KR20230015389A

KR20230015389A - Linear bridge with non-linear elements for operation at high magnetic field strengths

Info

Publication number: KR20230015389A
Application number: KR1020227044271A
Authority: KR
Inventors: 레미 라살레-바리에르
Original assignee: 알레그로 마이크로시스템스, 엘엘씨
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2023-01-31
Also published as: WO2022010588A1; JP2023533717A; CN115803647A

Abstract

일 측면에서, 브리지는 제1 기준 각도를 가지는 제1 자기저항 요소; 상기 제1 자기저항 요소와 직렬이고, 제2 기준 각도를 가지는 제2 자기저항 요소; 상기 제1 자기저항 요소와 병렬이고, 상기 제1 기준 각도를 가지는 제3 자기저항 요소; 및 상기 제3 자기저항 요소와 직렬이고, 상기 제2 기준 각도를 가지는 제4 자기저항 요소를 포함한다. 상기 브리지의 출력은 영이 아닌 값들을 가지는 수평 자기장 값들의 범위에 걸쳐 선형 응답을 가지며, 수평 자기장 강도 값들의 범위는 영 에르스텟(Oe) 값들을 가지는 수직 자기장 강도 값들과 연관된다. 기준 각도는 상기 자기저항 요소가 자기장의 변화들에 가장 민감한 각도를 나타낸다.In one aspect, the bridge includes a first magnetoresistive element having a first reference angle; a second magnetoresistive element in series with the first magnetoresistive element and having a second reference angle; a third magnetoresistive element parallel to the first magnetoresistive element and having the first reference angle; and a fourth magnetoresistive element in series with the third magnetoresistive element and having the second reference angle. The output of the bridge has a linear response over a range of horizontal magnetic field values having non-zero values, the range of horizontal magnetic field strength values being associated with vertical magnetic field strength values having zero Oersted (Oe) values. The reference angle represents the angle at which the magnetoresistive element is most sensitive to changes in the magnetic field.

Description

Linear bridge with non-linear elements for operation at high magnetic field strengths

본 발명은 높은 자기장 강도들에서의 동작을 위한 비선형 요소들을 가지는 선형 브리지에 관한 것이다.The present invention relates to a linear bridge with non-linear elements for operation at high magnetic field strengths.

본 출원은 2020년 3월 18일에 출원되었고, 여기에 전체적으로 참조로 포함되는 미국 특허 출원 제16/822,488호(발명의 명칭: "비선형 요소들을 가지는 선형 브리지들(Linear Bridges Having Nonlinear Elements)")를 우선권으로 수반하는 일부 계속(CIP) 출원이다. This application is filed on March 18, 2020 and is entitled US Patent Application Serial No. 16/822,488, which is hereby incorporated by reference in its entirety, entitled "Linear Bridges Having Nonlinear Elements". is a partial continuation (CIP) application with priority.

"자기장 센싱 요소(magnetic-field sensing element)"라는 표현은 자기장을 감지할 수 있는 다양한 전자 요소들을 설명하는데 사용된다. 상기 자기장 센싱 요소는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 홀 효과(Hall Effect) 요소, 자기저항 요소, 또는 자기 트랜지스터가 될 수 있다. 알려진 비와 같이, 다른 유형들의 홀 효과 요소들, 예를 들면, 평면형 홀 요소, 수직형 홀 요소, 원형 수직 홀(CVH) 요소가 존재한다. 또한 알려진 바와 같이, 다른 유형들의 자기저항 요소들, 예를 들면, 안티몬화 인듐과 같은 반도체 자기저항 요소, 거대 자기저항(giant magnetoresistance: GMR) 요소, 이방성 자기저항(anisotropic magnetoresistance: AMR) 요소, 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance: TMR), 그리고 자기 터널 접합(magnetic tunnel junction: MTJ)이 존재한다. 상기 자기장 센성 요소는 단일의 요소가 될 수 있거나, 선택적으로는 다양한 구성들, 예를 들어, 하나 브리지나 풀(휘트스톤) 브리지로 배열되는 둘 또는 그 이상의 자기장 센싱 요소들을 포함할 수 있다. 장치 및 다른 응용 요구 사항들에 따라, 상기 자기장 센싱 요소는 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)과 같은 IV족 반도체 물질, 또는 갈륨-비소(GaAs)나 인듐 화합물, 예를 들어, 안티몬화 인듐(InSb)과 같은 III-V족 반도체 물질로 구성된 장치가 될 수 있다. The expression "magnetic-field sensing element" is used to describe various electronic elements capable of sensing a magnetic field. The magnetic field sensing element may be, but is not limited to, a Hall Effect element, a magnetoresistive element, or a magnetic transistor. As is known, there are different types of Hall effect elements, eg planar Hall elements, vertical Hall elements, circular vertical Hall (CVH) elements. Also known are other types of magnetoresistive elements, for example semiconductor magnetoresistance elements such as indium antimonide, giant magnetoresistance (GMR) elements, anisotropic magnetoresistance (AMR) elements, tunneling There is a tunneling magnetoresistance (TMR) and a magnetic tunnel junction (MTJ). The magnetic field sensing element may be a single element or may optionally include two or more magnetic field sensing elements arranged in various configurations, for example a bridge or a full (Wheatstone) bridge. Depending on the device and other application requirements, the magnetic field sensing element may be a group IV semiconductor material such as silicon (Si) or germanium (Ge), or a gallium-arsenide (GaAs) or indium compound such as indium antimonide ( InSb) may be a device composed of a group III-V semiconductor material.

알려진 바와 같이, 상술한 자기장 센싱 요소들 중의 일부는 상기 자기장 센싱 요소들을 지지하는 기판에 평행한 최대 감도의 축을 가지는 경향이 있고, 상술한 자기장 센싱 요소들 중의 다른 것들은 상기 자기장 센싱 요소들을 지지하는 기판에 직교하는 최대 감도의 축을 가지는 경향이 있다. 특히, 평면형 홀 요소들은 기판에 직교하는 감도의 축을 가지는 경향이 있는 반면, 금속계 또는 금속성 자기저항 요소들(예를 들어, GMR, TMR, AMR) 및 수직 홀 요소들은 기판에 평행한 감도의 축을 가지는 경향이 있다.As is known, some of the magnetic field sensing elements described above tend to have an axis of maximum sensitivity parallel to the substrate supporting the magnetic field sensing elements, while others of the magnetic field sensing elements described above tend to have an axis of maximum sensitivity parallel to the substrate supporting the magnetic field sensing elements. tends to have an axis of maximum sensitivity orthogonal to . In particular, planar Hall elements tend to have their axis of sensitivity orthogonal to the substrate, while metallic or metallic magnetoresistive elements (e.g., GMR, TMR, AMR) and vertical Hall elements have their axis of sensitivity parallel to the substrate. there is a tendency

본 발명은 높은 자기장 강도들에서의 동작을 위한 비선형 요소들을 가지는 선형 브리지를 제공한다.The present invention provides a linear bridge with non-linear elements for operation at high magnetic field strengths.

일 측면에서, 브리지(bridge)는 제1 기준 각도를 가지는 제1 자기저항 요소; 상기 제1 자기저항 요소와 직렬이고, 제2 기준 각도를 가지는 제2 자기저항 요소; 상기 제1 자기저항 요소와 병렬이고, 상기 제1 기준 각도를 가지는 제3 자기저항 요소; 및 상기 제3 자기저항 요소와 직렬이고, 상기 제2 기준 각도를 가지는 제4 자기저항 요소를 포함한다. 상기 브리지의 출력은 영이 아닌(non-zero) 값들을 가지는 수평 자기장 값들의 범위에 걸쳐 선형 응답을 가지며, 수평 자기장 강도 값들의 범위는 영 에르스텟(Oersted: Oe) 값들을 가지는 수직 자기장 강도 값들과 연관된다. 기준 각도는 상기 자기저항 요소가 자기장의 변화들에 가장 민감한 각도를 나타낸다.In one aspect, a bridge includes a first magnetoresistive element having a first reference angle; a second magnetoresistive element in series with the first magnetoresistive element and having a second reference angle; a third magnetoresistive element parallel to the first magnetoresistive element and having the first reference angle; and a fourth magnetoresistive element in series with the third magnetoresistive element and having the second reference angle. The output of the bridge has a linear response over a range of horizontal magnetic field values having non-zero values, the range of horizontal magnetic field strength values being associated with vertical magnetic field strength values having zero Oersted (Oe) values. do. The reference angle represents the angle at which the magnetoresistive element is most sensitive to changes in the magnetic field.

잎서의 측면은 다음의 특징들 중의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 자기저항 요소들은 각기 거대 자기저항(GMR) 요소 또는 터널링 자기저항(TMR) 요소가 될 수 있다. 상기 브리지는 상기 제1 자기저항 요소와 직렬이고, 제3 기준 각도를 가지는 제5 자기저항 요소; 및 상기 제3 자기저항 요소와 직렬이고, 상기 제3 기준 각도를 가지는 제6 자기저항 요소를 포함할 수 있다. 상기 제5 자기저항 요소 및 상기 제6 자기저항 요소는 동일하게 구성될 수 있다. 상기 제5 자기저항 요소 및 상기 제6 자기저항 요소는 동일한 필라 카운트(pillar count)로 구성될 수 있다. 각각의 상기 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 자기저항 요소들의 필라 카운트와 상기 제1, 제2 및 제3 기준 각도들은 상기 브리지가 -10℃부터 100℃까지의 온도 범위에 걸쳐 제어된 오프셋을 가지는 선형 출력을 발생시키도록 선택될 수 있다. 상기 제1 기준 각도 및 상기 제2 기준 각도는 상기 브리지의 출력이 영이 아닌 값들을 가지는 수직 자기장 강도 값들의 범위에 걸쳐 상기 선형 응답을 가지게 할 수 있다. 상기 제1 기준 각도 및 상기 제2 기준 각도는 상기 브리지의 출력이 영의 값들을 가지지 않는 수직 자기장 강도 값들의 범위에 걸쳐 상기 선형 응답을 가지게 할 수 있다. 상기 제1 자기저항 요소 및 상기 제3 자기저항 요소는 동일하게 구성될 수 있다. 상기 제1 자기저항 요소 및 상기 제3 자기저항 요소는 동일한 필라 카운트로 구성될 수 있다. 상기 제2 자기저항 요소 및 상기 제4 자기저항 요소는 동일하게 구성될 수 있다. 상기 제2 자기저항 요소 및 상기 제4 자기저항 요소는 동일한 필라 카운트로 구성될 수 있다. 상기 선형 응답은 200 Oe 보다 작지 않은 수평 자기장 값들을 포함하는 범위에 걸칠 수 있다. 상기 선형 응답은 300 Oe 보다 작지 않은 수평 자기장 값들을 포함하는 범위에 걸칠 수 있다. 상기 브리지는 -10℃로부터 100℃까지의 온도 범위에 걸쳐 상기 선형 응답을 가질 수 있다. 상기 제1 기준 각도는 상기 제2 기준 각도와 대략 직교할 수 있다. 상기 제1 기준 각도는 감지하는 센서에 대한 자기장에 대략 직교할 수 있다.An aspect of a leaf can include one or more of the following features. The first, second, third and fourth magnetoresistive elements may each be a giant magnetoresistance (GMR) element or a tunneling magnetoresistance (TMR) element. The bridge may include a fifth magnetoresistive element in series with the first magnetoresistive element and having a third reference angle; and a sixth magnetoresistive element in series with the third magnetoresistive element and having the third reference angle. The fifth magnetoresistive element and the sixth magnetoresistive element may be configured identically. The fifth magnetoresistive element and the sixth magnetoresistive element may be configured with the same pillar count. The pillar counts of each of the first, second, third, fourth, fifth and sixth magnetoresistive elements and the first, second and third reference angles indicate that the bridge has a temperature range from -10°C to 100°C. It can be selected to produce a linear output with controlled offset over a temperature range. The first reference angle and the second reference angle may cause the output of the bridge to have the linear response over a range of perpendicular field strength values having non-zero values. The first reference angle and the second reference angle may cause the output of the bridge to have the linear response over a range of perpendicular magnetic field strength values that do not have zero values. The first magnetoresistive element and the third magnetoresistive element may be identically configured. The first magnetoresistive element and the third magnetoresistive element may have the same pillar count. The second magnetoresistive element and the fourth magnetoresistive element may be identically configured. The second magnetoresistive element and the fourth magnetoresistive element may have the same pillar count. The linear response may span a range including horizontal magnetic field values not less than 200 Oe. The linear response may span a range including horizontal magnetic field values not less than 300 Oe. The bridge may have the linear response over a temperature range from -10°C to 100°C. The first reference angle may be substantially orthogonal to the second reference angle. The first reference angle may be substantially orthogonal to the magnetic field of the sensing sensor.

