СПИНОВЫЙ КЛАПАН С ЗАМКНУТЫМИ КОАКСИАЛЬНЫМИ ИЛИ ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ СЛОЯМИ (ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2022 года по МПК H01L43/10 

Изобретение относится к силовой электронике, микроэлектронике и измерительной технике, а именно к переключающим компонентам и магниторезистивным датчикам для магнетоэлектроники.

Известен датчик магнитного поля (GMR) [1], содержащий монолитную стопку плоских тонких ферромагнитных слоев (Fe), разделенных неферромагнитными прослойками (Cr), и сгруппированных антипараллельным направлением намагничивания, клеммы для измерения тока через стопку и измерения падения напряжения на стопке. Изменение магнитного сопротивления такой стопки существенно выше, чем в системах без антипараллельной намагниченности слоев и без неферромагнитных прослоек. Датчик имеет высокую скорость переключения, что обеспечило его массовое применение в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах - аналогах оптронов, и в устройствах хранения информации. Недостатком датчика является недостаточно высокое сопротивление в запертом состоянии [2], что связано со способом его изготовления -эпитаксиальным осаждением на подложку из монокристалла турмалина металлов, испаряемых с анодов в вакууме. При использовании этой технологии неизбежно происходит кластеризация атомов осаждаемых металлов еще до контакта с подложкой, и слои осаждаются с дефектами магнитной структуры [3] - причиной утечек тока в запертом состоянии датчика. Причиной активной кластеризации испаренных металлов, особенно переходных металлов из применяемых d- и ƒ-групп, является магнитное поле магнитов, расположенных рядом с испаряемыми анодами, пронизывающее полученную плазму этих металлов, независимо от однородности или наличия градиента этого поля. Отметим, что по мере увеличения толщины стопки осажденных слоев происходит отдаление от поверхности подложки, и эффект эпитаксии, диктующий кристаллическую структуру растущих слоев, ослабляется, особенно сильно при наличии дефектов в структуре. Применение магнитного поля для упорядочивания структуры наращиваемых слоев невозможно из-за роста размеров зерен металла еще до контакта с покрываемой поверхностью. Поэтому для сохранения работоспособности датчика, приходится ограничить его толщину в ущерб рабочего напряжения датчика. Положительным результатом снижения суммарной толщины стопки являются только повышение быстродействия датчика и обеспечение его оптической прозрачности, позволяющей намагничивать в одном направлении когерентным светом сразу все магнитно-мягкие слои. Для оптического просвечивания суммарная толщина d_∑ стопки слоев не должна превышать 0,5 λ, где λ длина волны когерентного излучения, отраженного от поверхности жесткого диска. Другие недостатки примененного способа изготовления - его сложность и низкая производительность, и в тоге - высокая себестоимость продукции.

Известны магниторезистивный датчик с многослойной тонкопленочной структурой [4], многослойный магниторезистивный (MP) датчик [5], [6], элемент с эффектом магнетосопротивления [7], [8], [9], [10], [11], магнитный преобразователь и тонкопленочная магнитная головка [12], содержащие монолитную стопку плоских тонких слоев из магнитомягкого ферромагнитного металла, расположенных параллельно и разделенных прослойками меньшей толщины из неферромагнитного металла. Первый и второй электрических контакта этих устройств подключены к многослойной структуре, соответственно к первому и ко второму крайним слоям. Спонтанная намагниченность каждого ферромагнитного слоя в стопке направлена вдоль его плоскости, причем она антипараллельна направлению спонтанной намагниченности следующего ближайшего ферромагнитного слоя. Внешнее измеряемое магнитное поле ориентирует намагниченность ферромагнитных слоев в одном направлении, переводя структуру в открытое состояние. Эти высокоскоростные устройства применяются в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации, имея такой же недостаток - недостаточно высокое сопротивление в запертом состоянии. Способ изготовления структур этих устройств аналогичен - эпитаксиальным осаждением металлов анодов в вакуумной камере, поэтому он имеет такие же недостатки: сложность и низкую производительность, высокие стоимость оборудования и себестоимость продукции.

Известны магниторезистивный датчик [13], [14], [15], изделие из магниторезистивного материала [16], магнитные устройства с ламинированными ферромагнитными структурами [17], ламинированные магнитные структуры [18], содержащие монолитную стопку плоских тонких слоев из магнитомягкого ферромагнитного металла, расположенных параллельно и разделенных прослойками меньшей толщины из неферромагнитного металла, два электрических контакта, каждый из которых соединен с противоположным крайним слоем стопки. Процессы намагничивания в стопке и принцип ее работы аналогичны рассмотренным в аналогах [5]…[12]. Однако параметры этих устройств улучшены путем оптимального подбора лучшего металла или сплава ферромагнитных слоев и неферромагнитных прослоек, а также соотношения толщин этих слоев и прослоек, а именно обеспечены меньшая суммарная толщина, обеспечивающая прохождение намагничивающего поляризованного света через все слои стопки, термостабильность параметров, повышенную магниторезистивность и минимальный гистерезис переключения, обеспечивающий высокую чувствительность. Эти высокоскоростные устройства аналогично применяются в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации, хотя имеют такой же недостаток - недостаточно высокое сопротивление в запертом состоянии. Способ изготовления этих устройств аналогичен и имеет такие же недостатки.

Известны магниторезистивная головка с высококоэрцитивным магнитно фиксированным слоем [19], магниторезистивный преобразователь с пленками магнитно жесткого смещения [20], магнитный датчик с подавлением шума ступенчатого перемагничивании (шума Баркгаузена) [21], магниторезистивное устройство с подавлением шума Баркхаузена [22], магниторезистивный датчик с вогнутой активной областью [23], магниторезистивный элемент с предотвращением шума Баркхаузена [24], [25], магниторезистивный элемент [26], головка с эффектом магнитосопротивления [27], элемент с эффектом магнитосопротивления [28], [29], цифровой магниторезистивный датчик [30], содержащие монолитную стопку плоских тонких слоев из ферромагнитного металла, расположенных параллельно и разделенных прослойками меньшей толщины из неферромагнитного металла, два электрических контакта, каждый из которых соединен с противоположным крайним слоем стопки, причем один из крайних ферромагнитных слоев является магнитно-закрепленным, например, выполненным из постоянного магнита или имеющим антиферромагнитную структуру с высоким гистерезисом, намагниченности в которой направлены вдоль плоскостей, параллельны слоям, а остальные - являются магнитно-мягкими, и спонтанная намагниченность в них антипараллельно чередуется. Закрепление намагниченности некоторых ферромагнитных слоев может достигаться и за счет вогнутости стопки [23]. Благодаря такой структуре стопки, в магнитно-мягких слоях исключаются промежуточные микро-доменные переключения намагниченности слоев при малых значениях измеряемого магнитного поля, достигаются стабильные однодоменные состояния, как в закрытом состоянии - при спонтанной намагниченности, так и в открытом - при приложении магнитного поля с заданной напряженностью. Одноступенчатое переключение магнитных состояний стопки снижает шумовые колебания электрического тока от источника напряжения, приложенного к клеммам, повышая качество считываемого сигнала. Рассмотренные устройства имеют такое же малое время переключений и аналогично применяются в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации. Аналогичен и их недостаток - недостаточно высокое сопротивление в запертом состоянии. Способ изготовления этих устройств, как и у предыдущих аналогов [1], [4]-[18] - традиционный для полупроводниковой микроэлектроники, эпитаксиальным осаждением металлов анодов в вакуумной камере, и имеет такие же недостатки.

