DE102005009923A1

DE102005009923A1 - Magnetoresistiver Sensor zur Bestimmung einer Position des Sensors

Info

Publication number: DE102005009923A1
Application number: DE102005009923A
Authority: DE
Inventors: Fritz Dr. Dettmann; Uwe Loreit
Original assignee: Sensitec GmbH
Current assignee: Sensitec GmbH
Priority date: 2005-03-04
Filing date: 2005-03-04
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-03-05
Also published as: DE102005009923B4

Abstract

Es werden Spin Valve-Sensoren und AMR-Sensoren zur Positionsbestimmung an einem periodischen magnetischen Maßstab beschrieben, die aus einer Anzahl von magnetoresistiven Streifenabschnitten bei unterschiedlichen Positionen in Messrichtung bestehen. Bei jeweils fester Sensorposition tritt in allen Streifenabschnitten, die gemeinsam einen Widerstand des Sensors bilden, ein übereinstimmender widerstandsbestimmender Winkel auf, der bei den Spin Valve-Schichten zwischen der freien und der festen Magnetisierung und bei AMR-Schichten zwischen Strom und Magnetisierung liegt. Feste Magnetisierung und Stromrichtung sind entsprechend eingestellt. Die Erfindung gestattet, in jedem Sensor die maximalen durch die Materialien begrenzten Ausgangsspannungsamplituden zu erhalten. Das gilt auch bei Oberwellenfilterung. Die gleichzeitige Entfernung aller höheren Harmonischen aus dem Sensorsignal wird ermöglicht.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Sensoren auf der Basis des gigantischen magnetoresistiven (GMR) Effektes oder des anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekts, deren Ausgangssignal durch die Richtung eines Magnetfeldes bestimmt wird, wobei die Richtung eines magnetischen Feldes von der Position in Messrichtung periodisch abhängig ist. Eingesetzt werden solche Sensoren zur Positionsbestimmung und zur Längenmessung gemeinsam mit magnetischen Maßstäben, die aus gleich langen Bereichen mit abwechselnd entgegengesetzt gerichteter Magnetisierung bestehen. Angewendet werden solche Messsysteme beispielsweise in der Feinmechanik, im Maschinenbau und im Automobilbau.

Sensoren der genannten Art sind bekannt. In der Patentschrift DE 44 38 715 wird ein AMR-Sensor beschrieben, der aus zwei Wheatstone-Brücken besteht, die aus AMR-Widerstandsstreifen mit einer Breite gebildet sind, die klein gegen die Periodenlänge des Magnetfeldes eines magnetischen Maßstabes, der aus in Messrichtung gleich langen Abschnitten mit abwechselnd entgegen gerichteter Magnetisierung besteht. Die jeweils vier Widerstände jeder Brücke sind in jeweils zwei Flächen untergebracht. Die beiden Brücken sind in Messrichtung gegeneinander üblicherweise um eine solche Distanz versetzt, dass ihre Ausgangsignale um ein Viertel ihrer Periodenlänge verschoben sind. Die Position des Sensors gegenüber dem magnetischen Maßstab wird dann aus der von einem Anfangspunkt aus durchlaufenen ganzen Zahl der Perioden der Ausgangssignale und dazu dem Bruchteil der letzten Periode, der sich aus der Arcustangens-Interpolation der beiden Signale ergibt, ermittelt. Zur Positionsermittlung mit hoher Genauigkeit werden einmal hohe Signalspannungen benötigt, die nur bei hohen Brückenwiderstandswerten ohne starke Eigenerwärmung durch den Messstrom realisierbar sind. Deshalb werden die Flächen, die mit jeweils parallelen Widerstandsstreifen belegt sind, möglichst groß gewählt. Damit ist jedoch die Richtung des Magnetfeldes des Maßstabs im Bereich der Flächen nicht mehr als konstant anzusehen. Durch die Mittelwertbildung bleibt so die Signalamplitude weit unter den Erwartungen.

Die Positionsermittlung mit hoher Genauigkeit erfordert zum Zweiten Ausgangssignale mit möglichst geringem Oberwellenanteil. Sensoranordnungen mit geringem Oberwellenanteil im Signal werden beispielsweise in der Patentschrift US 4 818 939 beschrieben. Sie erfordern in jedem Widerstand elektrisch in Reihe geschaltete magnetoresistive Streifen im Abstand von einem Sechstel der Periodenlänge. In diesem Abstand ist die Richtung des Magnetfeldes deutlich unterschiedlich, so dass auch hier ein Signalamplitudenabfall durch die Mittlung über alle Widerstandsstreifen entsteht. In den Schriften DE 42 02 680 und DE 196 52 562 werden weitere Möglichkeiten der Oberwellenunterdrückung in Signalen von Sensoren dargestellt, die aus magnetoresistivem Material bestehen, bei dem anders als beim AMR-Effekt oder beim GMR-Effekt der spezifische Widerstand nur durch den Betrag der einwirkenden Magnetfeldstärke geändert wird, ohne von der Stromrichtung oder der Magnetisierungsrichtung abhängig zu sein. Nutzt man die dort angegebenen, für die Materialien mit AMR- oder GMR-Effekt sinnvollen Anordnungen, ergeben sich durch Mittelwertbildung über größere Periodenlängenanteile und Richtungen noch stärkere Einschränkungen der Amplituden der Sensorsignale.

Aus den Schriften DE 198 39 450 und US 2002/0 006 017 sind magnetoresistive Winkelsensoren bekannt, die den AMR- bzw. GMR-Effekt nutzen. In beiden Schriften werden Anordnungen angegeben, die der Eliminierung von Oberwellen in den Sensorsignalen führen. Gegenüber den Anordnungen ohne Oberwellenfilterung ist auch hier mit wesentlichen Amplitudenverringerungen der Sensorsignale zu rechnen. Gleiches gilt für die in den Schriften US 200 40 12 386 , JP 101 85 507 und JP 30 48 119 vorgeschlagenen Anordnungen zur Längenmessung, deren Filterwirkung bezüglich der Oberwellen nur auf eine einzige, nämlich auf die 3. Harmonische und nur in einem Fall sowohl auf die 3. als auch die 5. Harmonische beschränkt bleiben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Sensoranordnungen für die Längen- und Positionsbestimmung auf der Basis des AMR- und des GMR-Effektes anzugeben, die durch hohe Signalamplituden hohe Messgenauigkeiten ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch magnetoresistive Sensoren entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der magnetoresistiven Sensoren werden in den Unteransprüchen dargestellt.

