DE102019133225A1

DE102019133225A1 - Magnetische sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102019133225A1
Application number: DE102019133225.7A
Authority: DE
Inventors: Kazuya Watanabe; Hirokazu Takahashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-05
Publication date: 2020-07-02
Also published as: US20220043080A1; CN111381197B; US11175356B2; CN111381197A; JP2020106506A; US20200209326A1; US11555870B2; JP6806133B2

Abstract

Eine magnetische Sensorvorrichtung beinhaltet einen Magnetsensor, der ein Detektionszielmagnetfeld erfasst, und eine weichmagnetische Struktur in der Nähe des Sensors. In einem orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zur Darstellung einer angelegten Feldstärke und eines Magnetisierungskorrespondenzwertes bewegen sich die Koordinaten zur Darstellung der angelegten Feldstärke und des Magnetisierungskorrespondenzwertes entlang einer Nebenschleife, die nicht mit einer Hauptschleife in Kontakt steht, da die Stärke eines äußeren Magnetfeldes einschließlich des Detektionszielmagnetfeldes innerhalb eines variablen Bereichs variiert, wobei die angelegte Feldstärke eine Stärke eines an die weichmagnetische Struktur angelegten Magnetfeldes ist, der Magnetisierungskorrespondenzwertes ein Wert ist, der der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur entspricht, und die Hauptschleife unter den Schleifen, die durch einen Weg der Koordinaten nachgezeichnet werden, wenn die angelegte Feldstärke variiert wird, eine Schleife ist, die von den Schleifen flächenmäßig den größten eingeschlossenen Bereich aufweist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Sensorvorrichtung mit einem Magnetsensor und einer weichmagnetischen Struktur.
Beschreibung der verwandten Technik
Magnetsensoren wurden für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Einige bekannte Magnetsensoren verwenden eine Vielzahl von magnetischen Detektionselementen, die auf einem Substrat bereitgestellt werden. Beispiele für die magnetischen Detektionselemente sind magnetoresistive Elemente.
US 2012/0200292 A1 offenbart einen geomagnetischen Sensor, bei dem ein X-Achsen-Magnetsensor, ein Y-Achsen-Magnetsensor und ein Z-Achsen-Magnetsensor auf einer Basis vorgesehen sind. In diesem geomagnetischen Sensor beinhaltet der Z-Achse Magnetsensor magnetoresistive Elemente und weichmagnetische Körper. Die weichmagnetischen Körper wandeln vertikale Magnetfeldkomponenten, die in einer Richtung parallel zur Z-Achse liegen, in horizontale Magnetfeldkomponenten in einer Richtung senkrecht zur Z-Achse um und versorgen die magnetoresistiven Elemente mit den horizontalen Magnetfeldkomponenten.
JP H07-249518A beschreibt einen Magnetkopf mit einem weichmagnetischen Dünnfilm mit einer Streifenbereichsstruktur. JP H07-249518A beschreibt, dass selbst bei einem Magnetkopf mit einem weichmagnetischen Dünnfilm, der leicht eine einachsige Anisotropie innerhalb der Filmebene aufweisen kann, durch die Verwendung der Streifenbereichsstruktur für den weichmagnetischen Dünnfilm eine hohe Hochfrequenz-Permeabilität in alle Richtungen erreicht werden kann.
Betrachten Sie nun eine Magnetsensorvorrichtung mit einem ersten Magnetsensor zum Erfassen einer horizontalen Magnetfeldkomponente und einer weichmagnetischen Struktur, die horizontal nahe dem ersten Magnetsensor angeordnet ist. Die weichmagnetische Struktur ist aus einem weichmagnetischen Material gebildet. Die weichmagnetische Struktur ist nicht Bestandteil des ersten Magnetsensors. Ein Beispiel für eine solche magnetische Sensorvorrichtung ist der zuvor genannte geomagnetische Sensor, der in US 2012/0200292 A1 beschrieben ist. In dem darin offenbarten geomagnetischen Sensor entsprechen der Magnetsensor der X-Achse und der Magnetsensor der Y-Achse dem ersten Magnetsensor, und die weichmagnetischen Körper des Magnetsensors der Z-Achse entsprechen der weichmagnetischen Struktur.
Die vorgenannte magnetische Sensorvorrichtung hat das Problem, dass, wenn die weichmagnetische Struktur eine magnetische Hysteresekennlinie aufweist, die magnetische Hysteresekennlinie bewirkt, dass der Erfassungswert des ersten Magnetsensors eine Hysteresekennlinie aufweist, wodurch die Detektionssgenauigkeit des ersten Magnetsensors sinkt. Dies wird im Folgenden ausführlich beschrieben. Wenn die weichmagnetische Struktur eine magnetische Hysteresekennlinie aufweist, bleibt nach der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur durch ein äußeres Magnetfeld ein gewisser Grad an Magnetisierung in der weichmagnetischen Struktur erhalten, auch wenn das äußere Magnetfeld Null wird. Ein Magnetfeld, das auf einer solchen Magnetisierung basiert, wird an den ersten Magnetsensor angelegt. Dadurch weicht der Erfassungswert des ersten Magnetsensors bei einem äußeren Magnetfeld von Null vom Idealwert ab. Die Richtung und Größe der in der weichmagnetischen Struktur verbleibenden Magnetisierung bei einem äußeren Magnetfeld von Null variiert je nach Richtung und Größe des äußeren Magnetfeldes, bevor das äußere Magnetfeld Null wird. Der Erfassungswert des ersten Magnetsensors bei einem äußeren Magnetfeld von Null variiert somit in Abhängigkeit von der Richtung und Größe des äußeren Magnetfeldes, bevor das äußere Magnetfeld Null wird. Dadurch erhält der Erfassungswert des ersten Magnetsensors eine Hysteresekennlinie.
Um die Erkennungsgenauigkeit des ersten Magnetsensors der vorgenannten magnetischen Sensorvorrichtung zu verbessern, wurde bisher noch keine Berücksichtigung der Optimierung der magnetischen Eigenschaften der weichmagnetischen Struktur gefunden, die nicht Bestandteil des ersten Magnetsensors ist.
Wie vorstehend erläutert, beschreibt JP H07-249518A einen Magnetkopf mit einem weichmagnetischen Dünnfilm mit einer Streifenbereichsstruktur. Die weichmagnetische Dünnschicht ist Bestandteil des Magnetkopfes. Somit unterscheidet sich die Beziehung zwischen dem Magnetkopf und dem weichmagnetischen Dünnfilm in JP H07-249518A von der Beziehung zwischen dem ersten Magnetsensor und der weichmagnetischen Struktur in der vorstehenden magnetischen Sensorvorrichtung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine magnetische Sensorvorrichtung bereitzustellen, die verhindern kann, dass ein magnetischer Sensor aufgrund einer magnetischen Hysteresekennlinie einer weichmagnetischen Struktur, die in der Nähe des Magnetsensors angeordnet ist, in der Detektionsgenauigkeit beeinträchtigt wird.
Eine Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen ersten Magnetsensor zum Erzeugen eines ersten Erfassungswerts, der einem ersten Detektionszielmagnetfeld entspricht, und eine weichmagnetische Struktur, die aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist. Der erste Magnetsensor und die weichmagnetische Struktur sind so konfiguriert, dass, wenn ein äußeres Magnetfeld mit dem ersten Detektionszielmagnetfeld an den ersten Magnetsensor angelegt wird, das äußere Magnetfeld auch an die weichmagnetische Struktur angelegt wird, und dass, wenn die weichmagnetische Struktur eine Magnetisierung aufweist, ein Magnetfeld basierend auf der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur an den ersten Magnetsensor angelegt wird. Das äußere Magnetfeld weist eine Stärke auf, die innerhalb eines vorgegebenen variablen Bereichs variiert.
In einem orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zur Darstellung einer angelegten Feldstärke und eines Magnetisierungskorrespondenzwerts bewegen sich die Koordinaten zur Darstellung der angelegten Feldstärke und des Magnetisierungskorrespondenzwert entlang einer kleinen Schleife, die innerhalb eines von einer Hauptschleife umschlossenen Bereichs gebildet wird und nicht mit der Hauptschleife in Kontakt steht, da sich die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des vorgegebenen variablen Bereichs ändert. Hier ist die angelegte Feldstärke die Stärke eines an die weichmagnetische Struktur angelegten Magnetfeldes in einer Richtung parallel zu einer vorbestimmten Richtung, und der Magnetisierungskorrespondenzwert ist ein Wert, der einer Komponente der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur entspricht, wobei die Komponente in der Richtung parallel zu der vorbestimmten Richtung liegt. Die Hauptschleife ist unter den Schleifen, die durch einen Weg der Koordinaten nachgezeichnet, die die angewandte Feldstärke und den magnetisierungskorrespondierenden Wert im orthogonalen Koordinatensystem darstellen, wenn die angewandte Feldstärke variiert wird, eine Schleife, die flächenmäßig die größte von der Schleife eingeschlossenen Region aufweist.
Die Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ferner einen zweiten Magnetsensor zum Erzeugen eines zweiten Erfassungswerts beinhalten, der einem zweiten Detektionszielmagnetfeld entspricht. In einem solchen Fall kann das erste Detektionszielmagnetfeld eine Komponente eines äußeren Magnetfeldes und in einer Richtung parallel zu einer ersten Richtung sein, und das zweite Detektionszielmagnetfeld kann eine Komponente des äußeren Magnetfeldes und in einer Richtung parallel zu einer zweiten Richtung sein. Die weichmagnetische Struktur kann so angeordnet sein, dass sie den ersten Magnetsensor nicht überlappt, sondern den zweiten Magnetsensor in einer Richtung parallel zur zweiten Richtung betrachtet überlappt.
Die weichmagnetische Struktur kann einen Magnetfeldwandler beinhalten, der konfiguriert ist, um das zweite Detektionszielmagnetfeld zu empfangen und eine Ausgangsmagnetfeldkomponente auszugeben, die in einer Richtung liegt, die die zweite Richtung schneidet. Die Ausgangsmagnetfeldkomponente hat eine Stärke, die einer Stärke des zweiten Detektionszielmagnetfeldes entspricht. Der zweite Magnetsensor kann konfiguriert werden, um die Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente zu erfassen. Die weichmagnetische Struktur kann ferner mindestens eine weichmagnetische Schicht beinhalten. Die erste Richtung und die zweite Richtung können orthogonal zueinander sein. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Erfindung die „Ausgangsmagnetfeldkomponente“ einer Komponente eines Ausgangsmagnetfeldvektors entspricht, der eine Vektordarstellung eines vom Magnetfeldwandler ausgegebenen Ausgangsmagnetfeldes ist, das durch Projizieren des Ausgangsmagnetfeldvektors in eine bestimmte Richtung erhalten wird. Die „Ausgabe einer Ausgangsmagnetfeldkomponente“ basiert auf der Tatsache, dass das Ausgangsmagnetfeld eine Ausgangsmagnetfeldkomponente enthält, die eine Komponente in eine bestimmte Richtung ist.
Wenn die Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung den zweiten Magnetsensor beinhaltet, kann die Magnetsensorvorrichtung ferner einen dritten Magnetsensor zum Erzeugen eines dritten Erfassungswertes beinhalten, der einem dritten Detektionszielmagnetfeld entspricht. Das dritte Detektionszielmagnetfeld kann eine Komponente des äußeren Magnetfeldes und in einer Richtung parallel zu einer dritten Richtung sein. Der dritte Magnetsensor und die weichmagnetische Struktur können so konfiguriert werden, dass, wenn ein äußeres Magnetfeld an den dritten Magnetsensor angelegt wird, das äußere Magnetfeld auch an die weichmagnetische Struktur angelegt wird, und dass, wenn die weichmagnetische Struktur eine Magnetisierung aufweist, ein Magnetfeld basierend auf der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur an den dritten Magnetsensor angelegt wird. In diesem Fall kann die erste bis dritte Richtung orthogonal zueinander sein.
In der magnetischen Sensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die kleine Schleife an einem Punkt einer ersten Magnetisierungskurve beginnen.
In der magnetischen Sensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann mindestens ein Teil der weichmagnetischen Struktur eine Streifenbereichsstruktur aufweisen. In einem solchen Fall kann der vorgegebene variable Bereich ein Bereich von nicht mehr als 21,6 Oe im Absolutwert sein. Es ist zu beachten, dass eine magnetische Flussdichte, die einem Magnetfeld mit einer Stärke von 1 Oe entspricht, 0,1 mT beträgt.
Gemäß der Magnetsensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung, da die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des variablen Bereichs variiert, bewegen sich die Koordinaten, die die angewandte Feldstärke und den Magnetisierungskorrespondenzwert darstellen, entlang der kleinen Schleife. Dadurch kann verhindert werden, dass der erste Magnetsensor aufgrund einer magnetischen Hysteresekennlinie der weichmagnetischen Struktur in der Detektionsgenauigkeit beeinträchtigt wird.
Andere und weitere Objekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert.
Figurenliste

1 ist eine Draufsicht, die eine schematische Konfiguration einer magnetischen Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2 ist ein Schaltplan, der eine exemplarische Schaltungskonfiguration der magnetischen Sensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines magnetoresistiven Elements der Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Widerstandsabschnitts der Ausführungsform der Erfindung.
5 ist ein erklärendes Diagramm, das eine exemplarische Konfiguration eines Magnetfeldwandlers der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht, die jeweils Abschnitte von drei Magnetsensoren und eine weichmagnetische Struktur der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7 ist ein erklärendes Diagramm zur qualitativen Erklärung der Eigenschaften einer Hystereseschleife der weichmagnetischen Struktur und des Verhaltens einer Streifenbereichsstruktur in der Ausführungsform der Erfindung.
8 ist eine Kennlinie, das ein Beispiel für Haupt- und Nebenschleifen in einem ersten Fall zeigt.
9 ist eine Kennlinie, die einen Teil von 8 auf einer vergrößerten Skala zeigt.
10 ist eine Kennlinie, das in einem zweiten Fall ein Beispiel für Haupt- und Nebenschleifen zeigt.
11 ist eine Kennlinie, die einen Teil von 10 auf einer vergrößerten Skala zeigt.
12 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für Haupt- und Nebenschleifen in einem dritten Fall zeigt.
13 ist eine Kennlinie, die einen Teil von 12 auf einer vergrößerten Skala zeigt.
14 ist ein erklärendes Diagramm, das im dritten Fall eine anfängliche Streifenbereichsstruktur zeigt.
15 ist ein erklärendes Diagramm, das die Streifenbereichsstruktur zeigt, wenn eine angewandte Feldstärke im dritten Fall Null ist.
16 ist ein erklärendes Diagramm, das die Streifenbereichsstruktur zeigt, wenn die angewandte Feldstärke höher als Null und niedriger als eine kritische Stärke im dritten Fall ist.
17 ist ein erklärendes Diagramm, das die Streifenbereichsstruktur zeigt, wenn die angewandte Feldstärke höher oder gleich der kritischen Stärke im dritten Fall ist.
18 ist eine Kennlinie mit der Hauptschleife und einer ersten Magnetisierungskurve im dritten Fall.
19 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im ersten Fall 10,2 Oe beträgt.
20 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im ersten Fall 17,4 Oe beträgt.
21 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im ersten Fall 21,6 Oe beträgt.
22 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im ersten Fall 23,6 Oe beträgt.
23 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im ersten Fall 31,6 Oe beträgt.
24 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im ersten Fall 42,3 Oe beträgt.
25 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im zweiten Fall 10,2 Oe beträgt.
26 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im zweiten Fall 17,4 Oe beträgt.
27 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im zweiten Fall 21,6 Oe beträgt.
28 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im zweiten Fall 23,6 Oe beträgt.
29 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im zweiten Fall 31,6 Oe beträgt.
30 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im zweiten Fall 42,1 Oe beträgt.
31 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im dritten Fall 10,3 Oe beträgt.
32 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im dritten Fall 17,5 Oe beträgt.
33 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im dritten Fall 21,6 Oe beträgt.
34 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im dritten Fall 23,7 Oe beträgt.
35 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im dritten Fall 31,6 Oe beträgt.
36 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für eine Hystereseschleife zeigt, wenn der maximale Absolutwert der angelegten Feldstärke im dritten Fall 42,1 Oe beträgt.
37 ist eine Kennlinie, die einen Zusammenhang zwischen dem maximalen Absolutwert der angelegten Feldstärke und einem magnetischen Hystereseparameter im ersten Fall darstellt.
38 ist eine Kennlinie, die einen Zusammenhang zwischen dem maximalen Absolutwert der angelegten Feldstärke und dem Parameter der magnetischen Hysterese im zweiten Fall darstellt.
39 ist eine Kennlinie, die einen Zusammenhang zwischen dem maximalen Absolutwert der angelegten Feldstärke und dem Parameter der magnetischen Hysterese im dritten Fall darstellt.
40 ist ein erklärendes Diagramm, das ein Beispiel für Verfahren zum Bestimmen des oberen Grenzwertes des variablen Bereichs der äußeren Magnetfeldstärke in der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
41 ist eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen dem maximalen Absolutwert der angelegten Feldstärke und einem Empfindlichkeitsänderungsparameter im ersten Fall darstellt.
42 ist eine Kennlinie, die experimentelle Ergebnisse an der magnetischen Sensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
43 ist eine Kennlinie, die experimentelle Ergebnisse an der magnetischen Sensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.
44 ist eine Kennlinie, die experimentelle Ergebnisse an der magnetischen Sensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen detailliert beschrieben. Zunächst wird auf 1 verwiesen, um eine schematische Konfiguration einer magnetischen Sensorvorrichtung gemäß der Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. Die Magnetsensorvorrichtung 1 nach der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Erfassen von Komponenten eines äußeren Magnetfeldes, die in drei zueinander orthogonalen Richtungen liegen.
Die Magnetsensorvorrichtung 1 beinhaltet drei Magnetsensoren 10, 20 und 30, eine weichmagnetische Struktur 40 aus einem weichmagnetischen Material und einen Träger 50. Jeder der Magnetsensoren 10, 20 und 30 beinhaltet mindestens ein magnetisches Detektionselement. Der Träger 50 ist eine Struktur, die die Magnetsensoren 10, 20 und 30 und die weichmagnetische Struktur 40 trägt. Der Träger 50 beinhaltet ein Substrat 51 mit einer Oberseite 51a und einer gegenüberliegenden Unterseite.
Die Richtungen X, Y und Z sind hier definiert, wie in 1 dargestellt. Die Richtungen X, Y und Z sind zueinander orthogonale Richtungen. Die X- und Y-Richtungen sind parallel zur Oberseite 51a des Substrats 51. Die Z-Richtung ist senkrecht zur Oberseite 51a des Substrats 51 und von der Unterseite des Substrats 51 zur Oberseite 51a des Substrats 51 gerichtet. Die entgegengesetzten Richtungen zu den Richtungen X, Y und Z sind definiert als -X, -Y und -Z Richtungen. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „oben“ auf Positionen, die sich vor einer Referenzposition in Z-Richtung befinden, und „unten“ auf Positionen, die den „oben“ Positionen in Bezug auf die Referenzposition gegenüberliegen. Für jede Komponente der magnetischen Sensorvorrichtung 1 bezieht sich der Begriff „Oberseite“ auf eine Oberfläche der Komponente, die am Ende derselben in Z-Richtung liegt, und „Unterseite“ auf eine Oberfläche der Komponente, die am Ende derselben in -Z-Richtung liegt.
