CN101517427B - 磁性传感器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种与外部磁场的极性无关、可利用双极进行稳定动作的采用了磁阻效应元件的磁性传感器。第1磁阻效应元件(10、11)的电阻值R根据正方向上的外部磁场(H1)的磁场强度变化而发生变化，并且第2磁阻效应元件(12、13)保持固定的电阻值。另外，上述第2磁阻效应元件(12、13)的电阻值R根据负方向上的外部磁场(H2)的磁场强度变化进行变化，并且上述第1磁阻效应元件(10、11)保持固定的电阻值。由此构成与外部磁场的极性无关、可利用双极进行稳定动作的磁性传感器。

Description

磁性传感器

技术领域

本发明涉及具有磁阻效应元件的非接触式磁性传感器，尤其涉及与外部磁场的极性无关、可利用双极进行稳定动作的磁性传感器。

背景技术

在可作为无接点方式的磁性传感器中采用霍尔元件和磁阻效应元件等。在霍尔元件中基于功耗变高、因没有磁滞(hysteresis)而需要特意设置磁滞电路、元件小型化难等理由，而关注采用了磁阻效应元件的磁性传感器。

近年，这样的磁性传感器应用于翻盖式移动电话等的开闭检知。例如一直以来，采用磁阻效应元件和固定电阻元件，串联连接这些元件，输出上述元件之间的电位，通过基于外部磁场的磁场强度变化的输出变化，来输出接通/关闭(on/off)的切换信号。当输出接通信号、检知为翻盖式移动电话打开时，控制为例如显示画面下等的背景灯发光。

专利文献1：特开平8-17311号公报

专利文献2：特开2003-60256号公报

但是，在上述的开闭检知方法中存在如下的问题。即，上述磁阻效应元件的电阻变化依存于外部磁场的极性，所以限制了与磁性传感器对置配置的磁铁的朝向。即，若将上述磁铁配置为与正确的朝向相反的朝向，则由于上述外部磁场的极性反向，所以上述磁阻效应元件的电阻值不根据极性反向的上述外部磁场的磁场强度变化而变化，由此无法适当地进行开闭检知。

发明内容

因此，本发明是为了解决上述现有课题而开发的，其目的是尤其提供一种与外部磁场的极性无关、可利用双极进行稳定动作的采用了磁阻效应元件的磁性传感器。

本发明的磁性传感器的特征是具有串联电路，该串联电路串联连接电阻值根据外部磁场的磁场强度变化而变化的第1磁阻效应元件、和第2磁阻效应元件，并输出上述第1磁阻效应元件和上述第2磁阻效应元件之间的连接部的电位，当设上述外部磁场的一个方向为正方向、与上述一个方向相反的方向为负方向时，上述第1磁阻效应元件的电阻值根据上述外部磁场的正方向上的磁场强度变化而变化，并且上述第2磁阻效应元件保持一定的电阻值，上述第2磁阻效应元件的电阻值根据上述外部磁场的负方向上的磁场强度变化而变化，并且上述第1磁阻效应元件保持一定的电阻值。

在本发明中，可形成为与外部磁场的极性无关的双极对应磁性传感器。因此与现有相比，对生成外部磁场的例如磁铁等外部磁场发生单元的配置没有限制，使安装变得容易。

另外，在本发明中优选，基于上述正方向磁场强度变化的上述第1磁阻效应元件电阻变化的增减倾向、和基于上述负方向磁场强度变化的上述第2磁阻效应元件电阻变化的增减倾向表现为以上述外部磁场的无磁场状态为基准的逆倾向。

这样，通过表现为逆倾向，可以使来自上述连接部的电位变化在外部磁场处于正方向和负方向时都是相同的倾向。即，如果是来自上述连接部的电位在外部磁场为正方向时随着磁场强度增加而降低的倾向，则在外部磁场为负方向时磁场强度增加的情况下，也同样为降低的倾向。由此，可以不根据外部磁场方向的不同，而特别地进行电路变更及控制部中的控制变更。

另外，在本发明中优选，上述外部磁场为正方向时的上述第2磁阻效应元件的固定电阻值X1是大于根据上述正方向上的磁场强度变化而变化的上述第1磁阻效应元件的最低电阻值X2、小于最大电阻值X3的值，上述外部磁场为负方向时的上述第1磁阻效应元件的固定电阻值X4是大于根据上述负方向上的磁场强度变化而变化的第2磁阻效应元件的最低电阻值X5、小于最大电阻值X6的值，(固定电阻值X1-最低电阻值X2∶最大电阻值X3-固定电阻值X1)的比率和(最大电阻值X6-固定电阻值X4∶固定电阻值X4-最低电阻值X5)的比率是相同的。此时优选，上述固定电阻值X1是最低电阻值X2和最大电阻值X3的中间值，上述固定电阻值X4是最低电阻值X5和最大电阻值X6的中间值。

由此，当外部磁场在正方向上作用时，上述第1磁阻效应元件的变动电阻值有与上述第2磁阻效应元件的固定电阻值X1相同的定时(timing)，以及当外部磁场在负方向上作用时，上述第2磁阻效应元件的变动电阻值有与上述第1磁阻效应元件的固定电阻值X4相同的定时。并且，可将该定时的电位设为用于切换上述切换信号的阈值电位。在本发明中通过如上所述地进行调节，可使上述定时在外部磁场为正时和为负时形成相同的定时，所以尤其作为没有偏移(offset)的双极对应磁性传感器，可使阈值电位的调节变得简单、且能够进行稳定的动作。

另外在本发明中优选，上述第1磁阻效应元件以及第2磁阻效应元件是具有反铁磁性层、固定磁性层、非磁性中间层以及自由磁性层的相同的膜结构，在设横轴为外部磁场、纵轴为磁阻效应元件的电阻值的R-H曲线上，作用于上述第1磁阻效应元件的上述固定磁性层和上述自由磁性层之间的第1层间耦合磁场Hin1，在上述外部磁场的正方向上移动，作用于上述第2磁阻效应元件的上述固定磁性层和上述自由磁性层之间的第2层间耦合磁场Hin2在上述外部磁场的负方向上移动。

