用于感测外部磁场的MLU单元和包括MLU单元的磁性传感器装置
专利汇可以提供用于感测外部磁场的MLU单元和包括MLU单元的磁性传感器装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及一种用于感测外部 磁场 的MLU单元，其包括 磁隧道结 ，所述磁隧道结包含：感测层，其具有适于通过外部磁场定向的感测磁化；参考层，其具有参考磁化；隧道势垒层；具有偏置磁化的偏置层和偏置反 铁 磁层 ，所述偏置反铁磁层在低 阈值 温度 下钉扎基本上平行于被钉扎的参考磁化的偏置磁化并在高阈值温度下解放其；在感测层与偏置层之间的偏置耦合层，所述偏置耦合层被配置成用于磁耦合偏置层和感测层使得感测磁化被定向成基本上垂直于被钉扎的偏置磁化和被钉扎的参考磁化。本公开进一步涉及一种用于感测外部磁场的 磁性 传感器 装置，其包括多个MLU单元。，下面是用于感测外部磁场的MLU单元和包括MLU单元的磁性传感器装置专利的具体信息内容。
1.一种用于感测外部磁场的MLU单元，其包括磁隧道结，所述磁隧道结包含：感测层，其具有适于通过所述外部磁场定向的感测磁化；参考层，其具有参考磁化；参考反铁磁层，其在低阈值温度下钉扎所述参考磁化并在高阈值温度下解放所述参考磁化；以及在所述感测层与所述参考层之间的隧道势垒层；
具有偏置磁化的偏置层和偏置反铁磁层，所述偏置反铁磁层在所述低阈值温度下钉扎所述偏置磁化并在所述高阈值温度下解放所述偏置磁化；
被钉扎的所述偏置磁化被定向成基本上平行于被钉扎的所述参考磁化；以及
在所述感测层与所述偏置层之间的偏置耦合层，所述偏置耦合层包括反铁磁性类型的磁性材料并且被配置成用于磁耦合所述偏置层和所述感测层，使得所述感测磁化被定向成基本上垂直于被钉扎的所述偏置磁化和被钉扎的所述参考磁化；
所述磁隧道结进一步包括在所述感测层与所述偏置耦合层之间的非磁性间隔物层，所述非磁性间隔物层包括下述中的一者：Ta、Mg、Al、Ru、Cu、Pt、Pd、Hf、Cr、Nb、Zn或含有这些元素中的任一者的任何合金或氧化物，且被配置成用于调节所述耦合层的所述磁耦合的强度。
2.根据权利要求1所述的MLU单元，其中，所述偏置层包括反铁磁性材料。
3.根据权利要求2所述的MLU单元，其中，所述反铁磁性材料包括下述的组合中的任一者：FeMn、IrMn、PtMn、NiO、CoO或任何基于Mn或O的反铁磁性物质，诸如CoFeO、NiFeO或任何基于Co、Fe、Ni或Mn的反铁磁性物质。
4.根据权利要求1所述的MLU单元，其中，被钉扎的偏置层是合成铁磁层，所述合成铁磁层包括通过间隔物层反铁磁性地耦合的第一铁磁被钉扎层和第二被钉扎的铁磁层。
5.根据权利要求1所述的MLU单元，其中，所述感测层是合成铁磁层，所述合成铁磁层包括通过感测间隔物层反铁磁性地耦合的第一铁磁感测层和第二铁磁感测层。
6.一种用于感测外部磁场的磁性传感器装置，其包括：
多个分支，每个分支均包括多个MLU单元的子集，
每个MLU单元均包括磁隧道结，所述磁隧道结包含：感测层，其具有适于通过所述外部磁场定向的感测磁化；参考层，其具有参考磁化；参考反铁磁层，其在低阈值温度下钉扎所述参考磁化并在高阈值温度下解放所述参考磁化；以及在所述感测层与所述参考层之间的隧道势垒层；具有偏置磁化的偏置层和偏置反铁磁层，所述偏置反铁磁层在所述低阈值温度下钉扎所述偏置磁化并在所述高阈值温度下解放所述偏置磁化；被钉扎的所述偏置磁化被定向成基本上平行于被钉扎的所述参考磁化；以及在所述感测层与所述偏置层之间的偏置耦合层，所述偏置耦合层包括反铁磁性类型的磁性材料并且被配置成用于磁耦合所述偏置层和所述感测层，使得所述感测磁化被定向成基本上垂直于被钉扎的所述偏置磁化和被钉扎的所述参考磁化；所述磁隧道结进一步包括在所述感测层与所述偏置耦合层之间的非磁性间隔物层，所述非磁性间隔物层包括下述中的一者：Ta、Mg、Al、Ru、Cu、Pt、Pd、Hf、Cr、Nb、Zn或含有这些元素中的任一者的任何合金或氧化物，且被配置成用于调节所述耦合层的所述磁耦合的强度；
