Top synthetic spin valves with structure Ta/NiFe/CoFe/Cu/CoFe(P1)/Ru/CoFe(P2)/FeMn/Ta on Si(100) substrate with natural oxide were prepared by dc magnetron sputtering system, and investigated on the magnetoresistance properties and effective exchange bias field. As the thickness of FeMn increased above 150 $\AA$, MR ratio was decreased due to the current shunting effect. As the thickness of free layer decreased below 40$\AA$, MR ratio was reduced rapidly. In case of 40 $\AA$ thick of free layer, spin valve film with a structure Si(100)/Ta(50 $\AA$)/NiFe(27 $\AA$)/CoFe(13 $\AA$)/Cu(26 $\AA$)/CoFe(30 $\AA$)/Ru(7 $\AA$)/CoFe(15 $\AA$)/FeMn(100 $\AA$)/Ta(50 $\AA$) exhibited maximum MR ratio of 7.5 % and an effective exchange bias field of 600 Oe, respectively. Thickness difference dependence in this synthetic spin valve structure on effective exchange field was investigated and interpreted by the analytical method. It should be noted that thickness increase of CoFe(P 1) and decrease of CoFe(P2) in synthetic antiferromagnet leaded to the decrease in effective exchange bias field by experimentally and analytically.
Kim, K.Y.;Shin, K.H.;Kim, H.J.;Jang, S.H.;Kang, T.
Journal of the Korean Magnetics Society
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v.10
no.5
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pp.203-209
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2000
Top synthetic spin valves with structure Ta/NiFe/CoFe/Cu/CoFe(P 1)/Ru/CoFe(P2)/FeMn/Ta on Si (100) substrate with natural oxide were prepared by dc magnetron sputtering system. We have changed only the thickness in free layers and the thickness difference (Pl-P2) in two ferromagnetic layers separated by Ru, and investigated the effect of magnetic film thickness on interlayer coupling field in spin valve with synthetic antiferromagnet. According to the decrease of free layer thickness, interlayer coupling field was increased due to the magnetostatic coupling(orange peel coupling). In case of t$\_$P1/>t$\^$P2/, interlayer coupling field agreed well with the modified Neel model suggested in conventional spin valve structures by Kools et al. However, in case of t$\_$P1/>t$\^$P2/, it was found that the interlayer coupling field was not explained by the Modified Neel Model and was confirmed the necessity of further remodeling. The dependence of Cu thickness on the interlayer coupling field was investigated and 10 Oe of interlayer coupling field was obtained when the Cu thickness is 32 $\AA$.
To develop array magnetic sensors, specular-type giant magnetoresistive- spin valve (GMR-SV) film of Glass/Ta(5)MiFe(7)/IrMn(10)NiFe(5)/$O_2$/CoFe(5)/Cu(2.6)/CoFe(5)/$O_2$/NiFe(7)/Ta(5)(nm) was deposited by using a high-vacuum sputtering system. One of 15 way sensors in the area of $8{\times}8mm^2$ was Patterned a size of $20{\times}80{\mu}m^2$ in multilayer sample by Photo-lithography. All of 15 sensors with Cu electrodes were measured a uniform magnetic properties by 2-probe method. The highest magnetic sensitivity of MR and output voltage measured nearby an external magnetic field of 5 Oe were MS = 0.5%/Oe and ${\triangle}$V= 3.0 mV, respectively. An easy-axis of top-free layers of $CoFe/O_2/NiFe$ with shape anisotropy was perpendicular to one of bottom-pinned layers $IrMn/NiFe/O_2/CoFe$. When the sensing current increased from 1 mA to 10 mA, the output working voltage uniformly increased and the magnetic sensitivity was almost stable to use the nano-magnetic devices with good sensitive properties.
In order to detect of the magnetic property in the cell unit, we studied the GMR-SV (giant magnetoresistance-spin valves) biosensor, which was depended on the micro patterned features according to two easy directions of longitudinal and transversal axes. Here, the multi layer structure was glass/NiO/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/NiFe. The uniaxial anisotropy direction was applied to the patterned biosensor during the deposition and vacuum post-annealing at $200^{\circ}C$ under the magnitude of 300 Oe, respectively. Considering the magnetic shape anisotropy effect, the size of micro patterned biosensor was a $2{\times}5{\mu}m^2$ after the photo lithography process. By our experimental results, we confirmed that the best condition of GMR-SV biosensor should be the same direction of the axis sensing current and the easy axis of pinned NiO/NiFe/CoFe triple layer oriented to the width direction of device, and the direction of the easy axis of free CoFe/NiFe bilayer was according to the longitudinal direction of device.
Oh, Sun-Jong;Hung, Tran Quang;Kumar., S. Ananda;Kim, Cheol-Gi;Kim, Dong-Young
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.28
no.5
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pp.421-426
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2008
The magnetic bio-sensor used the PHR (planar hall resistance) effect generated by the free layer in spin-valve giant magnetoresistance structure of Ta/NiFe/CoFe/Cu/NiFe/IrMn/Ta. The PHR element with micrometer size was fabricated through the photolithograph and dry etching process. The PHR signal with magnetic field was measured under the conditions of with and without single magnetic bead. A single magnetic bead of diameter $2.8\;{\mu}m$ was successfully detected using the PHR sensor. Therefore, the high resolution PHR sensor can be applied to bio-sensor application utilizing the output voltage variation of the PHR signals in the presence and absence of a single magnetic bead.
