JPS63163294A - 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 本発明は磁気センサに関するものである。

従来の技術 近年、種々の磁気センサが開発されている。その代表的
なものとして、磁気抵抗効果を利用するものと、ホール
効果を利用するものとがある。

この磁気センサは各種の機器において位置検出用として
広く使用されていて、より精度の高い位置検出のために
高感度化が求められている。

磁気抵抗効果素子には、インジウムアンチモンなどの半
導体材料で構成されているものと、パーマロイやニッケ
ル、コバルトなどの強磁性体材料で構成されているもの
とがある。いずれも多（は薄膜型、ａ歯型のタイプとさ
れ、−個あるいは複数個を組み合わせて使用されている
。

第４図は従来の磁気センサの代表的な構造を示す。

図において、４１．４２は対をなす磁気抵抗効果素体で
、これらによって磁気センサ４３が構成されている。４
４は磁気抵抗効果素体４１，４２の共通電極、４５．４
６はそれぞれの他方の電極である。磁気抵抗効果素体４
１，４２はそれに流れる電流の主方向が直交するよう配
置されている。

上記磁気センサの動作について、第５図を用いて説明す
る。同図（ａ）は第４図に示した磁気センサの動作原理
を説明するための図、同図（ｂ）はその出力特性を示す
図である。

電極４５．４６間に電圧Ｖｃｃを印加すると、磁界が印
加されていない場合、電極４４にＶｃｃ／２の出力電圧
が発生する。磁界の印加方向が電流の方向と平行の場合
に、磁気センサの抵抗値がもっとも大きくなり、それが
直交する場合には、もっとも小さくなる。このため、矢
印Ａ方向に磁界を印加すると、電極４４に得られる出力
電圧の値はＶｃｃ／２からずれることになる。したがっ
て、磁界の方向をθ度変化させると、電極４４の出力電
圧が変化することになる。

第５図（ｂ）は磁界の角度θに対する出力電圧の変化を
示した図であり、これからも明らかなように１８０度の
周期で出力電圧が変化する。

第６図（ａ）は第４図に示した磁気抵抗効果素体を二個
組合わせてブリッジ回路を構成した磁気センサの平面図
、同図（ｂ）はその出力特性を示す図である。第６図（
ｂ）からも明らかなように、同図（ａ）に示した装置は
第４図に示した装置に比べて同じ磁界強度の変化分に対
して２倍の大きさの出力電圧が得られる。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記従来の構成では感度をより高めるこ
とは困難なことである。その主な理由としては磁気抵抗
効果素子から外部へ導出するリード線が外来雑音を取込
んで、Ｓ／Ｎ比が低下し、結果的に感度を下げてしまう
ことによる。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、リードに
よる外界からの雑音を著しく低減させた高感度で、かつ
小型、安価な磁気センサの提供を目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明の磁気センサは、同一半導体基板を用いて、ＭＯ
Ｓ型電効果半導体装置で構成される差動増幅器をこの半
導体基板内に作り、磁気抵抗効果素体をブリッジ回路に
接続してなる磁気抵抗素子を前記半導体基板上に形成す
るとともに、磁気抵抗効果素子の出力端と差動増幅器の
入力端とを接続したものである。

作用 同一基板を用いて、差動増幅器はこの半導体基板内に作
りこみ、また、磁気抵抗効果素子はこの基板で支持する
構造としているので、接続部分に起因する雑音がほとん
ど無視できるほど小さなものとなる。

実施例 以下、本発明の磁気センサの一実施例について、図面を
用いて説明する。

第１図はこの実施例の一部破断斜視図である。

図において、１はシリコンなどからなる半導体基板で、
その表面にはシリコン酸化物などからなる絶縁膜２が選
択的に形成されている。３は磁気抵抗効果素子で、絶縁
膜２上に強磁性体材料で形成されている。磁気抵抗効果
素子３は、中心点に関して点対称に配置された磁気抵抗
効果素体４〜７を四辺とするブリッジ回路を構成してい
る。その相対向する二つの端子８，９が磁気抵抗効果素
子３に入力電圧を印加するための入力端子で、他の相対
向する二つの端子１０．１１が出力端子であるとともに
、差動増幅器を構成する一対のＭ　ＯＳ型型電界効果ト
ランジスタの各ゲート電極を兼ねている。

差動増幅器を構成するＭＯ８型電界効果トランジスタの
一方を代表させて、その構造について説明すると、１２
．１３は半導体基板ｌ内にそれぞれ形成されたソース領
域、ドレイン領域、１４゜１５はソース電極、ドレイン
電極である。１６はソース・ドレイン間にチャンネル層
を形成する領域上のゲート絶縁層、１７．１８は他方の
電極である。

