DE112021007445T5

DE112021007445T5 - Magnetsensor-element, magnetsensor und magnetsensor-einrichtung

Info

Publication number: DE112021007445T5
Application number: DE112021007445.8T
Authority: DE
Inventors: Kaito Takeshima; Tomokazu Ogomi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2024-01-25
Also published as: CN117084004A; JP2022158932A; WO2022208771A1; JPWO2022208771A1; JP7023428B1; US20240142549A1

Abstract

Ein Magnetsensor-Element (2) weist eine gepinnte Schicht (21), eine erste nichtmagnetische Schicht (22), eine erste magnetische Schicht (23) und eine freie Schicht (24) auf. Die gepinnte Schicht (21) hat eine fixierte bzw. festgelegte Magnetisierungsrichtung. Die erste nichtmagnetische Schicht (22) ist auf die gepinnte Schicht (21) laminiert. Die erste magnetische Schicht (23) hält die erste nichtmagnetische Schicht (22) mit der gepinnten Schicht (21). Die freie Schicht (24) ist entlang der Laminierungsrichtung angeordnet, in der die erste nichtmagnetische Schicht (22) auf die gepinnte Schicht (21) laminiert ist. Jede von der ersten magnetischen Schicht (23) und der freien Schicht (24) haben eine Magnetisierungsrichtung, die einfacher durch ein externes Magnetfeld ändert als diejenige der gepinnten Schicht (21). Die gepinnte Schicht (21) und die erste magnetische Schicht (23) sind durch indirekte Austausch-Interaktion gekoppelt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetsensor-Element, einen Magnetsensor und eine Magnetsensor-Einrichtung.
Stand der Technik
Um die Authentizität einer Banknote zu bestimmen, die in einen Geldautomaten (ATM) oder dergleichen eingeführt wird, wird eine Magnetsensor-Einrichtung zum Detektieren eines Magnetmusters durch magnetische Tinte verwendet, die auf die Banknote gedruckt ist. Die Magnetsensor-Einrichtung weist beispielsweise ein Magnetsensor-Element und einen Magneten zum Anlegen eines Vormagnetisierungsfelds an das Magnetsensor-Element auf. Die Magnetsensor-Einrichtung weist beispielsweise einen Magneten und ein Magnetsensor-Element auf. Der Magnet erzeugt ein Kreuzmagnetfeld, das ein Objekt kreuzt bzw. überquert (Banknote). Das Magnetsensor-Element ist zwischen dem Magneten und der Banknote als das zu detektierende Objekt angeordnet. Die Magnetsensor-Einrichtung ist so konfiguriert, dass sie eine Änderung des Kreuzmagnetfelds infolge einer Magnetkomponente des Objekts, das im Kreuzmagnetfeld transportiert wird, als Änderung eines Widerstandswerts ausgibt.
Ein wenig weichmagnetisches Material wird gewöhnlich als magnetische Tinte verwendet, die zum Bedrucken von Banknoten genutzt wird. Das weichmagnetische Material lässt nur eine kleine Magnetfeld-Schwankung auf das umgebende Magnetfeld im nichtmagnetisierten Zustand einwirken. Aus diesem Grund kann ferner ein Vormagnetisierungsfeld angelegt werden, um die Magnetfeld-Schwankung zu erhöhen, die auf das umgebende Magnetfeld durch das weichmagnetische Material einwirkt. Die Magnetfeld-Schwankung wird auf der Basis der Magnetfeld-Schwankung infolge des weichmagnetischen Materials und der Magnetfeld-Schwankung infolge des Vormagnetisierungsfelds detektiert. Indessen ist die Intensität des Magnetfelds, das infolge der Bewegung des Magnetmaterials schwankt, beispielsweise ungefähr 1/1000 der Intensität des Magnetfelds durch das Vormagnetisierungsfeld, das zur Magnetisierung des weichmagnetischen Materials notwendig ist. Daher besteht ein Bedarf an einem Magnetsensor-Element mit einer hohen Empfindlichkeit, das empfindlich auf eine sehr kleine Schwankung eines Magnetfelds anspricht.
Beispielsweise ist das Magnetdetektionselement (Magnetsensor-Element), das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-019383 (PTL 1) beschrieben ist, ein Riesenmagnetowiderstand-Magnetschalter-Element (GMR-Element). Das Magnetdetektionselement wird als Magnetsensor verwendet, bei dem die Hysterese unter einem Vormagnetisierungsfeld verringert ist. Das Magnetdetektionselement ist so konfiguriert, dass es Magnetismus auf der Basis eines Widerstandswerts des Magnetdetektionselements detektiert. Der Widerstandswert des Magnetdetektionselements wird durch die Winkeldifferenz zwischen der Magnetisierungsrichtung einer fixierten Schicht (gepinnten Schicht) und der Magnetisierungsrichtung einer freien Schicht bestimmt.
Literaturverzeichnis
Patentliteratur
PTL 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2006-019383
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Obergrenze einer Magnetfeldintensität, die durch das Magnetdetektionselement gemessen werden kann, das in der obigen Patentliteratur beschrieben ist, ist die anisotrope Magnetfeldintensität (Hk) der freien Schicht. Daher ist der Dynamikbereich des Magnetdetektionselements nicht ausreichend groß.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnetsensor-Element, einen Magnetsensor und ein Magnetsensor-Element mit ausreichend großem Dynamikbereich anzugeben.
Lösung des Problems
Ein Magnetsensor-Element gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine gepinnte Schicht, eine erste nichtmagnetische Schicht, eine erste magnetische Schicht und eine freie Schicht auf. Die gepinnte Schicht hat eine fixierte bzw. festgelegte Magnetisierungsrichtung. Die erste nichtmagnetische Schicht ist auf die gepinnte Schicht laminiert. Die erste magnetische Schicht hält die erste nichtmagnetische Schicht mit der gepinnten Schicht. Die freie Schicht ist entlang der Laminierungsrichtung angeordnet, in der die erste nichtmagnetische Schicht auf die gepinnte Schicht laminiert ist. Jede von der ersten magnetischen Schicht und der freien Schicht haben eine Magnetisierungsrichtung, die einfacher durch ein externes Magnetfeld ändert als diejenige der gepinnten Schicht. Die gepinnte Schicht und die erste magnetische Schicht sind durch indirekte Austausch-Interaktion gekoppelt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß dem Magnetsensor-Element der vorliegenden Erfindung kann der Dynamikbereich ausreichend vergrößert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Magnetsensors gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1.
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch die Konfiguration des Magnetsensor-Elements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, und zwar in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld nicht an das Magnetsensor-Element angelegt wird.
4 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch die Konfiguration des Magnetsensor-Elements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, und zwar in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld an das Magnetsensor-Element angelegt wird.
5 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch illustrating die Konfiguration des Magnetsensor-Elements gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, und zwar in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld größer als das externe Magnetfeld in 4 an das Magnetsensor-Element angelegt wird.
6 ist ein Graph, der schematisch die Relation zwischen einem Detektions-Magnetfeld und dem MR-Verhältnis veranschaulicht, und zwar einem Fall, in dem ein Vormagnetisierungsfeld nicht an das Magnetsensor-Element gemäß der ersten Ausführungsform angelegt wird.
7 ist ein Graph, der schematisch die Relation zwischen einem Detektions-Magnetfeld und dem MR-Verhältnis veranschaulicht, und zwar einem Fall, in dem ein Vormagnetisierungsfeld von 80 Oe an das Magnetsensor-Element gemäß der ersten Ausführungsform angelegt wird.
8 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch die Konfiguration eines Magnetsensor-Elements gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht, und zwar in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld nicht an das Magnetsensor-Element angelegt wird.
9 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch die Konfiguration des Magnetsensor-Elements gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht, und zwar in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld an das Magnetsensor-Element angelegt wird.
10 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch illustrating die Konfiguration des Magnetsensor-Elements gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht, und zwar in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld größer als das externe Magnetfeld in 9 an das Magnetsensor-Element angelegt wird.
11 ist ein Graph, der schematisch die Relation zwischen einem Detektions-Magnetfeld und dem MR-Verhältnis veranschaulicht, und zwar in einem Fall, in dem ein Vormagnetisierungsfeld nicht an ein Magnetsensor gemäß einem Vergleichsbeispiel angelegt wird.
12 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Konfiguration eines Magnetsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch die Konfiguration eines Magnetsensor-Elements gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht, und zwar in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld nicht an das Magnetsensor-Element angelegt wird.
14 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch die Konfiguration des Magnetsensor-Elements gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht, und zwar in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld an das Magnetsensor-Element angelegt wird.
15 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch illustrating die Konfiguration des Magnetsensor-Elements gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht, und zwar in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld größer als das externe Magnetfeld in 14 an das Magnetsensor-Element angelegt wird.
16 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die schematisch illustrating die Konfiguration des Magnetsensor-Elements gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht, und zwar in einem Zustand, in dem ein externes Magnetfeld größer als das externe Magnetfeld in 15 an das Magnetsensor-Element angelegt wird.
17 ist ein Graph, der schematisch die Relation zwischen einem Detektions-Magnetfeld und dem MR-Verhältnis veranschaulicht, und zwar einem Fall, in dem ein Vormagnetisierungsfeld nicht an das Magnetsensor-Element gemäß der zweiten Ausführungsform angelegt wird.
18 ist ein Graph, der schematisch die Relation zwischen einem Detektions-Magnetfeld und dem MR-Verhältnis veranschaulicht, und zwar einem Fall, in dem ein Vormagnetisierungsfeld von 150 Oe an das Magnetsensor-Element gemäß der zweiten Ausführungsform angelegt wird.
19 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Magnetsensors gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
20 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Konfiguration eines Magnetsensors gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.
21 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Konfiguration des Magnetsensors gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht.
22 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Magnetsensors gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht.
23 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Magnetsensors gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
24 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration eines Magnetsensors gemäß einer Modifikation der sechsten Ausführungsform veranschaulicht.
25 ist eine Seitenansicht, die schematisch eine Konfiguration einer Magnetsensor-Einrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform veranschaulicht.
26 ist eine Draufsicht, die schematisch die Konfiguration der Magnetsensor-Einrichtung gemäß der siebten Ausführungsform veranschaulicht.
27 ist eine Seitenansicht, die schematisch die Konfiguration der Magnetsensor-Einrichtung und die Magnetfeldlinien gemäß der siebten Ausführungsform veranschaulicht.
28 ist eine Seitenansicht, die schematisch die Konfiguration einer Magnetsensor-Einrichtung gemäß einer Modifikation der siebten Ausführungsform und die Magnetfeldlinien veranschaulicht.
29 ist eine Seitenansicht, die schematisch die Magnetfeldlinien veranschaulicht, die an ein erstes Magnetsensor-Element der Magnetsensor-Einrichtung gemäß der siebten Ausführungsform angelegt werden, und zwar in einem Zustand, in dem ein Objekt nicht vorhanden ist.
30 ist eine Seitenansicht, die schematisch die Magnetfeldlinien veranschaulicht, die an ein zweites Magnetsensor-Element der Magnetsensor-Einrichtung gemäß der siebten Ausführungsform angelegt werden, und zwar in einem Zustand, in dem das Objekt nicht vorhanden ist.
31 ist eine Seitenansicht, die schematisch die Magnetfeldlinien veranschaulicht, die an das erste Magnetsensor-Element der Magnetsensor-Einrichtung gemäß der siebten Ausführungsform angelegt werden, wenn sich das Objekt nähert.
