DE102014218697A1

DE102014218697A1 - Magnetoresistive sensor, sensor arrangement and sensor circuit

Info

Publication number: DE102014218697A1
Application number: DE102014218697.8A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Acker
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen magnetoresistiven Sensor, eine Sensoranordnung mit einem solchen Sensor und eine Sensorschaltung mit solchen Sensoranordnungen. Der magnetoresistive Sensor weist eine Messschicht, eine Kopplungsschicht und eine die Messschicht von der Kopplungsschicht elektrisch isolierende Isolationsschicht auf, wobei die Kopplungsschicht magnetisch mit der Messschicht gekoppelt ist. Dies erlaubt die Einstellung von magnetoresistiven Eigenschaften der Messschicht mittels der Kopplungsschicht, ohne den elektrischen Widerstand der Messschicht signifikant zu verändern.The invention relates to a magnetoresistive sensor, a sensor arrangement with such a sensor and a sensor circuit with such sensor arrangements. The magnetoresistive sensor has a measuring layer, a coupling layer and an insulating layer electrically insulating the measuring layer from the coupling layer, wherein the coupling layer is magnetically coupled to the measuring layer. This allows the setting of magnetoresistive properties of the measuring layer by means of the coupling layer, without significantly changing the electrical resistance of the measuring layer.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetoresistiven Sensor. Dieser weist eine streifenförmige Messschicht aus magnetoresistivem Material auf. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Sensoranordnung mit zumindest einem solchen magnetoresistiven Sensor sowie eine Sensorschaltung mit mehreren solchen Sensoranordnungen. The invention relates to a magnetoresistive sensor. This has a strip-shaped measuring layer of magnetoresistive material. The invention further relates to a sensor arrangement having at least one such magnetoresistive sensor and a sensor circuit having a plurality of such sensor arrangements.

Magnetoresistive Sensoren werden vielfältig verwendet, beispielsweise in Kraftfahrzeugen. Beispielsweise können sie zur Winkelmessung eingesetzt werden. Hierzu wird typischerweise ein Widerstand der streifenförmigen Messschicht gemessen, welcher von einer Ausrichtung eines die Messschicht durchdringenden Magnetfelds abhängt. Magnetoresistive sensors are widely used, for example in motor vehicles. For example, they can be used for angle measurement. For this purpose, a resistance of the strip-shaped measuring layer is typically measured, which depends on an orientation of a magnetic field penetrating the measuring layer.

Nachteilig an bekannten magnetoresistiven Sensoren ist insbesondere, dass diese eine Flussdichte des Magnetfelds von mindestens etwa 30 mT benötigen, um ausreichend aussagekräftige Signale zu liefern. Die Erzeugung derartiger Flussdichten erfordert einen hohen Aufwand, beispielsweise in Form eines Vorhaltens entsprechend starker Permanentmagnete. A disadvantage of known magnetoresistive sensors is, in particular, that they require a flux density of the magnetic field of at least about 30 mT in order to supply sufficiently meaningful signals. The production of such flux densities requires a great deal of effort, for example in the form of a provision of correspondingly strong permanent magnets.

Es wäre deshalb wünschenswert, einen magnetoresistiven Sensor der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, welcher eine geringere Anforderung an die Flussdichte des äußeren Magnetfelds hat. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung bereitzustellen, welche aus einem oder mehreren solchen magnetoresistiven Sensoren aufgebaut ist. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Sensorschaltung mit einer Anzahl solcher Sensoranordnungen bereitzustellen. It would therefore be desirable to provide a magnetoresistive sensor of the type described above which has a lower requirement for the flux density of the external magnetic field. It is a further object of the invention to provide a sensor arrangement which is constructed from one or more such magnetoresistive sensors. In addition, it is an object of the invention to provide a sensor circuit having a number of such sensor arrays.

Dies wird erfindungsgemäß durch einen magnetoresistiven Sensor nach Anspruch 1, eine Sensoranordnung nach Anspruch 10 und eine Sensorschaltung nach Anspruch 13 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. This is inventively achieved by a magnetoresistive sensor according to claim 1, a sensor arrangement according to claim 10 and a sensor circuit according to claim 13. Advantageous embodiments can be taken, for example, the respective subclaims. The content of the claims is made by express reference to the content of the description.

Die Erfindung betrifft einen magnetoresistiven Sensor, welcher eine streifenförmige Messschicht aus magnetoresistivem Material aufweist. Der magnetoresistive Sensor weist erfindungsgemäß des Weiteren eine Kopplungsschicht auf, welche benachbart zur Messschicht angeordnet ist und mit dieser magnetisch gekoppelt ist. Außerdem weist der magnetoresistive Sensor eine Isolationsschicht auf, welche zwischen der Messschicht und der Kopplungsschicht angeordnet ist und diese elektrisch voneinander isoliert. Die Messschicht, die Isolationsschicht und die Kopplungsschicht sind planparallel zueinander ausgerichtet. The invention relates to a magnetoresistive sensor which has a strip-shaped measuring layer of magnetoresistive material. According to the invention, the magnetoresistive sensor further has a coupling layer, which is arranged adjacent to the measuring layer and is magnetically coupled thereto. In addition, the magnetoresistive sensor has an insulating layer, which is arranged between the measuring layer and the coupling layer and electrically isolated from each other. The measuring layer, the insulating layer and the coupling layer are aligned plane-parallel to one another.

Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat erkannt, dass durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten magnetoresistiven Sensor die Stärke eines zum Erzeugen ausreichend signifikanter Signale, beispielsweise Widerstandsänderungen, notwendigen Magnetfelds deutlich gesenkt werden kann. Insbesondere hat der Erfinder erkannt, dass mittels der magnetisch gekoppelten Kopplungsschicht die magnetoresistiven Eigenschaften der Messschicht so geändert werden können, dass eine geringere magnetische Flussdichte ausreicht. Dabei werden gleichzeitig jedoch die elektrischen Eigenschaften der Messschicht, d.h. insbesondere der Widerstand der Messschicht, durch die Kopplungsschicht zumindest im Wesentlichen unverändert gelassen. The inventor of the present application has recognized that the strength of a magnetic field necessary for generating sufficiently significant signals, for example changes in resistance, can be significantly reduced by a magnetoresistive sensor designed according to the invention. In particular, the inventor has recognized that by means of the magnetically coupled coupling layer, the magnetoresistive properties of the measuring layer can be changed so that a lower magnetic flux density is sufficient. At the same time, however, the electrical properties of the measuring layer, i. in particular the resistance of the measuring layer, left at least substantially unchanged by the coupling layer.

Der Erfinder hat insbesondere auch erkannt, dass durch den erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensor ein Vorteil im Vergleich zu einer Abänderung der streifenförmigen Form der Messschicht besteht. Durch eine solche Abänderung könnte zwar unter Umständen auch eine zum Betrieb des Sensors nötige Flussdichte abgesenkt werden, beispielsweise durch Variation der Form in eine Kreisform, jedoch sind derartige Maßnahmen mit einer erheblichen Verringerung des elektrischen Widerstands der Messschicht verbunden. Dies würde dazu führen, dass gängige und bewährte Auswerteschaltungen nicht mehr im Zusammenhang mit dem Sensor verwendet werden können. In particular, the inventor has also recognized that the magnetoresistive sensor according to the invention has an advantage compared to a modification of the strip-shaped form of the measuring layer. Although such a modification might also lower a flux density necessary for the operation of the sensor, for example by varying the shape into a circular shape, such measures are associated with a considerable reduction in the electrical resistance of the measuring layer. This would mean that current and proven evaluation circuits can no longer be used in conjunction with the sensor.

