JP5006339B2 - Magnetic detector - Google Patents
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Description
本発明は、磁気抵抗効果素子を備えた磁気検出装置に係り、特に、双極検出可能な磁気検出装置に関する。 The present invention relates to a magnetic detection device including a magnetoresistive effect element, and more particularly to a magnetic detection device capable of bipolar detection.
最近、折畳み式携帯電話の開閉検知には磁気検出素子を備えた磁気検出装置が採用されている。 Recently, a magnetic detection device including a magnetic detection element has been adopted for opening / closing detection of a folding cellular phone.
前記磁気検出素子にはホール素子や磁気抵抗効果素子が用いられる。前記磁気抵抗効果素子は、ホール素子と違って弱い外部磁界に対しても適切に電気抵抗が変化し、長寿命を期待できる。 As the magnetic detection element, a Hall element or a magnetoresistive effect element is used. Unlike the Hall element, the magnetoresistive element appropriately changes its electric resistance even with a weak external magnetic field, and can be expected to have a long life.
前記磁気抵抗効果素子には、巨大磁気抵抗効果(GMR効果)を用いたGMR素子が採用されている。 As the magnetoresistive effect element, a GMR element using a giant magnetoresistive effect (GMR effect) is employed.
前記GMR素子のRHカーブ(ヒステリシスループ)1は、図8に示すように例えば、(+)方向の外部磁界側にシフトしている。すなわちGMR素子は(+)方向の外部磁界Hが侵入すると図8に示すRHカーブ1に沿って電気抵抗値Rが変化する。
しかしながら、図8に示すRHカーブ1を有するGMR素子では、前記(+)方向と逆方向である(−)方向の外部磁界Hの強度変化に対して電気抵抗が変化しない。 However, in the GMR element having the RH curve 1 shown in FIG. 8, the electric resistance does not change with respect to the intensity change of the external magnetic field H in the (−) direction which is the opposite direction to the (+) direction.
よって、(−)方向の外部磁界Hが侵入した際、前記GMR素子は電気抵抗変化しないため、(−)方向の外部磁界を検出することはできない。 Therefore, when the external magnetic field H in the (−) direction enters, the electrical resistance of the GMR element does not change, so that the external magnetic field in the (−) direction cannot be detected.
したがって、折り畳み携帯電話に図8に示すRHカーブ1を有するGMR素子を内臓するとき、折畳み式携帯電話の開閉時に、GMR素子に磁石から(+)方向の外部磁界Hが作用するように、磁石を適切に配置しなければいけなかった。 Therefore, when a folding mobile phone is equipped with a GMR element having the RH curve 1 shown in FIG. 8, the magnet is so that an external magnetic field H in the (+) direction acts on the GMR element from the magnet when the folding mobile phone is opened and closed. Had to be placed properly.
また、図8に示すRHカーブ1を有するGMR素子とともに、RHカーブが、(−)方向の外部磁界側にシフトしているGMR素子を用いることで、(+)方向、及び(−)方向のどちらの方向の外部磁界も検出することが可能になる。 Further, by using a GMR element whose RH curve is shifted to the external magnetic field side in the (−) direction together with the GMR element having the RH curve 1 shown in FIG. 8, the (+) direction and (−) direction An external magnetic field in either direction can be detected.
しかしながら、かかる場合、素子数が多くなるといった問題があった。特に、(+)方向の外部磁界検出用のGMR素子と、(−)方向の外部磁界検出用のGGMR素子は、異なる膜厚で形成される等、同じ構成でないので、別々の製造プロセスで製造することが必要であった。よって製造プロセスが煩雑化するといった問題があった。 However, in such a case, there is a problem that the number of elements increases. In particular, since the GMR element for detecting the external magnetic field in the (+) direction and the GGMR element for detecting the external magnetic field in the (−) direction are not the same configuration, such as being formed with different film thicknesses, they are manufactured by separate manufacturing processes. It was necessary to do. Therefore, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated.
上記の特許文献1,2に記載された発明には、磁気検出装置に内臓される磁気検出素子が、磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子であると記載されている。特に、特許文献1に記載された発明には、双極検出可能な磁気検出装置が開示されている。 In the inventions described in Patent Documents 1 and 2 described above, it is described that the magnetic detection element incorporated in the magnetic detection device is a magnetoresistive effect element utilizing the magnetoresistive effect. In particular, the invention described in Patent Document 1 discloses a magnetic detection device capable of bipolar detection.
しかしながら特許文献1に記載された発明には、前記磁気抵抗効果素子の具体的構成が開示されていない。すなわち特許文献1の図2の特性を有する磁気抵抗効果素子の具体的構成が開示されていない。 However, the invention described in Patent Document 1 does not disclose a specific configuration of the magnetoresistive element. That is, the specific configuration of the magnetoresistive effect element having the characteristics shown in FIG. 2 of Patent Document 1 is not disclosed.
そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、簡単な素子構造で双極検出を可能とした磁気検出装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the above-described conventional problems, and in particular, an object of the present invention is to provide a magnetic detection device capable of performing bipolar detection with a simple element structure.
本発明における磁気検出装置は、
外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子を有し、
前記磁気抵抗効果素子は、第1積層体と第2積層体との積層構造で構成され、
前記第1積層体は、第1固定磁性層及び第1フリー磁性層が第1非磁性材料層を介して積層された構成であり、(+)方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化し、
前記第2積層体は、第2固定磁性層及び第2フリー磁性層が第2非磁性材料層を介して積層された構成であり、前記(+)方向とは逆方向の(−)方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化し、
前記(+)方向の外部磁界が侵入したときに、前記第1積層体の電気抵抗値が変化することで前記(+)方向の外部磁界が検出され、前記(−)方向の外部磁界が侵入したときに、前記第2積層体の電気抵抗値が変化することで前記(−)方向の外部磁界が検出されることを特徴とするものである。The magnetic detection device in the present invention is
It has a magnetoresistive effect element using a magnetoresistive effect whose electric resistance changes with respect to an external magnetic field,
The magnetoresistive effect element has a laminated structure of a first laminated body and a second laminated body,
The first laminate has a configuration in which a first pinned magnetic layer and a first free magnetic layer are laminated via a first nonmagnetic material layer, and an electric resistance changes with respect to an external magnetic field in the (+) direction. ,
The second stacked body has a configuration in which a second pinned magnetic layer and a second free magnetic layer are stacked via a second nonmagnetic material layer, and is in a (−) direction opposite to the (+) direction. The electrical resistance changes with respect to the external magnetic field,
When the external magnetic field in the (+) direction enters, the external magnetic field in the (+) direction is detected by changing the electric resistance value of the first laminate, and the external magnetic field in the (−) direction enters. In this case, the external magnetic field in the (−) direction is detected by changing the electric resistance value of the second stacked body.