Известны магниторезистивная пленка [31], датчик магнитного поля [32], магнитный спиновый транзистор [33], [34], датчик с зернистым магниторезистивным слоем [35], содержащие монолитную стопку плоских тонких слоев из ферромагнитного металла, расположенных параллельно и разделенных прослойками меньшей толщины из неферромагнитного металла, два электрических контакта, каждый из которых соединен с противоположным крайним слоем стопки. В этих устройствах благодаря возможности изменения намагниченности одного из ферромагнитных слоев управляющим магнитным полем фиксирующего ферромагнитного слоя или тока достигается изменение магнитного гистерезиса и смещение петли перемагничивания. Это позволяет управлять магниторезистивностью устройства, его чувствительностью и порогом переключения. Рассмотренные устройства имеют такое же малое время переключений и аналогично применяются в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации. Однако сохраняется основной недостаток устройств - недостаточно высокое электрическое сопротивление поперек плоскости слоев при их спонтанной намагниченности. Аналогично, это сопротивление выше сопротивления открытого состояния стопки не более чем в 2 раза. Поэтому, из-за большого тока утечки, запертое состояние этих устройств так же принимается условно. Способ изготовления устройств такой же, как и у рассмотренных аналогов, и имеет такие же недостатки.

Известны устройства с магнитным туннельным переходом (MTJ): устройство с магнитным туннельным переходом и улучшенными слоями [36], элемент с магнитным туннельным переходом [37], магнитные туннельные переходы [38], ферромагнитный туннельный элемент [39], содержащие монолитную стопку плоских групп тонких слоев, причем каждая группа состоит из слоя магнитно-мягкого металла, слоя магнито-жесткого (фиксирующего) металла и металлической неферромагнитной прослойки меньшей толщины для обеспечения антиферромагнитной связи, группы слоев разделены слоем изолятора меньшей толщины, обеспечивающей ее лавинный пробой. Наличие тонкого разделительного слоя изолятора, лавинно пробиваемого электрически, обеспечивает в десятки раз большее сопротивление стопки в закрытом состоянии, что упрощает схемы считывающих каналов, однако снижает скорость ее переключения. Тем не менее, скорость переключения рассмотренных устройств остается на порядок выше относительно полупроводниковых оптических компонентов. Устройства аналогично применяются в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации. Сохраняются основные недостатки устройств и способа их изготовления, так как они изготавливаются аналогично эпитаксиальным осаждением металлов анодов в вакуумной камере.

Наиболее близким техническим решением по параметрам является монолитный датчик с колоссальной магнеторезистивностью (CMR) [40], состоящий из: плоского первого ферромагнитного слоя, плоского второго ферромагнитного слоя и расположенного между ними слоя с колоссальной магнеторезистивностью. Слой колоссальной магниторезистивности представляет собой более тонкие слои магнитно-мягкого металла с неферромагнитной прослойкой и жесткой антиферромагнитной связью между собой. Под действием управляющего магнитного поля, проходящего сквозь слои, магнитные поля первого и второго ферромагниттных слоев ориентируются параллельно и конструктивно суммируются, производя необходимое большое поле (порядка 5 Тл) в слое колоссальной магниторезистивности для переключения этого слоя в состояние низкого сопротивления. При спонтанной антипараллельной ориентации намагниченности первого и второго ферромагнитных слоев, поля от первого магнитного слоя и второго магнитных слоя взаимно уничтожаются, обеспечивая высокое сопротивление датчика. Однако оно выше сопротивления датчика в открытом состоянии не более, чем в 10 раз, следовательно, очень мало по сравнению с сопротивлением полупроводниковых компонентов в их запертом состоянии. Техническое решение можно применить в считывающих головках жестких дисков, в цифровых изоляторах и в устройствах хранения информации. Основные недостатки устройств и способа их изготовления остаются такими же, как и рассмотренных аналогов [1], [4]-[40], так как они изготавливаются аналогично эпитаксиальным осаждением металлов анодов в вакуумной камере.

Известен способ изготовления магниторезистивной пленки [41]. Здесь более подробно раскрывается эпитаксиальное осаждение металлов анодов в вакуумной камере, применяемое в производстве устройств [1], [4]-[41].

Известен способ гальванического осаждения функциональных покрытий в нестационарных режимах электролиза [42] из водных растворов солей драгоценных металлов с применением асимметричного тока. Известны способы электролитического осаждения железа и его сплавов из электролитов, содержащих соли железа(II) и соответствующих металлов, на переменном асимметричном токе [43], [44], [45], [46]. Известны способ электролитического осаждения никеля из электролитов, содержащих соли никеля с применением асимметричного тока [47] и способы получения защитных покрытий сплавом никель-вольфрам [48], [49] из электролита, содержащего соли этих металлов, с применением асимметричного переменного тока. Известны способы электролитического осаждения металлических сплавов многослойных систем металл-металлоид [50] из водных растворов солей металлов с применением асимметричного тока. Преимуществом электролитических способов нанесения покрытий металлами и сплавами, из растворов солей этих металлов с применением асимметричного переменного тока, перед электровакуумными (магнетронными) способами нанесения покрытий в том, что они имеют производительность [51], которая выше более, чем в 10 раз. Способы позволяют эффективно удалять водород, неизбежно соосаждаемый вместе с металлами, включаясь в структуру покрытия в виде подвижных протонов, вызывая механическую напряженность структуры. Недостатками способов являются неполное удаление соосажденного водорода, а также применение электролита без полной очистки от субмикронного шлама и растворенного кислорода. Наиболее нежелателен шлам, образующийся на катоде в процессе осаждения покрытий. Субмикронный шлам, который не перемещается в структуре покрытия под действием электрического тока, невозможно удалить при использовании только асимметричного тока без принятия дополнительных мер, не упоминаемых в способах. Основным преимуществом электролитических способов нанесения покрытий является возможность применения магнитного поля для формирования заданной кристаллической структуры покрытия без влияния магнитного поля на ионы металлов в растворе, следовательно, без их кластеризации. Однако в рассмотренных аналогах [42]-[51] эта возможность не используется.

