JPS62266479A - 薄膜磁気センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はビデオテープレコーダのキャップスタンモータ
の回転角の検出や磁気式エンコーダ等において角度検出
に使用される薄膜磁気センサに関する。

（従来技術とその問題点） 一般に、強磁性体薄膜により形成される磁気抵抗素子は
、強磁性体薄膜中の磁化が外部の着磁体より発生する磁
界の影響を受けて回転を起こし、この時に強磁性体薄膜
に流れている電流との角度により強磁性体薄膜の電気抵
抗が変化（磁気抵抗効果）し、これを電気信号として読
み出すようにしたものである。

従来、強磁性体薄膜の上記のような磁気抵抗効果を利用
した薄膜磁気センサとしては、たとえば第４図にその原
理的な構成を示すように、周期的に残留磁化Ｍｒが形成
されてなる記録波長がλの周期着磁体１の上に、この周
期着磁体１の残留磁化Ｍ　ｒに対して直角に、λ／４の
間隔をおいて２つの薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ０およびＲ
７を配置するようにしだらのが知られている。上記薄膜
磁気抵抗効果素子Ｒ１およびＲ２は、第５図に示すよう
に、ガラス、フェライト等の絶縁性の材料からなる基ｆ
ｆ１２上にλ／４の間隔をおいて平行に形成されるとと
らに、５ｉＯｚやＡＱｔＯ３等の材料からなる絶縁膜３
により被覆される。

上記薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ３およびＲ１は、第６図に
示すように、電源４の両端に直列に接続され、第４図の
周期着磁体ｌからの磁界が作用すると、磁気抵抗効果に
よりその電気抵抗が変化し、この電気抵抗の変化が上記
薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１とＲ７との接続点５に接続さ
れた信号出力端子６とアースとの間から、電圧変化とし
て取り出されろ。」二足薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１、Ｒ
６と周期着磁体ｌとの間のエアギャップｔ（第４図参照
）は、第６図の信号出力端子６の信号出力波形を確認す
ることにより決定される。

ところで、上記のような構成を有する磁気センサでは、
強磁性体薄膜よりなる薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１、Ｒ６
は、その内部の磁化が外部からの磁界の方向に向く所で
電気抵抗の変化が飽和する。

この電気抵抗の変化は上記薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ，，
ｆ１２の形成に用いた材料により決定され、Ｎ１−Ｇｏ
系合金のものでは抵抗変化率は３．５％ないし４．５％
、Ｎｉ−Ｆｅ系合金のものでは抵抗変化率は１．６％な
いし２０％程度と低い。従つて、上記従来の磁気センサ
では、信号出力が小さいという問題があった。

そこで、このような問題を解消するために、第４図にお
いて、薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１、Ｒｔの横に隣り合っ
て、いま−組の薄膜磁気抵抗効果素子（図示せず。）を
配置し、その接続点から上記薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ８
、Ｒ７の接続点５に対し逆相（１８０°位相差）出力を
取り出し、差動増幅するようにしたものら周知である。

しかしながら、このものでは、−組の薄膜磁気抵抗効果
素子Ｒ１、Ｒ７に隣接してさらにいま一組の薄膜磁気抵
抗効果素子を配置しなければならないので、エレメント
数が増加するうえ、磁気センサの寸法ら大きくなり、製
品価格が高くなるという間厘があった。

本発明の目的は、形状が小さく、安価であり、小形の着
磁体からら磁気を検出することが可能で信号出力ら大き
い薄膜磁気センサを提供することである。

（問題点を解決するための手段） このため本発明は、第１から第４の薄膜磁気抵抗効果素
子が夫々抵抗ブリッジ回路の各−辺を構成するように接
続され、この抵抗ブリッジ回路の一組の対向辺を形成す
る第１と第３の薄膜磁気抵抗効果素子は基板上の第１の
位置に絶縁膜を間にして積層され、いま−組の対向辺を
構成する第２と第４の薄膜磁気抵抗効果素子は上記第１
の位置から離れた基板上の第９の位置に絶縁膜を間にし
て積層されていることを基本的な特徴としている。

