磁感应器制造技术

磁感应器包括结合在一起以形成正方形石英衬底（２）上的ＧＭＲ元件（１１－１４，２１－２４）的磁阻元件（３１）和永久磁铁膜（３２），其中所述永久磁铁膜成对并连接到所述磁阻元件的两端，以便通过相对于石英衬底的四条边适当排列ＧＭＲ元件来实现Ｘ轴磁感应器和Ｙ轴磁感应器，这里，磁阻元件的被钉扎层（ＰＤ）的磁化方向与磁阻元件的纵向方向或永久磁铁膜的磁化方向成４５°的规定角。因此，即使当强磁场作用时，可以可靠抑制ＧＭＲ元件的桥连接的偏移变化；并且因此可以显著提高对强磁场的阻抗特性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及使用磁阻元件诸如巨磁阻(GMR)元件的磁感应器。本专利技术还涉及用于制作。
技术介绍
通常，使用磁阻元件诸如巨磁阻(GMR)元件的不同类型磁感应器已经逐渐得到发展并应用在实际中。GMR元件的典型例子包括磁化强度钉扎在规定方向的被钉扎(pinned)层，以及磁化方向根据外部磁场而变化的自由层。即，当施加外部磁场时，GMR元件响应于被钉扎层和自由层之间磁化方向的相对关系而呈现阻抗；因此，通过测量GMR元件的阻抗就可以检测外部磁场。为了以高精确检测小的外部磁场，就需要上述磁感应器在无外部磁场作用于磁感应器的条件下，能够稳定保持其自由层每个磁化部分的磁化方向与规定方向(下文中，称作初始方向)的匹配。通常，薄膜自由层在平面图中是矩形构成，矩形长边(例如长轴或纵向)方向与上述初始方向相匹配，从而建立其中磁化方向与纵向方向匹配的形状各向异性。通过应用形状各向异性，自由层磁化部分的磁化方向被调整为与初始方向匹配的方向。为了当外部磁场消失后，也可以长时间将自由层磁化部分的磁化方向稳定恢复和维持在初始方向上，与永久磁铁相对应的偏磁膜都被设置在沿纵向方向的自由层两端，以便初始方向上的规定磁场可以通过偏磁膜而施加到自由层。在AMR类型的磁阻效应元件(即磁阻元件)中，必须施加偏磁场以增加敏感度。例如，为了将偏磁场均匀施加到四个磁阻元件，这些磁阻元件就要相对于衬底倾斜成45°的规定角度。磁阻元件相对于衬底倾斜的磁感应器的实例公开于日本专利申请公开号Hei 5-126577中(见第 段及图5(a))。当具有相对大的并且小于偏磁膜的抗磁力的磁力，并且其磁化方向与初始方向相反的外部磁场施加于公知的磁感应器时，自由层的每个磁化部分的磁化方向均发生改变；其后，当外部磁场消失时，就无法恢复自由层的每个磁化部分，并且无法与初始方向匹配。这就降低了磁感应器感应施加于此的磁场的检测精度。在一个小衬底上形成两个或多个其中被钉扎层磁化方向彼此相交的磁阻元件就非常困难；因此，还没有开发和生产出具有此类配置的单个芯片。即，无法减小公知磁感应器的大小，同时由于被钉扎层磁化方向的限制，很难扩大其应用范围。为了解决上述问题，可以使用GMR元件开发一种可减小尺寸、并可扩大应用范围的双轴磁感应器，这种感应器已公开在日本专利申请号No.2001-281703中。图26是示出了使用GMR元件的双轴磁感应器的平面图，其中磁感应器101包括具有近似正方形和规定厚度的石英衬底102，包括X轴GMR元件111至114以及Y轴GMR元件121至124。这里，所有X轴GMR元件111至114都形成在石英衬底102上，它们结合在一起形成用于检测X轴方向的磁场的X轴磁感应器，并且所有的Y轴元件121至124都形成在石英衬底102上，它们结合在一起形成用于以检测与X轴方向垂直的Y轴方向的磁场的Y轴磁感应器。两对X轴GMR元件111-112和113-114分别设置在接近石英衬底102两边的中点位置，所述两边与X轴交叉成直角，以使得所述GMR元件彼此平行配置。