JP5630247B2 - Rotation angle sensor - Google Patents
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Description
本発明は、固定層と自由層との間に中間層が挟まれた磁気抵抗効果素子の抵抗値変化に基づいて、被検出体の回転角を検出する回転角センサに関するものである。 The present invention relates to a rotation angle sensor that detects a rotation angle of a detected object based on a change in resistance value of a magnetoresistive effect element in which an intermediate layer is sandwiched between a fixed layer and a free layer.
従来、例えば特許文献1に示されるように、2層の強磁性層の間に非磁性層が挟まれた磁気抵抗効果素子が提案されている。2層の強磁性層の内の一方は、外部磁界に対して磁化方向が変化する磁化フリー層であり、他方は、外部磁界に対して磁化方向が変化しない磁化固定層である。磁化フリー層は円形を成し、磁化固定層は矩形を成しており、磁化フリー層よりも、磁化固定層の面積が大きくなっている。 Conventionally, for example, as shown in Patent Document 1, a magnetoresistive effect element in which a nonmagnetic layer is sandwiched between two ferromagnetic layers has been proposed. One of the two ferromagnetic layers is a magnetization free layer whose magnetization direction changes with respect to an external magnetic field, and the other is a magnetization fixed layer whose magnetization direction does not change with respect to an external magnetic field. The magnetization free layer has a circular shape, and the magnetization fixed layer has a rectangular shape. The area of the magnetization fixed layer is larger than that of the magnetization free layer.
ところで、磁化固定層の磁化方向が、外部磁化によって変化しないようにするには、磁化固定層のアスペクト比を大きくしなくてはならない。しかしながら、特許文献1に記載の構成の場合、磁化フリー層よりも磁化固定層の面積が大きいという関係を有するために、磁化固定層の幅や長さが、磁化フリー層の直径に依存することとなる。そのため、磁化固定層の幅を、最短でも、磁化フリー層の直径程度とすることしかできず、アスペクト比を大きくするには、磁化固定層を長くしなくてはならなかった。この結果、磁化フリー層の体格が増大し、磁気抵抗効果素子の体格が増大する、という問題があった。 By the way, in order to prevent the magnetization direction of the magnetization fixed layer from being changed by the external magnetization, the aspect ratio of the magnetization fixed layer must be increased. However, in the configuration described in Patent Document 1, since the area of the magnetization fixed layer is larger than that of the magnetization free layer, the width and length of the magnetization fixed layer depend on the diameter of the magnetization free layer. It becomes. For this reason, the width of the magnetization fixed layer can only be about the diameter of the magnetization free layer at the shortest, and in order to increase the aspect ratio, the magnetization fixed layer has to be lengthened. As a result, there has been a problem that the size of the magnetization free layer increases and the size of the magnetoresistive element increases.
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、体格の増大が抑制された回転角センサを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a rotation angle sensor in which an increase in physique is suppressed.
