本發(fā)明涉及用于感測(cè)外部磁場(chǎng)的基于磁性邏輯部件（mlu）的磁性傳感器設(shè)備，其可以被容易地編程并在感測(cè)到外部磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生線性信號(hào)。本公開(kāi)還涉及用于對(duì)磁性傳感器設(shè)備編程的方法。

背景技術(shù)：

可在磁性傳感器或羅盤中使用磁性邏輯部件（mlu）單元來(lái)感測(cè)磁場(chǎng)。mlu單元可包括磁性隧道結(jié)，其包括具有存儲(chǔ)磁化的存儲(chǔ)層、具有感測(cè)磁化的感測(cè)層以及在存儲(chǔ)層和感測(cè)層之間的隧道勢(shì)壘層。感測(cè)磁化可在存在外部磁場(chǎng)的情況下定向，而存儲(chǔ)磁化基本上保持不受外部磁場(chǎng)干擾。因此可以通過(guò)測(cè)量磁性隧道結(jié)的電阻來(lái)感測(cè)外部磁場(chǎng)，磁性隧道結(jié)的電阻取決于被外部磁場(chǎng)定向的感測(cè)磁化與存儲(chǔ)磁化的相對(duì)定向。

理想地，當(dāng)由外部磁場(chǎng)定向時(shí)，感測(cè)層具有線性且非滯后的行為，以便促進(jìn)對(duì)外部磁場(chǎng)的小變化的測(cè)量。這在感測(cè)到具有大約0.5奧斯特（oe）的平均值的地球的磁場(chǎng)時(shí)是相關(guān)的。

這樣的線性且非滯后的行為可以通過(guò)提供磁性隧道結(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中感測(cè)磁化磁各向異性軸被定向?yàn)榛旧洗怪庇诖鎯?chǔ)磁化。這通常通過(guò)將存儲(chǔ)磁化固定（pin）到垂直于感測(cè)層的各向異性軸來(lái)實(shí)現(xiàn)。在制造磁性隧道結(jié)期間，可以通過(guò)制造狀況（例如通過(guò)施加磁場(chǎng)）來(lái)限定感測(cè)層的各向異性軸的定向。

上面的mlu單元的缺點(diǎn)是：在包括多個(gè)mram單元的晶片上僅一個(gè)方向的各向異性可被濺射狀況限定。因此，感測(cè)層磁化210可以僅在傳感器設(shè)備的平面中的一個(gè)方向上被定向?yàn)榇怪庇诖鎯?chǔ)磁化230。

圖3圖示了常規(guī)的基于mlu的磁性傳感器設(shè)備100，其包括串聯(lián)電氣連接到電流線3的多個(gè)mlu單元。磁性傳感器通常需要至少兩個(gè)感測(cè)方向。圖1示出了包括磁性隧道結(jié)2的常規(guī)mlu單元，磁性隧道結(jié)2包括具有感測(cè)磁化210的感測(cè)層21、具有存儲(chǔ)磁化230的存儲(chǔ)層23、存儲(chǔ)反鐵磁層24和隧道勢(shì)壘層22，存儲(chǔ)反鐵磁層24在低閾值溫度下固定存儲(chǔ)磁化230并在高閾值溫度下使它自由。感測(cè)磁化210被配置成可在外部磁場(chǎng)中定向，以使得由感測(cè)磁化210和存儲(chǔ)磁化230的相對(duì)定向確定的磁性隧道結(jié)2的電阻是變化的。

參考回圖3，所述多個(gè)mlu單元由帶點(diǎn)圖案101、102、103表示。場(chǎng)線4被配置成基于輸入（場(chǎng)電流）生成磁場(chǎng)。特別地，所述多個(gè)mlu單元被配置在分支101、102、103中，每個(gè)分支包括mlu單元的子集。這些分支以相對(duì)于軸x約0°、約45°、約90°的角度定向。場(chǎng)線可以包括多個(gè)部分401、402、403，每個(gè)分別被布置與mlu單元的分支101、102、103中的一個(gè)對(duì)應(yīng)分支相鄰。場(chǎng)線部分401、402、403被配置成使得通過(guò)部分401、402、403中的每個(gè)的電流流動(dòng)41的方向具有與其對(duì)應(yīng)分支101、102、103的角度定向相對(duì)應(yīng)的角度定向。因此，編程磁場(chǎng)42被定向在垂直于相應(yīng)場(chǎng)線部分401、402、403的方向上并且被沿著編程方向260調(diào)準(zhǔn)（align）。感測(cè)層磁化210的固有各向異性軸（被稱為感測(cè)固有各向異性軸251）和存儲(chǔ)層磁化230的固有各向異性軸252（被稱為存儲(chǔ)固有各向異性軸252）由濺射和/或退火狀況來(lái)限定。在沒(méi)有磁場(chǎng)的情況下，感測(cè)磁化210被定向?yàn)檠刂袦y(cè)固有各向異性軸251。在圖3中，感測(cè)固有各向異性軸251和存儲(chǔ)固有各向異性軸252被定向?yàn)榇怪庇谠诔杉s0°的分支101中的編程方向260，在成約45°的子集102中成約45°的角度，并且基本上平行于成約90°的子集103中的存儲(chǔ)磁化230。

