WO2011111537A1 - 電流センサ - Google Patents

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WO2011111537A1
WO2011111537A1 PCT/JP2011/054085 JP2011054085W WO2011111537A1 WO 2011111537 A1 WO2011111537 A1 WO 2011111537A1 JP 2011054085 W JP2011054085 W JP 2011054085W WO 2011111537 A1 WO2011111537 A1 WO 2011111537A1
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WO
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magnetic field
magnetic
current sensor
current
film
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Application number
PCT/JP2011/054085
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健司 一戸
正路 斎藤
彰 高橋
洋介 井出
Original Assignee
アルプス・グリーンデバイス株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • G—PHYSICS
    • 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
    • G01R33/093—Magnetoresistive devices using multilayer structures, e.g. giant magnetoresistance sensors

Definitions

  • the present invention relates to a current sensor using a magnetoresistive effect element (TMR element, GMR element).
  • TMR element magnetoresistive effect element
  • a motor In an electric vehicle, a motor is driven using electricity generated by an engine, and the magnitude of the current for driving the motor is detected by, for example, a current sensor.
  • a current sensor As this current sensor, a magnetic core having a notch (core gap) in part is arranged around a conductor, and a magnetic detection element is arranged in the core gap.
  • a magnetoresistive effect element As a magnetic sensing element of a current sensor, a magnetoresistive effect element (GMR element, TMR) having a laminated structure of a fixed magnetic layer whose magnetization direction is fixed, a nonmagnetic layer, and a free magnetic layer whose magnetization direction varies with respect to an external magnetic field. Element) or the like.
  • a magnetoresistive effect element and a fixed resistance element constitute a full bridge circuit (Patent Document 1).
  • the feedback coil is energized by the voltage difference obtained by the magnetic detection bridge circuit 2, and the induction magnetic field generated by the measured current I energizing the conductor 1 and the cancellation magnetic field generated by the feedback coil cancel each other.
  • the current to be measured is measured based on the current flowing through the feedback coil when the equilibrium state is reached.
  • the magnetic detection bridge circuit 2 of the current sensor shown in FIG. 9 includes one magnetoresistive effect element 201 and three fixed resistance elements 202a to 202c.
  • the resistance value of the magnetoresistive effect element 201 in the zero magnetic field and the resistance values of the fixed resistance elements 202a to 202c are the same (R com ).
  • the output between the fixed resistance elements 202b and 202c is Out1, and the output between the magnetoresistance effect element 201 and the fixed resistance element 202a is Out2.
  • the resistance value of the fixed resistance element 202b is R1
  • the resistance value of the fixed resistance element 202a is R2
  • the resistance value of the fixed resistance element 202c is R3
  • the resistance value of the magnetoresistive effect element 201 is R4.
  • the magnetic detection bridge circuit 2 of the current sensor shown in FIG. 10 includes two magnetoresistive effect elements 201a and 201b and two fixed resistance elements 202a and 202b.
  • the resistance values of the magnetoresistive effect elements 201a and 201b in the zero magnetic field and the resistance values of the fixed resistance elements 202a and 201b are the same (R com ).
  • the resistance change rates of the magnetoresistive effect elements 201a and 201b are the same.
  • the output between the magnetoresistive effect element 201b and the fixed resistance element 202b is set as Out1
  • the output between the magnetoresistive effect element 201a and the fixed resistance element 202a is set as Out2.
  • the resistance value of the magnetoresistive effect element 201b is R1
  • the resistance value of the fixed resistance element 202a is R2
  • the resistance value of the fixed resistance element 202b is R3
  • the resistance value of the magnetoresistive effect element 201a is R4.
  • the present invention has been made in view of the above points, and provides a current sensor capable of performing current measurement with high accuracy by showing a proportional change in the output of the midpoint potential difference with respect to the induced magnetic field generated by the current to be measured.
  • the purpose is to do.
  • the current sensor according to the present invention includes two magnetoresistive elements and resistance elements that change in resistance value when an induction magnetic field is applied from a current to be measured, and outputs between the two magnetoresistive elements and A current sensor having a magnetic field detection bridge circuit having an output between two fixed resistance elements, wherein the two magnetoresistive effect elements have the same rate of change in resistance, and have a first strong resistance through an antiparallel coupling film.
  • a self-pinned ferromagnetic pinned layer formed by antiferromagnetically coupling the magnetic film and the second ferromagnetic film, a nonmagnetic intermediate layer, and a soft magnetic free layer; The magnetization direction of the ferromagnetic pinned layer of the effect element is different from each other by 180 °.
  • the magnetization directions of the self-pinned ferromagnetic pinned layers of the two magnetoresistive effect elements that output the midpoint potential in the magnetic detection bridge circuit are different from each other by 180 °, and thus are generated by the current to be measured.
  • the output of the midpoint potential difference shows a proportional change with respect to the induced magnetic field, and current measurement can be performed with high accuracy.
  • a feedback coil that is disposed in the vicinity of the magnetoresistive effect element and generates a canceling magnetic field that cancels the induced magnetic field, and a magnetic shield that attenuates the induced magnetic field and enhances the canceling magnetic field.
  • the current to be measured is measured based on the measured current.
  • the two magnetoresistive elements have a shape formed by folding a plurality of strip-like long patterns arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other, and the induced magnetic field and It is preferable that the cancel magnetic field is applied so as to be along a direction orthogonal to the longitudinal direction.
  • the current to be measured is measured by the magnetic field detection bridge circuit based on outputs of the two magnetoresistive elements proportional to the induced magnetic field.
  • the first ferromagnetic film is made of a CoFe alloy containing 40 atomic% to 80 atomic% of Fe
  • the second ferromagnetic film is made of 0 atomic% to 40 atomic% of Fe. It is preferable to be comprised with the CoFe alloy containing.
  • the magnetic shield is preferably made of a high permeability material selected from the group consisting of an amorphous magnetic material, a permalloy magnetic material, and an iron microcrystalline material.
  • the current sensor according to the present invention includes two magnetoresistive elements and resistance elements that change in resistance value when an induction magnetic field is applied from a current to be measured, and outputs between the two magnetoresistive elements and A magnetic field detection bridge circuit having an output between two fixed resistance elements, the two magnetoresistive effect elements have the same resistance change rate, and the first ferromagnetic film and the first ferromagnetic film through an antiparallel coupling film; A ferromagnetic pinned layer formed by antiferromagnetically coupling the two ferromagnetic films, a nonmagnetic intermediate layer, and a soft magnetic free layer. Since the magnetization directions of the magnetic pinned layers are 180 ° different from each other, the output of the midpoint potential difference shows a proportional change with respect to the induced magnetic field generated by the current to be measured, and current measurement can be performed with high accuracy.
  • (A)-(c) is a figure for demonstrating the manufacturing method of the magnetoresistive effect element in the magnetic balance type current sensor which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows the magnetic detection bridge circuit in the conventional magnetic balance type current sensor. It is a figure which shows the magnetic detection bridge circuit in the conventional magnetic balance type current sensor.
  • FIGS. 1 and 2 are diagrams showing a magnetic balance type current sensor according to an embodiment of the present invention.
  • the magnetic balance type current sensor shown in FIGS. 1 and 2 is disposed in the vicinity of the conductor 11 through which the measured current I flows.
  • This magnetic balance type current sensor includes a feedback circuit 12 that generates a magnetic field (cancellation magnetic field) that cancels the induced magnetic field caused by the current I to be measured flowing through the conductor 11.
  • the feedback circuit 12 includes a feedback coil 121 wound in a direction to cancel the magnetic field generated by the current I to be measured, two magnetoresistive elements 122a and 122b, and two fixed resistance elements 123a and 123b.
  • the feedback coil 121 is a planar coil.
  • the feedback coil since there is no magnetic core, the feedback coil can be manufactured at low cost. Further, as compared with the case of the toroidal coil, it is possible to prevent the canceling magnetic field generated from the feedback coil from spreading over a wide range and to avoid affecting the peripheral circuits. Furthermore, compared to the toroidal coil, when the current to be measured is an alternating current, the cancellation magnetic field can be easily controlled by the feedback coil, and the current flowing for the control is not so large. About these effects, it becomes so large that a to-be-measured electric current becomes a high frequency by alternating current.
  • the planar coil is preferably provided so that both an induction magnetic field and a cancellation magnetic field are generated in a plane parallel to the plane of the planar coil.
  • the resistance values of the magnetoresistive effect elements 122a and 122b are changed by applying an induction magnetic field from the current I to be measured.
  • the two magnetoresistance effect elements 122a and 122b and the fixed resistance elements 123a and 123b constitute a magnetic field detection bridge circuit.
  • This magnetic field detection bridge circuit has two outputs that generate a voltage difference corresponding to the induced magnetic field generated by the current I to be measured.
  • a power source Vdd is connected to a connection point between the magnetoresistive effect element 122a and the fixed resistance element 123a, and between the magnetoresistive effect element 122b and the fixed resistance element 123b.
  • a ground (GND) is connected to the connection point.
  • one output (Out1) is taken out from the connection point between the fixed resistance elements 123a and 123b
  • the other output (Out2) is outputted from the connection point between the magnetoresistance effect elements 122a and 122b. I'm taking it out.
  • This two outputs are amplified by the amplifier 124 and supplied to the feedback coil 121 as a current (feedback current).
