KR20070087628A - 조정 가능한 특성을 지닌 브릿지-유형의 센서 - Google Patents

Abstract

브릿지-유형의 자기 센서는 브릿지 배열에서 네 개의 저항 요소를 가지고 있는 것으로 개시되며, 브릿지의 반대 면에 있는 저항 요소 중 두 개의 저항 요소는 자기 저항 특성을 가지므로 그 저항이 증가하는 양의 자계와 증가하는 음의 자계에 따라 증가한다. 자기 센서의 출력 특성이, 양과 음의 자계를 증가시키기 위한 신호가 상승하는 V 형태의 곡선이 되기 때문에 주파수 배가(doubling)가 획득된다.

Description

조정 가능한 특성을 지닌 브릿지-유형의 센서{BRIDGE TYPE SENSOR WITH TUNABLE CHARACTERISTIC}

본 발명은 브릿지 배열에 결합된 네 개의 자기 저항 요소를 이용하는 자기 센서뿐만 아니라 이것을 이용하고 제조하는 방법에 관한 것이다.

자기 센서가 특히 하드 디스크 또는 테이프용 헤드에서 데이터를 판독하기 위해 사용되거나, 각과 회전 속도를 측정하는 자동차 산업 그리고 위치 결정을 위해 사용된다는 사실이 국제출원번호 WO 02/097464로부터 알려져 있다. 자기센서는 비교적 먼지에 민감하지 않고 측정이 비 접촉 방식으로 발생하도록 하는 이점을 갖는다. 자동차 어플리케이션용 센서는 약 200℃의 고온에도 견딜 수 있다.

알려져 있는 센서에서, 자기 요소의 저항은 자기 저항 효과로 인해 자계의 크기와 배향에 종속한다. 자기 요소는 휘트스톤 브릿지 구성으로 배열된다. 상기 휘트스톤 브릿지 구성 덕분에, 센서는 단일의 자기 저항 요소의 경우 보다는 온도에 덜 민감하다. 자기 요소는 자화 축의 고정된 배향을 갖는 속박 층과 측정될 자계의 배향을 채택하는, 자화 축의 자율 배향을 갖는 층을 포함하는 거대 자기 저항(GMR) 디바이스이다. 자기 저항 값은 속박 층의 자화 축과 자유롭게 회전 가능한 자화 축 사이의 각에 의해 특히 결정된다. 휘트스톤 브릿지에서 브릿지 부분에 존 재하는 속박 층의 자화 축은 반대 방향으로 지향된다. 저항에 있어서의 차이가 있기에 두개의 브릿지 부분 사이의 출력 전압은 자계의 각과 세기의 측정인, 차동 진폭 전압 신호로 변환한다. 오프셋 전압과 오프셋 전압에서의 드리프트에 대한 민감도를 다루기 위해서, 반대 온도 계수를 갖는 보상 저항이 센서와 평행하게 결합된다.

미국 특허번호 US 6,501,271에 나타나는 또 다른 예는 온도 변화에 대한 보상을 가능하도록 휘트스톤 브릿지 구성으로 배열된 GMR(Giant Magneto resistive) 센서를 갖는다.

미국 특허출원 번호 2002/0006017로부터 알려진 또 다른 예는 각도 감지를 위해 이용되고, 비 선형성을 줄이기 위해 직렬로 결합된 정정 요소를 갖는 GMR 휘트스톤 브릿지를 도시한다. 정정 요소는 주요 감지 요소의 각과 다른 각에 놓인 자기 센서이고, 다른 각에 바이어스 자화를 갖는 속박 층을 갖는다.

