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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Dünnfilm-Magnetsensor.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Dünnfilm-Magnetsensor,
der zum Erfassen von Drehinformationen, zum Beispiel von Fahrzeugachsen,
Drehgebern und Industriegetrieben, zum Erfassen von Positions- und Geschwindigkeitsinformationen,
zum Beispiel von Hublagen von Hydraulikzylindern/Pneumatikzylindern
und Schlitten von Werkzeugmaschinen, zum Erfassen von Strom betreffenden
Informationen, zum Beispiel des Lichtbogenstroms von Industrieschweißrobotern,
sowie für einen geometrischen Richtungskompass geeignet
ist.
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Ein
Magnetsensor ist eine elektronische Vorrichtung, die eine erfasste
Menge einer elektromagnetischen Kraft wie Strom, elektrische Spannung, elektrische
Energie, Magnetfeld oder Magnetfluss, eine erfasste Menge einer
dynamischen Größe wie Position, Geschwindigkeit,
Beschleunigung, Weg, Abstand, mechanische Spannung, Druck, Drehmoment,
Temperatur oder Feuchtigkeit, und eine erfasste Menge einer biochemischen
Größe mittels eines Magnetfeldes in eine elektrische
Spannung umwandelt. Magnetische Sensoren lassen sich, je nach dem Verfahren
zur Erfassung des Magnetfeldes, in Hall-Sensoren, AMR(anisotroper
Magnetowiderstand)-Sensoren, (GMR) Riesenmagnetowiderstand)-Sensoren
und Ähnliches unterteilen.
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Von
den oben beschriebenen Sensoren zeichnet sich der GMR-Sensor durch
die folgenden Vorteile aus:
- (1) verglichen
mit dem AMR-Sensor weist der GMR-Sensor einen äußerst
hohen Maximalwert für den Änderungskoeffizienten
eines spezifischen elektrischen Widerstands, d. h., für
das MR(Magnetowiderstand)-Verhältnis auf (MR-Verhältnis
= Δρ/ρ0 (Δρ = ρH – ρ0,
wobei ρH ein spezifischer elektrischer
Widerstand bei einem äußeren Magnetfeld H und ρ0 ein spezifischer elektrischer Widerstand
bei einem äußeren Magnetfeld von Null ist);
- (2) verglichen mit dem Hall-Sensor weist der GMR-Sensor eine
geringere Temperaturänderung des Widerstandswerts auf;
und
- (3) der GMR-Sensor ist zur Mikrominiaturisierung geeignet, da
das Material, das einen Riesenmagnetowiderstandseffekt aufweist,
ein Dünnfilmmaterial ist. Es ist daher zu erwarten, dass
der GMR-Sensor für einen mikromagnetischen Sensor mit hoher
Empfindlichkeit verwendet wird, welcher für Computer, elektrische
Anlagen, Kraftfahrzeuge, Haushaltsgeräte, tragbare Geräte,
usw. verwendet wird.
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Folgende
Materialien weisen bekanntermaßen den GMR-Effekt auf: ein
künstliches Gitter, das aus einem mehrschichtigen Film
ausgebildet ist, der eine ferromagnetische Schicht wie etwa Permalloy, usw.
aufweist und eine nicht-magnetische Schicht wie etwa Cu, Ag, Au,
usw. aufweist, oder das aus einem mehrschichtigen Film, der aus
einer vierschichtigen Struktur besteht (einem sogenannten „Spinventil"),
ausgebildet ist, die eine antiferromagnetische Schicht, eine ferromagnetische
Schicht (eine fixierte Schicht), eine nicht-magnetische Schicht
und eine ferromagnetische Schicht (eine freie Schicht) aufweist;
ein nanogranulares Material auf Basis von Metall-Metall, das ein
nanoskaliges feinteiliges Material aufweist, welches aus einem ferromagnetischen
Metall wie etwa Permalloy, usw. ausgebildet ist, und eine Korngrenzenphase
aufweist, die aus einem nicht-magnetischen Metall wie etwa Cu, Ag,
Au, usw. ausgebildet ist; ein Tunnelübergangsfilm, der
mittels des spinabhängigen Tunneleffekts einen MR(Magnetowiderstand)-Effekt
erzeugt; und ein nanogranulares Material auf Metall-Isolator-Basis,
das ein aus einer ferromagnetischen Metalllegierung ausgebildetes nanoskaliges
feines Teilchen aufweist und eine aus einem nicht magnetischen und
isolierenden Material ausgebildete Korngrenzenphase aufweist.
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Von
diesen Materialien zeichnet sich der typischerweise durch das Spinventil
gebildete mehrschichtige Film durch eine hohe Empfindlichkeit in
einem schwachen Magnetfeld aus. Allerdings ist zur Herstellung des
mehrschichtigen Films eine sehr präzise Laminierung der
aus verschiedenen Materialien ausgebildeten Dünnfilme notwendig,
was dazu führt, dass die Stabilität und der Ertrag
gering sind und der Reduktion der Herstellungskosten Grenzen gesetzt sind.
Mehrschichtige Filme dieses Typs werden daher ausschließlich
für hochwertige Vorrichtungen, wie etwa ein Magnetkopf
für eine Festplatte, verwendet, und gelten als schwer anwendbar
für einen Magnetsensor, der sich im preislichem Wettbewerb
mit einem AMR-Sensor oder einem Hall-Sensor, deren Stückpreis
niedrig ist, befindet. Da tendenziell eine Diffusion zwischen mehrschichtigen
Filmen auftreten und der GMR-Effekt eingebüßt
werden kann, liegt ein wesentlicher Nachteil von mehrschichtigen
Filmen weiterhin in ihrer geringen Wärmebeständigkeit.
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Nanogranulare
Materialien lassen sich dagegen im Allgemeinen einfach herstellen
und weisen eine gute Reproduzierbarkeit auf. Somit lassen sich durch
die Verwendung von nanogranularen Materialien für Magnetsensoren
die Kosten für die Magnetsensoren verringern. Dabei ergeben
sich insbesondere die folgenden Vorteile:
- (1)
nanogranulare Materialien auf Metall-Isolator-Basis weisen ein hohes
MR-Verhältnis auf, das bei Raumtemperatur und einer optimierten Zusammensetzung
mehr als 10% beträgt;
- (2) da der spezifische elektrische Widerstand ρ außerordentlich
hoch ist, lässt sich durch nanogranulare Materialien auf
Metall-Isolator-Basis gleichzeitig eine Mikrominiaturisierung und
ein geringer Energieverbrauch des Magnetsensors erzielen;
und
- (3) im Gegensatz zum Spinventil-Film, der einen antiferromagnetischen
Film mit geringer Wärmebeständigkeit enthält,
sind nanogranulare Materialien auf Metall-Isolator-Basis auch bei
hohen Temperaturen verwendbar. Allerdings besteht bei nanogranularen
Materialien auf Metall-Isolator-Basis das Problem, dass die Magnetfeldempfindlichkeit
in einem schwachen Magnetfeld äußerst gering ist.
