JPWO2013129276A1 - Magnetic sensor element - Google Patents

Magnetic sensor element Download PDF

Info

Publication number
JPWO2013129276A1
JPWO2013129276A1 JP2014502188A JP2014502188A JPWO2013129276A1 JP WO2013129276 A1 JPWO2013129276 A1 JP WO2013129276A1 JP 2014502188 A JP2014502188 A JP 2014502188A JP 2014502188 A JP2014502188 A JP 2014502188A JP WO2013129276 A1 JPWO2013129276 A1 JP WO2013129276A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetoresistive effect
magnetic field
effect element
magnetoresistive
compensation current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014502188A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5888402B2 (en
Inventor
進 原谷
進 原谷
山口 仁
仁 山口
茂 志村
茂 志村
宮崎 雅弘
雅弘 宮崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TDK Corp filed Critical TDK Corp
Priority to JP2014502188A priority Critical patent/JP5888402B2/en
Publication of JPWO2013129276A1 publication Critical patent/JPWO2013129276A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5888402B2 publication Critical patent/JP5888402B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09Magnetoresistive devices
    • G01R33/093Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors

Abstract

【課題】広範囲に亘る検出対象外部磁界を高感度、かつ低消費電力にて検出可能な磁気センサ素子を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、外部磁界を検出するための磁気抵抗効果素子と、補償電流が流れることにより、補償磁界を磁気抵抗効果素子に付与する補償電流線とを備え、補償電流線は、磁気抵抗効果素子を、絶縁膜を介して、上下に挟み込むように平行に配置された第1及び第2の電流線と、それらを接続する接続導体とを含み、補償電流は、第1及び第2の電流線を反平行方向に流れることを特徴とする磁気センサ素子である。【選択図】 図4An object of the present invention is to provide a magnetic sensor element capable of detecting an external magnetic field to be detected over a wide range with high sensitivity and low power consumption. The present invention includes a magnetoresistive effect element for detecting an external magnetic field, and a compensation current line for applying a compensation magnetic field to the magnetoresistive effect element when a compensation current flows. The magnetoresistive effect element includes first and second current lines arranged in parallel so as to sandwich the magnetoresistive element between the upper and lower sides through an insulating film, and a connection conductor connecting them. The magnetic sensor element is characterized by flowing two current lines in an antiparallel direction. [Selection] Figure 4

Description

本発明は、外部磁界を検知可能な小型の磁気センサ素子に関する。   The present invention relates to a small magnetic sensor element capable of detecting an external magnetic field.

一般に、制御機器等の制御をおこなうための制御電流を測定する方法としては、その制御電流によって発生する電流磁界の勾配を検出することによって間接的に測定する方法がある。具体的には、例えば、特許文献1に、巨大磁気抵抗効果(Giant Magneto−Resistive Effect)を発現する巨大磁気抵抗効果素子(以下、GMR素子)などの磁気抵抗効果素子を4つ用いてホイートストンブリッジを形成し、上記の電流磁界中に配置して、その勾配を検出する方法が開示されている。このように、ホイートストンブリッジを形成することにより、外部からの妨害磁界や環境温度による影響を比較的低く抑えることができる。特に、4つの磁気抵抗効果素子の特性が均一な場合は、より安定した検出特性を得ることができる。   In general, as a method of measuring a control current for controlling a control device or the like, there is a method of measuring indirectly by detecting a gradient of a current magnetic field generated by the control current. Specifically, for example, Patent Document 1 uses four magnetoresistive elements such as giant magnetoresistive elements (hereinafter referred to as GMR elements) that exhibit giant magnetoresistive effects (Wheatstone bridge). And is placed in the above-described current magnetic field to detect the gradient thereof. In this way, by forming the Wheatstone bridge, it is possible to suppress the influence of the disturbing magnetic field from the outside and the environmental temperature relatively low. In particular, when the characteristics of the four magnetoresistive elements are uniform, more stable detection characteristics can be obtained.

また、特許文献2に、測定ブリッジと補償電流ラインを設けることにより、環境温度や外部からの妨害磁界に起因する出力電圧の変化をさらに低減するようにした例も開示されている。   Further, Patent Document 2 discloses an example in which a change in output voltage caused by an environmental temperature or an external disturbing magnetic field is further reduced by providing a measurement bridge and a compensation current line.

さらに、特許文献3に開示されているように、2つの磁気抵抗効果素子を用いることで、4つの場合よりもバランスがとりやすく零磁界での抵抗値オフセットの低減が容易になっている。また、特許文献3において、複数の磁気抵抗効果素子における電圧降下の差分に応じた補償電流を利用することにより、検出対象電流の測定をより高精度に行う技術に関しても開示している。   Furthermore, as disclosed in Patent Document 3, by using two magnetoresistive elements, it is easier to balance than the four cases, and it is easy to reduce the resistance value offset in a zero magnetic field. Further, Patent Document 3 discloses a technique for measuring a detection target current with higher accuracy by using a compensation current corresponding to a difference in voltage drop in a plurality of magnetoresistive elements.

特許文献4には、電流磁界を、複数の磁気抵抗効果素子、ブリッジ回路、さらに、各々の磁気抵抗効果素子と共に延在する帯状部分を有した補償電流線を用いて、高感度、高精度に測定するための電流センサが開示されている。   In Patent Document 4, a current magnetic field is highly sensitive and accurate using a plurality of magnetoresistive effect elements, a bridge circuit, and a compensation current line having a band-shaped portion extending together with each magnetoresistive effect element. A current sensor for measuring is disclosed.

特許文献4の図3と同じであるが、符号を代えた図を図14に示す。特許文献4は、本発明の主要な従来技術であるため、以降、比較例としてこの図14を用いることにする。図14は、従来の電流センサ100の構成を示した図である。4つの磁気抵抗効果素子として、第1〜第4の磁気抵抗効果素子21〜24があり、この4つの磁気抵抗効果素子上にそれぞれ沿うように、帯状に補償電流線300があり、この補償電流線300であって、第1〜第4の磁気抵抗効果素子21〜24に対応する部分が、第1〜第4の帯状補償電流線310、320、330、340となっている。また、帯状の補償電流線300であって、磁気抵抗効果素子上に沿っていない部分370が存在している。   FIG. 14 shows a diagram similar to FIG. 3 of Patent Document 4, but with the reference numerals changed. Since Patent Document 4 is the main prior art of the present invention, hereinafter, FIG. 14 will be used as a comparative example. FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a conventional current sensor 100. As the four magnetoresistive effect elements, there are first to fourth magnetoresistive effect elements 21 to 24, and a compensation current line 300 is formed in a strip shape along each of the four magnetoresistive effect elements. The part of the line 300 corresponding to the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24 is the first to fourth strip-shaped compensation current lines 310, 320, 330, and 340. In addition, there is a portion 370 of the band-shaped compensation current line 300 that does not extend along the magnetoresistive element.

特許文献4に代表される電流センサの検出原理を簡単に説明する。検出対象の導体に流れる検出対象電流から発生する誘導磁界に対して、電流センサ側から、検出対象誘導磁界を打ち消し、磁界の大きさがゼロになるように、誘導磁界と反平行方向に、補償磁界を発生させる。補償磁界は、電流センサが有する補償電流線に流れる補償電流から生じる。この磁界の強さがゼロになる平衡点は、電流センサの磁気抵抗効果素子の磁界検知出力がゼロになる点を検知する。この平衡点に達したときの補償電流の大きさは、検出対象誘導磁界および電流の大きさに比例しているので、補償電流の値がわかれば、導体に生じる検出対象電流を検出できるという原理である。   The detection principle of a current sensor typified by Patent Document 4 will be briefly described. Compensates in the anti-parallel direction to the induced magnetic field so that the induced magnetic field generated from the detected current flowing in the detected conductor is canceled from the current sensor side and the magnitude of the magnetic field becomes zero. Generate a magnetic field. A compensation magnetic field arises from the compensation current which flows into the compensation current line which a current sensor has. The equilibrium point where the strength of the magnetic field becomes zero detects a point where the magnetic field detection output of the magnetoresistive effect element of the current sensor becomes zero. Since the magnitude of the compensation current when reaching this equilibrium point is proportional to the magnitude of the induced magnetic field and current to be detected, the principle is that if the value of the compensation current is known, the current to be detected generated in the conductor can be detected. It is.

特開平06−294854号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-294854 特表平10−506193号公報Japanese National Patent Publication No. 10-506193 特開2006−105693号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-105693 特開2011−196798号公報JP 2011-196798 A

上記の文献で示されているように、磁気センサ素子に関し、全体構成の小型化に加え、高性能化が求められているが、効率良く対象磁界の検出を行うために、低消費電力化が求められている。本発明はかかる問題に鑑みてなされたもので、広範囲に亘る検出対象外部磁界を高感度、低消費電力にて検出可能な磁気センサ素子を提供することを目的とする。   As shown in the above-mentioned document, regarding the magnetic sensor element, in addition to downsizing the overall configuration, high performance is required, but in order to efficiently detect the target magnetic field, low power consumption is required. It has been demanded. The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a magnetic sensor element capable of detecting a detection target external magnetic field over a wide range with high sensitivity and low power consumption.

本発明は、基板と、基板上に形成された外部磁界に応じて抵抗値が変化を示す磁気抵抗効果素子と、補償電流が流れることにより、外部磁界とは異なる方向の補償磁界を磁気抵抗効果素子に付与する補償電流線とを備え、補償電流線は、磁気抵抗効果素子を、絶縁膜を介して、第1の方向と第1の方向とは逆向きの第2の方向から挟み込むように平行に配置された第1及び第2の電流線と、第1及び第2の電流線を直列に接続する第1の接続導体とを含み、第1および第2の電流線と磁気抵抗効果素子とを基板の法線方向に射影した範囲は、磁気抵抗効果素子の長手方向の全領域において重なる領域を有し、補償電流は、第1及び第2の電流線を磁気抵抗効果素子の長手方向に沿って互いに反平行方向に流れることを特徴とする磁気センサ素子である。   The present invention relates to a magnetoresistive effect in a direction different from an external magnetic field by flowing a compensation current, a magnetoresistive effect element whose resistance changes in accordance with an external magnetic field formed on the substrate, and a compensation current. A compensation current line applied to the element, and the compensation current line sandwiches the magnetoresistive effect element from the second direction opposite to the first direction and the first direction via the insulating film. The first and second current lines and the magnetoresistive effect element including first and second current lines arranged in parallel and a first connection conductor connecting the first and second current lines in series. In the normal direction of the substrate has a region that overlaps in the entire region in the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element, and the compensation current is obtained by applying the first and second current lines to the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element. Magnetic sensor elements characterized by flowing in antiparallel directions along each other It is.

このような構成にすることで、磁気抵抗効果素子を挟む補償電流線から発生する磁界だけではなく、磁気抵抗効果素子を挟む補償電流線を接続する第1の接続導体からの発生磁界も磁気抵抗効果素子部に印加されるため、単位補償電流当りの発生磁界が増加し、さらに、従来技術としての比較例である図14の、各磁気抵抗効果素子と共に対応し延在する各帯状補償電流線以外の帯状補償電流線に相当する分の長さを短くできることによる抵抗減少と、補償電流の低減により感度を上げ、消費電力を低減できる。   With this configuration, not only the magnetic field generated from the compensation current line sandwiching the magnetoresistive effect element but also the magnetic field generated from the first connection conductor connecting the compensation current line sandwiching the magnetoresistive effect element is magnetoresistive. Since the magnetic field generated per unit compensation current increases because it is applied to the effect element section, each band-shaped compensation current line correspondingly extending together with each magnetoresistive effect element of FIG. It is possible to increase the sensitivity and reduce the power consumption by reducing the resistance by reducing the length corresponding to the band-shaped compensation current line other than that, and by reducing the compensation current.

さらに、本発明の磁気センサ素子は、磁気抵抗効果素子と補償電流線間に磁気抵抗効果素子の膜厚の10倍以上である絶縁膜を設けたことを特徴としている。   Furthermore, the magnetic sensor element of the present invention is characterized in that an insulating film having a thickness of 10 times or more of the thickness of the magnetoresistive effect element is provided between the magnetoresistive effect element and the compensation current line.

さらに、本発明の磁気センサ素子は、絶縁膜が3族または4族原子の絶縁材料であって、絶縁膜の膜厚は、300nmを超えることを特徴としている。   Furthermore, the magnetic sensor element of the present invention is characterized in that the insulating film is an insulating material of a group 3 or group 4 atom, and the film thickness of the insulating film exceeds 300 nm.

さらに、本発明の磁気センサ素子は、絶縁膜が3族または4族原子の絶縁材料であって、絶縁膜の膜厚は、500nm以上であることを特徴としている。   Furthermore, the magnetic sensor element of the present invention is characterized in that the insulating film is an insulating material of a group 3 or group 4 atom, and the film thickness of the insulating film is 500 nm or more.

このような絶縁膜を設けることにより、補償電流線と、磁気抵抗効果素子との間に生じる電圧差によって破壊されない程度に厚く、かつ補償電流線からの磁界が十分に磁気抵抗効果素子に印加できる程度に薄くなっている。   By providing such an insulating film, it is thick enough not to be destroyed by a voltage difference generated between the compensation current line and the magnetoresistive effect element, and a magnetic field from the compensation current line can be sufficiently applied to the magnetoresistive effect element. It is thin to the extent.

さらに、本発明の磁気センサ素子は、磁気抵抗効果素子は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する自由層とを含み、固着層の磁化方向は、補償電流線の延在方向と直交する方向であることを特徴としている。   Furthermore, in the magnetic sensor element of the present invention, the magnetoresistive effect element includes a pinned layer having a magnetization direction fixed in a certain direction, an intermediate layer, and a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field, The magnetization direction of the pinned layer is a direction orthogonal to the extending direction of the compensation current line.

