JP2007048847A - 磁気抵抗素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 １個で異なる磁界の方向を検出できる磁気抵抗素子を得る。
【解決手段】 基板１２上に十字形状の磁気抵抗材１４が縦横に間隔をおいて配置され、ＭＯＳスイッチ１６が磁気抵抗材１４を電気的に直列に接続して第１の接続状態と第２の接続状態とに切り替える。第１の接続状態では、磁気抵抗材１４同士の接続による直線部が横方向（矢印Ｘ方向）に平行となり、第２の接続状態では、磁気抵抗材１４同士の接続による直線部が縦方向（矢印Ｙ方向）に平行となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、作用する磁界に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗素子に関する。

磁気抵抗素子においては、磁気抵抗材が必要な抵抗値分の長さを必要とするために折り返し形状のパターンで成膜されている場合が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような磁気抵抗素子では、検出する磁界の方向に対して所定方向に直線部を配置した状態としている。この従来の磁気抵抗素子では、異なる磁界の方向を検出する場合には、パターン向きの異なる磁気抵抗素子を別途配置等しなければならない。
特開２００３−２９８１４０公報

本発明は、上記事実を考慮して、１個で異なる磁界の方向を検出できる磁気抵抗素子を提供することを課題とする。

請求項１に記載する本発明の磁気抵抗素子は、縦横に間隔をおいて配置される磁気抵抗材と、互いに隣り合う前記磁気抵抗材の間にそれぞれ配置され、前記磁気抵抗材を電気的に直列に接続可能であり、前記磁気抵抗材同士の接続によって直線状となる直線部が第１の方向に平行となる第１の接続状態と、前記磁気抵抗材同士の接続によって直線状となる直線部が第２の方向に平行となる第２の接続状態と、に切替え可能な接続切替手段と、を有することを特徴とする。

請求項１に記載する本発明の磁気抵抗素子によれば、接続切替手段が磁気抵抗材を電気的に直列に接続して第１の接続状態と第２の接続状態とに切り替える。第１の接続状態では、磁気抵抗材同士の接続によって直線状となる直線部が第１の方向に平行となり、第２の接続状態では、磁気抵抗材同士の接続によって直線状となる直線部が第２の方向に平行となる。

請求項２に記載する本発明の磁気抵抗素子は、請求項１記載の構成において、前記第１の方向と前記第２の方向とが互いに直交すると共に、前記磁気抵抗材及び前記接続切替手段が前記第１の方向と前記第２の方向とに沿って配置されることを特徴とする。

請求項２に記載する本発明の磁気抵抗素子によれば、第１の方向と第２の方向とが互いに直交しているので、第１の接続状態と第２の接続状態とでは、磁気抵抗材同士の接続によって直線状となる直線部が、互いに直角な関係となる。

請求項３に記載する本発明の磁気抵抗素子は、請求項１又は請求項２に記載の構成において、前記磁気抵抗材が前記第１の方向と前記第２の方向とに延びて中央部で交差する形状とされることを特徴とする。

請求項３に記載する本発明の磁気抵抗素子によれば、磁気抵抗材が延びる方向は、磁気抵抗材同士の接続によって直線状となる直線部の延びる方向と一致する。

以上説明したように、本発明の磁気抵抗素子によれば、１個で異なる磁界の方向を検出できるという優れた効果を有する。

本発明における磁気抵抗素子の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１には、磁気抵抗素子１０の概略構成が示されている。図１に示されるように、磁気抵抗素子１０は、基板１２を備えており、基板１２上には、複数の磁気抵抗材１４が配置されている。磁気抵抗材１４は、Ｎｉ−Ｃｏ系合金等の強磁性金属からなる。

これらの磁気抵抗材１４は、第１の方向としての横方向（矢印Ｘ方向）と、第２の方向としての縦方向（矢印Ｙ方向）とに沿って、縦横に間隔をおいて複数行及び複数列（本実施形態では５行５列）で配置される。なお、ここでの横方向（矢印Ｘ方向）と縦方向（矢印Ｙ方向）とは、互いに直交している。

各磁気抵抗材１４は、横方向（矢印Ｘ方向）と縦方向（矢印Ｙ方向）とに延びて中央部で交差する十字形状とされて基板１２上に成膜されている。磁気抵抗材１４のパターン形成にあっては、図２に示される基板１２上に形成されたＳｉＯ₂からなる絶縁膜１３上に公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによって、絶縁膜１３上の所定位置（図１の磁気抵抗材１４の配置位置と同じ位置）に十字形状とされたパターン溝としてのトレンチを形成しておき、このトレンチにスパッタ又は蒸着等によって強磁性金属を成膜させる。トレンチ外の絶縁膜１３の表面に付着された不要な薄膜は、研磨によって除去して平坦化する。

