DE19933244C2

DE19933244C2 - Potentiometer mit Magnetowiderstandselementen

Info

Publication number: DE19933244C2
Application number: DE19933244A
Authority: DE
Inventors: Ichirou Tokunaga; Seiji Kikuchi; Yoshito Sasaki; Takashi Hatanai
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1998-07-17
Filing date: 1999-07-15
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: JP2000035471A; US6175296B1; DE19933244A1; JP3623367B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Potentiometer mit GMR-Elementen gemäß Oberbe griff des Anspruchs 1. Die GMR-Elemente sind Riesenmagnetoresistenzeffekt- Elemente, im folgenden verkürzt als Magnetowiderstandselemente bezeichnet. Die Elemente zeigen sehr starke Widerstandsänderungen in Abhängig keit der Änderung äußerer Magnetfelder.

Die japanische veröffentlichte ungeprüfte Patentanmeldung Hei 8-226960 zeigt einen Magnetfeldsensor mit Magnetowiderstandselementen, wobei vier derar tige Magnetowiderstandselemente elektrisch als Brücke verschaltet sind.

Wie in Fig. 12 zu sehen ist enthält ein in jener Anmeldung dargestellter Ma gnetfeldsensor A separat angeordnete GMR-Elemente oder Magnetowider standselemente 1, 2, 3 und 4, von denen die beiden Elemente 1 und 2 über ei ne Leitung 5, die Elemente 1 und 3 über eine Leitung 6, die Elemente 3 und 4 über eine Leitung 7 und die Elemente 2 und 4 über eine Leitung 8 verbunden sind, wobei an die Leitung 6 ein Eingangsanschluß 10, an die Leitung 8 ein Ein gangsanschluß 11, an die Leitung 5 ein Ausgangsanschluß 12 und an die Lei tung 7 ein Ausgangsanschluß 13 angekoppelt ist.

Die einzelnen Magnetowiderstandselemente 1, 2, 3 und 4 besitzen einen Sand wich-Aufbau, bei dem eine nicht-magnetische Schicht 15 zwischen einer oberen und einer unteren ferromagnetischen Schicht 16 und 17 liegt und eine anti ferromagnetische Austausch-Vormagnetisierungsschicht 18 auf der ferroma gnetischen Schicht (fixierten magnetischen Schicht) 16 ausgebildet ist, wo durch die von dieser Austausch-Vormagnetisierungsschicht 18 erzeugte Aus tauschkopplung die Magnetisierungsachse der ferromagnetischen Schicht 16 in eine Richtung festlegt oder fixiert. Außerdem wird dafür gesorgt, daß die Orien tierung der Magnetisierungsachse der ferromagnetischen Schicht (der freien magnetischen Schicht) 17 auf der anderen Seite sich abhängig von der Orien tierung eines äußeren Magnetfelds frei drehen kann. Beispielsweise wird sie dazu gebracht, sich in der horizontalen Ebene, welche die ferromagnetische Schicht 17 enthält, frei zu drehen.

Bei dem Magnetfeldsensor A gemäß Fig. 12 weist die Orientierung der Magne tisierungsachse der fixierten Magnetschicht 16 des Magnetowiderstandsele ments 1 in Richtung des Pfeils 20 in Fig. 12, die Magnetisierungsachse der fi xierten ferromagnetischen Schicht 16 des Elements 2 weist in Pfeilrichtung 21, die Magnetisierungsachse der fixierten Magnetschicht 16 des Magnetowider standselements 13 weist gemäß Pfeil 23 nach hinten, und die Magnetisierungs achse der fixierten magnetischen Schicht 16 des Magnetowiderstandselements 4 weist gemäß Pfeil 22 nach vorne. Die Orientierung der Magnetisierungsachse der freien magnetischen Schicht 17 jedes der Magnetowiderstandselemente 1, 2, 3 und 4 weist gemäß Pfeil 24 in Fig. 12 nach rechts, wenn kein äußeres Ma gnetfeld einwirkt.

Wenn bei dem in Fig. 12 gezeigten Magnetfeldsensor ein äußeres Magnetfeld H vorhanden ist, dreht sich in dem ersten und dem vierten Magnetowiderstand selement 1 bzw. 4 die Magnetisierungsachse 24 der freien magnetischen Schicht 17 um einen spezifischen Winkel d, wie in Fig. 3 angedeutet ist, abhän gig von dem äußeren magnetischen Feld H. Die Winkelbeziehung zu der Ma gnetisierungsachse 20 der fixierten magnetischen Schicht 16 ändert sich also, wodurch eine Widerstandsänderung hervorgerufen wird. Da die Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fixierten magnetischen Schichten 16 des ersten und des zweiten Magnetowiderstandselements 1 und 4 um 180° versetzt sind gegenüber den Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fixierten ma gnetischen Schichten 16 des zweiten und dritten Magnetowiderstandselements 2 und 3, läßt sich die Widerstandsänderung, die eine Phasendifferenz beinhal tet, erfassen.

Bei dem in Fig. 12 gezeigten Magnetfeldsensor A liegt eine Brückenschaltung vor, die Orientierungen der Magnetisierungsachsen sind jeweils durch Pfeile angegeben. Da das Differenz-Ausgangssignal von den Magnetowiderstandsele menten 1, 2, 3 und 4 erhalten wird, wenn sich die Magnetisierungsorientierung der freien magnetischen Schichten 17 abhängig von einem äußeren magneti schen Feld H ändert, und außerdem die Elemente 1, 2, 3 und 4 in Fig. 17 rechts und links bzw. oben und unten angeordnet sind, müssen die Magnetisierungs achsen derart in antiparallelen Richtungen fixiert werden, daß jeweils zwei be nachbarte Elemente in um 180° versetzte Richtungen magnetisiert sind.

Um die in Fig. 12 dargestellte Struktur zu erhalten, ist es unerläßlich, die Magne towiderstandselemente 1, 2, 3 und 4 benachbart auf einem Substrat auszubil den und die Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fixierten magneti schen Schichten 16 jeweils zweier benachbarter Magnetowiderstandselemente mit jeweils einer Abweichung von 180° zu fixieren.

Um die Magnetisierungs-Orientierungen der fixierten magnetischen Schichten 16 dieser Art zu steuern und die Magnetisierung der Austausch-Vormagnetisie rungsschicht 18 einzustellen, ist es unerläßlich, ein Magnetfeld einer spezifi schen Richtung an die Austausch-Vormagnetisierungsschicht 18 anzulegen, während sie auf eine Temperatur oberhalb der sogenannten Sperrtemperatur erwärmt ist, bei der der Ferromagnetismus verschwindet, und außerdem muß die Wärmebehandlung derart erfolgen, daß das Material abkühlt, während das angelegte Magnetfeld erhalten bleibt.