本発明では、前記磁気抵抗効果素子は、(+)方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する第1積層体と、(−)方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する第2積層体との積層構造で形成されている。これによって、双極検出を簡単な素子構造で実現できる。 In the present invention, the magnetoresistive effect element includes a first stacked body whose electrical resistance changes with respect to an external magnetic field in the (+) direction, and a second stacked body whose electrical resistance changes with respect to an external magnetic field in the (−) direction. It is formed in a laminated structure with the body. Thereby, bipolar detection can be realized with a simple element structure.
本発明で採用される磁気抵抗効果素子は、
横軸を外部磁界Hの大きさとし、縦軸を磁気抵抗効果素子の抵抗値RとしたR−Hグラフ上には、
前記第1固定磁性層と前記第1フリー磁性層間に作用する第1層間結合磁界Hin1が、(+)方向の外部磁界側に発現し、前記第2固定磁性層と前記第2フリー磁性層間に作用する第2層間結合磁界Hin2が、前記(−)方向の外部磁界側に発現するとともに、
外部磁界がゼロのときの前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値を基準としたとき、(+)方向の外部磁界の強度変化に対する前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値の増減傾向と、(−)方向の外部磁界の強度変化に対する前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値の増減傾向とが逆傾向を示す構成となっている。The magnetoresistive effect element employed in the present invention is
On the RH graph, the horizontal axis is the magnitude of the external magnetic field H and the vertical axis is the resistance value R of the magnetoresistive element.
A first interlayer coupling magnetic field Hin1 acting between the first pinned magnetic layer and the first free magnetic layer appears on the external magnetic field side in the (+) direction, and between the second pinned magnetic layer and the second free magnetic layer. The acting second interlayer coupling magnetic field Hin2 appears on the external magnetic field side in the (−) direction,
When the electric resistance value of the magnetoresistive effect element when the external magnetic field is zero is used as a reference, the increase / decrease tendency of the electric resistance value of the magnetoresistive effect element with respect to the change in the intensity of the external magnetic field in the (+) direction; The increase / decrease tendency of the electric resistance value of the magnetoresistive effect element with respect to the change in the intensity of the external magnetic field in the direction shows a reverse tendency.
これによって、簡単な素子構成で適切に双極検出が可能となり、特に、(+)方向の外部磁界の強度変化に対する抵抗値の増減傾向と、(−)方向の外部磁界の強度変化に対する抵抗値の増減傾向とが逆傾向を示すことで、検出される外部磁界の方向までも検知することが可能となる。 This enables proper bipolar detection with a simple element configuration. In particular, the increase / decrease tendency of the resistance value with respect to the change in the intensity of the external magnetic field in the (+) direction and the resistance value with respect to the change in the intensity of the external magnetic field in the (−) direction. When the increase / decrease tendency shows a reverse tendency, it is possible to detect even the direction of the detected external magnetic field.
本発明では、前記磁気抵抗効果素子は2個用意され、一つの前記磁気抵抗効果素子は第1出力取り出し部を介して第1固定抵抗素子に直列接続され、もう一つの前記磁気抵抗効果素子は第2出力取り出し部を介して第2固定抵抗素子に直列接続されており、
前記第1固定抵抗素子の固定抵抗値R3は、外部磁界がゼロのときの前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値R1と、(+)方向の外部磁界が作用したときに、外部磁界がゼロのときの電気抵抗値R1から最大限に変化した前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値R2との間の値であり、前記第2固定抵抗素子の固定抵抗値R5は、前記磁気抵抗効果素子の外部磁界がゼロのときの電気抵抗値R1と、(−)方向の外部磁界が作用したときに、前記外部磁界がゼロのときの電気抵抗値R1から最大限に変化した前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値R4との間の値であることが好ましい。In the present invention, two magnetoresistive effect elements are prepared, one magnetoresistive effect element is connected in series to the first fixed resistance element via the first output extraction section, and the other magnetoresistive effect element is It is connected in series to the second fixed resistance element via the second output extraction unit,
The fixed resistance value R3 of the first fixed resistance element is equal to the electric resistance value R1 of the magnetoresistive effect element when the external magnetic field is zero and the external magnetic field is zero when the external magnetic field in the (+) direction acts. A value between the electric resistance value R2 of the magnetoresistive effect element and the electric resistance value R2 of the magnetoresistive effect element that has changed to the maximum from the electric resistance value R1. The electric resistance value R1 when the magnetic field is zero and the electric resistance of the magnetoresistive effect element changed to the maximum from the electric resistance value R1 when the external magnetic field is zero when an external magnetic field in the (−) direction is applied. It is preferably a value between the resistance value R4.
特に、前記第1固定抵抗素子の固定抵抗値R3は、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値R1と電気抵抗値R2との中間値であり、前記第2固定抵抗素子の固定抵抗値R5は、前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値R1と電気抵抗値R4との中間値であることがより好ましい。 In particular, the fixed resistance value R3 of the first fixed resistance element is an intermediate value between the electric resistance value R1 and the electric resistance value R2 of the magnetoresistive effect element, and the fixed resistance value R5 of the second fixed resistance element is: More preferably, the magnetoresistive element has an intermediate value between the electric resistance value R1 and the electric resistance value R4.
本発明では、1種類の磁気抵抗効果素子と、固定抵抗値が異なる2種類の固定抵抗素子を用いることで、双極対応可能な磁気検出装置を実現できる。すなわち従来のように複数種類の磁気抵抗効果素子を用いる必要がない。また、作用する外部磁界の方向までも検知できる回路構成にすることが可能である。 In the present invention, by using one type of magnetoresistive effect element and two types of fixed resistance elements having different fixed resistance values, it is possible to realize a magnetic detection device capable of handling bipolar. That is, it is not necessary to use a plurality of types of magnetoresistive effect elements as in the prior art. Moreover, it is possible to make a circuit configuration capable of detecting even the direction of the acting external magnetic field.
本発明では、磁気抵抗効果素子と第1固定抵抗素子とが直列接続された第1直列回路と、磁気抵抗効果素子と第2固定抵抗素子とが直列接続された第2直列回路と、固定抵抗素子が第3出力取り出し部を介して直列接続された第3直列回路とを備え、
前記第1直列回路の第1出力取り出し部と前記第2直列回路の第2出力取り出し部は一方ずつ、接続切換部を介して共通の差動出力部に前記第3直列回路の第3出力取り出し部と共に接続されており、
前記接続切換部にて、前記第1出力取り出し部と前記差動出力部が接続されたとき、前記第1直列回路と前記第3直列回路とが並列接続してなる第1ブリッジ回路が前記差動出力部に接続された状態に切り換わり、前記接続切換部にて、前記第2出力取り出し部と前記差動出力部が接続されたとき、前記第2直列回路と前記第3直列回路とが並列接続してなる第2ブリッジ回路が前記差動出力部に接続された状態に切り換わることが好適である。In the present invention, a first series circuit in which a magnetoresistive effect element and a first fixed resistance element are connected in series, a second series circuit in which a magnetoresistive effect element and a second fixed resistance element are connected in series, and a fixed resistance A third series circuit in which the elements are connected in series via a third output extraction unit;
One of the first output extraction unit of the first series circuit and the second output extraction unit of the second series circuit are respectively connected to a common differential output unit via a connection switching unit. Connected together with
In the connection switching unit, when the first output extraction unit and the differential output unit are connected, the first bridge circuit formed by connecting the first series circuit and the third series circuit in parallel is the difference. When the second output extraction unit and the differential output unit are connected in the connection switching unit, the second series circuit and the third series circuit are switched to the state connected to the dynamic output unit. It is preferable that the second bridge circuit connected in parallel is switched to the state connected to the differential output unit.