Der Magnetsensor 10 erfasst ein Detektionszielmagnetfeld Hx und erzeugt einen Detektionswert Sx, der dem Detektionszielmagnetfeld Hx entspricht. Das Detektionszielmagnetfeld Hx weist eine Richtung parallel zu einer vorgegebenen Richtung auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Detektionszielmagnetfeld Hx insbesondere Bestandteil eines äußeren Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zur X-Richtung. Die X-Richtung entspricht der ersten Richtung in der vorliegenden Erfindung. Das Detektionszielmagnetfeld Hx entspricht dem ersten Detektionszielmagnetfeld in der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx als positiver Wert ausgedrückt, wenn das Detektionszielmagnetfeld Hx in X-Richtung liegt, und als negativer Wert, wenn das Detektionszielmagnetfeld Hx in -X-Richtung liegt. Der Erfassungswert Sx entspricht dem ersten Erfassungswert der vorliegenden Erfindung.
Der Magnetsensor 20 erfasst ein Detektionszielmagnetfeld Hy und erzeugt einen Detektionswert Sy entsprechend dem Detektionszielmagnetfeld Hy. Das Detektionszielmagnetfeld Hy ist Bestandteil des äußeren Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zur Y-Richtung. Die Y-Richtung entspricht der dritten Richtung in der vorliegenden Erfindung. Das Detektionszielmagnetfeld Hy entspricht dem dritten Detektionszielmagnetfeld in der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy als positiver Wert ausgedrückt, wenn das Detektionszielmagnetfeld Hy in Y-Richtung liegt, und als negativer Wert, wenn das Detektionszielmagnetfeld Hy in -Y-Richtung liegt. Der Erfassungswert Sy entspricht dem dritten Erfassungswert in der vorliegenden Erfindung.
Der Magnetsensor 30 erfasst ein Detektionsziel-Magnetfeld Hz und erzeugt einen Detektionswert Sz entsprechend dem Detektionsziel-Magnetfeld Hz. Das Detektionszielmagnetfeld Hz ist Bestandteil des äußeren Magnetfeldes und befindet sich in einer Richtung parallel zur Z-Richtung. Die Z-Richtung entspricht der zweiten Richtung in der vorliegenden Erfindung. Das Detektionszielmagnetfeld Hz entspricht dem zweiten Detektionszielmagnetfeld in der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hz als positiver Wert ausgedrückt, wenn das Detektionszielmagnetfeld Hz in der Z-Richtung liegt, und als negativer Wert, wenn das Detektionszielmagnetfeld Hz in der -Z-Richtung liegt. Der Erfassungswert Sz entspricht dem zweiten Erfassungswert in der vorliegenden Erfindung.
Die weichmagnetische Struktur 40 beinhaltet einen Magnetfeldwandler 42 und mindestens eine weichmagnetische Schicht. Der Magnetfeldwandler 42 ist in den 5 und 6 dargestellt, die später beschrieben werden. Der Magnetfeldwandler 42 ist konfiguriert, um das Detektionsziel-Magnetfeld Hz zu empfangen und eine Ausgangs-Magnetfeldkomponente auszugeben, die in einer Richtung senkrecht zur Z-Richtung liegt. Die Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente entspricht der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hz. Der Magnetsensor 30 erfasst die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hz durch Erfassen der Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente. Die weichmagnetische Struktur 40 wird im Folgenden näher beschrieben. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform die „Ausgangsmagnetfeldkomponente“ einer Komponente eines Ausgangsmagnetfeldvektors entspricht, der eine Vektordarstellung eines vom Magnetfeldwandler 42 ausgegebenen Ausgangsmagnetfeldes ist, erhalten durch Projizieren des Ausgangsmagnetfeldvektors in eine Richtung senkrecht zur Z-Richtung. Die „Ausgabe einer Ausgangsmagnetfeldkomponente“ basiert auf der Tatsache, dass das Ausgangsmagnetfeld eine Ausgangsmagnetfeldkomponente enthält, die eine Komponente in einer Richtung senkrecht zur Z-Richtung ist.
Die Magnetsensoren 10, 20 und 30 und die weichmagnetische Struktur 40 sind auf oder über der Oberseite 51a des Substrats 51 angeordnet. Die weichmagnetische Struktur 40 ist so angeordnet, dass sie den Magnetsensor 10 oder 20 nicht überlappt, sondern den Magnetsensor 30 in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, z.B. von oben betrachtet.
Der Träger 50 weist eine Bezugsebene RP parallel zur X- und Y-Richtung auf. Die Bezugsebene RP ist orthogonal zur Z-Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Bezugsebene RP spezifisch die Oberseite 51a des Substrats 51.
Die Bezugsebene RP beinhaltet drei verschiedene Bereiche A10, A20 und A40. Der Bereich A10 ist ein Bereich, der durch vertikales Projizieren des Magnetsensors 10 auf die Bezugsebene RP gebildet wird. Der Bereich A20 ist ein Bereich, der durch vertikales Projizieren des Magnetsensors 20 auf die Bezugsebene RP gebildet wird. Der Bereich A40 ist ein Bereich, der durch vertikales Projizieren der weichmagnetischen Struktur 40 auf die Bezugsebene RP gebildet wird. Es ist zu beachten, dass ein Bereich, der durch vertikales Projizieren des Magnetsensors 30 auf die Bezugsebene RP gebildet wird, mit dem Bereich A40 übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt.
Hier werden zwei zueinander orthogonale Geraden, die in der Bezugsebene RP liegen und durch den Schwerpunkt C40 des Bereichs A40 verlaufen, als eine erste Gerade L1 und eine zweite Gerade L2 bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere die erste gerade Linie L1 parallel zur X-Richtung und die zweite gerade Linie L2 parallel zur Y-Richtung.
In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet der Magnetsensor 10 einen ersten Abschnitt 11 und einen zweiten Abschnitt 12, die sich an unterschiedlichen Positionen voneinander befinden. Der Bereich A10 beinhaltet einen Teilbereich A11, der durch vertikales Projizieren des ersten Abschnitts 11 auf die Bezugsebene RP gebildet wird, und einen Teilbereich A12, der durch vertikales Projizieren des zweiten Abschnitts 12 auf die Bezugsebene RP gebildet wird. Die Teilflächen A11 und A12 befinden sich auf zwei Seiten des Bereichs A40, die sich in einer Richtung parallel zur ersten Geraden L1 gegenüberliegen.
Der Magnetsensor 20 beinhaltet einen ersten Abschnitt 21 und einen zweiten Abschnitt 22, die sich an unterschiedlichen Positionen voneinander befinden. Der Bereich A20 beinhaltet einen Teilbereich A21, der durch vertikales Projizieren des ersten Abschnitts 21 auf die Bezugsebene RP gebildet wird, und einen Teilbereich A22, der durch vertikales Projizieren des zweiten Abschnitts 22 auf die Bezugsebene RP gebildet wird. Die Teilflächen A21 und A22 befinden sich auf zwei Seiten des Bereichs A40, die sich in einer Richtung parallel zur zweiten Geraden L2 gegenüberliegen.
In der vorliegenden Ausführungsform befinden sich die beiden Teilflächen A11 und A12 so, dass sie von der ersten Geraden L1 geschnitten werden. Die beiden Teilflächen A21 und A22 befinden sich so, dass sie von der zweiten Geraden L2 geschnitten werden.
Es wird bevorzugt, dass kein Abschnitt der Fläche A10 von der zweiten Geraden L2 geschnitten wird. Ebenso wird bevorzugt, dass kein Teil der Fläche A20 von der ersten Geraden L1 geschnitten wird.
Insbesondere in der vorliegenden Ausführungsform weisen die Bereiche A10 und A20 von oben gesehen eine solche Positionsbeziehung auf, dass der Bereich A10 mit dem Bereich A20 zusammenfällt, wenn der Bereich A10 um 90 %° um den Schwerpunkt C40 des Bereichs A40 gedreht wird. Wenn in 1 die Teilflächen A11 und A12 um 90 Grad° gegen den Uhrzeigersinn um den Schwerpunkt C40 gedreht werden, fallen die Teilflächen A11 und A12 mit den Teilflächen A21 und A22 zusammen.
Wie in 1 dargestellt, beinhaltet die magnetische Sensorvorrichtung 1 ferner eine Vielzahl von Anschlüssen, die auf oder über der Oberseite 51a des Substrats 51 angeordnet sind. Die Vielzahl von Anschlüssen beinhaltet: eine Stromversorgungsklemme Vx und die dem Magnetsensor 10 zugeordneten-Ausgangsklemmen Vx+ und Vx-; eine Stromversorgungsklemme Vy und die dem Magnetsensor 20 zugeordneten Ausgangsklemmen Vy+ und Vy-; eine Stromversorgungsklemme Vz und die dem Magnetsensor 30 zugeordneten Ausgangsklemmen Vz+ und Vz-, und eine unter den Magnetsensoren 10, 20 und 30 gemeinsame Erdungsklemme G.
Es wird nun auf 2 verwiesen, um eine exemplarische Schaltungskonfiguration der magnetischen Sensorvorrichtung 1 zu beschreiben. In diesem Beispiel beinhaltet der Magnetsensor 10 vier Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4, die eine Wheatstone Brückenschaltung bilden. Jeder der Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 weist einen Widerstand auf, der je nach dem Detektionszielmagnetfeld Hx variiert. Der Widerstandsabschnitt Rx1 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vx und der Ausgangsklemme Vx+ vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Rx2 ist zwischen der Ausgangsklemme Vx+ und der Erdungsklemme G vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Rx3 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vx und der Ausgangsklemme Vx- vorgesehen-. Der Widerstandsabschnitt Rx4 ist zwischen der Ausgangsklemme Vx- und der Erdungsklemme G vorgesehen.
Der Magnetsensor 20 beinhaltet vier Widerstandsabschnitte Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4, die eine Wheatstone Brückenschaltung bilden. Jeder der Widerstandsabschnitte Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 weist einen Widerstand auf, der je nach dem Detektionszielmagnetfeld Hy variiert. Der Widerstandsabschnitt Ry1 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vy und der Ausgangsklemme Vy+ vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Ry2 ist zwischen der Ausgangsklemme Vy+ und der Erdungsklemme G vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Ry3 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vy und der Ausgangsklemme Vy-vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Ry4 ist zwischen der Ausgangsklemme Vy- und der Erdungsklemme G vorgesehen.
Der Magnetsensor 30 beinhaltet vier Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4, die eine Wheatstone Brückenschaltung bilden. Jeder der Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 weist einen Widerstand auf, der je nach der Ausgangsmagnetfeldkomponente, die vom Magnetfeldwandler 42 ausgegeben wird, variiert. Der Widerstandsabschnitt Rz1 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vz und der Ausgangsklemme Vz+ vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Rz2 ist zwischen der Ausgangsklemme Vz+ und der Erdungsklemme G vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Rz3 ist zwischen der Stromversorgungsklemme Vz und der Ausgangsklemme Vz- vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt Rz4 ist zwischen der Ausgangsklemme Vz- und der Erdungsklemme G vorgesehen.
Im Folgenden wird der Begriff „Widerstandsabschnitt R“ verwendet, um sich auf einen der Widerstandsab schnitte Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 zu beziehen. Jeder Widerstandsabschnitt R beinhaltet mindestens ein magnetisches Detektionselement. In der vorliegenden Ausführungsform ist das mindestens eine magnetische Detektionselement spezifisch mindestens ein magnetoresistives Element. Das magnetoresistive Element wird im Folgenden als MR-Element bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das MR-Element spezifisch ein Spin-Ventil-MR-Element. Das Spin-Ventil-MR-Element beinhaltet eine magnetische Schicht, die eine magnetische Schicht mit einer Magnetisierung ist, deren Richtung festgelegt ist, eine freie Schicht, die eine magnetische Schicht mit einer Magnetisierung ist, deren Richtung abhängig von der Richtung eines angelegten Magnetfeldes variabel ist, und eine Spaltchicht, die zwischen der magnetisierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist. Das Spin-Ventil-MR-Element kann ein tunnelndes magnetoresistives (TMR) Element oder ein riesigenmagnetoresistives (GMR) Element sein. Im TMR-Element ist die Spaltschicht eine Tunnelbarriereschicht. Im GMR-Element ist die Spaltchicht eine nichtmagnetisch leitfähige Schicht. Der Widerstand des Spin-Ventil-MR-Elements ändert sich mit dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht in Bezug auf die Magnetisierungsrichtung der magnetisierten Schicht bildet. Der Widerstand des Spin-Ventil MR-Elements ist auf seinem Minimalwert, wenn der vorstehende Winkel 0 ist°, und auf seinem Maximalwert, wenn der vorstehende Winkel 180 ist°. In jedem MR-Element weist die freie Schicht eine Formanisotropie auf, die die Richtung der einfachen Achse der Magnetisierung so einstellt, dass sie orthogonal zur Magnetisierungsrichtung der festgesteckten Magnetisierungsschicht ist.
In 2 zeigen die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten der MR-Elemente an. In dem in 2 gezeigten Beispiel weisen die magnetisierten Schichten der MR-Elemente in den Widerstandsabschnitten Rx1 und Rx4 Magnetisierungen in X-Richtung und die magnetisierten Schichten der MR-Elemente in den Widerstandsabschnitten Rx2 und Rx3 Magnetisierungen in -X-Richtung auf.
Die magnetisierungsgepinselten Schichten der MR-Elemente in den Widerstandsabschnitten Ry1 und Ry4 weisen Magnetisierungen in Y-Richtung auf, und die magnetisierungsgepinselten Schichten der MR-Elemente in den Widerstandsabschnitten Ry2 und Ry3 weisen Magnetisierungen in -Y-Richtung auf. Eine Beschreibung der Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten der MR-Elemente in den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 wird später gegeben.
Eine Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vx+ und Vxentspricht dem Detektionszielmagnetfeld Hx. Der Magnetsensor 10 erzeugt den Erfassungswert Sx entsprechend der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vx+ und Vx-. Der Erfassungswert Sx kann ein amplituden- oder offsetangepasster Wert der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vx+ und Vx-sein. Die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vx+ und Vx- kann in einen Zahlenwert umgewandelt werden, der eine Magnetfeldstärke darstellt, und der resultierende Wert kann als Erfassungswert Sx verwendet werden.
Eine Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vy+ und Vy- entspricht dem Detektionszielmagnetfeld Hy. Der Magnetsensor 20 erzeugt den Erfassungswert Sy entsprechend der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vy+ und Vy-. Der Erfassungswert Sy kann ein amplituden- oder offsetangepasster Wert der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vy+ und Vy-. sein. Die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vy+ und Vy- kann in einen Zahlenwert umgewandelt werden, der eine Magnetfeldstärke darstellt, und der resultierende Wert kann als Erfassungswert Sy verwendet werden.
Eine Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz- entspricht dem Detektionszielmagnetfeld Hz. Der Magnetsensor 30 erzeugt den Erfassungswert Sz entsprechend der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz-. Der Erfassungswert Sz kann ein amplituden- oder offsetangepasster Wert der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz-sein. Die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz- kann in einen Zahlenwert umgewandelt werden, der eine Magnetfeldstärke darstellt, und der resultierende Wert kann als Erfassungswert Sz verwendet werden.
Es wird nun auf 1 verwiesen, um ein exemplarisches Layout der Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 zu beschreiben. In diesem Beispiel beinhaltet der erste Abschnitt 11 des Magnetsensors 10 die Widerstandsabschnitte Rx1 und Rx4 und der zweite Abschnitt 12 des Magnetsensors 10 die Widerstandsabschnitte Rx2 und Rx3. Der erste Abschnitt 21 des Magnetsensors 20 beinhaltet die Widerstandsabschnitte Ry1 und Ry4, und der zweite Abschnitt 22 des Magnetsensors 20 beinhaltet die Widerstandsabschnitte Ry2 und Ry3.
In 1 zeigen die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten der MR-Elemente an. In dem in 1 dargestellten Beispiel, weißen in jedem der ersten Abschnitte 11 des Magnetsensors 10, dem zweiten Abschnitt 12 des Magnetsensors 10, dem ersten Abschnitt 21 des Magnetsensors 20 und dem zweiten Abschnitt 22 des Magnetsensors 20 die magnetisierten, festgesteckten Schichten der darin enthaltenen MR-Elemente die gleiche Magnetisierungsrichtung auf. Ein solches Beispiel macht es einfach, die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierten Schichten in einer Vielzahl von MR-Elementen einzustellen.
Eine exemplarische Konfiguration von MR-Elementen wird nun mit Bezug auf 3 beschrieben. Ein in 3 dargestelltes MR-Element 100 beinhaltet eine antiferromagnetische Schicht 101, eine magnetisierungsgepinnte Schicht 102, eine Spaltschicht 103 und eine freie Schicht 104, die in dieser Reihenfolge, von näher bis weiter vom Substrat 51 entfernt, gestapelt sind. Die antiferromagnetische Schicht 101 besteht aus einem antiferromagnetischen Material und ist im Austausch mit der magnetisierten, festgesteckten Schicht 102 gekoppelt, um dadurch die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsgepinnten Schicht 102 festzulegen.
Es ist zu beachten, dass die Schichten 101 bis 104 des MR-Elements 100 in umgekehrter Reihenfolge zu der in 3 dargestellten gestapelt werden können. Die magnetisierungsgepinnte Schicht 102 muss nicht unbedingt eine einzige ferromagnetische Schicht sein, sondern kann eine künstliche antiferromagnetische Struktur aufweisen, die zwei ferromagnetische Schichten und eine nichtmagnetische Metallschicht zwischen den beiden ferromagnetischen Schichten beinhaltet. Das MR-Element 100 kann ohne die antiferromagnetische Schicht 101 konfiguriert werden. Das magnetische Detektionselement kann ein Element zum Erfassen eines anderen Magnetfeldes als das MR-Element sein, wie beispielsweise ein Hallelement oder ein magnetisches Impedanzelement.
Als nächstes wird eine exemplarische Konfiguration des Widerstandsabschnitts R mit Bezug auf 4 beschrieben. In diesem Beispiel beinhaltet der Widerstandsabschnitt R eine Vielzahl von MR-Elementen 100, die in Reihe geschaltet sind. Der Widerstandsabschnitt R beinhaltet ferner eine oder mehrere Verbindungsschichten zum elektrischen Verbinden zweier MR-Elemente 100, die in Schaltungsanordnung aneinandergrenzen, so dass die Vielzahl der MR-Elemente 100 in Reihe geschaltet sind. In dem in 4 dargestellten Beispiel beinhaltet der Widerstandsabschnitt R als eine oder mehrere Verbindungsschichten eine oder mehrere untere Verbindungsschichten 111 und eine oder mehrere obere Verbindungsschichten 112. Die untere Verbindungsschicht 111 steht in Kontakt mit den Bodenflächen zweier MR-Elemente 100, die in Schaltungsanordnung nebeneinander liegen, und verbindet die beiden MR-Elemente 100 elektrisch. Die obere Verbindungsschicht 112 steht in Kontakt mit den oberen Oberflächen zweier MR-Elemente 100, die in Schaltungsanordnung nebeneinander liegen, und verbindet die beiden MR-Elemente 100 elektrisch.