上記した目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、磁化方向が固定された固定層(15)と、被検出体の生成する外部磁界の向きに応じて磁化方向が変化する自由層(13)との間に、非磁性の中間層(14)が挟まれた磁気抵抗効果素子(10)を有し、該磁気抵抗効果素子(10)の抵抗値変化に基づいて、被検出体の回転角を検出する回転角センサであって、固定層(15)と自由層(13)との対向方向に直交する平面に沿う面積が、固定層(15)よりも自由層(13)の方が大きく、固定層(15)の全てと、自由層(13)の一部とが、中間層(14)を介して対向しており、固定層(15)は、第1固定層(15a)と第2固定層(15b)とを有し、自由層(13)は、第1自由層(13a)と第2自由層(13b)とを有し、中間層(14)は、第1中間層(14a)と第2中間層(14b)とを有し、第1固定層(15a)と第2固定層(15b)それぞれの磁化方向を固定する磁石層(16)を有しており、磁気抵抗効果素子(10)は、第1自由層(13a)、第1中間層(14a)、第1固定層(15a)、磁石層(16)、第2固定層(15b)、第2中間層(14b)、及び、第2自由層(13b)が、対向方向に順に積層して成り、対向方向に直交する平面に沿う面積が、第1固定層(15a)よりも第1自由層(13a)の方が大きく、第2固定層(15b)よりも第2自由層(13b)の方が大きくなっており、第1固定層(15a)の全てと、第1自由層(13a)の一部とが、第1中間層(14a)を介して対向し、第2固定層(15b)の全てと、第2自由層(13b)の一部とが、第2中間層(14b)を介して対向しており、第1自由層(13a)および第2自由層(13b)それぞれは、平面円形状であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a free layer in which the magnetization direction changes according to the direction of the fixed layer (15) in which the magnetization direction is fixed and the external magnetic field generated by the detection target. A magnetoresistive element (10) having a nonmagnetic intermediate layer (14) sandwiched between the layer (13) and a detected value based on a change in the resistance value of the magnetoresistive element (10) A rotation angle sensor for detecting a rotation angle of a body, wherein an area along a plane orthogonal to the facing direction of the fixed layer (15) and the free layer (13) is larger than that of the fixed layer (15). Is larger, and all of the fixed layer (15) and a part of the free layer (13) face each other through the intermediate layer (14), and the fixed layer (15) is the first fixed layer ( 15a) and a second fixed layer (15b), and the free layer (13) includes a first free layer (13a) and a second free layer (13). ), And the intermediate layer (14) includes a first intermediate layer (14a) and a second intermediate layer (14b), and each of the first fixed layer (15a) and the second fixed layer (15b). The magnetoresistive element (10) includes a first free layer (13a), a first intermediate layer (14a), a first fixed layer (15a), and a magnet. The layer (16), the second fixed layer (15b), the second intermediate layer (14b), and the second free layer (13b) are sequentially stacked in the facing direction, and an area along a plane orthogonal to the facing direction However, the first free layer (13a) is larger than the first fixed layer (15a), and the second free layer (13b) is larger than the second fixed layer (15b). All of the layers (15a) and a part of the first free layer (13a) face each other via the first intermediate layer (14a), and are second fixed. And all (15b), and a part of the second free layer (13b) is faces through the second intermediate layer (14b), the first free layer (13 a) and the second free layer (13b ) Each is characterized by a planar circular shape.
このように本発明によれば、固定層(15)の全てと、自由層(13)の一部とが、中間層(14)を介して対向している。これによれば、固定層(15)のアスペクト比を、自由層(13)の形状に依存せずに決定することができる。したがって、固定層(15)の体格の増大が抑制され、磁気抵抗効果素子(10)の体格の増大が抑制される。この結果、回転角センサの体格の増大が抑制される。また、本発明では、固定層(15)の面積よりも、自由層(13)の面積の方が大きくなっている。これによれば、自由層(13)の面積よりも、固定層(15)の面積が大きい構成と比べて、外部磁界を自由層(13)で高感度に検知することができる。したがって、回転角の検出精度が向上される。 Thus, according to the present invention, all of the fixed layer (15) and a part of the free layer (13) are opposed to each other via the intermediate layer (14). According to this, the aspect ratio of the fixed layer (15) can be determined without depending on the shape of the free layer (13). Therefore, an increase in the size of the fixed layer (15) is suppressed, and an increase in the size of the magnetoresistive effect element (10) is suppressed. As a result, an increase in the size of the rotation angle sensor is suppressed. In the present invention, the area of the free layer (13) is larger than the area of the fixed layer (15). According to this, the external magnetic field can be detected with high sensitivity by the free layer (13) as compared with the configuration in which the area of the fixed layer (15) is larger than the area of the free layer (13). Therefore, the detection accuracy of the rotation angle is improved.