通过如上所述地进行调节，可将所谓的磁滞环形成在第1磁阻效应元件的外部磁场为正的区域中、第2磁阻效应元件的外部磁场为负的区域中。因此，能够简单且适当地形成双极对应的磁性传感器，该双极对应的磁性传感器为上述第1磁阻效应元件的电阻值根据上述外部磁场的正方向上的磁场强度变化而变化，并且上述第2磁阻效应元件保持固定的电阻值，上述第2磁阻效应元件的电阻值根据上述外部磁场的负方向上的磁场强度变化而变化，并且上述第1磁阻效应元件保持固定的电阻值。

另外在本发明中优选，上述第1层间耦合磁场Hin1和上述第2层间耦合磁场Hin2(绝对值)大小相同。

由此，在外部磁场为正时和为负时，都能够以相同的定时来使磁阻效应元件的电阻值进行变化，作为双极对应的磁性传感器可取得稳定的动作。

通过如上所述地调节层间耦合磁场，可成为如下的结构，在上述外部磁场为无磁场的状态下，上述第1磁阻效应元件和上述第2磁阻效应元件中任意一方的固定磁性层的磁化和自由磁性层的磁化为相同方向，另一方的固定磁性层的磁化和自由磁性层的磁化为反平行，上述第1磁阻效应元件的固定磁性层的磁化和上述第2磁阻效应元件的固定磁性层的磁化朝着相同的方向。

另外在本发明中更优选为如下的形态，上述第1磁阻效应元件和上述第2磁阻效应元件分别各设置有两个，其中各一个的上述磁阻效应元件构成第1串联电路，并且剩下的第1磁阻效应元件和第2磁阻效应元件构成第2串联电路，上述第1串联电路的上述第1磁阻效应元件和上述第2串联电路的上述第2磁阻效应元件并联连接，上述第1串联电路的第2磁阻效应元件和上述第2串联电路的第1磁阻效应元件并联连接，将上述第1串联电路中的连接部的电位和上述第2串联电路中的连接部的电位之间的差作为差动电压输出。

由此，可增大基于外部磁场的磁场强度变化的电位变动，成为灵敏度良好的磁性传感器。

(发明效果)

在本发明中可形成为与外部磁场的极性无关的、双极对应的磁性传感器。因此，与现有相比，对于生成外部磁场的磁铁的配置没有限制，从而使安装变得容易。

附图说明

图1是外部磁场H1在正方向上作用时的、内置有第1实施方式的磁性传感器的翻盖式移动电话的部分示意图(关闭的状态)，

图2是外部磁场H1在正方向上作用时的、内置有第1实施方式的磁性传感器的翻盖式移动电话的部分示意图(打开的状态)，

图3是外部磁场H2在负方向上作用时的、内置有第1实施方式的磁性传感器的翻盖式移动电话的部分示意图(关闭的状态)，

图4是外部磁场H2在负方向上作用时的、内置有第1实施方式的磁性传感器的翻盖式移动电话的部分示意图(打开的状态)，

图5是外部磁场H1在正方向上作用时的、本实施方式中的磁性传感器的部分平面图，

图6是图5的磁性传感器的电路图，

图7是外部磁场H2在负方向上作用时的、本实施方式中的磁性传感器的部分平面图，

图8是图7的磁性传感器的电路图，

图9是从图5所示的A-A线剖开、沿箭头方向观察的上述非接触式磁性传感器的部分剖视图，

图10中A表示第1磁阻效应元件的磁滞特性的R-H曲线，B表示第2磁阻效应元件的磁滞特性的R-H曲线，C表示合并了图10A以及图10B的R-H曲线，

图11是表示外部磁场H和差动电位之间的关系的曲线图，

图12是表示气体流量(气压)及功率值和层间耦合磁场Hin之间的关系的曲线图，

图13是第2实施方式的磁性传感器的部分剖视图，

图14是图13所示的磁性传感器的电路图。

符号说明：

1…翻盖式移动电话；2…第1部件；3…第2部件；4…磁性传感器；5…磁铁；6…电路基板；7…元件台；10、11、40…第1磁阻效应元件；12、13、41…第2磁阻效应元件；14…第1串联电路；15…第2串联电路；16、42…输入端子；17、43…接地端子；18…第1输出端子；19…第2输出端子；20…差动放大器；21…控制部；32…反铁磁性层；33…固定磁性层；34…非磁性中间层；35、37…自由磁性层；44…输出端子；H…外部磁场；H1…正方向的外部磁场；H2…负方向的外部磁场；Hin1、Hin2…层间耦合磁场；HR-A、HR-B…磁滞环。

具体实施方式

图1至图4是内置有本实施方式的非接触式磁性传感器的翻盖式移动电话的部分示意图，图5、图7是本实施方式的非接触式磁性传感器的部分平面图，图6、图8是磁性传感器的电路结构图，图9是从图5所示的A-A线剖开、沿箭头方向观察的上述非接触式磁性传感器的部分剖视图，图10A是表示第1磁阻效应元件的磁滞特性的曲线图(R-H曲线)，图10B是表示第2磁阻效应元件的磁滞特性的曲线图(R-H曲线)，图10C是合并图10A和图10B的磁滞特性的曲线图(R-H曲线)，图11是表示外部磁场和差动电位的关系的曲线图，图12是表示等离子处理(plasma treatment)时的气压及功率值和层间耦合磁场Hin之间的关系的曲线图。

