JP2576763B2 - 強磁性磁気抵抗素子 - Google Patents
強磁性磁気抵抗素子Info
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- JP2576763B2 JP2576763B2 JP5170225A JP17022593A JP2576763B2 JP 2576763 B2 JP2576763 B2 JP 2576763B2 JP 5170225 A JP5170225 A JP 5170225A JP 17022593 A JP17022593 A JP 17022593A JP 2576763 B2 JP2576763 B2 JP 2576763B2
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- ferromagnetic magnetoresistive
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、強磁性磁気抵抗素子に
係わり、たとえば、回転検出や、位置検出に用いられる
強磁性磁気抵抗素子に関する。
係わり、たとえば、回転検出や、位置検出に用いられる
強磁性磁気抵抗素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】強磁性磁気抵抗素子は、強磁性金属の電
気抵抗が外部磁界によって変化する現象（磁気抵抗効
果）を利用して、磁界の強度を検出する素子である。強
磁性磁気抵抗体の抵抗は、磁化の大きさに依存するの
で、外部磁界変化に対する抵抗変化は、磁化曲線に対応
した飽和特性を示す。このため、ある強度以上の磁界の
検出には用いることができず、通常、１００Ｏｅ（エル
ステッド）程度までの磁界の測定か、磁界の変化を測定
することにより、被検出対象の回転角や位置を検出する
センサとして用いられる。
気抵抗が外部磁界によって変化する現象（磁気抵抗効
果）を利用して、磁界の強度を検出する素子である。強
磁性磁気抵抗体の抵抗は、磁化の大きさに依存するの
で、外部磁界変化に対する抵抗変化は、磁化曲線に対応
した飽和特性を示す。このため、ある強度以上の磁界の
検出には用いることができず、通常、１００Ｏｅ（エル
ステッド）程度までの磁界の測定か、磁界の変化を測定
することにより、被検出対象の回転角や位置を検出する
センサとして用いられる。
【０００３】図４を用いて、強磁性磁気抵抗素子で磁界
の方向を検出する場合の動作原理を簡単に説明する。こ
の図は、磁気抵抗要素を２つ組み合せた素子の電気的接
続を簡略化して示したものである。強磁性磁気抵抗素子
１１は、２つの磁気抵抗要素１２A と１２B で構成され
る。磁気抵抗要素１２A と１２B は、磁化されていない
状態で同一の抵抗を有する薄膜状の強磁性体であり、そ
れらは互いに直交して配置され、直列に接続される。こ
れらの磁気抵抗要素には、定電圧電源１５から一定の電
圧Ｖ0 が供給される。
の方向を検出する場合の動作原理を簡単に説明する。こ
の図は、磁気抵抗要素を２つ組み合せた素子の電気的接
続を簡略化して示したものである。強磁性磁気抵抗素子
１１は、２つの磁気抵抗要素１２A と１２B で構成され
る。磁気抵抗要素１２A と１２B は、磁化されていない
状態で同一の抵抗を有する薄膜状の強磁性体であり、そ
れらは互いに直交して配置され、直列に接続される。こ
れらの磁気抵抗要素には、定電圧電源１５から一定の電
圧Ｖ0 が供給される。
【０００４】ここで、強磁性磁気抵抗素子１１が、一定
強度の外部磁界１３下におかれた場合を考えると、各磁
気抵抗要素１２A 、１２B の抵抗ＲA 、ＲB と電極１４
1 で測定される電圧Ｖは、次式で外部磁界の回転角θと
関係づけられる。
強度の外部磁界１３下におかれた場合を考えると、各磁
気抵抗要素１２A 、１２B の抵抗ＲA 、ＲB と電極１４
1 で測定される電圧Ｖは、次式で外部磁界の回転角θと
関係づけられる。
【０００５】
【数１】
【０００６】ここで、θは、磁気抵抗要素１２A の電流
