【発明の詳細な説明】
ホイートストンブリッジを有するセンサ
技術分野
本発明は、基板を有し、該基板上に複数の抵抗性素子がホイートストンブリッ
ジ構成に配置されているようなセンサであって、これら抵抗性素子の少なくとも
１つは磁気抵抗効果を呈し、これら抵抗性素子は枝部に設けられ、これら枝部が
、
（ａ）電流入力端子を第１電圧端子に；
（ｂ）該第１電圧端子を電流出力端子に；
（ｃ）該電流出力端子を第２電圧端子に；
（ｄ）該第２電圧端子を前記電流入力端子に、
各々接続するようなセンサに関する。
背景技術
このような形式のセンサは、なかでも、
− 例えば、自動車、航空、海洋又は個人用航法システムにおける地球磁場を検
出するためのコンパスに；
− 位置センサ及び／又は角度センサ（例えば、自動車応用分野の）に；
− 医療スキャナにおける場センサとして、及び種々の他の応用分野におけるホ
ール探針の置き換えとして；
− 電流センサとして（ここでは、電流により発生される磁場が検出される）；
− 磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）内のメモリセルとして；
− 磁気ヘッド（磁気テープ、磁気ディスク又は磁気カードの形態の記録媒体か
ら発生する磁束を読み取るために使用することができる）として、
使用することができる。
磁気抵抗は、物体の電気抵抗が磁束に影響され得るという現象である。特に、
該物体の電気抵抗は、変化する磁束に応答して予測可能な態様で変化するので、
斯かる物体は磁場センサにおける磁気／電気変換素子としての使用に好適である
。
しかしながら、何れの抵抗体とも同様に、上記物体の電気抵抗も他の環境要因、
特に温度、により影響を受ける。かくして、（敏感な）実際の用途における問題
は、（変化する）磁束の結果としての変換素子信号と、他の環境源から発する（
不所望な）変換素子信号との間の区別をつける何らかの手段を考え出すことであ
る。一般的な対策は、少なくとも１つの磁気抵抗性素子をホイートストンブリッ
ジ構成に含めることである。
冒頭で特定したようなセンサは、例えば、フィリップス半導体データブックＳ
Ｃ１７（１９９５年）の「半導体センサ」の第３３〜３８頁から既知である。そ
こに述べられているセンサは、非常に弱い磁場の測定を可能にする所謂フリッピ
ング（flipping）技術を採用している。この技術によると、当該ホイートストン
ブリッジの磁気抵抗性素子の各々における磁化方向が、外部フリッピング場を用
いて周期的に反転される。このような周期的な反転により、上記ブリッジの出力
信号の極性の、印加された磁場の関数としての、対応する反転が生じる。通常の
出力と反転出力との加算により、上記ブリッジの零点オフセットを決定及び（電
子的に）削除することが可能となるが、斯かるオフセットは理論的に当該ブリッ
ジの製造の間にマスク位置合わせエラーにより生じるものである。
上記既知のセンサは多くの不利な点を有している。特に、所要のフリッピング
場を発生させるために、通常、比較的大きな電流（約１アンペア程度）が必要で
あるため、非常に大きな電力消費を生じ、結果として電源として電池を使用する
ことの障害となる。加えて、上記フリッピング技術は、特に斯かる素子が異方性
磁気抵抗（ＡＭＲ）効果に基づくものである場合、当該磁気抵抗性素子（又は複
数の素子）の磁化への不安定化効果を有し、このような不安定化が雑音レベルの
増加につながる。
発明の開示
本発明の目的は、これらの問題を軽減することにある。特に、本発明の１つの
目的は、上述したようなフリッピング技術に頼ることなく弱い磁場を測定するこ
とができるようなセンサを提供することにある。
上記及び他の目的は、冒頭で規定したようなセンサにおいて、当該センサが前
記第１のホイートストンブリッジに電気的に接続される第２のホイートストンブ
リッジを有し、これら第１及び第２のホイートストンブリッジが、一方のブリッ
ジの或る枝部における磁気抵抗性素子が正の出力極性を有する場合に他方のブリ
ッジの同一の枝部における対応する磁気抵抗性素子が負の出力極性を有する点を
除いて、同一であることを特徴とすることにより達成される。
第１のブリッジにおける第１及び第２電圧端子ＶQ、ＶRと、第２のブリッジに
おける第１及び第２電圧端子ＶQ’、ＶR’との間の関係は、両ブリッジから取り
