JP2017072375A - Magnetic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気抵抗効果素子を有する磁気センサに関し、特に自由磁性層にバイアス磁界が印加される磁気センサに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor having a magnetoresistive effect element, and more particularly to a magnetic sensor in which a bias magnetic field is applied to a free magnetic layer.
下記特許文献１には、被測定電流から発生する磁界を磁気センサにより検出して、被測定電流の大きさを測定する電流センサが開示されている。外部磁界を検出する磁気センサには、例えばＧＭＲ素子等の磁気抵抗効果素子が用いられる。 Patent Document 1 below discloses a current sensor that detects a magnetic field generated from a current to be measured by a magnetic sensor and measures the magnitude of the current to be measured. For the magnetic sensor for detecting the external magnetic field, for example, a magnetoresistive effect element such as a GMR element is used.
図１３は、特許文献１に記載されている従来例の磁気センサの平面図である。図１３に示すように従来例の磁気センサ１０１は、複数の磁気抵抗効果素子１２１ａ〜１２１ｄを有して構成される。センサチップ１０２ａに形成された１対の磁気抵抗効果素子１２１ａ、１２１ｂによりハーフブリッジ回路が構成され、センサチップ１０２ｂに形成された１対の磁気抵抗効果素子１２１ｃ、１２１ｄによりハーフブリッジ回路が構成される。２つのハーフブリッジ回路によりフルブリッジ回路１２５が構成されている。 FIG. 13 is a plan view of a conventional magnetic sensor described in Patent Document 1. FIG. As shown in FIG. 13, the conventional magnetic sensor 101 includes a plurality of magnetoresistive elements 121a to 121d. A pair of magnetoresistive effect elements 121a and 121b formed on the sensor chip 102a constitutes a half bridge circuit, and a pair of magnetoresistive effect elements 121c and 121d formed on the sensor chip 102b constitutes a half bridge circuit. . A full bridge circuit 125 is constituted by two half bridge circuits.
各磁気抵抗効果素子１２１ａ〜１２１ｄは、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層と、磁化方向が固定された固定磁性層とを有する。外部磁界が印加されたときに自由磁性層の磁化方向１３３が変化し、これにより磁気抵抗効果素子１２１ａ〜１２１ｄの電気抵抗値が変動する。磁気センサ１０１は、各磁気抵抗効果素子１２１ａ〜１２１ｄの電気抵抗値により外部磁界を検出することができる。 Each of the magnetoresistive elements 121a to 121d includes a free magnetic layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field, and a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed. When an external magnetic field is applied, the magnetization direction 133 of the free magnetic layer changes, and thereby the electric resistance values of the magnetoresistive elements 121a to 121d change. The magnetic sensor 101 can detect an external magnetic field based on the electrical resistance values of the magnetoresistive elements 121a to 121d.
図１３に示すように、各磁気抵抗効果素子１２１ａ〜１２１ｄを挟んでハードバイアス層１２２が設けられており、ハードバイアス層１２２から発生するバイアス磁界１３２が自由磁性層に印加される。 As shown in FIG. 13, a hard bias layer 122 is provided across the magnetoresistive elements 121a to 121d, and a bias magnetic field 132 generated from the hard bias layer 122 is applied to the free magnetic layer.
バイアス磁界１３２が自由磁性層に印加されると、外部磁界が無磁界になった際に、自由磁性層の磁化方向１３３がバイアス磁界１３２の方向に向けられる。これにより、自由磁性層の磁化方向１３３を所定の方向に制御することができ、再現性良く外部磁界を検出することができる。 When the bias magnetic field 132 is applied to the free magnetic layer, the magnetization direction 133 of the free magnetic layer is directed in the direction of the bias magnetic field 132 when the external magnetic field becomes no magnetic field. Thereby, the magnetization direction 133 of the free magnetic layer can be controlled in a predetermined direction, and an external magnetic field can be detected with good reproducibility.
図１３に示すように、センサチップ１０２ａの磁気抵抗効果素子１２１ａ、１２１ｂにおいて、固定磁性層の磁化方向１３１は互いに逆方向に向けられるとともに、自由磁性層の磁化方向１３３は互いに逆方向に向けられている。これにより、バイアス磁界１３２に対して傾いた状態で被測定磁界の向きが印加された場合であっても、磁気抵抗効果素子１２１ａ、１２１ｂの感度が互いに逆向きに変化するため、センサ出力の直線性の低下を抑制することができる。 As shown in FIG. 13, in the magnetoresistive effect elements 121a and 121b of the sensor chip 102a, the magnetization directions 131 of the pinned magnetic layers are directed in opposite directions, and the magnetization directions 133 of the free magnetic layers are directed in opposite directions. ing. As a result, even when the direction of the magnetic field to be measured is applied while being tilted with respect to the bias magnetic field 132, the sensitivities of the magnetoresistive effect elements 121a and 121b change in opposite directions. Deterioration can be suppressed.
しかしながら、従来例の磁気センサ１０１において、バイアス磁界１３２はハードバイアス層１２２の磁化方向に向けられている。そのため、ハードバイアス層１２２の磁化方向と異なる方向に強い外部磁界が印加された場合には、ハードバイアス層１２２の磁化方向がずれてしまい、バイアス磁界１３２の方向がずれてしまうことがある。 However, in the magnetic sensor 101 of the conventional example, the bias magnetic field 132 is directed to the magnetization direction of the hard bias layer 122. Therefore, when a strong external magnetic field is applied in a direction different from the magnetization direction of the hard bias layer 122, the magnetization direction of the hard bias layer 122 may be shifted, and the direction of the bias magnetic field 132 may be shifted.
強磁界によるハードバイアス層１２２の磁化方向の変化は不可逆的な変化であるため、外部磁界が無磁界になってもバイアス磁界１３２の方向は戻らず、バイアス磁界１３２の方向の変化により、自由磁性層の磁化方向１３３もずれてしまう。自由磁性層の磁化方向１３３がずれてしまうと、磁気センサ１０１の感度の変化や、オフセットの発生等、磁気センサ１０１の特性の劣化が生じてしまう。また、ハードバイアス層１２２の磁化方向の変化は不可逆的な変化であり、ハードバイアス層１２２の磁化方向が一旦変化すると、各磁気抵抗効果素子１２１ａ〜１２１ｄの特性を回復させることが困難であるという課題が発生する。 Since the change in the magnetization direction of the hard bias layer 122 due to the strong magnetic field is an irreversible change, the direction of the bias magnetic field 132 does not return even when the external magnetic field becomes no magnetic field. The magnetization direction 133 of the layer is also shifted. If the magnetization direction 133 of the free magnetic layer is deviated, the characteristics of the magnetic sensor 101 are degraded, such as a change in sensitivity of the magnetic sensor 101 and the occurrence of offset. In addition, the change in the magnetization direction of the hard bias layer 122 is an irreversible change, and once the magnetization direction of the hard bias layer 122 changes, it is difficult to recover the characteristics of the magnetoresistive elements 121a to 121d. Issues arise.
本発明は、上記課題を解決して、被測定磁界の方向のずれに起因するセンサ出力の直線性の低下を抑制するとともに、外部磁界によるバイアス磁界の方向の変化を防止して、自由磁性層の磁化方向を制御することが可能な磁気センサを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problem, suppresses a decrease in linearity of the sensor output due to a deviation in the direction of the magnetic field to be measured, and prevents a change in the direction of the bias magnetic field due to an external magnetic field, thereby free layer An object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of controlling the magnetization direction of the magnetic field.
本発明の磁気センサは、基板に形成された１対の磁気抵抗効果素子と、前記１対の磁気抵抗効果素子の上に絶縁層を介して設けられたコイルとを有し、前記１対の磁気抵抗効果素子はそれぞれ、磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層とを備え、前記１対の磁気抵抗効果素子によりハーフブリッジ回路を構成しており、前記１対の磁気抵抗効果素子の前記固定磁性層の磁化方向は互いに逆方向に向けられるとともに、前記自由磁性層の磁化方向は互いに逆方向に向けられており、前記コイルを構成する配線は、前記自由磁性層の延在方向に対して交差していることを特徴とする。 The magnetic sensor of the present invention includes a pair of magnetoresistive effect elements formed on a substrate, and a coil provided on the pair of magnetoresistive effect elements via an insulating layer. Each magnetoresistive effect element includes a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed and a free magnetic layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field, and the pair of magnetoresistive effect elements constitutes a half-bridge circuit. The magnetization directions of the pinned magnetic layers of the pair of magnetoresistive elements are opposite to each other, and the magnetization directions of the free magnetic layers are opposite to each other. The free magnetic layer intersects with the extending direction.
これによれば、１対の磁気抵抗効果素子の自由磁性層の磁化方向が逆方向に向けられている。よって、被測定磁界がバイアス磁界に対して傾いて印加された場合においても、一方の磁気抵抗効果素子の自由磁性層では、被測定磁界に対してバイアス磁界がプラス方向に作用し、他方の磁気抵抗効果素子の自由磁性層では被測定磁界に対してバイアス磁界がマイナス方向に作用する。したがって、１対の磁気抵抗効果素子の感度が互いに逆向きに変化するため、１対の磁気抵抗効果素子の感度変化が相殺されてセンサ出力の直線性の低下が抑制される。 According to this, the magnetization direction of the free magnetic layer of the pair of magnetoresistive elements is directed in the opposite direction. Therefore, even when the magnetic field to be measured is applied with an inclination to the bias magnetic field, the bias magnetic field acts in the positive direction with respect to the magnetic field to be measured in the free magnetic layer of one magnetoresistive element, and the other magnetic field. In the free magnetic layer of the resistance effect element, a bias magnetic field acts in the minus direction with respect to the magnetic field to be measured. Accordingly, since the sensitivity of the pair of magnetoresistive elements changes in opposite directions, the change in sensitivity of the pair of magnetoresistive elements is canceled out, and the decrease in linearity of the sensor output is suppressed.