方向と磁界のなす角であり、Ｒ1 は、θ＝π／２のとき
の磁気抵抗要素１２A 、１２B の抵抗、Ｒ2 は、θ＝０
のときの抵抗である。（３）式の右辺、第２項が外部磁
界の角度の変化による電圧変化である。このように、θ
に応じて電圧Ｖが変化するため、電圧Ｖから、磁界の方
向が検出できる。
方向と磁界のなす角であり、Ｒ1 は、θ＝π／２のとき
の磁気抵抗要素１２A 、１２B の抵抗、Ｒ2 は、θ＝０
のときの抵抗である。（３）式の右辺、第２項が外部磁
界の角度の変化による電圧変化である。このように、θ
に応じて電圧Ｖが変化するため、電圧Ｖから、磁界の方
向が検出できる。
【０００７】原理上は、１つの磁気抵抗要素から磁界の
方向を検出することができるにも関わらず、図４のよう
に、磁気抵抗要素を組み合わせて強磁性磁気抵抗素子を
構成するのは、以下の理由による。まず、（１）、
（２）式が成立するため、２つの磁気抵抗要素の抵抗の
和、ＲA ＋ＲB が、磁界の回転角に依存せず一定値、Ｒ
1＋Ｒ2 になる。このため、定電圧電源１５の負荷抵抗
が常に一定値であることになり、簡単な回路で定電圧を
供給することができるようになる。また、（３）式から
明らかなように、抵抗の比を測定することになり、温度
変化による抵抗変化の影響をキャンセルすることができ
る。このため、従来の強磁性磁気抵抗素子は、２つの磁
気抵抗要素を同一平面上に形成することにより作製され
ていた。
方向を検出することができるにも関わらず、図４のよう
に、磁気抵抗要素を組み合わせて強磁性磁気抵抗素子を
構成するのは、以下の理由による。まず、（１）、
（２）式が成立するため、２つの磁気抵抗要素の抵抗の
和、ＲA ＋ＲB が、磁界の回転角に依存せず一定値、Ｒ
1＋Ｒ2 になる。このため、定電圧電源１５の負荷抵抗
が常に一定値であることになり、簡単な回路で定電圧を
供給することができるようになる。また、（３）式から
明らかなように、抵抗の比を測定することになり、温度
変化による抵抗変化の影響をキャンセルすることができ
る。このため、従来の強磁性磁気抵抗素子は、２つの磁
気抵抗要素を同一平面上に形成することにより作製され
ていた。
【０００８】図５に、実際の強磁性磁気抵抗素子の外観
を示す。強磁性磁気抵抗素子１１は、２つの磁気抵抗要
素１２A と１２B が、互いにその電流方向が直交するよ
うな形で、たとえばシリコン（Ｓｉ）のような非磁性絶
縁基板１６上に形成される。図４では、磁気抵抗要素を
直線で示したが、実際には、この図のように、折れ線状
に形成される。これは、磁気抵抗要素の抵抗値を、使用
に適当な値にするためである。
を示す。強磁性磁気抵抗素子１１は、２つの磁気抵抗要
素１２A と１２B が、互いにその電流方向が直交するよ
うな形で、たとえばシリコン（Ｓｉ）のような非磁性絶
縁基板１６上に形成される。図４では、磁気抵抗要素を
直線で示したが、実際には、この図のように、折れ線状
に形成される。これは、磁気抵抗要素の抵抗値を、使用
に適当な値にするためである。
【０００９】図６に、強磁性磁気抵抗素子の他の構成例
を示す。この強磁性磁気抵抗素子１１では、４つの磁気
抵抗要素１２1 〜１２4 が設けられている。この強磁性
磁気抵抗素子１１では、電圧は、電極１４2 と１４3 の
間に印加され、電極１４1 または電極１４4 における電
圧を測定することにより、磁界の変化の検出が行われ
る。なお、この素子では、これら２つの電極から、位相
が１８０度異なる２つの検出信号を得ることができる。
を示す。この強磁性磁気抵抗素子１１では、４つの磁気
抵抗要素１２1 〜１２4 が設けられている。この強磁性
磁気抵抗素子１１では、電圧は、電極１４2 と１４3 の
間に印加され、電極１４1 または電極１４4 における電
圧を測定することにより、磁界の変化の検出が行われ
る。なお、この素子では、これら２つの電極から、位相
が１８０度異なる２つの検出信号を得ることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】前述の動作説明におい
ては、外部磁界が一様な強度を有するものとして説明を
