CN110235012A - 磁阻效应元件单元及磁阻效应元件装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，在磁阻效应元件单元(1)中减少每个各向异性磁阻效应元件(2)的复位电压。磁阻效应元件单元(1)包括：各向异性磁阻效应元件(2)；以及导体的复位线(3)，在与各向异性磁阻效应元件(2)的磁感应方向x'及易磁化方向y'双方正交的方向观察，该导体的复位线(3)通过各向异性磁阻效应元件(2)的中心，以与易磁化方向y'成45度角以下的角度从易磁化方向y'向倾斜的方向延伸，并与包含磁感应方向x'及易磁化方向y'的平面平行。在与磁感应方向x'及易磁化方向y'双方正交的方向观察，复位线(3)具有覆盖整个各向异性磁阻效应元件(2)的宽度。

Description

磁阻效应元件单元及磁阻效应元件装置

技术领域

本发明涉及检测磁性图案的磁阻效应元件单元及磁阻效应元件装置。

背景技术

在利用各向异性磁阻效应元件的磁传感器中，元件被暴露在强磁场的情况下，可能会因元件的磁化方向紊乱而对输出产生影响。为了使元件的磁化方向朝向规定的方向，因此在测定前根据复位电流强制地使元件的磁化方向一致(非专利文献1)。

例如，专利文献1中记载了具有构成为桥式电路的磁场检测元件的集成型磁场检测单元。在专利文献1的集成型磁场检测单元中，第一螺旋状线圈具有设定/复位功能。第二线圈及第三线圈构成为产生可利用于试验、补偿、校正及反馈的磁场。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特表2001－516031号公报

非专利文献

非专利文献1：日立金属技报Vol.18(2002)，P37-42

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1的集成型磁场检测单元作为复位线圈，具备在磁阻元件上从外周向中心沿顺时针方向卷绕的螺旋形状的导体。在专利文献1中，通过在复位线圈中让电流流动来产生朝向芯片中心部的方向的磁场，从而进行磁阻元件的复位。然而该结构中存在下述问题，即：与磁阻元件长度相比，需要使复位线圈的线宽变得足够小，并且由于将复位线圈配置成螺旋形状，因此复位线圈的图案电阻变大，为了让用于复位的电流流动，必须增加每个元件的复位电压。

为了解决上述那样的问题，本发明的目的在于减少每个各向异性磁阻效应元件的复位电压。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的磁阻效应元件单元包括：各向异性磁阻效应元件；以及导体的复位线，在与各向异性磁阻效应元件的磁感应方向及易磁化方向双方正交的方向观察，该导体的复位线通过各向异性磁阻效应元件的中心，以与易磁化方向成45度角以下的角度从易磁化方向向倾斜的方向延伸，并与包含磁感应方向及易磁化方向的平面平行。在与磁感应方向及易磁化方向双方正交的方向观察，复位线具有覆盖整个各向异性磁阻效应元件的宽度。

发明效果

根据本发明，包括复位线，在与各向异性磁阻效应元件的磁感应方向及易磁化方向双方正交的方向观察，该复位线通过各向异性磁阻效应元件的中心，以与各向异性磁阻效应元件的易磁化方向成45度角以下的角度向倾斜的方向延伸，由于复位线具有覆盖整个各向异性磁阻效应元件的宽度，因此能够对各向异性磁阻效应元件施加与复位线正交的方向的复位磁场，并能够减少每个各向异性磁阻效应元件的复位电压。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元的俯视图。