第1ブリッジ回路は、(+)方向の外部磁界を検出する側であり、第2ブリッジ回路は、(−)方向の外部磁界を検出する側である。そして本発明では、上記2つのブリッジ回路を少ない素子数で且つ、簡単な回路構成で得ることが可能である。 The first bridge circuit is a side that detects an external magnetic field in the (+) direction, and the second bridge circuit is a side that detects an external magnetic field in the (−) direction. In the present invention, the two bridge circuits can be obtained with a small number of elements and a simple circuit configuration.
本発明では、磁気抵抗効果素子は、(+)方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する第1積層体と、(−)方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する第2積層体との積層構造で形成されている。これによって、双極検出を簡単な素子構造で実現できる。 In the present invention, the magnetoresistive effect element includes a first stacked body whose electrical resistance changes with respect to an external magnetic field in the (+) direction, and a second stacked body whose electrical resistance changes with respect to the external magnetic field in the (−) direction. And a laminated structure. Thereby, bipolar detection can be realized with a simple element structure.
図1は、本実施形態の磁気検出装置20の回路構成図、図2は磁気抵抗効果素子のRHカーブを説明するためのR−Hグラフ、図3は、磁気抵抗効果素子の層構造を示す部分断面図、図4〜図7は、本実施形態の磁気検出装置の用途を説明するための一例であり、前記磁気検出装置を内臓した折畳み式携帯電話の模式図、である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a
図1に示す本実施形態の磁気検出装置20は、素子構成部21と集積回路(IC)22とを有して構成される。
A
前記素子構成部21は、磁気抵抗効果素子23と第1固定抵抗素子24とが第1出力取り出し部25を介して直列接続された第1直列回路26、磁気抵抗効果素子27と第2固定抵抗素子28とが第2出力取り出し部29を介して直列接続された第2直列回路30、及び、固定抵抗素子31と固定抵抗素子32が第3出力取り出し部33を介して直列接続された第3直列回路34で構成される。
The
前記第3直列回路34は、共通回路として前記第1直列回路26及び前記第2直列回路30と夫々ブリッジ回路を構成する。以下では前記第1直列回路26と前記第3直列回路34とが並列接続されてなるブリッジ回路を第1ブリッジ回路BC1と、前記第2直列回路30と前記第3直列回路34とが並列接続されてなるブリッジ回路を第2ブリッジ回路BC2と称する。
The
図1に示すように、前記第1ブリッジ回路BC1では、磁気抵抗効果素子23と、固定抵抗素子32とが並列接続されるとともに、前記第1固定抵抗素子24と前記固定抵抗素子31とが並列接続されている。また前記第2ブリッジ回路BC2では、前記磁気抵抗効果素子27と、前記固定抵抗素子31とが並列接続されるとともに、前記第2固定抵抗素子28と前記固定抵抗素子32とが並列接続されている。
As shown in FIG. 1, in the first bridge circuit BC1, a
図1に示すように前記集積回路22には入力端子(電源)39、アース端子42及び2つの外部出力端子40,41が設けられている。前記入力端子39、アース端子42及び外部出力端子40,41は夫々図示しない機器側の端子部とワイヤボンディングやダイボンディング等で電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
前記入力端子39に接続された信号ライン50及び前記アース端子42に接続された信号ライン51は、前記第1直列回路26,第2直列回路30及び第3直列回路34の両側端部に設けられた電極の夫々に接続されている。
A
図1に示すように集積回路22内には、1つの差動増幅器(差動出力部)35が設けられている。前記第3直列回路34の第3出力取り出し部33は、前記差動増幅器35の+入力部、−入力部のどちらか一方に接続されている。なお、前記第3出力取り出し部33と前記差動増幅器35の接続は固定されている(非接続状態にはならない)。
As shown in FIG. 1, one differential amplifier (differential output unit) 35 is provided in the
前記第1直列回路26の第1出力取り出し部25及び第2直列回路30の第2出力取り出し部29は夫々第1スイッチ回路(第1接続切換部)36の入力部に接続されている。そして、前記第1スイッチ回路36の出力部は前記差動増幅器35の−入力部、+入力部のどちらか一方に(前記第3出力取り出し部33が接続されていない側の入力部に)接続されている。
The first
図1に示すように、前記差動増幅器35の出力部は、シュミットトリガー型のコンパレータ38に接続され、さらに前記コンパレータ38の出力部は第2のスイッチ回路(第2接続切換部)43の入力部に接続されている。さらに前記第2スイッチ回路43の出力部は、2つのラッチ回路46,47及びFET回路54、55を経て第1外部出力端子40及び第2外部出力端子41に夫々接続される。
As shown in FIG. 1, the output section of the
さらに図1に示すように、前記集積回路22内には第3のスイッチ回路(第3接続切換部)48が設けられている。前記第3のスイッチ回路48の出力部は、前記アース端子42に接続された信号ライン51に接続され、前記第3のスイッチ回路48の入力部には、第1直列回路26及び第2直列回路30の一端部が接続されている。
Further, as shown in FIG. 1, a third switch circuit (third connection switching unit) 48 is provided in the
さらに図1に示すように、前記集積回路22内には、インターバルスイッチ回路52及びクロック回路53が設けられている。前記インターバルスイッチ回路52のスイッチがオフされると、集積回路22内への通電が停止するようになっている。前記インターバルスイッチ回路52のスイッチのオン・オフは、前記クロック回路53からのクロック信号に連動しており、前記インターバルスイッチ回路52は通電状態を間欠的に行う節電機能を有している。
Further, as shown in FIG. 1, an
前記クロック回路53からのクロック信号は、第1スイッチ回路36、第2スイッチ回路43、及び第3スイッチ回路48の夫々にも出力される。
The clock signal from the clock circuit 53 is also output to each of the