  • This feedback current corresponds to a voltage difference according to the induced magnetic field.
  • a cancellation magnetic field that cancels the induction magnetic field is generated in the feedback coil 121.
  • the current to be measured is measured by the detection unit (detection resistor R) based on the current flowing through the feedback coil 121 when the induced magnetic field and the canceling magnetic field cancel each other.
  • FIG. 3 is a sectional view showing the magnetic balance type current sensor shown in FIG.
  • a feedback coil, a magnetic shield, and a magnetic field detection bridge circuit are formed on the same substrate 21.
  • the feedback coil is arranged between the magnetic shield and the magnetic field detection bridge circuit, and the magnetic shield is arranged on the side close to the current I to be measured. That is, the magnetic shield, the feedback coil, and the magnetoresistive element are arranged in this order from the side close to the conductor 11.
  • the magnetoresistive effect element can be furthest away from the conductor 11, and the induction magnetic field applied to the magnetoresistive effect element from the current I to be measured can be reduced.
  • the magnetic shield can be brought closest to the conductor 11, the attenuation effect of the induced magnetic field can be further enhanced. Therefore, the cancellation magnetic field from the feedback coil can be reduced.
  • a thermal silicon oxide film 22 that is an insulating layer is formed on a substrate 21.
  • An aluminum oxide film 23 is formed on the thermal silicon oxide film 22.
  • the aluminum oxide film 23 can be formed by a method such as sputtering. Further, a silicon substrate or the like is used as the substrate 21.
  • magnetoresistance effect elements 122a and 122b and fixed resistance elements 123a and 123b are formed, and a magnetic field detection bridge circuit is formed.
  • the magnetoresistive elements 122a and 122b TMR elements (tunnel magnetoresistive elements), GMR elements (giant magnetoresistive elements), and the like can be used.
  • the film configuration of the magnetoresistive element used in the magnetic balance type current sensor according to the present invention will be described later.
  • the magnetoresistive effect element has a shape (a meander shape) formed by folding a plurality of strip-like long patterns (stripes) arranged so that their longitudinal directions are parallel to each other.
  • the GMR element is preferably included.
  • the sensitivity axis direction (Pin direction) is a direction (stripe width direction) orthogonal to the longitudinal direction (stripe longitudinal direction) of the long pattern.
  • an induced magnetic field and a cancel magnetic field are applied along a direction (stripe width direction) orthogonal to the stripe longitudinal direction.
  • the width in the pin direction is preferably 1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the longitudinal direction is both perpendicular to the direction of the induction magnetic field and the direction of the cancellation magnetic field.
  • an electrode 24 is formed on the aluminum oxide film 23.
  • the electrode 24 can be formed by photolithography and etching after forming an electrode material.
  • a polyimide layer 25 is formed as an insulating layer on the aluminum oxide film 23 on which the magnetoresistive effect elements 122a and 122b, the fixed resistance elements 123a and 123b, and the electrode 24 are formed.
  • the polyimide layer 25 can be formed by applying and curing a polyimide material.
  • a silicon oxide film 27 is formed on the polyimide layer 25.
  • the silicon oxide film 27 can be formed by a method such as sputtering.
  • a feedback coil 121 is formed on the silicon oxide film 27.
  • the feedback coil 121 can be formed by photolithography and etching after the coil material is deposited. Alternatively, the feedback coil 121 can be formed by photolithography and plating after forming a base material.
  • a coil electrode 28 is formed on the silicon oxide film 27 in the vicinity of the feedback coil 121.
  • the coil electrode 28 can be formed by photolithography and etching after forming an electrode material.
  • a polyimide layer 29 is formed as an insulating layer on the silicon oxide film 27 on which the feedback coil 121 and the coil electrode 28 are formed.
  • the polyimide layer 29 can be formed by applying and curing a polyimide material.
  • a magnetic shield 30 is formed on the polyimide layer 29.
  • a high magnetic permeability material such as an amorphous magnetic material, a permalloy magnetic material, or an iron microcrystalline material can be used.
  • a silicon oxide film 31 is formed on the polyimide layer 29.
  • the silicon oxide film 31 can be formed by a method such as sputtering.
  • Contact holes are formed in predetermined regions of the polyimide layer 29 and the silicon oxide film 31 (the region of the coil electrode 28 and the region of the electrode 24), and electrode pads 32 and 26 are formed in the contact holes, respectively. Photolithography and etching are used for forming the contact holes.
  • the electrode pads 32 and 26 can be formed by photolithography and plating after forming an electrode material.
  • the induced magnetic field A generated from the current I to be measured is received by the magnetoresistive element, and the induced magnetic field is fed back from the feedback coil 121.
  • the cancel magnetic field B is generated, and the two magnetic fields (the induction magnetic field A and the cancel magnetic field B) are canceled and adjusted appropriately so that the magnetic field applied to the magnetoresistive effect element 121 becomes zero.
  • the magnetic balanced current sensor of the present invention has a magnetic shield 30 adjacent to the feedback coil 121 as shown in FIG.
  • the magnetic shield 30 attenuates the induced magnetic field generated from the current I to be measured and applied to the magnetoresistive effect element (in the magnetoresistive effect element, the direction of the induced magnetic field A and the direction of the canceling magnetic field B is opposite), and the feedback coil
  • the cancellation magnetic field B from 121 can be enhanced (in the magnetic shield, the direction of the induction magnetic field A and the direction of the cancellation magnetic field B are the same). Therefore, since the magnetic shield 30 functions as a magnetic yoke, the current flowing through the feedback coil 121 can be reduced, and power saving can be achieved. Further, the magnetic shield 30 can reduce the influence of an external magnetic field.
  • the magnetic balance type current sensor having the above configuration uses a magnetic field detection bridge circuit having a magnetoresistive effect element, particularly a GMR element or a TMR element, as a magnetic detection element. Thereby, a highly sensitive magnetic balance type current sensor can be realized.
  • this magnetic balance type current sensor is composed of two magnetoresistive effect elements having the same magnetic film detection bridge circuit.
  • the magnetic balanced current sensor having the above-described configuration can be reduced in size because the feedback coil 121, the magnetic shield 30, and the magnetic field detection bridge circuit are formed on the same substrate. Furthermore, since this magnetic balance type current sensor has no magnetic core, it can be reduced in size and cost.
  • the film configuration of the magnetoresistive effect element used in the present invention is, for example, as shown in FIG. That is, the magnetoresistive effect element has a laminated structure provided on the substrate 41 as shown in FIG. In FIG. 7A, for simplicity of explanation, the substrate 41 is shown with the base layer other than the magnetoresistive effect element omitted.
  • the magnetoresistive effect element includes a seed layer 42a, a first ferromagnetic film 43a, an antiparallel coupling film 44a, a second ferromagnetic film 45a, a nonmagnetic intermediate layer 46a, soft magnetic free layers (free magnetic layers) 47a and 48a. And a protective layer 49a.
  • the seed layer 15 is made of NiFeCr or Cr.
  • the protective layer 20 is made of Ta or the like.
  • an underlayer composed of a nonmagnetic material such as at least one element of Ta, Hf, Nb, Zr, Ti, Mo, and W, for example, between the substrate 41 and the seed layer 42a. May be provided.
  • the first ferromagnetic film 43a and the second ferromagnetic film 45a are antiferromagnetically coupled via the antiparallel coupling film 44a, so-called self-pinned ferromagnetic A fixed layer (SFP: Synthetic Ferri Pinned layer) is configured.
  • SFP Synthetic Ferri Pinned layer
  • the thickness of the antiparallel coupling film 44a is set to 0.3 nm to 0.45 nm, or 0.75 nm to 0.95 nm, so that the first ferromagnetic film 43a and the second strong film can be strengthened. Strong antiferromagnetic coupling can be brought about between the magnetic film 45a.
  • the magnetization amount (Ms ⁇ t) of the first ferromagnetic film 43a and the magnetization amount (Ms ⁇ t) of the second ferromagnetic film 45a are substantially the same. That is, the difference in magnetization between the first ferromagnetic film 43a and the second ferromagnetic film 45a is substantially zero. For this reason, the effective anisotropic magnetic field of the SFP layer is large. Therefore, the magnetization stability of the ferromagnetic pinned layer (Pin layer) can be sufficiently ensured without using an antiferromagnetic material.
  • the magnetoresistive effect element used for the magnetic balance type current sensor of the present invention has a film configuration that does not have an antiferromagnetic layer.
  • the Curie temperature (Tc) of the first ferromagnetic film 43a and the Curie temperature (Tc) of the second ferromagnetic film 45a are substantially the same. Thereby, even in a high temperature environment, the difference in magnetization (Ms ⁇ t) between the films 43a and 45a becomes substantially zero, and high magnetization stability can be maintained.
  • the first ferromagnetic film 43a is preferably made of a CoFe alloy containing 40 atomic% to 80 atomic% of Fe. This is because a CoFe alloy having this composition range has a large coercive force and can stably maintain magnetization with respect to an external magnetic field.
