JP2006508528A - 磁気抵抗センサ素子及び磁気抵抗センサ素子の角度誤差を低減する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
AMR角度センサよりも拡張された360°の測定領域及び拡張された信号振幅、従って、比較的低いノイズの影響のために、GMR(”Giant Magneto Resistance”巨大磁気抵抗)効果に基づく磁気抵抗センサ素子が、所謂スピン−バルブ方式によって、自動車での角度検出のために利用される。そのために、センサシステムは、磁界形成用のマグネットと、この近傍に位置付けられる角度センサ乃至一般的には磁気抵抗センサ素子を有しており、その際、このセンサ素子に作用する磁場の方向が検出される。
本発明の磁気抵抗センサ素子、及び、本発明の、磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減用の方法が従来技術に対して有する利点は、外部磁場がない場合での規準薄膜の磁化方向と、ストライプ状の薄膜系の長手方向との角度の関数としての薄膜系の角度誤差、並びに、外部から作用する磁場の磁場強度が、少なくとも近似的に最小であるという点にある。殊に、角度誤差は、0.5°よりも小さく、殊に、0.2°よりも小さくすることができる。
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。図1は、ストライプ幅の関数として、及び、このストライプの長手方向と第1の磁場での規準薄膜の磁化方向との間の角度の関数として、スピン−バルブ方式による、GMR効果に基づいて作動する薄膜系の角度誤差の複数のシミュレーション曲線を示し、図2は、図1よりも強い第2の磁場での、図1と同様のシミュレーションを示し、図3は、領域毎に設けられた短絡バーを有する、メアンダ状に構成された薄膜系を上から見た図を示し、図4は、図3の磁気抵抗薄膜系の断面を示す。
図4は、上から見て少なくとも領域毎に、殊に完全に、ストライプ状に構造化された磁気抵抗薄膜系10を示す。これに対して、通常の基板30上に、成長層乃至バッファ層31が設けられており、このバッファ層31上に、反強磁性薄膜32が設けられている。この薄膜32上に、薄膜系が、第1の固定薄膜35、即ち「スピンニング」薄膜又は規準薄膜、中間薄膜34及び第2の固定薄膜33を有している人工的な反強磁性体40の形式で設けられている。人工的な反強磁性体40上に、更に金属薄膜36が設けられており、この金属薄膜36の上に、第1の部分薄膜37と第2の部分薄膜38とから構成された検出薄膜41が設けられている。検出薄膜41上には、最後に通常の被覆薄膜39,例えば、タンタル製の薄膜が形成されている。
Claims (15)
- 上から見て少なくとも領域毎にストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)を有する磁気抵抗センサ素子であって、前記磁気抵抗膜システム(10)は、GMR効果に基づいて作動し、且つ、スピンバルブ方式により構成されており、前記ストライプ状薄膜系(10)は、当該薄膜系(10)に作用する外部磁場の方向から近似的に作用を受けない磁化方向の規準薄膜(35)を有しており、センサ素子(5)は、作動時に、前記薄膜系(10)の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分と、規準薄膜(35)の磁化方向との間の測定角度の関数として変化する測定信号を形成し、該測定信号から測定角度を求めることができる磁気抵抗センサ素子において、
上から見てストライプ状薄膜系(10)に関して、外部磁場がない状態での規準薄膜(35)の磁化方向と、前記ストライプ状薄膜系(10)の長手方向との間の角度が、所定の作動間隔から選択された所定磁場強度の外部磁場の作用時に、前記ストライプ状薄膜系(10)の角度誤差が、当該の角度と磁場強度の関数として少なくとも近似的に最小であるように調整されており、前記角度誤差は、前記ストライプ状薄膜系(10)の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分と、無視し得る程度に弱い外部磁場での前記規準薄膜(35)の磁化方向との間の角度と、測定信号から求めることができる、前記ストライプ状薄膜系(10)の面内に位置している、前記外部磁場の可能な全ての方向に亘る前記外部磁場の磁場強度の成分と、前記規準薄膜(35)の磁化方向との最大偏差として定義されることを特徴とする磁気抵抗センサ素子。 - 上から見てストライプ状薄膜系(10)に関して、外部磁場がない場合での規準薄膜(35)の磁化方向と、前記ストライプ状薄膜系(10)の長手方向との間の角度、並びに、前記ストライプ状薄膜系(10)の幅とが、所定の作動間隔から選定された所定磁場強度の外部磁場の作用時に、前記ストライプ状薄膜系(10)の角度誤差が、前記角度、前記磁場強度及び前記ストライプ状薄膜系(10)の幅の関数として少なくとも近似的に最小であるように相互に合わせて調整されている請求項1記載の磁気抵抗センサ素子。
- 外部磁場の磁場強度は、0.8kA/m〜80kA/m、殊に、8kA/m〜30kA/mの作動間隔から選択されており、前記外部磁場がない場合での規準薄膜(35)の磁化方向と、ストライプ状薄膜系(10)の長手方向との間の角度は、少なくとも近似的に0°又は90°又は180°又は270°である請求項1又は2記載の磁気抵抗センサ素子。
- ストライプ状薄膜系(10)の幅は、1μm〜100μm、殊に、2μm〜30μmの間隔から選定されている請求項1から3迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
- ストライプ状薄膜系(10)は、第1の固着薄膜(35)と第2の固着薄膜(33)とを有する人工的な反強磁性体(40)を有しており、前記第1の固着薄膜(35)と前記第2の固着薄膜(33)とは、中間薄膜(34)を介して相互に分離されており、規準薄膜(35)は、前記第1の固着薄膜(35)である請求項1から4迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