更に言えば、本発明では上記したように2つの自由層(13a,13b)を有するので、1つの自由層を有する構成と比べて、自由層(13)の面積が大きくなり、外部磁界を高感度に検知することができる。これにより、回転角の検出精度が向上される。また自由層(13a,13b)は平面円形状となっている。これによれば、外部磁界の検出範囲が等方的となる。Furthermore, since the present invention has the two free layers (13a, 13b) as described above, the area of the free layer (13) is increased and the external magnetic field is increased compared to the configuration having one free layer. Sensitivity can be detected. Thereby, the detection accuracy of the rotation angle is improved. The free layers (13a, 13b) have a planar circular shape. According to this, the detection range of the external magnetic field is isotropic.
なお、請求項1に記載の磁気抵抗効果素子(10)を有する磁気ヘッドも考えられる。しかしながら、磁気ヘッドの自由層の磁化方向は電流によって制御されるので、被検出体が生成する外部磁界に高感度である必要はない。したがって、請求項1に記載した磁気抵抗効果素子(10)を磁気ヘッドが有した場合に、特に優れた効果は奏さない。これに対して、本発明では、回転角センサに上記した磁気抵抗効果素子(10)を適用するため、被検出体が生成する外部磁界を自由層(13)で高感度に検知することができる、という優れた効果を奏する。 A magnetic head having the magnetoresistive element (10) according to claim 1 is also conceivable. However, since the magnetization direction of the free layer of the magnetic head is controlled by current, it is not necessary to be highly sensitive to the external magnetic field generated by the detection target. Therefore, when the magnetic head has the magnetoresistive element (10) according to the first aspect, a particularly excellent effect is not achieved. On the other hand, in the present invention, since the magnetoresistive element (10) described above is applied to the rotation angle sensor, the external magnetic field generated by the detection target can be detected with high sensitivity by the free layer (13). , Has an excellent effect.
請求項2に記載のように、固定層(15)、自由層(13)、中間層(14)、および、磁石層(16)それぞれが2つあり、2つある固定層(15)、中間層(14)、自由層(13)、及び、磁石層(16)の内の一方によって、第1の磁気抵抗効果素子(10a)が構成され、2つある固定層(15)、中間層(14)、自由層(13)、及び、磁石層(16)の内の他方によって、第2の磁気抵抗効果素子(10b)が構成されているが好ましい。 As described in claim 2, solid fixed layer (15), the free layer (13), an intermediate layer (14), and, there are two respective magnets layer (16), two certain fixed layer (15), intermediate layer (14), the free layer (13), and, by one of the magnet layer (16), a first magnetoresistive element (10a) is formed, two is fixed layer (15), the intermediate layer It is preferable that the second magnetoresistive element (10b) is configured by the other of (14), the free layer (13), and the magnet layer (16).
このように、第1の磁気抵抗効果素子(10a)と、第2の磁気抵抗効果素子(10b)とが、1つの自由層(13)を共有しているので、それぞれが独立した自由層を有する構成とは異なり、それぞれに、自由層の製造バラツキによる性能の差異が生じることが抑制される。これにより、2つの磁気抵抗効果素子(10a,10b)の抵抗値にバラツキが生じることが抑制され、回転角の検出精度が向上される。 Thus, since the 1st magnetoresistive effect element (10a) and the 2nd magnetoresistive effect element (10b) share one free layer (13), each independent free layer is formed. In contrast to the configuration having, the difference in performance due to the manufacturing variation of the free layer is suppressed. Thereby, variation in the resistance values of the two magnetoresistive elements (10a, 10b) is suppressed, and the detection accuracy of the rotation angle is improved.
