CN101932912B - 角度传感器、其制造方法及使用其的角度检测装置 - Google Patents

角度传感器、其制造方法及使用其的角度检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高输出、高精度、运转温度范围宽的角度传感器及角度检测装置。从采用由强反强磁性地结合有2层强磁性膜构成的自钉扎型强磁性固定层的自旋阀磁阻效应膜制作第一至第八传感器单元511、522、523、514、531、542、543、534。对于各个传感器单元而言，通过以彼此相差90°的角度起磁了的薄膜的形成及图形化、绝缘膜形成而制作。通过在强磁性膜中使用居里温度接近的CoFe及FeCo膜、使磁化量的差为零，实现高的耐外部磁场性及高温度适应范围、高输出。

Description

角度传感器、其制造方法及使用其的角度检测装置
技术领域
本发明涉及采用了磁阻效应传感器的角度传感器及其制造方法，以及使用该角度传感器的非接触式角度检测装置。 
背景技术
依靠磁性的非接触式角度检测装置为使用磁石及磁性传感器等、以供检测驱动体及旋转体的角度用的技术。作为用于磁性传感器部的磁阻效应膜的、具有各向异性磁阻效应的磁性薄膜和隔着非磁性金属层叠层强磁性(铁磁性)金属层的多层膜的所谓巨磁阻、以及隧道磁阻效应等是已知的。存在作为磁头的再生传感器使用的同样的技术的自旋阀薄膜，其作为灵敏度良好地得到巨磁阻效应的技术是已知。自旋阀薄膜中具有对于可感知其磁化的磁场实质上固定的强磁性固定层，及对于可感知的磁化进行平滑磁化旋转的软磁性自由层，其对应于两者磁化的相对角度输出电信号。 
专利文献1：日本特开2002-303536号公报 
专利文献2：日本特表2003-502674号公报 
专利文献3：日本特表2002-519873号公报 
专利文献4：日本特开平8-7235号公报 
专利文献5：日本特开平2004-296000号公报 
非专利文献1：Appl.Phys.，vol.83，pp.3720-3723 
发明内容
发明要解决的问题 
对于利用磁阻效应的传感器而言，虽然一直在进行作为角度检测装置用角度传感器的研究，但凭借现有技术难以实现近年角度检测装置所要求的在高温下的操作稳定性及高精度。 
就现有的角度检测装置而言，要用磁阻效应传感器来实现高温稳定性 及高精度时的缺点为受限于自旋阀薄膜的高温稳定性。自旋阀薄膜虽然是为了实现高输出的角度检测装置中的有力技术，但是作为用作角度传感器所必须的要素，还有该强磁性固定层(铁磁性固定层)的磁化的固定。为了检测对自旋阀薄膜施加的磁场的角度，需要以上述强磁性固定层的磁化的固定方向为基准进行输出。通常，在被称之为自旋阀薄膜的技术中，对于该强磁性固定层的磁化的固定而言，通过在强磁性固定层上叠层反强磁性(反铁磁性)膜而产生的交换结合力来固定磁化方向。在专利文献1中记载了，被钉扎磁性层通过反强磁性膜固定磁化的旋转角检测传感器。 
这样的凭借反强磁性膜的磁化方向的固定是上述自旋阀薄膜及采用同样原理的隧道磁阻效应元件中的熟知的方法。与在反强磁性体中存在奈尔温度同样地，上述交换结合力中存在被称为阻隔温度的高温临界温度，一旦达到该温度，则交换结合力实质上消失。而且，交换结合力向着阻隔温度降低下去，即便是比阻隔温度低，在其附近的温度下交换结合力也不充分，自旋阀薄膜的作为角度传感器的机能不能发挥充分的精度而失去。这种现象不仅是在角度传感器中使用自旋阀薄膜的场合，在使用隧道磁阻效应膜及CPP-GMR(垂直电流型巨磁阻效应)膜的场合，只要应用通过反强磁性膜的交换结合力则也是如此。虽然作为供广泛应用的反强磁性膜有MnPt膜和MnIr膜，但其阻隔温度分别为320℃、250℃左右，不能达成用于例如在200℃的高温下使用的角度检测装置的应用范围。何以言之，是因为即便没有达到阻隔温度，如果长时间在200℃的环境中持续施加磁场的状态，凭借反强磁性膜的交换结合力会渐渐失去所设定的方向性。 
另一方面，作为具有与使用强反磁性膜的场合相同的效果的其他的磁化固定方法，存在如专利文献2所述的使用起磁了的磁性膜的方法和使用通过专利文献3记载的被称之为AAF系统(人工反强磁性系统)的反强磁性(反铁磁性)结合而产生实质地提高顽磁力的状态的叠层了的磁性膜的方法。对于上述采用反强磁性地结合的磁性膜的传感器而言，在专利文献4及5中，存在对磁性传感器及磁头的记载。这些方法基本上通过对强磁性材料(铁磁材料)的薄膜进行起磁处理、以残留磁化方向作为传感器运 转角度的基准而达成。在专利文献3中记载了在形成传感器的薄膜时施加磁场，在该方向上使用被钉扎的强磁性层的技术。 
对于用于磁头的自旋阀薄膜，作为不采用反强磁性膜而固定磁化方向的技术，已知有专利文献4、5及非专利文献1中记载的(自销型，也称之为人工反强磁性系统等)技术。其为应用以下方案的技术：通过制作方法使例如Co/Ru/Co的叠层构造形成为合适的厚度，则两Co层反强磁性地强交换结合，结果是，反平行排列的两个Co层的磁化难以根据外部磁场而变化。在本说明书中，将这样的系统称为自销型(自钉扎型)。一般来说，强磁性金属的居里温度比反强磁性膜的阻隔温度高。根据非专利文献1，存在即便是在275℃也能够确认磁阻效应的记载，暂且不管实际上耐受长时间使用的最大温度为多少度，能够理解具有实现高温稳定性的潜力。 
如上所述，用于实现角度传感器的磁阻效应传感器的薄膜构成大致分为，使用反强磁性膜的结构、使用起磁了的强磁性膜的结构及使用反强磁性地结合的起磁了的叠层磁性膜的结构。另一方面，虽然这些构成角度传感器的薄膜的磁性方向性由起磁了的强磁性膜的磁化方向决定，但是对于该起磁方法已知多种方法。专利文献1记载了，被钉扎磁性层的磁化的固定是通过在接近磁石块的状态下高温热处理数小时的起磁工序来进行的。专利文献3中记载了，靠近传感器设置加热器，通过加热特定的传感器、施加外部磁场，进行该特定传感器的起磁。在专利文献2中记载了通过在形成传感器膜时施加磁场来进行钉扎的方法。而且，在专利文献5中记载了在能够将固定层的磁化方向恢复到所期望的方向的合适的室温下的磁场施加处理。 
进一步地，存在作为定位角度传感器的性能的重要指标的角度误差。虽然磁阻效应式的角度传感器将对传感器施加的磁场的方向变为电信号，但是存在所施加的磁场的方向没有正确地变为电信号而产生某种大小的角度误差的要因。其中无法无视的一点为软磁性自由层的感应磁性各向异性。一般来说，就软磁性膜的感应磁性各向异性而言，发生单轴性的各向异性以使薄膜形成时的磁场施加方向为容易磁化的方向，而且，尤其是在自旋 阀薄膜那样的极薄的软磁性膜中，热处理时感应磁性各向异性的方向变化为磁化方向是已知的。就软磁性自由层的磁化而言，兼顾可感知的磁场和感应磁性各向异性，稳定于使静磁能最小化的方向。因此，在软磁性自由层的感应磁性各向异性不为零的场合，在软磁性自由层中存在的这种磁性各向异性是相对于可感知的磁场的软磁性自由层的磁化全部为平行的妨碍。强磁性薄膜的磁性各向异性为材料固有的物理性质，坦白来说，由于软磁性自由层的感应磁性各向异性的存在，角度传感器的电输出与实际的可感知磁场的方向偏离、有一定的角度误差。 
更困难的是，在磁阻效应型角度传感器中难以并存以下两者：需要设定强磁性固定层的方向性，以及优选没有软磁性自由层的感应各向异性。即，如专利文献2所述，在形成薄膜时，如果对基体施加一定的磁场、使形成角度传感器的磁阻效应膜的强磁性固定层起磁的话，那么，由于向软磁性自由层也施加同样的磁场，在同一方向上、在软磁性自由层中发生具有容易磁化方向的感应磁性各向异性。同样地，对于如专利文献3所述的通过加热器加热的所期望的传感器单元，如果进行强磁性固定层的起磁，则同时软磁性自由层的感应磁性各向异性在磁场中被热处理、向同一个方向上旋转。如此，强磁性固定层及软磁性自由层分别具有合适的方向性、以其他方法对其进行控制，这不能通过现有技术实现。 
本发明的目的在于，提供一种磁阻效应型角度传感器及使用其的角度检测装置，该磁阻效应型角度传感器能够实现高的磁阻效应及宽的可运转温度，以及小的角度误差。 
解决问题的手段 
在本发明中，通过由自销型自旋阀薄膜构成的多个传感器单元来构成检测磁场方向的角度传感器。多个传感器单元构成桥接电路，多个传感器单元在同一基体上形成而自销型强磁性固定层的起磁方向不同，以使得进行对于任意的某个磁场方向的彼此相位即相对角度不同的感知。自销型强磁性固定层由第一及第二强磁性膜以及使两者反强磁性地结合的反平行结合层构成，第一及第二的强磁性膜对于-50℃～150℃的温度变化表示出大约 相同的磁化量及其增减举动，由具有大约相同的居里温度的材料、具体而言由Fe-Co合金及Co-Fe合金构成。第一与第二强磁性膜的磁化量，即饱和磁化与厚度的乘积设定为实质上大约相等、两者磁化量的差为零。角度传感器具有在基体上的膜厚方向上多次叠层的绝缘膜的阶层构造，多个传感器单元在不同阶层上分别配置。 