前記磁気抵抗効果素子23と磁気抵抗効果素子27は同じ層構造である。前記磁気抵抗効果素子23,27は、第1積層体60と第2積層体61との積層構造で形成される。磁気抵抗効果素子23,27の積層構造を図3を用いて説明する。
The
図3に示すように、前記磁気抵抗効果素子23,27は、設置面62上に下からシード層63、第1反強磁性層64、第1固定磁性層65、第1非磁性材料層66、第1フリー磁性層67、中間分離層68、第2フリー磁性層69、第2非磁性材料層70、第2固定磁性層71、第2反強磁性層72及び保護層73の順に積層されている。
As shown in FIG. 3, the
図3に示すように、前記第1積層体60は、第1反強磁性層64、第1固定磁性層65、第1非磁性材料層66及び第1フリー磁性層67で構成される。前記第2積層体61は、第2フリー磁性層69、第2非磁性材料層70、第2固定磁性層71及び第2反強磁性層72で構成される。前記第1積層体60と第2積層体61間は中間分離層68によって磁気的に分離されている。
As shown in FIG. 3, the first
図3に示すように、第1固定磁性層65は、下から第1磁性層65a、非磁性中間層65b及び第2磁性層65cの順に積層された積層フェリ構造である。第2固定磁性層71は、下から第2磁性層71c、非磁性中間層71b及び第1磁性層71aの順に積層された積層フェリ構造である。
As shown in FIG. 3, the first pinned magnetic layer 65 has a laminated ferrimagnetic structure in which a first
前記積層フェリ構造を構成する第1磁性層65a,71aと第2磁性層65c,71cの磁化方向は反平行となっている。
The magnetization directions of the first
前記シード層63は、NiFeCrあるいはCrで形成される。前記第1反強磁性層64及び第2反強磁性層72は、元素α(ただしαは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料、又は、元素αと元素α′(ただし元素α′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば前記第1反強磁性層64及び第2反強磁性層72は、IrMnやPtMnで形成される。前記第1磁性層65a,71a、第2磁性層65c,71c、第1フリー磁性層67及び第2フリー磁性層69は夫々、CoFe合金、NiFe合金、CoFeNi合金等の磁性材料で形成される。また前記第1非磁性材料層66及び第2非磁性材料層70は例えば、Cuで形成される。また非磁性中間層65b,71bは例えばRuで形成される。前記中間分離層68は例えばCuで形成される。また前記保護層73は例えばTaで形成される。
The
紙面右方向を(+)方向、紙面左方向を(−)方向としたとき、図3に示すように、第1磁性層65a,71aの磁化方向は(+)方向、第2磁性層65c,71cの磁化方向は(−)方向である。前記第1磁性層65a,71a及び第2磁性層65c,71cの磁化は外部磁界によって変動しないように固定されている。
When the right direction on the paper is the (+) direction and the left direction on the paper is the (−) direction, as shown in FIG. 3, the magnetization directions of the first
図3は、外部磁界が作用していない無磁場状態を示している。図3に示すように無磁場状態では、第1フリー磁性層67の磁化方向は(−)方向であり、第2フリー磁性層69の磁化方向は(+)方向である。前記フリー磁性層67,69の磁化は外部磁界によって変動する。
FIG. 3 shows a non-magnetic state where no external magnetic field is acting. As shown in FIG. 3, in the non-magnetic field state, the magnetization direction of the first free
巨大磁気抵抗効果(GMR効果)は、前記第2磁性層65c,71cと前記フリー磁性層67,69との磁化方向の関係で発現される。すなわち、前記第2磁性層65c,71cと前記フリー磁性層67,69との磁化方向が平行状態のとき電気抵抗値が最小値となり、前記第2磁性層65c,71cと前記フリー磁性層67,69との磁化方向が反平行状態のとき電気抵抗値が最大値となる。
The giant magnetoresistive effect (GMR effect) is expressed by the relationship between the magnetization directions of the second
今、(+)方向に外部磁界Hが作用すると、第1積層体60の第1フリー磁性層67の磁化が変動する。一方、第2フリー磁性層69は、磁化方向が(+)方向であるため、(+)方向の外部磁界Hが作用しても磁化変動しない。よって第2積層体61の電気抵抗値は一定のままである。
Now, when the external magnetic field H acts in the (+) direction, the magnetization of the first free
(+)方向の外部磁界Hの磁界強度が徐々に大きくなっていくと前記第1フリー磁性層67の磁化方向は徐々に(+)方向に変化する。これによって第1フリー磁性層67と第2磁性層65cの磁化関係が平行状態から徐々に反平行状態になり、磁気抵抗効果素子23,27の電気抵抗値Rは図2に示す第1RHカーブC1上に沿って、徐々に大きくなっていく。
As the magnetic field strength of the external magnetic field H in the (+) direction gradually increases, the magnetization direction of the first free
一方、(−)方向に外部磁界Hが作用すると、第2積層体61の第2フリー磁性層69の磁化が変動する。一方、第1フリー磁性層67は、磁化方向が(−)方向であるため、(−)方向の外部磁界Hが作用しても磁化変動しない。よって第1積層体60の電気抵抗値は一定のままである。
On the other hand, when the external magnetic field H acts in the (−) direction, the magnetization of the second free
(−)方向の外部磁界Hの磁界強度が徐々に大きくなっていくと前記第2フリー磁性層69の磁化方向は徐々に(−)方向に変化する。これによって第2フリー磁性層69と第2磁性層71cの磁化関係が反平行状態から徐々に平行状態になり、磁気抵抗効果素子23,27の電気抵抗値Rは図2に示す第2RHカーブC2上に沿って、徐々に小さくなっていく。
As the magnetic field strength of the external magnetic field H in the (−) direction gradually increases, the magnetization direction of the second free
図2に示すように、第1RHカーブC1及び第2RHカーブC2は、所定幅を持つ(ヒステリシスがあることを意味する)ループ状となっている。 As shown in FIG. 2, the first RH curve C1 and the second RH curve C2 are in a loop shape having a predetermined width (meaning that there is hysteresis).