다른 측면에서, 카메라는 브리지를 포함하는 자기장 센서를 구비한다. 상기 브리지는 제1 기준 각도를 가지는 제1 자기저항 요소; 상기 제1 자기저항 요소와 직렬이고, 제2 기준 각도를 가지는 제2 자기저항 요소; 상기 제1 자기저항 요소와 병렬이고, 상기 제1 기준 각도를 가지는 제3 자기저항 요소; 및 상기 제3 자기저항 요소와 직렬이고, 상기 제2 기준 각도를 가지는 제4 자기저항 요소를 포함한다. 상기 브리지의 출력은 영이 아닌 값들을 가지는 수평 자기장 값들의 범위에 걸쳐 선형 응답을 가지며, 수평 자기장 강도 값들의 범위는 영 에르스텟(Oe) 값들을 가지는 수직 자기장 강도 값들과 연관된다. 기준 각도는 상기 자기저항 요소가 자기장의 변화들에 가장 민감한 각도를 나타낸다.In another aspect, the camera has a magnetic field sensor comprising a bridge. The bridge may include a first magnetoresistive element having a first reference angle; a second magnetoresistive element in series with the first magnetoresistive element and having a second reference angle; a third magnetoresistive element parallel to the first magnetoresistive element and having the first reference angle; and a fourth magnetoresistive element in series with the third magnetoresistive element and having the second reference angle. The output of the bridge has a linear response over a range of horizontal magnetic field values having non-zero values, the range of horizontal magnetic field strength values being associated with vertical magnetic field strength values having zero Oersted (Oe) values. The reference angle represents the angle at which the magnetoresistive element is most sensitive to changes in the magnetic field.

앞서의 측면은 다음의 특징들 중의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 상기 카메라는 휴대폰 장치 내에 배치될 수 있다. 상기 카메라는 자성 타겟; 초점 컨트롤러; 및 렌즈를 더 포함할 수 있다. 상기 자성 타겟의 이동은 상기 렌즈의 초점 길이를 변화시키기 위해 상기 초점 컨트롤러에 출력을 제공하도록 상기 자기장 센서에 의해 검출될 수 있다.The foregoing aspects may include one or more of the following features. The camera may be placed in a mobile phone device. The camera includes a magnetic target; focus controller; And it may further include a lens. Movement of the magnetic target can be detected by the magnetic field sensor to provide an output to the focus controller to change the focal length of the lens.

앞서의 특징들은 다음의 도면들의 설명으로부터 보다 상세하게 이해될 수 있다. 도면들은 본 발명의 기술을 설명하고 이해하는 데 기여한다. 흔히 모든 가능한 실시예들을 예시하고 설명하는 것은 종종 비실용적이거나 불가능하기 때문에, 제공되는 도면들은 하나 또는 그 이상의 예시적인 실시예들을 설시한다. 이에 따라, 도면들이 여기에 설명되는 광의의 개념들, 시스템들 및 교시들의 범주를 한정하도록 의도되는 것은 아니다. 도면들에서 동일한 참조 부호들은 동일한 요소들을 나타낸다.
도 1은 선형 자기장 센서에 대한 자기장 궤적들의 일예의 그래프이다.
도 2는 터널링 자기저항(TMR) 요소의 종래 기술의 일예의 블록도이다.
도 3은 자기저항(MR) 요소들을 포함하는 브리지에 대한 자기장 선형 궤적들의 일예의 그래프이다.
도 4는 MR 요소들을 포함하는 브리지의 일예의 회로도이다.
도 5는 상기 MR 요소들에 대한 기준 각도들을 결정하는 프로세스의 일예의 흐름도이다.
도 6a는 자기장 궤적들의 예의 그래프이다.
도 6b는 자기장 궤적들의 다른 예의 그래프이다.
도 7은 자기장 궤적들에 대한 MR 요소의 저항의 일예의 그래프이다.
도 8은 MR 요소들을 포함하는 브리지에 대해 제로 오프셋들을 가지는 자기장 궤적들의 일예의 그래프이다.
도 9는 제로 전압을 가지는 선형 응답을 발생시키도록 이용되는 MR 요소를 포함하는 브리지의 일예의 회로도이다.
도 10은 도 9의 브리지의 출력의 예의 그래프이다.
도 11은 도 9의 브리지 내의 제3 유형의 MR 요소들에 대한 기준 각도를 결정하는 프로세스의 일예의 흐름도이다.
도 12는 도 5 및/또는 도 11의 프로세스 중에서 임의의 것이 수행될 수 있는 컴퓨터의 일예의 블록도이다.
도 13은 외부 자기장 바이어스가 없는 자기장 궤적의 일예의 그래프이다.
도 14는 기준 방향이 도 13에 도시된 바와 같이 H_X-축을 따라 정렬될 때에 터널링 자기저항(TMR) 요소의 응답의 일예의 그래프이다.
도 15는 기준 방향이 도 13에 도시된 바와 같이 H_X-축에 직교할 때에 TMR의 응답의 일예의 그래프이다.
도 16은 도 13의 자기장 궤적을 검출하는 데 이용되는 선형 브리지의 일예의 회로도이다.
도 17은 도 16의 브리지의 출력의 일예의 그래프이다.
도 18a는 도 13의 자기장 궤적을 검출하기 위한 선형 브리지의 다른 예의 회로도이다.
도 18b는 도 18a의 브리지 내의 MR 요소들에 대한 기준 방향들의 일예의 그래프이다.
도 19a, 도 19b 및 도 19c는 도 18a의 선형 브리지 내의 MR 요소들에 대해 다른 온도들에 대한 저항 대 수평 자기장 강도 값들의 예들의 그래프들이다.
도 20은 다양한 온도들에 대한 도 18a의 선형 브리지의 출력들의 예들의 그래프이다.
도 21은 도 20의 그래프를 구현하는 데 이용되는 필라 카운트들 및 기준 방향들의 일예의 표이다.
도 22는 MR 요소들을 포함하는 브리지를 구비하는 카메라의 일예의 블록도이다.The foregoing features can be understood in more detail from the following description of the drawings. The drawings contribute to explaining and understanding the technology of the present invention. As it is often impractical or impossible to illustrate and describe all possible embodiments, the drawings provided illustrate one or more exemplary embodiments. Accordingly, the drawings are not intended to limit the scope of the broad concepts, systems and teachings described herein. Like reference numerals in the drawings indicate like elements.
1 is a graph of one example of magnetic field trajectories for a linear magnetic field sensor.
2 is a block diagram of an example of a prior art tunneling magnetoresistive (TMR) element.
3 is a graph of one example of magnetic field linear traces for a bridge including magnetoresistive (MR) elements.
4 is a circuit diagram of an example of a bridge including MR elements.
5 is a flow chart of one example of a process for determining reference angles for the MR elements.
6A is a graph of an example of magnetic field trajectories.
6B is another example graph of magnetic field trajectories.
7 is a graph of an example of resistance of an MR element versus magnetic field trajectories.
8 is an example graph of magnetic field trajectories with zero offsets for a bridge including MR elements.
9 is a circuit diagram of an example of a bridge including MR elements used to produce a linear response with zero voltage.
10 is a graph of an example of the output of the bridge of FIG. 9;
11 is a flow diagram of one example of a process for determining reference angles for MR elements of a third type in the bridge of FIG. 9;
FIG. 12 is a block diagram of an example of a computer upon which any of the processes of FIG. 5 and/or FIG. 11 may be performed.
13 is a graph of an example of a magnetic field trajectory without an external magnetic field bias.
14 is a graph of an example of the response of a tunneling magnetoresistive (TMR) element when the reference direction is aligned along the H _X -axis as shown in FIG. 13;
FIG. 15 is a graph of an example of the response of TMR when the reference direction is orthogonal to the H _X -axis as shown in FIG. 13 .
16 is a circuit diagram of an example of a linear bridge used to detect the magnetic field trajectory of FIG. 13;
17 is a graph of an example of the output of the bridge of FIG. 16;
18A is a circuit diagram of another example of the linear bridge for detecting the magnetic field trajectory of FIG. 13;
18B is a graph of an example of reference directions for MR elements in the bridge of FIG. 18A.
19A, 19B and 19C are graphs of examples of resistance versus horizontal field strength values for different temperatures for the MR elements in the linear bridge of FIG. 18A.
20 is a graph of examples of outputs of the linear bridge of FIG. 18A for various temperatures.
FIG. 21 is an example table of pillar counts and reference directions used to implement the graph of FIG. 20 .
22 is a block diagram of an example of a camera having a bridge including MR elements.

선형 자력계(linear magnetometer)들(선형 브리지들)을 위한 브리지들을, 예를 들면, 거대 자기저항(giant magnetoresistance: GMR) 요소들 또는 터널링 자기저항(tunneling magnetoresistance: TMR) 요소들과 같은 비선형 자기저항 요소들을 이용하여 선형 자력계(linear magnetometer)들(선형 브리지들)을 위한 브리지들을 제조하는 기술들이 여기에 설명된다. 일부 예들에서, 여기에 설명되는 기술들은 자기저항 요소들이 통상적으로 선형이 아닌 경우에 자기장 궤적(magnetic field trajectory)들 및 범위들 내에서 선형인 선형 자력계들을 구성하는 데 이용될 수 있다.Bridges for linear magnetometers (linear bridges), for example nonlinear magnetoresistance elements such as giant magnetoresistance (GMR) elements or tunneling magnetoresistance (TMR) elements. Techniques for fabricating bridges for linear magnetometers (linear bridges) using . In some examples, the techniques described herein can be used to construct linear magnetometers that are linear within magnetic field trajectories and ranges where the magnetoresistive elements are typically not linear.

