JP2551321B2 - 集積化磁気抵抗効果センサ - Google Patents
集積化磁気抵抗効果センサInfo
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- JP2551321B2 JP2551321B2 JP5117955A JP11795593A JP2551321B2 JP 2551321 B2 JP2551321 B2 JP 2551321B2 JP 5117955 A JP5117955 A JP 5117955A JP 11795593 A JP11795593 A JP 11795593A JP 2551321 B2 JP2551321 B2 JP 2551321B2
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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
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- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は集積化磁気抵抗効果セン
サに関し、特に物体の回転量検出や位置検出等に用いら
れる集積化磁気抵抗効果センサに関する。
サに関し、特に物体の回転量検出や位置検出等に用いら
れる集積化磁気抵抗効果センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、磁気抵抗効果センサは、給湯器
の流水量メータや自動車のスピードメータ等において、
磁界の変化を検出して回転量検出に利用される他、スイ
ッチング動作させて、ロボットに内蔵されたシリンダの
位置検出にも利用されている。
の流水量メータや自動車のスピードメータ等において、
磁界の変化を検出して回転量検出に利用される他、スイ
ッチング動作させて、ロボットに内蔵されたシリンダの
位置検出にも利用されている。
【０００３】従来の集積化磁気抵抗センサとしては、例
えば、１９９１年４月１５日、ジャーナル・オブ・アプ
リケーション・フィジックス、第６８巻、第８号（Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６８（８），１５ Ａｐｒｉｌ
１９９１）に記載された、同一方向に往復運動するよう
な磁界を検出できることが特徴であるものがある。
えば、１９９１年４月１５日、ジャーナル・オブ・アプ
リケーション・フィジックス、第６８巻、第８号（Ｊ．
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．６８（８），１５ Ａｐｒｉｌ
１９９１）に記載された、同一方向に往復運動するよう
な磁界を検出できることが特徴であるものがある。
【０００４】図４は従来の集積化磁気抵抗効果センサの
構成を示す等価回路図である。図において従来の集積化
磁気抵抗効果センサは、４個の抵抗体１１〜１４がブリ
ッジ回路接続されてなる磁気抵抗素子部１と、その出力
について波形整形を行う波形整形処理部２とを含んで構
成されている。磁気抵抗素子部１は、図５に示されてい
るように、多数の磁気抵抗効果素子がアレイ状に整列さ
れてなり、各磁気抵抗効果素子は強磁性体薄膜（ＮｉＦ
ｅ蒸着膜）で形成されている。そして、各抵抗体１１〜
１４のパターン折返し部（斜線部分）にはＡｕ膜等の導
体膜が形成されている。
構成を示す等価回路図である。図において従来の集積化
磁気抵抗効果センサは、４個の抵抗体１１〜１４がブリ
ッジ回路接続されてなる磁気抵抗素子部１と、その出力
について波形整形を行う波形整形処理部２とを含んで構
成されている。磁気抵抗素子部１は、図５に示されてい
るように、多数の磁気抵抗効果素子がアレイ状に整列さ
れてなり、各磁気抵抗効果素子は強磁性体薄膜（ＮｉＦ
ｅ蒸着膜）で形成されている。そして、各抵抗体１１〜
１４のパターン折返し部（斜線部分）にはＡｕ膜等の導
体膜が形成されている。
【０００５】また、磁界の方向を検出するために、４個
の磁気抵抗効果素子はその隣接する素子同士の最大検出
方向が互いに異なるように配置されている。つまり、矢
印Ａ方向の磁界が与えられると抵抗体１１及び１４の抵
抗値は最大となり、抵抗体１２及び１３の抵抗値は最小
となる。一方、矢印Ｂ方向の磁界が与えられると抵抗体
１２及び１３の抵抗値は最大となり、抵抗体１１及び１
４の抵抗値は最小となる。一般に、抵抗値が最大となる
磁界の方向を容易軸方向といい、抵抗値が最小となる磁
界の方向を困難軸方向という。
の磁気抵抗効果素子はその隣接する素子同士の最大検出
方向が互いに異なるように配置されている。つまり、矢
印Ａ方向の磁界が与えられると抵抗体１１及び１４の抵
抗値は最大となり、抵抗体１２及び１３の抵抗値は最小
となる。一方、矢印Ｂ方向の磁界が与えられると抵抗体
１２及び１３の抵抗値は最大となり、抵抗体１１及び１
４の抵抗値は最小となる。一般に、抵抗値が最大となる
