(57)【要約】【課題】感度が改善され、不揮発性であり、電力の散逸が少ない、磁界を検知するための装置および方法の実現。【解決手段】本発明は磁界検出センサを含む。磁界検出センサは、第１のセンス層（２２０）と第１の基準層（２１０）とを含む第１の磁気センサ（２００）を含む。第２の磁気センサ（２０２）は、第２のセンス層（２２２）と第２の基準層（２１２）とを含む。第１の磁気センサ（２００）は、磁界検出センサによって検出される外部磁界によって第１の基準層（２１０）に対する第１のセンス層（２２０）の相対的な磁気の向きが第２の基準層（２１２）に対する第２のセンス層（２２２）の相対的な磁気の向きと反対になるように、第２の磁気センサ（２０２）に対して物理的に配置される。差動増幅器が、第１の接合センサと第２の接合センサの相対的な磁気の向きを検知できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界検出センサであって、
第１のセンス層（２２０）と第１の基準層（２１０）とを含む第１の磁気センサ（２００）と、
第２のセンス層（２２２）と第２の基準層（２１２）とを含む第２の磁気センサ（２０２）と、
前記磁界検出センサによって検出される外部磁界によって、前記第１の基準層（２１０）に対する前記第１のセンス層（２２０）の相対的な磁気の向きが前記第２の基準層（２１２）に対する前記第２のセンス層（２２２）の相対的な磁気の向きと反対になるように、前記第１の磁気センサ（２００）が前記第２の磁気センサ（２０２）に対して物理的に配置されることと、及び
前記第１の磁気センサ（２００）および第２の磁気センサ（２０２）の相対的な磁気の向きを検知するための差動増幅器とを備える、磁界検出センサ。
【請求項２】
前記第１の磁気センサ（２００）および前記第２の磁気センサ（２０２）がそれぞれ、磁気トンネル接合センサである、請求項１に記載の磁界検出センサ。
【請求項３】
前記第１の基準層（２１０）に対する前記第１のセンス層（２２０）の磁気の向きが、前記第１の磁気センサ（２００）の抵抗を決定する、請求項１に記載の磁界検出センサ。
【請求項４】
前記第２の基準層（２１２）に対する前記第２のセンス層（２２）の磁気の向きが、前記第２の磁気センサ（２０２）の抵抗を決定する、請求項１に記載の磁界検出センサ。
【請求項５】
前記第１の基準層（７１０）および前記第２の基準層（７１２）が、同じ方向に固定された磁気の向きを有する、請求項１に記載の磁界検出センサ。
【請求項６】
前記第１のセンス層が、第１の合成強磁性構造センス層からなり、前記第２のセンス層が、第２の合成強磁性構造センス層からなる、請求項５に記載の磁界検出センサ。
【請求項７】
各合成強磁性構造センス層が、非磁性スペーサ材料（７２６、７３６）によって分離される第１の強磁性層（７２２、７３２）および第２の強磁性層（７２４、７３４）を含み、前記強磁性層はそれぞれ、前記第１の強磁性層（７２２、７３２）および第２の強磁性層（７２４、７３４）が反強磁性結合されるような厚みと材料タイプからなる、請求項６に記載の磁界検出センサ。
【請求項８】
前記第１の強磁性層の第１の厚みが、前記第２の強磁性層の第２の厚みとは異なり、それにより前記第１の強磁性層の第１の磁化が、前記第２の強磁性層の第２の磁化を部分的にのみ相殺する、請求項７に記載の磁界検出センサ。
【請求項９】
前記強磁性層がそれぞれ、軟磁性材料からなる、請求項７に記載の磁界検出センサ。
【請求項１０】
前記第１の基準層（２１０）および前記第２の基準層（２１２）が、反対の方向に固定された磁気の向きを有する、請求項１に記載の磁界検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して磁界を検知することに関する。より詳細には、本発明は、少なくとも２つの磁気センサを用いて磁界を検知するための装置、システム、および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁界検出は、磁気ディスクまたはテープのような磁気媒体の表面に格納された情報を読み出すために使用され得る。磁気センサは、磁気媒体に物理的に近接して配置され、磁気的に格納された情報を検知できるようにしなければならない。
【０００３】
