WO2014156751A1 - 磁気センサ - Google Patents

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修二 岡部
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic sensor, and more particularly to a magnetic sensor including a magnetoresistive effect element.
  • An AMR (Anisotropic Magneto Resistance) sensor is a magnetic sensor that utilizes the change in the electrical resistance value of a ferromagnetic material in accordance with the strength of a magnetic field in a predetermined direction applied to the ferromagnetic material through which a current flows.
  • the electrical resistance value of a ferromagnet is based on the length of the path of the current flowing through the ferromagnet because the electron distribution inside the ferromagnet is distorted by a magnetic field in a predetermined direction applied to the ferromagnet. It changes by changing.
  • a magnetoresistive effect element including a ferromagnetic material has a strong directivity with respect to the direction of an applied magnetic field in a change in electric resistance value. This property is called the anisotropic magnetoresistance effect.
  • the angle formed between the direction of the magnetic field applied to the magnetoresistive element and the direction of current flow through the magnetoresistive element is 90 °, the change in the electrical resistance value of the ferromagnetic material is maximized.
  • the angle between the direction of the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element and the direction of current flow through the magnetoresistive effect element is 0 °, the change in the electrical resistance value of the ferromagnetic material is minimized.
  • the AMR sensor is a magnetic sensor that includes a magnetoresistive effect element including a ferromagnetic material and can detect a horizontal magnetic field.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-131406 is a prior art document that discloses a magnetic detection device including a magnetoresistive effect element including a ferromagnetic material.
  • the magnetoresistive element includes a stripe-shaped ferromagnetic material.
  • a magnetic sensor including a magnetoresistive effect element including a stripe-shaped ferromagnetic material detects an external magnetic field applied from a specific direction in the horizontal direction. Therefore, it is possible to detect an external magnetic field in all horizontal directions (360 °), in other words, to detect an external magnetic field applied from any direction in a plane parallel to the element surface of the magnetic sensor. Had to place multiple magnetic sensors at different angles. Furthermore, even when a plurality of magnetic sensors are arranged as described above, it is difficult to detect the external magnetic field with a certain accuracy over all horizontal directions.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic sensor capable of detecting an external magnetic field with a certain accuracy over all horizontal directions.
  • the magnetic sensor according to the present invention includes a plurality of magnetoresistive elements that are electrically connected to each other. At least one of the plurality of magnetoresistive elements includes a first pattern structure having a symmetrical shape in plan view provided on the element surface.
  • the first pattern structure has the above symmetry so that the same number of magnetic fluxes traverse the first pattern structure by an external magnetic field applied to the magnetoresistive element from any orientation in a plane parallel to the element surface. have.
  • the plurality of magnetoresistive elements include a first magnetoresistive element including a first pattern structure having a spiral shape in plan view, and the first magnetoresistive element has a resistance change rate. Are included in the second magnetoresistive effect element.
  • the second magnetoresistive element includes a second pattern structure that is a meander type in plan view provided on the element surface.
  • the line length of the second pattern structure is 10 ⁇ m or less. In one embodiment of the present invention, the first pattern structure and the second pattern structure are made of the same ferromagnetic material.
  • the first pattern structure and the second pattern structure are provided on one substrate.
  • the plurality of magnetoresistance effect elements further include a third magnetoresistance effect element including a first pattern structure and a fourth magnetoresistance effect element including a second pattern structure.
  • the first magnetoresistive element, the second magnetoresistive element, the third magnetoresistive element, and the fourth magnetoresistive element constitute a Wheatstone bridge type bridge circuit.
  • the external magnetic field can be detected with a certain accuracy over all horizontal directions.
  • FIG. 1 is a plan view of a first magnetoresistive element provided in a magnetic sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the first magnetoresistive element provided in the magnetic sensor according to one embodiment of the present invention includes a first pattern structure provided on a Si substrate (not shown) and having a spiral shape in plan view. It is out.