图2A是表示实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元的层结构的图。

图2B是表示实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元的不同层结构的图。

图3是表示实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元由折返线的电阻图案构成的情况的图。

图4是表示实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元的偏置磁通矢量的图。

图5A是表示向实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的侧视图。

图5B是表示向实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的俯视图。

图6是表示各向异性磁阻效应元件的MR特性的示例的曲线图。

图7是表示各向异性磁阻效应元件的易磁化方向的磁化特性的示例的图。

图8是表示实施方式1所涉及的各向异性磁阻效应元件的、满足偏置条件的磁化方向的图。

图9是表示向实施方式1所涉及的各向异性磁阻效应元件施加了与偏置磁通正交的较强外部干扰磁场的状态的磁化方向的图。

图10表示从图9的状态变为没有外部干扰磁场后的各向异性磁阻效应元件的磁化方向的图。

图11是表示图10的状态下的各向异性磁阻效应元件的易磁化方向的偏置点的图。

图12是表示向图10的状态下的磁阻效应元件单元施加了复位磁场的状态的磁化方向的图。

图13是表示从图12的状态变为没有复位磁场后的各向异性磁阻效应元件的磁化方向的图。

图14是表示向实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元施加复位电流的定时的图。

图15是排列了多个实施方式1所涉及的各向异性磁阻效应元件的情况的俯视图。

图16是本发明的实施方式2所涉及的磁阻效应元件单元的俯视图。

图17是排列了多个实施方式2所涉及的各向异性磁阻效应元件的情况的俯视图。

图18是表示实施方式2所涉及的磁阻效应元件单元的偏置磁通矢量与复位电流的图。

图19A是表示向实施方式2所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的侧视图。

图19B是表示向实施方式2所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的俯视图。

图20是本发明的实施方式3所涉及的磁阻效应元件单元的俯视图。

图21是排列了多个实施方式3所涉及的各向异性磁阻效应元件的情况的俯视图。

图22A是表示向实施方式3所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的侧视图。

图22B是表示向实施方式3所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的俯视图。

图23是表示实施方式3所涉及的磁阻效应元件单元的偏置磁通矢量与复位电流的图。

图24是使用本发明的实施方式1～3所涉及的磁阻效应元件单元的磁传感器装置的、与主扫描方向正交的剖视图。

图25是从被检测物的排出方向观察图24的磁传感器装置的剖视图。

图26是表示本发明的实施方式2或3所涉及的磁阻效应元件单元与外部电路的连接状态的连接图。

图27是由图24的磁传感器装置中的磁体和磁轭生成的磁力线图。

图28A是图24的磁传感器装置的下游侧的磁阻效应元件中的磁矢量图。

图28B是当被读取介质接近下游侧的磁阻效应元件时的磁场矢量图。

图28C是当被读取介质离开下游侧的磁阻效应元件时的磁场矢量图。

图29A是图24的磁传感器装置的上游侧的磁阻效应元件中的磁场矢量图。

图29B是当被读取介质接近上游侧的磁阻效应元件时的磁场矢量图。

图29C是当被读取介质离开上游侧的磁阻效应元件时的磁场矢量图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是本发明的实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元的俯视图。磁阻效应元件单元1具备各向异性磁阻效应元件2及复位线3。以下，有时会将磁阻效应元件单元1简单地称为单元1，将各向异性磁阻效应元件2简单地称为元件2。

元件2通常为细长的矩形形状，根据形状各向异性具有磁感应方向x'和易磁化方向y'。图1的情况下，俯视图中与长边方向正交的方向、即短边方向是磁感应方向x'，长边方向是易磁化方向y'。图1是在与元件2的磁感应方向x'及易磁化方向y'双方正交的方向上观察到的图。

复位线3由导体形成，在与元件2的磁感应方向x'及易磁化方向y'双方正交的方向、即与图1的纸面正交的方向上观察，复位线3通过元件2的中心，以与易磁化方向y'成45度角以下的角度从易磁化方向y'向倾斜的方向延伸。复位线3与包含磁感应方向x'及易磁化方向y'的平面平行。在与元件2的磁感应方向x'及易磁化方向y'双方正交的方向上观察，复位线3具有覆盖元件2整体的宽度。

此处，将复位线3的延伸方向设为y轴，将与包含磁感应方向x'及易磁化方向y'的平面平行并与y轴正交的方向设为x轴。与x轴及y轴双方正交的方向、即与元件2的磁感应方向x'及易磁化方向y'双方正交的方向为z轴。如图1那样，x轴的正方向为向上，y轴的正方向为向右，z轴的正方向设为从纸面的背面朝向正面。

图1中，省略了用于向单元1的元件2施加电压的端子、及向复位线3提供电流的端子。向复位线3提供沿其延伸方向即y轴方向流动的电流。

图2A是表示实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元的层结构的图。单元1在由玻璃或硅形成的基板、例如硅晶圆上以从下向上的顺序层叠并形成有热氧化膜、形成元件2的NiFe、使NiFe和布线层绝缘的绝缘层、例如由铝形成、构成复位线3的布线层、及保护膜。图1是在去除了保护膜的状态下从布线层侧观察到的图。另外，图2A中，省略了用于向单元1的元件2施加电压的端子、及向复位线3提供电流的端子部分的层。

图2B是表示实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元的不同层结构的图。图2B是对图2A的层叠中NiFe和布线层进行了交换的结构。在图2B的层结构的情况下，图1成为元件2由实线、复位线3由虚线来表示的图。以下，用图2A的层结构来对实施方式1的磁阻效应元件单元进行说明。

图3是表示实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元由折返线的电阻图案构成的情况。元件2由折返弯曲的线的电阻图案来构成。与折返线较长延伸的线状图案15正交的方向是磁感应方向x'，线状图案15的延伸方向是易磁化方向y'。图3的单元1是图2B的层结构。

图3的元件2由多根线状图案15与较短的连接图案17构成，上述多条线状图案15以固定宽度呈直线状地向易磁化方向y'延伸，上述较短的连接图案17在线状图案15彼此的端部交替地连接相邻的线状图案15。相邻的两根线状图案15彼此的间隔为固定。线状图案15的长度例如是400μm左右。图3的示例中，元件2由7根线状图案15与6个连接图案17来构成。构成元件2的线状图案15的数量不限于7根。

图4是表示实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元的偏置磁通矢量的图。单元1中例如在x轴的方向施加偏置磁场。此时，偏置磁通矢量4能分解成元件2的磁感应方向x'的x'分量5及易磁化方向y'的y'分量6。

图5A是表示向实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的侧视图。图5B是表示向实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的俯视图。通过在单元1的下方配置在x轴方向上磁化的磁体80，从而能向元件2施加图4所示的偏置磁场。图5A及图5B中作为一个示例表示了将在x轴方向上磁化的磁体80配置于单元1的下方的结构，但若能施加由偏置磁通矢量4表示的偏置磁场，则不限于该配置。例如，将在z轴方向上磁化的磁体以偏离x轴方向中心的方式配置于单元1的下方也会得到相同的效果。

图6是表示各向异性磁阻效应元件的MR特性的示例的曲线图。图6的横轴表示施加在磁感应方向x'的磁场的强度Bx'，纵轴表示元件2的电阻变化率。通常，在作为用于检测纸币或有价证券的磁性图案的传感器而使用磁阻效应元件的情况下，在磁阻效应元件的灵敏度最高的范围内施加偏置磁场，并实施读取。图6中在倾斜为最大的范围内、即施加磁场的强度在1～6mT的范围内，施加偏置磁场。例如，施加由偏置点7x'表示的偏置磁场。

图7是表示各向异性磁阻效应元件的易磁化方向的磁化特性的示例的图。元件2是磁性体，因此磁化特性中有迟滞。例如，若施加磁场的强度从0向正的方向增加进而达到饱和磁场，然后减少施加磁场，则饱和磁化后的磁化沿图7的上曲线变化。施加磁场的强度从饱和磁场开始减少并处于正的范围内时，磁化位于图7的上曲线上。对于元件2的易磁化方向y'，需要在从磁化特性的饱和磁化开始恢复的曲线上设定偏置磁化。例如，在图7的上曲线的偏置点7y'设定偏置磁化。

