JPH0653571A - 温度補償及び単一磁区安定性を有する薄膜超高感度磁気抵抗性磁力計 - Google Patents
温度補償及び単一磁区安定性を有する薄膜超高感度磁気抵抗性磁力計Info
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- JPH0653571A JPH0653571A JP5120115A JP12011593A JPH0653571A JP H0653571 A JPH0653571 A JP H0653571A JP 5120115 A JP5120115 A JP 5120115A JP 12011593 A JP12011593 A JP 12011593A JP H0653571 A JPH0653571 A JP H0653571A
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Classifications
-
- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度補償及び単一磁区安定性を有する薄膜超
高感度磁気抵抗性磁力計を提供する。 【構成】 薄膜磁力計は第１及び第２の薄膜磁気抵抗性
要素並び第１及び第２の積層磁束コレクタを含む。第１
の薄膜磁気抵抗要素は磁束コレクタによって形成される
ギャップ内に位置され、第２の薄膜磁気抵抗要素は磁束
コレクタによって実質的に磁気的に遮蔽されており、サ
ーミスタとして機能する。これらの磁気抵抗要素はブリ
ッジ回路に接続され、それにより磁気抵抗要素上の熱的
効果による信号成分が第１の磁気抵抗要素によって生成
された信号から除去される。
高感度磁気抵抗性磁力計を提供する。 【構成】 薄膜磁力計は第１及び第２の薄膜磁気抵抗性
要素並び第１及び第２の積層磁束コレクタを含む。第１
の薄膜磁気抵抗要素は磁束コレクタによって形成される
ギャップ内に位置され、第２の薄膜磁気抵抗要素は磁束
コレクタによって実質的に磁気的に遮蔽されており、サ
ーミスタとして機能する。これらの磁気抵抗要素はブリ
ッジ回路に接続され、それにより磁気抵抗要素上の熱的
効果による信号成分が第１の磁気抵抗要素によって生成
された信号から除去される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁界を測定する感知器に
関し、特に薄膜磁気抵抗性要素及び薄膜積層磁束コレク
タを有する磁界感知器に関する。
関し、特に薄膜磁気抵抗性要素及び薄膜積層磁束コレク
タを有する磁界感知器に関する。
【０００２】
【従来の技術】一対の薄膜積層磁束コレクタによって画
成されたギャップ内に形成された薄膜磁気抵抗性（Ｍ
Ｒ）要素を有する高感度、小型、低消費電力、広帯域磁
力計がスミス及びＦ．ジェッターズによって１９９１年
７月３０日に出願された米国出願第７３７，７５５号に
開示されている。この薄膜感知器は従来の磁力計を越え
て際立つ改良を示したが、その設計はいくつかの欠点を
含むことが見出された：ＮｉＦｅ ＭＲ膜に関する抵抗
率の非零温度係数により低周波温度変動が不所望雑音信
号として現われる。外部温度感知抵抗がこの不所望雑音
信号に対する補償を補助するために一般に使用される
が、このような補償は、その抵抗とＭＲ要素との間の熱
的結合が実際上不適当であるために、完全となり得な
い。比較的厚い膜の磁束コレクタの薄いＭＲ感知器との
オーバーラップを制御することは更に困難であり、ＭＲ
膜を損傷することなくその磁束コレクタ内にギャップを
エッチングすることも又困難である。ＭＲ要素の磁気状
態がしばしば磁区壁を伴うことによって多磁区となるこ
とが又見出された。そのような磁区壁は磁力計を充分に
大きい磁界にさらされた際にヒステリシス及びバルクハ
ウゼン雑音の源として作用する。
成されたギャップ内に形成された薄膜磁気抵抗性（Ｍ
Ｒ）要素を有する高感度、小型、低消費電力、広帯域磁
力計がスミス及びＦ．ジェッターズによって１９９１年
７月３０日に出願された米国出願第７３７，７５５号に
開示されている。この薄膜感知器は従来の磁力計を越え
て際立つ改良を示したが、その設計はいくつかの欠点を
