KR960004100B1 - 자기저항소자 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 일반적인 자기저항소자의 스트라이프 자화정도를 나타내는 상태도.
제 2 도는 일반적인 바이어스 마그네트의 착자각을 나타내는 상태도.
제 3 도는 일반적인 자기저항 변화값을 나타내는 그래프
제 4 도는 종래의 논 바이어스형 자기저항소자의 각 부분을 나타낸 사시도.
제 5 도는 제 4 도의 논 바이어스형 자기저항소자의 출력특성을 나타낸 파형도.
제 6 도는 종래의 바이어스형 자기저항소자의 각 부분을 나타낸 사시도.
제 7 도는 제 6 도의 바이어스형 자기저항소자의 출력특성을 나타낸 파형도.
제 8 도는 종래의 또 다른 바이어스형 자기저항소자의 각 부분을 나타낸 사시도.
제 9 도는 제 8 도의 바이어스형 자기저항소자의 동자기저항소자원리를 설명하기 위한 자화상태도.
제 10 도는 제 8 도의 바이어스형 자기저항소자의 출력특성을 나타낸 파형도.
제 11 도는 본 발명에 따른 자기저항소자의 동작원리를 설명하기 위한 자화상태도.
제 12 도는 본 발명에 따른 자기저항소자와 제 8 도의 자기저항소자의 저항변화율을 비교한 출력특성 파형도이다.
본 발명은 자기저항소자에 관한 것으로, 특히 바이어스 필드(bias field)를 자기저항소자의 스트라이프(stripe)방향과 평행하게 인가하고 자성박막의 두께를 조절함으로써, 출력주파수를 증가시키고 자기저항변화율을 증가시키는 자기저항소자에 관한 것이다.
일반적으로 자기저항소자는 자계의 변화에 따라 저항값이 가변되는 소자로서, 좀더 상세히 언급하면 자화각도에 따라 변화하는 저항값을 이용하는 소자인데, 상기 자기저항소자의 대표적인 재료로는 NiCo, NiFe를 들 수 있으며, 모타의 회전속도를 검출하는데 사용되고 있다.
보다 구체적으로는, 모타에 설치되어 있는 마그네트의 회전에 따라 자계가 변화하여 저항값이 가변되고, 저항값의 변화에 따라 출력 AC 전압 파형의 주기 및 위상으로부터 모타의 회전속도를 검출하는 경우에 사용된다.
이와같은 자기저항소자는 하나의 자기저항칩과 바이어스 마그네트(bias magnet)와 함께 홀더(holder)에 고정되어 있다. 그리고 상기 자기저항소자는 모타에 조립될 때 모타의 FG(frequency generator)자석면과 상기 자기저항소자의 표면사이의 간격이 통상 40-300㎛로 조립되면 상기 자기저항소자의 출력은 최대값을 가지게 된다.
한편, 자기저항소자는 제 1 도(A)에 도시한 바와같이 자성박막의 스트라이프(S)를 통하여 흐르는 전류(I)의 방향에 대해 θ의 각도로 자화되며 θ는 거의 0°로 스트라이프의 길이방향으로 자화되어 있음을 알 수 있다. 여기서 M은 스트라이프의 자화정도를 나타내고 Hex는 외부 자계의 세기를 나타낸다.
상기, 바이어스 마그네트는 자기저항소자의 칩에 초기자화를 부여하여 선형성이 좋은 자화특성으로 자기저항소자의 좋은 출력특성, 즉 자계의 변화에 따라 저항값이 선형 범위에서 가변되도록 하는 것으로 제 2 도에 도시한 바와같이 일정한 착자각을 필요로 하고 있다.
일반적인 자기저항소자의 저항값은 이론적으로 잘 알려진 식(1)과 같이 되면 이에 따른 저항곡선은 제 3 도에 도시되어져 있다.
Rθ=Ra-△R·Sin2θ --------------------- (1)
여기에서 θ는 스트라이프의 자화각도이고 Ra는 θ=0°일 때의 스트라이프의 저항값으로 최대저항값이 되고, Rb는 θ=90°일 때의 스트라이프의 저항값으로 최소저항값이 되고, △R은 Ra-Rb로 스트라이프의 최대 저항변화값이다.
