JP3362858B2 - 磁気センサ - Google Patents

磁気センサ

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JP3362858B2
JP3362858B2 JP53752398A JP53752398A JP3362858B2 JP 3362858 B2 JP3362858 B2 JP 3362858B2 JP 53752398 A JP53752398 A JP 53752398A JP 53752398 A JP53752398 A JP 53752398A JP 3362858 B2 JP3362858 B2 JP 3362858B2
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和敏 石橋
一郎 柴崎
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、磁気センサに関し、より詳しくは、近接ス
イッチや、電流センサ、エンコーダ等のセンサとして用
いられる信号処理回路付き磁気センサに関する。
背景技術 信号処理回路付き磁気センサとしては、ホール素子を
センサに用いたホールICがよく知られているが、従来の
ホールICは、シリコン（Si）を材料としたホール素子の
形態をもつ磁気センサ部と、この磁気センサ部で検出し
た信号の信号処理IC部とからなる。Siモノリシックホー
ルIC（以下、SiホールICという）が一般的である。
SiホールICは、その磁気センサ部であるホール素子が
Siという、電子移動度が小さな素材で構成されているた
めに、磁気センサの磁界に対する感度が低く、従ってホ
ールICとして動作させようとすると、大きな磁界を加え
る必要があった。すなわち磁界に対する感度が低いとい
う欠点があった。
またSiは外部より機械的応力を受けると、電圧を発生
する事が知られている。
SiホールICは、使用時に外部からの応力により磁気セ
ンサ部のホール素子に生ずるこの電圧によって、磁界に
対する感度が変化してしまうという欠点を有していた。
このような欠点は、SiホールICを用いて、高精度で高
信頼性の近接スイッチや電流センサ、エンコーダ等を製
作しようとすると、問題となっていた。
このため、正確に磁石の位置検出や磁界強度の検出が
できる、高感度でかつ外部応力によっても感度が変化し
ない、安定な特性の信号処理回路付き磁気センサが望ま
れていた。しかし、そのような磁気センサの実現は、大
きな困難が伴いこれまで実現されていなかった。
また、一方でホール素子等の磁気センサを用い、信号
処理回路をオペアンプや抵抗等のディスクリート部品で
構成し、上記した近接スイッチや電流センサ、エンコー
ダ等のセンサとして用いることが行われており、磁石の
位置検出や磁界強度の検出を精度良く行うために種々の
方法が検討されている。
しかしこの方法では、使う側にセンサの特性を理解
し、それに最適な回路設計を行い、個別部品を調達し、
組み立てを行うという、極めて専門的な技術が必要で、
しかも磁気センサ素子と、個別部品で構成した信号処理
回路とを、基板上に実装して実現するために、コストア
ップすると共に、大サイズ化し、安価と小さなサイズを
要求するセンサ分野では致命的な欠点を有していた。
例えば、図12の従来技術（日本国特開平２−38920号
公報）では、ディスクリートの磁気センサである磁気抵
抗素子60、70と、抵抗素子６、７、7'および演算増幅回
路51による信号処理回路とを用い、異なった温度係数を
有する抵抗素子６、７、7'の合成抵抗によりフィードバ
ック抵抗を構成し、演算増幅回路51の出力端から反転入
力端にフィードバックすることにより、所望の温度特性
をもつ磁気特性を実現できる技術が開示されているが、
この回路構成では上記したコストアップ、大サイズ化等
の問題点を抱えている。しかもこの回路構成では、磁気
抵抗素子60,70の中点電位のばらつきにより、出力電圧
がばらついてしまうため、所定の出力を得る歩留まりが
低下するという問題がある。又、中点電位は通常温度ド
リフトするので、そのドリフトが回路の出力電圧に現
れ、センサの出力信号の温度特性に影響を与えるため、
結局所望の温度特性を得ることが難しくなるという欠点
を有している。
またさらに、図12の構成ではディスクリートの抵抗素
子６、７、７′により所望の温度特性をもつ磁気特性が
実現されているので、温度係数の異なる抵抗は任意に利
用できるが、SiモノリシックICのような条件下での実現
性について何ら開示されていない。
