CN114114101B - 磁传感器、以及使用磁传感器的位置检测装置及电流传感器 - Google Patents

磁传感器、以及使用磁传感器的位置检测装置及电流传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁传感器，其具备：磁阻效应元件，其包含在第一方向上相互相对的第一侧面及第二侧面、以及在实质上与第一方向正交的第二方向上相互相对的第一端面及第二端面，该磁阻效应元件在第一方向上具有灵敏度轴；第一轭部，其与磁阻效应元件的第一侧面相邻地设置；以及第一偏置磁场产生部，其与磁阻效应元件的第一端面相邻地设置，第一偏置磁场产生部设置为可对磁阻效应元件及第一轭部施加偏置磁场。

Description

磁传感器、以及使用磁传感器的位置检测装置及电流传感器
技术领域
本发明涉及一种磁传感器、以及使用该磁传感器的位置检测装置及电流传感器。
背景技术
近年来，用于检测物理量(例如，由移动体的旋转移动或直线移动引起的位置或移动量(变化量)等)的物理量检测装置(位置检测装置)被用于各种用途。作为该物理量检测装置，已知有具备可检测外部磁场的变化的磁传感器的装置，从磁传感器输出与外部磁场的变化相应的传感器信号。另外，已知有电流传感器等，其被用于例如混合动力电动汽车(HEV：Hybrid Electric Vehicle)或电动汽车(EV：Electric Vehicle)等的电池的输入/输出电流的控制等，计测在连接于电池的母排等的导体中流通的输入/输出电流。作为该电流传感器，已知有具备可检测通过电流在母排等的导体中流通而产生的磁场的磁传感器的传感器。
磁传感器具有检测被检测磁场的磁传感器元件，作为磁传感器元件，已知有电阻根据外部磁场的变化而变化的磁阻效应元件(AMR元件、GMR元件、TMR元件等)等。AMR元件具有表现出各向异性磁阻效应的铁磁性体层，铁磁性体层的磁化方向通过外部磁场的施加发生变化，从而AMR元件的电阻值发生变化。GMR元件及TMR元件由层叠结构构成，上述层叠结构至少具有可使磁化方向根据外部磁场发生变化的自由层、磁化方向固定而成的磁化固定层、介于自由层及磁化固定层之间的非磁性层。在GMR元件及TMR元件中，根据自由层的磁化方向和磁化固定层的磁化方向所形成的角度，确定GMR元件及TMR元件的电阻值。而且，由于与外部磁场相应的自由层的磁化方向发生变化，该变化导致的自由层及磁化固定层的磁化方向所形成的角度发生变化，因此GMR元件及TMR元件的电阻值发生变化。在具有AMR元件、GMR元件或TMR元件的磁传感器中，根据上述电阻值的变化，输出与外部磁场的变化相应的传感器信号。
在具有上述磁阻效应元件的磁传感器中，为了稳定地输出高精度的传感器信号，上述铁磁性体层或自由层的磁化的稳定化很重要。为了实现AMR元件的铁磁性体层、GMR元件或TMR元件的自由层的磁化的稳定化，目前已知一种具有用于对该铁磁性体层或自由层施加偏置磁场的磁铁的磁传感器(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6610746号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
通过具有施加上述偏置磁场的磁铁，对AMR元件的铁磁性体层、GMR元件或TMR元件的自由层施加偏置磁场，从而使从磁传感器输出的传感器信号的精度提高。另一方面，由于使用了磁传感器的应用的高性能化等的进展，也存在要求提出一种可输出更高精度且稳定的传感器信号的磁传感器的现状。
鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种可输出高精度且稳定的传感器信号的磁传感器、以及使用该磁传感器的位置检测装置及电流传感器。
用于解决技术问题的技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种磁传感器，其特征在于，具备：磁阻效应元件，其包含在第一方向上相互相对的第一侧面及第二侧面、以及在实质上与所述第一方向正交的第二方向上相互相对的第一端面及第二端面，该磁阻效应元件在所述第一方向上具有灵敏度轴；第一轭部，其与所述磁阻效应元件的所述第一侧面相邻地设置；以及第一偏置磁场产生部，其与所述磁阻效应元件的所述第一端面相邻地设置，所述第一偏置磁场产生部设置为可对所述磁阻效应元件及所述第一轭部施加偏置磁场。
也可以是：所述第一方向上的所述第一偏置磁场产生部的长度比所述第一方向上的所述磁阻效应元件及所述第一轭部的长度的合计长，所述磁阻效应元件及所述第一轭部以容纳于所述第一方向上的所述第一偏置磁场产生部的长度的范围的区域的方式设置。
也可以是：还具备第二轭部，其与所述磁阻效应元件的所述第二侧面相邻地设置，也可以是：所述第一方向上的所述第一偏置磁场产生部的长度比所述第一方向上的所述磁阻效应元件、所述第一轭部及所述第二轭部的长度的合计长，所述磁阻效应元件、所述第一轭部及所述第二轭部以容纳于所述第一方向上的所述第一偏置磁场产生部的长度的范围的区域的方式设置。
也可以是：具备多个所述磁阻效应元件，所述磁阻效应元件、和所述第一轭部及所述第二轭部中的任一方，沿着所述第一方向交替地排列。也可以是：还具备第二偏置磁场产生部，其与所述磁阻效应元件的所述第二端面相邻地设置，所述第二偏置磁场产生部也可以是：与所述磁阻效应元件的所述第二端面相接，也可以是：相对于所述磁阻效应元件的所述第二端面以规定的间隔相对。
所述第一偏置磁场产生部也可以是：与所述磁阻效应元件的所述第一端面相接，也可以是：相对于所述磁阻效应元件的所述第一端面以规定的间隔相对。也可以是：所述第一偏置磁场产生部具有与所述磁阻效应元件的所述第一端面相对的第一相对面，所述第一相对面相对于与所述第一方向及所述第二方向正交的第三方向以规定的角度倾斜，在沿着所述第三方向观察时，所述磁阻效应元件的所述第一端面侧的端部与所述第一偏置磁场产生部的所述第一相对面侧的端部重叠。
也可以是：还具备第二偏置磁场产生部，其与所述磁阻效应元件的所述第二端面相邻地设置，所述第二偏置磁场产生部具有与所述磁阻效应元件的所述第二端面相对的第二相对面，所述第二相对面相对于与所述第一方向及所述第二方向正交的第三方向以规定的角度倾斜，在沿着所述第三方向观察时，所述磁阻效应元件的所述第二端面侧的端部与所述第二相对面侧的端部重叠。
也可以是：所述第一偏置磁场产生部具有：相对面，其与所述磁阻效应元件的所述第一端面相对；以及突出部，其从所述相对面朝向所述磁阻效应元件的所述第一端面突出。也可以是：还具备第二偏置磁场产生部，其与所述磁阻效应元件的所述第二端面相邻地设置，所述第二偏置磁场产生部具有：相对面，其与所述磁阻效应元件的所述第二端面相对；以及突出部，其从所述相对面朝向所述磁阻效应元件的所述第二端面突出。
所述磁阻效应元件也可以是：包含至少层叠了磁化固定的磁化固定层、和磁化方向根据外部磁场变化的磁化自由层的层叠体，也可以是：为AMR元件、GMR元件或TMR元件。
本发明提供了一种位置检测装置，其特征在于，具备：磁检测部，其基于外部磁场伴随移动体的移动的变化，输出检测信号；位置检测部，其基于从所述磁检测部输出的所述检测信号，检测所述移动体的位置，所述磁检测部具有上述磁传感器。
本发明提供一种电流传感器，其特征在于，具备磁检测部，其检测从流通测定对象电流的导体产生的磁力，所述磁检测部具有上述磁传感器。
发明效果
根据本发明，能够提供一种可输出高精度且稳定的传感器信号的磁传感器、以及使用该磁传感器的位置检测装置及电流传感器。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的磁传感器的第一方式的概略结构的俯视图。
图2是表示本发明的实施方式的磁传感器的第一方式的概略结构的截面图。
图3A是表示本发明的实施方式的磁传感器的第一方式的概略结构的局部放大俯视图。
图3B是表示本发明的实施方式的磁传感器的第一方式的变形例的概略结构的局部放大俯视图。
图3C是表示本发明的实施方式的磁传感器的第一方式的变形例的概略结构的局部放大俯视图。
图4是表示本发明的实施方式的磁传感器的第一方式的概略结构的局部放大截面图。
图5是表示本发明的实施方式的磁传感器的第二方式的概略结构的俯视图。
图6是表示本发明的实施方式的磁传感器的第二方式的概略结构的截面图。
图7A是表示本发明的实施方式的磁传感器的第二方式的概略结构的局部放大俯视图。
图7B是表示本发明的实施方式的磁传感器的第二方式的变形例的概略结构的局部放大俯视图。
