DE112008001414T5

DE112008001414T5 - Magnetfelddetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE112008001414T5
Application number: DE112008001414T
Authority: DE
Inventors: Taisuke Furukawa; Takeharu Kuroiwa; Shingo Tomohisa; Takashi Takenaga; Masakazu Taki; Hiroshi Takada; Yuji Abe
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-05-28
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2010-04-22
Also published as: JP4964301B2; JPWO2008146809A1; WO2008146809A1; US20100156405A1; US8378674B2

Abstract

Eine Magnetfelddetektionsvorrichtung umfassend:
– ein Substrat (1, 10);
– mindestens ein Magnetwiderstandsbauelement (2, 20), das auf einer Hauptfläche des Substrats (1, 10) vorgesehen ist; und
– mindestens einen auf dem Substrat (1, 10) angeordneten Magnetkörper (3, 30), der auf der einen Hauptfläche oder auf einer anderen Hauptfläche des Substrats (1, 10) vorgesehen ist und der elektrisch isoliert von dem Magnetwiderstandsbauelement (2, 20) ist, wobei:
der auf dem Substrat (1, 10) angeordnete Magnetkörper (3, 30) einen Bereich eines Austrittsteils aufweist, der kleiner als ein Bereich eines Eintrittsteils eines Magnetfelds festgelegt ist und das Magnetfeld zusammenführt, das von dem Eintrittsteil eintritt, um das Magnetfeld von dem Austrittsteil austreten zu lassen; und
das Magnetwiderstandsbauelement (2, 20) beabstandet von dem Austrittsteil auf der Austrittsteilseite angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetfelddetektionsvorrichtung, insbesondere eine Magnetfelddetektionsvorrichtung unter Verwendung eines Magnetwiderstandsbauelements.
STAND DER TECHNIK
In einer Magnetfelddetektionsvorrichtung, die ein Detektionssignal ausgibt, das einem Magnetfeld (externes Magnetfeld) entspricht, das von außen daran angelegt wird, ist es bekannt, ein Magnetwiderstandsbauelement, das einen Magnetwiderstandseffekt eines magnetischen Materials verwendet, als ein Detektionsbauelement zusätzlich zu einem Hall-Bauelement zu verwenden, dass einen Hall-Effekt eines Halbleiters verwendet. Es ist bekannt, ein anisotropes Magnetwiderstandsbauelement (AMR-Bauelement), das einen anisotropen Magnetwiderstandseffekt eines Metalls verwendet, ein Riesenmagnetwiderstandsbauelement (GMR-Bauelement), das einen Riesenmagnetwiderstandseffekt verwendet, einen Tunnelmagnetwiderstands-(TMR)-Effekt, der einen Tunnelmagnetwiderstandseffekt verwendet, oder dergleichen als Magnetwiderstandsbauelement zu verwenden. Ein Signal-zu-Rausch-Abstand (S/N- Abstand) der Magnetfelddetektionsvorrichtung wird als Ausgangsgröße einer Magnetfelddetektionsvorrichtung im Verhältnis zum externen Magnetfeld verbessert, und daher wird die Beachtung auf eine Magnetfelddetektionsvorrichtung gerichtet, die das GMR-Bauelement oder das TMR-Bauelement verwendet, durch die eine größere Ausgangsgröße erlangt werden kann.
Als ein Grundaufbau für das GMR-Bauelement oder das TMR-Bauelement ist beispielsweise eine Spin-Valve-Aufbau bekannt, der in Patentdokument 1 offenbart ist.
Der Spin-Valve-Aufbau ist ein Aufbau, in dem eine erste anti-ferromagnetische Schicht, eine erste ferromagnetische Schicht, eine erste nicht-magnetische Schicht und eine zweite ferromagnetische Schicht übereinander angeordnet sind. In einem Magnetwiderstandsbauelement, das einen Spin-Valve-Aufbau hat, ist eine Magnetisierungsrichtung der ersten ferromagnetischen Schicht in eine erste Richtung festgelegt, in Folge eines Austauschkopplungsmagnetfelds mit der anti-ferromagnetischen Schicht, und daher wird die erste ferromagnetische Schicht als eine erste festgelegte Schicht bezeichnet. Dem gegenüber ist eine Richtung des Magnetfelds der zweiten ferromagnetischen Schicht frei drehbar in Folge des externen Magnetfelds, und daher wird die zweite ferromagnetische Schicht als eine freie Schicht bezeichnet. Ein Widerstand des Magnetwiderstandsbauelements, das den Spin-Valve-Aufbau hat, ändert sich entsprechend einem Winkel, der durch Magnetisierungsvektoren der festgelegten Schicht und der freien Schicht gebildet wird. Das heißt, ein Widerstandswert des Bauelements ändert sich durch eine Änderung in der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht in Folge des externen Magnetfelds, wodurch es möglich ist, eine Richtung des externen Magnetfelds durch Erfassen einer Änderung im Widerstandswert des Bauelements zu erfassen.
Hierbei wird in dem TMR-Bauelement ein Isoliermaterial, wie z. B. AlO_x oder MgO für die erste nicht-magnetische Schicht verwendet, um eine Änderung im Stromfluss in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptfläche einer Schicht zu erfassen, und in dem GMR-Bauelement wird ein leitendes Material, wie z. B. Kupfer (Cu) oder Ruthenium (Ru), für die erste nicht-magnetische Schicht verwendet, um eine Änderung im Stromfluss in einer Richtung parallel zu der Hauptfläche der Schicht zu erfassen.
Die Magnetisierungsrichtung der festgelegten Schicht und der freien Schicht werden erzeugt, um im Wesentlichen senkrecht zueinander zu sein, wenn das externe Magnetfeld nicht angelegt ist, wodurch es möglich ist, das TMR-Bauelement und das GMR-Bauelement zu bilden, die in der Lage sind, eine lineare Ausgangsgröße im Verhältnis zum externen Magnetfeld zu erzielen.
Ferner ist es bekannt, beispielsweise einen Drehsensor, der ein Magnetwiderstandsbauelement verwendet, wie im Patentdokument D2 beschrieben, als eine herkömmliche Magnetfelddetektionsvorrichtung zu verwenden.
Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 08-21166 (1996)
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungsschrift Nr. 2005-331296
In der oben beschriebenen herkömmlichen Magnetfelddetektionsvorrichtung wird ein Magnetkörper an einer Position getrennt von dem Magnetwiderstandsbauelement zum Einstellen eines Magnetfelds vorgesehen, das auf das Magnetwiderstandsbauelement angewandt wird. Allerdings hängt das Magnetfeld, das auf das Magnetwiderstandsbauelement angewandt wird, stark von einer Anordnung des Magnetkörpers ab, das ein Problem verursacht, welches das Magnetfeld stark beeinflusst, selbst in einem Fall, bei dem die Anordnung des Magnetkörpers geringfügig von der Ausgangsposition abweicht.
Besonders in einem Fall, bei dem das Magnetwiderstandsbauelement verkleinert wird, oder in einem Fall, bei dem die Magnetfelddetektionsvorrichtung selbst verkleinert wird, gibt es ein Problem, dass eine Toleranz für die Anordnungsabweichung des Magnetkörpers reduziert wird, und daher ein Fehler im Detektionswert der Magnetfelddetektionsvorrichtung vergrößert wird, das zu einem Abfall der Leistung führt, wenn die Magnetfelddetektionsvorrichtung hergestellt wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um die oben genannten Probleme zu lösen, und daher ist es ein Ziel dieser, eine Magnetfelddetektionsvorrichtung bereitzustellen, die einen Magnetkörper (Magnetflussführung) umfasst, der zum Einstellen eines Magnetfelds bereitgestellt ist, das auf ein Magnetwiderstandsbauelement angewandt wird, welches einige wenige Detektionsfehler aufweist, die aus Positionsänderungen der Magnetflussführung resultieren.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: Ein Substrat; mindestens ein Magnetwiderstandsbauelement, das auf einer Hauptfläche des Substrats vorgesehen ist; und mindestens ein auf dem Substrat angeordneter Magnetkörper, der auf der Hauptfläche oder einer anderen Hauptfläche des Substrats vorgesehen ist und der von dem Magnetwiderstandsbauelement elektrisch isoliert ist, wobei: der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper einen Bereich eines Austrittsteils hat, die kleiner als ein Bereich eines Eintrittsteils eines Magnetfelds festgelegt ist und das Magnetfeld zusammenführt, das von dem Eintrittsteil eintritt, um das Magnetfeld von dem Austrittsteil austreten zu lassen; und das Magnetwiderstandsbauelement ist beabstandet von dem Austrittsteil auf der Austrittsteilseite angeordnet.
Gemäß der Magnetfelddetektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann das Magnetwiderstandsbauelement 2 mit einem Magnetfeld verwendet werden, das stärker als das externe Magnetfeld ist, wodurch die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionsvorrichtung erhöht werden kann, da das Magnetwiderstandsbauelement auf der Austrittsteilseite angeordnet ist, während es von dem Austrittsteil isoliert ist. Ferner kann der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper angeordnet werden, während eine hochgenaue Positionsbeziehung mit dem Magnetwiderstandsbauelement erhalten bleibt, wenn es beispielsweise durch die Verwendung von Photolithografie ausgebildet ist, da der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper auf demselben Substrat angeordnet ist, auf dem das Magnetwiderstandsbauelement angeordnet ist. Demzufolge ist es möglich, eine Abnahme der Leistung zu verhindern, die durch Veränderungen in der Anordnungsposition des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers resultieren. Überdies können sie in einem Fall, bei dem das Magnetwiderstandsbauelement und der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper einzeln auf den verschiedenen Hauptflächen des Substrats angeordnet sind, einfach parallel zu den Hauptflächen des Substrats mit einem Abstand angeordnet sein, der durch eine Dicke des Substrats festgelegt ist. Auch ist es in diesem Fall möglich, eine Abnahme der Leistung zu verhindern, die aus Veränderung der Anordnungsposition des auf dem Substrat angeordneten Magnetköpers resultiert.
Diese und weitere Ziele, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung offenkundiger, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die einen Aufbau einer Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine weitere Ansicht, die den Aufbau der Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines TMR-Bauelements zeigt.
4 ist eine weitere Querschnittsansicht, die den Aufbau des TMR-Bauelements zeigt.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau einer Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Substrats der Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Graph, der eine Widerstandskennlinie des TMR-Bauelements zeigt, das derart angeordnet ist, dass Magnetisierungsrichtungen einer freien Schicht und einer festgelegten Schicht senkrecht zueinander sind.
8 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines Magnetwiderstandsbauelements zeigt, in dem eine Vielzahl von exakteren Magnetwiderstandsbauelementen in Reihe verbunden ist.
9 ist eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer freien Schicht, einer festgelegten Schicht und einer Drahtschicht des Magnetwiderstandsbauelements zeigt, in dem die Vielzahl von exakteren Magnetwiderstandsbauelementen in Reihe verbunden ist.
10 ist ein Blockschaltbild, das einen Aufbau eines Signalsensorschaltkreises der Magnetfelddetektionsvorrichtung zeigt.