Da aber bei dem in Fig. 12 dargestellten Aufbau die Orientierungen der Magneti sierungsachsen der Austausch-Vormagnetisierungsschicht 18 gegeneinander um 180° bei jeweils zwei der Magnetowiderstandselemente 1, 2, 3 und 4 ver schoben werden müssen, muß man die Magnetfelder individuell für jedes Ma gnetowiderstandselement, die benachbart auf einem Substrat ausgebildet sind, steuern. Da das Verfahren zum Anlegen eines Magnetfelds von außen mit Hilfe eines Magnetfelderzeugers, beispielsweise mit Hilfe eines Elektromagneten oder dergleichen, das Anlegen eines Magnetfelds in nur einer Richtung ermög licht, ist es äußerst schwierig, die in Fig. 12 dargestellte Struktur zu erhalten.

Die in der japanischen Veröffentlichung der ungeprüften Patentanmeldung Hei 8-226960 dargestellte Methode sieht vor, daß man die in Fig. 12 dargestellte Struktur dadurch erhalten kann, daß man entlang jedem der Magnetowider standselemente 1, 2, 3 und 4, die benachbart zueinander auf einem Substrat ausgebildet sind, leitende Schichten niederschlägt, durch jede dieser leitenden Schichten in verschiedene Richtungen Ströme fließen läßt, um individuell Ma gnetfelder verschiedener Richtungen aus jeder der leitenden Schichten heraus zu erzeugen, während gleichzeitig damit die vorstehend erwähnte Wärmebe handlung erfolgt. Will man aber starke Magnetfelder erzeugen, so muß man starke Ströme durch die leitenden Schichten führen, um die Gittermagnetisie rung der Austausch-Vormagnetisierungsschichten 18 zu steuern. Allerdings ist das Leiten hoher Ströme durch die dünnen leitenden Schichten, die auf den Magnetowiderstandselementen niedergeschlagen wurden, problematisch, und demgemäß ist es schwierig, mit Hilfe der leitenden Schichten Magnetfelder zu erzeugen, die für die anschließenden Prozeßabläufe erforderlich sind. Da die Magnetfelder auf die Magnetowiderstandselemente 1, 2, 3 und 4, die benach bart auf einem Substrat ausgebildet sind, in jeweils verschiedenen Richtungen aus mehreren leitenden Schichten einwirken, ist es äußerst schwierig, individu ell die starken Magnetfelder an die einzelnen Austausch-Vormagnetisierungs schichten 18 der Magnetowiderstandselemente 1, 2, 3 und 4 anzulegen.

Wie oben erläutert, besitzt der in Fig. 12 dargestellte Magnetfeldsensor A eine hervorragende Funktion als magnetischer Fühler. In der Praxis jedoch erfordert das Ausbilden der Schichten auf einem Substrat und die Fertigung des Magnet feldsensors A äußerst diffizile Prozesse, um die Magnetfelder anzulegen und die Wärmebehandlung durchzuführen, so daß die Herstellung insgesamt schwierig wird. Für umfangreichere Anwendungen ist der Aufbau daher proble matisch.

Was die Anwendungen des in Fig. 12 dargestellten Magnetfeldsensors A betrifft, so läßt sich der erwähnten japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Hei 8-226960 lediglich entnehmen, den Sensor für lineare oder Dreh-Codierer, Nä herungsfühler, geomagnetische Magnetmeßgeräte und dergleichen einzuset zen. Es gibt außerdem keinerlei konkrete Vorschläge bezüglich der Einrichtun gen und Gebiete, bei denen der Magnetfeldsensor A angewendet werden könnte.

Als Beispiel für Produkte, die mit Magnetismus arbeiten, sind magnetische Po tentiometer mit Hall-Elementen bekannt. Derartige Potentiometer verwenden Hall-Elemente, die auf Änderungen des Magnetfelds ansprechen, um Detekto relemente zu bilden, allerdings sind die von solchen Hall-Elementen gewonne nen Ausgangssignale extrem schwach, und dementsprechend wird ein Aufbau angestrebt, der in der Lage ist, stärkere Ausgangssignale zu liefern.

In Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt die DE 195 48 385 A1 ein Potentiometer mit GMR-Elementen. Dieses Potentiometer besitzt ei ne Brückenschaltung, die allgemein in der Druckschrift mit GMR1 bzw. GMR2 (Fig. 8 der Druckschrift) bezeichnet ist. Allerdings finden sich keine näheren Er läuterungen zu dieser Schaltung. Aus der DE 195 20 206 A1 ist ein GMR-Sensor mit einer Brückenschaltung aus mehreren GMR-Elementen bekannt, bei dem eine Austausch-Vormagnetisierungsschicht vorgesehen ist. Diese bildet zusammen mit einer ferromagnetischen Vormagnetisierungsschicht eine zusammen gesetzte Vormagnetisierungsschicht.

Aus der DE 198 10 838 A1 ist ein Sensor mit GMR-Elementen bekannt, bei dem verschiedene Sensorelemente unterschiedliche Anisotropie in verschiedenen Richtungen aufweisen. Die Anisotropie-Richtungen bilden dabei eine periodi sche Folge. Hierdurch soll die verfügbare Substratfläche für den Sensor opti miert werden.

Angesichts der oben aufgezeigten Umstände liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Potentiometer anzugeben, welches den Drehwinkel eines ma gnetischen Codierglieds erfaßt und ein vergleichsweise starkes Ausgangssignal liefert, indem von einem einzigartigen Aufbau mit Magnetowiderstandselemen ten Gebrauch gemacht wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Potentiometer kann einen solchen Aufbau haben, daß die Magnetowiderstandselemente paarweise auf dem Substrat abnehmbar aus gebildet werden, wobei die Mittelposition dieser Magnetowiderstandselemente übereinstimmt mit der Drehachse des magnetischen Codierglieds.