本発明の一つの実施態様では、上記第１から第４の少な
くとも１つの薄膜磁気抵抗効果素子は絶縁膜を間にして
積層された磁気抵抗効果を存する材料からなるエレメン
トにより構成されている。

本発明のいま一つの実施態様では、第１と第３の薄膜磁
気抵抗効果素子のなす角度θ１、第２と第４の薄膜磁気
抵抗効果素子のなす角度θ、が零度以上、９０度以下の
範囲にある。

（作用） 上記第１と第２の薄膜磁気抵抗効果素子に作用する磁界
は上記第３と第４の薄膜磁気抵抗効果素子にも作用し、
第１と第２の薄膜磁気抵抗効果素子の電気抵抗および第
３と第４の薄膜磁気抵抗効果素子の電気抵抗が夫々変化
する。この電気抵抗の変化は、第１から第４の薄膜磁気
抵抗効果素子が形成する抵抗ブリッジ回路より差動的に
検出される。

（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明に係る薄膜磁気センサの原理的構成を第１図に示
す。

第１図において、周期着磁体１１は、第４図において説
明した周期着磁体１１と同様に、周期的に残留磁化Ｍｒ
が形成された記録波長がλのもので、この周期着磁体２
の上の第１および第２の位置には、好ましくは上記残留
磁化Ｍｒに対して直角に、λ／４の間隔をおいて第１お
よび第２の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１およびＲ１を配置
するとともに、これら第１および第２の薄膜磁気抵抗効
果素子Ｒ２およびＲ１の上にはギャップＳをおいて第３
および第４の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１およびＲ４が配
置される。

上記第１および第２の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１および
Ｒ７はいずれらＮｉ−Ｃｏ系合金もしくはＮｉ−Ｆｅ系
合金からなり、第２図に示すように、ガラス、アルミナ
もしくはフェライト等の絶縁性を有する材料からなる基
板１２上にλ／ｌｔの間隔をおいて平行に形成される。

上記薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１およびＲ，は、また、上
記基板１２上に形成されたＳ　ｉ　Ｏｔやへρ、０３等
の材料からなる絶縁膜１３により被覆される。

一方、いま−組の上記第３および第４の薄膜磁気抵抗効
果素子Ｒ３およびＲ４ら上記第１および第２の薄膜磁気
抵抗効果素子Ｒ８およびＲ７と同じ材料および同一の寸
法を存するものである。上記第３および第４の薄膜磁気
抵抗効果素子Ｒ１およびＲ４は夫々絶縁膜１３を間にし
て、第１および第２の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ，および
Ｒ２の上に夫々積層される。上記第３および第４の薄膜
磁気抵抗効果素子Ｒ３およびＲ４は、絶縁層１３の上に
形成されたいま一つの絶縁膜１４により被覆される。

なお、上記第３の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１は、磁気検
出効率を高くするうえから、その長手方向が第１の薄膜
磁気抵抗効果素子Ｒ１の長手方向に対してなす角度θ１
が０≦０１≦９０°となるように形成されていることが
好ましい。同様に、第４の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ４も
、その長手方向が第２の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ７の長
手方向に対してなす角度θ、が０≦θ、≦９０°となる
ように形成されていることが好ましい。

上記第１ないし第４の薄膜磁気抵抗効果索子Ｒ７ないし
Ｒ４は、第３図に示すように、抵抗ブリッジ回路を形成
するように接続される。すなわち、第１および第４の薄
膜磁気抵抗効果素子Ｒ３およびＲ４はその各一端がいず
れも電源１５の一端に接続され、各他端は第２および第
３の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ７およびＲ３の各一端に夫
々接続されろ。また、第２および第３の薄膜磁気抵抗効
果素子Ｒ２およびＲｏの各他端は電源１５の他端に接続
される。

第１と第２の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１とＲ３との接続
点１６は信号端子１７に、また、第４と第３の薄膜磁気
抵抗効果素子Ｒ４とＲ３との接続点１８はいま一つの出
力端子１９に夫々接続される。

