JPWO2008093672A1 - Magnetic detector - Google Patents

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Abstract

【課題】 特に、同じ方向からの外部磁界に対して2強度以上の磁界強度変化を検知可能な磁気検出装置を提供することを目的としている。【解決手段】 第1磁気抵抗効果素子23の第1層間結合磁界Hin1と第2磁気抵抗効果素子28の第2層間結合磁界Hin2は共に正値で、しかも前記第2層間結合磁界Hin2が、第1層間結合磁界Hin1より大きく設定されている。これにより第1磁気抵抗効果素子23と第2磁気抵抗効果素子28は、(+H)方向からの外部磁界の磁界強度変化に対し磁気感度が異なる。したがって、各磁気抵抗効果素子23,28の電気抵抗値の変化に基づいて生成される各検出信号は、異なる磁界強度時に出力される。【選択図】図3In particular, an object of the present invention is to provide a magnetic detection device capable of detecting a change in magnetic field strength of two or more with respect to an external magnetic field from the same direction. A first interlayer coupling magnetic field Hin1 of a first magnetoresistance effect element 23 and a second interlayer coupling magnetic field Hin2 of a second magnetoresistance effect element 28 are both positive values, and the second interlayer coupling magnetic field Hin2 is It is set to be larger than one interlayer coupling magnetic field Hin1. Thereby, the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28 have different magnetic sensitivities with respect to the change in magnetic field strength of the external magnetic field from the (+ H) direction. Therefore, each detection signal generated based on the change in the electric resistance value of each magnetoresistive effect element 23, 28 is output at different magnetic field strengths. [Selection] Figure 3

Description

本発明は、同じ方向からの外部磁界に対して2強度以上の磁界強度変化を検知可能な磁気検出装置に関する。   The present invention relates to a magnetic detection device capable of detecting a change in magnetic field strength of 2 or more with respect to an external magnetic field from the same direction.

磁気センサには、例えば、外部磁界に対して電気抵抗が変化する巨大磁気抵抗効果(GMR効果)を利用したGMR素子が備えられている。   The magnetic sensor includes, for example, a GMR element using a giant magnetoresistance effect (GMR effect) in which an electric resistance changes with respect to an external magnetic field.

例えば下記の特許文献1に記載された発明には、GMR素子を備えた磁気スイッチが開示されている。
特開2003−60256号公報
For example, the invention described in Patent Document 1 below discloses a magnetic switch provided with a GMR element.
JP 2003-60256 A

ところで磁気センサの用途として、同じ方向からの外部磁界に対して2強度以上の磁界強度変化を検知したい場合がある。   By the way, as an application of a magnetic sensor, there is a case where it is desired to detect a change in magnetic field strength of 2 or more with respect to an external magnetic field from the same direction.

しかしながら特許文献1に開示された発明では、同じ方向からの外部磁界に対して2強度以上の磁界強度変化を検知することは出来ない。   However, in the invention disclosed in Patent Document 1, it is impossible to detect a change in magnetic field strength of 2 or more with respect to an external magnetic field from the same direction.

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、同じ方向からの外部磁界に対して2強度以上の磁界強度変化を検知可能な磁気検出装置を提供することを目的としている。   Accordingly, the present invention is to solve the above-described conventional problems, and in particular, to provide a magnetic detection device capable of detecting a change in magnetic field strength of two or more with respect to an external magnetic field from the same direction. .

本発明の磁気検出装置は、同じ方向からの外部磁界の磁界強度変化に対して電気特性が変化する複数の磁気検出素子を有し、
前記磁気検出素子は、夫々、前記磁界強度変化に対して磁気感度が異なり、
各磁気検出素子の電気特性の変化に基づいて生成される各検出信号は、同じ方向からの外部磁界に対して、異なる磁界強度時に出力されることを特徴とするものである。
The magnetic detection device of the present invention has a plurality of magnetic detection elements whose electrical characteristics change with respect to the magnetic field strength change of the external magnetic field from the same direction,
The magnetic detection elements have different magnetic sensitivities with respect to the magnetic field strength change,
Each detection signal generated based on a change in electrical characteristics of each magnetic detection element is output at different magnetic field strengths with respect to an external magnetic field from the same direction.

これにより、同じ方向からの外部磁界に対して2強度以上の磁界強度変化が検知可能となる。   This makes it possible to detect a change in magnetic field strength of 2 or more with respect to an external magnetic field from the same direction.

例えば、前記磁気検出素子は、非磁性中間層を挟んで対向する固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係で電気抵抗値が変動する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子であり、
各磁気検出素子の固定磁性層と前記フリー磁性層との間で作用する層間結合磁界Hinは同符号で、各磁気検出素子の層間結合磁界Hinの絶対値は異なる大きさであることが簡単且つ適切に各磁気検出素子の磁気感度を異ならせることができ好適である。
For example, the magnetic sensing element is a magnetoresistive effect element using a magnetoresistive effect in which an electric resistance value varies depending on a magnetization relationship between a fixed magnetic layer and a free magnetic layer facing each other across a nonmagnetic intermediate layer,
The interlayer coupling magnetic field Hin acting between the pinned magnetic layer of each magnetic sensing element and the free magnetic layer has the same sign, and the absolute value of the interlayer coupling magnetic field Hin of each magnetic sensing element is simply different in magnitude and It is preferable that the magnetic sensitivity of each magnetic detection element can be appropriately varied.

本発明では、各磁気検出素子は、夫々、別々のブリッジ回路に組み込まれ、各ブリッジ回路を構成する一つの直列回路は、外部磁界に対して電気抵抗が変化しない固定抵抗素子が直列接続された共通回路であり、前記共通回路の出力取り出し部は差動増幅器に接続され、
各ブリッジ回路の残りの直列回路には、夫々、前記磁気検出素子が組み込まれ、前記残りの直列回路の出力取り出し部と前記差動増幅器との間には、前記残りの直列回路の各出力取り出し部の前記差動増幅器への接続を切換えるスイッチ回路が設けられており、
前記スイッチ回路の切換え操作によって、各ブリッジ回路と差動増幅器との接続が切換えられることが好ましい。これにより抵抗素子数を減らすことができ、また差動増幅器を1つだけ設ければよく回路構成を簡単にすることが可能である。
In the present invention, each magnetic detection element is incorporated in a separate bridge circuit, and one series circuit constituting each bridge circuit is connected in series with a fixed resistance element whose electric resistance does not change with respect to an external magnetic field. A common circuit, the output extraction part of the common circuit is connected to a differential amplifier,
Each of the remaining series circuits of each bridge circuit incorporates the magnetic detection element, and each output of the remaining series circuit is extracted between the output extraction unit of the remaining series circuit and the differential amplifier. A switch circuit for switching the connection of the part to the differential amplifier is provided,
It is preferable that the connection between each bridge circuit and the differential amplifier is switched by the switching operation of the switch circuit. As a result, the number of resistance elements can be reduced, and the circuit configuration can be simplified by providing only one differential amplifier.

また本発明では、各検出信号は、共通の閾値により生成されることが、回路構成を簡単にでき好適である。   In the present invention, it is preferable that each detection signal is generated with a common threshold because the circuit configuration can be simplified.

本発明の磁気検出装置によれば、同じ方向からの外部磁界に対して2強度以上の磁界強度変化を検知することが出来る。   According to the magnetic detection apparatus of the present invention, it is possible to detect a change in magnetic field strength of 2 or more with respect to an external magnetic field from the same direction.