磁界の方向を容易軸方向といい、抵抗値が最小となる磁
界の方向を困難軸方向という。
【０００６】なお、抵抗体１１〜１４は、夫々１０［Ｋ
Ω］以上の電気抵抗値を有しているものとする。
Ω］以上の電気抵抗値を有しているものとする。
【０００７】この磁気抵抗素子部１は、端子１５に電源
電圧Ｖcc、端子１６にグランドレベルが夫々接続され、
かつ端子１８にコンパレータのプラス入力端子（非反転
入力端子）、端子１７にコンパレータのマイナス入力端
子（反転入力端子）が夫々接続される。ここで、図４を
参照すれば、端子１５と電源端子３１とが接続され、端
子１６とグランド端子３３とが接続されている。また、
端子１８と波形整形処理部２内のコンパレータ２１のプ
ラス入力端子（＋）とが接続され、端子１７と同コンパ
レータ２１のマイナス入力端子（−）とが接続されてい
る。
電圧Ｖcc、端子１６にグランドレベルが夫々接続され、
かつ端子１８にコンパレータのプラス入力端子（非反転
入力端子）、端子１７にコンパレータのマイナス入力端
子（反転入力端子）が夫々接続される。ここで、図４を
参照すれば、端子１５と電源端子３１とが接続され、端
子１６とグランド端子３３とが接続されている。また、
端子１８と波形整形処理部２内のコンパレータ２１のプ
ラス入力端子（＋）とが接続され、端子１７と同コンパ
レータ２１のマイナス入力端子（−）とが接続されてい
る。
【０００８】波形整形処理部２内のコンパレータ２１
は、プラス入力端子に入力される電圧値とマイナス入力
端子に入力される電圧値との電位差を求める処理を行う
ものである。このコンパレータ２１には２つのスレッシ
ョルドレベルが設けられている。そして、電位差のレベ
ルが第１のスレッショルドレベルを越えると、コンパレ
ータ２１はローレベルの信号を出力する。一方、電位差
のレベルが第２のスレッショルドレベルより低下する
と、コンパレータ２１はハイレベルの信号を出力する。
すなわち、コンパレータ２１はヒステリシスコンパレー
タとして動作するのであり、帰還抵抗２２により２つの
スレッショルドレベルの電位差が決定される。
は、プラス入力端子に入力される電圧値とマイナス入力
端子に入力される電圧値との電位差を求める処理を行う
ものである。このコンパレータ２１には２つのスレッシ
ョルドレベルが設けられている。そして、電位差のレベ
ルが第１のスレッショルドレベルを越えると、コンパレ
ータ２１はローレベルの信号を出力する。一方、電位差
のレベルが第２のスレッショルドレベルより低下する
と、コンパレータ２１はハイレベルの信号を出力する。
すなわち、コンパレータ２１はヒステリシスコンパレー
タとして動作するのであり、帰還抵抗２２により２つの
スレッショルドレベルの電位差が決定される。
【０００９】帰還抵抗２２は通常、コンパレータ２１の
出力を正帰還するように接続されるが、本例ではコンパ
レータ２１のプラス入力端子と端子３４との間に接続さ
れている。これは、電池を電源とした場合において消費
電力を低減する必要性から本センサを間欠動作させる際
に、端子３４を使用するためである。すなわち、前回の
出力レベルを一旦図示せぬ外部メモリに記憶させてお
き、その記憶させたレベルに応じて端子３４に与える帰
還量を変化させて前回の動作の続きを行わせるためであ
る。図示せぬ外部メモリのアクセスは図示せぬＣＰＵに
より行われる。間欠動作させずに連続動作させる場合
は、コンパレータ２１の出力をそのプラス入力端子に帰
還させれば良い。なお、抵抗２２は１．５［ＭΩ］以上
であるものとする。
出力を正帰還するように接続されるが、本例ではコンパ
レータ２１のプラス入力端子と端子３４との間に接続さ
れている。これは、電池を電源とした場合において消費
電力を低減する必要性から本センサを間欠動作させる際
に、端子３４を使用するためである。すなわち、前回の
出力レベルを一旦図示せぬ外部メモリに記憶させてお
き、その記憶させたレベルに応じて端子３４に与える帰
還量を変化させて前回の動作の続きを行わせるためであ
る。図示せぬ外部メモリのアクセスは図示せぬＣＰＵに
より行われる。間欠動作させずに連続動作させる場合
は、コンパレータ２１の出力をそのプラス入力端子に帰
還させれば良い。なお、抵抗２２は１．５［ＭΩ］以上
であるものとする。
【００１０】コンパレータ２１の出力側には、ＮＰＮ型
のトランジスタ２４が設けられており、そのオープンコ
レクタが出力端子３２となっている。なお、コンパレー
タ２１とグランド端子３３との間にはセット抵抗２３が
取付けられている。
のトランジスタ２４が設けられており、そのオープンコ
レクタが出力端子３２となっている。なお、コンパレー
タ２１とグランド端子３３との間にはセット抵抗２３が
取付けられている。
【００１１】次に、かかる構成とされた従来の集積化磁
気抵抗効果センサの動作を説明する。図５において、各
抵抗体１１〜１４の抵抗値を夫々Ｒ１〜Ｒ４とすると、
与えられた磁界の方向が図中のＢ方向となす角度をθと