32 ist eine Seitenansicht, die schematisch die Magnetfeldlinien veranschaulicht, die an das zweite Magnetsensor-Element der Magnetsensor-Einrichtung gemäß der siebten Ausführungsform angelegt werden, wenn sich das Objekt nähert.
33 ist eine Seitenansicht, die schematisch die Magnetfeldlinien veranschaulicht, die an das erste Magnetsensor-Element der Magnetsensor-Einrichtung gemäß der siebten Ausführungsform angelegt werden, wenn sich das Objekt wegbewegt.
34 ist eine Seitenansicht, die schematisch die Magnetfeldlinien veranschaulicht, die an das zweite Magnetsensor-Element der Magnetsensor-Einrichtung gemäß der siebten Ausführungsform angelegt werden, wenn sich das Objekt wegbewegt.
35 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Konfiguration einer Magnetsensor-Einrichtung gemäß einer achten Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Nachfolgend sind gleiche oder entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, und eine redundante Beschreibung wird nicht wiederholt.
Erste Ausführungsform
Die Konfigurationen eines Magnetsensor-Elements 2 und eines Magnetsensors 100 gemäß einer ersten Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
Wie in 1 veranschaulicht, weist der Magnetsensor 100 ein Substrat 1 und das Magnetsensor-Element 2 auf. Das Magnetsensor-Element 2 ist elektrisch mit dem Substrat 1 verbunden. Das Substrat 1 ist beispielsweise ein Siliciumsubstrat, auf dem ein thermisches Siliciumoxid angeordnet ist, oder ein Quarzsubstrat. Das Substrat 1 kann beispielsweise in einem Wafer-Prozess verwendet werden.
Das Magnetsensor-Element 2 ist ein Magnetsensor-Element zum Detektieren eines Detektions-Magnetfelds 501 (Magnetmuster) eines Objekts. Das Magnetsensor-Element 2 ist so konfiguriert, dass ein Vormagnetisierungsfeld 401 und das Detektions-Magnetfeld 501 angelegt werden. Das Vormagnetisierungsfeld 401 ist ein Magnetfeld, das von einem Erzeugungsbereich für externen Magnetfeld erzeugt wird, der später beschrieben wird. Das Vormagnetisierungsfeld 401 und das Detektions-Magnetfeld 501 sind ein externes Magnetfeld 601.
Wie in 2 gezeigt, weist das Magnetsensor-Element 2 eine gepinnte Schicht 21, eine erste nichtmagnetische Schicht 22, eine erste magnetische Schicht 23 und eine freie Schicht 24 auf. In der vorliegenden Ausführungsform weist die magnetische Schicht ferner eine Tunnel-Isolierschicht 25 auf, die den Tunnel-Effekt nutzt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die gepinnte Schicht 21, die erste nichtmagnetische Schicht 22, die erste magnetische Schicht 23, die Tunnel-Isolierschicht 25 und die freie Schicht 24 in dieser Reihenfolge laminiert. Die gepinnte Schicht 21, die erste nichtmagnetische Schicht 22, die erste magnetische Schicht 23, die Tunnel-Isolierschicht 25 und die freie Schicht 24 werden beispielsweise mittels einer Schichtbildung durch ein Sputter-Verfahren ausgebildet. Beispielsweise werden die Tunnel-Isolierschicht 25, die erste magnetische Schicht 23, die erste nichtmagnetische Schicht 22 und die gepinnte Schicht 21 nacheinander auf der freien Schicht 24 ausgebildet. Beispielsweise können die erste nichtmagnetische Schicht 22, die erste magnetische Schicht 23, die Tunnel-Isolierschicht 25 und die freie Schicht 24 nacheinander auf der gepinnten Schicht 21 ausgebildet werden.
Wie in 1 und 3 gezeigt, hat die gepinnte Schicht 21 eine fixierte bzw. festgelegte Magnetisierungsrichtung 211. In einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, ist die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 orthogonal zur Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 bei Betrachtung in der Laminierungsrichtung (Z-Achsen-Richtung DR3).
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht an das Magnetsensor-Element 2 angelegt wird, die Y-Achsen-Richtung DR2. Die Richtung, in der die erste nichtmagnetische Schicht 22 auf die gepinnte Schicht 21 laminiert wird, ist die Z-Achsen-Richtung DR3. Die Richtung, die jede der Y-Achsen-Richtung DR2 und der Z-Achsen-Richtung DR3 schneidet, ist die X-Achsen-Richtung DR1.
Obwohl nicht dargestellt, weist die gepinnte Schicht 21 eine antiferromagnetische Schicht und eine ferromagnetische Schicht auf, die miteinander verbunden sind. Die antiferromagnetische Schicht ist beispielsweise Iridium-Mangan (IrMn). Die ferromagnetische Schicht ist beispielsweise Kobalt-Platin (CoPt). Die antiferromagnetische Schicht und die ferromagnetische Schicht sind miteinander verbunden, wodurch die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht auf die Magnetisierungsrichtung an der Verbindungsfläche der schallharten Magnetfolie festgelegt ist. Daher ist die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 festgelegt. Die gepinnte Schicht 21 wird einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterzogen, die gleich hoch wie oder höher als eine Blockungstemperatur der antiferromagnetischen Schicht in einem starken Magnetfeld ist. Die gepinnte Schicht 21, die thermisch behandelt wurde, wird gekühlt. Folglich wird die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 festgelegt auf die Richtung des starken Magnetfelds, das während der Wärmebehandlung angelegt wird.
Die erste nichtmagnetische Schicht 22 ist auf die gepinnte Schicht 21 laminiert. Die erste nichtmagnetische Schicht 22 ist in Kontakt mit der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetischen Schicht 23. Das Material Der ersten nichtmagnetische Schicht 22 ist beispielsweise Ruthenium (Ru) oder Chrom (Cr).
Die erste magnetische Schicht 23 hält die erste nichtmagnetische Schicht 22 mit der gepinnten Schicht 21. Daher sind die gepinnte Schicht 21 und die erste magnetische Schicht 23 durch indirekte Austausch-Interaktion gekoppelt. Genauer gesagt: Die Kopplungsstärke zwischen der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetische Schicht 23 infolge der indirekten Austausch-Interaktion schwankt (vibriert) mit einer Cosinusfunktion gemäß dem Abstand zwischen der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetische Schicht 23 (der Dicke der ersten nichtmagnetischen Schicht 22). Mit anderen Worten: Die Kopplungsstärke infolge der indirekten Austausch-Interaktion wird gesteuert, indem die Dicke der ersten nichtmagnetischen Schicht 22 gesteuert wird.
Die Kopplungsrichtung zwischen der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetischen Schicht 23 durch die indirekte Austausch-Interaktion schwankt (vibriert) in einer Cosinusfunktion gemäß dem Abstand zwischen der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetischen Schicht 23 (der Dicke der ersten nichtmagnetischen Schicht 22). Mit anderen Worten: Die Kopplungsrichtung durch die indirekte Austausch-Interaktion wird gesteuert, indem die Dicke der ersten nichtmagnetischen Schicht 22 gesteuert wird. Vorzugsweise wird die Dicke der ersten nichtmagnetische Schicht 22 so gesteuert, dass die Kopplungsrichtung zwischen der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetischen Schicht durch die indirekte Austausch-Interaktion parallel oder antiparallel ist. Beispielsweise wenn die erste nichtmagnetische Schicht 22 aus Ruthenium (Ru) mit einer Dicke von 0,4 nm gebildet ist, ist die Kopplungsrichtung durch die indirekte Austausch-Interaktion parallel. Wenn die erste nichtmagnetische Schicht 22 aus Ruthenium (Ru) mit einer Dicke von 0,9 nm gebildet ist, ist die Kopplungsrichtung durch die indirekte Austausch-Interaktion antiparallel.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste nichtmagnetische Schicht 22 aus Ruthenium (Ru) mit einer Dicke von 0,9 nm gebildet. Daher ist in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 is nicht angelegt wird, die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 entgegengesetzt (antiparallel) zur Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21. Es sei angemerkt, dass in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 die gleiche sein kann wie die (parallel sein kann zur) Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21, wie später noch beschrieben wird.
Die erste magnetische Schicht 23 hat eine Magnetisierungsrichtung, die durch das externe Magnetfeld 601 leichter geändert wird als diejenige der gepinnten Schicht 21. Das Material der ersten magnetischen Schicht 23 ist beispielsweise Cobalt-Eisen-Bor (CoFeB) mit einem hohen Magnetowiderstandsverhältnis (MR-Verhältnis), und zwar in einem Fall, in dem das Material der Tunnel-Isolierschicht 25 Magnesiumoxid ist (MgO). Das Material der ersten magnetischen Schicht 23 kann Cobalt-Eisen (CoFe) sein.
Die freie Schicht 24 ist entlang der Richtung (Z-Achsen-Richtung DR3) angeordnet, in der die erste nichtmagnetische Schicht 22 auf die gepinnte Schicht 21 laminiert ist. Die freie Schicht 24 hat eine Magnetisierungsrichtung, die durch das externe Magnetfeld 601 leichter geändert wird als diejenige der gepinnten Schicht 21. Die Achse mit einfacher bzw. leichter Magnetisierung (Magnetisierungsrichtung 241) der freien Schicht 24 wird durch ein Verfahren vorgegeben, das ähnlich dem Verfahren zum Festlegen der Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 ist.
Vorzugsweise ist das Material der freien Schicht 24 beispielsweise Cobalt-Eisen-Bor (CoFeB) mit einem hohen Magnetowiderstandsverhältnis (MR-Verhältnis), und zwar in einem Fall, in dem das Material der Tunnel-Isolierschicht 25 Magnesiumoxid ist (MgO). Das Material der freien Schicht 24 kann Cobalt-Eisen (CoFe) sein. Das Material der freien Schicht 24 kann passend bestimmt werden, solange es erlaubt, dass die freie Schicht 24 empfindlich auf das externe Magnetfeld 601 reagiert (siehe 4). Das Material der freien Schicht 24 kann ein Magnetmaterial mit Eigenschaften wie ein weichmagnetisches Material sein. Beispiele des Materials mit Eigenschaften wie ein weichmagnetisches Material schließen Folgendes ein: Nickel-Eisen (NiFe), genannt Permalloy, und Cobalt-Eisen-Silicium-Bor (CoFeSiB), was ein amorphes weichmagnetisches Material ist.
Die erste magnetische Schicht 23 und die freie Schicht 24 halten die Tunnel-Isolierschicht 25 dazwischen. Die Tunnel-Isolierschicht 25 ist in Kontakt mit der ersten magnetischen Schicht 23 und der freien Schicht 24. Das Material der Tunnel-Isolierschicht 25 ist beispielsweise Magnesiumoxid (MgO). Das Material der Tunnel-Isolierschicht 25 kann beispielsweise Aluminiumoxid (AlO) sein. Die Tunnel-Isolierschicht 25 kann durch natürliche Oxidation gebildet werden, nachdem eine Metallschicht durch Sputtern gebildet wurde.