Das erfindungsgemäße Potentiometer wird durch die in den abhängigen An sprüchen angegebenen Ausgestaltungen bevorzugt weitergebildet.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Potentiometers gemäß einer ersten Ausfüh rungsform der Erfindung mit einem Substrat, auf dem die Magnetowi derstandselemente ausgebildet sind;

Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines ersten Beispiels der Verbindungsstruk tur von Magnetowiderstandselementen in dem erfindungsgemäßen Potentiometer;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Grundaufbaus und der Verschaltung der in Fig. 2 gezeigten Magnetowiderstandselemente;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Beispiel der Topologie der in Fig. 2 und 3 dar gestellten, auf einem Substrat ausgebildeten Magnetowiderstandsele mente

Fig. 5 eine grafische Darstellung einer Sinuswelle, die bei dem Aufbau der Magnetowiderstandselemente gemäß Fig. 2 und 3 erhalten wird;

Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm des zweiten Beispiels des Verbindungsauf baus der Magnetowiderstandselemente für das erfindungsgemäße Po tentiometer;

Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Beispiel einer Verbindungstopologie der Mag netowiderstandselemente gemäß Fig. 6 auf einem Substrat;

Fig. 8 eine grafische Darstellung des Zustands, in welchem die in Fig. 6 ge zeigten Magnetowiderstandselemente durch eine Fertigungsvorrich tung polarisiert werden;

Fig. 9 eine Seitenansicht der in Fig. 8 dargestellten Vorrichtung;

Fig. 10 ein Schaltungsdiagramm der Topologie eines dritten Beispiels des Verbindungsaufbaus der Magnetowiderstandselemente des erfindungs gemäßen Potentiometers;

Fig. 11 eine grafische Darstellung eines Meßergebnisses der Ausgangsspan nung, die an dem Potentiometer eines Testbeispiels erhalten wurde;

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Beispiels für einen konventionel len Magnetsensor; und

Fig. 13 eine Skizze zum Veranschaulichen der Beziehung der Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fixierten magnetischen Schichten be züglich derjenigen der freien magnetischen Schichten der Magnetowi derstandselemente des in Fig. 12 gezeigten herkömmlichen magne tischen Sensors.

Das in Fig. 1 gezeigte Potentiometer M1 enthält eine Drehwelle 80, ein diese Drehwelle 80 um eine freie Drehachse lagerndes Scheibenlagerelement 81, ein deckelförmiges Abdeckteil 82, welches hinten auf dem Lagerelement 81 ange bracht ist, ein magnetisches Codierelement 83, welches auf der Rückseite des Lagerelements 81 angeordnet ist, die von dem Abdeckteil 82 abgedeckt ist, und ein Substrat K. Das Lagerelement 81 ist zum Beispiel als Messingscheibe aus gebildet, das Abdeckteil 82 ist durch Ziehen aus einer Metallplatte gebildet.

Die Drehwelle 80 besteht aus einem nicht-magnetischem Material, beispiels weise einem Kunstharz, oder aus einem nicht-magnetischen rostfreien Stahl, wobei ein Teil des einen Endes der Drehwelle 80 durch das Lagerelement 81 geführt ist, um auf der Rückseite vorzustehen, während an diesem einen Ende das magnetische Codierelement 83 senkrecht zu der Drehwelle 80 befestigt ist. Das magnetische Codierelement 83 ist ein Magnet, bei dem die eine Seite als S-Pol und die andere Seite als N-Pol magnetisiert ist in Bezug auf eine Mittelli nie 84, die durch die Mittelachse O einer Ebene des magnetischen Codierele ments 83 als Grenze verläuft.

Das magnetische Codierelement 83 trägt auf seinem Umfang mehrere Magnet pole; da das magnetische Codierelement 83 zwei oder mehr magnetische Pole entlang seinem Umfang tragen muß, ist es nicht notwendig, sich auf nur zwei Magnetpole (S- und N-Pol) wie bei dieser Ausführungsform zu beschränken. Die Drehwelle 80 kann aus einem weichmagnetischen Stoff, beispielsweise Ei sen, oder aus einer ferromagnetischen Substanz bestehen, wenn sie ausrei chend von dem magnetischen Codierelement 83 und den Magnetowiderstand selementen 26, 27 abgerückt ist.

Eine Halteplatte 86 ist mit einem Lückenabstand parallel zu den magnetischem Codierelement 83 über ein Halteglied 85 auf der Rückseite des Lagerelements 81 angebracht. Das Substrat K ist mittig an der Halteplatte 86 angebracht und steht dem magnetischen Codierelement 83 gegenüber. Auf einer Seite des Substrats K sind die Magnetowiderstandselemente 26 und 27 gemäß Fig. 1 ausgebildet fixiert sind sie an der Halteplatte 86 in der Weise, daß die Mittelli nie 84 des magnetischen Codierelements 83 sich an dem Zwischenteil der Ma gnetowiderstandselemente 26 und 27 befindet, der dem magnetischen Co dierelement 83 gegenübersteht. Wenn außerdem gemäß Fig. 1 die Mittellinie 84 des magnetischen Codierelements 83 in einer Richtung verläuft, daß die Mit tellinie 84 mit der Mittellinie der Magnetowiderstandselemente 26 und 27 zu sammenfällt, so ist es am meisten bevorzugt, wenn die Magnetowiderstandse lemente 26 und 27 derart angeordnet werden, daß sie sich an der Punktsym metrie-Stelle bezüglich der Mittelachse O der magnetischen Codierelements 83 als Symmetriepunkt befinden.

Der Abstand zwischen dem magnetischen Codierelement 83 und dem Substrat K ist eingestellt auf einen Abstand in einem Bereich, in welchem die Magneto widerstandselemente 26 und 27 den Punkt der magnetischen Sättigung durch das von dem magnetischen Codierelement 83 erzeugte Magnetfeld erreicht, üblicherweise beträgt der Abstand einige mm bis etwas mehr als 10 mm.

Fig. 2 veranschaulicht einen Schaltungsaufbau von Magnetowiderstandsele menten, die für ein Potentiometer gemäß der ersten Ausführungsform der Er findung verwendet werden. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die das grundlegende Konzept der Schaltung veranschaulicht, und Fig. 4 ist eine Drauf sicht auf eine Struktur zum Veranschaulichen der Topologie der Magnetowider standselemente auf einem Substrat K4. Das Substrat K4 in dem Potentiometer der ersten Ausführungsform enthält ein oben links in Fig. 2 gezeigtes erstes Magnetowiderstandselement 31, ein unten links in Fig. 2 dargestelltes zweites Magnetowiderstandselement 32, ein oben rechts in Fig. 2 gezeigtes drittes Ma gnetowiderstandselement 33 und ein unten rechts in Fig. 7 gezeigtes viertes Magnetowiderstandselement 34.

Sämtliche Magnetowiderstandselemente 31, 32, 33 und 34 bestehen aus einem Dünnschichtlaminat, welches unten noch beschrieben wird, und sie sind als schmale lineare Bauteile ausgeführt. Das erste und das zweite Magnetowider standselement 31 und 32 liegen auf einer ersten Geraden L1 gemäß Fig. 2, und das dritte und das vierte Magnetowiderstandselement 33 und 34 liegen auf ei ner zweiten Geraden L2, die parallel von der Geraden L1 beabstandet ist.