图7C是表示本发明的实施方式的磁传感器的第二方式的变形例的概略结构的局部放大俯视图。
图8A是表示本发明的实施方式的磁传感器的第二方式的概略结构的局部放大截面图。
图8B是表示本发明的实施方式的磁传感器的第二方式的概略结构的局部放大截面图。
图9是表示本发明的实施方式的磁传感器的第三方式的概略结构的俯视图。
图10A是表示本发明的实施方式的磁传感器的第三方式的概略结构的截面图。
图10B是表示本发明的实施方式的磁传感器的第三方式的变形例的概略结构的截面图。
图11A是表示本发明的实施方式的磁传感器的第三方式的概略结构的局部放大俯视图。
图11B是表示本发明的实施方式的磁传感器的第三方式的变形例的概略结构的局部放大俯视图。
图11C是表示本发明的实施方式的磁传感器的第三方式的概略结构的局部放大俯视图。
图11D是表示本发明的实施方式的磁传感器的第三方式的变形例的概略结构的局部放大俯视图。
图12A是表示本发明的实施方式的磁传感器的第三方式的变形例的概略结构的局部放大截面图。
图12B是表示本发明的实施方式的磁传感器的第三方式的变形例的概略结构的局部放大截面图。
图13A是表示本发明的实施方式的磁阻效应元件的一个方式的概略结构的切断端面图。
图13B是表示本发明的实施方式的磁阻效应元件的另一个方式的概略结构的切断端面图。
图14是用于说明本发明的实施方式的磁传感器的第一方式的作用效果的俯视图。
图15是用于说明本发明的实施方式的磁传感器的第二方式的作用效果的俯视图。
图16是用于说明本发明的实施方式的磁传感器的第三方式的作用效果的俯视图。
图17是表示本发明的实施方式的位置检测装置的概略结构的立体图。
图18是表示本发明的实施方式的位置检测装置的概略结构的框图。
图19是概略表示本发明的实施方式的磁传感器部的电路结构的电路图。
图20是表示本发明的实施方式的电流传感器的概略结构的框图。
图21是表示本发明的实施方式的电流传感器的概略结构的框图。
图22是表示本发明的实施方式的磁传感器的另一个方式的概略结构的俯视图。
图23是表示试验例1～6的磁传感器的灵敏度的模拟结果的图表。
图24是表示试验例1～6的磁传感器的输出信号的滞后的模拟结果的图表。
图25是表示试验例7及试验例8的磁传感器的灵敏度的模拟结果的图表。
图26是表示试验例7及试验例8的磁传感器的输出信号的滞后的模拟结果的图表。
符号说明
1……磁传感器
2……磁阻效应元件
21……第一侧面
22……第二侧面
23……第一端面
24……第二端面
3……轭部
31……第一轭部
311……第一端面
32……第二轭部
321……第二端面
41……第一偏置磁场产生部
411……第一相对面
42……第二偏置磁场产生部
421……第二相对面
43……第一突出部
44……第二突出部
具体实施方式
参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。图1是表示本实施方式的磁传感器的第一方式的概略结构的俯视图，图2是表示本实施方式的磁传感器的第一方式的概略结构的截面图，图3A是表示本实施方式的磁传感器的第一方式的概略结构的局部放大俯视图，图3B及图3C是表示本实施方式的磁传感器的第一方式的变形例的概略结构的局部放大俯视图，图4是表示本实施方式的磁传感器的第一方式的概略结构的局部放大截面图。
在对本实施方式进行说明时，根据需要，在一些附图中规定了“X方向、Y方向及Z方向”。在此，X方向及Y方向在本实施方式中是基板的面内(基板的实质上与第一面及第二面平行的平面内)的实质上彼此正交(X方向及Y方向的交叉角度在85～95°的范围内)的方向，Z方向为基板的厚度方向(基板的与第一面及第二面正交的方向)。
本实施方式的磁传感器1具备：磁阻效应元件2，其包含在作为第一方向的X方向上相互相对的第一侧面21及第二侧面22、以及在Y方向上相互相对的第一端面23及第二端面24，且该磁阻效应元件2在X方向上具有灵敏度轴；第一轭部31(轭部3)，其与磁阻效应元件2的第一侧面21相邻地设置；第二轭部32(轭部3)，其与磁阻效应元件2的第二侧面22相邻地设置；第一偏置磁场产生部41，其与磁阻效应元件2的第一端面23相邻地设置；以及第二偏置磁场产生部42，其与磁阻效应元件2的第二端面24相邻地设置。
在本实施方式中，磁阻效应元件2、第一轭部31、第二轭部32、第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42经由Al2O3等的绝缘基底层等而设置于具有第一面及与该第一面相对的第二面的基板(例如，硅晶圆等的半导体基板、AlTiC基板、氧化铝基板等的陶瓷基板、树脂基板、玻璃基板等，省略图示)的第一面上即可。此外，基板的第一面为平行于包含X方向及Y方向的XY平面的面，Z方向为与基板的第一面正交的方向。
作为本实施方式的磁阻效应元件2，可使用具有表现出各向异性磁阻效应的铁磁性体层的AMR元件(Anisotropic magnetoresistive effect element)、GMR元件(Giantmagnetoresistive effect element)、TMR元件(Tunnel magnetoresistive effectelement)等的MR元件。作为磁阻效应元件2的GMR元件或TMR元件例如为具有自旋阀型的膜结构、且包含从基板侧依次层叠的磁化固定层201、非磁性层202及自由层203的层叠体(参照图13A)。磁化固定层201是具有第一铁磁性层2011/非磁性中间层2012/第二铁磁性层2013的层叠铁氧体结构、可以使第一铁磁性层2011及第二铁磁性层2013反铁磁性耦合的、所谓的自钉扎型固定层(SFP层：Synthetic Ferri Pinned层)。在磁化固定层201(SFP层)，靠近非磁性层202的第一铁磁性层2011为自由层203的磁化方向的旋转角度的基准，由此，有时被称为参照层(Reference Layer)。此外，磁阻效应元件2也可以为包含从基板侧依次层叠的自由层203、非磁性层202及磁化固定层201的层叠体。另外，磁阻效应元件2也可以为依次层叠有反铁磁性层204、由一层铁磁性层构成的磁化固定层201、非磁性层202及自由层203的层叠体(参照图13B)。反铁磁性层204由反铁磁性材料构成，通过与磁化固定层201之间产生交换耦合，从而发挥固定磁化固定层201的磁化方向的作用。
在磁阻效应元件2为TMR元件的情况下，非磁性层202为隧道势垒层。在磁阻效应元件2为GMR元件的情况下，非磁性层202为非磁性导电层。在TMR元件、GMR元件中，电阻值根据自由层203的磁化方向相对于磁化固定层201的磁化方向所形成的角度发生变化，在该角度为0°(彼此的磁化方向平行)时，电阻值成为最小，在该角度为180°(彼此的磁化方向反向平行)时，电阻值成为最大。
在作为GMR元件或TMR元件的磁阻效应元件2中，自由层203的磁化方向实质上平行于Y方向，自由层203的磁化方向相对于Y方向的角度为5°以下即可。另外，磁化固定层201的磁化方向实质上平行于X方向，磁化固定层201的磁化方向相对于X方向的角度为5°以下即可。即，自由层203的磁化方向和磁化固定层201的磁化方向实质上彼此正交。由于自由层203的磁化方向实质上平行于Y方向，磁化固定层201的磁化方向实质上平行于X方向，因此，在X方向的外部磁场施加于自由层203时，自由层203的磁化旋转，由此磁阻效应元件2的电阻值发生变化。
在磁传感器1的俯视时，磁阻效应元件2具有X方向的长度W2比Y方向的长度L2短的大致长方形形状。对磁阻效应元件2的X方向的长度W2没有特别限定，例如为0.3～1.5μm左右即可。对磁阻效应元件2的Y方向的长度L2没有特别限定，例如为0.6～3.0μm左右即可。对磁阻效应元件2的Z方向的长度T2没有特别限定，例如为0.02～0.08μm左右即可。
第一轭部31及第二轭部32由例如NiFe、CoFe、CoFeSiB、CoZrNb等的软磁性材料构成即可。第一轭部31与磁阻效应元件2的第一侧面21相邻地设置，第二轭部32与磁阻效应元件2的第二侧面22相邻地设置。即，在X方向上，第一轭部31及第二轭部32以在其间夹持磁阻效应元件2的方式设置。由于在X方向上设置于磁阻效应元件2的两侧的第一轭部31及第二轭部32聚集沿着X方向的外部磁场，因此能够提高磁传感器1的灵敏度。