국제 출원번호 WO 99/08263은, 거대 자기 저항이 두개 이상의 강자성 구성 요소와 적어도 하나의 비 자기(nonmagnetic) 구성 요소를 구비한 이질의 자기 시스템(heterogeneous)에 존재하다는 사실을 설명한다. 강자성 구성 요소에 의한 전류 캐리어의 회전에 종속하는 뿌려짐(scattering)은 강자성 구성 요소의 자화 사이의 각에 의해 GMR의 총 저항에 대한 변조를 초래한다. GMR 물질의 예는, GMR이 퍼멀로이(Permalloy) 자화의 평행한 배열을 위해 최소 저항과 퍼멀로이 자화의 비 평행 배열을 위한 최대 저항을 생성하도록 동작되는 3중층(퍼멀로이/구리/퍼멀로이)이다. 다층(multilayer) 시스템을 위한 GMR 비(ratio) 또는 계수는, 분수의 저항이 근접 층의 평행 및 비 평행 배열 사이에서 변함에 따라 한정되며 즉, ratio=AR/R이며 AR은 인가된 자계가 포화 상태로 증가됨에 따라 전기 저항에 대한 총 감소량이 되고, R은 평행의 자화 상태에서 측정되는 것과 같은 저항이 된다. 이러한 비(ratio)는 3중층 시스템에 있어서는 10% 정도이고 다층 시스템에 있어서는 20% 보다 높을 수 있다.

GMR 휘트스톤 브릿지의 표준 출력 특성은 음(-)의 자계에 있어서는 낮고 양(+)의 자계에 있어서는 높은 전형적인 S형 곡선이다. 자계가 제로 필드 근처에서 발진(oscillate)할 때, 휘트스톤 브릿지의 출력은 높은 데에서 낮은 데로 스위칭한다. 이러한 신호를 트리거에 주입함으로써, 결과 발진 자계와 동일한 주파수를 갖는 구형파가 획득된다. 생성된 자기 신호에 낮은 주파수 변형을 제공하는 디바이스에 있어서, 결과 센서 신호에서 주파수 배가(doubling)가 요구될 수 있다. 출력 특성이 출력 신호가 음(-) 및 양(+)의 필드를 증가시키기 위해 증감하는 S형 곡선에서 V형 곡선으로 변화될 때, 주파수 배가가 획득된다.

신호 곱셈기로서의 이용 목적에서, 이러한 V형 출력 곡선을 갖는 GMR 디바이스의 휘트스톤 브릿지 배열을 제공하는 것이 또한 국제 출원번호 WO 99/08263으로부터 알려져 있다. 이것은 GMR 브릿지와 증가한 감도에 대한 바크하우젠 효과를 이용한다. 입력 신호는 발진 자계의 원인이 되는 인덕터와 같은 전자기 디바이스를 구동한다. 대응하는 플럭스(flux)는 음(-)의 입력 반주기 동안 제1 피크를 갖고 양(+)의 입력 반주기 동안 제2 피크를 갖는 출력을 생성하는 GMR 브릿지에 의해 수집된다. 비 선형 전압 이동 곡선을 갖는 곱셈기(multiplier)는 기본적인 입력 주파 수의 2배가 되는 출력 주파수의 생성에 책임이 있다. 주파수 배가는 전자공학을 이용해서 획득된다.

본 발명의 목적은, 출력 주파수가 기본적인 입력 주파수의 2배가 되는 브릿지 배열로 결합된 네 개의 자기저항 요소를 이용하는 향상된 자기 센서를 제공하는 것이며, 또한 상기 자기 센서의 이용 방법 및 제조 방법에 관련한다.

제1 측면에 따르면, 본 발명은 브릿지 배열인 네 개의 저항 요소를 갖는 브리지-유형의 자기 센서를 제공하는데, 브릿지의 반대 면에 있는 저항 요소들 중 두개의 저항 요소는, 그 저항이 증가하는 양(+) 및 음(-)의 자계에 따라 증가하는 자기 저항 특성을 갖는다. 이러한 요소를 이용하는 센서의 이점은, 더 낮은 주파수 변화가 더 정확하게 그리고 세세하게 기록될 수 있다는 것이다. 생성된 자기 신호에 낮은 주파수 변화를 제공하는 자기 센서에 대해 결과 센서 신호에서 주파수 배가(doubling)가 획득될 수 있는 것은 아주 커다란 이점이다. 출력 특성이 출력 신호가 음(-) 및 양(+)의 필드를 증가시키기 위해 증감하는 종래의 S형 곡선에서 V형 곡선으로 변화되기 때문에 주파수 배가가 획득된다.