Als nächstes wird eine exemplarische Konfiguration des Magnetfeldwandlers 42 der weichmagnetischen Struktur 40 mit Bezug auf 5 beschrieben. In diesem Beispiel beinhaltet der Magnetfeldwandler 42: ein unteres Joch 42B1 und ein oberes Joch 42T1, das dem Widerstandsabschnitt Rz1 zugeordnet ist; ein unteres Joch 42B2 und ein oberes Joch 42T2, das dem Widerstandsabschnitt Rz2 zugeordnet ist; ein unteres Joch 42B3 und ein oberes Joch 42T3, das dem Widerstandsabschnitt Rz3 zugeordnet ist; und ein unteres Joch 42B4 und ein oberes Joch 42T4, das dem Widerstandsabschnitt Rz4 zugeordnet ist.
Die unteren Jochs 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4 und die oberen Jochs 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 weisen jeweils eine rechteckige Quaderform auf, die in einer Richtung senkrecht zur Z-Richtung verlängert ist.
Das untere Joch 42B1 und das obere Joch 42T1 befinden sich in der Nähe des Widerstandsabschnitts Rz1. Das untere Joch 42B1 befindet sich näher an der Oberseite 51a des Substrats 51 als der Widerstandsabschnitt Rz1. Das obere Joch 42T1 ist weiter von der Oberseite 51a des Substrats 51 entfernt als der Widerstandsabschnitt Rz1. Von oben gesehen liegt der Widerstandsabschnitt Rz1 zwischen dem unteren Joch 42B1 und dem oberen Joch 42T1.
Das untere Joch 42B2 und das obere Joch 42T2 befinden sich in der Nähe des Widerstandsabschnitts Rz2. Das untere Joch 42B2 befindet sich näher an der Oberseite 51a des Substrats 51a als der Widerstandsabschnitt Rz2. Das obere Joch 42T2 ist weiter von der Oberseite 51a des Substrats 51 entfernt als der Widerstandsabschnitt Rz2. Von oben gesehen liegt der Widerstandsabschnitt Rz2 zwischen dem unteren Joch 42B2 und dem oberen Joch 42T2.
Das untere Joch 42B3 und das obere Joch 42T3 befinden sich in der Nähe des Widerstandsabschnitts Rz3. Das untere Joch 42B3 befindet sich näher an der Oberseite 51a des Substrats 51 als der Widerstandsabschnitt Rz3. Das obere Joch 42T3 ist weiter von der Oberseite 51a des Substrats 51 entfernt als der Widerstandsabschnitt Rz3. Von oben gesehen liegt der Widerstandsabschnitt Rz3 zwischen dem unteren Joch 42B3 und dem oberen Joch 42T3.
Das untere Joch 42B4 und das obere Joch 42T4 befinden sich in der Nähe des Widerstandsabschnitts Rz4. Das untere Joch 42B4 befindet sich näher an der Oberseite 51a des Substrats 51 als der Widerstandsabschnitt Rz4. Das obere Joch 42T4 ist weiter von der Oberseite 51a des Substrats 51 entfernt als der Widerstandsabschnitt Rz4. Von oben gesehen liegt der Widerstandsabschnitt Rz4 zwischen dem unteren Joch 42B4 und dem oberen Joch 42T4.
Die vom Magnetfeldwandler 42 ausgegebene Ausgangsmagnetfeldkomponente enthält eine Magnetfeldkomponente, die vom unteren Joch 42B1 und dem oberen Joch 42T1 erzeugt und auf den Widerstandsabschnitt Rz1 aufgebracht wird, eine Magnetfeldkomponente, die vom unteren Joch 42B2 und dem oberen Joch 42T2 erzeugt und auf den Widerstandsabschnitt Rz2 angewandt wird, eine Magnetfeldkomponente, die durch das untere Joch 42B3 und das obere Joch 42T3 erzeugt und auf den Widerstandsabschnitt Rz3 angewandt wird, und eine Magnetfeldkomponente, die durch das untere Joch 42B4 und das obere Joch 42T4 erzeugt und auf den Widerstandsabschnitt Rz4 angewandt wird.
In 5 zeigen die vier hohlen Pfeile die Richtung der Magnetfeldkomponenten an, die auf die Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 angewendet werden, wenn das Detektionszielmagnetfeld Hz in Z-Richtung liegt. Andererseits zeigen in 5 die vier gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsgepinnten Schichten 102 der MR-Elemente 100 der Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 an. Die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsgepinnten Schichten 102 der MR-Elemente 100 der Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4 sind die gleichen wie die Richtungen der Magnetfeldkomponenten, die an die Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4 angelegt werden, wenn das Detektionszielmagnetfeld Hz in Z-Richtung liegt. Die Magnetisierungsrichtungen der magnetisierungsgepinnten Schichten 102 der MR-Elemente 100 der Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 liegen entgegengesetzt zu den Richtungen der Magnetfeldkomponenten, die an die Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 angelegt sind, wenn das Detektionszielmagnetfeld Hz in Z-Richtung liegt.
Nun wird die Funktion des Magnetsensors 30 beschrieben. Wenn kein Detektionszielmagnetfeld Hz vorhanden ist, ist die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 104 jedes MR-Elements 100 in den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsgepinnten Schicht 102.
Wenn das Detektionszielmagnetfeld Hz in Z-Richtung liegt, neigt sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 104 jedes MR-Elements 100 in den Widerstandsabschnitten Rz1 und Rz4 in Richtung der Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsgepinnten Schicht 102 aus der Richtung senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsgepinnten Schicht 102. Andererseits neigt sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 104 jedes MR-Elements 100 in den Widerstandsabschnitten Rz2 und Rz3 in eine Richtung entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsgepinnten Schicht 102 aus der Richtung senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsgepinnten Schicht 102. Infolgedessen nehmen die Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4 ab, während die Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 den Widerstand erhöhen, verglichen mit dem Fall, dass kein Detektionszielmagnetfeld Hz vorliegt.
Im Gegensatz dazu erhöhen sich bei einem Detektionszielmagnetfeld Hz in -Z-Richtung die Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4, während die Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 den Widerstand verringern, verglichen mit dem Fall, dass kein Detektionszielmagnetfeld Hz vorliegt.
Der Grad der Widerstandsänderung der einzelnen Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 hängt von der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hz ab.
Änderungen in der Richtung und Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hz bewirken eine Widerstandsänderung der Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4, so dass die Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4 den Widerstand erhöhen, während die zweiten und dritten Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 den Widerstand verringern, oder so, dass die Widerstandsabschnitte Rz1 und Rz4 den Widerstand verringern, während die Widerstandsabschnitte Rz2 und Rz3 den Widerstand erhöhen. Dies führt zu einer Änderung einer Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz-. Damit ist es möglich, das Erkennungsziel Magnetfeld Hz anhand der Potentialdifferenz zu erfassen.
Es wird nun auf 6 verwiesen, um ein Beispiel für die Konfiguration der Magnetsensoren 10, 20 und 30 und der weichmagnetischen Struktur 40 zu beschreiben. 6 zeigt jeweils einen Abschnitt der Magnetsensoren 10, 20 und 30 und der weichmagnetischen Struktur 40. In diesem Beispiel sind die Magnetsensoren 10, 20 und 30 und die weichmagnetische Struktur 40 auf dem Substrat 51 angeordnet. Das Substrat 51 weist die Oberseite 51a und die Unterseite 51b auf.
Der Magnetsensor 10 beinhaltet neben den Widerstandsabschnitten Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 die jeweils aus einem Isoliermaterial gebildeten Isolationsschichten 66A, 67Aund 68A. Die Isolierschicht 66A liegt auf der Oberseite 51a des Substrats 51. Die Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 sind auf der Isolierschicht 66A angeordnet. 6 zeigt eines der MR-Elemente 100, die in den Widerstandsabschnitten Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 enthalten sind, und die oberen und unteren Verbindungsschichten 112 und 111, die mit dem MR-Element 100 verbunden sind. Die Isolierschicht 67Aliegt auf der Oberseite 51a des Substrats 51 und umschließt die Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4. Die Isolationsschicht 68A bedeckt die Widerstandsabschnitte Rx1, Rx2, Rx3 und Rx4 und die Isolationsschicht 67A.
Der Magnetsensor 20 weist eine ähnliche Konfiguration auf wie der Magnetsensor 10. Genauer gesagt, beinhaltet der Magnetsensor 20 neben den Widerstandsabschnitten Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 auch die jeweils aus einem Isoliermaterial gebildeten Isolationsschichten 66B, 67B und 68B. Die Isolierschicht 66B liegt auf der Oberseite 51a des Substrats 51. Die Widerstandsabschnitte Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 sind auf der Isolierschicht 66B angeordnet. 6 zeigt eines der MR-Elemente 100, die in den Widerstandsabschnitten Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 enthalten sind, und die oberen und unteren Verbindungsschichten 112 und 111, die mit dem MR-Element 100 verbunden sind. Die Isolierschicht 67B liegt auf der Oberseite 51a des Substrats 51 und umschließt die Widerstandsabschnitte Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4. Die Isolationsschicht 68B bedeckt die Widerstandsabschnitte Ry1, Ry2, Ry3 und Ry4 und die Isolationsschicht 67B.
Der Magnetsensor 30 beinhaltet neben den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 die jeweils aus einem Isoliermaterial gebildeten Isolationsschichten 61, 62, 63 und 64. In dem in 6 dargestellten Beispiel beinhaltet die weichmagnetische Struktur 40 den Magnetfeldwandler 42 und zwei weichmagnetische Schichten 41 und 43.
Der Magnetfeldwandler 42 beinhaltet die oberen Jochs 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 sowie die unteren Jochs 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4, die alle in 5 dargestellt sind. In 6 stellt das Referenzzeichen 42B eine der unteren Jochs 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4 dar, und das Referenzzeichen 42T stellt eine entsprechende der oberen Jochs 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 dar.
Die weichmagnetische Schicht 41 liegt auf der Oberseite 51a des Substrats 51. Die unteren Jochs 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4 sind auf der weichmagnetischen Schicht 41 angeordnet. Die Isolierschicht 61 liegt auf der weichmagnetischen Schicht 41 und umschließt die unteren Jochs 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4.
Die Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 sind auf der Isolationsschicht 61 angeordnet. 6 zeigt eines der MR-Elemente 100, die in den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 enthalten sind, und die oberen und unteren Verbindungsschichten 112 und 111, die mit dem MR-Element 100 verbunden sind. Die Isolationsschicht 62 liegt auf den unteren Jochs 42B 1, 42B2, 42B3 und 42B4 und der Isolationsschicht 61 und umschließt die Widerstandsabschnitte Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4.
Die oberen Jochs 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 sind auf der Isolierschicht 62 angeordnet. Die Isolationsschicht 63 liegt auf den Widerstandsabschnitten Rz1, Rz2, Rz3 und Rz4 und der Isolationsschicht 62 und umschließt die oberen Jochs 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4.
Die weichmagnetische Schicht 43 liegt auf den oberen Jochs 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 und der Isolierschicht 63. Die Isolationsschicht 64 bedeckt die weichmagnetische Schicht 43.
Die weichmagnetischen Schichten 41 und 43 haben die Funktion, einen Magnetfluss zu absorbieren, der einem anderen Magnetfeld als der Ausgangsmagnetfeldkomponente entspricht, die vom Magnetfeldwandler 42 ausgegeben wird, und dadurch zu verhindern, dass das Magnetfeld auf den Magnetsensor 30 angewandt wird.
Von oben gesehen erstrecken sich die weichmagnetischen Schichten 41 und 43 über die gesamte Fläche oder fast die gesamte Fläche des Magnetsensors 30. Sowohl ein Bereich, der durch vertikales Projizieren der weichmagnetischen Schicht 41 auf die Oberseite 51a des Substrats 51 gebildet wird, d.h. die Bezugsebene RP, als auch ein Bereich, der durch vertikales Projizieren der weichmagnetischen Schicht 43 auf die Bezugsebene RP gebildet wird, fallen mit dem Bereich A40 zusammen. Ein Bereich, der durch vertikales Projizieren des Magnetsensors 30 auf die Bezugsebene RP gebildet wird, stimmt mit dem Bereich A40 überein oder fällt fast mit diesem zusammen.
In dem in 6 dargestellten Beispiel befinden sich alle in den Magnetsensoren 10, 20 und 30 enthaltenen magnetischen Detektionselemente oder MR-Elemente 100 in gleichen Abständen von der Oberseite 51a des Substrats 51, d.h. der Bezugsebene RP.
Der Magnetfeldwandler 42 kann nur die unteren Jochs 42B1, 42B2, 42B3 und 42B4 oder die oberen Jochs 42T1, 42T2, 42T3 und 42T4 beinhalten. Die weichmagnetische Struktur 40 kann nur eine der beiden weichmagnetischen Schichten 41 und 43 beinhalten.
In der vorliegenden Ausführungsform befindet sich die weichmagnetische Struktur 40 in der Nähe der Magnetsensoren 10 und 20. Die Magnetsensoren 10 und 20 und die weichmagnetische Struktur 40 sind so konfiguriert, dass: wenn ein äußeres Magnetfeld mit dem Detektionszielmagnetfeld Hx an den Magnetsensor 10 angelegt wird, das äußere Magnetfeld auch an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird; wenn ein äußeres Magnetfeld mit dem Detektionszielmagnetfeld Hy an den Magnetsensor 20 angelegt wird, wird das äußere Magnetfeld auch an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt; und wenn die weichmagnetische Struktur 40 eine Magnetisierung aufweist, wird ein Magnetfeld basierend auf der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur 40 an die Magnetsensoren 10 und 20 angelegt. In der vorliegenden Ausführungsform weist zumindest ein Teil der weichmagnetischen Struktur 40 vorzugsweise eine Streifenbereichsstruktur auf. Die folgende Beschreibung befasst sich speziell mit dem Fall, dass zumindest ein Teil der weichmagnetischen Struktur 40 eine Streifenbereichsstruktur aufweist.
Eine Streifenbereichsstruktur bezieht sich auf eine Bereichsstruktur mit ersten und zweiten Arten von Bereich, die sowohl schlank als auch abwechselnd angeordnet sind, wenn man sie in eine Richtung betrachtet. In einem Magnetfilm mit einer Streifenbereichsstruktur ohne angelegtes Magnetfeld enthält die spontane Magnetisierung des ersten Typs von Bereichen und des zweiten Typs von Bereichen Komponenten in entgegengesetzten Richtungen.
Die Streifenbereichsstruktur, die der mindestens eine Teil der weichmagnetischen Struktur 40 aufweist, wird im Folgenden als Streifenbereichsstruktur der weichmagnetischen Struktur 40 bezeichnet. Insbesondere ist die Streifenbereichsstruktur der weichmagnetischen Struktur 40 eine Bereichsstruktur mit ersten und zweiten Arten von Bereichen, die beide schmal sind und abwechselnd in einer Richtung parallel zur Z-Richtung, z.B. von oben gesehen, angeordnet sind. In Verbindung mit der Streifenbereichsstruktur der weichmagnetischen Struktur 40 wird die Richtung, in der sich die ersten und zweiten Arten von Bereichen von oben gesehen erstrecken, als Streifenrichtung bezeichnet. Wenn kein Magnetfeld an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird, enthält die spontane Magnetisierung der ersten Art von Bereichen eine Komponente in Streifenrichtung und eine Komponente in Z-Richtung, und die spontane Magnetisierung der zweiten Art von Bereichen enthält eine Komponente in Streifenrichtung und eine Komponente in -Z-Richtung. In Verbindung mit der Streifenbereichsstruktur der weichmagnetischen Struktur 40 wird die erste Art von Bereichen als erste Bereich bezeichnet, die Magnetisierung der ersten Bereiche wird als erste Magnetisierung bezeichnet, die zweite Art von Bereichen wird als zweite Bereiche bezeichnet, und die Magnetisierung der zweiten Bereiche wird als zweite Magnetisierung bezeichnet.
Die weichmagnetische Struktur 40 kann eine Vielzahl von Abschnitten mit Streifenbereichsstrukturen unterschiedlicher Streifenrichtung beinhalten. Die weichmagnetische Struktur 40 kann einen Abschnitt oder Abschnitte mit einer Streifenbereichsstruktur und einen Abschnitt oder Abschnitte ohne Streifenbereichsstruktur beinhalten. In einem solchen Fall beträgt das Verhältnis des Volumens der Abschnitte mit einer Streifenbereichsstruktur zum Volumen der gesamten weichmagnetischen Struktur 40 vorzugsweise 50% oder mehr.
Die Eigenschaften einer Hystereseschleife der weichmagnetischen Struktur 40 und das Verhalten der Streifenbereichsstruktur werden nun qualitativ mit Bezug auf 7 beschrieben. Die Stärke eines Magnetfeldes, das auf die weichmagnetische Struktur 40 in einer Richtung parallel zu einer vorbestimmten Richtung angelegt wird, wird als angelegte Feldstärke bezeichnet. Ein Wert, der einer Komponente der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur 40 entspricht, wobei sich die Komponente in der Richtung parallel zur vorbestimmten Richtung befindet, wird als Magnetisierungswert bezeichnet. In einem orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zur Darstellung der angelegten Feldstärke und des magnetisierungskorrespondierenden Wertes wird eine der Schleifen, die durch einen Koordinatenweg nachgezeichnet wird, der die angewandte Feldstärke und den magnetisierungskorrespondierenden Wert darstellt, wenn die angewandte Feldstärke variiert wird, als Hauptschleife bezeichnet, wobei die Hauptschleife die größte unter den vorgenannten Schleifen in Bezug auf die Fläche des von ihr eingeschlossenen Bereichs ist.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die gesamte oder ein Teil der weichmagnetischen Struktur 40 als der für die Magnetisierung zu bewertende Abschnitt (im Folgenden als der Gegenstandsabschnitt der Magnetisierungsbewertung bezeichnet) und das Produkt einer Komponente der Volumenmagnetisierung des Gegenstandabschnitts der Magnetisierungsbewertung in einer Richtung parallel zu einer vorbestimmten Richtung betrachtet und das Volumen des Gegenstandabschnitts der Magnetisierungsbewertung als korrespondierender Wert genommen. Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform das Produkt einer Komponente der Volumenmagnetisierung des Gegenstandsabschnitts der Magnetisierungsbewertung in einer Richtung parallel zur X-Richtung und das Volumen des Gegenstandsabschnitts der Magnetisierungsbewertung als X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx bezeichnet. Das Produkt aus einer Komponente der Volumenmagnetisierung des Gegenstandsabschnitts der Magnetisierungsbewertung in einer Richtung parallel zur Y-Richtung und dem Volumen des Gegenstandsabschnitts der Magnetisierungsbewertung wird als Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My bezeichnet.