Durch die erfindungsgemäße Ausführung mit einer streifenförmigen Messschicht, an welche typischerweise eine Auswerteschaltung angeschlossen wird, und einer damit magnetisch gekoppelten, jedoch elektrisch isolierten Kopplungsschicht können die magnetoresistiven Eigenschaften der Messschicht variiert werden, ohne ihren elektrischen Widerstand an sich zu verändern. The inventive design with a strip-shaped measuring layer, to which typically an evaluation circuit is connected, and a magnetically coupled, but electrically insulated coupling layer, the magnetoresistive properties of the measuring layer can be varied without changing their electrical resistance per se.

Die Messschicht des magnetoresistiven Sensors weist bevorzugt einen Widerstand von mindestens 300 Ω auf. Damit unterscheidet sich die streifenförmige Messschicht des erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensors insbesondere von Ausführungen, bei welchen die Messschicht in ihrer Form variiert wird. Besonders bevorzugt weist die Messschicht einen Widerstand von mindestens 1 kΩ auf. Weiter bevorzugt weist die Messschicht einen Widerstand von höchstens 5 kΩ auf. Diese Werte haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen. The measuring layer of the magnetoresistive sensor preferably has a resistance of at least 300 Ω. Thus, the strip-shaped measuring layer of the magnetoresistive sensor according to the invention differs in particular from embodiments in which the measuring layer is varied in shape. Particularly preferably, the measuring layer has a resistance of at least 1 kΩ. More preferably, the measuring layer has a resistance of at most 5 kΩ. These values have proven to be advantageous in practice.

Es sei verstanden, dass eine planparallele Ausrichtung der Messschicht, der Isolationsschicht und der Kopplungsschicht nicht zwingend bedeutet, dass die jeweiligen Schichten an sich völlig eben oder plan sind. Vielmehr können die einzelnen Schichten auch in sich strukturiert sein. Beispielsweise kann dies bei einer weiter unten beschriebenen Ausführung eines magnetoresistiven Sensors der Fall sein, in welcher die Isolationsschicht und die Kopplungsschicht über der Messschicht abgeschieden werden und somit an Rändern der Messschicht Stufen oder Höhenveränderungen aufweisen. Derartige Schichten gelten im Sinne der Anmeldung immer noch als planparallel. It should be understood that a plane-parallel alignment of the measuring layer, the insulating layer and the coupling layer does not necessarily mean that the respective layers are in themselves completely flat or planar. Rather, the individual layers can also be structured in themselves. For example, this may be the case in a later described embodiment of a magnetoresistive sensor, in which the insulating layer and the coupling layer are deposited over the measuring layer and thus have steps or height changes at edges of the measuring layer. Such layers are still considered to be plane-parallel in the meaning of the application.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der magnetoresistive Sensor ein anisotroper magnetoresistiver Sensor. In diesem Fall ist weiter bevorzugt das magnetoresistive Material ein anisotropes magnetoresistives Material. Unter einem solchen anisotropen magnetoresistiven Material wird insbesondere ein Material verstanden, welches den anisotropen magnetoresistiven Effekt zeigt. Dieser Effekt kann dabei auch von geometrischen Dimensionen abhängig sein, beispielsweise kann er auftreten wenn das anisotrope magnetoresistive Material in Form eines Quaders angeordnet ist, dessen Länge wesentlich größer ist als seine Breite, welche wiederum wesentlich größer ist als seine Höhe. Von einem anisotropen magnetoresistiven Effekt wird insbesondere gesprochen, wenn eine Änderung des Widerstands bei Drehung des Magnetfelds größer als 1 % ist.According to a preferred embodiment, the magnetoresistive sensor is an anisotropic magnetoresistive sensor. In this case, more preferably, the magnetoresistive material is an anisotropic magnetoresistive material. Such an anisotropic magnetoresistive material is understood in particular to mean a material which exhibits the anisotropic magnetoresistive effect. This effect can also be dependent on geometric dimensions, for example, it can occur when the anisotropic magnetoresistive material is arranged in the form of a cuboid whose length is substantially greater than its width, which in turn is substantially greater than its height. An anisotropic magnetoresistive effect is particularly pronounced when a change in the resistance upon rotation of the magnetic field is greater than 1%.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist das magnetoresistive Material eine Eisen-Nickel-Legierung. Als besonders bevorzugt hat sich eine Zusammensetzung von 81 % Nickel und 19 % Eisen herausgestellt. Ebenfalls als vorteilhaft hat sich die Verwendung von Permalloy und von Mu-Metall herausgestellt. Ein solches kann beispielsweise einen Anteil von 70 % bis 81 % Nickel aufweisen, wobei der restliche Anteil insbesondere aus Eisen besteht und des Weiteren kleinere Mengen anderer Metalle zugesetzt sind. According to a preferred embodiment, the magnetoresistive material is an iron-nickel alloy. Most preferably, a composition of 81% nickel and 19% iron has been found. Also beneficial has been the use of permalloy and mu-metal. Such may, for example, have a proportion of 70% to 81% of nickel, the remaining portion consisting in particular of iron and, furthermore, smaller amounts of other metals are added.

Es sei verstanden, dass einer Eisen-Nickel-Legierung im Sinne dieser Anmeldung auch andere Metalle, insbesondere in verhältnismäßig kleinen Mengen von beispielsweise jeweils kleiner als 1 % oder kleiner als 5 %, zugesetzt sein können. It is understood that an iron-nickel alloy for the purposes of this application, other metals, in particular in relatively small amounts, for example, each less than 1% or less than 5% may be added.

Bevorzugt ist die Kopplungsschicht aus einem magnetoresistiven Material, besonders bevorzugt aus einem anisotropen magnetoresistiven Material und insbesondere bevorzugt aus einer Eisen-Nickel-Legierung ausgebildet. Die Verwendung derartiger Materialien führt insbesondere zu einer guten magnetischen Kopplung an die Messschicht und erlaubt die Herausbildung der gewünschten magnetoresistiven Eigenschaften in vorteilhafter Weise. Preferably, the coupling layer is formed of a magnetoresistive material, more preferably of an anisotropic magnetoresistive material, and more preferably of an iron-nickel alloy. The use of such materials leads in particular to a good magnetic coupling to the measuring layer and allows the formation of the desired magnetoresistive properties in an advantageous manner.

Die Kopplungsschicht ist bevorzugt aus dem gleichen Material ausgebildet wie die Messschicht. Dies erlaubt einen besonders einfachen Herstellungsprozess und überdies hat es sich auch gezeigt, dass damit gute Eigenschaften des Sensors möglich sind. The coupling layer is preferably formed of the same material as the measuring layer. This allows a particularly simple manufacturing process and, moreover, it has also been shown that good properties of the sensor are possible with it.

Alternativ kann die Kopplungsschicht jedoch auch aus einem anderen Material ausgebildet sein als die Messschicht, beispielsweise kann sie aus Permalloy in anderer Komposition als die Messschicht ausgebildet sein. Dies kann insbesondere deshalb einen technischen Effekt erreichen, weil bezüglich der Kopplungsschicht andere Anforderungen bezüglich Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, deren Magnetfeldempfindlichkeit und gegebenenfalls Querempfindlichkeiten wie beispielsweise gegenüber Temperatur anders ausfallen oder auch entfallen können. Alternatively, however, the coupling layer may also be formed of a different material than the measuring layer, for example, it may be formed of permalloy in a different composition than the measuring layer. This can therefore achieve a technical effect, in particular, because with regard to the coupling layer, other requirements with respect to properties such as electrical conductivity, their magnetic field sensitivity and possibly cross sensitivities such as, for example, with temperature, may be different or even eliminated.

Bevorzugt ist die Kopplungsschicht in Form einer runden Scheibe ausgeführt. Es wurde vom Erfinder dieser Anmeldung erkannt, dass eine solche runde Scheibe, wenn sie magnetisch an die Messschicht koppelt, eine Ummagnetisierung der Messschicht um 180° in besonderer Weise erleichtert. Damit kann die zur Ummagnetisierung der Messschicht erforderliche magnetische Flussdichte besonders vorteilhaft abgesenkt werden. Preferably, the coupling layer is designed in the form of a round disc. It was recognized by the inventor of this application that such a round disk, when it magnetically couples to the measuring layer, facilitates a remagnetization of the measuring layer by 180 ° in a special way. Thus, the required for Ummagnetisierung the measuring layer magnetic flux density can be lowered particularly advantageous.

