JP2021513061A - 3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図18
Description
XおよびY軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、それぞれ+X、−X、+Y、および−Y軸磁場検出方向を有し、それぞれレーザ・プログラム制御された走査式熱アニーリングによって得られ、Z軸磁気抵抗検出ユニットは、XまたはY軸磁場検出方向を有する。
磁気抵抗検出ユニットは、GMR、TMR、またはAMRのタイプである。
磁気抵抗検出ユニット・ブリッジは、半ブリッジ、フル・ブリッジ、または準ブリッジ構造である。
X、Y、およびZ軸磁気抵抗センサでは、低周波から高周波への測定信号の移動が実施され、磁気抵抗センサのノイズは、静的な軟強磁性磁束集束器構造および交流電流を用いることによって減少させられる。また、X、Y、およびZ軸磁気抵抗センサによって形成される3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサは、構造が簡単であり、サイズか小さく、製造プロセスが簡単である。
図1は、第1の基準ブリッジ・アップストリーム変調式低ノイズX軸磁気抵抗センサの構造図である。1はセンサが位置する領域を示し、2は軟強磁性磁束集束器アレイの間隙内に位置する検出用磁気抵抗検出ユニット・ストリングを示し、4は軟強磁性磁束集束器3の上面または下面上のY軸中心に位置する基準磁気抵抗検出ユニット・ストリングを示し、2ポート変調器電線コイル5は軟強磁性磁束集束器内に位置する変調器電線アレイを含み、隣接した変調器電線6および7は反対の電流方向を有する。
図11は、交差する櫛状のY軸プッシュ・プル・ブリッジ磁気抵抗センサを示す。50は、互いに対向して、Y方向に向けて開放して、および指状嵌入状構造を有して配設された2つの櫛歯状の軟強磁性磁束集束器51および52を含むセンサが位置する領域を示し、すなわち、各軟強磁性磁束集束器は、Xに沿って延びる櫛形座部と、この櫛形座部から別の軟強磁性磁束集束器へ延びる複数の指状嵌入構造とを備える。複数の指状嵌入構造は、間隔をおいて配置され、2つの軟強磁性磁束集束器の指状嵌入構造は、複数の指状嵌入間隙を形成するように交互に差し込まれ、交互配置される。プッシュ磁気抵抗検出ユニット・ストリング54、およびプル磁気抵抗検出ユニット・ストリング55は指状嵌入間隙内に交差状に分散され、変調器電線53は指状嵌入構造内に分散され、変調器電線のうち2つの隣接したものは、反対の電流方向を有する。外部磁場の存在下のおよび外部磁場が0であるときの交差する櫛状のX軸プッシュ・プル・ブリッジ磁気抵抗センサの作動原理の解析は、U形軟強磁性磁束集束器を備えたXプッシュ・プル・ブリッジ磁気抵抗センサついてのものと同じである。
図15は、Z軸磁気抵抗式のプッシュ・プル・ブリッジ磁気抵抗センサを示す。70は、センサが位置する領域を示す。71および72は、軟強磁性磁束集束器アレイを示し、73および74ならびに75および76は、軟強磁性磁束集束器の上面または下面におよびY軸中心線から等距離で位置するプッシュ磁気抵抗検出ユニット・ストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニット・ストリングである。77は、軟強磁性磁束集束器内に位置する変調電線78および79を含む変調器電線コイルを示し、隣接した変調器電線は、反対の電流方向を有する。
図18は、実施形態1において与えられるようなX軸アップストリーム変調式センサ100、実施形態2において与えられるようなY軸アップストリーム変調式センサ110、および実施形態3において与えられるようなZ軸アップストリーム変調式センサ120を含む、XYZ3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサの構造図である。
Claims (14)
- X軸磁気抵抗センサ、Y軸磁気抵抗センサ、およびZ軸磁気抵抗センサを備える3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサであって、