磁界の存在を検出するために用いることができるデバイスは、磁気トンネル接合センサである。図１は、磁気トンネル接合センサ１００の一実施形態を示す。磁気トンネル接合センサ１００は、ピン止めされた層１１０と、センス層１２０と、絶縁層１３０とを含む。
【０００４】
ピン止め層１１０は、固定され、対象の範囲内に磁界がかけられても回転することがない磁化の向きを有する。センス層１２０は、２つの方向のうちのいずれかの方向に向けられることができる磁化を有する。センス層１２０の第１の磁化の向きは、ピン止め層１１０の固定された磁化の向きと同じ方向である。センス層１２０の第２の磁化の向きは、ピン止め層１１０の固定された磁化の向きと反対の方向である。
【０００５】
センス層１２０の磁化の向きは、センス層１２０の付近において、そのセンス層１２０に最後にかけられた外部磁界の方向に対応する方向に概ね一致する。その磁界が検出されるためには、その外部磁界は、センス層１２０の向きを変更するのに十分な磁界強度を持たなければならない。
【０００６】
磁気トンネル接合センサ１００の両端の抵抗の大きさは、ピン止め層１１０の磁気の向きに対するセンス層１２０の磁気の向きに応じて変化する。通常、センス層１２０がピン止め層１１０と反対の方向の磁気の向きを有する場合には、磁気トンネル接合センサ１００の両端の抵抗は大きくなる。センス層１２０がピン止め層１１０と同じ方向の磁気の向きを有する場合には、磁気トンネル接合センサ１００の両端の抵抗は小さくなる。それゆえ、磁気トンネル接合センサ１００の両端の抵抗を用いて、磁界の方向を検出することができる。なぜなら、磁界の方向が、ピン止め層１１０に対するセンス層１２０の磁気の向き、それゆえ磁気センサ１００の両端の抵抗を決定するためである。
【０００７】
図１の磁気センサ１００の感度は制限される。磁気センサの抵抗状態は、読み取られた抵抗を所定の抵抗閾値と比較し、その比較に基づいて磁気センサの状態を判定することにより決定される。すなわち、読み取られた抵抗が所定の閾値よりも小さい場合には、磁気センサの状態は第１の状態である。読み取られた抵抗が所定の閾値よりも大きい場合には、磁気センサの状態は第２の状態である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、改善された感度を提供し、不揮発性であり、電力の散逸が少ない、磁界を検知するための装置および方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、改善された感度を提供し、不揮発性であり、電力の散逸が少ない、磁界を検知するための装置および方法を含む。
【００１０】
本発明の第１の実施形態は磁界検出センサを含む。その磁界検出センサは、第１のセンス層と第１の基準層とを含む第１の磁気センサを含む。磁界検出センサはさらに、第２のセンス層と第２の基準層とを含む第２の磁気センサを含む。第１の磁気センサは、磁界検出センサによって検出される外部磁界によって第１の基準層に対する第１のセンス層の相対的な磁気の向きが第２の基準層に対する第２のセンス層の相対的な磁気の向きと反対になるように、第２の磁気センサに対して物理的に配置される。
【００１１】
本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を一例として例示する、添付図面とともになされる、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
例示のための図面に示されるように、本発明は、感度が改善され、不揮発性であり、電力の散逸が少ない、磁界を検知する装置およびシステムにおいて具現化される。
【００１３】
図２は本発明の一実施形態を示す。この実施形態は、物理的に互いに隣接して配置された２つの磁気トンネル接合センサ２００、２０２を含む。第１のトンネル接合センサ２００の第１の基準（ピン止め）層２１０は、第２のトンネル接合センサ２０２の第２の基準（ピン止め）層２１２の予め設定された磁気の向きとは反対の予め設定された磁気の向きを含む。
【００１４】
第１のトンネル接合センサ２００はさらに、第１のセンス層２２０と、第１の基準層２１０と第１のセンス層２２０とを分離する第１の絶縁性トンネル障壁２３０とを含む。第２のトンネル接合センサ２０２はさらに、第２のセンス層２２２と、第２の基準層２１２と第２のセンス層２２２とを分離する第２の絶縁性トンネル障壁２３２とを含む。
【００１５】