如图1所示，翻盖式移动电话1的结构为具有第1部件2和第2部件3。上述第1部件2是画面显示侧，上述第2部件3是操作体侧。在上述第1部件2的与上述第2部件3对置的面上设置有液晶显示器及受话器等。在上述第2部件3的与上述第1部件2对置的面上设置有各种钮以及麦克风等。图1是关闭了翻盖式移动电话1的状态，如图1所示，在上述第1部件2中内置有磁铁5，在上述第2部件3中内置有磁性传感器4。如图1所示在关闭的状态下，上述磁铁5和磁性传感器4被配置在相互对置的位置上。或者上述磁性传感器4可配置在和上述磁铁5对置的位置相比向与外部磁场H1的进入方向平行的方向偏移的位置上。

在图1中，从上述磁铁5放出的外部磁场H1传递到上述磁性传感器4，利用上述磁性传感器4来检测上述外部磁场H1，由此，可检测出翻盖式移动电话1处于关闭的状态。

另一方面，如图2所示当打开翻盖式移动电话1时，随着上述第1部件2从上述第2部件3分离，传递到上述磁性传感器4的外部磁场H1的大小缓缓变小，不久传递到上述磁性传感器4的外部磁场H1为零。当传递到上述磁性传感器4的外部磁场H1的大小成为某一规定大小以下时，检测出上述翻盖式移动电话1处于打开的状态，例如，利用内置在上述移动电话1内的控制部进行控制，以使位于液晶显示器及操作钮里侧的背景灯发光。

本实施方式的磁性传感器4是双极对应的传感器。即，在图1中磁铁5的N极位于图示左侧、S极位于图示右侧，不过如图3所示，在极性互逆的情况下(N极位于图示右侧，S极位于图示左侧)，波及到上述磁性传感器4的外部磁场H2的方向与图1的外部磁场H1的方向反向。在本实施方式中，即使是这样的情况，在从如图3所示关闭了翻盖式移动电话1的状态到如图4所示打开上述移动电话1时，也能够适当地检知打开的情况。

如图5所示，在内置于上述第2部件3内的电路基板6上安装有本实施方式的磁性传感器4。上述磁性传感器4在一个元件台7上各分别设置有两个第1磁阻效应元件10、11和第2磁阻效应元件12、13。

如图5所示，磁阻效应元件10～13构成桥式电路。上述第1磁阻效应元件10和第2磁阻效应元件12串联连接后构成第1串联电路14。另一方面，上述第1磁阻效应元件11和上述第2磁阻效应元件13串联连接后构成第2串联电路15。

上述第1串联电路14的第1磁阻效应元件10和第2串联电路15的第2磁阻效应元件13并联连接，其连接部成为输入端子16。另外，上述第1串联电路14的第2磁阻效应元件12和第2串联电路的第1磁阻效应元件11并联连接，其连接部成为接地端子17。

如图5所示，上述第1串联电路14的第1磁阻效应元件10和上述第2磁阻效应元件12之间的第1连接部是第1输出端子18，上述第2串联电路15的第1磁阻效应元件11和上述第2磁阻效应元件13之间的第2连接部是第2输出端子19。各端子16～19利用引线键合(wire bonding)或芯片键合(die bonding)等与上述电路基板6上的未图示的各端子电气连接。

如图6所示，上述第1输出端子18以及上述第2输出端子19与差动放大器(运算放大器)20连接，进而与控制部21连接。

上述第1磁阻效应元件10、11以及上述第2磁阻效应元件12、14都具有以下的膜结构。

即，如图9所示上述第1磁阻效应元件10(11)以及第2磁阻效应元件13(12)都从下向上顺次叠层有基础层30、种子(seed)层31、反铁磁性层32、固定磁性层33、非磁性中间层34、自由磁性层35、37(设第2磁阻效应元件13的自由磁性层为符号37)以及保护层36。上述基础层30例如由Ta、Hf、Nb、Zr、Ti、Mo、W中的1种或2种以上元素等的非磁性材料形成。上述种子层31由NiFeCr或Cr等形成。上述反铁磁性层32由含有元素α(其中，α是Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Os中的1种或2种以上的元素)和Mn的反铁磁性材料、或者含有元素α、元素α′(其中，元素α′是Ne、Ar、Kr、Xe、Be、B、C、N、Mg、Al、Si、P、Ti、V、Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、Sn、Hf、Ta、W、Re、Au、Pb以及稀土类元素中的1种或2种以上的元素)和Mn的反铁磁性材料形成。例如，上述反铁磁性层32由IrMn及PtMn形成。上述固定磁性层33以及自由磁性层35、37由CoFe合金、NiFe合金、CoFeNi合金等磁性材料形成。另外，上述非磁性中间层34由Cu等形成。在穿隧(tunnel)型磁阻效应元件的情况下，上述非磁性中间层34由TiOx等绝缘障壁层形成。此外，上述保护层36由Ta等形成。上述固定磁性层33及自由磁性层35、37可以是叠层费里构造(是磁层/非磁层/磁层的叠层，夹着非磁层的两个磁层的磁化方向为反平行的构造)。另外，上述固定磁性层33及自由磁性层35、37可以是材质不同的多个磁层的叠层构造。

在上述第1磁阻效应元件10以及第2磁阻效应元件13中，为了形成上述反铁磁性层32和上述固定磁性层33连接而实施磁场中热处理，由此在上述反铁磁性层32和上述固定磁性层33的界面上产生交换耦合磁场(Hex)，上述固定磁性层33的磁化方向固定为一个方向。在图9中，以箭头方向表示上述固定磁性层33的磁化方向33a。在第1磁阻效应元件10(11)以及第2磁阻效应元件13(12)中上述固定磁性层33的磁化方向33a都是图示X2方向。

另一方面，上述自由层35、37的磁化方向在第1磁阻效应元件10和第2磁阻效应元件13中不同。如图7所示在上述第1磁阻效应元件10(11)中上述自由磁性层35的磁化方向35a为图示X2方向，与固定磁性层33的磁化方向33a是相同方向，不过在上述第2磁阻效应元件13(12)中上述自由磁性层7的磁化方向37a为图示X1方向，与上述固定磁性层33的磁化方向33a反平行。