일반적으로, 자기저항소자의 자성박막의 패턴형태는 주로 3 단자의 형태로 되어 있으나, 이외에 4단자의 형태도 있다. 그리고 상기 자기저항소자는 바이어스형의 자기저항소자와 논 바이어스형의 자기저항소자로 크게 구분되며, 이러한 종류에 따라서 센서피치가 달라지게 되어 그 패턴형태도 여러가지로 나타난다.
예를 들어, 바이어스 마그네트가 있는 바이어스형 자기저항소자인 경우 외부자계(H)에 의한 저항값의 변화를 살펴보면, H=0일 때 스트라이프 자체의 자화성분과 바이어스 마그네트의 자계성분의 벡터(vector) 합에 의해 스트라이프의 자화가 결정되는 반면, H=Hex의 외부 자계가 인가될 때 스트라이프 자체의 자화성분과 바이어스 마그네트의 자계성분 및 외부자계(Hex)의 벡터합에 의해 스트라이프의 자화가 결정된다.
또한, 바이어스 마그네트가 없는 논 바이어스형 자기저항소자인 경우 외부자계(H)에 의한 저항값의 변화를 살펴보면, H=0일 때 스트라이프 자체의 자화성분만이 존재하게 되고 H=Hex의 외부자계가 인가될 때 스트라이프 자체의 자화성분과 외부자계(Hex)의 벡터합에 의해 스트라이프의 자화가 결정된다.
상기한 바와같이, 바이어스형 자기저항소자와 논 바이어스형 자기저항소자의 자성박막 막성, 바이어스 마그네트의 유무와 그에 따른 착자각도 및 동일 FG(frequency generator)자계에 대한 출력 특성을 제 4 도와 제 5 도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제 4 도는 종래 기술에 따른 논 바이어스형 자기저항소자의 각 부분을 도시한 것으로, 자기저항소자의 기판(1)의 표면상에는 자기저항소자를 위한 자성박막 스트라이프(3)의 패턴(P)이 형성되고 상기 자성박막(3)의 단부상에는 금속층의 전극부(5)가 형성되어 있다.
제 5 도는 종래 기술에 따른 논 바이어스형 자기저항소자의 특성을 나타내는 그래프로서, 외부자계에 따른 자기저항의 특성도와 외부자계의 크기를 나타내는 파형도 및 외부 자계인가시 자기저항값의 변화를 나타내는 파형도를 나타내고 있다.
이에 반해 제 6 도 및 제 7 도는 종래 기술에 바이어스형 자기저항소자의 각 부분 및 특성을 나타낸 것으로, 제 4 도 및 제 5 도에서 제시한 도면과 동일한 내용으로 구성되어 있고, 단지 바이어스 마그네트(M1)가 상기 칩(1)에 착자되어 있다.
먼저, 자기저항소자의 자성박막 특성을 살펴보면, 바이어스형 자기저항소자인 경우, 자성박막의 재료는 Nix Co1-x합금이 주로 사용되고 보자력(0e)는 20-30 정도로 이때의 자기저항 변화율은 4.5-6.0% 정도이다.
한편, 논 바이어스형 자기저항소자인 경우, 자성박막의 재료는 Nix·Fe1-x합금이 주로 사용되고 보자력은 1-5 정도로 이때의 자기저항 변화율은 3-4% 정도이다.
다음으로 바이어스 마그네트의 유무와 착자각도에 대해 살펴보면, 바이어스형 자기저항소자는 바이어스 마그네트가 있는 것으로 이때의 착자각도가 40∼70°인 반면, 논 바이어스형 자기저항소자는 착자각도가 0°이다.
계속해서, 동일 FG자계에 대한 출력특성을 비교해 보면, FG 자계는 자기저항소자를 모타에 부착시 모타의 외부자계변화가 측정되는데 이것은 모타 회전시 모타의 회전속도가 외부자계로 표현되는 것이다. 이때 모타 케이스(motor case)의 외주면에는 플라스틱 자석이 둘러싸여 있어 자계가 발생하는 것인데, 이 플라스틱 자석을 FG자석이라 하며 이 자석에 의해 발생되는 자계를 FG자계라 한다.