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In
der ungeprüften
japanischen
Patentanmeldung mit der Publikationsnummer H11 (1999)-087804 wird
beschrieben, dass zur Lösung des Problems weichmagnetische
Dünnfilme an beiden Enden eines GMR(Riesenmagnetowiderstand)-Dünnfilms
angeordnet werden, was die Magnetfeldempfindlichkeit des GMR(Riesenmagnetowiderstand)-Dünnfilms
erhöht. Weiterhin wird in diesem Patentdokument auch beschrieben,
dass ein Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilm-Magnetsensors die
Ausbildung eines Permalloy-Dünnfilms (eines weichmagnetischen
Films) von 2 μm Dicke auf einem Substrat, die Ausbildung
einer Lücke von etwa 9 μm Breite im Permalloy-Dünnfilm
mittels einer Ionenstrahlätzvorrichtung und die Laminierung
eines nanogranularen GMR-Films, der eine Zusammensetzung aus Co
38.6Y
41.0O
47.4 aufweist, in der Lücke aufweist.
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Weiterhin
wird in der ungeprüften
japanischen
Patentanmeldung mit der Publikationsnummer H11 (1999)-274599 beschrieben,
dass eine Dicke eines GMR(Riesenmagnetowiderstand)-Dünnfilms derart
hergestellt wird, dass sie kleiner als die oder gleich der Dicke
eines weichmagnetischen Dünnfilms ist, um eine Magnetfeldempfindlichkeit
in der magnetoresistiven Dünnfilmvorrichtung, bei der die
weichmagnetischen Dünnfilme an beiden Enden des GMR(Riesenmagnetowiderstand)-Dünnfilms
angeordnet sind, weiter zu erhöhen.
- [Patentdokument
1] Ungeprüfte japanische
Patentanmeldung, Publikationsnr. H11 (1999)-087804
- [Patentdokument 2] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Publikationsnr.
H11 (1999)-274599
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Ein
weichmagnetisches Material, das eine hohe Sättigungsmagnetisierung
und eine hohe magnetische Permeabilität aufweist, weist
eine äußerst hohe Magnetfeldempfindlichkeit auf
und zeigt eine äußerst starke Magnetisierung in
einem relativ schwachen äußeren Magnetfeld. Werden
Dünnfilmjoche, die aus einem weichmagnetischen Material ausgebildet
sind, den beiden Enden eines GMR-Films angenähert, so wird
das äußere Magnetfeld dementsprechend durch das
Dünnfilmjoch verstärkt, und es wirkt ein starkes
Magnetfeld, welches 100 bis 10000 Mal so stark wie das äußere
Magnetfeld ist, auf den GMR-Film ein. Infolgedessen lässt sich
die Magnetfeldempfindlichkeit des GMR-Films erheblich erhöhen.
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Weiterhin
hängt die Stärke des im GMR-Film erzeugten Magnetfeldes
auch von der Form des Dünnfilmjochs ab. Je langgestreckter
die Form des Dünnfilmjochs ist, desto stärker
ist ein im GMR-Film erzeugtes Magnetfeld. Der Grund dafür
besteht darin, dass durch die Herstellung des Dünnfilmjochs
in einer langgestreckten Form das Entmagnetisierungsfeld in der
magnetempfindlichen Richtung verringert wird. Unter „magnetempfindlicher
Richtung" versteht man eine Richtung, in der das äußere
Magnetfeld angelegt wird, wenn die Magnetfeldempfindlichkeit des GMR-Films
am höchsten ist.
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Im
Allgemeinen ist der Magnetsensor als eine Brücke oder Halbbrücke
ausgebildet, wobei orthogonal Erfassungsvorrichtungen angeordnet
sind. Weiterhin wird üblicherweise ein Magnetsensor ausgewählt,
durch den sich lineare Ausgabeeigenschaften innerhalb eines Bereichs
der Verwendung von Magnetfeldern erhalten lassen. Da die maximale Ausgabe
des den GMR-Film verwendenden Magnetsensors in Abhängigkeit
von der physikalischen Eigenschaft des Materials des GMR-Films bestimmt wird,
wird die Empfindlichkeit der Magnetfelderfassung durch die magnetische
Formanisotropie (Entmagnetisierungsfeld) des Dünnfilmjochs
bestimmt. Im Falle der Verwendung in einem weiten Magnetfeldbereich
verschlechtert sich die Magnetfeldauflösung somit entsprechend.
Da ein Sensor mit guter Magnetfeldauflösung andererseits
durch ein schwaches Magnetfeld gesättigt wird, kann er
nur im Bereich eines sehr kleinen Magnetfeldes verwendet werden.
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Bei
der Messung der magnetischen Eigenschaften eines magnetischen Materials
möchte man zum Beispiel eine grobe Messung der Region eines starken
Magnetfeldes, in dem die Magnetisierung gesättigt ist,
vornehmen, während man die nähere Umgebung einer
Koerzitivkraft, in der sich die Magnetisierung abrupt ändert,
präzise messen möchte. In diesem Fall müssen
zwei Magnetsensortypen für die Messung des magnetischen
Feldes verwendet werden, nämlich für den Einsatz
in einem starken Magnetfeld und einem schwachen Magnetfeld in Kombination.
Die Verwendung der zwei Sensortypen ist jedoch unvorteilhaft, da
dadurch zweimal oder mehr als zweimal soviel Installationsraum benötigt
wird, was die Messung eines Magnetfelds in einer sehr kleinen Region
erschwert. Auch unter dem Kostenaspekt ist sie unvorteilhaft.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Dünnfilm-Magnetsensor
bereitzustellen, der einen GMR-Film verwendet, der zur simultanen
Messung eines starken Magnetfeldes und eines schwachen Magnetfeldes
mit einer geeigneten Auflösung ausgebildet ist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zur Lösung des oben
genannten Problems ein Dünnfilm-Magnetsensor bereitgestellt,
der aufweist:
einen GMR-Film, der einen Riesenmagnetowiderstandseffekt
aufweist; und
aus einem weichmagnetischen Material ausgebildete Dünnfilmjoche,
die mit beiden Enden des GMR-Films elektrisch verbunden sind;
wobei
die Dünnfilmjoche einen Bereich mit hoher Empfindlichkeit
mit einem Entmagnetisierungsfaktor NL in
einer magnetempfindlichen Richtung und einen Bereich mit geringer
Empfindlichkeit mit einem Entmagnetisierungsfaktor NH (> NL)
in der magnetempfindlichen Richtung aufweisen, und wobei der Bereich
mit geringer Empfindlichkeit mit dem Bereich mit hoher Empfindlichkeit
elektrisch in Reihe geschaltet ist.