Die Kopplungsschicht ist insbesondere größer als die Messschicht. Dies bezieht sich insbesondere auf die Ausdehnung entlang einer ebenen Oberfläche eines Substrats, auf welcher der magnetoresistive Sensor aufgebaut ist. Beispielsweise kann die Kopplungsschicht die Messschicht überdecken. The coupling layer is in particular larger than the measuring layer. This particularly relates to the extent along a planar surface of a substrate on which the magnetoresistive sensor is constructed. For example, the coupling layer can cover the measuring layer.

Die Messschicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen 20 nm und 30 nm, besonders bevorzugt 25 nm auf. Die Kopplungsschicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen 20 nm und 30 nm, besonders bevorzugt 25 nm, auf. Die Isolationsschicht weist bevorzugt eine Dicke zwischen 5 nm und 30 nm, besonders bevorzugt 15 nm, auf. Diese Werte haben sich für typische Anwendungen als vorteilhaft erwiesen. The measuring layer preferably has a thickness between 20 nm and 30 nm, particularly preferably 25 nm. The coupling layer preferably has a thickness between 20 nm and 30 nm, particularly preferably 25 nm. The insulating layer preferably has a thickness between 5 nm and 30 nm, particularly preferably 15 nm. These values have proven advantageous for typical applications.

Gemäß einer Ausführung ist die Messschicht auf einem Substrat angeordnet. Gemäß einer hierzu alternativen Ausführung ist die Kopplungsschicht auf einem Substrat angeordnet. Im ersten Fall werden typischerweise zunächst die Messschicht, dann die Isolationsschicht und dann die Kopplungsschicht abgeschieden. Dies ist insbesondere insofern vorteilhaft, weil in diesem Fall die Messschicht auf dem besonders ebenen Substrat abgeschieden wird und damit besonders glatt ausgebildet werden kann. Im zweiten Fall ist es insbesondere möglich, den Sensor auf einfache Art zu kontaktieren. Dies liegt insbesondere daran, dass in diesem Fall vorzugsweise die Messschicht oben abgeschieden wird, während die Kopplungsschicht darunterliegt. Damit ist die Messschicht auch von oben her zugänglich und kann in gewissen Ausführungen einfacher elektrisch kontaktiert werden. According to one embodiment, the measuring layer is arranged on a substrate. According to an alternative embodiment, the coupling layer is arranged on a substrate. In the first case, typically first the measuring layer, then the insulating layer and then the coupling layer are deposited. This is particularly advantageous in that in this case the measuring layer is deposited on the particularly flat substrate and thus can be made particularly smooth. In the second case, it is possible in particular to contact the sensor in a simple way. This is due in particular to the fact that in this case preferably the measuring layer is deposited on top, while the coupling layer is located below. Thus, the measuring layer is also accessible from above and can be contacted in certain embodiments easier electrically.

Wenn die Isolationsschicht eine Dicke von weniger als 10 nm, beispielsweise von 5 nm, aufweist, so wird die Kopplungsschicht bevorzugt auf dem Substrat abgeschieden, wobei darüber die Isolationsschicht und die Messschicht abgeschieden werden. Dies liegt insbesondere daran, dass die Isolationsschicht in diesem Fall auf der weitgehend ebenen Kopplungsschicht und nicht auf der kleineren, zu überdeckenden Messschicht abgeschieden wird. Die Ausbildung von parasitären Strompfaden an von der Isolationsschicht überdeckten Kanten wird in dem Fall, in welchem die Kopplungsschicht auf dem Substrat abgeschieden wird, in vorteilhafter Weise vermieden. If the insulating layer has a thickness of less than 10 nm, for example 5 nm, has, the coupling layer is preferably deposited on the substrate, wherein above the insulating layer and the measuring layer are deposited. This is due in particular to the fact that the insulating layer is deposited in this case on the largely flat coupling layer and not on the smaller, to be covered measuring layer. The formation of parasitic current paths at edges covered by the insulating layer is advantageously avoided in the case where the coupling layer is deposited on the substrate.

Es sei erwähnt, dass unter der Abscheidung einer Schicht „auf dem Substrat“ typischerweise verstanden wird, dass diese Schicht unmittelbar auf dem Substrat abgeschieden wird. Es befindet sich also bevorzugt keine weitere Schicht, insbesondere keine weitere abgeschiedene Schicht, zwischen dieser Schicht und dem Substrat.It should be noted that the deposition of a layer "on the substrate" is typically understood to mean that this layer is deposited directly on the substrate. Thus, there is preferably no further layer, in particular no further deposited layer, between this layer and the substrate.

Gemäß einer Ausführung weist die Messschicht eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Messstreifen auf, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dies ermöglicht es, den Widerstand der Messschicht zu erhöhen, ohne die magnetoresistiven Eigenschaften zu ändern. Unter einer zueinander parallelen Anordnung wird insbesondere eine parallele Anordnung in Draufsicht auf die Messschicht verstanden. Dies kann bedeuteten, dass die einzelnen Messstreifen in dieser Ansicht zueinander parallel sind. Die Messstreifen können beispielsweise mäanderförmig angeordnet sein. According to one embodiment, the measuring layer has a plurality of measuring strips arranged parallel to one another, which are electrically connected in series. This makes it possible to increase the resistance of the measuring layer without changing the magnetoresistive properties. A parallel arrangement is understood in particular to mean a parallel arrangement in plan view of the measuring layer. This may mean that the individual gauges in this view are parallel to each other. The measuring strips can be arranged, for example meandering.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Sensoranordnung, welche aus einem oder mehreren erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensoren aufgebaut ist. Die jeweiligen Messschichten der Sensoren sind dabei in Reihe und/oder parallel elektrisch miteinander verbunden. The invention further relates to a sensor arrangement which is constructed from one or more magnetoresistive sensors according to the invention. The respective measuring layers of the sensors are connected to each other in series and / or in parallel with each other electrically.

Es sei verstanden, dass unter einer parallelen elektrischen Verbindung in diesem Fall nicht die geometrische Anordnung, sondern die elektrische Verschaltung im Sinne einer Parallelschaltung gemeint ist. Dies schließt eine parallele geometrische Anordnung nicht aus.It should be understood that a parallel electrical connection in this case does not mean the geometric arrangement, but the electrical interconnection in the sense of a parallel connection. This does not exclude a parallel geometric arrangement.

Eine parallele Anordnung von Messschichten kann insbesondere als eine parallele Anordnung von jeweiligen Messstreifen ausgeführt sein.A parallel arrangement of measuring layers may in particular be designed as a parallel arrangement of respective measuring strips.