図１に示されるように、縦横に行列状に配置される磁気抵抗材１４のうち、対角位置に設けられたコーナ部（図１の左下部分及び右上部分）の磁気抵抗材１４には、端子ＩＮ及び端子ＯＵＴが接続されている。端子ＩＮには、図示しない直流電源が接続され、これによって、磁気抵抗素子１０に電流を供給できるようになっている。

また、互いに隣り合う磁気抵抗材１４の間には、横方向（矢印Ｘ方向）と縦方向（矢印Ｙ方向）とに沿って、接続切替手段としてのＭＯＳスイッチ１６がそれぞれ配置されており、磁気抵抗材１４の縦横に延出した延出端部同士を接続することによって磁気抵抗材１４を電気的に直列に接続できるようになっている。

図２には、ＭＯＳスイッチ１６のうちＰ−ＭＯＳスイッチの構造断面図が示されている。図２に示されるように、ＭＯＳ−スイッチ１６と磁気抵抗材１４との間には、Ａｌ等からなる金属配線１８がなされ、ＭＯＳスイッチ１６のドレイン領域１６Ｄ及びソース領域１６Ｓと磁気抵抗材１４とが金属配線１８によって接続されている。ＭＯＳスイッチ１６のゲート電極１６Ｇは、絶縁膜１３上にあって金属からなり、ＳｉＯ₂からなるゲート絶縁膜１７で被覆されている。ゲート電極１６Ｇには、ゲート端子Ｇが接続されている。

図２に示されるＰ−ＭＯＳスイッチ１６は、ゲート端子Ｇにローレベルの信号が入力されると、オンされてドレイン領域１６Ｄ−ソース領域１６Ｓ間に電流が流れるようになっており、これにより、磁気抵抗材１４同士を電気的に接続するようになっている。なお、ＭＯＳスイッチ１６がＮ−ＭＯＳスイッチの場合には、ゲート端子にハイレベルの信号が入力されると、オンされてドレイン領域−ソース領域間に電流が流れる。

次に、上記の実施形態の作用を説明する。

図１に示される磁気抵抗素子１０について、ＭＯＳスイッチ１６のうち、符号１６Ａ、１６Ｃで示されるものをオンし、符号１６Ｂで示されるものをオフするように、各ＭＯＳスイッチ１６のゲート端子（Ｐ−ＭＯＳスイッチの場合、図２の符号Ｇ参照）に所定信号（Ｐ−ＭＯＳスイッチにおいては、オンのためにローレベルの信号、オフのためにハイレベルの信号、Ｎ−ＭＯＳスイッチにおいては、オンのためにハイレベルの信号、オフのためにローレベルの信号）が入力されると、磁気抵抗材１４同士の間の符号１６Ａ、１６Ｃで示される部分が電気的に接続される。これによって、図３に示されるような接続状態（第１の接続状態）となり、磁気抵抗材１４同士の接続によって直線状となって延びる直線部（二点鎖線２１で囲まれた部分であり、以下、「直線部２１」という）が第１の方向としての横方向（矢印Ｘ方向）に平行な磁気抵抗素子１０となる。

このようにして接続された磁気抵抗素子１０は、作用する磁界に応じて電気抵抗が変化するようになっている。ここで、磁気抵抗素子１０に対して、端子ＩＮから電流を供給して端子ＩＮ−端子ＯＵＴ間に電流を流すと、横方向（矢印Ｘ方向）に平行な直線部２１に流れる電流の方向と磁束の向く方向とが直角に交わる場合には、直線部２１での抵抗値が最小となり、横方向（矢印Ｘ方向）に平行な直線部２１に流れる電流の方向と磁束の向く方向とが平行の場合には、直線部２１での抵抗値が最大となる。