図1,図2は本実施形態の磁気検出装置20の回路構成図、図3は第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子のR−H曲線を説明するためのグラフ、図4は、本実施形態の磁気検出装置の部分斜視図、図5は、図4に示すA−A線から厚さ方向に前記磁気検出装置を切断し矢印方向から見た前記磁気検出装置の部分断面図、図6は、第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子の層構造を示す部分断面図、である。   1 and 2 are circuit configuration diagrams of the magnetic detection device 20 of the present embodiment, FIG. 3 is a graph for explaining the RH curves of the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element, and FIG. FIG. 5 is a partial perspective view of the magnetic detection device of the present embodiment, and FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection device as viewed from the direction of the arrow when the magnetic detection device is cut in the thickness direction from the line AA shown in FIG. FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing the layer structure of the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element.

図1に示す本実施形態の磁気検出装置20は、抵抗素子部21と集積回路(IC)22とを有して構成される。   A magnetic detection device 20 according to this embodiment shown in FIG. 1 includes a resistance element unit 21 and an integrated circuit (IC) 22.

前記抵抗素子部21には、第1磁気抵抗効果素子23と第1固定抵抗素子24とが第1出力取り出し部25を介して直列接続された第1直列回路26、第2固定抵抗素子27と第2磁気抵抗効果素子28とが第2出力取り出し部29を介して直列接続された第2直列回路30、及び、第3固定抵抗素子31と第4固定抵抗素子32が第3出力取り出し部33を介して直列接続された第3直列回路34が設けられる。   The resistance element section 21 includes a first series circuit 26, a second fixed resistance element 27, and a first magnetoresistive effect element 23 and a first fixed resistance element 24 connected in series via a first output extraction section 25. A second series circuit 30 in which the second magnetoresistive effect element 28 is connected in series via the second output extraction unit 29, and a third fixed resistance element 31 and a fourth fixed resistance element 32 are in the third output extraction unit 33. A third series circuit 34 connected in series via is provided.

前記第3直列回路34は、共通回路として前記第1直列回路26及び前記第2直列回路30と夫々ブリッジ回路を構成している。以下では前記第1直列回路26と前記第3直列回路34とが並列接続されてなるブリッジ回路を第1ブリッジ回路BC1と、前記第2直列回路30と前記第3直列回路34とが並列接続されてなるブリッジ回路を第2ブリッジ回路BC2と称する。   The third series circuit 34 forms a bridge circuit with the first series circuit 26 and the second series circuit 30 as a common circuit. Hereinafter, a bridge circuit formed by connecting the first series circuit 26 and the third series circuit 34 in parallel is referred to as a first bridge circuit BC1, and the second series circuit 30 and the third series circuit 34 are connected in parallel. This bridge circuit is referred to as a second bridge circuit BC2.

図1に示すように、前記第1ブリッジ回路BC1では、第1磁気抵抗効果素子23と、前記第4固定抵抗素子32が並列接続されるとともに、前記第1固定抵抗素子24と前記第3固定抵抗素子31が並列接続されている。また前記第2ブリッジ回路BC2では、前記第2固定抵抗素子27と、前記第3固定抵抗素子31が並列接続されるとともに、前記第2磁気抵抗効果素子28と前記第4固定抵抗素子32が並列接続されている。   As shown in FIG. 1, in the first bridge circuit BC1, a first magnetoresistance effect element 23 and a fourth fixed resistance element 32 are connected in parallel, and the first fixed resistance element 24 and the third fixed resistance are connected. The resistance element 31 is connected in parallel. In the second bridge circuit BC2, the second fixed resistance element 27 and the third fixed resistance element 31 are connected in parallel, and the second magnetoresistance effect element 28 and the fourth fixed resistance element 32 are connected in parallel. It is connected.

図1に示すように前記集積回路22には入力端子(電源)39、アース端子42及び2つの外部出力端子40,41が設けられている。前記入力端子39、アース端子42及び外部出力端子40,41は夫々図示しない機器側の端子部とワイヤボンディングやダイボンディング等で電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1, the integrated circuit 22 is provided with an input terminal (power source) 39, a ground terminal 42, and two external output terminals 40 and 41. The input terminal 39, the ground terminal 42, and the external output terminals 40 and 41 are electrically connected to terminal portions on the device side (not shown) by wire bonding, die bonding or the like.

前記入力端子39に接続された信号ライン50及び前記アース端子42に接続された信号ライン51は、前記第1直列回路26,第2直列回路30及び第3直列回路34の両側端部に設けられた電極の夫々に接続されている。   A signal line 50 connected to the input terminal 39 and a signal line 51 connected to the ground terminal 42 are provided at both ends of the first series circuit 26, the second series circuit 30, and the third series circuit 34. Connected to each of the electrodes.

図1に示すように集積回路22内には、1つの差動増幅器35が設けられ、前記差動増幅器35の+入力部、−入力部のどちらかに、前記第3直列回路34の第3出力取り出し部33が接続されている。なお、前記第3出力取り出し部33と前記差動増幅器35の接続は、次に説明する、前記第1直列回路26の第1出力取り出し部25及び第2直列回路30の第2出力取り出し部29と差動増幅器35間の接続状態と異なって固定されている(非接続状態にはならない)。   As shown in FIG. 1, a single differential amplifier 35 is provided in the integrated circuit 22, and the third series circuit 34 of the third series circuit 34 is connected to either the + input section or the −input section of the differential amplifier 35. An output extraction unit 33 is connected. The connection between the third output extraction unit 33 and the differential amplifier 35 is described below. The first output extraction unit 25 of the first series circuit 26 and the second output extraction unit 29 of the second series circuit 30 will be described below. Unlike the connection state between the differential amplifier 35 and the differential amplifier 35, they are fixed (not connected).

前記第1直列回路26の第1出力取り出し部25及び第2直列回路30の第2出力取り出し部29は夫々第1スイッチ回路36の入力部に接続され、前記第1スイッチ回路36の出力部は前記差動増幅器35の−入力部、+入力部のどちらか(前記第3出力取り出し部33が接続されていない側の入力部)に接続されている。   The first output extraction section 25 of the first series circuit 26 and the second output extraction section 29 of the second series circuit 30 are connected to the input section of the first switch circuit 36, respectively. The output section of the first switch circuit 36 is The differential amplifier 35 is connected to either the − input part or the + input part (the input part on the side where the third output extraction part 33 is not connected).

図1に示すように、前記差動増幅器35の出力部はシュミットトリガー型のコンパレータ38に接続され、さらに前記コンパレータ38の出力部は第2スイッチ回路43の入力部に接続され、さらに前記第2スイッチ回路43の出力部側は2つのラッチ回路46,47及びFET回路54、55を経て第1外部出力端子40及び第2外部出力端子41に夫々接続される。   As shown in FIG. 1, the output section of the differential amplifier 35 is connected to a Schmitt trigger type comparator 38, and the output section of the comparator 38 is connected to the input section of a second switch circuit 43. The output side of the switch circuit 43 is connected to the first external output terminal 40 and the second external output terminal 41 via the two latch circuits 46 and 47 and the FET circuits 54 and 55, respectively.