常規(guī)的基于mlu的磁性傳感器設(shè)備的另一缺點(diǎn)是：在對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程期間，即，在設(shè)置存儲(chǔ)磁化的定向的步驟期間，存儲(chǔ)磁化230僅可被調(diào)準(zhǔn)在接近存儲(chǔ)固有各向異性軸251的方向的方向上。如上面所討論的，后者被定向在在磁性傳感器設(shè)備的所有分支中單個(gè)方向上，該方向由磁性傳感器設(shè)備的制造過(guò)程（濺射狀況、退火狀況等）確定。將存儲(chǔ)磁化編程在不接近各向異性軸的方向上與執(zhí)行接近各向異性軸的方向上的編程時(shí)相比需要更高的編程場(chǎng)。在常規(guī)的基于mlu的磁性傳感器設(shè)備中，用編程線4生成大到足以將存儲(chǔ)磁化230編程在不接近各向異性軸的方向的編程磁場(chǎng)42是不可能的。

為了獲得諸如圖3中描繪的2d磁性傳感器設(shè)備之類的2d磁性傳感器設(shè)備，不同分支中包括的mlu單元1中的存儲(chǔ)層23應(yīng)該被編程在不同的方向上，并且對(duì)于一些分支，編程方向260將遠(yuǎn)離磁各向異性軸（即，在編程方向260和磁各向異性軸之間存在大于10°的角度），導(dǎo)致這些分支中的不良編程。不良編程的分支對(duì)外部磁場(chǎng)的靈敏度小，通常沒(méi)有大到足以準(zhǔn)確地確定外部磁場(chǎng)的值。

us2012075922公開(kāi)了一種能夠在降低寫入電流的同時(shí)維持高熱穩(wěn)定性（保留特性）的磁性存儲(chǔ)器元件。磁性存儲(chǔ)器元件包括磁性隧道結(jié)，其具有包括垂直磁化膜的第一磁體、絕緣層，以及用作包括垂直磁化膜的存儲(chǔ)層的第二磁體，它們順序堆疊。熱膨脹層被布置為與磁性隧道結(jié)部分接觸。第二磁體在其橫截面因由于電流的流動(dòng)導(dǎo)致的熱膨脹層的熱膨脹或收縮而增加或減小的方向上變形，由此降低改變磁化方向所需要的開(kāi)關(guān)電流閾值。

us2010080048公開(kāi)了一種包括壓電材料的磁性存儲(chǔ)器單元，并且提供了操作存儲(chǔ)器單元的方法。存儲(chǔ)器單元包括堆疊（stack），并且壓電材料可以形成為堆疊中的層或鄰近單元堆疊的層。壓電材料可以用于在存儲(chǔ)器單元的編程期間誘導(dǎo)瞬態(tài)應(yīng)力，以降低存儲(chǔ)器單元的臨界開(kāi)關(guān)電流。

us2002117727公開(kāi)了一種磁電子元件，其包括第一磁層、第一磁層上的第一隧道勢(shì)壘層、第一隧道勢(shì)壘層上的第二磁層和所述第二磁層上的上受應(yīng)力層（stressed-overlayer），其被配置成更改所述第二磁層的切換能量勢(shì)壘。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)涉及一種用于感測(cè)外部磁場(chǎng)的磁性傳感器設(shè)備，其包括多個(gè)mlu單元，每個(gè)mlu單元包括磁性隧道結(jié)，磁性隧道結(jié)包括具有可自由地在外部磁場(chǎng)中定向的感測(cè)磁化的感測(cè)層、具有存儲(chǔ)磁化的存儲(chǔ)層，以及在感測(cè)層和存儲(chǔ)層之間的隧道勢(shì)壘層；磁性傳感器設(shè)備還包括應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備，應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備被配置用于在磁性隧道結(jié)上施加各向異性機(jī)械應(yīng)力，從而誘導(dǎo)感測(cè)層和存儲(chǔ)層中的至少一個(gè)上的應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性。

