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JP2017198484A - Thin-film magnetic sensor - Google Patents

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JP2017198484A
JP2017198484A JP2016087507A JP2016087507A JP2017198484A JP 2017198484 A JP2017198484 A JP 2017198484A JP 2016087507 A JP2016087507 A JP 2016087507A JP 2016087507 A JP2016087507 A JP 2016087507A JP 2017198484 A JP2017198484 A JP 2017198484A
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JP
Japan
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magnetic
thin film
magnetic field
temperature compensation
film
Prior art date
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Application number
JP2016087507A
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Japanese (ja)
Inventor
剛次 高野
Koji Takano
剛次 高野
小山 恵史
Keiji Koyama
恵史 小山
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.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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Publication date
Application filed by Daido Steel Co Ltd filed Critical Daido Steel Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin-film magnetic sensor that can accurately detect a change in an external magnetic field even when there is a temperature change, but does not cause increased manufacturing costs.SOLUTION: A thin-film magnetic sensor 10a comprises a magnetic field detection element 20, a temperature compensation element 30a connected in series to the magnetic field detection element 20, and a magnetic shield 40a enclosing the periphery of the temperature compensation element 30a. The magnetic field detection element 20 is provided with a TMR film (A) 22 and a pair of thin-film yokes (A) 24, 26 consisting of a soft magnetic material electrically connected to both ends of the TMR film (A) 22. The temperature compensation element 30a is provided with a TMR film (B) 32 and a pair of thin-film yokes (B) 34, 36 consisting of a soft magnetic material electrically connected to both ends of the TMR film (B) 32. It is desirable that the magnetic field sensitivity of the temperature compensation element 30a is lower than that of the magnetic field detection element 20. Furthermore, the magnetic shield 40a consists of the same material as the thin-film yokes (B) 34, 36.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、薄膜磁気センサに関し、さらに詳しくは、温度変化が生じた場合であっても外部磁界の変化を正確に検出することが可能な薄膜磁気センサに関する。   The present invention relates to a thin film magnetic sensor, and more particularly to a thin film magnetic sensor capable of accurately detecting a change in an external magnetic field even when a temperature change occurs.

磁気センサは、電磁気力(例えば、電流、電圧、電力、磁界、磁束など。)、力学量(例えば、位置、速度、加速度、変位、距離、張力、圧力、トルク、温度、湿度など。)、生化学量等の被検出量を、磁界を介して電圧に変換する電子デバイスである。磁気センサは、磁界の検出方法に応じて、ホールセンサ、異方的磁気抵抗(AMR: Anisotropic Magneto-Resistiity)センサ、トンネル磁気抵抗(TMR: Tunnel Magneto Resinstance)センサ等に分類される。   A magnetic sensor is an electromagnetic force (eg, current, voltage, power, magnetic field, magnetic flux, etc.), a mechanical quantity (eg, position, velocity, acceleration, displacement, distance, tension, pressure, torque, temperature, humidity, etc.), An electronic device that converts a detected amount such as a biochemical amount into a voltage via a magnetic field. Magnetic sensors are classified into Hall sensors, Anisotropic Magneto-Resistiity (AMR) sensors, Tunnel Magneto Resistance (TMR) sensors, etc., depending on the detection method of the magnetic field.

これらの中でもTMRセンサは、
(1)AMRセンサに比べて電気比抵抗の変化率の最大値(すなわち、MR比=△ρ/ρ0(△ρ=ρH−ρ0:ρHは、外部磁界Hにおける電気比抵抗、ρ0は、外部磁界ゼロにおける電気比抵抗))が極めて大きい、
(2)ホールセンサに比べて抵抗値の温度変化が小さい、
(3)TMR効果を有する材料が薄膜材料であるために、マイクロ化に適している、
等の利点がある。そのため、TMRセンサは、コンピュータ、電力、自動車、家電、携帯機器等に用いられる高感度マイクロ磁気センサとしての応用が期待されている。
Among these, the TMR sensor
(1) Maximum value of change rate of electrical resistivity compared to AMR sensor (ie MR ratio = Δρ / ρ 0 (Δρ = ρ H −ρ 0 : ρ H is electrical resistivity in external magnetic field H, ρ 0 is an extremely large electrical resistivity at zero external magnetic field)),
(2) The temperature change of the resistance value is small compared to the Hall sensor.
(3) Since the material having the TMR effect is a thin film material, it is suitable for microfabrication.
There are advantages such as. Therefore, the TMR sensor is expected to be applied as a high-sensitivity micromagnetic sensor used in computers, electric power, automobiles, home appliances, portable devices, and the like.

TMR効果を示す材料としては、強磁性層(例えば、パーマロイ等)と非磁性層(例えば、Cu、Ag、Au等)の多層膜、あるいは、反強磁性層、強磁性層(固定層)、非磁性層及び強磁性層(自由層)の4層構造を備えた多層膜(いわゆる、「スピンバルブ」)からなる金属人工格子、強磁性金属(例えば、パーマロイ等)からなるnmサイズの微粒子と、非磁性金属(例えば、Cu、Ag、Au等)からなる粒界相とを備えた金属−金属系ナノグラニュラー材料、スピン依存トンネル効果によってMR(Magneto-Resistivity)効果が生ずるトンネル接合膜、nmサイズの強磁性金属合金微粒子と、非磁性・絶縁性材料からなる粒界相とを備えた金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料等が知られている。   As a material exhibiting the TMR effect, a multilayer film of a ferromagnetic layer (for example, permalloy or the like) and a nonmagnetic layer (for example, Cu, Ag, Au, or the like), an antiferromagnetic layer, a ferromagnetic layer (a fixed layer), A metal artificial lattice composed of a multilayer film (so-called “spin valve”) having a four-layer structure of a non-magnetic layer and a ferromagnetic layer (free layer); nanometer-sized fine particles composed of a ferromagnetic metal (for example, permalloy); , Metal-metal nanogranular material having a grain boundary phase made of nonmagnetic metal (for example, Cu, Ag, Au, etc.), tunnel junction film in which MR (Magneto-Resistivity) effect is produced by spin-dependent tunnel effect, nm size A metal-insulator nanogranular material having a ferromagnetic metal alloy fine particle and a grain boundary phase made of a nonmagnetic / insulating material is known.

これらの内、スピンバルブに代表される多層膜は、一般に、低磁界における感度が高いという特徴がある。しかしながら、多層膜は、種々の材料からなる薄膜を高精度で積層する必要があるために、安定性や歩留まりが悪く、製作コストを抑えるには限界がある。そのため、この種の多層膜は、専ら付加価値の大きなデバイス(例えば、ハードディスク用の磁気ヘッド)にのみ用いられ、単価の安いAMRセンサやホールセンサとの価格競争を強いられる磁気センサに応用するのは困難であると考えられている。また、多層膜間の拡散が生じやすく、TMR効果が消失しやすいため、耐熱性が悪いという大きな欠点がある。   Among these, a multilayer film represented by a spin valve is generally characterized by high sensitivity in a low magnetic field. However, the multilayer film needs to be laminated with high accuracy with thin films made of various materials, so that the stability and yield are poor, and there is a limit in suppressing the manufacturing cost. For this reason, this type of multilayer film is used only for high value-added devices (for example, magnetic heads for hard disks), and is applied to magnetic sensors that are forced to compete with AMR sensors and Hall sensors with low unit prices. Is considered difficult. In addition, diffusion between the multilayer films is likely to occur, and the TMR effect is likely to be lost.

一方、ナノグラニュラー材料は、一般に、作製が容易で、再現性も良い。そのため、これを磁気センサに応用すれば、磁気センサを低コスト化することができる。特に、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、
(1)その組成を最適化すれば、室温において10%を越える高いMR比を示す、
(2)電気比抵抗ρが桁違いに高いので、磁気センサの超小型化と低消費電力化が同時に実現可能である、
(3)耐熱性の悪い反強磁性膜を含むスピンバルブ膜と異なり、高温環境下でも使用可能である、
等の利点がある。しかしながら、金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、低磁界における磁界感度が非常に小さいという問題がある。そのため、このような場合には、TMR膜の両端に軟磁性材料からなるヨークを配置し、TMR膜の磁界感度を上げることが行われる。
On the other hand, nano-granular materials are generally easy to produce and have good reproducibility. Therefore, if this is applied to a magnetic sensor, the cost of the magnetic sensor can be reduced. In particular, metal-insulator nanogranular materials
(1) If the composition is optimized, a high MR ratio exceeding 10% is exhibited at room temperature.
(2) Since the electrical resistivity ρ is an order of magnitude higher, it is possible to simultaneously achieve the miniaturization and low power consumption of the magnetic sensor.
(3) Unlike spin valve films including antiferromagnetic films with poor heat resistance, they can be used in high-temperature environments.
There are advantages such as. However, the metal-insulator nanogranular material has a problem that the magnetic field sensitivity in a low magnetic field is very small. Therefore, in such a case, yokes made of a soft magnetic material are disposed at both ends of the TMR film to increase the magnetic field sensitivity of the TMR film.

磁気センサは、一般に、温度により抵抗値が変化する。そのため、単一の素子のみを用いて外部磁界を検出すると、温度変化が生じた時に外部磁界の検出精度が低下するという問題がある。そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。   In general, the resistance value of a magnetic sensor varies with temperature. Therefore, when an external magnetic field is detected using only a single element, there is a problem that the detection accuracy of the external magnetic field decreases when a temperature change occurs. In order to solve this problem, various proposals have heretofore been made.

例えば、特許文献1、2には、同一の構造を持つ2つの磁気トンネル効果素子を直列に接続してハーフブリッジ回路を構成し、一方の磁気トンネル効果素子の上面を軟磁性体で被覆した磁気センサが開示されている。
特許文献2には、
(a)一方の磁気トンネル効果素子を軟磁性体で磁気遮蔽すると、その抵抗値は外部磁界に関わらず一定値となる点、及び、
(b)このような構成を持つ磁気センサは、環境温度が変化した場合であっても、出力電圧が略一定となる点
が記載されている。
For example, in Patent Documents 1 and 2, two magnetic tunnel effect elements having the same structure are connected in series to form a half-bridge circuit, and the upper surface of one magnetic tunnel effect element is covered with a soft magnetic material. A sensor is disclosed.
In Patent Document 2,
(A) When one of the magnetic tunnel effect elements is magnetically shielded by a soft magnetic material, the resistance value becomes a constant value regardless of the external magnetic field, and
(B) The magnetic sensor having such a configuration describes that the output voltage is substantially constant even when the environmental temperature changes.