如图5所示，图1、图2所示的外部磁场H1从图示X2侧向图示X1方向波及到磁性传感器4。设该外部磁场H1的方向为“正方向(正极方向)”。另一方面，在图7中，图3、图4所示的外部磁场H2从图示X1侧向图示X2方向波及到磁性传感器4，设该外部磁场H2的方向为“负方向(负极方向)”。

如图5所示当外部磁场(正方向的磁场)H1波及到磁性传感器4时，在与上述外部磁场H1方向相反的方向上磁化的自由磁性层35的磁化35a变动，上述第1磁阻效应元件10、11的电阻值变化。图10A是表示第1磁阻效应元件10、11的磁滞特性的R-H曲线。此外在曲线图中纵轴是电阻值R，不过也可以是电阻变化率(％)。如图10A所示，当外部磁场H1从无磁场状态(零)向正方向缓缓增加时，上述第1磁阻效应元件10、11的电阻值R在曲线HR1上缓缓变大，在该电阻值R变化的部分将最低电阻值设为X2。另外，在电阻值R变化的部分将最大电阻值设为X3。当使外部磁场H1从该最大电阻值X3的位置缓缓减小时，上述第1磁阻效应元件10、11的电阻值R在曲线HR2上缓缓变小，不久到达最低电阻值X2。这样，在第1磁阻效应元件10、11中针对正方向外部磁场H1的磁场强度变化，而形成以曲线HR1和曲线HR2围成的磁滞环(HR-A)。作为上述最大电阻值X3和最低电阻值X2的中间值，上述磁滞环HR-A的宽幅的中心值是磁滞环HR-A的“中点”。然后，根据从上述磁滞环HR-A的中点到外部磁场H＝0(Oe)线的磁场强度来确定第1层间耦合磁场Hin1的大小。此外图10B中的第2层间耦合磁场Hin2也利用与上述同样的方法来求出。另外，通过了上述磁滞环HR-A的中点的宽幅与矫顽磁力(coercive force)的2倍相同。当上述矫顽磁力过小时存在抖振(chattering)容易发生等问题，所以希望上述矫顽磁力能够大到某一程度。上述矫顽磁力可调节至2.5Oe左右。

如图10A所示，在第1磁阻效应元件10、11中，上述第1层间耦合磁场Hin1向正磁场方向移动。当向正方向的外部磁场H1进一步增强时，外部磁场H1的磁场强度在到达B位置之前保持最大电阻值X3，不过当外部磁场H1继续增大时，不久，就连固定磁性层33的磁化33a也朝向上述外部磁场H1的方向，并与自由磁性层35的磁化35a一起开始朝向相同的方向，所以第1磁阻效应元件10、11的电阻值R缓缓变小，不过在实际的使用中，不应用外部磁场H1大于磁场强度B的磁铁5。

另一方面，当如图7所示在负方向上波及外部磁场H2时，上述外部磁场H2的方向与上述第1磁阻效应元件10、11的自由磁性层35在无磁场状态(外部磁场为零)下的磁化35a方向一致，所以上述自由磁性层35不依据负方向的上述外部磁场H2的磁场强度变化而变动，上述自由磁性层35的磁化35a和上述固定磁性层33的磁化33a保持平行状态。其结果，如图10A所示，上述第1磁阻效应元件10、11的电阻值R在负方向的外部磁场H2中保持固定的电阻值(固定电阻值)X4。

接着，对上述第2磁阻效应元件12、13的磁滞特性进行说明。

如图5所示，当外部磁场(正方向的磁场)H1波及到磁性传感器4时，沿与上述外部磁场H1的方向相同的方向进行磁化的自由磁性层37的磁化37a不变动。由此，如图10B所示，即使外部磁场H从零位置向正方向增大外部磁场H1，上述第2磁阻效应元件12、13也保持一定的电阻值(固定电阻值)X1。但是，当上述外部磁场H1的磁场强度在C位置以上进一步增强时，上述第2磁阻效应元件12、13的固定磁性层33的磁化33a与上述外部磁场H1的方向反向，所以上述第2磁阻效应元件12、13的电阻值R开始降低，不过与图10A所说明的同样，在实际的使用中，不应用外部磁场H1大于磁场强度C的磁铁5。

如图7所示，当在负方向上波及外部磁场H2时，上述外部磁场H2的方向与上述第2磁阻效应元件12、13的自由磁性层37在无磁场状态(外部磁场为零)下的磁化37a的方向反平行，所以上述自由磁性层37的磁化37a受到负方向的上述外部磁场H2的影响而变动。在外部磁场H为无磁场的状态下如图9所示，上述第2磁阻效应元件12、13的固定磁性层33的磁化33a与上述自由磁性层37的磁化37a反平行，因此电阻值R表示高的电阻值，不过当负方向的上述外部磁场H2(绝对值)缓缓增大、上述自由磁性层37的磁化37a开始反向时，上述自由磁性层37的磁化37a接近上述固定磁性层33的磁化33a方向，所以第2磁阻效应元件12、13的电阻值R在曲线HR3上缓缓降低。在该电阻值R变化的部分，设最低电阻值为X5。另一方面，在电阻值R变化的部分，设最大电阻值为X6。当外部磁场H2(绝对值)从该最低电阻值X5的位置缓缓向负方向缩小时(即，使外部磁场H2接近于零时)，上述第2磁阻效应元件12、13的电阻值R在曲线HR4上缓缓增大，不久到达最大电阻值X6，形成由上述曲线HR3和HR4围成的磁滞环HR-B。

如图10B所示，上述第2磁阻效应元件12、13的第2层间耦合磁场Hin2向负磁场方向移动。

这样在本实施方式中，在R-H曲线上，上述第1磁阻效应元件10、11的第1层间耦合磁场Hin1向外部磁场的正方向移动，另一方面，上述第2磁阻效应元件12、13的第2层间耦合磁场Hin2向外部磁场的负方向移动，这样通过使移动方向不同，可构成双极对应的磁性传感器4。

