JPH01217283A - 単方向磁界検出用磁気抵抗素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 単方向磁界検出用磁気抵抗素子、特に強磁性薄膜を用い
たバーバーポール型の磁気抵抗素子の磁気測定範囲に関
し、 該磁気抵抗素子の磁気特性を非対称にして、磁化の反転
を防止し、磁気を検出する測定範囲を拡大することを目
的とし、 両端に電流源を接続する引出し電極を設け、かつ導体パ
ターンを有する磁気的異方性材料を具備し、 前記磁気的異方性材料に流れる電流の方向と、初期磁化
方向との間の角度が最小１６じ］、最大２５〔°〕又は
最小６５〔゜〕、最大７４１：’］の関係を有すること
を含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、単方向磁界検出用磁気抵抗素子に関するもの
であり、強磁性薄膜を用いたハーハーボ−ル型の磁気抵
抗素子の磁気測定範囲に関するものである。

［従来の技術］ 第７図は従来例の単方向磁界検出用磁気抵抗素子に係る
説明図である。

同図（ａ）は、フィリプス所有の特許第Ｌ２７０．１９
２号（特公昭５ｌ−７５６４）や西独公開時２２６３０
７７にある磁気的異方性材料より成るバーバーポール型
の磁気抵抗素子を示している。図において、■は強磁性
薄膜、２は導体パターン、３は引出電極である。なお、
θ。はバーバ−ポール型同図（ｂ）は該磁気抵抗素子の
電流の方向と各磁界方向との関係をｘ、ｙ座標に示すも
のである。

図において、ｙ軸は初！’、ＪＩ　４Ｈ化力方向。、ｙ
軸は検出方向磁界■］８、を与える検出磁界方向であり
、θは初！ｔＪｌ磁化方向Ｍ。と電流の方向とがなす角
度である。なおθの範囲はフィリプス所存の特許等で６
才３０°〈θ〈６０°である。

同図（ｃ）は、該磁気抵抗素子の磁気特性を示す図であ
る。

図において、縦軸は抵抗変化率■であり、磁気抵抗素子
の固有抵抗Ｒ６と検出方向磁界Ｈ８Ｘにより変化する抵
抗骨ΔＲｏとの比である。また横軸は初期磁化方向Ｍ。

に垂直に印加される検出方向磁界Ｈｅｘであり、飽和磁
界Ｈ６により、磁気的異方性材料の内部磁化は初期磁化
方向Ｍ。から完全に９０°回転してＨＩＩＭの方向に揃
う。

なお該飽和磁界−Ｈ，や＋Ｈ，は、強磁性薄膜１のパタ
ーンの厚のや幅、透磁率等によりほぼ決定される。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで従来例によれば、強磁性薄膜１より成るバーバ
ーポール型の磁気抵抗素子（３０°〈θ〈６０°）を用
いた磁気センサは半導体磁気ホール素子に比べて第７図
（Ｃ）に示すように検出磁界方向の飽和磁界Ｈ８を生ず
る。

このため、単方向磁気を検出する場合、検出方向磁界Ｈ
ＯＸに対する測定範囲が狭い。

これにより、単方向に強い検出方向磁界Ｈ８Ｘを印加す
ると一部に磁化の反転が生じて安定な磁気検出測定がで
きないという課題がある。

本発明はかかる従来例の課題に鑑み創作されたものであ
り、該磁気抵抗素子の磁気特性を非対称にして、磁化の
反転を防止し、磁気を検出する測定範囲を拡大すること
を可能とする単方向磁界検出用磁気抵抗素子の提供を目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の単方向磁界検出用磁気抵抗素子は、その実施例
を第１〜６図に示すように両端に電流源１、を接続する
引出し電極１３を設け、かつ導体パターン１２又は１２
１を有する磁気的異方性材料パターン１１を具備し、 前記磁気的異方性材料１１に流れる電流■１又はＩ２の
方向と、初！ｔＩＵＶＡ化方向Ｍ。との間の角度が最小
１６（’）、最大２５じ〕又は最小６５〔°］、最大７
４じ〕の関係を有することを特徴とし、上記目的を達成
する。

〔作用〕

本発明によれば、磁気抵抗素子の磁気的買方性材料に流
れる電流の方向と初期磁化方向との間の角度を最小１６
ピ〕、最大２５（’）又は最小６５ピ〕、最大７４ピ〕
にしている。