また、特許文献3には、温度変化に起因する抵抗値の変動の補償を目的とするものではないが、巨大磁気抵抗(GMR)膜と薄膜ヨークとを備え、薄膜ヨークが高感度部と低感度部とを備えている薄膜磁気センサが開示されている。
同文献には、薄膜ヨークに高感度部と低感度部とを設けると、高磁界と低磁界の双方を適切な分解能で同時に測定することができる点が記載されている。
Patent Document 3 does not aim to compensate for fluctuations in resistance value caused by temperature changes, but includes a giant magnetoresistive (GMR) film and a thin film yoke. A thin film magnetic sensor including a sensitivity portion is disclosed.
This document describes that when a high-sensitivity part and a low-sensitivity part are provided in a thin film yoke, both a high magnetic field and a low magnetic field can be measured simultaneously with an appropriate resolution.

特許文献1、2に記載されているように、磁気トンネル効果素子の上面を軟磁性体で被覆すると、磁気トンネル効果素子を低感度化することができる。そのため、磁気遮蔽された素子と磁気遮蔽されていない素子とを用いてハーフブリッジ回路を構成すると、温度変化に起因する抵抗値の変動を補償することができる。その結果、環境温度に関わらず、外部磁界の変化を正確に検出することが可能となる。   As described in Patent Documents 1 and 2, when the upper surface of the magnetic tunnel effect element is covered with a soft magnetic material, the sensitivity of the magnetic tunnel effect element can be reduced. Therefore, if a half-bridge circuit is configured using an element that is magnetically shielded and an element that is not magnetically shielded, it is possible to compensate for a variation in resistance value caused by a temperature change. As a result, it is possible to accurately detect a change in the external magnetic field regardless of the environmental temperature.

しかしながら、磁気トンネル効果素子の上面を軟磁性体で被覆するためには、軟磁性体薄膜の成膜工程が別途必要となり、製造コストが増大する。また、同一の構造を持つ磁気トンネル効果素子を用いてハーブブリッジ回路を構成しているため、軟磁性体による磁気遮蔽が不十分となった場合には、抵抗値の変動の補償も不十分となる。
さらに、2つの素子を直列に接続してハーフブリッジ回路を構成する場合、各素子の両端に配線を接合する必要がある。しかしながら、抵抗値の変動の補償と、配線接続の容易化の双方を可能とする薄膜磁気センサが提案された例は、従来にはない。
However, in order to coat the upper surface of the magnetic tunnel effect element with the soft magnetic material, a film forming process of the soft magnetic thin film is required separately, which increases the manufacturing cost. In addition, since the herb bridge circuit is configured using magnetic tunnel effect elements having the same structure, if the magnetic shielding by the soft magnetic material is insufficient, the compensation of the fluctuation of the resistance value is also insufficient. Become.
Furthermore, when two elements are connected in series to form a half-bridge circuit, it is necessary to join wires to both ends of each element. However, there has never been proposed an example of a thin film magnetic sensor that can compensate both for fluctuations in resistance value and facilitate wiring connection.

特表2014−508286号公報Special table 2014-508286 gazette 特開2001−345498号公報JP 2001-345498 A 特開2009−204435号公報JP 2009-204435 A

本発明が解決しようとする課題は、温度変化が生じた場合であっても外部磁界の変化を正確に検出することができ、しかも、製造コストを増大させることのない薄膜磁気センサを提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、温度変化に起因する抵抗値の変動を補償することができ、しかも、配線接続も容易な薄膜磁気センサを提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide a thin film magnetic sensor that can accurately detect a change in an external magnetic field even when a temperature change occurs, and that does not increase the manufacturing cost. It is in.
Another object of the present invention is to provide a thin film magnetic sensor that can compensate for a variation in resistance value caused by a temperature change and that can be easily connected to a wiring.

上記課題を解決するために本発明に係る薄膜磁気センサは、以下の構成を備えていることを要旨とする。
(1)前記薄膜磁気センサは、
基板と、
前記基板上に形成された、外部磁界の変化を検出するための磁界検出素子と、
前記基板上に形成され、かつ、前記磁界検出素子に直列に接続された、温度変化に起因する抵抗値の変動を補償するための温度補償素子と、
前記基板上に形成された、前記温度補償素子の周囲を囲む磁気シールドと
を備えている。
(2)前記磁界検出素子は、
トンネル磁気抵抗効果を有するTMR膜(A)と、
前記TMR膜(A)の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク(A)と
を備えている。
(3)前記温度補償素子は、
トンネル磁気抵抗効果を有するTMR膜(B)と、
前記TMR膜(B)の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク(B)と
を備えている。
(4)前記磁気シールドは、前記薄膜ヨーク(B)と同一材料からなる。
In order to solve the above problems, a thin film magnetic sensor according to the present invention is summarized as having the following configuration.
(1) The thin film magnetic sensor
A substrate,
A magnetic field detection element for detecting a change in an external magnetic field formed on the substrate;
A temperature compensation element formed on the substrate and connected in series to the magnetic field detection element for compensating for a variation in resistance value caused by a temperature change;
And a magnetic shield formed on the substrate and surrounding the temperature compensation element.
(2) The magnetic field detecting element is
A TMR film (A) having a tunnel magnetoresistance effect;
A pair of thin film yokes (A) made of a soft magnetic material electrically connected to both ends of the TMR film (A).
(3) The temperature compensation element is
A TMR film (B) having a tunnel magnetoresistance effect;
A pair of thin film yokes (B) made of a soft magnetic material electrically connected to both ends of the TMR film (B).
(4) The magnetic shield is made of the same material as the thin film yoke (B).

前記薄膜磁気センサは、
前記磁気シールドがスリットにより2つのシールド片に分割されており、
分割された前記各シールド片が、それぞれ、一対の前記薄膜ヨーク(B)に電気的に接続されている
ものが好ましい。
The thin film magnetic sensor is
The magnetic shield is divided into two shield pieces by a slit;
Each of the divided shield pieces is preferably electrically connected to the pair of thin film yokes (B).

磁界検出素子と温度補償素子を直列に接続してブリッジ回路を構成し、温度補償素子の周囲を薄膜ヨークと同一材料からなる磁気シールドで囲うと、環境温度が変化した場合であっても、外部磁界の変化を正確に検出することができる。また、温度補償素子を囲う磁気シールドは、薄膜ヨークを成膜する際に同時に形成することができるので、製造コストの増大も抑制できる。
さらに、磁気シールドを2分割し、分割されたシールド片をそれぞれ温度補償素子の一対の薄膜ヨーク(B)と一体化させると、薄膜ヨーク(B)に比べて面積の大きいシールド片を介して容易に配線の接続ができる。
Even if the ambient temperature changes, the outside of the temperature compensation element is surrounded by a magnetic shield made of the same material as the thin film yoke. It is possible to accurately detect a change in the magnetic field. Further, since the magnetic shield surrounding the temperature compensation element can be formed simultaneously with the formation of the thin film yoke, an increase in manufacturing cost can be suppressed.
Furthermore, when the magnetic shield is divided into two parts and the divided shield pieces are integrated with the pair of thin film yokes (B) of the temperature compensation element, it is easy to pass through the shield pieces having a larger area than the thin film yoke (B). Wiring connection is possible.

本発明の第1の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図(図1(A))、並びに、温度補償素子及び磁気シールドの拡大平面図(図1(B))である。It is a top view (Drawing 1 (A)) of a thin film magnetic sensor concerning a 1st embodiment of the present invention, and an enlarged plan view (Drawing 1 (B)) of a temperature compensation element and a magnetic shield. 本発明の第2の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図(図2(A))、並びに、温度補償素子及び磁気シールドの拡大平面図(図2(B))である。It is the top view (FIG. 2 (A)) of the thin film magnetic sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and the enlarged plan view (FIG. 2 (B)) of a temperature compensation element and a magnetic shield. 外部印加磁束密度とTMR素子位置での磁束密度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an externally applied magnetic flux density and the magnetic flux density in a TMR element position.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 薄膜磁気センサ(1)]
図1(A)に、本発明の第1の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図を示す。また、図1(B)に、温度補償素子及び磁気シールドの拡大平面図を示す。なお、図1においては、見やすくするために、部分的にハッチングを施してある。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.
[1. Thin Film Magnetic Sensor (1)]
FIG. 1A shows a plan view of a thin film magnetic sensor according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1B shows an enlarged plan view of the temperature compensation element and the magnetic shield. In FIG. 1, hatching is partially applied for easy viewing.

図1において、薄膜磁気センサ10aは、
基板(図示せず)と、
基板上に形成された、外部磁界の変化を検出するための磁界検出素子20と、
基板上に形成され、かつ、磁界検出素子20に直列に接続された、温度変化に起因する抵抗値の変動を補償するための温度補償素子30aと、
基板上に形成された、温度補償素子30aの周囲を囲む磁気シールド40aと
を備えている。
In FIG. 1, the thin film magnetic sensor 10a is
A substrate (not shown);
A magnetic field detection element 20 for detecting a change in an external magnetic field formed on the substrate;
A temperature compensation element 30a formed on the substrate and connected in series to the magnetic field detection element 20 to compensate for a variation in resistance value caused by a temperature change;
And a magnetic shield 40a surrounding the periphery of the temperature compensation element 30a formed on the substrate.

[1.1. 基板]
基板は、その表面に、磁界検出素子20、温度補償素子30a、及び磁気シールド40aを形成するためのものである。基板の材料や形状は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な材料及び形状を選択することができる。
[1.1. substrate]
The substrate is for forming the magnetic field detection element 20, the temperature compensation element 30a, and the magnetic shield 40a on the surface thereof. The material and shape of the substrate are not particularly limited, and an optimal material and shape can be selected according to the purpose.

[1.2. 磁界検出素子]
磁界検出素子20は、トンネル磁気抵抗効果を有するTMR膜(A)22と、TMR膜(A)22の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク(A)24、26とを備えている。
[1.2. Magnetic field detection element]
The magnetic field detection element 20 includes a TMR film (A) 22 having a tunnel magnetoresistive effect, and a pair of thin film yokes (A) 24 and 26 made of a soft magnetic material electrically connected to both ends of the TMR film (A) 22. And.