Das Magnetsensor-Element 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird als ein Tunnel-Magnetowiderstands-Element (TMR-Element) gebildet. Der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2, das ein TMR-Element ist, wird durch die Winkeldifferenz zwischen der ersten magnetischen Schicht 23 und der freien Schicht 24 bestimmt, die die Tunnel-Isolierschicht 25 dazwischen halten. In einem Fall, in dem die Winkeldifferenz zwischen der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und der Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 θ ist, und die Tunnel-Spin-Polarisierbarkeit der Tunnel-Isolierschicht 25 α ist, wird der Widerstandswert R des Magnetsensor-Elements 2 durch Gleichung (1) ausgedrückt.
$R = R 0 / (1 + α cos θ)$
Der Betrieb des Magnetsensor-Elements 2 gemäß der ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 3 bis 5 beschrieben.
In 3 wird das externe Magnetfeld 601 (siehe 4) nicht an das Magnetsensor-Element 2 angelegt. In einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, ist die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 parallel zur positiven Richtung der Y-Achse. In einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, ist die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 parallel oder antiparallel zur positiven Richtung der Y-Achse. In 3 ist die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 antiparallel zur positiven Richtung der Y-Achse. In einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, ist die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 parallel zur positiven Richtung der X-Achse.
In der vorliegenden Ausführungsform gilt Folgendes: In einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, ist die Winkeldifferenz θ zwischen der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und der Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 auf 90° vorgegeben. Das heißt, in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, ist die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 orthogonal zur Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 bei Betrachtung in Laminierungsrichtung (Z-Achsen-Richtung DR3). In einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, hat der Widerstandswert R des Magnetsensor-Element 2 einen Wert R0, aus der obigen Gleichung (1).
In 4 wird das externe Magnetfeld 601 parallel zur positiven Richtung der X-Achse an das Magnetsensor-Element 2 angelegt, und zwar als ein Magnetfeld von außerhalb. Beispielsweise wird ein externes Magnetfeld 601 von 50 Oe (1000/(4π) A/m) an das Magnetsensor-Element 2 angelegt. Die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 und die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 werden durch das externe Magnetfeld 601 geändert. Genauer gesagt: Die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 und die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 rotieren in X-Achsen-Richtung DR1.
Noch genauer gesagt: Die gepinnte Schicht 21 hat eine einzelne magnetische Domäne, da die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 festgelegt ist. Daher tritt die Magnetisierung der gepinnten Schicht 21 bezogen auf das externe Magnetfeld 601 parallel zur X-Achsen-Richtung DR1 als die Rotation der Magnetisierungsrichtung 211 auf. Mit anderen Worten: Wenn das externe Magnetfeld 601 in der Richtung (Y-Achsen-Richtung DR2) orthogonal zur Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 an die gepinnte Schicht 21 angelegt wird, rotiert die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21. Ähnlich wie bei der gepinnten Schicht 21 rotiert die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetische Schicht 23, wenn das externe Magnetfeld 601 an die erste magnetische Schicht 23 angelegt wird. Da die Richtung der Achse mit einfacher bzw. leichter Magnetisierung der freien Schicht 24 parallel zur Richtung des externen Magnetfelds 601 ist, bleibt die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 festgelegt, und zwar in der X-Achsen-Richtung DR1 (der Richtung des externen Magnetfelds 601).
Es sei Folgendes angemerkt: Da das anisotrope Magnetfeld der gepinnten Schicht 21 von dem anisotropen Magnetfeld der ersten magnetischen Schicht 23 verschieden ist, ist die Leichtigkeit der Rotation der Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 von der Leichtigkeit der Rotation der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 verschieden. Vorzugsweise wird die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 leichter rotiert als die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21.
Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Wenn das externe Magnetfeld 601 an das Magnetsensor-Element 2 angelegt wird, rotieren die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 und die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23, und die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 rotiert nicht. Daher ist die Winkeldifferenz θ zwischen der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und der Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 kleiner als 90°. Folglich ist der Widerstandswert R des Magnetsensor-Elements 2 kleiner als R0, was sich aus Gleichung (1) ergibt.
In 5 wird ein externes Magnetfeld 601 größer als dasjenige, das in 4 veranschaulicht ist, an das Magnetsensor-Element 2 angelegt. Wenn die Magnetfeldintensität des externen Magnetfelds 601 zunimmt, rotieren die erste magnetische Schicht 23 und die freie Schicht 24. Im Ergebnis stimmt die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 mit der X-Achsen-Richtung DR1 (der Richtung des externen Magnetfelds 601) überein. Außerdem werden die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 zueinander parallel. Folglich hat der Widerstandswert R des Magnetsensor-Elements 2 einen Wert von R0/(1 + α), was sich aus Gleichung (1) ergibt. Es sei angemerkt, dass der Widerstandswert R am kleinsten ist, wenn die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 zueinander parallel werden.
Wie oben beschrieben, ist das Magnetsensor-Element 2 so konfiguriert, dass der Widerstandswert R abnimmt, wenn das externe Magnetfeld 601, das an das Magnetsensor-Element 2 angelegt wird, von 0 Oe aus zunimmt. Außerdem ist das Magnetsensor-Element 2 so konfiguriert, dass der Widerstandswert R abnimmt, wenn das externe Magnetfeld 601, das an das Magnetsensor-Element 2 angelegt wird, von 0 Oe aus abnimmt. Mit anderen Worten: Das Magnetsensor-Element 2 ist so konfiguriert, dass der Widerstandswert R maximiert wird, wenn das externe Magnetfeld 601 einen Wert von 0 Oe hat, und der Widerstandswert R abnimmt, wenn das externe Magnetfeld 601 von 0 Oe entfernt wird. Der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 hat eine symmetrische Eigenschaft um 0 Oe bezogen auf das externe Magnetfeld 601.
Als nächstes wird der Betrieb des Vormagnetisierungsfelds 401 unter Bezugnahme auf 6 und 7 beschrieben.
Das Detektions-Magnetfeld 501 ist ein Signal mit einer Amplitude um 0 Oe. Die Amplitude des Detektions-Magnetfelds 501 ist beispielsweise 5 Oe. Daher gilt Folgendes: Wenn der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 maximiert wird, wenn das Detektions-Magnetfeld 501 einen Wert von 0 Oe hat, weil das Vormagnetisierungsfeld 401 nicht an das Magnetsensor-Element 2 angelegt wird, können zwei Detektions-Magnetfelder 501, die positiv und negativ sind, einem Widerstandswert innerhalb der Amplitude des Detektions-Magnetfelds 501 entsprechen wie in 6 veranschaulicht. In einem Fall, in dem der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 maximiert wird, wenn das Detektions-Magnetfeld 501 einen Wert von 0 Oe hat, da das Vormagnetisierungsfeld 401 nicht an das Magnetsensor-Element 2 angelegt wird, könnte folglich das Detektions-Magnetfeld 501 nicht genau detektiert werden.
Andererseits wird in der vorliegenden Ausführungsform das Vormagnetisierungsfeld 401 an das Magnetsensor-Element 2 angelegt, wodurch die Magnetfeld-Widerstandseigenschaft des Magnetsensor-Elements 2 in der negativen Richtung verschoben wird, und zwar durch die Magnetfeldintensität des Vormagnetisierungsfelds 401, wie in 7 veranschaulicht. Mit anderen Worten: Die Magnetfeldintensität, bei der der Widerstandswert R des Magnetsensor-Elements 2 maximiert wird, wird in der negativen Richtung von 0 Oe durch die Magnetfeldintensität des Vormagnetisierungsfelds 401 verschoben. Die Magnetfeldintensität des Vormagnetisierungsfelds 401 ist größer als die Amplitude des Detektions-Magnetfelds 501. Im Ergebnis entspricht die Intensität des Detektions-Magnetfelds 501 dem Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 auf einer Eins-zu-eins-Basis.
Die Magnetfeldintensität des Vormagnetisierungsfelds 401 ist beispielsweise 80 Oe. In einem Fall, in dem die Magnetfeldintensität des Vormagnetisierungsfelds 401 einen Wert von 80 Oe hat, wird der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 maximiert, wenn die Magnetfeldintensität des Detektions-Magnetfelds 501 einen Wert von -80 Oe hat. In einem Fall, in dem die Magnetfeldintensität des Vormagnetisierungsfelds 401 einen Wert von 80 Oe hat, ist die Änderung des Widerstandswerts des Magnetsensor-Elements 2 in einem Bereich groß, in dem die Magnetfeldintensität des Detektions-Magnetfelds 501 beispielsweise größer als oder gleich 20 Oe und kleiner als oder gleich 150 Oe ist. Das heißt, in einem Fall, in dem die Magnetfeldintensität des Vormagnetisierungsfelds 401 einen Wert von 80 Oe hat, ist die Empfindlichkeit des Magnetsensor-Elements 2 in einem Bereich hoch, in dem die Magnetfeldintensität des Detektions-Magnetfelds 501 größer als oder gleich 20 Oe und kleiner als oder gleich 150 Oe ist.
Als nächstes wird die Konfiguration des Magnetsensor-Elements 2 gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 8 bis 10 beschrieben.
Im Magnetsensor-Element 2 gemäß der Modifikation der ersten Ausführungsform ist die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 gleich der (parallel zur) Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21, und zwar in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, wie in 8 veranschaulicht. Selbst in einem Fall, in dem die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 die gleiche wie (parallel zur) Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 ist, in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, wird die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 parallel zur X-Achsen-Richtung DR1, durch das externe Magnetfeld 601, wie in einem Fall, in dem die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 entgegengesetzt (antiparallel) zur Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 ist, wie in 8 bis 10 veranschaulicht.
Als nächstes werden die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Im Magnetsensor-Element 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die gepinnte Schicht 21 und die erste magnetische Schicht 23 durch die indirekte Austausch-Interaktion verbunden bzw. gekoppelt, wie in 3 veranschaulicht. Diese Konfiguration kann die Intensität des angelegten Magnetfelds erhöhen, das für die Rotation der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 notwendig ist, und zwar relativ zur Intensität des anisotropen Magnetfelds, die die Intensität des angelegten Magnetfelds ist, wenn die freie Schicht 24 allein rotiert. Daher kann die Obergrenze der Magnetfeldintensität, die vom Magnetsensor-Element 2 messbar ist, relativ zur anisotropen Magnetfeldintensität der freien Schicht 24 erhöht werden. Demzufolge kann der Dynamikbereich ausreichend erhöht werden.
Die erste magnetische Schicht 23 und die freie Schicht 24 halten die Tunnel-Isolierschicht 25 dazwischen, wie in 3 veranschaulicht. Daher kann das Magnetsensor-Element 2 als Magnetschalter-TMR-Element ausgebildet werden. Demzufolge wird die Empfindlichkeit des Magnetsensor-Elements 2 verbessert.
Wie in 3 gezeigt, ist die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 entweder die gleich oder entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21, und zwar in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 (siehe 4) nicht angelegt wird. Daher kann in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, die Kopplungsstärke infolge der indirekten Austausch-Interaktion zwischen der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetischen Schicht 23 erhöht werden. Demzufolge kann der Dynamikbereich weiter erhöht werden.
Wie in 3 veranschaulicht, gilt Folgendes: In einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 (siehe 4) nicht angelegt wird, ist die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 orthogonal zur Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 bei Betrachtung in der Laminierungsrichtung (Z-Achsen-Richtung DR3). Dies kann die Winkeldifferenz θ zwischen der Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 und der Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 erhöhen, und zwar in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld 601 nicht angelegt wird. Daher kann die Intensität des externen Magnetfelds 601 erhöht werden, die notwendig ist, um die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnte Schicht 21 so vorzugeben, dass sie die gleiche ist wie die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24. Demzufolge kann der Dynamikbereich weiter erhöht werden.
