磁场检测器以及使用该磁场检测器的检测器件制造技术

一种磁场检测器，具有参考磁电阻元件和磁场检测磁电阻元件。参考磁电阻元件和磁场检测磁电阻元件每一个都具有叠层结构，该叠层结构包括反铁磁层、磁化方向由反铁磁层固定的铁磁材料的固定层、非磁性层、以及磁化方向适合于由外磁场改变的铁磁材料的自由层。参考磁电阻元件使得在不存在磁场的情况下固定层的磁化方向与自由层的磁化方向彼此平行或反平行，磁场检测磁电阻元件使得在不存在磁场的情况下固定层的磁化方向与自由层的磁化方向彼此不同。从而，可提供一种无论何时需要都能够独自校准检测器的灵敏性和分辨率的磁场检测器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于由巨磁电阻效应或隧道磁电阻效应检测磁场的磁场检测器，和使用磁场检测器的电流检测器件、位置检测器件与旋转检测器件。
技术介绍
磁电阻(MR)效应是一种电阻随向铁磁材料施加的磁场而改变的现象，并且用于磁场检测器和磁头。近年来，人工晶格膜，如Fe/Cr、Co/Cu已经作为表现出非常大的磁电阻效应的巨磁电阻(GMR)效应材料广为人知了。而且，人们也知道了一种称为自旋阀膜的膜，该膜具有包括铁磁层、非磁性层、铁磁层以及反铁磁层的结构，其中非磁性金属层具有基本上消除铁磁层之间切换的连接功能的厚度，与反铁磁层相邻的铁磁层的磁矩被特定铁磁层与反铁磁层之间的切换的连接固定为所谓的固定层，而仅另一铁磁层的自旋构成容易被外磁场反向的自由层。反铁磁材料由FeMn、IrMn、PtMn等形成。在这种情况下，两个铁磁层之间的切换的连接很弱，以致于在微弱的小磁场下可将自旋反转。从而可提供高灵敏性的磁电阻元件，将其用作高密度磁记录和读出头。上述自旋阀膜通过在膜表面内提供电流来使用。另一方面，已知可利用向与膜表面垂直的方向上提供电流的垂直磁电阻效应来产生更大的磁电阻效应。另外，已知由于铁磁隧道耦合引起的隧道磁电阻(TMR)效应，其利用在铁磁膜、绝缘膜和铁磁膜的三层膜中在垂直于膜表面的方向上隧道电流强度因将两个铁磁层的自旋设置成与外磁场平行或反平行而不同的事实。近年来，使用GMR或TMR元件作为磁场检测器也开始了研究。在本文中，研究带有由两个不同矫顽力的铁磁层夹持的非磁性金属层的伪自旋阀型磁电阻元件和上述自旋阀型的磁电阻元件。在作为磁检测器的应用中，随构成每个元件的两个铁磁层的磁化方向形成的相对角度响应于外磁场改变来改变电阻值。电阻值的这种改变通过在提供恒流时读出电压改变信号而检测到。读出过程使用GMR或TMR效应来执行。GMR元件的磁电阻变化小于TMR元件的磁电阻变化，为了获得大的改变率，需要反复设置铁磁层和非磁性层的叠层结构。而且，在垂直于膜表面的方向上提供电流的GMR元件不需要加长。由于GMR元件电阻小于TMR元件的，但是，需要电流量增加来产生大的输出信号。结果，增加了功率消耗。另外，在如上所述向膜表面内的方向上提供电流的GMR元件中，需要元件中有足够的电流路径，因此要求增加元件长度以产生大的磁电阻效应。由于上述原因，磁场检测器需要使用可产生大输出信号并可按任意形状提供的TMR元件。另外，已经提出一种技术，其中不把单个磁电阻元件用于测量，而是使用4个磁电阻元件形成桥路，并且带有相反磁化方向的固定层的元件组合一起，形成高输出磁场检测器(见日本专利No.3017061)。专利文献1日本专利No.3017061
技术实现思路
上述磁电阻元件的使用使得可以基于磁电阻元件的电压变化测量外磁场。而且，通过使用上述桥路技术，可产生大输出信号。但是，自由层的饱和磁场依赖于自由层的厚度和形状，因此容易受到由于制造过程中的重复性引起的变化的影响，导致每个检测器之间不同。如上所述，需要TMR元件用作磁电阻元件。但是，在这种情况下元件电阻对隧道绝缘层的厚度敏感，因此容易受到由于制造过程中的重复性引起的变化的影响，导致每个检测器之间不同。因此在电阻变化率和饱和磁场改变的情况下，根据特定变化量检测到的磁场产生误差。另外，电阻变化率和饱和磁场也随工作温度改变。结果检测器的灵敏度和分辨率也改变。在已有技术中，为了校准它们，要求使用磁场发生器施加磁场测量每个检测器的输出信号和饱和磁场。而且，为了校准元件特性随温度的改变，要求对每个温度进行上述测量以校准输出信号。但是，在传统的磁场检测器中，检测灵敏度和分辨率的改变不容易被检测到和校准，为了执行该检测和校准，要求巨磁场发生器来产生已知的外磁场。