JP2004504713A - 複数の検出素子を持つ磁気抵抗角度センサ - Google Patents
複数の検出素子を持つ磁気抵抗角度センサ Download PDFInfo
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Abstract
【課題】簡単に実現でき、かつ、広い磁界強度範囲において磁界の角度方向を正確に検出することができる磁気抵抗センサおよびその製造方法を提供すること。
【解決手段】磁界方向を決定する磁気抵抗角度センサ（１）が、提供される。広い磁界強度範囲に渡って、高い角度精度が得られる。本磁気抵抗角度センサは、第１の参照磁化軸（９）を有する第１の補正検出素子（６）および第２の参照磁化軸（１０）を有する第２の補正検出素子（８）に電気的に接続されている主検出素子（２）であって、前記第１の参照磁化軸（９）および前記第２の参照磁化軸（１０）が、前記主参照磁化軸（３）に対して、互いに逆符号で５°から８５°の間の補正角θをなす主検出素子（２）を有する。
【選択図】図３
【解決手段】磁界方向を決定する磁気抵抗角度センサ（１）が、提供される。広い磁界強度範囲に渡って、高い角度精度が得られる。本磁気抵抗角度センサは、第１の参照磁化軸（９）を有する第１の補正検出素子（６）および第２の参照磁化軸（１０）を有する第２の補正検出素子（８）に電気的に接続されている主検出素子（２）であって、前記第１の参照磁化軸（９）および前記第２の参照磁化軸（１０）が、前記主参照磁化軸（３）に対して、互いに逆符号で５°から８５°の間の補正角θをなす主検出素子（２）を有する。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主参照磁化軸を持つ主検出素子を有して、前記主参照磁化軸と磁界方向との間の角度を決定するための磁気抵抗センサに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、主参照磁化軸を含む主検出素子を有して、前記主参照磁化軸と磁界方向との間の角度を決定するための磁気抵抗センサを製造する方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
このような磁気抵抗センサおよびその製造方法は、Ｋ．−Ｍ．Ｈ． Ｌｅｎｓｓｅｎ ｅｔ ａｌ．， “Ｒｏｂｕｓｔ ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒｓ”， Ｅｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓ ＸＩＩＩ， Ｔｈｅ １３ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ， ｐａｇｅｓ ５８９−５９６， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １２−１５， １９９９， Ｔｈｅ Ｈａｇｕｅ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓによって、既知である。
【０００４】
磁気抵抗は、ある種の材料に磁場が印加されたときに、それらの材料の抵抗が変化する現象である。強磁性磁気抵抗角度センサが、自動車や工場のような過酷な環境における非接触角度位置センサに使用されている。一般に、これらのセンサは、被覆や汚染に感応しない。十分に強い飽和磁場で動作させる場合、地磁気のようなストレイ磁界、またはその他の磁界については、その磁界強度の変化に対するそれらの感応性が低い。このことによって、この種の角度センサは、磁気抵抗センサそのものと磁界を発生するバイアス磁石との間の距離の変化に対する許容度が大きい。
【０００５】
異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサのような種々の強磁性磁気抵抗センサが知られている。
【０００６】
ＡＭＲは、第１鉄材料において発生する。これは、第１鉄材料の薄い帯状の細片に流れる電流に平行でない磁界が印加されたときの抵抗の変化である。印加された磁界が電流に垂直であるときに、抵抗は最大となる。
【０００７】
ＡＭＲセンサは、通常、つづら折状をしたＮｉ−Ｆｅの単層薄膜から作られる。これらのセンサの抵抗は、つづら折状の細片を流れる電流とＮｉ−Ｆｅの磁化方向との間の角度θに、Ｒ（θ）＝Ｒ（０°）＋ΔＲ（１−ｃｏｓ２θ）／２にしたがって、依存する。
【０００８】
ＧＭＲセンサおよびＴＭＲセンサは、ともに、少なくとも２層を有する多層構造である。スピンバルブ型のＧＭＲ角度センサおよびＴＭＲ角度センサにおいては、２層のうちの１層は、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ， Ｆｅ−Ｍｎ， ＮｉＯなどの反強磁性体（ＡＦ）層への交換バイアシングによってピン止めされているか、または、ＡＦ層によって交換バイアスされている、例えば、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅによって形成される人工格子反強磁性体（ＡＡＦ）から成る。当該磁性層の磁化の方向が、主参照磁化軸を決める。他の層（フリー層）は、外部磁界方向に従うように、できるだけソフト（軟磁性）に作られる。
【０００９】
ＧＭＲセンサまたはＴＭＲセンサの場合、抵抗は、主参照磁化軸を決めるピン止めされた磁性層の磁化の方向とソフト磁性層の磁化の方向との間の角度θに、Ｒ（θ）＝Ｒ（０°）＋ΔＲ（１−ｃｏｓθ）／２にしたがって、依存する。
【００１０】
当該論文によって既知である磁気抵抗センサは、真性的に備わっている角度依存性のために、アナログ的に角度を検出するのに非常に適している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
既知の磁気抵抗センサの１つの欠点は、相対的に低い磁界において、その出力信号が、理想的な正弦波出力信号から外れてしまうということである。正弦波出力信号の歪みは、ＡＭＲセンサでもＧＭＲセンサでも起き、以下に説明されるように、大部分、軟磁性材料（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ）の異方性による。
【００１２】
ＡＭＲセンサの場合、磁化の方向は、Ｎｉ−Ｆｅ細片材料の一軸異方性と外部磁界とのバランスによって決定される。材料堆積中に誘起される一軸異方性は、通常、その堆積中に誘起される結晶異方性と形状異方性とが結合したものである。外部磁界が印加されていないときには、磁化の方向は、その異方性によって定められる磁化容易軸に沿った２つの方向のいずれか１方にある。強い飽和磁界の場合、磁化の方向は、印加磁界の方向に近づく。回転磁界の場合、正弦波抵抗変化が得られる。相対的に低い磁界の場合、磁化の方向が、印加磁界の方向から相当にずれ、このことによって、ＡＭＲに基づく角度センサの周期的な出力信号に歪みが誘起される。しかしながら、低動作磁界は、こうした磁界を発生させるために安価なｆｅｒｒｏｘｄｕｒｅバイアス磁石を用いることができるため、魅力のあるものである。ＡＭＲセンサは、約１００ｋＡ／ｍ以上の、高価なＳｍＣｏ磁石やＮｄＦｅＢ磁石でしか発生できない強磁界においてしか高い角度精度を与えることができない。