このため該磁気抵抗素子の磁気特性を非対称にすること
ができ、例えば直線性１０〜１５［％］の磁気検出測定
範囲を２倍程度に拡大することが可能となる。

〔実施例〕

次に図を参照しながら本発明の実施例について説明をす
る。

第１〜６図は本発明の実施例に係る説明図であり、第１
図は本発明の第１の実施例の単方向磁界検出用磁気抵抗
素子に係る説明図を示している。

同図（ａ）は、第１の実施例の単方向磁界検出用磁気抵
抗素子の構成図であり、図において、１１は磁気的異方
性材料（強磁性薄膜パターン）である。なお、磁気的異
方性材料１１には強磁性薄膜等、例えばＦｅ−Ｎ１（パ
ーマロイ）やＣ〇−Ｎｉ等である。１２は、導体パター
ンであり、Ａ　Ｉ膜等である。また、１３は引出し電極
であり、例えば定電流源等の電流源■。から電流■を供
給する端子等である。

なお、θ５、は該磁気抵抗素子の長軸方向と導体パター
ン１２とのなす角度であり、バーバーポールの角度を示
している。これ等により第１の実施例に係る強磁性薄膜
を用いるバーバーポール型の単方向磁界検出用磁気抵抗
素子を構成する。

同図（１））は第１の実施例に係る磁気抵抗素子の電流
の方向１１と各磁界方向との関係をｘ、　　ｙ座擾に示
している。

Ｈにおいて、ｙ軸は初期磁化方向又強磁性薄膜バクーン
１１の長軸方向である。またｙ軸は強磁性薄膜パターン
１１の長袖方向と直交する方向で検出磁界方向を示して
いる。なおθ１は、磁気抵抗素子の強磁性薄膜パターン
１１に流れる電流■１の方向と初期磁化方向Ｍ。との間
の角度を示し、この角度θ、の範囲を１６（’）＜θ〈
２５じ〕に規定している。

これにより磁気特性を非対称にすることができる。

同図（ｃ）は第１の実施例に係る磁気抵抗素子の磁気特
性である。図において、縦軸は抵抗変化率■−△Ｒ，／
Ｒ，であり、Ｒｏは磁気抵抗素子の電気抵抗、ΔＲ，は
検出方向磁界による電気抵抗の変化分である。また、横
軸は検出方向磁界ＨｏＸであり、Ｈｏは飽和磁界である
。

なお、同図の破線に示す特性は、従来例に係る磁気特性
であり、１４は従来例の測定範囲を示している。また、
同図の実線に示す特性は本発明に係る磁気特性であり、
１５は本発明の測定範囲を示している。なお、本発明の
測定範囲１５は１０〜１５％程度直線性を有している。

これにより、従来例に比べて磁気特性は、非対称になり
単方向磁界を検出する測定範囲を拡大することが可能と
なる。

第２図は、本発明の第２の実施例の単方向磁界検出用磁
気抵抗素子に係る説明図であり、第１の実施例と同様の
符号は同じ機能を有しているので説明を省略する。

同図（ａ）は第１の実施例と同様に単方向検出用磁気抵
抗素子の構成図を示している。なお第１の実施例と異な
るのはバーバーポールの角度θ２□が９０−θ、の関係
になっている点である。これにより導体パターン１２１
の形状が第１の実施例と異なっている。

また同図（ｂ）において、θ２は磁気抵抗素子の強磁性
薄膜パターン１１に流れる電流■２の方向と初！ｌＪｌ
磁化方向Ｍ。との間の角度を示し、この角度θ２の範囲
を６５［°）＜θ２＜７４１：”〕に規定している。

また、検出方向磁界Ｈｌ！Ｘを与える検出磁界方向は、
ｙ軸としている。

これより第１の実施例と同様に磁気特性を非対称とする
ことができる。

同図（ｃ）は第２の実施例に係る磁気抵抗素子の磁気特
性であり、第１の実施例と同様な特性を得ることができ
る。

これにより、第１の実施例と同様に磁気特性を非対称と
することができ、単方向磁界を検出する測定範囲を拡大
することが可能となる。

第３図は本発明の各実施例に係る磁気抵抗素子の非対称
性を説明する図である。

図において、縦軸は非対称性を示し、抵抗変化率ＶをＶ
”−Ｖ−／　（Ｖ”＋Ｖ−）の関係式で表わしている。

また、横軸は初期磁化方向と電流の方向とがなす角度θ
ピ〕を示している。なお、角度θ−４５じ］で非対称性
０．０、すなわち対称を示し、θ−〇〔°］又は９０じ
］で非対称性１．０、すなわち磁気抵抗素子の出力が反
転しないことを意味している。