行ったが、強磁性磁気抵抗素子が、一様な磁界の測定に
用いられることはないといってよい。たとえば、回転角
の検出では、被検出対象の周囲に異なる極性の磁力源を
交互に配置して、その回転に伴う磁界変化を、側方から
検出する。この場合には、その被検出対象である回転体
から離れた位置の磁界は弱くなるため、一つの磁気抵抗
要素内で、磁界の強度分布に応じた抵抗率分布が生じて
しまう。このような抵抗率分布が発生すると、磁気抵抗
要素の抵抗と磁界の方向との関係が複雑になり、測定さ
れた電圧から磁界の方向を算出することが困難になる。
この問題を解決するためには、磁気抵抗要素が形成され
ている部分、すなわち、感磁部の面積をできるがぎり小
さくすることが必要となる。
ては、外部磁界が一様な強度を有するものとして説明を
行ったが、強磁性磁気抵抗素子が、一様な磁界の測定に
用いられることはないといってよい。たとえば、回転角
の検出では、被検出対象の周囲に異なる極性の磁力源を
交互に配置して、その回転に伴う磁界変化を、側方から
検出する。この場合には、その被検出対象である回転体
から離れた位置の磁界は弱くなるため、一つの磁気抵抗
要素内で、磁界の強度分布に応じた抵抗率分布が生じて
しまう。このような抵抗率分布が発生すると、磁気抵抗
要素の抵抗と磁界の方向との関係が複雑になり、測定さ
れた電圧から磁界の方向を算出することが困難になる。
この問題を解決するためには、磁気抵抗要素が形成され
ている部分、すなわち、感磁部の面積をできるがぎり小
さくすることが必要となる。
【００１１】しかし、従来の強磁性磁気抵抗素子では、
同一平面上に２つ以上の磁気抵抗要素を形成していたた
め、感磁部の面積が、１つの磁気抵抗要素の少なくとも
２倍の面積を必要とするといった問題があった。また、
前述のように２つの磁気抵抗要素の抵抗は等しいことが
望まれるため、従来のような、磁気抵抗要素がパターニ
ングにより一括して作製される強磁性磁気抵抗素子で
は、作製時に膜厚分布が生じないように正確に成膜プロ
セスを制御することが必要であった。
同一平面上に２つ以上の磁気抵抗要素を形成していたた
め、感磁部の面積が、１つの磁気抵抗要素の少なくとも
２倍の面積を必要とするといった問題があった。また、
前述のように２つの磁気抵抗要素の抵抗は等しいことが
望まれるため、従来のような、磁気抵抗要素がパターニ
ングにより一括して作製される強磁性磁気抵抗素子で
は、作製時に膜厚分布が生じないように正確に成膜プロ
セスを制御することが必要であった。
【００１２】そこで本発明の目的は、感磁部の面積が小
さい強磁性磁気抵抗素子を提供することにある。
さい強磁性磁気抵抗素子を提供することにある。
【００１３】また、本発明の他の目的は、作製マージン
の大きな強磁性磁気抵抗素子を提供することにある。
の大きな強磁性磁気抵抗素子を提供することにある。
【００１４】
【００１５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、磁気抵抗効果を有する強磁性体薄膜からなる磁気抵
抗要素が、１つの基板上で電流方向を直交させるように
２つの方向にそれぞれ形成されており、これら同一構成
の２つの基板の一方の磁気抵抗要素が他方の基板の他方
の磁気抵抗要素と同一方向を向くように両基板を９０度
回転させた状態で重ね合わされ、それぞれの基板の磁気
構成要素が電気的に接続した強磁性磁気抵抗素子である
ことを特徴としている。
は、磁気抵抗効果を有する強磁性体薄膜からなる磁気抵
抗要素が、１つの基板上で電流方向を直交させるように
２つの方向にそれぞれ形成されており、これら同一構成
の２つの基板の一方の磁気抵抗要素が他方の基板の他方
の磁気抵抗要素と同一方向を向くように両基板を９０度
回転させた状態で重ね合わされ、それぞれの基板の磁気
構成要素が電気的に接続した強磁性磁気抵抗素子である
ことを特徴としている。
【００１６】すなわち請求項１記載の発明では、磁気抵
抗要素が互いに直交するような方向に配置された同一構
成の基板を２つ用意し、これらの基板の一方の磁気抵抗
要素が他方の基板の他方の磁気構成要素と同一方向を向
