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JP2014016320A - Magnetic sensor - Google Patents

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JP2014016320A
JP2014016320A JP2012155821A JP2012155821A JP2014016320A JP 2014016320 A JP2014016320 A JP 2014016320A JP 2012155821 A JP2012155821 A JP 2012155821A JP 2012155821 A JP2012155821 A JP 2012155821A JP 2014016320 A JP2014016320 A JP 2014016320A
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JP
Japan
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magnetoresistive
bridge circuit
magnetic sensor
layer
magnetic field
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012155821A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Arao
昌利 荒尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2012155821A priority Critical patent/JP2014016320A/en
Publication of JP2014016320A publication Critical patent/JP2014016320A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic sensor in which deterioration of detection accuracy is suppressed.SOLUTION: There is provided a magnetic sensor which detects an external magnetic field on the basis of a resistance value change in a magneto resistance effect element (10). The magnetic sensor includes: first magneto resistance effect elements (11a, 11b) having pin layers (17, 18) in which the magnetization direction is fixed, a free layer (15) in which the magnetization direction is changed according to an applied magnetic field, and a non-magnetic intermediate layer (16) which is provided between the free layer and the pin layers; and second magneto resistance effect elements (12a, 12b) having a free layer. A first bridge circuit is configured by a plurality of first magneto resistance effect elements connected in series from a power source to the ground. A second bridge circuit is configured by a plurality of second magneto resistance effect elements connected in series from the power source to the ground. The magnetic sensor further includes a selection part (30) which, on the basis of the midpoint potential of the first bridge circuit and the midpoint potential of the second bridge circuit, outputs one of the two midpoint potentials to the outside.

Description

本発明は、複数の磁気抵抗効果素子の抵抗値変化に基づいて、外部磁界を検出する磁気センサに関するものである。   The present invention relates to a magnetic sensor that detects an external magnetic field based on changes in resistance values of a plurality of magnetoresistive elements.

従来、例えば特許文献1に示されるように、軟磁性薄膜と巨大磁気抵抗薄膜とによって構成された薄膜磁気抵抗素子が提案されている。   Conventionally, for example, as disclosed in Patent Document 1, a thin film magnetoresistive element constituted by a soft magnetic thin film and a giant magnetoresistive thin film has been proposed.

特開平11−274599号公報JP 11-274599 A

一般的に、巨大磁気抵抗薄膜は多層構造となっている。そのため、外部温度の変動によって、線膨張係数の相違に起因する熱応力が層間で発生し、それによって巨大磁気抵抗薄膜が損傷する虞がある。巨大磁気抵抗薄膜は、外部磁界を検出する磁気センサなどに適用されるが、上記した損傷が巨大磁気抵抗薄膜に生じると、磁気センサの検出精度が低下する虞がある。   In general, the giant magnetoresistive thin film has a multilayer structure. Therefore, there is a risk that thermal stress due to the difference in linear expansion coefficient is generated between the layers due to fluctuations in the external temperature, thereby damaging the giant magnetoresistive thin film. The giant magnetoresistive thin film is applied to a magnetic sensor or the like that detects an external magnetic field. However, if the above-described damage occurs in the giant magnetoresistive thin film, the detection accuracy of the magnetic sensor may be reduced.

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、検出精度の低下が抑制された磁気センサを提供することを目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a magnetic sensor in which a decrease in detection accuracy is suppressed.

上記した目的を達成するために、本発明は、複数の磁気抵抗効果素子(10)の抵抗値変化に基づいて、外部磁界を検出する磁気センサであって、複数の磁気抵抗効果素子(10)として、磁化方向が固定されたピン層(17)と、印加磁界に応じて磁化方向が変化する自由層(15)と、該自由層とピン層との間に設けられた非磁性の中間層(16)と、を有する第1磁気抵抗効果素子(11a,11b)、及び、自由層を有する第2磁気抵抗効果素子(12a,12b)を有し、電源からグランドに向かって複数の第1磁気抵抗効果素子が直列接続されることで、第1ブリッジ回路が構成され、電源からグランドに向かって複数の第2磁気抵抗効果素子が直列接続されることで、第2ブリッジ回路が構成されており、第1ブリッジ回路の中点電位と第2ブリッジ回路の中点電位とに基づいて、2つの中点電位のいずれか一方を外部に出力する選択部(30)を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a magnetic sensor for detecting an external magnetic field based on a change in resistance value of a plurality of magnetoresistive elements (10), wherein the plurality of magnetoresistive elements (10). A pinned layer (17) whose magnetization direction is fixed, a free layer (15) whose magnetization direction changes according to the applied magnetic field, and a nonmagnetic intermediate layer provided between the free layer and the pinned layer (16) and a first magnetoresistive element (11a, 11b) having a free layer and a second magnetoresistive element (12a, 12b) having a free layer. The first bridge circuit is configured by connecting the magnetoresistive effect elements in series, and the second bridge circuit is configured by connecting the plurality of second magnetoresistive effect elements in series from the power source to the ground. Of the first bridge circuit Based on the midpoint potential of the point potential and the second bridge circuit, characterized by having a selection section for outputting either one to the outside of the two midpoint potential (30).