  • the second ferromagnetic film 45a is preferably made of a CoFe alloy containing 0 atomic% to 40 atomic% of Fe. This is because a CoFe alloy having this composition range has a small coercive force, and is easily magnetized in an antiparallel direction (a direction different by 180 °) with respect to the direction in which the first ferromagnetic film 43a is preferentially magnetized. is there. As a result, it is possible to further increase Hk represented by the above formula (1). Further, by limiting the second ferromagnetic film 45a to this composition range, it is possible to increase the resistance change rate of the magnetoresistive effect element.
  • a magnetic field is applied to the first ferromagnetic film 43a and the second ferromagnetic film 45a in the meandering stripe width direction during the film formation, and the first ferromagnetic film 43a and the second strong film 43a after the film formation are applied. It is preferable that induced magnetic anisotropy is imparted to the magnetic film 45a. As a result, both films 43a and 45a are magnetized antiparallel to the stripe width direction. Further, since the magnetization directions of the first ferromagnetic film 43a and the second ferromagnetic film 45a are determined by the magnetic field application direction during the formation of the first ferromagnetic film 43a, the first ferromagnetic film 43a is formed. It is possible to form a plurality of magnetoresistive elements having ferromagnetic pinned layers with different magnetization directions on the same substrate by changing the magnetic field application direction during film formation.
  • the antiparallel coupling film 44a of the ferromagnetic fixed layer is made of Ru or the like.
  • the soft magnetic free layers (free layers) 47a and 48a are made of a magnetic material such as a CoFe alloy, a NiFe alloy, or a CoFeNi alloy.
  • the nonmagnetic intermediate layer 46a is made of Cu or the like.
  • a magnetic field is applied to the soft magnetic free layers 47a and 48a in the longitudinal direction of the meander-shaped stripe during film formation, and induced magnetic anisotropy is imparted to the soft magnetic free layers 47a and 48a after film formation. It is preferable.
  • the resistance is linearly changed with respect to the external magnetic field (magnetic field from the current to be measured) in the stripe width direction, and the hysteresis can be reduced.
  • a spin valve configuration is adopted by a ferromagnetic fixed layer, a nonmagnetic intermediate layer, and a soft magnetic free layer.
  • the film configuration of the magnetoresistive effect element used in the magnetic balance type current sensor of the present invention for example, NiFeCr (seed layer: 5 nm) / Fe 70 Co 30 (first ferromagnetic film: 1.65 nm) / Ru (Anti-parallel coupling film: 0.4 nm) / Co 90 Fe 10 (second ferromagnetic film: 2 nm) / Cu (nonmagnetic intermediate layer: 2.2 nm) / Co 90 Fe 10 (soft magnetic free layer: 1 nm) / NiFe (soft magnetic free layer: 7 nm) / Ta (protective layer: 5 nm).
  • the magnetization directions of the films (Pin 2) are 180 ° different from each other (anti-parallel).
  • the resistance change rates of the two magnetoresistive elements 122a and 122b are the same.
  • the magnetoresistive elements 122a and 122b preferably exhibit the same rate of change in resistance at the same magnetic field strength when the angle of the applied magnetic field with respect to the ferromagnetic fixed layer is the same.
  • the voltage difference between the two outputs (Out1, Out2) of the magnetic detection bridge circuit is A canceling magnetic field is applied from the feedback coil 121 to the magnetoresistive effect element so as to be zero, and the current value flowing through the feedback coil 121 at that time is detected, thereby measuring the current to be measured. That is, as shown in FIG. 4, when the current to be measured flows in the direction of the arrow, the induced magnetic field A and the cancel magnetic field B are applied to the two magnetoresistive effect elements 122a and 122b (Out2 side), respectively. At this time, when the combined magnetic field intensity of the induced magnetic field generated by the measured current and the canceling magnetic field becomes zero, the midpoint potential difference of the magnetic detection bridge circuit becomes zero.
  • the resistance values of the fixed resistance elements 123a and 123b in the zero magnetic field and the resistance values of the magnetoresistance effect elements 122a and 122b are the same (R com ). Further, the resistance change rates of the magnetoresistive effect elements 122a and 122b are the same. Also, the output between the fixed resistance element 123a and the fixed resistance element 123b is Out1, and the output between the magnetoresistance effect element 122a and the magnetoresistance effect element 122b is Out2.
  • the resistance value of the fixed resistance element 123a is R1
  • the resistance value of the magnetoresistance effect element 122a is R2
  • the resistance value of the fixed resistance element 123b is R3
  • the resistance value of the magnetoresistance effect element 122b is R4.
  • the magnetic balanced current sensor of the present invention does not include the term ⁇ R in the denominator of the bridge midpoint potential difference equation. For this reason, the output of the midpoint potential difference shows a proportional change with respect to the induced magnetic field generated by the current I to be measured. As a result, current measurement can be performed with high accuracy.
  • a magnetic balance type current sensor using two magnetoresistive effect elements can also be manufactured by a type of magnetoresistive effect element in which the magnetization of the fixed magnetic layer is fixed by an antiferromagnetic film.
  • the exchange coupling direction of the pinned magnetic layer (Pin layer) of one of the two magnetoresistive effect elements is antiparallel to the exchange coupling direction of the pinned magnetic layer of the other magnetoresistive effect element. Therefore, it is necessary to apply laser local annealing or install a magnetic field application coil adjacent to the magnetoresistive effect element.
  • Such a method can be applied to manufacture a sensor or device having a magnetoresistive element near the outermost surface of the chip.
  • the configuration of the present invention is particularly useful in the magnetic balanced current sensor according to the present invention.
  • the magnetic detection bridge circuit and the feedback coil are integrally formed on the same substrate as in the magnetic balance type current sensor according to the present invention, it is necessary to completely insulate both of them, so that an organic insulating film such as a polyimide film is used. Will separate them.
  • the organic insulating film is generally formed by applying a heat treatment at 200 ° C. or higher after being applied by spin coating or the like. Since the organic insulating film is formed in a subsequent process of forming the magnetic detection bridge circuit, the magnetoresistive element is also heated together.
  • a magnetic field is applied so that the characteristics of the pinned magnetic layer do not deteriorate due to the thermal history of the organic insulating film formation process. It is necessary to heat-treat it.
  • the antiferromagnetic film since the antiferromagnetic film is not used, it is possible to maintain the characteristics of the fixed magnetic layer without performing a heat treatment while applying a magnetic field. Therefore, deterioration of the hysteresis of the soft magnetic free layer can be suppressed.
  • the magnetoresistive effect element of the magnetic balance type current sensor according to the present invention does not contain an antiferromagnetic material, the material cost and the manufacturing cost can be suppressed.
  • FIG. 4 For the magnetically balanced current sensor (invention) having the magnetic detection bridge circuit shown in FIG. 4, the relationship between the induced magnetic field (measured current magnetic field) due to the current to be measured and the midpoint potential difference of the magnetic detection bridge circuit was examined. . The result is shown in FIG. Further, a magnetic balance type current sensor (conventional (GMR ⁇ 1)) having a magnetic detection bridge circuit shown in FIG. 9 and a magnetic balance type current sensor (conventional (GMR ⁇ 2)) having a magnetic detection bridge circuit shown in FIG. Similarly, the relationship between the induced magnetic field due to the current to be measured (current magnetic field to be measured) and the midpoint potential difference of the magnetic detection bridge circuit was examined. The results are also shown in FIG.
  • the magnetic balanced current sensor of the present invention (the present invention) has a midpoint potential difference that changes linearly with respect to the induced magnetic field caused by the current to be measured, and performs current measurement with high accuracy. Can do.
  • the conventional magnetic balance type current sensor conventional (GMR ⁇ 1), conventional (GMR ⁇ 2)
  • the midpoint potential difference changes in a curved line with respect to the induced magnetic field due to the current to be measured, and the accuracy is high. Current measurement cannot be performed.
  • the present invention can be applied not only to a magnetic balance type current sensor, but also to a magnetic proportional type current sensor that measures a current to be measured by outputs of two magnetoresistive elements proportional to an induced magnetic field.
  • This magnetic proportional current sensor has a configuration excluding the feedback coil 121 and the magnetic shield film 30 in the configuration shown in FIG. Further, as shown in FIG. 6, the magnetic detection bridge circuit of the magnetic proportional current sensor has two magnetoresistance effect elements 122a and 122b and two fixed resistance elements 123a and 123b.
  • the magnetization directions of the ferromagnetic pinned layers (magnetization direction of the second ferromagnetic film: Pin2) of the two magnetoresistive effect elements 122a and 122b that output the midpoint potential (Out2) are 180 ° different from each other (reversely). parallel).
  • the resistance change rates of the two magnetoresistive elements 122a and 122b are the same.
  • the equation for obtaining the Out1-Out2 potential difference does not include the term ⁇ R in the denominator of the bridge midpoint potential difference equation. For this reason, the output of the midpoint potential difference shows a proportional change with respect to the induced magnetic field generated by the current I to be measured. As a result, current measurement can be performed with high accuracy.
  • the present invention is particularly useful in a magnetic proportional current sensor.
  • FIGS. 8 (a) to (c) are views for explaining a method of manufacturing a magnetoresistive element in the current sensor according to the embodiment of the present invention.
  • a seed layer 42a, a first ferromagnetic film 43a, an antiparallel coupling film 44a, a second ferromagnetic film 45a, a nonmagnetic intermediate layer 46a, a soft layer are formed on a substrate 41.
  • Magnetic free layers (free magnetic layers) 47a and 48a and a protective layer 49a are formed in sequence.