[1.2.1. TMR膜(A)]
TMR膜(A)22は、外部磁界の変化を電気抵抗Rの変化として感じ、結果的に電圧の変化として検出するためのものであり、トンネル磁気抵抗(TMR)効果を有する材料からなる。外部磁界の変化を高い感度で検出するためには、TMR膜(A)22のMR比の絶対値は、大きいほど良い。TMR膜(A)22のMR比の絶対値は、具体的には、5%以上が好ましく、さらに好ましくは、10%以上である。
[1.2.1. TMR film (A)]
The TMR film (A) 22 is for sensing a change in the external magnetic field as a change in the electric resistance R and consequently detecting it as a change in the voltage, and is made of a material having a tunnel magnetoresistance (TMR) effect. In order to detect a change in the external magnetic field with high sensitivity, the absolute value of the MR ratio of the TMR film (A) 22 is preferably as large as possible. Specifically, the absolute value of the MR ratio of the TMR film (A) 22 is preferably 5% or more, and more preferably 10% or more.

また、TMR膜(A)22は、薄膜ヨーク(A)24、26と直接、電気的に接続されるので、TMR膜(A)22には、薄膜ヨーク(A)24、26より高い電気比抵抗ρを有するものが用いられる。一般に、TMR膜(A)22の電気比抵抗ρが小さすぎると、薄膜ヨーク(A)24、26間が電気的に短絡するので好ましくない。一方、TMR膜(A)22の電気比抵抗ρが高すぎる場合には、ノイズが増加し、外部磁界の変化を電圧変化として検出するのが困難となる。
TMR膜(A)22の電気比抵抗ρは、具体的には、103μΩcm以上1012μΩcm以下が好ましく、さらに好ましくは、104μΩcm以上1011μΩcm以下である。
Further, since the TMR film (A) 22 is directly electrically connected to the thin film yokes (A) 24 and 26, the TMR film (A) 22 has a higher electrical ratio than the thin film yokes (A) 24 and 26. Those having a resistance ρ are used. Generally, if the electrical resistivity ρ of the TMR film (A) 22 is too small, the thin film yokes (A) 24 and 26 are electrically short-circuited, which is not preferable. On the other hand, when the electrical specific resistance ρ of the TMR film (A) 22 is too high, noise increases and it becomes difficult to detect a change in the external magnetic field as a voltage change.
Specifically, the electrical specific resistance ρ of the TMR film (A) 22 is preferably 10 3 μΩcm or more and 10 12 μΩcm or less, more preferably 10 4 μΩcm or more and 10 11 μΩcm or less.

このような条件を満たす材料には、種々の材料があるが、中でも上述した金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料が特に好適である。金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料は、高いMR比と高い電気比抵抗ρを有するだけでなく、僅かな組成変動によってMR比が大きく変動することがないので、安定した磁気特性を有する薄膜を、再現性良く、かつ低コストで作製することができるという利点がある。   There are various materials that satisfy such conditions, and among them, the above-described metal-insulator nanogranular material is particularly suitable. Metal-insulator nanogranular materials not only have high MR ratio and high electrical resistivity ρ, but also MR ratio does not fluctuate greatly due to slight composition fluctuations, so that thin films with stable magnetic properties can be reproduced. There is an advantage that it can be manufactured at low cost.

TMR膜(A)22として用いられる金属−絶縁体系ナノグラニュラー材料としては、具体的には、
(1)Co−Y23系ナノグラニュラー合金、Co−Al23系ナノグラニュラー合金、Co−Sm23系ナノグラニュラー合金、Co−Dy23系ナノグラニュラー合金、FeCo−Y23系ナノグラニュラー合金等の酸化物系ナノグラニュラー合金、
(2)Fe−MgF2、FeCo−MgF2、Fe−CaF2、FeCo−AlF3等のフッ化物系ナノグラニュラー合金、
などがある。
As a metal-insulator system nano granular material used as the TMR film (A) 22, specifically,
(1) Co-Y 2 O 3 system nano granular alloy, Co-Al 2 O 3 system nano granular alloy, Co-Sm 2 O 3 system nano granular alloy, Co-Dy 2 O 3 system nano granular alloy, FeCo-Y 2 O 3 system Oxide nanogranular alloys such as nanogranular alloys,
(2) Fluoride-based nanogranular alloys such as Fe—MgF 2 , FeCo—MgF 2 , Fe—CaF 2 , FeCo—AlF 3 ,
and so on.

[1.2.2. 薄膜ヨーク(A)]
薄膜ヨーク(A)24、26は、ギャップを介して対向しており、TMR膜(A)22は、ギャップ内又はその近傍において、薄膜ヨーク(A)24、26と電気的に接続される。
ここで、「ギャップ近傍」とは、薄膜ヨーク(A)24、26先端に発生する増幅された大きな磁界の影響を受ける領域をいう。薄膜ヨーク(A)24、26間に発生する磁界は、ギャップ内が最も大きくなるので、TMR膜(A)22は、ギャップ内に形成するのが最も好ましいが、TMR膜(A)22に作用する磁界が実用上十分な大きさであるときは、その全部又は一部がギャップ外(例えば、薄膜ヨーク(A)24、26の上面側又は下面側)にあっても良いことを意味する。
[1.2.2. Thin-film yoke (A)]
The thin film yokes (A) 24 and 26 are opposed to each other through a gap, and the TMR film (A) 22 is electrically connected to the thin film yokes (A) 24 and 26 in or near the gap.
Here, “near the gap” means a region affected by a large amplified magnetic field generated at the tips of the thin film yokes (A) 24 and 26. Since the magnetic field generated between the thin film yokes (A) 24 and 26 is the largest in the gap, the TMR film (A) 22 is most preferably formed in the gap, but acts on the TMR film (A) 22. When the magnetic field to be applied is sufficiently large in practice, it means that all or part of the magnetic field may be outside the gap (for example, the upper surface side or the lower surface side of the thin film yoke (A) 24, 26).

薄膜ヨーク(A)24、26は、TMR膜(A)22の磁界感度を高めるためのものであり、軟磁性材料からなる。弱磁界に対する高い磁界感度を得るためには、薄膜ヨーク(A)24、26には、透磁率μ及び/又は飽和磁化Msの高い材料を用いるのが好ましい。また、薄膜ヨーク(A)24、26の材料は、使用する外部磁界の範囲で磁気飽和のないものが好ましい。一方、軟磁性材料の透磁率μは、高いほど好ましく、例えば、5000以上が好ましい。   The thin film yokes (A) 24 and 26 are for increasing the magnetic field sensitivity of the TMR film (A) 22 and are made of a soft magnetic material. In order to obtain a high magnetic field sensitivity to a weak magnetic field, it is preferable to use a material having high permeability μ and / or saturation magnetization Ms for the thin film yokes (A) 24 and 26. The material of the thin-film yokes (A) 24 and 26 is preferably one that does not have magnetic saturation in the range of the external magnetic field to be used. On the other hand, the magnetic permeability μ of the soft magnetic material is preferably as high as possible. For example, 5000 or more is preferable.

このような条件を満たす軟磁性材料としては、具体的には、
(a)40〜90%Ni−Fe合金、Fe74Si9Al17、Fe12Ni82Nb6、Fe75.6Si13.28.5Nb1.9Cu0.8、Fe83Hf611、Fe85Zr105合金、Fe93Si34合金、Fe711118合金、
(b)40〜90%Ni−Fe合金/SiO2多層膜、
(c)Fe71.3Nd9.619.1ナノグラニュラー合金、Co70Al1020ナノグラニュラー合金、Co65Fe5Al1020ナノグラニュラー合金、
(d)Co35Fe35Mg1020ナノグラニュラー合金
などがある。
As a soft magnetic material satisfying such conditions, specifically,
(A) 40-90% Ni-Fe alloy, Fe 74 Si 9 Al 17 , Fe 12 Ni 82 Nb 6 , Fe 75.6 Si 13.2 B 8.5 Nb 1.9 Cu 0.8 , Fe 83 Hf 6 C 11 , Fe 85 Zr 10 B 5 Alloy, Fe 93 Si 3 N 4 alloy, Fe 71 B 11 N 18 alloy,
(B) 40-90% Ni—Fe alloy / SiO 2 multilayer film,
(C) Fe 71.3 Nd 9.6 O 19.1 nano granular alloy, Co 70 Al 10 O 20 nano granular alloy, Co 65 Fe 5 Al 10 O 20 nano granular alloy,
(D) Co 35 Fe 35 Mg 10 F 20 nano granular alloy.

[1.2.3. 磁界検出素子の形状及び寸法]
磁界検出素子20は、外部磁界の変化を検出するためのものである。そのため、感磁方向の磁界感度は大きいほど良い。
ここで、「感磁方向」とは、TMR膜(A)22の磁界感度が最大となるときの外部磁界の印加方向をいう。
[1.2.3. Shape and dimensions of magnetic field detection element]
The magnetic field detection element 20 is for detecting a change in the external magnetic field. Therefore, the larger the magnetic field sensitivity in the magnetic sensing direction, the better.
Here, the “magnetic direction” refers to the direction in which an external magnetic field is applied when the magnetic field sensitivity of the TMR film (A) 22 is maximized.

磁界検出素子20の各部の形状及び寸法は、感磁方向の磁界感度に影響を与える。一般に、ギャップの長さ(TMR膜(A)22の感磁方向の長さ)g1が短くなるほど、漏れ磁束が少なくなるので高感度となる。また、薄膜ヨーク(A)24、26の感磁方向の長さが長くなるほど、薄膜ヨーク(A)24、26の反磁界係数が小さくなるので高感度となる。そのため、磁界検出素子20の各部の形状及び寸法は、目的とする感度が得られるように、最適な形状及び寸法を選択するのが好ましい。 The shape and size of each part of the magnetic field detection element 20 affects the magnetic field sensitivity in the magnetic sensitive direction. Generally, the shorter the gap length (the length of the TMR film (A) 22 in the magnetic sensing direction) g 1 , the higher the sensitivity because the leakage magnetic flux decreases. Further, as the length of the thin film yokes (A) 24, 26 in the magnetic sensing direction becomes longer, the demagnetizing factor of the thin film yokes (A) 24, 26 becomes smaller, so that the sensitivity becomes higher. Therefore, it is preferable to select the optimal shape and size of each part of the magnetic field detection element 20 so that the desired sensitivity can be obtained.

[1.3. 温度補償素子]
温度補償素子30aは、トンネル磁気抵抗効果を有するTMR膜(B)32と、TMR膜(B)32の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク(B)34、36とを備えている。温度補償素子30aは、磁気シールド40aがない場合において、磁界検出素子20と同一又はそれ以上の磁界感度を持つものでも良い。しかし、温度変化に起因する誤差を小さくするためには、温度補償素子30aは、磁気シールド40aがない場合において、磁界検出素子20より磁界感度が低いものが好ましい。
[1.3. Temperature compensation element]
The temperature compensation element 30a includes a TMR film (B) 32 having a tunnel magnetoresistive effect, and a pair of thin film yokes (B) 34, 36 made of a soft magnetic material electrically connected to both ends of the TMR film (B) 32. And. The temperature compensation element 30a may have a magnetic field sensitivity equal to or higher than that of the magnetic field detection element 20 when the magnetic shield 40a is not provided. However, in order to reduce the error due to the temperature change, it is preferable that the temperature compensation element 30a has a lower magnetic field sensitivity than the magnetic field detection element 20 when the magnetic shield 40a is not provided.

