DE102022125670A1

DE102022125670A1 - Magnetoresistives element, magnetoresistive vorrichtung und magnetischer sensor

Info

Publication number: DE102022125670A1
Application number: DE102022125670.7A
Authority: DE
Inventors: Daichi TAKANO; Norikazu Ota; Hiraku Hirabayashi; Kazuya Watanabe
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2021-10-06
Filing date: 2022-10-05
Publication date: 2023-04-06
Also published as: CN115932679A; US20230103619A1; JP2023055294A

Abstract

Ein MR-Element weist eine erste magnetische Schicht, eine zweite magnetische Schicht und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der ersten magnetischen Schicht und der zweiten magnetischen Schicht angeordnet ist, auf. Die erste magnetische Schicht weist eine magnetische Formanisotropie auf, die in einer ersten Referenzrichtung eingestellt ist, und hat eine Magnetisierung, deren Richtung sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert, wobei die Magnetisierung in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt ist, in einer ersten Magnetisierungsrichtung orientiert ist. Die zweite magnetische Schicht hat eine magnetische Formanisotropie, die in einer zweiten Referenzrichtung eingestellt ist, und weist eine Magnetisierung auf, deren Richtung sich in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld ändert, wobei die Magnetisierung in einer zweiten Magnetisierungsrichtung in einem Zustand orientiert ist, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein magnetoresistives Element, eine magnetoresistive Vorrichtung, die das magnetoresistive Element enthält, und einen Magnetsensor, der das magnetoresistive Element enthält.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Magnetsensoren mit magnetoresistiven Elementen (im Folgenden auch als MR-Elemente bezeichnet) sind in den letzten Jahren für verschiedene Anwendungen eingesetzt worden. So ist beispielsweise ein MR-Element bekannt, das eine magnetisierungsfeste Schicht mit einer Magnetisierung, deren Richtung fixiert ist, eine freie Schicht mit einer Magnetisierung, deren Richtung in Abhängigkeit von der Richtung eines angelegten Magnetfeldes variabel ist, und eine zwischen der magnetisierten Schicht und der freien Schicht angeordnete Abstandsschicht aufweist.
Als weitere Beispiele für MR-Elemente sind auch MR-Elemente mit Strukturen bekannt, die in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2021/0063508 Al und der EP 0880711 B1 offenbart sind. Die US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2021/0063508 Al offenbart ein Tunnel-MR-Element mit einer ersten freien Schicht, einer zweiten freien Schicht und einer zwischen der ersten freien Schicht und der zweiten freien Schicht angeordneten Barriereschicht. In der US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2021/0063508 Al sind harte Vormagnetisierungsstrukturen zur Erzeugung von Vormagnetisierungsmagnetfeldern vorgesehen, so dass ein vorbestimmter Winkel zwischen der Magnetisierung der ersten freien Schicht und der Magnetisierung der zweiten freien Schicht gebildet wird.
EP 0880711 B1 A offenbart ein MR-Element mit einer ersten ferromagnetischen Schicht, die eine leichte Magnetisierungsachse in einer ersten Richtung aufweist, einer zweiten ferromagnetischen Schicht, die eine leichte Magnetisierungsachse in einer zweiten Richtung aufweist, und einer nichtmagnetischen Schicht, die zwischen der ersten ferromagnetischen Schicht und der zweiten ferromagnetischen Schicht angeordnet ist. In EP 0880711 B1 wird während des Wachstums der ersten ferromagnetischen Schicht ein Magnetfeld angelegt, das die Richtung der leichten Magnetisierungsachse der ersten ferromagnetischen Schicht definiert, und während des Wachstums der zweiten ferromagnetischen Schicht wird ein Magnetfeld angelegt, das die Richtung der leichten Magnetisierungsachse der zweiten ferromagnetischen Schicht definiert und das in einer Richtung liegt, die sich von der Richtung des während des Wachstums der ersten ferromagnetischen Schicht angelegten Magnetfeldes unterscheidet.
Bei einem Magnetsensor mit MR-Elementen, die eine magnetisierungsfeste Schicht enthalten, ist es notwendig, die Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schicht während des Herstellungsprozesses des Magnetsensors festzulegen. Ein MR-Element mit zwei freien Schichten, wie die MR-Elemente, die in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2021/0063508 Al und der EP 0880711 B1 offenbart sind, ist jedoch nicht mit einer magnetisierungsfesten Schicht versehen. Daher kann ein Schritt zur Einstellung der Magnetisierungsrichtung der magnetisierungsfesten Schicht entfallen.
In dem MR-Element, das in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2021/0063508 Al offenbart ist, müssen harte Vormagnetisierungsstrukturen vorgesehen werden. Die harten Vormagnetisierungsstrukturen verhindern jedoch eine Reduzierung der Kosten des Magnetsensors. Bei dem in EP 0880711 B1 offenbarten MR-Element müssen hingegen die ferromagnetischen Schichten wachsen, während Magnetfelder in verschiedenen Richtungen angelegt werden. In einem Magnetsensor, der so konfiguriert ist, dass er externe Magnetfelder in verschiedenen Richtungen detektiert, muss die Richtung des Magnetfeldes für jedes Element unterschiedlich sein. Dies führt zu einer größeren Anzahl von Schritten, was somit ein Problem von höheren Produktionskosten für den Magnetsensor aufwirft.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein magnetoresistives Element mit reduzierten Kosten bereitzustellen, das zwei magnetische Schichten enthält, die jeweils eine Magnetisierung aufweisen, deren Richtung sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert, und auch eine magnetoresistive Vorrichtung und einen Magnetsensor bereitzustellen, die jeweils das magnetoresistive Element enthalten.
Ein magnetoresistives Element gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein magnetoresistives Element mit einem Widerstandswert, der sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert. Das magnetoresistive Element umfasst eine erste magnetische Schicht mit einer magnetischen Formanisotropie, die in einer ersten Referenzrichtung eingestellt ist und eine Magnetisierung aufweist, deren Richtung sich in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld ändert, wobei die Magnetisierung in einer ersten Magnetisierungsrichtung orientiert ist, die in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt ist, eine Richtung parallel zu der ersten Referenzrichtung ist; eine zweite magnetische Schicht mit einer magnetischen Formanisotropie, die in einer zweiten Referenzrichtung eingestellt ist, die sich mit der ersten Referenzrichtung schneidet, und mit einer Magnetisierung, deren Richtung sich in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld ändert, wobei die Magnetisierung in einer zweiten Magnetisierungsrichtung orientiert ist, die in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt ist, eine Richtung parallel zu der zweiten Referenzrichtung ist; und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der ersten magnetischen Schicht und der zweiten magnetischen Schicht angeordnet ist.
In dem magnetoresistiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung können die erste Referenzrichtung und die zweite Referenzrichtung orthogonal zueinander sein.
In dem magnetoresistiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung kann die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelbarriereschicht sein.
In dem magnetoresistiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung kann die erste magnetische Schicht eine Mehrzahl von ersten voneinander isolierten Bereichen aufweisen. Die zweite magnetische Schicht kann eine Mehrzahl von zweiten voneinander isolierten Bereichen aufweisen. Die Mehrzahl von ersten Bereichen und die Mehrzahl von zweiten Bereichen können in einem Gittermuster angeordnet sein, wenn sie in einer Richtung orthogonal zu jeder der ersten Referenzrichtung und der zweiten Referenzrichtung gesehen werden. Jeder der Mehrzahl von ersten Bereichen kann eine magnetische Formanisotropie aufweisen, die in der ersten Referenzrichtung eingestellt ist, und kann eine Magnetisierung aufweisen, deren Richtung sich in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld ändert, wobei die Magnetisierung in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt ist, in der ersten Magnetisierungsrichtung orientiert ist. Jeder der Mehrzahl von zweiten Bereichen kann eine magnetische Formanisotropie aufweisen, die in der zweiten Referenzrichtung eingestellt ist, und kann eine Magnetisierung aufweisen, deren Richtung sich in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld ändert, wobei die Magnetisierung in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt ist, in der zweiten Magnetisierungsrichtung orientiert ist.
In dem magnetoresistiven Element gemäß der vorliegenden Erfindung muss kein Vormagnetfeldgenerator vorgesehen sein, der ein Vormagnetfeld an jede der ersten magnetischen Schicht und der zweiten magnetischen Schicht anlegt.
Eine magnetoresistive Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist das magnetoresistive Element gemäß der vorliegenden Erfindung und eine erste Spule, die zum Erzeugen eines ersten Spulenmagnetfeldes konfiguriert ist, auf. Die erste Spule ist so konfiguriert, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht und der zweiten magnetischen Schicht eine erste Magnetfeldkomponente des ersten Spulenmagnetfeldes in einer ersten Magnetfeldrichtung anlegt, die eine Richtung zwischen der ersten Referenzrichtung und der zweiten Referenzrichtung ist.
In der magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die erste Spule ein erstes Spulenelement aufweisen, das das erste Spulenmagnetfeld erzeugt und sich in einer Richtung erstreckt, die sich mit jeder der ersten Referenzrichtung und der zweiten Referenzrichtung schneidet.
Die magnetoresistive Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann weiterhin eine zweite Spule aufweisen, die so konfiguriert ist, dass sie ein zweites Spulenmagnetfeld erzeugt. Die zweite Spule kann so konfiguriert sein, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht und der zweiten magnetischen Schicht eine zweite Magnetfeldkomponente des zweiten Spulenmagnetfelds in einer zweiten Magnetfeldrichtung anlegt, die eine Richtung zwischen der ersten Referenzrichtung und der zweiten Referenzrichtung ist, wobei eine der ersten Referenzrichtung und der zweiten Referenzrichtung zwischen der ersten Magnetfeldrichtung und der zweiten Magnetfeldrichtung liegt.
In der magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die zweite Spule ein zweites Spulenelement aufweisen, das das zweite Spulenmagnetfeld erzeugt und sich in einer Richtung erstreckt, die sich mit jeder der ersten Referenzrichtung und der zweiten Referenzrichtung schneidet.
Ein Magnetsensor gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen auf, wobei der Magnetsensor so konfiguriert ist, dass er ein zu detektierendes Zielmagnetfeld detektiert und mindestens ein Detektionssignal erzeugt. Jedes der Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen ist das magnetoresistive Element gemäß der vorliegenden Erfindung.
In dem Magnetsensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen mindestens ein erstes magnetoresistives Element und mindestens ein zweites magnetoresistives Element, das mit dem mindestens einen ersten magnetoresistiven Element in Reihe geschaltet ist, aufweisen. Die erste Magnetisierungsrichtung des mindestens einen ersten magnetoresistiven Elements und die erste Magnetisierungsrichtung des mindestens einen zweiten magnetoresistiven Elements können entgegengesetzte Richtungen sein. Die zweite Magnetisierungsrichtung des mindestens einen ersten magnetoresistiven Elements und die zweite Magnetisierungsrichtung des mindestens einen zweiten magnetoresistiven Elements können entgegengesetzte Richtungen sein. Das mindestens eine Detektionssignal kann ein erstes Detektionssignal enthalten, das mit einem Potential eines Verbindungspunktes zwischen dem mindestens einen ersten magnetoresistiven Element und dem mindestens einen zweiten magnetoresistiven Element korrespondiert.
In dem Magnetsensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen weiterhin mindestens ein drittes magnetoresistives Element und mindestens ein viertes magnetoresistives Element aufweisen, das mit dem mindestens einen dritten magnetoresistiven Element in Reihe geschaltet ist. Die erste Magnetisierungsrichtung des mindestens einen dritten magnetoresistiven Elements und die erste Magnetisierungsrichtung des mindestens einen vierten magnetoresistiven Elements können entgegengesetzte Richtungen sein. Die zweite Magnetisierungsrichtung des mindestens einen dritten magnetoresistiven Elements und die zweite Magnetisierungsrichtung des mindestens einen vierten magnetoresistiven Elements können entgegengesetzte Richtungen sein. Das mindestens eine Detektionssignal kann weiterhin ein zweites Detektionssignal enthalten, das einem Potential eines Verbindungspunktes zwischen dem mindestens einen dritten magnetoresistiven Element und dem mindestens einen vierten magnetoresistiven Element entspricht.