基準層２１０、２１２およびセンス層２２０、２２２は、強磁性材料から形成され得る。
【００１６】
磁気トンネル接合センサのセンス層および基準層の磁化が同じ方向である場合には、磁気トンネル接合センサの向きは「平行」であると呼ぶことができる。磁気トンネル接合センサのセンス層および基準層の磁化が反対の方向である場合には、磁気トンネル接合センサの向きは「反平行」であると呼ぶことができる。２つの向き、平行および反平行は、低抵抗または高抵抗の磁気センサ状態に対応することができる。
【００１７】
絶縁性トンネル障壁２３０、２３２によって、基準層２１０、２１２とセンス層２２０、２２２との間に量子力学トンネル効果が生じるようになる。そのトンネル効果は電子スピン依存性であり、磁気トンネル接合センサ２００、２０２の抵抗が、基準層２１０、２１２とセンス層２２０、２２２の磁化の方向の相対的な向きの関数になる。磁界の存在は、基準層２１０、２１２およびセンス層２２０、２２２の磁化の向きを確定することにより検出され得る。
【００１８】
磁気トンネル接合センサ２００、２０２のそれぞれの抵抗は、磁気トンネル接合センサ２００、２０２の磁化の向きが平行である場合には第１の値（Ｒ）であり、磁化の向きが反平行である場合には第２の値（Ｒ＋Δ）である。しかしながら、本発明は２つの層の磁化の向き、すなわち単に２つの層の磁化の向きに限定されない。
【００１９】
絶縁性トンネル障壁２３０、２３２は、酸化アルミニウム、二酸化シリコン、酸化タンタル、窒化シリコン、窒化アルミニウムまたは酸化マグネシウムから形成され得る。しかしながら、絶縁性トンネル障壁２３０、２３２のために、他の誘電体およびある特定の半導体材料を用いることもできる。絶縁性トンネル障壁２３０、２３２の厚みは、約０．５ｎｍ〜約３ｎｍの範囲内にすることができる。しかしながら、本発明はこの範囲に限定されない。
【００２０】
センス層２２０、２２２は強磁性材料から形成されてもよい。基準層２１０、２１２は、後述するように、人工反強磁性体とも呼ばれる合成フェリ磁性体（ＳＦ）として実施され得る。
【００２１】
第１のトンネル接合センサ２００の第１のセンス層２２０は、外部から印加される磁界の方向と一致する方向に概ねそろえられる。第２のトンネル接合センサ２０２の第２のセンス層２２２も、外部から印加される磁界の方向と一致する方向に概ねそろえられる。第１のトンネル接合センサ２００および第２のトンネル接合センサ２０２の配置および物理的な向きに起因して、第１のセンス層２２０および第２のセンス層２２２は一般に、外部磁界にさらされた後に同じ方向である磁気の向きを含む。
【００２２】
前述のように、磁気トンネル接合センサ２００、２０２の両端の抵抗は、基準（ピン止め）層２１０、２１２の磁化の向きに対するセンス層２２０、２２２の磁化の向きに直に依存する。また、前述したように、第１の基準層２１０の磁気の向きは、第２の基準層２１２の磁気の向きと反対の方向である。それゆえ、第１の磁気トンネル接合センサ２００の両端の抵抗、および第２の磁気トンネル接合センサ２０２の両端の抵抗は一般に、第１の磁気トンネル接合センサ２００および第２の磁気トンネル接合センサ２０２が外部磁界にさらされた後に大きく異なる。すなわち、磁気トンネル接合センサの一方は高抵抗（Ｒ＋ΔＲ）を含み、他方の磁気トンネル接合センサは低抵抗（Ｒ）を含む。
【００２３】
第１の磁気トンネル接合センサ２００は、磁界検出センサ２００、２０２によって検出される外部磁界によって、第１の基準層２１０に対する第１のセンス層２２０の相対的な磁気の向きが第２の基準層２１２に対する第２のセンス層２２２の相対的な磁気の向きと反対になるように、第２の磁気トンネル接合センサ２０２に対して物理的に配置される。
【００２４】
第１の磁気トンネル接合センサ２００、および第２の磁気トンネル接合センサ２０２の相対的な磁気の向きを検知するために、差動増幅器を用いることができる。すなわち、差動増幅器が、第１の磁気トンネル接合センサ２００と第２の磁気トンネル接合センサ２０２との間の抵抗差を検出する。
【００２５】
図３は、本発明の別の実施形態を示す。図３では、各磁気トンネル接合センサはセル（セル１およびセル２）として示される。セルは、物理的に並列構成で配置され得る。後述するように、本発明のいくつかの実施形態は、この並列構成にしたがって構成され得る。参照符号Ａ、ＢおよびＣは、外部電子回路との接点を示す。
【００２６】