このように本発明によれば、第1磁気抵抗効果素子(11a,11b)は多層構造から成り、第2磁気抵抗効果素子(12a,12b)は単層構造から成る。そのため、線膨張係数の相違に起因して層間に生じる熱応力の総和が、第1磁気抵抗効果素子(11a,11b)よりも第2磁気抵抗効果素子(12a,12b)の方が小さくなる。したがって、第2磁気抵抗効果素子(12a,12b)は、第1磁気抵抗効果素子(11a,11b)よりも、熱応力によって損傷し難い。   As described above, according to the present invention, the first magnetoresistance effect elements (11a, 11b) have a multilayer structure, and the second magnetoresistance effect elements (12a, 12b) have a single layer structure. Therefore, the sum total of the thermal stress generated between the layers due to the difference in linear expansion coefficient is smaller in the second magnetoresistive element (12a, 12b) than in the first magnetoresistive element (11a, 11b). Therefore, the second magnetoresistance effect elements (12a, 12b) are less likely to be damaged by thermal stress than the first magnetoresistance effect elements (11a, 11b).

上記したように、第1ブリッジ回路は、第1磁気抵抗効果素子(11a,11b)によって構成され、第2ブリッジ回路は、第2磁気抵抗効果素子(12a,12b)によって構成されている。そして、選択部(30)は、第1ブリッジ回路の中点電位と第2ブリッジ回路の中点電位とに基づいて、2つの中点電位のいずれか一方を外部に出力する。これによれば、多層構造から成る第1磁気抵抗効果素子(11a,11b)が上記した熱応力によって損傷し、第1ブリッジ回路の中点電位が、外部磁界に応じた信号にならなくなったとしても、単層構造から成る第2磁気抵抗効果素子(12a,12b)によって構成された第2ブリッジ回路の中点電位を外部に出力することができる。したがって、磁気センサ(100)の検出精度の低下が抑制される。   As described above, the first bridge circuit is configured by the first magnetoresistance effect elements (11a, 11b), and the second bridge circuit is configured by the second magnetoresistance effect elements (12a, 12b). Then, the selection unit (30) outputs either one of the two midpoint potentials to the outside based on the midpoint potential of the first bridge circuit and the midpoint potential of the second bridge circuit. According to this, it is assumed that the first magnetoresistive effect element (11a, 11b) having a multilayer structure is damaged by the above-described thermal stress, and the midpoint potential of the first bridge circuit no longer becomes a signal corresponding to the external magnetic field. In addition, the midpoint potential of the second bridge circuit configured by the second magnetoresistive effect element (12a, 12b) having a single layer structure can be output to the outside. Therefore, a decrease in detection accuracy of the magnetic sensor (100) is suppressed.

第1実施形態に係る磁気センサの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic structure of a magnetic sensor concerning a 1st embodiment. 第1磁気抵抗効果素子の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of a 1st magnetoresistive effect element. 第2磁気抵抗効果素子の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of a 2nd magnetoresistive effect element. 磁気抵抗効果素子の平面形状を示す上面図である。It is a top view which shows the planar shape of a magnetoresistive effect element.

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1〜図4に基づいて、本実施形態に係る磁気センサを説明する。なお、図2及び図3では、後述する磁気抵抗効果素子11a〜12bを簡略化して記載し、電流経路を破線で示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
The magnetic sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In FIGS. 2 and 3, magnetoresistive elements 11 a to 12 b to be described later are described in a simplified manner, and current paths are indicated by broken lines.

図1に示すように、磁気センサ100は、要部として、磁気抵抗効果素子10と、選択部30と、を有する。磁気抵抗効果素子11a〜12bによって2つのブリッジ回路が形成され、そのブリッジ回路の中点電位が、選択部30を介して外部に出力される。選択部30は、2つの中点電位に基づいて、2つの中点電位の内のいずれか一方を外部に出力する。   As shown in FIG. 1, the magnetic sensor 100 includes a magnetoresistive effect element 10 and a selection unit 30 as main parts. Two bridge circuits are formed by the magnetoresistive effect elements 11 a to 12 b, and the midpoint potential of the bridge circuit is output to the outside via the selection unit 30. The selection unit 30 outputs one of the two midpoint potentials to the outside based on the two midpoint potentials.