Durch die erfindungsgemäße Sensoranordnung können erfindungsgemäße Sensoren miteinander kombiniert werden, um die Eigenschaften noch weiter zu verbessern. Beispielsweise können durch entsprechende Reihen- und/oder Parallelschaltungen die Eigenschaften der Sensoren so kombiniert werden, dass die Sensoranordnung bestimmte Eigenschaften aufweist. Durch eine Reihenschaltung können beispielsweise die elektrischen Widerstände addiert werden. Durch eine Parallelschaltung können beispielsweise die elektrischen Widerstände so verschaltet werden, dass ein resultierender Widerstand geringer ist als ein Widerstand eines einzelnen Sensors. Die oben beschriebenen magnetoresistiven Sensoren können somit als eine Art Elementarzelle der Sensoranordnung angesehen werden, wobei durch geeignete Verschaltung die Sensoranordnung gewünschte Eigenschaften erhalten kann. Damit kann beispielsweise auch ermöglicht werden, dass der magnetoresistive Sensor nur einmal in einer Ausführung entwickelt werden muss und die gewünschten Eigenschaften dann durch eine entsprechende Verschaltung im Sinne einer Sensoranordnung im Einzelfall erzeugt werden. By means of the sensor arrangement according to the invention, sensors according to the invention can be combined with one another in order to further improve the properties. By way of example, the properties of the sensors can be combined by corresponding series and / or parallel circuits so that the sensor arrangement has certain properties. By a series circuit, for example, the electrical resistances can be added. By a parallel connection, for example, the electrical resistors can be connected so that a resulting resistance is lower than a resistance of a single sensor. The magnetoresistive sensors described above can thus be regarded as a kind of unit cell of the sensor arrangement, wherein the sensor arrangement can obtain desired properties by suitable interconnection. Thus, for example, it can also be made possible that the magnetoresistive sensor only has to be developed once in one embodiment and the desired properties are then generated in individual cases by means of a corresponding interconnection in the sense of a sensor arrangement.

Hinsichtlich der magnetoresistiven Sensoren, welche in einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung verwendet werden, kann auf alle weiter oben beschriebenen Ausführungen und Varianten des erfindungsgemäßen magnetoresistiven Sensors zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend. With regard to the magnetoresistive sensors which are used in a sensor arrangement according to the invention, it is possible to make use of all the above-described embodiments and variants of the magnetoresistive sensor according to the invention. Illustrated benefits apply accordingly.

Gemäß einer Ausführung sind alle magnetoresistiven Sensoren auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache gemeinsame Herstellung der Sensoren und eine definierte geometrische Relation. According to one embodiment, all magnetoresistive sensors are formed on a common substrate. This allows a simple joint production of the sensors and a defined geometric relation.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind alle Messschichten der Sensoranordnung parallel zueinander ausgerichtet. Sofern jeder Sensor nur einen jeweiligen Messstreifen als Messschicht aufweist, kann dies beispielsweise bedeuten, dass diese Messstreifen zueinander parallel sind. Sofern einer oder mehrere der Sensoren jeweils mehrere Messstreifen in ihren Messschichten aufweisen, kann dies beispielsweise bedeuten, dass diese Messstreifen alle zueinander parallel ausgerichtet sind. Durch die parallele Ausrichtung der Messschichten kann insbesondere erreicht werden, dass die Sensoren der Sensoranordnung auf ein äußeres Magnetfeld in ähnlicher oder identischer Weise reagieren. Damit können die magnetischen Eigenschaften in geeigneter Weise kombiniert werden. According to a preferred embodiment, all measuring layers of the sensor arrangement are aligned parallel to one another. If each sensor has only one respective measuring strip as the measuring layer, this can mean, for example, that these measuring strips are parallel to one another. If one or more of the sensors each have a plurality of measuring strips in their measuring layers, this may mean, for example, that these measuring strips are all aligned parallel to one another. Due to the parallel alignment of the measuring layers, it can be achieved, in particular, that the sensors of the sensor arrangement react to an external magnetic field in a similar or identical manner. Thus, the magnetic properties can be suitably combined.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung werden bei einer Sensoranordnung größere und kleinere Sensoren kombiniert. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass Sensoren mit großer und kleiner Kopplungsschicht kombiniert werden. Sofern die Kopplungsschichten beispielsweise kreisförmig sind, können beispielsweise Sensoren mit unterschiedlichen Durchmessern, beispielsweise mit zwei unterschiedlichen Durchmessern der jeweiligen Kopplungsschichten miteinander kombiniert werden. Dies ermöglicht insbesondere eine bessere Ausnutzung eines auf einem Substrat zur Verfügung stehenden Platzes, da kleine Sensoren in Zwischenräumen angeordnet werden können, welche zwischen den großen Sensoren geometrisch frei bleiben. According to a preferred embodiment, larger and smaller sensors are combined in a sensor arrangement. This can mean, for example, that sensors with a large and a small coupling layer are combined. If the coupling layers are, for example, circular, for example, sensors with different diameters, for example with two different diameters of the respective coupling layers, can be combined with one another. This allows in particular a better utilization of a substrate available on a Place, since small sensors can be arranged in spaces that remain geometrically free between the large sensors.

Es sei verstanden, dass eine Sensoranordnung gemäß der Erfindung sowohl einen erfindungsgemäßen Sensor wie auch eine beliebige Anzahl von mehreren erfindungsgemäßen Sensoren aufweisen kann. It should be understood that a sensor arrangement according to the invention may comprise both a sensor according to the invention and any number of a plurality of sensors according to the invention.

Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Sensorschaltung. Die Sensorschaltung weist eine erste erfindungsgemäße Sensoranordnung, eine zweite erfindungsgemäße Sensoranordnung, eine dritte erfindungsgemäße Sensoranordnung und eine vierte erfindungsgemäße Sensoranordnung auf. Die erste Sensoranordnung und die zweite Sensoranordnung sind in Reihe geschaltet und bilden einen ersten Pfad. Die dritte Sensoranordnung und die vierte Sensoranordnung sind ebenfalls in Reihe geschaltet und bilden einen zweiten Pfad. Des Weiteren ist eine Spannungsmesseinrichtung mit einem ersten Pol und einem zweiten Pol vorgesehen, wobei der erste Pol mit jeweiligen Anschlüssen der ersten Sensoranordnung und der zweiten Sensoranordnung verbunden ist, und wobei der zweite Pol mit jeweiligen Anschlüssen der dritten Sensoranordnung und der vierten Sensoranordnung verbunden ist.The invention further relates to a sensor circuit. The sensor circuit has a first sensor arrangement according to the invention, a second sensor arrangement according to the invention, a third sensor arrangement according to the invention and a fourth sensor arrangement according to the invention. The first sensor arrangement and the second sensor arrangement are connected in series and form a first path. The third sensor arrangement and the fourth sensor arrangement are likewise connected in series and form a second path. Furthermore, a voltage measuring device is provided with a first pole and a second pole, wherein the first pole is connected to respective terminals of the first sensor arrangement and the second sensor arrangement, and wherein the second pole is connected to respective terminals of the third sensor arrangement and the fourth sensor arrangement.

Insbesondere kann der erste Pol mit jeweils genau einem Anschluss der ersten Sensoranordnung und der zweiten Sensoranordnung verbunden sein, und der zweite Pol kann mit jeweils genau einem Anschluss der dritten Sensoranordnung und der vierten Sensoranordnung verbunden sein.In particular, the first pole can be connected in each case to exactly one terminal of the first sensor arrangement and of the second sensor arrangement, and the second pole can be connected to exactly one terminal each of the third sensor arrangement and the fourth sensor arrangement.

Mittels der erfindungsgemäßen Sensorschaltung können die weiter oben beschriebenen Vorteile einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung und eines erfindungsgemäßen Sensors für eine Sensorschaltung nutzbar gemacht werden. Mit der Sensorschaltung können insbesondere vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich des Ansprechens auf ein externes magnetisches Feld erhalten werden. Dies erfolgt durch die Kombination von insgesamt vier Sensoranordnungen, welche durch die Spannungsmesseinrichtung der Sensorschaltung besonders hochauflösend ausgelesen werden können. By means of the sensor circuit according to the invention, the advantages described above of a sensor arrangement according to the invention and a sensor according to the invention for a sensor circuit can be utilized. In particular, advantageous characteristics with regard to the response to an external magnetic field can be obtained with the sensor circuit. This is done by the combination of a total of four sensor arrangements, which can be read by the voltage measuring device of the sensor circuit in a particularly high-resolution manner.

Hinsichtlich der Sensoranordnungen und der darin enthaltenen Sensoren kann auf alle weiter oben beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend. With regard to the sensor arrangements and the sensors contained therein, all embodiments and variants described above can be used. Illustrated benefits apply accordingly.

