JP2002525609A - 磁気抵抗効果型センサ素子、例えば、角度センサ素子 - Google Patents

磁気抵抗効果型センサ素子、例えば、角度センサ素子

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JP2002525609A JP2000571276A JP2000571276A JP2002525609A JP 2002525609 A JP2002525609 A JP 2002525609A JP 2000571276 A JP2000571276 A JP 2000571276A JP 2000571276 A JP2000571276 A JP 2000571276A JP 2002525609 A JP2002525609 A JP 2002525609A
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ヨースト フランツ
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    • H01F10/3281—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the exchange coupling being asymmetric, e.g. by use of additional pinning, by using antiferromagnetic or ferromagnetic coupling interface, i.e. so-called spin-valve [SV] structure, e.g. NiFe/Cu/NiFe/FeMn only by use of asymmetry of the magnetic film pair itself, i.e. so-called pseudospin valve [PSV] structure, e.g. NiFe/Cu/Co

Abstract

(57)【要約】 磁気抵抗効果型センサ素子、例えば、角度センサ素子であって、第１の磁性層（１）を有し、該第１の磁性層（１）の磁化方向は、１つの基準方向を成し、第１の磁性層（１）上に形成された第２の磁性層（２）及び第２の磁性層（２）上に形成された第３の磁性層（３）を有し、該第３の磁性層（３）の磁化方向は、外部磁界により作用、影響を受けるものである磁気抵抗効果型センサ素子、例えば、角度センサ素子が提案され、ここにおいて、前記第３の非磁性層（３）は、少なくとも部分的に個個のセグメント（３ａ）の形態で構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、請求項１の上位概念による磁気抵抗効果型センサ素子、例えば、角
度センサ素子に関する。
【０００２】 センサ、殊に，磁気抵抗効果に基づいて動作する角度センサは公知である。こ
こで、電気抵抗がセンサにより外部磁界の方向に依存して測定される。例えば、
所謂GMR−センサ素子（Giant-Magneto-Resistance）が殊に自己安定性磁性層を
使用した装置、方式が記載されている（van den Berg et. al.. GMR angle dete
tor with an artificial antiferromagnetic subsystem, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 165(1997) 524-528）。ここにおいて、第１
の薄い所謂基準層が次のようにして生ぜしめられる。即ち、２つの逆方向に磁化
された層（例えばＣｏから成る）間に１つの反強磁性結合層（例えばＣｕ又はＲ
ｕから成る）が挿入される。基準層の磁気的安定性は、当該の多層−構成により
、個々のＣｏ−層に比してほぼ１オーダ分だけ高められる。基準層の磁化方向は
、（理想的な場合）（測定すべき）外部磁界の方向には依存しない。
【０００３】 基準層は薄い非磁性層でカバーされており、この薄い非磁性層上には、同じく
、薄いソフト磁性層、所謂検出層が形成されている。検出層は、それの磁化を（
同じく理想的場合において）、小さい大きさの磁界の場合にも、外部磁界の方向
に配向する。ＧＭＲ−効果の理論から知られているところによれば、センサ信号
は下記の関数に従う、即ち、Ｒ（α）＝Ｒ0＋ΔＲ＊ｓｉｎ（α）、但し、Ｒ0は
オフセット抵抗、ΔＲはセンサの信号変化幅、αは、際立った顕著なセンサ方向
（殊に基準方向）と外部磁界の方向との間の測定すべき角度である。
【０００４】 その種の装置、方式において欠点であることが判明していることは、種々異な
る磁気的交換相互作用ないし効果に基づき、角度測定に際して不精確性ないしエ
ラー誤りを来すことである。角度誤差エラーは、実質的に２つの要因により惹起
される。１つの要因によれば、磁気的基準が測定すべき磁界の影響を受け、際立
った特定方向で固定されていないことである。もう１つの要因によれば、検出層
は、誤りエラーないし遅延のないようにして外部磁界の方向には追従しないこと
である。
【０００５】 本発明の基礎を成す課題とするところは生じる角度誤差エラーを回避でき、又
は少なくとも減少させ得る磁気抵抗効果型センサ素子、ないし角度センサ素子を
実現することである。前記課題は、請求項１の構成要件により解決される。
【０００６】 本発明により創出されるセンサ素子では、検出層の磁化方向が殊に、外部磁界