Известны способ формирования гальванических покрытий [52], [53], [54], включающий послойное осаждение на подложке металлов, отличающийся тем, что предварительно производят текстурирование подложки, а послойное осаждение ведут в условиях воздействия магнитного поля, ориентируя кристаллы в каждом последующем слое однонаправлено с кристаллами предыдущего слоя в параллельных плоскостях. При электрохимическом осаждении покрытий в магнитном поле в них с индукцией до 2 Тл меняется текстура этих покрытий, что позволяет при правильном выборе величины и направления магнитного поля получать покрытия, обладающие повышенной износостойкостью. Это связано с тем, что в магнитном поле энергетически выгоднее становится осаждение металлов без включений водорода и субмикронного шлама по сравнению с осаждением с водородом и шламом. При стравливании металла в магнитном поле, наоборот, энергетически выгоднее становится удаление водорода и шлама из структуры покрытия. Однако, способы, рассмотренные в [52], [53], [54], не содержат применение асимметричного электрического тока, обеспечивающего поочередно осаждение и стравливание. Кроме этого, способы не содержат применение особо очищенных и дегазированных электролитов, поэтому не могут обеспечить улучшение структуры наносимых металлических покрытий.

Наиболее близким техническим решением по способу осаждения металлических слоев является способ изготовления фольги из чистого ферромагнитного металла [55], включающий проведение рафинирования при электролизе на титановом барабанном катоде асимметричным переменным током с напряжением, присущим разложению соединения ферромагнитного материала, при этом рафинирование осуществляют с использованием присущего указанному соединению растворителя, давления и температуры для разложения соединения ферромагнитного металла, отличающийся тем, что одновременно с указанным рафинированием осуществляют рафинирование самого осадка с использованием постоянного магнитного поля, которое создают внутри титанового барабана путем размещения в нем магнитной системы, при этом постоянное магнитное поле магнитной системы замыкается по поверхности титанового барабанного катода, причем за счет рафинирования постоянным магнитным полем обеспечивают преобладание реакции осаждения чистого ферромагнитного металла на поверхности титанового барабанного катода и преобладание реакций перехода водорода, неферромагнитных примесей и шлама в электролит. Способ включает также постоянную очистку электролита от шлама с крупицами любого субмикронного размера, чужеродные структуре осаждаемого металла, и непрерывный смыв с поверхности катода потоком свежего очищенного электролита выделяющихся не ней пузырьков водорода и пудры катодного шлама. Недостатком осуществления способа является сложность магнитной системы.

В силу схожести конструкций, параметров, общих областей применения, и в соответствии со сложившейся общепринятой терминологий в научно-промышленном направлении «магнетоэлектроника», все рассмотренные аналоги и предлагаемые устройства в дальнейшем тексте заявки будем называть «спиновыми клапанами».

Целью изобретения является повышение параметров спинового клапана и изменение его конструкции для осуществления способа, способствующего повышению параметров спинового клапана, а также улучшение способа электролитического осаждения материалов в магнитном поле для обеспечения его применимости в производстве спиновых клапанов и повышения его возможностей по сравнению со способами эпитаксиального электровакуумного напыления.

Для достижения поставленной цели в спиновом клапане, содержащем подложку 1, на которую нанесены η слоев 2 ферромагнитного металла, разделенных прослойками 3 неферромагнитного материала, первый контакт 4, соединенный с подложкой, и второй контакт 5, соединенный с наружным слоем, причем наружный слой может быть выполнен из магнитно-жесткого металла, а остальные слои из магнитно-мягкого металла, или наружный слой и нижележащий ферромагнитный слой могут выполняться с жесткой антиферромагнитной связью между собой; по первому варианту заявляемого спинового клапана: подложка 1 выполнена в виде отрезка проволоки круглого сечения из неферромагнитного металла, а слои 2 и прослойки 3 в виде вложенных коаксиальных цилиндров, охватывающих подложку 1; по второму варианту заявляемого спинового клапана: подложка 1 выполнена в виде плоского кольца из неферромагнитного металла, а слои 2 и прослойки 3 в виде тонких плоских колец с такими же, как у подложки, размерами внутренней и внешней окружностей, нанесенных, по крайней мере, на одну из плоских сторон подложки 1.

Существенным отличием спинового клапана от аналогов и прототипа по первому варианту конструкции является выполнение его ферромагнитных слоев 2 и неферромагнитных прослоек 3 с замкнутой поверхностью в виде коаксиальных цилиндров, охватывающих подложку 1, имеющую вид отрезка проволоки круглого сечения, а по второму варианту - в виде плоских колец, осажденных по крайней мере, на одну из сторон подложки 1, имеющей такие же форму и размеры. Такие формы подложек 1, ферромагнитных слоев 2 и разделяющих их прослоек 3 применяются впервые и являются признаком новизны технического решения.

Эскиз спинового клапана с замкнутыми коаксиальными слоями по первому варианту дизайна представлен на фиг. 1, а эскиз спинового клапана с замкнутыми параллельными слоями по второму варианту дизайна - на фиг. 2.

Спиновый клапан согласно фиг. 1 содержит: подложку 1, имеющую вид отрезка проволоки круглого сечения из неферромагнитного металла с высокой электропроводностью, слои 2 толщиной d_Fe из ферромагнитного металла, осажденные коаксиально на подложку 1 и разделенные прослойками 3 толщиной d_i из неферромагнитного материала, первый контакт 4, соединенный с подложкой, и второй контакт 5, соединенный с наружным слоем, который может быть выполнен магнитно-закрепленным. На фиг. 1 так же показаны: J_↑ и J_↓ - вариант направлений спонтанной намагниченности ферромагнитных слоев (направления могут быть такими, как показанные, или противоположными), О-О' - ось подложки 1, слоев 2 и прослоек 3.

Спиновый клапан согласно фиг. 2 содержит: подложку 1, имеющую вид плоского кольца из неферромагнитного металла с высокой электропроводностью, слои 2 толщиной d_Fe из ферромагнитного металла, осажденные на, по крайней мере, одну из плоских сторон подложки 1, имеющими такие же диаметры внутренней и внешней окружностей как эта сторона и разделенными прослойками 3 толщиной d_i из неферромагнитного материала, первый контакт 4, соединенный с подложкой, и второй контакт 5, соединенный с наружным слоем, который может быть выполнен магнитно-закрепленным. На фиг. 1 так же показаны: J_↑ и J_↓ - вариант направлений спонтанной намагниченности ферромагнитных слоев (направления могут быть такими, как показанные, или противоположными), О-О' - ось подложки 1, слоев 2 и прослоек 3.