出される出力信号に関して、ＶQ−ＶRが第１のブリッジからの出力信号ＶQRと見
なされる場合、ＶQ’−ＶR’が第２のブリッジからの出力信号ＶQR’と見なされ
ることにより定義される。一旦この関係が定義されると、前段落における“対応
する”なる用語の意味が明確となる。
磁気抵抗性素子の“出力極性”は、このような素子の電気抵抗が、例えば或る
方向で増加する磁場のような基準磁気刺激に応答して減少するか又は増加するか
に依存して正又は負となる。通常、このような素子の電気抵抗は、一定のオフセ
ット（如何なる出力極性も有さない）と、場変化部分（field-variableportion
；極性化手段により決まる或る出力極性を有する）とを含む。
本発明は、第２のホイートストンブリッジにおける極性反転の結果として、該
ブリッジが、フリッピング場の使用を必要とすることなく、実効的に第１のホイ
ートストンブリッジの永久的な“反転（flipped）”版になるという洞察を利用
している。結果として、本発明によるセンサは以下のものを含む多数の重要な効
果を有している：
− 両ブリッジにおける全ての磁気抵抗性素子が永久的に安定した磁化構成を有
しているので、雑音レベルが低い；
− フリッピング場を備えないため付加的な（かなりの）電流が必要とされない
ので、電力消費が少ない；
− フリッピング場を周期的に発生させる必要がないので、電子回路が簡単にな
る；
− フリッピング場周波数との不整合に遭遇することなく、交流磁場を測定する
ことが可能となる。
本発明によるセンサにおいては、第１及び第２のホイートストンブリッジの出力
を加算することにより、零点オフセットを決定することができる。この零点オフ
セットを減算した後では、該二重ホイートストンブリッジ構成の出力信号は、単
一の（既知の）ホイートストンブリッジからの出力信号より２倍大きいことにな
る。もし所望なら、この事実から、上記第１及び第２のホイートストンブリッジ
の面積を半分とすることができ、その結果、同一の正味の大きさを有し、単一の
ホイートストンブリッジと同一の出力レベルを有するセンサが得られる。
通常、ホイートストンブリッジ内に存在する磁気抵抗性素子の数が多いほど、
外部磁束に対して一層敏感になる。従って、本発明によるセンサの有利な実施例
は、前記第１のホイートストンブリッジにおける前記抵抗性素子の全てが磁気抵
抗効果を呈する（この場合、前記第２のホイートストンブリッジにおける抵抗性
素子の全ても磁気抵抗効果を呈するであろう）ことを特徴とする。このようなセ
ンサは、第１のホイートストンブリッジにおける枝部を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）
、（ｄ）なる連続した順序で横切った場合に、この連続する各枝部における抵抗
性素子の極性が交互に正及び負となるような態様で実施化される。
また、本発明によるセンサの特別な実施例は、前記抵抗性素子の少なくとも１
つが異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果を呈することを特徴とする。このようなＡＭ
Ｒ素子の出力極性は以下のようにして決定することができる：
− 当該素子は、外部磁場がない場合は固定の磁化方向Ｍ0を有すると仮定され
る；
− 該素子には、前記基板の主面と平行に延び、且つ、Ｍ0と鋭い方向角±θを
なすように当該素子を横切る少なくとも１つの導電条片を有するような所謂
理髪店看板柱構造が設けられる；
− ＋θ又は−θなる方向角を選択することにより、関連するＡＭＲ素子の出力
信号の極性を、本発明により必要とされるように、正又は負の極性を持つよ
うにすることができる。θの符号は、例えば、平面図で見て（即ち、前記基
板と直角に見て）Ｍ0から時計方向の傾きの場合は正（＋）として定義する
ことができ、Ｍ0から反時計方向の傾きの場合は負（−）と定義することが
できる。この場合、θは鋭角であるから、このような定義は明確である。
ＡＭＲは、例えばNiFe（パーマロイ）、FeNiCo及びCoFeのような磁気合金に見ら
れる。理髪店看板柱構造は広く知られていると共に現状技術で応用されており、
関連するＡＭＲ素子からの出力信号を線形化すること及び斯かる素子を磁気的に
バイアスすることの両方をなすよう作用する。
通常、上述したような理髪店看板柱は数個の互いに平行な斜めの条片からなる
