bei einer Gesamtdicke der antiferromagnetischen Schicht 2 von 300 Å. Wenn ein starker Magnetfeldwiderstand speziell erforderlich ist, kann somit der austauschgekoppelte Film 40 mit einer Struktur bevorzugt sein, die keine Mn-haltige Schicht aufweist. Wie in den Ergebnissen der Beispiele 123 bis 128 in 37 (offene Kreise, gestrichelte Linie) dargestellt ist, wurde in dem Fall, in dem die IrMn-Schicht 2a bereitgestellt war, wie dies bei dem austauschgekoppelten Film 40 der Fall ist, die Stärke des Austauschkopplungsfelds Hex durch die Gesamtdicke der antiferromagnetischen Schicht 2 relativ weniger beeinflusst. Insbesondere zeigten die Ergebnisse, dass dann, wenn die Gesamtdicke der antiferromagnetischen Schicht 2 im Bereich von 150 Å bis 300 Å lag, die Stärke des Austauschkopplungsfelds Hex stabil im Bereich von 300 Oe bis 350 Oe lag; somit wurde der austauschgekoppelte Film 40 mit dieser Struktur bei der Filmbildung während des Produktionsprozesses weniger durch Variationen beeinflusst.
Bezugszeichenliste

Hex: Austauschkopplungsfeld
Hc: Koerzitivkraft
M0: remanente Magnetisierung
Ms: Sättigungsmagnetisierung
10, 20, 40, 70, 71, 72, 73, 74, 75: austauschgekoppelter Film
1: Unterschicht
2, 80, 81, 82, 83, 84, 85: antiferromagnetische Schicht
2a: IrMn-Schicht
2b, 8b: erste PtMn-Schicht
2c, 8c: PtCr-Schicht
2d, 8d: zweite PtMn-Schicht
3: gepinnte Magnetschicht (ferromagnetische Schicht)
3A: erste Magnetischicht
3B: nichtmagnetische Zwischenschicht
3C: zweite Magnetschicht
4: Schicht aus nichtmagnetischem Material
5: freie Magnetschicht
6: Schutzschicht
8a: Mn-haltige Schicht
8a1: Mn-Schicht
D1: Dicke der IrMn-Schicht 2a
D1: Dicke der Mn-haltigen Schicht d2
D2: Dicke der ersten PtMn-Schicht 2b
d3, D3: Dicke der PtCr-Schicht 2c
d4, D4: Dicke der ersten PtMn-Schicht 2b
11, 11Xa, 11Xb, 11Ya, 11Yb, 21, 110, 111: magnetisches Erfassungselement
22, 221, 222: Mehrschichtstapel
30: Magnetsensor (Magnetismus-Erfassungsvorrichtung)
P: gepinnte Magnetisierungsrichtung der gepinnten Magnetschicht 3
P1: gepinnte Magnetisierungsrichtung der ersten Magnetschicht 3A
P2: gepinnte Magnetisierungsrichtung der zweiten Magnetschicht 3C
32X, 32Y: Vollbrückenschaltung
33: Stromversorgungsanschluss
Vdd: Stromversorgungsspannung
34: Masseanschluss
GND: Massepotential
32Xa: erster serieller Abschnitt der Vollbrückenschaltung 32X
35Xa: Mittelpunkt des ersten seriellen Abschnitts 32Xa
OutX1: Ausgangspotential am Mittelpunkt 35Xa des ersten seriellen Abschnitts 32Xa
32Xb: zweiter serieller Abschnitt der Vollbrückenschaltung 32X
35Xb: Mittelpunkt des zweiten seriellen Abschnitts 32Xb
OutX2: Ausgangspotential am Mittelpunkt 35Xb des zweiten seriellen Abschnitts 32Xb
32Ya: erster serieller Abschnitt der Vollbrückenschaltung
35Ya: Mittelpunkt des ersten seriellen Abschnitts 32Ya
OutY1: Ausgangspotential am Mittelpunkt 35Ya des ersten seriellen Abschnitts 32Ya
32Yb: zweiter serieller Abschnitt der Vollbrückenschaltung 32Y
35Yb: Mittelpunkt des zweiten seriellen Abschnitts 32Yb
OutY2: Ausgangspotential am Mittelpunkt 35Yb des zweiten seriellen Abschnitts 32Yb
H: externes Magnetfeld
12: Elementabschnitt
13a, 13b: leitfähiger Bereich
14a, 14b: Verbindungsanschluss
SB: Substrat