また、コイルに電流を流すことでバイアス磁界を発生させることができ、外部から強磁界が印加された場合であっても、バイアス磁界の方向が不可逆的に変化することを抑制できる。よって、外部磁界が無磁界の際に、自由磁性層の磁化方向をバイアス磁界の向きに一定に制御することが可能となる。さらに、各磁気抵抗効果素子に設けられたハードバイアス層を着磁してバイアス磁界の方向を決定する構成に対して、コイルの形状、コイルに流す電流の向きでバイアス磁界の方向を容易に制御可能であり、１対の磁気抵抗効果素子の自由磁性層に対して互いに逆方向にバイアス磁界を作用させることができる。 In addition, a bias magnetic field can be generated by passing a current through the coil, and even when a strong magnetic field is applied from the outside, it is possible to suppress the irreversible change in the direction of the bias magnetic field. Therefore, when the external magnetic field is no magnetic field, the magnetization direction of the free magnetic layer can be controlled to be constant to the direction of the bias magnetic field. Furthermore, in contrast to the configuration in which the direction of the bias magnetic field is determined by magnetizing the hard bias layer provided in each magnetoresistive effect element, the direction of the bias magnetic field can be easily controlled by the shape of the coil and the direction of the current flowing through the coil. The bias magnetic field can be applied to the free magnetic layers of the pair of magnetoresistive elements in opposite directions.
したがって、本発明の磁気センサによれば、被測定磁界の方向のずれに起因するセンサ出力の直線性の低下を抑制するとともに、外部磁界によるバイアス磁界の方向の変化を防止して、自由磁性層の磁化方向を制御することが可能である。 Therefore, according to the magnetic sensor of the present invention, it is possible to prevent a change in the direction of the bias magnetic field due to an external magnetic field while suppressing a decrease in linearity of the sensor output due to a deviation in the direction of the magnetic field to be measured. It is possible to control the magnetization direction.
前記コイルは、前記絶縁層の上において巻回された平面コイルであり、前記１対の磁気抵抗効果素子は、前記コイルの平面中心を挟んで前記コイルと重なる位置に設けられていることが好ましい。これによれば、１対の磁気抵抗効果素子の上のコイルを流れる電流が互いに逆方向に流れるため、コイルにより発生するバイアス磁界が１対の磁気抵抗効果素子の自由磁性層に対して互いに逆方向に作用する。よって、１つのコイルにより自由磁性層の磁化方向を確実に逆方向に向けることができる。 It is preferable that the coil is a planar coil wound on the insulating layer, and the pair of magnetoresistive elements are provided at positions overlapping the coil with a planar center of the coil interposed therebetween. . According to this, since the currents flowing through the coils on the pair of magnetoresistive elements flow in opposite directions, the bias magnetic field generated by the coils is opposite to the free magnetic layer of the pair of magnetoresistive elements. Acts on direction. Therefore, the magnetization direction of the free magnetic layer can be reliably directed in the opposite direction by one coil.
前記磁気抵抗効果素子は、帯状に延在する複数の素子部を有し、前記複数の素子部がミアンダ形状に接続されており、前記自由磁性層の磁化方向は前記素子部の延在方向に向けられており、平面視において、前記コイルを構成する配線は前記素子部の延在方向に対して交差して設けられていることが好ましい。これによれば、自由磁性層の磁化方向が、素子部の形状異方性により素子部の延在方向に向けられるとともに、異なる方向に強磁界が印加されて自由磁性層の磁化方向がずれた場合であっても、バイアス磁界を素子部の延在方向に印加して自由磁性層の磁化方向のずれを防止することができる。 The magnetoresistive effect element has a plurality of element portions extending in a band shape, the plurality of element portions are connected in a meander shape, and the magnetization direction of the free magnetic layer is in the extending direction of the element portion. It is preferable that the wiring constituting the coil is provided so as to intersect with the extending direction of the element portion in plan view. According to this, the magnetization direction of the free magnetic layer is directed to the extending direction of the element portion due to the shape anisotropy of the element portion, and the magnetization direction of the free magnetic layer is shifted by applying a strong magnetic field in a different direction. Even in this case, a bias magnetic field can be applied in the extending direction of the element portion to prevent the magnetization direction of the free magnetic layer from shifting.
第１のハーフブリッジ回路及び第２のハーフブリッジ回路を有するフルブリッジ回路が、前記基板に形成されることが好ましい。これによれば、２つのハーフブリッジ回路のそれぞれにおいてセンサ出力の直線性の低下が抑制されるため、２つのハーフブリッジ回路を有するフルブリッジ回路においてもセンサ出力の直線性の低下が抑制される。また、フルブリッジ回路を構成する各磁気抵抗効果素子に対して１つのコイルによりバイアス磁界を印加することができ、容易に自由磁性層の磁化方向を制御することができる。 A full bridge circuit having a first half bridge circuit and a second half bridge circuit is preferably formed on the substrate. According to this, since the decrease in the linearity of the sensor output is suppressed in each of the two half-bridge circuits, the decrease in the linearity of the sensor output is also suppressed in the full-bridge circuit having the two half-bridge circuits. In addition, a bias magnetic field can be applied to each magnetoresistive element constituting the full bridge circuit by one coil, and the magnetization direction of the free magnetic layer can be easily controlled.
前記第１のハーフブリッジ回路を構成する一方の前記磁気抵抗効果素子と、前記第２のハーフブリッジ回路を構成する一方の前記磁気抵抗効果素子とは、前記自由磁性層の磁化方向が同じ方向に向けられていることが好ましい。これによれば、第１のハーフブリッジ回路の出力変動と第２のハーフブリッジ回路の出力変動とが、フルブリッジ回路により相殺されて、センサ出力の直線性の低下を確実に抑制することができる。 The one magnetoresistive effect element constituting the first half bridge circuit and the one magnetoresistive effect element constituting the second half bridge circuit have the same magnetization direction of the free magnetic layer. Preferably it is directed. According to this, the output fluctuation of the first half-bridge circuit and the output fluctuation of the second half-bridge circuit are canceled out by the full-bridge circuit, and the decrease in linearity of the sensor output can be reliably suppressed. .
前記第１のハーフブリッジ回路を構成する１対の前記磁気抵抗効果素子同士を結ぶ仮想線と、前記第２のハーフブリッジ回路を構成する１対の前記磁気抵抗効果素子同士を結ぶ仮想線とが交差して前記フルブリッジ回路が形成されていることが好ましい。これによれば、各磁気抵抗効果素子に対する被測定磁界のばらつきが生じた場合に、各磁気抵抗効果素子の抵抗値の誤差をフルブリッジ回路により吸収して、センサ出力の誤差を低減することができる。 A virtual line connecting the pair of magnetoresistive elements constituting the first half bridge circuit and a virtual line connecting the pair of magnetoresistive elements forming the second half bridge circuit It is preferable that the full bridge circuit is formed so as to intersect. According to this, when the variation of the magnetic field to be measured for each magnetoresistive element occurs, the error of the resistance value of each magnetoresistive element is absorbed by the full bridge circuit, and the error of the sensor output can be reduced. it can.
本発明の磁気センサによれば、被測定磁界の方向のずれに起因するセンサ出力の直線性の低下を抑制するとともに、外部磁界によるバイアス磁界の方向の変化を防止して、自由磁性層の磁化方向を制御することが可能である。 According to the magnetic sensor of the present invention, the decrease in linearity of the sensor output due to the deviation of the direction of the magnetic field to be measured is suppressed, and the change in the direction of the bias magnetic field due to the external magnetic field is prevented, so that the magnetization of the free magnetic layer It is possible to control the direction.
以下、図面を参照して、具体的な実施形態について説明をする。なお、各図面の寸法は適宜変更して示している。 Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, the dimension of each drawing is changed and shown suitably.
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態における磁気センサの平面図である。図２は、図１のコイルを除いた状態における磁気センサの平面図であり、各磁気抵抗効果素子の構成を示す平面図である。図３は、図１及び図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断して矢印方向から見たときの磁気センサの断面図である。図４は、４つの磁気抵抗効果素子から構成されるフルブリッジ回路の回路図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a plan view of the magnetic sensor according to the first embodiment. FIG. 2 is a plan view of the magnetic sensor in a state where the coil of FIG. 1 is removed, and is a plan view showing the configuration of each magnetoresistive element. FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetic sensor taken along the line III-III in FIGS. 1 and 2 and viewed from the arrow direction. FIG. 4 is a circuit diagram of a full bridge circuit composed of four magnetoresistive elements.
本実施形態の磁気センサは、例えば磁気比例式の電流センサに用いることができ、電流線の近傍に配置されて、電流線を流れる電流によって発生する被測定磁界を検出して、電流値を測定することができる。 The magnetic sensor of the present embodiment can be used for a magnetic proportional current sensor, for example, and is disposed in the vicinity of the current line to detect a measured magnetic field generated by a current flowing through the current line and measure a current value. can do.
図２に示すように、本実施形態の磁気センサ１０は、基板１５に形成された４つの磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄを有して構成される。また、図１及び図３に示すように、磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄの上には、絶縁層１６を介してコイル２７が設けられている。コイル２７を覆って保護層１７が設けられている。 As shown in FIG. 2, the magnetic sensor 10 of the present embodiment includes four magnetoresistive effect elements 21 a to 21 d formed on a substrate 15. As shown in FIGS. 1 and 3, a coil 27 is provided on the magnetoresistive effect elements 21 a to 21 d with an insulating layer 16 interposed therebetween. A protective layer 17 is provided so as to cover the coil 27.