請求項3に記載のように、2つの磁気抵抗効果素子(10a,10b)によって、ハーフブリッジ回路が構成される。これによれば、ハーフブリッジ回路の中点電位を測定することで、回転角を検出することができる。なお、請求項3に記載の構成の場合、請求項4に記載のように、ハーフブリッジ回路を構成する2つの磁気抵抗効果素子(10a,10b)それぞれの固定層(15)の磁化方向を反平行とすると良い。これによれば、2つの磁気抵抗効果素子(10a,10b)それぞれの固定層(15)の磁化方向が平行な構成と比べて、中点電位の変化量が大きくなり、回転角の検出精度が向上する。 As described in claim 3 , a half-bridge circuit is configured by the two magnetoresistive elements (10a, 10b). According to this, the rotation angle can be detected by measuring the midpoint potential of the half-bridge circuit. In the case of the configuration described in claim 3 , as described in claim 4 , the magnetization directions of the fixed layers (15) of the two magnetoresistive elements (10a, 10b) constituting the half bridge circuit are reversed. It should be parallel. According to this, as compared with the configuration in which the magnetization directions of the fixed layers (15) of the two magnetoresistive elements (10a, 10b) are parallel, the amount of change in the midpoint potential is increased, and the detection accuracy of the rotation angle is improved. improves.
請求項5に記載のように、2つのハーフブリッジ回路によって、フルブリッジ回路を構成しても良い。これによれば、2つの中点電位の変化量に基づいて、回転角を検出することができるので、ハーフブリッジ回路と比べて、回転角の検出精度が向上する。 As described in claim 5 , a full bridge circuit may be constituted by two half bridge circuits. According to this, since the rotation angle can be detected based on the amount of change in the two middle point potentials, the detection accuracy of the rotation angle is improved as compared with the half bridge circuit.
請求項6に記載のように、固定層(15)は、平面矩形状が良い。これによれば、固定層(15)の磁化方向が、外部磁界によって変化し難くなる。 As described in claim 6 , the fixed layer (15) is preferably a planar rectangular shape. According to this, the magnetization direction of the fixed layer (15) is hardly changed by the external magnetic field.
請求項7に記載のように、中間層(14)は、絶縁性であっても良い。この場合、磁気抵抗効果素子(10)は、トンネル磁気抵抗効果素子となる。 As claimed in claim 7 , the intermediate layer (14) may be insulative. In this case, the magnetoresistive element (10) is a tunnel magnetoresistive element.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る回転角センサの概略構成を説明するための図であり、(a)は上面図、(b)は断面図を示す。図2は、磁気抵抗効果素子の製造工程を示す断面図であり、(a)は薄膜形成工程、(b)はエッチング工程を示す。図3は、磁気抵抗効果素子の製造工程を示す断面図であり、(a)は絶縁層形成工程、(b)は配線層形成工程を示す。なお、図1の(a)では、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bの電気的な接続を明瞭とするために、後述する層14,16,18を省略している。以下においては、層13〜16が積層される方向を、積層方向、積層方向に直交する平面を直交平面と示す。