JP6812367B2 - 櫛形ｙ軸磁気抵抗センサ - Google Patents

Description

本発明は、磁気センサ分野に関し、特に、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサに関する。

２軸および３軸磁気コンパスチップの設計において、Ｘ軸およびＹ軸磁界センサの両方が必要である。磁気抵抗型の検出ユニットは一般に、単一の磁界検出方向を有する。たとえば、Ｘ方向磁界に感応する検出ユニットを考える。Ｙ方向磁界を検出するために、Ｙ方向磁界検出ユニットは一般に、Ｘ方向磁界検出ユニットを９０度回転することによって得られる。次に、ＸまたはＹ軸磁気抵抗センサの磁界感度を改善するために、一般にプッシュプルブリッジが利用され、これは、プッシュアームとプルアームとが個別に製造され、すなわち、片方のアームが他方のアームに対して１８０度回転され、その後プッシュアームダイスとプルアームダイスとがワイヤボンディングを用いて接続されたものである。

上述したＹ軸磁気抵抗センサは、以下の問題点を有する。

１）ＸおよびＹ軸磁気抵抗センサが同じ場所で同時に製造される必要がある場合、ＸおよびＹ軸磁気抵抗センサは個別のデバイスであるため、統合生産は実現不可能であり、それによってプロセス複雑性が増し、２軸および３軸センサの測定精度に影響を及ぼす。

２）プッシュアームおよびプルアームは統合プロセスを用いて製造することができず、個別のチップをワイヤボンドによって接続する必要があり、これもまたプロセス複雑性を増加させ、センサの測定精度に影響を及ぼすプロセスである。

上述した既存の問題点を解決するために、本発明は、磁気回路が櫛形軟強磁性磁束集中器から成る櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサを提案し、改善されたＹ磁界信号の出力を実現するために、プッシュ磁気抵抗検出ユニットおよびプル磁気抵抗検出ユニットにそれぞれ作用するＹ磁界の−ＸおよびＸ方向磁界成分への変換をもたらすものである。このスキームにおいて、Ｘ磁界が存在する場合、プッシュ磁気抵抗検出ユニットおよびプル磁気抵抗検出ユニットに作用するＸ方向磁界成分は相殺し、ゼロ出力を生じる。

本発明に係る櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサは、基板と、基板の上に設置された、第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド、第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド、およびプッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットとを含み、
第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドの第１の櫛歯および第１の櫛基部および第２の櫛形軟強磁性磁束ガイドの第２の櫛歯および第２の櫛基部は全て長方形であり、第１の櫛歯および第２の櫛歯の長軸および短軸はそれぞれＹ軸およびＸ軸に平行であり、第１の櫛基部および第２の櫛基部の長軸および短軸はそれぞれＸ軸およびＹ軸に平行であり、
第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドおよび第２の櫛形軟強磁性磁束ガイドは相互嵌合構造に形成され、隣接した第１の櫛歯と第２の櫛歯との間に連続的に第１の間隙および第２の間隙が交互に形成され、第２の櫛歯と第１の櫛基部との間および第１の櫛歯と第２の櫛基部との間にも間隙が形成され、
プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットは、プッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングを含み、プッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングはいずれも、直列接続および／または並列接続された複数の磁気抵抗検出ユニットを含み、Ｙ軸に平行であり、第１の間隙および第２の間隙に交互に配置され、プッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングは、それぞれプッシュアームおよびプルアームを形成するように電気的に接続され、プッシュアームおよびプルアームは、同じ数の磁気抵抗検出ユニットストリングを含み、プッシュアームおよびプルアームは、プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットを形成するように電気的に接続され、磁気抵抗検出ユニットは、Ｘ軸に沿って磁界を検出する。

櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサは、較正コイルおよび／または初期化コイルを更に含み、較正コイルは、プッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングに平行な直線較正導体を含み、較正電流が較正コイルに流れると、Ｘおよび−Ｘ方向に沿って同じ振幅を有する較正磁界成分がそれぞれプッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングにおいて発生し、初期化コイルは、プッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングに垂直な直線初期化導体を含み、初期化電流が初期化コイルに流れると、Ｙ方向または−Ｙ方向に沿って同じ振幅を有する磁界成分が全ての磁気抵抗検出ユニットにおいて発生する。

第１の櫛歯は全て同じサイズであり、第２の櫛歯は全て同じサイズであり、第１の間隙は全て同じサイズであり、第２の間隙は全て同じサイズであり、第１の間隙および第２の間隙のサイズは同じである。

磁気抵抗検出ユニットはＧＭＲスピンバルブまたはＴＭＲ検出ユニットであり、ピンニング層の方向はＹ軸に平行であり、自由層の方向はＸ軸に平行である。

外部磁界が存在しない場合、磁気抵抗検出ユニットは、永久磁石バイアス、二重交換相互作用、形状異方性、およびそれらの任意の組み合わせによって、磁気自由層の磁化方向を磁気ピンニング層の磁化方向に対して垂直にする。

プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットは、ハーフブリッジ、フルブリッジ、または準ブリッジである。

第１の櫛歯の数は２*Ｎ＋１であり、Ｎは１より大きい整数であり、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングは、２*Ｎ個の第１の間隙および第２の間隙に交互に配置される。

第１の櫛歯の数は２*Ｎ＋２であり、Ｎは１より大きい整数であり、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングは、中央に位置する第１の間隙および第２の間隙を除いた２*Ｎ個の第１の間隙および第２の間隙に交互に配置される。

第１の櫛歯の数は２であり、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングは、第１の間隙および第２の間隙に交互に配置される。

プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングのいずれかは、第１の櫛形軟強磁性磁束集中器のＸ軸中心線に対して自身と対称なプル磁気抵抗検出ユニットストリングを有する。

第１の間隙および第２の間隙の幅ｇａｐｙに対する第１の櫛歯の幅Ｌｘ１０と第２の櫛歯の幅Ｌｘ２０との合計の比（Ｌｘ１０＋Ｌｘ２０）／ｇａｐｙが増加すると、プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットの利得は増加する。

第１の櫛基部および第２の櫛基部のＸ端および−Ｘ端はそれぞれ一直線上にある。

Ｙ軸磁気抵抗センサは、２つの同一の軟強磁性磁束集中器バーを更に含み、２つの軟強磁性磁束集中器バーは、それぞれ第１の櫛形軟強磁性磁束集中器および第２の櫛形軟強磁性磁束集中器のＸ端および−Ｘ端に設置され、２つの端部から等距離にある。

較正コイルは、プッシュ直線較正導体およびプル直線較正導体を含み、プッシュ直線較正導体と対応するプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングとの位置関係は、プル直線較正導体と対応するプル磁気抵抗検出ユニットストリングとの位置関係と同じであり、位置関係は、直線較正導体が、対応する磁気抵抗検出ユニットストリングの真上または真下に設置されるものであり、プッシュ直線較正導体およびプル直線較正導体は直列接続され、反対の電流方向を有する。

較正コイルは、プッシュ直線較正導体およびプル直線較正導体を含み、プッシュ直線較正導体およびプル直線較正導体はいずれも、並列接続された２つの平行な直線較正導体を含み、２つのプッシュ直線較正導体および２つのプル直線較正導体は同じ間隔を有し、それぞれプッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングの両側に対称に配置され、プッシュ直線較正導体およびプル直線較正導体は直列接続され、反対の電流方向を有する。

初期化コイルは平面コイルであり、そこに含まれる直線初期化導体は、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングに垂直であり、各磁気抵抗検出ユニットの真上または真下に設置され、同じ電流方向を有する。

初期化コイルは３次元コイルであり、３次元コイルは、第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド、第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド、および磁気抵抗検出ユニットに巻き付けられ、直線初期化導体は、それぞれ軟強磁性磁束ガイドおよび磁気抵抗検出ユニットの表面に設置され、表面上に同じ配置間隔を有する。

較正コイルは、正ポートおよび負ポートを含み、２つのポートに電流が流れると、磁気抵抗検出ユニットの線形動作範囲内である既知の振幅の較正磁界が発生する。

較正電流は、１つの電流値または複数の電流値に設定され得る。

初期化コイルは２つのポートを含み、２つのポートに電流が流れると、磁気抵抗検出ユニットの飽和磁界値よりも高い強度を有する初期化磁界が発生する。

初期化電流は、パルス電流または直流である。

初期化コイルおよび較正コイルは高導電性材料で作られ、高導電性材料は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、またはＡｌを含む。

軟強磁性磁束集中器は、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１または複数の成分を含む軟強磁性合金で作られる。

基板の材料はガラスまたはシリコンウェハであり、基板はＡＳＩＣを含み、または基板は別のＡＳＩＣチップに接続される。

初期化コイルおよび／または較正コイルは、基板の上かつ磁気抵抗検出ユニットの下、または磁気抵抗検出ユニットと軟強磁性磁束ガイドとの間、または軟強磁性磁束ガイドの上に設置される。

初期化コイルおよび／または較正コイルは、第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド、第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド、およびプッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットから絶縁材料を用いて絶縁され、絶縁材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ポリイミド、またはフォトレジストである。

櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造図である。 櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサのＹ磁界の測定の略図である。 櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサのＹ磁界におけるプッシュおよびプル磁気抵抗センサユニットストリングの感応磁界の分布図である。 櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサのＸ磁界測定図である。 櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサのＸ磁界におけるプッシュおよびプル磁気抵抗センサユニットストリングの感応磁界の分布図である。 第１の櫛歯の数がＮ＝２である櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの電気接続図である。 第１の櫛歯の数がＮ＝２であるプッシュプル磁気抵抗検出ユニットのハーフブリッジ構造図である。 第１の櫛歯の数が２Ｎ＋１である櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの電気接続図である。 プッシュプル磁気抵抗検出ユニットのフルブリッジ構造図である。 第１の櫛歯の数が２Ｎ＋２である櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの電気接続図である。 両端に直線バーを有するＹ軸磁気抵抗センサの電気接続図である。 第１の構造を有する較正コイルを含む櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの電気接続図である。 第１の構造を有する較正コイルの較正電流によって発生する較正直流磁力線の分布図である。 磁気抵抗検出ユニットストリングにおける、第１の構造を有する較正コイルの較正磁界成分の分布図である。 第２の構造を有する較正コイルを含む櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの電気接続図である。 第２の構造を有する較正コイルにおける直流較正電流によって発生する較正磁力線の分布図である。 磁気抵抗検出ユニットストリングにおける、第２の構造を有する較正コイルの較正磁界成分の分布図である。 平面初期化コイルを含む櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの電気接続図である。 平面初期化コイルにおける初期化直流電流によって発生する初期化磁力線の分布図である。 磁気抵抗検出ユニットストリングにおける、平面初期化コイルの初期化磁界の分布図である。 ３次元初期化コイルを含む櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの電気接続図である。 ３次元初期化コイルにおける直流初期化電流によって発生する初期化磁力線の分布図である。 磁気抵抗検出ユニットストリングにおける、３次元初期化コイルの初期化磁界成分の分布図である。 櫛形軟強磁性Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図である。 第１の構造を有する較正コイルを含む櫛形軟強磁性Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図である。 第２の構造を有する較正コイルを含む櫛形軟強磁性Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図である。 平面初期化コイルを含む櫛形軟強磁性Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図である。 ３次元初期化コイルを含む櫛形軟強磁性Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図である。 初期化コイルおよび較正コイルを含む櫛形軟強磁性Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図である。

本発明は、添付図面および実施形態を参照して以下で詳しく説明される。

実施形態１
図１は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造図であり、基板１と、基板１に設置された第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド４、第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド７、およびプッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニット１４を含む。第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド４は、Ｎ＋１個の第１の櫛歯２（１）、２（２）、・・・２（Ｎ＋１）および第１の櫛基部３を含む。第１の櫛歯は細長く、その長軸がＹ軸に平行であり、短軸がＸ軸に平行である。第１の櫛歯は同じサイズかつ互いに平行であり、同一間隔を有する。Ｎ＋１個の第１の櫛歯の−Ｙ端は一直線上にあり、第１の櫛基部３に接続される。第１の櫛基部３もまた細長く、その長軸がＸ軸に平行であり、短軸がＹ軸に平行である。第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド７は、Ｎ個の第２の櫛歯６（１）、６（２）、・・・６（Ｎ）および第２の櫛基部５を含む。第２の櫛歯もまた細長く、その長軸がＹ軸に平行であり、短軸がＸ軸に平行である。第２の櫛歯は同じサイズかつ互いに平行であり、同一間隔を有する。Ｎ個の第２の櫛歯の＋Ｙ端は一直線上にあり、第２の櫛基部５に接続される。第２の櫛基部５もまた細長く、その長軸がＸ軸に平行であり、短軸がＹ軸に平行である。

第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド４および第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド７は相互嵌合（櫛形）構造に形成される。同じ幅ｇａｐｙを有する第１の間隙８および第２の間隙９は、たとえば６（１）など第２の櫛歯と、それに隣接するたとえば２（１）および２（２）など２つの第１の櫛歯との間にそれぞれ交互に形成される。長さｇａｐｘ１およびｇａｐｘ２を有する第３の間隙１０および第４の間隙１１は、たとえば６（１）など第２の櫛歯と第１の櫛基部３との間、およびたとえば２（１）および２（２）など第１の櫛歯と第２の櫛基部５との間にそれぞれ交互に形成される。

プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニット１４は、少なくとも１つのプッシュアームおよびプルアームを含む。プッシュアームは、少なくとも１つのプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリング１２を含む。プルアームは、少なくとも１つのプル磁気抵抗検出ユニットストリング１３を含む。磁気抵抗検出ユニットストリングは、直列接続または並列接続された複数の磁気抵抗検出ユニットを含む。プッシュアームおよびプルアームは、同じ数の磁気抵抗検出ユニットストリングを有する。プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングは全てＹ軸に平行であり、第１の間隙８および第２の間隙９に交互に設置される。磁気抵抗検出ユニットは、Ｘ軸に沿って磁界を検出する。１５、１６、１７、および１８は、接地端、電力入力端、およびプッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニット１４の２つのハーフブリッジの信号出力端にそれぞれ対応する。

