JPWO2015182644A1 - Magnetoresistive element, magnetic sensor and current sensor - Google Patents
Magnetoresistive element, magnetic sensor and current sensorInfo
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Abstract
磁気抵抗素子(1)は、基板(10)と、基板(10)の上方に設けられ、反強磁性体層(14)と強磁性体層(15)とが基板(10)側から順に積層された積層体(12)と、積層体(12)の両端に設けられた電極部(18)と、を備える。強磁性体層(15)は、反強磁性体層(14)の主面全体を覆うように反強磁性体層(14)上に設けられ、強磁性体層(15)と反強磁性体層(14)との間で生じる交換結合磁界により固定された強磁性体層(15)の磁化方向と、電極部(18)間を最短でつなぐ方向とが交差する。The magnetoresistive element (1) is provided above the substrate (10) and the substrate (10), and an antiferromagnetic layer (14) and a ferromagnetic layer (15) are laminated in this order from the substrate (10) side. The laminated body (12) made and the electrode part (18) provided in the both ends of the laminated body (12) are provided. The ferromagnetic layer (15) is provided on the antiferromagnetic layer (14) so as to cover the entire main surface of the antiferromagnetic layer (14), and the ferromagnetic layer (15) and the antiferromagnetic body The magnetization direction of the ferromagnetic layer (15) fixed by the exchange coupling magnetic field generated between the layer (14) and the direction connecting the electrodes (18) at the shortest intersect each other.
Description
本発明は、磁気抵抗素子、磁気センサおよび電流センサに関する。 The present invention relates to a magnetoresistive element, a magnetic sensor, and a current sensor.
従来より、異方性磁気抵抗効果を用いた磁気抵抗効果素子として、AMR(Anisotropic Magneto Resistance)素子が知られている。AMR素子は、異方性磁気抵抗効果を示す強磁性体層を有する。 2. Description of the Related Art Conventionally, an AMR (Anisotropic Magneto Resistance) element is known as a magnetoresistive effect element using an anisotropic magnetoresistive effect. The AMR element has a ferromagnetic layer exhibiting an anisotropic magnetoresistance effect.
一般的に、異方性磁気抵抗効果は、磁気抵抗素子を流れる電流の向きと強磁性体層の磁化方向等によって決定される。図25は、磁気抵抗素子を流れる電流の向きと強磁性体層の磁化方向の一例を示す図である。図26は、一般的な磁気抵抗素子の出力特性を示す図である。 In general, the anisotropic magnetoresistive effect is determined by the direction of current flowing through the magnetoresistive element, the magnetization direction of the ferromagnetic layer, and the like. FIG. 25 is a diagram illustrating an example of the direction of current flowing through the magnetoresistive element and the magnetization direction of the ferromagnetic layer. FIG. 26 is a diagram showing output characteristics of a general magnetoresistive element.
図25に示すように、磁気抵抗素子を流れる電流Iの移動方向と、強磁性体層の磁化Mの向きとが交差する角度をθとすれば、図26に示すように磁気抵抗素子の電気抵抗Rは、R=R0+ΔRcos2θと表される。ここで、R0は抵抗の一定値部分であり、ΔRは変化部分の最大値である。外部磁界がない場合、磁化は長手方向(磁化容易軸)を向くように製造されているため、AMR素子の特性は磁界0を対称として偶関数特性を持つ。As shown in FIG. 25, if the angle at which the moving direction of the current I flowing through the magnetoresistive element intersects the direction of the magnetization M of the ferromagnetic layer is θ, the electrical resistance of the magnetoresistive element is shown in FIG. The resistance R is expressed as R = R0 + ΔRcos 2 θ. Here, R0 is a constant value portion of the resistance, and ΔR is the maximum value of the changing portion. In the absence of an external magnetic field, the magnetization is manufactured so as to be oriented in the longitudinal direction (magnetization easy axis). Therefore, the characteristics of the AMR element have an even function characteristic with the
AMR素子は磁気記録媒体の磁気ヘッドや磁気センサに用いられることが多い。この場合には、強磁性体層に対してバイアス磁界を印加することにより、偶関数特性を奇数関数化する。これにより、AMR素子の磁気抵抗変化は、外部磁界に対して線形的に応答する。 AMR elements are often used in magnetic heads and magnetic sensors of magnetic recording media. In this case, the even function characteristic is converted into an odd function by applying a bias magnetic field to the ferromagnetic layer. Thereby, the change in magnetoresistance of the AMR element responds linearly to the external magnetic field.
このような強磁性体層に対してバイアス磁界を印加する以外の奇数関数化する方法として、強磁性体層上に長手方向(容易軸)に対して斜めに傾けた導電膜(バーバーポール電極)を形成することにより、強磁性体層に流れる電流の方向を傾けるバーバーポールバイアス方法が提案されている。 As a method of making an odd function other than applying a bias magnetic field to such a ferromagnetic layer, a conductive film (barber pole electrode) inclined obliquely with respect to the longitudinal direction (easy axis) on the ferromagnetic layer A barber pole bias method has been proposed in which the direction of the current flowing in the ferromagnetic layer is tilted by forming.
バーバーポール電極が設けられた磁気抵抗素子が開示された文献として、たとえば“THE BARBER POLE, A LINEAR MAGNETORESISTIVE HEAD”, K.E. Kuijk, W.J. van Gestel and F.W. Gorter, IEEE Transactions on Magnetics, vol. Mag−11, no.5, September 1975(非特許文献1)が挙げられる。 As a document disclosing a magnetoresistive element provided with a barber pole electrode, for example, “THE BARBER POLE, A LINEAR MAGNETRESISTIVE HEAD”, K.A. E. Kuijk, W.H. J. et al. van Gestel and F.M. W. Gorter, IEEE Transactions on Magnetics, vol. Mag-11, no. 5, September 1975 (Non-patent Document 1).
しかしながら、非特許文献1に開示の磁気抵抗素子のように、強磁性体層上にバーバーポール電極を設ける場合には、バーバーポール電極直下に位置する強磁性体は磁気信号を検出しないため、感磁領域が減少する。また、バーバーポール電極の電気抵抗が強磁性体の電気抵抗に加算される。このため、磁気抵抗素子の磁気抵抗変化率が小さくなることが懸念される。
However, when a barber pole electrode is provided on a ferromagnetic layer as in the magnetoresistive element disclosed in
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができる、磁気抵抗素子、磁気センサおよび電流センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetoresistive element and a magnetic sensor capable of suppressing a decrease in a magnetosensitive region and improving a magnetoresistance change rate. And providing a current sensor.
本発明に基づく磁気抵抗素子は、基板と、上記基板の上方に設けられ、反強磁性体層と強磁性体層とが積層された積層体と、上記積層体の両端に設けられた電極部と、を備える。上記強磁性体層および上記反強磁性体層の一方は、上記強磁性体層および上記反強磁性体層の他方の主面全体を覆うように上記強磁性体層および上記反強磁性体層の他方上に設けられ、上記強磁性体層と上記反強磁性体層との間で生じる交換結合磁界により固定された上記強磁性体層の磁化方向と、上記電極部間を最短でつなぐ方向とが交差する。 A magnetoresistive element according to the present invention includes a substrate, a laminate provided above the substrate, in which an antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer are laminated, and electrode portions provided at both ends of the laminate. And comprising. One of the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer covers the entire other main surface of the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer, and the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer. The magnetization direction of the ferromagnetic layer fixed by an exchange coupling magnetic field generated between the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer, and the direction connecting the electrode portions in the shortest direction. And intersect.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記積層体において、上記反強磁性体層と上記強磁性体層とが上記基板側から順に積層されていてもよい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer may be sequentially stacked from the substrate side in the stacked body.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記積層体において、上記強磁性体層と上記反強磁性体層とが上記基板側から順に積層されていてもよい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, in the laminated body, the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer may be laminated in order from the substrate side.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記交換結合磁界により固定された上記強磁性体層の上記磁化方向と、上記電極部間を最短でつなぐ方向とが交差する角度が45度であることが好ましい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, the angle at which the magnetization direction of the ferromagnetic layer fixed by the exchange coupling magnetic field intersects the direction connecting the electrode portions at the shortest is 45 degrees. Preferably there is.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記反強磁性体層は、Ni、Fe、Pd、PtおよびIrのいずれか1種の元素とMnとを含む合金、PdとPtとMnとを含む合金、または、CrとPtとMnとを含む合金からなることが好ましい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, the antiferromagnetic material layer includes an alloy containing any one element of Ni, Fe, Pd, Pt, and Ir and Mn, Pd, Pt, and Mn. It is preferable to be made of an alloy containing Ni or an alloy containing Cr, Pt and Mn.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記強磁性体層は、NiとFeとを含む合金、または、NiとCoとを含む合金からなることが好ましい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, the ferromagnetic layer is preferably made of an alloy containing Ni and Fe or an alloy containing Ni and Co.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子は、上記反強磁性体層と上記強磁性体層との間に設けられ、上記反強磁性体層と上記強磁性体層との間に発生する交換結合磁界の大きさを調整する交換結合磁界調整層をさらに備えることが好ましい。 The magnetoresistive element according to the present invention is provided between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer, and an exchange coupling magnetic field generated between the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer. It is preferable to further include an exchange coupling magnetic field adjustment layer that adjusts the size of.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記交換結合磁界調整層は、CoもしくはCoを含む合金からなることが好ましい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, the exchange coupling magnetic field adjustment layer is preferably made of Co or an alloy containing Co.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記積層体は、複数設けられていてもよい。この場合には、複数の上記積層体の各々は、積層方向から見た場合に互いに対向する2組の対辺を有する矩形形状を有することが好ましく、複数の上記積層体は、上記強磁性体層の磁化方向が揃うように互いに離間して設けられることが好ましい。さらに、上記積層方向から見た場合に、上記2組の対辺のうちの一方の対辺が延在する方向に沿って、上記電極部と上記積層体とが交互に並ぶことが好ましい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, a plurality of the laminated bodies may be provided. In this case, each of the plurality of stacked bodies preferably has a rectangular shape having two sets of opposite sides facing each other when viewed from the stacking direction, and the plurality of stacked bodies include the ferromagnetic layer. It is preferable that they are provided apart from each other so that their magnetization directions are aligned. Furthermore, when viewed from the stacking direction, it is preferable that the electrode portions and the stacked body are alternately arranged along a direction in which one of the two sets of opposite sides extends.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記積層体が、積層方向から見た場合に、略正方形形状を有していてもよい。 In the magnetoresistive element based on the said invention, the said laminated body may have a substantially square shape, when it sees from the lamination direction.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、複数の上記積層体は、上記2組の対辺のうちの一方の対辺が延在する方向に沿って直線状に並んで設けられていてもよい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, the plurality of stacked bodies may be provided in a straight line along a direction in which one of the two sets of opposite sides extends. .
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、複数の上記積層体は、上記2組の対辺のうち他方の対辺が延在する方向にずれて設けられていてもよい。 In the magnetoresistive element based on the said invention, the several said laminated body may be shifted | deviated and provided in the direction where the other opposite side extends among the said 2 sets of opposite sides.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記積層体は、上記磁化方向が揃うようにしてミアンダ状に形成されている部分を含んでいてもよい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, the laminated body may include a portion formed in a meander shape so that the magnetization directions are aligned.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記積層体は、上記ミアンダ状に形成されている部分の両端側にそれぞれ接続される電極下地部をさらに含んでいてもよい。この場合には、上記電極部が上記電極下地部上に設けられていることが好ましい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, the laminate may further include electrode base portions connected to both end sides of the meander-shaped portion. In this case, the electrode part is preferably provided on the electrode base part.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記ミアンダ状に形成されている部分は、平行に並ぶ複数の線状部と、互いに隣り合う上記線状部の端部同士を交互に接続する複数の折り返し部とによって構成されていてもよい。この場合には、上記複数の折り返し部上のそれぞれに、上記強磁性体層よりも電気抵抗の低い導電層が設けられていることが好ましい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, the portion formed in the meander shape alternately connects a plurality of linear portions arranged in parallel and the ends of the linear portions adjacent to each other. You may be comprised by the several folding | turning part. In this case, it is preferable that a conductive layer having a lower electrical resistance than the ferromagnetic layer is provided on each of the plurality of folded portions.