Außerdem befinden sich das erste und das dritte Magnetowiderstandselement 31 und 33 an Stellen auf der rechten und der linken Seite, die einander gegen überliegen. Ebenso liegen das zweite und das vierte Magnetowiderstandsele ment 32 und 34 einander rechts und links gegenüber.

Bei dieser Ausführungsform liegen das erste und das zweite Magnetowider standselement 31 und 32 auf einer Geraden, das gleiche gilt für das dritte und das vierte Magnetowiderstandselement 33 und 34. Allerdings können diese Ele mente etwas in Längsrichtung versetzt sein, während ihre Parallelität erhalten bleibt, und sie können auch etwas schräg gestellt sein.

Fig. 3 veranschaulicht einen konkreten Schichtaufbau der Magnetowiderstand selemente 31, 32, 33 und 34 dieser Ausführungsform, wobei die Orientierungen von Magnetisierungsachsen der Schichten dargestellt sind. Die Magnetowider standselemente 31, 32, 33 und 34 haben sämtlich einen äquivalenten Aufbau, jedes Magnetowiderstandselement enthält eine ferromagnetische Schicht (freie magnetische Schicht) a, eine nicht-magnetische Schicht b, eine ferromagneti sche Schicht (fixierte magnetische Schicht) c und eine Austausch-Vormagneti sierungsschicht (anti-ferromagnetische Schicht) d, die übereinander geschich tet niedergeschlagen sind, wie es in Fig. 3 prinzipiell dargestellt ist.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Schichtaufbau sind in dem ersten Magnetowi derstandselement 31 die Orientierungen der Magnetisierungsachsen der Aus tausch-Vormagnetisierungsschicht d und der fixierten magnetischen Schicht c so eingestellt, daß sie gemäß Pfeil e nach rechts weisen, und beim zweiten Ma gnetowiderstandselement 32 weisen die Orientierungen der Magnetisierungs achsen der Austausch-Vormagnetisierungsschicht d und der fixierten magneti schen Schicht c gemäß Pfeil f nach rechts.

In dem dritten Magnetowiderstandselement 33 weisen die Orientierungen der Magnetisierungsachsen der Austausch-Vormagnetisierungsschicht d und der fi xierten magnetischen Schicht c gemäß Pfeil g nach links und in dem vierten Magnetowiderstandselement 34 weisen die Orientierungen der Magnetisie rungsachsen der Austausch-Vormagnetisierungsschicht d und der fixierten ma gnetischen Schicht c gemäß Pfeil h nach links. Deshalb weisen die Magnetisie rungsachsen der fixierten magnetischen Schicht c in dem ersten und dem zwei ten Magnetowiderstandselement 31 und 32 in dieselbe Richtung, und das glei che gilt für die Orientierungen der Magnetisierung der fixierten magnetischen Schichten c des dritten und des vierten Magnetowiderstandselements 33 und 34. Die Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fixierten magnetischen Schichten c des ersten und des zweiten Magnetowiderstandselements 31 und 32 sind also um 180° versetzt gegenüber den Orientierungen der Magnetisierung der fixierten magnetischen Schichten c des dritten und des vierten Ma gnetowiderstandselements 33 und 34.

Die Magnetisierungsachsen der freien magnetischen Schichten a sämtlicher vier Magnetowiderstandselemente 31, 32, 33 und 34 verlaufen in unspezifizierte Richtungen, wenn kein äußeres Magnetfeld auf die Elemente einwirkt.

Eine Seite 31a des ersten Magnetowiderstandselements 31 ist mit einer Seite 34a des vierten Magnetowiderstandselements 34 über einen Leiter 43 verbun den, der einen Verbindungsteil darstellt, und an den Leiter 42 ist ein Ausgangs anschluß 43 angeschlossen. In gleicher Weise ist eine Seite 32a des zweiten Magnetowiderstandselements 32 über einen einen Verbindungsteil bildenden Leiter 45 mit einer Seite 33a des dritten Magnetowiderstandselements 33 ver bunden, und an den Leiter 45 ist ein Ausgangsanschluß 46 angeschlossen. Au ßerdem ist die andere Seite 31b des ersten Magnetowiderstandselements 31 mit der anderen Seite 33b des dritten Magnetowiderstandselements 33 über ei nen Leiter 40 verbunden, der einen Verbindungsteil darstellt, an den ein Ein gangsanschluß 43 angeschlossen ist. In der gleichen Weise sind die andere Seite 32b des zweiten Magnetowiderstandselements 32 und die andere Seite 34b des vierten Magnetowiderstandselements 34 über einen einen Verbin dungsteil bildenden Leiter 47 verbunden, der mit einem Eingangsanschluß 48 gekoppelt ist.

Dementsprechend ist das erste Magnetowiderstandselement 31 zu dem vierten Magnetowiderstandselement 34 in Reihe geschaltet und bildet mit ihm ein er stes Verbindungspaar P1, ein zweites Verbindungspaar P2 wird durch die Seri enschaltung aus dem zweiten Magnetowiderstandselement 32 und dem dritten Magnetowiderstandselement 33 gebildet.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für den Aufbau der Magnetowiderstandselemente 31, 32, 33 und 34 gemäß der grundlegenden Struktur nach Fig. 2 und 3, außerdem sind die auf dem Substrat K4 ausgebildeten Leiter 40, 42, 45 und 47 sowie die Anschlüsse 41, 43, 46 und 48 dargestellt.

Bei diesem Aufbau besteht das Substrat K4 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, beispielsweise ist es als Si-Substrat oder dergleichen ausgebildet. Normalerweise liegt auf der Oberseite des Substrats K4 ein Substratfilm aus z. B. Al₂O₃, um Flachheit zu gewährleisten und die Isolierung zu verbessern.

Auf dem Substrat K4 sind die linearen Magnetowiderstandselemente 31 bis 34 ausgebildet, die im wesentlichen die in Fig. 3 gezeigte Schichtstruktur besitzen, und zwar sind sie entlang den Geraden L1 und L2 in Fig. 2 ausgebildet. Die aus leitenden Metallwerkstoffen wie z. B. Cr, Cu oder dgl. gebildeten Leiter 40, 42, 45 und 47 verbinden die Elemente, und die Anschlüsse 41, 43, 46 und 48 liegen an den Ecken des Substrats K4.

