JP2021512319A - リセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ - Google Patents
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Abstract
Description
スイッチ・センサは、一般に、リニア磁気抵抗センサを利用する。出力電圧Vおよび外部磁場Hのリニア作動エリアでは、動作点および復帰点の磁場閾値が設定され、コンパレータは、デジタル出力のために矩形の高レベルおよび低レベルスイッチ信号出力を実現するために使用される。
したがって、各測定中に自由層の磁化方向Mの一貫性を確実にするために、リセット・コイルは、NまたはS方向に作用するリセット磁場Hrを発生させるために使用することができ、それは、測定の開始前または測定の完了後にHrを励磁するために選択することができ、それによって自由層の磁化方向Mが知られる。
中国特許出願CN201610821610.7は、レーザ・プログラム加熱磁場アニール法を用いて磁気抵抗検出ユニットをスキャンし、ブロッキング温度を超えるまで反強磁性層を急速加熱する方法を開示する。同時に、冷却中に、磁場が、任意の方向に印加されてもよく、任意の方向における磁場検出方向の磁気抵抗検出ユニットの向きが、1つずつ、またはさらにはチップごとにスキャンすることによって実現されてもよい。この方法は、単軸の反対向きに磁気抵抗検出ユニットを有する単一チップ上の磁気抵抗検出ユニットおよびそのアレイの製造を実現することができ、したがって、フリップ・チップの正確な配置の課題を克服し、単一チップの磁気抵抗ブリッジのバッチ製造を実現する。
電流は、磁気多層膜の平面に直交し、それによってTMRユニットは、小さい楕円形形状を得るように容易にパターン化することができ、自由層の厚さの制御は、TMRセンサの性能を低下させず、Hcは、簡単に制御することができる。加えて、GMRスピン・バルブと比較すると、TMRは、低消費電力、より高い磁場感度、およびより小型のサイズを有する。
バイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサは、単一チップ構造であり、NrNf、NrSf、SrNf、またはSrSfタイプの磁気抵抗検出アームで構成され、NまたはS方向に同じ向きを有する外部磁場Hexの作用の下で、NrNfおよびNrSfは、同じスイッチ・レベル磁場特性を有するNバイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサであり、SrNfおよびSrSfは、同じスイッチ・レベル磁場特性を有するSバイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサであり、NおよびSバイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサは、反対のスイッチ位相特性を有し、あるいはバイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサは、NrNfプッシュまたはプル磁気抵抗検出アームおよびSrNfプルまたはプッシュ磁気抵抗検出アーム、あるいはNrSfプッシュまたはプル磁気抵抗検出アームおよびSrSfプルまたはプッシュ磁気抵抗検出アームで構成されるプッシュ・プル・ブリッジ構造であり、プッシュ・プル・ブリッジ構造は、半ブリッジ、フル・ブリッジ、または準ブリッジである。
ASIC読出回路モジュールは、コンパレータを備え、磁気ヒステリシス・スイッチ・センサが半ブリッジ構造であるとき、出力信号は信号コンパレータの一端に直接接続され、他端は基準信号であり、それがフル・ブリッジ構造であるとき、出力信号は信号コンパレータの両端に直接接続される。
ASIC読出回路モジュールは、磁気ヒステリシス・スイッチ・センサの信号出力端子に接続されているフィルタおよび増幅器、ならびにコンパレータに接続されているラッチおよびバッファをさらに備える。
ASIC出力回路モジュールは、電流スイッチ、電圧スイッチ、抵抗スイッチ、または別のスイッチである。
先行技術と比較すると、本発明は、上記のスキームを採用し、以下の有益な効果を有する。
本発明は、スイッチ・センサについての低消費電力、小型サイズ、およびプリセット可能な初期状態の特徴を有する。
以下、添付図面および実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。
NrSf
と定められる。
N、Sは向きを表し、Nは、方向が外部磁場源のN極と同じ向きを有することを表し、Sは、外部磁場源のS極と同じ向きを表す。
下付き文字rはリファレンス層を表し、fは自由層を表す。
NrSfは、リファレンス層の向きがNであり、自由層の向きがSであることを示す。
Claims (15)
- 基板と該基板上に位置する1つまたは複数の磁気抵抗検出アームとを備えるバイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサであって、該磁気抵抗検出アームは、直列、並列、または直並列に配置された1つまたは複数の磁気抵抗検出ユニット・ストリングで構成される2ポート構造であり、該磁気抵抗検出ユニット・ストリングは、直列に配置された1つまたは複数の磁気抵抗検出ユニットを備え、該磁気抵抗検出ユニットは、パッシベーション層、上側電極層、自由層、中間絶縁層、リファレンス層、反強磁性層、およびシード層を備えるTMR検出ユニットであり、該シード層および該反強磁性層は、下側電極層を構成し、該自由層の磁化方向、磁場検出方向、および該リファレンス層の磁化方向は、NまたはS方向に全て向いており、該自由層の該磁化方向は、異方性の場Hkによって唯一決定される、バイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサと、