  • the first pattern structure has a symmetric shape in plan view and is provided on the element surface of the first magnetoresistive element. Specifically, in the first pattern structure, the same number of magnetic fluxes cross the first pattern structure by an external magnetic field applied to the first magnetoresistive element from any orientation in a plane parallel to the element surface. Has a shape having the above symmetry.
  • the first pattern structure is made of an alloy containing Ni and Fe, which are ferromagnetic materials.
  • the same magnetoresistance effect is generated by an external magnetic field applied to the first magnetoresistance effect element from any orientation in a plane parallel to the element surface.
  • FIG. 2 is a graph showing a relationship between an applied magnetic field and a resistance change rate in the first magnetoresistive effect element included in the magnetic sensor according to the present embodiment.
  • the vertical axis represents the rate of change in resistance and the horizontal axis represents the applied magnetic field.
  • the rate of change in resistance is a value obtained by subtracting the resistance value of the first magnetoresistance effect element when no magnetic field is applied from the resistance value of the first magnetoresistance effect element when the magnetic field is applied. It is a value divided by the resistance value of the first magnetoresistive element in the case of not performing, and expressed in%.
  • the lower end has a resistance change rate of 0%
  • the upper end has a resistance change rate of 1.5%.
  • the applied magnetic field is 0 mT at the center, and the applied magnetic field is 9 mT at both the left and right ends.
  • the strength of the magnetic field applied in the right direction (N direction) in FIG. 1 is shown on the right side from 0 mT in the center, and the left direction in FIG.
  • the intensity of the magnetic field applied in the (S direction) is shown.
  • the resistance change rate of the first magnetoresistive element increases. Since the first magnetoresistive element has a shape in which the first pattern structure is symmetric in plan view as described above, for example, a magnetic field in the vertical direction of FIG. 1 is applied to the first magnetoresistive element. Even when it is applied, the relationship is similar to the relationship between the applied magnetic field and the resistance change rate shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the dependency of the resistance change rate of the first magnetoresistive element included in the magnetic sensor according to the present embodiment on the orientation in which a magnetic field is applied.
  • a constant value is obtained depending on the magnetic field applied to the first magnetoresistive effect element from any orientation in a plane parallel to the element surface of the first magnetoresistive effect element.
  • a constant rate of resistance change is shown for a magnetic field of a certain strength.
  • the curve shown in FIG. 3 is a kind of Lissajous curve.
  • FIG. 4 is a plan view of an example of a magnetoresistive effect element including a meander type pattern structure.
  • the horizontal direction on the paper surface is referred to as the longitudinal direction
  • the vertical direction on the paper surface is referred to as the short direction.
  • the length of the pattern structure in the short direction is referred to as a line length.
  • FIG. 5 is a plan view showing a configuration of a magnetoresistive effect element included in the magnetic sensor according to the present embodiment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the magnetic sensor according to the present embodiment. As shown in FIGS. 5 and 6, the magnetic sensor according to the present embodiment constitutes a Wheatstone bridge type bridge circuit.
  • the magnetic sensor according to this embodiment includes first to fourth magnetoresistive elements R1 to R4, a differential amplifier, a power supply terminal Vcc to which current is input, an output terminal Out, and a ground terminal. Gnd.
  • the first magnetoresistive element R1 includes the first pattern structure described above.
  • the second magnetoresistive element R2 has a different resistance change rate from the first magnetoresistive element R1.
  • the second magnetoresistive element R2 includes a second pattern structure provided on a Si substrate (not shown).
  • the second pattern structure is a meander type in plan view, and is provided on the element surface of the second magnetoresistive element R2.
  • the second pattern structure is made of an alloy containing Ni and Fe, which are ferromagnetic materials.
  • the first pattern structure and the second pattern structure are made of the same ferromagnetic material.
  • the third magnetoresistive element R3 includes a first pattern structure.
  • the fourth magnetoresistive element R4 includes a second pattern structure.
  • the first pattern structure and the second pattern structure are provided on one Si substrate. That is, the pattern structures of the first magnetoresistive element R1, the second magnetoresistive element R2, the third magnetoresistive element R3, and the fourth magnetoresistive element R4 are provided on one Si substrate. ing.