[1.3.1. TMR膜(B)]
TMR膜(B)32の材料は、磁界検出素子20のTMR膜(A)22と異なる材料でも良く、あるいは、同一材料でも良い。TMR膜(B)32及びTMR膜(A)22に同一材料を用いると、1工程で双方のTMR膜を同時に形成することができるので、製造コストを低減することができる。
TMR膜(B)32の材料に関するその他の点は、TMR膜(A)22と同様であるので、説明を省略する。
[1.3.1. TMR film (B)]
The material of the TMR film (B) 32 may be a material different from the TMR film (A) 22 of the magnetic field detection element 20 or the same material. If the same material is used for the TMR film (B) 32 and the TMR film (A) 22, both TMR films can be formed simultaneously in one step, and thus the manufacturing cost can be reduced.
The other points regarding the material of the TMR film (B) 32 are the same as those of the TMR film (A) 22, and thus the description thereof is omitted.

[1.3.2. 薄膜ヨーク(B)]
薄膜ヨーク(B)34、36の材料は、磁界検出素子20の薄膜ヨーク(A)24、26と異なる材料でも良く、あるいは、同一材料でも良い。薄膜ヨーク(B)34、36及び薄膜ヨーク(A)24、26に同一材料を用いると、1工程で双方の薄膜ヨークを同時に形成することができるので、製造コストを低減することができる。
薄膜ヨーク(B)34、36の材料に関するその他の点は、薄膜ヨーク(A)24、26と同様であるので、説明を省略する。
[1.3.2. Thin-film yoke (B)]
The material of the thin film yokes (B) 34 and 36 may be different from the material of the thin film yokes (A) 24 and 26 of the magnetic field detection element 20 or may be the same material. If the same material is used for the thin-film yokes (B) 34 and 36 and the thin-film yokes (A) 24 and 26, both thin-film yokes can be formed at the same time in one step, so that the manufacturing cost can be reduced.
Since the other points regarding the material of the thin film yokes (B) 34 and 36 are the same as those of the thin film yokes (A) 24 and 26, description thereof will be omitted.

[1.3.3. 磁界感度]
温度補償素子30aは、温度変化に起因する抵抗値の変動を補償するためのものである。そのため、温度補償素子30aの磁界感度は、小さいほどよい。
温度補償素子30aの磁界感度を小さくする方法としては、温度補償素子30aの磁界感度そのものを小さくする方法と、後述する磁気シールド40aを用いて間接的に小さくする方法とがある。本発明においては、磁気シールド40aを用いているが、磁気シールド40aのみで完全に外部磁界を遮断することは難しい。そのため、磁気シールド40aを用いることに加えて、温度補償素子30aの磁界感度そのものを小さくするのが好ましい。
[1.3.3. Magnetic field sensitivity]
The temperature compensation element 30a is for compensating for a change in resistance value caused by a temperature change. For this reason, the smaller the magnetic field sensitivity of the temperature compensation element 30a, the better.
As a method of reducing the magnetic field sensitivity of the temperature compensation element 30a, there are a method of reducing the magnetic field sensitivity itself of the temperature compensation element 30a and a method of indirectly reducing it using a magnetic shield 40a described later. In the present invention, the magnetic shield 40a is used, but it is difficult to completely block the external magnetic field only by the magnetic shield 40a. Therefore, in addition to using the magnetic shield 40a, it is preferable to reduce the magnetic field sensitivity itself of the temperature compensation element 30a.

後述するように、温度補償素子30aの各部の寸法を最適化すると、温度補償素子30aの磁界感度(磁気シールド40aがない場合の磁界感度)は、磁界検出素子20のそれの1/2以下にすることができる。温度補償素子30aの磁界感度は、好ましくは、磁界検出素子20のそれの1/5以下、さらに好ましくは、1/10以下である。
ここで、「磁界感度」とは、外部磁場(厳密には素子の感磁方向成分の外部磁場)の変化に伴う、素子の電気比抵抗の変化し易さをいう。従って、「磁界感度が小さい」とは、外部磁場が大きく変化しても電気比抵抗が変化しにくい性質を意味する.一方、「磁界感度が大きい」とは、外部磁場の僅かな変化に対しても電気比抵抗が変化しやすい性質を意味する。本発明では、この両者を用いることで、環境温度が変化しても高性能な磁気センサとすることができる。
As will be described later, when the dimensions of each part of the temperature compensation element 30a are optimized, the magnetic field sensitivity of the temperature compensation element 30a (magnetic field sensitivity in the absence of the magnetic shield 40a) is ½ or less of that of the magnetic field detection element 20. can do. The magnetic field sensitivity of the temperature compensation element 30a is preferably 1/5 or less, more preferably 1/10 or less that of the magnetic field detection element 20.
Here, “magnetic field sensitivity” refers to the ease with which the electrical resistivity of an element changes due to a change in an external magnetic field (strictly, an external magnetic field of a component in the direction of magnetic sensing of the element). Therefore, “low magnetic field sensitivity” means that the electrical resistivity is difficult to change even if the external magnetic field changes greatly. On the other hand, “high magnetic field sensitivity” means a property in which the electrical resistivity easily changes even with a slight change in the external magnetic field. In the present invention, by using both, a high-performance magnetic sensor can be obtained even when the environmental temperature changes.

磁界感度を変化させる方法としては、特に限定されないが、例えば、ギャップ長(TMR膜の感磁方向の長さ)、薄膜ヨーク長さ(感磁方向と平行方向の長さ)、及び、薄膜ヨーク長さ/薄膜ヨーク幅で示されるアスペクト比を変更する方法が挙げられる。
ギャップ長が長くなると磁界感度が小さくなるため、温度補償素子のギャップ長は、磁界検出素子のギャップ長よりも長いほうが好ましい。
また、薄膜ヨークの長さが短くなると磁界感度が小さくなるため、温度補償素子の薄膜ヨーク長さは、磁界検出素子の薄膜ヨーク長さよりも短い方が好ましい。
さらに、アスペクト比が小さくなると磁界感度が小さくなるため、温度補償素子のアスペクト比は、磁界検出素子のアスペクト比より小さいほうが好ましい。
前記した3つの方法は1つだけ用いても良いが、複数用いることでより磁界感度を変化させることができる。したがって、図1では、前記した3つの方法を全て採用している。
The method for changing the magnetic field sensitivity is not particularly limited. For example, the gap length (the length in the magnetic sensing direction of the TMR film), the thin film yoke length (the length in the direction parallel to the magnetic sensing direction), and the thin film yoke are used. There is a method of changing the aspect ratio represented by length / thin film yoke width.
Since the magnetic field sensitivity decreases as the gap length increases, the gap length of the temperature compensation element is preferably longer than the gap length of the magnetic field detection element.
Further, since the magnetic field sensitivity decreases as the length of the thin film yoke becomes shorter, the thin film yoke length of the temperature compensation element is preferably shorter than the thin film yoke length of the magnetic field detection element.
Furthermore, since the magnetic field sensitivity decreases as the aspect ratio decreases, the aspect ratio of the temperature compensation element is preferably smaller than the aspect ratio of the magnetic field detection element.
Although only one of the three methods described above may be used, the magnetic field sensitivity can be changed by using a plurality of methods. Therefore, in FIG. 1, all the three methods described above are employed.

[1.3.4. 温度補償素子の形状及び寸法]
温度補償素子30aの各部の形状及び寸法は、感磁方向の磁界感度に影響を与える。一般に、ギャップの長さ(TMR膜(B)32の感磁方向の長さ)g2が長くなるほど、漏れ磁束が大きくなるので低感度となる。また、薄膜ヨーク(B)34、36の感磁方向の長さA1が短くなるほど、薄膜ヨーク(B)34、36の反磁界係数が大きくなるので低感度となる。そのため、温度補償素子30aの各部の形状及び寸法は、目的とする磁界感度が得られるように、最適な形状及び寸法を選択するのが好ましい。
[1.3.4. Temperature compensation element shape and dimensions]
The shape and size of each part of the temperature compensation element 30a affects the magnetic field sensitivity in the magnetic sensing direction. In general, as the gap length (the length in the magnetic sensing direction of the TMR film (B) 32) g 2 increases, the leakage magnetic flux increases, resulting in a low sensitivity. Further, as the length A 1 of the thin film yokes (B) 34, 36 in the magnetic sensing direction becomes shorter, the demagnetizing field coefficient of the thin film yokes (B) 34, 36 becomes larger, so the sensitivity becomes lower. For this reason, it is preferable to select the optimum shape and size of each part of the temperature compensation element 30a so that the desired magnetic field sensitivity can be obtained.

さらに、TMR膜(B)32の電気抵抗は、薄膜ヨーク(B)34、36のそれより遙かに大きいので、温度補償素子30aの電気抵抗は、TMR膜(B)32のそれにほぼ等しい。この点は、磁界検出素子20も同様である。
薄膜磁気センサ10aは、磁界検出素子20と温度補償素子30aの間の電位(中点電位)を出力し、中点電位を用いて磁界の強さを演算により求める。演算を容易化するためには、温度補償素子30aと磁界検出素子20の電気抵抗は、近接しているのが好ましい。
Furthermore, since the electric resistance of the TMR film (B) 32 is much larger than that of the thin film yokes (B) 34 and 36, the electric resistance of the temperature compensation element 30 a is almost equal to that of the TMR film (B) 32. This also applies to the magnetic field detection element 20.
The thin film magnetic sensor 10a outputs a potential (middle point potential) between the magnetic field detection element 20 and the temperature compensation element 30a, and obtains the strength of the magnetic field by calculation using the middle point potential. In order to facilitate the calculation, it is preferable that the electric resistances of the temperature compensation element 30a and the magnetic field detection element 20 are close to each other.

