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Dokumentenidentifikation DE102006024722A1 12.04.2007
Titel Magnetfelddetektor sowie Verfahren zu seiner Herstellung
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokyo, JP
Erfinder Furukawa, Taisuke, Tokyo, JP;
Kobayashi, Hiroshi, Tokyo, JP;
Takenaga, Takashi, Tokyo, JP;
Kuroiwa, Takeharu, Tokyo, JP;
Sadeh, Beysen, Tokyo, JP;
Taki, Masakazu, Tokyo, JP
Vertreter Meissner, Bolte & Partner GbR, 80538 München
DE-Anmeldedatum 26.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006024722
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G01R 33/09(2006.01)A, F, I, 20060526, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 43/08(2006.01)A, L, I, 20060526, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Magnetfelddetektor weist auf: einen Magneten; ein zur Erfassung verwendetes Magnetwiderstandselement mit einem Schichtaufbau, der eine ferromagnetische Schicht enthält, wobei sich der Widerstand ändert, wenn eine Richtung der Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht geändert wird; und ein als Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement mit im Wesentlichen dem gleichen Schichtaufbau wie dem des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes, wobei ein Magnetfeld, dessen Magnetfeldstärker größer als das Sättigungsmagnetfeld ist, von dem Magneten in der Richtung aufgeprägt wird, die von der ferromagnetischen Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes gefühlt wird.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetfelddetektor, bei dem ein magnetfeldabhängiges Widerstandselement verwendet wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Magnetfelddetektors.

Herkömmlicherweise wird ein Hallelement für einen Magnetfelddetektor verwendet. Es ist möglich, die Genauigkeit des Magnetfelddetektors zu verbessern, indem das Verhältnis eines Erfassungssignals zu einem Rauschen erhöht wird. Um das Magnetfeld mit hoher Genauigkeit zu erfassen, ist es daher wünschenswert, eine höhere Signalstärke zu erhalten, d.h. es ist wünschenswert, das Verhältnis einer Änderung des Widerstandes zu zu erhöhen, der durch das Magnetfeld geändert wird. Unter diesen Gesichtspunkten wurde ein magnetfeldabhängiges Widerstandselement entwickelt, bei dem der Riesenmagnetowiderstand ("Giant Magneto-Resistance"; GMR) oder der Tunnelmagnetowiderstand ("Tunnel Magneto-Resistance"; TMR) verwendet wird.

Dieses magnetfeldabhängige Widerstandselement oder Magnetwiderstandselement erfasst eine Änderung in dem äusseren Magnetfeld als eine Änderung des Widerstandes. Der Widerstand des Magnetwiderstandselementes verändert sich jedoch auch mit der Temperatur. In einer Umgebung mit starken Änderungen der Aussentemperatur ist es daher schwierig, das Magnetwiderstandselement als magnetischen Sensor zu verwenden. JP-A-2001-345498 beschreibt einen Magnetdetektor, der die oben genannten Probleme lösen soll. Der in JP-A-2001-345498 beschriebene Magnetdetektor ist so zusammengesetzt, dass ein Tunnel-Magnetwiderstandselement, das magnetisch abgeschirmt ist, und ein Tunnel-Magnetwiderstandselement, das nicht magnetisch abgeschirmt ist, durch eine Brückenschaltung mit einander verbunden sind, so dass der Einfluss auf Grund der Änderung des Widerstandes bei einer Temperaturänderung verringert werden kann. Das Magnetwiderstandselement, das nicht magnetisch abgeschirmt ist, wird als ein Erfassungs-Magnetwiderstandselement zur Erfassung verwendet, dessen Widerstand durch das äussere Magnetfeld geändert wird. Das Tunnel-Magnetwiderstandselement, das magnetisch abgeschirmt ist, wird als ein Bezugs-Magnetwiderstandselement verwendet, dessen Widerstand nicht durch das äussere Magnetfeld geändert wird. In diesem Fall ist die Leistungsfähigkeit des Magnetwiderstandselementes, das magnetisch abgeschirmt ist, und die Leistungsfähigkeit des Magnetwiderstandselementes, das nicht magnetisch abgeschirmt ist, gleich.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Stand der Technik werden das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement, das nicht magnetisch abgeschirmt ist und dessen Widerstand durch das äussere Magnetfeld geändert wird, und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement, das magnetisch abgeschirmt ist und dessen Widerstand durch das äussere Magnetfeld nicht geändert wird, zur Erfassung des Magnetfeldes verwendet. Dies verursacht die folgenden Probleme. Zum Zeitpunkt der Erfassung wird auf das Magnetwiderstandselement, das magnetisch abgeschirmt ist, und auf das Magnetwiderstandselement, das nicht magnetisch abgeschirmt ist, das gleiche äussere Magnetfeld aufgeprägt. Um das Magnetfeld mit hoher Genauigkeit zu erfassen, ist es erforderlich, dass das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement magnetisch vollkommen abgeschirmt ist, damit das Magnetwiderstandselement nicht durch das äussere Magnetfeld beeinflusst werden kann.

Die Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Magnetfelddetektor mit einem als Bezug verwendeten magnetfeldabhängigen Widerstandselement oder Magnetwiderstandselement zur Verfügung zu stellen, dessen Aufbau einfach ist, bei dem keine magnetische Abschirmungsstruktur vorgesehen ist, und bei dem der Widerstand des Magnetwiderstandselementes durch das äussere Magnetfeld nicht geändert wird.

Ein erfindungsgemässer Magnetfelddetektor weist auf: einen Magneten; ein zur Erfassung verwendetes Magnetwiderstandselement mit einem Schichtaufbau, der eine ferromagnetische Schicht enthält, wobei sich der Widerstand ändert, wenn die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht geändert wird; und ein als Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement mit im Wesentlichen dem gleichen Schichtaufbau wie dem des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes, wobei ein Magnetfeld, dessen Magnetfeldstärke größer als die des Sättigungsmagnetfeldes ist, von dem Magneten in der Richtung aufgeprägt wird, die von der ferromagnetischen Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes gefühlt wird.

Der Schichtaufbau des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes ist im Wesentlichen der Gleiche wie der des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes. Daher ist eine durch eine Temperaturänderung verursachte Änderung des Widerstandes des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes annähernd die Gleiche wie die des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes. Auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement wird ein Magnetfeld, dessen Stärke nicht geringer als das Sättigungsmagnetfeld der ferromagnetischen Schicht ist, von dem Magneten in der magnetischen Fühlrichtung aufgeprägt. Daher wird der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes durch das äussere Magnetfeld nicht verändert. Folglich ist dieses als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement für die Korrektur einer temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes geeignet. Gemäss der Erfindung ist es möglich, einen Magnetfelddetektor zur Verfügung zu stellen, der ein als Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement mit einem einfachen Aufbau und ohne eine magnetische Abschirmungsstruktur aufweist, dessen Widerstand durch das äussere Magnetfeld nicht geändert wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch vollständiger aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung. Es zeigt:

1A eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Filmstruktur des Spin-Bulb-Aufbaus, und 1B eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Filmstruktur des SAF-Aufbaus;

2 ein Diagramm, das ein Beispiel für die Magnetfeld-Widerstandscharakteristik des TMR-Elementes zeigt;

3 eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 1 zeigt;

4 eine Schnittansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 1 zeigt;

5 eine Draufsicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 1 zeigt;

6 eine Draufsicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 1 zeigt, auf den das äussere Magnetfeld aufgeprägt wird;

7 eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 2 zeigt;

8 eine Draufsicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 2 zeigt;

9 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Stärke eines von einem Magneten aufgeprägten Magnetfeldes und der Position auf einer Grundplatte zeigt;

10 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem äusseren Magnetfeld und dem Elementwiderstand des TMR-Elementes zeigt;

11 ein Schaltdiagramm, das eine Schaltungsanordnung der Erfassungsschaltung des Magnetdetektors von Ausführungsform 2 zeigt;

12 eine perspektivische Ansicht, die eine Zwischenstufe des Verfahrens zur Herstellung des Magnetdetektors von Ausführungsform 2 zeigt;

13 eine Schnittansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 3 zeigt;

14 eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 4 zeigt;

15 eine Schnittansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors der Variation von Ausführungsform 4 zeigt;

16 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Position auf der Grundplatte und dem Magnetfeld der Variation von Ausführungsform 4 zeigt;

17 eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 5 zeigt;

18 eine Draufsicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 5 zeigt;

19 eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 6 zeigt; und

20 eine Draufsicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 6 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden Erläuterungen zu einem Magnetfelddetektor einer Ausführungsform der Erfindung und zu einem Verfahren zur Herstellung des Magnetfelddetektors gegeben. Bei diesen Erläuterungen sind gleichen Bestandteilen bzw. Bestandteilen mit einer gleichen Funktion gleiche Bezugszeichen zugeordnet, so dass vorliegend keine doppelten Erläuterungen gegeben werden.