このため角度θ、（１６〔°）＜θ１〈２５〔°〕）又
はθ２　（６５じ］〈θ２＜７４（。

］）とすることにより、非対称性を７５％〜９０％、す
なわち磁気特性を一方向にシフトすることができる。

第４図は本発明の各実施例に係る磁気抵抗素子の直線性
と測定範囲とを説明する図であり、θ＝、１５（”）の
場合を例にとっている。

図において、溜軸は、規格化した測定範囲１−（、う／
Ｈ８を示し、横軸は直線性Ｔ〔％］を示している。

なお、直線性Ｔは の関係式で表され、Ｓａ、Ｓｂは磁気特性において検出
方向磁界Ｈ１に対する任意の点ａ、ｂにおける抵抗変化
率Ｖａ、Ｖｂの傾向き量（Ｓ　ａ−ｄ　Ｖ　ａｘ は０％で最良であり、磁気抵抗素子の出力特性は無歪に
なることを示している。

すなわち角度θ−４５（’）の場合、磁気特性の直線性
γを１０％になるようにするとその規格化した測定範囲
Ｈ６ｘ／Ｈｏは０．２５となる。また、直線性Ｔを１５
％になるようにすれば、その測定範囲は０．３に拡張で
きることを示している。

なおθ−４５（°）の場合の磁気特性は対称性であるた
め、反転方向の測定範囲一０．２５と、この関係を本発
明の実施例では 直線性Ｔ−１０〜１５［％］かつ、測定範囲を例えば２
倍に拡張するために次のような計算を行い角度θ１．θ
２を規定している。すなわち直線性ｒ＝１５ｃ％〕を保
証する測定範囲の一方向の磁界範囲は、 となり同様に直線性γ−１０〔％〕を保証する測定範囲
の一方向の磁界範囲は、 となる。

ここで角度θと測定範囲とは比例関係にあることからθ
−４５じ〕に対する測定範囲±０．５とすれば、直線性
ｒ＝１５（％］かつ測定範囲０．３を拡張して０．８に
するには角度変位量θ８は、 ４５：θウー〇、５　：　（０，３＋０．５）θ、＝７
２（°）　　　となる。

すなわちθＸ−７２じ〕又は１８じ〕となり、同様に直
線性ｒ＝ＩＯｃ％］かっ、測定範囲０．２５に対しては
、 θ、ｅ−６７（’）又は２３ｒ’）を得られる。

なお、θ８の許容範囲±２〔°］を考慮すれば１Ｇ（’
）＜θ１〈２５〔°］又は６５（°）＜θ２＜７４（°
］となる。

第５図は、本発明の各実施例に係る単方向磁界検出用磁
気抵抗素子の断面図を示している。

図において、１６はガラスやＳｉ　（シリコン）等の基
板、１７はＦｅＮ１（パーマロイ）やＮｉＣ。

等の強磁性体から成る磁性層である。また１８はＴａＭ
ｏ等の密着層であり、磁性層１７と導体層１９とを電気
的、物理的に接合している。

１９はバーバーポール形状を成す導体パターンであり、
Ａｕ膜等の導体層である。２０は導体層１９を保護する
５ｉＪｎ　ＩＩり等の保護膜である。なお、１３は引出
し電極であり、定電流等を通電する端子である。

これにより各実施例に係る磁気抵抗素子を構成する。

第６図は、本発明の実施例の単方向磁界検出用磁気抵抗
素子の応用例の説明図を示している。

同図（ａ）は回転センサに用いる例を示している。図に
おいて、２１は単方向磁界検出用磁気抵抗素子、２２は
回転する被測定対象であり、例えば、回転体等の軸に取
付けられた外周に凸状のＮ極を有している磁気回転体で
ある。これにより、Ｎ極が該磁気抵抗素子２１に近づく
と検出方向磁界Ｈａｘを検出しその出力電圧■が大きく
なり、遠ざかることにより電圧Ｖが小さくなる。この電
圧パルスを計測することにより回転体の回転数ｎを測定
することができる。

