KR20060035667A

KR20060035667A - 자기 센서

Info

Publication number: KR20060035667A
Application number: KR1020060023346A
Authority: KR
Inventors: 히데끼 사또; 고끼찌 아이소; 유끼오 와꾸이
Original assignee: 야마하 가부시키가이샤
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2006-04-26
Also published as: KR100624614B1; US20060268468A1; JP2004193540A; KR100729685B1; US7170724B2; US7360302B2; US20060268469A1; KR20040034459A; EP1411365A2; TWI233226B; TW200415808A; EP1411365A3; US7362548B2; CN2657206Y; US20040080872A1; JP4016857B2; US20080160184A1

Abstract

자기 센서는 사각형 형상을 갖는 석영 기판(2)에 형성된 GMR 소자(11 내지 14, 21 내지 24)를 형성하도록 서로 결합되는 영구 자석 필름(32)과 자기저항 소자(31)를 포함하며, 상기 영구 자석 필름은 쌍으로 이루어지며 자기저항 소자의 양단부에 연결되어 X축 자기 센서 및 Y축 자기 센서는 석영 기판의 4개의 측면에 대해 GMR 소자를 적절하게 배치시킴으로써 실현된다. 본 명세서에서, 자기저항 소자의 핀드층(PD)의 자화 방향은 자기저항 소자의 종방향 또는 영구 자석 필름의 자화 방향에 대해 45°의 소정의 각도로 형성한다. 따라서, 강한 자기장이 인가되는 경우에도 GMR 소자의 브릿지 연결부의 오프셋 변동을 신뢰할 만큼 억제할 수 있어, 강한 자기장에 대한 저항 특성을 현저히 개선시킬 수 있다.

자기 센서, 석영 기판, GMR 소자, 자기저항 소자, 영구 자석 필름

Description

자기 센서 {MAGNETIC SENSOR}

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 소자를 사용한 자기 센서를 도시한 평면도.

도2는 제1 실시예의 자기 센서의 제조에 사용하기 위한 GMR 소자를 배열한 석영 기판을 도시한 평면도.

도3은 제1 실시예의 자기 센서의 제조에 사용하기 위한 금속 플레이트를 도시한 부분 평면도.

도4는 통상적인 자기 센서의 제조에 사용하기 위한 금속 플레이트를 도시한 부분 평면도.

도5는 제1 실시예의 자기 센서에 통합된 X축 및 Y축 GMR 소자에 대한 감지 방향(F1 및 F2)을 도시한 평면도.

도6은 제1 실시예의 자기 센서의 제조에 사용하기 위한 석영 기판 상의 GMR 소자 및 영구 자석의 어레이를 도시한 평면도.

도7은 X축 GMR 소자 사이에 설정된 브릿지 연결부를 간단히 도시한 블록도.

도8은 Y축 GMR 소자 사이에 설정된 브릿지 연결부를 간단히 도시한 블록도.

도9는 제1 실시예의 자기 센서 내에 통합된 X축 및 Y축 GMR 소자의 자기 특성을 도시한 그래프.

도10은 통상적인 자기 센서 내에 통합된 X축 및 Y축 GMR 소자의 자기 특성을 도시한 그래프.

도11a는 자기 센서의 제조 시에 영구 자석을 유지시키기 위한 기판 및 금속 플레이트의 조합을 도시한 단면도.

도11b는 고정 부재를 사용하여 기판과 금속 플레이트가 서로 고정된 상태를 도시한 단면도.

도12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 센서를 도시한 평면도.

도13은 복수개의 막대 자석이 평행하게 배열된, 제2 실시예의 자기 센서에 사용하기 위한 자석 어레이를 도시한 평면도.

도14a는 제2 실시예의 자기 센서에 사용하기 위한 자석 어레이의 변경예의 제조 시에 슬롯이 서로 평행하게 형성된 실리콘 기판을 도시한 단면도.

도14b는 실리콘 기판의 슬롯 내로 각각 막대 자석이 삽입되는 자석 어레이를 도시한 단면도.

도15는 실리콘 기판의 슬롯 내로 삽입되는 상이한 극성의 막대 자석의 어레이를 도시한 단면의 부분 사시도.

도16은 상이한 극성의 막대 자석과 석영 글래스로부터 유도된 석영 기판 사이의 위치적 관계를 도시한 평면도.

도17a는 제2 실시예의 자기 센서에 사용하기 위한 자석 어레이의 변경예의 제조 시에 슬롯이 서로 평행하게 형성된 실리콘 기판을 도시한 단면도.

도17b는 실리콘 기판의 슬롯 내로 각각 막대 자석이 삽입되는 자석 어레이를 도시한 단면도.

도18은 실리콘 기판의 슬롯 내로 삽입되는 동일한 극성의 막대 자석의 어레이를 도시한 단면의 부분 사시도.

도19는 동일한 극성의 막대 자석과 석영 기판 사이의 위치적 관계를 도시한 평면도.

도20은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 센서의 제조 시에 GMR 소자 및 막대 자석이 배열된 석영 글래스를 도시한 평면도.

도21은 X축 및 Y축 감지 방향과 관련된 제2 실시예의 자기 센서의 GMR 소자의 어레이를 도시한 평면도.

도22는 제2 실시예의 자기 센서의 제조 시에 사용하기 위한 석영 기판 상에 형성된 GMR 소자에 대한 영구 자석의 어레이를 도시한 평면도.

도23은 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 센서를 도시한 평면도.

도24는 제4 실시예의 자기 센서의 제조 시에 석영 글래스 상의 GMR 소자의 어레이를 도시한 평면도.

도25는 제4 실시예의 자기 센서에 의해 실현된 감지 방향을 도시한 평면도.

도26은 GMR 소자를 사용하는 2축 자기 센서를 도시한 평면도.

도27은 2축 자기 센서에 사용하기 위한 GMR 소자의 구성을 도시한 평면도.

도28은 도27의 A-A 선을 따라 취한 단면도.

도29는 도27에 도시된 GMR에 사용된 스핀 밸브 필름의 조성을 개략적으로 도시한 단면도.

도30은 GMR 소자의 자기 특성을 도시한 그래프.

도31은 X축 자기 센서에 적용되는 GMR 소자의 완전 브릿지 연결을 간단히 도시한 블록도.

도32는 X축 자기 센서의 자기 특성을 도시한 그래프.

도33은 Y축 자기 센서에 적용되는 GMR 소자의 완전 브릿지 연결을 간단히 도시한 블록도.

도34는 Y축 자기 센서의 자기 특성을 도시한 그래프.

도35는 2축 자기 센서의 제조 시에 사용되는 석영 글래스 상의 GMR 소자 필름의 형성을 도시한 평면도.

도36은 2축 자기 센서를 제조하는데 사용되는 영구 자석을 배열한 금속 플레이트를 도시한 평면도.

도37은 도36의 B-B 선을 따라 취한 단면도.

도38은 2축 자기 센서의 제조 시에 사용하기 위한 투명 석영 글래스 플레이트를 도시한 평면도.

도39는 자석 어레이의 영구 자석이 투명 석영 글래스 플레이트에 부착되는 것을 도시한 단면도.

도40은 석영 글래스와 영구 자석을 유지하는 투명 석영 글래스 플레이트가 고정 부재를 경유하여 서로 고정된 상태를 도시한 단면도.

도41은 자석 어레이 내에서 서로 인접하게 배열된 영구 자석 사이에 인가된 자력의 방향을 개략적으로 도시한 사시도.

도42는 2축 자기 센서의 제조 시에 영구 자석의 영향하에서 박형 자기 필름이 자화되는 방법을 도시한 평면도.

도43은 실시예와 2축 자기 센서에 대응하는 비교예 사이의 비교에 의한 실험적인 결과를 도시한 표.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1: 자기 센서

2: 석영 기판

11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24: GMR 소자

31: 자기저항 소자

32: 영구 자석 필름

본 발명은 거대 자기저항(giant magnetoresistive; GMR)과 같은 전자기 소자를 이용한 자기 센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 자기 센서를 제조하는 제조 방법에 관한 것이다.

본 출원은 본원에서 참조로 합체된 일본 특허 출원 제2002-304392호 및 일본 특허 출원 제2003-65200호를 우선권 주장한 것이다.

종래에는, 거대 자기저항(GMR) 소자와 같은 자기저항 소자를 이용하여 다양한 형식의 자기 센서가 개발되었고 실행되었다. GMR 소자의 통상적인 예는 자화가 소정의 방향으로 구속된 핀드층(pinned layer)과 자화 방향이 외부 자기장에 따라 변화하는 프리층(free layer)을 포함한다. 즉, 외부 자기장이 인가될 때, GMR 소자는 핀드층과 프리층 사이의 자화 방향의 상대 관계에 따라 저항을 나타내고, 따라서 GMR 소자의 저항을 측정함으로써 외부 자기장을 검출하는 것이 가능하다.

고정밀도로 작은 외부 자기장을 검출하기 위해서는, 외부 자기장이 자기 센서에 인가되지 않는 상태 하에서 소정의 방향(이후부터는 초기 방향이라 함)으로 매치시키도록 프리층의 각각의 자화된 섹션의 자화 방향을 안정적으로 유지하기 위해 전술한 자기 센서가 필요하다.

일반적으로, 박형 필름 프리층은 평면도에서 장방형 형상으로 형성되어, 자화 방향이 종방향과 매치되도록 정렬된 형상 비등방성을 만들도록 장방형 형상의 긴 측(예를 들어 장축 또는 종방향)이 전술한 초기 방향과 매치되도록 지시된다. 형상 비등방성을 이용함으로써, 프리층의 자화 섹션의 자화 방향은 초기 방향과 매치되도록 정렬된다. 자기장이 소멸된 후 장기간 동안 프리층의 자화 섹션의 자화 방향을 초기 방향으로 복구하고 유지하기 위해, 영구 자석에 상응하는 바이어스 자석 필름이 프리층의 양단부에 종방향으로 배열되어, 소정의 자기장이 바이어스 자석 필름에 의해 초기 방향으로 프리층에 인가된다.

AMR 형식의 자기저항 효과 소자(예를 들어, 자기저항 소자)에서, 감도를 증가시키기 위해 바이어스 자기장을 인가하는 것이 필요하다. 4개의 자기저항 소자에 바이어스 자기장을 균일하게 인가시키기 위해, 예를 들어 45°의 소정의 각도로 기판에 대해 경사지게 된다. 자기저항 소자가 기판에 대해 경사진 자기 센서의 예 는 일본 공개 특허 공보 평5-126577호에 개시되어 있다(단락 [0016 및 도5(a)참조).

