JP2020517962A - 多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ - Google Patents
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Abstract
Description
磁気抵抗検出ユニットは、多層磁気変調構造の上方または下方に位置し、磁気変調構造間の間隙の中央に置かれ、磁気抵抗検出ユニットの感受方向は、多層磁気変調構造の長さ方向に直交し、磁気抵抗検出ユニット・アレイは、磁気抵抗センサを形成するように電気的に接続され、センサは、センサ・ボンド・パッドに接続され、
外部磁場を測定するとき、励磁電流が励起コイルに印加され、磁気抵抗センサの電圧信号または電流信号の出力が復調されて低ノイズ電圧信号を生成する。
または、多層磁気変調構造アレイは、2N+1個の多層磁気変調構造を備え、磁気抵抗検出ユニット・アレイは、(N+1)番目の多層磁気変調構造の2つの側でN個の間隙内に位置し、ただし、Nは、0よりも大きい整数である。
または、磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと4つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの2つは、同じ基板上に堆積しており、同じ基板上に堆積した2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのスライスは、180度裏返され、プッシュプル・フルブリッジ磁気抵抗センサを形成するように固定され、2つの励起コイルは、同じ2ポート励起コイルを形成するように直列に接続されている、
または、磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、基板上に堆積された2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのスライスは、180度裏返され、プッシュプル半ブリッジ磁気抵抗センサを形成するように固定され、それぞれの励起コイルは、2ポート励起コイルを形成するように直列に接続されている、
または、磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと4つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、同じ基板上に堆積した2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの1つの4つのスライスは、ペアで180度裏返され、プッシュプル・フルブリッジ磁気抵抗センサを形成するように固定され、それぞれの励起コイルは、2ポート励起コイルを形成するように直列に接続されている。
または、磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、2ポート励起コイルおよび2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイは、同じ基板上に堆積しており、2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの1つおよび2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイの他の1つは、反対の磁場感受方向を有し、単一チップ・プッシュプル半ブリッジ磁気抵抗センサを形成するように電気的に接続されている。
図1は、基板1とこの基板上に位置する多層磁気変調構造アレイとを含む、多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサのスライス構造図である。多層磁気変調構造は、複数の多層磁気変調構造を含み、図1の21、22、...、2Nは、多層磁気変調構造であり、隣り合う多層磁気変調構造は、2ポート励起コイルを形成するように伝導性ストリップ31、32、...、3N−1を用いて接続されている。多層磁気変調構造は、励起コイル・ボンド・パッド5に接続されているとともに、同時に励起コイル・ボンド・パッド6に接続されており、多層磁気変調構造アレイの間隙間の磁気抵抗検出ユニット・アレイ41、42、...、4N−2にも接続されている。磁気抵抗検出ユニットは、2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイを形成するように電気的に接続され、磁気抵抗センサ・ボンド・パッド7および磁気抵抗センサ・ボンド・パッド8に接続されている。Nが偶数2k(kは0よりも大きい整数)であるとき、磁気抵抗検出ユニット・アレイは、k番目と(k+1)番目の多層磁気変調構造の2つの側でk−1個の間隙内に位置する。Nが奇数2k+1(kは0よりも大きい整数)であるとき、磁気抵抗検出ユニット・アレイは、(k+1)番目の多層磁気変調構造の2つの側でk個の間隙内に位置する。本発明における磁気抵抗検出ユニットは、TMR、GMR、またはAMRタイプであり、その磁場感受方向は、多層磁気変調構造の長さ方向または縦方向に直交する。
Claims (10)
- 多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサであって、基板と該基板上に位置する多層磁気変調構造アレイとを備え、該多層磁気変調構造アレイは、複数の多層磁気変調構造を備え、該多層磁気変調構造は、上から下へ軟強磁性層、伝導金属層、および軟強磁性層を備え、該多層磁気変調構造の2つの端部は、2ポート励起コイルを形成するように伝導性ストリップを用いて接続され、該2ポート励起コイルは、励起コイル・ボンド・パッドに接続され、隣り合う多層磁気変調構造は、動作中に反対の電流方向を有し、
磁気抵抗検出ユニットが、該多層磁気変調構造の上方または下方に位置し、該磁気変調構造間の間隙の中央に置かれ、該磁気抵抗検出ユニットの感受方向は、該多層磁気変調構造の長さ方向に直交し、磁気抵抗検出ユニット・アレイは、磁気抵抗センサを形成するように電気的に接続され、該センサは、センサ・ボンド・パッドに接続され、
外部磁場を測定するとき、励磁電流が該励起コイルに印加され、該磁気抵抗センサの電圧信号または電流信号の出力が復調されて低ノイズ電圧信号を生成する、低ノイズ磁気抵抗センサ。 - 前記多層磁気変調構造アレイは、2N個の多層磁気変調構造を備え、前記磁気抵抗検出ユニット・アレイは、N番目および(N+1)番目の多層磁気変調構造の2つの側でN−1個の間隙内に位置し、
