DE19520206C2 - Magnetfeldsensor mit einer Brückenschaltung von magnetoresistiven Brückenelementen - Google Patents
Magnetfeldsensor mit einer Brückenschaltung von magnetoresistiven BrückenelementenInfo
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- H10N50/10—Magnetoresistive devices
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Sensor zur Erfassung
eines äußeren, zumindest weitgehend homogenen Magnetfeldes
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ein derartiger Sensor
ist aus "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. 30, No. 6,
Nov. 1994, Seiten 4608 bis 4610 bekannt.
In ferromagnetischen Übergangsmetallen wie Ni, Fe oder Co und
deren Legierungen kann eine Abhängigkeit des elektrischen Wi
derstandes von der Größe und der Richtung eines das Material
durchdringenden Magnetfeldes gegeben sein. Den entsprechenden
Effekt nennt man anisotropen Magnetowiderstand "AMR" oder
anisotropen magnetoresistiven Effekt. Er beruht physikalisch
auf den unterschiedlichen Streuquerschnitten von Elektronen
mit der Spinpolarität des D-Bandes und unterschiedlichem
Spin. Die Elektronen werden deshalb als Majoritäts- bzw. Mi
noritätselektronen bezeichnet. Für entsprechende magnetore
sistive Sensoren wird im allgemeinen eine dünne Schicht aus
einem solchen magnetoresistiven Material mit einer Magneti
sierung in der Schichtebene vorgesehen. Die Widerstandsände
rung bei Drehung der Magnetisierung bezüglich der Stromrich
tung kann einige Prozent des normalen isotropen (= ohmschen)
Widerstandes betragen (vgl. DE-GBM 93 12 674.3).
Ferner sind seit einiger Zeit magnetoresistive Mehrschichten
systeme bekannt, welche mehrere, zu einem Stapel angeordnete
ferromagnetische Schichten enthalten, die durch metallische
Zwischenschichten voneinander getrennt sind und deren Magne
tisierungen jeweils in der Schichtebene liegen. Die Dicken
der einzelnen Schichten sind dabei deutlich geringer als die
mittlere freie Weglänge der Leitungselektronen gewählt. In
solchen Mehrschichtensystemen kann nun zusätzlich zu dem er
wähnten anisotropen magnetoresistiven Effekt AMR in den ein
zelnen Schichten ein sogenannter giant-magnetoresistiver Ef
fekt oder Giant-Magnetowiderstand GMR auftreten (vgl. z. B.
EP-A-0 483 373). Ein solcher GMR-Effekt beruht auf der unter
schiedlich starken Streuung von Majoritäts- und Minoritäts-
Leitungselektronen an den Grenzflächen zwischen den ferroma
gnetischen Schichten und den Zwischenschichten sowie auf
Streueffekten innerhalb der Schichten, insbesondere bei Ver
wendung von Legierungen. Der GMR-Effekt ist dabei ein iso
troper Effekt. Er kann erheblich größer sein als der aniso
trope Effekt AMR und Werte bis zu 70% des normalen isotropen
Widerstandes annehmen. In den einen GMR-Effekt zeigenden
Mehrschichtensystemen sind benachbarte metallische Magnet
schichten zunächst entgegengesetzt magnetisiert. Unter dem
Einfluß eines äußeren Magnetfeldes kann sich die anfängliche
antiparallele Ausrichtung der Magnetisierungen in eine Paral
lele umwandeln. Bei entsprechenden Magnetfeldsensoren wird
diese Tatsache ausgenutzt.
Aus dem genannten DE-GBM geht ein Magnetfeldsensor
hervor, mit dessen Brückenelementen (Sensorelementen), die
einen anisotropen Magnetowiderstand AMR zeigen, eine Wheat
stone-Brückenschaltung aufgebaut werden kann. In der Brücken
schaltung eines solchen Sensors läßt sich gezielt die Tat
sache ausnützen, daß in den einzelnen Sensorelementen der
magnetoresistive Effekt ihrer AMR-Schichten vom Winkel zwi
schen der Magnetisierung der jeweiligen Schicht und der Rich
tung eines durch sie fließenden Stromes abhängt. Die einzel
nen Sensorelemente können vorteilhaft durch entsprechende
Strukturierung so zu der Brücke verschaltet werden, daß die
Stromrichtungen in den beiden paarweise diagonalen Brücken
elementen aus den beiden Brückenzweigen entgegengesetzt sind.