Wenn äußere Magnetfelder H₁, H₂, H₃ und H₄ an die Magnetowiderstandsele mente 31, 32, 33 und 34 gemäß Fig. 2 und 3 angelegt werden, indem die Dreh welle 80 gedreht wird, drehen sich die Orientierungen der Magnetisierungsach sen sämtlicher freier magnetischer Schichten a der Magnetowiderstandsele mente 31, 32, 33 und 34 entsprechend diesen Magnetfeldern H₁, H₂, H₃ und H₄, wodurch als Folge elektrische Widerstandsänderungen dieser Elemente ent sprechend dem Drehwinkel erfolgen.

Die Messung der elektrischen Widerstandsänderungen kann dadurch gesche hen, daß man an die Anschlüsse 41 und 48, die als Eingangsanschlüsse fungie ren, eine bestimmte Spannung legt, um die die Widerstandsänderung wider spiegelnde Spannung an den als Ausgangsanschlüssen fungierenden An schlüssen 43 und 46 zu messen.

Fig. 5 zeigt für das den oben erläuterten Aufbau aufweisenden Potentiometer die Widerstandsänderung in Abhängigkeit der Drehung der Magnetisierungs achse der freien magnetischen Schicht a, wenn die Orientierungen e der Ma gnetisierungsachsen der fixierten magnetischen Schichten c in eine Richtung (nach rechts) festgelegt sind. Die Widerstandsänderung zeigt ein Minimum, wenn die Orientierung e der Magnetisierungsachse der fixierten magnetischen Schicht c und die Orientierung k der Magnetisierungsachse der freien magneti schen Schicht a in die gleiche Richtung weisen, sie zeigt ein Maximum, wenn die beiden Achsen einander entgegengesetzt sind (antiparallel orientiert sind), und sie zeigt Zwischenwerte, die durch die in Fig. 5 gezeigte Sinuswelle be schrieben werden.

Diese Widerstandsschwankungen resultieren aus dem besonderen Umstand, daß, wenn ein Magnetfeld, welches stärker ist als der Sättigungspegel, an die Magnetowiderstandselemente 31, 32, 33 und 34 gelegt wird, deren Wider standswerte konstant werden, ungeachtet der magnetischen Feldstärke, und zwar abhängig von einem Winkel, der gebildet wird durch die Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fixierten magnetischen Schicht c und der freien magnetischen Schicht a, wobei der Wert das Maximum annimmt, wenn beide Orientierungen einander entgegengesetzt sind, während der Wert bei spitzen Winkeln abnimmt, um dann einen Minimumwert anzunehmen, wenn die bei den Orientierungen gleiche Richtung haben.

Bezüglich des Zwischenpunkts der Widerstandsänderung ausgehend von dem Ursprung ist die Polarität der Widerstandsänderung (unter der Annahme einer steigenden Richtung als positiv und einer abfallenden Richtung als negativ) zwi schen den Magnetowiderstandselementen 31 und 32, deren Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fixierten magnetischen Schichten c die gleichen sind, identisch, und die Polarität ist ebenfalls identisch bei den beiden Magneto widerstandselementen 33 und 34. Allerdings kehrt sich die Polarität zwischen dem Magnetowiderstandselement 31 und dem Magnetowiderstandselement 33 um und kehrt sich auch zwischen dem Magnetowiderstandselement 32 und dem Magnetowiderstandselement 34 um. Deshalb kann man sagen, daß der in Fig. 2 und 3 dargestellte Verbindungsaufbau eine Wheatstone-Brücke der Ma gnetowiderstandselemente bildet, die effektiv als Potentiometer arbeitet. Im Vergleich zu den früheren Ausführungsformen mit zwei Magnetowiderstandse lementen kann der Aufbau dieser Ausführungsform der Magnetowiderstandse lemente 31, 32, 33 und 34 in Form einer Wheatstone-Brücke stärkere Aus gangssignale liefern (Zunahme der Geschwindigkeit der Widerstandsänderung) und kann außerdem magnetische Rauschkomponenten beseitigen, die auf Um gebungsänderungen von Magnetfeldern zurückzuführen sind (Rauschkompo nenten jedes Magnetowiderstandselements werden beseitigt aufgrund der Richtung des Erdmagnetismus und der magnetischen Störkomponenten).

Fig. 6 und 7 zeigen den Aufbau von Magnetowiderstandselementen zur Ver wendung in einem Potentiometer gemäß der Erfindung. Bei dem Aufbau dieser Ausführungsform tragen gleiche Komponenten wie in den Fig. 2 und 4 entspre chende Symbole, eine nochmalige Beschreibung dieser Komponenten erfolgt nicht.

Auch bei dem Potentiometer mit den derart verschalteten Magnetowiderstand selementen, entsprechend dem Potentiometer der anderen Ausführungsfor men, sind die Magnetowiderstandselemente 31, 32, 33 und 34 auf einem Sub strat K5 ausgebildet, und die Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fi xierten magnetischen Schichten sind gleich, allerdings gibt es einen Unter schied in dem durch die Verbindungsleiter geschaffenen Schaltungsaufbau.

Das andere Ende 31b des ersten Magnetowiderstandselements 31 ist mit dem anderen Ende 33b des dritten Magnetowiderstandselements 33 über den Leiter 40 verbunden, genauso wie bei dem Aufbau nach Fig. 2 und 3. In ähnlicher Weise ist das Ende 31a des ersten Magnetowiderstandselements 31 mit dem einen Ende 34a des vierten Magnetowiderstandselements 34 über den Leiter 42 verbunden. Das eine Ende 32a des zweiten Magnetowiderstandselements 32 ist mit dem anderen Ende 34b des vierten Magnetowiderstandselements 34 über den Leiter 60 verbunden, und das andere Ende 32b des zweiten Magneto widerstandselements 32 ist mit dem einen Ende 33a des dritten Magnetowider standselements 33 über den Leiter 61 verbunden. Ein Teil des Leiters 60 ist zu der Ecke des Substrats K5 herausgeführt, um einen Eingangsanschluß 62 (Mas se) zu bilden, ein Ausgangsanschluß 63 befindet sich in der Ecke des Substrats K5 in der Mitte des Leiters 61.

Auch bei dem Potentiometer mit dem Verschaltungsschema der Magnetowi derstandselemente gemäß Fig. 6 und 7 wird, da die Magnetowiderstandsele mente 31, 32, 33 und 34 eine Wheatstone-Brücke bilden, ein Sinuswellen-Aus gangssignal abhängig vom Drehwinkel der Drehwelle 80 erhalten, genauso wie bei dem Aufbau der anderen Ausführungsformen. Folglich läßt sich das Bauteil als Potentiometer verwenden.