図２に示すように、磁気抵抗効果素子２１ａと磁気抵抗効果素子２１ｂ、及び磁気抵抗効果素子２１ｃと磁気抵抗効果素子２１ｄは互いに対角に位置して配線２２によって接続されている。また、各磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄは接続端子２３に電気的に接続される。 As shown in FIG. 2, the magnetoresistive effect element 21 a and the magnetoresistive effect element 21 b, and the magnetoresistive effect element 21 c and the magnetoresistive effect element 21 d are located diagonally to each other and connected by the wiring 22. The magnetoresistive elements 21 a to 21 d are electrically connected to the connection terminal 23.
図４に示すように、接続された磁気抵抗効果素子２１ａと磁気抵抗効果素子２１ｂとで第１のハーフブリッジ回路５１を構成し、磁気抵抗効果素子２１ｃと磁気抵抗効果素子２１ｄとで第２のハーフブリッジ回路５２を構成する。そして、図４に示すように、入力端子（Ｖｄｄ）とグラウンド端子（ＧＮＤ）との間に、第１のハーフブリッジ回路５１と第２のハーフブリッジ回路５２とが並列に接続されてフルブリッジ回路５３を構成している。 As shown in FIG. 4, the magnetoresistive effect element 21a and the magnetoresistive effect element 21b connected together constitute a first half-bridge circuit 51, and the magnetoresistive effect element 21c and the magnetoresistive effect element 21d form the second half bridge circuit 51. A half-bridge circuit 52 is configured. As shown in FIG. 4, a first half-bridge circuit 51 and a second half-bridge circuit 52 are connected in parallel between an input terminal (Vdd) and a ground terminal (GND), so that a full-bridge circuit is obtained. 53.
第１のハーフブリッジ回路５１の中点電圧（Ｖ1）と、第２のハーフブリッジ回路５２の中点電圧（Ｖ2）が取り出されて、中点電圧（Ｖ1）と中点電圧（Ｖ2）との差分（Ｖ1−Ｖ2）が、差動増幅器５４により増幅されて出力電圧（Ｖｏｕｔ）として出力される。 A midpoint voltage of the first half-bridge circuit 51 (V 1), the midpoint voltage of the second half-bridge circuits 52 (V 2) is taken out, the midpoint voltage (V 1) and the midpoint voltage (V 2 ) (V 1 −V 2 ) is amplified by the differential amplifier 54 and output as an output voltage (Vout).
図５は、磁気抵抗効果素子の平面図である。なお、図５は、磁気抵抗効果素子２１ａの構成について示しているが、他の磁気抵抗効果素子２１ｂ〜２１ｄについても同様の構成である。図５に示すように、磁気抵抗効果素子２１ａは、Ｘ１−Ｘ２方向に帯状に延在する複数の素子部３１を有して構成される。複数の素子部３１は、Ｙ１−Ｙ２方向に間隔を設けて配置されており、複数の素子部３１同士が連結部３２によってミアンダ形状に接続されている。 FIG. 5 is a plan view of the magnetoresistive effect element. Although FIG. 5 shows the configuration of the magnetoresistive effect element 21a, the other magnetoresistive effect elements 21b to 21d have the same configuration. As shown in FIG. 5, the magnetoresistive effect element 21 a includes a plurality of element portions 31 that extend in a strip shape in the X1-X2 direction. The plurality of element portions 31 are arranged at intervals in the Y1-Y2 direction, and the plurality of element portions 31 are connected to each other by a connecting portion 32 in a meander shape.
本実施形態において、磁気抵抗効果素子２１ａの各素子部３１は、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子が用いられており、磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層とを備える。なお、図５には固定磁性層及び自由磁性層は図示せず、固定磁性層の磁化方向４５ａと自由磁性層の磁化方向４７ａを矢印で示している。 In the present embodiment, each element portion 31 of the magnetoresistive effect element 21a uses a GMR (Giant Magneto Resistance) element, and a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed, and a free magnetic field whose magnetization direction varies due to an external magnetic field. A magnetic layer. In FIG. 5, the pinned magnetic layer and the free magnetic layer are not shown, and the magnetization direction 45a of the pinned magnetic layer and the magnetization direction 47a of the free magnetic layer are indicated by arrows.
図５に示すように、固定磁性層の磁化方向４５ａは素子部３１の延在方向に対して直交する方向に向けられており、自由磁性層の磁化方向４７ａは、素子部３１の形状異方性により素子部３１の延在方向に向けられる。固定磁性層の磁化方向４５ａと自由磁性層の磁化方向４７ａとは、磁気抵抗効果素子２１ａの面内方向に向けられており、外部磁界が印加されていない状態において互いに直交する方向に向けられる。 As shown in FIG. 5, the magnetization direction 45 a of the pinned magnetic layer is oriented in a direction orthogonal to the extending direction of the element portion 31, and the magnetization direction 47 a of the free magnetic layer is anisotropic in shape of the element portion 31. Depending on the nature, it is directed in the extending direction of the element portion 31. The magnetization direction 45a of the fixed magnetic layer and the magnetization direction 47a of the free magnetic layer are directed in the in-plane direction of the magnetoresistive effect element 21a, and are directed in directions orthogonal to each other when no external magnetic field is applied.
図２に示すように、本実施形態において、第１のハーフブリッジ回路５１を構成する磁気抵抗効果素子２１ａ及び磁気抵抗効果素子２１ｂの固定磁性層の磁化方向４５ａは互いに逆方向に向けられている。また、磁気抵抗効果素子２１ａ及び磁気抵抗効果素子２１ｂの自由磁性層の磁化方向４７ａについても互いに逆方向に向けられている。第２のハーフブリッジ回路５２を構成する磁気抵抗効果素子２１ｃと磁気抵抗効果素子２１ｄにおいても、同様の磁化方向で構成されている。ただし、磁気抵抗効果素子２１ａと２１ｃとは、それらの固定層の磁化方向も自由磁性層の磁化方向も互いに逆方向に向けられている。また、磁気抵抗効果素子２１ｂと２１ｄについても同様に、それらの固定層の磁化方向も自由磁性層の磁化方向も互いに逆方向に向けられている。 As shown in FIG. 2, in this embodiment, the magnetization directions 45a of the pinned magnetic layers of the magnetoresistive effect element 21a and the magnetoresistive effect element 21b constituting the first half bridge circuit 51 are directed in opposite directions. . Further, the magnetization directions 47a of the free magnetic layers of the magnetoresistive effect element 21a and the magnetoresistive effect element 21b are also directed in opposite directions. The magnetoresistive effect element 21c and the magnetoresistive effect element 21d constituting the second half bridge circuit 52 are also configured with the same magnetization direction. However, in the magnetoresistive effect elements 21a and 21c, the magnetization direction of the fixed layer and the magnetization direction of the free magnetic layer are opposite to each other. Similarly, in the magnetoresistive effect elements 21b and 21d, the magnetization direction of the fixed layer and the magnetization direction of the free magnetic layer are opposite to each other.
図２に示すように、自由磁性層の磁化方向４７ａと固定磁性層の磁化方向４５ａとのなす角度をθとする。磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄに磁界が印加されて自由磁性層の磁化方向４７ａが固定磁性層の磁化方向４５ａに平行に近づくと、角度θが小さくなり電気抵抗が低下する。一方、自由磁性層の磁化方向４７ａが固定磁性層の磁化方向４５ａと反平行に近づくと、角度θが大きくなり電気抵抗値が増大する。 As shown in FIG. 2, the angle between the magnetization direction 47a of the free magnetic layer and the magnetization direction 45a of the pinned magnetic layer is defined as θ. When a magnetic field is applied to the magnetoresistive effect elements 21a to 21d and the magnetization direction 47a of the free magnetic layer approaches parallel to the magnetization direction 45a of the fixed magnetic layer, the angle θ decreases and the electrical resistance decreases. On the other hand, when the magnetization direction 47a of the free magnetic layer approaches antiparallel to the magnetization direction 45a of the pinned magnetic layer, the angle θ increases and the electrical resistance value increases.
例えば、図２のＹ１方向に外部の被測定磁界が印加された場合、磁気抵抗効果素子２１ａの自由磁性層の磁化方向４７ａはＹ１方向に変化して電気抵抗値が増大し、磁気抵抗効果素子２１ｂの自由磁性層の磁化方向４７ａはＹ１方向に変化して電気抵抗値が減少する。これにより、図４に示す第１のハーフブリッジ回路５１の中点電位（Ｖ1）が減少する。反対に、第２のハーフブリッジ回路５２の中点電位（Ｖ2）は増大する。この差分（Ｖ1−Ｖ2）により、被測定磁界を検出することができる。これは、２つのハーフブリッジの対応する磁気抵抗効果素子２１ａと２１ｃ、また、磁気抵抗効果素子２１ｂと２１ｄとで、固定磁性層の磁化方向が反対にされているためである。これにより、対応する磁気抵抗効果素子２１ａと２１ｃ、また、磁気抵抗効果素子２１ｂと２１ｄとでは抵抗の増減が反対になる。 For example, when an external magnetic field to be measured is applied in the Y1 direction of FIG. 2, the magnetization direction 47a of the free magnetic layer of the magnetoresistive effect element 21a changes in the Y1 direction and the electrical resistance value increases, thereby increasing the magnetoresistive effect element. The magnetization direction 47a of the free magnetic layer 21b changes in the Y1 direction and the electric resistance value decreases. As a result, the midpoint potential (V 1 ) of the first half bridge circuit 51 shown in FIG. 4 decreases. Conversely, the midpoint potential (V 2 ) of the second half bridge circuit 52 increases. The magnetic field to be measured can be detected from this difference (V 1 −V 2 ). This is because the magnetization directions of the pinned magnetic layers are reversed between the corresponding magnetoresistive effect elements 21a and 21c of the two half bridges and the magnetoresistive effect elements 21b and 21d. Thereby, the increase / decrease in resistance is opposite between the corresponding magnetoresistive effect elements 21a and 21c and the magnetoresistive effect elements 21b and 21d.