为了满足上述的偏置磁场和偏置磁化的条件，如图4所示，将元件2与偏置磁通矢量4成角度地进行配置。通过如图4那样配置，对元件2在磁感应方向x'上施加偏置磁场，并在决定为易磁化方向y'的方向上施加磁场，从而可满足偏置条件。

图8是表示实施方式1所涉及的各向异性磁阻效应元件的、满足偏置条件的磁化方向的图。图8的磁化8a表示在满足偏置点7x'和偏置点7y'的条件下的元件2的磁化方向。

图9是表示向实施方式1所涉及的各向异性磁阻效应元件施加了与偏置磁通正交的较强外部干扰磁场的状态的磁化方向的图。若从图8的状态将较强的外部干扰磁场9施加在y轴的负方向，则元件2的磁化方向成为磁化8b。

图10表示从图9的状态变为没有外部干扰磁场后的各向异性磁阻效应元件的磁化方向的图。若从图9的状态变为没有外部干扰磁场9，则元件2的磁化方向从磁化8a起停留在向y轴负方向倾斜的磁化8c。

图11是表示图10的状态下的各向异性磁阻效应元件的易磁化方向的偏置点的图。在图10的状态下，即使偏置磁场相同，磁化8c的易磁化方向y'的偏置磁化在磁化特性的下曲线上位于偏置磁化7y”。该状态下，每次传送磁性图案时元件2的磁化的大小(电阻值)将变化，从而不能得到稳定的正确的输出。为了得到稳定的正确的输出，不管从外部施加哪种强磁场，都需要实施恢复到原来的偏置点(图7)的措施。因此，图11中，一旦达到饱和磁化，则需要将磁化恢复到上曲线上。

图12是表示向图10的状态下的磁阻效应元件单元施加了复位磁场的状态的磁化方向的图。若在复位线3中流动例如数百mA～数A的y轴负方向的复位电流10，则在复位线3的周围产生在复位电流10的方向观察为顺时针的磁场11。元件2处于复位线3的下侧，因此由磁场11对元件2施加有x轴负方向的复位磁场。此时，元件2的磁化从图10的磁化8c以接近y轴正方向的方式进行旋转，并超过磁化8a，到达作为易磁化方向y'的饱和磁化的磁化8d。

图13是表示从图12的状态变为没有复位磁场后的各向异性磁阻效应元件的磁化方向的图。若磁场11消失，则元件2的磁化恢复到满足图8的偏置条件的磁化8a。元件2的易磁化方向的磁化在一度成为正饱和磁化后，恢复到图7中上曲线上的偏置点7y'。

在图2B所示那样的单元1的层结构的情况下，元件2的背面侧配置有复位线3，因此在相同偏置磁场和偏置条件下，用于在x轴负方向施加复位磁场的复位电流10的方向与图12相反，为y轴正方向。

由此在成为了异常状态的情况下，通过在复位线3中让复位电流10流动，从而能使元件2的易磁化方向y'的偏置点位于从饱和磁化恢复的曲线上，并能将元件2设定为满足偏置条件的磁化。其结果是，能得到始终稳定的正确的输出。复位线3至少要比元件2的宽度大，因此用于让复位电流10流动的电压比在专利文献1的复位线圈中让复位电流流动的电压小。

另外，作为复位电流10只要一瞬间能让需要电流流动即可。并且，在位于正常的偏置点7y'的情况下，复位电路10流过之后也要恢复到偏置点7y'，因此不受复位电流10的影响。

图14是表示向实施方式1所涉及的磁阻效应元件单元施加复位电流的定时的图。通过将复位电流10作为脉冲电流，例如构成为图14所示那样在每次数据读取期间之前都让复位电流流动，从而可以实现在检测时始终可得到正确的输出的状态。

图15是表示排列了多个实施方式1所涉及的各向异性磁阻效应元件的情况的俯视图。图15的单元1中，将两个以上的元件2互相平行地排列于复位线3的方向上。而且是两个以上的元件2的复位线3沿直线连续的结构。在元件2为3个以上的情况下，对于通常的用途优选使相邻的元件2的间隔相等。根据用途不同，元件2的间隔可以根据对象的磁性图案而变化。

在图15的单元1中，对所有元件2以相同的方式施加偏置磁场，且偏置条件相同。用于对元件2进行复位的复位电流10在所有的元件2中相同。由于复位线3在所有的元件2中连续，因此只要在复位线3中让复位电流10流动一次，则所有的元件2将被复位。即，无需针对每个元件2进行复位，在整个单元1中只需让复位电流10流动一次，就能设定为满足偏置条件的磁化。若元件2的数量变多，则复位线3也随之变长，因此用于让复位电流10流动的电压变大，但每个元件2的电压与元件2为一个的情况相同。

并且，能够连接多个磁阻效应元件单元1来构成磁阻效应元件装置。该情况下，例如，各单元1的复位线3能由并联、串联或并联与串联的组合来连接，并同时让复位电流流动。在磁阻效应元件装置中，能够根据用途任意地配置单元1。例如，能够配置单元1以使得各单元1的元件2排列于相同直线上。例如将多个单元1分成两个组，能互相平行地配置两个组的单元1、或互不相同地配置两个组的单元1。

实施方式2.