Die Widerstände der magnetoresistiven Sensoren werden aus Streifenabschnitten gebildet. In Streifenabschnitten mit Spin Valve GMR-Effekt ist der Widerstandswert durch die Gleichung R(β) = R0 + ΔR/2·(1 – cos(β)) (1)gegeben mit β = φM1 – δM2 (2)als dem widerstandsbestimmenden Winkel. φ_M1 ist dabei der Winkel, den die freie Magnetisierung der ersten Schichtkomponente in den Streifenabschnitten mit der Messrichtung x bildet, in der sich der Maßstab erstreckt. δ_M2 ist der Winkel, den die fest eingestellte Magnetisierung der zweiten Schichtkomponente in den Streifenabschnitten mit der Messrichtung x einschließt. Diese Magnetisierungsrichtung ist durch die Herstellungsbedingungen fest vorgegeben.

Tritt der AMR-Effekt in den Streifenabschnitten auf, ist der Widerstandswert durch die Gleichung R(α) = R0 + ΔRA·(cos(α))2 (3)gegeben mit α = φM – δI (4)als dem widerstandsbestimmenden Winkel. Hier ist φ_M der Winkel, den die Magnetisierung der AMR-Schicht in den Streifenabschnitten mit der Messrichtung x bildet. δ_I ist der Winkel, den die Stromrichtung in den Streifenabschnitten mit der Messrichtung x einschließt. Sie ist durch die Geometrie der Streifenabschnitte und ihrer Anschlüsse bestimmt und durch die Herstellungsbedingungen fest vorgegeben.

Die Richtung der Magnetisierung der freien Schicht M1 im Falle der Anwendung von Spin Valve GMR-Schichten bzw. die Richtung der Magnetisierung M der AMR-Schichten stellen sich bei genügender Feldstärke des Maßstabsfeldes in Richtung desselben ein. Werden für einen jeweiligen Widerstand eines magnetoresistiven Sensors mehrere Streifenabschnitte benötigt, die sich bei unterschiedlichen Werten der x-Koordinate in Messrichtung befinden, sind unterschiedliche Richtungen der Magnetisierung der AMR-Schicht bzw. der freien Schichtkomponente der GMR-Schicht unvermeidlich. Damit sind beispielsweise die maximalen Widerstandswerte für eine bestimmte Sensorposition gegenüber dem Maßstab in allen Streifenabschnitten eines jeweiligen Widerstandes nicht ohne weiteres möglich. Gleiches trifft für die minimalen Widerstandswerte zu. Bei Reihenschaltung der Streifenabschnitte ergibt sich ein gemittelter Widerstandswert des jeweiligen Widerstandes des Sensors. Das führt dazu, dass die Ausgangsspannung einer aus den vier Widerständen des Sensors gebildeten Brücke ihre maximal mögliche Amplitude im Allgemeinen nicht erreichen kann.

Erfindungsgemäß wird für alle Streifenabschnitte eines Widerstandes des Sensors in jeder beliebigen Sensorposition x ein übereinstimmender Wert des widerstandsbestimmenden Winkels eingestellt. Erreicht wird das dadurch, dass von der dem bisherigen Stand der Technik entsprechenden Anordnung der zu einem jeweiligen Widerstand gehörenden Streifenabschnitte abgewichen wird. Bisher werden Streifenabschnitte mit paralleler Längsrichtung (übereinstimmend mit der Richtung des Stromes I) im Falle von AMR-Sensoren und Streifenabschnitte mit paralleler fest eingeprägter Magnetisierung M₂ im Falle von GMR-Sensoren benutzt. Entsprechend der Erfindung wird die Längsrichtung im Falle der AMR-Sensoren und die Richtung der festen Magnetisierung M₂ der GMR-Sensoren dem Feldverlauf des magnetischen Maßstabs angepasst. Die Längsrichtung von Streifenabschnitten von AMR-Sensoren bilden so abhängig von ihrer Lage auf dem Sensorchip in x-Richtung unterschiedliche Winkel δ_I mit der x-Richtung. Ebenso ist die Richtung der festen Magnetisierung bei GMR-Streifenabschnitten durch unterschiedliche Winkel δ_M2 von der Lage auf dem Sensorchip in x-Richtung abhängig. Spezielle Verläufe für die Winkel werden in den Unteransprüchen 4 bzw. 11 angegeben.

Die Verwendung von zwei oder mehr Streifenabschnitten in jedem Widerstand des Sensors ist aus unterschiedlichen Gründen vorteilhaft. So lässt sich durch eine große Zahl von Streifenabschnitten ein hoher Widerstandswert für die Sensorbrücken erreichen. Das ist für geringen Leistungsumsatz und für geringen Stromverbrauch notwendig und ermöglicht beispielsweise den Langzeiteinsatz mit Batteriebetrieb. Mit der erfindungsgemäßen Lösung können die Streifenabschnitte nun über die volle Periodenlänge des Magnetfeldes des Maßstabs verteilt angeordnet werden. Das Ausgangssignal verglichen mit dem eines konventio nellen Sensors, wenn Streifenabschnitte eines Widerstandes in beiden Fällen über einer halben Periodenlänge verteilt sind, steigt um über 40%.

Magnetoresistive Sensoren für die Längenmessung enthalten üblicherweise zwei Sensorbrücken, die um ein Viertel der Periodenlänge in Messrichtung gegeneinander versetzt sind. Der hochaufglöste Positionswert des Sensors wird dabei mit Hilfe der Arcustangensinterpolation aus den Signalen der beiden Brücken ermittelt. Voraussetzung für ein möglichst genaues Messergebnis ist, dass die beiden Brückensignale bestmöglich der Sinus- bzw. Kosinusfunktion mit der Periodenlänge des Messsignals entsprechen. Magnetische Maßstäbe weisen aber besonders nahe ihrer Oberfläche, wo die für die Messung vorteilhaften hohen Magnetfeldstärken vorhanden sind, eher rechteckige als sinusförmige Feldverteilungen auf. Das bedeutet, dass neben dem Sinus mit der Mess-Periodenlänge auch noch Oberwellen vorhanden sind. Es sind, wie oben angegeben, magnetoresistive Sensoren bekannt, die auf Grund der Verteilung ihrer Streifenabschnitte insbesondere stark auftretende ungeradzahlige Harmonische aus dem Messsignal herausfiltern. Mit der vorliegenden Erfindung wird nun ermöglicht, den Anteil jeder einzelnen Harmonischen aus den Messsignalen der Brücken (oder Halbbrücken) zu entfernen, ohne dass die Signalamplitude gegenüber dem Fall ohne Oberwellenfilterung abfällt. Die dadurch gegenüber dem Stand der Technik gewonnene Signalerhöhung beträgt mindestens 15%. Es ist ebenso möglich, Sensoren entsprechend der Erfindung aufzubauen, die bestimmte unterschiedliche störende Harmonische aus den Messsignalen entfernen (z. B. die 3., 5. und 7. Harmonische) mit einem noch größeren Amplitudengewinn gegenüber bekannten Sensorstrukturen. Weiter sind bei gleichförmiger Verteilung von Streifenabschnitten der Widerstände der Brücken (oder Halbbrücken) über eine Länge auf dem Sensorchip, die der Periodenlänge des Magnetfeldes entspricht, alle im Maßstabsfeld enthaltenen Oberwellenanteile gleichzeitig ohne Signalabfall eliminierbar. Das trifft auch für spezielle Anordnungen der unterschiedlichen Brückenwiderstände zu, wenn sich die Streifenabschnitte jedes Widerstandes nur über die Hälfte oder ein Viertel der Periodenlänge erstreckt.