本公開(kāi)還涉及一種用于對(duì)磁性傳感器設(shè)備進(jìn)行編程的方法，其包括：

使用應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備用于誘導(dǎo)感測(cè)層和存儲(chǔ)層中的至少一個(gè)上的應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性；以及

將所述多個(gè)mlu單元中的每個(gè)的存儲(chǔ)磁化調(diào)準(zhǔn)在編程方向上。

所公開(kāi)的磁性傳感器設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)是：感測(cè)層和存儲(chǔ)層的磁各向異性可以針對(duì)每個(gè)分支和每個(gè)層被定向在特定方向上，以使得每個(gè)分支（并且因此，磁性傳感器設(shè)備）的編程和靈敏度將被改進(jìn)。實(shí)際上，每個(gè)分支更易于編程，由于存儲(chǔ)層的凈磁各向異性被定向在接近編程方向的方向上。由于感測(cè)層的磁化被定向?yàn)榇怪庇诖鎯?chǔ)層磁化，磁性傳感器設(shè)備的每個(gè)分支呈現(xiàn)線性且非滯后的行為。

附圖說(shuō)明

借助于經(jīng)由示例給出并由各圖圖示的實(shí)施例的描述，將更好地理解本發(fā)明，在各圖中：

圖1表示包括存儲(chǔ)層、隧道勢(shì)壘層和感測(cè)層的磁性隧道結(jié)；

圖2表示圖1的磁性隧道結(jié)，其中存儲(chǔ)層是包括第一存儲(chǔ)鐵磁層、第二存儲(chǔ)鐵磁層和反平行耦合層的合成反鐵磁體；

圖3圖示了包括包含mlu單元的第一分支、第二分支和第三分支的常規(guī)的基于mlu的磁性傳感器；

圖4圖示了根據(jù)實(shí)施例的基于mlu的磁場(chǎng)方向測(cè)量設(shè)備；

圖5a至圖5d圖示了通過(guò)使用應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備誘導(dǎo)y方向的應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性的四種可能方式；

圖6a至圖6d表示通過(guò)使用應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備誘導(dǎo)感測(cè)層中的基本上垂直于存儲(chǔ)層中的應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性的應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性的四種可能方式；以及

圖7a和圖7b表示由于具有適當(dāng)形狀并在高溫下沉積的金屬線而誘導(dǎo)感測(cè)層和存儲(chǔ)層中的各向異性應(yīng)力的方式。

具體實(shí)施方式

參考圖1，用于感測(cè)外部磁場(chǎng)的mlu單元1包括磁性隧道結(jié)2，該磁性隧道結(jié)2包括感測(cè)層21、存儲(chǔ)層23和在感測(cè)層21和存儲(chǔ)層23之間的隧道勢(shì)壘層22。感測(cè)層21具有可自由地在外部磁場(chǎng)中定向的感測(cè)磁化210。存儲(chǔ)層23具有存儲(chǔ)磁化230，其定向在外部磁場(chǎng)中保持穩(wěn)定。mlu單元1還可以包括跡線（trace）或條狀導(dǎo)體以提供寫入和讀取功能。具體地，電流線3可以電氣耦合到mlu單元1。mlu單元1可以包括編程線4，其基本上垂直（或平行）于電流線3延伸并且被磁耦合到mlu單元1。mlu單元1還可以包括通過(guò)帶7電氣連接到mlu單元1的選擇晶體管8。

感測(cè)層21可以包括軟鐵磁材料，即具有相對(duì)低的磁各向異性的材料，而存儲(chǔ)層23可以包括硬鐵磁材料，即具有相對(duì)高的矯頑力的材料。適合的鐵磁材料包括過(guò)渡金屬、稀土元素，以及它們的具有或不具有主族元素的合金。例如，適合的鐵磁材料包括鐵（“fe”）、鈷（“co”）、鎳（“ni”）及其合金，諸如：坡莫合金（或ni80fe20）；基于ni、fe和硼（“b”）的合金；co90fe10；以及基于co、fe和b的合金。感測(cè)層21和存儲(chǔ)層23中的每個(gè)的厚度可以在nm范圍中，諸如從約0.4nm至約20nm或者從約1nm至約10nm。