Ausführungsform 1

Die Erläuterungen werden anhand eines GMR-Elementes und eines TMR-Elementes mit einem Spin-Bulb-Aufbau gegeben, das als ein Magnetwiderstandselement mit einer ferromagnetischen Schicht in dem Schichtaufbau verwendet wird, bei dem sich der Widerstand durch eine Änderung in der Richtung der Magnetisierung der ferromagnetischen Schicht ändert. Der Spin-Bulb-Aufbau weist auf: eine ortsfeste Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in einer Richtung auf der Schicht festgelegt ist; und eine freie Schicht, bei der sich die Magnetisierungsrichtung ihrer ferromagnetischen Schicht auf der von dem äusseren Magnetfeld beeinflussten Schicht ändert. Wie z.B. in 1A gezeigt ist, weist der Spin-Bulb-Aufbau auf: eine erste antiferromagnetische Schicht 22; eine erste ferromagnetische Schicht 23, die in Berührung mit der ersten antiferromagnetischen Schicht vorgesehen ist; eine erste nichtmagnetische Schicht 24, die in Berührung mit der ersten ferromagnetischen Schicht 23 auf der der ersten antiferromagnetischen Schicht 22 gegenüber liegenden Seite vorgesehen ist; und eine zweite ferromagnetische Schicht 25, die in Berührung mit der ersten nichtmagnetischen Schicht 24 auf der der ersten ferromagnetischen Schicht 23 gegenüber liegenden Seite vorgesehen ist. Bei diesem Schichtaufbau ist die Magnetisierungsrichtung der ersten ferromagnetischen Schicht 23 durch die geschaltete Verbindung des Magnetfeldes mit der ersten antiferromagnetischen Schicht in einer Richtung festgelegt. Dadurch wird die erste ferromagnetische Schicht 23 zu einer ortsfesten Schicht. Andererseits ist die Richtung des Magnetfeldes der zweiten ferromagnetischen Schicht 25 durch das äussere Magnetfeld frei drehbar. Daher wird die zweite ferromagnetische Schicht 25 zu einer freien Schicht. Der Widerstand des Magnetwiderstandselementes mit dem Spin-Bulb-Aufbau ändert sich gemäß einem Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht und der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht. Mit anderen Worten, wenn sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht unter der Einwirkung des äusseren Magnetfeldes ändert, ändert sich der Widerstand. Daher kann eine durch das äussere Magnetfeld verursachte Änderung der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht als der Widerstand des Elementes erfasst werden.

Wie in 1B gezeigt ist, sind an Stelle der oben beschriebenen ersten ferromagnetischen Schicht 23 die erste ferromagnetische Schicht 23, die zweite nichtmagnetische Schicht 26 und die dritte ferromagnetische Schicht 27 nach einander folgend auf die antiferromagnetische Schicht 22 laminiert, so dass sie die ortsfeste Schicht 28 bilden.

Dieser Aufbau wird als SAF (Synthetic Anti-Ferromagnetic, d.h. künstlich antiferromagnetischer) Schichtaufbaubezeichnet. Es ist möglich, einen Schichtaufbau anzuwenden, der diesen Schichtaufbau enthält. In diesem Fall wird die Magnetisierung der gesamten ortsfesten Schicht 28 im Wesentlichen Null. Daher kann die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht 28 auch dann stabilisiert werden, wenn ein starkes Magnetfeld in der Richtung senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht 28 aufgeprägt wird.

Das GMR-Element erfasst eine Änderung des Widerstandes, falls ein elektrischer Strom in der Richtung parallel zum Schichtaufbau des Magnetwiderstandselementes geleitet wird. Das TMR-Element erfasst eine Änderung des Tunnelstroms, der über einen Isolierfilm fliesst, wenn die erste nichtmagnetische Schicht 24 aus dem Isolierfilm besteht.

Zur Ausbildung des TRM-Elementes kann z.B. die antiferromagnetische Schicht 22 aus IrMn bestehen, der erste ferromagnetische Film 23 kann aus NiFe oder CoFe bestehen, die nichtmagnetische Schicht (Isolierschicht) kann aus Al2O3 bestehen, und die zweite ferromagnetische Schicht 25 can aus NiFe bestehen. Zur Ausbildung des TRM-Elementes kann die antiferromagnetische Schicht 22 aus FeMn, IrMn oder PtMn bestehen, der ferromagnetische Körper kann aus einem Metall bestehen, dessen primäre Komponente Co, Ni und Fe ist, wie etwa Co, Fe, CoFe-Legierung, CoNi-Legierung oder CoFeNi. Als Alternative kann eine Legierung wie NiMnSb oder Co2MnGe verwendet werden. Die nichtmagnetische Schicht, die eine Tunnelisolierschicht ist, kann ein Isolator sein. Beispiele für den Isolator sind Metalloxide wie etwa Ta2O5, SiO2 und MgO. Als Alternative kann der Isolator Fluorid sein. Die zweite nichtmagnetische Schicht 66 des SAF-Aufbaus kann aus nichtmagnetischem Material wie etwa Ru oder Cu bestehen.

Die jeweiligen oben erwähnten Filme werden beispielsweise mit dem Magnetron-Sputterverfahren ausgebildet. Als Alternative können die jeweiligen oben erwähnten Filme beispielsweise mit dem Molekularstrahlepitaxie (MBE)-Verfahren, verschiedenen Sputterverfahren, dem chemischen Dampfphasenentwicklungs (CVD)-Verfahren oder dem Dampfabscheidungsverfahren ausgebildet werden.

Die jeweiligen Magnetwiderstandselemente werden ausgebildet, wenn Strukturierungen mit Hilfe von Fotolithographie und reaktivem Ionenätzen ausgebildet werden. In diesem Fall wird zuerst nach der jeweiligen Ausbildung der freien Schicht, des Tunnelisolierfilms und des Fixierfilms ein Fotoresistmuster ausgebildet, dessen Form die Gleiche wie eine gewünschte Elementform ist. Danach wird eine Filmstruktur, deren Form die gewünschte Elementform ist, mit Hilfe von Ion Milling oder reaktivem Ionenätzen hergestellt. Für die Strukturierungsbildung der Elementform kann Elektronenstrahllithographie oder der fokussierende Ionenstrahl verwendet werden. Für die Messung des Widerstandes des Elementes kann eine Verdrahtung aus Al verwendet werden.

Es ist möglich, ein Magnetwiderstandselement aufzubauen, bei dem die freie Schicht und die ortsfeste Schicht in einem rechten Winkel aufeinander treffen, wenn das äussere Magnetfeld nicht aufgeprägt ist. Wenn ein Magnetfeld in der Richtung parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht eines solchen Magnetwiderstandselementes aufgeprägt wird, wird die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht durch das äussere Magnetfeld geändert, und der Widerstand des Magnetwiderstandselementes ändert sich. Bei der Beziehung zwischen der Stärke des aufzuprägenden äusseren Magnetfeldes und dem Widerstand des Magnetwiderstandselementes gibt es einen Sättigungsbereich, in dem der Widerstand nicht von dem äusseren Magnetfeld abhängt, und es gibt auch einen linearen Bereich, in dem der Widerstand linear von dem äusseren Magnetfeld abhängt. In dem Sättigungsbereich sind die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht parallel zu einander oder nicht parallel zu einander. 2 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Beispiel für die magnetische Widerstandscharakteristik des TMR-Elementes zeigt. Im Allgemeinen sind der Widerstand des TMR-Elementes und des GMR-Elementes minimiert, wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht parallel zu einander sind. Der Widerstand des TMR-Elementes und des GMR-Elementes ist maximiert, wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht nicht parallel zu einander sind.

Da die Dicke des Schichtaufbaus des GMR-Elementes und des TMR-Elementes mit einem Spin-Bulb-Aufbau nicht mehr als 1/100 bezogen auf die Elementstrukturierungsgröße beträgt, werden diese Elemente durch die Anisotropie der Formgebung stark beeinflusst. Da es sehr schwierig ist, die Magnetisierungsrichtung in der Richtung senkrecht zu der Grundplatte zu ändern, ist es möglich, eine Änderung des Widerstandes zu vernachlässigen, falls ein Magnetfeld in der senkrechten Richtung auf die Grundplatte aufgeprägt wird. Mit anderen Worten, das Magnetwiderstandselement ist ein Element zum Erfassen einer Änderung in dem Magnetfeld parallel zur Grundplatte, d.h. das Magnetwiderstandselement ist ein Element, das Magnetismus in der Richtung senkrecht zu der Grundplatte, auf der die Elemente ausgebildet sind, nicht fühlt. Wie oben beschrieben wurde, haben im Allgemeinen viele der Magnetwiderstandselemente eine Richtung, in der ein Verhältnis der Änderung des Widerstandes bezogen auf die Änderung in dem Magnetfeld im Wesentlichen Null ist. Mit anderen Worten, viele der Magnetwiderstandselemente haben eine Richtung, in der die Magnetwiderstandselemente Magnetismus nicht fühlen.