Typischerweise sind die erste Sensoranordnung und die dritte Sensoranordnung mit ihren jeweiligen Anschlüssen, welche nicht mit der Spannungsmesseinrichtung und jeweils einer weiteren Sensoranordnung verbunden sind, mit einem Pol einer Spannungsquelle verbunden. Weiter sind typischerweise die zweite Sensoranordnung und die vierte Sensoranordnung mit jeweils einem Anschluss, welcher nicht mit der Spannungsmesseinrichtung und jeweils einer weiteren Sensoranordnung verbunden ist, mit einem weiteren Pol der Spannungsquelle verbunden. Dies entspricht beispielsweise dem Aufbau einer Wheatstone-Brücke, als welche die Sensorschaltung vorteilhaft ausgeführt ist. Typically, the first sensor arrangement and the third sensor arrangement with their respective terminals, which are not connected to the voltage measuring device and in each case a further sensor arrangement, are connected to one pole of a voltage source. Furthermore, the second sensor arrangement and the fourth sensor arrangement are typically each connected to a connection, which is not connected to the voltage measuring device and in each case to a further sensor arrangement, to a further pole of the voltage source. This corresponds for example to the construction of a Wheatstone bridge, as which the sensor circuit is advantageously designed.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung sind alle Messstreifen der ersten Sensoranordnung und der vierten Sensoranordnung parallel zueinander ausgerichtet. Weiter sind gemäß dieser Ausführung alle Messstreifen der zweiten Sensoranordnung und der dritten Sensoranordnung parallel zueinander ausgerichtet und senkrecht zu den Messstreifen der ersten Sensoranordnung und der vierten Sensoranordnung ausgerichtet. Eine derartige Anordnung der Messstreifen der Sensoren, welche insbesondere in Draufsicht definiert wird, führt zu einem besonders vorteilhaften Ansprechen einer von der Spannungsmesseinrichtung gemessenen Spannung auf ein Drehen des magnetischen Felds. Dies liegt insbesondere daran, dass bei Drehung des magnetischen Felds um 90° in einer Ebene, in welcher die Sensoranordnungen typischerweise angeordnet sind, die erste und die vierte Sensoranordnung einerseits und die zweite und die dritte Sensoranordnung andererseits gegenläufige Veränderungen ihres jeweiligen elektrischen Widerstands zeigen. According to a preferred embodiment, all measuring strips of the first sensor arrangement and the fourth sensor arrangement are aligned parallel to one another. Further, according to this embodiment, all the measuring strips of the second sensor arrangement and the third sensor arrangement are aligned parallel to one another and aligned perpendicular to the measuring strips of the first sensor arrangement and the fourth sensor arrangement. Such an arrangement of the measuring strips of the sensors, which is defined in particular in plan view, leads to a particularly advantageous response of a voltage measured by the voltage measuring device to a rotation of the magnetic field. This is due, in particular, to the fact that, when the magnetic field is rotated by 90 ° in a plane in which the sensor arrangements are typically arranged, the first and fourth sensor arrangements on the one hand and the second and third sensor arrangements on the other hand exhibit opposite changes in their respective electrical resistance.

Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Further features and advantages will be apparent to those skilled in the embodiments described below with reference to the accompanying drawings.

Dabei zeigen:Showing:

1a und 1b: einen Sensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 1a and 1b a sensor according to a first embodiment,

2a und 2b: einen Sensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, 2a and 2 B a sensor according to a second embodiment,

3a und 3b: einen Sensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, 3a and 3b a sensor according to a third embodiment,

4: eine Sensoranordnung, und 4 a sensor array, and

5: eine Sensorschaltung. 5 : a sensor circuit.

Die 1a und 1b zeigen schematisch einen anisotropen magnetoresistiven Sensor 10. Die 1a ist dabei eine seitliche Schnittansicht. Die 1b ist eine Draufsicht. The 1a and 1b show schematically an anisotropic magnetoresistive sensor 10 , The 1a is a side sectional view. The 1b is a top view.

Der Sensor 10 weist ein Substrat 20 auf. Auf dem Substrat 20 ist eine streifenförmige Messschicht 30 angeordnet, welche aus einem anisotropen magnetoresistiven Material ausgebildet ist. Hierbei handelt es sich vorliegend um eine Eisen-Nickel-Legierung mit einer Zusammensetzung von 81 % Nickel und 19 % Eisen. The sensor 10 has a substrate 20 on. On the substrate 20 is a strip-shaped measuring layer 30 arranged, which consists of an anisotropic magnetoresistive material is formed. This is an iron-nickel alloy with a composition of 81% nickel and 19% iron.

Wie insbesondere in 1b erkannt werden kann ist die streifenförmige Messschicht 30 rechteckförmig langgestreckt auf dem Substrat 20 ausgebildet. Dies ermöglicht eine Anisotropie in Bezug auf ein magnetoresistives Verhalten. Dies wird weiter unten näher beschrieben werden. As in particular in 1b can be recognized is the strip-shaped measuring layer 30 rectangularly elongated on the substrate 20 educated. This allows anisotropy with respect to a magnetoresistive behavior. This will be described further below.

Über der Messschicht 30 ist eine Isolationsschicht 40 angeordnet. Diese ist planparallel zur Messschicht 30 und auch planparallel zum Substrat 20 ausgebildet. Es kann auch davon gesprochen werden, dass die Isolationsschicht 40 die Messschicht 30 überdeckt. Above the measuring layer 30 is an insulation layer 40 arranged. This is plane-parallel to the measuring layer 30 and also plane-parallel to the substrate 20 educated. It can also be said that the insulation layer 40 the measuring layer 30 covered.

Auf der Isolationsschicht 40 wiederum ist eine Kopplungsschicht 50 ausgebildet. Diese besteht vorliegend aus dem gleichen Material wie die Messschicht 30. Auch die Kopplungsschicht 50 ist planparallel zu der Isolationsschicht 40, der Messschicht 30 und dem Substrat 20. Die Kopplungsschicht 50 deckt einen Teil der Isolationsschicht 40 ab. On the insulation layer 40 again, there is a coupling layer 50 educated. In the present case, this consists of the same material as the measuring layer 30 , Also the coupling layer 50 is plane parallel to the insulation layer 40 , the measuring layer 30 and the substrate 20 , The coupling layer 50 covers part of the insulation layer 40 from.

Die zwischen der Kopplungsschicht 50 und der Messschicht 30 angeordnete Isolationsschicht 40 wirkt insbesondere elektrisch isolierend. Dies verhindert einen elektrischen Kontakt zwischen der Messschicht 30 und der Kopplungsschicht 50. Die elektrischen Eigenschaften, insbesondere der elektrische Widerstand der Messschicht 30, werden somit durch die Kopplungsschicht 50 nur über eine nach wie vor mögliche magnetische Kopplung beeinflusst. Insbesondere wird jedoch der Widerstand der Messschicht 30 nicht durch die zusätzliche Fläche der Kopplungsschicht 50 beeinflusst. The between the coupling layer 50 and the measuring layer 30 arranged insulation layer 40 acts in particular electrically insulating. This prevents electrical contact between the measuring layer 30 and the coupling layer 50 , The electrical properties, in particular the electrical resistance of the measuring layer 30 , thus become through the coupling layer 50 only influenced by a still possible magnetic coupling. In particular, however, the resistance of the measuring layer 30 not by the additional area of the coupling layer 50 affected.

Die Messschicht 30 und die Kopplungsschicht 50 weisen vorliegend jeweils eine Dicke von 25 nm auf, die Isolationsschicht 40 weist vorliegend eine Dicke von 15 nm auf.The measuring layer 30 and the coupling layer 50 in the present case each have a thickness of 25 nm, the insulating layer 40 in this case has a thickness of 15 nm.

