Brevet FR2715507A1 — publié le 19950728

TORE SI STANCE MULTICOUCHE POLARISEZ DESCRIPTION Domaine technique La présente invention a pour objet une magnétorésistance multicouche polarisée. Elle trouve une application, notamment, dans la réalisation de têtes magnétiques de lecture et d'écriture. Etat de la technique Une magnétorésistance est un composant dont la résistance électrique dépend du champ magnétique qui lui est appliqué. Ces composants sont utilisés notamment dans certaines têtes magnétiques de lecture. De telles tetes sont décrites, par exemple, dans les documents FR-A-2 645 314 et FR-A-2 657 189. La figure 1 annexée montre la courbe idéale des variations de la résistance R d'une magnétorésistance en fonction du champ magnétique appliqué Ha. Cette courbe culmine à une valeur Ro obtenue pour un champ nul et présente deux segments sensiblement rectilignes S1, S2, où se situent généralement la zone de fonctionnement. Pour cela, on applique à la magnétorésistance un champ de polarisation Hpol qui correspond sensiblement au milieu de l'un de ces segments. La variation de résistance observée est alors une fonction sensiblement linéaire du champ à mesurer. La figure 1 montre encore la plage de variation de résistance AR pour une plage de variation AH du champ a mesurer. Cette technique est imparfaite dans le cas des magnétorésistances multicouches. Ces magnétorésistances peuvent être constituées de couches en alliage FeNi séparées par des couches de cuivre, comme décrit dans l'article de S.S.P. PARKIN intitulé "Oscillations in Giant Magnetoresistance and Antiferromagnetic Coupling in [NiglFel9/Cu]N N Multilayers", publié dans la revue "Appl. Phys. Lett.", 60, n04, janvier 1992, p. 512-514 et dans l'article de R. NAKATANI et al., publié dans la revue "IEEE Transactions on Magnetics", vol. 28, n05, septembre 1992, p. 2668-2670 et intitulé "Giant Magnetoresistance in Ni-Fe/Cu Multilayers Formed by Ion Beam Sputtering". On connaît encore des magnétorésistances multicouches formées de couches minces de FeNi séparées par des couches d'argent, comme décrit dans l'article de B. RODMACQ et al., publié dans "Journal of Magnetism and Magnetic Materials", 118, 1993, p. Lll-L16 et intitulé "Magnetoresistive Properties and Thermal Stability of Ni-Fe/Ag Multilayers". Ces nouveaux matériaux ont la propriété d'être fortement magnétorésistifs, c'est-à-dire d'avoir un rapport de variation relative de résistivité allant de 10 à 20%, et de présenter des champs magnétiques à saturation faibles, inférieurs à 40 kA/m. Dans une tête d'écriture et de lecture, l'élément magnétorésistant est soumis alternativement a des champs très différents, d'abord très intenses (de l'ordre de quelques centaines d'Oersteds, soit quelques centaines de A/m) lors de l'opération d'écriture, puis plus faibles (de l'ordre de quelques Oersteds, soit quelques dizaines de kA/m) lors de la lecture. Immédiatement après l'écriture, l'élément magnétorésistant multicouche se trouve encore perturbé par le champ très intense qu'il a subi et le signal prélevé lors de la lecture ne reproduit pas fidèlement la valeur du champ. Le signal de lecture n'est donc pas toujours constant pour un même champ de lecture : il dépend de la phase d'écriture qui a précédé. Par ailleurs, ce signal peut changer d'une magnétorésistance à l'autre. La présente invention a justement pour but de remédier à. ces inconvénients en proposant un mode de polarisation particulier de ces magnétorésistances multicouches. Exposé de 1'invention Une étude détaillée du comportement des magnétorésistances multicouches a permis aux Demandeurs de définir une zone privilégiée de polarisation de la magnétorésistance. Comme on le comprendra mieux par la suite, il est apparu aux Demandeurs que les magnétorésistances multicouches présentaient un phénomène d'hystérésis. Sur la courbe montrant les variations de résistance en fonction du champ apliqué, ce phénomène se traduit par l'existence d'un point d'embranchement en dessous duquel la résistance de l'élément prend l'une ou l'autre de deux valeurs selon le sens de variation du champ appliqué (champ décroissant ou croissant). Par ailleurs, la courbe des variations de résistance présente un point d'inflexion vers les champs s'approchant de la valeur pour laquelle variation de résistance s'annule, c'est-à-dire pour le champ de saturation. Selon l'invention, la magnétorésistance est alors polarisée dans la zone située entre ces deux points particuliers (le point d'embranchement et le point d'inflexion). Grâce à cette disposition, on peut accepter que les matériaux