JPH08160115A - 磁気抵抗センサ - Google Patents
磁気抵抗センサInfo
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- JPH08160115A JPH08160115A JP6302543A JP30254394A JPH08160115A JP H08160115 A JPH08160115 A JP H08160115A JP 6302543 A JP6302543 A JP 6302543A JP 30254394 A JP30254394 A JP 30254394A JP H08160115 A JPH08160115 A JP H08160115A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
- G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
- G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
Landscapes
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い精度を有し、磁気特性の低下しない磁気
抵抗体からなる磁気抵抗センサを得ること。 【構成】 磁気抵抗センサの磁気抵抗素子部１１Ａの第
１の抵抗体１３Ａは、線状パターン５１を互いに平行に
配置し、これらの端部を接続部パターン５２で互い違い
に接続したパターン形状となっている。接続部パターン
５２の端部は磁界の印加方向の影響を防止するため線状
パターン５１の長手方向に対して±４５度の方向に切り
取られた形状となっている。最も外側の線状パターン５
１には隣接パターン５４が隣接配置されている。第２〜
第４の抵抗体１４Ａ〜１６Ａも同一構造となっており、
これらがブリッジ接続され、端子１８Ａ、１９Ａから磁
界の変化に応じた電位差が得られる。接続部パターン５
２には導体が被覆されていないので、そのばらつきによ
る特性の劣化を防止することができる。
抵抗体からなる磁気抵抗センサを得ること。 【構成】 磁気抵抗センサの磁気抵抗素子部１１Ａの第
１の抵抗体１３Ａは、線状パターン５１を互いに平行に
配置し、これらの端部を接続部パターン５２で互い違い
に接続したパターン形状となっている。接続部パターン
５２の端部は磁界の印加方向の影響を防止するため線状
パターン５１の長手方向に対して±４５度の方向に切り
取られた形状となっている。最も外側の線状パターン５
１には隣接パターン５４が隣接配置されている。第２〜
第４の抵抗体１４Ａ〜１６Ａも同一構造となっており、
これらがブリッジ接続され、端子１８Ａ、１９Ａから磁
界の変化に応じた電位差が得られる。接続部パターン５
２には導体が被覆されていないので、そのばらつきによ
る特性の劣化を防止することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は例えば部品や装置の回転
や位置の検出に使用される強磁性体磁気抵抗素子と、こ
れから出力される信号の波形整形処理回路とを備えた磁
気抵抗センサに係わり、例えばこれらを同一チップ上に
集積化した磁気抵抗センサに関する。
や位置の検出に使用される強磁性体磁気抵抗素子と、こ
れから出力される信号の波形整形処理回路とを備えた磁
気抵抗センサに係わり、例えばこれらを同一チップ上に
集積化した磁気抵抗センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に磁気抵抗センサは、給湯器の流水
量を測定する流水量メータや、自動車のスピードメータ
等の回転部品を有する機器で、回転による磁界の変化を
検出してそれらの回転を検出するために利用されてい
る。また、スイッチング動作を行わせて、例えばロボッ
トに内蔵されたシリンダの位置を検出するような用途に
も使用されている。
量を測定する流水量メータや、自動車のスピードメータ
等の回転部品を有する機器で、回転による磁界の変化を
検出してそれらの回転を検出するために利用されてい
る。また、スイッチング動作を行わせて、例えばロボッ
トに内蔵されたシリンダの位置を検出するような用途に
も使用されている。
【０００３】図５は、従来の磁気抵抗センサの一例を示
す等価回路を示したものである。この磁気抵抗センサ
は、磁気抵抗素子部１１と、その出力の波形整形を行う
波形整形処理回路部１２とを有している。磁気抵抗素子
部１１は、４個の抵抗体１３〜１６がブリッジ回路接続
されている。これらの各接続点としての端子１７〜２０
のうち第１および第２の抵抗体１３、１４を接続した端
子１７は、図示しない電圧ＶCCの電源の電源端子２２と
接続されている。また、第３および第４の抵抗体１５、
１６を接続した端子２０は、同じく図示しないグランド
に接地されたグランド端子２３と接続されている。
す等価回路を示したものである。この磁気抵抗センサ
は、磁気抵抗素子部１１と、その出力の波形整形を行う
波形整形処理回路部１２とを有している。磁気抵抗素子
部１１は、４個の抵抗体１３〜１６がブリッジ回路接続
されている。これらの各接続点としての端子１７〜２０
のうち第１および第２の抵抗体１３、１４を接続した端
子１７は、図示しない電圧ＶCCの電源の電源端子２２と
接続されている。また、第３および第４の抵抗体１５、
１６を接続した端子２０は、同じく図示しないグランド
に接地されたグランド端子２３と接続されている。
【０００４】第２および第４の抵抗体１４、１６を接続
した端子１８は、波形整形処理回路部１２内のコンパレ
ータ２４の（＋）入力端子（非反転入力端子）および帰
還抵抗２５の一端と接続されている。帰還抵抗２５の他
端は帰還端子２７と接続されている。第１と第３の抵抗
体１３、１５を接続した端子１９はコンパレータ２４の
（−）入力端子と接続されている。前記した電源端子２
２はコンパレータ２４の電源端子に、またグランド端子
２３はコンパレータ２４のグランド端子にそれぞれ接続
されている。このコンパレータ２４の出力端子は、エミ
ッタ接地型のＮＰＮトランジスタ２８のベースと接続さ
れている。このＮＰＮトランジスタ２８のオープンコレ
クタが出力端子２９となっている。ＮＰＮトランジスタ
２８は、出力端子２９に外部回路を接続したとき、コン
パレータ２４に電流が流れこむのを防止するために設け
られている。
した端子１８は、波形整形処理回路部１２内のコンパレ
ータ２４の（＋）入力端子（非反転入力端子）および帰
還抵抗２５の一端と接続されている。帰還抵抗２５の他
端は帰還端子２７と接続されている。第１と第３の抵抗
体１３、１５を接続した端子１９はコンパレータ２４の
（−）入力端子と接続されている。前記した電源端子２
２はコンパレータ２４の電源端子に、またグランド端子
２３はコンパレータ２４のグランド端子にそれぞれ接続
されている。このコンパレータ２４の出力端子は、エミ
ッタ接地型のＮＰＮトランジスタ２８のベースと接続さ
れている。このＮＰＮトランジスタ２８のオープンコレ
クタが出力端子２９となっている。ＮＰＮトランジスタ
２８は、出力端子２９に外部回路を接続したとき、コン
パレータ２４に電流が流れこむのを防止するために設け
られている。
【０００５】図６は、磁気抵抗素子部の具体的な構造を
表わしたものである。磁気抵抗素子部１１は、この図に
示したように多数の磁気抵抗効果素子３１がアレイ状に
整列された構造となっている。これらの磁気抵抗効果素
子３１は、Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる強磁性体薄膜で形成
されている。
表わしたものである。磁気抵抗素子部１１は、この図に
示したように多数の磁気抵抗効果素子３１がアレイ状に
整列された構造となっている。これらの磁気抵抗効果素
子３１は、Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる強磁性体薄膜で形成
されている。
【０００６】第１〜第４の抵抗体１３〜１６における磁