每个子集均通过电流线串联电连接，所述电流线被配置成用于使编程电流通过，所述编程电流适于将所述子集中的所述MLU单元加热到所述高阈值温度之上，以便解放所述参考磁化和所述偏置磁化；
每个分支均进一步包括用于施加编程磁场的构件，所述磁场被配置成当在所述高阈值温度下加热所述MLU单元时，使所述子集中所包括的所述MLU单元的所述参考磁化和所述偏置磁化在编程方向上对准。
7.根据权利要求6所述的磁性传感器装置，其中，每个子集均与场力线连通，所述场力线被布置成用于使场电流通过以诱发所述编程磁场；并且其中，用于施加编程磁场的所述构件包括使所述场电流在所述场力线中通过。
8.根据权利要求6所述的磁性传感器装置，其中，所述多个分支包括：第一分支，其电连接第一子集以用于感测所述外部磁场的第一分量；第二分支，其电连接第二子集以用于感测所述外部磁场的第二分量；以及第三分支，其电连接第三子集以用于感测所述外部磁场的第三分量。
9.根据权利要求8所述的磁性传感器装置，其中，所述第二分支相对于所述第一分支被定向在大约45°处，并且其中，所述第三分支被定向成基本上垂直于所述第一分支。
10.一种用于编程包括多个分支的磁性传感器装置的方法，每个分支均包括多个MLU单元的子集；
每个MLU单元均包括磁隧道结，所述磁隧道结包含：感测层，其具有适于通过外部磁场定向的感测磁化；参考层，其具有参考磁化；参考反铁磁层，其在低阈值温度下钉扎所述参考磁化并在高阈值温度下解放所述参考磁化；以及在所述感测层与所述参考层之间的隧道势垒层；具有偏置磁化的偏置层和偏置反铁磁层，所述偏置反铁磁层在所述低阈值温度下钉扎所述偏置磁化并在所述高阈值温度下解放所述偏置磁化；被钉扎的所述偏置磁化被定向成基本上平行于被钉扎的所述参考磁化；以及在所述感测层与所述偏置层之间的偏置耦合层，所述偏置耦合层包括反铁磁性类型的磁性材料并且被配置成用于磁耦合所述偏置层和所述感测层，使得所述感测磁化被定向成基本上垂直于被钉扎的所述偏置磁化和被钉扎的所述参考磁化；所述磁隧道结进一步包括在所述感测层与所述偏置耦合层之间的非磁性间隔物层，所述非磁性间隔物层包括下述中的一者：Ta、Mg、Al、Ru、Cu、Pt、Pd、Hf、Cr、Nb、Zn或含有这些元素中的任一者的任何合金或氧化物，且被配置成用于调节所述耦合层的所述磁耦合的强度；
每个子集均通过电流线串联电连接，所述电流线被配置成用于使编程电流通过，所述编程电流适于将所述子集中的所述MLU单元加热到所述高阈值温度之上，以便解放所述参考磁化和所述偏置磁化；
每个分支均进一步包括用于施加编程磁场的构件，所述磁场被配置成当在所述高阈值温度下加热所述MLU单元时，使所述子集中所包括的所述MLU单元的所述参考磁化和所述偏置磁化在编程方向上对准；
所述方法包括：
使所述编程电流在所述电流线中通过，以便在所述高阈值温度下加热对应的所述子集中所包括的所述MLU单元并松开所述参考磁化和所述偏置磁化；
一旦在所述高阈值温度下加热所述子集中所包括的所述MLU单元，就施加编程磁场以用于使所述子集中所包括的所述MLU单元的所述参考磁化和所述偏置磁化在编程方向上对准；
将所述子集中所包括的所述MLU单元冷却到所述低阈值温度以便在所述编程方向上钉扎所述参考磁化和所述偏置磁化的转换，所述感测磁化基本上垂直于所述编程方向对准。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，执行使所述编程电流通过、转换所述参考磁化和所述偏置磁化及冷却所述MLU单元的步骤，使得每个分支均被顺序地或同时地编程。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，每个子集均与场力线连通，所述场力线被布置成用于使场电流通过以诱发所述编程磁场；并且
其中，施加编程磁场包括使场电流在所述场力线中通过。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，施加所述编程磁场至少直至所述子集中的所述MLU单元已冷却到所述低阈值温度为止。
14.一种用于通过使用包括多个分支的磁性传感器装置来感测外部磁场的方法，每个分支均包括多个MLU单元的子集；