設(shè)想感測(cè)層21和存儲(chǔ)層23的其他實(shí)現(xiàn)。例如，感測(cè)層21和存儲(chǔ)層23中的任一者或兩者可以以與所謂的合成反鐵磁層的方式類似的方式包括多個(gè)子層。圖2示出了磁性隧道結(jié)2，其中存儲(chǔ)層23包括合成存儲(chǔ)層或合成反鐵磁體（saf），其包括具有第一存儲(chǔ)磁化234的第一存儲(chǔ)鐵磁層231和具有第二存儲(chǔ)磁化235的第二存儲(chǔ)鐵磁層232。存儲(chǔ)反平行耦合層233被包括在第一和第二存儲(chǔ)鐵磁層231、232之間。存儲(chǔ)耦合層233在第一和第二存儲(chǔ)層231、232之間產(chǎn)生rkky耦合，以使得第二存儲(chǔ)磁化235保持反平行于第一存儲(chǔ)磁化234。這兩個(gè)存儲(chǔ)鐵磁層231、232可包括cofe、cofeb或nife合金，并且具有通常包括在約0.5nm和約4nm之間的厚度。存儲(chǔ)耦合層233可以包括非磁性材料，其選自包括以下中的至少一個(gè)的組：釕、鉻、錸、銥、銠、銀、銅和釔。優(yōu)選地，存儲(chǔ)耦合層233包括釕，并具有通常包括在約0.4nm和3nm之間、優(yōu)選地在0.6nm和約0.9nm之間或在約1.6nm和約2nm之間的厚度。

隧道勢(shì)壘層22可以包括絕緣材料，或者可以由絕緣材料形成。適合的絕緣材料包括氧化物，諸如氧化鋁（例如，al2o3）和氧化鎂（例如，mgo）。隧道勢(shì)壘層22的厚度可以在nm范圍中，諸如從約0.5nm至約10nm。

mlu單元1可被配置成通過(guò)熱輔助切換（tas）操作而被寫入或編程。再次參考圖1，mlu單元1還可以包括固定層24，該固定層24被布置與存儲(chǔ)層23相鄰并且通過(guò)交換偏置而在固定層24內(nèi)或附近的溫度在低閾值溫度tl處時(shí)沿著特定方向穩(wěn)定或固定存儲(chǔ)磁化230。低閾值溫度tl可對(duì)應(yīng)于低于阻擋溫度、奈耳溫度或另一閾值溫度的溫度。當(dāng)溫度在高閾值溫度th處（即，在高于阻擋溫度的溫度處）時(shí)，固定層24將存儲(chǔ)磁化230解固定或者解耦合，由此允許存儲(chǔ)磁化230被切換至另一方向。

如圖2中圖示的，在存儲(chǔ)層具有saf配置的情況下，固定層24可以與第一存儲(chǔ)鐵磁層231相鄰，從而在低閾值溫度tl下固定第一存儲(chǔ)磁化234，并且在高閾值溫度th下使它自由。第二存儲(chǔ)磁化235不被固定層24交換耦合，而是保持通過(guò)存儲(chǔ)耦合層233反平行耦合到第一存儲(chǔ)磁化234。固定層24也可以與第二存儲(chǔ)鐵磁層232相鄰，從而交換耦合此層。

固定層24包括磁性材料并且特別包括反鐵磁型磁性材料，或者可以由磁性材料、并且特別是由反鐵磁型磁性材料形成。適合的反鐵磁材料包括過(guò)渡金屬及其合金。例如，適合的反鐵磁材料包括基于錳（“mn”）的合金，諸如基于銥（“ir”）和mn的合金（例如，irmn）、基于fe和mn的合金（例如，femn）、基于鉑（“pt”）和mn的合金（例如，ptmn），以及基于ni和mn的合金（例如，nimn）。在一些情況下，基于ir和mn（或基于fe和mn）的合金的阻擋溫度可以在約90℃到約350℃或約150℃到約200℃的范圍中，并且可以小于基于pt和mn（或基于ni和mn）的合金的阻擋溫度，其可以在約200℃到約400℃的范圍中。

在實(shí)施例中，mlu單元1包括應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6，其被配置用于在磁性隧道結(jié)2上施加各向異性機(jī)械應(yīng)力，從而誘導(dǎo)感測(cè)層21和存儲(chǔ)層23中的至少一個(gè)上的應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性270。

磁致伸縮材料在經(jīng)受外部磁場(chǎng)時(shí)發(fā)展大的機(jī)械變形。此現(xiàn)象歸因于材料中的小磁疇的旋轉(zhuǎn)，小磁疇在材料未暴露于磁場(chǎng)時(shí)被隨機(jī)定向。通過(guò)磁場(chǎng)的強(qiáng)加進(jìn)行的這些小磁疇的定向創(chuàng)建應(yīng)力場(chǎng)。隨著磁場(chǎng)的強(qiáng)度增加，越來(lái)越多的磁疇自身定向，以使得其各向異性的主軸與每個(gè)區(qū)域中的磁場(chǎng)共線并且最終達(dá)到飽和。相反，由于施加的應(yīng)力導(dǎo)致的磁化或磁各向異性軸中的改變也被稱為磁致彈性效應(yīng)或維拉里效應(yīng)。