Die Kopplungsschicht 50 ist, wie insbesondere in 1b zu sehen ist, kreisförmig ausgebildet. Die Kopplungsschicht 50 hat somit in einer durch das Substrat 20 definierten Ebene keine Vorzugsorientierung. Diese Eigenschaft der Kopplungsschicht 50 überträgt sich durch die magnetische Kopplung, welche sich zwischen der Kopplungsschicht 50 und der Messschicht 30 auch durch die Isolationsschicht 40 hindurch ausbildet, auf die Messschicht 30. Dies führt zu dem nachfolgend beschriebenen Verhalten des Sensors 10. The coupling layer 50 is, in particular in 1b can be seen, formed circular. The coupling layer 50 thus has in one through the substrate 20 defined level no preferential orientation. This property of the coupling layer 50 is transmitted through the magnetic coupling, which is located between the coupling layer 50 and the measuring layer 30 also through the insulation layer 40 through, on the measuring layer 30 , This leads to the behavior of the sensor described below 10 ,

Der Sensor 10 kann durch ein Magnetfeld, welches schematisch durch einen Pfeil 12 neben 1b dargestellt ist, in einer Richtung vormagnetisiert werden, welche einer Längserstreckung der Messschicht 30 entspricht. In diesem Zustand hat die Messschicht 30 einen definierten elektrischen Widerstand. The sensor 10 can through a magnetic field, which is schematically indicated by an arrow 12 Next 1b is shown biased in one direction, which a longitudinal extension of the measuring layer 30 equivalent. In this state, the measuring layer has 30 a defined electrical resistance.

Wird nun stattdessen ein Magnetfeld angelegt, welches im Vergleich zu dem durch den Pfeil 12 dargestellten Magnetfeld um 180° verdreht ist, so kann die Messschicht 12 ummagnetisiert werden, also in entgegengesetzter Richtung magnetisiert werden. Während des Übergangs der Magnetisierung weist die Messschicht einen geringeren Widerstand auf, typischerweise um einige Prozent, als wenn ihre Magnetisierung parallel oder antiparallel zum Pfeil 12 ist. Der Widerstand hat also bezüglich der Magnetisierung eine Periodizität von 180°, wobei Maxima eingenommen werden, wenn die Magnetisierung parallel oder antiparallel zum Pfeil 12 ist.If now instead of a magnetic field is applied, which in comparison to that by the arrow 12 The magnetic field is rotated by 180 °, so the measuring layer 12 be magnetized, so be magnetized in the opposite direction. During the transition of magnetization, the sensing layer has less resistance, typically a few percent, than when its magnetization is parallel or antiparallel to the arrow 12 is. The resistance therefore has a periodicity of 180 ° with respect to the magnetization, with maxima being taken when the magnetization is parallel or antiparallel to the arrow 12 is.

Im Fall des Sensors 10, welcher über eine Kopplungsschicht 50 verfügt, genügt hierfür ein verhältnismäßig kleines Magnetfeld, welches durch den Pfeil 14 dargestellt ist. Wäre die Kopplungsschicht 50 nicht vorhanden, wie dies bei Sensoren gemäß dem Stand der Technik typischerweise der Fall ist, wäre hierfür ein wesentlich größeres magnetisches Feld nötig, welches schematisch durch den Pfeil 16 dargestellt ist. Die Isotropie der Kopplungsschicht 50 überträgt sich also über die magnetische Kopplung auf die Messschicht 30. Da die Kopplungsschicht 50 jedoch trotzdem elektrisch von der Messschicht 30 isoliert ist, ändert sich zumindest die Größenordnung des Widerstands der Messschicht 30 nicht, was ein Auslesen mittels gängiger Messschaltungen ermöglicht. Sehr vorteilhaft ist jedoch, dass ein wesentlich geringeres Magnetfeld ausreicht, um eine messbare Widerstandsänderung der Messschicht 30 zu erzeugen. In the case of the sensor 10 , which via a coupling layer 50 has sufficient for this purpose, a relatively small magnetic field, which by the arrow 14 is shown. Would be the coupling layer 50 not present, as is typically the case with sensors according to the prior art, this would require a much larger magnetic field, which is indicated schematically by the arrow 16 is shown. The isotropy of the coupling layer 50 thus transfers to the measuring layer via the magnetic coupling 30 , Because the coupling layer 50 but still electrically from the measuring layer 30 is isolated, at least the magnitude of the resistance of the measuring layer changes 30 not, which allows reading by means of common measuring circuits. However, it is very advantageous that a substantially lower magnetic field suffices for a measurable change in resistance of the measuring layer 30 to create.

Es sei verstanden, dass die Messschicht 30 durch nicht dargestellte Kontakte elektrisch kontaktiert ist, welche sich durch die Kopplungsschicht 50 und die Isolationsschicht 40 hindurch erstrecken. Diese sind gegenüber der Kopplungsschicht 50 elektrisch isoliert. Auf eine Darstellung dieser Kontakte wurde aus Gründen der Vereinfachung verzichtet. It should be understood that the measuring layer 30 is electrically contacted by contacts, not shown, which extends through the coupling layer 50 and the insulation layer 40 extend through. These are opposite the coupling layer 50 electrically isolated. A representation of these contacts has been omitted for reasons of simplicity.

Die 2a und 2b zeigen einen Sensor 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Sensor 10 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zum Sensor 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel insofern abgewandelt, als nicht mehr die Messschicht 30 unmittelbar auf dem Substrat 20 angeordnet ist, sondern vielmehr die Kopplungsschicht 50. Diese ist nach wie vor kreisförmig ausgeführt. Auf der Kopplungsschicht 50 ist die Isolationsschicht 40 angeordnet, auf welcher sich wiederum die Messschicht 30 befindet. Vorliegend ist also die Messschicht 30 ganz oben angeordnet. Dies erleichtert das Kontaktieren der Messschicht 30 durch von oben herangeführte elektrische Kontakte, welche nicht dargestellt sind. The 2a and 2 B show a sensor 10 according to a second embodiment. The sensor 10 according to the second embodiment is compared to the sensor 10 modified according to the first embodiment insofar as no longer the measuring layer 30 directly on the substrate 20 is arranged, but rather the coupling layer 50 , This is still circular. On the coupling layer 50 is the insulation layer 40 arranged on which in turn the measuring layer 30 located. So here is the measuring layer 30 arranged at the top. This facilitates contacting the measuring layer 30 by from above zoomed electrical contacts, which are not shown.

Hinsichtlich der Funktionalität, insbesondere der elektrischen und magnetoresistiven Eigenschaften, sei auf die Beschreibung zu den 1a und 1b verwiesen. With regard to the functionality, in particular the electrical and magnetoresistive properties, reference is made to the description of the 1a and 1b directed.

3a und 3b zeigen einen Sensor 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Dieser ist im Vergleich zum zweiten Ausführungsbeispiel insofern abgewandelt, als die Messschicht 30 nicht mehr nur noch einen rechteckförmigen Streifen hat, sondern vielmehr einen ersten Messstreifen 32, einen zweiten Messstreifen 34 und einen dritten Messstreifen 36 aufweist. Die Messstreifen 32, 34, 36 sind parallel zueinander angeordnet, wie insbesondere in der Draufsicht von 3b gut erkannt werden kann. Sie sind des Weiteren elektrisch in Reihe geschaltet, d.h. sie sind an jeweiligen Enden in geeigneter Weise miteinander verbunden. 3a and 3b show a sensor 10 according to a third embodiment. This is modified in comparison to the second embodiment insofar as the measuring layer 30 no longer has only a rectangular strip, but rather a first measuring strip 32 , a second measuring strip 34 and a third gauge 36 having. The measuring strips 32 . 34 . 36 are arranged parallel to each other, as in particular in the plan view of 3b can be recognized well. They are further electrically connected in series, ie, they are connected at respective ends in a suitable manner.