図１及び図３に示すように、本実施形態において各磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄの上にコイル２７が設けられている。図１に示すように、コイル２７は、絶縁層１６の上においてコイル配線２７ａが巻回された平面コイルである。コイル２７は、コイル配線２７ａが長円状に連続して巻回されたスパイラルコイルを形成しており、Ｙ１−Ｙ２方向に延在する複数の直線部２７ｂと、複数の直線部２７ｃと、直線部２７ｂ、２７ｃ同士を接続する湾曲部２７ｄ、２７ｅを有している。 As shown in FIG.1 and FIG.3, in this embodiment, the coil 27 is provided on each magnetoresistive effect element 21a-21d. As shown in FIG. 1, the coil 27 is a planar coil in which a coil wiring 27 a is wound on the insulating layer 16. The coil 27 forms a spiral coil in which a coil wire 27a is continuously wound in an oval shape, and includes a plurality of straight portions 27b extending in the Y1-Y2 direction, a plurality of straight portions 27c, It has the curved parts 27d and 27e which connect the parts 27b and 27c.
図１及び図３に示すように、コイル配線２７ａには端子部２８ａ、２８ｂが接続されている。図３に示すように、コイル２７を覆う保護層１７の一部に開口部が形成されており、端子部２８ａ、２８ｂは開口部において保護層１７から露出して設けられている。端子部２８ａ、２８ｂに電源（図示しない）が接続されて、コイル２７に電流が流され、直線部２７ｂと直線部２７ｃとに互いに反対方向に電流が流される。 As shown in FIGS. 1 and 3, terminal portions 28a and 28b are connected to the coil wiring 27a. As shown in FIG. 3, an opening is formed in a part of the protective layer 17 covering the coil 27, and the terminal portions 28a and 28b are provided exposed from the protective layer 17 in the opening. A power source (not shown) is connected to the terminal portions 28a and 28b, a current is passed through the coil 27, and currents are passed through the straight portion 27b and the straight portion 27c in opposite directions.
図１及び図２に示すように、１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂがコイル２７の平面中心Ｏを挟んで、コイル２７と重なる位置に設けられている。図３に示すように、第１のハーフブリッジ回路５１を構成する一方の磁気抵抗効果素子２１ａは、コイル２７の直線部２７ｂと重なる位置に配置され、第１のハーフブリッジ回路５１を構成する他方の磁気抵抗効果素子２１ｂは、直線部２７ｃと重なる位置に配置される。磁気抵抗効果素子２１ａ及び磁気抵抗効果素子２１ｂの素子部３１（図３には図示しない）はＸ１−Ｘ２方向に延在しており、コイル２７を構成するコイル配線２７ａは、素子部３１の自由磁性層の延在方向に対して平面視において交差して配置される。 As shown in FIGS. 1 and 2, a pair of magnetoresistive elements 21 a and 21 b are provided at positions overlapping the coil 27 with the plane center O of the coil 27 interposed therebetween. As shown in FIG. 3, one magnetoresistive element 21 a constituting the first half-bridge circuit 51 is disposed at a position overlapping the linear portion 27 b of the coil 27, and the other constituting the first half-bridge circuit 51. The magnetoresistive effect element 21b is disposed at a position overlapping the linear portion 27c. The element portions 31 (not shown in FIG. 3) of the magnetoresistive effect element 21a and the magnetoresistive effect element 21b extend in the X1-X2 direction, and the coil wiring 27a constituting the coil 27 is free of the element portion 31. They are arranged so as to intersect with the extending direction of the magnetic layer in plan view.
コイル２７に電流を流すことによりバイアス磁界２９が発生して、直線部２７ｂにおいて発生するバイアス磁界２９は磁気抵抗効果素子２１ａに印加され、直線部２７ｃにおいて発生するバイアス磁界２９は磁気抵抗効果素子２１ｂに印加される。このようにコイル２７と１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂとを配置することにより、バイアス磁界２９は１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂに対して互いに逆方向に作用する。自由磁性層の磁化方向４７ａはバイアス磁界２９の方向に向けられて、図３に示すように、磁気抵抗効果素子２１ａの自由磁性層の磁化方向４７ａはＸ２方向に、磁気抵抗効果素子２１ｂの自由磁性層の磁化方向４７ａはＸ１方向に、互いに逆方向に向けられる。 A bias magnetic field 29 is generated by passing a current through the coil 27, and the bias magnetic field 29 generated in the linear portion 27b is applied to the magnetoresistive effect element 21a. The bias magnetic field 29 generated in the linear portion 27c is applied to the magnetoresistive effect element 21b. To be applied. By arranging the coil 27 and the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b in this way, the bias magnetic field 29 acts on the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b in opposite directions. The magnetization direction 47a of the free magnetic layer is directed to the direction of the bias magnetic field 29. As shown in FIG. 3, the magnetization direction 47a of the free magnetic layer of the magnetoresistive effect element 21a is in the X2 direction, and the free direction of the magnetoresistive effect element 21b. The magnetization direction 47a of the magnetic layer is directed in the opposite direction to the X1 direction.
本実施形態の磁気センサ１０によれば、コイル２７に電流を流すことでバイアス磁界２９を発生させるため、バイアス磁界２９と異なる方向に外部から強磁界が印加され自由磁性層の結晶磁気異方性磁界の方向に偏移が生じた場合であっても、結晶磁気異方性の方向をバイアス磁界２９の方向に向け直すことができる。結晶磁気異方性とは形状にかかわらず、磁性材料そのものが持つ磁気的異方性のことをいう。自由磁性層には形状磁気異方性と結晶磁気異方性の双方が作用する。よって、外部磁界が無磁界の際に、自由磁性層の磁化方向４７ａをバイアス磁界２９の方向に一定に制御することが可能となる。 According to the magnetic sensor 10 of the present embodiment, since a bias magnetic field 29 is generated by passing a current through the coil 27, a strong magnetic field is applied from the outside in a direction different from the bias magnetic field 29, and the magnetocrystalline anisotropy of the free magnetic layer. Even when a shift occurs in the direction of the magnetic field, the direction of magnetocrystalline anisotropy can be redirected to the direction of the bias magnetic field 29. The magnetocrystalline anisotropy refers to the magnetic anisotropy of the magnetic material itself regardless of the shape. Both the shape magnetic anisotropy and the magnetocrystalline anisotropy act on the free magnetic layer. Therefore, when the external magnetic field is no magnetic field, the magnetization direction 47a of the free magnetic layer can be controlled to be constant in the direction of the bias magnetic field 29.
また、従来例の磁気センサ１０１のようにハードバイアス層１２２を着磁してバイアス磁界１３２の方向を決定する構成に対して、コイル２７の形状、コイル２７に流す電流の向きでバイアス磁界２９の方向を制御することができる。よって、１つの基板１５上に設けられた１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂに対してそれぞれ異なる方向にバイアス磁界２９を作用させることが容易であり、バイアス磁界２９によって自由磁性層の磁化方向４７ａを互いに逆方向に向けることができる。 Further, in contrast to the configuration in which the hard bias layer 122 is magnetized and the direction of the bias magnetic field 132 is determined as in the conventional magnetic sensor 101, the bias magnetic field 29 is determined by the shape of the coil 27 and the direction of the current flowing through the coil 27. The direction can be controlled. Therefore, it is easy to cause the bias magnetic field 29 to act on the pair of magnetoresistive elements 21 a and 21 b provided on one substrate 15 in different directions, and the magnetization direction of the free magnetic layer by the bias magnetic field 29. 47a can be directed in opposite directions.
なお、バイアス磁界２９は、常時コイル２７に電流を流して発生させることができ、被測定磁界が無磁界の場合には、自由磁性層の磁化方向４７ａをバイアス磁界２９の方向に一定に維持することができる。また、バイアス磁界２９の印加方法は、これに限定されず、一定の時間ごとにコイル２７に電流を流してバイアス磁界２９を発生させて、自由磁性層の磁化方向４７ａを定期的に修正する、若しくは、自由磁性層の磁化方向４７ａのずれを検知した場合にバイアス磁界２９を発生させて、自由磁性層の磁化方向４７ａをリセットする等の方法であっても良い。 The bias magnetic field 29 can be generated by always passing a current through the coil 27. When the magnetic field to be measured is no magnetic field, the magnetization direction 47a of the free magnetic layer is kept constant in the direction of the bias magnetic field 29. be able to. The method of applying the bias magnetic field 29 is not limited to this, and a current is passed through the coil 27 at regular intervals to generate the bias magnetic field 29 to periodically correct the magnetization direction 47a of the free magnetic layer. Alternatively, a method of generating a bias magnetic field 29 when a deviation in the magnetization direction 47a of the free magnetic layer is detected and resetting the magnetization direction 47a of the free magnetic layer may be used.
また、図３には第１のハーフブリッジ回路５１を構成する１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂについて示しているが、第２のハーフブリッジ回路５２を構成する１対の磁気抵抗効果素子２１ｃ、２１ｄについても、同様にバイアス磁界２９が印加される。図１及び図２に示すように、磁気抵抗効果素子２１ｃは直線部２７ｃと重なる位置に、磁気抵抗効果素子２１ｄは直線部２７ｂと重なる位置に配置されている。よって、バイアス磁界２９は磁気抵抗効果素子２１ｃと磁気抵抗効果素子２１ｄに対して互いに逆方向に作用する。図２に示すように、磁気抵抗効果素子２１ｃの自由磁性層の磁化方向４７ａはＸ１方向に、磁気抵抗効果素子２１ｄの自由磁性層の磁化方向４７ａはＸ２方向に、互いに逆方向に向けられる。 3 shows the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b constituting the first half-bridge circuit 51, the pair of magnetoresistive elements 21c constituting the second half-bridge circuit 52. , 21d, the bias magnetic field 29 is similarly applied. As shown in FIGS. 1 and 2, the magnetoresistive effect element 21c is disposed at a position overlapping the straight line portion 27c, and the magnetoresistive effect element 21d is disposed at a position overlapping the straight line portion 27b. Therefore, the bias magnetic field 29 acts on the magnetoresistive effect element 21c and the magnetoresistive effect element 21d in opposite directions. As shown in FIG. 2, the magnetization direction 47a of the free magnetic layer of the magnetoresistive effect element 21c is oriented in the X1 direction, and the magnetization direction 47a of the free magnetic layer of the magnetoresistive effect element 21d is oriented in the X2 direction, opposite to each other.