ループ状に形成された第1RHカーブC1の中心から外部磁界H=0(Oe)のラインまでの磁界の強さで第1層間結合磁界Hin1の大きさが決定される。この第1層間結合磁界Hin1は、第1固定磁性層65と第1フリー磁性層67との間に作用するものであり、R−Hグラフ上における(+)方向の外部磁界側に発現している。
The magnitude of the first interlayer coupling magnetic field Hin1 is determined by the strength of the magnetic field from the center of the first RH curve C1 formed in a loop shape to the line of the external magnetic field H = 0 (Oe). The first interlayer coupling magnetic field Hin1 acts between the first pinned magnetic layer 65 and the first free
ループ状に形成された第2RHカーブC2の中心から外部磁界H=0(Oe)のラインまでの磁界の強さで第2層間結合磁界Hin2の大きさが決定される。この第2層間結合磁界Hin2は、第2固定磁性層71と第2フリー磁性層69との間に作用するものであり、R−Hグラフ上における(−)方向の外部磁界側に発現している。
The magnitude of the second interlayer coupling magnetic field Hin2 is determined by the strength of the magnetic field from the center of the second RH curve C2 formed in a loop shape to the line of the external magnetic field H = 0 (Oe). The second interlayer coupling magnetic field Hin2 acts between the second pinned
上記した前記層間結合磁界Hin1,Hin2は、前記第1非磁性材料層66及び第2非磁性材料層70の膜厚の調整や、界面粗さの調整等によって得ることが出来る。
The interlayer coupling magnetic fields Hin1 and Hin2 described above can be obtained by adjusting the film thickness of the first
上記で説明した磁気抵抗効果素子23,27は巨大磁気抵抗効果(GMR効果)を利用したGMR素子であったが、トンネル磁気抵抗効果(TMR効果)を利用したTMR素子であってもよい。
The
また図3では、固定磁性層65,71が積層フェリ構造であったが、それ以外の構造、例えば磁性層の単層構造や積層構造であってもよい。
In FIG. 3, the pinned
図1に示すように前記磁気抵抗効果素子23,27は夫々、固定抵抗素子24,28と直列接続されている。
As shown in FIG. 1, the
前記磁気抵抗効果素子23に直列接続された第1固定抵抗素子24の固定抵抗値R3は、図2に示すように、外部磁界Hがゼロのときの前記磁気抵抗効果素子23の電気抵抗値R1と、(+)方向の外部磁界Hが作用した際の前記磁気抵抗効果素子23の最大電気抵抗値R2との中間値となるように調整されている。
The fixed resistance value R3 of the first fixed
また、前記磁気抵抗効果素子27に直列接続された第2固定抵抗素子28の固定抵抗値R5は、図2に示すように、前記磁気抵抗効果素子27の外部磁界Hがゼロのときの電気抵抗値R1と、(−)方向の外部磁界が作用した際の前記磁気抵抗効果素子27の最小電気抵抗値R4との中間値となるように調整されている。
Further, the fixed resistance value R5 of the second fixed
例えば前記固定抵抗素子24,28は、図3に示す磁気抵抗効果素子23,27と同じ材料層の積層構造であるが積層順が異なって外部磁界に対して電気抵抗が変化しない構造で形成される。かかる場合、前記固定抵抗素子24,28と磁気抵抗効果素子23,27との温度係数(TCR)のばらつきを抑制でき、動作安定性を向上させることが出来るので好適である。
For example, the fixed
第3直列回路34を構成する前記固定抵抗素子31,32も前記固定抵抗素子24,28と同じように、例えば、磁気抵抗効果素子23,27と同じ材料層の積層構造であるが積層順が異なって外部磁界に対して電気抵抗が変化しない構造で形成される。このとき、前記固定抵抗素子31,32の固定抵抗値は共に同じ値となるように調整されている。
The fixed
前記磁気抵抗効果素子23,27及び固定抵抗素子24,28,31,32は、外部磁界を感知可能な磁気検出装置20の表面に設けられている。前記磁気抵抗効果素子23,27,及び固定抵抗素子24,28,31,32はミアンダ形状で形成される。これにより、各素子の素子抵抗を増大させて消費電流を低減できる。
The
図1に代えて、第3直列回路34を構成する前記固定抵抗素子31,32を、集積回路22内に組み込んでもよい。このとき前記固定抵抗素子31,32を高抵抗材料で形成して、より適切に消費電流の低減を図ることが好適である。例えば前記固定抵抗素子31,32はSiで形成される。
Instead of FIG. 1, the fixed
次に、外部磁界の検出原理について説明する。
図1に示すように第1出力取り出し部25と差動増幅器35とが前記第1スイッチ回路36によって接続されると、第1ブリッジ回路BC1が前記差動増幅器35に接続された状態になる。またこのとき、差動増幅器35と、第1外部出力端子40間が前記第2スイッチ回路43によって接続され、前記第1直列回路26と前記アース端子42間が第3スイッチ回路48によって接続されている。Next, the principle of detecting an external magnetic field will be described.
As shown in FIG. 1, when the first
磁気検出装置20に作用する外部磁界Hの大きさは図2に示す「使用範囲」内である。「使用範囲」内では、前記固定磁性層65,71の磁化方向を変動させるほどの強い外部磁界は作用しない。すなわち固定磁性層65,71の磁化は固定されたままである。
The magnitude of the external magnetic field H acting on the
まず、図1の回路状態で、本実施形態の磁気検出装置20に(+)方向の外部磁界Hが作用すると、前記磁気抵抗効果素子23の電気抵抗値Rは、図2に示すR1から第1RHカーブC1上に沿って徐々に大きくなっていく。
First, in the circuit state of FIG. 1, when an external magnetic field H in the (+) direction acts on the
前記磁気抵抗効果素子23の電気抵抗値Rが(+)方向の外部磁界Hの強度変化によってR1から徐々に大きくなり、やがて、第1固定抵抗素子24の固定抵抗値R3を超えると、差動増幅器35で生成された差動電位に基づいて、コンパレータ38ではON信号(磁界検出信号)が生成され、前記ON信号が前記第1外部出力端子40から出力される。
When the electrical resistance value R of the
第1スイッチ回路36,第2スイッチ回路43及び第3スイッチ回路48は、クロック回路53からのクロック信号を受けて連動してスイッチ動作する。そして第2出力取り出し部29と差動増幅器35とが前記第1スイッチ回路36によって接続されると、第2ブリッジ回路BC2が前記差動増幅器35に接続された状態になる。またこのとき、差動増幅器35と、第2外部出力端子41間が前記第2スイッチ回路43によって接続され、前記第2直列回路30と前記アース端子42間が第3スイッチ回路48によって接続される。
The
上記の回路状態で、本実施形態の磁気検出装置20に(−)方向の外部磁界Hが作用すると、前記磁気抵抗効果素子27の電気抵抗値Rが図2に示すR1から第2RHカーブC2上に沿って徐々に小さくなっていく。
In the above circuit state, when the external magnetic field H in the (−) direction acts on the
前記磁気抵抗効果素子27の電気抵抗値Rが(−)方向への外部磁界Hの強度変化によってR1から徐々に小さくなり、やがて、第2固定抵抗素子28の抵抗値R5を下回ると、差動増幅器35で生成された差動電位に基づいて、コンパレータ38ではON信号(磁界検出信号)が生成され、前記ON信号が前記第2出力端子41から出力される。
