JP2016524142A - シングルチップ・ブリッジ型磁場センサ - Google Patents
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Abstract
Description
基板と、
前記基板上に成膜されたホイートストン・ハーフブリッジ、ホイートストン準ブリッジであって、各参照素子連結体が電気的に相互接続された1つ以上の同一の感知素子を含んでいる少なくとも2行/列の参照素子連結体を含む参照アームR1を含み、各参照素子連結体が電気的に相互接続された1つ以上の同一の感知素子を含んでいる少なくとも2行/列の参照素子連結体を含む感知アームS1をさらに含み、前記参照アームおよび前記感知アームは、水平/垂直間隔方向に沿って、同数の行/列を有し、隣接する参照素子連結体の間および隣接する感知素子連結体の間の前記間隔が同じである、ホイートストン・ハーフブリッジまたはホイートストン準ブリッジと、
遮蔽構造体の間に明確に画定されたギャップをもち、各参照素子連結体が対応する遮蔽構造体を有し、各感知素子連結体が対応するギャップの中に位置している、少なくとも3つの遮蔽構造体と、
複数の入力および出力ワイヤ・ボンド・パッドと、
を備える、シングルチップ磁場センサブリッジを提供する。
基板と、
前記基板上に成膜されたホイートストン・フルブリッジであって、第1のブリッジアームと第2のブリッジアームとの間に相互接続部を含み、前記第1のブリッジアームは、第1の参照素子連結体の各々が1つ以上の電気的に相互接続された磁気抵抗センサ素子で構成されている、少なくとも2行/列の第1の参照素子連結体を含む第1の参照アームR1と、第1の感知素子連結体の各々が1つ以上の電気的に相互接続された磁気抵抗センサ素子で構成されている、少なくとも2行/列の第1の感知素子連結体を含む第1の感知アームS1とを含み、前記参照素子連結体および前記感知素子連結体は、同数の行/列を有し、隣接する前記第1の参照素子連結体および前記第1の感知素子連結体を記述する縦/垂直方向に沿った間隔は、長さLによって定義され、前記第2のブリッジアームは、各参照素子連結体が1つ以上の電気的に相互接続された磁気抵抗センサ素子で構成されている少なくとも2行/列の第1の参照素子連結体を含む第2の参照アームR2と、各感知素子連結体が1つ以上の電気的に相互接続された磁気抵抗センサ素子で構成されている少なくとも2行/列の第2の感知素子連結体を含む第2の感知アームS1と、を含み、前記第2の参照素子連結体および前記第2の感知素子連結体は、同数の行/列を有し、隣接する前記第2の参照素子連結体および第2の感知素子連結体を記述する縦/垂直方向に沿った間隔は、長さLによって定義され、前記第1のブリッジアームと前記第2のブリッジアームとの間のエリアにおいて、前記第1の参照素子連結体および前記第2の参照素子連結体、または、前記第1の感知素子連結体および前記第2の参照素子連結体は、互いに隣接して位置し、隣接する前記第1の参照素子連結体および前記第2の参照素子連結体、または、隣接する前記第1の感知素子連結体および前記第2の参照素子連結体は、距離2Lによって分離されている、ホイートストン・フルブリッジと、
最近傍隣接間隔を有し、前記第1の参照素子連結体の各々および前記第2の参照素子連結体の各々が対応する遮蔽構造体の下にあり、前記第1の感知素子連結体の各々および前記第2の素子連結体の各々が遮蔽構造体の間のギャップの中に位置している、少なくとも3つの遮蔽構造体と、
複数の入力および出力ワイヤ・ボンド・パッドと、
を備える、シングルチップ磁場センサブリッジを提供する。
Bsns=Asns *Bext (1)
Bref=Aref *Bext (2)
(RH−RL)/2BS=ΔR/ΔB (4)
である直線状であり、−Bs+Bo(25)からBs+Bo(26)まで、磁気抵抗は、
R(Bext)=RL+(ΔR/ΔB)*Bext (5)
と表現されることがある。従って、式(1)および(2)によると、感知アームおよび参照アームの磁気抵抗は:
Rsns(Bext)=RL+Asns *(ΔR/ΔB)*Bext (6)
Rref(Bext)=RL+Aref *(ΔR/ΔB)*Bext (7)
である。感知素子連結体43および参照素子連結体44は、図6に示されるように同じ応答曲線をもつGMRスピンバルブ材料で構成されている。図7は、センサが優れた直線性を有することを示している。
(RL−RH)/Bs=ΔR/ΔB (16)
によって与えられた直線状であり、−Bs 31からBs 32まで、磁気抵抗は、
R(Bext)=RH−(ΔR/ΔB)*|Bext| (17)
として記述されることがある。式(1)および式(2)から、各ブリッジアームの磁気抵抗は、
Rsns(Bext)=RH−Asns *(ΔR/ΔB)*|Bext| (18)
Rref(Bext)=RH−Aref *(ΔR/ΔB)*|Bext| (19)
として記述されることがある。
Claims (22)
- 基板と、
前記基板上に成膜されたホイートストン・ハーフブリッジ、ホイートストン準ブリッジであって、各参照素子連結体が電気的に相互接続された1つ以上の同一の感知素子を含んでいる少なくとも2行/列の参照素子連結体を含む参照アームR1を含み、各参照素子連結体が電気的に相互接続された1つ以上の同一の感知素子を含んでいる少なくとも2行/列の参照素子連結体を含む感知アームS1をさらに含み、前記参照アームおよび前記感知アームは、水平/垂直間隔方向に沿って、同数の行/列を有し、隣接する参照素子連結体の間および隣接する感知素子連結体の間の前記間隔が同じである、ホイートストン・ハーフブリッジまたはホイートストン準ブリッジと、