さらに図1に示すように、前記集積回路22内には第3スイッチ回路48が設けられている。前記第3スイッチ回路48の出力部は、前記アース端子42に接続された信号ライン51に接続され、前記第3スイッチ回路48の入力部には、第1直列回路26及び第2直列回路30の一端部が接続されている。   Further, as shown in FIG. 1, a third switch circuit 48 is provided in the integrated circuit 22. The output part of the third switch circuit 48 is connected to a signal line 51 connected to the ground terminal 42, and the input part of the third switch circuit 48 is connected to the first series circuit 26 and the second series circuit 30. One end is connected.

さらに図1に示すように、前記集積回路22内には、インターバルスイッチ回路52及びクロック回路53が設けられている。前記インターバルスイッチ回路52のスイッチがオフされると集積回路22内への通電が停止するようになっている。前記インターバルスイッチ回路52のスイッチのオン・オフは、前記クロック回路53からのクロック信号に連動しており、前記インターバルスイッチ回路52は通電状態を間欠的に行う節電機能を有している。   Further, as shown in FIG. 1, an interval switch circuit 52 and a clock circuit 53 are provided in the integrated circuit 22. When the switch of the interval switch circuit 52 is turned off, the power supply to the integrated circuit 22 is stopped. The on / off of the switch of the interval switch circuit 52 is interlocked with the clock signal from the clock circuit 53, and the interval switch circuit 52 has a power saving function for intermittently energizing.

前記クロック回路53からのクロック信号は、第1スイッチ回路36、第2スイッチ回路43、及び第3スイッチ回路48にも出力される。前記第1スイッチ回路36、第2スイッチ回路43、及び第3スイッチ回路48では前記クロック信号を受けると、そのクロック信号を分割し、非常に短い周期でスイッチ動作を行うように制御されている。例えば1パルスのクロック信号が数十msecであるとき、数十μmsec毎にスイッチ動作を行う。   The clock signal from the clock circuit 53 is also output to the first switch circuit 36, the second switch circuit 43, and the third switch circuit 48. When receiving the clock signal, the first switch circuit 36, the second switch circuit 43, and the third switch circuit 48 are controlled so as to divide the clock signal and perform the switch operation with a very short cycle. For example, when one pulse of the clock signal is several tens of milliseconds, the switching operation is performed every several tens of micrometers.

例えば、この磁気検出装置20は、折り畳み式の携帯電話においてキースイッチが配列された本体部に内蔵される。液晶デバイスなどの表示装置を有する折り畳み部には、マグネットMが搭載される。   For example, the magnetic detection device 20 is built in a main body in which key switches are arranged in a foldable mobile phone. A magnet M is mounted on a folding portion having a display device such as a liquid crystal device.

この磁気検出装置20の配置箇所は、前記携帯電話に限られるものではなく、例えば自動車に搭載されて、シートポジションの検出部や、シートベルトの着脱検出部に使用することもできる。   The location of the magnetic detection device 20 is not limited to the mobile phone, and can be used, for example, for a seat position detection unit or a seat belt attachment / detachment detection unit mounted in an automobile.

本実施形態の磁気検出装置20の断面形状について図5を用いて説明する。図5に示すように、前記磁気検出装置20は、基板70上に、集積回路22を構成する差動増幅器やコンパレータ等の能動素子71〜76、及び配線層77が形成されている。前記配線層77は、例えば、アルミニウム(Al)で形成される。   The cross-sectional shape of the magnetic detection device 20 of this embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, in the magnetic detection device 20, active elements 71 to 76 such as a differential amplifier and a comparator constituting the integrated circuit 22 and a wiring layer 77 are formed on a substrate 70. The wiring layer 77 is made of, for example, aluminum (Al).

図5に示すように、前記基板70上及び集積回路22上は、レジスト層等から成る絶縁層78で覆われている。前記絶縁層78には、前記配線層77上の一部に穴部78bが形成され、前記穴部78bから前記配線層78の上面が露出している。   As shown in FIG. 5, the substrate 70 and the integrated circuit 22 are covered with an insulating layer 78 made of a resist layer or the like. A hole 78b is formed in a part of the insulating layer 78 on the wiring layer 77, and an upper surface of the wiring layer 78 is exposed from the hole 78b.

前記絶縁層78の表面78aは平坦化面で形成され、平坦化された前記絶縁層78の表面78aに、第1磁気抵抗効果素子23、第2磁気抵抗効果素子28、第1固定抵抗素子24、第2固定抵抗素子27、第3固定抵抗素子31、及び第4固定抵抗素子32が図4に示すミアンダー形状で形成されている。ミアンダー形状で形成することで、各素子の素子抵抗を増大させることができる。   The surface 78a of the insulating layer 78 is formed as a planarized surface, and the first magnetoresistive element 23, the second magnetoresistive element 28, and the first fixed resistive element 24 are formed on the planarized surface 78a of the insulating layer 78. The second fixed resistance element 27, the third fixed resistance element 31, and the fourth fixed resistance element 32 are formed in the meander shape shown in FIG. By forming it in a meander shape, the element resistance of each element can be increased.

図4に示すように、各素子の両側端部には、電極23a,23b,24a,24b,27a,27b,28a,28b、31a、31b、32a、32bが形成される。前記第1磁気抵抗効果素子23の電極23bと前記第1固定抵抗素子24の電極24b間が第1出力取り出し部25によって接続され、前記第1出力取り出し部25が図5に示すように前記配線層77上に電気的に接続されている。同様に、第2固定抵抗素子27の電極27bと第2磁気抵抗効果素子28の電極28b間が第2出力取り出し部29により接続され、図示しない配線層に電気的に接続されている。さらに、第3固定抵抗素子31の電極31bと第4固定抵抗素子32の電極32b間が第3出力取り出し部33により接続され、図示しない配線層に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 4, electrodes 23a, 23b, 24a, 24b, 27a, 27b, 28a, 28b, 31a, 31b, 32a, and 32b are formed at both ends of each element. The electrode 23b of the first magnetoresistive effect element 23 and the electrode 24b of the first fixed resistance element 24 are connected by a first output extraction unit 25, and the first output extraction unit 25 is connected to the wiring as shown in FIG. It is electrically connected on the layer 77. Similarly, the electrode 27b of the second fixed resistance element 27 and the electrode 28b of the second magnetoresistance effect element 28 are connected by the second output extraction portion 29 and electrically connected to a wiring layer (not shown). Further, the electrode 31b of the third fixed resistance element 31 and the electrode 32b of the fourth fixed resistance element 32 are connected by the third output extraction portion 33 and are electrically connected to a wiring layer (not shown).

図5に示すように、前記素子上、電極上及び出力取り出し部上は、例えばアルミナやシリカで形成された絶縁層80で覆われている。そして前記磁気検出装置20はモールド樹脂81によりパッケージ化される。   As shown in FIG. 5, the element, the electrode, and the output extraction portion are covered with an insulating layer 80 made of, for example, alumina or silica. The magnetic detection device 20 is packaged with a mold resin 81.

前記第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子28は、共に(+H)方向の外部磁界の磁界強度変化に基づいて巨大磁気抵抗効果(GMR効果)を発揮するGMR素子である。   The first magnetoresistive element 23 and the second magnetoresistive element 28 are both GMR elements that exhibit a giant magnetoresistive effect (GMR effect) based on a change in magnetic field strength of an external magnetic field in the (+ H) direction.