When the electric resistance value R of the
以上のように、本実施形態の磁気検出装置20は、磁気抵抗効果素子23,27が図3に示す第1積層体60と第2積層体61との積層構造で形成される。そして、前記第1積層体60は(+)方向の外部磁界Hに対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した構造で、前記第2積層体61は(−)方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化する磁気抵抗効果を利用した構造となっている。
As described above, in the
よって前記磁気抵抗効果素子23,27を用いることで、前記磁気検出装置20に対して(+)方向、あるいは(−)方向のどちらの方向の外部磁界Hが作用しても、外部磁界Hを検出することが可能である。すなわち双極検出が可能である。
Therefore, by using the
本実施形態では、前記磁気抵抗効果素子23,27は1種類の磁気抵抗効果素子で構成される。すなわち図1に示すように、前記磁気抵抗効果素子23,27は2個用意されるが、前記磁気抵抗効果素子23,27は同じ層構造(このとき各層の膜厚も同じである)であるので同じ製造プロセスで形成でき、容易且つ適切に製造できる。
In the present embodiment, the
図2に示すように、第1積層体60を構成する第1固定磁性層65と第1フリー磁性層67間に作用する第1層間結合磁界Hin1は、R−Hグラフ上において(+)方向の外部磁界側に発現している。また、図2に示すように、第2積層体61を構成する第2固定磁性層71と第2フリー磁性層69間に作用する第2層間結合磁界Hin2は、R−Hグラフ上において(−)方向の外部磁界側に発現している。
As shown in FIG. 2, the first interlayer coupling magnetic field Hin1 acting between the first pinned magnetic layer 65 and the first free
そして、図2に示すように外部磁界Hがゼロの位置での前記磁気抵抗効果素子23,27の電気抵抗値R1を基準としたとき、(+)方向の外部磁界Hの磁界強度変化に対する前記磁気抵抗効果素子23,27の電気抵抗値の増減傾向と、(−)方向の外部磁界Hの磁界強度変化に対する前記磁気抵抗効果素子23,27の電気抵抗値の増減傾向とが逆傾向を示している。すなわち、(+)方向の外部磁界が徐々に大きくなると、前記磁気抵抗効果素子23,27の電気抵抗値は、R1から徐々に大きくなる増加傾向を示し、一方、(−)方向の外部磁界Hが徐々に大きくなると、前記磁気抵抗効果素子23,27の電気抵抗値は、R1から徐々に小さくなる減少傾向を示す。
Then, as shown in FIG. 2, when the electric resistance value R1 of the
そして、磁気抵抗効果素子23,27は、図2に示す第1RHカーブC1と第2RHカーブC2からなる段階型のRHカーブを有している。これにより、簡単な回路構成で双極検出対応型の磁気検出装置20を実現できるとともに外部磁界の作用方向まで検知が可能である。
And the
このように外部磁界の作用方向まで検知可能なのは、図2に示すように、(+)方向の外部磁界Hに対して磁気抵抗効果素子23,27の電気抵抗値が変化する第1RHカーブC1の抵抗変化領域と、(−)方向の外部磁界Hに対して磁気抵抗効果素子23,27の電気抵抗値が変化する第2RHカーブC2の抵抗変化領域とが異なる領域となっているからである。
As shown in FIG. 2, it is possible to detect the action direction of the external magnetic field in the first RH curve C1 in which the electric resistance values of the
図1に示すように外部出力端子40,41は2つ設けられている。第1外部出力端子40は、第1ブリッジ回路BC1に接続されており、第1ブリッジ回路BC1では、(+)方向の外部磁界Hが作用して、磁気抵抗効果素子23の電気抵抗値が図2に示す第1固定抵抗素子24の固定抵抗値R3を超えるとON信号が前記第1外部出力端子40から出力されるようになっている。換言すれば、磁気抵抗効果素子23の電気抵抗値が第1固定抵抗素子24の固定抵抗値R3を下回っているとOFF信号が前記第1外部出力端子40から常に出力されている。一方、第2外部出力端子41は、第2ブリッジ回路BC2に接続されており、第2ブリッジ回路BC2では、(−)方向の外部磁界Hが作用して、磁気抵抗効果素子27の電気抵抗値が図2に示す第2固定抵抗素子28の固定抵抗値R5を下回るとON信号が前記第2外部出力端子41から出力されるようになっている。換言すれば、磁気抵抗効果素子27の電気抵抗値が第2固定抵抗素子28の固定抵抗値R4を上回っているとOFF信号が前記第1外部出力端子40から常に出力されている。
As shown in FIG. 1, two
よって、第1外部出力端子40からON信号が出力されている場合(このとき第2外部出力端子41からはOFF信号が出力される)は、(+)方向の外部磁界Hが磁気検出装置20に作用していると識別でき、第2外部出力端子41からON信号が出力されている場合(このとき第1外部出力端子40からはOFF信号が出力される)は、(−)方向の外部磁界Hが磁気検出装置20に作用していると識別できる。
Therefore, when the ON signal is output from the first external output terminal 40 (the OFF signal is output from the second
図2に示すように、第1固定抵抗素子24の固定抵抗値R3は、外部磁界Hがゼロのときの磁気抵抗効果素子23の電気抵抗値R1と、(+)方向の外部磁界Hが作用したときの磁気抵抗効果素子23の最大抵抗値R2との中間値であることが好適である。また、第2固定抵抗素子28の固定抵抗値R5は、外部磁界Hがゼロのときの磁気抵抗効果素子27の電気抵抗値R1と、(−)方向の外部磁界Hが作用したときの磁気抵抗効果素子27の最大抵抗値R4との中間値であることが好適である。
As shown in FIG. 2, the fixed resistance value R3 of the first fixed
これにより、適切に双極検出対応型の磁気検出装置20を実現できる。また上記に加えて、第1層間結合磁界Hin1と第2層間結合磁界Hin2の大きさを同じにすることで、(+)方向の外部磁界Hが作用したときのON信号の出力タイミングと、(−)方向の外部磁界Hが作用したときのON信号の出力タイミングとを同じに設定できる。
Thereby, the
また図1に示すように本実施形態の磁気検出装置20は、固定抵抗素子31,32が直列接続された第3直列回路34の中点電位を前記第1ブリッジ回路BC1と、前記第2ブリッジ回路BC2の基準電位として共通化している。そして、前記第1ブリッジ回路BC1を構成する第1直列回路26の第1出力取り出し部25と差動増幅器35間の接続、及び前記第2ブリッジ回路BC2を構成する第2直列回路30の第2出力取り出し部29と差動増幅器35間の接続を交互に切り換える第1スイッチ回路36を集積回路22内に設けている。
As shown in FIG. 1, in the
このように、本実施形態の磁気検出装置20は、第3直列回路34を前記第1ブリッジ回路BC1と、前記第2ブリッジ回路BC2の双方で共通回路として使用することで、従来に比べて、素子数を減らすことが可能である。
As described above, the
さらに本実施形態では1つの差動増幅器35を設けるだけで、第1ブリッジ回路BC1と差動増幅器35とが接続された状態と、第2ブリッジ回路BC2と差動増幅器35とが接続された状態を交互に得ることが出来、簡単な回路構成で適切に、第1ブリッジ回路BC1及び第2ブリッジ回路BC2から夫々、前記差動増幅器35にて差動電位を得ることが出来る。
Furthermore, in the present embodiment, only one
以上により本実施形態によれば双極対応型センサにおいて、従来よりも、素子数を減らすことができるとともに回路構成を簡単に出来る。 As described above, according to the present embodiment, the number of elements can be reduced and the circuit configuration can be simplified in the bipolar sensor.