11 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau einer Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau einer Modifikation 1 der Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines Substrats der Modifikation 1 der Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau der Modifikation 2 der Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines Substrats der Modifikation 2 der Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
16 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau der Modifikation 3 einer Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist eine Draufsicht, die einen Aufbau eines Substrats des Modifikationsbeispiels 3 der Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESTE WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
A. (Erste Ausführungsform)
(A-1. Vorrichtungsaufbau)
1 zeigt einen Aufbau einer Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine Draufsicht auf ein Substrat 1, in dem ein Magnetwiderstandsbauelement 2 und ein auf dem Substrat angeordneter Magnetkörper angeordnet ist, die die Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 bilden, gesehen von oberhalb einer Hauptfläche hiervon.
Wie in 1 gezeigt, hat eine Form des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 in Draufsicht eine kegelförmige Form an einem Endteil (als Austrittsseitenendteil bezeichnet) 32 und hat im Wesentlichen eine Trichterform, bei der das andere Endteil (als Eintrittsseitenendteil bezeichnet) 32 breiter als das eine Ende an der anderen Endteilseite gegenüber dem einen Endteil ist. Das Magnetwiderstandsbauelement 2 ist vor dem Austrittsseitenendteil angeordnet.
Der Grund, warum die Form des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 als die im Wesentlichen Trichterform bezeichnet wird, dass eine Kontur des kegelförmigen Teils 43 zwischen einem Hauptkörperteil 33 und dem Austrittsseitenendteil 23 nicht gerade ist wie im Falle eines Trichters, sondern eine gekrümmte Form aufweist, bei der ein erster gekrümmter Teil, der sich mit einer mäßigen Krümmung nach außen erstreckt, und ein zweiter gekrümmter Teil, der sich mit einer Krümmung ähnlich der des ersten gekrümmten Teils nach innen erstreckt, fortlaufend ausgebildet sind. Dementsprechend hat der kegelförmige Teil 34 in der Nähe des Austrittsseitenendteils 32 eine sich signifikant verjüngende Form.
(A-2. Betrieb der Vorrichtung)
In dem auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3, der die oben beschriebene Form hat, wie in 2 gezeigt, wird, wenn das Magnetfeld durch das Eintrittsseitenendteil-31–Seite eintritt, das Magnetfeld durch den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 entsprechend einer Form in Draufsicht geführt, um an dem kegelförmigen Teil 34 zusammenzulaufen, und wird dann durch Austrittsseitenendteil 32 mit einer Magnetflussdichte ausgegeben, die höher als eine Magnetflussdichte an der Eintrittsseitenendteil-31-Seite ist. Der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 kann als Magnetflussleitung hinsichtlich einer Funktion desselben bezeichnet werden.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 ist derart angeordnet, dass das Magnetfeld senkrecht zum Eintrittsseitenendteil 31 des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 eintritt, und deshalb das Magnetfeld in den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 von dem Eintrittsseitenendteil 31 eintritt und von dem Austrittsseitenendteil 32 abgegeben wird. Mit der Magnetflussdichte an einer Endfläche des Austrittsseitenendteils 32 kann im Allgemeinen ein Konvergenzeffekt erzielt werden durch (eine Fläche einer Endfläche des Eintrittsseitenendteils 31)/(eine Fläche der Endfläche des Austrittsseitenendteils 32). Dementsprechend kann das Magnetfeld, das stärker als das externe Magnetfeld ist, auf das Magnetwiderstandsbauelement 2 angewandt werden, wenn das Magnetwiderstandsbauelement 2 in der Nähe des Austrittsseitenendteils 32 angeordnet ist, und deshalb kann die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 erhöht werden. Zusätzlich kann das Magnetwiderstandsbauelement 2 effektiv von dem externen Magnetfeld abgeschirmt werden, wenn das Magnetwiderstandsbauelement 2 in der Nähe des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 angeordnet wird, und deshalb kann das externe Magnetfeld unterdrückt werden vom direkten Angewandt werden auf das Magnetwiderstandsbauelement 2.
Zu bemerken ist, dass ein optimales Verhältnis zwischen einer Breite des Eintrittsseitenendteils 31 und einer Breite des Austrittsseitenendteils 32 auf Grundlage einer Stärke des zu erfassenden Magnetfelds und einer Sättigungsmagnetflussdichte des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 bestimmt wird. Das heißt, der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 braucht nicht magnetisch gesättigt zu sein, selbst in einem Fall, bei dem der Maximalwert des zu erfassenden Magnetfelds angewandt wird. Zum Beispiel ist in dem auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3, der eine Sättigungsmagnetflussdichte von 1 Tesla hat, die Magnetflussdichte, die auf das Eintrittsseitenendteil 31 angewandt wird, vorzugsweise gleich oder kleiner als 0,01 Tesla in einem Fall, bei dem das Verhältnis zwischen der Breite des Eintrittsseitenendteils 31 und der Breite des Austrittsseitenendteils 32 100fach ist.
Ferner ist der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 auf dem gleichen Substrat 1 angeordnet, auf dem das Magnetwiderstandsbauelement 2 angeordnet ist. Dementsprechend ist, wenn der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 unter Verwendung von beispielsweise Photolithografie ausgebildet ist, es möglich, dem auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 in Bezug zu dem Magnetwiderstandsbauelement 2 anzuordnen, während eine Positionsbeziehung zwischen diesen mit hoher Genauigkeit aufrechterhalten wird. Folglich ist es möglich, einen Rückgang in der Leistung zu verhindern, der durch Veränderungen in der Anordnungsposition des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 resultiert.
Zu bemerken ist, dass der Grund, warum die Form des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 in Draufsicht eine im Wesentlichen trichterförmige Form ist, ist, dass in einem Fall, bei dem der kegelförmige Teil 34 eine geradlinige Form wie ein Trichter hat, ein gekrümmter Teil davon eine Kante hat und eine Verteilung des Magnetfelds (Änderungsmenge in einer Magnetfeldrichtung aufgrund einer Position desselben) an der Kante erhöht wird, wobei die Kante leichter durch Positionsveränderungen beeinflusst wird. Zu bemerken ist, dass solange kein Problem auftritt, wenn der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 durch die Kante beeinflusst wird, der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 eine Trichterform oder eine Form eines Dreiecks mit abgeschnittenem Scheitelwinkel haben kann.
(A-3. Herstellungsverfahren)
Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren für jeden Aufbau der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben.
(A-3-1. Aufbau des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers und dessen Herstellungsverfahren)
Ein Material für den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 ist insbesondere nicht beschränkt, solange das Material eine hohe magnetische Permeabilität hat, und kann beispielsweise aus Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni) oder einer Legierung hiervon gebildet werden.
Der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3, d. h. die Magnetflussführung kann im folgenden Verfahren hergestellt werden.
Zuerst wird eine dünne Schicht eines magnetischen Materials auf dem Substrat 1 durch eines von beispielsweise einem Aufdampfverfahren, ein Magnetron-Sputter- Verfahren und ein Beschichtungsverfahren ausgebildet. Der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 ist vorzugsweise dicker aufgetragen verglichen mit dem Magnetwiderstandsbauelement 2, so dass es möglich ist, eine ausreichende Menge des Magnetflusses hierdurch passieren zu lassen. Beispielsweise wird ein Magnetfilm, der eine Dicke von 1 μm hat, aufgetragen. Wie das Substrat 1 wird vorzugsweise ein Isolierfilm, wie z. B. ein Siliziumwärmeoxidationsfilm, auf ein Silizium-Mono-Kristallin-Substrat hinsichtlich der hohen Flachheit aufgetragen. Allerdings kann, solange die Flachheit sichergestellt ist, ein Keramiksubstrat oder ein Glassubstrat oder desgleichen verwendet werden, oder sogar beispielsweise ein Substrat, das aus einem Harz hergestellt ist, wie z. B. eine Leiterplatte.
Als nächstes wird der aufgedampfte Magnetfilm durch eine Verfahren, wie z. B. Photolithografie, strukturiert. Das heißt, beispielsweise wird ein Fotolack durch ein Spin-Coat-Verfahren auf eine Hauptfläche des Substrats 1 aufgebracht, auf dem der Magnetfilm vollständig aufgedampft ist, und dann wird eine Belichtung ausgeführt derart, um eine gewünschte Abdeckungsform unter Verwendung einer Belichtungsvorrichtung, wie z. B. einem Stepper und einer Ausrichtungsvorrichtung, zu erhalten. Dann wird eine Abdeckung (Photomaske), die aus einem Fotolack gebildet ist, durch einen Entwicklungsprozess, der danach ausgeführt wird, auf der Hauptfläche des Substrats 1 gebildet.
Dann wird basierend auf der präparierten Photomaske Ätzen durch beispielsweise Ionenfräsen oder durch ein feuchtes Verfahren unter Verwendung einer gemischten Säure ausgeführt, wobei die Magnetflussführung, die eine gewünschte Form hat, ausgebildet werden kann.
Alternativ kann, wie bei den anderen Herstellungsverfahren, die Strukturierung durch Anwenden einer Magnetkörperpaste, die beispielsweise durch Mischen eines Pulvers aus Fe, Co, Ni oder einer Legierung hiervon in ein Harz erzielt wird, auf das Substrat 1 und dann durch Ausführen der Strukturierung oder durch Ausführen des Druckens unter Verwendung der Magnetkörperpaste ausgebildet werden. Weiter alternativ kann die Struktur durch ein Verfahren des Sprühens der Magnetkörperpaste auf das Substrat 1, das wie im Falle eines Tintenstrahldruckers ausgehärtet werden soll, ausgebildet werden.
Das Magnetfeld, das auf das Magnetwiderstandsbauelement 2 durch den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 angewandt wird, ist proportional zu einer Magnetisierungsgröße des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 2 und ist invers proportional zu einem Quadrat eines Abstands zwischen dem auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 und dem Magnetwiderstandsbauelement 2. Daher ist es wichtig, die Positionsgenauigkeit eines Teils des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3, welcher am nahesten zu dem Magnetwiderstandsbauelement 2 ist, zu erhöhen, um Veränderungen der Stärke des Magnetfelds, das auf das Magnetwiderstandsbauelement 2 angewandt wird, zu verringern.
Zum Beispiel hat in einem Fall, bei dem der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3, der durch Drahtsägen oder Stanzen hergestellt ist, auf dem Substrat 1 zusammengefügt ist, eine Ausdehnung des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 gemäß üblicher Maschinengenauigkeit eine Toleranz von ungefähr 0,1 mm, und eine Genauigkeit beim Zusammenfügen hat ebenfalls einen ähnlichen Grad der Toleranz. Dementsprechend ist es schwierig, die Positionsgenauigkeit zu erhöhen.