7 zeigt ein Beispiel für die Hauptschleife der weichmagnetischen Struktur 40. In diesem Beispiel ist die Streifenrichtung der Streifenbereichsstruktur der weichmagnetischen Struktur 40 parallel zur X-Richtung und die Richtung des an die weichmagnetische Struktur 40 angelegten Magnetfeldes ebenfalls parallel zur X-Richtung. Die Stärke des an die weichmagnetische Struktur 40 angelegten Magnetfeldes in der Richtung parallel zur X-Richtung wird als X-Richtung angelegte Feldstärke AHx bezeichnet. 7 zeigt ein orthogonales Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zur Darstellung der in X-Richtung angelegten Feldstärke AHx und des X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwerts Mx. In diesem orthogonalen Koordinatensystem werden die Koordinaten, die die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx und den X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx darstellen, als Koordinaten (AHx, Mx) bezeichnet. In 7 stellt die horizontale Achse die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx (Oe) und die vertikale Achse den X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx (emu) dar. In 7 ist die durch das Symbol MALX bezeichnete Kurve die Hauptschleife. Die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx in 7 wird als positiver Wert ausgedrückt, wenn das auf die Weichmagnetstruktur 40 angelegte Magnetfeld in X-Richtung liegt, und als negativer Wert, wenn das auf die Weichmagnetstruktur 40 angelegte Magnetfeld in -X-Richtung liegt. Der in 7 X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx wird als positiver Wert ausgedrückt, wenn die Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur 40 in X-Richtung erfolgt, und als negativer Wert, wenn die Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur 40 in -X-Richtung erfolgt. Die Pfeile, die in der Nähe der Hauptschleife MALX angezeigt werden, zeigen die Bewegungsrichtung der Koordinaten (AHx, Mx) auf der Hauptschleife MALX an.
In 7 entspricht ein Punkt A1 auf der Hauptschleife MALX einem Zustand, in dem der dem X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx bei einem positiven Wert gesättigt ist. Da die Feldstärke AHx in X-Richtung gegenüber dem Zustand des Punktes A1 verringert wird, gehen die Koordinaten (AHx, Mx) auf der Hauptschleife MALX durch die Punkte A2, A3, A4, A5 und A6, um einen Punkt A7 zu erreichen. Der Punkt A2 entspricht einem Zustand, in dem der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx bei einem positiven Wert nahezu gesättigt ist. Der Punkt A4 entspricht einem Zustand, in dem die Feldstärke AHx in X-Richtung 0 ist, der Punkt A6 einem Zustand, in dem der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx bei einem negativen Wert nahezu gesättigt ist. Der Punkt A7 entspricht einem Zustand, in dem der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx bei einem negativen Wert gesättigt ist.
In 7 ist ein Punkt B1 gleich dem Punkt A7. Da die Feldstärke AHx aus dem Zustand des Punktes B1 erhöht wird, gehen die Koordinaten (AHx, Mx) auf der Hauptschleife MALX durch die Punkte B2, B3, B4, B5 und B6, um einen Punkt B7 zu erreichen. Der Punkt B2 ist derselbe wie der Punkt A6. Der Punkt B3 ist derselbe wie der Punkt A5. Der Punkt B4 entspricht einem Zustand, in dem die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx 0 ist, der Punkt B5 entspricht dem Punkt A3. Der Punkt B6 ist derselbe wie der Punkt A2. Der Punkt B7 ist derselbe wie der Punkt A1.
In 7 stellen die Referenzzeichen A12T, A23T, A34T, A34T, A45T, A56T und A67T schematische Ansichten eines Teils der Streifenbereichsstruktur von oben gesehen dar. Die Referenzzeichen A12S, A23S, A34S, A45S, A56S und A67S stellen schematische Ansichten eines Teils der Streifenbereichsstruktur in Y-Richtung dar. Die schematischen Ansichten A12T und A12S entsprechen einem Zustand zwischen den Punkten A1 und A2. Die schematischen Ansichten A23T und A23S entsprechen einem Zustand zwischen den Punkten A2 und A3. Die schematischen Ansichten A34T und A34S entsprechen einem Zustand zwischen den Punkten A3 und A4. Die schematischen Ansichten A45T und A45S entsprechen einem Zustand zwischen den Punkten A4 und A5. Die schematischen Ansichten A56T und A56S entsprechen einem Zustand zwischen den Punkten A5 und A6. Die schematischen Ansichten A67T und A67S entsprechen einem Zustand zwischen den Punkten A6 und A7.
In den schematischen Ansichten A12T, A23T, A34T, A45T, A56T und A67T stellen Rechtecke mit durchgezogenen Pfeilen die ersten Bereiche dar, und Rechtecke mit unterbrochenen Pfeilen die zweiten Bereiche. In allen schematischen Ansichten zeigen die durchgezogenen Pfeile die Richtung der ersten Magnetisierung und die gebrochenen Pfeile die Richtung der zweiten Magnetisierung an.
Zwischen den Punkten A1 und A2 befinden sich sowohl die erste Magnetisierung als auch die zweite Magnetisierung im Wesentlichen in X-Richtung.
Zwischen den Punkten A2 und A4 enthält die erste Magnetisierung eine Komponente in X-Richtung und eine Komponente in Z-Richtung, und die zweite Magnetisierung enthält eine Komponente in X-Richtung und eine Komponente in -Z-Richtung. Zwischen den Punkten A2 und A4, wenn die Feldstärke AHx in X-Richtung abnimmt, nimmt die Komponente in X-Richtung der ersten Magnetisierung und die Komponente in X-Richtung der zweiten Magnetisierung ab, während die Komponente in Z-Richtung der ersten Magnetisierung und die Komponente in -Z-Richtung der zweiten Magnetisierung zunehmen. Zwischen den Punkten A2 und A4 bewirkt das vorstehende Verhalten der ersten Magnetisierung und der zweiten Magnetisierung, dass der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx mit abnehmender Feldstärke AHx in X-Richtung abnimmt. An dem Punkt A4 hat der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx einen positiven Wert.
Zwischen den Punkten A4 und A5 wechseln einige der ersten Bereiche von dem Zustand, in dem die erste Magnetisierung die Komponente in X-Richtung und die Komponente in Z-Richtung enthält, in einen Zustand, in dem die erste Magnetisierung eine Komponente in -X-Richtung und die Komponente in Z-Richtung enthält, oder in die zweiten Bereiche mit der zweiten Magnetisierung, die eine Komponente in -X-Richtung und die Komponente in -Z-Richtung enthält. Zwischen den Punkten A4 und A5 wechseln einige der zweiten Domöne von dem Zustand, in dem die zweite Magnetisierung die Komponente in X-Richtung und die Komponente in -Z-Richtung enthält, in einen Zustand, in dem die zweite Magnetisierung die Komponente in -X-Richtung und die Komponente in -Z-Richtung enthält, oder in die ersten Bereiche mit der ersten Magnetisierung, die die Komponente in -X-Richtung und die Komponente in Z-Richtung enthält. Die Anzahl der ersten und zweiten Bereiche, die den oben beschriebenen Änderungen unterzogen werden, steigt mit abnehmender Feldstärke AHx in X-Richtung. Alle oder fast alle der ersten und zweiten Bereiche am Punkt A4 haben solche Änderungen am Punkt A5 abgeschlossen. Zwischen den Punkten A4 und A5 führt das vorstehende Verhalten der Streifenbereichsstruktur dazu, dass der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx mit abnehmender Feldstärke AHx in X-Richtung abnimmt. Zwischen den Punkten A4 und A5 ist das Verhältnis der Änderungsgröße des X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx zur Änderungsgröße der X-Richtungsfeldstärke AHx im Absolutwert höher als zwischen den Punkten A2 und A4.
Zwischen den Punkten A5 und A6 enthält die erste Magnetisierung die Komponente in Richtung -X und die Komponente in Richtung Z, während die zweite Magnetisierung die Komponente in Richtung -X und die Komponente in Richtung- Z enthält. Zwischen den Punkten A5 und A6 nimmt mit abnehmender Feldstärke AHx die Komponente in -X-Richtung der ersten Magnetisierung und die Komponente in -X-Richtung der zweiten Magnetisierung zu, während die Komponente in Z-Richtung der ersten Magnetisierung und die Komponente in -Z-Richtung der zweiten Magnetisierung abnehmen. Zwischen den Punkten A5 und A6 bewirkt das vorstehende Verhalten der ersten Magnetisierung und der zweiten Magnetisierung, dass der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx mit abnehmender Feldstärke AHx in X-Richtung abnimmt. Zwischen den Punkten A5 und A6 ist das Verhältnis der Änderungsgröße des X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx zur Änderungsgröße der X-Richtungsfeldstärke AHx im Absolutwert niedriger als zwischen den Punkten A4 und A5.
Zwischen den Punkten A6 und A7 und zwischen den Punkten B1 und B2 liegen sowohl die erste Magnetisierung als auch die zweite Magnetisierung im Wesentlichen in -X-Richtung.
Zwischen den Punkten B2 und B4 enthält die erste Magnetisierung die Komponente in Richtung -X und die Komponente in Richtung Z, während die zweite Magnetisierung die Komponente in Richtung -X und die Komponente in Richtung -Z enthält. Zwischen den Punkten B2 und B4 nimmt mit zunehmender Feldstärke AHx in X-Richtung die Komponente in -X-Richtung der ersten Magnetisierung und die Komponente in -X-Richtung der zweiten Magnetisierung ab, während die Komponente in Z-Richtung der ersten Magnetisierung und die Komponente in -Z-Richtung der zweiten Magnetisierung zunehmen. Zwischen den Punkten B2 und B4 führt das vorstehende Verhalten der ersten Magnetisierung und der zweiten Magnetisierung dazu, dass der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx mit zunehmender Feldstärke AHx in X-Richtung ansteigt. An dem Punkt B4 hat der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx einen negativen Wert.
Zwischen den Punkten B4 und B5 wechseln einige der ersten Bereiche von dem Zustand, in dem die erste Magnetisierung die Komponente in -X-Richtung und die Komponente in Z-Richtung enthält, in einen Zustand, in dem die erste Magnetisierung die Komponente in X-Richtung und die Komponente in Z-Richtung enthält, oder in die zweiten Bereiche mit der zweiten Magnetisierung, die die Komponente in X-Richtung und die Komponente in -Z-Richtung enthält. Zwischen den Punkten B4 und B5 wechseln einige der zweiten Bereiche von dem Zustand, in dem die zweite Magnetisierung die Komponente in -X-Richtung und die Komponente in -Z-Richtung enthält, in einen Zustand, in dem die zweite Magnetisierung die Komponente in X-Richtung und die Komponente in -Z-Richtung enthält, oder in die ersten Bereiche mit der ersten Magnetisierung, die die Komponente in X-Richtung und die Komponente in Z-Richtung enthält. Die Anzahl der ersten und zweiten Bereiche, die den oben beschriebenen Änderungen unterzogen werden, steigt mit zunehmender Feldstärke AHx in X-Richtung. Alle oder fast alle der ersten und zweiten Bereiche am Punkt B4 haben solche Änderungen am Punkt B5 abgeschlossen. Zwischen den Punkten B4 und B5 führt das vorstehende Verhalten der Streifenbereichsstruktur dazu, dass der dem X-Richtung-Magnetisierungswert entsprechende Wert Mx mit zunehmender Feldstärke AHx in X-Richtung zunimmt. Zwischen den Punkten B4 und B5 ist das Verhältnis der Änderungsgröße des X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwerts Mx zur Änderungsgröße der X-Richtungsfeldstärke AHx im Absolutwert höher als zwischen den Punkten B2 und B4.
Der Wert der in X-Richtung angelegten Feldstärke AHx, bei dem der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx zwischen den Punkten B4 und B5 0 wird, ist eine Koerzitivfeldstärke Hc.
Zwischen den Punkten B5 und B6 enthält die erste Magnetisierung die Komponente in X-Richtung und die Komponente in Z-Richtung, und die zweite Magnetisierung enthält die Komponente in X-Richtung und die Komponente in -Z-Richtung. Zwischen den Punkten B5 und B6 steigt mit zunehmender Feldstärke AHx in X-Richtung die Komponente in X-Richtung der ersten Magnetisierung und die Komponente in X-Richtung der zweiten Magnetisierung, während die Komponente in Z-Richtung der ersten Magnetisierung und die Komponente in -Z-Richtung der zweiten Magnetisierung abnehmen. Zwischen den Punkten B5 und B6 bewirkt das vorstehende Verhalten der ersten Magnetisierung und der zweiten Magnetisierung, dass der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx mit zunehmender Feldstärke AHx in X-Richtung zunimmt. Zwischen den Punkten B5 und B6 ist das Verhältnis der Änderungsgröße des X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwerts Mx zur Änderungsgröße der X-Richtungsfeldstärke AHx im Absolutwert niedriger als zwischen den Punkten B4 und B5.
Zwischen den Punkten B6 und B7 liegen sowohl die erste Magnetisierung als auch die zweite Magnetisierung im Wesentlichen in X-Richtung.
Die bisherige Beschreibung befasste sich mit Änderungen des X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwerts Mx und dem Verhalten der Streifenbereichsstruktur als Reaktion auf Änderungen der angelegten Feldstärke AHx in X-Richtung, wenn die Streifenrichtung der Streifenbereichsstruktur der weichmagnetischen Struktur 40 parallel zur X-Richtung ist und die Richtung des auf die weichmagnetische Struktur 40 angelegten Magnetfeldes ebenfalls parallel zur X-Richtung ist. Die vorstehende Beschreibung gilt auch für den Fall, dass die Streifenrichtung parallel zur Y-Richtung und die Richtung des an die Weichmagnetstruktur 40 angelegten Magnetfeldes ebenfalls parallel zur Y-Richtung ist. Hier wird die Stärke des an die weichmagnetische Struktur 40 angelegten Magnetfeldes in einer Richtung parallel zur Y-Richtung als Y-Richtung angelegte Feldstärke AHy bezeichnet. Wenn die X-Richtung, die -X-Richtung, die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx und der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx in der vorstehenden Beschreibung durch die Y-Richtung, die -Y-Richtung, die in Y-Richtung angewandte Feldstärke AHy bzw. den Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My ersetzt werden, bezieht sich die resultierende Beschreibung auf Änderungen des Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My und das Verhalten der Streifenbereichsstruktur als Reaktion auf Änderungen der angelegten Feldstärke AHy in der Y-Richtung, wenn die Streifenrichtung parallel zur Y-Richtung ist und die Richtung des an die weichmagnetische Struktur 40 angelegten Magnetfeldes ebenfalls parallel zur Y-Richtung ist. Eine Hauptschleife, die in einem orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zur Darstellung der in Y-Richtung angelegten Feldstärke AHy und des Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My nachgezeichnet wird, wird durch das Symbol MALY gekennzeichnet. Die Koordinaten, die die in Y-Richtung angewandte Feldstärke AHy und den X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My in diesem orthogonalen Koordinatensystem darstellen, werden als Koordinaten (AHy, My) bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform variiert die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb eines vorgegebenen variablen Bereichs. Da die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des variablen Bereichs variiert, variieren die Stärken der Detektionszielmagnetfelder Hx, Hy und Hz innerhalb eines variablen Bereichs, der den variablen Bereich der Stärke des äußeren Magnetfeldes nicht überschreitet. Es ist wünschenswert, dass sich die Koordinaten, die die angewandte Feldstärke und den Magnetisierungskorrespondenzwert im orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zur Darstellung der angewandten Feldstärke und des magnetisierungskorrespondierenden Wertes innerhalb eines von der Hauptschleife umschlossenen Bereichs bewegen, da die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des variablen Bereichs variiert.
Besteht das äußere Magnetfeld nur aus dem Detektionszielmagnetfeld Hx, d.h. wenn die Richtung des äußeren Magnetfeldes parallel zur X-Richtung ist, ist es wünschenswert, dass sich die Koordinaten (AHx, Mx) in dem in 7 dargestellten orthogonalen Koordinatensystem innerhalb des von der Hauptschleife MALX umschlossenen Bereichs bewegen, da die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des variablen Bereichs variiert.
Besteht das äußere Magnetfeld nur aus dem Detektionszielmagnetfeld Hy, d.h. wenn die Richtung des äußeren Magnetfeldes parallel zur Y-Richtung ist, ist es wünschenswert, dass sich die Koordinaten (AHy, My) im orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zur Darstellung der angelegten Feldstärke AHy in Y-Richtung und des Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My innerhalb des von der Hauptschleife MALY eingeschlossenen Bereichs bewegen, wenn die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des variablen Bereichs variiert.
Die Richtung des äußeren Magnetfeldes kann von den Richtungen parallel zu den Richtungen X und Y abweichen. Auch in diesem Fall ist es wünschenswert, dass sich in einem orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zur Darstellung der angelegten Feldstärke und des Magnetisierungskorrespondenzwerts die Koordinaten zur Darstellung der angelegten Feldstärke und des Magnetisierungskorrespondenzwert innerhalb eines von einer Hauptschleife umschlossenen Bereichs bewegen, wenn die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des variablen Bereichs variiert.
Als nächstes wird eine kurze Beschreibung eines Verfahrens zum Bilden der weichmagnetischen Struktur 40 gegeben, von der zumindest ein Teil eine Streifenbereichsstruktur aufweist. So wird beispielsweise NiFe als Material für die weichmagnetische Struktur 40 verwendet. NiFe enthält hier vorzugsweise 82 bis 87 Gew.-% Ni.
Die Bestandteile der weichmagnetischen Struktur 40, d.h. die weichmagnetischen Schichten 51 und 43, die oberen Jochs und die unteren Jochs, weisen jeweils vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 500 nm bis 10 µm auf.
So kann beispielsweise die weichmagnetische Struktur 40 durch Plattieren gebildet werden. Die Wechselstrom-Entmagnetisierung kann auf die weichmagnetische Struktur 40 angewendet werden. Die Wechselstrom-Entmagnetisierung wird durchgeführt, indem die weichmagnetische Struktur 40 einem Wechselstrommagnetfeld ausgesetzt wird, das sich in Richtung ändert und allmählich den absoluten Wert der Festigkeit verringert.
Die weichmagnetische Struktur 40 mit zumindest teilweise einer Streifenbereichsstruktur kann ohne Wechselstrom-Entmagnetisierung gebildet werden. In einem solchen Fall kann die ursprünglich gebildete weichmagnetische Struktur 40 eine Vielzahl von Abschnitten mit Streifenbereichsstrukturen unterschiedlicher Streifenrichtung beinhalten. Wenn ein Magnetfeld an die gebildete weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird, können sich die Streifenrichtungen der Streifenbereichsstrukturen in Richtungen parallel zur Richtung des angelegten Magnetfeldes ändern. Das Verhältnis der Fläche von Bereichen, die eine in Richtung des angelegten Magnetfeldes magnetisierte Komponente beinhalten, zu den Bereichen, die eine in Richtung entgegengesetzt zur Richtung des angelegten Magnetfeldes magnetisierte Komponente beinhalten, hängt von der Stärke des angelegten Magnetfeldes ab.
Durch die Anwendung der Wechselstrom-Entmagnetisierung auf die weichmagnetische Struktur 40 ist es möglich, die Streifenrichtungen der Streifenbereichsstrukturen im größten Teil der weichmagnetischen Struktur 40 auszurichten. Die Wechselstrom-Entmagnetisierung ermöglicht es auch, dass der größte Teil der weichmagnetischen Struktur 40 im Verhältnis zwischen der Fläche der Bereiche, die eine in einer vorbestimmten Richtung magnetisierte Komponente beinhalten, und der Fläche der Bereiche, die eine Komponente beinhalten, die in einer Richtung entgegengesetzt zur vorbestimmten Richtung magnetisiert ist, von oben gesehen, gleich ist.