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Sind
der Bereich mit hoher Empfindlichkeit und der Bereich mit geringer
Empfindlichkeit an den Dünnfilmjochen angeordnet und elektrisch
in Reihe geschaltet, so fließt bei Einwirkung eines schwachen Magnetfeldes
der Magnetfluss ausschließlich in den Bereich mit hoher
Empfindlichkeit. Da der Entmagnetisierungsfaktor NL im
Bereich mit hoher Empfindlichkeit relativ klein ist, wird die Magnetisierung
durch ein kleines Magnetfeld H gesättigt. Dadurch können
die magnetischen Eigenschaften in der Region eines schwachen Magnetfeldes
sehr präzise gemessen werden.
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Wirkt
dagegen ein starkes Magnetfeld, so fließt der Magnetfluss
auch zum Bereich mit geringer Empfindlichkeit. Da der Entmagnetisierungsfaktor
NH in der Region mit geringer Empfindlichkeit
relativ groß ist, verringert sich zudem der Gradient des
Magnetowiderstands MR relativ zum Magnetfeld H, und ein größeres
Magnetfeld H ist zur Sättigung der Magnetisierung notwendig.
Dadurch kann die Region eines starken Magnetfeldes über
einen weiten Bereich gemessen werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1A zeigt
einen Dünnfilm-Magnetsensor gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Draufsicht,
während 1B einen Sensor mit geringer
Empfindlichkeit in Draufsicht zeigt, und 1C einen
Sensor mit hoher Empfindlichkeit in Draufsicht zeigt.
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2 zeigt
einen Dünnfilm-Magnetsensor gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Draufsicht.
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3 zeigt
einen Dünnfilm-Magnetsensor gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Draufsicht.
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4 zeigt
ein Diagramm, das die magnetoresistiven Eigenschaften eines in 1A dargestellten
Dünnfilm-Magnetsensors darstellt.
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5 zeigt
ein Diagramm, das die magnetoresistiven Eigenschaften eines in 2 dargestellten Dünnfilm-Magnetsensors
darstellt.
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6 zeigt
ein Diagramm, das die magnetoresistiven Eigenschaften eines in 3 dargestellten Dünnfilm-Magnetsensors
darstellt.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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Nachfolgend
soll die vorliegende Erfindung insbesondere anhand einer Ausführungsform
beschrieben werden.
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(1. Dünnfilm-Magnetsensor)
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Der
Dünnfilm-Magnetsensor gemäß der vorliegenden
Erfindung weist einen GMR-Film, der einen Riesenmagnetowiderstandseffekt
aufweist, und aus einem weichmagnetischen Material ausgebildete Dünnfilmjoche
auf, die mit beiden Enden des GMR-Films elektrisch verbunden sind.
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(1.1 GMR-Film)
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Der
GMR-Film wird verwendet, um die Änderung eines äußeren
Magnetfeldes als eine Änderung eines elektrischen Widerstands
R zu erfassen, und um dementsprechend diese Änderung als
eine Spannungsänderung zu erfassen, wobei der GMR-Film aus
einem Material ausgebildet ist, das einen Riesenmagnetowiderstands(GMR)-Effekt
aufweist. Zur Erfassung der Änderung des äußeren
Magnetfeldes bei einer hohen Empfindlichkeit ist der absolute Wert des MR-Verhältnisses
des GMR-Films vorteilhafterweise größer. Insbesondere
beträgt der absolute Wert des MR-Verhältnisses
des GMR-Films vorzugsweise 5% oder mehr, besonders bevorzugt 10%
oder mehr.
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Da
der GMR-Film direkt mit dem Dünnfilmjoch elektrisch verbunden
ist, wird weiterhin ein GMR-Film verwendet, der einen spezifischen
elektrischen Widerstand ρ aufweist, der höher
als der spezifische elektrische Widerstand des Dünnfilmjochs ist.
Generell ist es unvorteilhaft, wenn der spezifische elektrische
Widerstand ρ des GMR-Films außerordentlich niedrig
ist, da dann ein elektrischer Kurzschluss zwischen den Dünnfilmjochen
ausgelöst wird. Ist der spezifische elektrische Widerstand ρ des GMR-Films
dagegen außerordentlich hoch, verstärken sich
Geräusche, und es ist schwer, die Änderung des äußeren
Magnetfeldes als eine Änderung der Spannung zu erfassen.
Insbesondere beträgt der spezifische elektrische Widerstand ρ des
GMR-Films vorzugsweise 103 μΩ oder
mehr und 1012 μΩ oder weniger,
besonders bevorzugt 104 μΩ oder
mehr und 1011 μΩ oder
weniger.
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Unter
den verschiedenen Materialien, die die oben genannten Bedingungen
erfüllen, ist nanogranulares Material auf Metall-Isolator-Basis
besonders geeignet. Nanogranulares Material auf Metall-Isolator-Basis
weist zum einen ein hohes MR-Verhältnis und einen hohen
spezifischen elektrischen Widerstand ρ auf, zum anderen
schwankt das MR-Verhältnis bei leichten Schwankungen in
der Zusammensetzung nicht sehr. Das ist insofern vorteilhaft, als
dadurch ein Dünnfilm, der stabile magnetische Eigenschaften
aufweist, gut reproduzierbar und kostengünstig hergestellt
werden kann.
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Das
nachfolgend genannte nanogranulare Material auf Metall-Isolator-Basis
kann für den GMR-Film verwendet werden:
- (1)
eine nanogranulare Oxidlegierung wie eine nanogranulare Co-Y2O3-Legierung, eine
nanogranulare Co-Al2O3-Legierung,
eine nanogranulare Co- Sm2O3-Legierung,
eine nanogranulare Co-Dy2O3-Legierung
und eine nanogranulare FeCo-Y2O3-Legierung;
und
- (2) eine nanogranulare Fluoridlegierung, wie Fe-MgF2,
FeCo-MgF2, Fe-CaF2 und
FeCo-AlF3.
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Form
und Größe des GMR-Films unterliegen keinen besonderen
Beschränkungen und sind derart festgelegt, dass die bezweckte
Magnetfeldempfindlichkeit erzielt wird. Generell ist der Widerstandswert proportional
zur Länge des GMR-Films und umgekehrt proportional zu seiner
Schnittfläche. Somit lässt sich der elektrische
Widerstand R des GMR-Films erhöhen, indem die Dicke verringert
wird, indem die Länge verlängert wird oder indem
die seitliche Breite verkleinert wird. Durch die Erhöhung
des elektrischen Widerstands R lässt sich der Energieverbrauch
der Vorrichtung reduzieren. Wenn der elektrische Widerstand R des
GMR-Films außerordentlich hoch ist, kann allerdings manchmal
eine Impedanzfehlanpassung in Bezug auf einen Verstärker
auftreten.
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(1.2 Dünnfilmjoch)
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Dünnfilmjoche
liegen sich durch eine Lücke getrennt gegenüber,
wobei ein GMR-Film mit den Dünnfilmjochen in der Lücke
oder nahe der Lücke elektrisch verbunden ist.