実施形態２
図２は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサのＹ磁界の測定の略図であり、この図から分かるように、第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド４および第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド７によって形成された相互嵌合構造を用いることにより、−ＸおよびＸ方向を有する磁界成分１９および２０が第１の間隙８および第２の間隙９において交互に形成され、それぞれプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリング１２およびプル磁気抵抗検出ユニットストリング１３に作用する。そのＨｘ磁界の分布特徴は図３に示すとおりであり、この図から分かるように、第１の間隙８および第２の間隙９におけるＨｘ磁界は同じサイズかつ反対方向であること。

図４は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサのＸ磁界の測定の略図であり、この図から分かるように、第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド４および第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド７によって形成された相互嵌合構造を用いることにより、外部Ｘ磁界と同じ方向を有する磁界成分２１および２２が第１の間隙８および第２の間隙９において形成され、それぞれプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリング１２およびプル磁気抵抗検出ユニットストリング１３に作用する。

図５は、第１の間隙および第２の間隙におけるＨｘ磁界の分布を示し、この図から分かるように、Ｈｘ磁界の分布は中心に対して対称の特徴を有する。また、第１の間隙および第２の間隙におけるプッシュプル磁気抵抗検出ユニットのプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングの分布の対称性要件も提示され、すなわち、任意のプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングが設置された第１の間隙の位置には、対応するプル磁気抵抗検出ユニットストリングが必ず存在し、プル磁気抵抗検出ユニットストリングが設置された第２の間隙には、第１の間隙の位置に対応して同じＨｘ磁界成分が存在する。外部Ｘ磁界におけるキャンセル効果が確実になり得るのはこの方法のみである。

実施形態３
図６は、第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドの櫛歯数がＮ＝２である、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの構造図である。プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットは、第１の間隙に設置されたプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリング２３および第２の間隙に設置されたプル磁気抵抗検出ユニットストリング２４を含む。図７は、Ｎ＝２である、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングによって形成されたプッシュプルハーフブリッジ構造を示し、プッシュアームＲ１およびプルアームＲ２を含む。

図８は、第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドの櫛歯２５（１）、２５（２）、・・・２５（Ｎ＋１）の数が２Ｎ＋１である、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの構造図である。第１の間隙および第２の間隙に交互に設置されたプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングの数は４Ｎであり、この場合、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングは、第１の間隙および第２の間隙全てに交互に設置される。その電気接続図は図８に示すとおりであり、フルブリッジプッシュプル構造は図９に示すように形成される。

図１０は、第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドの櫛歯２６（１）、２６（２）、・・・２６（２Ｎ＋２）の数が２Ｎ＋２である、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの構造図である。この場合、第１の間隙および第２の間隙に交互に設置されたプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングの数を４Ｎにするために、１つのプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよび１つのプル磁気抵抗検出ユニットストリングが同時に低減される必要がある。一方、Ｈｘ磁界の対称性要件を考慮すると、任意のプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングが低減されると、同時にプル磁気抵抗検出ユニットストリングが低減され、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングはＹ中心線に対して対称であることが必要とされる。

上記は、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングがフルブリッジを形成するように電気接続される状況のみを提供するにすぎない。実際の環境下では、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングは、ハーフブリッジまたは準ブリッジ構造を形成するように電気接続されてもよい。

実施形態４
図１１は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの他の形状を示す。第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドおよび第２の櫛形軟強磁性磁束ガイドによって形成される相互嵌合櫛形構造に加えて、２つの細長い軟強磁性磁束ガイド２７および２８がＸおよび−Ｘ端にそれぞれ配置される。細長い軟強磁性磁束ガイドのＹ方向長さは、櫛形軟強磁性磁束ガイドの−Ｙ端から＋Ｙ端に及び、２つの細長い軟強磁性磁束ガイドは−Ｘおよび＋Ｘ端からそれぞれ等距離に位置するように整列されている。

実施形態５
図１２は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの較正コイル２９の構造図である。較正コイルは、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングに平行な直線較正導体３０および３１を含む。直線較正導体３０はプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングの真上または真下に設置され、直線較正導体３１はプル磁気抵抗検出ユニットストリングの真上または真下に設置され、それぞれプッシュ直線較正導体３０およびプル直線較正導体３１となり、これらは反対の電流方向を有し、直列接続される。プッシュ直線較正導体３０がプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングの真上（真下）に設置される場合、プル直線較正導体３１もまたプル磁気抵抗検出ユニットストリングの真上（真下）に設置されることに留意すべきである。

図１３は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサにおいて較正コイルによって発生する磁界の分布特徴を示し、この図から分かるように、プッシュ直線較正導体およびプル直線較正導体は、第１の間隙および第２の間隙において反対の磁界分布を発生する。図１４は、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングにおけるＸ方向磁界の分布を示し、この図から分かるように、プッシュ磁気抵抗検出ユニットおよびプル磁気抵抗検出ユニットは反対の磁界分布特徴を有し、同じサイズかつ反対方向であり、プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットのＹ較正磁界の効果と一致する。

