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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf integrierte Schaltungssensoren (IC-Sensoren; IC = integrated circuit), und insbesondere auf magnetoresistive IC-Winkelsensoren.
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Magnetoresistive Sensoren können anisotrope magnetoresistive ((AMR), Giant-magnetoresistive (GMR), Tunnel-magnetoresistive (TMR) und andere Techniken umfassen, die kollektiv als xMR-Techniken bezeichnet werden. XMR-Sensoren können für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, die unter anderem Magnetfeld- und Stromsensoren, Geschwindigkeitssensoren, Rotationssensoren und Winkelsensoren umfassen.
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Die Genauigkeit von AMR-Winkelsensoren ist durch Effekte der magnetischen Anisotropie und Hysterese begrenzt. Schlüsseleinflussfaktoren sind magnetische Bereiche in der Nähe des Strukturrandes, da die Formanisotropie, die durch das Entmagnetisierungsfeld verursacht wird, in der Nähe der Kante oder des Randes am Stärksten ist. Ferner können Defekte an dem Rand, die sich auf den Ätzprozess beziehen, als Pinning-Zentren wirken, die potentiell zu einer Bereichserzeugung führen, die verantwortlich ist für Hysterese-Effekte. Während die Formanisotropie durch Verwenden breiterer AMR-Streifen reduziert werden kann, erfordert dies eine größere Chipgröße sowie einen größeren Signalfeldmagneten.
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Bei GMR- und TMR-Winkelsensoren jedoch sind AMR-Effekte parasitär und unerwünscht. TMR-Strukturen erfordern üblicherweise einen oberen Kontakt und einen unteren Kontakt, um einen Strom senkrecht zu der Sensorebene zu induzieren. Wenn ein TMR-Strom-In-Ebene-(CIP-TMR; current-in-plane)Konzept verwendet wird, können dieselben Strukturen wie für GMR-Sensoren verwendet werden, wodurch ein höheres Sensorsignal erhalten wird. Die Hauptgründe, warum der Winkelfehler nach einer vollen Kompensation verbleibt, sind Magnet-Anisotropie-Effekte und, wie vorangehend erwähnt wurde, AMR-Effekte, die als parasitär betrachtet werden. AMR-Effekte können unterdrückt werden unter Verwendung von geformten Mäandern mit Orthogonal-Streifen-Längsachsen. Um jeglichen verbleibenden Anisotropie-Effekt zu reduzieren, kann die Streifenbreite breiter gemacht werden, wodurch die Chipgröße vergrößert wird, was unerwünscht ist und die Kosten erhöht.
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Daher verbleibt ein Bedarf nach einem verbesserten xMR-Sensor.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorelement, einen Sensor und ein Verfahren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf xMR-Sensoren, Sensorelemente und Strukturen und Verfahren. Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Sensorelement eine nicht längliche xMR-Struktur auf; und eine Mehrzahl von Kontaktregionen, die auf der xMR-Struktur gebildet sind, beabstandet voneinander, derart, dass eine nicht homogene Stromrichtung und Stromdichteverteilung in der xMR-Struktur induziert werden, wenn eine Spannung zwischen der Mehrzahl von Kontaktregionen angelegt ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Sensor ein erstes, nicht längliches xMR-Element mit einer Mehrzahl von Kontaktregionen auf, die auf dem ersten xMR-Element gebildet sind, beabstandet voneinander derart, dass eine lokal nicht homogene Stromrichtung und Stromdichteverteilung in dem ersten xMR-Element induziert werden, wenn eine Spannung zwischen der Mehrzahl von Kontaktregionen angelegt ist, und eine Nettostromrichtung in dem ersten xMR-Element eine erste Achse definiert; und ein zweites, nicht längliches xMR-Element mit einer Mehrzahl von Kontaktregionen, die auf dem zweiten xMR-Element gebildet sind, beabstandet voneinander derart, dass eine lokal nicht homogene Stromrichtung und Stromdichteverteilung in dem zweiten xMR-Element induziert werden, wenn eine Spannung zwischen der Mehrzahl der Kontaktregionen angelegt ist und eine Nettostromrichtung in dem zweiten xMR-Element eine zweite Achse definiert, wobei die zweite Achse im Wesentlichen orthogonal im Hinblick auf die erste Achse ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Sensorelement ein nicht längliches xMR-Element; eine erste Kontaktregion, die auf dem xMR-Element gebildet ist und mit einem ersten Anschluss gekoppelt ist; eine zweite Kontaktregion, die auf dem xMR-Element gebildet ist und mit einem zweiten Anschluss gekoppelt ist und von der ersten Kontaktregion entlang einer ersten Kontaktachse beabstandet ist; und eine dritte Kontaktregion, die auf dem xMR-Element gebildet ist und mit dem zweiten Anschluss gekoppelt ist und von der ersten Kontaktregion entlang einer zweiten Kontaktachse beabstandet ist, die 90 Grad im Hinblick auf die erste Kontaktachse gedreht ist, auf.