気抵抗効果素子３１の折り返し部分（この図で斜線で示
した部分であり、以下パターン折り返し部３２とい
う。）には、Ａｕ膜やＡｌ膜等の導体膜が被膜されてい
る。第２の抵抗体１４の一端部のパターン折り返し部３
２A は、第１、第３および第４の抵抗体１３、１５、１
６の対応するパターン折り返し部３２よりも導体膜間隔
ｄだけ長くなっている。これは、磁界が作用していない
ときの端子１８の電位を、他の端子１９の電位よりも高
くなるようにして、初期レベルを固定するためである。
気抵抗効果素子３１の折り返し部分（この図で斜線で示
した部分であり、以下パターン折り返し部３２とい
う。）には、Ａｕ膜やＡｌ膜等の導体膜が被膜されてい
る。第２の抵抗体１４の一端部のパターン折り返し部３
２A は、第１、第３および第４の抵抗体１３、１５、１
６の対応するパターン折り返し部３２よりも導体膜間隔
ｄだけ長くなっている。これは、磁界が作用していない
ときの端子１８の電位を、他の端子１９の電位よりも高
くなるようにして、初期レベルを固定するためである。
【０００７】この磁気抵抗素子部１１では、磁界の方向
を検出できるように、隣接する抵抗体同士の最大検出方
向が互いに異なるように配置されている。例えば図６で
第１および第４の抵抗体１３、１６の磁気抵抗効果素子
３１の長手方向に直交する矢印Ａ方向の磁界が与えられ
ると、第１および第４の抵抗体１３、１６の抵抗値が最
小となり、第２および第３の抵抗体１４、１５の抵抗値
が最大となる。これとは反対に、磁気抵抗効果素子３１
の長手方向の矢印Ｂ方向の磁界が与えられると、第１お
よび第４の抵抗体１３、１６の抵抗値が最大となり、第
２および第３の抵抗体１４、１５の抵抗値が最小とな
る。
を検出できるように、隣接する抵抗体同士の最大検出方
向が互いに異なるように配置されている。例えば図６で
第１および第４の抵抗体１３、１６の磁気抵抗効果素子
３１の長手方向に直交する矢印Ａ方向の磁界が与えられ
ると、第１および第４の抵抗体１３、１６の抵抗値が最
小となり、第２および第３の抵抗体１４、１５の抵抗値
が最大となる。これとは反対に、磁気抵抗効果素子３１
の長手方向の矢印Ｂ方向の磁界が与えられると、第１お
よび第４の抵抗体１３、１６の抵抗値が最大となり、第
２および第３の抵抗体１４、１５の抵抗値が最小とな
る。
【０００８】一般に、抵抗値が最大となる磁界の方向を
磁化容易軸方向と呼んでおり、抵抗値が最小となる磁界
の方向を磁化困難軸方向と呼んでいる。なお、第１〜第
４の抵抗体１３〜１６は、蛇腹状に折り曲げられた形状
をとってそれらの全長を調整することによって、それぞ
れ１０ＫΩ以上の電気抵抗値を有するように設定されて
いる。
磁化容易軸方向と呼んでおり、抵抗値が最小となる磁界
の方向を磁化困難軸方向と呼んでいる。なお、第１〜第
４の抵抗体１３〜１６は、蛇腹状に折り曲げられた形状
をとってそれらの全長を調整することによって、それぞ
れ１０ＫΩ以上の電気抵抗値を有するように設定されて
いる。
【０００９】図５に戻って説明を続ける。波形整形処理
回路部１２内のコンパレータ２４は、その（＋）入力端
子に入力される電圧値と（−）入力端子に入力される電
圧値との電位差を求める処理を行う。このコンパレータ
２４には、第１および第２のスレッショルドレベルが設
けられている。電位差のレベルが第１のスレッショルド
レベルを越えると、コンパレータ２４は出力端子２９に
Ｌ（ロー）レベルの信号を出力する。また、電位差のレ
ベルが第２のスレッショルドレベルよりも低下すると、
コンパレータ２４はＨ（ハイ）レベルの信号を出力す
る。このようにコンパレータ２４はヒステリシスコンパ
レータとして動作することになる。これは、両入力端子
に与えられる電位差が雑音によって変動した場合でも、
出力レベルが変動することを防止し、チャタリングのな
い出力特性のディジタル信号を得るためである。
回路部１２内のコンパレータ２４は、その（＋）入力端
子に入力される電圧値と（−）入力端子に入力される電
圧値との電位差を求める処理を行う。このコンパレータ
２４には、第１および第２のスレッショルドレベルが設
けられている。電位差のレベルが第１のスレッショルド
レベルを越えると、コンパレータ２４は出力端子２９に
Ｌ（ロー）レベルの信号を出力する。また、電位差のレ
ベルが第２のスレッショルドレベルよりも低下すると、
コンパレータ２４はＨ（ハイ）レベルの信号を出力す
る。このようにコンパレータ２４はヒステリシスコンパ
レータとして動作することになる。これは、両入力端子
に与えられる電位差が雑音によって変動した場合でも、
出力レベルが変動することを防止し、チャタリングのな
い出力特性のディジタル信号を得るためである。
【００１０】第１および第２のスレッショルドレベルの
電位差は、帰還抵抗２５によって決定される。この帰還
抵抗２５は、通常の場合、コンパレータ２４の出力を正
帰還するように接続される。図５に示したこの従来例で
は、コンパレータ２４の（＋）入力端子と帰還端子２７
の間に接続されている。これは、電池を電源として使用
した場合の消費電力を低減させる必要性から、帰還端子
２７を磁気抵抗センサの間欠動作に使用するようにして
いるからである。
電位差は、帰還抵抗２５によって決定される。この帰還
抵抗２５は、通常の場合、コンパレータ２４の出力を正
帰還するように接続される。図５に示したこの従来例で
は、コンパレータ２４の（＋）入力端子と帰還端子２７
の間に接続されている。これは、電池を電源として使用
した場合の消費電力を低減させる必要性から、帰還端子
２７を磁気抵抗センサの間欠動作に使用するようにして
いるからである。
【００１１】すなわち、この磁気抵抗センサでは、前回
の出力レベルを図示しない外部メモリに一旦記憶させて
おき、その記憶させたレベルに応じて帰還端子２７に与
える帰還量を変化させ、前回の動作の続きを行わせるた
めである。このような外部メモリへのアクセスは、同じ
く図示しないＣＰＵ（中央処理装置）によって行われ
る。このような間欠動作を行わせずに連続動作させる場
合には、コンパレータ２４の出力をその（＋）入力端子
に帰還させるようにすればよい。この例で帰還抵抗２５
の抵抗値は１ＭΩ以上の値となっている。
の出力レベルを図示しない外部メモリに一旦記憶させて
おき、その記憶させたレベルに応じて帰還端子２７に与
える帰還量を変化させ、前回の動作の続きを行わせるた
めである。このような外部メモリへのアクセスは、同じ
く図示しないＣＰＵ（中央処理装置）によって行われ
る。このような間欠動作を行わせずに連続動作させる場
合には、コンパレータ２４の出力をその（＋）入力端子
に帰還させるようにすればよい。この例で帰還抵抗２５
の抵抗値は１ＭΩ以上の値となっている。
【００１２】図７は、図６に示した磁気抵抗素子部およ
びその周辺の断面構造を表わしたものである。この図は
図６の点線部ｙで切断した状態を示している。Ｓｉ基板
４１には、拡散層１２ａ、ｐ層１２ｂ、ｎ層１２ｃ、Ａ
ｌ電極配線層１２ｄ等から構成されたバイポーラ型ある
いはＭＯＳ型の波形整形処理回路部１２の一部が形成さ
れている。この波形整形処理回路部１２の上には、接続
パッド部４４を除く部分に、Ｓｉ−Ｎからなる絶縁膜４
５が形成されている。ここで接続パッド部４４には、図
６の端子１７に与えられる電源電圧ＶCCが印加されるよ
うになっている。
びその周辺の断面構造を表わしたものである。この図は
図６の点線部ｙで切断した状態を示している。Ｓｉ基板
４１には、拡散層１２ａ、ｐ層１２ｂ、ｎ層１２ｃ、Ａ
ｌ電極配線層１２ｄ等から構成されたバイポーラ型ある
いはＭＯＳ型の波形整形処理回路部１２の一部が形成さ
れている。この波形整形処理回路部１２の上には、接続
パッド部４４を除く部分に、Ｓｉ−Ｎからなる絶縁膜４
５が形成されている。ここで接続パッド部４４には、図
６の端子１７に与えられる電源電圧ＶCCが印加されるよ
うになっている。
【００１３】波形整形処理回路部１２の絶縁膜４５上に
は、導体下地膜１１ａ、強磁性体薄膜１１ｂおよび導体
層１１ｃで構成される磁気抵抗素子部１１が形成されて