また本実施形態では、前記第1スイッチ回路36により前記第1ブリッジ回路BC1と前記差動増幅器35間が接続されたとき、前記第3スイッチ回路48により前記第1直列回路26と前記アース端子42間が接続される。また、前記第1スイッチ回路36により前記第2ブリッジ回路BC2と前記差動増幅器35間が接続されたとき、前記第3スイッチ回路48により前記第2直列回路30と前記アース端子42間が接続される。これにより、前記第1ブリッジ回路BC1と前記差動増幅器35間が接続されたとき、第2直列回路30に電流は流れない。また前記第2ブリッジ回路BC2と前記差動増幅器35間が接続されたとき、第1直列回路26に電流は流れない。よって、消費電流の低減を図ることが出来、また検出感度を向上させることが出来る。
In the present embodiment, when the first bridge circuit BC1 and the
前記第3スイッチ回路48は、入力端子39と第1直列回路26間、及び入力端子39と第2直列回路30間に前記アース端子42側とともに、あるいは前記アース端子42側に代えて設けられていてもよい。
The
本実施形態による双極検出対応型の磁気検出装置20は、例えば折畳み式携帯電話の開閉検知に使用できる。
The
図4に示すように折畳み式携帯電話90は、第1部材(表示筐体)91と第2部材(操作筐体)92とが開閉自在に連結された構成である。前記第1部材91の前記第2部材92との対向面には液晶ディスプレイやレシーバ等が設けられている。前記第2部材92の前記第1部材91との対向面には、各種の操作釦及びマイク等が設けられている。図4は折畳み式携帯電話90を閉じた状態であり、図4に示すように前記第1部材91には磁石94が内臓され、前記第2部材92には本実施形態の磁気検出装置20が内臓されている。図4に示すように閉じた状態で、前記磁石94と磁気検出装置20は互いに対向した位置に配置されている。あるいは前記磁気検出装置20は前記磁石94との対向位置よりも、外部磁界の進入方向と平行な方向にずれた位置に配置されてもよい。
As shown in FIG. 4, the foldable
図4では、前記磁石94から発せられた(+)方向の外部磁界(+H)が、前記磁気検出装置20に伝わり、前記磁気検出装置20では前記外部磁界(+H)を検出し、これにより、折畳み式携帯電話90は閉じた状態にあることが検出される。
In FIG. 4, the external magnetic field (+ H) in the (+) direction emitted from the
一方、図5のように折畳み式携帯電話90を開くと、前記第1部材91が前記第2部材92から離れるにつれて、徐々に前記磁気検出装置20に伝わる外部磁界(+H)の大きさは小さくなっていき、やがて前記磁気検出装置20に伝わる外部磁界(+H)はゼロになる。前記磁気検出装置20に伝わる外部磁界(+H)の大きさがある所定の大きさ以下となった場合に、前記折畳み式携帯電話90が開いた状態にあることが検出され、例えば、前記携帯電話90内に内臓される制御部にて、液晶ディスプレイや操作釦の裏側にあるバックライトが光るように制御されている。
On the other hand, when the folding
本実施形態の磁気検出装置20は、双極対応型センサである。すなわち図4では、磁石94のN極は図示左側にS極は図示右側に位置するが、図6に示すように極性を逆にした場合(N極が図示右側、S極が図示左側)、前記磁気検出装置20に及ぼされる外部磁界(−H)の方向は、図4の外部磁界(+H)の方向と反転する。本実施形態では、かかる場合でも、図6のように折畳み式携帯電話90を閉じた状態から図7のように前記携帯電話90を開いたとき、開いたことが適切に検知されるようになっている。
The
よって、外部磁界の極性に関係なく磁石94を配置できるので、前記磁石94の配置に規制が無くなり、組み立てが容易になる。
Therefore, since the
上記した開閉検知方法では、外部磁界の方向まで識別できなくても、双極にて外部磁界の変化だけを検知できればよいので、例えば図1に示す外部出力端子40,41はどちらか一つでもよい。
In the above open / close detection method, even if it is not possible to identify the direction of the external magnetic field, it is only necessary to detect the change of the external magnetic field with the bipolar, so for example, either one of the
すなわち例えば図1に示す第2スイッチ回路43を無くして、コンパレータ38からラッチ回路46、FET回路54を経て外部出力端子40に至る一つの信号ラインを形成すると、前記外部出力端子40からは、(+)方向の外部磁界に対する検出信号、(−)方向の外部磁界に対する検出信号の双方の信号を得ることが出来る。このとき、外部磁界の方向まで識別できないが、開閉検知においては、外部磁界の方向まで識別できなくてもよいとするニーズがあり、したがって、外部出力端子を一つだけにして、さらに回路構成を簡単にしてもよい。
That is, for example, when the
また、第1部材91を図5の開いた状態から表裏面を反転させることができるタイプ(ターンオーバータイプ)の折畳み式携帯電話90では、第1部材91の反転によりカメラモードを起動させる等、非反転状態と反転状態とで異なる機能を起動させるようにしたいとするニーズがある。かかる場合、非反転状態と反転状態では、前記磁気検出装置20に作用する外部磁界Hの方向が逆転するので、図1の回路構成によって、外部磁界の方向を識別する。すなわち既に説明したように、図1に示すように外部出力端子40,41を2つ設け、第1外部出力端子40を(+)方向の外部磁界Hを検出する第1ブリッジ回路BC1に接続し、第2外部出力端子41を(−)方向の外部磁界Hを検出する第2ブリッジ回路BC2に接続する。これにより、ON信号を出力する外部出力端子を識別することで、外部磁界の方向まで識別できる。
Further, in the foldable
なお図3において、紙面右側を(+)方向、紙面左側を(−)方向として説明したが、紙面左側を(−)方向、紙面右側を(+)方向としてもよい。かかる場合、積層体61が(+)方向の外部磁界Hに対して電気抵抗が変化する第1積層体であり、積層体60が(−)方向の外部磁界Hに対して電気抵抗が変化する第2積層体である。そしてRHカーブは図2に示す横軸を対称軸とした線対称形状となる。すなわち磁気抵抗効果素子23、27の電気抵抗は(+)方向の外部磁界が大きくなるにつれて、R1から徐々に小さくなり、一方、(−)方向の外部磁界が大きくなるにつれて、R1から徐々に大きくなる。
In FIG. 3, the right side of the drawing is described as the (+) direction, and the left side of the drawing is set as the (−) direction. However, the left side of the drawing may be set as the (−) direction, and the right side of the drawing may be set as the (+) direction. In this case, the
本実施形態の磁気検出装置20は、折畳み式携帯電話の開閉検知以外にゲーム機等の携帯式電子機器の開閉検知に使用されてもよい。本形態は、上記開閉検知以外にも、スライドセンサ等、双極検出対応の磁気検出装置20が必要な用途で使用できる。
The
20 磁気検出装置
21 素子構成部
22 集積回路
23、27 磁気抵抗効果素子
24 第1固定抵抗素子
28 第2固定抵抗素子
31、32 固定抵抗素子
26 第1直列回路
30 第2直列回路
34 第3直列回路
35 差動増幅器
36 第1スイッチ回路
38 コンパレータ
40、41 外部出力端子
43 第2スイッチ回路
48 第3スイッチ回路
60 第1積層体
61 第2積層体
63 シード層
64 第1反強磁性層
65 第1固定磁性層
66 第1非磁性材料層
67 第1フリー磁性層
68 中間分離層
69 第2フリー磁性層
70 第2非磁性材料層
71 第2固定磁性層
72 第2反強磁性層
73 保護層
90 折畳み式携帯電話
91 第1部材(表示筐体)
92 第2部材(操作筐体)
94 磁石
C1 第1RHカーブ
C2 第2RHカーブ
Hin1 第1層間結合磁界
Hin2 第2層間結合磁界DESCRIPTION OF
92 Second member (operation housing)
94 Magnet C1 First RH curve C2 Second RH curve Hin1 First interlayer coupling magnetic field Hin2 Second interlayer coupling magnetic field
Claims (5)
前記磁気抵抗効果素子は、第1積層体と第2積層体との積層構造で構成され、
前記第1積層体は、第1固定磁性層及び第1フリー磁性層が第1非磁性材料層を介して積層された構成であり、(+)方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化し、
前記第2積層体は、第2固定磁性層及び第2フリー磁性層が第2非磁性材料層を介して積層された構成であり、前記(+)方向とは逆方向の(−)方向の外部磁界に対して電気抵抗が変化し、
前記(+)方向の外部磁界が侵入したときに、前記第1積層体の電気抵抗値が変化することで前記(+)方向の外部磁界が検出され、前記(−)方向の外部磁界が侵入したときに、前記第2積層体の電気抵抗値が変化することで前記(−)方向の外部磁界が検出されることを特徴とする磁気検出装置。It has a magnetoresistive effect element using a magnetoresistive effect whose electric resistance changes with respect to an external magnetic field,
The magnetoresistive effect element has a laminated structure of a first laminated body and a second laminated body,
The first laminate has a configuration in which a first pinned magnetic layer and a first free magnetic layer are laminated via a first nonmagnetic material layer, and an electric resistance changes with respect to an external magnetic field in the (+) direction. ,
The second stacked body has a configuration in which a second pinned magnetic layer and a second free magnetic layer are stacked via a second nonmagnetic material layer, and is in a (−) direction opposite to the (+) direction. The electrical resistance changes with respect to the external magnetic field,