更具体而言，本发明的角度传感器具有隔着绝缘膜在膜厚方向上叠层有多个磁阻效应型传感器单元的阶层构造，各传感器单元具有隔着反平行结合膜使第一强磁性膜与第二强磁性膜反强磁性地结合而成的强磁性固定层、非磁性中间层及软磁性自由层，第一强磁性膜及第二强磁性膜的居里温度大约相同且磁化量的差实质上为零，属于不同阶层的传感器单元的强磁性固定层的磁化分别朝向不同的方向，多个传感器单元组成对应于外部磁场输出信号的桥接电路。在一个阶层中设有多个传感器单元的场合中，属于相同阶层的传感器单元的强磁性固定层的磁化朝向相同的方向。 
作为桥接电路，具有第一桥接电路和第二桥接电路，所述第一桥接电路组合有强磁性固定层的磁化方向为第一方向的传感器单元及为第一方向的反方向的传感器单元，所述第二桥接电路组合有强磁性固定层的磁化方向为与所述第一方向正交的第二方向的传感器单元及为第二方向的反方向的传感器单元。 
多个传感器单元的软磁性自由层的感应磁性各向异性有效地消失。感应磁性各向异性的消失通过在例如角度传感器的桥接电路形成后、在旋转磁场中或无磁场中进行规定的温度、时间的热处理而实施。 
发明的效果 
根据本发明，能够实现具有高磁阻效应及宽的可运转温度，以及小的角度误差的角度传感器。通过在角度检测装置中使用该角度传感器，能够实现高灵敏度且高精度的、运转温度范围宽的角度检测装置。 
附图说明
图1为表示构成本发明的角度传感器的传感器单元的构成例的图。 
图2为表示本发明的角度传感器的叠层构成概念图的图。 
图3为表示本发明的代表性的角度传感器的构造的图。 
图4为表示本发明的角度传感器的电路例的图。 
图5为表示本发明的角度传感器的其他电路例的图。 
图6为表示本发明的传感器单元磁阻效应叠层膜的构成例的图。 
图7为表示在基底膜上形成的Co-Fe膜的顽磁力与Fe组成的关系的图。 
图8为表示磁阻效应的Co-Fe组成依存性的参考图。 
图9为表示磁化量的温度依存性的概念图。 
图10为表示用Ru作为强磁性固定层中的反平行结合层时的残留磁化量Mr与磁场1600kA/m(20kOe)下的磁化量M1600的图。 
图11为表示对于第一强磁性膜的厚度，第二强磁性膜与第一强磁性膜的磁化量的差ΔM的图。 
图12为表示改变了磁化量的差ΔM时的传感器单元用磁阻效应膜的阻抗变化率与最大施加磁场的关系的图。 
图13为表示传感器单元用磁阻效应膜的电阻的磁场角度依存性的图。 
图14为表示改变了磁化量的差ΔM时的传感器单元用磁阻效应膜的强磁性固定层的角度偏离与最大施加磁场的关系的图。 
图15为表示磁化量的差ΔM与175kA/m(2.2kOe)施加后的强磁性固定层的磁化方向偏离的关系的图。 
图16为表示本发明传感器单元用磁阻效应膜的MR比的温度依存性的图。 
图17为表示以每90°改变磁场施加方向而形成有薄膜的4个传感器单元的最大施加磁场与强磁性固定层的磁化方向的关系的图。 
图18为表示具有4个软磁性自由层的容易磁化的方向与强磁性固定层为同一方向的传感器单元的角度传感器的角度偏离的图。 
图19为表示角度传感器的X成分及Y成分的输出误差的图。 
图20为表示通过分析模型得出的输出误差及角度偏差的磁场施加角度依存性的图。 
图21为对于全部的角度传感器，使层间结合磁场Hint为零的场合的X成分桥的输出误差。 
图22为表示使Hint及Hk为零的场合的X成分桥的输出误差与角度传感器的角度误差的图。 
图23为表示本发明的传感器单元的热处理后的磁阻效应曲线的图。 
图24为表示本发明的角度传感器的制造方法的流程的图。 
图25为表示本发明的角度传感器的制造方法的工序图。 
图26为表示使用本发明的角度传感器的角度检测装置的构成例的图。 
符号说明 
10：磁阻效应膜；12：非磁性中间层；13：软磁性自由层；14：基底膜；15：强磁性固定层；151：第一强磁性膜；152：第二强磁性膜；154：反平行结合层；17：保护膜；41：绝缘膜；42：绝缘膜；43：绝缘膜；44：绝缘膜；50：基体；501：电极端子；502：磁阻效应膜图形布线；503：贯通电极端子；511：第一传感器单元；522：第二传感器单元；523：第三传感器单元；514：第四传感器单元；531：第五传感器单元；542：第六传感器单元；543：第七传感器单元；534：第八传感器单元；55：角度传感器；61：磁石；62：旋转驱动轴；63：旋转驱动体。 
具体实施方式：
构成本发明的磁性编码器装置的磁性传感器的巨磁阻效应叠层膜的薄膜，是用dc磁控溅射装置通过以下方式制作的。在氩气0.2～3mTorr的氛围中，在基板上顺次叠层以下的材料而制作。使用作为溅射靶材的钽、镍-铁-铬合金、镍-铁合金、铜、Co、Fe、钌的各靶材。对于叠层膜而言，在配置了各靶材的阴极施加各dc电力，在装置内发生等离子体，开闭各阴极配置的开关顺次形成各层。 
在膜形成时，使用永久磁石对基板平行地施加约6kA/m(80Oe)的磁场，使强磁性固定层起磁，而且施加软磁性自由层的感应磁性各向异性。将软磁性自由层的感应磁性各向异性的容易磁化的方向设为与强磁性固定层的磁化的起磁方向正交的方向。基体上元件的形成为通过光刻工序进行 图形化。多个传感器单元为夹持着绝缘膜的形成、阶层地制作。在角度传感器元件形成后，为了消去软磁性自由层的感应磁性各向异性，在200～250℃，在旋转磁场或无磁场中进行3个小时的热处理。 
实施例1 
图1表示构成本发明的角度传感器的传感器单元的基本构造的构成例。传感器单元的基本构造由磁阻效应膜图形布线502及电极端子501构成。磁阻效应膜图形布线502通过光刻工艺形成为规定的形状，在本图中显示了电流沿环排列的方向流动的链状的形状例。磁阻效应膜图形布线502的图形化形状，以规定使传感器单元的电阻为所期望的值那样的宽度和长度的电流路径、方向为目的而形成，虽然链状图形有使通电的电流方向性分散、均质化的效果，但即使不为本图的例子那样的链状，也不违反本发明的主旨。例如，能够配置为折叠构造或波状、螺旋构造状。电极端子501用于向磁阻效应膜图形布线502通电，为了电连接邻接的磁阻效应膜图形布线和传感器单元、或别的电极端子和布线而设置。虽然在图1中，电极端子501被描绘为在厚度方向上比磁阻效应膜图形布线502厚，但就电极端子501而言，如后所述，通过贯通厚度方向形成，能够使之具有对于厚度方向进行电连接的机能。 
图2表示本发明的角度传感器的叠层构成概念图。此处为了简便，显示了由第一传感器单元511、第二传感器单元522、第三传感器单元523、第四传感器单元514四个传感器单元构成的叠层构成，部分省略地显示了电气布线等。 
在图2的右图中，形成第一传感器单元511及第四传感器单元514的磁阻效应膜图形布线在第一阶层上形成。第一阶层与第二阶层间形成绝缘膜41，形成第二传感器单元522与第三传感器单元523的磁阻效应膜图形布线在第二阶层上形成。贯通电极端子503如虚线所示，为以电连接在不同的阶层间重叠的位置处的电极端子的方式使阶层间通导的电极端子。 
图2的左边显示截面构造的模式图。虽然图中电极端子被描绘在各阶层中，但作为单一的贯通电极而形成也不违反本发明的主旨。在本发明中， 将同一阶层上有着磁阻效应膜图形布线的传感器单元的起磁方向设为同一方向，将不同阶层上形成有磁阻效应膜图形布线的传感器单元的起磁方向设为不同的角度、例如90°或180°的不同方向。 
本发明的构成的一个特征为，各个传感器单元的周围被构成传感器单元的磁阻效应膜图形布线自身或电极端子、绝缘膜41占据。专利文献3中记载了在靠近构成传感器单元的磁阻效应膜的布线的上下(厚度方向)和宽度方向上配置以传感器单元的加热起磁为目的的加热器、或配置施加起磁磁场的磁石膜的构成的情况，与专利文献3不同，在本发明中，不具有必要不可欠缺的磁阻效应膜、电极、绝缘膜以外的剩余构成。由此，本发明的磁传感器有着构造简单易于制作、抑制金属膜/绝缘膜面剥离等异常的发生、能进行廉价的制作的优点。 
