DE4327458A1 - Sensorchip zur hochauflösenden Messung der magnetischen Feldstärke - Google Patents
Sensorchip zur hochauflösenden Messung der magnetischen FeldstärkeInfo
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Description
Magnetfeldmeßelemente, die die Änderung des elektrischen Widerstandes von
Schichtstreifen ausnutzen, die aus dünnen Schichten anisotropen magnetoresistiven
Materials bestehen, sind allgemein bekannt. Eine zusammenfassende Darstellung der
Eigenschaften und der Aufbauprinzipien solcher Meßelemente wird z. B. von U. Dibbern
in "Sensors" Volume 5, "Magnetic Sensors" VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim, 1989
auf den Seiten 341 bis 380 gegeben. Der spezifische Widerstand des anisotropen
Materials ist vom Winkel zwischen der Stromrichtung und der Richtung der
Eigenmagnetisierung abhängig. Die Widerstandsänderung der magnetoresistiven
Schichtstreifen entsteht dadurch, daß die Eigenmagnetisierung, die sich im Ruhezustand
parallel zur Streifenlängsrichtung einstellt, durch die in der Schichtebene liegende
Magnetfeldkomponente eines quer zur Streifenlängsrichtung angelegten Magnetfeldes
aus dieser Richtung herausgedreht ist. Üblicherweise werden zwei Magnetschichtstreifen
oder -streifenmäander, deren Widerstand sich im Magnetfeld gegenläufig ändert, zu
einem Spannungsteiler zusammengeschaltet, oder es sind vier Magnetschichtstreifen oder
-streifenmäander, die sich paarweise gegenläufig ändern, zu einer Wheatstonebrücke
verbunden.
Um eine hohe Magnetfeldempfindlichkeit des Spannungsteilers oder der Sensorbrücke zu
erreichen, sind diese mit einer möglichst großen Versorgungsspannung zu betreiben, da
das Ausgangssignal zur Betriebsspannung proportional ist. Das erfordert einen relativ
hohen Widerstand. Andererseits ist die Anordnung so zu gestalten, daß die Drehbarkeit
der Magnetisierung in der Schicht möglichst leicht erfolgen kann. Für lange
Schichtstreifen ist letzteres dann der Fall, wenn geringe Schichtdicken und große
Streifenbreiten verwendet werden. Da die Dicke der magnetoresistiven Schicht wegen
der mit abnehmender Schichtdicke fallenden Widerstandsänderung bei Einwirkung eines
Magnetfeldes nach unten begrenzt wird, ist so zur Empfindlichkeitserhöhung eine
Flächenvergrößerung des Sensorelementes unerläßlich, damit die leichte Drehbarkeit der
Eigenmagnetisierung gewährleistet wird. Damit wird auch der Gesamtwiderstand des
Sensors genügend hoch, und bei genügend geringem Leistungsumsatz kann eine hohe
Betriebsspannung angelegt werden. Die dazu erforderliche große Chipfläche ist
einerseits aus Kostengründen nachteilig, da der Chippreis nahezu proportional zur
Chipfläche ist. Andererseits ist eine Vergrößerung der Breite des Sensorelementes in
Richtung des zu messenden Magnetfeldes auch dadurch mit einem großen Nachteil
verbunden, daß hier die Anwendung von magnetfeldverstärkenden, weichmagnetischen
Flußkonzentratorstreifen, wie sie beispielsweise im EP 0 131 405 beschrieben wird, sehr
erschwert wird. Bei der Anordnung nach dem EP 0 131 405 befindet sich der
Magnetfeldsensor in einem Spalt zwischen den beiderseits symmetrisch angeordneten
weichmagnetischen Streifen. Deren Feldverstärkung ist um so höher, je größer das
Verhältnis zwischen Gesamtlänge und Spaltlänge ist. Dabei sollte die Dicke der
weichmagnetischen Streifen größer sein als die Spaltlänge, da sonst ein starker Feldabfall
zur Spaltmitte hin erfolgt. In einer Anordnung nach dem EP 0 091 000 wird dieses
Problem des Feldabfalls im Spalt scheinbar umgangen, indem dort nur einseitig am
Sensor ein weichmagnetischer Streifen angebracht ist. Aber auch hier erfolgt mit
zunehmendem Abstand vom weichmagnetischen Streifen ein starker Feldstärkeabfall.