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Unter „nahe
der Lücke" versteht man hier eine Region, auf die ein erheblich
verstärktes Magnetfeld, das am oberen Ende der Dünnfilmjoche
erzeugt wird, einwirkt. Da das zwischen den Dünnfilmjochen
erzeugte Magnetfeld in der Lücke am größten ist,
wird der GMR-Film besonders bevorzugt in der Lücke angeordnet.
Ist das Magnetfeld, das auf den GMR-Film wirkt, unter dem Aspekt
der praktischen Verwendung groß genug, so kann sich der
GMR-Film allerdings auch vollständig oder teilweise außerhalb der
Lücke befinden (zum Beispiel auf der Seite der Oberseite
des Dünnfilmjochs oder auf der Seite der Unterseite des
Dünnfilmjochs).
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Das
Dünnfilmjoch wird zur Erhöhung der Magnetfeldempfindlichkeit
des GMR-Films verwendet und ist aus einem weichmagnetischen Material
ausgebildet. Zum Erhalt einer hohen Magnetfeldempfindlichkeit für
das schwache Magnetfeld wird vorzugsweise ein Material für
das Dünnfilmjoch verwendet, das eine hohe magnetische Permeabilität μ und/oder
eine hohe Sättigungsmagnetisierung Ms aufweist. Insbesondere
beträgt die magnetische Permeabilität μ vorzugsweise
100 oder mehr, besonders bevorzugt 1000 oder mehr. Weiterhin beträgt
die Sättigungsmagnetisierung Ms vorzugsweise 5 (k Gauß) oder
mehr, besonders bevorzugt 10 (k Gauß) oder mehr.
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Als
Material für das Dünnfilmjoch eignen sich Permalloy
(40 bis 90% Ni-Fe-Legierung), Sendust (Fe74Si9Al17) („Sendust” ist
eine Marke), HARDPERM (Fe12Ni82Nb6) („HARDPERM” ist eine
Marke), eine amorphe Co88Nb6Zr6-Legierung, eine amorphe (Co94Fe6)70Si15B15-Legierung, FINEMET (Fe75.6Si13.2B8.5Nb1.9Cu0.8) („FINEMET” ist
eine Marke), Nano-Max (Fe83HF6C11), („Nano-Max” ist eine Marke),
eine Fe85Zr10B5-Legierung, eine Fe93Si3N4-Legierung, eine
Fe71B11N18-Legierung, eine nanogranulare Fe71.3Nd9.6O19.1-Legierung, eine nanogranulare Co70Al10O20-Legierung,
eine Co65Fe5Al10O20-Legierung,
usw.
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Das
Dünnfilmjoch bewirkt eine Verstärkung des äußeren
Magnetfeldes und eine Erhöhung der Magnetfeldempfindlichkeit
des GMR-Films. Die verstärkende Wirkung lässt
sich zum einen durch das Material und zum anderen durch eine Optimierung der
Größe des Dünnfilmjochs erhöhen.
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Bei
Optimierung der Größe des Dünnfilmjochs
und Anordnung des Bereichs mit hoher Empfindlichkeit und des Bereichs
mit geringer Empfindlichkeit am Dünnfilmjoch lässt
sich ein Magnetsensor erhalten, der zur präzisen Messung
der Region eines schwachen Magnetfeldes und zur groben, aber über einen
weiten Bereich erfolgenden Messung der Region eines starken Magnetfeldes
ausgebildet ist.
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Unter
dem „Bereich mit hoher Empfindlichkeit" versteht man hier
eine Region, in der der Entmagnetisierungsfaktor NL in
der magnetempfindlichen Richtung kleiner als derjenige des Bereichs
mit geringer Empfindlichkeit ist. Generell lässt sich der
Entmagnetisierungsfaktor verringern, indem die Länge in der
parallel zur magnetempfindlichen Richtung verlaufenden Richtung
größer als die Länge in der senkrecht
zur magnetempfindlichen Richtung verlaufenden Richtung ist. Zur
Ausbildung des Bereichs mit hoher Empfindlichkeit kann es daher
ausreichen, dass sich in einem Bereich des Dünnfilmjochs
ein in Längsrichtung langgestreckter Bereich befindet,
der sich in die magnetempfindliche Richtung erstreckt. Es können
ein oder mehrere in Längsrichtung langgestreckte Bereiche
angeordnet sein. Durch die Optimierung der Form, der Anzahl, usw.
des in Längsrichtung langgestreckten Bereichs lässt
sich die Empfindlichkeit in der Region eines schwachen Magnetfeldes
steuern.
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Unter
dem „Bereich mit geringer Empfindlichkeit" versteht man
eine Region, in der der Entmagnetisierungsfaktor NH in
der magnetempfindlichen Richtung größer als derjenige
des Bereichs mit hoher Empfindlichkeit ist (NH > NL).
Es kann ausreichen, dass der Bereich mit geringer Empfindlichkeit
mit dem Bereich mit hoher Empfindlichkeit elektrisch in Reihe geschaltet
ist. Wird ein seitlich langgestreckter Bereich, der sich in der
Richtung erstreckt, die die magnetempfindliche Richtung schneidet,
an einem Bereich des in Längsrichtung langgestreckten Bereichs,
welcher den Bereich mit hoher Empfindlichkeit bildet, ausgebildet,
so fungiert der seitlich langgestreckte Bereich als der Bereich
mit geringer Empfindlichkeit. Vorzugsweise ist der seitlich langgestreckte
Bereich in der senkrecht zur magnetempfindlichen Richtung verlaufenden
Richtung ausgebildet. Es können ein oder mehrere seitlich
langgestreckte Bereiche angeordnet sein. Durch die Optimierung der
Form, der Anzahl, usw. des seitlich langgestreckten Bereichs lässt
sich die Empfindlichkeit in der Region eines starken Magnetfeldes
steuern.
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(2. Spezifisches Beispiel)
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(2.1 Spezifisches Beispiel (1))
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1A stellt
ein erstes spezifisches Beispiel eines Dünnfilm-Magnetsensors
gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Gemäß 1A weist
ein Dünnfilm-Magnetsensor 10 einen GMR-Film 12,
der einen Riesenmagnetowiderstandseffekt aufweist, und aus einem
weichmagnetischen Material ausgebildete Dünnfilmjoche 14, 14 auf,
die mit beiden Enden des GMR-Films 12 elektrisch verbunden
sind. Jedes der Dünnfilmjoche 14, 14 weist
eine T-Form auf und ist über den Querbalkenbereich der
T-Form mit dem GMR-Film 12 elektrisch verbunden. Die Gesamtlänge
L1 jedes der Dünnfilmjoche 14, 14,
die Breite W1 des Längsbalkenbereichs,
die Länge L2 des Querbalkenbereichs
sowie die Breite W2 des Querbalkenbereichs
können dem Zweck entsprechend optional ausgewählt
werden. Durch eine Optimierung ihrer Größe lassen
sich die Empfindlichkeit in der Region eines schwachen Magnetfeldes
sowie die Empfindlichkeit in der Region eines starken Magnetfeldes
steuern.