Der Magnetsensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann weiterhin eine erste Spule aufweisen, die so konfiguriert ist, dass sie ein erstes Spulenmagnetfeld erzeugt, und eine zweite Spule, die so konfiguriert ist, dass sie ein zweites Spulenmagnetfeld erzeugt. Die erste Spule kann so konfiguriert sein, dass sie an das mindestens eine erste magnetoresistive Element eine erste Magnetfeldkomponente des ersten Spulenmagnetfeldes in einer ersten Magnetfeldrichtung anlegt, die eine Richtung zwischen der ersten Magnetisierungsrichtung und der zweiten Magnetisierungsrichtung des mindestens einen ersten magnetoresistiven Elements ist, und kann auch so konfiguriert sein, dass sie an das mindestens eine zweite magnetoresistive Element eine zweite Magnetfeldkomponente des ersten Spulenmagnetfeldes in einer zweiten Magnetfeldrichtung anlegt, die der ersten Magnetfeldrichtung entgegengesetzt ist. Die zweite Spule kann so konfiguriert sein, dass sie an das mindestens eine dritte magnetoresistive Element eine dritte Magnetfeldkomponente des zweiten Spulenmagnetfelds in einer dritten Magnetfeldrichtung anlegt, die eine Richtung zwischen der ersten Magnetisierungsrichtung und der zweiten Magnetisierungsrichtung des mindestens einen dritten magnetoresistiven Elements ist, und kann auch so konfiguriert sein, dass sie an das mindestens eine vierte magnetoresistive Element eine vierte Magnetfeldkomponente des zweiten Spulenmagnetfelds in einer vierten Magnetfeldrichtung anlegt, die der dritten Magnetfeldrichtung entgegengesetzt ist.
Der Magnetsensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann weiterhin einen Prozessor aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er einen Detektionswert erzeugt, der mit dem zu detektierenden Zielmagnetfeld korrespondiert, basierend auf dem ersten Detektionssignal, das nach der zeitweisen Erzeugung des ersten Spulenmagnetfelds erzeugt wird, und einem zweiten Detektionssignal, das nach der zeitweisen Erzeugung des zweiten Spulenmagnetfelds erzeugt wird.
In dem Magnetsensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen in einem Gittermuster angeordnet sein, wenn sie in einer Richtung orthogonal zu jeder der ersten Referenzrichtung und der zweiten Referenzrichtung betrachtet werden.
Das magnetoresistive Element gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine erste magnetische Schicht, eine zweite magnetische Schicht und eine nichtmagnetische Schicht auf. Mit anderen Worten enthält das magnetoresistive Element nach der vorliegenden Erfindung keine magnetisierungsfeste Schicht. Dadurch kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein magnetoresistives Element mit geringeren Kosten erzielt werden. Die magnetoresistive Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist das magnetoresistive Element gemäß der vorliegenden Erfindung auf. Dadurch kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine magnetoresistive Vorrichtung mit reduzierten Kosten erreicht werden. Der Magnetsensor gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Mehrzahl magnetoresistiver Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung auf. Dadurch kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Magnetsensor mit reduzierten Kosten erreicht werden.
Andere und weitere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden Beschreibung ausführlicher dargestellt.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der Offenbarung und sind eingeschlossen in und bilden einen Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen zeigen beispielhafte Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Technologie zu erklären.

1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil einer magnetoresistiven Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist eine Draufsicht, die den Hauptteil der magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die einen Teil der magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist eine erläuternde Ansicht zur Veranschaulichung der Funktionsweise eines magnetoresistiven Elements gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
5 ist eine erläuternde Ansicht zur Veranschaulichung der Funktionsweise des magnetoresistiven Elements der ersten Ausführungsform der Erfindung.
6 ist eine erläuternde Ansicht zur Veranschaulichung einer Funktion einer ersten Spule der ersten Ausführungsform der Erfindung.
7 ist eine Draufsicht, die einen Hauptteil einer magnetoresistiven Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8 ist eine Draufsicht, die den Hauptteil der magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
9 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration eines Magnetsensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
10 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer ersten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
11 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer zweiten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
12 ist eine erläuternde Ansicht zur Veranschaulichung des Betriebs der ersten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
13 ist eine erläuternde Ansicht zur Veranschaulichung des Betriebs der ersten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
14 ist eine erläuternde Ansicht zur Veranschaulichung des Betriebs der zweiten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
15 ist eine erläuternde Ansicht zur Veranschaulichung der Funktionsweise der zweiten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
16 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines Magnetsensors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
17 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration eines Magnetsensors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
18 ist eine Draufsicht, die einen Hauptteil einer magnetoresistiven Vorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
19 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer ersten Detektionsschaltung eines Magnetsensors gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
20 ist eine Draufsicht, die einen Teil der ersten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
21 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer zweiten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden einige beispielhafte Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele der Technologie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Es sei angemerkt, dass sich die folgende Beschreibung auf illustrative Beispiele der Offenbarung bezieht und nicht als Einschränkung der Technologie zu verstehen ist. Faktoren wie z. B. numerische Werte, Formen, Materialien, Komponenten, Positionen der Komponenten und die Art und Weise, wie die Komponenten miteinander verbunden sind, sind nur illustrativ und nicht als Einschränkung der Technologie zu verstehen. Weiterhin sind Elemente in den folgenden Ausführungsbeispielen, die nicht in einem der allgemeinsten unabhängigen Ansprüche der Offenbarung aufgeführt sind, optional und können je nach Bedarf bereitgestellt werden. Die Zeichnungen sind schematisch und nicht als maßstabsgetreu anzusehen. Um redundante Beschreibungen zu vermeiden, werden gleichartige Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es sei angemerkt, dass die Beschreibung in der folgenden Reihenfolge gegeben wird.
[Erste Ausführungsform]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. Zunächst werden eine Konfiguration eines magnetoresistiven Elements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine Konfiguration einer magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptteil der magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 2 ist eine Draufsicht, die den Hauptteil der magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt der magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, weist eine magnetoresistive Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein magnetoresistives Element (im Folgenden als MR-Element bezeichnet) 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf. Das MR-Element 5 hat einen Widerstandswert, der sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert. Das MR-Element 5 weist eine erste magnetische Schicht 51, eine zweite magnetische Schicht 53 und eine nichtmagnetische Schicht 52, die zwischen der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 angeordnet ist, auf.
Eine X-Richtung, eine Y-Richtung und eine Z-Richtung sind wie folgt definiert. Die X-Richtung, die Y-Richtung und die Z-Richtung sind orthogonal zueinander. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Richtung, die parallel zur Stapelrichtung der ersten magnetischen Schicht 51, der nichtmagnetischen Schicht 52 und der zweiten magnetischen Schicht 53 ist und von der zweiten magnetischen Schicht 53 zur ersten magnetischen Schicht 51 gerichtet ist, als Z-Richtung bezeichnet. Die zu den X-, Y- und Z-Richtungen entgegengesetzten Richtungen werden als -X-, -Y- bzw. -Z-Richtungen bezeichnet. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff „oben“ auf Positionen, die sich vor einer Referenzposition in Z-Richtung befinden, und „unten“ bezieht sich auf Positionen, die sich auf einer Seite der Referenzposition gegenüber „oben“ befinden. Eine Fläche, die sich an einem Ende jeder Komponente der magnetoresistiven Vorrichtung 1 und des MR-Elements 5 in der Z-Richtung befindet, wird als „obere Fläche“ bezeichnet, und eine Fläche, die sich an einem Ende in der -Z-Richtung befindet, wird als „untere Fläche“ bezeichnet.
Eine erste Referenzrichtung RD1 und eine zweite Referenzrichtung RD2 sind wie folgt definiert. Jede der ersten Referenzrichtung RD1 und der zweiten Referenzrichtung RD2 ist so definiert, dass sie eine bestimmte Richtung und eine der bestimmten Richtung entgegengesetzte Richtung aufweist. Die erste Referenzrichtung RD1 und die zweite Referenzrichtung RD2 schneiden sich. Die erste Referenzrichtung RD1 ist eine Richtung parallel zu einer Richtung, die von der X-Richtung in die Y-Richtung um α gedreht ist. Die zweite Referenzrichtung RD2 ist eine Richtung parallel zu einer Richtung, die um β von der X-Richtung in die -Y-Richtung gedreht ist. Es sei angemerkt, dass α und β jeweils ein Winkel sind, der größer als 0° und kleiner als 90° ist. α und β können gleich oder verschieden voneinander sein. Zum Beispiel ist jeder von α und β 45° . In einem solchen Fall sind die erste Referenzrichtung RD1 und die zweite Referenzrichtung RD2 orthogonal zueinander.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, weist die erste magnetische Schicht 51 eine magnetische Formanisotropie in der ersten Referenzrichtung RD1 auf. Mit anderen Worten ist die erste magnetische Schicht 51 in der ersten Referenzrichtung RD1, wenn von oben gesehen, lang. Die erste magnetische Schicht 51 weist auch eine Magnetisierung M1 auf, deren Richtung sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert. Die Magnetisierung M1 ist in einer ersten Magnetisierungsrichtung orientiert, die in einem Zustand, in dem kein externes Magnetfeld angelegt ist, eine Richtung parallel zur ersten Referenzrichtung RD1 ist.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, hat die zweite magnetische Schicht 53 eine magnetische Formanisotropie, die in der zweiten Referenzrichtung RD2 eingestellt ist. Mit anderen Worten ist die zweite magnetische Schicht 53 in der zweiten Referenzrichtung RD2, wenn von oben gesehen, lang. Die zweite magnetische Schicht 53 weist auch eine Magnetisierung M2 auf, deren Richtung sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert. Die Magnetisierung M2 ist in einer zweiten Magnetisierungsrichtung orientiert, die in einem Zustand, in dem kein externes Magnetfeld angelegt ist, eine Richtung parallel zur zweiten Referenzrichtung RD2 ist.
Im Folgenden wird die Richtung der Magnetisierung M1 in einem Zustand, in dem kein externes Magnetfeld angelegt ist, die eine vorgeschriebene Richtung der Magnetisierung M1 ist, als die Richtung der Magnetisierung M1 im Ausgangszustand oder einfach als die Richtung im Ausgangszustand bezeichnet. In ähnlicher Weise wird die Richtung der Magnetisierung M2 in einem Zustand, in dem kein externes Magnetfeld angelegt ist, die eine vorgeschriebene Richtung der Magnetisierung M2 ist, als die Richtung der Magnetisierung M2 im Ausgangszustand oder einfach als die Richtung im Ausgangszustand bezeichnet.
In dem in 2 gezeigten Beispiel ist das MR-Element 5 so konfiguriert, dass es eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung parallel zur X-Richtung eines externen Magnetfelds detektiert. In diesem Beispiel ist die Magnetisierung M1 der ersten magnetischen Schicht 51 im Ausgangszustand in einer Richtung D1 orientiert, die eine Richtung parallel zur ersten Referenzrichtung RD1 ist und von der X-Richtung in die Y-Richtung um α gedreht wird. Mit anderen Worten ist in diesem Beispiel die erste Magnetisierungsrichtung die Richtung D1. In diesem Beispiel ist die Magnetisierung M2 der zweiten magnetischen Schicht 53 im Ausgangszustand in einer Richtung D2 orientiert, die eine Richtung parallel zur zweiten Referenzrichtung RD2 ist und von der X-Richtung in die -Y-Richtung um β gedreht ist. Mit anderen Worten, in diesem Beispiel ist die zweite Magnetisierungsrichtung die Richtung D2.
In dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel ist die ebene Form (die Form von oben gesehen) jeder der ersten und zweiten magnetischen Schichten 51 und 53 eine elliptische Form. Es sei angemerkt, dass die ebene Form der ersten und zweiten magnetischen Schicht 51 und 53 nicht auf eine Form beschränkt ist, die keinen Bereich mit konstanter Breite enthält, bei dem die Breite in Richtung der kurzen Seite konstant ist, wie bei der elliptischen Form, sondern auch eine Form mit einem Bereich mit konstanter Breite sein kann. Beispiele für eine ebene Form mit einem Bereich konstanter Breite sind eine rechteckige Form, bei der beide Enden in Längsrichtung gerade sind, eine ovale Form, bei der beide Enden in Längsrichtung halbkreisförmig sind, und eine polygonale Form, bei der beide Enden in Längsrichtung polygonal sind.
Die magnetoresistive Vorrichtung 1 weist weiterhin eine obere Elektrode 61 und eine untere Elektrode 62 auf. Die obere Elektrode 61 ist oberhalb der unteren Elektrode 62 angeordnet. Die obere Elektrode 61 und die untere Elektrode 62 sind so ausgelegt, dass sie einen Strom zur Detektion eines magnetischen Signals durch das MR-Element 5 fließen lassen. Das MR-Element 5 ist zwischen der oberen Elektrode 61 und der unteren Elektrode 62 angeordnet. Die erste magnetische Schicht 51 ist mit der oberen Elektrode 61 verbunden. Die zweite magnetische Schicht 53 ist mit der unteren Elektrode 62 verbunden.