  • a magnetic field is applied in the meander-shaped stripe width direction.
  • the applied magnetic field direction is the direction from the back side to the front side of the paper
  • the applied magnetic field direction is the front side to the back side of the paper. It is the direction toward.
  • a magnetic field is applied in the longitudinal direction of the meander stripe.
  • a resist layer 50 is formed on the protective layer 49a, and the resist layer 50 is left on the region on the magnetoresistive effect element 122a side by photolithography and etching.
  • the exposed laminated film is removed by ion milling or the like to expose the substrate 41 in the region where the magnetoresistive effect element 122b is provided.
  • the applied magnetic field direction is from the front side to the back side of the paper
  • the applied magnetic field direction is from the back side of the paper to the front side. It is the direction toward.
  • a magnetic field is applied in the longitudinal direction of the meander stripe.
  • a resist layer 50 is formed on the protective layers 49a and 49b, and the resist layer 50 is formed on the formation regions of the magnetoresistive elements 122a to 122c and 123 by photolithography and etching. Remain.
  • the exposed laminated film is removed by ion milling or the like to form magnetoresistive elements 122a and 122b.
  • the magnetization directions of the self-pinned ferromagnetic fixed layers of the two magnetoresistive effect elements that output the midpoint potential in the magnetic detection bridge circuit are different from each other by 180 °. Therefore, the output of the midpoint potential difference shows a proportional change with respect to the induced magnetic field generated by the current to be measured, and current measurement can be performed with high accuracy.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
  • the materials, connection relations, thicknesses, sizes, manufacturing methods, and the like in the above embodiments can be changed as appropriate.
  • the present invention can be implemented with appropriate modifications without departing from the scope of the present invention.
  • the present invention can be applied to a current sensor that detects the magnitude of a current for driving a motor of an electric vehicle.

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Abstract

　被測定電流により発生する誘導磁界に対して中点電位差の出力が比例変化を示し、高精度で電流測定を行うことができる電流センサを提供すること。本発明の電流センサは、被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する２つの磁気抵抗効果素子及び２つの固定抵抗素子で構成され、前記２つの磁気抵抗効果素子間の出力及び前記２つの固定抵抗素子間の出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する電流センサであって、前記２つの磁気抵抗効果素子は、抵抗変化率が同じであり、反平行結合膜を介して第１の強磁性膜と第２の強磁性膜とを反強磁性的に結合させてなるセルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層とを有し、前記２つの磁気抵抗効果素子の強磁性固定層の磁化方向が互いに１８０°異なる方向であることを特徴とする。

Description

電流センサ
　本発明は、磁気抵抗効果素子（ＴＭＲ素子、ＧＭＲ素子）を用いた電流センサに関する。
　電気自動車においては、エンジンで発電した電気を用いてモータを駆動しており、このモータ駆動用の電流の大きさは、例えば電流センサにより検出される。この電流センサとしては、導体の周囲に、一部に切り欠き（コアギャップ）を有する磁気コアを配置し、このコアギャップ内に磁気検出素子を配置してなるものである。
　電流センサの磁気検出素子として、磁化方向が固定された固定磁性層、非磁性層、及び磁化方向が外部磁界に対して変動するフリー磁性層の積層構造を備える磁気抵抗効果素子（ＧＭＲ素子、ＴＭＲ素子）などが用いられている。このような電流センサにおいては、磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子とでフルブリッジ回路を構成している（特許文献１）。
　磁気抵抗効果素子と固定抵抗素子とで磁気検出ブリッジ回路を構成した電流センサとしては、例えば、図９及び図１０に示す磁気平衡式電流センサがある。磁気平衡式電流センサは、磁気検出ブリッジ回路２で得られる電圧差によりフィードバックコイルに通電して、導体１を通電する被測定電流Ｉにより発生する誘導磁界とフィードバックコイルにより発生するキャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときのフィードバックコイルに流れる電流に基づいて被測定電流を測定するものである。
　図９に示す電流センサの磁気検出ブリッジ回路２は、１つの磁気抵抗効果素子２０１と、３つの固定抵抗素子２０２ａ～２０２ｃとで構成されている。この磁気検出ブリッジ回路２において、ゼロ磁場での磁気抵抗効果素子２０１の抵抗値と、固定抵抗素子２０２ａ～２０２ｃの抵抗値とは同じである（Ｒｃｏｍ）。また、固定抵抗素子２０２ｂ，２０２ｃ間の出力をＯｕｔ１とし、磁気抵抗効果素子２０１と固定抵抗素子２０２ａとの間の出力をＯｕｔ２とする。また、固定抵抗素子２０２ｂの抵抗値をＲ１とし、固定抵抗素子２０２ａの抵抗値をＲ２とし、固定抵抗素子２０２ｃの抵抗値をＲ３とし、磁気抵抗効果素子２０１の抵抗値をＲ４とする。
　ここで、被測定電流Ｉにより発生する誘導磁界による磁気抵抗効果素子２１の抵抗変化量をΔＲとしたときに、ブリッジ中点電位差（Ｏｕｔ１－Ｏｕｔ２）を求めると、次のようになる。
　Ｖｄｄ－Ｇｎｄ１間抵抗＝Ｒ１＋Ｒ３＝２×Ｒｃｏｍ
　Ｖｄｄ－Ｇｎｄ２間抵抗＝Ｒ２＋（Ｒ４－ΔＲ）＝２×Ｒｃｏｍ－ΔＲ
　Ｏｕｔ１電位＝（Ｒｃｏｍ）／（２×Ｒｃｏｍ）×Ｖｄｄ
　Ｏｕｔ２電位＝（Ｒｃｏｍ－ΔＲ）／（２×Ｒｃｏｍ－ΔＲ）×Ｖｄｄ
　Ｏｕｔ１－Ｏｕｔ２電位差＝ΔＲ／｛２×（２×Ｒｃｏｍ－ΔＲ）｝×Ｖｄｄ
　図１０に示す電流センサの磁気検出ブリッジ回路２は、２つの磁気抵抗効果素子２０１ａ，２０１ｂと、２つの固定抵抗素子２０２ａ，２０２ｂとで構成されている。この磁気検出ブリッジ回路２において、ゼロ磁場での磁気抵抗効果素子２０１ａ，２０１ｂの抵抗値と、固定抵抗素子２０２ａ，２０１ｂの抵抗値とは同じである（Ｒｃｏｍ）。また、磁気抵抗効果素子２０１ａ，２０１ｂの抵抗変化率は同じである。また、磁気抵抗効果素子２０１ｂと固定抵抗素子２０２ｂとの間の出力をＯｕｔ１とし、磁気抵抗効果素子２０１ａと固定抵抗素子２０２ａとの間の出力をＯｕｔ２とする。また、磁気抵抗効果素子２０１ｂの抵抗値をＲ１とし、固定抵抗素子２０２ａの抵抗値をＲ２とし、固定抵抗素子２０２ｂの抵抗値をＲ３とし、磁気抵抗効果素子２０１ａの抵抗値をＲ４とする。
　ここで、被測定電流Ｉにより発生する誘導磁界による磁気抵抗効果素子２０１ａ，２０１ｂの抵抗変化量をΔＲとしたときに、ブリッジ中点電位差（Ｏｕｔ１－Ｏｕｔ２）を求めると、次のようになる。
　Ｖｄｄ－Ｇｎｄ１間抵抗＝（Ｒ１－ΔＲ）＋Ｒ３＝２×Ｒｃｏｍ－ΔＲ
　Ｖｄｄ－Ｇｎｄ２間抵抗＝Ｒ２＋（Ｒ４－ΔＲ）＝２×Ｒｃｏｍ－ΔＲ
　Ｏｕｔ１電位＝（Ｒｃｏｍ）／（２×Ｒｃｏｍ－ΔＲ）×Ｖｄｄ
　Ｏｕｔ２電位＝（Ｒｃｏｍ－ΔＲ）／（２×Ｒｃｏｍ－ΔＲ）×Ｖｄｄ