であろう。しかしながら、現在の小型化の傾向により、介在する斜めの条片を伴
わずに、斜めの電気接点のみを有するＡＭＲ薄膜センサが出現した。このような
斜めの接点もＭ0と方向角±θをなし、ここで使用している“理髪店看板柱”な
る用語の範囲に入ると解釈すべきである。
上記２つの段落で言及した実施例の場合、θの値は好ましくは４５±５°であ
る。この場合、斯かるセンサは最も敏感となる。
本発明によるセンサの他の実施例は、前記抵抗性素子の少なくとも１つが巨大
磁気抵抗（ＧＭＲ）効果を呈することを特徴とする。このようなＧＭＲ素子の出
力極性は、以下のようにして決定することができる：
− ＧＭＲ素子は、磁化Ｍ1及びＭ2を各々有する少なくとも２つの磁気部分を有
すると仮定される；
− 該素子は、Ｍ1及びＭ2が互いにベクトル角αをなすように磁気的にバイアス
される；
− 基準磁場に応答してαが増加／減少する場合、該素子は正の／負の出力極性
（これら２つの状況は、当該素子の電気抵抗の増加／減少に対応する）を有
すると定義される。
ＧＭＲは、反強磁性的に結合された磁気多層（例えば、Co/Cu及びFe/Cr）、交換
バイアスされたスピン値多層（例えば、FeMn/NiFe/Cu/NiFe）、及び所謂硬／軟
多層（即ち、相互に異なる磁気飽和保磁力の強磁性層を有するＧＭＲ多層）等の
材料構造に見られる。上記磁気バイアスは、例えば、上記種々のＧＭＲ素子に近
接して適切に配置された永久磁石を用いて達成することができる。しかしながら
、一層満足のゆく磁気バイアス手段は、通常、ＧＭＲ素子に接近して走る電流を
流す導体を使用する（例えば、ヨーロッパ特許出願第EP 97201143.1号（出願人
整理番号：ＰＨＮ１６３２４）の記載参照）。
前段落で参照した実施例の場合は、αの値は好ましくは９０±５°である。こ
のようなセンサは実質的に履歴のない磁気抵抗特性を有している（磁化回転が磁
壁変位より優勢であるからである）。
本発明によるセンサにおいては、前記第１及び第２のホイートストンブリッジ
は直列又は並列に接続することができることに特に注意すべきである。
本発明によれば、前記第１及び第２のホイートストンブリッジは前記基板上に
異なる態様で設けることができる。例えば、上記２つのブリッジは並置して（第
１図におけるように）、又は一方が他方に入れ子にされて（第２図におけるよう
に）、又は一方が他方の上に積み重ねられるようにして設けることができる。各
ブリッジにおける個々の抵抗性素子も、共面的であるか又は積み重ねられていて
もよい。
図面の簡単な説明
本発明及び本発明の呈する作用効果を実施例及び添付図面を参照して説明する
が、添付図面において：
第１図は、本発明によるセンサの概括的実施例の平面図。
第２図は、本発明によるセンサのＡＭＲ素子を用いた他の実施例の平面図。
第３図は、第２図の第１及び第２ホイートストンブリッジの出力信号をグラフ
的に示す。
第４図は、反対の出力極性を持つ２つのＧＭＲ磁気抵抗性素子の平面図である
。
尚、各図における対応する部分は同一の符号により示してある。
発明を実施するための最良の形態実施例１
第１図は、本発明によるセンサの特別な実施例の一部の平面図を示す。該セン
サは主面３を備える基板１を有し、該主面上には第１ホイートストンブリッジ５
が設けられている。ブリッジ５は、電流入力端子Ｉi、電流出力端子Ｉo、第１電
圧端子ＶQ及び第２電圧端子ＶRを有している。枝部（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（
ｄ）が端子対（Ｉi、ＶQ）、（ＶQ、Ｎo）、（Ｉo、ＶR）、（ＶR、Ｉi）の間
に各々位置され、これら枝部が抵抗性素子７a、７b、７c、７dを各々含んでいる
。
この特別な例では、素子７a、７b、７c、７dの全てが磁気抵抗効果を呈する。
これら素子の各々は或る出力極性（正又は負）を有している。この特別な例では
、素子７a及び７cが正の出力極性（“＋”記号で概念的に示されている）を有す
る一方、素子７b及び７dは負の出力極性（“−”記号で概念的に示されている）
を有している。
本発明によれば、当該センサは上記第１ホイートストンブリッジ５に電気的に
接続された第２ホイートストンブリッジ５’を有している（この場合、ブリッジ
５、５’の電流端子が並列に接続されている）。該第２ブリッジ５’の特徴部分
