JP2016090325A - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor.
従来、巨大磁気抵抗効果素子(GMR素子)、或いは磁気トンネル効果素子(TMR素子)等の磁気抵抗効果素子を磁界検出用素子として採用した磁気センサが知られている。
磁気センサは、矩形とされた基板と、磁界検出用素子と、を有する。磁界検出用素子のうち、磁気抵抗効果素子は、磁化の方位が所定の方位に固定されたピンド層と、磁化の向きが外部からの磁界に応じて変化するフリー層と、を含む積層構造とされている。
Conventionally, a magnetic sensor employing a magnetoresistive effect element such as a giant magnetoresistive effect element (GMR element) or a magnetic tunnel effect element (TMR element) as a magnetic field detecting element is known.
The magnetic sensor has a rectangular substrate and a magnetic field detection element. Among the magnetic field detecting elements, the magnetoresistive effect element has a laminated structure including a pinned layer in which the direction of magnetization is fixed in a predetermined direction, and a free layer in which the direction of magnetization changes according to a magnetic field from the outside, Has been.
上記磁気センサは、磁気抵抗効果素子にバイアス磁界を付与するための巻き数の等しい2つのコイル部が接続されることで構成されたコイル(以下、「対称コイル」という)を有することがある。
上記コイルは、渦巻状に配置された導線で構成される。そして、磁気抵抗効果素子は、絶縁層を介して、一方のコイル部の渦中心位置と他方のコイル部の渦中心位置との間の有効領域に配置される。
磁気抵抗効果素子に対するバイアス磁界は、磁気抵抗効果素子の直下に配置された導線に流れる電流により発生する。
The magnetic sensor may have a coil (hereinafter referred to as “symmetric coil”) configured by connecting two coil portions having the same number of turns for applying a bias magnetic field to the magnetoresistive element.
The coil is composed of a conductive wire arranged in a spiral shape. And a magnetoresistive effect element is arrange | positioned through the insulating layer in the effective area | region between the vortex center position of one coil part, and the vortex center position of the other coil part.
A bias magnetic field for the magnetoresistive effect element is generated by a current flowing through a conducting wire arranged immediately below the magnetoresistive effect element.
ところで、磁気センサを製造する際には、磁気抵抗効果素子についてピンド層の磁化の方位を固定するための規則化を行う。
ここで、矩形とされた基板の各辺の中間位置に磁気抵抗効果素子を製造する場合を例に挙げて、ピンド層の磁化の方位を固定するための規則化処理について説明する。
この場合、基板の4つの角部付近に配置された永久磁石片(合計で4つの永久磁石片)よりなる永久磁石群(以下、「マグネットアレイ」という)を用いて、ピンド層の磁化の方位を固定するための規則化を行う。
このとき、ピンド層の磁化の方位の規則性を向上させる観点から、マグネットアレイが形成する磁場がまっすぐとなる基板の外周に近接させて磁気抵抗効果素子を配置することが好ましい。
By the way, when the magnetic sensor is manufactured, the magnetoresistive effect element is ordered to fix the magnetization direction of the pinned layer.
Here, the ordering process for fixing the magnetization direction of the pinned layer will be described by taking as an example a case where a magnetoresistive effect element is manufactured at an intermediate position of each side of a rectangular substrate.
In this case, by using a permanent magnet group (hereinafter referred to as “magnet array”) composed of permanent magnet pieces (a total of four permanent magnet pieces) arranged near the four corners of the substrate, the magnetization direction of the pinned layer is determined. Make regularization to fix.
At this time, from the viewpoint of improving the regularity of the magnetization direction of the pinned layer, it is preferable to dispose the magnetoresistive element close to the outer periphery of the substrate where the magnetic field formed by the magnet array is straight.
しかしながら、特許文献1に開示された対称コイルを有する磁気センサでは、有効領域と基板の外周との間に、バイアス磁界の形成に直接的に寄与しない部分が多く存在してしまうため、基板の外周縁から磁気抵抗効果素子の中心までの距離を狭めること(言い換えれば、基板の外周縁に磁気抵抗効果素子を近接して配置すること)が困難であった。
そのため、従来の磁気センサでは、磁気抵抗効果素子におけるピンド層の磁化の方位に乱れが生じ、所望の検出精度が得られにくいことから、改善が求められていた。
However, in the magnetic sensor having a symmetric coil disclosed in Patent Document 1, there are many portions between the effective region and the outer periphery of the substrate that do not directly contribute to the formation of the bias magnetic field. It has been difficult to reduce the distance from the periphery to the center of the magnetoresistive element (in other words, disposing the magnetoresistive element close to the outer periphery of the substrate).