くように配置して、これら基板間の接続を行っている。
このように２枚の基板には２通りの磁気抵抗要素が配置
されているので、抵抗値が近いもの同士の磁気抵抗要素
を選んで電気的な接続を行うことで、良好な強磁性磁気
抵抗素子を簡単にかつ安価に作製することができる。
抗要素が互いに直交するような方向に配置された同一構
成の基板を２つ用意し、これらの基板の一方の磁気抵抗
要素が他方の基板の他方の磁気構成要素と同一方向を向
くように配置して、これら基板間の接続を行っている。
このように２枚の基板には２通りの磁気抵抗要素が配置
されているので、抵抗値が近いもの同士の磁気抵抗要素
を選んで電気的な接続を行うことで、良好な強磁性磁気
抵抗素子を簡単にかつ安価に作製することができる。
【００１７】
【実施例】以下、実施例につき本発明を詳細に説明す
る。
る。
【００１８】図１に、実施例による強磁性磁気抵抗素子
の概要を示す。強磁性磁気抵抗素子は、所定の形状の強
磁性薄膜からなる磁気抵抗要素１２A と１２B が形成さ
れた２枚の非磁性絶縁体基板１６A と１６B を、互いに
直交するように配置したものである。磁気抵抗要素１２
A と１２B は、パーマロイで形成された薄膜パターンで
あり、これらは、同一プロセスにより、同一形状のシリ
コン基板１６上に形成したものである。なお、図中の符
号は、図４に示した動作説明図に対応させてあり、電極
１４2 と電極１４3 との間に定電圧が印加され、電極１
４2 と電極１４ 1 の間の電圧が外部磁界の検出に用いら
れる。
の概要を示す。強磁性磁気抵抗素子は、所定の形状の強
磁性薄膜からなる磁気抵抗要素１２A と１２B が形成さ
れた２枚の非磁性絶縁体基板１６A と１６B を、互いに
直交するように配置したものである。磁気抵抗要素１２
A と１２B は、パーマロイで形成された薄膜パターンで
あり、これらは、同一プロセスにより、同一形状のシリ
コン基板１６上に形成したものである。なお、図中の符
号は、図４に示した動作説明図に対応させてあり、電極
１４2 と電極１４3 との間に定電圧が印加され、電極１
４2 と電極１４ 1 の間の電圧が外部磁界の検出に用いら
れる。
【００１９】この強磁性磁気抵抗素子の特性評価は、素
子をケースに組み込み、実際のセンサ形状にしてから行
った。
子をケースに組み込み、実際のセンサ形状にしてから行
った。
【００２０】図２に、この強磁性磁気抵抗素子を用いた
センサの概要を示す。強磁性磁気抵抗素子を構成する２
つの磁気抵抗要素が形成された基板１６A と１６B は、
リードフレーム２１上に、積み重ねられ、接着剤により
接続される。リード端子２２と強磁性磁気抵抗素子の電
極の接続は、リード線２３により行われる。このとき、
基板１６A 上の電極１４1 と、基板１６B 上の電極１４
2 の電気的接続も合わせて行う。このようにリード端子
２２と接続された素子を、エポキシ材等のモールド樹脂
からなるケース２４にて封止して、センサを得た。
センサの概要を示す。強磁性磁気抵抗素子を構成する２
つの磁気抵抗要素が形成された基板１６A と１６B は、
リードフレーム２１上に、積み重ねられ、接着剤により
接続される。リード端子２２と強磁性磁気抵抗素子の電
極の接続は、リード線２３により行われる。このとき、
基板１６A 上の電極１４1 と、基板１６B 上の電極１４
2 の電気的接続も合わせて行う。このようにリード端子
２２と接続された素子を、エポキシ材等のモールド樹脂
からなるケース２４にて封止して、センサを得た。
【００２１】実施例の強磁性磁気抵抗素子は、図１およ
び図５から明らかなように、従来例の素子に比べて小さ
いため、ケースも小さくすることができた。また、実施
例と従来例の強磁性磁気抵抗素子を用いて作製したセン
サにより、実際に、周囲に磁力源を配置した回転体の回
転角の測定を行ったところ、実施例の強磁性磁気抵抗素
子では、従来例のそれにくらべ、被検出対象である回転
体からの距離マージンが大きいことが確認できた。
び図５から明らかなように、従来例の素子に比べて小さ
いため、ケースも小さくすることができた。また、実施