  • the first magnetoresistive effect element R1, the second magnetoresistive effect element R2, the third magnetoresistive effect element R3, and the fourth magnetoresistive effect element R4 constitute a Wheatstone bridge type bridge circuit.
  • the magnetic sensor according to this embodiment is an AMR sensor
  • the first to fourth magnetoresistive elements R1 to R4 are AMR elements having a pattern structure made of a ferromagnetic material.
  • the line length of the second pattern structure is 10 ⁇ m or less. The reason for this will be described below.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the line length and the resistance change rate in a magnetoresistive effect element having a meander-type pattern structure in plan view.
  • the vertical axis represents the resistance change rate
  • the horizontal axis represents the line length.
  • the graph shown in FIG. 7 was created based on the experimental results.
  • a magnetoresistive effect element having a pattern structure which is composed of a ferromagnetic material and containing Ni and Fe and has a meander shape in plan view is changed by changing the line length of the pattern structure by 10 ⁇ m.
  • Each was produced.
  • a magnetic field of 9 mT was applied to each of the produced magnetoresistive elements in the longitudinal direction of the pattern structure to determine the rate of change in resistance of the magnetoresistive elements, and the graph shown in FIG. 7 was created.
  • the rate of change in resistance of the magnetoresistive element decreases as the line length of the pattern structure becomes shorter.
  • the rate of change in resistance of the magnetoresistive effect element having the line length of the pattern structure of 10 ⁇ m is less than 0.5%. Therefore, by configuring each of the second magnetoresistive element R2 and the fourth magnetoresistive element R4 to include the second pattern structure having a line length of 10 ⁇ m or less, the second magnetoresistive element with respect to the applied magnetic field.
  • the resistance change rate of each of the effect element R2 and the fourth magnetoresistance effect element R4 can be significantly reduced.
  • the magnetic sensor is applied to the first to fourth magnetoresistive elements R1 to R4 from any direction in a plane parallel to the element surfaces of the first to fourth magnetoresistive elements R1 to R4. Even with an external magnetic field, the resistance values of the first and third magnetoresistive elements R1, R3 are similarly reduced by the anisotropic magnetoresistive effect, and the resistances of the second and fourth magnetoresistive elements R2, R4 are reduced. The value hardly changes.
  • the magnetic sensor according to the present embodiment can detect the external magnetic field in all directions (360 °) in the plane parallel to the element surfaces of the first to fourth magnetoresistance effect elements R1 to R4. is there.
  • all the resistors constituting the bridge circuit are magnetoresistive elements. For this reason, all the resistors can be formed of the same material. Furthermore, all resistors can be manufactured in the same manufacturing process.
  • the pattern structures of the first to fourth magnetoresistive elements R1 to R4 are provided on one Si substrate.
  • the present invention is not limited to this, and the first to fourth magnetoresistive elements are provided.
  • the pattern structures of the effect elements R1 to R4 may be provided on different substrates, and the pattern structures may be electrically connected to each other by wire bonding or the like.
  • the manufacturing variation of the resistance value of the semiconductor resistor occurs about ⁇ 10 to 20%.
  • the temperature dependence of the resistance value is different between the semiconductor resistance and the magnetoresistive effect element. It is desirable that the four resistors constituting the bridge circuit have the same temperature coefficient.
  • the temperature dependence of the resistance value differs between the semiconductor resistor and the magnetoresistive element, which is difficult to realize. It is.
  • the external magnetic field can be detected with a certain degree of accuracy in all horizontal directions by using all the resistors constituting the bridge circuit as magnetoresistive elements.