その他の問題として、例えば図14に示すように単にPN
接合で基板21aと電気的に分離された構造からなる信号
処理回路20a、磁気センサ部30aを有する従来の一般的な
SiホールICの場合、125℃を超える周囲温度では、動作
が不安定になり、さらに150℃以上では全く動作しなく
なってしまうという問題もあった。
一方、ホール素子の出力抵抗をシュミットトリガ回路
の入力抵抗として用いることにより、スレッシュホール
ド電圧にホール素子の出力抵抗の温度依存性を反映させ
て、ホールICとしての温度特性を改善するという技術が
知られている。すなわち、図15の回路構成において、演
算増幅回路51の反転入力端の電位をV1、フィードバック
抵抗をRF、演算増幅回路51の増幅後出力信号18の出力電
位をVdo,ホール素子４の出力抵抗の1/2をRhoとすると、
シュミットトリガ回路のスレッシュホールド電圧Vth
は、Vth＝（Vdo−V1）・Rho/RFで表される（日本国特開
昭61−226982号公報）。
ここで、V1が問題になる。V1はホール素子４の出力の
電位で、ホール素子４の入力抵抗Rhiとホール素子駆動
電流Icとの積の約1/2の値になるが、RhiがばらつくとV1
の値がばらつくことになり、その結果Vthがばらつきを
持ち、設計通りのスレッシュホールド電圧を得られなく
なるため、設計値と異なる磁気特性を持つホールICにな
ってしまい、歩留まりを低下させてしまう原因になる。
このホール素子４の入力電圧の約1/2になる出力端子
の電位を、ホール素子の中点電位と呼ぶが、この値はホ
ール素子の製造のばらつきにより分布を持った値とな
り、この中点電位のばらつきもの、V1のばらつきとな
り、歩留まり低下の原因となる。
発明の開示 本発明者等は、前述の磁気センサの問題を解決した実
用的な磁気センサを鋭意研究した。
磁気センサ部とSiICの信号処理回路を分離した構造
で、磁気センサを構成する事により、高感度で安定に動
作する信号処理回路付き磁気センサの製作を狙った。
高感度で安定な特性の信号処理回路付き磁気センサを
実現するためには、センサ部にSiホール素子よりも磁界
での感度が大きく、また機械的外部応力が加わっても安
定な磁気センサ出力が得られる、化合物半導体薄膜ある
いは、磁性薄膜からなる高感度磁気センサと、信号処理
の回路とを組み合わせた信号処理回路付き磁気センサを
検討した。
その結果、本発明者らは、上記化合物半導体センサと
して用い、SiのモノリシックICと組み合わせて、一つの
パッケージに納めた、ハイブリッド構造のホールICを発
明した。
この発明により、使う側に特別な回路技術等の専門技
術の必要ない汎用的な、安価で小サイズ、高性能の信号
処理回路付き磁気センサを実現でき、容易に磁石の位置
検出や磁界強度の検出を精度良く行うことが可能になっ
た。
しかし、従来の技術ではホール素子の製造上生じるば
らつきや、ICのばらつきによるホールICとしての歩留ま
りの低下がどうしても発生し、更にはIC中の回路構成部
品の精度を上げる必要があるなどの、コストアップの問
題が解決できなかった。
更に、磁気センサである化合物半導体薄膜や磁性薄膜
は、一般に温度が高くなるにつれて、その抵抗が大きく
なり、さらに磁気センサ出力が小さくなるという欠点が
あり、そのまま信号処理の回路と組み合わせると、温度
が高くなるにつれて、信号処理回路付き磁気センサの出
力が小さくなってしまう、すなわち、温度依存性が大き
いという問題があった。このため、信号処理回路付き磁
気センサの一般的な検出対象である磁石が、温度が高く
なるにつれて、その磁束密度が小さくなるという傾向を
持つので、精度の高い実用的な検出に対して致命的な欠
点となっていた。
発明者らは、この問題を解決すべく研究を行った。
本発明は、このような問題を解決するために、磁気セ
ンサ側の影響を受けない信号処理回路付きの磁気センサ
を提供することを目的とする。つまり、ホール素子の製
造上生じるばらつきや、ICのばらつきによるホールICと
しての歩留まりの低下を少なくし、さらにはIC回路中の
構成部品の削減や要求精度の緩和を可能し、それにより
更に収率改善やコストダウンを実現することにある。
また、本発明の他の目的は簡単な構成で磁気センサの
抵抗や感度の温度係数を補正し、幅広い温度範囲にわた
って温度依存性の無い、高性能の信号処理回路付き磁気
センサを実現することにある。さらに、永久磁石の磁界
を検出する場合のような、検出磁界が温度依存性を持つ
場合についても、センサ出力の温度依存性は小さくでき