いる。ここで導体下地膜１１ａは、数１０〜１５０オン
グストローム程度のＣｒまたはＴｉからなり、強磁性体
薄膜１１ｂは３００〜６００オングストローム程度のＮ
ｉ−Ｆｅ合金あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金からなって
いる。導体層１１ｃは、１〜１．５μｍ程度のＡｕから
構成されている。磁気抵抗素子部１１は、接続パッド部
４４を除く部分にＳｉＯ2 からなる保護層４６によって
覆われている。
は、導体下地膜１１ａ、強磁性体薄膜１１ｂおよび導体
層１１ｃで構成される磁気抵抗素子部１１が形成されて
いる。ここで導体下地膜１１ａは、数１０〜１５０オン
グストローム程度のＣｒまたはＴｉからなり、強磁性体
薄膜１１ｂは３００〜６００オングストローム程度のＮ
ｉ−Ｆｅ合金あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金からなって
いる。導体層１１ｃは、１〜１．５μｍ程度のＡｕから
構成されている。磁気抵抗素子部１１は、接続パッド部
４４を除く部分にＳｉＯ2 からなる保護層４６によって
覆われている。
【００１４】次にこのような構成の磁気抵抗センサの動
作を説明する。今、図６に示した第１〜第４の抵抗体１
３〜１６の抵抗値をそれぞれＲ1 〜Ｒ4 とする。また、
この図でＢ方向となす角度をθとする。飽和磁界以上の
回転磁界中での抵抗値の変化は次の式で表わすことがで
きる。 Ｒ1 （θ）＝Ｒ1 min ｓｉｎ2 θ＋Ｒ1 max ｃｏｓ2 θ Ｒ2 （θ）＝Ｒ2 min ｓｉｎ2 （π／２−θ）＋Ｒ
2 max ｃｏｓ2 （π／２−θ） Ｒ3 （θ）＝Ｒ3 min ｓｉｎ2 （π／２−θ）＋Ｒ
3 max ｃｏｓ2 （π／２−θ） Ｒ4 （θ）＝Ｒ4 min ｓｉｎ2 θ＋Ｒ4 max ｃｏｓ2 θ ここで、Ｒn max （ただしｎ＝１〜４）は最大抵抗値
（設計抵抗値）であり、Ｒ n min は最小抵抗値である。
Ｒn min は、困難軸方向に磁化されたときの第１〜第４
の抵抗体１３〜１６の抵抗値である。
作を説明する。今、図６に示した第１〜第４の抵抗体１
３〜１６の抵抗値をそれぞれＲ1 〜Ｒ4 とする。また、
この図でＢ方向となす角度をθとする。飽和磁界以上の
回転磁界中での抵抗値の変化は次の式で表わすことがで
きる。 Ｒ1 （θ）＝Ｒ1 min ｓｉｎ2 θ＋Ｒ1 max ｃｏｓ2 θ Ｒ2 （θ）＝Ｒ2 min ｓｉｎ2 （π／２−θ）＋Ｒ
2 max ｃｏｓ2 （π／２−θ） Ｒ3 （θ）＝Ｒ3 min ｓｉｎ2 （π／２−θ）＋Ｒ
3 max ｃｏｓ2 （π／２−θ） Ｒ4 （θ）＝Ｒ4 min ｓｉｎ2 θ＋Ｒ4 max ｃｏｓ2 θ ここで、Ｒn max （ただしｎ＝１〜４）は最大抵抗値
（設計抵抗値）であり、Ｒ n min は最小抵抗値である。
Ｒn min は、困難軸方向に磁化されたときの第１〜第４
の抵抗体１３〜１６の抵抗値である。
【００１５】一方、コンパレータ２４の（−）入力端子
と（＋）入力端子に現われる電圧をそれぞれＶIN1 、Ｖ
IN2 とすると、これらは次の式で表わすことができる。
ここでＶCCは電源端子２２とグランド端子２３の間の電
圧（電源電圧）である。 ＶIN1 ＝ＶCC×Ｒ3 ／（Ｒ1 ＋Ｒ3 ） ＶIN2 ＝ＶCC×Ｒ4 ／（Ｒ2 ＋Ｒ4 ）
と（＋）入力端子に現われる電圧をそれぞれＶIN1 、Ｖ
IN2 とすると、これらは次の式で表わすことができる。
ここでＶCCは電源端子２２とグランド端子２３の間の電
圧（電源電圧）である。 ＶIN1 ＝ＶCC×Ｒ3 ／（Ｒ1 ＋Ｒ3 ） ＶIN2 ＝ＶCC×Ｒ4 ／（Ｒ2 ＋Ｒ4 ）
【００１６】波形整形処理回路部１２の出力端子２９の
出力レベルは、コンパレータ２４の（−）入力端子と
（＋）入力端子の電位差ＶIN（ＶIN2 −ＶIN1 ）が第１
のスレッショルドレベルを越えると、ＨレベルからＬレ
ベルに変化し、第２のスレッショルドレベルを切るとＬ
レベルからＨレベルに変化する。ここで第１のスレッシ
ョルドレベルは、コンパレータ２４に設けられているオ
フセット電圧ＶIOとヒステリシス幅ＶHYS との和であ
り、第２のスレッショルドレベルはオフセット電圧ＶIO
である。
出力レベルは、コンパレータ２４の（−）入力端子と
（＋）入力端子の電位差ＶIN（ＶIN2 −ＶIN1 ）が第１
のスレッショルドレベルを越えると、ＨレベルからＬレ
ベルに変化し、第２のスレッショルドレベルを切るとＬ
レベルからＨレベルに変化する。ここで第１のスレッシ
ョルドレベルは、コンパレータ２４に設けられているオ
フセット電圧ＶIOとヒステリシス幅ＶHYS との和であ
り、第２のスレッショルドレベルはオフセット電圧ＶIO
である。
【００１７】今、Ｒn max をＲ0 とし、時間の印加によ
る最大変化量をΔＲとする。コンパレータ２４の（−）
入力端子と（＋）入力端子の電位差ＶINの最大変化量を
ΔＶとすると、これは次のように表わされる。 ΔＶ＝｜ＶIN（θ＝０）−ＶIN（θ＝π／２）｜ ≒ＶCC×ΔＲ／Ｒ0 ……（１） ただし、上記の（１）式は近似的に成立する。
る最大変化量をΔＲとする。コンパレータ２４の（−）
入力端子と（＋）入力端子の電位差ＶINの最大変化量を
ΔＶとすると、これは次のように表わされる。 ΔＶ＝｜ＶIN（θ＝０）−ＶIN（θ＝π／２）｜ ≒ＶCC×ΔＲ／Ｒ0 ……（１） ただし、上記の（１）式は近似的に成立する。
【００１８】このように、コンパレータ２４の２つの入
力端子の間の電位差ＶINの最大変化量ΔＶは、抵抗体の
磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ0 に比例することになる。
力端子の間の電位差ＶINの最大変化量ΔＶは、抵抗体の
磁気抵抗変化率ΔＲ／Ｒ0 に比例することになる。
【００１９】図６に示した磁気抵抗素子部１１では、第
１〜第４の抵抗体１３〜１６の内の第２の抵抗体１４
は、磁界が与えられていないときの抵抗値が、残りの第
１、第３および第４の抵抗体１３、１５、１６に磁界が
与えられていないときの抵抗値と異なるように形成され
ている。これは、第２の抵抗体１４の抵抗値を他の３つ
の抵抗体１３、１５、１６よりも小さく調整してブリッ
ジ回路のバランスを崩すことで、初期オフセット電圧Ｖ
OSを設けるためである。このようにして、初期出力レベ
ルをＨレベルに固定している。
１〜第４の抵抗体１３〜１６の内の第２の抵抗体１４
は、磁界が与えられていないときの抵抗値が、残りの第
１、第３および第４の抵抗体１３、１５、１６に磁界が
与えられていないときの抵抗値と異なるように形成され
ている。これは、第２の抵抗体１４の抵抗値を他の３つ
の抵抗体１３、１５、１６よりも小さく調整してブリッ
ジ回路のバランスを崩すことで、初期オフセット電圧Ｖ
OSを設けるためである。このようにして、初期出力レベ
ルをＨレベルに固定している。
【００２０】ここで、初期オフセット電圧ＶOSは次のよ
うな関係にある。 ＶIO＋ＶHYS ＜ＶOS＜１／２ΔＶ なお、オフセット電圧ＶIOは０±１０ｍＶ程度であり、
ヒステリシス幅ＶHYS は７〜３５ｍＶ程度である。
うな関係にある。 ＶIO＋ＶHYS ＜ＶOS＜１／２ΔＶ なお、オフセット電圧ＶIOは０±１０ｍＶ程度であり、
ヒステリシス幅ＶHYS は７〜３５ｍＶ程度である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】以上説明した従来の磁
気抵抗センサでは、磁気抵抗素子部１１の各抵抗体１３
〜１６の抵抗値を、強磁性体薄膜パターンの折り返し部
の上層に、Ａｕ膜またはＡｌ膜等の導体膜を形成するこ
とで設定していた。しかしながら、この導体膜はウエッ
トエッチングで形成しているため、各抵抗体１３〜１６
の抵抗値の精度が低いという問題があった。
気抵抗センサでは、磁気抵抗素子部１１の各抵抗体１３
〜１６の抵抗値を、強磁性体薄膜パターンの折り返し部
の上層に、Ａｕ膜またはＡｌ膜等の導体膜を形成するこ