第一轭部31及第二轭部32分别具有与第一偏置磁场产生部41相对的第一端面311、321和与第二偏置磁场产生部42相对的第二端面312、322。在本实施方式的磁传感器1的第一方式中，第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321与磁阻效应元件2的第一端面23实质上位于同一XZ平面上即可，第一轭部31及第二轭部32的第二端面312、322与磁阻效应元件2的第二端面24实质上位于同一XZ平面上即可。通过具有这种结构，能够提高磁传感器1的灵敏度。此外，“磁阻效应元件2的第一端面23和第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321实质上位于同一XZ平面上”也旨在包括：在沿着X方向的侧视时，磁阻效应元件2的第一端面23位于比第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321更靠第一偏置磁场产生部41侧的方式(参照图3B)、或者第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321位于比磁阻效应元件2的第一端面23更靠第一偏置磁场产生部41侧的方式(参照图3C)。同样地，“磁阻效应元件2的第二端面24和第一轭部31及第二轭部32的第二端面312、322实质上位于同一XZ平面上”也旨在包括：在沿着X方向的侧视时，磁阻效应元件2的第二端面24位于比第一轭部31及第二轭部32的第二端面312、322更靠第二偏置磁场产生部42侧的方式、或者第一轭部31及第二轭部32的第二端面312、322位于比磁阻效应元件2的第二端面24更靠第二偏置磁场产生部42侧的方式。在这种情况下，Y方向上的第一端面23和第一端面311、321的间隔G23及Y方向上的第二端面24和第二端面312、322的间隔为50nm以下左右即可。
在沿着X方向从磁传感器1的侧面观察时，第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321的Y方向上的位置实质上与磁阻效应元件2(自由层203)的第一端面23的Y方向上的位置相同即可，第一偏置磁场产生部41的第一相对面411位于比磁阻效应元件2的第一端面23、第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321更靠+Y方向侧即可。另外，第一轭部31及第二轭部32的第二端面312、322的Y方向上的位置实质上与磁阻效应元件2(自由层203)的第二端面24的Y方向上的位置相同即可，第二偏置磁场产生部42的第二相对面421位于比磁阻效应元件2的第二端面24、第一轭部31及第二轭部32的第二端面312、322更靠-Y方向侧即可。
在磁传感器1的俯视时，第一轭部31及第二轭部32具有X方向的长度W31、W32比Y方向的长度L31、L32短的大致长方形形状。对第一轭部31及第二轭部32的X方向的长度W31、W32没有特别限定，例如为0.3～1.5μm左右即可。第一轭部31及第二轭部32的Y方向的长度L31、L32实质上与磁阻效应元件2的Y方向的长度L2相同即可，例如为0.6～3.0μm左右即可。第一轭部31及第二轭部32的Z方向的长度T31、T32比磁阻效应元件2的Z方向的长度T2长即可，例如为0.01～0.06μm左右即可。如果第一轭部31及第二轭部32的Z方向的长度T31、T32小于0.01μm，则难以有效地聚集沿着X方向的外部磁场，磁传感器1的灵敏度会有降低的风险。另一方面，如果该Z方向的长度T31、T32超过0.06μm，则磁传感器1的灵敏度提高，但来自磁传感器1的输出信号的滞后会有变大的风险。
第一偏置磁场产生部41与磁阻效应元件2的第一端面23相邻地设置，第二偏置磁场产生部42与磁阻效应元件2的第二端面24相邻地设置。由于第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42分别与第一端面23及第二端面24相邻地设置，因此，由于在磁阻效应元件2为GMR元件或TMR元件的情况下，对其自由层203；为AMR元件的情况下，对铁磁性体层施加偏置磁场，因此，在零磁场的状态(对自由层203或铁磁性体层未施加外部磁场的初始状态)下，能够使自由层203或铁磁性体层的磁化方向在Y方向上稳定化。
第一偏置磁场产生部41具有与磁阻效应元件2的第一端面23相对的第一相对面411，第二偏置磁场产生部42具有与磁阻效应元件2的第二端面24相对的第二相对面412。第一偏置磁场产生部41的第一相对面411和磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第一端面23可以面相接，也可以以规定的间隔G1分离。第二偏置磁场产生部42的第二相对面412和磁阻效应元件2的第二端面24可以面相接，也可以以规定的间隔G2分离。在第一相对面411和第一端面23分离的情况下，这些间隔G1、G2例如为100nm以下左右即可，为5～100nm左右即可，为5～50nm左右即可。如果该间隔G1、G2超过100nm，则对自由层203或铁磁性体层未有效地施加偏置磁场，会有难以使自由层203或铁磁性体层的磁化方向在Y方向上稳定化的风险。
第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的X方向上的长度W41、W42在被第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42夹持的区域(该长度W41、W42的范围内的区域)内为容纳有磁阻效应元件2、第一轭部31及第二轭部32的程度即可。即，第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的X方向上的长度W41、W42为磁阻效应元件2、第一轭部31及第二轭部32的X方向上的长度W2、W31、W32的合计以上即可，优选比该合计长。如果第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的X方向上的长度W41、W42小于上述合计，且第一轭部31的一部分及/或第二轭部32的一部分在X方向上从上述区域露出，则会有难以对第一轭部31及/或第二轭部32有效地施加偏置磁场的风险。第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的X方向上的长度W41、W42例如为1～10μm左右即可。
对于第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的Y方向上的长度L41、L42、以及第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的Z方向上的长度T41、T42，只要能够对磁阻效应元件2的自由层203或铁磁性体层有效施加偏置磁场，则没有特别限定。例如，该Y方向上的长度L41、L42为1～3μm左右即可，Z方向上的长度T41、T42为10～50nm左右即可。
接下来，对本实施方式的磁传感器1的第二方式进行说明。
图5是表示本实施方式的磁传感器的第二方式的概略结构的俯视图，图6是表示本实施方式的磁传感器的第二方式的概略结构的截面图，图7A是表示本实施方式的磁传感器的第二方式的概略结构的局部放大俯视图，图7B及图7C是表示本实施方式的磁传感器的第二方式的变形例的概略结构的局部放大俯视图，图8A及图8B是表示本实施方式的磁传感器的第二方式的概略结构的局部放大截面图。此外，对与图1～图4所示的磁传感器1的第一方式同样的结构标注相同的符号，省略其详细说明。
如图5～图8B所示，在本实施方式的磁传感器1的第二方式中，第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321及第二端面312、322相对于包含X方向及Y方向的XY平面以规定的角度倾斜。另外，第一偏置磁场产生部41的第一相对面411及第二偏置磁场产生部42的第二相对面412相对于包含X方向及Y方向的XY平面以规定的角度倾斜。