含むことが見出された：ＮｉＦｅ ＭＲ膜に関する抵抗
率の非零温度係数により低周波温度変動が不所望雑音信
号として現われる。外部温度感知抵抗がこの不所望雑音
信号に対する補償を補助するために一般に使用される
が、このような補償は、その抵抗とＭＲ要素との間の熱
的結合が実際上不適当であるために、完全となり得な
い。比較的厚い膜の磁束コレクタの薄いＭＲ感知器との
オーバーラップを制御することは更に困難であり、ＭＲ
膜を損傷することなくその磁束コレクタ内にギャップを
エッチングすることも又困難である。ＭＲ要素の磁気状
態がしばしば磁区壁を伴うことによって多磁区となるこ
とが又見出された。そのような磁区壁は磁力計を充分に
大きい磁界にさらされた際にヒステリシス及びバルクハ
ウゼン雑音の源として作用する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】よって本発明の目的は
薄膜磁力計における上記の欠点を解決する改良を提供す
ることである。
薄膜磁力計における上記の欠点を解決する改良を提供す
ることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】その目的は第１及び第２
の薄膜磁気抵抗性要素を有する磁気抵抗性磁力計の提供
による本発明の一面によって達成される。第１及び第２
の薄膜積層磁束集中器は第１の磁気抵抗性要素上にギャ
ップを画成するよう第１及び第２の磁気抵抗性要素上に
形成される。磁束コレクタの磁気的影響は、感知された
磁界のそのギャップと交叉（直交）する方向の成分が、
ギャップ内の第１のＭＲ要素の側で、その強度において
実質的に増大され、他方感知された磁界のそのギャップ
に沿った（平行な）方向の成分が、同じ側で、その強度
において実質的に減少されるということである。これと
対照的に、感知された磁界のこれらの成分の双方は第２
のＭＲ要素の側で磁束コレクタによって実質的に減少さ
れる。第１及び第２のＭＲ要素はブリッジ回路で接続さ
れ、ここで第２のＭＲ要素が第１の磁気抵抗性要素から
の信号についての熱的影響を相殺するように熱抵抗器と
して単に機能する。第１及び第２の磁気抵抗性要素が共
通の基板上に極めて近接して配置されているため、それ
らは、実質的に同一の同相の熱的妨害を被り、それによ
って感知器における熱的雑音をより完全に近く除去する
本発明の他の特徴によると、積層された磁束コレクタの
バルクが所望のものより幾分小さい厚みに形成されパタ
ーンされ、磁気抵抗性要素よりも広く離間されたギャッ
プを有し、他方温度補償磁気抵抗性要素を遮蔽する。そ
こで、磁束集中器材の最終厚さが磁気抵抗性要素上にデ
ポジットされパターンされる。より薄くよってより容易
にパターンされエッチングされたギャップの付近の磁束
コレクタの層は、（ｉ）コレクタ−ＭＲ感知器オーバー
ラップでのより大きい磁束集中、（ｉｉ）ＭＲ−コレク
タ磁気結合の磁気抵抗を良好に最適化（最小化）するよ
うにそのオーバーラップ幅のより高度な制御、及び（ｉ
ｉｉ）増加した磁束コレクタの厚さに関連した先の製作
困難さの除去を可能にする。この後者の効果はギャップ
から分離されたコレクタの残るバルク領域の厚さが独立
して増大されるのを可能する。これは、次には、磁束コ
レクタによるギャップ範囲の増大が本発明においてバル
ク磁束コレクタ厚さの増加する機能であり、ギャップの
付近に一定厚みが与えられるため、磁力計感度を改良す
る。最終的に、磁気抵抗性感知器の設計は、この活性化
領域において磁気的感度が過度に抑制されることなく磁
束コレクタギャップに対して内部の活性化ＭＲ感知器領
域において安定なシングル磁区状態を効果的に保証する
ように磁束集中器に対して外部の端部領域におけるＭＲ
感知器の磁気状態を制御する手段を提供するよう変更さ
れる。好ましい実施例において、この磁気状態機能は薄
いスペーサ層によってＭＲ層から分離されるデポジット
された永久磁石膜（例えば、ＣｏＰｔ）によって又はＭ
Ｒ膜上に直接デポジットされた交換結合層（例えば、Ｔ
ｂＣｏ）によって提供される。双方の場合において、こ
れらの特別な層は現在のリード接触領域の内側縁を通り
過ぎて延在しないことが好ましい。その特別な層の目的