磁気抵抗効果素子10は、第1磁気抵抗効果素子11a,11bと、第2磁気抵抗効果素子12a,12bと、を有する。図2及び図3に示すように、磁気抵抗効果素子11a〜12bは、半導体基板13上に、酸化膜14を介して積層された薄膜層から成る。第1磁気抵抗効果素子11a,11bは、酸化膜14上に順次積層された、自由層15、中間層16、固定層17、磁石層18から成り、第2磁気抵抗効果素子12a,12bは、酸化膜14上に積層された自由層15から成る。第1磁気抵抗効果素子11a,11bの自由層15、及び、第2磁気抵抗効果素子12a,12bの自由層15は同一材料から成り、同一の製造工程にて、半導体基板13の酸化膜14上に形成される。   The magnetoresistive effect element 10 includes first magnetoresistive effect elements 11a and 11b and second magnetoresistive effect elements 12a and 12b. As shown in FIGS. 2 and 3, the magnetoresistive effect elements 11 a to 12 b are formed of a thin film layer laminated on a semiconductor substrate 13 with an oxide film 14 interposed therebetween. The first magnetoresistance effect elements 11a and 11b are composed of a free layer 15, an intermediate layer 16, a fixed layer 17, and a magnet layer 18 that are sequentially stacked on the oxide film 14, and the second magnetoresistance effect elements 12a and 12b are The free layer 15 is laminated on the oxide film 14. The free layer 15 of the first magnetoresistive effect elements 11a and 11b and the free layer 15 of the second magnetoresistive effect elements 12a and 12b are made of the same material, and are formed on the oxide film 14 of the semiconductor substrate 13 in the same manufacturing process. Formed.

自由層15は強磁性体である。自由層15の磁化方向は固定されておらず、外部磁界によって、磁化方向が変動する性質を有する。したがって、第2磁気抵抗効果素子12a,12bは、電流の流動方向と自由層15の磁化方向とによって抵抗値が変動する異方性磁気抵抗効果素子である。なお、固定層17と磁石層18が、特許請求の範囲に記載のピン層に相当する。   The free layer 15 is a ferromagnetic material. The magnetization direction of the free layer 15 is not fixed, and has the property that the magnetization direction varies with an external magnetic field. Therefore, the second magnetoresistive effect elements 12 a and 12 b are anisotropic magnetoresistive effect elements whose resistance values vary depending on the current flow direction and the magnetization direction of the free layer 15. The fixed layer 17 and the magnet layer 18 correspond to the pinned layer described in the claims.

固定層17も強磁性体である。しかしながら、その磁化方向は磁石層18によって固定されており、外部磁界によって、磁化方向が変動しない性質を有する。本実施形態に係る中間層16は、非磁性を有すると共に、導電性も有しており、自由層15と固定層17との間に電圧が印加されると、自由層15と固定層17との間に電流が流れるようになっている。このように、本実施形態に係る第1磁気抵抗効果素子11a,11bは、巨大磁気抵抗効果素子である。   The fixed layer 17 is also a ferromagnetic material. However, the magnetization direction is fixed by the magnet layer 18 and has a property that the magnetization direction does not vary by an external magnetic field. The intermediate layer 16 according to the present embodiment has nonmagnetic properties and conductivity, and when a voltage is applied between the free layer 15 and the fixed layer 17, the free layer 15 and the fixed layer 17 A current flows between them. Thus, the 1st magnetoresistive effect element 11a, 11b which concerns on this embodiment is a giant magnetoresistive effect element.