Das MR-Element 5 ist ein CPP-MR-Element (CPP: „current perpendicular to plane“, „Strom senkrecht zur Ebene“), bei dem ein Strom zur Detektion eines magnetischen Signals in einer Richtung fließt, die im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche jeder das MR-Element 5 bildenden Schicht verläuft. Die nichtmagnetische Schicht 52 kann eine Tunnelbarriereschicht oder eine nichtmagnetische leitfähige Schicht sein. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform die nichtmagnetische Schicht 52 eine Tunnelbarriereschicht.
Der Widerstandswert des MR-Elements 5 ändert sich in Abhängigkeit von dem Winkel, den die Richtung der Magnetisierung M1 der ersten magnetischen Schicht 51 und die Richtung der Magnetisierung M2 der zweiten magnetischen Schicht 53 bilden. Der Widerstandswert wird höher, je größer der Winkel ist.
Die magnetoresistive Vorrichtung 1 weist weiterhin eine erste Spule 7 auf, die so konfiguriert ist, dass sie ein erstes Spulenmagnetfeld erzeugt. Wie in den 1 bis 3 gezeigt, weist die erste Spule 7 Spulenelemente 71 und 72 auf, von denen jedes das erste Spulenmagnetfeld erzeugt. Es sei angemerkt, dass die Spulenelemente Teile eines leitenden Drahtes sind, der die Spule bildet. Jedes der Spulenelemente 71 und 72 erstreckt sich in einer Richtung, die sich mit der ersten Referenzrichtung RD1 und der zweiten Referenzrichtung RD2 schneidet. Insbesondere erstreckt sich in der vorliegenden Ausführungsform jedes der Spulenelemente 71 und 72 in einer Richtung parallel zur Y-Richtung. Das Spulenelement 71 ist oberhalb des MR-Elements 5 und der oberen Elektrode 61 angeordnet. Das Spulenelement 72 ist unterhalb des MR-Elements 5 und der unteren Elektrode 62 angeordnet. Die Spulenelemente 71 und 72 sind in Reihe oder parallel geschaltet.
Die erste Spule 7 ist so konfiguriert, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 eine Magnetfeldkomponente in einer ersten Magnetfeldrichtung des ersten Spulenmagnetfelds anlegt. Die erste Magnetfeldrichtung ist eine Richtung zwischen der ersten Referenzrichtung RD1 und der zweiten Referenzrichtung RD2. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Spulenelemente 71 und 72 so konfiguriert, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 eine Magnetfeldkomponente in der X-Richtung oder der -X-Richtung anlegen. Mit anderen Worten ist in der vorliegenden Ausführungsform die erste Magnetfeldrichtung die X-Richtung oder die -X-Richtung.
Die erste Spule 7 wird von einer nicht gezeigten Spulenansteuerungsschaltung gesteuert. Die Spulenansteuerungsschaltung steuert die erste Spule 7 so, dass das erste Spulenmagnetfeld zeitweise erzeugt wird. Es sei angemerkt, dass die Spulenansteuerungsschaltung in einem unten beschriebenen Prozessor enthalten sein kann oder eine Schaltung sein kann, die zumindest teilweise unabhängig vom Prozessor ist.
Die magnetoresistive Vorrichtung 1 weist weiterhin eine Isolationsschicht 63, die zwischen dem Spulenelement 71 und der oberen Elektrode 61 angeordnet ist, eine Isolationsschicht 64, die zwischen dem Spulenelement 72 und der unteren Elektrode 62 angeordnet ist, und eine nicht gezeigte Isolationsschicht, die um das MR-Element 5 und die erste Spule 7 herum angeordnet ist, auf.
Es sei angemerkt, dass in der vorliegenden Ausführungsform kein Magnetfeldgenerator (z. B. ein Magnet) vorgesehen ist, der ein Vormagnetisierungsmagnetfeld an die erste magnetische Schicht 51 und die zweite magnetische Schicht 53 anlegt.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des MR-Elements 5 unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben. 4 und 5 sind erläuternde Ansichten zur Veranschaulichung des Betriebs des MR-Elements 5. Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem das MR-Element 5 so konfiguriert ist, dass es eine Magnetfeldkomponente in der Richtung parallel zur X-Richtung eines externen Magnetfelds wie in dem in 2 gezeigten Beispiel detektiert. In den 4 und 5 stellt ein gestrichelter Pfeil, der in der ersten magnetischen Schicht 51 gezeichnet ist, die Richtung der Magnetisierung M1 im Ausgangszustand, und ein gestrichelter Pfeil, der in der zweiten magnetischen Schicht 53 gezeichnet ist, die Richtung der Magnetisierung M2 im Ausgangszustand dar.
4 zeigt einen Fall, in dem eine Magnetfeldkomponente Hx in der Richtung parallel zur X-Richtung eines externen Magnetfeldes an das MR-Element 5 angelegt wird, und die Richtung der Magnetfeldkomponente Hx ist die X-Richtung. In einem solchen Fall ist die Magnetisierung M1 in der X-Richtung gegenüber der Richtung D1 geneigt, und die Magnetisierung M2 ist in der X-Richtung gegenüber der Richtung D2 geneigt. Folglich wird der Winkel, der durch die Richtung der Magnetisierung M1 und die Richtung der Magnetisierung M2 gebildet wird, kleiner als der Winkel im Ausgangszustand, und somit wird der Widerstandswert des MR-Elements 5 niedriger als der Widerstandswert im Ausgangszustand.
5 zeigt einen Fall, in dem die Magnetfeldkomponente Hx an das MR-Element 5 angelegt wird, und die Richtung der Magnetfeldkomponente Hx ist die -X-Richtung. In einem solchen Fall ist die Magnetisierung M1 in der Y-Richtung gegenüber der Richtung D1 geneigt, und die Magnetisierung M2 ist in der -Y-Richtung gegenüber der Richtung D2 geneigt. Folglich wird der Winkel, der durch die Richtung der Magnetisierung M1 und die Richtung der Magnetisierung M2 gebildet wird, größer als der Winkel im Ausgangszustand, und somit wird der Widerstandswert des MR-Elements 5 höher als der Widerstandswert im Ausgangszustand.
Der Winkel, der durch die Richtung der Magnetisierung M1 und die Richtung der Magnetisierung M2 gebildet wird, ändert sich je nach Richtung und Stärke der Magnetfeldkomponente Hx. Der Widerstandswert des MR-Elements 5 ändert sich in Abhängigkeit von dem vorgenannten Winkel. Durch die Detektion des Widerstandswerts des MR-Elements 5 kann also die Richtung und Stärke der Magnetfeldkomponente Hx ermittelt werden.
Nachfolgend wird der Betrieb der ersten Spule 7 beschrieben. Wenn die magnetoresistive Vorrichtung 1 in Gebrauch ist, kann es einen Fall geben, in dem ein großes Magnetfeld an das MR-Element 5 angelegt wird, das die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 auf eine Seite dreht, die der Richtung im Ausgangszustand entgegengesetzt ist. In einem solchen Fall, auch wenn ein solches großes Magnetfeld verschwindet, kann es einen Fall geben, in dem der Zustand, in dem die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 entgegengesetzt zu der Richtung im Ausgangszustand ist, beibehalten wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden die erste Spule 7 und das erste Spulenmagnetfeld verwendet, um in einem Fall, in dem sich die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 von der Richtung im Ausgangszustand in einem Zustand, in dem kein externes Magnetfeld angelegt ist, unterscheidet, die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 auf die Richtung im Ausgangszustand einzustellen, d. h. die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 zurückzusetzen.
6 ist eine erläuternde Ansicht zur Veranschaulichung des Betriebs der ersten Spule 7. In 6 stellt ein gestrichelter Pfeil, der in der ersten magnetischen Schicht 51 gezeichnet ist, die Richtung der Magnetisierung M1 dar, die der Richtung der Magnetisierung M1 im Anfangszustand entgegengesetzt ist, wenn kein externes Magnetfeld angelegt ist. Ein gestrichelter Pfeil in der zweiten magnetischen Schicht 53 stellt die Richtung der Magnetisierung M2 dar, die der Richtung der Magnetisierung M2 im Ausgangszustand entgegengesetzt ist, wenn kein externes Magnetfeld angelegt ist.
In dem in 6 gezeigten Beispiel erzeugt jedes der Spulenelemente 71 und 72 das erste Spulenmagnetfeld, wenn ein Strom zur Erzeugung des ersten Spulenmagnetfeldes an die erste Spule 7 angelegt wird. Die erste Spule 7 wird so gesteuert, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 eine Magnetfeldkomponente Hc in der X-Richtung des ersten Spulenmagnetfeldes anlegt. Konkret wird die Richtung eines durch jedes der Spulenelemente 71 und 72 fließenden Stroms so gesteuert, dass die Magnetfeldkomponente Hc in der X-Richtung erzeugt wird. Dadurch dreht sich die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 in der X-Richtung. Danach, wenn die Stromzufuhr zur ersten Spule 7 gestoppt wird, nimmt die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 die Richtung im Ausgangszustand an.
Es sei angemerkt, dass in einem Fall, in dem die Richtung der Magnetisierung M1 der ersten magnetischen Schicht 51 im Ausgangszustand der Richtung D1 entgegengesetzt ist und die Richtung der Magnetisierung M2 der zweiten magnetischen Schicht 53 im Ausgangszustand der Richtung D2 entgegengesetzt ist, die erste Spule 7 so gesteuert wird, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 die Magnetfeldkomponente Hc in der -X-Richtung anlegt. Insbesondere wird die Richtung eines Stroms, der durch jedes der Spulenelemente 71 und 72 fließt, entgegengesetzt zu der in 6 gezeigten Richtung eingestellt.
Wie oben beschrieben, weist das MR-Element 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste und zweite magnetische Schicht 51 und 53 auf, die jeweils eine auf die Schicht eingestellte magnetische Formanisotropie aufweisen. Dadurch ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, das MR-Element 5 als magnetisches Detektionselement zu verwenden, ohne eine magnetisierungsfeste Schicht mit einer Magnetisierung, deren Richtung fixiert ist, oder einen Vormagnetfeldgenerator zu verwenden. Dadurch ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Kostenreduzierung möglich. Weiterhin kann die Verwendung des MR-Elements 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Kosten der magnetoresistiven Vorrichtung 1 reduzieren.
[Zweite Ausführungsform]
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Zunächst wird eine magnetoresistive Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 7 und 8 beschrieben werden. 7 und 8 sind erläuternde Ansichten, die jeweils den Hauptteil der magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen.
Eine magnetoresistive Vorrichtung 101 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine zweite Spule 8 auf, die so konfiguriert ist, dass sie zusätzlich zu den Komponenten der magnetoresistiven Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, d. h. dem MR-Element 5 und der ersten Spule 7, ein zweites Spulenmagnetfeld erzeugt. Wie in den 7 und 8 gezeigt, weist die zweite Spule 8 ein Spulenelement 81 und ein nicht gezeigtes Spulenelement auf, von denen jedes das zweite Spulenmagnetfeld erzeugt. Jedes des Spulenelements 81 und des nicht gezeigten Spulenelements erstrecken sich in einer Richtung, die sich mit der ersten Referenzrichtung RD1 und der zweiten Referenzrichtung RD2 schneidet. Insbesondere erstrecken sich in der vorliegenden Ausführungsform jedes des Spulenelements 81 und des nicht gezeigten Spulenelements in der Richtung parallel zur X-Richtung.
Das Spulenelement 81 ist oberhalb des MR-Elements 5 und der oberen Elektrode 61 angeordnet (siehe 3). Das Spulenelement 81 kann oberhalb des Spulenelements 71 der ersten Spule 7 oder unterhalb des Spulenelements 71 angeordnet sein. Das nicht gezeigte Spulenelement ist unterhalb des MR-Elements 5 und der unteren Elektrode 62 angeordnet (siehe 3). Das nicht gezeigte Spulenelement kann oberhalb des Spulenelements 72 der ersten Spule 7 (siehe 3) oder unterhalb des Spulenelements 72 angeordnet sein. Das Spulenelement 81 und das nicht gezeigte Spulenelement sind in Reihe oder parallel geschaltet.