每个MLU单元均包括磁隧道结，所述磁隧道结包含：感测层，其具有适于通过所述外部磁场定向的感测磁化；参考层，其具有参考磁化；参考反铁磁层，其在低阈值温度下钉扎所述参考磁化并在高阈值温度下解放所述参考磁化；以及在所述感测层与所述参考层之间的隧道势垒层；具有偏置磁化的偏置层和偏置反铁磁层，所述偏置反铁磁层在所述低阈值温度下钉扎所述偏置磁化并在所述高阈值温度下解放所述偏置磁化；被钉扎的所述偏置磁化被定向成基本上平行于被钉扎的所述参考磁化；以及在所述感测层与所述偏置层之间的偏置耦合层，所述偏置耦合层包括反铁磁性类型的磁性材料并且被配置成用于磁耦合所述偏置层和所述感测层，使得所述感测磁化被定向成基本上垂直于被钉扎的所述偏置磁化和被钉扎的所述参考磁化；所述磁隧道结进一步包括在所述感测层与所述偏置耦合层之间的非磁性间隔物层，所述非磁性间隔物层包括下述中的一者：Ta、Mg、Al、Ru、Cu、Pt、Pd、Hf、Cr、Nb、Zn或含有这些元素中的任一者的任何合金或氧化物，且被配置成用于调节所述耦合层的所述磁耦合的强度；
每个子集均通过电流线串联电连接，所述电流线被配置成用于使编程电流通过，所述编程电流适于将所述子集中的所述MLU单元加热到所述高阈值温度之上，以便解放所述参考磁化和所述偏置磁化；
每个分支均进一步包括用于施加编程磁场的构件，所述磁场被配置成当在所述高阈值温度下加热所述MLU单元时，使所述子集中所包括的所述MLU单元的所述参考磁化和所述偏置磁化在编程方向上对准；
所述方法包括使感测电流在所述分支中通过。
用于感测外部磁场的MLU单元和包括MLU单元的磁性传感器
装置
技术领域
背景技术
同时参考磁化保持不受外部磁场的干扰。因此，能够通过测量磁隧道结的电阻来感测外部
磁场，所述电阻取决于通过外部磁场定向的感测磁化和固定参考磁化的相对定向。
现。在制造磁隧道结期间，能够通过溅射状况（例如，通过施加磁场）来定义感测层的各向异性轴线的定向。
元，所述磁隧道结包括：感测层21，其具有感测磁化210；参考层23，其具有参考磁化230；参考反铁磁层24，其在低阈值温度下钉扎参考磁化230并在高阈值温度下解放其；以及隧道势垒层22。感测磁化210被配置成可在外部磁场中定向，使得由感测磁化210和参考磁化230的相对定向所确定的磁隧道结2的电阻改变。
且在处于大约90°的子集103中被定向成基本上平行于参考磁化230。
关联单元的转换场。在每个堆栈中的两个单元中的自由层使其平面内的易磁化轴线彼此平
行对准。
定向。感测层中的磁定向响应于外部磁场旋转。
场互相抵消，且偏置堆栈为第一SV堆栈和第二SV堆栈的感测层提供磁通封闭。
以由于传导电子的同相散射而增加在自由层结构的每一侧上的电阻变化。
发明内容
偏置磁化并在高阈值温度下解放偏置磁化；被钉扎的偏置磁化定向成基本上平行于被钉扎
的参考磁化；在感测层与偏置层之间的偏置耦合层，所述偏置耦合层包括反铁磁性类型的
磁性材料且被配置成用于磁耦合偏置层和感测层，使得感测磁化被定向成基本上垂直于被
钉扎的偏置磁化和被钉扎的参考磁化；磁隧道结进一步包括在感测层与偏置耦合层之间的
非磁性间隔物层，所述非磁性间隔物层包括下述中的一者：Ta、Mg、Al、Ru、Cu、Pt、Pd、Hf、Cr、Nb、Zn或含有这些元素中的任一者的任何合金或氧化物，且被配置成用于调节耦合层的磁
耦合的强度。
具体实施方式
和储存层23的其他实施方式。例如，感测层21和储存层23中的任一者或两者能够以与所谓
的合成反铁磁层的方式类似的方式包括多个子层。
来稳定或钉扎参考磁化230。低阈值温度TL能够对应于低于阻挡温度、奈耳温度或另一个阈值温度的温度。当温度处于高阈值温度TH（即，处于阻挡温度之上的温度）时，参考钉扎层24使参考磁化230去钉扎或退耦，由此允许参考磁化230转换到另一个方向。
构型中，偏置钉扎层26的低阈值温度TLP和高阈值温度THP基本上与参考钉扎层24的低阈值
温度TL和高阈值温度TH相同。
270。
反铁磁性地耦合（例如，经由s RKKY相互作用）第一偏置铁磁层271和第二偏置铁磁层272。