が第１ブリッジ５のものと対応する限りにおいて、これら特徴部分はアクセント
（’）を付した同一の基本符号により示されている。
第２ブリッジ５’は、第２ブリッジ５’における各磁気抵抗性素子７a’、７b
’、７c’、７d’が第１ブリッジ５における対応する磁気抵抗性素子７a、７b、
７c、７dに対し反対の出力極性を有している点を除き、全ての点で第１ブリッジ
５と同一である。結果として、ブリッジ５’における端子ＶQ’、ＶR’間の出力
信号ＶQR’は、ブリッジ５における端子ＶQ、ＶR間の出力信号ＶQRに対して反対
の極性を有することになり、このようにして、ブリッジ５’はブリッジ５を永久
的に反転（flipped）したものと見なすことができる。実施例２
第２図は、本発明によるセンサのＡＭＲ素子を用いた特別な実施例の平面図で
ある。基板１の主面３には１対の並列接続されたホイートストンブリッジが設け
られている。しかしながら、第１図のような並置状とは異なり、第２図のホイー
トストンブリッジは、面３上においてできる限り小さな空間を占めるように入れ
子にされている。
磁気抵抗性素子７a、７b、７c、７d、７a’、７b’、７c’、７d’は全てＡＭ
Ｒ素子である。このような各素子は理髪店看板柱構造を備え、この場合、該構造
は面３と平行な面内に位置し且つ下側のＡＭＲ素子と斜めに交差する一連の金属
条片９からなっている。上記の全ての斜め条片は図示のＸ軸と±４５°の角度を
なしている。
例示として、ベクトルＭ0b、Ｍ0c、Ｍob’、Moc’はＡＭＲ素子７b、７c、７b
’、７c’における零場磁化（zero-field magnetizations）を各々表している。
素子７bの場合は、上側の条片９はＭ0bから反時計方向に傾けられ、素子７cの場
合は条片９はＭ0cから時計方向に傾けられている。対照的に（本発明によれば）
、素子７b’の場合は条片９はＭ0b’から時計方向に傾けられ、素子７c’の場合
は条片９はＭ0c’から反時計方向に傾けられている。
第３図は、第２図の２つのホイートストンブリッジからの出力ＶQR及びＶQR’
の、図示Ｙ軸と平行に向けられた可変振幅の印加磁場ＨYの関数としての、グラ
フ表示である。両出力ＶQR、ＶQR’は直流オフセットＶ0を有し、該オフセット
上に場変化部分（field-variable portion）が重畳されている。この場変化部分
に関する限り、ＶQRはＶQR’の反転であるから、ＶQRとＶQR’との加算は上記２
つの場変化部分を相殺させて２Ｖ0なる結果となり、これによりＶ0の値を決定す
ることができることは明らかである。この値Ｖ0のＶQR又はＶQR’の何れかから
の減算は、従って、オフセットが補正されたセンサ出力信号となる。実施例３
第４図は、第１図に示したホイートストンブリッジ５からの２つの磁気抵抗性
素子７a、７dの平面図を示す。両素子７a、７dはＧＭＲ素子である。
ここに示すように、各素子７a、７dは、介在された非磁性層を伴う積み重ね構
成の２つの磁気層（上側層及び下側層）を有している。これら上側層及び下側層
は、素子７aの場合は磁化Ｍ1a、Ｍ2aを各々有し、素子７dの場合はＭ1d、Ｍ2dを
各々有する。磁化Ｍ1a、Ｍ1dは、例えば、交換バイアス技術（exchange-biasing
technique）を用いて固定にされ、他方、ベクトルＭ2a、Ｍ2dは自由に回転する
ことができる。このようにして、これら素子はスピン値３重層（spin-value tri
layers）として作用する。
外部磁場がない場合は、Ｍ1aとＭ2aとの間のベクトル角αa及びＭ1dとＭ2dと
の間のベクトル角αdは、共に９０°である（例えば、磁場中徐冷技術（magneti
c annealing technique）を用いて達成される）。しかしながら、磁場Ｈが存在
する場合は、αaは減少し、αdは増加する。結果として、素子７a、７bの出力極
性は互いに反対となる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Sensor with Wheatstone bridge
Technical field
The present invention has a substrate, on which a plurality of resistive elements are connected by a Wheatstone bridge.
