JP3549076B2

JP3549076B2 - 磁気抵抗素子装置

Info

Publication number: JP3549076B2
Application number: JP02546096A
Authority: JP
Inventors: 春生吉永
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1996-02-13
Filing date: 1996-02-13
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2016-02-13
Also published as: JPH09219546A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）を用いた磁気抵抗素子装置の構造に関し、更に詳しくいえば、磁気抵抗素子の基板面内の磁界分布や温度分布が不均一であっても、この影響を受けることのない磁気抵抗素子装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の磁気抵抗素子装置としては、図５〜図７に示すような構造のものが知られている。このような図５〜図７に示す構造の磁気抵抗素子装置は、例えば特開平６ー４２９０５号公報に詳細に開示されており、その構成および動作原理は次のようになっている。
【０００３】
図５において、磁気抵抗素子装置１は、シリコン結晶基板上に強磁性体薄膜のストライプをジグザグ状パターンに形成した一対の第１・第２の磁気抵抗素子３−１、３−２を左右対称に配置するように構成されている。このストライプパターンは、その左右対称中心線がＮ・Ｓ２極の磁極を外周部に１８０度に分割配置している回転体９の中心を通るように設けられており、かつ左右のストライプパターン同士は直列に接続されている。
第１・第２の各磁気抵抗素子３−１、３−２は、複数の直線パターン４と、直線パターン４の間を接続する折れ曲がり部５とで構成され、各直線パターン４は、前記中心線に対する角度がθ（θ＝４５°）で、一定の間隔をおいて平行に配置されている。従って第１の磁気抵抗素子３−１の各直線パターン４と、第２の磁気抵抗素子３−２の各直線パターン４とは、互いに直交するように配置されていることとなる。ジグザグ状ストライプパターンの両端と中間に電極が接続されており、そのうちの電極６−１はＧＮＤに接続し、電極６−３は電圧Ｖｃの電源に接続し、中間電極６−２は出力端子側に接続している。
このような構成の磁気抵抗素子装置を例えば角度検出器として用いる場合には、ＮＳ磁極の回転体９の回転角度に応じた出力信号を出力端子６−２から取りだすことが出来る。
【０００４】
また、図６において、第１の磁気抵抗素子３−１の各直線パターン４は、図示の中心線に対して９０度傾けて配置され、第２の磁気抵抗素子３−２の直線パターン４は、中心線方向に配列されている。電極６−１はＧＮＤに接続され、電極６−３は電源に接続される。そこで、電源６−２を出力端子側の電極として使用すれば、図５と同じようにこの出力端子から、回転体９の回転角度に応じた出力信号が取り出せることとなる。
ところで図５および図６における磁気抵抗素子３−１の各直線パターンはすべて同じ長さであるため、出力信号における正・負反転領域のリニアリティ角が狭く、例えば最高で４０度程度であった。
【０００５】
図７に示された従来公知の磁気抵抗素子装置１はこのような欠点を解消するもので、図のように基板上に形成された第１・第２の磁気抵抗素子パターン３−１、３−２の直線パターン４、４は共に、中心線方向に４５度傾けて配置され、電極６−２は出力端子電極であり、この出力端子から回転体９の回転角度に応じた出力信号が取り出されるものである。そしてこの場合、図７の磁気抵抗素子装置１が図５の磁気抵抗素子装置１と異なっているのは、それぞれの第１・第２の磁気抵抗素子パターン３−１、３−２が、それぞれ、折れ曲がり部５を介して、短い直線パターンから長い直線パターンへ、さらに長い直線パターンから短い直線パターンへ連続的に繋がるように配置されている点である。このようにジグザグ状のパターンを構成する直線パターンを、長さの異なるパターンで構成し、長い直線パターンと短い直線パターンとを所定の配列としているので、回転体の広い回転角度に対して直線性の優れた出力特性となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら図５〜図７に見られる従来の磁気抵抗素子装置に共通して見られる欠点は、いずれも中心線から見て左右の両パターンが基板平面内に距離をおいて配置されているため、基板平面内の磁界分布や温度分布が不均一である場合には、左のパターンと右のパターンとの間に磁界変化に対応した差が生じてしまい磁界の正確な測定ができなくなるという点である。従って、本発明が解決しようとする課題は、基板平面内の磁界分布や温度分布がたとえ不均一であったとしても、磁界の正確な測定ができるような構成の磁気抵抗素子装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明によれば、シリコン結晶基板上に櫛歯状のジグザグ状に形成される磁気抵抗素子と該磁気抵抗素子の両端と中間に接続される電極とから成る磁気抵抗素子装置において、該中間電極からみて一方の電極側と他方の電極側との各櫛歯状のジグザグ状磁気抵抗素子の櫛歯同士を互いに近接配置させるようにしている。その場合、折れ曲がり部のような近接配置に寄与しない部分は導電性導体に置き換えてこの部分からは出力信号が発生しないようにしている。