本実施形態において、第１のハーフブリッジ回路５１を構成する一方の磁気抵抗効果素子２１ａ、及び第２のハーフブリッジ回路５２を構成する一方の磁気抵抗効果素子２１ｄに対して一つのコイル２７によりバイアス磁界２９が印加されて、自由磁性層の磁化方向４７ａが同一の方向に向けられている。磁気抵抗効果素子２１ｂと磁気抵抗効果素子２１ｃにおいても同様である。したがって、図４に示すフルブリッジ回路５３を構成したときに、第１のハーフブリッジ回路５１と第１のハーフブリッジ回路５１との間の誤差の発生が抑制され、センサ出力の直線性の低下を確実に抑制することができる。 In the present embodiment, one coil 27 biases one magnetoresistive effect element 21 a constituting the first half-bridge circuit 51 and one magnetoresistive effect element 21 d constituting the second half-bridge circuit 52. The magnetic field 29 is applied, and the magnetization direction 47a of the free magnetic layer is directed in the same direction. The same applies to the magnetoresistive effect element 21b and the magnetoresistive effect element 21c. Therefore, when the full bridge circuit 53 shown in FIG. 4 is configured, the occurrence of an error between the first half bridge circuit 51 and the first half bridge circuit 51 is suppressed, and the linearity of the sensor output is reduced. It can be surely suppressed.
図２に示すように、第１のハーフブリッジ回路５１を構成する１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂ同士を仮想線２４で結び、第２のハーフブリッジ回路５２を構成する１対の磁気抵抗効果素子２１ｃ、２１ｄ同士を仮想線２５で結ぶ。本実施形態において、仮想線２４と仮想線２５とが交差するように各磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄが配置されてフルブリッジ回路５３が構成される。 As shown in FIG. 2, a pair of magnetoresistive elements 21 a and 21 b constituting the first half-bridge circuit 51 are connected by a virtual line 24, and a pair of magnetoresistives constituting the second half-bridge circuit 52. The effect elements 21 c and 21 d are connected by a virtual line 25. In the present embodiment, the full-bridge circuit 53 is configured by arranging the magnetoresistive effect elements 21 a to 21 d so that the virtual line 24 and the virtual line 25 intersect each other.
このように配置することにより、基板１５面内において被測定磁界の強度や方向に分布が発生した場合に、各磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄの出力誤差をフルブリッジ回路５３により吸収して、磁気センサ１０のセンサ出力の誤差を抑制することができる。 With this arrangement, when a distribution occurs in the intensity and direction of the magnetic field to be measured in the surface of the substrate 15, the output error of each of the magnetoresistive elements 21a to 21d is absorbed by the full bridge circuit 53, and the magnetic field An error in sensor output of the sensor 10 can be suppressed.
図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線で切断して矢印方向から見たときの磁気抵抗効果素子の部分拡大断面図である。なお、図６は、磁気抵抗効果素子２１ａの構成について示しているが、他の磁気抵抗効果素子２１ｂ〜２１ｄについても同様の構成である。 FIG. 6 is a partially enlarged cross-sectional view of the magnetoresistive effect element as viewed from the direction of the arrow cut along the line VI-VI in FIG. FIG. 6 shows the configuration of the magnetoresistive effect element 21a, but the other magnetoresistive effect elements 21b to 21d have the same configuration.
図６に示すように、磁気抵抗効果素子２１ａは、膜面内に印加される被測定磁界を検知することができる磁気抵抗効果膜４３を有して構成される。磁気抵抗効果膜４３は、絶縁膜４２及びシード層４９を介してシリコン基板４１の上面に形成されている。図６に示すように、磁気抵抗効果膜４３は、固定磁性層４５、非磁性層４６、及び自由磁性層４７の順に積層されており、自由磁性層４７の表面が保護膜４８で覆われて構成されている。 As shown in FIG. 6, the magnetoresistive effect element 21 a includes a magnetoresistive effect film 43 that can detect a magnetic field to be measured applied in the film surface. The magnetoresistive film 43 is formed on the upper surface of the silicon substrate 41 with the insulating film 42 and the seed layer 49 interposed therebetween. As shown in FIG. 6, the magnetoresistive film 43 is laminated in the order of the pinned magnetic layer 45, the nonmagnetic layer 46, and the free magnetic layer 47, and the surface of the free magnetic layer 47 is covered with the protective film 48. It is configured.
本実施形態において、固定磁性層４５は第１強磁性層４５ｃ／非磁性結合層４５ｅ／第２強磁性層４５ｄからなる、いわゆるセルフピン型の積層構成となっている。第１強磁性層４５ｃがシード層４９と直接接する。また、第２強磁性層４５ｄが非磁性層４６と直接接する。第１強磁性層４５ｃと第２強磁性層４５ｄの磁化は導電電子により間接的な交換相互作用（ＲＫＫＹ的相互作用）により１８０°異なる方向に向けられている。この場合、第２強磁性層４５ｄの磁化方向が、図２や図５の固定磁性層の磁化方向となる。磁気抵抗効果に寄与するのは、図６の非磁性層４６をはさむ自由磁性層４７と第２強磁性層４５ｄの相対的な磁化方向の関係であるからである。 In the present embodiment, the pinned magnetic layer 45 has a so-called self-pinned stacked structure including a first ferromagnetic layer 45c / nonmagnetic coupling layer 45e / second ferromagnetic layer 45d. The first ferromagnetic layer 45 c is in direct contact with the seed layer 49. Further, the second ferromagnetic layer 45 d is in direct contact with the nonmagnetic layer 46. The magnetizations of the first ferromagnetic layer 45c and the second ferromagnetic layer 45d are directed in directions different by 180 ° due to indirect exchange interaction (RKKY interaction) due to conductive electrons. In this case, the magnetization direction of the second ferromagnetic layer 45d is the magnetization direction of the pinned magnetic layer shown in FIGS. The reason why it contributes to the magnetoresistive effect is the relationship between the relative magnetization directions of the free magnetic layer 47 and the second ferromagnetic layer 45d sandwiching the nonmagnetic layer 46 of FIG.
本実施形態において、絶縁膜４２はシリコン基板４１を熱酸化したシリコン酸化膜や、スパッタ法等で成膜したアルミナ膜、酸化膜等であってもよい。固定磁性層４５の第１強磁性層４５ｃと第２強磁性層４５ｄは、Ｃｏ−Ｆｅ合金（コバルト−鉄合金）などの軟磁性材料などで形成されている。非磁性結合層４５ｅは導電性のＲｕ等を用いる。非磁性層４６は、Ｃｕ（銅）などである。自由磁性層４７は、保磁力が小さく透磁率が大きいＮｉ−Ｆｅ合金（ニッケル−鉄合金）などの軟磁性材料で形成されている。保護膜４８は、Ｔａ（タンタル）などである。 In the present embodiment, the insulating film 42 may be a silicon oxide film obtained by thermally oxidizing the silicon substrate 41, an alumina film formed by sputtering or the like, an oxide film, or the like. The first ferromagnetic layer 45c and the second ferromagnetic layer 45d of the pinned magnetic layer 45 are made of a soft magnetic material such as a Co—Fe alloy (cobalt-iron alloy). The nonmagnetic coupling layer 45e uses conductive Ru or the like. The nonmagnetic layer 46 is made of Cu (copper) or the like. The free magnetic layer 47 is made of a soft magnetic material such as a Ni—Fe alloy (nickel-iron alloy) having a small coercive force and a large magnetic permeability. The protective film 48 is Ta (tantalum) or the like.
図６に示すように、固定磁性層４５の磁化方向４５ａは、シリコン基板４１に平行な状態でＹ１方向またはＹ２方向に固定されており、外部磁界の印加によって固定磁性層４５の磁化方向４５ａは変動しない。また、自由磁性層４７の磁化方向４７ａは外部から印加される磁界によって変化する。外部磁界が印加されていない状態において、自由磁性層４７の磁化方向４７ａは素子部３１の形状異方性によりＸ１−Ｘ２方向に向き、固定磁性層４５の磁化方向４５ａと自由磁性層４７の磁化方向４７ａとは直交する。 As shown in FIG. 6, the magnetization direction 45a of the pinned magnetic layer 45 is fixed in the Y1 direction or the Y2 direction in a state parallel to the silicon substrate 41, and the magnetization direction 45a of the pinned magnetic layer 45 is set by applying an external magnetic field. Does not fluctuate. Further, the magnetization direction 47a of the free magnetic layer 47 changes depending on the magnetic field applied from the outside. In a state where no external magnetic field is applied, the magnetization direction 47 a of the free magnetic layer 47 is directed in the X 1 -X 2 direction due to the shape anisotropy of the element portion 31, and the magnetization direction 45 a of the fixed magnetic layer 45 and the magnetization of the free magnetic layer 47 It is orthogonal to the direction 47a.
