-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetfelddetektor, bei dem
ein magnetfeldabhängiges Widerstandselement
verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Magnetfelddetektors.
-
Herkömmlicherweise
wird ein Hallelement für
einen Magnetfelddetektor verwendet. Es ist möglich, die Genauigkeit des
Magnetfelddetektors zu verbessern, indem das Verhältnis eines
Erfassungssignals zu einem Rauschen erhöht wird. Um das Magnetfeld
mit hoher Genauigkeit zu erfassen, ist es daher wünschenswert,
eine höhere
Signalstärke
zu erhalten, d.h. es ist wünschenswert,
das Verhältnis
einer Änderung
des Widerstandes zu zu erhöhen,
der durch das Magnetfeld geändert
wird. Unter diesen Gesichtspunkten wurde ein magnetfeldabhängiges Widerstandselement
entwickelt, bei dem der Riesenmagnetowiderstand ("Giant Magneto-Resistance"; GMR) oder der Tunnelmagnetowiderstand
("Tunnel Magneto-Resistance"; TMR) verwendet
wird.
-
Dieses
magnetfeldabhängige
Widerstandselement oder Magnetwiderstandselement erfasst eine Änderung
in dem äusseren
Magnetfeld als eine Änderung
des Widerstandes. Der Widerstand des Magnetwiderstandselementes
verändert
sich jedoch auch mit der Temperatur. In einer Umgebung mit starken Änderungen
der Aussentemperatur ist es daher schwierig, das Magnetwiderstandselement
als magnetischen Sensor zu verwenden. JP-A-2001-345498 beschreibt
einen Magnetdetektor, der die oben genannten Probleme lösen soll.
Der in JP-A-2001-345498 beschriebene Magnetdetektor ist so zusammengesetzt,
dass ein Tunnel-Magnetwiderstandselement, das magnetisch abgeschirmt
ist, und ein Tunnel-Magnetwiderstandselement, das nicht magnetisch
abgeschirmt ist, durch eine Brückenschaltung
mit einander verbunden sind, so dass der Einfluss auf Grund der Änderung
des Widerstandes bei einer Temperaturänderung verringert werden kann.
Das Magnetwiderstandselement, das nicht magnetisch abgeschirmt ist,
wird als ein Erfassungs-Magnetwiderstandselement zur Erfassung verwendet, dessen
Widerstand durch das äussere
Magnetfeld geändert
wird. Das Tunnel-Magnetwiderstandselement,
das magnetisch abgeschirmt ist, wird als ein Bezugs-Magnetwiderstandselement
verwendet, dessen Widerstand nicht durch das äussere Magnetfeld geändert wird.
In diesem Fall ist die Leistungsfähigkeit des Magnetwiderstandselementes,
das magnetisch abgeschirmt ist, und die Leistungsfähigkeit
des Magnetwiderstandselementes, das nicht magnetisch abgeschirmt
ist, gleich.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Im
Stand der Technik werden das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement,
das nicht magnetisch abgeschirmt ist und dessen Widerstand durch
das äussere
Magnetfeld geändert
wird, und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement, das
magnetisch abgeschirmt ist und dessen Widerstand durch das äussere Magnetfeld
nicht geändert
wird, zur Erfassung des Magnetfeldes verwendet. Dies verursacht
die folgenden Probleme. Zum Zeitpunkt der Erfassung wird auf das
Magnetwiderstandselement, das magnetisch abgeschirmt ist, und auf
das Magnetwiderstandselement, das nicht magnetisch abgeschirmt ist,
das gleiche äussere
Magnetfeld aufgeprägt.
Um das Magnetfeld mit hoher Genauigkeit zu erfassen, ist es erforderlich,
dass das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement magnetisch
vollkommen abgeschirmt ist, damit das Magnetwiderstandselement nicht
durch das äussere Magnetfeld
beeinflusst werden kann.
-
Die
Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen. Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Magnetfelddetektor mit einem als
Bezug verwendeten magnetfeldabhängigen
Widerstandselement oder Magnetwiderstandselement zur Verfügung zu
stellen, dessen Aufbau einfach ist, bei dem keine magnetische Abschirmungsstruktur vorgesehen
ist, und bei dem der Widerstand des Magnetwiderstandselementes durch
das äussere
Magnetfeld nicht geändert
wird.
-
Ein
erfindungsgemässer
Magnetfelddetektor weist auf: einen Magneten; ein zur Erfassung
verwendetes Magnetwiderstandselement mit einem Schichtaufbau, der
eine ferromagnetische Schicht enthält, wobei sich der Widerstand ändert, wenn
die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht geändert wird;
und ein als Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement mit im Wesentlichen dem
gleichen Schichtaufbau wie dem des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes, wobei
ein Magnetfeld, dessen Magnetfeldstärke größer als die des Sättigungsmagnetfeldes
ist, von dem Magneten in der Richtung aufgeprägt wird, die von der ferromagnetischen
Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes gefühlt wird.
-
Der
Schichtaufbau des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes
ist im Wesentlichen der Gleiche wie der des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes. Daher ist eine durch eine Temperaturänderung
verursachte Änderung
des Widerstandes des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes
annähernd
die Gleiche wie die des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes.
Auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement wird ein Magnetfeld, dessen
Stärke
nicht geringer als das Sättigungsmagnetfeld
der ferromagnetischen Schicht ist, von dem Magneten in der magnetischen
Fühlrichtung
aufgeprägt.
Daher wird der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes
durch das äussere
Magnetfeld nicht verändert.
Folglich ist dieses als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement
für die
Korrektur einer temperaturabhängigen Änderung
des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes
geeignet. Gemäss
der Erfindung ist es möglich,
einen Magnetfelddetektor zur Verfügung zu stellen, der ein als
Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement mit einem einfachen Aufbau
und ohne eine magnetische Abschirmungsstruktur aufweist, dessen
Widerstand durch das äussere
Magnetfeld nicht geändert
wird.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Diese
und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben
sich noch vollständiger
aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit
der beigefügten
Zeichnung. Es zeigt:
-
1A eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Filmstruktur des Spin-Bulb-Aufbaus,
und 1B eine schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Filmstruktur des SAF-Aufbaus;
-
2 ein
Diagramm, das ein Beispiel für
die Magnetfeld-Widerstandscharakteristik des TMR-Elementes zeigt;
-
3 eine
perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors
von Ausführungsform
1 zeigt;
-
4 eine
Schnittansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform
1 zeigt;
-
5 eine
Draufsicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform
1 zeigt;
-
6 eine
Draufsicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform
1 zeigt, auf den das äussere
Magnetfeld aufgeprägt
wird;
-
7 eine
perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors
von Ausführungsform
2 zeigt;
-
8 eine
Draufsicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform
2 zeigt;
-
9 ein
Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Stärke eines von einem Magneten
aufgeprägten
Magnetfeldes und der Position auf einer Grundplatte zeigt;
-
10 ein
Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem äusseren Magnetfeld und dem
Elementwiderstand des TMR-Elementes zeigt;
-
11 ein
Schaltdiagramm, das eine Schaltungsanordnung der Erfassungsschaltung
des Magnetdetektors von Ausführungsform
2 zeigt;
-
12 eine
perspektivische Ansicht, die eine Zwischenstufe des Verfahrens zur
Herstellung des Magnetdetektors von Ausführungsform 2 zeigt;
-
13 eine
Schnittansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform
3 zeigt;
-
14 eine
perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors
von Ausführungsform
4 zeigt;
-
15 eine
Schnittansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors der Variation
von Ausführungsform
4 zeigt;
-
16 ein
Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Position auf der Grundplatte
und dem Magnetfeld der Variation von Ausführungsform 4 zeigt;
-
17 eine
perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors
von Ausführungsform
5 zeigt;
-
18 eine
Draufsicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform
5 zeigt;
-
19 eine
perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors
von Ausführungsform
6 zeigt; und
-
20 eine
Draufsicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform
6 zeigt.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnung werden Erläuterungen zu einem Magnetfelddetektor
einer Ausführungsform
der Erfindung und zu einem Verfahren zur Herstellung des Magnetfelddetektors gegeben.
Bei diesen Erläuterungen
sind gleichen Bestandteilen bzw. Bestandteilen mit einer gleichen Funktion
gleiche Bezugszeichen zugeordnet, so dass vorliegend keine doppelten
Erläuterungen
gegeben werden.