さらに、本発明の磁気センサ素子は、固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加する永久磁石を備えたことを特徴としている。   Furthermore, the magnetic sensor element of the present invention is characterized by including a permanent magnet that applies a bias magnetic field in a direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer.

さらに、本発明の磁気センサ素子は、第1及び第2の電流線を挟んで第1の接続導体とは反対側に存在する複数の第2の接続導体と、複数の磁気抵抗効果素子とを有し、補償電流線の延在方向と異なる第3の方向に複数の磁気抵抗効果素子が平行に配置され、複数の磁気抵抗効果素子が各々備える第1および第2の電流線のそれぞれに流れる補償電流が複数の磁気抵抗効果素子の長手方向に沿った反平行方向に流れるように、複数の磁気抵抗効果素子がそれぞれ備える第1および第2の電流線が複数の第1及び第2の接続導体によって接続されたことを特徴としている。   Furthermore, the magnetic sensor element of the present invention includes a plurality of second connection conductors on the opposite side of the first connection conductor across the first and second current lines, and a plurality of magnetoresistance effect elements. A plurality of magnetoresistive effect elements arranged in parallel in a third direction different from the extending direction of the compensation current lines, and flowing in each of the first and second current lines provided in each of the plurality of magnetoresistive effect elements. The first and second current lines respectively provided in the plurality of magnetoresistive elements are connected to the plurality of first and second connections so that the compensation current flows in an antiparallel direction along the longitudinal direction of the plurality of magnetoresistive elements. It is characterized by being connected by a conductor.

さらに、本発明の磁気センサ素子は、磁気抵抗効果素子として、第1から第4の磁気抵抗効果素子を備え、第1および第2の磁気抵抗効果素子の一端同士が第1の接続点において接続され、第3および第4の磁気抵抗効果素子の一端同士が第2の接続点において接続され、第1の磁気抵抗効果素子の他端と第4の磁気抵抗効果素子の他端とが第3の接続点において接続され、第2の磁気抵抗効果素子の他端と第3の磁気抵抗効果素子の他端とが第4の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されており、補償電流は、第1の接続点と第2の接続点との間に電圧が印加されたときの第3の接続点と第4の接続点の間の電位差によって生じるものであり、第1および第3の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、外部磁界に応じて互いに同じ向きに変化し、第2および第4の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、いずれも、外部磁界に応じて第1および第3の磁気抵抗効果素子とは反対向きに変化することを特徴としている。   Furthermore, the magnetic sensor element of the present invention includes first to fourth magnetoresistance effect elements as magnetoresistance effect elements, and one ends of the first and second magnetoresistance effect elements are connected at the first connection point. The one ends of the third and fourth magnetoresistive elements are connected at the second connection point, and the other end of the first magnetoresistive element and the other end of the fourth magnetoresistive element are the third. The other end of the second magnetoresistive effect element and the other end of the third magnetoresistive effect element are connected at the fourth connection point to form a bridge circuit. The current is generated by a potential difference between the third connection point and the fourth connection point when a voltage is applied between the first connection point and the second connection point. The resistance values of the magnetoresistive effect elements 3 are mutually dependent on the external magnetic field. And the resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements change in opposite directions to the first and third magnetoresistive elements in accordance with the external magnetic field. Yes.

本発明の磁気センサ素子によれば、検出対象外部磁界を、高感度、かつ低消費電力にて検出可能となる。   According to the magnetic sensor element of the present invention, the detection target external magnetic field can be detected with high sensitivity and low power consumption.

本実施形態の磁気センサの全体構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing the whole magnetic sensor composition of this embodiment. 本実施形態の電流センサの全体構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing the whole structure of the current sensor of this embodiment. 本実施形態の帯状補償電流線対の斜視図である。It is a perspective view of the strip | belt-shaped compensation current line pair of this embodiment. 本実施形態の磁気センサ素子の斜視図である。It is a perspective view of the magnetic sensor element of this embodiment. 本実施形態の磁気センサ素子の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the magnetic sensor element of this embodiment. 本実施形態の電流センサの磁界の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of the magnetic field of the current sensor of this embodiment. 磁気抵抗効果素子の帯状部分がミアンダ状である別の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of another embodiment whose strip | belt-shaped part of a magnetoresistive effect element is meander shape. 磁気抵抗効果素子の帯状部分がミアンダ状である別の実施形態の模式図である。It is a schematic diagram of another embodiment whose strip | belt-shaped part of a magnetoresistive effect element is meander shape. 本実施形態の磁気抵抗効果素子の膜構成を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the film | membrane structure of the magnetoresistive effect element of this embodiment. 本実施形態の磁気抵抗効果素子の膜構成を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the film | membrane structure of the magnetoresistive effect element of this embodiment. 本実施形態のブリッジ回路図である。It is a bridge circuit diagram of this embodiment. 本実施形態の磁気抵抗効果素子上の補償磁界の分布を示す図である。It is a figure which shows distribution of the compensation magnetic field on the magnetoresistive effect element of this embodiment. 本実施形態の補償電流と磁気抵抗効果素子の出力の特性図である。It is a characteristic view of the compensation current of this embodiment, and the output of a magnetoresistive effect element. 本実施形態の絶縁膜厚と破壊電圧の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the insulating film thickness of this embodiment, and a breakdown voltage. 本実施形態の変形例のブリッジ回路図である。It is a bridge circuit figure of the modification of this embodiment. 比較例の電流センサ素子の斜視図である。It is a perspective view of the current sensor element of a comparative example. 本実施形態の電流センサ以外の、磁気センサの磁界の様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the mode of the magnetic field of magnetic sensors other than the current sensor of this embodiment.

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.

(基本構成の説明)
図1は、本実施形態の磁気センサ10の全体構成を表す斜視図である。基板5上に磁気抵抗効果素子20を含む磁気センサ素子1を設置し、更に、後述のバイアス磁界印加のための永久磁石9を配置する。なお、この磁気センサ素子1の感磁方向は、磁気抵抗効果素子20の磁化固定層の磁化固定方向と平行な方向である。この磁気センサ素子1では、任意方向の外部磁界のうち、前述の、感磁方向成分の値を検出する。
(Description of basic configuration)
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of the magnetic sensor 10 of the present embodiment. A magnetic sensor element 1 including a magnetoresistive effect element 20 is installed on a substrate 5, and a permanent magnet 9 for applying a bias magnetic field described later is further arranged. The magnetic sensing direction of the magnetic sensor element 1 is parallel to the magnetization fixed direction of the magnetization fixed layer of the magnetoresistive effect element 20. The magnetic sensor element 1 detects the value of the magnetically sensitive direction component described above from an external magnetic field in an arbitrary direction.

図2は、本実施形態の磁気センサ10を用いた、電流センサ1000の全体構成を表す斜視図である。電流センサ1000は、磁気センサ10と、導体2と、シールド構造6から構成されている。具体的には、電流センサ1000は、図1の磁気センサ10に加えて、検出対象電流Imを流す導体2、電流から生じる誘導磁界Hm、誘導磁界以外の外乱磁界を遮蔽するシールド構造6を備える。   FIG. 2 is a perspective view showing the overall configuration of the current sensor 1000 using the magnetic sensor 10 of the present embodiment. The current sensor 1000 includes the magnetic sensor 10, the conductor 2, and the shield structure 6. Specifically, in addition to the magnetic sensor 10 of FIG. 1, the current sensor 1000 includes a conductor 2 through which the detection target current Im flows, an induction magnetic field Hm generated from the current, and a shield structure 6 that shields a disturbance magnetic field other than the induction magnetic field. .

図3は、本実施形態の電流センサ1000に備えられた、磁気センサ素子1の、帯状補償電流線対35の斜視図であり、図4は、本実施形態の磁気センサ素子1の斜視図である。また、図5は、本実施形態の磁気センサ素子1の分解斜視図である。図3から図5を用いて、本実施形態の構成について説明する。本実施形態の磁気センサ素子1は、電流センサ1000に備えられた磁気センサ素子1である。また、本実施形態の磁気センサ素子1は、磁気抵抗効果素子20と、補償電流線30から構成されている。補償電流線30は、少なくとも1組、もしくは、複数組の帯状補償電流線対35から構成されている。   FIG. 3 is a perspective view of the band-shaped compensation current line pair 35 of the magnetic sensor element 1 provided in the current sensor 1000 of the present embodiment, and FIG. 4 is a perspective view of the magnetic sensor element 1 of the present embodiment. is there. FIG. 5 is an exploded perspective view of the magnetic sensor element 1 of the present embodiment. The configuration of this embodiment will be described with reference to FIGS. The magnetic sensor element 1 of this embodiment is the magnetic sensor element 1 provided in the current sensor 1000. Further, the magnetic sensor element 1 of the present embodiment includes a magnetoresistive effect element 20 and a compensation current line 30. The compensation current line 30 is composed of at least one set or a plurality of sets of band-shaped compensation current line pairs 35.

本実施形態の、磁気センサ素子1の、磁気抵抗効果素子20は、帯状補償電流線対35の1組に対して1つ配置されている。帯状補償電流線対35は、1つの磁気センサ素子1に対し、少なくとも1組、もしくは、複数組が備えられている。   One magnetoresistive effect element 20 of the magnetic sensor element 1 of this embodiment is arranged for one set of the band-shaped compensation current line pair 35. At least one set or a plurality of sets of the band-shaped compensation current line pairs 35 are provided for one magnetic sensor element 1.

補償電流線30である帯状補償電流対35は、直線状の検出対象電流Imを流す導体2から発生する誘導磁界Hmに対して、補償電流Idを発生させて反平行の補償磁界Hdをを磁気抵抗効果素子20上に発生させる。ここで、反平行とは、一対の流れる電流や一対の磁界などの方向が一軸方向でみた場合に互いに逆方向になることである。   The band-shaped compensation current pair 35 which is the compensation current line 30 generates a compensation current Id and generates an antiparallel compensation magnetic field Hd with respect to the induced magnetic field Hm generated from the conductor 2 through which the linear detection target current Im flows. It is generated on the resistance effect element 20. Here, antiparallel means that the directions of a pair of flowing currents and a pair of magnetic fields are opposite to each other when viewed in a uniaxial direction.

1組の帯状補償電流線対35は、図3に示すように、第1の電流線301と第2の電流線302から構成されている。第1の電流線301と第2の電流線302は、磁気抵抗効果素子20を、第1の方向および第1の方向とは逆向きの第2の方向から挟み込むように、すなわち、Z軸方向に、上下を挟むように平行に配置されており、かつ、第1の電流線301と第2の電流線302を第1の接続導体7で直列に接続して、さらに、第1の電流線301と第2の電流線302と磁気抵抗効果素子とを基板の法線方向に射影した範囲が、磁気抵抗効果素子の長手方向の全領域において重なる領域を有するいわゆるソレノイド形状とした。このような形状とすることにより、補償電流Idは、第1の電流線301と第2の電流線302を磁気抵抗効果素子の長手方向に沿って互いに反平行方向に流れる。   As shown in FIG. 3, the pair of band-shaped compensation current line pairs 35 includes a first current line 301 and a second current line 302. The first current line 301 and the second current line 302 sandwich the magnetoresistive effect element 20 from the first direction and the second direction opposite to the first direction, that is, in the Z-axis direction. In addition, the first current line 301 and the second current line 302 are connected in series by the first connecting conductor 7 so as to sandwich the upper and lower sides, and further, the first current line A range obtained by projecting 301, the second current line 302, and the magnetoresistive effect element in the normal direction of the substrate is a so-called solenoid shape having an overlapping area in the entire longitudinal direction of the magnetoresistive effect element. By adopting such a shape, the compensation current Id flows through the first current line 301 and the second current line 302 in antiparallel directions along the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element.

図6は、この電流センサ1000の、図2のXZ平面に平行な概略断面を示しており、磁気抵抗効果素子20を挟んでZ軸方向上下に、帯状補償電流線対35である第1の電流線301と第2の電流線302が配置されている。図6は、補償電流Idと補償磁界Hd、および、導体2から生じる検出対象電流Imと検出対象誘導磁界Hmの流れる方向や発生する方向の関係を表す模式図である。   FIG. 6 shows a schematic cross section of the current sensor 1000 parallel to the XZ plane of FIG. 2, and a first band-shaped compensation current line pair 35 is formed vertically across the magnetoresistive effect element 20 in the Z-axis direction. A current line 301 and a second current line 302 are arranged. FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between the compensation current Id and the compensation magnetic field Hd, and the direction in which the detection target current Im generated from the conductor 2 and the detection target induction magnetic field Hm flow or occur.

図6によれば、検出対象である誘導磁界Hmの方向に対し、電流センサ側の補償磁界Hdは、第1の電流線301から生じる補償磁界Hdと、第2の電流線302から生じる補償磁界Hdが強めあい合成されて、合成補償磁界Hd2となって、誘導磁界Hmと反平行方向であるため、結果として、誘導磁界Hmと合成補償磁界Hd2は互いに打ち消しあう。   According to FIG. 6, the compensation magnetic field Hd on the current sensor side with respect to the direction of the induction magnetic field Hm to be detected is the compensation magnetic field Hd generated from the first current line 301 and the compensation magnetic field generated from the second current line 302. Hd is strengthened and combined to become a combined compensation magnetic field Hd2, which is antiparallel to the induced magnetic field Hm. As a result, the induced magnetic field Hm and the combined compensated magnetic field Hd2 cancel each other.

図15は、図6と同じもので、電流センサ以外の磁気センサ素子の、磁気抵抗効果素子に及ぶ外部磁界Hおよび補償磁界Hd、および、補償磁界の合成補償磁界Hd2の向きを説明するための模式図である。外部磁界Hの成分のうち、磁気抵抗効果素子20の感磁方向である図中のX成分を検出する。   FIG. 15 is the same as FIG. 6 and is used to explain the direction of the external magnetic field H and the compensation magnetic field Hd that reach the magnetoresistive effect element and the combined compensation magnetic field Hd2 of the compensation magnetic field of the magnetic sensor elements other than the current sensor. It is a schematic diagram. Among the components of the external magnetic field H, the X component in the figure, which is the magnetosensitive direction of the magnetoresistive element 20, is detected.