Die Wirkung des Magnetsensor-Elements 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird unter Vergleich des Magnetsensor-Elements 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem Magnetsensor-Element gemäß einem Vergleichsbeispiel beschrieben, an das das Vormagnetisierungsfeld 401 orthogonal zum Detektions-Magnetfeld 501 angelegt wird. Es sei angemerkt, dass das Magnetsensor-Element gemäß dem Vergleichsbeispiel eine Konfiguration ähnlich derjenigen des Magnetsensor-Elements 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat, es sei denn, dies ist anderweitig vermerkt.
Das externe Magnetfeld 601 entlang der Y-Achsen-Richtung DR2 wird an das Magnetsensor-Element gemäß dem Vergleichsbeispiel angelegt. In dem Magnetsensor-Element gemäß dem Vergleichsbeispiel geht die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 23 vom antiparallelen Zustand zum parallelen Zustand über, und zwar bei einem Anstieg der Intensität des externen Magnetfelds 601, aber sie verbleibt antiparallel in einem Bereich, wo die Intensität des externen Magnetfelds 601 niedriger als eine gewisse Intensität ist, wie in 11 veranschaulicht. Daher wird der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 durch die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 bestimmt. Das heißt, der Bereich der Magnetfeldintensität, wo sich der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 ändert, wird durch die anisotrope Magnetfeldintensität der freien Schicht 24 bestimmt. Der Bereich der Magnetfeldintensität, die durch die anisotrope Magnetfeldintensität der freien Schicht 24 bestimmt wird, ist beispielsweise größer als oder gleich -5 Oe und kleiner als oder gleich 5 Oe. Wenn ein externes Magnetfeld 601 größer als oder gleich 5 Oe an das Magnetsensor-Element 2 angelegt wird, könnte daher die Ausgabe des Magnetsensor-Elements 2 gesättigt werden. Die Ausgabe des Detektions-Magnetfelds 501 mit 5 Oe oder mehr entlang der Y-Achsen-Richtung DR2 kann gesättigt werden. Wenn das Vormagnetisierungsfeld 401 mit 5 Oe oder mehr entlang der Y-Achsen-Richtung DR2 angelegt wird, kann außerdem die Ausgabe gesättigt werden, und zwar ungeachtet der Richtung des Detektions-Magnetfelds 501.
Andererseits wird in der vorliegenden Ausführungsform das externe Magnetfeld 601 entlang der X-Achsen-Richtung DR1 an das Magnetsensor-Element 2 angelegt, wie in 4 und 7 veranschaulicht. Daher kann die Magnetisierungsrichtung 211 der gepinnten Schicht 21 und die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 entlang der Y-Achsen-Richtung DR2 allmählich geändert werden, so dass sie entlang der X-Achsen-Richtung DR1 verläuft, und zwar bezogen auf eine Erhöhung der Magnetfeldintensität des Vormagnetisierungsfelds 401 entlang der X-Achsen-Richtung DR1. Folglich können die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 allmählich geändert werden. Im Ergebnis kann der Widerstand des Magnetsensor-Elements 2 ebenfalls allmählich geändert werden. Demzufolge ist es möglich, das externe Magnetfeld zu erhöhen, wie notwendig, bis die Änderung des Widerstands des Magnetsensor-Elements 2 die Obergrenze erreicht. Das heißt, der Dynamikbereich des Magnetsensor-Elements 2 kann erhöht werden.
Außerdem ist in dem Vergleichsbeispiel die freie Schicht 24 in eine Mehrzahl von Magnetdomänen im 0 Oe-Magnetfeld geteilt, die die höchste Empfindlichkeit haben. Daher wird die Widerstandsänderung bezogen auf die Änderung des Magnetfelds im Messbereich durch die Änderung der Magnetdomänen-Struktur der freien Schicht 24 verursacht. Eine Hysterese kann infolge einer Änderung der Magnetdomänen-Struktur auftreten. Daher kann eine Hysterese auch in der Ausgabe des Magnetsensors 100 auftreten.
Andererseits haben in der vorliegenden Ausführungsform die erste magnetische Schicht 23 und die freie Schicht 24 eine einzelne Magnetdomäne, und der Widerstandswert wird durch die Rotation der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 bestimmt, und folglich kann ein Auftreten von Hysterese verhindert werden.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird die Konfiguration des Magnetsensor-Elements 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 12 und 13 beschrieben. Die zweite Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration und Wirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, es sei denn, dies ist anderweitig vermerkt. Daher sind die gleichen Komponenten wie diejenigen in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Wie in 12 und 13 veranschaulicht, weist das Magnetsensor-Element 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner eine zweite magnetische Schicht 26 und eine zweite nichtmagnetische Schicht 27 auf. Die gepinnte Schicht 21, die erste nichtmagnetische Schicht 22, die erste magnetische Schicht 23, die Tunnel-Isolierschicht 25, die zweite magnetische Schicht 26, die zweite nichtmagnetische Schicht 27 und die freie Schicht 24 sind in dieser Reihenfolge laminiert.
Die zweite magnetische Schicht 26 ist auf der Seite gegenüber der gepinnten Schicht 21 bezogen auf die erste magnetische Schicht 23 angeordnet. Die zweite magnetische Schicht 26 hält die Tunnel-Isolierschicht 25 mit der ersten magnetischen Schicht 23. Die zweite magnetische Schicht 26 hält die zweite nichtmagnetische Schicht 27 mit der freien Schicht 24. Das Material der zweiten magnetischen Schicht 26 kann das gleiche sein wie das Material der ersten magnetischen Schicht 23. Das Material der zweiten magnetischen Schicht 26 ist beispielsweise Cobalt-Eisen-Bor (CoFeB) oder dergleichen.
Die Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 ist entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24. Die Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 weist in die negative Richtung der X-Achsen-Richtung DR1.
Die zweite nichtmagnetische Schicht 27 ist in Kontakt mit der freien Schicht 24 und der zweiten magnetischen Schicht 26 und sandwichartig zwischen diese gefügt. Das Material der zweiten nichtmagnetischen Schicht 27 kann das gleiche sein wie das Material der ersten nichtmagnetischen Schicht 22. Das Material der ersten nichtmagnetischen Schicht 22 ist beispielsweise Ruthenium (Ru). Die erste nichtmagnetische Schicht 22 ist wünschenswerterweise aus einem Material gebildet, das die indirekte Austausch-Interaktion verursacht, und zwar auf der Komponente (freie Schicht 24 und zweite magnetische Schicht 26), die die erste nichtmagnetische Schicht 22 hält.
Der Betrieb des Magnetsensor-Elements 2 gemäß der zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 13 bis 16 beschrieben.
Der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bestimmt durch die Winkeldifferenz θ zwischen der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und der Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26. In einem Zustand, in dem das externes Magnetfeld 601 nicht angelegt wird, beträgt die Winkeldifferenz θ zwischen der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und der Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 is 90°, wie in 13 veranschaulicht, und folglich hat der Widerstandswert R einen Wert von R0, gemäß Gleichung (1).
Das Vormagnetisierungsfeld 401 (externes Magnetfeld 601) von beispielsweise 50 Oe wird an das Magnetsensor-Element 2 angelegt, wie in 14 veranschaulicht. Selbst in einem Zustand, in dem das Vormagnetisierungsfeld 401 von 50 Oe angelegt wird, wird die Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 so beibehalten, dass sie in die negative Richtung der X-Achse weist. Dies rührt daher, dass die zweite magnetische Schicht 26, die durch die indirekte Austausch-Interaktion mit der freien Schicht 24 gekoppelt ist, die die Magnetisierungsrichtung entlang des externen Magnetfelds 601 hat, mit der zweiten nichtmagnetischen Schicht 27 dazwischen, sich als Achse mit einfacher bzw. leichter Magnetisierung bezogen auf das externe Magnetfeld 601 verhält. Mit anderen Worten: Die zweite magnetische Schicht 26 hat eine große Hysterese bezogen auf eine Umkehrung der Magnetisierung. Daher rotiert die Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht 26 später als die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 23.
Andererseits rotiert die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 in der Richtung entlang des externen Magnetfelds 601 (X-Achsen-Richtung DR1) bei Anstieg des externen Magnetfelds 601. Daher nimmt die Winkeldifferenz θ zwischen der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und der Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 zu. Demzufolge ist der Widerstandswert R des Magnetsensor-Elements 2 größer als R0.
Anschließend wird das Vormagnetisierungsfeld 401 (externes Magnetfeld 601) von beispielsweise 300 Oe an das Magnetsensor-Element 2 angelegt, wie in 15 gezeigt. Im Ergebnis rotiert die Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 in der Richtung entlang des Vormagnetisierungsfelds 401 (Z-Achsen-Richtung DR3). Folglich hat die Winkeldifferenz θ zwischen der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und der Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 einen Wert von 180°. Demzufolge hat der Widerstandswert R einen Wert von R0/(1 - α), was das Maximum ist, gemäß Gleichung (1).
Anschließend wird das Vormagnetisierungsfeld 401 (externes Magnetfeld 601) größer als 300 Oe beispielsweise an das Magnetsensor-Element 2 angelegt, wie in 16 veranschaulicht. Im Ergebnis wird die Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 parallel zum Vormagnetisierungsfeld 401. Sämtliche von der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23, der Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 und der Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 sind parallel zum Vormagnetisierungsfeld 401.
In dem Prozess, in dem die Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 entlang des externen Magnetfelds 601 rotiert, nimmt die Winkeldifferenz θ zwischen der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und der Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 ab. Daher nimmt der Widerstandswert R des Magnetsensor-Elements 2 ab. Schließlich nimmt die Winkeldifferenz θ einen Wert von 0° an, so dass der Widerstandswert R einen Wert von R0/(1 + α) annimmt, was das Minimum ist.
Genauer gesagt: Der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 nimmt innerhalb eines Bereichs von 0 Oe bis 300 Oe zu, wie in 17 veranschaulicht. Außerdem nimmt der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 innerhalb eines Bereichs von 300 Oe bis 700 Oe ab. Der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 nimmt innerhalb eines Bereichs von 0 Oe bis -300 Oe zu. Außerdem nimmt der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 innerhalb eines Bereichs von -300 Oe bis - 700 Oe ab. Daher hat das Magnetsensor-Element 2 M-förmige Eigenschaften bzw. eine M-förmige Kennlinie.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Vormagnetisierungsfeld 401 ebenfalls an das Magnetsensor-Element 2 angelegt, und zwar während des Betriebs des Magnetsensor-Elements 2, wie in 18 veranschaulicht, wie auch in der ersten Ausführungsform. Beispielsweise wird das Vormagnetisierungsfeld 401 von 150 Oe an das Magnetsensor-Element 2 angelegt. Es sei angemerkt, dass, in einem Fall, in dem das Vormagnetisierungsfeld 401 von 150 Oe angelegt wird, sich die zweite magnetische Schicht 26 so verhält, als hätte sie eine Achse mit einfacher bzw. leichter Magnetisierung, und zwar innerhalb eines Bereichs von 300 Oe bis 700 Oe, und folglich eine große Hysterese hätte. Daher ist der Bereich von 300 Oe bis 700 Oe nicht zur Verwendung des Magnetsensor-Elements 2 geeignet.