図１５は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサにおける他の種類の較正コイル３２の構造図である。較正コイルは、プッシュ直線較正導体３３およびプル直線較正導体３４を含む。プッシュ直線較正導体３３は、並列接続された２つのプッシュ直線較正サブ導体３３（１）および３３（２）を含み、これらはプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングにそれぞれ平行であり、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングの両側に対称に設置される。プル直線較正導体３４は、並列接続された２つのプル直線較正サブ導体３４（１）および３４（２）を含み、これらはプル磁気抵抗検出ユニットストリングにそれぞれ平行であり、プル磁気抵抗検出ユニットストリングの両側に対称に設置される。２つのプッシュ直線較正サブ導体間の距離および２つのプル直線較正サブ導体間の距離は同じである。プッシュ直線較正導体３３およびプル直線較正導体３４は直列接続され、反対の電流方向を有する。

図１６は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサにおける、図１５に対応する較正コイル３２の磁界の分布図であり、この図から分かるように、プッシュ直線較正導体３３およびプル直線較正導体３４に対応する並列接続された２つのプッシュ直線較正サブ導体間および並列接続された２つのプル直線較正サブ導体間にそれぞれ閉磁気コイルが形成され、それらの接合部に反対称の分布特徴が形成される。プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングにおけるＨｘ方向磁界の分布特徴は図１７に示すとおりであり、この図から分かるように、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングは、同じサイズかつ反対方向であるＨｚ磁界の分布特徴を有し、これはプッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットのＹ較正磁界の効果の特徴と一致する。

実施形態６
図１８は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサにおける平面初期化コイル３５の構造図である。平面初期化コイルは、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングに垂直な並列直線初期化導体３６を含む。直線初期化導体は、プッシュ磁気抵抗検出ユニットの真上または真下に設置され、同じ電流方向を有する。直線導体３７は、２つの隣接した磁気抵抗検出ユニット間の間隙に設置され、直列構造を形成する。

図１９は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサにおける平面初期化コイル３５の磁界の分布図であり、この図から分かるように、２つの隣接した直線導体３６および３７は反対の磁界分布特徴を有し、２つの磁力線ループをそれぞれ形成する。図２０は、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングに存在するＨｘ磁界の分布特徴を示し、この図から分かるように、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングは同じＨｘ磁界成分を有し、直線初期化導体が同じ分布間隔を有する場合、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングが直線初期化導体の真上または真下に設置されなくても、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングは同じＨｘ初期化磁界成分を有することが確実になり得る。

図２１は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサにおける３次元初期化コイル３８の構造分布図であり、この図から分かるように、３次元初期化コイル３８は、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングに垂直な並列直線導体３９および４０を含み、これらは磁気抵抗検出ユニットストリングおよび軟強磁性磁束集中器を磁心として巻き付けられ、３次元構造を形成することが分かる。直線導体３９は、等距離配置構造を形成するように軟強磁性磁束集中器の下面に設置され、直線導体４０は、等距離配置構造を形成するように軟強磁性磁束集中器の上面に設置される。直線導体３９は、等距離配置構造を形成するように軟強磁性磁束集中器の下面に設置される。

図２２は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサにおける３次元直線初期化導体３８の磁界の分布図であり、この図から分かるように、上側直線初期化導体３９および下側直線初期化導体４０がプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングに配置され、周期的に分配された磁力線分布特徴を生じ、２つの隣接した直線導体の磁力線分布方向は反対である。

図２３は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサのプッシュ磁気抵抗検出ユニットおよびプル磁気抵抗検出ユニットにおいて３次元直線初期化導体３８によって発生するＨｘ磁界の分布曲線であり、この図から分かるように、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットにおいて上側直線初期化導体３９および下側直線初期化導体４０によって発生するＨｘ磁界成分は周期的分布特徴を有することが分かる。上側直線導体および下側直線導体が均一な周期感覚を有する限り、直線導体がプッシュ磁気抵抗検出ユニットまたはプル磁気抵抗検出ユニットの真上または真下に設置されない場合でも均一な磁界分布特徴が維持され得るので、均一な初期化磁界が得られ得る。

実施形態７
図２４は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図であり、この図から分かるように、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリング１０１およびプル磁気抵抗検出ユニットストリング１０２は基板１の上に設置され、かつ、第１の櫛形軟強磁性磁束集中器１０３と第２の櫛形軟強磁性磁束集中器１０４とによって形成される第１の間隙、および第２の櫛形軟強磁性磁束集中器１０４と第１の櫛形軟強磁性磁束集中器１０５とによって形成される第２の間隙に設置される。１０６は、複数の薄膜と、プッシュ磁気抵抗検出ユニット１０１およびプル磁気抵抗検出ユニット１０２の電極層との間の絶縁層を表す。１０７は、軟強磁性磁束集中器および磁気抵抗検出ユニットの電極間の絶縁層を表す。１０８は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの保護層を表す。１０９は、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの出力／入力電極を表す。