下面，利用图10C来说明其原理。图10C在同一R-H曲线上承载了图10A所示的第1磁性电阻效果素子10、11的磁滞特性和图10B所示的第2磁阻效应元件12、13的磁滞特性。

当前，考虑如图10C所示外部磁场的磁场强度在“使用范围”内进行变化的情况。

首先如图10C所示，当上述外部磁场H1从外部磁场H的无磁场状态(零位置)向正方向缓缓增大时，上述第1磁阻效应元件10、11的电阻值R在磁滞环(HR-A)的位置上发生电阻变化。另一方面，相对于上述第1磁阻效应元件10、11发生电阻变化的正方向上的外部磁场H1的强度变化，上述第2磁阻效应元件12、13保持一定的电阻值(固定电阻值)X1。即，上述第2磁阻效应元件12、13相对于正方向的外部磁场H1作为固定电阻元件来发挥作用。由此如图6的电路图所示，第1磁阻效应元件10、11作为相对于正方向的外部磁场H1的强度变化而电阻变化的元件发挥作用，另一方面，上述第2磁阻效应元件12、13作为固定电阻保持一定的电阻值X1。因此，当存在正方向上的外部磁场H1的磁场强度变化时，来自第1串联电路14的第1输出端子18的电压值、以及来自第2串联电路15的第2输出端子19的电压值分别发生变化。

另一方面，如图10C所示，当外部磁场H2(绝对值)从外部磁场H的无磁场状态(零位置)向负方向缓缓增大时，上述第2磁阻效应元件12、13的电阻值R在磁滞环(HR-B)的位置上发生电阻变化。另一方面，相对于上述第2磁阻效应元件12、13发生电阻变化的负方向上的外部磁场H2的强度变化，上述第1磁阻效应元件10、11保持一定的电阻值(固定电阻值)X4。即，上述第1磁阻效应元件10、11相对于负方向的外部磁场H2作为固定电阻元件发挥作用。由此如图8的电路图所示，第2磁阻效应元件12、13作为相对于负方向上的外部磁场H2的强度变化而电阻变化的元件发挥作用，另一方面，上述第1磁阻效应元件10、11作为固定电阻保持一定的电阻值X4。因此，当存在负方向上的外部磁场H2的磁场强度变化时，来自第1串联电路14的第1输出端子18的电压值以及来自第2串联电路15的第2输出端子19的电压值分别发生变化。

如上所述，在本实施方式中，相对于正方向、负方向的双方向外部磁场，可从磁性传感器4获得输出，所以能够成为双极对应的磁性传感器4。因此，生成上述外部磁场H1、H2的磁铁5的方向无论是如图1、图2那样地配置，还是如与其相反方向的图3、图4那样地配置，都能够对应，因此与现有相比上述磁铁5的配置方法不受制约，所以可轻松地装入上述磁性传感器4以及磁铁5的装置内。

在本实施方式中，如图10A所说明的那样，上述第1磁阻效应元件10、11在正方向上使第1层间耦合磁场Hin1移动，如图10B所说明的那样，上述第2磁阻效应元件12、13在负方向上使第2层间耦合磁场Hin2移动。此时在本方式中，如图9所说明的那样，在第1磁阻效应元件10、11中，固定磁性层33以及自由磁性层35的磁化33a、35a为相互平行、且从X1朝向X2方向、即与负方向的外部磁场H2同方向。另一方面，在第2磁阻效应元件12、13中，固定磁性层33以及自由磁性层37的磁化33a、37a为相互反平行、且上述固定磁性层33的磁化33a朝向与第1磁阻效应元件10、11的固定磁性层33的磁化33a同一方向，上述自由磁性层37的磁化37a从X2朝向X1方向、即与正方向的外部磁场H1同方向。

为了取得图10A、B所说明的互逆符号的层间耦合磁场Hin1、Hin2、例如取得图9所示的磁化状态，例如，可适当调节与上述非磁性中间层34的表面相对的等离子处理(PT)时的气体流量(气压)及功率值。

如图12可知，层间耦合磁场Hin根据气体流量(气压)的大小以及功率值的大小而发生变化。图12所示的功率大小为W1＞W2＞W3，在100W～300W左右的范围内。如图12所示，上述气体流量(气压)及功率值越增大，层间耦合磁场Hin可越从正值向负值变化。由此，通过适当调节与上述第1磁阻效应元件10、11相对的等离子处理的气体流量及功率值和与上述第2磁阻效应元件12、13相对的等离子处理的气体流量及功率值，来使上述第1磁阻效应元件10、11的第1层间耦合磁场Hin1向正方向移动，另一方面，使第2磁阻效应元件12、13的第2层间耦合磁场Hin2向负方向移动。

另外，上述层间耦合磁场Hin的大小也根据上述非磁性中间层34的膜厚而发生变化。

另外，在从下向上以反铁磁性层/固定磁性层/非磁性中间层/自由磁性层的顺序进行叠层时，可通过改变上述反铁磁性层的膜厚来调节上述层间耦合磁场Hin的大小。

在第1磁阻效应元件10、11中第1上述层间耦合磁场Hin1是正值，在此情况下，在上述固定磁性层33和上述自由磁性层35之间发生使磁化相互平行的相互作用。另外，在第2磁阻效应元件12、13中第2上述层间耦合磁场Hin2是负值，在此情况下，在上述固定磁性层33和上述自由磁性层37之间发生使磁化相互反平行的相互作用。然后，在各磁阻效应元件10～13的反铁磁性层32和固定磁性层33之间利用磁场中热处理来生成同一方向的交换耦合磁场(Hex)，由此可将各磁阻效应元件10～13的固定磁性层33的磁化33a固定在同一方向上，另外，在固定磁性层33和自由磁性层35、37之间发生上述的相互作用，成为图9的磁化状态。