Neben der verbesserten Filterwirkung für Oberwellenanteile und einer Signalvergrößerung ist durch die Erfindung auch noch eine Erweiterung des Bereiches der Amplitude des Magnetfeldes des Maßstabes gegeben, in dem die Sensorsignale einen sicheren Betrieb der Längenmessanordnung zulassen. Die Bereichserweiterung ist sowohl an der unteren Grenze wirksam, da bei erfindungsgemäßen Anordnungen schon bei geringeren Feldamplituden eine vollständige Rotation der Magnetisierung der Streifenabschnitte auftritt, als auch an der oberen Grenze, weil selbst in nächster Nähe zur Maßstabsoberfläche trotz des dort rechtekkigen Verlaufs des Magnetfeldes durch Herausfiltern aller Harmonischen an den Brückenausgängen des Sensors immer noch sinusförmige Signale anstehen. Diese Bereichserweiterung für die Feldamplitude kann auch für die Erhöhung der zulässigen Toleranz des Abstan des zwischen Maßstabsoberfläche und Sensor genutzt werden. Im Falle von Spin Valve GMR-Sensoren ist die Nutzung der hohen Feldstärken allerdings an die Voraussetzung gebunden, dass hohe Koppelfeldstärken zwischen der Schichtkomponente mit der festen Magnetisierung und dem Antiferromagneten vorhanden sind.