Для объяснения работы спиновых клапанов (фиг. 1, фиг. 2) необходимо подробнее рассмотреть принцип работы аналогов [1], [4]-[41] - спиновых клапанов с незамкнутыми слоями, на примере принципа работы аналога [1] с таким же дизайном с незамкнутыми слоями, представленной плоской прямоугольной подложкой с нанесенными на нее слоями ферромагнетика и прослойками неферромагнитного материала. Принцип работы спинового клапана [1] подробно изложен в [2] и [56] следующим образом.

Управляющее магнитное поле, создаваемое внешним источником и имеющее напряженность H_a, ориентирует намагниченность всех ферромагнитных слоев в одну сторону, т.е. параллельно H_a. Этому состоянию намагниченности ферромагнитных слоев соответствует минимальное значение электрического сопротивления перпендикулярно слоям, измеряемое между контактами спинового клапана. Спиновый клапан находится в «открытом» состоянии. Но если Н_а → 0, то намагниченность ферромагнитных слоев спонтанно (самостоятельно) ориентируется параллельно плоскости слоя вдоль оси легкого намагничивания кристаллической структуры, заданной в процессе изготовления методом эпитаксии на подложке с соответствующей структурой. При этом направление намагниченности ферромагнитных слоев чередуется антипараллельно. Этому состоянию намагниченности ферромагнитных слоев соответствует максимальное значение электрического сопротивления перпендикулярно слоям, измеряемое между контактами спинового клапана. Спиновый клапан находится в «запертом» состоянии.

В [2, второй абзац, стр.4228] и [56] указан факт такого спонтанного намагничивания ферромагнитных слоев спинового клапана, похожий на магнитную доменную структуру в сплошных антиферромагнитных материалах, и поэтому направления спонтанной намагниченности, присущее спиновым клапанам, принято условно называть антиферромагнитной намагниченностью. Антиферромагнитная намагниченность в спиновом клапане возникает при заданном соотношении толщин d_Fe ферромагнитных слоев и толщин d_i неферромагнитных прослоек, причем d_i подбирается из диапазона

0,1 d_Fe … 0,2 d_Fe.

Но авторы [2], [56] сразу указывают, что микроскопическое происхождение этой антиферромагнитной связи слоев спинового клапана до сих пор остается неясным, хотя магнитные и магниторезистивные свойства новой искусственной структуры изучены как в их статическом, так и динамическом поведении. Действительно, теория электромагнетизма, приносящая колоссальную практическую пользу, описывающая намагничивание сплошных ферромагнетиков и магнитные потоки в макроскопических магнитных системах, таких как электрические машины, электромагниты, электромагнитные реле, и используемая, благодаря удобству в теории и практике более 100 лет, должна корректно применяться к многослойной искусственной структуре спинового клапана. Отметим, что понятие сплошных (неразрывных) макроскопических магнитных потоков сильно упростило расчет электромагнитных устройств, понимание теории ферромагнетизма, поэтому в теории магнитных цепей для инженерных расчетов электромагнитных устройств, где принято, что магнитные потоки должны быть макроскопическими замкнутыми, имея не только встречно-параллельные (антипараллельные) участки.

В слоях спинового клапана спонтанная намагниченность в каждом слое имеет максимальное значение, соответствующее намагниченности насыщения, как и в доменах сплошного ферромагнетика. Однако при этом, магнитные потоки слоев не замыкаются на соседние слои по концам плоскостей слоев, иначе спиновый клапан, согласно принципу его работы, стал бы не работоспособным. Так же не наблюдаются вихревые токи на концах этих слоев, которые наводятся при изменении замыкающих участков магнитных потоков и могут достигать больших значений из-за высокой скорости переключений спинового клапана. Очевидно, что магнитные потоки ферромагнитных слоев на их краях остаются внезапно макроскопически разорванными, хотя эти слои взаимодействуют так, как это возможно только при замкнутости магнитного потока одного слоя через слои, прилегающие к нему.

В чем же причина встречно-параллельной спонтанной взаимной ориентации этих слоев ферромагнетика? Для объяснения искусственных многослойных структур, применяемых в спиновых клапанах, где участки магнитной цепи не соединены макроскопически последовательно, но расположены близко так, что происходит атомарное их взаимодействие объемов, предлагается следующее дополнение, известное в теории электромагнетизма [57], [58].

Так как каждый слой спинового клапана в идеале представляет собой один кристалл, следовательно, один магнитный домен, рассмотрим другую схему взаимодействия, на более малоразмерном уровне. Атомы ферромагнитного материала, из которого изготовлены слои спинового клапана, можно представить в виде магнитных диполей с магнитным моментом p_a, спонтанно взаимодействующих между собой. Это взаимодействие приводит к тому, что магнитные моменты атомов каждого ферромагнитного слоя будут ориентированы в виде цепочек параллельно последовательно ориентированных магнитных диполей, как в одном магнитном домене, но антипараллельно в отношении магнитных моментов атомов, прилегающих ферромагнитных слоев. Очевидно, доменная структура искусственных структур типа «спиновый клапан» также совершенно иная, чем в монолитных ферромагнитных металлах, вместо доменной стенки слои разделены материалом без намагниченности, похожем этим на металл, в котором донорно или акцепторно скомпенсированы неспаренные спины электронов проводимости, участвующих в намагничивании, и из-за отсутствия намагниченности нет замедляющих поворотов его вектора. При этом сила спонтанного взаимодействия [57] атомов внутри одного ферромагнитного слоя определяется простой формулой: а сила взаимодействия атомов одного слоя с атомами прилегающего слоя: Здесь: r - усредненное расстояние между рассматриваемыми атомами. Очевидно, при таком рассмотрении магнитные потоки слоев спинового клапана оказываются замкнутыми на атомарном уровне, и нет надобности в применении замкнутого общего макроскопического магнитного потока при рассмотрении параллельно тесно расположенных соседствующих ферромагнитных слоев. Можно сказать, что в искусственно созданной структуре спиновых клапанов наблюдается макроскопически неявное замыкание магнитных полей, проявляющееся в спонтанной антиферромагнитной ориентации ее слоев. Таким образом, противоречия в объяснении работы спиновых клапанов сняты с применением общепринятой теории электромагнетизма.

С применением приведенного текста были созданы конструкции вариантов заявляемого спинового клапана (фиг. 1) и (фиг. 2), с аналогичным принципом работы, несмотря на их иную конструкцию по сравнению с аналогами с плоскопараллельными слоями, т.е. с параллельными слоями в виде плоских колец (фиг. 1) и с коаксиальными слоями (фиг. 2). Замкнутость ферромагнитных слоев этих клапанов позволяет повысить магнитную упорядоченность их структур как вовремя изготовления при наращивании слоев, так и во время работы спиновых клапанов, а также повышает стойкость спинового клапана в отношении внешних высокочастотных электромагнитных помех.