図４は本発明の別の実施形態を示す。この場合も、各磁気トンネル接合センサはセルとして示される。セル（セル１およびセル２）は物理的に縦に並んだ構成で配置され得る。後述するように、本発明のいくつかの実施形態は、この縦に並んだ構成にしたがって構成され得る。参照符号Ａ、Ｂ、およびＣは、外部電子回路との接点を示す。
【００２７】
図５は、本発明の一実施形態による一対の磁気トンネル接合センサ（セル１およびセル２）および差動増幅器５１０を示す。差動増幅器５１０は、第１の磁気センサ（セル１）と第２の磁気センサ（セル２）との相対的な磁気の向きをセンシングする。上述のように、磁気センサ（セル１およびセル２）の磁気の向きは、磁気センサの両端の抵抗を決定する。
【００２８】
第１の電流源５２０によって、第１の磁気センサ（セル１）に電流が流れ、第１の磁気センサ（セル１）の抵抗状態に依存する第１の電圧Ｖ１が生成される。第２の電流源５３０によって、第２の磁気センサ（セル２）に電流が流れ、第２の磁気センサ（セル２）の抵抗状態に依存する第２の電圧Ｖ２が生成される。第１および第２の電流源５２０、５３０は、概ね等しい大きさである。
【００２９】
第１の電圧Ｖ１および第２の電圧Ｖ２の大きさは、第１の磁気センサ（セル１）および第２の磁気センサ（セル２）の抵抗に依存する。差動増幅器５１０は、Ａ（Ｖ２−Ｖ１）（ただしＡは差動増幅器５１０の利得である）の振幅を有する出力を生成することにより、第１の磁気センサ（セル１）と第２の磁気センサ（セル２）との間の抵抗の差の相対的な度合いを検出する。
【００３０】
したがって、差動増幅器５１０の出力によって、外部磁界の存在と、その磁界の向きとを判定することができる。外部磁界を検出することにより、磁気センサ（セル１、セル２）のセンス層の磁化の向きが、外部磁界の向きと一致する。磁気センサ（セル１、セル２）の基準層が反対方向に固定された磁化の向きを有するという事実に起因して、外部磁界の方向に応じて、第１の磁気センサ（セル１）の抵抗が、第２の磁気センサ（セル２）の抵抗よりも大きくなるか、または小さくなる。したがって、差動増幅器の出力は外部磁界の存在およびその方向を示す。
【００３１】
図６は、本発明の別の実施形態による一対の磁気トンネル接合センサ（セル１およびセル２）および差動増幅器６１０を示す。差動増幅器６１０は、第１の磁気センサ（セル１）と第２の磁気センサ（セル２）との相対的な磁気の向きをセンシングする。差動増幅器６１０は、第１の磁気センサの抵抗が大きいか、または第２の磁気センサの抵抗が大きいかを検出する、交差結合された差動トランジスタ対Ｔ１、Ｔ２を含む。
【００３２】
磁気センサの状態は、接点Ｃに正の電圧を印加する（たとえば、クロックＳＣＬＯＣＫを用いて）ことにより検出される。その際、その状態は、選択線（ＳＥＬＥＣＴ）を用いてＶＳＥＮＳＥにおいて読み取られる。
【００３３】
第１の磁気センサ（セル１）が第２の磁気センサ（セル２）よりも大きい抵抗を有する場合には、接点Ａの電圧が接点Ｂの電圧よりも低くなる。それゆえ、トランジスタＴ１がトランジスタＴ２より大きくオンされる。抵抗Ｒ１、トランジスタＴ１および第１の磁気センサ（セル１）を流れる電流が、抵抗Ｒ２、トランジスタＴ２および第２の磁気センサ（セル２）を流れる電流よりも大きくなる。したがって、トランジスタＴ２が強制的に完全にオフされ、トランジスタＴ１は飽和する。結果として、ＶＳＥＮＳＥが低電圧になる。
【００３４】
第２の磁気センサ（セル２）が第１の磁気センサ（セル１）よりも大きい抵抗を有する場合には、接点Ｂの電圧が接点Ａの電圧よりも低くなる。それゆえ、トランジスタＴ２がトランジスタＴ１より大きくオンされる。抵抗Ｒ２、トランジスタＴ２および第２の磁気センサ（セル２）を流れる電流が、抵抗Ｒ１、トランジスタＴ１および第１の磁気センサ（セル１）を流れる電流よりも大きくなる。したがって、トランジスタＴ１が強制的に完全にオフされ、トランジスタＴ２は飽和する。結果として、ＶＳＥＮＳＥが高電圧になる。
【００３５】
差動増幅器６１０の出力によって、外部磁界の存在、およびその方向を判定することができる。外部磁界を検出することにより、磁気センサ（セル１、セル２）のセンス層の磁化の向きが外部磁界の向きと一致する。磁気センサ（セル１、セル２）の基準層が、反対の方向に固定された磁化の向きを有するという事実に起因して、外部磁界の方向に応じて、第１の磁気センサ（セル１）の抵抗が、第２の磁気センサ（セル２）の抵抗より大きくなるか、または小さくなる。したがって、差動増幅器の出力は、外部磁界の方向を示す。