Auch aus der eingangs genannten Literaturstelle aus "IEEE
Trans. Magn." gehen zu einer Brücke verschaltete Brückenele
mente mit einem Dünnschichtaufbau hervor, die einen GMR-
Effekt zeigen. Alle Brückenelemente sind dabei auf einem ge
meinsamen Substrat angeordnet und weisen dieselbe Geometrie
auf.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Magnetfeld
sensor mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend aus
zugestalten, daß mit ihm eine oder mehrere Vektorkomponenten
eines in dem Empfangsbereich des Sensors zumindest weitgehend
homogenen (=uniformen) Magnetfeldes mit hoher Empfindlichkeit
zu messen ist, wobei ein Meßsignal erhalten wird, das wenig
stens teilweise hinsichtlich von Temperatureinflüssen und me
chanischen Verspannungen der Brückenelemente kompensiert ist.
Außerdem soll der Sensor verhältnismäßig einfach herzustellen
sein.
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1 auf
geführten Maßnahmen gelöst.
Die mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Magnetfeld
sensors verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu se
hen, daß erstmalig eine für einen großtechnischen Einsatz mit
vertretbarem Aufwand realisierbare Möglichkeit geschaffen
ist, GMR-Brückenelemente mit gleichem Schichtaufbau in einer
Brückenschaltung äußerst geringer Abmessungen auszubilden.
Denn mittels des Einstellstromes durch die den einzelnen
Brückenelementen jeweils zugeordneten Leiterschichten lassen
sich auf engstem Raum vorbestimmte Orientierungsrichtungen
der Magnetisierungen in den jeweiligen Biasschichtteilen der
einzelnen Brückenelemente auf einfache Weise "fixieren".
D.h., der gegenüber anderen magnetischen Schichten eines
Brückenelementes magnetisch härtere Biasschichtteil, der so
wohl aus einer einzigen magnetisch härteren Schicht oder aus
einem Schichtensy
stem, welches insbesondere als ein künstlicher Antiferroma
gnet (vgl. DE 42 43 358 A) zu betrachten ist, bestehen kann,
wird mittels des von dem Einstellstrom hervorgerufenen Ma
gnetfeldes in vorteilhaft einfacher Weise einmalig aufmagne
tisiert. Der Einstellstrom ist dabei so hoch zu wählen, daß
mit ihm ein für die Ummagnetisierung des Biasschichtteils
hinreichend starkes Magnetfeld zu erhalten ist. Das Magnet
feld des Einstellstromes kann dabei gegebenenfalls von einem
äußeren Stütz- oder Hilfsfeld überlagert sein. Demgegenüber
ist aufgrund der vorbestimmten magnetischen Härte (Koerzitiv
feldstärke) des Biasschichtteils die zu detektierende äußere
Magnetfeldkomponente zu einer Ummagnetisierung des Bias
schichtteils nicht in der Lage.