При обеспечении строго ориентированной бездефектной структуры [3], [59], которая связана также и со способом высококачественного изготовления, каждый слой становится гладким монокристаллом. Благодаря этому сопротивление спинового клапана в закрытом состоянии приблизится к сопротивлению полупроводниковых токовых ключей, что в некоторых случаях обеспечит возможность их применения даже в качестве самостоятельных компонентов для коммутации электрического тока.

В остальном принцип работы заявляемых вариантов спинового клапана не отличается от принципа работы аналогов и наиболее близкого технического решения (prior art).

Отметим, что согласно рассмотренному принципу будут работать аналогичные многослойные устройства, даже имеющие на несколько порядков увеличенную (квазибесконечную) площадь слоев. Так же, при соблюдении соотношений толщин d_Fe ферромагнитных слоев и толщин d_i неферромагнитных прослоек в диапазоне 0,1 d_Fe … 0,2 d_Fe, удалось обеспечить такое же антиферромагнитное взаимодействие ферромагнитных слоев толщиной d_Fe=50 мкм [60], т.е. в 4×10³ большей, чем применяется в спиновых клапанах. Обратим внимание на то, что размер 50 мкм не превосходит толщину магнитного домена в монолитных образцах известных ферромагнитных металлов.

Из-за гистерезиса межслоевого взаимодействия плавное управление сопротивлением заявляемых спиновых клапанов, так же, как и у аналогов, не рассматривается, хотя и возможно при специальной ориентации высокочастотного управляющего магнитного поля, например, перпендикулярно слоям.

Учитывая применимость общепринятой теории электромагнетизма для описания спиновых клапанов, можно применять не только феноменологические уравнения для описания работы спиновых клапанов. Энергия спонтанной намагниченности ферромагнитного слоя определяется уравнением [61]:

где: μ₀μ - магнитная проницаемость ферромагнетика, J_s - его намагниченность насыщения, V_Fe - объем слоя, причем V_Fe=d_Fe⋅S_Fe, d_Fe - толщина слоя, S_Fe - площадь плоскости слоя.

Если спиновый клапан близок по параметрам к идеальному спиновому клапану, т.е. имеет малые токи утечки, его можно представить в виде электрического конденсатора с энергией [61], максимально запасаемое значение которой равно:

где: C_i - емкость конденсатора, обкладками которого являются ферромагнитные слои, U_br - граничное напряжение этого конденсатора, причем ε₀ε - эквивалентная диэлектрическая проницаемость границы, по которой происходит смещение намагниченности слоя с положительным зарядом и имеющая толщину d_r. Это смещение происходит при приложении напряжения U<U_br к такому условному конденсатору.

Теперь, измерив электрическое напряжение U_br, при приложении которого к запертому спиновому клапану с одной прослойкой произойдет переключение направлений намагниченности, и допуская, что W_M=W_E, можем вычислить значение d_r для выбранных материалов слоев и прослоек с толщинами d_Fe и d_i:

Это позволит в дальнейшем вычислять значение граничного напряжения U_br для любых значений J_s и d_Fe.

Кольцевая или дисковая конструкция спинового клапана позволяет осуществлять равномерно ориентирующее намагничивание наращиваемых слоев спинового клапана в процессе их осаждения наиболее эффективным и простым способом: пропусканием постоянного электрического тока вдоль проволоки круглого поперечного сечения, коаксиальной с осью цилиндра или диска слоев. Для спинового клапана первого варианта дизайна роль этой проволоки может выполнять подложка - проволока круглого поперечного сечения или проволока круглого сечения, коаксиальная трубчатой подложке, изолированной от этой проволоки. При этом значение намагничивающего тока выбирается достаточным, чтобы намагничивать до насыщения не только внутренние, но и наружные растущие слои.

Таким образом, часть цели - повышение параметров спинового клапана и изменение его конструкции для осуществления способа, способствующего повышению параметров спинового клапана, достигнута.

Для достижения поставленной цели - улучшение способа электролитического осаждения материалов в магнитном поле для обеспечения его применимости в производстве спиновых клапанов и повышения возможностей этого способа по сравнению со способами эпитаксиального электровакуумного напыления, в способе, содержащем электролитическое осаждение с применением асимметричного переменного тока в магнитном поле, намагничивающем осаждаемые слои до насыщения, постоянное восстановление и очищение электролита от шлама любой высокой дисперсности, включая субмикронный, при этом поток очищенного восстановленного электролита омывает поверхность наращиваемого слоя, смывая с него пузырьки водорода и пудру отторгаемого катодного шлама, применена конструкция спиновых клапанов с замкнутыми цилиндрическими или дисковыми слоями, и намагничивание которых в процессе осаждения осуществляется постоянным током, проходящим по прямой проволоке круглого поперечного сечения, расположенной вдоль оси цилиндра или диска этих слоев.

Существенным отличием заявляемого способа от аналогов [42]-[54] и от наиболее близкого технического решения [55] является применение конструкции спиновых клапанов с замкнутыми цилиндрическими или дисковыми слоями, намагничивание которых до насыщения в процессе осаждения обеспечивается магнитным полем постоянного тока, пропускаемого по прямой проволоке круглого поперечного сечения, расположенной вдоль оси цилиндра или диска этих слоев. Эти отличительные признаки применяются впервые, что является признаком новизны заявляемого способа.

Способ осаждения слоев заявляемого спинового клапана осуществляется следующим образом.

При электролитическом осаждении металлических слоев возможно действовать равномерным магнитным полем только на структуру растущего кристалла, так как магнитное поле не производит никаких изменений в составе электролита и в связях ионов электролита, т.е. не вызывает слипание ионов металла, движущихся в электролите к подложке [55]. Для сравнения: при магнетронном вакуумном осаждении намагничивание подложки приведет к тому, что это поле будет влиять на плазму металла еще до его осаждения, провоцируя кластеризацию металла. В отличие от этого создание эпитаксии при электролитическом осаждении металлических слоев в магнитном поле не только осуществимо, но и менее затратное. Преимущество упорядочивания в процессе роста осаждаемых слоев равномерным магнитным полем следует из того, что упорядочивающее воздействие магнитного поля, намагничивающего растущий слой ферромагнитного металла до насыщения и формирующего его монокристаллическую структуру, не ослабевает при росте толщины осажденных слоев, в отличие от эпитаксии, осуществляемой только под влиянием структуры подложки и зависящей от расстояния от нее, особенно при искажениях от дефектов в структуре слоев. Кроме этого, каждый осажденный слой имеет структуру подложки, подходящей для заданной эпитаксии, поэтому упорядочивание растущих слоев будет происходить эффективнее, т.е. как под влиянием магнитного поля, так и под влиянием структуры нижележащего слоя. Формирование такого неослабленного упорядочивающего слоя особенно важно для получения гладкой поверхности при осаждении тонких неферромагнитных прослоек.