Deshalb ist die Verwendung großflächiger Sensorelemente auf jeden Fall ungünstig,
wenn die Magnetfeldbestimmung nicht nur hochempfindlich, sondern auch mit hoher
Ortsauflösung erfolgen soll.
Um eine leichte Drehbarkeit der Magnetisierung zu erreichen, können andere
Schichtgeometrien als der bisher diskutierte lange schmale Streifen verwendet werden. In
der Patentschrift US 3 382 448 wird die Verwendung von kreisförmigen magnetischen
Widerständen vorgeschlagen. Kreisförmige Magnetschichten haben keine
Formanisotropie in der Ebene und verfügen aus diesem Grunde über eine leichter
drehbare Eigenmagnetisierung. Nachteiligerweise ist jedoch der Widerstand einer
Kreisfläche einer dünnen Schicht nur durch die Dicke gegeben, und wegen der nach
unten begrenzten Schichtdicke magnetoresistiven Materials ist nur ein geringer
Widerstandswert und damit auch nur ein geringer Wert der zulässigen
Sensorbetriebsspannung möglich. Ein weiterer Nachteil der Anordnung nach der
Patentschrift US 3 382 448 besteht darin, daß die Stromlinien in den kreisförmigen
Widerstandsbereichen nicht parallel verlaufen. Da die Größe der Widerstandsänderung
im magnetoresistiven Material jedoch vom Winkel zwischen Strom und Magnetisierung
abhängt und eine breite Winkelverteilung des Stromes in den kreisförmigen Bereichen
vorliegt, sind nur sehr geringe Widerstandsänderungen möglich. Damit verbunden ist
eine hohe Empfindlichkeit hier nicht vorhanden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine mit geringem Aufwand herstellbare
Sensoranordnung anzugeben, die die hochempfindliche Magnetfeldmessung bei hoher
räumlicher Auflösung und geringer Verlustleistung dadurch ermöglicht, daß die
Widerstandsänderung des magnetoresistiven Materials voll ausgenutzt wird, daß eine
hohe Brückenbetriebsspannung verwendet werden kann und daß geringe Abmessungen
die effektive Anwendung von weichmagnetischen Flußkonzentratoren zulassen.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichnete Anordnung gelöst. Die
Reihenschaltung vieler elliptischer Bereiche einer magnetoresistiven Schicht ermöglicht
die Realisierung von hohen Widerständen. Damit ist bei hoher Betriebsspannung nur eine
geringe Verlustleistung vorhanden. Die Verwendung elliptischer Bereiche ist einerseits
vorteilhaft, weil die Abmessung der kleinen Halbachse die Breite des durch die
Hintereinanderschaltung entstehenden Streifens auf einen geringen Wert hält, so daß die
Sensoranordnung in einem Spalt minimaler Breite untergebracht werden kann.
Andererseits wird die Zahl der hintereinandergeschalteten Bereiche durch die Länge der
großen Halbachse auf einen nicht zu hohen Wert beschränkt. Das ist notwendig, da der
relative Anteil der Leitschichtflächen an der Gesamtlänge des entstehenden Streifens mit
der genannten Zahl zunimmt, was zu einem geringeren Gesamtwiderstand führen würde.
Darüberhinaus trifft in elliptischen Bereichen die bei Kreisen beobachtete Aufspaltung in
Teilbereiche mit entgegengesetzter Magnetisierungsrichtung, die zur Unempfindlichkeit
des Sensors gegenüber Magnetfeldern führt, erst bei wesentlich geringeren Abmessungen
auf.
Der Abstand zwischen den einzelnen elliptischen Bereichen liegt oberhalb eines
Mindestwertes. Damit kann durch die magnetische Wechselwirkung der Bereiche
untereinander nicht wieder eine Formanisotropie des Gesamtstreifens auftreten. Diese
würde wieder zu einer schwereren Drehbarkeit der Magnetisierung führen.