Unterdessen wird, wie oben beschrieben, in dem Fall, bei dem der Magnetfilm auf dem Substrat 1 aufgedampft ist und durch das Verfahren, wie z. B. Photolithografie, mittels einer Abdeckung zum Strukturieren des Magnetwiderstandsbauelements 2 eine Ausrichtungsmarkierung auf dem Substrat zur gleichen Zeit wie das Magnetwiderstandsbauelement 2 unter Verwendung beispielsweise einer Kontaktausrichtungsvorrichtung oder eines g-line-Steppers ausgebildet. Hierauf wird eine Technik des Überlagerns einer Abdeckung zum Strukturieren des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 auf das Substrat 1 mit der Ausrichtungsmarkierung als Referenz dienend angewandt. Folglich kann ein Abstand zwischen dem Magnetwiderstandsbauelement 2 und dem auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 einfach mit einer Genauigkeit von ±1 μm gesteuert werden. Auch kann bezüglich der Ausdehnungsgenauigkeit des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 das Herstellen mit einem Fehler von ungefähr 1 μm ermöglicht werden.
Weiter ist, wie oben beschrieben, auch in dem Fall, bei dem das Drucken der Magnetkörperpaste oder das Strukturieren durch Aufsprühen der Magnetkörperpaste angewandt wird, es möglich, eine Ausrichtung mit einer hohen Genauigkeit durch Anwenden einer Technik des Ausbildens mittels der Abdeckung zur Strukturierung des Magnetwiderstandsbauelements 2 der Ausrichtungsmarkierung auf dem Substrat zur selben Zeit mit dem Magnetwiderstandsbauelement 2, und Ausführen der Ausrichtung einer Druckposition auf dem Substrat 1 und einer Aufsprühposition, bei dem die Ausrichtungsmarkierung als Referenz dient.
Besonders vorzugsweise kann der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 mit einer höheren Genauigkeit als das Magnetwiderstandsbauelement 2 durch Strukturieren eines dünnen Magnetkörperfilms mit hoher Genauigkeit durch das oben genannte Verfahren, das Photolithografie anwendet, und dann durch Verwenden des dünnen Magnetkörperfilms als eine Keimschicht ausgebildet werden, um einen dicken Magnetkörperfilm nur auf der Keimschicht durch Beschichten auszubilden.
Diese Techniken können nur dann einfach ausgeführt werden, wenn der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 auf demselben Substrat 1 ausgebildet ist, auf dem das Magnetwiderstandsbauelement 2 ausgebildet ist.
(A-3-2. Aufbau des Magnetwiderstandsbauelements und Herstellungsverfahren desselben)
Das Magnetwiderstandsbauelement hat erstrebenswerterweise eine Konfiguration derart, um das Magnetfeld des Substrats 1 in einer Richtung auf gleicher Ebene (Richtung parallel zu der Hauptfläche) zu erfassen, und ist vorzugsweise beispielsweise ein Spin-Valve-Typ-TMR-Bauelement, -GMR-Bauelement oder -MR-Bauelement. Das TMR-Bauelement, das in der Lage ist, eine Bauelementgröße desgleichen zu verringern, ist besonders geeignet.
3 zeigt ein Beispiel einer Konfiguration des TMR-Bauelements, das eine Spin-Valve-Konfiguration aufweist.
Das TMR-Bauelement, das in 3 gezeigt ist, umfasst: Eine antiferromagnetische Schicht 11; eine erste ferromagnetische Schicht 12, die in Kontakt mit einer Hauptfläche der anti-ferromagnetischen Schicht 11 angeordnet ist; eine erste nicht-magnetische Schicht 13, welche in Kontakt mit einer Hauptfläche auf einer Seite der ersten ferromagnetischen Schicht angeordnet ist, wobei die Seite gegenüber einer Seite liegt, welche mit der anti-ferromagnetischen Schicht 11 in Kontakt steht; und eine zweite ferromagnetische Schicht, welche in Kontakt mit einer Hauptfläche auf einer Seite der ersten nicht-magnetischen Schicht angeordnet ist, wobei die Seite gegenüber einer Seite liegt, welche in Kontakt mit der ersten ferromagnetischen Schicht 12 ist.
In dem Magnetwiderstandsbauelement, das eine Spin-Valve-Konfiguration hat, ist eine Magnetisierungsrichtung der ersten ferromagnetischen Schicht 12 in eine Richtung in Folge eines Austauschkopplungsmagnetfelds mit der anti-ferromagnetischen Schicht festgelegt, und daher wird die erste ferromagnetische Schicht 12 als eine festgelegte Schicht bezeichnet. Demgegenüber dreht eine Richtung des Magnetfelds der zweiten ferromagnetischen Schicht ungehindert in Folge des externen Magnetfelds, und daher wird die zweite ferromagnetische Schicht als eine freie Schicht bezeichnet.
Ein Widerstand des Magnetwiderstandsbauelements, das die Spin-Valve-Konfiguration hat, ändert sich entsprechend einem Winkel, der durch Magnetisierungsvektoren der festgelegten Schicht und der freien Schicht gebildet wird. Das heißt, ein Strom, der durch die erste nicht-magnetische Schicht 13, die als eine Tunnelisolierschicht dient, tunnelt, unterscheidet sich in einem Fall, bei dem Richtungen der Magnetisierungsvektoren der festgelegten Schicht und der freien Schicht einander gleich sind, und in einem Fall, bei dem die Richtungen dieser voneinander verschieden sind. Aus diesem Grund ist es möglich, eine Veränderung in der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht aufgrund des externen Magnetfelds als eine Veränderung im Widerstandswert des Magnetwiderstandsbauelements zu erfassen.
Alternativ ist ein Aufbau, wie in 4 gezeigt, als das TMR-Bauelement denkbar. Das heißt, dort kann eine so genannte Synthese-Anti-Ferroelektrika-(SAF)-Konfiguration angewandt werden, bei der eine zweite anti-magnetische Schicht 15 und eine dritte ferromagnetische Schicht 16 aufeinander angeordnet sind (13), in der genannten Reihenfolge zwischen der ersten ferromagnetischen Schicht 12 und der ersten nicht-magnetischen Schicht 13, die in 2 gezeigt sind.
In diesem Fall werden die erste ferromagnetische Schicht 12, die zweite nicht-magnetische Schicht 15 und die dritte ferromagnetische Schicht 16 gemeinsam als eine festgelegte Schicht bezeichnet, und die Magnetisierung der festgelegten Schicht wird praktisch Null. Dementsprechend gibt es ein Merkmal, dass die Magnetisierungsrichtung der festgelegten Schicht sogar in einem Fall unveränderlich wird, bei dem ein starkes Magnetfeld in einer Richtung senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der festgelegten Schicht angewandt wird.
Hierbei umfasst ein Material für die anti-ferromagnetische Schicht 11 IrMn, ein Material für die erste ferromagnetische Schicht 11 umfasst NiFe und CoFe, ein Material für die erste nicht-magnetische Schicht (Tunnel-Isolierschicht) umfasst AlOx, und ein Material für die zweite ferromagnetische Schicht 14 umfasst NiFe.
Das Obige ist lediglich ein Beispiel und außerdem umfasst das Material für die anti-ferromagnetische Schicht FeMn und PtMn, und das Material für die ferromagnetische Schicht Metall, das CO, Fe, CoFe-Legierung, CoNi-Legierung beinhaltet, Metall, das Co, Ni, und Fe als eine Hauptkomponente beinhaltet, und eine Legierung aus NiMnSb oder CO₂MnGe. Auch wenn das Material ein anderes als oben beschrieben ist, gibt es keine spezielle Beschränkung, solange das Material in der Lage ist, die gewünschte Leistung als das TMR-Bauelement zu erzielen.
Zusätzlich kann die erste nicht-magnetische Schicht 13, die als Tunnel-Isolierschicht dient, aus irgendeinem Material gebildet werden, solange das Material ein Isolator ist und beispielsweise ein Oxid eines Metalls, wie z. B. Ta₂O₅, SiO₂ und MgO, umfasst. Das Material kann ein Fluorid sein. Außerdem kann in dem TMR-Bauelement, das die SAF-Konfiguration, die in 4 gezeigt ist, ein nicht-magnetisches Material, wie z. B. Ru und Cu, als die zweite nicht-magnetische Schicht 15 verwendet werden.
Die oben genannten jeweiligen Schichten können beispielsweise durch Gleichstrom-Magnetron-Sputtern gebildet werden. Zusätzlich können die jeweiligen Schichten beispielsweise durch ein Molekularstrahl-Epitaxy-(MBE)-Verfahren, durch verschiedene Arten von Sputter-Verfahren, ein chemisches Gasphasenabscheidungs-(CVD)-Verfahren und ein Bedampfungsverfahren gebildet werden.
Das Strukturieren der jeweiligen Schicht des TMR-Bauelements wird beispielsweise durch Photolithografie ausgeführt. In diesem Fall werden dünne Schichten, die als die freie Schicht, die Tunnel-Isolierschicht und die festgelegte Schicht fungieren, einzeln gebildet, und dann wird eine gewünschte Abdeckungsstruktur durch einen Fotolack gebildet. Danach wird ein Teil, der nicht durch die Abdeckung abgedeckt ist, durch Ionenfräsen oder reaktives Ionenätzen entfernt, wodurch es möglich ist, eine gewünschte Form zu erhalten.
Als ein Verfahren zum Verarbeiten des TMR-Bauelements in einer Dickenrichtung desselben wird beispielsweise die ganze freie Schicht und die ganze Tunnelisolierschicht und ein Teil der festgelegten Schicht in der Dickenrichtung in der ersten Verarbeitung entfernt, und dann wird eine verbleibende festgelegte Schicht in einer zweiten Verarbeitung entfernt mit dem Ergebnis, dass die festgelegte Schicht und die freie Schicht dazu bestimmt werden können, jeweils als eine obere Elektrode und eine untere Elektrode zu fungieren. Zu bemerken ist, dass die Strukturierung durch Elektronenstrahllithografie oder durch Lithografie mittels eines fokussierten Ionenstrahls gebildet werden kann.
Ferner wird eine Drahtschicht (nicht gezeigt) oberhalb der oberen Elektrode gebildet, und die Drahtschicht kann beispielsweise aus einer Aluminium-(Al)-Schicht gebildet sein.
Zu bemerken ist, dass, obwohl das Verfahren des Bildens des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 oben beschrieben wurde, der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 während des Herstellungsprozesses für das Magnetwiderstandsbauelement gebildet werden kann oder durch Aufschichten auf dem Substrat 1 nach beispielsweise dem Bilden des TMR-Bauelements gebildet werden kann.
Ein Stromversorgungskreis, der eine Spannung zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode anlegt, und ein Signalverarbeitungsschaltkreis, der eine Veränderung in dem Wert eines Stromflusses in Folge einer Veränderung im Widerstandswert erfasst, um das Ergebnis als ein Signal auszugeben, sind mit dem Magnetwiderstandsbauelement verbunden, das den oben genannte Aufbau aufweist, wodurch es möglich ist, ein Ergebnis zu übernehmen, das dem Magnetfeld entspricht, das von einer Außenseite desselben angelegt werden soll.
Zu bemerken ist, dass das Spin-Valve-Typ-TMR-Bauelement und -GMR-Bauelement Magnetwiderstandsbauelemente sind, die eine Richtung des Magnetfelds erfassen, das auf eine Innenseite der Fläche, auf dem das Bauelement gebildet ist, angewandt werden soll, und deshalb ein Merkmal aufweisen, das eine Auswirkung der Magnetfeldsteuerung durch den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper besser erkennbar wird.