または、前記多層磁気変調構造アレイは、2N+1個の多層磁気変調構造を備え、前記磁気抵抗検出ユニット・アレイは、(N+1)番目の多層磁気変調構造の2つの側でN個の間隙内に位置し、ただし、Nは、0よりも大きい整数である、請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。 - 周波数fの励磁電流が前記励起コイルに印加され、前記励磁電流が変化するときに軟強磁性材料の透磁率が線形状態にあるとき、前記磁気抵抗センサによって出力される有用信号は、周波数fであり、前記励磁電流値が変化するときに前記軟強磁性材料の前記透磁率が線形かつ飽和状態にあるとき、前記磁気抵抗センサによって出力される該有用信号は、周波数2fである、請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、該2ポート励起コイルおよび該2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイは、同じ基板上に堆積している、
または、前記磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと4つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、該2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの2つは、同じ基板上に堆積しており、該同じ基板上に堆積した該2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのスライスは、180度裏返され、プッシュプル・フルブリッジ磁気抵抗センサを形成するように固定され、2つの励起コイルは、同じ2ポート励起コイルを形成するように直列に接続されている、
または、前記磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、基板上に堆積した2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのスライスは、180度裏返され、プッシュプル半ブリッジ磁気抵抗センサを形成するように固定され、それぞれの励起コイルは、該2ポート励起コイルを形成するように直列に接続されている、
または、前記磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと4つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、同じ基板上に堆積した該2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの1つの4つのスライスは、ペアで180度裏返され、プッシュプル・フルブリッジ磁気抵抗センサを形成するように固定され、それぞれの励起コイルは、該2ポート励起コイルを形成するように直列に接続されている、
請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。 - 前記磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと4つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、該2ポート励起コイルおよび該4つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイは、同じ基板上に堆積しており、該2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの2つおよび該2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの他の2つは、反対の磁場感受方向を有し、単一チップ・プッシュプル・フルブリッジ磁気抵抗センサを形成するように電気的に接続されている、
または、前記磁気抵抗センサは、2ポート励起コイルと2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイとを備え、該2ポート励起コイルおよび該2つの2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイは、同じ基板上に堆積しており、該2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイのうちの1つおよび該2ポート磁気抵抗検出ユニット・アレイの他の1つは、反対の磁場感受方向を有し、単一チップ・プッシュプル半ブリッジ磁気抵抗センサを形成するように電気的に接続されている、
請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。 - 前記磁気抵抗検出ユニットは、TMR、GMR、またはAMRタイプである、請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記伝導性ストリップは、単層伝導性構造または前記多層磁気変調構造と同一の構造であり、前記軟強磁性材料は、Fe、Co、およびNiの1つまたは複数の元素を含む高透磁率の軟強磁性合金であり、絶縁層が、前記軟強磁性層と前記伝導金属層の間に追加される、請求項1に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記多層磁気変調構造の中間層が、1〜10μmの厚さ範囲を有するCuであり、前記軟強磁性層は、1〜10μmの厚さ範囲を有するパーマロイである、請求項7に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記多層磁気変調構造は、10〜1000μmの幅範囲を有し、前記多層磁気変調構造の前記間隙は、5〜50μmの幅範囲を有し、前記多層磁気変調構造の該幅と該間隙の比は、外部磁場利得係数を増加させるとともに前記ノイズを減少させるように増加させられる、請求項7に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
- 前記励起コイルの周波数fは、1〜100KHzの範囲内にあり、前記励磁電流の密度が1×101〜1×1012A/m2のとき、前記有用信号の周波数は、基本周波数fであり、前記励磁電流の密度が1×1012A/m2よりも大きいとき、前記有用信号の周波数は、第二次高調波周波数2fである、請求項3に記載の多層磁気変調構造を有する低ノイズ磁気抵抗センサ。
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