Die zweite Spule 8 ist so konfiguriert, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 des MR-Elements 5 eine Magnetfeldkomponente in einer zweiten Magnetfeldrichtung des zweiten Spulenmagnetfelds anlegt. Die zweite Magnetfeldrichtung ist eine Richtung zwischen der ersten Referenzrichtung RD1 und der zweiten Referenzrichtung RD2. Eine der ersten Referenzrichtung RD1 und der zweiten Referenzrichtung RD2 liegt zwischen der Richtung der Magnetfeldkomponente des ersten Spulenmagnetfeldes, d. h. der ersten Magnetfeldrichtung und der zweiten Magnetfeldrichtung.
In der vorliegenden Ausführungsform sind das Spulenelement 81 und das nicht gezeigte Spulenelement so konfiguriert, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 eine Magnetfeldkomponente in der Y-Richtung oder der -Y-Richtung anlegen. Mit anderen Worten ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die zweite Magnetfeldrichtung die Y-Richtung oder die -Y-Richtung. Zwischen der ersten Magnetfeldrichtung (die X-Richtung oder die -X-Richtung) und der zweiten Magnetfeldrichtung (die Y-Richtung oder die -Y-Richtung) befindet sich eine der ersten Referenzrichtung RD1 und der zweiten Referenzrichtung RD2.
Die zweite Spule 8 wird wie die erste Spule 7 von einer nicht gezeigten Spulenansteuerungsschaltung gesteuert. Die Spulenansteuerungsschaltung steuert die zweite Spule 8 so, dass das zweite Spulenmagnetfeld zeitweise erzeugt wird.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der ersten und zweiten Spulen 7 und 8 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform werden die erste Spule 7 und das erste Spulenmagnetfeld verwendet, um die Richtung der Magnetisierung M1 der ersten magnetischen Schicht 51 des MR-Elements 5 auf die Richtung D1 oder eine Richtung entgegengesetzt zur Richtung D1 einzustellen, und die Richtung der Magnetisierung M2 der zweiten magnetischen Schicht 53 des MR-Elements 5 auf die Richtung D2 oder eine Richtung entgegengesetzt zur Richtung D2 einzustellen. 7 zeigt ein Beispiel, in dem die Richtung der Magnetisierung M1 auf die Richtung D1 und die Richtung der Magnetisierung M2 auf die Richtung D2 eingestellt ist. In diesem Beispiel wird die erste Spule 7 so gesteuert, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 eine Magnetfeldkomponente in der X-Richtung des Magnetfelds der ersten Spule anlegt, wie in dem in 6 der ersten Ausführungsform gezeigten Beispiel.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die zweite Spule 8 und das zweite Spulenmagnetfeld dazu verwendet, die Richtung der Magnetisierung M1 der ersten magnetischen Schicht 51 des MR-Elements 5 auf die Richtung D1 oder eine der Richtung D1 entgegengesetzte Richtung einzustellen, und die Richtung der Magnetisierung M2 der zweiten magnetischen Schicht 53 des MR-Elements 5 auf eine Richtung D3 oder eine der Richtung D3 entgegengesetzte Richtung einzustellen. Die Richtung D3 ist eine Richtung parallel zu der zweiten Referenzrichtung RD2 und ist eine Richtung, die von der Y-Richtung in die -X-Richtung gedreht ist, und ist auch eine Richtung entgegengesetzt zu der Richtung D2.
8 zeigt ein Beispiel, in dem die Richtung der Magnetisierung M1 auf die Richtung D1 und die Richtung der Magnetisierung M2 auf die Richtung D3 eingestellt ist. In diesem Beispiel wird die zweite Spule 8 so gesteuert, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 eine Magnetfeldkomponente in Y-Richtung des Magnetfelds der zweiten Spule anlegt. Insbesondere wird die Richtung eines durch das Spulenelement 81 und das nicht abgebildete Spulenelement fließenden Stroms so gesteuert, dass eine Magnetfeldkomponente in Y-Richtung erzeugt wird. Dadurch dreht sich die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 in der Y-Richtung. Danach, wenn die Stromzufuhr zur zweiten Spule 8 gestoppt wird, sind die Magnetisierungen M1 und M2 jeweils in die Richtungen D1 und D3 orientiert.
Es sei angemerkt, dass in einem Fall, in dem die Richtung der Magnetisierung M1 auf eine der Richtung D1 entgegengesetzte Richtung eingestellt ist und die Richtung der Magnetisierung M2 auf eine der Richtung D3 entgegengesetzte Richtung eingestellt ist, die zweite Spule 8 so gesteuert wird, dass sie an jede der ersten und zweiten magnetischen Schichten 51 und 53 eine Magnetfeldkomponente in der -Y-Richtung des zweiten Spulenmagnetfeldes anlegt. Insbesondere wird die Richtung eines Stroms, der durch jedes des Spulenelements 81 und des nicht gezeigten Spulenelements fließt, auf eine Richtung eingestellt, die der in 8 gezeigten Richtung entgegengesetzt ist.
Nachfolgend wird der Betrieb des MR-Elements 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der Betrieb des MR-Elements 5 in einem Fall, in dem die Richtung der Magnetisierung M1 auf die Richtung D1 und die Richtung der Magnetisierung M2 auf die Richtung D2 eingestellt ist, ist derselbe wie der Betrieb des MR-Elements 5 der ersten Ausführungsform, die unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben ist.
Im Folgenden wird der Betrieb des MR-Elements 5 in einem Fall beschrieben, in dem die Richtung der Magnetisierung M1 auf die Richtung D1 und die Richtung der Magnetisierung M2 auf die Richtung D3 eingestellt ist. In einem solchen Fall, wenn eine Magnetfeldkomponente in der Y-Richtung eines externen Magnetfeldes an das MR-Element 5 angelegt wird, wird die Magnetisierung M1 in die Y-Richtung von der Richtung D1 her geneigt, und die Magnetisierung M2 wird in die Y-Richtung von der Richtung D3 her geneigt. Folglich wird der Winkel, der durch die Richtung der Magnetisierung M1 und die Richtung der Magnetisierung M2 gebildet wird, kleiner als der Winkel im Ausgangszustand, und somit wird der Widerstandswert des MR-Elements 5 niedriger als der Widerstandswert im Ausgangszustand.
Wenn eine Magnetfeldkomponente in der -Y-Richtung eines externen Magnetfelds an das MR-Element 5 angelegt wird, wird die Magnetisierung M1 in die -Y-Richtung von der Richtung D1 her geneigt, und die Magnetisierung M2 wird in die -Y-Richtung von der Richtung D3 her geneigt. Folglich wird der Winkel, der durch die Richtung der Magnetisierung M1 und die Richtung der Magnetisierung M2 gebildet wird, größer als der Winkel im Ausgangszustand, und somit wird der Widerstandswert des MR-Elements 5 höher als der Widerstandswert im Ausgangszustand.
Der von der Magnetisierungsrichtung M1 und der Magnetisierungsrichtung M2 gebildete Winkel ändert sich in Abhängigkeit von der Richtung und der Stärke einer Magnetfeldkomponente in der Richtung parallel zur Y-Richtung eines externen Magnetfeldes. Der Widerstandswert des MR-Elements 5 ändert sich in Abhängigkeit von dem vorgenannten Winkel. Durch die Detektion des Widerstandswerts des MR-Elements 5 kann also die Richtung und Stärke einer Magnetfeldkomponente in der Richtung parallel zur Y-Richtung eines externen Magnetfelds detektiert werden.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der magnetoresistiven Vorrichtung 101 nach der vorliegenden Ausführungsform ein MR-Element 5 eine Magnetfeldkomponente in der Richtung parallel zur X-Richtung eines externen Magnetfelds und eine Magnetfeldkomponente in der Richtung parallel zur Y-Richtung eines externen Magnetfelds detektieren.
Die Konfiguration, der Betrieb und die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind ansonsten die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
[Dritte Ausführungsform]
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Zunächst wird eine Konfiguration eines Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 9 bis 11 beschrieben werden. 9 ist ein Schaltplan, der die Konfiguration des Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 10 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer ersten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 11 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer zweiten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Der Magnetsensor 100 weist eine Mehrzahl von MR-Elementen auf. Jedes der Mehrzahl von MR-Elementen ist das in der ersten Ausführungsform beschriebene MR-Element 5. Die Konfiguration des MR-Elements 5 im Magnetsensor 100 ist die gleiche wie die in den 1 bis 3 gezeigte Konfiguration des MR-Elements 5.
Der Magnetsensor 100 ist konfiguriert, um ein Zielmagnetfeld zu detektieren, das ein zu detektierendes Zielmagnetfeld ist, und mindestens ein Detektionssignal zu erzeugen. Insbesondere weist der Magnetsensor 100 in der vorliegenden Ausführungsform eine erste Detektionsschaltung 10 auf, die so konfiguriert ist, dass sie eine Komponente in der Richtung parallel zur X-Richtung des Zielmagnetfelds detektiert und ein erstes Detektionssignal S1 erzeugt, und eine zweite Detektionsschaltung 20, die so konfiguriert ist, dass sie eine Komponente in der Richtung parallel zur Y-Richtung des Zielmagnetfelds detektiert und ein zweites Detektionssignal S2 erzeugt.
Die erste Detektionsschaltung 10 weist eine Wheatstone-Brückenschaltung 14 und einen Differenzdetektor 15 auf. Die Wheatstone-Brückenschaltung 14 weist vier Widerstandsabschnitte R11, R12, R13 und R14, einen Stromversorgungsanschluss V1, einen Masseanschluss G1 und zwei Ausgangsanschlüsse E11 und E12 auf. Der Widerstandsabschnitt R11 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V1 und dem Ausgangsanschluss E11 vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt R12 ist zwischen dem Ausgangsanschluss E11 und dem Erdungsanschluss G1 vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt R13 befindet sich zwischen dem Ausgangsanschluss E12 und dem Erdungsanschluss G1. Der Widerstandsabschnitt R14 befindet sich zwischen dem Stromversorgungsanschluss V1 und dem Ausgangsanschluss E12. An den Stromversorgungsanschluss V1 wird eine Spannung oder ein Strom einer bestimmten Größe angelegt. Der Masseanschluss G1 ist mit der Masse verbunden. Der Differenzdetektor 15 gibt ein der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entsprechendes Signal als erstes Detektionssignal S1 aus.
Die Schaltung der zweiten Detektionsschaltung 20 ist ähnlich aufgebaut wie die der ersten Detektionsschaltung 10. Mit anderen Worten, die zweite Detektionsschaltung 20 weist eine Wheatstone-Brückenschaltung 24 und einen Differenzdetektor 25 auf. Die Wheatstone-Brückenschaltung 24 weist vier Widerstandsabschnitte R21, R22, R23 und R24, einen Stromversorgungsanschluss V2, einen Masseanschluss G2 und zwei Ausgangsanschlüsse E21 und E22 auf. Der Widerstandsabschnitt R21 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V2 und dem Ausgangsanschluss E21 vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt R22 ist zwischen dem Ausgangsanschluss E21 und dem Erdungsanschluss G2 vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt R23 ist zwischen dem Ausgangsanschluss E22 und dem Erdungsanschluss G2 vorgesehen. Der Widerstandsabschnitt R24 befindet sich zwischen dem Stromversorgungsanschluss V2 und dem Ausgangsanschluss E22. An den Stromversorgungsanschluss V2 wird eine Spannung oder ein Strom einer bestimmten Größe angelegt. Der Masseanschluss G2 ist mit der Masse verbunden. Der Differenzdetektor 25 gibt ein der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 entsprechendes Signal als zweites Detektionssignal S2 aus.
Der Magnetsensor 100 weist weiterhin einen Prozessor 30 auf, der so konfiguriert ist, dass er basierend auf dem ersten und zweiten Detektionssignal S1 und S2 einen Detektionswert Vs erzeugt, der mit dem Zielmagnetfeld korrespondiert. In einem Fall, in dem die Richtung einer zu einer Referenzebene parallelen Komponente des Zielmagnetfeldes um eine Referenzposition in der Referenzebene rotiert, kann der Detektionswert Vs eine Entsprechung mit dem Winkel haben, den die Richtung der vorangehenden Komponente des Zielmagnetfeldes an der Referenzposition in Bezug auf die Referenzrichtung bildet. Die Referenzposition kann eine Position sein, an der der Magnetsensor 100 angeordnet ist. Die Referenzebene kann eine Ebene parallel zur X-Richtung und zur Y-Richtung (die XY-Ebene) sein. Die Referenzrichtung kann die X-Richtung sein. Der Prozessor 30 kann aus einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) oder einem Mikrocomputer aufgebaut sein.