すると、飽和磁界以上の回転磁界中の抵抗値の変化は、 Ｒ１（θ）＝Ｒ１min sin 2 θ ＋Ｒ１max cos 2 θ Ｒ２（θ）＝Ｒ２min sin 2 （π／２−θ）＋Ｒ２max cos 2 （π／２−θ） Ｒ３（θ）＝Ｒ３min sin 2 （π／２−θ）＋Ｒ３max cos 2 （π／２−θ） Ｒ４（θ）＝Ｒ４min sin 2 θ ＋Ｒ４max cos 2 θ で表される。ここで、Ｒｎmax （ｎ＝１〜４）は容易軸
方向、Ｒｎmin （ｎ＝１〜４）は困難軸方向に磁化され
たときの抵抗値である。一般に、容易軸方向に磁化され
たときの抵抗値に基づいてセンサが設計される。
気抵抗効果センサの動作を説明する。図５において、各
抵抗体１１〜１４の抵抗値を夫々Ｒ１〜Ｒ４とすると、
与えられた磁界の方向が図中のＢ方向となす角度をθと
すると、飽和磁界以上の回転磁界中の抵抗値の変化は、 Ｒ１（θ）＝Ｒ１min sin 2 θ ＋Ｒ１max cos 2 θ Ｒ２（θ）＝Ｒ２min sin 2 （π／２−θ）＋Ｒ２max cos 2 （π／２−θ） Ｒ３（θ）＝Ｒ３min sin 2 （π／２−θ）＋Ｒ３max cos 2 （π／２−θ） Ｒ４（θ）＝Ｒ４min sin 2 θ ＋Ｒ４max cos 2 θ で表される。ここで、Ｒｎmax （ｎ＝１〜４）は容易軸
方向、Ｒｎmin （ｎ＝１〜４）は困難軸方向に磁化され
たときの抵抗値である。一般に、容易軸方向に磁化され
たときの抵抗値に基づいてセンサが設計される。
【００１２】一方、コンパレータ２１のマイナス端子と
プラス端子からの出力電圧ＶＩＮ１、ＶＩＮ２は、 ＶＩＮ１＝Ｖcc＊Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３） ＶＩＮ２＝Ｖcc＊Ｒ４／（Ｒ２＋Ｒ４） で表される。ここでＶccは、電源端子３１とグランド端
子３３との間の電源電圧値である。
プラス端子からの出力電圧ＶＩＮ１、ＶＩＮ２は、 ＶＩＮ１＝Ｖcc＊Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３） ＶＩＮ２＝Ｖcc＊Ｒ４／（Ｒ２＋Ｒ４） で表される。ここでＶccは、電源端子３１とグランド端
子３３との間の電源電圧値である。
【００１３】コンパレータ２１の出力端子３２からの出
力レベルは、マイナス端子とプラス端子との間の電位差
ＶＩＮ（＝ＶＩＮ２−ＶＩＮ１）がコンパレータ２１に
設けられているオフセット電圧ＶＩＯとヒステリシス幅
ＶＨＹＳとの和（第１のスレッショルドレベル）を越え
るとハイレベルからローレベルに変化し、ＶＩＯ（第２
のスレッショルドレベル）より低下するとローレベルか
らハイレベルに変化する。
力レベルは、マイナス端子とプラス端子との間の電位差
ＶＩＮ（＝ＶＩＮ２−ＶＩＮ１）がコンパレータ２１に
設けられているオフセット電圧ＶＩＯとヒステリシス幅
ＶＨＹＳとの和（第１のスレッショルドレベル）を越え
るとハイレベルからローレベルに変化し、ＶＩＯ（第２
のスレッショルドレベル）より低下するとローレベルか
らハイレベルに変化する。
【００１４】いま、Ｒｎmax （ｎ＝１〜４）＝Ｒ０と
し、磁界印加による最大変化量をΔＲとすると、ＶＩＮ
の最大変化量Δは、 ΔＶ＝｜ＶＩＮ（θ＝０）−ＶＩＮ（θ＝π／２）｜ ＝Ｖcc＊ΔＲ／Ｒ０………（１） ＝Ｖcc＊Δρ／ρ となる。ただし、上記の式（１）は近似的に成立する。
し、磁界印加による最大変化量をΔＲとすると、ＶＩＮ
の最大変化量Δは、 ΔＶ＝｜ＶＩＮ（θ＝０）−ＶＩＮ（θ＝π／２）｜ ＝Ｖcc＊ΔＲ／Ｒ０………（１） ＝Ｖcc＊Δρ／ρ となる。ただし、上記の式（１）は近似的に成立する。
【００１５】かかる従来の磁気抵抗効果センサに回転磁
界を与えた場合の検出特性が、図６に示されている。図
には応答周波数が２００［Ｈz ］のときのコンパレータ
２１のマイナス端子とプラス端子との間の電位差ＶＩＮ
が示されている。
界を与えた場合の検出特性が、図６に示されている。図
には応答周波数が２００［Ｈz ］のときのコンパレータ
２１のマイナス端子とプラス端子との間の電位差ＶＩＮ
が示されている。
【００１６】図中のＶTH１が第１のスレッショルドレベ
ル、すなわちＶＩＯ＋ＶＨＹＳであり、ＶTH２が第２の
スレッショルドレベル、すなわちＶＩＯである。そし
て、ＶTH１を越えるとローレベル、ＶTH２より低下する
とハイレベルとなるような矩形波がコンパレータ２１か
ら送出されることになる。なお、図示されている特性に
おいては、矩形波のデューティ比は５０％となる。
ル、すなわちＶＩＯ＋ＶＨＹＳであり、ＶTH２が第２の
スレッショルドレベル、すなわちＶＩＯである。そし
て、ＶTH１を越えるとローレベル、ＶTH２より低下する
とハイレベルとなるような矩形波がコンパレータ２１か
ら送出されることになる。なお、図示されている特性に
おいては、矩形波のデューティ比は５０％となる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】かかる特性を有する従
来の磁気抵抗効果センサにおいては、センサの電源電圧
の投入時に抵抗体１１〜１４の各抵抗値が定まらず、コ