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Bei einem Ausführungsbeispiel weist ein Verfahren das Bilden eines xMR-Sensorelements; das Bilden einer Mehrzahl von Kontaktregionen auf dem xMR-Sensorelement beabstandet voneinander und in der Nähe eines Randes des xMR-Sensorelements; und das Verursachen, dass ein Strom in dem xMR-Sensorelement mit einer lokal nicht homogenen Stromrichtung und Stromdichteverteilung fließt, auf.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm einer xMR-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ein Diagramm einer xMR-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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3 ein Diagramm einer simulierten Stromrichtungsverteilung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 2;
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4 ein Diagramm einer simulierten Stromdichteverteilung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 2;
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5 ein Verteilungshistogram von Stromwinkeln im Hinblick auf die vertikale Achse für den 0–90-Grad-Quadranten für das Ausführungsbeispiel von 2;
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6A ein Diagramm einer xMR-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6B ein Diagramm einer xMR-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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6C ein Diagramm einer xMR-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7 ein Diagramm einer simulierten Stromrichtungsverteilung gemäß dem Ausführungsbeispiel von 6;
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8 ein Diagramm einer simulierten Stromdichteverteilung gemäß dem Ausführungsbeispiel von 6;
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9 ein Verteilungshistogram von Stromwinkeln im Hinblick auf die vertikale Achse für den 0–90-Grad-Quadranten für das Ausführungsbeispiel von 6;
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10 ein Diagramm einer xMR-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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11 ein Diagramm einer simulierten Stromrichtungsverteilung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 10;
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12 ein Diagramm einer simulierten Stromdichteverteilung gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 10;
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13 ein Verteilungshistogram von Stromwinkeln im Hinblick auf die vertikale Achse für den 0–90-Grad-Quadranten für das Ausführungsbeispiel von 10;
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14 ein Diagramm einer xMR-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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15 ein Diagramm einer simulierten Stromdichteverteilung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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16 ein Diagramm einer xMR-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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17 ein Diagramm einer xMR-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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18 ein Diagramm einer simulierten Stromrichtungsverteilung gemäß dem Ausführungsbeispiel von 17;
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19 ein Diagramm einer simulierten Stromdichteverteilung gemäß dem Ausführungsbeispiel von 17; und
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20 ein Diagramm einer xMR-Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Während die Erfindung an verschiedene Modifikationen und alternative Formen anpassbar ist, wurden spezifische Details derselben beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden detailliert beschrieben. Es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass es nicht die Absicht ist, die Erfindung auf die bestimmten, beschriebenen Ausführungsbeispiele zu beschränken. Im Gegenteil, die Erfindung soll alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abdecken, die in das Wesen und den Schutzbereich der Erfindung fallen, wie sie durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
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Ausführungsbeispiele beziehen sich auf xMR-Sensoren, die xMR-Strukturen mit sehr geringen Form-Anisotropie-Effekten aufweisen. Die xMR-Strukturen können anisotrope magnetoresistive(AMR-), Giant-magnetoresistive(GMR-) oder Tunnel-magnetoresistive(TMR-)Techniken aufweisen. Bei Ausführungsbeispielen können die xMR-Strukturen derart geformt sein, dass sie orthogonale Nettostromrichtungen aufweisen, die z. B. rund sind. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die xMR-Strukturen quadratisch, oval, leicht rechteckig, oktagonal, hexagonal sein oder eine andere mehrseitige Konfiguration aufweisen. Im Allgemeinen sind die xMR-Strukturen nicht länglich mit einer Breite oder einer ersten lateralen Abmessung, die nicht wesentlich größer oder kleiner ist als eine Länge oder eine zweite laterale Abmessung, die ungefähr mit 90 Grad zu der ersten lateralen Abmessung genommen wird, oder bei denen ein Verhältnis der ersten Abmessung zu der zweiten Abmessung weniger als ungefähr 1,5 bei Ausführungsbeispielen ist. Ausführungsbeispiele weisen ferner Punktstromkontakte, Streifenstromkontakte oder andere Kontakt- und Kontaktregionstrukturen auf, die konfiguriert sind, um eine Verteilung von positiven und negativen Winkeln im Hinblick auf den Nettostrom zu erhalten.