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Es
kann davon ausgegangen werden, dass der in 1A dargestellte
Dünnfilm-Magnetsensor 10 den in 1B dargestellten
Sensor 10a mit geringer Empfindlichkeit und den in 1C dargestellten Sensor 10b mit
hoher Empfindlichkeit aufweist, wobei der Sensor 10a mit
geringer Empfindlichkeit und der Sensor 10b mit hoher Empfindlichkeit
miteinander elektrisch in Reihe geschaltet sind.
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Da
beim Sensor 10b mit hoher Empfindlichkeit jedes der mit
beiden Enden des GMR-Films 12b elektrisch verbundenen Dünnfilmjoche 14b, 14b eine relativ
zur Breite W1 größere
Länge L1 aufweist, weist es also
einen relativ kleinen Entmagnetisierungsfaktor NL auf.
Infolgedessen übt jedes der Dünnfilmjoche 14b, 14b eine
erhebliche Verstärkungswirkung auf das äußere Magnetfeld
aus, und die Magnetisierung wird durch ein kleineres äußeres
Magnetfeld gesättigt.
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Da
beim Sensor 10a mit geringer Empfindlichkeit jedes der
mit beiden Enden des GMR-Films 12a elektrisch verbundenen
Dünnfilmjoche 14a, 14a dagegen eine relativ
zur Breite W2 kleinere Länge L2 aufweist, weist es einen relativ großen
Entmagnetisierungsfaktor NH auf. Infolgedessen übt
jedes der Dünnfilmjoche 14a, 14a eine
geringere Verstärkungswirkung auf das äußere
Magnetfeld aus, und es ist ein größeres äußeres
Magnetfeld zur Sättigung der Magnetisierung notwendig.
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Wirkt
ein schwaches Magnetfeld auf den Dünnfilm-Magnetsensor 10,
bei dem der Sensor 10a mit geringer Empfindlichkeit und
der Sensor 10b mit hoher Empfindlichkeit miteinander elektrisch
in Reihe geschaltet sind, ein, so wirkt ein äußeres
Magnetfeld, das nur durch den Längsbalkenbereich (in Längsrichtung
langgestreckter Bereich) der Dünnfilmjoche 14, 14 verstärkt
wird, ausschließlich auf den GMR-Film 12 ein.
Das heißt, dass bei dem Dünnfilm-Magnetsensor 10 ausschließlich
der Sensor 10b mit hoher Empfindlichkeit als Sensor fungiert.
Dadurch kann die Region eines schwachen Magnetfeldes sehr präzise
gemessen werden.
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Wirkt
dagegen ein starkes Magnetfeld auf den Dünnfilm-Magnetsensor 10 ein,
so wirkt ein äußeres Magnetfeld, das nicht nur
durch den Längsbalkenbereich, sondern auch durch den Querbalkenbereich
(seitlich langgestreckter Bereich) der Dünnfilmjoche 14, 14 verstärkt
wird, auf den GMR-Film 12 ein. Das heißt, dass
bei dem Dünnfilmsensor 10 nicht nur der Sensor 10b mit
hoher Empfindlichkeit, sondern auch der Sensor 10a mit
geringer Empfindlichkeit als Sensor fungiert. Dadurch kann die Region
eines starken Magnetfeldes über einen weiten Bereich gemessen
werden.
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Obwohl
bei dem in 1A dargestellten Dünnfilm-Magnetsensor 10 jedes
der Dünnfilmjoche 14, 14 eine T-Form
aufweist, lässt sich eine im Wesentlichen identische Wirkung
auch durch eine L-Form erzielen, bei der sich der Längsbalkenbereich auf
jeder Seite befindet. Weiterhin lässt sich durch die Anordnung
von zwei oder mehr Längsbalkenbereichen ein Dünnfilm-Magnetsensor
erhalten, der eine Empfindlichkeit entsprechend der Größe
des Längsbalkenbereichs aufweist.
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Weiterhin
können, obwohl der in 1A dargestellte
Dünnfilm-Magnetsensor 10 einzeln verwendet werden
kann, auch mehrere Dünnfilm-Magnetsensoren 10 elektrisch
verbunden und verwendet werden.
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Beispielsweise
können zwei Dünnfilm-Magnetsensoren 10 in
Reihe geschaltet und derart angeordnet werden, dass sich die magnetempfindlichen Achsen
der zwei Dünnfilmsensoren 10 schneiden (Halbbrücke).
In dieser Gestaltung lässt sich das äußere
Magnetfeld durch die Messung des Sternpunktpotentials erfassen,
ohne dass die Schwankung eines temperaturbedingten Bezugspotentials
Auswirkungen zeigt.
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Weiterhin
lässt sich durch die Verwendung von beispielsweise vier
Dünnfilm-Magnetsensoren 10 eine Brückenschaltung
aufbauen (Vollbrücke). Ist die Brückenschaltung
aufgebaut, lässt sich auf der Grundlage einer Differenz
des Sternpunktpotentials die Ausgabe im Vergleich zu einem Fall,
in dem zwei Dünnfilm-Magnetsensoren 10 verwendet
werden, verdoppeln.
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(2.2 Spezifisches Beispiel (2))
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2 stellt
ein zweites spezifisches Beispiel eines Dünnfilm-Magnetsensors
gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Gemäß 2 weist
ein Dünnfilm-Magnetsensor 20 einen GMR-Film 22,
der einen Riesenmagnetowiderstandseffekt aufweist, und aus einem
weichmagnetischen Material ausgebildete Dünnfilmjoche 24, 24 auf,
die mit beiden Enden des GMR-Films 22 elektrisch verbunden
sind. Jedes der Dünnfilmjoche 24, 24 weist
eine rechteckige Form auf, die eine mit der Breite des GMR-Films 22 identische
Breite aufweist, wobei mehrere Einkerbungen 24a, 24a,
... in der Richtung, die die magnetempfindliche Richtung schneidet,
ausgebildet sind.
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Unter „Einkerbung"
versteht man einen Bereich, der dadurch ausgebildet wird, dass ein
Bereich des Dünnfilmjochs derart abgeschnitten wird, dass das
Dünnfilmjoch in eine Region mit hoher Empfindlichkeit und
in eine Region mit geringer Empfindlichkeit unterteilt wird.
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Die
Einkerbung kann zum Beispiel Folgendes sein:
- (1)
eine Einkerbung (Schlitz), die durch das Abschneiden eines Dünnfilmjochs
in einer vorbestimmten Breite ausgebildet wird;
- (2) eine Einkerbung, die durch das Abschneiden eines Dünnfilmjochs
in einer Keilform ausgebildet wird;
- (3) eine Einkerbung zur Ausbildung einer Stufe in einem Dünnfilmjoch;
und
- (4) eine Einkerbung zum Abschneiden eines Dünnfilmjochs
in einer konkaven Form.