Die Anschlußflächen aus gut leitfähigem Material wurden in der angegebenen Weise
gestaltet, damit die Stromrichtung im jeweiligen magnetoresistiven Bereich im
wesentlichen parallel in der ganzen Fläche ist. Gleichzeitig bildet sie einen Winkel mit der
Längsrichtung des Gesamtstreifens. Das hat den Vorteil, daß bei der Herstellung der
magnetoresistiven Schicht eine gemeinsame Anisotropierichtung für alle elliptischen
Bereiche durch Anlegen eines homogenen Magnetfeldes eingeprägt werden kann, die
mit der Längsrichtung des Gesamtstreifens übereinstimmt.
Die Anordnung der elliptischen Bereiche von zwei Dünnschichtwiderständen für einen
Spannungsteiler oder von vier Dünnschichtwiderständen für eine Wheatstonebrücke in
einer Linie hat den Vorteil, daß die Breite des Sensorelementes auf einem minimalen
Wert gehalten werden kann. Das Sensorelement kann so in einem möglichst schmalen
Spalt einer Flußkonzentratoranordnung untergebracht werden.
Ein über den aus elliptischen Bereichen gebildeten Dünnschichtwiderständen isoliert
angeordneter Streifenleiter kann von einem Strom durchflossen werden, der das von
außen auf das Sensorelement einwirkende zu messende Magnetfeld gerade wieder
aufhebt. Mit einer entsprechenden Regelschaltung kann also im Kompensationsbetrieb
gearbeitet werden. Ausgangssignal des Sensors ist dann die Kompensationsstromstärke,
die auf jeden Fall proportional zum angelegten Feld und völlig temperaturunabhängig
ist. Schwankungen der Materialeigenschaften der magnetoresistiven Schicht und ihrer
Schichtdicke spielen so für die Magnetfeldempfindlichkeit keine Rolle mehr.
Über den aus elliptischen Bereichen gebildeten Dünnschichtwiderständen kann auch ein
Streifenmäander angeordnet sein, dessen Streifenlängsrichtung über den elliptischen
Bereichen quer zur Richtung der Eigenmagnetisierung der Bereiche verläuft. Das
Magnetfeld eines Stromes durch diesen Streifenmäander kann vorteilhafterweise zur
Ausführung verschiedener Einwirkungen auf das Sensorelement genutzt werden. Nach
Anliegen hoher Störfeldstärken kann mit einem Impuls dieses Magnetfeldes die Richtung
der Eigenmagnetisierung aller Bereiche wieder eindeutig eingestellt werden. Bei
dauerndem Fließen eines Stromes durch diesen Mäander wird die Empfindlichkeit des
Sensorelementes auf einen dem erzeugten Magnetfeld entsprechenden Wert herabgesetzt
und gleichzeitig wird der Meßbereich des Sensorelementes um den gleichen Faktor
erhöht. Dadurch werden Messungen bei höheren Störmagnetfeldern ermöglicht. Durch
Stromimpulse, die periodisch in bestimmtem Zeitabstand mit entgegengesetzter Richtung
durch den Streifenmäander fließen, kann die Eigenmagnetisierung der Bereiche jeweils
in die entgegengesetzte Richtung eingestellt werden. Damit wird auch die Richtung der
Widerstandsänderung, die ein äußeres Magnetfeld bewirkt, jeweils umgekehrt. Die
Ausgangsspannung einer daraus aufgebauten Brückenschaltung wechselt mit der Periode
der Stromimpulse das Vorzeichen. Die Brückenausgangsspannung wird so zu einer
Wechselspannung, für die die Ausgangsspannung der Brücke ohne anliegendes äußeres
Magnetfeld keine Bedeutung hat. Damit haben auch Temperaturdriften dieser als
Offsetspannung der Brücke bezeichneten Nullabweichung keinen Einfluß auf das
Meßsignal. Das Sensorelement arbeitet also mit sehr hoher Empfindlichkeit und mit sehr
hoher Nullpunktsstabilität.