도 1을 참조하면, 선형 궤적은 Hx 및 Hy 공간 내의 직선이며, 여기서 Hx는 수평 자기장 강도를 나타내고, Hy는 수직 자기장 강도를 나타낸다. 그래프(100)는 Hx＝0에르스텟(Oersted: Oe)을 중심으로 하는 선형 자기장 센서들로부터의 선형 궤적들의 예들을 포함한다. 일예에서, 선형 궤적(102)은 Hx＝0 Oe를 중심으로 두며, Hy＝0 Oe를 가진다. 다른 예에서, 선형 궤적(104)은 Hx＝0 Oe을 중심으로 하며, Hy＝고정된 영이 아닌(nonzero) 값을 가진다.Referring to FIG. 1 , a linear trajectory is a straight line in space Hx and Hy, where Hx represents the horizontal magnetic field strength and Hy represents the vertical magnetic field strength. Graph 100 includes examples of linear trajectories from linear magnetic field sensors centered at Hx=0 Oersted (Oe). In one example, the linear trajectory 102 is centered at Hx=0 Oe and has Hy=0 Oe. In another example, the linear trajectory 104 is centered at Hx = 0 Oe, and Hy = a fixed nonzero value.

여기에 더 설명되는 바와 같이, TMR 요소들 및 GMR 요소들은 선형 응답을 가지는 브리지를 구성하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 여기에 설명되는 기술을 이용하여 TMR 요소들 또는 GMR 요소들을 포함하는 브리지의 출력은 상기 수평 자기장에 대하여 선형 응답을 가진다.As described further herein, TMR elements and GMR elements may be used to construct a bridge having a linear response. For example, using the techniques described herein, the output of a bridge that includes TMR elements or GMR elements has a linear response to the horizontal magnetic field.

도 2를 참조하면, 예시적인 TMR 요소(200)는 다중 필라(pillar) TMR 요소 중에서 하나의 필라를 나타내는 층들(206, 210, 214, 218, 222, 226, 228, 232)의 스택(202)을 가질 수 있다. 대체로, 상기 층(206)은 시드 층(seed layer)(예를 들어, 구리-니켈(CuN) 층)이며, 상기 층(210)이 상기 시드 층(206) 상에 위치한다. 상기 층(210)은, 예를 들면, 백금-망간(PtMn) 또는 이리듐-망간(IrMn)을 포함한다. 상기 층(214)은 상기 층(210) 상에 위치하고, 상기 층(218)은 상기 층(214) 상에 위치한다. 일예에서, 상기 층(214)은 코발트-철(CoFe)을 포함하며, 상기 층(218)은 스페이서 층(spacer layer)이고 루테늄(Ru)을 포함한다. 상기 층(218) 상에, 마그네슘 산화물(MgO) 층(226)이 두 개의 코발트-철-붕소(CoFeB) 층들(222, 228) 사이에 개재된다. 캡 층(cap layer)(232)(예를 들어, 탄탈륨(Ta))이 상기 CoFeB 층(228) 상에 위치한다. 상기 층(214)은 상기 층(210)과 자기적으로 결합되는 단일 층의 핀층(pinned layer)이다. 층들(210, 214)을 함께 결합하는 물리적인 메커니즘은 때때로 교환 바이어스(exchange bias)로 호칭된다.Referring to FIG. 2 , an exemplary TMR element 200 is a stack 202 of layers 206 , 210 , 214 , 218 , 222 , 226 , 228 , and 232 representing a pillar among multiple pillar TMR elements. can have Typically, the layer 206 is a seed layer (eg, a copper-nickel (CuN) layer), and the layer 210 is located on the seed layer 206 . The layer 210 includes, for example, platinum-manganese (PtMn) or iridium-manganese (IrMn). The layer 214 is located on the layer 210 and the layer 218 is located on the layer 214 . In one example, the layer 214 includes cobalt-iron (CoFe) and the layer 218 is a spacer layer and includes ruthenium (Ru). On the layer 218, a magnesium oxide (MgO) layer 226 is sandwiched between two cobalt-iron-boron (CoFeB) layers 222 and 228. A cap layer 232 (eg, tantalum (Ta)) is located on the CoFeB layer 228 . The layer 214 is a single layer pinned layer that is magnetically coupled to the layer 210 . The physical mechanism that couples layers 210 and 214 together is sometimes referred to as exchange bias.

자유층(free layer)(230)은 상기 CoFeB 층(228)을 포함한다. 일부 예들에서, 상기 자유층(230)은 상기 CoFeB 층(228)과 상기 NiFe 층 사이에 니켈-철(NiFe)의 추가적인 층(도시되지 않음) 및 탄탈륨의 얇은 층(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.A free layer 230 includes the CoFeB layer 228 . In some examples, the free layer 230 may include an additional layer of nickel-iron (NiFe) (not shown) and a thin layer of tantalum (not shown) between the CoFeB layer 228 and the NiFe layer. can

상기 TMR 요소(200)를 통해 진행되는 구동 전류가 상기 스택의 층들을 통해 진행되며, 시드 및 캡 층들(206, 232)의 사이, 즉 하부 전극(204)의 표면에 직교하게 진행되는 점이 이해될 것이다. 상기 TMR 요소(200)는 상기 하부 전극(204)의 표면에 평행하고 방향(229)을 따르며, 층들(210, 214, 218, 222)로 이루어진 상기 기준층(250)의 자화 방향에도 평행하고 상기 CoFeB 층(222) 내에서 가장 뚜렷한 최대 반응축을 가질 수 있다.It will be appreciated that the driving current that passes through the TMR element 200 passes through the layers of the stack, between the seed and cap layers 206 and 232, that is, perpendicular to the surface of the lower electrode 204. will be. The TMR element 200 is parallel to the surface of the lower electrode 204 and along direction 229, parallel to the magnetization direction of the reference layer 250 made of layers 210, 214, 218, 222 and the CoFeB Layer 222 may have the most pronounced maximum reaction axis.

상기 TMR 요소(200)는 화살표(229)와 같이로 정렬되며, 상기 기준층(250)의 자기장들, 특히 핀층(222)에 평행한 최대 반응축(외부 자계들에 대한 최대 반응)을 가진다. 또한, 대체로 상기 TMR 요소(200)의 저항의 변화들을 가져오는 외부 자기장들에 의해 야기되는 상기 자유층(230)의 자화 방향은 회전하며, 이는 외부 바이어스가 존재할 경우에 외부 자계 및 상기 바이어스의 합이 상기 기준층 및 상기 자유층 사이의 각도의 변화를 야기하고 있기 때문에 각도 또는 진폭의 변화로 인한 것이 될 수 있다.The TMR element 200 is aligned as shown by arrow 229 and has a maximum response axis (maximum response to external magnetic fields) parallel to the magnetic fields of the reference layer 250, in particular the pinned layer 222. In addition, the magnetization direction of the free layer 230 caused by external magnetic fields that generally cause changes in the resistance of the TMR element 200 rotates, which is the sum of the external magnetic field and the bias in the presence of an external bias. This may be due to a change in angle or amplitude, as this is causing a change in angle between the reference layer and the free layer.

도 3을 참조하면, TMR 요소들 및 GMR 요소들은 선형 궤적들을 가지는 브리지들을 구성하는 데 사용될 수 있지만, 이들 궤적들은 상기 수직 축(Hy)에 중심을 두지 않거나, 센서 감지 축에 평행하지 않거나, 이들 모두가 되지 않는다. 예를 들면, 선형 궤적(302) 및 선형 궤적(304)은 상기 수직 축(Hy 축)에 중심을 두지 않는다. 이들 선형 궤적들은 수평 자기장(Hx)에 대해 선형의 응답을 갖는 출력을 가지는 브리지들을 구성하도록 사용될 수 있다.Referring to Figure 3, TMR elements and GMR elements can be used to construct bridges having linear trajectories, but these trajectories are not centered on the vertical axis Hy, not parallel to the sensor sensing axis, or these trajectories. not everyone For example, linear trajectory 302 and linear trajectory 304 are not centered on the vertical axis (Hy axis). These linear trajectories can be used to construct bridges with an output that has a linear response to a horizontal magnetic field (Hx).

도 4를 참조하면, 선형 브리지의 예는 브리지(402)이다. 일예에서, 상기 브리지(402)는 전류 구동 브리지이다.Referring to FIG. 4 , an example of a linear bridge is bridge 402 . In one example, the bridge 402 is a current driven bridge.

상기 브리지(402)는 자기저항(MR) 요소(404a), MR 요소(404b), MR 요소(406a) 및 MR 요소(406b)를 포함한다. 각 MR 요소(404a, 404b, 406a, 406b)는 기준 방향(reference direction)을 포함한다. 예를 들면, 상기 MR 요소(404a)는 기준 방향(414a)을 포함하고, 상기 MR 요소(404b)는 기준 방향(414b)을 포함하며, 상기 MR 요소(406a)는 기준 방향(416a)을 포함하고, 상기 MR 요소(406b)는 기준 방향(416b)을 포함한다. 여기에 사용되는 바에 있어서, 기준 방향(때때로 여기서 기준 각도(reference angle)로 지칭됨)은 상기 MR 요소가 외부 자기장에 가장 민감한 방향을 나타낸다.The bridge 402 includes a magnetoresistive (MR) element 404a, MR element 404b, MR element 406a and MR element 406b. Each MR element 404a, 404b, 406a, 406b includes a reference direction. For example, the MR element 404a includes a reference direction 414a, the MR element 404b includes a reference direction 414b, and the MR element 406a includes a reference direction 416a. and the MR element 406b includes a reference direction 416b. As used herein, reference direction (sometimes referred to herein as reference angle) refers to the direction in which the MR element is most sensitive to an external magnetic field.

상기 MR 요소(404a) 및 상기 MR 요소(404b)는 제1 유형의 MR 요소들이다. 즉, 상기 MR 요소들(404a, 404b)은 전기적으로 같고, 이들의 기준 각도들(414a, 414b)은 동일하다. 상기 제1 유형의 MR 요소는 저항 R_type1을 가진다.The MR element 404a and the MR element 404b are MR elements of the first type. That is, the MR elements 404a and 404b are electrically identical, and their reference angles 414a and 414b are identical. The first type of MR element has a resistance R _type1 .

상기 MR 요소(406a) 및 상기 MR 요소(406b)는 제2 유형의 MR 요소이다, 즉, 상기 MR 요소들(406a, 406b)은 전기적으로 같고, 이들의 기준 각도들(416a, 416b)은 동일하다. 상기 제2 유형의 MR 요소는 저항 R_type2를 가진다.The MR element 406a and the MR element 406b are MR elements of the second type, that is, the MR elements 406a and 406b are electrically identical, and their reference angles 416a and 416b are identical. do. The second type of MR element has a resistance R _type2 .

여기에 더 설명되는 바와 같이, 선형 반응을 갖는 출력을 가지는 브리지를 구현하기 위해, 상기 기준 각도들(414a, 414b) 및 상기 기준 각도들(416a, 416b)이 결정된다. 이러한 예에서, 상기 선형 브리지(402)가 전류 구동 브리지일 경우, 상기 브리지의 출력 전압은 Icc＊(R_type1-R_type2)와 동일하며, 여기서 Icc는 상기 브리지(402)에 공급되는 전류이다.As further described herein, the reference angles 414a, 414b and the reference angles 416a, 416b are determined to implement a bridge having an output with a linear response. In this example, when the linear bridge 402 is a current driven bridge, the output voltage of the bridge is equal to Icc*(R _type1 -R _type2 ), where Icc is the current supplied to the bridge 402 .