因此，在磁性隧道結(jié)2上施加各向異性機(jī)械應(yīng)力誘導(dǎo)附加的磁各向異性源，其被稱為應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性。這樣的各向異性機(jī)械應(yīng)力由應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6生成。應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6可以包括位于磁性隧道結(jié)2附近的金屬線或氧化物。在實(shí)施例中，應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6包括電流線3和/或編程線4。替代地或組合地，應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6可以包括附加金屬線，諸如帶7，或被適配用于生成適當(dāng)?shù)臋C(jī)械應(yīng)力的任何其它金屬線。替代地或組合地，應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6可以包括封裝層（未示出），諸如封裝mlu單元1的介電層。

應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備還被配置成使得應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性270具有比諸如由沉積和/或退火、形狀或結(jié)晶各向異性誘導(dǎo)的磁各向異性之類的磁各向異性的任何其它可能貢獻(xiàn)（此后，在以下文本中被稱為感測(cè)層21的感測(cè)固有各向異性251和存儲(chǔ)層23的存儲(chǔ)固有各向異性252）更大的幅度。感測(cè)層21中的應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性將被稱為感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271，并且存儲(chǔ)層23中的應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性將被稱為存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272。因此，應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6被配置成使得感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271基本上對(duì)應(yīng)于凈感測(cè)磁各向異性281，并且存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272基本上對(duì)應(yīng)于凈存儲(chǔ)磁各向異性282（參見(jiàn)圖4）。這里，凈感測(cè)磁各向異性281對(duì)應(yīng)于感測(cè)固有各向異性251和感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271的和，并且凈存儲(chǔ)磁各向異性282對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)固有各向異性251和存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的的磁各向異性271的和。換句話說(shuō)，與感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271相比，感測(cè)固有各向異性251可以被忽略，并且與存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272相比，存儲(chǔ)固有各向異性252可以被忽略。

圖4圖示了根據(jù)實(shí)施例的用于測(cè)量磁場(chǎng)方向的磁性傳感器設(shè)備100的示例。磁性傳感器設(shè)備100包括多個(gè)mlu單元1。圖4的磁性傳感器設(shè)備100的配置類似于圖3中描述的配置。磁性傳感器設(shè)備100包括多個(gè)分支101、102、103，其中每個(gè)分支包括分別串聯(lián)電氣連接到電流線3的電流部分301、302、303的所述多個(gè)mlu單元1的子集。磁性傳感器設(shè)備100還包括編程線4，其被配置用于傳遞用于誘導(dǎo)編程磁場(chǎng)42的編程場(chǎng)電流41。編程線包括編程線部分401、402、403，每個(gè)編程線部分別尋址（address）對(duì)應(yīng)的分支101、102、103。

更特別地，每個(gè)分支101、102、103包括陣列，所述陣列包括串聯(lián)電氣連接到電流線301、302、303中的一個(gè)的所述多個(gè)mlu單元1的一個(gè)或多個(gè)行和/或列。例如，每個(gè)分支101、102、103可以包括mlu單元1的一行或mlu單元1的兩個(gè)或更多個(gè)相鄰行。編程場(chǎng)電流41可以在每個(gè)編程線部分401、402、403中單獨(dú)傳遞。替代地，編程線部分401、402、403可以串聯(lián)電氣連接，以使得編程場(chǎng)電流41同時(shí)在編程線部分401、402、403中傳遞。

在圖4的布置中，磁性傳感器設(shè)備100被表示為具有以相對(duì)于軸x約0°的角度定向的第一分支101，以約45°的角度定向的第二分支102和以相對(duì)于軸x約90°的角度定向的第三分支103°。包括在第一、第二和第三分支101、102、103中的mlu單元分別由第一、第二和第三編程線部分401、402、403來(lái)尋址。第一、第二和第三編程線部分401、402、403串聯(lián)電氣連接，從而形成編程電流41經(jīng)過(guò)的單個(gè)編程線4。

編程線部分401、402、403被配置成使得在編程線部分401、402、403中的任何中流動(dòng)的編程場(chǎng)電流41誘導(dǎo)在基本上垂直于編程線部分401、402、403以及分支101、102、103的方向上的編程磁場(chǎng)42。