【００１３】
スピンバルブＧＭＲ角度センサおよびスピンバルブＴＭＲ角度センサの場合、軟磁性層は、通常、ある有限の異方性を持っており、オレンジピール結合および静磁結合によってピン層と結合している。フリー層の磁化方向と外部磁界方向とを重ね合わせるためには、それらの結合や異方性を抑えることのできる最小限の磁界強度が要求される。しかしながら、強磁界は、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子の参照方向として使用される、ピン層またはＡＡＦの磁化の方向にも影響を与える。通常、全ての磁界方向においてピン層またはＡＡＦの磁化方向に影響を与えることなく、フリー層を完全に飽和させることは、不可能である。このことが、ＧＭＲに基づく角度位置センサにより得られる精度を制限する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの目的は、簡単に実現でき、かつ、広い磁界強度範囲において磁界の角度位置を正確に検出することができる、冒頭のパラグラフに記載の種類の磁気抵抗センサを提供することである。
【００１５】
本発明によれば、この目的は、前記主検出素子が、第１の参照磁化軸を持つ第１の補正検出素子および第２の参照磁化軸を持つ第２の補正検出素子に電気的に接続され、前記第１の参照磁化軸および前記第２の参照磁化軸が、前記主参照軸に対して、たがいに逆符号で５°から８５°までの間の補正角θを成す磁気抵抗センサによって達成される。使用中、主センサの正弦波出力信号には、相当部分軟磁性材料（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ）の異方性による歪みが、含まれている。とりわけ低磁界において、磁化は、外部磁界方向に正確にしたがわない。主センサからの出力のこの誤差は、２個の補正検出素子を加えることによって補正される。第１の補正検出素子および第２の補正検出素子の参照磁化方向は、例えば、それぞれ、主検出素子の左右に、それに対して正の角度および負の角度を取るように、主検出素子の主参照磁化方向に対して、ある補正角を持って配置される。ＡＭＲ検出素子の場合には、各補正素子を主検出素子に対して物理的に角度をつけることによって、各補正素子のバイアス電流を、主検出素子のバイアス電流に対して、ある角度を持って配置させることが好ましい。磁気抵抗ＧＭＲ検出素子またはＴＭＲ検出素子の場合には、各補正素子のバイアス磁化方向を、主検出素子のバイアス磁化方向に対して、ある角度を持つように定めることが好ましい。補正検出素子の導入により、広い磁界強度範囲に渡って、外部磁界方向を決定する精度が増加する。
【００１６】
ＡＭＲ磁気抵抗センサの場合には１８０°に渡って、また、ＧＭＲ磁気抵抗センサまたはＴＭＲ磁気抵抗センサの場合には３６０°に渡って、外部磁界方向を不確かさを伴わずに決定するためには、同じ種類の本発明による２個の磁気抵抗センサが、必要である。この理由によって、本発明は、また、請求項２に記載されるようなセンサ配置にも関する。前記２個の主検出素子の前記主参照磁化軸が、前記主検出素子の周期的な出力信号の１／４周期の角度に渡って、たがいに回転し合っている。各主検出素子の出力を補正するためには、誤差信号を知ることが必須である。誤差信号は、２個の主検出素子の出力信号の周期の２倍の周期を持つ。主検出素子の各々の左右に、それぞれ、第１の補正検出素子および第２の補正検出素子を付加することによって、誤差信号は、少なくとも部分的に除去することができる。前記第１の検出素子および前記第２の検出素子の前記参照磁化方向と、前記主参照磁化方向との間の前記補正角には、各補正検出素子に対し、前記主検出素子の周期的な出力信号の１／８周期の角度が選択される。補正検出素子の出力信号が、誤差信号と同じ周期を持ち、かつ、その位相が誤差信号の半周期分ずれているので、誤差信号のほとんど完全な打ち消しが、行なわれる。本発明に係るセンサ配置の１実施例が、請求項３に既定されている。
【００１７】
二次以上の角度補正を与えることも、好ましい。例えば、本発明の実施例に係る磁気抵抗センサは、主検出素子の何れかの側にそれぞれ電気的に相互に接続された複数の二次補正素子、または、より高次の補正素子を有することが出来る。前記付加補正検出素子は、前記主参照磁化軸に対して、前記第１の主センサの前記周期的な出力信号の事実上ｎ／１６周期（ここで、ｎ：整数）の互いに逆符号の角度をなす参照磁化軸を持つ。
【００１８】
本発明には、また、上述のような、少なくとも一次角度補正素子を設けた４個の磁気抵抗検出素子を有する磁気抵抗ホイートストンブリッジ型角度センサデバイスも含まれる。このような配置は、請求項５に既定されている。ホイートストンブリッジ角度センサデバイスの利点は、抵抗値への温度効果が抑えられるということである。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、広い磁界強度範囲に渡って正確に磁界の角度方向を検出できる磁気抵抗センサを製造する、簡単に実行可能な方法を提供することである。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、請求項６に既定される方法によって達成される。
【００２１】
本発明には、例えば、前記補正素子に予定されている前記角度にバイアス方向を持つ十分に強いバイアシング磁界中で、前記交換バイアシングのブロッキング温度以上に、各補正素子を局所的に加熱することによって、適切な角度を形成することも含まれる。本発明に係る方法の好適な実施例が、請求項７に既定されている。
【００２２】
好ましくは、前記局所的加熱は、前記第１の検出素子または前記第２の検出素子に電流を流すことによって行われる。これに代えて、この局所的加熱を、レーザを用いて行うこともできる。
【００２３】
上述の磁気抵抗センサまたはセンサ配置を、出力信号の歪みに対する補正を与えつつ、単一のマスクを用いて単一のチップ上に作製することができる。この製造は、簡単かつ安価である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の他の機能および有利な点は、実施例により本発明の原理を例証する、以下の詳細な説明と図の使用により、明らかになる。
【００２５】