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Ausführungsbeispiele ermöglichen dadurch, dass Harmonische- bzw. Oberwellen-Filterungseffekte verwendet werden. Ferner ist die Stromdichte bei Ausführungsbeispielen nicht homogen und in magnetisch nachteilhaften Kantenregionen reduziert. Ferner kann aufgrund des Kontaktentwurfs bei Ausführungsbeispielen die Stromverteilung modifiziert werden, um eine Abweichung der Winkelverteilung der Stromrichtungen zu erreichen und daher den Oberwellenfilterungseffekt zu variieren und individuall anzupassen. Zusätzlich dazu wird der Quadratwiderstand wesentlich verbessert im Vergleich zu einer Struktur mit einer homogenen Stromverteilung über die volle Strukturbreite, wodurch der Leistungsverbrauch bei derselben Sensorgröße reduziert wird.
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Unterschiedliche Kontaktentwürfe können die Verteilungen von Stromwinkeln und Stromdichten beeinflussen. Im Hinblick auf die individuelle Anpassung des Kontaktentwurfs kann ein Konzept für eine monolithische Integration von AMR-Strukturen, wie z. B. in der gemeinsam zugewiesenen
DE 10 2005 047482 A1 offenbart ist, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist, betrachtet werden. Bezug nehmend auf
1 wird ein Kontakt zwischen dem xMR-Abschnitt, hier bezeichnet als GMR, zu dem Verdrahtungsmetall, durch leitfähige Durchkontaktierungen unter einer AMR-Struktur hergestellt. Da die Durchkontaktierungsgröße bei Ausführungsbeispielen bis zu 0,4 Mikrometer (μm) mal 0,4 μm klein sein kann oder von größerer Größe sein kann, wie z. B. lange Durchkontaktierungen oder Streifenkontakte, ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Kontaktentwürfen möglich. Ferner können auch leitfähige Durchkontaktierungen verwendet werden, um hochleitfähige (im Vergleich zu dem AMR-Material) Regionen zu bilden, um die Stromverteilung zu beeinflussen. Bei Ausführungsbeispielen, die nachfolgend detaillierter erörtert werden, weisen Kontaktregionen Metall auf und/oder sind zumindest teilweise metallisch.
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Daher und Bezug nehmend auf 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines kreisförmigen xMR-Elements oder einer -Struktur 202 gezeigt, wie z. B. der AMR bei dem Ausführungsbeispiel von 2 in Kombination mit Punktkontaktregionen 204. Punktkontaktregionen 204 können nahe aber beabstandet von einem Rand bzw. einer Kante einer xMR-Struktur 202 angeordnet sein. Bei Ausführungsbeispielen können Punktkontaktregionen 204 Durchkontaktierungen aufweisen, um die xMR-Struktur 202 mit einem darunter liegenden Verdrahtungsmetall oder einer anderen Struktur zu koppeln.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein Durchmesser der xMR-Struktur 202 ungefähr 14 μm und ein Durchmesser der Kontaktregionen 204 ist ungefähr 1 μm oder kleiner, obwohl diese und andere Abmessungen bei anderen Ausführungsbeispielen variieren können. Zum Beispiel kann ein Durchmesser einer xMR-Struktur 202 von ungefähr 1 μm bis ungefähr 100 μm oder mehr bei Ausführungsbeispielen variieren, wie z. B. ungefähr 5 μm bis ungefähr 20 μm bei Ausführungsbeispielen. Während die xMR-Struktur 202 bei dem Ausführungsbeispiel von 2 im Wesentlichen rund ist, kann die Form bei anderen Ausführungsbeispielen variieren und kann z. B. länglich oder mehrseitig sein, wie z. B. ein Hexagon, Oktagon, Quadrat oder eine andere Form.