일예에서, 결정된 상기 기준 각도들(414a, 414b) 및 상기 기준 각도들(416a, 416b)로써, 상기 MR 요소들(404a, 404b)은 기준 방향을 설정하여 상기 선형 브리지(402)로부터 대부분의 신호를 제공하며, 상기 제2 유형의 MR 요소들(406a, 406b)은 상기 제2 유형의 MR 요소들(404a, 404b)의 비선형성을 상쇄할 수 있다.In one example, with the determined reference angles 414a and 414b and the reference angles 416a and 416b, the MR elements 404a and 404b establish a reference direction so that most of the signal from the linear bridge 402 , and the second type of MR elements 406a and 406b may cancel nonlinearity of the second type of MR elements 404a and 404b.

도 5를 참조하면, 기준 각도들을 결정하는 프로세스의 예는 프로세스(500)이다. 프로세스(500)는 다른 경사 각도들(502)에서 MR 요소에 대한 자기장 반응을 측정한다.Referring to FIG. 5 , an example of a process for determining reference angles is process 500 . Process 500 measures the magnetic field response of the MR element at different tilt angles 502 .

프로세스(500)는 제1 및 제2 유형들의 브리지 MR 요소들의 각각의 저항 결합에 대해 값(514)을 결정한다. 예를 들면, 저항 결합은 상기 제2 유형의 MR 요소의 저항보다 작은 제1 유형의 MR 요소의 저항이다(예를 들어, 상기 MR 요소(404a)의 저항은 상기 MR 요소(406a)의 저항(도 4 참조) 또는 (R_type1-R_type2) 보다 작다). 각 저항 결합은 값을 가진다. 일예에서, 상기 값은 영 내지 일백 사이의 값을 가지는 선형적 값이며, 여기서 영이 가장 선형적 값이고, 100이 최소의 선형적 값이다.Process 500 determines a value 514 for each resistive combination of first and second types of bridge MR elements. For example, a resistive coupling is the resistance of the MR element of the first type less than the resistance of the MR element of the second type (e.g., the resistance of the MR element 404a is less than the resistance of the MR element 406a ( 4) or smaller than (R _type1 -R _type2 )). Each resistor combination has a value. In one example, the value is a linear value ranging from zero to one hundred, where zero is the most linear value and 100 is the least linear value.

프로세스(500)는 가장 선형의 반응(518)을 나타내는 저항 결합 값들로부터 값을 선택한다. 예를 들면, 영에 가장 가까운 선형적 값이 선택된다.Process 500 selects a value from among the resistor-coupled values that exhibit the most linear response 518 . For example, a linear value closest to zero is selected.

프로세스(500)는 상기 선택된 값(522)에 대응되는 각 유형의 브리지 MR 요소에 대해 기준 각도를 선택한다. 예를 들면, 처리 블록(518)으로부터 선택된 값은 상기 제1 유형의 MR 요소들(404a, 404b)에 대한 기준 각도(414a, 414b) 및 상기 제2 유형의 MR 요소들(406a, 406b)에 대한 기준 각도(416a, 416b)와 연관된 저항 결합과 연관된다.Process 500 selects a reference angle for each type of bridge MR element corresponding to the selected value 522 . For example, the values selected from processing block 518 are the reference angles 414a, 414b for the first type of MR elements 404a, 404b and the second type of MR elements 406a, 406b. It is associated with the resistive coupling associated with the reference angles 416a and 416b for .

도 6a를 참조하면, 그래프(600)는 MR 요소에 대해 경사지고 반복되는 자기장 궤적들의 다양한 예들을 도시한다. 각각의 다른 경사진 각도들은 다른 기준 각도와 연관된다. 예를 들면, 경사진 자기장 궤적은 제1 기준 각도와 연관된 자기장 궤적(606)이다. 다른 예에서, 경사진 자기장 궤적은 제2 기준 각도와 연관된 자기장 궤적(608)이다. 상기 MR 요소의 피닝 방향(pinning direction)의 일예는 피닝 방향(602)(층(222)에 대한 피닝 방향과 유사함(도 2))이다.Referring to FIG. 6A, a graph 600 shows various examples of inclined and repeated magnetic field trajectories for an MR element. Each different inclined angle is associated with a different reference angle. For example, the inclined magnetic field trajectory is the magnetic field trajectory 606 associated with the first reference angle. In another example, the tilted magnetic field trajectory is the magnetic field trajectory 608 associated with the second reference angle. One example of the pinning direction of the MR element is pinning direction 602 (similar to the pinning direction for layer 222 (FIG. 2)).

도 6b를 참조하면, 상기 그래프(600)의 다른 예는 그래프(600')이다. 상기 그래프(600')는 200 이상의 경사진 자기장 궤적들을 도시한다. 상기 그래프(600')에서, 상기 200 이상의 경사진 자기장 궤적들을 생성하는 데 1.5°의 각도 단계가 이용되고, 2.5 Oe의 자기장 단계가 이용된다. 각 자기장 궤적은 다른 기준 각도를 나타낸다. 예를 들면, 자기장 궤적(612)은 135°의 기준 각도와 연관되고, 자기장 궤적(614)은 0°의 기준 각도와 연관된다.Referring to FIG. 6B, another example of the graph 600 is a graph 600'. The graph 600' shows more than 200 inclined magnetic field trajectories. In the graph 600', an angular step of 1.5° and a magnetic field step of 2.5 Oe are used to generate the 200 or more inclined magnetic field trajectories. Each magnetic field trajectory represents a different reference angle. For example, magnetic field trajectory 612 is associated with a reference angle of 135° and magnetic field trajectory 614 is associated with a reference angle of 0°.

도 7을 참조하면, 그래프(700)는, 예를 들면, 선형 궤적(612)에 대하여 기준 방향(602)을 가지는 MR 요소의 저항을 나타내는 각각의 라인(예를 들어, 라인(702), 라인(704))을 도시한다.Referring to FIG. 7 , a graph 700 is each line (e.g., line 702, line (704)).

도 8을 참조하면, 그래프(800)는 상기 선형 궤적들(802, 804)이 각기 위치들(806, 808)을 포함하는 점을 제외하면 그래프(300)와 동일하다. 상기 위치들(806, 808)은 상기 수평 자기장(Hx) 내에서 상기 선형 브리지가 제로 전압(zero voltage) 출력을 생성하는 것이 바람직한 경우를 나타낸다.Referring to FIG. 8 , graph 800 is identical to graph 300 except that the linear trajectories 802 and 804 include positions 806 and 808 , respectively. The positions 806 and 808 represent cases where it is desirable for the linear bridge to produce a zero voltage output within the horizontal magnetic field Hx.

도 9를 참조하면, 선형이지만 출력 전압이 제로인 지점을 포함하는 출력을 가지는 선형 브리지의 일예는 브리지(902)이다. 상기 브리지(902)는 상기 브리지(402)와 유사하지만, 제3 유형의 MR 요소들을 포함한다. 상기 제3 유형의 MR 요소들에 대한 기준 각도들은 원하는 위치(예를 들어, 위치(806) 또는 위치(808))에서 상기 수평 자기장 강도(Hx) 값이 상기 브리지(902)가 제로 출력을 가지는 지점을 구현하도록 결정된다.Referring to FIG. 9 , one example of a linear bridge that is linear but has an output that includes a point at which the output voltage is zero is bridge 902 . The bridge 902 is similar to the bridge 402, but includes MR elements of a third type. The reference angles for the third type of MR elements are such that the horizontal magnetic field strength (Hx) value at a desired position (e.g., position 806 or position 808) is such that the bridge 902 has zero output. It is decided to implement the branch.

상기 브리지(902)는 MR 요소(904a), MR 요소(904b), MR 요소(906a), MR 요소(906b), MR 요소(908a) 및 MR 요소(908b)를 포함한다. 각 MR 요소(904a, 904b, 906a, 906b, 908a, 908b)는 기준 방향을 포함한다. 예를 들면, 상기 MR 요소(904a)는 기준 방향(914a)을 포함하고, 상기 MR 요소(904b)는 기준 방향(914b)을 포함하며, 상기 MR 요소(906a)는 기준 방향(916a)을 포함하고, 상기 MR 요소(906b)는 기준 방향(916b)을 포함하며, 상기 MR 요소(908a)는 기준 방향(918a)을 포함하고, 상기 MR 요소(908b)는 기준 방향(918b)을 포함한다.The bridge 902 includes MR element 904a, MR element 904b, MR element 906a, MR element 906b, MR element 908a and MR element 908b. Each MR element 904a, 904b, 906a, 906b, 908a, 908b includes a reference direction. For example, the MR element 904a includes a reference direction 914a, the MR element 904b includes a reference direction 914b, and the MR element 906a includes a reference direction 916a. and the MR element 906b includes a reference direction 916b, the MR element 908a includes a reference direction 918a, and the MR element 908b includes a reference direction 918b.

상기 MR 요소(904a) 및 상기 MR 요소(904b)는 상기 MR 요소들(904a, 904b)이 전기적으로 동일하고, 이들의 기준 각도들(914a, 914b)이 같은 상기 제1 유형의 MR 요소이다.The MR element 904a and the MR element 904b are MR elements of the first type in which the MR elements 904a and 904b are electrically identical and their reference angles 914a and 914b are the same.

상기 MR 요소(906a) 및 상기 MR 요소(906b)는 상기 MR 요소들(906a, 906b)이 전기적으로 동일하고, 이들의 기준 각도들(916a, 916b)이 같은 상기 제2 유형의 MR 요소이다.The MR element 906a and the MR element 906b are the second type of MR element in which the MR elements 906a and 906b are electrically the same and their reference angles 916a and 916b are the same.

상기 MR 요소(908a) 및 상기 MR 요소(908b)는 상기 MR 요소들(908a, 908b)이 전기적으로 동일하고, 이들의 기준 각도들(918a, 918b)이 같은 상기 제2 유형의 MR 요소이다.The MR element 908a and the MR element 908b are the second type of MR element in which the MR elements 908a and 908b are electrically identical and their reference angles 918a and 918b are the same.

도 10을 참조하면, 그래프(1000)는, 예를 들면, 상기 브리지(902)(도 9)와 같은 브리지의 전압 출력의 일예인 곡선(1002)을 포함한다. 상기 곡선(1002)은 상기 브리지 출력이 상기 수평 자기장에 대하여 선형 응답을 가지는 것을 나타내는 실질적으로 선형이다.Referring to FIG. 10, graph 1000 includes curve 1002, which is an example of the voltage output of a bridge, such as, for example, bridge 902 (FIG. 9). The curve 1002 is substantially linear indicating that the bridge output has a linear response to the horizontal magnetic field.