비교적 크고 바이어스 자석 필름의 강제력보다 작고 자기 방향이 초기 방향에 대향된 외부 자기장이 종래의 공지된 자기 센서에 인가될 때, 프리층의 각각의 자화 섹션은 자기 방향이 변화하여, 외부 자기장이 소멸될 때 프리층의 각각의 자화 섹션은 복구될 수 없고 초기 방향과 매치되지 못할 것이다. 이는 인가된 자기장을 검지하기 위한 자기 센서의 검출 정확도를 저하시킨다.

작은 기판 상에 핀드층의 자화 방향이 서로 교차하는 두 개 이상의 자기저항 소자를 형성하는 것은 매우 어렵고, 따라서 이러한 구성을 갖는 단일 칩은 개발되고 제조되지 못하였다. 즉, 종래의 공지된 자기 센서는 크기를 감소시킬 수 없고, 핀드층의 자화 방향에 대한 제한 때문에 응용 범위를 확장하는 것이 매우 어렵다.

전술한 상황에 대처하기 위해, 크기를 감소시킬 수 있고 응용 범위를 확장시킬 수 있는 일본 특허 출원 제2001-281703호에 개시된 GMR 소자를 이용하여 2축 자기 센서를 개발하는 것이 가능하다.

도26은 GMR 소자를 이용한 2축 자기 센서를 도시한 평면도이고, 자기 센서(101)는 대략 정방형이고 X축 GMR 소자(111 내지 114) 및 Y축 GMR 소자(121 내지 124)의 소정 두께를 갖는 석영 기판(102)을 포함한다. 여기서, 모든 X축 GMR 소자(111 내지 114)는 석영 기판(102) 상에 형성되고, X축 방향의 자기장을 검출하기 위한 X축 자기 센서를 형성하도록 함께 결합되고, 모든 Y축 GMR 소자(121 내지 124)는 석영 기판(102) 상에 형성되고, X축 방향과 수직인 Y축 방향의 자기장을 검 출하기 위해 Y축 자기 센서를 형성하도록 함께 결합된다.

두 쌍의 X축 GMR 소자(111 내지 112, 113 내지 114)는 서로 평행하게 배열되는 방식으로 각각 X축에 직각으로 교차하는 석영 기판(102)의 두 측면의 중심점에 인접하여 배열된다. 유사하게, 두 쌍의 Y축 GMR 소자(121 내지 122, 123 내지 124)는 서로 평행하게 배열되는 방식으로 Y축에 직각으로 교차하는 석영 기판(102)의 두 측면의 중심점에 인접하여 배열된다.

X축 GMR 소자(111 내지 114) 및 Y축 GMR 소자(121 내지 124)는 석영 기판(102)의 배열과 핀드층의 핀드된 자화 방향이 서로 상이하다. 이러한 점을 제외하고, 이들은 동일한 구성으로 형성된다.

따라서, X축 GMR 소자(111)는 후술되는 구성의 예로써 사용된다.

도27 및 28에 도시된 바와 같이, X축 GMR 소자(111)는 서로 평행하게 배열된 밴드형 스핀 밸브 필름(131)과, CoCrPt 등으로 구성되고 큰 강제력과 고 공정률을 갖는 강자성 기재의 박형 필름에 서로 상응하는 바이어스 자석 필름(132)을 포함한다.

스핀 밸브 필름(131)은 각각 한 쌍으로 이루어지고 양단부에서 하나의 바이어스 자석 필름이 "한 쌍의" 스핀 밸브 필름의 일단부에 배열되고 다른 바이어스 자석 필름이 "인접한 한쌍의" 스핀 밸브 필름의 타단부에 배열되는 방식으로 바이어스 자석 필름(132)을 통해 서로 연결된다. 짧게 말하면, 스핀 밸브 필름(131)은 지그재그 방식으로 바이어스 자석 필름을 통해 서로 연결된다.

도29에 도시한 바와 같이, 스핀 밸브 필름(131)은 석영 기판(102)의 다양한 층의 순차적인 적층으로 형성되고, 즉, 프리층(F), 구리(Cu)로 구성되고 2.4nm(또는 24Å)의 필름 두께를 갖는 도전성 스페이서 층(S), 핀드층(PD)은 CoFe로 구성되고, 피닝층(PN)은 PtMn으로 구성되고, 캐핑층(C)은 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등으로 구성된 박형 필름 금속 필름으로 제조된다.

프리층(F)은 방향에 대한 외부 자기장의 자화 방향에 변화하고, 8 나노미터(또는 80Å)의 필름 두께를 갖는 CoZrNb 비결정질 자기 센서(131a)가 적층되고, 3.3nm(또는 33Å)의 CoZrNb 자기층(131a)은 CoZrNb 비결정질 자기 센서(131a)에 적층되고, 필름 두께가 대략 1nm 내지 3nm(10Å 내지 30Å) 범위인 CoFe층(131c)은 NiFe 자기층(131b)에 적층된다.

프리층(F)의 단일축 비등방성을 유지하기 위해, 바이어스 자기장이 도7에 도시된 Y축 방향으로 바이어스 자석 필름(132)에 의해 프리층(F)에 인가된다.

스페이서층(S)은 Cu 또는 Cu 합금으로 구성된 박형 필름이다.

CoZrNb 비결정질 자기층(131a) 및 Nife 자기층(131b)은 약자성의 기재로부터 제조된다. 게다가, CoFe층(131c)은 NiFe 자기층(131b)의 Ni 확산 및 스페이서층(S)의 Cu 확산을 차단한다.

핀드층(PD)은 필름 두께가 2.2 mm(또는 22Å) CoFe 자기층(131d)에 의해 형성된다. CoFe 자기층(131d)은 후술하는 반 강자성 필름(131e)에 의해 절환 연결 방식으로 차단되고 자화 방향은 X축의 음의 방향으로 피닝(또는 앵커링)되도록 양의 방향인 상태이다.

피닝층(PN)은 CoFe 자기층(131d)에 적층된 24nm(또는 240Å)의 필름 두께를 갖는 반 강자성 필름(131e)으로 형성되고, 반강자성 필름(131e)은 45 내지 55몰％의 Pt를 포함한 PtNm 합금으로 구성된다. 자기장이 X축의 음의 방향에 인가될 때, 반강자성 필름(131e)은 지시된 격자로 변화한다.

이후에, 핀드층(PD)과 피닝층(PN)의 조합은 일반적으로 핀층이라 지칭한다.

모든 다른 X축 GMR 소자(112 내지 114) 및 Y축 GMR 소자(121 내지 124)는 전술한 X축 GMR 소자(111)와 동일한 구성을 갖고, 따라서 상세한 설명은 생략한다.

다음에, X축 GMR 소자(111 내지 114) 및 Y축 GMR 소자(121 내지 124)의 자기 특성(또는 자기 특징)에 대해 설명한다.

도30은 X축 GMR 소자(111)에 인가된 외부 자기장의 크기에 대해 저항의 변화를 나타낸 그래프를 도시한다. 여기서, 실선 곡선은 -HK 및 +HK 사이의 소정의 범위에서 외부 자기장에 대해 대략 비례해서 저항이 변화하지만 소정의 범위 외의 다른 범위에서는 저항이 사실상 일정하게 유지되는 X축의 외부 자기장의 변화에 대한 이력 현상 특성을 나타낸다. 또한, 점선 곡선은 저항이 사실상 일정하게 유지되는 Y축의 외부 자기장의 변화에 대한 특성을 나타낸다.

도26에서, 서로 대향되게 지시하는 X축 GMR 소자(111 내지 114)와 Y축 GMR 소자(121 내지 124)에 적용된 핀드층의 자화 방향은 화살표로 나타낸다.

즉, X축 GMR 소자(111 및 112)는 모두 X축의 음의 방향을 따라 피닝층에 의해 핀드된 핀드층의 동일한 자화 방향을 갖는다.

X축 GMR 소자(113 및 114)는 모두 X축의 양의 방향을 따라 피닝층에 의해 핀드된 핀드층의 동일한 자화 방향을 갖는다.

또한, Y축 GMR 소자(121 및 122)는 모두 Y축의 양의 방향을 따라 핀드된 핀드층의 동일한 자화 방향을 갖는다.

Y축 GMR 소자(123 및 124)는 모두 Y축의 음의 방향을 따라 핀드된 핀드층의 동일한 자화 방향을 갖는다.

전술한 X축 자기 센서는 도31에 도시된 바와 같이 완전한 브릿지 연결로 X축 GMR 소자(111 내지 114)를 배열함으로써 구성되고, 블록에 동반한 화살표는 피닝층에 의해 핀드된 핀드층의 자화 방향을 도시한다. 전술한 구성에서, DC 전원이 일 단자에 전압 Vxin+(예를 들어 5V)을 인가하고 타 단자에 전압 Vxin-(예를 들어 0V)을 인가하기 위해 이용되어, X축 GMR 소자(111 및 113) 사이의 연결에서 유도한 단자(H)에서 Vxout+가 나타나고, X축 GMR 소자(112 및 114) 사이의 연결에서 유도한 단자(L)에서 Vxout-가 나타난다. 여기서, 출력 전압 Vxout으로 전위차(또는 전압차)(Vxout+ - Vxout-)를 추출하는 것이 가능하다.

다시 말하면, X축 자기 센서는 도32에서 실선으로 도시된 X축의 외부 자기장의 변화에 대한 특성을 나타내고, 출력 전압 Vxout은 -HK 및 +HK 사이의 소정의 범위에서 외부 자기장에 사실상 비례하여 변화하고, 소정의 범위 외의 다른 범위에서 사실상 일정하게 유지된다.

또한, 출력 전압 Vout은 도32에 점선으로 도시된 Y축의 외부 자기장의 변화에 대해 사실상 0V로 유지된다.

전술한 X축 자기 센서와 유사하게, Y축 자기 센서는 도33에 도시된 바와 같이 완전한 브릿지 연결로 Y축 GMR 소자(121 내지 124)를 배열함으로써 구성된다. 이러한 구성에서, DC 전원이 일 단자에 전압 Vyin+(예를 들어 5V)을 인가하고 타 단자에 전압 Vyin-(예를 들어 0V)을 인가하기 위해 이용되어, y축 GMR 소자(122 및 124) 사이의 연결에서 유도한 단자(H)에서 Vyout+가 나타나고, Y축 GMR 소자(121 및 123) 사이의 연결에서 유도한 단자(L)에서 Vyout-가 나타난다. 여기서, 출력 전압 Vyout으로 전위차(Vyout+ - Vyout-)를 추출하는 것이 가능하다.