電流の流れ易さは、自由層15と固定層17の磁化方向に依存しており、自由層15と固定層17それぞれの磁化方向が平行の場合に最も流れ易く、反平行の場合に最も流れ難い。すなわち、平行の場合に磁気抵抗効果素子10の抵抗値が最も小さく変化し、反平行の場合に抵抗値が最も大きく変化する。本実施形態では、第1磁気抵抗効果素子11aの固定層17の磁化方向と、第1磁気抵抗効果素子11bの固定層17の磁化方向とが反平行と成っており、第1磁気抵抗効果素子11a,11bの抵抗値の変化が反対になっている。すなわち、2つの第1磁気抵抗効果素子11a,11bの一方の抵抗値が小さくなる場合、他方の抵抗値が大きくなり、一方の抵抗値が大きくなる場合、他方の抵抗値が大きくなる。   The ease of current flow depends on the magnetization directions of the free layer 15 and the fixed layer 17, and flows most easily when the magnetization directions of the free layer 15 and the fixed layer 17 are parallel, and flows most easily when they are antiparallel. hard. That is, the resistance value of the magnetoresistive effect element 10 changes smallest when parallel, and the resistance value changes largest when antiparallel. In the present embodiment, the magnetization direction of the fixed layer 17 of the first magnetoresistive effect element 11a and the magnetization direction of the fixed layer 17 of the first magnetoresistive effect element 11b are antiparallel, and the first magnetoresistive effect element Changes in the resistance values of 11a and 11b are opposite. That is, when the resistance value of one of the two first magnetoresistive elements 11a and 11b decreases, the resistance value of the other increases, and when the resistance value of one increases, the resistance value of the other increases.

図2に示すように、層15〜18の側面と酸化膜14の一部が第1絶縁膜19によって被覆され、図3に示すように、自由層15の側面と酸化膜14の一部が第2絶縁膜20によって被覆されている。そして、第1絶縁膜19の表面、及び、第1磁気抵抗効果素子11a,11bそれぞれの磁石層18の上面に、2つの磁石層18を電気的に接続するように第1配線層21が形成され、第2絶縁膜20の表面、及び、第2磁気抵抗効果素子12a,12bそれぞれの自由層15の上面に、2つの自由層15を電気的に接続するように第2配線層22が形成されている。また、図示しないが、磁気抵抗効果素子11a,12aの自由層15に電源が接続され、磁気抵抗効果素子11b,12bの自由層15にグランドが接続されている。これにより、2つの第1磁気抵抗効果素子11a,11bが電源からグランドに向かって直列接続されて成る第1ハーフブリッジ回路が構成され、2つの第2磁気抵抗効果素子12a,12bが電源からグランドに向かって直列接続されて成る第2ハーフブリッジ回路が構成されている。この第1ハーフブリッジ回路の中点電位は、第1配線層21の電位であり、第2ハーフブリッジ回路の中点電位は、第2配線層22の電位である。配線層21,22それぞれが、選択部30に接続されている。   As shown in FIG. 2, the side surfaces of the layers 15 to 18 and a part of the oxide film 14 are covered with the first insulating film 19. As shown in FIG. The second insulating film 20 is covered. Then, the first wiring layer 21 is formed on the surface of the first insulating film 19 and the upper surface of the magnet layer 18 of each of the first magnetoresistance effect elements 11a and 11b so as to electrically connect the two magnet layers 18. The second wiring layer 22 is formed on the surface of the second insulating film 20 and the upper surface of the free layer 15 of each of the second magnetoresistive elements 12a and 12b so as to electrically connect the two free layers 15. Has been. Although not shown, a power source is connected to the free layer 15 of the magnetoresistive effect elements 11a and 12a, and a ground is connected to the free layer 15 of the magnetoresistive effect elements 11b and 12b. As a result, a first half bridge circuit is formed in which two first magnetoresistive elements 11a and 11b are connected in series from the power source to the ground, and the two second magnetoresistive elements 12a and 12b are connected from the power source to the ground. A second half-bridge circuit formed in series is formed. The midpoint potential of the first half bridge circuit is the potential of the first wiring layer 21, and the midpoint potential of the second half bridge circuit is the potential of the second wiring layer 22. Each of the wiring layers 21 and 22 is connected to the selection unit 30.

図4に示すように、第1磁気抵抗効果素子11a,11bと第2磁気抵抗効果素子12a,12bそれぞれの半導体基板13上の平面形状は、一本の線をつづら折りした形状を成し、同一となっている。そして、両者の間にできる限り隙間が生じない(ショートしない程度の隙間が形成される)ように、第1磁気抵抗効果素子11a,11bと第2磁気抵抗効果素子12a,12bとが隣り合い、その間隔が、全長に渡って一定となっている。   As shown in FIG. 4, the planar shape of each of the first magnetoresistive effect elements 11a and 11b and the second magnetoresistive effect elements 12a and 12b on the semiconductor substrate 13 is a shape in which one line is folded and is identical. It has become. The first magnetoresistive effect elements 11a and 11b and the second magnetoresistive effect elements 12a and 12b are adjacent to each other so that a gap does not occur between the two as much as possible (a gap that does not cause a short circuit is formed) The interval is constant over the entire length.