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Wenn eine Spannung an Kontaktregionen 204 angelegt ist, variieren Stromrichtungen lokal. 3 zeigt für ein Ausführungsbeispiel einer xMR-Struktur 202 eine simulierte lokale Verteilung von resultierenden Stromrichtungen im Hinblick auf die vertikale Achse, die durch den Stromgradienten definiert ist. 3 zeigt, wie die Stromrichtungsverteilung bei Struktur 202 durch individuelles Anpassen der Kontaktregionen 204 verändert werden kann, im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen, die die Geometrie der xMR-Struktur selbst verändert haben.
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Der AMR-Effekt ist proportional zu sin(α)2, wobei α der Winkel zwischen der Magnetisierung und der Stromrichtung ist. Daher sind der positive und negative Winkel im Hinblick auf die vertikale Achse äquivalent, so wie der obere und untere Halbraum. Somit werden nur Winkel zwischen 0 und 90 Grad berücksichtigt. Bei der gezeigten Beispielsimulierung ist die Hauptstromrichtung entlang der vertikalen 0-Grad-Achse, wobei ein anderer Abschnitt zwischen 0 Grad und 45 Grad verteilt ist. In einigen Regionen in der Nähe der Kontakte 204 sind mehr horizontale Richtungen mit größeren Winkeln als 45 Grad gezeigt (siehe z. B. 5). In 3 wird die mittlere Stromrichtung, ohne mit der lokalen Stromdichte gewichtet zu sein, auf ungefähr +/–22 Grad im Hinblick auf die vertikale Orientierung berechnet.
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4 zeigt die simulierte Stromdichteverteilung für die xMR-Struktur 202. Aufgrund der begrenzten Größe der Kontaktregionen 204 ist die Stromdichte nicht homogen über die xMR-Struktur 202. Wie in 4 gezeigt ist, zeigen der linke und der rechte Rand der xMR-Struktur 202 eine niedrigere Stromdichte im Vergleich zu der Mittelregion. Folglich tragen die Randregionen, die wesentlich für das magnetische Verhalten sind, nicht vollständig zu dem elektrischen Sensorsignal bei, wodurch der Winkelfehler reduziert wird. Der Einfluss der Verteilung der Stromrichtungen auf das AMR-Ausgangssignal kann berechnet werden durch Gewichten von sin(α)2 mit der lokalen Stromdichte. Gemäß den numerischen Simulierungen wird erwartet, dass das AMR-Signal ungefähr 47% niedriger im Vergleich zu dem Fall einer homogenen Stromverteilung ist. Andererseits ist der Widerstandswert bei einem Ausführungsbeispiel um 92% erhöht. Im Vergleich könnte dies bei einem Streifenstrukturausführungsbeispiel mit homogener Stromverteilung nur durch eine entsprechende Halbierung der Streifenbreite erreicht werden, was wiederum zu einer wesentlichen Erhöhung des Winkelfehlers führen würde. In 4 ist der Widerstandswert ungefähr 1,9 Quadrate. Ein entsprechendes Verteilungshistogram ist in 5 gezeigt.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel einer xMR-Struktur oder eines -Elements 602 ist in 6A gezeigt. Die xMR-Struktur 602 weist zwei lange, streifenartige Durchkontaktierungskontakte 604 auf. Wie in 7 gezeigt ist, sind die simulierten Stromrichtungen bei dem Ausführungsbeispiel von 6A entlang der vertikalen Achse mehr ausgerichtet, was auch in einer viel schmäleren Stromrichtungsverteilung in 8 ersichtlich ist, was zu einem durchschnittlichen Stromwinkel im Hinblick auf die vertikale Achse von +/–11 Grad führt. Ein entsprechendes Verteilungshistogram ist in 9 gezeigt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel von 6A wird erwartet, dass das AMR-Signal ungefähr 14% geringer im Vergleich zu dem Fall einer homogenen Stromverteilung ist. Andererseits ist der Widerstandswert bei einem Ausführungsbeispiel ungefähr 20% höher.