第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321及第二端面312、322的倾斜角度θ3、以及第一偏置磁场产生部41的第一相对面411及第二偏置磁场产生部42的第二相对面412的倾斜角度θ4例如为20～80°即可，优选为30～70°，特别优选为40～60°。通过在磁阻效应元件2的第一侧面21及第二侧面22分别设置第一轭部31及第二轭部32，该第一轭部31及第二轭部32能够使沿着X方向的外部磁场聚集。作为其结果，磁传感器1的灵敏度提高。由第一轭部31及第二轭部32进行的外部磁场的聚集效果取决于第一轭部31及第二轭部32的Z方向上的长度T31、T32(厚度)。即，第一轭部31及第二轭部32的厚度越厚，则越能使X方向的外部磁场有效地聚集，越容易提高磁传感器1的灵敏度。另一方面，第一轭部31及第二轭部32的厚度越厚，则来自第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的偏置磁场越难以有效地对第一轭部31及第二轭部32施加，来自磁传感器1的输出信号的滞后会有变大的风险。在本实施方式的磁传感器1的第二方式中，第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321及第二端面312、322、以及第一偏置磁场产生部41的第一相对面411及第二偏置磁场产生部42的第二相对面412以规定的角度倾斜，由此，即使第一轭部31及第二轭部32的Z方向上的长度T31、T32为可提高磁传感器1的灵敏度的程度，也能抑制来自磁传感器1的输出信号发生滞后。
在沿着X方向从磁传感器1的侧面观察时，第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321的第一端部E31的Y方向上的位置实质上与磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第一端面23的Y方向上的位置相同即可，第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321的第二端部E32的Y方向上的位置位于比磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第一端面23的位置更靠第一偏置磁场产生部41侧即可。第一偏置磁场产生部41的第一相对面411的第一端部E41的Y方向上的位置位于磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第一端面23的Y方向上的位置和第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321上的第二端部E32的Y方向上的位置之间即可。另外，第一轭部31及第二轭部32的第二端面312、322的第一端部E31的Y方向上的位置实质上与磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第二端面24的Y方向上的位置相同即可，第一轭部31及第二轭部32的第二端面312、322的第二端部E32的Y方向上的位置位于比磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第二端面24的位置更靠第二偏置磁场产生部42侧即可。第二偏置磁场产生部42的第二相对面412的第一端部E41的Y方向上的位置位于磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第二端面24的Y方向上的位置和第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321上的第二端部E32的Y方向上的位置之间即可。磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)、第一轭部31、第二轭部32、第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42在Y方向上具有上述的位置关系，并且第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321及第二端面312、322、以及第一偏置磁场产生部41的第一相对面411及第二偏置磁场产生部42的第二相对面412以规定的角度倾斜，由此，磁传感器1的灵敏度提高，并且能够抑制来自磁传感器1的输出信号发生滞后。
在沿着Z方向的俯视时，磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第一端面23的端部可以与第一偏置磁场产生部41重叠。即，磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第一端面23的Y方向上的位置可以位于比第一偏置磁场产生部41的第一相对面411的第一端部E41的位置更靠第一偏置磁场产生部41侧(+Y方向)。同样地，磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第二端面24的端部可以与第二偏置磁场产生部42重叠。即，磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第二端面24的Y方向上的位置可以位于比第二偏置磁场产生部42的第二相对面412的第一端部E41的位置更靠第二偏置磁场产生部42侧(-Y方向)。
对本实施方式的磁传感器1的第三方式进行说明。
图9是表示本实施方式的磁传感器的第三方式的概略结构的俯视图，图10A及图10B是表示本实施方式的磁传感器的第三方式的概略结构的截面图，图11A～图11D是表示本实施方式的磁传感器的第三方式的概略结构的局部放大俯视图，图12A及图12B是表示本实施方式的磁传感器的第三方式的概略结构的局部放大截面图。此外，对与磁传感器1的第一方式及第二方式同样的结构标注相同的符号，省略其详细说明。
如图9～图12B所示，在本实施方式的磁传感器1的第三方式中，第一偏置磁场产生部41具有沿着Y方向从第一相对面411朝向磁阻效应元件2的第一端面23突出的第一突出部43，第二偏置磁场产生部42具有沿着Y方向从第二相对面412朝向磁阻效应元件2的第二端面24突出的第二突出部44。第一轭部31的第一端面311与位于第一突出部43的一侧(X方向上的一侧)的第一相对面411相对，第二轭部32的第一端面321与位于第一突出部43的另一侧(X方向上的另一侧)的第一相对面411相对。第一轭部31的第二端面312与位于第二突出部44的一侧(X方向上的一侧)的第二相对面412相对，第二轭部32的第二端面322与位于第二突出部44的另一侧(X方向上的另一侧)的第二相对面412相对。即，沿着Y方向(+Y方向)，依次位于磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第一端面23、第一突出部43的端部E43、第一轭部31及第二轭部32的第一端部E31、第一偏置磁场产生部41的第一相对面411的第一端部E41、第一轭部31及第二轭部32的第二端部E32即可(参照图12A)。同样地，沿着Y方向(-Y方向)，依次位于磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第二端面24、第二突出部44的端部E44、第一轭部31及第二轭部32的第一端部E31、第二偏置磁场产生部42的第一端部E42、第一轭部31及第二轭部32的第二端部E32即可(参照图12B)。由于第一偏置磁场产生部41具有第一突出部43，因此能够使第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321的Y方向上的位置位于比磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第一端面23更靠第一偏置磁场产生部41侧。同样地，由于第二偏置磁场产生部42具有第二突出部44，因此能够使第一轭部31及第二轭部32的第二端面312、322的Y方向上的位置位于比磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第二端面24更靠第二偏置磁场产生部42侧。作为其结果，可提高磁传感器1的灵敏度，并且能够抑制来自磁传感器1的输出信号发生滞后。
对第一突出部43及第二突出部44的Y方向上的突出长度L43、L44没有特别限定，例如为0.05～0.3μm左右即可，为0.1～0.2μm左右即可。在该突出长度L43、L44小于0.05μm的情况或超过0.3μm的情况下，提高磁传感器1的灵敏度的效果及抑制来自磁传感器1的输出信号发生滞后的效果会有降低的风险。