类似的，两对Y轴GMR元件121-122和123-124分别设置在接近石英衬底102两边的中点位置，所述两边与Y轴交叉成直角，以使得所述GMR元件彼此平行配置。X轴GMR元件111至114和Y轴GMR元件121至124在石英衬底102上的设置彼此不同，在其被钉扎层上钉扎的磁化方向也不相同。除这些方面之外，它们具有相同的配置。因此，下面以X轴GMR元件111作实例描述其构造。如图27和28所示，X轴GMR元件111包括彼此平行设置的带状自旋阀膜131和偏磁膜132，每个偏磁膜均与由CoCrPt等组成的具有高抗磁力和高矩形比(squareness ratio)的硬铁磁性物质薄膜相对应。自旋阀膜131两两成对，它们的两端通过偏磁膜132按如下方法连接在一起，即一个偏磁膜设置在一“对”自旋阀膜的一端，另一个偏磁膜设置在“相邻对”自旋阀膜的另一端。简而言之，自旋阀膜131通过偏磁膜132以之字形连接到一起。如图29所示，自旋阀膜131在石英衬底102上形成各层的顺序层叠，即自由层F；包括由Cu组成的膜厚为2.4nm(或24)的传导间隔层S；由CoFe组成的被钉扎层PD；由PtMn组成的钉扎(pinning)层PN；以及由包括钛(Ti)、钽(Ta)等的薄金属薄膜组成的顶层C。自由层F响应于施加于其的外部磁场方向而改变磁化方向，它由具有8nm(或80)膜厚的CoZrNb非晶态磁层131a，叠压在CoZrNb非晶态磁层131a的上层具有3.3nm(或33)膜厚的NiFe磁层131b，以及叠压在NiFe磁层131b上层具有大约在1nm至3nm(或10到30)范围的膜厚的CoFe层131c而构成。如图27所示，为了维持自由层F的单轴各向异性，偏磁场通过偏磁膜132沿Y轴方向施加到自由层F。间隔层S是由Cu或Cu合金组成的薄金属膜。CoZrNb非晶态磁层131a和NiFe磁层131b都是由软铁磁性物质构成。另外，CoFe层131阻隔NiFe磁层131b中Ni的扩散和间隔层S中Cu的扩散。被钉扎层PD由膜厚为2.2nm(或22)的CoFe磁层131d形成。CoFe磁层131d的背面是以开关连接方式设置的反铁磁膜131e，以便其磁化方向经过X轴负方向的钉扎(或锚定)，这些内容将在下文中描述。钉扎层PN由叠压在CoFe磁层131d上层的膜厚24nm(或240)的反铁磁膜131e组成，其中反铁磁膜131e是由含Pt量45-55mol％的PtNm合金组成。当磁场作用在X轴负方向时，反铁磁膜131e被改变为有序晶格。下文中，将被钉扎层PD和钉扎层PN的结合称作钉栓(pin)层。其他所有的X轴GMR元件112-114和Y轴GMR元件121-124具有和上述X轴GMR元件111的相同构造；因此将省略其具体描述。下面描述有关X轴GMR元件111至114和Y轴GMR元件121至124的磁性质(或磁特性)。图30是有关相对于施加到X轴GMR元件111的外部磁场(Oe)大小的阻抗变化图表。这里，“实线”代表相对于X轴方向外部磁场变化的磁滞特性，其中阻抗与外部磁场在规定范围内的-Hk与+Hk间大致成比例变化，但在超出规定范围外的阻抗基本保持常量。另外，“虚线”代表相对于Y轴方向的外部磁场变化的特性，其中阻抗基本保持常量。图26中箭头表示了适合于X轴GMR元件111-114和Y轴GMR元件121-124的被钉扎层的磁化方向，它们彼此方向相反。即，X轴GMR元件111和112具有由钉扎层钉扎的被钉扎层的沿X轴负方向的相同磁化方向。X轴GMR元件113和114具有由钉扎层钉扎的被钉扎层的沿X轴正方向的相同磁化方向。另外，Y轴GMR元件121和122具有由钉扎层钉扎的被钉扎层的沿Y轴正方向的相同磁化方向。