JP4240306B2 - 回転検出器 - Google Patents
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Description
本発明は、化合物半導体薄膜から成る感磁部を有する磁気抵抗素子を用いて回転体の回転を検出する回転検出器に関するものである。
従来、磁気抵抗素子を用いた回転検出器としては、図３７に示すような構造のものが提案されている。同図において、１は磁性体から成る歯車、２は歯車１の回転を検出する磁気抵抗素子、３はこの磁気抵抗素子２に垂直な磁界（バイアス磁界）を印加する永久磁石で、磁気抵抗素子２としては、ＩｎＳｂバルクや真空蒸着法により形成した薄膜などが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、歯車１の回転を検出する際は、一般的には、２個の磁気抵抗素子を直列に接続した３端子の磁気抵抗素子（単相出力）、あるいは、４個の磁気抵抗素子をループ状に接続した４端子の磁気抵抗素子（Ａ相／Ｂ相の２相出力）が使用される。３端子の磁気抵抗素子では、図３８に示すように歯車１の山と谷とに、２個の磁気抵抗素子２ａ，２ｂをそれぞれ合わせて配置する。また、４端子の磁気抵抗素子では、図３９に示すように、歯車１の山と谷にあわせて２個の磁気抵抗素子２ａ，２ｂを直列に配置したもの（Ａ相）と、その１／４周期ずれた位置に２個の磁気抵抗素子２ｃ，２ｄを直列に配置したもの（Ｂ相）が含まれている。そして、それぞれに、直流電源４を接続し、出力端子５，５ａ，５ｂの電位をそれぞれ出力電圧として取出すようにしている。
このような方式による磁気センサ回路の出力信号ｅは、例えば、図３８の場合には、磁気抵抗素子２ａ，２ｂのそれぞれの抵抗値をＲａ，Ｒｂ、直流電源４の電圧をＶｉｎとすれば、出力端子５の電位は、ｅ＝｛（Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）｝×Ｖｉｎとなる（例えば、特許文献２，３参照）。
特開平３−２５９５７８号公報
特開昭５２−７３７９３号公報
特開昭５２−７３７９４号公報
ところで、歯車１の回転を検出する際は、一般的には、２個の磁気抵抗素子を直列に接続した３端子の磁気抵抗素子（単相出力）、あるいは、４個の磁気抵抗素子をループ状に接続した４端子の磁気抵抗素子（Ａ相／Ｂ相の２相出力）が使用される。３端子の磁気抵抗素子では、図３８に示すように歯車１の山と谷とに、２個の磁気抵抗素子２ａ，２ｂをそれぞれ合わせて配置する。また、４端子の磁気抵抗素子では、図３９に示すように、歯車１の山と谷にあわせて２個の磁気抵抗素子２ａ，２ｂを直列に配置したもの（Ａ相）と、その１／４周期ずれた位置に２個の磁気抵抗素子２ｃ，２ｄを直列に配置したもの（Ｂ相）が含まれている。そして、それぞれに、直流電源４を接続し、出力端子５，５ａ，５ｂの電位をそれぞれ出力電圧として取出すようにしている。
このような方式による磁気センサ回路の出力信号ｅは、例えば、図３８の場合には、磁気抵抗素子２ａ，２ｂのそれぞれの抵抗値をＲａ，Ｒｂ、直流電源４の電圧をＶｉｎとすれば、出力端子５の電位は、ｅ＝｛（Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）｝×Ｖｉｎとなる（例えば、特許文献２，３参照）。
ところで、従来のＩｎＳｂ磁気抵抗素子においては、感磁部を形成するＩｎＳｂは抵抗率が１℃当たり約２％と大きな温度依存性を有し、周辺温度や動作に関わる電流通電などによる発熱のため、磁気抵抗素子の抵抗値が変化するという問題があり、これが原因で、出力電圧が変動することも多かった。
上記のような周囲温度の変化等に起因する各種のノイズに関しては、２個の磁気抵抗素子２ａ，２ｂが空間的に近接して配置されているので、両者の受ける温度的、磁気的、または機械的原因による磁気抵抗素子２ａ，２ｂの抵抗変動分ΔＲａとΔＲｂとは等しいと考えることができる。したがって、ノイズ成分に関してはΔｅ＝０となるはずである。
しかしながら、これは、磁気抵抗素子２ａ，２ｂの抵抗値ＲａとＲｂとが等しいことが前提条件となる。一般的には、磁気抵抗素子２ａの抵抗値と磁気抵抗素子２ｂの抵抗値とは異なる場合が多く、その上、磁気抵抗素子２ａと磁気抵抗素子２ｂの抵抗値の温度係数は異なっていることが多い。したがって、ＲａとＲｂが等しい場合は、出力端子の電位は、Ｖｉｎ／２となりかつノイズ成分もなくなるが、ＲａとＲｂとが等しくない場合、あるいは抵抗値の温度係数が異なる場合にはノイズ成分も出力されるだけでなく、出力端子５の電位は、ｅ＝Ｖｉｎ／２からずれてしまい、周囲の温度が変化すれば温度ドリフトも生じることになる。
上記のような周囲温度の変化等に起因する各種のノイズに関しては、２個の磁気抵抗素子２ａ，２ｂが空間的に近接して配置されているので、両者の受ける温度的、磁気的、または機械的原因による磁気抵抗素子２ａ，２ｂの抵抗変動分ΔＲａとΔＲｂとは等しいと考えることができる。したがって、ノイズ成分に関してはΔｅ＝０となるはずである。
しかしながら、これは、磁気抵抗素子２ａ，２ｂの抵抗値ＲａとＲｂとが等しいことが前提条件となる。一般的には、磁気抵抗素子２ａの抵抗値と磁気抵抗素子２ｂの抵抗値とは異なる場合が多く、その上、磁気抵抗素子２ａと磁気抵抗素子２ｂの抵抗値の温度係数は異なっていることが多い。したがって、ＲａとＲｂが等しい場合は、出力端子の電位は、Ｖｉｎ／２となりかつノイズ成分もなくなるが、ＲａとＲｂとが等しくない場合、あるいは抵抗値の温度係数が異なる場合にはノイズ成分も出力されるだけでなく、出力端子５の電位は、ｅ＝Ｖｉｎ／２からずれてしまい、周囲の温度が変化すれば温度ドリフトも生じることになる。
また、磁気抵抗素子は、これまではバルク単結晶ＩｎＳｂを厚さ数μｍから十数μｍに薄く研磨して製作されたものが多く用いられていた。上記のようなバルク単結晶ＩｎＳｂの磁気抵抗素子２を製作する際には、研磨によりバルク単結晶ＩｎＳｂを薄く加工し、更に、微細な加工を行って所望の形状にする必要があるが、研磨で製作したバルク単結晶ＩｎＳｂは標準的な半導体の微細加工技術の適用が難しいため、その平面的な加工精度はもとより、最も重要な研磨による厚さの制御が困難であった。そのため、製品の特性、特に、ＩｎＳｂの厚さのばらつきや平面的な加工精度の大きなばらつきがあると、磁気抵抗素子２の抵抗値や感度が、厚さや加工精度のばらつきに連動してしまうため、安定した特性が得られないといった問題点があった。
すなわち、従来のバルク単結晶ＩｎＳｂを薄く研磨して製作された磁気抵抗素子では、磁気抵抗素子２ａ，２ｂの抵抗値が異なり、かつ抵抗値の温度係数も異なることが多く、そのため、出力端子５の電位は、ｅ＝Ｖｉｎ／２からずれており、上記電位ｅの温度ドリフトも非常に大きかった。
すなわち、従来のバルク単結晶ＩｎＳｂを薄く研磨して製作された磁気抵抗素子では、磁気抵抗素子２ａ，２ｂの抵抗値が異なり、かつ抵抗値の温度係数も異なることが多く、そのため、出力端子５の電位は、ｅ＝Ｖｉｎ／２からずれており、上記電位ｅの温度ドリフトも非常に大きかった。
ところで、磁気抵抗素子の磁気抵抗効果は以下の式で記述できる。
ΔＲ／Ｒ０∝（μＢ）２ ：低印加磁界時 ‥‥‥‥（１）
ΔＲ／Ｒ０∝（μＢ） ：高印加磁界時 ‥‥‥‥（２）
但し、ΔＲ＝ＲＢ−Ｒ０であり、ＲＢは磁界中での抵抗値、Ｒ０は磁場なしでの抵抗値、μは電子移動度、Ｂは印加磁界である。
式（１），（２）より、出力信号の振幅は、電子移動度μに依存することになる。従来のバルク単結晶ＩｎＳｂを薄く研磨して製作された磁気抵抗素子は、電子移動度μの温度依存性も大きく、図４０に示す出力信号振幅Ａの温度依存性が大であった。
一方、磁気抵抗素子を真空蒸着法により形成した場合も、膜厚や組成のばらつきが多く磁気抵抗素子２ａ，２ｂの素子特性を揃えることが困難なだけでなく、また、十分な電子移動度が得られず、また、その温度依存性も大きかった。
また、磁気抵抗素子は、通常、エポキシ樹脂等の硬質樹脂でモールドされる。この硬質樹脂による応力には以下のものがある。
・比較的高温でモールドが行われるために、モールド後、硬質樹脂が室温に下がったときの熱収縮からくる応力
・素子周囲の温度が変化した時に、硬質樹脂と半導体薄膜の熱膨張率が異なることによる応力
がある。更に、熱収縮による応力分布が不均一であるために、感磁部に一様に応力が加わらないことから、薄膜の温度特性が不均一になることが多かった。
ΔＲ／Ｒ０∝（μＢ）２ ：低印加磁界時 ‥‥‥‥（１）
ΔＲ／Ｒ０∝（μＢ） ：高印加磁界時 ‥‥‥‥（２）
但し、ΔＲ＝ＲＢ−Ｒ０であり、ＲＢは磁界中での抵抗値、Ｒ０は磁場なしでの抵抗値、μは電子移動度、Ｂは印加磁界である。
式（１），（２）より、出力信号の振幅は、電子移動度μに依存することになる。従来のバルク単結晶ＩｎＳｂを薄く研磨して製作された磁気抵抗素子は、電子移動度μの温度依存性も大きく、図４０に示す出力信号振幅Ａの温度依存性が大であった。
一方、磁気抵抗素子を真空蒸着法により形成した場合も、膜厚や組成のばらつきが多く磁気抵抗素子２ａ，２ｂの素子特性を揃えることが困難なだけでなく、また、十分な電子移動度が得られず、また、その温度依存性も大きかった。
また、磁気抵抗素子は、通常、エポキシ樹脂等の硬質樹脂でモールドされる。この硬質樹脂による応力には以下のものがある。
・比較的高温でモールドが行われるために、モールド後、硬質樹脂が室温に下がったときの熱収縮からくる応力
・素子周囲の温度が変化した時に、硬質樹脂と半導体薄膜の熱膨張率が異なることによる応力
がある。更に、熱収縮による応力分布が不均一であるために、感磁部に一様に応力が加わらないことから、薄膜の温度特性が不均一になることが多かった。
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、高感度で且つ抵抗値のばらつきや温度依存性が小さな磁気抵抗素子を用いた、高い検出精度と安定した温度依存性とを併せ持った回転検出器を提供することを目的とする。
本発明者は、歯車等の回転体の回転を検出する回転検出器について、
・微細加工精度の優れた高感度の化合物半導体薄膜材料開発とその温度特性の低減技術
・素子特性のばらつきを抑えるための高度な化合物半導体薄膜の膜厚制御技術及び均一性の高い不純物のドープ技術
・歯車回転の高感度／高精度検出が可能でかつ高信頼性な素子構造
・低コストの量産プロセス技術
・高信頼性のモジュール（組立体）構造
の開発に取り組んだ結果、微細加工精度に優れた、膜厚均一性の良い薄膜材料の開発、面内均一性の高い不純物のドープ技術、高い電子移動度を得る薄膜の単結晶成長技術、高感度／高精度検出が可能で高信頼性な素子構造、信頼性の高いモジュール（組立体）構造、バイアス磁界印加手段などの複数の技術を開発し、更に、これらを適切に、かつ最適化した構成で組み合わせることで、回転体の回転を高精度に検出可能とした化合物半導体薄膜を感磁部（磁気検出部）に採用した、量産性に優れ、特性のばらつきの少ない高性能な回転検出器を得ることができることを見いだし、本発明に到ったものである。
すなわち、本発明の回転検出器に備えられる磁気抵抗素子は、絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部と、前記感磁部上に形成された複数の短絡電極と、を備えた磁気抵抗素子であって、前記化合物半導体薄膜にドナー不純物をドープするとともに、前記感磁部を覆うように軟質樹脂層を設け、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドしたことを特徴とするものである。
また、本発明の回転検出器に備えられる磁気抵抗素子は、絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部と、前記感磁部上に形成された複数の短絡電極と、前記感磁部及び前記短絡電極上に形成された絶縁性無機質材料から成る保護層と、を備えた磁気抵抗素子において、前記化合物半導体薄膜にドナー不純物をドープするとともに、前記保護層を介して前記感磁部を覆うように軟質樹脂層を設け、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドしたことを特徴とする。
このような磁気抵抗素子においては、前記軟質樹脂層をシリコン樹脂又はゴム系樹脂で構成することが好ましい。また、前記軟質樹脂層の厚さが１〜３００μｍであることが好ましい。
・微細加工精度の優れた高感度の化合物半導体薄膜材料開発とその温度特性の低減技術
・素子特性のばらつきを抑えるための高度な化合物半導体薄膜の膜厚制御技術及び均一性の高い不純物のドープ技術
・歯車回転の高感度／高精度検出が可能でかつ高信頼性な素子構造
・低コストの量産プロセス技術
・高信頼性のモジュール（組立体）構造
の開発に取り組んだ結果、微細加工精度に優れた、膜厚均一性の良い薄膜材料の開発、面内均一性の高い不純物のドープ技術、高い電子移動度を得る薄膜の単結晶成長技術、高感度／高精度検出が可能で高信頼性な素子構造、信頼性の高いモジュール（組立体）構造、バイアス磁界印加手段などの複数の技術を開発し、更に、これらを適切に、かつ最適化した構成で組み合わせることで、回転体の回転を高精度に検出可能とした化合物半導体薄膜を感磁部（磁気検出部）に採用した、量産性に優れ、特性のばらつきの少ない高性能な回転検出器を得ることができることを見いだし、本発明に到ったものである。
すなわち、本発明の回転検出器に備えられる磁気抵抗素子は、絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部と、前記感磁部上に形成された複数の短絡電極と、を備えた磁気抵抗素子であって、前記化合物半導体薄膜にドナー不純物をドープするとともに、前記感磁部を覆うように軟質樹脂層を設け、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドしたことを特徴とするものである。
また、本発明の回転検出器に備えられる磁気抵抗素子は、絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部と、前記感磁部上に形成された複数の短絡電極と、前記感磁部及び前記短絡電極上に形成された絶縁性無機質材料から成る保護層と、を備えた磁気抵抗素子において、前記化合物半導体薄膜にドナー不純物をドープするとともに、前記保護層を介して前記感磁部を覆うように軟質樹脂層を設け、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドしたことを特徴とする。