Eine große Magnetfeldverstärkung durch einen Flußkonzentrator wird dadurch
erreicht, daß dessen mit weichmagnetischem Material belegte Flächen direkt neben den
elliptischen Bereichen der Dünnschichtwiderstände beginnen. Ein besonders geringer
Abstand wird dadurch realisiert, daß die an das Sensorelement angrenzenden
weichmagnetischen Teile ebenfalls mit den Methoden der Dünnschichtherstellung und
-strukturierung erzeugt sind. Die weichmagnetischen Teile haben allerdings eine
wesentlich größere Dicke als die magnetoresistive Schicht. Damit die magnetoresistive
Schicht in die Mitte des Spaltes der weichmagnetischen Teile und damit an den Ort des
maximalen Magnetfeldes kommt, ist die Chipobeifläche im Gebiet der
weichmagnetischen Teile abgesenkt. Auf diese werden dann weichmagnetische Formteile
größerer Fläche nachträglich aufgesetzt. Damit benötigen die Sensorelemente nur eine
geringe Chipfläche und sind so mit geringem Kostenaufwand herstellbar.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der
zugehörigen Zeichnung zeigt Fig. 1 den Aufbau eines magnetoresistiven
Widerstandsstreifens aus elliptischen Bereichen. In Fig. 2 ist ein Spannungsteiler aus
zwei solcher Widerstandsstreifen, über denen sich isoliert ein Streifenleiter befindet,
dargestellt. In Fig. 3 ist isoliert über einem entsprechenden Spannungsteiler ein
Streifenmäander zu sehen, dessen Streifenlängsrichtung mit der Längsrichtung des
Widerstandsstreifens einen rechten Winkel bildet. Fig. 4 zeigt einen Sensorchip, das
neben zu einem Spannungsteiler geschalteten Widerstandsstreifen aus elliptischen
Bereichen, über denen sowohl ein Streifenleiter als auch ein Streifenmäander vorhanden
ist, in Dünnschichttechnik gefertigte weichmagnetische Teile aufweist, auf die
weichmagnetische Formteile aufgesetzt sind.
Ein erfindungsgemäßer Widerstandsstreifen auf einem Sensorchip 1 ist schematisch in
Fig. 1 dargestellt. Er besteht aus in einer Linie angeordneten elliptischen Bereichen 2
einer anisotrop magnetoresistiven Schicht von etwa 10 nm bis 50 nm Dicke. In der Fig.
1 sind der Einfachheit halber nur vier elliptische Bereiche 2 dargestellt, wirkliche
Sensoranordnungen werden davon eine größere Zahl aufweisen. Die großen Halbachsen
4 der elliptischen Bereiche 2 liegen in Längsrichtung des Widerstandsstreifens. In diese
Richtung zeigt auch die bei der Herstellung in die Schicht eingeprägte Anisotropie. Der
Abstand 6 zwischen den elliptischen Bereichen 2, der größer als ein Fünftel der großen
Halbachse 4 ist, wird durch nichtmagnetische Leitschichtflächen 3 überbrückt. Die
Bedeckung der elliptischen Bereiche 2 durch die Leitschichtflächen 3 jeweils auf beiden
Seiten der Ellipsen ist symmetrisch zueinander. Dabei ist jeweils mindestens ein Abschnitt
der elliptischen Bereiche 2 bedeckt, der vom Rand her eine größere Ausdehnung hat als
ein Drittel der großen Halbachse 4. Die Begrenzungslinien 5 der Leitschichtflächen 3
bilden mit der Längsrichtung des Widerstandsstreifens einen Winkel von 45°. Ein durch
den Widerstandstreifen fließender Strom bildet durch diese Anordnung mit der
Längsrichtung, in die auch die Eigenmagnetisierung in den magnetoresistiven
Schichtbereichen 2 ohne äußeres Magnetfeld zeigt, im wesentlichen einen Winkel von
-45°, da die Leitfähigkeit der Leitschichtflächen 3 um mehr als den Faktor 10 höher liegt
als die der magnetoresistiven Schicht. Ein äußeres Magnetfeld, das in der Ebene der
Chipfläche 1 liegt und quer zur Längsrichtung des Widerstandsstreifens von links nach
rechts zeigt, wird die Magnetisierung in den elliptischen Bereichen 2 nach rechts drehen,
damit den Winkel zwischen Strom und Magnetisierung über 45° hinaus vergrößern und
so eine Widerstandsabnahme des Widerstandsstreifens bewirken. Diese
Widerstandsänderung pro angelegter Magnetfeldstärke wird maximal sein, weil sich
erstens Winkeländerungen im Bereich von 45° zwischen Strom- und
Magnetisierungsrichtung am stärksten auswirken, weil zweitens durch den Abstand der
elliptischen Bereiche 2 nur noch eine unwesentliche Gesamtformanisotropie des
Widerstandsstreifens der Magnetisierungsdrehung entgegen wirkt und weil drittens die
eingeprägte Schichtanisotropie verbunden mit der geringen Formanisotropie der Ellipsen
ausreichend ist, um eine Aufspaltung der Magnetisierungsrichtung innerhalb der
elliptischen Bereiche 2 zu verhindern. Diese Aussagen sind auch dann noch richtig, wenn
die Abmessung der kleinen Halbachse der Ellipsen im Bereich von 10 µm liegt. Damit ist
das Grundelement für hochempfindliche magnetoresistive Sensoren, die in schmale
Spalte von Flußkonzentratoranordnungen untergebracht werden können, beschrieben.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Auf einem Sensorchip 1 sind in
einer Linie zwei der oben beschriebenen Widerstandsstreifen, die aus elliptischen
Bereichen 2 magnetoresistiver Schicht und aus verbindenden Leitschichtflächen 3
bestehen, zu einem Spannungsteiler mit dem Spannungsausgangskontakt 8 angeordnet.