Y轴GMR元件123和124具有由钉扎层钉扎的被钉扎层的沿Y轴负方向的相同磁化方向。如图31所述，通过将X轴GMR元件111-114设置成全桥式连接来构成上述X轴磁感应器，其中方块申的箭头表示由钉扎层钉扎的被钉扎层的磁化方向。在上述结构中，使用直流电源以在一端提供电压Vxin+(如5V)，在另一端提供电压Vxin-(如0V)，由此，在从X轴GM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁感应器，包括：具有近似正方形形状的石英衬底（２）；第一Ｘ轴ＧＭＲ元件（１１，１２），它设置在垂直于Ｘ轴的石英衬底的第一边的附近，并相对该第一边倾斜成规定角度；第二Ｘ轴ＧＭＲ元件（１３，１４），它设置在与该第一边 相对并且垂直于Ｘ轴的石英衬底的第二边附近，并相对该第二边倾斜成规定角度；第一Ｙ轴ＧＭＲ元件（２１，２２），它设置在垂直于Ｙ轴的石英衬底的第三边附近，并与该第三边成规定角度；第二Ｙ轴ＧＭＲ元件（２３，２４），它设置在与该第三边 相对并且垂直于Ｙ轴的石英衬底的第四边附近，并与该第四边成规定角度；第一对永久磁铁膜（３２），连接到该第一Ｘ轴ＧＭＲ元件的两端，并与该石英衬底的第一边平行纵向排列；第二对永久磁铁膜（３２），连接到该第二Ｘ轴ＧＭＲ元件的两端，并 与该石英衬底的第二边平行纵向排列；第三对永久磁铁膜（３２），连接到该第一Ｙ轴ＧＭＲ元件的两端，并与该石英衬底的第三边平行纵向排列；以及第四对永久磁铁膜（３２），连接到该第二Ｙ轴ＧＭＲ元件的两端，并与该石英衬底的第四边平行纵向 排列。...

【技术特征摘要】
JP 2002-10-18 304392/02;JP 2003-3-11 065200/031.一种磁感应器，包括具有近似正方形形状的石英衬底(2)；第一X轴GMR元件(11，12)，它设置在垂直于X轴的石英衬底的第一边的附近，并相对该第一边倾斜成规定角度；第二X轴GMR元件(13，14)，它设置在与该第一边相对并且垂直于X轴的石英衬底的第二边附近，并相对该第二边倾斜成规定角度；第一Y轴GMR元件(21，22)，它设置在垂直于Y轴的石英衬底的第三边附近，并与该第三边成规定角度；第二Y轴GMR元件(23，24)，它设置在与该第三边相对并且垂直于Y轴的石英衬底的第四边附近，并与该第四边成规定角度；第一对永久磁铁膜(32)，连接到该第一X轴GMR元件的两端，并与该石英衬底的第一边平行纵向排列；第二对永久磁铁膜(32)，连接到该第二X轴GMR元件的两端，并与该石英衬底的第二边平行纵向排列；第三对永久磁铁膜(32)，连接到该第一Y轴GMR元件的两端，并与该石英衬底的第三边平行纵向排列；以及第四对永久磁铁膜(32)，连接到该第二Y轴GMR元件的两端，并与该石英衬底的第四边平行纵向排列。2.如权利要求1所述的磁感应器，其中将该规定角度设置为45°。3.如权利要求1所述的磁感应器，其中通过使用至少四个永久磁铁(45)来磁化所述永久磁铁膜，所述四个永久磁铁设置为与该石英衬底的四个角相符，以使得相邻永久磁铁彼此极性相异。4.一种磁感应器，包括具有近似正方形形状的石英衬底(2)；第一X轴GMR元件(51，52)，设置在接近和平行于与X轴垂直的石英衬底的第一边；第二X轴GMR元件(53，54)，设置在接近和平行于与该第...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤秀树，相曾功吉，涌井幸夫，
申请(专利权)人：雅马哈株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]