図２５は、第１の構造を有する較正コイルを含む櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図であり、１１０はプッシュ直線較正導体を表し、１１１はプル直線較正導体を表す。プッシュおよびプル直線較正導体は、それぞれプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリング１０１およびプル磁気抵抗検出ユニットストリング１０２の真上または真下に設置される。この図において、プッシュおよびプル直線較正導体は、プッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングの真上に設置される。実際は、プッシュおよびプル直線較正導体は、基板の上かつ磁気抵抗検出ユニットの下、磁気抵抗検出ユニットと軟強磁性磁束集中器との間のエリア、または、軟強磁性磁束集中器の上に設置されてもよい。

図２６は、第２の構造を有する較正コイルを含む櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図であり、１１２は、並列接続された２つのプッシュ直線サブ導体１１２（１）および１１２（２）を含むプッシュ直線較正導体を表し、１１３は、並列接続された２つのプル直線サブ導体１１３（１）および１１３（２）を含むプル直線較正導体を表す。２つのプッシュ直線サブ導体１１２（１）および１１２（２）は、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリング１０１の両側に対称に設置され、２つのプル直線サブ導体１１３（１）および１１３（２）もまた、プル磁気抵抗検出ユニットストリング１０２の両側に対称に配置され、１１３（１）および１１３（２）からプル磁気抵抗検出ユニットストリング１０２までの距離は、１１２（１）および１１２（２）からプッシュ磁気抵抗検出ユニットストリング１０１までの距離と等しい。この構造において、第２の構造を有する直線較正導体は、磁気抵抗検出ユニットストリングの上かつ軟強磁性磁束ガイドの下に設置されるが、実際は、基板の上、磁気抵抗検出ユニットの下、かつ軟強磁性磁束ガイドの上に設置されてもよい。絶縁層１０８（１）は、磁気抵抗検出ユニットと軟強磁性磁束集中器との間の電気的絶縁を確実にするために用いられる。

図２７は、平面初期化コイルを含む櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図である。初期化コイル１１４は、プッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリング１０１および１０２に垂直な直線導体を含み、これらは基板の上かつ磁気抵抗検出ユニットの下に設置される。絶縁層１０６（１）は、初期化コイル１１４と磁気抵抗検出ユニット１０１および１０２との間の電気的絶縁を確実にするために用いられる。実際は、初期化コイル１１４は、磁気抵抗検出ユニットと軟強磁性磁束ガイドとの間、または軟強磁性磁束ガイドの上に設置されてもよい。

図２８は、３次元初期化コイルを含む櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの断面図である。３次元初期化コイル１１５は、プッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリング１０１および１０２に垂直な直線導体を含み、これらはそれぞれ磁気抵抗検出ユニットおよび軟強磁性磁束ガイドに巻き付けられる。１０８（１）および１０６（２）はそれぞれ、磁気抵抗検出ユニットストリングおよび軟強磁性磁束集中器と３次元初期化コイル１１５との間の電気的絶縁を確実にする絶縁層を表す。

図２９は、較正コイルおよび初期化コイルを含む櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサの基本構造の断面図である。較正コイルは、図２５および図２６に示すいずれかの種類であってよく、基板の上かつ磁気抵抗検出ユニットの下、磁気抵抗検出ユニットと軟強磁性磁束ガイドとの間、軟強磁性磁束ガイドの上、または第１の間隙と第２の間隙との間に設置され得る。また初期化コイルは、図２７および図２８に示すいずれかの種類であってよく、平面初期化コイルは、基板の上かつ磁気抵抗検出ユニットの下、磁気抵抗検出ユニットの上かつ軟強磁性磁束ガイドの下、または軟強磁性磁束ガイドの上に設置され得る。３次元初期化コイルは、磁気抵抗検出ユニットおよび軟強磁性磁束ガイドに巻き付けられる。この図は、第１の間隙と第２の間隙との間に設置された第１の種類の較正コイルが含まれ、初期化コイルが基板の上かつ軟強磁性磁束ガイド間のエリアに設置された１つの状況のみを示すにすぎない。

また、初期化電流は、パルス電流または直流であってよい。

初期化コイルおよび較正コイルは、たとえばＣｕ、Ａｕ、Ａｇ、またはＡｌなどの高導電性材料で作られる。

軟強磁性磁束集中器は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏなどの１または複数の成分を含む合金軟強磁性材料で作られる。

基板の材料はガラスまたはシリコンウェハであり、基板はＡＳＩＣを含み、または基板は別のＡＳＩＣチップに接続される。

初期化コイルおよび／または較正コイルは、第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド、第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド、およびプッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットから絶縁材料を用いて絶縁され、絶縁材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ポリイミド、またはフォトレジストである。