より具体的には、温度補償素子20及び磁界検出素子20は、次の式(1)の関係を満たしているのが好ましい。電気抵抗が近接している場合には、両者の抵抗差を無視することができるため、演算(補正処理)が不要となる。両者の抵抗差は、好ましくは、10%以下、さらに好ましくは、1%以下である。
|RH−RL|/RH≦0.1 ・・・(1)
但し、
Hは、前記TMR膜(A)の室温における抵抗値、
Lは、前記TMR膜(B)の室温における抵抗値。
More specifically, it is preferable that the temperature compensation element 20 and the magnetic field detection element 20 satisfy the relationship of the following formula (1). When the electrical resistances are close to each other, the resistance difference between the two can be ignored, so that calculation (correction processing) becomes unnecessary. The difference in resistance between the two is preferably 10% or less, more preferably 1% or less.
| R H −R L | / R H ≦ 0.1 (1)
However,
R H is the resistance value of the TMR film (A) at room temperature,
R L is the resistance value of the TMR film (B) at room temperature.

TMR膜(B)32及びTMR膜(A)22に同一材料を用いる場合、これらは1工程で同時に成膜されるため、通常、両者の膜厚はほぼ同一となる。そのため、TMR膜(B)32のギャップの長さg2及び感磁方向に対して垂直方向の長さ(図1に示す例では、薄膜ヨーク(B)の幅B1に等しい)を最適化すると、TMR膜(B)32の電気抵抗をTMR膜(A)22のそれと同一に維持したまま、磁界感度のみを低下させることができる。また、TMR膜(B)32の形状を最適化すると、温度補償素子30aの大型化を回避することができる。 In the case where the same material is used for the TMR film (B) 32 and the TMR film (A) 22, since these are formed simultaneously in one process, the film thicknesses of both are generally the same. Therefore, the gap length g 2 of the TMR film (B) 32 and the length perpendicular to the magnetic sensing direction (equal to the width B 1 of the thin film yoke (B) in the example shown in FIG. 1) are optimized. Then, only the magnetic field sensitivity can be lowered while maintaining the electrical resistance of the TMR film (B) 32 to be the same as that of the TMR film (A) 22. Further, when the shape of the TMR film (B) 32 is optimized, an increase in the size of the temperature compensation element 30a can be avoided.

例えば、TMR膜(B)32の形状をTMR膜(A)22と同一にすると、式(1)の関係は自動的に満たされる。この場合、温度補償素子30aの低感度化は、薄膜ヨーク(B)34、36の反磁界係数を大きくすることのみにより行われる。
一方、式(1)を満たすようにTMR膜(B)32の形状を変更すると、ギャップの長さg2の増大と、薄膜ヨーク(B)34、36の反磁界係数の増大の双方を用いて、温度補償素子30aをより低感度化することができる。
For example, when the shape of the TMR film (B) 32 is the same as that of the TMR film (A) 22, the relationship of the formula (1) is automatically satisfied. In this case, the temperature compensation element 30a is lowered in sensitivity only by increasing the demagnetizing factor of the thin film yokes (B) 34, 36.
On the other hand, when the shape of the TMR film (B) 32 is changed so as to satisfy the expression (1), both the increase in the gap length g 2 and the increase in the demagnetizing factor of the thin film yokes (B) 34 and 36 are used. Thus, the temperature compensation element 30a can be further reduced in sensitivity.

薄膜ヨーク(B)34、36の感磁方向に対して平行方向の長さA1は、特に限定されるものではなく、少なくともTMR膜(B)32と電気的接続が確保される長さであれば良い。但し、本実施の形態においては、薄膜ヨーク(B)34、36に配線が接続される。そのため、薄膜ヨーク(B)34、36の感磁方向の長さA1は、配線の接続が容易となる長さにするのが好ましい。 The length A 1 in the direction parallel to the magnetic sensing direction of the thin-film yokes (B) 34 and 36 is not particularly limited, and is at least a length that ensures electrical connection with the TMR film (B) 32. I need it. However, in the present embodiment, wiring is connected to the thin film yokes (B) 34 and 36. Therefore, it is preferable that the length A 1 in the magnetic sensing direction of the thin film yokes (B) 34 and 36 is set to a length that facilitates the connection of the wiring.

[1.4. 磁気シールド]
磁気シールド40aは、その内部に磁束を誘導することによって、温度補償素子30aへの磁束の流入を抑制するためのものである。本発明において、磁気シールド40aは、温度補償素子30aの周囲を囲むように基板上に形成されている。この点が従来とは異なる。
[1.4. Magnetic shield]
The magnetic shield 40a is for suppressing the inflow of the magnetic flux to the temperature compensation element 30a by inducing the magnetic flux therein. In the present invention, the magnetic shield 40a is formed on the substrate so as to surround the temperature compensation element 30a. This is different from the conventional one.

[1.4.1. 磁気シールドの材料]
本発明において、磁気シールド40aの材料には、薄膜ヨーク(B)34、36と同一材料が用いられる。これは、薄膜ヨーク(B)34、36及び磁気シールド40aを同時に形成し、製造工程を簡略化するためである。薄膜ヨーク(B)34、36の材料については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[1.4.1. Magnetic shield material]
In the present invention, the same material as the thin film yokes (B) 34 and 36 is used as the material of the magnetic shield 40a. This is because the thin-film yokes (B) 34 and 36 and the magnetic shield 40a are formed simultaneously to simplify the manufacturing process. The materials for the thin-film yokes (B) 34 and 36 are as described above, and will not be described.

[1.4.2. 磁気シールドの形状]
磁気シールド40aの形状は、温度補償素子30aへの磁束の流入を抑制することができる限りにおいて、特に限定されない。図1では、磁気シールド40aの形状は、外周形状及び内周形状がともに長方形である中空の矩形状になっているが、これは単なる例示である。
磁気シールド40aの形状としては、例えば、
(a)外周形状及び内周形状が共に円又は楕円であるもの、
(b)外周形状及び内周形状が共に五角形、六角形、八角形等の多角形であるもの、
(c)外周形状が円又は楕円であり、内周形状が多角形であるもの、
(d)外周形状が多角形状であり、内周形状が円又は楕円であるもの、
などがある。
[1.4.2. Magnetic shield shape]
The shape of the magnetic shield 40a is not particularly limited as long as it can suppress the inflow of magnetic flux to the temperature compensation element 30a. In FIG. 1, the shape of the magnetic shield 40a is a hollow rectangular shape in which both the outer peripheral shape and the inner peripheral shape are rectangular, but this is merely an example.
As the shape of the magnetic shield 40a, for example,
(A) The outer peripheral shape and the inner peripheral shape are both circular or elliptical,
(B) The outer peripheral shape and the inner peripheral shape are both polygons such as pentagons, hexagons, octagons,
(C) The outer peripheral shape is a circle or an ellipse, and the inner peripheral shape is a polygon.
(D) The outer peripheral shape is a polygonal shape, and the inner peripheral shape is a circle or an ellipse,
and so on.

[1.4.3. 磁気シールドの寸法]
磁気シールド40aの各部の寸法は、磁気シールド効果に影響を与える。
[1.4.3. Magnetic shield dimensions]
The size of each part of the magnetic shield 40a affects the magnetic shield effect.

[A. 磁気シールドの厚さ]
磁気シールド40aの厚さが薄膜ヨーク(B)34、36の厚さに対して薄くなりすぎると、磁束は薄膜ヨーク(B)34、36に流入しやすくなり、磁気シールド効果が低下する。一方、磁気シールド40aの厚さを必要以上に厚くしても、効果に差が無く、実益がない。温度補償素子30aへの磁束の流入を抑制するためには、磁気シールド40aの平均厚さは、薄膜ヨーク(B)34、36とほぼ同等であるのが好ましい。
[A. Magnetic shield thickness]
If the thickness of the magnetic shield 40a is too thin with respect to the thickness of the thin film yokes (B) 34, 36, the magnetic flux easily flows into the thin film yokes (B) 34, 36, and the magnetic shielding effect is reduced. On the other hand, even if the thickness of the magnetic shield 40a is increased more than necessary, there is no difference in effect and there is no actual benefit. In order to suppress the inflow of magnetic flux to the temperature compensation element 30a, the average thickness of the magnetic shield 40a is preferably substantially the same as that of the thin film yokes (B) 34 and 36.

磁気シールド40aは、薄膜ヨーク(A)24、26及び薄膜ヨーク(B)34、36とは別個に形成することもできる。しかし、製造コストを低減するためには、磁気シールド40aと、薄膜ヨーク(B)34、36(及び、薄膜ヨーク(A)24、26)とを1工程で同時に成膜するのが好ましい。磁気シールド40aと薄膜ヨーク(B)34、36とを同時に成膜すると、通常、両者の平均厚さは、ほぼ同じ(膜厚差として、例えば、10%以下)になる。なお、平均厚さは、任意の箇所の断面についてSEM観察による膜厚測定を複数回行い、平均値を算出すれば良い。   The magnetic shield 40a may be formed separately from the thin film yokes (A) 24, 26 and the thin film yokes (B) 34, 36. However, in order to reduce the manufacturing cost, it is preferable to simultaneously form the magnetic shield 40a and the thin film yokes (B) 34 and 36 (and the thin film yokes (A) 24 and 26) in one step. When the magnetic shield 40a and the thin film yokes (B) 34 and 36 are formed simultaneously, the average thickness of the two is generally the same (the difference in film thickness is, for example, 10% or less). In addition, what is necessary is just to calculate an average value by performing the film thickness measurement by SEM observation several times about the cross section of arbitrary places.