Die Erfindung wird im Folgenden an einer Reihe von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der zugehörigen Zeichnung sind dargestellt:
in 1: Spin Valve Streifenabschnitte eines Widerstandes auf dem Chip eines GMR-Sensors in zwei Positionen über dem Maßstab,
in 2: Streifenabschnitte eines Widerstandes auf dem Chip eines AMR-Sensors in zwei Positionen über dem Maßstab,
in 3: Anordnung nach 1 mit Winkeln der festen Magnetisierung,
in 4: Anordnung nach 2 mit Winkeln der Streifenlängsrichtung,
in 5: GMR-Halbbrücke mit vielen Streifen über dem Maßstab,
in 6: AMR-Halbbrücke mit vielen Streifen über dem Maßstab,
in 7: GMR-Halbbrücke zur Filterung der dritten Harmonischen,
in 8. AMR-Halbbrücke zur Filterung der dritten Harmonischen,
in 9: Widerstand eines AMR-Sensors zur Filterung der 3. Harmonischen mit geringem Offset,
in 10: Widerstand nach 9 entsprechend der Erfindung.
In den Zeichnungen sind keine kompletten magnetoresistiven Sensoren für die Längen- und Positionsbestimmung dargestellt. Solche Sensoren enthalten in jedem Fall zwei um ein Viertel der Signalperiodenlänge λ in Messrichtung gegeneinander versetzte Sensorelemente, von denen eins ein Signal mit der Positionsabhängigkeit A·sin(2·π·x/λ) und das andere ein Signal mit der Positionsabhängigkeit A·cos(2·π·x/λ) abgibt. Diese Sensorelemente enthalten aus Streifenabschnitten dünner magnetoresistiver Schichten bestehende Widerstände. Dabei kann ein Sensorelement nur einen Widerstand enthalten, es kann als Spannungsteiler (Halbbrücke) oder auch als volle Wheatstonesche Brücke aufgebaut sein. Die Erfindung gibt für den Aufbau der Widerstände aus den Streifenabschnitten neue, vorteilhafte Anordnungen an. Diese sind in allen Varianten der Sensorelemente einsetzbar. Vorteilhafterweise sollten alle Widerstände der Sensorelemente in gleichem Maße mit der neuen Anordnung realisiert sein. Die Anordnung der zu beiden Sensorelementen gehörenden Widerstände auf der Chipfläche der Sensoren kann dabei, wie dem Stand der Technik entnehmbar ist, in Messrichtung abwechselnd, ineinander verschachtelt, in unterschiedlichen Abständen zum Maßstab oder auch in anderer Weise erfolgen. Die Zeichnungen dienen der Erläuterung des Prinzips der Anordnung der Streifenabschnitte in den Widerständen. Sie sind nicht maßstäblich. In allen Figuren werden gleiche Bezugszeichen für die gleichen Teile und geometrischen oder physikalischen Größen verwendet.
In 1 wird der prinzipielle Aufbau eines erfindungsgemäßen GMR-Sensors mit Widerständen gezeigt, die aus Streifenabschnitten 5 zusammengesetzt sind, deren Schichtaufbau dem eines Spin Valve entspricht. Es ist ein magnetischer Maßstab 13 dargestellt, der in gleichen Pollängen 4 wie durch die eingezeichneten Pfeile gekennzeichnet in abwechselnder Richtung magnetisiert ist. Die doppelte Pollänge 4 ist damit die Periodenlänge des Magnetfeldes oberhalb des Maßstabs 13. Die magnetischen Feldlinien 2, die die Richtung des Magnetfeldes in jedem Punkt haben, sind oberhalb des Maßstabs eingezeichnet. Sie weist über dem links teilweise gezeigten Pol des Maßstabs im Wesentlichen nach oben, über dem vollständig gezeigten Pol im Wesentlichen nach unten und über der Grenzlinie beider Pole verläuft sie waagerecht. Mit Fortschreiten in der Messrichtung x erfolgt also eine Rechtsdrehung der Feldrichtung. Über der Polgrenzlinie des Maßstabs 13 ist ein Ausschnitt aus der Chipfläche 1 eines magnetoresistiven Sensors dargestellt. Es sind drei elektrisch in Reihe geschaltete untereinander gleiche Streifenabschnitte 5 zu sehen, die zu einem Widerstand gehören. Die Richtung der fest eingestellten Magnetisierung M₂ der zweiten Schichtkomponente der Spin Valve Schicht wird für jeden Streifenabschnitt 5 gezeigt. Mit Fortschreiten der Position auf dem Sensorchip in Messrichtung x ist eine Rechtsdrehung der Richtung der Magnetisierung M₂ vorhanden. Da das Maß dieser Rechtsdrehung mit Fortschreiten in Messrichtung x dem des Maßstabsfeldes bei der Einprägung der Richtung von M₂ angepasst wurde, ergibt sich, dass die Winkel zwischen der Richtung des Feldes und der Richtung von M₂ in allen Streifen untereinander gleich sind. Im speziellen Fall der 1 handelt es sich um Winkel von 90°. Da das magnetische Feld am Ort der Streifenabschnitte 5 von geeigneter Stärke ist, stimmt die Richtung der Magnetisierung M₁ der freien Komponente der Spin Valve Schicht mit der des Feldes überein und die widerstandsbestimmenden Winkel zwischen M₁ und M₂ sind ebenfalls untereinander gleich. Entsprechend Gleichung (1) stimmen dann auch die Widerstandswerte der Streifenabschnitte 5 miteinander überein.
Im rechten Teil der 1 ist noch einmal derselbe Ausschnitt aus der Chipfläche eines magnetoresistiven Sensors 1 dargestellt wie im linken Teil. Er ist wegen seiner Verschiebung in der Messrichtung x jetzt aber anderen Magnetfeldrichtungen ausgesetzt. Aber auch in dieser Position gilt natürlich, dass mit Fortschreiten in x-Richtung sich die Magnetfeldrichtung weiter nach rechts dreht. Somit ist in der neuen Position zwar ein anderer Winkelwert zwischen den Magnetisierungen M₂ und den Magnetfeldrichtungen vorhanden, die Winkelwerte der unterschiedlichen Streifenabschnitte 5 sind aber wieder untereinander gleich. Um das zu verdeutlichen, wurden die Winkel zwischen den Magnetisierungen M₂ und der negativen Feldrichtung 7 eingezeichnet, dessen Größe bei spitzem Winkel leichter vergleichbar ist. Auch in dieser neuen Position stimmen die widerstandsbestimmenden Winkel und damit die Widerstandswerte der Streifenabschnitte 5 miteinander überein, sie sind aber größer als in der ersten Position.