はＭＲフィルムの内側のアクティブ領域における縦（容
易軸）磁化の一方向に対する独特の低エネルギ選択を提
供するためにＭＲフィルムの外側の端領域において磁化
を固定することである。これは多磁区磁気状態及び関連
するバルクハウゼンノイズ生成磁区壁の形成の傾向を除
去する。他の実施例によれば、同様な機能が一つの特別
な長手方向において磁界を発生する一組のコイルによっ
て提供され、その磁界はＭＲ要素の端領域の磁気状態に
同様に影響を及ぼす。
の薄膜磁気抵抗性要素を有する磁気抵抗性磁力計の提供
による本発明の一面によって達成される。第１及び第２
の薄膜積層磁束集中器は第１の磁気抵抗性要素上にギャ
ップを画成するよう第１及び第２の磁気抵抗性要素上に
形成される。磁束コレクタの磁気的影響は、感知された
磁界のそのギャップと交叉（直交）する方向の成分が、
ギャップ内の第１のＭＲ要素の側で、その強度において
実質的に増大され、他方感知された磁界のそのギャップ
に沿った（平行な）方向の成分が、同じ側で、その強度
において実質的に減少されるということである。これと
対照的に、感知された磁界のこれらの成分の双方は第２
のＭＲ要素の側で磁束コレクタによって実質的に減少さ
れる。第１及び第２のＭＲ要素はブリッジ回路で接続さ
れ、ここで第２のＭＲ要素が第１の磁気抵抗性要素から
の信号についての熱的影響を相殺するように熱抵抗器と
して単に機能する。第１及び第２の磁気抵抗性要素が共
通の基板上に極めて近接して配置されているため、それ
らは、実質的に同一の同相の熱的妨害を被り、それによ
って感知器における熱的雑音をより完全に近く除去する
本発明の他の特徴によると、積層された磁束コレクタの
バルクが所望のものより幾分小さい厚みに形成されパタ
ーンされ、磁気抵抗性要素よりも広く離間されたギャッ
プを有し、他方温度補償磁気抵抗性要素を遮蔽する。そ
こで、磁束集中器材の最終厚さが磁気抵抗性要素上にデ
ポジットされパターンされる。より薄くよってより容易
にパターンされエッチングされたギャップの付近の磁束
コレクタの層は、（ｉ）コレクタ−ＭＲ感知器オーバー
ラップでのより大きい磁束集中、（ｉｉ）ＭＲ−コレク
タ磁気結合の磁気抵抗を良好に最適化（最小化）するよ
うにそのオーバーラップ幅のより高度な制御、及び（ｉ
ｉｉ）増加した磁束コレクタの厚さに関連した先の製作
困難さの除去を可能にする。この後者の効果はギャップ
から分離されたコレクタの残るバルク領域の厚さが独立
して増大されるのを可能する。これは、次には、磁束コ
レクタによるギャップ範囲の増大が本発明においてバル
ク磁束コレクタ厚さの増加する機能であり、ギャップの
付近に一定厚みが与えられるため、磁力計感度を改良す
る。最終的に、磁気抵抗性感知器の設計は、この活性化
領域において磁気的感度が過度に抑制されることなく磁
束コレクタギャップに対して内部の活性化ＭＲ感知器領
域において安定なシングル磁区状態を効果的に保証する
ように磁束集中器に対して外部の端部領域におけるＭＲ
感知器の磁気状態を制御する手段を提供するよう変更さ
れる。好ましい実施例において、この磁気状態機能は薄
いスペーサ層によってＭＲ層から分離されるデポジット
された永久磁石膜（例えば、ＣｏＰｔ）によって又はＭ
Ｒ膜上に直接デポジットされた交換結合層（例えば、Ｔ
ｂＣｏ）によって提供される。双方の場合において、こ
れらの特別な層は現在のリード接触領域の内側縁を通り
過ぎて延在しないことが好ましい。その特別な層の目的
はＭＲフィルムの内側のアクティブ領域における縦（容
易軸）磁化の一方向に対する独特の低エネルギ選択を提
供するためにＭＲフィルムの外側の端領域において磁化
を固定することである。これは多磁区磁気状態及び関連
するバルクハウゼンノイズ生成磁区壁の形成の傾向を除
去する。他の実施例によれば、同様な機能が一つの特別
な長手方向において磁界を発生する一組のコイルによっ
て提供され、その磁界はＭＲ要素の端領域の磁気状態に
同様に影響を及ぼす。
【０００５】
【実施例】発明を実施するモード 図１の（Ａ）を参照するに、本発明による磁界感知器１
０は一対のパーマロイＭＲ要素１４及び１６がその上に
デポジットされパターンされた基板１２を含む。感知電