本実施形態の、電流センサ1000に備えられた磁気センサ素子1は、磁気抵抗効果素子20と、補償電流線30から構成されており、補償電流線30を構成する帯状補償電流線対35は、少なくとも1組、もしくは、複数組が備えられており、例えば、帯状補償電流線対35が4組、すなわち、磁気抵抗効果素子20も4つ、で構成された磁気センサ素子1の補償電流線30が、図4に示されている。   The magnetic sensor element 1 provided in the current sensor 1000 of the present embodiment is composed of the magnetoresistive effect element 20 and the compensation current line 30. The band-shaped compensation current line pair 35 constituting the compensation current line 30 is At least one set or a plurality of sets are provided. For example, the compensation current line 30 of the magnetic sensor element 1 is composed of four pairs of band-shaped compensation current line pairs 35, that is, four magnetoresistive effect elements 20. Is shown in FIG.

図4のような、ソレノイド形状とすることによって、従来技術としての比較例の、図14に示すような、各磁気抵抗効果素子21〜24と共に対応し延在する各帯状補償電流線310〜340以外の帯状補償電流線370は不要になるため、この分の長さを短くできる。つまり、磁気抵抗効果素子21〜24と近接していない帯状補償電流線370の3本が不要になる。このように、補償電流線の線の長さが短くなることにより、補償電流線の抵抗減少が可能となる。   By forming the solenoid shape as shown in FIG. 4, the respective band-shaped compensation current lines 310 to 340 correspondingly extending together with the magnetoresistive elements 21 to 24 as shown in FIG. 14 of the comparative example as the prior art. Since the band-shaped compensation current line 370 other than is unnecessary, the length can be shortened. That is, three strip-shaped compensation current lines 370 that are not close to the magnetoresistive elements 21 to 24 are not necessary. Thus, the resistance of the compensation current line can be reduced by reducing the length of the compensation current line.

このような構成にすることで、磁気抵抗効果素子20を挟む、補償電流線30である帯状補償電流線対35から発生する磁界だけではなく、磁気抵抗効果素子20を挟む帯状補償電流線対35を直列に、わかりやすく言うと、第1及び第2の電流線301、302を上下に、接続する第1の接続導体7からの発生磁界も磁気抵抗効果素子部20に印加されるため、単位補償電流当りの発生磁界が増加し、結果として、補償電流Id値を抑えることが可能になる。補償電流Id値を抑えても、十分な単位補償電流当りの発生磁界が増加するため、結果的に、磁気センサ素子1の感度が上がることになる。ちなみに、感度とは、補償電流通電時に、単位補償電流当たりの磁気抵抗効果素子の抵抗変化量と定義する。故に、単位補償電流当たりの発生磁界が増加すれば、単位補償電流当たりの抵抗変化が増えるので、感度が上がる事になる。   With such a configuration, not only the magnetic field generated from the band-shaped compensation current line pair 35 that is the compensation current line 30 sandwiching the magnetoresistive effect element 20, but also the band-shaped compensation current line pair 35 sandwiching the magnetoresistive effect element 20 is interposed. In series, the magnetic field generated from the first connection conductor 7 that connects the first and second current lines 301 and 302 up and down is also applied to the magnetoresistive effect element unit 20, so that the unit The generated magnetic field per compensation current increases, and as a result, the compensation current Id value can be suppressed. Even if the compensation current Id value is suppressed, the generated magnetic field per unit compensation current is increased, and as a result, the sensitivity of the magnetic sensor element 1 is increased. Incidentally, the sensitivity is defined as the amount of change in resistance of the magnetoresistive element per unit compensation current when the compensation current is applied. Therefore, if the generated magnetic field per unit compensation current increases, the resistance change per unit compensation current increases, so the sensitivity increases.

前述の、補償電流線の抵抗減少の効果と、検出対象外部磁界に対する補償電流Idの低減により感度を上がることで、消費電力を低減することが可能になる。   The power consumption can be reduced by increasing the sensitivity by the effect of reducing the resistance of the compensation current line and reducing the compensation current Id with respect to the detection target external magnetic field.

本実施形態の電流センサ1000に備えられている磁気センサ素子1に用いる磁気抵抗効果素子20は、図3から図5に示すような帯状の素子であって、面内に1個または、2個、あるいは4個を設けることが好ましい。また、帯状補償電流線対35は、1つの磁気抵抗効果素子20に対し、少なくとも1組、もしくは、複数組が備えられている。また、磁気抵抗効果素子20を複数個備える場合、補償電流線対の延在方向と異なる第3の方向に各々の磁気抵抗効果素子20が平行に配置される事が好ましい。ここで、第3の方向とは基板の法線と直交する方向であり、補償電流線対の延在方向と同一な方向以外の方向を指す。ここで、複数の磁気抵抗効果素子20が各々備える第1及び第2の電流線301、302に流れる補償電流は、磁気抵抗効果素子20の長手方向に沿った反平行方向に流れるように、第1及び第2の電流線301、302は、第1及び第2の電流線を挟んで第1の接続導体とは反対側に存在する複数の第2の接続導体15と第1の接続導体7とによって接続されている。このように、磁気抵抗効果素子20を複数個備える場合に、複数の磁気抵抗効果素子20に対して各々が備える第1及び第2の電流線301、302のそれぞれに流れる補償電流が反平行方向に電流が流れるように第1の接続導体7及び第2の接続導体15が存在しているので、補償電流Id値を抑えることが可能になる。補償電流Id値を抑えても、十分な単位補償電流当りの発生磁界が増加するため、結果的に、磁気センサ素子1の感度が上がることになる。また、第3の方向は、補償電流線対の延在方向と直交する方向が好ましく、この場合、複数の磁気抵抗効果素子20が密集して配置されるので、第1及び第2の電流線301、302と第1の接続導体7及び第2の接続導体15との全体の長さを低減することが可能となるので、電気抵抗を低減することが可能となる。なお、第1の接続導体7と第2の接続導体15とは、第1及び第2の電流線301、302のそれぞれの端部同士を接続することが好ましい。ここで、それぞれの端部同士を接続するに当たり、それぞれの端部同士を結んだ直線と第1の接続導体7と第2の接続導体15を基板に射影した領域がそれぞれの端部同士を結んだ直線の全領域で重なっていることが好ましい。このような構成とすることで、第1の接続導体7と第2の接続導体15の抵抗値を低減することが可能となり、第1の接続導体7と第2の接続導体15との存在領域を小さくすることが可能となる。従って、磁気センサ素子1の低消費電力、小型化が可能となる。   The magnetoresistive effect element 20 used for the magnetic sensor element 1 provided in the current sensor 1000 of the present embodiment is a band-shaped element as shown in FIGS. 3 to 5, and one or two in the plane. Alternatively, it is preferable to provide four. Further, at least one set or a plurality of sets of band-shaped compensation current line pairs 35 are provided for one magnetoresistive effect element 20. When a plurality of magnetoresistive effect elements 20 are provided, it is preferable that the magnetoresistive effect elements 20 are arranged in parallel in a third direction different from the extending direction of the compensation current line pair. Here, the third direction is a direction orthogonal to the normal line of the substrate, and refers to a direction other than the same direction as the extending direction of the compensation current line pair. Here, the compensation current flowing through the first and second current lines 301 and 302 included in each of the plurality of magnetoresistive effect elements 20 flows in an antiparallel direction along the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element 20. The first and second current lines 301 and 302 are a plurality of second connection conductors 15 and first connection conductors 7 that are on the opposite side of the first connection conductor across the first and second current lines. And connected by. As described above, when a plurality of magnetoresistive elements 20 are provided, the compensation currents flowing in the first and second current lines 301 and 302 respectively provided for the plurality of magnetoresistive elements 20 are antiparallel. Since the first connection conductor 7 and the second connection conductor 15 exist so that a current flows through the compensation current Id, the compensation current Id value can be suppressed. Even if the compensation current Id value is suppressed, the generated magnetic field per unit compensation current is increased, and as a result, the sensitivity of the magnetic sensor element 1 is increased. Further, the third direction is preferably a direction orthogonal to the extending direction of the compensation current line pair. In this case, since the plurality of magnetoresistive elements 20 are densely arranged, the first and second current lines Since it is possible to reduce the overall lengths of the first and second connection conductors 301 and 302 and the second connection conductor 15, it is possible to reduce the electrical resistance. Note that the first connection conductor 7 and the second connection conductor 15 preferably connect the end portions of the first and second current lines 301 and 302 to each other. Here, when connecting the end portions, a straight line connecting the end portions and a region where the first connection conductor 7 and the second connection conductor 15 are projected onto the substrate connect the end portions. It is preferable that they overlap in the whole area of the straight line. With such a configuration, it becomes possible to reduce the resistance value of the first connection conductor 7 and the second connection conductor 15, and the existence region of the first connection conductor 7 and the second connection conductor 15. Can be reduced. Therefore, the power consumption and size reduction of the magnetic sensor element 1 can be achieved.

直線状の検出対象電流Imを流す導体2から発生する誘導磁界Hmに対して発生する、補償電流Idは、第1及び第2の電流線301、302を反平行方向に流れる。1つの磁気抵抗効果素子20に対して複数の帯状補償電流線対35をもつ場合も、それぞれの対に流れる電流方向は必ず同じ方向であって、かつ、反平行に流れることが必要である。つまり、4組の帯状補償電流線対35がある場合は、4組とも、それぞれの第1の電流線301に流れる補償電流Idは同じ方向に流れ、それぞれの第2の電流線302に流れる補償電流Idは同じ方向に流れ、4組とも、それぞれの第1及び第2の電流線301、302では反平行方向に流れるということである。   The compensation current Id generated with respect to the induction magnetic field Hm generated from the conductor 2 through which the linear detection target current Im flows flows through the first and second current lines 301 and 302 in the antiparallel direction. Even when a plurality of band-shaped compensation current line pairs 35 are provided for one magnetoresistive effect element 20, the direction of current flowing through each pair must be the same direction and must flow antiparallel. That is, when there are four pairs of band-shaped compensation current line pairs 35, the compensation current Id flowing through each first current line 301 flows in the same direction and the compensation flowing through each second current line 302 in all four sets. The current Id flows in the same direction, and all four sets flow in antiparallel directions on the first and second current lines 301 and 302, respectively.

図3において、帯状補償電流線対35に挟まれた磁気抵抗効果素子20について、磁気抵抗効果素子20と、第1及び第2の電流線301、302を、それぞれ絶縁膜によって隔てている。絶縁膜は、図示されていないが、第1の電流線301あるいは、第2の電流線302と、磁気抵抗効果素子20との間に生じる電圧差によって破壊されない程度に厚く、かつ、補償磁界Hdを磁気抵抗効果素子20に十分に印加できる程度に薄くすることによって、必要とされる十分な強度の補償磁界Hdを磁気抵抗効果素子20に付与することができ、かつ十分な耐電圧を得ることが出来る。   In FIG. 3, regarding the magnetoresistive effect element 20 sandwiched between the band-shaped compensation current line pair 35, the magnetoresistive effect element 20 and the first and second current lines 301 and 302 are separated from each other by an insulating film. Although not shown, the insulating film is thick enough not to be destroyed by a voltage difference generated between the first current line 301 or the second current line 302 and the magnetoresistive effect element 20, and has a compensation magnetic field Hd. Can be applied to the magnetoresistive effect element 20 with sufficient strength, and sufficient withstand voltage can be obtained. I can do it.

図2〜図5を参照して、本実施形態の電流センサ1000を構成する磁気センサ素子1の具体的構成を説明する。図2に示したように、この電流センサ1000は、検出対象電流Imが流れる直線状の導体2と、その導体2の近傍に配置された基板5と、基板5の上に配置された磁気センサ素子1とを備える。さらに、導体2の延在方向、すなわちY軸方向に沿って磁気センサ素子1上には、磁気抵抗効果素子20の自由層63に対してバイアス磁界を付与するための永久磁石9が配置されている。磁気センサ10とは、図1のような、基板5と、永久磁石9と、磁気センサ素子1から構成されるものであり、本実施形態でも、含まれている。   A specific configuration of the magnetic sensor element 1 constituting the current sensor 1000 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2, the current sensor 1000 includes a linear conductor 2 through which a detection target current Im flows, a substrate 5 disposed in the vicinity of the conductor 2, and a magnetic sensor disposed on the substrate 5. Device 1 is provided. Further, a permanent magnet 9 for applying a bias magnetic field to the free layer 63 of the magnetoresistive effect element 20 is disposed on the magnetic sensor element 1 along the extending direction of the conductor 2, that is, the Y-axis direction. Yes. The magnetic sensor 10 includes a substrate 5, a permanent magnet 9, and a magnetic sensor element 1 as shown in FIG. 1, and is also included in this embodiment.

さらに、導体2および電流センサ1000を一括して取り囲むように、例えば、フェライトなどの磁性材料からなる筒型のシールド構造6が設けられている。導体2は、例えば銅(Cu)などの高い導電率の金属材料からなり、検出対象電流Imが流れることにより、その周囲に誘導磁界Hmを発生する。シールド構造6は、磁気センサ素子1を含む磁気センサ10に対して不要な外部磁界が及ぶのを妨げるように機能する。   Further, a cylindrical shield structure 6 made of a magnetic material such as ferrite is provided so as to surround the conductor 2 and the current sensor 1000 in a lump. The conductor 2 is made of a metal material having high conductivity such as copper (Cu), for example, and generates an induction magnetic field Hm around the detection target current Im. The shield structure 6 functions to prevent an unnecessary external magnetic field from reaching the magnetic sensor 10 including the magnetic sensor element 1.