の大きさが小さい場合でも、従来技術で可能な場合におけるより遙かに容易に且
つ精確にもしくは遅延のいなようにして外部磁界に追従し得るのである。それに
より達成可能なセンサ素子の精度の改善は、わずかな技術的コスト（例えば公知
の化学的プロセス手法による検出層の構造化）で達成し得る。
【０００７】 本発明の有利な実施形態は、サブクレームに記載されている。特に有利には、
セグメントは少なくとも部分的に円形状又は楕円状に構成されている。その種の
構成形態により、外部磁界に関して検出層の磁化方向の特に遅延がなく、また、
精確な配向が得られる。
【０００８】 亦、有利にはセンサ素子は、縦長の、ないし長く延びた形状を有する。当該の
構成形態により、基準磁化の、外部磁界への十分な非依存性が達成される。セン
サ素子の長く延びた形状により（それの長さはそれの幅より遙かに大である）人
工的反強磁性体として構成された基準層の自己安定化への有利な作用が殊に達成
可能である。
【０００９】 さらにまた、センサ素子をミアンダ状に構成すると特に有利であることが判明
している。これにより、わずかなスペース空間上で著しく長いセンサ構造が実現
可能である。
【００１０】 なお、亦、有利には、第１の層はバード磁性層である。その種の層は、安価に
実現可能であり、基準層の良好な磁気的安定性を保証する。
【００１１】 有利には第３の層はソフト磁性層として構成される。その種の層は簡単且つ安
価な手法で多数種々異なる形態で実現可能である。ソフト磁性層材料の有利な事
例としては、Ｎｉ−Ｆｅ合金が挙げられる。
【００１２】 さらに有利には、第１の磁性層は、自己安定性結合を有する多層配列体（人工
的反強磁性体）構造から成る。その種の層は特に高い磁気的安定性を有し、更に
センサ素子の縦長の形態は、その種の多層配列体の磁気的安定性に好ましい影響
を及ぼす。
【００１３】 同様に、有利には第１の磁性層は、人工的にスピン化されたないしバイアスさ
れた磁化を有する。その種の磁化は、例えば第１層と作用結合する電流通電され
る導体を用いて、磁化方向の安定化のため達成可能である。さらに有利には、第
１の磁性層及び第３の磁性層がＧＭＲ（巨大磁気抵抗）−材料を使用して作成さ
れている。
【００１４】 次に、図を参照して有利な１実施例に即して本発明を詳述する。
【００１５】 図１は、本発明のセンサ素子の有利な実施形態の平面略図である。
【００１６】 図２は、図１のセンサの側面図である。
【００１７】 図１に示すセンサ素子は、第１の磁性層ないし磁化層１を有し、該磁性層ない
し磁化層１は基準層を成す。当該の層の内部構成は、細部は示してない。前記第
１の層は、人工的反強磁性体として構成されると有利である，換言すれば（基本
状態において）逆平行に配向された磁化を有する２つの薄い磁性層間に反強磁性
結合層として作用する薄い金属製中間層が形成されている。自己安定性の人工的
反強磁性体の創製に必要な枠条件に関しては既述の van den Berg et. al.の論
文を参照するとよい。
【００１８】 第１層１により形成される基準磁化の方向は、図１及び図２中矢印５により示
されている。
【００１９】 前記第１層１上には、薄い非磁性の第２層２が被着されており、この第２層２
上に、同じく第３の磁性層３（検出層）が形成されている。
【００２０】 層１，２，３を有する多層配列体が有利に、略示した長く延びた（又はミアン
ダ化した）形態で作成されておりここで、先ず、第３の層３も亦、非構造化され
、換言すれば層１，２，に相応して構成されている。それにひきつづいて、第３
の層３が、例えば化学的プロセス手法（例えば、エッチングプロセス手法）を用
いて図示の楕円３ａ又は円の形で選択的に構造化される。その種の構造化は、セ
ンサ機能にとって著しく有利であることが判明している、それというのは、それ
により、磁化方向が大きさの点で、小さい外部磁界に比較的容易に追従し得るか
らである。（外部磁界の方向６に相応する）磁化は、夫々の楕円３ａに対する矢
印７を用いて示してある。
【００２１】 センサ素子の夫々の端部１０，１１へ電圧を印加すると、印加する外部磁界に
依存してセンサ素子の特性的抵抗値が生じ、この特性的抵抗値から、外部磁界の
磁化方向の角度が求められる。
【００２２】 本発明のセンサ素子を、それ自体公知の形式でブリッジ回路に形成できる。そ
の種のブリッジ回路を使用するセンサにより、角度測定を特に簡単に且つ信頼性
を以て行い得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のセンサ素子の有利な実施形態の平面略図。
【図２】 図１のセンサの側面図。
【符号の説明】
第１の磁性層、 ２ 第２の非磁性層、 ３ 第３の磁性層（検出層）、 ３
ａ 楕円、 ５ 基準磁化の方向、 ６ 外部磁界の方向、 ７ 外部磁界の磁
化、 １０ センサ素子の端部、 １１ センサ素子の端部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 43/08 Ｇ０１Ｄ 5/18 Ｌ // Ｇ０１Ｄ 5/18 Ｇ０１Ｒ 33/06 Ｒ (72)発明者 マルティン フライターク ドイツ連邦共和国 ゲルリンゲン ハービ ヒトヴェーク 10 Ｆターム(参考） 2F063 AA31 DA05 GA52 GA79 2F077 CC02 JJ09 PP14 VV01 VV33 2G017 AA03 AA06 AB01 AB07 AD55 AD59 AD63 AD65 BA09 5D034 BA03 BA04 CA08