上記本発明に基づく磁気抵抗素子にあっては、上記積層体は、複数設けられていてもよい。この場合には、上記磁気抵抗素子は、磁化方向が揃うように複数の上記積層体が平行に並んで設けられ、かつ、上記電極部が互いに隣り合う上記積層体の端部同士を交互に接続することにより、ミアンダ状に形成されることが好ましい。 In the magnetoresistive element according to the present invention, a plurality of the laminated bodies may be provided. In this case, in the magnetoresistive element, a plurality of the stacked bodies are provided in parallel so that the magnetization directions are aligned, and the ends of the stacked bodies in which the electrode portions are adjacent to each other are alternately connected. By doing so, it is preferably formed in a meander shape.
本発明に基づく磁気センサは、上記磁気抵抗素子を備える。
本発明に基づく電流センサは、測定対象の電流が流れるバスバーと、上記磁気センサと、を備える。The magnetic sensor based on this invention is equipped with the said magnetoresistive element.
A current sensor according to the present invention includes a bus bar through which a current to be measured flows, and the magnetic sensor.
本発明によれば、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができる、磁気抵抗素子、磁気センサおよび電流センサを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetoresistive element, a magnetic sensor, and a current sensor that can suppress a decrease in a magnetosensitive region and improve a magnetoresistance change rate.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or common parts are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の概略断面図である。図1を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1について説明する。(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the magnetoresistive element according to the present embodiment. A
図1に示すように、磁気抵抗素子1は、基板10と、絶縁層11と、積層体12と、一対の電極部18と、保護層19とを備える。
As shown in FIG. 1, the
基板10としては、たとえば、シリコン基板が用いられる。また、基板10として、ガラス基板やプラスチック基板などの絶縁性基板が用いられてもよい。この場合には、絶縁層11を省略することができる。
As the
絶縁層11は、基板10の主表面全体を覆うように設けられている。絶縁層11は、たとえば、シリコン酸化膜(SiO2膜)や酸化アルミ膜(Al2O3)が用いられる。絶縁層11は、たとえば、CVD法等によって形成することができる。The insulating
積層体12は、たとえば、矩形形状を有し、図中DR1方向に長手方向を有する。積層体12は、絶縁層11上に設けられている。積層体12は、下地層13、反強磁性体層14および強磁性体層15を含む。下地層13としては、Ta、W、Mo、Cr、Ti、Zr等の金属からなる1つの金属膜や、面心立方晶からなり反強磁性体層14の界面と平行方向に(111)面が優先配向されている金属や合金(例えば、Ni、Au、Ag、Cu、Pt、Ni−Fe、Co−Fe等)からなる1つの金属膜、及びこれらの金属膜が積層された積層膜が用いられる。下地層13は、絶縁層11上に設けられている。下地層13は、反強磁性体層14の結晶を適切に成長させるために設けられている。なお、下地層13は、反強磁性体層14の結晶を適切に成長させることができる場合には、省略することができる。
The
反強磁性体層14は、基板10の上方に設けられている。具体的には、反強磁性体層14は、下地層13上に設けられている。なお、上述のように下地層13が省略される場合には、反強磁性体層14は、絶縁層11上に設けられる。
The
反強磁性体層14は、Ni、Fe、Pd、Pt、およびIrのいずれか1種の元素とMnとを含む合金、PdとPtとMnとを含む合金、またはCrとPtとMnとを含む合金などのMnを含む合金からなる。これら合金は、ブロッキング温度が高いことから、高温まで交換結合磁界が消失しない。このため、磁気抵抗素子1を安定に作動させることができる。
The
FeとMnとを含む合金、PtとMnとを含む合金、IrとMnとを含む合金およびCrとPtとMnとを含む合金は、組成によって結晶構造が不規則合金であるため、交換結合を生じさせるための熱処理(結晶構造を規則化させるための熱処理)が不要となる。このため、反強磁性体層14として、これら合金を採用した場合には、製造工程が単純化できる。
An alloy containing Fe and Mn, an alloy containing Pt and Mn, an alloy containing Ir and Mn, and an alloy containing Cr, Pt and Mn are irregular alloys depending on the composition. No heat treatment (heat treatment for ordering the crystal structure) is required. For this reason, when these alloys are employed as the
強磁性体層15は、反強磁性体層14の主面全体を覆うように反強磁性体層14上に設けられている。強磁性体層15は、NiとFeとを含む合金やNiとCoとを含む合金など異方性磁気抵抗効果が生じる材料からなる。NiとFeとを含む合金は、保磁力が小さいため、ヒステリシスを小さくすることができる。特に、Ni80Fe20、または、Ni80Fe20に近い組成を有するNiとFeとを含む合金は、立方晶の結晶磁気異方性がほぼ0erg/cm3になる。結晶磁気異方性が0erg/cm3になる材料は、結晶磁気異方性による磁化容易軸や磁化困難軸がないため、等方的である。また、上記組成およびこれに近い組成を有するNiとFeとを含む合金では、磁歪もほぼ0になるため、結晶の歪等により磁気弾性的に誘導される磁気異方性が小さい。また、NiとFeとを含む合金等は、磁界中での熱処理により薄膜全体にわたった巨視的な磁化容易軸を簡単に誘導することができるため、薄膜全体にわたる磁化容易軸方向の設計がしやすくなる。The
一対の電極部18は、積層体12の上面で互いに対峙するように積層体12の両端に設けられている。電極部18は、Al等の電気導電性の良好な金属材料からなる。電極部18と強磁性体層15との密着性を高めるために、電極部18と強磁性体層15との間には、Tiなどからなる密着層が設けられていてもよい。
The pair of
保護層19は、積層体12、および一対の電極部18を覆うように設けられる。保護層19には、一対の電極部18の一部が露出するようにコンタクトホール19aが設けられている。保護層19は、たとえばシリコン酸化膜(SiO2)からなり、強磁性体層15などが酸化や腐食することを防ぐために設けられている。なお、保護層19は設けられていなくてもよい。The
図2は、図1に示す反強磁性体層と強磁性体層とが交換結合している状態を模式的に示す断面図である。図2を参照して、反強磁性体層14と強磁性体層15が交換結合している状態について説明する。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a state where the antiferromagnetic layer and the ferromagnetic layer shown in FIG. 1 are exchange coupled. With reference to FIG. 2, the state in which the
図2に示すように、強磁性体層15の下面全面にわたって反強磁性体層14が設けられていることにより、交換結合磁界が強磁性体層の全体に作用する。これにより、強磁性体層15の磁化方向を一方向に揃えることができる。すなわち、強磁性体層15を単磁区化することができる。交換結合磁界の大きさは、たとえば強磁性体層15の膜厚によって調整することができる。
As shown in FIG. 2, since the
図3は、反強磁性体層からの交換結合磁界により固定された強磁性体層の磁化方向と、電極部間を最短でつなぐ方向とを示す平面図である。 FIG. 3 is a plan view showing the magnetization direction of the ferromagnetic layer fixed by the exchange coupling magnetic field from the antiferromagnetic layer and the direction connecting the electrodes in the shortest distance.
図3に示すように、強磁性体層15と反強磁性体層14との間で生じる交換結合磁界により固定された強磁性体層15の磁化方向Mと、電極部18間を最短でつなぐ方向(DR1方向)とは、交差する。具体的には、交換結合磁界により固定された強磁性体層の磁化方向Mと、電極部18間を最短でつなぐ方向とが交差する角度は、45°となる。これにより、検出電流Iの大部分は、一対の電極部18間を最短で繋ぐ方向に流れ、検出電流Iが流れる向きと強磁性体層15の磁化方向Mとが45°で交差する。
As shown in FIG. 3, the magnetization direction M of the
このように強磁性体層15の磁化方向と、電極部18間を最短でつなぐ方向とを設定するに際して、まず、真空蒸着法、スパッタ法等を用いて下地層13から強磁性体層15まで形成する。続いて、磁界を印加しながら熱処理を行うことで、強磁性体層15と反強磁性体層14の間に交換結合磁界が得られ、強磁性体層15の磁化方向が磁界の方向に固定される。
Thus, when setting the magnetization direction of the
また、磁界を印加しながら、真空蒸着法、スパッタ法等を用いて下地層13から強磁性体層15まで形成した場合、反強磁性体層14が不規則合金なら、強磁性体層15の磁化方向が、強磁性体層15と反強磁性体層14の間の交換結合磁界によって磁界の方向に固定されるため、交換結合を生じさせるための熱処理が不要となる。なお、十分な大きさの交換結合磁界を得るために、積層体12を形成した後に、形成中に印加されていた磁界と同じ方向に磁界を印加しながら熱処理を施しても良い。
Further, when the
反強磁性体層14が規則合金である場合、積層体12を形成した後、続いて磁界を印加しながら熱処理を行うことで、強磁性体層15と反強磁性体層14の間に交換結合磁界が得られ、強磁性体層15の磁化方向が磁界の方向に固定される。印加磁界の向きは、形成中に印加されていた磁界と同じ方向にする方がより良い。
When the
積層体12は、強磁性体層15の磁化方向と積層体12の長手方向とが45°で交差するように、矩形形状にパターニングされる。
The laminate 12 is patterned into a rectangular shape so that the magnetization direction of the
図4は、図1に示す磁気抵抗素子の磁気抵抗と磁界との関係を示す図である。図4を参照して、磁気抵抗素子1の磁気抵抗と磁界との関係について説明する。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the magnetic resistance and the magnetic field of the magnetoresistive element shown in FIG. With reference to FIG. 4, the relationship between the magnetic resistance of the
上述のように、検出電流Iが流れる向きと強磁性体層15の磁化方向Mとが45°で交差することにより、良好な線形的に応答する領域が得られる。
As described above, when the direction in which the detection current I flows and the magnetization direction M of the
本実施の形態にあっては、バーバーポール電極を強磁性体層15層上に設けることなく、強磁性体層15の磁化方向を検出電流が流れる方向(電極間を最短でつなぐ方向)に対して45°傾けて固定することができる。これにより、強磁性体層15の感磁領域が減少することを抑制することができる。
In this embodiment, the barber pole electrode is not provided on the
また、バーバーポール電極が設けられないため、バーバーポール電極の電気抵抗が強磁性体層の電気抵抗に加算されることを防止できる。これらの結果、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1は、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができる。
Further, since the barber pole electrode is not provided, it is possible to prevent the electric resistance of the barber pole electrode from being added to the electric resistance of the ferromagnetic layer. As a result, the
さらに、強磁性体層15が反強磁性体層14の主面全体を覆うように反強磁性体層14上に設けられており、強磁性体層15の磁化方向は反強磁性体層14からの交換結合磁界によって一方向に固定されているため、単磁区化することができる。これにより、バルクハウゼンノイズを抑制することができる。
Further, the
加えて、強磁性体層15の磁化方向は、反強磁性体層14からの交換結合磁界によって一方向に固定される。このため、大きな外部磁界がかかり強磁性体層15の磁化方向が回転しても、外部磁界がなくなれば強磁性体層15の磁化方向は、回転前の方向に戻る。これにより、外乱磁界による故障を抑制することができる。
In addition, the magnetization direction of the
(磁気センサ)
図5は、図1に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサの平面図である。図5を参照して、図1に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサ100について説明する。(Magnetic sensor)
FIG. 5 is a plan view of a magnetic sensor constituted by using a plurality of magnetoresistive elements shown in FIG. With reference to FIG. 5, a
図5に示すように、磁気センサ100は、4個の磁気抵抗素子1A,1B,1C,1Dを用いてフルブリッジ回路を構成することにより設けられる。磁気抵抗素子1Aの一端側は、配線パターン3Aを介して、出力電圧Vout2を取り出すための電極パッドP1と電気的に接続される。磁気抵抗素子1Aの他端側は、配線パターン3Bを介して、電源電圧Vccを印加するための電極パッドP3と電気的に接続される。磁気抵抗素子1Dの一端側は、配線パターン3Aを介して電極パッドP1と電気的に接続されている。磁気抵抗素子1Dの他端側は、配線パターン3Dを介して、グランドに接続される電極パッドP4と電気的に接続される。
As shown in FIG. 5, the
磁気抵抗素子1Bの一端側は、配線パターン3Cを介して、出力電圧Vout1を取り出すための電極パッドP2と電気的に接続される。磁気抵抗素子1Bの他端側は、配線パターン3Bを介して、電極パッドP3と電気的に接続される。磁気抵抗素子1Cの一端側は、配線パターン3Cを介して、電極パッドP2に電気的に接続される。磁気抵抗素子1Cの他端側は、配線パターン3Dを介して電極パッドP4に接続される。
One end of the
磁気抵抗素子1A,1Dが、配線パターン3B,3A,3Dおよび電極パッドP3,P1,P4を介して直列接続されることにより、第1の直列回路(ハーフブリッジ回路)が形成される。磁気抵抗素子1B,1Cが、配線パターン3B,3C,3Dおよび電極パッドP3,P2,P4を介して直列接続されることにより、第2の直列回路(ハーフブリッジ回路)が形成される。第1の直列回路(ハーフブリッジ回路)および第2の直列回路(ハーフブリッジ回路)が、電極パッドP3,P4を介して並列接続されることにより、フルブリッジ回路が形成される。磁気抵抗素子1A,1Cは、正出力性を有し、磁気抵抗素子1B,1Dは負出力性を有する。
The
電極パッドP3と電極パッドP4との間に電源電圧Vccを印加すると、電極パッドP1および電極パッドP2からは、磁界強度に応じて、出力電圧Vout2,Vout1が取り出される。出力電圧Vout2,Vout1は、差動増幅器(不図示)を介して差動増幅される。 When the power supply voltage Vcc is applied between the electrode pad P3 and the electrode pad P4, output voltages Vout2 and Vout1 are extracted from the electrode pad P1 and the electrode pad P2 according to the magnetic field strength. The output voltages Vout2 and Vout1 are differentially amplified through a differential amplifier (not shown).