Mit der Brückenschaltung dieser Brückenelemente läßt sich
außerdem in Abhängigkeit von der äußeren Magnetfeldkomponente
ein zumindest weitgehend temperaturkompensiertes und hin
sichtlich mechanischer Spannungen kompensiertes Meßsignal er
halten. Dies wird durch den gleichen Schichtaufbau der ein
zelnen Brückenelemente nebeneinander auf dem gemeinsamen
Substrat erreicht. Unter einem Schichtaufbau sei dabei ver
standen, daß jedes Brückenelement eine vorbestimmte Schich
tenfolge mit vorbestimmter Dicke der einzelnen Schichten auf
weist. Die Schichtenfolgen und die Dicken sich entsprechender
Schichten aus allen Brückenelementen sind dabei gleich. Der
artige Schichtenfolgen lassen sich vorteilhaft einfach reali
sieren.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Magnet
feldsensors gehen aus den sich dem Hauptanspruch unterord
nenden Ansprüchen hervor.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend auf
die Zeichnung Bezug genommen. Dabei zeigen jeweils schema
tisch
Fig. 1 das Schaltbild einer Brückenschaltung eines erfin
dungsgemäßen Magnetfeldsensors,
Fig. 2 eine Schrägansicht eines GMR-Schichtaufbaus eines
einzelnen Brückenelementes eines solchen Sensors,
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes
Brückenelement
Fig. 4 und 5 Aufsichten auf Brückenschaltungen erfindungs
gemäßer Magnetfeldsensoren,
Fig. 6 eine Aufsicht auf eine Vielzahl von Magnetfeldsen
soren gemäß Fig. 4 und
Fig. 7 die Hysteresiskurve eines Biasschichtteils eines
Brückenelementes.
In den Figuren sind sich entsprechende Teile mit denselben
Bezugszeichen versehen.
Für den erfindungsgemäßen Magnetfeldsensor wird vorteilhaft
eine an sich bekannte Brückenschaltung vorgesehen, die aus
Fig. 1 hervorgeht. Die gezeigte Brücke B enthält zwei
Brückenzweige Z1 und Z2, die zwischen zwei Anschlußpunkten A1
und A2 der Brücke parallelgeschaltet sind. Über die Brücke B
soll an den Anschlußpunkten A1 und A2 ein Brückenstrom Io ge
führt werden. Jeder der Brückenzweige Z1 und Z2 enthält zwei
in Reihe geschaltete Brückenelemente E1 und E2 bzw. E3 und
E4. Zwischen den beiden Elementen jedes Brückenzweiges liegt
je ein Meßpunkt P1 bzw. P2 der Brücke. An diesen Meßpunkten
kann eine Meßspannung Um abgenommen werden.
Die einzelnen Brückenelemente Ej (mit 1 j 4) der Brücken
schaltung B sollen aus an sich bekannten Mehrschichtensyste
men, die einen GMR-Effekt zeigen, aufgebaut werden (vgl. z. B.
die EP-A-0 483 373 oder die DE-OSen 42 32 244, 42 43 357 oder
42 43 358). Diese Mehrschichtensysteme weisen jeweils unter
anderem einen Biasschichtteil mit einer vorbestimmten Orien
tierungsrichtung der Magnetisierung mfj auf. In der Fig. 1
sind diese Magnetisierungen durch gepfeilte Linien an den
einzelnen Brückenelementen veranschaulicht. Wie aus der Figur
hervorgeht, haben die beiden Paare E1-E4 und E2-E3 diagonaler
Brückenelemente jeweils gleiche Richtungen der Biasma
gnetisierungen mfj, wobei die Magnetisierungsrichtung des
einen Paares entgegengesetzt zu der des anderen Paares ver
läuft.
Das von den Biasschichten jedes Brückenelementes Ej hervorge
rufene Biasfeld ist mit Hbj bezeichnet. Ein zu messendes
äußeres, im Erfassungsbereich der Brückenschaltung B zumin
dest weitgehend homogenes (= uniformes) Magnetfeld oder eine
entsprechende Magnetfeldkomponente ist durch einen mit Hm be
zeichneten Doppelpfeil veranschaulicht.
Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines bekannten Mehr
schichtensystems S mit GMR-Effekt (vgl. z. B. EP 0 346 817 A).
Dieses Mehrschichtensystem enthält einen Biasschichtteil 2,
der sich gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus
einer ferromagnetischen Biasschicht 2a (z. B. aus NiFe) mit
darunterliegender antiferromagnetischer Zusatzschicht 2b
(z. B. aus FeMn) zusammensetzt. Eine gegenüber diesem Bias
schichtteil 2 magnetisch weichere Meßschicht 3 (z. B. aus
einer NiFe-Legierung mit entsprechend kleinerer Koerzitiv
feldstärke) ist durch eine nicht-magnetische Zwischenschicht
4 (z. B. aus Cu) getrennt. In der Figur sind die möglichen Ma
gnetisierungen in diesen Schichten durch gepfeilte Linien
veranschaulicht. Entsprechende Mehrschichtensysteme werden
auch als "Exchange-Biased-Systeme" bezeichnet.