-
Ausführungsform 1
-
Die
Erläuterungen
werden anhand eines GMR-Elementes und eines TMR-Elementes mit einem
Spin-Bulb-Aufbau gegeben, das als ein Magnetwiderstandselement mit
einer ferromagnetischen Schicht in dem Schichtaufbau verwendet wird,
bei dem sich der Widerstand durch eine Änderung in der Richtung der
Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht ändert. Der Spin-Bulb-Aufbau
weist auf: eine ortsfeste Schicht, deren Magnetisierungsrichtung
in einer Richtung auf der Schicht festgelegt ist; und eine freie
Schicht, bei der sich die Magnetisierungsrichtung ihrer ferromagnetischen
Schicht auf der von dem äusseren
Magnetfeld beeinflussten Schicht ändert. Wie z.B. in 1A gezeigt
ist, weist der Spin-Bulb-Aufbau auf: eine erste antiferromagnetische
Schicht 22; eine erste ferromagnetische Schicht 23,
die in Berührung
mit der ersten antiferromagnetischen Schicht vorgesehen ist; eine
erste nichtmagnetische Schicht 24, die in Berührung mit
der ersten ferromagnetischen Schicht 23 auf der der ersten
antiferromagnetischen Schicht 22 gegenüber liegenden Seite vorgesehen
ist; und eine zweite ferromagnetische Schicht 25, die in
Berührung
mit der ersten nichtmagnetischen Schicht 24 auf der der
ersten ferromagnetischen Schicht 23 gegenüber liegenden Seite
vorgesehen ist. Bei diesem Schichtaufbau ist die Magnetisierungsrichtung
der ersten ferromagnetischen Schicht 23 durch die geschaltete
Verbindung des Magnetfeldes mit der ersten antiferromagnetischen
Schicht in einer Richtung festgelegt. Dadurch wird die erste ferromagnetische
Schicht 23 zu einer ortsfesten Schicht. Andererseits ist
die Richtung des Magnetfeldes der zweiten ferromagnetischen Schicht 25 durch
das äussere
Magnetfeld frei drehbar. Daher wird die zweite ferromagnetische
Schicht 25 zu einer freien Schicht. Der Widerstand des
Magnetwiderstandselementes mit dem Spin-Bulb-Aufbau ändert sich
gemäß einem
Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht
und der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht. Mit anderen Worten,
wenn sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht unter der
Einwirkung des äusseren Magnetfeldes ändert, ändert sich
der Widerstand. Daher kann eine durch das äussere Magnetfeld verursachte Änderung
der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht als der Widerstand
des Elementes erfasst werden.
-
Wie
in 1B gezeigt ist, sind an Stelle der oben beschriebenen
ersten ferromagnetischen Schicht 23 die erste ferromagnetische
Schicht 23, die zweite nichtmagnetische Schicht 26 und
die dritte ferromagnetische Schicht 27 nach einander folgend
auf die antiferromagnetische Schicht 22 laminiert, so dass
sie die ortsfeste Schicht 28 bilden.
-
Dieser
Aufbau wird als SAF (Synthetic Anti-Ferromagnetic, d.h. künstlich
antiferromagnetischer) Schichtaufbaubezeichnet. Es ist möglich, einen
Schichtaufbau anzuwenden, der diesen Schichtaufbau enthält. In diesem
Fall wird die Magnetisierung der gesamten ortsfesten Schicht 28 im Wesentlichen
Null. Daher kann die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht 28 auch
dann stabilisiert werden, wenn ein starkes Magnetfeld in der Richtung
senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht 28 aufgeprägt wird.
-
Das
GMR-Element erfasst eine Änderung des
Widerstandes, falls ein elektrischer Strom in der Richtung parallel
zum Schichtaufbau des Magnetwiderstandselementes geleitet wird.
Das TMR-Element erfasst eine Änderung
des Tunnelstroms, der über
einen Isolierfilm fliesst, wenn die erste nichtmagnetische Schicht 24 aus
dem Isolierfilm besteht.
-
Zur
Ausbildung des TRM-Elementes kann z.B. die antiferromagnetische
Schicht 22 aus IrMn bestehen, der erste ferromagnetische
Film 23 kann aus NiFe oder CoFe bestehen, die nichtmagnetische Schicht
(Isolierschicht) kann aus Al2O3 bestehen,
und die zweite ferromagnetische Schicht 25 can aus NiFe bestehen.
Zur Ausbildung des TRM-Elementes kann die antiferromagnetische Schicht 22 aus
FeMn, IrMn oder PtMn bestehen, der ferromagnetische Körper kann
aus einem Metall bestehen, dessen primäre Komponente Co, Ni und Fe
ist, wie etwa Co, Fe, CoFe-Legierung, CoNi-Legierung oder CoFeNi.
Als Alternative kann eine Legierung wie NiMnSb oder Co2MnGe
verwendet werden. Die nichtmagnetische Schicht, die eine Tunnelisolierschicht
ist, kann ein Isolator sein. Beispiele für den Isolator sind Metalloxide
wie etwa Ta2O5,
SiO2 und MgO. Als Alternative kann der Isolator
Fluorid sein. Die zweite nichtmagnetische Schicht 66 des
SAF-Aufbaus kann aus nichtmagnetischem Material wie etwa Ru oder
Cu bestehen.
-
Die
jeweiligen oben erwähnten
Filme werden beispielsweise mit dem Magnetron-Sputterverfahren ausgebildet. Als Alternative
können
die jeweiligen oben erwähnten
Filme beispielsweise mit dem Molekularstrahlepitaxie (MBE)-Verfahren,
verschiedenen Sputterverfahren, dem chemischen Dampfphasenentwicklungs
(CVD)-Verfahren oder dem Dampfabscheidungsverfahren ausgebildet
werden.
-
Die
jeweiligen Magnetwiderstandselemente werden ausgebildet, wenn Strukturierungen
mit Hilfe von Fotolithographie und reaktivem Ionenätzen ausgebildet
werden. In diesem Fall wird zuerst nach der jeweiligen Ausbildung
der freien Schicht, des Tunnelisolierfilms und des Fixierfilms ein
Fotoresistmuster ausgebildet, dessen Form die Gleiche wie eine gewünschte Elementform
ist. Danach wird eine Filmstruktur, deren Form die gewünschte Elementform ist,
mit Hilfe von Ion Milling oder reaktivem Ionenätzen hergestellt. Für die Strukturierungsbildung
der Elementform kann Elektronenstrahllithographie oder der fokussierende
Ionenstrahl verwendet werden. Für
die Messung des Widerstandes des Elementes kann eine Verdrahtung
aus Al verwendet werden.
-
Es
ist möglich,
ein Magnetwiderstandselement aufzubauen, bei dem die freie Schicht
und die ortsfeste Schicht in einem rechten Winkel aufeinander treffen,
wenn das äussere
Magnetfeld nicht aufgeprägt
ist. Wenn ein Magnetfeld in der Richtung parallel zur Magnetisierungsrichtung
der ortsfesten Schicht eines solchen Magnetwiderstandselementes aufgeprägt wird,
wird die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht durch das äussere Magnetfeld
geändert,
und der Widerstand des Magnetwiderstandselementes ändert sich.
Bei der Beziehung zwischen der Stärke des aufzuprägenden äusseren
Magnetfeldes und dem Widerstand des Magnetwiderstandselementes gibt
es einen Sättigungsbereich,
in dem der Widerstand nicht von dem äusseren Magnetfeld abhängt, und
es gibt auch einen linearen Bereich, in dem der Widerstand linear
von dem äusseren
Magnetfeld abhängt.
In dem Sättigungsbereich
sind die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und die Magnetisierungsrichtung
der ortsfesten Schicht parallel zu einander oder nicht parallel
zu einander. 2 ist ein Kennliniendiagramm,
das ein Beispiel für
die magnetische Widerstandscharakteristik des TMR-Elementes zeigt.
Im Allgemeinen sind der Widerstand des TMR-Elementes und des GMR-Elementes
minimiert, wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und
die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht parallel zu einander
sind. Der Widerstand des TMR-Elementes und des GMR-Elementes ist
maximiert, wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und
die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht nicht parallel
zu einander sind.
-
Da
die Dicke des Schichtaufbaus des GMR-Elementes und des TMR-Elementes
mit einem Spin-Bulb-Aufbau nicht mehr als 1/100 bezogen auf die
Elementstrukturierungsgröße beträgt, werden diese
Elemente durch die Anisotropie der Formgebung stark beeinflusst.
Da es sehr schwierig ist, die Magnetisierungsrichtung in der Richtung
senkrecht zu der Grundplatte zu ändern,
ist es möglich,
eine Änderung
des Widerstandes zu vernachlässigen, falls
ein Magnetfeld in der senkrechten Richtung auf die Grundplatte aufgeprägt wird.
Mit anderen Worten, das Magnetwiderstandselement ist ein Element
zum Erfassen einer Änderung
in dem Magnetfeld parallel zur Grundplatte, d.h. das Magnetwiderstandselement ist
ein Element, das Magnetismus in der Richtung senkrecht zu der Grundplatte,
auf der die Elemente ausgebildet sind, nicht fühlt. Wie oben beschrieben wurde,
haben im Allgemeinen viele der Magnetwiderstandselemente eine Richtung,
in der ein Verhältnis der Änderung
des Widerstandes bezogen auf die Änderung in dem Magnetfeld im
Wesentlichen Null ist. Mit anderen Worten, viele der Magnetwiderstandselemente
haben eine Richtung, in der die Magnetwiderstandselemente Magnetismus
nicht fühlen.