일반적으로 동일 FG자계에 대한 출력 특성에서 고려되어야 사항은 크게는 출력 레벨(level)과 출력 주파수 및 노이즈 등이다. 여기서, 출력주파수란 nro의 극을 착자한 FG자석의 1 회전에 대한 자기저항소자의 출력주파수를 의미한다.
바이어스형 자기저항소자는 출력주파수가 2/n이고 출력레벨이 크며 노이즈가 없는 반면, 논 바이어스형 자기저항소자는 출력주파수가 n이고 출력레벨이 자기저항소자으며, 노이즈가 존재한다.
즉, 이를 종합해보면, 종래의 바이어스형 자기저항소자는 NiCo 합금의 자성박막을 이용하여 제자기저항소자된 자기저항소자의 패턴에 영구자석에 의한 바이어스필드(bias field)(HB)를 제 7 도에 도시한 바와같이 특정 각도 예를들면 45° 근처를 각도로 인가하여 NiCo 박막 패턴에 의해 출력레벨이 크고 바이어스 자석의 필드에 의해 노이즈의 제거가 가능하나 출력주파수가 논 바이어스형에 비해 1/2로 제한되는 단점이 있다. 따라서 동일 FG자계를 측정할 때 논 바이어스형과 동일한 주파를 얻기 위해서는 FG자석의 착자극수를 2배로 해주어야 하는 문제점이 있었던 것이다.
또한, 종래의 논 바이어스형 자기저항소자의 경우는 노이즈문제를 최소화하기 위하여 보자력이 작은 NiCo 합금박막을 사용하므로써 출력레벨이 낮고 외부 노이즈에 대하여 영향을 받기 쉬우므로 조직적으로 노이즈에 대한 차례처리가 필요한 단점이 있다.
한편, 상기 바이어스형 자기저항소자의 문제점을 해결하기 위한 또다른 바이어스형 자기저항소자는 제 8 도에 도시한 바와같이 기판(1)상에 NixCo1-x합금박막으로 이루어진 자기저항소자의 패턴(p)과 상기 자기저항소자 패턴(p)의 스트라이프 하단에 전극부(4)를 갖는 자기저항소자의 칩과, 상기 자기저항소자의 칩에 착자된 바이어스자석(M2)에 의해 상기 스트라이프(3)의 방향과 평행하게 바이어스필드(HB)가 인가된다.
여기서 상기 기판(1)으로는 유리(SiO2), 글레이즈드 알루미나(blazed alumina) 또는 실리콘기판이 사용된다.
한편, 상기 자기저항소자의 칩에 착자된 바이어스 자석은 영구자석으로 제 8 도에 도시한 바와같이 N극과 S극이 상, 하에 구분없이 서로 평행하게 형성되어 있으며, 상기 바이어스 자석은 셀라이프 소결자석 도는 셀라이프 플라스틱 자석이 주로 사용된다.
이때 바이어스 필드의 세기가 30∼1500e인 자기저항소자의 바이어스 자석에 의해 스트라이프의 방향 즉, 전류의 방향과 평행하게 바이어스 필드(HB)를 인가해 줌으로써 스트라이프(3)의 자화방향은 θ=0이 되도록 하여 초기 바이어스 필드에 의한 외부 노이즈의 영향을 받지 않도록 한다.
한편, 외부자계가 인가되면 제 9 도에 도시한 바와같이 바이어스 필드에 의한 자계(HB)와 외부자계(Hex)의 작용에 의해 각도가 θ로 되는 방향으로 자기저항소자의 스트라이프의 자회(H)가 변화하므로 자기저항소자 패턴의 전류(I)의 방향과 자화방향 사이의 각도에 의해 자기저항소자의 패턴(P)부에는 식(2)와 같이 저항값이 변하게 된다.
Rθ=Ra cos2θ+Rb Sina2---------------- (2)
이때 θ는 -2°〈θ〈2°의 범위를 가진다.
계속해서 상술한 형태로 구성된 자기저항소자의 출력특성을 나타내는 파형도를 제 10 도를 참조하여 설명한다.
상기 자기저항소자의 외부자계에 의한 자기저항 특성곡선은 제 10 도에 도시한 바와같이 나타나고 이 경우 제 8 도에 도시한 바와같은 형태의 바이어스형 자기저항소자와 동일한 출력주파수를 얻을 수 있게 된다.
