JP7099731B2 - 多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ - Google Patents
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Description
磁気抵抗検出ユニットは、多層磁気変調構造の上方または下方に位置し、磁気変調構造間の間隙の中央に置かれ、磁気抵抗検出ユニットの感受方向は、多層磁気変調構造の長さ方向に直交し、磁気抵抗検出ユニット・アレイは、磁気抵抗センサを形成するように電気的に接続され、センサは、センサ・ボンド・パッドに接続され、
外部磁場を測定するとき、励磁電流が励起コイルに印加され、磁気抵抗センサの電圧信号または電流信号の出力が復調されて低ノイズ電圧信号を生成する。
または、多層磁気変調構造アレイは、2N+1個の多層磁気変調構造を備え、磁気抵抗検出ユニット・アレイは、(N+1)番目の多層磁気変調構造の2つの側でN個の間隙内に位置し、ただし、Nは、0よりも大きい整数である。
または、磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと4つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの2つは、同じ基板上に堆積しており、同じ基板上に堆積した2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのスライスは、180度裏返され、プッシュプル・フルブリッジ磁気抵抗センサを形成するように固定され、2つの励起コイルは、同じ2ポート励起コイルを形成するように直列に接続されている、
または、磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、基板上に堆積された2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのスライスは、180度裏返され、プッシュプル半ブリッジ磁気抵抗センサを形成するように固定され、それぞれの励起コイルは、2ポート励起コイルを形成するように直列に接続されている、
または、磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと4つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、同じ基板上に堆積した2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの1つの4つのスライスは、ペアで180度裏返され、プッシュプル・フルブリッジ磁気抵抗センサを形成するように固定され、それぞれの励起コイルは、2ポート励起コイルを形成するように直列に接続されている。
または、磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、2ポート励起コイルおよび2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイは、同じ基板上に堆積しており、2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの1つおよび2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイの他の1つは、反対の磁場感受方向を有し、単一チップ・プッシュプル半ブリッジ磁気抵抗センサを形成するように電気的に接続されている。
図1は、基板1とこの基板上に位置する多層磁気変調構造アレイとを含む、多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサのスライス構造図である。多層磁気変調構造は、複数の多層磁気変調構造を含み、図1の21、22、...、2Nは、多層磁気変調構造であり、隣り合う多層磁気変調構造は、2ポート励起コイルを形成するように伝導性ストリップ31、32、...、3N-1を用いて接続されている。多層磁気変調構造は、励起コイル・ボンド・パッド5に接続されているとともに、同時に励起コイル・ボンド・パッド6に接続されており、多層磁気変調構造アレイの間隙間の磁気抵抗検出ユニット・アレイ41、42、...、4N-2にも接続されている。磁気抵抗検出ユニットは、2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイを形成するように電気的に接続され、磁気抵抗センサ・ボンド・パッド7および磁気抵抗センサ・ボンド・パッド8に接続されている。Nが偶数2k(kは0よりも大きい整数)であるとき、磁気抵抗検出ユニット・アレイは、k番目と(k+1)番目の多層磁気変調構造の2つの側でk-1個の間隙内に位置する。Nが奇数2k+1(kは0よりも大きい整数)であるとき、磁気抵抗検出ユニット・アレイは、(k+1)番目の多層磁気変調構造の2つの側でk個の間隙内に位置する。本発明における磁気抵抗検出ユニットは、TMR、GMR、またはAMRタイプであり、その磁場感受方向は、多層磁気変調構造の長さ方向または縦方向に直交する。
Claims (10)
- 基板と該基板上に位置する多層磁気変調構造アレイとを備え、該多層磁気変調構造アレイは、間隔を置いて平行に配列されている、複数の長尺状の多層磁気変調構造(21、22、...、2N)から構成され、該多層磁気変調構造は、上から下へ軟強磁性層、伝導金属層、および軟強磁性層を備え、該多層磁気変調構造同士は、両端がそれぞれ入力ポートと出力ポートとなる2ポート平面コイル形状の励起コイルを形成するように伝導性ストリップを用いて相互に端から端まで順次に直列接続され、該励起コイルは、入力ポートと出力ポートがそれぞれ励起コイル用ボンド・パッドに接続され、電流が流れるとき、隣り合う多層磁気変調構造同士は、反対の電流方向を有し、