Therefore, the conventional magnetic sensor has been required to be improved because the magnetization direction of the pinned layer in the magnetoresistive effect element is disturbed and it is difficult to obtain a desired detection accuracy.
そこで本発明は、良好な検出精度が得られる磁気センサを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of obtaining good detection accuracy.
上記課題を解決するため、本発明の一観点によれば、基板と、前記基板上に配置され、渦巻き形状とされた第1のコイル部、及び該第1のコイル部とは逆方向の渦巻き形状とされ、かつ前記第1のコイル部と接続された第2のコイル部よりなるコイルと、前記コイルを覆って設けられた絶縁層と、前記絶縁層上であって、前記第1のコイル部の渦中心位置と前記第2のコイル部の渦中心位置との間に配置され、磁化の方位が所定の方位に固定されたピンド層及び磁化の向きが外部磁界に応じて変化するフリー層を含む磁気抵抗効果素子と、を有し、前記コイルは、前記磁気抵抗効果素子の下方に配置された部分において、同一の方向に電流が流れるように構成され、前記第1のコイル部の巻き数を、前記第1及び第2のコイル部の巻き数の合計の1/2よりも少なく、かつ1以上にするとともに、前記基板の外周に前記第1のコイル部を配置したことを特徴とする磁気センサが提供される。 In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a substrate, a first coil portion disposed on the substrate and having a spiral shape, and a spiral in a direction opposite to the first coil portion are provided. A coil formed of a second coil portion that is shaped and connected to the first coil portion; an insulating layer provided to cover the coil; and the first coil on the insulating layer A pinned layer in which the direction of magnetization is fixed to a predetermined direction and a direction in which the direction of magnetization changes according to an external magnetic field And the coil is configured such that current flows in the same direction at a portion disposed below the magnetoresistive element, and the coil is wound around the first coil portion. The number of turns of the first and second coil sections. Less than half of, and while one or more magnetic sensors, wherein the disposing the first coil portion on the outer periphery of the substrate.
また、上記本発明の磁気センサにおいて、前記第1のコイル部は、渦巻状に配置された第1の導線で構成され、前記第2のコイル部は、渦巻状に配置された第2の導線で構成されており、前記第1及び第2の導線のうち、前記磁気抵抗効果素子の下方に配置された部分は、ピンド層の磁化の方位と平行な方向に延在するように配置してもよい。 In the magnetic sensor of the present invention, the first coil portion is constituted by a first conductive wire arranged in a spiral shape, and the second coil portion is a second conductive wire arranged in a spiral shape. Of the first and second conductors, the portion disposed below the magnetoresistive element is disposed so as to extend in a direction parallel to the magnetization direction of the pinned layer. Also good.
また、上記本発明の磁気センサにおいて、前記コイルは、前記フリー層の磁化の向きを初期化する磁界を発生させてもよい。 In the magnetic sensor of the present invention, the coil may generate a magnetic field that initializes the magnetization direction of the free layer.
本発明によれば、良好な検出精度が得られる磁気センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetic sensor capable of obtaining good detection accuracy.
以下、図面を参照して本発明を適用した実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示する各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の磁気センサの寸法関係とは異なる場合がある。 Embodiments to which the present invention is applied will be described below in detail with reference to the drawings. The drawings used in the following description are for explaining the configuration of the embodiment of the present invention, and the size, thickness, dimensions, etc. of each part shown in the drawings may be different from the dimensional relationship of an actual magnetic sensor. is there.