【００３６】
図７は、本発明の一実施形態による一対の磁気トンネル接合センサ７００、７０２を示す。本実施形態の各磁気トンネル接合センサ７００、７０２は、基準（ピン止め）層７１０、７１２を含む。基準層７１０、７１２の固定された磁気の向きは同じ方向である。同じ方向に固定された磁気の向きを有する基準層７１０、７１２は容易に製作することができるので、この磁気の向きは望ましい。
【００３７】
また、磁気トンネル接合センサ７００、７０２は、絶縁性トンネル障壁７４４、７５４も含む。
【００３８】
本実施形態の各磁気トンネル接合センサ７００、７０２は、合成強磁性構造センス層を含む。すなわち、第１の磁気トンネル接合センサ７００は、第１の強磁性層７２２および第２の強磁性層７２４を含む第１の強磁性構造センス層を含む。第１の強磁性層７２２および第２の強磁性層７２４は、非磁性スペーサ層７２６によって分離される。第２の磁気トンネル接合センサ７０２は、第１の強磁性層７３２および第２の強磁性層７３４を含む第２の強磁性構造センス層を含む。第１の強磁性層７３２および第２の強磁性層７３４は、非磁性スペーサ層７３６によって分離される。
【００３９】
強磁性層７２２、７２４、７３２、７３４は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、またはＣｏのような材料から形成され得る。スペーサ層７２６、７３６は、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、またはＣｕのような磁気的に非伝導性の材料から形成され得る。
【００４０】
第１の磁気センサ７００の第１の強磁性層７２２と第２の強磁性層７２４との間には、強い層間交換結合が存在する。第２の磁気センサ７０２の第１の強磁性層７３２と第２の強磁性層７３４との間には、強い層間交換結合が存在する。この結合の大きさおよびその符号（すなわち、その結合は正または負のいずれかである）は、スペーサ層７２６、７３６の厚みおよび材料と、強磁性層７２２、７２４、７３２、７３４の厚みおよび材料との関数である。第１の強磁性層の磁化の向きが第２の強磁性層の磁化の向きに反平行である場合には、その結合は負である。第１の強磁性層の磁化の向きが第２の強磁性層の磁化の向きに平行である場合には、その結合は正である。
【００４１】
第１の強磁性層７２２、７３２の保磁力は、第２の強磁性層７２４、７３４の保磁力とわずかに異なる場合がある。たとえば、第１の強磁性層７２２、７３２の保磁力は、約７９０Ａ／ｍ（約１０Ｏｅ）とすることができ、第２の強磁性層７２４、７３４の保磁力は、約３９５０Ａ／ｍ（約５０Ｏｅ）とすることができる。一般的に、基準層７１０、７１２の保磁力は、強磁性層７２２、７２４、７３２、７３４よりも高い。
【００４２】
第１の強磁性層７２２、７３２の磁化が第２の強磁性層７２４、７３４と反対の方向に向けられるので、それらのモーメントは互いに相殺する傾向がある。
【００４３】
スペーサ層７２６、７３６の厚みは、約０．２ｎｍ〜２ｎｍとすることができる。
【００４４】
強磁性層７２２、７２４、７３２、７３４はそれぞれ、ある磁気強度を有する磁化ベクトルを含む。一般的に、各強磁性層７２２、７２４、７３２、７３４の磁気強度は、強磁性層７２２、７２４、７３２、７３４の厚みに依存する。
【００４５】
第１の磁気トンネル接合センサ７００の第１の強磁性層７２２内に描かれたベクトルは、第１の磁気トンネル接合センサ７００の第２の強磁性層７２４内に描かれたベクトルよりも長い。ベクトルの長さは、第１の強磁性層７２２の磁化の強さと、第２の強磁性層７２４の磁化の強さとを表す。図示されたように、第１の強磁性層７２２の磁化の強さを表すベクトルは、第２の強磁性層７２４を表すベクトルよりも大きい。
【００４６】
一般に、磁化の大きさは強磁性層の厚みに依存する。厚みｔ１は、第１の磁気トンネル接合センサ７００の第１の強磁性層７２２の厚みを表す。厚みｔ２は、第１の磁気トンネル接合センサ７００の第２の強磁性層７２４の厚みを表す。図７の実施形態の場合、第１の強磁性層７２２の厚みｔ１は、第２の強磁性層７２４の厚みｔ２よりも厚い。したがって、第１の強磁性層７２２の磁化は、第２の強磁性層７２４の磁化よりも大きい。外部磁界にさらされる場合、第１の強磁性層７２２の磁化の向きが外部磁界の向きに一致する。