如图12A及图12B所示，第一偏置磁场产生部41的第一相对面411可以相对于包含X方向及Y方向的XY平面以规定的角度θ4倾斜，第二偏置磁场产生部42的第二相对面412可以相对于包含X方向及Y方向的XY平面以规定的角度倾斜。另外，第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321可以相对于包含X方向及Y方向的XY平面以规定的角度θ3倾斜，第一轭部31及第二轭部32的第二端面312、322可以相对于包含X方向及Y方向的XY平面以规定的角度倾斜。
此外，在图9～12B所示的第三方式中，第一突出部43及第二突出部44的沿着Z方向的整面朝向磁阻效应元件2的第一端面23突出，但不限于该方式。例如，在磁阻效应元件2为GMR元件或TMR元件的情况下，为如下方式即可：就第一突出部43及第二突出部44而言，至少仅第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42中的、在Y方向上与自由层203相对的部分突出。另外，在磁阻效应元件2为AMR元件的情况下，为如下方式即可：就第一突出部43及第二突出部44而言，至少仅第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42中的、在Y方向上与铁磁性体层相对的部分突出。
对本实施方式的磁传感器1的第一方式～第三方式的作用效果进行说明。图14～图16是用于说明本实施方式的磁传感器1的第一方式～第三方式的作用效果的俯视图。
如图14～16所示，在本实施方式的磁传感器1中，从第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42对磁阻效应元件2和第一轭部31及第二轭部32施加有Y方向的偏置磁场。由此，能够使磁阻效应元件2的自由层203或铁磁性体层的磁化M2、以及第一轭部31及第二轭部32的磁化M31、M32稳定于Y方向。
就本实施方式的磁传感器1而言，以提高对外部磁场的灵敏度为目的，将可有效地聚集外部磁场的第一轭部31及第二轭部32与磁阻效应元件2的第一侧面21及第二侧面22相邻地设置。为了使外部磁场有效地聚集，设第一轭部31及第二轭部32的Z方向的长度(厚度)比磁阻效应元件2的自由层203或铁磁性体层的Z方向的长度(厚度)长(厚)。由此，外部磁场有效地聚集于第一轭部31及第二轭部32，能够提高磁传感器1的灵敏度。
另一方面，由于第一轭部31及第二轭部32的Z方向的长度(厚度)相对较长(厚)，因此，会有来自第一轭部31及第二轭部32的静磁场Hs使磁阻效应元件2相对于自由层203或铁磁性体层的退磁场Hd增大的风险。特别是，在图1～图4所示的第一方式中，由于磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)的第一端面23和第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321实质上位于同一XZ平面上，因此，容易使退磁场Hd进一步增大。如果退磁场Hd这样增大，则磁阻效应元件2的自由层203或铁磁性体层的磁化M2的方向容易变得不稳定，来自磁传感器1的输出信号会有容易发生滞后的风险。在这一点上，如第二方式所示，由于第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321及第二端面312、322相对于XY平面以规定的角度倾斜，从而能够减少来自第一轭部31及第二轭部32的静磁场Hs。因此，能够使磁阻效应元件2相对于自由层203或铁磁性体层的退磁场Hd相对地减少，能够抑制来自磁传感器1的输出信号发生滞后。
此外，在第二方式中，为了使第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321及第二端面312、322相对于XY平面以规定的角度倾斜，也使第一偏置磁场产生部41的第一相对面411及第二偏置磁场产生部42的第二相对面412以规定的角度倾斜。这样，当第一偏置磁场产生部41的第一相对面411及第二偏置磁场产生部42的第二相对面412倾斜时，来自第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的偏置磁场会减少。
在这一点上，如第三方式所示，通过在第一相对面411设置第一突出部43，在第二相对面412设置第二突出部44，从而能够使第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321及第二端面312、322位于比磁阻效应元件2(自由层203)的第一端面23及第二端面24更靠第一偏置磁场产生部41侧及第二偏置磁场产生部42侧。由此，能够使来自第一轭部31及第二轭部32的静磁场Hs减少，使磁阻效应元件2相对于自由层203或铁磁性体层的退磁场Hd相对地减少，并且能够使来自第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的偏置磁场有效地施加于磁阻效应元件2(自由层203或铁磁性体层)。其结果，能够提高磁传感器1对外部磁场的灵敏度，并且能够抑制来自磁传感器1的输出信号发生滞后。
接下来，对本实施方式的使用磁传感器1的位置检测装置进行说明。图17是表示本实施方式的位置检测装置的概略结构的立体图，图18是表示本实施方式的位置检测装置的概略结构的框图，图19是概略表示本实施方式的磁传感器部的电路结构的电路图。
如图17所示，本实施方式的位置检测装置100是具备磁传感器装置101、和能够相对于磁传感器装置101相对直线移动的移动体110的、称为线性编码器的位置检测装置。
如图18所示，磁传感器装置101具有基于外部磁场伴随移动体110的直线移动的变化而输出传感器信号的磁传感器部102、和基于从磁传感器部102输出的传感器信号而计算移动体110的移动量的运算部103。
运算部103包含将从磁传感器部102输出的模拟信号(传感器信号)转换为数字信号的A/D(模拟-数字)转换部104、和对由A/D转换部104数字转换所得的数字信号进行运算处理并计算移动体110的移动量的运算处理部105。此外，在将由运算处理部105得到的运算处理结果(移动量)作为模拟信号输出的情况下，运算部103在运算处理部105的下游侧还可以包含D/A(数字-模拟)转换部(省略图示)。
磁传感器部102包含至少一个磁检测元件，也可以包含串联连接的一对磁检测元件。在该情况下，磁传感器部102具有包含串联连接的一对磁检测元件的惠斯顿电桥电路。
如图19所示，惠斯顿电桥电路包含电源端口V、接地端口G、第一输出端口E1、第二输出端口E2、设置于电源端口V及第一输出端口E1之间的第一磁检测元件R1、设置于第一输出端口E1及接地端口G之间的第二磁检测元件R2、设置于电源端口V及第二输出端口E2之间的第三磁检测元件R3、以及设置于第二出カ端口E2及接地端口G之间的第四磁检测元件R4。通过连接恒流电源而对电源端口V施加有规定的大小的电源电压(恒定电流)，接地端口G与地线连接。施加于电源端口V的恒定电流由未图示的驱动器IC控制为规定的电流值。
在本实施方式中，作为惠斯顿电桥电路中包含的全部第一～第四磁检测元件R1～R4，使用本实施方式的磁传感器1(参照图1～图12B)。全部磁传感器1中包含的磁阻效应元件2的磁化固定层201的磁化固定于彼此相同的方向(+X方向)。此外，全部磁传感器1中包含的磁阻效应元件2的磁化固定层201的磁化固定于彼此大致相同的方向即可，在该情况下，各磁阻效应元件2的磁化固定层201的磁化方向相对于+X方向以10°以内的角度倾斜即可。全部磁阻效应元件2具有在Y方向上长的大致长方形形状，因此，各磁阻效应元件2的自由层203具有易磁化轴向为Y方向的形状各向异性。而且，对各磁阻效应元件2施加有来自第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的偏置磁场。因此，初始状态(未施加外部磁场的状态)下的全部磁阻效应元件2的自由层203的磁化方向彼此相同，为磁化固定层201相对于磁化方向的正交方向(+Y方向)。由于磁化固定层201及自由层203的磁化方向为上述方向，因此，与X方向的外部磁场相应的第一～第四磁检测元件R1～R4的电阻值发生变化，第一输出端口E1及第二输出端口E2的电位差也随之变化，作为该电位差的变化的信号从差分检测器(省略图示)输出。
与第一输出端口E1及第二输出端口E2的电位差对应的信号从差分检测器输出到A/D转换部104。A/D转换部104将从磁传感器部102输出的传感器信号(与移动体110的移动量相关的模拟信号)转换为数字信号，该数字信号输入到运算处理部105。