流をＭＲ要素１４を介して導く導体２０及び２２並びに
感知電流をＭＲ要素１６を介して導く導体２４及び２６
が夫々のＭＲ要素と電気的接触してデポジットされてい
る。ＳｉＯ2 又は同様の絶縁材（図示せず）が略１ミク
ロン未満の所望の厚さにデポジットされたＭＲ要素１４
及び１６を磁束コレクタ２８及び３０から電気的に絶縁
するためにＭＲ要素の上にデポジットされる。磁束コレ
クタ２８及び３０は、それらがＭＲ要素１４の縁にオー
バーラップしないようにそしてＭＲ要素１６が完全にオ
ーバーラップされるように、デポジットされパターンさ
れる。次に、高透磁率磁束コレクタ材３８の最終薄層が
その装置にデポジットされ、ＭＲ要素１４に所望量オー
バーラップするようにパターンされる。磁束はＭＲ要素
１４において磁束コレクタによって集中され、ＭＲ要素
１６上の磁束コレクタはＭＲコレクタ１６を外部磁界か
ら磁気的に遮蔽する。図１の（Ｂ）に詳細に示す如く、
各磁束コレクタ２８及び３０はＳｉＯ2 の略０．１ミク
ロン層３４により分離されて積み重ねられた１乃至３ミ
クロン厚さの高透磁率ＮｉＦｅ磁性材料の薄層３２より
なる。
０は一対のパーマロイＭＲ要素１４及び１６がその上に
デポジットされパターンされた基板１２を含む。感知電
流をＭＲ要素１４を介して導く導体２０及び２２並びに
感知電流をＭＲ要素１６を介して導く導体２４及び２６
が夫々のＭＲ要素と電気的接触してデポジットされてい
る。ＳｉＯ2 又は同様の絶縁材（図示せず）が略１ミク
ロン未満の所望の厚さにデポジットされたＭＲ要素１４
及び１６を磁束コレクタ２８及び３０から電気的に絶縁
するためにＭＲ要素の上にデポジットされる。磁束コレ
クタ２８及び３０は、それらがＭＲ要素１４の縁にオー
バーラップしないようにそしてＭＲ要素１６が完全にオ
ーバーラップされるように、デポジットされパターンさ
れる。次に、高透磁率磁束コレクタ材３８の最終薄層が
その装置にデポジットされ、ＭＲ要素１４に所望量オー
バーラップするようにパターンされる。磁束はＭＲ要素
１４において磁束コレクタによって集中され、ＭＲ要素
１６上の磁束コレクタはＭＲコレクタ１６を外部磁界か
ら磁気的に遮蔽する。図１の（Ｂ）に詳細に示す如く、
各磁束コレクタ２８及び３０はＳｉＯ2 の略０．１ミク
ロン層３４により分離されて積み重ねられた１乃至３ミ
クロン厚さの高透磁率ＮｉＦｅ磁性材料の薄層３２より
なる。
【０００６】感知電流の導体２０及び２２を介した流れ
によるＭＲ要素１４に亘る電圧降下の変調は、磁束コレ
クタ２８及び３０によって集中させられた要素１４に亘
る磁界の強度から得られるＭＲ要素の抵抗及びＭＲ要素
の温度に比例する。ＭＲ要素１４の温度における変化
は、その抵抗の変化、よって薄膜磁力計の領域における
磁界を示す信号における誤差を生じ得る。熱的効果によ
る信号の部分を除去するために、磁束コレクタ３０によ
って外部磁界から遮蔽されているが要素１４に近接して
熱的に結合されていないＭＲ要素１６によって生成され
た信号が図２に示す如きブリッジ回路においてＭＲ要素
１４によって生成された信号から減算される。
によるＭＲ要素１４に亘る電圧降下の変調は、磁束コレ
クタ２８及び３０によって集中させられた要素１４に亘
る磁界の強度から得られるＭＲ要素の抵抗及びＭＲ要素
の温度に比例する。ＭＲ要素１４の温度における変化
は、その抵抗の変化、よって薄膜磁力計の領域における
磁界を示す信号における誤差を生じ得る。熱的効果によ
る信号の部分を除去するために、磁束コレクタ３０によ
って外部磁界から遮蔽されているが要素１４に近接して
熱的に結合されていないＭＲ要素１６によって生成され
た信号が図２に示す如きブリッジ回路においてＭＲ要素
１４によって生成された信号から減算される。
【０００７】図２を参照するに、ＭＲ要素１４はブリッ
ジ回路の一つの足に、ＭＲ要素１６は隣る足に、抵抗Ｒ
１及びＲ２がその回路の他の二つの足に夫々接続され
る。電圧源３６からの感知電圧がそのブリッジに亘って
印加され、熱的効果により生じた成分が無い磁界の強度
を示す電圧降下Ｓの変調が生成される。ＭＲ要素１４及
び１６は極めて接近して同時に共通の基板１２上にデポ
ジットされているため、それらは略同一の熱的効果を受