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Abstract

　互いに電気的に接続された複数の磁気抵抗効果素子を備える。複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも１つ(Ｒ１，Ｒ３)は、素子面に設けられた平面視にて対称性をもつ形状を有する第１パターン構造を含む。第１パターン構造は、素子面と平行な面内においていずれの方位から磁気抵抗効果素子(Ｒ１，Ｒ３)に印加される外部磁界によっても、同じ数の磁束が第１パターン構造を横切るように対称性をもつ形状を有している。

Description

磁気センサ
　本発明は磁気センサに関し、特に、磁気抵抗効果素子を含む磁気センサに関する。
　ＡＭＲ(Anisotropic　Magneto　Resistance)センサは、電流が流れる強磁性体に印加される所定の方向の磁界の強さに応じて、強磁性体の電気抵抗値が変化することを利用する磁気センサである。強磁性体の電気抵抗値は、強磁性体に印加される所定の方向の磁界によって強磁性体の内部の電子分布が歪むことに起因して、強磁性体を流れる電流の経路の長さが変わることによって変化する。
　強磁性体を含む磁気抵抗効果素子は、電気抵抗値の変化において、印加される磁界の方向に対して強い指向性を有する。この性質は、異方性磁気抵抗効果と呼ばれている。磁気抵抗効果素子に印加される磁界の方向と磁気抵抗効果素子を電流が流れる方向とのなす角度が９０°の時、強磁性体の電気抵抗値の変化が最大となる。一方、磁気抵抗効果素子に印加される磁界の方向と磁気抵抗効果素子を電流が流れる方向とのなす角度が０°の時、強磁性体の電気抵抗値の変化は最小となる。ＡＭＲセンサは、強磁性体を含む磁気抵抗効果素子を備え、水平方向の磁界を検出することができる磁気センサである。
　強磁性体を含む磁気抵抗効果素子を備える磁気検出装置を開示した先行文献として、特開２００２－１３１４０６号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された磁気検出装置においては、磁気抵抗効果素子が、ストライプ状の強磁性体を含んでいる。
特開２００２－１３１４０６号公報
　ストライプ状の強磁性体を含む磁気抵抗効果素子を備える磁気センサは、水平方向のうちの特定の方位から印加される外部磁界を検出する。そのため、外部磁界を水平方向の全方位(３６０°)に亘って検出可能、言い換えると、磁気センサの素子面と平行な面内においていずれの方位から印加される外部磁界も検出可能とするためには、複数の磁気センサを異なる角度で配置しなければならなかった。さらに、上述のように複数の磁気センサを配置した場合であっても、外部磁界を水平方向の全方位に亘って一定の精度で検出することは困難であった。
　本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、外部磁界を水平方向の全方位に亘って一定の精度で検出できる、磁気センサを提供することを目的とする。
　本発明に基づく磁気センサは、互いに電気的に接続された複数の磁気抵抗効果素子を備える。複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも１つは、素子面に設けられた平面視にて対称性をもつ形状を有する第１パターン構造を含む。第１パターン構造は、素子面と平行な面内においていずれの方位から磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界によっても、同じ数の磁束が第１パターン構造を横切るように上記対称性をもつ形状を有している。
　本発明の一形態においては、上記複数の磁気抵抗効果素子は、平面視にて渦巻き形状である第１パターン構造を含む第１磁気抵抗効果素子と、第１磁気抵抗効果素子とは抵抗変化率が異なる第２磁気抵抗効果素子とを含む。
　本発明の一形態においては、第２磁気抵抗効果素子は、素子面に設けられた平面視にてミアンダ型である第２パターン構造を含む。
　本発明の一形態においては、第２パターン構造のライン長が１０μｍ以下である。
　本発明の一形態においては、第１パターン構造と第２パターン構造とが、同じ強磁性体からなる。
　本発明の一形態においては、第１パターン構造と第２パターン構造とが、１つの基板上に設けられている。
　本発明の一形態においては、上記複数の磁気抵抗効果素子は、第１パターン構造を含む第３磁気抵抗効果素子と、第２パターン構造を含む第４磁気抵抗効果素子とをさらに含む。第１磁気抵抗効果素子と第２磁気抵抗効果素子と第３磁気抵抗効果素子と第４磁気抵抗効果素子とは、ホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を構成している。