ここで、(+H)方向の外部磁界はある一方向を示し、本実施形態では、図示X1方向に向く方向である(図6を参照)。   Here, the external magnetic field in the (+ H) direction indicates a certain direction, and in this embodiment, the direction is in the X1 direction shown in the drawing (see FIG. 6).

前記第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子28の層構造及びR―H曲線について以下で詳しく説明する。図6は、前記磁気抵抗効果素子23,28を直接、基板70上に形成したと仮定した場合の断面図である。実際には図5に示すように基板70上には集積回路22、絶縁層78が設けられ、前記絶縁層78上に前記第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子28が設けられる。   The layer structure and RH curve of the first magnetoresistive element 23 and the second magnetoresistive element 28 will be described in detail below. FIG. 6 is a cross-sectional view when it is assumed that the magnetoresistive elements 23 and 28 are formed directly on the substrate 70. In practice, as shown in FIG. 5, the integrated circuit 22 and the insulating layer 78 are provided on the substrate 70, and the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28 are provided on the insulating layer 78. .

図6に示すように、前記第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子28は共に、下から下地層60,シード層61、反強磁性層62、固定磁性層63、非磁性中間層64、67(第1磁気抵抗効果素子23の非磁性中間層を符号64、第2磁気抵抗効果素子28の非磁性中間層を符号67とした)、フリー磁性層65、及び保護層66の順で積層されている。前記下地層60は、例えば、Ta,Hf,Nb,Zr,Ti,Mo,Wのうち1種または2種以上の元素の非磁性材料で形成される。前記シード層61は、NiFeCrあるいはCrで形成される。前記反強磁性層62は、元素α(ただしαは、Pt,Pd,Ir,Rh,Ru,Osのうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料、又は、元素αと元素α′(ただし元素α′は、Ne,Ar,Kr,Xe,Be,B,C,N,Mg,Al,Si,P,Ti,V,Cr,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Ge,Zr,Nb,Mo,Ag,Cd,Sn,Hf,Ta,W,Re,Au,Pb、及び希土類元素のうち1種または2種以上の元素である)とMnとを含有する反強磁性材料で形成される。例えば前記反強磁性層62は、IrMnやPtMnで形成される。前記固定磁性層63及びフリー磁性層65はCoFe合金、NiFe合金、CoFeNi合金等の磁性材料で形成される。また前記非磁性中間層64,67はCu等で形成される。また前記保護層66はTa等で形成される。前記固定磁性層63やフリー磁性層65は積層フェリ構造(磁性層/非磁性層/磁性層の積層構造であり、非磁性層を挟んだ2つの磁性層の磁化方向が反平行である構造)であってもよい。また前記固定磁性層63やフリー磁性層65は材質の異なる複数の磁性層の積層構造であってもよい。   As shown in FIG. 6, the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28 are each composed of an underlayer 60, a seed layer 61, an antiferromagnetic layer 62, a fixed magnetic layer 63, a nonmagnetic intermediate, from the bottom. Layers 64 and 67 (the nonmagnetic intermediate layer of the first magnetoresistive effect element 23 is denoted by reference numeral 64 and the nonmagnetic intermediate layer of the second magnetoresistive effect element 28 is denoted by reference numeral 67), the free magnetic layer 65, and the protective layer 66 They are stacked in order. The underlayer 60 is made of, for example, a nonmagnetic material of one or more elements selected from Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W. The seed layer 61 is made of NiFeCr or Cr. The antiferromagnetic layer 62 includes an anti-ferromagnetic material containing an element α (where α is one or more of Pt, Pd, Ir, Rh, Ru, and Os) and Mn. Or, element α and element α ′ (where element α ′ is Ne, Ar, Kr, Xe, Be, B, C, N, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni) , Cu, Zn, Ga, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, Cd, Sn, Hf, Ta, W, Re, Au, Pb, and rare earth elements are one or more elements) and It is formed of an antiferromagnetic material containing Mn. For example, the antiferromagnetic layer 62 is made of IrMn or PtMn. The pinned magnetic layer 63 and the free magnetic layer 65 are made of a magnetic material such as a CoFe alloy, a NiFe alloy, or a CoFeNi alloy. The nonmagnetic intermediate layers 64 and 67 are made of Cu or the like. The protective layer 66 is made of Ta or the like. The pinned magnetic layer 63 and the free magnetic layer 65 have a laminated ferrimagnetic structure (magnetic layer / nonmagnetic layer / magnetic layer laminated structure in which the magnetization directions of two magnetic layers sandwiching the nonmagnetic layer are antiparallel) It may be. The pinned magnetic layer 63 and the free magnetic layer 65 may have a laminated structure of a plurality of magnetic layers made of different materials.

前記第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子28では、前記反強磁性層62と前記固定磁性層63とが接して形成されているため磁場中熱処理を施すことにより前記反強磁性層62と前記固定磁性層63との界面に交換結合磁界(Hex)が生じ、前記固定磁性層63の磁化方向は一方向に固定される。図4、図6では、前記固定磁性層63の磁化方向63aを矢印方向で示している。第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子28において前記固定磁性層63の磁化方向63aは共に図示X2方向である。   In the first magnetoresistive element 23 and the second magnetoresistive element 28, the antiferromagnetic layer 62 and the pinned magnetic layer 63 are formed in contact with each other. An exchange coupling magnetic field (Hex) is generated at the interface between the layer 62 and the pinned magnetic layer 63, and the magnetization direction of the pinned magnetic layer 63 is fixed in one direction. 4 and 6, the magnetization direction 63a of the pinned magnetic layer 63 is indicated by the arrow direction. In the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28, the magnetization direction 63a of the fixed magnetic layer 63 is the X2 direction shown in the drawing.

また、無磁場状態(外部磁界が作用していないとき)での前記フリー磁性層65の磁化方向65aは、第1磁気抵抗効果素子23と第2磁気抵抗効果素子28共に、図示X2方向である。よって無磁場状態では、前記固定磁性層63の磁化方向63aと前記フリー磁性層65の磁化方向65aは平行状態である。   Further, the magnetization direction 65a of the free magnetic layer 65 in the absence of a magnetic field (when no external magnetic field is applied) is the X2 direction in the drawing for both the first magnetoresistance effect element 23 and the second magnetoresistance effect element 28. . Therefore, in the non-magnetic state, the magnetization direction 63a of the pinned magnetic layer 63 and the magnetization direction 65a of the free magnetic layer 65 are in a parallel state.

図6に示すように前記第1磁気抵抗効果素子23と前記第2磁気抵抗効果素子28では非磁性中間層64、67の膜厚が異なっている。前記非磁性中間層64,67は上記したように例えばCuで形成されるが、Cu厚を変化させることで固定磁性層63とフリー磁性層65との間で作用する層間結合磁界Hinの大きさが変化する。   As shown in FIG. 6, the film thicknesses of the nonmagnetic intermediate layers 64 and 67 are different between the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28. The nonmagnetic intermediate layers 64 and 67 are made of Cu, for example, as described above, but the magnitude of the interlayer coupling magnetic field Hin acting between the pinned magnetic layer 63 and the free magnetic layer 65 by changing the Cu thickness. Changes.