このような磁気抵抗素子においては、前記軟質樹脂層をシリコン樹脂又はゴム系樹脂で構成することが好ましい。また、前記軟質樹脂層の厚さが１〜３００μｍであることが好ましい。
さらに、本発明の回転検出器は、絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部及び前記感磁部上に形成された複数の短絡電極を備えた磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に磁界を印加する磁界印加手段と、を備え、前記磁界を変化させる回転体の回転状態を検出する回転検出器において、前記化合物半導体薄膜にドナー不純物をドープするとともに、前記感磁部を覆うように軟質樹脂層を設け、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドしたことを特徴とする。
さらに、本発明の回転検出器は、絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部、前記感磁部上に形成された複数の短絡電極、及び前記感磁部及び前記短絡電極上に形成された絶縁性無機質材料から成る保護層を備えた磁気抵抗素子を備えるとともに、前記磁気抵抗素子に磁界を印加する磁界印加手段を備え、前記磁界を変化させる回転体の回転状態を検出する回転検出器において、前記化合物半導体薄膜にドナー不純物をドープするとともに、前記保護層を介して前記感磁部を覆うように軟質樹脂層を設け、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドしたことを特徴とする。
このような回転検出器においては、前記軟質樹脂層をシリコン樹脂又はゴム系樹脂で構成することが好ましい。また、前記化合物半導体薄膜の厚さが０．１〜４．０μｍであることが好ましい。さらに、前記軟質樹脂層の厚さが１〜３００μｍであることが好ましい。さらに、前記軟質樹脂層の上部側を、表面が前記感磁部面に対して平行面となるように、前記モールド樹脂で覆ってもよい。
さらに、本発明の回転検出器は、絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部、前記感磁部上に形成された複数の短絡電極、及び前記感磁部及び前記短絡電極上に形成された絶縁性無機質材料から成る保護層を備えた磁気抵抗素子を備えるとともに、前記磁気抵抗素子に磁界を印加する磁界印加手段を備え、前記磁界を変化させる回転体の回転状態を検出する回転検出器において、前記化合物半導体薄膜にドナー不純物をドープするとともに、前記保護層を介して前記感磁部を覆うように軟質樹脂層を設け、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドしたことを特徴とする。
このような回転検出器においては、前記軟質樹脂層をシリコン樹脂又はゴム系樹脂で構成することが好ましい。また、前記化合物半導体薄膜の厚さが０．１〜４．０μｍであることが好ましい。さらに、前記軟質樹脂層の厚さが１〜３００μｍであることが好ましい。さらに、前記軟質樹脂層の上部側を、表面が前記感磁部面に対して平行面となるように、前記モールド樹脂で覆ってもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、前記感磁部面における磁束密度を、前記感磁部の抵抗値の変化率が５０％以上となる磁束密度としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器は、前記感磁部の全面に渉り、磁界の印加された状態での抵抗値の温度依存性の均一性が±１．０％以内であることが好ましい。さらに、前記硬質樹脂層の上に厚さが０．５ｍｍ以下の金属薄板を配置してもよい。さらに、前記磁界印加手段をＳｍＣｏ磁石としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、前記感磁部を形成する化合物半導体薄膜を、単結晶ＩｎＡｓx Ｓｂ1-x 薄膜（０≦ｘ≦１）としてもよい。さらに、前記絶縁基板の表面に高抵抗層又は絶縁層を設け、この上に前記化合物半導体薄膜を形成してもよい。さらに、前記化合物半導体薄膜を単結晶ＩｎＳｂ薄膜とするとともに、前記高抵抗層又は絶縁層を前記化合物半導体薄膜の結晶構造と同一の結晶構造を有する高抵抗層又は絶縁層としてもよい。さらに、前記化合物半導体薄膜を単結晶ＩｎＳｂ薄膜とするとともに、前記高抵抗層又は絶縁層と前記化合物半導体薄膜との格子定数の差を２．０％以下としてもよい。さらに、前記ドナー不純物をＳｉ，Ｓｎ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｇｅ，Ｃから選ばれる少なくとも１つとすることが好ましい。
さらに、本発明の回転検出器においては、外部接続用の３個の端子電極を有し、２個の磁気抵抗素子が直列に接続された３端子磁気抵抗素子から構成された磁気検出部を備え、前記２個の磁気抵抗素子の接続点の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力される構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、外部接続用の４個の端子電極を有し、４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成された磁気検出部を備え、前記４個の磁気抵抗素子のうち第１及び第２の磁気抵抗素子の接続点の第１の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力され、前記４個の磁気抵抗素子のうち第３及び第４の磁気抵抗素子の接続点の第２の端子から、前記第１の信号とは９０°の位相差を有する第２の信号が出力される構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、外部接続用の４個の端子電極を有し、４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成され、かつ、前記４個の磁気抵抗素子のうち互いに隣接して接続されていない第１及び第２の磁気抵抗素子、または、第３及び第４の磁気抵抗素子がそれぞれ同相の磁界変化を受けるように前記各磁気抵抗素子を配置して成る磁気検出部を備え、前記第１及び第３の磁気抵抗素子の接続点の第１の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力され、前記第２及び第４の磁気抵抗素子の接続点の第２の端子から、前記第１の信号とは１８０°の位相差を有する第２の信号が出力される構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、外部接続用の４個の端子電極を有し、４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成され、かつ、前記４個の磁気抵抗素子のうち互いに隣接して接続されていない第１及び第２の磁気抵抗素子、または、第３及び第４の磁気抵抗素子がそれぞれ同相の磁界変化を受けるように前記各磁気抵抗素子を配置して成る磁気検出部を２組備え、前記２組の磁気検出部のうち第１の磁気検出部は、前記第１及び第３の磁気抵抗素子の接続点の第１の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力され、前記第２及び第４の磁気抵抗素子の接続点の第２の端子から、前記第１の信号とは１８０°の位相差を有する第２の信号が出力され、前記２組の磁気検出部のうち第２の磁気検出部は、前記第１の信号とは９０°の位相差を有する第３の信号と、前記第２の信号とは９０°の位相差を有する第４の信号と、を出力する構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、外部接続用の４個の端子電極を有し、４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成された磁気検出部を備え、前記４個の磁気抵抗素子のうち第１及び第２の磁気抵抗素子の接続点の第１の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力され、前記４個の磁気抵抗素子のうち第３及び第４の磁気抵抗素子の接続点の第２の端子から、前記第１の信号とは９０°の位相差を有する第２の信号が出力される構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、外部接続用の４個の端子電極を有し、４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成され、かつ、前記４個の磁気抵抗素子のうち互いに隣接して接続されていない第１及び第２の磁気抵抗素子、または、第３及び第４の磁気抵抗素子がそれぞれ同相の磁界変化を受けるように前記各磁気抵抗素子を配置して成る磁気検出部を備え、前記第１及び第３の磁気抵抗素子の接続点の第１の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力され、前記第２及び第４の磁気抵抗素子の接続点の第２の端子から、前記第１の信号とは１８０°の位相差を有する第２の信号が出力される構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、外部接続用の４個の端子電極を有し、４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成され、かつ、前記４個の磁気抵抗素子のうち互いに隣接して接続されていない第１及び第２の磁気抵抗素子、または、第３及び第４の磁気抵抗素子がそれぞれ同相の磁界変化を受けるように前記各磁気抵抗素子を配置して成る磁気検出部を２組備え、前記２組の磁気検出部のうち第１の磁気検出部は、前記第１及び第３の磁気抵抗素子の接続点の第１の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力され、前記第２及び第４の磁気抵抗素子の接続点の第２の端子から、前記第１の信号とは１８０°の位相差を有する第２の信号が出力され、前記２組の磁気検出部のうち第２の磁気検出部は、前記第１の信号とは９０°の位相差を有する第３の信号と、前記第２の信号とは９０°の位相差を有する第４の信号と、を出力する構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、前記３端子磁気抵抗素子、前記４端子磁気抵抗素子、又は前記２組の磁気検出部が１チップ上に形成されていてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、２組の前記磁気検出部を備え、一方の前記磁気検出部はインデックス部を備えていない前記回転体の回転に伴った前記第１の信号を出力し、他方の前記磁気検出部はインデックス部を備える前記回転体の回転に伴った、前記第１の信号と同相の第２の信号を出力する構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、２組の前記磁気検出部を備え、一方の前記磁気検出部はインデックス部を備えていない前記回転体の回転に伴った前記第１及び第２の信号を出力し、他方の前記磁気検出部はインデックス部を備える前記回転体の回転に伴った、前記第１及び第２の信号と夫々同相の第３及び第４の信号を出力する構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、２組の前記磁気検出部を備え、一方の前記磁気検出部はインデックス部を備えていない前記回転体の回転に伴った前記第１及び第２の信号を出力し、他方の前記磁気検出部はインデックス部を備える前記回転体の回転に伴った、前記第１及び第２の信号と夫々同相の第３及び第４の信号を出力する構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、前記２組の磁気検出部に加えて第３の前記磁気検出部をさらに備え、前記第１の磁気検出部はインデックス部を備えていない前記回転体の回転に伴った前記第１及び第２の信号を出力し、前記第２の磁気検出部はインデックス部を備えていない前記回転体の回転に伴った前記第３及び第４の信号を出力し、前記第３の磁気検出部はインデックス部を備える前記回転体の回転に伴った、前記第１及び第２の信号と夫々同相の第５及び第６の信号を出力する構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、２組の前記磁気検出部を備え、一方の前記磁気検出部はインデックス部を備えていない前記回転体の回転に伴った前記第１及び第２の信号を出力し、他方の前記磁気検出部はインデックス部を備える前記回転体の回転に伴った、前記第１及び第２の信号と夫々同相の第３及び第４の信号を出力する構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、２組の前記磁気検出部を備え、一方の前記磁気検出部はインデックス部を備えていない前記回転体の回転に伴った前記第１及び第２の信号を出力し、他方の前記磁気検出部はインデックス部を備える前記回転体の回転に伴った、前記第１及び第２の信号と夫々同相の第３及び第４の信号を出力する構成としてもよい。
さらに、本発明の回転検出器においては、前記２組の磁気検出部に加えて第３の前記磁気検出部をさらに備え、前記第１の磁気検出部はインデックス部を備えていない前記回転体の回転に伴った前記第１及び第２の信号を出力し、前記第２の磁気検出部はインデックス部を備えていない前記回転体の回転に伴った前記第３及び第４の信号を出力し、前記第３の磁気検出部はインデックス部を備える前記回転体の回転に伴った、前記第１及び第２の信号と夫々同相の第５及び第６の信号を出力する構成としてもよい。
本発明によれば、絶縁基板上に、ドナー不純物をドープした化合物半導体薄膜から成る感磁部と、この感磁部に設けられた複数の端子電極とを有する磁気抵抗素子を形成するとともに、感磁部の上部側を、直接または間接に覆う、例えば、シリコン樹脂、または、ゴム系樹脂から成る軟質樹脂層を設けたので、高い電子移動度を有する薄膜を作製することができるとともに、磁気抵抗素子の抵抗値のばらつきや温度依存性を小さくすることができる。また、モールドでの応力を緩和することができるので、検出感度を向上させることができる。また、この磁気抵抗素子を用いて、回転体の回転を検出するようにしたので、回転の検出精度を高めることができるとともに、回転検出器の温度ドリフトを大幅に低減することができる。