る様な、高性能の信号処理回路付き磁気センサを実現す
ることにある。
本発明の請求項１に記載の信号処理回路付き磁気セン
サは、化合物半導体薄膜または磁性薄膜からなる磁気セ
ンサ部と、該磁気センサ部で電気的出力として検出した
磁気信号を増幅する信号処理回路とを備え、前記信号処
理回路は、前記磁気センサ部に接続された演算増幅回路
と、該演算増幅回路の出力に応じた異なる電流値を、該
演算増幅回路の非反転入力端にフィードバックする定電
流回路とを有することを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発
明において、前記定電流回路は、二種類以上の異なった
温度係数を有する複数の抵抗を備え、前記定電流回路が
出力する電流は、前記複数の抵抗の合成抵抗の温度係数
に反比例する温度係数を有することを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発
明において、前記複数の抵抗の合成抵抗は、前記磁気セ
ンサ部の内部抵抗と感度の温度係数によって生じる誤差
を補正するものであることを特徴とする。
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発
明において、前記複数の抵抗は、前記磁気センサ部の内
部抵抗や感度の温度係数に加えて、前記磁気センサ部の
検出対象の温度係数によって生じる誤差を補正するもの
であることを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４いず
れかに記載の発明において、前記信号処理回路はモノリ
シックICであることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５いず
れかに記載の発明において、前記信号処理回路は、絶縁
性基板上、もしくは半導体基板上に配置した絶縁層上に
形成されていることを特徴とする。
ここで本発明の信号処理回路付き磁気センサにおい
て、磁気センサ部は、化合物半導体薄膜から成り、ホー
ル効果や磁気抵抗効果を利用した磁気センサ、あるい
は、磁性薄膜からなる磁気抵抗効果を利用した磁気セン
サであれば良く、InAs（インジム・ヒ素）、GaAs（ガリ
ウム・ヒ素）、InGaAs（インジウム・ガリウム・ヒ
素）、InSb（インジウム・アンチモン）、InGaSb（イン
ジウム・ガリウム・アンチモン）、etc.からなるホール
素子や磁気抵抗素子、或いはNiFe（ニッケル・鉄）、Ni
Co（ニッケル・コバルト）、etc.からなる磁性薄膜磁気
抵抗素子、もしくはそれらを組み合わせた磁気センサは
特に好ましい。
ここで、化合物半導体薄膜とは、基板上にCVD法、MBE
法、蒸着法、スパッタ法といった一般的な半導体の形成
技術により形成された薄膜、又は半導体インゴットを削
り出し法等によって作成された薄膜、又は半導体基板表
面にイオン注入法や拡散法等によって形成された活性層
を指す。
また、本発明の信号処理回路付き磁気センサの信号処
理回路は、一般に、微小な構造で製作された回路であれ
ば良く、Si基板上に集積化された回路は好ましく、回路
を構成する素子は、MOS構造を有していても、バイポー
ラ構造を有していても、さらにそれらを混合した回路で
も良い。また、信号処理の機能が実現できていれば、Ga
As基板上に集積化されて製作された回路も好ましく、さ
らに、小型化されて製作されたセラミック基板上のマイ
クロ構造の回路等も好ましい。
前記複数の抵抗素子は、前記磁気センサ部の内部抵抗
の温度係数と感度の温度係数とに加え、前記磁気センサ
部の検出対象の温度係数も補正する温度係数を有するこ
とができる。
本信号処理回路付きの磁気センサの信号処理回路部と
しては、一般に、微小な構造で製作された回路で、例え
ばセラミック基板上に形成された回路のような、絶縁性
の基板上に回路が形成された構成とすることができる。
または、Si基板上に絶縁層、あるいは、高抵抗層が形成
され、その層上に集積化された回路で信号処理回路を構
成したり、ICの表面に半導体、あるいは、強磁性体のセ
ンサが作り込まれて一体化された構成のものでもよい。
ここでいう、絶縁性の基板、絶縁性の層、または高抵
抗層とは、その抵抗率が10の５乗〜10の７乗Ω・cm以上
の基板または層のことであり、PN接合による絶縁構造で
は無いものをいう。例えば、セラミック、シリコン酸化
物、アルミナ等の基板、あるいは、層のことである。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の第１の実施形態を示す回路図であ