該基板と該磁気抵抗検出ユニットの間にまたは該基板の下方のリード・フレーム上に位置するリセット・コイルであって、全ての該磁気抵抗検出ユニットに作用するリセット磁場の方向は、全てNまたはSのどちらかである、リセット・コイルと、
バイアス回路モジュール、読出回路モジュール、および出力回路モジュールを備えるASICスイッチ回路であって、該バイアス回路モジュールは該磁気ヒステリシス・スイッチ・センサ、ならびに読出モジュールおよび機能モジュールの電源端子に接続され、該読出回路モジュールは該磁気ヒステリシス・スイッチ・センサの信号出力端子に接続され、該出力回路モジュールは、該読出回路モジュールに接続される、ASICスイッチ回路と、
該リセット・コイルに接続された電力リセット回路と、を備える、リセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。 - 前記磁気抵抗検出ユニットは、楕円形、菱形、または中央の矩形および先細の両端を有する二軸対称形状であり、長軸LはNまたはS方向にあり、短軸はWであり、前記中間絶縁層はAl2O3またはMgOの材料であり、前記自由層は高い異方性の場Hkの材料であり、レーザ・プログラミング・プロセスが使用されるとき、前記パッシベーション層はレーザを透過する材料であり、前記上側電極層の材料はレーザによる損傷を防ぐために少なくとも150nmの厚さを有するCu、Al、Au、Ti、またはTaの伝導性金属材料であり、前記反強磁性層は高いブロッキング温度を有する材料であり、前記磁気抵抗検出ユニットが長い距離にわたって前記下側電極層によって相互接続されるとき、該下側電極層が位置するエリアは、該上側電極層が位置するエリアによって覆われ、それによって該下側電極層をレーザによる損傷から保護し、前記リセット・コイルはCu、Ta、Au、またはAlの高伝導性材料であり、前記基板上に位置するリセット電線は絶縁層によって該磁気抵抗検出ユニットから電気的に隔絶されている、請求項1記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- 前記磁気抵抗検出アームのいずれかに含まれる前記磁気抵抗検出ユニットの前記リファレンス層の前記磁化方向は、全てNまたはSのどちらかであり、前記自由層の異方性の場Hkの方向は、全てNまたはSのどちらかであり、それにより4つの異なるタイプの磁気抵抗検出アーム、すなわち、NrNf、NrSf、SrNf、およびSrSfを得る、請求項1記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- 前記バイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサは、単一チップ構造であり、前記NrNf、NrSf、SrNf、またはSrSfタイプの磁気抵抗検出アームで構成され、前記NまたはS方向に同じ向きを有する外部磁場Hexの作用の下で、NrNfおよびNrSfは、同じスイッチ・レベル磁場特性を有するNバイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサであり、SrNfおよびSrSfは、同じスイッチ・レベル磁場特性を有するSバイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサであり、前記NおよびSバイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサは、反対のスイッチ位相特性を有し、あるいは前記バイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサは、NrNfプッシュまたはプル磁気抵抗検出アームおよびSrNfプルまたはプッシュ磁気抵抗検出アーム、あるいはNrSfプッシュまたはプル磁気抵抗検出アームおよびSrSfプルまたはプッシュ磁気抵抗検出アームで構成されるプッシュ・プル・ブリッジ構造であり、前記プッシュ・プル・ブリッジ構造は、半ブリッジ、フル・ブリッジ、または準ブリッジである、請求項3記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- 前記バイポーラ磁気ヒステリシス・スイッチ・センサは、プッシュ磁気抵抗検出アーム・チップおよびプル磁気抵抗検出アーム・チップを備えるマルチチップ構造であり、前記プッシュ磁気抵抗検出アーム・チップ、および前記プル磁気抵抗検出アーム・チップは、それぞれ前記NrNf、NrSf、SrNf、またはSrSfのタイプの前記磁気抵抗検出アーム・チップ、および180度だけ位相の向きを変えることによって得られるチップに対応し、前記プッシュ磁気抵抗検出アームおよび前記プル磁気抵抗検出アームの前記自由層の磁化方向は、前記NまたはS方向のリセット磁場の作用の下で同じであるようになされ、それによりNrNfプッシュまたはプル磁気抵抗検出アーム・チップおよびSrNfプルまたはプッシュ磁気抵抗検出アーム・チップ、あるいはNrSfプッシュまたはプル磁気抵抗検出アーム・チップおよびSrSfプルまたはプッシュ磁気抵抗検出アーム・チップは、プッシュ・プル・ブリッジ構造を形成するように結合または相互接続され、該プッシュ・プル・ブリッジ構造は、半ブリッジ、フル・ブリッジ、または準ブリッジである、請求項3記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- 前記磁気抵抗検出ユニットの前記反強磁性層の前記磁化方向は、全て同じであり、該磁気抵抗検出ユニットの前記反強磁性の磁化方向は、レーザ・プログラミング・プロセスまたはアニール炉磁気アニール・プロセスを用いて書き込まれ、