저항 요소는 예컨대, 스트립 형태로 가늘고 긴 요소가 될 수 있다. 이러한 가늘고 긴 요소는 가장 긴 치수와 평행한 세로 방향을 갖는다.

종속항에 적절한 추가적인 특징은 온도 변화와 유사한 저항 특성을 갖도록 배열되는 모든 저항 요소(들)이며, 이 저항 요소(들) 중 두개의 저항 요소는 자계에 덜 민감하도록 배열된다. 이것은 바람직한 브릿지 출력 특성이 가능하도록 도움을 줄 수 있다.

또 다른 이러한 추가적인 특징은 임의의 바이어스 방향, 자화용이축의 방향, 선폭 그리고 배향에서의 차이에 의해 덜 민감하게 되는 덜 민감한 요소이다.

종속항에 적절한 추가적인 특징은 저항 요소 중 처음 두개의 저항 요소의 자기 저항 특성에 수직으로 반사되는 자기 저항 특성에 따라 네 개의 저항 요소 중 나머지 두개의 요소가 배열되는 것이다. 이것은 더 민감함을 갖는 바람직한 브릿지 출력 특성을 가능하도록 도움을 주지만, 더 많은 제조비를 포함할 수 있다.

또 다른 이러한 추가적인 특징은 감지된 자계에 직각인 바이어스 방향을 갖는 모든 네 개의 요소이며, 브릿지의 반대 면에 있는 요소(들) 중 두개의 요소는 감지된 자계에 수직인 배향을 갖고, 나머지 두개의 요소는 필드에 평행하게 배향된다.

제2 측면에 따르면, 본 발명은 브릿지 배열로 4개의 저항 요소를 갖는 브릿지-유형의 자기 센서를 제공하며, 요소들 중 적어도 하나의 요소는 증가하는 양(+)의 자계에 따라 증가하는 저항을 가지고, 이 요소들 중 다른 하나의 요소는 증가하는 음(-)의 자계에 따라 증가하는 저항을 가지며, 브릿지의 출력의 저항이 증가하는 양(+) 및 음(-)의 자계에 따라 증가하도록 결합하여 배열된다. 이 배열의 이점은 표준 요소가 더 적은 수정으로 이용될 수 있다는 것이다.

종속항에 적합한 추가적인 특징은 온도 변화와 유사한 저항 특성을 갖도록 모든 저항 요소가 배열되고, 저항성 요소 중 두개의 요소는 자계에 덜 민감하도록 배열된다는 것이다.

또 다른 이러한 추가적인 특징은 바이어스 방향, 자화용이축(easy axis)의 방향, 선폭 그리고 배향 중의 임의의 것에 있어서의 차이에 의해 덜 민감하게 되는 덜 민감한 요소이다.

또 다른 이러한 추가적인 특징은 감지된 자계에 직각으로 배향된 네 개의 모든 요소이며, 브릿지의 반대 면에 있는 요소(들) 중 두개의 요소는 감지된 자계에 수직인 바이어스 방향을 갖고, 나머지 두개의 요소는 필드에 평행하게 상호적으로 반대인 바이어스 방향을 갖는다.

또 다른 이러한 추가적인 특징은 GMR 요소를 포함하는 자기 저항 요소이다.

임의의 추가적인 특징은 함께 결합될 수 있고,임의의 측면으로 결합된다. 다른 이점은 특히 다른 종래 기술에 대해서 당업자에게 분명해 질 것이다. 많은 변형과 정정은 본 발명의 청구범위를 벗어나지 않고 이루어 질 수 있다. 그러므로 본 발명의 형태는 단지 예시이며, 이 형태는 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것이 분명히 이해되어야 한다.