[B. 磁気シールドの平面方向の寸法]
高い磁気シールド効果を得るためには、温度補償素子30aの感磁方向への磁束の流入が抑制されるように、各部の寸法を決定するのが好ましい。具体的には、磁気シールド40aは、次の式(11)〜式(14)を満たしているのが好ましい。
100nm≦aALL<20μm ・・・(11)
100nm≦bALL<20μm ・・・(12)
(B1+2b)MAX/2*0.75≦A2MIN ・・・(13)
(B1+2b)MAX/2*0.75≦B2MIN ・・・(14)
但し、
ALLは、前記温度補償素子の感磁方向に対して平行方向の前記薄膜ヨーク(B)と前記磁気シールドの間の隙間の長さ(a)であって、あらゆる箇所における長さ、
ALLは、前記温度補償素子の感磁方向に対して垂直方向の前記薄膜ヨーク(B)と前記磁気シールドとの間の隙間の長さ(b)であって、あらゆる箇所における長さ、
1は、前記薄膜ヨーク(B)の幅、
(B1+2b)MAXは、前記温度補償素子の感磁方向に対して垂直方向の前記磁気シールド間の距離(B1+2b)の最大値、
2MINは、前記温度補償素子の感磁方向に対して平行方向の前記磁気シールドの長さ(A2)の最小値、
2MINは、前記温度補償素子の感磁方向に対して垂直方向の前記磁気シールドの長さ(B2)の最小値。
[B. Magnetic shield planar dimensions]
In order to obtain a high magnetic shielding effect, it is preferable to determine the dimensions of each part so that the inflow of magnetic flux in the direction of magnetic sensing of the temperature compensation element 30a is suppressed. Specifically, the magnetic shield 40a preferably satisfies the following expressions (11) to (14).
100 nm ≦ a ALL <20 μm (11)
100 nm ≦ b ALL <20 μm (12)
(B 1 + 2b) MAX / 2 * 0.75 ≦ A 2MIN (13)
(B 1 + 2b) MAX / 2 * 0.75 B 2MIN (14)
However,
a ALL is the length (a) of the gap between the thin-film yoke (B) and the magnetic shield in the direction parallel to the magnetic sensing direction of the temperature compensation element,
b ALL is the length (b) of the gap between the thin-film yoke (B) and the magnetic shield in the direction perpendicular to the magnetic sensing direction of the temperature compensation element,
B 1 is the width of the thin film yoke (B),
(B 1 + 2b) MAX is the maximum value of the distance (B 1 + 2b) between the magnetic shields in the direction perpendicular to the magnetic sensing direction of the temperature compensation element,
A 2MIN is the minimum value of the length (A 2 ) of the magnetic shield in the direction parallel to the magnetic sensing direction of the temperature compensation element,
B 2MIN is the minimum value of the length (B 2 ) of the magnetic shield in the direction perpendicular to the magnetic sensing direction of the temperature compensation element.

ここで、式(11)及び式(12)は、それぞれ、「a」及び「b」が場所によって異なる場合であっても、あらゆる箇所の「a」及び「b」に関して成り立つことが好ましいことを表す。
また、式(13)及び式(14)は、それぞれ、A2及びB2が場所によって異なる場合であっても、少なくともA2MIN及びB2MINに関して成り立つことが好ましいことを表す。
なお、後述するように、薄膜ヨークを延長して磁気シールドに接続する場合、「bALL」には、薄膜ヨークと磁気シールドが連結している部分を含まない。この点は、「aALL」も同様である。
Here, it is preferable that the expressions (11) and (12) hold for “a” and “b” everywhere, even when “a” and “b” differ from place to place. Represent.
Moreover, Formula (13) and Formula (14) show that it is preferable that A 2MIN and B 2MIN are satisfied at least even when A 2 and B 2 are different depending on locations.
As will be described later, when the thin film yoke is extended and connected to the magnetic shield, “b ALL ” does not include a portion where the thin film yoke and the magnetic shield are connected. This also applies to “a ALL ”.

式(11)は、aALLの許容範囲を表す。aALLが短すぎると、磁気シールド40aと温度補償素子30aが短絡するおそれがある。従って、aALLは、100nm以上が好ましい。aALLは、好ましくは、1μm以上、さらに好ましくは、3μm以上である。
一方、aALLが大きくなりすぎると、磁気シールド効果が薄れ、薄膜磁気センサ10aも大型化する。従って、aALLは、20μm以下が好ましい。aALLは、さらに好ましくは、10μm以下である。
Formula (11) represents the allowable range of a ALL . If a ALL is too short, the magnetic shield 40a and the temperature compensation element 30a may be short-circuited. Accordingly, a ALL is preferably 100 nm or more. a ALL is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more.
On the other hand, if a ALL becomes too large, the magnetic shielding effect is reduced and the thin film magnetic sensor 10a is also enlarged. Therefore, a ALL is preferably 20 μm or less. a ALL is more preferably 10 μm or less.

式(12)は、bALLの許容範囲を表す。bALLが短すぎると、磁気シールド40aと温度補償素子30aが短絡するおそれがある。従って、bALLは、100nm以上が好ましい。bALLは、好ましくは、1μm以上、さらに好ましくは、3μm以上である。
一方、bALLが大きくなりすぎると、実益が無いだけでなく、薄膜磁気センサ10aが大型化する。従って、bALLは、20μm以下が好ましい。bALLは、さらに好ましくは、10μm以下である。
Equation (12) represents the allowable range of b ALL . If b ALL is too short, the magnetic shield 40a and the temperature compensation element 30a may be short-circuited. Therefore, b ALL is preferably 100 nm or more. b ALL is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more.
On the other hand, if b ALL becomes too large, not only will there be no profit, but the thin-film magnetic sensor 10a will become large. Therefore, b ALL is preferably 20 μm or less. b ALL is more preferably 10 μm or less.

式(13)は、A2の許容範囲を表す。A2が小さくなるほど、磁気シールド効果が薄れる。従って、A2MINは、(B1+2b)MAX/2*0.75以上が好ましい。A2MINは、さらに好ましくは、(B1+2b)MAX/2*1.0以上である。
一方、A2を必要以上に大きくしても、磁気シールド効果に差が無く、実益がない。また、A2を必要以上に大きくすると、薄膜磁気センサ10aが大型化する。従って、A2の最大値(A2MAX)は、(B1+2b)MAX/2*37.5以下が好ましい。A2MAXは、さらに好ましくは、(B1+2b)MAX/2*18.75以下である。
Equation (13) represents the allowable range of A 2. The smaller A 2 is, the less the magnetic shielding effect is. Therefore, A 2MIN is preferably (B 1 + 2b) MAX /2*0.75 or more. A 2MIN is more preferably (B 1 + 2b) MAX /2*1.0 or more.
On the other hand, even if A 2 is increased more than necessary, there is no difference in the magnetic shielding effect and there is no actual benefit. Further, if A 2 is increased more than necessary, the thin film magnetic sensor 10a is increased in size. Therefore, the maximum value of A 2 (A 2MAX ) is preferably (B 1 + 2b) MAX / 2 * 37.5 or less. A 2MAX is more preferably (B 1 + 2b) MAX /2*18.75 or less.

式(14)は、B2の許容範囲を表す。B2が小さくなるほど、磁気シールド効果が薄れる。従って、B2MINは、(B1+2b)MAX/2*0.75以上が好ましい。B2MINは、さらに好ましくは、(B1+2b)MAX/2*1.0以上である。
一方、B2を必要以上に大きくしても、磁気シールド効果に差が無く、実益がない。また、B2を必要以上に大きくすると、薄膜磁気センサ10aが大型化する。従って、B2の最大値(B2MAX)は、(B1+2b)MAX/2*37.5以下が好ましい。B2MAXは、さらに好ましくは、(B1+2b)MAX/2*18.75以下である。
Equation (14) represents the tolerance of B 2. The smaller the B 2 , the less the magnetic shielding effect. Therefore, B 2MIN is preferably (B 1 + 2b) MAX /2*0.75 or more. B 2MIN is more preferably (B 1 + 2b) MAX /2*1.0 or more.
On the other hand, even if B 2 is increased more than necessary, there is no difference in the magnetic shielding effect and there is no actual benefit. Further, if B 2 is increased more than necessary, the thin film magnetic sensor 10a is increased in size. Therefore, the maximum value of B 2 (B 2MAX ) is preferably (B 1 + 2b) MAX /2*37.5 or less. B 2MAX is more preferably (B 1 + 2b) MAX /2*18.75 or less.

磁気シールド40aの外周の幅W、外周の長さLは、磁気シールド40aの他の部分の寸法と、温度補償素子30aの大きさが定まると、一義的に定まる。   The outer peripheral width W and the outer peripheral length L of the magnetic shield 40a are uniquely determined when the dimensions of the other portions of the magnetic shield 40a and the size of the temperature compensation element 30a are determined.

[1.5. 配置及び接続]
磁界検出素子20と温度補償素子30bの配置は、特に限定されない。例えば、図1に示すように、磁界検出素子20と温度補償素子30aの感磁方向が平行となるようにこれらを配置しても良い。あるいは、図示はしないが、磁界検出素子20と温度補償素子30aの感磁方向が非平行となるようにこれらを配置しても良い。
[1.5. Arrangement and connection]
The arrangement of the magnetic field detection element 20 and the temperature compensation element 30b is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 1, they may be arranged so that the magnetic sensing directions of the magnetic field detection element 20 and the temperature compensation element 30a are parallel to each other. Alternatively, although not shown, they may be arranged so that the magnetic sensing directions of the magnetic field detection element 20 and the temperature compensation element 30a are non-parallel.

また、図1に示す例において、薄膜磁気センサ10aは、磁界検出素子20と温度補償素子30aが直列に接続されたハーフブリッジ回路からなる。このハーフブリッジ回路を2つ組み合わせると、フルブリッジ回路となる。本発明は、ハーフブリッジ回路及びフルブリッジ回路のいずれにも適用することができる。フルブリッジ回路の場合、各ハーフブリッジ回路の中点電位の差分が出力される。   Further, in the example shown in FIG. 1, the thin film magnetic sensor 10a includes a half bridge circuit in which a magnetic field detection element 20 and a temperature compensation element 30a are connected in series. A combination of two half bridge circuits results in a full bridge circuit. The present invention can be applied to both a half bridge circuit and a full bridge circuit. In the case of a full bridge circuit, the difference between the midpoint potentials of the half bridge circuits is output.

[2. 薄膜磁気センサ(2)]
図2(A)に、本発明の第2の実施の形態に係る薄膜磁気センサの平面図を示す。また、図2(B)に、温度補償素子及び磁気シールドの拡大平面図を示す。なお、図2においては、見やすくするために、部分的にハッチングを施してある。
[2. Thin-film magnetic sensor (2)]
FIG. 2A shows a plan view of a thin film magnetic sensor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 2B shows an enlarged plan view of the temperature compensation element and the magnetic shield. In FIG. 2, hatching is partially applied for easy viewing.

図2において、薄膜磁気センサ10bは、
基板(図示せず)と、
基板上に形成された、外部磁界の変化を検出するための磁界検出素子20と、
基板上に形成され、かつ、磁界検出素子20に直列に接続された、温度変化に起因する抵抗値の変動を補償するための温度補償素子30bと、
基板上に形成された、温度補償素子30bの周囲を囲む磁気シールド40bと
を備えている。
In FIG. 2, the thin film magnetic sensor 10b is
A substrate (not shown);
A magnetic field detection element 20 for detecting a change in an external magnetic field formed on the substrate;
A temperature compensation element 30b formed on the substrate and connected in series to the magnetic field detection element 20 to compensate for a variation in resistance value caused by a temperature change;
A magnetic shield 40b formed on the substrate and surrounding the temperature compensation element 30b.