【０００８】
また、シリコン結晶基板上には、Ｖ字状の溝を複数本形成し、その溝の各傾斜面に該溝と平行に上記の磁気抵抗素子を配置するようにしている。そして、このシリコン結晶基板は具体的には、（１００）結晶面を有する単結晶基板であり、溝は（１１１）結晶面よりなる２つの傾斜面で形成された溝としている。
【０００９】
このような磁気抵抗素子装置であるので、たとえ基板平面内に磁界分布や温度分布が不均一に存在していても、その出力用中間電極からみて一方の電極側と他方の電極側との各ジグザグ状磁気抵抗素子の櫛歯同士を互いに近接配置させるようにしているので、どちらもほぼ同じ影響を受けるためその差はゼロとなり、結果的に出力に磁界分布差や温度分布差に起因する影響が現れず、磁界の正確な測定ができることとなる。
【００１０】
さらに、シリコン結晶基板上にＶ字状溝を複数個形成し、その各傾斜面に上記の磁性ストライプを配置するようにしているので、従来装置と比べて表面積が大きくなりパターンの高密度化が図られるため、よりいっそう装置の小型化ができるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１〜図４に従って説明する。
図１は基板上に磁性膜を形成した磁気抵抗素子装置の断面図であり、図２はその平面図を示している。
図１において、２は、（１００）結晶面を有するシリコン単結晶基板であり、この基板の上面には、エッチングによりＶ字状の溝４が形成されている。
このＶ字状溝４（４−１、４−２）は２つの（１１１）結晶面よりなる傾斜面（７−１、７−２）、（７−３、７−４）を有し、傾斜面７（７−１、７−２、７−３、７−４）は、シリコン単結晶基板２の面とα＝５４．７度の角をなしている。２は、シリコン単結晶センサ基板２の上面及び傾斜面７（７−１、７−２、７−３、７−４）に形成された絶縁膜である。３は、Ｖ字状溝４の傾斜面の絶縁膜８上に形成された磁性体薄膜ストライプであり、各磁性体薄膜ストライプ３−１、３−２、３−３、３−４、３−５、３−６、３−７、３−８は、それぞれＶ字状溝４（４−１、４−２）の傾斜面（７−１、７−２）、（７−３、７−４）の絶縁膜８上に配置されている。その際、磁性体薄膜ストライプは、Ｖ字状溝４（４−１、４−２）に平行に２本ずつ（３−１、３−２）、（３−３、３−４）、（３−５、３−６）（３−７、３−８）パターニングされる。磁性ストライプ３は、その長手方向が磁気容易軸となっている。
【００１２】
図２において、メッシュ部分５（５−１、５−２）は、導電性導体であり、ハッチング部分６（６−１、６−２、６−３）は電極である。
傾斜面７−１上にパターニングされた２本の磁性ストライプ３−１、３−２は、その先端が導電性導体５−１により接続されている。磁性ストライプ３−１の基端部は電極６−１に接続されている。そして磁性ストライプ３−２は、導電性導体５−２を介して磁性ストライプ３−５に接続されている。
磁性ストライプ３−５、３−６は、傾斜面７−１と同じ傾きをもつ傾斜面７−３上にパターニングされており、磁性ストライプ３−１、３−２と同じパターンで、電極６−２に接続されている。
そして、磁性ストライプ３−１、３−２と磁性ストライプ３−５、３−６とは櫛歯状のパターンを形成している。
傾斜面７−２上にパターニングされた２本の磁性ストライプ３−３、３−４は、その先端が導電性導体５−４により接続されている。
磁性ストライプ３−３の基端部は、導電性導体５−３を介して電極６−１に接続されている。
磁性ストライプ３−４は、導電性導体５−３を介して磁性ストライプ３−７に接続されている。
磁性ストライプ３−７、３−８は、傾斜面７−２と同じ傾きをもつ傾斜面７−４上にパターニングされており、磁性ストライプ３−３、３−４と同じパターンで電極６−３に接続されている。
そして、磁性ストライプ３−３、３−４と磁性ストライプ３−７、３−８とは、櫛歯状のパターンを形成し、この櫛歯状のパターンは、磁性ストライプ３−１、３−２、３−５、３−６が形成する櫛歯状のパターンと互いにかみ合うように近接配置されている。電極６−１はＧＮＤに接続され、電極６−３は、電源Ｖ字状ｃに接続される。
【００１３】
次にこのように構成された磁気抵抗素子装置の動作を図３、図４に従って説明する。
いま、仮に測定する磁界を、磁界の強さＨが一定でその方向は磁界のふれ面内を中心軸を中心にして±θで変化するものとする。
このとき、磁気抵抗素子装置は、図３に示すようにシリコン単結晶基板２の垂直軸が、上記中心軸と一致するように配置される。