　本発明によれば、外部磁界を水平方向の全方位に亘って一定の精度で検出できる。
本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える第１磁気抵抗効果素子の平面図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える第１磁気抵抗効果素子における印加磁界と抵抗変化率との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える第１磁気抵抗効果素子の抵抗変化率における、磁界が印加される方位に対する依存性を示す図である。 ミアンダ型であるパターン構造を含む磁気抵抗効果素子の一例の平面図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える磁気抵抗効果素子の構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。 平面視にてミアンダ型であるパターン構造を有する磁気抵抗効果素子において、ライン長と抵抗変化率との関係を示すグラフである。
　以下、本発明の一実施形態に係る磁気センサについて、図面を参照しながら説明する。まず、本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える磁気抵抗効果素子について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える第１磁気抵抗効果素子の平面図である。
　図１に示すように、本発明の一実施形態に係る磁気センサが備える第１磁気抵抗効果素子は、図示しないＳｉ基板上に設けられて平面視にて渦巻き形状である第１パターン構造を含んでいる。
　第１パターン構造は、平面視にて対称性をもつ形状を有し、第１磁気抵抗効果素子の素子面に設けられている。具体的には、第１パターン構造は、素子面と平行な面内においていずれの方位から第１磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界によっても、同じ数の磁束が第１パターン構造を横切るように上記対称性をもつ形状を有している。第１パターン構造は、強磁性体であるＮｉとＦｅとを含む合金から構成されている。
　上記の構成により、第１磁気抵抗効果素子においては、素子面と平行な面内においていずれの方位から第１磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界によっても、同じ磁気抵抗効果が発生する。
　図２は、本実施形態に係る磁気センサが備える第１磁気抵抗効果素子における印加磁界と抵抗変化率との関係を示すグラフである。図２においては、縦軸に抵抗変化率、横軸に印加磁界を示している。
　ここで、抵抗変化率とは、磁界を印加した場合の第１磁気抵抗効果素子の抵抗値から、磁界を印加しない場合の第１磁気抵抗効果素子の抵抗値を引いた値を、磁界を印加しない場合の第１磁気抵抗効果素子の抵抗値で割った値であり、％で表す。図２の縦軸においては、下端は抵抗変化率が０％、上端は抵抗変化率が１．５％である。
　図２の横軸において、中央は印加磁界が０ｍＴ、左右両端は印加磁界が９ｍＴである。図２の横軸においては、中央の０ｍＴより右側に、図１における紙面右方向(Ｎ方向)に印加された磁界の強さを示し、中央の０ｍＴより左側に、図１における紙面左方向(Ｓ方向)に印加された磁界の強さを示している。
　図２に示すように、第１磁気抵抗効果素子に印加される磁界が強くなるに従って、第１磁気抵抗効果素子の抵抗変化率が増加する。なお、第１磁気抵抗効果素子は、上記のように第１パターン構造が平面視にて対称性をもつ形状を有するため、たとえば、図１における紙面上下方向の磁界が第１磁気抵抗効果素子に印加される場合であっても、図２に示す印加磁界と抵抗変化率との関係と同様の関係になる。
　図３は、本実施形態に係る磁気センサが備える第１磁気抵抗効果素子の抵抗変化率における、磁界が印加される方位に対する依存性を示す図である。図３に示すように、第１磁気抵抗効果素子においては、第１磁気抵抗効果素子の素子面と平行な面内においていずれの方位から第１磁気抵抗効果素子に印加される磁界によっても、一定の強さの磁界に対しては一定の抵抗変化率を示す。図３に示す曲線は、リサージュ曲線の一種である。
　図４は、ミアンダ型であるパターン構造を含む磁気抵抗効果素子の一例の平面図である。以下、図４に示すようにミアンダ型であるパターン構造において、紙面左右方向を長手方向、紙面上下方向を短手方向、と称する。また、短手方向におけるパターン構造の長さを、ライン長と称する。