图16是本发明的实施方式2所涉及的磁阻效应元件单元的俯视图。实施方式2的磁阻效应元件单元1具备桥接的两个各向异性磁阻效应元件2a、2b。元件2a、2b分别设置有复位线3a、3b。元件2a和复位线3a的关系、及元件2b和复位线3b的关系分别与实施方式1的元件2和复位线3的关系相同。

在包含第一磁阻效应元件2a的磁感应方向x'及易磁化方向y'的平面内，将第二各向异性磁阻效应元件2b配置在与元件2a的复位线3a正交的方向上。元件2b的复位线3b与元件2a的复位线3a平行，元件2a与元件2b互相平行。实施方式2中，桥接元件2a与元件2b来使用，从而具有降低温度变动的影响及外部干扰噪声的效果。

在实施方式2中，单元1是图2A或图2B的层结构。图16中，假设图2A的层结构。元件2a及元件2b存在由图3所示的、折返弯曲的线的电阻图案构成的情况。

图17是排列了多个实施方式2所涉及的各向异性磁阻效应元件的情况的俯视图。图17的单元1中，两个以上的第一各向异性磁阻效应元件2a互相平行地排列于复位线3a的方向上，两个以上的元件2a的复位线3a沿直线连续。并且，两个以上的第二各向异性磁阻效应元件2b互相平行地排列于复位线3b的方向上，两个以上的元件2b的复位线3b沿直线连续。位于与复位线3a正交的方向的元件2a和元件2b形成一对并进行桥接。在元件2a、2b分别为3个以上的情况下，对于通常的用途优选使相邻的元件2a或2b的间隔相等。根据用途不同，元件2a或2b的间隔可以根据对象的磁性图案而变化。

图18是表示实施方式2所涉及的磁阻效应元件单元的偏置磁通矢量与复位电流的图。图18中，省略连接元件2a和元件2b的桥布线。

实施方式2中，对单元1的所有的元件2a、2b施加相同的偏置磁场。图18中，为了避免线重复的情况使其易于理解，分别对上侧的元件2a和下侧的元件2b仅记载一个偏置磁通矢量4，但施加给所有的元件2a、2b的偏置磁通矢量4均相同。图18中记载了元件2a及元件2b分别为两个以上的情况，但即使在如图16那样元件2a及元件2b分别为一个的情况下，偏置磁通矢量4也相同。偏置磁通矢量4能分解成磁感应方向x'的x'分量5与易磁化方向y'的y'分量6的情况与实施方式1相同。

图19A是表示向实施方式2所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的侧视图。图19B是表示向实施方式2所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的俯视图。与实施方式1相同，通过将在x轴方向上磁化的磁体80配置于单元1的下侧，从而能对元件2a及元件2b的双方施加图18所示的偏置磁场。此处，作为一个示例表示了将在x轴方向上磁化的磁体80配置于单元1的下方的结构，但只要能施加图18所示的偏置磁场，则不限于图19A及图19B的结构。例如，将在z轴方向上磁化的磁体以偏离x轴方向中心的方式配置于单元1的下方也会得到相同的效果。

在图18的结构中，施加了外部干扰磁场9的情况下的每个元件2a、2b的磁化的举动与图9及图10相同。若将元件2a及元件2b的偏置条件设为与实施方式1的元件2的偏置条件相同，则用于将元件2a及元件2b设定为偏置条件的磁化的复位电流10a及复位电流10b分别与图12的复位电流10相同。

若对于元件2a，在复位线3a中例如让数百mA～数A的y轴负方向的复位电流10a流动，则在复位线3a的周围产生在复位电流10a的方向观察为顺时针的磁场11a。元件2a处于复位线3a的下侧，因此由磁场11a对元件2a施加有x轴负方向的复位磁场。此时，元件2a的磁化从图10的磁化8c以接近y轴正方向的方式进行旋转，超过磁化8a，到达作为易磁化方向y'的饱和磁化的图12的磁化8d。

若磁场11a消失，则元件2a的磁化恢复到满足图8的偏置条件的磁化8a。元件2a的易磁化方向的磁化在一度成为正饱和磁化后，恢复到图7中上曲线上的偏置点7y'。

对于元件2b，能在复位线3b中让复位电流10b流动，产生磁场11b，并向元件2b施加x轴负方向的复位磁场。元件2b的磁化也与元件2a相同，恢复到满足图8的偏置条件的磁化8a，元件2b的易磁化方向的磁化恢复到图7中上曲线上的偏置点7y'。

由此在变成异常状态的情况下，通过在复位线3a及复位线3b中分别让复位电流10a及复位电流10b流动，从而使元件2a及元件2b的易磁化方向y'的偏置点位于从饱和磁化恢复的曲线上，并能将元件2a及元件2b设定为满足偏置条件的磁化。其结果是，可以得到始终稳定的正确的输出。复位线3a及复位线3b至少分别比元件2a及元件2b的宽度大，因此用于让复位电流10流动的电压比在专利文献1的复位线圈中让复位电流流动的电压小。

另外，作为复位电流10a、10b只要能一瞬间让需要电流流动即可。并且，在位于正常的偏置点7y'的情况下，在流过复位电流10a、10b之后也要恢复到偏置点7y'，因此不受复位电流10a、10b的影响。

实施方式2中例如如图14所示通过构成为在每次数据读取期间之前都让复位电流10a、10b流动，从而也能实现在检测时始终可以得到正确的输出的状态。

在图16及图17中上侧的复位线3a和下侧的复位线3b分别独立，但也可以并联连接复位线3a和复位线3b并同时让复位电流10a、10b流动。

在实施方式2中，也能连接多个磁阻效应元件单元1来构成磁阻效应元件装置。该情况下，例如，各单元1的复位线3能通过并联、串联或并联与串联的组合来连接，并同时让复位电流流动。在磁阻效应元件装置中，能够根据用途任意地配置单元1。

实施方式3.