本実施形態によれば、各磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄが、いわゆるセルフピン型の積層構成であるため、磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄを同一基板１５に形成することが容易である。第１磁性層（あるいは第２磁性層）の成膜時の磁界方向に磁化方向がならうからである。他の磁性層である第２磁性層（あるいは第１磁性層）は第１磁性層と反対の方向を向く。ＲＫＫＹ的相互作用が第１、第２磁性層間に働くからである。よって、複数のセンサチップに分けて磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄを形成した場合に比べて、センサチップの取り付けずれの発生を防止することができるため、磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄ同士の固定磁性層４５の磁化方向４５ａのばらつき及び自由磁性層４７の磁化方向４７ａのばらつきを抑えることができる。また、図４に示す第１のハーフブリッジ回路５１及び第２のハーフブリッジ回路５２を有するフルブリッジ回路５３が、同一基板１５上に形成されるため、製造工程が簡略化される。 According to the present embodiment, each of the magnetoresistive effect elements 21a to 21d has a so-called self-pin type laminated structure, and therefore it is easy to form the magnetoresistive effect elements 21a to 21d on the same substrate 15. This is because the magnetization direction is aligned with the magnetic field direction when the first magnetic layer (or the second magnetic layer) is formed. The second magnetic layer (or the first magnetic layer), which is another magnetic layer, faces in the opposite direction to the first magnetic layer. This is because RKKY-like interaction works between the first and second magnetic layers. Therefore, compared to the case where the magnetoresistive effect elements 21a to 21d are formed separately for a plurality of sensor chips, it is possible to prevent the sensor chip from being attached and the fixed magnetism between the magnetoresistive effect elements 21a to 21d. Variations in the magnetization direction 45a of the layer 45 and variations in the magnetization direction 47a of the free magnetic layer 47 can be suppressed. Further, since the full bridge circuit 53 having the first half bridge circuit 51 and the second half bridge circuit 52 shown in FIG. 4 is formed on the same substrate 15, the manufacturing process is simplified.
また、１つのコイル２７は、同一基板１５に形成された磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄの全てに重なる位置に設けられて、コイル２７を構成するコイル配線２７ａが磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄの自由磁性層４７の延在方向に対して交差している。これにより、磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄのそれぞれにハードバイアス層を設けてバイアス磁界２９を印加する場合に比べて、磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄに印加されるそれぞれのバイアス磁界２９の強度・方向のばらつきを低減して、磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄ同士の自由磁性層４７の磁化方向４７ａのばらつきを抑えることができる。 Further, one coil 27 is provided at a position overlapping all of the magnetoresistive effect elements 21a to 21d formed on the same substrate 15, and the coil wiring 27a constituting the coil 27 is free of the magnetoresistive effect elements 21a to 21d. It intersects with the extending direction of the magnetic layer 47. As a result, the strength and direction of each bias magnetic field 29 applied to the magnetoresistive effect elements 21a to 21d is compared with a case where a hard bias layer is provided on each of the magnetoresistive effect elements 21a to 21d and the bias magnetic field 29 is applied. The variation in the magnetization direction 47a of the free magnetic layer 47 between the magnetoresistive effect elements 21a to 21d can be suppressed.
図７は、本実施形態の磁気センサにおいて、被測定磁界が傾いて作用したときの検出方法を示し、図７（ａ）は、本実施形態の第１の磁気抵抗効果素子に作用する磁界を説明するための模式平面図であり、図７（ｂ）は、本実施形態の第２の磁気抵抗効果素子に作用する磁界を説明するための模式平面図である。また、図７（ｃ）は、比較例の磁気センサにおける第１の磁気抵抗効果素子に作用する磁界を説明するための模式平面図であり、図７（ｄ）は、比較例の磁気センサにおける第２の磁気抵抗効果素子に作用する磁界を説明するための模式平面図である。 FIG. 7 shows a detection method when the magnetic field to be measured acts on the magnetic sensor of the present embodiment, and FIG. 7A shows the magnetic field acting on the first magnetoresistive element of the present embodiment. FIG. 7B is a schematic plan view for explaining the magnetic field acting on the second magnetoresistance effect element of the present embodiment. FIG. 7C is a schematic plan view for explaining the magnetic field acting on the first magnetoresistive element in the magnetic sensor of the comparative example, and FIG. 7D is the magnetic sensor of the comparative example. It is a schematic plan view for demonstrating the magnetic field which acts on a 2nd magnetoresistive effect element.
図７（ａ）〜図７（ｄ）は、外部の被測定磁界３０が固定磁性層４５の磁化方向４５ａに対して傾けて印加された場合を示す。比較例の磁気センサは、磁気抵抗効果素子２２１ａ及び磁気抵抗効果素子２２１ｂの自由磁性層の磁化方向（図７には省略して示す）が同じ方向に向けられている構成が異なる。図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、磁気抵抗効果素子２２１ａ及び磁気抵抗効果素子２２１ｂに対してバイアス磁界２２９が同一方向に印加されている。 FIG. 7A to FIG. 7D show a case where an external measured magnetic field 30 is applied with an inclination with respect to the magnetization direction 45 a of the pinned magnetic layer 45. The magnetic sensor of the comparative example is different in that the magnetization directions (not shown in FIG. 7) of the free magnetic layers of the magnetoresistive effect element 221a and the magnetoresistive effect element 221b are directed in the same direction. As shown in FIGS. 7C and 7D, a bias magnetic field 229 is applied to the magnetoresistive element 221a and the magnetoresistive element 221b in the same direction.
図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、被測定磁界２３０が傾いて印加されており、バイアス磁界２２９は、被測定磁界２３０と平行なバイアス磁界の第１成分２２９ａを含む。このバイアス磁界の第１成分２２９ａは、バイアス磁界２２９に対してプラス方向に作用する。このため、磁気抵抗効果素子２２１ａ及び磁気抵抗効果素子２２１ｂのいずれも感度が低下する。また、被測定磁界２３０が１８０°逆にかかった場合、このバイアス磁界の第１成分２２９ａは、バイアス磁界２２９に対してマイナス方向に作用する。このため磁気抵抗効果素子２２１ａ及び磁気抵抗効果素子２２１ｂのいずれも感度が増加する。したがって、磁気抵抗効果素子２２１ａ、２２１ｂにより、図４に示す第１のハーフブリッジ回路５１と同様に構成すると、被測定磁界が傾いて印加されると傾かないときに比較して抵抗変化の形が変化し直線性が劣化し測定誤差が大きくなる。 As shown in FIGS. 7C and 7D, the magnetic field to be measured 230 is applied with an inclination, and the bias magnetic field 229 includes a first component 229 a of a bias magnetic field parallel to the magnetic field to be measured 230. The first component 229a of the bias magnetic field acts in the positive direction with respect to the bias magnetic field 229. For this reason, both the magnetoresistive effect element 221a and the magnetoresistive effect element 221b have reduced sensitivity. When the magnetic field 230 to be measured is reversed 180 °, the first component 229a of the bias magnetic field acts in the minus direction with respect to the bias magnetic field 229. For this reason, the sensitivity of both the magnetoresistive effect element 221a and the magnetoresistive effect element 221b increases. Therefore, when the magnetoresistive effect elements 221a and 221b are configured in the same manner as the first half bridge circuit 51 shown in FIG. Change, linearity deteriorates and measurement error increases.
これに対し、本実施形態の磁気センサ１０は、固定磁性層４５の磁化方向４５ａが逆方向に向けられるとともに自由磁性層４７の磁化方向４７ａが逆方向に向けられている。よって、磁気抵抗効果素子２１ａ及び磁気抵抗効果素子２１ｂに対してバイアス磁界２９は互いに逆方向に印加される。図７（ａ）に示すように、磁気抵抗効果素子２１ａにおいて、バイアス磁界の第１成分２９ａはバイアス磁界２９に対してプラス方向に作用するため、磁気抵抗効果素子２１ａの感度が低下する。また、図７（ｂ）に示すように、磁気抵抗効果素子２１ｂにおいて、バイアス磁界の第１成分２９ａはバイアス磁界２９に対してマイナス方向に作用するため、磁気抵抗効果素子２１ｂの感度が増加する。したがって、図４に示す第１のハーフブリッジ回路５１において、磁気抵抗効果素子２１ａの感度が低下するとともに、磁気抵抗効果素子２１ｂの感度が増加する方向に変化する。そのため、第１のハーフブリッジ回路５１により、磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの出力感度の変化が相殺され、センサ出力の直線性の低下が抑制される。被測定磁界３０が１８０°逆にかかった場合も磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの出力感度の変化が相殺され、センサ出力の直線性の低下が抑制される。 On the other hand, in the magnetic sensor 10 of this embodiment, the magnetization direction 45a of the pinned magnetic layer 45 is directed in the reverse direction, and the magnetization direction 47a of the free magnetic layer 47 is directed in the reverse direction. Therefore, the bias magnetic field 29 is applied to the magnetoresistive effect element 21a and the magnetoresistive effect element 21b in opposite directions. As shown in FIG. 7A, in the magnetoresistive effect element 21a, the first component 29a of the bias magnetic field acts in the plus direction with respect to the bias magnetic field 29, so that the sensitivity of the magnetoresistive effect element 21a decreases. Further, as shown in FIG. 7B, in the magnetoresistive effect element 21b, the first component 29a of the bias magnetic field acts in the negative direction with respect to the bias magnetic field 29, so that the sensitivity of the magnetoresistive effect element 21b increases. . Therefore, in the first half-bridge circuit 51 shown in FIG. 4, the sensitivity of the magnetoresistive effect element 21a decreases and the sensitivity of the magnetoresistive effect element 21b increases. Therefore, the first half bridge circuit 51 cancels out the change in output sensitivity of the magnetoresistive effect elements 21a and 21b, and suppresses the decrease in linearity of the sensor output. Even when the measured magnetic field 30 is reversed 180 °, the change in the output sensitivity of the magnetoresistive elements 21a and 21b is canceled out, and the decrease in the linearity of the sensor output is suppressed.