(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係る磁気センサの概略構成を示す平面図である。図2は、図1に示す領域Aで囲まれた部分を拡大した平面図である。
図1及び図2において、C1は第1のコイル部31の渦中心位置(以下、「渦中心位置C1」という)、C2は第2のコイル部32の渦中心位置(以下、「渦中心位置C2」という)、C3は第1のコイル部44の渦中心位置(以下、「渦中心位置C3」という)、C4は第2のコイル部45の渦中心位置(以下、「渦中心位置C4」という)、Dは磁気抵抗効果素子25が配置される有効領域(以下、「有効領域D」という)、Eは磁気抵抗効果素子25の中心から基板11の外周までの距離(以下、「距離E」という)をそれぞれ示している。
図3は、図2に示す磁気センサのB−B線方向の断面図である。図1〜図3において、X方向は基板11の辺11C,11Dの延在方向、Y方向は基板11の辺11A,11Bの延在方向で、かつX方向と直交する方向、Z方向が基板11の厚さ方向をそれぞれ示している。また、図1〜図3において、同一構成部分には、同一符号を付す。
(Embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged plan view of a portion surrounded by a region A shown in FIG.
1 and 2, C1 is a vortex center position of the first coil portion 31 (hereinafter referred to as “vortex center position C1”), and C2 is a vortex center position of the second coil portion 32 (hereinafter referred to as “vortex center position”). C3 ”and C3 are vortex center positions of the first coil portion 44 (hereinafter referred to as“ vortex center positions C3 ”), and C4 is a vortex center position of the second coil portion 45 (hereinafter referred to as“ vortex center position C4 ”). D is an effective region in which the
3 is a cross-sectional view of the magnetic sensor shown in FIG. 2 in the BB line direction. 1 to 3, the X direction is the extending direction of the
図1〜図3を参照するに、磁気センサ10は、基板11と、絶縁層12と、センサ部14〜17と、を有する。
基板11は、矩形とされており、辺11A〜11Dと、基板本体21と、コイル形成層22と、を有する。辺11A,11Bは、Y方向に延在し、かつX方向において対向配置された辺である。辺11C,11Dは、X方向に延在し、かつY方向において対向配置された辺である。
基板本体21は、矩形とされた基材であり、例えば、単結晶シリコン基板を用いることができる。
1 to 3, the
The
The
コイル形成層22は、その上面にセンサ部14〜17を構成する後述するコイル26,41が形成される層である。
コイル形成層22は、単層の絶縁層でもよいし、複数の絶縁層が積層された多層配線構造体でもよい。コイル形成層22として多層構造体を用いる場合、コイル26,41が形成される最上層を絶縁層で構成する。
The
The
絶縁層12は、コイル26,41を覆うように、コイル形成層22の上面(言い換えれば、基板11の上面)に設けられている。絶縁層12は、コイル26,41の上方に配置される後述する磁気抵抗効果素子25,42とコイル26,41との間を絶縁している。
The
センサ部14,15は、同様な構成とされたセンサ部である。センサ部14は、基板11の辺11Aの中央部に配置されている。センサ部15は、基板11の辺11Bの中央部に配置されている。これにより、センサ部14,15は、X方向において対向するように配置されている。
The
センサ部14,15は、絶縁層12上に配置された磁気抵抗効果素子25と、基板11の上面に配置されたコイル26と、を有する。
The
図4は、図1に示す磁気抵抗効果素子の一部を拡大した平面図である。図5は、図4に示す磁気抵抗効果素子のF−F線方向の断面図である。図5において、図4に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。 FIG. 4 is an enlarged plan view of a part of the magnetoresistive effect element shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the magnetoresistive effect element shown in FIG. 4 in the FF line direction. In FIG. 5, the same components as those of the structure shown in FIG.
図2〜図5を参照するに、磁気抵抗効果素子25は、有効領域Dに対応する絶縁層12上に設けられている。磁気抵抗効果素子25の下方には、Y方向に延在する複数の第1及び第2の導線34,35が配置されている。
磁気抵抗効果素子25は、複数の幅狭帯状部47と、複数のバイアス磁石膜48と、を有する。複数の幅狭帯状部47は、その長手方向がX方向となるように、Y方向に対して所定の間隔で配置されている。
2 to 5, the
The
幅狭帯状部47は、スピンバルブ構造体であり、絶縁層12上に、フリー層51(自由磁化層)と、導電性スペーサ層52と、ピンド層53(固定磁化層)と、キャッピング層54と、が順次積層された構成とされている。
フリー層51は、磁化の向きが外部磁界に応じて変化する層である。導電性スペーサ層52の材料としては、例えば、Cuを用いることができる。ピンド層53(固定磁化層)は、磁化の方位が所定の方位に固定された層である。
複数のバイアス磁石膜48は、Y方向において、隣り合う位置に配置された幅狭帯状部47の2つの端部と接続されている。
The
The
The plurality of
なお、図4に示す構造体は、一例であって、この構造に限定されない。 Note that the structure shown in FIG. 4 is an example, and the structure is not limited to this structure.