とで設定していた。しかしながら、この導体膜はウエッ
トエッチングで形成しているため、各抵抗体１３〜１６
の抵抗値の精度が低いという問題があった。
【００２２】また、ドライエッチングを用いると、強磁
性体薄膜の膜厚が薄いため、強磁性体薄膜パターンを損
傷する恐れがあった。
性体薄膜の膜厚が薄いため、強磁性体薄膜パターンを損
傷する恐れがあった。
【００２３】更に、磁気抵抗素子部１１の各抵抗体１３
〜１６の抵抗値が強磁性体薄膜パターンのみで形成され
ている場合には、折り返し部の磁化容易軸方向が他のパ
ターン部の磁化容易軸方向と異なるため、磁気特性を低
下させるという問題もあった。
〜１６の抵抗値が強磁性体薄膜パターンのみで形成され
ている場合には、折り返し部の磁化容易軸方向が他のパ
ターン部の磁化容易軸方向と異なるため、磁気特性を低
下させるという問題もあった。
【００２４】なお、特願平６−８６６４７号には、折り
返し部に導体層を形成しないようにする技術が開示され
ている。この技術では、抵抗体を強磁性体薄膜で構成す
ると共に、折り返し部の幅を抵抗体の他の部分としての
線状パターンの幅よりも広くして、折り返し部の抵抗値
を小さくするようにしている。しかしながら、折り返し
部の幅を広くする必要があるために、パターン全体の占
める面積が大きくなるという問題がある。
返し部に導体層を形成しないようにする技術が開示され
ている。この技術では、抵抗体を強磁性体薄膜で構成す
ると共に、折り返し部の幅を抵抗体の他の部分としての
線状パターンの幅よりも広くして、折り返し部の抵抗値
を小さくするようにしている。しかしながら、折り返し
部の幅を広くする必要があるために、パターン全体の占
める面積が大きくなるという問題がある。
【００２５】そこで本発明の目的は、高い精度を有し、
磁気特性の低下しない磁気抵抗体からなる磁気抵抗セン
サを提供することにある。
磁気特性の低下しない磁気抵抗体からなる磁気抵抗セン
サを提供することにある。
【００２６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、（イ）基板上に互いに平行に配置され強磁性体薄膜
で形成された共に同一長の複数の線状パターン部と、こ
れら線状パターン部の延長としてその上に導体層を被覆
することなく基板上に同一の強磁性体薄膜で形成されて
おり、これら線状パターン部の互いに隣接するものの端
部同士を互い違いに連結して全体として蛇腹状の強磁性
体薄膜のパターンを構成すると共に、この連結部分が磁
界の向きによって抵抗の変化を生じさせないような形状
とされた接続部パターン部とを有する磁気抵抗体と、
（ロ）磁界の印加によってこの磁気抵抗体の抵抗値の変
化を検出するためにこの磁気抵抗体に接続された外部端
子とを磁気抵抗センサに具備させる。
は、（イ）基板上に互いに平行に配置され強磁性体薄膜
で形成された共に同一長の複数の線状パターン部と、こ
れら線状パターン部の延長としてその上に導体層を被覆
することなく基板上に同一の強磁性体薄膜で形成されて
おり、これら線状パターン部の互いに隣接するものの端
部同士を互い違いに連結して全体として蛇腹状の強磁性
体薄膜のパターンを構成すると共に、この連結部分が磁
界の向きによって抵抗の変化を生じさせないような形状
とされた接続部パターン部とを有する磁気抵抗体と、
（ロ）磁界の印加によってこの磁気抵抗体の抵抗値の変
化を検出するためにこの磁気抵抗体に接続された外部端
子とを磁気抵抗センサに具備させる。
【００２７】すなわち請求項１記載の発明では、線状パ
ターン部の互いに隣接するものの端部同士を互い違いに
連結する接続部パターン部に導体層を被覆していない。
これにより、導体層の被膜状態により抵抗値がばらつく
といった問題を解消している。本発明では強磁性体薄膜
をセンサの配置されている領域内で同一の膜構成として
いるので、抵抗値のばらつきを発生させない。またこの
一方で、この形状を磁界の向きによって抵抗の変化を生
じさせないようなものに工夫している。これによって、
高精度で磁気特性の低下しない磁気抵抗センサを得るこ
とができる。
ターン部の互いに隣接するものの端部同士を互い違いに
連結する接続部パターン部に導体層を被覆していない。
これにより、導体層の被膜状態により抵抗値がばらつく
といった問題を解消している。本発明では強磁性体薄膜
をセンサの配置されている領域内で同一の膜構成として
いるので、抵抗値のばらつきを発生させない。またこの
一方で、この形状を磁界の向きによって抵抗の変化を生
じさせないようなものに工夫している。これによって、
高精度で磁気特性の低下しない磁気抵抗センサを得るこ
とができる。
【００２８】請求項２記載の発明では、（イ）基板上に
互いに平行に配置され強磁性体薄膜で形成された共に同
一長の複数の線状パターン部と、これら線状パターン部
の延長としてその上に導体層を被覆することなく基板上
に同一の強磁性体薄膜で形成されており、これら線状パ
ターン部の互いに隣接するものの端部同士を互い違いに
連結して全体として蛇腹状の強磁性体薄膜のパターンを
構成すると共に、この連結部分が磁界の向きによって抵
抗の変化を生じさせないような形状とされた接続部パタ
ーン部とを有する磁気抵抗体と、（ロ）この磁気抵抗体
の蛇腹状の強磁性体薄膜のパターンを構成する最も外側
の線状パターン部に隣接してこれと平行に基板上に形成
された強磁性体薄膜からなる線状の隣接パターンと、
（ハ）磁界の印加によって磁気抵抗体の抵抗値の変化を
検出するためにこの磁気抵抗体に接続された外部端子と
を磁気抵抗センサに具備させる。
互いに平行に配置され強磁性体薄膜で形成された共に同
一長の複数の線状パターン部と、これら線状パターン部
の延長としてその上に導体層を被覆することなく基板上
に同一の強磁性体薄膜で形成されており、これら線状パ
ターン部の互いに隣接するものの端部同士を互い違いに
連結して全体として蛇腹状の強磁性体薄膜のパターンを
構成すると共に、この連結部分が磁界の向きによって抵
抗の変化を生じさせないような形状とされた接続部パタ
ーン部とを有する磁気抵抗体と、（ロ）この磁気抵抗体
の蛇腹状の強磁性体薄膜のパターンを構成する最も外側
の線状パターン部に隣接してこれと平行に基板上に形成
された強磁性体薄膜からなる線状の隣接パターンと、
（ハ）磁界の印加によって磁気抵抗体の抵抗値の変化を
検出するためにこの磁気抵抗体に接続された外部端子と
を磁気抵抗センサに具備させる。
【００２９】すなわち請求項２記載の発明では、請求項
１記載の発明と同様の磁気抵抗体を構成する最も外側の
線状パターン部に隣接してこれと平行に強磁性体薄膜か
らなる線状の隣接パターンを配置しており、基板上に形
成される最も外側の線状パターン部の幅が細ることによ
る特性の劣化を防止している。
１記載の発明と同様の磁気抵抗体を構成する最も外側の
線状パターン部に隣接してこれと平行に強磁性体薄膜か
らなる線状の隣接パターンを配置しており、基板上に形
成される最も外側の線状パターン部の幅が細ることによ
る特性の劣化を防止している。
【００３０】請求項３記載の発明では、請求項１または
請求項２記載の磁気抵抗センサにおいて、磁気抵抗体を
少なくとも４つ備え、これらのうちの一部の磁気抵抗体
が他の磁気抵抗体と線状パターン部を交叉させる方向に
配置されていると共に、これらの磁気抵抗体がブリッジ
状に接続されていて、対向する２つの接続点の間に電圧
が印加され、残りの２つの接続点から磁界に応じた電位
差の電圧が取り出されることを特徴としている。
請求項２記載の磁気抵抗センサにおいて、磁気抵抗体を
少なくとも４つ備え、これらのうちの一部の磁気抵抗体
が他の磁気抵抗体と線状パターン部を交叉させる方向に
配置されていると共に、これらの磁気抵抗体がブリッジ
状に接続されていて、対向する２つの接続点の間に電圧
が印加され、残りの２つの接続点から磁界に応じた電位
差の電圧が取り出されることを特徴としている。
【００３１】すなわち請求項３記載の発明では、磁気抵
抗体を例えば４つ使用してこれらによってブリッジ回路
を構成することにしたので、磁界の印加に応じた電位差