Im folgenden wird ein Verfahren zum Festlegen oder Fixieren der Magnetisie rungsachsen jeder der fixierten Magnetschichten c in den Magnetowiderstand selementen 31, 32, 33 und 34 für die in Fig. 7 dargestellte Struktur erläutert.

Um das Substrat K5 gemäß Fig. 7 herzustellen, wird auf einem Siliziumsubstrat eine Schicht niedergeschlagen, es werden Fotolithografie-Prozesse entspre chend den Laminierprozessen der Schichten ausgeführt, und es erfolgt eine Musterbildung.

Als erstes wird auf dem Substrat entsprechend dem Schichtaufbau der er wünschten Magnetowiderstandselemente eine erforderliche Dünnschicht nie dergeschlagen. Wenn das Magnetowiderstandselement eine Fünfschichtstruk tur ist, werden fünf Dünnschichten niedergeschlagen, bei einer Sechsschicht struktur bzw. einer Siebenschichtstruktur werden sechs bzw. sieben Schichten niedergeschlagen.

Sodann wird auf die niedergeschlagenen Schichten ein Fotoresistmaterial auf getragen, und es erfolgt ein Fotolithografie-Prozeß, so daß nur die benötigten Teile für die linearen Magnetowiderstandselemente stehenbleiben.

Als nächstes wird eine Resistschicht auf diesen Magnetowiderstandselementen ausgebildet, es wird eine Elektrodenschicht gebildet, anschließend wird die Elektrodenschicht fotolithografisch mit dem gewünschten Muster versehen, um das in Fig. 7 dargestellte Leitungsmuster zu erhalten. Dann erfolgt das Anlegen des Magnetfelds, welches weiter unten noch näher erläutert wird, um das mit der Schaltung nach Fig. 7 bestückte Substrat K5 zu erhalten.

Bei der Durchführung des Aufprägens des Magnetfelds wird die in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellte Fertigungsvorrichtung Z verwendet. Diese Fertigungsvorrich tung Z besteht hauptsächlich aus einem Unterteil 71, welches mit einer Aus nehmung 70 ausgestattet ist, deren Breite so bemessen ist, daß in ihr das Sub strat K5 des Potentiometers aufgenommen werden kann, einem Schleifen-Lei ter 72 am Boden dieser Ausnehmung 70 und einer Stromversorgung 73, die an den Leiter 72 angeschlossen ist. Der Leiter 72 enthält einen linearen ersten Lei ter 75, einen linearen zweiten Leiter 76 parallel zu dem ersten Leiter 75, einen Verbindungsleiter 77, der den ersten Leiter 75 mit dem zweiten Leiter 76 verbin det, wodurch eine Schleife gebildet wird.

Wenn das Substrat K in der Ausnehmung 70 aufgenommen ist, wird die Ferti gungsvorrichtung Z derart betrieben, daß gemäß Fig. 9 die Magnetowider standselemente 31 und 32 oberhalb des ersten Leiters 75 und die Magnetowi derstandselemente 33 und 34 oberhalb des zweiten Leiters 76 liegen. Die Stromquelle 73 ist derart beschaffen, daß ein Gleichstrom von dem ersten Lei ter 75 zu dem zweiten Leiter 76 geführt werden kann.

Wenn mit der Stromquelle 73 ein Gleichstrom bereitgestellt wird, nachdem das Substrat K in die Ausnehmung 70 eingesetzt wurde, erzeugt ein durch den Lei ter 75 fließender Strom bezüglich dieses Leiters gemäß Fig. 9 ein Magnetfeld im Uhrzeigersinn, wobei der Leiter den Mittelpunkt bildet, und ein durch den Leiter 76 fließender Strom erzeugt mit dem Leiter 76 als Mitte ein Magnetfeld im Gegenuhrzeigersinn. Die Austausch-Vormagnetisierungsschichten d des er sten und des zweiten Magnetowiderstandselements 31 und 32 werden dadurch in die Pfeilrichtungen e und f in Fig. 8 polarisiert, und die Austausch-Vormagne tisierungsschichten d des dritten und des vierten Magnetowiderstandselements 33 und 34 werden gemäß Pfeilrichtungen g und h in Fig. 8 polarisiert. Die Aus tauschkoppelkräfte der Austausch-Vormagnetisierungsschichten d können die individuellen Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fixierten Magnet schichten c in der Nachbarschaft dieser Austausch-Vormagnetisierungsschich ten d in die einzelnen Richtungen (Richtungen e, f, g und h) festlegen. Da nach dem Beendigen der Stromzufuhr zu dem Leiter 77 zur Polarisierung diese Pola risierung der Austausch-Vormagnetisierungsschichten d so, wie sie ist, beibe halten wird, bleiben auch die Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fi xierten Magnetisierungsachseen c festgelegt.

Durch Beendigen sämtlicher Prozesse läßt sich ein Substrat K5 für das Poten tiometer erhalten, bei dem die Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fixierten Magnetschichten so gesteuert sind, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.

Wenn Ströme durch den ersten Leiter 75 und den zweiten Leiter 76 zum Erzeu gen von Magnetfeldern geleitet werden, so besteht, wenn die durch die beiden Leiter fließenden Ströme auch nur eine Zeitabweichung von 100 µs haben, die Möglichkeit, daß der polarisierte Zustand der Austausch-Vormagnetisierungs schichten d des ersten und des zweiten Magnetowiderstandselements 31 und 32 nicht dem Polarisationszustand der Austausch-Vormagnetisierungsschichten d des dritten und des vierten Magnetowiderstandselements 33 und 34 gleicht. Deshalb ist es äußerst günstig, den ersten Leiter 75 und den zweiten Leiter 76 an ein und dieselbe Stromquelle anzuschließen und die Magnetfelder in einem Zustand zu erzeugen, in dem die Zeitabweichung beim Aufprägen der Magnet felder möglichst weit beseitigt ist.

Wenn allerdings die beiden Leiter mit Hilfe von zwei Stromquellen polarisiert werden können, die so synchronisiert sind, daß die Zeitabweichung beim Anle gen der Magnetfelder beseitigt ist, so kann man auch solche zwei Stromquellen verwenden, um Ströme durch den ersten und den zweiten Leiter 75 und 76 zu leiten.