Das wesentliche Erfindungsmerkmal der in 1 dargestellten Streifenabschnitte 5 eines Widerstandes eines magnetoresistiven Sensors mit Spin Valve Schichten ist noch einmal in 3 dargestellt, die wieder denselben Ausschnitt des Sensorchips in zwei unterschiedlichen Positionen zeigt. Der Winkel 3 zwischen der fest eingestellten Magnetisierung M₂ der zweiten Komponente der Spin Valve Schichten und der Messrichtung x nimmt mit zunehmendem x-Wert auf dem Sensorchip ab. Diese Abnahme erfolgt in Anpassung an das Feld des Magnetmaßstabs 13. Der Wert der Winkel 3 (δ_j in Bogenmaß) ist gegeben durch die Beziehung δj = δ0j – 2·π·xj/λ, (5)mit δ_0j als dem Winkel zwischen der Magnetisierung M₂ und Messrichtung x am Ort des ersten Streifenabschnitts 5 (j = 1) des Widerstandes von links bei x_j = 0, λ als der Periodenlänge des Magnetfeldes in Messrichtung x und x_j als dem Koordinatenwert des jeweiligen Streifenabschnitts 5 (dargestellt: j = 1; 2; 3) auf dem Sensorchip 1.
Für die Erfindung ist die Anzahl der Streifenabschnitte 5 nicht maßgebend, soweit sie mindestens zwei beträgt. Die Streifenabschnitte 5 können in beliebigen Abständen voneinander angeordnet sein. Die Streifenabschnitte 5 können über ein beliebige Länge in Messrichtung x verteilt sein. Diese Länge kann beispielsweise der Periodenlänge λ oder einem Bruchteil davon entsprechen. Die Streifenabschnitte 5 können in unterschiedlichem Abstand zur Oberfläche des Maßstabs angeordnet sein, auch bei gleicher Position in x-Richtung. Die Streifenabschnitte 5 können sich in x-Richtung erstrecken und direkt miteinander leitend verbunden sein, oder sie sind beabstandet und über unmagnetischen Leitschichten verbunden. Schließlich ist die Form der Streifenabschnitte 5 sowie die Richtung des Stromes darin beliebig.
Die Einstellung der Richtungen der Magnetisierung M₂ der Streifenabschnitte entsprechend der Erfindung nach Gleichung 2 kann einfach im Magnetfeld des Maßstabs 13, der dann auch für die Messung verwendet wird, erfolgen, indem die Streifenabschnitte in diesem Feld bis oberhalb ihrer Neel-Temperatur aufgeheizt und darin wieder abgekühlt werden. Selbstverständlich kann auch ein anderer Maßstab gleichen Aufbaus mit derselben Periodenlänge λ benutzt werden.
Da alle Streifenabschnitte 5 eines erfindungsgemäßen Widerstandes des magnetoresistiven Sensors bei einer beliebigen Position x des Sensors immer untereinander gleiche Widerstandswerte aufweisen, wird der Wert der Amplitude der Widerstandsänderung bei Bewegung des Sensors über eine ganze Periode λ des Maßstabs 13 immer dem durch das Spin Valve Material gegebenen Wert für diese Größe entsprechen (ΔR nach Gleichung (1)). Ein Absenken der Widerstandsamplitude durch Mittelung wie bei Anordnungen entsprechend dem Stand der Technik tritt nicht auf. Bei einem Widerstand, dessen Streifenabschnitte sich über eine Pollänge 4 verteilen, wird so bei Anwendung der Erfindung eine um 41% größere Amplitude erhalten, die dann auch im Ausgangssignal des Sensors gegeben ist. Mit der Erfindung kann der Verteilungsbereich der Streifenabstände 5 auch über eine halbe Periodenlänge (entspricht der Pollänge 4) hinaus vergrößert werden. Das wäre bei Sensoren entsprechend dem Stand der Technik nur mit eklatantem Amplitudenabfall möglich, da die Widerstandsänderung der um die Pollänge 4 versetzten Streifenabschnitte 5 gegenphasig erfolgt. Der Aufbau eines erfindungsgemäßen Widerstandes eines AMR-Sensors auf einem Sensorchip 1 aus Streifenabschnitten 5 zur Positionsbestimmung geht aus 2 hervor. Für den hier verwendeten magnetischen Maßstab 13 und die Eigenschaften des Magnetfeldes 2 gilt das bereits oben bei der Beschreibung der 1 gesagte. Auf dem Ausschnitt des Sensorchips 1 sind hier drei elektrisch in Reihe geschaltete gleiche Streifenabschnitte 5 eines Widerstandes des AMR-Sensors dargestellt. Sie befinden sich bei unterschiedlichen Positionen bezüglich der zur Messrichtung parallelen Koordinate x_i auf der Chipfläche und die Längsrichtungen der Streifenabschnitte 5 sind unterschiedlich zur Messrichtung geneigt. Die Längsrichtung der Streifenabschnitte 5 sind hier identisch mit der Stromrichtung. Der widerstandsbestimmende Winkel im Falle des AMR-Effektes ist nach Gleichung (3) der Winkel zwischen der Richtung des Stromes und der Magnetisierung der AMR-Schicht. Die Richtung der Magnetisierung M der AMR-Schicht stimmt bei genügender Stärke des Magnetfeldes 2 mit dessen Richtung überein. Wie aus der 2 ersichtlich, handelt es sich bei dem widerstandsbestimmenden Winkel 6 im links dargestellten Chip 1 für alle drei Streifenabschnitte 5 um einen Winkel mit dem gleichen Wert (90°). Somit stimmt der Widerstandswert der drei Streifenabschnitte miteinander überein. Der rechts in 2 gezeigte Chip 1 ist derselbe in eine neue Position in x verschobene Chip 1, der links gezeigt ist. Wieder sind die widerstandsbestimmenden Winkel 6 von untereinander gleichem Wert. Dieser Wert ist jedoch ein anderer als der in der links dargestellten Position. Damit stimmen die Widerstandswerte der Streifenabschnitte 5 wieder miteinander überein, sie sind aber von der Position abhängig. 4 zeigt die Chipfläche 1 an gleichen Orten wie 3. Es soll hier nur deutlich gemacht werden, dass bei der Fertigung der Streifenabschnitte 5 deren Längsrichtung den geeigneten Winkel 3 gegen die Messrichtung x bekommen muss und dass dieser von der Koordinate x_i auf der Chipfläche 1, die parallel zu x verläuft abhängt. Ist er durch die Gleichung δi = δ0i – 2·π·xi/λ (6)mit δ_0i als dem Winkel zwischen der Magnetisierung M und Messrichtung x am Ort des ersten Streifenabschnitts 5 (i = 1) des Widerstandes von links bei x_i = 0, λ als der Periodenlänge des Magnetfeldes in Messrichtung x und x_i als dem Koordinatenwert des jeweiligen Streifenabschnitts 5 (dargestellt: i = 1; 2; 3) auf dem Sensorchip 1, gegeben, werden für alle Streifenabschnitte in jeder Position x immer übereinstimmende Werte der widerstandsbestimmenden Winkel 6 (δ_i) und damit übereinstimmende Widerstandswerte erreicht.