を精度良く取り出すことができる。
抗体を例えば４つ使用してこれらによってブリッジ回路
を構成することにしたので、磁界の印加に応じた電位差
を精度良く取り出すことができる。
【００３２】請求項４記載の発明では、請求項３記載の
磁気抵抗センサにおいて、前記した残りの２つの接続点
に現われた電位を２つの入力端子に入力しこれらの電位
差を２つのスレッショルドレベルと比較して波形整形さ
れた信号を出力するヒステリシスコンパレータを具備す
ることを特徴としている。
磁気抵抗センサにおいて、前記した残りの２つの接続点
に現われた電位を２つの入力端子に入力しこれらの電位
差を２つのスレッショルドレベルと比較して波形整形さ
れた信号を出力するヒステリシスコンパレータを具備す
ることを特徴としている。
【００３３】すなわち請求項４記載の発明では、ブリッ
ジ回路から得られた電位差を２つのスレッショルドレベ
ルと比較して２値化することで、出力特性にヒステリシ
スを持たせ、磁気抵抗センサの出力をノイズに強いもの
にしている。
ジ回路から得られた電位差を２つのスレッショルドレベ
ルと比較して２値化することで、出力特性にヒステリシ
スを持たせ、磁気抵抗センサの出力をノイズに強いもの
にしている。
【００３４】請求項５記載の発明では、請求項４記載の
磁気抵抗センサにおいて磁気抵抗体とヒステリシスコン
パレータが同一の基板上に集積化されていることを特徴
としている。これにより、デバイスの小型化とコストダ
ウンを図ることができる。
磁気抵抗センサにおいて磁気抵抗体とヒステリシスコン
パレータが同一の基板上に集積化されていることを特徴
としている。これにより、デバイスの小型化とコストダ
ウンを図ることができる。
【００３５】請求項６記載の発明では、請求項３記載の
磁気抵抗センサにおいて、磁気抵抗体は４つ備えられて
おり、これらが基板上で９０度ずつ回転した方向に配置
されており、印加される磁界の向きがいずれかの磁気抵
抗体の線状パターン部の長手方向と同一方向とこれに直
角の方向の２種類であることを特徴としている。このよ
うに磁気抵抗センサを配置することによって、磁界の方
向等を高精度に検出することができる。
磁気抵抗センサにおいて、磁気抵抗体は４つ備えられて
おり、これらが基板上で９０度ずつ回転した方向に配置
されており、印加される磁界の向きがいずれかの磁気抵
抗体の線状パターン部の長手方向と同一方向とこれに直
角の方向の２種類であることを特徴としている。このよ
うに磁気抵抗センサを配置することによって、磁界の方
向等を高精度に検出することができる。
【００３６】請求項７記載の発明では、請求項３記載の
磁気抵抗センサにおいて複数の磁気抵抗体のうちの１つ
がその線状パターン部の長さを他の磁気抵抗体のそれと
異ならせていることを特徴としている。これにより、磁
界が作用しない時点でブリッジ回路を不平衡として、回
路の安定化を図っている。
磁気抵抗センサにおいて複数の磁気抵抗体のうちの１つ
がその線状パターン部の長さを他の磁気抵抗体のそれと
異ならせていることを特徴としている。これにより、磁
界が作用しない時点でブリッジ回路を不平衡として、回
路の安定化を図っている。
【００３７】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００３８】図１は本発明の一実施例における磁気抵抗
センサの磁気抵抗素子部の平面構造を表わしたものであ
る。図６と対応する部分には同一の符号を使用してお
り、更に符号Ａを付加している。第１〜第４の抵抗体１
３Ａ〜１６Ａは、それぞれ強磁性体薄膜からなり蛇腹状
に折れ曲がった形状をしていて、これらが連続パターン
として形成されていると共に、それぞれの抵抗体１３Ａ
〜１６Ａが同一平面上で９０度ずつ回転したような配置
構造となっている。各抵抗体１３Ａ〜１６Ａの隣接部分
には、端子１７Ａ〜２０Ａが取り付けられている。
センサの磁気抵抗素子部の平面構造を表わしたものであ
る。図６と対応する部分には同一の符号を使用してお
り、更に符号Ａを付加している。第１〜第４の抵抗体１
３Ａ〜１６Ａは、それぞれ強磁性体薄膜からなり蛇腹状
に折れ曲がった形状をしていて、これらが連続パターン
として形成されていると共に、それぞれの抵抗体１３Ａ
〜１６Ａが同一平面上で９０度ずつ回転したような配置
構造となっている。各抵抗体１３Ａ〜１６Ａの隣接部分
には、端子１７Ａ〜２０Ａが取り付けられている。
【００３９】各抵抗体１３Ａ〜１６Ａは、互いに近接し
て平行に配置された複数個の線状パターン５１と、隣接
する２つの線状パターン５１、５１の先端部を互い違い
に接続する接続部パターン５２とから構成されている。
各抵抗体１３Ａ〜１６Ａの最も外側に位置する線状パタ
ーン５１の更に外側には、強磁性体薄膜からなる線状の
隣接パターン５４がそれぞれ隣接して配置されている。
て平行に配置された複数個の線状パターン５１と、隣接
する２つの線状パターン５１、５１の先端部を互い違い
に接続する接続部パターン５２とから構成されている。
各抵抗体１３Ａ〜１６Ａの最も外側に位置する線状パタ
ーン５１の更に外側には、強磁性体薄膜からなる線状の
隣接パターン５４がそれぞれ隣接して配置されている。
【００４０】各隣接パターン５４の幅は、それぞれの抵
抗体１３Ａ〜１６Ａの線状パターン５１の幅以上となっ
ている。隣接パターン５４とこれら抵抗体１３Ａ〜１６
Ａの一番外側の線状パターン５１との間隔は、それぞれ
の線状パターン５１の間隔と等しくなっている。接続部
パターン５２の折り返し部分は、楔形に尖っており、線
状パターン５１の長手方向に対してそれぞれ＋４５度と
−４５度の角度に切った形状となっている。
抗体１３Ａ〜１６Ａの線状パターン５１の幅以上となっ
ている。隣接パターン５４とこれら抵抗体１３Ａ〜１６
Ａの一番外側の線状パターン５１との間隔は、それぞれ
の線状パターン５１の間隔と等しくなっている。接続部
パターン５２の折り返し部分は、楔形に尖っており、線
状パターン５１の長手方向に対してそれぞれ＋４５度と
−４５度の角度に切った形状となっている。
【００４１】第２の抵抗体１４Ａのパターン長は、間隔
ｄの長さだけ他の第１、第３および第４の抵抗体１３
Ａ、１５Ａ、１６Ａに比して短くなっている。これは、
磁界が作用しない時点で、端子１８の電位が端子１９Ａ
の電位よりも高くなるようにするためである。
ｄの長さだけ他の第１、第３および第４の抵抗体１３
Ａ、１５Ａ、１６Ａに比して短くなっている。これは、
磁界が作用しない時点で、端子１８の電位が端子１９Ａ
の電位よりも高くなるようにするためである。
【００４２】図５で説明した従来の磁気抵抗センサと同
様に本実施例の磁気抵抗センサも第１〜第４の抵抗体１
３Ａ〜１６Ａがブリッジ構成となっている。これらの抵
抗体１３Ａ〜１６Ａを備える磁気抵抗素子部１１Ａの端
子１７Ａは、図５に示した電源端子２２と接続され、端
子２０Ａがグランド端子２３と接続されている。また、
端子１９Ａは同じく図５のコンパレータ２４の（−）入
力端子に接続され、端子１８Ａはこのコンパレータ２４
の（＋）入力端子に接続されている。
様に本実施例の磁気抵抗センサも第１〜第４の抵抗体１
３Ａ〜１６Ａがブリッジ構成となっている。これらの抵
抗体１３Ａ〜１６Ａを備える磁気抵抗素子部１１Ａの端
子１７Ａは、図５に示した電源端子２２と接続され、端
子２０Ａがグランド端子２３と接続されている。また、
端子１９Ａは同じく図５のコンパレータ２４の（−）入
力端子に接続され、端子１８Ａはこのコンパレータ２４
の（＋）入力端子に接続されている。
【００４３】波形整形処理回路部１２のコンパレータ２
４は、その（−）入力端子と（＋）入力端子に入力され
る信号の波形整形処理を行うようになっている。すなわ
ち、コンパレータ２４はこれら両入力端子の電位差を求
め、これが第１のスレッショルドレベルを越えると出力
端子２９にＬレベルの信号を出力する。また、この電位
差が第２のスレッショルドレベルよりも低下すると、コ
ンパレータ２４はＨレベルの信号を出力する。本実施例
でも図５に示した回路と同様にコンパレータ２４の