前記第1磁気抵抗効果素子23に作用する第1層間結合磁界Hin1と、前記第2磁気抵抗効果素子28に作用する第2層間結合磁界Hin2は、同符号であり、前記第1層間結合磁界Hin1の絶対値は、前記第2層間結合磁界Hin2の絶対値よりも小さくなるように、前記非磁性中間層64,67の膜厚が調整されている。   The first interlayer coupling magnetic field Hin1 acting on the first magnetoresistance effect element 23 and the second interlayer coupling magnetic field Hin2 acting on the second magnetoresistance effect element 28 have the same sign, and the first interlayer coupling magnetic field Hin1 The film thicknesses of the nonmagnetic intermediate layers 64 and 67 are adjusted so that the absolute value of is smaller than the absolute value of the second interlayer coupling magnetic field Hin2.

図3は、第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子28のR−H曲線を示す。なおグラフでは縦軸が抵抗値Rであるが、抵抗変化率(%)であってもよい。図3に示すように、外部磁界を無磁場状態(ゼロ)から徐々に(+H)方向に増加していくと、第1磁気抵抗効果素子23のフリー磁性層65の磁化6方向65aと固定磁性層63の磁化方向63aとの平行状態が崩れて反平行状態に近づくため前記第1磁気抵抗効果素子23の抵抗値Rは、曲線HC1上を辿って徐々に大きくなり、やがて最大抵抗値に達する。そこから(+H)方向の外部磁界を徐々にゼロに向けて小さくしていくと、前記第1磁気抵抗効果素子23の抵抗値Rは、曲線HC2上を辿って徐々に小さくなり、やがて最小抵抗値に達する。   FIG. 3 shows RH curves of the first magnetoresistance effect element 23 and the second magnetoresistance effect element 28. In the graph, the vertical axis represents the resistance value R, but the resistance change rate (%) may also be used. As shown in FIG. 3, when the external magnetic field is gradually increased from the zero magnetic field state (zero) in the (+ H) direction, the magnetization 6 direction 65 a of the free magnetic layer 65 of the first magnetoresistance effect element 23 and the fixed magnetism. Since the parallel state with the magnetization direction 63a of the layer 63 collapses and approaches an antiparallel state, the resistance value R of the first magnetoresistance effect element 23 gradually increases along the curve HC1 and eventually reaches the maximum resistance value. . When the external magnetic field in the (+ H) direction is gradually reduced toward zero from there, the resistance value R of the first magnetoresistive element 23 gradually decreases along the curve HC2, and eventually reaches the minimum resistance. Reach value.

このように、第1磁気抵抗効果素子23のR−H曲線には、(+H)方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、曲線HC1と曲線HC2で囲まれたループ部L1が形成される。前記第1磁気抵抗効果素子23の最大抵抗値と最低抵抗値の中間値であって、前記ループ部L1の広がり幅の中心値がループ部L1の「中点」である。そして前記ループ部L1の中点から外部磁界H=0(Oe)のラインまでの磁界の強さで第1層間結合磁界Hin1の大きさが決定される。図3に示すように第1磁気抵抗効果素子23の前記第1層間結合磁界Hin1は(+H)方向の外部磁界方向へシフトしている。   Thus, the loop portion L1 surrounded by the curves HC1 and HC2 is formed in the RH curve of the first magnetoresistance effect element 23 with respect to the change in magnetic field strength of the external magnetic field in the (+ H) direction. . The intermediate value of the maximum resistance value and the minimum resistance value of the first magnetoresistive element 23, and the center value of the spread width of the loop portion L1 is the “midpoint” of the loop portion L1. The magnitude of the first interlayer coupling magnetic field Hin1 is determined by the strength of the magnetic field from the midpoint of the loop portion L1 to the line of the external magnetic field H = 0 (Oe). As shown in FIG. 3, the first interlayer coupling magnetic field Hin1 of the first magnetoresistive effect element 23 is shifted in the direction of the external magnetic field in the (+ H) direction.

図3に示すように、第1磁気抵抗効果素子23の電気抵抗値が変化する外部磁界の磁界強度では、第2磁気抵抗効果素子28の電気抵抗値は変化しない。すなわち前記第2磁気抵抗効果素子28のフリー磁性層65の磁化方向65aと固定磁性層63の磁化方向63aは、図6に示す平行状態を保ち電気抵抗値が低いままとなっている。   As shown in FIG. 3, the electrical resistance value of the second magnetoresistive effect element 28 does not change at the magnetic field strength of the external magnetic field where the electrical resistance value of the first magnetoresistive effect element 23 changes. That is, the magnetization direction 65a of the free magnetic layer 65 of the second magnetoresistive effect element 28 and the magnetization direction 63a of the pinned magnetic layer 63 maintain the parallel state shown in FIG.

さらに(+H)方向からの外部磁界の磁界強度を強くしていくと、やがて、第2磁気抵抗効果素子28のフリー磁性層65の磁化方向65aが、図示X2方向から徐々に図示X1方向へ移動し、前記フリー磁性層65の磁化方向65aと固定磁性層63の磁化方向63aとの平行状態が崩れて反平行状態に近づくため前記第2磁気抵抗効果素子28の抵抗値Rは、曲線HC3上を辿って徐々に大きくなり、やがて最大抵抗値に達する。そこから(+H)方向の外部磁界の磁界強度を徐々に小さくしていくと、前記第2磁気抵抗効果素子28の抵抗値Rは、曲線HC4上を辿って徐々に小さくなり、やがて最小抵抗値に達する。   When the magnetic field strength of the external magnetic field from the (+ H) direction is further increased, the magnetization direction 65a of the free magnetic layer 65 of the second magnetoresistance effect element 28 gradually moves from the X2 direction to the X1 direction. Since the parallel state of the magnetization direction 65a of the free magnetic layer 65 and the magnetization direction 63a of the pinned magnetic layer 63 collapses and approaches an antiparallel state, the resistance value R of the second magnetoresistance effect element 28 is on the curve HC3. The maximum resistance value is reached after a while. When the magnetic field strength of the external magnetic field in the (+ H) direction is gradually reduced from there, the resistance value R of the second magnetoresistance effect element 28 gradually decreases along the curve HC4, and eventually the minimum resistance value. To reach.

このように、第2磁気抵抗効果素子28のR−H曲線には、(+H)方向の外部磁界の磁界強度変化に対して、曲線HC3と曲線HC4で囲まれたループ部L2が形成される。前記第2磁気抵抗効果素子28の最大抵抗値と最低抵抗値の中間値であって、前記ループ部L2の広がり幅の中心値がループ部L1の「中点」である。そして前記ループ部L2の中点から外部磁界H=0(Oe)のラインまでの磁界の強さで第1層間結合磁界Hin2の大きさが決定される。図3に示すように第2磁気抵抗効果素子28の前記第2層間結合磁界Hin2は(+H)方向の外部磁界方向へシフトしている。   Thus, the loop portion L2 surrounded by the curves HC3 and HC4 is formed in the RH curve of the second magnetoresistive element 28 with respect to the change in the magnetic field strength of the external magnetic field in the (+ H) direction. . The intermediate value of the maximum resistance value and the minimum resistance value of the second magnetoresistive element 28, and the center value of the spread width of the loop portion L2 is the “midpoint” of the loop portion L1. The magnitude of the first interlayer coupling magnetic field Hin2 is determined by the strength of the magnetic field from the midpoint of the loop portion L2 to the line of the external magnetic field H = 0 (Oe). As shown in FIG. 3, the second interlayer coupling magnetic field Hin2 of the second magnetoresistive element 28 is shifted in the direction of the external magnetic field in the (+ H) direction.