Es sei angemerkt, dass, wenn die erste nichtmagnetische Schicht 22 eine Dicke hat, die die freie Schicht 24 und die erste magnetische Schicht 23 durch indirekte Austausch-Interaktion in einem Zustand koppelt, in dem die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 und die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 die gleichen sind (parallel zueinander sind), die zweite magnetische Schicht 26 auf die gleiche Weise arbeitet wie die freie Schicht 24. Mit anderen Worten: Wenn die erste nichtmagnetische Schicht 22 eine Dicke hat, die die freie Schicht 24 und die erste magnetische Schicht 23 durch indirekte Austausch-Interaktion in einem Zustand koppelt, in dem die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 und die Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 gleich sind (parallel zueinander), dann arbeitet das Magnetsensor-Element 2 auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform.
Als nächstes werden die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Im Magnetsensor-Element 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hält die zweite magnetische Schicht 26 die zweite nichtmagnetische Schicht 27 mit der freien Schicht 24, wie in 13 veranschaulicht. Die Magnetisierungsrichtung 261 der zweiten magnetischen Schicht 26 ist entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24. Daher sind die Eigenschaften einer Änderung des Widerstandswerts des Magnetsensor-Elements 2 bezogen auf das Anlagen des externen Magnetfelds 601 an das Magnetsensor-Element 2 denjenigen in dem Fall entgegengesetzt, in dem die zweite nichtmagnetische Schicht 27 und die zweite magnetische Schicht 26 nicht vorhanden sind (erste Ausführungsform). Folglich können die Eigenschaften des Magnetsensor-Elements 2 stark geändert werden, und zwar nur dadurch, dass ein Element-Ausbildungsprozess hinzugefügt wird, in dem die zweite nichtmagnetische Schicht 27 und die zweite magnetische Schicht 26 hinzugefügt werden.
Dritte Ausführungsform
Als nächstes wird die Konfiguration des Magnetsensor-Elements 2 gemäß einer dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 19 beschrieben.Die dritte Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration und Wirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, es sei denn, dies ist anderweitig vermerkt. Daher sind die gleichen Komponenten wie diejenigen in der ersten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Im Magnetsensor-Element 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform haben die gepinnte Schicht 21, die erste nichtmagnetische Schicht 22 und die erste magnetische Schicht 23 eine runde Form bei Betrachtung in der Richtung, in der die erste nichtmagnetische Schicht 22 auf die gepinnte Schicht 21 laminiert ist (Z-Achsen-Richtung DR3), wie in 19 veranschaulicht. Daher haben die gepinnte Schicht 21 und die erste magnetische Schicht 23 eine einzelne Magnetdomäne in der Richtung innerhalb der Ebene (X-Achsen-Richtung DR1 und Y-Achsen-Richtung DR2) der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetischen Schicht 23. Außerdem haben die gepinnte Schicht 21 und erste magnetische Schicht 23 eine harte Achse in der Richtung (Z-Achsen-Richtung DR3) senkrecht zu den Flächen der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetischen Schicht 23. Es sei angemerkt, dass die Form jeder von der gepinnten Schicht 21, der ersten magnetischen Schicht 23 und der ersten magnetischen Schicht 23 nicht auf einen perfekten Kreis beschränkt ist und auch eine Ellipse sein kann. Alternativ kann die Form jeder von der gepinnten Schicht 21, der ersten magnetischen Schicht 23 und der ersten magnetischen Schicht 23 ein Rechteck mit abgerundeten Ecken sein.
Die zweite nichtmagnetische Schicht 27, die zweite magnetische Schicht 26 und die freie Schicht 24 haben eine rechteckige Form bei Betrachtung in der Richtung, in der die erste nichtmagnetische Schicht 22 auf die gepinnte Schicht 21 laminiert ist (Z-Achsen-Richtung DR3). Die Langseite des Rechtecks verläuft entlang der Richtung des externen Magnetfelds 601 (siehe 4).
Die Form der Tunnel-Isolierschicht 25 kann rund oder rechteckig sein, bei Betrachtung in der Richtung, in der die erste nichtmagnetische Schicht 22 auf die gepinnte Schicht 21 laminiert ist (Z-Achsen-Richtung DR3).
Obwohl die gepinnte Schicht 21 und die erste magnetische Schicht 23 kleiner als die freie Schicht 24 sind, und zwar bei Betrachtung in der Z-Achsen-Richtung DR3 in 19, können sie größer als die freie Schicht 24 sein. Wenn die gepinnte Schicht 21 und die erste magnetische Schicht 23 größer als die freie Schicht 24 sind, und zwar bei Betrachtung in Z-Achsen-Richtung DR3, kann das Magnetsensor-Element 2 leicht in einem Halbleiter-Prozess ausgebildet werden.
In 19 wird das Magnetsensor-Element 2 dadurch hergestellt, dass es von der Unterseite (freie Schicht 24) zur Oberseite (gepinnte Schicht 21) laminiert wird, so dass die Unterseite (freie Schicht 24) rechteckig ist und die Oberseite (gepinnte Schicht 21) kreisförmig ist. Wenn die Reihenfolge der Laminierung umgekehrt wird, ist es wünschenswert, dass die Anordnung der kreisförmigen Komponenten und der rechteckigen Komponenten ebenfalls umgekehrt wird.
Als nächstes werden die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Im Magnetsensor-Element 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform haben die gepinnte Schicht 21 und die erste magnetische Schicht 24 eine runde Form bei Betrachtung in der Richtung, in der die erste nichtmagnetische Schicht 22 auf die gepinnte Schicht 21) laminiert ist (Z-Achsen-Richtung DR3), wie in 19 veranschaulicht. Daher haben die gepinnte Schicht 21 und die erste magnetische Schicht 23 eine einzelne Magnetdomäne in der Richtung innerhalb der Ebene (X-Achsen-Richtung DR1 und Y-Achsen-Richtung DR2) der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetischen Schicht 23. Daher ist in der Richtung innerhalb der Ebene (X-Achsen-Richtung DR1 und Y-Achsen-Richtung DR2) der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetischen Schicht 23 die Leichtigkeit der Rotation der Magnetisierungsrichtung 231 der gepinnten Schicht 21 und der ersten magnetischen Schicht 23 bezogen auf das externe Magnetfeld 601 (siehe 4) die gleiche in jeder Richtung. Daher kann die Hysterese des Magnetsensor-Elements 2 verringert werden.
Die Form der freien Schicht 24 ist ein Rechteck bei Betrachtung in der Richtung, in der die erste nichtmagnetische Schicht 22 auf die gepinnte Schicht 21 laminiert ist (Z-Achsen-Richtung DR3), wie in 19 veranschaulicht. Die Langseite des Rechtecks verläuft entlang der Richtung des externen Magnetfelds 601 (siehe 4). Im Allgemeinen beeinflusst das Seitenverhältnis der Form des Magnetmaterials die magnetischen Eigenschaften des Magnetmaterials. Genauer gesagt: Die Richtung der Achse mit einfacher bzw. leichter Magnetisierung eines rechteckigen Magnetmaterials verläuft entlang der Richtung der Langseite. Außerdem verläuft die Richtung der harten Achse des rechteckigen Magnetmaterials entlang der Richtung der Kurzseite. Daher wird das rechteckige Magnetmaterial leichter entlang der Richtung der Langseite magnetisiert als entlang der Richtung der Kurzseite des Rechtecks. Daher wird die Haltekraft des Magnetmaterials entlang der Richtung der Langseite größer als entlang der Richtung der Kurzseite des Rechtecks. In der vorliegenden Ausführungsform verläuft die Langseite des Rechtecks entlang der Richtung des externen Magnetfelds 601, wodurch die freie Schicht 24 eine Achse mit einfacher bzw. leichter Magnetisierung entlang der Richtung hat, in der das externe Magnetfeld 601 angelegt wird. Daher nimmt die Haltekraft der freien Schicht 24 zu. Demzufolge kann die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 weiter festgelegt werden. Folglich kann die Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 stabilisiert werden.
Außerdem hat in einem Fall, in dem das Magnetsensor-Element 2 ferner die zweite magnetische Schicht 26 aufweist, die Magnetisierungs-Umkehr der zweiten magnetischen Schicht 26 eine hohe Koerzitivkraft durch die Umkehrung der Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht 23. Daher kann der messbare Bereich erweitert werden, wo der Widerstandswert des Magnetsensor-Elements 2 zunimmt.
Vierte Ausführungsform
Als nächstes werden die Konfigurationen des Magnetsensor-Elements 2 und des Magnetsensors 100 gemäß einer vierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 20 und 21 beschrieben. Die vierte Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration und Wirkungen wie diejenigen der dritten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, es sei denn, dies ist anderweitig vermerkt. Daher sind die gleichen Komponenten wie diejenigen in der dritten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Die gepinnte Schicht 21 des Magnetsensor-Elements 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist einen ersten gepinnten Bereich 21a und einen zweiten gepinnten Bereich 21b auf, wie in 20 veranschaulicht. Der erste gepinnte Bereich 21a und der zweite gepinnte Bereich 21b sind auf derselben Seite bezogen auf die freie Schicht 24 angeordnet. Die erste nichtmagnetische Schicht 22 weist einen ersten nichtmagnetischen Bereich 22a und einen zweiten nichtmagnetischen Bereich 22b auf. Die erste magnetische Schicht 23 weist einen ersten Magnetbereich 23a und einen zweiten Magnetbereich 23b auf. Die Tunnel-Isolierschicht 25 weist einen ersten Tunnel-Isolierbereich 25a und einen zweiten Tunnel-Isolierbereich 25b auf. Der erste Tunnel-Isolierbereich 25a und der zweite Tunnel-Isolierbereich 25b sind mit derselben Fläche der zweiten magnetischen Schicht 26 verbunden. Vorzugsweise sind der erste Tunnel-Isolierbereich 25a und der zweite Tunnel-Isolierbereich 25b entlang der Längsrichtung der zweiten nichtmagnetischen Schicht 27 angeordnet. In diesem Fall werden der erste Tunnel-Isolierbereich 25a und der zweite Tunnel-Isolierbereich 25b leicht auf der zweiten nichtmagnetischen Schicht 27 angeordnet.
Der erste gepinnte Bereich 21a, der erste nichtmagnetische Bereich 22a, der erste Magnetbereich 23a und der erste Tunnel-Isolierbereich 25a sind in dieser Reihenfolge laminiert. Der zweite gepinnte Bereich 21b, der zweite nichtmagnetische Bereich 22b, der zweite Magnetbereich 23b und der zweite Tunnel-Isolierbereich 25b sind in dieser Reihenfolge laminiert. Der erste Tunnel-Isolierbereich 25a und der zweite Tunnel-Isolierbereich 25b sind auf der zweiten magnetischen Schicht 26 laminiert.
Zur Erleichterung der Beschreibung werden der erste gepinnte Bereich 21a, der erste nichtmagnetische Bereich 22a, der erste Magnetbereich 23a und der erste Tunnel-Isolierbereich 25a, die laminiert sind, als eine erste obere Struktur U1 bezeichnet. Zur Erleichterung der Beschreibung werden der zweite gepinnte Bereich 21b, der zweite nichtmagnetische Bereich 22b, der zweite Magnetbereich 23b und der zweite Tunnel-Isolierbereich 25b, die laminiert sind, als eine zweite obere Struktur U2 bezeichnet. Zur Erleichterung der Beschreibung werden die zweite magnetische Schicht 26, die zweite nichtmagnetische Schicht 27 und die freie Schicht 24, die laminiert sind, als eine untere Struktur L1 bezeichnet. Jede von der ersten oberen Struktur U1 und der zweiten oberen Struktur U2 sind auf der unteren Struktur L1 angeordnet. Obwohl die Form der unteren Struktur L1 in der Draufsicht rechteckig ist, kann die untere Struktur L1 teilweise eine gekrümmte Form durch Darüberätzen aufweisen.