（＋）入力端子と前回の出力レベルに応じた帰還量が与
えられる帰還端子２７との間には、１ＭΩ以上の抵抗値
を有する帰還抵抗２５が取り付けられている。また、コ
ンパレータ２４にはＮＰＮトランジスタ２８が接続され
ており、オープンコレクタが出力端子２９となってい
る。
４は、その（−）入力端子と（＋）入力端子に入力され
る信号の波形整形処理を行うようになっている。すなわ
ち、コンパレータ２４はこれら両入力端子の電位差を求
め、これが第１のスレッショルドレベルを越えると出力
端子２９にＬレベルの信号を出力する。また、この電位
差が第２のスレッショルドレベルよりも低下すると、コ
ンパレータ２４はＨレベルの信号を出力する。本実施例
でも図５に示した回路と同様にコンパレータ２４の
（＋）入力端子と前回の出力レベルに応じた帰還量が与
えられる帰還端子２７との間には、１ＭΩ以上の抵抗値
を有する帰還抵抗２５が取り付けられている。また、コ
ンパレータ２４にはＮＰＮトランジスタ２８が接続され
ており、オープンコレクタが出力端子２９となってい
る。
【００４４】図２は、本実施例の磁気抵抗センサの断面
構造を表わしたものである。この図は図１の点線部ｙで
切断した状態を示している。Ｓｉ基板４１Ａには、拡散
層１２Ａａ、ｐ層１２Ａｂ、ｎ層１２Ａｃ、Ａｌ電極配
線層１２Ａｄ等から構成されたバイポーラ型あるいはＭ
ＯＳ型の波形整形処理回路部１２Ａの一部が形成されて
いる。この波形整形処理回路部１２Ａの上には、接続パ
ッド部４４Ａを除く部分に、Ｓｉ−Ｎからなる絶縁膜４
５Ａが形成されている。ここで接続パッド部４４Ａに
は、図６の端子１７に与えられる電源電圧ＶCCが印加さ
れるようになっている。
構造を表わしたものである。この図は図１の点線部ｙで
切断した状態を示している。Ｓｉ基板４１Ａには、拡散
層１２Ａａ、ｐ層１２Ａｂ、ｎ層１２Ａｃ、Ａｌ電極配
線層１２Ａｄ等から構成されたバイポーラ型あるいはＭ
ＯＳ型の波形整形処理回路部１２Ａの一部が形成されて
いる。この波形整形処理回路部１２Ａの上には、接続パ
ッド部４４Ａを除く部分に、Ｓｉ−Ｎからなる絶縁膜４
５Ａが形成されている。ここで接続パッド部４４Ａに
は、図６の端子１７に与えられる電源電圧ＶCCが印加さ
れるようになっている。
【００４５】波形整形処理回路部１２Ａの絶縁膜４５Ａ
上には、導体下地膜１１Ａａおよび強磁性体薄膜１１Ａ
ｂで構成される磁気抵抗素子部１１Ａが形成されてい
る。ここで導体下地膜１１Ａａは、数１０〜１５０オン
グストローム程度のＣｒまたはＴｉからなり、強磁性体
薄膜１１Ａｂは３００〜６００オングストローム程度の
Ｎｉ−Ｆｅ合金あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金からなっ
ている。
上には、導体下地膜１１Ａａおよび強磁性体薄膜１１Ａ
ｂで構成される磁気抵抗素子部１１Ａが形成されてい
る。ここで導体下地膜１１Ａａは、数１０〜１５０オン
グストローム程度のＣｒまたはＴｉからなり、強磁性体
薄膜１１Ａｂは３００〜６００オングストローム程度の
Ｎｉ−Ｆｅ合金あるいはＮｉ−Ｆｅ−Ｃｏ合金からなっ
ている。
【００４６】この磁気抵抗素子部１１Ａには、各抵抗体
１３Ａ〜１６Ａを除く部分に、１〜１．５μｍ程度の厚
さのＡｕからなる導体膜１１ＡC が形成されている。ま
た接続パッド部４４Ａを除く部分は、０．５〜２．０μ
ｍ程度の厚さのＳｉＯ2 からなる保護層４６Ａによって
覆われている。
１３Ａ〜１６Ａを除く部分に、１〜１．５μｍ程度の厚
さのＡｕからなる導体膜１１ＡC が形成されている。ま
た接続パッド部４４Ａを除く部分は、０．５〜２．０μ
ｍ程度の厚さのＳｉＯ2 からなる保護層４６Ａによって
覆われている。
【００４７】このような構成の磁気抵抗センサの動作を
説明する。第１〜第４の抵抗体１３Ａ〜１６Ａの最も外
側のパターン幅は、これ以外のパターン幅よりもパター
ンの形成時に細くなる傾向にある。隣接パターン５４
は、これら各抵抗体１３Ａ〜１６Ａの最も外側のパター
ン幅の細りを他のパターン幅の細りと同程度にし、磁気
抵抗変化率ΔＲ／Ｒを向上させる。
説明する。第１〜第４の抵抗体１３Ａ〜１６Ａの最も外
側のパターン幅は、これ以外のパターン幅よりもパター
ンの形成時に細くなる傾向にある。隣接パターン５４
は、これら各抵抗体１３Ａ〜１６Ａの最も外側のパター
ン幅の細りを他のパターン幅の細りと同程度にし、磁気
抵抗変化率ΔＲ／Ｒを向上させる。
【００４８】なお、磁気抵抗変化率は線状パターン５１
における隣接パターンと抵抗体の間隔に反比例し、隣接
パターンの幅が０〜１００μｍの範囲内では隣接パター
ンの幅に比例する。各抵抗体１３Ａ〜１６Ａの磁化容易
軸方向は、形状磁気異方性による効果が大きいため、パ
ターンの長手方向になる。
における隣接パターンと抵抗体の間隔に反比例し、隣接
パターンの幅が０〜１００μｍの範囲内では隣接パター
ンの幅に比例する。各抵抗体１３Ａ〜１６Ａの磁化容易
軸方向は、形状磁気異方性による効果が大きいため、パ
ターンの長手方向になる。
【００４９】図３は、線状パターンの長手方向とこれに
直角な方向に磁界が印加されたときの各抵抗体の接続部
パターンの抵抗値と、線状パターンの長手方向と接続パ
ターンのなす角度θ（−９０°≦θ≦９０°）との関係
を示したものである。ここで、実線６１は線状パターン
５１の長手方向の磁界が印加されたときを示しており、
破線６２はこれと直角な方向に磁界が印加されたときを
示している。接続部パターン５２の抵抗値をＲとする。
Ｒmax は接続部パターン５２の長手方向に平行な磁界が
印加されたときの抵抗値であり、Ｒmin はこれと直角方
向に磁界が印加されたときの抵抗値である。
直角な方向に磁界が印加されたときの各抵抗体の接続部
パターンの抵抗値と、線状パターンの長手方向と接続パ
ターンのなす角度θ（−９０°≦θ≦９０°）との関係
を示したものである。ここで、実線６１は線状パターン
５１の長手方向の磁界が印加されたときを示しており、
破線６２はこれと直角な方向に磁界が印加されたときを
示している。接続部パターン５２の抵抗値をＲとする。
Ｒmax は接続部パターン５２の長手方向に平行な磁界が
印加されたときの抵抗値であり、Ｒmin はこれと直角方
向に磁界が印加されたときの抵抗値である。
【００５０】線状パターン５１の長手方向に磁界が印加
されたときには、実線６１で示すように接続部パターン
５２が±９０度（±π／２）のときに最小となり、０度
のときに最大となる。線状パターン５１の長手方向と直
角方向に磁界が印加されたときにはこれと逆になる。し
たがって、角度θが±４５度（±π／４）のときに抵抗
値Ｒが等しくなる。すなわち、磁気抵抗体を構成する線
状パターン５１の各隣接する線状パターン間を先端部で
互い違いに接続するようにした接続部パターン５２の楔
形の形状部分は、線状パターン５１の長手方向に対して
±４５度となるようにに設定することにより、実線６１
および破線６２で示した動作磁界印加時における接続パ
ターン部での磁気特性への影響を排除することができ
る。
されたときには、実線６１で示すように接続部パターン
５２が±９０度（±π／２）のときに最小となり、０度
のときに最大となる。線状パターン５１の長手方向と直
角方向に磁界が印加されたときにはこれと逆になる。し
たがって、角度θが±４５度（±π／４）のときに抵抗
値Ｒが等しくなる。すなわち、磁気抵抗体を構成する線
状パターン５１の各隣接する線状パターン間を先端部で
互い違いに接続するようにした接続部パターン５２の楔
形の形状部分は、線状パターン５１の長手方向に対して
±４５度となるようにに設定することにより、実線６１
および破線６２で示した動作磁界印加時における接続パ
ターン部での磁気特性への影響を排除することができ
る。
【００５１】変形例
【００５２】図４は本発明の変形例における抵抗体の平
面形状の要部を表わしたものである。この図に示すよう
に線状パターン５１は先の実施例と同様のものとして、
接続部パターン５２Ａおよび５２Ｂをそれぞれ一方向に
のみ、かつこれらが互いに逆方向になるように折り曲げ
