具有自旋阀巨磁阻元件的方位角测量仪制造技术

一种使用自旋阀巨磁阻元件的方位角测量仪，其制造工艺简单，能够实现尺寸小型化并且有助于降低功耗。该方位角测量仪包括具有两对平行的相对边的四边形平面线圈，以及四个自旋阀巨磁阻元件对，每对元件定位在平行于线圈的平面上。每对的两个元件的纵向方向彼此垂直相交，并且仅与平面线圈的一对相对边的相应边或同一边以基本上４５度交叉。两个元件中的一个元件的固定层在其纵向方向被磁化另一个元件的固定层在与该一个元件的固定层相同的方向被磁化。该对元件在一端彼此相连。在用于测量的电压被施加在另一端之间时，从彼此连接的元件端提取中点电势，以便确定方位角。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种使用自旋阀巨磁阻元件的方位角测量仪，更具体地是涉及一种在将偏置磁场施加到自旋阀巨磁阻元件的同时测量方位角的方位角测量仪。
技术介绍
本申请人已经申请了关于将各向异性磁阻元件与平面线圈组合的方位角测量仪的专利，并且该申请被登记为美国专利6,556,007。美国专利6,556,007中公开的方位角测量仪具有基本上正方形的平面线圈1以及在平面上平行且靠近平面线圈的8个磁阻元件61、62、71、72、81、82、91、92，如图14的分解透视图所示。其中两个磁阻元件(例如61和72)以基本上为45度与平面线圈的一边(例如11)以及这些磁阻元件的纵向方向交叉，两个磁阻元件的纵向方向彼此成直角。两个磁阻元件(例如61和62或71和72)的每个都与平面线圈的两个相对边(例如11和12)的一条边交叉，并且纵向方向彼此形成直角，由此构成了磁阻元件对6、7、8、9。成对的磁阻元件(例如6)的每个元件的一端连接到其它元件的端部，用于测量的电压Vcc施加在成对的磁阻元件(例如6)的另一端部之间。当通过平面线圈将偏置磁场施加在磁阻元件对时，从磁阻元件对6、7、8、9的连接端取出磁阻元件对的中间电势输出。在与平面线圈1的两条相对边11和12交叉的两个磁阻元件对6和7之间计算出中间电势输出差Vx。以类似的方式在与平面线圈1的另外两条相对边13和14交叉的另外两个磁阻元件对8和9之间计算出中间电势输出差Vy。接下来，当通过平面线圈1将反向的偏置磁场施加到磁阻元件对6、7、8、9时，类似地计算出与平面线圈1的两条相对边11和12交叉的两个磁阻元件对6和7之间的中间电势输出差Vx。以类似的方式计算出与平面线圈1的另外两条相对边13和14交叉的另外两个磁阻元件对8和9之间的中间电势输出差Vy。然后，针对与平面线圈的一对相对边11和12交叉的两个磁阻元件对6和7，计算出在施加偏置磁场时较早获得的中间电势输出差Vx与在反方向施加偏置磁场时获得的另外的中间电势输出差Vx之间的差值电压。此外，针对与平面线圈的其它两条相对边13和14交叉的两个磁阻元件对8和9，计算出在施加偏置磁场时获得的中间电势输出差Vy与在反方向施加偏置磁场时获得的另外的中间电势输出差Vy之间的差值电压。能够根据这两个差值电压之间的比例计算出外部磁场(例如地球磁性)的方向。磁阻元件对电流的电阻随着垂直于电流流动方向施加的磁场强度而改变，并且随着垂直于电流的磁场强度的增加而降低。为了用于方位角测量仪中，期望各个磁阻元件的电阻变化率基本相等，并且为此原因而在上述的方位角测量仪的每个磁阻元件的纵向方向上提供晶体磁性各向异性。在如图14所示的美国专利6,556,007公开的方位角测量仪中，4个磁阻元件61、71、81、91各自的纵向方向与其它4个磁阻元件62、72、82、92的纵向方向彼此垂直。为了在8个磁阻元件各自的纵向方向上将晶体磁性各向异性提供给这8个磁阻元件，必须以相同方向形成4个磁阻元件61、71、81、91，同时将磁场施加到它们的纵向方向，此后必须垂直的形成另外4个磁阻元件62、72、82、92，同时将磁场施加到它们的纵向方向。此外，由于必须检测在磁阻元件的横向方向上起作用的外部磁场(地球磁性等)，所以如果横向方向的尺寸减小，则去磁场的影响将增加，降低了测量弱磁场(例如地球磁性)的灵敏度。这就必须需要相对较宽的磁阻元件，但是较宽的磁阻元件具有较低的电阻，在将用于测量的电压施加到磁阻元件对时具有较大的功耗。因此，必须拉长磁阻元件以增加它们的电阻，但是较宽和较长的磁阻元件相应的将具有较大的平方尺寸，其必会增加方位角测量仪的尺寸。
技术实现思路