る。
図２は、本発明の第６の実施形態を示す回路図であ
る。
図３は、本発明の第２の実施形態を示す回路図であ
る。
図４は、本発明の第３の実施形態の変形例を示す回路
図である。
図５は、本発明の第４の実施形態の変形例を示す回路
図である。
図６は、本発明の第５の実施形態を示す回路図であ
る。
図７は、本発明の回路と比較のための回路を用いてデ
ジタル信号処理を行った場合の動作磁束密度の温度依存
性を、比較した結果のグラフを示す図である。
図８は、デジタル変換後の出力電圧と印加磁束密度と
の関係を示す特性図である。
図９は、本発明の回路と比較のための回路を用いてデ
ジタル信号処理を行った場合の動作磁界強度の温度依存
性を、比較した結果のグラフを示す図である。
図10は、セラミック基板上に本発明に係る信号処理回
路を形成した場合と、一般的Siの集積回路の場合とにお
ける、動作磁束密度の温度依存性を比較して示す特性図
である。
図11Aは、図１乃至５の信号処理部を含む基板構造を
示す断面図である。
図11Bは、他の基板構造を示す断面図である。
図12は、比較のための従来の信号処理回路を示す図で
ある。
図13は、比較のための他の信号処理回路を示す図であ
る。
図14は、従来の信号処理回路部の基板構造を示す断面
図である。
図15は、比較のためのさらに他の従来の信号処理回路
を示す図である。
図16は、本発明における信号処理回路中の増幅回路の
詳細を示す図である。
図17は、図16の回路図の詳細を示した図である。
図18は、本発明における信号処理回路中の増幅回路の
他の詳細を示す図である。
発明を実施するための最良の形態 以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説
明する。
実施例１ 図１に示す実施形態は、電圧電源１によって信号処理
回路５が駆動され、さらにホール素子４が定電流源50を
介して電圧電源１によって駆動される。ホール素子４の
２つの出力端は信号処理回路５中の演算増幅回路の反転
入力端および非反転入力端に接続される。さらに、信号
処理回路５内の定電流回路52からの定電流ifを演算増幅
回路の非反転入力端にフィードバックする。本実施形態
は、このような構成によって、シュミトトリガ回路、す
なわちデジタル処理回路を形成している。
図１の実施形態では、抵抗RFによるフィードバックで
はなく、定電流源からの定電流ifによるフィードバック
構成になっているため、デジタル処理回路のスレッシュ
ホールド電圧Vthは、Vth＝Rho×ifとなり（Rho:ホール
素子出力抵抗の約1/2）、演算増幅回路の反転入力端の
電位V1の影響を受けなくなる。よって、ホール素子４の
入力抵抗のばらつきや中点電位のばらつきの影響をまっ
たく受けなくなり、設計通りの磁気特性を実現できるの
で、大幅な歩留まりの改善が可能となる。
ここで図１乃至図５に記載された信号処理回路の詳細
な構造について、図16及び図18の各構成を例として説明
することにする。
図16において、５は信号処理回路であって、演算増幅
回路51と、定電流回路52と、バッファ回路53とを有して
いる。演算増幅回路51の反転入力端及び非反転入力端に
は、ホール素子４の２つの出力端を接続して、ホール素
子４の出力抵抗を演算増幅回路51の入力抵抗としてい
る。定電流回路52は演算増幅回路51の出力に応答して２
つの定電流値i1,i2（il＞i2）のいずれかを出力するこ
とができ、出力した電流を演算増幅回路51の非反転入力
端にフィードバックする。すなわち、定電流回路52から
は、演算増幅回路51の出力がHighのときi1が出力され、
演算増幅回路51の出力がLowのときi2が出力され、正帰
還がかかるので、演算増幅回路51および定電流回路52に
よってシュミトトリガ回路として動作する。バッファ回
路53は、演算増幅回路51および定電流回路52によって構
成されたシュミトトリガ回路の動作を乱さずに演算増幅
回路51の出力を外部に取り出す。また、図18は、演算増
幅回路51と、定電流回路52と、バッファ回路53とを直列
に接続した信号処理回路５の他の一例を示すものであっ
て、その動作は図16と同様である。
実施例２ 図３乃至５に本発明の実施形態の異なった形態を示
す。
図３は図１のホール素子駆動用定電流源50の代わりに
一対の駆動用抵抗２、３でホール素子４の上下を挟み込
んだ回路構成である。V1の影響が無いため、上下の抵抗
２、３の抵抗値をそろえておく必要が無く、抵抗の相対