运算处理部105进行关于通过A/D转换部104将模拟信号转换为数字信号的运算处理，计算移动体110的移动量。该运算处理部105由例如微型计算机、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)等构成即可。
在具有上述的结构的本实施方式的位置检测装置100中，当外部磁场伴随移动体110的直线移动发生变化时，磁传感器部102的第一～第四磁检测元件R1～R4的电阻值根据该外部磁场的变化而变化，根据磁传感器部102的第一输出端口E1及第二输出端口E2的电位差，传感器信号从差分检测器输出。而且，从差分检测器输出的传感器信号通过A/D转换部104转换为数字信号。之后，通过运算处理部105计算移动体110的移动量。
在本实施方式的位置检测装置100中，由于与磁阻效应元件2的第一端面23及第二端面24中的各个相邻地设置有第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42，与磁阻效应元件2的第一侧面21及第二侧面22中的各个相邻地设置有第一轭部31及第二轭部32，因此，磁传感器部102所具有的磁传感器1对外部磁场的变化具有高的灵敏度，并且能够抑制从磁传感器部102输出的信号发生滞后。因此，根据本实施方式的位置检测装置100，能够以高精度检测移动体110的移动量。
接下来，对本实施方式的使用磁传感器1的电流传感器进行说明。图20是表示本实施方式的电流传感器的概略结构的立体图，图21是表示本实施方式的电流传感器的概略结构的框图。
例如，为了控制混合动力汽车等的电池的输入/输出电流等，本实施方式的电流传感器300是将在连接于电池的母排310中流通的输入/输出电流作为测量对象电流计测的电流传感器，具有母排310和磁传感器装置301，上述磁传感器装置301包含接近母排310而设置的磁传感器部302以及基于从磁传感器部302输出的传感器信号而计算在母排310中流通的输入/输出电流的述运算部303。
运算部303包含将从磁传感器部302输出的模拟信号(传感器信号)转换为数字信号的A/D(模数)转换部304、和对由A/D转换部304数字转换所得的数字信号进行运算处理并计算在母排310中流通的输入/输出电流的运算处理部305。此外，在将由运算处理部305得到的运算处理结果(输入/输出电流)作为模拟信号输出的情况下，运算部303在运算处理部305的下游侧还可以包含D/A(数字-模拟)转换部(省略图示)。
磁传感器部302包含至少一个磁检测元件，也可以包含串联连接的一对磁检测元件。在该情况下，磁传感器部302具有包含串联连接的一对磁检测元件的惠斯顿电桥电路(参照图19)。
与磁传感器部302所具有的惠斯顿电桥电路的第一输出端口E1及第二输出端口E2的电位差对应的信号从差分检测器(省略图示)输出到A/D转换部304。A/D转换部304将从磁传感器部302输出的传感器信号(与在母排310中流通的输入/输出电流相关的模拟信号)转换为数字信号，该数字信号输入到运算处理部305。
运算处理部305进行关于由A/D转换部304将模拟信号转换为数字信号的运算处理，计算在母排310中流通的输入/输出电流。该运算处理部305由例如微型计算机、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等构成即可。
在具有上述的结构的本实施方式的电流传感器300中，磁场伴随输入/输出电流在母排310中流通而从母排310产生。根据从母排310产生的磁场的强度，磁传感器部302的第一～第四磁检测元件R1～R4的电阻值发生变化。而且，根据磁传感器部302的第一输出端口E1及第二输出端口E2的电位差，传感器信号从差分检测器输出。而且，从差分检测器输出的传感器信号通过A/D转换部304转换为数字信号。之后，通过运算处理部305，计算在母排310中流通的输入/输出电流。
电气控制装置可具备本实施方式的电流传感器300(参照图20)。此外，作为本实施方式的电气控制装置，可举出例如混合动力电动汽车(HEV：Hybrid Electric Vehicle)或电动汽车(EV：Electric Vehicle)等的电池管理系统、逆变器及变换器等。本实施方式的电流传感器300用于测定来自电源的输入/输出电流，并将与所测定的电流相关的信息输出到电气控制装置等。
在本实施方式的电流传感器300中，由于与磁阻效应元件2的第一端面23及第二端面24中的各个相邻地设置有第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42，与磁阻效应元件2的第一侧面21及第二侧面22中的各个相邻地设置有第一轭部31及第二轭部32，因此，磁传感器部302所具有的磁传感器1对从母排310产生的磁场具有高灵敏度，并且能够抑制从磁传感器部302输出的信号发生滞后。因此，根据本实施方式的电流传感器300，能够以高精度检测在母排310中流通的输入/输出电流。
以上说明的实施方式是为了使本发明容易理解而记载的，而不是为了限定本发明。因此，上述实施方式公开的各要素旨在也包含属于本发明的技术范围的全部设计变更或等价物。
在上述实施方式中，以磁传感器1具有一个磁阻效应元件2、与其第一端面23及第二端面24中的各个相邻地设置的第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42、以及与其第一侧面21及第二侧面22中的各个相邻地设置的第一轭部31及第二轭部32的方式为例进行了说明，但不限于该方式。例如，可以不具有第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42中的任一方，也可以不具有第一轭部31及第二轭部32中的任一方。
另外，磁传感器1可以具有多个磁阻效应元件2。在该情况下，多个磁阻效应元件2可以以在X方向上的彼此之间夹持轭部3(第一轭部31或第二轭部32)的方式排列(参照图22)。即，磁阻效应元件2和轭部3(第一轭部31、第二轭部32)相互交替地沿着X方向排列。在该方式中，第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42的X方向的长度W41、W42为全部磁阻效应元件2及全部轭部3(第一轭部31、第二轭部32)容纳于由第一偏置磁场产生部41及第二偏置磁场产生部42夹持的区域(该长度W41、W42的范围内的区域)内的程度即可。
实施例
下面，举出试验例对本发明进行进一步详细说明，但本发明不限于下述试验例。
[试验例1]
在具有图1～图4所示的结构的磁传感器1中，通过模拟求出使外部磁场在-20mT～20mT的范围内变动时的来自磁传感器1的输出信号，计算磁传感器1的灵敏度及输出信号的滞后(试验例1)。将模拟结果示于图23及图24。此外，在上述模拟中，构成磁传感器1的磁阻效应元件2(自由层203(FL)、第一铁磁性层2011(RL)、第二铁磁性层2013(PL))、第一轭部31(SY1)、第二轭部32(SY2)、第一偏置磁场产生部41(HM1)及第二偏置磁场产生部42(HM2)的各自的X方向的长度(W，μm)、Y方向的长度(L，μm)、Z方向的长度(T，μm)、体积磁化(M，emu/cm3)、交换结合能量(A，erg/cm)及磁场强度(Hk，Oe)如表1所示。
表1
W(μm) L(μm) T(μm) M(emu/cm3) A(erg/cm) Hk(Oe)
FL 0.8 2 10 800 1×10-6 0
RL 0.8 2 1.8 1400 1×10-6 0
PL 0.8 2 1.8 1400 1×10-6 0
SY1 0.5 2 10 800 1×10-6 0
SY2 0.5 2 10 800 1×10-6 0
HM1 4 1.75 40 400 1×10-8 15000
HM2 4 1.75 40 400 1×10-8 15000
[试验例2]
除了设第一轭部31(SY1)及第二轭部32(SY2)的Z方向的长度(T)为20μm以外，与试验例1同样地，通过模拟求出来自磁传感器1的输出信号，计算磁传感器1的灵敏度及输出信号的滞后(试验例2)。将结果示于图23及图24。
[试验例3]
除了设第一轭部31(SY1)及第二轭部32(SY2)的Z方向的长度(T)为30μm以外，与试验例1同样地，通过模拟求出来自磁传感器1的输出信号，计算磁传感器1的灵敏度及输出信号的滞后(试验例3)。将结果示于图23及图24。
[试验例4]