도 11을 참조하면, 상기 제3 유형의 MR 요소들에 대한 기준 각도를 결정하기 위한 프로세스는 프로세스(1100)이다. 프로세스(1100)는 최소 동적 저항(dynamic resistance) 대 평균 저항(응용 자기장 궤적에 걸친) 비율(1102)을 가지는 저항을 결정한다. 예를 들면, 상기 그래프(700)에서, 상기 최소 동적 저항 대 평균 저항 비율을 가지는 저항이 결정되며, 여기서 상기 동적 저항은 인가되는 자기장과 함께 변화된다.Referring to FIG. 11 , the process for determining the reference angle for the third type of MR elements is process 1100 . Process 1100 determines a resistance having a minimum dynamic resistance to average resistance (over the applied magnetic field trajectory) ratio 1102 . For example, in the graph 700, a resistance having the minimum dynamic resistance to average resistance ratio is determined, where the dynamic resistance changes with an applied magnetic field.

프로세스(1100)는 상기 최소 동적 저항 대 평균 저항(응용 자기장 궤적에 걸친) 비율(1106)을 가지는 저항 결합과 연관된 기준 각도를 선택한다. 예를 들면, 상기 그래프(700)에서, 상기 최소 동적 저항 대 평균 저항 비율을 가지는 저항과 연관된 기준 각도가 선택된다.Process 1100 selects a reference angle associated with a resistive coupling that has the minimum dynamic to average resistance (over the applied magnetic field trajectory) ratio 1106 . For example, in the graph 700, the reference angle associated with the resistance having the minimum dynamic resistance to average resistance ratio is selected.

다른 예들에서, MR 요소들(908a, 908b)을 추가하는 대신에, 직렬 또는 병렬로 연결되면 작은 동적 저항 대 평균 저항 비율을 생성할 수 있는 다른 기준 방향들을 가지는 다른 MR 요소들의 결합이 추가될 수 있다.In other examples, instead of adding MR elements 908a, 908b, a combination of other MR elements with different reference directions that can produce a small dynamic to average resistance ratio when connected in series or parallel can be added. there is.

도 12를 참조하면, 컴퓨터의 예는 프로세서(1202), 휘발성 메모리(1204), 불휘발성 메모리(1206)(예를 들어, 하드 디스크) 및 사용자 인터페이스(UI)(1208)(예를 들어, 그래픽 사용자 인터페이스, 마우스, 키보드, 디스플레이, 터치스크린 등)를 포함하는 컴퓨터(1200)이다. 상기 불휘발성 메모리(1206)는 컴퓨터 명령들(1212), 운영 체계(1216) 및 데이터(1218)를 저장한다. 일예에서, 상기 컴퓨터 명령들(1212)은 여기에 설명되는 프로세스들(예를 들어, 프로세스(500) 및 프로세스(1100))의 전부 또는 일부를 수행하도록 휘발성 메모리(1204) 외부의 상기 프로세서(1202)에 의해 실행된다.Referring to FIG. 12 , an example of a computer includes a processor 1202, a volatile memory 1204, a non-volatile memory 1206 (e.g., a hard disk), and a user interface (UI) 1208 (e.g., graphics). A computer 1200 that includes a user interface, mouse, keyboard, display, touch screen, etc.). The nonvolatile memory 1206 stores computer instructions 1212 , an operating system 1216 and data 1218 . In one example, the computer instructions 1212 are directed to the processor 1202 external to volatile memory 1204 to perform all or part of the processes described herein (e.g., process 500 and process 1100). ) is executed by

여기에 설명되는 프로세스들(예를 들어, 프로세스(500) 및 프로세스(1100))은 도 12의 하드웨어 및 소프트웨어로 이용되는 것이 한정되지 않으며, 임의의 컴퓨팅 또는 프로세싱 환경에서 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있는 임의의 유형의 기계 또는 기계들의 세트에 응용성을 가질 수 있다. 여기에 설명되는 프로세스들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들 둘의 결합으로 구현될 수 있다. 여기에 설명되는 프로세스들은 각기 프로세서, 비일시적 기계 판독 가능 매체나 상기 프로세서에 의해 판독 가능한 다른 제조 물품(휘발성 및 불휘발성 메모리 및/또는 저장 요소들을 포함), 적어도 하나의 입력 장치, 그리고 하나 또는 그 이상의 출력 장치들을 포함하는 프로그램 가능 컴퓨터들/기계들 상에서 실행되는 컴퓨터 프로그램들로 구현될 수 있다. 프로그램 코드는 여기에 설명되는 프로세스들 중에서 임의의 것을 수행하고, 출력 정보를 발생시키도록 입력 장치를 이용하여 입력되는 데이터에 적용될 수 있다.The processes described herein (e.g., process 500 and process 1100) are not limited to being used with the hardware and software of FIG. 12, and any computing or processing environment capable of executing a computer program. may have applicability to a type of machine or set of machines. The processes described herein may be implemented in hardware, software, or a combination of both. The processes described herein may each include a processor, a non-transitory machine-readable medium or other article of manufacture readable by the processor (including volatile and non-volatile memory and/or storage elements), at least one input device, and one or more It may be implemented as computer programs running on programmable computers/machines that include the above output devices. Program code may be applied to data input using an input device to perform any of the processes described herein and generate output information.

상기 시스템은 데이터 처리 장치(예를 들어, 프로그램 가능 프로세서, 컴퓨터, 또는 다중의 컴퓨터들)에 의한 실행이나 동작을 제어하기 위해 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램 제품(예를 들어, 비일시적 기계 판독 가능 저장 매체 내)을 통해 구현될 수 있다. 각각의 이러한 프로그램은 컴퓨터 시스템과 통신하도록 고급 절차나 객체 지향 프로그래밍 언어로 구현될 수 있다. 그러나 상기 프로그램들은 어셈블리나 기계 언어로도 구현될 수 있다. 상기 언어는 번역되거나 해석된 언어가 될 수 있으며, 독립적인 프로그램으로서나 모듈, 구성 요소, 서브루틴 또는 컴퓨팅 환경에서의 이용에 적합한 다른 유닛을 포함하여 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터나 또는 하나의 사이트나 다중의 사이트들에 걸쳐 분산되고 통신 네트워크에 의해 연결된 다중의 컴퓨터들 상에서 실행되도록 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 비일시적 기계 판독 가능 매체가 여기에 설명되는 프로세스들을 수행하도록 상기 컴퓨터에 의해 판독될 때에 상기 컴퓨터를 구성하고 동작시키기 위해 범용 또는 전용 프로그램 가능 컴퓨터에 의해 판독 가능한 비일시적 기계 판독 가능 매체에 저장될 수 있다. 예를 들면, 여기에 설명되는 프로세스들도 컴퓨터 프로그램으로 구성되는 비일시적 기계 판독 가능 저장 매체로서 실행될 수 있으며, 여기서 실행에 따라 상기 컴퓨터 프로그램 내의 명령들이 상기 컴퓨터를 상기 프로세스들에 따라 동작하게 한다. 비일시적 기계 판독 가능 매체는, 이에 한정되는 것은 아니지만, 하드 드라이브, 콤팩트디스크, 플래시 메모리, 불휘발성 메모리, 휘발성 메모리, 자기 디스켓 등을 포함할 수 있으나, 자체적으로 일시적 신호를 포함하지는 않는다.The system may be at least partially a computer program product (e.g., a non-transitory machine-readable storage medium) for controlling execution or operation by a data processing device (e.g., a programmable processor, computer, or multiple computers). can be implemented through Each of these programs may be implemented in a high-level procedural or object-oriented programming language to communicate with a computer system. However, the above programs may also be implemented in assembly or machine language. The language may be a translated or interpreted language and may be deployed in any form, either as a stand-alone program or including modules, components, subroutines, or other units suitable for use in a computing environment. A computer program can be deployed to be executed on one computer or multiple computers distributed across one site or multiple sites and connected by a communication network. A computer program is stored on a non-transitory machine-readable medium readable by a general purpose or special purpose programmable computer to configure and operate a computer when the medium is read by the computer to perform the processes described herein. can be stored For example, the processes described herein may also be implemented as a non-transitory machine-readable storage medium consisting of a computer program, wherein upon execution, instructions within the computer program cause the computer to operate in accordance with the processes. Non-transitory machine-readable media may include, but are not limited to, hard drives, compact disks, flash memory, non-volatile memory, volatile memory, magnetic diskettes, etc., but do not themselves contain transitory signals.

여기에 설명되는 프로세스들이 설시된 특정한 예들에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 프로세스(500) 및 상기 프로세스(1100)가 각기 도 5 및 도 11의 특정한 처리 순서에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 도 5 및 도 11의 처리 블록들 중에서 임의의 것은 앞서 설시한 결과들을 구현하기 위해 필요에 따라 순서가 변경되거나, 결합되거나, 제거되거나, 병렬이나 직렬로 수행될 수 있다.The processes described herein are not limited to the specific examples described. For example, the process 500 and the process 1100 are not limited to the specific processing sequences of FIGS. 5 and 11, respectively. Rather, any of the processing blocks of FIGS. 5 and 11 can be changed in order, combined, removed, or performed in parallel or serially as necessary to achieve the results described above.

상기 시스템을 구현하는 것과 연관된 처리 블록들(예를 들면, 상기 프로세스(500) 및 상기 프로세스(1100))은 상기 시스템의 기능들을 수행하기 위해 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 프로그램들을 실행하는 하나 또는 그 이상의 프로그램 가능 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 상기 시스템의 전부 또는 일부는 전용 로직 회로부(예를 들어, FPGA(필드 프로그램 가능 게이트 어레이) 및/또는 ASIC(응용 주문형 집적 회로))로서 구현될 수 있다. 상기 시스템의 전부 또는 일부는, 예를 들면, 프로세서, 메모리, 프로그램 가능 로직 장치들 또는 로직 게이트들 중에서 적어도 하나와 같은 전자 장치들을 포함하는 전자적 하드웨어 회로부를 이용하여 실행될 수 있다.The processing blocks associated with implementing the system (e.g., the process 500 and the process 1100) are one or more programs that execute one or more computer programs to perform functions of the system. capable processors. All or part of the system may be implemented as dedicated logic circuitry (eg, a Field Programmable Gate Array (FPGA) and/or an Application Specific Integrated Circuit (ASIC)). All or part of the system may be implemented using electronic hardware circuitry including electronic devices such as, for example, at least one of a processor, memory, programmable logic devices, or logic gates.

도 13을 참조하면, 일부 응용들은 외부 자기장 바이어스의 부존재에서 자기장 강도에 민감한 선형 브리지를 요구한다. 예를 들면, 그래프(1300)는 감출될 수 있는 선형 브리지가 바람직한 자기장 궤적(1302)을 도시한다. 이러한 예에서, 상기 자기장 궤적(1302)은 영이 아닌 수평 자기장 강도 값들 및 영의 수직 자기장 강도 값들을 가진다. 특히, 상기 자기장 궤적(1302)의 영이 아닌 수평 자기장 강도 값들은 200 Oe 보다 크다.Referring to Figure 13, some applications require a linear bridge that is sensitive to magnetic field strength in the absence of an external magnetic field bias. For example, graph 1300 shows a magnetic field trajectory 1302 where a linear bridge that can be hidden is desired. In this example, the magnetic field trajectory 1302 has non-zero horizontal magnetic field strength values and zero vertical magnetic field strength values. In particular, non-zero horizontal magnetic field strength values of the magnetic field trajectory 1302 are greater than 200 Oe.