图3表示本发明的代表性的角度传感器的构造。图3的左侧的图为表示截面构造的图。此处为了简便，对于电极端子的构造省略描绘。在基体50上，第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八的传感器单元511、522、523、514、531、542、543、534分别隔着绝缘膜41、42、43、44电气地分离、阶层地分割为4部分而形成。如果第一至第四的传感器构成Y方向的起磁的传感器，则第五至第八的传感器构成具有与Y方向在面内方向上正交的方向性的X方向的传感器。对此在说明图4时后述。合适地接合这些X及Y方向上的传感器信号，作为一个角度传感器能够得到360°方向的角度信息。虽然此处在图中，4个阶层从下开始以Y轴传感器元件、Y轴传感器元件、X轴传感器元件、X传感器元件的顺序构成，但是改变该顺序也无损本发明的主旨。 
通过上述阶层性的构成，不仅能够形成作为电气绝缘的独立电路的各个传感器单元，并且能够个别地、阶段性地进行各传感器单元的形成工序，能够规定独立的起磁方向。 
图3右侧的图为从基体表面方向观察时的图。一个链状的V字部分表示一个传感器单元的例子。第一、第二、第三、第四的传感器单元511、522、523、514，通过合适的电极端子及导线电连接至接地电极(GND)、 第一输出电压电极(Vy1)、第二输出电压电极(Vy2)及施加电压电极(Vccy)，形成Y轴传感器元件桥。虽然该图中显示了传感器单元的桥接电路例，但是其连接状态及连接方法并不特别地限定为该例子的构造。为了抑制检测磁场的场所依存性，8个传感器单元在单一基体上、以邻近的配置形成。或者，将2个(4个)传感器单元在单一的基体上以邻近配置的方式形成，将其4个(2个)接合来形成，也可得到一定的效果。 
在图3的构成例中，第一至第四的传感器单元，为了对于所施加的磁场的方向分别以不同的角度输出，分别具有后述的特定的方向性。图3的右图中的箭头表示该例子，第一传感器单元511与第二传感器单元522，第三传感器单元523与第四传感器单元514，作为具有彼此相差180°的两个方向性的对而被制造。同样地，第五、第六、第七、第八传感器单元531、542、543、534通过合适的电极端子及引线电连接至接地电极(GND)、第一输出电压电极(Vx1)、第二输出电压电极(Vx2)以及施加电压电极(Vccx)，形成X轴桥。第五、第六、第七、第八传感器单元531、542、543、534的起磁方向例如图中的箭头所示，第五传感器单元531及第六传感器单元542，第七传感器单元543及第八传感器单元534以与第一至第四传感器单元相差正或负90°的方向、作为具有彼此相差180°的两个方向性的对而被制作。 
图4表示本发明的角度传感器的电路例。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八传感器单元511、522、523、514、531、542、543、534作为各个电阻Ry1、Ry2、Ry3、Ry4、Rx1、Rx2、Rx3、Rx4而起作用。第一至第八传感器单元形成2个所谓全桥接电路，通过向Vccy及Vccx输入电压，输出Y桥输出Vy1-Vy2及X桥输出Vx1-Vx2。对于各传感器单元而言，由于凭借磁阻效应可得到对于起磁方向与可感知磁场的方向的相对角度的余弦输出，因此能够从起磁角度彼此改变90°的Y桥及X桥的输出算出可感知磁场的方向。此处对于全桥接电路而言，通过得到来自具有相同起磁方向的传感器对例如Ry1及Ry4和起磁方向相差180°的传感器对Ry2及Ry3的输出，从而能够得到补偿由温度变化导致的电阻的变化的效果。 
图5表示本发明的角度传感器的其他的电路例。对构成电阻Ry1、Ry2、Rx1、Rx2的4个传感器单元而言，如图中所示的强磁性固定层的起磁方向例那样，彼此起磁方向不同。该4个起磁方向不同的传感器单元形成2个所谓的半桥接电路，通过向Vccy及Vccx输入电压，输出Y桥输出Vy1及X桥输出Vx1。对于各传感器单元而言，由于凭借磁阻效果可得到对于起磁方向与可感知磁场方向的相对角度的余弦输出，因此从起磁角度彼此改变90°的Y桥及X桥的输出能够算出可感知磁场的方向。 
在上述图3、图4、图5中显示了各传感器单元的起磁方向分别相差90°的构成，这是简单的几何学的理由。即，为了产生360°的传感器运转能力，使多个具有余弦输出的传感器组合而覆盖360°时，以每90°分割成4部分的角度实施是最有效的。这是因为余弦曲线为在90°的角度宽度中具有高峰或低谷的曲线。严格来说，不为90°，例如以每60°，分成6份也是可能的。而且即便是分割成4部分，每份不为整90°，构成为70°及180°、250°、360°在原理上也是可能的，尽管可能伴随有一定的效率降低。 
图6表示本发明代表性的传感器单元的磁阻效应叠层膜10的构成。在基体50上形成基底膜14、第一强磁性膜151、反平行结合层154、第二强磁性膜152、非磁性中间层12、软磁性自由层13、保护层17而成。其中，第一强磁性膜151与第二强磁性膜152以隔着反平行结合层154反磁性地强结合、彼此的磁化为反平行状态的方式而形成。该部分对于外部磁场其磁化方向实质上固定、作为强磁性固定层15而起作用。适应于磁化方向相对于外部磁场不改变的强磁性固定层15与使磁化方向相对于外部磁场良好地旋转的软磁性自由层13的相对的磁化方向的角度差，隔着非磁性中间层12的电导率发生变化，从而产生磁阻效应，可得到信号输出。即，各传感器单元对于可感知磁场方向的角度的基准，由上述强磁性固定层15的固定了的磁化的方向决定。 
之后，对本发明的传感器单元的磁阻效应叠层膜的更为详细的构成进行叙述。 
图7为表示在基底膜上形成的Co-Fe膜的顽磁力与Fe组成的关系的 图。可以看出，对于Co-Fe膜的组成，Co-Fe膜的顽磁力发生了大的变化。可以看出，在Fe组成比40at％小的范围中，Co-Fe膜的顽磁力为4kA/m(50Oe)以下这样的小，比较容易地进行磁化旋转。另一方面，可以看出，在Fe组成为40～80at％(Fe-20～60at％Co)的范围中，顽磁力为8kA/m(100Oe)以上这样的大，对于磁化的旋转变强。因此，对于本发明的角度传感器的传感器单元而言，作为第一强磁性膜，可使用Fe-20～60at％Co薄膜。由此，在用于本发明的角度传感器的传感器单元中，显示出对于外部磁场的高稳定性并且能够实现决定方向性的起磁的容易性和高的输出。作为第二强磁性膜，可使用Co-0～40at％Fe薄膜。 
从图7可知，通过形成为这样的组成，能够将第二强磁性膜的顽磁力保持为比第一强磁性膜小的值，结果是能够提高强磁性固定层的磁性的稳定性。通过使第二强磁性膜的顽磁力比第一强磁性膜的顽磁力小，在彼此隔着反平行结合层而强反磁性地结合的这些强磁性膜中，可以发挥顽磁力大的第一强磁性膜的磁化方向优先的机能，进而能够提高强磁性固定层的磁化状态的稳定性。而且，对于第二强磁性膜而言，由于在构造上直接邻接中间层、承担发挥磁阻效应的机能，在组成确定上，也可以选择能得到高磁阻效应的组成，尤其是如果使用Co-10at％Fe薄膜，能够使高磁化稳定性和高阻抗变化率并存。 
图8为表示磁阻效应的Co-Fe组成的依存性的参考数据。该数据为对于以下的构造的膜的实验结果。基体/基底膜/MnPt膜/Co-10at％Fe膜/Ru膜/Co-10at％Fe膜/Co-Fex膜/Cu膜/Co-10at％Fe膜/Ni-20％Fe膜/保护膜。虽然与本发明的自销型自旋阀不同，但由于与巨磁阻的发生机制相同，因此能够作为涉及Co-Fe强磁性膜组成的认识进行参考。 
从图8可以看出，如果改变Co-Fex部的组成，伴随Fe组成的增大，MR比缓缓降低。如使Fe组成为30at％以上，虽然与Co-Fe合金的fcc/bcc构造边界相当，但是可以看出在该组成范围内的MR比大幅降低。这被认为是，如果Co-Fe薄膜为bcc构造，则与产生巨磁效应的其它层，即Cu非磁性中间层与CoFe/NiFe软磁性自由层的fcc构造的层产生结晶学上的 不一致，这是成为电子散射的要因，使磁阻降低。虽然如果Fe进一步增加、MR比进一步降低，但认为这与学术论文等报导的Fe/Cu的组合与Co/Cu的组合相比巨磁效应小的现象相同。由于这样的理由，在本发明的第二强磁性膜中，优选Co-Fe薄膜中的Fe组成为40at％以下的范围，进一步地为20at％以下，尤其是为10at％左右。 