精度を必要としないため、モノリシックIC化する場合に
歩留まり低下を防ぐことができる。
実施例３、及び４ 図４は駆動用抵抗２がホール素子４の入力に＋側だけ
に、図５は駆動用抵抗３がホール素子４の入力の一側だ
けに接続された回路構成であり、図３乃至５のいずれも
図１と同様の効果を実現できる。
実施例５ 図６は、本発明の第５の実施形態を示すもので、出力
信号の温度依存性を、幅広い温度範囲にわたってほとん
どゼロに近い温度依存性を有し、安定した出力を得るこ
とができる、高性能の信号処理回路付き磁気センサを実
現するための信号処理回路の一例を示すものである。さ
らに本発明では、永久磁石による磁界の様な、温度依存
性を持つ磁界の検出の場合であっても、センサ出力とし
て温度に依存しない出力を得ることが可能である。
この実施形態では、演算増幅回路51の増幅後出力信号
と非反転入力端とにデジタル信号処理フィードバック抵
抗として、抵抗6,7を直列接続したものであって、これ
によりフィードバック量に比例したスレッシュホールド
電圧を持つシュミットトリガ回路（以下、単にデジタル
処理回路と呼ぶこともある）が形成されている。すなわ
ち、演算増幅回路51は、非反転入力端の電圧が反転入力
端の電圧より高ければ出力電圧は極大となり、逆の場合
は出力電圧は極小となるので、コンパレータとして動作
する。すなわち、図８はデジタル変換後の出力電圧（Vd
o）とホール素子への印加磁束密度との関係を示す図で
あって、出力電圧がHighからLowへ変化する磁束密度を
動作磁束密度（Bop）と呼び、逆にLowからHighへ変化す
る磁束密度を復帰磁束密度（Brp）と呼ぶ。
図６に示すように、電圧電源１によって演算増幅回路
51を駆動し、かつ、駆動用抵抗2,3を介してInAsホール
素子４を駆動する。このInAsホール素子によって、磁気
センサ部30が構成される。また、InAsホール素子４の出
力抵抗を演算増幅回路51の入力抵抗としており、演算増
幅回路51の非反転入力端にフィードバックされる温度係
数の異なった二種類のフィードバック抵抗６および７
（Rf1およびRf2）でシュミットトリガ回路が構成されて
いる。このような構成にすると、スレッシュホールド電
圧Vth＝（Vdo−V1）・Rho/（Rf1＋Rf2）で表される。駆
動用抵抗２、３と演算増幅回路51と、抵抗６、７によっ
て信号処理回路部20が構成される。この構成において、
V1の影響が無視できる場合は、Rf1とRf2の抵抗値の大き
さの割合を適当に設定することにより、Vthの温度係数
を設定でき、その結果InAsホール素子４の内部抵抗の温
度係数と感度の温度係数により生じる誤差を補正するこ
とができる。これによって（Bop）と（Brp）に任意の温
度係数を持たせることができる。なお、抵抗６および７
は並列接続することもできる。
このように、磁界に対して温度依存性の無いセンサ出
力を得ることが可能である。
また、検出対象の磁界が温度依存性を有する例えば永
久磁石による磁界の場合でも、永久磁石の温度係数はあ
らかじめ測定可能なので、Rf1とRf2の抵抗値の大きさの
割合を適切に設定することによって、永久磁石の温度係
数により生じる誤差を補正して、センサ出力の温度依存
性を無くすることが可能である。
尚、第５の実施形態では、磁気センサとしてInAsホー
ル素子を用いたが、この代わりに磁性薄膜磁気抵抗素子
（NiFe）を用いることもできる。
実施例６ 図２は、本発明の第６の実施例を示す。図17はその信
号処理回路の詳細な構造を示す。２つの定電流値i1,i2
を決定するための構成要素の一部として、信号処理回路
51内、特に定電流回路52内の２つの（またはそれ以上
の）、各々異なる温度係数を持つ複数の抵抗（この場合
はR1、R2の２個）を適用し、２つの定電流値i1,i2を、
この各々異なる温度係数を持つ抵抗R1、R2の（直列接続
または並列接続またはこれらの組み合わせによる）合成
抵抗の有する温度係数に反比例させる（i1∝1/（R1＋R
2）、i2∝1/（R1＋R2））ことによって、Vth1＝Rho×i
1、Vth2＝Rho×i2と任意の温度係数を持たせることが可
能になり、従って、図６に示す効果に加えて、V1の影響
を受けなくすることができるので、上述したように信号
処理回路５の出力信号に、例えば、磁気センサ部４の内
部抵抗の温度係数と感度の温度係数により生じる誤差を
補正することが可能であり、さらに、磁気センサ部の検
出対象の温度係数により生じる誤差も補正することが可
能である。
以上の各実施形態においては、その回路構成の信号処