A sensor such that the resistive element is at least one of
One exhibits a magnetoresistive effect, and these resistive elements are provided on branches, and these branches are
,
(A) making the current input terminal a first voltage terminal;
(B) making the first voltage terminal a current output terminal;
(C) making the current output terminal a second voltage terminal;
(D) connecting the second voltage terminal to the current input terminal;
The sensors relate to each other.
Background art
These types of sensors are, among others,
-For example, to detect geomagnetic fields in automotive, aviation, marine or personal navigation systems;
A compass to get out;
-For position sensors and / or angle sensors (eg for automotive applications);
-As a field sensor in medical scanners and in various other applications.
As a replacement for the probe
As a current sensor (where the magnetic field generated by the current is detected);
-As a memory cell in a magnetic random access memory (MRAM);
-A magnetic head (recording medium in the form of a magnetic tape, magnetic disk or magnetic card);
Can be used to read the magnetic flux generated from the
Can be used.
Magnetoresistance is a phenomenon in which the electrical resistance of an object can be affected by magnetic flux. In particular,
Since the electrical resistance of the object changes in a predictable manner in response to the changing magnetic flux,
Such an object is suitable for use as a magneto / electric conversion element in a magnetic field sensor
.
However, like any resistor, the electrical resistance of the object is also dependent on other environmental factors,
Especially affected by temperature. Thus, problems in (sensitive) real applications
Emanates from the transducer element signal as a result of the (changing) magnetic flux and other environmental sources (
To figure out some means of making a distinction from the (unwanted) transducer element signal.
You. A common measure is to attach at least one magnetoresistive element to a Wheatstone bridge.
To be included in the configuration.
Sensors such as those specified at the beginning are, for example, Philips Semiconductor Data Book S
C17 (1995), "Semiconductor Sensors", pages 33-38. So
The sensors described here are capable of measuring very weak magnetic fields, so-called flip-flops.
(Flipping) technology. According to this technology, the Wheatstone
The magnetization direction in each of the bridge's magneto-resistive elements uses an external flipping field.
And is periodically inverted. Such periodic inversion causes the output of the bridge
A corresponding reversal of the polarity of the signal as a function of the applied magnetic field occurs. Normal
By adding the output and the inverted output, the zero offset of the bridge is determined and
Can be deleted), but such an offset would theoretically
This is caused by mask alignment errors during fabrication of the die.
The known sensors have a number of disadvantages. In particular, the required flipping
To generate a field, a relatively large current (about 1 amp) is usually required.
Causes very high power consumption and consequently uses batteries as power source
An obstacle to that. In addition, the above-mentioned flipping technique, especially when such a device is anisotropic
If it is based on the magnetoresistive (AMR) effect, the magnetoresistive element (or multiple
Has a destabilizing effect on the magnetization of the number of
Leads to an increase.
Disclosure of the invention
It is an object of the present invention to alleviate these problems. In particular, one of the present inventions
The purpose is to measure weak magnetic fields without resorting to the flipping technique described above.
An object of the present invention is to provide a sensor capable of performing the following.
The above and other objects are for a sensor as defined at the outset wherein said sensor is
A second wheatstone bridge electrically connected to the first wheatstone bridge;
Ridge, and the first and second Wheatstone bridges have one bridge.