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Andere Ausführungsbeispiele sind in 6B und 6C gezeigt, bei denen die xMR-Struktur 602 zumindest gewissermaßen analog zu dem Ausführungsbeispiel von 6A ist. In 6B weist die xMR-Struktur 602 zwei streifenartige Kontakte 604 auf, die jeweils eine Mehrzahl von beabstandeten Einzeldurchkontaktierungen 605 aufweisen. Der Redundanz halber, um eine Sensorfunktionalität in dem Fall sicherzustellen, dass eine bestimmte Durchkontaktierung 605 ihren Kontakt verliert, z. B. durch Delaminierung, können Durchkontaktierungen 605 in einer zweiten Reihe oder einem Array positioniert sein, wie in 6C gezeigt ist. Durchkontaktierungen 605 beeinflussen im Allgemeinen nicht die Stromverteilung in der xMR-Struktur 602, solange die Durchkontaktierungen 605 in zumindest einer Reihe einen geeigneten Kontakt 604 für die xMR-Struktur 602 zeigen. Die Anzahl, Platzierung und Konfiguration von Kontakten 604 und Durchkontaktierungen 605 kann bei anderen Ausführungsbeispielen variieren, z. B. dadurch, dass sie mehr oder weniger Durchkontaktierungen 605 aufweisen, oder bei anderen Anordnungen im Hinblick aufeinander und die xMR-Struktur 602, als in 6 gezeigt ist. Ferner können andere Ausführungsbeispiele, die hierin anderswo gezeigt und erörtert werden, Kontakte aufweisen, die eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen aufweisen.
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Die xMR-Strukturen 202 und 602 aus 2 bzw. 6 demonstrieren, wie unterschiedliche Kontaktentwürfe die Stromverteilung und daher die Wirkung auf den Oberwellenfilterungseffekt sowie den spezifischen Widerstandswert beeinflussen können. Andere Ausführungsbeispiele, die nicht spezifisch gezeigt sind, umfassen variierende kreisförmige oder mehrseitige xMR-Strukturkonfigurationen in Kombination mit variierenden Punkt-, Streifen- und anderen Kontakt- und Kontaktregion-Konfigurationen. Die Fähigkeit, die Konfigurationen und/oder Kombinationen zu variieren, verursachen bei Ausführungsbeispielen zahlreiche Vorteile. Zum Beispiel können Vorteile von kreisförmigen oder mehrseitigen AMR-Strukturen, wie sie hierin offenbart sind, eine geringe Formanisotropie mit geringerem Winkelfehler und geringerer Hysterese aufweisen; in Kombination mit variierenden Kontaktentwürfen können Vorteile ferner eine einstellbare Stromrichtungsverteilung und einstellbare Oberwellenfilterungseffekte sowie eine einstellbare Stromdichteverteilung umfassen, weiter reduzierte Formanisotropieeffekte, weiter reduzierte Hysterese-Effekte und einen erhöhten spezifischen Widerstandswert.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in 10 gezeigt, bei dem eine xMR-Struktur oder ein -Element 1002 einen anderen Kontaktentwurf aufweist. Jede Kontaktregion 1004 weist einen Punktkontakt 1006 und zwei benachbarte leitende und elektrisch isolierte Streifenstrukturen 1008 auf. Die Streifenstrukturen 1008 sind im Allgemeinen hoch leitfähig, wobei die Leitfähigkeit von der geometrischen Form abhängt und bei Ausführungsbeispielen von ungefähr fünfmal bis ungefähr 50 mal höher ist im Vergleich zu dem AMR/GMR-Flächenwiderstand (sheet resistance). Streifenstrukturen 1008 sind bei einem Ausführungsbeispiel nicht direkt