本発明は、いくつかの図面といくつかの実施例とを参照して記載されるが、本発明は、それらに制限されるものではない。
【００２６】
図１は、従来のＡＭＲを基とした角度センサ（点線）で測定された角度（左側のＹ軸）を、印加磁界の角度方向の関数として示している。この磁界は、センサに対して回転する磁石によって印加させることができる。印加磁界は相対的に低く、センサを飽和させるには低すぎるものである。この効果は、はっきりと識別できる非線型曲線に反映されている。
【００２７】
図２は、互いに４５°に位置する、３ｋＪ／ｍ３の異方性を持つ２個の従来のＡＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスを用いて、２つの磁界強度（１０ｋＡ／ｍ， ３０１０ｋＡ／ｍ）において測定された非線型性（即ち、誤差信号）の程度を示している。非線型性は、ＡＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの２つの実測出力信号の比と、ａｒｃｔａｎθ変換後の最適直線との差として定義される。したがって、誤差信号は、最適直線から出力を減算することによって計算される。磁界が強い方が、非線型性の程度が減少している（実線に対する点線）ことが観察できる。たがいに４５度に渡って回転した、補正手段の付加されていない２個のホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの出力信号の非線型性は、１個のホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの出力信号の周期の４分の１である４５度の周期を持ってほぼ正弦波的である。補正検出素子は、少なくとも部分的に誤差を除去し、測定される角度を１°以下に抑制する。
【００２８】
本発明によるセンサの１実施例によれば、図３に線図的に示されるように、補正検出素子６， ８が、ＡＭＲ角度センサ１の主検出素子２の両側に付加されている。主検出素子２には、素子抵抗Ｒ０を持つ１８０？つづら折（即ち、ジグザグメアンダ）の形状を有する、複数の長い強磁性体細片（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ）４が設けられている。図３に示されるように、ＡＭＲ検出素子２の出力は、各々が検出素子２の左右にそれぞれ位置し、かつ、検出素子２に電気的に直列接続されている２個の付加補正素子６， ８の出力に加えられる。各補正素子６， ８は、主検出素子２に対して記載したと同様に、それぞれ、長い強磁性体要素５， ７から構成されている。補正素子６， ８は、主検出素子２の出力の非線型性を少なくとも部分的に補償するように、第１の主検出素子２に対して角度θを持って配置されている。例えば、主検出素子２に対して、検出素子２の片側（より詳細には、後続側）の補正素子６は、角度−２２．５？回転しており、他方の側（より詳細には、先導側）の補正素子８は、角度２２．５？回転している。用語「先導側」「後続側」は、角度センサ１が磁界に対して回転するとき、補正素子８が検出素子２より先に来て、補正素子６が後に続くという事実に関連する。
【００２９】
補正検出素子６， ８の出力信号は、主検出素子２の誤差信号の半周期分、位相がずれている。これらの角度的に変移した信号が主検出素子２の出力に加算されることによって、少なくとも部分的に、センサ１の出力の非線型性が相殺される。誤差信号の振幅を補正するために、補正素子６， ８は、主検出素子２の抵抗値Ｒ０に対して、（１／√２）Ｒ０の抵抗値を持つ。
【００３０】
線型性が改良されることが、図１（実線、図の右側のＹ軸に関して）および図２（丸点線および正方点線）に示されている。出力の振幅全体についていくらかの損失は発生する。即ち、出力信号の振幅が、補正前の出力信号の振幅の約８０％に減少する。
【００３１】
図４には、上述の検出素子２と同様な主検出素子２２； ２５； ２８； ３１をそれぞれ持つ４個の磁気抵抗センサ１２； １３； １４； １５を持つ完全なＡＭＲホイートストンブリッジ１１の１例が、示されている。それぞれの主検出素子２２； ２５； ２８； ３１は、各々、例えば、角度±２２．５°で主検出素子のそれぞれの側に位置する２個の補正素子２１， ２３； ２４， ２６： ２７． ２９； ３０， ３２を持つ。補正素子２１， ２３； ２４， ２６： ２７． ２９； ３０， ３２は、上述の補正素子６， ８で述べたものと同様に設計することが出来る。各センサ１２； １３； １４； １５は、それぞれ、３個の素子２１， ２２， ２３； ２４， ２５， ２６： ２７． ２８， ２９； ３０， ３１， ３２より成っている。ホイートストンブリッジへの電気的接続は、導電性パッド１６， １７， １８， １９を介して行われる。
【００３２】
補正素子、例えば、各主検出素子に対して３３．７５度、１１．２５度、−１１．２５度、−３３．７５度に補正素子、をさらに加えることによって、二次およびさらに高次の補正を得ることが出来る。各補正素子は、それらの付加補正素子が、残余の非線型性を打ち消すことに寄与するような最適抵抗値を持つ。
【００３３】
図５は、互いに４５°に位置する２個の従来のＧＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスを用いて、２つの磁界強度（２０ｋＡ／ｍ， ４０ｋＡ／ｍ）において測定された非線型性（即ち、誤差信号）の程度を示している。非線型性は、２個のＧＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの２つの実測出力信号の比と、ａｒｃｔａｎθ変換後の最適直線との差として定義される。したがって、誤差信号は、最適直線から出力を減算することによって計算される。磁界が強いと、非線型性の程度が、縮小すること（実線に対する点線）が、観察できる。たがいに９０°に位置する補正手段の付加されていない２個のＧＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの出力信号の非線型性は、１個のＧＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの出力信号の周期の４分の１である９０°の周期の角度を持ってほぼ正弦波的である。本発明に係るセンサの１実施例によれば、１個の主検出素子とそれと直列な２個の補正素子とを用いることによって、一次の補正が得られる。ここで、補正素子のピン層またはピン止めされたＡＡＦが、主補正素子のバイアス磁化方向に対して角度θを成すバイアス磁化方向を持つ。例えば、バイアス角度は、誤差信号の周期角度の実質上半分、即ち、主検出素子に対して−４５度および４５度である。各補正素子の抵抗は、例えば、抵抗値を主検出素子の抵抗値の１／√２倍に等しくさせて、最適化される。このセンサの動作原理は、図３に示されるそれと同様である。即ち、補正素子によって与えられる、センサ１全体の出力への寄与が、信号の非線型性の少なくとも一部を打ち消すようにすることである。図５に、この補正法による非線型性の減少の様子が、２つの異なる磁界において示されている。補正検出素子は、１°より小さい測定角度まで少なくとも部分的に誤差を除去する。