該X軸磁気抵抗センサは、X軸磁気抵抗検出ユニット・アレイ、X軸軟強磁性磁束集束器アレイ、およびX軸変調器電線アレイを備え、該X軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、X軸磁気抵抗検出ブリッジに電気的に相互接続され、該X軸変調器電線アレイは、2ポートX軸励磁コイルに電気的に相互接続され、それによって外部磁場を測定し、該2ポートX軸励磁コイルは、電流源から周波数fで高周波交流電流が供給されるように構成され、該X軸磁気抵抗検出ブリッジは、2fの周波数を有する高調波信号成分を出力するように構成され、次いで、この高調波信号成分は、X軸低ノイズ信号を得るために復調され、
Y軸低ノイズ磁気抵抗センサは、Y軸磁気抵抗検出ユニット・アレイ、Y軸軟強磁性磁束集束器アレイ、およびY軸変調器電線アレイを備え、該Y軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、Y軸磁気抵抗検出ブリッジに電気的に相互接続され、該Y軸変調器電線アレイは、2ポートY軸励磁コイルに電気的に相互接続され、それによって外部磁場を測定し、該2ポートY軸励磁コイルは、電流源から周波数fで高周波交流電流が供給されるように構成され、該Y軸磁気抵抗検出ブリッジは、2fの周波数を有する高調波信号成分を出力するように構成され、次いで、この高調波信号成分は、Y軸低ノイズ信号を得るために復調され、
Z軸低ノイズ磁気抵抗センサは、Z軸磁気抵抗検出ユニット・アレイ、Z軸軟強磁性磁束集束器アレイ、およびZ軸変調器電線アレイを備え、該Z軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、Z軸磁気抵抗検出ブリッジに電気的に相互接続され、該Z軸変調器電線アレイは、2ポートZ軸励磁コイルに電気的に相互接続され、それによって外部磁場を測定し、該2ポートZ軸励磁コイルは、電流源から周波数fで高周波交流電流が供給されるように構成され、該Z軸磁気抵抗検出ブリッジは、2fの周波数を有する高調波信号成分を出力するように構成され、次いで、この高調波信号成分は、Z軸低ノイズ信号を得るために復調される、3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。 - 前記X軸磁気抵抗検出ユニット・アレイ、前記Y軸磁気抵抗検出ユニット・アレイ、および前記Z軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、同じ磁場検出方向を有し、前記X軸磁気抵抗検出ユニット・アレイ、前記Y軸磁気抵抗検出ユニット・アレイ、および前記Z軸磁気抵抗検出ユニット・アレイを形成する磁気抵抗検出ユニットのウェハは、同じ磁場アニール処理によって得られる、請求項1記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記X軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、+X軸および−X軸磁場検出方向を有し、前記Y軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、+Y軸および−Y軸磁場検出方向を有し、該2つに係る該磁場検出方向は、それぞれレーザ・プログラム制御された走査式熱アニーリングによって得られ、Z軸磁気抵抗検出ユニットは、XまたはY軸磁場検出方向を有する、請求項1記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記X軸磁気抵抗センサおよび前記Y軸磁気抵抗センサは、検出方向が回転するように、それぞれダイスを90度、180度、および270度だけ回転させることによって得られる、請求項1記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記X軸磁気抵抗検出ユニット・アレイ、前記Y軸磁気抵抗検出ユニット・アレイ、および前記Z軸磁気抵抗検出ユニット・アレイを形成する磁気抵抗検出ユニットは、GMR、TMR、またはAMRである、請求項1記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記X軸磁気抵抗検出ブリッジ、前記Y軸磁気抵抗検出ブリッジ、および前記Z軸磁気抵抗検出ブリッジは、それぞれ半ブリッジ、フル・ブリッジ、または準ブリッジ構造である、請求項1記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記X軸磁気抵抗センサは、基準ブリッジX軸磁気抵抗センサであり、前記X軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