Wenn die Austausch-Vormagnetisierungsschichten d aus α-Fe₂O₃ NiO, IrMn, CrPtMn bestehen, können die Austausch-Vormagnetisierungsschichten durch eine solche Magnetfeld-Aufprägeeinrichtung augenblicklich polarisiert werden. Wird allerdings als Baumaterial für die Austausch-Vormagnetisierungsschichten d NiMn, PdPtMn, MnRhRu und PtMn gewählt, so wird, da die Austausch-Vor magnetisierungsschichten polarisiert werden müssen, nachdem sie auf eine Temperatur oberhalb der Sperrtemperatur erwärmt sind, der Polarisationvor gang kompliziert, allerdings können natürlich diese Stoffe auch im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Substrats für das erfindungs gemäße Potentiometer. Ein Substrat K6 dieser Ausführungsform gleicht im we sentlichen dem in Fig. 7 gezeigten Substrat K5. Der Unterschied besteht darin, daß das erste Magnetowiderstandselement 31B entlang einer ersten Geraden T1 und das zweite Magnetowiderstandselement 32B entlang einer zweiten Ge raden T2 angeordnet ist, während das dritte Magnetowiderstandselement 31B entlang einer dritten Geraden T3 und das vierte Magnetowiderstandselement 34B entlang einer vierten Geraden T4 angeordnet ist. Die erste, zweite, dritte und vierte Gerade T1, T2, T3 bzw. T4 sind zueinander parallel, wobei die Gerade T1 der Geraden T2 eng benachbart ist, was auch für die beiden Geraden T3 und T4 gilt.

Der übrige Aufbau entspricht demjenigen des Substrats K5 in Fig. 7. Das das Substrat K6 enthaltende Potentiometer dieser Ausführungsform hat die glei chen Effekte wie die anderen Ausführungsformen.

Die in den Fig. 8 und 9 dargestellte Fertigungsvorrichtung Z kann nicht ohne Abänderungen zur Herstellung des Substrats K6 verwendet werden. Vielmehr muß die Vorrichtung Z so in ihrer Form abgeändert werden, daß der erste Lei ter 75 abgebogen ist, damit er mit der Lage des ersten Magnetowiderstandsele ments 31B und der Lage des zweiten Magnetowiderstandselements 32B zu sammenfällt, außerdem muß der zweite Leiter 76 derart verformt und abge knickt werden, daß er mit der Lage des dritten und des vierten Magnetowider standselements 33B und 34B übereinstimmt.

Was den ersten Leiter 75 angeht, so wird dieser vorzugsweise mit einem abge knickten Abschnitt zwischen einem geraden Linienabschnitt in der Nähe der Stromquelle 73 und einem geraden Linienabschnitt entfernt von der Stromquel le 73 (unter einem Zwischenbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Ma gnetowiderstandselement 31B und 32B) ausgestattet, so daß hierdurch der er ste Leiter 75 mit dem Magnetowiderstandselement 31B und auch dem Magne towiderstandselement 32B fluchten kann. Bei dem zweiten Leiter 76 wird ähn lich wie bei dem ersten Leiter 75 vorzugsweise ein abgeknickter Abschnitt un terhalb des Zwischenbereichs zwischen dem dritten und dem vierten Magneto widerstandselement 33B und 34B vorgesehen, so daß der zweite Leiter 76 so wohl mit dem dritten als auch dem vierten Magnetowiderstandselement 33B bzw. 34B fluchten kann.

Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist es unter der Annahme, daß die vier Magnetowiderstandselemente eine Brückenschaltung bilden, zu bevorzugen, das erste und das zweite Magnetowiderstandselement auf einer Geraden und auch das dritte und das vierte Magnetowiderstandselement auf einer weiteren Geraden anzuordnen. Allerdings können die Elemente auch in einem etwas versetzten Zustand gegenüber der in Fig. 10 dargestellten Aus führungsform angeordnet werden. Darüberhinaus können sämtliche Magneto widerstandselemente so angeordnet werden, daß sie nicht vollständig parallel verlaufen, und natürlich können sie etwas so weit abgeschrägt angeordnet werden, wie dies nicht zu Schwierigkeiten beim Nachweisen der Widerstände führt, deren Phasen sich voneinander unterscheiden, wenn die Brückenschal tung gebildet wird.

BEISPIEL

Es wurde ein Substrat mit dem grundlegenden Aufbau in der Weise ausgebil det, daß vier lineare Magnetowiderstandselemente mit einer Breite von 0,05 mm und einer Länge von 1,75 mm auf einem 3,6 mm langen, 3,6 mm breiten und 0,5 mm dicken Siliziumsubstrat parallel zueinander gemäß Fig. 12 ausge bildet wurden.

Jedes der Magnetowiderstandselemente auf dem Substrat war eine achtlagige Schichtstruktur der Form Al₂O₃-Schicht (1.000 Å dick)/α-Fe₂O₃-Schicht (1.000 Å dick)/NiFe-Schicht (30 Å dick)/Co-Schicht (10 Å dick)/Cu-Schicht (22 Å dick)/Co-Schicht (10 Å dick)/NiFe-Schicht (77 Å dick)/Ta-Schicht (30 Å dick). Die Leiter zum Verbinden der Endabschnitte der Magnetowiderstand selemente wurden aus Cr-Schichten gebildet, die in der in Fig. 7 gezeigten Weise verschaltet waren.

Dann wurde das Substrat in die in den Fig. 8 und 9 gezeigte Fertigungsvorrich tung Z eingesetzt, und es wurde ein Gleichstrom von 3.500 A von ein und der selben Stromquelle 100 µs lang durch den ersten und den zweiten Leiter geschickt, die aus Kupferdraht bei einer Dicke von 0,8 mm-0,9 mm bestanden, um die Austausch-Vormagnetisierungsschichten zu polarisieren und auf diese Weise die Magnetowiderstandselemente zu erhalten.

Dieses Substrat wurde in den in Fig. 1 gezeigten Potentiometeraufbau einge baut. Ein scheibenförmiges magnetisches Codierelement wurde mit einem Lüc kenabstand von 1 mm gegenüber der Oberfläche des Substrats angeordnet. Das Substrat wurde fixiert, wobei die Mittelstellung der vier Magnetowider standselemente auf dem Substrat in Ausrichtung gebracht wurde mit der Lage der Mittelachse des magnetischen Codierelements. An den Eingangsanschluß des Substrats wurden 5 Volt angelegt, um die Spannung am Ausgangsan schluß zu messen, und beim Drehen des magnetischen Codierelements um die Achse wurden die Ausgangsspannungsänderungen gemessen, die in Fig. 11 durch eine Sinuskurve dargestellt sind, wodurch bestätigt wurde, daß dieser Aufbau tatsächlich als Potentiometer dienen kann.