このとき、感磁面における磁束密度を、感磁部の抵抗値の変化率が５０％以上となる磁束密度とすることにより、磁気抵抗素子の感度を更に向上させることができる。
また、化合物半導体薄膜にドナー不純物をドープして感磁部の電子濃度を制御し、感磁部の全面に渉り、磁界の印加された状態での抵抗値の温度依存性の均一性が±１．０％以内となるようにしたので、温度ドリフトを更に低減することができる。
このとき、感磁面における磁束密度を、感磁部の抵抗値の変化率が５０％以上となる磁束密度とすることにより、磁気抵抗素子の感度を更に向上させることができる。
また、化合物半導体薄膜にドナー不純物をドープして感磁部の電子濃度を制御し、感磁部の全面に渉り、磁界の印加された状態での抵抗値の温度依存性の均一性が±１．０％以内となるようにしたので、温度ドリフトを更に低減することができる。
また、感磁部を形成する化合物半導体薄膜を、Ｓｉ，Ｓｎ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｇｅ，Ｃなどのドナー不純物をドープした単結晶ＩｎＡｓxＳｂ1-x（０≦ｘ≦１）薄膜、特に、単結晶ＩｎＳｂ薄膜とすることにより、電子移動度を大きくして検出感度を向上させることができる。
更に、絶縁基板の表面に、化合物半導体薄膜の結晶構造と同一の結晶構造を有する高抵抗層または絶縁層を設け、この高抵抗層または絶縁層の上に化合物半導体薄膜を形成するようにしたので、化合物半導体薄膜の電子移動度の低下を効果的に抑制することができる。このとき、化合物半導体薄膜を単結晶ＩｎＳｂ薄膜とするとともに、高抵抗層または絶縁層と化合物半導体薄膜との格子定数の差を２．０％以下とすれば、高い電子移動度を確実に実現することができる。
更に、絶縁基板の表面に、化合物半導体薄膜の結晶構造と同一の結晶構造を有する高抵抗層または絶縁層を設け、この高抵抗層または絶縁層の上に化合物半導体薄膜を形成するようにしたので、化合物半導体薄膜の電子移動度の低下を効果的に抑制することができる。このとき、化合物半導体薄膜を単結晶ＩｎＳｂ薄膜とするとともに、高抵抗層または絶縁層と化合物半導体薄膜との格子定数の差を２．０％以下とすれば、高い電子移動度を確実に実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態１に係る回転検出器１０の構成を示す断面図で、同図において、１１は絶縁基板上に形成された、抵抗値が磁界によって変化する化合物半導体薄膜から成る感磁部と複数の端子電極を備えた磁気抵抗素子、１２は磁気抵抗素子１１の検出対象である歯車１とは反対側に設けられた、感磁部に垂直にバイアス磁界を印加するための永久磁石、１３は磁気抵抗素子１１に直流電圧を加えたり、磁気抵抗素子１１からの出力を外部に取出すための端子ピン、１４は磁気抵抗素子１１を保護するための薄い金属板、１５は永久磁石１２を保持している磁石ホルダー、１６は磁気抵抗素子１１や永久磁石１２などを収納する円筒状の樹脂ケースである。なお、本例の回転検出器１０の検出対象である歯車１は磁性体から構成されるが、検出部となる歯またはその一部が磁性体であれば、歯車全体が必ずしも磁性体でなくてもよい。
図２は、磁気抵抗素子１１の基本構成を示す図で、この磁気抵抗素子１１は、絶縁性基板１７上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部１８と、この感磁部１８に接続される端子電極１９と、感磁部１８上に形成された複数の短絡電極２０と、感磁部１８及び短絡電極２０とを覆う無機質材料の絶縁層から成る保護膜２１と、この保護膜２１上に形成された軟質樹脂層２２とを備えた３端子構成の磁気抵抗素子で、この３端子の磁気抵抗素子１１は、詳細には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、互いに並行に配置された第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂと、この磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの一方の端部にはそれぞれ設けられた入力端子となる端子電極１９ａ，１９ｂと、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの他方の端部同士を接続する出力端子となる端子電極１９ｃと、端子電極１９ａと端子電極１９ｃとの間、及び、端子電極１９ｂと端子電極１９ｃとの間に形成された複数の短絡電極２０とを備えている。なお、同図において、１２は上述した磁石ホルダー１５に保持され、３端子の磁気抵抗素子１１の裏面側に配置された永久磁石である。
永久磁石１２としては、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石（ＳｍＣｏ磁石）、ネオジム磁石等があり、残留磁束密度の温度係数は、それぞれ−０．１８％／℃、−０．０３％／℃、−０．１２％／℃である。したがって、温度特性の観点からは、永久磁石１２としては、ＳｍＣｏ磁石が最適である。
［実施の形態１］
図１は、本実施の形態１に係る回転検出器１０の構成を示す断面図で、同図において、１１は絶縁基板上に形成された、抵抗値が磁界によって変化する化合物半導体薄膜から成る感磁部と複数の端子電極を備えた磁気抵抗素子、１２は磁気抵抗素子１１の検出対象である歯車１とは反対側に設けられた、感磁部に垂直にバイアス磁界を印加するための永久磁石、１３は磁気抵抗素子１１に直流電圧を加えたり、磁気抵抗素子１１からの出力を外部に取出すための端子ピン、１４は磁気抵抗素子１１を保護するための薄い金属板、１５は永久磁石１２を保持している磁石ホルダー、１６は磁気抵抗素子１１や永久磁石１２などを収納する円筒状の樹脂ケースである。なお、本例の回転検出器１０の検出対象である歯車１は磁性体から構成されるが、検出部となる歯またはその一部が磁性体であれば、歯車全体が必ずしも磁性体でなくてもよい。
図２は、磁気抵抗素子１１の基本構成を示す図で、この磁気抵抗素子１１は、絶縁性基板１７上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部１８と、この感磁部１８に接続される端子電極１９と、感磁部１８上に形成された複数の短絡電極２０と、感磁部１８及び短絡電極２０とを覆う無機質材料の絶縁層から成る保護膜２１と、この保護膜２１上に形成された軟質樹脂層２２とを備えた３端子構成の磁気抵抗素子で、この３端子の磁気抵抗素子１１は、詳細には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、互いに並行に配置された第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂと、この磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの一方の端部にはそれぞれ設けられた入力端子となる端子電極１９ａ，１９ｂと、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの他方の端部同士を接続する出力端子となる端子電極１９ｃと、端子電極１９ａと端子電極１９ｃとの間、及び、端子電極１９ｂと端子電極１９ｃとの間に形成された複数の短絡電極２０とを備えている。なお、同図において、１２は上述した磁石ホルダー１５に保持され、３端子の磁気抵抗素子１１の裏面側に配置された永久磁石である。
永久磁石１２としては、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石（ＳｍＣｏ磁石）、ネオジム磁石等があり、残留磁束密度の温度係数は、それぞれ−０．１８％／℃、−０．０３％／℃、−０．１２％／℃である。したがって、温度特性の観点からは、永久磁石１２としては、ＳｍＣｏ磁石が最適である。
磁気抵抗素子１１は、端子電極１９ａ，１９ｂ及び端子電極１９ｃとを、例えば、図４に示すように、金ワイヤー２３により、図示しない端子ピン１３に接続されるリードフレーム２４にワイヤーボンドした後、これらをエポキシ樹脂などのモールド樹脂２５によりパッケージされ、永久磁石１２を保持した磁石ホルダー１５とともに円筒状の樹脂ケース１６に収納される。これにより、全体が円柱状である回転検出器１０を得ることができる。
ところで、歯車１等の回転を検出する際には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、感磁部１８を構成する化合物半導体薄膜の表面から歯車１までの距離（ギャップ）Ｇが近いほど出力信号は大きくなる。したがって、モールド樹脂２５の上に配置される金属板１４としては、厚さが０．５ｍｍ以下の金属薄板を用いることが好ましく、特に、金属板１４の厚さを０．１５ｍｍ程度とし、化合物半導体薄膜の表面からモールド樹脂２５の表面までの距離を０．２ｍｍ以下になるようにすれは、高い感度を得ることができる。このとき、軟質樹脂層２２の上部側を覆うモールド樹脂２５の表面側を、感磁部面と平行面とすることが肝要である。これにより、歯車１と感磁部１８との距離を確実に一定にすることができ、第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの感度を揃えることができる。
ところで、歯車１等の回転を検出する際には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、感磁部１８を構成する化合物半導体薄膜の表面から歯車１までの距離（ギャップ）Ｇが近いほど出力信号は大きくなる。したがって、モールド樹脂２５の上に配置される金属板１４としては、厚さが０．５ｍｍ以下の金属薄板を用いることが好ましく、特に、金属板１４の厚さを０．１５ｍｍ程度とし、化合物半導体薄膜の表面からモールド樹脂２５の表面までの距離を０．２ｍｍ以下になるようにすれは、高い感度を得ることができる。このとき、軟質樹脂層２２の上部側を覆うモールド樹脂２５の表面側を、感磁部面と平行面とすることが肝要である。これにより、歯車１と感磁部１８との距離を確実に一定にすることができ、第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの感度を揃えることができる。
磁気抵抗素子１１の感磁部１８を構成する化合物半導体薄膜としては、一般には、周期律表でIII族及びＶ族の元素から成る化合物半導体が用いられる。本発明においては、化合物半導体は、高い磁気抵抗変化率を得るためにできるだけ高い電子移動度を有していることが好ましいことから、化合物半導体薄膜をＩｎＳｂ、ＩｎＡｓ、あるいは、ＩｎＡｓｘＳｂ１−ｘ、ＩｎｘＧａ１−ｘＳｂ、ＩｎｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）から成る薄膜とすることが好ましく、更に好ましくは、ＩｎＡｓxＳｂ1-x（０≦ｘ≦１）であり、単結晶ＩｎＳｂ薄膜とすることが特に好ましい。
また、化合物半導体薄膜の膜厚としては、０．１〜４μｍが適当である。磁気抵抗素子の作製プロセスでは、通常のフォトリソグラフィーの技術を用いるが、このとき、ウェットエッチングによって所望の形状に化合物半導体薄膜をメサエッチングすることが多い。このウェットエッチングは膜厚方向のエッチングともに、膜厚方向とは垂直方向のサイドエッチングが進むため、膜厚が厚過ぎると、膜厚方向のエッチングは終了する時点ではサイドエッチングもかなり進むため、素子抵抗値の設計値と実際の素子抵抗値がずれるだけでなく、素子抵抗値の個体差も大きくなる。すなわち、膜厚が４μｍを超えると、フォトリソグラフィーの精度が悪化するため、素子特性が劣化するだけでなく、素子特性にばらつきが大きくなる。また、膜厚が０．１μｍ未満では感磁部１８の体積が小さくなって十分な素子特性が得られないので、化合物半導体薄膜の膜厚としては０．１〜４μｍの範囲とすることが好ましい。
また、化合物半導体薄膜の膜厚としては、０．１〜４μｍが適当である。磁気抵抗素子の作製プロセスでは、通常のフォトリソグラフィーの技術を用いるが、このとき、ウェットエッチングによって所望の形状に化合物半導体薄膜をメサエッチングすることが多い。このウェットエッチングは膜厚方向のエッチングともに、膜厚方向とは垂直方向のサイドエッチングが進むため、膜厚が厚過ぎると、膜厚方向のエッチングは終了する時点ではサイドエッチングもかなり進むため、素子抵抗値の設計値と実際の素子抵抗値がずれるだけでなく、素子抵抗値の個体差も大きくなる。すなわち、膜厚が４μｍを超えると、フォトリソグラフィーの精度が悪化するため、素子特性が劣化するだけでなく、素子特性にばらつきが大きくなる。また、膜厚が０．１μｍ未満では感磁部１８の体積が小さくなって十分な素子特性が得られないので、化合物半導体薄膜の膜厚としては０．１〜４μｍの範囲とすることが好ましい。
化合物半導体薄膜を形成する方法としては、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いることが薄膜の膜厚や組成の制御性が高く特に好ましい方法である。ＭＢＥ法を用いて作製した化合物半導体薄膜から成る感磁部１８を備えた回転検出器においては、歯車１の回転によって生じる磁束密度変化検出のために配置される複数の素子の電子移動度が高いだけでなく、各素子の特性差はほとんどないので、磁界の印加された状態での抵抗値の温度依存性を均一に設定することができる。
また、本例では、感磁部１８である化合物半導体薄膜中にキャリアを増加させ、電子移動度を更に高めるために、ドナー不純物を添加するようにしている。ドナー不純物の添加方法としては、化合物半導体薄膜を形成する際に同時に行ってもよいが、成膜後にイオン注入法を用いて打ち込んでもよい。このとき用いられるドナー不純物としては、化合物半導体が、例えば、ＩｎＳｂやＩｎＡｓのようなIII−Ｖ族化合物半導体の場合には、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎのようなIV族元素やＳ、Ｓｅ、Ｔｅに代表されるVI族元素を添加するとよい。その中でも特にＳｉ、Ｓｎが好ましい。このように、化合物半導体にドナー不純物をドープし、かつ、上述した均一性の高い不純物ドープ技術を用いて感磁部の電子濃度を適正に制御すれば、感磁部１８の全面に渉り、磁界の印加された状態での抵抗値の温度依存性の均一性を±１．０％以内に設定することができる。