Jeder der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 und R21 bis R24 enthält mindestens ein MR-Element 5. Das mindestens eine MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R12 ist in Reihe mit dem mindestens einen MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R11 geschaltet. Das mindestens eine MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R14 ist in Reihe mit dem mindestens einen MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R13 geschaltet. Das mindestens eine MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R22 ist in Reihe mit dem mindestens einen MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R21 geschaltet. Das mindestens eine MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R24 ist in Reihe mit dem mindestens einen MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R23 geschaltet.
Insbesondere enthält bei der vorliegenden Ausführungsform jeder der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 und R21 bis R24 eine Mehrzahl von MR-Elementen 5. 10 zeigt einen Teil eines der Widerstandsabschnitte R11 bis R14. 11 zeigt einen Teil eines der Widerstandsabschnitte R21 bis R24. Die 10 und 11 zeigen jeweils die X-Richtung, die Y-Richtung, die Z-Richtung, die erste Referenzrichtung RD1 und die zweite Referenzrichtung RD2 aus 2. Die Mehrzahl von MR-Elementen 5 ist in der Draufsicht in einem Gittermuster angeordnet. Mit anderen Worten ist die Mehrzahl von MR-Elementen 5 so angeordnet, dass zwei oder mehr MR-Elemente 5 in jeder der ersten Referenzrichtung RD1 und der zweiten Referenzrichtung RD2 angeordnet sind.
Jeder der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 und R21 bis R24 weist weiterhin eine Mehrzahl von oberen Elektroden 61 und eine Mehrzahl von unteren Elektroden 62 auf. Jede einzelne untere Elektrode 62 ist in der zweiten Referenzrichtung RD2 lang. Zwischen zwei unteren Elektroden 62, die in Längsrichtung der unteren Elektroden 62 aneinandergrenzen, wird ein Spalt gebildet. Wie in den 10 und 11 gezeigt, sind die zweiten magnetischen Schichten 53 der MR-Elemente 5 jeweils in der Nähe beider Enden jeder unteren Elektrode 62 in Längsrichtung auf der Oberseite der unteren Elektrode 62 angeordnet.
Jede einzelne obere Elektrode 61 ist in der ersten Referenzrichtung RD1 lang und verbindet elektrisch die jeweiligen ersten magnetischen Schichten 51 von zwei benachbarten MR-Elementen 5, die jeweils auf zwei unteren Elektroden 62 angeordnet sind, die in der ersten Referenzrichtung RD1 benachbart sind. Gemäß einer solchen Konfiguration enthält jeder der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 und R21 bis R24 die Mehrzahl von MR-Elementen 5, die durch die Mehrzahl von oberen Elektroden 61 und die Mehrzahl von unteren Elektroden 62 in Reihe geschaltet sind.
Die erste Detektionsschaltung 10 weist weiterhin die in der ersten Ausführungsform beschriebene erste Spule 7 auf. Der Aufbau und die Funktion der ersten Spule 7 der vorliegenden Ausführungsform sind gleich dem Aufbau und der Funktion der ersten Spule 7 der in den 1 bis 3 dargestellten ersten Ausführungsform mit Ausnahme der Anzahl der einzelnen Spulenelemente 71 und 72. In der vorliegenden Ausführungsform weist die erste Spule 7 eine Mehrzahl von Spulenelementen 71 und eine Mehrzahl von Spulenelementen 72 auf. Die Mehrzahl von Spulenelementen 71 und die Mehrzahl von Spulenelementen 72 sind in Reihe oder parallel geschaltet.
Wie in 10 gezeigt, erstrecken sich in der ersten Detektionsschaltung 10 jede der Mehrzahl von Spulenelementen 71 und der Mehrzahl von Spulenelementen 72 jeweils in der Richtung parallel zur Y-Richtung. Die Mehrzahl von Spulenelementen 71 ist in der X-Richtung angeordnet. Die einzelnen Spulenelemente 71 sind, wenn von oben gesehen, so angeordnet, dass sie die Mehrzahl von in Y-Richtung angeordneten MR-Elementen 5 überlappen. Die Mehrzahl von Spulenelementen 72 sind ebenfalls, wenn von oben gesehen, so angeordnet, dass sie die Mehrzahl von MR-Elementen 5 überlappen, so wie die Mehrzahl von Spulenelementen 71.
Die erste Spule 7 ist so konfiguriert, dass sie eine Magnetfeldkomponente (eine erste Magnetfeldkomponente) in der X-Richtung des ersten Spulenmagnetfelds an die Mehrzahl von MR-Elementen 5 jedes der Widerstandsabschnitte R11 und R13 anlegt, und sie ist auch so konfiguriert, dass sie eine Magnetfeldkomponente (eine zweite Magnetfeldkomponente) in der -X-Richtung des ersten Spulenmagnetfelds an die Mehrzahl von MR-Elementen 5 jedes der Widerstandsabschnitte R12 und R14 anlegt.
Die zweite Detektionsschaltung 20 weist weiterhin die in der zweiten Ausführungsform beschriebene zweite Spule 8 auf. Der Aufbau und die Funktion der zweiten Spule 8 der zweiten Detektionsschaltung 20 sind gleich dem Aufbau und der Funktion der zweiten Spule 8 der zweiten Ausführungsform, die in den 7 und 8 gezeigt ist, mit Ausnahme der Anzahl jeder der Spulenelemente 81 und der nicht gezeigten Spulenelemente. In der vorliegenden Ausführungsform weist die zweite Spule 8 eine Mehrzahl von Spulenelementen 81 und eine Mehrzahl von nicht gezeigten Spulenelementen auf. Die Mehrzahl von Spulenelementen 81 und die Mehrzahl von nicht gezeigten Spulenelementen sind in Reihe oder parallel geschaltet.
Wie in 11 gezeigt, erstreckt sich in der zweiten Detektionsschaltung 20 jedes der Mehrzahl von Spulenelementen 81 in der Richtung parallel zur X-Richtung. Die Mehrzahl von Spulenelementen 81 sind in der Y-Richtung angeordnet. Die einzelnen Spulenelemente 81 sind, wenn von oben gesehen, so angeordnet, dass sie die Mehrzahl von in X-Richtung angeordneten MR-Elementen 5 überlappen. Die Mehrzahl von nicht gezeigten Spulenelementen sind, wenn von oben gesehen, so angeordnet, dass sie die Mehrzahl von MR-Elementen 5 überlappen, so wie die Mehrzahl von Spulenelementen 81.
Die zweite Spule 8 ist so konfiguriert, dass sie eine Magnetfeldkomponente (eine dritte Magnetfeldkomponente) in Y-Richtung des Magnetfelds der zweiten Spule an die Mehrzahl von MR-Elementen 5 jedes der Widerstandsabschnitte R21 und R23 anlegt, und sie ist auch so konfiguriert, dass sie eine Magnetfeldkomponente (eine vierte Magnetfeldkomponente) in -Y-Richtung des Magnetfelds der zweiten Spule an die Mehrzahl von MR-Elementen 5 jedes der Widerstandsabschnitte R22 und R24 anlegt.
Die erste Spule 7 und die zweite Spule 8 können durch den Prozessor 30 gesteuert werden. In diesem Fall steuert der Prozessor 30 die erste Spule 7 so, dass das erste Spulenmagnetfeld zeitweise erzeugt wird, und steuert auch die zweite Spule 8 so, dass das zweite Spulenmagnetfeld zeitweise erzeugt wird.
Die erste Detektionsschaltung 10 enthält weiterhin eine nicht gezeigte erste Isolationsschicht, die zwischen der Mehrzahl von Spulenelementen 71 und der Mehrzahl von oberen Elektroden 61 angeordnet ist, eine nicht gezeigte zweite Isolationsschicht, die zwischen der Mehrzahl von Spulenelementen 72 und der Mehrzahl von unteren Elektroden 62 angeordnet ist, und eine nicht gezeigte dritte Isolationsschicht, die um die Mehrzahl von MR-Elementen 5 und die erste Spule 7 angeordnet ist. Die zweite Detektionsschaltung 20 enthält weiterhin eine nicht gezeigte vierte Isolationsschicht, die zwischen der Mehrzahl von Spulenelementen 81 und der Mehrzahl von oberen Elektroden 61 angeordnet ist, eine nicht gezeigte fünfte Isolationsschicht, die zwischen einer nicht gezeigten Mehrzahl von Spulenelementen und der Mehrzahl von unteren Elektroden 62 angeordnet ist, und eine nicht gezeigte sechste Isolationsschicht, die um die Mehrzahl von MR-Elementen 5 und die zweite Spule 8 angeordnet ist.
In 9 sind in jedem der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 und R21 bis R24 jeweils zwei Pfeile eingezeichnet, die die Richtung der Magnetisierung M1 der ersten magnetischen Schicht 51 und die Richtung der Magnetisierung M2 der zweiten magnetischen Schicht 53 des MR-Elements 5 im Widerstandsabschnitt darstellen. 9 zeigt die Richtungen der Magnetisierungen M1 und M2 in einem Zustand, in dem das Zielmagnetfeld nicht angelegt ist, d.h. im Ausgangszustand.
Nachfolgend werden die Richtungen der Magnetisierungen M1 und M2 im Ausgangszustand beschrieben. Die Richtung der Magnetisierung M1 in jedem der Widerstandsabschnitte R11 und R13 ist in der Richtung D1 parallel zur ersten Referenzrichtung RD1 orientiert. Die Richtung der Magnetisierung M2 in jedem der Widerstandsabschnitte R11 und R13 ist in der Richtung D2 parallel zur zweiten Referenzrichtung RD2 orientiert. Die Richtung der Magnetisierung M1 in jedem der Widerstandsabschnitte R12 und R14 ist in der zur Richtung D1 entgegengesetzten Richtung orientiert. Die Richtung der Magnetisierung M2 in jedem der Widerstandsabschnitte R12 und R14 ist in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung D2 orientiert.
Die Richtung der Magnetisierung M1 in jedem der Widerstandsabschnitte R21 und R23 ist in der Richtung D1 orientiert. Die Richtung der Magnetisierung M2 in jedem der Widerstandsabschnitte R21 und R23 ist in der Richtung D3 parallel zur zweiten Referenzrichtung RD2 orientiert. Die Richtung der Magnetisierung M1 in jedem der Widerstandsabschnitte R22 und R24 ist in die der Richtung D1 entgegengesetzte Richtung orientiert. Die Richtung der Magnetisierung M2 in jedem der Widerstandsabschnitte R22 und R24 ist in der Richtung entgegengesetzt zur Richtung D3 orientiert.
Das erste erste Spulenmagnetfeld 7 der ersten Detektionsschaltung 10 wird verwendet, um die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 in den Widerstandsabschnitten R11 bis R14 auf die Richtung im Ausgangszustand zu setzen, d.h. um die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 zurückzusetzen. Der Betrieb der ersten Spule 7 für die Widerstandsabschnitte R11 und R13 ist derselbe wie der Betrieb der ersten Spule 7, der unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wurde. Der Betrieb der ersten Spule 7 für die Widerstandsabschnitte R12 und R14 ist derselbe wie der Betrieb der ersten Spule 7, der unter Bezugnahme auf 6 beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die Richtung der Magnetfeldkomponente die -X-Richtung ist.
Das zweite Spulenmagnetfeld 8 der zweiten Detektionsschaltung 20 wird verwendet, um die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 in den Widerstandsabschnitten R21 bis R24 auf die Richtung im Ausgangszustand einzustellen, d.h. um die Richtung jeder der Magnetisierungen M1 und M2 zurückzusetzen. Der Betrieb der zweiten Spule 8 für die Widerstandsabschnitte R21 und R23 ist derselbe wie der Betrieb der zweiten Spule 8, der unter Bezugnahme auf 8 beschrieben ist. Der Betrieb der zweiten Spule 8 für die Widerstandsabschnitte R22 und R24 ist derselbe wie der Betrieb der zweiten Spule 8, der unter Bezugnahme auf 8 beschrieben ist, mit der Ausnahme, dass die Richtung der Magnetfeldkomponente die -Y-Richtung ist.
Im Folgenden wird die Funktionsweise des Magnetsensors 100 beschrieben. Zunächst wird der Betrieb der ersten Detektionsschaltung 10 unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben. 12 und 13 sind erläuternde Ansichten zur Veranschaulichung des Betriebs der ersten Detektionsschaltung 10. In den 12 und 13 stellen die durchgezogenen Pfeile, die in jedem der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 eingezeichnet sind, jeweils die Richtungen der Magnetisierungen M1 und M2 dar. In den 12 und 13 stellen gestrichelte Pfeile, die in jedem der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 eingezeichnet sind, die Richtungen der Magnetisierungen M1 und M2 im Ausgangszustand dar.