け略同一の熱的特性を有し、それによってブリッジ回路
における外部サーミスタを設けた従来技術の改良を提供
する。
ジ回路の一つの足に、ＭＲ要素１６は隣る足に、抵抗Ｒ
１及びＲ２がその回路の他の二つの足に夫々接続され
る。電圧源３６からの感知電圧がそのブリッジに亘って
印加され、熱的効果により生じた成分が無い磁界の強度
を示す電圧降下Ｓの変調が生成される。ＭＲ要素１４及
び１６は極めて接近して同時に共通の基板１２上にデポ
ジットされているため、それらは略同一の熱的効果を受
け略同一の熱的特性を有し、それによってブリッジ回路
における外部サーミスタを設けた従来技術の改良を提供
する。
【０００８】現在好ましい実施例において、ＭＲ要素１
４及び１６の厚さｔは１５０オングストロームであり；
それらの（図１において定義されている）ｙ方向に沿っ
た長さは１６μｍである。ＭＲ要素１４にオーバーラッ
プする各磁束コレクタの部分の厚さＴ1 は１μｍであ
り；ｙ方向に沿ったこれらの部分の各々の長さは１０μ
ｍである。磁束コレクタのバルクの厚さＴ2 は６ミクロ
ン以上である。各全磁束コレクタのｙ方向に沿った全体
長さは１ｃｍである。ＭＲ要素及び磁束コレクタの透磁
率μは略２０００である。ＭＲ要素１４及びオーバーラ
ップしている磁束コレクタ間の絶縁離隔厚さｓは０．５
ミクロンである。ＭＲ−磁束コレクタオーバーラップに
関する最適幅は、式√μｔｓによって略与えられ、４ミ
クロンである。上記から、磁束コレクタギャップ幅Ｇは
略８ミクロンとなる。磁束コレクタの（ｘに沿った）幅
は０．１及び１ｃｍの間で変更して良く、ＭＲ要素１４
及び１６の幅はＭＲ要素高さＬの少なくとも二倍だけ磁
束コレクタの幅を越えることが好ましい。
４及び１６の厚さｔは１５０オングストロームであり；
それらの（図１において定義されている）ｙ方向に沿っ
た長さは１６μｍである。ＭＲ要素１４にオーバーラッ
プする各磁束コレクタの部分の厚さＴ1 は１μｍであ
り；ｙ方向に沿ったこれらの部分の各々の長さは１０μ
ｍである。磁束コレクタのバルクの厚さＴ2 は６ミクロ
ン以上である。各全磁束コレクタのｙ方向に沿った全体
長さは１ｃｍである。ＭＲ要素及び磁束コレクタの透磁
率μは略２０００である。ＭＲ要素１４及びオーバーラ
ップしている磁束コレクタ間の絶縁離隔厚さｓは０．５
ミクロンである。ＭＲ−磁束コレクタオーバーラップに
関する最適幅は、式√μｔｓによって略与えられ、４ミ
クロンである。上記から、磁束コレクタギャップ幅Ｇは
略８ミクロンとなる。磁束コレクタの（ｘに沿った）幅
は０．１及び１ｃｍの間で変更して良く、ＭＲ要素１４
及び１６の幅はＭＲ要素高さＬの少なくとも二倍だけ磁
束コレクタの幅を越えることが好ましい。
【０００９】ＭＲ要素１４との４ミクロンのオーバーラ
ップに関する磁束コレクタ２８及び３０の比較的大きい
厚さＴ2 （６ミクロン）によって、従来技術において記
載されている如く、一定厚さ磁束コレクタを有する磁力
計を正確に製造することが幾分困難であることが明らか
にされている。この問題は下記の如くに図３の（Ａ）、
（Ｂ）に示される如くにして解決される。まず、ＭＲ要
素１４及び１６がデポジットされパターンされる。Ｓｉ
Ｏ2 の絶縁層がＭＲ要素の上にデポジットされる。次
に、磁束コレクタ２８及び３０がそれらの所望の全体の
厚さ略１ミクロン未満内に形成される。その磁束コレク
タはそれらがＭＲ要素１４とはオーバーラップしないよ
うにパターンされ、それによって正確な量の絶縁オーバ
ーラップの必要性がなくなる。次に、最終薄層（例えば
１ミクロン）の高透磁率磁束コレクタ材３８がその装置
上にＭＲ要素１４と所望量オーバーラップするようにデ
ポジットされパターンされる。最終薄層３８は磁束コレ
クタの完全積み重ねよりも非常に容易にパターンされ、
それによって磁束コレクタによって形成されるギャップ
がＭＲ要素を損なうことなく正確にパターンされ得るよ
うに制御する過程を容易にする。又、その薄層はＭＲ要
素１４での磁束集中を改良し、それによって磁力計の感
度をより高くする。適当な増幅器によって、本発明によ
る改良された薄膜磁力計がＤＣに近い１０-8Ｏｅの低レ
ベル磁界の検出が最小熱的ドリフトで出来る。