このようにブリッジ回路を構成することにより、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができるとともに、温度などの外部環境の変化に対する耐性を向上させることができる。 By configuring the bridge circuit in this way, it is possible to suppress a decrease in the magnetosensitive region, improve the magnetoresistance change rate, and improve resistance to changes in the external environment such as temperature.
また、本実施の形態に係る磁気センサにあっては、磁気抵抗素子にバーバーポール電極が設けられていないため、バーバーポール電極の加工ばらつきが生じない。このため、磁気抵抗素子の電気抵抗のばらつきが小さく、フルブリッジ回路を構成した場合に、オフセット電圧を合わせやすくなる。 Further, in the magnetic sensor according to the present embodiment, since the barber pole electrode is not provided on the magnetoresistive element, the processing variation of the barber pole electrode does not occur. For this reason, variation in electric resistance of the magnetoresistive element is small, and when a full bridge circuit is configured, it is easy to adjust the offset voltage.
(磁気センサの第1変形例)
図6は、第1変形例における磁気センサを示す平面図である。図6を参照して、第1変形例における磁気センサ100Aについて説明する。(First Modification of Magnetic Sensor)
FIG. 6 is a plan view showing the magnetic sensor in the first modification. With reference to FIG. 6, the
第1変形例における磁気センサ100Aは、実施の形態1に係る磁気センサ100と比較した場合に、磁気抵抗素子1A,1B,1C,1Dが、複数の積層体12がミアンダ形状に配置されてこれらが電気的に接続されることにより構成されている点において相違する。
When compared with the
具体的には、図6に示すように、各磁気抵抗素子1A,1B,1C,1Dに、積層体12が複数設けられ、各磁気抵抗素子1A,1B,1C,1Dにおいて、複数の積層体12は、磁化方向が揃うように平行に並んで設けられ、かつ、電極部が、互いに隣り合う積層体12の端部同士を交互に接続されている。これにより、各磁気抵抗素子1A,1B,1C,1Dがミアンダ状に形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 6, a plurality of
より具体的には、磁気抵抗素子1A,1B,1C,1Dのそれぞれは、長い短冊状パターンの積層体12と、短い短冊状パターンの接続電極40とを交互に直交させて接続することで、ミアンダ状に形成される。
More specifically, each of the
磁気抵抗素子1A,1Cに含まれる複数の積層体12のそれぞれは、同一方向に沿って延在し、延在方向に直交する方向に所定の間隔をあけて配置される。磁気抵抗素子1B,1Dに含まれる複数の積層体12のそれぞれは、同一方向に沿って延在し、延在方向に直交する方向に所定の間隔をあけて配置される。磁気抵抗素子1A,1Cに含まれる複数の積層体12の延在方向は、磁気抵抗素子1B,1Dに含まれる複数の積層体12の延在方向と直交する。
Each of the plurality of
このように構成した場合であっても、第1変形例における磁気センサ100Aは、磁気センサ100と同様の効果が得られる。
Even in the case of such a configuration, the
(実施の形態2)
図7は、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の概略断面図である。図7を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Eについて説明する。(Embodiment 2)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the magnetoresistive element according to the present embodiment. With reference to FIG. 7, the
図7に示すように、磁気抵抗素子1Eは、実施の形態1に係る磁気抵抗素子1と比較した場合に、交換結合磁界調整層16をさらに備える点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
As shown in FIG. 7, the
交換結合磁界調整層16は、反強磁性体層14と強磁性体層15との間に設けられ、反強磁性体層14と強磁性体層15との間に発生する交換結合磁界の大きさを調整する。交換結合磁界調整層16は、たとえばCoもしくはCoを含む合金からなる強磁性体層である。交換結合磁界調整層16は、反強磁性体層14の主面全体を覆うように反強磁性体層14上に設けられていることが好ましい。
The exchange coupling magnetic
交換結合磁界調整層16を設けて交換結合磁界の大きさを調整することにより、線形的に応答する領域の範囲を調整することができる。これにより、入力ダイナミックレンジの設計の自由度を大きくすることができる。
By providing the exchange coupling magnetic
たとえば、交換結合磁界調整層16と反強磁性体層14との間に発生する交換結合磁界の大きさは、反強磁性体層14上に直接強磁性体層15を積層した場合に反強磁性体層14と強磁性体層15との間に発生する交換結合磁界の大きさよりも大きいことが好ましい。この場合には、交換結合磁界調整層16を設けることにより、反強磁性体層14から強磁性体層15に作用する交換結合磁界の大きさを大きくすることができる。これにより、線形的に応答する領域の範囲を拡張することができる。
For example, the magnitude of the exchange coupling magnetic field generated between the exchange coupling magnetic
また、CoもしくはCoを含む合金からなる強磁性体層からなる交換結合磁界調整層16を設けることにより、反強磁性体層14に含まれるMnが強磁性体層15に拡散することを防止することができる。これにより、拡散に伴う性能劣化を抑制でき、特性が安定するとともに、信頼性を向上させることができる。
Further, by providing the exchange coupling magnetic
この結果、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Eは、実施の形態1に係る磁気抵抗素子と同等以上の効果が得られる。
As a result, the
(検証実験)
ここで、比較例に係る磁気抵抗素子を具備する磁気センサを用意する。図8は、比較例に係る磁気抵抗素子を具備する磁気センサの平面図である。磁気センサXは、非特許文献1に開示の磁気抵抗素子のように、バーバーポール電極17を備える磁気抵抗素子1AX,1BX,1CX,1DXにより構成されている。(Verification experiment)
Here, a magnetic sensor including a magnetoresistive element according to a comparative example is prepared. FIG. 8 is a plan view of a magnetic sensor including a magnetoresistive element according to a comparative example. The magnetic sensor X is configured by magnetoresistive elements 1AX, 1BX, 1CX, and 1DX including
具体的には、図8に示すように、磁気センサXは、磁気センサ100と同様に、4個の磁気抵抗素子1AX,1BX,1CX,1DXを用いてフルブリッジ回路を構成することにより設けられる。磁気抵抗素子1AXの一端側は、配線パターン3AXを介して、出力電圧Vout2Xを取り出すための電極パッドP1Xと電気的に接続される。磁気抵抗素子1AXの他端側は、配線パターン3BXを介して、電源電圧Vccを印加するための電極パッドP3Xと電気的に接続される。磁気抵抗素子1DXの一端側は、配線パターン3AXを介して電極パッドP1Xと電気的に接続されている。磁気抵抗素子1DXの他端側は、配線パターン3DXを介して、グランドに接続される電極パッドP4Xと電気的に接続される。
Specifically, as shown in FIG. 8, the magnetic sensor X is provided by configuring a full bridge circuit using four magnetoresistive elements 1AX, 1BX, 1CX, and 1DX, similarly to the
磁気抵抗素子1BXの一端側は、配線パターン3CXを介して、出力電圧Vout1Xを取り出すための電極パッドP2Xと電気的に接続される。磁気抵抗素子1BXの他端側は、配線パターン3BXを介して、電極パッドP3Xと電気的に接続される。磁気抵抗素子1CXの一端側は、配線パターン3CXを介して、電極パッドP2Xに電気的に接続される。磁気抵抗素子1CXの他端側は、配線パターン3DXを介して電極パッドP4Xに接続される。 One end side of the magnetoresistive element 1BX is electrically connected to the electrode pad P2X for taking out the output voltage Vout1X through the wiring pattern 3CX. The other end side of the magnetoresistive element 1BX is electrically connected to the electrode pad P3X through the wiring pattern 3BX. One end side of the magnetoresistive element 1CX is electrically connected to the electrode pad P2X through the wiring pattern 3CX. The other end side of the magnetoresistive element 1CX is connected to the electrode pad P4X through the wiring pattern 3DX.
磁気抵抗素子1AX,1CXは正出力性を有し、磁気抵抗素子1BX,1DXは負出力性を有する。 The magnetoresistive elements 1AX and 1CX have a positive output property, and the magnetoresistive elements 1BX and 1DX have a negative output property.
電極パッドP3Xと電極パッドP4Xとの間に電源電圧Vccを印加すると、電極パッドP1Xおよび電極パッドP2Xからは、磁界強度に応じて、出力電圧Vout2X,Vout1Xが取り出される。出力電圧Vout2X,Vout1Xは、差動増幅器(不図示)を介して差動増幅される。 When the power supply voltage Vcc is applied between the electrode pad P3X and the electrode pad P4X, output voltages Vout2X and Vout1X are extracted from the electrode pad P1X and the electrode pad P2X according to the magnetic field strength. The output voltages Vout2X and Vout1X are differentially amplified via a differential amplifier (not shown).