다시 말하면, Y축 자기 센서는 도34에서 점선으로 도시된 Y축의 외부 자기장의 변화에 대한 이력 현상 특성을 나타내고, 출력 전압 Vyout은 -HK 및 +HK 사이의 소정의 범위에서 외부 자기장에 사실상 비례하여 변화하고, 소정의 범위 외의 다른 범위에서 사실상 일정하게 유지된다.

또한, 출력 전압 Vyout은 X축의 외부 자기장의 변화에 대해 도34에 실선으로 도시된 바와 같이 사실상 0V로 유지된다.

다음에, 자기 센서(101)의 제조 방법에 대하 설명한다.

도35에 도시된 바와 같이, 개별 GMR 소자의 형성에 기여하는 필름(M)에 상응하는 복수개의 섬형 영역이 장방형 형상을 갖는 석영 글래스(141)의 표면에 형성된다. 석영 글래스(141)가 브레이크 라인(B)을 따라 절단 공정을 수행하여 개별 석영 글래스 기판(102)으로 분할될 때, 필름(M)은 X축 GMR 소자(111 내지 114)와 Y축 GMR 소자(121 내지 124)와 매치되도록 소정의 위치에 배열된다. 게다가, 정렬 마크(예를 들어 위치설정 마크)(142)는 석영 글래스(141)의 네 코너부에 형성되고, 이들 각각은 단면 형상 영역이 제거된 대략 장방형으로 형성된다.

다음에, 도36 및 37에 도시된 바와 같이 격자형 방식으로 형성되고 규칙적으 로 배열된 정방형 개구의 복수개의 관통 구멍(143)을 갖는 복수개의 장방형 금속 플레이트(144)가 제공된다. 게다가, 각각 단면 형상이 각각의 관통 구멍(143)의 개구 형태와 매치되는 장방형 평행육면체 형상을 갖는 영구 자석(145)은 관통 구멍(143) 내로 삽입된 영구 자석(145)의 상단부면이 금속 플레이트(144)의 표면과 사실상 평행하게 동일한 평면으로 모두 배열되는 방식으로 각각 관통 구멍(143) 내로 삽입되고, "인접한" 영구 자석(145)은 극성이 서로 다르다.

다음에, 금속 플레이트(144)와 사실상 동일한 형상을 갖는 투명 석영 글래스로 제조된 도38에 도시된 플레이트(151)가 제공된다. 게다가, 석영 글래스(141)의 전술한 정렬 마크(142)와 협력하도록 단면 형상 정렬 마크(또는 위치설정 마크)(152)가 플레이트(151)의 네 코너부에 형성되어 석영 글래스(141)와 플레이트(151) 사이의 위치 설정을 성립한다. 게다가, 각각의 영구 자석(145)의 외형과 각각 매치되는 복수개의 정렬 마크(153)는 금속 플레이트(144)의 관통 구멍(143)의 위치에 부합하도록 형성된다.

영구 자석(145)의 상단부면은 소정의 접착제를 이용하여 플레이트(151)의 하부면에 접착된다. 이 때, 정렬 마크(153)를 이용함으로써 [영구 자석(145)을 보유하는] 금속 플레이트(144)와 플레이트(151) 사이에서 소정의 위치설정이 성립된다.

그 후에, 금속 플레이트(144)는 플레이트(151)의 하부측으로부터 제거된다. 따라서, 영구 자석(145)이 플레이트(151)에 격자형 방식으로 배열되고 "인접한" 영구 자석이 극성이 서로 다른 자석 어레이를 제조하는 것이 가능하다.

도40에 도시된 바와 같이, 석영 글래스(141)는 전술한 필름(M)이 플레이트 (151)의 상부면과 접촉하는 방식으로 플레이트(151)에 접촉한다. 여기서, 정렬 마크(142)와 정렬 마크(152)를 서로 매칭함으로써 석영 글래스(141)와 플레이트(151) 사이에서 소정의 위치 설정이 성립된다. 다음에, 클립과 같은 고정 부재(155)가 석영 글래스(141)와 플레이트(151)를 함께 고정하기 위해 이용된다.

전술한 상태에서, 도41에 도시된 바와 같이, 자력이 일 영구 자석(145)의 N극으로부터 인접한 영구 자석(145)의 S극 쪽으로의 방향으로 형성된다. 따라서, 도42에 도시된 바와 같이, 자력이 4방향, 즉 Y축의 양의 방향, X축의 양의 방향, Y축의 음의 방향, X축의 음의 방향으로 일 영구 자석(145)을 둘러싸도록 배열된 필름(M)에 인가된다.

고정 부재(155)에 의해 함께 고정된 석영 글래스(141)와 플레이트(151)는 4시간 동안 예를 들어 250℃ 내지 280℃의 소정의 온도 범위에서 열처리를 받는다. 따라서, 피닝층을 정렬시키고 GMR 소자의 핀드층을 핀시키는 것이 가능하다. 석영 글래스(141) 및 플레이트(151)는 서로 분리되고 패시베이션 필름 및 폴리이미드 필름이 보호 목적용으로 형성되고, 다음에 석영 글래스(141)가 브레이크 라인(B)에서 절삭되도록 처리된다. 따라서, 자기 센서(101)가 제조된다.

AMR 형식의 자기저항성 소자가 기판에 대해 45°경사진 종래의 공지된 자기 센서와 비교하여, 전술한 2축 자기 센서는 바이어스 자기장을 이용하지 않고 지자기 수준의 자기 측정을 허용하는 장점을 갖지만, 강한 자기장이 인가될 때, 자화 상태가 예상외로 변화하여 GMR 소자의 브리지 구성에서 원치않는 오프셋을 야기하게 된다.

전술한 단점을 해결하기 위해, GMR 소자의 양 단부에 영구 자석을 부착함으로써 강 자기장의 영향에 대해 오프셋 변화를 억제하는 것이 가능하다. 특히, 영구 자석의 강제력(Hc)보다 큰 비교적 큰 자기장이 종방향, 예를 들어 프리층의 종방향으로 GMR 소자에 인가되어 프리층은 영구 자석이 부착되어 자화되는 동시에 초기화된다. 여기서, 이러한 방법으로 핀층의 순차적 열처리를 이용하는 전술한 자석 어레이를 이용하는 것이 가능하다.

그러나, 전술한 방법에서, 순차적 열처리의 GMR 소자의 종방향에 직각인 방향으로 자기장을 인가하는 것이 필요하고, 또한 GMR 소자의 종방향으로 영구 자석의 자성과 동일한 자기장을 인가하는 것이 필요하다. 여기서, 상이한 방향의 자기장은 전술한 단계에서 요구된다.

자석 어레이에서, 순차적 열처리 하에서, 각각의 영구 자석은 무게 중심이 석영 글래스의 각 셀의 중심과 일치하도록 배열되어야 하고, 이들 각각이 자화되도록 배열될 때, 무게 중심이 석영 글래스의 네 코너부의 각각과 일치하도록 위치가 이동된다. 이는 초기 위치를 이동시키고 측정 정확도를 악화시키는 위치 유도를 야기할 수 있다. 전술한 자기 센서는 강 자기장의 영향 하에서 사용될 때, 변화시키도록 쉽게 오프셋된다.

전술한 바와 같이, 전술한 2축 자기장은 양 자기장의 영향 하에서 GMR 소자의 이력 현상 특성을 감소시키는 데 장점이 있지만,오프셋의 안정성에 기여하는데에는 충분하지 못하다.

강 자기장의 영향 하에서 예기치 않게 이동하는 자화 상태는 GMR 소자의 아 래에 내재된 박형 필름 코일을 형성하여 초기 자기장을 인가함으로써 원래 상태로 복구될 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 오프셋의 안정성에 기여하는 데에는 충분하지 않다.

본 발명의 목적은 인가되는 강 자기장의 영향 없이 오프셋 변화를 제어할 수 있는 강 자기장에 대한 자기 특성을 개선하기 위한 자기 센서를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전술한 자기 센서를 제조하기 위한 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 자기 센서는 함께 합체되어 정방형 형상을 갖는 석영 기판 상에 GMR 소자를 형성하기 위한 자기저항 소자와 영구 자석 필름을 포함하고, 영구 자석 필름은 한 쌍이고 자기저항 소자의 양단부에 연결된다. 즉, 자기 센서는 2축 방향으로 인가된 외부 자기장의 크기를 검출하여, 석영 기판의 4측면에 대해 GMR 소자를 적절하게 배열함으로써 X축 자기 센서와 Y축 자기 센서가 실현된다. 특히, 본 발명은 자기저항 소자의 핀드층의 자화 방향이 자기저항 소자의 종방향에 대해 45°의 소정 각도를 형성하는 것을 특징으로 한다. 선택적으로, 자기저항 소자의 핀드층의 자화 방향은 영구 자석 필름의 자화 방향에 대해 45°의 소정 각도로 형성된다. 따라서, 강 자기장이 인가될 때에도 GMR 소자의 브릿지의 오프셋 변화를 신뢰성있게 억제하는 것이 가능하고, 따라서 강 자기장에 대한 저항 특성을 현저하게 개선하는 것이 가능하다.

본 발명의 자기 센서의 제조 방법은 복수개의 영구 자석이 인접한 영구 자석 과 서로 다른 극성을 갖도록 자석 어레이 상에 기판을 배열함으로써 순차적 열처리가 수행되고 영구 자석이 가열되는 기판 내의 (석영 기판에 상응하는) 셀의 네 코너부에 개별적으로 또는 선택적으로 위치되는 것을 특징으로 한다. 선택적으로, 순차적 열처리는 자기저항 소자의 핀드층의 자화 방향이 기판의 대각선과 매치되도록 기판을 배열함으로써 수행되고, 영구 자석 필름은 인접한 영구 자석과 서로 다른 극성을 갖는 자석 어레이를 이용하여 적절하게 자화된다.

따라서, 용이하고 간단한 프로세스에 의하여, 자기저항 소자의 핀드층의 자화 방향이 영구 자기 필름의 자화 방향에 대하여 45°의 소정 각을 형성하는 자기 센서를 생산할 수 있다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 태양 및 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시의 방법으로 보다 상세하게 설명될 것이다.