Als Nächstes werden der Aufbau und der Betrieb der Ausführungsform 1 nachstehend erläutert. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines grundlegenden Aufbaus der Ausführungsform 1. Das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 sind auf der Grundplatte 3 angeordnet. Das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 sind TMR-Elemente mit einem Schichtaufbau, der eine ferromagnetische Schicht aufweist, deren Widerstand durch eine Änderung in der Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht geändert wird. Das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 sind so gefertigt, dass die ortsfeste Schicht, die Isolierschicht und die freie Schicht, die auf der gleichen Grundplatte 3 ausgebildet sind, mittels Durchführung der Musterverarbeitung gefertigt werden. Daher sind der Schichtaufbau des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und der des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 gleich. Die Elementstrukturierung des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 sind gleich.

An einer Position über dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und schräg über dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement 2 ist der Magnet 4 angeordnet, bei dem es sich um einen Samarium-Kobalt-Magneten handelt. Der Magnet 4 ist ein Stabmagnet, bei dem die Stirnflächen des N-Pols und des S-Pols quadratisch sind. Die Größe der S-Pol-Stirnfläche, die dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 gegenüber liegt, ist größer als die Größe der Elementstrukturierung des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1. Eine die Mitte des N-Pols des Magneten 4 mit der Mitte des S-Pols verbindende Achse ist senkrecht zur Grundplatte 3 und verläuft im Wesentlichen durch den Mittelpunkt des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1. In diesem Zusammenhang ist in den nach 3 gezeigten Zeichnungen die Achse, die den Mittelpunkt des N-Pols des Magneten 4 mit dem Mittelpunkt des S-Pols verbindet, durch eine gestrichpunktete Linie angedeutet.

4 ist eine Schnittansicht mit einer Achse, die den Mittelpunkt des N-Pols mit dem Mittelpunkt des S-Pols des Magneten 4 verbindet, bei Betrachtung in der Richtung der X-Achse parallel zur Oberfläche der Grundplatte 3 in 3. Die Magnetfeldrichtung 4c des Magneten an der Position des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Grundplatte 3, d.h. im Wesentlichen senkrecht zu der Filmstruktur. Die Magnetfeldrichtung 4c des Magneten an der Position des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 hat eine höhere Stärke in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus als das Sättigungsmagnetfeld des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2.

5 ist eine Draufsicht, die eine Lagebeziehung zwischen dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1, der Magnetisierungsrichtung des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2, dem Magneten 4 und einem Teil der Magnetfeldrichtung 4c des Magneten bei Betrachtung in der Richtung der Z-Achse senkrecht zur Grundplatte 3 von 3 zeigt. In 5 befindet sich das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 in der Mitte der Projektion 4b der Magnetpol-Stirnfläche des Magneten, und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 befindet sich ausserhalb der Projektion 4b der Magnetpol-Stirnfläche des Magneten. Die Magnetisierungsrichtung 31 der ortsfesten Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist parallel zur Magnetisierungsrichtung 33 der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2. Das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 ist in einer Position angeordnet, die von der Position des Magnetwiderstandselementes 1 in der Richtung entgegen der Magnetisierungsrichtung 31 der ortsfesten Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes beabstandet ist.

Wenn der Magnet 4 nicht angeordnet ist, sind die Magnetisierungsrichtung 32 der freien Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes und die Magnetisierungsrichtung 34 der freien Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes jeweils senkrecht zur Magnetisierungsrichtung 31 der ortsfesten Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes und zur Magnetisierungsrichtung 33 der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes. Da der Magnet 4 wie oben beschrieben angeordnet ist, wird ein Magnetfeld auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 in der Richtung senkrecht zur Grundplatte aufgeprägt, d.h. in der Richtung, in der der Magnetismus nicht gefühlt wird. Folglich ist auch dann, wenn der Magnet 4 nicht angeordnet ist, die Magnetisierungsrichtung 32 der freien Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung 31 der ortsfesten Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes.

Andererseits wird auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 ein Magnetfeld, dessen Stärke größer als die des Sättigungsmagnetfeldes ist, von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägt, d.h. in der Richtung, in der der Magnetismus gefühlt wird. Wie in 5 gezeigt ist, ist die Magnetisierungsrichtung 34 der freien Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes entlang der Magnetfeldrichtung 4c des Magneten festgelegt.

Die Magnetfeldrichtung 4c des Magneten an der Position des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 ist parallel zur Magnetisierungsrichtung 33 der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes. Die Magnetisierungsrichtung 34 der freien Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes ist parallel zur Magnetisierungsrichtung 33 der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes, und der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes wird minimal.

6 is eine Draufsicht in einem Fall, in dem das äussere Magnetfeld 41 in der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schichten des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 aufgeprägt wird. Dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement 2 wird ein Magnetfeld aufgeprägt, das erhalten wird, wenn das Magnetfeld des Magneten 4 und das äussere Magnetfeld 41 durch Vektorenzusammensetzung mit einander kombiniert sind. Da jedoch das Magnetfeld des Magneten 4 in ausreichendem Maße stärker als das äussere Magnetfeld 41 ist, ist die Magnetisierungsrichtung 34 der freien Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 im Wesentlichen in einer Richtung festgelegt.

Die Magnetisierungsrichtung 34 der freien Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes wird von dem Magnetfeld des Magneten 4 parallel zur Magnetisierungsrichtung 33 der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes gesättigt. Daher wird der Widerstand des TMR-Elementes durch das äussere Magnetfeld nicht geändert 41. Andererseits wird im Hinblick auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 die Magnetisierungsrichtung 32 der freien Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes gemäß der Stärke des äusseren Magnetfeldes 41 geändert. Daher wird sein Widerstand geändert.

Eine temperaturabhängige Änderung des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist annähernd die Gleiche wie eine temperaturabhängige Änderung des Widerstandes des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2. Daher ist es möglich, einen Einfluss der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 unter Verwendung des Widerstandes des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2, dessen Widerstand durch das äussere Magnetfeld 41 nicht geändert wird, zu korrigieren.

Obgleich dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist, ist als eine Maßnahme zur Erfassung des äusseren Magnetfeldes 41 durch den Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und den Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ein Verfahren unter Verwendung einer Brückenschaltung vorgesehen, bei dem das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 in Serie mit einander verbunden sind und eine Konstantspannung zwischen den beiden Endbereichen aufgeprägt wird, um ein elektrisches Potential zwischen dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement 2 zu messen. In diesem Fall kann ein Verhältnis des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 zu dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 aus einem Verhältnis der Spannung zu der Konstantspannung erhalten werden. Dadurch wird es möglich, den Einfluss einer temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes zu korrigieren. Falls angenommen werden kann, dass sich eine temperaturabhängige Änderung des Widerstandes auf den ursprünglichen Widerstand des Magnetwiderstandselementes aufaddiert, ist es möglich, eine Schaltung zum Erfassen einer Differenz zwischen dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und dem Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 zu verwenden.

Wenn ein äusseres Magnetfeld aufgeprägt wird, dessen Stärke nicht geringer als die eines spezifischen Magnetfeldes ist, kann es durch eine Schaltung erfasst werden, die beurteilen kann, dass ein Verhältnis des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 zu dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 nicht weniger als ein vorgegebener Wert oder nicht mehr als ein vorgegebener Wert ist, oder es kann durch eine Schaltung erfasst werden, die beurteilen kann, dass eine Differenz zwischen dem Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 nicht weniger als ein vorgegebener Wert oder nicht mehr als ein vorgegebener Wert ist. Um eine Stärke des äusseren Magnetfeldes als numerischen Wert zu erfassen, kann die folgende Schaltung verwendet werden. Eine Beziehung zwischen dem Verhältnis bzw. der Differenz zwischen dem Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und der Stärke des äusseren Magnetfeldes wird vorausgehend in einem Speicher abgelegt, und das Verhältnis bzw. die Differenz zwischen dem Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 wird mit einem Wert in der Tabelle verglichen und damit in Beziehung gesetzt, und das Ergebnis des Vergleichs kann aus der Schaltung ausgegeben werden.

Wie oben beschrieben wurde, prägt der Magnet 4 in der Ausführungsform 1 ein Magnetfeld, dessen Magnetfeldstärke größer als die Stärke des Sättigungsmagnetfeldes ist, in der Richtung auf, in der das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 Magnetismus fühlt. Daher wird dessen Widerstand im Wesentlichen nicht durch das äussere Magnetfeld 41 beeinflusst, und es wird möglich, ein als Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement zu erhalten, das für die Korrektur einer temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 geeignet ist.

Das Magnetfeld, das von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 aufgeprägt wird, hat eine Magnetfeldstärke, die größer als die Magnetfeldstärke des Sättigungsmagnetfeldes parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht ist. Daher wird der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 minimal. Der Wert wird dem Element zu eigen. Daher kann beispielsweise im Vergleich mit einem Fall, in dem der Chipwiderstand extern angebracht ist, die Genauigkeit zum Zeitpunkt der Herstellung verbessert werden. Als Ergebnis kann die Genauigkeit des Magnetfelddetektors verbessert werden. Falls das Magnetfeld, das auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägt wird, eine Magnetfeldstärke hat, die größer als die Magnetfeldstärke des Sättigungsmagnetfeldes ist, das nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht ist, wird der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 maximal. In diesem Fall wird der Wert ebenfalls dem Element zu eigen. Dadurch kann die Genauigkeit des Magnetfelddetektors verbessert werden.