【００３４】
図６は、単一のＧＭＲ主検出素子３４と、その左右にそれぞれ位置する２個の補正素子３６， ３８とを有する、本発明に係るセンサの１実施例であるＧＭＲ角度センサを示している。図６に示される矢印は、ＡＦ層またはＡＡＦによって誘起される、３個の素子３４， ３６， ３８のバイアス方向を示している。各素子３４， ３６， ３８は、細長い多層細片３５を有し、１８０°つづら折の形状を形成している。素子３４， ３６， ３８が直線状に配置されるているので、主素子３４のバイアス磁化方向と補正素子とのバイアス磁化方向との間の角度θが、４５°であることに注意されたい。したがって、本発明には、補正素子を主検出素子に対して物理的にある角度を持って位置させる場合のみならず、補正素子のバイアス磁化方向を変化させて同じ効果を得る場合、または、それらを組み合わせた場合も含まれる。
【００３５】
中間の角度、例えば、±２２．５°のバイアス磁化方向を有する補正素子をさらに加えることによって、より高次の補正を得ることが出来る。
【００３６】
図７は、一次補正を有するＧＭＲホイートストンブリッジとしての使用に好適な、本発明に係るセンサ配置のさらなる実施例を示している。このデバイスは、上述の検出素子３４と同様の主検出素子２２； ２５； ２８； ３１を、それぞれ、有する４個のセンサ１１； １２； １３； １４を有している。それぞれの主検出素子２２； ２５； ２８； ３１は、各１個が主検出素子の左右にそれぞれ位置する２個の補正素子２１， ２３； ２４， ２６： ２７， ２９； ３０， ３２を持つ。これによって、補正素子のバイアス磁化方向は、主検出素子のバイアス磁化方向に対してある角度、例えば、±４５°となる。補正素子２１， ２３； ２４， ２６： ２７， ２９； ３０， ３２は、上述の補正素子３６， ３８に対して述べたと同様に組み立てられることができる。各センサ１１； １２； １３； １４；は、それぞれ、３個の素子２１， ２２， ２３； ２４， ２５， ２６： ２７， ２８， ２９； ３０， ３１， ３２より成っている。ホイートストンブリッジへの電気的接続は、導電性パッド１６， １７， １８， １９を介して行われる。ホイートストンブリッジ構造の利点は、その出力が、１個のセンサ１の出力よりも大きく、その信号／雑音比が、改善されるということである。
【００３７】
ＡＭＲセンサの場合、任意の適切な角度回転させた参照方向を有する付加補正素子を加えることは、相対的に簡単である。この補正は、強磁性体層の堆積に使用されるマスクデザインを変更するだけで、具体化される。
【００３８】
ピン層を有するＧＭＲセンサまたはＴＭＲセンサの場合には、１個のセンサチップに種々のバイアス方向を定めることは、より困難である。Ｉｒ−Ｍｎでバイアスされたセンサでは、材料の堆積中に、バイアス方向を、定めることができる。しかしながら、小さなセンサチップ中に同時に、６つの異なる磁界方向を置くことは、困難である。堆積の後で、素子が、交換バイアシングのブロッキング温度以上に加熱されると、バイアス方向の変更が可能になる。十分に強い磁界中で、各素子を単独に選択的に加熱することによって、各素子のバイアス方向は、任意の方向に設定すことができる。選択的加熱は、選択された素子に大電流を供給したり、レーザ加熱を行ったり、または、光を用いてウェハの局在個所を選択的に加熱する他の方法を行ったりすることによって、行うことができる。
【００３９】
他の方法としては、ある種の強磁性体層を、磁界中で反強磁性体（ＡＦ）層上に堆積させるときに、その強磁性体層に存在する分散を利用することである。この分散は、強磁性体層が薄い （＜２〜３ｎｍ）ときに、特に大きい。これらの層の平均バイアス方向は、磁界の方向にあるが、分散により、微視的尺度におけるバイアス方向は、強磁性体層の厚さが減少するにつれて増加する角度範囲に渡って、広がる。±４５度に渡って発生する分散は、図８に見られるように、離散したバイアス方向を有する付加ＧＭＲ素子を用いた補正配列と同様の効果を持つ。分散は、最大ＧＭＲ効果を減少させる。
【００４０】
本発明は、好適な実施例を参照して示され、説明されたが、当業者によって、本発明の範囲および精神を越えないで、形態および細部において種々の変更もしくは修正を行えることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＭＲ磁気抵抗センサによる検出角度を、低強度印加磁界方向の関数として示している（上側の曲線−点線：補正手段を有しない角度センサの結果、下側の曲線：本発明に係るセンサの実施例の結果）。
【図２】たがいに４５°回転している２個のＡＭＲホイートストンブリッジ構造の誤差信号と、本発明に係る補正手段を有するホイートストンブリッジ構造の誤差信号との比較を示す。
【図３】本発明に係るＡＭＲセンサの実施例を示す。
【図４】本発明に係るホイートストンブリッジ構造に適用されるＡＭＲ角度センサ配置を示す。
【図５】たがいに９０°回転している２個のＧＭＲホイートストンブリッジ構造の誤差信号と、本発明に係る補正手段を有するホイートストンブリッジ構造の誤差信号との比較を示す。
【図６】本発明に係るＧＭＲセンサの実施例を示す。
【図７】本発明に係るホイートストンブリッジ構造に適用されるＧＭＲ角度センサ配置を示す。
【図８】堆積の直後のＧＭＲ主検出素子と、アニーリング後の主検出素子と、アニーリング後の本発明に係るセンサの実施例とにおける角度誤差を、磁界強度の関数として示す。
【符号の説明】
１ ＡＭＲ角度センサ
２ 主検出素子
３ バイアス磁化方向
４ 強磁性体細片
５ 強磁性体細片
６ 補正検出素子
７ 強磁性体細片
８ 補正検出素子
９ バイアス磁化方向
１０ バイアス磁化方向
１１ ＡＭＲホイートストンブリッジ
１６ 導電性パッド
１７ 導電性パッド
１８ 導電性パッド
１９ 導電性パッド
２１ 補正検出素子
２２ 主検出素子
２３ 補正検出素子
２４ 補正検出素子
２５ 主検出素子
２６ 補正検出素子
２７ 補正検出素子
２８ 主検出素子
２９ 補正検出素子
３１ 補正検出素子
３２ 補正検出素子
３４ 主検出素子
３５ 多層細片
３６ 補正検出素子
３８ 補正検出素子
４０ ＧＭＲ角度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、主参照磁化軸を持つ主検出素子を有して、前記主参照磁化軸と磁界方向との間の角度を決定するための磁気抵抗センサに関する。
【０００２】