mit einer Spannung gekoppelt. Aufgrund der höheren Leitfähigkeit von Streifenstrukturen 1008 im Vergleich zu dem AMR-Material der xMR-Struktur 1002 wird die Verteilung des elektrischen Feldes variiert, was zu einer Stromrichtungsverteilung ähnlich zu dem Streifenkontaktausführungsbeispiel führt, das in 6 gezeigt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von 10 und ferner Bezug nehmend auf 11 ist die durchschnittliche Stromrichtung ungefähr +/–17 Grad, was dazu führt, dass erwartet wird, dass ein AMR-Signal ungefähr 32% niedriger ist und einen spezifischen Widerstandswert aufweist, der ungefähr 62% höher ist im Vergleich zu dem Fall einer homogenen Stromverteilung. 12 zeigt eine simulierte Stromdichteverteilung für die xMR-Struktur 1002, während 13 ein Histogramm einer Stromwinkelverteilung im Hinblick auf die vertikale Achse ist.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine Mehrzahl von xMR-Strukturen oder -Elementen seriell gekoppelt, wie z. B. in 14 gezeigt ist. Eine solche Konfiguration kann implementiert sein, wenn eine Erweiterung der Stromrichtungsverteilung erwünscht oder erforderlich ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von 14 kann die serielle Kopplung einer Mehrzahl von xMR-Strukturen 1402 variierende Neigungswinkel der vertikalen Achse liefern, oder eines Spannungsgradienten, so dass eine gewünschte Achse erhalten werden kann. Für eine effektive Oberwellenfilterung werden die Neigungswinkel gleich positiv und negativ gepaart. Anders ausgedrückt wird ein erster Winkel, –Φ, zwischen der Spannungsgradientenachse der Struktur 1402b und der gewünschten Achse gebildet, und ein zweiter Winkel, +Φ, wird zwischen der Spannungsgradientenachse von Struktur 1402c und der gewünschten Achse gebildet, wobei der erste und der zweite Winkel gleich sind, aber entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Kontakte 1404 von benachbarten xMR-Strukturen 1402 durch Metallverbinder 1406 gekoppelt, obwohl die Größe, Form, Konfiguration und Ausrichtung der Verbinder 1406 bei Ausführungsbeispielen variieren kann, davon, was in dem Ausführungsbeispiel von 14 gezeigt ist.
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Wie vorangehend erwähnt wurde, ist der AMR-Effekt, der bei AMR-Ausführungsbeispielen erwünscht ist, bei GMR- und TMR-Ausführungsbeispielen parasitär. Daher ist es bei diesen und vielleicht anderen Ausführungsbeispielen wünschenswert, den AMR-Effekt zu unterdrücken. Bei Ausführungsbeispielen kann dies zumindest teilweise erreicht werden durch Implementieren kreisförmiger oder mehrseitiger GMR- und TMR-Strukturen, wie hierin vorangehend erörtert wurde, in Kombination mit einer orthogonalen Stromspeisung. Dies liefert eine Struktur mit einer minimalen Formanisotropie, z. B. rund, und daher einem minimalen Winkelfehler. Da die Sensorschicht häufig eine NiFe-Legierung aufweist, trägt der AMR-Effekt bei GMR- und TMR-Vorrichtungen zu dem verbleibenden Winkelfehler bei. Eine Kombination aus GMR/TMR-Elementen, die orthogonale Stromrichtungen aufweisen, führt zu einer Aufhebung der AMR-induzierten Widerstandsänderung und daher zu einer Unterdrückung des Einflusses des AMR-Effekts auf die Winkelgenauigkeit bei Ausführungsbeispielen.