If the magnetoresistive element at one branch of the edge has a positive output polarity,
That the corresponding magnetoresistive element on the same branch of the cartridge has a negative output polarity.
Except for being characterized by being identical.
First and second voltage terminals V in the first bridgeQ, VRAnd the second bridge
First and second voltage terminals VQ’, VRRelationship between the two bridges
With respect to the output signal provided, VQ-VRIs the output signal V from the first bridgeQRAnd see
If done, VQ'-VR′ Is the output signal V from the second bridgeQR’
Is defined by Once this relationship has been defined,
The meaning of the term "do" becomes clear.
The "output polarity" of a magnetoresistive element is such that the electrical resistance of such an element is, for example,
Decreases or increases in response to a reference magnetic stimulus, such as a directionally increasing magnetic field
Is positive or negative depending on Usually, the electrical resistance of such a device is constant off-set.
(No output polarity) and field-variable portion
Having an output polarity determined by the polarizing means).
The present invention relates to a second Wheatstone bridge as a result of the polarity reversal.
The bridge is effectively the first wheel without requiring the use of a flipping field.
Leverage the insights of becoming a permanent “flipped” version of Toaststone Bridge
are doing. As a result, the sensor according to the invention has a number of important effects, including:
Has fruit:
− All magnetoresistive elements in both bridges have a permanently stable magnetization configuration;
Noise level is low;
-No additional (significant) current is required because there is no flipping field
So low power consumption;
− Electronic circuits are simplified because there is no need to periodically generate a flipping field.
The
Measuring AC magnetic fields without encountering a mismatch with the flipping field frequency
It becomes possible.
In the sensor according to the invention, the outputs of the first and second Wheatstone bridges
Is added, the zero point offset can be determined. This zero off
After subtracting the set, the output signal of the double Wheatstone bridge configuration is simply
Twice the output signal from one (known) Wheatstone bridge.
You. If desired, from this fact, the first and second Wheatstone bridges
Area can be halved, so that they have the same net size and a single
A sensor having the same output level as the Wheatstone bridge is obtained.
Usually, the greater the number of magnetoresistive elements present in a Wheatstone bridge,
Be more sensitive to external magnetic flux. Therefore, an advantageous embodiment of the sensor according to the invention
Means that all of the resistive elements in the first Wheatstone bridge are magnetic resistors.
Exhibit an anti-effect (in this case, the resistance in the second Wheatstone bridge)
All of the elements will also exhibit a magnetoresistive effect). Such a security
(A), (b), and (c) the branches of the first Wheatstone bridge.
, (D), the resistance of each successive branch
The embodiment is implemented in such a manner that the polarity of the active element is alternately positive and negative.
Also, a special embodiment of the sensor according to the invention is that at least one of said resistive elements
One of them is characterized by exhibiting an anisotropic magnetoresistance (AMR) effect. AM like this
The output polarity of the R element can be determined as follows:
The element has a fixed magnetization direction M in the absence of an external magnetic field;0Is assumed to have
The
The element comprises a substrate extending parallel to the main surface of the substrate and M0And a sharp direction angle ± θ
So-called having at least one conductive strip across the element in order to
Barber shop sign post structure will be provided;
The output of the associated AMR element by selecting a direction angle of + θ or -θ
The polarity of the signal may be positive or negative, as required by the present invention.
Can be done. The sign of θ is, for example, a plan view (that is,
Look at right angles to the board) M0Is defined as positive (+) when tilting clockwise from
Can, M0Can be defined as negative (-) for a counterclockwise tilt from
it can. In this case, since θ is an acute angle, such a definition is clear.
AMR is found in magnetic alloys such as NiFe (permalloy), FeNiCo and CoFe.
It is. Barber shop signboard pillar structure is widely known and applied with current technology,
Linearizing the output signal from the associated AMR element and magnetically coupling such an element
It acts both to bias.
Usually, a barber shop signpost as described above consists of several mutually parallel diagonal strips
Will. However, due to the current trend of miniaturization, there is an
Instead, AMR thin film sensors with only oblique electrical contacts have emerged. like this
Diagonal contacts are also M0And the direction angle ± θ, the “barber shop signboard pillar” used here
Should be construed as falling within the scope of a term.