理回路部をSiのモノリシックICでも実現しているが、通
常のSiモノリシック中で実現される抵抗は、比較的温度
係数の小さい低シート抵抗の抵抗と、比較的温度係数の
大きい高シート抵抗の抵抗が存在する。Siモノリシック
ICにおいて、通常はこの温度係数の違いは、回路技術上
負の要因となり、歓迎されない特性とされてきた。本発
明では、この違いを利用して、直列あるいは並列または
その組合わせの合成抵抗とすることにより所望の温度係
数を作り出し、その温度係数に反比例する定電流を作り
出して、フィードバックすることで、不可能とされてい
たSiモノリシックICでの任意の磁気特性の温度係数を実
現できる信号処理回路付き磁気センサを実現できた。
実施例７ 通常のSiICで製作された信号処理回路部の回路素子
は、PN接合で基板と電気的に分離された構造でSI基板表
面に形成されていることに着目し、この分離のためのPN
接合の電流リークが高温で増大していることに起因し
て、125℃以上の高温での動作が不安定になっているも
のと考えられる。そこで、基板へのリーク電流の少ない
回路の構造として、回路素子を絶縁性基板の表面に製作
し、その結果、高温での安定動作に、基板へのリーク電
流が大きな影響を与えていることを見い出した。
本実施形態においては、そのような基板へのリーク電
流を少なくする構造の信号処理回路を用いて、化学物半
導体磁気センサや磁性薄膜磁気抵抗素子と組み合わせる
ことによって、磁気センサを構成する。
図11Aは、図１乃至６の信号処理回路部20を含む基板
構造を示す。この信号処理回路部20の集積回路は、絶縁
性のセラミック基板上に形成された構造となっている。
すなわち、絶縁性基板21上に信号処理回路部20としての
半導体回路素子が形成されている。このような構造によ
って、周囲温度が高温でも安定な動作が可能となる。
また、この図11Aにおいて、信号処理回路部20が設け
られた絶縁基板21上には、磁気センサ部30が設けられて
いる。なお、この磁気センサ30は、信号処理回路部20の
上部に絶縁層を介して設けたり、この絶縁基板21とは別
個の基板上に設けてもよい。
実施例８ 図11Bは、信号処理回路部20を含む他の基板構造例を
示す。Si基板23上にSiO2のような絶縁層22が形成され、
その絶縁層22上に信号処理回路部20としての半導体回路
素子が形成されている。この場合にも同様に、高温での
安定した動作の効果が得られる。
また、この図11Bにおいて、信号処理回路部20が設け
られたSi基板23の絶縁層22上には、磁気センサ部30が設
けられている。なお、この磁気センサ部30は、信号処理
回路部20の上部に絶縁層を介して設けたり、このSi基板
23とは別個の基板上に設けてもよい。
以上、図11A、11Bに示すような回路構成とすることに
よって、175℃というこれまで実現できなかった高温ま
で安定した信号処理動作を行うことができ、これによ
り、高精度で信頼性の高い増幅回路付きの磁気センサを
実現することが可能となる。
次に、上記した本発明の実施形態を従来のものと比較
して検討した実験結果を示す。
−実験例− （実験例１） 図７に、SiモノリシックICで実現した図２の回路にお
いてInAsホール素子４をセンサとして用いて得られた動
作磁束密度（Bop）の温度依存性を比較してグラフに示
す。
ここで一方の抵抗R1の温度係数として2000ppm/℃を、
他方の抵抗R2の温度係数として7000ppm/℃を用い、R1と
R2の大きさの比を2:8にした場合と7:3にした場合につい
ての結果を示している。
更に比較のために図13の回路においてInAsホール素子
４をセンサとして用いて得られた動作磁束密度（Bop）
の温度依存性を比較してグラフに示す。
本発明のデジタル出力回路を用いれば、R1とR2の比が
7:3の場合、動作磁束密度の温度係数を、幅広い温度範
囲でほとんどゼロにできる。また、R1とR2の比が2:8の
場合に、一般的なフェライト磁石の温度係数と同じ、−
0.18％／℃の温度係数にすることもできるので、フェラ
イト磁石による磁界を検出する場合には、R1とR2の比を
2:8に設計することにより、センサ出力の温度依存性を
ほとんどゼロにする事ができる。
さらに、R1はSi集積回路中の一般的抵抗で、シート抵
抗が比較的小さいものであり、R2は高抵抗を作るための
シート抵抗が比較的大きいものを用いたが、本発明の回
路構成にすることにより、InAsホール素子の感度と抵抗
の温度係数に合わせた、専用の温度係数を持った抵抗を
新たに用意することなく、通常プロセスで作製できる二