1. 제1 실시예

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 GMR 소자를 사용한 2축 자기 센서를 도시한 평면도이다.

즉, 자기 센서(1)는 소정 두께 및 대략 정방형 형상을 가지는 석영 기판(2), X1축 방향으로 자기장을 검출하기 위한 X축 자기 센서를 형성하도록 석영 기판(2) 상에 형성된 X축 GMR 소자(11 내지 14), 및 X1축 방향에 수직인 Y1축 방향으로 자 기장을 검출하기 위한 Y축 자기 센서를 형성하도록 석영 기판(2) 상에 형성된 Y축 GMR 소자(21 내지 24)를 포함한다. 구체적으로, X축 자기 센서의 감지 방향은 X축 방향에 대하여 45°로 형성된 X1축 방향이고, Y축 자기 센서의 감지 방향은 Y축 방향에 대하여 45°로 형성된 Y1축 방향이다.

상기에서, 석영 기판(2)의 재료를 실리콘으로 대체할 수 있다.

도1에서, X축 GMR 소자(11 내지 14)는 쌍을 이루며 X축과 수직인 석영 기판(2)의 두 개의 측면 상의 중간 지점에 인접하게 서로 평행하게 배열되는 방식으로 각각 배열된다. 유사하게, Y축 GMR 소자(21 내지 24)는 쌍을 이루며 Y축에 수직인 석영 기판(2)의 다른 두 개의 측면 상의 중간 지점에 인접하게 서로 평행하게 배열되는 방식으로 각각 배열된다.

각각의 X축 GMR 소자(11 내지 14) 및 Y축 GMR 소자(21 내지 24)는 서로 평행하게 배열된 스핀 밸브 필름으로 구성된 복수개의 밴드형 자기저항 소자(31)와, 자기저항 소자(31)의 양 단부가 종방향으로 연결되며 높은 항자력 및 높은 직각비를 가지는 CoCrPt와 같은 높은 강자성 물질의 박형 필름으로 구성된 복수개의 영구 자석 필름(32)으로 조성되며, 45°의 소정 각이 자기저항 소자(31)의 종방향과 인접하는 영구 자석 필름(32)의 종방향 사이에 형성된다.

또한, 각각의 자기저항 소자(31)는 그 종방향이 석영 기판(2)의 인접 측면에 대하여 45°의 소정 각을 형성하는 방식으로 배열된다. 또한, 각각의 영구 자석 필름(32)은 그 종방향이 석영 기판(2)의 인접 측면과 평행한 방식으로 배열되며, 자기저항 소자(31)의 일단부에 배열된 영구 자석 필름(32)은 자기저항 소자(31)의 타단부에 배열된 다른 영구 자석 필름(32)과 석영 기판(2)의 인접 측면으로부터 측정된 거리면에서 상이하다.

자기저항 소자(31)의 프리층의 자화 방향은 그 종방향이고, 영구 자석 필름(32)의 자화 방향도 그 종방향이다. 그러므로, 자기저항 소자(31)의 프리층의 자화 방향과 영구 자석 필름(32)의 자화 방향 사이에 45°의 소정각이 형성된다.

또한, 자기저항 소자(31)의 핀드층에 핀드된 자화 방향은 자기저항 소자(31)의 종방향에 대하여 45°로 형성된다. 즉, 순차적인 열 처리 시에 인가된 자기장의 방향은 자기저항 소자(31)의 종방향에 대하여 45°로 형성된다.

또한, 자기저항 소자(31)의 핀드층 내에 핀드된 자화 방향은 영구 자석 필름(32)의 자화 방향과 동일하다. 즉, 순차적인 열 처리 시에 인가된 자기장의 방향은 자기저항 소자(31)를 자화시키기 위해 인가된 자기장의 방향과 동일하다.

자기저항 소자(31)의 스핀 밸브 필름의 구조는 X축 GMR 소자(111 내지 114) 및 Y축 GMR 소자(121 내지 124)에 사용된 스핀 밸브 필름(131)의 전술된 구조와 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략될 것이다.

본 실시예는 각각의 X축 GMR 소자(11 내지 14) 및 Y축 GMR 소자(21 내지 24)가 자기저항 소자(31)의 핀드층(PD)의 자화 방향을 영구 자석 필름(32)의 자화 방향과 동일하도록 한정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 자기저항 소자(31) 및 영구 자석 필름(32)은 프리층(F)의 종방향이 영구 자석 필름(32)의 종방향에 대향하여 45°만큼 경사지는 방식으로 서로 연결된다.

다음에, 자기 센서(1)의 제조 방법이 상세하게 설명될 것이다.

전술된 자기 센서(101)와 유사하게, 각각 GMR 소자에 연결되며 영구 자석 필름(32)에 대응하는 복수개의 섬 영역(island region)이 장방형 형상의 석영 글래스(41)의 표면상에 배열되고 형성된다. 도2에 도시된 바와 같이, 석영 기판(41)이 파단선(B)을 따라서 절단 프로세스 처리되고 따라서 개별적인 석영 기판(2)으로 분할될 때, 영역(M)이 X축 GMR 소자(11 내지 14) 및 Y축 GMR 소자(21 내지 24)의 소정 위치에 정합하게 배열되도록, 영구 자석 필름(32)에 대응하는 필름(N)은 GMR 소자를 배열하기 위한 영역(M)을 한정한다.

또한, 정렬 표시(도시 안됨)가 석영 글래스(41)의 4개의 코너 상에 형성된다. 영구 자석 필름(32)의 형성 후에, GMR 소자를 형성하기 위한 필름(또는 필름들)이 석영 기판(41)의 전체 표면상에 형성된다.

다음에, 도3에 도시된 바와 같이, 각각 정방형 개구를 가지는 복수개의 관통 구멍(43)이 격자식으로 형성된 금속 플레이트(44)가 제공된다. 그 단면 형상이 실질적으로 관통 구멍(43)의 개구와 정합하는 장방형 평행 파이프 형상을 각각 가지는 복수개의 영구 자석(45)이 그 상단면이 금속 플레이트(44)의 표면과 평행인 실질적으로 동일한 평면 내에 정렬되고 '인접' 영구 자석(45)의 극성이 서로 상이한 방식으로 각각 관통 구멍(43) 내로 삽입된다.

다음에, 금속 플레이트(44)와 실질적으로 동일한 형상을 가지는 투명 석영 글래스로 만들어진 플레이트가 제공된다. 도38에 도시된 전술된 플레이트(151)와 유사하게, 정렬 표시(153)가 관통 구멍(43)에 대응하는 소정 위치에 형성된다.

상기에서, 전술된 정렬 표시(152)는 석영 글래스(41)와 플레이트 사이의 소정의 위치를 설정하기 위하여 플레이트의 4개의 코너에 형성되며, 도38에 도시된 전술된 예와 비교되는 본 실시예에서, 이들 각각은 석영 기판(2)의 측면의 길이의 절반만큼, X축의 음의 방향 및 Y축의 음의 방향 모두로 위치가 변동되고, 즉, 하프 피치만큼 변동된다. 물론, 전술된 정렬 표시(152) 및 절반 변동된 정렬 표시 모두를 플레이트 상에 형성할 수 있다.

자석 어레이는 영구 자석(45)을 격자식으로 배열함으로써 조성되며, 영구 자석(45)의 상단면은 소정의 접착제를 사용하여 플레이트의 하부면에 접착된다. 이때, 전술된 정렬 표시(153)를 사용하여 영구 자석(45)과 플레이트 사이에 소정 위치가 설정된다.

다음에, 인접 영구 자석(45)이 서로 극성이 상이한 방식으로 영구 자석(45)이 격자식으로 배열된 자석 어레이가 생성되도록 금속 플레이트(44)가 제거된다.

석영 글래스(41) 및 플레이트는 필름(M)이 플레이트의 상부면과 접촉하게 되는 방식으로 조합된다. 여기서, 플레이트의 하프 피치 변동 정렬 표시와 석영 글래스(41)의 전술된 정렬 표시를 서로 정합함으로써 석영 글래스(41)와 플레이트 사이에 소정 위치가 설정된다. 따라서, 석영 글래스(41)로부터 유도된 개별적인 셀을 형성하는 석영 기판(2)의 4개의 코너가 각각 영구 자석(45)의 무게 중심과 일치하는 것이 가능하다. 그 후, 석영 글래스(41)와 플레이트는 클립과 같은 복수개의 고정 부재를 사용하여 서로 고정된다.

다음에, 자기저항 소자(31)의 피닝층(PN)이 순차적으로 열처리되며, 핀드층 (PD)은 마찬가지로 피닝 처리된다.

도2에 도시된 바와 같이, 석영 글래스(41) 및 플레이트가 서로 고정된 상태 하에서, 영구 자석(45)은 연속적인 절단 프로세스에 의해 분할된 석영 기판(2)의 4개의 코너에 인접 영구 자석의 극성이 서로 상이한 방식으로 배열된다. 그러므로, 자기장이 영구 자석(45)의 N극으로부터 다른 '인접' 영구 자석(45)의 S극으로의 방향으로 발생하도록 야기되며, 이는 석영 기판(2)의 각 측면에 평행하게 지향된다. 즉, 각 필름(M)에 자기저항 소자(31)의 핀 층의 종방향에 대하여 45°만큼 기울어진 방향으로 자기장이 인가된다.

다음에, 고정 부재를 사용하여 서로 고정된 석영 글래스(41) 및 플레이트가 250℃ 내지 280℃의 소정 온도 범위에서 진공 하에서 4시간 동안 열처리를 받는다.

따라서, 각각의 X축 GMR 소자(11 내지 14) 및 Y축 GMR 소자(21 내지 24)에 속한 자기저항 소자(31)의 핀 레이어 내부의 피닝층(PN) 상에 순차적인 열 처리를 완료할 수 있다. 여기서, 핀드층(PD)은 절환 연결 방식으로 피닝 처리된다.

그 후에, X축 GMR 소자(11 내지 14) 및 Y축 GMR 소자(21 내지 24)가 패터닝 처리되고, 따라서 소정 패턴으로 배열되며, 영구 자석(32)은 지그재그 방식으로 적절하게 함께 연결된다.

전술된 자기 센서(1)는 도5에 도시된 바와 같이 자기저항 소자(31)의 핀 층에 대하여 X축 감지 방향(F1) 및 Y축 감지 방향(F2)을 가지며, X축 감지 방향(F1)은 석영 기판(2)의 일 측면에 대하여 45°만큼 경사지며, Y축 감지 방향(F2)은 석영 기판(2)의 다른 측면에 대하여 45°만큼 경사진다.