Der Sensor 10 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel verlängert den Pfad, welchen der Strom zwischen den beiden gegenüberliegenden Enden der Messschicht 30 zurücklegen muss. Dies erhöht den elektrischen Widerstand, wobei trotzdem die gesamte Messschicht 30 in der beschriebenen Art und Weise an die Kopplungsschicht 50 magnetisch gekoppelt ist und die weiter oben mit Bezug auf die 1a und 1b beschriebenen Sensoreigenschaften aufweist. Die Ausführung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, welche sich durch mehrere elektrisch in Reihe geschaltete, parallel zueinander angeordnete Messstreifen 32, 34, 36 auszeichnet, dient also insbesondere zur Erhöhung des elektrischen Widerstands, was ein Auslesen vereinfachen kann oder eine Anpassung an eine bereits vorhandene Ausleseschaltung ermöglicht. Die Funktionalität des Sensors 10 wird hierdurch jedoch nicht beeinträchtigt. The sensor 10 according to the third embodiment extends the path which the current between the two opposite ends of the measuring layer 30 must go back. This increases the electrical resistance, while still the entire measuring layer 30 in the manner described to the coupling layer 50 is magnetically coupled and the above with respect to the 1a and 1b having described sensor properties. The embodiment according to the third embodiment, which is characterized by a plurality of electrically connected in series, parallel to each other arranged gauges 32 . 34 . 36 thus, in particular serves to increase the electrical resistance, which may simplify read-out or allow adaptation to an already existing read-out circuit. The functionality of the sensor 10 however, will not be affected.

4 zeigt eine Sensoranordnung 5. Dabei sind drei Sensoren 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unmittelbar nebeneinander angeordnet. 4 shows a sensor arrangement 5 , There are three sensors 10 according to the first embodiment, arranged directly next to each other.

Bezüglich der Details der Sensoren 10 sei auf die Beschreibung zum ersten Ausführungsbeispiel weiter oben verwiesen. Das Substrat 20 ist im Fall der Sensoranordnung 5 jedoch für alle Sensoren 10 identisch. Anders ausgedrückt sind alle Sensoren 10 auf dem gleichen Substrat 20 angeordnet. Regarding the details of the sensors 10 Reference is made to the description of the first embodiment above. The substrate 20 is in the case of the sensor arrangement 5 however for all sensors 10 identical. In other words, all sensors 10 on the same substrate 20 arranged.

Zwischen jeweils zwei benachbarten Sensoren ist ein jeweiliger elektrischer Verbindungsstab 60 angeordnet. Die beiden Verbindungsstäbe 60 sind jeweils mit einem Ende einer jeweiligen Messschicht 30 verbunden. Somit sind die drei Messschichten 30 der drei Sensoren 10 insgesamt in Reihe geschaltet. Ausgelesen wird die Sensoranordnung 5 somit typischerweise zwischen den nicht von den Verbindungsstäben 60 kontaktierten Enden der Messschichten 30, wobei bei einer solchen Messung über alle drei Messschichten 30, welche elektrisch in Reihe geschaltet sind, gemessen wird. Between each two adjacent sensors is a respective electrical connecting rod 60 arranged. The two connecting rods 60 are each at one end of a respective measurement layer 30 connected. Thus, the three measurement layers 30 of the three sensors 10 total connected in series. The sensor arrangement is read out 5 thus typically between the non-connecting bars 60 contacted ends of the measuring layers 30 , whereby in such a measurement over all three measuring layers 30 , which are electrically connected in series, is measured.

Die jeweiligen elektrischen und magnetoresistiven Eigenschaften der Messschichten 30 sind so, wie sie weiter oben mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurden. Durch die Reihenschaltung wird jedoch der Gesamtwiderstand verdreifacht. Die Sensoranordnung 5 hat somit im Vergleich zu einem einzelnen Sensor 10 einen dreifachen Gesamtwiderstand. Dies kann das Auslesen der Sensoranordnung 5 im Vergleich zu einem einzelnen Sensor 10 erleichtern. The respective electrical and magnetoresistive properties of the measuring layers 30 are as described above with respect to the first embodiment. By the series connection, however, the total resistance is tripled. The sensor arrangement 5 thus has compared to a single sensor 10 a triple total resistance. This can be the reading of the sensor arrangement 5 compared to a single sensor 10 facilitate.

5 zeigt eine Sensorschaltung 1. Die Sensorschaltung 1 weist eine erste Sensoranordnung 5a, eine zweite Sensoranordnung 5b, eine dritte Sensoranordnung 5c und eine vierte Sensoranordnung 5d auf. Diese sind im Sinne einer Wheatstone-Brücke zusammengeschaltet, wobei die erste Sensoranordnung 5a und die zweite Sensoranordnung 5b in Reihe geschaltet sind und einen ersten Pfad bilden, und wobei die dritte Sensoranordnung 5c und die vierte Sensoranordnung 5d in Reihe geschaltet sind und einen zweiten Pfad bilden. Jeweilige Anschlüsse der Sensoranordnungen 5a, 5b, 5c, 5d, welche nicht mit einer anderen Sensoranordnung 5a, 5b, 5c, 5d verbunden sind, sind wie in 5 gezeigt mit einem Plus-Pol bzw. einem Minus-Pol einer nicht weiter dargestellten Spannungsquelle verbunden. 5 shows a sensor circuit 1 , The sensor circuit 1 has a first sensor arrangement 5a , a second sensor arrangement 5b , a third sensor arrangement 5c and a fourth sensor arrangement 5d on. These are interconnected in the sense of a Wheatstone bridge, wherein the first sensor arrangement 5a and the second sensor arrangement 5b are connected in series and form a first path, and wherein the third sensor arrangement 5c and the fourth sensor arrangement 5d are connected in series and form a second path. Respective connections of the sensor arrangements 5a . 5b . 5c . 5d which does not work with another sensor arrangement 5a . 5b . 5c . 5d are connected as in 5 shown connected to a plus pole or a minus pole of a voltage source, not shown.

Die Sensorschaltung 1 weist ferner eine Spannungsmesseinrichtung 2 auf. Diese ist als übliches Voltmeter ausgeführt. Ein Pol der Spannungsmesseinrichtung 2 ist mit einem Anschluss der ersten Sensoranordnung 5a und einem Anschluss der zweiten Sensoranordnung 5b verbunden. Ein weiterer Pol der Spannungsmesseinrichtung 2 ist mit einem Anschluss der dritten Sensoranordnung 5c und einem Anschluss der vierten Sensoranordnung 5d verbunden. The sensor circuit 1 also has a voltage measuring device 2 on. This is designed as a standard voltmeter. One pole of the voltage measuring device 2 is with a connection of the first sensor arrangement 5a and a terminal of the second sensor arrangement 5b connected. Another pole of the voltage measuring device 2 is connected to a terminal of the third sensor arrangement 5c and a terminal of the fourth sensor arrangement 5d connected.

Dies entspricht der typischen Ausführung einer Wheatstone-Brücke. This corresponds to the typical execution of a Wheatstone bridge.