積層方向は、特許請求の範囲に記載の対向方向に相当する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams for explaining a schematic configuration of a rotation angle sensor according to the first embodiment. FIG. 1A is a top view and FIG. 1B is a cross-sectional view. 2A and 2B are cross-sectional views showing a manufacturing process of the magnetoresistive effect element, where FIG. 2A shows a thin film forming process and FIG. 2B shows an etching process. 3A and 3B are cross-sectional views showing the manufacturing process of the magnetoresistive effect element, where FIG. 3A shows an insulating layer forming process and FIG. 3B shows a wiring layer forming process. In FIG. 1A, layers 14, 16, and 18 to be described later are omitted in order to clarify the electrical connection between the two
回転角センサ100は、複数の磁気抵抗効果素子10を有している。図1に示すように、回転角センサ100は、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bを有しており、これら2つの磁気抵抗効果素子10a,10bによって、ハーフブリッジ回路が構成されている。回転角センサ100は、被検出体(図示略)が発する外部磁界中に配置されており、被検出体の回転運動による外部磁界の変動を、ハーフブリッジ回路の中点電位を検出することで、被検出体の回転角を検出する。
The
磁気抵抗効果素子10は、半導体基板11上に、酸化膜12を介して積層された複数の薄膜層から成る。図1に示すように、自由層13、中間層14、固定層15、磁石層16、及び、配線層17が酸化膜12上に順次積層されており、磁気抵抗効果素子10は、層13〜16から成る。自由層13は、平面円形状を成し、層14〜16は同一形状を成し、それぞれ平面矩形状を成している。そして、層14〜16よりも、自由層13のほうが、直交平面に沿う面の面積が大きく、中間層14を介して、固定層15の全てが自由層13の一部と対向している。自由層13における、中間層14の積層領域外、及び、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bの間には、絶縁層18が形成されており、自由層13の一部と、層14〜16の側面とが絶縁膜18によって被覆されている。配線層17は、第1の磁気抵抗効果素子10aの磁石層16と、第2の磁気抵抗効果素子10bの磁石層16とを電気的に接続するように、磁石層16及び絶縁膜18の上面に形成されている。
The
自由層13及び固定層15は強磁性体である。自由層13の磁化方向は固定されておらず、外部磁界によって、磁化方向が変動する性質を有する。固定層15の磁化方向は磁石層16によって固定されており、外部磁界によって、磁化方向が変動しない性質を有する。中間層14は、非磁性を有すると共に、絶縁性も有しており、自由層13と固定層15との間に電圧が印加されると、トンネル効果によって、自由層13と固定層15との間に電流(トンネル電流)が流れるようになっている。このように、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子10は、トンネル磁気抵抗効果素子(TMR)である。
The
トンネル電流の流れ易さは、自由層13と固定層15の磁化方向に依存しており、自由層13と固定層15それぞれの磁化方向が平行の場合に最も流れ易く、反平行の場合に最も流れ難い。すなわち、平行の場合に磁気抵抗効果素子10の抵抗値が最も小さく変化し、反平行の場合に抵抗値が最も大きく変化する。本実施形態では、第1の磁気抵抗効果素子10aの固定層15の磁化方向と、第2の磁気抵抗効果素子10bの固定層15の磁化方向とが反平行と成っており、磁気抵抗効果素子10a,10bの抵抗値の変化が反対になっている。すなわち、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bの一方の抵抗値が小さくなる場合、他方の抵抗値が大きくなり、一方の抵抗値が大きくなる場合、他方の抵抗値が大きくなる。
The ease of flow of the tunnel current depends on the magnetization directions of the
図1に示すように、第1の磁気抵抗効果素子10aの自由層13に電源電圧が接続され、第2の磁気抵抗効果素子10bの自由層13にグランドが接続されている。これにより、破線矢印で示すように、配線層17を介して、第1の磁気抵抗効果素子10aから、第2の磁気抵抗効果素子10bに向って電流が流れるようになっている。ハーフブリッジ回路の中点電位は、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bの間に位置する配線層17の電位である。
As shown in FIG. 1, a power supply voltage is connected to the