다음에, 도6에 도시된 바와 같이, 영구 자석(45)이 그 무게 중심이 각각 석영 기판(2)의 4개의 코너와 일치하도록 배열되는 상태 하에서 영구 자석 필름(32)이 자화를 개시하도록 배열되도록, 동일한 자석 어레이가 그 위치의 변화 없이 사용된다. 여기서, 영구 자석의 자화 방향은 자기저항 소자(31)의 핀드층(PD)의 자화 방향과 동일하게 설정된다. 그러므로, 자기저항 소자(31)의 핀드층(PD)은 신뢰성 있게 피닝 처리되고, 따라서, 영구 자석(32)의 자화에 의해 영향을 받는 자기 센서(1)를 생산할 수 있다.

도7은 자기 센서(1)에 통합된 X축 자기 센서를 형성하는 X축 GMR 소자(11 내지 14) 사이에 설정된 브릿지 연결부를 도시하며, 도면 부호 X₁은 X축 GMR 소자(11 및 12)를 지시하고 도면 부호 X₂는 X축 GMR 소자(13 및 14)를 지시한다. X축 GMR 소자(11 내지 14)의 모든 감지 방향은 도5에 도시된 전술된 X축 감지 방향(F1)과 일치하므로, 외부 자기장이 X축 감지 방향(F1)에 대향 방향으로 인가되는 경우, 단자( 'L')는 다른 단자('H')보다 전위가 높아진다.

도8은 자기 센서(1)에 합체된 Y축 자기 센서를 형성하는 Y축 GMR 소자(21 내지 24)들 가운데 형성된 브릿지 연결부를 도시하며, 도면 부호 Y₁은 Y축 GMR 소자(21, 22)를 지시하고, Y₂는 Y축 GMR 소자(23, 24)를 지시한다. Y축 GMR 소자(21 내지 24)의 감지 방향은 도5에 도시된 전술한 Y축 감지 방향(F2)과 일치하므로, 외부 자기장이 Y축 감지 방향(F2)에 대향 방향으로 인가되는 경우, 단자('L')는 다른 단자('H')에 비해 보다 높은 전위를 갖는다.

도9는 자기 센서(1)에 통합된 Y축 GMR 소자(21 내지 24) 및 X축 GMR 소자(11 내지 14)의 자기 특성을 도시하며, 도10은 상기의 자기 센서(101)에 통합된 Y축 GMR 소자(121 내지 124) 및 X축 GMR 소자(111 내지 114)의 자기 특성을 도시한다. 여기서, 실선 커브는 GMR 소자의 감지 방향의 자기 특성을 나타내며, 점선 커브는 GMR 소자의 비감지 방향의 자기 특성을 나타낸다.

도9에 도시된 것처럼, 이력 사항(hysteresis) 루프는 GMR 소자(11 내지 14, 21 내지 24)의 감지 방향에 관해 알 수 없다. 또한, 이력 사항 루프는 GMR 소자(11 내지 14, 21 내지 24)의 비감지 방향에 관해 알 수 있지만, 영(zero) 또는 그 근방의 수치로 소멸되어 강한 자기장에 대한 저항 특성을 개선시킬 수 있다.

도10은 전술한 GMR 소자(111 내지 114, 121 내지 124)의 비감지 방향에 관해 알 수 있으며, 자기장의 수치는 영 근방이어서 강한 자기장에 대한 저항 특성은 감소된다.

요약하면, 각각의 영구 자석 필름(32)이 각각의 자기저항 소자(31)의 종방향에 대해 45°의 소정의 각도를 형성하도록 배치되는 본 실시예의 자기 센서(1)에 합체된 GMR 소자에서의 강한 자기장에 대한 저항 특성은 종래의 자기 센서(101)에 합체된 GMR 소자에 비해 현저히 증가될 수 있다.

상기 설명한 바와 같이, 본 실시예의 자기 센서(1)는 X축 GMR 소자(11 내지 14) 및 Y축 GMR 소자(21 내지 24)가 석영 기판(2)에 형성되는 방식으로 생산되며, 자기저항 소자(31)는 핀드층(PD)의 각각의 자화 방향이 프리층(F)의 각각의 자화 방향에 대해 45°의 소정의 각도를 형성하는 방식으로 배치된다. 따라서, 강한 자 기장이 인가되는 경우에도, 브릿지의 오프셋 변경을 신뢰할 정도로 억제할 수 있으며, 강한 자기장에 대한 저항 특성을 현저한 개선을 부여할 수 있다.

본 발명의 자기 센서(1)의 제조 방법에 따라, 영구 자석(45)은, 자기장이 각각의 영구 자석 필름(M)에 종방향으로 인가될 때 인접한 영구 자석(45)의 극성이 서로 상이한 방식으로, 연속적인 절단 공정에서 분할된 석영 기판(2)의 4개의 코너에 배치되며, 따라서 강한 자기장이 인가되는 경우에도 브릿지 회로의 오프셋 변화를 신뢰할 정도로 억제할 수 있다. 즉, 강한 자기장에 대한 저항 특성을 현저하게 강화시킬 수 있는 자기 센서(1)를 간단한 공정으로 용이하게 생산할 수 있다.

본 실시예에서는, 각각의 정렬 표시가 하프 피치만큼 위치가 변동된, 전술된 관통 구멍(143)에 비해 형상과 거리를 변하지 않는 관통 구멍(43)을 갖는 플레이트를 사용한다. 물론, 각각의 관통 구멍이 하프 피치만큼 위치가 변하는 다른 플레이트를 사용할 수 있다. 또한, 전술된 정렬 마크 및 하프 피치만큼 위치가 변동하는 신규한 정렬 마크 양자 모두가 형성된 플레이트를 사용할 수 있다.

본 실시예에 적용된 자석 어레이는 영구 자석(45)이 전술한 석영 글래스로 제조된 플레이트(44)에 부착된 것으로 제한될 필요는 없다. 즉, Ni₄₂Fe₅₈ 합금으로 구성된 기판(46) 및 영구 자석(45)의 외부 형상과 일치하는 복수의 관통 구멍(43)이 형성된 텅스텐(W)으로 구성된 금속 플레이트(47)가 사용될 수 있어, 기판(46) 및 금속 플레이트(47)는 도11a에 도시된 것처럼 서로 부착되며, 영구 자석(45)은 관통 구멍에 각각 삽입된다.

클립(도40 참조)과 같은 고정 부재(155)를 사용하여 석영 글래스(141)와 플레이트(151)가 서로 고정된 전술된 자기 센서(101)와 유사하게, 석영 글래스(41)는 도11b에 도시된 것처럼 고정 부재(155)를 사용하여 고정된다.

전술한 자석 어레이에서, Ni₄₂Fe₅₈ 합금 및 텅스텐(W) 양자 모두는 열팽창 계수의 관점에서 실리콘(Si)에 근접하므로, 열팽창이 가열로 인해 발생되는 경우에도 기판(46)과 금속 플레이트(47) 사이의 위치 변화는 발생하지 않고, 따라서 자석 어레이의 위치적 정밀도는 개선될 수 있다. 본 명세서에서, 금속 플레이트(47)는 자석 어레이의 일부로써 사용되며 제거될 필요는 없으므로 영구 자석(45)의 보유 정밀도는 개선될 수 있고 따라서, 자기 센서(1)는 용이하게 제조될 수 있다.

2. 제2 실시예

도12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 자기 센서(50)를 도시하는 평면도이고, GMR 소자는 석영 기판(2)의 4개 측면을 따라 배열되고, 그들 각각은 반자기 소자(31) 및 영구 자석 필름(32)으로 구성된다. 제2 실시예의 자기 센서(50)는 각각의 반자기 소자(31)의 종축 방향이 석영 기판(2)의 인접 측면에 평행하게 놓여있다는 점에서 제1 실시예의 자기 센서(1)와 상이하다.

특히, 자기 센서(2)는 석영 기판(2) 상에 형성된 X축 GMR 소자(51 내지 54) 및 Y축 GMR 소자(61 내지 64) 뿐 아니라 소정의 두께를 갖는 '대략 정방형' 석영 기판(2)을 포함하고, 여기서 X축 GMR 소자(51 내지 54)는 X축 방향으로 자기장을 감지하기 위한 X축 자기 센서를 형성하고, Y축 GMR 소자(61 내지 64)는 Y축 방향으 로 자기장을 감지하기 위한 Y축 자기 센서를 형성한다.

상기에서, X축 GMR 소자(51 내지 54)는 쌍으로 되어 있고 그들의 두 쌍이 서로 평행하게 배열되는 방식으로 X축에 수직인 석영 기판(2)의 두 측면의 중간점에 근접하게 각각 배열된다. 유사하게, Y축 GMR 소자(61 내지 64)는 쌍으로 되어 있고 그들의 두 쌍이 서로 평행하게 배열되는 방식으로 Y축에 수직인 석영 기판(2)의 두 측면의 중간점에 근접하게 각각 배열된다.

각각의 X축 GMR 소자(51 내지 54) 및 Y축 GMR 소자(61 내지 64)는 반자기 소자(31)로 구성되고, 각각은 대략 평행 사변형이고 서로에게 평행하게 배열된 밴드형 스핀 밸브 필름 및 종축 방향으로 반자기 소자(31)의 양 단부에 연결된 영구 자석 필름(32)을 포함하고, 각각은 높은 직각 비율 및 높은 강압력을 가진 CoCrPt와 같은 단단한 강자기 물질로 구성된 대략 사각형 얇은 필름으로 형성되고, 여기서 반자기 소자(31) 및 영구 자석 필름(32)은 그 종축 방향이 서로 일치하도록 배열된다.

각각의 반자기 소자(31)는 그 종축 방향이 석영 기판(2)의 인접 측면과 평행하게 놓이도록 형성된다. 더욱이, 각각의 영구 자석 필름(32)은 그 종축 방향이 석영 기판(2)의 인접 측면과 평행하게 놓이도록 형성되고, 여기서 동일한 반자기 소자(31)의 양 측면과 연결된 '쌍으로 된' 영구 자석 필름(32)은 석영 기판(2)의 인접 측면으로부터 동일한 거리에 배열된다.