본 발명이 실행될 수 있는 방법은 첨부된 도면을 참조하여 예시로서 이제 서술될 것이다.

도 1은 기존의 GMR 센서의 특성을 도시하는 도면.

도 2는 GMR 센서의 배향을 도시하는 도면.

도 3은 두 개의 상이한 바이어스 방향과 측정 방향을 갖는 GMR 스트립을 위해 GMR 비(ratio) 대(vs) 필드(field)를 도시하는 도면.

도 4는 제1 실시예에 따라 브릿지를 도시하는 도면.

도 5는 도 4의 일 예를 위해 브릿지 출력 대(versus) 인가된 필드에 대한 그래프를 도시하는 도면.

도 6은 또 다른 실시예를 위해 인가된 필드와 비교되는 요소와 바이어스 방향의 배향을 도시하는 도면.

도 7은 도 6의 실시예를 위해 브릿지 출력 대 필드에 대한 그래프를 도시하는 도면.

도 8은 정반대의 특성을 갖는 두 개의 GMR 디바이스에 대한 GMR 비 대 필드의 그래프를 도시하는 도면.

도 9는 도 8에 관련한 디바이스를 이용하는 또 다른 실시예에 따른 브릿지 구성을 도시하는 도면.

도 10은 도 9의 실시예를 위해 네 개의 요소의 바이어스 방향의 배향을 도시한 도면.

도 11은 도 9 및 도 10의 브릿지를 위해 브릿지 출력 대 인가된 필드의 그래프를 도시한 도면.

본 발명은 특정 실시예에 대해 그리고 특정 도면을 참조하여 설명되지만, 이 발명이 이것에 제한되지 않고 오로지 청구범위에 의해서만 제한된다. 도시되는 도면은 단지 개략적이고 무제한성을 지닌다. 도면에서, 요소 중 일부의 크기는 과장되게 보여질 수 있으며 설명의 목적 상, 정확한 축적으로 도시되지 않는다. "포함 하는"의 용어가 본 발명의 상세한 설명과 청구 범위에서 사용되는 경우에, 이는 다른 요소와 단계를 배제하지 않는다. 단수 형태로 기재된 구성요소가 사용될 경우에, 이는, 그 밖의 어떤 것이 상세히 서술되지 않는 한, 복수의 구성 요소를 포함한다.

본 발명의 임의의 실시예에서, 저항성의 구성 요소 및/또는 자기 저항성의 구성 요소는 예컨대, 스트립 형태로 바람직하게 가늘고 긴 저항성의 구성 요소이다. 이 스트립은 도면에 개략적으로 도시된다. 이러한 가늘고 긴 구성 요소는 가장 긴 치수와 나란한 세로 방향을 갖는다.

제1 실시예를 설명하기 전에, 동작 원리를 이해하는 것을 돕기 위하여, MR 센서가 간단히 소개될 것이다. MR 센서는 센서의 평면을 통하는 외부 자계에 의존하는 저항을 갖는다. 다른 유형의 MR 센서가 존재한다. 이방성의 자기저항에 기초한 센서는 예를 들면, 자기 리코딩 헤드에서 사용되었다. AMR 센서는 이방성의 자기 물질로 이루어진 층을 포함한다. 이러한 물질의 자화(magnetisation)는 외부의 자계에 의해 영향을 받는다. 이러한 자화와 전류 사이의 각은 저항값을 결정한다. GMR(Giant MagnetoResistive) 센서는 스택 층(들)(이 중 하나의 스택 층은 자화의 고정된 방향을 가짐)과 자기 물질로 이루어진 하나의 층(이 층의 자기 방향은 외부 자계에 의해 영향 받을 수 있음)으로 구성된다. 측정된 저항은 자화 방향 사이의 각에 의존한다.