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁気抵抗効果型センサ素子、例えば、角度センサ素子であっ
    て、第１の磁性層（１）を有し、該第１の磁性層（１）の磁化方向は、１つの基
    準方向を成し、第１の磁性層（１）上に形成された第２の非磁性層（２）及び第
    ２の磁性層（２）上に形成された第３の磁性層（３）を有し、 該第３の磁性層（３）の磁化方向は、外部磁界により作用、影響を受けるもの
    である磁気抵抗効果型センサ素子、例えば、角度センサ素子において、 前記第３の磁性層（３）は、少なくとも部分的に個個のセグメント（３ａ）の
    形態で構成されていることを特徴とする磁気抵抗効果型センサ素子、例えば、角
    度センサ素子。
  2. 【請求項２】 セグメント（３ａ）は、少なくとも部分的に円形状又は楕円
    状に構成されている請求項１記載のセンサ素子。
  3. 【請求項３】 縦長の形状を有する請求項１又は２記載のセンサ素子。
  4. 【請求項４】 ミアンダ状に構成されている請求１項から３項までのうち何
    れか１項記載のセンサ素子。
  5. 【請求項５】 第１の磁性層（１）は、ハード磁性層である請求１項から４
    項までのうち何れか１項記載のセンサ素子。
  6. 【請求項６】 第３の磁性層（３）は、ソフト磁性層である請求１項から５
    項までのうち何れか１項記載のセンサ素子。
  7. 【請求項７】 第１の磁性層（１）は、自己安定性結合を有する多層配列体
    構造から成る請求１項から６項までのうち何れか１項記載のセンサ素子。
  8. 【請求項８】 第１の磁性層（１）は、人工的にスピン化された磁化を有す
    る請求１項から７項までのうち何れか１項記載のセンサ素子。
  9. 【請求項９】 第１の磁性層及び／又は第３の磁性層（１、３）は、ＧＭＲ
    （巨大磁気抵抗）−材料を使用して作成されている請求１項から８項までのうち
    何れか１項記載のセンサ素子。
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