実施例1に係る磁気センサおよび比較例に係る磁気センサXを交えながら、検証実験の条件および結果について説明する。実施例1に係る磁気センサは、実施の形態1に係る磁気センサ100を用いている。
The conditions and results of the verification experiment will be described with the magnetic sensor according to Example 1 and the magnetic sensor X according to the comparative example. The magnetic sensor according to the first embodiment uses the
実施例1に係る磁気センサを構成する磁気抵抗素子においては、積層体12として、基板10側から順に、下地層、反強磁性体層、強磁性体層の順に積層させた積層体(Si/SiO2/Ta/Ni−Fe/Ni−Mn/Ni−Fe)を用いている。なお、上述のSi/SiO2は、基板および絶縁層であり積層体には含まれない。実施例1においては、下地層13としてTa膜に、NiとFeとを含む合金を積層させた積層膜を用いている。反強磁性体層14としてNiとMnとを含む合金を用いている。強磁性体層15としてNiとFeとを含む合金を用いている。下地層13において、Ta膜の厚さは2nmであり、NiとFeとを含む合金層の厚さは5nmである。反強磁性体層14において、NiとMnとを含む合金層の厚さは40nmである。強磁性体層15としてNiとFeとを含む合金層の厚さは30nmである。なお、実施例1においては、積層体12上に保護層を設けていない。In the magnetoresistive element that constitutes the magnetic sensor according to the first embodiment, as the
比較例に係る磁気センサを構成する磁気抵抗素子は、実施例1に係る磁気センサを構成する磁気抵抗素子と同じ構成を有する積層体(Si/SiO2/Ta/Ni−Fe/Ni−Mn/Ni−Fe)を備える。なお、各層の厚さも同じとされている。The magnetoresistive element constituting the magnetic sensor according to the comparative example is the same as the magnetoresistive element constituting the magnetic sensor according to the first embodiment (Si / SiO 2 / Ta / Ni—Fe / Ni—Mn / Ni-Fe). The thickness of each layer is also the same.
図9は、実施例1に係る磁気センサのブリッジ電圧変化率と磁界との関係を示す図である。図10は、比較例に係る磁気センサのブリッジ電圧変化率と磁界との関係を示す図である。 FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between the bridge voltage change rate and the magnetic field of the magnetic sensor according to the first embodiment. FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between the bridge voltage change rate and the magnetic field of the magnetic sensor according to the comparative example.
図10に示すように、比較例に係る磁気センサはバーバーポール電極を備えることから、ブリッジ電圧変化率が線形性を示す。一方、図9に示すように、実施例1に係る磁気センサも、ブリッジ電圧変化率が線形性を示す。 As shown in FIG. 10, since the magnetic sensor according to the comparative example includes a barber pole electrode, the bridge voltage change rate exhibits linearity. On the other hand, as shown in FIG. 9, also in the magnetic sensor according to the first embodiment, the bridge voltage change rate shows linearity.
以上の検証実験の結果から、強磁性体層15の磁化方向Mと電極部18間を最短でつなぐ方向とが交差するように、強磁性体層15の磁化方向と電極部18間を最短でつなぐ方向とを設定することにより、バーバーポール電極を設けずとも、AMR素子の特性を奇数関数化し、AMR素子の磁気抵抗変化が外部磁界に対して線形的に応答するようにできることが実験的にも証明されたと言える。
As a result of the above verification experiment, the magnetization direction of the
(実施の形態3)
(電流センサ)
図11は、本実施の形態に係る電流センサを示す概略図である。図11を参照して、本実施の形態に係る電流センサについて説明する。上述の磁気センサは、比較的に広範囲に亘って線形的に応答する領域を有するため、強い磁界を測定する場合にも磁気飽和しないため電流センサ等に用いることができる。(Embodiment 3)
(Current sensor)
FIG. 11 is a schematic diagram showing a current sensor according to the present embodiment. A current sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. Since the above-described magnetic sensor has a region that responds linearly over a relatively wide range, even when measuring a strong magnetic field, magnetic saturation does not occur, so that it can be used for a current sensor or the like.
図11に示すように、本実施の形態に係る電流センサ150は、磁気センサ100A,100B、測定対象の電流が流れるバスバー110および減算器130を備える。磁気センサ100A,100Bは、実施の形態1に係る磁気センサ100と同様の構成を有し、奇関数入出力特性を有する。
As shown in FIG. 11, a
磁気センサ100A,100Bは、バスバー110を流れる電流により発生する磁界の強さを検出し、この磁界の強さに応じた信号を上述のブリッジ回路から出力する。減算器130は、磁気センサ100Aおよび磁気センサ100Bの各検出値を減算することにより上記電流の値を算出する算出部である。
The
バスバー110は、電気的に直列に接続されている第1バスバー部111、第2バスバー部および第3バスバー部113を含む。第1バスバー部111と第3バスバー部113とは、互いに離間して平行に延在する。第1バスバー部111と第3バスバー部113とは、第2バスバー部によって接続されている。
第2バスバー部は、第1バスバー部111および第3バスバー部113の各々に対して間隔を置いて平行に並んで延在する平行部112を含む。また、第2バスバー部は、第1バスバー部111の他端と第2バスバー部の平行部112の一端とを連結する第1連結部114と、第2バスバー部の平行部112の他端と第3バスバー部113の一端とを連結する第2連結部115とを含む。
The second bus bar portion includes a
第1バスバー部111と第2バスバー部の平行部112と第3バスバー部113とは、等間隔に配置されている。第1バスバー部111、第2バスバー部の平行部112および第3バスバー部113の各々は、直方体状の形状を有している。ただし、第1バスバー部111、第2バスバー部の平行部112および第3バスバー部113の各々の形状は直方体状に限られず、たとえば円柱状であってもよい。
The first
第2バスバー部の第1連結部114は、側面視にて直線状に延在して第1バスバー部111および第2バスバー部の平行部112の各々と直交している。第2バスバー部の第2連結部115は、側面視にて直線状に延在して第2バスバー部の平行部112および第3バスバー部113の各々と直交している。
The first connecting
第2バスバー部の第1連結部114および第2連結部115の各々は、直方体状の形状を有している。ただし、第2バスバー部の第1連結部114および第2連結部115の各々の形状は直方体状に限られず、たとえば円柱状であってもよい。
Each of the
バスバー110は、側面視にてS字状の形状を有している。このように折り返すように曲折した形状を有する1つのバスバー部材によってバスバー110を構成することにより、機械的強度が高くシンメトリーな形状を有するバスバー110を得ることができる。ただし、バスバー110の形状はこれに限られず、たとえば、バスバー110が、E字形状のように第1バスバー部111と第2バスバー部と第3バスバー部113とを有する形状であれば適宜選択することができる。
バスバー110は、たとえばアルミニウムで構成されている。ただし、バスバー110の材料はこれに限られず、銀、銅などの金属単体、または、これらの金属と他の金属との合金でもよい。また、バスバー110は、表面処理を施されていてもよい。たとえば、ニッケル、錫、銀、銅などの金属単体またはこれらの合金からなるめっき層を、バスバー110の表面に単層または複層で形成してもよい。
バスバー110は、薄板をプレス加工することにより形成される。ただし、バスバー110の形成方法はこれに限られず、切削,鋳造または鍛造などの方法でバスバー110を形成してもよい。
The
第1バスバー部111を電流が流れる方向211と第3バスバー部113を電流が流れる方向215とは同一である。第1バスバー部111を電流が流れる方向211、および第3バスバー部113を電流が流れる方向215と、第2バスバー部の平行部112を電流が流れる方向213とは反対である。第2バスバー部の第1連結部114を電流が流れる方向212と、第2バスバー部の第2連結部115を電流が流れる方向214とは同一である。
A
磁気センサ100Aは、互いに対向する第1バスバー部111と第2バスバー部の平行部112との間に位置している。磁気センサ100Bは、互いに対向する第2バスバー部の平行部112と第3バスバー部113との間に位置している。
The
磁気センサ100Aは、第1バスバー部111と第3バスバー部113とが並ぶ方向に対して直交する方向、かつ、第1バスバー部111の延在方向に対して直交する方向である、図11中の矢印101Aで示す方向に検出軸を有する。
The
磁気センサ100Bは、第1バスバー部111と第3バスバー部113とが並ぶ方向に対して直交する方向、かつ、第3バスバー部113の延在方向に対して直交する方向である、図11中の矢印101Bで示す方向に検出軸を有する。
The
磁気センサ100A,100Bは、検出軸の一方向に向いた磁界を検出した場合に正の値で出力し、かつ、検出軸の一方向とは反対方向に向いた磁界を検出した場合に負の値で出力する、奇関数入出力特性を有している。すなわち、バスバー110を流れる電流により発生する磁界の強さについて、磁気センサ100Aの検出値の位相と、磁気センサ100Bの検出値の位相とは、逆相である。
The
磁気センサ100Aは、第1接続配線141によって減算器130と電気的に接続されている。磁気センサ100Bは、第2接続配線142によって減算器130と電気的に接続されている。
The
減算器130は、磁気センサ100Aの検出値と、磁気センサ100Bの検出値とを減算することにより、バスバー110を流れる電流の値を算出する。なお、本実施形態においては、算出部として減算器130を用いているが、算出部はこれに限られず、差動増幅器などでもよい。
The
図12は、図11に示すXII−XII線矢印方向から見た断面図において、発生する磁界を模式的に示す図である。図12においては、磁気センサ100Aおよび磁気センサ100Bの検出軸方向をX方向、第1バスバー部111と第2バスバー部の平行部112と第3バスバー部113とが並ぶ方向をY方向として示している。なお、第2バスバー部の平行部112の延在方向がZ方向である。
FIG. 12 is a diagram schematically showing a generated magnetic field in the cross-sectional view seen from the arrow direction of the XII-XII line shown in FIG. In FIG. 12, the detection axis direction of the
図12に示すように、第1バスバー部111に電流が流れることにより、いわゆる右ねじの法則によって図中の右回りに周回する磁界111eが発生する。同様に、第2バスバー部の平行部112に電流が流れることにより、図中の左回りに周回する磁界112eが発生する。第3バスバー部113に電流が流れることにより、図中の右回りに周回する磁界113eが発生する。
As shown in FIG. 12, when a current flows through the first
その結果、磁気センサ100Aには、矢印101Aで示す検出軸の方向において、図中の左向きの磁界が印加される。一方、磁気センサ100Bには、矢印101Bで示す検出軸の方向において、図中の右向きの磁界が印加される。
As a result, a leftward magnetic field in the figure is applied to the
よって、磁気センサ100Aの検出した磁界の強さを正の値とすると、磁気センサ100Bの検出した磁界の強さは負の値となる。磁気センサ100Aの検出値と磁気センサ100Bの検出値とは、減算器130に送信される。
Therefore, if the strength of the magnetic field detected by the
減算器130は、磁気センサ100Aの検出値から磁気センサ100Bの検出値を減算する。その結果、磁気センサ100Aの検出値の絶対値と、磁気センサ100Bの検出値の絶対値とが加算される。この加算結果から、バスバー110を流れた電流の値が算出される。
The
なお、磁気センサ100Aと磁気センサ100Bとの入出力特性を互いに逆の極性にしつつ、減算器130に代えて加算器または加算増幅器を算出部として用いてもよい。
Note that an adder or an addition amplifier may be used as the calculation unit in place of the
本実施形態における電流センサ150においては、第1バスバー部111および第3バスバー部113は横断面において、第2バスバー部の平行部112の中心点を中心として互いに点対称に位置している。かつ、第1バスバー部111および第3バスバー部113は横断面において、磁気センサ100Aおよび磁気センサ100Bの検出軸の方向における第2バスバー部の平行部112の中心線を中心として互いに線対称に位置している。
In the
また、磁気センサ100Aおよび磁気センサ100Bは横断面において、第2バスバー部の平行部112の中心点を中心として互いに点対称に位置している。かつ、磁気センサ100Aおよび磁気センサ100Bは横断面において、磁気センサ100Aおよび磁気センサ100Bの検出軸の方向における第2バスバー部の平行部112の中心線を中心として互いに線対称に位置している。
Also, the
このように点対称に配置された磁気センサ100Aおよび磁気センサ100Bは、バスバー110を流れる電流により発生する磁界を等しく反映した検出値を示す。そのため、バスバー110を流れる電流により発生する磁界の強さとそれから算出されるバスバー110を流れる電流の値との線形性を高めることができる。
The