Wenn beispielsweise die Wechselstrom-Entmagnetisierung unter Verwendung eines Wechselstrommagnetfeldes durchgeführt wird, dessen Richtung zwischen der X- und -X-Richtung wechselt, wird die Streifenrichtung der Streifenbereichsstruktur parallel zur X-Richtung. Diese Wechselstrom-Entmagnetisierung wird im Folgenden als X-Richtung Wechselstrom-Entmagnetisierung bezeichnet. Wird dagegen die Wechselstrom-Entmagnetisierung mit einem Wechselstrommagnetfeld durchgeführt, dessen Richtung zwischen der Y- und -Y-Richtung wechselt, wird die Streifenrichtung der Streifenbereichsstruktur parallel zur Y-Richtung. Diese Wechselstrom-Entmagnetisierung wird im Folgenden als Y-Richtung Wechselstrom-Entmagnetisierung bezeichnet. Die Streifenbereichsstruktur unmittelbar nach der Wechselstrom-Entmagnetisierung wird als anfängliche Streifenbereichsstruktur bezeichnet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Weg, der durch die Koordinaten, die die angewandte Feldstärke und den Magnetisierungskorrespondenzwert als angewandte Feldstärke an die weichmagnetische Struktur 40 nach der Wechselstrom-Entmagnetisierung von 0 aus variiert wird, als anfängliche Magnetisierungskurve bezeichnet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform bewegen sich im orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zur Darstellung der angelegten Magnetfeldstärke und des entsprechenden Magnetisierungswertes die Koordinaten zur Darstellung der angelegten Feldstärke und des Magnetisierungskorrespondenzwertes beispielsweise entlang einer kleinen Schleife, die innerhalb des von der Hauptschleife umschlossenen Bereichs gebildet wird und nicht mit der Hauptschleife in Kontakt steht, da die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des variablen Bereichs variiert. Die kleine Schleife kann an einem Punkt der ersten Magnetisierungskurve beginnen.
Wenn das äußere Magnetfeld nur aus dem Detektionszielmagnetfeld Hx besteht, bewegen sich die Koordinaten (AHx, Mx) im orthogonalen Koordinatensystem gemäß 7 beispielsweise entlang einer kleinen Schleife, die innerhalb des von der Hauptschleife MALX umschlossenen Bereichs gebildet wird und nicht mit der Hauptschleife MALX in Kontakt steht, da die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des variablen Bereichs variiert. Diese kleine Schleife kann an einem Punkt der ersten Magnetisierungskurve beginnen. Besteht das äußere Magnetfeld dagegen nur aus dem Detektionszielmagnetfeld Hy, so bewegen sich die Koordinaten (AHy, My) im orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonale Achsen zur Darstellung der Y-Richtung angelegten Feldstärke AHy und des Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwertes My beispielsweise entlang einer kleinen Schleife, die innerhalb des von der Hauptschleife MALY umschlossenen Bereichs in diesem orthogonalen Koordinatensystem gebildet wird und nicht in Kontakt mit der Hauptschleife MALY steht, da die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des variablen Bereichs variiert. Diese kleine Schleife kann an einem Punkt der ersten Magnetisierungskurve beginnen.
Die Hauptschleifen MALX und MALY haben fast die gleiche Form, unabhängig von der Streifenrichtung der ursprünglichen Streifenbereichsstruktur. Der Grund dafür ist wie folgt. Bei der Messung der Hauptschleife MALX oder MALY wird ein Magnetfeld mit einer solchen Stärke, dass die Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur 40 gesättigt wird, an die weichmagnetische Struktur 40 in einer vorbestimmten Richtung angelegt. Dadurch wird die Streifenrichtung der Streifenbereichsstruktur der weichmagnetischen Struktur 40 parallel zur vorstehend vorgegebenen Richtung unabhängig von der Streifenrichtung der anfänglichen Streifenbereichsstruktur. Die vorgegebene Richtung ist eine Richtung parallel zur X-Richtung oder eine Richtung zur Y-Richtung. Auch wenn das Magnetfeld in der Richtung parallel zur vorgegebenen Richtung nachträglich in seiner Stärke verändert wird, bleibt die Streifenrichtung unverändert. Das Gleiche gilt unabhängig davon, ob die vorgegebene Richtung eine Richtung parallel zur X-Richtung oder eine Richtung parallel zur Y-Richtung ist. Die Hauptschleifen MALX und MALY haben somit fast die gleiche Form.
Die Streifenbereichsstruktur der weichmagnetischen Struktur 40 kann je nach Richtung und Stärke des an die weichmagnetische Struktur 40 angelegten Magnetfeldes nach der Wechselstrom-Entmagnetisierung variieren. Dies wird im Folgenden ausführlich beschrieben. Ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Fall werden hier beschrieben.
Der erste Fall ist ein Fall, in dem ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zur X-Richtung an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird, die durch Wechselstrom-Entmagnetisierung in X-Richtung gebildet wird. Der zweite Fall ist ein Fall, in dem ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zur Y-Richtung an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird, die durch Wechselstrom-Entmagnetisierung in Y-Richtung gebildet wird. Der dritte Fall ist ein Fall, in dem ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zur X-Richtung an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird, die durch Wechselstrom-Entmagnetisierung in Y-Richtung gebildet wird. Der vierte Fall ist ein Fall, in dem ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zur Y-Richtung an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird, die durch Wechselstrom-Entmagnetisierung in X-Richtung gebildet wird.
Zunächst werden Beispiele für jeweils spezifische Verfahren zur Wechselstrom-Entmagnetisierung in X- und Y-Richtung beschrieben. In einem Beispiel für ein spezifisches Verfahren zur Wechselstromentmagnetisierung in X-Richtung wird ein Wechselstrommagnetfeld, dessen Richtung zwischen X-Richtung und- X-Richtung wechselt und dessen Stärke in absoluten Werten allmählich abnimmt, auf die weichmagnetische Struktur 40 angewandt. Das Wechselstrommagnetfeld ist ein Magnetfeld, dessen Stärke bei jedem Richtungswechsel auf 80% des Absolutwertes sinkt. Die Anfangsrichtung des Wechselstrommagnetfeldes ist die X-Richtung, und der absolute Wert der Stärke ist 100 Oe. Ein Beispiel für ein spezifisches Verfahren zur Wechselstrom-Entmagnetisierung in Y-Richtung ist das gleiche wie das Beispiel für das spezifische Verfahren zur Wechselstrom-Entmagnetisierung in X-Richtung, mit der Ausnahme, dass die X- und -X-Richtung durch die Y- und -Y-Richtung ersetzt sind.
Der erste Fall wird nun beschrieben. Im ersten Fall, obwohl nicht in den Zeichnungen dargestellt, ist die Streifenrichtung der anfänglichen Streifenbereichsstruktur parallel zur X-Richtung. Die Richtung einer Magnetisierungskomponente parallel zur XY-Ebene in jedem Bereich ist entweder die X-Richtung oder die -X-Richtung. Die Magnetisierungskomponente parallel zur XY-Ebene wird im Folgenden als In-Plane-Magnetisierungskomponente bezeichnet. Eine Magnetisierungskomponente senkrecht zur XY-Ebene wird als eine vertikale Magnetisierungskomponente bezeichnet.
In der anfänglichen Streifenbereichsstruktur sind im ersten Fall die ersten und zweiten Bereiche abwechselnd in Y-Richtung angeordnet. Ein Bündel aus einer Vielzahl von Bereichen, in denen sich die Magnetisierungskomponenten in der Ebene in der gleichen Richtung befinden, wird als Domänenbündel bezeichnet. Die anfängliche Streifenbereichsstruktur beinhaltet im ersten Fall erste Domänenbündel und zweite Domänenbündel, die abwechselnd in Y-Richtung angeordnet sind. Das erste Domänenbündel ist ein Bündel aus einer Vielzahl von Domänen, in denen sich die Magnetisierungskomponenten in der Ebene in X-Richtung befinden. Das zweite Domänenbündel ist ein Bündel aus einer Vielzahl von Domänen, in denen sich die Magnetisierungskomponenten in der Ebene in- X-Richtung befinden. In der anfänglichen Streifenbereichsstruktur werden im ersten Fall zwischen jedem benachbarten ersten und zweiten Domänenbündel magnetische Wände gebildet, die sich in X-Richtung erstrecken.
Im ersten Fall bleibt die Streifenrichtung der Streifenbereichsstruktur unverändert, auch wenn ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zur X-Richtung an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird, die durch Wechselstrom-Entmagnetisierung in X-Richtung gebildet wird. Wenn die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx geändert wird, weist die Streifenbereichsstruktur das gleiche Verhalten auf, wie es in Bezug auf 7 beschrieben ist.
Als nächstes werden die Haupt- und Nebenschleifen im ersten Fall beschrieben. 8 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für die Haupt- und Nebenschleifen im ersten Fall zeigt. 9 ist eine Kennlinie, die einen Teil von 8 auf einer vergrößerten Skala zeigt. In den 8 und 9 stellt die horizontale Achse die in X-Richtung wirkende Feldstärke AHx (Oe) und die vertikale Achse den X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx (emu) dar.
Hier wird ein Messverfahren für die in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Haupt- und Nebenschleifen kurz beschrieben. Das Messverfahren verwendet eine Probe, die aus einer Vielzahl von Elementen besteht, die so angeordnet sind, dass eine Anzahl von Elementen der Vielzahl von Elementen in jeder der X- und Y-Richtungen ausgerichtet ist. Von oben gesehen hat jedes Element eine quadratische Form mit einer Seite von ca. 260 µm Länge. Jedes Element hat eine Dicke von ca. 2 µm. In der Probe wird der Abstand zwischen jeweils zwei benachbarten Elementen auf 100 µm oder mehr eingestellt, um so eine magnetische Kopplung zwischen benachbarten Elementen zu verhindern. Von oben gesehen hat die gesamte Probe eine quadratische Form mit einer Seite von ca. 10 mm Länge. Das an die Probe angelegte Magnetfeld wird durch die Verwendung einer Helmholtzspule erzeugt. Der Magnetisierungskorrespondenzwert der Probe wird mit einem schwingenden Probenmagnetometer gemessen.
In den 8 und 9 ist die durch das Symbol MALX bezeichnete Kurve die Hauptschleife MALX. Die Hauptschleife MALX ist ein Weg, der von den Koordinaten (AHx, Hx) nachgezeichnet wird, wenn die Feldstärke AHx in X-Richtung auf 250 Oe eingestellt wird, dann allmählich auf -250 Oe reduziert und dann allmählich auf 250 Oe erhöht wird.
In den 8 und 9 ist die durch die Referenznummer 73 bezeichnete Hystereseschleife ein Beispiel für die Nebenschleife. Diese Hystereseschleife 73 ist ein Weg, der von den Koordinaten (AHx, Mx) nachgezeichnet wird, wenn die Feldstärke AHx in X-Richtung auf 21,6 Oe eingestellt wird, dann allmählich auf -21,6 Oe reduziert und dann allmählich auf 21,6 Oe erhöht wird. Die Hystereseschleife 73 ist eine kleine Schleife, die innerhalb des von der Hauptschleife MALX umschlossenen Bereichs gebildet wird und nicht in Kontakt mit der Hauptschleife MALX steht. Diese kleine Schleife beginnt an einem Punkt der ersten Magnetisierungskurve.
Als nächstes wird der zweite Fall beschrieben. Im zweiten Fall, obwohl nicht in den Zeichnungen dargestellt, ist die Streifenrichtung der anfänglichen Streifenbereichsstruktur parallel zur Y-Richtung. Die Richtung der planaren Magnetisierungskomponente in jedem Bereich ist entweder die Y-Richtung oder die - Y-Richtung.
In der anfänglichen Streifenbereichsstruktur im zweiten Fall sind die erste und zweite Bereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet. Die anfängliche Streifenbereichsstruktur beinhaltet im zweiten Fall dritte Domänenbündel und vierte Domänenbündel, die abwechselnd in X-Richtung angeordnet sind. Das dritte Domänenbündel ist ein Bündel aus einer Vielzahl von Domänen, in denen sich die Magnetisierungskomponenten in der Ebene in Y-Richtung befinden. Das vierte Domänenbündel ist ein Bündel aus einer Vielzahl von Domänen, in denen sich die Magnetisierungskomponenten in der Ebene in- Y-Richtung befinden. In der anfänglichen Streifenbereichsstruktur im zweiten Fall werden zwischen jedem benachbarten dritten und vierten Domänenbündel magnetische Wände gebildet, die sich in Y-Richtung erstrecken.
Im zweiten Fall bleibt die Streifenrichtung der Streifenbereichsstruktur unverändert, auch wenn ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zur Y-Richtung an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird, die durch Wechselstrom-Entmagnetisierung in Y-Richtung gebildet wird. Wenn die Feldstärke AHy in Y-Richtung geändert wird, weist die Streifenbereichsstruktur das gleiche Verhalten auf wie die Streifenbereichsstruktur, wenn die Feldstärke AHx in X-Richtung geändert wird.
Als nächstes werden die Haupt- und Nebenschleifen im zweiten Fall beschrieben. 10 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für die Haupt- und Nebenschleifen im zweiten Fall zeigt. 11 ist eine Kennlinie, die einen Teil von 10 auf einer vergrößerten Skala zeigt. In den 10 und 11 stellt die horizontale Achse die in Y-Richtung angewandte Feldstärke AHy (Oe) und die vertikale Achse den Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My (emu) dar. Die in Y-Richtung angelegte Feldstärke AHy in den 10 und 11 wird als positiver Wert ausgedrückt, wenn das auf die Weichmagnetstruktur 40 angelegte Magnetfeld in Y-Richtung liegt, und als negativer Wert, wenn das auf die Weichmagnetstruktur 40 angelegte Magnetfeld in -Y-Richtung liegt. Der Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My in den 10 und 11 wird als positiver Wert ausgedrückt, wenn die Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur 40 in Y-Richtung erfolgt, und als negativer Wert, wenn die Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur 40 in -Y-Richtung erfolgt.
In den 10 und 11 ist die durch das Symbol MALY bezeichnete Kurve die Hauptschleife MALY. Die Hauptschleife MALY ist ein Weg, der von den Koordinaten (AHy, My) nachgezeichnet wird, wenn die Feldstärke AHy in Y-Richtung auf 250 Oe eingestellt wird, dann allmählich auf -250 Oe reduziert und dann allmählich auf 250 Oe erhöht wird.
In den 10 und 11 ist die durch die Referenznummer 83 bezeichnete Hystereseschleife ein Beispiel für die Nebenschleife. Die Hystereseschleife 83 ist ein Weg, der von den Koordinaten (AHy, My) nachgezeichnet wird, wenn die Feldstärke AHy in Y-Richtung auf 21,6 Oe eingestellt wird, dann allmählich auf -21,6 Oe reduziert und dann allmählich auf 21,6 Oe erhöht wird. Die Hystereseschleife 83 ist eine kleine Schleife, die innerhalb des von der Hauptschleife MALY umschlossenen Bereichs gebildet wird und nicht in Kontakt mit der Hauptschleife MALY steht. Die kleine Schleife beginnt an einem Punkt der ersten Magnetisierungskurve.
Als nächstes wird der dritte Fall beschrieben. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist die anfängliche Streifenstruktur im dritten Fall identisch mit der anfänglichen Streifenstruktur im zweiten Fall. Die Streifenrichtung der anfänglichen Streifenbereichsstruktur ist parallel zur Y-Richtung. Die anfängliche Streifenbereichsstruktur im dritten Fall wird später ausführlich beschrieben.
Wenn im dritten Fall ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zur X-Richtung an die durch Wechselstrom-Entmagnetisierung in Y-Richtung gebildete weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird und die in X-Richtung aufgebrachte Feldstärke AHx von 0 erhöht wird, dreht sich die Streifenrichtung der Streifenbereichsstruktur von der Richtung parallel zur Y-Richtung in die Richtung parallel zur X-Richtung, wenn die in X-Richtung aufgebrachte Feldstärke AHx eine bestimmte Stärke erreicht oder überschreitet. Die Stärke des Magnetfeldes, bei der eine solche Drehung der Streifenrichtung erfolgt, wird als kritische Stärke bezeichnet.
Eine detaillierte Beschreibung des Verhaltens der Streifenbereichsstruktur wird später gegeben, wenn das Magnetfeld in der Richtung parallel zur X-Richtung im dritten Fall auf die weichmagnetische Struktur 40 angewendet wird.
Als nächstes werden die Haupt- und Nebenschleifen im dritten Fall beschrieben. 12 ist eine Kennlinie, die ein Beispiel für die Haupt- und Nebenschleifen im dritten Fall zeigt. 13 ist eine Kennlinie, die einen Teil von 12 auf einer vergrößerten Skala zeigt. In den 12 und 13 stellt die horizontale Achse die in X-Richtung wirkende Feldstärke AHx (Oe) und die vertikale Achse den X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx (emu) dar.
In den 12 und 13 ist die durch das Symbol MALX bezeichnete Kurve die Hauptschleife MALX. Die Hauptschleife MALX ist ein Weg, der von den Koordinaten (AHx, Hx) nachgezeichnet wird, wenn die Feldstärke AHx in X-Richtung auf 250 Oe eingestellt wird, dann allmählich auf -250 Oe reduziert und dann allmählich auf 250 Oe erhöht wird.
In den 12 und 13 ist die durch die Referenznummer 93 bezeichnete Hystereseschleife ein Beispiel für die Nebenschleife. Diese Hystereseschleife 93 ist ein Weg, der von den Koordinaten (AHx, Mx) nachgezeichnet wird, wenn die Feldstärke AHx in X-Richtung auf 21,6 Oe eingestellt wird, dann schrittweise auf -21,6 Oe reduziert und dann schrittweise auf 21,6 Oe erhöht wird. Die Hystereseschleife 93 ist eine kleine Schleife, die innerhalb des von der Hauptschleife MALX umschlossenen Bereichs gebildet wird und nicht in Kontakt mit der Hauptschleife MALX steht. Diese kleine Schleife beginnt an einem Punkt der ersten Magnetisierungskurve.
Anschließend wird die anfängliche Streifenbereichsstruktur im dritten Fall mit Bezug auf 14 beschrieben. 14 zeigt die anfängliche Streifenbereichsstruktur im dritten Fall. 14 veranschaulicht schematisch die erste und zweite Bereiche durch weiße und schwarze Abstufungen. In 14 entsprechen Bereiche, die näher an Weiß als ein mittlerer Abstufungswert liegen, den ersten Bereichen und Bereiche, die näher an Schwarz als der mittlere Abstufungswert liegen, den zweiten Bereichen.