Ein solches oder auch anderes Mehrschichtensystem mit GMR-
Effekt kann z. B. das Grundsystem zu einer erfindungsgemäßen
Ausbildung eines Brückenelementes Ej sein. Vorzugsweise wei
sen die Brückenelemente Ej jeweils eine Vielzahl von magneti
schen und nicht-magnetischen Schichten auf. Ein derartiges
Mehrschichtensystem sei für das Brückenelement Ej angenommen,
das in Fig. 3 angedeutet ist. Sein Mehrschichtensystem S′,
das beispielsweise einen Biasschichtteil 2 mit mehreren
Schichten umfaßt, ist mit einer Passivierungsschicht 5 abge
deckt, welche aus einem nicht-magnetischen und insbesondere
isolierenden Material besteht. Auf dieser Passivierungs
schicht 5 ist eine Leiterschicht 6 in Form einer Metallisie
rung aus einem nicht-magnetischen, elektrisch gut leitenden
Material wie z. B. Cu oder Ag aufgebracht. Mit einem Einstell
strom Ie durch diese Leiterschicht 6 läßt sich dann ein ma
gnetisches Einstellfeld He solcher Richtung und Stärke her
vorrufen, daß in dem Biasschichtteil 2 des Mehrschichtensy
stem S′ eine Vorzugsrichtung der Magnetisierung fixierbar
ist.
In den Fig. 4 und 5 sind entsprechende streifenförmige
Leiterschichten 6i (mit 1 i 3 bzw. 1 i 4) für zwei
Anordnungsmöglichkeiten von jeweils vier GMR-Brückenelementen
Ej in Brückenschaltungen B1 bzw. B2 von erfindungsgemäßen Ma
gnetfeldsensoren 11 bzw. 12 auf einem jeweils gemeinsamen
Substrat 13 angedeutet. Die Brückenschaltung B1 gemäß Fig. 4
weist dabei eine rechteckige Anordnung ihrer Brückenelemente
E1 bis E4 auf, während in der Brückenschaltung B2 nach Fig.
5 alle vier Brückenelemente E1 bis E4 nebeneinander an
geordnet sind. Die Ausführungsform nach Fig. 5 erlaubt vor
teilhaft eine besonders enge Anordnung der Brückenelemente.
Für die Brückenschaltung B1 sind drei Bahnen von Leiter
schichten 6i und für die Brückenschaltung B2 sind vier Bahnen
von Leiterschichten 6i erforderlich. Die beispielsweise zu
wählenden Richtungen der einzelnen Einstellströme Ie durch
die jeweiligen Leiterschichten sind durch gepfeilte Linien
angedeutet.
Zur Verschaltung der einzelnen Brückenelemente zu einer
Brückenschaltung B1 oder B2 gemäß den Fig. 4 und 5 wird
jedes Element mit seinem GMR-Schichtsystem mit wenigstens
zwei Kontakten versehen. Diese Kontakte werden entweder beide
auf der obersten Meßschicht des entsprechenden magnetfeld
empfindlichen Schichtensystems angeordnet, so daß der
Brückenstrom im Mittel parallel zu den Schichtebenen fließt
(sogenanntes "Current-in-Plane (CIP)-System"); oder es wird
jeweils ein Kontakt auf der obersten und auf der untersten
Schicht angeordnet, so daß dann der Brückenstrom im Mittel
senkrecht zu den Schichtebenen fließt (sogenanntes "Current-
Perpendicular-to-Plane (CPP)-System").