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Es
können eine, zwei oder mehr der oben beschriebenen Einkerbungen
angeordnet sein. Werden mehrere Einkerbungen 24a, 24a,
... bereitgestellt, so können ihr Abstand und ihre Breite
identisch zueinander sein oder sich voneinander unterscheiden. Obwohl
es ausreichen kann, dass die Einkerbungen 24a, 24a,
... derart angeordnet sind, dass sie die magnetempfindliche Richtung
schneiden, sind sie vorzugsweise in der senkrecht zur magnetempfindlichen
Richtung verlaufenden Richtung angeordnet.
-
Gemäß der
in 2 dargestellten Ausführungsform sind
mehrere Einkerbungen 24a, 24a von denen jede eine
bestimmte Breite in der senkrecht zur magnetempfindlichen Richtung
verlaufenden Richtung aufweist, rechts und links der Dünnfilmjoche 24, 24 angeordnet.
-
Die
Dünnfilmjoche 24, 24 entsprechen denen,
bei denen mehrere seitlich langgestreckte Bereiche weiterhin an
den Längsbalkenbereich (in Längsrichtung langgestreckter
Bereich) der T-förmigen Dünnfilmjoche 14, 14 des
in 1A dargestellten Dünnfilm-Magnetsensors 10 angefügt
sind.
-
Das
heißt, dass im mittleren Bereich (in Längsrichtung
langgestreckter Bereich) der Dünnfilmjoche 24, 24 ein
weichmagnetisches Material in einem magnetisch verbundenen Zustand
kontinuierlich entlang der magnetempfindlichen Richtung verläuft.
Da der mittlere Bereich der Dünnfilmjoche 24, 24 eine
Länge L1 aufweist, die größer
als die Breite W1 ist, weist er einen relativ
kleinen Entmagnetisierungsfaktor NL auf.
Dadurch übt der mittlere Bereich der Dünnfilmjoche 24, 24 eine
erhebliche Verstärkungswirkung auf das äußere
Magnetfeld aus, und die Magnetisierung wird durch ein kleineres äußeres Magnetfeld
gesättigt.
-
An
beiden Enden der Dünnfilmjoche 24, 24 verläuft
das weichmagnetische Material dagegen nicht kontinuierlich entlang
der magnetempfindlichen Richtung, sondern wird von den Einkerbungen 24a, 24a,
... unterbrochen. Da der seitlich langgestreckte Bereich, der sich
rechts und links vom mittleren Bereich erstreckt, eine Länge
L2 aufweist, die kleiner als die Breite
W2 ist, und da zudem ein Bereich zwischen den
seitlich langgestreckten Bereichen von den Einkerbungen 24a, 24a,
..., von denen jede die Länge L3 × Breite
W3 aufweist, unterbrochen ist, weisen beide Enden
der Dünnfilmjoche 24, 24 einen relativ
großen Entmagnetisierungsfaktor NH auf.
Dadurch üben beide Enden der Dünnfilmjoche 24, 24 eine
geringe Verstärkungswirkung auf das äußere
Magnetfeld aus, und es ist ein größeres äußeres
Magnetfeld zur Sättigung der Magnetisierung notwendig.
-
Wirkt
ein schwaches Magnetfeld auf einen derartigen Dünnfilm-Magnetsensor 20 ein,
so wirkt ein äußeres Magnetfeld, das ausschließlich
durch den mittleren Bereich (in Längsrichtung langgestreckter
Bereich) der Dünnfilmjoche 24, 24 verstärkt wird,
auf den GMR-Film 22 ein. Dadurch kann die Region eines
schwachen Magnetfeldes sehr präzise gemessen werden.
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Wirkt
dagegen ein starkes Magnetfeld auf den Dünnfilm-Magnetsensor 20 ein,
so fließt der Magnetfluss auch in den seitlich langgestreckten
Bereich, der sich zu den beiden Enden erstreckt. Der darin fließende
Magnetfluss tritt an den Einkerbungen 24a, 24a,
... aus, und ein Teil des austretenden Magnetflusses fließt
in den benachbarten seitlich langgestreckten Bereich. Wirkt ein
starkes Magnetfeld auf den Dünnfilm-Magnetsensor 20 ein,
so wirkt dementsprechend ein äußeres Magnetfeld,
das nicht nur durch den mittleren Bereich der Dünnfilmjoche 24, 24,
sondern auch durch den von den Einkerbungen 24a, 24a,
unterbrochenen seitlich langgestreckten Bereich verstärkt
wird, auf den GMR-Film 22 ein. Dadurch kann die Region
eines starken Magnetfeldes über einen weiten Bereich gemessen
werden.
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Obwohl
die Dünnfilmjoche 24, 24 bei dem in 2 dargestellten
Dünnfilm-Magnetsensor 20 nur einen in Längsrichtung
langgestreckten Bereich im mittleren Bereich aufweisen, können
auch zwei oder mehr in Längsrichtung langgestreckte Bereiche
angeordnet sein (zum Beispiel, wenn sie an beiden Enden bereitgestellt
werden oder wenn sie an beiden Enden und am mittleren Bereich bereitgestellt
werden). In diesem Fall lässt sich bei Optimierung der Größe
des in Längsrichtung langgestreckten Bereichs ein Dünnfilm-Magnetsensor
erhalten, der eine Empfindlichkeit entsprechend der Größe
aufweist.
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Der
in 2 dargestellte Dünnfilm-Magnetsensor 20 kann
einzeln verwendet werden, kann aber auch eine Halbbrücke
oder eine Vollbrücke ausbilden.
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(2.3. Spezifisches Beispiel (3))
-
3 stellt
ein drittes spezifisches Beispiel eines Dünnfilm-Magnetsensors
gemäß der vorliegenden Erfindung dar. Gemäß 3 weist
ein Dünnfilm-Magnetsensor 30 einen GMR-Film 32,
der einen Riesenmagnetowiderstandseffekt aufweist, und aus einem
weichmagnetischen Material ausgebildete Dünnfilmjoche 34, 34 auf,
die mit beiden Enden des GMR-Films 32 elektrisch verbunden
sind. Jedes der Dünnfilmjoche 34, 34 weist
eine rechteckige Form auf, die eine Breite aufweist, welche größer
als die Breite des GMR-Films 32 ist, und in der mehrere
Einkerbungen 34a, 34a, ... in der Richtung, die
die magnetempfindliche Richtung schneidet, ausgebildet sind.