Park, Ji-Soo;Kim, Nu-Ri;Jung, Hyun-Jun;Lee, Sang-Suk
Journal of the Korean Magnetics Society
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v.25
no.1
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pp.16-21
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2015
The micro device, coil, and channel for the biosensor integrated with the GMR-SV device based on the antiferromagnetic IrMn layer was fabricated by the light lithography process. When RBCs coupled with several magnetic beads with a diameter of $1{\mu}m$ passed on the micro channel, the movement of $RBC+{\mu}Beads$ is controlled by the electrical AC input signal. The $RBC+{\mu}Beads$ having a micro-magnetic field captured above the GMR-SV device is changed as the output signals for detection status. From these results, the GMR-SV device having the width magnitude of a few micron size can be applied as the biosensor for the analysis of a new magnetic property as the membrane's deformation of RBC coupled to magnetic beads.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.9
no.5
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pp.486-492
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1999
The purpose of this research was to find out what is the dominant factor determining the $H_{ex}$ and the $H_C$ of Mn-Ir/Ni-Fe multilayers with different buffer layers. Regardless of (111) texture of Mn-Ir layer, all samples showed over the $H_{ex}$ of 155 Oe. We found out the $H_{ex}$ and the $H_C$ of Mn-Ir/Ni-Fe multilayers depend on interface morphology and grain size of Mn-Ir layer at the interface between Mn-Ir and Ni-Fe layers. The dependence of magnetroesistance ratio and coupling field on the thickness of ferromagnetic layer, thickness of Cu layer and different buffer layers have been studied. Maximum magnetoresistance ratio appeared for the sample Ta(5 nm)/Mn-Ir(10 nm)/Ni-Fe(7.5 nm)/Cu(2 nm)/Ni-Fe(6 nm)/Ta(5 nm)/Si. Magnetoresistance ratio may be related to grain of ferromagnetic layer. Coupling field may be related to the roughness and the grain size of ferromagnetic layer in the spin-valve multilayers.
$NiFe/Co/Al_2O_3/Co/IrMn$ tunneling junctions were grown on (100)Si wafer and their spin-valve tunneling magnetoresistance (TMR) was studied. The tunneling junctions were grown by using a 5-gun RF/DC magnetron sputter. $Al_2O_3$ barrier layer was formed by exposing Al layer to oxygen atmosphere at 6$0^{\circ}C$ for 72 hours. Strong exchange coupling interaction is observed between the ferromagnetic Co and the antiferromagnetic IrMn of Co/IrMn bilayer when IrMn is 100$\AA$ thick. $NiFe(183\;{\AA})/Co(17\;{\AA})/Al_2O_3(16\;{\AA})/Co(100\;{\AA})/IrMn(100\;{\AA})$ tunneling junction shows best TMR ratio of about 10% in the applied magnetic field range of $\pm$20 Oe. The TMR ratio is improved about 23% and electrical resistance is decreased about 34% when annealed at 200 $^{\circ}C$ for 1 hour in magnetic field of 330 Oe, parallel to the bottom electrode. With increasing the active area of junction the TMR ratio increases while electrical resistance decreases.
We have studied changes of coercivity $(H_c)$, exchange anisotropy field $(H_{ex})$ and MR ration in glass/Ta/NiFeI/CoI(t)/Cu/CoII(3/4 t)/NiFeII/FeMn spin valve structures by changing Ar pressure and thicknesses of Co layers using DC, RF sputtering methods. We obtained minimum coercivity of 2.8 Oe at 4 mTorr of Ar pressure, exchange anisotropy field of 50.0 Oe at 6 mTorr and 5.3 % of MR ratio at 10 mTorr. Also, we obtained 3.0 Oe of coercivity at 40 $\AA$ of CoI layer, 65.9 Oe at 13 $\AA$ and 4.7 % of MR ratio at 27 $\AA$ and 34 $\AA$ by changing the thicknesses of Co layers.
NiFe(60$\AA$)/Co(5$\AA$)/Cu(60$\AA$)/Co(30$\AA$) spin valve thin films were patterned into magnetoresistive random access memory (MRAM) cells by a conventional optical lithography process and their output and switching properties were characterized with respect to the cell size and geometry. When 1 mA of constant sense current was applied to the cells, a few or a few tens of mV of output voltage was measured within about 30 Oe of external magnetic field, which is an adequate output property for the commercializing of competitive MRAM devices. In order to resolve the problem of increase in the switching thresholds of magnetic layers with the downsizing of MRAM cells, a new approach using the controlled shape anisotropy was suggested and interpreted by a simple calculation of anisotropy energies of magnetic layers consisting of the cells. This concept gave a reduced switching threshold in NiFe(60$\AA$)/Co(5$\AA$) layer consisting of the patterned cells from about 15 Oe to 5 Oe and it was thought that this concept would be much helpful for the realization of competitive MRAM devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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