Ohne Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes tritt hier ein Ausgangsspannungswert auf;
der der Hälfte der an den Spannungsteiler angelegten Betriebsspannung entspricht. Die
beiden Widerstandsstreifen unterscheiden sich durch den Winkel der Begrenzungslinie
der Bedeckung der elliptischen Bereiche 2. Es wurden +45° und -45° gewählt. Dadurch
ist die Widerstandsänderung in den beiden Teilen bei Einwirkung eines äußeren
Magnetfeldes gegenläufig. Die Änderung der Ausgangsspannung am Kontakt 8 pro
Feldstärke wird so maximal. Die Änderung der Ausgangsspannung am Kontakt 8 enthält
keinen Anteil, der auf die Änderung des Widerstandswertes der magnetoresistiven
Bereiche 2 mit der Temperatur zurückführbar ist. Über den Widerstandsstreifen ist
isoliert ein Streifenleiter 7 angeordnet. Ein Strom durch diesen Streifenleiter 7 erzeugt
ein Magnetfeld mit der Richtung, wie sie von der darunterliegenden Anordnung
gemessen werden kann. Hat dieses Magnetfeld die entgegengesetzte Richtung wie das
von außen angelegte Magnetfeld, so ist es bei Regelung des Stromwertes möglich, die
elliptischen Bereiche 2 stets im feldfreien Zustand zu halten. Bei der Durchführung dieses
Kompensationsverfahrens ist der im Streifenleiter 7 fließende Strom dem angelegten
äußeren Feld proportional und stellt das Ausgangssignal des Sensorelementes dar. Dieses
ist von der Temperaturabhängigkeit der Änderung des Widerstandes der
magnetoresistiven Schicht nicht betroffen.
In Fig. 3 ist über einem Spannungsteiler aus zwei in einer Linie angeordneten
Widerstandsstreifen aus elliptischen Bereichen 2 ein Streifenmäander 9 isoliert
angeordnet. Mit Hilfe eines Stromes durch diesen Streifenmäander entsteht an den Orten
der elliptischen Bereiche 2 magnetoresitiver Schicht ein Magnetfeld in positiver oder
negativer Richtung der Längsausdehnung der Widerstandsstreifen. Mit einem
Stromimpuls genügender Amplitude ist es so möglich, die Richtung der
Eigenmagnetisierung ohne äußeres Magnetfeld in den elliptischen Bereichen 2
einzustellen. Da das Vorzeichen der Widerstandsänderung von der Richtung der
Eigenmagnetisierung abhängt, sind in Fig. 3 die Winkel der Begrenzungslinien 5 der
Bedeckung mit Leitschichtflächen 3 abwechselnd zu +45° und -45° gewählt. Damit
ändert sich der Widerstandswert aller elliptischen Bereiche 2 desselben
Widerstandsstreifens bei Magnetfeldeinwirkung stets in gleicher Richtung. Die beiden
Widerstandsstreifen des Spannungsteilers ändern ihren Widerstandswert aber wieder
gegenläufig. Die Anordnung der Fig. 3 kann für folgende Sensorelementen-Funktionen
eingesetzt werden:
- - Nach Einwirkung eines magnetischen Störfeldes, dessen Amplitude wegen der extrem hohen Empfindlichkeit des Sensorelementes gar nicht sehr groß gewesen sein muß, kann die Richtungen der Eigenmagnetisierung der elliptischen Bereiche 2 beliebig eingestellt haben. Ein Stromimpuls durch den Streifenmäander 9 stellt die für den Betrieb notwendige Richtung wieder her und macht das Element wieder meßbereit.