ンパレータ２１の初期出力レベルが安定しない。これを
解決するために、上述のＶTH２（又はＶTH１）を高め
（又は低め）に設定して初期出力レベルを安定させる方
法がある。しかし、デューティ比を５０［％］に保つた
めには、ＶTH１とＶTH２との差を変えることはできない
ので、相対的にＶTH１及びＶTH２を共に高く（又は低
く）せざるを得ない。すると、ＶTH１の値がＶＩＮの波
形の最大値より高く（又はＶTH２の値がＶＩＮの波形の
最小値より低く）なってしまう場合があり、かかる場合
ＶＩＮの値が常にＶTH１より低く（又はＶTH２より高
く）なってコンパレータの出力レベルがハイレベル（又
はローレベル）に固定されてしまう。よって、初期レベ
ルを固定することが困難であるという欠点があった。
来の磁気抵抗効果センサにおいては、センサの電源電圧
の投入時に抵抗体１１〜１４の各抵抗値が定まらず、コ
ンパレータ２１の初期出力レベルが安定しない。これを
解決するために、上述のＶTH２（又はＶTH１）を高め
（又は低め）に設定して初期出力レベルを安定させる方
法がある。しかし、デューティ比を５０［％］に保つた
めには、ＶTH１とＶTH２との差を変えることはできない
ので、相対的にＶTH１及びＶTH２を共に高く（又は低
く）せざるを得ない。すると、ＶTH１の値がＶＩＮの波
形の最大値より高く（又はＶTH２の値がＶＩＮの波形の
最小値より低く）なってしまう場合があり、かかる場合
ＶＩＮの値が常にＶTH１より低く（又はＶTH２より高
く）なってコンパレータの出力レベルがハイレベル（又
はローレベル）に固定されてしまう。よって、初期レベ
ルを固定することが困難であるという欠点があった。
【００１８】また、上述した従来の集積化磁気抵抗効果
センサでは、磁気抵抗素子部１の出力電圧ΔＶは、電源
電圧がＶccのときΔＶ＝Δρ／ρ×Ｖccで、磁気抵抗変
化率Δρ／ρの大小のみに依存する。強磁性体薄膜とし
て磁気抵抗素子部１を形成していたＮｉＦｅ蒸着膜の磁
気抵抗変化率Δρ／ρは２〜３％程度であるため、プリ
アンプなどによって増幅せずにコンパレータ等に入力さ
れると波形整形処理部２が有する検出レベルに対して出
力電圧変動が小さいという欠点があった。
センサでは、磁気抵抗素子部１の出力電圧ΔＶは、電源
電圧がＶccのときΔＶ＝Δρ／ρ×Ｖccで、磁気抵抗変
化率Δρ／ρの大小のみに依存する。強磁性体薄膜とし
て磁気抵抗素子部１を形成していたＮｉＦｅ蒸着膜の磁
気抵抗変化率Δρ／ρは２〜３％程度であるため、プリ
アンプなどによって増幅せずにコンパレータ等に入力さ
れると波形整形処理部２が有する検出レベルに対して出
力電圧変動が小さいという欠点があった。
【００１９】本発明は、上述した従来の欠点を解決する
ためになされたものであり、その目的は、出力電圧変動
の大きな集積化磁気抵抗効果センサを提供することにあ
る。
ためになされたものであり、その目的は、出力電圧変動
の大きな集積化磁気抵抗効果センサを提供することにあ
る。
【００２０】また、本発明の他の目的は、初期出力レベ
ルを容易に固定することのできる集積化磁気抵抗効果セ
ンサを提供することである。
ルを容易に固定することのできる集積化磁気抵抗効果セ
ンサを提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明による集積化磁気
抵抗効果センサは、強磁性体薄膜で形成され磁界の方向
を検出する４個の磁気抵抗効果素子がその隣接する素子
同士の最大検出方向が互いに異なるように配置され、か
つ該４個の素子がブリッジ回路接続されてなる磁気抵抗
アレイと、前記ブリッジ回路の対向する接続点からの２
出力同士を比較する比較回路とを含み、前記比較回路の
比較結果を送出するようにした集積化磁気抵抗効果セン
サであって、前記強磁性体薄膜はＮｉＦｅＣｏを主成分
とし、前記４個の磁気抵抗効果素子のうちの１つの素子
の磁界が与えられていないときの抵抗値を、他の素子の
磁界が与えられていないときの抵抗値と異なるようにし
たことを特徴とする。
抵抗効果センサは、強磁性体薄膜で形成され磁界の方向
を検出する４個の磁気抵抗効果素子がその隣接する素子
同士の最大検出方向が互いに異なるように配置され、か
つ該４個の素子がブリッジ回路接続されてなる磁気抵抗
アレイと、前記ブリッジ回路の対向する接続点からの２
出力同士を比較する比較回路とを含み、前記比較回路の
比較結果を送出するようにした集積化磁気抵抗効果セン
サであって、前記強磁性体薄膜はＮｉＦｅＣｏを主成分
とし、前記４個の磁気抵抗効果素子のうちの１つの素子
の磁界が与えられていないときの抵抗値を、他の素子の
磁界が与えられていないときの抵抗値と異なるようにし
たことを特徴とする。
【００２２】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００２３】図１は本発明による集積化磁気抵抗効果セ
ンサにおける磁気抵抗素子部の形状の一例を示す平面図
であり、図５と同等部分は同一符号により示されてい
る。