さらに、本発明は、主参照磁化軸を含む主検出素子を有して、前記主参照磁化軸と磁界方向との間の角度を決定するための磁気抵抗センサを製造する方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
このような磁気抵抗センサおよびその製造方法は、Ｋ．−Ｍ．Ｈ． Ｌｅｎｓｓｅｎ ｅｔ ａｌ．， “Ｒｏｂｕｓｔ ｇｉａｎｔ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｓｅｎｓｏｒｓ”， Ｅｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓ ＸＩＩＩ， Ｔｈｅ １３ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ， ｐａｇｅｓ ５８９−５９６， Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １２−１５， １９９９， Ｔｈｅ Ｈａｇｕｅ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓによって、既知である。
【０００４】
磁気抵抗は、ある種の材料に磁場が印加されたときに、それらの材料の抵抗が変化する現象である。強磁性磁気抵抗角度センサが、自動車や工場のような過酷な環境における非接触角度位置センサに使用されている。一般に、これらのセンサは、被覆や汚染に感応しない。十分に強い飽和磁場で動作させる場合、地磁気のようなストレイ磁界、またはその他の磁界については、その磁界強度の変化に対するそれらの感応性が低い。このことによって、この種の角度センサは、磁気抵抗センサそのものと磁界を発生するバイアス磁石との間の距離の変化に対する許容度が大きい。
【０００５】
異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）センサのような種々の強磁性磁気抵抗センサが知られている。
【０００６】
ＡＭＲは、第１鉄材料において発生する。これは、第１鉄材料の薄い帯状の細片に流れる電流に平行でない磁界が印加されたときの抵抗の変化である。印加された磁界が電流に垂直であるときに、抵抗は最大となる。
【０００７】
ＡＭＲセンサは、通常、つづら折状をしたＮｉ−Ｆｅの単層薄膜から作られる。これらのセンサの抵抗は、つづら折状の細片を流れる電流とＮｉ−Ｆｅの磁化方向との間の角度θに、Ｒ（θ）＝Ｒ（０°）＋ΔＲ（１−ｃｏｓ２θ）／２にしたがって、依存する。
【０００８】
ＧＭＲセンサおよびＴＭＲセンサは、ともに、少なくとも２層を有する多層構造である。スピンバルブ型のＧＭＲ角度センサおよびＴＭＲ角度センサにおいては、２層のうちの１層は、例えば、Ｉｒ−Ｍｎ， Ｆｅ−Ｍｎ， ＮｉＯなどの反強磁性体（ＡＦ）層への交換バイアシングによってピン止めされているか、または、ＡＦ層によって交換バイアスされている、例えば、ＣｏＦｅ／Ｒｕ／ＣｏＦｅによって形成される人工格子反強磁性体（ＡＡＦ）から成る。当該磁性層の磁化の方向が、主参照磁化軸を決める。他の層（フリー層）は、外部磁界方向に従うように、できるだけソフト（軟磁性）に作られる。
【０００９】
ＧＭＲセンサまたはＴＭＲセンサの場合、抵抗は、主参照磁化軸を決めるピン止めされた磁性層の磁化の方向とソフト磁性層の磁化の方向との間の角度θに、Ｒ（θ）＝Ｒ（０°）＋ΔＲ（１−ｃｏｓθ）／２にしたがって、依存する。
【００１０】
当該論文によって既知である磁気抵抗センサは、真性的に備わっている角度依存性のために、アナログ的に角度を検出するのに非常に適している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
既知の磁気抵抗センサの１つの欠点は、相対的に低い磁界において、その出力信号が、理想的な正弦波出力信号から外れてしまうということである。正弦波出力信号の歪みは、ＡＭＲセンサでもＧＭＲセンサでも起き、以下に説明されるように、大部分、軟磁性材料（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ）の異方性による。
【００１２】
ＡＭＲセンサの場合、磁化の方向は、Ｎｉ−Ｆｅ細片材料の一軸異方性と外部磁界とのバランスによって決定される。材料堆積中に誘起される一軸異方性は、通常、その堆積中に誘起される結晶異方性と形状異方性とが結合したものである。外部磁界が印加されていないときには、磁化の方向は、その異方性によって定められる磁化容易軸に沿った２つの方向のいずれか１方にある。強い飽和磁界の場合、磁化の方向は、印加磁界の方向に近づく。回転磁界の場合、正弦波抵抗変化が得られる。相対的に低い磁界の場合、磁化の方向が、印加磁界の方向から相当にずれ、このことによって、ＡＭＲに基づく角度センサの周期的な出力信号に歪みが誘起される。しかしながら、低動作磁界は、こうした磁界を発生させるために安価なｆｅｒｒｏｘｄｕｒｅバイアス磁石を用いることができるため、魅力のあるものである。ＡＭＲセンサは、約１００ｋＡ／ｍ以上の、高価なＳｍＣｏ磁石やＮｄＦｅＢ磁石でしか発生できない強磁界においてしか高い角度精度を与えることができない。
【００１３】
スピンバルブＧＭＲ角度センサおよびスピンバルブＴＭＲ角度センサの場合、軟磁性層は、通常、ある有限の異方性を持っており、オレンジピール結合および静磁結合によってピン層と結合している。フリー層の磁化方向と外部磁界方向とを重ね合わせるためには、それらの結合や異方性を抑えることのできる最小限の磁界強度が要求される。しかしながら、強磁界は、ＧＭＲ素子やＴＭＲ素子の参照方向として使用される、ピン層またはＡＡＦの磁化の方向にも影響を与える。通常、全ての磁界方向においてピン層またはＡＡＦの磁化方向に影響を与えることなく、フリー層を完全に飽和させることは、不可能である。このことが、ＧＭＲに基づく角度位置センサにより得られる精度を制限する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの目的は、簡単に実現でき、かつ、広い磁界強度範囲において磁界の角度位置を正確に検出することができる、冒頭のパラグラフに記載の種類の磁気抵抗センサを提供することである。
【００１５】
