反铁磁层412可例如包括PtMn、 IrMn和/或NiMn。邻近于反铁磁层412,提供了由例如CoFe之类的铁磁材料制成的钉扎层 413。钉扎层413的磁性取向可由反铁磁层412确定。
[0033] 在钉扎层413的顶部上，提供了例如由钌（Ru)制成的非磁性层414,后面是铁磁参 考层415。参考层415例如可由CoFe和/或CoFeB制成。
[0034] 在参考层415的顶部上，可提供非磁性层416。非磁性层416可包括例如Cu或 MgO。在非磁性层415的顶部上，提供了自由层417,也称为传感器层。自由层417可由比如 CoFe、NiFe、CoFeB之类的铁磁材料或不同铁磁材料的组合制成。在自由层417的顶部上， 提供了例如由TaN制成的覆盖层418。在这里给出的任何材料仅仅是以示例的方式给出的， 并且在其它实施方式中可使用其它适当材料。
[0035] 外部磁场可相对于钉扎层413和/或参考层415改变自由层417的磁性取向，其 改变底部自旋阀堆40的电阻。
[0036] 顶部自旋阀堆41本质上对应于底部自旋阀堆40,其中层的顺序被改变，例如除籽 层和覆盖层之外，本质上相反。在堆41中，籽层43后面是由例如CoFe、NiFe、CoFeB之类的 铁磁材料或不同铁磁材料的组合制成的自由层44。在自由层44的顶部上，提供了非磁性层 45,例如包括Cu和/或MgO。
[0037] 非磁性层45后面是铁磁参考层，例如包括CoFe和/或CoFeB，后面是非磁性层47。 非磁性层47可例如包括钌（Ru )。
[0038] 在非磁性层47的顶部上，提供了由类似于CoFe的铁磁材料制成的钉扎层48,后面 是包括例如PtMn、IrMn和/或NiMn的反铁磁层49。反铁磁层49确定钉扎层48的磁性取 向。自由层44响应于相对于钉扎层48和/或参考层46的取向测量的外部磁场而改变其 磁性取向，这改变顶部自旋阀堆41的电阻。
[0039] 根据已提到的实施例的组合堆42本质上是底部自旋阀堆40和顶部自旋阀堆41 的组合。
[0040] 堆42包括籽层419上的层420- 424。实施例中的层420- 424对应于顶部自旋 阀堆41的层44一48。在钉扎层424的顶部上提供了例如由PtMn制成的反铁磁层425。在 反铁磁层425的顶部上，提供了层426-430,其对应于底部自旋阀堆40的层413-417。在 自由层430的顶部上，提供了例如TaN的覆盖层431。
[0041] 因此，堆42本质上对应于堆41的顶部上的堆40,其中反铁磁层425被共享，并且 仅提供了一个籽层419和一个覆盖层431。因此，在堆42中，反铁磁层425确定钉扎层424 和钉扎层426两者的磁性取向。由于在某些实施例中反铁磁层和在其中使用的材料是比较 昂贵的，所以在某些实施例中共享反铁磁层可用来降低成本。然而，在其它实施例中，可提 供用于不同XMR传感器堆的单独反铁磁层。
[0042] 在堆42中，自由层430和自由层420用作本质上独立的传感器层。在这种情况 下，"本质上独立的"指示其最多以可忽略的方式相互影响，并独立地用来感测相应的局部 磁场。在某些实施例中，通过自由层420和430中的独立感测，至少在某些程度上，可在统 计上减少在敏感方向（例如图1的示例中的y方向）外面的磁场分量的效应，因为来自自由 层420处和自由层430处的此类场的影响可在某些程度上相互抵消，特别是在统计上改变 磁化方向的情况下。
[0043] 为了提供自由层420和自由层430之间的独立，在某些实施例中，自由层420和自 由层430之间的间距可超过15 nm，例如30 nm或更多。在其它实施例中，可使用其它间距 距离。