Als nächstes wird die Konfiguration des Magnetsensor 100 gemäß der vierten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 21 beschrieben.
Wie in 21 veranschaulicht, weist der Magnetsensor 100 das Substrat 1, das Magnetsensor-Element 2 und ein Verdrahtungselement 3 auf. Das Verdrahtungselement 3 weist einen ersten Verdrahtungsbereich 31 und einen zweiten Verdrahtungsbereich 32 auf. Der erste Verdrahtungsbereich 31 ist elektrisch mit dem ersten gepinnten Bereich 21a verbunden. Der zweite Verdrahtungsbereich 32 ist elektrisch mit dem zweiten gepinnten Bereich 21b verbunden. Der Magnetsensor 100 ist so konfiguriert, dass ein Strom nacheinander durch den ersten Verdrahtungsbereich 31, die erste obere Struktur U1, die untere Struktur L1, die zweite obere Struktur U2 und den zweiten Verdrahtungsbereich 32 fließt. Dafür sind die erste obere Struktur U1 und die zweite obere Struktur U2 elektrisch in Reihe geschaltet.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Widerstandswert R des Magnetsensor-Elements 2 durch den relativen Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetbereichs 23a und der Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 und den relativen Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung des zweiten Magnetbereichs 23b und der Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 bestimmt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetbereichs 23a und die Intensität des zweiten Magnetbereichs 23b bezogen auf die räumliche Verteilung der Intensität des Detektions-Magnetfelds 501 kleiner. Daher sind der relative Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung des ersten Magnetbereichs 23a und der Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 und der relative Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung des zweiten Magnetbereichs 23b und der Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 gleich. Folglich ist der Widerstandswert, wenn der Strom durch den ersten Tunnel-Isolierbereich 25a geht, der gleiche wie der Widerstandswert, wenn der Strom durch den zweiten Tunnel-Isolierbereich 25b geht. Demzufolge kann die Magnetsensor-Einrichtung 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Wirkung zeigen, die gleich der Wirkung ist, die erhalten wird, indem elektrisch zwei Magnetsensor-Elemente 2 in Reihe geschaltet werden, und zwar mittels eines Magnetsensor-Elements 2.
Als nächstes werden die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Im Magnetsensor-Element 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der erste gepinnte Bereich 21a und der zweite gepinnte Bereich 21b auf derselben Seite bezogen auf die freie Schicht 24 angeordnet, wie in 20 veranschaulicht. Daher können der erste Verdrahtungsbereich 31 und der zweite Verdrahtungsbereich 32 elektrisch mit dem ersten gepinnten Bereich 21a bzw. dem zweiten gepinnten Bereich 21b verbunden werden, und zwar auf derselben Seite bezogen auf die freie Schicht 24. Daher kann die Anzahl von Verdrahtungsschritten verringert werden, und zwar verglichen mit dem Fall, in dem der erste Verdrahtungsbereich 31 und der zweite Verdrahtungsbereich 32 elektrisch verbunden sind, so dass sie das Magnetsensor-Element 2 sandwichartig umgeben. Folglich können die Kosten der Magnetsensor-Einrichtung 1000 verringert werden.
Genauer gesagt: Wenn eine Elektrode 4 mit der unteren Struktur L1 verbunden wird, kann das Verdrahtungselement 3 elektrisch mit der unteren Struktur L1 verbunden werden, bevor die Tunnel-Isolierschicht 25 auf die untere Struktur L1 laminiert wird. In diesem Fall kann die Schichtqualität der unteren Struktur L1 verschlechtert werden, und zwar durch eine Zunahme des Herstellungsprozesses des Magnetsensor-Elements 2, ein Aufrauen der Wafer-Oberfläche der unteren Struktur L1 infolge der Verbindung des Verdrahtungselements 3, einer Verunreinigung der unteren Struktur L1 infolge der Verbindung des Verdrahtungselements 3 und dergleichen. Wenn die Elektrode 4 mit der unteren Struktur L1 verbunden wird, können außerdem die untere Struktur L1 und die gepinnte Schicht 21 in Kontakt miteinander sein. In diesem Fall ist es notwendig, weiter einen Kontaktbereich in der unteren Struktur L1 vorzusehen. Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Wenn die Elektrode 4 mit der unteren Struktur L1 verbunden wird, nehmen die Herstellungskosten des Magnetsensor-Elements 2 zu. Andererseits wird in der vorliegenden Ausführungsform die Elektrode 4 mit jedem von dem ersten gepinnten Bereich 21a und dem zweiten gepinnten Bereich 21b verbunden, wodurch die Anzahl von Verdrahtungsschritten verringert werden kann. Folglich kann eine Zunahme der Herstellungskosten des Magnetsensor-Elements 2 unterdrückt werden.
Fünfte Ausführungsform
Als nächstes wird die Konfiguration des Magnetsensors 100 gemäß einer fünften Ausführungsform unter Bezugnahme auf 22 beschrieben. Die fünfte Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration und Wirkungen wie diejenigen der vierten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, es sei denn, dies ist anderweitig vermerkt. Daher sind die gleichen Komponenten wie diejenigen in der vierten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Wie in 22 veranschaulicht, weist der Magnetsensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Substrat 1, das Magnetsensor-Element 2, das Verdrahtungselement 3 und die Elektrode 4 auf. Eine Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 ist vorhanden. Die Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 sind mit dem Substrat 1 verbunden. Die Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 sind elektrisch miteinander auf dem Substrat 1 verbunden. Das heißt, die Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 sind als ein Array konfiguriert.
In der vorliegenden Ausführungsform sind ein erstes Magnetsensor-Element 201a bis neuntes Magnetsensor-Element 201i vorhanden. Das erste Magnetsensor-Element 201a bis dritte Magnetsensor-Element 201c sind entlang der X-Achsen-Richtung DR1 angeordnet. Das erste Magnetsensor-Element 201a bis dritte Magnetsensor-Element 201c sind elektrisch in Reihe geschaltet. Das vierte Magnetsensor-Element 201d bis sechste Magnetsensor-Element 201f sind entlang der X-Achsen-Richtung DR1 angeordnet. Das vierte Magnetsensor-Element 201d bis sechste Magnetsensor-Element 201f sind elektrisch in Reihe geschaltet. Das siebte Magnetsensor-Element 201g bis neunte Magnetsensor-Element 201i sind entlang der X-Achsen-Richtung DR1 angeordnet. Das siebte Magnetsensor-Element 201g bis neunte Magnetsensor-Element 201i sind elektrisch in Reihe geschaltet. Das erste Magnetsensor-Element 201a bis dritte Magnetsensor-Element 201c, das vierte Magnetsensor-Element 201d bis sechste Magnetsensor-Element 201f, und das siebte Magnetsensor-Element 201g bis neunte Magnetsensor-Element 201i sind entlang der Y-Achsen-Richtung DR2 angeordnet. Das erste Magnetsensor-Element 201a bis dritte Magnetsensor-Element 201c, das vierte Magnetsensor-Element 201d bis sechste Magnetsensor-Element 201f und das siebte Magnetsensor-Element 201g bis neunte Magnetsensor-Element 201i sind elektrisch parallel zueinander verbunden. Vorzugsweise sind die Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 so angeordnet, dass die Longitudinalrichtungen der Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 in derselben Richtung verlaufen. Es sei angemerkt, dass der Winkel, die Anzahl, die Anordnung, das Schaltungsdesign durch das Verdrahtungselement 3 und dergleichen des Magnetsensors 100 nicht auf die oben beschriebenen beschränkt sind. Außerdem können die Magnetsensor-Elemente 2 an beispielsweise dem End des Arrays auch nicht elektrisch mit dem Verdrahtungselement 3 verbunden sein.
Die Elektrode 4 weist einen ersten Eingangselektrodenbereich 41 und einen Ausgangselektrodenbereich 43 auf. Das Verdrahtungselement 3 ist mit jedem von dem ersten Eingangselektrodenbereich 41 und dem Ausgangselektrodenbereich 43 verbunden. Daher sind die Mehrzahl der Magnetsensor-Elemente 2 zwischen dem ersten Eingangselektrodenbereich 41 und dem Ausgangselektrodenbereich 43 erweitert. Der Magnetsensor 100 ist so konfiguriert, dass er eine magnetische Änderung auf der Basis einer Änderung des Widerstands der Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 zwischen dem erste Eingangselektrodenbereich 41 und dem Ausgangselektrodenbereich 43 misst.
Das Material des Verdrahtungselements 3 und der Elektrode 4 ist beispielsweise eine Aluminium-Silicium-Legierung (Al-Si-Legierung), Kupfer (Cu) oder dergleichen. Das Material des Verdrahtungselements 3 und der Elektrode 4 ist darauf nicht beschränkt, und kann auch aus dünnen Schichten gebildet sein, die leitfähig sind.
Es sei angemerkt, dass der Magnetsensor 100 so konfiguriert sein kann, dass er die magnetische Änderung auf der Basis einer Änderung des Widerstands einer Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 zwischen vier Elektroden 4 misst.
Als nächstes wird der Betrieb des Magnetsensors 100 gemäß der fünften Ausführungsform beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform fließt ein Strom durch jedes der Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2. Daher misst der Magnetsensor 100 das Detektions-Magnetfeld 501 auf der Basis der Summe der Änderungen des Widerstandswerts R der Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 infolge des externen Magnetfelds. Es sei Folgendes angemerkt: Da jedes der Mehrzahl von Magnetsensoren 100 ausreichend klein bezogen auf den Magnetfeldgradienten des externen Magnetfelds ist, kann der Widerstandswert auf der Basis des relativen Winkels zwischen der Magnetisierungsrichtung 231 der ersten magnetischen Schicht 23 und der Magnetisierungsrichtung 241 der freien Schicht 24 als gleich in jedem der Mehrzahl von Magnetsensoren 100 angesehen werden.
Als nächstes werden die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Gemäß dem Magnetsensor 100 der vorliegenden Ausführungsform sind die Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 elektrisch miteinander auf dem Substrat 1 verbunden, wie in 22 veranschaulicht. Daher können die Widerstandswerte sämtlicher der Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 durch die Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 gemittelt werden. Das Rauschen, das in dem Strom enthalten ist, der durch jedes der Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 fließt, ist Zufallsrauschen, und folglich kann das Rauschen im Strom verringert werden, indem die Widerstandswerte gemittelt werden. Daher kann das Rauschen des Detektions-Magnetfelds verringert werden, das vom Magnetsensor 100 detektiert wird.
Die Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 sind elektrisch miteinander auf dem Substrat 1 verbunden, wie in 22 veranschaulicht. Daher kann der Widerstandswert des Magnetsensors 100 geändert werden, indem die Mehrzahl von Magnetsensor-Elemente 2 elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet werden.
Sechste Ausführungsform
Als nächstes wird die Konfiguration des Magnetsensors 100 gemäß einer sechsten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 23 und 24 beschrieben. Die sechste Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration und Wirkungen wie diejenigen der fünften Ausführungsform, die oben beschrieben ist, es sei denn, dies ist anderweitig vermerkt. Daher sind die gleichen Komponenten wie diejenigen in der fünften Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Wie in 23 veranschaulicht, weist der Magnetsensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein erstes Array 20a inklusive einer Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 und ein zweites Array 20b inklusive einer Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 auf. Die Richtung des Stroms, der durch das erste Array 20a fließt, ist entgegengesetzt zu der Richtung des Stroms, der durch das zweite Array 20b fließt.