Ein Magnetfeld wird von dem Magneten 4 auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 nur in der Richtung aufgeprägt, in der das Magnetwiderstandselement 1 Magnetismus nicht fühlt. Daher wird das äussere Magnetfeld 41 erfasst, ohne von dem Magneten 4 beeinflusst zu werden. Folglich kann die Erfassungsschaltung vereinfacht werden. Ein Magnetfeld, dessen Stärke geringer als die des Sättigungsmagnetfeldes ist, kann von dem Magneten 4 in der Richtung aufgeprägt werden, in der das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 Magnetismus fühlt. In diesem Fall ändert sich jedoch ein Bereich der Magnetfeldstärke des äusseren Magnetfeldes 41, das von dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 erfasst werden kann. Daher wird es nötig, eine Erfassungsschaltung vorzusehen, in der die Änderung des Magnetfeldstärkenbereichs berücksichtigt wird.

Wenn eine Stärke des auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 aufgeprägten Magnetfeldes von dem Magneten 4 in ausreichendem Maße erhöht wird, wird die Magnetisierungsrichtung 34 der freien Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 stärker eingeschränkt. Daher ist es möglich, einen Effekt der Verringerung des Einflusses, den das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 von einem magnetischen Störfeld erfährt, zur Verfügung zu stellen.

In diesem Zusammenhang werden in der Ausführungsform 1 das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 hergestellt, wenn die ortsfeste Schicht, die Isolierschicht und die freie Schicht, die auf der gleichen Grundplatte 3 ausgebildet sind, einer Musterverarbeitung unterzogen werden. Solange der Schichtaufbau der Gleiche ist, können jedoch die ortsfeste Schicht, die Isolierschicht und die freie Schicht auf einer verschiedenen Grundplatte ausgebildet werden. Unter dem Gesichtspunkt der Durchführung einer Korrektur ist es aber klar, dass eine Änderung des Widerstandes des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 möglichst nahe bei einer Änderung des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 liegen sollte. Daher ist es wünschenswert, wenn das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 gleichzeitig auf der gleichen Grundplatte in dem gleichen Verfahren ausgebildet werden. Gemäss dem oben erwähnten Filmbildungsverfahren und dem Fotolithographieverfahren sind Schwankungen sehr gering, wenn die Ausbildung gleichzeitig durchgeführt wird. Daher wird eine kritische Schwankung bei der Erfassung des Magnetwiderstandes selten verursacht. Ein Aufbau und eine Charakteristik, die im Wesentlichen gleich sind, können daher einfach erhalten werden.

Solange das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 den gleichen Schichtaufbau besitzen, muss ihre Form nicht unbedingt gleich sein. Beispielsweise kann die Form des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 als eine Form ausgebildet werden, deren Widerstand der halbe Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist. Selbst in diesem Fall kann ein Einfluss einer temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes durch die Schaltung zum Erfassen des Verhältnisses des Widerstandes korrigiert werden.

Ausführungsform 2

7 is eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 2 zeigt. 8 is eine Draufsicht auf den in 7 gezeigten Magnetfelddetektor, wobei die Blickrichtung die Richtung der Z-Achse ist. Bei der Ausführungsform 2 ist zusätzlich zur Ausführungsform 1 das zweite als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 5 in der gleichen Richtung wie der Magnetisierungsrichtung 31 der ortsfesten Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes angeordnet. Alle als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 und das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 sind TMR-Elemente, die auf der gleichen Grundplatte 3 ausgebildet sind. Die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und diejenige des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 5 sind parallel zu einander, und die Richtung des von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 aufgeprägten Magnetfeldes ist entgegen gesetzt zu der Richtung des von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 5 aufgeprägten Magnetfeldes.

Bei der Ausführungsform 2 ist die Grundplatte 3 an der zur Verdrahtung verwendeten Grundplatte 6 angebracht. Obgleich dies in 6 nicht gezeigt ist, ist auf der zur Verdrahtung verwendeten Grundplatte 6 die in 11 gezeigte Erfassungsschaltung zum Korrigieren eines Einflusses der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes vorgesehen. Die Verdrahtung zwischen der Erfassungsschaltung und den magnetischen Elementen wird mittels Drahtbonden durchgeführt. Es ist die Justierungselektrode 10 vorgesehen, die während des Messens des Widerstandes eines jeden Magnetwiderstandselementes verwendet wird, wenn die Position justiert wird. Die Verdrahtung wird mittels Drahtbonden zwischen der Justierungselektrode 10 und jedem Magnetwiderstandselement durchgeführt.

Wenn kein äusseres Magnetfeld vorhanden ist, sind die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 senkrecht zu der ortsfesten Schicht. Dieser Aufbau kann beispielsweise verwirklicht werden, wenn die freie Schicht als ein langes, schmales Rechteck ausgeführt ist und die Formanisotropie verwendet wird. Dieser Aufbau kann jedoch verwirklicht werden, wenn die magnetische Kristallanisotropie mittels Aufprägen eines Magnetfeldes zum Zeitpunkt der Abscheidung des ferromagnetischen Films verwendet wird. Dieser Aufbau kann auch verwirklicht werden, wenn die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht mittels Durchführung einer Wärmebehandlung in einem geeigneten Magnetfeld gedreht wird, nachdem die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht festgelegt worden ist.

Das Magnetfeld, das von dem Magneten 4 an der Position des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 erzeugt wird, ist senkrecht zu der Filmstruktur des Elementes, d.h. das Magnetfeld, das von dem Magneten 4 an der Position des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 erzeugt wird, liegt in der Richtung, in der das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 keinen Magnetismus fühlt. Folglich wird der Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 nicht von dem Magneten 4 beeinflusst, sondern gemäß dem äusseren Magnetfeld geändert. Andererseits bildet das von dem Magneten 4 auf die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 aufgebrachte Magnetfeld einen bestimmten Winkel mit der Filmstruktur des Elementes. Da das aufgeprägte Magnetfeld H eine Komponente auf der Oberfläche besitzt, wird das Magnetfeld von dem Magneten 4 auf die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 in der Richtung aufgeprägt, in der die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 Magnetismus fühlen. Falls eine Stärke des auf die Elemente aufgeprägten Magnetfeldes ausreichend hoch ist, und eine Stärke der Komponente des Magnetfeldes H auf der Oberfläche größer als diejenige des Sättigungsmagnetfeldes (Hk wird, wird der magnetische Widerstand des Elementes gleich dem magnetischen Widerstand im Sättigungsbereich. Wie in 9 gezeigt ist, sind die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht und die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht in dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement 2 parallel zu einander und in dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement 5 nicht parallel zu einander, und die Werte sind das Minimum (Rmin) bzw. das Maximum (Rmax). Andererseits ist die Magnetisierungsrichtung 32 des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht, wenn das äussere Magnetfeld nicht vorhanden ist. Die Magnetisierungsrichtung 33 des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1, wenn das äussere Magnetfeld vorhanden ist, ändert sich gemäß der Richtung des äusseren Magnetfeldes.

9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Stärke des von dem Magneten 4 aufgeprägten Magnetfeldes und der Position auf der Grundplatte zeigt. Der hier verwendete Magnet war ein Samarium-Kobalt-Magnet, dessen magnetische Pole quadratische Flächen mit einer Seitenlänge von 5 mm waren, und bei dem die Distanz zwischen den magnetischen Polen 2 mm betrug. In diesem Fall war der Magnet um 3 mm von der Grundplatte beabstandet angeordnet. Falls die Größe des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 auf 10 &mgr;m2 verringert wird und das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 in der Mitte angeordnet wird, kann angenommen werden, dass das in der Oberflächenrichtung auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 aufgeprägte Magnetfeld annähernd Null ist. Wenn die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 zu beiden Seiten in einem Abstand von 2 mm von dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 angeordnet werden, wird ein Magnetfeld von ca. 290 Oe auf die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 aufgeprägt. Beispielsweise im Falle der Verwendung von TMR-Elementen mit den in 3 gezeigten Charakteristiken ist eine Stärke dieses Magnetfeldes ausreichend hoch, um die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 zu sättigen.

Wenn das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 mit dem gleichen Verfahren und mit einer gleichen Form hergestellt werden, werden die Temperaturcharakteristik und der Aufbau des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und die Temperaturcharakteristik und der Aufbau der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 im Wesentlichen gleich. Folglich ist die Änderung des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 die Gleiche. Im Hinblick auf den Widerstandswert des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist es möglich, einen Einfluss der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes des Magnetwiderstandselementes unter Verwendung der Widerstandswerte Rmin, Rmax und Hk der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 zu korrigeren. Somit ist es möglich, ein äusseres Magnetfeld mit hoher Genauigkeit aufzufinden.