ップに関する磁束コレクタ２８及び３０の比較的大きい
厚さＴ2 （６ミクロン）によって、従来技術において記
載されている如く、一定厚さ磁束コレクタを有する磁力
計を正確に製造することが幾分困難であることが明らか
にされている。この問題は下記の如くに図３の（Ａ）、
（Ｂ）に示される如くにして解決される。まず、ＭＲ要
素１４及び１６がデポジットされパターンされる。Ｓｉ
Ｏ2 の絶縁層がＭＲ要素の上にデポジットされる。次
に、磁束コレクタ２８及び３０がそれらの所望の全体の
厚さ略１ミクロン未満内に形成される。その磁束コレク
タはそれらがＭＲ要素１４とはオーバーラップしないよ
うにパターンされ、それによって正確な量の絶縁オーバ
ーラップの必要性がなくなる。次に、最終薄層（例えば
１ミクロン）の高透磁率磁束コレクタ材３８がその装置
上にＭＲ要素１４と所望量オーバーラップするようにデ
ポジットされパターンされる。最終薄層３８は磁束コレ
クタの完全積み重ねよりも非常に容易にパターンされ、
それによって磁束コレクタによって形成されるギャップ
がＭＲ要素を損なうことなく正確にパターンされ得るよ
うに制御する過程を容易にする。又、その薄層はＭＲ要
素１４での磁束集中を改良し、それによって磁力計の感
度をより高くする。適当な増幅器によって、本発明によ
る改良された薄膜磁力計がＤＣに近い１０-8Ｏｅの低レ
ベル磁界の検出が最小熱的ドリフトで出来る。
【００１０】上述の如くに保償される熱的に誘起された
ノイズに加えて、バルクハウゼンノイズとして知られて
いるノイズの他のポテンシャル源が、図１の２０及び２
２として示される電流導体に対して内側に位置されるＭ
Ｒ感知器内の多磁区磁気状態と関連する磁区壁の動き又
はその中の状態変化によって引き起こされる。そのよう
な多磁区状態は単一磁区（即ち、壁無し）状態のそれに
比較してより低い静磁気エネルギによって最も一般的に
生ずる。ＭＲ要素端領域の磁気状態を疑似永久的に縦に
（＋ｘ，又は−ｘの何れかに、しかし双方では無く、沿
って）磁化されたまま残すように固定することによっ
て、磁束コレクタに対する内側のアクティブな感知器の
最低エネルギ状態が端領域において固定されたのと同じ
ところはどこでも磁化の縦（容易軸）成分を有する壁無
し状態に配置され得る。上述の如く、「端領域」は特に
磁束コレクタに対し外側であるが電流導体２０及び２２
の縁の付近又はその内側のＭＲ要素１４の領域をいう。
ノイズに加えて、バルクハウゼンノイズとして知られて
いるノイズの他のポテンシャル源が、図１の２０及び２
２として示される電流導体に対して内側に位置されるＭ
Ｒ感知器内の多磁区磁気状態と関連する磁区壁の動き又
はその中の状態変化によって引き起こされる。そのよう
な多磁区状態は単一磁区（即ち、壁無し）状態のそれに
比較してより低い静磁気エネルギによって最も一般的に
生ずる。ＭＲ要素端領域の磁気状態を疑似永久的に縦に
（＋ｘ，又は−ｘの何れかに、しかし双方では無く、沿
って）磁化されたまま残すように固定することによっ
て、磁束コレクタに対する内側のアクティブな感知器の
最低エネルギ状態が端領域において固定されたのと同じ
ところはどこでも磁化の縦（容易軸）成分を有する壁無
し状態に配置され得る。上述の如く、「端領域」は特に
磁束コレクタに対し外側であるが電流導体２０及び２２
の縁の付近又はその内側のＭＲ要素１４の領域をいう。
【００１１】これを達成するための一つの方法は、図４
に示される如く、反強磁性（例えばＦｅＭｎ）又はフェ
リ磁性（例えばＴｂＣｏ）材のタブ４０及び４２をＭＲ
要素との密接触において縦に向いた外部磁界の存在にお
いてデポジットすることである。この磁界はそこでＭＲ
要素磁気状態が交換相互作用を介して「固定」されるこ
とに沿った方向を画成する。同様の結果が、付加的なシ
ード層（例えばＣｒ）によってＭＲ要素から分離されて
も良い硬強磁性（永久磁石）材（例えばＣｏＰｔ）のタ
ブ４０及び４２のデポジットによって達成され得る。こ
の場合の「固定」機構は硬強磁性タブの強い静磁気フィ
ールドであり、そしてアクティブな内部におけるＭＲ要
素磁化に対する望ましい縦方向はそのタブの縦永久磁化
方向のそれである。同様な結果を達成するための第３の