destinés à constituer La magnétorésistance présentent des boucles d'hystérésis plus ou moins ouvertes ou, ce qui revient au même, des champs coercitifs plus ou moins intenses, car la zone dans laquelle la magnétorésistance va fonctionner, grâce à sa polarisation particulière, sera affranchie de ces dispersions de fabrication. I1 n'y aura donc plus de variations d'intensité du signal de lecture, d'une magnétorésistance à l'autre. Par ailleurs, pour une même magnétorésistance, le signal ne sera plus instable après une forte perturbation magnétique due à l'opération d'écriture. De façon précise, la présente invention a donc pour objet une magnétorésistance multicouche polarisée, celle-ci présentant une résistance qui dépend du champ magnétique qui lui est appliqué, la courbe des variations de cette résistance en fonction du champ appliqué présentant un point d'inflexion obtenu pour un premier champ appliqué, puis un embranchement obtenu pour un second champ appliqué inférieur au précédent, cette magnétorésistance étant caractérisée par le fait qu'elle est polarisée par un champ magnétique dont l'intensité est comprise entre les intensités desdits premier et second champs. De préférence, le champ de polarisation est égal à la demi somme desdits premier et second champs. Brève description des dessins - la figure 1, déjà décrite, montre les variations idéales de la résistance d'un élément magnétorésistant monocouche en fonction du champ appliqué - la figure 2 montre les variations de la résistance d'une magnétorésistance multicouche - la figure 3 montre une courbe d'hystérésis d'un matériau multicouche - la figure 4 montre l'application d'une magnétorésistance selon l'invention à la réalisation d'une tête magnétique d'écriture et de lecture. Exposé détaillé d'un mode de réalisation La figure 2 montre les variations de résistance d'un élément magnétorésistant multicouche, par exemple en Ag/FeNi. Le champ appliqué Ha est porté en abscisses et la résistance R en ordonnées. On suppose que l'on part d'une situation à fort champ positif où l'élément est totalement saturé en direction du champ, ce qui correspond au point a situé sur l'axe des abscisses, à l'extrême droite de la figure 2. Lorsque le champ appliqué diminue, on parcourt la courbe en passant sur le point b puis par un point c, pour atteindre le premier sommet en d. Ce premier sommet n'apparait pas en champ nul, mais pour un champ négatif. En continuant à augmenter le champ (en valeurs négatives), on atteind un point e puis, à saturation, un point f situé sur l'axe des abscisses à l'extrême gauche. En diminuant le champ à nouveau, on parcourt la courbe en sens inverse en passant par des points , h, i, i et k. Le nouveau sommet i est obtenu en champ non nul et cette fois, ce champ est positif. La figure 2 montre, par ailleurs, que la courbe globale présente deux points d'embranchement, respectivement p et g et deux d'inflexion respectivement r et s. Comme les deux sommets d et i sont séparés et que l'intersection 1 des deux courbes s'effectue en dessous des deux sommets, les deux courbes sont asymétriques, et présentent donc des variations de pente. Les points b, i, e, g ont une pente égale que l'on notera P1. Les points c et h ont une pente P2 plus faible que P1. Les points m et n situés entre b et e, d'une part, et entre i et i, d'autre part, ont une pente P3 supérieure à P1. La forme si particulière de la courbe illustrant les variations de la résistance en fonction du champ s'explique par l'existence d'un phénomène d'hystérésis du matériau. En effet, la résistance du matériau est liée à l'aimantation dont il est le siège, qui est elle-meme liée au champ appliqué. La courbe d'hystérésis est représentée sur la figure 3. Le champ appliqué Ha est porté en abscisses et l'induction B en ordonnées. En partant du point A correspondant à la saturation et en parcourant le cycle d'hystérésis, on trouve une première branche comprise entre des points K et L, branche qui correspond au point b de la courbe de la figure 2, c'est-à-dire à la pente P1. En continuant à diminuer le champ jusqu'à l'inverser, on parcourt la partie comprise entre les points L et M correspondant au point c (figure 2), avec une pente P2 inférieure å P1. Au point M correspondant à un champ appliqué égal au champ coercitif, l'aimantation change de sens, ce qui se traduit par une diminution de la résistance. Cela correspond au point m de la courbe de résistance, avec une pente P3 supérieure à P1, et ce, jusqu'à un point N. En continuant à augmenter le champ (en valeurs négatives), on parcourt une