なお、本実施の形態においては、電流センサ150に具備される磁気センサが、実施の形態1に係る磁気抵抗素子によって構成される場合を例示して説明したが、これに限定されず、実施の形態2に係る磁気抵抗素子によって構成されてもよい。また、本実施の形態に係る磁気センサは、第1変形例における磁気センサと同様に構成されていてもよい。さらに、本実施の形態に係る磁気センサは、後述する実施の形態3に係る磁気センサ、第2変形例における磁気センサ、第3変形例における磁気センサ、第4変形例における磁気センサ、および第5変形例における磁気センサのいずれかと同様に構成されていてもよい。
In the present embodiment, the case where the magnetic sensor included in the
以上のように構成することにより、本実施の形態に係る電流センサ150は、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができる。
By configuring as described above, the
(実施の形態4)
(磁気抵抗素子)
図13は、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の概略断面図である。図13を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Eについて説明する。(Embodiment 4)
(Magnetic resistance element)
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the magnetoresistive element according to the present embodiment. With reference to FIG. 13, a
上述した実施の形態1においては、基板10の上方に設けられた積層体が、基板10側から順に反強磁性体層14と強磁性体層15とがこの順で積層されることにより構成される場合を例示して説明したが、これに限定されず、図13に示すように、基板10側から強磁性体層15と反強磁性体層14とがこの順で積層されることにより構成されてもよい。すなわち、強磁性体層15および反強磁性体層14の一方は、強磁性体層15および反強磁性体層14の他方の主面全体を覆うように強磁性体層15および反強磁性体層14の他方上に設けられる。
In the first embodiment described above, the stacked body provided above the
本実施の形態における下地層13は、強磁性体層15および反強磁性体層14の結晶を適切に成長させるために設けられている。なお、下地層13は、これを用いずに強磁性体層15および反強磁性体層14の結晶を適切に成長させることができる場合には、これを省略することができる。下地層13を省略する場合には、磁気抵抗素子1Eの構成を簡素化することができる。
The
本実施の形態においては、強磁性体層15が反強磁性体層14の結晶を適切に成長させるための下地層として機能する。
In the present embodiment, the
以上のように構成した場合においても、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Eは、実施の形態1とほぼ同様の効果が得られる。
Even in the case of the configuration as described above, the
(実施の形態5)
(磁気抵抗素子)
図14は、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の平面図である。図15は、図14に示すXV−XV線に沿った断面図である。なお、図14においては、便宜上のため保護層19を省略している。図14および図15を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Fについて説明する。(Embodiment 5)
(Magnetic resistance element)
FIG. 14 is a plan view of the magnetoresistive element according to the present embodiment. 15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV shown in FIG. In FIG. 14, the
図14および図15に示すように、磁気抵抗素子1Fは、実施の形態1に係る磁気抵抗素子1と比較した場合に、複数の積層体12と複数の電極部とが所定の方向に交互に並んで構成されている点において相違する。その他の構成は、ほぼ同様である。
As shown in FIGS. 14 and 15, when compared with the
磁気抵抗素子1Fは、複数の積層体12および複数の電極部を含む。複数の積層体12は、絶縁層11上に設けられている。なお、基板10が絶縁性基板である場合には、絶縁層11を省略してもよい。
The
複数の積層体12は、積層方向から見た場合に互いに対向する2組の対辺を有する矩形形状を有する。複数の積層体12は、強磁性体層15の磁化方向Mが揃うようにして互いに離間して設けられている。磁化方向Mは、電極部が並ぶ方向に交差する。
The plurality of
複数の積層体12は、上記2組の対辺のうちの一方の対辺が延在する方向に沿って直線状に並んで設けられている。複数の積層体12のそれぞれは、上記2組の対辺のうちの一方の対辺が延在する方向において一端12aおよび他端12bを有する。
The plurality of
複数の積層体12は、強磁性体層15となる強磁性体膜の磁化方向が交換結合磁界によって所定の方向に固定された積層体膜をパターンニングすることにより形成される。
The plurality of
積層体膜は、実施の形態1と同様に真空蒸着法、スパッタ法等を用いて下地層13となる下地膜、反強磁性体層14となる反強磁性体膜、強磁性体層15となる強磁性体膜とを積層することにより形成される。実施の形態1と同様に、磁界を印加しながら積層体膜を形成したり、積層体膜を形成後に積層体膜に磁界を印加しながら熱処理したりすることにより、強磁性体膜と反強磁性体膜との間で生じる交換結合磁界によって強磁性体膜の磁化方向が固定される。
As in the first embodiment, the multilayer film is formed by using a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like to form a base film that becomes the
互いに隣り合う積層体12は、電極部としての接続電極41によって接続されている。接続電極41は、互いに隣り合う積層体12のうち一方の積層体の一端12a側と、当該一端12a側に向かい合う他方の積層体の他端12b側とを接続する。接続電極41は、互いに隣り合う積層体12の間の隙間に入り込むように設けられている。
The
複数の積層体12が並ぶ方向における接続電極41の幅は、複数の積層体12が並ぶ方向における電極部18の幅よりも小さいことが好ましい。
The width of the
複数の積層体12のうち、これらが並ぶ方向における両端に位置する積層体12には、それぞれ電極部18が設けられている。複数の積層体12が並ぶ方向の一方側の電極部18aは、上記両端に位置する一方の積層体12の一端12a側に設けられている。複数の積層体12が並ぶ方向の他方側の電極部18bは、上記両端に位置する他方の積層体12の他端12b側に設けられている。
Of the plurality of
保護層19は、複数の積層体12、複数の接続電極41、および一対の電極部18を覆うように設けられる。保護層19には、一対の電極部18の一部がそれぞれ露出するようにコンタクトホール19aが設けられている。
The
このように構成とした場合であっても、交換結合磁界によって強磁性体層15の磁化の向きを固定することができる。このため、個々の積層体12上に複数のバーバーポール電極を設ける必要がないため、バーバーポール電極の電気抵抗が強磁性体層15の電気抵抗に加算されることを防止できる。この結果、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Fにあっても、実施の形態1と同様に、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができる。
Even in such a configuration, the magnetization direction of the
また、互いに離間して直線状に並ぶように設けられた複数の積層体12を接続電極41にて接続する構成とすることにより、同一の長さの磁気抵抗素子を単数の積層体で構成する場合と比較して、後述の形状異方性による影響を低減させることができる。これにより、磁界の変化に対して磁気抵抗素子1Fが線形的に応答する領域において、磁界の値0を基準とした場合に、当該基準する対称性を良好に維持することができる。
In addition, a plurality of
図16は、形状異方性について説明するための図である。図16を参照して、形状異方性について説明する。強磁性体層15が短手方向および長手方向を有する矩形形状を有する場合には、形状異方性によって強磁性体層15の磁化は長手方向を向きやすくなる。また、長手方向の長さが長ければ長いほど、磁化の向きは長手方向に向きやすくなる。
FIG. 16 is a diagram for explaining the shape anisotropy. The shape anisotropy will be described with reference to FIG. When the
このため、強磁性体層15の磁化方向Mを検出電流Iが流れる方向(電極部間を最短でつなぐ方向)に対してθ1の角度で固定した場合であっても、実際の磁化の向きは、長手方向に近づくように傾斜して、検出電流Iが流れる方向に対してθ2の角度で固定される。この状態は、磁化方向がθ1の角度で固定されている状態から見た場合には、磁気バイアスが印加された状態と同等となる。
For this reason, even when the magnetization direction M of the
図17は、形状異方性によって磁化の向きが変化した場合の磁気抵抗と磁界との関係を示す図である。図17においては、形状異方性による影響を受けない場合の磁気抵抗の変化を一点鎖線で示し、形状異方性による影響を受ける場合の磁気抵抗の変化を実線で示す。 FIG. 17 is a diagram illustrating the relationship between the magnetoresistance and the magnetic field when the direction of magnetization changes due to shape anisotropy. In FIG. 17, the change in magnetoresistance when not affected by shape anisotropy is indicated by a one-dot chain line, and the change in magnetoresistance when affected by shape anisotropy is indicated by a solid line.
上述のように、形状異方性による影響により固定された磁化方向Mが傾斜する状態は、磁気バイアスが印加された状態と同等と考えることができる。このような場合には、磁気抵抗の変化を示す線分は、一点鎖線で示す位置から、実線で示す位置に移動する。形状異方性による影響が強いほど、実線で示す部分は、図中矢印方向に大きく移動する。一方で、形状異方性による影響が弱いほど、実線で示す部分は、図中矢印方向に小さく移動する。形状異方性による影響は、上述のように積層体12の延在方向の長さが長いほど強くなる。
As described above, the state in which the magnetization direction M fixed due to the influence of the shape anisotropy is inclined can be considered to be equivalent to the state in which the magnetic bias is applied. In such a case, the line segment indicating the change in magnetoresistance moves from the position indicated by the alternate long and short dash line to the position indicated by the solid line. The greater the influence of shape anisotropy, the greater the portion indicated by the solid line moves in the direction of the arrow in the figure. On the other hand, as the influence of shape anisotropy is weaker, the portion indicated by the solid line moves smaller in the direction of the arrow in the figure. As described above, the influence of the shape anisotropy becomes stronger as the length of the stacked
本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Fのように、複数の積層体12を互いに離間して直線状に配置し、これらを接続電極41にて接続する構成とすることにより、同一の長さの磁気抵抗素子を単数の積層体で構成する場合と比較して、各積層体12の延在方向の長さを短くすることができる。これにより、磁気抵抗素子1F全体として、形状異方性による影響を小さくすることができる。
Like the
形状異方性による影響を小さくすることにより、図17において、磁気抵抗の変化を示す線分の図中矢印方向への移動を低減させることができる。これにより、磁界の変化に対して磁気抵抗素子1Fが線形的に応答する領域(磁気抵抗の変化を示す線分のうち直線状に延在する部分)において、磁界の値0を基準とした場合に、当該基準する対称性を良好に維持することができる。さらに、積層体12の形状を、積層方向から見た場合に、略正方形形状とすることにより、上記対称性をより良好に維持することができる。
By reducing the influence of the shape anisotropy, the movement in the arrow direction in the line segment showing the change of the magnetoresistance in FIG. 17 can be reduced. As a result, in a region where the
(磁気センサ)
図18は、図14に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサの平面図である。図18を参照して、図14に示す磁気抵抗素子1Fを用いて構成される磁気センサ100F1について説明する。(Magnetic sensor)
FIG. 18 is a plan view of a magnetic sensor configured by using a plurality of magnetoresistive elements shown in FIG. With reference to FIG. 18, a magnetic sensor 100F1 configured using the
図18に示すように、磁気センサ100F1は、4個の磁気抵抗素子1F1,1F2,1F3,1F4を用いてフルブリッジ回路を構成することにより設けられる。 As shown in FIG. 18, the magnetic sensor 100F1 is provided by configuring a full bridge circuit using four magnetoresistive elements 1F1, 1F2, 1F3, and 1F4.