　図５は、本実施形態に係る磁気センサが備える磁気抵抗効果素子の構成を示す平面図である。図６は、本実施形態に係る磁気センサの構成を示す回路図である。図５，６に示すように、本実施形態に係る磁気センサは、ホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を構成している。
　具体的には、本実施形態に係る磁気センサは、第１～第４磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４と、差動増幅器と、電流が入力される電源端子Ｖｃｃと、出力端子Ｏｕｔと、接地端子Ｇｎｄとを備える。
　第１磁気抵抗効果素子Ｒ１は、上記の第１パターン構造を含んでいる。第２磁気抵抗効果素子Ｒ２は、第１磁気抵抗効果素子Ｒ１とは抵抗変化率が異なる。第２磁気抵抗効果素子Ｒ２は、図示しないＳｉ基板上に設けられた第２パターン構造を含んでいる。第２パターン構造は、平面視にてミアンダ型であり、第２磁気抵抗効果素子Ｒ２の素子面に設けられている。第２パターン構造は、強磁性体であるＮｉとＦｅとを含む合金から構成されている。本実施形態においては、第１パターン構造と第２パターン構造とが、同じ強磁性体からなる。
　第３磁気抵抗効果素子Ｒ３は、第１パターン構造を含んでいる。第４磁気抵抗効果素子Ｒ４は、第２パターン構造を含んでいる。第１パターン構造と第２パターン構造とは、１つのＳｉ基板上に設けられている。すなわち、第１磁気抵抗効果素子Ｒ１、第２磁気抵抗効果素子Ｒ２、第３磁気抵抗効果素子Ｒ３、および、第４磁気抵抗効果素子Ｒ４の各々のパターン構造が、１つのＳｉ基板上に設けられている。
　第１磁気抵抗効果素子Ｒ１と第２磁気抵抗効果素子Ｒ２と第３磁気抵抗効果素子Ｒ３と第４磁気抵抗効果素子Ｒ４とが、ホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を構成している。
　上記のように、本実施形態に係る磁気センサはＡＭＲセンサであり、第１～第４磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４は強磁性体からなるパターン構造を有するＡＭＲ素子である。
　本実施形態においては、第２パターン構造のライン長は、１０μｍ以下である。この理由を以下に説明する。
　図７は、平面視にてミアンダ型であるパターン構造を有する磁気抵抗効果素子において、ライン長と抵抗変化率との関係を示すグラフである。図７においては、縦軸に抵抗変化率、横軸にライン長を示している。
　なお、図７に示すグラフは、実験結果に基づいて作成した。実験においては、まず、強磁性体であるＮｉとＦｅとを含む合金から構成されて平面視にてミアンダ型であるパターン構造を有する磁気抵抗効果素子を、パターン構造のライン長を１０μｍずつ変えてそれぞれ作製した。作製した磁気抵抗効果素子の各々に、パターン構造の長手方向に９ｍＴの磁界を印加して、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率を求め、図７に示すグラフを作成した。
　図７に示すように、パターン構造のライン長が短くなるに従って、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率が低下する。パターン構造のライン長が１０μｍである磁気抵抗効果素子の抵抗変化率は０．５％未満である。よって、第２磁気抵抗効果素子Ｒ２および第４磁気抵抗効果素子Ｒ４の各々を、ライン長が１０μｍ以下である第２パターン構造を含むように構成することによって、印加される磁界に対する第２磁気抵抗効果素子Ｒ２および第４磁気抵抗効果素子Ｒ４の各々の抵抗変化率を著しく小さくすることができる。
　本実施形態に係る磁気センサにおいては、第１～第４磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４の素子面と平行な面内においていずれの方位から第１～第４磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４に印加される外部磁界によっても、第１および第３磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ３の抵抗値は、異方性磁気抵抗効果によって同じように小さくなり、第２および第４磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ４の抵抗値はほとんど変化しない。