また、本例では、感磁部１８である化合物半導体薄膜中にキャリアを増加させ、電子移動度を更に高めるために、ドナー不純物を添加するようにしている。ドナー不純物の添加方法としては、化合物半導体薄膜を形成する際に同時に行ってもよいが、成膜後にイオン注入法を用いて打ち込んでもよい。このとき用いられるドナー不純物としては、化合物半導体が、例えば、ＩｎＳｂやＩｎＡｓのようなIII−Ｖ族化合物半導体の場合には、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｎのようなIV族元素やＳ、Ｓｅ、Ｔｅに代表されるVI族元素を添加するとよい。その中でも特にＳｉ、Ｓｎが好ましい。このように、化合物半導体にドナー不純物をドープし、かつ、上述した均一性の高い不純物ドープ技術を用いて感磁部の電子濃度を適正に制御すれば、感磁部１８の全面に渉り、磁界の印加された状態での抵抗値の温度依存性の均一性を±１．０％以内に設定することができる。
また、本発明に用いられる絶縁性基板１７としては、表面が絶縁性もしくは絶縁化された半導体の絶縁層を持つ基板が好ましく、半導体基板の中でもＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰなどの基板を用いると、感磁部１８を構成する化合物半導体薄膜の電子移動度を高くできるので、特に好ましいものとなる。
このとき、絶縁性基板１７の表面粗さを１０オングストローム以内とすることが好ましい。絶縁性基板上には、通常、１０オングストローム程度の酸化膜が形成されており、この酸化膜上で薄膜を成長させると、電子移動度が小さくなってしまうことから、この酸化膜を除去し、表面粗さを１０オングストローム以内とすることにより、化合物半導体薄膜の電子移動度を高めることができる。
また、絶縁性基板１７の表面に高抵抗層または絶縁層を設け、この高抵抗層または絶縁層の上に化合物半導体薄膜を形成することが好ましい。このとき、高抵抗層または絶縁層を化合物半導体薄膜の結晶構造と同一の結晶構造を有する高抵抗層または絶縁層とすれば、薄膜の形状が安定するとともに、結晶境界で相互作用を小さくできるので、結晶構造のミスマッチによる電子移動度の低下を抑制することができる。
特に、化合物半導体薄膜が単結晶ＩｎＳｂ薄膜である場合には、高い電子移動度を実現するため、例えば、ＧａＡｓ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ１−ｙＳｂｙ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）などの薄膜の結晶構造と同一の結晶構造を有し、かつ、薄膜との格子定数の差が２．０％以下である絶縁層を設けることが好ましい。
このとき、絶縁性基板１７の表面粗さを１０オングストローム以内とすることが好ましい。絶縁性基板上には、通常、１０オングストローム程度の酸化膜が形成されており、この酸化膜上で薄膜を成長させると、電子移動度が小さくなってしまうことから、この酸化膜を除去し、表面粗さを１０オングストローム以内とすることにより、化合物半導体薄膜の電子移動度を高めることができる。
また、絶縁性基板１７の表面に高抵抗層または絶縁層を設け、この高抵抗層または絶縁層の上に化合物半導体薄膜を形成することが好ましい。このとき、高抵抗層または絶縁層を化合物半導体薄膜の結晶構造と同一の結晶構造を有する高抵抗層または絶縁層とすれば、薄膜の形状が安定するとともに、結晶境界で相互作用を小さくできるので、結晶構造のミスマッチによる電子移動度の低下を抑制することができる。
特に、化合物半導体薄膜が単結晶ＩｎＳｂ薄膜である場合には、高い電子移動度を実現するため、例えば、ＧａＡｓ、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ１−ｙＳｂｙ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）などの薄膜の結晶構造と同一の結晶構造を有し、かつ、薄膜との格子定数の差が２．０％以下である絶縁層を設けることが好ましい。
また、端子電極１９及び短絡電極２０に用いられる電極材料は、Ｃｕ単層や、Ｔｉ／Ａｕ，Ｎｉ／Ａｕ，Ｃｒ／Ｃｕ，Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕ，Ｔｉ／Ａｕ／Ｎｉ，Ｃｒ／Ａｕ／Ｎｉ，Ｃｒ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｎｉなどのような積層としてもよい。この電極材料は、作製した素子の使用される動作条件と環境条件に耐えられる材質であれば、どのような材料を用いてもかまわない。また、電極を形成する方法としては、電子ビーム蒸着や抵抗加熱蒸着といった一般的な真空蒸着法や、スパッタ法やメッキ法によって形成してもよい。また、電極形成後に端子電極１９及び短絡電極２０と動作層である感磁部１８とのオーミック接触性を良好にするために、急昇温熱アニール（ＲＴＡ）法を用いて熱処理することも好ましい。
また、感磁部１８を構成する化合物半導体薄膜を保護する保護膜２１としては、一般的には絶縁性無機質材料であることが好ましく、例えば、窒化シリコン、酸化ケイ素等の薄膜をプラズマＣＶＤ法等により形成したものが好適に用いられる。このとき、保護膜２１の厚さとしては、２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすることが好ましい。保護膜２１の厚さが２００ｎｍに満たない場合には、空気の遮断が不十分であり信頼性が低下する。また、膜厚が５００ｎｍを超えても保護膜としての効果は特に変わらないので、保護膜２１を特に厚くする必要はなく、５００ｎｍ以下とするのが適当である。
また、軟質樹脂層２２は、硬質樹脂であるモールド樹脂２５による化合物半導体薄膜への圧力や面内応力を緩和する目的で、保護膜２１上に上記部位を覆うように形成されたもので、この軟質樹脂層２２を形成する樹脂は、半導体封止用の樹脂であり、主に、シリコン樹脂やゴム系樹脂が好適に用いられる。また、応力緩和に必要な膜厚としては、シリコン樹脂では、１〜３００μｍが、ゴム系樹脂では１〜１０μｍが適当である。
シリコン樹脂による軟質樹脂層２２を形成する方法としては、例えば、ディスペンサでシリコン樹脂の液滴を感磁部１８に滴下し、これを熱硬化（２００℃、２時間程度）させて、約３００μｍ程度の柔らかいコンタクト樹脂層を形成したり、感光性のシリコン樹脂をスピンコートでウエーハ上に塗布し、フォトマスクを用いてパターンニングして、感磁部１８のみを覆うようにし、現像後、熱硬化させて数１０μｍ程度のコンタクト樹脂層を形成する方法などがある。なお、感光性のシリコン樹脂としては、ネガタイプのものであっても良いし、ポジタイプのものであっても良い。
また、ゴム系樹脂の場合には、肉厚を数μｍ程度とするためには、感光性のものを用いてパターンニングして、感磁部１８のみを覆うようにすることが好ましいが、他の方法であっても良い。
なお、軟質樹脂層２２は、上記モールド樹脂に対する化合物半導体薄膜への応力緩和効果だけでなく、万が一、回転検出器１０が歯車１に接触して衝撃を受けた場合にも、その衝撃を緩和し、化合物半導体薄膜を保護することができるという利点を有する。
また、軟質樹脂層２２は、硬質樹脂であるモールド樹脂２５による化合物半導体薄膜への圧力や面内応力を緩和する目的で、保護膜２１上に上記部位を覆うように形成されたもので、この軟質樹脂層２２を形成する樹脂は、半導体封止用の樹脂であり、主に、シリコン樹脂やゴム系樹脂が好適に用いられる。また、応力緩和に必要な膜厚としては、シリコン樹脂では、１〜３００μｍが、ゴム系樹脂では１〜１０μｍが適当である。
シリコン樹脂による軟質樹脂層２２を形成する方法としては、例えば、ディスペンサでシリコン樹脂の液滴を感磁部１８に滴下し、これを熱硬化（２００℃、２時間程度）させて、約３００μｍ程度の柔らかいコンタクト樹脂層を形成したり、感光性のシリコン樹脂をスピンコートでウエーハ上に塗布し、フォトマスクを用いてパターンニングして、感磁部１８のみを覆うようにし、現像後、熱硬化させて数１０μｍ程度のコンタクト樹脂層を形成する方法などがある。なお、感光性のシリコン樹脂としては、ネガタイプのものであっても良いし、ポジタイプのものであっても良い。
また、ゴム系樹脂の場合には、肉厚を数μｍ程度とするためには、感光性のものを用いてパターンニングして、感磁部１８のみを覆うようにすることが好ましいが、他の方法であっても良い。
なお、軟質樹脂層２２は、上記モールド樹脂に対する化合物半導体薄膜への応力緩和効果だけでなく、万が一、回転検出器１０が歯車１に接触して衝撃を受けた場合にも、その衝撃を緩和し、化合物半導体薄膜を保護することができるという利点を有する。
次に、磁気抵抗素子１１の作製方法について説明する。
図６（ａ）〜（ｅ）は、３端子の磁気抵抗素子１１の作製プロセスフローを示す図で、プロセスとしては、通常のフォトリソグラフィーの技術を用いることができる。
はじめに、図６（ａ）に示すように、絶縁性基板であるＧａＡｓ基板１７上に、感磁部１８を構成するためのＩｎＳｂ薄膜１８Ｆを形成する。具体的には、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いて、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板１７の（１００）面上に、化合物半導体薄膜としてＳｎドープＩｎＳｂ薄膜１８Ｆをエピタキシャル成長させる。
次に、図６（ｂ）に示すように、ＩｎＳｂのメサエッチング用のフォトマスクを用いて、感磁部のパターンを露光・現像した後に、ＩｎＳｂ薄膜１８Ｆを塩酸・過酸化水素系のエッチング液で所望の形状にメサエッチングして、第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂを形成する。なお、感磁部である第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの間隔は、検出する歯車１の山と谷の間隔（歯車のピッチをＰとすると、Ｐ／２）に合わせるものとする。
その後、図６（ｃ）に示すように、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂ上に、複数の短絡電極２０を形成し、更に、図６（ｄ）に示すように、窒化シリコン薄膜から成る保護膜２１を、プラズマＣＶＤ法により形成する。そして、図６（ｅ）に示すように、端子電極１９部分のみの窒化シリコン膜を反応性イオンエッチング装置を用いて除去した後、端子電極１９（入力端子１９ａ，１９ｂ及び出力端子１９ｃ）を形成する。最後に、磁気抵抗素子の感磁部面上（実際には、保護膜２１上）に、上記部位を覆うように、柔らかいシリコン樹脂層から成る軟質樹脂層２２を形成する。
このようにして、ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜１８Ｆを感磁部１８とし、端子電極１９を３個を有し、各端子電極１９間に複数の短絡電極２０を有する高磁界感度の３端子構成の磁気抵抗素子から成る磁気抵抗素子１１を、フォトリソグラフィーを応用した微細加工プロセスの応用により、１枚のウエーハ上に多数製作することができる。
次に、ウエーハから、ダイシングにより、個別の３端子の磁気抵抗素子１１に切離す。こうして製作した磁気抵抗素子１１のチップを、リードフレームを利用して、エポキシ樹脂などの硬質樹脂によりパッケージし、永久磁石１２が保持された磁石ホルダー１５とともに樹脂ケース１６に収納することにより、図１に示すような、本発明の回転検出器１０を製作することができる。
図６（ａ）〜（ｅ）は、３端子の磁気抵抗素子１１の作製プロセスフローを示す図で、プロセスとしては、通常のフォトリソグラフィーの技術を用いることができる。
はじめに、図６（ａ）に示すように、絶縁性基板であるＧａＡｓ基板１７上に、感磁部１８を構成するためのＩｎＳｂ薄膜１８Ｆを形成する。具体的には、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いて、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板１７の（１００）面上に、化合物半導体薄膜としてＳｎドープＩｎＳｂ薄膜１８Ｆをエピタキシャル成長させる。
次に、図６（ｂ）に示すように、ＩｎＳｂのメサエッチング用のフォトマスクを用いて、感磁部のパターンを露光・現像した後に、ＩｎＳｂ薄膜１８Ｆを塩酸・過酸化水素系のエッチング液で所望の形状にメサエッチングして、第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂを形成する。なお、感磁部である第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの間隔は、検出する歯車１の山と谷の間隔（歯車のピッチをＰとすると、Ｐ／２）に合わせるものとする。
その後、図６（ｃ）に示すように、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂ上に、複数の短絡電極２０を形成し、更に、図６（ｄ）に示すように、窒化シリコン薄膜から成る保護膜２１を、プラズマＣＶＤ法により形成する。そして、図６（ｅ）に示すように、端子電極１９部分のみの窒化シリコン膜を反応性イオンエッチング装置を用いて除去した後、端子電極１９（入力端子１９ａ，１９ｂ及び出力端子１９ｃ）を形成する。最後に、磁気抵抗素子の感磁部面上（実際には、保護膜２１上）に、上記部位を覆うように、柔らかいシリコン樹脂層から成る軟質樹脂層２２を形成する。
このようにして、ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜１８Ｆを感磁部１８とし、端子電極１９を３個を有し、各端子電極１９間に複数の短絡電極２０を有する高磁界感度の３端子構成の磁気抵抗素子から成る磁気抵抗素子１１を、フォトリソグラフィーを応用した微細加工プロセスの応用により、１枚のウエーハ上に多数製作することができる。
次に、ウエーハから、ダイシングにより、個別の３端子の磁気抵抗素子１１に切離す。こうして製作した磁気抵抗素子１１のチップを、リードフレームを利用して、エポキシ樹脂などの硬質樹脂によりパッケージし、永久磁石１２が保持された磁石ホルダー１５とともに樹脂ケース１６に収納することにより、図１に示すような、本発明の回転検出器１０を製作することができる。
本例では、３端子の磁気抵抗素子１１を、その磁気抵抗変化率が５０％となる磁束密度となるように、永久磁石１２によるバイアス磁界の大きさを設定している。また、本例においては、前記磁気抵抗素子１１の抵抗値の温度依存性の均一性は、感磁部１８の全面に渉り、磁界の印加された状態において±１．０％以内である。