磁気センサ素子1は、例えば、図4に示すように、帯状補償電流線対35を4組設けた例では、基板5上に、図9に示すような、第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24を含む検出回路41が設けられた階層と、それを挟むように4組の帯状補償電流線対35があり、第1の電流線301を含む階層と、第2の電流線302を含む階層の3階層からなっており、第1の電流線301を含む階層、図9の第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24と検出回路を含む階層、第2の電流線302を含む階層の順に積層形成されてなるものである。   For example, as shown in FIG. 4, the magnetic sensor element 1 has four first to fourth magnetoresistive effects as shown in FIG. 9 on the substrate 5 in the case where four pairs of band-shaped compensation current line pairs 35 are provided. There are a hierarchy in which the detection circuit 41 including the elements 21 to 24 is provided, and four pairs of band-shaped compensation current line pairs 35 so as to sandwich the detection circuit 41, a hierarchy including the first current line 301, and a second current line 302. 9, a hierarchy including the first current line 301, a hierarchy including the first to fourth magnetoresistance effect elements 21 to 24 and the detection circuit in FIG. 9, and the second current line 302. Are formed in the order of the layers including

図4において、本実施形態の4つの、すなわち、第1から第4の磁気抵抗効果素子は、互いに同方向、すなわち、Y軸方向へ延在している。   In FIG. 4, the four, that is, the first to fourth magnetoresistive elements of the present embodiment extend in the same direction, that is, in the Y-axis direction.

図5において、4つの、すなわち、第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24は、それぞれ、その延在方向および厚さ方向、すなわちZ軸方向と直交する方向において幅W2の寸法を有している。幅W2は、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。   In FIG. 5, the four magnetoresistive elements 21 to 24, that is, the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24 have the dimension of the width W2 in the extending direction and the thickness direction, that is, the direction orthogonal to the Z-axis direction. doing. The width W2 may be equal to each other or different from each other.

磁気抵抗効果素子20は、補償電流線30における帯状補償電流線対35と1対1の対応関係となっている。すなわち、図3に示したように、磁気抵抗効果素子の積層方向、すなわちZ軸方向において、磁気抵抗効果素子20は帯状補償電流対35と重なり合う位置にある。また、図5でみれば、第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24は、それぞれ、第1から第4の帯状補償電流線対31〜34と厚さ方向において互いに重なり合う位置関係にあることにより、誘導磁界Hmと共に、第1から第4の帯状補償電流線対31〜34からの補償磁界Hdの影響を受けることとなるので好ましい。   The magnetoresistive effect element 20 has a one-to-one correspondence with the band-shaped compensation current line pair 35 in the compensation current line 30. That is, as shown in FIG. 3, the magnetoresistive effect element 20 is in a position overlapping the band-shaped compensation current pair 35 in the stacking direction of the magnetoresistive effect element, that is, the Z-axis direction. Further, as seen in FIG. 5, the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24 are in a positional relationship where they overlap with each other in the thickness direction with the first to fourth strip-shaped compensation current line pairs 31 to 34, respectively. This is preferable because it is influenced by the compensation magnetic field Hd from the first to fourth strip-shaped compensation current line pairs 31 to 34 together with the induction magnetic field Hm.

帯状補償電流線対35を4組設けた例では、図5に示すように、第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24、磁気抵抗効果素子と同じ階層の検出回路41、および、第1から第4の帯状補償電流線対31〜34は、それぞれ、アルミナ(Al)などからなる絶縁膜によって埋設されており互いに絶縁されている。また、帯状補償電流線対35として扱っていたが、第1から第4の帯状補償電流線対31〜34を構成する各第1の電流線301と第2の電流線302間は、それぞれ、Z方向に延在する第1の接続導体7と第2の接続導体15によって接続されている。絶縁膜はAlの他、酸化硅素(SiO)や窒化珪素(Si)でも良い。In the example where four pairs of band-shaped compensation current line 35 are provided, as shown in FIG. 5, the first to fourth magnetoresistive effect elements 21 to 24, the detection circuit 41 at the same level as the magnetoresistive effect element, and the first The first to fourth strip-shaped compensation current line pairs 31 to 34 are each embedded with an insulating film made of alumina (Al 2 O 3 ) and insulated from each other. Further, although treated as the band-shaped compensation current line pair 35, the first current line 301 and the second current line 302 constituting the first to fourth band-shaped compensation current line pairs 31 to 34 are respectively The first connecting conductor 7 and the second connecting conductor 15 extending in the Z direction are connected. In addition to Al 2 O 3, the insulating film may be silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ).

素子基板5は、例えば、ガラスやSiOなどの硅素(Si)の化合物、またはAlなどの絶縁材料、又はSi等の導電性材料上に絶縁膜、例えばAlやSiOを積層させた材料によって構成されるものである。The element substrate 5 is made of, for example, an insulating film such as Al 2 O 3 or SiO 2 on a silicon (Si) compound such as glass or SiO 2 , an insulating material such as Al 2 O 3 , or a conductive material such as Si. It is comprised with the material which laminated | stacked.

図4をはじめとする図で示す、帯状補償電流線対を含む補償電流線30は、Cuなどの高い導電率の金属材料によって構成され、磁気抵抗効果素子20の積層面を挟むように引き回された一本の薄膜導線である。補償電流線30は、例えば一方の端部から、図9の検出回路41からの補償電流Idが流入するようになっている。補償電流線30は、その一部として、磁気抵抗効果素子20の延在方向、すなわちY軸方向へ直線状に延在すると共に、その厚さ方向、すなわちZ軸方向と直交する幅方向、すなわちX軸方向に並ぶ4組の帯状補償電流線対35を含んでいる。   The compensation current line 30 including the band-shaped compensation current line pair shown in the drawings including FIG. 4 is made of a metal material having high conductivity such as Cu, and is routed so as to sandwich the laminated surface of the magnetoresistive effect element 20. This is a thin film conductor. The compensation current line 30 is configured such that the compensation current Id from the detection circuit 41 in FIG. 9 flows from one end, for example. As a part of the compensation current line 30, the extending direction of the magnetoresistive effect element 20, that is, linearly extends in the Y-axis direction, and the thickness direction, that is, the width direction orthogonal to the Z-axis direction, that is, Four pairs of band-shaped compensation current line pairs 35 arranged in the X-axis direction are included.

図4に示すように、帯状補償電流線対35は、第1の電流線301と第2の電流線302から成っており、第1の電流線301と第2の電流線302は、磁気抵抗効果素子20を、第1の方向および第2の方向から挟み込むように、すなわち、Z軸方向に、上下を挟むように平行に配置されており、かつ、第1の電流線301と第2の電流線302を第1の接続導体7と第2の接続導体15で直列に接続されている。また、それぞれの、第1の電流線301と第2の電流線302は、幅方向において幅W1の寸法を有している。幅W1は、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。   As shown in FIG. 4, the band-shaped compensation current line pair 35 includes a first current line 301 and a second current line 302, and the first current line 301 and the second current line 302 have a magnetoresistance. The effect element 20 is disposed in parallel so as to sandwich the effect element 20 from the first direction and the second direction, that is, in the Z-axis direction so as to sandwich the top and bottom, and the first current line 301 and the second direction The current line 302 is connected in series by the first connection conductor 7 and the second connection conductor 15. Each of the first current line 301 and the second current line 302 has a width W1 in the width direction. The widths W1 may be equal to each other or different from each other.

本実施形態の磁気センサ素子1では、補償電流線30の太さが線毎に異なっていても良い。また、磁気抵抗効果素子20と重ならない部分に補償電流線30が配置されていても良い。これによって、補償電流線30が磁気抵抗効果素子20に印加する磁界を均一にできる。磁気抵抗効果素子20の抵抗変化量のバラツキを抑制できる。   In the magnetic sensor element 1 of the present embodiment, the thickness of the compensation current line 30 may be different for each line. Further, the compensation current line 30 may be disposed in a portion that does not overlap the magnetoresistive effect element 20. Thereby, the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 20 by the compensation current line 30 can be made uniform. Variation in the resistance change amount of the magnetoresistive effect element 20 can be suppressed.

また、別の形態として、帯状部分をつづら折のようなミアンダ状に直列に接続されていても良い。ミアンダ状に磁気抵抗効果素子を構成する場合、帯状部分の本数を偶数個とすることにより、磁気抵抗効果素子に通電したときに発生する磁界、すなわち、自己バイアス磁界の影響をキャンセルできる。図7aは、1個の抵抗体が2本の磁気抵抗効果素子から出来ている例である。また、図7bは、1個の抵抗体が4本の磁気抵抗効果素子から出来ている例である。図中の3は電極、4は中間電極である。   As another form, the belt-like portions may be connected in series in a meander shape like a zigzag. When the magnetoresistive effect element is configured in a meander shape, the influence of the magnetic field generated when the magnetoresistive effect element is energized, that is, the influence of the self-bias magnetic field can be canceled by setting the number of the band-like portions to an even number. FIG. 7a is an example in which one resistor is made of two magnetoresistive elements. FIG. 7b shows an example in which one resistor is made of four magnetoresistive elements. In the figure, 3 is an electrode and 4 is an intermediate electrode.

第1の接続導体7と第2の接続導体15は、帯状補償電流対35の、第1の電流線301と第2の電流線302を、図3のように、例えば、Z軸方向に接続する。図4に示されるような第1の接続導体7と第2の接続導体15は、フォトでパターニングしたCuメッキで第1の接続導体7と第2の接続導体15を形成し、その後絶縁膜を積層し、第1の接続導体7と第2の接続導体15上に積層されている絶縁膜をCMP等で除去する方法や、絶縁膜にRIEで穴を開け、穴部分をCuで埋める方法で第1の接続導体7と第2の接続導体15を形成するなどの公知の技術で作製できる。   The first connection conductor 7 and the second connection conductor 15 connect the first current line 301 and the second current line 302 of the band-shaped compensation current pair 35, for example, in the Z-axis direction as shown in FIG. To do. The first connecting conductor 7 and the second connecting conductor 15 as shown in FIG. 4 are formed by forming the first connecting conductor 7 and the second connecting conductor 15 by Cu plating patterned with photo, and then forming an insulating film. By laminating and removing the insulating film laminated on the first connecting conductor 7 and the second connecting conductor 15 by CMP or the like, or by making a hole in the insulating film by RIE and filling the hole portion with Cu The first connection conductor 7 and the second connection conductor 15 can be produced by a known technique such as formation.

本実施形態の補償電流線30を構成する帯状補償電流線対35は、磁気抵抗効果素子20の延在方向と同方向へそれぞれ延在すると共に厚さ方向において磁気抵抗効果素子20とそれぞれ重なり合っていることが好ましい。補償電流線30の帯状補償電流線対35と、磁気抵抗効果素子20を隔てている図示しない絶縁膜は、帯状補償電流線対35と、磁気抵抗効果素子との間に生じる電圧差によって破壊されない程度に厚く、かつ帯状補償電流線対35からの磁界が十分に磁気抵抗効果素子に印加できる程度に薄くなっている。   The band-shaped compensation current line pair 35 constituting the compensation current line 30 of the present embodiment extends in the same direction as the extending direction of the magnetoresistive effect element 20 and overlaps the magnetoresistive effect element 20 in the thickness direction. Preferably it is. The insulating film (not shown) that separates the band-shaped compensation current line pair 35 of the compensation current line 30 and the magnetoresistive effect element 20 is not destroyed by a voltage difference generated between the band-shaped compensation current line pair 35 and the magnetoresistive effect element. It is so thick that the magnetic field from the band-shaped compensation current line pair 35 can be sufficiently applied to the magnetoresistive element.

帯状補償電流線対35の少なくとも一部分が、厚さ方向において磁気抵抗効果素子20と重なり合い、かつ、帯状補償電流線対35と磁気抵抗効果素子20とを隔てている絶縁膜の膜厚を最適化したので、磁気抵抗効果素子20と補償電流線対35間の絶縁耐圧を保ちながら、補償磁界Hdのうちの磁気抵抗効果素子20に実際に及ぶ有効磁界の最大強度および平均強度が向上する。   At least a part of the band-shaped compensation current line pair 35 overlaps the magnetoresistive effect element 20 in the thickness direction, and the film thickness of the insulating film separating the band-shaped compensation current line pair 35 and the magnetoresistive effect element 20 is optimized. Therefore, while maintaining the withstand voltage between the magnetoresistive effect element 20 and the compensation current line pair 35, the maximum intensity and the average intensity of the effective magnetic field that actually reaches the magnetoresistive effect element 20 in the compensation magnetic field Hd are improved.

本実施形態において、帯状補償電流線対35と、対応する磁気抵抗効果素子20とを隔てている絶縁膜の膜厚を磁気抵抗効果素子20の厚みの10倍以上としている。図12は、絶縁膜の膜厚と磁気抵抗効果素子20の破壊電圧の関係をしめした図である。磁気抵抗効果素子20の膜厚が約30nmに対し、絶縁膜の膜厚が約300nmより厚い場合に、磁気抵抗効果素子20の破壊電圧が0から上に上がる傾向であり、これにより、絶縁膜は補償電流線30と磁気抵抗効果素子20との間に生じる電圧差によって破壊されないということがわかる。なお、磁気抵抗効果膜の厚みが30nmとは異なる場合についても、図12の結果と同様に、絶縁膜の厚さが300nmを超えると、最小の破壊電圧が0でなくなるので好ましい。絶縁膜の厚さが500nm以上では、最小破壊電圧が概ね一定となるのでより好ましい。絶縁膜の材料としては、例えば、アルミナ(Al2O3 )、酸化硅素(SiO2)や窒化珪素(Si3N4)などの金属酸化物、金属窒化物、又はポリイミドなど有機物、又はこれらの混合物が好ましい。   In the present embodiment, the thickness of the insulating film separating the band-shaped compensation current line pair 35 and the corresponding magnetoresistive effect element 20 is set to 10 times or more the thickness of the magnetoresistive effect element 20. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the film thickness of the insulating film and the breakdown voltage of the magnetoresistive effect element 20. When the thickness of the magnetoresistive effect element 20 is about 30 nm and the thickness of the insulating film is greater than about 300 nm, the breakdown voltage of the magnetoresistive effect element 20 tends to increase from 0. Is not destroyed by the voltage difference generated between the compensation current line 30 and the magnetoresistive element 20. Even in the case where the thickness of the magnetoresistive effect film is different from 30 nm, it is preferable that the thickness of the insulating film exceeds 300 nm because the minimum breakdown voltage is not 0 as in the result of FIG. When the thickness of the insulating film is 500 nm or more, the minimum breakdown voltage is almost constant, which is more preferable. As the material for the insulating film, for example, metal oxides such as alumina (Al 2 O 3), silicon oxide (SiO 2) and silicon nitride (Si 3 N 4), metal nitrides, organic substances such as polyimide, or mixtures thereof are preferable.