磁気抵抗素子1F1,1F2,1F3,1F4の構成は、実施の形態5に係る磁気抵抗素子1Fの構成とほぼ同様である。磁気抵抗素子1F1,1F2,1F3,1F4に含まれる強磁性体層15の磁化方向Mは、全て同じ方向を向く。
The configuration of the magnetoresistive elements 1F1, 1F2, 1F3, and 1F4 is substantially the same as the configuration of the
磁気抵抗素子1F1,1F3に含まれる複数の積層体12が並ぶ方向は、同一方向である。たとえば、磁気抵抗素子1F1,1F3に含まれる複数の積層体12は、積層体12が有する2組の対辺のうちの一方の対辺が延在する方向に沿って直線状に並んでいる。
The direction in which the plurality of
磁気抵抗素子1F2,1F4に含まれる複数の積層体12が並ぶ方向は、同一方向である。たとえば、磁気抵抗素子1F2,1F4に含まれる複数の積層体12は、積層体12が有する2組の対辺のうちの他方の対辺が延在する方向に沿って直線状に並んでいる。
The direction in which the plurality of
磁気抵抗素子1F1,1F3に含まれる複数の積層体12が並ぶ方向と、磁気抵抗素子1F2,1F4に含まれる複数の積層体12が並ぶ方向とは、直交する。
The direction in which the plurality of
磁気抵抗素子1F1の一端側は、配線パターン3Aを介して、出力電圧Vout2を取り出すための電極パッドP1と電気的に接続される。磁気抵抗素子1F1の他端側は、配線パターン3Bを介して、電源電圧Vccを印加するための電極パッドP3と電気的に接続される。磁気抵抗素子1F4の一端側は、配線パターン3Aを介して電極パッドP1と電気的に接続されている。磁気抵抗素子1F4の他端側は、配線パターン3Dを介して、グランドに接続される電極パッドP4と電気的に接続される。
One end side of the magnetoresistive element 1F1 is electrically connected to an electrode pad P1 for taking out the output voltage Vout2 through the
磁気抵抗素子1F2の一端側は、配線パターン3Cを介して、出力電圧Vout1を取り出すための電極パッドP2と電気的に接続される。磁気抵抗素子1F2の他端側は、配線パターン3Bを介して、電極パッドP3と電気的に接続される。磁気抵抗素子1F3の一端側は、配線パターン3Cを介して、電極パッドP2に電気的に接続される。磁気抵抗素子1Cの他端側は、配線パターン3Dを介して電極パッドP4に接続される。
One end of the magnetoresistive element 1F2 is electrically connected to an electrode pad P2 for taking out the output voltage Vout1 through the
磁気抵抗素子1F1,1F4が、配線パターン3B,3A,3Dおよび電極パッドP3,P1,P4を介して直列接続されることにより、第1の直列回路(ハーフブリッジ回路)が形成される。磁気抵抗素子1F2,1F3が、配線パターン3B,3C,3Dおよび電極パッドP3,P2,P4を介して直列接続されることにより、第2の直列回路(ハーフブリッジ回路)が形成される。第1の直列回路(ハーフブリッジ回路)および第2の直列回路(ハーフブリッジ回路)が、電極パッドP3,P4を介して並列接続されることにより、フルブリッジ回路が形成される。磁気抵抗素子1F1,1F3は、正出力性を有し、磁気抵抗素子1F2,1F4は負出力性を有する。
The magnetoresistive elements 1F1, 1F4 are connected in series via the
電極パッドP3と電極パッドP4との間に電源電圧Vccを印加すると、電極パッドP1および電極パッドP2からは、磁界強度に応じて、出力電圧Vout2,Vout1が取り出される。出力電圧Vout2,Vout1は、差動増幅器(不図示)を介して差動増幅される。 When the power supply voltage Vcc is applied between the electrode pad P3 and the electrode pad P4, output voltages Vout2 and Vout1 are extracted from the electrode pad P1 and the electrode pad P2 according to the magnetic field strength. The output voltages Vout2 and Vout1 are differentially amplified through a differential amplifier (not shown).
このように、本実施の形態に係る磁気センサ100F1にあっては、バーバーポール電極を備えない磁気抵抗素子1F1,1F2,1F3,1F4を用いて、ブリッジ回路を構成することにより、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができる。また、温度などの外部環境の変化に対する耐性を向上させることができる。 As described above, in the magnetic sensor 100F1 according to the present embodiment, by configuring the bridge circuit using the magnetoresistive elements 1F1, 1F2, 1F3, and 1F4 that do not include the barber pole electrodes, The decrease can be suppressed and the magnetoresistance change rate can be improved. In addition, resistance to changes in the external environment such as temperature can be improved.
また、磁気抵抗素子1F1,1F2,1F3,1F4にバーバーポール電極が設けられていないため、バーバーポール電極の加工ばらつきが生じない。このため、磁気抵抗素子の電気抵抗のばらつきが小さく、フルブリッジ回路を構成した場合に、オフセット電圧を合わせやすくなる。 Further, since no barber pole electrode is provided on the magnetoresistive elements 1F1, 1F2, 1F3, and 1F4, processing variations of the barber pole electrode do not occur. For this reason, variation in electric resistance of the magnetoresistive element is small, and when a full bridge circuit is configured, it is easy to adjust the offset voltage.
さらに、上述のように各磁気抵抗素子1F1,1F2,1F3,1F4において、複数の積層体12を互いに離間して直線状に配置し、これらを接続電極41にて接続する構成とすることにより、同一の長さの磁気抵抗素子を単数の積層体で構成する場合と比較して、各積層体12の延在方向の長さを短くすることができる。これにより、磁気抵抗素子1F1,1F2,1F3,1F4全体として、形状異方性による影響を小さくすることができる。これにより、磁界の変化に対して磁気抵抗素子1F1,1F2,1F3,1F4が線形的に応答する領域において、磁界の値0を基準とした場合に、当該基準する対称性を良好に維持することができる。
Further, as described above, in each of the magnetoresistive elements 1F1, 1F2, 1F3, and 1F4, the plurality of
(磁気センサの第2変形例)
図19は、第2変形例における磁気センサの平面図である。図19を参照して、第2変形例における磁気センサ100F2について説明する。(Second modification of magnetic sensor)
FIG. 19 is a plan view of a magnetic sensor according to a second modification. With reference to FIG. 19, the magnetic sensor 100F2 in a 2nd modification is demonstrated.
図19に示すように、第2変形例における磁気センサ100F2は、実施の形態5に係る磁気センサ100F1と同様に、4個の磁気抵抗素子1F11,1F12,1F13,1F14を用いてフルブリッジ回路を構成することにより設けられる。 As shown in FIG. 19, the magnetic sensor 100F2 in the second modified example is a full-bridge circuit using four magnetoresistive elements 1F11, 1F12, 1F13, and 1F14, similarly to the magnetic sensor 100F1 according to the fifth embodiment. It is provided by configuring.
磁気センサ100F2は、実施の形態5に係る磁気センサ100F1と比較した場合に、磁気抵抗素子1F11,1F12,1F13,1F14の構成が相違する。 The magnetic sensor 100F2 differs from the magnetic sensor 100F1 according to the fifth embodiment in the configuration of the magnetoresistive elements 1F11, 1F12, 1F13, and 1F14.
各磁気抵抗素子1F11,1F12,1F13,1F14は、平行に並ぶ複数の感磁部20と、互いに隣り合う感磁部20の端部同士を交互に接続する複数の接続電極40とによってミアンダ状に形成されている。
Each magnetoresistive element 1F11, 1F12, 1F13, 1F14 is formed in a meander shape by a plurality of
複数の感磁部20のそれぞれは、短手方向と長手方向とを有する短冊形状を有する。接続電極40は、感磁部20よりも短い短冊形状を有する。各磁気抵抗素子1F11,1F12,1F13,1F14は、長い短冊形状の感磁部20と、短い短冊形状の接続電極40とを交互に直交させて接続することで、ミアンダ状に形成される。
Each of the plurality of magnetic
磁気抵抗素子1F11,1F13に含まれる複数の感磁部20のそれぞれは、同一方向に沿って延在し、延在方向に直交する方向に所定の間隔をあけて並んで設けられている。磁気抵抗素子1F12,1F14に含まれる複数の感磁部20のそれぞれは、同一方向に沿って延在し、延在方向に直交する方向に所定の間隔をあけて並んで設けられている。磁気抵抗素子1F11,1F13に含まれる複数の感磁部20の延在方向は、磁気抵抗素子1F12,1F14に含まれる複数の感磁部20の延在方向と直交する。
Each of the plurality of
感磁部20は、複数の積層体12と複数の接続電極41とを含む。複数の積層体12は、強磁性体層の磁化方向Mが揃うように互いに離間して設けられている。複数の積層体12は、2組の対辺のうちの一方の対辺が延在する方向に沿って直線状に並んで設けられている。接続電極41は、互いに隣り合う積層体12を電気的に接続する。
The
磁気抵抗素子1F11,1F12,1F13,1F14に含まれる全ての積層体12は、磁化方向Mが揃うように設けられている。
All the
このように構成した場合であっても、第2変形例における磁気センサ100F2は、磁気センサ100F1とほぼ同様の効果が得られる。 Even in this case, the magnetic sensor 100F2 in the second modified example can obtain substantially the same effect as the magnetic sensor 100F1.
(実施の形態6)
図20は、本実施の形態に係る磁気抵抗素子の平面図である。図20を参照して、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Gについて説明する。(Embodiment 6)
FIG. 20 is a plan view of the magnetoresistive element according to the present embodiment. A
図20に示すように、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Gは、実施の形態5に係る磁気抵抗素子1Fと比較した場合に、複数の積層体12と複数の電極部の並び方が相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
As shown in FIG. 20, when the
複数の積層体12は、強磁性体層の磁化方向が揃うように互いに離間して設けられている。複数の積層体12の各々は、積層方向から見た場合に互いに対向する2組の対辺を有する矩形形状を有する。
The plurality of
複数の積層体12および複数の電極部は、実施の形態5に係る磁気抵抗素子1Fに含まれる複数の積層体12および複数の電極部と同様に、積層体12の積層方向から見た場合に、上記2組の対辺のうち一方の対辺が延在する方向に沿って電極部と積層体12とが交互に並んでいる。これに加えて、複数の積層体12は、上記2組の対辺のうち他方の対辺が延在する方向にずれて設けられている。
The plurality of
具体的には、複数の積層体12は、上記2組の対辺のうち他方の対辺が延在する方向の一方側に所定のピッチでずれている。なお、複数の積層体12のそれぞれの中心は、直線状に並ぶことが好ましい。
Specifically, the plurality of
以上のように本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Gは、ジグザグ状に形成されている。このように構成した場合であっても、交換結合磁界によって強磁性体層の磁化方向を固定することができる。このため、個々の積層体12上に複数のバーバーポール電極を設ける必要がないため、バーバーポール電極の電気抵抗が強磁性体層の電気抵抗に加算されることを防止できる。この結果、本実施の形態に係る磁気抵抗素子1Gにあっても、実施の形態1と同様に、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができる。
As described above, the
また、互いに離間して所定の方向に並ぶように設けられた複数の積層体12を接続電極41にて接続する構成とすることにより、同一の長さの磁気抵抗素子を単数の積層体で構成する場合と比較して、上述の形状異方性による影響を低減させることができる。これにより、磁界の変化に対して磁気抵抗素子1Gが線形的に応答する領域において、磁界の値0を基準とした場合に、当該基準する対称性を良好に維持することができる。さらに、積層体12の形状を積層方向から見た場合に、略正方形形状とすることにより、上記対称性をより良好に維持することができる。
In addition, a plurality of
(磁気センサ)
図21は、図20に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサの平面図である。図21を参照して、図20に示す磁気抵抗素子を複数個用いて構成される磁気センサ100G1について説明する。(Magnetic sensor)
FIG. 21 is a plan view of a magnetic sensor configured by using a plurality of magnetoresistive elements shown in FIG. With reference to FIG. 21, a magnetic sensor 100G1 constituted by using a plurality of magnetoresistive elements shown in FIG. 20 will be described.
図21に示すように、磁気センサ100G1は、4個の磁気抵抗素子1G1,1G2,1G3,1G4を用いてフルブリッジ回路を構成することにより設けられる。 As shown in FIG. 21, the magnetic sensor 100G1 is provided by configuring a full bridge circuit using four magnetoresistive elements 1G1, 1G2, 1G3, and 1G4.
磁気センサ100G1は、実施の形態5に係る磁気センサ100F1と比較した場合に、磁気抵抗素子1G1,1G2,1G3,1G4の構成が相違する。 When compared with the magnetic sensor 100F1 according to the fifth embodiment, the configuration of the magnetoresistive elements 1G1, 1G2, 1G3, and 1G4 is different in the magnetic sensor 100G1.