図３（ａ），（ｂ）に示した３端子の磁気抵抗素子１１の抵抗値の磁場依存性を測定するため、磁気抵抗素子１１に電磁石で一様な磁場をかけ、端子電極１９ａと端子電極１９ｃとの間の抵抗値を測定した結果を図７に示す。また、図８は、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ０と磁束密度の関係を示す図で、ここで、ΔＲ＝ＲＢ−Ｒ０であり、ＲＢは磁場中での抵抗値、Ｒ０は磁場なしでの抵抗値である。なお、メサエッチング後の化合物半導体薄膜の幅（電流に直交する方向の幅：素子幅）をＷとし、短絡電極間の距離（素子長）をＬとしたとき、Ｌ／Ｗを形状因子と呼ぶが、本実施の形態１では、形状因子を、Ｌ／Ｗ＝０．２とした。
図８からわかるように、磁束密度が大きくなるほど、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ０の傾きは大きくなる。すなわち、磁界に対する感度が大きくなる。この磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ０は、電子移動度をμ、磁束密度をＢとすると、これらの積μＢに相当するもので、この曲線は、低磁界領域ではほぼ二次曲線的に増加し、高磁界領域ではほぼ直線的に変化する。すなわち、電子移動度μが高い磁気抵抗素子ほど磁束密度が小さい領域から直線的に変化する。
磁気抵抗素子の感度を良くするためには、この直線領域を使用することが好ましく、特に、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ０が５０％増加する磁束密度以上で使用することが好ましい。
ちなみに、フェライト磁石の表面磁束密度は０．１〜０．１５Ｔ程度であり、ＳｍＣｏ磁石の表面磁束密度は０．２５〜０．３Ｔ程度であるので、磁気抵抗素子の感度を良くするためには、ＳｍＣｏ磁石等の希土類合金系の永久磁石を用いることが好ましい。
図３（ａ），（ｂ）に示した３端子の磁気抵抗素子１１の抵抗値の磁場依存性を測定するため、磁気抵抗素子１１に電磁石で一様な磁場をかけ、端子電極１９ａと端子電極１９ｃとの間の抵抗値を測定した結果を図７に示す。また、図８は、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ０と磁束密度の関係を示す図で、ここで、ΔＲ＝ＲＢ−Ｒ０であり、ＲＢは磁場中での抵抗値、Ｒ０は磁場なしでの抵抗値である。なお、メサエッチング後の化合物半導体薄膜の幅（電流に直交する方向の幅：素子幅）をＷとし、短絡電極間の距離（素子長）をＬとしたとき、Ｌ／Ｗを形状因子と呼ぶが、本実施の形態１では、形状因子を、Ｌ／Ｗ＝０．２とした。
図８からわかるように、磁束密度が大きくなるほど、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ０の傾きは大きくなる。すなわち、磁界に対する感度が大きくなる。この磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ０は、電子移動度をμ、磁束密度をＢとすると、これらの積μＢに相当するもので、この曲線は、低磁界領域ではほぼ二次曲線的に増加し、高磁界領域ではほぼ直線的に変化する。すなわち、電子移動度μが高い磁気抵抗素子ほど磁束密度が小さい領域から直線的に変化する。
磁気抵抗素子の感度を良くするためには、この直線領域を使用することが好ましく、特に、磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ０が５０％増加する磁束密度以上で使用することが好ましい。
ちなみに、フェライト磁石の表面磁束密度は０．１〜０．１５Ｔ程度であり、ＳｍＣｏ磁石の表面磁束密度は０．２５〜０．３Ｔ程度であるので、磁気抵抗素子の感度を良くするためには、ＳｍＣｏ磁石等の希土類合金系の永久磁石を用いることが好ましい。
本発明の磁気検出部となる３端子の磁気抵抗素子１１では、図９に示すように、第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂは、歯車１の山と谷とにそれぞれ合わせて配置されており、磁気抵抗素子１１の入力端子である端子電極１９ａ，１９ｂ間に直流電源４を接続することにより、第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの中点である端子電極１９ｃからは、歯車１の回転に伴って、図１０に示すような、Ａ相またはＢ相の非差動出力（Ｖｏｕｔ）が出力される。
本例の磁気抵抗素子１１は、前記のように、１つのチップ上に第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂを同時に形成しているので、磁気抵抗素子１８ａと磁気抵抗素子１８ｂとの間隔は歯車の山と谷の間隔（Ｐ／２）に等しくなるように作製することができる。すなわち、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの間隔が歯車１の山谷ピッチと正確に合っているため、個体差はほとんど生じないだけでなく、感磁部１８は、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶から成る絶縁性基板１７上に、ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜１８Ｆを分子線エピタキシー法により成長させて成る高い電子移動度を有する化合物半導体から構成されているので、第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの素子特性も揃っており、かつ、抵抗値の温度依存性の均一性を±１．０％以内にすることができる。したがって、３端子の磁気抵抗素子１１を用いることで、検出感度の高くかつ温度ドリフトの極めて小さな回転検出器１０を製作することができる。
本例の磁気抵抗素子１１は、前記のように、１つのチップ上に第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂを同時に形成しているので、磁気抵抗素子１８ａと磁気抵抗素子１８ｂとの間隔は歯車の山と谷の間隔（Ｐ／２）に等しくなるように作製することができる。すなわち、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの間隔が歯車１の山谷ピッチと正確に合っているため、個体差はほとんど生じないだけでなく、感磁部１８は、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶から成る絶縁性基板１７上に、ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜１８Ｆを分子線エピタキシー法により成長させて成る高い電子移動度を有する化合物半導体から構成されているので、第１及び第２の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの素子特性も揃っており、かつ、抵抗値の温度依存性の均一性を±１．０％以内にすることができる。したがって、３端子の磁気抵抗素子１１を用いることで、検出感度の高くかつ温度ドリフトの極めて小さな回転検出器１０を製作することができる。
このように、本実施の形態１によれば、絶縁性基板であるＧａＡｓ基板１７上に、ドナー不純物としてＳｎをドープした、高い電子移動度を有するＩｎＳｂ薄膜を、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いてエピタキシャル成長させて、これを感磁部１８とした３端子の磁気抵抗素子１１を形成するとともに、感磁部１８の上部側を、例えば、シリコン樹脂、または、ゴム系樹脂から成る軟質樹脂層２２で覆った後、モールド樹脂２５によりモールドしたので、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの抵抗値のばらつきや温度依存性を小さくすることができるとともに、モールドでの応力を緩和することができるので、検出感度を向上させることができる。
また、３端子の磁気抵抗素子１１を用いて回転検出器１０を作製したので、歯車１の回転の検出精度を高めることができるとともに温度ドリフトを大幅に低減することができる。
また、３端子の磁気抵抗素子１１を用いて回転検出器１０を作製したので、歯車１の回転の検出精度を高めることができるとともに温度ドリフトを大幅に低減することができる。
なお、実施の形態１では、歯車１の回転を検出する回転検出器１０について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、円柱棒の表面に凹部又は凸部を付けた回転体など、他の回転体の回転を検出する一般の回転検出器にも適用可能である。
更には、図１１に示すような、凹凸のある磁性体から成る移動体５０の前記凹凸の検出にも適用可能である。
また、磁気抵抗素子１１に代えて、図１２に示すような、軟磁性体であるフェライト基板から成る磁気誘導層２６を備えた磁気抵抗素子１１Ｔを用いて回転検出器１０を作製すれば、出力信号振幅の大きな回転検出器を得ることができる。
磁気誘導層２６は、永久磁石１２からの磁界を感磁部１８に集磁する機能を有するので、この集磁効果により、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂに作用する磁界の大きさを更に大きくすることができるだけでなく、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの端部においても、磁界の垂直成分が増加するため、出力振幅が増加し、検出感度が向上する。
磁気誘導層２６は、例えば、図１３に示すように、微細加工プロセスの応用により１枚のウエーハ１７Ｐ上に素子を多数製作した後、裏面研磨によって絶縁性基板１７となるウエーハ１７Ｐを所定の厚さだけ研磨し、この裏面に、接着剤により、厚さ０．２５ｍｍ程度のフェライト基板２６Ｐに貼りあわせ、その後、ダイシングにより個別の磁気抵抗素子１１Ｔに切離すことにより作製する。なお、前記切り離しは、通常、上述した軟質樹脂層２２の形成後に行う。
更には、図１１に示すような、凹凸のある磁性体から成る移動体５０の前記凹凸の検出にも適用可能である。
また、磁気抵抗素子１１に代えて、図１２に示すような、軟磁性体であるフェライト基板から成る磁気誘導層２６を備えた磁気抵抗素子１１Ｔを用いて回転検出器１０を作製すれば、出力信号振幅の大きな回転検出器を得ることができる。
磁気誘導層２６は、永久磁石１２からの磁界を感磁部１８に集磁する機能を有するので、この集磁効果により、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂに作用する磁界の大きさを更に大きくすることができるだけでなく、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの端部においても、磁界の垂直成分が増加するため、出力振幅が増加し、検出感度が向上する。
磁気誘導層２６は、例えば、図１３に示すように、微細加工プロセスの応用により１枚のウエーハ１７Ｐ上に素子を多数製作した後、裏面研磨によって絶縁性基板１７となるウエーハ１７Ｐを所定の厚さだけ研磨し、この裏面に、接着剤により、厚さ０．２５ｍｍ程度のフェライト基板２６Ｐに貼りあわせ、その後、ダイシングにより個別の磁気抵抗素子１１Ｔに切離すことにより作製する。なお、前記切り離しは、通常、上述した軟質樹脂層２２の形成後に行う。
また、前記例では、３端子の磁気抵抗素子１１を１個として、Ａ相またはＢ相の非差動出力を出力するようにしたが、図１４に示すように、歯車として、１歯が欠歯している歯車１Ｋを用いるとともに、１チップ上に磁気抵抗素子１１と同一構成の磁気抵抗素子を２個備え、一方の磁気抵抗素子１１ＡをＡ相またはＢ相用とし、他方の磁気抵抗素子１１Ｋを、インデックス検出用であるＺ相用とした回転検出器１０Ｋを作製することができる。これにより、図１５（ａ），（ｂ）に示すような、Ａ相またはＢ相の非差動出力とともに、欠歯を検出するＺ相での出力信号を得ることができるので、回転検出器１０Ｋからの出力信号を磁気エンコーダとして使用することができる。高分解能の磁気エンコーダを得るためには、回転検出器からの信号が、温度に対して安定していることが極めて重要であることから、感度も高く、温度ドリフトも小さい本発明の回転検出器１０Ｋを用いることにより、高分解能の磁気エンコーダを実現することが可能となる。
［実施の形態２］
実施の形態１では、３端子構成の磁気抵抗素子１１について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、４端子の磁気抵抗素子など、他の構成の磁気抵抗素子にも適用可能である。
図１６は、本発明の実施の形態２に係る４端子の磁気抵抗素子１１Ｍの構成を示す図で、この磁気抵抗素子１１Ｍは、実施の形態１と同様にして作製される。同図は、ダイシングにより個別の磁気抵抗素子１１Ｍに切離した状態のものを示したもので、この磁気抵抗素子１１Ｍは、１つのチップ上に４個の磁気抵抗素子１８Ａ〜１８Ｄが作製されており、図１７に示すように、磁気抵抗素子１８Ａと磁気抵抗素子１８Ｂの間隔と磁気抵抗素子１８Ｃと磁気抵抗素子１８Ｄの間隔は、ともに、歯車のピッチをＰとすると、歯車の山と谷の間隔であるＰ／２に等しく、かつ、磁気抵抗素子１８Ａ、磁気抵抗素子１８Ｃ、及び、磁気抵抗素子１８Ｂと磁気抵抗素子１８Ｄとは、歯車１の回転方向に対して、Ｐ／４だけずらして形成されている。これにより、端子電極１９Ａと端子電極１９Ｂとの間に直流電源４を接続すれば、歯車１の回転に伴って、磁気抵抗素子１８Ａと磁気抵抗素子１８Ｂとの中点に設けられた端子電極１９ＭからはＡ相の信号が、磁気抵抗素子１８Ｃと磁気抵抗素子１８Ｄとの中点に設けられた端子電極１９Ｎからは、Ａ相とは９０°の位相差を有するＢ相の信号が出力され、Ａ相／Ｂ相の非差動２出力を出力する４端子の磁気抵抗素子１１Ｍを作製することができる。
また、この磁気抵抗素子１１Ｍを用いることにより、歯車１の回転に伴ってＡ相／Ｂ相の非差動２出力を出力する回転検出器を作製することができる。
実施の形態１では、３端子構成の磁気抵抗素子１１について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、４端子の磁気抵抗素子など、他の構成の磁気抵抗素子にも適用可能である。