Es folgen nun Erläuterungen zu einem Erfassungsvorgang zum Erfassen eines äusseren Magnetfeldes zum Korrigieren eines Einflusses einer temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes. 10 ist eine Diagramm, das vereinfacht eine Beziehung zwischen dem äusseren Magnetfeld und dem Elementwiderstand des TMR-Elementes zeigt. In 10 kann der Widerstand Rd des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes bei Vorliegen des äusseren Magnetfeldes H (–|Hk| ≤ H ≤ |Hk| ) durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. Rd = Rmin + (Rmax – Rmin)(H/2|Hk| + 1/2)

Damit kann die folgende Gleichung erhalten werden. (Rd – Rmin)/(Rmax – Rmin) = (H/2|Hk|) + 1/2

In diesem Zusammenhang wird eine Differenz des Widerstandes zwischen den Magnetwiderstandselementen durch (Rd – Rmin) und (Rmax – Rmin) erhalten, so dass es möglich ist, eine temperaturabhängige Änderung des Widerstandes aufzuheben.

11 ist ein Schaltdiagramm der Erfassungsschaltung zum Erfassen eines äusseren Magnetfeldes zum Korrigieren eines Einflusses der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes. Wie in 11 gezeigt ist, ist die elektrische Konstantstromquelle 204 mit dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und den als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementen 2, 5 verbunden, so dass der gleiche elektrische Strom durch jedes Element geleitet werden kann. Obgleich der elektrische Strom durch die Änderung des Widerstandes in dem Magnetwiderstandselement geändert wird, wenn der Widerstand 210, dessen Widerstandswert in ausreichendem Maße höher als derjenige des Magnetwiderstandselementes ist, zwischen der elektrischen Konstantstromquelle 204 und dem Magnetwiderstandselement angeordnet ist, kann der durch das Magnetwiderstandselement fließende elektrische Strom im Wesentlichen gleich gemacht werden. In diesem Fall wird der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 als Rmin, und der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 5 als Rmax eingestellt. Daher, wenn eine Differenz zwischen der Spannung der beiden Endbereiche des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 und der Spannung der beiden Endbereiche des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 durch die Differenzverstärkerschaltung 206 verstärkt wird, und wenn eine Differenz zwischen der Spannung der beiden Endbereiche des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und der Spannung der beiden Endbereiche des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 5 durch eine andere Differenzverstärkerschaltung 207 verstärkt wird und dann die verstärkten Werte durch die Multiplizier- und Dividierschaltung 203 berechnet werden, ist es möglich, den Wert von (Rd – Rmin)/(Rmax – Rmin) zu finden. Gemäß der oben stehenden Formel ist dieser Wert gleich (H/2|Hk|) + 1/2. Da ferner der Wert von |Hk| bereits bekannt war, wird ein Einfluss der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes korrigiert, und das äussere Magnetfeld H kann erfasst werden.

Die oben beschriebene Erfassungsschaltung kann nicht auf der Verdrahtungsgrundplatte 6 wie in der Ausführungsform 1, sondern auf der Grundplatte 3 angeordnet sein, auf der die Magnetwiderstandselemente angeordnet sind. Ferner ist es möglich, diese Erfassungsschaltung ausserhalb der Verdrahtungsgrundplatte 6 und der Grundplatte 3 anzuordnen. In einem Fall, in dem die Erfassungsschaltung auf der gleichen Grundplatte angeordnet ist, ist es möglich, die Rauscherzeugung zu verringern, die in dem langen Draht verursacht wird, der zwischen dem Magnetwiderstandselement und dem Verstärker der ersten Stufe vorgesehen ist, so dass die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden kann.

Hinsichtlich des Verfahrens zum Auffinden der Temperaturkorrektur und des äusseren Magnetfeldes kann das folgende Verfahren angewendet werden. Eine exklusive Erfassungsschaltung ist nicht vorgesehen, aber ein Widerstandswert von jedem Magnetwiderstandselement wird von einem Widerstandsmesser ausgelesen, der mit der zum Justieren verwendeten Elektrode 10 verbunden ist, und dieser gelesene Wert wird in einen Mehrzweckcomputer eingegeben, so dass eine Differenz oder ein Verhältnis des Widerstandswertes von jedem Magnetwiderstandselement berechnet werden kann.

In diesem Fall wird ein Einfluss der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes durch die Schaltung korrigiert, bei der eine Differenz zwischen dem Widerstandswert Rmin, Rmax des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und dem Widerstandswert R des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 genommen wird. Ein Einfluss der temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes kann jedoch auch durch die Schaltung korrigiert werden, bei der ein Verhältnis des Widerstandswertes des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und des Widerstandswertes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 gebildet wird.

Bei der Herstellung des Magnetfelddetektors ist es erforderlich, die Positionen des Magneten und des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Beispielsweise wird der Magnet durch den folgenden Vorgang positioniert. Zuerst werden konstante elektrische Ströme jeweils durch das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 geleitet, und die Spannung an beiden Endbereichen wird gemessen. Da beide als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 im Sättigungsbereich liegen, ist die Spannung an beiden Endbereichen durch Rmin und Rmax bestimmt. Daher ändert sich der Spannungswert selten, selbst wenn die Position des Magneten ein Wenig verschoben wird. Andererseits ändert sich der Widerstandswert des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 stark mit einer Änderung des Magnetfeldes. In einem Fall jedoch, in dem das Magnetfeld nicht aufgeprägt ist, sollte der Widerstandswert R = (Rmin + Rmax)/2 sein. Wenn somit die Position des Magneten so justiert wird, dass die Gleichung R = (Rmin + Rmax)/2 erfüllt werden kann, fällt die Richtung des von dem Magneten erzeugten Magnetfeldes mit der Richtung zusammen, in der das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 keinen Magnetismus fühlt.

Wenn folglich eine relative Position zwischen dem Magneten und dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 so justiert wird, dass ein durchschnittlicher Wert des Widerstandswertes des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2, auf welches das Magnetfeld, das stärker als das Sättigungsmagnetfeld ist, parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht aufgeprägt wird, und der Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 5, auf welchen das Magnetfeld, das stärker als das Sättigungsmagnetfeld ist, nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schichtaufgeprägt wird, gleich dem Widerstandswert des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes sein kann, ist es auf einfache Weise möglich, ein Magnetfeld von dem Magneten nur in der Richtung aufzuprägen, in der das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 keinen Magnetismus fühlt.

Wie oben beschrieben wurde, wird ein Durchschnittswert aus dem Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2, auf das das Magnetfeld, das stärker als das Sättigungsmagnetfeld ist, parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht aufgeprägt wird, und dem Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 5, auf das das Magnetfeld, das stärker als das Sättigungsmagnetfeld ist, nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfeste Schicht aufgeprägt wird, als Bezugswert genommen, der zum Justieren der Relativposition zwischen dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und dem Magneten 4 verwendet wird. Der zum Justieren der Relativposition zwischen dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und dem Magneten 4 verwendete Wert ist jedoch nicht unbedingt der Durchschnittswert. Beispielsweise kann ein gewichteter Durchschnittswert aus dem Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2, auf das ein Magnetfeld, das stärker als das Sättigungsmagnetfeld ist, parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht aufgeprägt wird, und dem Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2, auf das ein Magnetfeld, das stärker als das Sättigungsmagnetfeld ist, nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht aufgeprägt wird, als Bezugswert verwendet werden. Als Alternative kann ein Wert, der erhalten wird, wenn der Durchschnittswert um einen vorgegebenen Wert verschoben ist, ein Bezugswert sein. Als Alternative kann ein Wert, der erhalten wird, wenn der Durchschnittswert mit einem Koeffizienten multipliziert wird, der mit dem Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes und dem Flächenverhältnis des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes in Beziehung steht, als der Bezugswert verwendet werden.