【００４７】
厚みｔ３は、第２の磁気トンネル接合センサ７０２の第１の強磁性層７３２の厚みを表す。厚みｔ４は、第２の磁気トンネル接合センサ７０２の第２の強磁性層７３４の厚みを表す。図７の実施形態の場合、第１の強磁性層７３２の厚みｔ３は、第２の強磁性層７３４の厚みｔ４よりも薄い。したがって、第１の強磁性層７３２の磁化は、第２の強磁性層７３４の磁化よりも小さい。外部磁界にさらされる場合、第２の強磁性層７３４の磁化の向きが外部磁界の向きに一致する。
【００４８】
第１の強磁性層７２２、７３２、第２の強磁性層７２４、７３４およびスペーサ層７２６、７３６の可能性がある厚みと材料のタイプの例が、以下の表に列挙される。
【００４９】
【表１】
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【００５０】
絶縁性トンネル障壁７４４、７５４によって、基準層７１０、７１２と第１の強磁性層７２２、７３２との間に量子力学トンネル効果が生じるようになる。そのトンネル効果は電子スピン依存性であり、それにより磁気トンネル接合センサ７００、７０２の抵抗が、基準層７１０、７１２および第１の強磁性層７２２、７３２の磁化の向きの相対的な方向の関数になる。
【００５１】
磁界の存在は、基準層７１０、７１２および第１の強磁性層７２２、７３２の磁化の向きを確定することにより検出され得る。これはたとえば、磁気トンネル接合センサ７００、７０２を、図５および図６に示されるような本発明の実施形態に組み込むことにより達成され得る。すなわち、磁気トンネル接合センサ７００、７０２の両端の抵抗差を用いて、外部磁界の存在を検出することができる。
【００５２】
図８は、本発明の別の実施形態による一対の磁気トンネル接合センサを示す。この実施形態は、第１の磁気センサ８３０と第２の磁気センサ８２０とによって共有される共通のセンス層構造８１０を含む。第１の磁気センサ８２０はさらに、第１の絶縁性トンネル障壁層８２４と、第１の基準層８２２とを含む。第２の磁気センサ８３０はさらに、第２の絶縁性トンネル障壁層８３４と、第２の基準層８３２とを含む。
【００５３】
第１の基準層８２２および第２の基準層８３２の予め設定された磁化は、同じ方向に向けられる。
【００５４】
共通センス層構造８１０は、第１の強磁性層８１２と第２の強磁性層８１４とを含む合成強磁性構造センス層を含む。この実施形態の場合、強磁性層８１２、８１４の一方の厚みは、他方の強磁性層８１２、８１４の厚みより厚くなるべきである。図８に示されるように、第１の強磁性層８１２は、第２の強磁性層８１４よりも厚い。したがって、第１の強磁性層８１２の磁化の強さは、第２の強磁性層８１４の磁化の強さよりも強い。
【００５５】
第１の強磁性層８１２および第２の強磁性層８１４は、非磁性スペーサ層８６０によって分離される。
【００５６】
第１の強磁性層８１２の磁化の向きは、外部から印加される磁界の向きと一致する。第２の強磁性層８１４の磁化の向きは、外部から印加される磁界と反平行になる。
【００５７】
第１の絶縁性トンネル障壁８２４によって、第１の基準層８２２と第１の強磁性層８１２との間に量子力学トンネル効果が生じるようになる。第２の絶縁性トンネル障壁８３４によって、第２の基準層８３２と第２の強磁性層８１４との間に量子力学トンネル効果が生じるようになる。そのトンネル効果は電子スピン依存性であり、それにより磁気トンネル接合センサ８２０、８３０の抵抗が基準層８２２、８３２および強磁性層８１２、８１４の磁化の向きの相対的な方向の関数になる。
【００５８】
磁界の存在は、基準層８２２、８３２および強磁性層８１２、８１４の磁化の向きを確定することにより検出され得る。これはたとえば、磁気トンネル接合センサ８２０、８３０を、図５および図６に示されるような本発明の実施形態に組み込むことにより達成され得る。すなわち、磁気トンネル接合センサ８２０、８３０の両端の抵抗差を用いて、外部磁界の存在を検出することができる。
【００５９】
図９は、本発明の別の実施形態による一対の磁気トンネル接合センサを示す。この実施形態は、第１の磁気センサ９２０と第２の磁気センサ９３０とによって共有される共通の基準（ピン止め）層９１０を含む。
【００６０】