(+H)方向の外部磁界の磁界強度を正値、(−H)方向の外部磁界の磁界強度を負値とすれば、前記第1磁気抵抗効果素子23の第1層間結合磁界Hin1と第2磁気抵抗効果素子28の第2層間結合磁界Hin2は共に正値である。なお、前記第1磁気抵抗効果素子23の第1層間結合磁界Hin1と第2磁気抵抗効果素子28の第2層間結合磁界Hin2は共に負値であってもよい。   If the magnetic field strength of the external magnetic field in the (+ H) direction is a positive value and the magnetic field strength of the external magnetic field in the (−H) direction is a negative value, the first interlayer coupling magnetic field Hin1 and the second magnetic field of the first magnetoresistance effect element 23 The second interlayer coupling magnetic field Hin2 of the magnetoresistive effect element 28 is both positive. The first interlayer coupling magnetic field Hin1 of the first magnetoresistance effect element 23 and the second interlayer coupling magnetic field Hin2 of the second magnetoresistance effect element 28 may both be negative values.

いずれにしても本実施形態では、第1層間結合磁界Hin1と第2層間結合磁界Hin2が同符号で、しかも、前記第1層間結合磁界Hin1の絶対値と前記第2層間結合磁界Hin2の絶対値が異なる大きさに調整されている。これにより前記第1磁気抵抗効果素子23と第2磁気抵抗効果素子28の同じ方向からの外部磁界の磁界強度に対する磁気感度は異なっている。   In any case, in the present embodiment, the first interlayer coupling magnetic field Hin1 and the second interlayer coupling magnetic field Hin2 have the same sign, and the absolute value of the first interlayer coupling magnetic field Hin1 and the absolute value of the second interlayer coupling magnetic field Hin2 Are adjusted to different sizes. Accordingly, the magnetic sensitivities of the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28 with respect to the magnetic field strength of the external magnetic field from the same direction are different.

図3に示す実施形態では、(+H)方向からの外部磁界の磁界強度変化に対して、第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子28は共に電気抵抗値が変化するが、第2磁気抵抗効果素子28は、第1磁気抵抗効果素子23に比べ、強い磁界強度により電気抵抗値が変化する。   In the embodiment shown in FIG. 3, the electric resistance value of both the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28 changes with respect to the magnetic field strength change of the external magnetic field from the (+ H) direction. As compared with the first magnetoresistive effect element 23, the 2 magnetoresistive effect element 28 changes its electric resistance value with a stronger magnetic field strength.

一方、第1固定抵抗素子24、第2固定抵抗素子27、第3固定抵抗素子31及び第4固定抵抗素子32は、いずれも外部磁界に対して電気抵抗値は変化しない。   On the other hand, the first fixed resistance element 24, the second fixed resistance element 27, the third fixed resistance element 31, and the fourth fixed resistance element 32 do not change the electric resistance value with respect to the external magnetic field.

例えば、第1固定抵抗素子24、第2固定抵抗素子27、第3固定抵抗素子31及び第4固定抵抗素子32は、前記第1磁気抵抗効果素子23や第2磁気抵抗効果素子28と同じ材料構成で形成されるが、前記第1磁気抵抗効果素子23や第2磁気抵抗効果素子28と異なって、フリー磁性層65と非磁性中間層64とが逆積層されている。すなわち、第1固定抵抗素子24、第2固定抵抗素子27、第3固定抵抗素子31及び第4固定抵抗素子32は、下から下地層60、シード層61、反強磁性層62、固定磁性層63、フリー磁性層65、非磁性中間層64、及び保護層66の順に積層される。前記フリー磁性層65は、前記固定磁性層63に接して形成されるため、第1磁気抵抗効果素子23や第2磁気抵抗効果素子28のように外部磁界に対して磁化変動せず、もはやフリー磁性層65として機能しない(固定磁性層63と同様に磁化方向が固定された磁性層である)。   For example, the first fixed resistance element 24, the second fixed resistance element 27, the third fixed resistance element 31, and the fourth fixed resistance element 32 are made of the same material as the first magnetoresistance effect element 23 and the second magnetoresistance effect element 28. Unlike the first magnetoresistive element 23 and the second magnetoresistive element 28, the free magnetic layer 65 and the nonmagnetic intermediate layer 64 are reversely stacked. That is, the first fixed resistance element 24, the second fixed resistance element 27, the third fixed resistance element 31, and the fourth fixed resistance element 32 are the base layer 60, the seed layer 61, the antiferromagnetic layer 62, and the fixed magnetic layer from the bottom. 63, a free magnetic layer 65, a nonmagnetic intermediate layer 64, and a protective layer 66 are laminated in this order. Since the free magnetic layer 65 is formed in contact with the pinned magnetic layer 63, unlike the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28, the magnetization does not fluctuate with respect to an external magnetic field and is no longer free. It does not function as the magnetic layer 65 (like the pinned magnetic layer 63, it is a magnetic layer whose magnetization direction is fixed).

このように、第1固定抵抗素子24、第2固定抵抗素子27、第3固定抵抗素子31及び第4固定抵抗素子32を、前記第1磁気抵抗効果素子23や第2磁気抵抗効果素子28と同じ材料構成で形成することで、前記第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子28の温度係数(TCR)と、各固定抵抗素子24、27、31、32の温度係数とのばらつきを抑制できる。   Thus, the first fixed resistance element 24, the second fixed resistance element 27, the third fixed resistance element 31, and the fourth fixed resistance element 32 are connected to the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28. By forming with the same material configuration, the temperature coefficient (TCR) of the first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28 and the temperature coefficient of each fixed resistance element 24, 27, 31, 32 are varied. Can be suppressed.

次に、外部磁界の検出原理について説明する。
図1は、第1ブリッジ回路BC1と第1外部出力端子40とが接続された回路状態を示し、図2は、第2ブリッジ回路BC2と第2外部出力端子41とが接続された回路状態を示す。
Next, the principle of detecting an external magnetic field will be described.
FIG. 1 shows a circuit state in which the first bridge circuit BC1 and the first external output terminal 40 are connected, and FIG. 2 shows a circuit state in which the second bridge circuit BC2 and the second external output terminal 41 are connected. Show.

本実施形態の磁気検出装置20に作用する(+H)方向の外部磁界がゼロから徐々に大きくなると、まず、第1磁気抵抗効果素子23の電気抵抗値が変動し、前記第1直列回路26の第1出力取り出し部25での中点電位が変動する。   When the external magnetic field in the (+ H) direction acting on the magnetic detection device 20 of this embodiment gradually increases from zero, first, the electrical resistance value of the first magnetoresistive effect element 23 fluctuates, and the first series circuit 26 The midpoint potential at the first output extraction unit 25 varies.