因此，本专利技术的一个目的是提供一种磁场检测器和检测方法以及使用该检测器和检测方法的物理量测量器件，其中无论何时需要都可用单个检测器校准检测器的灵敏度和分辨率。根据本专利技术，提供一种磁场检测器，包括参考磁电阻元件和磁场检测磁电阻元件，其特征在于参考磁电阻元件和磁场检测磁电阻元件每一个都具有叠层结构，该叠层结构包括一方面是由反铁磁层和其磁化方向由反铁磁层固定的铁磁材料形成的固定层、另一方面是由非磁性层和其磁化方向由外磁场改变的铁磁材料形成的自由层，参考磁电阻元件使得在不存在磁场的情况下固定层的磁化方向与自由层的磁化方向彼此平行或反平行，磁场检测磁电阻元件使得在不存在磁场的情况下固定层的磁化方向与自由层的磁化方向彼此不同。在上述磁场检测器中，可在任何时候不使用磁场发生器校准电阻改变率。而且，通过在向其施加外磁场时参考不存在磁场情况下的具有磁场响应的磁电阻元件，可在同一检测器中比较输出信号，从而甚至在元件灵敏度改变的情况下都可产生稳定的输出信号。附图说明图1是描述磁电阻元件的自由层和固定层的磁化方向的图；图2是描述磁电阻元件的元件电阻对外磁场的依赖性的图； 图3是描述根据第一实施方式的磁场检测器的配置的平面图；图4是表示根据第一实施方式的磁场检测器的磁电阻元件的截面结构的简图；图5是描述根据第一实施方式的磁场检测器的输出信号的图；图6是描述根据第二实施方式的磁场检测器的配置的平面图；图7是描述根据第三实施方式的磁场检测器的配置的平面图；图8是描述根据第四实施方式的磁场检测器的配置的平面图；图9是描述根据第四实施方式的另一磁场检测器的配置的平面图；图10是描述根据第五实施方式的磁场检测器的配置的平面图；图11是描述根据第五实施方式的另一磁场检测器的配置的平面图；图12是描述根据第六实施方式的电流检测器件的透视图；图13是描述根据第七实施方式的位置检测器件的透视图；图14是描述根据第八实施方式的旋转检测器件的侧视图；图15是描述根据第九实施方式的磁场检测器的配置的图；图16是描述根据第九实施方式的差分放大器电路的示例的电路图；图17是描述根据第十实施方式的磁场检测器的配置的图；图18是表示根据第十实施方式的输出波形的图；图19是描述根据第十一实施方式的磁场检测器的配置的图；图20是描述乘除电路的示例的电路图；图21是描述根据第十二实施方式的磁场检测器的配置的图；图22是描述根据第十三实施方式的磁场检测器的配置的图；图23是描述磁电阻元件的元件电阻对外磁场的依赖性的图；图24是描述加法器电路的示例的电路图。参考序号说明1，41检测元件；2，12，22，32不存在磁场的情况下第二铁磁层的磁化方向；2a，32a施加磁场时第二铁磁层的磁化方向；3，13，23，33第一铁磁层的磁化方向；4，7，8，14，16，24，26，34，36，44，77，88，110金属布线；5磁屏蔽；6用于磁场应用的金属布线；11，21，51参考元件；31饱和磁场检测元件；52磁电组元件；61衬底；62，67布线层；63反铁磁层；64第一铁磁层；65非磁性层；66第二铁磁层；100要被测量的物体；102布线；103，104磁体；105齿轮；106齿轮齿；109元件周围的周边电路；110布线；201电阻电压转换电路；202加减放大器电路；203乘除电路；204恒流源；205加法电路；206减法电路；207差分放大器电路；208，209恒压源；210输出调整电路；211校准元件；221开关；230.231本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场检测器，具有参考磁电阻元件和磁场检测磁电阻元件，参考磁电阻元件和磁场检测磁电阻元件每一个都具有叠层结构，该叠层结构包括：反铁磁层；磁化方向由反铁磁层固定的铁磁材料的第一层；非磁性层；以及磁化方向适合于 由外磁场改变的铁磁材料的第二层，其特征在于：参考磁电阻元件使得在不存在磁场的情况下第一层的磁化方向与第二层的磁化方向彼此平行或反平行，以及磁场检测磁电阻元件使得在不存在磁场的情况下第一层的磁化方向与第二层的磁化方向彼 此不同。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：长永隆志，小林浩，黑岩丈晴，拜山沙德克，古川泰助，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]