Ein einzelner Bereich beinhaltet eine Vielzahl von magnetischen Dipolen mit einem magnetischen Spinmoment in im Wesentlichen der gleichen Richtung. Eine Komponente des magnetischen Spinmoments parallel zur XY-Ebene wird als In-Plane Spin-Komponente bezeichnet. Eine Komponente des magnetischen Spinmoments senkrecht zur XY-Ebene wird als eine vertikale Spin-Komponente bezeichnet. In einem Bereich ist die Richtung der Magnetisierungskomponente in der Ebene die gleiche wie die der Spin-Komponenten in der Ebene der Vielzahl von magnetischen Dipolen in dem Bereich. Die Richtung der senkrechten Magnetisierungskomponente ist die gleiche wie die der senkrechten Spin-Komponenten der Vielzahl von magnetischen Dipolen in dem Bereich.
14 veranschaulicht schematisch die Richtungen und Größen der senkrechten Spin-Komponenten in den Bereichen durch Schwarz-Weiß-Abstufungen. In 14 zeigen Bereiche, die näher an Weiß als der mittlere Abstufungswert liegen, an, dass die senkrechten Spin-Komponenten in Z-Richtung liegen, und dass je näher an Weiß, desto größer die senkrechten Spin-Komponenten. Bereiche, die näher an Schwarz als der mittlere Abstufungswert liegen, zeigen an, dass die senkrechten Spin-Komponenten in -Z-Richtung liegen, und dass je näher an Schwarz, desto größer die senkrechten Spin-Komponenten.
14 zeigt auch die Richtungen der planaren und senkrechten Spin-Komponenten der magnetischen Dipole durch Pfeile. In 14 zeigen die Richtungen der Pfeile die Richtungen der Spin-Komponenten in der Ebene an. Schwarze Pfeile zeigen an, dass sich die senkrechten Spin-Komponenten in Z-Richtung befinden. Weiße Pfeile zeigen an, dass die senkrechten Spin-Komponenten in -Z-Richtung liegen.
Wie in 14 dargestellt, ist im dritten Fall die Streifenrichtung der anfänglichen Streifenbereichsstruktur parallel zur Y-Richtung. Die Richtung der planaren Magnetisierungskomponente in jedem Bereich und die Richtung der planaren Spinkomponente jedes magnetischen Dipols sind entweder die Y-Richtung oder die -Y-Richtung. In der anfänglichen Streifenbereichsstruktur im dritten Fall sind die erste und zweite Bereiche abwechselnd in X-Richtung angeordnet. In der anfänglichen Streifenbereichsstruktur im dritten Fall werden die in Bezug auf den zweiten Fall beschriebenen dritten und vierten Domänenbündel gebildet, um abwechselnd in X-Richtung angeordnet zu sein. Die dritten Domänenbündel werden im Folgenden durch die Referenznummer 203 und die vierten Domänenbündel durch die Referenznummer 204 gekennzeichnet. Zwischen jedem benachbarten dritten und vierten Domänenbündel 203 und 204 werden magnetische Wände W gebildet, die sich in Y-Richtung erstrecken. Die Richtungen der magnetischen Spinmomente ändern sich innerhalb der magnetischen Wände W stark.
In ähnlichen Diagrammen wie 14, auf die für die nachfolgenden Beschreibungen Bezug genommen werden soll, sind die ersten Bereiche, die zweiten Bereiche, die magnetischen Spinmomente und die magnetischen Wände in der gleichen Weise wie in 14 dargestellt.
In der anfänglichen Streifenbereichsstruktur im dritten Fall ist die Anzahl der magnetischen Dipole mit einer Spin-Komponente in der Ebene in Y-Richtung nahezu gleich derjenigen der magnetischen Dipole mit einer Spin-Komponente in der Ebene in -Y-Richtung. In der anfänglichen Streifenbereichsstruktur im dritten Fall ist die Anzahl der magnetischen Dipole mit einer senkrechten Spin-Komponente in der Z-Richtung nahezu gleich derjenigen der magnetischen Dipole mit einer senkrechten Spin-Komponente in der -Z-Richtung. Die anfängliche Streifenbereichsstruktur im dritten Fall beinhaltet keine oder nur wenige magnetische Dipole mit einer Spin-Komponente in der Ebene in X- oder -X-Richtung. Folglich ist die Magnetisierungskomponente der gesamten weichmagnetischen Struktur 40 parallel zur X-Richtung Null oder nahezu Null.
Anschließend wird unter Bezugnahme auf die 15 bis 17 das Verhalten der Streifenbereichsstruktur beschrieben, wenn im dritten Fall ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zur X-Richtung auf die weichmagnetische Struktur 40 angewandt wird. Die folgende Beschreibung bezieht sich beispielsweise auf einen Fall, in dem ein Magnetfeld in X-Richtung an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt wird und die angewandte Feldstärke AHx in X-Richtung von 0 erhöht wird.
15 zeigt die Streifenbereichsstruktur, wenn die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx 0 ist. Während 15 einen Teil von 14 in vergrößerter Form zeigt, ist die in 15 dargestellte Streifenbereichsstruktur die gleiche wie die in 14 dargestellte anfängliche Streifenbereichsstruktur.
Wenn die Feldstärke AHx in X-Richtung von 0 erhöht wird, neigen sich die Richtungen der Spin-Komponenten in der Ebene von Y- und -Y-Richtung in Richtung X-Richtung. Die Neigungsbeträge der Richtungen der Spin-Komponenten in der Ebene nehmen mit zunehmender Feldstärke AHx in der X-Richtung zu. Wenn die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx die kritische Stärke erreicht oder überschreitet, bewegen sich die magnetischen Wände W zur Reduzierung der magnetostatischen Energie. Die magnetischen Dipole werden entsprechend schnell neu angeordnet, und die Streifenrichtung dreht sich von der Richtung parallel zur Y-Richtung in die Richtung parallel zur X-Richtung.
16 zeigt die Streifenbereichsstruktur, wenn die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx größer als 0 und kleiner als die kritische Stärke ist. In 16 und anderen ähnlichen Diagrammen zeigt die Länge des mit AHx bezeichneten Pfeils schematisch die angewandte Feldstärke AHx in X-Richtung an. Wie in 16 dargestellt, wenn die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx größer als 0 und kleiner als die kritische Stärke ist, neigen sich die Richtungen der Spin-Komponenten in der Ebene von der Y- und -Y-Richtung in Richtung X-Richtung. Im in 16 dargestellten Zustand hat sich die magnetische Wand W noch nicht bewegt, und die Streifenrichtung bleibt parallel zur Y-Richtung.
17 zeigt die Streifenbereichsstruktur, wenn die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx größer oder gleich der kritischen Stärke ist. Wie in 17 dargestellt, bewegt sich die magnetische Wand W, wenn die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx die kritische Stärke erreicht oder überschreitet. Die Spin-Komponenten in der Ebene werden in X-Richtung ausgerichtet, und die Streifenrichtung wird parallel zur X-Richtung. In dem in 17 dargestellten Zustand sind die erste und zweite Domäne abwechselnd in Y-Richtung angeordnet. Alle in der Ebene liegenden Magnetisierungskomponenten befinden sich in X-Richtung.
Wenn dann die Feldstärke AHx in X-Richtung erhöht wird, bis der dem X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx der weichmagnetischen Struktur 40 gesättigt ist, werden die Spin-Magnetmomente in X-Richtung oder im Wesentlichen in X-Richtung ausgerichtet.
18 ist eine Kennlinie, die die Hauptschleife und im dritten Fall die anfängliche Magnetisierungskurve zeigt. In 18 stellt die horizontale Achse die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx (Oe) und die vertikale Achse den X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx (emu) dar. In 18 ist die durch das Symbol MALX bezeichnete Kurve die Hauptschleife und die durch das Symbol MCi bezeichnete Kurve die anfängliche Magnetisierungskurve. Die in 18 dargestellte Hauptschleife MALX ist die gleiche wie die in 12 dargestellte Hauptschleife MALX.
In 18 entspricht ein Punkt C1 auf der anfänglichen Magnetisierungskurve MCi einem Zustand, in dem die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx nach der Wechselstrom-Entmagnetisierung in Y-Richtung 0 ist. Ein Punkt C2 auf der anfänglichen Magnetisierungskurve MCi entspricht einem Zustand, in dem die angewandte Feldstärke AHx in X-Richtung größer als 0 und kleiner als die kritische Stärke ist. Ein Punkt C3 auf der anfänglichen Magnetisierungskurve MCi entspricht einem Zustand, in dem die angewandte Feldstärke AHx in X-Richtung größer oder gleich der kritischen Stärke ist. Ein Punkt C4 auf der anfänglichen Magnetisierungskurve MCi entspricht einem Zustand, in dem die angewandte Feldstärke AHx in X-Richtung ausreichend größer ist als die kritische Stärke. Die anfängliche Magnetisierungskurve MCi schließt sich der Hauptschleife MALX an, wenn die Streifenrichtung parallel zur X-Richtung verläuft.
Im Bereich der in X-Richtung angelegten Feldstärke AHx, die dem Bereich der anfänglichen Magnetisierungskurve MCi zwischen den Punkten C2 und C4 entspricht (die Punkte C2 und C4 ausgenommen), ist der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx auf der anfänglichen Magnetisierungskurve MCi kleiner als der auf der Hauptschleife MALX für die gleiche in X-Richtung gemessene Feldstärke AHx. Der Grund dafür ist, dass in einem solchen Bereich die Streifenrichtung nicht vollständig parallel zur X-Richtung ist. Im vorgenannten Bereich ragt die anfängliche Magnetisierungskurve MCi aus der Hauptschleife MALX heraus.
Als nächstes wird der vierte Fall beschrieben. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist die anfängliche Streifenstruktur im vierten Fall die gleiche wie die anfängliche Streifenstruktur im ersten Fall. Die Streifenrichtung der anfänglichen Streifenbereichsstruktur ist parallel zur X-Richtung. Im vierten Fall wird ein Magnetfeld in einer Richtung parallel zur Y-Richtung an die durch Wechselstrom-Entmagnetisierung in X-Richtung gebildete weichmagnetische Struktur 40 angelegt und die in Y-Richtung aufgebrachte Feldstärke AHy von 0 erhöht. Wenn die in Y-Richtung aufgebrachte Feldstärke AHy die kritische Stärke erreicht oder überschreitet, dreht sich die Streifenrichtung der Streifenbereichsstruktur von der Richtung parallel zur X-Richtung in die Richtung parallel zur Y-Richtung.
Als nächstes werden die Ergebnisse eines ersten Experiments beschrieben, das die magnetische Hysterese der weichmagnetischen Struktur 40 im ersten und dritten Fall untersucht. Um eine quantitative Bewertung der magnetischen Hysteresekennlinie der weichmagnetischen Struktur 40 zu ermöglichen, werden die magnetischen Hystereseparameter der weichmagnetischen Struktur 40 wie nachfolgend beschrieben definiert. Verschiedene magnetische Hystereseparameter sind für Fälle definiert, in denen die Richtung des an die Weichmagnetstruktur 40 angelegten Magnetfeldes parallel zur X-Richtung und die Richtung des an die Weichmagnetstruktur 40 angelegten Magnetfeldes parallel zur Y-Richtung ist. Der magnetische Hystereseparameter für den Fall, dass die Richtung des an die weichmagnetische Struktur 40 angelegten Magnetfeldes parallel zur X-Richtung verläuft, wird als magnetischer Hystereseparameter HPHx in X-Richtung bezeichnet. Der magnetische Hystereseparameter für den Fall, dass die Richtung des an die weichmagnetische Struktur 40 angelegten Magnetfeldes parallel zur Y-Richtung verläuft, wird als magnetischer Hystereseparameter HPHy in Y-Richtung bezeichnet.
Der magnetische Hystereseparameter HPHx in X-Richtung wird aus dem X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx erhaltend aus der angelegten Feldstärke AHx in X-Richtung an der weichmagnetische Struktur 40 bestimmt, die nach der Wechselstrom-Entmagnetisierung variiert wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist der magnetische Hystereseparameter HPHx in X-Richtung ein wie folgt bestimmter Wert. Die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx wird auf einen vorgegebenen Wert MHx größer als 0 eingestellt, dann auf -MHx verringert und dann auf den vorgegebenen Wert MHx erhöht. Der X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx, bei dem die Feldstärke AHx in X-Richtung im Zuge der Erhöhung 0 erreicht, wird vom X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx abgezogen, bei dem die Feldstärke AHx in X-Richtung im Zuge der Verringerung 0 erreicht. Der resultierende Wert ist der magnetische Hystereseparameter HPHx in X-Richtung.
Ebenso wird der magnetische Hystereseparameter HPHy in Y-Richtung aus dem Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My erhalten aus der an der weichmagnetischen Struktur 40 angelegten Feldstärke AHy in Y-Richtung bestimmt, die nach der Wechselstrom-Entmagnetisierung variiert wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist der magnetische Hystereseparameter HPHy in Y-Richtung ein wie folgt bestimmter Wert. Die in Y-Richtung angewandte Feldstärke AHy wird auf einen vorbestimmten Wert MHy größer als 0 eingestellt, dann auf -MHy verringert und dann auf den vorbestimmten Wert MHy erhöht. Der Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My, bei dem die Feldstärke AHx in Y-Richtung im Zuge der Erhöhung 0 erreicht, wird vom Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My abgezogen, bei dem die Feldstärke AHy in Y-Richtung im Zuge der Verringerung 0 erreicht. Der resultierende Wert ist der magnetische Hystereseparameter HPHy in Y-Richtung.
Um eine quantitative Bewertung der Hysteresekennlinie der Detektionswerte der Magnetsensoren 10 und 20 zu ermöglichen, werden die jeweiligen Hystereseparameter der Magnetsensoren 10 und 20 wie nachfolgend beschrieben definiert. Der Hystereseparameter des Magnetsensors 10 wird aus dem Erfassungswert Sx bestimmt, der mit der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx erhalten wird, das nach dem die weichmagnetische Struktur 40 einer Wechselstrom-Entmagnetisierung ausgesetzt wurde variiert wird. Insbesondere ist der Hystereseparameter des Magnetsensors 10 ein wie folgt bestimmter Wert. Die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx wird auf einen vorgegebenen Wert Px größer als 0 eingestellt, dann auf -Px verringert und dann auf 0 erhöht, wobei der Detektionswert Sx, bei dem die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx im Zuge der Erhöhung 0 erreicht, vom Detektionswert Sx abgezogen wird, bei dem die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx im Zuge der Abnahme 0 erreicht. Der resultierende Wert ist der Hystereseparameter des Magnetsensors 10.
Ebenso wird der Hystereseparameter des Magnetsensors 20 aus dem Erfassungswert Sy bestimmt, der mit der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy variiert wird, nachdem die weichmagnetische Struktur 40 einer Wechselstrom-Entmagnetisierung unterzogen wurde. Insbesondere ist der Hystereseparameter des Magnetsensors 20 ein wie folgt bestimmter Wert. Die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy wird auf einen vorbestimmten Wert Py größer als 0 eingestellt, dann auf -Py verringert und dann auf 0 erhöht, wobei der Detektionswert Sy, bei dem die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy im Zuge der Erhöhung 0 erreicht, vom Detektionswert Sy abgezogen wird, bei dem die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx im Zuge der Verringerung 0 erreicht. Der resultierende Wert ist der Hystereseparameter des Magnetsensors 20.
Je größer der Wert des magnetischen Hystereseparameters HPHx in X-Richtung, desto größer ist der Wert des Hystereseparameters des Magnetsensors 10. Je größer der Wert des Hystereseparameters des Magnetsensors 10 ist, desto geringer ist die Detektionsgenauigkeit des Magnetsensors 10. Ebenso gilt: Je größer der Wert des magnetischen Hystereseparameters HPHy in Y-Richtung, desto größer ist der Wert des Hystereseparameters des Magnetsensors 20. Je größer der Wert des Hystereseparameters des Magnetsensors 20 ist, desto geringer ist die Detektionsgenauigkeit des Magnetsensors 20. Um einen Rückgang der Detektionsgenauigkeit der Magnetsensoren 10 und 20 aufgrund der magnetischen Hysteresekennlinie der weichmagnetischen Struktur 40 zu minimieren, sind die kleineren Werte der magnetischen Hystereseparameter HPHx und HPHy in X- und Y-Richtung umso besser.
Im Experiment wurde in jedem der ersten und dritten Fälle eine Hystereseschleife ab einem Punkt der anfänglichen Magnetisierungskurve mit variierender angelegter Feldstärke AHx in X-Richtung gemessen und der magnetische Hystereseparameter HPHx aus der Hystereseschleife bestimmt. Im Experiment wurde der Wert von MHx, bei dem der Absolutwert der in X-Richtung angelegten Feldstärke AHx bei der Messung der Hystereseschleife maximiert wurde, variiert, um entsprechende Hystereseschleifen für verschiedene MHx-Werte zu messen, und die Beziehung zwischen MHx und dem magnetischen Hystereseparameter HPHx bestimmt.
Im Experiment zum zweiten Fall wurde eine Hystereseschleife, die an einem Punkt der anfänglichen Magnetisierungskurve beginnt, die mit variierender Y-Richtung angelegter Feldstärke AHy erhalten wurde, gemessen und der magnetische Hystereseparameter HPHy in Y-Richtung aus der Hystereseschleife bestimmt. Im Experiment wurde der Wert von MHy, bei dem der Absolutwert der angelegten Feldstärke AHy in Y-Richtung bei der Messung der Hystereseschleife maximiert wurde, variiert, um entsprechende Hystereseschleifen für verschiedene MHy-Werte zu messen, und die Beziehung zwischen MHy und dem magnetischen Hystereseparameter HPHy bestimmt.
19 bis 24 sind Kennlinien, die Beispiele für die Hystereseschleifen im ersten Fall zeigen. In den 19 bis 24 stellt die horizontale Achse die in X-Richtung wirkende Feldstärke AHx (Oe) und die vertikale Achse den X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx (emu) dar. In den 19 bis 24 ist die mit dem Symbol MALX bezeichnete Kurve die Hauptschleife MALX. Die Hauptschleife MALX ist die gleiche wie in den 8 und 9.
19 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 10,2 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 71. 20 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 17,4 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 72. 21 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 21,6 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 73. Die Hystereseschleife 73 ist die gleiche wie die Hystereseschleife 73 in den 8 und 9. 22 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 23,6 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 74. 23 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 31,6 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 75. 24 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 42,3 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 76.
25 bis 30 sind Kennlinien mit Beispielen für die Hystereseschleifen im zweiten Fall. In den 25 bis 30 stellt die horizontale Achse die in Y-Richtung angewandte Feldstärke AHy (Oe) und die vertikale Achse den Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert My (emu) dar. In den 25 bis 30 ist die durch das Symbol MALY bezeichnete Kurve die Hauptschleife MALY. Die Hauptschleife MALY ist die gleiche wie in 10 und 11 dargestellt.
25 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHy von 10,2 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 81. 26 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHy von 17,4 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 82. 27 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHy von 21,6 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 83. Die Hystereseschleife 83 ist die gleiche wie die Hystereseschleife 83 in 10 und 11. 28 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHy von 23,6 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 84. 29 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHy von 31,6 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 85. 30 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHy von 42,1 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 86.