図１６は、本発明の実施の形態２に係る４端子の磁気抵抗素子１１Ｍの構成を示す図で、この磁気抵抗素子１１Ｍは、実施の形態１と同様にして作製される。同図は、ダイシングにより個別の磁気抵抗素子１１Ｍに切離した状態のものを示したもので、この磁気抵抗素子１１Ｍは、１つのチップ上に４個の磁気抵抗素子１８Ａ〜１８Ｄが作製されており、図１７に示すように、磁気抵抗素子１８Ａと磁気抵抗素子１８Ｂの間隔と磁気抵抗素子１８Ｃと磁気抵抗素子１８Ｄの間隔は、ともに、歯車のピッチをＰとすると、歯車の山と谷の間隔であるＰ／２に等しく、かつ、磁気抵抗素子１８Ａ、磁気抵抗素子１８Ｃ、及び、磁気抵抗素子１８Ｂと磁気抵抗素子１８Ｄとは、歯車１の回転方向に対して、Ｐ／４だけずらして形成されている。これにより、端子電極１９Ａと端子電極１９Ｂとの間に直流電源４を接続すれば、歯車１の回転に伴って、磁気抵抗素子１８Ａと磁気抵抗素子１８Ｂとの中点に設けられた端子電極１９ＭからはＡ相の信号が、磁気抵抗素子１８Ｃと磁気抵抗素子１８Ｄとの中点に設けられた端子電極１９Ｎからは、Ａ相とは９０°の位相差を有するＢ相の信号が出力され、Ａ相／Ｂ相の非差動２出力を出力する４端子の磁気抵抗素子１１Ｍを作製することができる。
また、この磁気抵抗素子１１Ｍを用いることにより、歯車１の回転に伴ってＡ相／Ｂ相の非差動２出力を出力する回転検出器を作製することができる。
従来の回転検出器の中には、４個の磁気抵抗素子を個別に切離し、ダイボンディグで配置しているものが多かったが、これでは各素子の間隔と歯車の山谷ピッチとが微妙に異なるため、出力信号振幅、Ａ相／Ｂ相の位相差にかなり個体差が生じていた。
これに対して、本実施の形態２の磁気抵抗素子１１Ｍは、１つのチップ上に４個の磁気抵抗素子１８Ａ〜１８Ｄを同時に形成したので、磁気抵抗素子１１Ａと磁気抵抗素子１１Ｂの間隔および磁気抵抗素子１１Ｃと磁気抵抗素子１１Ｄの間隔は歯車の山と谷の間隔（Ｐ／２）に等しくなるように正確に作製することができる。したがって、各素子の間隔と歯車１の山谷ピッチとがと正確に合っているため、構造状の個体差はほとんど生じない。
また、磁気抵抗素子１８Ａ〜１８Ｄは、実施の形態１と同様に、ＧａＡｓ基板１７上に、分子線エピタキシー法を用いて形成された、ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜から構成されているので、４個の磁気抵抗素子１８Ａ〜１８Ｄの素子特性も揃っており、かつ、抵抗値の温度依存性の均一性を±１．０％以内にすることができるので、検出感度が高く、かつ、温度ドリフトの極めて小さな回転検出器を製作することができる。
これに対して、本実施の形態２の磁気抵抗素子１１Ｍは、１つのチップ上に４個の磁気抵抗素子１８Ａ〜１８Ｄを同時に形成したので、磁気抵抗素子１１Ａと磁気抵抗素子１１Ｂの間隔および磁気抵抗素子１１Ｃと磁気抵抗素子１１Ｄの間隔は歯車の山と谷の間隔（Ｐ／２）に等しくなるように正確に作製することができる。したがって、各素子の間隔と歯車１の山谷ピッチとがと正確に合っているため、構造状の個体差はほとんど生じない。
また、磁気抵抗素子１８Ａ〜１８Ｄは、実施の形態１と同様に、ＧａＡｓ基板１７上に、分子線エピタキシー法を用いて形成された、ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜から構成されているので、４個の磁気抵抗素子１８Ａ〜１８Ｄの素子特性も揃っており、かつ、抵抗値の温度依存性の均一性を±１．０％以内にすることができるので、検出感度が高く、かつ、温度ドリフトの極めて小さな回転検出器を製作することができる。
また、図１８に示すように、歯車として、１歯が欠歯している歯車１Ｋを用いるとともに、１チップ上に４端子の磁気抵抗素子１１と同様の構成の磁気抵抗素子を２個備え、一方の磁気抵抗素子１１ＳをＡ相／Ｂ相用とし、他方の磁気抵抗素子１１ＺをＺａ／Ｚｂ相用とした回転検出器１０Ｚを作製すれば、図１９（ａ），（ｂ）に示すような、Ａ相／Ｂ相の非差動出力とともに、欠歯を検出するＺａ／Ｚｂ相での出力信号を得ることができるので、回転検出器１０Ｚからの出力信号を高精度／高分解能の磁気エンコーダとして使用することが可能となる。なお、図１９では、図を見やすくするため、Ｚａ相の出力信号のみを示した。
また、実施の形態２では、Ａ相／Ｂ相の非差動２出力を出力する４端子の磁気抵抗素子１１Ｍについて説明したが、図２０に示すように、４個の磁気抵抗素子１１ａ〜１１ｄがフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成され、かつ、互いに隣接して接続されていない２対の磁気抵抗素子（磁気抵抗素子１１ａと磁気抵抗素子１１ｄ、及び、磁気抵抗素子１１ｂと磁気抵抗素子１１ｃ）がそれぞれ同相の磁界変化を受けるように、各磁気抵抗素子１１ａ〜１１ｄを配置した構成の磁気抵抗素子１１Ｐを作製することもできる。この磁気抵抗素子１１Ｐでは、図２１に示すように、磁気抵抗素子１１ａと磁気抵抗素子１１ｂとの中点の端子電極１９ｍからはＡ相の、磁気抵抗素子１１ｃと磁気抵抗素子１１ｄとの中点の端子電極１９ｎからは、Ａ相とは１８０°の位相差を有するＡ−相信号が出力されるので、Ａ相／Ａ−相、あるいは、Ｂ相／Ｂ−相の差動単相出力を出力する４端子の磁気抵抗素子１１Ｐと、これを用いた回転検出器を作製することができる。
また、４端子の磁気抵抗素子１１Ｐを２組配置し、それぞれの中点の端子電極から、Ａ相／Ａ−相、及び、Ｂ相／Ｂ−相の差動２相出力を得るようにすることも可能である。あるいは、４端子の差動の磁気抵抗素子１１Ｐを３個備え、それぞれ、Ａ相／Ａ−相、Ｂ相／Ｂ−相、Ｚ相／Ｚ−相としてもよい。
更に、歯車として、１歯が欠歯している歯車１Ｋを用いるとともに、８個の磁気抵抗素子を有する差動の素子（１１Ｐ×２）を１個と、差動の４端子の磁気抵抗素子を１個備えた磁気抵抗素子も作製し、それぞれ、Ａ相／Ａ−相、Ｂ相／Ｂ−相、Ｚ相／Ｚ−相とするようにしてもよい。
これらの磁気抵抗素子はいずれも１チップ上に作製することができるので、実施の形態１，２と同様に、各素子の抵抗値も揃っており、かつ、抵抗値の温度依存性を±１．０％以内と均一にすることができるので、いずれの構成の磁気抵抗素子を用いた場合にも、検出感度が高く、かつ、温度ドリフトの極めて小さな回転検出器を製作することができる。
更に、歯車として、１歯が欠歯している歯車１Ｋを用いるとともに、８個の磁気抵抗素子を有する差動の素子（１１Ｐ×２）を１個と、差動の４端子の磁気抵抗素子を１個備えた磁気抵抗素子も作製し、それぞれ、Ａ相／Ａ−相、Ｂ相／Ｂ−相、Ｚ相／Ｚ−相とするようにしてもよい。
これらの磁気抵抗素子はいずれも１チップ上に作製することができるので、実施の形態１，２と同様に、各素子の抵抗値も揃っており、かつ、抵抗値の温度依存性を±１．０％以内と均一にすることができるので、いずれの構成の磁気抵抗素子を用いた場合にも、検出感度が高く、かつ、温度ドリフトの極めて小さな回転検出器を製作することができる。
［実施の形態３］
実施の形態１，２では、永久磁石１２を磁石ホルダー１５に収納した構成の回転検出器１０，１０Ｋなどについて説明したが、図２２に示すように、エポキシ樹脂などのモールド樹脂２５の磁気抵抗素子１１が配置されている側とは反対側に、永久磁石１２を接着剤等により固定するようにすれば、磁気抵抗素子１１（または、磁気抵抗素子１１Ｍ，１１Ｐなど）と永久磁石１２とがモールド樹脂２５により一体化された構成の回転検出器１０Ｈを構成することができる。図２３に示すように、磁気抵抗素子１１の中心と永久磁石１２の中心とを一致させれば、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂに作用する磁界の分布を同じにできるので、温度ドリフトを更に小さくすることができる。
この回転検出器１０Ｈも、図２４（ａ），（ｂ）に示すように、回転検出器１０と同様に、円筒状の樹脂ケース１６に収納される。このとき、リードフレーム２４Ｌを感磁部面に対して垂直方向に折り曲げるようにすれば、リードフレーム２４Ｌは樹脂ケース１６に接触することはないので、樹脂ケース１６に代えて、金属ケースを使用した場合でも、信号線の接触の問題が起こることはない。
なお、回転検出器１０Ｈは、図２５に示すように、プリント基板２７等に直接接続して使用する場合にも最適な構造である。
また、４端子の磁気抵抗素子１１Ｍを回転検出器１０Ｈに用いる場合には、図２６に示すように、リードフレーム２４Ｌを両側から出す構造としてもよい。
実施の形態１，２では、永久磁石１２を磁石ホルダー１５に収納した構成の回転検出器１０，１０Ｋなどについて説明したが、図２２に示すように、エポキシ樹脂などのモールド樹脂２５の磁気抵抗素子１１が配置されている側とは反対側に、永久磁石１２を接着剤等により固定するようにすれば、磁気抵抗素子１１（または、磁気抵抗素子１１Ｍ，１１Ｐなど）と永久磁石１２とがモールド樹脂２５により一体化された構成の回転検出器１０Ｈを構成することができる。図２３に示すように、磁気抵抗素子１１の中心と永久磁石１２の中心とを一致させれば、磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂに作用する磁界の分布を同じにできるので、温度ドリフトを更に小さくすることができる。
この回転検出器１０Ｈも、図２４（ａ），（ｂ）に示すように、回転検出器１０と同様に、円筒状の樹脂ケース１６に収納される。このとき、リードフレーム２４Ｌを感磁部面に対して垂直方向に折り曲げるようにすれば、リードフレーム２４Ｌは樹脂ケース１６に接触することはないので、樹脂ケース１６に代えて、金属ケースを使用した場合でも、信号線の接触の問題が起こることはない。
なお、回転検出器１０Ｈは、図２５に示すように、プリント基板２７等に直接接続して使用する場合にも最適な構造である。
また、４端子の磁気抵抗素子１１Ｍを回転検出器１０Ｈに用いる場合には、図２６に示すように、リードフレーム２４Ｌを両側から出す構造としてもよい。
なお、実施の形態１〜３では、感磁部１８に加わる磁界の大きさがなるべく均一になるように、永久磁石１２の幅を、感磁部１８の幅よりも大きくは設定しているが、特に大きさについては規定していなかった。しかしながら、実施の形態２で説明した４端子の磁気抵抗素子１１Ｍのように、磁気抵抗素子１８Ａと磁気抵抗素子１８Ｂ、及び、磁気抵抗素子１８Ｃと磁気抵抗素子１８Ｄとが磁石の中心に対して対称に配置されておらず、回転方向に対してＰ／４だけずれている場合には、永久磁石１２の幅を適正に設定する必要がある（図１６，図１７参照）。
すなわち、磁気抵抗素子１８Ａに印加されている磁界の大きさＢＡと磁気抵抗素子１８Ｂに印加されている磁界の大きさＢＢ、及び、磁気抵抗素子１８Ｃに印加されている磁界の大きさＢＣと磁気抵抗素子１８Ｄに印加されている磁界の大きさＢＤとは全く等しくないので、図７に示した抵抗値と磁束密度の関係からもわかるように、印加磁界が異なると抵抗値が異なり、磁気抵抗素子１１Ｍの出力端子１８ａ及び出力端子１８ｂの電位は、Ｖｉｎ／２からずれてしまうことになる。つまり、ＢＡ≠ＢＢのため、磁気抵抗素子１８Ａの抵抗値をＲＡ、磁気抵抗素子１８Ｂの抵抗値ＲＢとすると、ＲＡ≠ＲＢとなってしまう（磁気抵抗素子１８Ｃ，１８Ｄについても同様に、ＲＣ≠ＲＤとなる）。このとき、感磁部１８の幅Ｗに比べて永久磁石１２の幅Ｗｍをかなり大きくすると、ほぼＢＡ＝ＢＢとすることができるが、回転検出器１０の大きさの制限もあり、永久磁石１２の幅Ｗｍも制限されることになる。
すなわち、磁気抵抗素子１８Ａに印加されている磁界の大きさＢＡと磁気抵抗素子１８Ｂに印加されている磁界の大きさＢＢ、及び、磁気抵抗素子１８Ｃに印加されている磁界の大きさＢＣと磁気抵抗素子１８Ｄに印加されている磁界の大きさＢＤとは全く等しくないので、図７に示した抵抗値と磁束密度の関係からもわかるように、印加磁界が異なると抵抗値が異なり、磁気抵抗素子１１Ｍの出力端子１８ａ及び出力端子１８ｂの電位は、Ｖｉｎ／２からずれてしまうことになる。つまり、ＢＡ≠ＢＢのため、磁気抵抗素子１８Ａの抵抗値をＲＡ、磁気抵抗素子１８Ｂの抵抗値ＲＢとすると、ＲＡ≠ＲＢとなってしまう（磁気抵抗素子１８Ｃ，１８Ｄについても同様に、ＲＣ≠ＲＤとなる）。このとき、感磁部１８の幅Ｗに比べて永久磁石１２の幅Ｗｍをかなり大きくすると、ほぼＢＡ＝ＢＢとすることができるが、回転検出器１０の大きさの制限もあり、永久磁石１２の幅Ｗｍも制限されることになる。
そこで、図１６及び図１７に示した４端子の磁気抵抗素子１１Ｍにおいて、端子電極１９ａ，１９ｂ間に直列電源Ｖｉｎ（＝５Ｖ）を接続したときの永久磁石１２の幅と出力端子１９Ｍ（あるいは１９Ｎ）のオフセット電圧（Ｖｉｎ／２からのずれ）との関係、及び、永久磁石１２の幅と感磁部１８の幅との差（磁石の端面と感磁部の端面との距離の２倍）とオフセット電圧との関係を、磁界解析計算で見積もった結果をそれぞれ、図２７及び図２８に示す。
なお、この例では、感磁部１８の幅を２．４ｍｍとし、磁石のサイズは、４．５ｍｍ×Ｗ（歯車の回転方向の幅）×４．５ｍｍ（厚さ：感磁面に垂直方向）とし、Ｗを３．５ｍｍ〜５．５ｍｍまで変化させた。
ここで、オフセット電圧は、ｅｏｆｆ＝｛ＲＢ／（ＲＡ＋ＲＢ）｝×Ｖｉｎ―（Ｖｉｎ／２）である。
図２７から、磁石の幅が、４．５ｍｍになると、オフセット電圧は４０ｍＶ以下になることがわかる。また、図２８から、磁石の幅が感磁部の幅に比べて２ｍｍ以上大きいとき、オフセット電圧は４０ｍＶ以下にできることがわかる。
したがって、永久磁石１２の端面と感磁部１８の端面との距離を１ｍｍ以上とすることにより、オフセット電圧を４０ｍＶ以下にすることができる。なお、永久磁石１２の幅の上限については、回転検出器の大きさにより適宜決定される。
なお、この例では、感磁部１８の幅を２．４ｍｍとし、磁石のサイズは、４．５ｍｍ×Ｗ（歯車の回転方向の幅）×４．５ｍｍ（厚さ：感磁面に垂直方向）とし、Ｗを３．５ｍｍ〜５．５ｍｍまで変化させた。
ここで、オフセット電圧は、ｅｏｆｆ＝｛ＲＢ／（ＲＡ＋ＲＢ）｝×Ｖｉｎ―（Ｖｉｎ／２）である。
図２７から、磁石の幅が、４．５ｍｍになると、オフセット電圧は４０ｍＶ以下になることがわかる。また、図２８から、磁石の幅が感磁部の幅に比べて２ｍｍ以上大きいとき、オフセット電圧は４０ｍＶ以下にできることがわかる。
したがって、永久磁石１２の端面と感磁部１８の端面との距離を１ｍｍ以上とすることにより、オフセット電圧を４０ｍＶ以下にすることができる。なお、永久磁石１２の幅の上限については、回転検出器の大きさにより適宜決定される。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明の磁気抵抗素子及び回転検出器は下記に限定されるものではない。
[実施例１]
薄膜形成法の一例として分子線エピタキシー法を用いて、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板の（１００）面上に、ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜をエピタキシャル成長させた。