그러나, 상기의 바이어스형 자기저항소자는 자성박막의 두께가 650°이상으로 되어 있어 ±100Gauss의 외부자계의 범위에 대해 자기저항 변화율, 즉 |△R-R|이 2%를 넘지 않으므로 자기저항소자의 감도가 낮은 값을 갖게 되는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 바이어스형 자기저항소자의 자성박막의 두께를 조절하여 인가되는 ±100Gauss 범위내에서 자기저항 변화율을 증대시키는 자기저항소자를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명은 기판상에 스트라이프 형상의 자성박막의 250-650Å의 두께로 이루어진 자기저항소자 패턴과 상기 자기저항소자 패턴의 스트라이프 하단에 설치되어진 전극부를 갖는 자기저항소자 칩과, 상기 자기저항 칩에 착자된 바이어스 자석으로 구성되며, 상기 바이어스 자석에 의해 바이어스 필드가 상기 스트라이프의 방향과 평행하게 인가되는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 11 도를 참조하면, 제 8 도에 도시한 바와같이 동일하게 형성되고 상기 자기저항소자의 칩에 착자된 바이어스 자석(M2)에 의해 상기 스트라이프(3)의 방향과 평행하게 바이어스 필드(HB)가 인가되는 자기저항소자는 상기 바이어스 필드(HB)에 외부자계(Hex)가 인가되는 경우 바이어스 필드(HB)에 대해 θ의 각도를 갖는 자계(H)가 바이어스 필드(HB)와 외부자계(Hex)의 벡터합에 의해 형성되어야 하나 실제로는 자성박막의 반자계(Hd)에 의해 상기 θ로부터 △θ만큼 감소된 θ1의 각도를 갖는 자계(H1)가 형성된다.
한편, 반자계(Hd)는 자성박막의 두께에 비례하고 스트라이프의 폭에 반비례하여 식(3)과 같이 나타난다.
Hd=4πMs×(t/w) ---------------- (3)
여기에서 Ms는 자성박막의 포화자속밀도이고, t는 자성박막의 두께이며 W는 스트라이프의 폭을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 자기저항소자는 제 12 도에 도시한 바와같이 상기 자성박막의 두께(t1)를 250-650Å으로 형성하여 반자계(Hd)를 감소시키면 상기 자성박막의 두께(t2)를 650Å 이상으로 형성한 종래의 바이어스형 자기저항소자의 자기저항 변화율( |△R/R|)보다 큰 값을 갖는다.
즉, 본 발명에 따른 자기저항소자는 ±100Gauss 범위의 외부자계(Hex)가 인가되는 상태에서 자기저항 변화율이 2.5% 이상되는 고출력을 얻을 수 있는 효과가 있게 된다.
또한 본 발명에 650Å 따른 자기저항소자는 논 바이어스형 자기저항소자와 동일한 출력 주파수를 얻을 수 있는 효과가 있게 된다.
Claims (1)
- 바이어스형 자기저항소자에 있어서, 기판에 스트라이프 형상의 자성박막이 250∼650Å의 두께로 이루어진 자기저항소자 패턴과 상기 자기저항소자 패턴의 스트라이프 하단에 설치되어진 전극부를 갖는 자기저항소자 칩과, 상기 자기저항칩에 착자된 바이어스 자석으로 구성되며, 상기 바이어스자석에 의해 바이어스 필드가 상기 스트라이프의 방향과 평행하게 인가되는 것을 특징으로 하는 자기저항소자.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019920021346A KR960004100B1 (ko) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | 자기저항소자 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019920021346A KR960004100B1 (ko) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | 자기저항소자 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR940012676A KR940012676A (ko) | 1994-06-24 |
| KR960004100B1 true KR960004100B1 (ko) | 1996-03-26 |
Family
ID=19343104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019920021346A KR960004100B1 (ko) | 1992-11-13 | 1992-11-13 | 자기저항소자 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR960004100B1 (ko) |
-
1992
- 1992-11-13 KR KR1019920021346A patent/KR960004100B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR940012676A (ko) | 1994-06-24 |
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