-
Als
Nächstes
werden der Aufbau und der Betrieb der Ausführungsform 1 nachstehend erläutert. 3 ist
eine perspektivische Ansicht eines grundlegenden Aufbaus der Ausführungsform
1. Das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und
das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 sind
auf der Grundplatte 3 angeordnet. Das zur Erfassung verwendete
Magnetwiderstandselement 1 und das als Bezug verwendete
Magnetwiderstandselement 2 sind TMR-Elemente mit einem Schichtaufbau,
der eine ferromagnetische Schicht aufweist, deren Widerstand durch
eine Änderung
in der Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht geändert wird.
Das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und
das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 sind
so gefertigt, dass die ortsfeste Schicht, die Isolierschicht und
die freie Schicht, die auf der gleichen Grundplatte 3 ausgebildet
sind, mittels Durchführung
der Musterverarbeitung gefertigt werden. Daher sind der Schichtaufbau
des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und
der des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 gleich. Die
Elementstrukturierung des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und
des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 sind
gleich.
-
An
einer Position über
dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und schräg über dem
als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement 2 ist der
Magnet 4 angeordnet, bei dem es sich um einen Samarium-Kobalt-Magneten handelt.
Der Magnet 4 ist ein Stabmagnet, bei dem die Stirnflächen des
N-Pols und des S-Pols quadratisch sind. Die Größe der S-Pol-Stirnfläche, die
dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 gegenüber liegt,
ist größer als
die Größe der Elementstrukturierung
des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1.
Eine die Mitte des N-Pols des Magneten 4 mit der Mitte
des S-Pols verbindende Achse ist senkrecht zur Grundplatte 3 und
verläuft
im Wesentlichen durch den Mittelpunkt des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes 1. In diesem Zusammenhang ist
in den nach 3 gezeigten Zeichnungen die
Achse, die den Mittelpunkt des N-Pols des Magneten 4 mit
dem Mittelpunkt des S-Pols verbindet, durch eine gestrichpunktete
Linie angedeutet.
-
4 ist
eine Schnittansicht mit einer Achse, die den Mittelpunkt des N-Pols
mit dem Mittelpunkt des S-Pols des Magneten 4 verbindet,
bei Betrachtung in der Richtung der X-Achse parallel zur Oberfläche der
Grundplatte 3 in 3. Die Magnetfeldrichtung 4c des
Magneten an der Position des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist
im Wesentlichen senkrecht zu der Grundplatte 3, d.h. im
Wesentlichen senkrecht zu der Filmstruktur. Die Magnetfeldrichtung 4c des
Magneten an der Position des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 hat
eine höhere
Stärke
in der Oberflächenrichtung
des Schichtaufbaus als das Sättigungsmagnetfeld
des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2.
-
5 ist
eine Draufsicht, die eine Lagebeziehung zwischen dem zur Erfassung
verwendeten Magnetwiderstandselement 1, der Magnetisierungsrichtung
des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2,
dem Magneten 4 und einem Teil der Magnetfeldrichtung 4c des
Magneten bei Betrachtung in der Richtung der Z-Achse senkrecht zur Grundplatte 3 von 3 zeigt.
In 5 befindet sich das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 in
der Mitte der Projektion 4b der Magnetpol-Stirnfläche des
Magneten, und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 befindet sich
ausserhalb der Projektion 4b der Magnetpol-Stirnfläche des
Magneten. Die Magnetisierungsrichtung 31 der ortsfesten
Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist
parallel zur Magnetisierungsrichtung 33 der ortsfesten Schicht
des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2.
Das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 ist
in einer Position angeordnet, die von der Position des Magnetwiderstandselementes 1 in
der Richtung entgegen der Magnetisierungsrichtung 31 der
ortsfesten Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes
beabstandet ist.
-
Wenn
der Magnet 4 nicht angeordnet ist, sind die Magnetisierungsrichtung 32 der
freien Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes
und die Magnetisierungsrichtung 34 der freien Schicht des
als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes jeweils senkrecht zur
Magnetisierungsrichtung 31 der ortsfesten Schicht des zur
Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes und zur Magnetisierungsrichtung 33 der
ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes.
Da der Magnet 4 wie oben beschrieben angeordnet ist, wird
ein Magnetfeld auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 in
der Richtung senkrecht zur Grundplatte aufgeprägt, d.h. in der Richtung, in
der der Magnetismus nicht gefühlt
wird. Folglich ist auch dann, wenn der Magnet 4 nicht angeordnet
ist, die Magnetisierungsrichtung 32 der freien Schicht
des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes senkrecht
zu der Magnetisierungsrichtung 31 der ortsfesten Schicht
des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes.
-
Andererseits
wird auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 ein
Magnetfeld, dessen Stärke
größer als
die des Sättigungsmagnetfeldes
ist, von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus
aufgeprägt,
d.h. in der Richtung, in der der Magnetismus gefühlt wird. Wie in 5 gezeigt
ist, ist die Magnetisierungsrichtung 34 der freien Schicht
des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes entlang der
Magnetfeldrichtung 4c des Magneten festgelegt.
-
Die
Magnetfeldrichtung 4c des Magneten an der Position des
als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 ist
parallel zur Magnetisierungsrichtung 33 der ortsfesten
Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes. Die Magnetisierungsrichtung 34 der
freien Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes
ist parallel zur Magnetisierungsrichtung 33 der ortsfesten
Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes, und
der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes
wird minimal.
-
6 is
eine Draufsicht in einem Fall, in dem das äussere Magnetfeld 41 in
der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schichten des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes 1 und des als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselementes 2 aufgeprägt wird. Dem als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselement 2 wird ein Magnetfeld aufgeprägt, das
erhalten wird, wenn das Magnetfeld des Magneten 4 und das äussere Magnetfeld 41 durch
Vektorenzusammensetzung mit einander kombiniert sind. Da jedoch
das Magnetfeld des Magneten 4 in ausreichendem Maße stärker als
das äussere Magnetfeld 41 ist,
ist die Magnetisierungsrichtung 34 der freien Schicht des
als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 im Wesentlichen
in einer Richtung festgelegt.
-
Die
Magnetisierungsrichtung 34 der freien Schicht des als Bezug
verwendeten Magnetwiderstandselementes wird von dem Magnetfeld des
Magneten 4 parallel zur Magnetisierungsrichtung 33 der ortsfesten
Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes gesättigt. Daher
wird der Widerstand des TMR-Elementes durch das äussere Magnetfeld nicht geändert 41.
Andererseits wird im Hinblick auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 die
Magnetisierungsrichtung 32 der freien Schicht des zur Erfassung
verwendeten Magnetwiderstandselementes gemäß der Stärke des äusseren Magnetfeldes 41 geändert. Daher
wird sein Widerstand geändert.
-
Eine
temperaturabhängige Änderung
des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist
annähernd
die Gleiche wie eine temperaturabhängige Änderung des Widerstandes des
als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2. Daher
ist es möglich,
einen Einfluss der temperaturabhängigen Änderung
des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 unter
Verwendung des Widerstandes des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2,
dessen Widerstand durch das äussere
Magnetfeld 41 nicht geändert
wird, zu korrigieren.
-
Obgleich
dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, ist als eine Maßnahme zur
Erfassung des äusseren
Magnetfeldes 41 durch den Widerstand des als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselementes 2 und den Widerstand des zur
Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ein
Verfahren unter Verwendung einer Brückenschaltung vorgesehen, bei
dem das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und
das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 in
Serie mit einander verbunden sind und eine Konstantspannung zwischen
den beiden Endbereichen aufgeprägt
wird, um ein elektrisches Potential zwischen dem zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselement 1 und dem als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselement 2 zu messen. In diesem Fall kann
ein Verhältnis des
Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 zu
dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 aus
einem Verhältnis
der Spannung zu der Konstantspannung erhalten werden. Dadurch wird
es möglich,
den Einfluss einer temperaturabhängigen Änderung
des Widerstandes zu korrigieren. Falls angenommen werden kann, dass
sich eine temperaturabhängige Änderung
des Widerstandes auf den ursprünglichen
Widerstand des Magnetwiderstandselementes aufaddiert, ist es möglich, eine
Schaltung zum Erfassen einer Differenz zwischen dem Widerstand des
als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und
dem Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 zu
verwenden.
-
Wenn
ein äusseres
Magnetfeld aufgeprägt wird,
dessen Stärke
nicht geringer als die eines spezifischen Magnetfeldes ist, kann
es durch eine Schaltung erfasst werden, die beurteilen kann, dass
ein Verhältnis
des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 zu
dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 nicht
weniger als ein vorgegebener Wert oder nicht mehr als ein vorgegebener Wert
ist, oder es kann durch eine Schaltung erfasst werden, die beurteilen
kann, dass eine Differenz zwischen dem Widerstand des zur Erfassung
verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und dem Widerstand
des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 nicht
weniger als ein vorgegebener Wert oder nicht mehr als ein vorgegebener
Wert ist. Um eine Stärke
des äusseren
Magnetfeldes als numerischen Wert zu erfassen, kann die folgende Schaltung
verwendet werden. Eine Beziehung zwischen dem Verhältnis bzw.
der Differenz zwischen dem Widerstand des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes 1 und dem Widerstand des als
Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und der
Stärke
des äusseren
Magnetfeldes wird vorausgehend in einem Speicher abgelegt, und das
Verhältnis
bzw. die Differenz zwischen dem Widerstand des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes 1 und dem Widerstand des als Bezug
verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 wird mit einem
Wert in der Tabelle verglichen und damit in Beziehung gesetzt, und
das Ergebnis des Vergleichs kann aus der Schaltung ausgegeben werden.