在本发明的传感器单元用磁阻效应膜中，使用这种组成的第一强磁性膜及第二强磁性膜的其他的理由为，存在为了达成作为本发明角度传感器的目的的在宽的温度领域中可操作的机能的称作温度依存性的物性。一般而言，强磁性体的磁化通过由温度的上升导致的热波动而持续减少，其温度特性由该物质的居里温度决定。熟知的是，Fe的居里温度为770℃，Co为1120℃、Ni为358℃。假设，在分别以Fe和Co层制作自销型强磁性固定层的场合，由于室温下的饱和磁通密度分别为约2.1T、1.6T，因此如果为了使彼此磁化量的差为0而将Fe层的厚度与Co层的厚度设定为1.6∶2.1，则能够约使磁化量的差为0。然而，由于Fe与Co的居里温度不同，因此在温度上升的同时，各自的磁化量按照布里渊函数持续降低，其结果是，磁化的磁化量的差别逐渐从零偏离。 
图9显示概念地表示了磁化量的温度依存性的图。图9(a)为表示采用居里温度不同的强磁性膜的自销型强磁性固定层的特性的图，图9(b)为表示采用居里温度相同的强磁性膜的自销型强磁性固定层的特性的图。 
在使用居里温度不同的强磁性膜的场合，如图9(a)所示，由于居里温度不同，200℃时的磁化量的差ΔM与零的偏离增加，因此，强磁性固定层对于外部磁场变得不稳定。虽然与专利文献3的将这种现象用于凭借加热或冷却的强磁性固定层的起磁的原理相同，但是本发明的主旨在于，通过采用相反地抑制这种现象的构造，提供相对于温度上升来说是稳定的角度传感器。根据R.M.Bozorth，“Ferromagnetism”(D.Van Nostrand Co.Inc，，N.Y.，(1951))，虽然Fe40Co60在980℃附近具有相变点而失去磁性，但从低温侧进行外推得到的“有效的”(virtual)、实质的居里温度约为1140℃。该温度极为接近Co的居里温度1120℃。这样的物性表示，Co与Fe40Co60具 有实质上大约同程度的磁化温度依存性。这两种组成与上述本发明的第一及第二强磁性膜接近，因此本发明的第一及第二强磁性膜由于其合金组成均具有接近1100℃附近的同程度的居里温度，可以期待对于温度上升具有类似的磁化的温度依存性。另一方面，图9(b)表示本发明的传感器单元用磁阻效应膜的强磁性固定层的磁化的温度特性的概念图。由于强磁性固定层由居里温度相等的材料构成，因此能够得到在宽的温度范围中ΔM接近零的传感器单元用磁阻效应膜，能够实现在低温～高温中能够稳定地运转的角度传感器。 
图10表示在强磁性固定层中使用Ru作为反平行结合层时的残留磁化量Mr与磁场1600kA/m(20kOe)下的磁化量M1600。残留磁化量Mr在Ru反平行结合层的厚度为0.6nm附近时变大，在Ru的厚度为0.3～0.45nm及0.7～1nm时约为零。这表示随着Ru的厚度，构成强磁性固定层的第一强磁性层与第二强磁性膜间的反强磁性的结合力发生变化。即，在Ru反平行结合层的厚度为0.3～0.45nm及0.7～1nm时，反强磁性的结合是良好的，而在Ru反平行结合层的厚度为0.6nm附近时为强磁性的，因此，残留磁化成分增加。之后，观察施加磁场1600kA/m(20kOe)下的磁化量M1600，可以看出如果Ru反平行结合层的厚度变薄为0.45nm以下，则其减少。这意味着，在Ru反平行结合层的厚度为0.45nm以下时，强磁性固定层达到在外部磁场1600kA/m(20kOe)下不饱和程度，反强磁性结合变强。结果是，Ru反强磁性层的厚度为0.35nm或其附近的0.3～0.4nm时，强磁性固定层的反强磁性结合最强，残留磁化成分也约为零。因此，可以看出，在将Ru用于反平行结合层的场合，优选为0.3～0.4的厚度。 
图11表示第二强磁性膜与第一强磁性膜的磁化量的差ΔM相对于第一强磁性膜的厚度的关系。此处表示将第二强磁性膜的厚度设为一定值，磁化量设为饱和磁化(特斯拉)×厚度(纳米)。膜的构成为基体/基底膜/第一强磁性膜Co-60at％Fe膜/Ru膜/Co-10at％Fe膜(2nm)/Cu膜/Co-10at％Fe膜/Ni-20at％Fe膜/保护膜。可以看出，对于第一强磁性膜的厚度，磁化量的差ΔM单纯地减少，相对于一定的第二强磁性膜的厚度，通过选择适宜 的第一强磁性膜的厚度，能够将磁化量的差ΔM设为零或其附近的值。在本发明中，该磁化量的差ΔM为对角度传感器的机能产生很大影响的因子。 
图12表示改变了磁化量的差ΔM时的传感器单元用磁阻效应膜的阻抗变化率与最大施加磁场的关系。测定是如下进行的：在与磁阻效应膜的强磁性固定层的起磁方向平行的膜面内方向上正负地施加磁场来测定磁阻效应曲线，最初将最大施加磁场设为50A/m，顺次增大。这即为对于由自销型磁阻效应膜构成的传感器单元，测量强磁性固定层相对于外部磁场为稳定的上限的实验。 
可以看出，在磁化量的差ΔM为-0.1～0.06(nm·T)时，即便最大施加磁场超过160kA/m(2000Oe)，也能持续保持高的MR比，但如果磁化量的差ΔM为-0.17，最大外加磁场160A/m(2000Oe)下的MR比为10％，发生1％左右的MR比的降低。进一步地可以确认，在磁化量的差ΔM为-0.24时，最大外加磁场160kA/m(2000Oe)下的MR比进一步降低为8.5％。该MR比的降低，在施加最大外加磁场后，即便在更低的磁场中重新测定，也没有回复到原来的值。这意味着，如果没有将磁化量的差ΔM合适地设为零附近，外部磁场会导致强磁性固定层的磁化方向发生变化，不能维持规定的性能。 
图13表示传感器单元用磁阻效应膜的电阻的磁场角度依存性。测定如图13的左侧模式图所示地进行：对于磁阻效应膜的强磁性固定层的起磁方向，以面内的角度θ施加8kA/m(100Oe)的磁场，测定改变了角度θ时的阻抗。该阻抗的磁场角度依存性清楚地显示了本发明的传感器单元用磁阻效应膜作为角度传感器是有效的。即，如果改变角度θ，沿磁场的方向进行磁化的旋转的软磁性自由层与从起磁方向磁化没有变化的强磁性固定层的磁化所成的角度发生变化，与此对应，发生磁阻效应。同时，通过进行这样的测定，能够测定构成传感器单元的磁阻效应膜的强磁性固定层的起磁方向。 
图14表示改变了磁化量的差ΔM时的传感器单元用磁阻效应膜的强磁性固定层的磁化方向偏离与最大施加磁场的关系。磁化量的差ΔM在零附 近时，磁化方向偏离为极小。如果磁化量的差ΔM从零偏离，可以看出磁化方向偏离有二次函数状的增加，磁化方向偏离超过1°。 
如图14所示的角度偏离，对于作为本发明的目的的角度传感器及角度检测装置，有着重要的意义。在专利文献5那样的应用于磁头的场合，图12所示的MR比的降低单纯地是信号输出降低，虽然略微的MR比降低是缺点但却不致命。进一步地，在磁头的场合，图14那样的数度以下的角度偏离，实质上不影响磁头的性能。与此相对，在本发明的角度传感器中，要检测的角度直接受到该角度偏离的影响，角度偏离直接成为角度误差。 
图15概括地表示了，磁化量的差ΔM与175kA/m(2.2kOe)施加后的强磁性固定层的磁化方向偏离的关系。如果磁化量的差ΔM从零偏离，则可以看到角度偏离的2次函数状的增加，根据用最小二乘法求出的2次函数近似曲线，如果ΔM为负且其绝对值比0.15nm·T大，则角度偏离超过1°。如果认为使角度误差为1°以下是作为角度传感器的一定的性能，则从图15可以看出，通过使磁化量的差ΔM为-0.15～0.08，可满足作为角度传感器必要的性能。如上所述，通过使本发明的角度传感器的传感器单元具有由反强磁性地强结合的FeCo及CoFe磁性层构成的自销型强磁性固定层，并且，将磁化量的差ΔM设为零附近的-0.15～o.08，从而能够得到高的输出及高的稳定性。 
图16表示本发明的传感器单元用磁阻效应膜的MR比的温度依存性。为了比较，还表示了使用熟知的反强磁性膜的自旋阀薄膜。在通常的自旋阀薄膜中，MR比在-40℃～150℃持续地降低。角度传感器的运转温度范围并不绝对地确定，此处作为一般的角度传感器的运转温度设为-40℃～150℃。上述那样的持续的降低被认为是，简单地伴随温度的上升，金属的电阻增加，其结果是磁阻效应降低。确认了至190°为止，本发明的角度传感器用磁阻效应膜中也显示出同样的倾向，但如果着眼于由温度上升导致的MR比降低的比例，本发明的传感器单元用磁阻效应膜的温度系数为-0.02％/℃，现有技术的自旋阀薄膜为-0.04％/℃，可以看出本发明的传感器单元用磁阻效应膜具有相对于温度的变化较小的优点。具体而言，在 -40℃至150℃的运转温度范围内，本发明的传感器单元显示出与现有构造的传感器相比1/3至1/2左右的温度依存性的降低的特性。 