(A-4. Modifizierung)
Wie zu der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist, wird das Beispiel beschrieben, bei dem ein Magnetwiderstandsbauelement 2 auf dem Substrat 1 angeordnet ist. Allerdings kann dort ein Aufbau verwendet werden, bei dem eine Vielzahl von Magnetwiderstandsbauelementen 2 auf dem Substrat 1 angeordnet sind, und die auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 sind nahe beieinander angeordnet. Zum Beispiel sind Gruppen des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 und des Magnetwiderstandsbauelements 2, wie z. B. die Magnetfelddetektionsvorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist, auf dem Substrat 1 derart angeordnet, dass Richtungen der Eintrittsseitenendteile 31 der auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 voneinander unterschiedliche Richtungen anzeigen, wodurch es möglich ist, eine Magnetfelddetektionsvorrichtung zu erhalten, die in der Lage ist, die Magnetfelder in einer Vielzahl von Richtungen zu erfassen.
Ferner kann die Vielzahl von Gruppen des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 und des Magnetwiderstandsbauelements 2 dreidimensional angeordnet werden, indem sie auf den jeweiligen Substraten 1 angeordnet sind, und nicht indem sie auf dem gleichen Substrat 1 angeordnet sind. Beispielsweise kann die Vielzahl von Gruppen des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 und des Magnetwiderstandsbauelements 2 in drei Richtungen X, Y und Z angeordnet sein, wodurch dort eine Magnetfelddetektionsvorrichtung erlangt werden kann, die in der Lage ist, jeweilige Magnetfelder in drei Richtungen zu erfassen.
Ferner wird dort wie zu der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist, das Beispiel beschrieben, bei dem das Magnetwiderstandsbauelement 2 und der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 auf derselben Hauptfläche des Substrats 1 angeordnet sind. Allerdings können das Magnetwiderstandsbauelement 2 und der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 je auf den Hauptflächen des Substrats 1 angeordnet werden, die voneinander verschieden sind. In diesem Fall können der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 und das Magnetwiderstandsbauelement 2 einfach parallel zu den Hauptflächen des Substrats 1 mit einem Abstand angeordnet werden, der entsprechend einer Dicke des Substrats 1 bestimmt wird. Hierbei kann die Steuerung der Dicke des Substrats 1 mit einer Genauigkeit von etwa 0,01 mm einfach unter der Verwendung eines Halbleitersubstrats, wie z. B. eines Siliziumsubstrats, durchgeführt werden. Dementsprechend ist es möglich, den Abstand zwischen dem Magnetwiderstandsbauelement 2 und dem auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 mit hoher Genauigkeit festzulegen.
Zu bemerken ist, dass in einem Fall, bei dem beispielsweise ein transparentes Substrat, wie z. B. Glas, als das Substrat 1 verwendet wird, um das Magnetwiderstandsbauelement 2 und den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3 auf den Hauptflächen des Substrats 1 anzuordnen, welche verschieden voneinander sind, eine Ausrichtungsmarkierung ausgebildet wird unter Verwendung einer Abdeckung zur Strukturierung des Magnetwiderstandsbauelements 2 auf einer der Hauptflächen des Substrats 1 zur selben Zeit mit dem Magnetwiderstandsbauelement 2 unter der Verwendung beispielsweise eines g-line-Steppers. Danach wird dort eine Technik des Überlagerns der Abdeckung der Strukturierung des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 3 auf der anderen Hauptfläche des Substrats 1 angewandt, mit der Ausrichtungsmarkierung als Referenz dienend, welche die Ausrichtung mit hoher Genauigkeit ermöglicht. Alternativ kann die Strukturierung mittels einer doppelseitigen Ausrichtungsvorrichtung ausgeführt werden.
(B. 2. Ausführungsform)
(B-1. Vorrichtungsaufbau)
5 zeigt einen Aufbau einer Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, hat den Aufbau, bei dem das Magnetwiderstandsbauelement 2 und der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 auf der Hauptfläche des Substrats 1 angeordnet sind. Hingegen hat die Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 einen Aufbau, der ferner extern angeordnete Magnetkörper 8 umfasst, die sich jeweils in eine Richtung senkrecht zu Hauptflächen der auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30 erstrecken, die auf einem Substrat 10 angeordnet sind.
Das heißt, die Magnetfelddetektionsvorrichtung 200, die in 5 gezeigt ist, umfasst: Drei auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 30, die in einer Richtung einer Seite des Substrats 10 und unabhängig voneinander angeordnet sind; drei extern angebrachte Magnetkörper 8, die sich jeweils in die Richtung senkrecht zu den Hauptflächen des jeweiligen auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30 erstrecken, um magnetisch mit den jeweiligen auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 3 verbunden zu werden; und eine Vielzahl von Magnetwiderstandsbauelementen 20, die jeweils zwischen den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 30 auf dem Substrat 10 angeordnet sind. Die Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 hat einen Aufbau, bei dem die extern angebrachten Magnetkörper 8 als ein externer Magnetschaltkreis 5 verwendet werden. Zu bemerken ist, dass beispielsweise ein Spin-Valve-Typ-TMR-Bauelement als das Magnetwiderstandsbauelement 20 verwendet wird.
Hierbei sind der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 30 und der extern angebrachte Magnetkörper 8 durch beispielsweise einen isolierenden Film voneinander elektrisch isoliert, der aus einem anorganischen Material, wie z. B. Aluminiumoxid, einem Siliziumnitridfilm und einem Siliziumoxidfilm oder einem organischen Material, wie z. B. ein Polyamidharz oder ein Epoxyharz, gebildet ist, und eine Dicke von 0,01 bis 10 μm hat. Zusätzlich hat der isolierende Film einen Aufbau derart, um den auf den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30 und das Magnetwiderstandsbauelement 2 als einen Schutzfilm zu bedecken. Zu bemerken ist, dass dort ein Aufbau verwendet werden kann, beim dem der isolierende Film nicht derart angeordnet ist, um den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30 und den extern angebrachten Magnetkörper 8 miteinander in Kontakt zu bringen.
Materialien für den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30 und den extern angebrachten Magnetkörper 8 sind nicht beschränkt, solange die Materialien eine hohe Permeabilität haben, und umfassen CoFe, Permalloy und Stahlfolie. Die Stahlfolie wird im Hinblick auf die Kosten bevorzugt, aber ein Material mit einer hohen Anfangspermeabilität, wie z. B. Permalloy, ist erwünscht, um die Erfassungsempfindlichkeit bei einem niedrigen Magnetfeld zu erhöhen.
Ferner werden die Dicken des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30 und des extern angebrachten Magnetkörpers 8 derart ausgelegt, um nicht eine magnetische Sättigung unter gewöhnlichen Umständen hervorzurufen. Zum Beispiel ist in einem Fall des Messens eines Magnetfels von maximal ungefähr 10 mT (Tesla) die Dicke des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30 wünschenswerterweise gleich oder größer als 10 μm, wenn eine Stahlfolie als der extern angebrachte Magnetkörper 8 verwendet wird, die eine Dicke von 1 mm hat.
Hierbei haben die extern angebrachten Magnetkörper 8 jeweils auf einer Seitenfläche derselben einen Ausschnitt, der eine Breite entsprechend einer Dicke des Substrats 10 aufweist, und haben einen Aufbau, bei dem das Substrat 10 in jeden Ausschnitt eingepasst ist, so dass der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 30 einer dem anderen hiervon entspricht. Zusätzlich wird eine Tiefe des Ausschnitts des extern angebrachten Magnetkörpers 8 entsprechend einer Länge des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30 derart festgelegt, dass das externe Magnetfeld zu dem auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30 durch den extern angebrachten Magnetkörper 8 geleitet wird, um schließlich an dem auf dem Substrat angeordneten Körper 30 zusammenzulaufen.
Ferner haben, obwohl in 5 ausgelassen, die drei extern angebrachten Magnetkörper 8 wünschenswerterweise einen Aufbau, bei dem die drei extern angebrachten Magnetkörper beispielsweise in eine Komponente bestehend aus einem Harz derart eingeschlossen sind, dass die jeweiligen Ausschnitte derselben in Reihe angeordnet sind und das Substrat 10 ohne Schwierigkeit in diese eingepasst wird.
6 ist eine perspektivische Ansicht des Substrats 10, bei dem die Magnetwiderstandsbauelemente 20 und die auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 3, die die Magnetfelddetektionsvorrichtung bilden, angeordnet sind, welches von oberhalb einer Hauptfläche dieses betrachtet wird. Wie in 6 gezeigt, ist in den drei auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 30 der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 30 (der Einfachheit halber als 301 bezeichnet), der in einem Zentrum dessen angeordnet ist, in Draufsicht im Wesentlichen T-förmig, und die auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30 (der Einfachheit halber als 302 und 303 bezeichnet) sind in Draufsicht jeweils im Wesentlichen L-förmig. Zu bemerken ist, dass in einem Fall, bei dem die L-Form des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 302 als Referenz festgelegt ist, der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 303 derart angeordnet ist, dass ein Beinteil in der L-Form desselben eine Richtung entgegengesetzt zu der des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 302 anzeigt, und dass ein oberster Teil des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 301 auf einer unteren Seite desselben ist.
Die auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 301 bis 303 sind derart angeordnet, dass ein oberster Teil 301B in der T-Form des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 301 und Beinteile 302B und 303B in der L-Form der auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 302 und 303 jeweils in einer Reihe angeordnet sind. Zusätzlich sind die extern angebrachten Magnetkörper 8 in einer Richtung senkrecht zu den Hauptflächen der Hauptkörperteile 301A, 302A und 302A der auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 301 bis 303 jeweils oberhalb davon angebracht, was in 6 weggelassen wurde.
Zwei Magnetwiderstandsbauelemente 20 sind auf dem Substrat 10 parallel zwischen dem T-förmigen obersten Teil 301B des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 301 und dem L-förmigen Beinteil 302 des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 302 und auch zwischen dem T-förmigen obersten Teil 301B des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 301 und dem L-förmigen Beinteils 303B des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 303 angeordnet.
Zu bemerken ist, dass der T-förmige oberste Teil 301B des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 301 und die L-förmigen Beinteile 302B und 303B der auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 302 und 303 jeweils eine Umrissform mit einer sanften Krümmung haben.
Dementsprechend wird das externe Magnetfeld zu den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 30 durch die extern angebrachten Magnetkörper 8 (5) geführt, um an dem T-förmigen obersten Teil 301B des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 301 und dem L-förmigen Beinteilen 302B und 303B der auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 302 und 303 jeweils zusammenzulaufen. Dann hat das externe Magnetfeld eine Magnetflussdichte, die höher als eine Magnetflussdichte ist während des Eintretens in die extern angebrachten Magnetkörper 8, und wird von dem obersten Teil 301b und den Beinteilen 302B und 303B ausgegeben, dadurch wird es auf die Magnetwiderstandsbauelemente 20 angewandt.
Die Magnetwiderstandsbauelemente 20 sind jeweils in der Nähe des obersten Teils 301B und der Beinteile 302B und 303B der auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 301 bis 303 angeordnet mit dem Ergebnis, dass ein Magnetfeld stärker als das externe Magnetfeld auf die Magnetwiderstandsbauelemente 20 angewandt werden kann. Dementsprechend kann die Empfindlichkeit der Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 erhöht werden.