本実施の形態において、
磁気シールド40bは、スリット42、44により2つのシールド片46、48に分割されており、
分割された各シールド片46、68は、それぞれ、一対の前記薄膜ヨーク(B)34、36に電気的に接続されている。この点が第1の実施の形態とは異なる。
In this embodiment,
The magnetic shield 40b is divided into two shield pieces 46 and 48 by slits 42 and 44,
The divided shield pieces 46 and 68 are electrically connected to the pair of thin film yokes (B) 34 and 36, respectively. This is different from the first embodiment.

[2.1. 基板]
基板の詳細は、第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
[2.1. substrate]
Since the details of the substrate are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.

[2.2. 磁界検出素子]
磁界検出素子20は、トンネル磁気抵抗効果を有するTMR膜(A)22と、TMR膜(A)22の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク(A)24、26とを備えている。磁界検出素子20の詳細は、第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
[2.2. Magnetic field detection element]
The magnetic field detection element 20 includes a TMR film (A) 22 having a tunnel magnetoresistive effect, and a pair of thin film yokes (A) 24 and 26 made of a soft magnetic material electrically connected to both ends of the TMR film (A) 22. And. The details of the magnetic field detection element 20 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.

[2.3. 温度補償素子]
温度補償素子30bは、トンネル磁気抵抗効果を有するTMR膜(B)32と、TMR膜(B)32の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク(B)34、36とを備えている。温度補償素子30aは、磁界検出素子20より磁界感度が低いものが好ましい。さらに、薄膜ヨーク(B)34、36は、感磁方向に対して垂直方向に延長されており、それぞれ、シールド片46、48と一体化している。この点が、第1の実施の形態とは異なる。
[2.3. Temperature compensation element]
The temperature compensation element 30b includes a TMR film (B) 32 having a tunnel magnetoresistive effect, and a pair of thin film yokes (B) 34, 36 made of a soft magnetic material electrically connected to both ends of the TMR film (B) 32. And. The temperature compensation element 30a preferably has a lower magnetic field sensitivity than the magnetic field detection element 20. Further, the thin film yokes (B) 34 and 36 are extended in the direction perpendicular to the magnetic sensing direction, and are integrated with the shield pieces 46 and 48, respectively. This point is different from the first embodiment.

さらに、本実施の形態において、温度補償素子30bの配線の接続は、シールド片46、48を介して行われる。そのため、薄膜ヨーク(B)34、36の感磁方向の長さA1は、配線の容易性を考慮することなく、目的に応じて任意に選択することができる。
温度補償素子30bのその他の点については、第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
Further, in the present embodiment, the wiring of the temperature compensation element 30 b is connected through the shield pieces 46 and 48. Therefore, the length A 1 in the magnetic sensing direction of the thin-film yokes (B) 34 and 36 can be arbitrarily selected according to the purpose without considering the ease of wiring.
The other points of the temperature compensation element 30b are the same as those of the first embodiment, and thus description thereof is omitted.

[2.4. 磁気シールド]
磁気シールド40bは、その内部に磁束を誘導することによって、温度補償素子30bへの磁束の流入を抑制するためのものである。磁気シールド40bは、温度補償素子30bの周囲を囲むように形成されている。さらに、磁気シールド40bは、スリット42、44により2つのシールド片46、48に分割されている。
[2.4. Magnetic shield]
The magnetic shield 40b is for suppressing the inflow of the magnetic flux to the temperature compensation element 30b by inducing the magnetic flux therein. The magnetic shield 40b is formed so as to surround the temperature compensation element 30b. Further, the magnetic shield 40 b is divided into two shield pieces 46 and 48 by slits 42 and 44.

スリット42、44の位置は、特に限定されるものではなく、磁気シールド40bの形状や温度補償素子30bの形状、磁界検出素子20の配置、配線接続方法などに応じて、最適な位置を選択することができる。
但し、シールド片46、48の体積が互いに著しく相違すると、均等に磁束を逃がすことができなくなる。そのため、シールド片46とシールド片48の体積比が30:70〜70:30となるように、スリット42、44の位置を定めるのが好ましい。
The positions of the slits 42 and 44 are not particularly limited, and an optimum position is selected according to the shape of the magnetic shield 40b, the shape of the temperature compensation element 30b, the arrangement of the magnetic field detection element 20, the wiring connection method, and the like. be able to.
However, if the volumes of the shield pieces 46 and 48 are significantly different from each other, the magnetic flux cannot be evenly released. Therefore, it is preferable to determine the positions of the slits 42 and 44 so that the volume ratio between the shield piece 46 and the shield piece 48 is 30:70 to 70:30.

一方、スリット42、44の幅は、磁気シールド効果に影響を与える。スリット42、44の幅は、具体的には、次の式(15)の関係を満しているのが好ましい。
100nm≦cALL≦2μm ・・・(15)
但し、cALLは、前記スリットの幅(c)であって、あらゆる箇所における幅。
ここで、式(15)は、「c」が場所によって異なる場合であっても、あらゆる箇所の「c」に関して成り立つことが好ましいことを表す。
On the other hand, the width of the slits 42 and 44 affects the magnetic shield effect. Specifically, it is preferable that the widths of the slits 42 and 44 satisfy the relationship of the following formula (15).
100 nm ≦ c ALL ≦ 2 μm (15)
However, c ALL is the width (c) of the slit, and is the width at every point.
Here, the expression (15) indicates that it is preferable to hold for “c” everywhere, even when “c” varies from place to place.

式(15)は、cALLの許容範囲を表す。cALLが短すぎると、シールド片46、48が短絡するおそれがある。従って、cALLは、100nm以上が好ましい。cALLは、好ましくは、1μm以上である。
一方、cALLが大きくなりすぎると、漏れ磁束が大きくなり、磁気シールド効果が薄れる。従って、cALLは、2μm以下が好ましい。
Equation (15) represents the allowable range of c ALL . If the c ALL is too short, the shield pieces 46 and 48 may be short-circuited. Therefore, c ALL is preferably 100 nm or more. c ALL is preferably 1 μm or more.
On the other hand, if c ALL becomes too large, the magnetic flux leakage increases and the magnetic shielding effect is reduced. Therefore, c ALL is preferably 2 μm or less.

磁気シールド40bに関するその他の点については、第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。   Other points regarding the magnetic shield 40b are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

[2.5. 配置及び接続]
本実施の形態において、温度補償素子30bは、シールド片46、48を介して配線の接続が行われる。磁界検出素子20と温度補償素子30bの配置及び配線のその他の点については、第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
[2.5. Arrangement and connection]
In the present embodiment, the temperature compensation element 30 b is connected to the wiring via the shield pieces 46 and 48. Since the arrangement of the magnetic field detection element 20 and the temperature compensation element 30b and the other points of the wiring are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.

[3. 薄膜磁気センサの製造方法]
本発明に係る薄膜磁気センサ10a、10bは、基板表面に、所定の組成を持つ薄膜を所定の順序で積層することにより製造することができる。この時、磁気シールド40a、40bと薄膜ヨーク(B)32、34とを同時に成膜すると、製造工程を簡略化することができる。
[3. Manufacturing method of thin film magnetic sensor]
The thin film magnetic sensors 10a and 10b according to the present invention can be manufactured by laminating thin films having a predetermined composition on a substrate surface in a predetermined order. At this time, if the magnetic shields 40a and 40b and the thin film yokes (B) 32 and 34 are formed at the same time, the manufacturing process can be simplified.

[4. 作用]
磁気センサは、一般に、温度により抵抗値が変化する。そのため、単一の素子のみを用いて外部磁界を検出すると、温度変化が生じた時に外部磁界の検出精度が低下するという問題がある。この問題を解決するために、同一構造の2つの素子を直列に接続してハーフブリッジ構造とし、一方をそのまま高感度素子として用い、他方の上面を軟磁性材料からなる磁気シールドで被覆して低感度素子とすることが行われている。しかし、この方法では、磁気シールドの成膜工程が必要となるので、製造コストを増大させる原因となる。
[4. Action]
In general, the resistance value of a magnetic sensor varies with temperature. Therefore, when an external magnetic field is detected using only a single element, there is a problem that the detection accuracy of the external magnetic field decreases when a temperature change occurs. In order to solve this problem, two elements having the same structure are connected in series to form a half-bridge structure, one is used as it is as a high-sensitivity element, and the other upper surface is covered with a magnetic shield made of a soft magnetic material. Making it a sensitivity element is performed. However, this method requires a magnetic shield film forming step, which increases the manufacturing cost.

また、TMR膜を用いた磁気センサにおいては、薄膜ヨークの感磁方向の長さを短くしたり、あるいはギャップの長さを長くすることで、低感度化することも考えられる。しかし、この方法では、低感度化が不十分であったり、抵抗値の絶対値の増大や素子サイズの著しい増加等のデメリットがある。
さらに、低感度素子の薄膜ヨークの材料を非磁性材料にすることも考えられる。しかし、この方法では非磁性膜の成膜工程とそれに付随するマスク、加工工程が増加する。
In addition, in a magnetic sensor using a TMR film, it is conceivable to reduce the sensitivity by shortening the length of the thin film yoke in the magnetic sensing direction or increasing the length of the gap. However, this method has disadvantages such as insufficient sensitivity reduction, an increase in the absolute value of the resistance value, and a significant increase in the element size.
Furthermore, it is conceivable to use a non-magnetic material for the thin film yoke of the low sensitivity element. However, this method increases the number of steps of forming the nonmagnetic film, the masks accompanying it, and the processing steps.

これに対し、磁界検出素子と温度補償素子を直列に接続してブリッジ回路を構成し、温度補償素子の周囲を薄膜ヨークと同一材料からなる磁気シールドで囲うと、温度補償素子付近の磁束が磁気シールドに積極的に誘導される。その結果、温度補償素子のTMR膜に流れる磁束が低減し、より低感度化する。また、これによって環境温度が変化した場合であっても、外部磁界の変化を正確に検出することができる。   On the other hand, if a magnetic field detection element and a temperature compensation element are connected in series to form a bridge circuit and the temperature compensation element is surrounded by a magnetic shield made of the same material as the thin film yoke, the magnetic flux near the temperature compensation element is magnetized. Be actively guided to the shield. As a result, the magnetic flux flowing through the TMR film of the temperature compensation element is reduced and the sensitivity is further lowered. Further, even when the environmental temperature changes due to this, a change in the external magnetic field can be accurately detected.