图17表示，在本发明的角度传感器上每次90°地改变磁场施加方向而形成的薄膜的4个传感器单元的最大施加磁场和强磁性固定层的磁化的方向的关系。为了观察各传感器的大致运转，图的纵轴设定为大的角度范围。此处，4个传感器单元的各个强磁性固定层的强磁性膜间的磁化量的差ΔM约形成为零。可以看出，通过在规定方向的磁场中形成传感器单元用磁阻效应膜的强磁性固定层，从而，传感器单元1～4的强磁性固定层的磁化方向分别沿0°、90°、-180°、-90°的方向起磁，该方向性即便是施加135kA/m(1700Oe)的磁场也不发生变化。如此，对于本发明的传感器单元而言，由于通过磁阻效应膜形成时的磁场施加方向能够决定起磁方向、对于外部磁场是稳定的，因此，发挥作为对应于该起磁方向的各自角度不同的磁场方向的感知单元的功能。 
如上所述，通过在传感器单元的磁阻效应膜形成时沿合适的方向施加磁场，能够得到强磁性固定层起磁了的传感器单元。以下，对软磁性自由层的磁性各向异性进行叙述。虽然施加磁场而形成强磁性固定层则能够决定起磁方向，但是另一方面，在软磁性自由层形成时，发生该磁化的方向为容易磁化的方向的单轴各向异性。最容易理解的制造方法为，沿与强磁性固定层的磁场施加方向相同的方向，在形成软磁性自由层时，施加磁场、诱导各向异性的场合。 
图18表示，具有4个软磁性自由层的容易磁化的方向为与强磁性固定层相同的方向的传感器单元的角度传感器的角度偏离。此处的角度偏离为，与从对于测定磁场的施加方向的角度传感器的输出算出的角度的偏离。图中，虚线的测定为对0°360°的测定，实线为反向地对360°～0°的测定。可以看出，两者间没有大的偏离，该角度传感器的磁滞不大，但是另一方面，可以看出，角度偏离根据磁场的施加角度而变化，测定了360°时在峰值到峰值的幅度上发生了1.4°的角度偏离。对于发生该角度偏离的原因而言，在4个传感器单元中、如果X成分与Y成分分离测定，则易于理解上述结 果。即，传感器单元中，通过强磁性固定层的起磁方向为0°与180°的一对及为90°与-90°的一对形成的半桥对应于X成分和Y成分。 
图19为，图18的传感器的X侧单元及Y侧单元的输出的误差。各有两条线是因为，与图18同样地进行角度增加方向与减少方向的测定的结果，各自没有大的差别，因此以后不再涉及。此处，输出误差表示，对于振幅，具有对应于X或Y成分桥输出最大值和最小值的振幅的测定磁场施加方向的余弦所对应的值的偏离。X成分、Y成分共同地，对于磁场施加角度，输出误差表示出复杂的行为，可以看出0～360°间各具有两个高峰和低谷的2次成分尤其大。此时的输出误差，以测定了360°时的从峰值到峰值计，约为1.0％。 
为了明确产生这样的输出误差的原因，进行了角度传感器的静磁场磁化行为分析。分析中除了4个传感器单元的起磁角度、电阻、阻抗变化率，还包含各层间结合磁场、单轴各向异性常数。此处，对于层间结合磁场而言，在强磁性固定层与软磁性自由层的磁性的结合磁场中，采用制作传感器单元用的磁阻效应膜的实测值。对于单轴各向异性常数而言，由于在薄膜中难以测定，通常为十分之几A/m(几Oe)左右，由此通过与测定结果拟合而求出。而且，假定X侧的传感器单元与Y侧的传感器单元间的强磁性固定层的角度设定偏离，也以此拟合参数。 
图20表示根据分析模型得出的输出误差及角度偏离的磁场施加角度依存性。图中，实线与单点划线为图18、图17表示的实测值，此外的□、◆标记为分析所得计算结果。所使用的单轴各向异性磁场Hk(Oe)、层间结合磁场Hint(Oe)、及角度设定偏离的值如下所示。 
传感器单元1：Hk6、Hint4.42 
传感器单元2：Hk6、Hint0.54 
传感器单元3：Hk5、Hint4.42 
传感器单元4：Hk5、Hint0.54(单位Oe) 
角度设定偏离-0.2° 
从图20可知，由分析模型得到的输出误差及角度误差与实测值很一 致，可以看出，不论角度传感器的误差、偏离的发生原因是什么，都在本分析模型内予以了考虑。以下，将图20所示的分析结果称之为初期分析值。 
图21表示对于全部的传感器单元，将层间结合磁场Hint设为零的场合的X成分桥的输出误差。可以看出，虽然输出误差微量地变化，但从峰值到峰值的输出误差为1.0％没有变化，初期分析值或实测值大致没有变化。此时角度误差为1.0°。 
另一方面，图22为将Hint及Hk设为零的场合的X成分桥的输出误差与角度传感器的角度误差。通过将Hk设为零，X成分桥的输出误差明显变小，以峰值与峰值的幅度计，为0.3％，是初期分析值的1/4左右，即，实测值的1/4左右。同样地，角度误差为0.3°，亦降低至1/4左右。认为该残留的0.3°的误差起因于X及Y传感器的角度偏离等。 
如上所述，可以看出，为了降低角度传感器的角度误差，软磁性自由层的单轴各向异性的降低是有效的。图21所示的Hint为零的场合的角度误差为1.0°、图22的将Hk设为零的场合的角度误差为0.3°，可以看出，本发明中使Hk为零的效果在于，在实验上，以峰值幅度计的角度误差的降低达到0.7°。即，在不采用本发明的Hk降低效果的场合，传感器的角度误差，以峰值的幅度计，降低至1.0-0.3＝0.7°就是极限了，通过应用本发明，能够实现比0.7°小的角度误差。 
更具体地，对降低Hk的方法进行叙述。对于软磁性自由层的单轴各异向异性而言，通过对传感器单元用磁阻效应膜进行热处理，能够在薄膜形成后及元件形成后进行控制。对于含有一般的自旋阀薄膜的、极薄的软磁性自由层的单轴各向异性而言，如果进行200℃以上的热处理，热活性化地向沿磁场的方向或软磁性自由层的磁化方向具有容易磁化方向的单轴各向异性转变。即，通过在旋转磁场中对角度传感器进行热处理，对软磁性自由层的单轴各向异性进行比如说各向同性化，从而能够得到图22所示的角度误差被降低后的角度传感器。 
此处，在现有技术的角度传感器中成为问题的是，如果如上所述地进行使软磁性自由层的单轴各向异性各向同性化的热处理，则反强磁性膜的 交换结合各向异性产生降低、各向同性化或分散的增加，损失作为角度传感器的机能。另一方面，在本发明的角度传感器中，如上所述，具有即便在高温下也能够相对于外部磁场稳定地运转的传感器单元，不采用反强磁性膜的交换结合磁场。对于上述软磁性自由层的单轴各向异性的各向同性化热处理而言，在本发明的高稳定性的传感器单元中，首次成为极有效的方法。 
各向同性化热处理，通过施加足以沿着规定的方向进行软磁性自由层的磁化程度的磁场，在基体的面内方向上旋转并同时进行热处理及冷却，从而能够达成单轴各向异性的方向性的均质化。为了在热处理中不受来自附近的强磁性材料的机材的磁场和地磁等的影响，在旋转热处理中及冷却时，通过旋转施加合适大小的磁场、4～40kA/m(50～500Oe)左右的磁场，能够使软磁性自由层的磁化方向在时间上均等化。选择该合适的磁场的大小，以使得其比通过磁性膜的感应磁性各向异性及带状地图形化而成的形状各向异性磁场大，即便是在高温中也不产生图14所示的强磁性固定层的偏离。如果偏离该合适的范围，则存在磁场过低、不能充分得到使感应各向异性消失的热处理的效果，或在强磁性固定层的起磁方向上产生偏离、发生输出的降低和角度误差的增加的可能。通过在合适磁场中的该消失处理，能够均等化单轴各向异性的方向性，降低本发明的角度传感器的角度误差。 
通过根据上述方法制作、测定降低了Hk的角度传感器，能够确认本发明的角度传感器中，可以实现以峰值幅度计为0.8°以下的角度误差。关于热处理的方法，即使不是旋转磁场，而是磁场方向的切转，例如0°与90°的切换热处理也能够得到与旋转磁场中的热处理同样的效果。如果热处理中的软磁性自由层的磁化方向，由于地磁等原因没有朝向特定的方向，也可通过无磁场中的热处理降低软磁性自由层的单轴各向异性的方向性。此处作为无磁场中的热处理，由于外部磁场必然为实质上不能使磁性膜的磁化状态饱和的范围，因此应该与被称为软磁性的磁性膜的顽磁力的大小相比较小，为0.8kA/m(10奥斯特)以下。 
对于各向同性化热处理的合适温度范围而言，之一为使软磁性自由层的感应各向异性(单轴各向异性)变为可热变更的温度，约为200℃以上。另一方面，温度的高温侧的上限，由本发明的角度传感器的耐热性决定。图23表示本发明的传感器单元热处理后的磁阻效应曲线。热处理在无磁场中进行、热处理时间设为3小时。图23的左侧的图表示磁阻效应曲线，至热处理温度310℃为止，MR比都没有降低，320℃时，MR比降低了。认为伴随MR比的降低，磁阻效应曲线从step函数的所谓自旋阀状的磁阻效应曲线偏离，不能保持强磁性固定层与软磁性自由层的间磁性的独立。图23的右图表示热处理温度与MR比的关系，可以看出，作为本发明的传感器单元用磁阻效应膜的热处理温度可为300℃以下。这是因为，如果为200℃以下感应磁性各向异性难以变化，如果超过300℃的温度，构成角度传感器的磁阻效应膜的特性降低。 