-
Wie
oben beschrieben wurde, prägt
der Magnet 4 in der Ausführungsform 1 ein Magnetfeld,
dessen Magnetfeldstärke
größer als
die Stärke
des Sättigungsmagnetfeldes
ist, in der Richtung auf, in der das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 Magnetismus
fühlt.
Daher wird dessen Widerstand im Wesentlichen nicht durch das äussere Magnetfeld 41 beeinflusst,
und es wird möglich,
ein als Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement zu erhalten,
das für
die Korrektur einer temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes des
zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 geeignet
ist.
-
Das
Magnetfeld, das von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung
des Schichtaufbaus auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 aufgeprägt wird,
hat eine Magnetfeldstärke,
die größer als
die Magnetfeldstärke
des Sättigungsmagnetfeldes
parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht ist.
Daher wird der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 minimal.
Der Wert wird dem Element zu eigen. Daher kann beispielsweise im
Vergleich mit einem Fall, in dem der Chipwiderstand extern angebracht
ist, die Genauigkeit zum Zeitpunkt der Herstellung verbessert werden.
Als Ergebnis kann die Genauigkeit des Magnetfelddetektors verbessert
werden. Falls das Magnetfeld, das auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 von
dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus
aufgeprägt wird,
eine Magnetfeldstärke
hat, die größer als
die Magnetfeldstärke
des Sättigungsmagnetfeldes
ist, das nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten
Schicht ist, wird der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 maximal.
In diesem Fall wird der Wert ebenfalls dem Element zu eigen. Dadurch
kann die Genauigkeit des Magnetfelddetektors verbessert werden.
-
Ein
Magnetfeld wird von dem Magneten 4 auf das zur Erfassung
verwendete Magnetwiderstandselement 1 nur in der Richtung
aufgeprägt,
in der das Magnetwiderstandselement 1 Magnetismus nicht fühlt. Daher
wird das äussere
Magnetfeld 41 erfasst, ohne von dem Magneten 4 beeinflusst
zu werden. Folglich kann die Erfassungsschaltung vereinfacht werden.
Ein Magnetfeld, dessen Stärke
geringer als die des Sättigungsmagnetfeldes
ist, kann von dem Magneten 4 in der Richtung aufgeprägt werden,
in der das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 Magnetismus
fühlt.
In diesem Fall ändert
sich jedoch ein Bereich der Magnetfeldstärke des äusseren Magnetfeldes 41,
das von dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 erfasst
werden kann. Daher wird es nötig,
eine Erfassungsschaltung vorzusehen, in der die Änderung des Magnetfeldstärkenbereichs
berücksichtigt
wird.
-
Wenn
eine Stärke
des auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 aufgeprägten Magnetfeldes
von dem Magneten 4 in ausreichendem Maße erhöht wird, wird die Magnetisierungsrichtung 34 der
freien Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 stärker eingeschränkt. Daher
ist es möglich,
einen Effekt der Verringerung des Einflusses, den das als Bezug
verwendete Magnetwiderstandselement 2 von einem magnetischen
Störfeld
erfährt,
zur Verfügung
zu stellen.
-
In
diesem Zusammenhang werden in der Ausführungsform 1 das zur Erfassung
verwendete Magnetwiderstandselement 1 und das als Bezug
verwendete Magnetwiderstandselement 2 hergestellt, wenn
die ortsfeste Schicht, die Isolierschicht und die freie Schicht,
die auf der gleichen Grundplatte 3 ausgebildet sind, einer
Musterverarbeitung unterzogen werden. Solange der Schichtaufbau
der Gleiche ist, können
jedoch die ortsfeste Schicht, die Isolierschicht und die freie Schicht
auf einer verschiedenen Grundplatte ausgebildet werden. Unter dem
Gesichtspunkt der Durchführung
einer Korrektur ist es aber klar, dass eine Änderung des Widerstandes des als
Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 möglichst
nahe bei einer Änderung
des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 liegen
sollte. Daher ist es wünschenswert,
wenn das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und
das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 gleichzeitig
auf der gleichen Grundplatte in dem gleichen Verfahren ausgebildet werden.
Gemäss
dem oben erwähnten
Filmbildungsverfahren und dem Fotolithographieverfahren sind Schwankungen
sehr gering, wenn die Ausbildung gleichzeitig durchgeführt wird.
Daher wird eine kritische Schwankung bei der Erfassung des Magnetwiderstandes
selten verursacht. Ein Aufbau und eine Charakteristik, die im Wesentlichen
gleich sind, können
daher einfach erhalten werden.
-
Solange
das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und
das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 den
gleichen Schichtaufbau besitzen, muss ihre Form nicht unbedingt
gleich sein. Beispielsweise kann die Form des als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselementes 2 als eine Form ausgebildet
werden, deren Widerstand der halbe Widerstand des zur Erfassung
verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist. Selbst in
diesem Fall kann ein Einfluss einer temperaturabhängigen Änderung
des Widerstandes durch die Schaltung zum Erfassen des Verhältnisses
des Widerstandes korrigiert werden.
-
Ausführungsform 2
-
7 is
eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors
von Ausführungsform
2 zeigt. 8 is eine Draufsicht auf den
in 7 gezeigten Magnetfelddetektor, wobei die Blickrichtung
die Richtung der Z-Achse ist. Bei der Ausführungsform 2 ist zusätzlich zur
Ausführungsform
1 das zweite als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 5 in
der gleichen Richtung wie der Magnetisierungsrichtung 31 der
ortsfesten Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes
angeordnet. Alle als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 und
das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 sind TMR-Elemente,
die auf der gleichen Grundplatte 3 ausgebildet sind. Die
Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselementes 2 und diejenige des als Bezug
verwendeten Magnetwiderstandselementes 5 sind parallel
zu einander, und die Richtung des von dem Magneten 4 in
der Oberflächenrichtung
des Schichtaufbaus auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 aufgeprägten Magnetfeldes
ist entgegen gesetzt zu der Richtung des von dem Magneten 4 in
der Oberflächenrichtung
des Schichtaufbaus auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 5 aufgeprägten Magnetfeldes.
-
Bei
der Ausführungsform
2 ist die Grundplatte 3 an der zur Verdrahtung verwendeten
Grundplatte 6 angebracht. Obgleich dies in 6 nicht
gezeigt ist, ist auf der zur Verdrahtung verwendeten Grundplatte 6 die
in 11 gezeigte Erfassungsschaltung zum Korrigieren
eines Einflusses der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes vorgesehen. Die
Verdrahtung zwischen der Erfassungsschaltung und den magnetischen Elementen
wird mittels Drahtbonden durchgeführt. Es ist die Justierungselektrode 10 vorgesehen,
die während
des Messens des Widerstandes eines jeden Magnetwiderstandselementes
verwendet wird, wenn die Position justiert wird. Die Verdrahtung
wird mittels Drahtbonden zwischen der Justierungselektrode 10 und
jedem Magnetwiderstandselement durchgeführt.
-
Wenn
kein äusseres
Magnetfeld vorhanden ist, sind die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht
des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und
die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten der als Bezug
verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 senkrecht
zu der ortsfesten Schicht. Dieser Aufbau kann beispielsweise verwirklicht
werden, wenn die freie Schicht als ein langes, schmales Rechteck
ausgeführt
ist und die Formanisotropie verwendet wird. Dieser Aufbau kann jedoch
verwirklicht werden, wenn die magnetische Kristallanisotropie mittels
Aufprägen
eines Magnetfeldes zum Zeitpunkt der Abscheidung des ferromagnetischen
Films verwendet wird. Dieser Aufbau kann auch verwirklicht werden,
wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht mittels Durchführung einer Wärmebehandlung
in einem geeigneten Magnetfeld gedreht wird, nachdem die Magnetisierungsrichtung der
ortsfesten Schicht festgelegt worden ist.
-
Das
Magnetfeld, das von dem Magneten 4 an der Position des
zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 erzeugt
wird, ist senkrecht zu der Filmstruktur des Elementes, d.h. das
Magnetfeld, das von dem Magneten 4 an der Position des
zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 erzeugt
wird, liegt in der Richtung, in der das zur Erfassung verwendete
Magnetwiderstandselement 1 keinen Magnetismus fühlt. Folglich wird
der Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 nicht
von dem Magneten 4 beeinflusst, sondern gemäß dem äusseren Magnetfeld
geändert.
Andererseits bildet das von dem Magneten 4 auf die als
Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 aufgebrachte
Magnetfeld einen bestimmten Winkel mit der Filmstruktur des Elementes.