In the case of the embodiment mentioned in the above two paragraphs, the value of θ is preferably 45 ± 5 °.
You. In this case, such sensors are most sensitive.
Another embodiment of the sensor according to the invention is characterized in that at least one of said resistive elements is huge.
It is characterized by exhibiting a magnetoresistance (GMR) effect. The output of such a GMR element
Force polarity can be determined as follows:
The GMR element has a magnetization M1And MTwoAt least two magnetic portions each having
Is assumed to be;
The element is M1And MTwoAre magnetically biased to form a vector angle α with each other.
Done;
The element has a positive / negative output polarity if α increases / decreases in response to a reference magnetic field;
(These two situations correspond to an increase / decrease in the electrical resistance of the element).
Then it is defined.
GMR is an antiferromagnetically coupled magnetic multilayer (eg, Co / Cu and Fe / Cr), exchange
Biased spin value multilayers (eg, FeMn / NiFe / Cu / NiFe) and so-called hard / soft
Multilayers (ie, GMR multilayers having ferromagnetic layers of different magnetic coercivity), such as
Seen in the material structure. The magnetic bias is close to the various GMR elements, for example.
This can be achieved with a suitably arranged permanent magnet in contact. However
The more satisfactory magnetic biasing means usually provides a current running close to the GMR element.
Using a flowing conductor (eg, European Patent Application No. EP 97201143.1
Reference number: PHN16324)).
In the case of the embodiment referred to in the preceding paragraph, the value of α is preferably 90 ± 5 °. This
Sensors have substantially no history of magnetoresistance (magnetization rotation is
Because it is dominant over wall displacement).
In the sensor according to the present invention, the first and second Wheatstone bridges
It should be especially noted that can be connected in series or in parallel.
According to the invention, the first and second Wheatstone bridges are mounted on the substrate.
It can be provided in different ways. For example, the two bridges are juxtaposed (the
(As in FIG. 1) or one nested in the other (as in FIG. 2).
) Or one can be stacked on top of the other. each
The individual resistive elements in the bridge are also coplanar or stacked.
Is also good.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention and the operation and effect exhibited by the present invention will be described with reference to examples and the accompanying drawings.
But in the accompanying drawings:
FIG. 1 is a plan view of a general embodiment of a sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of another embodiment using the AMR element of the sensor according to the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the output signals of the first and second Wheatstone bridges of FIG.
Is shown.
FIG. 4 is a plan view of two GMR magnetoresistive elements having opposite output polarities.
.
Incidentally, corresponding parts in the respective drawings are indicated by the same reference numerals.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTIONExample 1
FIG. 1 shows a plan view of a part of a special embodiment of the sensor according to the invention. The sen
The substrate has a substrate 1 having a main surface 3 on which a first Wheatstone bridge 5 is provided.
Is provided. The bridge 5 has a current input terminal Ii, Current output terminal Io, 1st
Compression terminal VQAnd the second voltage terminal VRhave. Branches (a), (b), (c), (
d) is the terminal pair (Ii, VQ), (VQ, No), (Io, VR), (VR, Ii)
And these branches are connected to the resistive element 7.a, 7b, 7c, 7dContains each
.
In this particular example, element 7a, 7b, 7c, 7dAll exhibit a magnetoresistive effect.
Each of these elements has a certain output polarity (positive or negative). In this special case
, Element 7aAnd 7cHas a positive output polarity (conceptually indicated by a "+" sign)
While element 7bAnd 7dIs the negative output polarity (indicated conceptually by the "-" sign)
have.
According to the present invention, the sensor is electrically connected to the first Wheatstone bridge 5.
Connected second Wheatstone bridge 5 '(in this case a bridge
5, 5 'current terminals are connected in parallel). Characteristic part of the second bridge 5 '
These features are accented as long as they correspond to those of the first bridge 5.
It is indicated by the same basic code with (').