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Im
in 3 gezeigten Beispiel ist die seitliche Breite
des mittleren Bereichs (in Längsrichtung langgestreckter
Bereich) der Dünnfilmjoche 34, 34 im Wesentlichen
gleich der seitlichen Breite des GMR-Films 32. Weiterhin
weist jede der Einkerbungen 34a, 34a, ... eine
Keilform auf, wobei das obere Ende des Keils eine gebogene Form
aufweist. Weiterhin weist auch das obere Ende des seitlich langgestreckten
Bereichs, das sich in der senkrecht zur magnetempfindlichen Richtung
verlaufenden Richtung erstreckt, eine gebogene Form auf.
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Andere
Gestaltungen der Dünnfilmjoche 34, 34,
... sind mit denjenigen des in 2 dargestellten Dünnfilm-Magnetsensors 20 identisch.
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Im
mittleren Berich (in Längsrichtung langgestreckter Bereich)
der Dünnfilmjoche 34, 34 verläuft ein
weichmagnetisches Material in einem magnetisch verbundenen Zustand
kontinuierlich entlang der magnetempfindlichen Richtung. Da der
mittlere Bereich der Dünnfilmjoche 34, 34 eine
Länge L1 aufweist, die länger
als die Breite W1 ist, weist er einen relativ
kleinen Entmagnetisierungsfaktor NL auf.
Dadurch übt der mittlere Bereich der Dünnfilmjoche 34, 34 eine
erhebliche Verstärkungswirkung auf das äußere
Magnetfeld aus, und die Magnetisierung wird durch ein kleineres äußeres
Magnetfeld gesättigt.
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An
beiden Enden der Dünnfilmjoche 34, 34 verläuft
das weichmagnetische Material dagegen nicht kontinuierlich entlang
der magnetempfindlichen Richtung, sondern wird von den Einkerbungen 34a, 34a,
... unterbrochen. Da der seitlich langgestreckte Bereich, der sich
rechts und links vom mittleren Bereich erstreckt, eine Länge
L2 aufweist, die kleiner als die Breite
W2 ist, und zudem ein Bereich zwischen den
seitlich langgestreckten Bereichen durch die keilförmigen
Einkerbungen 34a, 34a, ... unterbrochen ist, weisen
beide Enden der Dünnfilmjoche 34, 34 einen relativ
großen Entmagnetisierungsfaktor NH auf.
Dadurch üben beide Enden der Dünnfilmjoche 34, 34 eine
geringe Verstärkungswirkung auf das äußere Magnetfeld
aus, und es ist ein größeres äußeres
Magnetfeld zur Sättigung der Magnetisierung notwendig.
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Wirkt
ein schwaches Magnetfeld auf einen derartigen Dünnfilm-Magnetsensor 30 ein,
so wirkt ein äußeres Magnetfeld, das ausschließlich
durch den mittleren Bereich (in Längsrichtung langgestreckter
Bereich) der Dünnfilmjoche 34, 34 verstärkt wird,
auf den GMR-Film 32 ein. Dadurch kann die Region eines
schwachen Magnetfeldes sehr präzise gemessen werden.
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Wirkt
dagegen ein starkes Magnetfeld auf den Dünnfilm-Magnetsensor 30 ein,
so fließt der Magnetfluss auch in den seitlich langgestreckten
Bereich, der sich zu beiden Enden erstreckt. Der darin fließende
Magnetfluss tritt an den Einkerbungen 34a, 34a,
... aus, und ein Teil des austretenden Magnetflusses fließt
in den benachbarten seitlich langgestreckten Bereich. Wirkt ein
starkes Magnetfeld auf den Dünnfilm-Magnetsensor 30 ein,
so wirkt dementsprechend ein äußeres Magnetfeld,
das nicht nur durch den mittleren Bereich der Dünnfilmjoche 34, 34,
sondern auch durch den von den Einkerbungen 34a, 34a,
unterbrochenen seitlich langgestreckten Bereich verstärkt
wird, auf den GMR-Film 32 ein. Dadurch kann die Region
eines starken Magnetfeldes über einen weiten Bereich gemessen
werden.
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Obwohl
sich bei dem in 3 dargestellten Dünnfilm-Magnetsensor 30 nur
ein in Längsrichtung langgestreckter Bereich im mittleren
Bereich der Dünnfilmjoche 34, 34 befindet,
können auch zwei oder mehr in Längsrichtung langgestreckte
Bereiche angeordnet sein. In diesem Fall lässt sich bei
Optimierung der Größe des in Längsrichtung
langgestreckten Bereichs ein Dünnfilm-Magnetsensor erhalten,
der eine Empfindlichkeit entsprechend der Größe
aufweist.
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Weiterhin
kann der in 3 dargestellte Dünnfilm-Magnetsensor 30 einzeln
verwendet werden oder aber auch eine Halbbrücke oder eine
Vollbrücke ausbilden.
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(3. Herstellungsverfahren des Dünnfilm-Magnetsensors)
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Ein
Dünnfilm-Magnetsensor gemäß der vorliegenden
Erfindung lässt sich durch die Laminierung einzelner Dünnfilme
in einer vorbestimmten Reihenfolge mittels Photolithographietechnik
erhalten.
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Dabei
können bekannte Verfahren wie verschiedene Arten der physikalischen
Gasphasenabscheidung (PVD), wie zum Beispiel Sputtern, Vakuumdampfabscheidung,
usw., Beschichtung, chemische Gasphasenabscheidung (CVD), usw. als
Verfahren zur Ausbildung der einzelnen Dünnfilme eingesetzt
werden.
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Weiterhin
lässt sich ein Dünnfilm, der eine vorbestimmte
Form aufweist, folgendermaßen herstellen:
- (1) durch ein Verfahren zur Ausbildung eines eine vorbestimmte
Zusammensetzung aufweisenden Dünnfilms auf der gesamten
Oberfläche eines Substrats, wobei ein nicht benötigter
Bereich des Dünnfilms entsprechend einer vorbestimmten Formstruktur
durch Ätzen (zum Beispiel durch Ar-Ionenstrahlätzen,
nasschemisches Ätzen, reaktives Ätzen, usw.) entfernt
wird, oder
- (2) durch ein Verfahren zur Ausbildung einer eine vorbestimmte
Formstruktur aufweisenden Maske auf der Substratoberfläche
mittels Fotolack oder Ähnlichem, wobei ein eine vorbestimmte
Zusammensetzung aufweisender Dünnfilm auf der gesamten
Oberfläche der Maske ausgebildet wird und die Maske dann
entfernt wird.
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(4. Betrieb des Dünnfilm-Magnetsensors)
-
Werden
ein Bereich mit hoher Empfindlichkeit und ein Bereich mit geringer
Empfindlichkeit an den Dünnfilmjochen bereitgestellt und
werden diese elektrisch miteinander in Reihe geschaltet, so fließt der
Magnetfluss bei Einwirkung eines schwachen Magnetfeldes ausschließlich
in den Bereich mit hoher Empfindlichkeit. Da der Entmagnetisierungsfaktor
NL im Bereich mit hoher Empfindlichkeit
relativ gesehen kleiner ist, wird die Magnetisierung durch ein schwaches
Magnetfeld H gesättigt. Dadurch können die magnetischen
Eigenschaften in der Region eines schwachen Magnetfeldes sehr präzise
gemessen werden.