12 zeigt einen Fall, in dem eine Magnetfeldkomponente Htx in der Richtung parallel zur X-Richtung eines Zielmagnetfeldes an die erste Detektionsschaltung 10 angelegt wird, und die Richtung der Magnetfeldkomponente Htx die X-Richtung ist. In einem solchen Fall ist in jedem der Widerstandsabschnitte R11 und R13 die Magnetisierung M1 in die X-Richtung von der Richtung D1 her geneigt, und die Magnetisierung M2 ist in die X-Richtung von der Richtung D2 her geneigt. Darüber hinaus ist in einem solchen Fall in jedem der Widerstandsabschnitte R12 und R14 die Magnetisierung M1 in die Y-Richtung von der Richtung entgegengesetzt zur Richtung D1 her geneigt, und die Magnetisierung M2 ist in die -Y-Richtung von der Richtung entgegengesetzt zur Richtung D2 her geneigt. Folglich nimmt der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R11 und R13 ab und der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R12 und R14 nimmt zu im Vergleich zu einem Zustand, in dem es keine Magnetfeldkomponente Htx gibt.
Im Gegensatz zum vorhergehenden Fall erhöht sich in einem Fall, in dem die Richtung der Magnetfeldkomponente Htx die -X-Richtung ist, der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R11 und R13 und verringert sich der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R12 und R14 im Vergleich zu einem Zustand, in dem es keine Magnetfeldkomponente Htx gibt.
Der Betrag der Änderung des Widerstandswerts jedes der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 hängt von der Stärke der Magnetfeldkomponente Htx ab. Wenn sich die Richtung und die Stärke der Magnetfeldkomponente Htx ändern, ändert sich der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 in der Weise, dass der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R11 und R13 zunimmt und der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R12 und R14 abnimmt, oder der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R11 und R13 abnimmt und der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R12 und R14 zunimmt. Dadurch ändert sich das Potenzial jedes der Ausgangsanschlüsse E11 und E12, und auch die Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 ändert sich. Der Differenzdetektor 15 (siehe 9) gibt als erstes Detektionssignal S1 ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entspricht.
Das erste Detektionssignal S1 korrespondiert mit dem Potential des Verbindungspunktes zwischen dem MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R11 und dem MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R12, d.h. dem Potential des Ausgangsanschlusses E11, und korrespondiert auch mit dem Potential des Verbindungspunktes zwischen dem MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R13 und dem MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R14, d.h. dem Potential des Ausgangsanschlusses E12. Das erste Detektionssignal S1 korrespondiert also mit der Richtung und Stärke der Magnetfeldkomponente Htx.
13 zeigt einen Fall, in dem eine Magnetfeldkomponente Hty in der Richtung parallel zur Y-Richtung eines Zielmagnetfeldes an die erste Detektionsschaltung 10 angelegt wird, und die Richtung der Magnetfeldkomponente Hty ist die Y-Richtung. In einem solchen Fall ist in jedem der Widerstandsabschnitte R11 und R13 die Magnetisierung M1 in die Y-Richtung von der Richtung D1 her geneigt, und die Magnetisierung M2 ist in die X-Richtung von der Richtung D2 her geneigt. Darüber hinaus ist in einem solchen Fall in jedem der Widerstandsabschnitte R12 und R14 die Magnetisierung M1 in die -X-Richtung von der Richtung entgegengesetzt zur Richtung D1 her geneigt, und die Magnetisierung M2 ist in die Y-Richtung von der Richtung entgegengesetzt zur Richtung D2 her geneigt. Folglich ändert sich der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 nicht oder kaum.
In einem Fall, in dem die Richtung der Magnetfeldkomponente Hty die -Y-Richtung ist, ändert sich der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 nicht oder kaum wie im vorangegangenen Fall. Somit ändert sich in einem Fall, in dem die Magnetfeldkomponente Hty an die erste Detektionsschaltung 10 angelegt wird, die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 nicht oder kaum.
Wie oben beschrieben, ist die erste Detektionsschaltung 10 empfindlich für die Magnetfeldkomponente Htx, aber nicht empfindlich für die Magnetfeldkomponente Hty.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der zweiten Detektionsschaltung 20 unter Bezugnahme auf die 14 und 15 beschrieben. 14 und 15 sind erläuternde Ansichten zur Veranschaulichung der Funktionsweise der zweiten Detektionsschaltung 20. In den 14 und 15 stellen durchgezogene Pfeile, die in jedem der Widerstandsabschnitte R21 bis R24 eingezeichnet sind, die Richtungen der Magnetisierungen M1 und M2 dar. In den 14 und 15 stellen gestrichelte Pfeile, die in jedem der Widerstandsabschnitte R21 bis R24 eingezeichnet sind, die Richtungen der Magnetisierungen M1 und M2 im Ausgangszustand dar.
14 zeigt einen Fall, in dem eine Magnetfeldkomponente Hty an die zweite Detektionsschaltung 20 angelegt wird, und die Richtung der Magnetfeldkomponente Hty ist die Y-Richtung. In einem solchen Fall ist in jedem der Widerstandsabschnitte R21 und R23 die Magnetisierung M1 in die Y-Richtung von der Richtung D1 her geneigt, und die Magnetisierung M2 ist in die Y-Richtung von der Richtung D3 her geneigt. Darüber hinaus ist in einem solchen Fall in jedem der Widerstandsabschnitte R22 und R24 die Magnetisierung M1 in die -X-Richtung von der Richtung entgegengesetzt zur Richtung D1 her geneigt, und die Magnetisierung M2 ist in die X-Richtung von der Richtung entgegengesetzt zur Richtung D3 her geneigt. Folglich nimmt der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R21 und R23 ab und der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R22 und R24 nimmt zu im Vergleich zu einem Zustand, in dem es keine Magnetfeldkomponente Hty gibt.
Im Gegensatz zum vorhergehenden Fall erhöht sich in einem Fall, in dem die Richtung der Magnetfeldkomponente Hty die -Y-Richtung ist, der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R21 und R23 und verringert sich der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R22 und R24 im Vergleich zu einem Zustand, in dem es keine Magnetfeldkomponente Hty gibt.
Der Betrag der Änderung des Widerstandswerts jedes der Widerstandsabschnitte R21 bis R24 hängt von der Stärke der Magnetfeldkomponente Hty ab. Wenn sich die Richtung und die Stärke der Magnetfeldkomponente Hty ändern, ändert sich der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R21 bis R24 derart, dass der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R21 und R23 zunimmt und der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R22 und R24 abnimmt, oder dass der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R21 und R23 abnimmt und der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R22 und R24 zunimmt. Dadurch ändert sich das Potenzial jedes der Ausgangsanschlüsse E21 und E22, und auch die Potenzialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 ändert sich. Der Differenzdetektor 25 (siehe 9) gibt als zweites Detektionssignal S2 ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 entspricht.
Das zweite Detektionssignal S2 korrespondiert mit dem Potential des Verbindungspunktes zwischen dem MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R21 und dem MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R22, d.h. dem Potential des Ausgangsanschlusses E21, und korrespondiert auch mit dem Potential des Verbindungspunktes zwischen dem MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R23 und dem MR-Element 5 des Widerstandsabschnitts R24, d.h. dem Potential des Ausgangsanschlusses E22. Das zweite Detektionssignal S2 entspricht also der Richtung und Stärke der Magnetfeldkomponente Hty.
15 zeigt einen Fall, in dem eine Magnetfeldkomponente Htx an die erste Detektionsschaltung 10 angelegt wird, und die Richtung der Magnetfeldkomponente Htx ist die X-Richtung. In einem solchen Fall ist in jedem der Widerstandsabschnitte R21 und R23 die Magnetisierung M1 in die X-Richtung von der Richtung D1 her geneigt, und die Magnetisierung M2 ist in die Y-Richtung von der Richtung D3 her geneigt. Darüber hinaus ist in einem solchen Fall in jedem der Widerstandsabschnitte R22 und R24 die Magnetisierung M1 in die -Y-Richtung von der Richtung entgegengesetzt zur Richtung D1 her geneigt, und die Magnetisierung M2 ist in die X-Richtung von der Richtung entgegengesetzt zur Richtung D3 her geneigt. Folglich ändert sich der Widerstandswert eines jeden der Widerstandsabschnitte R21 bis R24 nicht oder kaum.
In einem Fall, in dem die Richtung der Magnetfeldkomponente Htx die -X-Richtung ist, ändert sich der Widerstandswert jedes der Widerstandsabschnitte R21 bis R24 nicht oder kaum wie im vorangegangenen Fall. Somit ändert sich in einem Fall, in dem die Magnetfeldkomponente Htx an die zweite Detektionsschaltung 20 angelegt wird, die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 nicht oder kaum.
Wie oben beschrieben, ist die zweite Detektionsschaltung 20 empfindlich für die Magnetfeldkomponente Hty, aber nicht empfindlich für die Magnetfeldkomponente Htx.
Nachfolgend wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Erzeugung des Detektionswertes Vs mit dem Prozessor 30 beschrieben. Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem als Detektionswert Vs ein Wert erzeugt wird, der den Winkel repräsentiert, den die Richtung einer zur XY-Ebene parallelen Komponente eines Zielmagnetfeldes in Bezug auf die X-Richtung bildet. In einem solchen Fall berechnet der Prozessor 30 Vs z.B. mit Hilfe der folgenden Gleichung (1). $Vs = atan (S 2 / S 1)$
„atan“ steht für Arkustangens.
Für Vs im Bereich von 0° bis weniger als 360° liefert Gleichung (1) zwei Lösungen von Vs, die sich im Wert um 180° unterscheiden. Welche der beiden Lösungen von Vs in Gl. (1) der wahre Wert von Vs ist, kann entsprechend der Kombination der Vorzeichen von S1 und S2 bestimmt werden. Der Prozessor 30 bestimmt Vs im Bereich von 0° bis weniger als 360° gemäß Gleichung (1) und der Bestimmung über die Kombination der Vorzeichen von S1 und S2.
In der vorliegenden Ausführungsform weist die erste Detektionsschaltung 10 die erste Spule 7 und die zweite Detektionsschaltung 20 die zweite Spule 8 auf. Der Prozessor 30 kann so konfiguriert sein, dass er den Detektionswert Vs unter Verwendung des ersten Detektionssignals S1, das nach der zeitweisen Erzeugung des ersten Spulenmagnetfeldes durch Steuerung der ersten Spule 7 erzeugt wird, und des zweiten Detektionssignals S2, das nach der zeitweisen Erzeugung des zweiten Spulenmagnetfeldes durch Steuerung der zweiten Spule 8 erzeugt wird, erzeugt. Mit anderen Worten kann der Prozessor 30 den Detektionswert Vs unter Verwendung des ersten Detektionssignals S1, das nach dem Zurücksetzen mit der ersten Spule 7 erhalten wird, und des zweiten Detektionssignals S2, das nach dem Zurücksetzen mit der zweiten Spule 8 erhalten wird, erzeugen. Dadurch können Fehler im Detektionswert Vs unterdrückt werden.
Die Konfiguration, der Betrieb und die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind ansonsten die gleichen wie bei der ersten oder zweiten Ausführungsform.
[Vierte Ausführungsform]
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 16 beschrieben. 16 ist eine Draufsicht, die einen Teil eines Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Der Aufbau eines Magnetsensors 200 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist derselbe wie der Aufbau des Magnetsensors 100 gemäß der dritten Ausführungsform mit Ausnahme der ersten und zweiten Spule 7 und 8. In der vorliegenden Ausführungsform weist jede der ersten und zweiten Detektionsschaltung 10 und 20 (siehe 9) des Magnetsensors 200 sowohl die erste Spule 7 als auch die zweite Spule 8 auf. Die Konfiguration der ersten Spule 7 des Magnetsensors 200 ist die gleiche wie die Konfiguration der ersten Spule 7 der ersten Detektionsschaltung 10 der dritten Ausführungsform. Die Konfiguration der zweiten Spule 8 des Magnetsensors 200 ist die gleiche wie die Konfiguration der zweiten Spule 8 der zweiten Detektionsschaltung 20 der dritten Ausführungsform. Für die erste Detektionsschaltung 10 wird nur die erste Spule 7 verwendet. Für die zweite Detektionsschaltung 20 wird nur die zweite Spule 8 verwendet.