ンサにおける磁気抵抗素子部の形状の一例を示す平面図
であり、図５と同等部分は同一符号により示されてい
る。
【００２４】本例の磁気抵抗素子部が従来のものと異な
る点は、強磁性体薄膜にＮｉＦｅＣｏを用いていること
である。特に、Ｎｉの組成比を７０〜９０重量％とし、
かつＦｅの組成比を５〜２０重量％とし、更にはＣｏの
組成比を５〜２５重量％とすることが望ましい。そし
て、ＮｉＦｅＣｏ以外の不純物はほとんど含まないこと
が望ましい。製造上の都合でやむを得ず含まれる不純物
はある程度許容される。
る点は、強磁性体薄膜にＮｉＦｅＣｏを用いていること
である。特に、Ｎｉの組成比を７０〜９０重量％とし、
かつＦｅの組成比を５〜２０重量％とし、更にはＣｏの
組成比を５〜２５重量％とすることが望ましい。そし
て、ＮｉＦｅＣｏ以外の不純物はほとんど含まないこと
が望ましい。製造上の都合でやむを得ず含まれる不純物
はある程度許容される。
【００２５】図１において、各抵抗体１１〜１４は上記
の強磁性体薄膜で形成されている。各抵抗体１１〜１４
のパターン折返し部（斜線部分）には図５の場合と同様
にＡｕ膜などの導体膜が形成されている。ただし、図５
の場合と異なり、抵抗体１２の導体膜は間隔ｄの分だけ
他の抵抗体１１，１３，１４に比して長くなっており、
磁界が作用していないときの端子１８の電位が端子１７
の電位より高くなるようにして初期レベルが固定される
ようになっている。
の強磁性体薄膜で形成されている。各抵抗体１１〜１４
のパターン折返し部（斜線部分）には図５の場合と同様
にＡｕ膜などの導体膜が形成されている。ただし、図５
の場合と異なり、抵抗体１２の導体膜は間隔ｄの分だけ
他の抵抗体１１，１３，１４に比して長くなっており、
磁界が作用していないときの端子１８の電位が端子１７
の電位より高くなるようにして初期レベルが固定される
ようになっている。
【００２６】４つの磁気抵抗体１１〜１４は、夫々１０
［ｋΩ］以上の抵抗値を有し、ブリッジ構成となってい
る。これら４つの磁気抵抗体１１〜１４を備える磁気抵
抗素子部１は従来と同様に端子１５が図５に示されてい
るように電源端子３１に接続され、端子１６がグランド
端子３３に接続される。さらに、端子１７がコンパレー
タ２１のマイナス端子に接続され、端子１８がコンパレ
ータ２１のプラス端子に接続される。そして、コンパレ
ータ２１には２つのスレッショルドレベルが設けられて
おり、電位差のレベルが第１のスレッショルドレベルを
越えると、ローレベルの信号を出力し、また、第２のス
レッショルドレベルより低下するとハイレベルの信号を
出力する点は図５の場合と同様である。
［ｋΩ］以上の抵抗値を有し、ブリッジ構成となってい
る。これら４つの磁気抵抗体１１〜１４を備える磁気抵
抗素子部１は従来と同様に端子１５が図５に示されてい
るように電源端子３１に接続され、端子１６がグランド
端子３３に接続される。さらに、端子１７がコンパレー
タ２１のマイナス端子に接続され、端子１８がコンパレ
ータ２１のプラス端子に接続される。そして、コンパレ
ータ２１には２つのスレッショルドレベルが設けられて
おり、電位差のレベルが第１のスレッショルドレベルを
越えると、ローレベルの信号を出力し、また、第２のス
レッショルドレベルより低下するとハイレベルの信号を
出力する点は図５の場合と同様である。
【００２７】次に、図１の磁気抵抗素子部の構造につい
て図面を参照して説明する。図２は図１中の波線部Ｈの
部分の断面図である。図において、接続パッド部４は、
図１中の端子１５に与えられる電源電圧が印加されるも
のであり、図示せぬボンディングワイヤ等で端子１５と
電気的に接続される。
て図面を参照して説明する。図２は図１中の波線部Ｈの
部分の断面図である。図において、接続パッド部４は、
図１中の端子１５に与えられる電源電圧が印加されるも
のであり、図示せぬボンディングワイヤ等で端子１５と
電気的に接続される。
【００２８】この図２を参照すると、磁気抵抗素子部は
以下の構造になっている。Ｓｉ基板３に拡散層２ａ，Ｐ
層２ｂ，Ｎ層２ｃ，Ａl 電極配線層２ｄなどから構成さ
れるバイポーラ型又はＭＯＳ型の波形整形処理回路部２
が形成され、この波形整形処理回路部２上には接続パッ
ド部４を除く部分にＳｉ―Ｎからなる絶縁膜５が形成さ
れている。そして、この波形整形処理回路部２上の絶縁
膜５上には、数１０〜１５０オングストローム程度の、
Ｃｒ又はＴｉからなる導体下地薄膜１ａ，３００〜６０
０オングストローム程度の、Ｎｉ82Ｆｅ12Ｃｏ6 からな
る強磁性体薄膜１ｂ，１〜１．５［μｍ］程度の、Ａｕ
からなる導体層１ｃで構成される磁気抵抗素子部１が形
成されている。さらに、この磁気抵抗素子部１には接続
パッド部４を除く部分にＳｉＯ2 からなる保護膜６が形
成されている。以上のように、本例では、磁気抵抗素子
部１と波形整形処理回路部２とが同一チップ上に集積化
されている。
以下の構造になっている。Ｓｉ基板３に拡散層２ａ，Ｐ
層２ｂ，Ｎ層２ｃ，Ａl 電極配線層２ｄなどから構成さ
れるバイポーラ型又はＭＯＳ型の波形整形処理回路部２