使用具有图5～图8B所示的结构的磁传感器1，设第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321及第二端面312、322的倾斜角度θ3、以及第一偏置磁场产生部41的第一相对面411及第二偏置磁场产生部42的第二相对面412的倾斜角度θ4为20°、30°、40°、50°、60°、70°或80°，除此以外，与试验例1同样地，通过模拟求出来自磁传感器1的输出信号，计算磁传感器1的灵敏度及输出信号的滞后(试验例4)。将结果示于图23及图24。
[试验例5]
除了设第一轭部31(SY1)及第二轭部32(SY2)的Z方向的长度(T)为20μm以外，与试验例4同样地，通过模拟求出来自磁传感器1的输出信号，计算磁传感器1的灵敏度及输出信号的滞后(试验例5)。将结果示于图23及图24。
[试验例6]
除了设第一轭部31(SY1)及第二轭部32(SY2)的Z方向的长度(T)为30μm以外，与试验例4同样地，通过模拟求出来自磁传感器1的输出信号，计算磁传感器1的灵敏度及输出信号的滞后(试验例6)。将结果示于图23及图24。
[试验例7]
使用具有图9、图10A、图11A及图11C所示的结构的磁传感器1，设第一偏置磁场产生部41的第一突出部43的突出长度L43及第二偏置磁场产生部42的第二突出部44的突出长度L44为0.05μm、0.1μm、0.15μm、0.2μm或0.25μm，除此以外，与试验例3同样地，通过模拟求出来自磁传感器1的输出信号，计算磁传感器1的灵敏度及输出信号的滞后(试验例7)。将结果示于图25及图26。
[试验例8]
除了设第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321及第二端面312、322的倾斜角度θ3、以及第一偏置磁场产生部41的第一相对面411及第二偏置磁场产生部42的第二相对面412的倾斜角度θ4为50°以外，与试验例7同样，通过模拟求出来自磁传感器1的输出信号，计算磁传感器1的灵敏度及输出信号的滞后(试验例8)。将结果示于图25及图26。
在图23所示的图表中，纵轴表示归一化的灵敏度(Normalized sensitivity)，横轴表示第一端面311、321及第二端面312、322的倾斜角度θ3、以及第一相对面411及第二相对面412的倾斜角度θ4。在图24所示的图表中，纵轴表示归一化的滞后(Normalizedhysteresis)，横轴表示第一端面311、321及第二端面312、322的倾斜角度θ3、以及第一相对面411及第二相对面412的倾斜角度θ4。
在图25所示的图表中，纵轴表示归一化的灵敏度(Normalized sensitivity)，横轴表示第一偏置磁场产生部41的第一突出部43的突出长度L43及第二偏置磁场产生部42的第二突出部44的突出长度L44。在图26所示的图表中，纵轴表示归一化的滞后(Normalizedhysteresis)，横轴表示第一偏置磁场产生部41的第一突出部43的突出长度L43及第二偏置磁场产生部42的第二突出部44的突出长度L44。
如图23及图24所示，可确认：第一轭部31及第二轭部32的Z方向的长度(T)越大，则越能提高磁传感器1的灵敏度，且越可降低输出信号的滞后。另外，可确认：相较于第一轭部31及第二轭部32的第一端面311、321及第二端面312、322、以及第一偏置磁场产生部41的第一相对面411及第二偏置磁场产生部42的第二相对面412相对于XY平面正交(试验例1-3)，该第一端面311、321、第二端面312、322、第一相对面411及第二相对面412相对于XY平面倾斜(试验例4-6)更能够提高磁传感器1的灵敏度，且降低输出信号的滞后。特别地，可确认：由于第一端面311、321及第二端面312、322的倾斜角度θ3、以及第一相对面411及第二相对面412的倾斜角度θ4为40～70°，因此，能够有效地提高磁传感器1的灵敏度，且有效地降低输出信号的滞后。
如图25及图26所示，可确认：由于第一偏置磁场产生部41具有朝向磁阻效应元件2的第一端面23突出的第一突出部43，第二偏置磁场产生部42具有朝向磁阻效应元件2的第二端面24突出的第二突出部44(试验例7和8)，因此，能够提高磁传感器1的灵敏度，且降低输出信号的滞后。

Claims (20)

1.一种磁传感器，其特征在于，
具备：
磁阻效应元件，其包含在第一方向上相互相对的第一侧面及第二侧面、以及在实质上与所述第一方向正交的第二方向上相互相对的第一端面及第二端面，该磁阻效应元件在所述第一方向上具有灵敏度轴；
第一轭部，其与所述磁阻效应元件的所述第一侧面相邻地设置；
第一偏置磁场产生部，其与所述磁阻效应元件的所述第一端面相邻地设置；以及
基板，其具有第一面，
包含所述第一侧面的平面、包含所述第二侧面的平面、包含所述第一端面的平面及包含所述第二端面的平面，是与所述基板的所述第一面交叉的面，
所述磁阻效应元件、所述第一轭部及所述第一偏置磁场产生部设置于所述基板的所述第一面上，
所述第一偏置磁场产生部设置为可对所述磁阻效应元件及所述第一轭部施加偏置磁场。
2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，
所述第一方向上的所述第一偏置磁场产生部的长度比所述第一方向上的所述磁阻效应元件及所述第一轭部的长度的合计长，
所述磁阻效应元件及所述第一轭部以容纳于所述第一方向上的所述第一偏置磁场产生部的长度的范围的区域的方式设置。
3.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
还具备第二轭部，其与所述磁阻效应元件的所述第二侧面相邻地设置。
4.根据权利要求3所述的磁传感器，其特征在于，
所述第一方向上的所述第一偏置磁场产生部的长度比所述第一方向上的所述磁阻效应元件、所述第一轭部及所述第二轭部的长度的合计长，
所述磁阻效应元件、所述第一轭部及所述第二轭部以容纳于所述第一方向上的所述第一偏置磁场产生部的长度的范围的区域的方式设置。
5.根据权利要求3所述的磁传感器，其特征在于，
具备多个所述磁阻效应元件，
所述磁阻效应元件、和所述第一轭部及所述第二轭部中的任一方，沿着所述第一方向交替地排列。
6.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
所述第一偏置磁场产生部与所述磁阻效应元件的所述第一端面相接。
7.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
所述第一偏置磁场产生部相对于所述磁阻效应元件的所述第一端面以规定的间隔相对。
8.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
在所述磁传感器的俯视时，所述第一偏置磁场产生部的位于所述磁阻效应元件侧的端部与所述第一轭部的端部重叠。
9.根据权利要求8所述的磁传感器，其特征在于，
还具备第二偏置磁场产生部，其与所述磁阻效应元件的所述第二端面相邻地设置，
在所述磁传感器的俯视时，所述第二偏置磁场产生部的位于所述磁阻效应元件侧的端部与所述第一轭部的端部重叠。
10.根据权利要求9所述的磁传感器，其特征在于，
所述第二偏置磁场产生部具有与所述磁阻效应元件的所述第二端面相对的第二相对面，
所述第二相对面相对于所述第二方向以规定的角度倾斜，
与所述第二相对面相对的所述第一轭部的第二端面相对于所述第二方向以规定的角度倾斜。
11.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
所述第一偏置磁场产生部具有：相对面，其与所述磁阻效应元件的所述第一端面相对；以及突出部，其从所述相对面朝向所述磁阻效应元件的所述第一端面突出。
12.根据权利要求11所述的磁传感器，其特征在于，
还具备第二偏置磁场产生部，其与所述磁阻效应元件的所述第二端面相邻地设置，
所述第二偏置磁场产生部具有：相对面，其与所述磁阻效应元件的所述第二端面相对；以及突出部，其从所述相对面朝向所述磁阻效应元件的所述第二端面突出。
13.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
所述磁阻效应元件包含至少层叠了磁化固定的磁化固定层、和磁化方向根据外部磁场变化的磁化自由层的层叠体。
14.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，
所述磁阻效应元件为AMR元件、GMR元件或TMR元件。