磁気抵抗素子1G1,1G2,1G3,1G4の構成は、上記磁気抵抗素子1Gの構成とほぼ同様である。磁気抵抗素子1G1,1G2,1G3,1G4に含まれる強磁性体層15の磁化方向Mは、全て同じ方向を向く。
The configuration of the magnetoresistive elements 1G1, 1G2, 1G3, and 1G4 is substantially the same as the configuration of the
磁気抵抗素子1G1,1G3に含まれる複数の接続電極42が延在する方向は、同一方向である。磁気抵抗素子1G1,1G3に含まれる複数の接続電極42は、接続電極42と積層体12とが交互に並ぶ方向に直交する方向に延在する。
The direction in which the plurality of
磁気抵抗素子1G2,1G4に含まれる複数の接続電極42が延在する方向は、同一方向である。磁気抵抗素子1G2,1G4に含まれる複数の接続電極42は、接続電極42と積層体12とが交互に並ぶ方向に直交する方向に延在する。
The direction in which the plurality of
磁気抵抗素子1G1,1G3に含まれる複数の接続電極42が延在する方向と、磁気抵抗素子1G2,1G4に含まれる複数の接続電極42が延在する方向とは、直交する。
The direction in which the plurality of
当該磁気センサ100G1においては、磁気抵抗素子1G1,1G3は、正出力性を有し、磁気抵抗素子1G2,1G4は負出力性を有する。電極パッドP3と電極パッドP4との間に電源電圧Vccを印加すると、電極パッドP1および電極パッドP2からは、磁界強度に応じて、出力電圧Vout2,Vout1が取り出される。出力電圧Vout2,Vout1は、差動増幅器(不図示)を介して差動増幅される。 In the magnetic sensor 100G1, the magnetoresistive elements 1G1 and 1G3 have a positive output property, and the magnetoresistive elements 1G2 and 1G4 have a negative output property. When the power supply voltage Vcc is applied between the electrode pad P3 and the electrode pad P4, output voltages Vout2 and Vout1 are extracted from the electrode pad P1 and the electrode pad P2 according to the magnetic field strength. The output voltages Vout2 and Vout1 are differentially amplified through a differential amplifier (not shown).
このように、本実施の形態に係る磁気センサ100G1にあっては、バーバーポール電極を備えない磁気抵抗素子1G1,1G2,1G3,1G4を用いて、ブリッジ回路を構成することにより、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができる。また、温度などの外部環境の変化に対する耐性を向上させることができる。 As described above, in the magnetic sensor 100G1 according to the present embodiment, by configuring the bridge circuit using the magnetoresistive elements 1G1, 1G2, 1G3, and 1G4 that do not include the barber pole electrodes, The decrease can be suppressed and the magnetoresistance change rate can be improved. In addition, resistance to changes in the external environment such as temperature can be improved.
また、磁気抵抗素子1G1,1G2,1G3,1G4にバーバーポール電極が設けられていないため、バーバーポール電極の加工ばらつきが生じない。このため、磁気抵抗素子の電気抵抗のばらつきが小さく、フルブリッジ回路を構成した場合に、オフセット電圧を合わせやすくなる。 Further, since the barber pole electrodes are not provided on the magnetoresistive elements 1G1, 1G2, 1G3, and 1G4, processing variations of the barber pole electrodes do not occur. For this reason, variation in electric resistance of the magnetoresistive element is small, and when a full bridge circuit is configured, it is easy to adjust the offset voltage.
さらに、上述のように各磁気抵抗素子1G1,1G2,1G3,1G4において、互いに離間して所定の方向に並ぶように設けられた複数の積層体12を接続電極41にて接続する構成とすることにより、同一の長さの磁気抵抗素子を単数の積層体で構成する場合と比較して、上述の形状異方性による影響を低減させることができる。これにより、磁界の変化に対して磁気抵抗素子1Gが線形的に応答する領域において、磁界の値0を基準とした場合に、当該基準する対称性を良好に維持することができる。
Further, as described above, in each of the magnetoresistive elements 1G1, 1G2, 1G3, and 1G4, a plurality of
(磁気センサの第3変形例)
図22は、第3変形例における磁気センサの平面図である。図22を参照して、第3変形例における磁気センサ100G2について説明する。(Third Modification of Magnetic Sensor)
FIG. 22 is a plan view of a magnetic sensor according to a third modification. With reference to FIG. 22, a magnetic sensor 100G2 according to a third modification will be described.
図22に示すように、第3変形例における磁気センサ100G2は、実施の形態6に係る磁気センサ100G1と同様に、4個の磁気抵抗素子1G11,1G12,1G13,1G14を用いてフルブリッジ回路を構成することにより設けられる。 As shown in FIG. 22, the magnetic sensor 100G2 in the third modified example is a full-bridge circuit using four magnetoresistive elements 1G11, 1G12, 1G13, and 1G14, similarly to the magnetic sensor 100G1 according to the sixth embodiment. It is provided by configuring.
磁気センサ100G2は、実施の形態6に係る磁気センサ100G1と比較した場合に、磁気抵抗素子1G11,1G12,1G13,1G14の構成が相違する。 The magnetic sensor 100G2 differs from the magnetic sensor 100G1 according to the sixth embodiment in the configuration of the magnetoresistive elements 1G11, 1G12, 1G13, and 1G14.
各磁気抵抗素子1G11,1G12,1F13,1G14は、平行に並ぶ複数の感磁部20Gと、互いに隣り合う感磁部20Gの端部同士を交互に接続する複数の接続電極40とによってミアンダ状に形成されている。
Each magnetoresistive element 1G11, 1G12, 1F13, 1G14 is formed in a meander shape by a plurality of
感磁部20Gは、互いに離間して設けられた複数の積層体12を複数の接続電極42によってジグザグ状に接続することにより構成される。感磁部20Gにおいては、複数の積層体12は、当該積層体12が有する2組の対辺のうち一方の対辺が延在する方向に沿って延在する方向に互いに離間して並んで設けられ、かつ、上記2組の対辺のうち他方の対辺が延在する方向の一方側に所定のピッチでずれて設けられている。感磁部20Gにおいて、複数の接続電極42と複数の積層体12とは、上記2組の対辺のうち一方の対辺が延在する方向に沿って延在する方向に交互に並ぶ。
The
磁気抵抗素子1G11,1G13に含まれる複数の感磁部20Gのそれぞれは、同一方向(DR1方向)に向かうようにジグザグ状に延在し、DR1方向に直交する方向に所定の間隔をあけて並んで設けられている。
Each of the plurality of
磁気抵抗素子1G12,1G14に含まれる複数の感磁部20Gのそれぞれは、同一方向にDR1方向)に向かうようにジグザグ状に延在し、DR1方向に直交する方向に所定の間隔をあけて並んで設けられている。
Each of the plurality of
磁気抵抗素子1G11,1G13に含まれる複数の接続電極42が延在する方向と、磁気抵抗素子1G12,1G14に含まれる複数の接続電極42が延在する方向とは、直交する。
The direction in which the plurality of
磁気抵抗素子1G11,1G12,1G13,1G14に含まれる全ての積層体12は、磁化方向Mが揃うように設けられている。
All the
このように構成した場合であっても、第3変形例における磁気センサ100G2は、磁気センサ100G1とほぼ同様の効果が得られる。 Even in this case, the magnetic sensor 100G2 in the third modification can obtain substantially the same effect as the magnetic sensor 100G1.
(磁気センサの第4変形例)
図23は、第4変形例における磁気センサの平面図である。図23を参照して、第4変形例における磁気センサ100H1について説明する。(Fourth modification of magnetic sensor)
FIG. 23 is a plan view of a magnetic sensor according to a fourth modification. With reference to FIG. 23, the magnetic sensor 100H1 in a 4th modification is demonstrated.
図23に示すように、第4変形例における磁気センサ100H1は、4個の磁気抵抗素子1H1,1H2,1H3,1H4を用いてフルブリッジ回路を構成することにより設けられている。 As shown in FIG. 23, the magnetic sensor 100H1 in the fourth modification is provided by configuring a full bridge circuit using four magnetoresistive elements 1H1, 1H2, 1H3, and 1H4.
磁気センサ100H1は、実施の形態1に係る磁気センサ100と比較した場合に、磁気抵抗素子1H1,1H2,1H3,1H4の構成が相違する。
The magnetic sensor 100H1 is different from the
各磁気抵抗素子1H1,1H2,1H3,1H4に含まれる積層体12H1,12H2,12H3,12H4は、磁化方向が揃うようにしてミアンダ状に形成されている部分21と、ミアンダ状に形成されている部分21の両端に接続される電極下地部22を有する。
The laminated bodies 12H1, 12H2, 12H3, and 12H4 included in the magnetoresistive elements 1H1, 1H2, 1H3, and 1H4 are formed in a meander shape and a
積層体12H1,12H2,12H3,12H4は、強磁性体層15となる強磁性体膜の磁化方向が交換結合磁界によって所定の方向に固定された上述の積層体膜をパターニングすることにより、一体に形成されている。
The laminated bodies 12H1, 12H2, 12H3, and 12H4 are integrally formed by patterning the above-described laminated film in which the magnetization direction of the ferromagnetic film serving as the
ミアンダ状に形成されている部分21は、平行に並ぶ複数の線状部21aと、互いに隣り合う線状部21aの端部同士を交互に接続する複数の折り返し部21bとによって構成される。
The
磁気抵抗素子1H1、1H3において、積層体12が有する複数の線状部21aは、同一方向に沿って延在する。磁気抵抗素子1H2,1H4において、積層体12が有する複数の線状部21aは、同一方向に延在する。
In the magnetoresistive elements 1H1 and 1H3, the plurality of
磁気抵抗素子1H1,1H3に含まれる線状部21aの延在方向は、磁気抵抗素子1H2,1H4に含まれる線状部21aの延在方向と直交する。
The extending direction of the
磁気抵抗素子1H1と磁気抵抗素子1H2とは、共通の電極下地部22を有する。磁気抵抗素子1H1と磁気抵抗素子1H2との共通の電極下地部22上には、配線パターン3Bおよび電源電圧Vccを印加するための電極パッドP3が形成される。
The magnetoresistive element 1H1 and the magnetoresistive element 1H2 have a
磁気抵抗素子1H2と磁気抵抗素子1H3とは、共通の電極下地部22を有する。磁気抵抗素子1H2と磁気抵抗素子1H3との共通の電極下地部22上には、配線パターン3Cおよび出力電圧Vout1を取り出すための電極パッドP2が形成される。
The magnetoresistive element 1H2 and the magnetoresistive element 1H3 have a
磁気抵抗素子1H3と磁気抵抗素子1H4とは、共通の電極下地部22を有する。磁気抵抗素子1H3と磁気抵抗素子1H4との共通の電極下地部22上には、配線パターン3Dおよびグランドに接続される電極パッドP4が形成される。
The magnetoresistive element 1H3 and the magnetoresistive element 1H4 have a
磁気抵抗素子1H4と磁気抵抗素子1H1とは、共通の電極下地部22を有する。磁気抵抗素子1H4と磁気抵抗素子1H1との共通の電極下地部22上には、配線パターン3Aおよび出力電圧Vout2を取り出すための電極パッドP1が形成される。
The magnetoresistive element 1H4 and the magnetoresistive element 1H1 have a
当該磁気センサ100H1においては、磁気抵抗素子1H1,1H3は、正出力性を有し、磁気抵抗素子1H2,1H4は負出力性を有する。電極パッドP3と電極パッドP4との間に電源電圧Vccを印加すると、電極パッドP1および電極パッドP2からは、磁界強度に応じて、出力電圧Vout2,Vout1が取り出される。出力電圧Vout2,Vout1は、差動増幅器(不図示)を介して差動増幅される。 In the magnetic sensor 100H1, the magnetoresistive elements 1H1 and 1H3 have positive output characteristics, and the magnetoresistive elements 1H2 and 1H4 have negative output characteristics. When the power supply voltage Vcc is applied between the electrode pad P3 and the electrode pad P4, output voltages Vout2 and Vout1 are extracted from the electrode pad P1 and the electrode pad P2 according to the magnetic field strength. The output voltages Vout2 and Vout1 are differentially amplified through a differential amplifier (not shown).