た形状としている。これにより、その線状パターン５１
と平行な磁界とこれに直角な磁界に対して接続部分にお
ける抵抗変化を相殺することができる。
面形状の要部を表わしたものである。この図に示すよう
に線状パターン５１は先の実施例と同様のものとして、
接続部パターン５２Ａおよび５２Ｂをそれぞれ一方向に
のみ、かつこれらが互いに逆方向になるように折り曲げ
た形状としている。これにより、その線状パターン５１
と平行な磁界とこれに直角な磁界に対して接続部分にお
ける抵抗変化を相殺することができる。
【００５３】また同様の効果は、接続部パターンを円形
のリングを半分に切断したような形状とし、これに線状
パターン５１を接続したような形状の抵抗体についても
得ることができる。
のリングを半分に切断したような形状とし、これに線状
パターン５１を接続したような形状の抵抗体についても
得ることができる。
【００５４】なお、実施例では磁気抵抗素子部１１と波
形整形処理回路部１２が同一の基板上に集積された集積
化磁気抵抗センサを例にして本発明を説明したが、これ
らは必ずしも同一基板上に形成される必要がないことは
もちろんである。
形整形処理回路部１２が同一の基板上に集積された集積
化磁気抵抗センサを例にして本発明を説明したが、これ
らは必ずしも同一基板上に形成される必要がないことは
もちろんである。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、線状パターン部の互いに隣接するものの端部
同士を互い違いに連結する接続部パターン部に導体層を
被覆していない。これにより、導体層の被膜状態により
抵抗値がばらつくといった問題を解消している。本発明
では強磁性体薄膜をセンサの配置されている領域内で同
一の膜構成としているので、抵抗値のばらつきを発生さ
せない。またこの一方で、この形状を磁界の向きによっ
て抵抗の変化を生じさせないようなものに工夫している
ので、高精度で磁気特性の低下しない磁気抵抗センサを
得ることができる。また、線状パターン部の長さを換え
れば抵抗値が変化するので、磁気抵抗体を精度良くかつ
容易に製造することができるという利点もある。磁気抵
抗体の抵抗値の高精度化は、オフセット電圧の高精度化
となり、更に磁気抵抗センサの電気的性能であるデュー
ティ比や、オン磁界強度の高精度化等の派生的な効果を
得ることができる。
によれば、線状パターン部の互いに隣接するものの端部
同士を互い違いに連結する接続部パターン部に導体層を
被覆していない。これにより、導体層の被膜状態により
抵抗値がばらつくといった問題を解消している。本発明
では強磁性体薄膜をセンサの配置されている領域内で同
一の膜構成としているので、抵抗値のばらつきを発生さ
せない。またこの一方で、この形状を磁界の向きによっ
て抵抗の変化を生じさせないようなものに工夫している
ので、高精度で磁気特性の低下しない磁気抵抗センサを
得ることができる。また、線状パターン部の長さを換え
れば抵抗値が変化するので、磁気抵抗体を精度良くかつ
容易に製造することができるという利点もある。磁気抵
抗体の抵抗値の高精度化は、オフセット電圧の高精度化
となり、更に磁気抵抗センサの電気的性能であるデュー
ティ比や、オン磁界強度の高精度化等の派生的な効果を
得ることができる。
【００５６】また請求項２記載の発明によれば、請求項
１記載の発明と同様の効果を得ることができる他、磁気
抵抗体を構成する最も外側の線状パターン部に隣接して
これと平行に強磁性体薄膜からなる線状の隣接パターン
を配置して、基板上に形成される最も外側の線状パター
ン部の幅が細ることによる特性の劣化を防止しているの
で、高精度の特性を得ることができる。
１記載の発明と同様の効果を得ることができる他、磁気
抵抗体を構成する最も外側の線状パターン部に隣接して
これと平行に強磁性体薄膜からなる線状の隣接パターン
を配置して、基板上に形成される最も外側の線状パター
ン部の幅が細ることによる特性の劣化を防止しているの
で、高精度の特性を得ることができる。
【００５７】更に請求項３記載の発明では、請求項１ま
たは請求項２記載の磁気抵抗センサにおいて、磁気抵抗
体を少なくとも４つ備え、これらのうちの一部の磁気抵
抗体が他の磁気抵抗体と線状パターン部を交叉させる方
向に配置されていると共に、これらの磁気抵抗体がブリ
ッジ状に接続されていて、対向する２つの接続点の間に
電圧が印加され、残りの２つの接続点から磁界に応じた
電位差の電圧が取り出されることを特徴としている。こ
のように各磁気抵抗体が全体としてブリッジ回路を構成
しているので、磁界の変化による抵抗値の変化をこの回
路から高精度に取り出すことができる。
たは請求項２記載の磁気抵抗センサにおいて、磁気抵抗
体を少なくとも４つ備え、これらのうちの一部の磁気抵
抗体が他の磁気抵抗体と線状パターン部を交叉させる方
向に配置されていると共に、これらの磁気抵抗体がブリ
ッジ状に接続されていて、対向する２つの接続点の間に
電圧が印加され、残りの２つの接続点から磁界に応じた
電位差の電圧が取り出されることを特徴としている。こ
のように各磁気抵抗体が全体としてブリッジ回路を構成
しているので、磁界の変化による抵抗値の変化をこの回
路から高精度に取り出すことができる。
【００５８】請求項３記載の発明では、このように磁気
抵抗体を複数備えても、これらのパターンに段差が生じ
ないようにすることができるので、従来のパターン折り
返し部のように磁気抵抗効果薄膜、導体膜および保護膜
で構成する場合と比べて、保護膜のステップカバレッジ
の程度によらずパターンの断線を低減することができ
る。
抵抗体を複数備えても、これらのパターンに段差が生じ
ないようにすることができるので、従来のパターン折り
返し部のように磁気抵抗効果薄膜、導体膜および保護膜
で構成する場合と比べて、保護膜のステップカバレッジ
の程度によらずパターンの断線を低減することができ
る。
【００５９】また請求項４記載の発明では、請求項３記
載の磁気抵抗センサにおいて、ブリッジ回路の出力をヒ
ステリシスコンパレータに入力し、２つのスレッショル
ドレベルと比較して波形整形された信号を出力すること
にしているので、磁気抵抗センサの出力をノイズに強い
ものにしている。
載の磁気抵抗センサにおいて、ブリッジ回路の出力をヒ
ステリシスコンパレータに入力し、２つのスレッショル
ドレベルと比較して波形整形された信号を出力すること
にしているので、磁気抵抗センサの出力をノイズに強い
ものにしている。
【００６０】更に請求項５記載の発明では、請求項４記
載の磁気抵抗センサにおいて磁気抵抗体とヒステリシス
コンパレータが同一の基板上に集積化しているので、デ
バイスの小型化とコストダウンを図ることができる。
載の磁気抵抗センサにおいて磁気抵抗体とヒステリシス
コンパレータが同一の基板上に集積化しているので、デ
バイスの小型化とコストダウンを図ることができる。
【００６１】また請求項６記載の発明では、請求項３記
載の磁気抵抗センサにおいて、磁気抵抗体を４つとし、
これらを基板上で９０度ずつ回転した方向に配置してお
り、印加される磁界の向きがいずれかの磁気抵抗体の線
状パターン部の長手方向と同一方向とこれに直角の方向
の２種類であることを特徴としているので、磁界の方向
等を高精度に検出することができる。
載の磁気抵抗センサにおいて、磁気抵抗体を４つとし、
これらを基板上で９０度ずつ回転した方向に配置してお
り、印加される磁界の向きがいずれかの磁気抵抗体の線
状パターン部の長手方向と同一方向とこれに直角の方向
の２種類であることを特徴としているので、磁界の方向
等を高精度に検出することができる。
【００６２】更に請求項７記載の発明では、請求項３記
載の磁気抵抗センサにおいて複数の磁気抵抗体のうちの
１つがその線状パターン部の長さを他の磁気抵抗体のそ
れと異なっているので、磁界が作用しない時点でブリッ
ジ回路を不平衡として、回路の安定化を図ることができ
る。
載の磁気抵抗センサにおいて複数の磁気抵抗体のうちの
１つがその線状パターン部の長さを他の磁気抵抗体のそ