구성에 의존하여, MR 센서는 센서의 평면에서 하나의 방향에 있어서는 더 민감하고, 다른 방향에 있어서는 덜 민감하다. GMR 센서는 AMR 센서보다 더 민감하 다. 센서를 통해 전류를 전송함으로써, 저항 변화는 쉽게 측정될 수 있는 전압 변화로 변형될 수 있다. 센서의 저항은 전용 검출 회로를 갖는 집적 회로 내에서 또는 적절한 측정 배열을 구비한 집적 회로의 외부로부터 측정될 수 있다.

GMR 기술은, 외부 자계가 센서에 인가될 때 완전한 스택의 저항이 변하는 식의 방법으로 결합되는 자기(magnetic) 및 비 자기(non-magnetic) 물질로 구성된 얇은 층의 다층 스택으로 구성된다. 더 자세히 말하면, 이 저항은 자화가 반대 평행(anti-parallel)일 때 가장 높고 자화가 평행일 때 가장 낮은 자유 층(free layer)과 기준 층(reference layer)인, 두 자기 층 사이의 각에 의해 결정된다. 자율 자기 층은 자유롭게 회전하여 이 층에서의 자화는 외부로 인가된 자계의 방향을 대충 취하는 반면, 기준 층은 고정된 자화 방향을 갖는 층이다. 이 스택의 추가적인 상세한 설명은 미국특허 공보 US 6,501,271 B1의 'Robust Giant Magneto Resistive effect type multi layer sensor'에 발견될 수 있다.

또 다른 유형은 대량 터널 자기 저항(TMR, tunnel magnetoresistance effect) 효과를 사용한다. 50% 이상의 진폭을 갖는 TMR 효과가 도시되었지만, 강한 바이어스 전압 의존성(strong bias-voltage dependence)으로 인해, 실제 어플리케이션에서 이용 가능한 저항 변화는 전형적으로 25% 미만이다. TMR 바이어스된 센서는 자기 터널 정합(MTJ)을 갖는다. MTJ는 기본적으로 자유자기 층, 절연 층(터널 경계), 속박 자기 층 및 속박 층의 자화를 고정된 방향으로 고정하기 위해 사용되는 비 강자성 AF 층을 포함한다. 동작의 원리와 상관없는 하위층 및 다른 층이 또한 존재할 수 있다.

일반적으로, 다층에서 자화 방향이 평행일 때, GMR과 TMR은 낮은 저항을 초래하고, 자화의 배향이 직각일 때는 높은 저항을 초래한다. TMR 다층에서, 전자가 절연 장벽 층을 통과해야하기 때문에 감지 전류(sense current)는 층 평면에 수직으로 인가된다. GMR 디바이스에서 감지 전류는 보통 층의 평면에 도통한다. 원칙적으로, 센서는 자계에 대해 (고감도를 위해) 상당히 민감해야 하며, 히스테리시스(hysteresis)를 거의 갖지 않거나 전혀 갖지 않아야 한다.

GMR 스택에 있어서 최대 저항 변화는 전형적으로 6%에서 15% 사이에서 변한다. 이러한 원리에 따른 자기 센서는 전형적으로 하나 이상의 거의 직사각형 모양의 스트립으로 만들어지고, 종종 특정한 저항을 획득하기 위해 꼬불꼬불한 형태로 연결되는 GMR 물질로 구성된다. 스택에서 자유자화 층의 이방성 축은 보통 스트립으로 이루어진 축을 따라 선택된다. 자계에서 최대 저항 변화를 얻기 위해, 기준 층의 방향은 스트립 축에 직각으로 선택된다. 이러한 구성에서, 자계는 최대 저항 변화를 주기 위해 스트립의 길이 축에 직각으로 또한 인가된다.