(磁気抵抗効果素子の説明)
図8aと図8bを参照して、磁気抵抗効果素子20の構成について、詳しく説明する。図8aと図8bは、磁気抵抗効果素子20の構成を分解して表す分解斜視図である。なお、磁化J61の向きを除いて、図4や図5で示す第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24は全て同様の構成を有しているので、ここでは、図3の磁気抵抗効果素子20を例に挙げて説明する。
(Description of magnetoresistive effect element)
The configuration of the magnetoresistive element 20 will be described in detail with reference to FIGS. 8a and 8b. 8a and 8b are exploded perspective views showing the structure of the magnetoresistive element 20 in an exploded manner. Since the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24 shown in FIGS. 4 and 5 have the same configuration except for the direction of the magnetization J61, here, the magnetoresistance of FIG. The effect element 20 will be described as an example.

磁気抵抗効果素子20はスピンバルブ構造を有するものであり、巨大磁気抵抗効果(Giant Magneto−Resistive Effect)素子である。   The magnetoresistive effect element 20 has a spin valve structure and is a giant magneto-resistive effect element.

図8aに示すように、磁気抵抗効果素子20は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層61と、中間層62と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する自由層63とを順に含む積層体60を有している。その場合、固着層61の磁化方向は、導体2ならびに帯状補償電流線対35の延在方向と直交する方向であるとよい。   As shown in FIG. 8a, the magnetoresistive element 20 includes a pinned layer 61 having a magnetization direction fixed in a certain direction, an intermediate layer 62, and a free layer 63 whose magnetization direction changes according to an external magnetic field in order. The laminated body 60 is included. In that case, the magnetization direction of the pinned layer 61 may be a direction orthogonal to the extending direction of the conductor 2 and the band-shaped compensation current line pair 35.

より詳細に説明すると、図8aに示したように、例えば+X方向に固着された磁化J61を有する固着層61と、特定の磁化を示さない非磁性の中間層62と、誘導磁界Hmおよび補償磁界Hdなどの、印加磁界の大きさおよび向きに応じて変化する磁化J63を有する自由層63とが順に積層された構造となっている。自由層63の磁化容易軸AE63はY軸と平行であるとよい。   More specifically, as shown in FIG. 8a, for example, a pinned layer 61 having a magnetization J61 pinned in the + X direction, a nonmagnetic intermediate layer 62 that does not exhibit a specific magnetization, an induced magnetic field Hm, and a compensation magnetic field A free layer 63 having a magnetization J63 that varies depending on the magnitude and direction of the applied magnetic field, such as Hd, is sequentially stacked. The easy axis AE63 of the free layer 63 is preferably parallel to the Y axis.

本実施形態の第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24の磁化方向について説明する。図9に示したように、第3の磁気抵抗効果素子23の磁化J61は、第1の磁気抵抗効果素子21の磁化J61と同方向(+X方向)に固着されている。これに対し、第2及び第4の磁気抵抗効果素子22、24の磁化J61はいずれも第1及び第3の磁気抵抗効果素子21、23の磁化J61と逆方向(−X方向)に固着されている。   The magnetization directions of the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24 of this embodiment will be described. As shown in FIG. 9, the magnetization J61 of the third magnetoresistance effect element 23 is fixed in the same direction (+ X direction) as the magnetization J61 of the first magnetoresistance effect element 21. On the other hand, the magnetization J61 of the second and fourth magnetoresistive elements 22 and 24 is fixed in the opposite direction (−X direction) to the magnetization J61 of the first and third magnetoresistive elements 21 and 23. ing.

また、図8aは、誘導磁界Hmや補償磁界Hdを印加しない無負荷状態、すなわち、外部磁界がゼロの状態を示している。この場合には、自由層63の磁化方向J63は、自らの磁化容易軸AE63と平行をなし、かつ、固着層61の磁化J61とほぼ直交する状態となっている。   FIG. 8a shows a no-load state in which the induction magnetic field Hm and the compensation magnetic field Hd are not applied, that is, a state in which the external magnetic field is zero. In this case, the magnetization direction J63 of the free layer 63 is parallel to its own easy axis AE63 and is almost orthogonal to the magnetization J61 of the pinned layer 61.

自由層63は、NiFeなどの軟磁性材料により構成されている。中間層62は、Cuにより構成され、上面が固着層61と接すると共に下面が自由層63と接している。中間層62は、Cuのほか、金(Au)などの導電率の高い非磁性金属により構成することができる。中間層62は、電流センサの動作時に供給される図6に示す読出電流I1、I2の大部分が流れるパスラインとしても機能する。なお、自由層63の下面、すなわち、中間層62に接する面と反対側の面は、それぞれ図示しない保護膜によって保護されていてもよい。   The free layer 63 is made of a soft magnetic material such as NiFe. The intermediate layer 62 is made of Cu, and has an upper surface in contact with the fixed layer 61 and a lower surface in contact with the free layer 63. The intermediate layer 62 can be made of nonmagnetic metal having high conductivity such as gold (Au) in addition to Cu. The intermediate layer 62 also functions as a pass line through which most of the read currents I1 and I2 shown in FIG. 6 supplied during operation of the current sensor flow. Note that the lower surface of the free layer 63, that is, the surface opposite to the surface in contact with the intermediate layer 62 may be protected by a protective film (not shown).

また、固着層61と自由層63との間には磁化方向J61における交換バイアス磁界Hinが生じており、中間層62を介して互いに作用し合っている。交換バイアス磁界Hinの強度は、固着層61と自由層63との相互間隔、すなわち中間層62の厚みに応じて自由層63のスピン方向が回転することにより変化する。したがって、交換バイアス磁界Hinを見かけ上、ゼロとすることもできる。   An exchange bias magnetic field Hin in the magnetization direction J61 is generated between the pinned layer 61 and the free layer 63, and interacts with each other via the intermediate layer 62. The intensity of the exchange bias magnetic field Hin changes as the spin direction of the free layer 63 rotates according to the mutual distance between the fixed layer 61 and the free layer 63, that is, the thickness of the intermediate layer 62. Therefore, the exchange bias magnetic field Hin can be apparently zero.

ここで、図2に示すように、積層体60に対し、固着層61の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加するバイアス印加手段である永久磁石9を備えるようにしてもよい。永久磁石9は、磁気抵抗効果素子20の自由層63に対してバイアス磁界を付与することにより、それらのヒステリシスを低減するように機能する。   Here, as shown in FIG. 2, a permanent magnet 9, which is a bias application unit that applies a bias magnetic field in a direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer 61, may be provided on the stacked body 60. The permanent magnet 9 functions to reduce the hysteresis by applying a bias magnetic field to the free layer 63 of the magnetoresistive effect element 20.

また、図8aでは、下から自由層63、中間層62、固着層61の順に積層された場合の構成例を示しているが、これに限定されず、反対の順序で構成するようにしてもよい。なお、中間層62をAlや酸化マグネシウム(MgO)などの絶縁体とするTMR(Tonneling Magneto Resistive)素子としても良い。8A shows a configuration example in which the free layer 63, the intermediate layer 62, and the fixed layer 61 are stacked in this order from the bottom. However, the configuration is not limited to this, and may be configured in the opposite order. Good. Note that a TMR (Tonneling Magneto Resistive) element in which the intermediate layer 62 is an insulator such as Al 2 O 3 or magnesium oxide (MgO) may be used.

図8bに、固着層61の詳細な構成を示す。固着層61は、例えば中間層62の側から磁化固定膜64と反強磁性膜65と保護膜66とが順に積層された構成となっている。磁化固定膜64はコバルト(Co)やコバルト鉄合金(CoFe)などの強磁性材料によって構成されており、この磁化固定膜64の示す磁化の向きが固着層61全体としての磁化J61の向きとなる。   FIG. 8 b shows a detailed configuration of the fixing layer 61. The pinned layer 61 has a configuration in which, for example, a magnetization fixed film 64, an antiferromagnetic film 65, and a protective film 66 are sequentially stacked from the intermediate layer 62 side. The magnetization fixed film 64 is made of a ferromagnetic material such as cobalt (Co) or cobalt iron alloy (CoFe), and the magnetization direction indicated by the magnetization fixed film 64 is the direction of the magnetization J61 as the entire fixed layer 61. .

一方、反強磁性膜65は、白金マンガン合金(PtMn)やイリジウムマンガン合金(IrMn)などの反強磁性材料により構成されている。反強磁性膜65は、+X方向のスピン磁気モーメントと、それとは反対方向(−X方向)のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、磁化固定膜64の磁化の向き、すなわち、固着層61の磁化J61の向きを固定するように作用している。保護膜66は、タンタル(Ta)やハフニウム(Hf)などの比較的化学的に安定な非磁性材料からなり、磁化固定膜64や反強磁性膜65などを保護するものである。   On the other hand, the antiferromagnetic film 65 is made of an antiferromagnetic material such as platinum manganese alloy (PtMn) or iridium manganese alloy (IrMn). The antiferromagnetic film 65 is in a state in which the spin magnetic moment in the + X direction and the spin magnetic moment in the opposite direction (−X direction) are completely cancelled, and the magnetization direction of the magnetization fixed film 64, that is, The fixed layer 61 acts to fix the direction of the magnetization J61. The protective film 66 is made of a relatively chemically stable nonmagnetic material such as tantalum (Ta) or hafnium (Hf), and protects the magnetization fixed film 64, the antiferromagnetic film 65, and the like.

以上のような構造を有する磁気抵抗効果素子20では、誘導磁界Hmおよび補償磁界Hdの合成磁界の印加により自由層63の磁化J63が回転し、それによって磁化J63と磁化J61との相対角度が変化する。その相対角度は、誘導磁界Hmおよび補償磁界Hdの大きさおよび向きによって決まるものである。ここで、誘導磁界Hmの向きが+X方向であるのに対し補償磁界Hdの向きは−X方向であるが、通常、誘導磁界Hmは補償磁界Hdよりも大きな強度を有するので、それらの合成磁界の向きは+X方向となる。そのため、磁気抵抗効果素子20における自由層63の磁化J63は、図8aに示した無負荷状態から+X方向へ傾くこととなり、磁気抵抗効果素子20の各抵抗値の増減が生じる。   In the magnetoresistive effect element 20 having the above structure, the magnetization J63 of the free layer 63 is rotated by the application of the combined magnetic field of the induction magnetic field Hm and the compensation magnetic field Hd, thereby changing the relative angle between the magnetization J63 and the magnetization J61. To do. The relative angle is determined by the magnitude and direction of the induction magnetic field Hm and the compensation magnetic field Hd. Here, the direction of the induction magnetic field Hm is the + X direction, whereas the direction of the compensation magnetic field Hd is the −X direction. Usually, the induction magnetic field Hm has a greater strength than the compensation magnetic field Hd. The direction of is the + X direction. Therefore, the magnetization J63 of the free layer 63 in the magnetoresistive effect element 20 is inclined in the + X direction from the no-load state shown in FIG. 8a, and each resistance value of the magnetoresistive effect element 20 increases or decreases.

より具体的には、本実施形態の第1及び第3の磁気抵抗効果素子21、23では磁化J61が+X方向であるので、誘導磁界Hmおよび補償磁界Hdの合成磁界が付与されると磁化J63は磁化J61と平行な状態に近づくこととなり、その抵抗値は減少する。一方、第2及び第4の磁気抵抗効果素子22、24では磁化J61が−X方向であるので、誘導磁界Hmおよび補償磁界Hdの合成磁界が付与されると磁化J63は磁化J61と反平行な状態に近づくこととなり、その抵抗値は増大する。   More specifically, since the magnetization J61 is in the + X direction in the first and third magnetoresistance effect elements 21 and 23 of the present embodiment, the magnetization J63 is applied when a combined magnetic field of the induction magnetic field Hm and the compensation magnetic field Hd is applied. Approaches the state parallel to the magnetization J61, and its resistance value decreases. On the other hand, since the magnetization J61 is in the −X direction in the second and fourth magnetoresistance effect elements 22 and 24, the magnetization J63 is antiparallel to the magnetization J61 when a combined magnetic field of the induction magnetic field Hm and the compensation magnetic field Hd is applied. As the state approaches, the resistance value increases.

(検出回路の説明)
図9を用いて、本実施形態の電流センサの回路構成について説明する。図9は、本実施形態の検出回路図である。検出回路41は、4つの磁気抵抗効果素子21〜24がブリッジ接続されたブリッジ回路である。第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24は、それぞれ、導体2に沿って配置された帯状の薄膜パターンであり、導体2を流れる検出対象電流Imにより生ずる誘導磁界Hmに応じて自らの抵抗値が変化を示すものである。
(Description of detection circuit)
The circuit configuration of the current sensor according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a detection circuit diagram of this embodiment. The detection circuit 41 is a bridge circuit in which four magnetoresistive elements 21 to 24 are bridge-connected. Each of the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24 is a strip-shaped thin film pattern disposed along the conductor 2, and the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24 correspond to the induction magnetic field Hm generated by the detection target current Im flowing through the conductor 2. The resistance value indicates a change.