まず、厚さ０．３５ｍｍの半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板にＡｓを照射しながら、６５０℃で加熱し表面酸素を脱離させる。次に、５８０℃で温度を下げてＧａＡｓバッファ層を２００ｎｍの厚さで形成する。次に、Ａｓを照射しながら４００℃まで温度を下げた後、ＳｎとＩｎ、Ｓｂを同時に基板に照射しながら化合物半導体薄膜の膜厚１μｍからなるＳｎドープＩｎＳｂ単結晶薄膜を形成した。この際、ＩｎＳｂ単結晶薄膜の電子濃度は、７×１０１６ｃｍ−３になるようにＳｎセル温度を調節した。成膜したＩｎＳｂ単結晶薄膜の電気特性を測定したところ、電子濃度は７×１０１６ｃｍ−３、電子移動度は４０，０００ｃｍ2／Ｖｓであった。
次に、ＩｎＳｂ／ＧａＡｓ基板のＩｎＳｂ表面にフォトレジストをスピンコータで均一に塗布する。フォトレジストの塗布条件は、１００ｃｐの粘度で３２００ｒｐｍの回転速度で２０秒間回転すると２．５μｍの厚さとなる。ＩｎＳｂのメサエッチング用のフォトマスクを用いて、露光・現像した後に塩酸・過酸化水素系のエッチング液で所望の形状にＩｎＳｂ薄膜をメサエッチングした。
その後、再度、フォトレジストを塗布した後に、短絡電極を形成するための露光・現像を行い、真空蒸着法により電極を蒸着し、リフトオフ法で短絡電極を形成した。詳細には、フォトレジストによりレジストパターンを形成した後に、電子ビーム法により短絡電極として５０ｎｍ厚のＴｉと４００ｎｍ厚のＡｕ、さらに５０ｎｍ厚のＮｉからなる積層電極を形成し、リフトオフ法を用いて所望の短絡電極を形成した。
更に、保護膜として窒化シリコン薄膜を３００ｎｍの厚さでプラズマＣＶＤ法により形成し、端子電極部分のみの窒化シリコン膜を、反応性イオンエッチング装置を用いて除去し、最後に短絡電極の形成方法と同様にして、端子電極を形成した。端子電極として５０ｎｍ厚のＴｉと４００ｎｍ厚のＡｕからなる積層電極とした。化合物半導体薄膜からなる動作層との接触を改善するために、不活性ガス雰囲気で５００℃×２分間の熱処理を行った。
このようにして化合物半導体薄膜を感磁部とし、端子電極３個を有し、この端子電極間に複数の短絡電極を有する、図４の磁気抵抗素子１１と同様の構成の磁気抵抗素子を、フォトリソグラフィーを応用した微細加工プロセスの応用により、１枚のウエーハ上に多数製作した。なお、感磁部の間隔は、検出する歯車の山と谷の間隔に合わせた。
[実施例１]
薄膜形成法の一例として分子線エピタキシー法を用いて、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板の（１００）面上に、ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜をエピタキシャル成長させた。
まず、厚さ０．３５ｍｍの半絶縁性のＧａＡｓ単結晶基板にＡｓを照射しながら、６５０℃で加熱し表面酸素を脱離させる。次に、５８０℃で温度を下げてＧａＡｓバッファ層を２００ｎｍの厚さで形成する。次に、Ａｓを照射しながら４００℃まで温度を下げた後、ＳｎとＩｎ、Ｓｂを同時に基板に照射しながら化合物半導体薄膜の膜厚１μｍからなるＳｎドープＩｎＳｂ単結晶薄膜を形成した。この際、ＩｎＳｂ単結晶薄膜の電子濃度は、７×１０１６ｃｍ−３になるようにＳｎセル温度を調節した。成膜したＩｎＳｂ単結晶薄膜の電気特性を測定したところ、電子濃度は７×１０１６ｃｍ−３、電子移動度は４０，０００ｃｍ2／Ｖｓであった。
次に、ＩｎＳｂ／ＧａＡｓ基板のＩｎＳｂ表面にフォトレジストをスピンコータで均一に塗布する。フォトレジストの塗布条件は、１００ｃｐの粘度で３２００ｒｐｍの回転速度で２０秒間回転すると２．５μｍの厚さとなる。ＩｎＳｂのメサエッチング用のフォトマスクを用いて、露光・現像した後に塩酸・過酸化水素系のエッチング液で所望の形状にＩｎＳｂ薄膜をメサエッチングした。
その後、再度、フォトレジストを塗布した後に、短絡電極を形成するための露光・現像を行い、真空蒸着法により電極を蒸着し、リフトオフ法で短絡電極を形成した。詳細には、フォトレジストによりレジストパターンを形成した後に、電子ビーム法により短絡電極として５０ｎｍ厚のＴｉと４００ｎｍ厚のＡｕ、さらに５０ｎｍ厚のＮｉからなる積層電極を形成し、リフトオフ法を用いて所望の短絡電極を形成した。
更に、保護膜として窒化シリコン薄膜を３００ｎｍの厚さでプラズマＣＶＤ法により形成し、端子電極部分のみの窒化シリコン膜を、反応性イオンエッチング装置を用いて除去し、最後に短絡電極の形成方法と同様にして、端子電極を形成した。端子電極として５０ｎｍ厚のＴｉと４００ｎｍ厚のＡｕからなる積層電極とした。化合物半導体薄膜からなる動作層との接触を改善するために、不活性ガス雰囲気で５００℃×２分間の熱処理を行った。
このようにして化合物半導体薄膜を感磁部とし、端子電極３個を有し、この端子電極間に複数の短絡電極を有する、図４の磁気抵抗素子１１と同様の構成の磁気抵抗素子を、フォトリソグラフィーを応用した微細加工プロセスの応用により、１枚のウエーハ上に多数製作した。なお、感磁部の間隔は、検出する歯車の山と谷の間隔に合わせた。
次に、モールド樹脂による圧力や面内応力を緩和するため、磁気抵抗素子の感磁部面上に、上記部位を覆うように、柔らかいシリコン樹脂から成る軟質樹脂層を形成した。
その後、ダイシングにより個別の磁気抵抗素子に切離した。こうして製作した磁気抵抗素子チップを、リードフレームを利用して、ボンデングパッケージをした。具体的には、ち、リードフレームのアイランド上に磁気抵抗素子チップを、ダイボンダーを用いダイボンドし、次いで、３０μｍの金ワイヤーにより磁気抵抗素子の３個の端子とリード間を、ワイヤーボンダーを用いワイヤーボンドした後、トランスファーモールド法によりエポキシ樹脂によりパッケージした。その後、タイバーカット、リードカットにより、及びリードのフォーミングを行い、最後に、パッケージされた磁気抵抗素子を永久磁石が保持された磁石ホルダーとともに円筒状の樹脂ケースに収納し、全体が円柱状である回転検出器を作製した。
図２９（ａ），（ｂ）は作製された３端子の磁気抵抗素子１１の構成を示す図で、図３０は磁束密度０．２５テスラのもとでの温度ドリフトを示す図である。図３０の横軸は温度、縦軸は信号出力電圧Ｖｏｕｔから電源電圧の半分（Ｖｉｎ／２）を差し引いたもの（以下、オフセット電圧と称する）である。図２９（ａ），（ｂ）において、２個の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの抵抗値及びその温度変化が等しい場合は、信号出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／２となる。
図３０から明らかなように、本例の磁気抵抗素子１１は、信号出力電圧Ｖｏｕｔの温度ドリフトがほとんどない、優れた温度依存性を示している。このことは、感磁部の全面に渉り、磁界の印加された状態の抵抗値の温度依存性が均一であること意味しており、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶から成る絶縁性基板上に、ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜を分子線エピタキシー法により成長させ、これを感磁部とした磁気抵抗素子は、各素子の特性も揃っており、かつ、温度依存性が極めて小さいことが確認された。
その後、ダイシングにより個別の磁気抵抗素子に切離した。こうして製作した磁気抵抗素子チップを、リードフレームを利用して、ボンデングパッケージをした。具体的には、ち、リードフレームのアイランド上に磁気抵抗素子チップを、ダイボンダーを用いダイボンドし、次いで、３０μｍの金ワイヤーにより磁気抵抗素子の３個の端子とリード間を、ワイヤーボンダーを用いワイヤーボンドした後、トランスファーモールド法によりエポキシ樹脂によりパッケージした。その後、タイバーカット、リードカットにより、及びリードのフォーミングを行い、最後に、パッケージされた磁気抵抗素子を永久磁石が保持された磁石ホルダーとともに円筒状の樹脂ケースに収納し、全体が円柱状である回転検出器を作製した。
図２９（ａ），（ｂ）は作製された３端子の磁気抵抗素子１１の構成を示す図で、図３０は磁束密度０．２５テスラのもとでの温度ドリフトを示す図である。図３０の横軸は温度、縦軸は信号出力電圧Ｖｏｕｔから電源電圧の半分（Ｖｉｎ／２）を差し引いたもの（以下、オフセット電圧と称する）である。図２９（ａ），（ｂ）において、２個の磁気抵抗素子１８ａ，１８ｂの抵抗値及びその温度変化が等しい場合は、信号出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ／２となる。
図３０から明らかなように、本例の磁気抵抗素子１１は、信号出力電圧Ｖｏｕｔの温度ドリフトがほとんどない、優れた温度依存性を示している。このことは、感磁部の全面に渉り、磁界の印加された状態の抵抗値の温度依存性が均一であること意味しており、半絶縁性のＧａＡｓ単結晶から成る絶縁性基板上に、ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜を分子線エピタキシー法により成長させ、これを感磁部とした磁気抵抗素子は、各素子の特性も揃っており、かつ、温度依存性が極めて小さいことが確認された。
［比較例１］
Ｓｎのドーピングを行わずにＩｎＳｂ単結晶薄膜を形成したことと、磁気抵抗素子の感磁面上に、柔らかいシリコン樹脂から成る軟質樹脂層を形成していないことを除けば、実施例１同様にして磁気抵抗素子を作製し、その後回転検出器を作製した。
この場合も、図２９（ａ），（ｂ）に示すように、３端子の磁気抵抗素子を作製し、磁束密度０．２５テスラのもとで温度ドリフトを測定した。その結果を図３１に示す。図３１の横軸は温度、縦軸はオフセット電圧である。図３１からわかるように、Ｓｎのドーピングがなく、更に、軟質樹脂層が形成されていない磁気抵抗素子では、温度が０℃以下になると、かなりの温度ドリフトが見られる。
Ｓｎのドーピングを行わずにＩｎＳｂ単結晶薄膜を形成したことと、磁気抵抗素子の感磁面上に、柔らかいシリコン樹脂から成る軟質樹脂層を形成していないことを除けば、実施例１同様にして磁気抵抗素子を作製し、その後回転検出器を作製した。
この場合も、図２９（ａ），（ｂ）に示すように、３端子の磁気抵抗素子を作製し、磁束密度０．２５テスラのもとで温度ドリフトを測定した。その結果を図３１に示す。図３１の横軸は温度、縦軸はオフセット電圧である。図３１からわかるように、Ｓｎのドーピングがなく、更に、軟質樹脂層が形成されていない磁気抵抗素子では、温度が０℃以下になると、かなりの温度ドリフトが見られる。
［比較例２］
Ｓｎのドーピングを行わずにＩｎＳｂ単結晶薄膜を形成したことを除けば、実施例１同様にして磁気抵抗素子を作製し、その後回転検出器を作製した。
この場合も、図２９（ａ），（ｂ）に示すように、３端子の磁気抵抗素子を作製し、磁束密度０．２５テスラのもとで温度ドリフトを測定した。その結果を図３２に示す。図３２の横軸は温度、縦軸はオフセット電圧である。図３２からわかるように、軟質樹脂層が形成されていてもＳｎのドーピングがない磁気抵抗素子では、比較例１に比べると、オフセット電圧の温度ドリフトはかなり抑制されているが、やはり温度が０℃以下になると、温度ドリフトが見られる。
Ｓｎのドーピングを行わずにＩｎＳｂ単結晶薄膜を形成したことを除けば、実施例１同様にして磁気抵抗素子を作製し、その後回転検出器を作製した。
この場合も、図２９（ａ），（ｂ）に示すように、３端子の磁気抵抗素子を作製し、磁束密度０．２５テスラのもとで温度ドリフトを測定した。その結果を図３２に示す。図３２の横軸は温度、縦軸はオフセット電圧である。図３２からわかるように、軟質樹脂層が形成されていてもＳｎのドーピングがない磁気抵抗素子では、比較例１に比べると、オフセット電圧の温度ドリフトはかなり抑制されているが、やはり温度が０℃以下になると、温度ドリフトが見られる。
[実施例２]
実施例１と同様にして、図１６に示すような、４個の磁気抵抗素子をループ状に接続した４端子磁気抵抗素子１１Ｍを作製し、ダイシングにより個別の磁気抵抗素子に切離した。チップサイズは３．２ｍｍ×２．２ｍｍであり、１つのチップ上には、４個の磁気抵抗素子が作製されている。磁気抵抗素子の作製プロセスは、通常のフォトリソグラフィーの技術を用いているため、磁気抵抗素子の間隔は、量産されるすべての素子で精度よく再現できる。
次に、図１と同様の磁石ホルダー１５に２個のＳｍＣｏ磁石（永久磁石１２）を左側から挿入し、端子ピン１３も挿入した。磁石の磁化方向は感磁部１８を構成する化合物半導体薄膜の面に垂直である。磁石のサイズは、４．５ｍｍ×５．５ｍｍ（歯車の回転方向の幅）×４．５ｍｍ（厚さ：感磁面に垂直方向）である。用いた磁石の表面での磁束密度は、約０．２５Ｔであった。その後、プリント基板に図１２の構造で、図１８，１９に示した４端子磁気抵抗素子１１Ｓ，１１Ｚを半田付けした。磁気抵抗素子１１Ｓは、Ａ／Ｂ相用であり、磁気抵抗素子１１ＺはＺ相である。そして、端子ピン４を図示しないプリント基板に接続した後、磁石ホルダー１５を、円筒状の樹脂ケース１６に挿入し、樹脂ポッティングにより固定した。こうして樹脂ケース１６および薄い金属板（真鍮薄板）１４のフタで全体が保護されている回転検出器を完成した。上記樹脂ケース１６は、図１に示すものと同様に、一端が厚さ０．１５ｍｍの真鍮薄板１４のフタを有し、対抗する一端が開口部である。
実施例１と同様にして、図１６に示すような、４個の磁気抵抗素子をループ状に接続した４端子磁気抵抗素子１１Ｍを作製し、ダイシングにより個別の磁気抵抗素子に切離した。チップサイズは３．２ｍｍ×２．２ｍｍであり、１つのチップ上には、４個の磁気抵抗素子が作製されている。磁気抵抗素子の作製プロセスは、通常のフォトリソグラフィーの技術を用いているため、磁気抵抗素子の間隔は、量産されるすべての素子で精度よく再現できる。
次に、図１と同様の磁石ホルダー１５に２個のＳｍＣｏ磁石（永久磁石１２）を左側から挿入し、端子ピン１３も挿入した。磁石の磁化方向は感磁部１８を構成する化合物半導体薄膜の面に垂直である。磁石のサイズは、４．５ｍｍ×５．５ｍｍ（歯車の回転方向の幅）×４．５ｍｍ（厚さ：感磁面に垂直方向）である。用いた磁石の表面での磁束密度は、約０．２５Ｔであった。その後、プリント基板に図１２の構造で、図１８，１９に示した４端子磁気抵抗素子１１Ｓ，１１Ｚを半田付けした。磁気抵抗素子１１Ｓは、Ａ／Ｂ相用であり、磁気抵抗素子１１ＺはＺ相である。そして、端子ピン４を図示しないプリント基板に接続した後、磁石ホルダー１５を、円筒状の樹脂ケース１６に挿入し、樹脂ポッティングにより固定した。こうして樹脂ケース１６および薄い金属板（真鍮薄板）１４のフタで全体が保護されている回転検出器を完成した。上記樹脂ケース１６は、図１に示すものと同様に、一端が厚さ０．１５ｍｍの真鍮薄板１４のフタを有し、対抗する一端が開口部である。