31 bis 36 sind Kennlinien mit Beispielen für die Hystereseschleifen im dritten Fall. In den 31 bis 36 stellt die horizontale Achse die in X-Richtung wirkende Feldstärke AHx (Oe) und die vertikale Achse den X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx (emu) dar. In den 31 bis 36 ist die mit dem Symbol MALX bezeichnete Kurve die Hauptschleife MALX. Die Hauptschleife MALX ist die gleiche wie in 12 und 13 dargestellt.
31 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 10,3 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 91. 32 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 17,5 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 92. 33 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 21,6 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 93. Die Hystereseschleife 93 ist die gleiche wie die Hystereseschleife 93 in 12 und 13. 34 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 23,7 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 94. 35 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 31,6 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 95. 36 zeigt ein Beispiel für die Hystereseschleife für einen MHx von 42,1 Oe, bezeichnet durch die Referenznummer 96.
37 ist eine Kennlinie, die im ersten Fall eine Beziehung zwischen MHx und dem magnetischen Hystereseparameter HPHx darstellt. In 37 stellt die horizontale Achse MHx (Oe) und die vertikale Achse den magnetischen Hystereseparameter HPHx (emu) dar. In 37 zeigt die durch die Referenznummer 77 bezeichnete gestrichelte Linie eine Position an, an der MHx 17,4 Oe beträgt. Die durch die Referenznummer 78 bezeichnete gestrichelte Linie zeigt eine Position an, an der MHx 21,6 Oe beträgt.
38 ist eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen MHy und dem magnetischen Hystereseparameter HPHy im zweiten Fall darstellt. In 38 stellt die horizontale Achse MHy (Oe) und die vertikale Achse den magnetischen Hystereseparameter HPHy (emu) dar. In 38 zeigt die durch die Referenznummer 87 bezeichnete gestrichelte Linie eine Position an, an der MHy 17,4 Oe beträgt. Die durch die Referenznummer 88 bezeichnete gestrichelte Linie zeigt eine Position an, an der MHy 21,6 Oe beträgt.
39 ist eine Kennlinie, die eine Beziehung zwischen MHx und dem magnetischen Hystereseparameter HPHx im dritten Fall darstellt. In 39 stellt die horizontale Achse MHx (Oe) und die vertikale Achse den magnetischen Hystereseparameter HPHx (emu) dar. In 39 zeigt die durch die Referenznummer 97 bezeichnete gestrichelte Linie eine Position an, an der MHx 21,6 Oe beträgt.
Jedes von MHx und MHy wird im Folgenden als oberer Grenzwert der angelegten Feldstärke bezeichnet. Wie in 37 bis 39 dargestellt, steigt in allen ersten bis dritten Fällen der Wert des Parameters magnetische Hysterese mit zunehmendem oberen Grenzwert der angelegten Feldstärke tendenziell an. In allen ersten bis dritten Fällen wird der Änderungsgradient des Wertes des magnetischen Hystereseparameters gegenüber einer Änderung des oberen Grenzwertes der angelegten Feldstärke groß, wenn der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke 21,6 Oe überschreitet. Im dritten Fall, wie in 31 bis 33 dargestellt, ist die Hystereseschleife, die an einem Punkt der anfänglichen Magnetisierungskurve beginnt, nicht mit der Hauptschleife MALX in Kontakt, bis der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke 21,6 Oe erreicht. Wie in den 34 bis 36 dargestellt, ragt, wenn der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke 21,6 Oe überschreitet, die Hystereseschleife, die an einem Punkt auf der anfänglichen Magnetisierungskurve beginnt, aus der Hauptschleife MALX heraus. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist, im vierten Fall, die Hystereseschleife, die an einem Punkt der anfänglichen Magnetisierungskurve beginnt, auch nicht mit der Hauptschleife MALY in Kontakt, bis der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke 21,6 Oe erreicht. Überschreitet der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke 21,6 Oe, ragt die Hystereseschleife, die an einem Punkt der ersten Magnetisierungskurve beginnt, aus der Hauptschleife MALY heraus. In jedem der ersten und zweiten Fälle ist die Hystereseschleife, die an einem Punkt der anfänglichen Magnetisierungskurve beginnt, auch nicht mit der Hauptschleife in Kontakt, bis der obere Grenzwert der angelegten Magnetfeldstärke 21,6 Oe erreicht.
Aus diesem Grund wird davon ausgegangen, dass der Wert des magnetischen Hystereseparameters in allen ersten bis vierten Fällen besonders groß wird, wenn der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke ein solches Niveau erreicht, dass die Hystereseschleife, die an einem Punkt auf der ersten Magnetisierungskurve beginnt, im dritten und vierten Fall mit der Hauptschleife in Berührung kommt oder aus dieser herausragt.
Um den Wert des magnetischen Hystereseparameters in allen der ersten bis vierten Fällen zu reduzieren, ist der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke daher vorzugsweise so gewählt, dass die Hystereseschleife, die an einem Punkt auf der ersten Magnetisierungskurve beginnt, im dritten und vierten Fall keinen Kontakt mit der Hauptschleife hat. Insbesondere ist der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke vorzugsweise kleiner oder gleich 21,6 Oe.
Aus den 37 und 38 ist ersichtlich, dass der Wert des magnetischen Hystereseparameters besonders klein ist, wenn der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke kleiner oder gleich 17,4 Oe ist. Der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke ist daher vorzugsweise kleiner oder gleich 17,4 Oe.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der obere Grenzwert der angelegten Feldstärke dem oberen Grenzwert des variablen Bereichs der Stärke des äußeren Magnetfeldes. Der obere Grenzwert des variablen Bereichs ist vorzugsweise so gewählt, dass die Hystereseschleife, die an einem Punkt der ersten Magnetisierungskurve beginnt, im dritten und vierten Fall keinen Kontakt mit der Hauptschleife hat. Insbesondere ist der obere Grenzwert des variablen Bereichs vorzugsweise kleiner oder gleich 21,6 Oe, bevorzugter kleiner oder gleich 17,4 Oe. Mit anderen Worten, der variable Bereich ist vorzugsweise ein Bereich, der nicht mehr als 21,6 Oe im Absolutwert, besser gesagt ein Bereich, der nicht mehr als 17,4 Oe im Absolutwert ist.
Besteht das äußere Magnetfeld nur aus dem Detektionszielmagnetfeld Hx und erfüllt der variable Bereich die vorgenannte bevorzugte Bedingung, bewegen sich die Koordinaten (AHx, Mx) innerhalb des von der Hauptschleife MALX umschlossenen Bereichs entlang einer kleinen Schleife, die nicht mit der Hauptschleife MALX in Kontakt steht. Besteht das äußere Magnetfeld nur aus dem Detektionszielmagnetfeld Hy und der variable Bereich erfüllt die vorgenannte bevorzugte Bedingung, bewegen sich die Koordinaten (AHy, My) innerhalb des von der Hauptschleife MALY umschlossenen Bereichs entlang einer kleinen Schleife, die nicht mit der Hauptschleife MALY in Kontakt steht.
Der obere Grenzwert des variablen Bereichs der Stärke des äußeren Magnetfeldes kann nach dem folgenden ersten Verfahren oder zweiten Verfahren bestimmt werden. Das erste Verfahren wird zunächst unter Bezugnahme auf 40 beschrieben. In 40 stellt die horizontale Achse die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx (Oe) und die vertikale Achse den X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwert Mx (emu) dar. Die Definition der positiven und negativen Werte der in X-Richtung angelegten Feldstärke AHx und die Definition der positiven und negativen Werte des Y-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwerts Mx sind die gleichen wie in 7. In 40 stellt die mit dem Symbol MALX gekennzeichnete Kurve die Hauptschleife dar. Die durch das Symbol MCi bezeichnete Kurve stellt im ersten Fall die anfängliche Magnetisierungskurve dar.
Bei der ersten Methode werden die anfängliche Magnetisierungskurve MCi und die Hauptschleife MALX durch Variation der angelegten Feldstärke AHx in X-Richtung erhalten. Anschließend wird eine Tangente zur anfänglichen Magnetisierungskurve MCi am Ursprungspunkt bestimmt und ein Schnittpunkt der Tangente und der Hauptschleife MALX bestimmt. In 40 ist die durch das Symbol L bezeichnete gestrichelte Linie die Tangente zur anfänglichen Magnetisierungskurve MCi am Ursprungspunkt. Der durch das Symbol P bezeichnete Punkt ist der Schnittpunkt der Tangente L und der Hauptschleife MALX. Nach dem ersten Verfahren wird die in X-Richtung angewandte Feldstärke AHx an der Schnittstelle P als oberer Grenzwert des variablen Bereichs bestimmt. Wie in 40 dargestellt, liegt der nach dem ersten Verfahren ermittelte obere Grenzwert nahe dem bevorzugten Wert (21,6 Oe) des oberen Grenzwertes der aus dem ersten Versuch erhaltenen angelegten Feldstärke.
Anschließend wird das zweite Verfahren mit Bezug auf 40 beschrieben. Bei dem zweiten Verfahren wird eine Koerzitivfeldstärke Hc aus der Hauptschleife MALX als oberer Grenzwert des Variablenbereichs bestimmt. Wie in 40 dargestellt, liegt der nach dem zweiten Verfahren ermittelte obere Grenzwert nahe dem günstigeren Wert (17,4 Oe) des oberen Grenzwertes der aus dem ersten Experiment erhaltenen angelegten Feldstärke.
Die Auswirkungen der magnetischen Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden nun beschrieben. Wenn in der Magnetsensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein äußeres Magnetfeld mit dem Detektionszielmagnetfeld Hx an den Magnetsensor 10 angelegt wird, wird das äußere Magnetfeld auch an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt. Wenn ein äußeres Magnetfeld mit dem Detektionszielmagnetfeld Hy an den Magnetsensor 20 angelegt wird, wird das äußere Magnetfeld auch an die weichmagnetische Struktur 40 angelegt. Wenn die weichmagnetische Struktur 40 eine Magnetisierung aufweist, wird ein Magnetfeld basierend auf der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur 40 an die Magnetsensoren 10 und 20 angelegt.
Wenn die weichmagnetische Struktur 40 eine magnetische Hysteresekennlinie aufweist, bewirkt die magnetische Hysteresekennlinie in der vorliegenden Ausführungsform, dass die Erfassungswerte der Magnetsensoren 10 und 20 eine Hysteresekennlinie aufweisen und somit eine Abnahme der Detektionsgenauigkeit der Magnetsensoren 10 und 20 verursachen können. Um den Rückgang der Detektionsgenauigkeit der Magnetsensoren 10 und 20 aufgrund der magnetischen Hysteresekennlinie der weichmagnetischen Struktur 40 zu minimieren, sind die Werte der magnetischen Hystereseparameter HPHx und HPHy wie vorstehend beschrieben vorzugsweise so klein wie möglich.
In der vorliegenden Ausführungsform bewegen sich die Koordinaten (AHx, Mx) entlang einer Nebenschleife, die innerhalb des von der Hauptschleife MALX umschlossenen Bereichs liegt und nicht mit der Hauptschleife MALX in Kontakt steht. Dadurch ist der magnetische Hystereseparameter HPHx kleiner als der Wert, bei dem sich die Koordinaten (AHx, Mx) entlang der Hauptschleife MALX bewegen. Ebenso bewegen sich die Koordinaten (AHy, My) entlang einer Nebenschleife, die innerhalb des Bereichs liegt, der von der Hauptschleife MALY eingeschlossen ist und nicht mit der Hauptschleife MALY in Kontakt steht. Dadurch ist der magnetische Hystereseparameter HPHy kleiner als in dem Fall, in dem sich die Koordinaten (AHy, My) entlang der Hauptschleife MALY bewegen. Wenn zumindest ein Teil der weichmagnetischen Struktur 40 eine Streifenbereichsstruktur aufweist, werden die Werte der magnetischen Hystereseparameter HPHx und HPHy weiter reduziert. Denn in der Streifenbereichsstruktur bedeutet, wenn eine etwas kleinere Feldstärke angelegt wird, eine Änderung des Magnetisierungskorrespondenzwerts als Reaktion auf eine Änderung der angelegten Feldstärke keine Bewegung der magnetischen Wände W oder keine Drehung der Streifen.
Somit ermöglicht die vorliegende Ausführungsform es, einen Rückgang der Erfassungsgenauigkeit der Magnetsensoren 10 und 20 aufgrund der magnetischen Hysteresekennlinie der weichmagnetischen Struktur 40 zu verhindern. Ein solcher Effekt wird als erster Effekt der magnetischen Sensorvorrichtung 1 bezeichnet. Der erste Effekt zeigt sich deutlich, wenn zumindest ein Teil der weichmagnetischen Struktur 40 eine Streifenbereichsstruktur aufweist. Der erste Effekt kann jedoch auch dann erzielt werden, wenn die gesamte weichmagnetische Struktur 40 eine Schließbereichsstruktur aufweist.
Als nächstes wird ein zweiter Effekt der magnetischen Sensorvorrichtung 1 beschrieben. Zunächst werden die Empfindlichkeiten der Magnetsensoren 10 und 20 wie folgt definiert. Die Empfindlichkeit des Magnetsensors 10 bezieht sich auf das Verhältnis einer Änderung des Erfassungswertes Sx zu einer infinitesimalen Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx. Die Empfindlichkeit des Magnetsensors 20 bezieht sich auf das Verhältnis einer Änderung des Erfassungswertes Sy zu einer infinitesimalen Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy. Die Empfindlichkeit des Magnetsensors 10 kann je nach Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx variieren. Eine Änderung der Empfindlichkeit des Magnetsensors 10 als Reaktion auf eine Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx ist vorzugsweise gering. Ebenso kann die Empfindlichkeit des Magnetsensors 20 in Abhängigkeit von der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy variieren. Eine Änderung der Empfindlichkeit des Magnetsensors 20 als Reaktion auf eine Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy ist vorzugsweise klein.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn der variable Bereich der Stärke des äußeren Magnetfeldes der vorstehende bevorzugte Bereich ist, eine Änderung der Empfindlichkeit des Magnetsensors 10 als Reaktion auf eine Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx und eine Änderung der Empfindlichkeit des Magnetsensors 20 als Reaktion auf eine Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy klein gemacht. Dies ist der zweite Effekt der magnetischen Sensorvorrichtung 1. Der Grund, warum der zweite Effekt erzielt werden kann, wird im Folgenden qualitativ beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben bewegen sich, wenn der variable Bereich der Stärke des äußeren Magnetfeldes der vorgenannte bevorzugte Bereich ist, die Koordinaten (AHx, Mx) im orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zur Darstellung der X-Richtung angelegten Feldstärke AHx und des X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwerts Mx entlang einer kleinen Schleife, die nicht mit der Hauptschleife MALX in Kontakt steht. Hier wird das Verhältnis einer Änderung des X-Richtung-Magnetisierungskorrespondenzwerts Mx zu einer infinitesimalen Änderung der in X-Richtung angelegten Feldstärke AHx durch dMx/dAHx bezeichnet. Das Verhältnis dMx/dAHx entspricht der Steigung der Tangente zur Nebenschleife an einem Punkt der Nebenschleife.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die weichmagnetische Struktur 40 eine Magnetisierung aufweist, ein Magnetfeld basierend auf der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur 40 an den Magnetsensor 10 angelegt. Eine Änderung des Verhältnisses dMx/dAHx beeinflusst somit die Empfindlichkeit des Magnetsensors 10. Genauer gesagt, je größer die Änderung des Verhältnisses dMx/dAHx als Reaktion auf eine Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx, desto größer ist die Änderung der Empfindlichkeit des Magnetsensors 10 als Reaktion auf die Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Nebenschleife im Vergleich zur Hauptschleife MALX insgesamt näher an einer geraden Linie. Wenn sich ein Punkt auf der Nebenschleife bewegt, ändert sich die Steigung der Tangente zur Nebenschleife an dieser Stelle daher nicht wesentlich. Mit anderen Worten, wenn sich die Koordinaten (AHx, Mx) entlang der Nebenschleife bewegen, ist die Änderung des Verhältnisses dMx/dAHx als Reaktion auf eine Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx gering. Wenn der variable Bereich der Stärke des äußeren Magnetfeldes der vorgenannte bevorzugte Bereich ist, ist die Änderung der Empfindlichkeit des Magnetsensors 10 als Reaktion auf eine Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx kleiner als bei einem Fall, in dem sich die Koordinaten (AHx, Hx) entlang der Hauptschleife MALX bewegen.
Ebenso ist, wenn der variable Bereich der Stärke des äußeren Magnetfeldes der vorgenannte bevorzugte Bereich ist, eine Änderung der Empfindlichkeit des Magnetsensors 20 als Reaktion auf eine Änderung der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy kleiner als ein Fall, in dem sich die Koordinaten (AHy, My) entlang der Hauptschleife MALY bewegen.
Als nächstes wird eine Beziehung zwischen dem maximalen Absolutwert MHx der angelegten Feldstärke AHx in X-Richtung und einem Parameter zur Änderung der Empfindlichkeit in X-Richtung beschrieben, der auf der Grundlage der Daten des ersten Falles aus dem vorangegangenen ersten Experiment untersucht wurde. Der Parameter zur Änderung der Empfindlichkeit in X-Richtung wird im Folgenden als Parameter SVPx bezeichnet. Der Parameter SVPx gibt die Größe einer Änderung des Verhältnisses dMx/dAHx an, wenn sich die Koordinaten (AHx, Mx) entlang einer kleinen Schleife bewegen.
Für jeden MHx-Wert im ersten Experiment wurde der Wert des Parameters SVPx wie folgt bestimmt. Zunächst wurden Daten über die Koordinaten (AHx, Mx) für ein AHx von n Oe aus den Daten der Hystereseschleife für jeden MHx-Wert extrahiert, wobei n eine ganze Zahl größer als -MHx und kleiner als MHx ist. Für jedes Paar benachbarter Koordinaten auf der Hystereseschleife mit n unterschiedlichen Werten wurde dann der Absolutwert der Differenz in Mx bestimmt. Der Absolutwert der Differenz in Mx entspricht dem Verhältnis dMx/dAHx. Aus den Absolutwerten der Differenzen in Mx aller vorgenannten Paare wurden dann ein Maximalwert und ein Minimalwert extrahiert und als Wert des Parameters SVPx eine Differenz zwischen Maximal- und Minimalwert ermittelt.
41 ist eine Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen MHx und dem Parameter SVPx darstellt. In 41 stellt die horizontale Achse MHx (Oe) und die vertikale Achse den Parameter SVPx (×10^-3 emu/Oe) dar. In 41 zeigt die durch die Referenznummer 77 bezeichnete gestrichelte Linie eine Position an, an der MHx 17,4 Oe beträgt. Die durch die Referenznummer 78 bezeichnete gestrichelte Linie zeigt eine Position an, an der MHx 21,6 Oe beträgt.
Obwohl in 41 nicht dargestellt, ist der Wert des Parameters SVPx für einen MHx von 250 Oe ungefähr 0,51 × 10^-3 emu/Oe. Der Wert des Parameters SVPx für einen MHx von 21,6 Oe beträgt etwa 32% des Parameters SVPx für einen MHx von 250 Oe. Der Wert des Parameters SVPx für einen MHx von 17,4 Oe beträgt ca. 11% des Parameters SVPx für einen MHx von 250 Oe.