具体的には、第1及び第3の磁気抵抗効果素子11、13の各抵抗値は、検出対象の誘導磁界Hmに応じて互いに同じ向きに変化する、すなわち、増加または減少する。一方、第2及び第4の磁気抵抗効果素子12、14の抵抗値は、いずれも、誘導磁界Hmに応じて第1及び第3の磁気抵抗効果素子11、13の抵抗値の変化とは反対向きに変化する、すなわち、減少または増加する。例えば、第1及び第3の磁気抵抗効果素子11、13の各抵抗値が増加したときは、第2及び第4の磁気抵抗効果素子12、14の各抵抗値は減少するという関係となっている。   Specifically, the resistance values of the first and third magnetoresistive elements 11 and 13 change in the same direction according to the induction magnetic field Hm to be detected, that is, increase or decrease. On the other hand, the resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements 12 and 14 are opposite to the changes in the resistance values of the first and third magnetoresistive elements 11 and 13 according to the induction magnetic field Hm. Change in orientation, ie decrease or increase. For example, when the resistance values of the first and third magnetoresistive elements 11 and 13 are increased, the resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements 12 and 14 are decreased. Yes.

本実施形態の電流センサの検出回路41では、第1および第2の磁気抵抗効果素子の一端同士が第1の接続点P1において接続され、第3および第4の磁気抵抗効果素子の一端同士が第2の接続点P2において接続され、第1の磁気抵抗効果素子21の他端と第4の磁気抵抗効果素子24の他端とが第3の接続点P3において接続され、第2の磁気抵抗効果素子22の他端と第3の磁気抵抗効果素子23の他端とが第4の接続点P4において接続されることによりブリッジ回路が形成されており、第1および第3の磁気抵抗効果素子の抵抗値は検出対象である誘導磁界Hmに応じて互いに同じ向きに変化し、第2および第4の磁気抵抗効果素子の抵抗値はいずれも誘導磁界Hmに応じて第1および第3の磁気抵抗効果素子とは反対向きに変化するようになっている。   In the detection circuit 41 of the current sensor of the present embodiment, one ends of the first and second magnetoresistive elements are connected at the first connection point P1, and one ends of the third and fourth magnetoresistive elements are connected. Connected at the second connection point P2, the other end of the first magnetoresistance effect element 21 and the other end of the fourth magnetoresistance effect element 24 are connected at the third connection point P3, and the second magnetoresistance A bridge circuit is formed by connecting the other end of the effect element 22 and the other end of the third magnetoresistance effect element 23 at the fourth connection point P4, and the first and third magnetoresistance effect elements are formed. The resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements change in the same direction according to the induced magnetic field Hm to be detected, and the resistance values of the second and fourth magnetoresistance effect elements are both the first and third magnetic fields according to the induced magnetic field Hm. Changes in the opposite direction to the resistive element It has become to so that.

本実施形態の電流センサの検出回路41では、第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24において、第1の接続点P1と第2の接続点P2との間に電圧が印加されたときに第3の接続点P3と第4の接続点P4との間の電位差によって生じる補償電流Idに基づき、誘導磁界Hmとは逆方向の補償磁界Hdを各磁気抵抗効果素子21〜24に付与するための補償電流線30を設けるようにしたので、4つの磁気抵抗効果素子間の特性のばらつきや接続抵抗のばらつき、あるいは温度変動などに起因した出力電圧の変化がキャンセルされる。   In the detection circuit 41 of the current sensor of the present embodiment, when a voltage is applied between the first connection point P1 and the second connection point P2 in the first to fourth magnetoresistance effect elements 21 to 24. Based on the compensation current Id generated by the potential difference between the third connection point P3 and the fourth connection point P4, a compensation magnetic field Hd in the direction opposite to the induced magnetic field Hm is applied to each of the magnetoresistive effect elements 21 to 24. Since the compensation current line 30 is provided, the change in the output voltage due to the variation in characteristics between the four magnetoresistive elements, the variation in the connection resistance, or the temperature variation is cancelled.

図9に示したように、検出回路41は、接続点P1〜P4を有している。各接続点P1〜P4は、Cuなどの高導電率を有する非磁性材料によって構成された薄膜パターンである。また、接続点P1は電源Vccと接続され、接続点P2は接地されている。さらに、接続点P3、P4は、いずれも、差動増幅器AMPの入力側と接続されている。   As shown in FIG. 9, the detection circuit 41 has connection points P1 to P4. Each connection point P1 to P4 is a thin film pattern made of a nonmagnetic material having a high conductivity such as Cu. The connection point P1 is connected to the power source Vcc, and the connection point P2 is grounded. Furthermore, the connection points P3 and P4 are both connected to the input side of the differential amplifier AMP.

補償電流線30は、その一方の端部が図示しない配線によって差動増幅器AMPの出力側と接続され、他方の端部が抵抗体RLを介して接地されるようになっている。抵抗体RLにおける差動増幅器AMPの側には、補償電流検出手段Sが端部において接続されている。これにより、補償電流線30には、接続点P1と接続点P2との間に電圧が印加されたときの接続点P3と接続点P4との間の電位差に基づく補償電流Idが供給されることとなる。補償電流線30は、補償電流Idが流れたときに、第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24に対して補償磁界Hdをそれぞれ付与するような経路を有している。   One end of the compensation current line 30 is connected to the output side of the differential amplifier AMP through a wiring (not shown), and the other end is grounded via the resistor RL. Compensation current detection means S is connected at the end to the differential amplifier AMP side of the resistor RL. As a result, the compensation current line 30 is supplied with a compensation current Id based on a potential difference between the connection point P3 and the connection point P4 when a voltage is applied between the connection point P1 and the connection point P2. It becomes. The compensation current line 30 has a path that applies a compensation magnetic field Hd to the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24 when the compensation current Id flows.

補償電流線30を構成する帯状補償電流線対35において発生する補償磁界Hdは、導体2を流れる検出対象電流Imによって生じる誘導磁界Hmとは逆方向となっている。すなわち、図9に矢印で示したように、第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24に対して誘導磁界Hmが例えば+X方向へ印加されるとき、補償磁界Hdは−X方向へ印加される。   The compensation magnetic field Hd generated in the band-shaped compensation current line pair 35 constituting the compensation current line 30 is in the opposite direction to the induced magnetic field Hm generated by the detection target current Im flowing through the conductor 2. That is, as indicated by the arrows in FIG. 9, when the induction magnetic field Hm is applied to the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24, for example, in the + X direction, the compensation magnetic field Hd is applied in the -X direction. Is done.

本実施形態の電流センサを使用し、誘導磁界Hmを測定することにより検出対象電流Imを求める方法について説明する。図9において、まず、誘導磁界Hmおよび補償磁界Hdが印加されていない状態を考える。ここで、電源Vccから読出電流I0を流したときの第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24における各々の抵抗値をr1〜r4とする。   A method for obtaining the detection target current Im by measuring the induced magnetic field Hm using the current sensor of the present embodiment will be described. In FIG. 9, first, let us consider a state in which the induction magnetic field Hm and the compensation magnetic field Hd are not applied. Here, the resistance values in the first to fourth magnetoresistance effect elements 21 to 24 when the read current I0 is supplied from the power supply Vcc are r1 to r4.

電源Vccからの読出電流I0は、接続点P1において読出電流I1および読出電流I2の2つに分流される。そののち、第1の磁気抵抗効果素子21および第4の磁気抵抗効果素子24を通過した読出電流I1と、第2の磁気抵抗効果素子22および第3の磁気抵抗効果素子23を通過した読出電流I2とが接続点P2において合流する。この場合、接続点P1と接続点P2との間の電位差Vは、
V=I1×r4+I1×r1=I2×r3+I2×r2
=I1(r4+r1)=I2(r3+r2) ……(1)
と表すことができる。
Read current I0 from power supply Vcc is divided into two at read point I1 and read current I2 at connection point P1. After that, the read current I1 that has passed through the first magnetoresistive element 21 and the fourth magnetoresistive element 24, and the read current that has passed through the second magnetoresistive element 22 and the third magnetoresistive element 23 I2 joins at the connection point P2. In this case, the potential difference V between the connection point P1 and the connection point P2 is
V = I1 * r4 + I1 * r1 = I2 * r3 + I2 * r2
= I1 (r4 + r1) = I2 (r3 + r2) (1)
It can be expressed as.

また、第3の接続点P3における電位V1および第4の接続点P4における電位V2は
、それぞれ、
V1=V−V4
=V−I1×r4
V2=V−V3
=V−I2×r3
と表せる。よって、第3の接続点P3と第4の接続点P4との間の電位差V0は、
V0=V2−V1
=(V−I2×r3)−(V−I1×r4)
=I1×r4−I2×r3 ……(2)
ここで、(1)式から
V0=r4/(r4+r1)×V−r3/(r3+r2)×V
={r4/(r4+r1)−r3/(r3+r2)}×V ……(3)
となる。
The potential V1 at the third connection point P3 and the potential V2 at the fourth connection point P4 are respectively
V1 = V-V4
= V-I1 * r4
V2 = V-V3
= V-I2 * r3
It can be expressed. Therefore, the potential difference V0 between the third connection point P3 and the fourth connection point P4 is
V0 = V2-V1
= (V-I2 * r3)-(V-I1 * r4)
= I1 * r4-I2 * r3 (2)
Here, V0 = r4 / (r4 + r1) × V−r3 / (r3 + r2) × V from the equation (1).
= {R4 / (r4 + r1) -r3 / (r3 + r2)} * V (3)
It becomes.

このブリッジ回路では、誘導磁界Hmが印加されたときに、上記の式(3)で示された接続点P3と接続点P4との間の電圧V0を測定することにより、抵抗変化量が得られる。ここで、誘導磁界Hmが印加されたときに、抵抗値r1〜r4がそれぞれ変化量ΔR1〜ΔR4だけ増加したとすると、すなわち、誘導磁界Hmを印加したときの抵抗値r1〜r4がそれぞれ、
R1=r1+ΔR1
R2=r2+ΔR2
R3=r3+ΔR3
R4=r4+ΔR4
であるとすると、誘導磁界Hmを印加した際の電位差V0は、式(3)より、
V0={(r4+ΔR4)/(r4+ΔR4+r1+ΔR1)+(r3+ΔR3)/(r3+ΔR3+r2+ΔR2)}×V ……(4)
となる。
In this bridge circuit, when the induction magnetic field Hm is applied, the resistance change amount is obtained by measuring the voltage V0 between the connection point P3 and the connection point P4 represented by the above equation (3). . Here, when the induction magnetic field Hm is applied, if the resistance values r1 to r4 increase by the change amounts ΔR1 to ΔR4, that is, the resistance values r1 to r4 when the induction magnetic field Hm is applied, respectively.
R1 = r1 + ΔR1
R2 = r2 + ΔR2
R3 = r3 + ΔR3
R4 = r4 + ΔR4
If the induced magnetic field Hm is applied, the potential difference V0 when the induction magnetic field Hm is applied is expressed by the following equation (3):
V0 = {(r4 + ΔR4) / (r4 + ΔR4 + r1 + ΔR1) + (r3 + ΔR3) / (r3 + ΔR3 + r2 + ΔR2)} × V (4)
It becomes.

すでに述べたように、この電流センサでは、第1及び第3の磁気抵抗効果素子21、23の抵抗値R1,R3と第2及び第4の磁気抵抗効果素子22、24の抵抗値R2,R4とが逆方向に変化するので、変化量ΔR3と変化量ΔR2とが打ち消し合うと共に変化量ΔR4と変化量ΔR1とが打ち消し合うこととなる。このため、誘導磁界Hmの印加前後を比較した場合、式(4)の各項における分母の増加はほとんど無い。   As already described, in this current sensor, the resistance values R1 and R3 of the first and third magnetoresistance effect elements 21 and 23 and the resistance values R2 and R4 of the second and fourth magnetoresistance effect elements 22 and 24 are described. Change in the opposite direction, the change amount ΔR3 and the change amount ΔR2 cancel each other, and the change amount ΔR4 and the change amount ΔR1 cancel each other. For this reason, when comparing before and after application of the induction magnetic field Hm, there is almost no increase in the denominator in each term of the equation (4).

一方、各項の分子については、変化量ΔR3と変化量ΔR4とは必ず反対の符号を有するので、打ち消し合うことなく増減が現れることとなる。誘導磁界Hmが印加されることにより、第2及び第4の磁気抵抗効果素子22、24では、抵抗値は変化量ΔR2、ΔR4(ΔR2、ΔR4<0)の分だけそれぞれ変化する(実質的に低下する)一方で、第1及び第3の磁気抵抗効果素子21、23では、抵抗値は変化量ΔR1、ΔR3(ΔR1、ΔR3>0)の分だけそれぞれ変化する、すなわち、実質的に増加するからである。そこで、外部磁場と抵抗変化量との関係が既知である第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24を用いるようにすれば、誘導磁界Hmの大きさを測定することができ、その誘導磁界Hmを発生する検出対象電流Imの大きさを推定することができる。   On the other hand, for the numerator of each term, since the change amount ΔR3 and the change amount ΔR4 always have opposite signs, the increase and decrease appear without canceling each other. When the induction magnetic field Hm is applied, the resistance values of the second and fourth magnetoresistive elements 22 and 24 change by the amount of change ΔR2, ΔR4 (ΔR2, ΔR4 <0), respectively (substantially). On the other hand, in the first and third magnetoresistive elements 21 and 23, the resistance values change by the amount of change ΔR1, ΔR3 (ΔR1, ΔR3> 0), that is, increase substantially. Because. Therefore, if the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24 whose relation between the external magnetic field and the resistance change amount are known are used, the magnitude of the induced magnetic field Hm can be measured. The magnitude of the detection target current Im that generates the magnetic field Hm can be estimated.