Рассмотрим влияние искривлений слоев в заявляемых спиновых клапанах на упорядочивание структуры металла. Искажение структуры материала, из-за изгиба слоев и отличия длины окружностей слоев или изменения радиуса участка слоя не возникает, так как компенсируется незначительным упругим растяжением внутренних участков слоев и сжатием наружных, и затем осциллирующим переходом к такой же кристаллической структуре, но с увеличенным количеством атомов и изменением знака деформации. Очевидно, между деформированными участками кристалла находятся ненапряженные области. Рассмотренные кристаллические перестройки осуществляются с сохранением направления осей легкого намагничивания ферромагнитного материала. Поэтому, каждый слой наращиваемой многослойной структуры остается монокристаллическим бездефектным.

Работа асимметричного переменного тока в электролите основана на процессах осаждения металла на подложке-катоде во время действия отрицательного импульса тока (катодный ток), имеющего амплитуду I_k и длительность τ_K, и стравливания металла с этой подложки во время действия противоположного, положительного, импульса тока (анодный ток) с длительностью τ_A ≈ 0,1⋅τ_K … 0,2⋅τ_K и амплитудой 0,2⋅I_k …1⋅I_k. При катодном токе, т.е. при длинном импульсе отрицательного электрического потенциала подложки относительно анода на поверхности детали разряжаются ионы соответствующего металла и водорода, который частично встраивается атомарно в структуру покрытия, и частично соединяется в молекулы водорода, образуя пузырьки, прикрепленные к точкам выделения на поверхности детали. При анодном токе, т.е. при коротком импульсе положительного электрического потенциала подложки относительно анода, атомарный водород, благодаря высокой подвижности представляющих его протонов, имеющих малые размеры по сравнению с ионами покровного металла, успевает удалиться из структуры покрытия на его поверхность. Обратно в раствор электролита переходят также частицы случайного шлама, и частично, т.е. от 1 до 10%, в зависимости от технологии, растворяется металл покрытия. Повышение качества покрытия при совместном применении магнитного поля и асимметричного тока связано с тем, что в магнитном поле энергетически выгоднее становится осаждение металлов без включений водорода и субмикронного шлама по сравнению с осаждением с водородом и шламом. При стравливании металла в магнитном поле, наоборот, энергетически выгоднее становится удаление водорода и шлама из структуры покрытия.

Отметим, что заявленную в [56] шероховатость 0,2 нм … 0,3 нм (половина диаметра атома) достигнуть при магнетронном распылении в вакууме весьма сложно. Поэтому эта технология требует применения дорогостоящего оборудования, имеет низкую производительность, невысокий процент изделий с заданным значением электрического сопротивления в закрытом состоянии. В отличие от этого, заявляемый способ высокопроизводителен, менее затратный и обеспечивает особо высокую чистоту и монокристаллическую структуру слоев, следовательно, обеспечивает возможность получение изделий с более высоким сопротивлением в закрытом состоянии, с полным повторением всех параметров с высокой точностью, при переходе от изделия к изделию.

Таким образом, цель изобретения - улучшение способа электролитического осаждения материалов в магнитном поле для обеспечения его применимости в производстве спиновых клапанов и повышения его возможностей по сравнению со способами эпитаксиального электровакуумного напыления, достигнута.

Ферромагнитные слои заявляемых спиновых клапанов могут быть изготовлены с применением любых ферромагнитных металлов, включая редкоземельных, а также из сплавов с ферромагнитными свойствами. Неферромагнитные прослойки могут быть изготовлены из любых металлов, не обладающих ферромагнитными свойствами, а также в виде диэлектрических пленок с эффектом туннельного пробоя. Подложка может быть выполнена из алюминия, что при необходимости облегчит ее селективное стравливание в растворах щелочей, или из меди, которая стравливается в растворе аммиака без повреждения слоев и прослоек спинового клапана.

В настоящее время спиновые клапаны широко применяются в основном в считывающих головках жестких дисках компьютеров, а также в цифровых изоляторах [62], [63], [64], [65], превосходящих оптроны по быстродействию. Однако достижение высоких значений сопротивления в закрытом состоянии спинового клапана, т.е. малых токов утечки, позволит применять его в электронике и электротехнике, в качестве самостоятельного коммутирующего быстродействующего сильноточного компонента с гальванической развязкой.

Список использованной литературы

1. US 4949039 (DE 3820475), Int. Cl.⁵ G01R 33/06; G11B 5/39; H01L 43/00. Magnetic field sensor with ferromagnetic thin layers having magnetically antiparallel polarized components. Патент от 14.08.1990.

2. Binasch G., Saurenbach F., Zinn W. Enhanced magnetoresistance in layered magnetic-structures with antiferromagnetic interlayer exchange. II Physical Review В 39(7): 4828-4830.

3. Казаков В.В., Махянов Х.М. Перспективы применения спиновых клапанов в силовой электронике и электротехнике. Ж-л «Энергетика Татарстана», №1 (41) 2016, 3 - 18 С.

4. US 5598308, Int. Cl. G01R 33/09; G01R 33/06; G11B 005/127; G11B 005/33. Magnetoresistive sensor having multilayer thin film structure. Патент от 28.01.1997.

5. US 5341118, Int. Cl. H01L 43/00. Multilayer magnetic structure wherein the magnitude of the structure magnetoresistance is a function of nonmagnetic layer thickness. Патент от 23.08.1994.

6. US 5452163, Int. Cl. G11B 5/30. Multilayer magnetoresistive sensor. Патент от 19.09.1995.

7. US 5688605, Int. Cl. H01F 10/32; H01F 10/00; G11B 5/39; H01L 43/00; H01L 43/10; H01L 43/08; G11B 005/127. Magnetoresistance effect element. Патент от 18.11.1997.

8. US 5828526, Int. Cl. G11B 5/39; H01L 43/10; H01L 43/00; G11B 005/39; H01L 043/00. Magnetoresistance effect element and magnetic field detection device. Патент от 27.10.1998.

9. US 5365212, Int. Cl. H01L 43/00. Magnetoresistance effect element. Патент от 15.11.1994.

10. US 5315282, Int. Cl. H01L 43/08. Magnetoresistance effect element. Патент от 24.05.1994.

11. US 5578385, Int. Cl. G11B 5/00. Magnetoresistance effect element. Патент от 26.11.1996.

12. US 6639763, Int. Cl. G01R 33/06; G01R 33/09; G11B 5/39; G11B 005/39. Magnetic transducer and thin film magnetic head. Патент от 28.10.2003.

13. US 5731936, Int. Cl. H01F 10/32; H01F 10/00; G11B 5/39; G11B 5/40; G11B 005/39. Magnetoresistive (MR) sensor with coefficient enhancing that promotes thermal stability. Патент от 24.03.1998.