상기에서, 핀드층(pinned layer)의 자화 방향은 반자기 소자(31)의 종축 방향에 대해 45°만큼 경사지지만, 영구 자석 필름(32)의 자화 방향은 영구 자석 필 름(32)의 종축 방향을 따라 놓인다. 즉, 반자기 소자(31)의 핀드층의 자화 방향은 영구 자석 필름(32)의 자화 방향에 대해 45°의 소정의 각을 형성한다.

제1 실시예의 자기 센서(1)와 유사하게, 각각의 X축 GMR 소자(51 내지 54) 및 Y축 GMR 소자(61 내지 64)에 형성된 스핀 밸브 필름의 구조는 각각의 X축 GMR 소자(111 내지 114) 및 Y축 GMR 소자(121 내지 124)에 형성된 전술한 스핀 밸브 필름(131)의 구조와 동일하므로, 스핀 밸브 필름의 구조에 관련된 상세한 설명은 생략된다.

각각의 X축 GMR 소자(51 내지 54) 및 Y축 GMR 소자(61 내지 64)에서, 반자기 소자(31)의 핀드층(PD)의 종축 방향은 영구 자석 필름(32)의 종축 방향과 매칭한다. 여기서, 핀드층(PD)의 자화 방향은 반자기 소자(31)의 종축 방향에 대해 45°만큼 경사진다. 즉, 반자기 소자(31)의 핀드층(PD)의 자화 방향은 영구 자석 필름(32)의 자화 방향에 대해 45°의 소정의 각을 형성한다.

다음에, 자기 센서(50)의 제조 방법이 상세히 설명된다.

제2 실시예는 두 개 형태의 자석 배열을 사용하는 것을 특징으로 한다. 즉, 제1 실시예의 자기 센서(1)와 유사하게, 스핀 밸브 필름은 영구 자석 필름(32) 및 각각의 GMR 소자를 형성하기 위해 장방형의 석영 글래스 상에 형성된다.

다음, 도13에 도시된 바와 같이, 각각이 장방형의 개구를 갖는 복수의 관통 구멍(43)이 45°만큼 경사지고 서로 평행하게 배열된 장방형을 한 제1 금속 플레이트(67)가 형성되고, 여기서 그 단면 형상이 사실상 관통 구멍(43)의 개구 형상에 매칭하는 정방형 정육면체(parallelopiped) 영구 자석으로 형성된 복수의 막대 자 석(68)은 그 상단면이 제1 금속 플레이트(67)의 표면과 사실상 평행한 동일 평면에 배열되는 방식으로 관통 구멍(43) 안으로 각각 삽입되고, 인접 막대 자석(68)은 극성에서 서로 상이하다.

그 후, 제1 실시예와 유사하게, 그 형상이 사실상 제1 금속 플레이트(67)의 형상에 매칭하는 투명 석영 글래스로 형성된 제1 플레이트가 구비되고, 여기서 자석 배열에서 서로 평행하게 배열된 막대 자석(68)의 상단면은 소정의 접착제를 사용하여 제1 플레이트의 하부면에 부착된다. 이 때, 정렬 표시는 제1 플레이트과 막대 자석(68) 사이에 소정의 위치 고정을 하도록 사용된다.

다음에, 제1 금속 플레이트(67)가 막대 자석(68)이 서로 평행하게 배열되는 자석 배열을 생성하도록 제거되고, 그 인접 막대 자석(68)은 극성에서 서로 상이하다.

제1 플레이트의 상면과 접촉하는 석영 기판이 배열된다. 즉, 전술한 석영 글래스(41)와 제1 플레이트 사이의 소정의 위치고정은 그들의 정렬 표시를 상호 매칭함으로써 확립된다. 다음에, 클립과 같은 복수의 고정 부재는 석영 글래스(41)와 제1 플레이트를 함께 고정하는데 사용된다.

막대 자석(68)이 서로 평행하게 배열되는 전수한 자석 배열은 그들이 그 사이의 거리 및 위치에서 갑자기 변할 때에도 그 자화 방향이 벗어나지 않아서 어떤 분산도 순차적 열처리에 영향을 발생하지 않기 때문에 우수한 정확성을 달성한다.

제1 실시예와 유사하게, 제2 실시예는 Ne₄₂Fe₅₈로 구성된 기판 및 복수의 관 통 구멍이 막대 자석(68)의 외부 형상과 일치하는 텅스텐(W)으로 구성된 금속 플레이트를 제공하도록 구성될 수 있고, 여기서 기판과 금속 플레이트는 막대 자석(68)이 관통 구멍 안으로 각각 삽입되도록 함께 부착된다.

자석 배열로서, 상술된 자석 배열 이외에 다양한 형태의 자석 배열을 사용하는 것이 가능하고, 다음과 같다.

(1) 각각이 상이한 극성을 가진 막대 자석이 교번식으로 배열된 자석 배열

도14a에 도시된 바와 같이, 다이싱 소오(72, dicing saw)는 실리콘(Si)기판의 표면(주 표면) 상에 그 사이에서 소정으로 거리로 서로 평행하게 배열된 복수의 슬롯(73)을 형성하는데 사용된다. 각각의 슬롯(73)은 내부에 삽입되는 막대 자석(68)의 폭과 사실상 동일한 소정의 폭을 갖고 다이싱 소오(72)의 폭과 사실상 동일하다. 전술한 자석 배열과 유사하게, 인접 슬롯(73)들 사이의 거리는 석영 기판(2)의 대각선 길이의 절반이도록 설정된다.

다음에, 도14b에 도시된 바와 같이, 막대 자석(68)은 인접 막대 자석(68)이 극성에서 서로 상이한 방식으로 슬롯(73) 안으로 각각 삽입된다. 이러한 경우, 막대 자석(68)은 도15에 도시된 바와 같은 방식으로 실리콘 기판(71)의 표면(71a)에 배열되고 노출되고, 인접 막대 자석(68)은 극성이 서로 상이하여 극성(N,S,N...)이 연속해서 배열된다. 상술된 바와 같이, 상이한 극성을 각각 갖는 막대 자석(68)이 실리콘 기판(71)에 교번식으로 배열되는 자석 배열을 생성할 수 있다.

전술된 자석 배열에서, 인접 막대 자석(68) 사이의 거리는 석영 기판(2)의 대각선 길이의 절반이도록 설정된다. 따라서, 자석 배열이 도16에 도시된 바와 같 은 방식으로 석영 글래스(41) 상에 장착될 때, 단일 막대 자석(68)은 각각의 단일 셀(75)(즉, 후속 절단 공정에서 분할된 석영 기판(2)에 상응하는 구역)의 대각선을 매칭하도록 배열되고, 그 '인접' 막대 자석(68)은 대각선과 대칭이도록 셀(75)의 대향 코너에 위치된다.

(2) 동일한 극성의 막대 자석이 서로 평행하게 배열되는 자석 배열

도17a에 도시된 바와 같이, 다이싱 소오(72)는 Ni₄₂Fe₅₈ 합금 기판(77)의 표면(또는 주 표면)(77a) 상에서 그 사이에 소정의 거리로 서로 평행하게 배열된 복수의 슬롯(73)을 형성하는데 사용되고, 여기서 슬롯(73)은 내부에 삽입된 막대 자석(68)의 폭과 대략 동일하게 설정되는 소정의 폭을 갖는다. '인접' 슬롯(73) 사이의 거리는 석영 기판(2)의 대각선 길이와 사실상 동일하게 설정된다.

*다음에, 도17b에 도시된 바와 같이, 막대 자석(68)은 인접 막대 자석(68)이 동일한 극성을 갖는 방식으로 기판(77)의 슬롯(73) 안으로 각각 삽입된다. 이러한 경우, 모든 막대 자석(68)은 Ni₄₂Fe₅₈ 합금 기판(77)의 표면(77a) 상에 동일한 극성을 갖도록 배열되어 동일한 극성 'N'은 도18에 도시된 바와 같이 표면(77a) 상에 차례로 나타난다.

상기에서, 표면(77a) 상에 동일한 극성 'N'을 갖는 인접 막대 자석(68) 사이에 Ni₄₂Fe₅₈ 합금 기판(77)의 중간부는 역극성, 즉, 극성 'S'를 갖는다. 즉, 상이한 극성들(N,S,N...)이 그 사이에 소정의 거리로 막대 자석(68)의 평행 배열시 평행하 게 소정의 방향(즉, 도18의 왼쪽부터 오른쪽까지의 방향)으로 연속 배열되는 것처럼 명백히 보이고, 이는 석영 기판(2)의 대각선 길이의 절반과 사실상 동일하다.

상술된 바와 같이, 동일한 극성을 가진 막대 자석(68)이 Ni₄₂Fe₅₈ 합금 기판(77)에 서로 평행하게 배열되는 자석 배열을 생성할 수 있다.

전술된 자석 배열에서, 인접 막대 자석(68) 사이의 거리는 석영 기판(2)의 대각선 길이와 동일하게 설정된다. 즉, 자석 배열이 단일 막대 자석(68)이 도19에 도시된 바와 같이 단일 셀(75)의 대각선상에 배열되는 방식으로 석영 글래스(41) 상에 장착될 때, 대각선에 대해 대칭으로 놓인 각각의 셀(75)의 모서리는 인접 막대 자석(68) 사이의 거리를 균등하게 분할한 위치에서 그려진 라인 세그먼트(76)를 매칭한다. 여기서, 셀(75)의 대각선에 대해 대칭으로 그려지고 셀(75)의 대향 모서리를 각각 가로지르는 각각의 라인 세그먼트(76)의 위치는 막대 자석(68)의 극성 'N'과 상이한 다른 극성(즉, 'S')에 상응한다. 즉, 극성 'S'을 가진 자석은 셀(75)의 모서리 상에 배열되는 것처럼 명백히 보인다.

전술된 자석 배열에서, 막대 자석(68)이 서로 끌려 겹치는 것이나 또는 그들 스스로 갑자기 회전하는 것이 신뢰성있게 방지될 수 있다. 따라서, 상당한 정확성으로 용이하게 소정의 위치에 얇은 금속 플레이트를 사용하여 고정될 수 없는 막대 자석(68)을 고정시키는 것이 가능하다.

그 후, 반자기 소자(31)의 핀 층 내의 핀드층(PD)은 순차적 열처리된다.

먼저, 도20에 도시된 바와 같이, 세 개의 막대 자석(68)은 인접 막대 자석 (68)이 극성에서 서로 상이한 방식으로 석영 글래스(41)의 소정 측면에 대해 45°만큼 경사지도록 그 사이에 소정의 거리로 배열된다.