次に、本実施形態に係る磁気抵抗効果素子10の製造方法を図2及び図3に基づいて説明する。先ず、半導体基板11の表面を熱酸化することで、半導体基板11の表面に酸化膜12を形成する。その後、酸化膜12が形成された半導体基板11を真空室に入れ、図2の(a)に示すように、スパッタ法によって、自由層13、中間層14、固定層15、及び磁石層16を酸化膜12上に順次形成する。以上が、薄膜形成工程である。
Next, a method for manufacturing the
薄膜形成工程後、図2の(b)に示すように、イオンミリエッチングによって、自由層13の平面形状を円形状にすると共に、層14〜16の平面形状が矩形状となるように、形状を加工する。これにより、層14〜16よりも、自由層13のほうが、直交平面に沿う面の面積が大きくなり、自由層13の一部に、固定層15の全てが、中間層14を介して対向する構成となる。以上が、エッチング工程である。
After the thin film forming step, as shown in FIG. 2B, the shape of the
エッチング工程後、図3の(a)に示すように、絶縁層18を形成することで、層14〜16それぞれの側面を絶縁層18によって被覆する。以上が、絶縁層形成工程である。
After the etching step, as shown in FIG. 3A, the insulating
絶縁層形成工程後、図3の(b)に示すように、配線層17を形成する。この際、図1の(b)に示すように、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bそれぞれの磁石層16を電気的に接続するように、配線層17を、磁石層16及び絶縁膜18の上面に形成する。以上が、配線層形成工程である。
After the insulating layer formation step, the
上記した各工程後、図示しないが、保護膜を形成することで、磁気抵抗効果素子10が形成される。
Although not shown in the figure after each of the above steps, the
次に、本実施形態に係る回転角センサ100の作用効果を説明する。上記したように、固定層15の全てと、自由層13の一部とが、中間層14を介して対向している。これによれば、固定層15のアスペクト比を、自由層13の形状に依存せずに決定することができる。したがって、固定層15の体格の増大が抑制され、磁気抵抗効果素子10の体格の増大が抑制される。この結果、回転角センサ100の体格の増大が抑制される。
Next, functions and effects of the
また、固定層15の面積よりも、自由層13の面積の方が大きくなっている。これによれば、自由層13の面積よりも、固定層15の面積が大きい構成と比べて、外部磁界を自由層13で高感度に検知することができる。したがって、回転角の検出精度が向上される。
Further, the area of the
なお、本実施形態で記載した磁気抵抗効果素子10を有する磁気ヘッドも考えられる。しかしながら、磁気ヘッドの自由層の磁化方向は電流によって制御されるので、被検出体が生成する外部磁界に高感度である必要はない。したがって、磁気抵抗効果素子10を磁気ヘッドが有した場合に、特に優れた効果は奏さない。これに対し、本実施形態では、回転角センサ100に上記した磁気抵抗効果素子10を適用するため、被検出体が生成する外部磁界を自由層13で高感度に検知することができる、という優れた効果を奏する。
A magnetic head having the
本実施形態では、第1の磁気抵抗効果素子10aの固定層15の磁化方向と、第2の磁気抵抗効果素子10bの固定層15の磁化方向とが反平行と成っている。これによれば、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bそれぞれの固定層15の磁化方向が平行な構成と比べて、中点電位の変化量が大きくなり、回転角の検出精度が向上する。
In the present embodiment, the magnetization direction of the fixed
本実施形態では、自由層13、中間層14、固定層15、磁石層16、及び、配線層17が酸化膜12上に順次積層された例を示した。しかしながら、層13〜17の積層方向を、図4に示すように、反対にしてもよい。すなわち、酸化膜12上に、配線層17、磁石層16、固定層15、中間層14、自由層13を順次積層してもよい。図4は、回転角センサの変形例を説明するための図であり、(a)は上面図、(b)は断面図を示す。
In the present embodiment, an example in which the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を、図5に基づいて説明する。図5は、第2実施形態に係る回転角センサの概略構成を説明するための図であり、(a)は上面図、(b)は断面図であり、第1実施形態に示した図1に対応している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIG. 5A and 5B are diagrams for explaining a schematic configuration of the rotation angle sensor according to the second embodiment. FIG. 5A is a top view, and FIG. 5B is a cross-sectional view. It corresponds to.