Die Elektrode 4 weist den ersten Eingangselektrodenbereich 41, einen zweiten Eingangselektrodenbereich 42 und den Ausgangselektrodenbereich 43 auf. Der erste Eingangselektrodenbereich 41 ist elektrisch mit einem ersten Ende des ersten Arrays 20a verbunden. Der zweite Eingangselektrodenbereich 42 ist elektrisch mit einem ersten End des zweiten Arrays 20b verbunden. Der zweite Eingangselektrodenbereich 42 kann geerdet sein. Der Ausgangselektrodenbereich 43 ist elektrisch mit einem zweiten Ende des ersten Arrays 20a und einem zweiten Ende des zweiten Arrays 20b verbunden. Der Ausgangselektrodenbereich 43 ist zwischen dem ersten Array 20a und dem zweiten Array 20b angeordnet.
Obwohl das erste Array 20a und das zweite Array 20b entlang der X-Achsen-Richtung DR1 in 23 angeordnet sind, können sie auch entlang der Y-Achsen-Richtung DR2 angeordnet sein, wie in 24 veranschaulicht. Außerdem kann der Magnetsensor 100 auch drei oder mehr Arrays aufweisen.
Als nächstes wird der Betrieb des Magnetsensors 100 gemäß der sechsten Ausführungsform beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform weist das Vormagnetisierungsfeld 401 ein erstes Vormagnetisierungsfeld 401a und ein zweites Vormagnetisierungsfeld 401b auf. Die Richtung des ersten Vormagnetisierungsfelds 401a ist entgegengesetzt zu der Richtung des zweiten Vormagnetisierungsfelds 401b. Das erste Vormagnetisierungsfeld 401a hat eine Komponente entlang der positiven Richtung der X-Achse. Das zweite Vormagnetisierungsfeld 401b hat eine Komponente entlang der negativen Richtung der X-Achse. Vorzugsweise ist die Stärke des ersten Vormagnetisierungsfelds 401a die gleiche wie die Stärke des zweiten Vormagnetisierungsfelds 401b. Die Richtung des Detektions-Magnetfelds 501 ist entlang der positiven Richtung der X-Achse.
Im Ergebnis ist das Vorzeichen (plus oder minus) des Widerstandswerts des ersten Arrays 20a entgegengesetzt zu dem Vorzeichen (plus oder minus) des Widerstandswerts des zweiten Arrays 20b. Außerdem ist der Absolutwert des Widerstandswerts des ersten Arrays 20a der gleiche wie der Absolutwert des Widerstandswerts des zweiten Arrays 20b. Eine Spannung wird an den ersten Eingangselektrodenbereich 41 angelegt. Der zweite Eingangselektrodenbereich 42 ist geerdet, so dass die Spannung, die an den Ausgangselektrodenbereich 43 angelegt wird, die Hälfte der Spannung beträgt, die an den ersten Eingangselektrodenbereich 41 angelegt wird.
Wenn das Detektions-Magnetfeld 501 an den Magnetsensor 100 entlang der positiven Richtung der X-Achse angelegt wird, ist die Stärke des externen Magnetfelds 601, das an das erste Array 20a angelegt wird, größer als das erste Vormagnetisierungsfeld 401a, und die Stärke des externen Magnetfelds 601, das an das zweite Array 20b angelegt wird, ist kleiner als das zweite Vormagnetisierungsfeld 401b. Daher nimmt der Widerstandswert des ersten Arrays 20a ab, und der Widerstandswert des zweiten Arrays 20b nimmt zu. Folglich nimmt die Spannung des Ausgangselektrodenbereichs 43 zu. Wenn das Detektions-Magnetfeld 501 an den Magnetsensor 100 entlang der negativen Richtung der X-Achse angelegt wird, nimmt der Widerstandswert des ersten Arrays 20a zu, und der Widerstandswert des zweiten Arrays 20b nimmt ab. Folglich nimmt die Spannung des Ausgangselektrodenbereichs 43 ab. Mit anderen Worten: Das erste Array 20a und das zweite Array 20b, die entgegengesetzte Ausgabeeigenschaften haben, sind brückenverbunden.
Als nächstes werden die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Im Magnetsensor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist das Magnetsensor-Element 2 das erste Array 20a inklusive einer Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 und das zweite Array 20b inklusive einer Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 auf, wie in 23 veranschaulicht. Daher ist die Änderung des Widerstandswerts des Magnetsensors 100, wenn das Detektions-Magnetfeld 501 angelegt wird, das Doppelte des Magnetsensors 100, der nur ein Magnetsensor-Element 2 oder ein Array aufweist. Daher kann eine verdoppelte Ausgangsspannung erhalten werden. Demzufolge wird die Empfindlichkeit des Magnetsensors 100 verbessert.
Außerdem hat in einem Fall, in dem das Magnetsensor-Element 2 ferner die zweite magnetische Schicht 26 und die zweite nichtmagnetische Schicht 27 aufweist, eine Änderung des Widerstandswerts bezogen auf eine Änderung des Detektions-Magnetfelds entgegengesetzte Eigenschaften, und folglich hat auch die Ausgangsspannung entgegengesetzte Eigenschaften. Daher kann das Detektions-Magnetfeld 501 durch eine Ausgangsspannung detektiert werden, die entgegengesetzte Eigenschaften hat.
Siebte Ausführungsform
Als nächstes wird die Konfiguration der Magnetsensor-Einrichtung 1000 gemäß einer siebten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 25 bis 27 beschrieben. Die siebte Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration und Wirkungen wie diejenigen der sechsten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, es sei denn, dies ist anderweitig vermerkt. Daher sind die gleichen Komponenten wie diejenigen in der sechsten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Wie in 25 veranschaulicht, ist die Magnetsensor-Einrichtung 1000 eine Magnetsensor-Einrichtung zum Detektieren eines Magnetmusters eines Objekts 7, das sich bewegt. Das Objekt 7 ist beispielsweise ein flächenkörperartiges Objekt wie z. B. eine Banknote, auf die ein Magnetmaterial wie z. B. magnetische Tinte aufgedruckt ist. Alternativ ist das Objekt 7 beispielsweise ein Printmedium wie z. B. eine Banknote, auf der ein magnetisches Mikromuster ausgebildet ist. Die Magnetsensor-Einrichtung 1000 ist so konfiguriert, dass sie das Objekt 7 entlang der X-Achsen-Richtung DR1 bewegt.
Die Magnetsensor-Einrichtung 1000 weist den Magnetsensor 100 und einen Magnetfeld-Erzeugungsbereich 6 auf, der ein Vormagnetisierungsfeld 401 erzeugt (siehe 27).
Der Magnetsensor 100 der Magnetsensor-Einrichtung 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist so angeordnet, dass er den Magnetfeld-Erzeugungsbereich 6 überlappt, wie in 26 veranschaulicht. Die Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen 2 weisen ein erstes Magnetsensor-Element 2a und ein zweites Magnetsensor-Element 2b auf. Das erste Magnetsensor-Element 2a und das zweite Magnetsensor-Element 2b sind entlang der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1) mit einem dazwischenliegenden Abstand angeordnet. Das erste Magnetsensor-Element 2a und das zweite Magnetsensor-Element 2b sind so angeordnet, dass sie liniensymmetrisch bezogen auf die Mitte des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 in Y-Achsen-Richtung DR2 sind.
Die Position in der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1) der Mitte des Abstands zwischen dem ersten Magnetsensor-Element 2a und dem zweiten Magnetsensor-Element 2b entlang der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1) ist die gleiche wie die Position in der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1) der Mitte 8 des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 entlang der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1). Jede von der gepinnten Schicht 21 des ersten Magnetsensor-Elements 2a und der gepinnten Schicht 21 des zweiten Magnetsensor-Elements 2b ist parallel zur Y-Achsen-Richtung DR2 angeordnet.
Die Elektrode 4 ist elektrisch mit einer externen Schaltung (nicht dargestellt) verbunden, wie z. B. einer Verstärkerschaltung, einer Signalverarbeitungsschaltung und einer Vorspannungsschaltung, und zwar mittels eines Metalldrahts (nicht dargestellt) oder dergleichen.
Der Magnetfeld-Erzeugungsbereich 6 ist beispielsweise ein Permanentmagnet, ein Elektromagnet, eine Stromleitung oder dergleichen. Wenn der Magnetfeld-Erzeugungsbereich 6 eine Stromleitung ist, ist das Vormagnetisierungsfeld 401 ein Magnetfeld, das von der Stromleitung erzeugt wird. Die Vorspannung kann durch die geeignete Anordnung eines Jochs (Joch) erzielt werden.
Als nächstes wird der Betrieb der Magnetsensor-Einrichtung 1000 gemäß der siebten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In 27 ist die Magnetfeld-Erzeugungsbereich 6 ein Permanentmagnet. Der N-Pol des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 ist weiter auf der positiven Seite in Z-Achsen-Richtung DR3 angeordnet als der S-Pol. Der Magnetfeld-Erzeugungsbereich kann eine Stromleitung sein, wie in 28 veranschaulicht.
Wie in 27 veranschaulicht, werden die Magnetfeldlinien 60, die vom N-Pol des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 emittiert werden, von der XY-Ebene auf Seiten des N-Pols des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 nach Außerhalb des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 emittiert, und zwar bei Betrachtung von der XZ-Ebene aus. Die Magnetfeldlinien 60, die nach außerhalb des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 emittiert werden, dringen in den Magnetfeld-Erzeugungsbereich 6 von der XY-Ebene auf Seiten des S-Pols des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 aus ein.
Oberhalb des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 ist die Magnetfeld-Komponente der Magnetfeldlinien 60 in Z-Achsen-Richtung DR3 größer als die Magnetfeld-Komponente in X-Achsen-Richtung DR1. Mit anderen Worten: Die Haupt-Komponente der Magnetfeldlinien 60 verläuft entlang der Z-Achsen-Richtung DR3 oberhalb des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6. Das Magnetsensor-Element 2 ist wünschenswerterweise in einem Bereich angeordnet, wo die Haupt-Komponente der Magnetfeldlinien 60 entlang der Z-Achsen-Richtung DR3 verläuft. Das Objekt 7 geht durch den Bereich, wo die Haupt-Komponente der Magnetfeldlinien 60 entlang der Z-Achsen-Richtung DR3 verläuft. Im Ergebnis schneidet die Haupt-Komponente der Magnetfeldlinien 60 das Objekt 7.
Genauer gesagt: Die Magnetfeldlinien 60 sind zur negativen Richtung der X-Achse aus der Z-Achsen-Richtung DR3 geneigt, und zwar an der Position des ersten Magnetsensor-Elements 2a, wie in 29 veranschaulicht. Daher wirken die Magnetfeldlinien 60 als Vormagnetisierungsfeld 401, das in die negative Richtung der X-Achse bezogen auf das erste Magnetsensor-Element 2a weist. Außerdem sind die Magnetfeldlinien 60 zur positiven Richtung der X-Achse aus der Z-Achsen-Richtung DR3 geneigt, und zwar an der Position des zweiten Magnetsensor-Elements 2b, wie in 30 veranschaulicht. Daher wirken die Magnetfeldlinien 60 als ein Vormagnetisierungsfeld 401, das in die positive Richtung der X-Achse bezogen auf das zweite Magnetsensor-Element 2b weist.