도 14를 참조하면, 통상적으로 GMR 및 TMR 요소들은 이들의 선형 범위 및 이들의 포화 범위를 초과하기 때문에 높은 자기장들 내에서는 기능하지 않는다. 예를 들면, 그래프(1400)에 도시한 바와 같이, TMR 요소의 저항 곡선(1402)은 상기 수평 자기장 축을 따라 정렬되는 기준 방향을 가지는 TMR 요소에 대해 500 Oe 이상의 자기장들에 대하여 강하된다. 상기 저항의 강하는 상기 기준층의 방향성의 파괴인 스핀 플롭(spin flop)에 의해 야기된다.Referring to Figure 14, typically GMR and TMR elements do not function in high magnetic fields because they exceed their linear range and their saturation range. For example, as shown in graph 1400, the resistance curve 1402 of a TMR element drops for magnetic fields of 500 Oe or greater for a TMR element whose reference direction is aligned along the horizontal magnetic field axis. The drop in resistance is caused by a spin flop, which is a breakdown of the directionality of the reference layer.

도 15를 참조하면, 스핀 플롭은 상기 기준 층의 배향에 따라 다른 곡선들을 생성할 수 있다. 예를 들면, 그래프(1500)는 상기 수평 자기장 축에 직교하게 배향되는 TMR 요소의 곡선(1502)을 도시한다. 150 Oe 내지 800 Oe에서, 상기 TMR 요소는 선형적 거동을 나타낸다. 따라서 TMR 또는 GMR 요소들의 MR 브리지는 GMR 또는 TMR 요소 단독의 선형 및 포화 범위들의 상한보다 크게 높은 자기장 강도로 동작할 수 있는 선형 센서를 구현하도록 독특한 기준 방향들(즉, 상기 센서의 감도 방향에 직교하는)을 이용하는 센서를 위해 구성될 수 있다.Referring to FIG. 15 , the spin flop may generate different curves according to the orientation of the reference layer. For example, graph 1500 shows a curve 1502 of a TMR element oriented orthogonally to the horizontal magnetic field axis. From 150 Oe to 800 Oe, the TMR element exhibits a linear behavior. Thus, the MR bridge of the TMR or GMR elements has unique reference directions (i.e., orthogonal to the sensitivity direction of the sensor) to implement a linear sensor capable of operating with magnetic field strengths that are significantly higher than the upper limit of the linear and saturation ranges of the GMR or TMR element alone. which can be configured for sensors using

도 16을 참조하면, 200 Oe 보다 큰 자기장 내에서 동작하는 선형 브리지의 예는 선형 브리지(1602)이다. 일예에서, 상기 선형 브리지(1602)는 전류 구동 브리지이다. 상기 선형 브리지(1602)는 상기 선형 브리지(1602)의 감도 방향인 방향(1650)으로 자기장 강도의 변화들을 검출하도록 구성된다. 일예에서, 상기 브리지(1602)는 상기 자기장 궤적(1302)(도 13)과 같은 자기장 궤적을 검출할 수 있다.Referring to FIG. 16 , an example of a linear bridge operating in a magnetic field greater than 200 Oe is linear bridge 1602 . In one example, the linear bridge 1602 is a current driven bridge. The linear bridge 1602 is configured to detect changes in magnetic field strength in direction 1650, which is the direction of sensitivity of the linear bridge 1602. In one example, the bridge 1602 can detect a magnetic field trajectory such as the magnetic field trajectory 1302 (FIG. 13).

상기 브리지(1602)는 MR 요소(1604a), MR 요소(1604b), MR 요소(1606a) 및 MR 요소(1606b)를 포함한다. 각 MR 요소(1604a, 1604b, 1606a, 1606b)는 기준 방향을 포함한다. 예를 들면, 상기 MR 요소(1604a)는 기준 방향(1614a)을 포함하고, 상기 MR 요소(1604b)는 기준 방향(1614b)을 포함하며, 상기 MR 요소(1606a)는 기준 방향(1616a)을 포함하고, 상기 MR 요소(1606b)는 기준 방향(1616b)을 포함한다.The bridge 1602 includes an MR element 1604a, an MR element 1604b, an MR element 1606a, and an MR element 1606b. Each MR element 1604a, 1604b, 1606a, 1606b includes a reference direction. For example, the MR element 1604a includes a reference direction 1614a, the MR element 1604b includes a reference direction 1614b, and the MR element 1606a includes a reference direction 1616a. and the MR element 1606b includes a reference direction 1616b.

상기 MR 요소(1604a) 및 상기 MR 요소(1604b)는 상기 방향(1650)을 따른 높은 자기장 강도(예를 들어, 200 Oe 보다 큰)를 위해 자기장 강도의 변화들에 보다 민감하게 사용되는 유형의 MR 요소 또는 감도 MR 요소들이다. 예를 들면, 상기 MR 요소들(1604a, 1604b)은 상기 MR 요소들(1606a, 1606b)과 비교하여 상기 선형 브리지(1602) 내의 자기장 강도의 변화들에 보다 민감하다. 상기 MR 요소들(1604a, 1604b)은 전기적으로 동일하고, 이들의 기준 방향들(1614a, 1614b)은 같다.The MR element 1604a and the MR element 1604b are used to be more sensitive to changes in magnetic field strength for high magnetic field strengths along the direction 1650 (e.g., greater than 200 Oe). elements or sensitivity MR elements. For example, the MR elements 1604a and 1604b are more sensitive to changes in magnetic field strength within the linear bridge 1602 compared to the MR elements 1606a and 1606b. The MR elements 1604a and 1604b are electrically identical, and their reference directions 1614a and 1614b are the same.

일예에서, 상기 기준 방향들(1614a, 1614b)은 상기 방향(1650)에 대략적으로 직교한다. 특정한 일예에서, 상기 기준 방향들(1614a, 1614b)은 상기 방향(1650)으로부터 80°내지 130°오프셋(offset)된다. 특정한 다른 예에서, 상기 기준 방향(1614a, 1614b)은 상기 방향(1650)으로부터 -80°내지 -130°오프셋된다.In one example, the reference directions 1614a and 1614b are approximately orthogonal to the direction 1650 . In one particular example, the reference directions 1614a and 1614b are offset from the direction 1650 by 80° to 130°. In certain other examples, the reference directions 1614a and 1614b are -80° to -130° offset from the direction 1650 .

상기 MR 요소(1606a) 및 상기 MR 요소(1606b)는 다른 MR 요소들의 비선형성을 보상하기 위해 사용되는 유형의 MR 요소 또는 보상 MR 요소들이다. 예를 들면, 상기 MR 요소들(1606a, 1606b)은 상기 MR 요소들(1604a, 1604b)의 비선형성을 보상하기 위해 사용된다. 특정한 일예에서, 상기 MR 요소들(1606a, 1606b)에 대한 필라들의 숫자는 원하는 자기장 강도 값에서 상기 브리지 출력의 제어된 오프셋을 설정하도록 선택된다. 상기 MR 요소들(1606a, 1606b)은 상기 MR 요소들(1604a, 1604b)과 비교하여 상기 선형 브리지(1602) 내의 자기장 강도의 변화들에 대한 감도를 거의 생성하지 않는다.The MR element 1606a and the MR element 1606b are types of MR elements or compensating MR elements used to compensate nonlinearity of other MR elements. For example, the MR elements 1606a and 1606b are used to compensate for nonlinearity of the MR elements 1604a and 1604b. In one specific example, the number of pillars for the MR elements 1606a, 1606b is selected to establish a controlled offset of the bridge output at a desired magnetic field strength value. The MR elements 1606a and 1606b produce little sensitivity to changes in magnetic field strength within the linear bridge 1602 compared to the MR elements 1604a and 1604b.

상기 MR 요소들(1606a, 1606b)은 전기적으로 동일하고, 이들의 기준 방향들(1616a, 1616b)은 동일하다. 일예에서, 상기 기준 방향들(1616a, 1616b)은 상기 방향(1650)에 대략 평행하다. 특정한 일예에서, 상기 기준 방향들(1616a, 1616b)은 상기 방향(1650)으로부터 -20°내지 20°오프셋된다.The MR elements 1606a and 1606b are electrically identical, and their reference directions 1616a and 1616b are identical. In one example, the reference directions 1616a and 1616b are approximately parallel to the direction 1650 . In one particular example, the reference directions 1616a and 1616b are offset from the direction 1650 by -20° to 20°.

도 17을 참조하면, 그래프(1700)는 상기 선형 브리지(1602)의 출력 신호의 예(도 16)인 곡선(1702)을 도시한다. 상기 곡선(1702)은 약 350 Oe(예를 들어, 약 300 Oe부터 약 650 Oe까지)의 선형의 범위를 가지며, 상기 선형 브리지의 출력 신호의 제어된 오프셋은 약 470 Oe에서 0mV로 설정된다. 상기 곡선(1702)은 0.7%의 적분 비선형(INL)을 가지며, 감도는 250마이크로와트(microwatt)의 전력 소모에 대해 약 0.18mV/Oe이다.Referring to FIG. 17 , graph 1700 shows curve 1702 , which is an example of the output signal of the linear bridge 1602 ( FIG. 16 ). The curve 1702 has a linear range of about 350 Oe (eg, from about 300 Oe to about 650 Oe), and the controlled offset of the output signal of the linear bridge is set to 0 mV at about 470 Oe. The curve 1702 has an integral nonlinearity (INL) of 0.7% and a sensitivity of about 0.18 mV/Oe for a power consumption of 250 microwatts.

도 18a 및 도 18b를 참조하면, 200 Oe 보다 큰 자기장 강도에서 동작하는 선형 브리지의 다른 예는 선형 브리지(1802)이다. 상기 브리지(1802)는 상기 브리지(1602)(도 16)와 유사하지만, 비선형성에 대한 보상을 수행하는 MR 요소들(도 16의 MR 요소들(1606a, 1606b))이 각기 여기에 설명되는 바와 같은 두 MR 요소들로 대체된다. 일예에서, 상기 선형 브리지(1802)는 전류 구동 브리지이다.Referring to FIGS. 18A and 18B , another example of a linear bridge that operates at field strengths greater than 200 Oe is linear bridge 1802 . The bridge 1802 is similar to the bridge 1602 (FIG. 16), but the MR elements that perform compensation for nonlinearity (MR elements 1606a, 1606b in FIG. 16) are each as described herein. Replaced by two MR elements. In one example, the linear bridge 1802 is a current driven bridge.