도 1에서, 도 2의 이러한 GMR 센서 요소(10)의 R-H 출력 특성이 도시되는데, y축은 저항(R)에 있어서 정상화된 변화를 보이고 x축은 인가된 자계(H)를 보인다. 레지스터 스트립의 세로 방향에 관련한 인가된 자계의 방향은 도 1의 오른쪽 편에 도표에서 나타난다. 도 1로부터 GMR 특성의 가장 민감하고 선형적인 부분은 제로 필드 포인트 주위가 아니라 어떤 유한한 오프셋-필드(H_offset) 주위에 존재한다. R-H 특성에서 관찰된 이동은 GMR 스택 자체에서 내부의 자계와 결합(couplings)에 의해 야기되고 특정 범위 내에서 조율되거나 또는 변화되어서 세부적인 적용에 적합한 특성을 양산한다.

특성의 감도(sensitivity)는 센서의 기하학 구조에 의존하므로 세부적인 적용에 또한 적응될 수 있다. 이 문서에서 최대 감도와 선형성에 대한 포인트는 도 1에서 또한 표시되는 센서의 작용 포인트로 불린다. GMR 센서는 H_offset과 동일한 필드 강화를 갖는 일정한(constant) 자계를 GMR센서에 적용함으로써 작용 포인트 내에 설정될 수 있다. 이러한 외부 자계는 예컨대, GMR 스트립으로 통합된 코일에 의해서 또는 센서 주위에 놓인 영구 자석의 설정에 의해서 생성될 것이다. 이러한 영구 자석은 단일의 (강)자기 물질일 수 있지만, 박막 디포지션(예컨대, CoPt의 스퍼터링 디포지션)과 리소그래피 기술(리프트-오프)을 이용하여 칩 다이 자체 상에 통합된 영구 자석을 만드는 것 또한 가능하다. 이것은 단일 외부 자석보다 더 싸다는 이점이 있고, 센서와 관련한 자석의 배열은 훨씬 더 정확할 수 있다. 통합된 영구 자석의 기술은, 통합된 자계가 자기 저항 센서 요소의 바이어싱 또는 안정성을 위해 사용될 수 있는 하드 디스크와 자기 테이프 판독헤드에 알려져 있다.

이러한 영구적 자계의 필드 강화에 대한 변형이 GMR 요소의 저항에 대한 변형을 일으킬 것이라는 점이 도 1에서 분명해진다. 더 낮은 필드 강화가 저항을 감소시키는 반면에, 더 높은 필드 강화는 저항을 증가시킨다. 그러므로 영구적 자계의 변조는 센서의 출력에 있어서 변조를 야기 시킬 것이다. 본 발명의 실시예는 필드 내에 자기적으로 침투성이 있는 요소의 운동에 의해 생기는 이러한 변조를 감지 하는 데에 기초한다.

표준 GMR 스택을 이용하여 V-곡선형 반응을 제공하는 것이 하나의 목적이다. GMR 스트립의 저항이 자계 강화의 함수로서 측정된다면, 이 저항 변화는, 측정 필드가 교환 바이어싱 필드의 방향에 대하여 90도로 놓여질 때, V형 곡선을 보인다. 이러한 저항 곡선의 예는 도 3에 주어진다(위쪽 라인). 이와 같은 곡선은, 저항과 출력 신호가 증가하는 양과 음의 자계에 따라 증가하는 필요로 하는 특성을 이미 가지고 있다. 비록 단독형 GMR 요소가 바람직한 신호를 생성하기 위해 사용되더라도, 때론 이러한 요소를 휘트스톤 브릿지 구성(Wheatstone bridge configuration)으로 구현하는 것이 바람직하다. 휘트스톤 브릿지 구성의 이점은 온도 보상과 출력 신호인데, 이 출력 신호는 더 쉬운 신호 조절을 허용하는 제로 볼트 근처로 변조한다. 이와 같은 휘트스톤 브릿지 구성은 도 4에 도시된다. R₁과 R₄는 V형 특성을 보이는 자기 저항 요소이다. 휘트스톤 브릿지의 출력에서 V형 곡선을 얻기 위하여, 저항(R₂ 및 R₃)이 자계 강화에 독립적인 저항 값 또는 R₁과 R₄에 대해 수직으로 반영되는 특성을 갖는 것이 필요하다. 양호한 온도 보상과 출력 전압에서 최소한의 편차(drift)에 있어서 저항(R₂ 및 R₃)이 선택적으로 자기 저항(R₁과 R₄)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다는 사실이 요구된다.