第2実施形態に係る回転角センサ100は、第1実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第1実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
Since the
第1実施形態では、図1に示すように、磁気抵抗効果素子10a,10bがそれぞれ独立して自由層13を有する例を示した。これに対して、本実施形態では、磁気抵抗効果素子10a,10bが、1つの自由層13を共有する点を特徴とする。図5に示すように、2つの固定層15の内の一方と、該固定層15における積層方向の投影領域に位置する中間層14、自由層13、及び、磁石層16によって、第1の磁気抵抗効果素子10aが構成され、2つの固定層15の内の他方と、該固定層15における積層方向の投影領域に位置する、中間層14、自由層13、及び、磁石層16によって、第2の磁気抵抗効果素子10bが構成されている。これによれば、磁気抵抗効果素子10a,10bそれぞれに、自由層13の製造バラツキによる性能の差異が生じることが抑制される。これにより、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bの抵抗値にバラツキが生じることが抑制され、回転角の検出精度が向上される。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the example in which the
図5に示すように、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bは、共有する自由層13を介して互いに電気的に接続されるので、配線層17が省略される。したがって、配線層形成工程が省略され、磁気抵抗効果素子10の製造工程数が減少する。なお、この場合、第1の磁気抵抗効果素子10aの磁石層16に電源電圧が接続され、第2の磁気抵抗効果素子10bの磁石層16にグランドが接続される。
As shown in FIG. 5, since the two
本実施形態では、磁気抵抗効果素子10a,10bが、1つの自由層13を共有する例を示した。しかしながら、中間層14が絶縁性を有する場合、図6に示すように、磁気抵抗効果素子10a,10bが、自由層13だけではなく、中間層14を共有しても良い。これによれば、磁気抵抗効果素子10a,10bそれぞれに、自由層13の製造バラツキだけではなく、中間層14の製造バラツキによる性能の差異が生じることが抑制される。したがって、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bの抵抗値にバラツキが生じることが抑制され、回転角の検出精度が向上される。図6は、回転角センサの変形例を示す断面図である。
In the present embodiment, an example in which the
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態を、図7に基づいて説明する。図7は、第3実施形態に係る回転角センサの断面図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a cross-sectional view of a rotation angle sensor according to the third embodiment.
第3実施形態に係る回転角センサは、上記した各実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記した各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。 Since the rotation angle sensor according to the third embodiment is in common with those according to the above-described embodiments, the detailed description of the common parts will be omitted below, and different parts will be described mainly. In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown to each above-mentioned embodiment.
各実施形態では、自由層13、中間層14、及び、固定層15それぞれが1層である例を示した。これに対して、本実施形態では、自由層13、中間層14、及び、固定層15それぞれが2層である点を特徴とする。
In each embodiment, the
自由層13は、第1自由層13aと第2自由層13bとを有し、中間層14は、第1中間層14aと第2中間層14bとを有し、固定層15は、第1固定層15aと第2固定層15bとを有する。図7に示すように、酸化膜12上に、第1自由層13a、第1中間層14a、及び、第1固定層15aが順次積層され、その上方に、磁石層16を介して、第2固定層15b、第2中間層14b、及び、第2自由層13bが順次積層されている。そして、直交平面に沿う面積が、第1固定層15aよりも第1自由層13aの方が大きく、第2固定層15bよりも第2自由層13bの方が大きくなっている。また、第1中間層14aを介して、第1固定層15aの全てが第1自由層13aの一部と対向し、第2中間層14bを介して、第2固定層15bの全てが第2自由層13bの一部と対向している。
The
これによれば、自由層13が一層である構成と比べて、自由層13の面積が大きくなるので、外部磁界を高感度に検知することができる。これにより、回転角の検出精度が向上される。
According to this, since the area of the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
各実施形態では、中間層14が絶縁性を有し、磁気抵抗効果素子10がトンネル磁気抵抗効果素子(TMR)である例を示した。しかしながら、中間層14は、導電性を有しても良く、この場合、磁気抵抗効果素子10は巨大磁気抵抗効果素子(GMR)となる。ただ、磁気抵抗効果素子10がGMRの場合、図6以外の構造が成立する。
In each embodiment, the
各実施形態では、2つの磁気抵抗効果素子10a,10bによってハーフブリッジ回路が構成される例を示した。しかしながら、ハーフブリッジ回路を2つ連結して、フルブリッジ回路を構成しても良い。これによれば、2つの中点電位の変化量に基づいて、回転角を検出することができるので、ハーフブリッジ回路と比べて、回転角の検出精度が向上する。
In each embodiment, an example in which a half bridge circuit is configured by two
10・・・磁気抵抗効果素子
13・・・自由層
14・・・中間層
15・・・固定層
16・・・磁石層
17・・・配線層
18・・・絶縁層
100・・・回転角センサ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記固定層(15)と前記自由層(13)との対向方向に直交する平面に沿う面積が、前記固定層(15)よりも前記自由層(13)の方が大きく、
前記固定層(15)の全てと、前記自由層(13)の一部とが、前記中間層(14)を介して対向しており、
前記固定層(15)は、第1固定層(15a)と第2固定層(15b)とを有し、
前記自由層(13)は、第1自由層(13a)と第2自由層(13b)とを有し、
前記中間層(14)は、第1中間層(14a)と第2中間層(14b)とを有し、