しかしながら、一般的には、抵抗値r1〜r4および変化量ΔR1〜ΔR4は第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24の個体差により相互に異なっているうえ、回路中の接続抵抗のばらつきや温度分布の偏り、あるいは外部からの妨害磁界などが存在することから、電位差Vは上記要因による誤差成分を含んでいる。そこで、この電流センサでは、補償磁界Hdを利用して電位差Vの誤差成分を除去するようにしている。具体的には、この電流センサでは、接続点P3において検出される電位V1と接続点P4において検出される電位V2とが差動増幅器AMPに供給され、その差分、すなわち電位差V0が零となるような補償電流Idが出力される。   However, in general, the resistance values r1 to r4 and the change amounts ΔR1 to ΔR4 are different from each other due to individual differences between the first to fourth magnetoresistance effect elements 21 to 24, and variations in connection resistance in the circuit. The potential difference V includes an error component due to the above-described factors. Therefore, in this current sensor, the error component of the potential difference V is removed using the compensation magnetic field Hd. Specifically, in this current sensor, the potential V1 detected at the connection point P3 and the potential V2 detected at the connection point P4 are supplied to the differential amplifier AMP so that the difference, that is, the potential difference V0 becomes zero. Compensation current Id is output.

差動増幅器AMPからの補償電流Idは、第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24にそれぞれ対応して配置された補償電流線30である第1から第4の帯状補償電流線対31〜34を検出対象電流Imとは正反対の方向へ流れることにより、誘導磁界Hmとは逆方向の補償磁界Hdを発生させる。この補償磁界Hdは、回路中の接続抵抗のばらつきや第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24の相互間における特性のばらつき、温度変動、あるいは外部からの妨害磁界などに起因する誤差成分をキャンセルするように作用する。このため、補償電流Idは、結果として誘導磁界Hmのみに比例した大きさに近づくこととなる。   The compensation current Id from the differential amplifier AMP is a compensation current line 30 arranged corresponding to the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24, respectively, and is a first to fourth strip-like compensation current line pair 31. To 34 in a direction opposite to the detection target current Im, thereby generating a compensation magnetic field Hd in a direction opposite to the induced magnetic field Hm. This compensation magnetic field Hd is an error component caused by variations in connection resistance in the circuit, variations in characteristics among the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24, temperature fluctuations, external disturbance magnetic fields, and the like. Acts to cancel. For this reason, the compensation current Id approaches a magnitude proportional to only the induction magnetic field Hm as a result.

したがって、補償電流検出手段Sにおいて、出力電圧Voutを測定し、既知の抵抗体RLとの関係から補償電流Idを算出することにより、誘導磁界Hmをより正確に求めることができ、ひいては検出対象電流Imの大きさを高精度に推定することができる。また、後出の図11に示すように、第1から第4の磁気抵抗効果素子21〜24は外部磁界に対して非線形性を示すが、このようなフルブリッジ回路を形成することにより、非線形性を示すことの影響、すなわち、出力の誤差をキャンセルすることができ、高精度な測定を可能としている。   Therefore, by measuring the output voltage Vout in the compensation current detection means S and calculating the compensation current Id from the relationship with the known resistor RL, the induced magnetic field Hm can be obtained more accurately, and consequently the current to be detected The magnitude of Im can be estimated with high accuracy. As shown in FIG. 11, the first to fourth magnetoresistive elements 21 to 24 exhibit nonlinearity with respect to an external magnetic field. By forming such a full bridge circuit, nonlinearity is achieved. The effect of showing the characteristics, that is, the output error can be canceled, and high-precision measurement is possible.

本実施形態は、上記の実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態等では、4つの磁気抵抗効果素子を含む検出回路を用いて検出対象電流の検出を行う場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、図13に示した図9の回路を基本とした変形例のように、図9の磁気抵抗効果素子21、22を定電流源81、82に置き換えるようにした検出回路42を用いるようにしてもよい。さらに、図9の磁気抵抗効果素子21、22を抵抗に置き換えるようにした検出回路を用いるようにしてもよい。   The present embodiment is not limited to the above-described embodiment and the like, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiment and the like, the case where the detection target current is detected using the detection circuit including the four magnetoresistive elements has been described, but the present embodiment is not limited to this. For example, a detection circuit 42 in which the magnetoresistive effect elements 21 and 22 in FIG. 9 are replaced with constant current sources 81 and 82 as in the modification based on the circuit in FIG. 9 shown in FIG. 13 is used. May be. Furthermore, a detection circuit in which the magnetoresistive elements 21 and 22 in FIG. 9 are replaced with resistors may be used.

(評価)
図10に、図14に示した比較例と、本実施形態の補償電流線30によって、磁気抵抗効果素子20が存在する面上に生じる補償磁界Hd分布の計算結果を示す。図5等の帯状補償電流線対がX軸を横切って配置しているため、補償磁界Hdは、X軸方向に分布する。従って、図10では、X軸方向の任意配置を0として、その位置関係を横軸にとっており、縦軸は、補償磁界Hdの大きさを示している。なお、補償電流線30の幅=8μm、厚み=5.5μm、各線のピッチ=14μm、第1の電流線301の上面と磁気抵抗効果素子面との距離=2μm(ソレノイド型のみ)、第2の電流線302の下面と磁気抵抗効果素子面との距離=0.5μmとして計算した。図10によれば、本実施形態であるソレノイド形状とすることにより、磁気抵抗効果素子面上に発生する磁界の大きさが概ね倍増していることの確認をすることができた。
(Evaluation)
FIG. 10 shows a calculation result of the compensation magnetic field Hd distribution generated on the surface where the magnetoresistive effect element 20 exists by the comparative example shown in FIG. 14 and the compensation current line 30 of the present embodiment. Since the band-shaped compensation current line pairs in FIG. 5 and the like are arranged across the X axis, the compensation magnetic field Hd is distributed in the X axis direction. Accordingly, in FIG. 10, the arbitrary arrangement in the X-axis direction is set to 0, and the positional relationship is on the horizontal axis, and the vertical axis indicates the magnitude of the compensation magnetic field Hd. The width of the compensation current line 30 = 8 μm, the thickness = 5.5 μm, the pitch of each line = 14 μm, the distance between the upper surface of the first current line 301 and the magnetoresistive element surface = 2 μm (solenoid type only), second The distance between the lower surface of the current line 302 and the magnetoresistive element surface was calculated as 0.5 μm. According to FIG. 10, it was confirmed that the magnitude of the magnetic field generated on the magnetoresistive effect element surface was almost doubled by adopting the solenoid shape of the present embodiment.

図11に、図14に示した比較形態の補償電流線300の形状のみを、本実施形態のソレノイド形状に変更した磁気センサ素子1に、補償電流Idを通電した時の磁気抵抗効果素子ブリッジ回路の出力を示す。図10で示した発生磁界量の差により、ゼロ電流近傍での出力/補償電流の勾配が大きく異なっている。このことによって、本実施形態であるソレノイド型の補償電流線を用いることで、補償電流を低減し、電流センサ動作時の消費電力を低減できることが検証できた。   FIG. 11 shows a magnetoresistive effect element bridge circuit when the compensation current Id is applied to the magnetic sensor element 1 in which only the shape of the compensation current line 300 of the comparative example shown in FIG. 14 is changed to the solenoid shape of this embodiment. Shows the output. Due to the difference in the amount of generated magnetic field shown in FIG. 10, the gradient of the output / compensation current in the vicinity of zero current is greatly different. As a result, it was verified that by using the solenoid type compensation current line according to the present embodiment, the compensation current can be reduced and the power consumption during the current sensor operation can be reduced.

図12は、本実施形態の補償電流線30を構成する帯状補償電流線対35と、磁気抵抗効果素子20とを隔てている絶縁膜の膜厚と、帯状補償電流線対35と磁気抵抗効果素子20間の電圧差による破壊電圧の関係を示す。図12は、絶縁膜としてAlを用い、磁気抵抗効果素子幅=10μm、補償電流線幅=6μmの場合の結果で、各絶縁膜の膜厚に付き35個の電流センサ素子10の破壊電圧を調べた結果で、最小の破壊電圧は、Alの膜厚が500nmで飽和していることを示している。また、300nm以下の絶縁膜厚では、磁気抵抗効果素子の形成するフルブリッジ回路の動作電圧程度で絶縁破壊が生じる可能性がある。これにより、絶縁膜は補償電流線30と磁気抵抗効果素子20との間に生じる電圧差によって破壊されない程度に厚くする必要があることが検証できた。12 shows the film thickness of the insulating film separating the band-shaped compensation current line pair 35 constituting the compensation current line 30 of the present embodiment and the magnetoresistive effect element 20, and the band-shaped compensation current line pair 35 and the magnetoresistive effect. The relationship of the breakdown voltage by the voltage difference between the elements 20 is shown. FIG. 12 shows the results when Al 2 O 3 is used as the insulating film, the magnetoresistive effect element width = 10 μm, the compensation current line width = 6 μm, and the 35 current sensor elements 10 per film thickness of each insulating film. As a result of examining the breakdown voltage, the minimum breakdown voltage indicates that the film thickness of Al 2 O 3 is saturated at 500 nm. In addition, when the insulating film thickness is 300 nm or less, there is a possibility that dielectric breakdown may occur at about the operating voltage of the full bridge circuit formed by the magnetoresistive effect element. Thus, it was verified that the insulating film needs to be thick enough not to be destroyed by the voltage difference generated between the compensation current line 30 and the magnetoresistive effect element 20.

1 磁気センサ素子
10 磁気センサ
2 導体
3 電極
4 中間電極
5 基板
6 シールド構造
7 第1の接続導体
9 永久磁石
15 第2の接続導体
100、1000 電流センサ
20 磁気抵抗効果素子
21〜24 第1〜4の磁気抵抗効果素子
30、300 補償電流線
301 第1の電流線
302 第2の電流線
31〜34 第1〜4の帯状補償電流線対
310〜340 第1〜4の帯状補償電流線
35 帯状補償電流線対
41、42 検出回路
60 積層体
61 固着層
62 中間層
63 自由層
64 磁化固定膜
65 反強磁性膜
66 保護膜
81、82 電流源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic sensor element 10 Magnetic sensor 2 Conductor 3 Electrode 4 Intermediate electrode 5 Substrate 6 Shield structure 7 1st connection conductor
9 Permanent magnet 15 Second connecting conductor 100, 1000 Current sensor 20 Magnetoresistive element 21-24 First to fourth magnetoresistive element 30, 300 Compensation current line 301 First current line 302 Second current line 31 34 First to fourth strip-shaped compensation current line pairs 310 to 340 First to fourth strip-compensation current lines 35 Band-compensation current line pairs 41 and 42 Detection circuit 60 Stack 61 Fixed layer 62 Intermediate layer 63 Free layer 64 Magnetization fixed Film 65 Antiferromagnetic film 66 Protective film 81, 82 Current source

Claims (16)