图20是本发明的实施方式3所涉及的磁阻效应元件单元的俯视图。实施方式3的磁阻效应元件单元1具备桥接的两个各向异性磁阻效应元件2a、2b。元件2a、2b分别设置有复位线3a、3b。元件2a和复位线3a的关系与实施方式1的元件2和复位线3的关系相同。元件2b和复位线3b与元件2a和复位线3a存在镜像关系。

实施方式3中，在包含第一磁阻效应元件2a的磁感应方向xa'及易磁化方向ya'的平面内，将第二各向异性磁阻效应元件2b配置于与元件2a的复位线3a正交的方向。元件2b的复位线3b与元件2a的复位线3a平行。在与元件2a的磁感应方向xa'及易磁化方向ya'双方正交的方向观察，元件2a的易磁化方向xa'和元件2a的复位线3a所形成的角度与元件2b的易磁化方向xb'和元件2b的复位线3b所形成的角度绝对值相等，符号相反。即，元件2a和元件2b相对于与复位线3a延伸的方向平行的面对称。实施方式3中，通过对元件2a与元件2b进行桥接来使用，从而也具有降低温度变动的影响及外部干扰噪声的效果。

在实施方式3中，单元1也是图2A或图2B的层结构。图20中，假设图2A的层结构。并且，元件2a及元件2b存在由图3所示的、折返弯曲的线的电阻图案构成的情况。

图21是排列了多个实施方式3所涉及的各向异性磁阻效应元件的情况的俯视图。图21的单元1中，两个以上的第一各向异性磁阻效应元件2a互相平行地排列于复位线3a的方向上，两个以上的元件2a的复位线3a沿直线连续。并且，两个以上的第二各向异性磁阻效应元件2b互相平行地排列于复位线3b的方向上，两个以上的元件2b的复位线3b沿直线连续。位于与复位线3a正交的方向的元件2a和元件2b形成一对并进行桥接。在元件2a、2b分别为3个以上的情况下，对于通常的用途优选使相邻的元件2a或2b的间隔相等。根据用途不同，元件2a或2b的间隔可以根据对象的磁性图案而变化。

图22A是表示向实施方式3所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的侧视图。图22B是表示向实施方式3所涉及的磁阻效应元件单元施加偏置磁场的磁电路的示例的俯视图。元件1的下侧配置在z轴方向上磁化的磁体80以使得元件2a和元件2b的中心与磁体80的中心一致，从而向上侧的元件2a施加x轴正方向的偏置磁场，并向下侧的元件2b施加x轴负方向的偏置磁场。此处，作为一个示例表示了将在z轴方向上磁化的磁体80配置于单元1的下方的结构，但只要能向上侧的元件2和下侧的元件2b施加在x轴方向上互相反向的上侧的偏置磁场和下侧的偏置磁场，则并不限于该结构。例如，配置成将在x轴正方向上磁化的磁体与在x轴负方向上磁化的磁体进行组合并在单元1的下侧使其中心与x轴方向中心相一致，也能得到相同的效果。

图23是表示实施方式3所涉及的磁阻效应元件单元的偏置磁通矢量和复位电流的图。图23中，省略连接元件2a和元件2b的桥布线。

实施方式3中，通过图22A及图22B所示的磁电路对元件2a施加有由偏置磁通矢量4a表示的x轴正方向的偏置磁场，对元件2b施加有由偏置磁通矢量4b表示的x轴负方向的偏置磁场。图23中记载了元件2a及元件2b分别为两个以上的情况，但在如图20那样元件2a及元件2b分别为一个的情况下，偏置磁通矢量4a及偏置磁通矢量4b也相同。

偏置磁通矢量4a能分解成元件2a的磁感应方向xa'的xa'分量5a、及易磁化方向ya'的ya'分量6a。偏置磁通矢量4b能分解成元件2b的磁感应方向xb'的xb'分量5b、及易磁化方向yb'的yb'分量6b。元件2a及偏置磁通矢量4a与元件2b及磁通矢量4b互为镜像关系。

对于上侧的元件2a，图23的结构中，施加了外部干扰磁场9的情况下的元件2a的磁化的举动与图9及图10相同。若将元件2a的偏置条件设为与实施方式1的元件2的偏置条件相同，则用于将元件2a设定为偏置条件的磁化的复位电流10a与图12的复位电流10相同。

若对于元件2a，在复位线3a中例如让数百mA～数A的y轴负方向的复位电流10a流动，则在复位线3a的周围产生在复位电流10a的方向观察为顺时针的磁场11a。元件2a处于复位线3a的下侧，因此由磁场11a对元件2a施加有x轴负方向的复位磁场。此时，元件2a的磁化从图10的磁化8c以接近y轴正方向的方式进行旋转，超过磁化8a，到达作为易磁化方向y'的饱和磁化的图12的磁化8d。

若磁场11a消失，则元件2a的磁化恢复到满足图8的偏置条件的磁化8a。元件2a的易磁化方向的磁化在一度成为正饱和磁化后，恢复到图7中上曲线上的偏置点7y'。

元件2b及偏置磁通矢量4b是元件2a及偏置磁通矢量4a的镜像，因此元件2b所需要的复位磁场是x轴正方向。复位线3b配置于元件2b的z轴正方向，因此用于向元件2b施加复位磁场的复位电流10b是与复位电流10a反向的y轴正方向。

如图23所示，能在复位线3b中让复位电流10b流动，产生磁场11b，并向元件2b施加x轴正方向的复位磁场。元件2b的磁化也与元件2a相同，恢复到满足图8的偏置条件的磁化8a，元件2b的易磁化方向的磁化恢复到图7中上曲线上的偏置点7y'。

由此在变成异常状态的情况下，通过在复位线3a及复位线3b中分别让复位电流10a及复位电流10b流动，从而使元件2a及元件2b的易磁化方向y'的偏置点位于从饱和磁化恢复的曲线上，并能将元件2a及元件2b设定为满足偏置条件的磁化。其结果是，可以得到始终稳定的正确的输出。复位线3a及复位线3b至少分别比元件2a及元件2b的宽度大，因此用于让复位电流10a、10b流动的电压比在专利文献1的复位线圈中让复位电流流动的电压小。

另外，作为复位电流10a、10b只要能一瞬间让需要电流流动即可。并且，在位于正常的偏置点7y'的情况下，在流过复位电路10a、10b之后也要恢复到偏置点7y'，因此不受复位电流10a、10b的影响。