(B-2. Vorrichtungseinsatz)
Wie oben beschrieben, hat die Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 einen Aufbau, bei dem das externe Magnetfeld zu den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 30 durch die drei extern angebrachten Magnetkörper 8 geführt wird, und es ist möglich, die Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 auf einen Drehsensor anzuwenden, der den oben beschriebenen Aufbau hat.
Das heißt, die Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 ist, wie in 5 gezeigt, in der Nähe zu einer Hauptfläche des Magnetisierungsrotors 40 (mit einem Abstand, so dass er nicht in Kontakt mit demselben ist) derart angeordnet, dass Seitenflächen (Seitenflächen gegenüber den Seitenflächen, in die das Substrat 10 eingepasst ist) der drei extern angebrachten Magnetkörper senkrecht zu einer Fläche des Magnetisierungsrotors 40 sind. Dementsprechend kann eine Drehung des Magnetisierungsrotors 40 erfasst werden.
In dem Magnetisierungsrotor 40 sind alternativ Magnetpole 41, die zu einem Nordpol magnetisiert sind, und Magnetpole 42, die zu einem Südpol magnetisiert sind, entlang einer Drehrichtung B (durch einen Pfeil angedeutet) des Rotors angeordnet. Die Drehung des Magnetisierungsrotors 40 kann mittels einer Positionsbeziehung zwischen den drei extern angebrachten Magnetkörpern 8 und den Magnetpolen 41 und 42 bestimmt werden.
Besonders vorzugsweise tritt in 5 in einem Fall, bei dem die Magnetpole 41 und 42 des Magnetisierungsrotors 40 in Nähe zu dem extern angebrachten Magnetkörper 8 (der Einfachheit halber als 82 bezeichnet) angeordnet sind, der links positioniert ist, und zu dem extern angebrachten Magnetkörper 8 (der Einfachheit halber als 83 bezeichnet), der rechts angebracht ist, jeweils in Bezug auf das Zentrum des extern angebrachten Magnetkörpers 8 (der Einfachheit halber als 81 bezeichnet), eine Linie der Magnetkraft, die aus dem Magnetpol 41 austritt, der als Nordpol fungiert, in den extern angebrachten Magnetkörper 82 ein und wird auf die Magnetwiderstandsbauelemente 20 durch den extern angebrachten Magnetkörper 82 und den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 302 angewandt, der magnetisch mit dem extern angebrachten Magnetkörper 82 verbunden ist. Dann erreicht eine Linie der Magnetkraft den Magnetpol 42, der als Südpol des Magnetisierungsrotors 40 fungiert, über den extern angebrachten Magnetkörper 301, der mit dem auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 301 magnetisch verbunden ist. Bei dieser Gelegenheit ist, ausgehend davon, dass eine Magnetisierungsrichtung einer festgelegten Schicht des Magnetwiderstandsbauelements 20A (in Richtung des extern angebrachten Magnetkörpers 81 von dem extern angebrachten Magnetkörper 82) ist, eine Magnetisierungsrichtung einer freien Schicht die gleiche wie die Magnetisierungsrichtung A der festgelegten Schicht. In solch einem Fall verringert sich ein Tunnelmagnetwiderstand des Magnetwiderstandsbauelements 20, und daher vergrößert sich ein Tunnelstrom, wodurch eine Ausgangsgröße des Magnetwiderstands 20 erlangt werden kann, die dem Tunnelstrom entspricht.
In diesem Fall sind die Magnetwiderstandsbauelemente 20 derart angeordnet, dass die Magnetisierungsrichtung der festgelegten Schicht parallel oder anti-parallel zu der Drehrichtung des Magnetisierungsrotors 40 ist, welcher ein Tunnel-Magnetwiderstandseffekt bemerkbar macht.
Zu bemerken ist, dass in einem Fall, bei dem die Magnetpole 42 und 41 des Magnetisierungsrotors 40 jeweils in der Nähe zu den extern angebrachten Magnetkörpern 82 und 81 sind, die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht des Magnetwiderstandsbauelements 20 entgegengesetzt zu der Magnetisierungsrichtung A der festgelegten Schicht derselben ist, wodurch der Tunnel-Magnetwiderstand erhöht wird.
Indes ist in einem Fall, bei dem die gleichen Magnetpole des Magnetisierungsrotors 40 in der Nähe zu den extern angebrachten Magnetkörpern 82 und 81 sind, der Zustand derart, dass das Magnetfeld nicht in die Richtung parallel oder anti-parallel zu der Magnetisierungsrichtung der festgelegten Schicht angewandt wird.
Auf diese Art wird mit dem Aufbau, bei dem die extern angebrachten Magnetkörper 8 dazu verwendet werden, um das externe Magnetfeld aufzunehmen, eine Magnetfeldverteilung in der Nähe der Magnetwiderstandsbauelemente 20 im Wesentlichen gemäß der Anordnung der auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30 auch in einem Fall bestimmt, bei dem die Anordnungspositionen der extern angebrachten Magnetkörper 8 in einem gewissen Umfang abweichen. Zusätzlich hat der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper eine extrem hohe Positionsgenauigkeit, wie sie in der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Dementsprechend tritt keine Abweichung von der Empfindlichkeit in Folge einer Positionsveränderung des extern angebrachten Magnetkörpers 8 auf. Aus diesem Grund ist eine Anbringungstoleranz des extern angebrachten Magnetkörpers 8 in der Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 erhöht, und daher wird die Positionsausrichtung im Wesentlichen überflüssig.
Ferner ist die Anordnung derart hergestellt, dass die Magnetisierungsrichtung der festgelegten Schicht des Magnetwiderstandsbauelements 20 im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse des Rotors ist, d. h. die Anordnung ist derart hergestellt, dass die Magnetisierungsrichtung der festgelegten Schicht in einer Richtung parallel oder anti-parallel zu der Drehrichtung des Magnetisierungsrotors 40 ist, mit dem Ergebnis, dass die Ausgangsgrößenempfindlichkeit des Magnetwiderstandsbauelements 20 auf Änderungen im Magnetfeld erhöht werden kann. Dementsprechend kann eine Ausgangsgröße verbessert werden.
7 zeigt in einem Fall, bei dem die Anordnung derart hergestellt ist, dass die Magnetisierungsrichtungen der freien Schicht und der festgelegten Schicht senkrecht zueinander sind, eine Veränderungskennlinie eines TunnelMagnetwiderstands (Bauelementwiderstand Rm) des Magnetwiderstandsbauelements 20, wenn eine Stärke und eine Richtung des Magnetfelds geändert wird, das auf das Magnetwiderstandsbauelement 20 angewandt wird. In 7 stellen eine horizontale Achse bzw. eine vertikale Achse die Stärke des Magnetfelds bzw. des Bauelementwiderstands dar. Zusätzlich stellt Rmax den Maximalwert des Bauelementwiderstands dar, der minimale Wert des Bauelementwiderstands ist durch Rmin dargestellt, eine Differenz zwischen dem Widerstandsmaximalwert Rmax und dem Widerstandsminimalwert Rmin wird durch ΔR dargestellt, das Magnetfeld, das den Widerstandsmaximalwert Rmax wiedergibt, ist durch +Hk dargestellt und das Magnetfeld, das den Widerstandsminimalwert Rmin darstellt, ist durch –Hk dargestellt.
Zusätzlich zeigt ein Abschnitt in dem Kennliniendiagramm eine Kennlinie, wenn sich die Magnetpole 41 und 42 des Magnetisierungsrotors jeweils in der Nähe der extern angebrachten Magnetkörper 82 und 81 befinden. Ein Abschnitt b zeigt eine Kennlinie, wenn die Magnetpole 42 bzw. 42 des Magnetisierungsrotors in der Nähe der extern angebrachten Magnetkörper 82 bzw. 81 sind. Ein Abschnitt c zeigt eine Kennlinie, wenn die gleichen Magnetpole des Magnetisierungsrotors 40 in der Nähe der extern angebrachten Magnetkörper 82 und 81 sind.
Der Bauelementwiderstand verändert sich proportional zu dem angelegten Magnetfeld, wie in 7 gezeigt, und daher ist es möglich, diese Veränderungen als Veränderungen in dem Bauelementwiderstand des Magnetwiderstandsbauelements 20 zu erfassen, wenn die Richtung und Stärke des Magnetfelds, das auf das Magnetwiderstandsbauelement 20 angewandt wird, sich entsprechend der Drehung des Magnetisierungsrotors 40 verändert.
Hierbei können eine Anzahl von Magnetwiderstandsbauelementen 20 auf dem Substrat angeordnet werden und vorzugsweise werden vier Magnetwiderstandsbauelemente 20 auf dem Substrat 10 angeordnet, wie in 6 gezeigt, und werden elektrisch derart miteinander verbunden, dass sie eine Wheatstonebrücke bilden. Dementsprechend löschen sich Störungen (gemeinsame Störmodi), die sich auf der Wheatstonebrücke mit der gleichen Phase überlagern, gegenseitig aus, mit dem Ergebnis, dass der Störwiderstand der Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 erhöht werden kann. Ferner wird eine Vielzahl von Magnetwiderstandsbauelementen, die die gleichen Temperaturkennlinien aufweisen, und ein Unterschied zwischen Neutralpotentialen verwendet, der durch eine Differenz in dem hierauf angewandten Magnetfeld erzeugt wird, wodurch eine Ausgangsgröße basierend auf einem relativen Verhältnis des Widerstands des Magnetwiderstandsbauelements bestimmt wird, und nicht basierend auf einem Widerstand selbst. Dementsprechend kann der Temperaturdriftwiderstand der Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 erhöht werden.
In 6 ist die Beschreibung gegeben, vorausgesetzt, dass vier Magnetwiderstandsbauelemente vorgesehen sind. Allerdings können die jeweiligen Magnetwiderstandsbauelemente 20 einen Aufbau haben, bei dem eine Vielzahl von exakteren Magnetwiderstandsbauelementen in Reihe verbunden sind.
Dieser Aufbau wird in Bezug auf die 8 und 9 beschrieben.
8 ist eine Draufsicht in einem Fall, bei dem das Magnetwiderstandsbauelement 20 aus einer Vielzahl von Magnetwiderstandsbauelementen 201 zusammengesetzt ist, bei denen ein Bereich ”X” umgeben durch eine gestrichelte Linie einem Magnetwiderstandsbauelement 20 entspricht.
9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer freien Schicht FL, einer festgelegten Schicht PL und einer Drahtschicht WR in dem Magnetwiderstandsbauelement 201 zeigt. Wie in 9 gezeigt, sind zwei freie Schichten FL parallel als einzelne unabhängige Strukturen auf einer festgelegten Schicht PL angeordnet, und vier festgelegte Schichten PL sind in einer Reihe entlang einer Anordnungsrichtung der freien Schichten FL angeordnet, wobei dort ein Aufbau bereitgestellt wird, bei dem acht freie Schichten FL in einer Reihe angebracht sind. Zwischen den benachbarten festgelegten Schichten PL sind die freien Schichten FL, die gegenüber und benachbart zueinander liegen, elektrisch miteinander durch die Drahtschicht WR verbunden, welche derart angeordnet ist, um oberste Teile davon abzudecken, wobei ein Aufbau dort bereitgestellt wird, bei dem acht freie Schichten FL miteinander in Reihe elektrisch verbunden sind.