Im allgemeinen wird dann der jeweils gewählte Schichtaufbau
noch mit der Passivierungsschicht 5 gemäß Fig. 3 überzogen,
bevor die Leiterschichten 6i zur Magnetisierung der einzelnen
Biasschichtteile aufgebracht werden.
Zu einer wirtschaftlichen Herstellung erfindungsgemäßer Ma
gnetfeldsensoren werden vorteilhaft eine Vielzahl von Einzel
sensoren auf einem gemeinsamen Substrat, beispielsweise einer
Siliziumscheibe, gleichzeitig hergestellt. Fig. 6 zeigt ein
entsprechendes Ausführungsbeispiel mit 20 erfindungsgemäßen
Magnetfeldsensoren auf einem scheibenförmigen Si-Substrat 13.
Für diese Magnetfeldsensoren sind Ausführungsformen 11 nach
Fig. 4 zugrundegelegt. Deren jeweilige Brückenschaltung B1
ist in der Figur nur durch ein flächiges Rechteck angedeutet.
Die Verschaltung der Leiterschichten 6i aller Brücken
schaltungen führt zu einer mäanderförmigen Leiterbahn 16 zwi
schen Kontaktierungsflächen 17a und 17b.
Selbstverständlich kann man auch mit den in Fig. 5 angedeu
teten erfindungsgemaßen Magnetfeldsensoren 12 ein entspre
chendes System von Magnetfeldsensoren auf einem Substrat 13
gemeinsam ausbilden.
Entsprechende Systeme von erfindungsgemäßen Magnetfeldsenso
ren lassen sich besonders einfach mit GMR-Brückenelementen
realisieren, die von dem in Fig. 2 veranschaulichten Typ
eines Exchange-Biased-Mehrschichtensystems S sind. Denn bei
einem solchen System sind zur Ausrichtung der starren Magne
tisierung in dem Biasschichtteil 2 nur kleine Felder wie z. B.
unter 20 Oe notwendig. Zum Beispiel kann mit einer Leiterbahn
16 von 20 µm Streifenbreite und mit einem Strom von etwa
20 mA der geforderte Wert von 20 Oe in dem Biasschichtteil
hervorgerufen werden.
Vorteilhaft können insbesondere bei einem derartigen Aufbau
eines Schichtensystems während der Magnetisierung des Bias
schichtteils erhöhte Temperaturverhältnisse eingestellt wer
den. So ist z. B. für die erwähnte FeMn-Schicht des Schich
tensystems nach Fig. 2 eine Temperaturerhöhung auf etwa
150°C günstig. Eine entsprechende Temperaturerhöhung kann
beispielsweise durch Anordnung des Schichtensystems in einem
geheizten Raum erfolgen. Gegebenenfalls ist es jedoch auch
möglich, die Heizleistung mittels der das magnetische Ein
stellfeld He erzeugenden Leiterschicht 6i zu erbringen. Dies
kann durch eine entsprechende Wahl der Leiterparameter (wie
Material, Querschnitt, elektrischer Strom Ie) erfolgen.
Werden andere Mehrschichtensysteme, insbesondere mit hartma
gnetischen Schichten oder mit als künstlichem Antiferroma
gneten ausgebildeten Biasschichtteilen vorgesehen, können we
sentlich höhere, gegebenenfalls bis 100fach höhere Einstell
ströme Ie erforderlich werden. Dabei besteht dann gegebenen
falls die Gefahr, daß auftretende Verlustwärmen zu einer Zer
störung der GMR-Mehrschichtensysteme führen können. Um hier
den geforderten verhältnismäßig hohen Strom zu erniedrigen,
wird vorteilhaft ein zusätzliches äußeres Stützfeld der
Stärke |Hz| hinzugenommen. (Da die Feldstärken der einzelnen Magnetfelder oder -komponenten im Gegensatz
zu Feldern ungerichtete Größen sind, werden diese nachfolgend mit
Betragstrichen wiedergegeben.) Das Stützfeld Hz wird durch ex
terne magnetische Feldquellen wie Magnetspulen oder Perma
nentmagnete erzeugt, wobei deren Feldrichtung bzgl. der ein
zelnen Brückenelemente einstellbar (insbesondere umkehrbar)
sein muß. Das Stützfeld Hz und das hierfür zugrundezulegende
Einstellfeld He ermöglichen dann ein notwendiges Überschrei
ten eines vorbestimmten Schwellwertes der Feldstärke, der ge
mäß dem angenommenen Ausführungsbeispiel die Sättigungsfeld
stärke |Hs| des Biasschichtteils ist. Die Feldverhältnisse sind
aus dem Diagramm der Fig. 7 entnehmbar. In diesem Diagramm
sind jeweils in willkürlichen Einheiten in Richtung der
Abszisse die Feldstärke |H| und in Richtung der Ordinate die
Magnetisierung M aufgetragen. Für die dargestellte Hystere
siskurve stellen die Größen |Hs| die Sättigungsfeldstärke bzw.