Claims

Austauschgekoppelter Film (10), aufweisend: eine antiferromagnetische Schicht (2) und eine ferromagnetische Schicht (3), die zusammen gestapelt sind, wobei die antiferromagnetische Schicht (2) eine Struktur aufweist, die eine Ir-Mn-Schicht (2a), eine erste PtMn-Schicht (2b, 8b), eine PtCr-Schicht (2c, 8c) und eine zweite PtMn-Schicht (2d, 8d) beinhaltet, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei sich die IrMn-Schicht (2a) nahe bei der ferromagnetischen Schicht (3) befindet.
Austauschgekoppelter Film (10) nach Anspruch 1, wobei die Struktur ferner eine PtMn-Schicht enthält, die zwischen die IrMn-Schicht (2a) und die ferromagnetische Schicht (3) gestapelt ist.
Austauschgekoppelter Film (10), aufweisend: eine antiferromagnetische Schicht (2) und eine ferromagnetische Schicht (3), die zusammen gestapelt sind, wobei die antiferromagnetische Schicht (2) eine Struktur aufweist, die eine erste PtMn-Schicht (2b, 8b), eine PtCr-Schicht (2c, 8c) und eine zweite PtMn-Schicht (2d, 8d) beinhaltet, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei sich die erste PtMn-Schicht (2b, 8b) nahe bei der ferromagnetischen Schicht (3) befindet und eine Dicke der PtCr-Schicht (d3, D3) größer ist als sowohl eine Dicke der ersten PtMn-Schicht (d4, D4) als auch eine Dicke der zweiten PtMn-Schicht.
Austauschgekoppelter Film (10) nach Anspruch 3, wobei die antiferromagnetische Schicht (2) eine Mn-haltige Schicht mit einem Mn-Gehalt von mehr als 50 At.-% zwischen der ersten PtMn-Schicht (2b, 8b) und der ferromagnetischen Schicht (3) aufweist.
Austauschgekoppelter Film (10) nach Anspruch 4, wobei die Mn-haltige Schicht mehrere zusammen gestapelte Schichten aufweist.
Austauschgekoppelter Film (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Mn-haltige Schicht mindestens eine Schicht aufweist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer IrMn-Schicht und einer Mn-Schicht.
Austauschgekoppelter Film (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Mn-haltige Schicht eine Dicke von 1,2 nm oder weniger aufweist.
Austauschgekoppelter Film (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite PtMn-Schicht (2d, 8d) eine Dicke von mehr als 0 nm und weniger als 6,0 nm aufweist.
Austauschgekoppelter Film (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite PtMn-Schicht (2d, 8d) eine Dicke von 1,5 nm oder mehr und 5,5 nm oder weniger aufweist.
Austauschgekoppelter Film (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die PtCr-Schicht (2c, 8c) eine Dicke von 10,0 nm oder mehr aufweist.
Austauschgekoppelter Film (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die antiferromagnetische Schicht (2) eine Gesamtdicke von 20,0 nm oder weniger aufweist.
Magnetoresistives Element, aufweisend den austauschgekoppelten Film (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und eine freie Magnetschicht (5), die zusammen gestapelt sind, wobei die ferromagnetische Schicht (3) des austauschgekoppelten Films (10) in mindestens einem Teil einer gepinnten Magnetschicht (3) enthalten ist.
Magnetismus-Erfassungsvorrichtung (30) mit dem magnetoresistiven Element nach Anspruch 12.
Magnetismus-Erfassungsvorrichtung (30) nach Anspruch 13, wobei das magnetoresistive Element nach Anspruch 12 eines von einer Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen ist, die auf demselben Substrat (SB) angeordnet sind, und wobei die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen die gepinnten Magnetschichten (3, 3A, 3C) mit unterschiedlichen gepinnten Magnetisierungsrichtungen (P, P1, P2) beinhalten.