Da alle Streifenabschnitte 5 eines erfindungsgemäßen Widerstandes des magnetoresistiven Sensors bei einer beliebigen Position x des Sensors immer untereinander gleiche Widerstandswerte aufweisen, wird der Wert der Amplitude der Widerstandsänderung bei Bewegung des Sensors über eine ganze Pollänge 4 des Maßstabs 13 immer dem durch das AMR- Material gegebenen Wert für diese Größe entsprechen (ΔR_A nach Gleichung (3)). Ein Absenken der Widerstandsamplitude durch Mittelung wie bei Anordnungen entsprechend dem Stand der Technik tritt nicht auf. Bei einem Widerstand, dessen Streifenabschnitte sich über eine halbe Pollänge 4 verteilen, wird so bei Anwendung der Erfindung eine um 41% größere Amplitude erhalten, die dann auch für das Ausgangssignal des Sensors gegeben ist. Mit der Erfindung kann der Verteilungsbereich der Streifenabstände 5 auch über eine halbe halbe Pollänge 4 hinaus vergrößert werden. Das wäre bei Sensoren entsprechend dem Stand der Technik nur mit eklatantem Amplitudenabfall möglich, da die Widerstandsänderung der um die halbe Pollänge 4 versetzten Streifenabschnitte 5 gegenphasig erfolgt.
Für die Erfindung ist die Anzahl der Streifenabschnitte 5 nicht maßgebend, soweit sie mindestens zwei beträgt. Die Streifenabschnitte 5 können in beliebigen Abständen voneinander angeordnet sein. Die Streifenabschnitte 5 können über ein beliebige Länge in Messrichtung x verteilt sein. Diese Länge kann beispielsweise der Periodenlänge λ oder einem Bruchteil davon entsprechen. Die Streifenabschnitte 5 können in unterschiedlichem Abstand zur Oberfläche des Maßstabs angeordnet sein, auch bei gleicher Position in x-Richtung. Die Streifenabschnitte 5 können sich in x-Richtung erstrecken und direkt miteinander leitend verbunden sein, oder sie sind beabstandet und über unmagnetische Leitschichten verbunden. Für die Erfindung ist die Stromrichtung in den Streifenabschnitten 5 entscheidend. In den bisherigen Ausführungen wurde sie mit der Längsrichtung der Streifenabschnitte 5 gleichgesetzt. Durch Anbringen von leitfähigen Kontaktflächen zur Stromzuführung oder durch Nutzung von Barber Pole Strukturen mit unterschiedlichen Winkeln können jedoch auch andere Möglichkeiten der Festlegung der Stromrichtung genutzt werden. In diesen Fällen können auch ungerade Kantenverläufe für die Streifenabschnitte 5 verwendet werden.
In 5 ist ein größerer Ausschnitt der Chipfläche 1 eines GMR-Sensors dargestellt. Zu sehen sind zwei Widerstände 9; 10 eines Spannungsteilers (Halbbrücke). Der Widerstand 9 ist aus gleichen Streifenabschnitten 5 einer Spin Valve Schicht aufgebaut. Die Richtung der festen Magnetisierung M₂ ist so eingestellt, dass in jeder Position des Sensors im Maßstabsfeld die widerstandsbestimmenden Winkel untereinander gleich sind. Der Widerstand 10 stimmt in allen Eigenschaften mit dem Widerstand 10 überein, er ist jedoch in seiner Position gegenüber dem Maßstab 13 in Messrichtung x genau um eine Pollänge 4 versetzt. Damit ändert sich der Wert des Widerstandes 10 gegenphasig zu dem des Widerstandes 9 und am Ausgang 8 des Spannungsteilers tritt bei Bewegung des Sensors in Messrichtung die maximal mit dem Spin Valve Material mögliche Spannungsamplitude auf. Dazu muss an beiden äußeren Streifenabschnitten 5 die Betriebsspannung anliegen. Eine Vollbrücke kann beispielsweise aus der dargestellten Halbbrücke und einer weiteren, gleich strukturierten Halbbrücke, deren Position in x-Richtung um eine ganze Periodenlänge λ gegenüber der dargestellten versetzt ist, aufgebaut sein. Dabei ist auf richtige Polung der Betriebsspannung zu achten.
6 zeigt auf der dargestellten Chipfläche 1 die Halbbrücke eines AMR-Sensors. Gleiche Streifenabschnitte 5 mit einer Neigung gegen die x-Richtung, die zu untereinander gleichen widerstandsbestimmenden Winkeln führen, bilden den Widerstand 9. Der Widerstand 10 besitzt dieselbe Struktur wie Widerstand 9, seine Position in Messrichtung x ist um eine halbe Pollänge gegen die des Widerstandes 9 versetzt. Ausgang 8 des Spannungsteilers tritt bei Bewegung des Sensors in Messrichtung die maximal mit dem AMR-Material mögliche Spannungsamplitude auf. Dazu muss an beiden äußeren Streifenabschnitten 5 die Betriebsspannung anliegen. Eine Vollbrücke kann beispielsweise aus der dargestellten Halbbrücke und einer weiteren, gleich strukturierten Halbbrücke, deren Position in x-Richtung um eine ganze Pollänge 4 gegenüber der dargestellten versetzt ist, aufgebaut sein. Dabei ist auf richtige Polung der Betriebsspannung zu achten. Andere Anordnungen der vier Widerstände 9; 10 von Vollbrücken sind möglich und bekannt, einschließlich der abwechselnden Anordnung von Streifenabschnitten 5 der unterschiedlichen Widerstände 9; 10.
Der Bereich, über den sich die GMR-Widerstände 9 und 10 in 5 in Messrichtung x erstrecken, kann beliebig ausgedehnt werden. Es ist vorteilhaft, viele Streifenabschnitte 5 in gleichem Abstand voneinander über eine Strecke, die der Periodenlänge λ des Magnetfeldes entspricht, anzuordnen, wenn es darum geht, dass in den Sensorsignalen nur die Grundwelle des periodischen Magnetfeldes und keinerlei Anteil höherer Harmonischer enthalten ist. Es ist unmittelbar einzusehen, dass bei Erstreckung über eine ganze Wellenlänge λ die höheren Harmonischen nicht zum Signal beitragen, da die örtlich vorhandenen Signalanteile über die Wellenlänge der jeweiligen Harmonischen wegen des gleichen positiven und negativen Beitrags in der Summe, die die Reihenschaltung der Streifenabschnitte bildet, herausfallen. Es hat sich gezeigt, dass auch bei Erstreckung der Widerstände einer Brücke über jeweils die Hälfte oder ein Viertel der Wellenlänge λ ebenfalls alle höheren Harmonischen keinen Signalanteil bilden. Soll nur eine bestimmte Harmonische aus dem Signal entfernt werden, ist es ausreichend, wenn die Widerstände sich über eine Länge erstrecken, die der Wellenlänge der bestimmten Harmonischen entspricht.