、前記X軸軟強磁性磁束集束器アレイの間隙に位置するX軸検出用磁気抵抗検出ユニット・ストリングと、X軸軟強磁性磁束集束器の上面または下面のY軸中心線のポジションに位置するX軸基準磁気抵抗検出ユニット・ストリングとを備え、前記X軸変調器電線アレイのX軸変調器電線は、前記X軸軟強磁性磁束集束器を備えた軟強磁性材料層/変調器電線層/軟強磁性材料層複合構造を形成するように、該Y軸中心線に平行であり、前記X軸軟強磁性磁束集束器内に位置し、前記軟強磁性材料層および前記変調器電線層は、絶縁性材料層を介して隔てられ、該X軸変調器電線のうち2つの隣接したものは、反対の電流方向を有する、請求項2記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記X軸軟強磁性磁束集束器アレイは、検出用軟強磁性磁束集束器、および基準軟強磁性磁束集束器を備え、前記X軸基準磁気抵抗検出ユニット・ストリングのうち任意の2つの隣接したもの、および前記X軸検出用磁気抵抗検出ユニット・ストリングのうち任意の2つの隣接したものは、それぞれ該基準軟強磁性磁束集束器および該検出用軟強磁性磁束集束器の上面または下面のY軸中心線に対して対称的な2つのポジションに位置し、前記X軸変調器電線は、前記軟強磁性材料層/変調器電線層/軟強磁性材料層複合構造を形成するように、それぞれ前記基準軟強磁性磁束集束器または前記検出用軟強磁性磁束集束器内に位置し、その前記Y軸中心線に平行である、請求項7記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記X軸磁気抵抗センサは、U形軟強磁性磁束集束器を備えたX軸プッシュ・プル・ブリッジ磁気抵抗センサであり、前記X軸軟強磁性磁束集束器アレイは、複数のU形軟強磁性磁束集束器を備え、各該U形軟強磁性磁束集束器は、2つの指状嵌入構造を有し、該複数のU形軟強磁性磁束集束器は、指状嵌入間隙が隣接したU形軟強磁性磁束集束器間に形成されるように交互に差し込まれ、前記X軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、それぞれ該U形軟強磁性磁束集束器の該指状嵌入間隙内に交互に位置するプッシュ磁気抵抗検出ユニット・ストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニット・ストリングを備え、前記X軸変調器電線アレイの変調器電線は、軟強磁性材料層/変調器電線層/軟強磁性材料層複合構造を形成するように該U形軟強磁性磁束集束器の該指状嵌入構造内に位置し、該軟強磁性材料層および該変調器電線層は、絶縁性材料層を介して隔てられ、該変調器電線のうち2つの隣接したものは、反対の電流方向を有する、請求項2記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記X軸磁気抵抗センサは、H型軟強磁性磁束集束器/U型軟強磁性磁束集束器のハイブリッドX軸プッシュ・プル・ブリッジ磁気抵抗センサであり、前記X軸軟強磁性磁束集束器アレイは、該H型軟強磁性磁束集束器および該U型軟強磁性磁束集束器を備え、該H型軟強磁性磁束集束器および該U型軟強磁性磁束集束器は、指状嵌入構造をそれぞれ備え、指状嵌入間隙を形成するように交互に差し込まれ、X軸プッシュ・プル・ブリッジ磁気抵抗検出ユニット・アレイは、それぞれ該H型軟強磁性磁束集束器と該U型軟強磁性磁束集束器の間で該指状嵌入間隙内に交互に位置するプッシュ磁気抵抗検出ユニット・ストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニット・ストリングを備え、前記X軸変調器電線アレイの変調器電線は、軟強磁性材料層/変調器電線層/軟強磁性材料層複合構造を形成するように該指状嵌入構造内に位置し、前記軟強磁性材料層および前記変調器電線層は、絶縁性材料層を介して隔てられ、前記変調器電線のうち2つの隣接したものは、反対の電流方向を有する、請求項2記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記Y軸磁気抵抗センサは、Y軸櫛形指状嵌入状プッシュ・プル・ブリッジ磁気抵抗センサであり、前記Y軸軟強磁性磁束集束器アレイは、互いに対向して配設された2組の軟強磁性磁束集束器を備え、各該2組の軟強磁性磁束集束器は、櫛形座部と、前記櫛形座部から該2組の軟強磁性磁束集束器の他方