Als ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Magnetfelddetektors ist ein Verfahren unter Verwendung von magnetischem Material vorgesehen, das noch nicht magnetisiert wurde. 12 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Zwischenstufe des Verfahrens zum Verwenden eines noch nicht magnetisierten magnetischen Materials zeigt. Zuerst wird eine Haftverbindung der Grundplatte 3 mit der Schaltplatte 6 hergestellt, und dann wird eine Elektrodenverdrahtung zwischen den Magnetwiderstandselementen und den Justierelektroden 10 mittels Drahtbonden durchgeführt. Dann wird gemäß der Darstellung in 12 das noch nicht magnetisierte magnetische Material 9 über dem Magnetfelddetektor und dem Magneten 15 angeordnet und zum Auffinden des Mittelpunktes über die Grundplatte 3 von der entgegen gesetzten Seite her angenähert. Dieser Magnet 15 zum Auffinden des Mittelpunktes ist magnetisiert, so dass ein Magnetfeld in der Vertikalrichtung auf die Grundplatte 3 aufgeprägt werden kann. Ferner ist die Größe des Magneten 15 zum Auffinden des Mittelpunktes ausreichend groß, so dass ein gleichförmiges Magnetfeld auf den Magnetfelddetektor aufgeprägt werden kann. Der Magnet 15 zum Auffinden des Mittelpunktes wird jedoch so angeordnet, dass ein schwaches Magnetfeld aufgeprägt wird, damit das noch nicht magnetisierte magnetische Material 9 nicht magnetisiert werden kann. Dann ist der Fluss des von dem Magneten 15 zum Auffinden des Mittelpunktes erzeugten Magnetfeldes auf das noch nicht magnetisierte magnetische Material 9 konzentriert. Daher wird nur dann, wenn das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und der Magnet nicht senkrecht zu einander angeordnet sind, ein Magnetfeld in der Oberflächenrichtung des Elementes in dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 erzeugt. Daher ist es möglich, eine Veränderung des Widerstandes zu erfassen. Während diese Erfassung vorgenommen wird, wird die Position des noch nicht magnetisierten magnetischen Materials fein eingestellt und festgelegt. Schließlich wird ein Magnetfeld mit einer ausreichend hohen Stärke auf das noch nicht magnetisierte magnetische Material 9 aufgeprägt, um das magnetische Material zu magnetisieren. Auf diese Weise kann der Magnet ausgebildet, und der gewünschte Magnetdetektor fertig gestellt werden.

Der Magnetfelddetektor kann mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. Beispielsweise kann der Magnetfelddetektor mit einem Verfahren hergestellt werden, bei dem die Position des Magneten 4 und die Position des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 mit Hilfe einer optischen Positionierung genau aneinander angepasst werden können. Als Alternative können der Magnet 4 und die Grundplatte 3 vorausgehend mit hoher Genauigkeit aneinander befestigt und dann auf der Schaltplatte 6 angeordnet werden. Als Alternative kann der vorausgehend magnetisierte Magnet 4 exakt auf der Grundplatte 3 angeordnet und festgelegt werden.

In diesem Zusammenhang sind bei der Ausführungsform 2 die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 2 und die Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 5 parallel zu einander, und das von dem Magneten in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägte Magnetfeld ist parallel und nicht parallel zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht, d.h. in der entgegen gesetzten Richtung zu einander. Wenn jedoch eine Vielzahl von als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementen vorgesehen ist, bei denen die Magnetisierungsrichtungen der ortsfesten Schichten parallel zu einander sind, und bei denen das von dem Magneten in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägte Magnetfeld in der entgegengesetzten Richtung ist, kann die Magnetisierungsrichtung, die von dem Magneten auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement aufgeprägt wird, nicht unbedingt parallel oder nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht sein. Falls die Magnetisierungsrichtung parallel oder nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht ist, ist der Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes nicht auf den minimalen Wert oder den maximalen Wert festgelegt. Wenn jedoch der Durchschnitt der Widerstandswerte der beiden als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente, bei denen die Richtung des von dem Magneten in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägten Magnetfeldes in der entgegengesetzten Richtung ist, genommen wird, wird der Widerstandswert der Gleiche wie in dem Fall, in dem das äussere Magnetfeld Null ist. Daher ist es möglich, den Widerstandswert des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 zu korrigeren.

Ausführungsform 3

13 ist eine Schnittansicht eines Magnetfelddetektors von Ausführungsform 3. Das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5, die auf der Grundplatte 3 angeordnet sind, sind die Gleichen wie die von Ausführungsform 2. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch zusätzlich die nichtmagnetische Platte 18 vorgesehen, deren beide Seiten eben ausgebildet sind. In einem Ebenenbereich der nichtmagnetischen Platte 18 ist die Stirnfläche des Magnetpols fest kontaktiert angeordnet. In dem anderen Ebenenbereich der nichtmagnetischen Platte 18 ist die Grundplatte 3 des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 fest kontaktiert angeordnet.

Die Stirnfläche des Magnetpols des Magneten 4 ist ein Ebenenbereich, der senkrecht zu dem Magnetfeld steht. Die Grundplatte 3 des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 ist parallel zur Filmstruktur des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1. Wenn die Grundplatte 3 oder der Magnet 4 parallel zum Ebenenbereich der nichtmagnetischen Platte 18 angeordnet ist, kann somit das von dem Magneten 4 auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 aufgeprägte Magnetfeld einfach in der Richtung senkrecht zu der Filmstruktur eingestellt werden, bei der es sich um eine Richtung handelt, in der kein Magnetismus gefühlt wird. Andererseits ist es im Hinblick auf die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 einfach, das Magnetfeld in der Richtung aufzuprägen, in der Magnetismus gefühlt wird.

Ausführungsform 4

14 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 4 zeigt. Bei der Ausführungsform 4 ist zusätzlich zu dem Aufbau von Ausführungsform 2 die Magnetflussführung 14 zwischen dem Magneten und den zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementen angeordnet, so dass das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 und die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 von der Magnetflussführung 14 abgedeckt sein können, wie in 14 gezeigt ist. Die Magnetflussführung 14 besteht aus einem Material mit einer hohen magnetischen Durchlässigkeit und wird dazu verwendet, die Richtungen der Magnetflüsse zu ordnen. In diesem Fall wird als Material Permalloy verwendet, das eine hohe magnetische Durchlässigkeit besitzt. Zwischen der Magnetflussführung 14 und der Verdrahtungsgrundplatte 6 ist das Isoliermaterial 7 vorgesehen. Daher sind die Magnetflussführung 14 und die Verdrahtungsgrundplatte elektrisch von einander isoliert. In 14 ist die Y-Richtung als eine Richtung definiert, in der die Positionen der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 2, 5 mit einander verbunden sind, und die X-Richtung ist als eine Richtung definiert, die parallel zur Grundplatte 3 und senkrecht zur Y-Richtung ist. Dann stimmt die zu erfassende Richtung des äusseren Magnetfeldes 41 mit der Y-Richtung überein.

In diesem Fall ist es durch die Einwirkung der Magnetflussführung 14 möglich, den Einfluss eines von aussen vorliegenden magnetischen Störfeldes mit Ausnahme des äusseren Magnetfeldes zu unterdrücken. Wenn ferner eine Lagebeziehung zwischen der Magnetflussführung 14 und dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 justiert wird, falls das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 verschoben wird, ist es möglich, die Stärke des von dem Magneten 4 auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 aufgeprägten Magnetfeldes zu verringern.

Wenn beispielsweise bei der Ausführungsform 2, wo die Magnetflussführung 14 nicht vorgesehen ist, die Position des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 um 0,1 mm verschoben wird, wird ein Magnetfeld mit einer Stärke von 17 0e auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 aufgeprägt. 15 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau der Ausführungsform 4 zeigt, bei der eine Magnetflussführung mit einer Höhe des Querschnitts von 2 mm, einer Länge des Querschnitts in der X-Richtung von 3 mm, und einer Länge in der Y-Richtung von 5 mm in einer von der Grundplatte separaten Position aufgesetzt ist. 16 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Position in der X-Richtung auf der Grundplatte und der Stärke des Magnetfeldes in einem Fall zeigt, in dem die Magnetflussführung 14 in dem in 15 gezeigten Aufbau vorgesehen und nicht vorgesehen ist. Wenn die Magnetflussführung 14 vorgesehen ist, flacht sich die Beziehung zwischen der Position in der X-Richtung auf der Grundplatte und der Stärke des Magnetfeldes ab. In diesem Zusammenhang beträgt in 16 eine Änderung der Stärke des Magnetfeldes, die durch die Verschiebung um 0,1 mm in der X-Richtung verursacht werden kann, 0,5 Oe, und eine Änderung der Stärke des Magnetfeldes, die durch die Verschiebung um 0,1 mm in der Y-Richtung verursacht werden kann, 4,4 Oe, d.h. die Änderungen der Stärke des Magnetfeldes können verringert werden. In diesem Fall beträgt eine Stärke des Magnetfeldes, das auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 in der Y-Richtung um 2 mm beabstandet aufgeprägt wird, 183 Oe. Daher kann das Sättigungsmagnetfeld auf die gleiche Weise aufgeprägt werden, als wenn die Magnetflussführung 14 nicht aufgesetzt wäre.

Selbst wenn sich die Magnetflussführung 14 nicht zwischen den als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementen 2, 5 und dem Magneten 4 befindet, kann die Aufgabe gelöst werden, solange sich die Magnetflussführung 14 zwischen dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und dem Magneten 4 befindet. In diesem Fall ist es bei eingesetzter Magnetflussführung 14 möglich, die Effekte zur Verfügung zu stellen, wobei ein durch die Verschiebung des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 verursachter Einfluss verringert werden kann, und der Magnet 4 und der Magnetdetektor können einfach hergestellt werden.

