JP4627697B2

JP4627697B2 - 磁気抵抗素子構造

Info

Publication number: JP4627697B2
Application number: JP2005223856A
Authority: JP
Inventors: 仁人富田
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2025-08-02
Also published as: JP2007042772A

Description

本発明は、磁界に応じて電気抵抗が変化する磁気抵抗素子構造に関する。

磁気抵抗素子においては、磁気抵抗材が必要な抵抗値分の長さを必要とするために折り返し形状のパターンで成膜されている場合が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような磁気抵抗素子を適用した磁気抵抗センサでは、フルブリッジ回路を構成して磁界を感度良く測定するために、対になるパターンの磁気抵抗素子を２組並べて配置した状態としている。

この従来の磁気抵抗センサでは、４個の磁気抵抗素子を並べるために、小型化を図ることが難しい。
特開２００３−２９８１４０公報

本発明は、上記事実を考慮して、フルブリッジ回路での感度を備えた磁気抵抗センサを小型化することができる磁気抵抗素子構造を提供することを課題とする。

請求項１に記載する本発明の磁気抵抗素子構造は、複数の第１直線部の端部同士が互いに順次連結されて折り返されると共に、磁界に応じて電気抵抗が変化する第１の磁気抵抗材と、前記第１直線部同士の間の上方に第２直線部がそれぞれ配置され、前記第２直線部の端部同士が互いに順次連結されて折り返されると共に、前記第１の磁気抵抗材に対して絶縁された状態で磁界に応じて電気抵抗が変化する第２の磁気抵抗材と、を有することを特徴とする。

請求項１に記載する本発明の磁気抵抗素子構造によれば、第１の磁気抵抗材は、磁界に応じて電気抵抗を変化させ、第２の磁気抵抗材は、第１の磁気抵抗材に対して絶縁された状態で磁界に応じて電気抵抗を変化させる。ここで、第１直線部同士の間の上方に第２直線部がそれぞれ配置されるので、占有面積当りの感度を向上させることができる。

請求項２に記載する本発明の磁気抵抗素子構造は、請求項１記載の構成において、前記第１の磁気抵抗材と前記第２の磁気抵抗材との間に絶縁膜が挟まれて配置され、前記絶縁膜が前記第１の磁気抵抗材と前記第２の磁気抵抗材との間を絶縁することを特徴とする。

請求項２に記載する本発明の磁気抵抗素子構造によれば、絶縁膜によって第１の磁気抵抗材と第２の磁気抵抗材との間が絶縁される。

以上説明したように、本発明の磁気抵抗素子構造によれば、フルブリッジ回路での感度を備えた磁気抵抗センサを小型化することができるという優れた効果を有する。

本発明における磁気抵抗素子構造の実施形態を図面に基づき説明する。

図１には、磁気抵抗素子構造１０を示す分解斜視図が示されている。図１に示されるように、磁気抵抗素子構造１０は、Ｓｉ等の絶縁材料によって構成される基板１２を備えており、基板１２上には、第１の磁気抵抗材１４が配置されている。第１の磁気抵抗材１４は、Ｎｉ−Ｃｏ系合金等の強磁性金属からなり、所謂ジグザグ状（つづら折り形状）の折り返しパターンで成膜されている。

第１の磁気抵抗材１４のパターン形成にあっては、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによって、基板１２上の所定位置（図１の二点鎖線１４と同じ位置）に所謂ジグザグ状に折り返されたパターン溝としてのトレンチ１２Ａ（図３参照）を形成しておき、このトレンチ１２Ａ内にスパッタ又は蒸着等によって強磁性金属を成膜させる。トレンチ１２Ａ外の基板１２の表面に付着された不要な薄膜は、研磨によって除去して平坦化する。

第１の磁気抵抗材１４のパターンは、互いに平行な複数の第１直線部１４Ａを備え、複数の第１直線部１４Ａの端部同士が互いに順次連結され、全体として折り返された形状となっている。

第１の磁気抵抗材１４は、磁界に応じて電気抵抗が変化するようになっており、第１直線部１４Ａに流れる電流の方向と磁束の向く方向とが直角に交わる場合には、第１直線部１４Ａでの抵抗値が最小となり、第１直線部１４Ａに流れる電流の方向と磁束の向く方向とが同一方向又は反対方向の場合には、第１直線部１４Ａでの抵抗値が最大となる。

第１の磁気抵抗材１４の配置された基板１２上には、ＳｉＯ₂等の絶縁材料によって構成される絶縁膜１６が成膜されている。絶縁膜１６上には、第２の磁気抵抗材１８が配置されており、第２の磁気抵抗材１８は、絶縁膜１６によって第１の磁気抵抗材１４に対して絶縁された状態とされている。すなわち、第１の磁気抵抗材１４と第２の磁気抵抗材１８との間に絶縁膜１６が挟まれて配置され、絶縁膜１６が第１の磁気抵抗材１４と第２の磁気抵抗材１８との間を絶縁するようになっている。第２の磁気抵抗材１８は、第１の磁気抵抗材１４と同様に、Ｎｉ−Ｃｏ系合金等の強磁性金属からなり、所謂ジグザグ状（つづら折り形状）の折り返しパターン（第１の磁気抵抗材１４と同一形状のパターン）で成膜されている。

第２の磁気抵抗材１８のパターン形成にあっては、公知のリソグラフィー技術とエッチング技術とによって、絶縁膜１６上の所定位置（図１の二点鎖線１８と同じ位置）に所謂ジグザグ状に折り返されたパターン溝としてのトレンチ１６Ａ（図３参照）を形成しておき、このトレンチ１６Ａ内にスパッタ又は蒸着等によって強磁性金属を成膜させる。トレンチ１６Ａ外の絶縁膜１６の表面に付着された不要な薄膜は、研磨によって除去して平坦化する。