可以設(shè)想磁性傳感器設(shè)備100的其它配置。例如，磁性傳感器設(shè)備100可以包括多個(gè)分支，以使得mlu單元1的平均存儲(chǔ)磁化方向230被約360度除以“n”的角度或者約45°基本上相等地隔開(kāi)，其中“n”可以是8。

根據(jù)實(shí)施例，一種用于對(duì)磁性傳感器設(shè)備100編程的方法包括以下步驟：

使用應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6用于誘導(dǎo)存儲(chǔ)層23上的存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272，以使得存儲(chǔ)層23的存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272基本上平行于編程磁場(chǎng)42；以及

將每個(gè)子集中包括的mlu單元1的存儲(chǔ)磁化230調(diào)準(zhǔn)在編程方向260上（參見(jiàn)圖4），該編程方向260基本上平行于編程磁場(chǎng)42。

可以通過(guò)在場(chǎng)線401、402、403中施加編程磁場(chǎng)42而將存儲(chǔ)磁化230調(diào)準(zhǔn)在編程方向260上。

可以通過(guò)誘導(dǎo)存儲(chǔ)層23和/或感測(cè)層21上的機(jī)械應(yīng)力來(lái)執(zhí)行誘導(dǎo)存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272和/或感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271。機(jī)械應(yīng)力可以通過(guò)適配電流線3、場(chǎng)線4、帶7或被適配用于生成適當(dāng)?shù)臋C(jī)械應(yīng)力的任何其它金屬線的形狀、材料性質(zhì)和制造狀況來(lái)誘導(dǎo)。替代地或組合地，機(jī)械應(yīng)力可以通過(guò)適配位于磁性隧道結(jié)2附近的絕緣材料（諸如封裝mlu單元1的介電層）的材料性質(zhì)和制造狀況來(lái)誘導(dǎo)。

在實(shí)施例中，應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6可以被配置成使得存儲(chǔ)誘導(dǎo)的磁各向異性271的方向?qū)τ谒龆鄠€(gè)分支101、102、103中的每個(gè)是不同的。這可以通過(guò)將電流線301、302、303，或場(chǎng)線401、402、403，帶7，或被適配用于生成適當(dāng)?shù)臋C(jī)械應(yīng)力的任何其它金屬線，或絕緣層定向在每個(gè)分支中的適當(dāng)方向上來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在編程操作期間，每個(gè)分支101、102、103中包括的mlu單元1的存儲(chǔ)磁化230可以被調(diào)準(zhǔn)在基本上平行于編程磁場(chǎng)42的編程方向260上。因此，存儲(chǔ)磁化230的編程方向260可以基本上平行于每個(gè)分支101、102、103中包括的mlu單元1的存儲(chǔ)層23的應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272。圖4還報(bào)告了存儲(chǔ)固有各向異性251的定向以用于比較。

在實(shí)施例中，感測(cè)層21中的感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271的方向和/或存儲(chǔ)層23中的存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272的方向可以通過(guò)調(diào)整所施加的各向異性機(jī)械應(yīng)力的幅度來(lái)調(diào)整。

在另一實(shí)施例中，各向異性機(jī)械應(yīng)力的強(qiáng)度和方向通過(guò)調(diào)整電流線3、301、302、303，或場(chǎng)線4、401、402、403，或帶7，或被適配用于生成適當(dāng)?shù)臋C(jī)械應(yīng)力的任何其它金屬線，或位于mlu單元1附近的絕緣層的沉積狀況中的至少一個(gè)來(lái)修改。還可以通過(guò)針對(duì)形成電氣應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6的金屬和/或絕緣材料選擇具有不同熱膨脹系數(shù)的材料的組合的來(lái)調(diào)整各向異性機(jī)械應(yīng)力的強(qiáng)度和方向。

在實(shí)施例中，由應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6施加的各向異性機(jī)械應(yīng)力在約1mpa至5gpa之間。

感測(cè)層21中的感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271的方向可以通過(guò)修改感測(cè)層21的感測(cè)磁致彈性耦合常數(shù)λ1來(lái)調(diào)整。存儲(chǔ)層23中的存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272的方向也可以通過(guò)修改存儲(chǔ)層23的存儲(chǔ)磁致彈性耦合常數(shù)λ2來(lái)調(diào)整。

在實(shí)施例中，感測(cè)磁致彈性耦合常數(shù)λ1和存儲(chǔ)磁致彈性耦合常數(shù)λ2具有相反的符號(hào)。因此，施加各向異性機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致感測(cè)層21的感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271被定向?yàn)榛旧洗怪庇诖鎯?chǔ)層23的存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272。在特定布置中，感測(cè)磁致彈性耦合常數(shù)λ1和存儲(chǔ)磁致彈性耦合常數(shù)λ2在約-1000ppm和約1000ppm之間的范圍中。