Gemäß der magnetoresistiven Vorrichtung 101 nach der vorliegenden Ausführungsform können die erste Detektionsschaltung 10 und die zweite Detektionsschaltung 20 ausgetauscht werden. Insbesondere können die Widerstandsabschnitte R11 bis R14 durch Einstellen der Richtungen der Magnetisierungen M1 und M2 mit der ersten Spule 7 konfiguriert werden, und die Widerstandsabschnitte R21 bis R24 können durch Einstellen der Richtungen der Magnetisierungen M1 und M2 mit der zweiten Spule 8 konfiguriert werden.
Die Konfiguration, der Betrieb und die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind ansonsten dieselben wie bei der dritten Ausführungsform.
[Fünfte Ausführungsform]
Eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 17 beschrieben. 17 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration eines Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Eine Konfiguration eines Magnetsensors 300 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der Konfiguration des Magnetsensors 100 gemäß der dritten Ausführungsform in folgendem Punkt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Detektionsschaltung 10 nicht mit den Widerstandsabschnitten R13 und R14, dem Ausgangsanschluss E12 und dem Differenzdetektor 15 der dritten Ausführungsform versehen. Die Widerstandsabschnitte R11 und R12 bilden eine Halbbrückenschaltung 16. Die erste Detektionsschaltung 10 gibt ein Signal, das dem Potenzial des Ausgangsanschlusses E11 entspricht, als das erste Detektionssignal S1 aus.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Detektionsschaltung 20 nicht mit den Widerstandsabschnitten R23 und R24, dem Ausgangsanschluss E22 und dem Differenzdetektor 25 der dritten Ausführungsform versehen. Die Widerstandsabschnitte R21 und R22 bilden eine Halbbrückenschaltung 26. Die zweite Detektionsschaltung 20 gibt ein Signal, das dem Potenzial des Ausgangsanschlusses E21 entspricht, als das zweite Detektionssignal S2 aus.
Die Konfiguration jeder der ersten und zweiten Spulen 7 und 8 kann die gleiche sein wie die Konfiguration in der dritten Ausführungsform oder die Konfiguration in der vierten Ausführungsform. Die Konfiguration, der Betrieb und die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind ansonsten die gleichen wie die der dritten oder vierten Ausführungsform.
[Sechste Ausführungsform]
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 18 beschrieben. 18 ist eine Draufsicht, die einen Hauptteil einer magnetoresistiven Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Eine Konfiguration einer magnetoresistiven Vorrichtung 401 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der Konfiguration der magnetoresistiven Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform in folgendem Punkt. Mit anderen Worten weist die magnetoresistive Vorrichtung 401 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein MR-Element 405 gemäß der vorliegenden Ausführungsform anstelle des MR-Elements 5 gemäß der ersten Ausführungsform auf. Eine Konfiguration des MR-Elements 405 ist im Wesentlichen die gleiche wie die Konfiguration des MR-Elements 5 gemäß der ersten Ausführungsform. Das MR-Element 405 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine erste magnetische Schicht 451 und eine zweite magnetische Schicht 453 anstelle der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 der ersten Ausführungsform auf.
Die erste magnetische Schicht 451 weist eine Mehrzahl von ersten Bereichen auf, die voneinander isoliert sind. Die magnetische Formanisotropie und die Magnetisierung jedes der Mehrzahl von ersten Bereichen sind die gleichen wie die magnetische Formanisotropie und die Magnetisierung M1 der ersten magnetischen Schicht 51 der ersten Ausführungsform. Wie in 18 gezeigt, ist jeder der Mehrzahl von ersten Bereichen in der ersten Referenzrichtung RD1, wenn von oben gesehen, lang.
Die zweite magnetische Schicht 453 weist eine Mehrzahl von zweiten Bereichen auf, die voneinander isoliert sind. Die magnetische Formanisotropie und die Magnetisierung jedes der Mehrzahl von zweiten Bereiche sind die gleichen wie die magnetische Formanisotropie und die Magnetisierung M2 der zweiten magnetischen Schicht 53 der ersten Ausführungsform. Wie in 18 gezeigt, ist jeder der Mehrzahl von zweiten Bereiche in der zweiten Referenzrichtung RD2, wenn von oben gesehen, lang.
Die Mehrzahl von ersten Bereichen der ersten magnetischen Schicht 451 und die Mehrzahl von zweiten Bereichen der zweiten magnetischen Schicht 453 sind, von oben gesehen, in einem Gittermuster angeordnet. Wie in 18 gezeigt, ist die Mehrzahl von ersten Bereichen so angeordnet, dass sie in der zweiten Referenzrichtung RD2 angeordnet sind, und die Mehrzahl von zweiten Bereichen ist so angeordnet, dass sie in der ersten Referenzrichtung RD1 angeordnet sind.
Der Widerstandswert des MR-Elements 405 ändert sich in Abhängigkeit von dem Winkel, der durch die Magnetisierungsrichtung jedes der Mehrzahl von ersten Bereichen der ersten magnetischen Schicht 451 und die Magnetisierungsrichtung jedes der Mehrzahl von zweiten Bereichen der zweiten magnetischen Schicht 453 gebildet wird, und der Widerstandswert wird höher, wenn der Winkel größer ist.
Die magnetoresistive Vorrichtung 401 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine erste Spule 407 anstelle der ersten Spule 7 der ersten Ausführungsform auf. Die erste Spule 407 ist so konfiguriert, dass sie das in der ersten Ausführungsform beschriebene erste Spulenmagnetfeld erzeugt. Die erste Spule 407 weist Spulenelemente 471 auf, die das erste Spulenmagnetfeld erzeugen. Jedes der Spulenelemente 471 erstreckt sich in der Richtung parallel zur Y-Richtung. Die Spulenelemente 471 sind oberhalb der MR-Elemente 405 angeordnet. Die erste Spule 407 kann weiterhin nicht gezeigte Spulenelemente enthalten, die wie bei der ersten Spule 7 der ersten Ausführungsform unterhalb der MR-Elemente 405 angeordnet sind.
Der Betrieb des MR-Elements 405 ist im Wesentlichen die gleiche wie der Betrieb des MR-Elements 5, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Das Ersetzen der ersten magnetischen Schicht 51 und der zweiten magnetischen Schicht 53 in der Beschreibung des Betriebs des MR-Elements 5 durch die ersten Bereiche der ersten magnetischen Schicht 451 bzw. die zweiten Bereiche der zweiten magnetischen Schicht 453 kann eine Beschreibung des Betriebs des MR-Elements 405 liefern.
Der Betrieb der ersten Spule 407 ist im Wesentlichen derselbe wie der Betrieb der ersten Spule 7, der in der ersten Ausführungsform beschrieben ist. Das Ersetzen der ersten magnetischen Schicht 51, der zweiten magnetischen Schicht 53, der ersten Spule 7, der Spulenelemente 71 und der Spulenelemente 72 in der Beschreibung des Betriebs der ersten Spule 7 durch die ersten Bereiche der ersten magnetischen Schicht 451, die zweiten Bereiche der zweiten magnetischen Schicht 453, die erste Spule 407, die Spulenelemente 471 bzw. die nicht gezeigten Spulenelemente kann eine Beschreibung des Betriebs der ersten Spule 407 liefern.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Anzahl der Bereiche, in denen die erste magnetische Schicht 451 und die zweite magnetische Schicht 453 über die nichtmagnetische Schicht 52 (siehe 3) verbunden sind (im Folgenden als Verbindungsbereiche bezeichnet), im Vergleich zur ersten Ausführungsform erhöht werden. Dadurch kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Einfluss von Störungen, wie z. B. von störenden Magnetfeldern, verringert werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Konfiguration jeder der oberen Elektroden 61 und der unteren Elektroden 62 (siehe 3) im Vergleich zu einem Fall, in dem eine Mehrzahl von MR-Elementen 5 gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen ist, stärker vereinfacht werden, da die Anzahl der Verbindungsbereiche erhöht wird. Dadurch kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform die magnetoresistive Vorrichtung 401 einfach hergestellt werden.
Es sei angemerkt, dass die magnetoresistive Vorrichtung 401 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zusätzlich zu den MR-Elementen 405 und der ersten Spule 407 eine zweite Spule enthalten kann, die so konfiguriert ist, dass sie das zweite Spulenmagnetfeld erzeugt, wie bei der magnetoresistiven Vorrichtung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die Konfiguration, der Betrieb und die Auswirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind ansonsten die gleichen wie die der ersten oder zweiten Ausführungsform.
[Siebte Ausführungsform]
Eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. 19 und 20 sind Draufsichten, die jeweils einen Teil einer ersten Detektionsschaltung eines Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigen. 21 ist eine Draufsicht, die einen Teil einer zweiten Detektionsschaltung des Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Die Konfiguration des Magnetsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von der Konfiguration des Magnetsensors 100 gemäß der dritten Ausführungsform in folgendem Punkt. Mit anderen Worten ist in der vorliegenden Ausführungsform jedes einer Mehrzahl von MR-Elementen, die in dem Magnetsensor enthalten sind, das in der sechsten Ausführungsform beschriebene MR-Element 405.
Der Magnetsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine erste Detektionsschaltung 410 und eine zweite Detektionsschaltung 420 anstelle der ersten Detektionsschaltung 10 und der zweiten Detektionsschaltung 20 der dritten Ausführungsform auf. Die Schaltungskonfiguration und der Betrieb der ersten Detektionsschaltung 410 sind die gleichen wie die Schaltungskonfiguration (siehe 9) und der Betrieb der ersten Detektionsschaltung 10 der dritten Ausführungsform. Die Schaltungskonfiguration und der Betrieb der zweiten Detektionsschaltung 420 sind die gleichen wie der Schaltungskonfiguration (siehe 9) und der Betrieb der zweiten Detektionsschaltung 20 der dritten Ausführungsform.
19 und 20 zeigen jeweils einen Teil eines der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 (siehe 9) der ersten Detektionsschaltung 410. 21 zeigt einen Teil eines der Widerstandsabschnitte R21 bis R24 (siehe 9) der zweiten Detektionsschaltung 420. Jeder der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 und R21 bis R24 der vorliegenden Ausführungsform enthält die Mehrzahl von MR-Elementen 405 anstelle der Mehrzahl von MR-Elementen 5. Die Mehrzahl von MR-Elementen 405 sind, wenn von oben gesehen, in einem Gittermuster angeordnet. Mit anderen Worten ist die Mehrzahl von MR-Elementen 405 so angeordnet, dass zwei oder mehr MR-Elemente 405 jeweils in der ersten Referenzrichtung RD1 und der zweiten Referenzrichtung RD2 angeordnet sind.
Jeder der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 und R21 bis R24 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Mehrzahl von oberen Elektroden 461 und eine Mehrzahl von unteren Elektroden 462 anstelle der Mehrzahl von oberen Elektroden 61 und der Mehrzahl von unteren Elektroden 62 der dritten Ausführungsform auf. Jede einzelne untere Elektrode 462 ist in der ersten Referenzrichtung RD1 lang. Wie in 19 gezeigt, sind die zweiten magnetischen Schichten 453 der MR-Elemente 405 jeweils in der Nähe beider Enden jeder unteren Elektrode 462 in Längsrichtung auf der Oberseite der unteren Elektrode 462 angeordnet.
Jede einzelne obere Elektrode 461 ist in der zweiten Referenzrichtung RD2 lang und verbindet elektrisch die jeweiligen ersten magnetischen Schichten 451 von zwei in der zweiten Referenzrichtung RD2 benachbarten MR-Elementen 405. Gemäß einer solchen Konfiguration enthält jeder der Widerstandsabschnitte R11 bis R14 und R21 bis R24 die Mehrzahl von MR-Elementen 405, die durch die Mehrzahl von oberen Elektroden 461 und die Mehrzahl von unteren Elektroden 462 in Reihe geschaltet sind. Es sei angemerkt, dass in 20 die Mehrzahl von oberen Elektroden 461 und die Mehrzahl von unteren Elektroden 462 weggelassen sind.
Die erste Detektionsschaltung 410 weist weiterhin die erste Spule 407 auf. Die Konfiguration und der Betrieb der ersten Spule 407 sind gleich der Konfiguration und dem Betrieb der ersten Spule 7 der dritten Ausführungsform. Die erste Spule 407 enthält die Mehrzahl von Spulenelementen 471, die der Mehrzahl von Spulenelementen 71 der ersten Spule 7 entsprechen, und eine Mehrzahl von ersten Spulenelementen (nicht gezeigt), die der Mehrzahl von Spulenelementen 72 der ersten Spule 7 entsprechen. Es sei angemerkt, dass in 19 die erste Spule 407 weggelassen ist.