die Schwellwertfeldstärke, |Hc| die Koerzitivfeldstärke und
|Hmin| die Feldstärke dar, bei der sich die Magnetisierung M
vom Wert der negativen Sättigungsmagnetisierung mit zuneh
mender Feldstärke stark zu erhöhen beginnt. Dabei ist die
Größe |ΔH| = |Hs| - |Hmin| ≅ 2 * (|Hs| - |Hz|).
Im Falle eines Schichtensystems mit sogenanntem künstlichen
Antiferromagneten (vgl. DE 42 43 358 A) ist das Überschreiten
eines Schwellwertes erforderlich, der nicht die Sättigungsfeldstärke
|Hs| zu sein braucht.
Setzt man nun ein Mehrschichtensystem und insbesondere dessen
Biasschichtteil einem äußeren Zusatzfeld Hz aus, das parallel
bzw. antiparallel zu He gerichtet ist, so addiert sich die
Gesamtfeldstärke |Hg| an dem Mehrschichtensystem zu
|Hg| = |Hz| + |He|.
Für das Feld Hz wird vorzugsweise etwa die Größe
(|Hs|+|Hmin|)/2 gewählt, |He| wird etwas größer als |ΔH|/2 gewählt.
An den Brückenelementen E1 und E4 (gemäß Fig. 1) ergibt sich
dann eine Gesamtfeldstärke zu
|Hg| = + |Hz| + |He|,
während sich für die Brückenelemente E2 und E3 entsprechend
|Hg| = + |Hz| - |He|
ergibt.
Werden Hz und Ie dementsprechend gewählt, so wird für den
Biasschichtteil der Brückenelemente E1 und E4 der Schwellwert
|Hs| überschritten. Dies führt zu einer gewünschten dauerhaften
Orientierung der Magnetisierung in diesem Biasschichtteil.
Demgegenüber wird für den Biasschichtteil der Brückenelemente
E2 und E3 keine Änderung bewirkt, da |Hmin| nicht überschritten
wird. Damit bleibt die Magnetisierung dieses Schichtteils un
beeinflußt. Kehrt man nun die Richtung von Hz um, so ergibt
sich an den Brückenelementen E1 und E4
|Hg| = - |Hz| + |He|,
für E2 und E3 ergibt sich entsprechend
|Hg| = |Hz| - |He|.
In diesem Fall wird für den Biasschichtteil der Brückenelemente
E2 und E3 der Schwellwert |Hs| überschritten, was zu
einer gewünschten dauerhaften Orientierung der Magnetisierung
in diesem Biasschichtteil führt, während für den Biasschichtteil
der Brückenelemente E1 und E4 die Koerzitivfeldstärke
nicht überschritten wird und die Magnetisierung dieses
Schichtteils unbeeinflußt, d. h. aufgrund des vorhergehenden
Prozeßschrittes in entgegengesetzter Orientierung, verbleibt.