図1〜図3を参照するに、コイル26は、第1のコイル部31と、一端が第1のコイル部31と接続された第2のコイル部32と、を有する。コイル26は、通電することでバイアス磁界を発生し、磁気抵抗効果素子25にバイアス磁界を付与することでフリー層51(図5参照)の磁化の向きを初期化する機能を有する。
第1及び第2のコイル部31,32は、その形状が略四角の渦巻き形状とされている。第1のコイル部31は、第1の導線34が巻回されることで構成されている。また、第2のコイル部32は、第2の導線35が巻回されることで構成されている。
第1及び第2の導線34,35のうち、磁気抵抗効果素子25の下方に配置された部分は、後述する図5に示すピンド層53の磁化の方位と平行な方向に延在するように配置されている。
Referring to FIGS. 1 to 3, the
The first and
Of the first and
第1のコイル部31の巻き数は、第1及び第2のコイル部31,32の巻き数の合計の1/2よりも少なく、かつ1よりも大きくなるように構成されている。また、第2のコイル部32の巻き数は、第1及び第2のコイル部31,32の巻き数の合計の1/2よりも多い。例えば、第1のコイル部31の巻き数を4回、第2のコイル部32の巻き数を8回にすることができる。これにより、第1のコイル部31の外形サイズは、第2のコイル部32の外形サイズよりも小さくなっている。
なお、第1及び第2のコイル部31,32の巻き数は、発生磁場の対称性やコイル26の占有面積を考慮して、適宜設定することができる。
The number of turns of the
Note that the number of turns of the first and
センサ部14を構成する第1のコイル部31は、基板11の辺11Aに近接して配置されており、第2のコイル部32は、基板11の平面視中央側に配置されている。
同様に、センサ部15を構成する第1のコイル部31は、基板11の辺11B(辺11Aと対向する辺)に近接して配置されており、第2のコイル部32は、基板11の平面視中央側に配置されている。
このように、第1及び第2のコイル部31,32の巻き数の合計の1/2よりも少なく、かつ1よりも大きい巻き数とされ、外形サイズが小さくされた第1のコイル部31を、基板11の外周に(言い換えれば、辺11A,11Bに近接して)配置することにより、第1のコイル部31と第2のコイル部32とが互いに同じ巻き数である場合と比べて、基板11の外周に近接して磁気抵抗効果素子25を配置することが可能となる。
The
Similarly, the
In this way, the
なお、センサ部14が、有効領域D内に4つの磁気抵抗効果素子25を有し、センサ部15が、有効領域内に4つの磁気抵抗効果素子25を有する構成としてもよい。
この場合、センサ部14を構成する2つの磁気抵抗効果素子25、及びセンサ部15を構成する2つの磁気抵抗効果素子25よりなる素子群を、Y軸方向の磁気を検出するY軸磁気抵抗効果素子として用いることができる。これら4つの磁気抵抗効果素子25は、ブリッジ接続させるとよい。
また、センサ部14を構成する残り2つの磁気抵抗効果素子25、及びセンサ部15を構成する残り2つの磁気抵抗効果素子25よりなる素子群を、Z軸方向の磁気を検出するZ軸磁気抵抗効果素子とすることができる。これら4つの磁気抵抗効果素子25は、ブリッジ接続させるとよい。
Y軸磁気抵抗効果素子及びZ軸磁気抵抗効果素子を形成する位置は、基板11表面に対して傾斜していてもよい。
The
In this case, the Y-axis magnetoresistive effect for detecting the magnetism in the Y-axis direction is obtained by using the element group including the two
In addition, an element group consisting of the remaining two
The position where the Y-axis magnetoresistive element and the Z-axis magnetoresistive element are formed may be inclined with respect to the surface of the
図1を参照するに、センサ部16,17は、同様な構成とされたセンサ部である。センサ部16は、基板11の辺11Cの中央部に配置されている。センサ部17は、基板11の辺11Dの中央部に配置されている。これにより、センサ部16,17は、Y方向において対向するように配置されている。
Referring to FIG. 1, the
センサ部16,17は、基板11の上面に配置されたコイル41と、絶縁層12上に配置された磁気抵抗効果素子42と、を有する。