Beim AMR-Sensor nach 6 stellt wegen der quadratischen Abhängigkeit des AMR-Widerstandes vom Kosinus des Winkels zwischen Strom und Magnetisierung entsprechend Gleichung (3) die erste Harmonische mit der halben Wellenlänge des Magnetfeldes die Signalgrundwelle dar. Die eigentliche Grundwelle des Feldes tritt hier nicht auf. Alle Aussagen über die Filterung von höheren Harmonischen aus dem vorigen Abschnitt über GMR- Sensoren bleiben richtig, wenn an die Stelle der Periodenlänge λ des Magnetfeldes die Pollänge 4 gesetzt wird. Es soll noch einmal hervorgehoben werden, dass trotz der Signalmittelung der Reihenschaltung der Streifenabschnitte 5 bei allen Sensoren mit Oberwellenfilterung immer das maximal mögliche Signal, das mit dem AMR- bzw. Spin Vale Material erhalten werden kann auch wirklich auftritt.
Eine andere Methode der Filterung von Oberwellenanteilen aus den Sensorsignalen soll anhand der in 7 dargestellten GMR-Halbbrücke vorgestellt werden. Zu sehen sind wieder die beiden Widerstände 9 und 10 der Halbbrücke. Im Bereich jeden Widerstandes 9; 10 gibt es zwei Flächen 11 und 12, in denen Streifenabschnitte 5 angeordnet sind. Gezeichnet wurde nur ein Streifenabschnitt 5 je Fläche, mehrere Streifenabschnitt 5 sind aber ebenfalls möglich. Bei allen ist die Richtung der festen Magnetisierung M₂ wieder so eingestellt, dass die widerstandsbestimmenden Winkel im Bereich eines Widerstandes 9, 10 untereinander gleich sind. Als Abstand der Mittelpunkte der beiden Flächen in x-Richtung wurde ein Wert von λ/6 gewählt. Damit ist der Abstand mit der halben Wellenlänge der 3. Harmonischen identisch. In diesem Abstand hat diese entgegen gesetzte Feldrichtungen. Durch die Mittelung im Sensorwiderstand heben sich deren Beiträge gegenseitig auf. Die 3. Harmonische kommt im Signal nicht vor. Sollen weitere Harmonische herausgefiltert werden, sind die Flächen 11 und 12 nochmals in zwei in x-Richtung beabstandete Teilflächen aufzuteilen und in einem Abstand von einem Viertel der Wellenlänge der zu filternden Harmonischen in posiriver bzw. negativer x-Richtung gegenüber dem Flächenmittelpunkt für die Filterung der 3. Harmonischen zu verschieben. Diese Aufteilung kann fortgesetzt werden, so dass alle Harmonischen bis zu einer vorgegebenen Ordnung verschwinden. Überschneiden sich dabei zwei Flächen, kann durch ineinander verschachtelte Anordnung der Streifenabschnitte 5 beider Flächen die richtige Streifenposition erreicht werden.
Die der GMR-Sensoranordnung in 7 entsprechende AMR-Sensoranordnung ist in 8 dargestellt. Wie bereits oben dargestellt, tritt durch die quadratische Kennlinie der AMR-Streifenabschnitte 5 die 2.Harmonische der Maßstabswellenlänge λ am Ausgang 8 der Halbbrücke auf und stellt ausgangsseitig hier die Grundwelle dar. Deshalb sind alle Angaben über die Abstände der Flächen 11; 12 hier statt auf die Maßstabswellenlänge λ auf die halb so große Pollänge 4 zu beziehen. Die beiden Flächen 11 und 12 sind in 8 zur Filterung der 3. Harmonischen des Ausgangssignls nur um λ/12 voneinander entfernt, die beiden Widerstände 9; 10 der Halbbrücke um λ/4. Die genaue Angabe der Flächenabstände für die Filterung höherer Harmonischer erfolgt im Unteranspruch 19.
9 zeigt die Widerstände 9; 10 eines Spannungsteilers eines AMR-Sensors, bei dem die Gleichheit der widerstandsbestimmenden Winkel der Streifenabschnitte 5 noch nicht gegeben ist. Zur Verringerung des Offsetwertes der Ausgangsspannung bei nicht ausreichender Homogenität von Schichteigenschaften (wie beispielsweise Schichtdicke oder spezifischem Widerstand) in der Waferfläche sind hier Teile der sich gegenläufig ändernden Widerstände 9; 10 möglichst nahe beabstandet jeweils in Rechteckflächen 14 untergebracht. Beide Rechteckflächen 14 haben zur Filterung der 3.Harmonischen des Ausgangssignals einen Mittelpunktsabstand von λ/12. Die Gegenläufigkeit der beiden Widerstände 9 und 10 wird hier nicht durch einen Versatz in x-Richtung erzeugt, sondern dadurch, dass die Längsrichtung der Streifenabschnitte 5 um unterschiedliche Winkel 3 gegen die x-Richtung geneigt ist. Die Winkelwerte 3 sind 45° bzw. 135°: Ein Sensor entsprechend 9 filtert die 3. Harmonische aus dem Sensorsignal heraus und hat auch geringe Offsetwerte. Seine Signalamplitude liegt jedoch selbst bei sehr hohen Amplituden der Feldstärke des magnetischen Maßstabs 13 um 16% unter dem eines Sensors ohne Oberwellenfilterung. Bei niedrigeren Feldstärken tritt ein immer größerer Signalabfall auf.
Die Änderung dieser Sensorstruktur nach 9 in die von 10 führt dazu, dass jetzt in allen Streifenabschnitten jedes Widerstandes 9; 10 jeweils miteinander übereinstimmende widerstandsbestimmende Winkel vorhanden sind. Das wurde durch Drehung der Strukturen in den beiden Rechteckflächen 14 in entgegen gesetzte Richtung um einen Differenzwinkel 16 erreicht. Der Differenzwinkel beträgt 15°. Die Winkelwerte der Neigung der Streifenabschnitte 5 betragen jetzt 30°; 60°; 120° bzw. 150°. Der AMR-Sensor nach 10 hat bei hohen Feldamplituden des Maßstabs ein um 16% höheres Ausgangssignal, das bei Verringerung der Feldamplitude nicht abnimmt, solange diese oberhalb der Anisotropiefeldstärke der Streifenabschnitte 5 liegt.