- - Ein ständiger Strom durch den Streifenmäander 9 führt zu einem statischen Magnetfeldwert in Richtung der Eigenmagnetisierung der elliptischen Bereiche 2 und bewirkt eine erschwerte Drehung der Magnetisierungsrichtung. Der Sensor wird unempfindlicher und sein Meßbereich wird erweitert, so daß nun auch höhere Magnetfelder gemessen werden können.
- - Ein ständiger Strom durch den Streifenmäander 9 führt zu einem statischen Magnetfeldwert, der der Eigenmagnetisierung der elliptischen Bereiche 2 entgegengesetzt ist. Damit wird die Drehung der Magnetisierungsrichtung erleichtert und die Sensorempfindlichkeit weiter erhöht.
- - Durch den Streifenmäander 9 wird mit einer bestimmten Periodendauer abwechselnd ein Stromimpuls entgegengesetzter Richtung geschickt. Damit wird die Richtung der Eigenmagnetisierung der elliptischen Bereiche 2 ständig gewechselt. Am Ausgang des Spannungsteilers entsteht so bei Anliegen eines äußeren Magnetfeldes eine Wechselspannung mit feldabhängiger Amplitude. Die Trennung dieser Wechselspannung vom vorhandenen Gleichspannungsanteil führt zu einem Signal, das durch Driften des Gleichspannungsanteiles nicht mehr gestört ist. Zur hohen Magnetfeldempfindlichkeit des Sensorelementes kommt also noch die hohe Nullpunktsstabilität hinzu.
Fig. 4 zeigt die Anordnung eines Sensorelementes auf einem Sensorchip 1 im Spalt
einer Flußkonzentratoranordnung. Das Sensorelement enthält über beiden
Widerstandsstreifen aus elliptischen Bereichen 2 und aus Leitschichtflächen 3, die einen
Spannungsteiler bilden, sowohl einen Streifenleiter 7 als auch einen Streifenmäander 9.
Damit kann das Sensorelement im Wechselspannungsbetrieb mit geringer Nullpunktsdrift
und im Kompensationsbetrieb ohne Temperatureinfluß in Funktion gesetzt werden. Auf
der Chipfläche 1 sind zu beiden Seiten des Sensorelementes Flächen mit in
Dünnschichttechnik hergestelltem weichmagnetischem Material 10 belegt. Auf diese
Flächen sind auf beiden Seiten weichmagnetische Formteile 11 aufgesetzt. Die Zeichnung
in der Fig. 4 ist nicht maßstäblich, sie zeigt nur das Prinzip der Anordnung. Der Spalt
mit den Flächen des weichmagnetischen Materials 10 hat in einer realen Anordnung etwa
eine Breite von 20 µm. Die Gesamtausdehnung der weichmagnetischen Formteile 11 in
der Richtung quer zum Spalt liegt in der Größe von 20 mm, während ihre Dicke größer
als die Spaltbreite ist. Dadurch wird im Spalt eine Flußkonzentration ermöglicht, die eine
Vergrößerung der Magnetfeldstärke im Spalt gegenüber der außen angelegten Feldstärke
um bis zu drei Größenordnungen zuläßt. Da diese vergrößerte Feldstärke auf das
eigentliche Sensorelement einwirkt ist so ein höchstempfindliches
Magnetfeldmeßelement entstanden.