15.一种磁传感器，其特征在于，
具备：
磁阻效应元件，其包含在第一方向上相互相对的第一侧面及第二侧面、以及在实质上与所述第一方向正交的第二方向上相互相对的第一端面及第二端面，该磁阻效应元件在所述第一方向上具有灵敏度轴；
第一轭部，其与所述磁阻效应元件的所述第一侧面相邻地设置；
第一偏置磁场产生部，其与所述磁阻效应元件的所述第一端面相邻地设置；以及
第二偏置磁场产生部，其与所述磁阻效应元件的所述第二端面相邻地设置，
所述第一偏置磁场产生部设置为可对所述磁阻效应元件及所述第一轭部施加偏置磁场。
16.根据权利要求15所述的磁传感器，其特征在于，
所述第二偏置磁场产生部与所述磁阻效应元件的所述第二端面相接。
17.根据权利要求15所述的磁传感器，其特征在于，
所述第二偏置磁场产生部相对于所述磁阻效应元件的所述第二端面以规定的间隔相对。
18.一种磁传感器，其特征在于，
具备：
磁阻效应元件，其包含在第一方向上相互相对的第一侧面及第二侧面、以及在实质上与所述第一方向正交的第二方向上相互相对的第一端面及第二端面，该磁阻效应元件在所述第一方向上具有灵敏度轴；
第一轭部，其与所述磁阻效应元件的所述第一侧面相邻地设置；以及
第一偏置磁场产生部，其与所述磁阻效应元件的所述第一端面相邻地设置，
所述第一偏置磁场产生部设置为可对所述磁阻效应元件及所述第一轭部施加偏置磁场，
所述第一偏置磁场产生部具有与所述磁阻效应元件的所述第一端面相对的第一相对面，
所述第一相对面相对于所述第二方向以规定的角度倾斜，
与所述第一相对面相对的所述第一轭部的第一端面相对于所述第二方向以规定的角度倾斜。
19.一种位置检测装置，其特征在于，
具备：
磁检测部，其基于外部磁场伴随移动体的移动的变化，输出检测信号；
位置检测部，其基于从所述磁检测部输出的所述检测信号，检测所述移动体的位置，
所述磁检测部具有权利要求1或2所述的磁传感器。
20.一种电流传感器，其特征在于，
具备磁检测部，其检测从流通测定对象电流的导体产生的磁力，
所述磁检测部具有权利要求1或2所述的磁传感器。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6900936B2 (ja) * 2018-06-08 2021-07-14 Tdk株式会社 磁気検出装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010197399A (ja) * 2010-04-01 2010-09-09 Mitsubishi Electric Corp 磁界検出装置およびそれを調整する方法
JP2017078594A (ja) * 2015-10-19 2017-04-27 アルプス電気株式会社 磁気センサ、磁界の測定方法、電流センサ、および電流の測定方法
CN108205119A (zh) * 2016-12-20 2018-06-26 Tdk株式会社 三轴磁传感器及其制造方法
JP2018112481A (ja) * 2017-01-12 2018-07-19 アルプス電気株式会社 磁気センサ
CN109490799A (zh) * 2017-09-13 2019-03-19 Tdk株式会社 磁传感器
CN109724506A (zh) * 2017-10-31 2019-05-07 Tdk株式会社 位置检测装置
CN110277489A (zh) * 2018-03-16 2019-09-24 Tdk株式会社 磁阻效应元件及其制造方法和位置检测装置
CN111090063A (zh) * 2018-10-24 2020-05-01 Tdk株式会社 磁传感器
CN111566495A (zh) * 2017-12-27 2020-08-21 旭化成微电子株式会社 磁传感器模块和用于该磁传感器模块的ic芯片

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001281313A (ja) 2000-01-27 2001-10-10 Hitachi Metals Ltd 磁界センサー、それを用いた磁気式エンコーダー、及び磁気ヘッド
JP2002260204A (ja) 2001-02-27 2002-09-13 Fujitsu Ltd 磁気ヘッド
JP2003067904A (ja) 2001-08-28 2003-03-07 Hitachi Ltd 磁気抵抗効果型磁気ヘッドおよびその製造方法
JP2003077107A (ja) 2001-09-06 2003-03-14 Sony Corp 磁気抵抗効果型磁気ヘッド
JP4285695B2 (ja) 2004-03-15 2009-06-24 財団法人電気磁気材料研究所 薄膜磁気センサ及び回転センサ
JP5066581B2 (ja) 2007-12-28 2012-11-07 アルプス電気株式会社 磁気センサ及び磁気センサモジュール
JP5210983B2 (ja) 2009-06-26 2013-06-12 アルプス電気株式会社 地磁気センサ
WO2015190468A1 (ja) * 2014-06-11 2015-12-17 三菱電機株式会社 磁気センサ装置
JP6627774B2 (ja) * 2014-11-18 2020-01-08 日立金属株式会社 磁気センサ及びその製造方法並びにそれを用いた電流量検出器
JP2018054460A (ja) * 2016-09-29 2018-04-05 大同特殊鋼株式会社 薄膜磁気センサ
US10481181B2 (en) * 2017-04-25 2019-11-19 Allegro Microsystems, Llc Systems and methods for current sensing
US10816615B2 (en) 2017-05-19 2020-10-27 Asahi Kasei Microdevices Corporation Magnetic sensor
JP2018194534A (ja) 2017-05-19 2018-12-06 旭化成エレクトロニクス株式会社 磁気センサ
US10700267B2 (en) * 2017-11-13 2020-06-30 Tdk Corporation Magnetoresistive element, manufacturing method thereof and magnetic sensor
JP6828676B2 (ja) 2017-12-27 2021-02-10 Tdk株式会社 磁気センサ

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010197399A (ja) * 2010-04-01 2010-09-09 Mitsubishi Electric Corp 磁界検出装置およびそれを調整する方法
JP2017078594A (ja) * 2015-10-19 2017-04-27 アルプス電気株式会社 磁気センサ、磁界の測定方法、電流センサ、および電流の測定方法
CN108205119A (zh) * 2016-12-20 2018-06-26 Tdk株式会社 三轴磁传感器及其制造方法
JP2018112481A (ja) * 2017-01-12 2018-07-19 アルプス電気株式会社 磁気センサ
CN109490799A (zh) * 2017-09-13 2019-03-19 Tdk株式会社 磁传感器
CN109724506A (zh) * 2017-10-31 2019-05-07 Tdk株式会社 位置检测装置
CN111566495A (zh) * 2017-12-27 2020-08-21 旭化成微电子株式会社 磁传感器模块和用于该磁传感器模块的ic芯片
CN110277489A (zh) * 2018-03-16 2019-09-24 Tdk株式会社 磁阻效应元件及其制造方法和位置检测装置
CN111090063A (zh) * 2018-10-24 2020-05-01 Tdk株式会社 磁传感器

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Publication number Publication date
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