여기에 더 설명되는 바와 같이, 상기 브리지(1802)는 특정 온도 범위(예를 들어, -10℃ 내지 100℃)에 대해 온도에 독립적인 선형 출력을 가지도록 구성될 수 있다. 여기에 더 설명되는 바와 같이, 각각의 상기 MR 요소들(1804a, 1804b, 1806a, 1806b, 1808a, 1808b)에 대한 필라 카운트(pillar count)의 선택 및 상기 기준 방향들(1814a, 1814b, 1816a, 1816b, 1818a, 1818b)의 선택은 온도를 보상하는 데 이용될 수 있다. 예를 들면, 각 요소(1804a, 1804b, 1806a, 1806b, 1808a, 1808b)의 필라들의 숫자들 및 정확한 기준 방향들(1814a, 1814b, 1816a, 1816b, 1818a, 1818b)은 원하는 자기장 강도 값에서 제어 오프셋을 제로로 설정하면서, 온도에 걸쳐 상기 브리지(1802)의 최대 저항을 초과하지 않고, 제어된 오프셋과 감도의 온도 의존성을 가능한 한 많이 감소시키도록 선택된다.As further described herein, the bridge 1802 can be configured to have a temperature independent linear output over a specific temperature range (eg, -10°C to 100°C). As described further herein, selection of a pillar count for each of the MR elements 1804a, 1804b, 1806a, 1806b, 1808a, 1808b and the reference directions 1814a, 1814b, 1816a, 1816b , 1818a, 1818b) can be used to compensate for temperature. For example, the number of pillars of each element 1804a, 1804b, 1806a, 1806b, 1808a, 1808b and the exact reference directions 1814a, 1814b, 1816a, 1816b, 1818a, 1818b can be controlled offset from the desired magnetic field strength value. is chosen to reduce the temperature dependence of the controlled offset and sensitivity as much as possible without exceeding the maximum resistance of the bridge 1802 over temperature, setting β to zero.

상기 선형 브리지(1802)는 상기 자기장 궤적(1842)과 같은 자기장 궤적 내의 자기장 강도 변화들을 검출하기 위해 상기 선형 브리지(1802)의 감도 방향인 방향(1850)으로 자기장 강도의 변화들을 검출하도록 구성된다. 상기 자기장 궤적(1302)(도 13)과 마찬가지로, 상기 자기장 궤적(1842)은 영이 아닌 수평 자기장 강도 값들 및 영의 수직 자기장 강도 값들을 가진다. 특히, 상기 자기장 궤적(1842)의 영이 아닌 수평 자기장 강도 값들은 200 Oe 보다 크다.The linear bridge 1802 is configured to detect changes in magnetic field strength in a direction 1850 to which the linear bridge 1802 is sensitive to detect magnetic field strength changes within a magnetic field trajectory, such as the magnetic field trace 1842. Like the magnetic field trace 1302 (FIG. 13), the magnetic field trace 1842 has non-zero horizontal magnetic field strength values and zero vertical magnetic field strength values. In particular, non-zero horizontal magnetic field strength values of the magnetic field trajectory 1842 are greater than 200 Oe.

상기 브리지(1802)는 MR 요소(1804a), MR 요소(1804b), MR 요소(1806a), MR 요소(1806b), MR 요소(1808a) 및 MR 요소(1808b)를 포함한다. 상기 MR 요소(1804a)는 기준 방향(1814a)을 포함하고, 상기 MR 요소(1804b)는 기준 방향(1814b)을 포함하며, 상기 MR 요소(1806a)는 기준 방향(1816a)을 포함하고, 상기 MR 요소(1806b)는 기준 방향(1816b)을 포함하며, 상기 MR 요소(1808a)는 기준 방향(1818a)을 포함하고, 상기 MR 요소(1808b)는 기준 방향(1818b)을 포함한다.The bridge 1802 includes an MR element 1804a, MR element 1804b, MR element 1806a, MR element 1806b, MR element 1808a, and MR element 1808b. The MR element 1804a includes a reference direction 1814a, the MR element 1804b includes a reference direction 1814b, the MR element 1806a includes a reference direction 1816a, and the MR element 1804a includes a reference direction 1816a. Element 1806b includes a reference direction 1816b, the MR element 1808a includes a reference direction 1818a, and the MR element 1808b includes a reference direction 1818b.

상기 MR 요소(1804a) 및 상기 MR 요소(1804b)는 MR 요소들(1604a, 1604b)(도 16)과 유시한 감도 MR 요소들이다. 상기 MR 요소들(1804a, 1804b)은 전기적으로 동일하고, 이들의 기준 방향들(1814a, 1814b)은 같다.The MR element 1804a and 1804b are sensitive MR elements similar to MR elements 1604a and 1604b (FIG. 16). The MR elements 1804a and 1804b are electrically identical, and their reference directions 1814a and 1814b are the same.

일예에서, 상기 기준 방향들(1814a, 1814b)은 상기 선형 센서(1802)의 감도 방향(1850)에 직교한다. 특정한 일예에서, 상기 기준 방향들(1814a, 1814b)은 상기 방향(1850)으로부터 80°내지 130°오프셋된다. 특정한 다른 예에서, 상기 기준 방향들(1814a, 1814b)은 상기 방향(1850)으로부터 -80°내지 -130°오프셋된다.In one example, the reference directions 1814a and 1814b are orthogonal to the sensitivity direction 1850 of the linear sensor 1802 . In one specific example, the reference directions 1814a and 1814b are offset from the direction 1850 by 80° to 130°. In certain other examples, the reference directions 1814a and 1814b are -80° to -130° offset from the direction 1850 .

상기 MR 요소들(1806a, 1806b) 및 상기 MR 요소들(1808a, 1808b)은 MR 요소들(1606a, 1606b)(도 16)과 유사한 보상 MR 요소들이며, 상기 MR 요소들(1804a, 1804b)의 비선형성을 보상하는 데 이용된다. 상기 MR 요소들(1806a, 1806b)은 전기적으로 동일하고, 이들의 기준 각도들(1816a, 1816b)은 같다. 상기 MR 요소들(1808a, 1808b)은 전기적으로 동일하고, 이들의 기준 각도들(1818a, 1818b)은 같다.The MR elements 1806a, 1806b and the MR elements 1808a, 1808b are compensating MR elements similar to the MR elements 1606a, 1606b (FIG. 16), and the nonlinear It is used to compensate for gender. The MR elements 1806a and 1806b are electrically identical, and their reference angles 1816a and 1816b are equal. The MR elements 1808a and 1808b are electrically identical, and their reference angles 1818a and 1818b are equal.

상기 MR 요소들(1806a, 1806b, 1808a, 1808b)은 상기 MR 요소들(1804a, 1804b)과 비교할 경우에 상기 선형 브리지(1802) 내에 감도를 거의 생성하지 않는다. 상기 MR 요소들(1806a, 1806b, 1808a, 1808b)은 상기 MR 요소들(1804a, 1804b)의 비선형성을 보상하는 데 사용된다. 특정한 일예에서, 상기 MR 요소들(1806a, 1806b, 1808a, 1808b)에 대한 필라들의 숫자는 상기 MR 요소들(1804a, 1806b)의 비선형성을 상쇄하도록 선택된다.The MR elements 1806a, 1806b, 1808a, 1808b produce little sensitivity within the linear bridge 1802 when compared to the MR elements 1804a, 1804b. The MR elements 1806a, 1806b, 1808a, and 1808b are used to compensate for nonlinearity of the MR elements 1804a and 1804b. In one particular example, the number of pillars for the MR elements 1806a, 1806b, 1808a, 1808b is selected to cancel the non-linearity of the MR elements 1804a, 1806b.

일예에서, 상기 기준 방향들(1816a, 1816b)은 상기 방향(1850)에 대략 역평행하다. 특정한 일예에서, 상기 기준 방향들(1816a, 1816b)은 상기 방향(1850)으로부터 160°내지 200°오프셋된다. 특정한 일예에서, 상기 기준 방향들(1816a, 1816b)은 상기 MR 요소들(1806a, 1806)의 저항이 이들의 최대 저항에 있도록 선택된다.In one example, the reference directions 1816a and 1816b are approximately antiparallel to the direction 1850 . In one specific example, the reference directions 1816a and 1816b are offset from the direction 1850 by 160° to 200°. In one particular example, the reference directions 1816a and 1816b are selected such that the resistance of the MR elements 1806a and 1806 is at their maximum resistance.

일예에서, 상기 기준 방향들(1818a, 1818b)은 상기 방향(1850)에 대략 평행하다. 특정한 일예에서, 상기 기준 방향들(1816a, 1816b)은 상기 방향(1850)으로부터 -20°내지 20°오프셋된다. 특정한 일예에서, 상기 기준 방향들(1818a, 1818b)은 상기 MR 요소들(1808a, 1808b)의 저항이 이들의 최소 저항에 있도록 선택된다.In one example, the reference directions 1818a and 1818b are approximately parallel to the direction 1850 . In one particular example, the reference directions 1816a and 1816b are offset from the direction 1850 by -20° to 20°. In one specific example, the reference directions 1818a and 1818b are selected such that the resistance of the MR elements 1808a and 1808b is at their minimum resistance.

특정한 일예에서, 상기 MR 요소들(1806a, 1806b)의 필라들의 숫자는 상기 MR 요소들(1806a, 1806b) 및 상기 MR 요소들(1808a, 1808b)의 합의 온도 계수가 상기 MR 요소들(1804a, 1804b)의 온도 계수와 상대적으로 가깝도록 선택된다. 일예에서, 각각의 상기 MR 요소들(1804a, 1804b, 1806a, 1806b, 1808a, 1808b)에 대한 필라들의 숫자는 최적화 프로세스에서 상기 기준 방향과 함께 선택된다.In a specific example, the number of pillars of the MR elements 1806a, 1806b is such that the temperature coefficient of the sum of the MR elements 1806a, 1806b and the MR elements 1808a, 1808b is the number of the MR elements 1804a, 1804b. ) is chosen to be relatively close to the temperature coefficient of In one example, the number of pillars for each of the MR elements 1804a, 1804b, 1806a, 1806b, 1808a, 1808b is selected along with the reference direction in an optimization process.

도 19a를 참조하면, 그래프(1900)는 상기 MR 요소들(1804a, 1804b)의 저항 R_A 대 다른 온도들에 대한 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1902)은 -9.5℃의 온도에서 상기 저항 R_A대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1904)은 27.5℃의 온도에서 상기 저항 R_A대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1906)은 59.0℃의 온도에서 상기 저항 R_A대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1908)은 69.7℃의 온도에서 상기 저항 R_A대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1910)은 90.7℃의 온도에서 상기 저항 R_A대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다.Referring to FIG. 19A , a graph 1900 plots resistance R _A of the MR elements 1804a and 1804b versus horizontal magnetic field strength for different temperatures. For example, curve 1902 plots the resistance R _A versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of -9.5°C. For example, curve 1904 plots the resistance R _A versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 27.5°C. For example, curve 1906 plots the resistance R _A versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 59.0°C. For example, curve 1908 plots the resistance R _A versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 69.7°C. For example, curve 1910 plots the resistance R _A versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 90.7°C.

도 19b를 참조하면, 그래프(1940)는 상기 MR 요소들(1806a, 1806b)의 저항 R_B 대 다른 온도들에 대한 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1942)은 -9.5℃의 온도에서 상기 저항 R_B대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1944)은 27.5℃의 온도에서 상기 저항 R_B대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1946)은 59.0℃의 온도에서 상기 저항 R_B대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1948)은 69.7℃의 온도에서 상기 저항 R_B대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1950)은 90.7℃의 온도에서 상기 저항 R_B대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다.Referring to FIG. 19B , a graph 1940 plots resistance R _B of the MR elements 1806a and 1806b versus horizontal magnetic field strength for different temperatures. For example, curve 1942 plots the resistance R _B versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of -9.5°C. For example, curve 1944 plots the resistance R _B versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 27.5°C. For example, curve 1946 plots the resistance R _B versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 59.0°C. For example, curve 1948 plots the resistance R _B versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 69.7°C. For example, curve 1950 plots the resistance R _B versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 90.7°C.