選択部30は、第1ハーフブリッジ回路の中点電位(以下、第1中点電位と示す)と第2ハーフブリッジ回路の中点電位(以下、第2中点電位と示す)とに基づいて、2つの中点電位のいずれか一方を外部に出力するものである。選択部30は、比較部31と、制御部32と、スイッチ33,34と、を有する。   The selection unit 30 is based on the midpoint potential of the first half-bridge circuit (hereinafter referred to as the first midpoint potential) and the midpoint potential of the second half-bridge circuit (hereinafter referred to as the second midpoint potential). One of the two midpoint potentials is output to the outside. The selection unit 30 includes a comparison unit 31, a control unit 32, and switches 33 and 34.

比較部31は、上記した2つの中点電位を比較するものである。第1中点電位と第2中点電位とを比較した結果、その差分、若しくは、比が、所定の値の範囲(感度差の範囲)に収まっている場合、第1ハーフブリッジ回路を構成する第1磁気抵抗効果素子11a,11bが正常であると判断して、第1制御信号を制御部32に出力する。これとは反対に、所定の値の範囲に収まっていない場合、比較部31は、第1ハーフブリッジ回路を構成する第1磁気抵抗効果素子11a,11bに損傷が生じたと判断して、第2制御信号を制御部32に出力する。なお、本実施形態に係る比較部31は、第1磁気抵抗効果素子11a,11bに損傷が生じたと判断した場合、その故障を知らせる故障信号を外部に出力し、ユーザーに故障を知らせる機能も果たす。   The comparison unit 31 compares the above-described two midpoint potentials. As a result of comparing the first midpoint potential and the second midpoint potential, if the difference or ratio falls within a predetermined value range (sensitivity difference range), the first half-bridge circuit is configured. The first magnetoresistive effect elements 11 a and 11 b are determined to be normal, and a first control signal is output to the control unit 32. On the other hand, when the value does not fall within the predetermined value range, the comparison unit 31 determines that the first magnetoresistive effect elements 11a and 11b constituting the first half bridge circuit are damaged, and the second The control signal is output to the control unit 32. When the comparison unit 31 according to the present embodiment determines that the first magnetoresistive effect elements 11a and 11b are damaged, the comparison unit 31 outputs a failure signal that notifies the failure to the outside, and also functions to notify the user of the failure. .

制御部32は、比較部31の出力信号に基づいてスイッチ33,34を開閉制御するものである。制御部32は、第1制御信号を受け取ると、第1スイッチ33を閉状態、第2スイッチ34を開状態にする。これとは反対に、制御部32は、第2制御信号を受け取ると、第1スイッチ33を開状態、第2スイッチ34を閉状態にする。   The control unit 32 controls opening and closing of the switches 33 and 34 based on the output signal of the comparison unit 31. When receiving the first control signal, the control unit 32 closes the first switch 33 and opens the second switch 34. On the contrary, when receiving the second control signal, the control unit 32 opens the first switch 33 and closes the second switch 34.

図1に示すように、第1スイッチ33は、第1ハーフブリッジ回路の中点(第1配線層21)と出力端子50との間に設けられ、第2スイッチ34は、第2ハーフブリッジ回路の中点(第2配線層22)と出力端子50との間に設けられている。したがって、比較部31から制御部32に第1制御信号が入力され、第1スイッチ33が閉状態、第2スイッチ34が開状態になると、第1中点電位だけが出力端子50を介して外部に出力される。これとは反対に、比較部31から制御部32に第2制御信号が入力され、第1スイッチ33が開状態、第2スイッチ34が閉状態になると、第2中点電位だけが出力端子50を介して外部に出力される。   As shown in FIG. 1, the first switch 33 is provided between the midpoint (first wiring layer 21) of the first half-bridge circuit and the output terminal 50, and the second switch 34 is provided in the second half-bridge circuit. Is provided between the middle point (second wiring layer 22) and the output terminal 50. Therefore, when the first control signal is input from the comparison unit 31 to the control unit 32 and the first switch 33 is closed and the second switch 34 is opened, only the first midpoint potential is externally output via the output terminal 50. Is output. On the other hand, when the second control signal is input from the comparison unit 31 to the control unit 32 and the first switch 33 is opened and the second switch 34 is closed, only the second midpoint potential is output to the output terminal 50. Is output to the outside.