コイル41は、非対称のダブルスパイラル型コイルであり、第1のコイル部44と、一端が第1のコイル部44と接続され、かつ第1のコイル部44よりも巻き数の多い第2のコイル部45と、を有する。
コイル41は、通電することでバイアス磁界を発生し、磁気抵抗効果素子25にバイアス磁界を付与することでフリー層51(図5参照)の磁化の向きを初期化する機能を有する。
The
The
The
第1のコイル部44は、先に説明した第1のコイル部31と同様な構成とされている。なお、第1のコイル部44は、第1のコイル部31とは巻き数や外形サイズを異ならせてもよい。
第2のコイル部45は、先に説明した第2のコイル部45と同様な構成とされている。なお、第2のコイル部45は、第2のコイル部32とは巻き数や外形サイズを異ならせてもよい。
The
The
磁気抵抗効果素子42は、第1のコイル部44の渦中心位置C3と第2のコイル部45の渦中心位置C4との間に形成された有効領域(図示せず)に配置されている。
磁気抵抗効果素子42は、複数の幅狭帯状部47及びバイアス磁石膜48で構成されており、これらの数が磁気抵抗効果素子25を構成する複数の幅狭帯状部47及びバイアス磁石膜48の数とは異なること以外は、磁気抵抗効果素子25と同様に構成される。
磁気抵抗効果素子42における複数の幅狭帯状部47は、その長手方向がY方向となるように、X方向に対して所定の間隔で配置されている。
The
The
The plurality of
第1のコイル部44の巻き数は、第1及び第2のコイル部44,45の巻き数の合計の1/2よりも少なく、かつ1よりも大きくなるように構成されている。また、第2のコイル部45の巻き数は、第1及び第2のコイル部44,45の巻き数の合計の1/2よりも多い。これにより、第1のコイル部44の外形サイズは、第2のコイル部45の外形サイズよりも小さくなっている。
The number of turns of the
センサ部16を構成する第1のコイル部44は、基板11の辺11Cに近接して配置されており、第2のコイル部45は、基板11の平面視中央側に配置されている。
同様に、センサ部17を構成する第1のコイル部44は、基板11の辺11D(辺11Cと対向する辺)に近接して配置されており、第2のコイル部45は、基板11の平面視中央側に配置されている。
このように、第1及び第2のコイル部44,45の巻き数の合計の1/2よりも少なく、かつ1よりも大きい巻き数とされ、外形サイズが小さくされた第1のコイル部44を、基板11の外周に(言い換えれば、辺11C,11Dに近接して)配置することにより、第1のコイル部44と第2のコイル部45とが互いに同じ巻き数である場合と比べて、基板11の外周に近接して磁気抵抗効果素子25を配置することが可能となる。
The
Similarly, the
In this way, the
なお、センサ部16が、有効領域内に2つの磁気抵抗効果素子25を有し、センサ部17が、有効領域内に2つの磁気抵抗効果素子25を有する構成としてもよい。
この場合、センサ部16における2つの磁気抵抗効果素子25と、センサ部17における2つの磁気抵抗効果素子25との素子群を、X軸方向の磁気を検出するX軸磁気抵抗効果素子とすることができる。4つの磁気抵抗効果素子25は、ブリッジ接続させるとよい。
The
In this case, an element group of the two
以上のような構成の磁気センサ10は、製造時に磁気抵抗効果素子のピンド層について、磁化の方位を固定するための規則化を精度良く行うことができるため、良好な検出精度が得られる。
The
以下、本願発明の磁気センサ10の効果を説明するために、まず従来の磁気センサの構造について図を用いて説明し、磁気センサ10と従来の磁気センサとの構造を比較した上で、規則化処理について説明する。
Hereinafter, in order to explain the effect of the
図6は、従来の磁気センサの構成を説明するための平面図であり、図2に対応する図である。以下の説明では、図2及び図6を参照して本願の磁気センサ10と従来の磁気センサ100との比較をするが、図2に示されていない他のセンサ部15〜17においても、図2に示すセンサ部14と同様の効果を奏する。
FIG. 6 is a plan view for explaining the configuration of a conventional magnetic sensor, and corresponds to FIG. In the following description, the
図6において、Pは磁気抵抗効果素子102を配置可能な有効領域(以下、「有効領域P」という)、Q1はダブルスパイラルコイル101を構成する第1のコイル部103の渦中心位置(以下、「渦中心位置Q1」という)、Q2はダブルスパイラルコイル101を構成する第2のコイル部104の渦中心位置(以下、「渦中心位置Q2」という)、Sは基板110の外周縁から磁気抵抗効果素子102の中心までの距離(以下、「距離S」という)をそれぞれ示している。