が形成され、この波形整形処理回路部２上には接続パッ
ド部４を除く部分にＳｉ―Ｎからなる絶縁膜５が形成さ
れている。そして、この波形整形処理回路部２上の絶縁
膜５上には、数１０〜１５０オングストローム程度の、
Ｃｒ又はＴｉからなる導体下地薄膜１ａ，３００〜６０
０オングストローム程度の、Ｎｉ82Ｆｅ12Ｃｏ6 からな
る強磁性体薄膜１ｂ，１〜１．５［μｍ］程度の、Ａｕ
からなる導体層１ｃで構成される磁気抵抗素子部１が形
成されている。さらに、この磁気抵抗素子部１には接続
パッド部４を除く部分にＳｉＯ2 からなる保護膜６が形
成されている。以上のように、本例では、磁気抵抗素子
部１と波形整形処理回路部２とが同一チップ上に集積化
されている。
【００２９】図１に戻り、本例の磁気抵抗素子部１で
は、４個の磁気抵抗効果素子１１〜１４のうち、素子１
２の磁界が与えられていないときの抵抗値を、他の素子
１１，１３及び１４の磁界が与えられていないときの抵
抗値と異なるようにしているのである。すなわち、抵抗
体１２の抵抗値を他の３つの抵抗体１１，１３，１４よ
り小さく調整してブリッジ回路のバランスをくずすこと
で初期オフセット電圧ＶＯＳを設けている。これによ
り、デューティ比を変えることなく、初期出力レベルを
ハイレベルに固定しているのである。ここで、初期オフ
セット電圧ＶＯＳは、 ＶＩＯ＋ＶＨＹＳ＞ＶＯＳ＞（ＶＩＯ＋ＶＨＹＳ）−１
／２（ΔＶ） である。なお、ＶＩＯは０±１０［ｍＶ］程度、ＶＨＹ
Ｓは７〜３５［ｍＶ］程度である。
は、４個の磁気抵抗効果素子１１〜１４のうち、素子１
２の磁界が与えられていないときの抵抗値を、他の素子
１１，１３及び１４の磁界が与えられていないときの抵
抗値と異なるようにしているのである。すなわち、抵抗
体１２の抵抗値を他の３つの抵抗体１１，１３，１４よ
り小さく調整してブリッジ回路のバランスをくずすこと
で初期オフセット電圧ＶＯＳを設けている。これによ
り、デューティ比を変えることなく、初期出力レベルを
ハイレベルに固定しているのである。ここで、初期オフ
セット電圧ＶＯＳは、 ＶＩＯ＋ＶＨＹＳ＞ＶＯＳ＞（ＶＩＯ＋ＶＨＹＳ）−１
／２（ΔＶ） である。なお、ＶＩＯは０±１０［ｍＶ］程度、ＶＨＹ
Ｓは７〜３５［ｍＶ］程度である。
【００３０】従来のＮｉ85Ｆｅ15蒸着膜では磁気抵抗変
化率が２％程度であり、特に低電源電圧（３［Ｖ］以
下）で使用する場合には本センサの設計マージンがな
く、先述したようにデューティ比を劣化させずに初期レ
ベルを固定することは難しかった。これに対し、本例で
はＮｉ82Ｆｅ12Ｃｏ6 蒸着膜の磁気抵抗変化率が４％程
度であるため、ＶＩＮ最大変化量ΔＶが２倍となり、十
分マージンをとることができる。
化率が２％程度であり、特に低電源電圧（３［Ｖ］以
下）で使用する場合には本センサの設計マージンがな
く、先述したようにデューティ比を劣化させずに初期レ
ベルを固定することは難しかった。これに対し、本例で
はＮｉ82Ｆｅ12Ｃｏ6 蒸着膜の磁気抵抗変化率が４％程
度であるため、ＶＩＮ最大変化量ΔＶが２倍となり、十
分マージンをとることができる。
【００３１】さらに、Ｎｉ82Ｆｅ12Ｃｏ6 蒸着膜の異方
性磁界は８Ｏｅ程度であり、Ｎｉ85Ｆｅ15蒸着膜の異方
性磁界と同程度であるため高感度は維持できる。
性磁界は８Ｏｅ程度であり、Ｎｉ85Ｆｅ15蒸着膜の異方
性磁界と同程度であるため高感度は維持できる。
【００３２】かかる構成とされた本例の磁気抵抗効果セ
ンサに回転磁界を与えた場合の検出特性が図３に示され
ている。図には図６と同様に、応答周波数が２００［Ｈ
z ］のときのコンパレータ２１のマイナス端子とプラス
端子との間の電位差ＶＩＮが示されている。
ンサに回転磁界を与えた場合の検出特性が図３に示され
ている。図には図６と同様に、応答周波数が２００［Ｈ
z ］のときのコンパレータ２１のマイナス端子とプラス
端子との間の電位差ＶＩＮが示されている。
【００３３】本例ではＮｉＦｅＣｏの薄膜を用いている
ため、図６の従来の特性と異なり、波形振幅が２倍にな
っている。よって、温度特性による設計マージンを十分
に取ることができ、センサの歩留が向上するのである。
ため、図６の従来の特性と異なり、波形振幅が２倍にな
っている。よって、温度特性による設計マージンを十分
に取ることができ、センサの歩留が向上するのである。
【００３４】図中のＶＩＮが第１のスレッショルドレベ
ルＶTH１を越えると、ローレベル、ＶTH２より低下する
とハイレベルとなるような矩形波がコンパレータから送
出される点は従来と同様である。波形振幅が２倍になっ
ても、デューティ比は５０％に維持される。
ルＶTH１を越えると、ローレベル、ＶTH２より低下する
とハイレベルとなるような矩形波がコンパレータから送
出される点は従来と同様である。波形振幅が２倍になっ
ても、デューティ比は５０％に維持される。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、集積化磁
気抵抗効果センサの磁気抵抗素子部を形成する強磁性体