Mit einem solchen Aufbau kann die Durchschlagsspannung des Magnetwiderstandsbauelements 20 erhöht werden.
Hierbei ist Bezug nehmend auf 10 ein Aufbaubeispiel eines Signalsensorschaltkreises der Magnetfelddetektionsvorrichtung beschrieben. Zu bemerken ist, dass der Signalsensorschaltkreis, der in 10 gezeigt ist, auf jede der Magnetfelddetektionsvorrichtungen 100, die in Bezug auf 1 beschrieben ist, und der Magnetfelddetektionsvorrichtung 200, die in Bezug auf 5 beschrieben ist, anwendbar ist.
Das Magnetwiderstandsbauelement 2 (oder 20) ist mit einem Spannungsanlegungsabschnitt 101 und mit einem Widerstandsveränderungserfassungsabschnitt 102 verbunden, und der Widerstandsveränderungserfassungsabschnitt 102 ist mit einem Signalverarbeitungsbereich 103 verbunden. Wenn eine vorbestimmte Spannung zwischen der oberen Elektrode und der unteren Elektrode des Magnetwiderstandsbauelements 2 (oder 20) angelegt wird, fließt ein Strom, der einem Bauelementwiderstand zu dieser Zeit entspricht, wodurch es möglich ist, den Strom durch die Widerstandsänderungserfassungseinheit 102 zu erfassen. Dann erzeugt der Signalverarbeitungsabschnitt 103 ein Signal basierend auf einer Ausgangsgröße der Widerstandsveränderungserfassungsabschnitts 102 und gibt dieses aus, mit dem Ergebnis, dass eine Ausgangsgröße entsprechend dem extern angelegten Magnetfeld erlangt werden kann.
Zu bemerken ist, dass, wie oben beschrieben, in dem Fall, bei dem vier Magnetwiderstandsbauelemente 20 auf eine Wheatstonebrückenart miteinander verbunden sind, der Spannungsanlegungsabschnitt 101 eine Spannung bereitstellt, die auf die Wheatstonebrücke angewandt wird, und der Widerstandsveränderungserfassungsabschnitt 102 erfasst die Ausgangsgröße von der Wheatstonebrücke.
Wenn der Detektionsschaltkreis, der in 10 gezeigt ist, auf den Hauptflächen des Substrats 1 (1) und des Substrats 10 (10) angeordnet wird, wird ein Signalweg verkürzt, wodurch es möglich ist, eine Magnetfelddetektionsvorrichtung zu bilden, die gegenüber Störung widerstandfähiger ist.
Zu bemerken ist, dass der Signalsensorschaltkreis, der in 10 gezeigt ist, einen Aufbau annehmen kann, bei dem der Detektionsschaltkreises vorab auf dem Substrat 1 (oder 10) als ein integrierter Halbleiterschaltkreis ausgebildet ist, und das Magnetwiderstandsbauelement 2 (oder 20) und der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 (oder 30) wird hierauf gebildet, um aufgeschichtet zu werden. Es versteht sich von selbst, dass dort ein Verfahren des Anbringens eines Detektionsschaltkreises angewandt werden kann, der einzeln auf eine Hauptfläche des Substrats 1 (oder 10) zusammen mit dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist.
(B-3. Modifikation)
Zu bemerken ist, dass wie zu der Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 oben beschrieben, das Beispiel, bei dem die vorliegende Erfindung auf den Drehsensor angewandt wird, der die Drehung des Magnetisierungsrotors 40 misst, beschrieben ist. Allerdings ist es unnötig zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung auch auf einen Drehsensor anwendbar ist, der basierend auf Schwankungen im Magnetfeld eine Drehung einer Vorrichtung mittels der Verwendung der Vorrichtung des Magnetkörpers und eines Magneten auf einer Sensorseite erfasst.
Darüber hinaus ist es unnötig zu erwähnen, dass die vorliegende Erfindung auch auf einen Positionssensor zum Erfassen geradliniger Bewegung und Drehwinkel und auf einen Stromsensor anwendbar ist, der ein Magnetfeld erfasst, das durch einen Strom entsteht, um den Strom zu messen.
(C. 3. Ausführungsform)
(C-1. Vorrichtungsaufbau)
11 zeigt einen Aufbau einer Magnetfelddetektionsvorrichtung 300 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Magnetfelddetektionsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, hat den Aufbau, bei dem das Magnetwiderstandsbauelement 2 und der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 3 auf der Hauptfläche des Substrats 1 angeordnet sind. Hingegen hat die Magnetfelddetektionsvorrichtung 300 einen Aufbau, der ferner zwei plattenähnliche extern angeordnete Magnetkörper 8A umfasst, die sich einzeln in eine Richtung senkrecht zu Hauptflächen der zwei auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30A erstrecken, die auf dem Substrat 10 angeordnet sind, und einen Permanentmagneten 6, der magnetisch mit den zwei extern angeordneten Magnetkörpern 8A verbunden ist. Die extern angeordneten Magnetkörper 8a und der Permanentmagnet 6 bilden einen externen Magnetkreis 5A. Zu bemerken ist, dass der Permanentmagnet 6 derart magnetisiert ist, dass Flächen davon, die in Kontakt mit den zwei extern angeordneten Magnetkörpern 8A stehen, der Nordpol und der Südpol sind, und in dem Beispiel der 11 die Fläche in einer Magnetisierungsrichtung A (durch einen Pfeil angedeutet) der festgelegten Schicht des Magnetwiderstandsbauelements 20 und die Fläche in einer Richtung entgegengesetzt hierzu jeweils der Nordpol und der Südpol sind. Bei dem oben genannten Ausbau ist die Richtung des Magnetfelds entgegengesetzt zu der Magnetisierungsrichtung A der festgelegten Schicht, aber wenn der Aufbau derart hergestellt wurde, dass die Richtungen der Magnetpole des Permanentmagneten 6 umgedreht sind, kann dort eine Magnetfelddetektionsvorrichtung erlangt werden, bei der die Richtung des Magnetfelds und die Magnetisierungsrichtung A der festgelegten Schicht die gleichen sind.
Ferner sind zwei Magnetwiderstandsbauelemente 20 auf dem Substrat 10 jeweils in der Nähe der langen Seite des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30a in einer Position eingeklemmt zwischen den zwei auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 30A angeordnet, welche in Draufsicht derart rechteckig sind, so dass sie sich entlang den langen Seiten erstrecken.
Als ein Material für den extern angebrachten Magnetkörper 8A kann dort das gleiche Material benutzt werden wie das für den extern angebrachten Magnetkörper 8, der in der zweiten Ausführungsform beschrieben ist, oder ein billiges Material, wie z. B. eine Stahlfolie.
Als Permanentmagnet 6 kann ein Seltenerdenmagnet, wie z. B. ein Samarium-Kobalt-Magnet und ein Neodym-Magnet oder ein Ferrit-Magnet verwendet werden.
(C-2. Betrieb der Vorrichtung)
In der Magnetfelddetektionsvorrichtung 300, die oben beschrieben wurde, kreuzt der Magnetfeldausgang vom Nordpol des Permanentmagneten 6 das Magnetwiderstandsbauelement 20, das auf dem Substrat 10 angeordnet ist, durch den extern angebrachten Magnetkörper 8A und den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30A, und gelangt zu dem Südpol des Permanentmagneten 6 wieder durch den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 8A und den extern angebrachten Magnetkörper 8A. Auf diese Weise ist der Aufbau derart hergestellt, dass das Magnetfeld, das durch den Permanentmagneten 6 erzeugt wird, im Wesentlichen nur ein Inneres des externen Magnetkreises 5A und des Magnetwiderstandsbauelements 20, das auf dem Substrat 10 angeordnet ist, beeinflusst.
Beispielsweise gibt in einem Fall, bei dem das Spin-Valve-Typ-TMR-Bauelement, das eine Widerstandskennlinie wie in 7 gezeigt hat, als das Magnetwiderstandsbauelement 20 verwendet wird, der Widerstand hiervon den Wert Rmin oder den Wert Rmax, wenn ein genügend starkes Magnetisierungsfeld extern angewandt wird. Der Minimalwert Rmin und der Maximalwert Rmax des TMR-Bauelements ändern sich, wenn sich die Temperatur ändert, aber eine Änderung des Magnetfelds Hk, welches diese Werte liefert, ist extrem klein. Aus diesem Grund ist es möglich, Veränderungen im Widerstand des TMR-Bauelements aufgrund von Temperatur mit hoher Genauigkeit durch Bezugnahme auf Werte des Widerstandsminimalwerts Rmin und des Widerstandsmaximalwerts Rmax zu korrigieren.
Das heißt, wenn der Widerstandswert des Magnetwiderstandsbauelements 20 durch Rmin aus 7 dargestellt wird, Rd = Rmin + (Rmax – Rmin)(H/|Hk| – ½), und wenn dies umgruppiert wird, (Rd – Rmin)/(Rmax – Rmin) = (H/|Hk|) – ½.
Auf diese Weise kann der Messwert H des externen Magnetfelds in einzigartiger Weise aus dem Widerstandsminimalwert Rmin, dem Widerstandsmaximalwert Rmax und dem gemessenen Widerstandswert Rd und dem Magnetfeld Hk erlangt werden. Dementsprechend ist es auch in einem Fall, bei dem die Temperatur des TMR-Bauelements sich verändert, möglich, ein Messergebnis des externen Magnetfelds zu erhalten, das Temperatursteuerung unterworfen ist, wenn der Widerstandsminimalwert Rmin und der Widerstandsmaximalwert Rmax an den maßgeblichen Temperaturen erlangt werden kann.
Zu bemerken ist, dass, um den Widerstandsmaximalwert Rmax zu erzielen, eine Magnetfelddetektionsvorrichtung wie z. B. die Magnetfelddetektionsvorrichtung 300, die in 11 gezeigt ist, verwendet werden kann, bei der die Richtung des Magnetfelds entgegengesetzt (anti-parallel) zu der Magnetisierungsrichtung A der festgelegten Schicht ist. Indes kann, um den Widerstandsminimalwert Rmin zu erhalten, eine Magnetfelddetektionsvorrichtung verwendet werden, bei der die Richtung des Magnetfelds die gleiche (parallel zu) ist, wie die Magnetisierungsrichtung A der festgelegten Schicht.