Da das aufgeprägte
Magnetfeld H eine Komponente auf der Oberfläche besitzt, wird das Magnetfeld
von dem Magneten 4 auf die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 in
der Richtung aufgeprägt,
in der die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 Magnetismus
fühlen.
Falls eine Stärke
des auf die Elemente aufgeprägten
Magnetfeldes ausreichend hoch ist, und eine Stärke der Komponente des Magnetfeldes H
auf der Oberfläche
größer als
diejenige des Sättigungsmagnetfeldes
(Hk wird, wird der magnetische Widerstand
des Elementes gleich dem magnetischen Widerstand im Sättigungsbereich.
Wie in 9 gezeigt ist, sind die Magnetisierungsrichtung
der freien Schicht und die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten
Schicht in dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement 2 parallel
zu einander und in dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement 5 nicht
parallel zu einander, und die Werte sind das Minimum (Rmin)
bzw. das Maximum (Rmax). Andererseits ist
die Magnetisierungsrichtung 32 des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes 1 senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung
der ortsfesten Schicht, wenn das äussere Magnetfeld nicht vorhanden
ist. Die Magnetisierungsrichtung 33 des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes 1, wenn das äussere Magnetfeld vorhanden
ist, ändert
sich gemäß der Richtung
des äusseren
Magnetfeldes.
-
9 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Stärke des von dem Magneten 4 aufgeprägten Magnetfeldes
und der Position auf der Grundplatte zeigt. Der hier verwendete
Magnet war ein Samarium-Kobalt-Magnet, dessen magnetische Pole quadratische
Flächen
mit einer Seitenlänge
von 5 mm waren, und bei dem die Distanz zwischen den magnetischen
Polen 2 mm betrug. In diesem Fall war der Magnet um 3 mm von der
Grundplatte beabstandet angeordnet. Falls die Größe des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes 1 auf 10 μm2 verringert
wird und das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 in
der Mitte angeordnet wird, kann angenommen werden, dass das in der
Oberflächenrichtung
auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 aufgeprägte Magnetfeld
annähernd
Null ist. Wenn die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 zu beiden
Seiten in einem Abstand von 2 mm von dem zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselement 1 angeordnet werden, wird ein
Magnetfeld von ca. 290 Oe auf die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 aufgeprägt. Beispielsweise
im Falle der Verwendung von TMR-Elementen mit den in 3 gezeigten
Charakteristiken ist eine Stärke
dieses Magnetfeldes ausreichend hoch, um die als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselemente 2, 5 zu sättigen.
-
Wenn
das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und
die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 mit
dem gleichen Verfahren und mit einer gleichen Form hergestellt werden,
werden die Temperaturcharakteristik und der Aufbau des zur Erfassung
verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und die Temperaturcharakteristik
und der Aufbau der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 im
Wesentlichen gleich. Folglich ist die Änderung des Widerstandes des
zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und
der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 die
Gleiche. Im Hinblick auf den Widerstandswert des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes 1 ist es möglich, einen Einfluss der temperaturabhängigen Änderung
des Widerstandes des Magnetwiderstandselementes unter Verwendung
der Widerstandswerte Rmin, Rmax und
Hk der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 zu
korrigeren. Somit ist es möglich,
ein äusseres
Magnetfeld mit hoher Genauigkeit aufzufinden.
-
Es
folgen nun Erläuterungen
zu einem Erfassungsvorgang zum Erfassen eines äusseren Magnetfeldes zum Korrigieren
eines Einflusses einer temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes. 10 ist
eine Diagramm, das vereinfacht eine Beziehung zwischen dem äusseren
Magnetfeld und dem Elementwiderstand des TMR-Elementes zeigt. In 10 kann
der Widerstand Rd des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes bei Vorliegen des äusseren Magnetfeldes H (–|Hk| ≤ H ≤ |Hk| ) durch
die folgende Gleichung ausgedrückt
werden. Rd = Rmin + (Rmax – Rmin)(H/2|Hk| + 1/2)
-
Damit
kann die folgende Gleichung erhalten werden. (Rd – Rmin)/(Rmax – Rmin) = (H/2|Hk|) + 1/2
-
In
diesem Zusammenhang wird eine Differenz des Widerstandes zwischen
den Magnetwiderstandselementen durch (Rd – Rmin) und (Rmax – Rmin) erhalten, so dass es möglich ist,
eine temperaturabhängige Änderung
des Widerstandes aufzuheben.
-
11 ist
ein Schaltdiagramm der Erfassungsschaltung zum Erfassen eines äusseren
Magnetfeldes zum Korrigieren eines Einflusses der temperaturabhängigen Änderung
des Widerstandes. Wie in 11 gezeigt
ist, ist die elektrische Konstantstromquelle 204 mit dem
zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und
den als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementen 2, 5 verbunden,
so dass der gleiche elektrische Strom durch jedes Element geleitet
werden kann. Obgleich der elektrische Strom durch die Änderung
des Widerstandes in dem Magnetwiderstandselement geändert wird,
wenn der Widerstand 210, dessen Widerstandswert in ausreichendem
Maße höher als
derjenige des Magnetwiderstandselementes ist, zwischen der elektrischen
Konstantstromquelle 204 und dem Magnetwiderstandselement
angeordnet ist, kann der durch das Magnetwiderstandselement fließende elektrische
Strom im Wesentlichen gleich gemacht werden. In diesem Fall wird
der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 als
Rmin, und der Widerstand des als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselementes 5 als Rmax eingestellt.
Daher, wenn eine Differenz zwischen der Spannung der beiden Endbereiche
des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und
der Spannung der beiden Endbereiche des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 durch
die Differenzverstärkerschaltung 206 verstärkt wird,
und wenn eine Differenz zwischen der Spannung der beiden Endbereiche
des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und
der Spannung der beiden Endbereiche des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 5 durch
eine andere Differenzverstärkerschaltung 207 verstärkt wird und
dann die verstärkten
Werte durch die Multiplizier- und Dividierschaltung 203 berechnet
werden, ist es möglich,
den Wert von (Rd – Rmin)/(Rmax – Rmin) zu finden. Gemäß der oben stehenden Formel
ist dieser Wert gleich (H/2|Hk|) + 1/2.
Da ferner der Wert von |Hk| bereits bekannt
war, wird ein Einfluss der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes korrigiert,
und das äussere
Magnetfeld H kann erfasst werden.
-
Die
oben beschriebene Erfassungsschaltung kann nicht auf der Verdrahtungsgrundplatte 6 wie
in der Ausführungsform
1, sondern auf der Grundplatte 3 angeordnet sein, auf der
die Magnetwiderstandselemente angeordnet sind. Ferner ist es möglich, diese
Erfassungsschaltung ausserhalb der Verdrahtungsgrundplatte 6 und
der Grundplatte 3 anzuordnen. In einem Fall, in dem die
Erfassungsschaltung auf der gleichen Grundplatte angeordnet ist,
ist es möglich,
die Rauscherzeugung zu verringern, die in dem langen Draht verursacht
wird, der zwischen dem Magnetwiderstandselement und dem Verstärker der ersten
Stufe vorgesehen ist, so dass die Erfassungsgenauigkeit verbessert
werden kann.
-
Hinsichtlich
des Verfahrens zum Auffinden der Temperaturkorrektur und des äusseren
Magnetfeldes kann das folgende Verfahren angewendet werden. Eine
exklusive Erfassungsschaltung ist nicht vorgesehen, aber ein Widerstandswert
von jedem Magnetwiderstandselement wird von einem Widerstandsmesser
ausgelesen, der mit der zum Justieren verwendeten Elektrode 10 verbunden
ist, und dieser gelesene Wert wird in einen Mehrzweckcomputer eingegeben,
so dass eine Differenz oder ein Verhältnis des Widerstandswertes
von jedem Magnetwiderstandselement berechnet werden kann.
-
In
diesem Fall wird ein Einfluss der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes durch die
Schaltung korrigiert, bei der eine Differenz zwischen dem Widerstandswert
Rmin, Rmax des als
Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und dem
Widerstandswert R des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 genommen wird.
Ein Einfluss der temperaturabhängigen Änderung
des Widerstandes kann jedoch auch durch die Schaltung korrigiert
werden, bei der ein Verhältnis des Widerstandswertes
des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und
des Widerstandswertes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 gebildet
wird.
-
Bei
der Herstellung des Magnetfelddetektors ist es erforderlich, die
Positionen des Magneten und des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes
mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Beispielsweise wird der Magnet
durch den folgenden Vorgang positioniert. Zuerst werden konstante
elektrische Ströme
jeweils durch das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und
die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 geleitet,
und die Spannung an beiden Endbereichen wird gemessen. Da beide
als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 im
Sättigungsbereich
liegen, ist die Spannung an beiden Endbereichen durch Rmin und
Rmax bestimmt. Daher ändert sich der Spannungswert
selten, selbst wenn die Position des Magneten ein Wenig verschoben
wird. Andererseits ändert
sich der Widerstandswert des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 stark
mit einer Änderung
des Magnetfeldes. In einem Fall jedoch, in dem das Magnetfeld nicht
aufgeprägt ist,
sollte der Widerstandswert R = (Rmin + Rmax)/2 sein. Wenn somit die Position des
Magneten so justiert wird, dass die Gleichung R = (Rmin +
Rmax)/2 erfüllt werden kann, fällt die
Richtung des von dem Magneten erzeugten Magnetfeldes mit der Richtung
zusammen, in der das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 keinen
Magnetismus fühlt.