次に、本実施形態に係る磁気センサ100の作用効果を説明する。上記したように、第1磁気抵抗効果素子11a,11bは多層構造から成り、第2磁気抵抗効果素子12a,12bは単層構造から成る。そのため、線膨張係数の相違に起因して層間に生じる熱応力の総和が、第1磁気抵抗効果素子11a,11bよりも第2磁気抵抗効果素子12a,12bの方が小さくなる。したがって、第2磁気抵抗効果素子12a,12bは、第1磁気抵抗効果素子11a,11bよりも、熱応力によって損傷し難い。   Next, the function and effect of the magnetic sensor 100 according to this embodiment will be described. As described above, the first magnetoresistance effect elements 11a and 11b have a multilayer structure, and the second magnetoresistance effect elements 12a and 12b have a single layer structure. Therefore, the total sum of thermal stresses generated between the layers due to the difference in linear expansion coefficient is smaller in the second magnetoresistance effect elements 12a and 12b than in the first magnetoresistance effect elements 11a and 11b. Accordingly, the second magnetoresistance effect elements 12a and 12b are less likely to be damaged by thermal stress than the first magnetoresistance effect elements 11a and 11b.

上記したように、比較部31は、第1ハーフブリッジ回路を構成する第1磁気抵抗効果素子11a,11bが正常であると判断した場合、第1制御信号を制御部32に出力する。制御部32は、第1制御信号を受け取ると、第1スイッチ33を閉状態、第2スイッチ34を開状態とする。これにより、第1中点電位だけが出力端子50を介して外部に出力される。   As described above, the comparison unit 31 outputs the first control signal to the control unit 32 when it is determined that the first magnetoresistance effect elements 11a and 11b constituting the first half bridge circuit are normal. When receiving the first control signal, the control unit 32 closes the first switch 33 and opens the second switch 34. As a result, only the first midpoint potential is output to the outside via the output terminal 50.

これとは反対に、比較部31は、第1ハーフブリッジ回路を構成する第1磁気抵抗効果素子11a,11bに損傷が生じたと判断した場合、第2制御信号を制御部32に出力する。制御部32は、第2制御信号を受け取ると、第1スイッチ33を開状態、第2スイッチ34を閉状態とする。これにより、第2中点電位だけが出力端子50を介して外部に出力される。   On the contrary, the comparison unit 31 outputs a second control signal to the control unit 32 when determining that the first magnetoresistive effect elements 11a and 11b constituting the first half bridge circuit are damaged. When receiving the second control signal, the control unit 32 opens the first switch 33 and closes the second switch 34. As a result, only the second midpoint potential is output to the outside via the output terminal 50.

このように、多層構造から成る第1磁気抵抗効果素子11a,11bが上記した熱応力によって損傷し、第1中点電位が外部磁界に応じた信号にならなくなったとしても、単層構造から成る第2磁気抵抗効果素子12a,12bによって構成された第2ハーフブリッジ回路の中点電位(第2中点電位)が外部に出力される。したがって、磁気センサ100の検出精度の低下が抑制される。   Thus, even if the first magnetoresistive effect elements 11a and 11b having a multilayer structure are damaged by the above-described thermal stress and the first midpoint potential does not become a signal corresponding to the external magnetic field, it has a single layer structure. The midpoint potential (second midpoint potential) of the second half bridge circuit configured by the second magnetoresistance effect elements 12a and 12b is output to the outside. Therefore, a decrease in detection accuracy of the magnetic sensor 100 is suppressed.

第1磁気抵抗効果素子11a,11bと第2磁気抵抗効果素子12a,12bそれぞれの半導体基板13上の平面形状が同一となっている。そして、第1磁気抵抗効果素子11a,11bと第2磁気抵抗効果素子12a,12bとが隣り合い、その間隔が、全長に渡って一定となっている。これによれば、第1磁気抵抗効果素子と第2磁気抵抗効果素子それぞれの平面形状が異なり、第1磁気抵抗効果素子と第2磁気抵抗効果素子との間隔が不定である構成と比べて、半導体基板13の体格の増大が抑制される。また、本実施形態では、第1磁気抵抗効果素子11a,11bと第2磁気抵抗効果素子12a,12bの間にできる限り隙間が生じないように、第1磁気抵抗効果素子11a,11bと第2磁気抵抗効果素子12a,12bとが隣り合っている。これによれば、余分な隙間が生じ難いので、半導体基板13の体格の増大が更に効果的に抑制される。この結果、磁気センサ100の体格の増大が抑制される。   The planar shapes on the semiconductor substrate 13 of the first magnetoresistive elements 11a and 11b and the second magnetoresistive elements 12a and 12b are the same. The first magnetoresistance effect elements 11a and 11b and the second magnetoresistance effect elements 12a and 12b are adjacent to each other, and the distance between them is constant over the entire length. According to this, compared to the configuration in which the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element have different planar shapes, and the interval between the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element is indefinite, An increase in the size of the semiconductor substrate 13 is suppressed. In the present embodiment, the first magnetoresistive effect elements 11a, 11b and the second magnetoresistive effect elements 11a, 11b and the second magnetoresistive effect elements 11a, 11b and the second magnetoresistive effect elements 12a, 12b are formed so as not to have a gap as much as possible. The magnetoresistive effect elements 12a and 12b are adjacent to each other. According to this, since it is hard to produce an extra clearance gap, the increase in the physique of the semiconductor substrate 13 is suppressed more effectively. As a result, an increase in the size of the magnetic sensor 100 is suppressed.