이러한 저항이 외부 자계에 대해 영향을 받지 않도록 하기 위해, 자기 플럭스 실드(flux shield)가 이러한 저항의 상하에 놓여질 수 있다. 이 경우에, 도 5에서 도시된 출력 곡선이 그 결과가 된다. 이러한 휘트스톤 브릿지를 만드는 것은, 이 플럭스 실드 또는 가이드가 증착되고 패튼화되는 추가적인 단계를 필요로 한다. 이 플럭스 실드의 존재가 또한 감응성 좋은 저항(R₁과 R₄)에 진입하는 자계 라인에 영향을 미친다면, 바람직한 결과를 달성하는 또 다른 방법은 요소 파라미터의 일부분을 변화시키는 것이다. 일예는, 요소가 인가된 자계에 덜 민감하다는 것을 이용하여, 외부 자계에 대해 바이어스 방향, 자화 용이 축의 방향, GMR 요소의 배향 및/또는 선폭을 포함한다.

또 다른 예로서, 바이어스 방향이 GMR 요소의 세로 방향에 평행하게 취해지고 완전한 요소가, 외부 필드가 요소의 세로 방향에 직각이 되도록 위치되면, 저항은 자계에 따라 훨씬 덜 변한다. 이러한 요소의 저항 변화는 도 3에 주어진다(하위 라인). 상위 곡선(R₁과 R₄를 나타냄)이 하위 곡선보다 훨씬 더 빨리 변한다는 것을 분명히 볼 수 있다. 요소(R₂ 및 R₃)의 선폭을 감소시킴으로써, 제로 필드 주위의 더 낮은 곡선의 변화는 심지어 더 많이 감소될 수 있다. 도 6은 인가된 필드에 대한 바이어스와 GMR 요소의 방향을 도시하는 하지만, 도 7은 이러한 휘트스톤 브릿지의 출력 곡선을 보여준다. V형 출력 특성이 휘트스톤 브릿지 설계에 대한 유일한 변화를 이용함으로써 오직 하나의 바이어스 방향을 갖는 표준 GMR 스택 설계에 의해 획득될 수 있다는 점이 이러한 구조의 이점이 된다.

유사한 결과를 달성하기 위한 또 다른 방법은 표준 R-H 곡선을 추가적으로 이용하는 것이다. GMR 스트립의 표준 저항 대 자계 곡선(R-H)은, 필드가 교환 바이어스 방향에 평행한 방향으로 인가될 때 획득된다. 이러한 표준 곡선은 도 8에 주 어진다(오른쪽 반). 교환 바이어스 방향이 인가된 필드 방향에 대해서 반전될 때, R-H 곡선은 또한 반전될 것이다(도 8의 왼쪽 반). 이러한 곡선을 추가함으로써, 또 다시 V형 곡선이 획득될 수 있다. 이러한 추가는, 도 9에 따라 구성되는 경우에, 휘트스톤 브릿지에서 실행될 수 있다. 저항(R₁)은 바이어스의 하나의 방향을 이용하여 표준 R-H 곡선을 갖는 요소를 나타내는데, 저항(R₄)은 반전된 바이어스 방향을 이용하여 반전된 R-H 곡선을 갖는 요소를 나타낸다. 저항(R₂ 및 R₃)은 도 6 및 도 7에 있는 것과 동일하다. 도 10은 요소의 배향과 바이어스 방향을 보여주는데, 도 11은 이러한 휘트스톤 브릿지의 출력 특성을 보여준다. 휘트스톤 브릿지의 표준 GMR 스택과 표준 설계가 단지 바이어스의 방향만을 오로지 변화시킬 때 사용될 수 있다는 점이 이 설계의 이점이 된다. 이것은 지역적 난방(local heating)을 이용하여 해결될 수 있다.