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Ein Ausführungsbeispiel einer GMR- oder TMR-Vorrichtung ist sehr ähnlich oder identisch zu der Vorrichtung von 2, außer dass die xMR-Struktur 202 eine GMR- oder TMR-Struktur oder ein -Element aufweist. Gemäß Simulierungen von Ausführungsbeispielen führt der Punktkontaktentwurf von Kontakten 204 zu einer nicht homogenen Stromverteilung: die meisten der Träger fließen in der Mittelregion der GMR/TMR-Struktur 202, was günstig im Hinblick auf ein Ausgangssignal mit niedrigem Anisotropiefehler ist, da die Randregionen ein nachteilhaftes magnetisches Verhalten aufweisen. Ein wesentlicher Vorteil der Konfiguration von Punktkontakten 204 bei Ausführungsbeispielen ist ein verbesserter spezifischer Widerstandswert, sowie z. B. annähernd eine Verdopplung bei einem Ausführungsbeispiel, was eine Reduzierung des aktiven GMR/TMR-Bereichs bei einem bestimmten Gesamtwiderstandswert ermöglicht. Die simulierte Stromdichte ist in 15 gezeigt.
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Um eine Widerstandswertmodulation aufgrund von AMR-Effekten bei GMR/TMR-Ausführungsbeispielen zu unterdrücken, kann eine gleiche Anzahl von Elementen, die orthogonal im Hinblick aufeinander und die Spannungsgradientenachse ausgerichtet sind, und eine Mehrzahl von GMR/TMR-Strukturen seriell gekoppelt sein, wie in 16 gezeigt ist. 16 zeigt eine Mehrzahl von GMR/TMR-Strukturen 1602, die jeweils Punktkontakte 1604 aufweisen, die durch Verbinder 1606 gekoppelt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel weisen Verbinder 1606 Metallverbinder auf.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in 17 gezeigt. In 17 weist eine GMR/TMR-Struktur oder ein -Element 1702 eine Mehrzahl von Punktkontakten 1704 auf. Die drei Kontakte 1704 sind derart angeordnet, dass einer im Allgemeinen in der Mitte der GMR/TMR-Struktur 1702 positioniert ist, gekoppelt mit einem ersten Anschluss, und zwei in der Nähe des Randes, was einen Winkel von 90 Grad definiert, und gekoppelt mit einem zweiten Anschluss. Folglich weist das Element 1700 zwei parallele Stromwege auf, die orthogonal zueinander sind, wie in den Simulationsergebnissen von 18 gezeigt ist. Die simulierte Stromdichte ist in 19 gezeigt. Obwohl der spezifische Widerstandswert abnimmt, ist er immer noch ungefähr 0,7 Quadrate (Squares) bei einem Ausführungsbeispiel, was innerhalb eines vernünftigen Bereichs liegt. Ein Vorteil des Ausführungsbeispiels von 17 ist, dass eine AMR-Effekt-basierte Widerstandswertmodulation bei einem einzelnen Element unterdrückt wird.
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Ein anderes Mehrelementausführungsbeispiel ist in 20 gezeigt. Hier bleiben GMR/TMR-Strukturen 2002 durch GMR/TMR-Brücken 2006 mit darunter liegenden Durchkontaktierungen 2010 gekoppelt. Bei Ausführungsbeispielen weisen Brücken 2006 Breiten in einem Bereich von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr 10 μm auf, wie z. B. ungefähr 0,5 μm bis ungefähr 2 μm, und Längen in einem Bereich von ungefähr 0,1 μm bis ungefähr 10 μm, wie z. B. ungefähr 0,5 μm bis ungefähr 2 μm. Bei anderen Ausführungsbeispielen können mehr oder weniger GMR/TMR-Strukturen 2002 gekoppelt sein und die Strukturen 2002 können in alternativen Konfigurationen gekoppelt sein, wobei darauf hingewiesen wird, dass eine gleiche Anzahl von Elementen, die orthogonal im Hinblick aufeinander und die Spannungsgradientenachse ausgerichtet sind, erwünscht ist. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden alternative Kontaktkonfigurationen für eine Verkürzung der Konfiguration der GMR/TMR-Brücke 2006 verwendet, wie z. B. einzelne Durchkontaktierungskontakte in Kombination mit einem Verdrahtungsmetall, wie in 14 gezeigt ist.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel weist ein AMR-Element gemäß 16, 17 oder 20 auf. Bei einigen Anwendungen kann es notwendig sein, AMR-Widerstände mit bestimmten Temperaturkoeffizienten eines Widerstandswerts zu liefern, die keinen magnetoresistiven Effekt zeigen, wenn ein externes Magnetfeld angelegt ist. Zum Beispiel kann eine Wheatstone-Halbbrücke mit einem solchen Element realisiert werden.