種類の抵抗の、定数の組み合わせで実現できるため、IC
作製に特別なプロセスを付加することなく、安価に実現
できるという効果もある。
（実験例２） 図９に、やはりSiモノリシックICで実現した図２、及
び比較のための図13の回路において、磁性薄膜磁気抵抗
素子（NiFe）をセンサとして用いて得られた動作磁束強
度（Hop）の温度依存性を比較してグラフに示す。
動作磁束強度の温度係数を、幅広い温度範囲でほとん
どゼロにできることがわかる。
（実験例３） 図10は、セラミック基板上に図２の信号処理回路を形
成した図11A,11Bに示す場合の動作磁束密度の温度依存
性を、従来の一般的なSi基板上に集積回路を形成した場
合と比較した例を示す。この図10から、周囲温度が150
℃以上の高温においても、本発明の回路では動作磁束密
度が安定していることがわかる。
以上、説明したように、磁気センサ部を化合物半導体
薄膜で構成すると共に、定電流回路による電流でフィー
ドバックする構成にしたので、ホール素子の中点電位の
ばらつきや、回路の抵抗のばらつきによる歩留まりの低
下を無くすることができる。
又、定電流回路によるフィードバック電流の温度係数
を信号処理回路中の二種類以上の異なった温度係数を持
った複数の抵抗の合成抵抗の温度係数に反比例するよう
にすることにより、動作磁束密度の温度依存性をほとん
どゼロにすることができ、更には永久磁石の磁界を検出
する場合の様に、検出磁界が温度依存性を持つ場合にお
いても、幅広い温度範囲で温度に依存しないセンサ出力
を得るようにできる。
さらにまた、信号処理回路部の集積回路を、絶縁性の
セラミック基板上に形成したので、周囲温度が高温の場
合でも安定動作を可能とした。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−226982（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−188016（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−36979（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01R 33/06 - 33/09 H01L 43/02 - 43/06 H03K 3/023 - 3/0234

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】化合物半導体薄膜または磁性薄膜からなる
    磁気センサ部と、該磁気センサ部で電気的出力として検
    出した磁気信号を増幅する信号処理回路とを備え、 前記信号処理回路は、前記磁気センサ部に接続された演
    算増幅回路と、該演算増幅回路の出力に応じた異なる電
    流値を、該演算増幅回路の非反転入力端にフィードバッ
    クする定電流回路とを有することを特徴とする信号処理
    回路付き磁気センサ。
  2. 【請求項２】前記定電流回路は、二種類以上の異なった
    温度係数を有する複数の抵抗を備え、前記定電流回路が
    出力する電流は、前記複数の抵抗の合成抵抗の温度係数
    に反比例する温度係数を有することを特徴とする請求項
    １に記載の信号処理回路付き磁気センサ。
  3. 【請求項３】前記複数の抵抗の合成抵抗は、前記磁気セ
    ンサ部の内部抵抗と感度の温度係数によって生じる誤差
    を補正するものであることを特徴とする請求項２に記載
    の信号処理回路付き磁気センサ。
  4. 【請求項４】前記複数の抵抗は、前記磁気センサ部の内
    部抵抗や感度の温度係数に加えて、前記磁気センサ部の
    検出対象の温度係数によって生じる誤差を補正するもの
    であることを特徴とする請求項３に記載の信号処理回路
    付き磁気センサ。
  5. 【請求項５】前記信号処理回路はモノリシックICである
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の信
    号処理回路付き磁気センサ。
  6. 【請求項６】前記信号処理回路は、絶縁性基板上、もし
    くは半導体基板上に配置した絶縁層上に形成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の信
    号処理回路付き磁気センサ。
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