이러한 경우, 소정이 자기장은 하나의 인접 막대 자석(68)으로부터 다른 것까지 일 방향으로 형성되고, 여기서 자기장은 석영 기판(2)의 소정의 측면에 대해 45°만큼 경사지어서 자기장이 각각의 스핀 밸브 필름(M)의 종축 방향에 대해 45°만큼 경사진 방향으로 인가된다.

다음, 석영 글래스(41) 및 전술된 플레이트는 고정 부재를 사용하여 함께 고정되고 예를 들어, 250℃에서 280℃까지 범위의 소정 온도에서 4시간동안 진공 상태에서 열처리된다.

따라서, 각각의 X축 GMR 소자(51 내지 54) 및 Y축 GMR 소자(61 내지 64)에 병합된 반자기 소자(31)의 피닝층 상에 순차적 열처리를 수행할 수 있다. 다음에, 제1 실시예와 유사하게, 스핀 밸브 층은 패턴화하게 된다. 결과적으로, X축 감지 방향(F1) 및 Y축 감지 방향(F2)이 도21에 도시된 바와 같이 반자기 소자(31)의 핀드층(P)에 놓이는 자기 센서(50)를 생성할 수 있다.

그 후, 도22에 도시된 바와 같이, 그 구성이 제1 실시예에 사용되는 자석 배열의 구성과 유사한 자석 배열은 영구 자석 필름(32)을 자화하는데 사용된다.

상기에서, 제1 실시예와 유사하게, 영구 자석(45)은 석영 기판(2)의 4개의 모서리에 배열되고, 이는 인접 영구 자석(45)이 극성에서 서로 상이한 방식으로 후속 절단 공정에 의해 분할되어 자기장이 N극의 하나의 영구 자석(45)에서 S극의 다른 영구 자석(45)까지 형성된다. 이러한 자기장은 석영 기판(2)의 각각의 단일 측 면과 평행하게 영향을 미쳐 각각의 영구 자석 필름(32)의 종축 방향과 사실상 매칭되는 방향으로 자기장을 형성하는 것이 가능하다.

상술된 바와 같이, 반자기 소자(31)의 핀 층의 자유층(F)이 자화에서 초기화되는 자기 센서(50)를 형성할 수 있고, 영구 자석 필름(32)은 적절하게 자화된다.

제2 실시예의 자기 센서(50)는 제1 실시예의 자기 센서(1)에 형성된 동일한 브릿지 연결을 사용한다. 간단하게, 제2 실시예는 전술된 제1 실시예에서 실현되는 동일한 효과를 제공할 수 있다.

3. 제3 실시예

제2 실시예는 영구 자석 필름(32)을 자화하고 영구 자석(45)을 적절하게 부착하도록 제1 실시예에 사용된 자석 배열의 구성과 동일한 구성의 자석 배열을 사용한다. 여기서, 영구 자석 필름(32)의 자화는 자석의 배열 위치를 변화시키지 않고 제2 실시예의 순차적 열처리에 사용되는 전술된 자석 배열을 사용하여 직접 실현될 수 있다.

이러한 자화에서, 자기장은 석영 기판(2)의 대각선을 따라 형성되고, 이는 석영 기판(2)의 일측면에 대해 45°만큼 경사진 방향으로 후속 절단 공정에서 분할된다. 따라서, 자기장은 그 종축 방향이 영구 자석(32)의 종축 방향에 대해 45°경사진 방향으로 석영 기판(2)의 일측면과 평행하게 설정된 영구 자석 필름(32)에 인가된다.

이러한 경우, 자유층(F)의 단자 단부는 영구 자석 필름(32)의 자화 방향과 동일 방향으로 초기화된다. 일반적으로, 자유층(F)의 초기화 방향은 형상 이방성 으로 인해 종축 방향으로 정렬된다. 이러한 이유로, 각각의 GMR 소자는 그 종축 방향을 따라 자화에서 초기화되고, 이는 석영 기판(2)의 소정의 측면과 평행하게 설정된다.

상술된 바와 같이, 반자기 소자(31)의 자유층(F)이 자화에서 초기화되는 제3 실시예의 자기 센서를 형성할 수 있고, 영구 자석 필름(32)은 적절하게 자화된다.

제3 실시예는 자유층(F)의 단자 단부에서의 작은 손실을 허용하고, 이는 제2 실시예와 비교해 감도를 다소 열화시킬 수 있지만, 제3 실시예는 자화 방향이 제1 실시예와 유사하게 설정되는 방식으로 고안되어 강한 외부 자기장이 자기 센서에 인가될 때에도 오프셋 변화를 확실히 감소시킬 수 있다.

4. 제4 실시예

도23은 본 발명의 제4 실시예에 따른 자기 센서를 도시하는 평면도이고, 여기서 전술된 실시예와 유사하게, 제4 실시예의 자기 센서(81)는 GMR 소자 및 석영 기판(2) 상에 형성된 영구 자석 필름을 사용하여 구성된다. 여기서, 자기 센서(81)는 제2 실시예의 자기 센서(50)와 상이하고, X축 GMR 소자(51,52)는 X축의 음의 방향으로 놓인 석영 기판(2)의 일측면의 중간점에 근접하게 서로 평행하게 배열되고, Y축 GMR 소자(63,64)는 Y축의 음의 방향으로 놓인 석영 기판(2)의 일측면의 중간점에 근접하게 서로 평행하게 배열되어, X축 GMR 소자(51,52) 및 Y축 GMR 소자(63,64)에 의해 실현되는 감도를 상쇄하기 위해, 그들은 석영 기판(2)의 사실상 중심에 배열되고 석영 기판(2)의 소정 측면에 대해 45°만큼 경사진다.

자기 센서(81)를 제조할 때, 반자기 소자(31)의 피닝층은 석영 글래스(41)가 예를 들어, 250℃에서 280℃ 범위의 소정의 온도로 진공 상태에서 4시간동안 열처리되는 순차적 열처리되고, 여기서 자기장은 X축 GMR 소자(51,52) 및 Y축 GMR 소자(63,64)에 평행한 방향으로 인가된다. 즉, 도24에 도시된 바와 같이, 균일한 강도를 가진 자기장이 하부 좌측에서 상부 우측 방향으로 X축 GMR 소자(51,52) 및 Y축 GMR 소자(63,64)의 종축 방향을 따라 인가되는 것이 바람직하다.

전술한 실시예와 유사하게, 자기 센서(81)는 석영 글래스와 플레이트를 함께 고정함으로써 자화된다.

전술한 바와 같이, X축 GMR 소자(51 내지 54)와 Y축 GMR 소자(61 내지 64)에 합체된 자기저항 소자(31)의 프리층(F)을 초기화하고 영구 자석 필름(32)을 적절하게 자화하는 것이 가능하다. 따라서, 자기저항 소자(31)의 핀드층(PD)과 영구 자석 필름(32)이 적절하게 자화되는 자기 센서(81)를 제조하는 것이 가능하다.

도25에 도시된 바와 같이, 전술한 자기 센서(81)는 GMR 소자(51, 52, 63, 64)에 합체된 자기저항 소자(31)가 석영 기판(2)의 사실상 중심에 배열되는 것을 제외하고 자기저항 소자(31)의 핀드층(PD)에 대해 X축 검지 방향(F1)과 Y축 검지 방향(F2)을 나타낸다.

자기 센서(81)에 합체된 GMR 소자의 브릿지 연결은 제1 실시예의 자기 센서(1)와 동일하다. 따라서, 제4 실시예는 제1 실시예의 효과와 유사한 효과를 얻을 수 있다.

5. 제5 실시예

제5 실시예는 제4 실시예와 기본적으로 동일하지만, 전술한 자석 어레이가 이용되지 않지만 전술한 순차적 열처리와 유사하게 영구 자석 필름(32)을 자화하기 위해 균일한 자기장이 인가된다는 것을 특징으로 한다.

이제, 영구 자석 필름(32)의 자화가 상세히 설명된다.

즉, 전술한 순차적 열처리와 유사하게 강도가 일정한 균일한 자기장이 도24의 하부 좌측으로부터 상부 우측으로 방향으로 인가된다.

석영 글래스(41)의 일측에 서로 평행하게 배열된 X축 GMR 소자(53, 54)와 석영 기판(41)의 타측에 서로 평행하게 배열된 Y축 GMR 소자(61, 62)에 대해, 자기장이 절단 공정에 의해 분할되는 석영 기판(2)의 대각선을 따라 석영 기판(2)의 각 측면에 대해 45°의 경사 방향으로 인가된다. 즉, 자기장이 각각의 영구 자석 필름(32)의 종방향에 대해 45°경사진 방향으로 석영 기판(2)의 소정의 측면과 종방향이 평행한 각각의 영구 자석 필름(32)에 인가된다.

프리층(F)의 단자 단부는 영구 자석(32)의 자화 방향과 동일한 방향으로 초기화되고, 프리층(F)은 비등방성 형상 때문에 종방향으로 자화되어 프리층(F)은 GMR 소자에 상응하는 종방향, 즉 석영 글래스(41)의 소정의 측면을 따라 자화가 초기화된다.

제5 실시예는 제2 실시예의 자기 센서의 감도에 비해 감도가 약간 감소할 수 있는 프리층(F)의 단자 단부에서 작은 손실을 허용하지만, 제5 실시예는 제1 실시예에서 현실화한 동일한 자화 방향을 실현하도록 설계되었고, 따라서 외부 강 자기장이 자기 센서에 인가될 때에도 오프셋 변화를 현저하게 감소시키는 것이 가능하다.

도43은 본 발명(예를 들어, 실시예 1 내지 5)의 자기 센서와 전술한 자기 센서(예를 들어 종래예) 사이의 비교 결과를 도시한 것이고, 실시예1은 제1 실시예의 자기 센서(1)에 상응하고, 실시예2는 제2 실시예의 자기 센서(50)에 상응하고, 실시예3은 제3 실시예의 자기 센서에 상응하고, 실시예4는 제4 실시예의 자기 센서(81)에 상응하고 실시예5는 제5 실시예의 자기 센서에 상응한다.

도43은 비교예와의 비교를 도시한 것이고, 실시예 1 내지 5의 모든 자기 센서들은 강 자기장에 저항 특성이 우수하다. 비교예와 비교한 각각의 실시예 1 내지 5에서, 강 자기장에 대한 저항 특성을 도시하는 100oe의 자기장에 노출시킨 후에 오프셋 변화를 감소시키는 것이 가능하다.