　Ｏｕｔ１－Ｏｕｔ２電位差＝ΔＲ／（２×Ｒｃｏｍ－ΔＲ）×Ｖｄｄ
特開２００７－２４８０５４号公報
　しかしながら、図９及び図１０に示す磁気検出ブリッジ回路の構成においては、ブリッジ中点電位差の式の分母にΔＲの項を含んでいる。このため、被測定電流Ｉにより発生する誘導磁界に対して中点電位差の出力が完全な比例変化を示さず、測定精度が低下するという問題がある。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、被測定電流により発生する誘導磁界に対して中点電位差の出力が比例変化を示し、高精度で電流測定を行うことができる電流センサを提供することを目的とする。
　本発明の電流センサは、被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する２つの磁気抵抗効果素子及び２つの固定抵抗素子で構成され、前記２つの磁気抵抗効果素子間の出力及び前記２つの固定抵抗素子間の出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する電流センサであって、前記２つの磁気抵抗効果素子は、抵抗変化率が同じであり、反平行結合膜を介して第１の強磁性膜と第２の強磁性膜とを反強磁性的に結合させてなるセルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層とを有し、前記２つの磁気抵抗効果素子の強磁性固定層の磁化方向が互いに１８０°異なる方向であることを特徴とする。
　この構成によれば、磁気検出ブリッジ回路において中点電位を出力する２つの磁気抵抗効果素子のセルフピン止め型の強磁性固定層の磁化方向が互いに１８０°異なる方向であるので、被測定電流により発生する誘導磁界に対して中点電位差の出力が比例変化を示し、高精度で電流測定を行うことができる。
　本発明の電流センサにおいては、前記磁気抵抗効果素子の近傍に配置され、前記誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルと、前記誘導磁界を減衰させると共に前記キャンセル磁界をエンハンスする磁気シールドと、をさらに具備し、前記磁気検出ブリッジ回路で得られる電圧差により前記フィードバックコイルに通電して前記誘導磁界と前記キャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときの前記フィードバックコイルに流れる電流に基づいて前記被測定電流を測定することが好ましい。
　本発明の電流センサにおいては、前記２つの磁気抵抗効果素子は、その長手方向が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターンが折り返してなる形状を有し、前記誘導磁界及び前記キャンセル磁界が前記長手方向に直交する方向に沿うように印加されることが好ましい。
　本発明の電流センサは、前記磁界検出ブリッジ回路により、前記誘導磁界に比例した前記２つの磁気抵抗効果素子の出力により前記被測定電流を測定することが好ましい。
　本発明の電流センサは、前記第１の強磁性膜が４０原子％～８０原子％のＦｅを含むＣｏＦｅ合金で構成され、前記第２の強磁性膜が０原子％～４０原子％のＦｅを含むＣｏＦｅ合金で構成されていることが好ましい。
　本発明の電流センサは、前記磁気シールドは、アモルファス磁性材料、パーマロイ系磁性材料、及び鉄系微結晶材料からなる群より選ばれた高透磁率材料で構成されていることが好ましい。
　本発明の電流センサは、被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する２つの磁気抵抗効果素子及び２つの固定抵抗素子で構成され、前記２つの磁気抵抗効果素子間の出力及び前記２つの固定抵抗素子間の出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有し、前記２つの磁気抵抗効果素子は、抵抗変化率が同じであり、反平行結合膜を介して第１の強磁性膜と第２の強磁性膜とを反強磁性的に結合させてなるセルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層とを有し、前記２つの磁気抵抗効果素子の強磁性固定層の磁化方向が互いに１８０°異なる方向であるので、被測定電流により発生する誘導磁界に対して中点電位差の出力が比例変化を示し、高精度で電流測定を行うことができる。
本発明の実施の形態に係る磁気平衡式電流センサを示す図である。 本発明の実施の形態に係る磁気平衡式電流センサを示す図である。 図１に示す磁気平衡式電流センサを示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る磁気平衡式電流センサにおける磁気検出ブリッジ回路を示す図である。 中点電位差と被測定電流による誘導磁界との間の関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る磁気比例式電流センサにおける磁気検出ブリッジ回路を示す図である。 （ａ）～（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る磁気平衡式電流センサにおける磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。 （ａ）～（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る磁気平衡式電流センサにおける磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。 従来の磁気平衡式電流センサにおける磁気検出ブリッジ回路を示す図である。 従来の磁気平衡式電流センサにおける磁気検出ブリッジ回路を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。まず、本発明に係る電流センサが磁気平衡式電流センサである場合について説明する。
　図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る磁気平衡式電流センサを示す図である。本実施の形態においては、図１及び図２に示す磁気平衡式電流センサは、被測定電流Ｉが流れる導体１１の近傍に配設される。この磁気平衡式電流センサは、導体１１に流れる被測定電流Ｉによる誘導磁界を打ち消す磁界（キャンセル磁界）を生じさせるフィードバック回路１２を備えている。このフィードバック回路１２は、被測定電流Ｉによって発生する磁界を打ち消す方向に巻回されたフィードバックコイル１２１と、２つの磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂと、２つの固定抵抗素子１２３ａ，１２３ｂとを有する。
　フィードバックコイル１２１は平面コイルで構成されている。この構成においては、磁気コアを有しないので、低コストでフィードバックコイルを作製することができる。また、トロイダルコイルの場合に比べて、フィードバックコイルから生じるキャンセル磁界が広範囲に拡がることを防止でき、周辺回路に影響を与えることを回避できる。さらに、トロイダルコイルの場合に比べて、被測定電流が交流の場合に、フィードバックコイルによるキャンセル磁界の制御が容易であり、制御のために流す電流もそれほど大きくならない。これらの効果については、被測定電流が交流で高周波になるほど大きくなる。フィードバックコイル１２１は平面コイルで構成する場合において、平面コイルの形成面と平行な面内で誘導磁界とキャンセル磁界の両方が生じるように平面コイルが設けられていることが好ましい。
　磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂは、被測定電流Ｉからの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する。この２つの磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂと、固定抵抗素子１２３ａ，１２３ｂとにより磁界検出ブリッジ回路を構成している。このように磁気抵抗効果素子を有する磁界検出ブリッジ回路を用いることにより、高感度の磁気平衡式電流センサを実現することができる。
　この磁界検出ブリッジ回路は、被測定電流Ｉにより生じた誘導磁界に応じた電圧差を生じる２つの出力を備える。図２に示す磁界検出ブリッジ回路においては、磁気抵抗効果素子１２２ａと固定抵抗素子１２３ａとの間の接続点に電源Ｖｄｄが接続されており、磁気抵抗効果素子１２２ｂと固定抵抗素子１２３ｂとの間の接続点にグランド（ＧＮＤ）が接続されている。さらに、この磁界検出ブリッジ回路においては、固定抵抗素子１２３ａ，１２３ｂ間の接続点から一つの出力（Ｏｕｔ１）を取り出し、磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂ間の接続点からもう一つの出力（Ｏｕｔ２）を取り出している。これらの２つの出力は増幅器１２４で増幅され、フィードバックコイル１２１に電流（フィードバック電流）として与えられる。このフィードバック電流は、誘導磁界に応じた電圧差に対応する。このとき、フィードバックコイル１２１には、誘導磁界を相殺するキャンセル磁界が発生する。そして、誘導磁界とキャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときのフィードバックコイル１２１に流れる電流に基づいて検出部（検出抵抗Ｒ）で被測定電流を測定する。
　図３は、図１に示す磁気平衡式電流センサを示す断面図である。図３に示すように、本実施の形態に係る磁気平衡式電流センサにおいては、フィードバックコイル、磁気シールド及び磁界検出ブリッジ回路が同一基板２１上に形成されている。図３に示す構成においては、フィードバックコイルが、磁気シールドと磁界検出ブリッジ回路の間に配置され、磁気シールドが被測定電流Ｉに近い側に配置されている。すなわち、導体１１に近い側から磁気シールド、フィードバックコイル、磁気抵抗効果素子の順に配置する。これにより、磁気抵抗効果素子を導体１１から最も遠ざけることができ、被測定電流Ｉから磁気抵抗効果素子に印加される誘導磁界を小さくすることができる。また、磁気シールドを最も導体１１に近づけることができるので、誘導磁界の減衰効果をより高めることができる。したがって、フィードバックコイルからのキャンセル磁界を小さくすることができる。