遮蔽構造体の間に明確に画定されたギャップをもち、各参照素子連結体が対応する遮蔽構造体を有し、各感知素子連結体が対応するギャップの中に位置している、少なくとも3つの遮蔽構造体と、
複数の入力および出力ワイヤ・ボンド・パッドと、
を備える、シングルチップ磁場センサブリッジ。 - 前記磁気抵抗センサ素子は、AMR、GMR、またはTMRセンサ素子であることを特徴とする、請求項1に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記磁気抵抗センサ素子は、線形磁場応答特性をもつ磁場センサ素子であることを特徴とする、請求項2に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記磁気抵抗センサ素子は、多層磁場応答特性をもつ磁場センサ素子であることを特徴とする、請求項2に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記参照素子連結体および前記感知素子連結体は、同数の磁気抵抗感知素子を有することを特徴とする、請求項1に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記シングルチップ磁場センサブリッジは、3つのワイヤ・ボンド・パッドを含み、前記3つのワイヤ・ボンド・パッドのうち第1のワイヤ・ボンド・パッドは、バイアス電圧を供給するために使用され、第2のワイヤ・ボンド・パッドは、出力信号のために使用され、第3のワイヤ・ボンド・パッドは、接地のために使用され、前記参照アームR1、前記感知アームS1は、どちらも、前記参照アームR1の第1の端部が前記第1のワイヤ・ボンド・パッドに接続され、前記第3のボンドパッドと前記感知アームS1の第1の端部とが電気接続され、前記第2のボンドパッドが前記参照アームR1の第2の端部と電気接続されると共に、前記感知アームS1の第2の端部と電気接続されるように接続されている第1の端部および第2の端部を有することを特徴とする、請求項1に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記シングルチップ磁場センサブリッジは、3つのボンドパッドを有し、第1のボンドパッドが接地のために使用され、第2のボンドパッドおよび第3のボンドパッドが出力のために使用され、前記ホイートストン・ブリッジは、2つの同一の電流源(I1,I2)を含み、両方の電流源(I1,I2)と、前記参照アームR1と、前記感知アームS1とは、全てがそれぞれ第1の端部および第2の端部を有し、前記第1のワイヤ・ボンド・パッドは、前記参照アームR1の前記第1の端部および前記感知アームS1の前記第1の端部と接続され、さらに電流源(I1,I2)の前記第1の端部と電気接続され、前記第2のワイヤ・ボンド・パッドは、前記参照アームR1の前記第2の端部および前記電流源I2の前記第2の端部と電気接続され、前記第3のワイヤ・ボンド・パッドは、前記感知アームS1の前記第2の端部および前記電流源I1の前記第2の端部と電気接続されていることを特徴とする、請求項1に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記遮蔽構造体は、同じ水平/垂直方向に沿って細長くなり、前記遮蔽構造体は、材料Ni、Fe、Co、Si、B、Ni、Zr、またはAlのうち1つ以上を含む合金で構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 磁場利得係数が1<Asns<100であるように選択されたギャップが前記遮蔽構造体の間に存在し、前記磁気構造体より上または下にある領域内の前記磁場は、0<Aref<1である磁場減衰係数によって記述されることを特徴とする、請求項1に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記参照素子連結体と、前記感知素子連結体と、前記ボンドパッドとは、互いに電気的に相互接続されていることを特徴とする、請求項1に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記基板は、CMOSを含み、前記CMOSと、前記参照アームと、前記感知アームと、前記ワイヤ・ボンド・パッドとは、前記基板上にリソグラフィ的に画定されていることを特徴とする、請求項1に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 基板と、