因此本专利技术旨在提供一种使用自旋阀巨磁阻元件的方位角测量仪，以阐述上述问题的解决方案。按照本专利技术的方位角测量仪包括具有两对至少部分地彼此平行的相对边的平面线圈，两对相对边之间彼此垂直；以及所述平面线圈的每对相对边的两对自旋阀巨磁阻元件。自旋阀巨磁阻元件定位在平面线圈的平面的同一侧，并且位于平行且靠近平面线圈所在平面的平面上。每个自旋阀巨磁阻元件是通过在由铁磁质形成的固定层和由铁磁质构成的自由层中间夹入非磁性层而形成的多层薄膜，其中所述固定层与由反铁磁质构成的反铁磁层磁性耦合，多层薄膜的形状为其宽度尺寸相对于其纵向尺寸足够小。每对自旋阀巨磁阻元件的一个自旋阀巨磁阻元件的纵向方向与该对的另一个自旋阀巨磁阻元件的纵向方向彼此垂直相交，一个自旋阀巨磁阻元件的固定层在其纵向方向被磁化，另一个自旋阀巨磁阻元件的固定层在与一个自旋阀巨磁阻元件的固定层相同的方向被磁化。构成每对自旋阀巨磁阻元件的两个自旋阀巨磁阻元件的纵向方向仅与平面线圈的一对相对边的相应边或同一边以基本上45度交叉。每对自旋阀巨磁阻元件的两个自旋阀巨磁阻元件在两个自旋阀巨磁阻元件的每个的一端彼此相连，用于测量的电压施加在两个自旋阀巨磁阻元件的另一端之间，以便能够从所述一端提取中点电势。构成每对自旋阀巨磁阻元件对的两个自旋阀巨磁阻元件的纵向方向可以仅与平面线圈的一对相对边的同一边交叉。或者，构成每对自旋阀巨磁阻元件对的两个自旋阀巨磁阻元件的纵向方向可以仅与平面线圈的一对相对边的相应边交叉。对于本专利技术的方位角测量仪优选的是还具有电源，为平面线圈提供足够的直流电流，以便施加其幅度可使自旋阀巨磁阻元件的自由层在纵向方向的磁化饱和的直流磁场，并且为平面线圈提供直流电流，以便为自旋阀巨磁阻元件施加预定幅度的直流磁场，其中预定幅度小于饱和时的直流磁场的幅度。对于本专利技术的方位角测量仪优选的是还具有运算单元，在将预定幅度的直流磁场施加到自旋阀巨磁阻元件时，运算单元提取与平面线圈的一对相对边交叉的两个自旋阀巨磁阻元件对之间的中点电势差值以及与平面线圈的另一对相对边交叉的两个自旋阀巨磁阻元件对之间的中点电势差值，并根据两个中点电势差值确定外部磁场的方位角。按照本专利技术使用自旋阀巨磁阻元件的方位角测量仪，由于其每一个固定层在相同的方向磁化，所以能够容易地实现各向异性，这意味着简化了制造过程并且更容易制造。此外，由于自由层的磁化方向受到来自线圈的偏置磁场的控制，所以不需要使用永久磁铁，否则永久磁铁将干扰待测量的弱磁场。此外，自旋阀巨磁阻元件比各向异性磁阻元件或各向同性巨磁阻元件具有更大的阻性，因此能够降低元件尺寸，有益于减小功耗。而且，由于自旋阀巨磁阻元件比各向异性磁阻元件或各向同性巨磁阻元件更不容易受到灵敏度下降的影响，即使在尺寸减小时也是如此，所以能够更紧密地制造。按照本专利技术的方位角测量仪具有这些优点，而且能够测量外磁场所施加的方向。方位角测量仪也能够用作角度传感器，用于测量由磁场源而不是地球磁性产生的磁场的方向与自旋阀巨磁阻元件的感测轴的方向之间形成的角度。附图说明图1是本专利技术实施例1的方位角测量仪的分解透视图；图2是本专利技术实施例1的方位角测量仪的电路图；图3是用在本专利技术中的自旋阀巨磁阻元件的切块样本的示意性透视图；图4是显示自旋阀巨磁阻元件的电阻与外部磁场之间一般关系的曲线图；图5是显示在实施例1的两个自旋阀巨磁阻元件的电阻与x轴方向上的外部磁场之间相互关系的曲线图；图6是显示在实施例1的两个自旋阀巨磁阻元件的电阻与y轴方向上的外部磁场之间相互关系的曲线图；图7是显示在实施例1的另本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方位角测量仪，包括：具有两对至少部分地彼此平行的相对边的平面线圈，所述两对相对边之间彼此垂直；以及所述平面线圈的每对相对边的两对自旋阀巨磁阻元件，所述自旋阀巨磁阻元件定位在所述平面线圈所在平面的同一侧，并且位于平行于且靠 近所述平面线圈所在平面的平面上，其中：每个自旋阀巨磁阻元件是通过在由铁磁质形成的固定层和由铁磁质形成的自由层中间夹入非磁性层而形成的多层薄膜，其中所述固定层与由反铁磁质构成的反铁磁层磁性耦合，所述多层薄膜的形状为其宽度尺寸相对于其纵 向尺寸足够小；每对自旋阀巨磁阻元件对中的一个自旋阀巨磁阻元件的纵向方向与该对的另一个自旋阀巨磁阻元件的纵向方向彼此垂直相交，所述一个自旋阀巨磁阻元件的固定层在其纵向方向被磁化，所述另一个自旋阀巨磁阻元件的固定层在与所述一个自旋阀巨磁 阻元件的固定层相同的方向被磁化；构成每对自旋阀巨磁阻元件对的两个自旋阀巨磁阻元件的纵向方向仅与所述平面线圈的该对相对边的相应边或同一边以基本上４５度交叉；以及每对自旋阀巨磁阻元件对的两个自旋阀巨磁阻元件在该两个自旋阀巨磁阻元 件中每个的一端彼此相连，并且用于测量的电压施加在该两个自旋阀巨磁阻元件的另一端之间，以便能够从所述一端提取中点电势。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：阿部泰典，铃木和生，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]