　図３に示す層構成について詳細に説明する。図３に示す磁気平衡式電流センサにおいては、基板２１上に絶縁層である熱シリコン酸化膜２２が形成されている。熱シリコン酸化膜２２上には、アルミニウム酸化膜２３が形成されている。アルミニウム酸化膜２３は、例えば、スパッタリングなどの方法により成膜することができる。また、基板２１としては、シリコン基板などが用いられる。
　アルミニウム酸化膜２３上には、磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂ及び固定抵抗素子１２３ａ，１２３ｂが形成されており、磁界検出ブリッジ回路が作り込まれる。磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂとしては、ＴＭＲ素子（トンネル型磁気抵抗効果素子）、ＧＭＲ素子（巨大磁気抵抗効果素子）などを用いることができる。本発明に係る磁気平衡式電流センサにおいて用いられる磁気抵抗効果素子の膜構成については後述する。
　磁気抵抗効果素子としては、図２の拡大図に示すように、その長手方向が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターン（ストライプ）が折り返してなる形状（ミアンダ形状）を有するＧＭＲ素子であることが好ましい。このミアンダ形状において、感度軸方向（Ｐｉｎ方向）は、長尺パターンの長手方向（ストライプ長手方向）に対して直交する方向（ストライプ幅方向）である。このミアンダ形状においては、誘導磁界及びキャンセル磁界がストライプ長手方向に直交する方向（ストライプ幅方向）に沿うように印加される。
　このミアンダ形状においては、リニアリティを考慮すると、ピン（Ｐｉｎ）方向の幅が１μｍ～１０μｍであることが好ましい。この場合において、リニアリティを考慮すると、長手方向が誘導磁界の方向及びキャンセル磁界の方向に対して共に垂直になることが望ましい。このようなミアンダ形状にすることにより、ホール素子よりも少ない端子数（２端子）で磁気抵抗効果素子の出力を採ることができる。
　また、アルミニウム酸化膜２３上には、電極２４が形成されている。電極２４は、電極材料を成膜した後に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成することができる。
　磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂ、固定抵抗素子１２３ａ，１２３ｂ及び電極２４を形成したアルミニウム酸化膜２３上には、絶縁層としてポリイミド層２５が形成されている。ポリイミド層２５は、ポリイミド材料を塗布し、硬化することにより形成することができる。
　ポリイミド層２５上には、シリコン酸化膜２７が形成されている。シリコン酸化膜２７は、例えば、スパッタリングなどの方法により成膜することができる。
　シリコン酸化膜２７上には、フィードバックコイル１２１が形成されている。フィードバックコイル１２１は、コイル材料を成膜した後に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成することができる。あるいは、フィードバックコイル１２１は、下地材料を成膜した後に、フォトリソグラフィ及びめっきにより形成することができる。
　また、シリコン酸化膜２７上には、フィードバックコイル１２１の近傍にコイル電極２８が形成されている。コイル電極２８は、電極材料を成膜した後に、フォトリソグラフィ及びエッチングにより形成することができる。
　フィードバックコイル１２１及びコイル電極２８を形成したシリコン酸化膜２７上には、絶縁層としてポリイミド層２９が形成されている。ポリイミド層２９は、ポリイミド材料を塗布し、硬化することにより形成することができる。
　ポリイミド層２９上には、磁気シールド３０が形成されている。磁気シールド３０を構成する材料としては、アモルファス磁性材料、パーマロイ系磁性材料、又は鉄系微結晶材料等の高透磁率材料を用いることができる。
　ポリイミド層２９上には、シリコン酸化膜３１が形成されている。シリコン酸化膜３１は、例えば、スパッタリングなどの方法により成膜することができる。ポリイミド層２９及びシリコン酸化膜３１の所定の領域（コイル電極２８の領域及び電極２４の領域）にコンタクトホールが形成され、そのコンタクトホールに電極パッド３２，２６がそれぞれ形成されている。コンタクトホールの形成には、フォトリソグラフィ及びエッチングなどが用いられる。電極パッド３２，２６は、電極材料を成膜した後に、フォトリソグラフィ及びめっきにより形成することができる。
　このような構成を有する磁気平衡式電流センサにおいては、図３に示すように、被測定電流Ｉから発生した誘導磁界Ａを磁気抵抗効果素子で受け、その誘導磁界をフィードバックしてフィードバックコイル１２１からキャンセル磁界Ｂを発生し、２つの磁界（誘導磁界Ａ、キャンセル磁界Ｂ）を相殺して磁気抵抗効果素子１２１に印加する磁場が零になるように適宜調整する。
　本発明の磁気平衡式電流センサにおいては、図３に示すように、フィードバックコイル１２１に隣接して磁気シールド３０を有する。磁気シールド３０は、被測定電流Ｉから生じ磁気抵抗効果素子に印加される誘導磁界を減衰させる（磁気抵抗効果素子においては誘導磁界Ａの方向とキャンセル磁界Ｂの方向が逆方向）と共に、フィードバックコイル１２１からのキャンセル磁界Ｂをエンハンスする（磁気シールドにおいては誘導磁界Ａの方向とキャンセル磁界Ｂの方向が同方向）ことができる。したがって、磁気シールド３０が磁気ヨークとして機能するため、フィードバックコイル１２１に流す電流を小さくすることができ、省電力化を図ることができる。また、この磁気シールド３０により、外部磁界の影響を低減させることができる。
　上記構成を有する磁気平衡式電流センサは、磁気検出素子として磁気抵抗効果素子、特にＧＭＲ素子やＴＭＲ素子を有する磁界検出ブリッジ回路を用いる。これにより、高感度の磁気平衡式電流センサを実現することができる。また、この磁気平衡式電流センサは、磁気検出ブリッジ回路が膜構成の同じ２つの磁気抵抗効果素子で構成されている。また、上記構成を有する磁気平衡式電流センサは、フィードバックコイル１２１、磁気シールド３０及び磁界検出ブリッジ回路が同一基板上に形成されてなるので、小型化を図ることができる。さらに、この磁気平衡式電流センサは、磁気コアを有しない構成であるので、小型化、低コスト化を図ることができる。
　本発明において使用する磁気抵抗効果素子の膜構成は、例えば、図７（ａ）に示すものである。すなわち、磁気抵抗効果素子は、図７（ａ）に示すように、基板４１に設けられた積層構造を有する。なお、図７（ａ）においては、説明を簡単にするために、基板４１には磁気抵抗効果素子以外の下地層などは省略して図示している。磁気抵抗効果素子は、シード層４２ａ、第１の強磁性膜４３ａ、反平行結合膜４４ａ、第２の強磁性膜４５ａ、非磁性中間層４６ａ、軟磁性自由層（フリー磁性層）４７ａ，４８ａ、及び保護層４９ａを含む。
　シード層１５は、ＮｉＦｅＣｒあるいはＣｒなどで構成される。保護層２０は、Ｔａなどで構成される。なお、上記積層構造において、基板４１とシード層４２ａとの間に、例えば、Ｔａ，Ｈｆ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗのうち少なくとも１つの元素などの非磁性材料で構成される下地層を設けても良い。
　この磁気抵抗効果素子においては、反平行結合膜４４ａを介して第１の強磁性膜４３ａと第２の強磁性膜４５ａとを反強磁性的に結合させており、いわゆるセルフピン止め型の強磁性固定層（ＳＦＰ：Synthetic Ferri Pinned層）が構成されている。
　この強磁性固定層において、反平行結合膜４４ａの厚さを０．３ｎｍ～０．４５ｎｍ、もしくは、０．７５ｎｍ～０．９５ｎｍにすることにより、第１の強磁性膜４３ａと第２の強磁性膜４５ａとの間に強い反強磁性結合をもたらすことができる。
　また、第１の強磁性膜４３ａの磁化量（Ｍｓ・ｔ）と第２の強磁性膜４５ａの磁化量（Ｍｓ・ｔ）が実質的に同じである。すなわち、第１の強磁性膜４３ａと第２の強磁性膜４５ａ間で磁化量の差が実質的にゼロである。このため、ＳＦＰ層の実効的な異方性磁界が大きい。したがって、反強磁性材料を用いなくても、強磁性固定層（Ｐｉｎ層）の磁化安定性を十分に確保できる。これは、第１の強磁性膜の膜厚をｔ１とし、第２の強磁性膜の膜厚をｔ２とし、両層の単位体積あたりの磁化及び誘導磁気異方性定数をそれぞれＭｓ,Ｋとすると、ＳＦＰ層の実効的な異方性磁界が次式（１）で示されるためである。
　式（１）
　　eff Ｈｋ＝２（Ｋ・ｔ１＋Ｋ・ｔ２）／（Ｍｓ・ｔ１－Ｍｓ・ｔ２）
　したがって、本発明の磁気平衡式電流センサに用いる磁気抵抗効果素子は、反強磁性層を有しない膜構成を有する。
　第１の強磁性膜４３ａのキュリー温度（Ｔｃ）と第２の強磁性膜４５ａのキュリー温度（Ｔｃ）とは、略同じである。これにより、高温環境においても両膜４３ａ，４５ａの磁化量（Ｍｓ・ｔ）差が略ゼロとなり、高い磁化安定性を維持することができる。
　第１の強磁性膜４３ａは、４０原子％～８０原子％のＦｅを含むＣｏＦｅ合金で構成されていることが好ましい。これは、この組成範囲のＣｏＦｅ合金が、大きな保磁力を有し、外部磁場に対して磁化を安定に維持できるからである。また、第２の強磁性膜４５ａは、０原子％～４０原子％のＦｅを含むＣｏＦｅ合金で構成されていることが好ましい。これは、この組成範囲のＣｏＦｅ合金が小さな保磁力を有し、第１の強磁性膜４３ａが優先的に磁化する方向に対して反平行方向（１８０°異なる方向）に磁化し易くなるためである。この結果、上記式（１）で示すＨｋをより大きくすることが可能となる。また、第２の強磁性膜４５ａをこの組成範囲に限定することで、磁気抵抗効果素子の抵抗変化率を大きくすることができる。
　第１の強磁性膜４３ａ及び第２の強磁性膜４５ａは、その成膜中にミアンダ形状のストライプ幅方向に磁場が印加され、成膜後の第１の強磁性膜４３ａ及び第２の強磁性膜４５ａに誘導磁気異方性が付与されることが好ましい。これにより、両膜４３ａ，４５ａはストライプ幅方向に反平行に磁化することになる。また、第１の強磁性膜４３ａ及び第２の強磁性膜４５ａの磁化方向は、第１の強磁性膜４３ａの成膜時の磁場印加方向で決まるため、第１の強磁性膜４３ａの成膜時の磁場印加方向を変えることにより、同一基板上に磁化方向が異なる強磁性固定層を持つ複数の磁気抵抗効果素子を形成することが可能である。