Beispielsweise wird ein Teil der Vielzahl der TMR-Bauelemente, die derart ausgebildet sind, um im Wesentlichen die gleichen auf dem Substrat 10 zu sein, in der Magnetfelddetektionsvorrichtung 300 verwendet, die in 11 gezeigt ist, und das Magnetfeld wird von dem externen Magnetkreis 5A angewandt, dadurch wird der Widerstandsminimalwert Rmin und der Widerstandsmaximalwert Rmax als Referenz erhalten. Die verbleibenden TMR-Bauelemente werden in der Magnetfelddetektionsvorrichtung 100, die in 1 gezeigt ist, oder in der Magnetfelddetektionsvorrichtung 200, die in 5 gezeigt ist, verwendet, dadurch wird das externe Magnetfeld gemessen (tatsächlich der Widerstandswert des TMR-Bauelements). Dann wird der Messwert H des externen Magnetfelds basierend auf dem Widerstandswert des TMR-Bauelements berechnet, welcher in der Vermessung erlangt wird, und der Widerstandsminimalwert Rmin und der Widerstandsmaximalwert Rmax (Widerstandswerte bei der Temperatur, wenn das externe Magnetfeld gemessen wird) werden durch die Magnetfelddetektionsvorrichtung 300 erlangt, mit dem Ergebnis, dass der Messwert H des externen Magnetfelds erlangt werden kann, der Temperaturkorrekturen mit hoher Fehlerfreiheit unterworfen ist.
Auf diese Weise wird die Magnetfelddetektionsvorrichtung 300 zusammen mit der Magnetfelddetektionsvorrichtung 200 (1) oder 200 (5) verwendet, mit dem Ergebnis, dass die Temperaturkorrektur auf den gemessenen Wert des externen Magnetfelds einfach mit einer hohen Genauigkeit ausgeführt werden kann.
(C-3. Modifikation 1)
Wie oben beschrieben, ist es in der Magnetfelddetektionsvorrichtung 300 notwendig, zwei Typen von Magnetfelddetektionsvorrichtungen vorzusehen, die unterschiedliche Richtungen der Magnetpole des Permanentmagneten 6 aufweisen, zum Erlangen des Widerstandsminimalwerts Rmin und des Widerstandsmaximalwerts Rmax. Indes können in der Magnetfelddetektionsvorrichtung 400, die in 12 gezeigt ist, der Widerstandsminimalwert Rmin und der Widerstandsmaximalwert Rmax durch einen Typ von Magnetfelddetektionsvorrichtung erlangt werden.
Das heißt, die Magnetfelddetektionsvorrichtung 400, die in 12 gezeigt ist, umfasst drei extern angebrachte Magnetkörper 8a, die sich jeweils in eine Richtung senkrecht zu den Hauptflächen der drei auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30A erstrecken, welche parallel mit Abständen angeordnet sind, und die drei extern angebrachten Magnetkörper 8A sind in einer Reihe derart angeordnet, dass die Hauptflächen derselben sich gegenüberliegen. Die Magnetfelddetektionsvorrichtung 400 hat einen Aufbau, welcher zwei Permanentmagneten 61 und 62 umfasst, die die drei extern angebrachten Magnetkörper 8A miteinander magnetisch verbinden. Zu bemerken ist, dass die gleichen Komponenten wie die der Magnetfelddetektionsvorrichtung 300, die in 11 gezeigt ist, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden, und sich überschneidende Beschreibungen sind weggelassen worden.
13 ist eine Draufsicht eines Substrats 10, das von oberhalb der Hauptflächen dieses gesehen wird. Wie in 13 gezeigt, sind auf dem Substrat 10 zwischen den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 30A jeweils zwei Magnetwiderstandsbauelemente 20 in der Nähe der langen Seiten der auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper 30A angeordnet, die eine rechtwinklige Form in Draufsicht haben, so dass sie sich entlang der langen Seiten erstrecken. Zu bemerken ist, dass das Magnetwiderstandsbauelement 20 ein Spin-Valve-Typ-TMR-Bauelement oder -GMR-Bauelement sein kann.
Die extern angebrachten Magnetkörper 8A und die Permanentmagneten 61 und 62 bilden einen externen Magnetkreis 5B. Der Permanentmagnet 61 ist derart magnetisiert, dass eine Fläche, die in Kontakt mit dem zentralen, extern angebrachten Magnetkörper 8A steht, und eine Fläche, die in Kontakt mit dem extern angebrachten Körper 8A steht, der links in der 13 positioniert ist, zu jeweils dem Südpol und dem Nordpol magnetisiert sind, wobei der Permanentmagnet 62 derart magnetisiert ist, dass eine Fläche, die in Kontakt mit dem zentralen, extern angebrachten Magnetkörper 8A steht, bzw. eine Fläche, die in Kontakt mit dem extern angebrachten Magnetkörper 8A steht, der rechts in der 13 positioniert ist, zu dem Südpol bzw. zu dem Nordpol magnetisiert sind.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau erzeugt der Permanentmagnet 61 ein Magnetfeld in eine Richtung entgegengesetzt (anti-parallel) zu der Magnetisierungsrichtung A (durch einen Pfeil angedeutet) der festgelegten Schicht des Magnetwiderstandsbauelements 20, und der Permanentmagnet 62 erzeugt ein Magnetfeld in die gleiche (parallele) Richtung zu der Magnetisierungsrichtung A der festgelegten Schicht des Magnetwiderstandsbauelements 20. Dementsprechend ist es möglich, den Widerstandsminimalwert Rmin und den Widerstandsmaximalwert Rmax durch Anwenden verschiedener Vormagnetisierungsfelder auf die Magnetwiderstandsbauelemente 20 nur durch die Magnetfelddetektionsvorrichtung 400 zu erlangen.
(C-4. Modifikation 2)
Wie der Aufbau, mit dem der Widerstandsminimalwert Rmin und der Widerstandsmaximalwert Rmax durch einen Typ von Magnetfelddetektionsvorrichtung erlangt werden kann, kann ein Aufbau einer Magnetfelddetektionsvorrichtung 500 verwendet werden, die in 14 gezeigt ist.
Das heißt, in der Magnetfelddetektionsvorrichtung 500, die in 14 gezeigt ist, ist der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 30A, der eine rechteckige Form in Draufsicht hat, als ein Zentrum festgelegt, und ein schleifenförmiger, auf dem Substrat angeordneter Magnetkörper 303 ist darum herum in einem Abstand angeordnet. Zwischen den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 30A und 303 sind in jeder der zwei Aussparungen in einer Richtung parallel zu kurzen Seiten des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30A zwei Magnetwiderstandsbauelemente 20 in der Nähe der langen Seiten des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30A derart angeordnet, um sich entlang der langen Seiten zu erstrecken.
Zusätzlich umfasst die Magnetfelddetektionsvorrichtung 500 den extern angebrachten Magnetkörper 8A, der sich in eine Richtung senkrecht zu der Hauptfläche des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30A erstreckt, und zwei extern angebrachte Magnetkörper 8A, die sich in eine Richtung senkrecht zu einer Hauptfläche des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 303 derart erstrecken, um den Magnetkörper 8A dazwischen einzuschließen. Die drei extern angebrachten Magnetkörper 8A sind derart in einer Reihe angeordnet, so dass die jeweiligen Hauptflächen davon jeweils einander gegenüberliegen. Ferner umfasst die Magnetfelddetektionsvorrichtung 500 zwei Permanentmagnete 61 und 62, die die drei extern angebrachten Magnetkörper 8A magnetisch verbinden. 15 ist eine Draufsicht des Substrats 10, gesehen von oberhalb der Hauptfläche dieses.
Die extern angebrachten Magnetkörper 8A und die Permanentmagneten 61 und 62 bilden den externen Magnetkreis 5B. Der Permanentmagnet 61 ist derart magnetisiert, dass die Fläche, die in Kontakt mit dem zentralen, extern angebrachten Magnetkörper 8A steht, und die Fläche, die in Kontakt mit dem extern angebrachten Magnetkörper 8A, der auf der linken Seite der 14 positioniert ist, steht, jeweils der Südpol und der Nordpol sind, wobei der Permanentmagnet 62 derart magnetisiert ist, dass die Fläche, die in Kontakt mit dem zentralen, extern angebrachten Magnetkörper 8A, und die Fläche, die in Kontakt mit dem extern angebrachten Magnetkörper 8A, der auf der rechten Seiten der 13 positioniert ist, steht, jeweils zu dem Südpol und dem Nordpol magnetisiert sind.
Mit dem Aufbau wie oben beschrieben erzeugt der Permanentmagnet 61 das Magnetfeld in eine Richtung entgegengesetzt (anti-parallel) zu der Magnetisierungsrichtung A (durch den Pfeil angedeutet) der festgelegten Schicht des Magnetwiderstandsbauelements 20, und der Permanentmagnet 62 erzeugt das Magnetfeld in der gleichen (parallelen) Richtung zu der Magnetisierungsrichtung A der festgelegten Schicht des Magnetwiderstandsbauelements 20. Dementsprechend ist es möglich, den Widerstandsminimalwert Rmin und den Widerstandsmaximalwert Rmax nur durch die Magnetfelddetektionsvorrichtung 400 zu erzielen.
(C-5. Modifikation 3)
Wie mit dem Aufbau, mit dem der Widerstandsminimalwert Rmin und der Widerstandsmaximalwert Rmax durch einen Typ von Magnetfelddetektionsvorrichtung erlangt werden kann, kann ein Aufbau einer Magnetfelddetektionsvorrichtung 600, der in 16 gezeigt ist, verwendet werden.
Das heißt, in der Magnetfelddetektionsvorrichtung 600, die in 16 gezeigt ist, wird der auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 30A, der eine rechteckige Form in Draufsicht hat, als ein Zentrum festgelegt, und der schleifenförmige, auf dem Substrat angeordnete Magnetkörper 30B ist darum herum mit einem Abstand angeordnet. Zwischen den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 30A und 30B ist in jeder der zwei Aussparungen in der Richtung parallel zu den kurzen Seiten des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30A ein Magnetwiderstandsbauelement 20 derart angeordnet, um sich entlang der langen Seite des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30A zu erstrecken. Zu bemerken ist, dass Aussparungen zwischen den auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 30A und 30B derart schmal festgelegt werden, dass sich das Magnetwiderstandsbauelement 20 in der Nähe zu den beiden auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpern 30A und 30B befindet.
Zusätzlich umfasst die Magnetfelddetektionsvorrichtung 600 die plattenähnlichen, extern angebrachten Magnetkörper 8A, die sich in die Richtung senkrecht zu der Hauptfläche des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30A erstrecken, einen kistenförmigen, extern angebrachten Magnetkörper 8B, der sich in eine Richtung senkrecht zu der Hauptfläche des auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers 30B entlang einer schleifenförmigen Form hiervon erstreckt, und zwei Permanentmagnete 61 und 62, die den extern angebrachten Magnetkörper 8A und den extern angebrachten Magnetkörper 8B magnetisch verbinden. 17 zeigt eine Draufsicht des Substrats 10 gesehen von oberhalb der Hauptfläche hiervon.
Die extern angebrachten Magnetkörper 8A und 8B und die Permanentmagneten 61 und 62 bilden einen externen Magnetkreis 5C. Der Permanentmagnet 61 ist derart magnetisiert, dass eine Fläche, die in Kontakt mit dem extern angebrachten Magnetkörper 8A steht, und eine Fläche, die in Kontakt mit einer Wandfläche des extern angebrachten Magnetkörpers 8B steht, der auf der linken Seite der 16 positioniert ist, jeweils den Südpol und den Nordpol bilden, wobei der Permanentmagnet 62 derart magnetisiert ist, dass eine Fläche, die in Kontakt mit dem zentralen, extern angebrachten Magnetkörper 8A steht, und eine Fläche, die in Kontakt mit einer Wandfläche des extern angebrachten Magnetkörpers 8B steht, der auf der rechten Seite der 16 positioniert ist, jeweils zu dem Südpol und dem Nordpol magnetisiert sind.