上記説明は単に本発明の好適な実施形態にすぎず、本発明を限定することが意図されたものではない。当業者は、本発明に対する様々な修正および変更を考案することができる。本発明における実装は、様々に組み合わされ変更されてもよい。本発明の主旨および原理の範囲内でなされるあらゆる修正、等価的置換、改善などは全て、本発明の保護範囲に収まるものとする。

Claims (26)

1. 基板と、前記基板の上に設置された、第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド、第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド、およびプッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットを備える櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサであって、
   前記第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドの第１の櫛歯および第１の櫛基部および前記第２の櫛形軟強磁性磁束ガイドの第２の櫛歯および第２の櫛基部は全て長方形であり、前記第１の櫛歯および前記第２の櫛歯の長軸および短軸はそれぞれＹ軸およびＸ軸に平行であり、前記第１の櫛基部および前記第２の櫛基部の長軸および短軸はそれぞれ前記Ｘ軸および前記Ｙ軸に平行であり、
   前記第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドおよび前記第２の櫛形軟強磁性磁束ガイドは相互嵌合構造に形成され、隣接した前記第１の櫛歯と前記第２の櫛歯との間に連続的に第１の間隙および第２の間隙が交互に形成され、前記第２の櫛歯と前記第１の櫛基部との間および前記第１の櫛歯と前記第２の櫛基部との間にも間隙が形成され、
   前記プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットは、プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングを備え、前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングはいずれも、直列接続および／または並列接続された複数の磁気抵抗検出ユニットを備え、前記Ｙ軸に平行であり、前記第１の間隙および前記第２の間隙に交互に配置され、前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングは、それぞれプッシュアームおよびプルアームを形成するように電気的に接続され、前記プッシュアームを形成する前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングが備える前記磁気抵抗検出ユニットの数は、前記プルアームを形成する前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングが備える前記磁気抵抗検出ユニットの数と同一であり、前記プッシュアームおよび前記プルアームは、前記プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットを形成するように電気的に接続され、前記磁気抵抗検出ユニットは、前記Ｘ軸に沿って磁界を検出する、櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
2. 較正コイルおよび／または初期化コイルを更に備え、前記較正コイルは、前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングに平行な直線較正導体を備え、較正電流が前記較正コイルに流れると、Ｘ方向および−Ｘ方向に沿って同じ振幅を有する較正磁界成分がそれぞれ前記プッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングにおいて発生し、前記初期化コイルは、前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングに垂直な直線初期化導体を備え、初期化電流が前記初期化コイルに流れると、Ｙ方向または−Ｙ方向に沿って同じ振幅を有する磁界成分が全ての前記磁気抵抗検出ユニットにおいて発生する、請求項１に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
3. 前記第１の櫛歯は全て同じサイズであり、前記第２の櫛歯は全て同じサイズであり、前記第１の間隙は全て同じサイズであり、前記第２の間隙は全て同じサイズであり、前記第１の間隙および前記第２の間隙のサイズは同じである、請求項１に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
4. 前記磁気抵抗検出ユニットはＧＭＲスピンバルブまたはＴＭＲ検出ユニットであり、ピンニング層の方向は前記Ｙ軸に平行であり、自由層の方向は前記Ｘ軸に平行である、請求項１または２に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
5. 外部磁界が存在しない場合、前記磁気抵抗検出ユニットは、永久磁石バイアス、二重交換相互作用、形状異方性、およびそれらの任意の組み合わせによって、磁気自由層の磁化方向を磁気ピンニング層の磁化方向に対して垂直にする、請求項４に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
6. 前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングは、ハーフブリッジまたはフルブリッジを形成するように電気的に接続される、請求項１に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
7. 前記第１の櫛歯の数が２*Ｎ＋１であり、Ｎは１より大きい整数であり、前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングは、２*Ｎ個の第１の間隙および第２の間隙に交互に配置される、請求項１に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
8. 前記第１の櫛歯の数が２*Ｎ＋２であり、Ｎは１より大きい整数であり、前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングは、中央に位置する前記第１の間隙および前記第２の間隙を除いた２*Ｎ個の第１の間隙および第２の間隙に交互に配置される、請求項１に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
9. 前記第１の櫛歯の数が２であり、前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングは、前記第１の間隙および前記第２の間隙に交互に配置される、請求項１に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
10. 前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングのいずれかは、前記第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドのＸ軸中心線に対して自身と対称なプル磁気抵抗検出ユニットストリングを有する、請求項７〜９のいずれかに記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