14. US 5747997, Int. Cl. G01C 17/00; G01C 17/30; G01R 33/04; G01R 33/09; G01R 33/06; H01F 10/32; G11B 5/39; G11B 5/465; H01F 10/00; H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 5/012; G11B 5/00; G01R 033/09; G01C 017/00. Spin-valve magnetoresistance sensor having minimal hysteresis problems. Патент от 05.05.1998.

15. US 6166539, Int. Cl. G01C 17/30; G01C 17/00; G01R 33/09; G01R 33/06; G01R 33/04; G11B 5/39; G11B 5/465; H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 5/00; G11B 5/012; G01R 033/02; G11B 005/127. Magnetoresistance sensor having minimal hysteresis problems. Патент от 26.12.2000.

16. US 5549977, Int. Cl. H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 005/66; B05D 005/12; C23C 014/00. Article comprising magnetoresistive material. Патент от 27.08.1996.

17. US 6153320, Int. Cl. G01R 33/09; G01R 33/06; H01F 10/32; G06K 19/06; H01L 21/8246; H01L 21/70; H01L 27/22; H01F 10/00; G11B 5/39; B32B 009/00; G11B 005/66. Magnetic devices with laminated ferromagnetic structures formed with improved antiferromagnetically coupling films. Патент от 28.11.2000.

18. US 6197439, Int. Cl. B32B 15/01; G11B 5/31; H01F 10/32; G11B 5/33; H01F 10/00; G11B 5/39; B32B 015/00. Laminated magnetic structures with ultra-thin transition metal spacer layers. Патент от 06.03.2001.

19. US 7221545, Int. Cl. G11B 5/39; G110B 5/127. High H_C reference layer structure for self-pinned GMR heads. Патент от 22.09.2007.

20. US 5434826, Int. Cl. G11B 5/39; G11B 5/455; H01L 043/00; G11B 005/39. Multilayer hard bias films for longitudinal biasing in magnetoresistive transducer. Патент от 18.07.1995.

21. US 2009/0243607, Int. Cl. G01R 33/05. Magnetic sensor design for suppression of Barkhausen nois. Патент от 01.10.2009.

22. US 5485334, Int. Cl. G11B 5/39; G11B 5/31. Magnetoresistive device and method having improved barkhausen noise suppression. Патент от 16.01.1996.

23. US 5654854, Int. Cl. G121B 5/39. Longitudinally biased magnetoresistive sensor having a concave shaped active region to reduce Barkhausen noise by achieving a substantially single magnetic domain state. Патент от 05.08. 1997.

24. US 6538860, Int. Cl. G11B 5/39. Spin-valve type magnetoresistive element capable of preventing Barkhausen noise. Патент от 25.03.2003.

25. US 8242776 B2, Int. Cl. G01R 33/02. Magnetic sensor design for suppression of Barkhausen noise. Патент от 14.08.2012.

26. US 6633465 B2, Int. Cl. G11B 5/39. Magnetoresistive element. Патент от 14.10.2003.

27. US 6567247 B1, Int. Cl. G11B 5/127. Magnetoresistance effect type head. Патент от 20.05.2003.

28. US 7710690 B2, Int. Cl. G11B 5/33. Magneto-resistance effect element capable of obtaining a reproducing signal with a high quality. Патент от 04.05.2010.

29. US 2005/0219768 A1, Int. Cl. G11B 5/33; G11B 5/127. Magneto-resistance effect element. Патент от 06.10.2005.

30. US 6714389 B1, Int. Cl. G11B 5/39. Digital magnetoresistive sensor with bias. Патент от 30.03.2004.

31. US 5620784, Int. Cl. H01F 10/14. Magnetoresistive film. Патент от 15.04.1997.

32. US 6496004 B1, Int. Cl. G01F 33/09; G01F 33/02; H01L 43/08; H01L 43/12. Magnetic field sensor using magneto-resistance of ferromagnetic layers with parallel magnetic axes. Патент от 17.12.2002.

33. US 5432373, Int. Cl. H01L 27/22. Magnetic spin transistor. Патент от 11.07.1995.

34. US 6501143 B2, Int. Cl. H01L 29/82. Spin-valve transistor. Патент от 31.12.2002.

35. US 6016241, Int. Cl. G11B 5/39. Magnetoresistive sensor utilizing a granular magnetoresistive layer. Патент от 18.01.2000.

36. US 5966012, Int. Cl. H01L 43/08; H01F 10/00; H01F 10/32; G11C 11/16; G11C 11/02; G11C 11/15; G01R 033/02; G11C 011/15. Magnetic tunnel junction device with improved fixed and free ferromagnetic layers. Патент от 12.10.1999.

37. US 7271698, Int. Cl. H01L 43/00. Laminated ferrimagnetic thin film, and magnetoresistive effect element and ferromagnetic tunnel element using this thin film. Патент от 18.09.2007.

38. US 7276384, Int. Cl. H01L 21/00; H01L 29/76. Magnetic tunnel junctions with improved tunneling magneto-resistance. Патент от 02.10.2007.

39. US 7280029, Int. Cl. H01L 43/00. Laminated ferrimagnetic thin film, and magnetoresistive effect element and ferromagnetic tunnel element using this thin film. Патент от 09.10.2007.

40. US 5835003, Int. Cl. H01L 43/00. Colossal magnetoresistance sensor. Патент от 10.11. 1998.

41. US 5447781, Int. Cl. H01L 43/00; H01L 43/10; G11B 005/127. Magnetoresistance film and method of manufacturing same. Патент от 05.09.1995.

42. Кузьмар И., Кушнер Л., Ланин В., Хмыль А. Гальваническое осаждение функциональных покрытий в нестационарных режимах электролиза. Ж-л «Технологии в электронной промышленности», №4’2013 (www.tech-e.ru), 70-74 С.

43. Серебровский, В.В. Особенности осаждения железных гальванических покрытий на переменном асимметричном токе / В.В. Серебровский // Аграр. наука. - 2011. - С. 29-31.

44. RU 2634555 С2 МПК C25D 3/56. Способ электролитического осаждения сплава железо-кобальт. Патент от 21.12.2015.

45. RU 2174163 С1 МПК C25D 3/56, C25D 5/18. Способ электролитического осаждения сплава железо-молибден. Патент от 22.02.2000.

46. RU 2192509, МПК C25D 3/56. Способ электролитического осаждения сплава железо-вольфрам. Патент от 04.01.2001.

47. RU 2626700 С1 МПК C25D 3/12. Способ электрохимического нанесения никелевого покрытия. Патент от 10.02.2016.

48. BY 7927 С1 МПК C25D 3/56. Электролит и способ получения защитного покрытия сплавом никель-вольфрам. Патент от 30.04.2006.