本実施の形態に係る磁気センサ100H1にあっては、バーバーポール電極を備えない磁気抵抗素子1H1,1H2,1H3,1H4を用いて、ブリッジ回路を構成することにより、感磁領域の減少を抑制し、磁気抵抗変化率を向上させることができるとともに、温度などの外部環境の変化に対する耐性を向上させることができる。 In the magnetic sensor 100H1 according to the present embodiment, a reduction in the magnetic sensing region is suppressed by configuring a bridge circuit using the magnetoresistive elements 1H1, 1H2, 1H3, and 1H4 that do not include the barber pole electrodes. In addition to improving the magnetoresistance change rate, it is possible to improve resistance to changes in the external environment such as temperature.
また、磁気抵抗素子1H1,1H2,1H3,1H4にバーバーポール電極が設けられていないため、バーバーポール電極の加工ばらつきが生じない。このため、磁気抵抗素子の電気抵抗のばらつきが小さく、フルブリッジ回路を構成した場合に、オフセット電圧を合わせやすくなる。 Further, since no barber pole electrode is provided on the magnetoresistive elements 1H1, 1H2, 1H3, and 1H4, there is no variation in processing of the barber pole electrodes. For this reason, variation in electric resistance of the magnetoresistive element is small, and when a full bridge circuit is configured, it is easy to adjust the offset voltage.
また、電極下地部22を設け、電極下地部22上に、配線パターン3A,3B,3C,3Dおよび電極パッドP1,P2,P3,P4を形成することにより、配線パターン3Aと電極パッドP1,配線パターン3Bと電極パッドP3、配線パターン3Cと電極パッドP2、および配線パターン3Dと電極パッド4のそれぞれにおいて段差が形成されることを防止することができる。これにより、配線パターン3A,3B,3C,3Dおよび電極パッドP1,P2,P3,P4が断線することを防止でき、信頼性を向上させることができる。
Further, by providing the
また、各積層体12H1,12H2,12H3,12H4は、積層体膜をミアンダ状にパターニングすることに形成されているため、複数の積層体の端部同士を接続電極にて交互に接続して磁気抵抗素子をミアンダ状に形成する場合と比較して、接続電極を設ける必要がなくなる。このため、接続電極が積層体の段差によって断線されることがなくなる。この点においても、磁気抵抗素子の信頼性を向上させることができる。 In addition, since each of the stacked bodies 12H1, 12H2, 12H3, and 12H4 is formed by patterning the stacked body film in a meander shape, the end portions of the plurality of stacked bodies are alternately connected to each other by connection electrodes. Compared to the case where the resistance element is formed in a meander shape, there is no need to provide a connection electrode. For this reason, the connection electrode is not disconnected by the step of the laminated body. Also in this point, the reliability of the magnetoresistive element can be improved.
(磁気センサの第5変形例)
図24は、第5変形例における磁気センサの平面図である。図24を参照して、第5変形例における磁気センサ100H2について説明する。(Fifth Modification of Magnetic Sensor)
FIG. 24 is a plan view of a magnetic sensor according to a fifth modification. With reference to FIG. 24, the magnetic sensor 100H2 in a 5th modification is demonstrated.
図24に示すように、第5変形例における磁気センサ100H2は、第4変形例における磁気センサ100H1と比較した場合に、複数の折り返し部21b上のそれぞれに、強磁性体層よりも電気抵抗の低い導電層44が設けられている点において相違する。その他の構成については、ほぼ同様である。
As shown in FIG. 24, when compared with the magnetic sensor 100H1 in the fourth modified example, the magnetic sensor 100H2 in the fifth modified example has an electric resistance higher than that of the ferromagnetic layer on each of the plurality of folded
各磁気抵抗素子1H1,1H2,1H3,1H4において、導電層44が設けられていない場合には、積層体12H1,12H2,12H3,12H4内では、線状部21aに位置する強磁性体層と、折り返し部21bに位置する強磁性体層の両方に電流が流れる。
In each of the magnetoresistive elements 1H1, 1H2, 1H3, and 1H4, when the
線状部21aに位置する強磁性体層を流れる電流の方向と、折り返し部21bに位置する強磁性体層を流れる電流の方向とは、直交する。このため、折り返し部21bに位置する強磁性体層に電流が流れた場合には、線状部21aに位置する強磁性体層から生成される出力の一部が、折り返し部21bに位置する強磁性体層から生成される出力によって打ち消される。これにより、取出される出力電圧Vout2,Vout1が低下する場合がある。
The direction of the current flowing through the ferromagnetic layer positioned at the
本実施の形態においては、強磁性体層(より具体的には第2強磁性体層)よりも電気抵抗の低い導電層44を折り返し部21b上(より具体的には折り返し部21bに位置する第2強磁性体層上)に設けることにより、折り返し部21bにおいて電流は、導電層44を流れる。このため、線状部21aに位置する強磁性体層から生成される出力の一部が、折り返し部21bに位置する強磁性体層から生成される出力によって打ち消されることを防止することができる。
In the present embodiment, the
上述した実施の形態5,6に係る磁気抵抗素子、第2変形例から第6変形例における磁気センサに具備される磁気抵抗素子に含まれる積層体にあっては、基板10側から順に反強磁性体層14と強磁性体層15とがこの順で積層されることにより構成される場合を例示して説明したが、これに限定されず、実施の形態4のように、基板10側から強磁性体層15と反強磁性体層14とがこの順で積層されることにより構成されてもよい。
In the magnetoresistive element according to the fifth and sixth embodiments described above and the laminated body included in the magnetoresistive element included in the magnetic sensor according to the second to sixth modifications, the anti-strength is sequentially increased from the
以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the embodiments and examples disclosed this time are illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and includes meanings equivalent to the terms of the claims and all changes within the scope.
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1F1,1F2,1F3,1F4,1F11,1F12,1F13,1F14,1G,1G1,1G2,1G3,1G4,1G11,1G12,1G13,1G14,1H1,1H2,1H3,1H4 磁気抵抗素子、3A,3B,3C,3D 配線パターン、10 基板、11 絶縁層、12,12H1,12H2,12H3,12H4 積層体、13 下地層、14 反強磁性体層、15 強磁性体層、16 交換結合磁界調整層、17 バーバーポール電極、18 電極部、19 保護層、19a コンタクトホール、20,20G 感磁部、21 ミアンダ状に形成されている部分、21a 線状部、21b 折り返し部、22 電極下地部、40,41,42 接続電極、44 導電層、100,100A,100B,100F1,100F2,100G1,100G2,100H1,100H2 磁気センサ、110 バスバー、111 第1バスバー部、111e,112e,113e 磁界、112 平行部、113 第3バスバー部、114 第1連結部、115 第2連結部、130 減算器、141 第1接続配線、142 第2接続配線、150 電流センサ。 1,1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1F1,1F2,1F3,1F4,1F11,1F12,1F13,1F14,1G, 1G1,1G2,1G3,1G4,1G11,1G12,1G13,1G14,1H1, 1H2, 1H3, 1H4 magnetoresistive element, 3A, 3B, 3C, 3D wiring pattern, 10 substrate, 11 insulating layer, 12, 12H1, 12H2, 12H3, 12H4 laminate, 13 underlayer, 14 antiferromagnetic layer, 15 Ferromagnetic material layer, 16 exchange coupling magnetic field adjustment layer, 17 barber pole electrode, 18 electrode part, 19 protective layer, 19a contact hole, 20, 20G magnetic sensing part, 21 part formed in meander shape, 21a linear part , 21b Folded part, 22 Electrode base part, 40, 41, 42 Connection electrode, 44 Conductive layer, 100, 10 0A, 100B, 100F1, 100F2, 100G1, 100G2, 100H1, 100H2 Magnetic sensor, 110 bus bar, 111 first bus bar part, 111e, 112e, 113e magnetic field, 112 parallel part, 113 third bus bar part, 114 first connecting part, 115 2nd connection part, 130 subtractor, 141 1st connection wiring, 142 2nd connection wiring, 150 Current sensor.
Claims (18)
前記基板の上方に設けられ、反強磁性体層と強磁性体層とが積層された積層体と、
前記積層体の両端に設けられた電極部と、を備え、
前記強磁性体層および前記反強磁性体層の一方は、前記強磁性体層および前記反強磁性体層の他方の主面全体を覆うように前記強磁性体層および前記反強磁性体層の他方上に設けられ、
前記強磁性体層と前記反強磁性体層との間で生じる交換結合磁界により固定された前記強磁性体層の磁化方向と、前記電極部間を最短でつなぐ方向とが交差する、磁気抵抗素子。A substrate,
A laminated body provided above the substrate and laminated with an antiferromagnetic layer and a ferromagnetic layer;
Electrode portions provided at both ends of the laminate, and
One of the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer covers the entire other main surface of the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer, and the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer. Provided on the other side of
Magnetoresistance in which the magnetization direction of the ferromagnetic layer fixed by the exchange coupling magnetic field generated between the ferromagnetic layer and the antiferromagnetic layer intersects with the direction connecting the electrodes at the shortest element.
複数の前記積層体の各々は、積層方向から見た場合に互いに対向する2組の対辺を有する矩形形状を有し、
複数の前記積層体は、前記強磁性体層の磁化方向が揃うように互いに離間して設けられ、
前記積層方向から見た場合に、前記2組の対辺のうちの一方の対辺が延在する方向に沿って、前記電極部と前記積層体とが交互に並ぶ、請求項1から8のいずれか1項に記載の磁気抵抗素子。A plurality of the laminates are provided,
Each of the plurality of stacked bodies has a rectangular shape having two sets of opposite sides facing each other when viewed from the stacking direction,
The plurality of stacked bodies are provided apart from each other so that the magnetization directions of the ferromagnetic layers are aligned,
9. The device according to claim 1, wherein when viewed from the stacking direction, the electrode portions and the stacked body are alternately arranged along a direction in which one of the two pairs of opposite sides extends. 2. The magnetoresistive element according to item 1.
前記電極部が前記電極下地部上に設けられている、請求項13に記載の磁気抵抗素子。The laminate further includes an electrode base portion connected to both end sides of the portion formed in the meander shape,
The magnetoresistive element according to claim 13, wherein the electrode part is provided on the electrode base part.
前記複数の折り返し部上のそれぞれに、前記強磁性体層よりも電気抵抗の低い導電層が設けられている、請求項13または14に記載の磁気抵抗素子。The portion formed in the meander shape is constituted by a plurality of linear portions arranged in parallel and a plurality of folded portions that alternately connect the ends of the linear portions adjacent to each other.
The magnetoresistive element according to claim 13 or 14, wherein a conductive layer having an electric resistance lower than that of the ferromagnetic layer is provided on each of the plurality of folded portions.
磁化方向が揃うように複数の前記積層体が平行に並んで設けられ、かつ、前記電極部が互いに隣り合う前記積層体の端部同士を交互に接続することにより、ミアンダ状に形成された、請求項1から8のいずれか1項に記載の磁気抵抗素子。A plurality of the laminates are provided,
A plurality of the stacked bodies are provided in parallel so that the magnetization directions are aligned, and the electrode portions are formed in a meander shape by alternately connecting the end portions of the stacked bodies adjacent to each other. The magnetoresistive element of any one of Claim 1 to 8.
請求項17に記載の磁気センサと、を備える電流センサ。A bus bar through which the current to be measured flows,
A magnetic sensor comprising: the magnetic sensor according to claim 17.
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