本発明によれば、この目的は、前記主検出素子が、第１の参照磁化軸を持つ第１の補正検出素子および第２の参照磁化軸を持つ第２の補正検出素子に電気的に接続され、前記第１の参照磁化軸および前記第２の参照磁化軸が、前記主参照軸に対して、たがいに逆符号で５°から８５°までの間の補正角θを成す磁気抵抗センサによって達成される。使用中、主センサの正弦波出力信号には、相当部分軟磁性材料（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ）の異方性による歪みが、含まれている。とりわけ低磁界において、磁化は、外部磁界方向に正確にしたがわない。主センサからの出力のこの誤差は、２個の補正検出素子を加えることによって補正される。第１の補正検出素子および第２の補正検出素子の参照磁化方向は、例えば、それぞれ、主検出素子の左右に、それに対して正の角度および負の角度を取るように、主検出素子の主参照磁化方向に対して、ある補正角を持って配置される。ＡＭＲ検出素子の場合には、各補正素子を主検出素子に対して物理的に角度をつけることによって、各補正素子のバイアス電流を、主検出素子のバイアス電流に対して、ある角度を持って配置させることが好ましい。磁気抵抗ＧＭＲ検出素子またはＴＭＲ検出素子の場合には、各補正素子のバイアス磁化方向を、主検出素子のバイアス磁化方向に対して、ある角度を持つように定めることが好ましい。補正検出素子の導入により、広い磁界強度範囲に渡って、外部磁界方向を決定する精度が増加する。
【００１６】
ＡＭＲ磁気抵抗センサの場合には１８０°に渡って、また、ＧＭＲ磁気抵抗センサまたはＴＭＲ磁気抵抗センサの場合には３６０°に渡って、外部磁界方向を不確かさを伴わずに決定するためには、同じ種類の本発明による２個の磁気抵抗センサが、必要である。この理由によって、本発明は、また、請求項２に記載されるようなセンサ配置にも関する。前記２個の主検出素子の前記主参照磁化軸が、前記主検出素子の周期的な出力信号の１／４周期の角度に渡って、たがいに回転し合っている。各主検出素子の出力を補正するためには、誤差信号を知ることが必須である。誤差信号は、２個の主検出素子の出力信号の周期の２倍の周期を持つ。主検出素子の各々の左右に、それぞれ、第１の補正検出素子および第２の補正検出素子を付加することによって、誤差信号は、少なくとも部分的に除去することができる。前記第１の検出素子および前記第２の検出素子の前記参照磁化方向と、前記主参照磁化方向との間の前記補正角には、各補正検出素子に対し、前記主検出素子の周期的な出力信号の１／８周期の角度が選択される。補正検出素子の出力信号が、誤差信号と同じ周期を持ち、かつ、その位相が誤差信号の半周期分ずれているので、誤差信号のほとんど完全な打ち消しが、行なわれる。本発明に係るセンサ配置の１実施例が、請求項３に既定されている。
【００１７】
二次以上の角度補正を与えることも、好ましい。例えば、本発明の実施例に係る磁気抵抗センサは、主検出素子の何れかの側にそれぞれ電気的に相互に接続された複数の二次補正素子、または、より高次の補正素子を有することが出来る。前記付加補正検出素子は、前記主参照磁化軸に対して、前記第１の主センサの前記周期的な出力信号の事実上ｎ／１６周期（ここで、ｎ：整数）の互いに逆符号の角度をなす参照磁化軸を持つ。
【００１８】
本発明には、また、上述のような、少なくとも一次角度補正素子を設けた４個の磁気抵抗検出素子を有する磁気抵抗ホイートストンブリッジ型角度センサデバイスも含まれる。このような配置は、請求項５に既定されている。ホイートストンブリッジ角度センサデバイスの利点は、抵抗値への温度効果が抑えられるということである。
【００１９】
本発明のさらなる目的は、広い磁界強度範囲に渡って正確に磁界の角度方向を検出できる磁気抵抗センサを製造する、簡単に実行可能な方法を提供することである。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、請求項６に既定される方法によって達成される。
【００２１】
本発明には、例えば、前記補正素子に予定されている前記角度にバイアス方向を持つ十分に強いバイアシング磁界中で、前記交換バイアシングのブロッキング温度以上に、各補正素子を局所的に加熱することによって、適切な角度を形成することも含まれる。本発明に係る方法の好適な実施例が、請求項７に既定されている。
【００２２】
好ましくは、前記局所的加熱は、前記第１の検出素子または前記第２の検出素子に電流を流すことによって行われる。これに代えて、この局所的加熱を、レーザを用いて行うこともできる。
【００２３】
上述の磁気抵抗センサまたはセンサ配置を、出力信号の歪みに対する補正を与えつつ、単一のマスクを用いて単一のチップ上に作製することができる。この製造は、簡単かつ安価である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の他の機能および有利な点は、実施例により本発明の原理を例証する、以下の詳細な説明と図の使用により、明らかになる。
【００２５】
本発明は、いくつかの図面といくつかの実施例とを参照して記載されるが、本発明は、それらに制限されるものではない。
【００２６】
図１は、従来のＡＭＲを基とした角度センサ（点線）で測定された角度（左側のＹ軸）を、印加磁界の角度方向の関数として示している。この磁界は、センサに対して回転する磁石によって印加させることができる。印加磁界は相対的に低く、センサを飽和させるには低すぎるものである。この効果は、はっきりと識別できる非線型曲線に反映されている。
【００２７】
図２は、互いに４５°に位置する、３ｋＪ／ｍ３の異方性を持つ２個の従来のＡＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスを用いて、２つの磁界強度（１０ｋＡ／ｍ， ３０１０ｋＡ／ｍ）において測定された非線型性（即ち、誤差信号）の程度を示している。非線型性は、ＡＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの２つの実測出力信号の比と、ａｒｃｔａｎθ変換後の最適直線との差として定義される。したがって、誤差信号は、最適直線から出力を減算することによって計算される。磁界が強い方が、非線型性の程度が減少している（実線に対する点線）ことが観察できる。たがいに４５度に渡って回転した、補正手段の付加されていない２個のホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの出力信号の非線型性は、１個のホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの出力信号の周期の４分の１である４５度の周期を持ってほぼ正弦波的である。補正検出素子は、少なくとも部分的に誤差を除去し、測定される角度を１°以下に抑制する。
【００２８】