实施方式3中例如如图14所示通过构成为在每次数据读取期间之前都让复位电流10a、10b流动，从而也能实现在检测时始终可以得到正确的输出的状态。

在图20及图21中上侧的复位线3a和下侧的复位线3b分别独立，但也可以反向并联连接复位线3a和复位线3b并同时让复位电流10a、10b流动。并且，还可以将复位线3a和复位线3b在电流10a及电流10b依次连续的方向上串联连接，并同时让复位电流10a及10b流动。

在实施方式3中，也能够连接多个磁阻效应元件单元1来构成磁阻效应元件装置。该情况下，例如，各单元1的复位线3能通过并联、串联或并联与串联的组合来连接，并同时让复位电流流动。在磁阻效应元件装置中，能够根据用途任意地配置单元1。

上述的实施方式可进行各种变形。例如，在实施方式2中，如图22A及图22B所示可以向上侧的元件2a及下侧的元件2b分别施加反向的偏置磁场。该情况下，元件2a和元件2b以z轴为中心旋转对称，因此复位磁场为反向，复位电流10a和复位电流10b互为反向。

并且，在实施方式3中，如图19A及图19B所示，可以向上侧的元件2a及下侧的元件2b分别施加相同方向、例如x轴正方向的偏置磁场。该情况下，元件2b与偏置磁场的关系与在图23中从z轴的负侧、即纸面的背面观察元件2a的情况是相同的，因此元件2b的复位磁场是x轴负方向，复位电流10b是与复位电流10a相同的方向。

上述的实施方式中，假设在图7的磁化特性中施加磁场在正的范围内使用单元1，但施加磁场的正负可替换，也能够在施加磁场在负的范围内进行使用。该情况下，考虑使各图中的矢量的方向反转即可。

图24是使用本发明的实施方式1～3所涉及的磁阻效应元件单元的磁传感器装置的、与主扫描方向正交的剖视图。图25是从被检测物的排出方向观察图24的磁传感器装置的剖视图。

被检测物24例如是用磁性墨水等磁性体所印刷的纸币或有价证券，例如是形成有微小磁性图案的纸片状的印刷介质。磁传感器装置例如是检测纸币上所印刷的微小磁性图案的装置。磁传感器装置具备实施方式1、2或3的任意的磁阻效应元件单元1。将被检测物24在图24的x轴正方向上进行传送。针对单元1的x轴、y轴及z轴的方向与图15、图17或图21的坐标系的方向相同。磁传感器装置所具备的单元1不限于一个，可以具备连接了多个单元1的磁阻效应元件装置。

磁体80是在z轴方向上磁化的永磁体，形成磁场生成部。磁体80例如在被检测物24的传送路径侧具有N极，在被检测物24侧的相反侧具有S极。中心线25表示磁体80的x轴方向的中心。在图24及图25中，是图22A及图22B所示的磁极的配置，但也存在图19A及图19B的磁极的配置的情况。

磁轭22a及磁轭22b由软磁性体形成。磁轭22a设置于磁体80的被检测物24侧即上表面，磁轭22b设置于磁体80的被检测物24侧的相反侧即下表面。磁轭22a及磁轭22b构成磁场生成部的一部分。磁轭22b是为了集中磁体80的磁通而配置的，但也可以没有磁轭22b。磁轭22a是为了稳定磁体80的磁通的方向而配置的，但也可以没有磁轭22a。

在磁轭22a的被检测物24侧即上表面放置有具备输出磁通的变化以作为电阻值变化的各向异性磁阻效应元件2的磁阻效应元件单元1。包围单元1、由树脂所形成的基板29放置在磁轭22a的上表面。磁轭22a也起到支承单元1的作用。在配置磁轭22a以起到支承单元1的作用的情况下，作为单元1的支承体可以是非磁性体。单元1的支承体可以由非磁性金属构成、或由用树脂形成的基板29的一部分构成。此外，在未配置有磁轭22a的情况下，有时也将单元1直接配置于磁体80上。基板29和单元1的电源/接地/信号线的端子通过金属导线28相连接。基板29和单元1的、传送被检测物24的传送路径侧被金属屏蔽板27覆盖。金属屏蔽板27其本身不进行磁化而透过磁力线。在壳体26的被检测物24侧的相反侧即下部配置有信号处理基板20。基板29和信号处理基板20通过电缆21相连接。

单元1以被基板29包围的方式用粘结剂等固定在磁轭22a的表面。单元1的电极与设置于基板29的电极分别用金属导线28连接。为了保护单元1及金属导线28，有时会用树脂来密封上述器件。配置单元1以使得单元1的复位线3、3a、3b延伸的方向成为读取宽度方向即主扫描方向。在实施方式2或3的单元1的情况下，桥接的元件2a及元件2b在被检测物24的传送方向上排列配置。

在被检测物24的传送方向上相邻的元件2a和元件2b各自的一端共通连接并串联连接，元件2a和元件2b的串联连接点与安装于信号处理基板20的信号处理电路相连接。元件2a的另一端例如与直流电源电压Vcc相连接，元件2b的另一端与直流接地GND相连接。元件2a和元件2b的桥中心配置于图24所示的中心线25上。

图26是表示本发明的实施方式2或3所涉及的磁阻效应元件单元与外部电路的连接状态的连接图。图26中，对元件2a和元件2b均进行纵向垂直地描绘，但均相对于主扫描方向倾斜地进行配置。实施方式2中，元件2a和元件2b是平行的，实施方式3中，元件2a和元件2b相对于与主扫描方向平行的线对称。