각각의 실시예 1 내지 5는 GMR 소자의 종방향이 순차적 열처리된 핀드층의 자화 방향과 직각으로 교차하는 비교예와 비교해서 감도가 감소될 수 있지만, 이들 중 각각이 강 자기장에 대해 우수한 저항 특성을 나타낸다.

또한, 영구 자석의 자화 방향이 순차적 열처리된 핀드증의 자화 방향과 상이한 실시예 2 및 4와 비교해서, 영구 자석의 자화 방향이 순차적 열처리된 자화 방향과 동일한 실시예 1, 3 및 5는 강 자기장에서 우수한 저항 특성을 얻을 수 있다.

영구 자석 필름의 자화 방향이 GMR 소자의 종방향(예를 들어, 프리층의 종방향)과 매치되지 않는 실시예 1, 3 및 5 각각에서, 프리층의 단자 단부는 영구 자석 필름의 자화 방향으로 자화되고, 따라서 작은 손실이 발생해서 감도를 약간 감소시킬 수 있다. 그러나, 강 자기장에 대한 "우수한" 저항 특성 때문에 감도에 대한 변화율은 작다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명은 다양한 효과와 기술적인 특징을 갖고, 이를 이하에 설명한다.

(1) 본 발명의 자기 센서는 자기저항 소자의 핀드층의 자화 방향이 영구 자석의 종방향에 대해 45°의 소정의 각도를 형성하고, 따라서 강 자기장이 인가될 때에도 GMR 소자의 브릿지의 오프셋 변화를 신뢰성있게 억제하는 것이 가능하고, 따라서 강 자기장에 대한 저항 특성을 현저하게 개선할 수 있는 것을 특징으로 한다.

(2) 또한, 자기저항 소자의 핀드층의 자화 방향이 영구 자석의 종방향에 대해 45°의 소정의 각도를 형성하여 강 자기장이 인가될 때에도 GMR 소자의 브릿지의 오프셋 변화를 신뢰성있게 억제하는 것이 가능하고, 따라서 강 자기장에 대한 저항 특성을 현저하게 개선할 수 있는 방식으로 자화 센서를 변경하는 것이 가능하다.

(3) 본 발명의 자기 센서의 제조 방법에 따라, 순차적 열처리가 복수개의 영구 자석이 인접하는 영구 자석들이 서로 다른 극성을 갖도록 자석 어레이를 이용해서 수행되고, 영구 자석이 가열되는 기판 내의 셀의 내 코너부와 각각 또는 선택적으로 매치되도록 기판은 자석 어레이 상에 배열된다. 여기서, 영구 자석 필름은 기판을 그 사이의 상대적인 위치 관계의 변화없이 자석 어레이 상에 배열함으로써 자화되어, 자기저항 소자의 프리층을 초기화하고 영구 자석 필름을 쉽게 자화하는 것이 가능하다. 그 결과, 간단한 공정으로 쉽게 자기저항 소자의 자화 방향이 영구 자석 필름의 자화 방향에 대해 45°의 소정의 각도를 형성하는 자기 센서를 제 조하는 것이 가능하다.

(4) 핀드층의 자화 방향이 사실상 기판 내의 셀의 대각선과 매치되는 기판을 가열함으로써 순차적 열처리를 수행하는 방식으로 제조 방법을 변경하는 것이 가능하고, 영구 자석 필름이 인접한 영구 자석이 서로 다른 극성을 갖는 자석 어레이 상에 기판을 배열함으로써 자화되어, 자기저항 소자의 프리층을 초기화하고 영구 자석 필름을 쉽게 자화하는 것이 가능하다. 따라서, 간단한 공정으로 쉽게 자기저항 소자의 자화 방향이 영구 자석 필름의 자화 방향에 대해 45°의 소정의 각도를 형성하는 자기 센서를 제조하는 것이 가능하다.

(5) 핀드층의 자화 방향이 기판 내의 셀의 대각선과 매치되도록 기판을 가열함으로써 순차적 열처리를 수행하는 방식으로 제조 방법을 변경하는 것이 가능하고, 핀드층의 자화 방향이 셀의 대각선과 매치되도록 기판을 배열함으로써 영구 자석 필름이 자화되어 자기저항 소자의 프리층을 초기화하고 영구 자석 필름을 쉽게 자화하는 것이 가능하다. 따라서, 간단한 공정으로 쉽게 자기저항 소자의 자화 방향이 영구 자석 필름의 자화 방향에 대해 45°의 소정의 각도를 형성하는 자기 센서를 제조하는 것이 가능하다.

본 발명은 본 발명의 사상 및 필수적인 특징으로부터 벗어남없이 몇가지 형상으로 구체화할 수 있지만, 본 발명의 범주는 전술한 설명보다는 첨부된 청구의 범위에 의해서 한정되기 때문에 본 실시예들은 도시하기 위한 것이고 이에 제한되지 않고, 모든 변경은 청구항들 내에 배당되며 한정되고, 또한 이의 동등물과 경계는 청구항에 포함된다.

본 발명에 따르면, 인가되는 강 자기장의 영향 없이 오프셋 변화를 제어할 수 있는 강 자기장에 대한 자기 특성을 개선한 자기 센서가 제공된다.

Claims

사각 형상을 갖는 기판(2)과,

X축에 수직한 기판의 제1 측면에 인접하게 배치되고 상기 제1 측면에 대해 소정의 각도로 경사진 제1 X축 GMR 소자(11, 12)와,

상기 제1 측면에 대향이며 X축에 수직한 기판의 제2 측면에 인접하게 배치되고 제2 측면에 대해 소정의 각도로 경사진 제2 X축 GMR 소자(13, 14)와,

Y축에 수직한 기판의 제3 측면에 인접하게 배치되고 제3 측면에 대해 소정의 각도로 경사진 제1 Y축 GMR 소자(21, 22)와,

상기 제3 측면에 대향하고 Y축에 수직한 기판의 제4 측면에 인접하게 배치되고 제4 측면에 대해 소정의 각도로 경사진 제2 Y축 GMR 소자(23, 24)와,

상기 제1 X축 GMR 소자의 양단부에 연결되고 기판의 제1 측면에 평행하게 종방향으로 정렬된 제1 쌍의 영구 자석 필름(32)과,

상기 제2 X축 GMR 소자의 양단부에 연결되고 기판의 제2 측면에 평행하게 종방향으로 정렬된 제2 쌍의 영구 자석 필름(32)과,

상기 제1 Y축 GMR 소자의 양단부에 연결되고 기판의 제3 측면에 평행하게 종방향으로 정렬된 제3 쌍의 영구 자석 필름(32)과,

상기 제2 Y축 GMR 소자의 양단부에 연결되고 기판의 제4 측면에 평행하게 종방향으로 정렬된 제4 쌍의 영구 자석 필름(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
제1항에 있어서, 상기 소정의 각도는 45°로 설정된 것을 특징으로 하는 자기 센서.
사각 형상을 갖는 기판(2)과,

X축에 수직한 기판의 제1 측면에 평행하게 인접 배치된 제1 X축 GMR 소자(51, 52)와,

상기 제1 측면에 대향하고 X축에 수직한 기판의 제2 측면에 평행하게 인접 배치된 제2 X축 GMR 소자(53, 54)와,

Y축에 수직한 기판의 제3 측면에 평행하게 인접 배치된 제1 Y축 GMR 소자(61, 62)와,

상기 제3 측면에 대향하고 Y축에 수직한 기판의 제4 측면에 평행하게 인접 배치된 제2 Y축 GMR 소자(23, 24)와,

상기 제1 X축 GMR 소자의 양단부에 연결되고 기판의 제1 측면에 평행하게 종방향으로 정렬된 제1 쌍의 영구 자석 필름(32)과,

상기 제2 X축 GMR 소자의 양단부에 연결되고 기판의 제2 측면에 평행하게 종방향으로 정렬된 제2 쌍의 영구 자석 필름(32)과,

상기 제1 Y축 GMR 소자의 양단부에 연결되고 기판의 제3 측면에 평행하게 종방향으로 정렬된 제3 쌍의 영구 자석 필름(32)과,

상기 제2 Y축 GMR 소자의 양단부에 연결되고 기판의 제4 측면에 평행하게 종 방향으로 정렬된 제4 쌍의 영구 자석 필름(32)을 포함하고,

100 Oe(엘스테드)의 자계를 받은 전후에서 오프셋 변동이 0.08 Oe 이하가 되는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
사각 형상을 갖는 기판(2)과,

X축에 수직한 기판의 제1 측면에 평행하게 인접 배치된 X축 GMR 소자(53, 54)와,

Y축에 수직한 기판의 제2 측면에 평행하게 인접 배치된 Y축 GMR 소자(61, 62)와,

상기 X축 GMR 소자의 양단부에 연결되고 기판의 제1 측면에 평행하게 배치된 제1 쌍의 영구 자석 필름(32)과,

상기 Y축 GMR 소자의 양단부에 연결되고 기판의 제2 측면에 평행하게 배치된 제2 쌍의 영구 자석 필름(32)을 포함하고,

상기 X축 GMR 소자(53, 54)는 X축의 중심에 배치되고, 상기 Y축 소자(61, 62)는 Y축의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
제1항에 있어서, 상기 영구 자석 필름은 극성이 서로 상이한 영구 자석을 인접시키는 방식으로 기판의 4개의 코너와 일치하게 배치된 적어도 4개의 영구 자석(45)을 사용하여 자화되는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
제3항에 있어서, 상기 영구 자석 필름은 극성이 서로 상이한 영구 자석을 인접시키는 방식으로 기판의 대각선 및 2개의 대향 코너 상에 놓인 적어도 3개의 영구 자석(68)을 사용하여 자화되는 것을 특징으로 하는 자기 센서.
제3항에 있어서, 상기 영구 자석은, 하나의 영구 자석은 기판의 대각선에 배치되고 다른 두 개의 영구 자석은 기판의 대향인 2개의 코너로부터 각각 이격된, 동일한 극성의 적어도 3개의 영구 자석(68)을 사용하여 자화되어 인접하는 영구 자석들 사이의 거리는 기판의 대각선의 길이와 동일한 것을 특징으로 하는 자기 센서.
제4항에 있어서, 상기 영구 자석은 기판의 대각선을 따르는 방향으로 자기장에 의해 자화되는 것을 특징으로 하는 자기 센서.