なお、図７では第１のハーフブリッジ回路５１を構成する磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂについて示したが、第１のハーフブリッジ回路５１及び第２のハーフブリッジ回路５２を有するフルブリッジ回路５３が、基板１５に形成された場合であっても、同様の効果を奏する。２つのハーフブリッジ回路５１、５２のそれぞれにおいてセンサ出力の直線性の低下が抑制されるため、２つのハーフブリッジ回路５１、５２を有するフルブリッジ回路５３においてもセンサ出力の直線性の低下が抑制される。 Although FIG. 7 shows the magnetoresistive effect elements 21a and 21b constituting the first half bridge circuit 51, the full bridge circuit 53 having the first half bridge circuit 51 and the second half bridge circuit 52 is Even when it is formed on the substrate 15, the same effect is obtained. Since the decrease in the linearity of the sensor output is suppressed in each of the two half bridge circuits 51 and 52, the decrease in the linearity of the sensor output is also suppressed in the full bridge circuit 53 having the two half bridge circuits 51 and 52. The
＜実施例＞
図８（ａ）は実施例の磁気センサにおける被測定磁界の傾きとセンサ出力の線形性との関係を示すグラフであり、図８（ｂ）は比較例の磁気センサにおける被測定磁界の傾きとセンサ出力の線形性との関係を示すグラフである。また、図９は、センサ出力の線形性を説明するための模式的なグラフである。実施例の磁気センサは、第１の実施形態に示す磁気センサ１０と同様の構成であり、比較例の磁気センサは、磁気抵抗効果素子２２１ａ及び磁気抵抗効果素子２２１ｂ（図１０では図示しない）の自由磁性層の磁化方向が、同じ方向に向けられている構成が異なる。
<Example>
FIG. 8A is a graph showing the relationship between the gradient of the measured magnetic field in the magnetic sensor of the example and the linearity of the sensor output, and FIG. 8B shows the gradient of the measured magnetic field in the magnetic sensor of the comparative example. It is a graph which shows the relationship with the linearity of a sensor output. FIG. 9 is a schematic graph for explaining the linearity of the sensor output. The magnetic sensor of the example has the same configuration as the magnetic sensor 10 shown in the first embodiment, and the magnetic sensor of the comparative example includes a magnetoresistive effect element 221a and a magnetoresistive effect element 221b (not shown in FIG. 10). The configuration in which the magnetization directions of the free magnetic layers are directed in the same direction is different.
図９に示すように、理想状態のセンサ出力５６は、被測定磁界の大きさに比例して直線的に変化する。これに対して実際のセンサ出力５８は、被測定磁界の傾き等に起因して理想状態のセンサ出力５６からずれた値を示し、完全に直線とはならない。図９に示すように、測定範囲におけるセンサ出力のレンジを「ＦＳ」として、測定範囲における最大被測定磁界における理想状態のセンサ出力５６と実際のセンサ出力５８との差を「ΔＶf」とする。図８に示す「線形性」は、［線形性］＝［ΔＶf］／［ＦＳ］×１００（％）で算出した値である。「線形性」の値が大きいほど、理想状態のセンサ出力５６に対する誤差が大きくセンサ出力の直線性が低下することを示している。 As shown in FIG. 9, the sensor output 56 in the ideal state changes linearly in proportion to the magnitude of the magnetic field to be measured. On the other hand, the actual sensor output 58 shows a value deviated from the sensor output 56 in the ideal state due to the inclination of the magnetic field to be measured, and is not completely a straight line. As shown in FIG. 9, the sensor output range in the measurement range is “FS”, and the difference between the ideal sensor output 56 and the actual sensor output 58 in the maximum measured magnetic field in the measurement range is “ΔV f ”. . The “linearity” shown in FIG. 8 is a value calculated by [linearity] = [ΔV f ] / [FS] × 100 (%). As the “linearity” value is larger, the error with respect to the sensor output 56 in the ideal state is larger, and the linearity of the sensor output is reduced.
図８（ｂ）に示すように、バイアス磁界２２９を同一方向に印加した比較例の磁気センサにおいては、被測定磁界の傾きが大きくなるにしたがって線形性の値が増大しており、±２０°傾いたときに４％〜４．５％程度の線形性を示す。つまり、センサ出力の直線性が低下することを示している。これに対して、図８（ａ）に示すように、本実施例の磁気センサ１０は、被測定磁界の傾きが±２０°の範囲において線形性は０．３％以下に抑制されている。よって、本実施例の磁気センサ１０は、センサ出力の直線性の低下を抑制することが可能である。 As shown in FIG. 8B, in the magnetic sensor of the comparative example in which the bias magnetic field 229 is applied in the same direction, the linearity value increases as the gradient of the measured magnetic field increases, and ± 20 ° When tilted, it exhibits a linearity of about 4% to 4.5%. That is, the linearity of the sensor output is reduced. On the other hand, as shown in FIG. 8A, the linearity of the magnetic sensor 10 of this example is suppressed to 0.3% or less in the range where the gradient of the magnetic field to be measured is ± 20 °. Therefore, the magnetic sensor 10 of the present embodiment can suppress a decrease in linearity of the sensor output.
以上のように、本実施例の磁気センサ１０は、被測定磁界３０の方向のずれに起因するセンサ出力の直線性の低下を抑制するとともに、外部磁界によるバイアス磁界２９の方向の変化を防止して、自由磁性層４７の磁化方向４７ａを制御することが可能である。 As described above, the magnetic sensor 10 according to the present embodiment suppresses a decrease in linearity of the sensor output due to a deviation in the direction of the magnetic field 30 to be measured and prevents a change in the direction of the bias magnetic field 29 due to an external magnetic field. Thus, the magnetization direction 47a of the free magnetic layer 47 can be controlled.
図１０（ａ）は、実施例の磁気センサにおけるコイル磁場とヒステリシスとの関係を示すグラフであり、図１０（ｂ）は、磁気センサの出力のヒステリシスを説明するためのグラフである。 FIG. 10A is a graph showing the relationship between the coil magnetic field and hysteresis in the magnetic sensor of the example, and FIG. 10B is a graph for explaining the hysteresis of the output of the magnetic sensor.
実施例の磁気センサは、自由磁性層４７のヒステリシスのため、図１０（ｂ）に示すように、センサ出力のヒステリシスが発生する。また、外部から強磁場が印加された場合、自由磁性層４７が多磁区化してヒステリシスが増大してしまうという課題が生じる。 In the magnetic sensor of the embodiment, due to the hysteresis of the free magnetic layer 47, as shown in FIG. Further, when a strong magnetic field is applied from the outside, there arises a problem that the free magnetic layer 47 becomes multi-domain and the hysteresis increases.
図１０（ａ）のグラフに示す［ヒステリシス］の値は、図１０（ｂ）に示すように、被測定磁界を１往復フルスケール（ＦＳ）で印加した場合のヒステリシスの大きさを示し、［ヒステリシス］＝［ΔＶh］／［ＦＳ］×１００（％ＦＳ）の式で算出した。 The value of [Hysteresis] shown in the graph of FIG. 10A indicates the magnitude of hysteresis when the magnetic field to be measured is applied in one reciprocating full scale (FS) as shown in FIG. Hysteresis] = [ΔV h ] / [FS] × 100 (% FS).
図１０（ａ）のグラフに示すように、コイル２７に流れる電流を大きくしてコイル磁場を大きくするにしたがって、自由磁性層に印加されるバイアス磁界２９が大きくなり、ヒステリシスが減少する傾向を示す。本実施例において、コイル磁場が２．７ｍＴ以上の範囲で、ヒステリシスをほぼ０とすることができる。ただし、コイル磁場を大きくするとセンサ感度が低下する傾向にある。本実施例の磁気センサでは、コイル２７に流れる電流を変えてコイル磁場を調整することにより、センサ感度を維持するとともに、ヒステリシスを低減して良好な検出精度を実現することができる。 As shown in the graph of FIG. 10A, as the current flowing through the coil 27 is increased and the coil magnetic field is increased, the bias magnetic field 29 applied to the free magnetic layer increases and the hysteresis tends to decrease. . In the present embodiment, the hysteresis can be made almost zero in the range where the coil magnetic field is 2.7 mT or more. However, when the coil magnetic field is increased, the sensor sensitivity tends to decrease. In the magnetic sensor of the present embodiment, by adjusting the coil magnetic field by changing the current flowing through the coil 27, it is possible to maintain the sensor sensitivity and reduce hysteresis and achieve good detection accuracy.
また、外部から強磁場が印加され自由磁性層４７が多磁区化した場合には、コイル２７からパルス状の強い磁場を印加することにより、自由磁性層４７の磁区を単磁区に初期化（リセット）することができる。これにより、磁気センサ１０のヒステリシス低減することができる。なお、パルス状のコイル磁場を印加することによる自由磁性層４７の初期化（リセット）は、上述のセンサ検出と併用することができる。例えば、通常の外部磁界の検出時には、図１０（ａ）に示すような０．５ｍＴ〜２．０ｍＴ程度のコイル磁場を常時印加し、一定の周期で外部磁界の検出を中断して、パルス状の強いコイル磁場を印加することにより、自由磁性層４７の初期化を行うことができる。 In addition, when a strong magnetic field is applied from the outside and the free magnetic layer 47 is multi-domained, by applying a strong pulsed magnetic field from the coil 27, the magnetic domain of the free magnetic layer 47 is initialized (reset). )can do. Thereby, the hysteresis of the magnetic sensor 10 can be reduced. The initialization (reset) of the free magnetic layer 47 by applying a pulsed coil magnetic field can be used in combination with the sensor detection described above. For example, when detecting a normal external magnetic field, a coil magnetic field of about 0.5 mT to 2.0 mT as shown in FIG. The free magnetic layer 47 can be initialized by applying a strong coil magnetic field.