元件2a及元件2b在直流电源电压Vcc和直流接地GND之间串联连接。元件2a和元件2b的串联连接点与安装于处理信号的信号处理基板20的信号处理电路20a相连接。直流电源电压Vcc与外部焊盘92a相连接、信号处理电路20a与外部焊盘92b相连接、直流接地GND与外部焊盘92c相连接。即，在被检测物24的传送方向上相邻的元件2a和元件2b的串联连接点经由外部焊盘92b与信号处理电路20a相连接。元件2a的另一端经由外部焊盘92a与直流电源电压Vcc相连接。元件2b的另一端经由外部焊盘92c与直流接地GND相连接。

图27是由图24的磁传感器装置中的磁体和磁轭产生的磁力线图。另外，图27中记载有用于说明磁力线和元件的关系所需要的结构要素，并省略了其它。

图27中，在xz平面观察时，由磁体的N极发出的磁力线30通过设置在磁体的N极侧的磁轭22a，从磁轭22a的xy面及yz面向磁体及磁轭22a的外部流出。向磁体及磁轭22a的外部流出的磁力线30从设置在磁体的S极侧的磁轭22b的xy面及yz面流入磁轭22b。流入磁轭22b的磁力线30通过磁轭22b流入磁体的S极。

根据磁力线垂直地流入磁性体的磁极面这一特性，如图27所示，在磁轭22a的表面附近，x轴方向的磁通密度分量Bx极小，磁体的磁化方向即z方向的磁通密度分量Bz为主要分量。单元1中，x方向的磁通密度分量Bx较小，z轴方向的磁通密度分量Bz配置于强磁场强度的磁轭22a的表面。被检测物24通过磁体的磁化方向的磁通密度分量Bz为强磁场强度的位置，以使其与磁体的磁化方向的磁场相交叉。

单元1的元件2a和元件2b之间的中心配置于磁体80及磁轭22a的中心线25上。图27中，在单元1上配置有元件2a及元件2b的附近，磁力线30中，与传送方向相交叉的交叉磁场即从磁体的N极朝向z轴的分量成为主要分量。

图28A是在图24的磁传感器装置的下游侧的磁阻效应元件中的磁场矢量图。图28A对应于元件2b。磁力线30的各点中的磁场矢量是在该点的磁力线30的接线方向矢量，因此用与磁力线30相同的标号30来表示磁场矢量。磁场矢量30在元件2b上如图27所示从z轴方向稍许向传送方向的x轴正方向倾斜，因此与磁通的传送方向相反的x轴正方向分量Bx起到元件2b的偏置磁通的作用。

图28B是当被读取介质接近下游侧的磁阻效应元件时的磁场矢量图。图28C是当被读取介质离开下游侧的磁阻效应元件时的磁场矢量图。图28B及图28C中，单点划线箭头表示被检测物24靠近之前的磁场矢量、即图28A的磁场矢量30。

元件2b中，若具有磁性图案的被检测物24靠近元件2b，则如图28B所示，磁场矢量30向磁性图案侧、即传送方向的相反方向的x轴负方向倾斜，因此，传送方向的磁通密度分量Bx变小。若被检测物24离开元件2b，则如图28C所示，磁场矢量30向磁性图案侧、即传送方向的x轴正方向倾斜，因此传送方向的磁通密度分量Bx变大。因此，对x轴方向分量进行磁感应的元件2b的电阻值产生变化，由此能够检测磁性图案。

图29A是在图24的磁传感器装置的上游侧的磁阻效应元件中的磁场矢量图。图29A与单元1的元件2a相对应。由于磁场矢量30在元件2a上如图29A所示那样从z轴方向稍许向传送方向的相反方向的X轴负方向倾斜，因此，磁场矢量30所示的磁通密度的传送方向的相反侧(x轴负方向)的磁通密度分量－Bx起到元件2a的偏置磁通的作用。

图29B是当被读取介质接近上游侧的磁阻效应元件时的磁场矢量图。图29C是当被读取介质离开上游侧的磁阻效应元件时的磁场矢量图。图29B及图29C中，单点划线箭头表示被检测物24靠近之前的磁场矢量、即图29A的磁场矢量30。

元件2a中，若具有磁性图案的被检测物24靠近元件2a，则如图29B所示，磁场矢量向磁性图案侧、即传送方向的相反方向的x轴负方向倾斜，因此，传送方向的相反方向的磁通密度分量-Bx变大。若被检测物24离开元件2a，则如图29C所示，磁场矢量30向磁性图案侧、即传送方向的x轴正方向倾斜，因此传送方向的相反方向的磁通密度分量-Bx变小。其结果是，根据磁性图案通过，对x轴方向分量进行磁感应的元件2a的电阻值产生变化，由此能检测磁性图案。

元件2a和元件2b的串联连接点在中心线25上，元件2a和元件2b配置在以中心线25为基准而对称的位置，因此如上述那样元件2a起到与元件2b相反的作用。因此，元件2a和元件2b的桥输出成为两倍的变化，与元件2为一列的情况相比可得到两倍的输出。

在实施方式1的、元件2为一列的单元1的情况下，将元件2配置在图28A或图29A的位置。即，将元件2相对于磁体80及磁轭22a的中心线25向传送方向的下游侧偏移地配置，或相对于磁体80及磁轭22a的中心线25向传送方向的上游侧偏移地配置。在将实施方式1～3的单元1进行配置以使得复位线3、3a、3b与主扫描方向平行的情况下，元件2、2a及2b的易磁化方向y'、ya'、yb'从主扫描方向的y轴倾斜。该情况下，如图4、图18及图23所示，通过在传送方向即x轴方向上施加的偏置磁场4、4a及4b，在易磁化方向y、ya'、yb'上对元件2、2a及2b分别施加有稳定的磁场、即y'分量6、ya'分量6a及yb'分量6b。因此，如图7所示，元件2、2a、2b的迟滞特性得到抑制，能得到稳定的输出。