今、図1に示す回路状態では、前記第3直列回路34の第3出力取り出し部33の中点電位を基準電位とし、前記第1直列回路26と第3直列回路34とで構成される第1ブリッジ回路BC1の第1出力取り出し部25と第3出力取り出し部33との差動電位を、前記差動増幅器35にて生成し、コンパレータ38に向けて出力する。前記コンパレータ38では、前記差動電位を、シュミットトリガー入力によりパルス波形の信号に整形し、整形された検出信号がラッチ回路46及びFET回路54を経て第1外部出力端子40から出力される。   In the circuit state shown in FIG. 1, the midpoint potential of the third output extraction unit 33 of the third series circuit 34 is set as a reference potential, and the first series circuit 26 and the third series circuit 34 are configured. A differential potential between the first output extraction unit 25 and the third output extraction unit 33 of the 1-bridge circuit BC1 is generated by the differential amplifier 35 and output to the comparator 38. In the comparator 38, the differential potential is shaped into a pulse waveform signal by a Schmitt trigger input, and the shaped detection signal is output from the first external output terminal 40 via the latch circuit 46 and the FET circuit 54.

前記コンパレータ38に、ある所定以上の電圧が入力されると、前記検出信号はON信号として前記第1外部出力端子40から出力される。   When a voltage higher than a predetermined voltage is input to the comparator 38, the detection signal is output from the first external output terminal 40 as an ON signal.

図3には、シュミットトリガー入力のうち、立ち上がり側の高スレッショルド・レベル(閾値電圧)LV1を、磁気抵抗効果素子23,28の電気抵抗値Rに換算して示している。図3に示すように外部磁界がH1を超えると、第1磁気抵抗効果素子23の抵抗値Rが、高スレッショルド・レベルLV1を超え、ON信号が出力される。   FIG. 3 shows the high threshold level (threshold voltage) LV1 on the rising side of the Schmitt trigger input converted into the electric resistance value R of the magnetoresistive effect elements 23 and 28. As shown in FIG. 3, when the external magnetic field exceeds H1, the resistance value R of the first magnetoresistance effect element 23 exceeds the high threshold level LV1, and an ON signal is output.

このとき、図2のように、第1スイッチ回路36、第2スイッチ回路43及び第3スイッチ回路48が切り換えられても、第2磁気抵抗効果素子28の電気抵抗値は、高スレッショルド・レベルLV1を超えていないため、第2外部出力端子41からはOFF信号が出力される。   At this time, as shown in FIG. 2, even if the first switch circuit 36, the second switch circuit 43, and the third switch circuit 48 are switched, the electrical resistance value of the second magnetoresistive effect element 28 remains at the high threshold level LV1. Therefore, an OFF signal is output from the second external output terminal 41.

さらに、(+H)方向からの外部磁界Hの磁界強度を強めると、やがて第2磁気抵抗効果素子28は、抵抗値が変動し、前記第2直列回路30の第2出力取り出し部29での中点電位が変動する。   Further, when the magnetic field strength of the external magnetic field H from the (+ H) direction is increased, the resistance value of the second magnetoresistive effect element 28 eventually fluctuates, so that the second output extraction unit 29 of the second series circuit 30 has a medium value. The point potential fluctuates.

今、図2に示す回路状態では、前記第3直列回路34の第3出力取り出し部33の中点電位を基準電位とし、前記第2直列回路30と第3直列回路34とで構成される第2ブリッジ回路BC2の第2出力取り出し部29と第3出力取り出し部33との差動電位を、前記差動増幅器35にて生成し、コンパレータ38に向けて出力する。前記コンパレータ38では、前記差動電位を、シュミットトリガー入力によりパルス波形の信号に整形し、整形された検出信号がラッチ回路46及びFET回路54を経て第2外部出力端子41から出力される。図3に示すように外部磁界がH2を超えると、第2磁気抵抗効果素子28の抵抗値Rが、高スレッショルド・レベルLV1を超え、ON信号が出力される。このとき、図1の回路状態に切り換わっても、第1磁気抵抗効果素子23の抵抗値Rは、高スレッショルド・レベルLV1を超えた状態が続いているので、ON信号が出力され続けている。   Now, in the circuit state shown in FIG. 2, the midpoint potential of the third output extraction unit 33 of the third series circuit 34 is set as a reference potential, and the second series circuit 30 and the third series circuit 34 are configured. A differential potential between the second output extraction unit 29 and the third output extraction unit 33 of the 2-bridge circuit BC2 is generated by the differential amplifier 35 and output to the comparator 38. In the comparator 38, the differential potential is shaped into a pulse waveform signal by a Schmitt trigger input, and the shaped detection signal is outputted from the second external output terminal 41 via the latch circuit 46 and the FET circuit 54. As shown in FIG. 3, when the external magnetic field exceeds H2, the resistance value R of the second magnetoresistive element 28 exceeds the high threshold level LV1, and an ON signal is output. At this time, even if the circuit state of FIG. 1 is switched, the resistance value R of the first magnetoresistive effect element 23 continues to exceed the high threshold level LV1, so that the ON signal continues to be output. .

このように本実施形態によれば、(+H)方向の外部磁界Hの磁界強度を徐々に強めていくと、H1を超えた時点と、H2を超えた時点の2強度を検知することが可能である。   As described above, according to the present embodiment, when the magnetic field strength of the external magnetic field H in the (+ H) direction is gradually increased, it is possible to detect two strengths at a time point exceeding H1 and a point exceeding H2. It is.

よって本実施形態の磁気検出装置20を使用すれば、マグネットMと磁気検出装置20間の異なる2以上の間隔(距離)を検知することが可能である。   Therefore, if the magnetic detection device 20 of the present embodiment is used, two or more different intervals (distances) between the magnet M and the magnetic detection device 20 can be detected.

本実施形態では、図1,図2に示すように、差動増幅器35及びコンパレータ38をそれぞれ一つずつ設け、図3に示すように、スレッショルド・レベル(閾値電圧)を、第1ブリッジ回路BC1及び第2ブリッジ回路BC2に対して共通化している。したがって、回路構成を簡単にできる。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, one differential amplifier 35 and one comparator 38 are provided, respectively, and as shown in FIG. 3, the threshold level (threshold voltage) is set to the first bridge circuit BC1. And the second bridge circuit BC2. Therefore, the circuit configuration can be simplified.

また、第1ブリッジ回路BC1及び第2ブリッジ回路BC2において、第3直列回路34を共通回路としたことで、素子数を減らすことが可能で、磁気検出装置20の小型化を促進できる。   Moreover, in the first bridge circuit BC1 and the second bridge circuit BC2, the third series circuit 34 is a common circuit, so that the number of elements can be reduced and the magnetic detection device 20 can be reduced in size.

また、図1,図2において第1固定抵抗素子24及び第2固定抵抗素子27を、層間結合磁界Hinが共に負値であり、層間結合磁界Hinの絶対値が異なる磁気抵抗効果素子に夫々変更してもよい。これにより双極対応型で、且つ(+H)方向、及び(−H)方向の双方に対して、2強度以上の磁界強度を検知できる。   1 and 2, the first fixed resistance element 24 and the second fixed resistance element 27 are changed to magnetoresistive effect elements in which the interlayer coupling magnetic field Hin is negative and the absolute value of the interlayer coupling magnetic field Hin is different. May be. As a result, a magnetic field strength of 2 or more can be detected with respect to both the (+ H) direction and the (−H) direction.

上記した第1磁気抵抗効果素子23及び第2磁気抵抗効果素子28は巨大磁気抵抗効果(GMR効果)を利用したものであったが、GMR素子以外に、異方性磁気抵抗効果(AMR)を利用したAMR素子やトンネル磁気抵抗効果(TMR)を利用したTMR素子であってもよい。ホール素子にも適用できる。   The first magnetoresistive effect element 23 and the second magnetoresistive effect element 28 described above utilize the giant magnetoresistive effect (GMR effect), but in addition to the GMR element, an anisotropic magnetoresistive effect (AMR) is provided. It may be a TMR element using an AMR element or a tunnel magnetoresistive effect (TMR). It can also be applied to Hall elements.