このようにして完成した回転検出器のＶｉｎ端子ピンとＧＮＤ端子ピンの間に、直流電源５Ｖを接続し、実際の歯車（ＪＩＳ規格Ｂ１７０１−１円筒歯車インボリュート歯車ｐ＝０．８π）を回転させて、出力信号を観測した。今回使用した歯車は、図１８に示すように、１歯欠歯しているものを用いた。そして、出力信号波形より、Ａ相とＢ相は９０°位相がずれていることを確認し、Ｚａ相で欠歯を検出していることも確認できた。出力信号振幅Ｖｐｐは、約３００ｍＶであった。
本発明の回転検出器の温度特性を測定するために、回転機構と回転検出器を恒温槽の中に入れ、図３３に示すように、Ａ相の出力信号振幅Ｖｐｐと、Ａ相のＤＣ電圧ｅを測定した結果を図３４、図３５にそれぞれ示す。なお、図３３では、図を見易くするため、振幅変化と温度ドリフトを大きめにしてある。
図３４での縦軸は、Ａ相の出力信号振幅であり、図３５での縦軸はＡ相のＤＣ電圧ｅのＶｉｎ／２からのずれ（オフセット電圧）を示したもので、温度を−２０℃〜１４０℃まで変化させても、出力信号振幅およびオフセット電圧ともにほとんど変化ないことがわかる。これは、非常に安定して、回転検出が可能であることを意味している。
本発明の回転検出器の温度特性を測定するために、回転機構と回転検出器を恒温槽の中に入れ、図３３に示すように、Ａ相の出力信号振幅Ｖｐｐと、Ａ相のＤＣ電圧ｅを測定した結果を図３４、図３５にそれぞれ示す。なお、図３３では、図を見易くするため、振幅変化と温度ドリフトを大きめにしてある。
図３４での縦軸は、Ａ相の出力信号振幅であり、図３５での縦軸はＡ相のＤＣ電圧ｅのＶｉｎ／２からのずれ（オフセット電圧）を示したもので、温度を−２０℃〜１４０℃まで変化させても、出力信号振幅およびオフセット電圧ともにほとんど変化ないことがわかる。これは、非常に安定して、回転検出が可能であることを意味している。
[実施例３]
回転検出器（図１６）を３０個作製し、図３６（ａ）に示すように歯車１を回転させて、歯車と回転検出器とのギャップＧを変化させて、出力信号振幅を測定した結果を図３６（ｂ）に示す。測定は、室温にて行った。個体差が非常に小さいことがわかる。
回転検出器（図１６）を３０個作製し、図３６（ａ）に示すように歯車１を回転させて、歯車と回転検出器とのギャップＧを変化させて、出力信号振幅を測定した結果を図３６（ｂ）に示す。測定は、室温にて行った。個体差が非常に小さいことがわかる。
[実施例４]
実施例２と同様にして、図１２に示したタイプの４端子磁気抵抗素子を作製した。実施例２と異なる点は以下である。微細加工プロセスの応用により１枚のウエーハ上に素子を多数製作した後、裏面研磨によってＧａＡｓ基板を０．１ｍｍの厚さにし、その後、接着剤により、厚さ０．２５ｍｍのフェライト基板に貼りあわせた。次に、磁気抵抗素子の感磁部面上に、上記部位を覆うように、柔らかいシリコン樹脂層を形成した後、ダイシングにより個別の磁気抵抗素子に切離した。その後は、実施例１と同様にして磁気抵抗素子を作製し、回転検出器に仕上げた。
この回転検出器を用いて、実施例２と同様に歯車を回転させて、出力信号を観測したところ、出力信号振幅Ｖｐｐは、約３７０ｍＶと、実施例２に比べて出力信号振幅がさらに大きくなった。これにより、磁気誘導層を備えた磁気抵抗素子を用いて回転検出器を作製すれば、出力信号振幅をさらに大きくすることができることが確認された。
実施例２と同様にして、図１２に示したタイプの４端子磁気抵抗素子を作製した。実施例２と異なる点は以下である。微細加工プロセスの応用により１枚のウエーハ上に素子を多数製作した後、裏面研磨によってＧａＡｓ基板を０．１ｍｍの厚さにし、その後、接着剤により、厚さ０．２５ｍｍのフェライト基板に貼りあわせた。次に、磁気抵抗素子の感磁部面上に、上記部位を覆うように、柔らかいシリコン樹脂層を形成した後、ダイシングにより個別の磁気抵抗素子に切離した。その後は、実施例１と同様にして磁気抵抗素子を作製し、回転検出器に仕上げた。
この回転検出器を用いて、実施例２と同様に歯車を回転させて、出力信号を観測したところ、出力信号振幅Ｖｐｐは、約３７０ｍＶと、実施例２に比べて出力信号振幅がさらに大きくなった。これにより、磁気誘導層を備えた磁気抵抗素子を用いて回転検出器を作製すれば、出力信号振幅をさらに大きくすることができることが確認された。
以上説明したように、本発明によれば、温度ドリフトが小さく回転の検出精度の高い回転検出器を実現できるので、工作機械等のスピンドルの回転状態を高精度／高分解能で検出することができるとともに、エレベータ／エスカレータのモータ制御を安定して行うことができる。また、温度特性が極めて良好であるので、例えば、電動射出成形機や自動車のエンジン制御の分野などの高温用途への展開も可能となった。
更に、本発明により、出力信号振幅、オフセット電圧の安定した磁気抵抗素子が製作でき、検出信号の信頼性も向上し、かつ個体差の非常に少ない回転検出器の量産ができる。
更に、本発明により、出力信号振幅、オフセット電圧の安定した磁気抵抗素子が製作でき、検出信号の信頼性も向上し、かつ個体差の非常に少ない回転検出器の量産ができる。
１ 歯車、２，２ａ〜２ｄ 磁気抵抗素子、３ 永久磁石、４ 直流電源、
５，５ａ，５ｂ 出力端子、
１０ 回転検出器、１１ ３端子の磁気抵抗素子、１２ 永久磁石、
１３ 端子ピン、１４ 薄い金属板、１５ 磁石ホルダー、１６ 樹脂ケース、
１７ 絶縁性基板、１８ 感磁部、１８ａ，１８ｂ，１８Ａ〜１８Ｄ 磁気抵抗素子、
１８Ｆ ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜、１９ 端子電極、２０ 短絡電極、
２１ 保護膜、２２ 軟質樹脂層、２３ 金ワイヤー、２４ リードフレーム、
２５ モールド樹脂、２６ 磁気誘導層、２７ プリント基板。
５，５ａ，５ｂ 出力端子、
１０ 回転検出器、１１ ３端子の磁気抵抗素子、１２ 永久磁石、
１３ 端子ピン、１４ 薄い金属板、１５ 磁石ホルダー、１６ 樹脂ケース、
１７ 絶縁性基板、１８ 感磁部、１８ａ，１８ｂ，１８Ａ〜１８Ｄ 磁気抵抗素子、
１８Ｆ ＳｎドープＩｎＳｂ薄膜、１９ 端子電極、２０ 短絡電極、
２１ 保護膜、２２ 軟質樹脂層、２３ 金ワイヤー、２４ リードフレーム、
２５ モールド樹脂、２６ 磁気誘導層、２７ プリント基板。
Claims (8)
- 絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部及び前記感磁部上に形成された複数の短絡電極を備えた磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に磁界を印加する磁界印加手段と、を備え、前記磁界を変化させる回転体の回転状態を検出する回転検出器において、
前記化合物半導体薄膜はドナー不純物がドープされているとともに、前記感磁部を覆うように軟質樹脂層が設けられ、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドされていることに加えて、
外部接続用の４個の端子電極を有し、４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成され、かつ、前記４個の磁気抵抗素子のうち互いに隣接して接続されていない第１及び第２の磁気抵抗素子、または、第３及び第４の磁気抵抗素子がそれぞれ同相の磁界変化を受けるように前記各磁気抵抗素子を配置して成る磁気検出部を備え、前記第１及び第３の磁気抵抗素子の接続点の第１の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力され、前記第２及び第４の磁気抵抗素子の接続点の第２の端子から、前記第１の信号とは１８０°の位相差を有する第２の信号が出力されることを特徴とする回転検出器。 - 絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部、前記感磁部上に形成された複数の短絡電極、及び前記感磁部及び前記短絡電極上に形成された絶縁性無機質材料から成る保護層を備えた磁気抵抗素子を備えるとともに、前記磁気抵抗素子に磁界を印加する磁界印加手段を備え、前記磁界を変化させる回転体の回転状態を検出する回転検出器において、
前記化合物半導体薄膜はドナー不純物がドープされているとともに、前記保護層を介して前記感磁部を覆うように軟質樹脂層が設けられ、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドされていることに加えて、
外部接続用の４個の端子電極を有し、４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成され、かつ、前記４個の磁気抵抗素子のうち互いに隣接して接続されていない第１及び第２の磁気抵抗素子、または、第３及び第４の磁気抵抗素子がそれぞれ同相の磁界変化を受けるように前記各磁気抵抗素子を配置して成る磁気検出部を備え、前記第１及び第３の磁気抵抗素子の接続点の第１の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力され、前記第２及び第４の磁気抵抗素子の接続点の第２の端子から、前記第１の信号とは１８０°の位相差を有する第２の信号が出力されることを特徴とする回転検出器。 - 絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部及び前記感磁部上に形成された複数の短絡電極を備えた磁気抵抗素子と、前記磁気抵抗素子に磁界を印加する磁界印加手段と、を備え、前記磁界を変化させる回転体の回転状態を検出する回転検出器において、
前記化合物半導体薄膜はドナー不純物がドープされているとともに、前記感磁部を覆うように軟質樹脂層が設けられ、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドされていることに加えて、
外部接続用の４個の端子電極を有し、４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成され、かつ、前記４個の磁気抵抗素子のうち互いに隣接して接続されていない第１及び第２の磁気抵抗素子、または、第３及び第４の磁気抵抗素子がそれぞれ同相の磁界変化を受けるように前記各磁気抵抗素子を配置して成る磁気検出部を２組備え、
前記２組の磁気検出部のうち第１の磁気検出部は、前記第１及び第３の磁気抵抗素子の接続点の第１の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力され、前記第２及び第４の磁気抵抗素子の接続点の第２の端子から、前記第１の信号とは１８０°の位相差を有する第２の信号が出力され、
前記２組の磁気検出部のうち第２の磁気検出部は、前記第１の信号とは９０°の位相差を有する第３の信号と、前記第２の信号とは９０°の位相差を有する第４の信号と、を出力することを特徴とする回転検出器。 - 絶縁基板上に形成された化合物半導体薄膜から成る感磁部、前記感磁部上に形成された複数の短絡電極、及び前記感磁部及び前記短絡電極上に形成された絶縁性無機質材料から成る保護層を備えた磁気抵抗素子を備えるとともに、前記磁気抵抗素子に磁界を印加する磁界印加手段を備え、前記磁界を変化させる回転体の回転状態を検出する回転検出器において、
前記化合物半導体薄膜はドナー不純物がドープされているとともに、前記保護層を介して前記感磁部を覆うように軟質樹脂層が設けられ、さらに前記軟質樹脂層を覆うようにモールド樹脂でモールドされていることに加えて、
外部接続用の４個の端子電極を有し、４個の磁気抵抗素子がフルブリッジ構造に接続された４端子磁気抵抗素子から構成され、かつ、前記４個の磁気抵抗素子のうち互いに隣接して接続されていない第１及び第２の磁気抵抗素子、または、第３及び第４の磁気抵抗素子がそれぞれ同相の磁界変化を受けるように前記各磁気抵抗素子を配置して成る磁気検出部を２組備え、
前記２組の磁気検出部のうち第１の磁気検出部は、前記第１及び第３の磁気抵抗素子の接続点の第１の端子から、前記回転体の回転に伴った第１の信号が出力され、前記第２及び第４の磁気抵抗素子の接続点の第２の端子から、前記第１の信号とは１８０°の位相差を有する第２の信号が出力され、
前記２組の磁気検出部のうち第２の磁気検出部は、前記第１の信号とは９０°の位相差を有する第３の信号と、前記第２の信号とは９０°の位相差を有する第４の信号と、を出力することを特徴とする回転検出器。 - 前記４端子磁気抵抗素子が１チップ上に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転検出器。
- 前記２組の磁気検出部が１チップ上に形成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の回転検出器。
- 前記回転体は、複数の歯を有する歯車であって、
２組の前記磁気検出部を備え、一方の前記磁気検出部は、前記複数の歯のうち一つの歯が欠けてなるインデックス部を備えていない前記歯車の回転に伴った前記第１及び第２の信号を出力し、他方の前記磁気検出部は前記インデックス部を備える前記歯車の回転に伴った、前記第１及び第２の信号と夫々同相の第３及び第４の信号を出力することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転検出器。 - 前記回転体は、複数の歯を有する歯車であって、
前記２組の磁気検出部に加えて第３の前記磁気検出部をさらに備え、前記第１の磁気検出部は、前記複数の歯のうち一つの歯が欠けてなるインデックス部を備えていない前記歯車の回転に伴った前記第１及び第２の信号を出力し、前記第２の磁気検出部は前記インデックス部を備えていない前記歯車の回転に伴った前記第３及び第４の信号を出力し、前記第３の磁気検出部は前記インデックス部を備える前記歯車の回転に伴った、前記第１及び第２の信号と夫々同相の第５及び第６の信号を出力することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の回転検出器。
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