また、感度を良くするためには、磁性ストライプ３を上記磁界のふれ面に対して４５度の角をなすように配置することが望ましい。
また、電極６−１は接地され、電極６−２、６−３は電源に接続される。
【００１４】
図４は、磁界のふれ面がＶ字状溝に直角である場合の磁性ストライプ３−２、３−３への磁界の作用の様子を示したものである。
磁界Ｈが基板の垂直軸からθだけ振れたとき、基板の垂直軸と＋４５°となす方向の磁界成分Ｈｘは、
Ｈｘ＝Ｈｃｏｓ（４５°−θ）
である。
また、基板の垂直軸と−４５°をなす方向の磁界成分はＨｙは、
Ｈｙ＝Ｈｓｉｎ（４５°−θ）
である。
一方、磁性ストライプ３−３は、シリコン単結晶基板２の面とα＝５４．７度の角をなす傾斜面７−２上に設けられているため、磁性ストライプ３−３の幅方向は基板の垂直軸と（９０−５４．７）＝３５．３度の角をなす。このため、磁性ストライプ３−３の幅方向にはほぼＨｘの強さの磁界が作用するとになる。
【００１５】
以上のことは、磁性ストライプ３−２についても同様であって、磁性ストライプ３−２の幅方向には、ほぼＨｙの強さの磁界が作用することになる。
したがって、磁界Ｈのふれ角θが増加して、磁性ストライプ３−３に作用する磁界成分Ｈｘが増加するとき、磁性ストライプ３−２に作用する磁界成分Ｈｙは減少することになる。このため、磁界成分Ｈｘが作用する磁性ストライプ３−３、３−４、３−７、３−８の出力を電極６−３から取り出し、一方、磁界成分Ｈｙが作用する磁性ストライプ３−１、３−２、３−５、３−６の出力を電極６−２から取り出して、これらの出力を比較すれば、磁界の変化に応じた出力を得ることができる。
【００１６】
また、磁性ストライプ（３−１、３−２）と磁性ストライプ（３−３、３−４）及び磁性ストライプ（３−５、３−６）と磁性ストライプ（３−７、３−８）は、それぞれ、Ｖ字状溝４−１、４−２内に、しかも櫛歯状に近接して配置されているために、磁界分布や温度分布が不均一であっても、出力にはその影響はほとんど現れてこない。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、出力用中間電極からみて一方の電極側と他方の電極側との各磁性ストライプ同士を櫛状に近接配置しているので、どちらもほぼ同じ影響を受けるためその差はゼロとなり、結果的に出力に影響が現れず、従って磁界の正確な測定ができることとなる。
【００１８】
また、エッチングによりシリコン単結晶基板上に形成されたＶ字状字状溝の傾斜面に磁性ストライプを配置するようにしているので、磁性ストライプのパターンを高密度化することができて、センサの小型化を実現することができる。
その際、このＶ字状字状溝の傾斜面に、磁性ストライプを上記櫛状に近接配置するようにすれば、磁界分布や温度分布が不均一であってもその影響を小さく抑える効果も同時に得ることができる。
【００１９】
上記の実施例では、シリコン結晶基板上に櫛歯状のジグザグ状に形成される磁気抵抗素子パターンのうち、出力信号に寄与する直線パターン部を磁気抵抗素子で構成し、折れ曲がり部などの近接配置に寄与しない部分は導電性導体に置き換えているが、製造工程の簡素化を図るのであれば、用途によってはこのような導電性導体塗布工程を省略して、櫛歯状のジグザグ磁気抵抗素子パターンをすべて磁気抵抗素子で構成するようにしても構わない。
また、シリコン結晶基板に形成される溝はＶ字状の溝が望ましいが、他にノコギリ歯状など表面を凹凸にして表面積を大きくできるものであるなら、別に溝の形状は問わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例である磁気抵抗素子装置の正面断面図。
【図２】本発明の１実施例である磁気抵抗素子装置の平面図。
【図３】本発明の１実施例である磁気抵抗素子装置と測定磁界との位置関係を示す図。
【図４】本発明の磁気抵抗素子装置の磁性ストライプへの測定磁界の作用を示す図。
【図５】従来の磁気抵抗素子装置図。
【図６】従来の他の磁気抵抗素子装置図。
【図７】従来のさらに他の磁気抵抗素子装置図。
【符号の説明】
１．磁気抵抗素子装置
２．シリコン単結晶基板
３．磁性ストライプ
４．Ｖ字状溝
５．導電性導体（折れ曲がり部）
６．電極
６−１．端部電極
６−２．中間電極（出力用）
６−３．端部電極
７．傾斜面
８．絶縁膜
９．回転体

Claims

シリコン結晶基板上にＶ字状の溝を複数形成し、該Ｖ字状溝の各傾斜面に互いに平行に複数本ずつ磁性ストライプで櫛歯状のパターンをジグザグ状に形成して成る磁気抵抗素子と該磁気抵抗素子の両端と中間に接続される電極とから成る磁気抵抗素子装置において、該中間電極からみて一方の電極側と他方の電極側との各櫛歯状のパターンが互いにかみ合うように近接配置させ、かつ２本の前記ストライプの先端同士を導電性導体で接続したことを特徴とする磁気抵抗素子装置。
請求項１記載の磁気抵抗素子装置において、前記シリコン結晶基板は（１００）結晶面を有する単結晶基板であり、前記溝は（１１１）結晶面よりなる２つの傾斜面で形成されたＶ字状の溝であることを特徴とする磁気抵抗素子装置。