また、図6において、X方向はY方向と直交する方向、Y方向は有効領域Pにおける第1及び第2の導線106,107の延在方向、Z方向は基板110の厚さ方向を示している。
In FIG. 6, P is an effective region (hereinafter referred to as “effective region P”) in which the
In FIG. 6, the X direction is a direction orthogonal to the Y direction, the Y direction is the extending direction of the first and
図6を参照するに、従来の磁気センサ100は、略同じ大きさの外形とされ、かつ巻き数の等しい第1及び第2のコイル部103,104よりなる対称コイル101と、第1及び第2のコイル部103,104の渦中心位置Q1,Q2間に配置された磁気抵抗効果素子102と、を有する。なお、図6では、一例として、第1及び第2のコイル部103,104の巻き数を、それぞれ6回にした場合を例に挙げて図示している。
Referring to FIG. 6, a conventional
磁気センサ100では、磁気抵抗効果素子102の直下に位置し、かつ第1及び第2のコイル部103,104を構成する第1及び第2の導線106,107に、同一方向に電流を流す構成とされている。
In the
このような磁気センサ100は、第1のコイル部103の巻き数と第2のコイル部104の巻き数との合計が、図2に示す第1のコイル部31の巻き数と第2のコイル部32の巻き数との合計と等しい。
In such a
そのため、図2に示す第1のコイル部31の渦中心位置C1から第2のコイル部32の渦中心位置C2との間に形成される有効領域Dと、図6に示す有効領域Pとは、略同じ大きさとなる。
これにより、図2に示すコイル26(非対称のダブルスパイラル型コイル)の有効領域Dから発生する発生磁場強度の大きさと、図6に示すコイル101(対称のダブルスパイラル型コイル)の有効領域Pから発生する発生磁場強度の大きさとは、略同じ大きさとなる。
Therefore, the effective area D formed between the vortex center position C1 of the
Thereby, the magnitude of the generated magnetic field intensity generated from the effective area D of the coil 26 (asymmetric double spiral coil) shown in FIG. 2 and the effective area P of the coil 101 (symmetric double spiral coil) shown in FIG. The magnitude of the generated magnetic field intensity is substantially the same.
また、磁気抵抗効果素子は、磁気センサ10および磁気センサ100のいずれにおいても有効領域内に配置されている。そのため、磁気センサ10および磁気センサ100のいずれにおいても、磁気抵抗効果素子が受ける発生磁場強度は略同じ大きさとなる。
In addition, the magnetoresistive effect element is disposed in the effective region in both the
一方、図2に示す磁気センサ10における、磁気抵抗効果素子25の中心から基板11の外周までの距離Eは、図6に示す磁気センサ100における、磁気抵抗効果素子102の中心から基板110の外周までの距離Sよりも短い。
On the other hand, the distance E from the center of the
図7は、ピンド層の磁化の方位を固定するための規則化処理の一例を説明するための平面図である。図7において、図1に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図7に示すように、磁気抵抗効果素子25,42を構成するピンド層の磁化の方位を固定する規則化処理を行う際には、4つの永久磁石片62〜65を用いて永久磁石群(マグネットアレイ)を構成する。
FIG. 7 is a plan view for explaining an example of the ordering process for fixing the magnetization direction of the pinned layer. In FIG. 7, the same components as those of the structure shown in FIG.