このような構成であれば、基板１２の上の第１の位置に
積層された第１と第３の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ２とＲ
３とは抵抗ブリッジ回路の一対の対向辺に夫々挿入され
、かつ、基板１２の上の第２の位置に積層された第２と
第４の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ７とＲ４とは上記抵抗ブ
リッジ回路のいま一対の対向辺に挿入される（第２図、
第３図参照）。

従って、上記第１ないし第４の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ
３ないしＲ４に磁界が印加されてその電気抵抗が変化す
ると、出力端子Ｉ７．１９からは互いに逆相（１８０°
位相差）の信号が出力するので、磁気検出感度が増大す
る。また、上記第３の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ３は第１
の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ１の上に積層され、かつ、第
４の薄膜磁気抵抗効果索子Ｒ４は第２の薄膜磁気抵抗効
果素子Ｒ９の」二に積層されているので、基板１１も小
さな寸法のものでよい。

なお、具体的には図示しないが、上記実施例において、
第１から第４の薄膜磁気抵抗効果素子Ｒ８ないしＲ４は
、絶縁膜を間にして積層された磁気抵抗効果を有する材
料からなる複数のエレメントよりなり、これらエレメン
トが直列に接続されたものにより構成されていてもよい
。

このようにすれば、磁気の検出感度を上記エレメントの
積層数に比例して増大させることができる。

（発明の効果） 本発明によれば、第１ないし第４の薄膜磁気抵抗効果素
子を基板上の２つの位置に積層して形成するとともにこ
れら第１ないし第４の薄膜磁気抵抗効果素子により抵抗
ブリッジ回路を構成して信号を取り出すようにしたので
、基板面積が小さく磁気検出感度の高い薄膜磁気センサ
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る薄膜磁気センサの所理説明図、 第２図は本発明に係る薄膜磁気センサの一実施例の構成
を示す部分断面図、 第３図は第２図の薄膜磁気センサの第１から第４の薄膜
磁気抵抗効果素子により構成される抵抗ブリッジ回路図
、 第４図は従来の薄膜磁気センサの原理説明図、第５図は
第４図の薄膜磁気センサの構造を示す部分断面図、 第６図は第５図の薄膜磁気抵抗効果素子の接続回路図で
ある。 ２・・・周期着磁体、　　１２・・・基板、１３．１４
・・・絶縁膜、　　１５・・・電源、ｔ６．１８・・・
接続点、　　１７．１９・・・出力端子、ｒｔ、−ＩＮ
、・・・薄膜磁気抵抗効果素子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁気抵抗効果を有する材料よりなる第１から第４
   の薄膜磁気抵抗効果素子を備えており、第１と第３の薄
   膜磁気抵抗効果素子および第２と第４の薄膜磁気抵抗効
   果素子が夫々抵抗ブリッジ回路の対向辺をなすように電
   源に接続されており、第１と第２の薄膜磁気抵抗効果素
   子の接続点と、第３と第４の薄膜磁気抵抗効果素子の接
   続点との間から磁気検出信号を得るようにした薄膜磁気
   センサであって、 上記第１と第２の薄膜磁気抵抗効果素子は絶縁性を有す
   る基板の第１の位置およびこの第１の位置から離れた第
   ２の位置に夫々位置する一方、上記第３および第４の薄
   膜磁気抵抗効果素子は夫々絶縁膜を間にして上記第１お
   よび第２の薄膜磁気抵抗効果素子の上に位置しているこ
   とを特徴とする薄膜磁気センサ。
2. （２）上記第１から第４の少なくとも１つの薄膜磁気抵
   抗効果素子は絶縁膜を間にして積層された磁気抵抗効果
   を有する材料からなるエレメントにより構成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の薄膜磁気
   センサ。
3. （３）上記第１と第３の薄膜磁気抵抗効果素子のなす角
   度θ＿１が０≦θ＿１≦９０°であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の薄膜磁気セン
   サ。
4. （４）上記第２と第４の薄膜磁気抵抗効果素子のなす角
   度θ＿２が０≦θ＿２≦９０°であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第３項のいずれか一に記載の
   薄膜磁気センサ。