に延びる指状嵌入構造とを備え、該2組の軟強磁性磁束集束器における該指状嵌入構造は、交互に差し込まれ、前記Y軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、指状嵌入間隙内に交互に位置するプッシュ磁気抵抗検出ユニット・ストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニット・ストリングを備え、前記Y軸変調器電線アレイの変調器電線は、軟強磁性材料層/変調器電線層/軟強磁性材料層複合構造を形成するように該指状嵌入構造内に位置し、前記軟強磁性材料層および前記変調器電線層は、絶縁性材料層を介して隔てられ、前記変調器電線のうち2つの隣接したものは、反対の電流方向を有し、X軸接続電線は、該櫛形座部から離れるように領域内に位置し、または前記変調器電線は、軟強磁性材料層/変調器電線層/軟強磁性材料層複合構造を形成するように該櫛形座部内に位置し、2つの櫛形座部内の前記変調器電線は、反対の電流方向を有する、請求項2記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記Y軸磁気抵抗センサは、軟強磁性磁束集束器ブロック・アレイを備えたプッシュ・プル・ブリッジ磁気抵抗センサであり、前記Y軸軟強磁性磁束集束器アレイは、それぞれY方向に沿ってアライメント不整合であるN行×M列軟強磁性磁束集束器ブロック・アレイIおよびNー1行×M列軟強磁性磁束集束器ブロック・アレイIIを備え、前記Y軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、該軟強磁性磁束集束器ブロック・アレイIと該軟強磁性磁束集束器ブロック・アレイIIの間で間隙内に交互に位置するプッシュ磁気抵抗検出ユニットおよびプル磁気抵抗検出ユニットを備え、前記Y軸変調電線アレイの変調器電線は、該軟強磁性磁束集束器ブロック・アレイIおよび該軟強磁性磁束集束器ブロック・アレイII内の軟強磁性磁束集束器ブロックの列に沿って交互に配置され、軟強磁性ブロックを備えた軟強磁性材料層/変調器電線層/軟強磁性材料層複合構造を形成し、前記変調器電線の隣接したものは、反対の電流方向を有する、請求項2記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記Z軸磁気抵抗センサは、軟強磁性磁束集束器アレイを備えるプル・プッシュ・ブリッジ磁気抵抗センサであり、前記Z軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、プッシュ磁気抵抗検出ユニット・ストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニット・ストリングを備え、該プッシュ磁気抵抗検出ユニット・ストリングおよび該プル磁気抵抗検出ユニット・ストリングは、軟強磁性磁束集束器の上面または下面でおよびY軸中心線に対して対称的な2つのポジションに位置し、前記Z軸変調器電線アレイの変調器電線は、軟強磁性材料層/変調器電線層/軟強磁性材料層複合構造を形成するように前記軟強磁性磁束集束器内に位置し、前記変調器電線の隣接したものは、反対の電流方向を有する、請求項1記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記X軸磁気抵抗センサと前記Y軸磁気抵抗センサの両方は、多層構造型アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサであり、X軸軟強磁性磁束集束器は、間隔をおいて配置された複数のX軸軟強磁性磁束集束器を備え、Y軸軟強磁性磁束集束器は、間隔をおいて配置された複数のY軸軟強磁性磁束集束器を備え、前記X軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、それぞれ該X軸軟強磁性磁束集束器の間隙に位置するXプッシュ磁気抵抗検出ユニット・ストリングおよびXプル磁気抵抗検出ユニット・ストリングを備え、前記Y軸磁気抵抗検出ユニット・アレイは、それぞれ該Y軸軟強磁性磁束集束器の間隙に位置するYプッシュ磁気抵抗検出ユニット・ストリングおよびYプル磁気抵抗検出ユニット・ストリングを備える、請求項1記載の3軸アップストリーム変調式低ノイズ磁気抵抗センサ。
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