branche NO correspondant à une pente P1 sur la courbe de résistance, (point e). Après saturation en négatif et retour en positif, on parcourt les branches ON correspondant au point 9 sur la courbe de résistance, de pente P1, puis une branche NP où le champ est négatif, puis une branche PL, puis la branche LK et enfin la saturation en positif. Selon la régularité de l'épaisseur des couches déposées, la pureté de ces couches, la concentration de fer par rapport au nickel, les contraintes exercées, le recuit effectué, etc... différents cycles d'hystérésis peuvent être observés, plus ou moins ouverts. Si les conditions de préparation et de recuit sont bien contrôlées, on peut obtenir un cycle fermé, qui présente un champ coercitif transverse faible. A l'inverse, d'autres couches moins bien contrôlées peuvent présenter un cycle ouvert avec un champ coercitif beaucoup plus fort. Comme il est très difficile de contrôler parfaitement tous les paramètres de dépôt, il convient d'accepter, en production de masse, une certaine dispersion du champ coercitif transverse. La plus ou moins grande ouverture du cycle d'hystérésis près de l'origine des axes va induire des variations de pentes de la fonction résistance-champ, ce qui va provoquer des variations d'amplitude du signal de lecture, ce que l'on veut éviter. Cet inconvénient est évité selon l'invention en fixant le point de fonctionnement sur les parties de la courbe des variations de la résistance qui présente une pente P1 (points b, it e, g) (figure 2), ou, ce qui revient au même, sur les branches KL ou NO du cycle d'hystérésis (figure 3). Il convient donc de placer le point de polarisation entre le début de la séparation des deux courbes, c'est-à-dire les points d'embranchement p ou , et le début de l'arrondi de la courbe de résistance, c' est-à-dire, en pratique, avant les points d'inflexion. Si l'on note Hemb le champ magnétique correspondant à l'embranchement p (ou q) et Hinf le champ magnétique correspondant au point d'inflexion r (ou s), on appliquera donc un champ de polarisation compris entre Hemb et Hinf (soit Hpoll pour un champ positif et Hpol2 pour un champ négatif). De préférence, on appliquera un champ de polarisation égal à 1/2 (Hemb + Hinf). Pour polariser ainsi une magnétorésistance multicouche, de nombreux moyens sont possibles. L'un de ces moyens consiste à disposer, à proximité de la magnétorésistance, un conducteur traversé par un courant. Ce courant crée un champ magnétique qui va traverser la magnétorésistance et la polariser. Il suffit alors de régler l'intensité du courant passant dans le conducteur pour ajuster le champ traversant la magnétorésistance à la valeur de polarisation appropriée. La figure 4 montre, à titre illustratif, comment mettre en oeuvre l'invention dans une tête magnétique d'écriture et de lecture. Une telle tete a été décrite dans la demande de brevet français n093 13249 déposée par les présents Demandeurs le 8 novembre 1993. La tête est représentée en coupe. On y voit un substrat semiconducteur 10, une couche magnétique inférieure 14, deux piliers magnétiques 161, 162, un bobinage conducteur 18, deux pièces magnétiques 301, 302 formant un premier entrefer 32, un élément magnétorésistant multicouche 50 placé au-dessus de l'entrefer 32, un conducteur de polarisation 80, traversé par un courant circulant perpendiculairement au plan de la figure, deux pièces polaires 901, 902 définissant un second entrefer 100, qui est l'entrefer défilant devant le support d'enregistrement magnétique (non représenté), le tout étant noyé dans un isolant 102. Par réglage du courant circulant dans le conducteur 80, on polarisera la magnétorésistance 50 à la valeur appropriée qui vient d'être définie. REVENDICATIONS 1. Magnétorésistance multicouche polarisée, celleci présentant une résistance (R) qui dépend du champ magnétique (Ha) qui lui est appliqué, la courbe des variations de cette résistance en fonction du champ appliqué présentant un point d'inflexion (r, s) obtenu pour un premier champ appliqué (Hinf), puis un embranchement (p, q) obtenu pour un second champ appliqué (Hemb) inférieur au premier (Hinf), cette magnétorésistance étant caractérisée par le fait qu'elle est polarisée par un champ magnétique (Hpoll, Hpol2) dont l'intensité est comprise entre les intensités desdits premier et second champs (Hemb, Hinf). 2. Magnétorésistance multicouche polarisée selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le champ de polarisation (Hpoll, Hpol2) est égal sensiblement à la demi somme desdits premier et second champs (1/2 (Hemb+Hinf)).