JP5150038B2 - 磁気抵抗センサ素子および磁気抵抗センサ素子の角度誤差を低減する方法 - Google Patents
磁気抵抗センサ素子および磁気抵抗センサ素子の角度誤差を低減する方法 Download PDFInfo
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Description
AMR角度センサよりも拡張された360°の測定領域および拡張された信号振幅、従って、比較的低いノイズの影響のために、GMR("Giant Magneto Resistance"巨大磁気抵抗)効果に基づく磁気抵抗センサ素子が、いわゆるスピンバルブ方式によって、自動車での角度検出のために利用される。そのために、センサシステムは、磁界形成用のマグネットと、この近傍に位置付けられる角度センサ乃至一般的には磁気抵抗センサ素子を有しており、その際、このセンサ素子に作用する磁場の方向が検出される。
本発明の磁気抵抗センサ素子、および本発明の磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法が従来技術に対して有する利点は、外部磁場がない場合での基準薄膜の磁化方向と、ストライプ状の薄膜系の長手方向との角度の関数としての薄膜系の角度誤差、ならびに外部から作用する磁場の磁場強度が、少なくとも近似的に最小であるという点にある。角度誤差は、0.5°よりも小さく、殊に、0.2°よりも小さくすることができる。
以下、本発明について、図示の実施例を用いて詳細に説明する。図1は、ストライプ幅の関数として、及び、このストライプの長手方向と第1の磁場での基準薄膜の磁化方向との間の角度の関数として、スピンバルブ方式による、GMR効果に基づいて作動する薄膜系の角度誤差の複数のシミュレーション曲線を示し、図2は、図1よりも強い第2の磁場での、図1と同様のシミュレーションを示し、図3は、領域毎に設けられた短絡バーを有する、メアンダ状に構成された薄膜系を上から見た図を示し、図4は、図3の磁気抵抗薄膜系の断面を示す。
図4は、上から見て少なくとも領域毎に、殊に完全に、ストライプ状に構造化された磁気抵抗薄膜系10を示す。通常の基板30上に、成長層乃至バッファ層31が設けられており、このバッファ層31上に、反強磁性薄膜32が設けられている。この薄膜32上に、第1の固定薄膜35、すなわち「スピンニング」薄膜または基準薄膜、中間薄膜34および第2の固定薄膜33を有している人工的な反強磁性体40の形式で薄膜系が設けられている。人工的な反強磁性体40上に、更に金属薄膜36が設けられており、この金属薄膜36の上に、第1の部分薄膜37と第2の部分薄膜38とから構成された検出薄膜41が設けられている。検出薄膜41上には、最後に通常の被覆薄膜39,例えば、タンタル製の薄膜が形成されている。
Claims (8)
- 上から見て少なくとも領域毎にストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)を有する磁気抵抗センサ素子であって、
前記磁気抵抗薄膜系(10)は、GMR効果に基づいて作動し、且つ、スピンバルブ方式により構成されており、
前記磁気抵抗薄膜系(10)は、当該磁気抵抗薄膜系(10)に作用する外部磁場の方向から近似的に作用を受けない磁化方向の基準薄膜(35)を有しており、
前記センサ素子(5)は、作動時に、測定信号を形成し、
該測定信号は、前記磁気抵抗薄膜系(10)の面内に位置している、前記外部磁場の磁場強度の成分と、前記基準薄膜(35)の磁化方向との間の測定角度の関数として変化し、
該測定信号から測定角度を求めることができ、
前記ストライプ状の薄膜系(10)は、第1の固着薄膜(35)と第2の固着薄膜(33)とを有する人工的な反強磁性体(40)を有しており、
前記第1の固着薄膜(35)と前記第2の固着薄膜(33)とは、中間薄膜(34)を介して相互に分離されており、
前記基準薄膜(35)は、前記第1の固着薄膜(35)であり、
該第1の固着薄膜(35)はCoFe合金製であり、前記第2の固着薄膜(33)はCoFe合金製であり、前記中間薄膜(34)はルテニウム製である磁気抵抗センサ素子において、
前記第1の固着薄膜(35)の厚みは、第2の固着薄膜(33)の厚みよりも0.2nm〜0.8nmだけ小さく、
前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)は、領域毎に平行に延在しているストライプ区間を有し、かつメアンダ状に形成されており、前記ストライプ区間の基準薄膜(35)の磁化方向は、少なくとも近似的に相互に平行に配向されており、
前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)は、前記ストライプ区間に対して垂直方向に延在しているストライプ部分を有しており、
良導電性導体薄膜(11)が設けられており、
前記良導電性導体薄膜(11)は、前記ストライプ部分の上または前記ストライプ部分の下に平行に延在して、当該ストライプ部分を少なくとも近似的に電気的に短絡または橋絡しているか、または前記ストライプ部分は、良導電性材料から形成されており、
上から見て前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)に関して、外部磁場がない場合での前記基準薄膜(35)の磁化方向と、前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)の長手方向との間の角度および前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)の幅が、所定の動作範囲から選択された磁場強度を有する外部磁場が作用する時に、前記磁気抵抗薄膜系(10)の角度誤差が、当該角度、前記磁場強度および前記磁気抵抗薄膜系(10)の幅の関数として少なくとも近似的に最小であるように相互に合わせて調整されており、
前記角度誤差は、
・前記磁気抵抗薄膜系(10)の面内に位置している外部磁場の磁場強度の成分と、外部磁場が無視し得る程度に弱い場合での前記基準薄膜(35)の磁化方向の成分との角度(a)と、