In diesem Zusammenhang wird angemerkt, dass die Position und Größe der Magnetflussführung 14 nicht auf die oben angegebene konkrete Ausführungsform beschränkt sind. Wenn die Stärke und die Größe des Magneten 4 verändert werden, und wenn der Abstand zwischen dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement 1 und den als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementen 2, 5 geändert wird, werden natürlich die Position und die Größe der Magnetflussführung 14 von den oben angegebenen konkreten Werten geändert. Bei dieser Ausführungsform wird eine Magnetflussführung 14 mit einem C-förmig ausgebildeten Querschnitt verwendet, jedoch können auch anderen Formen, wie etwa eine dicke Platte, als Querschnitt für die Magnetflussführung 14 verwendet werden.

Ausführungsform 5

17 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 5 zeigt. 18 ist eine Draufsicht auf den in 17 gezeigten Magnetfelddetektor, wobei die Blickrichtung in der Richtung der Z-Achse von einem oberen Bereich der Grundplatte 3 ist. Bei der Ausführungsform 5 sind zusätzlich zu dem Aufbau der Ausführungsform 2 die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 20, 21 in Positionen vorgesehen, in denen ein Abstand von der Position des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 in zwei Richtungen senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 1 vorhanden ist.

Wie in 18 gezeigt ist, wird das Magnetfeld von dem Magneten 4 senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht auf die als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 20, 21 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägt. Eine Stärke des von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägten Magnetfeldes ist größer als die Stärke des Sättigungsmagnetfeldes der als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselemente 20, 21. Daher sind die Magnetisierungsrichtungen 37, 39 der jeweiligen freien Schicht in der Richtung senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht festgelegt.

Der Widerstand in dem Fall, in dem die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht ist, ist gleich dem Widerstand in dem Fall, in dem die Stärke des äusseren Magnetfeldes 41 gleich Null ist. Durch den oben erwähnten Aufbau ist es anhand von einem von dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 20 und dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 21 möglich, wenn ein Durchschnitt aus dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 20 und dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 21 genommen wird, einen Widerstand zu einem Zeitpunkt, wenn eine Stärke des von aussen aufgeprägten Magnetfeldes Null ist, präzise aufzufinden. Wenn dieser Wert für eine Seite der Differenzverstärkerschaltung 203 von Ausführungsform 1 verwendet wird, ist es möglich, ein Magnetfeld in der Nähe des Magnetfeldes, dessen Stärke Null ist, präzise zu erfassen.

Der Aufbau der Ausführungsform 3 weist ferner das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 20 und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 21 auf, wobei das von dem Magneten 4 in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägte Magnetfeld senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht ist. Gemäß diesem Aufbau kann der Widerstand zu einem Zeitpunkt, wenn die Stärke des aufgeprägten Magnetfeldes Null ist, als Widerstand für die Kalibrierung verwendet werden. Folglich lässt sich dieser Aufbau wirkungsvoll auf einen Fall anwenden, in dem eine geringe Stärke des Magnetfeldes genauer erfasst werden soll.

Bei dem in den oben erwähnten Ausführungsformen 1 bis 5 beschriebenen Magnetfelddetektor wird ein Element verwendet, das einen Spin-Bulb-Aufbau als das Magnetwiderstandselement aufweist. Es kann jedoch an Stelle des Elementes mit dem Spin-Bulb-Aufbau ein Element verwendet werden, dessen ortsfeste Schicht einen SAF-Aufbau aufweist. Wenn in diesem Fall ein SAF-Aufbau angewendet wird, wird ein Lecken des Magnetfeldes aus der ortsfesten Schicht verringert. Dadurch ist es möglich, ein Zittern der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht aufgrund des äusseren Magnetfeldes zu unterdrücken. Folglich kann die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden. Dieser Aufbau kann einen bemerkenswerten Effekt zur Verfügung stellen, wenn er auf einen Fall angewendet wird, in dem die Richtung des Aufprägens des Magnetfeldes von dem Magneten 4 nicht wie bei den als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementen 20, 21 von Ausführungsform 2 parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht ist.

Ausführungsform 6

19 is eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau des Magnetfelddetektors von Ausführungsform 6 zeigt. 20 ist eine Draufsicht auf den in 19 gezeigten Magnetfelddetektor, wobei die Blickrichtung die Richtung der Z-Achse von einem oberen Bereich der Grundplattenoberfläche ist. Dieser Magnetfelddetektor ist so zusammengesetzt, dass das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement in Ausführungsform 1 durch AMR (Anisotropic Magneto-Resistance)-Elemente ersetzt sind, und die jeweiligen Positionen des Magneten 4, des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes und des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes vertauscht sind. Der Schichtaufbau des vorliegend verwendeten AMR-Elementes ist nicht der Spin-Bulb-Aufbau, sondern das vorliegend verwendete AMR-Element ist in den folgenden Punkten das Gleiche wie das TMR-Element des GMR-Elementes. Der Schichtaufbau weist eine ferromagnetische Schicht auf, der Widerstand wird durch Ändern der Magnetisierungsrichtung der magnetischen Schicht geändert, und der Magnetismus wird nicht in der Richtung senkrecht zur Filmstruktur gefühlt. Einige AMR-Elemente fühlen im Wesentlichen den Magnetismus nicht in der Richtung parallel zu dem elektrischen Erfassungsstrom. Bei der Ausführungsform 4 werden AMR-Elemente, die den Magnetismus nicht in der Richtung parallel zu dem elektrischen Erfassungsstrom fühlen, für das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 51 und das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 52 verwendet. Der Magnet 4 ist so angeordnet, dass eine Achse, welche den Mittelpunkt des N-Pols mit dem Mittelpunkt des S-Pols verbindet, im Wesentlichen mit der Richtung des elektrischen Erfassungsstromes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 51 zusammen fällt. Wie andererseits der 20 zu entnehmen ist, ist das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 52 so angeordnet, dass das Magnetfeld des Magneten 4 in der Richtung im Wesentlichen senkrecht zum Erfassungsstroms sein kann.

Da das von dem Magneten 4 auf das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 51 aufgeprägte Magnetfeld parallel zur Richtung des elektrischen Erfassungsstroms 30 ist, beeinflusst das Magnetfeld den Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 51 nicht. Andererseits wird in dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement 52 ein Magnetfeld aufgeprägt, dessen Stärke in ausreichendem Maße größer als die Stärke des von dem Magneten 4 in der Richtung des Fühlens von Magnetismus aufgeprägten Sättigungsmagnetfeldes ist. Daher ist der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 52 im Wesentlichen auf den Widerstand zum Zeitpunkt des Sättigungsmagnetfeldes festgelegt. Beim Aufprägen des äusseren Magnetfeldes 41 ändert sich der Widerstand des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 51, jedoch der Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 52 ändert sich nicht. Folglich kann selbst bei Verwendung eines AMR-Elementes der Einfluss einer temperaturabhängigen Änderung des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes 51 unter Verwendung eines als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes 52 korrigiert werden.

Ein Magnetfelddetektor weist auf: einen Magneten; ein zur Erfassung verwendetes Magnetwiderstandselement mit einem Schichtaufbau, der eine ferromagnetische Schicht enthält, wobei sich der Widerstand des Magnetwiderstandselementes ändert, wenn sich die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht ändert; und ein als Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement mit im Wesentlichen dem gleichen Schichtaufbau wie dem des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes, wobei der Magnet ein Magnetfeld mit einer Stärke, die nicht geringer als eine Stärke eines Sättigungsmagnetfeldes ist, in einer Richtung aufprägt, in der die ferromagnetische Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes Magnetismus fühlt. Folglich kann der Magnetdetektor mit dem als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselement verwirklicht werden, ohne eine magnetische Abschirmung zur Verfügung zu stellen. Wenn dieser Magnetdetektor verwendet wird, kann die Schwankung der Charakteristik, d.h. die Schwankung der Temperatur Charakteristik, aufgehoben werden, und das äussere Magnetfeld kann mit hoher Genauigkeit aufgefunden werden.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen 1 bis 6 wird ein TMR-Element oder ein AMR-Element als das Magnetwiderstandselement für die Erfassung und das Magnetwiderstandselement für den Bezug verwendet. Solange es sich jedoch um ein Magnetwiderstandselement handelt, bei dem die Magnetisierungsrichtung seiner ferromagnetischen Schicht unter dem Einfluss des äusseren Magnetfeldes geändert wird, so dass sich der Widerstand des Elementes ändern kann, können ein GMR-Element oder andere Magnetwiderstandselemente verwendet werden. Sogar in diesem Fall, wenn ein Magnetfeld, dessen Stärke nicht geringer als die Stärke des Sättigungsmagnetfeldes der ferromagnetischen Schicht ist, in der Richtung aufgeprägt wird, in der der Magnetismus des Magneten gefühlt wird, ist es möglich, ein Magnetwiderstandselement als Bezug zu erhalten, dessen Widerstand durch das äussere Magnetfeld nicht geändert wird. Daher kann der Effekt der Erfindung zur Verfügung gestellt werden.