方法は図５に示され、そこではタブ４０及び４２が導体
２０及び２２の付近及びその外側にデポジットされる。
この第３の方法において、タブは上記の方法のうちの一
（デポジションの順序の可能な変更）においてデポジッ
トされ磁化された反強磁性又はフェリ磁性材又は永久磁
気材よりなり得る。上の方法におけるタブの厚さは、電
流導体２０及び２２の内側縁を越えて延在しない内部タ
ブ縁を有する、略０．１ミクロン（交換タブ）乃至略１
ミクロン（硬磁石タブ）の範囲内である。
に示される如く、反強磁性（例えばＦｅＭｎ）又はフェ
リ磁性（例えばＴｂＣｏ）材のタブ４０及び４２をＭＲ
要素との密接触において縦に向いた外部磁界の存在にお
いてデポジットすることである。この磁界はそこでＭＲ
要素磁気状態が交換相互作用を介して「固定」されるこ
とに沿った方向を画成する。同様の結果が、付加的なシ
ード層（例えばＣｒ）によってＭＲ要素から分離されて
も良い硬強磁性（永久磁石）材（例えばＣｏＰｔ）のタ
ブ４０及び４２のデポジットによって達成され得る。こ
の場合の「固定」機構は硬強磁性タブの強い静磁気フィ
ールドであり、そしてアクティブな内部におけるＭＲ要
素磁化に対する望ましい縦方向はそのタブの縦永久磁化
方向のそれである。同様な結果を達成するための第３の
方法は図５に示され、そこではタブ４０及び４２が導体
２０及び２２の付近及びその外側にデポジットされる。
この第３の方法において、タブは上記の方法のうちの一
（デポジションの順序の可能な変更）においてデポジッ
トされ磁化された反強磁性又はフェリ磁性材又は永久磁
気材よりなり得る。上の方法におけるタブの厚さは、電
流導体２０及び２２の内側縁を越えて延在しない内部タ
ブ縁を有する、略０．１ミクロン（交換タブ）乃至略１
ミクロン（硬磁石タブ）の範囲内である。
【００１２】ＭＲ要素の端磁気状態を制御するデポジッ
トされたタブの更に他の変更はそれを通して磁界を発生
するために電流が通過される永久磁石又は専用コイル
（又は一巻きコイルとして作用する厚い導電層）からの
印加された縦の磁界の印加である。その磁石又はコイル
は磁束コレクタに対し外側のＭＲ要素の端領域の側で１
０Ｏｅ又はそれ以上のオーダーにおける縦磁界を提供し
得るべきである。この磁界は単位磁区壁無し状態におい
てＭＲ要素を「初期化」するために静的に、又はコイル
の場合、断続的にのみ加えられてもよい。このような断
続的な磁界の印加は横（ｙに沿った）交流減磁界を提供
する第２のコイル（例えば従来技術において説明された
バイアシングコイル）によって発生される減磁サイクル
に関連して達成される。
トされたタブの更に他の変更はそれを通して磁界を発生
するために電流が通過される永久磁石又は専用コイル
（又は一巻きコイルとして作用する厚い導電層）からの
印加された縦の磁界の印加である。その磁石又はコイル
は磁束コレクタに対し外側のＭＲ要素の端領域の側で１
０Ｏｅ又はそれ以上のオーダーにおける縦磁界を提供し
得るべきである。この磁界は単位磁区壁無し状態におい
てＭＲ要素を「初期化」するために静的に、又はコイル
の場合、断続的にのみ加えられてもよい。このような断
続的な磁界の印加は横（ｙに沿った）交流減磁界を提供
する第２のコイル（例えば従来技術において説明された
バイアシングコイル）によって発生される減磁サイクル
に関連して達成される。
【００１３】
【発明の効果】工業的適用及び効果 本発明による磁力計は低強度空間的均一磁界の測定に有
用である。従来技術を越えて改良された感度及び信号対
雑音特性を有しかつ製造が容易である。
用である。従来技術を越えて改良された感度及び信号対
雑音特性を有しかつ製造が容易である。
【図１】（Ａ）は本発明による薄膜磁力計の斜視図、
（Ｂ）はその一部の拡大図である。
（Ｂ）はその一部の拡大図である。
【図２】図１の磁力計の要素を含むブリッジ回路の回路
図である。
図である。
【図３】（Ａ），（Ｂ）は本発明による磁力計の好まし
い製造方法を示す斜視図である。
い製造方法を示す斜視図である。
【図４】磁気抵抗性要素から磁区壁をスウィープする交
換結合タブを更に含む本発明による磁力計の斜視図であ
る。
換結合タブを更に含む本発明による磁力計の斜視図であ
る。