The second bridge 5 'is connected to each magneto-resistive element 7 in the second bridge 5'.a’, 7b
’, 7c’, 7d'Is the corresponding magnetoresistive element 7 in the first bridge 5a, 7b,
7c, 7dThe first bridge at all points except that it has the opposite output polarity to
Same as 5. As a result, the terminal V in the bridge 5 'Q’, VR’Output
Signal VQR′ Is the terminal V of the bridge 5Q, VROutput signal V betweenQRAgainst
And the bridge 5 'thus makes the bridge 5 permanent
Can be considered as flipped.Example 2
FIG. 2 is a plan view of a special embodiment using the AMR element of the sensor according to the present invention.
is there. The main surface 3 of the substrate 1 is provided with a pair of Wheatstone bridges connected in parallel.
Have been. However, unlike the juxtaposition shown in FIG. 1, the wheel shown in FIG.
The Toston Bridge should occupy as little space as possible on surface 3
Being a child.
Magnetoresistive element 7a, 7b, 7c, 7d, 7a’, 7b’, 7c’, 7d’Is all AM
R element. Each such element comprises a barber shop sign post structure, in which case the
Is a series of metals located in a plane parallel to plane 3 and obliquely intersecting the lower AMR element
It consists of strips 9. All of the above oblique strips have an angle of ± 45 ° with the X axis shown.
No.
As an example, the vector M0b, M0c, Mob’, Moc’Is the AMR element 7b, 7c, 7b
’, 7c'Represents zero-field magnetizations.
Element 7b, The upper strip 9 is M0bFrom the element 7cPlace
If the strip 9 is M0cFrom the clock. In contrast (according to the invention)
, Element 7b’, Strip 9 is M0b'And tilted clockwise from the element 7c'in the case of
Is strip 9 is M0c'Tilted counterclockwise.
FIG. 3 shows the output V from the two Wheatstone bridges of FIG.QRAnd VQR’
Of a variable amplitude applied magnetic field H oriented parallel to the illustrated Y axisYGraph as a function of
Display. Both outputs VQR, VQR’Is the DC offset V0And the offset
A field-variable portion is superimposed on top. This changing part
As far asQRIs VQR’, So VQRAnd VQR’Is the above 2
2V by offsetting two field change parts0Which results in V0Determine the value of
It is clear that it can be done. This value V0VQROr VQR’
Is therefore a sensor output signal with the offset corrected.Example 3
FIG. 4 shows two magnetoresistives from the Wheatstone bridge 5 shown in FIG.
Element 7a, 7dFIG. Both elements 7a, 7dIs a GMR element.
As shown here, each element 7a, 7dIs a stacked structure with an intervening non-magnetic layer
It has two magnetic layers (upper layer and lower layer). These upper and lower layers
Is the element 7aIn the case of magnetization M1a, M2aAnd each of the elements 7dM for1d, M2dTo
Have each. Magnetization M1a, M1dAre, for example, exchange-biasing techniques.
technique), while the vector M2a, M2dRotates freely
be able to. Thus, these devices have a spin-value tri-layer.
layers).
If there is no external magnetic field, M1aAnd M2aVector angle α betweenaAnd M1dAnd M2dWhen
Vector angle α betweendAre both 90 ° (for example, a magnetic field slow cooling technique (magneti
Achieved using c annealing technique)). However, a magnetic field H exists
If so, αaDecreases, αdIncreases. As a result, element 7a, 7bOutput pole
Gender is opposite to each other.
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フロントページの続き
(72)発明者 ペルグロム マーセリヌス ヨハネス マ
リア
オランダ国 5656 アーアー アインドー
フェン プロフ ホルストラーン ６
(72)発明者 ファン ド ワレ ゲルジャン フランシ
スカス アーサー
オランダ国 5656 アーアー アインドー
フェン プロフ ホルストラーン ６
【要約の続き】
決定し、削除することができる。この効果は従来のセン
サに使用されている所謂フリッピング技術を使用するこ
とを要せずに達成される。────────────────────────────────────────────────── ───
Continuation of front page
(72) Inventor Perglom Mercerinus Johannes Ma
rear
Netherlands 5656
Fen Prof. Holstrahn 6
(72) Inventor Fund de Wallet Gerjan Franci
Sukas Arthur
Netherlands 5656
Fen Prof. Holstrahn 6
[Continuation of summary]
Can be determined and deleted. This effect is
Use the so-called flipping technology used in
And are achieved without the need.