薄膜としてＮｉＦｅＣｏ蒸着膜を用いたため、従来と同
様の磁界感度で磁気抵抗素子部の出力電圧変動を２倍に
することができ、センサの歩留が向上するという効果が
ある。
気抵抗効果センサの磁気抵抗素子部を形成する強磁性体
薄膜としてＮｉＦｅＣｏ蒸着膜を用いたため、従来と同
様の磁界感度で磁気抵抗素子部の出力電圧変動を２倍に
することができ、センサの歩留が向上するという効果が
ある。
【００３６】また、ブリッジ回路状に接続された４個の
磁気抵抗効果素子のうち１つの素子の抵抗値を、他の素
子の抵抗値と異なるようにしたことにより、ブリッジ回
路のバランスがくずれ、結果として初期出力レベルを容
易に固定することができるという効果がある。
磁気抵抗効果素子のうち１つの素子の抵抗値を、他の素
子の抵抗値と異なるようにしたことにより、ブリッジ回
路のバランスがくずれ、結果として初期出力レベルを容
易に固定することができるという効果がある。
【図１】本発明の実施例による集積化磁気抵抗効果セン
サにおける磁気抵抗素子部の形状を示す平面図である。
サにおける磁気抵抗素子部の形状を示す平面図である。
【図２】本発明の集積化磁気抵抗効果センサにおけるコ
ンパレータの反転入力端子と非反転入力端子との電位差
を示す特性図である。
ンパレータの反転入力端子と非反転入力端子との電位差
を示す特性図である。
【図３】図１の破線部Ｈの構造を示す断面図である。
【図４】集積化磁気抵抗効果センサの構成を示す等価回
路である。
路である。
【図５】従来の集積化磁気抵抗効果センサにおける磁気
抵抗素子部の形状を示す平面図である。
抵抗素子部の形状を示す平面図である。
【図６】従来の集積化磁気抵抗効果センサにおけるコン
パレータの反転入力端子と非反転入力端子との電位差を
示す特性図である。
パレータの反転入力端子と非反転入力端子との電位差を
示す特性図である。
１ 磁気抵抗素子部 ２ 波形整形処理部 １１〜１４ 抵抗体 ２１ コンパレータ
Claims (3)
- 【請求項１】 強磁性体薄膜で形成され磁界の方向を検
出する４個の磁気抵抗効果素子がその隣接する素子同士
の最大検出方向が互いに異なるように配置され、かつ該
４個の素子がブリッジ回路接続されてなる磁気抵抗アレ
イと、前記ブリッジ回路の対向する接続点からの２出力
同士を比較する比較回路とを含み、前記比較回路の比較
結果を送出するようにした集積化磁気抵抗効果センサで
あって、前記強磁性体薄膜はＮｉＦｅＣｏを主成分と
し、かつ前記４個の磁気抵抗効果素子のうちの１つの素
子の磁界が与えられていないときの抵抗値を、他の素子
の磁界が与えられていないときの抵抗値と異なるように
したことを特徴とする集積化磁気抵抗効果センサ。 - 【請求項２】 前記強磁性体薄膜は、Ｎｉの組成比が７
０〜９０重量％であり、かつＦｅの組成比が５〜２０重
量％であり、更にはＣｏの組成比が５〜２５重量％であ
ることを特徴とする請求項１記載の集積化磁気抵抗効果
センサ。 - 【請求項３】 強磁性体薄膜及び導体膜で形成され磁界
の方向を検出する４個の磁気抵抗効果素子がその隣接す
る素子同士の最大検出方向が互いに異なるように配置さ
れ、かつ該４個の素子がブリッジ回路接続されてなる磁
気抵抗アレイと、前記ブリッジ回路の対向する接続点か
らの２出力同士を比較する比較回路とを含み、前記比較
回路の比較結果を送出するようにした集積化磁気抵抗効
果センサであって、前記強磁性体薄膜はＮｉＦｅＣｏを
主成分とし、かつ前記４個の磁気抵抗効果素子のうちの
１つの素子の導体膜の長さを、他の素子の導体膜の長さ
と異なるようにしたことを特徴とする集積化磁気抵抗効
果センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5117955A JP2551321B2 (ja) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | 集積化磁気抵抗効果センサ |
| US08/228,427 US5585775A (en) | 1993-04-21 | 1994-04-15 | Integrated magnetoresistive sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5117955A JP2551321B2 (ja) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | 集積化磁気抵抗効果センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06310327A JPH06310327A (ja) | 1994-11-04 |
| JP2551321B2 true JP2551321B2 (ja) | 1996-11-06 |
Family