また、磁気シールドの材料には、薄膜ヨークと同一材料を用いることができるので、薄膜ヨークを成膜する際に同時に磁気シールドを形成することができる。そのため、低感度化に伴う工程数の変化もなく、容易に低感度の素子が得られる。
さらに、磁気シールドを2分割し、分割されたシールド片をそれぞれ温度補償素子の一対の薄膜ヨーク(B)に接続すれば、配線の接続も容易化する。
Further, since the same material as the thin film yoke can be used as the material for the magnetic shield, the magnetic shield can be formed simultaneously with the formation of the thin film yoke. Therefore, there is no change in the number of steps associated with the reduction in sensitivity, and a low-sensitivity element can be easily obtained.
Furthermore, if the magnetic shield is divided into two parts and the divided shield pieces are connected to the pair of thin film yokes (B) of the temperature compensation element, wiring connection is facilitated.

(実施例1、比較例1)
[1. 試料の作製]
図2に示す形状を持つ薄膜磁気センサを作製した(実施例1)。また、磁気シールドを備えていない以外は、実施例1と同一の形状を持つ磁気センサを作製した(比較例1)。
(Example 1, Comparative Example 1)
[1. Preparation of sample]
A thin film magnetic sensor having the shape shown in FIG. 2 was produced (Example 1). A magnetic sensor having the same shape as that of Example 1 was prepared except that no magnetic shield was provided (Comparative Example 1).

[2. 試験方法及び結果]
得られた薄膜磁気センサに外部磁界を印加し、TMR素子(温度補償素子30b)位置での磁束密度を測定した。図3に、外部印加磁束密度とTMR素子位置での磁束密度との関係を示す。比較例1の薄膜磁気センサは、外部印加磁束密度よりもTMR素子位置での磁束密度が高くなった。これは、薄膜ヨークの集磁効果により、TMR素子部に磁束が集中するためである。これに対し、実施例1の薄膜磁気センサは、外部印加磁束密度よりもTMR素子位置での磁束密度が低くなった。これは、磁気シールドを介して、外部磁束がTMR素子を迂回するためである。
[2. Test method and results]
An external magnetic field was applied to the obtained thin film magnetic sensor, and the magnetic flux density at the position of the TMR element (temperature compensation element 30b) was measured. FIG. 3 shows the relationship between the externally applied magnetic flux density and the magnetic flux density at the TMR element position. In the thin film magnetic sensor of Comparative Example 1, the magnetic flux density at the TMR element position was higher than the externally applied magnetic flux density. This is because the magnetic flux concentrates on the TMR element due to the magnetic flux collecting effect of the thin film yoke. On the other hand, in the thin film magnetic sensor of Example 1, the magnetic flux density at the TMR element position was lower than the externally applied magnetic flux density. This is because the external magnetic flux bypasses the TMR element via the magnetic shield.

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。   The embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

本発明に係る薄膜磁気センサは、自動車の車軸、ロータリーエンコーダ、産業用歯車等の回転情報の検出、油圧式シリンダ/空気式シリンダのストロークポジション、工作機械のスライド等の位置・速度情報の検出、工業用溶接ロボットのアーク電流等の電流情報の検出、地磁気方位コンパスなどに用いることができる。
また、TMR膜とその両端に配置された薄膜ヨークを備えた磁気抵抗素子は、磁気センサとして特に好適であるが、磁気抵抗素子の用途は、これに限定されるものではなく、磁気メモリ、磁気ヘッド等としても用いることができる。
The thin film magnetic sensor according to the present invention detects rotation information of automobile axles, rotary encoders, industrial gears, etc., detects position / speed information of hydraulic cylinder / pneumatic cylinder stroke position, machine tool slide, etc. It can be used for detection of current information such as arc current of an industrial welding robot, a geomagnetic compass, and the like.
A magnetoresistive element having a TMR film and thin film yokes disposed at both ends thereof is particularly suitable as a magnetic sensor. However, the use of the magnetoresistive element is not limited to this, but a magnetic memory, magnetic It can also be used as a head or the like.

10a、10b 薄膜磁気センサ
20 磁界検出素子
22 TMR膜(A)
24、26 薄膜ヨーク(A)
30a、30b 温度補償素子
32 TMR膜(B)
34、36 薄膜ヨーク(B)
40a、40b 磁気シールド
42、44 スリット
10a, 10b Thin film magnetic sensor 20 Magnetic field detection element 22 TMR film (A)
24, 26 Thin film yoke (A)
30a, 30b Temperature compensation element 32 TMR film (B)
34, 36 Thin-film yoke (B)
40a, 40b Magnetic shield 42, 44 Slit

Claims (7)

以下の構成を備えた薄膜磁気センサ。
(1)前記薄膜磁気センサは、
基板と、
前記基板上に形成された、外部磁界の変化を検出するための磁界検出素子と、
前記基板上に形成され、かつ、前記磁界検出素子に直列に接続された、温度変化に起因する抵抗値の変動を補償するための温度補償素子と、
前記基板上に形成された、前記温度補償素子の周囲を囲む磁気シールドと
を備えている。
(2)前記磁界検出素子は、
トンネル磁気抵抗効果を有するTMR膜(A)と、
前記TMR膜(A)の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク(A)と
を備えている。
(3)前記温度補償素子は、
トンネル磁気抵抗効果を有するTMR膜(B)と、
前記TMR膜(B)の両端に電気的に接続された軟磁性材料からなる一対の薄膜ヨーク(B)と
を備えている。
(4)前記磁気シールドは、前記薄膜ヨーク(B)と同一材料からなる。
A thin film magnetic sensor having the following configuration.
(1) The thin film magnetic sensor
A substrate,
A magnetic field detection element for detecting a change in an external magnetic field formed on the substrate;
A temperature compensation element formed on the substrate and connected in series to the magnetic field detection element for compensating for a variation in resistance value caused by a temperature change;
And a magnetic shield formed on the substrate and surrounding the temperature compensation element.
(2) The magnetic field detecting element is
A TMR film (A) having a tunnel magnetoresistance effect;
A pair of thin film yokes (A) made of a soft magnetic material electrically connected to both ends of the TMR film (A).
(3) The temperature compensation element is
A TMR film (B) having a tunnel magnetoresistance effect;
A pair of thin film yokes (B) made of a soft magnetic material electrically connected to both ends of the TMR film (B).
(4) The magnetic shield is made of the same material as the thin film yoke (B).
前記温度補償素子の磁界感度は、前記磁界検出素子のそれより低い請求項1に記載の薄膜磁気センサ。   The thin film magnetic sensor according to claim 1, wherein the magnetic field sensitivity of the temperature compensation element is lower than that of the magnetic field detection element. 前記温度補償素子の磁界感度は、前記磁界検出素子のそれの1/2以下である請求項1又は2に記載の薄膜磁気センサ。   3. The thin film magnetic sensor according to claim 1, wherein a magnetic field sensitivity of the temperature compensation element is ½ or less of that of the magnetic field detection element. 次の式(1)の関係を満たす請求項1から3までのいずれか1項に記載の薄膜磁気センサ。
|RH−RL|/RH≦0.1 ・・・(1)
但し、
Hは、前記TMR膜(A)の室温における抵抗値、
Lは、前記TMR膜(B)の室温における抵抗値。
The thin film magnetic sensor of any one of Claim 1 to 3 satisfy | filling the relationship of following Formula (1).
| R H −R L | / R H ≦ 0.1 (1)
However,
R H is the resistance value of the TMR film (A) at room temperature,
R L is the resistance value of the TMR film (B) at room temperature.
次の式(11)〜式(14)の関係を満たす請求項1から4までのいずれか1項に記載の薄膜磁気センサ。
100nm≦aALL<20μm ・・・(11)
100nm≦bALL<20μm ・・・(12)
(B1+2b)MAX/2*0.75≦A2MIN ・・・(13)
(B1+2b)MAX/2*0.75≦B2MIN ・・・(14)
但し、
ALLは、前記温度補償素子の感磁方向に対して平行方向の前記薄膜ヨーク(B)と前記磁気シールドの間の隙間の長さ(a)であって、あらゆる箇所における長さ、
ALLは、前記温度補償素子の感磁方向に対して垂直方向の前記薄膜ヨーク(B)と前記磁気シールドとの間の隙間の長さ(b)であって、あらゆる箇所における長さ、
1は、前記薄膜ヨーク(B)の幅、
(B1+2b)MAXは、前記温度補償素子の感磁方向に対して垂直方向の前記磁気シールド間の距離(B1+2b)の最大値、
2MINは、前記温度補償素子の感磁方向に対して平行方向の前記磁気シールドの長さ(A2)の最小値、
2MINは、前記温度補償素子の感磁方向に対して垂直方向の前記磁気シールドの長さ(B2)の最小値。
The thin film magnetic sensor of any one of Claim 1 to 4 which satisfy | fills the relationship of following Formula (11)-Formula (14).
100 nm ≦ a ALL <20 μm (11)
100 nm ≦ b ALL <20 μm (12)
(B 1 + 2b) MAX / 2 * 0.75 ≦ A 2MIN (13)
(B 1 + 2b) MAX / 2 * 0.75 B 2MIN (14)
However,
a ALL is the length (a) of the gap between the thin-film yoke (B) and the magnetic shield in the direction parallel to the magnetic sensing direction of the temperature compensation element,
b ALL is the length (b) of the gap between the thin-film yoke (B) and the magnetic shield in the direction perpendicular to the magnetic sensing direction of the temperature compensation element,
B 1 is the width of the thin film yoke (B),
(B 1 + 2b) MAX is the maximum value of the distance (B 1 + 2b) between the magnetic shields in the direction perpendicular to the magnetic sensing direction of the temperature compensation element,
A 2MIN is the minimum value of the length (A 2 ) of the magnetic shield in the direction parallel to the magnetic sensing direction of the temperature compensation element,
B 2MIN is the minimum value of the length (B 2 ) of the magnetic shield in the direction perpendicular to the magnetic sensing direction of the temperature compensation element.
前記磁気シールドは、スリットにより2つのシールド片に分割されており、
分割された前記各シールド片は、それぞれ、一対の前記薄膜ヨーク(B)に電気的に接続されている
請求項1から5までのいずれか1項に記載の薄膜磁気センサ。
The magnetic shield is divided into two shield pieces by a slit,
6. The thin film magnetic sensor according to claim 1, wherein each of the divided shield pieces is electrically connected to a pair of the thin film yokes (B).
次の式(15)の関係を満たす請求項6に記載の薄膜磁気センサ。
100nm≦cALL≦2μm ・・・(15)
但し、cALLは、前記スリットの幅(c)であって、あらゆる箇所における幅。
The thin film magnetic sensor according to claim 6, satisfying a relationship of the following formula (15).
100 nm ≦ c ALL ≦ 2 μm (15)
However, c ALL is the width (c) of the slit, and is the width at every point.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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