第２の磁気抵抗材１８のパターンは、互いに平行な複数の第２直線部１８Ａを備え、複数の第２直線部１８Ａの端部同士が互いに順次連結され、全体として折り返された形状となっている。

第２の磁気抵抗材１８は、第１の磁気抵抗材１４と同様に、磁界に応じて電気抵抗が変化するようになっており、第２直線部１８Ａに流れる電流の方向と磁束の向く方向とが直角に交わる場合には、第２直線部１８Ａでの抵抗値が最小となり、第２直線部１８Ａに流れる電流の方向と磁束の向く方向とが同一方向又は反対方向の場合には、第２直線部１８Ａでの抵抗値が最大となる。

ここで、絶縁膜１６を透視した平面図である図２に示されるように、第２の磁気抵抗材１８の第２直線部１８Ａは、第１の磁気抵抗材１４の第１直線部１４Ａに対して平行となっており、図２及び図３に示されるように、第１直線部１４Ａ同士の間の上方に第２直線部１８Ａがそれぞれ配置される。このように、第１の磁気抵抗材１４の上方で第２の磁気抵抗材１８が重ならない部分を大きくすることで、第１の磁気抵抗材１４の感度が良好とされる。

なお、図１に示されるように、第１の磁気抵抗材１４の両端部には、端子２０が接続され、絶縁膜１６には、端子２０の対応部分に貫通孔としてのスルーホール２２が貫通形成されており、端子２０を露出させることで、端子２０に銅線等の配線を接続できるようになっている。また、第２の磁気抵抗材１８の両端部にも、端子２４が取り付けられており、端子２４に銅線等の配線を接続できるようになっている。

次に、上記の実施形態の作用を説明する。

第１の磁気抵抗材１４は、磁界に応じて電気抵抗が変化し、第１直線部１４Ａに流れる電流の方向と磁束の向く方向とが直角に交わる場合には、第１直線部１４Ａでの抵抗値が最小となり、第１直線部１４Ａに流れる電流の方向と磁束の向く方向とが同一方向又は反対方向の場合には、第１直線部１４Ａでの抵抗値が最大となる。

第２の磁気抵抗材１８は、絶縁膜１６によって第１の磁気抵抗材１４に対して絶縁された状態で、磁界に応じて電気抵抗が変化し、第２直線部１８Ａに流れる電流の方向と磁束の向く方向とが直角に交わる場合には、第２直線部１８Ａでの抵抗値が最小となり、第２直線部１８Ａに流れる電流の方向と磁束の向く方向とが同一方向又は反対方向の場合には、第２直線部１８Ａでの抵抗値が最大となる。

ここで、第１の磁気抵抗材１４における第１直線部１４Ａ同士の間の上方に第２の磁気抵抗材１８における第２直線部１８Ａがそれぞれ配置され、重ね合わせによる２層構造となっているので、配置密度が向上し、占有面積当りの感度を約２倍にすることができる。

このような磁気抵抗素子構造１０を２組並べて配置してフルブリッジ回路に適用し、磁気抵抗センサを形成することで、面積効率を向上させることができ、フルブリッジ回路での感度を備えた磁気抵抗センサを約１／２に小型化することが可能となる。

なお、上記の実施の形態では、第１の磁気抵抗材１４と第２の磁気抵抗材１８との間に絶縁膜１６が配置され、絶縁膜１６が第１の磁気抵抗材１４と第２の磁気抵抗材１８との間を絶縁する場合について説明したが、例えば、第１の磁気抵抗材１４又は第２の磁気抵抗材１８の少なくともいずれか一方における周囲部を絶縁性被覆材で被覆する等のように、他の絶縁構成によって第１の磁気抵抗材１４と第２の磁気抵抗材１８との間を絶縁してもよい。

また、他の実施形態として、基板１２における第１の磁気抵抗材１４の配置面と、絶縁膜１６における第２の磁気抵抗材１８の配置面とを向かい合わせると共に、その間に他の絶縁膜層を挟んで配置して積層構造にする等のような他の磁気抵抗素子構造としてもよい。

さらに、他の実施形態として、所定パターンの第１の磁気抵抗材の上に絶縁膜を配置し、その絶縁膜上に所定パターンの第２の磁気抵抗材を配置し、さらにその上に絶縁膜を配置する積層構造としてもよい。

本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子構造を示す分解斜視図である。本発明の実施形態における第１の磁気抵抗材と第２の磁気抵抗材との位置関係を示す平面図である。（絶縁膜を透視して図示する。）本発明の実施形態に係る磁気抵抗素子構造を示す断面図である。（図２の３−３線断面に相当する。）

符号の説明

１０磁気抵抗素子構造
１４第１の磁気抵抗材
１４Ａ第１直線部
１６絶縁膜
１８第２の磁気抵抗材
１８Ａ第２直線部

Claims

複数の第１直線部の端部同士が互いに順次連結されて折り返されると共に、磁界に応じて電気抵抗が変化する第１の磁気抵抗材と、
前記第１直線部同士の間の上方に第２直線部がそれぞれ配置され、前記第２直線部の端部同士が互いに順次連結されて折り返されると共に、前記第１の磁気抵抗材に対して絶縁された状態で磁界に応じて電気抵抗が変化する第２の磁気抵抗材と、
を有することを特徴とする磁気抵抗素子構造。
前記第１の磁気抵抗材と前記第２の磁気抵抗材との間に絶縁膜が挟まれて配置され、前記絶縁膜が前記第１の磁気抵抗材と前記第２の磁気抵抗材との間を絶縁することを特徴とする請求項１記載の磁気抵抗素子構造。