在本实施方式中，基于第1磁阻效应元件10、11正方向上的外部磁场H1的磁场强度变化的电阻值的增减倾向和基于上述第2磁阻效应元件12、13负方向上的外部磁场H2的磁场强度变化的电阻值的增减倾向，电阻值的增减倾向表现为以上述外部磁场H的无磁场状态为基准的互逆倾向。即，上述第1磁阻效应元件10、11示出例如随着外部磁场H1从上述无磁场状态向正方向变大而使电阻值R缓缓上升的倾向，另一方面，第2磁阻效应元件12、13示出随着外部磁场H2(绝对值)从上述无磁场状态向负方向变大而使上述电阻值R缓缓降低的倾向。

因此，当正方向上的外部磁场H1缓缓变大时，图6所示的第1输出端子18的电位缓缓降低，另一方面，图6所示的第2输出端子19的电位缓缓上升。同样，当负方向上的外部磁场H2(绝对值)缓缓变大时，图8所示的第1输出端子18的电位缓缓降低，另一方面，图8所示的第2输出端子19的电位缓缓上升。这样，使电位的变化成为外部磁场在正方向和负方向上相同的倾向。由此只要装入如图6、图8所示的一般的桥式电路，就无论外部磁场是正方向还是负方向，都能够利用控制部21进行相同的控制，尤其不需要根据外部磁场的极性来进行电路变更及控制方法的变更等。

在本实施方式中，如图5所示，上述第1磁阻效应元件10、11的元件长度尺寸为L1，另一方面，上述第2磁阻效应元件12、13的元件长度尺寸是为L2。上述元件长度尺寸L1比上述元件长度尺寸L2短。由此，如图10C所示，关于外部磁场H为无磁场状态(零)时的电阻值R，第1磁阻效应元件10、11的电阻值R小于上述第2磁阻效应元件12、13的电阻值R。元件电阻还能够通过变更截面积、材质及膜结构来变化，不过为了制造工序简单、且抑制温度系数(TCR)的偏差，适合使截面积、材质及膜结构相同。由此在第1磁阻效应元件10、11和第2磁阻效应元件12、13中使图9所示的各层的膜厚及材质相同。不过为了改变层间耦合磁场Hin，不排除变更上述非磁性中间层34的膜厚的情况。另外，在第1磁阻效应元件10、11和第2磁阻效应元件12、13中使膜结构相同。例如，若使第1磁阻效应元件10、11的固定磁性层33成为人工费里构造，则第2磁阻效应元件12、13的固定磁性层33也成为人工费里构造。

另外，在本实施方式中制造方法也很简单。即，只要改变对非磁性中间层34的等离子处理的条件即可，所以至少到上述非磁性中间层34都可利用相同的工序来制造第1磁阻效应元件10、11以及上述第2磁阻效应元件12、13。而且，将上述第1磁阻效应元件10、11的固定磁性层33和上述第2磁阻效应元件12、13的固定磁性层33固定在相同的磁化方向33a上，因此能够使磁场中热处理时的磁场方向相同，并对上述第1磁阻效应元件10、11以及上述第2磁阻效应元件12、13同时进行磁场中热处理。

另外，如图10C所示，在正方向的上述外部磁场H1作用时的上述第2磁阻效应元件12、13的固定电阻值X1为大于根据上述正方向上的磁场强度变化而变化的上述第1磁阻效应元件10、11的最低电阻值X2、小于最大电阻值X3的值。另外，在负方向的上述外部磁场H2作用时的上述第1磁阻效应元件10、11的固定电阻值X4为大于根据上述负方向上的磁场强度变化而变化的第2磁阻效应元件12、13的最低电阻值X5、小于最大电阻值X6的值。然后，如图10C所示，(固定电阻值X1-最低电阻值X2∶最大电阻值X3-固定电阻值X1)的比率与(最大电阻值X6-固定电阻值X4∶固定电阻值X4-最低电阻值X5)的比率相同。

而且，在本实施方式中，上述第1层间耦合磁场Hin1的大小和上述第2层间耦合磁场Hin2的大小(绝对值)相同。

在本实施方式中，如图6、图8所示，输出端子18、19与差动放大器20连接，来自上述差动放大器20的差动电位与外部磁场H之间的关系为如图11所示的曲线D、F那样。

如图11所示，在外部磁场H为无磁场的状态(零)下，上述差动电位是T1，该T1例如是正值(当然，通过差动放大器20的控制也可以是负值，不过这里作为正值进行说明)。当正方向上的外部磁场H1缓缓变大时，如图10C所说明的那样，第1磁阻效应元件10、11的电阻值R上升，不过第2磁阻效应元件12、13作为固定电阻发挥作用，上述差动电位如图11所示的曲线D那样开始缓缓降低。在本实施方式中，第2磁阻效应元件12、13的固定电阻值X1通过上述第1磁阻效应元件10、11的最低电阻值X2和最大电阻值X3之间，所以当外部磁场H1大到H1-A(参照图11)时，上述第1磁阻效应元件10、11的变动的电阻值R和上述第2磁阻效应元件12、13的固定电阻值X1一致，上述差动电位为零。

另外，当外部磁场H2(绝对值)在负方向上缓缓变大时，如图10C所说明的那样，第2磁阻效应元件12、13的电阻值R降低，不过第1磁阻效应元件10、11作为固定电阻发挥作用，差动电位如图11所示的曲线F那样开始缓缓降低。在本实施方式中，第1磁阻效应元件10、11的固定电阻值X4通过上述第2磁阻效应元件12、13的最低电阻值X5和最大电阻值X6之间，所以当外部磁场H2大到H2-B(参照图11)时，上述第2磁阻效应元件12、13的电阻值R和上述第1磁阻效应元件10、11的固定电阻值X4一致，上述差动电位为零。