[0044] 在图5中，图示出根据实施例的本质上对应于在顶部自旋阀堆51的顶部上的底部 自旋阀堆50的组合堆52。图5的实施例本质上是图4的实施例的变型。特别地，底部自旋 阀堆50的层511-518对应于底部自旋阀堆40的层511-518,顶部自旋阀堆51的层53- 510对应于顶部自旋阀堆41的层43 - 410,并且组合堆52的层519 - 531对应于图4的组 合堆42的层419一431，并且因此将被不再次详细地描述。参考图4所述的变型和替换也 可应用于图5的对应的层和堆。除图4的实施例之外，在图5的实施例中，邻近于自由层提 供反铁磁层。例如，在底部自旋阀堆50中，邻近于自由层517提供反铁磁层533,并且在顶 部自旋阀堆51中，邻近于自由层54提供反铁磁层532。在组合堆52中，邻近于自由层520 提供反铁磁层534,并且邻近于自由层530提供反铁磁层535。
[0045] 这些反铁磁层532、533、534和535向相应的自由层517、532、520和530提供优先 磁化方向。这在某些实施例中可进一步帮助减少抖动。用于自由层的优选方向可与由反铁 磁层512、59或525引起的磁性取向正交。
[0046] 相对于图4和5所示的堆仅用作示例，并且在其它实施例中，可使用其它系统，例 如包括隧道势皇的TMR系统。此外，在某些实施例中，可不使用共享层。例如，可相互上下 地提供两个底部自旋阀堆40或两个顶部自旋阀堆41以提供没有共享层的组合堆。并且， 在某些实施例中，可省略所示层中的某些。例如，在某些实施例中，可仅使用在中间没有附 加参考层的钉扎层和自由层。还可使用XMR传感器堆的任何其它常规实施方式，然后可相 互上下地提供该XMR传感器堆以形成实施例。
[0047] 在图6中，示出了图示出根据实施例的方法的流程图。图6的方法可例如用来制 造参考图1一5所讨论的实施例中的任何实施例，但是还可将其用于制造其它实施例。
[0048] 在图6中的60处，提供了第一 XMR传感器堆。在61处，该方法包括在第一 XMR传 感器堆上提供第二XMR传感器堆以形成组合堆。第一和第二XMR传感器堆可共享一个或多 个层，例如反铁磁层。
[0049] 在62处，可选地，使第一和第二XMR传感器堆电接触以作为单一 XMR传感器元件 是可操作的，例如，如参考图2和3所示和所解释的。
[0050] 在图7中，图示出根据某些实施例的用于XMR传感器设备的示例性应用环境。然 而，应强调的是这仅仅用作示例，并且可在各种应用中使用根据实施例的XMR传感器设备。
[0051] 图7中所示的装置包括XMR传感器设备，其可包括在第一 XMR传感器堆的顶部上 提供的第二XMR传感器堆，例如，如相对于图1一5所示。邻近于与旋转轴70耦合的极轮 71放置XMR传感器设备73。例如，可将旋转轴70耦合到汽车的车轮以使得能够测量车轮 速度，或者可与汽车的转向柱（steering column)親合。然而，图7中所示的装置的应用不 限于汽车应用。在其它实施例中，作为极轮71的替代，可使用另一磁性设备，其在移动例如 齿轮或线性磁性设备时生成已调制磁场。
[0052] 极轮71包括沿着其圆周布置的多个磁体72。磁体72可以是永久磁体，或者可以 例如是电磁体。磁体的数目和/或布置可不同于在图7中出于说明性目的所示的那个。
[0053] 当轴70和由此的极轮71旋转时，XMR传感器设备73经历已调制磁场。这可用于 检测速度和/或方向。在某些实施例中，通过提供如所述的第一和第二XMR传感器堆，可减 少XMR传感器设备73的抖动，特别是在XMR传感器设备73相对于极轮71的略微不精确放 置的情况下。