图24表示本发明的角度传感器的制造方法的流程例。在8个角度传感器单元由起磁方向不同的4对形成的场合，在基体上进行以下工序：形成第一阶层的传感器单元，以规定的磁场方向进行磁阻效应膜的形成，图形化该磁阻效应膜，用绝缘膜覆盖。之后对于第二阶层，进行同样的工序，但是改变磁阻效应膜形成时的磁场方向。对于第三阶层及第四阶层也进行同样的工序。省略电极端子的制造工序，其可以与各阶层一起形成，也可以通过在形成最后的阶层后，进行使电极端子部贯通至第一阶层的工序及形成电极材料的工序来形成。最后，进行使软磁性自由层的感应各向异性消失的热处理。 
图25通过工序截面图显示了本发明的角度传感器的制造方法的例子。此处为了简单化地表示阶层构成，采用以图3左侧图为基准的描绘。将图24所示的流程工序制作成如图25所示的阶层构成的流程。第一阶层中，如图25(a)所示，例如沿垂直纸面向外的方向施加磁场，在基体50上进行磁阻效应膜10的形成，如图25(b)所示，图形化磁阻效应膜而形成第一传感器单元511及第四传感器单元514。之后如图25(c)所示，进行绝缘膜41的形成。之后，进行第二阶层的形成。最初，如图25(d)所示， 沿垂直纸面朝里的方向施加磁场进行磁阻效应膜10的形成，如图25(e)所示，图形化磁阻效应膜而形成第二传感器单元522及第三传感器单元523。之后，形成绝缘膜42。 
接着如图25(f)所示，例如沿纸面从左向右的方向施加磁场并成膜第三层用磁阻效应膜10。之后，如图25(g)所示，图形化磁阻效应膜而形成第五传感器单元531及第八传感器单元534。之后，形成绝缘膜43。接着，如图25(h)所示，沿纸面从右向左的方向施加磁场并成膜第四层用磁阻效应膜10。之后，如图25(i)所示，图形化磁阻效应膜而形成第六传感器单元542及第七传感器单元543。之后形成绝缘膜44。 
如此，通过第一、第二、第三、第四阶层的磁阻效应膜的形成工序，以图25中的箭头所示的方式改变磁场施加方向。通过这种制作方法，以每阶层起磁方向不同的方式形成多个传感器单元。之后，通过进行使感应各向异性消失的热处理，降低软磁性自由层的感应各向异性，组成桥接电路，从而能够得到角度误差少的角度传感器。 
图26表示使用本发明的角度传感器的角度检测装置的构成例。旋转驱动体63相对于旋转驱动轴62进行旋转运动，使磁石61相对于角度传感器55相对地进行旋转运动。此处记载了上述角度传感器被设置于旋转轴中，磁石在旋转轴周围旋转的旋转机构。通过该旋转运动，从磁石61向角度传感器55沿对应于旋转角度的方向施加磁场，能够从角度传感器55的输出检测旋转驱动体63与旋转驱动轴62的角度关系。 
通过以上述结构来构成本发明的角度传感器及角度检测装置，能够得到在宽的温度范围下，输出高、角度偏离小的角度传感器及角度检测装置。 

Claims (16)

1.一种角度传感器，其特征在于，具有隔着绝缘膜、在膜厚方向上叠层多个传感器单元的阶层构造，所述传感器单元是磁阻效应型传感器单元，
所述多个传感器单元中每一个都具有自销型强磁性固定层、非磁性中间层及软磁性自由层，自销型强磁性固定层由隔着反平行结合膜、使第一强磁性膜与第二强磁性膜反强磁性地结合而成，所述第一强磁性膜与第二强磁性膜的居里温度大约相同且磁化量的差实质上为零，
所述多个传感器单元中的属于不同阶层的传感器单元的强磁性固定层的磁化分别朝向不同的方向，
由所述多个传感器单元组成输出对应于外部磁场的信号的桥接电路。
2.如权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，具有第一桥接电路和第二桥接电路，所述第一桥接电路组合有强磁性固定层的磁化方向为第一方向的传感器单元及为第一方向的反方向的传感器单元，所述第二桥接电路组合有强磁性固定层的磁化的方向为与所述第一方向正交的第二方向的传感器单元及为第二方向的反方向的传感器单元。
3.如权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，所述桥接电路由4个以上的传感器单元构成，各传感器单元的强磁性固定层的磁化方向不同。
4.如权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，其具有4个传感器单元，所述4个传感器单元的强磁性固定层的磁化方向分别相差90°，所述4个传感器单元形成2个半桥接电路，各半桥接电路包含磁化方向彼此相差180°的传感器单元对。
5.如权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，一个阶层上设有多个传感器单元，属于相同阶层的多个传感器单元的强磁性固定层的磁化朝向相同的方向。
6.如权利要求5所述的角度传感器，其特征在于，其具有4个阶层，具有每个阶层配置2个、合计8个传感器单元，所述8个传感器单元由强磁性固定层的磁化方向分别相差90°的4对构成，所述4对传感器单元形成2个全桥接电路，各全桥接电路包含磁化方向相同的2个传感器单元及与该2个传感器单元的磁化方向相差180°的另外2个传感器单元。
7.如权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，所述第一强磁性膜由Fe-20～60at％Co合金构成、第二强磁性膜由Co-0～40at％Fe构成。
8.如权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，是在-50℃～150℃的温度范围内保持良好的角度精度的角度传感器。
9.如权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，所述传感器单元的宽度方向的旁边隔着绝缘膜配置有折叠构造或螺旋构造状地配置的传感器单元自身，在所述宽度方向的旁边、在元件上不具有由永久磁铁膜或线圈构成的起磁机构。
10.如权利要求1所述的角度传感器，其特征在于，在所述传感器单元的宽度方向的旁边及厚度方向的上下配置有绝缘膜，配置阶层地形成的其他传感器单元、基体，不具有邻接所述传感器单元的加热用电极。
11.如权利要求2所述的角度传感器，其特征在于，所述传感器单元的软磁性自由层的感应磁性各向异性被各向同性化，所述第一及第二桥接电路的输出的角度误差小于0.7°。
12.一种角度传感器的制造方法，其特征在于，具有：
在基体上形成第一阶层的传感器单元的工序、
形成第一阶层的绝缘膜的工序、
形成第二阶层的传感器单元的工序、
形成第二阶层的绝缘膜的工序、
形成第三阶层的传感器单元的工序、
形成第三阶层的绝缘膜的工序、
形成第四阶层的传感器的工序、
形成第四阶层的绝缘膜的工序、
在200℃～300℃的温度进行热处理的工序，
形成各阶层的传感器单元的工序包含：在施加规定磁场过程中形成第一强磁性膜的工序、在所述一个强磁性膜上形成反平行结合层的工序、在所述反平行结合层上形成第二强磁性膜的工序、在所述第二强磁性膜上形成非磁性中间层的工序、在所述非磁性中间层上形成软磁性自由层的工序及图形化该传感器单元的工序，
在形成各阶层的传感器单元的工序中施加的磁场的方向不同，
所述热处理为使所述软磁性自由层的感应各向异性消失的热处理。
13.如权利要求12所述的角度传感器的制造方法，其特征在于，在形成第一阶层的传感器单元的工序中将施加的磁场的方向设为0°角度时，在形成其他阶层的传感器单元的工序中施加的磁场的方向为90°、180°、270°。
14.如权利要求12所述的角度传感器的制造方法，其特征在于，所述使感应各向异性消失的热处理为旋转磁场中的热处理，是在所述基体的面内方向上施加4kA/m～40kA/m的旋转磁场的同时进行的热处理。
15.如权利要求12所述的角度传感器的制造方法，其特征在于，所述使感应各向异性消失的热处理为无磁场中的热处理，是在所述基体的面内方向的磁场为0.8kA/m以下进行的热处理。
16.一种角度检测装置，其特征在于，其具有：
角度传感器，
相对于所述角度传感器进行相对旋转运动的磁铁，
设置有所述角度传感器、用于进行旋转运动的旋转轴，
以及所述磁铁在所述旋转轴的周围旋转的旋转机构；