この合成フェリ磁性構造の並列構成は、図７のフェリ磁性構造に類似する。しかしながら、２つの磁気トンネル接合センサ９２０と９３０との間で共通基準層が共有される。
【００６１】
磁気トンネル接合センサ９２０、９３０は絶縁性トンネル障壁９４４、９５４を含む。
【００６２】
この実施形態の磁気トンネル接合センサ９２０、９３０はそれぞれ、合成強磁性構造センス層を含む。すなわち、第１の磁気トンネル接合センサ９２０は、第１の強磁性層９２２と第２の強磁性層９２４とを含む第１の強磁性構造センス層を含む。第１の強磁性層９２２および第２の強磁性層９２４は、非磁性スペーサ層９２６によって分離される。第２の磁気トンネル接合センサ９３０は、第１の強磁性層９３２と第２の強磁性層９３４とを含む第２の強磁性構造センス層を含む。第１の強磁性層９３２および第２の強磁性層９３４は、非磁性スペーサ層９３６によって分離される。
【００６３】
図１０は、本発明の一実施形態による磁気センサ１０１０のアレイを示す。磁界検出センサ１０１０のアレイは、あるパターンにしたがって配置された、本発明の実施形態による磁界検出センサを含む。
【００６４】
磁気センサのアレイは、強度が変動する磁界の検出と検知を行う。すなわち、外部磁界を検出することにより、磁気センサの抵抗状態が変動する。センサのアレイに予め第１の磁界をかけることにより、後続の磁界の強度および方向に応じて、後続の磁界によって全てのセンサ、またはいくつかのセンサの状態が変化する。
【００６５】
図１１は、磁気ディスクドライブ１１２０の読取りヘッド１１１０を示す。読取りヘッド１１１０は、本発明の一実施形態による磁界センサ１１３０を含むことができる。一般に、磁気ディスクドライブ１１２０は、ディスク１１４２の表面に格納された情報を含む磁気ディスク１１４０を含む。磁界検出センサ１１３０は、磁気ディスク１１４０の表面１１４２に格納された情報を検出する。
【００６６】
本発明の特定の実施形態が説明および図示されてきたが、本発明は、そのように説明および図示された特定の形態または部品の構成に限定されるべきではない。本発明は特許請求の範囲によってのみ制限される。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、感度が改善され、不揮発性であり、電力の散逸が少ない、磁界を検知するための装置および方法を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気トンネル接合センサを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す図である。
【図３】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による一対の磁気トンネル接合センサおよび差動増幅器を示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態による一対の磁気トンネル接合センサおよび差動増幅器を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による一対の磁気トンネル接合センサを示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態による一対の磁気トンネル接合センサを示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態による一対の磁気トンネル接合センサを示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による磁気センサのアレイを示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態による磁気センサを含む読取りヘッドを含むディスクドライブを示す図である。
【符号の説明】
２００、２０２、７００、７０２　磁気トンネル接合センサ（磁界検出センサ）
２１０、２１２、７１０、７１２　基準層
２２０、２２２　センス層
５１０、６１０　差動増幅器
７２２、７２４、７３２、７３４　強磁性層
７２６、７３６　非磁性スペーサ層
７４４、７５４　絶縁性トンネル障壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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