如图5中所图示的，感测层21也能够为合成铁磁层，其包括具有第一参考磁化230'的第一参考铁磁层231和具有第二参考磁化230''的第二参考铁磁层232。参考间隔物层233反铁磁性
地耦合（例如，经由s RKKY相互作用）第一参考铁磁层231和第二参考铁磁层232。参考间隔物层233和/或偏置间隔物层273能够由Ru制成。
度。这种调节通过调整非磁性间隔物29的厚度是可能的。非磁性间隔物层29包括下述，或由以下述形成：Ta、Mg、Al、Ru、Cu、Pt、Pd、Hf、Cr、Nb、Zn或含有这些元素中的任一者的任何合金或氧化物，且具有等于或小于大约2 nm的厚度。
型。磁性传感器装置100包括多个分支101、102、103，其中，每个分支均包括分别串联电连接到电流线3的电流部分301、302、303的多个MLU单元1的子集。磁性传感器装置100进一步包括被配置成用于使编程场电流41通过以诱发编程磁场42的编程线4。编程线包括编程线部
分401、402、403，每个编程线部分分别寻址对应分支101、102、103。
101、102、103能够包括一行MLU单元1或者两行或更多邻近行的MLU单元。编程场电流41能够在各自的编程线部分401、402、403中单独地通过。替代地，编程线部分401、402、403能够串联电连接，使得编程场电流41在编程线部分401、402、403中同时通过。
线x定向在大约90°的角度处的第三分支103。第一分支101、第二分支102和第三分支103中
所包括的MLU单元分别由第一编程线部分401、第二编程线部分402和第三编程线部分403寻
址。第一编程线部分401、第二编程线部分402和第三编程线部分403串联电连接，以便形成编程电流41在其中通过的单个编程线4。
101、102、103中所包括的MLU单元1的参考磁化230和偏置磁化270的平均方向分别由点箭头
230和270表示。
103中的MLU单元1已被编程，就独立于分支101、102、103的构型，使感测磁化210基本上垂直于参考磁化230对准。在图6的示例中，感测磁化的平均方向（由虚线箭头210表示）被定向成在处于大约0°的分支101中基本上垂直于参考磁化230、在处于大约45°的分支102中被定向
成处于大约45°的角度，且在处于大约90°的分支103中被定向成基本上平行于参考磁化
230。
CoFeB2”对应于感测层21。图7a的磁滞回线使用垂直于编程场42或退火场的磁场H（横向磁场）测量。图7b的磁滞回线使用平行于编程场42或退火场的磁场H（纵向磁场）测量。如在图
7b中能够看到，当在纵向方向上测量时，感测磁化210呈现线性行为，其中插入图放大了磁滞回线的线性部分。相反地，如在图7a中能够看到，当在横向方向上测量时，感测磁化210呈现迟滞行为，其中插入图放大了磁滞回线的迟滞部分。
301、302、303中通过的序列分别由在三个分支101、102、103中顺序通过的三个电流脉冲
i101、i102和i103示出。在图9b中，在编程线部分401、402、403中施加编程磁场42（在图9b中由符号H指示）的序列分别由在寻址分支101、102、103的三个编程线部分401、402、403中顺序通过的三个编程场脉冲H401、H402和H403示出。如图9a和图9b中所示，编程场脉冲H401、H402、H403长于电流脉冲i101、i102、i103，使得编程场42被施加直至子集中的MLU单元1已冷却到低阈值温度TL为止。
对定向确定。能够通过使感测场电流43在编程线部分401、402、403中通过来改变感测磁化
210，以便产生感测磁场44。场电流43能够为交替的，以便根据感测场电流43的极性来调制感测磁场44和平均电阻R。由于感测磁化210最初基本上垂直于参考磁化230，所以响应将为线性的。
性传感器装置100。霍尔效应能够导致电导体两端的电压差（霍尔电压），横向于导体中的电流和垂直于电流的磁场。基于霍尔效应，可确定外部磁场在第三维度中的分量。
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