・前記測定信号から求めることができ、前記磁気抵抗薄膜系(10)の面内に位置している前記外部磁場の可能な全ての方向に亘る前記外部磁場の磁場強度の成分と、前記基準薄膜(35)の磁化方向の成分との測定角度(b)との間の最大偏差(|a−b|)として定義されていることを特徴とする磁気抵抗センサ素子。 - 外部磁場の磁場強度は、0.8kA/m〜80kA/mの動作範囲から選択されており、
前記外部磁場がない場合での前記基準薄膜(35)の磁化方向と、前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)の長手方向との間の角度は、少なくとも近似的に0°又は90°又は180°又は270°である請求項1記載の磁気抵抗センサ素子。 - 前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)の幅は、1μm〜100μmの範囲から選択されている請求項1または2記載の磁気抵抗センサ素子。
- 前記第2の固着薄膜(33)は、反強磁性薄膜(32)に隣接している請求項1から3までのいずれか1項記載の磁気抵抗センサ素子。
- 前記第1の固着薄膜(35)は金属化薄膜(36)に隣接しており、
前記金属化薄膜(36)は、検出薄膜(41)に隣接しており、
該検出薄膜は、前記磁気抵抗薄膜系(10)の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分の方向に対して常に少なくとも近似的に平行であるような磁化方向を有している請求項1から4までのいずれか1項記載の磁気抵抗センサ素子。 - 前記検出薄膜(41)は、少なくとも2つの部分薄膜(37,38)から構成されており、
前記金属化薄膜(36)に隣接している第1の部分薄膜(37)は、CoFe合金製であり、第2の部分薄膜(38)は、NiFe合金製である請求項5記載の磁気抵抗センサ素子。 - 前記反磁性薄膜(32)は、20nm〜40nmの厚みを有しており、
前記第2の固着薄膜(33)は、2nm〜4nmの厚みを有しており、
前記中間薄膜(34)は、0.6nm〜0.8nmの厚みを有しており、
前記第1の固着薄膜(35)は、1nm〜3.5nmの厚みを有しており、
前記金属化薄膜(36)は、1nm〜4nmの厚みを有しており、
前記第1の部分薄膜(37)は、0.5nm〜2nmの厚みを有しており、
前記第2の部分薄膜(38)は、1.5nm〜5nmの厚みを有している請求項1から6までのいずれか1項記載の磁気抵抗センサ素子。 - 磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法であって、
該磁気抵抗センサ素子は、上から見て少なくとも領域毎にストライプ状であり、且つ、GMR効果に基づいて作動し、且つ、スピンバルブ方式により構成された磁気抵抗薄膜系(10)を有しており、
前記磁気抵抗薄膜系(10)は、当該磁気抵抗薄膜系(10)に作用する外部磁場の方向から近似的に作用を受けない磁化方向の基準薄膜(35)を有しており、
前記センサ素子(5)は、作動時に、測定信号を形成し、
該測定信号は、前記磁気抵抗薄膜系(10)の面内に位置している、外部磁場の磁場強度の成分と、前記基準薄膜(35)の磁化方向との間の測定角度の関数として変化し、
該測定信号から測定角度を求めることができ、
前記ストライプ状の薄膜系(10)は、第1の固着薄膜(35)と第2の固着薄膜(33)とを有する人工的な反強磁性体(40)を有しており、
前記第1の固着薄膜(35)と前記第2の固着薄膜(33)とは、中間薄膜(34)を介して相互に分離されており、
前記基準薄膜(35)は、前記第1の固着薄膜(35)であり、
該第1の固着薄膜(35)はCoFe合金製であり、前記第2の固着薄膜(33)はCoFe合金製であり、前記中間薄膜(34)はルテニウム製であり、
前記第1の固着薄膜(35)の厚みは、第2の固着薄膜(33)の厚みよりも0.2nm〜0.8nmだけ小さく選択されており、
前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)は、領域毎に平行に延在しているストライプ区間を有し、かつメアンダ状に形成されており、前記ストライプ区間の基準薄膜(35)の磁化方向は、少なくとも近似的に相互に平行に配向されており、
前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)は、前記ストライプ区間に対して垂直方向に延在しているストライプ部分を有しており、
良導電性導体薄膜(11)が設けられており、
前記良導電性導体薄膜(11)は、前記ストライプ部分の上または前記ストライプ部分の下に平行に延在して、当該ストライプ部分を少なくとも近似的に電気的に短絡または橋絡しているか、または前記ストライプ部分は、良導電性材料またはアルミニウムから形成されている磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法において、
上から見て前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)に関して、外部磁場がない場合での前記基準薄膜(35)の磁化方向と、前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)の長手方向との間の角度および前記ストライプ状の磁気抵抗薄膜系(10)の幅が、所定の動作範囲から選択された磁場強度を有する外部磁場が作用する時に、前記磁気抵抗薄膜系(10)の角度誤差が、当該角度、前記磁場強度および前記磁気抵抗薄膜系(10)の幅の関数として少なくとも近似的に最小であるように相互に合わせて調整し、
前記角度誤差は、
・前記磁気抵抗薄膜系(10)の面内に位置している外部磁場の磁場強度の成分と、外部磁場が無視し得る程度に弱い場合での前記基準薄膜(35)の磁化方向の成分との角度(a)と、
・前記測定信号から求めることができ、前記磁気抵抗薄膜系(10)の面内に位置している、前記外部磁場の可能な全ての方向に亘る前記外部磁場の磁場強度の成分と、前記基準薄膜(35)の磁化方向の成分との測定角度(b)と
の間の最大偏差(|a−b|)として定義されることを特徴とする磁気抵抗センサ素子の角度誤差の低減方法。
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