11. 前記第１の間隙および前記第２の間隙の幅ｇａｐｙに対する前記第１の櫛歯の幅Ｌｘ１０と前記第２の櫛歯の幅Ｌｘ２０との合計の比（Ｌｘ１０＋Ｌｘ２０）／ｇａｐｙが増加すると、前記プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットの利得が増加する、請求項１または３に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
12. 前記第１の櫛基部のＸ端と前記第２の櫛基部のＸ端は一直線上にあり、前記第１の櫛基部の−Ｘ端と前記第２の櫛基部の−Ｘ端は一直線上にある、請求項１に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
13. 同一の２つの軟強磁性磁束集中器バーを更に備え、前記２つの軟強磁性磁束集中器バーは、前記第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドおよび前記第２の櫛形軟強磁性磁束ガイドのＸ端および−Ｘ端にそれぞれ配置され、前記Ｘ端から前記２つの軟強磁性磁束集中器バーのうち一方の軟強磁性磁束集中器バーまでの距離は、前記−Ｘ端から前記２つの軟強磁性磁束集中器バーのうち他方の軟強磁性磁束集中器バーまでの距離と等価である、請求項１２に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
14. 前記較正コイルは、プッシュ直線較正導体およびプル直線較正導体を備え、前記プッシュ直線較正導体と対応する前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングとの位置関係は、前記プル直線較正導体と対応する前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングとの位置関係と同じであり、前記位置関係は、前記直線較正導体が、前記対応する磁気抵抗検出ユニットストリングの真上または真下に設置されるものであり、前記プッシュ直線較正導体および前記プル直線較正導体は直列接続され、反対の電流方向を有する、請求項２に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
15. 前記較正コイルは、プッシュ直線較正導体およびプル直線較正導体を備え、前記プッシュ直線較正導体および前記プル直線較正導体はいずれも、並列接続された２つの平行な直線較正導体を備え、前記２つのプッシュ直線較正導体および前記２つのプル直線較正導体は同じ間隔を有し、それぞれ前記プッシュおよびプル磁気抵抗検出ユニットストリングの両側に対称に配置され、前記プッシュ直線較正導体および前記プル直線較正導体は直列接続され、反対の電流方向を有する、請求項２に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
16. 前記初期化コイルは平面コイルであり、それに含まれる前記直線初期化導体は、前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットストリングおよび前記プル磁気抵抗検出ユニットストリングに垂直であり、各磁気抵抗検出ユニットの真上または真下に設置され、同じ電流方向を有する、請求項２に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
17. 前記初期化コイルは３次元コイルであり、前記３次元コイルは、前記第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド、前記第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド、および前記磁気抵抗検出ユニットに巻き付けられ、前記直線初期化導体は、それぞれ前記第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド、前記第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド、および前記磁気抵抗検出ユニットの表面に設置され、前記表面上に同じ配置間隔を有する、請求項２に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
18. 前記較正コイルは、正ポートおよび負ポートを備え、前記２つのポートに電流が流れると、それによって発生する較正磁界の振幅範囲は、前記磁気抵抗検出ユニットの線形動作領域内である、請求項１４または１５に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
19. 前記較正電流は、１つの電流値または複数の電流値に設定され得る、請求項１８に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
20. 前記初期化コイルは２つのポートを備え、前記２つのポートに電流が流れると、それによって発生する初期化磁界の強度は、前記磁気抵抗検出ユニットの飽和磁界値よりも高くなる、請求項１６または１７に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
21. 前記初期化電流は、パルス電流または直流である、請求項２０に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
22. 前記初期化コイルおよび前記較正コイルは高導電性材料で作られ、前記高導電性材料は、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、またはＡｌである、請求項２および請求項１４〜１７のいずれかに記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
23. 前記第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドおよび前記第２の櫛形軟強磁性磁束ガイドは、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１または複数の成分を含む合金軟強磁性材料で作られる、請求項１に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
24. 前記基板の材料はガラスまたはシリコンウェハであり、前記基板はＡＳＩＣを備え、または前記基板は別のＡＳＩＣチップに接続される、請求項１に記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
25. 前記初期化コイルおよび／または前記較正コイルは、前記基板が配置された層の上かつ前記磁気抵抗検出ユニットが配置された層の下、または前記第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドおよび前記第２の櫛形軟強磁性磁束ガイドが配置された層と前記磁気抵抗検出ユニットが配置された層との間、または前記第１の櫛形軟強磁性磁束ガイドおよび前記第２の櫛形軟強磁性磁束ガイドが配置された層の上に設置される、請求項２および請求項１４〜１７のいずれかに記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。
26. 前記初期化コイルおよび／または前記較正コイルは、前記第１の櫛形軟強磁性磁束ガイド、前記第２の櫛形軟強磁性磁束ガイド、および前記プッシュプル磁気抵抗ブリッジ検出ユニットから絶縁材料を用いて絶縁され、前記絶縁材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ポリイミド、またはフォトレジストである、請求項２および請求項１４〜１７のいずれかに記載の櫛形Ｙ軸磁気抵抗センサ。