以下にこの実施例の動作について説明する。

磁気抵抗効果素子３の入力端子８，９間に所定の電圧が
加えられ、かつＸ軸と平行に磁界が印加された場合には
、その出力端子でもあるＭＯ３型電界効果トランジスタ
のゲート電極１０．１１に出力電圧ｖｏが生じる。印加
磁界がｙ軸に平行である場合には、その出力電圧の極性
が反転して−Ｖｏが生ずる。そして、Ｘ軸とｙ軸とに４
５度をなす方向に磁界が印加されている場合には、ゲー
ト電極１０．１１間の出力電圧はＯとなる。したがって
、Ｘ軸、ｙ軸で形成される面内を磁界が回転すると、第
６図（ｂ）と同様な出力特性を示す。

第２図は上記磁気センサと抵抗体とによって構成された
装置の一例を示している。

この装置によれば、磁気抵抗効果素子３によって生じた
出力電圧はゲート電極１０．１１に印加され、ＭＯ８型
電界効果トランジスタによって増幅されて、そのソース
電極１４．１７間に得られる。

このようなＭＯ３型電界効果トランジスタで構成された
差動増幅器を有する半導体基板上に磁気抵抗効果素子３
を形成し、かつ相互に接続することにより、両者間の接
続部分から混入する雑音を無視できる大きさとすること
ができる。また、差動増幅器がＭＯ８型電界効果トラン
ジスタで構成されていることから、磁気抵抗効果素子の
出力端子１０．１１から電流が実質的に流れ出ず、その
ため増幅器が磁気抵抗効果素子３に与える影響がな（な
る。さらに差動増幅させることで、温度ドリフト、オフ
セット電圧などの影響を相殺することができる。

なお、本実施例では磁気抵抗効果素子を強磁性体材料で
構成した場合について述べて来たが、半導体材料を用い
て構成できるのは言うまでもないことである。

第３図は本発明の他の実施例の回路図である。

第１図の実施例においては同一半導体基板内に抵抗体を
形成することによって、第２図に示すような回路構成の
磁気センサを作ることができる。この場合、抵抗値のば
らつきなどによって、磁界が印加されていないときにも
出力電圧が零にならない、いわゆるオフセット出力が生
ずることがある。これを解消するため、トリミング用の
抵抗体１７を付加してその抵抗値を調整し、オフセット
出力を零にすることができる。

発明の効果 本発明は磁気抵抗効果素子とＭＯ３型電界効果トランジ
スタ差動増幅器とを同一半導体基板上に構成することに
より、両者間の接続部分から混入する雑音をきわめて小
さくすることができるので、Ｓ／Ｎ比を上げ、感度を高
めることができる。さらに、両者の一体化で、従来の装
置に比べて小型化でき、安価なものとすることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気センサの一実施例の一部破断斜視
図、第２図はＭＯ８型電界効果トランジスタで構成され
た差動増幅器と磁気抵抗効果素子との一接続例を示す回
路図、第３図は本発明の他の実施例の回路図、第４図は
従来の磁気センサの平面図、第５図（ａ）は第４図の磁
気センサの動作原理を説明するための図、同図（ｂ）は
磁界の印加方向と出力電圧との関係を示す図、第６図（
ａ）は第４図の磁気抵抗効果素子でブリッジ回路を構成
した磁気センサの概念図、同図（ｂ）はその磁界印加方
向と出力電圧との関係を示す図である。 １・・・・・・半導体基板、２・・・・・・絶縁膜、３
・・・・・・磁気抵抗素子、４〜７・・・・・・磁気抵
抗素体、８，９・・・・・・入力電子、１０．１１・・
・・・・出力端子（兼ゲート電極）、１２・・・・・・
ソース電極、１３・・・・・・ドレイン電極、１６・・
・・・・ゲート絶縁層。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板に形成されたＭＯＳ型電効果半導体装
   置で構成されているところの差動増幅器と、前記半導体
   基板上に絶縁膜を介して形成された、磁気抵抗効果素体
   をブリッジ回路に接続してなる磁気抵抗素子とを備え、
   前記磁気抵抗効果素子の出力端と前記差動増幅器の入力
   端とがそれぞれ接続されていることを特徴とする磁気セ
   ンサ。
2. （２）差動増幅器は不平衡電圧解消用の抵抗体を有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の磁
   気センサ。