同図（ｂ）は位置検出に用いる例を示している。

図において、２３は磁気を有する被測定対象であり、被
測定対象２３が磁気抵抗素子２１に近づくことにより、
その出力電圧が直線性良く変化する。

これを予め被測定対象２３と磁気抵抗素子２１との距離
（位置）の関係を、出力電圧として規格化することによ
り、位置を検出することができる。

同図（Ｃ）は磁気インクのセンサに利用する例を示して
いる。

図において、２４は磁気インクを使用する紙幣等であり
、２５は紙幣磁化用磁石である。なお紙幣２４の磁気イ
ンクは紙幣磁化用磁石により磁化され、さらに移動して
磁気抵抗素子２１により磁気が検出される。

これにより、紙幣等の偽造等をチエツクすることができ
る。

このようにして、磁気抵抗素子の強磁性ＦｊＩ膜パター
ン１１に流れる電流ｌ、又はＩ２の方向と、初期磁化方
向Ｍ。との間の角度θ１又はθ２を、＋６（°）＜θ、
＜２５（’：ｌ又は６５　〔’：］＜θ２〈７４　じ〕
にしている。

このため、該磁気抵抗素子の磁気特性を非対称にするこ
とができ、例えば直線性Ｔ−１０〜１５〔％〕の磁気検
出測定範囲を従来例に比べて２倍程度に拡大することが
可能となる。

〔発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば磁気特性を非対称に
することにより単方向の磁気を検出する測定範囲、すな
わち線形範囲及びダイナミック幅を拡大することが可能
となる。

このため、ピーク値を有する磁気等の検出に用いる磁気
検出装置等を製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例の単方向磁界検出用磁
気抵抗素子に係る説明図、 第２図は、本発明の第２の実施例の単方向磁界検出用磁
気抵抗素子に係る説明図、 第３図は、各実施例に係る磁気抵抗素子の非対称性を説
明する図、 第４図は、本発明の各実施例に係る磁気抵抗素子の直線
性と測定範囲とを説明する図、第５図は、本発明の各実
施例に係る単方向磁界検出用磁気抵抗素子の断面図、 第６図は、本発明の実施例の単方向磁界検出用磁気抵抗
素子の応用例の説明図、 第７図は、従来例の単方向磁界検出用磁気抵抗素子に係
る説明図である。 （符号の説明） １．１１・・・強磁性薄膜（磁気的異方性材料又は強磁
性薄膜パターン）、 ２２１２２１２１・・・導体パターン、３．１３・・・
引出し電極、 １４・・・従来例の測定範囲、 １５・・・本発明の測定範囲、 ｌ　６　・・・基＋λ；（， １７・・・磁性層、 １８・・・密着層、 １９・・・導電層、 ２０・・・保護膜、 ２１・・・単方向磁界検出用磁気抵抗素子、２２２２３
・・・被測定対象、 ２４・・・紙幣、 ２５・・・紙幣磁化用磁石、 θ、θ１．θ２・・・初期磁化方向と電流の方向のなす
角度、 θ。、θ１１．θ２□・・・バーバーポールの角度、Ｈ
ａ・・・飽和磁界、 Ｈｅｘ・・・検出方向磁界、 ■、△Ｒ，／Ｒ・・・抵抗変化率、 ■。・・・電流源、 ｒ、１．、Ｉ２・・・電流。 ＾　　　−公 −Ｈｏ　　　　　　　　　　　Ｑ 従来例の単方向磁界検出。 第 Ｃ）　　　　　　Ｈ６ｘ−−−−一　検出方向磁界用磁
気抵抗素子に係る説明図 ７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）両端に電流源（Ｉ＿０）を接続する引出し電極（
   １３）を設け、かつ導体パターン（１２又は１２１）を
   有する磁気的異方性材料（１１）を具備し、 前記磁気的異方性材料（１１）に流れる電流（Ｉ＿１、
   又はＩ＿２）の方向と、初期磁化方向（Ｍ＿０）との間
   の角度（θ＿１又はθ＿２）が最小１６〔゜〕、最大２
   ５〔゜〕又は最小６５〔゜〕、最大７４〔゜〕の関係を
   有することを特徴とする単方向磁界検出用磁気抵抗素子
   。
2. （２）同一基板（１６）上の磁性層（１７）に、バーバ
   ーポール角度（θ＿１＿１、又はθ＿２＿２）に従って
   、密着層（１６）を介して導電層（１９）が形成され、
   さらに該導電層（１９）上に引出電極（１３）を有する
   保護膜（２０）を具備していることを特徴とする請求項
   １に記載する単方向磁界検出用磁気抵抗素子。