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele von xMR-Sensorstrukturen, einschließlich AMR, GMR und/oder TMR, wurden hierin erörtert. Diese Strukturen können bei Ausführungsbeispielen verschiedene Konfigurationen aufweisen, was rund oder mehrseitig umfasst, und werden mit Kontakten und Kontaktregionen kombiniert, die verschiedene Anordnungen und Konfigurationen aufweisen, was Punkt, Streifen, mehrfach aufgeteilt und andere umfasst. Ausführungsbeispiele sind nicht auf jene begrenzt, die spezifisch gezeigt oder erörtert wurden, da verschiedene andere Kombinationen, Konfigurationen und Anordnungen gebildet werden können, wie Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden. Wie erörtert wurde, ermöglichen Ausführungsbeispiele mit variierenden und verschiedenen Kontakt- und Kontaktregion-Konfigurationen eine Änderung der Stromrichtungsverteilung in der darunter liegenden xMR-Struktur im Vergleich zu herkömmlichen Ansätzen, die die Geometrie der xMR-Struktur selbst verändert haben.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele von Systemen, Vorrichtungen und Verfahren wurden hierin beschrieben. Diese Ausführungsbeispiele werden nur beispielhaft gegeben und sollen den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken. Es sollte ferner darauf hingewiesen werden, dass die verschiedenen Merkmale der Ausführungsbeispiele, die beschrieben wurden, sowie der Ansprüche, auf verschiedene Weisen kombiniert werden können, um zahlreiche zusätzliche Ausführungsbeispiele zu erzeugen. Ferner, während verschiedene Materialien, Abmessungen, Formen, Implantationsorte etc. zur Verwendung mit offenbarten Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können andere, abgesehen von denen, die offenbart wurden, verwendet werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu überschreiten.
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Durchschnittsfachleute auf dem entsprechenden Gebiet werden erkennen, dass die Erfindung weniger Merkmale aufweisen kann, als dargestellt ist, bei jedem individuellen Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben wurde. Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele sollen keine erschöpfende Darstellung der Möglichkeiten sein, wie die verschiedenen Merkmale der Erfindung kombiniert werden können. Dementsprechend sind die Ausführungsbeispiele keine sich gegenseitig ausschließenden Kombinationen von Merkmalen; stattdessen kann die Erfindung eine Kombination von unterschiedlichen, individuellen Merkmalen aufweisen, die aus unterschiedlichen, individuellen Ausführungsbeispielen und/oder aus unterschiedlichen Ansprüchen ausgewählt sind, wie Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet erkennen werden.
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Eine Aufnahme von Dokumenten durch Bezugnahme oben ist derart beschränkt, dass kein Gegenstand aufgenommen ist, der der expliziten Offenbarung hierin entgegensteht. Jegliche Aufnahme von Dokumenten durch Bezugnahme oben ist ferner derart eingeschränkt, dass keine Ansprüche, die in den Dokumenten umfasst sind, hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Jegliche Aufnahme von Dokumenten durch Bezugnahme oben ist ferner derart eingeschränkt, dass jegliche Definitionen, die in den Dokumenten gegeben werden, hierin nicht durch Bezugnahme aufgenommen sind, außer dies ist ausdrücklich hierin aufgenommen.
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Zu Zwecken der Interpretation der Ansprüche für die vorliegende Erfindung ist es ausdrücklich die Absicht, dass die Regelungen von Abschnitt 112, sechster Paragraph von 35 U. S. C. nicht zitiert werden, außer die spezifischen Ausdrücke „Einrichtung zum” oder „Schritt zum” sind in einem Anspruch erwähnt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005047482 A1 [0038]