[0054] XMR传感器设备73的输出被馈送到控制器74。在汽车应用中，控制器74可以是 例如车辆的电子控制单元（ECU)。取决于接收的信号，控制器74可控制一个或多个控制设 备75。例如，在车轮速度感测应用的情况下，受控设备75可包括防抱死制动系统（ABS)的 部件，或者在转向柱的旋转检测的情况下，受控设备55可包括关于使车辆转向的设备。然 而，这些应用仅仅出于说明目的而用作非限制性示例，并且不应被解释为是限制性的。
【主权项】
1. 一种传感器设备，包括： 第一磁阻传感器堆，该第一磁阻传感器堆包括对第一自由层处的第一磁场敏感的第一 自由层，以及 第二磁阻传感器堆，在第一磁阻传感器堆的顶部上提供，该第二磁阻传感器堆包括对 第二自由层处的第二磁场敏感的第二自由层。2. 权利要求1的传感器设备，其中，第一自由层本质上在磁性上独立于第二自由层。3. 权利要求1或2的传感器设备，其中，第一自由层与第二自由层之间的间距为15nm 或更多。4. 权利要求1一3中的任一项的传感器设备，其中，第一磁阻传感器堆和第二磁阻传感 器堆是基于巨磁阻、各向异性磁阻、超大磁阻或隧道磁阻中的至少一个。5. 权利要求1一4中的任一项的传感器设备，其中第一磁阻传感器堆和第二磁阻传感 器堆包括至少一个共享层。6. 权利要求5的传感器设备，其中至少一个共享层包括反铁磁层。7. 权利要求1一6中的任一项的传感器设备，其中第一磁阻传感器堆包括具有预定磁 性取向的第一钉扎层，并且其中第二磁阻传感器堆包括具有预定磁性取向的第二钉扎层。8. 权利要求1一7中的任一项的传感器设备，其中第一磁阻传感器堆包括第一铁磁参 考层，并且其中第二磁阻传感器堆包括第二铁磁参考层。9. 权利要求1一8中的任一项的传感器设备，其中第一或第二磁阻传感器堆中的至少 一个包括邻近于相应的第一或第二自由层提供的反铁磁层。10. 权利要求1一9中的任一项的传感器设备，其中第一和第二磁阻传感器堆是作为单 一磁阻传感器元件可操作的。11. 权利要求1 一 10中的任一项的传感器设备，其中第一自由层处的第一磁场本质上 等于第二自由层处的第二磁场。12. 权利要求1一11中的任一项的传感器设备，其中第一自由层处的第一磁场和第二 自由层处的第二磁场每个包括将由传感器设备感测的外部磁场。13. -种装置，包括： 可移动磁性设备，以及 邻近于可移动磁性设备的权利要求1 一 10中的任一项的传感器设备。14. 权利要求13的装置，还包括控制器，控制器适于基于来自传感器设备的信号来控 制至少一个受控设备。15. -种方法，包括： 提供第一磁阻传感器堆，第一磁阻传感器堆包括对第一自由层处的第一磁场敏感的第 一自由层，以及 提供在第一磁阻传感器堆的顶部上的第二磁阻传感器堆，第二磁阻传感器堆包括对第 二自由层处的第二磁场敏感的第二自由层。16. 权利要求15的方法，还包括为第一和第二磁阻传感器堆提供至少一个共享层。17. 权利要求15或16的方法，还包括耦合第一和第二磁阻传感器堆，使得第一和第二 磁阻传感器堆作为单一磁阻元件是可操作的。
【专利摘要】XMR传感器设备。提供了传感器设备和方法，其中，在第一磁阻传感器堆的顶部上提供第二磁阻传感器堆。
【IPC分类】G01R33/09
【公开号】CN105301529
【申请号】CN201510440118
【发明人】K.普吕格尔
【申请人】英飞凌科技股份有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年7月24日
【公告号】DE102014110438A1, US20160025819