圖5a至圖5d表示通過(guò)使用應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6誘導(dǎo)y方向上的感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271的四種可能方式。在圖5a至圖5d中，示意性地表示了從頂部觀看的磁性隧道結(jié)或感測(cè)層21。對(duì)于正的感測(cè)磁致彈性耦合常數(shù)λ1，由應(yīng)力σ誘導(dǎo)的感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271垂直于壓縮應(yīng)力的應(yīng)力方向（σxx>0，參見(jiàn)圖5a），并且平行于拉伸應(yīng)力的應(yīng)力方向（σyy>0，參見(jiàn)圖5d）。對(duì)于負(fù)的感測(cè)磁致彈性耦合常數(shù)λ1，感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271垂直于拉伸應(yīng)力的應(yīng)力方向（σxx>0，參見(jiàn)圖5b），或平行于壓縮應(yīng)力的應(yīng)力方向（σyy<0，參見(jiàn)圖5c）。

圖6a至圖6d表示通過(guò)使用應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6誘導(dǎo)感測(cè)層21中的基本上垂直于存儲(chǔ)層23中的存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272的感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271的四種可能方式。在圖6a至圖6d中，示意性地表示了從頂部觀看的磁性隧道結(jié)2。假如感測(cè)磁致彈性耦合常數(shù)λ1和存儲(chǔ)磁致彈性耦合常數(shù)λ2具有相反的符號(hào)，則這可以通過(guò)應(yīng)力σ的方向和符號(hào)的任何組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。在圖6a至圖6d的示例中，感測(cè)層21中的基本上垂直于存儲(chǔ)層23中的存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272的感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271通過(guò)在感測(cè)磁致彈性耦合常數(shù)λ1為負(fù)（<0）并且存儲(chǔ)磁致彈性耦合常數(shù)λ2為正（>0）的情況下施加壓縮應(yīng)力（σxx<0）（圖6a）來(lái)實(shí)現(xiàn)。這也通過(guò)在λ1>0且λ2<0的情況下施加壓縮應(yīng)力（σxx<0）（圖6b），或者通過(guò)在λ1<0且λ2>0的情況下施加拉伸應(yīng)力（σxx>0）（圖6c），以及通過(guò)在λ1>0且λ2<0的情況下施加拉伸應(yīng)力（σxx>0）（圖6d）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

因此，應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6能夠施加分別誘導(dǎo)感測(cè)層21和存儲(chǔ)層23上的感測(cè)和存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271、272的各向異性機(jī)械應(yīng)力，其中感測(cè)層21的感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271具有與存儲(chǔ)層23的存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272的方向不同的方向。

圖7a和圖7b表示由于具有適當(dāng)?shù)男螤畈⒃诟邷叵鲁练e的金屬線7而誘導(dǎo)感測(cè)層21和存儲(chǔ)層23中的各向異性應(yīng)力的方式。在圖7a和圖7b中，示意性地表示了從頂部觀看的磁性隧道結(jié)2和應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6。在本示例中，應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備6包括具有矩形形狀的金屬線7（在此示例中，較長(zhǎng)尺寸沿著y軸）。金屬線7在高于傳感器設(shè)備的工作溫度的溫度下沉積（圖7a）。工作溫度可能在0℃和85℃之間變化，可能在-40℃和180℃之間，并可能高達(dá)250℃。沉積溫度可以在150℃和400℃之間，并且可能在20℃和800℃之間。金屬線7在處理之后冷卻至設(shè)備的工作溫度。如可以在圖7b中看到的，金屬線7由于金屬線7的熱收縮而收縮（虛線中的矩形示出了線7在冷卻之前的尺寸）。由于金屬線7具有比寬度（x上）更大的長(zhǎng)度（y上），收縮是各向異性的。換句話說(shuō)，x方向上的變形εxx小于y方向上的變形εyy。各向異性收縮誘導(dǎo)在金屬線7上方沉積的磁性隧道結(jié)2上的y方向上的各向異性壓縮應(yīng)力。

在基于tas的編程操作的情況下，該方法還可以包括如下步驟：在電流線301、302、303中傳遞加熱電流31，從而將對(duì)應(yīng)子集101、102、103中的mlu單元1加熱到高閾值溫度th并將所述mlu單元1的存儲(chǔ)磁化230解固定。在將存儲(chǔ)磁化230調(diào)準(zhǔn)在編程方向260上的步驟之后或者與所述步驟同時(shí)，方法可包括將在對(duì)應(yīng)子集101、102、103中包括的mlu單元1冷卻到低閾值溫度tl從而將切換存儲(chǔ)磁化230固定在編程方向260上的步驟。