Die zweite Detektionsschaltung 420 weist weiterhin eine zweite Spule 408 auf. Die Konfiguration und der Betrieb der zweiten Spule 408 sind gleich der Konfiguration und dem Betrieb der zweiten Spule 8 der dritten Ausführungsform. Die zweite Spule 408 weist eine Mehrzahl von Spulenelementen 481 auf, die der Mehrzahl von Spulenelementen 81 der zweiten Spule 8 entsprechen, und eine Mehrzahl von zweiten Spulenelementen (nicht gezeigt), die der Mehrzahl von nicht gezeigten Spulenelementen der zweiten Spule 8 entsprechen.
Der Aufbau, die Funktionsweise und die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind ansonsten dieselben wie bei der dritten oder sechsten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorgenannten Ausführungsformen beschränkt, und es können verschiedene Modifikationen daran vorgenommen werden. Zum Beispiel können die Mehrzahl von Spulenelementen 71 und die Mehrzahl von Spulenelementen 72 ein MR-Element 5, wenn von oben gesehen, überlappen. Ebenso können die Mehrzahl von Spulenelementen 81 und die Mehrzahl von nicht gezeigten Spulenelemente ein MR-Element 5, wenn von oben gesehen, überlappen.
Offensichtlich sind verschiedene Modifikationsbeispiele und Variationen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren möglich. Es versteht sich daher, dass die vorliegende Erfindung im Rahmen der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente in anderen Ausführungsformen als den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0880711 B1 [0003, 0004, 0005, 0006]

Claims

Magnetoresistives Element (5; 405) mit einem Widerstandswert, der sich in Abhängigkeit von einem externen Magnetfeld ändert, aufweisend: eine erste magnetische Schicht (51; 451) mit einer magnetischen Formanisotropie, die in einer ersten Referenzrichtung (RD1) eingestellt ist, und mit einer Magnetisierung (M1), deren Richtung sich in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld ändert, wobei die Magnetisierung in einer ersten Magnetisierungsrichtung orientiert ist, die eine Richtung parallel zu der ersten Referenzrichtung (RD1) in einem Zustand ist, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt ist; eine zweite magnetische Schicht (53; 453) mit einer magnetischen Formanisotropie, die in einer zweiten Referenzrichtung (RD2) eingestellt ist, die sich mit der ersten Referenzrichtung (RD1) schneidet, und mit einer Magnetisierung (M2), deren Richtung sich in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld ändert, wobei die Magnetisierung in einer zweiten Magnetisierungsrichtung orientiert ist, die eine Richtung parallel zu der zweiten Referenzrichtung (RD2) in einem Zustand ist, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt ist; und eine nichtmagnetische Schicht (52), die zwischen der ersten magnetischen Schicht (51; 451) und der zweiten magnetischen Schicht (53; 453) angeordnet ist.
Magnetoresistives Element (5; 405) nach Anspruch 1, wobei die erste Referenzrichtung (RD1) und die zweite Referenzrichtung (RD2) orthogonal zueinander sind.
Magnetoresistives Element (5; 405) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die nichtmagnetische Schicht (52) eine Tunnelbarriereschicht ist.
Magnetoresistives Element (405) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste magnetische Schicht (451) eine Mehrzahl von ersten voneinander isolierten Bereichen aufweist, und die zweite magnetische Schicht (453) eine Mehrzahl von zweiten voneinander isolierten Bereichen aufweist.
Magnetoresistives Element (405) nach Anspruch 4, wobei die Mehrzahl von ersten Bereiche und die Mehrzahl von zweiten Bereiche in einem Gittermuster angeordnet sind, wenn man sie in einer Richtung orthogonal zu jeder der ersten Referenzrichtung (RD1) und der zweiten Referenzrichtung (RD2) betrachtet.
Magnetoresistives Element (405) nach Anspruch 4 oder 5, wobei jeder der Mehrzahl von ersten Bereichen eine magnetische Formanisotropie aufweist, die in der ersten Referenzrichtung (RD1) eingestellt ist, und eine Magnetisierung aufweist, deren Richtung sich in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld ändert, wobei die Magnetisierung in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt ist, in der ersten Magnetisierungsrichtung orientiert ist, und jeder der Mehrzahl von zweiten Bereichen eine magnetische Formanisotropie aufweist, die in der zweiten Referenzrichtung (RD2) eingestellt ist, und eine Magnetisierung aufweist, deren Richtung sich in Abhängigkeit von dem externen Magnetfeld ändert, wobei die Magnetisierung in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt ist, in der zweiten Magnetisierungsrichtung orientiert ist.
Magnetoresistives Element (5; 405) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei kein Vormagnetfeldgenerator vorgesehen ist, der ein Vormagnetfeld an jede der ersten magnetischen Schicht (51; 451) und der zweiten magnetischen Schicht (53; 453) anlegt.
Magnetoresistive Vorrichtung (101; 401), aufweisend: das magnetoresistive Element (5; 405) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und eine erste Spule (7; 407), die so konfiguriert ist, dass sie ein erstes Spulenmagnetfeld erzeugt, wobei die erste Spule (7; 407) so konfiguriert ist, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht (51; 451) und der zweiten magnetischen Schicht (53; 453) eine erste Magnetfeldkomponente des ersten Spulenmagnetfelds in einer ersten Magnetfeldrichtung anlegt, die eine Richtung zwischen der ersten Referenzrichtung (RD1) und der zweiten Referenzrichtung (RD2) ist.
Magnetoresistive Vorrichtung (101; 401) nach Anspruch 8, wobei die erste Spule (7; 407) ein erstes Spulenelement (71, 72; 471) enthält, das das erste Spulenmagnetfeld erzeugt und sich in einer Richtung erstreckt, die jede der ersten Referenzrichtung (RD1) und der zweiten Referenzrichtung (RD2) schneidet.
Magnetoresistive Vorrichtung (101) nach Anspruch 8 oder 9, die weiterhin eine zweite Spule (8) aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie ein zweites Magnetfeld erzeugt, wobei die zweite Spule (8) so konfiguriert ist, dass sie an jede der ersten magnetischen Schicht (51) und der zweiten magnetischen Schicht (53) eine zweite Magnetfeldkomponente des zweiten Spulenmagnetfeldes in einer zweiten Magnetfeldrichtung anlegt, die eine Richtung zwischen der ersten Referenzrichtung (RD1) und der zweiten Referenzrichtung (RD2) ist, wobei eine der ersten Referenzrichtung (RD1) und der zweiten Referenzrichtung (RD2) zwischen der ersten Magnetfeldrichtung und der zweiten Magnetfeldrichtung liegt.
Magnetoresistive Vorrichtung (101) nach Anspruch 10, wobei die zweite Spule (8) ein zweites Spulenelement (81) enthält, das das zweite Spulenmagnetfeld erzeugt und sich in einer Richtung erstreckt, die jede der ersten Referenzrichtung (RD1) und der zweiten Referenzrichtung (RD2) schneidet.
Magnetsensor (100; 200; 300) mit einer Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen (5; 405), wobei der Magnetsensor (100; 200; 300) so konfiguriert ist, dass er ein zu detektierendes Zielmagnetfeld detektiert und mindestens ein Detektionssignal (S1, S2) erzeugt, wobei: jedes der Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen (5; 405) das magnetoresistive Element (5; 405) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist.
Magnetsensor (100; 200; 300) nach Anspruch 12, wobei die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen (5; 405) mindestens ein erstes magnetoresistives Element (5; 405) und mindestens ein zweites magnetoresistives Element (5; 405), das mit dem mindestens einen ersten magnetoresistiven Element (5; 405) in Reihe geschaltet ist, aufweist, die erste Magnetisierungsrichtung des mindestens einen ersten magnetoresistiven Elements (5; 405) und die erste Magnetisierungsrichtung des mindestens einen zweiten magnetoresistiven Elements (5; 405) entgegengesetzte Richtungen sind, die zweite Magnetisierungsrichtung des mindestens einen ersten magnetoresistiven Elements (5; 405) und die zweite Magnetisierungsrichtung des mindestens einen zweiten magnetoresistiven Elements (5; 405) entgegengesetzte Richtungen sind und das mindestens eine Detektionssignal (S1, S2) ein erstes Detektionssignal (S1) enthält, das mit einem Potential eines Verbindungspunktes zwischen dem mindestens einen ersten magnetoresistiven Element (5; 405) und dem mindestens einen zweiten magnetoresistiven Element (5; 405) korrespondiert.
Magnetsensor (100; 200; 300) nach Anspruch 13, wobei die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen (5; 405) mindestens ein drittes magnetoresistives Element (5; 405) und mindestens ein viertes magnetoresistives Element (5; 405), das mit dem mindestens einen dritten magnetoresistiven Element (5; 405) in Reihe geschaltet ist, aufweist, die erste Magnetisierungsrichtung des mindestens einen dritten magnetoresistiven Elements (5; 405) und die erste Magnetisierungsrichtung des mindestens einen vierten magnetoresistiven Elements (5; 405) entgegengesetzte Richtungen sind, die zweite Magnetisierungsrichtung des mindestens einen dritten magnetoresistiven Elements (5; 405) und die zweite Magnetisierungsrichtung des mindestens einen vierten magnetoresistiven Elements (5; 405) entgegengesetzte Richtungen sind, und das mindestens eine Detektionssignal (S1, S2) weiterhin ein zweites Detektionssignal (S2) enthält, das mit einem Potential eines Verbindungspunktes zwischen dem mindestens einen dritten magnetoresistiven Element (5; 405) und dem mindestens einen vierten magnetoresistiven Element (5; 405) korrespondiert.
Magnetsensor (100; 200; 300) nach Anspruch 14, weiterhin aufweisend: eine erste Spule (7; 407), die so konfiguriert ist, dass sie ein erstes Spulenmagnetfeld erzeugt; und eine zweite Spule (8; 408), die so konfiguriert ist, dass sie ein zweites Spulenmagnetfeld erzeugt, wobei die erste Spule (7; 407) so konfiguriert ist, dass sie an das mindestens eine erste magnetoresistive Element (5; 405) eine erste Magnetfeldkomponente des ersten Spulenmagnetfeldes in einer ersten Magnetfeldrichtung anlegt, die eine Richtung zwischen der ersten Magnetisierungsrichtung und der zweiten Magnetisierungsrichtung des mindestens einen ersten magnetoresistiven Elements (5; 405) ist, und auch so konfiguriert ist, dass sie an das mindestens eine zweite magnetoresistive Element (5; 405) eine zweite Magnetfeldkomponente des ersten Spulenmagnetfeldes in einer zweiten Magnetfeldrichtung anlegt, die der ersten Magnetfeldrichtung entgegengesetzt ist, und die zweite Spule (8; 408) so konfiguriert ist, dass sie an das mindestens eine dritte magnetoresistive Element (5; 405) eine dritte Magnetfeldkomponente des zweiten Spulenmagnetfeldes in einer dritten Magnetfeldrichtung anlegt, die eine Richtung zwischen der ersten Magnetisierungsrichtung und der zweiten Magnetisierungsrichtung des mindestens einen dritten magnetoresistiven Elements (5; 405) ist, und auch so konfiguriert ist, dass sie an das mindestens eine vierte magnetoresistive Element (5; 405) eine vierte Magnetfeldkomponente des zweiten Spulenmagnetfeldes in einer vierten Magnetfeldrichtung anlegt, die der dritten Magnetfeldrichtung entgegengesetzt ist.
Magnetsensor (100; 200; 300) nach Anspruch 15, der weiterhin einen Prozessor (30) aufweist, der so konfiguriert ist, dass er einen Detektionswert (Vs) erzeugt, der mit dem zu detektierenden Zielmagnetfeld korrespondiert, basierend auf dem ersten Detektionssignal (S1), das nach der zeitweisen Erzeugung des ersten Spulenmagnetfelds erzeugt wird, und des zweiten Detektionssignals (S2), das nach der zeitweisen Erzeugung des zweiten Spulenmagnetfelds erzeugt wird.
Magnetsensor (100; 200; 300) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Mehrzahl von magnetoresistiven Elementen (5; 405) in einer Richtung orthogonal zur ersten Referenzrichtung (RD1) und zur zweiten Referenzrichtung (RD2) gesehen in einem Gittermuster angeordnet sind.