所述角度传感器具有隔着绝缘膜、在膜厚方向上叠层多个磁阻效应型传感器单元的阶层构造，各传感器单元具有隔着反平行结合膜使第一强磁性膜与第二强磁性膜反强磁性地结合而成的强磁性固定层、非磁性中间层及软磁性自由层，所述第一强磁性膜与第二强磁性膜的居里温度大约相同且磁化量的差实质为零，属于同阶层的传感器单元的强磁性固定层的磁化朝向相同方向，属于不同阶层的传感器单元的强磁性固定层的磁化分别朝向不同的方向，由所述多个传感器单元组成输出对应于外部磁场的信号的桥接电路。
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Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5250109B2 (ja) 2009-06-12 2013-07-31 アルプス・グリーンデバイス株式会社 磁気平衡式電流センサ
JPWO2011111494A1 (ja) * 2010-03-12 2013-06-27 アルプス電気株式会社 磁気センサ及び磁気エンコーダ
JP5476518B2 (ja) 2010-03-12 2014-04-23 アルプス電気株式会社 磁気センサの製造方法
WO2011111493A1 (ja) 2010-03-12 2011-09-15 アルプス・グリーンデバイス株式会社 電流センサ
JP5572208B2 (ja) * 2010-03-12 2014-08-13 アルプス電気株式会社 磁気センサ及びそれを用いた磁気平衡式電流センサ
JP5487402B2 (ja) 2010-08-23 2014-05-07 アルプス・グリーンデバイス株式会社 磁気平衡式電流センサ
JP2012119613A (ja) * 2010-12-03 2012-06-21 Alps Electric Co Ltd 磁気検出素子及びそれを用いた磁気センサ
WO2012081377A1 (ja) * 2010-12-16 2012-06-21 アルプス電気株式会社 磁気センサ及び磁気センサの製造方法
IT1403421B1 (it) * 2010-12-23 2013-10-17 St Microelectronics Srl Sensore magnetoresistivo integrato, in particolare sensore magnetoresistivo triassiale e suo procedimento di fabbricazione
CN103314304A (zh) * 2010-12-27 2013-09-18 阿尔卑斯绿色器件株式会社 磁比例式电流传感器
WO2012096211A1 (ja) * 2011-01-11 2012-07-19 アルプス・グリーンデバイス株式会社 電流センサ
JP5540326B2 (ja) * 2011-03-02 2014-07-02 アルプス・グリーンデバイス株式会社 電流センサ
JP5686635B2 (ja) * 2011-03-07 2015-03-18 アルプス電気株式会社 磁気センサ及びその製造方法
JP5664706B2 (ja) 2012-07-05 2015-02-04 株式会社デンソー 磁気センサ
US9915552B2 (en) * 2013-11-19 2018-03-13 Infineon Technologies Ag Perpendicular gradiometric angle sensors, systems and methods
US9529060B2 (en) 2014-01-09 2016-12-27 Allegro Microsystems, Llc Magnetoresistance element with improved response to magnetic fields
JP6422391B2 (ja) * 2015-04-24 2018-11-14 アルプス電気株式会社 磁気センサ、磁気センサの製造方法および磁気センサの設計方法
JP6763887B2 (ja) 2015-06-05 2020-09-30 アレグロ・マイクロシステムズ・エルエルシー 磁界に対する応答が改善されたスピンバルブ磁気抵抗効果素子
EP3336566B1 (en) * 2016-12-16 2020-08-05 Melexis Technologies SA Magnetic sensor
US10620279B2 (en) 2017-05-19 2020-04-14 Allegro Microsystems, Llc Magnetoresistance element with increased operational range
US11022661B2 (en) 2017-05-19 2021-06-01 Allegro Microsystems, Llc Magnetoresistance element with increased operational range
US10050193B1 (en) 2017-06-05 2018-08-14 Allegro Microsystems, Llc Magnetoresistance structure patterning
CN107941247A (zh) * 2017-12-18 2018-04-20 嘉兴市锐鹰传感技术有限公司 一种被动唤醒式多圈编码器及工作方法
US10386427B1 (en) * 2018-02-09 2019-08-20 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor having at least two CVH elements and method of operating same
US10777345B2 (en) 2018-02-21 2020-09-15 Allegro Microsystems, Llc Spin valve with bias alignment
US10840001B2 (en) 2018-03-06 2020-11-17 Allegro Microsystems, Llc Magnetoresistance element with extended linear response to magnetic fields
US11193989B2 (en) 2018-07-27 2021-12-07 Allegro Microsystems, Llc Magnetoresistance assembly having a TMR element disposed over or under a GMR element
JP6610746B1 (ja) * 2018-10-24 2019-11-27 Tdk株式会社 磁気センサ
CN109752675A (zh) * 2019-01-10 2019-05-14 东南大学 一种正八边形薄膜磁阻传感器
US11217626B2 (en) 2019-08-30 2022-01-04 Allegro Microsystems, Llc Dual tunnel magnetoresistance (TMR) element structure
US11127518B2 (en) 2019-08-30 2021-09-21 Allegro Microsystems, Llc Tunnel magnetoresistance (TMR) element having cobalt iron and tantalum layers
US11187764B2 (en) 2020-03-20 2021-11-30 Allegro Microsystems, Llc Layout of magnetoresistance element
US11782103B2 (en) 2020-06-12 2023-10-10 Allegro Microsystems, Llc Dual double-pinned spin valve element having magnet bias with increased linear range
US11630168B2 (en) 2021-02-03 2023-04-18 Allegro Microsystems, Llc Linear sensor with dual spin valve element having reference layers with magnetization directions different from an external magnetic field direction