　強磁性固定層の反平行結合膜４４ａは、Ｒｕなどにより構成される。また、軟磁性自由層（フリー層）４７ａ，４８ａは、ＣｏＦｅ合金、ＮｉＦｅ合金、ＣｏＦｅＮｉ合金などの磁性材料で構成される。また、非磁性中間層４６ａは、Ｃｕなどにより構成される。また、軟磁性自由層４７ａ，４８ａは、その成膜中にミアンダ形状のストライプ長手方向に磁場が印加され、成膜後の軟磁性自由層４７ａ，４８ａには誘導磁気異方性が付与されることが好ましい。これにより、磁気抵抗効果素子においては、ストライプ幅方向の外部磁場（被測定電流からの磁場）に対して線形的に抵抗変化し、ヒステリシスを小さくすることができる。このような磁気抵抗効果素子においては、強磁性固定層、非磁性中間層及び軟磁性自由層により、スピンバルブ構成を採っている。
　本発明の磁気平衡式電流センサで用いる磁気抵抗効果素子の膜構成の例としては、例えば、ＮｉＦｅＣｒ（シード層：５ｎｍ）／Ｆｅ７０Ｃｏ３０（第１の強磁性膜：１．６５ｎｍ）／Ｒｕ（反平行結合膜：０．４ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（第２の強磁性膜：２ｎｍ）／Ｃｕ（非磁性中間層：２．２ｎｍ）／Ｃｏ９０Ｆｅ１０（軟磁性自由層：１ｎｍ）／ＮｉＦｅ（軟磁性自由層：７ｎｍ）／Ｔａ（保護層：５ｎｍ）である。
　本発明の磁気平衡式電流センサにおいては、図４に示すように、中点電位（Ｏｕｔ２）を出力する２つの磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂの強磁性固定層の磁化方向（第２の強磁性膜の磁化方向：Ｐｉｎ２）が互いに１８０°異なっている（反平行）。また、２つの磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂの抵抗変化率は同じである。磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂは、強磁性固定層に対する印加磁界の角度が同一である場合、同一磁界強度で同一の抵抗変化率を示すことが好ましい。
　このように配置された２つの磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂ及び２つの固定抵抗素子１２３ａ，１２３ｂを有する磁気平衡式電流センサにおいて、磁気検出ブリッジ回路の２つの出力（Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２）の電圧差がゼロになるようにフィードバックコイル１２１から磁気抵抗効果素子にキャンセル磁界を印加し、その際にフィードバックコイル１２１に流れる電流値を検出することにより、被測定電流を測定する。すなわち、図４に示すように、矢印方向に被測定電流が流れると、２つの磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂ（Ｏｕｔ２側）には、それぞれ誘導磁界Ａ及びキャンセル磁界Ｂが印加される。このとき、被測定電流により発生する誘導磁界とキャンセル磁界の合成磁界強度がゼロとなる時に、磁気検出ブリッジ回路の中点電位差がゼロとなる。
　このような磁気検出ブリッジ回路において、ゼロ磁場での固定抵抗素子１２３ａ，１２３ｂの抵抗値と、磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂの抵抗値とは同じである（Ｒｃｏｍ）。また、磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂの抵抗変化率は同じである。また、固定抵抗素子１２３ａと固定抵抗素子１２３ｂとの間の出力をＯｕｔ１とし、磁気抵抗効果素子１２２ａと磁気抵抗効果素子１２２ｂとの間の出力をＯｕｔ２とする。また、固定抵抗素子１２３ａの抵抗値をＲ１とし、磁気抵抗効果素子１２２ａの抵抗値をＲ２とし、固定抵抗素子１２３ｂの抵抗値をＲ３とし、磁気抵抗効果素子１２２ｂの抵抗値をＲ４とする。
　ここで、被測定電流Ｉにより発生する誘導磁界による磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂの抵抗変化量をΔＲとしたときに、ブリッジ中点電位差（Ｏｕｔ１－Ｏｕｔ２）を求めると、次のようになる。
　Ｖｄｄ－Ｇｎｄ１間抵抗＝Ｒ１＋Ｒ３＝２×Ｒｃｏｍ
　Ｖｄｄ－Ｇｎｄ２間抵抗＝（Ｒ２＋ΔＲ）＋（Ｒ４－ΔＲ）＝２×Ｒｃｏｍ
　Ｏｕｔ１電位＝Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）×Ｖｄｄ＝（Ｒｃｏｍ）／（２×Ｒｃｏｍ）×Ｖｄｄ
　Ｏｕｔ２電位＝（Ｒ４－ΔＲ）／（Ｒ２＋Ｒ４）×Ｖｄｄ
　　　　　　　＝（Ｒｃｏｍ－ΔＲ）／（２×Ｒｃｏｍ）×Ｖｄｄ
　Ｏｕｔ１－Ｏｕｔ２電位差＝ΔＲ／（２×Ｒｃｏｍ）×Ｖｄｄ
　上記のように、本発明の磁気平衡式電流センサにおいては、ブリッジ中点電位差の式の分母にΔＲの項を含んでいない。このため、被測定電流Ｉにより発生する誘導磁界に対して中点電位差の出力が比例変化を示す。その結果、高精度で電流測定を行うことができる。
　２つの磁気抵抗効果素子を用いた磁気平衡式電流センサは、反強磁性膜で固定磁性層の磁化を固定するタイプの磁気抵抗効果素子でも作製することができる。この場合、２つの磁気抵抗効果素子のうち１つの磁気抵抗効果素子の固定磁性層（Ｐｉｎ層）の交換結合方向を他の磁気抵抗効果素子の固定磁性層の交換結合方向と反平行方向にするために、レーザ局所アニールを適用するか、あるいは、磁気抵抗効果素子に隣接して磁界印加用コイルを設置する必要がある。このような方法は、磁気抵抗効果素子がチップ最表面付近にあるセンサやデバイスを作製する場合には適用することができるが、本発明の磁気平衡式電流センサのように、磁気抵抗効果素子上に厚い有機絶縁膜、厚いフィードバックコイル、厚い磁気シールド膜を設置したデバイスの作製には適用することはできない。このため、本発明に係る磁気平衡式電流センサにおいては、本発明の構成が特に有用である。
　本発明に係る磁気平衡式電流センサのように、磁気検出ブリッジ回路とフィードバックコイルを同一基板上に一体形成する場合には、両者を完全に絶縁する必要があるため、ポリイミド膜などの有機絶縁膜で両者を分離することになる。有機絶縁膜は、一般にスピンコートなどで塗布した後に、２００℃以上の加熱処理を施すことにより形成される。この有機絶縁膜は磁気検出ブリッジ回路形成の後工程で形成されるため、磁気抵抗効果素子も一緒に加熱されてしまう。反強磁性膜で固定磁性層の磁化を固定するタイプの磁気抵抗効果素子の製造工程においては、この有機絶縁膜の形成工程の熱履歴により固定磁性層の特性が劣化しないように、磁場を印加しながら加熱処理する必要がある。本発明に係る磁気平衡式電流センサでは、反強磁性膜を用いていないため、磁場を印加しながら加熱処理を行わなくても固定磁性層の特性を維持することが可能である。したがって、軟磁性自由層のヒステリシスの劣化を抑えることができる。
　また、本発明に係る磁気平衡式電流センサの磁気抵抗効果素子は反強磁性材料を含まないため、材料コストや、製造コストを抑制することもできる。
　ここで、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。図４に示す磁気検出ブリッジ回路を有する磁気平衡式電流センサ（本発明）について、被測定電流による誘導磁界（被測定電流磁界）と磁気検出ブリッジ回路の中点電位差との間の関係を調べた。その結果を図５に示す。また、図９に示す磁気検出ブリッジ回路を有する磁気平衡式電流センサ（従来（ＧＭＲ×１））と、図１０に示す磁気検出ブリッジ回路を有する磁気平衡式電流センサ（従来（ＧＭＲ×２））とについても同様に被測定電流による誘導磁界（被測定電流磁界）と磁気検出ブリッジ回路の中点電位差との間の関係を調べた。その結果を図５に併記する。
　図５から分かるように、本発明の磁気平衡式電流センサ（本発明）は、被測定電流による誘導磁界に対して中点電位差が直線状に変化しており、高精度に電流測定を行うことができる。一方、従来の磁気平衡式電流センサ（従来（ＧＭＲ×１）、従来（ＧＭＲ×２））は、被測定電流による誘導磁界に対して中点電位差が曲線状に変化しており、高精度に電流測定を行うことができない。
　本発明は、磁気平衡式電流センサだけでなく、誘導磁界に比例した２つの磁気抵抗効果素子の出力により被測定電流を測定する磁気比例式電流センサにも同様に適用することができる。この磁気比例式電流センサは、図３に示す構成において、フィードバックコイル１２１及び磁気シールド膜３０を除いた構成を有する。また、磁気比例式電流センサの磁気検出ブリッジ回路は、図６に示すように、２つの磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂ及び２つの固定抵抗素子１２３ａ，１２３ｂを有する。また、中点電位（Ｏｕｔ２）を出力する２つの磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂの強磁性固定層の磁化方向（第２の強磁性膜の磁化方向：Ｐｉｎ２）が互いに１８０°異なっている（反平行）。また、２つの磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂの抵抗変化率は同じである。
　このような磁気検出ブリッジ回路を有する磁気比例式電流センサにおいても、Ｏｕｔ１－Ｏｕｔ２電位差を求める式に、ブリッジ中点電位差の式の分母にΔＲの項を含んでいない。このため、被測定電流Ｉにより発生する誘導磁界に対して中点電位差の出力が比例変化を示す。その結果、高精度で電流測定を行うことができる。本発明は、磁気比例式電流センサにおいて特に有用である。
　図７（ａ）～（ｃ）及び図８（ａ）～（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る電流センサにおける磁気抵抗効果素子の製造方法を説明するための図である。まず、図７（ａ）に示すように、基板４１上に、シード層４２ａ、第１の強磁性膜４３ａ、反平行結合膜４４ａ、第２の強磁性膜４５ａ、非磁性中間層４６ａ、軟磁性自由層（フリー磁性層）４７ａ，４８ａ、及び保護層４９ａを順次形成する。第１の強磁性膜４３ａ及び第２の強磁性膜４５ａの成膜中には、ミアンダ形状のストライプ幅方向に磁場を印加する。図７において、第１の強磁性膜４３ａについては、印加磁場方向は紙面奥側から手前側に向かう方向であり、第２の強磁性膜４５ａについては、印加磁場方向は紙面手前側から奥側に向かう方向である。また、軟磁性自由層（フリー磁性層）４７ａ，４８ａの成膜中には、ミアンダ形状のストライプ長手方向に磁場を印加する。