- 第1の固着薄膜(35)は、第1の強磁性材料製、殊に、CoFe合金製であり、第2の固着薄膜(33)は、第2の強磁性材料製、殊に、CoFe合金製であり、中間薄膜(34)は、非磁性材料製、殊に、ルテニウム製である請求項1から5迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
- 第1の固着薄膜(35)の厚みは、第2の固着薄膜(33)の厚みよりも小さく、殊に、0.2nm〜0.8nm小さい請求項6記載の磁気抵抗薄膜系。
- 第2の固着薄膜(33)は、反磁性薄膜(32)、殊に、PtMn合金製薄膜に隣接している請求項1から7迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
- 第1の固着薄膜(35)は、殊に、銅製の金属化薄膜(36)に隣接しており、前記金属化薄膜(36)は、検出薄膜(41)に隣接しており、該隣接薄膜は、磁化方向が、薄膜系(10)の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分の方向に対して常に少なくとも近似的に平行であるような磁化を有している請求項1から8迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
- 検出薄膜(41)は、少なくとも2つの部分薄膜(37,38)から構成されており、金属化薄膜(36)に隣接している第1の部分薄膜(37)は、CoFe合金製であり、第2の部分薄膜(38)は、NiFe合金製である請求項9記載の磁気抵抗薄膜系。
- 反磁性薄膜(32)は、20nm〜40nm、殊に、30nmの厚みを有しており、第2の固着薄膜(33)は、2nm〜4nmの厚み、殊に、2.4nmの厚みを有しており、中間薄膜(34)は、0.6nm〜0.8nmの厚み、殊に、0.7nmの厚みを有しており、第1の固着薄膜(35)は、1nm〜3.5nmの厚み、殊に、2nmの厚みを有しており、金属化薄膜(36)は、1nm〜4nmの厚み、殊に、2nmの厚みを有しており、第1の部分薄膜(37)は、0.5nm〜2nmの厚み、殊に、1nmを有しており、第2の部分薄膜(38)は、1.5nm〜5nmの厚み、殊に、3nmを有している請求項1から10迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
- ストライプ状薄膜系(10)は、領域毎に平行に延在しているストライプ部分を有するメアンダ状に形成されており、前記ストライプ部分の規準薄膜(35)の磁化方向は、少なくとも近似的に相互に平行に配向されている請求項1から11迄の何れか1記載の磁気抵抗薄膜系。
- ストライプ状薄膜系(10)は、領域毎に平行ではなく、殊に、ストライプ部分に対して垂直方向に延在しているストライプ部分を有しており、良導電性導体薄膜(11)、殊に、アルミニウム製コーティング部が設けられており、前記コーティング部は、殊に、前記ストライプ部分上又は前記ストライプ部分の下に平行に延在して、当該ストライプ部分を少なくとも近似的に電気的に短絡又は橋絡しており、又は、前記ストライプ部分は、良導電性材料、殊に、アルミニウムから形成されている請求項12記載の磁気抵抗薄膜系。
- 殊に、請求項1から13迄の何れか1記載の磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法であって、磁気抵抗膜システム(10)を有しており、該磁気抵抗薄膜システム(10)は、上から見て少なくとも領域毎にストライプ状であり、且つ、GMR効果に基づいて作動し、且つ、スピンバルブ方式により構成されており、前記ストライプ状薄膜系(10)は、当該薄膜系(10)に作用する外部磁場の方向から近似的に作用を受けない磁化方向の規準薄膜(35)を有しており、センサ素子(5)は、作動時に、前記薄膜系(10)の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分と、規準薄膜(35)の磁化方向との間の測定角度の関数として変化する測定信号を形成し、該測定信号から測定角度を求めることができる磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法において、
上から見てストライプ状薄膜系(10)に関して、外部磁場がない状態での規準薄膜(35)の磁化方向と、前記ストライプ状薄膜系(10)の長手方向との間の角度を、所定の作動間隔から選択された所定磁場強度の外部磁場の作用時に、前記ストライプ状薄膜系(10)の角度誤差が、当該の角度と磁場強度の関数として少なくとも近似的に最小であるように調整し、前記角度誤差を、前記ストライプ状薄膜系(10)の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分と、無視し得る程度に弱い外部磁場での前記規準薄膜(35)の磁化方向との間の角度と、測定信号から求めることができる、前記ストライプ状薄膜系(10)の面内に位置している、前記外部磁場の可能な全ての方向に亘る前記外部磁場の磁場強度の成分と、前記規準薄膜(35)の磁化方向との最大偏差として定義することを特徴とする磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法。 - 上から見てストライプ状薄膜系(10)に関して、外部磁場がない場合での規準薄膜(35)の磁化方向と、前記ストライプ状薄膜系(10)の長手方向との間の角度、並びに、前記ストライプ状薄膜系(10)の幅とを、所定の作動間隔から選定された所定磁場強度の外部磁場の作用時に、前記ストライプ状薄膜系(10)の角度誤差が、前記角度、前記磁場強度及び前記ストライプ状薄膜系(10)の幅の関数として少なくとも近似的に最小であるように相互に合わせて調整する請求項14記載の方法。
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