Im Gegensatz dazu wurde mit dem in Fig. 1 gezeigten Substrat der gleiche Test bei einem Potentiometer mit Hallelementen als Halbleitern des GaAs-Systems durchgeführt, wobei die Ausgangsspannung bei einer Maximalamplitude von 50 mV erhalten wurde, die in Fig. 11 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.

Der Vergleich dieser Beispiele ergab, daß das Potentiometer des erfindungsge mäßen Beispiels eine verstärkte Sinuskurve mit einer Spannungsänderung über 200 mV ergab, also einen um das vierfache höheren Wert als das Poten tiometer mit Hall-Elementen. Bei dem erfindungsgemäßen Potentiometer wird also eine viel höhere Empfindlichkeit erreicht.

Wie oben beschrieben, wird bei dem erfindungsgemäßen Potentiometer min destens ein Paar von Magnetowiderstandselementen mit fixierten magneti schen Schichten, deren magnetische Achsen gegeneinander um 180° versetzt sind, auf einem Substrat ausgebildet, und ein magnetisches Codierelement mit Magnetpolen wird drehbar so angeordnet, daß die Magnetpole den Magneto widerstandselementen gegenüberstehen. Die Drehung des magnetischen Co dierelements läßt sich also nachweisen, indem man die Spannungsänderung des Mittelpunkts des Paares von Magnetowiderstandselementen entsprechend dem Drehwinkel des magnetischen Codierelements mißt. Folglich läßt sich die ser Schaltungsaufbau als Potentiometer verwenden.

Durch die Verwendung von GMR, d. h. Riesenmagnetoresistenzeffekt-Elemen ten, die hier durchgehend als Magnetowiderstandselemente bezeichnet wur den, läßt sich also eine starke Widerstandsänderung erreichen.

Außerdem kann man dadurch ein präzises Sinuswellen-Ausgangssignal erhal ten, daß man die Mittelposition zwischen den Magnetowiderstandselementen paarweise fluchten läßt mit der Stelle der Drehachse des magnetischen Codiere lements, was die Analyse der gewonnenen Ausgangsdaten erleichtert.

Außerdem läßt sich der Schaltungsaufbau in Form der Wheatstone-Brücke durch die vier Magnetowiderstandselemente in einfacher Weise nutzen, um die Änderung der Ausgangsspannung zu steigern, wobei gleichzeitig in einfacher Weise magnetische Störfelder ausgeschaltet werden, wenn magnetische Stör felder aus der Umgebung einwirken, wodurch ein Potentiometer erhalten wer den kann, welches einen exakten Drehwinkel nachzuweisen imstande ist.

Der Schaltungsaufbau, bei dem das erste und das zweite Magnetowiderstand selement entlang der ersten Gerade angeordnet und das dritte und das vierte Magnetowiderstandselement entlang der zweiten Geraden angeordnet sind, wobei die Elemente eine Wheatstone-Brücke bilden, kann der Änderungshub der Ausgangsspannung in einfacher Weise gesteigert werden. Weil gleichzeitig durch die Umgebung einwirkende Rauschkomponenten von Magnetfeldern eli miniert werden, kann das Potentiometer eine präzise Winkelerfassung ermögli chen.

Darüberhinaus ermöglicht der Schaltungsaufbau, die Austausch-Vormagneti sierungsschichten des ersten und des zweiten Magnetowiderstandselements in der gleichen Richtung gleichzeitig zu magnetisieren, und außerdem die Aus tausch-Vormagnetisierungsschichten des dritten und des vierten Magnetowi derstandselements gleichzeitig in der gleichen Richtung zu polarisieren.

Aus diesen Gründen ist der Vorgang der Polarisierung im Zuge der Fertigung einfach im Vergleich zu der herkömmlichen Struktur, welche eine Polarisierung in vier unterschiedlichen Richtungen erfordert. Durch die Erfindung wird also ein Potentiometer mit Magnetowiderstandselementen geschaffen, die als Brüc ke verschaltet sind, was eine hohe Produktivität zuläßt.

Claims

1. Potentiometer mit GMR-Elementen, umfassend mindestens zwei Paare von GMR-Elementen (31-34), die mindestens fixierte magnetische Schichten (c), nicht-magnetische Schichten (b) und freie magnetische Schichten (a), deren magnetische Achsen in ihrer Orientierung von einem äußeren Magnetfeld frei drehbar sind, enthalten, umfassend folgende Merkmale:
die paarweisen GMR-Elemente sind auf einem Substrat in einem Zustand ausgebildet, in welchem die Elemente untereinander bei gegenseitig ver setzten Orientierungen der Magnetisierungsachsen der fixierten magneti schen Schichten elektrisch verschaltet sind; und
ein magnetisches Codierelement (83) ist drehbar so angeordnet, daß es den GMR-Elementen auf dem Substrat gegenübersteht, wobei das magnetische Codierelement derart angeordnet ist, daß sein Drehzentrum durch eine Mit telposition (0) der paarweisen GMR-Elemente läuft, und das magnetische Codierelement mindestens zwei Magnetpole aufweist, die entlang seiner Drehrichtung ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die GMR-Elemente Austausch-Vormagnetisie rungsschichten enthalten, die die Orientierungen der Magnetisierungsach sen der fixierten magnetischen Schichten in eine Richtung festlegen, daß ein erstes und ein zweites GMR-Element (31, 32) entlang einer ersten Geraden (L1) angeordnet sind, ein drittes und ein viertes GMR-Element (33, 34) entlang einer zweiten Geraden (L2) parallel zu der ersten Geraden angeordnet sind, und daß die Magnetisierungsachsen (e, f) der fixierten Schichten des ersten und des zweiten GMR-Elements (31, 32) orthogonal zu der ersten Ge raden (L1) orientiert sind, und die des dritten und des vierten GMR-Elements (33, 34) orthogonal zu der zweiten Geraden (L2), aber bezüglich der Magneti sierungsachsen des ersten und des zweiten GMR-Elements um 180° versetzt orientiert sind, und das erste bis vierte GMR-Element zu einer Wheatstone- Brücke verschaltet sind.

2. Potentiometer nach Anspruch 1, bei dem die Drehachse des magnetischen Codierelements durch die Mittelposition der Wheatstone-Brücke geht.

3. Potentiometer nach Anspruch 1, bei dem Eingangsanschlüsse (41, 48) an zwei Verbindungspunkte von dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten GMR-Element angeschlossen sind, und an den übrigen beiden Verbindungspunkten Ausgangsanschlüsse (43, 46) ausgebildet sind.