例と従来例の強磁性磁気抵抗素子を用いて作製したセン
サにより、実際に、周囲に磁力源を配置した回転体の回
転角の測定を行ったところ、実施例の強磁性磁気抵抗素
子では、従来例のそれにくらべ、被検出対象である回転
体からの距離マージンが大きいことが確認できた。
【００２２】また、図１に示した強磁性磁気抵抗素子で
は、１つの基板上に１つの磁気抵抗要素を形成したが、
図３に示すように、各基板にそれぞれ２つの磁気抵抗要
素を形成してもよい。この図の強磁性磁気抵抗素子は、
図６に示した構成の素子を、本発明により実現したもの
であり、対応する部分には、図６と同一の符号を付けて
ある。このように、４つ以上の磁気抵抗要素で構成され
る強磁性磁気抵抗素子にも、本発明は、適用可能であ
る。この強磁性磁気抵抗素子も、感磁部が小さくなるた
め、従来の強磁性磁気抵抗素子より、磁界の変化を正確
に検出することができる。
は、１つの基板上に１つの磁気抵抗要素を形成したが、
図３に示すように、各基板にそれぞれ２つの磁気抵抗要
素を形成してもよい。この図の強磁性磁気抵抗素子は、
図６に示した構成の素子を、本発明により実現したもの
であり、対応する部分には、図６と同一の符号を付けて
ある。このように、４つ以上の磁気抵抗要素で構成され
る強磁性磁気抵抗素子にも、本発明は、適用可能であ
る。この強磁性磁気抵抗素子も、感磁部が小さくなるた
め、従来の強磁性磁気抵抗素子より、磁界の変化を正確
に検出することができる。
【００２３】実施例の強磁性磁気抵抗素子では、２枚の
基板間の電極の接続をリード線を用いて行っているが、
基板にスルーホールを設けて、これにより、電気的接続
を行うようにすることもできる。また、実施例では、強
磁性金属として、パーマロイを用いてたが、ＣｏＮｉ
（コバルトニッケル）合金等の他の磁気抵抗効果を有す
る金属を用いてもよいことは当然である。
基板間の電極の接続をリード線を用いて行っているが、
基板にスルーホールを設けて、これにより、電気的接続
を行うようにすることもできる。また、実施例では、強
磁性金属として、パーマロイを用いてたが、ＣｏＮｉ
（コバルトニッケル）合金等の他の磁気抵抗効果を有す
る金属を用いてもよいことは当然である。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
それぞれの基板の磁気抵抗要素の配置構造が同一となっ
ているので、２つの基板の配置構造がそれぞれ異なる場
合と較べて強磁性磁気抵抗素子を安価に製造することが
できる。また、２つの基板の磁気抵抗要素の中から抵抗
値が近いもの同士の磁気抵抗要素を選んで電気的な接続
を行うことが可能なので、抵抗値が近いもの同士の磁気
抵抗要素を選んで電気的な接続を行うことが可能にな
り、歩留りおよび品質の良好な強磁性磁気抵抗素子を簡
単かつ安価に作製することができる。
それぞれの基板の磁気抵抗要素の配置構造が同一となっ
ているので、２つの基板の配置構造がそれぞれ異なる場
合と較べて強磁性磁気抵抗素子を安価に製造することが
できる。また、２つの基板の磁気抵抗要素の中から抵抗
値が近いもの同士の磁気抵抗要素を選んで電気的な接続
を行うことが可能なので、抵抗値が近いもの同士の磁気
抵抗要素を選んで電気的な接続を行うことが可能にな
り、歩留りおよび品質の良好な強磁性磁気抵抗素子を簡
単かつ安価に作製することができる。
【００２５】
【図１】本発明の実施例による強磁性磁気抵抗素子の概
要を示す構成図である。
要を示す構成図である。
【図２】実施例の強磁性磁気抵抗素子を組み込んだセン
サの概要を示す説明図である。
サの概要を示す説明図である。
【図３】実施例による４つの磁気抵抗要素を有する強磁
性磁気抵抗素子の概要を示す構成図である。
性磁気抵抗素子の概要を示す構成図である。
【図４】従来例の強磁性磁気抵抗素子の動作原理を示す
ための説明図である。
ための説明図である。
【図５】従来例による２つの磁気抵抗要素を用いた強磁
性磁気抵抗素子の概要を示す構成図である。
性磁気抵抗素子の概要を示す構成図である。
【図６】従来例による４つの磁気抵抗要素を用いた強磁