第1磁気抵抗効果素子11a,11bの自由層15、及び、第2磁気抵抗効果素子12a,12bの自由層15は、同一の製造工程にて形成される。これによれば、第1磁気抵抗効果素子の自由層、及び、第2磁気抵抗効果素子の自由層が異なる製造工程にて形成される製造方法と比べて、磁気センサ100の製造方法が簡素化される。   The free layer 15 of the first magnetoresistance effect elements 11a and 11b and the free layer 15 of the second magnetoresistance effect elements 12a and 12b are formed in the same manufacturing process. According to this, the manufacturing method of the magnetic sensor 100 is simplified compared to the manufacturing method in which the free layer of the first magnetoresistive element and the free layer of the second magnetoresistive element are formed in different manufacturing processes. Is done.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本実施形態では、第1磁気抵抗効果素子11a,11bが巨大磁気抵抗効果素子である例を示した。しかしながら、第1磁気抵抗効果素子11a,11bとしては、中間層16が絶縁性を有するトンネル磁気抵抗効果素子を採用することもできる。   In the present embodiment, an example in which the first magnetoresistance effect elements 11a and 11b are giant magnetoresistance effect elements has been described. However, as the first magnetoresistive elements 11a and 11b, tunnel magnetoresistive elements in which the intermediate layer 16 has an insulating property can also be adopted.

本実施形態では、磁気センサ100の用途として、特に限定しなかった。しかしながら、磁気センサ100としては、外部磁界を形成する磁石(図示略)を有し、磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化に基づいて被検出対象の回転による外部磁界の変動を検出することで、被検出対象の回転状態を検出する回転センサを採用することができる。また、磁気センサ100としては、複数の磁気抵抗効果素子10の抵抗値変化に基づいて被検出電流から生じた外部磁界の変動を検出することで、被検出電流を検出する電流センサを採用することもできる。   In the present embodiment, the application of the magnetic sensor 100 is not particularly limited. However, the magnetic sensor 100 has a magnet (not shown) that forms an external magnetic field, and detects a change in the external magnetic field due to rotation of the detection target based on a change in the resistance value of the magnetoresistive effect element 10. A rotation sensor that detects the rotation state of the detection target can be employed. Further, as the magnetic sensor 100, a current sensor that detects the detected current by detecting a change in the external magnetic field generated from the detected current based on the resistance value change of the plurality of magnetoresistive elements 10 is adopted. You can also.

10・・・磁気抵抗効果素子
11a,11b・・・第1磁気抵抗効果素子
12a,12b・・・第2磁気抵抗効果素子
15・・・自由層
16・・・中間層
17・・・固定層
18・・・磁石層
30・・・選択部
100・・・磁気センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Magnetoresistive effect element 11a, 11b ... 1st magnetoresistive effect element 12a, 12b ... 2nd magnetoresistive effect element 15 ... Free layer 16 ... Intermediate | middle layer 17 ... Fixed layer 18 ... Magnetic layer 30 ... Selection unit 100 ... Magnetic sensor

Claims (8)