Claims (16)
1. Sensorchip (1), auf dem zur hochauflösenden Messung der magnetischen Feldstärke
ein oder mehrere Dünnschichtwiderstände angeordnet sind, die den magnetoresistiven
Effektzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnschichtwiderstände
aus elektrisch in Reihe geschalteten elliptischen Bereichen (2) magnetoresistiver Schicht
bestehen und die einzelnen elliptischen Bereiche (2) voneinander einen Abstand (6)
haben, der größer ist als ein Fünftel der großen Halbachse der Ellipsen, und daß die
elektrische Verbindung zu den Anschlußflächen und zwischen den elliptischen Bereichen
(2) durch nichtmagnetische Leitschichtflächen (3) hergestellt ist, die die elliptischen
Bereiche (2) teilweise bedecken, und daß die Bedeckung der elliptischen Bereiche (2)
jeweils an beiden Seiten symmetrisch zueinander und mindestens bis zu einem Abstand
vom Rand der elliptischen Bereiche (2) vorhanden ist, der ein Drittel der großen
Halbachse beträgt, und daß die Begrenzungslinie der Bedeckung der elliptischen
Bereiche (2) einen Winkel mit der großen Halbachse bildet.
2. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei durch
elliptische Bereiche (2) gebildete Dünnschichtwiderstände zu einem Spannungsteiler
zusammengeschaltet sind.
3. Sensorchip nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den
Spannungsteiler bildenden Dünnschichtwiderstände in einer Linie angeordnet sind, und daß
ein Mittelabgriff (8) für das Herausführen der Ausgangsspannung vorhanden ist.
4. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier durch
elliptische Bereiche (2) gebildete Dünnschichtwiderstände zu einer Wheatstone-Brücke
zusammengeschaltet sind.
5. Sensorchip nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle vier
Dünnschichtwiderstände der Wheatstone-Brücke in einer Linie angeordnet sind.
6. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetisierung in allen elliptischen Bereichen (2) in gleiche Richtung weist.
7. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über jedem
aus elliptischen Bereichen (2) bestehenden Dünnschichtwiderstand isoliert ein
Streifenleiter (7) angeordnet ist, dessen Längsrichtung mit der Richtung der
Eigenmagnetisierung der elliptischen Bereiche (2) übereinstimmt.
8. Sensorchip nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß
über den Dünnschichtwiderständen isoliert ein Streifenmäander (9) so angeordnet ist,
daß die Längsrichtung seiner Streifen über den elliptischen Bereichen (2) einen rechten
Winkel mit der Eigenmagnetisierung der magnetoresistiven elliptischen Bereiche (2)
bildet.
9. Sensorchip nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mäanderstreifen über den Dünnschichtwiderständen abwechselnd über einem elliptischen
Bereich (2) und über einer nichtmagnetischen Leitschichtfläche (3) liegen, so daß bei
Stromdurchfluß durch den Streifenmäander (9) am Ort aller magnetoresistiven
elliptischen Bereiche (2) die gleiche Magnetfeldrichtung vorliegt.
10. Sensorchip nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Mäanderstreifen über den Dünnschichtwiderständen jeweils über den elliptischen
Bereichen (2) liegen, so daß bei Stromdurchfluß durch den Streifenmäander (9) am Ort
der magnetoresistiven elliptischen Bereiche (2) eines Widerstandes das Magnetfeld
abwechselnd in entgegengesetzte Richtung weist.
11. Sensorchip nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Chipfläche neben den Dünnschichtwiderständen ein- oder beidseitig mit
weichmagnetischem Material (10) belegte Flächen vorhanden sind.
12. Sensorchip nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
weichmagnetische Material (10) auf der Chipfläche durch Methoden der
Dünnschichttechnologie hergestellt ist.
13. Sensorchip nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß
die Chipfläche im Bereich des weichmagnetischen Materials (10) gegenüber dem Bereich
der Dünnschichtwiderstände abgesenkt ist.
14. Sensorchip nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß
auf das weichmagnetische Dünnschichtmaterial (10) weichmagnetische Formteile (11)
aufgesetzt sind.
15. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Winkel 45° ist.
16. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleine
und die große Halbachse der Ellipsen übereinstimmen.
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DE4327458A DE4327458C2 (de) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | Sensorchip zur hochauflösenden Messung der magnetischen Feldstärke |
Publications (2)
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DE4327458C2 DE4327458C2 (de) | 1996-09-05 |
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DE4327458A Expired - Fee Related DE4327458C2 (de) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | Sensorchip zur hochauflösenden Messung der magnetischen Feldstärke |
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