　その結果、図６に示す、第１および第２磁気抵抗効果素子Ｒ１，Ｒ２の中点１と、第３および第４磁気抵抗効果素子Ｒ３，Ｒ４の中点２との間に、外部磁界の強さに依存する電位差が発生する。この電位差があらかじめ設定された検出レベルを超えると、出力端子Ｏｕｔから信号が出力される。
　このように、本実施形態に係る磁気センサは、第１～第４磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４の素子面と平行な面内の全方位(３６０°)に亘って、外部磁界を検出可能である。
　また、上記のように、本実施形態に係る磁気センサにおいて、ブリッジ回路を構成する抵抗は全て磁気抵抗効果素子である。このため、全ての抵抗を同じ材料で形成することができる。さらに、全ての抵抗を同じ製造工程で製造することができる。
　なお、本実施形態に係る磁気センサにおいては、第１～第４磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４のパターン構造を１つのＳｉ基板上に設けたが、これに限られず、第１～第４磁気抵抗効果素子Ｒ１～Ｒ４のパターン構造をそれぞれ異なる基板上に設けて、各パターン構造をワイヤーボンディングなどによって互いに電気的に接続してもよい。
　ここで、第２および第４磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ４に代えて、半導体抵抗を用いることが考えられる。半導体抵抗には磁気抵抗効果が無いため、第２および第４磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ４と同じ抵抗値を持つ半導体抵抗を使用することも原理的には可能である。しかし、半導体抵抗を使用することは、下記の理由から現実的ではない。
　一つの理由は、半導体抵抗の抵抗値の製造バラつきが±１０～２０％程度発生するためである。もう一つの理由は、半導体抵抗と磁気抵抗効果素子とでは抵抗値の温度依存性が異なるためである。ブリッジ回路を構成する４つの抵抗は温度係数が同じであることが望ましい。しかし、第２および第４磁気抵抗効果素子Ｒ２，Ｒ４に代えて半導体抵抗を用いた場合、半導体抵抗と磁気抵抗効果素子とでは抵抗値の温度依存性が異なるため、これを実現することは困難である。
　本実施形態に係る磁気センサにおいては、ブリッジ回路を構成する抵抗を全て磁気抵抗効果素子とすることにより、外部磁界を水平方向の全方位に亘って一定の精度で検出できる。
　今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１，２　中点、Ｇｎｄ　接地端子、Ｏｕｔ　出力端子、Ｒ１　第１磁気抵抗効果素子、Ｒ２　第２磁気抵抗効果素子、Ｒ３　第３磁気抵抗効果素子、Ｒ４　第４磁気抵抗効果素子、Ｖｃｃ　電源端子。

Claims (7)

  1. 　互いに電気的に接続された複数の磁気抵抗効果素子を備え、
    　前記複数の磁気抵抗効果素子の少なくとも１つは、素子面に設けられた平面視にて対称性をもつ形状を有する第１パターン構造を含み、
    　前記第１パターン構造は、前記素子面と平行な面内においていずれの方位から前記磁気抵抗効果素子に印加される外部磁界によっても、同じ数の磁束が該第１パターン構造を横切るように前記対称性をもつ形状を有している、磁気センサ。
  2. 　前記複数の磁気抵抗効果素子は、平面視にて渦巻き形状である前記第１パターン構造を含む第１磁気抵抗効果素子と、該第１磁気抵抗効果素子とは抵抗変化率が異なる第２磁気抵抗効果素子とを含む、請求項１に記載の磁気センサ。
  3. 　前記第２磁気抵抗効果素子は、素子面に設けられた平面視にてミアンダ型である第２パターン構造を含む、請求項２に記載の磁気センサ。
  4. 　前記第２パターン構造のライン長が１０μｍ以下である、請求項３に記載の磁気センサ。
  5. 　前記第１パターン構造と前記第２パターン構造とが、同じ強磁性体からなる、請求項３または４に記載の磁気センサ。
  6. 　前記第１パターン構造と前記第２パターン構造とが、１つの基板上に設けられている、請求項３から５のいずれか１項に記載の磁気センサ。
  7. 　前記複数の磁気抵抗効果素子は、前記第１パターン構造を含む第３磁気抵抗効果素子と、前記第２パターン構造を含む第４磁気抵抗効果素子とをさらに含み、
    　前記第１磁気抵抗効果素子と前記第２磁気抵抗効果素子と前記第３磁気抵抗効果素子と前記第４磁気抵抗効果素子とは、ホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を構成している、請求項３から６のいずれか１項に記載の磁気センサ。
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