前記基板上に成膜されたホイートストン・フルブリッジであって、第1のブリッジアームと第2のブリッジアームとの間に相互接続部を含み、前記第1のブリッジアームは、第1の参照素子連結体の各々が1つ以上の電気的に相互接続された磁気抵抗センサ素子で構成されている、少なくとも2行/列の第1の参照素子連結体を含む第1の参照アームR1と、第1の感知素子連結体の各々が1つ以上の電気的に相互接続された磁気抵抗センサ素子で構成されている、少なくとも2行/列の第1の感知素子連結体を含む第1の感知アームS1とを含み、前記参照素子連結体および前記感知素子連結体は、同数の行/列を有し、隣接する前記第1の参照素子連結体および前記第1の感知素子連結体を記述する縦/垂直方向に沿った間隔は、長さLによって定義され、前記第2のブリッジアームは、各参照素子連結体が1つ以上の電気的に相互接続された磁気抵抗センサ素子で構成されている少なくとも2行/列の第1の参照素子連結体を含む第2の参照アームR2と、各感知素子連結体が1つ以上の電気的に相互接続された磁気抵抗センサ素子で構成されている少なくとも2行/列の第2の感知素子連結体を含む第2の感知アームS1と、を含み、前記第2の参照素子連結体および前記第2の感知素子連結体は、同数の行/列を有し、隣接する前記第2の参照素子連結体および第2の感知素子連結体を記述する縦/垂直方向に沿った間隔は、長さLによって定義され、前記第1のブリッジアームと前記第2のブリッジアームとの間のエリアにおいて、前記第1の参照素子連結体および前記第2の参照素子連結体、または、前記第1の感知素子連結体および前記第2の参照素子連結体は、互いに隣接して位置し、隣接する前記第1の参照素子連結体および前記第2の参照素子連結体、または、隣接する前記第1の感知素子連結体および前記第2の参照素子連結体は、距離2Lによって分離されている、ホイートストン・フルブリッジと、
最近傍隣接間隔を有し、前記第1の参照素子連結体の各々および前記第2の参照素子連結体の各々が対応する遮蔽構造体の下にあり、前記第1の感知素子連結体の各々および前記第2の素子連結体の各々が遮蔽構造体の間のギャップの中に位置している、少なくとも3つの遮蔽構造体と、
複数の入力および出力ワイヤ・ボンド・パッドと、
を備える、シングルチップ磁場センサブリッジ。 - 前記シングルチップ磁場センサブリッジは、4つのワイヤ・ボンド・パッドを含み、前記4つのワイヤ・ボンド・パッドは、バイアス電圧のために使用される第1のワイヤ・ボンド・パッドと、出力のために使用される第2および第3のワイヤ・ボンド・パッドと、接地のために使用される第4のワイヤ・ボンド・パッドとしてそれぞれ画定され、前記参照アームR1、前記参照アームR2、前記感知アームS1、および前記感知アームS2は、それぞれ第1の端部および第2の端部を有し、前記第1のボンドパッドは、前記参照アームR2の前記第2の端部および前記感知アームS1の前記第1の端部と電気接続され、前記第2のワイヤ・ボンド・パッドは、前記参照アームR1の前記第2の端部および前記感知アームS1の前記第2の端部と電気接続され、前記第3のワイヤ・ボンド・パッドは、前記感知アームS2の前記第1の端部および前記参照アームR2の前記第1の端部と電気接続され、前記第4のワイヤ・ボンド・パッドは、前記感知アームS2の前記第2の端部および前記参照アームR1の前記第1の端部と電気接続されていることを特徴とする、請求項12に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記遮蔽構造体は、同じ水平/垂直方向に沿って細長くなり、前記遮蔽構造体は、材料Ni、Fe、Co、Si、B、Ni、Zr、またはAlのうち1つ以上を含む合金で構成されていることを特徴とする、請求項12に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 磁場利得係数が1<Asns<100であるように選択されたギャップが前記遮蔽構造体の間に存在し、前記磁気構造体より上または下にある領域内の前記磁場は、0<Aref<1である磁場減衰係数によって記述されることを特徴とする、請求項12に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記参照素子連結体と、前記感知素子連結体と、前記ボンドパッドとは、互いに電気的に相互接続されていることを特徴とする、請求項12に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記磁気抵抗センサ素子は、AMR、GMR、またはTMRセンサ素子であることを特徴とする、請求項12に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記磁気抵抗センサ素子は、線形磁場応答特性をもつ磁場センサ素子であることを特徴とする、請求項17に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記磁気抵抗センサ素子は、多層磁場応答特性をもつ磁場センサ素子であることを特徴とする、請求項17に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記第2の参照素子連結体および前記第1の参照素子連結体は、同数の行/列を有し、前記第2の感知素子連結体および前記第1の感知素子連結体は、同数の行/列を有することを特徴とする、請求項12に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記第1の参照素子連結体の数、前記第1の感知素子連結体の数、前記第2の参照素子連結体の数、および前記第2の感知素子連結体の数が同じであることを特徴とする、請求項12に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
- 前記基板は、CMOSを含み、前記CMOSと、前記参照アームと、前記感知アームと、前記ワイヤ・ボンド・パッドとは、前記基板上にリソグラフィ的に画定されていることを特徴とする、請求項12に記載のシングルチップ磁場センサブリッジ。
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