【図５】本発明による磁気力計の他の変形例を示す図４
と同様の図である。
と同様の図である。
【図６】磁気抵抗性要素の容易軸の方向における局部フ
ィールドを加えるコイルを更に有する本発明による磁力
計の斜視図である。
ィールドを加えるコイルを更に有する本発明による磁力
計の斜視図である。
１０ 磁界感知器 １２ 基板 １４，１６ ＭＲ要素 ２０，２２，２４，２６ 導体 ２８，３０ 磁束コレクタ ３２ 高透磁率ＮｉＦｅを用いた磁気材料の薄板 ３４ ＳｉＯ2 の層 ３６ 電圧源 ３８ 高透磁率磁束コレクタ材 ４０，４２ タブ Ｒ１，Ｒ２ 抵抗 Ｓ 電圧降下
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレドリク ジェイ ジェファーズ アメリカ合衆国 カリフォルニア 92025 エスコンディド オレンジ アブニュー 2247番地
Claims (3)
- 【請求項１】 ａ）第１及び第２の薄膜磁気抵抗性要素
と； ｂ）１）該磁力計の付近のギャップを横切る方向の磁界
の成分が増大され該ギャップに沿った磁界の成分が減少
されるよう該第１の磁気抵抗性要素上にギャップを画成
し、２）該第２の磁気抵抗性要素を実質的に磁気的に遮
蔽するように該磁気抵抗性要素上に配置された第１及び
第２の薄膜積層磁束集中器と； ｃ）該第１及び第２の磁気抵抗性要素に接続され該第１
及び第２の要素において熱的に誘起された信号を相殺す
るブリッジ回路手段とよりなる磁気抵抗性磁力計。 - 【請求項２】 ａ）基板上に薄膜磁気抵抗性要素を形成
し； ｂ）該基板上に第１及び第２の薄膜積層磁束集中器を形
成し、該磁束集中器は該磁気抵抗性要素よりも大きい幅
を有するギャップを画成し、該磁気抵抗性要素は該キャ
ップ内に位置し、該磁束集中器は所望の最終厚さより小
さい厚さに形成され； ｃ）磁束集中器材の層を該磁束集中器及び該磁気抵抗性
要素上に形成し、該層は該磁束集中器を該所望の最終厚
さにするのに充分な厚さを有し； ｄ）所望のギャップ幅と等しい幅を有して該磁気抵抗性
要素上にギャップを形成するよう磁束集中材の該層をエ
ッチングする過程よりなる磁気抵抗性磁力計の製造方
法。 - 【請求項３】 ａ）薄膜磁気抵抗性要素と； ｂ）該磁気抵抗性要素上にギャップを画成するよう配置
された第１及び第２の薄膜積層磁束集中器と； ｃ）磁区状態を該磁気抵抗性要素の端部で制御する手段
とよりなる磁気抵抗性磁力計。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/892,872 US5260653A (en) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | Thin film very high sensitivity magnetoresistive magnetometer having temperature compensation and simple domain stability |
| US892872 | 1992-06-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0653571A true JPH0653571A (ja) | 1994-02-25 |
Family
ID=25400646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5120115A Pending JPH0653571A (ja) | 1992-06-03 | 1993-05-21 | 温度補償及び単一磁区安定性を有する薄膜超高感度磁気抵抗性磁力計 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5260653A (ja) |
| EP (1) | EP0573372B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0653571A (ja) |
| DE (1) | DE69325682T2 (ja) |
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