Ein Magnetfeld, dessen Stärke geringer als die Stärke des Sättigungsmagnetfeldes der ferromagnetischen Schicht ist, kann auf das Magnetwiderstandselement für eine Erfassung in der Richtung aufgeprägt werden, in der der Magnetismus des Magneten gefühlt werden kann. In diesem Fall wird ein Vormagnetisierungsfeld auf das äussere Magnetfeld aufgeprägt, das durch den Magneten erfasst wird. Auch in diesem Fall ist es möglich, ein Magnetwiderstandselement als Bezug zu erhalten, dessen Widerstand durch das äussere Magnetfeld nicht geändert wird. Daher kann der Effekt der Erfindung zur Verfügung gestellt werden.

Der in den Ausführungsformen 1 bis 6 beschriebene Magnet ist ein Permanentmagnet. Es können jedoch auch andere Einrichtungen zum Erzeugen eines Magnetflusses verwendet werden, wie etwa ein Elektromagnet und eine Solenoidspule. Bei der oben in den Ausführungsformen 1 bis 3 beschriebenen Magnetfelderfassung ist der Gegenstand der Erfassung ein äusseres Magnetfeld. Dieses äussere Magnetfeld kann eine im Magnetfeld hervor gerufene Änderung sein, wenn ein magnetisierter magnetischer Körper gedreht oder bewegt wird. Als Alternative kann dieses äussere Magnetfeld eine im Magnetfeld hervor gerufene Änderung sein, die durch eine Änderung des in einer Spule aus Kupferdraht fliessenden elektrischen Stroms verursacht wird. Als Alternative kann dieses äussere Magnetfeld ein Sensor sein, in dem das Magnetfeld, das von dem in dem Magnetfelddetektor vorgesehenen Magneten erzeugt wird, eine Änderung erfasst, die durch eine Bewegung oder eine Drehung eines zu messenden Gegenstandes aus einem weichmagnetischen Material verursacht wird. In diesem Fall wird durch die Drehung und die Bewegung des zu erfassenden Gegenstandes die Stärke eines auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement aufgeprägten Magnetfeldes geändert. Wenn jedoch eine Stärke des auf den Magneten aufgeprägten Magnetfeldes in ausreichendem Maße erhöht wird, kann eine Änderung des Widerstandes im Wesentlichen zu Null gemacht werden.

Der in den Ausführungsformen 1 bis 6 verwendete Magnet ist ein Stabmagnet, bei dem die Magnetpol-Stirnfläche quadratisch ist. Es ist jedoch möglich, einen Stabmagneten zu verwenden, dessen Magnetpol-Stirnfläche kreisförmig ist, oder einen Stabmagneten, dessen Magnetpol-Stirnfläche ringförmig ist. Wenn in einem solchen Fall das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement 1 auf der Mittelachse des Stabmagneten angeordnet ist, ändert sich das Magnetfeld, das auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement 2 aufgeprägt wird, auch dann nicht, wenn der Magnet gedreht wird. Daher kann der Magnetfelddetektor einfach hergestellt werden. Die Form des Magneten kann ein hexagonales Prisma sein. Als der Magnet, der zum Aufprägen des Magnetfeldes verwendet wird, kann an Stelle des Samarium-Kobalt-Magneten ein Ferritmagnet, ein Alnico-Magnet, ein Neodymiummagnet oder ein Verbundmagnet verwendet werden.


Anspruch[de]
Magnetfelddetektor, der aufweist:

einen Magneten;

ein zur Erfassung verwendetes Magnetwiderstandselement mit einem Schichtaufbau, der eine ferromagnetische Schicht enthält, wobei der Widerstand des Magnetwiderstandselementes durch eine Änderung der Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht geändert wird; und

ein als Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement mit im Wesentlichen dem gleichen Schichtaufbau wie dem des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes, wobei

der Magnet ein Magnetfeld mit einer Stärke, die nicht weniger als die Stärke eines Sättigungsmagnetfeldes ist, in einer Richtung aufprägt, in der die ferromagnetische Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes Magnetismus fühlt.
Magnetfelddetektor nach Anspruch 1, wobei

der Schichtaufbau des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes eine ortsfeste Schicht aufweist, deren Magnetisierungsrichtung in einer Richtung in der Schicht festgelegt ist, und eine freie Schicht, in der sich die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Schicht unter dem Einfluss eines äusseren Magnetfeldes ändert;

das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement ein Element ist, dessen Widerstand sich gemäß der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht und der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht ändert; und

die Stärke eines Magnetfeldes, das von dem Magneten auf das als Bezug verwendete Magnetwiderstandselement in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägt wird, nicht weniger als eine Stärke des Sättigungsmagnetfeldes in der Richtung parallel oder nicht parallel zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht ist.
Magnetfelddetektor nach Anspruch 1, wobei ein Magnetfeld von dem Magneten nur in der Richtung aufgeprägt wird, in der das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement keinen Magnetismus fühlt. Magnetfelddetektor nach Anspruch 2, welcher ferner aufweist:

eine Vielzahl von als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementen, deren Magnetisierungsrichtungen der ortsfesten Schichten die Gleichen sind, wobei die von dem Magneten in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägten Magnetfelder einander entgegen gesetzt sind.
Magnetfelddetektor nach Anspruch 2, welcher ferner aufweist:

ein als Bezug verwendetes Magnetwiderstandselement, wobei das von dem Magneten in der Oberflächenrichtung des Schichtaufbaus aufgeprägte Magnetfeld senkrecht zu der Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht ist.
Magnetfelddetektor nach Anspruch 2, wobei das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement aufweist:

eine erste antiferromagnetische Schicht;

eine erste ferromagnetische Schicht, die in Berührung mit der ersten antiferromagnetischen Schicht vorgesehen ist;

eine erste nichtmagnetische Schicht, die in Berührung mit der ersten ferromagnetischen Schicht auf der der ersten antiferromagnetischen Schicht gegenüber liegenden Seite vorgesehen ist; und

eine zweite ferromagnetische Schicht, die in Berührung mit der ersten nichtmagnetischen Schicht auf der der ersten ferromagnetischen Schicht gegenüber liegenden Seite vorgesehen ist.
Magnetfelddetektor nach Anspruch 2, wobei das zur Erfassung verwendete Magnetwiderstandselement aufweist:

eine erste antiferromagnetische Schicht;

eine erste ferromagnetische Schicht, die in Berührung mit der ersten antiferromagnetischen Schicht vorgesehen ist;

eine zweite nichtmagnetische Schicht, die in Berührung mit der ersten ferromagnetischen Schicht auf der der ersten antiferromagnetischen Schicht gegenüber liegenden Seite vorgesehen ist;

eine dritte ferromagnetische Schicht, die in Berührung mit der zweiten nichtmagnetischen Schicht auf der der ersten ferromagnetischen Schicht gegenüber liegenden Seite vorgesehen ist;

eine erste nichtmagnetische Schicht, die in Berührung mit der dritten ferromagnetischen Schicht auf der der zweiten nichtmagnetischen Schicht gegenüber liegenden Seite vorgesehen ist; and

eine zweite ferromagnetische Schicht, die in Berührung mit der ersten nichtmagnetischen Schicht auf der der dritten ferromagnetischen Schicht gegenüber liegenden Seite vorgesehen ist.
Magnetfelddetektor nach Anspruch 1, welcher ferner aufweist:

eine flache Platte aus einem nichtmagnetischen Material, wobei:

der Magnet einen Ebenenbereich senkrecht zu dem Magnetfeld aufweist;

der Ebenenbereich des Magneten gegenüber von einer Seite der flachen Platte angeordnet ist; und

die Filmstruktur des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes gegenüber von der anderen Seite der flachen Platte angeordnet ist.
Magnetfelddetektor nach Anspruch 1, welcher ferner aufweist:

eine Schaltung zum Erfassen einer Differenz oder eines Verhältnisses des Widerstandes des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes zu dem Widerstand des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes.
Magnetfelddetektor nach Anspruch 1, welcher ferner aufweist:

eine Magnetflussführung, die zwischen dem zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselement und dem Magneten angeordnet ist.
Magnetfelddetektor nach Anspruch 1, welcher ferner aufweist:

eine Schaltung zum Verstärken eines Erfassungssignals, die auf der gleichen Grundplatte wie der des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes oder des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eine Magnetfelddetektors, umfassend:

Justieren von Relativpositionen des Magneten und des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes, so dass ein Bezugswert, der aus einem Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes zu dem Zeitpunkt, wenn ein Magnetfeld, dessen Stärke nicht weniger als die Stärke des Sättigungsmagnetfeldes ist, das parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes aufgeprägt wird, berechnet wird, und auch aus einem Widerstandswert des als Bezug verwendeten Magnetwiderstandselementes zu dem Zeitpunkt, wenn ein Magnetfeld, dessen Stärke nicht weniger als die Stärke des Sättigungsmagnetfeldes ist, nicht parallel zur Magnetisierungsrichtung der ortsfesten Schicht aufgeprägt wird, berechnet wird, gleich einem Widerstandswert des zur Erfassung verwendeten Magnetwiderstandselementes sein kann.






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