磁性傳感器設(shè)備100的感測(cè)操作包括在電流分支301、302、303中傳遞感測(cè)電流32，從而測(cè)量平均電阻r。這里，平均電阻r對(duì)應(yīng)于針對(duì)分支101、102、103中包括的mlu單元連續(xù)地測(cè)量的電阻。每個(gè)mlu單元的電阻由感測(cè)磁化210相對(duì)于存儲(chǔ)磁化230的相對(duì)定向來(lái)確定。感測(cè)磁化210可以通過(guò)在編程線部分401、402、403中傳遞感測(cè)場(chǎng)電流43從而生成感測(cè)磁場(chǎng)44來(lái)變化。感測(cè)場(chǎng)電流43可以被更改，從而根據(jù)感測(cè)場(chǎng)電流43的極性來(lái)調(diào)制感測(cè)磁場(chǎng)44和平均電阻r。由于感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性271（或感應(yīng)凈磁各向異性281）最初基本上垂直于存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性272（或存儲(chǔ)凈磁各向異性282），響應(yīng)將是線性的。

當(dāng)磁性傳感器設(shè)備100用于感測(cè)諸如地球磁場(chǎng)之類的外部磁場(chǎng)時(shí)，感測(cè)磁化210根據(jù)外部磁場(chǎng)的相應(yīng)定向以及分支101、102、103的定向相對(duì)于外部磁場(chǎng)的方向的相應(yīng)定向而被調(diào)準(zhǔn)在外部磁場(chǎng)中。外部磁場(chǎng)可以通過(guò)在電流分支301、302、303中傳遞感測(cè)電流32來(lái)確定，從而通過(guò)在電流分支301、302、303中傳遞感測(cè)電流32來(lái)測(cè)量平均電阻r。

本文中公開(kāi)的基于mlu的磁性傳感器設(shè)備100可以被包括在例如磁力計(jì)和/或羅盤中。

在一個(gè)實(shí)施例中，磁性傳感器設(shè)備100可用于測(cè)量二維上的外部磁場(chǎng)（諸如地球的磁場(chǎng)）的方向，例如外部磁場(chǎng)在二維平面中的分量。結(jié)合磁性傳感器設(shè)備100的設(shè)計(jì)原理的設(shè)備也可以測(cè)量三維上的外部磁場(chǎng)的方向，諸如通過(guò)使用利用霍爾效應(yīng)垂直軸感測(cè)的磁性傳感器設(shè)備100?；魻栃?yīng)可導(dǎo)致跨電導(dǎo)體的橫向于導(dǎo)體中的電流和與電流垂直的磁場(chǎng)的電壓差（霍爾電壓）?；诨魻栃?yīng)，可以確定外部磁場(chǎng)在第三維度上的分量。

參考號(hào)碼和符號(hào)

1mlu單元

100磁性傳感器設(shè)備

101第一子集，第一分支

102第二子集，第二分支

103第三子集，第三分支

2磁性隧道結(jié)

21感測(cè)層

210感測(cè)磁化

22隧道勢(shì)壘層

23存儲(chǔ)層

230存儲(chǔ)磁化

231第一存儲(chǔ)鐵磁層

232第二存儲(chǔ)鐵磁層

233存儲(chǔ)耦合層

234第一存儲(chǔ)磁化

235第二存儲(chǔ)磁化

24固定層

251感測(cè)固有各向異性

252存儲(chǔ)固有各向異性

260編程方向

271感測(cè)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性

272存儲(chǔ)應(yīng)力誘導(dǎo)的磁各向異性

281感測(cè)凈磁各向異性

282存儲(chǔ)凈磁各向異性

3電流線

301第一電流分支

302第二電流分支

303第三電流分行

31加熱電流

32感測(cè)電流

4編程線

401編程線部分

402編程線部分

403編程線部分

41編程場(chǎng)電流

42編程磁場(chǎng)

43感測(cè)場(chǎng)電流

44感應(yīng)磁場(chǎng)

6應(yīng)力誘導(dǎo)設(shè)備

7附加金屬線

λ1感測(cè)磁致彈性耦合常數(shù)

λ2存儲(chǔ)磁致彈性耦合常數(shù)

σ應(yīng)力

ε變形

σxxx方向上的應(yīng)力

σyyy方向上的應(yīng)力

εxxx方向上的變形

εyyy方向上的變形

r平均電阻

th高閾值溫度

tl低閾值溫度。