基板と、
前記基板上に形成された外部磁界に応じて抵抗値が変化を示す磁気抵抗効果素子と、
補償電流が流れることにより、前記外部磁界とは異なる方向の補償磁界を前記磁気抵抗効果素子に付与する補償電流線とを備え、
前記補償電流線は、前記磁気抵抗効果素子を、絶縁膜を介して、第1の方向と前記第1の方向とは逆向きの第2の方向から挟み込むように平行に配置された第1及び第2の電流線と、第1及び第2の電流線を直列に接続する第1の接続導体とを含み、
前記第1および第2の電流線と前記磁気抵抗効果素子とを前記基板の法線方向に射影した範囲は、前記磁気抵抗効果素子の長手方向の全領域において重なる領域を有し、
前記補償電流は、前記第1及び第2の電流線を前記磁気抵抗効果素子の長手方向に沿った反平行方向に流れることを特徴とする磁気センサ素子。
A substrate,
A magnetoresistive effect element whose resistance value changes according to an external magnetic field formed on the substrate;
A compensation current line for applying a compensation magnetic field in a direction different from the external magnetic field to the magnetoresistive effect element by flowing a compensation current;
The compensation current lines are arranged in parallel so as to sandwich the magnetoresistive effect element through an insulating film from a second direction opposite to the first direction and the first direction. Including a second current line and a first connection conductor connecting the first and second current lines in series;
The range obtained by projecting the first and second current lines and the magnetoresistive effect element in the normal direction of the substrate has a region that overlaps in the entire longitudinal direction of the magnetoresistive effect element,
The magnetic sensor element, wherein the compensation current flows through the first and second current lines in an antiparallel direction along a longitudinal direction of the magnetoresistive element.
前記磁気抵抗効果素子と前記補償電流線間に前記磁気抵抗効果素子の膜厚の10倍以上である前記絶縁膜を設けたことを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ素子。   2. The magnetic sensor element according to claim 1, wherein the insulating film that is 10 times or more the film thickness of the magnetoresistive effect element is provided between the magnetoresistive effect element and the compensation current line. 前記絶縁膜が3族または4族原子の絶縁材料であって、前記絶縁膜の膜厚は、300nmを超えることを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ素子。   The magnetic sensor element according to claim 1, wherein the insulating film is an insulating material of a group 3 or group 4 atom, and the film thickness of the insulating film exceeds 300 nm. 前記絶縁膜が3族または4族原子の絶縁材料であって、前記絶縁膜の膜厚は、500nm以上であることを特徴とする請求項3に記載の磁気センサ素子。   The magnetic sensor element according to claim 3, wherein the insulating film is an insulating material of group 3 or group 4 atoms, and the film thickness of the insulating film is 500 nm or more. 基板と、
前記基板上に形成された外部磁界に応じて抵抗値が変化を示す磁気抵抗効果素子と、
補償電流が流れることにより、前記外部磁界とは異なる方向の補償磁界を前記磁気抵抗効果素子に付与する補償電流線とを備え、
前記補償電流線は、前記磁気抵抗効果素子を、絶縁膜を介して、第1の方向と前記第1の方向とは逆向きの第2の方向から挟み込むように平行に配置された第1及び第2の電流線と、第1及び第2の電流線を直列に接続する第1の接続導体とを含み、
前記第1および第2の電流線と前記磁気抵抗効果素子とを前記基板の法線方向に射影した範囲は、前記磁気抵抗効果素子の長手方向の全領域において重なる領域を有し、
前記補償電流は、前記第1及び第2の電流線を前記磁気抵抗効果素子の長手方向に沿った反平行方向に流れ、
前記磁気抵抗効果素子は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する自由層とを含み、
前記固着層の磁化方向は、前記補償電流線の延在方向と直交する方向であることを特徴とする磁気センサ素子。
A substrate,
A magnetoresistive effect element whose resistance value changes according to an external magnetic field formed on the substrate;
A compensation current line for applying a compensation magnetic field in a direction different from the external magnetic field to the magnetoresistive effect element by flowing a compensation current;
The compensation current lines are arranged in parallel so as to sandwich the magnetoresistive effect element through an insulating film from a second direction opposite to the first direction and the first direction. Including a second current line and a first connection conductor connecting the first and second current lines in series;
The range obtained by projecting the first and second current lines and the magnetoresistive effect element in the normal direction of the substrate has a region that overlaps in the entire longitudinal direction of the magnetoresistive effect element,
The compensation current flows in the antiparallel direction along the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element through the first and second current lines,
The magnetoresistive effect element includes a pinned layer having a magnetization direction fixed in a fixed direction, an intermediate layer, and a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field,
The magnetic sensor element according to claim 1, wherein the magnetization direction of the pinned layer is a direction orthogonal to an extending direction of the compensation current line.
前記固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加する永久磁石を備えたことを特徴とする請求項5に記載の磁気センサ素子。   The magnetic sensor element according to claim 5, further comprising a permanent magnet that applies a bias magnetic field in a direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer. 前記磁気抵抗効果素子と前記補償電流線間に前記磁気抵抗効果素子の膜厚の10倍以上である前記絶縁膜を設けたことを特徴とする請求項5に記載の磁気センサ素子。   6. The magnetic sensor element according to claim 5, wherein the insulating film having a thickness 10 times or more of the thickness of the magnetoresistive effect element is provided between the magnetoresistive effect element and the compensation current line. 前記絶縁膜が3族または4族原子の絶縁材料であって、前記絶縁膜の膜厚は、300nmを超えることを特徴とする請求項5に記載の磁気センサ素子。   6. The magnetic sensor element according to claim 5, wherein the insulating film is an insulating material of a group 3 or group 4 atom, and the film thickness of the insulating film exceeds 300 nm. 前記絶縁膜が3族または4族原子の絶縁材料であって、前記絶縁膜の膜厚は、500nm以上であることを特徴とする請求項8に記載の磁気センサ素子。   The magnetic sensor element according to claim 8, wherein the insulating film is an insulating material of a group 3 or group 4 atom, and the film thickness of the insulating film is 500 nm or more. 基板と、
前記基板上に形成された外部磁界に応じて抵抗値が変化を示す磁気抵抗効果素子と、
補償電流が流れることにより、前記外部磁界とは異なる方向の補償磁界を前記磁気抵抗効果素子に付与する補償電流線とを備え、
前記補償電流線は、前記磁気抵抗効果素子を、絶縁膜を介して、第1の方向と前記第1の方向とは逆向きの第2の方向から挟み込むように平行に配置された第1及び第2の電流線と、第1及び第2の電流線を直列に接続する第1の接続導体とを含み、
前記第1および第2の電流線と前記磁気抵抗効果素子とを前記基板の法線方向に射影した範囲は、前記磁気抵抗効果素子の長手方向の全領域において重なる領域を有し、
前記補償電流は、前記第1及び第2の電流線を前記磁気抵抗効果素子の長手方向に沿った反平行方向に流れ、
前記第1及び第2の電流線を挟んで前記第1の接続導体とは反対側に存在する複数の第2の接続導体と、複数の前記磁気抵抗効果素子とを有し、
前記補償電流線の延在方向と異なる第3の方向に前記複数の磁気抵抗効果素子が平行に配置され、
前記複数の磁気抵抗効果素子が各々備える前記第1および第2の電流線のそれぞれに流れる前記補償電流が前記複数の磁気抵抗効果素子の長手方向に沿った反平行方向に流れるように、前記複数の磁気抵抗効果素子がそれぞれ備える第1および第2の電流線が前記複数の第1及び第2の接続導体によって接続された磁気センサ素子。
A substrate,
A magnetoresistive effect element whose resistance value changes according to an external magnetic field formed on the substrate;
A compensation current line for applying a compensation magnetic field in a direction different from the external magnetic field to the magnetoresistive effect element by flowing a compensation current;
The compensation current lines are arranged in parallel so as to sandwich the magnetoresistive effect element through an insulating film from a second direction opposite to the first direction and the first direction. Including a second current line and a first connection conductor connecting the first and second current lines in series;
The range obtained by projecting the first and second current lines and the magnetoresistive effect element in the normal direction of the substrate has a region that overlaps in the entire longitudinal direction of the magnetoresistive effect element,
The compensation current flows in the antiparallel direction along the longitudinal direction of the magnetoresistive effect element through the first and second current lines,
A plurality of second connection conductors on the opposite side of the first connection conductor across the first and second current lines, and a plurality of the magnetoresistive elements,
The plurality of magnetoresistive elements are arranged in parallel in a third direction different from the extending direction of the compensation current line,
The plurality of compensation currents flowing in the first and second current lines respectively provided in the plurality of magnetoresistive effect elements flow in an antiparallel direction along a longitudinal direction of the plurality of magnetoresistive effect elements. A magnetic sensor element in which first and second current lines included in the magnetoresistive effect element are connected by the plurality of first and second connection conductors.
前記磁気抵抗効果素子として、第1から第4の前記磁気抵抗効果素子を備え、
前記第1および第2の磁気抵抗効果素子の一端同士が第1の接続点において接続され、前記第3および第4の磁気抵抗効果素子の一端同士が第2の接続点において接続され、前記第1の磁気抵抗効果素子の他端と前記第4の磁気抵抗効果素子の他端とが第3の接続点において接続され、前記第2の磁気抵抗効果素子の他端と前記第3の磁気抵抗効果素子の他端とが第4の接続点において接続されることによりブリッジ回路が形成されており、
前記補償電流は、前記第1の接続点と前記第2の接続点との間に電圧が印加されたときの前記第3の接続点と前記第4の接続点の間の電位差によって生じるものであり、
前記第1および第3の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、前記外部磁界に応じて互いに同じ向きに変化し、
前記第2および第4の磁気抵抗効果素子の抵抗値は、いずれも、前記外部磁界に応じて前記第1および第3の磁気抵抗効果素子とは反対向きに変化することを特徴とする請求項10に記載の磁気センサ素子。
As the magnetoresistive effect element, the first to fourth magnetoresistive effect elements are provided,
One ends of the first and second magnetoresistance effect elements are connected at a first connection point, one ends of the third and fourth magnetoresistance effect elements are connected at a second connection point, and the first The other end of the first magnetoresistive element and the other end of the fourth magnetoresistive element are connected at a third connection point, and the other end of the second magnetoresistive element and the third magnetoresistive element A bridge circuit is formed by connecting the other end of the effect element at the fourth connection point,
The compensation current is generated by a potential difference between the third connection point and the fourth connection point when a voltage is applied between the first connection point and the second connection point. Yes,
The resistance values of the first and third magnetoresistive elements change in the same direction according to the external magnetic field,
The resistance value of each of the second and fourth magnetoresistive elements changes in the opposite direction to the first and third magnetoresistive elements in accordance with the external magnetic field. The magnetic sensor element according to 10.
前記磁気抵抗効果素子は、一定方向に固着された磁化方向を有する固着層と、中間層と、外部磁界に応じて磁化方向が変化する自由層とを含み、
前記固着層の磁化方向は、前記補償電流線の延在方向と直交する方向であることを特徴とする請求項10磁気センサ素子。
The magnetoresistive effect element includes a pinned layer having a magnetization direction fixed in a fixed direction, an intermediate layer, and a free layer whose magnetization direction changes according to an external magnetic field,
The magnetic sensor element according to claim 10, wherein the magnetization direction of the pinned layer is a direction orthogonal to an extending direction of the compensation current line.
前記固着層の磁化方向と直交する方向にバイアス磁界を印加する永久磁石を備えたことを特徴とする請求項12に記載の磁気センサ素子。   The magnetic sensor element according to claim 12, further comprising a permanent magnet that applies a bias magnetic field in a direction orthogonal to the magnetization direction of the pinned layer. 前記磁気抵抗効果素子と前記補償電流線間に前記磁気抵抗効果素子の膜厚の10倍以上である前記絶縁膜を設けたことを特徴とする請求項10に記載の磁気センサ素子。   11. The magnetic sensor element according to claim 10, wherein the insulating film that is 10 times or more the film thickness of the magnetoresistive effect element is provided between the magnetoresistive effect element and the compensation current line. 前記絶縁膜が3族または4族原子の絶縁材料であって、前記絶縁膜の膜厚は、300nmを超えることを特徴とする請求項10に記載の磁気センサ素子。   The magnetic sensor element according to claim 10, wherein the insulating film is an insulating material of a group 3 or group 4 atom, and the film thickness of the insulating film exceeds 300 nm. 前記絶縁膜が3族または4族原子の絶縁材料であって、前記絶縁膜の膜厚は、500nm以上であることを特徴とする請求項15に記載の磁気センサ素子。
The magnetic sensor element according to claim 15, wherein the insulating film is an insulating material of group 3 or group 4 atoms, and the film thickness of the insulating film is 500 nm or more.
JP2014502188A 2012-03-02 2013-02-25 Magnetic sensor element Active JP5888402B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014502188A JP5888402B2 (en) 2012-03-02 2013-02-25 Magnetic sensor element

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012046717 2012-03-02
JP2012046717 2012-03-02
PCT/JP2013/054646 WO2013129276A1 (en) 2012-03-02 2013-02-25 Magnetic sensor element
JP2014502188A JP5888402B2 (en) 2012-03-02 2013-02-25 Magnetic sensor element

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013129276A1 true JPWO2013129276A1 (en) 2015-07-30
JP5888402B2 JP5888402B2 (en) 2016-03-22

Family

ID=49082475

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014502188A Active JP5888402B2 (en) 2012-03-02 2013-02-25 Magnetic sensor element

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5888402B2 (en)
WO (1) WO2013129276A1 (en)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015194389A (en) * 2014-03-31 2015-11-05 Tdk株式会社 Magnetic field detection device and multi piece substrate
JP2017062220A (en) * 2015-09-25 2017-03-30 甲神電機株式会社 Fixing tool and fixing method of measurement target current line, and current sensor
US10739165B2 (en) 2017-07-05 2020-08-11 Analog Devices Global Magnetic field sensor
DE102018100689B4 (en) * 2018-01-12 2022-08-25 Sensitec Gmbh Multi-phase current measurement device and method for multi-phase current measurement
JP6620834B2 (en) * 2018-03-27 2019-12-18 Tdk株式会社 Magnetic sensor and magnetic sensor system
JP7069960B2 (en) * 2018-03-29 2022-05-18 Tdk株式会社 Magnetic sensor
JP7070532B2 (en) * 2019-11-19 2022-05-18 Tdk株式会社 Magnetic sensor
US11372029B2 (en) * 2019-12-11 2022-06-28 Tdk Corporation Magnetic field detection apparatus and current detection apparatus
JP7140149B2 (en) 2020-01-31 2022-09-21 Tdk株式会社 Current sensors, magnetic sensors and circuits
JP7106591B2 (en) * 2020-03-18 2022-07-26 Tdk株式会社 Magnetic field detector and current detector

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002359411A (en) * 2001-05-31 2002-12-13 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2008203238A (en) * 2007-02-21 2008-09-04 Koshin Denki Kk Current detecting device
JP2009002911A (en) * 2007-06-25 2009-01-08 Tdk Corp Current sensor and method of manufacturing therefor
JP2011196798A (en) * 2010-03-18 2011-10-06 Tdk Corp Current sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002359411A (en) * 2001-05-31 2002-12-13 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2008203238A (en) * 2007-02-21 2008-09-04 Koshin Denki Kk Current detecting device
JP2009002911A (en) * 2007-06-25 2009-01-08 Tdk Corp Current sensor and method of manufacturing therefor
JP2011196798A (en) * 2010-03-18 2011-10-06 Tdk Corp Current sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP5888402B2 (en) 2016-03-22
WO2013129276A1 (en) 2013-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5888402B2 (en) Magnetic sensor element
JP5012939B2 (en) Current sensor
US8487612B2 (en) Current sensor
JP4105147B2 (en) Current sensor
US7737678B2 (en) Magnetic sensor and current sensor
JP4360998B2 (en) Current sensor
JP5250108B2 (en) Magnetic balanced current sensor
JP4930627B2 (en) Magnetic sensor
JP4105142B2 (en) Current sensor
US20140327437A1 (en) Current sensor
US8451003B2 (en) Magnetic sensor having magneto-resistive elements on a substrate
US20130265038A1 (en) Magnetic proportional current sensor
WO2012053296A1 (en) Current sensor
JP2017072375A (en) Magnetic sensor
US20130057274A1 (en) Current sensor
WO2017199519A1 (en) Equilibrium type magnetic detecting device
WO2015156260A1 (en) Current detection device
JP5413866B2 (en) Current sensor with magnetic sensing element
CN111693911A (en) Magnetic sensor device
JP6039697B2 (en) Giant magnetoresistive effect element and current sensor using the same
WO2011111457A1 (en) Magnetism sensor and magnetic-balance current sensor provided therewith
WO2015125699A1 (en) Magnetic sensor
JP2013047610A (en) Magnetic balance type current sensor
JP2017020818A (en) Current detection device and manufacturing method therefor
JP2015194389A (en) Magnetic field detection device and multi piece substrate

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150707

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150901

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151110

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151216

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160119

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160201

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5888402

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150