本発明によるセンサの１実施例によれば、図３に線図的に示されるように、補正検出素子６， ８が、ＡＭＲ角度センサ１の主検出素子２の両側に付加されている。主検出素子２には、素子抵抗Ｒ０を持つ１８０？つづら折（即ち、ジグザグメアンダ）の形状を有する、複数の長い強磁性体細片（例えば、Ｎｉ−Ｆｅ）４が設けられている。図３に示されるように、ＡＭＲ検出素子２の出力は、各々が検出素子２の左右にそれぞれ位置し、かつ、検出素子２に電気的に直列接続されている２個の付加補正素子６， ８の出力に加えられる。各補正素子６， ８は、主検出素子２に対して記載したと同様に、それぞれ、長い強磁性体要素５， ７から構成されている。補正素子６， ８は、主検出素子２の出力の非線型性を少なくとも部分的に補償するように、第１の主検出素子２に対して角度θを持って配置されている。例えば、主検出素子２に対して、検出素子２の片側（より詳細には、後続側）の補正素子６は、角度−２２．５？回転しており、他方の側（より詳細には、先導側）の補正素子８は、角度２２．５？回転している。用語「先導側」「後続側」は、角度センサ１が磁界に対して回転するとき、補正素子８が検出素子２より先に来て、補正素子６が後に続くという事実に関連する。
【００２９】
補正検出素子６， ８の出力信号は、主検出素子２の誤差信号の半周期分、位相がずれている。これらの角度的に変移した信号が主検出素子２の出力に加算されることによって、少なくとも部分的に、センサ１の出力の非線型性が相殺される。誤差信号の振幅を補正するために、補正素子６， ８は、主検出素子２の抵抗値Ｒ０に対して、（１／√２）Ｒ０の抵抗値を持つ。
【００３０】
線型性が改良されることが、図１（実線、図の右側のＹ軸に関して）および図２（丸点線および正方点線）に示されている。出力の振幅全体についていくらかの損失は発生する。即ち、出力信号の振幅が、補正前の出力信号の振幅の約８０％に減少する。
【００３１】
図４には、上述の検出素子２と同様な主検出素子２２； ２５； ２８； ３１をそれぞれ持つ４個の磁気抵抗センサ１２； １３； １４； １５を持つ完全なＡＭＲホイートストンブリッジ１１の１例が、示されている。それぞれの主検出素子２２； ２５； ２８； ３１は、各々、例えば、角度±２２．５°で主検出素子のそれぞれの側に位置する２個の補正素子２１， ２３； ２４， ２６： ２７． ２９； ３０， ３２を持つ。補正素子２１， ２３； ２４， ２６： ２７． ２９； ３０， ３２は、上述の補正素子６， ８で述べたものと同様に設計することが出来る。各センサ１２； １３； １４； １５は、それぞれ、３個の素子２１， ２２， ２３； ２４， ２５， ２６： ２７． ２８， ２９； ３０， ３１， ３２より成っている。ホイートストンブリッジへの電気的接続は、導電性パッド１６， １７， １８， １９を介して行われる。
【００３２】
補正素子、例えば、各主検出素子に対して３３．７５度、１１．２５度、−１１．２５度、−３３．７５度に補正素子、をさらに加えることによって、二次およびさらに高次の補正を得ることが出来る。各補正素子は、それらの付加補正素子が、残余の非線型性を打ち消すことに寄与するような最適抵抗値を持つ。
【００３３】
図５は、互いに４５°に位置する２個の従来のＧＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスを用いて、２つの磁界強度（２０ｋＡ／ｍ， ４０ｋＡ／ｍ）において測定された非線型性（即ち、誤差信号）の程度を示している。非線型性は、２個のＧＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの２つの実測出力信号の比と、ａｒｃｔａｎθ変換後の最適直線との差として定義される。したがって、誤差信号は、最適直線から出力を減算することによって計算される。磁界が強いと、非線型性の程度が、縮小すること（実線に対する点線）が、観察できる。たがいに９０°に位置する補正手段の付加されていない２個のＧＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの出力信号の非線型性は、１個のＧＭＲホイートストンブリッジ型角度センサデバイスの出力信号の周期の４分の１である９０°の周期の角度を持ってほぼ正弦波的である。本発明に係るセンサの１実施例によれば、１個の主検出素子とそれと直列な２個の補正素子とを用いることによって、一次の補正が得られる。ここで、補正素子のピン層またはピン止めされたＡＡＦが、主補正素子のバイアス磁化方向に対して角度θを成すバイアス磁化方向を持つ。例えば、バイアス角度は、誤差信号の周期角度の実質上半分、即ち、主検出素子に対して−４５度および４５度である。各補正素子の抵抗は、例えば、抵抗値を主検出素子の抵抗値の１／√２倍に等しくさせて、最適化される。このセンサの動作原理は、図３に示されるそれと同様である。即ち、補正素子によって与えられる、センサ１全体の出力への寄与が、信号の非線型性の少なくとも一部を打ち消すようにすることである。図５に、この補正法による非線型性の減少の様子が、２つの異なる磁界において示されている。補正検出素子は、１°より小さい測定角度まで少なくとも部分的に誤差を除去する。
【００３４】
図６は、単一のＧＭＲ主検出素子３４と、その左右にそれぞれ位置する２個の補正素子３６， ３８とを有する、本発明に係るセンサの１実施例であるＧＭＲ角度センサを示している。図６に示される矢印は、ＡＦ層またはＡＡＦによって誘起される、３個の素子３４， ３６， ３８のバイアス方向を示している。各素子３４， ３６， ３８は、細長い多層細片３５を有し、１８０°つづら折の形状を形成している。素子３４， ３６， ３８が直線状に配置されるているので、主素子３４のバイアス磁化方向と補正素子とのバイアス磁化方向との間の角度θが、４５°であることに注意されたい。したがって、本発明には、補正素子を主検出素子に対して物理的にある角度を持って位置させる場合のみならず、補正素子のバイアス磁化方向を変化させて同じ効果を得る場合、または、それらを組み合わせた場合も含まれる。
【００３５】
中間の角度、例えば、±２２．５°のバイアス磁化方向を有する補正素子をさらに加えることによって、より高次の補正を得ることが出来る。
【００３６】
図７は、一次補正を有するＧＭＲホイートストンブリッジとしての使用に好適な、本発明に係るセンサ配置のさらなる実施例を示している。このデバイスは、上述の検出素子３４と同様の主検出素子２２； ２５； ２８； ３１を、それぞれ、有する４個のセンサ１１； １２； １３； １４を有している。それぞれの主検出素子２２； ２５； ２８； ３１は、各１個が主検出素子の左右にそれぞれ位置する２個の補正素子２１， ２３； ２４， ２６： ２７， ２９； ３０， ３２を持つ。これによって、補正素子のバイアス磁化方向は、主検出素子のバイアス磁化方向に対してある角度、例えば、±４５°となる。補正素子２１， ２３； ２４， ２６： ２７， ２９； ３０， ３２は、上述の補正素子３６， ３８に対して述べたと同様に組み立てられることができる。各センサ１１； １２； １３； １４；は、それぞれ、３個の素子２１， ２２， ２３； ２４， ２５， ２６： ２７， ２８， ２９； ３０， ３１， ３２より成っている。ホイートストンブリッジへの電気的接続は、導電性パッド１６， １７， １８， １９を介して行われる。ホイートストンブリッジ構造の利点は、その出力が、１個のセンサ１の出力よりも大きく、その信号／雑音比が、改善されるということである。