磁気抵抗検出ユニットが、該多層磁気変調構造の基板上の上方または下方に位置し、該多層磁気変調構造同士間の間隙の中央に置かれ、該磁気抵抗検出ユニットの磁気感知方向は、該多層磁気変調構造の長さ方向に直交し、複数の該磁気抵抗検出ユニットからなる磁気抵抗検出ユニット・アレイは、磁気抵抗センサを形成するように各該磁気抵抗検出ユニットを電気的に接続され、形成された該磁気抵抗センサは、センサ用ボンド・パッドに接続され、
外部磁場(H0)を測定するとき、励磁電流が該励起コイルに印加され、該磁気抵抗センサによって集めた電圧信号または電流信号が復調されて低ノイズ電圧信号として出力する、多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。 - 前記多層磁気変調構造アレイは、2k個の多層磁気変調構造を備え、ただし、kは、1よりも大きい整数であり、前記磁気抵抗検出ユニット・アレイは、k番目と(k+1)番目の多層磁気変調構造の間の隙間を除き、k番目および(k+1)番目の多層磁気変調構造の互いに反対側から数えるk-1個の間隙内に位置し、
または、前記多層磁気変調構造アレイは、2N+1個の多層磁気変調構造を備え、前記磁気抵抗検出ユニット・アレイは、(N+1)番目の多層磁気変調構造の両側から数えるN個の間隙内に位置し、ただし、Nは、0よりも大きい整数である、請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。 - 周波数fの励磁電流が前記励起コイルに印加され、前記励磁電流が変化するときに軟強磁性材料の透磁率が線形状態にあるとき、前記磁気抵抗センサによって出力される有用信号は、周波数fであり、前記励磁電流が変化するときに前記軟強磁性材料の前記透磁率が線形かつ飽和状態にあるとき、前記磁気抵抗センサによって出力される有用信号は、周波数2fであり、前記有用信号は、外部磁場(H0)を測定するための信号である請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記磁気抵抗センサは、励起コイルと磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、該励起コイルおよび該磁気抵抗検出ユニット・アレイは、同じ基板上に堆積している、
または、前記磁気抵抗センサは、励起コイルと2つの磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、前記2つの磁気抵抗検出ユニット・アレイは、線対称であり、プッシュプル半ブリッジ磁気抵抗センサを形成するように電気的に接続され、該励起コイルは、複数の励起コイルを直列に接続されてなる2ポートの励起コイルである、
または、前記磁気抵抗センサは、励起コイルと4つの磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、前記4つの磁気抵抗検出ユニット・アレイは、点対称であり、プッシュプル・フルブリッジ磁気抵抗センサを形成するように電気的に接続され、該励起コイルは、複数の励起コイルを直列に接続されてなる2ポートの励起コイルである、
請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。 - 前記磁気抵抗センサは、同じ基板上に堆積してなる単一チップ・磁気抵抗センサである、
請求項4に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。 - 前記磁気抵抗検出ユニットは、TMR、GMR、またはAMRタイプである、請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記伝導性ストリップは、単層伝導性構造または前記多層磁気変調構造と同一の構造であり、前記軟強磁性層の材料は、Fe、Co、およびNiの1つまたは複数の元素を含む高透磁率の軟強磁性合金であり、絶縁層が、前記軟強磁性層と前記伝導金属層の間に追加される、請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記多層磁気変調構造の中間層が、1~10μmの厚さ範囲を有するCuであり、前記軟強磁性層は、1~10μmの厚さ範囲を有するパーマロイである、請求項7に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記多層磁気変調構造は、10~1000μmの幅範囲を有し、前記多層磁気変調構造の前記間隙は、5~50μmの幅範囲を有し、前記多層磁気変調構造の該幅と該間隙の比は、外部磁場利得係数を増加させるとともにノイズを減少させるように大きく設定される、請求項7に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記励起コイルの周波数fは、1~100KHzの範囲内にあり、前記励磁電流の密度が1×101~1×1012A/m2のとき、前記有用信号の周波数は、基本周波数fであり、前記励磁電流の密度が1×1012A/m2よりも大きいとき、前記有用信号の周波数は、第二次高調波周波数2fである、請求項3に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
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