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1182262A (zh) * 1996-03-28 1998-05-20 株式会社东芝 磁阻效应元件
EP1363134A2 (en) * 2002-05-14 2003-11-19 Hewlett-Packard Company A magnetic field detection system

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2527856B2 (ja) * 1991-06-18 1996-08-28 三菱電機株式会社 磁気センサ
US5545985A (en) * 1994-03-16 1996-08-13 Campbell; Peter Magnetoresistive position sensor including an encoder wherein the magnetization extends greater than 0.5 times the pole pitch below the surface
US5583725A (en) 1994-06-15 1996-12-10 International Business Machines Corporation Spin valve magnetoresistive sensor with self-pinned laminated layer and magnetic recording system using the sensor
DE19830344C2 (de) 1998-07-07 2003-04-10 Ipht Jena Inst Fuer Physikalis Verfahren zum Einstellen der Magnetisierung der Biasschicht eines magneto-resistiven Sensorelements, demgemäß bearbeitetes Sensorelement sowie zur Durchführung des Verfahrens geeignetes Sensorsubstrat
JP2000285413A (ja) * 1999-03-26 2000-10-13 Fujitsu Ltd スピンバルブ磁気抵抗効果型素子とその製造法、及びこの素子を用いた磁気ヘッド
DE60025146T2 (de) 1999-06-18 2006-08-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Herstellungsverfahren für eine magnetische fühleranordnung
WO2000079298A2 (en) * 1999-06-18 2000-12-28 Koninklijke Philips Electronics N.V. Magnetic systems with irreversible characteristics and a method of manufacturing and repairing and operating such systems
JP2001332780A (ja) 2000-05-19 2001-11-30 Fujitsu Ltd 磁気抵抗効果膜、磁気抵抗効果型ヘッド、および情報再生装置
JP3895556B2 (ja) 2001-04-03 2007-03-22 アルプス電気株式会社 回転角検出センサ
DE10128150C1 (de) * 2001-06-11 2003-01-23 Siemens Ag Magnetoresistives Sensorsystem
US6771472B1 (en) * 2001-12-07 2004-08-03 Seagate Technology Llc Structure to achieve thermally stable high sensitivity and linear range in bridge GMR sensor using SAF magnetic alignments
DE10202287C1 (de) * 2002-01-22 2003-08-07 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer monolithischen Brückenschaltung bestehend aus mehreren, als magneto-resistive Elemente ausgebildeten Brückengliedern und eine hiernach hergestellte monolithische Brückenschaltung
JP2005534199A (ja) * 2002-07-26 2005-11-10 ローベルト　ボツシユ　ゲゼルシヤフト　ミツト　ベシユレンクテル　ハフツング Ｇｍｒセンサエレメントおよびｇｍｒセンサエレメントの使用
JP2004296000A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Hitachi Ltd 磁気抵抗効果型ヘッド、及びその製造方法
JP4142993B2 (ja) * 2003-07-23 2008-09-03 株式会社東芝 磁気メモリ装置の製造方法
JP4125266B2 (ja) 2004-06-28 2008-07-30 則雄 宮内 希土類金属合金層を有する強磁性積層薄膜
JP2006029900A (ja) * 2004-07-14 2006-02-02 Tdk Corp エンコーダ用磁気センサ
JP4237171B2 (ja) * 2005-09-14 2009-03-11 Ｔｄｋ株式会社 磁気抵抗効果素子および薄膜磁気ヘッド
US7583481B2 (en) * 2005-09-23 2009-09-01 Headway Technologies, Inc. FCC-like trilayer AP2 structure for CPP GMR EM improvement
JP4797721B2 (ja) * 2005-10-20 2011-10-19 株式会社デンソー 回転角度検出装置
JP2007299880A (ja) 2006-04-28 2007-11-15 Toshiba Corp 磁気抵抗効果素子，および磁気抵抗効果素子の製造方法
JP4991322B2 (ja) * 2006-10-30 2012-08-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 Ｇｍｒ素子を用いた変位センサ，ｇｍｒ素子を用いた角度検出センサ及びそれらに用いる半導体装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1182262A (zh) * 1996-03-28 1998-05-20 株式会社东芝 磁阻效应元件
EP1363134A2 (en) * 2002-05-14 2003-11-19 Hewlett-Packard Company A magnetic field detection system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2006-13181A 2006.01.12

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US8564282B2 (en) 2013-10-22
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Qu et al. Dependence of GMR on NiFe layer thickness in high sensitive simple spin valve
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