When the external magnetic field in the (+) direction enters, the external magnetic field in the (+) direction is detected by changing the electric resistance value of the first laminate, and the external magnetic field in the (−) direction enters. When this is done, the external magnetic field in the (−) direction is detected by changing the electric resistance value of the second laminate.
前記第1固定磁性層と前記第1フリー磁性層間に作用する第1層間結合磁界Hin1が、(+)方向の外部磁界側に発現し、前記第2固定磁性層と前記第2フリー磁性層間に作用する第2層間結合磁界Hin2が、前記(−)方向の外部磁界側に発現するとともに、
外部磁界がゼロのときの前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値を基準としたとき、(+)方向の外部磁界の強度変化に対する前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値の増減傾向と、(−)方向の外部磁界の強度変化に対する前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値の増減傾向とが逆傾向を示す請求項1記載の磁気検出装置。On the RH graph, the horizontal axis is the magnitude of the external magnetic field H and the vertical axis is the resistance value R of the magnetoresistive element.
A first interlayer coupling magnetic field Hin1 acting between the first pinned magnetic layer and the first free magnetic layer appears on the external magnetic field side in the (+) direction, and between the second pinned magnetic layer and the second free magnetic layer. The acting second interlayer coupling magnetic field Hin2 appears on the external magnetic field side in the (−) direction,
When the electric resistance value of the magnetoresistive effect element when the external magnetic field is zero is used as a reference, the increase / decrease tendency of the electric resistance value of the magnetoresistive effect element with respect to the change in the intensity of the external magnetic field in the (+) direction; The magnetic detection apparatus according to claim 1, wherein an increasing / decreasing tendency of the electric resistance value of the magnetoresistive effect element with respect to a change in strength of an external magnetic field in a direction shows a reverse tendency.
前記第1固定抵抗素子の固定抵抗値R3は、外部磁界がゼロのときの前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値R1と、(+)方向の外部磁界が作用したときに、外部磁界がゼロのときの電気抵抗値R1から最大限に変化した前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値R2との間の値であり、前記第2固定抵抗素子の固定抵抗値R5は、前記磁気抵抗効果素子の外部磁界がゼロのときの電気抵抗値R1と、(−)方向の外部磁界が作用したときに、前記外部磁界がゼロのときの電気抵抗値R1から最大限に変化した前記磁気抵抗効果素子の電気抵抗値R4との間の値である請求項2記載の磁気検出装置。Two magnetoresistive effect elements are prepared, one magnetoresistive effect element is connected in series to the first fixed resistance element via the first output extraction unit, and the other magnetoresistive effect element is the second output extraction. Connected in series to the second fixed resistance element through the section,
The fixed resistance value R3 of the first fixed resistance element is equal to the electric resistance value R1 of the magnetoresistive effect element when the external magnetic field is zero and the external magnetic field is zero when the external magnetic field in the (+) direction acts. A value between the electric resistance value R2 of the magnetoresistive effect element and the electric resistance value R2 of the magnetoresistive effect element that has changed to the maximum from the electric resistance value R1. The electric resistance value R1 when the magnetic field is zero and the electric resistance of the magnetoresistive effect element changed to the maximum from the electric resistance value R1 when the external magnetic field is zero when an external magnetic field in the (−) direction is applied. The magnetic detection device according to claim 2, wherein the magnetic detection device has a value between the resistance value R4.
前記第1直列回路の第1出力取り出し部と前記第2直列回路の第2出力取り出し部は一方ずつ、接続切換部を介して共通の差動出力部に前記第3直列回路の第3出力取り出し部と共に接続されており、
前記接続切換部にて、前記第1出力取り出し部と前記差動出力部が接続されたとき、前記第1直列回路と前記第3直列回路とが並列接続してなる第1ブリッジ回路が前記差動出力部に接続された状態に切り換わり、前記接続切換部にて、前記第2出力取り出し部と前記差動出力部が接続されたとき、前記第2直列回路と前記第3直列回路とが並列接続してなる第2ブリッジ回路が前記差動出力部に接続された状態に切り換わる請求項3又は4に記載の磁気検出装置。A first series circuit in which the magnetoresistive effect element and the first fixed resistance element are connected in series, a second series circuit in which the magnetoresistive effect element and the second fixed resistance element are connected in series, and the fixed resistance element is the third A third series circuit connected in series via the output extraction unit,
One of the first output extraction unit of the first series circuit and the second output extraction unit of the second series circuit are respectively connected to a common differential output unit via a connection switching unit. Connected together with
In the connection switching unit, when the first output extraction unit and the differential output unit are connected, the first bridge circuit formed by connecting the first series circuit and the third series circuit in parallel is the difference. When the second output extraction unit and the differential output unit are connected in the connection switching unit, the second series circuit and the third series circuit are switched to the state connected to the dynamic output unit. 5. The magnetic detection device according to claim 3, wherein the second bridge circuit connected in parallel is switched to a state of being connected to the differential output unit. 6.
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