Aus den vorstehenden Ergebnissen geht hervor, dass, wenn der variable Bereich der Stärke des äußeren Magnetfeldes der vorgenannte bevorzugte Bereich ist, der Wert des Parameters SVPx ausreichend kleiner ist als bei einer Bewegung der Koordinaten (AHx, Mx) entlang der Hauptschleife MALX. Aus 41 ist ersichtlich, dass der Wert des Parameters SVPx besonders klein ist, wenn MHx kleiner oder gleich 17,4 Oe ist.
Es ist klar, dass, wenn ein Parameter zur Änderung der Empfindlichkeit in Y-Richtung auf die gleiche Weise definiert ist wie der Parameter zur Änderung der Empfindlichkeit in X-Richtung, eine Beziehung zwischen MHy und dem Parameter zur Änderung der Empfindlichkeit in Y-Richtung im zweiten Fall die gleiche ist wie die Beziehung zwischen MHx und dem Parameter SVPx im ersten Fall. Darüber hinaus ist aus den Formen der in 31 bis 36 dargestellten Nebenschleifen ersichtlich, dass bei gleichem MHx-Wert der Wert des Parameters zur Änderung der Empfindlichkeit der X-Richtung im dritten Fall kleiner ist als im ersten Fall. Ebenso ist es klar, dass bei gleichem MHy-Wert der Wert des Parameters zur Änderung der Empfindlichkeit der Y-Richtung im vierten Fall kleiner ist als im zweiten Fall.
Als nächstes werden die Ergebnisse eines zweiten Experiments beschrieben. Das zweite Experiment verglich den ersten Effekt zwischen einem Fall, in dem die weichmagnetische Struktur 40 eine Schließbereichsstruktur aufweist, und einem Fall, in dem die weichmagnetische Struktur 40 eine Streifenbereichsstruktur aufweist. Vorbereitet für das zweite Experiment waren eine Vielzahl von Proben von jedem der ersten bis vierten Beispiele. Alle diese sind Beispiele der magnetischen Sensorvorrichtung 1. Im ersten bis vierten Beispiel beinhaltet die weichmagnetische Struktur 40 die weichmagnetische Schicht 41 und nicht die weichmagnetische Schicht 43. Im ersten bis vierten Beispiel ist die weichmagnetische Schicht 41 der weichmagnetischen Struktur 40 quadratisch in ebener Form (die Form von oben gesehen).
Für die Proben der zweiten bis vierten Beispiele wurde NiFe als Material der weichmagnetischen Schicht 41 verwendet. Der Ni-Gehalt war so bemessen, dass eine Streifenbereichsstruktur gebildet wurde. Der Ni-Gehalt wurde in der Reihenfolge der Proben des zweiten Beispiels, der Proben des dritten Beispiels und der Proben des vierten Beispiels erhöht. Die Proben der zweiten bis vierten Beispiele wurden einer Wechselstrom-Entmagnetisierung in X-Richtung unterzogen, so dass die Streifenbereichsstruktur eine Streifenrichtung parallel zur X-Richtung aufweist.
In den Proben des ersten Beispiels hat die weichmagnetische Struktur 40 die gleiche Konfiguration wie die der weichmagnetischen Struktur 40 in den Proben der zweiten bis vierten Beispiele, mit Ausnahme des Ni-Gehalts in der weichmagnetischen Schicht 41.In den Proben des ersten Beispiels wurde der Ni-Gehalt der weichmagnetischen Schicht 41 niedriger eingestellt als in den Proben der zweiten bis vierten Beispiele, so dass in der gesamten weichmagnetischen Schicht 41 ohne Anlegen eines äußeren Magnetfeldes eine Schließbereichsstruktur gebildet wurde. Die weichmagnetische Schicht 41 in den Proben des ersten Beispiels wies aufgrund ihrer Entstehungsmethode eine induzierte magnetische Anisotropie mit einer einfachen Magnetisierungsachse parallel zur X-Richtung auf.
Im zweiten Experiment wurden die Hystereseparameter, definiert wie zuvor beschrieben, der Magnetsensoren 10 und 20 und ein Hystereseparameter des Magnetsensors 30 bestimmt. Insbesondere wurde im zweiten Experiment der Hystereseparameter des Magnetsensors 10 aus dem Detektionswert Sx bestimmt, der mit der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx variiert wurde, nachdem die weichmagnetische Struktur 40 einer Wechselstrom-Entmagnetisierung in X-Richtung unterzogen wurde. Der Hystereseparameter des Magnetsensors 20 wurde aus dem Erfassungswert Sy bestimmt, der mit der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy variiert wurde, nachdem die weichmagnetische Struktur 40 einer Wechselstrom-Entmagnetisierung in Y-Richtung unterzogen wurde.
Der Hystereseparameter des Magnetsensors 30 wurde aus dem Erfassungswert Sz bestimmt, der mit der Stärke des Detektionsszielmagnetfeldes Hz variiert wurde, nachdem die weichmagnetische Struktur 40 einer Wechselstrom-Entmagnetisierung unterzogen wurde. Insbesondere ist der Hystereseparameter des Magnetsensors 30 ein wie folgt bestimmter Wert. Die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hz wird auf einen vorgegebenen Wert Pz größer als 0 eingestellt, dann auf-Pz verringert und dann auf 0 erhöht, wobei der Detektionswert Sz, bei dem die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hz im Zuge der Erhöhung 0 erreicht, von dem Detektionswert Sz abgezogen wird, bei dem die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hz im Zuge der Abnahme 0 erreicht. Der resultierende Wert ist der Hystereseparameter des Magnetsensors 30. Im zweiten Experiment wurde die Richtung der Wechselstrom-Entmagnetisierung bei der Messung des Hystereseparameters des Magnetsensors 30 parallel zur Richtung der Ausgangs-Magnetfeldkomponente eingestellt.
Im Folgenden wird der Hystereseparameter des Magnetsensors 10 durch das Symbol HPSx gekennzeichnet. Der Hystereseparameter des Magnetsensors 20 wird durch das Symbol HPSy gekennzeichnet. Der Hystereseparameter des Magnetsensors 30 wird durch das Symbol HPSz gekennzeichnet.
Im zweiten Experiment wurden die Stärken des äußeren Magnetfeldes und der Detektionszielmagnetfelder Hx, Hy und Hz variiert, ohne den bevorzugten variablen Bereich der Stärke des äußeren Magnetfeldes zu überschreiten. Insbesondere wurde im zweiten Experiment der Hystereseparameter HPSx mit dem maximalen Absolutwert Px der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx bei der Bestimmung des Hystereseparameters HPSx auf 2 Oe festgelegt, d.h. mit der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx, das im Bereich von -2 Oe bis 2 Oe variiert wurde. In allen Proben des ersten bis vierten Beispiels bewegen sich die Koordinaten (AHx, Mx) entlang einer Nebenschleife, die innerhalb des von der Hauptschleife MALX umschlossenen Bereichs und nicht in Kontakt mit der Hauptschleife MALX liegt, da die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hx im Bereich von 2 Oe bis 2 Oe variiert wird. Im zweiten Experiment wurde die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vx+ und Vx- in einen Zahlenwert umgewandelt, der eine Magnetfeldstärke darstellt, und der resultierende Wert wurde als Detektionswert Sx verwendet. Im Folgenden wird Oe als Einheit des Hystereseparameters HPSx verwendet.
Im zweiten Experiment wurde der Hystereseparameter HPSy mit dem maximalen Absolutwert Py der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy bestimmt, um den Hystereseparameter HPSy auf 2 Oe einzustellen, d.h. mit der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy, das im Bereich von -2 Oe bis 2 Oe variiert wurde. Im zweiten Experiment wurde die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vy+ und Vy- in einen Zahlenwert umgewandelt, der eine Magnetfeldstärke darstellt, und der resultierende Wert wurde als Detektionswert Sy verwendet. Im Folgenden wird Oe als Einheit des Hystereseparameters HPSy verwendet.
Im zweiten Experiment wurde der Hystereseparameter HPSz mit dem maximalen Absolutwert Pz der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hz bei der Bestimmung des Hystereseparameters HPSz auf 2 Oe bestimmt, d.h. mit der Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hz, das im Bereich von -2 Oe bis 2 Oe variiert wurde. In allen Proben des ersten bis vierten Beispiels bewegen sich die Koordinaten (AHy, My) entlang einer Nebenchleife, die innerhalb des von der Hauptschleife MALY umschlossenen Bereichs und nicht in Kontakt mit der Hauptschleife MALY liegt, da die Stärke des Detektionszielmagnetfeldes Hy im Bereich von 2 Oe bis 2 Oe variiert wird. Im zweiten Experiment wurde die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsklemmen Vz+ und Vz- in einen Zahlenwert umgewandelt, der eine Magnetfeldstärke darstellt, und der resultierende Wert wurde als Detektionswert Sz verwendet. Im Folgenden wird Oe als Einheit des Hystereseparameters HPSz verwendet.
Die 42 bis 44 sind Kennlinien mit den experimentellen Ergebnissen. Die vertikale Achse in 42 stellt den Hystereseparameter HPSx (Oe) dar. Die vertikale Achse in 43 stellt den Hystereseparameter HPSy (Oe) dar. Die vertikale Achse in 44 stellt den Hystereseparameter HPSz (Oe) dar. In den 42 bis 44 stellen die Referenzsymbole EX1, EX2, EX3 und EX4 jeweils die Proben des ersten, zweiten, dritten und vierten Beispiels dar.
Wie in 42 dargestellt, sind die Verteilungen der Hystereseparameter HPSx der Proben EX2, EX3 und EX4 der zweiten bis vierten Beispiele näher an 0 als die Verteilung der Hystereseparameter HPSx der Probe EX1 des ersten Beispiels. Es ist also zu erkennen, dass bei einer Streifenbereichsstruktur der weichmagnetischen Struktur 40 ein Rückgang der Erfassungsgenauigkeit des Magnetsensors 10 im Vergleich zu dem Fall, dass die gesamte weichmagnetische Struktur 40 eine Verschlussbereichsstruktur aufweist, reduziert ist.
Weiterhin sind, wie in 43 dargestellt, die Verteilungen der Hystereseparameter HPSy der Proben EX2, EX3 und EX4 der zweiten bis vierten Beispiele näher an 0 als die Verteilung der Hystereseparameter HPSy der Probe EX1 des ersten Beispiels. Es zeigt sich also, dass bei einer Streifenbereichsstruktur der weichmagnetischen Struktur 40 ein Rückgang der Erfassungsgenauigkeit des Magnetsensors 10 im Vergleich zu dem Fall, dass die gesamte weichmagnetische Struktur 40 eine Verschlussdomänenstruktur aufweist, reduziert ist.
Wie in 44 dargestellt, gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen den Verteilungen der Hystereseparameter HPSz der Proben EX1, EX2, EX3 und EX4 des ersten bis vierten Beispiels.
Wie in den 42 und 43 dargestellt, ist für die Proben EX1 des ersten Beispiels die Verteilung der Hystereseparameter HPSy näher an 0 als die Verteilung der Hystereseparameter HPSx. Der Grund dafür ist, dass in den Proben EX1 des ersten Beispiels der magnetische Hystereseparameter in Richtung der harten Achse der Magnetisierung, d.h. in eine Richtung parallel zur Y-Richtung, von geringem Wert ist. Wenn die gesamte weichmagnetische Struktur 40 eine Schließbereichsstruktur und auch eine uniaxiale magnetische Anisotropie aufweist, wird der magnetische Hystereseparameter der weichmagnetischen Struktur 40 in Richtung der harten Achse der Magnetisierung klein. Andererseits wird der magnetische Hystereseparameter der weichmagnetischen Struktur 40 in Richtung der einfachen Magnetisierungsachse von großem Wert. Dementsprechend sind, wie in 42 dargestellt, die Hystereseparameter HPSx der Proben EX1 des ersten Beispiels groß. Wenn also die gesamte weichmagnetische Struktur 40 eine Schließbereichsstruktur aufweist, konnte ein Rückgang der Detektionsgenauigkeit der beiden Magnetsensoren 10 und 20 nicht verhindert werden, indem die weichmagnetische Struktur 40 mit einer einachsigen magnetischen Anisotropie versehen wurde.
Im Gegensatz dazu sind in den Proben EX2, EX3 und EX4 der zweiten bis vierten Beispielen die beiden Hystereseparameter HPSx und HPSy klein. Ein solches Ergebnis deutet darauf hin, dass ein Abfall der Detektionsgenauigkeit der beiden Magnetsensoren 10 und 20 dadurch verhindert werden kann, dass die weichmagnetische Struktur 40 eine Streifenbereichsstruktur aufweist.
Wenn die Magnetsensorvorrichtung 1 nur mit einem der Magnetsensoren 10 und 20 versehen ist, ermöglicht die Bereitstellung der weichmagnetischen Struktur 40 mit einer einachsigen magnetischen Anisotropie die Verhinderung eines Rückgangs der Erfassungsgenauigkeit des einen der Magnetsensoren 19 und 20, auch wenn die gesamte weichmagnetische Struktur 40 eine Schließbereichsstruktur aufweist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannte Ausführungsform beschränkt, und es können verschiedene Änderungen daran vorgenommen werden. Der erste Magnetsensor und die weichmagnetische Struktur der vorliegenden Erfindung können alle sein, die den Anforderungen der beigefügten Ansprüche entsprechen. So ist beispielsweise die weichmagnetische Struktur nicht auf eine Struktur mit der Funktion des Magnetsensors 30 wie den Magnetfeldwandler 42 und die weichmagnetischen Schichten 41 und 43 der Ausführungsform beschränkt, sondern kann eine Struktur mit einer anderen Funktion sein oder eine Struktur sein, die einfach den Anforderungen der beigefügten Ansprüche genügt.
Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich. Es ist daher zu verstehen, dass die Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche und Äquivalente in anderen Ausführungsformen als der vorstehend genannten, am besten geeigneten Ausführungsform betrieben werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0200292 A1 [0003, 0005]
JP H07249518 A [0004, 0008]

Claims

Magnetische Sensorvorrichtung (1), umfassend: einen ersten Magnetsensor (10) zum Erzeugen eines ersten Erfassungswerts (Sx), der einem ersten Detektionszielmagnetfeld (Hx) entspricht; und eine weichmagnetische Struktur (40), die aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist, wobei der erste Magnetsensor (10) und die weichmagnetische Struktur (40) so konfiguriert sind, so dass, wenn ein äußeres Magnetfeld mit dem ersten Detektionszielmagnetfeld (Hx) an den ersten Magnetsensor (10) angelegt wird, das äußere Magnetfeld auch an die weichmagnetische Struktur (40) angelegt wird, und dass, wenn die weichmagnetische Struktur (40) eine Magnetisierung aufweist, ein Magnetfeld basierend auf der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur (40) an den ersten Magnetsensor (10) angelegt wird, das äußere Magnetfeld eine Stärke aufweist, die innerhalb eines vorbestimmten variablen Bereichs variiert, und in einem orthogonalen Koordinatensystem mit zwei orthogonalen Achsen zum Darstellen einer angelegten Feldstärke und eines Magnetisierungskorrespondenzwertes, wobei die Koordinaten, die die angelegten Feldstärken und den Magnetisierungskorrespondenzwertes darstellen, sich entlang einer Nebenschleife bewegen, die innerhalb eines von einer Hauptschleife umschlossenen Bereichs gebildet wird und nicht mit der Hauptschleife in Kontakt steht, wenn die Stärke des äußeren Magnetfeldes innerhalb des vorbestimmten variablen Bereichs variiert, wobei die angelegte Feldstärke eine Stärke eines Magnetfeldes ist, das an die weiche Magnetstruktur (40) in einer Richtung parallel zu einer vorbestimmten Richtung angelegt wird, der Magnetisierungskorrespondenzwert ein Wert ist, der einer Komponente der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur (40) entspricht, wobei sich die Komponente in der Richtung parallel zur vorbestimmten Richtung befindet, und die Hauptschleife unter den Schleifen, die durch einen Weg der Koordinaten nachgezeichnet werden, die die angewandte Feldstärke und den Magnetisierungskorrespondenzwert im orthogonalen Koordinatensystem darstellen, wenn die angewandte Feldstärke variiert wird, eine Schleife ist, die von den Schleifen flächenmäßig den größten eingeschlossenen Bereich aufweist.
Die Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zweiten Magnetsensor (30) zum Erzeugen eines zweiten Erfassungswerts (Sz), der einem zweiten Detektionszielmagnetfeld (Hz) entspricht, wobei das erste Detektionszielmagnetfeld (Hx) eine Komponente des äußeren Magnetfeldes ist und in einer Richtung parallel zu einer ersten Richtung liegt, das zweite Detektionszielmagnetfeld (Hz) eine Komponente des äußeren Magnetfeldes ist und in einer Richtung parallel zu einer zweiten Richtung liegt, und die weichmagnetische Struktur (40) so angeordnet ist, dass sie den ersten Magnetsensor (10) nicht überlappt, sondern den zweiten Magnetsensor (30) in einer Richtung parallel zur zweiten Richtung betrachtet überlappt.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die weichmagnetische Struktur (40) einen Magnetfeldwandler (42) beinhaltet, der konfiguriert ist, um das zweite Detektionszielmagnetfeld (Hz) zu empfangen und eine Ausgangsmagnetfeldkomponente auszugeben, die in einer Richtung liegt, die die zweite Richtung schneidet, die Ausgangsmagnetfeldkomponente eine Stärke aufweist, die einer Stärke des zweiten Detektionszielmagnetfeldes (Hz) entspricht, und der zweite Magnetsensor (30) konfiguriert ist, um die Stärke der Ausgangsmagnetfeldkomponente zu erfassen.
Magnetsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die weichmagnetische Struktur (40) ferner mindestens eine weichmagnetische Schicht (41, 43) beinhaltet.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung orthogonal zueinander sind.
Die Magnetsensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, ferner umfassend einen dritten Magnetsensor (20) zum Erzeugen eines dritten Erfassungswerts (Sy), der einem dritten Detektionszielmagnetfeld (Hy) entspricht, wobei das dritte Detektionszielmagnetfeld (Hy) eine Komponente des äußeren Magnetfeldes ist und in einer Richtung parallel zu einer dritten Richtung liegt, und der dritte Magnetsensor (20) und die weichmagnetische Struktur (40) so konfiguriert sind, dass, wenn das äußere Magnetfeld an den dritten Magnetsensor (20) angelegt wird, das äußere Magnetfeld auch an die weichmagnetische Struktur (40) angelegt wird, und dass, wenn die die weichmagnetische Struktur (40) eine Magnetisierung aufweist, ein Magnetfeld basierend auf der Magnetisierung der weichmagnetischen Struktur (40) an den dritten Magnetsensor (20) angelegt wird.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 6, wobei die erste bis dritte Richtung orthogonal zueinander ist.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die kleine Schleife an einem Punkt auf einer anfänglichen Magnetisierungskurve beginnt.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei mindestens ein Teil der weichmagnetischen Struktur (40) eine Streifenbereichsstruktur aufweist.
Die magnetische Sensorvorrichtung (1) nach Anspruch 9, wobei der vorgegebene variable Bereich ein Bereich ist, der nicht mehr als 21,6 Oe im Absolutwert beträgt.