As shown in FIG. 7, when the ordering process for fixing the magnetization direction of the pinned layers constituting the
永久磁石片62〜65は、矩形とされた基板11の4つの角部において基板11の下方(−z側)に配置している。基板11の辺に沿って隣り合う位置に配置された永久磁石片は、基板11に面する磁極が異なるように配置されている。
例えば、基板11において対角に配置された永久磁石片62,64が、N極を基板11に向けて配置している場合、基板11において残る角部に配置された永久磁石片63,65は、S極を基板11に向けて配置させる。
本実施の形態では、一例として、永久磁石片62,64がN極を基板11に向けて配置しており、永久磁石片63,65がS極を基板11に向けて配置している場合を例に挙げて以下の説明をする。
上記構成の場合、永久磁石片62,64から永久磁石片63,65に向かう方向に、磁界が形成され、該磁界により磁気抵抗効果素子25,42を構成するピンド層の規則化処理を行う。
また、上記規則化処理では、上述のように永久磁石片を配置した後に、熱処理を行う。
The
For example, when the
In the present embodiment, as an example, the case where the
In the case of the above configuration, a magnetic field is formed in the direction from the
Moreover, in the said regularization process, after arrange | positioning a permanent magnet piece as mentioned above, it heat-processes.
本願発明の磁気センサ10は、磁気抵抗効果素子25,42の中心から基板11の外周までの距離が、図6に示す磁気センサ100における、磁気抵抗効果素子102の中心から基板110の外周までの距離Sよりも短いため、磁気抵抗効果素子25,42を基板11の外周に近づけて配置することが可能となる。
In the
これにより、本願発明の磁気センサ10を規則化処理する際には、永久磁石群が形成するまっすぐな磁界を用いて、磁気抵抗効果素子25,42を構成するピンド層の磁化の方位を固定することが可能となる。
本実施の形態に示す磁気センサ10においては、磁気抵抗効果素子25を構成する複数の幅狭帯状部47は、その長手方向がX方向となるように配置されている。そのため、図7に示す本実施の形態に示す磁気センサ10においては、規則化処理により、ピンド層の磁化方位が磁気抵抗効果素子25を構成する幅狭帯状部47の長手方向に対して直交することになる。
同様に、磁気抵抗効果素子42を構成する複数の幅狭帯状部47は、その長手方向がY方向となるように配置されている。そのため、図7に示す本実施の形態に示す磁気センサ10においては、規則化処理により、ピンド層の磁化方位が磁気抵抗効果素子42を構成する幅狭帯状部47の長手方向に対して直交することになる。
上記説明した理由により、本願発明の磁気センサ10では、ピンド層の規則化を精度良く行うことができ、良好な検出精度が得られる磁気センサとなる。
Thus, when the
In the
Similarly, the plurality of
For the reason described above, the
以上のように、本実施の形態の磁気センサは、基板11上に配置され、渦巻き形状とされた第1のコイル部31,44、及び第1のコイル部31,44とは逆方向の渦巻き形状とされ、かつ第1のコイル部31,44と一体とされた第2のコイル部32,45よりなるコイル26,41を有する。
また、絶縁層12を介して、第1のコイル部31,44の渦中心位置C1,C3と第2のコイル部32,45の渦中心位置C2,C4との間に配置され、磁化の方位が所定の方位に固定されたピンド層及び磁化の向きが外部磁界に応じて変化するフリー層を含む磁気抵抗効果素子25,42を有する。
また、コイル26,41は、磁気抵抗効果素子25,42の下方に配置された部分において、同一の方向に電流が流れるように構成されている。第1のコイル部31,44の巻き数は、第1のコイル部31,44及び第2のコイル部32,45の巻き数の合計の1/2よりも少なく、かつ1以上となるように構成されている。第1のコイル部31,44は、基板11の外周に配置されている。
上記構成とすることで、有効領域Dから発生する発生磁場強度を保った上で、磁気抵抗効果素子25,42の配設位置を基板11の外周に近接させて配置することが可能となるので、ピンド層の磁化の方位を固定するための規則化を精度良く行うことができ、良好な検出精度が得られる磁気センサとなる。
As described above, the magnetic sensor according to the present embodiment is arranged on the
Further, it is disposed between the vortex center positions C1 and C3 of the
In addition, the
With the above configuration, it is possible to place the
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and within the scope of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible.