-
Wenn
folglich eine relative Position zwischen dem Magneten und dem zur
Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 so justiert
wird, dass ein durchschnittlicher Wert des Widerstandswertes des
als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2, auf
welches das Magnetfeld, das stärker als
das Sättigungsmagnetfeld
ist, parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht
aufgeprägt wird,
und der Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 5,
auf welchen das Magnetfeld, das stärker als das Sättigungsmagnetfeld
ist, nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schichtaufgeprägt wird,
gleich dem Widerstandswert des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes
sein kann, ist es auf einfache Weise möglich, ein Magnetfeld von dem Magneten
nur in der Richtung aufzuprägen,
in der das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 keinen
Magnetismus fühlt.
-
Wie
oben beschrieben wurde, wird ein Durchschnittswert aus dem Widerstandswert
des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2,
auf das das Magnetfeld, das stärker
als das Sättigungsmagnetfeld
ist, parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht
aufgeprägt
wird, und dem Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 5,
auf das das Magnetfeld, das stärker
als das Sättigungsmagnetfeld
ist, nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfeste Schicht
aufgeprägt
wird, als Bezugswert genommen, der zum Justieren der Relativposition
zwischen dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und
dem Magneten 4 verwendet wird. Der zum Justieren der Relativposition
zwischen dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und
dem Magneten 4 verwendete Wert ist jedoch nicht unbedingt
der Durchschnittswert. Beispielsweise kann ein gewichteter Durchschnittswert aus
dem Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2,
auf das ein Magnetfeld, das stärker
als das Sättigungsmagnetfeld ist,
parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht aufgeprägt wird,
und dem Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2,
auf das ein Magnetfeld, das stärker
als das Sättigungsmagnetfeld
ist, nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht
aufgeprägt
wird, als Bezugswert verwendet werden. Als Alternative kann ein
Wert, der erhalten wird, wenn der Durchschnittswert um einen vorgegebenen
Wert verschoben ist, ein Bezugswert sein. Als Alternative kann ein
Wert, der erhalten wird, wenn der Durchschnittswert mit einem Koeffizienten
multipliziert wird, der mit dem Widerstandswert des als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselementes und dem Flächenverhältnis des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes in Beziehung steht, als der Bezugswert
verwendet werden.
-
Als
ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Magnetfelddetektors ist
ein Verfahren unter Verwendung von magnetischem Material vorgesehen, das
noch nicht magnetisiert wurde. 12 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Zwischenstufe des Verfahrens
zum Verwenden eines noch nicht magnetisierten magnetischen Materials
zeigt. Zuerst wird eine Haftverbindung der Grundplatte 3 mit
der Schaltplatte 6 hergestellt, und dann wird eine Elektrodenverdrahtung
zwischen den Magnetwiderstandselementen und den Justierelektroden 10 mittels
Drahtbonden durchgeführt.
Dann wird gemäß der Darstellung
in 12 das noch nicht magnetisierte magnetische Material 9 über dem
Magnetfelddetektor und dem Magneten 15 angeordnet und zum
Auffinden des Mittelpunktes über
die Grundplatte 3 von der entgegen gesetzten Seite her
angenähert.
Dieser Magnet 15 zum Auffinden des Mittelpunktes ist magnetisiert,
so dass ein Magnetfeld in der Vertikalrichtung auf die Grundplatte 3 aufgeprägt werden
kann. Ferner ist die Größe des Magneten 15 zum
Auffinden des Mittelpunktes ausreichend groß, so dass ein gleichförmiges Magnetfeld
auf den Magnetfelddetektor aufgeprägt werden kann. Der Magnet 15 zum
Auffinden des Mittelpunktes wird jedoch so angeordnet, dass ein schwaches
Magnetfeld aufgeprägt
wird, damit das noch nicht magnetisierte magnetische Material 9 nicht
magnetisiert werden kann. Dann ist der Fluss des von dem Magneten 15 zum
Auffinden des Mittelpunktes erzeugten Magnetfeldes auf das noch nicht
magnetisierte magnetische Material 9 konzentriert. Daher
wird nur dann, wenn das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und
der Magnet nicht senkrecht zu einander angeordnet sind, ein Magnetfeld
in der Oberflächenrichtung
des Elementes in dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 erzeugt.
Daher ist es möglich, eine
Veränderung
des Widerstandes zu erfassen. Während
diese Erfassung vorgenommen wird, wird die Position des noch nicht
magnetisierten magnetischen Materials fein eingestellt und festgelegt. Schließlich wird
ein Magnetfeld mit einer ausreichend hohen Stärke auf das noch nicht magnetisierte
magnetische Material 9 aufgeprägt, um das magnetische Material
zu magnetisieren. Auf diese Weise kann der Magnet ausgebildet, und
der gewünschte
Magnetdetektor fertig gestellt werden.
-
Der
Magnetfelddetektor kann mit einem anderen Verfahren hergestellt
werden. Beispielsweise kann der Magnetfelddetektor mit einem Verfahren hergestellt
werden, bei dem die Position des Magneten 4 und die Position
des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 mit
Hilfe einer optischen Positionierung genau aneinander angepasst
werden können.
Als Alternative können
der Magnet 4 und die Grundplatte 3 vorausgehend
mit hoher Genauigkeit aneinander befestigt und dann auf der Schaltplatte 6 angeordnet
werden. Als Alternative kann der vorausgehend magnetisierte Magnet 4 exakt
auf der Grundplatte 3 angeordnet und festgelegt werden.
-
In
diesem Zusammenhang sind bei der Ausführungsform 2 die Magnetisierungsrichtung
der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und
die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht des als Bezug
verwendeten Magnetwiderstandselementes 5 parallel zu einander,
und das von dem Magneten in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus
aufgeprägte
Magnetfeld ist parallel und nicht parallel zu der Magnetisierungsrichtung
der ortsfesten Schicht, d.h. in der entgegen gesetzten Richtung
zu einander. Wenn jedoch eine Vielzahl von als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselementen vorgesehen ist, bei denen die Magnetisierungsrichtungen
der ortsfesten Schichten parallel zu einander sind, und bei denen das
von dem Magneten in der Oberflächenrichtung des
Schichtaufbaus aufgeprägte
Magnetfeld in der entgegengesetzten Richtung ist, kann die Magnetisierungsrichtung,
die von dem Magneten auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement
aufgeprägt
wird, nicht unbedingt parallel oder nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung
der ortsfesten Schicht sein. Falls die Magnetisierungsrichtung parallel
oder nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht
ist, ist der Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes
nicht auf den minimalen Wert oder den maximalen Wert festgelegt.
Wenn jedoch der Durchschnitt der Widerstandswerte der beiden als
Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente, bei denen die Richtung
des von dem Magneten in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus
aufgeprägten
Magnetfeldes in der entgegengesetzten Richtung ist, genommen wird,
wird der Widerstandswert der Gleiche wie in dem Fall, in dem das äussere Magnetfeld
Null ist. Daher ist es möglich,
den Widerstandswert des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 zu
korrigeren.
-
Ausführungsform 3
-
13 ist
eine Schnittansicht eines Magnetfelddetektors von Ausführungsform
3. Das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und die
als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5,
die auf der Grundplatte 3 angeordnet sind, sind die Gleichen
wie die von Ausführungsform 2.
Bei dieser Ausführungsform
ist jedoch zusätzlich die
nichtmagnetische Platte 18 vorgesehen, deren beide Seiten
eben ausgebildet sind. In einem Ebenenbereich der nichtmagnetischen
Platte 18 ist die Stirnfläche des Magnetpols fest kontaktiert
angeordnet. In dem anderen Ebenenbereich der nichtmagnetischen Platte 18 ist
die Grundplatte 3 des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 fest
kontaktiert angeordnet.
-
Die
Stirnfläche
des Magnetpols des Magneten 4 ist ein Ebenenbereich, der
senkrecht zu dem Magnetfeld steht. Die Grundplatte 3 des
zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist
parallel zur Filmstruktur des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1.
Wenn die Grundplatte 3 oder der Magnet 4 parallel
zum Ebenenbereich der nichtmagnetischen Platte 18 angeordnet
ist, kann somit das von dem Magneten 4 auf das zur Erfassung
verwendete Magnetwiderstandselement 1 aufgeprägte Magnetfeld
einfach in der Richtung senkrecht zu der Filmstruktur eingestellt
werden, bei der es sich um eine Richtung handelt, in der kein Magnetismus
gefühlt
wird. Andererseits ist es im Hinblick auf die als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselemente 2, 5 einfach, das Magnetfeld
in der Richtung aufzuprägen,
in der Magnetismus gefühlt
wird.