ただし本実施形態では、GMR素子やTMR素子を使用することが好適である。層間結合磁界Hinを調整することで簡単に図3に示すR−H曲線を得て、同じ方向の外部磁界Hの磁界強度変化に対して磁気感度が異なる複数の磁気検出素子を形成できるからである。   However, in this embodiment, it is preferable to use a GMR element or a TMR element. By adjusting the interlayer coupling magnetic field Hin, it is possible to easily obtain the RH curve shown in FIG. 3 and to form a plurality of magnetic detection elements having different magnetic sensitivities with respect to changes in the magnetic field strength of the external magnetic field H in the same direction. is there.

本実施形態の磁気検出装置の第1の回路構成図、The 1st circuit block diagram of the magnetic detection apparatus of this embodiment, 本実施形態の磁気検出装置の第2の回路構成図、The 2nd circuit block diagram of the magnetic detection apparatus of this embodiment, 第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子のR−H曲線を説明するためのグラフ、A graph for explaining the RH curves of the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element; 本実施形態の磁気検出装置の部分斜視図、The partial perspective view of the magnetic detection apparatus of this embodiment, 図4に示すA−A線から厚さ方向に前記磁気検出装置を切断し矢印方向から見た前記磁気検出装置の部分断面図、FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the magnetic detection device when the magnetic detection device is cut in the thickness direction from the line AA shown in FIG. 4 and viewed from the arrow direction; 第1磁気抵抗効果素子及び第2磁気抵抗効果素子の層構造を図5と同じ断面から見た部分拡大断面図、The partial expanded sectional view which looked at the layer structure of the 1st magnetoresistive effect element and the 2nd magnetoresistive effect element from the same cross section as FIG.

符号の説明Explanation of symbols

20 磁気検出装置
21 抵抗素子部
22 集積回路(IC)
23 第1磁気抵抗効果素子
24 第1固定抵抗素子
25 第1出力取り出し部
26 第1直列回路
27 第2固定抵抗素子
28 第2磁気抵抗効果素子
29 第2出力取り出し部
30 第2直列回路
31 第3固定抵抗素子
32 第4固定抵抗素子
33 第3出力取り出し部
34 第3直列回路
35 差動増幅器
36 第1スイッチ回路
38 コンパレータ
39 入力端子
40 第1外部出力端子
41 第2外部出力端子
42 アース端子
43 第2スイッチ回路
46、47 ラッチ回路
48 第3スイッチ回路
53 クロック回路
62 反強磁性層
63 固定磁性層
64、67 非磁性中間層
65 フリー磁性層
66 保護層
70 基板
78、80 絶縁層
81 モールド樹脂
Hin1、Hin2 層間結合磁界
M マグネット
20 Magnetic Detection Device 21 Resistance Element Unit 22 Integrated Circuit (IC)
23 1st magnetoresistive effect element 24 1st fixed resistance element 25 1st output extraction part 26 1st series circuit 27 2nd fixed resistance element 28 2nd magnetoresistive effect element 29 2nd output extraction part 30 2nd series circuit 31 1st 3 fixed resistance element 32 4th fixed resistance element 33 3rd output extraction part 34 3rd series circuit 35 Differential amplifier 36 1st switch circuit 38 Comparator 39 Input terminal 40 1st external output terminal 41 2nd external output terminal 42 Earth terminal 43 Second switch circuit 46, 47 Latch circuit 48 Third switch circuit 53 Clock circuit 62 Antiferromagnetic layer 63 Fixed magnetic layer 64, 67 Nonmagnetic intermediate layer 65 Free magnetic layer 66 Protective layer 70 Substrate 78, 80 Insulating layer 81 Mold Resin Hin1, Hin2 Interlayer coupling magnetic field M Magnet

Claims (4)

同じ方向からの外部磁界の磁界強度変化に対して電気特性が変化する複数の磁気検出素子を有し、
前記磁気検出素子は、夫々、前記磁界強度変化に対して磁気感度が異なり、
各磁気検出素子の電気特性の変化に基づいて生成される各検出信号は、同じ方向からの外部磁界に対して異なる磁界強度時に出力されることを特徴とする磁気検出装置。
Having a plurality of magnetic sensing elements whose electrical characteristics change with respect to the magnetic field strength change of the external magnetic field from the same direction,
The magnetic detection elements have different magnetic sensitivities with respect to the magnetic field strength change,
A magnetic detection device, wherein each detection signal generated based on a change in electrical characteristics of each magnetic detection element is output at different magnetic field strengths with respect to an external magnetic field from the same direction.
前記磁気検出素子は、非磁性中間層を挟んで対向する固定磁性層とフリー磁性層との磁化関係で電気抵抗値が変動する磁気抵抗効果を利用した磁気抵抗効果素子であり、
各磁気検出素子の固定磁性層と前記フリー磁性層との間で作用する層間結合磁界Hinは同符号で、各磁気検出素子の層間結合磁界Hinの絶対値は異なる大きさである請求項1記載の磁気検出装置。
The magnetic sensing element is a magnetoresistive effect element using a magnetoresistive effect in which an electric resistance value varies depending on a magnetization relationship between a fixed magnetic layer and a free magnetic layer facing each other across a nonmagnetic intermediate layer,
The interlayer coupling magnetic field Hin acting between the pinned magnetic layer of each magnetic sensing element and the free magnetic layer has the same sign, and the absolute value of the interlayer coupling magnetic field Hin of each magnetic sensing element has a different magnitude. Magnetic detection device.
各磁気検出素子は、夫々、別々のブリッジ回路に組み込まれ、各ブリッジ回路を構成する一つの直列回路は、外部磁界に対して電気抵抗が変化しない固定抵抗素子が直列接続された共通回路であり、前記共通回路の出力取り出し部は差動増幅器に接続され、
各ブリッジ回路の残りの直列回路には、夫々、前記磁気検出素子が組み込まれ、前記残りの直列回路の出力取り出し部と前記差動増幅器との間には、前記残りの直列回路の各出力取り出し部の前記差動増幅器への接続を切換えるスイッチ回路が設けられており、
前記スイッチ回路の切換え操作によって、各ブリッジ回路と差動増幅器との接続が切換えられる請求項1又は2に記載の磁気検出装置。
Each magnetic detection element is incorporated in a separate bridge circuit, and one series circuit constituting each bridge circuit is a common circuit in which fixed resistance elements whose electric resistance does not change with respect to an external magnetic field are connected in series. The output extraction unit of the common circuit is connected to a differential amplifier,
The magnetic detection elements are incorporated in the remaining series circuits of the bridge circuits, respectively, and the output outputs of the remaining series circuits are provided between the output extraction unit of the remaining series circuits and the differential amplifier. A switch circuit for switching the connection of the part to the differential amplifier is provided,
The magnetic detection device according to claim 1, wherein the connection between each bridge circuit and the differential amplifier is switched by a switching operation of the switch circuit.
各検出信号は、共通の閾値により生成される請求項1ないし3のいずれかに記載の磁気検出装置。   The magnetic detection device according to claim 1, wherein each detection signal is generated by a common threshold value.
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