本実施の形態のセンサ部14〜17の配設位置は、一例であって、図1に示すセンサ部14〜17の配設位置に限定されない。センサ部14〜17の配設位置は、基板11上において、適宜選択することができる。
The arrangement positions of the
また、本実施の形態では、X方向に配置された2つのセンサ部と、Y方向に配置された2つのセンサ部と、に非対称のダブルスパイラル型コイル(コイル26,41)を適用した場合を例に挙げて説明したが、X方向及びY方向のうち、どちらか一方に配置された2つのセンサ部のみに非対称のダブルスパイラル型コイル(コイル26,41)を適用してもよい。この場合も本実施の形態と同様な効果を得ることができる。 Further, in the present embodiment, a case where an asymmetric double spiral coil (coils 26, 41) is applied to two sensor units arranged in the X direction and two sensor units arranged in the Y direction. Although described as an example, an asymmetrical double spiral coil (coils 26, 41) may be applied to only two sensor units arranged in one of the X direction and the Y direction. In this case, the same effect as that of the present embodiment can be obtained.
本発明は、ピンド層及びフリー層を含む磁気抵抗効果素子と、第1及び第2のコイル部よりなるコイルと、を有するセンサ部に適用可能である。 The present invention can be applied to a sensor unit having a magnetoresistive effect element including a pinned layer and a free layer, and a coil including first and second coil units.
10…磁気センサ、11…基板、11A〜11D…辺、12…絶縁層、14〜17…センサ部、21…基板本体、22…コイル形成層、25,42…磁気抵抗効果素子、26,41…コイル、31,44…第1のコイル部、32,45…第2のコイル部、34…第1の導線、35…第2の導線、47…幅狭帯状部、48…バイアス磁石膜、51…フリー層、52…導電性スペーサ層、53…ピンド層、54…キャッピング層、62〜65…永久磁石片、C1〜C4…渦中心位置、D…有効領域、E…距離
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記基板上に配置され、渦巻き形状とされた第1のコイル部、及び該第1のコイル部とは逆方向の渦巻き形状とされ、かつ前記第1のコイル部と接続された第2のコイル部よりなるコイルと、
前記コイルを覆って設けられた絶縁層と、
前記絶縁層上であって、前記第1のコイル部の渦中心位置と前記第2のコイル部の渦中心位置との間に配置され、磁化の方位が所定の方位に固定されたピンド層及び磁化の向きが外部磁界に応じて変化するフリー層を含む磁気抵抗効果素子と、
を有し、
前記コイルは、前記磁気抵抗効果素子の下方に配置された部分において、同一の方向に電流が流れるように構成され、
前記第1のコイル部の巻き数を、前記第1及び第2のコイル部の巻き数の合計の1/2よりも少なく、かつ1以上にするとともに、前記基板の外周に前記第1のコイル部を配置したことを特徴とする磁気センサ。 A substrate,
A first coil portion disposed on the substrate and having a spiral shape, and a second coil having a spiral shape opposite to the first coil portion and connected to the first coil portion A coil consisting of parts,
An insulating layer provided to cover the coil;
A pinned layer on the insulating layer, disposed between a vortex center position of the first coil portion and a vortex center position of the second coil portion, and having a magnetization direction fixed in a predetermined direction; A magnetoresistive effect element including a free layer in which the direction of magnetization changes according to an external magnetic field;
Have
The coil is configured such that current flows in the same direction in a portion disposed below the magnetoresistive element,
The number of turns of the first coil portion is less than ½ of the total number of turns of the first and second coil portions and 1 or more, and the first coil is disposed on the outer periphery of the substrate. A magnetic sensor characterized in that a portion is arranged.
前記第2のコイル部は、渦巻状に配置された第2の導線で構成されており、
前記第1及び第2の導線のうち、前記磁気抵抗効果素子の下方に配置された部分は、前記ピンド層の磁化の方位と平行な方向に延在するように配置することを特徴とする請求項1記載の磁気センサ。 The first coil portion is composed of first conductive wires arranged in a spiral shape,
The second coil portion is composed of second conductive wires arranged in a spiral shape,
The portion of the first and second conductive wires disposed below the magnetoresistive element is disposed so as to extend in a direction parallel to the magnetization direction of the pinned layer. Item 2. The magnetic sensor according to Item 1.
Priority Applications (1)
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JP2014223013A JP2016090325A (en) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | Magnetic sensor |
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