-
Ausführungsform 4
-
14 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors
von Ausführungsform
4 zeigt. Bei der Ausführungsform
4 ist zusätzlich
zu dem Aufbau von Ausführungsform
2 die Magnetflussführung 14 zwischen
dem Magneten und den zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementen
angeordnet, so dass das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und
die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 von
der Magnetflussführung 14 abgedeckt
sein können,
wie in 14 gezeigt ist. Die Magnetflussführung 14 besteht
aus einem Material mit einer hohen magnetischen Durchlässigkeit
und wird dazu verwendet, die Richtungen der Magnetflüsse zu ordnen.
In diesem Fall wird als Material Permalloy verwendet, das eine hohe
magnetische Durchlässigkeit besitzt.
Zwischen der Magnetflussführung 14 und
der Verdrahtungsgrundplatte 6 ist das Isoliermaterial 7 vorgesehen.
Daher sind die Magnetflussführung 14 und
die Verdrahtungsgrundplatte elektrisch von einander isoliert. In 14 ist
die Y-Richtung als eine Richtung definiert, in der die Positionen
der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 mit einander
verbunden sind, und die X-Richtung ist als eine Richtung definiert,
die parallel zur Grundplatte 3 und senkrecht zur Y-Richtung
ist. Dann stimmt die zu erfassende Richtung des äusseren Magnetfeldes 41 mit
der Y-Richtung überein.
-
In
diesem Fall ist es durch die Einwirkung der Magnetflussführung 14 möglich, den
Einfluss eines von aussen vorliegenden magnetischen Störfeldes mit
Ausnahme des äusseren
Magnetfeldes zu unterdrücken.
Wenn ferner eine Lagebeziehung zwischen der Magnetflussführung 14 und
dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 justiert wird,
falls das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 verschoben
wird, ist es möglich, die
Stärke
des von dem Magneten 4 auf das zur Erfassung verwendete
Magnetwiderstandselement 1 aufgeprägten Magnetfeldes zu verringern.
-
Wenn
beispielsweise bei der Ausführungsform
2, wo die Magnetflussführung 14 nicht
vorgesehen ist, die Position des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes
1 um 0,1 mm verschoben wird, wird ein Magnetfeld mit einer Stärke von
17 0e auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 aufgeprägt. 15 ist
eine Schnittansicht, die einen Aufbau der Ausführungsform 4 zeigt, bei der
eine Magnetflussführung
mit einer Höhe des
Querschnitts von 2 mm, einer Länge
des Querschnitts in der X-Richtung von 3 mm, und einer Länge in der
Y-Richtung von 5 mm in einer von der Grundplatte separaten Position
aufgesetzt ist. 16 ist ein Diagramm, das eine
Beziehung zwischen der Position in der X-Richtung auf der Grundplatte
und der Stärke
des Magnetfeldes in einem Fall zeigt, in dem die Magnetflussführung 14 in
dem in 15 gezeigten Aufbau vorgesehen
und nicht vorgesehen ist. Wenn die Magnetflussführung 14 vorgesehen
ist, flacht sich die Beziehung zwischen der Position in der X-Richtung
auf der Grundplatte und der Stärke
des Magnetfeldes ab. In diesem Zusammenhang beträgt in 16 eine Änderung
der Stärke
des Magnetfeldes, die durch die Verschiebung um 0,1 mm in der X-Richtung
verursacht werden kann, 0,5 Oe, und eine Änderung der Stärke des
Magnetfeldes, die durch die Verschiebung um 0,1 mm in der Y-Richtung verursacht
werden kann, 4,4 Oe, d.h. die Änderungen
der Stärke
des Magnetfeldes können
verringert werden. In diesem Fall beträgt eine Stärke des Magnetfeldes, das auf
das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 in
der Y-Richtung um
2 mm beabstandet aufgeprägt
wird, 183 Oe. Daher kann das Sättigungsmagnetfeld
auf die gleiche Weise aufgeprägt
werden, als wenn die Magnetflussführung 14 nicht aufgesetzt
wäre.
-
Selbst
wenn sich die Magnetflussführung 14 nicht
zwischen den als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementen 2, 5 und
dem Magneten 4 befindet, kann die Aufgabe gelöst werden,
solange sich die Magnetflussführung 14 zwischen
dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und dem
Magneten 4 befindet. In diesem Fall ist es bei eingesetzter
Magnetflussführung 14 möglich, die
Effekte zur Verfügung
zu stellen, wobei ein durch die Verschiebung des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes 1 verursachter Einfluss verringert
werden kann, und der Magnet 4 und der Magnetdetektor können einfach
hergestellt werden.
-
In
diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass die Position und Größe der Magnetflussführung 14 nicht
auf die oben angegebene konkrete Ausführungsform beschränkt sind.
Wenn die Stärke
und die Größe des Magneten 4 verändert werden,
und wenn der Abstand zwischen dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und
den als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementen 2, 5 geändert wird,
werden natürlich
die Position und die Größe der Magnetflussführung 14 von
den oben angegebenen konkreten Werten geändert. Bei dieser Ausführungsform
wird eine Magnetflussführung 14 mit
einem C-förmig
ausgebildeten Querschnitt verwendet, jedoch können auch anderen Formen, wie etwa
eine dicke Platte, als Querschnitt für die Magnetflussführung 14 verwendet
werden.
-
Ausführungsform 5
-
17 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors
von Ausführungsform
5 zeigt. 18 ist eine Draufsicht auf den in 17 gezeigten
Magnetfelddetektor, wobei die Blickrichtung in der Richtung der
Z-Achse von einem oberen Bereich der Grundplatte 3 ist.
Bei der Ausführungsform
5 sind zusätzlich
zu dem Aufbau der Ausführungsform
2 die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 20, 21 in
Positionen vorgesehen, in denen ein Abstand von der Position des
zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 in
zwei Richtungen senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten
Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 vorhanden
ist.
-
Wie
in 18 gezeigt ist, wird das Magnetfeld von dem Magneten 4 senkrecht
zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht auf die als Bezug
verwendeten Magnetwiderstandselemente 20, 21 in
der Oberflächenrichtung
des Schichtaufbaus aufgeprägt.
Eine Stärke
des von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus
aufgeprägten
Magnetfeldes ist größer als
die Stärke
des Sättigungsmagnetfeldes
der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 20, 21.
Daher sind die Magnetisierungsrichtungen 37, 39 der
jeweiligen freien Schicht in der Richtung senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung
der ortsfesten Schicht festgelegt.
-
Der
Widerstand in dem Fall, in dem die Magnetisierungsrichtung der freien
Schicht senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten
Schicht ist, ist gleich dem Widerstand in dem Fall, in dem die Stärke des äusseren
Magnetfeldes 41 gleich Null ist. Durch den oben erwähnten Aufbau
ist es anhand von einem von dem Widerstand des als Bezug verwendeten
Magnetwiderstandselementes 20 und dem Widerstand des als
Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 21 möglich, wenn
ein Durchschnitt aus dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 20 und
dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 21 genommen
wird, einen Widerstand zu einem Zeitpunkt, wenn eine Stärke des
von aussen aufgeprägten
Magnetfeldes Null ist, präzise
aufzufinden. Wenn dieser Wert für
eine Seite der Differenzverstärkerschaltung 203 von
Ausführungsform
1 verwendet wird, ist es möglich,
ein Magnetfeld in der Nähe
des Magnetfeldes, dessen Stärke
Null ist, präzise
zu erfassen.
-
Der
Aufbau der Ausführungsform
3 weist ferner das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 20 und
das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 21 auf,
wobei das von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung
des Schichtaufbaus aufgeprägte
Magnetfeld senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten
Schicht ist. Gemäß diesem
Aufbau kann der Widerstand zu einem Zeitpunkt, wenn die Stärke des
aufgeprägten
Magnetfeldes Null ist, als Widerstand für die Kalibrierung verwendet
werden. Folglich lässt
sich dieser Aufbau wirkungsvoll auf einen Fall anwenden, in dem
eine geringe Stärke
des Magnetfeldes genauer erfasst werden soll.
-
Bei
dem in den oben erwähnten
Ausführungsformen
1 bis 5 beschriebenen Magnetfelddetektor wird ein Element verwendet,
das einen Spin-Bulb-Aufbau als das Magnetwiderstandselement aufweist.
Es kann jedoch an Stelle des Elementes mit dem Spin-Bulb-Aufbau
ein Element verwendet werden, dessen ortsfeste Schicht einen SAF-Aufbau aufweist.
Wenn in diesem Fall ein SAF-Aufbau angewendet wird, wird ein Lecken
des Magnetfeldes aus der ortsfesten Schicht verringert. Dadurch
ist es möglich,
ein Zittern der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht aufgrund
des äusseren
Magnetfeldes zu unterdrücken.
Folglich kann die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden. Dieser
Aufbau kann einen bemerkenswerten Effekt zur Verfügung stellen, wenn
er auf einen Fall angewendet wird, in dem die Richtung des Aufprägens des
Magnetfeldes von dem Magneten 4 nicht wie bei den als Bezug
verwendeten Magnetwiderstandselementen 20, 21 von
Ausführungsform
2 parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht ist.