ID=14724383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5117955A Expired - Fee Related JP2551321B2 (ja) | 1993-04-21 | 1993-04-21 | 集積化磁気抵抗効果センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5585775A (ja) |
| JP (1) | JP2551321B2 (ja) |
Families Citing this family (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2710753B1 (fr) * | 1993-09-27 | 1995-10-27 | Commissariat Energie Atomique | Capteur de courant comprenant un ruban magnétorésistif et son procédé de réalisation. |
| DE4436876A1 (de) * | 1994-10-15 | 1996-04-18 | Lust Antriebstechnik Gmbh | Sensorchip |
| JP2655106B2 (ja) * | 1994-12-07 | 1997-09-17 | 日本電気株式会社 | 磁気抵抗センサ |
| JPH0943327A (ja) * | 1995-08-03 | 1997-02-14 | Nec Corp | 磁気抵抗効果電流センサ |
| JP2776314B2 (ja) * | 1995-08-23 | 1998-07-16 | 日本電気株式会社 | 集積化磁気センサの積層膜構造 |
| JPH09178512A (ja) * | 1995-12-28 | 1997-07-11 | Mitsubishi Electric Corp | センサシステム及びセンサ |
| JPH09283735A (ja) * | 1996-04-10 | 1997-10-31 | Nec Corp | 集積化磁気センサ及びその製造方法 |
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| JP3404249B2 (ja) * | 1997-03-26 | 2003-05-06 | 三菱電機株式会社 | 磁気センサ |
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| US6330183B1 (en) | 1999-03-04 | 2001-12-11 | Pageant Technologies, Inc. (Micromem Technologies, Inc.) | Dual conductor inductive sensor for a non-volatile random access ferromagnetic memory |
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| JPWO2013171977A1 (ja) * | 2012-05-16 | 2016-01-12 | 株式会社村田製作所 | ブリッジ回路、及びこれを有する磁気センサ |
| US9729145B2 (en) * | 2012-06-12 | 2017-08-08 | Infineon Technologies Ag | Circuit and a method for selecting a power supply |
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| JPS6064484A (ja) * | 1983-09-19 | 1985-04-13 | Hitachi Ltd | 強磁性磁気抵抗効果合金膜 |
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| JPH0766033A (ja) * | 1993-08-30 | 1995-03-10 | Mitsubishi Electric Corp | 磁気抵抗素子ならびにその磁気抵抗素子を用いた磁性薄膜メモリおよび磁気抵抗センサ |
-
1993
- 1993-04-21 JP JP5117955A patent/JP2551321B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-04-15 US US08/228,427 patent/US5585775A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06310327A (ja) | 1994-11-04 |
| US5585775A (en) | 1996-12-17 |
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| KR940008887B1 (ko) | 자기 저항 소자 |
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