磁阻效应元件2、2a、2b在图3所示的弯曲形状的图案的情况下，比起矩形形状的情况，元件2、2a、2b的电阻值增加，因此具有消耗电流下降的效果。而且，元件2、2a、2b的磁感应方向的外观上的图案宽度较宽，因此具有磁阻效应元件单元的检测灵敏度增加的效果。

在被检测物24每次被传送规定的距离时，磁传感器装置与被检测物24的传送同步地对于单主扫描线读取单元1的元件2、2a、2b的电阻值的变化，并将根据电阻值的变化量而计算出的磁场变化作为磁性图案的磁性输出进行输出。对于单主扫描线读取电阻值的动作例如在图14的数据读取期间进行。例如，每次对于单主扫描线读取电阻值时，向单元1提供复位电流10、10a、10b，并复位元件2、2a、2b。其结果是，可以得到始终稳定的正确的输出。

向单元1提供复位电流10、10a、10b的定时不限于每条单主扫描线，可以在每次读取规定的线数时来进行复位，还可以采用在每次读取1枚被检测物24时进行一次复位的方法。

本发明在不脱离本发明的广义思想与范围的情况下，可实现各种实施方式和变形。另外，上述实施方式用于对本发明进行说明，而不对本发明的范围进行限定。即，本发明的范围由权利要求的范围来表示，而不由实施方式来表示。并且，在权利要求的范围内及与其同等发明意义的范围内实施的各种变形也视为在本发明的范围内。

本申请基于2017年1月27日提出的日本专利申请2017－012689号。本说明书中参照并引入日本专利申请2017-012689号的说明书、专利权利要求书、及全部附图。

标号说明

1 磁阻效应元件单元、

2、2a、2b 各向异性磁阻效应元件、

3、3a、3b 复位线、

4、4a、4b 偏置磁通矢量、

5 x'分量、

5a xa'分量、

5b xb'分量、

6 y'分量、

6a ya'分量、

6b yb'分量、

7x'、7y' 偏置点、

7y” 偏置磁化、

8a，8b，8c，8d 磁化、

9 外部干扰磁场、

10、10a、10b 复位电流、

11、11a、11b 磁场、

15 线状图案、

17 连接图案、

20 信号处理基板、

20a 信号处理电路、

21 电缆、

22a、22b 磁轭

24 被检测物、

25 中心线、

26 壳体、

27 金属屏蔽板、

28 金属导线、

29 基板、

30 磁力线(磁场矢量)、

80 磁体、

92a、92b、92c 外部焊盘。

Claims (7)

1.一种磁阻效应元件单元，其特征在于，包括：

各向异性磁阻效应元件；以及

导体的复位线，在与所述各向异性磁阻效应元件的磁感应方向及易磁化方向双方正交的方向观察，该导体的复位线通过所述各向异性磁阻效应元件的中心，以与所述易磁化方向成45度角以下的角度从所述易磁化方向向倾斜的方向延伸，并与包含所述磁感应方向及所述易磁化方向的平面平行，

在与所述磁感应方向及所述易磁化方向双方正交的方向观察，所述复位线具有覆盖整个所述各向异性磁阻效应元件的宽度。

2.如权利要求1所述的磁阻效应元件单元，其特征在于，

两个以上的所述各向异性磁阻效应元件互相平行地排列于所述复位线的延伸方向上，两个以上的所述各向异性磁阻效应元件的所述复位线沿直线连续。

3.如权利要求1所述的磁阻效应元件单元，其特征在于，包括：

第二所述各向异性磁阻效应元件，在包含第一所述各向异性磁阻效应元件的磁感应方向及易磁化方向的平面内，该第二所述各向异性磁阻效应元件与所述第一各向异性磁阻效应元件在与所述第一各向异性磁阻效应元件的第一所述复位线延伸的方向正交的方向上平行配置；以及

导体的第二复位线，在与所述第一各向异性磁阻效应元件的磁感应方向及易磁化方向双方正交的方向观察，该导体的第二复位线通过所述第二各向异性磁阻效应元件的中心，与所述第一复位线平行，且具有覆盖整个所述第二各向异性磁阻效应元件的宽度，

所述第一各向异性磁阻效应元件与所述第二各向异性磁阻效应元件进行桥接。

4.如权利要求1所述的磁阻效应元件单元，其特征在于，包括：

第二所述各向异性磁阻效应元件，在包含第一所述各向异性磁阻效应元件的磁感应方向及易磁化方向的平面内，该第二所述各向异性磁阻效应元件在与所述第一各向异性磁阻效应元件的第一所述复位线的延伸方向正交的方向上与所述第一各向异性磁阻效应元件相对于与所述第一复位线的延伸方向平行的面呈对称配置；以及

导体的第二复位线，在与所述第一各向异性磁阻效应元件的磁感应方向及易磁化方向双方正交的方向观察，该导体的第二复位线通过所述第二各向异性磁阻效应元件的中心，与所述第一复位线平行，且具有覆盖整个所述第二各向异性磁阻效应元件的宽度，

所述第一各向异性磁阻效应元件与所述第二各向异性磁阻效应元件进行桥接。

5.如权利要求3或4所述的磁阻效应元件单元，其特征在于，

两个以上的所述第一各向异性磁阻效应元件互相平行地排列于所述第一复位线的延伸方向，两个以上的所述第一各向异性磁阻效应元件的所述第一复位线沿直线连续，

两个以上的所述第二各向异性磁阻效应元件互相平行地排列于所述第二复位线的延伸方向，两个以上的所述第二各向异性磁阻效应元件的所述第二复位线沿直线连续。

6.如权利要求1至5的任一项所述的磁阻效应元件单元，其特征在于，

所述各向异性磁阻效应元件由折返线的电阻图案构成。

7.一种磁阻效应元件装置，其特征在于，

包括两个以上权利要求1至6的任一项所述的磁阻效应元件单元，所述磁阻效应元件单元各自的所述复位线互相连接。