複数の磁気抵抗効果素子(10)の抵抗値変化に基づいて、外部磁界を検出する磁気センサであって、
複数の前記磁気抵抗効果素子(10)として、磁化方向が固定されたピン層(17,18)と、印加磁界に応じて磁化方向が変化する自由層(15)と、該自由層と前記ピン層との間に設けられた非磁性の中間層(16)と、を有する第1磁気抵抗効果素子(11a,11b)、及び、前記自由層を有する第2磁気抵抗効果素子(12a,12b)を有し、
電源からグランドに向かって複数の前記第1磁気抵抗効果素子が直列接続されることで、第1ブリッジ回路が構成され、
電源からグランドに向かって複数の前記第2磁気抵抗効果素子が直列接続されることで、第2ブリッジ回路が構成されており、
前記第1ブリッジ回路の中点電位と前記第2ブリッジ回路の中点電位とに基づいて、2つの中点電位のいずれか一方を外部に出力する選択部(30)を有することを特徴とする磁気センサ。
A magnetic sensor for detecting an external magnetic field based on a change in resistance value of a plurality of magnetoresistive elements (10),
As the plurality of magnetoresistive elements (10), a pinned layer (17, 18) whose magnetization direction is fixed, a free layer (15) whose magnetization direction changes according to an applied magnetic field, the free layer and the pin A first magnetoresistive element (11a, 11b) having a nonmagnetic intermediate layer (16) provided between the first layer and the second magnetoresistive element (12a, 12b) having the free layer. Have
A plurality of the first magnetoresistive elements are connected in series from the power source to the ground, thereby forming a first bridge circuit.
A plurality of the second magnetoresistive elements are connected in series from the power source to the ground, thereby forming a second bridge circuit.
A selection unit (30) for outputting one of two midpoint potentials to the outside based on the midpoint potential of the first bridge circuit and the midpoint potential of the second bridge circuit. Magnetic sensor.
前記選択部は、
前記第1ブリッジ回路の中点電位と、前記第2ブリッジ回路の中点電位とを比較する比較部(31)と、
前記第1ブリッジ回路の中点と出力端子(50)との間に設けられた第1スイッチ(33)と、
前記第2ブリッジ回路の中点と前記出力端子との間に設けられた第2スイッチ(34)と、
前記比較部の出力信号に基づいて、前記第1スイッチと前記第2スイッチの開閉を制御する制御部(32)と、を有することを特徴とする請求項1に記載の磁気センサ。
The selection unit includes:
A comparator (31) for comparing the midpoint potential of the first bridge circuit with the midpoint potential of the second bridge circuit;
A first switch (33) provided between a midpoint of the first bridge circuit and an output terminal (50);
A second switch (34) provided between a midpoint of the second bridge circuit and the output terminal;
2. The magnetic sensor according to claim 1, further comprising a control unit that controls opening and closing of the first switch and the second switch based on an output signal of the comparison unit.
前記第1磁気抵抗効果素子と前記第2磁気抵抗効果素子は同一の基板(13)上に形成され、その基板上の平面形状が同一であり、
前記第1磁気抵抗効果素子と前記第2磁気抵抗効果素子との間隔が一定であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の磁気センサ。
The first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element are formed on the same substrate (13), and the planar shape on the substrate is the same,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein an interval between the first magnetoresistive effect element and the second magnetoresistive effect element is constant.
前記第1磁気抵抗効果素子と前記第2磁気抵抗効果素子それぞれの自由層は、同一工程にて形成されることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の磁気センサ。   4. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the free layers of the first magnetoresistive element and the second magnetoresistive element are formed in the same process. 5. 前記中間層は導電性を有し、前記第1磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項に記載の磁気センサ。   5. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the intermediate layer has conductivity, and the first magnetoresistive element is a giant magnetoresistive element. 前記中間層は絶縁性を有し、前記第1磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項に記載の磁気センサ。   5. The magnetic sensor according to claim 1, wherein the intermediate layer has insulating properties, and the first magnetoresistive element is a tunnel magnetoresistive element. 前記外部磁界を形成する磁石を有し、
複数の前記磁気抵抗効果素子の抵抗値変化に基づいて、被検出対象の回転による前記外部磁界の変動を検出することで、前記被検出対象の回転状態を検出することを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載の磁気センサ。
A magnet for forming the external magnetic field;
2. The rotation state of the detection target is detected by detecting a change in the external magnetic field due to rotation of the detection target based on resistance value changes of the plurality of magnetoresistive elements. The magnetic sensor of any one of -6.
前記外部磁界は、被検出電流から生じており、
前記外部磁界の変動による複数の前記磁気抵抗効果素子の抵抗値変化に基づいて、前記被検出電流を検出することを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載の磁気センサ。
The external magnetic field is generated from the detected current,
The magnetic sensor according to claim 1, wherein the detected current is detected based on a change in resistance value of the plurality of magnetoresistive elements due to a change in the external magnetic field.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018044788A (en) * 2016-09-12 2018-03-22 株式会社村田製作所 Current sensor
CN114814674A (en) * 2021-01-20 2022-07-29 Tdk株式会社 Design method and manufacturing method of magnetic sensor

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