-
Ausführungsform 6
-
19 is
eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors
von Ausführungsform
6 zeigt. 20 ist eine Draufsicht auf den in 19 gezeigten
Magnetfelddetektor, wobei die Blickrichtung die Richtung der Z-Achse
von einem oberen Bereich der Grundplattenoberfläche ist. Dieser Magnetfelddetektor
ist so zusammengesetzt, dass das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement
und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement in Ausführungsform
1 durch AMR (Anisotropic Magneto-Resistance)-Elemente ersetzt sind,
und die jeweiligen Positionen des Magneten 4, des zur Erfassung
verwendeten Magnetwiderstandselementes und des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes
vertauscht sind. Der Schichtaufbau des vorliegend verwendeten AMR-Elementes
ist nicht der Spin-Bulb-Aufbau, sondern das vorliegend verwendete
AMR-Element ist in den folgenden Punkten das Gleiche wie das TMR-Element
des GMR-Elementes. Der Schichtaufbau weist eine ferromagnetische
Schicht auf, der Widerstand wird durch Ändern der Magnetisierungsrichtung
der magnetischen Schicht geändert,
und der Magnetismus wird nicht in der Richtung senkrecht zur Filmstruktur
gefühlt.
Einige AMR-Elemente fühlen
im Wesentlichen den Magnetismus nicht in der Richtung parallel zu
dem elektrischen Erfassungsstrom. Bei der Ausführungsform 4 werden AMR-Elemente,
die den Magnetismus nicht in der Richtung parallel zu dem elektrischen
Erfassungsstrom fühlen,
für das
zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 51 und
das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 52 verwendet.
Der Magnet 4 ist so angeordnet, dass eine Achse, welche
den Mittelpunkt des N-Pols mit dem Mittelpunkt des S-Pols verbindet, im
Wesentlichen mit der Richtung des elektrischen Erfassungsstromes
des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 51 zusammen
fällt. Wie
andererseits der 20 zu entnehmen ist, ist das
als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 52 so angeordnet, dass
das Magnetfeld des Magneten 4 in der Richtung im Wesentlichen
senkrecht zum Erfassungsstroms sein kann.
-
Da
das von dem Magneten 4 auf das zur Erfassung verwendete
Magnetwiderstandselement 51 aufgeprägte Magnetfeld parallel zur
Richtung des elektrischen Erfassungsstroms 30 ist, beeinflusst
das Magnetfeld den Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 51 nicht. Andererseits
wird in dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement 52 ein
Magnetfeld aufgeprägt,
dessen Stärke
in ausreichendem Maße
größer als
die Stärke
des von dem Magneten 4 in der Richtung des Fühlens von
Magnetismus aufgeprägten Sättigungsmagnetfeldes
ist. Daher ist der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 52 im
Wesentlichen auf den Widerstand zum Zeitpunkt des Sättigungsmagnetfeldes festgelegt.
Beim Aufprägen
des äusseren
Magnetfeldes 41 ändert
sich der Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 51,
jedoch der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 52 ändert sich
nicht. Folglich kann selbst bei Verwendung eines AMR-Elementes der
Einfluss einer temperaturabhängigen Änderung
des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 51 unter
Verwendung eines als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 52 korrigiert
werden.
-
Ein
Magnetfelddetektor weist auf: einen Magneten; ein zur Erfassung
verwendetes Magnetwiderstandselement mit einem Schichtaufbau, der
eine ferromagnetische Schicht enthält, wobei sich der Widerstand
des Magnetwiderstandselementes ändert, wenn
sich die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht ändert; und
ein als Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement mit im Wesentlichen
dem gleichen Schichtaufbau wie dem des zur Erfassung verwendeten
Magnetwiderstandselementes, wobei der Magnet ein Magnetfeld mit
einer Stärke,
die nicht geringer als eine Stärke
eines Sättigungsmagnetfeldes
ist, in einer Richtung aufprägt,
in der die ferromagnetische Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes
Magnetismus fühlt.
Folglich kann der Magnetdetektor mit dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement verwirklicht
werden, ohne eine magnetische Abschirmung zur Verfügung zu
stellen. Wenn dieser Magnetdetektor verwendet wird, kann die Schwankung
der Charakteristik, d.h. die Schwankung der Temperatur Charakteristik,
aufgehoben werden, und das äussere Magnetfeld
kann mit hoher Genauigkeit aufgefunden werden.
-
Bei
den oben beschriebenen Ausführungsformen
1 bis 6 wird ein TMR-Element oder ein AMR-Element als das Magnetwiderstandselement für die Erfassung
und das Magnetwiderstandselement für den Bezug verwendet. Solange
es sich jedoch um ein Magnetwiderstandselement handelt, bei dem
die Magnetisierungsrichtung seiner ferromagnetischen Schicht unter
dem Einfluss des äusseren
Magnetfeldes geändert
wird, so dass sich der Widerstand des Elementes ändern kann, können ein GMR-Element
oder andere Magnetwiderstandselemente verwendet werden. Sogar in
diesem Fall, wenn ein Magnetfeld, dessen Stärke nicht geringer als die
Stärke
des Sättigungsmagnetfeldes
der ferromagnetischen Schicht ist, in der Richtung aufgeprägt wird,
in der der Magnetismus des Magneten gefühlt wird, ist es möglich, ein
Magnetwiderstandselement als Bezug zu erhalten, dessen Widerstand
durch das äussere
Magnetfeld nicht geändert
wird. Daher kann der Effekt der Erfindung zur Verfügung gestellt
werden.
-
Ein
Magnetfeld, dessen Stärke
geringer als die Stärke
des Sättigungsmagnetfeldes
der ferromagnetischen Schicht ist, kann auf das Magnetwiderstandselement
für eine
Erfassung in der Richtung aufgeprägt werden, in der der Magnetismus
des Magneten gefühlt
werden kann. In diesem Fall wird ein Vormagnetisierungsfeld auf
das äussere
Magnetfeld aufgeprägt,
das durch den Magneten erfasst wird. Auch in diesem Fall ist es
möglich,
ein Magnetwiderstandselement als Bezug zu erhalten, dessen Widerstand
durch das äussere
Magnetfeld nicht geändert wird.
Daher kann der Effekt der Erfindung zur Verfügung gestellt werden.
-
Der
in den Ausführungsformen
1 bis 6 beschriebene Magnet ist ein Permanentmagnet. Es können jedoch
auch andere Einrichtungen zum Erzeugen eines Magnetflusses verwendet
werden, wie etwa ein Elektromagnet und eine Solenoidspule. Bei der
oben in den Ausführungsformen
1 bis 3 beschriebenen Magnetfelderfassung ist der Gegenstand der Erfassung
ein äusseres
Magnetfeld. Dieses äussere Magnetfeld
kann eine im Magnetfeld hervor gerufene Änderung sein, wenn ein magnetisierter
magnetischer Körper
gedreht oder bewegt wird. Als Alternative kann dieses äussere Magnetfeld
eine im Magnetfeld hervor gerufene Änderung sein, die durch eine Änderung
des in einer Spule aus Kupferdraht fliessenden elektrischen Stroms
verursacht wird. Als Alternative kann dieses äussere Magnetfeld ein Sensor sein,
in dem das Magnetfeld, das von dem in dem Magnetfelddetektor vorgesehenen
Magneten erzeugt wird, eine Änderung
erfasst, die durch eine Bewegung oder eine Drehung eines zu messenden
Gegenstandes aus einem weichmagnetischen Material verursacht wird.
In diesem Fall wird durch die Drehung und die Bewegung des zu erfassenden
Gegenstandes die Stärke
eines auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement aufgeprägten Magnetfeldes
geändert.
Wenn jedoch eine Stärke
des auf den Magneten aufgeprägten
Magnetfeldes in ausreichendem Maße erhöht wird, kann eine Änderung
des Widerstandes im Wesentlichen zu Null gemacht werden.
-
Der
in den Ausführungsformen
1 bis 6 verwendete Magnet ist ein Stabmagnet, bei dem die Magnetpol-Stirnfläche quadratisch
ist. Es ist jedoch möglich,
einen Stabmagneten zu verwenden, dessen Magnetpol-Stirnfläche kreisförmig ist,
oder einen Stabmagneten, dessen Magnetpol-Stirnfläche ringförmig ist.
Wenn in einem solchen Fall das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 auf der
Mittelachse des Stabmagneten angeordnet ist, ändert sich das Magnetfeld,
das auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 aufgeprägt wird,
auch dann nicht, wenn der Magnet gedreht wird. Daher kann der Magnetfelddetektor
einfach hergestellt werden. Die Form des Magneten kann ein hexagonales
Prisma sein. Als der Magnet, der zum Aufprägen des Magnetfeldes verwendet wird,
kann an Stelle des Samarium-Kobalt-Magneten ein Ferritmagnet, ein
Alnico-Magnet, ein Neodymiummagnet oder ein Verbundmagnet verwendet
werden.