바이어스 방향, 요소 방향, 자화용이축 방향 및 선폭의 다른 결합은 세부적인 적용에 있어서 이점이 될 수 있는 다른 휘트스톤 브릿지 출력 특성을 생기게 할 수 있다. 본 청구범위 내에서 다른 변형이 고안될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 브릿지 배열에 결합된 네 개의 자기 저항 요구를 이용하는 자기 센서뿐만 아니라 이것을 이용하고 제조하는 방법에 이용가능 하다.

Claims (10)

1. 브릿지 배열의 4개의 저항 요소를 갖는 브릿지-유형의 자기 센서로서,

   브릿지의 반대 면에 있는 요소들 중 두개의 저항 요소는, 이들의 저항값이 증가하는 양(+) 및 음(-)의 자계에 따라 증가하도록 자기 저항 특성을 갖는, 브릿지-유형의 자기 센서.
2. 제 1항에 있어서,

   네 개의 저항 요소는 온도의 변화에 대해 비슷한 저항 특성을 갖도록 배열되고, 이 중 두개의 저항 요소는 자계에 대해 덜 민감하도록 배열되는, 브릿지-유형의 자기 센서.
3. 제 2항에 있어서,

   덜 민감한 요소는 임의의 바이어스 방향, 자화용이축의 방향, 선폭 그리고 배향 중 어느 하나에서의 차이에 의해 덜 민감하게 되는, 브릿지-유형의 자기 센서.
4. 제 2항 및 제 3항에 있어서,

   네 개의 저항 요소 중 나머지 두개의 요소는 저항 요소들 중 처음 두개의 자기 저항특성에 수직으로 반사되는 자기 저항 특성에 따라 배열되는, 브릿지-유형의 자기 센서.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   네 개의 모든 요소는 감지되는 자계에 수직인 바이어스 방향을 가지는데, 브릿지의 반대 면에 있는 요소들 중 두개의 요소는 감지되는 자계에 수직인 배향을 갖고, 나머지 두개의 요소는 필드에 평행하게 배향되는, 브릿지-유형의 자기 센서.
6. 브릿지 배열의 4개의 저항 요소를 갖는 브릿지-유형의 자기 센서로서 있어서,

   요소들 중 적어도 하나의 요소는 증가하는 양(+)의 자계에 따라 증가하는 저항을 가지고, 이 요소들 중 또 다른 하나의 요소는 증가하는 음(-)의 자계에 따라 증가하는 저항을 가지며, 브릿지의 출력의 저항은 증가하는 양(+) 및 음(-)의 자기 저항에 따라 증가시키며 증가하도록 결합하기 위해 배열되는, 브릿지-유형의 자기 센서.
7. 제 6항에 있어서,

   네 개의 모든 저항 요소는 온도 변화와 비슷한 저항 특성을 갖도록 배열되고, 이 저항 요소들 중 두개의 저항 요소는 자계에 덜 민감하도록 배열되는, 브릿지-유형의 자기 센서.
8. 제 7항에 있어서,

   덜 민감한 요소는 임의의 바이어스 방향, 자화용이축의 방향, 선폭 그리고 배향 중 어느 하나에서의 차이에 의해 덜 민감하게 되는, 브릿지-유형의 자기 센서.
9. 제 6항 내지 제 8항 중의 어느 한 항에 있어서,

   네 개의 모든 요소는 감지되는 자계에 수직으로 배향되는데, 브릿지의 반대 면에 있는 요소들 중 두개의 요소는 자계에 수직인 바이어스 방향을 갖고, 나머지 두개의 요소는 둘 다 필드에 평행하게, 상호적으로 반대의 바이어스 방향을 갖는, 브릿지-유형의 자기 센서.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    자기 저항 요소는 GMR 요소를 포함하는, 브릿지-유형의 자기 센서.

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