Wenn sich das Objekt 7 dem ersten Magnetsensor-Element 2a aus der negativen Richtung der X-Achse nähert, kippen die Magnetfeldlinien 60 in Richtung des Magnetmusters des Objekts 7, wie in 31 veranschaulicht. Folglich nimmt die Stärke des Vormagnetisierungsfelds 401 zu, das auf das erste Magnetsensor-Element 2a wirkt, und zwar in der negativen Richtung auf der X-Achse.
Wenn sich das Objekt 7 dem zweiten Magnetsensor-Element 2b aus der negativen Richtung der X-Achse nähert, kippen die Magnetfeldlinien 60 in Richtung des Magnetmusters des Objekts 7 wie in 32 veranschaulicht. Folglich nimmt die Stärke des Vormagnetisierungsfelds 401 ab, das auf das zweite Magnetsensor-Element 2b wirkt, und zwar in der positiven Richtung auf der X-Achse.
Wenn sich das Objekt 7 vom ersten Magnetsensor-Element 2a zu der positiven Richtung der X-Achse wegbewegt, kippen die Magnetfeldlinien 60 in Richtung des Magnetmusters des Objekts 7, wie in 33 veranschaulicht. Folglich nimmt die Stärke des Vormagnetisierungsfelds 401 ab, das auf das erste Magnetsensor-Element 2a wirkt, und zwar in der negativen Richtung auf der X-Achse.
Wenn sich das Objekt 7 vom zweiten Magnetsensor-Element 2b zu der positiven Richtung der X-Achse wegbewegt, kippen die Magnetfeldlinien 60 in Richtung des Magnetmusters des Objekts 7, wie in 34 veranschaulicht. Folglich nimmt die Stärke des Vormagnetisierungsfelds 401 zu, das auf das zweite Magnetsensor-Element 2b wirkt, und zwar in der positiven Richtung auf der X-Achse.
Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Wenn sich das Objekt 7 mit dem Magnetmuster in Richtung des Magnetsensor-Elements 2 oder von diesem weg bewegt, ändert sich das Vormagnetisierungsfeld 401 (das externe Magnetfeld 601), das auf das Magnetsensor-Element 2 wirkt. Daher ändert sich der Widerstandswert R des Magnetsensor-Elements 2. Demzufolge kann das Magnetmuster des Objekts 7 auf der Basis einer Änderung des Widerstandswerts des Magnetsensor-Elements 2 detektiert werden.
Als nächstes werden die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In Magnetsensor-Einrichtung 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform gilt Folgendes: Die Position in der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1) der Mitte des Abstands zwischen dem ersten Magnetsensor-Element 2a und dem zweiten Magnetsensor-Element 2b entlang der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1) ist die gleiche wie die Position in der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1) der Mitte 8 des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 entlang der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1), wie in 25 und 26 veranschaulicht. Daher sind das erste Magnetsensor-Element 2a und das zweite Magnetsensor-Element 2b auf dem Substrat 1 so angeordnet, dass sie bezogen auf die Mitte des Magnetfeld-Erzeugungsbereichs 6 entlang der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1) liniensymmetrisch sind. Folglich ist der Betrieb des ersten Magnetsensor-Elements 2a entgegengesetzt zu dem Betrieb des zweiten Magnetsensor-Elements 2b. Demzufolge ist die Brückenausgabe, die die Summe aus erstem Magnetsensor-Element 2a und zweitem Magnetsensor-Element 2b ist, doppelt so groß wie diejenige einer Einrichtung, die nur ein einziges Magnetsensor-Element 2 aufweist. Im Ergebnis kann die Magnetsensor-Einrichtung 1000 eine Ausgabe bereitstellen, die das Doppelte wie diejenige einer Einrichtung ist, die nur ein einziges Magnetsensor-Element 2 aufweist.
Achte Ausführungsform
Als nächstes wird die Konfiguration der Magnetsensor-Einrichtung 1000 gemäß einer achten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 35 beschrieben. Die achte Ausführungsform hat die gleiche Konfiguration und Wirkungen wie diejenigen der siebten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, es sei denn, dies ist anderweitig vermerkt. Daher sind die gleichen Komponenten wie diejenigen in der siebten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Die Magnetsensor-Einrichtung 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Mehrzahl von Magnetsensoren 100 auf, wie in 35 veranschaulicht. Die Mehrzahl von Magnetsensoren 100 sind wiederholt entlang einer Richtung (Y-Achsen-Richtung DR2) orthogonal zu jeder von der Laminierungsrichtung (Z-Achsen-Richtung DR3) und der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1) angeordnet.
Die Substrate 1 der Mehrzahl von Magnetsensoren 100 sind wünschenswerterweise gleich, aber die Konfiguration ist darauf nicht beschränkt. Die Magnetfeld-Erzeugungsbereiche 6 der Mehrzahl von Magnetsensoren 100 sind wünschenswerterweise gleich, aber die Konfiguration ist darauf nicht beschränkt.
Als nächstes werden die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der Magnetsensor-Einrichtung 1000 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Mehrzahl von Magnetsensoren 100 wiederholt entlang der Richtung (Y-Achsen-Richtung DR2) orthogonal zu jeder von der Laminierungsrichtung (Z-Achsen-Richtung DR3) und der Bewegungsrichtung (X-Achsen-Richtung DR1) angeordnet, wie in 35 veranschaulicht. Daher kann der Magnetismus des Objekts 7 linear entlang der Richtung (Y-Achsen-Richtung DR2) detektiert werden, in der die Mehrzahl von Magnetsensoren 100 wiederholt angeordnet sind.
Das Objekt 7 bewegt sich entlang der X-Achsen-Richtung DR1, so dass die Verteilung des Magnetmaterials in der XY-Ebene erfasst werden kann, indem kontinuierlich die Ausgaben entlang der Y-Achsen-Richtung DR2 von der Mehrzahl von Magnetsensoren 100 entlang der X-Achsen-Richtung DR1 extrahiert werden. Beispielsweise kann ein Magnetmuster (Verteilung des Magnetmaterials) einer Banknote oder dergleichen, auf die das Magnetmuster mit einer magnetischen Tinte gedruckt ist, erfasst werden.
Die Ausführungsformen und Modifikationen, die hierin offenbart sind, sind in jeglicher Hinsicht anschaulich und nicht einschränkend. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obige Beschreibung, sondern die Ansprüche definiert, und es ist beabsichtigt, dass er Bedeutungen einschließt, die äquivalent zu den Ansprüchen sind, und sämtliche Modifikationen innerhalb des Umfangs.
Bezugszeichenliste

1: Substrat,
2: Magnetsensor-Element,
6: Magnetfeld-Erzeugungsbereich,
7: Objekt,
8: Mitte,
21: gepinnte Schicht,
22: erste nichtmagnetische Schicht,
23: erste magnetische Schicht,
24: freie Schicht,
25: Tunnel-Isolierschicht,
26: zweite magnetische Schicht,
27: zweite nichtmagnetische Schicht,
100: Magnetsensor,
1000: Magnetsensor-Einrichtung

Claims

Magnetsensor-Element, das Folgendes aufweist: eine gepinnte Schicht, die eine festgelegte Magnetisierungsrichtung aufweist; eine erste nichtmagnetische Schicht, die auf die gepinnte Schicht laminiert ist; eine erste magnetische Schicht, die die erste nichtmagnetische Schicht mit der gepinnten Schicht hält; und eine freie Schicht, die entlang einer Laminierungsrichtung angeordnet ist, in der die erste nichtmagnetische Schicht auf die gepinnte Schicht laminiert ist, wobei jede von der ersten magnetische Schicht und der freien Schicht eine Magnetisierungsrichtung hat, die einfacher durch ein externes Magnetfeld geändert wird als eine Magnetisierungsrichtung der gepinnten Schicht, und die gepinnte Schicht und die erste magnetische Schicht durch indirekte Austausch-Interaktion gekoppelt sind.
Magnetsensor-Element nach Anspruch 1, das ferner Folgendes aufweist: eine zweite nichtmagnetische Schicht; und eine zweite magnetische Schicht, die auf einer Seite gegenüber der gepinnten Schicht bezogen auf die erste magnetische Schicht angeordnet ist und die zweite nichtmagnetische Schicht mit der freien Schicht hält, wobei eine Magnetisierungsrichtung der zweiten magnetischen Schicht entgegengesetzt zu einer Magnetisierungsrichtung der freien Schicht ist.
Magnetsensor-Element nach Anspruch 1 oder 2, das ferner eine Tunnel-Isolierschicht aufweist, die den Tunnel-Effekt nutzt, wobei die Tunnel-Isolierschicht sandwichartig zwischen die erste magnetische Schicht und die freie Schicht gefügt ist.
Magnetsensor-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede von der gepinnten Schicht und der ersten magnetischen Schicht eine Kreisform bei Betrachtung in der Laminierungsrichtung hat.
Magnetsensor-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Form der freien Schicht ein Rechteck ist, bei Betrachtung in der Laminierungsrichtung, und das Rechteck eine Langseite aufweist, die entlang der Richtung des externen Magnetfelds verläuft.
Magnetsensor-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt wird, die Magnetisierungsrichtung der ersten magnetischen Schicht entweder identisch zur Magnetisierungsrichtung der gepinnten Schicht oder entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung der gepinnten Schicht ist.
Magnetsensor-Element nach Anspruch 6, wobei, in einem Zustand, in dem das externe Magnetfeld nicht angelegt wird, die Magnetisierungsrichtung der gepinnten Schicht orthogonal zur Magnetisierungsrichtung der freien Schicht ist, und zwar bei Betrachtung in der Laminierungsrichtung.
Magnetsensor, der Folgendes aufweist: das Magnetsensor-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und ein Substrat, wobei eine Mehrzahl der Magnetsensor-Elemente vorhanden sind, die Mehrzahl der Magnetsensor-Elemente mit dem Substrat verbunden sind, und die Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen elektrisch miteinander auf dem Substrat verbunden sind.
Magnetsensor-Einrichtung zum Detektieren eines Magnetmusters eines Objekts, das sich bewegt, wobei die Magnetsensor-Einrichtung Folgendes aufweist: den Magnetsensor nach Anspruch 8; und einen Magnetfeld-Erzeugungsbereich zum Erzeugen eines Vormagnetisierungsfelds, das im externen Magnetfeld enthalten ist, wobei der Magnetsensor so angeordnet ist, dass er den Magnetfeld-Erzeugungsbereich überlappt, die Mehrzahl von Magnetsensor-Elementen ein erstes Magnetsensor-Element und ein zweites Magnetsensor-Element aufweisen, die mit einem Abstand entlang einer Bewegungsrichtung des Objekts angeordnet sind, und eine Position in der Bewegungsrichtung der Mitte des Abstands zwischen dem ersten Magnetsensor-Element und dem zweiten Magnetsensor-Element entlang der Bewegungsrichtung identisch zu einer Position in der Bewegungsrichtung der Mitte der Magnetfeld-Erzeugungsbereich entlang der Bewegungsrichtung ist.
Magnetsensor-Einrichtung nach Anspruch 9, die Folgendes aufweist: eine Mehrzahl der Magnetsensoren, wobei die Mehrzahl von Magnetsensoren wiederholt entlang einer Richtung orthogonal zu jeder von der Laminierungsrichtung und der Bewegungsrichtung angeordnet sind.