49. BY 16636 С1 МПК C25D 3/56. Способ получения защитного покрытия сплавом никель-вольфрам. Патент от 30.12.2012.

50. Грабчиков С.С.Аморфные электролитически осажденные металлические сплавы. -Минск: Изд.центр Белоруского ГУ, 2006. - 188 с.

51. Деморецкий Д.А., Ганигин С.Ю., Ибатуллин И.Д., Галлямов А.Р., Поляков Г.С., Кретов С.С, Дурницын К.С. Гальваническая установка для нанесения покрытий на асимметричном переменном токе. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, том 14, №1(2), 2012, С. 541-543.

52. RU 2275445 МПК C25D 5/10. Способ формирования гальванических покрытий. Патент от 29.09.2004.

53. RU 2224826 С1, МПК C25D 5/10. Способ получения покрытий на металлических поверхностях. Патент от 10.07.2002.

54. Ивашкин Ю.А., Артемов А.И., Артемова В.Н. Установка для нанесения гальванических покрытий в магнитном поле. Ж-л «Новые материалы и технологии в машиностроении», №5, 2006, 63-65 С.

55. RU 2470097 C2, МПК C25D 1/04, C23C 16/08, C23C 22/05, C23C 16/16. Способ изготовления фольги из чистого ферромагнитного металла и устройство для его осуществления (варианты). Патент от 07.09.2010.

56. П.Д. Ким, Г.С. Патрин, Д.А. Марущенко, Т.В. Руденко, В.В. Поляков, Т.В. Ким, Исследование процессов перемагничивания магнитомягких и магнитожестких слоев в спин-вентильных структурах. / Ж-л СФУ. Сер. Матем. и физ., 2012, том 5, выпуск 2, С. 196-204.

57. D. Vokoun, Μ. Beleggia, L. Heller, P. Sittner. Магнитостатические взаимодействия и силы между цилиндрическими постоянными магнитами. / Ж-л магнетизма и магнитных материалов. №321 (22), 2009. - С. 3758-3763.

58. Л.Д. Ландау, Ε.М. Лифшиц. Теория поля. («Теоретическая физика», том II) - Издание 7-е. - М.: Наука, 1988. - 512 с.

59. Kazakov V.V., Kazakov O.V. A colossal increased value of the electrodeposited metal-films technologies for modern electrical engineering industries. // Studies in Chemical Process Technology (SCPT) Volume 2, 2014: 9-16. (www.as-se.org/scpt).

60. US 9728321, Int. Cl. H01F 27/2847, H01F 1/18, H01F 17/04, H01F 27/25, H01F 30/06. Transformer with ferromagnetic foil windings. Патент от 22.01.2015.

61. Зильберман Г.Е. Электрическтво и магнетизм. - Москва: Наука, 1970. - 384 с.

62. Ярослав Комолов. Цифровые изоляторы Si84xx от компании Silicon Laboratories. -журнал «Компоненты и технологии», 2007, №2. - С. 51-56.

63. Высокоскоростные изолирующие ИС фирмы NVE // Chip News. 2003. №2. http://www.nve.com.

64. Романов О. Высокоскоростные цифровые изоляторы фирмы Analog Devices - достойная альтернатива оптопарам // Компоненты и технологии. 2003. №7.

65. Иоффе Д. Обзор скоростных цифровых изоляторов с передачей данных через магнитное поле // Компоненты и технологии. 2006. №2. http://www.isoloop.com, http://www.analog.com.

Изобретение относится к магниторезистивным датчикам и переключающим компонентам в магнетоэлектронике. Сущность: ферромагнитные слои 2 и разделяющие их неферромагнитные прослойки 3 выполнены в виде коаксиальных цилиндров, охватывающих подложку 1 в виде проволоки круглого сечения, или выполнены в виде плоских колец, наносимых на плоскую сторону подложки в виде кольца такой же формы, наружный слой может быть магнитно-закрепленным, а прослойки выполняться так же из металла или из диэлектрика с эффектом туннельного пробоя; примененный способ осаждения из электролитов постоянной особой очистки в магнитном поле с применением асимметричного тока обеспечивается указанным изменением конструкции и применением намагничивания полем от постоянного тока вдоль оси окружностей спинового клапана. Технический результат заключается в улучшении параметров спинового клапана, изменении его конструкции для упрощения способа изготовления, улучшении способа электролитического осаждения в магнитном поле из особо очищенного электролита для его применимости в производстве спиновых клапанов. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Спиновый клапан, содержащий подложку из неферромагнитного металла, на которую нанесены n слоев ферромагнитного металла, разделенных прослойками неферромагнитного материала или диамагнетика с эффектом туннельного пробоя, первый контакт, соединенный с подложкой, и второй контакт, соединенный с наружным слоем, причем:

- все ферромагнитные слои выполнены одинаковыми из магнитно-мягкого металла без жесткой антиферромагнитной связи между собой; или

- наружный и нижележащий ферромагнитные слои выполнены с жесткой антиферромагнитной связью между собой, а остальные слои выполнены одинаковыми из магнитно-мягкого металла без жесткой антиферромагнитной связи между собой; или

- наружный слой выполнен из магнитно-жесткого металла, а остальные слои выполнены одинаковыми из магнитно-мягкого металла без жесткой антиферромагнитной связи между собой,

отличающийся тем, что:

- подложка выполнена в виде цилиндрического отрезка проволоки круглого сечения из неферромагнитного металла, а слои и прослойки в виде чередующихся коаксиальных цилиндров, плотно охватывающих подложку, или

- подложка выполнена в виде плоского кольца, а слои и прослойки в виде чередующихся тонких плоских колец с такими же, как у подложки, размерами внутренней и внешней окружностей, которые нанесены, по крайней мере, на одну из плоских сторон подложки.

2. Способ изготовления спинового клапана по п. 1, содержащий электролитическое осаждение с применением асимметричного переменного тока в магнитном поле, намагничивающем осаждаемые слои до насыщения, постоянное восстановление и очищение электролита от шлама любой высокой дисперсности, включая субмикронный, при этом поток очищенного восстановленного электролита омывает поверхность наращиваемого слоя, смывая с него пузырьки водорода и пудру отторгаемого катодного шлама, отличающийся тем, что для его реализации применена конструкция спиновых клапанов с замкнутыми слоями и разделенными замкнутыми прослойками, выполненными согласно п. 1:

- в виде коаксиальных цилиндров, нанесенных на цилиндрический отрезок проволоки из неферромагнитного металла; или

- в виде тонких плоских колец, нанесенных, по крайней мере, на одну из плоских сторон подложки, имеющей форму плоского кольца,

и намагничивание осаждаемых слоев осуществляется постоянным током, проходящим по прямой проволоке круглого поперечного сечения, расположенной вдоль оси цилиндров или плоских колец.