前記第1固定層(15a)と前記第2固定層(15b)それぞれの磁化方向を固定する磁石層(16)を有しており、
前記磁気抵抗効果素子(10)は、前記第1自由層(13a)、前記第1中間層(14a)、前記第1固定層(15a)、前記磁石層(16)、前記第2固定層(15b)、前記第2中間層(14b)、及び、前記第2自由層(13b)が、前記対向方向に順に積層して成り、
前記対向方向に直交する平面に沿う面積が、前記第1固定層(15a)よりも前記第1自由層(13a)の方が大きく、前記第2固定層(15b)よりも前記第2自由層(13b)の方が大きくなっており、
前記第1固定層(15a)の全てと、前記第1自由層(13a)の一部とが、前記第1中間層(14a)を介して対向し、前記第2固定層(15b)の全てと、前記第2自由層(13b)の一部とが、前記第2中間層(14b)を介して対向しており、
前記第1自由層(13a)および前記第2自由層(13b)それぞれは、平面円形状であることを特徴とする回転角センサ。 A nonmagnetic intermediate layer (14) is provided between the fixed layer (15) whose magnetization direction is fixed and the free layer (13) whose magnetization direction changes according to the direction of the external magnetic field generated by the detection target. A rotation angle sensor having a sandwiched magnetoresistive effect element (10) and detecting a rotation angle of the detected object based on a change in resistance value of the magnetoresistive effect element (10),
The area along the plane orthogonal to the facing direction of the fixed layer (15) and the free layer (13) is larger in the free layer (13) than in the fixed layer (15),
All of the fixed layer (15) and a part of the free layer (13) are opposed via the intermediate layer (14),
The fixed layer (15) includes a first fixed layer (15a) and a second fixed layer (15b),
The free layer (13) has a first free layer (13a) and a second free layer (13b),
The intermediate layer (14) includes a first intermediate layer (14a) and a second intermediate layer (14b),
The first fixed layer (15a) and the second fixed layer (15b) have a magnet layer (16) for fixing the magnetization direction of each;
The magnetoresistive effect element (10) includes the first free layer (13a), the first intermediate layer (14a), the first fixed layer (15a), the magnet layer (16), the second fixed layer ( 15b), the second intermediate layer (14b), and the second free layer (13b) are sequentially stacked in the facing direction,
The first free layer (13a) is larger in area along the plane perpendicular to the facing direction than the first fixed layer (15a), and the second free layer is larger than the second fixed layer (15b). (13b) is larger,
All of the first fixed layer (15a) and a part of the first free layer (13a) face each other via the first intermediate layer (14a), and all of the second fixed layer (15b). And a part of the second free layer (13b) are opposed to each other through the second intermediate layer (14b),
The rotation angle sensor, wherein each of the first free layer (13a) and the second free layer (13b) has a planar circular shape.
2つある前記固定層(15)、前記中間層(14)、前記自由層(13)、及び、前記磁石層(16)の内の一方によって、第1の磁気抵抗効果素子(10a)が構成され、
2つある前記固定層(15)、前記中間層(14)、前記自由層(13)、及び、前記磁石層(16)の内の他方によって、第2の磁気抵抗効果素子(10b)が構成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転角センサ。 Before Symbol fixed layer (15), the free layer (13), said intermediate layer (14), and said magnet layer (16) has two respectively,
Two is the fixed layer (15), said intermediate layer (14), the free layer (13), and, by one of the magnet layer (16), a first magnetoresistive element (10a) is configured And
Two is the fixed layer (15), said intermediate layer (14), the free layer (13), and, by the other of said magnet layer (16), second magnetoresistive element (10b) is configured The rotation angle sensor according to claim 1, wherein the rotation angle sensor is provided.
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