＜第２の実施形態＞
図１１は、第２の実施形態の磁気センサ１１を示す。図１１は、各磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄの上に形成されたコイルを除いた状態を示しており、本実施形態においても図１と同様に、各磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄの上にコイル２７が設けられている。図１１に示すように、本実施形態の磁気センサ１１は、第１のハーフブリッジ回路５１を構成する１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂが、Ｙ１側において隣り合って配置され、第２のハーフブリッジ回路５２を構成する１対の磁気抵抗効果素子２１ｃ、２１ｄがＹ２側において隣り合って配置されている。
<Second Embodiment>
FIG. 11 shows the magnetic sensor 11 of the second embodiment. FIG. 11 shows a state in which the coil formed on each of the magnetoresistive effect elements 21a to 21d is removed, and in this embodiment as well as FIG. 1, the top of each of the magnetoresistive effect elements 21a to 21d is shown. A coil 27 is provided. As shown in FIG. 11, in the magnetic sensor 11 of the present embodiment, a pair of magnetoresistive elements 21a and 21b constituting the first half-bridge circuit 51 are arranged adjacent to each other on the Y1 side, and the second sensor A pair of magnetoresistive elements 21c and 21d constituting the half bridge circuit 52 are arranged adjacent to each other on the Y2 side.
このような構成であっても、１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの固定磁性層４５の磁化方向４５ａが互いに逆方向に向けられるとともに、自由磁性層の磁化方向４７ａが互いに逆方向に向けられている。よって、図７（ａ）、（ｂ）と同様に、磁気抵抗効果素子２１ａの感度変化と磁気抵抗効果素子２１ｂの感度変化とが相殺されて、センサ出力の直線性の低下を抑制することができる。 Even in such a configuration, the magnetization directions 45a of the pinned magnetic layers 45 of the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b are directed in opposite directions, and the magnetization directions 47a of the free magnetic layers are directed in opposite directions. It has been. Therefore, as in FIGS. 7A and 7B, the change in sensitivity of the magnetoresistive effect element 21a and the change in sensitivity of the magnetoresistive effect element 21b are offset to suppress a decrease in linearity of the sensor output. it can.
また、図１と同様にコイル２７を設けることで、コイル２７に電流を流すことでバイアス磁界２９を発生させて、１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの自由磁性層４７に対して互いに逆方向にバイアス磁界２９を印加することができる。これにより、外部から強磁界が印加された場合であっても、１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの自由磁性層４７の磁化方向４７ａを互いに逆方向に向けることができる。 Further, by providing the coil 27 in the same manner as in FIG. 1, a bias magnetic field 29 is generated by passing a current through the coil 27, so that the free magnetic layers 47 of the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b are opposite to each other. A bias magnetic field 29 can be applied in the direction. Thereby, even when a strong magnetic field is applied from the outside, the magnetization directions 47a of the free magnetic layers 47 of the pair of magnetoresistive elements 21a and 21b can be directed in opposite directions.
第２の実施形態の磁気センサ１１において、被測定磁界３０の方向のずれに起因するセンサ出力の直線性の低下を抑制するとともに、外部磁界によるバイアス磁界２９の方向の変化を防止して、自由磁性層４７の磁化方向４７ａを制御することが可能である。 In the magnetic sensor 11 of the second embodiment, the sensor output linearity caused by the deviation of the direction of the magnetic field to be measured 30 is suppressed, and the change in the direction of the bias magnetic field 29 due to the external magnetic field is prevented, thereby allowing free movement. It is possible to control the magnetization direction 47 a of the magnetic layer 47.
＜第３の実施形態＞
図１２は、第３の実施形態の磁気センサを示し、２つの磁気抵抗効果素子から構成されるハーフブリッジ回路の回路図である。第１の実施形態の磁気センサ１０及び第２の実施形態の磁気センサ１１は、４つの磁気抵抗効果素子２１ａ〜２１ｄでフルブリッジ回路５３を構成しているが、本実施形態の磁気センサ１２は、２つの磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂを有する１つのハーフブリッジ回路５１で構成されている点が異なる。この場合、アンプの入力端子で、磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂの中点につながる端子（（＋）端子）と異なる（−）端子は、抵抗を介してＧＮＤ（接地）あるいは一定電圧につながれている。
<Third Embodiment>
FIG. 12 shows the magnetic sensor of the third embodiment and is a circuit diagram of a half bridge circuit composed of two magnetoresistive elements. The magnetic sensor 10 of the first embodiment and the magnetic sensor 11 of the second embodiment form a full bridge circuit 53 with four magnetoresistive effect elements 21a to 21d, but the magnetic sensor 12 of the present embodiment is The difference is that it is composed of one half-bridge circuit 51 having two magnetoresistive elements 21a and 21b. In this case, the (−) terminal which is different from the terminal ((+) terminal) connected to the midpoint of the magnetoresistive effect elements 21a and 21b at the input terminal of the amplifier is connected to GND (ground) or a constant voltage via a resistor. Yes.
本実施形態のように、１つのハーフブリッジ回路５１であっても被測定磁界を検出することが可能である。１つのハーフブリッジ回路５１を構成する１対の磁気抵抗効果素子２１ａ、２１ｂを形成し、固定磁性層４５の磁化方向４５ａを互いに逆方向に向けるとともに、自由磁性層の磁化方向４７ａを互いに逆方向に向けるように配置することで、被測定磁界を検出することができる。図１２に示すように、被測定磁界が印加されたときの中点電位（Ｖ１）の変動が差動増幅器５４により増幅されて、センサ出力として出力される。 As in this embodiment, even one half bridge circuit 51 can detect the magnetic field to be measured. A pair of magnetoresistive elements 21a and 21b constituting one half-bridge circuit 51 are formed, the magnetization directions 45a of the pinned magnetic layer 45 are opposite to each other, and the magnetization directions 47a of the free magnetic layer are opposite to each other. The magnetic field to be measured can be detected by disposing it so as to face the screen. As shown in FIG. 12, the fluctuation of the midpoint potential (V1) when the magnetic field to be measured is applied is amplified by the differential amplifier 54 and output as a sensor output.
１０、１１、１２ 磁気センサ
１５ 基板
１６ 絶縁層
２１ａ〜２１ｄ 磁気抵抗効果素子
２４、２５ 仮想線
２７ コイル
２７ａ コイル配線
２７ｂ、２７ｃ 直線部
２７ｄ、２７ｅ 湾曲部
２８ａ、２８ｂ 端子部
２９ バイアス磁界
２９ａ バイアス磁界の第１成分
３０ 被測定磁界
３１ 素子部
３２ 連結部
４３ 磁気抵抗効果膜
４５ 固定磁性層
４５ａ 固定磁性層の磁化方向
４７ 自由磁性層
４７ａ 自由磁性層の磁化方向
５１ 第１のハーフブリッジ回路
５２ 第２のハーフブリッジ回路
５３ フルブリッジ回路
５４ 差動増幅器
５６ 理想状態のセンサ出力
５８ 実際のセンサ出力
10, 11, 12 Magnetic sensor 15 Substrate 16 Insulating layer 21a-21d Magnetoresistive effect element 24, 25 Virtual line 27 Coil 27a Coil wiring 27b, 27c Linear part 27d, 27e Bending part 28a, 28b Terminal part 29 Bias magnetic field 29a Bias magnetic field Of the first component 30 Magnetic field to be measured 31 Element part 32 Coupling part 43 Magnetoresistive film 45 Pinned magnetic layer 45a Magnetization direction of the pinned magnetic layer 47 Free magnetic layer 47a Magnetization direction of the free magnetic layer 51 First half-bridge circuit 52 First 2 half-bridge circuit 53 Full-bridge circuit 54 Differential amplifier 56 Sensor output in ideal state 58 Actual sensor output
Claims (6)
前記１対の磁気抵抗効果素子はそれぞれ、磁化方向が固定された固定磁性層と、外部磁界により磁化方向が変動する自由磁性層とを備え、前記１対の磁気抵抗効果素子によりハーフブリッジ回路を構成しており、
前記１対の磁気抵抗効果素子の前記固定磁性層の磁化方向は互いに逆方向に向けられるとともに、前記自由磁性層の磁化方向は互いに逆方向に向けられており、
前記コイルを構成する配線は、前記自由磁性層の延在方向に対して交差していることを特徴とする磁気センサ。 A pair of magnetoresistive elements formed on the substrate, and a coil provided on the pair of magnetoresistive elements via an insulating layer;
Each of the pair of magnetoresistive effect elements includes a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed and a free magnetic layer whose magnetization direction is changed by an external magnetic field, and a half bridge circuit is formed by the pair of magnetoresistive effect elements. Configured
The magnetization directions of the pinned magnetic layers of the pair of magnetoresistive effect elements are opposite to each other, and the magnetization directions of the free magnetic layers are opposite to each other;
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the wiring constituting the coil intersects the extending direction of the free magnetic layer.
前記１対の磁気抵抗効果素子は、前記コイルの平面中心を挟んで前記コイルと重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ。 The coil is a planar coil wound on the insulating layer;
2. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the pair of magnetoresistive effect elements are provided at a position overlapping the coil across a plane center of the coil.
前記自由磁性層の磁化方向は前記素子部の延在方向に向けられており、
平面視において、前記コイルを構成する配線は前記素子部の延在方向に対して交差して設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気センサ。 The magnetoresistive effect element has a plurality of element portions extending in a band shape, and the plurality of element portions are connected in a meander shape,
The magnetization direction of the free magnetic layer is directed to the extending direction of the element portion,
3. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the wiring constituting the coil is provided so as to intersect with an extending direction of the element portion in a plan view.
A virtual line connecting the pair of magnetoresistive elements constituting the first half bridge circuit and a virtual line connecting the pair of magnetoresistive elements forming the second half bridge circuit 6. The magnetic sensor according to claim 4, wherein the full bridge circuit is formed so as to intersect.
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