【００３７】
ＡＭＲセンサの場合、任意の適切な角度回転させた参照方向を有する付加補正素子を加えることは、相対的に簡単である。この補正は、強磁性体層の堆積に使用されるマスクデザインを変更するだけで、具体化される。
【００３８】
ピン層を有するＧＭＲセンサまたはＴＭＲセンサの場合には、１個のセンサチップに種々のバイアス方向を定めることは、より困難である。Ｉｒ−Ｍｎでバイアスされたセンサでは、材料の堆積中に、バイアス方向を、定めることができる。しかしながら、小さなセンサチップ中に同時に、６つの異なる磁界方向を置くことは、困難である。堆積の後で、素子が、交換バイアシングのブロッキング温度以上に加熱されると、バイアス方向の変更が可能になる。十分に強い磁界中で、各素子を単独に選択的に加熱することによって、各素子のバイアス方向は、任意の方向に設定すことができる。選択的加熱は、選択された素子に大電流を供給したり、レーザ加熱を行ったり、または、光を用いてウェハの局在個所を選択的に加熱する他の方法を行ったりすることによって、行うことができる。
【００３９】
他の方法としては、ある種の強磁性体層を、磁界中で反強磁性体（ＡＦ）層上に堆積させるときに、その強磁性体層に存在する分散を利用することである。この分散は、強磁性体層が薄い （＜２〜３ｎｍ）ときに、特に大きい。これらの層の平均バイアス方向は、磁界の方向にあるが、分散により、微視的尺度におけるバイアス方向は、強磁性体層の厚さが減少するにつれて増加する角度範囲に渡って、広がる。±４５度に渡って発生する分散は、図８に見られるように、離散したバイアス方向を有する付加ＧＭＲ素子を用いた補正配列と同様の効果を持つ。分散は、最大ＧＭＲ効果を減少させる。
【００４０】
本発明は、好適な実施例を参照して示され、説明されたが、当業者によって、本発明の範囲および精神を越えないで、形態および細部において種々の変更もしくは修正を行えることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＡＭＲ磁気抵抗センサによる検出角度を、低強度印加磁界方向の関数として示している（上側の曲線−点線：補正手段を有しない角度センサの結果、下側の曲線：本発明に係るセンサの実施例の結果）。
【図２】たがいに４５°回転している２個のＡＭＲホイートストンブリッジ構造の誤差信号と、本発明に係る補正手段を有するホイートストンブリッジ構造の誤差信号との比較を示す。
【図３】本発明に係るＡＭＲセンサの実施例を示す。
【図４】本発明に係るホイートストンブリッジ構造に適用されるＡＭＲ角度センサ配置を示す。
【図５】たがいに９０°回転している２個のＧＭＲホイートストンブリッジ構造の誤差信号と、本発明に係る補正手段を有するホイートストンブリッジ構造の誤差信号との比較を示す。
【図６】本発明に係るＧＭＲセンサの実施例を示す。
【図７】本発明に係るホイートストンブリッジ構造に適用されるＧＭＲ角度センサ配置を示す。
【図８】堆積の直後のＧＭＲ主検出素子と、アニーリング後の主検出素子と、アニーリング後の本発明に係るセンサの実施例とにおける角度誤差を、磁界強度の関数として示す。
【符号の説明】
１ ＡＭＲ角度センサ
２ 主検出素子
３ バイアス磁化方向
４ 強磁性体細片
５ 強磁性体細片
６ 補正検出素子
７ 強磁性体細片
８ 補正検出素子
９ バイアス磁化方向
１０ バイアス磁化方向
１１ ＡＭＲホイートストンブリッジ
１６ 導電性パッド
１７ 導電性パッド
１８ 導電性パッド
１９ 導電性パッド
２１ 補正検出素子
２２ 主検出素子
２３ 補正検出素子
２４ 補正検出素子
２５ 主検出素子
２６ 補正検出素子
２７ 補正検出素子
２８ 主検出素子
２９ 補正検出素子
３１ 補正検出素子
３２ 補正検出素子
３４ 主検出素子
３５ 多層細片
３６ 補正検出素子
３８ 補正検出素子
４０ ＧＭＲ角度センサ
Claims (9)
- 主参照磁化軸を持つ主検出素子を有して、前記主参照磁化軸と磁界方向との間の角度を決定するための磁気抵抗センサであって、前記主検出素子が、第１の参照磁化軸を有する第１の補正検出素子と第２の参照磁化軸を有する第２の補正検出素子とに電気的に接続され、前記第１の参照磁化軸および前記第２の参照磁化軸が、前記主参照磁化軸に対して、互いに逆符号で５°から８５°の間の補正角θをなすことを特徴とする磁気抵抗センサ。
- ともに請求項１に記載の種類の第１のセンサおよび第２のセンサを有するセンサ配置であって、前記第２のセンサの前記主参照磁化軸が、前記第１のセンサの前記主検出素子の周期的な出力信号の１／４周期の角度回転していて、かつ、前記補正角が、各補正検出素子において、前記周期の角度の１／８倍の角度であることを特徴とするセンサ配置。
- 前記第１の補正検出素子および前記第２の補正検出素子が、前記主検出素子の抵抗値の実質上１／√２倍の抵抗値を持つことを特徴とする請求項２に記載のセンサ配置。
- 前記第１の補正検出素子および前記第２の補正検出素子と同一の種類の付加検出素子を有し、前記付加検出素子が、前記主参照磁化軸に対して、前記第１の主センサの前記周期的な出力信号の事実上ｎ／１６周期（ここで、ｎ：整数）の互いに逆符号の角度をなす参照磁化軸を持つ請求項１に記載のセンサ、または、請求項２に記載のセンサ配置。
- 請求項１に記載の種類の４個の磁気抵抗センサを有するセンサ配置であって、ホイートストンブリッジ構造に組み立てられているセンサ配置。
- 請求項１に記載の種類の磁気抵抗センサの製造方法であって、全ての検出素子が、単一の基板上にスパッタ堆積され、かつ、前記第１の補正検出素子および前記第２の補正検出素子の前記参照磁化軸と、前記主参照磁化軸との間の前記補正角θが、前記スパッタされた材料をパターニングすることによって形成される磁気抵抗センサの製造方法。
- 前記主参照磁化軸と前記第１の補正検出素子および前記第２の補正検出素子の前記参照磁化軸との間の角度θが、前記主参照磁化軸と前記第１の補正検出素子および前記第２の補正検出素子の前記参照磁化軸との間の補正角θと同じ方向を持つバイアシング磁界中で、前記第１の補正検出素子および前記第２の補正検出素子を局所的に、かつ、個別に加熱することによって形成されることを特徴とする請求項６に記載の磁気抵抗センサの製造方法。
- 前記局所的加熱が、前記第１の補正検出素子または前記第２の補正検出素子に電流を流すことによって行われることを特徴とする請求項７に記載の磁気抵抗センサの製造方法。
- 前記加熱がレーザを用いて行われることを特徴とする請求項８に記載の磁気抵抗センサの製造方法。
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