도 19c를 참조하면, 그래프(1960)는 상기 MR 요소들(1808a, 1808b)의 저항 R_C 대 다른 온도들에 대한 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1952)은 -9.5℃의 온도에서 상기 저항 R_C대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1954)은 27.5℃의 온도에서 상기 저항 R_C대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1956)은 59.0℃의 온도에서 상기 저항 R_C대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1958)은 69.7℃의 온도에서 상기 저항 R_C대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(1960)은 90.7℃의 온도에서 상기 저항 R_C대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다.Referring to FIG. 19C , a graph 1960 plots resistance R _C of the MR elements 1808a and 1808b versus horizontal magnetic field strength for different temperatures. For example, curve 1952 plots the resistance R _C versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of -9.5°C. For example, curve 1954 plots the resistance R _C versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 27.5°C. For example, curve 1956 plots the resistance R _C versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 59.0°C. For example, curve 1958 plots the resistance R _C versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 69.7°C. For example, curve 1960 plots the resistance R _C versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 90.7°C.

도 20을 참조하면, 그래프(2000)는 선형 브리지(예를 들어, 상기 선형 브리지(1802)(도 18a))의 출력 대 도 19a 내지 도 19c에 이용된 다른 온도들에 대한 수평 자기장 강도 값들을 도시한다. 도 20에 도시한 바와 같이, 상기 MR 요소들(1804a, 1804b, 1806a, 1806b, 1808a, 1808b)에 대한 상기 필라 카운트 및 기준 방향(1814a, 1814b, 1816a, 1816b, 1818a, 1818b)의 선택은 상기 선형 브리지의 출력이 -10℃ 내지 100℃에서 온도와 독립적이 되게 할 수 있다.Referring to FIG. 20, a graph 2000 plots the output of a linear bridge (e.g., the linear bridge 1802 (FIG. 18A)) versus horizontal magnetic field strength values for the different temperatures used in FIGS. 19A-19C. show 20, selection of the pillar count and reference directions 1814a, 1814b, 1816a, 1816b, 1818a, 1818b for the MR elements 1804a, 1804b, 1806a, 1806b, 1808a, and 1808b The output of the linear bridge can be made temperature independent from -10°C to 100°C.

예를 들면, 곡선(2002)은 -9.5℃의 온도에서 상기 브리지 출력 대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(2004)은 27.5℃의 온도에서 상기 브리지 출력 대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(2006)은 59.0℃의 온도에서 상기 브리지 출력 대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(2008)은 69.7℃의 온도에서 상기 브리지 출력 대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다. 예를 들면, 곡선(2010)은 90.7℃의 온도에서 상기 브리지 출력 대 상기 수평 자기장 강도를 도시한다.For example, curve 2002 plots the bridge output versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of -9.5°C. For example, curve 2004 plots the bridge output versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 27.5°C. For example, curve 2006 plots the bridge output versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 59.0°C. For example, curve 2008 plots the bridge output versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 69.7°C. For example, curve 2010 plots the bridge output versus the horizontal magnetic field strength at a temperature of 90.7°C.

도 21을 참조하면, 표(2100)는 도 20의 선형 곡선들(2002, 2004, 2006, 2008, 2010)을 구현하기 위해 상기 MR 요소들(1804a, 1804b, 1806a, 1806a, 1808a, 1808a)에 대해 선택되는 필라 카운트 및 기준 각도를 나타낸다. 예를 들면, 상기 MR 요소들(1804a, 1804b)은 각기 17.5의 필라 카운트를 가지고, 상기 기준 각도들(1814a, 1814b)은 각기 -112.75°이며, 상기 MR 요소들(1806a, 1806b)은 각기 6의 필라 카운트를 가지며, 상기 기준 각도들(1816a, 1816b)은 각기 175°이고, 상기 MR 요소들(1808a, 1808b)은 각기 12.5의 필라 카운트를 가지며, 상기 기준 각도들(1818a, 1816b)은 각기 -8°이다.Referring to FIG. 21, a table 2100 shows the MR elements 1804a, 1804b, 1806a, 1806a, 1808a, and 1808a to implement the linear curves 2002, 2004, 2006, 2008, and 2010 of FIG. Indicates the pillar count and reference angle selected for For example, the MR elements 1804a and 1804b each have a pillar count of 17.5, the reference angles 1814a and 1814b each have a -112.75°, and the MR elements 1806a and 1806b each have a 6 has a pillar count of , the reference angles 1816a and 1816b are each 175°, the MR elements 1808a and 1808b each have a pillar count of 12.5, and the reference angles 1818a and 1816b are each It is -8°.

도 22를 참조하면, 여기에 설명되는 선형 브리지들(예를 들어, 상기 브리지(402), 상기 브리지(1002), 상기 브리지(1602), 상기 브리지(1802))은 카메라에 사용될 수 있다. 일예에서, 상기 카메라는 휴대폰에 사용될 수 있다. 상기 카메라(2200)는 자기장 센서(2204), 초점 컨트롤러(2224), 렌즈(2236) 및 자성 타겟(2236)을 포함한다.Referring to FIG. 22 , the linear bridges described herein (eg, the bridge 402 , the bridge 1002 , the bridge 1602 , and the bridge 1802 ) may be used in a camera. In one example, the camera may be used in a mobile phone. The camera 2200 includes a magnetic field sensor 2204, a focus controller 2224, a lens 2236 and a magnetic target 2236.

상기 자기장 센서(2204)는 브리지(2212)를 포함한다. 일예에서, 상기 브리지(2212)는 상기 브리지(402)와 유사하다. 다른 예에서, 상기 브리지(2212)는 상기 브리지(1002)와 유사하다. 다른 예에서, 상기 브리지(2212)는 상기 브리지(1602)와 유사하다. 또 다른 예에서, 상기 브리지(2212)는 상기 브리지(1902)와 유사하다.The magnetic field sensor 2204 includes a bridge 2212. In one example, the bridge 2212 is similar to the bridge 402 . In another example, the bridge 2212 is similar to the bridge 1002 . In another example, the bridge 2212 is similar to the bridge 1602. In another example, the bridge 2212 is similar to the bridge 1902.

일예에서, 상기 자성 타겟(2236)은 상기 렌즈(2236)의 초점 길이를 변화시키기 위해 상기 초점 컨트롤러(2224)에 출력을 제공하도록 이동될 수 있고, 상기 자기장 센서(2204)에 의해 검출될 수 있다.In one example, the magnetic target 2236 can be moved to provide an output to the focus controller 2224 to change the focal length of the lens 2236, which can be detected by the magnetic field sensor 2204. .

여기에 설명되는 다른 실시예들의 요소들은 앞서 구체적으로 설시하지 않은 다른 실시예들을 구현하기 위해 결합될 수 있다. 단일의 실시예의 내용에서 설명되는 다양한 요소들도 별도로 제공될 수 있거나, 임의의 적합한 하위 결합으로 제공될 수 있다. 여기서 구체적으로 설명되지 않은 다른 실시예들도 다음의 특허 청구 범위의 범주 내에 속한다.Elements of different embodiments described herein may be combined to implement other embodiments not specifically described above. Various elements that are described in the context of a single embodiment may also be provided separately or in any suitable subcombination. Other embodiments not specifically described herein are within the scope of the following claims.

Claims

In the bridge,
a first magnetoresistive element having a first reference angle;
a second magnetoresistive element in series with the first magnetoresistive element and having a second reference angle;
a third magnetoresistive element parallel to the first magnetoresistive element and having the first reference angle; and
a fourth magnetoresistive element in series with the first magnetoresistive element and having the second reference angle;
the output of the bridge has a linear response over a range of horizontal magnetic field values having non-zero values;
The range of horizontal magnetic field strength values is associated with vertical magnetic field strength values having zero Oersted (Oe) values,
The reference angle represents the angle at which the magnetoresistive element is most sensitive to changes in the magnetic field.

The bridge according to claim 1, wherein the first, second, third and fourth magnetoresistive elements are giant magnetoresistance (GMR) elements or tunnel magnetoresistance (TMR) elements, respectively. .

According to claim 1,
a fifth magnetoresistive element in series with the first magnetoresistive element and having a third reference angle; and
and a sixth magnetoresistive element in series with the third magnetoresistive element and having the third reference angle.

4. The bridge according to claim 3, wherein the fifth magnetoresistive element and the sixth magnetoresistive element are identically constructed.

5. The bridge of claim 4, wherein the fifth magnetoresistive element and the sixth magnetoresistive element are comprised of the same pillar count.

6. The method of claim 5, wherein the pillar count of each of the first, second, third, fourth, fifth and sixth magnetoresistive elements and the first, second and third reference angles are -10 The bridge of claim 1 , wherein the bridge is selected to produce a linear output with controlled offset over a temperature range from °C to 100 °C.

2. The bridge of claim 1, wherein the first reference angle and the second reference angle cause the output of the bridge to have the linear response over a range of perpendicular field strength values having non-zero values.

8. The bridge of claim 7, wherein the first reference angle and the second reference angle cause the output of the bridge to have the linear response over a range of non-zero values of perpendicular magnetic field strength.

2. The bridge according to claim 1, wherein the first magnetoresistive element and the third magnetoresistive element are identically constructed.

10. The bridge of claim 9, wherein the first magnetoresistive element and the third magnetoresistive element consist of the same pillar count.

11. The bridge according to claim 10, wherein the second magnetoresistive element and the fourth magnetoresistive element are identically configured.

12. The bridge of claim 11, wherein the second magnetoresistive element and the fourth magnetoresistive element consist of the same pillar count.

2. The bridge of claim 1, wherein the linear response spans a range including horizontal magnetic field values not less than 200 Oe.

14. The bridge of claim 13, wherein the linear response spans a range including horizontal magnetic field values not less than 300 Oe.

14. The bridge of claim 13, wherein the bridge has the linear response over a temperature range from -10°C to 100°C.

2. The bridge of claim 1, wherein the first reference angle is substantially orthogonal to the second reference angle.

17. The bridge of claim 16, wherein the first reference angle is approximately orthogonal to the magnetic field for the sensing sensor.

in the camera,
A magnetic field sensor comprising a bridge, wherein the bridge comprises:
a first magnetoresistive element having a first reference angle;
a second magnetoresistive element in series with the first magnetoresistive element and having a second reference angle;
a third magnetoresistive element parallel to the first magnetoresistive element and having the first reference angle; and
a fourth magnetoresistive element in series with the third magnetoresistive element and having the second reference angle;
the output of the bridge has a linear response over a range of horizontal magnetic field values having non-zero values;
the range of horizontal magnetic field strength values is associated with vertical magnetic field strength values having zero Oersted (Oe) values;
The camera, characterized in that the reference angle represents the angle at which the magnetoresistive element is most sensitive to changes in the magnetic field.

19. The camera according to claim 18, wherein the camera is disposed within a mobile phone device.

According to claim 18,
magnetic target;
focus controller; and
Including more lenses,
Movement of the magnetic target is detected by the magnetic field sensor to provide an output to the focus controller to change the focal length of the lens.