这样在本实施方式中，在正方向的外部磁场H1作用时，上述第1磁阻效应元件10、11的变动电阻值R和上述第2磁阻效应元件12、13的固定电阻值X1一致、具有差动电位为零的定时，同样，在负方向的外部磁场H2作用时，上述第2磁阻效应元件12、13的变动电阻值R和上述第1磁阻效应元件10、11的固定电阻值X4一致、具有差动电位为零的定时，将在该定时下的电位设为阈值电位。在控制部21中设置有比较部，该比较部对上述阈值电位和在使用时时刻变化的差动电位进行比较，在上述差动电位与阈值电位相同时、即差动电位为零时，可利用上述控制部21来进行接通/关闭信号的切换。

在本实施方式中，如上所述(固定电阻值X1-最低电阻值X2∶最大电阻值X3-固定电阻值X1)的比率和(最大电阻值X6-固定电阻值X4∶固定电阻值X4-最低电阻值X5)的比率相同。而且，第1层间耦合磁场Hin1和第2层间耦合磁场Hin2(绝对值)的大小相同，所以如图11所示，可使在差动电位为零的定时下的正方向外部磁场H1的大小H1-A和负方向外部磁场H2的大小H2-B相同。此外，当将零以外的差动电位设为阈值电位时，如图11所示，成为该阈值电位的外部磁场的大小在正方向和负方向上不同，所以优选将差动电位零设为阈值电位。

另外，例如在上述比率及第1层间耦合磁场Hin1和第2层间耦合磁场Hin2(绝对值)的大小不同的情况下，上述差动电位为零时的正方向上的外部磁场H1和负方向的外部磁场H2的大小不相同。由此，为了以在正方向和负方向上都相同的外部磁场大小来输出切换信号，而需要考虑偏移量，在上述正方向和负方向的外部磁场H1、H2中分别调节为阈值电位。

另外，在上述外部磁场H1为正方向时的上述第2磁阻效应元件12、13的固定电阻值X1与上述第1磁阻效应元件10、11的磁滞环HR-A不相交的情况下、以及在上述外部磁场H2为负方向时的上述第1磁阻效应元件的固定电阻值X4与上述第2磁阻效应元件12、13的磁滞环HR-B不相交的情况下，图11的点划线所示的曲线G、H如本方式那样，不能使差动电位零的线成为阈值电位，所以需要考虑从上述差动电位零的偏移量来调节阈值电位。

另一方面，在本实施方式中如上所述，可通过将差动电位零设为阈值电位，来使成为该阈值电位时的正方向外部磁场的大小H1-A和负方向外部磁场的大小H2-B相同，所以阈值电位的调节简单、且能够进行稳定的动作。即，在本实施方式中，可将如图1、图2所示正方向的外部磁场H1作用到磁性传感器4时打开图1至图2所示的移动电话输出接通信号的定时(或者，关闭移动电话输出关闭信号的定时)和如图3、图4所示负方向的外部磁场H2作用到磁性传感器4时打开图3至图4所示的移动电话输出接通信号的定时(或者，关闭移动电话输出关闭信号的定时)成为相同的定时。这样在本形态中，可通过简单的电路结构来实现即使外部磁场H的极性不同也能够进行稳定的动作的磁性传感器4。

另外在本形态中，更优选上述固定电阻值X1是最低电阻值X2和最大电阻值X3的中间值、上述固定电阻值X4是最低电阻值X5和最大电阻值X6的中间值。由此，为了使切换接通/关闭信号时的外部磁场大小在正方向和负方向上都相同，而优选制造可更高精度地进行调节、可获得稳定动作的双极对应磁性传感器4。

图13是与图5、图6不同形态的磁性传感器的平面图，图14是图13的电路图。

在图13中，各设置有一个第1磁阻效应元件40和第2磁阻效应元件41，并串联连接上述第1磁阻效应元件40和上述第2磁阻效应元件41。在上述第1磁阻效应元件40的一端部上连接输入端子42，在上述第2磁阻效应元件41的一端部上连接接地端子43，在上述第1磁阻效应元件40和上述第2磁阻效应元件41的连接部上连接输出端子44。

上述第1磁阻效应元件40具有图10A所示的磁滞特性，上述第2磁阻效应元件41具有图10B所示的磁滞特性。由此相对于正方向上的外部磁场H1的磁场强度变化，上述第1磁阻效应元件40发生电阻变化，上述第2磁阻效应元件41保持固定的电阻值，相对于负方向上的外部磁场H2的磁场强度变化，上述第2磁阻效应元件41发生电阻变化，上述第1磁阻效应元件40保持固定的电阻值，从而构成双极对应的磁性传感器。因此，与现有相比，对产生外部磁场的磁铁5的配置没有限制，使安装变得容易。

关于上述第1磁阻效应元件40以及上述第2磁阻效应元件41的优选膜结构和磁滞特性等，与上述所说明的桥式电路的情况相同，所以希望参照那些内容。

以下示出具体数值的一例。

上述第1磁阻效应元件10、11、40的长度尺寸L1是1700μm左右，第2磁阻效应元件12、13、41的长度尺寸L2是1700μm左右，上述第1磁阻效应元件10、11、40的上述非磁性中间层34的膜厚是19～23μm左右，上述第2磁阻效应元件12、13、41的上述非磁性中间层34的膜厚是19～23μm左右。

关于上述等离子处理的条件，例如功率值是130W，Ar气压是45mTorr(约6Pa)，处理时间是60秒左右。

关于层间耦合磁场Hin的调节是，对一个磁阻效应元件进行上述的等离子处理，在获得负向移动的层间耦合磁场时，针对另一个磁阻效应元件在50～200

左右的范围内调节反铁磁性层的膜厚，以获得正向移动的层间耦合磁场。通过对反铁磁性层的膜厚调节，使表面状态发生变化，由此层间耦合磁场发生变化。

另外，上述第1层间耦合磁场Hin1是7.5～17.5Oe左右，上述第2层间耦合磁场Hin2是-17.5～-7.5Oe左右，在使用范围内的外部磁场H的大小是-100～100Oe左右。