-
Wirkt
dagegen ein starkes Magnetfeld, fließt der Magnetfluss
auch in den Bereich mit geringer Empfindlichkeit. Da der Entmagnetisierungsfaktor
NH im Bereich mit geringer Empfindlichkeit
relativ gesehen größer ist, verringert sich zudem
der Gradient des Magnetowiderstands MR relativ zum Magnetfeld H,
und ein stärkeres Magnetfeld H ist zur Sättigung der
Magnetisierung notwendig. Dadurch kann die Region eines starken
Magnetfeldes über einen weiten Bereich gemessen werden.
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[Beispiel]
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(Beispiel 1)
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Ein
in 1 dargestellter Dünnfilm-Magnetsensor 10 wurde
hergestellt, und es wurden seine magnetoresistiven Eigenschaften
bewertet. Für den GMR-Film 12 wurde eine nanogranulare
FeCo-MgF2-Legierung verwendet, während
für die Dünnfilmjoche 14, 14 eine
amorphe (Co94Fe6)70Si15B15-Legierung
verwendet wurde.
-
Weiterhin
entspricht die Größe der einzelnen Bereiche der
Dünnfilmjoche 14, 14 der nachfolgenden
Beschreibung:
Gesamtlänge L1 der
Dünnfilmjoche 14, 14 × Breite W1 des Längsbalkenbereichs: 150 μm × 20 μm;
Länge
L2 des Querbalkenbereichs × Breite
W2 des Querbalkenbereichs: 20 μm × 150 μm
-
In 4 sind
die magnetoresistiven Eigenschaften des erhaltenen Dünnfilm-Magnetsensors dargestellt.
Aus 4 geht hervor, dass der Gradient für
die Region eines schwachen Magnetfeldes |H| ≤ 10 (Oe) groß und
der Gradient für die Region eines starken Magnetfeldes
|H| > 10 (Oe) klein
ist. Das zeigt, dass das Magnetfeld für die Region eines schwachen
Magnetfeldes sehr präzise gemessen werden kann und für
die Region eines starken Magnetfeldes grob, dafür aber über
einen weiten Bereich gemessen werden kann.
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(Beispiel 2)
-
Ein
in 2 dargestellter Dünnfilm-Magnetsensor 20 wurde
hergestellt, und es wurden seine magnetoresistiven Eigenschaften
bewertet. Für den GMR-Film 22 wurde eine nanogranulare
FeCo-MgF2-Legierung verwendet, während
für die Dünnfilmjoche 24, 24 eine
amorphe (Co94Fe6)70Si15B15-Legierung
verwendet wurde.
-
Weiterhin
entspricht die Größe der einzelnen Bereiche der
Dünnfilmjoche 24, 24 der nachfolgenden
Beschreibung:
Gesamtlänge L1 der
Dünnfilmjoche 24, 24 × Breite W1 des Längsbalkenbereichs: 150 μm × 10 μm;
Länge
L2 des Querbalkenbereichs × Breite
W2 des Querbalkenbereichs: 15 μm × 20 μm;
Länge
L3 der Einkerbung × Breite W3 der Einkerbung: 5 μm × 1 μm.
-
In 5 sind
die magnetoresistiven Eigenschaften des erhaltenen Dünnfilm-Magnetsensors dargestellt.
Aus 5 geht hervor, dass der Gradient für
die Region eines schwachen Magnetfeldes |H| ≤ 5 (Oe) groß und
der Gradient für die Region eines starken Magnetfeldes
|H| > 5 (Oe) klein
ist. Das zeigt, dass das Magnetfeld für die Region eines
schwachen Magnetfeldes sehr präzise gemessen werden kann und
für die Region eines starken Magnetfeldes grob, dafür
aber über einen weiten Bereich gemessen werden kann.
-
(Beispiel 3)
-
Ein
in 3 dargestellter Dünnfilm-Magnetsensor 30 wurde
hergestellt, und es wurden seine magnetoresistiven Eigenschaften
bewertet. Für den GMR-Film 32 wurde eine nanogranulare
FeCo-MgF2-Legierung verwendet, während
für die Dünnfilmjoche 34, 34 eine
amorphe (Co94Fe6)70Si15B15-Legierung
verwendet wurde.
-
Weiterhin
entspricht die Größe der einzelnen Bereiche der
Dünnfilmjoche 34, 34 der nachfolgenden
Beschreibung:
Gesamtlänge L1 der
Dünnfilmjoche 24, 24 × Breite W1 des Längsbalkenbereichs: 150 μm × 20 μm;
Länge
L2 des Querbalkenbereichs × Breite
W2 des Querbalkenbereichs: 40 μm × 100 μm.
-
In 6 sind
die magnetoresistiven Eigenschaften des erhaltenen Dünnfilm-Magnetsensors dargestellt.
Aus 6 geht hervor, dass der Gradient für
die Region eines schwachen Magnetfeldes |H| ≤ 5 (Oe) groß und
der Gradient für die Region eines starken Magnetfeldes
|H| > 5 (Oe) klein
ist. Das zeigt, dass das Magnetfeld für die Region eines
schwachen Magnetfeldes sehr präzise gemessen werden kann und
für die Region eines starken Magnetfeldes grob, dafür
aber über einen weiten Bereich gemessen werden kann.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung insbesondere anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben
wurde, ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt, sondern es können verschiedene Modifikationen
in einem Bereich, der den Kerngedanken der Erfindung nicht verlässt,
vorgenommen werden.
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[Gewerbliche Anwendbarkeit]
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Der
Dünnfilm-Magnetsensor gemäß der vorliegenden
Erfindung lässt sich zum Erfassen von Drehinformationen,
zum Beispiel von Fahrzeugachsen, Drehgebern und Industriegetrieben,
zum Erfassen von Positions- und Geschwindigkeitsinformationen, zum
Beispiel von Hublagen von Hydraulikzylindern/Pneumatikzylindern
und Schlitten von Werkzeugmaschinen, zum Erfassen von Strom betreffenden
Informationen, zum Beispiel des Lichtbogenstroms von Industrieschweißrobotern,
sowie für einen geomagnetischen Richtungskompass verwenden.
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Obwohl
die magnetoresistive Vorrichtung, die den GMR-Film und die an beiden
Enden des GMR-Films angeordneten Dünnfilmjoche aufweist, besonders
als Magnetsensor geeignet ist, ist die Anwendung der magnetoresistiven
Vorrichtung nicht darauf beschränkt, sondern die Vorrichtung
ist auch als Magnetspeicher, Magnetkopf, usw. verwendbar.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 11-087804 [0007, 0008]
- - JP 11-274599 [0008, 0008]