性磁気抵抗素子の概要を示す構成図である。
性磁気抵抗素子の概要を示す構成図である。
１１…強磁性磁気抵抗素子 １２…磁気抵抗要素 １３…磁界 １４…電極 １５…電源 １６…基板 ２１…リードフレーム ２２…リード端子 ２３…リード線 ２４…ケース
Claims (1)
- 【請求項１】 磁気抵抗効果を有する強磁性体薄膜から
なる磁気抵抗要素が、１つの基板上で電流方向を直交さ
せるように２つの方向にそれぞれ形成されており、これ
ら同一構成の２つの基板の一方の磁気抵抗要素が他方の
基板の他方の磁気抵抗要素と同一方向を向くように両基
板を９０度回転させた状態で重ね合わされ、それぞれの
基板の磁気構成要素を電気的に接続したことを特徴とす
る強磁性磁気抵抗素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5170225A JP2576763B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 強磁性磁気抵抗素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5170225A JP2576763B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 強磁性磁気抵抗素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0730170A JPH0730170A (ja) | 1995-01-31 |
| JP2576763B2 true JP2576763B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=15900993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5170225A Expired - Lifetime JP2576763B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 強磁性磁気抵抗素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2576763B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4543350B2 (ja) * | 1999-12-03 | 2010-09-15 | 日立金属株式会社 | 回転角度センサー及び回転角度センサーユニット |
| JP2006086439A (ja) * | 2004-09-17 | 2006-03-30 | Nidec Sankyo Corp | 磁気抵抗素子 |
| WO2009003186A1 (en) * | 2007-06-27 | 2008-12-31 | Brooks Automation, Inc. | Multiple dimension position sensor |
| JP2009052963A (ja) * | 2007-08-24 | 2009-03-12 | Denso Corp | 磁気ベクトル分布測定プローブ |
| JP2017026312A (ja) * | 2013-12-02 | 2017-02-02 | コニカミノルタ株式会社 | 三次元磁気センサー |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5750863A (en) * | 1980-09-09 | 1982-03-25 | Koichi Ogawa | Non-caloric food |
-
1993
- 1993-07-09 JP JP5170225A patent/JP2576763B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0730170A (ja) | 1995-01-31 |
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