一方、図１に示される磁気抵抗素子１０について、ＭＯＳスイッチ１６のうち、符号１６Ｂ、１６Ｃで示されるものをオンし、符号１６Ａで示されるものをオフするように、各ＭＯＳスイッチ１６のゲート端子（Ｐ−ＭＯＳスイッチの場合、図２の符号Ｇ参照）に所定信号（Ｐ−ＭＯＳスイッチにおいては、オンのためにローレベルの信号、オフのためにハイレベルの信号、Ｎ−ＭＯＳスイッチにおいては、オンのためにハイレベルの信号、オフのためにローレベルの信号）が入力されると、磁気抵抗材１４同士の間の符号１６Ｂ、１６Ｃで示される部分が電気的に接続される。これによって、図４に示されるような接続状態（第２の接続状態）となり、磁気抵抗材１４同士の接続によって直線状となって延びる直線部（二点鎖線２２で囲まれた部分であり、以下、「直線部２２」という）が第２の方向としての縦方向（矢印Ｙ方向）に平行な磁気抵抗素子１０となる。

このようにして接続された磁気抵抗素子１０は、作用する磁界に応じて電気抵抗が変化するようになっている。ここで、磁気抵抗素子１０に対して、端子ＩＮから電流を供給して端子ＩＮ−端子ＯＵＴ間に電流を流すと、縦方向（矢印Ｙ方向）に平行な直線部２２に流れる電流の方向と磁束の向く方向とが直角に交わる場合には、直線部２２での抵抗値が最小となり、縦方向（矢印Ｙ方向）に平行な直線部２２に流れる電流の方向と磁束の向く方向とが平行の場合には、直線部２２での抵抗値が最大となる。

このように、ＭＯＳスイッチ１６によって、図３に示される第１の接続状態と図４に示される第２の接続状態とに、切り替えることができ、切り替えによって、磁界に対する感度の方向が互いに直角となるような磁気抵抗素子１０とすることができる。すなわち、１個の磁気抵抗素子１０で異なる磁界の方向を検出することが可能となる。

なお、上記の実施形態において、ＭＯＳスイッチ１６のうち、符号１６Ｃで示されるものは、図３に示される第１の接続状態と図４に示される第２の接続状態とのいずれの場合にも、オンされることになるので、ＭＯＳスイッチ１６のうち、符号１６Ｃで示される部分については、ＭＯＳスイッチ１６を配置せずに、常に接続した状態としておいてもよい。

また、上記の実施形態において、磁気抵抗材１４には、横方向（矢印Ｘ方向）と縦方向（矢印Ｙ方向）とに延びて中央部で交差する十字形状のものが適用されているが、例えば、縦横に行列状に配置される磁気抵抗材１４のうち、外周の辺部に配置される磁気抵抗材については、Ｔ字形状のものを適用して中央延出部が内向きになるように配置し、コーナ部に配置される磁気抵抗材については、Ｌ字形状のものを適用して直角部が内向きになるように配置する等のように、他の形状の磁気抵抗材を適用してもよい。

さらに、上記の実施形態における磁気抵抗素子１０を２個直列に接続し、各磁気抵抗素子１０を磁界に対する感度の方向が互いに直角となるようにＭＯＳスイッチ１６で接続することで、ハーフブリッジ回路を構成し、各磁気抵抗素子１０の磁界に対する感度の方向を交互に同時に切り替え、磁気抵抗素子１０の中間電位を保持してその差分を演算してもよい。この場合、４個の磁気抵抗素子を並べたフルブリッジ回路による出力波形と同様の出力波形を得ることができる。

本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子を示す概略構成図である。 本発明の実施形態におけるＰ−ＭＯＳスイッチを示す構造断面図である。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子が第１の接続状態となった場合を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子が第２の接続状態となった場合を示す概略構成図である。

符号の説明

１０ 磁気抵抗素子
１４ 磁気抵抗材
１６ ＭＯＳスイッチ（接続切替手段）
２１ 直線部
２２ 直線部
Ｘ 横方向（第１の方向）
Ｙ 縦方向（第２の方向）

Claims (3)

1. 縦横に間隔をおいて配置される磁気抵抗材と、
   互いに隣り合う前記磁気抵抗材の間にそれぞれ配置され、前記磁気抵抗材を電気的に直列に接続可能であり、前記磁気抵抗材同士の接続によって直線状となる直線部が第１の方向に平行となる第１の接続状態と、前記磁気抵抗材同士の接続によって直線状となる直線部が第２の方向に平行となる第２の接続状態と、に切替え可能な接続切替手段と、
   を有することを特徴とする磁気抵抗素子。
2. 前記第１の方向と前記第２の方向とが互いに直交すると共に、前記磁気抵抗材及び前記接続切替手段が前記第１の方向と前記第２の方向とに沿って配置されることを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子。
3. 前記磁気抵抗材が前記第１の方向と前記第２の方向とに延びて中央部で交差する形状とされることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の磁気抵抗素子。

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