同じ反強磁性層の向きを有する該磁気抵抗検出ユニットは、それぞれプッシュ・アーム・エリアおよびプル・アーム・エリアを形成し、
前記プッシュ・プル・ブリッジ構造は、2つのプッシュ・アーム・エリアおよび2つのプル・アーム・エリアを備えるフル・ブリッジであり、該2つのプッシュ・アーム・エリアおよび該2つのプル・アーム・エリアは、互いに隣接しており、または該2つのプッシュ・アーム・エリアおよび該2つのプル・アーム・エリアは、組み合わされたプッシュ・アーム・エリアおよび組み合わされたプル・アーム・エリアにそれぞれ混合され、該プッシュ・アーム・エリアと該プル・アーム・エリアの間で、該組み合わされたプッシュ・アーム・エリアおよび該組み合わされたアーム・エリアは、断熱層によって少なくとも50μmだけ隔てられ、
あるいは前記プッシュ・プル・ブリッジ構造は、半ブリッジであり、該プッシュ・アーム・エリアおよび該プル・アーム・エリアは、断熱層によって少なくとも50μmだけ隔てられ、前記プッシュ磁気抵抗検出ユニットおよび前記プル磁気抵抗検出ユニットの前記反強磁性層の前記磁化方向は、レーザ・プログラミング・プロセスによって書き込まれる、請求項4記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。 - プッシュ磁気抵抗検出アーム・チップまたはプル磁気抵抗検出アーム・チップの場合、前記磁気抵抗検出ユニットの前記反強磁性の磁化方向は、レーザ・プログラミング・プロセスまたはアニール炉磁気アニール・プロセスを用いて書き込まれる、請求項4記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- 前記リセット・コイルは、前記基板と前記磁気抵抗検出ユニットの間に位置し、該リセット・コイルは、並列に配置されたリセット電線を備え、該リセット電線は、該磁気抵抗検出ユニットのすぐ下方に位置し、N−S方向に直交し、該リセット電線中のリセット電流は、同じ大きさおよび方向を有する、請求項1記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- 前記リセット・コイルは、前記基板の下方のリード・フレーム上に位置し、該リセット・コイルは、螺旋状であり、並列に配置された少なくとも1つの直線部分エリアを備え、該直線部分エリア内のリセット電流は、同じ方向および振幅を有し、N−S方向に直交し、前記磁気抵抗検出ユニットは、該直線部分エリアのすぐ上方に全て位置する、請求項1記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- ASICバイアス回路モジュールは、温度補償機能を有する電流源であり、プッシュ・プル・半ブリッジまたはフル・ブリッジ構造が採用されるとき、該ASICバイアス回路モジュールは、温度補償機能を有する電圧源である、請求項1記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- ASIC読出回路モジュールはコンパレータを備え、前記磁気ヒステリシス・スイッチ・センサは半ブリッジ構造であり、出力信号は該信号コンパレータの一端に直接接続され、該信号コンパレータの他端は基準信号であり、または前記磁気ヒステリシス・スイッチ・センサはフル・ブリッジ構造であり、該出力信号は該信号コンパレータの両端に直接接続される、請求項1記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- ASIC読出回路モジュールは、前記磁気ヒステリシス・スイッチ・センサの前記信号出力端子に接続されているフィルタおよび増幅器、ならびにコンパレータに接続されているラッチおよびバッファをさらに備える、請求項1記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- ASIC出力回路モジュールは、電流スイッチ、電圧スイッチ、または抵抗スイッチである、請求項1記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- 前記磁気ヒステリシス・スイッチ・センサは、前記ASICスイッチ回路の上部層に直接配設することができ、または前記磁気ヒステリシス・スイッチ・センサおよび前記ASICスイッチ回路は、結合剤によって接続され、前記リセット回路中のリセット電流は、直流電流またはパルス電流であり、該リセット回路は、ASICリセット回路またはPCBリセット回路とすることでき、該ASICスイッチ回路および該ASICリセット回路は、ASICスイッチ・リセット回路に組み込むことができる、請求項1記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
- 前記磁気ヒステリシス・スイッチ・センサの動作磁場は、スイッチ立ち上がり電圧の振幅の60〜80%であり、リターン磁場は、スイッチ降下電圧の振幅の60〜80%である、請求項1記載のリセット可能なバイポーラ・スイッチ・センサ。
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