Mit dem Aufbau wie oben beschrieben erzeugt der Permanentmagnet 61 das Magnetfeld in eine Richtung entgegengesetzt (anti-parallel) zu der Magnetisierungsrichtung A (durch den Pfeil angedeutet) der festgelegten Schicht des Magnetwiderstandsbauelements 20, wobei der Permanentmagnet 62 das Magnetfeld in die gleiche (parallele) Richtung zu der Magnetisierungsrichtung A der festgelegten Schicht des Magnetwiderstandsbauelements 20 erzeugt. Dementsprechend ist es möglich, den Widerstandsminimalwert Rmin und den Widerstandsmaximalwert Rmax nur durch die Magnetfelddetektionsvorrichtung 500 zu erlangen.
Zudem können andere Magnetwiderstandsbauelemente, wenn der kastenförmige, extern angebrachte Magnetkörper 8B verwendet wird, weniger durch Magnetflussverluste durch die Permanentmagneten 61 und 62 beeinflusst werden.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtungen 300 bis 500 zur Temperaturkorrektur, die oben beschrieben wurden, werden wünschenswerterweise auf dem gleichen Substrat angeordnet, auf dem die Magnetfelddetektionsvorrichtungen 100 und 200 zum externen Magnetfeld Erfassen, welche in Bezug auf 1 und 5 beschrieben wurden, angeordnet sind. Wenn die Magnetfelddetektionsvorrichtungen 300 bis 500 auf dem gleichen Substrat vorgesehen sind, können Messbedingungen gleich gemacht werden, und ferner können Temperaturkennlinien mit hoher Genauigkeit korrigiert werden, da Bauelementkennlinien gleichförmig gemacht werden können.
Zu bemerken ist, dass die Permanentmagnete 6, 61 und 62, die bei der dritten Ausführungsform beschrieben sind, Vormagnetisierungsfeldquellen zum Anwenden eines Vormagnetisierungsfeld auf das Magnetwiderstandsbauelement sind, aber sie sind nicht auf einen Permanentmagneten beschränkt, solange sie in der Lage sind, das Vormagnetisierungsfeld zu erzeugen, und ein Elektromagnet kann verwendet werden.
Obwohl die Erfindung gezeigt und im Detail beschrieben wurde, ist die vorangehende Beschreibung in jeder Hinsicht erläuternd und nicht beschränkend. Es ist daher selbstverständlich, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen gestaltet werden können, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetfelddetektionsvorrichtung, die einen Magnetkörper (Magnetflussführung) umfasst, der zum Einstellen eines Magnetfelds vorgesehen ist, das auf ein Magnetwiderstandselement angewandt wird. Eine Form eines auf dem Substrat angeordneten Magnetkörpers (3) hat in Draufsicht eine kegelförmige Form an einer Endteil-(32)-Seite und eine im Wesentlichen trichterförmige Form an einer anderen Endteil-(31)-Seite, die dem einen Endteil gegenüberliegt, bei dem das andere Endteil breiter als das eine Endteil ist, und ein Magnetwiderstandselement (2) ist vor einem Austrittsseitenendteil angeordnet. Bei dem auf dem Substrat angeordneten Magnetkörper (3) ist eine Kontur eines kegelförmigen Teils (34) nicht geradlinig wie ein Trichter, sondern hat eine gekrümmte Form, bei der ein erster gekrümmter Teil, der nach außen mit einer sanften Krümmung herausragt, und ein zweiter gekrümmter Teil, der nach innen mit einer Krümmung hineinragt, die ähnlich zu der des ersten gekrümmten Teil ist, fortlaufend ausgebildet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 08-21166 [0007]
- JP 2005-331296 [0007]

Claims

Eine Magnetfelddetektionsvorrichtung umfassend: – ein Substrat (1, 10); – mindestens ein Magnetwiderstandsbauelement (2, 20), das auf einer Hauptfläche des Substrats (1, 10) vorgesehen ist; und – mindestens einen auf dem Substrat (1, 10) angeordneten Magnetkörper (3, 30), der auf der einen Hauptfläche oder auf einer anderen Hauptfläche des Substrats (1, 10) vorgesehen ist und der elektrisch isoliert von dem Magnetwiderstandsbauelement (2, 20) ist, wobei: der auf dem Substrat (1, 10) angeordnete Magnetkörper (3, 30) einen Bereich eines Austrittsteils aufweist, der kleiner als ein Bereich eines Eintrittsteils eines Magnetfelds festgelegt ist und das Magnetfeld zusammenführt, das von dem Eintrittsteil eintritt, um das Magnetfeld von dem Austrittsteil austreten zu lassen; und das Magnetwiderstandsbauelement (2, 20) beabstandet von dem Austrittsteil auf der Austrittsteilseite angeordnet ist.
Eine Magnetfelddetektionsvorrichtung umfassend: – ein Substrat (10); – mindestens ein Magnetwiderstandsbauelement (20), das auf einer Hauptfläche des Substrats (10) vorgesehen ist; – mindestens einen auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörper (30, 30A, 30B), der auf der einen Hauptfläche oder einer anderen Hauptfläche des Substrats (10) angeordnet ist und der elektrisch vom Magnetwiderstandsbauelement (20) isoliert ist; und – einen externen Magnetkreis (5, 5A, 5B, 5C), der auf einer Eintrittsteilseite des auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörpers (30, 30A, 30B) vorgesehen ist, in den ein Magnetfeld eintritt und der mit dem auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörper (30, 30A, 30B) magnetisch verbunden ist.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei: – Der externe Magnetkreis (5, 5A, 5B, 5C) einen extern angebrachten Magnetkörper (8) umfasst, der magnetisch mit der Hauptfläche verbunden ist, die als Eintrittsteil des auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörpers (8) dient; und – der extern angebrachte Magnetkörper (8) in Nachbarschaft zu einer Erzeugungsquelle des Magnetfelds derart angeordnet ist, dass das Magnetfeld zu dem Eintrittsteil durch den extern angebrachten Magnetkörper (8) geleitet wird.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei: – Die Erzeugungsquelle des Magnetfelds Magnetpole eines Rotors umfasst, dessen Seitenflächen abwechselnd zu einem Nordpol und zu einem Südpol magnetisiert sind; – der extern angebrachte Magnetkörper (8) auf dem auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörper (30, 30A, 30B) derart angeordnet ist, um sich parallel zu einer Drehachse des Rotors zu erstrecken; – das mindestens eine Magnetwiderstandsbauelement (20) eine Vielzahl von Magnetwiderstandsbauelementen umfasst; und – die Vielzahl von Magnetwiderstandsbauelementen (20) derart angeordnet ist, dass eine Magnetisierungsrichtung einer festgelegten Schicht im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse des Rotors ist.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: – das mindestens eine Magnetwiderstandsbauelement (2, 20) eine Vielzahl von Magnetwiderstandsbauelementen umfasst; – die Vielzahl von Magnetwiderstandsbauelementen auf eine Wheatstonebrücken-Art verbunden sind; und – jedes der Vielzahl von Widerstandsbauelementen eine Vielzahl von Mikromagnetwiderstandsbauelementen umfasst, die kleinere Ausdehnungen haben, wobei die Vielzahl von Mikromagnetwiderstandsbauelementen elektrisch in Reihe verbunden ist.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend einen Signalerfassungsschaltkreis, der auf der einen Hauptfläche oder der anderen Hauptfläche des Substrats (1, 10) angeordnet ist, wobei der Signalerfassungsschaltkreis mindestens umfasst: – einen Spannungsanlegungsabschnitt (101), der eine Spannung an das Magnetwiderstandsbauelement (2, 20) anlegt; – einen Widerstandsveränderungserfassungsabschnitt (102), der einen Widerstandswert des Magnetwiderstandsbauelements erfasst; und – einen Signalverarbeitungsabschnitt (103), der den Widerstandswert, der durch den Widerstandsveränderungserfassungsabschnitt (102) ermittelt wurde, in ein Ausgangssignal umwandelt.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Magnetwiderstandsbauelement (2, 20) ein Spin-Valve-Typ-Tunnelmagnetwiderstandsbauelement (2, 20) oder ein Spin-Valve-Typ-Riesenmagnetwiderstandsbauelement (2, 20) umfasst.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der externe Magnetkreis (5, 5A, 5B, 5C) umfasst: – einen extern angebrachten Magnetkörper (8), der magnetisch mit der Hauptfläche verbunden ist, die als Eintrittsteil des auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörpers (30, 30A, 30B) dient; und – eine Vormagnetisierungsfelderzeugungsquelle (6, 61, 62), die magnetisch mit dem extern angebrachten Magnetkörper (8) verbunden ist; und – das Magnetwiderstandsbauelement (20) durch den extern angebrachten Magnetkörper (8) und den auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörper (30, 30A, 30B) mit einem Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist.
Die Magnetfelddetektionsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei: – Das mindestens eine Magnetwiderstandsbauelement (20) erste und zweite Magnetwiderstandsbauelemente umfasst; – der mindestens eine auf dem Substrat (10) angeordnete Magnetkörper (30) erste und zweite auf dem Substrat (10) angeordnete Magnetkörper (30A, 30B) umfasst; – der externe Magnetkreis (5, 5A, 5B, 5C) umfasst: einen ersten externen Magnetkreis (5A), der auf der Eintrittsteilseite des ersten auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörpers (30A) vorgesehen ist und magnetisch mit dem ersten auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörper (30A) verbunden ist; und einen zweiten externen Magnetkreis (5B), der auf der Eintrittsteilseite des zweiten auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörpers (30B) vorgesehen ist und magnetisch mit dem zweiten auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörper (30B) verbunden ist; – der erste externe Magnetkreis (5A) umfasst: einen ersten extern angebrachten Magnetkörper (8A), der magnetisch mit einer Hauptfläche verbunden ist, die als Eintrittsteil des ersten auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörpers (30A) dient; und eine erste Vormagnetisierungsfelderzeugungsquelle (61), die mit dem ersten extern angebrachten Magnetkörper (8A) magnetisch verbunden ist; das erste Magnetwiderstandsbauelement (20) durch den ersten extern angebrachten Magnetkörper (8A) und den ersten auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörper (30A) mit einem ersten Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist; – der zweite externe Magnetkreis (5B) umfasst: einen zweiten extern angebrachten Magnetkörper (8A), der mit einer Hauptfläche magnetisch verbunden ist, die als Eintrittsteil des zweiten auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörpers (30B) dient; und – eine zweite Vormagnetisierungsfelderzeugungsquelle (62), die mit dem zweiten extern angebrachten Magnetkörper (30B) magnetisch verbunden ist; und das zweite Magnetwiderstandsbauelement (20) durch den ersten extern angebrachten Magnetkörper (30A) und den zweiten auf dem Substrat (10) angeordneten Magnetkörper (30B) mit einem zweiten Vormagnetisierungsfeld beaufschlagt ist.