1: Chipfläche eines magnetoresistiven Sensors
2: Magnetfeld
3: Winkel gegen die x-Richtung
4: Pollänge (λ/2)
5: Streifenabschnitt
6: Winkel zwischen Strom und Magnetisierung M
7: Winkel zwischen freier (M1) und fester (M₂) Magnetisierung
8: Ausgang des Spannungsteilers
9: Widerstand
10: Widerstand
11: Fläche
12: Fläche
13: Maßstab
14: Rechteckfläche
15: Spannungsteiler
16: Differenzwinkel

Claims

Magnetoresistiver Sensor zur Bestimmung einer Position des Sensors relativ zu einem gegenüber dem Sensor verschiebbaren in Messrichtung x der Verschiebung periodischen Magnetfeld, wobei die Widerstände des Sensors aus Streifenabschnitten magnetoresistiver Materialien gebildet sind, die den gigantischen magnetoresistiven (GMR) Effekt, bei dem der Widerstandswert durch widerstandsbestimmende Winkel (β) zwischen den Richtungen der Magnetisierungen (M₁; M₂) von zwei unterschiedlichen Komponenten des magnetoresistiven Materials, oder den anisotropen magnetoresistiven (AMR) Effekt, bei dem der Widerstandswert durch widerstandsbestimmende Winkel (α) zwischen der Stromrichtung (I) und der Richtung der Magnetisierung (M) bestimmt ist, aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Maximierung der Signalampilitude des Sensors in allen einen Widerstand (9; 10) des magnetoresistiven Sensors bildenden elektrisch miteinander verbundenen Streifenabschnitten (5), bei jeder Verschiebung zwischen Sensor und Magnetfeld (2) entlang der Messrichtung x im Wesentlichen miteinander übereinstimmende Werte der widerstandsbestimmenden Winkel (α oder β) vorhanden sind.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei zu jedem Widerstand (9; 10) gehörende gerade Streifenabschnitte (5) gibt, die sich an unterschiedlichen Orten bezüglich der Messrichtung x befinden.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Streifenabschnitte (5) jeden Widerstandes (9; 10) direkt aneinander angrenzen und ihre Ausdehnung sich in Messrichtung x erstreckt.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der GMR-Effekt in den Streifenabschnitten (5) jedes Widerstandes R_j auftritt und die Magnetisierung M₂ der zweiten Komponente des magnetoresistiven Materials in den Streifenabschnitten einen von ihrer Position x_j auf dem Sensorchip (1) abhängigen fest eingestellten Winkel (3) aufweist, der gegeben ist durch δ_j = δ_0j – 2·π·x_j/λ, mit δ_0j als dem Winkel zwischen der Magnetisierung M₂ und Messrichtung x am Anfang jedes Widerstandes bei x_j = 0, λ als der Periodenlänge des Magnetfeldes in Messrichtung x und x_j als der parallel zur Messrichtung x verlaufenden Koordinate auf dem Sensorchip (1).
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spannungsteiler vorhanden ist, der aus zwei Widerständen (9; 10) besteht, deren Struktur durch Verschiebung der Anfangskoordinatenwerte (x_j1, x_j2) um jeweils λ/2 auseinander hervorgeht (x_j2 – x_j1 = λ/2).
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenabschnitte (5) jedes Widerstandes (9; 10) spiegelsymmetrisch zueinander in einem oder 2ⁿ symmetrischen Paaren von Flächen (11; 12) angeordnet sind und dass bei einem Paar die Mittelpunkte der beiden Flächen (11; 12) von der senkrecht zur Messrichtung x gerichteten Symmetrieachse um a1 = λ/(4·(1·2 + 1))entfernt liegen, und bei zwei Paaren die Abstände der Mittelpunkte der Flächen von der Symmetrieachse durch a2(1,2) = a1 ± λ/(4·(2·2 + 1))und bei vier Paaren durch a3(1,2,3,4) = a2(1,2) ± λ/(4·(3·2 + 1))und bei weiterer Verdopplung der Zahl der Paare von Flächen jeweils durch Hinzufügen eines Ausdrucks der Form ± λ/(4·(n·2 + 1))gegeben ist mit n als der Zahl der Verdopplungen.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenabschnitte (5) die Flächen (11; 12) nur teilweise bedecken und der Bedekkungsgrad im Wesentlichen symmetrisch zur Senkrechten auf der Messrichtung x durch den Flächenmittelpunkt ist.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenabschnitte (5) von zwei sich gegenläufig ändernden Widerständen (9; 10) des Sensors abwechselnd innerhalb derselben Flächen angeordnet sind.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Richtung der beim Messvorgang stabilen Magnetisierung M₂ durch Aufheizen und Abkühlen in einem periodischen Magnetfeld (2) mit der Periodenlänge des zur Positionsmessung verwendeten Magnetfeldes erfolgt ist.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der anisotrope magnetoresistive Effekt in den Streifenabschnitten (5) auftritt und die Stromrichtung in den Streifenabschnitten (5) jedes Widerstandes R_i mit der Messrichtung x einen von der Position auf dem Sensorchip (1) abhängigen Winkel (3) aufweist, im Bogenmaß gegeben durch δ_i = δ_0i – 2·π·x_i/λ, mit δ_0i als dem Winkel (3) zwischen Stromrichtung und Messrichtung x am Anfang jedes Widerstandes bei x_i = 0, λ als der Periodenlänge λ des Magnetfeldes (2) in Messrichtung x und x_i als der parallel zur Messrichtung x verlaufenden Koordinate auf dem Sensorchip (1).
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtung parallel zu den parallelen Rändern der Streifenabschnitte (5) verläuft.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichtung senkrecht zu auf den magnetoresistiven Streifenabschnitten (5) befindlichen hochleitfähigen Barberpole-Streifen verläuft.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spannungsteiler vorhanden ist, der aus zwei Widerständen (9; 10) besteht, deren Struktur durch Verschiebung der Anfangskoordinatenwerte (x_i1, x_i2) um jeweils λ/4 auseinander hervorgeht (x_i2 – x_i1 = λ/4).
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Spannungsteiler vorhanden ist, der aus zwei Widerständen (9; 10) besteht, deren Struktur durch Verschiebung in Richtung senkrecht zur Messrichtung x auseinander hervorgeht wobei die Längsrichtung der Streifenabschnitte (5) bei gleichem x-Wert um einen Winkel δ_0i = π/2 differiert.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenabschnitte (5) parallele und gerade Kanten aufweisen, dass ihre Ausdehnung in Messrichtung x nur über einen Bereich erfolgt, der wesentlich kleiner als die Periodenlänge λ des Magnetfeldes (2) ist und dass die Gleichheit des widerstandsbestimmenden Winkels (α) exakt für den über die Ausdehnung in Messrichtung x gemittelten Wert gilt.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim gleichen x_i-Wert auf dem Sensorchip (1) senkrecht zur Messrichtung x verschoben zum gleichen Widerstand (9; 10) gehörende gleiche Streifenabschnitte (5) mit gleicher Neigung zur Messrichtung x vorhanden sind.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenabschnitte (5) durch nichtmagnetisches Material elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der anisotrope magnetoresistive Effekt in den Streifenabschnitten (5) auftritt und dass die Streifenabschnitte (5) jedes Widerstandes (9; 10) spiegelsymmetrisch in einem oder 2ⁿ Paaren von Flächen (11; 12) angeordnet sind und dass bei einem Paar die Mittelpunkte der beiden Flächen von der senkrecht zur Messrichtung x gerichteten Symmetrieachse um a1 = λ/(8·(1·2 + 1))entfernt liegen, und bei zwei Paaren die Abstände der Mittelpunkte der Flächen von der Symmetrieachse durch a2(1,2) = a1 ± λ/(8·(2·2 + 1))und bei vier Paaren durch a3(1,2,3,4) = a2(1,2) ± λ/(8·(3·2 + 1)) und bei weiterer Verdopplung der Zahl der Paare von Flächen jeweils durch Hinzufügen eines Ausdrucks der Form ± λ/(8·(n·2 + 1))gegeben ist mit n als der Zahl der Verdopplungen.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenabschnitte (5) parallele Kanten haben und dass der Winkel (3), den diese Kanten mit der Messrichtung x bilden sich mit fortschreitenden x_i kontinuierlich ändert.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Kanten durch die Funktion
gegeben ist, wobei y die Koordinate senkrecht zur Messrichtung x ist.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass Streifenabschnitte (5) untereinander gleichen Widerstandswertes in gleichem Abstand in Messrichtung x innerhalb eines Bereiches angeordnet sind, der sich in Messrichtung x über die Periodenlänge λ des Magnetfeldes (2) oder einen Bruchteil davon erstreckt.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei sich gegenläufig ändernden Widerstände (9; 10) eines Spannungsteilers jeweils aus der gleichen Vielzahl von Streifenabschnitten (5) bestehen, dass jeweils die gleiche Anzahl der Streifenabschnitte (5) mit paralleler Längsrichtung in zwei Rechteckflächen (14) angeordnet ist, deren Mittelpunkte in Messrichtung x um 1/12 der Periodenlänge λ des Magnetfeldes (2) voneinander entfernt sind, dass die Streifenabschnitte (5) des ersten Widerstandes (10) in den rechteckigen Teilflächen der Flächen (14), die einander zugewandt sind und die Streifenabschnitte (5) des zweiten Widerstandes (9) in den restlichen rechteckigen Teilflächen der Flächen untergebracht sind, dass die Winkeldifferenz der Längsrichtungen der Streifenabschnitte (5) zwischen beiden Widerständen (9; 10) in derselben Fläche π/2 ist und das die Winkel (3) zwischen der Messrichtung x und den Streifenabschnitten (5) des ersten Widerstandes (10) 60° bzw. 30° und die des zweiten Widerstandes (9) 150° bzw. 120° betragen.
Magnetoresistiver Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder der Streifenabschnitte (5) ungerade sind.