Gemäß dem, dem Diagramm der Fig. 5 zugrundegelegten Ausführungsbeispiel
wurde davon ausgegangen, daß ein äußeres magnetisches
Stützfeld solcher Feldstärke |Hz| gewählt wird, daß mit
ihm allein die Schwellwertfeldstärke |Hz| nicht zu überschreiten
ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein entsprechend
hohes Stützfeld vorzusehen und gegebenenfalls mit dem
Einstellfeld der Einstellströme Ie ein Gegenfeld solcher
Stärke |He| zu erzeugen, das gegebenenfalls die Schwellwertfeldstärke
|Hs| in einzelnen Brückenelementen nicht erreicht
wird.
Es läßt sich somit feststellen, daß sich mit einer entspre
chenden Ausbildung eines erfindungsgemäßen Magnetfeldsensors
auf einem Substrat zweierlei um 180° gedrehte Magnetisierun
gen von Biasschichtteilen erreichen lassen. Auf diese Weise
wird ein Aufbau einer Brückenschaltung mit GMR-Brückenelemen
ten realisierbar.
Claims (6)
1. Sensor zur Erfassung eines äußeren, zumindest weitgehend
homogenen Magnetfeldes mit zu einer Brücke verschalteten ma
gnetoresistiven Brückenelementen mit Dünnschichtaufbau, wobei
alle Brückenelemente auf einem gemeinsamen Substrat mit dem
selben Schichtaufbau und derselben Geometrie ausgebildet sind
sowie einen erhöhten magnetoresistiven Effekt (GMR) zeigen
und wobei über die Brücke ein Brückenstrom zu führen und an
ihr eine Meßspannung abzunehmen ist, dadurch ge
kennzeichnet, daß in jedem der Brückenelemente
(E1 bis E4; Ej) mindestens eine magnetfeldempfindliche Meß
schicht (3), ein Biasschichtteil (2) mit wenigstens einer ge
genüber der Meßschicht (3) vergleichsweise magnetisch härte
ren Biasschicht (2a) sowie eine Leiterschicht (6, 6i) vorge
sehen sind, wobei diese Leiterschicht (6, 6i) zur Führung
eines Einstellstromes (Ie) vorbestimmter Richtung und Stärke
derart vorgesehen ist, daß in dem Biasschichtteil (2) eine
Orientierungsrichtung der Magnetisierung (mfj) fest ein
stellbar ist.
2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß mittels des Einstellstromes (Ie) in
der Leiterschicht (6, 6i) jedes Brückenelementes (E1 bis E4;
Ej) der Biasschichtteil (2) einem Magnetfeld mit einer die
feste Einstellung der Orientierungsrichtung der Magnetisie
rung (mfj) des Biasschichtteils ermöglichenden Stärke (|He|)
auszusetzen ist.
3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß jedes Brückenelement (E1 bis E4; Ej)
einem magnetischen Stützfeld solcher Stärke (|Hz|) ausgesetzt
ist, daß dieses Stützfeld bei Überlagerung mit dem mittels
des Einstellstromes (Ie) in der Leiterschicht (6, 6i) zu er
zeugenden Magnetfeldes (He) die feste Einstellung der Orien
tierungsrichtung der Magnetisierung (mfj) des Biasschicht
teils (2) ermöglicht.
4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß von den in dem Stützfeld der vorbe
stimmten Stärke (|Hz|) gemeinsam befindlichen Brückenelemen
ten (E1 bis E4; Ej) in den Biasschichtteilen (2) von zwei
Elementen (E1, E4) aufgrund ihrer vorbestimmten Einstellströme
(Ie) zugleich die vorbestimmte Orientierungs
richtung der Magnetisierung (mfj) einstellbar ist, während in
den anderen Elementen (E2, E3) aufgrund anderer Einstellströ
me keine Orientierung ermöglicht ist.
5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittel zur Einstellung
erhöhter Temperaturverhältnisse bei der Orientierung der Bias
schichtteile (2) der Brückenelemente (E1 bis E4; Ej) vor
gesehen sind.
6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leiterschicht (6, 6i)
aus einem elektrisch gut leitenden Material besteht und auf
einer den Schichtaufbau (S, S′1) abdeckenden Passivierungs
schicht (5) aufgebracht ist.
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