れと異なっているので、磁界が作用しない時点でブリッ
ジ回路を不平衡として、回路の安定化を図ることができ
る。
【図１】本発明の一実施例における磁気抵抗センサの磁
気抵抗素子部の平面図である。
気抵抗素子部の平面図である。
【図２】本実施例の磁気抵抗センサの断面図である。
【図３】線状パターンの長手方向とこれに垂直な方向に
磁界が印加されたときの各抵抗体の接続部パターンの抵
抗値と、線状パターンの長手方向と接続パターンのなす
角θとの関係を表わした特性図である。
磁界が印加されたときの各抵抗体の接続部パターンの抵
抗値と、線状パターンの長手方向と接続パターンのなす
角θとの関係を表わした特性図である。
【図４】本発明の変形例における磁気抵抗センサの抵抗
体の要部を示す平面図である。
体の要部を示す平面図である。
【図５】磁気抵抗センサの回路構成の一例を示す回路図
である。
である。
【図６】従来の磁気抵抗センサの磁気抵抗素子部を表わ
した平面図である。
した平面図である。
【図７】図６に示した磁気抵抗素子部およびその周辺の
断面構造を表わした説明図である。
断面構造を表わした説明図である。
１１Ａ 磁気抵抗素子部 １２Ａ 波形整形処理回路部 １３Ａ〜１６Ａ 第１〜第４の抵抗体 １７Ａ〜２０Ａ 端子 ２２ 電源端子 ２３ グランド端子 ２４ コンパレータ ２５ 帰還抵抗 ２７ 帰還端子 ２８ ＮＰＮトランジスタ ２９ 出力端子 ５１ 線状パターン ５２、５２Ａ、５２Ｂ 接続部パターン ５４ 隣接パターン
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上に互いに平行に配置され強磁性体
薄膜で形成された共に同一長の複数の線状パターン部
と、これら線状パターン部の延長としてその上に導体層
を被覆することなく前記基板上に同一の強磁性体薄膜で
形成されており、これら線状パターン部の互いに隣接す
るものの端部同士を互い違いに連結して全体として蛇腹
状の強磁性体薄膜のパターンを構成すると共に、この連
結部分が磁界の向きによって抵抗の変化を生じさせない
ような形状とされた接続部パターン部とを有する磁気抵
抗体と、 磁界の印加によってこの磁気抵抗体の抵抗値の変化を検
出するためにこの磁気抵抗体に接続された外部端子とを
具備することを特徴とする磁気抵抗センサ。 - 【請求項２】 基板上に互いに平行に配置され強磁性体
薄膜で形成された共に同一長の複数の線状パターン部
と、これら線状パターン部の延長としてその上に導体層
を被覆することなく前記基板上に同一の強磁性体薄膜で
形成されており、これら線状パターン部の互いに隣接す
るものの端部同士を互い違いに連結して全体として蛇腹
状の強磁性体薄膜のパターンを構成すると共に、この連
結部分が磁界の向きによって抵抗の変化を生じさせない
ような形状とされた接続部パターン部とを有する磁気抵
抗体と、 この磁気抵抗体の蛇腹状の強磁性体薄膜のパターンを構
成する最も外側の線状パターン部に隣接してこれと平行
に前記基板上に形成された強磁性体薄膜からなる線状の
隣接パターンと、 磁界の印加によって前記磁気抵抗体の抵抗値の変化を検
出するためにこの磁気抵抗体に接続された外部端子とを
具備することを特徴とする磁気抵抗センサ。 - 【請求項３】 前記磁気抵抗体を少なくとも４つ備え、
これらのうちの一部の磁気抵抗体が他の磁気抵抗体と前
記線状パターン部を交叉させる方向に配置されていると
共に、これらの磁気抵抗体がブリッジ状に接続されてい
て、対向する２つの接続点の間に電圧が印加され、残り
の２つの接続点から磁界に応じた電位差の電圧が取り出
されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
磁気抵抗センサ。 - 【請求項４】 前記残りの２つの接続点に現われた電位
を２つの入力端子に入力しこれらの電位差を２つのスレ
ッショルドレベルと比較して波形整形されたディジタル
信号を出力するヒステリシスコンパレータを具備するこ
とを特徴とする請求項３記載の磁気抵抗センサ。 - 【請求項５】 前記磁気抵抗体とヒステリシスコンパレ
ータが同一の基板上に集積化されていることを特徴とす
る請求項４記載の磁気抵抗センサ。 - 【請求項６】 前記磁気抵抗体は４つ備えられており、
これらが前記基板上で９０度ずつ回転した方向に配置さ
れており、印加される磁界の向きがいずれかの磁気抵抗
体の前記線状パターン部の長手方向と同一方向とこれに
直角の方向の２種類であることを特徴とする請求項３記
載の磁気抵抗センサ。 - 【請求項７】 複数の前記磁気抵抗体のうちの１つがそ
の線状パターン部の長さを他の磁気抵抗体のそれと異な
らせていることを特徴とする請求項３記載の磁気抵抗セ
ンサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6302543A JP2655106B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | 磁気抵抗センサ |
| US08/566,945 US5684397A (en) | 1994-12-07 | 1995-12-04 | Magnetoresistive sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6302543A JP2655106B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | 磁気抵抗センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08160115A true JPH08160115A (ja) | 1996-06-21 |
| JP2655106B2 JP2655106B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=17910238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6302543A Expired - Lifetime JP2655106B2 (ja) | 1994-12-07 | 1994-12-07 | 磁気抵抗センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5684397A (ja) |
| JP (1) | JP2655106B2 (ja) |
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| JP2013016630A (ja) * | 2011-07-04 | 2013-01-24 | Yamanashi Nippon Denki Kk | 磁気抵抗効果素子及びこれを用いた磁気センサ |
| JP2013134084A (ja) * | 2011-12-26 | 2013-07-08 | Yamanashi Nippon Denki Kk | 磁気センサ |
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| JP2025120476A (ja) * | 2018-02-02 | 2025-08-15 | ミネベアミツミ株式会社 | ひずみゲージ |
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1995
- 1995-12-04 US US08/566,945 patent/US5684397A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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|---|---|
| US5684397A (en) | 1997-11-04 |
| JP2655106B2 (ja) | 1997-09-17 |
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