　次いで、図７（ｂ）に示すように、保護層４９ａ上にレジスト層５０を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、磁気抵抗効果素子１２２ａ側の領域上にレジスト層５０を残存させる。次いで、図７（ｃ）に示すように、イオンミリングなどにより、露出した積層膜を除去して、磁気抵抗効果素子１２２ｂを設ける領域の基板４１を露出させる。
　次いで、図８（ａ）に示すように、露出した基板４１上に、シード層４２ｂ、第１の強磁性膜４３ｂ、反平行結合膜４４ｂ、第２の強磁性膜４５ｂ、非磁性中間膜４６ｂ、軟磁性自由層（フリー磁性層）４７ｂ，４８ｂ、及び保護層４９ｂを順次形成する。第１の強磁性膜４３ｂ及び第２の強磁性膜４５ｂの成膜中には、ミアンダ形状のストライプ幅方向に磁場を印加する。図８において、第１の強磁性膜４３ｂについては、印加磁場方向は紙面手前側から奥側に向かう方向であり、第２の強磁性膜４５ｂについては、印加磁場方向は紙面奥側から手前側に向かう方向である。また、軟磁性自由層（フリー磁性層）４７ｂ，４８ｂの成膜中には、ミアンダ形状のストライプ長手方向に磁場を印加する。
　次いで、図８（ｂ）に示すように、保護層４９ａ，４９ｂ上にレジスト層５０を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、磁気抵抗効果素子１２２ａ～１２２ｃ，１２３の形成領域上にレジスト層５０を残存させる。次いで、図８（ｃ）に示すように、イオンミリングなどにより、露出した積層膜を除去して、磁気抵抗効果素子１２２ａ，１２２ｂを形成する。
　このように、本発明の電流センサによれば、磁気検出ブリッジ回路において中点電位を出力する２つの磁気抵抗効果素子のセルフピン止め型の強磁性固定層の磁化方向が互いに１８０°異なる方向であるので、被測定電流により発生する誘導磁界に対して中点電位差の出力が比例変化を示し、高精度で電流測定を行うことができる。
　本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態における材料、各素子の接続関係、厚さ、大きさ、製法などは適宜変更して実施することが可能である。その他、本発明は、本発明の範囲を逸脱しないで適宜変更して実施することができる。
　本発明は、電気自動車のモータ駆動用の電流の大きさを検出する電流センサに適用することが可能である。
　本出願は、２０１０年３月１２日出願の特願２０１０－０５６１５５に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (6)

  1. 　被測定電流からの誘導磁界の印加により抵抗値が変化する２つの磁気抵抗効果素子及び２つの固定抵抗素子で構成され、前記２つの磁気抵抗効果素子間の出力及び前記２つの固定抵抗素子間の出力を備える磁界検出ブリッジ回路を有する電流センサであって、前記２つの磁気抵抗効果素子は、抵抗変化率が同じであり、反平行結合膜を介して第１の強磁性膜と第２の強磁性膜とを反強磁性的に結合させてなるセルフピン止め型の強磁性固定層と、非磁性中間層と、軟磁性自由層とを有し、前記２つの磁気抵抗効果素子の強磁性固定層の磁化方向が互いに１８０°異なる方向であることを特徴とする電流センサ。
  2. 　前記磁気抵抗効果素子の近傍に配置され、前記誘導磁界を相殺するキャンセル磁界を発生するフィードバックコイルと、前記誘導磁界を減衰させると共に前記キャンセル磁界をエンハンスする磁気シールドと、をさらに具備し、前記磁気検出ブリッジ回路で得られる電圧差により前記フィードバックコイルに通電して前記誘導磁界と前記キャンセル磁界とが相殺される平衡状態となったときの前記フィードバックコイルに流れる電流に基づいて前記被測定電流を測定することを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
  3. 　前記２つの磁気抵抗効果素子は、その長手方向が互いに平行になるように配置された複数の帯状の長尺パターンが折り返してなる形状を有し、前記誘導磁界及び前記キャンセル磁界が前記長手方向に直交する方向に沿うように印加されることを特徴とする請求項２記載の電流センサ。
  4. 　前記磁界検出ブリッジ回路により、前記誘導磁界に比例した前記２つの磁気抵抗効果素子の出力により前記被測定電流を測定することを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
  5. 　前記第１の強磁性膜が４０原子％～８０原子％のＦｅを含むＣｏＦｅ合金で構成され、前記第２の強磁性膜が０原子％～４０原子％のＦｅを含むＣｏＦｅ合金で構成されていることを特徴とする請求項１記載の電流センサ。
  6. 　前記磁気シールドは、アモルファス磁性材料、パーマロイ系磁性材料、及び鉄系微結晶材料からなる群より選ばれた高透磁率材料で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の電流センサ。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015012313A1 (ja) * 2013-07-24 2015-01-29 ヤマハ株式会社 電流検知回路及びそれを備えた磁気検出装置
CN105224003A (zh) * 2014-06-27 2016-01-06 雅马哈株式会社 集成电路
CN105445525A (zh) * 2014-09-24 2016-03-30 大陆汽车有限责任公司 在具有霍尔传感器的电流传感器中的过电流识别
JP2016148597A (ja) * 2015-02-13 2016-08-18 横河電機株式会社 電流センサ
JP2019138807A (ja) * 2018-02-13 2019-08-22 アルプスアルパイン株式会社 磁気センサおよび電流センサ
CN113203885A (zh) * 2020-01-31 2021-08-03 Tdk株式会社 电流传感器、磁传感器和电路

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04369278A (ja) * 1991-06-18 1992-12-22 Mitsubishi Electric Corp フルブリッジ構造の強磁性磁気抵抗素子
JPH07318591A (ja) * 1994-05-25 1995-12-08 Toyo Commun Equip Co Ltd 電流検出器
JP2004132790A (ja) * 2002-10-09 2004-04-30 Fuji Electric Holdings Co Ltd 電流センサ
JP2008249645A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Tdk Corp 電流検出回路及びこの電流検出回路の初期化方法
JP2008306112A (ja) * 2007-06-11 2008-12-18 Hitachi Metals Ltd 磁気抵抗効果膜、磁気センサ及び回転角度検出装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04369278A (ja) * 1991-06-18 1992-12-22 Mitsubishi Electric Corp フルブリッジ構造の強磁性磁気抵抗素子
JPH07318591A (ja) * 1994-05-25 1995-12-08 Toyo Commun Equip Co Ltd 電流検出器
JP2004132790A (ja) * 2002-10-09 2004-04-30 Fuji Electric Holdings Co Ltd 電流センサ
JP2008249645A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Tdk Corp 電流検出回路及びこの電流検出回路の初期化方法
JP2008306112A (ja) * 2007-06-11 2008-12-18 Hitachi Metals Ltd 磁気抵抗効果膜、磁気センサ及び回転角度検出装置

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9841440B2 (en) 2013-07-24 2017-12-12 Yamaha Corporation Current detection circuit and magnetic detection device provided with same
JP2015025667A (ja) * 2013-07-24 2015-02-05 ヤマハ株式会社 電流検知回路及びそれを備えた磁気検出装置
CN105431742A (zh) * 2013-07-24 2016-03-23 雅马哈株式会社 电流检测电路和配备有该电流检测电路的磁检测装置
WO2015012313A1 (ja) * 2013-07-24 2015-01-29 ヤマハ株式会社 電流検知回路及びそれを備えた磁気検出装置
CN105224003A (zh) * 2014-06-27 2016-01-06 雅马哈株式会社 集成电路
CN105445525A (zh) * 2014-09-24 2016-03-30 大陆汽车有限责任公司 在具有霍尔传感器的电流传感器中的过电流识别
CN105445525B (zh) * 2014-09-24 2021-07-27 大陆汽车有限责任公司 在具有霍尔传感器的电流传感器中的过电流识别
JP2016148597A (ja) * 2015-02-13 2016-08-18 横河電機株式会社 電流センサ
JP2019138807A (ja) * 2018-02-13 2019-08-22 アルプスアルパイン株式会社 磁気センサおよび電流センサ
JP7057680B2 (ja) 2018-02-13 2022-04-20 アルプスアルパイン株式会社 磁気センサおよび電流センサ
CN113203885A (zh) * 2020-01-31 2021-08-03 Tdk株式会社 电流传感器、磁传感器和电路
US11789095B2 (en) 2020-01-31 2023-10-17 Tdk Corporation Current sensor, magnetic sensor and circuit
CN113203885B (zh) * 2020-01-31 2024-04-16 Tdk株式会社 电流传感器、磁传感器和电路

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