Bei den Sensoranordnungen 5a, 5b, 5c, 5d handelt es sich vorliegend um jeweilige Sensoranordnungen, wie sie weiter oben mit Bezug auf 4 beschrieben wurden. Die Messschichten einer jeweiligen Sensoranordnung 5a, 5b, 5c, 5d sind zueinander parallel, wie dies bereits weiter oben mit Bezug auf 4 gezeigt wurde. In 5 sind die Sensoranordnungen 5a, 5b, 5c, 5d jedoch nur noch schematisch dargestellt. Dabei ist jeweils ein Balken dargestellt, welcher die Ausrichtung der jeweiligen Messschichten angibt. Damit wird auch das Verhalten gegenüber externen Magnetfeldern definiert. Wie gezeigt sind die Messschichten der ersten Sensoranordnung 5a und der vierten Sensoranordnung 5d parallel zueinander ausgerichtet. Die Messschichten der zweiten Sensoranordnung 5b und der dritten Sensoranordnung 5c sind ebenfalls parallel zueinander ausgerichtet und sind des Weiteren senkrecht zu den Messschichten der ersten und vierten Sensoranordnungen 5a, 5d ausgerichtet. Es sei weiter erwähnt, dass jeweilige Substrate der Sensoranordnungen 5a, 5b, 5c, 5d zueinander parallel und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Dies ermöglicht es, bei einem Magnetfeld, welches eine Vektorkomponente in dieser Ebene aufweist und in welchem sich die Messschaltung 1 befindet, eine Richtung des Magnetfelds in dieser Ebene besonders gut zu detektieren, da die Spannungsmesseinrichtung 2 Widerstandsänderungen der Sensoranordnungen 5a, 5b, 5c, 5d aufgrund gegenläufiger Effekte verstärkt misst. Des Weiteren ist bekannt, dass eine Spannungsmessung in einer Wheatstone-Brücke ohnehin besonders genau ist. Mittels der Sensoranordnung 1 kann somit eine besonders genaue Bestimmung der Richtung des Magnetfelds erfolgen. In the sensor arrangements 5a . 5b . 5c . 5d In the present case, these are respective sensor arrangements, as described above with reference to FIG 4 have been described. The measuring layers of a respective sensor arrangement 5a . 5b . 5c . 5d are parallel to each other, as already discussed above 4 was shown. In 5 are the sensor arrangements 5a . 5b . 5c . 5d but only shown schematically. In each case, a bar is shown, which indicates the orientation of the respective measuring layers. This also defines the behavior towards external magnetic fields. As shown, the sensing layers of the first sensor array 5a and the fourth sensor arrangement 5d aligned parallel to each other. The measuring layers of the second sensor arrangement 5b and the third sensor arrangement 5c are also aligned parallel to each other and are further perpendicular to the sensing layers of the first and fourth sensor arrays 5a . 5d aligned. It should be further mentioned that respective substrates of the sensor arrangements 5a . 5b . 5c . 5d are arranged parallel to each other and in a common plane. This makes it possible, with a magnetic field, which has a vector component in this plane and in which the measuring circuit 1 is to detect a direction of the magnetic field in this plane particularly well, since the voltage measuring device 2 Resistance changes of the sensor arrangements 5a . 5b . 5c . 5d strengthens due to opposing effects. Furthermore, it is known that a voltage measurement in a Wheatstone bridge is particularly accurate anyway. By means of the sensor arrangement 1 Thus, a particularly accurate determination of the direction of the magnetic field can take place.

Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar. The claims belonging to the application do not constitute a waiver of the achievement of further protection.

Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.If, in the course of the procedure, it turns out that a feature or a group of features is not absolutely necessary, it is already desired on the applicant side to formulate at least one independent claim which no longer has the feature or the group of features. This may, for example, be a subcombination of a claim present at the filing date or a subcombination of a claim limited by further features of a claim present at the filing date. Such newly formulated claims or feature combinations are to be understood as covered by the disclosure of this application.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.It should also be noted that embodiments, features and variants of the invention, which are described in the various embodiments or embodiments and / or shown in the figures, can be combined with each other as desired. Single or multiple features are arbitrarily interchangeable. Resulting combinations of features are to be understood as covered by the disclosure of this application.

Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.Recoveries in dependent claims are not to be understood as a waiver of obtaining independent, objective protection for the features of the dependent claims. These features can also be combined as desired with other features.

Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.Features that are disclosed only in the specification or features that are disclosed in the specification or in a claim only in conjunction with other features may, in principle, be of independent significance to the invention. They can therefore also be included individually in claims to distinguish them from the prior art.

Claims

Magnetoresistive sensor ( 10 ), comprising - a strip-shaped measuring layer ( 30 ) of magnetoresistive material, characterized by - a coupling layer ( 50 ), which adjacent to the measuring layer ( 30 ) is arranged and is magnetically coupled thereto, and - an insulating layer ( 40 ), which between the measuring layer ( 30 ) and the coupling layer ( 50 ) and electrically isolated from each other, - wherein the measuring layer ( 30 ), the insulation layer ( 40 ) and the coupling layer ( 50 ) are aligned plane-parallel to each other.

Magnetoresistive sensor ( 10 ) according to claim 1, characterized in that - the magnetoresistive sensor ( 10 ) an anisotropic magnetoresistive sensor ( 10 ), and - the magnetoresistive material is an anisotropic magnetoresistive material.

Magnetoresistive sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that - the magnetoresistive material is an iron-nickel alloy.

Magnetoresistive sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that - the coupling layer ( 50 ) is formed of a magnetoresistive material, preferably of an anisotropic magnetoresistive material, in particular of an iron-nickel alloy.

Magnetoresistive sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that - the coupling layer ( 50 ) is made of the same material as the measuring layer ( 30 ).

Magnetoresistive sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that - the coupling layer ( 50 ) is designed in the form of a round disc.

Magnetoresistive sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that - the measuring layer ( 30 ) has a thickness between 20 nm and 30 nm, preferably 25 nm, and / or - the coupling layer ( 50 ) has a thickness between 20 nm and 30 nm, preferably 25 nm, and / or - the insulating layer ( 40 ) has a thickness between 5 nm and 30 nm, preferably 15 nm.

Magnetoresistive sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that - the measuring layer ( 30 ) on a substrate ( 20 ) is arranged; or - the coupling layer ( 50 ) on a substrate ( 20 ) is arranged.

Magnetoresistive sensor ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that - the measuring layer ( 30 ) a plurality of parallel to each other arranged measuring strips ( 32 . 34 . 36 ), which are electrically connected in series.

Sensor arrangement ( 5 ), which consists of one or more magnetoresistive sensors ( 10 ) according to one of the preceding claims, whose respective measuring layers ( 30 ) are electrically connected in series and / or in parallel with each other.

Sensor arrangement ( 5 ) according to claim 10, characterized in that - all magnetoresistive sensors ( 10 ) on a common substrate ( 20 ) are formed.

Sensor arrangement ( 5 ) according to claim 10 or 11, characterized in that - all measuring layers ( 30 ) of the sensor arrangement ( 5 ) are aligned parallel to each other.

Sensor circuit ( 1 ), comprising - a first sensor arrangement ( 5a ) according to one of claims 10 to 12, - a second sensor arrangement ( 5b ) according to one of claims 10 to 12, - a third sensor arrangement ( 5c ) according to one of claims 10 to 12, and - a fourth sensor arrangement ( 5d ) according to any one of claims 10 to 12; - wherein the first sensor arrangement ( 5a ) and the second sensor arrangement ( 5b ) are connected in series and form a first path, - wherein the third sensor arrangement ( 5c ) and the fourth sensor arrangement ( 5d ) are connected in series and form a second path, and - wherein a voltage measuring device is provided with a first pole and a second pole, - wherein the first pole with respective terminals of the first sensor arrangement ( 5a ) and the second sensor arrangement ( 5b ), and - the second pole having respective terminals of the third sensor arrangement ( 5c ) and the fourth sensor arrangement ( 5d ) connected is.

Sensor circuit ( 1 ) according to claim 13, characterized in that - all measuring layers ( 30 ) of the first sensor arrangement ( 5a ) and the fourth sensor arrangement ( 5d ) are aligned parallel to each other, and - all measuring layers ( 30 ) of the second sensor arrangement ( 5b ) and the third sensor arrangement ( 5c ) are aligned parallel to each other and perpendicular to the measuring layers ( 30 ) of the first sensor arrangement ( 5a ) and the fourth sensor arrangement ( 5d ) are aligned.

Sensor circuit ( 1 ) according to claim 13 or 14, characterized in that - the sensor circuit ( 1 ) is designed as a Wheatstone bridge.