另外如上所述，本实施方式的磁性传感器4用于翻盖式移动电话1的开闭检知，不过也可以使用于游戏机等便携式电子设备的开闭检知等。本形态除了上述开闭检知以外，还可以使用于需要双极对应磁性传感器4的用途中。

另外，是否对磁阻效应元件给与偏置磁场是任意的。可不对构成上述磁阻效应元件的自由磁性层供给偏置磁场，不过在供给上述偏置磁场时，需要控制为图9所示的磁化状态。

另外，上述磁阻效应元件没有特别地限定形状，除了直线形状以外还可以是蛇曲(meandering)形状等。

此外，所谓“磁性传感器”可以是由作为传感器部的磁性传感器4和磁铁(外部磁场发生单元)5构成一组的传感器、或者仅由作为上述传感器部的磁性传感器4构成的传感器的任一种。

Claims (8)

1.一种磁性传感器，

具有串联电路，该串联电路串联连接电阻值根据外部磁场的磁场强度变化而变化的第1磁阻效应元件和第2磁阻效应元件，并输出上述第1磁阻效应元件和上述第2磁阻效应元件之间的连接部的电位，

当设上述外部磁场的一个方向为正方向、与上述一个方向相反的方向为负方向时，上述第1磁阻效应元件的电阻值根据上述外部磁场的正方向上的磁场强度变化而变化，并且上述第2磁阻效应元件保持一定的电阻值，

上述第2磁阻效应元件的电阻值根据上述外部磁场的负方向上的磁场强度变化而变化，并且上述第1磁阻效应元件保持一定的电阻值，

上述第1磁阻效应元件和上述第2磁阻效应元件都包括固定磁性层、自由磁性层以及设置在固定磁性层与自由磁性层之间的非磁性中间层，非磁性中间层的一个面与固定磁性层接触，另一个面与自由磁性层接触，反铁磁性层与固定磁性层的一个面接触，该固定磁性层的一个面为与非磁性中间层所接触的固定磁性层的面的相反侧的面，

上述第1磁阻效应元件和上述第2磁阻效应元件的固定磁性层的磁化为相同的方向，

上述第1磁阻效应元件和上述第2磁阻效应元件的自由磁性层的磁化，在没有外部磁场时，其中之一的磁化与固定磁性层的磁化为相同方向，另一个的磁化与固定磁性层的磁化为平行相反方向。

2.根据权利要求1所述的磁性传感器，其特征在于，

基于上述正方向上的磁场强度变化的上述第1磁阻效应元件电阻变化的增减倾向、和基于上述负方向上的磁场强度变化的上述第2磁阻效应元件电阻变化的增减倾向以上述外部磁场的无磁场状态为基准呈相反倾向。

3.根据权利要求2所述的磁性传感器，其特征在于，

上述外部磁场为正方向时的上述第2磁阻效应元件的固定电阻值X1是大于根据上述正方向上的磁场强度变化而变化的上述第1磁阻效应元件的最低电阻值X2、小于上述第1磁阻效应元件的最大电阻值X3的值，

上述外部磁场为负方向时的上述第1磁阻效应元件的固定电阻值X4是大于根据上述负方向上的磁场强度变化而变化的第2磁阻效应元件的最低电阻值X5、小于上述第2磁阻效应元件的最大电阻值X6的值，

(固定电阻值X1-最低电阻值X2)∶(最大电阻值X3-固定电阻值X1)的比率和(最大电阻值X6-固定电阻值X4)∶(固定电阻值X4-最低电阻值X5)的比率是相同的。

4.根据权利要求3所述的磁性传感器，其特征在于，

上述固定电阻值X1是最低电阻值X2和最大电阻值X3的中间值，上述固定电阻值X4是最低电阻值X5和最大电阻值X6的中间值。

5.根据权利要求1所述的磁性传感器，其特征在于，

上述第1磁阻效应元件以及第2磁阻效应元件是具有反铁磁性层、上述固定磁性层、上述非磁性中间层以及上述自由磁性层的相同的膜结构，上述第1磁阻效应元件以及第2磁阻效应元件的上述反铁磁性层被设置为与上述固定磁性层的一个面接触，该固定磁性层的一个面为与上述非磁性中间层相接触的固定磁性层的面的相反侧的面，

在设横轴为外部磁场、纵轴为磁阻效应元件的电阻值的R-H曲线上，作用于上述第1磁阻效应元件的上述固定磁性层和上述自由磁性层之间的第1层间耦合磁场Hin1在上述外部磁场的正方向上移动，作用于上述第2磁阻效应元件的上述固定磁性层和上述自由磁性层之间的第2层间耦合磁场Hin2在上述外部磁场的负方向上移动。

6.根据权利要求5所述的磁性传感器，其特征在于，

上述第1层间耦合磁场Hin1和上述第2层间耦合磁场Hin2大小相同。

7.根据权利要求5所述的磁性传感器，其特征在于，

在上述外部磁场为无磁场的状态下，上述第1磁阻效应元件和上述第2磁阻效应元件中任意一方的固定磁性层的磁化和自由磁性层的磁化为相同方向，另一方的固定磁性层的磁化和自由磁性层的磁化为平行相反方向，上述第1磁阻效应元件的固定磁性层的磁化和上述第2磁阻效应元件的固定磁性层的磁化朝着相同的方向。

8.根据权利要求1所述的磁性传感器，其特征在于，

上述第1磁阻效应元件和上述第2磁阻效应元件分别设置有两个，其中一个上述第1磁阻效应元件和一个上述第2磁阻效应元件构成第1串联电路，并且剩下的第1磁阻效应元件和剩下的第2磁阻效应元件构成第2串联电路，

上述第1串联电路的上述第1磁阻效应元件和上述第2串联电路的上述第2磁阻效应元件并联连接，上述第1串联电路的第2磁阻效应元件和上述第2串联电路的第1磁阻效应元件并联连接，

将上述第1串联电路中的连接部的电位和上述第2串联电路中的连接部的电位之间的差作为差动电压输出。

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